Gekoeld gistings/lageringsvat: de CoolFermenter®

Adrie · 20-04-2006 16:24 u

Na veel tijd gestoken te hebben in het bouwen en optimaliseren van mijn brouwinstallatie is het tijd voor een nieuw project. Ik loop namelijk altijd tegen temperatuurcontroleproblemen aan bij de vergisting of lagering van mijn bieren. Ik meet me suf in elk hoekje en gaatje in huis op zoek naar de ideale temperatuur om mijn vaten neer te zetten. Mijn vrouw klaagt steen en been als er weer eens een mandfles op een overwachte plek opduikt. Daarnaast sta ik te popelen om ondergisters te brouwen.

Ik wil, kortom een koelbaar gisting/lageringsvat gaan maken die ik tot op de graad nauwkeurig kan regelen in het interval van 0 tot 20 graden celcius. Een koelkast gebruiken is geen optie, omdat mijn gistingsvat te groot is en een grote koelkast teveel ruimte in beslag neemt.

Het idee is om het vooral simpel te houden, want simpele oplossingen zijn meestal de beste en kosten het minst moeite om te realiseren. Daarnaast moet de totale installatie niet veel groter zijn dan de gamel. Daarom dacht ik aan het volgende. Zoals jullie kunnen zien in het hierboven aangehaalde draadje en op mijn website (link Het Witte Paard hieronder) heb ik van die prachtige gamellen waarvan ik er 1 gebruik als gistingsvat. Mijn idee is om de bodem van de buitenketel eruit te zagen, net zoals bij de kookketel en het warmwatervat. Vervolgens sloop ik een koelkast en tape het koelelement van de koelkast vast aan de binnenketel. Tussen de binnenketel en de buitenketel prop ik steenwol of een ander isolatiemateriaal. De motor en de warme radiator van de koelkast monteer ik aan de buitenkant van de ketel. Het geheel wordt geschakeld door een thermostaat, waarvan de sonde in het bier hangt. De koeling slaat alleen aan als de temperatuur boven de ingestelde temperatuur komt.

Wat zeggen jullie van dit idee? Is het naar jullie idee uitvoerbaar? Hebben jullie een idee over welke thermostaten er geschikt zouden zijn (ik ben geen electrotechnicus of zo) en welke sondes? Zijn er wellicht andere (geniale) constructies denkbaar?

Ik heb al heel wat afgezocht op internet, maar de meeste brouwers werken toch met een vat in een koelkast of vriezer. Er zijn brouwers die iets geprobeerd met peltier-elementen, maar die voldoen niet (veel te inefficiënt, kost gigantisch veel stroom). Zie DEZE discussie.

Dan nog dit: bij Morebeer verkoopt men prachtige fermentors met ingebouwde koeling. Ik kan echter niet uit de foto en de tekst opmaken hoe die koeling nu precies in elkaar zit. Kijk HIER. Iemand een idee?

Niels · 20-04-2006 18:12 u

CiteerDan nog dit: bij Morebeer verkoopt men prachtige fermentors met ingebouwde koeling. Ik kan echter niet uit de foto en de tekst opmaken hoe die koeling nu precies in elkaar zit. Kijk HIER. Iemand een idee?

Als ik het kastje zie wat de voeding lijkt te zijn, en erg veel op een computer voeding lijkt zal de koeling op laagspanning werken.
Peltier-elementen werken op een zeer lage spanning en een hoog amperage, tevens zijn er koelventilatoren geplaatst op het vat en niet op een losse warmtewisselaar wat mijn vermoeden op peltier-elementen doet groeien.

Ik denk dat je een "eenvoudige" koeling kan bouwen met de warmtewisselaar die je al hebt voor je warmwatervat (deze past in het vergistings vat). Je kan op zoek gaan naar een koelkastje waar je een vat met water in laat koelen, een pomp om het koude water uit het vat van de koelkast naar de wisselaar te pompen heb je al.
De pomp kan je laten schakelen op een thermostaat die je plaatst in het vergitsingsvat, en zo de temperatuur regelen.

Sietze K · 20-04-2006 21:23 u

Het idee om een gamel om te bouwen tot een koelvat, met onderdelen van een koelkast heeft naar mijn idee weldegelijk kans van slagen op de door u voorgestelde wijze, Als thermostaat en sensor kan die van de gesloopte koelkast gebruikt worden.
Ik zou de sensor niet in de te koelen vloeistof hangen maar tegen de binnenwand van het vat monteren, eventueel met warmtegegleidingspasta. De sensor moet dan wel goed van de buiten wereld worden geisoleerd.
Sucses Sietze

Adrie · 20-04-2006 21:50 u

Citaat van: Niels op 20-04-2006  18:12 uAls ik het kastje zie wat de voeding lijkt te zijn, en erg veel op een computer voeding lijkt zal de koeling op laagspanning werken.
Peltier-elementen werken op een zeer lage spanning en een hoog amperage, tevens zijn er koelventilatoren geplaatst op het vat en niet op een losse warmtewisselaar wat mijn vermoeden op peltier-elementen doet groeien.

Ik denk dat je een "eenvoudige" koeling kan bouwen met de warmtewisselaar die je al hebt voor je warmwatervat (deze past in het vergistings vat). Je kan op zoek gaan naar een koelkastje waar je een vat met water in laat koelen, een pomp om het koude water uit het vat van de koelkast naar de wisselaar te pompen heb je al.
De pomp kan je laten schakelen op een thermostaat die je plaatst in het vergitsingsvat, en zo de temperatuur regelen.

Het is geen goed idee om in gistend bier een koperen leiding te hangen. Het bier is namelijk vrij zuur en koper lost hierin te sterk op. Wat wel zou kunnen is natuurlijk een rvs spiraal. Wat mijn bezwaar tegen dit systeem is, is dat je de temperatuur nooit op 0 graden zult kunnen krijgen als je water als koelmedium gebruikt. Het zou natuurlijk wel kunnen met (verdunde) glycol en een vrieskast.

CiteerHet idee om een gamel om te bouwen tot een koelvat, met onderdelen van een koelkast heeft naar mijn idee weldegelijk kans van slagen op de door u voorgestelde wijze, Als thermostaat en sensor kan die van de gesloopte koelkast gebruikt worden.
Ik zou de sensor niet in de te koelen vloeistof hangen maar tegen de binnenwand van het vat monteren, eventueel met warmtegegleidingspasta. De sensor moet dan wel goed van de buiten wereld worden geisoleerd.
Sucses Sietze

Ik ben blij dat er in ieder geval iemand is die het idee kans van slagen geeft

. Mijn bezwaar tegen een koelkastthermostaat is, dat ie niet gemakkelijk op de juiste temperatuur is in te stellen. Daarnaast vraag ik me af wat de marge is van zo'n thermostaat (hiermee bedoel ik het temperatuurverschil tussen aan- en afslaan. Die zou in het ideale geval ongeveer 1 graad moeten zijn). Bovendien wil ik graag een sonde in het bier, zodat ik echt de temperatuur van het bier midden in het vat kan meten.

Hans (Lagos) · 20-04-2006 22:45 u

Adrie,

De thermostaat die door morebeer op hun vat wordt gebruikt komt volgens mij Hier vandaan en hun koelsysteem Hier vandaan.
Ik zelf als uitgebreide bouwer maar nog niet brouwer ben ook druk aan het onderzoeken geweest hoe mijn al heel lang bestelde
100Liter blichmann (nog steeds niet ontvangen) te gaan koelen, het is hier in zuid Spanje al minimaal 21 gr in mijn hele huis en ik moet dus wel gaan koelen.
Volgens mij is de beste oplossing toch een koelkast/mini cel in combinatie met de rancho dual stage (die ik gekocht heb op de USA eBay), dit omdat de dual stage ook een verwarmings element kan inschakelen indien de temp. te laag zou worden.

Voor een flink vat zoals de Bichmann (67X67x105) is er geen koelkast te vinden en dus ga ik deze zaterdag met een handige vriend met goed gereedschap deze kast uit een enorme 6 cm dikke sandwich plaat zagen (gekregen van een bevriend koelcel bouwbedrijf), vervolgens komt er een houten deur in met thermopheen glas (het oog wil ook wat).
Verder wil ik net als jij vermelde een oude koelkast slopen en met deze onderdelen de fermenteer kast opbouwen.

Gr. Hans

Edgar · 20-04-2006 23:06 u

Hoeveel koelvermogen zou je nodig hebben om zo'n vat koud te krijgen/te houden (hoeft niet zeer snel)? En hoeveel elektrisch vermogen heb je daarvoor nodig bij conventionele methoden?

Ik vind die koelers nogal hoog zitten trouwens. Bij een kleiner of meer 'schuimvoorzichtig' brouwsel heb je een probleem. Lijken inderdaad IT-geïnspireerde koelingen, met molex stekkertjes en ATX-PSU's erbij. Excusez-les-abbreviations.

Veel gebruikte koelunits te koop op marktplaats trouwens.

EBC · 21-04-2006 08:12 u

Die oplossingen lijken me allemaal nogal ingewikkeld...
Een koelelement uit een koelkast is niet handig. Er zit een koelmiddel in onder druk en een compressor en dat is zwaar en kan je niet schudden en schoonmaken lijkt me erg lastig...

Waarom niet gewoon koud water rondpompen in de dubbele wand van je gamel? Of via een koelspiraal rechtstreeks in het wort? Koud water maak je gewoon met een tapinstallatietje dat ze gebruiken op feesten en partijen...die zijn wel op de kop te tikken. Dan is alles mobiel en demonteerbaar. Pompje, thermostaatje, klaar is Adrie.
Je kan het allemaal loskoppelen, eventueel koudwater met sulfiet erin als je bang bent voor infecties.

Adrie · 21-04-2006 09:33 u

Citaat van: EBC op 21-04-2006  08:12 uDie oplossingen lijken me allemaal nogal ingewikkeld...
Een koelelement uit een koelkast is niet handig. Er zit een koelmiddel in onder druk en een compressor en dat is zwaar en kan je niet schudden en schoonmaken lijkt me erg lastig...

Waarom niet gewoon koud water rondpompen in de dubbele wand van je gamel? Of via een koelspiraal rechtstreeks in het wort? Koud water maak je gewoon met een tapinstallatietje dat ze gebruiken op feesten en partijen...die zijn wel op de kop te tikken. Dan is alles mobiel en demonteerbaar. Pompje, thermostaatje, klaar is Adrie.
Je kan het allemaal loskoppelen, eventueel koudwater met sulfiet erin als je bang bent voor infecties.

Dat is inderdaad ook een goede oplossing, maar die tapinstallaties koelen niet ver genoeg. Ik wil ook ondergisters kunnen lageren bij 0 graden. Wat je zegt over het gewicht en het niet mogen schudden van een koelkastinstallatie is inderdaad een punt van zorg.

@ dirck. Zoals ik al eerder aangaf is een gistkast geen optie. Ik zou niet weten waar ik zo'n ding neer moet zetten en vrouw en kinderen het huis uit pesten is wel er rigoreus.

@edgar. Het hele achterliggende rekenwerk moet ik nog eens doen. Inderdaad: de koeling hoeft niet zeer snel te verlopen en als het eenmaal koud is, kost het natuurlijk helemaal niet zoveel energie meer, mits de ketel goed is geïsoleerd. Marktplaats zal ik inderdaad eens afstruinen als ik het ontwerp een beetje rond heb.

@Lagos. Ik dacht inderdaad ook al dat het wellicht peltier elementen zouden kunnen zijn, maar ik word niet erg enthousiast van die oplossing na wat ik ervan gelezen heb. Het lijkt zo elegant (geen bewegende onderdelen, geen koelvloeistoffen), maar de lage efficiëntie en hoge stroomkosten maken de oplossing toch niet zo ideaal. Wat is een Rancho Dual Stage? Kan ik zo gauw niet vinden op internet.

Hans (Lagos) · 21-04-2006 10:02 u

Adrie,

Zoals ik Hier boven al had geplaatst de site van Rancho.

Ik zelf bezit de ETC-211000: Ranco Dual-Stage Electronic Temperature Controller (Heat AND Cool), momenteel staat er Hier op ebay een ETC-111000 single stage te koop.

Gr. Hans

.

MO · 21-04-2006 10:17 u

Adrie,
ik zou toch ook eens een dierenwinkel/aquariumspecialist/terrarium specialist raadplegen. Loop eens een winkel binnen, zoek de specialist en maak eens een praatje. Ik was in Oss toch verbaasd hoeveel thermometers ze hadden, misschien hebben ze ook wel verstand van verwarmen/koelen.

Adrie · 21-04-2006 10:30 u

Zal ik eens doen.

Trouwens, ik begin te vermoeden dat de Beertender ook met een peltier-element werkt. Nu is 4 liter koelen natuurlijk wel iets anders dan 23 liter koelen, maar het lijkt dus toch mogelijk te zijn om die dingen hiervoor in te zetten.

Een nieuw ontwerp tekent zich af:

Een koperen buis gevuld met (verdunde) glycol rondom het binnenvat die doorloopt naar de buitenkant. Daar verplat de buis zich tot een plaat waarop een peltier-element zit. Een pomp pompt de koelvloeistof rond en de thermostaat bedient zowel de pomp als het peltier-element (voorzien van een computer ventilator). Zou ook moeten kunnen werken wellicht.

Edgar · 21-04-2006 10:38 u

Ik moet zeggen dat ik zo'n peltier element wel een mooie oplossing vind. Ik zou het kunnen gebruiken voor mijn cyko. De sets die je kant-en-klaar kunt kopen, al of niet tweedehands, voor processorkoeling (zoals hier zijn voorzien van een vlakke koelplaat; je zou voor het passen op een bol vat een aanpassing moeten maken. Bij een goed geïsoleerd vat zou je toch een heel eind moeten komen met een 100 Watt koeling. Vriespunt lijkt me optimistisch. Maar in plaats van een plaat is een gewikkelde buis ook een interessant idee.

MO · 21-04-2006 10:47 u

Je wilt dus met een ronde koperen buis gedrukt tegen de buitenkant van je gistvat 20-30 liter wort koelen? Dan heb je toch veel te weinig warmteoverdracht? Slechts een zeer kleine gedeeltje van de koperen pijp heeft contact met de wand van je vat.

Een RVS koelsysteem (zoals in tapinstallaties) IN je wort lijkt me toch veel efficiënter.

Edgar · 21-04-2006 10:51 u

Dat kon nog wel eens meevallen, er zijn toch ook bierkoelers die werken met zo'n spiraal om een leiding?

Adrie · 21-04-2006 11:02 u

Ik heb wat buis liggen van 7 mm doorsnee, die kan ik eventueel zelfs nog een beetje plat walsen voor een beter contact. Bovendien gaat er direct omheen een flinke isolatie, dus de warmteoverdracht zal heel behoorlijk zijn. Klooien met een spiraal in het bier wil ik liever niet. Altijd weer risico's voor infectie en lastig schoon te maken.

Edgar · 21-04-2006 11:16 u

Die CPU-koelers zoals in de link hierboven monden uit in een koellichaam (ijzeren blok met vlakke plaat). Als je dat zou vervangen door een dunne koperen buis, heb je volgens mij een koeler. Isoleren en presto.

interessante link: http://shop.freezinghardware.nl

Adrie · 21-04-2006 11:31 u

Nou, die prijs schrikt me wel af. Dat kan goedkoper. Bovendien vraag ik me af of zo'n computerkoeler wel genoeg vermogen heeft om 23 liter bier redelijk snel te koelen en koel te houden.

Edgar · 21-04-2006 11:39 u

Op Marktplaats worden dergelijke sets veelvuldig aangeboden. Ik schat dat je voor € 60,- of minder klaar kunt zijn, maar natuurlijk niet als je er 2 blijkt nodig te hebben. Toch, als je weet hoeveel warmte een CPU produceert, dan zullen deze dingetjes toch aardig koelen. Je zou bij de specs kunnen kijken naar de flowsnelheid en delta-T, waarmee je kunt uitrekenen hoe snel je ongeveer een bepaald volume kunt koelen.

Ben wat aan het rekenen geslagen met Joules, Watts en caloriën en zo, en ik kom uit op ongeveer 5 uur om 23 liter water 20° te laten zakken in temperatuur, bij 100 Watt koelvermogen. Dat lijkt me niet slecht, met 2 units heb je dan toch een detige koeling. Aannemende dat je isolatie in orde is.

1 cal = de energie nodig om 1 gram water 1 graad in temperatuur te laten stijgen. 23 liter is 23000 gram, maal 20 graden is 460.000 caloriën. 1 calorie is 4,2 Joule, dus 1,93 miljoen Joule benodigd. 1 Joule is 1 Ws, dus bij 100W 19320 seconden nodig. Da's 322 minuten oftewel een uur of 5. Verlies natuurlijk niet meegerekend, maar het geeft toch een idee van de capaciteit van een 100W koelelement.

Let wel: dit is koelvermogen, wat niet hetzelfde is als opgenomen vermogen. Ik zou denken dat het opgenomen vermogen lager ligt dan het koelvermogen.

Adrie · 21-04-2006 12:50 u

Tja het rendement van een peltier-element ligt zo rond de 50%, dus dan ben je 10 uur bezig, uitgaande van een perfecte isolatie (geen warmteverlies). Gelukkig gaat het bier natuurlijk al koud het vat in (10-15 graden). De eerste twee weken moet ie bij een ondergister 8 tot 10 graden blijven en daarna heel langzaam dalen naar 0 graden. Met een 200 W Peltier zou het dus allemaal moeten kunnen lukken.

Carlos · 21-04-2006 13:13 u

Dat kan werken inderdaad. Echter als de peltier niet ingeschakeld staat gaat het werken als warmtegeleiding. Alle warmte aan de warme kant, de buitenkant, gaat terug naar je koelleiding en dat wil je natuurlijk niet.

Carlos

Edgar · 21-04-2006 13:50 u

Die 5 uur was gebaseerd op 100W koelvermogen, niet 100W opgenomen vermogen.

Adrie · 21-04-2006 15:38 u

Nou, ik heb even wat zitten rekenen op basis van de formule's die HIER staan en op basis van metingen die ik aan mijn vaten heb gedaan.

Ik heb gemeten dat het vat 1,7 graad celcius per uur verliest in zijn huidige staat (bij een temperatuurverschil tussen omgeving en inhoud van 20 graden celcius). Dat is dus zonder extra isolatiemateriaal. Ik schat in dat dat met isolatiemateriaal 1 graad zal zijn, maar ik denk eerlijk gezegd minder. De warmteproductie heb ik ook berekend aan de hand van dit warmteverlies en metingen van de temperatuur van het gistende bier. Op basis van vijf bovengistende bieren kom ik uit op een warmteproductie van gemiddeld 0,25 W tijdens de hoofdvergisting. Dit zijn bovengistende bieren, dus bij ondergisters is het minder. Die werken nu eenmaal langzamer. Voor een worst-case scenario ga ik toch maar even uit van een bovengister.

Bij het gebruik van de CoolFermenter zijn er eigenlijk vier fasen:
1. het koelen voor de vergisting van 15 graden naar 8 graden en het opheffen van het koudeverlies;
2. het afvoeren van de warmte die bij de vergisting vrijkomt en het opheffen van het koudeverlies;
3. het koelen na de hoofdvergisting van 8 graden naar 0 graden en het opheffen koudeverlies;
4. het houden op 0 graden. Bij deze fase hoeft alleen het koudeverlies opgeheven te worden.

Op basis van bovenstaande gegevens van mijn vat en de berekeningen van de warmteproductie en de formules voor de peltierelementen kom ik op de volgende vermogens (Qmax, dus het maximale vermogen van het element):

1. in 5 uur afkoelen: 77 W
2. 23 W
3. in 48 uur afkoelen van 8 naar 0 graden: 53 W
4. 45 W

Er zitten nog wat onzekere elementen in de berekeningen, maar veel zal het er niet naast zitten. Conclusie: het moet toch goed te doen zijn met een peltier-element. De meest kritische stap is het afkoelen in stap 1, maar dat kan opgelost worden door een optimaal gebruik van de tegenstroomkoeler. Ik heb trouwens nog geen rekening gehouden met rendementsverliezen door het indirect koelen (spiraal om het gistingsvat heen met glycol en peltier-koeling van de glycol). Al met al lijkt een element met een maximaal vermogen van 100 W toch wel nodig.

Let wel: dit is de situatie als ik een ondergister wil brouwen. Heel vaak zal het gewoon om een bovengister gaan die bijvoorbeeld niet boven de 20 graden uit mag komen. Dan gaat het alleen maar om het afvoeren van zo'n 0,25 W aan geproduceerde warmte. Dan kan het dus gemakkelijk.

Adrie · 21-04-2006 16:44 u

DIT is in ieder geval een nuttige toepassing van een peltier-element. Wil je alleen het resultaat zien, klik dan HIER.

Edgar · 21-04-2006 17:05 u

Ik ben onder de indruk. Ik zou nog meer onder de indruk zijn als je je berekeningen 'publiceert' :P

Ben blij dat mijn natte vinger berekening (ben een grote voorstander van natte vinger-berekeningen!) redelijk accuraat blijkt. Dit lijkt me erg leuk om eens mee te gaan stoeien. mijn cyko zal meer 'koude-verlies' (eigenlijk ongewenste warmte-winst) hebben vanwege de eruitstekende poten die als radiator zullen werken, maar je zult toch een heel eind moeten kunnen komen.

Het valt me wel op dat de producenten van die CPU-koelunits niet al te duidelijk zijn in het declareren van het werkelijke koelvermogen en het opgenomen vermogen.

Adrie · 21-04-2006 20:54 u

Wil je de excel-sheet hebben of (liever) als OpenOffice document? Zo ja, dan stuur ik je die toe.