Как устроена моя HERMS пивоварня.

В этой заметке подробно расскажу о том, как устроена трехпосудная HERMS пивоварня, которую я собрал в январе 2023 года взамен двухпосудной RIMS.

Типы домашних варочных порядков и как они работают

Варочный порядок состоит из трех котлов и двух насосов. Слева направо это варочный котёл, заторный чан и бойлер. Насос для сусла (слева) и насос для воды (справа).

Принцип работы

В начале варки в бойлер заливается весь объем воды на варку и нагревается на несколько градусов выше целевой температуры первой паузы.

Часть горячей воды перекачивается в заторный чан, засыпается солод и перемешивается.

Во время затирания первый насос забирает сусло из заторного чана, прокачивает его через змеевик погруженный в горячую воду внутри бойлера и возвращает обратно в заторник. Второй насос циркулирует воду внутри бойлера для поддержания равномерной температуры.

В конце затирания первый насос перекачивает сусло в варочный котел, а второй подает воду в заторник. Промывка проходит медленно, примерно в течение часа. Такой способ позволяет добиться максимальной эффективности затирания.

Кажется, что это увеличивает продолжительность варки, но это не так. Сусло закипает примерно к окончанию промывки. Если бы я промывал быстро, то не ускорил процесс, так как просто ждал начала кипячения с наполненным котлом.

Дальше сусло кипятится, охлаждается и переливается в ферментер.

Плюсы и минусы

Плюсы:

• Во время затирания сусло не контактирует с ТЭНом, что исключает риск сжечь нагревательный элемент или сусло;
• Косвенный нагрев деликатно нагревает сусло, благодаря чему нет локального перегрева, а также поддерживается точная и равномерная температура затора;
• Нет необходимости отдельно следить за нагревом промывочной воды. Она будет нужной температуры к концу затирания;
• Для поддержания температуры затора и нагрева промывочной воды достаточно одиного терморегулятора и ТЭНа;
• Высокая эффективность затирания (до 97%) и полный контроль над процессом производства сусла (промывка, объем на кипячение и т. д.);
• Внутри заторного чана нет нагревательного элемента, поэтому можно максимально низко установить фальшдно и затирать сусло при малом гидромодуле (от 2,5);
• Можно комфортно, в нужном объеме и без компромисов затирать сусло как низкой, так и высокой плотности;
• В отличии от котлов с пароводяной рубашкой, из-за большого объема воды в бойлере, в варочном порядке отсутствует инерция при переходе между температурными паузами;
• Это самый простой, дешевый и рациональный многопосудный варочный порядок для домашнего пивоварения. В нем нет сложных и дорогих элементов на подобии проточных нагревателей датчиков уровня и т. д. Для управления пивоварней даже не обязательно собирать сложную автоматику. Достаточно 1-2 ПИД регулятора.

Минусы:

• Занимает достаточно много места, поэтому больше подходит для стационарной установки. При этом существуют вертикальные компоновки, которые занимают меньше места;
• Стоит дороже, чем однопосудные пивоварни с бункером.

«Железная» часть

Котлы и соединения

Я использую котлы Luxstahl объемом 71 литр для бойлера и заторника и 98 литров для варочника. Внутри нанесена разметка литража кратная 5 литрам. Такая конфигурация позволяет комфортно работать без наполненных до краёв котлов и получать за одну варку 40-50 литров сусла практически любой плотности или 65-75 литров сусла плотностью до 15-16 Плато.

Как нанести разметку литража

Все соединения сделаны на клампах 1.5 дюйма. Причин их использования несколько:

• Удобно быстро собирать и разбирать отдельные узлы;
• Не нужно использовать фумленту. Все соединения герметичны;
• Детали легко позиционировать;
• Нет внутреннего и наружнего соединения. Любые детали соединяются друг с другом;
• Проще мыть и чистить;
• Стандартизированы. При необходимости, можно докупать запчасти в любых магазинах.

Кламповые врезки в котлы я устанавливал самостоятельно на резьбу. Имея опыт использования как приварных, так и врезных, скажу, что заметной разницы нет. В обоих случаях котлы герментичны. Из плюсов врезных отмечу, что их можно самостоятельно добавить в любой момент в нужном месте, а еще котлы не нужно нести к сварщику и мириться со следами обработки швов. Так же вы будете застрахованы от того, что из-за перегрева вокруг сварочного шва нержавеющая сталь может потерять легирующие компоненты и начать ржаветь.

Не рекомендую делать финишные отверстия сверлами и коронками, так как они могут перегреть металл и привести к коррозии.

Если строите пивоварню самостоятельно, то советую вложить 5-7 тысяч рублей в гидравлический дырокол и матрицы для пробивки отверстий. Помимо пробивки отверстий в котле он так же пригодится при сборке автоматики. Для экономии можно использовать ручные дыроколы, но они быстро изнашиваются и пользоваться ими тяжело физически.

Бойлер

Внутри находится два ТЭНа (5,5 и 2,5 кВт), змеевик длиной 7,5 метров (10 мм внутренее сечение трубы) и заборные трубки снизу и сверху. ТЭН на 2,5 кВт используется как «разгонный» для ускоренного нагрева воды перед началом затирания. На верхнюю заборную трубку одет кусок силиконового шланга, чтобы во время циркуляции не шумела вода. Снаружи находится четыре крана: по одному на входе и выходе змеевика, один снизу на выходе котла с тройником и термодатчиком, и еще один сверху на входе.

Термодатчик установлен в тройнике на выходе, чтобы не делать дополнительное отверстие для установки в котле. При использовании змеевика внутри бойлера нет особой разницы где установлен датчик, однако, если вы используете для затирания противоточный чиллер, то датчик лучше устанавливать именно на выходе из котла, чтобы контролировать температуру на входе в теплообменник.

Для небольшой экономии на змеевик можно установить кран только на входе. Не используйте змеевик без кранов, так как при переключении шлангов для промывки из него польется горячее сусло.

Заторный чан

Внутри находится фальшдно на подставке и заборная трубка. Трубка проходит через фальшдно не доходя до дна котла примерно 2-3 миллиметра, благодаря чему несливаемый остаток составляет всего один литр. Чтобы трубку было удобно вставлять и вынимать, диаметр отверстия в фашдне на 6 миллиметров больше наружнего диаметра трубки. Зазор в отверстии я закрываю шайбой из нержавеющей стали.

Снаружи, на выходе котла, установлен шаровый кран. Так же на котле установлена барботажная рука, которая позволяет регулировать высоту подачи сусла, что защищает его от горячего окисления во время затирания. Кроме того устройство ограничивает скорость потока, что очень удобно, так как во время затирания не нужно это делать кранами. На барботажной руке установлен тройник для подачи сусла и установки датчика для контроля температуры.

В циркуляционных пивоварнях с внешним нагревом правильно контролировать температуру сусла по самой горячей точке, а именно на входе в заторный чан. В моей конфигурации температура на входе в заторник совпадает с температурой горячей воды в бойлере. В некоторых HERMS пивоварнях температура воды в бойлере и температура сусла может отличаться на несколько градусов, что нормально.

Фальшдно сделано из нержавеющей стали толщиной 1,5 миллиметра. Площадь сечения прорезей составляет примерно 14% общей площади. Ширина прорези 1,3 мм, длина 40 мм. По краям сделана отбортовка 15 миллиметров, чтобы во время циркуляции сусло не стекало по стенкам и не снижалась эффективность затирания. Вместо часто используемых ножек из болтов я использую подставку из четырех пластин соединенных крест на крест. Такая конструкция более устойчива и защищает фальшдно от возможных деформаций. Высота подставки 15 миллиметров. Благодаря низко установленному фальшдну из работы во время затирания «выпадает» минимальное количество жидкости, что позволяет использовать довольно «густой» гидромодуль (до 2,5) без проблем с фильтрацией.

Варочный котел.

Внутри установлен ТЭН на 5,5 кВт, термодатчик, заборная трубка и трубка под вирпул. Снаружи установлено два крана и кламп для конденсатора пара.

Насосы

Для циркуляции сусла, промывки, вирпула и охлаждения используются MP20RM закрепленные под столом. На выходе каждого насоса установлен тройник и два крана. Нижний кран нужен для развоздушивания линии и отбора проб. Чтобы немного уменьшить поток при развоздушивании я установил на кран штуцер-ёлку. Передний кран — основной и используется во время затирания, промывки и т.д.

Учитывайте то, что циркуляционные насосы которые качают жидкость вниз могут завоздушиваться. Поэтому, обязательно устанавливайте на выходе насоса дополнительный кран или клапан для того, чтобы избавиться от воздуха в линии.

Чиллер

Для охлаждения используется противоточный охладитель Kegland. Длина трубы 9,5 метров а внутреннее сечение около 10 миллиметров. Такой чиллер позволяет сливать сусло в ферментер сразу, без охлаждения в котле, легко моется, дезинфицируется и не забивается в отличии от пластинчатого. Для дезинфекции я использую раствор НУК, который циркулирую 15-20 минут аквариумным насосом по линии в начале варки.

Несмотря на то, что противоточный чиллер можно продезинфицировать циркуляцией сусла во время кипячения, мне не нравится такой способ. Если запустить циркуляцию в самом начале кипячения, то в линии останется много не кипяченного сусла. Если циркулировать в середине или конце варки, то кипячение останавливается, так как резко падает температура.

Шланги и быстросъемы

Я использую силиконовые шланги с внутренним сечением 12 миллиметров и толщиной стенки 3 миллиметра. Они не заламываются и неплохо справляются с теплоизоляцией.

В качестве быстросъемов для подключения и отключения шлангов используются камлоки. Их я выбрал из-за стандартизации. Если в будущем понадобиться докупить новые, то я смогу это сделать у любого поставщика не беспокоясь о совместимости.

Автоматика.

Еще перед сборкой первой пивоварни я долго изучал вопрос и сравнивал разные варианты. В итоге, сделал вывод, что мне подойдет «механическая» панель управления, в которой есть ряд плюсов:

1. Практически все компоненты стандартизированы и продаются в любом магазине электрики. Это значит, что в случае поломок я могу починить автоматику через 5, 10 и даже 20 лет. Если контроллеры снимут с производства, то я так же смогу без проблем их заменить на аналогичные, так как размеры посадочных отверстий стандартизированы.
2. Отсутствие компьютеризации делает систему более надежной. Все ПО, доступное домашним пивоварам, разработано и развивается энтузиастами. Поэтому никто не даст гарантий того, что всё будет работать как нужно. В случае проблем придется изучать форумы и паблики в социальных сетях в поисках решения, при этом без гарантий.
3. Элементы управления, на мой вкус, выглядят круто, а щелкать переключателями — отдельный кайф. Помимо визуала у элементов управления так же есть преимущество с точки зрения эргономики. Значения на крупных циферблатах проще читать, а работать с переключателями намного проще чем прицеливаться пальцем по маленькому экрану. Кроме того у всех переключателей есть тактильная обратная связь.

Автоматика на прошлой пивоварне выглядела так.

Одна из самых больших ошибок — покраска корпуса черной структурной краской для автомобилей. На темной поверхности мгновенно появляется пыль и отпечатки пальцев. После мойки на корпусе остаются разводы, а сама краска легко скалывается оставляя некрасивые белые точки.

Прошлую автоматику было неудобно вешать на стену через отверстия на задней стенке, поэтому в новой версии предусмотрено VESA крепление.

Кроме того мне не понравились переключатели со встроенными световыми индикаторами, которые тускло светят, из-за чего не всегда видно их состояние. Вместо них теперь используется пара из переключателя и отдельной лампы.

Как вы заметили, на панели появились дополнительные переключатели, контроллер и индикаторы.

Разберем элементы на лицевой части.

Переключатель Power включает и выключает автоматику, а зеленая лампа над ним отображает статус.

В верхнем ряду два индикатора напряжения. Это объясняется тем, что в автоматике предусмотрено два входа для подключения к разным фазам, что позволяет одновременно использовать два ТЭНа.

Справа находится оповещатель Alarm для аварийных ситуаций, а так же переключатель для его принудительного выключения.

Контроллер Kettle I управляет ТЭНом в варочном котле, Temp замеряет температуру на входе в заторный чан, а контроллер Kettle II управляет нагревом воды в бойлере и поддержанием температуры затора. External предназначен для подключения к самогонному аппарату. Так же его можно использовать для нагрева промывочной воды, если для затирания используется отдельный ТЭН (например в RIMS пивоварнях).

Трехпозиционный переключатель Element в среднем положении принудительно выключает нагрев, а в крайних положениях переключает подачу напряжения на ТЭН либо в варочном котле либо в бойлере. Индикаторные лампы Element I и II отображают состояние переключателя. Правая индикаторная лампа External Element отображает состояние дополнительного ТЭНа.

Переключатель Mode позволяет выбрать какой контроллер будет управлять дополнительным, третьим, ТЭНом. В правом положении (Heat) ТЭНом будет управлять контроллер External. В левом положении (Ramp) ТЭНом будет управлять либо контроллер Kettle I либо Kettle II в зависимости от того, в каком положении находится основной переключатель Element. Среднее положение переключателя принудительно отключает ТЭН.

Переключатели Pump I и Pump II включают и выключают насосы, а синие индикаторные лампы над ними отображают статус.

Переключатель Aux по функционалу аналогичен переключателям насосов, но у него нет индикаторной лампы. Он добавлен на панель для управления периферией. Я использую его для включения насоса установленного в накопительном баке для воды.

Теперь разберем разъемы на нижней части щитка.

Для подключения проводов к автоматике используются разъемы Weipu серии SA. SA12 для термодатчиков, SA20 для насосов и SA28 для подключения к сети и ТЭНам. Все разъемы с тремя пинами. Раъемы для насосов выдерживают напряжение до 25А, разъемы для ТЭНов и ввода выдерживают до 50А.

Sensor I-V для подключения датчиков, Heating Element I-III для подключения ТЭНов, Pump I и II, а так же Aux для насосов и периферии, Power I и II для подключения автоматики к двум источникам питания.

Для нагрева используются ТЭНы с разъемами стандарта Nema и вилкой L6/30P. Это удобно, так как я могу отсоединить провод от котла не вынимая из него нагревательный элемент.

В автоматике используются датчики PT100. Это единственный тип датчиков, который работает с контроллерами Auber. Конструкция позволяет отключить провод от самого датчика, что удобно когда нужно снять котёл со стола для мойки.

Провода для подключения всей внешней периферии бренда «Проводник». Они качественные, гибкие и у них очень приятная на ощупь оплетка. Для датчиков используется провод 3×0.5, для насосов 3×2,5, а для ТЭНов и питания 3×4.

Контроллеры Auber

Для управления варочником и бойлером используются контроллеры Auber DSPR-320A, разработанные производителем специально для пивоварения. Вот некоторые ключевые особенности:

1. Два режима работы: затирание и кипячение. В каждом режиме можно установить до 9 пауз.
2. Отсутствие PID параметров и гистерезиса. В контроллере собственный алгоритм, который работает точно сразу из коробки и без настроек. Еще один положительный момент, в том, что контроллер не нужно перенастраивать при изменении объема жидкости.
3. В режиме затирания для каждой паузы устанавливается время и целевая температура, либо мощность нагрева кратная одному проценту. Альтернативно, вместо времени, для каждой паузы можно выбрать сценарий: поддержание температуры (или мощности) бесконечно долгое время пока оператор не нажмет на кнопку (после нажатия автоматика перейдет к следующей паузе); пропуск паузы, окончание программы.
4. В режиме кипячения для каждой паузы можно выставлять мощность нагрева кратную одному проценту, а так же завершение программы на любой из пауз.
5. Для пивоварен c одним контроллером и ТЭНом (BIAB, K-RIMS, двухпосудный HERMS) можно установить автоматический переход в режим кипячения после завершения затирания.
6. Детектор кипячения. При достижении заданной температуры автоматически запустится первая пауза и таймер.
7. Настройка инерции, причем отдельно как во время паузы, так и во время перехода между паузами. Если в системе есть инерция, то можно выставить значение, чтобы контроллер начал «притормаживать» нагрев за пару градусов до достижения целевой температуры. Для систем без инерции типа RIMS, можно установить отрицательное значение, чтобы контроллер никогда не «притормаживал» нагрев.
8. Два варианта окончания программы. После окончания программы контроллер будет поддерживать температуру или кипячение пока оператор сам не выключит программу, либо контроллер сразу выключит нагрев после окончания программы.
9. Подключение и программирование дополнительного реле к контроллеру. Можно подключить второй ТЭН и использовать его только во время перехода между паузами для ускорения нагрева, сделать так, чтобы насос сам включался и работал пока идет затирание, открыть электромагнитный клапан сразу после окончания кипячения и т.д.

Для контроля температуры используется двухканальный термометр Auber. Ничего примечательного в нем нет, кроме того, что к нему можно подключить сразу два температурных датчика и выбрать отображение температуры с точностью либо до десятой градуса, либо с точностью до градуса.

Контроллер External добавлен в автоматику для использования с самогонными аппаратами. Это Auber DPSR-400. По сути, упрощенная версия DSPR-320, адаптированная для дистиляции. Этот контроллер нельзя программировать на паузы. В режиме затирания необходимо вручную выставлять температуру и засекать время. Вместо режима кипячения предусмотрен режим для дистиляции с отличным от пивоваренного контроллера алгоритмом. Во первых контроллер умеет отключать нагрев при достижении установленной температуры. Во вторых алгоритм позволяет делать как первый, так и дробный перегон без использования регулятора мощности учитывая инерцию ТЭНа.

Немного фотографий автоматики изнутри.

Список запчастей.

В этом списке нет всех деталей, которые потребуются для сборки пивоварни, но я добавил в него самые важные позиции и наименования.

Пивоварня:

• Котлы Luxstahl 71 и 98 литров профессиональной линейки. Артикулы кт848 и кт847. Обратите внимание, что у профессиональной линейки сталь толще и марки 304.
• Змеевик с комплектом для установки. Ссылка на Алиэкспресс
• Барботажная рука. Ссылка на Алиэкспресс.
• Шаровый кран со съемной заборной трубкой. Ссылка на Алиэкспресс.
• Врезка для клампа на 1.5 дюйма. Ссылка на Алиэкспресс.
• Ручной дырокол 41 мм для врезки клампа. Ссылка на Алиэкспресс.
• Гидравлический дырокол. Ссылка на Алиэкспресс.
• Противоточный чиллер. Ссылка на Алиэкспресс.
• Переходник с клампа на камлок. Ссылка на Алиэкспресс.

Автоматика:

• Контроллеры Auber. Официальный сайт auberins.com. Контроллер для пивоварения DSPR320A, Термометр SYL-2802B, Контроллер для дистиляции DSPR400. Заказывать через Shopfans с тарифом, на котором посылку доставляет почта России (EMS).
• Термодатчики PT100 с отключаемым проводом. Ссылка на Алиэкспресс.
• Шкаф с монтажной платой (корпус) IK10 DKC R5ST0442.
• Радиатор BLA306-300 / RUICHI. 300×160×50 мм Ссылка на Я.Маркете.
• Внешние разъемы на панель. Трехпиновые Weipu SA12 для термодатчиков, Weipu SA20 для насосов и Weipu SA28 для подключения к сети и ТЭНам. Ищите в «Чипе и Дипе» или на Алиэкспрессе
• Прямой ТЭН с вилкой L6/30P. Ссылка на Алиэкспресс. Изогнутый ТЭН с вилкой L6/30P. Ссылка на Алиэкспресс.
• Кабельная розетка для ТЭНа Nema L6/30R . Ссылка на Алиэкспресс.

Подписывайтесь на канал в Телеграмме и обсуждайте в чате.