DE102012206716A1

DE102012206716A1 - Abfüllung gekühlter produkte

Info

Publication number: DE102012206716A1
Application number: DE102012206716A
Authority: DE
Inventors: Danilo Schulz
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-10-24
Also published as: EP2657180A1; CN103382015B; EP2657180B1; US20130276936A1; US9561946B2; CN103382015A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfüllung eines Produkts mit den Schritten: Kühlen des abzufüllenden Produkts vor oder nach der Gas- oder Gasgemischeinbringung; Abfüllen des abzufüllenden Produkts in einen Abfüllbehälter; und Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen des abzufüllenden Produkts; wobei das Abkühlen und das Erwärmen zumindest teilweise mithilfe einer Wärmepumpe erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Abfüllung von Produkten, beispielsweise gas- oder gasgemischhaltiger Produkte, und insbesondere die Abfüllung CO₂-haltiger Getränke in formstabile Behälter bei relativ niedrigen Temperaturen. Die Produkte oder (Grund-)Komponenten derselben sind hierbei vor der Abfüllung zu kühlen.
Stand der Technik
Bestimmte Produkte werden vor ihrer Abfüllung gekühlt. Werden Säfte thermisch behandelt, so kann ein Kühlen vor der Abfüllung derselben erforderlich sein. Gas- oder gasgemischhaltige Produkte, wie CO₂-haltige Produkte, lassen sich bei relativ niedriger Abfülltemperatur schneller in Abfüllbehälter abfüllen als bei relativ hoher Abfülltemperatur. Somit kann ein höherer Durchsatz am Füller erreicht werden. Um relativ niedrige Temperaturen des abzufüllenden CO₂-haltigen Produkts zu erreichen, ist es erforderlich, das Produkt vor dem Füller abzukühlen. Die notwendige Energie wird mit Kälteanlagen erzeugt, die dem Produkt entzogene Wärme wird im Stand der Technik an die Umwelt abgegeben.
Bei relativ kalt abgefüllten Produkten/Getränken, die beispielsweise in Dosen, PET-Flaschen oder Glasflaschen abgefüllt sind, kann sich jedoch aufgrund des Temperaturgefälles zwischen Produkttemperatur zur Taupunkttemperatur Kondenswasser bilden. Dieses Kondenswasser kann zu Problemen bei der Verpackung der gefüllten Behälter führen. So kann das Kondenswasser Verpackungskartons aufweichen oder zu Verunreinigungen bei der Verpackung der Behälter in Folien führen. Daher werden, insbesondere in Ländern in denen die Produkttemperatur kleiner als die Taupunkttemperatur ist und eine hohe Luftfeuchtigkeit vorherrscht, Erwärmungseinrichtungen zur Erwärmung der abgefüllten Behälter zur Vermeidung der Kondensation eingesetzt. Solche Wärmeeinrichtungen können beispielsweise mit Dampf beheizt werden.
Es besteht somit im Zusammenhang mit dem Abfüllvorgang im Stand der Technik ein hoher Energiebedarf einerseits zum Abkühlen des abzufüllenden Produkts und andererseits zum Erwärmen der gefüllten Abfüllbehälter. Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen hohen Energiebedarf zu verringern.
Beschreibung der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird durch das Verfahren zur Abfüllung eines Produkts nach Anspruch 1 erfüllt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
Kühlen des abzufüllenden Produkts (z.B. vor oder nach Ausmischung);
Abfüllen des abzufüllenden Produkts in einen Abfüllbehälter; und
Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen des abzufüllenden Produkts; wobei
das Abkühlen und das Erwärmen zumindest teilweise mithilfe einer (ein und derselben) Wärmepumpe erfolgt.
Wenn hier und im weiteren von dem abzufüllenden Produkt die Rede ist, können auch Grundkomponenten eines letztlich abzufüllenden Produkts (z.B. Sirup, Wasser, etc.) gemeint sein.
Insbesondere kann das Verfahren zur Abfüllung gas- oder gasgemischhaltigen Produkts (z.B. eines CO2-haltigen Produkts) Verwendung findet und weist dann die folgenden Schritte auf:
Kühlen des abzufüllenden Produkts vor oder nach der Gas- oder Gasgemischeinbringung;
Abfüllen des abzufüllenden gas- oder gasgemischhaltigen Produkts in einen Abfüllbehälter; und
Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen des abzufüllenden gas- oder gasgemischhaltigen Produkts; wobei
das Abkühlen und das Erwärmen zumindest teilweise mithilfe einer (ein und derselben) Wärmepumpe erfolgt. Insbesondere kann das Kühlen vor oder nach dem Einbringen des Gases oder Gasgemisches erfolgen.
Die Abfüllung kann hierbei kontinuierlich oder im Batch-Betrieb erfolgen. Bei dem abzufüllenden Produkt kann es sich um ein CO₂-haltiges Getränk handeln. Der Abfüllbehälter kann ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis wie z.B. eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, ein Getränkekarton oder eine Getränkedose sein. Es können auch mehrere zumindest zum Teil kaskadierende und/oder zumindest zum Teil parallel arbeitende Wärmepumpen zum Abkühlen des abzufüllenden CO₂-haltigen Produkts und Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen bereitgestellt werden.
Mit der Wärmepumpe wird dem abzufüllenden Produkt Wärme entzogen, es wird gekühlt, und es wird durch die Wärmepumpe die entzogene Wärme in einer Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung des gefüllten Abfüllbehälters nutzbar gemacht. Die Wärmepumpe ersetzt somit die Kälteanlage des Stands der Technik, die die den abzufüllenden Behältern entzogene Wärme ohne Nutzen an die Umgebung abgibt. In der Wärmepumpe kann dem abzufüllenden Produkt in einem Carnot-Kreisprozess mittels eines geeigneten Wärmemittels Wärme entzogen und mittels eines weiteren geeigneten Wärmemittels die entzogene Wärme den abgefüllten Behältern zugeführt werden. Während einer kontinuierlichen Produktion kann im wesentlich 100 % der beim Abkühlen der abzufüllenden Behälter entzogene Wärme der Erwärmungseinrichtung zugeführt werden. Somit lässt sich der Energiebedarf gegenüber dem Stand der Technik signifikant verringern.
Je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen kann es aufgrund von Verlusten (Wärmetransport, Wärmeleitung, Wärmekonvektion) und/oder Verschleppung erforderlich sein, beim Schritt des Erwärmens der gefüllten Behälter zuzuheizen. Somit umfasst gemäß einer Weiterbildung das Verfahren den Schritt des Erwärmens der gefüllten Behälter zusätzlich (zu der Wärmpumpe) mithilfe einer zusätzlichen Erwärmungseinrichtung, insbesondere mithilfe einer Wärmequelle (z.B. Dampf, Heißwasser, Solarenergie). Der zusätzliche, durch die zusätzliche Erwärmungseinrichtung aufzubringende Energiebedarf wird jedoch nur ein Bruchteil des im Stand der Technik durch eine Erwärmungseinrichtung, die separat von einer Kühleinrichtung zum Kühlen des abzufüllenden Produkts betrieben wird, zu leistenden Energiebeitrags sein.
Je nach Auslegung der Wärmepumpe kann eine übermäßige beim Kühlen des abzufüllenden Produkts gewonnene Wärme die Funktion der Wärmepumpe negativ beeinflussen. Daher kann es vorgesehen sein, einen Teil der beim Kühlen des abzufüllenden Produkts gewonnenen Wärme für andere Prozesse zu verwenden oder über eine Kühleinrichtung abzuführen.
Im übrigen können ein oder mehrere Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Kühlmediums zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder eines Wärmemediums zum Erwärmen des gefüllten Behälters in einem Pufferspeicher vorgesehen werden.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts in einen Abfüllbehälter mit
einem Füller, der dazu ausgebildet ist, das Produkt in den Abfüllbehälter (z.B. eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, einen Getränkekarton oder eine Getränkedose) zu füllen; und
zumindest einer Wärmepumpe, die dazu ausgebildet ist, das abzufüllende Produkt vor dem Füller zu kühlen und den gefüllten Abfüllbehälter nach dem Füller zu erwärmen. Das Produkt kann ein gas- oder gasgemischhaltiges Produkt (beispielsweise ein CO₂-haltiges Produkt) sein.
Es können auch mehrere zumindest zum Teil kaskadierende und/oder zumindest zum Teil parallel arbeitende Wärmepumpen zum Abkühlen des abzufüllenden Produkts und Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen in der Vorrichtung bereitgestellt werden.
Der Füller kann dazu ausgebildet sein, ein gas- oder gasgemischhaltiges Getränk, beispielsweise eine CO₂-haltiges Getränk, in ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis z.B. eine Glasflasche, eine Kunststoff -Flasche, einen Getränkekarton oder eine Getränkedose zu füllen. Die Vorrichtung kann weiterhin einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Kältemediums zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Wärmemediums zum Erwärmen des gefüllten Behälters umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Vorrichtung weiterhin eine zusätzliche Erwärmungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den gefüllten Abfüllbehälter zusätzlich, insbesondere mithilfe einer Dampferzeugungseinrichtung Wärmequelle (z.B. Dampf, Heißwasser, Solarenergie), zu erwärmen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine Kühleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Teil der beim Abkühlen des abzufüllenden Produktes von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme abzuführen.
In sämtlichen oben beschriebenen Beispielen des erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Wärmepumpe elektrisch betrieben sein oder durch einen Öl- oder Gasmotor betrieben sein.
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen und verschiedene Kombinationen der angeführten Merkmale sind in der Erfindung eingeschlossen.
1 veranschaulicht ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer Vorrichtung zur Abfüllung von gas- oder gasgemischhaltigen Produkten in Füllbehälter.
Wie es in 1 gezeigt ist, wird einem kontinuierlich oder im Batch-Betrieb gelieferten Produktstrom eines gas- oder gasgemischhaltigen Produkts, beispielsweise einer CO₂-haltigen Limonade, in einer Prozesseinheit 1 stromaufwärts eines Füllers 2 Wärme entzogen. In der Prozesseinheit befindet sich ein Produktzuführung (z.B. Puffertank) 10 und ein Mischer 11, in dem unter anderem dem aus dem Produkttank 10 gelieferten Produkt CO₂ (oder eine anderes Gasgemisch) zugesetzt wird, und weitere für das Produkt notwendige Prozessschritteinheiten/Maschinen 12, wobei die Reihenfolge der Prozessschritteinheiten 12 produktspezifisch variieren kann. Das in dem Füller 2 abzufüllende Produkt wird durch einen oder mehrere Wärmeübetrager (nicht gezeigt) gekühlt. Nach Abfüllung des abzufüllenden Produkts in Abfüllbehälter, beispielsweise Kunststoff-Flaschen, durch den Füller 2 werden die gefüllten Behälter einer Erwärmungseinrichtung 3 zugeführt,. Die Erwärmungseinrichtung 3 kann mehrere Kammern (mit Wärmeübertragern) mit unterschiedlichen Temperaturen (Temperaturzonen) umfassen, die über einen oder mehrer Wärmeübertrager aus einer oder mehreren Wärmequellen gespeist werden. Insbesondere kann sie auch eine Kammer umfassen, in der Heizdampf oder andere Wärmequellen (Heißwasser, Solarenergie) zur Erwärmung der gefüllten Behälter Verwendung findet. Allgemein können die verschiedenen Kammern mit verschiedenen/mehreren Wärmequellen betrieben werden.
Die Abkühlung des abzufüllenden Produkts sowie die Erwärmung der gefüllten Behälter erfolgt erfindungsgemäß mithilfe einer Wärmepumpe 4, in der Wärme, die beim Abkühlen des abzufüllenden Produkts gewonnen wird, zur Erwärmung der gefüllten Behälter, beispielsweise in einer der oben genannten Kammern der Erwärmungseinrichtung 3, verwendet wird. Die Wärmepumpe 4 kann kontinuierlich oder im Batch-Betrieb arbeiten.
Wird zuviel Wärme durch Abkühlen des abzufüllenden Produkts gewonnen, so dass eine möglichst effiziente Nutzung der Wärmepumpe beeinträchtigt wird, kann ein Teil der Wärme für andere Prozesse verwendet werden oder über eine entsprechende Kühleinrichtung 5 abgeführt werden.
Es kann auch eine Mehrzahl zumindest zum Teil kaskadierender und/oder zumindest zum Teil paralleler Wärmepumpen bereitgestellt werden. Einzelne Stufen kaskadierender Wärmepumpen können durch eine Wärmepumpe allein oder zusätzlich durch weitere Wärme-/Kälteeinrichtungen betrieben werden.
Wie in 1 gezeigt können einzelne Untereinheiten der Prozesseinheit 1 stromaufwärts des Füllers 2 durch Pufferspeicher 6 miteinander verbunden sein. Sie können auch im Bypass-Betrieb betrieben werden. Auch auf der stromabwärtigen Seite des Füllers 2 können Pufferspeicher 6 vorgesehen werden. Über eine thermische Schichtung in den jeweiligen Pufferspeichern 6 und/oder eine Mischbetrieb der Wärme-/Kältemedien die den Wärmeübertragern zugeleitet bzw. von diesen abgeleitet werden, können gewünschte Temperaturprofile gezielt bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zur Abfüllung eines Produkts mit den Schritten Kühlen des abzufüllenden Produkts; Abfüllen des abzufüllenden in einen Abfüllbehälter; und Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen des abzufüllenden Produkts; wobei das Abkühlen und das Erwärmen zumindest teilweise mithilfe einer Wärmepumpe erfolgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem das abzufüllende Produkt ein gas- oder gasgemischhaltiges Produkt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem das abzufüllende Produkt ein Getränk und/oder der Abfüllbehälter ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis, eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, ein Getränkekarton oder eine Getränkedose ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Erwärmen zusätzlich mithilfe einer zusätzlichen Erwärmungseinrichtung, insbesondere mithilfe einer Dampferzeugungseinrichtung, insbesondere mithilfe von Heißwasser oder Solarenergie, erfolgt.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein Teil der beim Abkühlen von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme für sonstige Prozessschritte verwendet oder über eine Kühleinrichtung abgeführt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem weiterhin ein Kältemedium zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder ein Wärmemedium zum Erwärmen des gefüllten Behälters in einem Pufferspeicher zwischengespeichert wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Abkühlen und das Erwärmen mithilfe einer Mehrzahl an zumindest zum Teil kaskadierenden und/oder zumindest zum Teil parallel arbeitenden Wärmepumpen erfolgt.
Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts in einen Abfüllbehälter mit einem Füller, der dazu ausgebildet ist, das Produkt in den Abfüllbehälter zu füllen; und einer Wärmepumpe, die dazu ausgebildet ist, das abzufüllende Produkt vor dem Füller zu kühlen und den gefüllten Abfüllbehälter nach dem Füller zu erwärmen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, in der das Produkt ein gas- oder gasgemischhaltiges Produkt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 9, in der der Füller dazu ausgebildet ist, ein gas- oder gasgemischhaltiges Getränk in ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, einen Getränkekarton oder eine Getränkedose zu füllen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 108, weiterhin einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Kältemediums zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Wärmemediums zum Erwärmen des gefüllten Behälters umfassend.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, weiterhin eine zusätzliche Erwärmungseinrichtung umfassend, die dazu ausgebildet ist, den gefüllten Abfüllbehälter zusätzlich, insbesondere mithilfe einer Dampferzeugungseinrichtung, insbesondere mithilfe von Heißwasser oder Solarenergie, zu erwärmen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, weiterhin eine Kühleinrichtung umfassend, die dazu ausgebildet ist, einen Teil der beim Abkühlen von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme abzuführen oder anderen Prozessschritten zuzuführen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, in der die Wärmepumpe eine elektrisch betriebene, ölmotor-, oder gasmotorbetriebene Wärmepumpe ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, mit einer Mehrzahl an zumindest zum Teil kaskadierenden und/oder zumindest zum Teil parallel arbeitenden Wärmepumpen.