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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Abfüllanlage zum Abfüllen eines Getränks in Behälter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
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Für das Abfüllen von Getränken, insbesondere karbonisierten oder mit sonstigen Gasen versetzten Getränken, wie beispielsweise Bier, ist es bekannt, das Getränk gekühlt bei einer Lagertemperatur (gemeint ist der Puffer als Drucktank nach Gärkeller/Filtration und vor der KZE/Abfüllung, nicht der Lagerkeller) typisch von 0 bis 6 °C (15-20°C bei Flaschengärung) vorzuhalten und im Wesentlichen bei dieser Temperatur in Glasflaschen oder dergleichen Behälter abzufüllen. Nach dem Verschließen werden diese in einem Pasteur thermisch behandelt, wobei die zugehörige Einlauftemperatur dann ebenso bei etwa 2 bis 12 °C liegt und mittels Temperierungszonen eine Auslauftemperatur der pasteurisierten Flaschen von etwa 25 bis 40 °C eingestellt wird. Dabei wird üblicherweise eine interne Energierekuperation zwischen einlauf- und auslaufseitigen Temperierungszonen ähnlicher Temperaturniveaus durchgeführt.
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Bei den Behältern handelt es sich meist um Mehrwegflaschen, die vor der Abfüllung in einer Waschmaschine heiß gewaschen werden und diese demzufolge erwärmt verlassen. Um beispielsweise Glasbruch aufgrund einer Temperaturdifferenz bei der Abfüllung zwischen den in der Waschmaschine erwärmten Flaschen und dem abzufüllenden Produkt zu vermeiden, werden die Flaschen in der Waschmaschine auslaufseitig mit kaltem Frischwasser oder gegebenenfalls durch Anbindung an eine Kältemaschine abgekühlt, beispielsweise derart, dass die Temperaturdifferenz zwischen den Flaschen und dem einzufüllenden Produkt nicht mehr als etwa 20 °C beträgt. Dies verursacht einen hohen Frischwasserbedarf und gegebenenfalls, je nach Temperatur des Frischwassers, zudem eine aktive Kühlung mittels externer Kühleinheiten.
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Nachteilig bei den gattungsgemäßen Verfahren und Abfüllanlagen ist zudem, dass es je nach Differenz zwischen Auslauf- und Einlauftemperatur des Pasteurs nötig sein kann, wenigstens eine Temperierungszone des Pasteurs durch Zuführen externe Kälteenergie aktiv zu kühlen.
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Es besteht daher Bedarf für Abfüllverfahren und Abfüllanlagen, mit denen sich wenigstens eines der oben genannten Probleme beseitigen oder zumindest abmildern lässt.
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Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mit einer Abfüllanlage nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das Verfahren dient demnach zum Abfüllen eines Getränks, bei dem es sich beispielsweise um ein karbonisiertes Getränk und insbesondere Bier handelt. Die Abfüllung erfolgt in Behälter, insbesondere aus Glas, die zuvor maschinell gewaschen und demzufolge erwärmt der Abfüllung zugeführt werden.
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Bei den Behältern handelt es sich beispielsweise um Flaschen. Prinzipiell wäre das beschriebene Verfahren auch mit einem anderen Behältertyp und/oder mit Behältern aus anderem Material möglich, beispielsweise mit starren Behältern aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffflaschen, und ist besonders vorteilhaft mit Behältern, bei denen Bruchgefahr infolge schneller Temperaturänderung besteht. Entsprechend ist die beschriebene Abfüllanlage dann zur Verarbeitung des jeweiligen Behältertyps ausgebildet.
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Das Getränk wird dem Verfahren mit einer Zulauftemperatur bereitgestellt, die beispielsweise einer Lagertemperatur des Getränks entsprechen kann, und bei einer Fülltemperatur maschinell abgefüllt, die erfindungsgemäß höher ist als die Zulauftemperatur. Die Lagertemperatur ist dann diejenige in einem Getränkepuffer bzw. Drucktank nach dem Gärkeller bzw. einer Filtration und vor einer Kurzzeiterhitzung bzw. der Abfüllung, nicht die Temperatur im Lagerkeller.
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Die mit dem Getränk gefüllten und verschlossenen Behälter werden anschließend pasteurisiert und die dabei erwärmten Behälter unmittelbar danach auf eine Auslauftemperatur abgekühlt. Erfindungsgemäß erwärmt man das Getränk mittels beim Abkühlen auf die Auslauftemperatur gewonnener Wärme für die anschließende Abfüllung, insbesondere ausgehend von der Zulauftemperatur wenigstens bis auf die Fülltemperatur. Das heißt, das Getränk könnte beispielsweise um 1 bis 2 K über die Fülltemperatur erwärmt werden und sich während einer optionalen Zwischenspeicherung und der Förderung zur Abfüllung auf die Fülltemperatur abkühlen.
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Gegenüber einer bekannten Abfüllung im Wesentlichen bei Lagertemperatur des Getränks verringert die beschriebene Erwärmung des Getränks vor der Abfüllung im Wesentlichen auf die Fülltemperatur die Temperaturdifferenz zu den erwärmt bereitgestellten Behältern. Anders gesagt können die gewaschenen Behälter mit einer höheren Temperatur zur Abfüllung bereitgestellt werden als bei gattungsgemäßen Verfahren. Entsprechend kann Kühlenergie zum Abkühlen der Behälter eingespart werden, beispielsweise durch Reduzierung des Frischwasserbedarfs.
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Die beim Abkühlen der pasteurisierten Behälter auf die Auslauftemperatur gewonnene Wärme wird beispielsweise durch einen Wärmetausch von Kreislaufwasser an das Getränk übertragen. Vorzugsweise wird das dabei abgekühlte Kreislaufwasser als Kühlwasser zum Abkühlen der pasteurisierten Behälter zurückgeführt. Dadurch lässt sich die Zufuhr externer Energie zur aktiven Kühlung der Behälter zum Einstellen der Auslauftemperatur beispielsweise mittels einer aktiven Kühleinheit vermeiden oder zumindest reduzieren. Das Kühlwasser (abgekühlte Kreislaufwasser) kann zu diesem Zweck in einem Tank, insbesondere Kaltwassertank, zwischengespeichert werden.
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Besonders effizient ist das Verfahren, wenn die Auslauftemperatur der pasteurisierten Behälter um 1 bis 15 K und insbesondere um 2 bis 12 K höher ist als die Fülltemperatur.
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Bei einer besonders günstigen Variante des Verfahrens beträgt die Fülltemperatur 20 bis 40 °C und insbesondere 25 bis 35 °C. Solche Fülltemperaturen sind auch bei karbonisierten Getränken wie Bier beispielsweise mit Füllverfahren möglich, bei denen an einem Füller von Rundläufertyp Verfahrensschritte wie folgt nacheinander an Behältern wie beispielsweise Flaschen ausgeführt werden: Anheben der jeweiligen Flasche an ein Füllventil; Spülen der Flasche mit z.B. Stickstoff, CO2; Evakuieren der Flasche; Einfüllen des Getränks vorzugsweise mit Schaumkomprimierung am Füllende; Verschließen der Flasche in derselben Druckkammer, in der diese gefüllt wurde; Entlastung der Druckkammer; und Absenken der Flasche vom Füllventil.
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Hierbei kann die evakuierte Flasche ohne Vorspannen gefüllt und der Füllvorgang beispielsweise beendet werden, wenn in der Flasche der Kesseldruck über dem Getränk erreicht ist. Der Kopfraum der Flaschen kann dann mit CO2 (oder alternativem Gas) beaufschlagt werden. Zum Verschließen kann bereits während des Spülens der Flasche ein Verschluss zugeführt und die Druckkammer beispielsweise abgedichtet werden, indem von oben ein Verschließerkopf abgesenkt und von unten eine Flaschenhals-Dichtung geschlossen wird. Ferner kann das jeweilige Füllventil im Anschluss an das Füllen zurückgefahren und die Flasche mit einem Kronkorken verschlossen werden.
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Es ist beispielsweise möglich, die Behälter aus einer Waschmaschine mit einer Abgabetemperatur von wenigstens 40 °C und insbesondere wenigstens 50 °C der Abfüllung zuzuführen.
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Bei dem beschriebenen Verfahren sind herkömmliche Lagertemperaturen als Zulauftemperatur möglich, wie beispielsweise 0 bis 20 °C und insbesondere 1 bis 10 °C.
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Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens umfasst die Abfüllanlage: eine Waschmaschine zum Waschen und zum demzufolge erwärmten Abgeben der Behälter zur anschließenden Abfüllung; einen Füller (eine Füllmaschine) zum Abfüllen des Getränks in die Behälter; und einen Pasteur zum Pasteurisieren der gefüllten Behälter, wobei der Pasteur eine Temperierungszone zum Abkühlen der pasteurisierten Behälter auf einer Auslauftemperatur umfasst.
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Erfindungsgemäß umfasst die Abfüllanlage eine Wärmeübertragereinheit zum Übertragen vom beim Abkühlen auf Auslauftemperatur gewonnener Wärme an das abzufüllende Getränk.
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Die Abfüllanlage umfasst hierzu vorzugsweise einen Wasserkreislauf zum Transport von Wärme von der Temperierungszone an die Wärmeübertragereinheit und zum Transport von dem Getränk bei dessen Erwärmung entzogener Kälte von der Wärmeübertragereinheit an die Temperierungszone. Hierfür kann ein Kaltwassertank stromauf der Temperierungszone in den Wasserkreislauf integriert sein. Prinzipiell wäre auch ein stromab der Temperierungszone integrierter Warmwassertank denkbar.
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Zwischen der Wärmeübertragereinheit und dem Füller kann ein Getränketank vorhanden sein, um das zuvor erwärmte Getränk bis zur Abfüllung zu speichern, puffern oder dergleichen. Zwischen dem Getränketank und dem Füller und/oder zwischen der Wärmeübertragereinheit und dem Füller kann ein Erhitzer vorhanden sein, um das Getränk beim Anfahren der Abfüllanlage, also wenn noch nicht genügend Abwärme aus dem Pasteur zur Verfügung steht, auf die Fülltemperatur anzuwärmen. Der Erhitzer könnte auch dazu dienen, eine gewünschte Temperatur durch Nachheizen einzustellen.
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Es versteht sich, dass die beschriebene Abfüllanlage Vorrichtungsmerkmale aufweisen kann, um beschriebene Verfahrensschritte durchzuführen, und dass umgekehrt Funktionen beschriebener Bestandteile der Abfüllanlage für das Verfahren verwendet werden können.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zeichnerisch dargestellt. Die einzige Figur zeigt ein Fließschema der Abfüllanlage.
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Demnach umfasst die Abfüllanlage 1 zur Abfüllung eines Getränks 2, bei dem es sich insbesondere um ein karbonisiertes oder mit einem anderen Treibgas (-gemisch) als Kohlendioxid, beispielsweise mit Stickstoff, versetztes Getränk wie beispielsweise Bier handelt, in Behälter 3, insbesondere Flaschen aus Glas, eine Waschmaschine 4 zum Waschen und demzufolge erwärmten Abgeben der Behälter 3 zur anschließenden Abfüllung des Getränks 2. Ferner umfasst die Abfüllanlage 1 einen Füller 5 zum Abfüllen des Getränks 2 in die Behälter 3 sowie einen Pasteur 6 zum Pasteurisieren der gefüllten und verschlossenen Behälter 3. Eine Pasteurzone / Temperierungszone 7 ist in den Pasteur 6 integriert oder diesem auslaufseitig zugeordnet, um die pasteurisierten Behälter 3 auf eine Auslauftemperatur 8 abzukühlen.
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Die Abfüllanlage 1 umfasst zudem eine Wärmeübertragereinheit 9, mit der beim Abkühlen der pasteurisierten Behälter 3 auf die Auslauftemperatur 8 gewonnene Wärme 10 an das abzufüllende Getränk 2 übertragen werden kann.
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Die Abfüllanlage 1 umfasst ferner einen Wasserkreislauf 11 zum Transport der Wärme 10 von der Pasteur-/ Temperierungszone 7 zur Wärmeübertragereinheit 9 und zum Transport von dem Getränk 2 bei dessen dortiger Erwärmung entzogener Kälte 12 von der Wärmeübertragereinheit 9 an die Temperierungszone 7 jeweils mittels Kreislaufwasser 13.
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Zu diesem Zweck umfasst die Wärmeübertragereinheit 9 einen ersten Wärmeübertrager 14 mit einem Primärkreis 14a für das Getränk 2 und einem Sekundärkreis 14b für das Kreislaufwasser 13. Ein Wassertank 15, der insbesondere ein Kaltwassertank ist, kann in die Wärmeübertragereinheit 9 integriert oder anderweitig in den Wasserkreislauf 11 zwischen dem Wärmeübertrager 14 und einem der Temperierungszone 7 zugeordneten zweiten Wärmeübertrager 16 angeordnet sein. Der zweite Wärmeübertrager 16 umfasst dann in prinzipiell bekannter Weise einen an die Temperierungsstufe 7 angeschlossenen Primärkreis 16a und einen in den Wasserkreislauf 11 integrierten Sekundärkreis 16b.
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Zwischen der Wärmeübertragereinheit 9 und dem Füller 5 ist vorzugsweise ein Getränketank 17 und zwischen diesen optional zudem ein Erhitzer 18 angeordnet, der auf prinzipiell bekannte Weise energetisch eigenständig versorgt werden kann. Im Getränketank 17 kann das in der Wärmeübertragereinheit 9 im Wesentlichen auf eine Fülltemperatur 19 oder geringfügig darüber erwärmte Getränk 2 für die unmittelbar anschließende Abfüllung zwischengespeichert werden. Mit dem Erhitzer 18 kann das Getränk gegebenenfalls auf die Fülltemperatur 19 erwärmt werden, falls in der Wärmeübertragereinheit 9 noch nicht genügend Wärme 10 (Abwärme) aus der Temperierungszone 7 bereitgestellt wird, beispielsweise beim Anfahren der Abfüllanlage 1.
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Das Getränk 2 wird der Wärmeübertragereinheit 9 mit einer Zulauftemperatur 20 bereitgestellt, die beispielsweise einer Lagertemperatur 21 des Getränks 2 entsprechen kann. Die Zulauftemperatur 20 beträgt beispielsweise 2 bis 12 °C.
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Die gereinigten Behälter 3 verlassen die Waschmaschine 4 vorzugsweise mit einer Abgabetemperatur 22 von wenigstens 40 °C und insbesondere von wenigstens 50 °C. Entsprechend gering ist dann der Bedarf für Kühlenergie, beispielsweise aus Frischwasser, für die auslaufseitige Abkühlung der in der Waschmaschine 4 heiß gewaschenen Behälter 3.
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Ein Unterschied zwischen der Zulauftemperatur 20 des Getränks 2 und seiner Lagertemperatur 21 kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass der Wärmeübertragereinheit 9 wenigstens eine weitere Wärmeübertragereinheit 23 vorgeschaltet ist, mit der dem Getränk 2 bereits Kälte mittels eines dritten Wärmeübertragers 24 entzogen wird. Dieser würde dann entsprechend einen vom Getränk 2 durchflossenen Primärkreis 24a und einen an wenigstens einen Kälteverbraucher angeschlossenen Sekundärkreis 24b umfassen. Der weiteren Wärmeübertragereinheit 24 könnte dann ein eigener Kaltwassertank 25 zugeordnet sein. Als zugeordneter Kälteverbraucher käme beispielsweise die Waschmaschine 4 in Frage, die dann mittels eines vierten Wärmetauschers 26 auf prinzipiell bekannte Weise an den Sekundärkreis 24b des dritten Wärmeübertragers 24 angeschlossen wäre.
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Durch die wenigstens eine weitere Wärmeübertragereinheit 24 kann das Getränk 2 somit von der Lagertemperatur 21 auf eine demgegenüber höhere Zulauftemperatur 20 erwärmt werden.
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Erfindungsgemäß lässt sich somit die im Getränk 2 gespeicherte Kälteenergie zumindest für die Kühlung der Pasteur-/ Temperierungszone 7 gegebenenfalls aber auch für weitere Kälteverbraucher der Abfüllanlage 1, anderer Produktionsanlagen, von Prozesseinheiten, in der Gebäudeversorgungstechnik oder für dergleichen Zwecke nutzen.
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Gleichzeitig sinkt der Bedarf für die Kühlung der Behälter 3 im Auslauf der Waschmaschine 4. Beispielsweise ergibt sich bei einer Fülltemperatur 19 des Getränks 2 von 25 bis 35 °C und einer Abgabetemperatur 22 der Behälter 3 aus der Waschmaschine 4 von wenigstens 50 °C eine zur Abfüllung geeignete Temperaturdifferenz zwischen dem Getränk 2 und den Behälter 3.
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Das beschriebene Verfahren lässt besonders effizient ausführen, wenn der Füller 5 als kombinierte Füll-Verschließ-Maschine ausgebildet ist. Darin kann beispielsweise sowohl die Abfüllung des Getränks 2 als auch das Verschließen der gefüllten Behälter 3 im Bereich einer an den jeweiligen Füllorganen (nicht dargestellt) ausgebildeten Druckkammer erfolgt. Dies begünstigt eine Abfüllung bei vergleichsweise hohen Fülltemperaturen 19 von beispielsweise 25 bis 35 °C. Prinzipiell könnte dem Füller 5 aber auch eine nachgeschaltete Verschließmaschine 5a (nur schematisch angedeutet) zugeordnet sein.
