DE3930593A1 - Einrichtung zur rueckgewinnung eines inerten gases, insbesondere zur co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-rueckgewinnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Rückge­ winnung eines inerten Gases, insbesondere zur CO₂-Rückge­ winnung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Es ist bekannt, das bei Gegendruck-Füllmaschinen beim Füllen von Behältern bzw. Flaschen als Rückgas anfallende CO₂-Luft- Gemisch, welches nachfolgend als "Inertgas" und dabei speziell als "CO₂-Gas" bezeichnet wird und welches einen hohen Anteil von CO₂ in der Größenordnung von 80 bis 90% enthält, nach einer Aufbereitung bzw. Rückgewinnung als Spanngas für das Vorspannen, aber auch zum vorausgehenden Spülen der zu füllenden Behälter zu verwenden, um so den CO₂-Verbrauch zu reduzieren und die Umwelt durch verminderte Abgabe von CO₂-Gas zu schonen. Die Rückgewinnung erfolgt dabei im wesentlichen dadurch, daß dem als Rückgas anfallen­ den CO₂-Gas reines CO₂ in einer Mischeinrichtung zugesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine solche Rückgewinnung eine Einrichtung aufzuzeigen, die ein Inertgas mit wesentlich verbesserter Qualität sicherstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Inertgas-Kon­ zentration, d.h. die Konzentration an dem reinen, inerten Gas im rückgewonnenen Inertgas sehr genau auf einen relativ hohen Wert gehalten werden.

Auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist das rückge­ wonnene Inertgas vorzugsweise ein CO₂-Gas, welches einen Anteil von 92 bis 95% CO₂ aufweist. Um diese hohe Konzen­ tration von CO₂ im rückgewonnenen CO₂-Gas zu erreichen, genügen bereits relativ geringe Mengen an zugesetztem reinem CO₂. Beträgt beispielsweise die CO₂-Konzentration im Rückgas 85% und wird für das rückgewonnene CO₂-Gas eine CO₂-Konzen­ tration von 95% gewünscht, so genügt ein Zusatz von ca. 30 g CO₂/hl.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in sehr vereinfachter, schematischer Darstellung zwei Füllelemente einer umlaufenden Gegendruck-Füllmaschine mit jeweils einer zu füllenden Flasche, sowie die Elemente der an dieser Vorrichtung vorgesehenen Einrichtung zur Rückgewinnung bzw. Wiederverwendung von CO₂-Rückgas aus der jeweiligen Füllphase;

Fig. 2 in vereinfachter Darstellung ein Füllelement der Gegendruck-Füllmaschine.

In der Fig. 1 sind 1 und 2 zwei Füllelemente aus einer Vielzahl solcher Elemente, die in bekannter Weise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Maschinenteil bzw. Rotor einer Gegendruck-Füllmaschine vorgesehen sind.

Bei der in der Fig. 1 wiedergegebenen Situation befindet sich aufgrund der Stellung des Rotors das Füllelement 1 am Beginn der Vorspannphase, in der in die unter dem Füllelement 1 angeordnete Flasche 3 ein Spanngas in Form eines CO₂-Gases hoher CO₂-Konzentration, d.h. mit einem Anteil von etwa 92 bis 95% CO₂ als Spanngas eingeleitet wird, und zwar anfäng­ lich zum Spülen des Innenraumes der Flasche 3 derart, daß das CO₂-Gas über eine Verbindung zur Atmosphäre aus der Flasche 3 entweichen bzw. die in dieser Flasche vorhandene Luft verdrängen kann. Anschließend wird dann das CO₂-Gas bei zur Atmosphäre hin abgeschlossenem Innenraum der Flasche 3 eingeleitet, so daß das CO₂-Gas im Innenraum dieser Flasche 3 den für den anschließenden Füllguteinlauf, d.h. den für die anschließende Füllphase notwendigen Gegendruck aufbaut. Das Einleiten des CO₂-Gases bzw. Spanngases in die unter dem Füllelement 1 befindliche Flasche 3 erfolgt über einen in jedem Füllelement, also auch im Füllelement 1 ausgebildeten Spanngaskanal 4.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Situation befindet sich das Füllelement 2 gerade in der Füllphase, d.h. bei gegenüber der Atmosphäre abgedichtetem und mit dem Druck des Spanngases beaufschlagtem Innenraum wird der unter dem Füllelement 2 angeordneten Flasche 3 das flüssige Füllgut zugeführt, und zwar über einen in jedem Füllelement, also auch in dem Füllelement 2 ausgebildeten und mit einem Flüssigkeitsventil versehenen Flüssigkeitskanal 5. Das in der Flasche 3 vor­ handene CO₂-Luftgemisch bzw. CO₂-Gas wird durch das zu­ fließende bzw. in der Flasche 3 aufsteigende Füllgut 6 verdrängt und als Rückgas über einen Rückgaskanal 7 abge­ führt.

Es versteht sich, daß sämtliche Füllelemente der Gegen­ druck-Füllmaschine gleich ausgebildet sind und somit neben dem Spanngaskanal 4, dem Flüssigkeitskanal 5 auch jeweils den Rückgaskanal 7 aufweisen, wobei im jeweiligen Füllelement der Spanngaskanal 4 und der Rückgaskanal 7 auf einer Teillänge auch von einem gemeinsamen Gaskanal gebildet sein können. Zur Steuerung weisen die Füllelemente die üblichen, nicht dargestellten Steuermittel auf.

Die Rückgaskanäle 7 sämtlicher Füllelemente sind an einen Rückgas-Ring- oder Sammelkanal 8 angeschlossen, der seiner­ seits mit dem Gaseingang 9 der Einrichtung 10 zur CO₂-Rückge­ winnung verbunden ist. Selbstverständlich ist durch die vorerwähnten Steuereinrichtungen der Füllelemente dafür gesorgt, daß nur der Rückgaskanal 7 des Füllelementes 2 sowie ev. weiterer, ebenfalls in der Füllphase befindlicher Füllelemente in Strömungsmittelverbindung mit dem Rückgas- Ringkanal 8 steht.

Die Einrichtung 10 bildet mit ihren nachfolgend angegebenen Elementen eine Baugruppe, die in vorgefertigter, funktions­ fähiger Form an der Gegendruck-Füllmaschine montiert wird. Die Einrichtung 10 kann als Baugruppe auch an bereits bestehenden Gegendruck-Füllmaschinen in besonders einfacher Weise nachgerüstet werden. Die Einrichtung 10 umfaßt einen Flüssigkeitsabscheider 11, der bei der dargestellten Aus­ führungsform von einem Behälter gebildet ist, dessen Ein­ gangsleitung bzw. -rohr 12 den Gaseingang der Einrichtung 10 bildet. Über ein Ventil 13 kann im Flüssigkeitsabscheider 11 abgeschiedene Flüssigkeit (Füllgut) abgelassen werden. Selbstverständlich ist es möglich, daß der Flüssigkeits­ abscheider 11 auch eine andere, als in der Fig. 1 ange­ deutete Ausbildung, z.B. als einfacher Kondensatableiter aufweist.

Der Ausgang des Flüssigkeitsabscheiders 11 ist an den Eingang einer Druckerhöhungspumpe 14 angeschlossen, deren Ausgang bei der dargestellten Ausführungsform direkt mit einer Misch­ strecke bzw. einem Gasmischer 15 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dieser Gasmischer 15 im wesentlichen von einem Rohrstück gebildet, in welchem zumindest in einem Mischbereich 16 vorzugsweise durch entsprechende Ausbildung und/oder Führung des bzw. der Strömungskanäle für eine ausreichende Mischwirkung gesorgt ist. Vor dem Mischbereich 16, der beispielsweise von einem statischen Mischer gebildet ist, ist im Strömungsweg des Gas­ mischers 15 wenigstens eine als Injektionsdüse dienende Gasaustrittsdüse 17 angeordnet, die über eine Gasleitung 18 mit einem in dieser Leitung angeordneten, elektrisch be­ tätigbaren Steuer- bzw. Regelventil 19 mit einer Quelle 20 für reines, gasförmiges CO₂ (CO₂-Gas mit einem CO₂-Anteil von 100% oder nahezu 100%) verbunden ist. Die Quelle 20 ist beispielsweise eine herkömmliche Gasflasche, welche unter Druck stehendes, flüssiges CO₂ enthält, oder eine CO₂-Gas­ gewinnungsanlage.

Nach dem Mischbereich 16 ist im Strömungskanal des Gas­ mischers 15 oder in einer an den Ausgang dieses Mischers angeschlossenen Leitung eine Sonde 21 (Beckman-Sonde) angeordnet, die den CO₂-Gehalt des CO₂-Gases am Ausgang des Gasmischers 15 mißt und den entsprechenden Meßwert als Istwert einer elektrischen bzw. elektronischen Regelein­ richtung 22 (Beckman-Regler) zuführt, die entsprechend einem Sollwert-Istwert-Vergleich das Regelventil 19 bzw. eine elektrische Betätigungseinrichtung 23 (beispielsweise Magnet) dieses Ventils ansteuert. Der Sollwert ist durch Einstellung bzw. Eingabe an der Regeleinrichtung 22 oder an einer mit dieser verbundenen Eingabeeinrichtung vorwählbar. Mit dem die Strömungsrichtung auf die Sonde 21 folgenden Gasausgang 24 ist die Einrichtung 10 an die bei Gegendruck-Füllmaschinen übliche Leitung 25 zum Zuführen des Vorspanngases ange­ schlossen, die dann über einen CO₂-Filter 26 an einen Ringkanal 27 führt, an welchen die Spanngaskanäle 4 der Füllelemente angeschlossen sind. Auch hier gilt natürlich, daß durch die Steuermittel eine Strömungsmittelverbindung zu dem Ringkanal 27 nur für solche Füllelemente besteht, die sich in der Spül- bzw. Vorspannphase befinden.

Die Funktionsweise der Einrichtung 10 läßt sich, wie folgt, beschreiben: Das dem Flüssigkeitsabscheider 11 als Rückgas zugeführte CO₂-Gas, welches einen CO₂-Anteil von ca. 80 bis 90% enthält, wird nach dem Abscheiden evtl. vorhandener Flüssig­ keit (auch Kondensat) über die Druckerhöhungspumpe 14 dem Gasmischer 15 zugeführt. Dort wird diesem CO₂-Gas über die Gasdüse 17 reines CO₂ zugemischt. Der CO₂-Gehalt in der Mischung wird mit der Sonde 21 gemessen und in der Regel­ einrichtung 22 mit dem eingestellten bzw. eingegebenen Sollwert verglichen. In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert wird das Regelventil 19 derart betätigt, daß der Istwert am Ausgang des Gasmischers 15 dem vorgegebenen Sollwert möglichst genau entspricht, d.h. beispielsweise entsprechend dem vorgegebenen Sollwert das CO₂-Gas am Gasausgang 24 einen CO₂-Anteil in der Größen­ ordnung zwischen 92% bis 95% aufweist.

Die Füllelemente der Gegendruck-Füllmaschine und damit insbes. auch die in der Fig. 1 dargestellten Füllelemente 1 und 2 sind jeweils bevorzugt ein füllrohrloses Füllelement mit Sonde, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. In einem Füllelementkörper 28, in bzw. an dem weitere, nicht darge­ stellte Funktionselemente usw. des Füllelementes 1 bzw. 2 vorgesehen sind, ist ein ringförmiger, eine vertikale Füllelementachse VA umschließender Flüssigkeitskanal 29 ausgebildet, der im Bereich der Unterseite des Füllelement­ körpers 28 in einer ringförmigen Abgabeöffnung 30 mündet, über die während der Füllphase der jeweiligen Flasche 3 das flüssige Füllgut zufließt. Im Flüssigkeitskanal 29 ist auch das nicht dargestellte, gesteuerte Flüssigkeitsventil vorgesehen.

Über die Unterseite des Füllelementkörpers 28 und damit auch über die Abgabeöffnung 30 steht nach unten ein Gasrohr 31 vor, welches die Füllelementachse VA ebenfalls konzentrisch umschließt und an der Unterseite des Füllelementkörpers 28 seinerseits konzentrisch von der ringförmigen Abgabeöffnung 30 umschlossen ist. Zwischen dem Gasrohr 31 und einer von diesem Gasrohr konzentrisch umschlossenen, mit ihrer Achse achsgleich mit der Füllelementachse VA liegenden Sonde 32 ist ein ringförmiger Gaskanal 33 für Spanngas und Rückgas ausgebildet, der am unteren Ende des Gasrohres 31 eine kreisringförmige, die Sonde 32 konzentrisch umschließende Öffnung 34 besitzt.

Die Sonde 32, die ein das Schließen des Flüssigkeitsventils steuerndes Signal liefert, steht mit ihrem unteren, als Sondenbereich ausgebildeten Sondenende 35 über das untere Ende des Gasrohres 31 vor, so daß die Öffnung 34 oberhalb des Endes 35 der Sonde 32 liegt.

Über die Öffnung 34 wird das CO₂-Gas beim Vorspannen in den Innenraum der jeweiligen Flasche 3 eingeleitet, d.h. über diese ringförmige Öffnung 34 erfolgt somit auch das Spülen des Innenraumes der jeweiligen Flasche 3 mit CO₂-Gas. Bei diesem Spülen wird durch die ringförmige Öffnung 34 bei kurzer Spülzeit und damit bei geringem Verbrauch an CO₂-Gas ein optimaler Spüleffekt erreicht. Dies ist darauf zurückzu­ führen, daß das CO₂-Gas aus der ringförmigen Öffnung 34 als relativ scharfer Strahl austritt und zum Großteil auf die Innenfläche des Bodens der betreffenden Flasche 3 in einem die Flaschenmittelachse bzw. die Füllelementachse VA um­ schließenden Bereich großflächig auftrifft, so daß zumindest eine ganz erhebliche Menge des CO₂-Gases auch entlang der Innenfläche des Flaschenbodens radial nach außen zur Fla­ schenumfangswand hin und von dort dann nach oben strömt, bevor dieses CO₂-Gas zusammen mit der mitgeführten bzw. verdrängten Luft an der Flaschenöffnung austritt. Auch Winkel bzw. Ecken des Flascheninnenraumes insbes. im Bereich Flaschenboden-Flaschenumfangswand werden von dem CO₂-Gas beim Spülen erfaßt, so daß trotz eines geringen CO₂-Verbrauchs die in der jeweiligen Flasche 3 nach dem Spülen verbliebene Restluftmenge äußerst gering ist. Schon wegen des geringen Verbrauchs an CO₂-Gas sind die als füllrohrlose Füllelemente ausgebildeten Füllelemente 1 und 2 bei der Erfindung beson­ ders geeignet.

Es versteht sich, daß bei dem vorgenannten Spülen die jeweilige Flasche 3 in der der Fig. 2 dargestellten Weise mit ihrer Mündung mit Abstand von einer Dichtung 36 angeordnet ist, die an einem Zentrierelement 37 an der Unterseite des Füllelementkörpers 28 vorgesehen ist. Beim Vorspannen mit dem CO₂-Gas sowie während der Füllphase befindet sich die jeweilige Flasche 3 selbstverständlich über die Dichtung 36 in Dichtlage mit dem Füllelementkörper 28.

Die vorbeschriebene Ausbildung der Füllelemente 1 und 2 als füllrohrlose Füllelemente mit der Sonde 32 hat auch den Vorteil, daß während der Füllphase, in der über den ringför­ migen Gaskanal 33 das von dem zufließenden Füllgut verdrängte CO₂-Gas abgeführt wird, dieses CO₂-Gas nur einen äußerst geringen Anteil an mitgeführten Füllgut aufweist, was ebenfalls für die Rückgewinnung des CO₂-Gases bzw. für die Funktion der Einrichtung 10 von Vorteil ist. Dieser geringe Anteil an Füllgut im verdrängten CO₂-Gas ist darauf zurück­ zuführen, daß die Sonde 32 dann ein das Schließen des Flüssigkeitsventils, d.h. die Beendigung der Füllphase bewirkendes Signal liefert, wenn der Spiegel 38 des in der Flasche 3 aufsteigenden flüssigen Füllgutes das untere Sondenende 35 erreicht hat, und somit der Spiegel 38 stets unterhalb der Öffnung 34 des Gaskanales 33 bleibt.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Rückgewinnung eines inerten Gases, vorzugsweise zur CO₂-Rückgewinnung, für die Verwendung bei Gegendruck-Füllmaschinen, deren Füllelemente vor dem Einleiten eines flüssigen Füllgutes in einen Behälter, d.h. vor dem Füllguteinlauf den jeweiligen Behälter mit einem unter Druck stehenden Inertgas aus einem Spanngas­ verteilerkanal zumindest vorspannen und beim anschließen­ den Füllguteinlauf das aus dem jeweiligen Behälter verdrängte, das Inertgas enthaltende Rückgas in einen Rückgassammelkanal leiten, wobei die Einrichtung zur Rückgewinnung in einem Gasweg zwischen einem Gaseingang zum Anschluß an den Rückgassammelkanal und einem Gasaus­ gang zum Anschluß an den Spanngasverteilerkanal eine Gasmischeinrichtung (15) besitzt, in der wenigstens eine Gasaustrittsdüse (17) einer ein Steuerventil (19) auf­ weisenden und zum Anschluß an eine Quelle (20) für reines inertes Gas bestimmten Leitung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasmischeinrichtung (15) bzw. im Gasweg in Strömungsrichtung nach der wenigstens einen Gasaustrittsdüse (17) eine Sonde (21) angeordnet ist, die ein von der Inertgas-Konzentration abhängiges Signal liefert, und daß die Sonde (21) mit dem Steuereingang einer elektrischen bzw. elektronischen Regeleinrichtung (22) verbunden ist, die mit ihrem Ausgang mit einem Stellglied des Steuerventils (19) verbunden ist und dieses Steuerventil (19) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem von der Sonde (21) gelieferten Istwert und einen vorgegebenen bzw. eingegebenen Sollwert steuert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasweg der Mischeinrichtung (15) eine Druckerhöhungs­ pumpe (14) und/oder ein Flüssigkeitsabscheider (11) vorgeschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gasmischeinrichtung (15), die Regeleinrich­ tung (22), die Sonde (21), das Steuerventil (19) sowie ggf. weitere Funktionselemente (11, 14) der Einrichtung (10) eine funktionsfähig vormontierte Baugruppe (10) bilden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (15) wenigstens einen, von mindestens einem statischen Mischer gebildeten Mischbereich (16) aufweist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch ihr Zusammenwirken mit füllrohrlosen Füllelementen (1, 2), von denen jedes an der Unterseite im Bereich einer dort gebildeten Abgabeöffnung (30) für das flüssige Füllgut eine über diese Abgabeöffnung (30) nach unten vorstehende Sonde (32) mit einem unteren Sondenende (35) aufweist sowie eine die Sonde (32) ringförmig umschließen­ de Öffnung (34) besitzt, über die das Sondenende (35) vorsteht und über die das Inertgas beim Spülen des jeweiligen Behälters (3) austritt und während der Füll­ phase das das verdrängte Inertgas enthaltende Rückgas abgeführt wird.