DE60113710T2

DE60113710T2 - Verfahren und anlage zum verpacken einer flüssigkeit

Info

Publication number: DE60113710T2
Application number: DE60113710T
Authority: DE
Inventors: Philippe Guillaume
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: DE60113710D1; ES2249487T3; JP2004512235A; WO2002034624A1; CA2427200A1; ATE305411T1; CA2427200C; FR2815937A1; US20040035089A1; EP1332087A1; AU2002214090A1; FR2815937B1; EP1332087B1; BR0114946B1; BR0114946A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Verpacken flüssiger Produkte in an sich verformbare Verpackungen oder Behältnisse.
Sie besteht insbesondere aus einem Verfahren und einer Anlage zum Verpacken flüssiger Produkte, wodurch es möglich ist, solche Produkte wie beispielsweise flüssige Nahrungsmittelprodukte in Verpackungen oder Behältnisse zu verpacken, die eine Wand geringer Dicke aufweisen, ohne die Risiken einer Beschädigung der Verpackung und/oder des Verderbs des Produktes, im Vergleich zu den Risiken, mit denen bei Verpackungen größerer Dicke zu rechnen ist, zu erhöhen.
Denn um die Kosten der Verpackungen und das Gewicht dieser zu reduzieren, ist die gegenwärtige Tendenz, die Flüssigkeiten (Sirup und andere Getränke) in Verpackungen (Metalldosen, auch als „Bierbüchsen" bekannt, Flaschen aus Kunststoff, Tetra Paks^® usw.) zu verpacken, deren Wand zusehends dünner ist.
Infolge ihrer geringen Wanddicke sind diese Verpackungen an sich verformbar, und ihre Handhabung und ihre Stapelung sind heikel.
Es ist bekannt, diesem Nachteil abzuhelfen, indem während des Verpackens des Inhaltes ein Überdruck im Inneren der Verpackung aufgebaut wird, wodurch ihr eine gute mechanische Festigkeit verliehen wird. Dieser Überdruck kann erzielt werden, indem eine kleine Menge Inertgas im flüssigen Zustand, vorzugsweise Stickstoff im flüssigen Zustand, während des Verpackens, zwischen dem Arbeitsgang des Befüllens und dem Arbeitsgang des hermetischen Verschließens der Verpackung, auf die Oberfläche der Flüssigkeit, beispielsweise eines Flüssignahrungsmittels, eingespritzt wird. Diese Technik hat zum Nachteil, dass die Kosten relativ hoch sind.
Die Erfindung hat zum Ziel, diesem Nachteil abzuhelfen. Dazu betrifft sie ein Verfahren zum Verpacken eines flüssigen Produktes in mindestens eine Verpackung gemäß dem nachfolgenden Anspruch 1.
Durch diese Technik werden die Kosten der Überdruckbeaufschlagung der Verpackungen erheblich gesenkt.
Das Verfahren kann außerdem eines oder mehrere der im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche 2 bis 5 beanspruchten Merkmale aufweisen.
Die Erfindung besteht auch aus einer Anlage zum Verpacken eines flüssigen Produktes in mindestens eine Verpackung gemäß dem nachfolgenden Anspruch 6.
Diese einfache Anlage paart eine hohe Zuverlässigkeit mit mäßigen Kosten.
Die Anlage kann außerdem eines oder mehrere der im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche 7 bis 12 beanspruchten Merkmale aufweisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervorgehen, die als nicht beschränkendes Beispiel gegeben ist und in der einzigen beigefügten Figur veranschaulicht ist, die einen Plan einer Anlage gemäß der Erfindung zeigt.
Die auf diesem Plan dargestellte Anlage ist eine Anlage zur Übertragung von Stickstoff oder von einem anderen Inertgas oder/und einem Gas in eine wässrige Flüssigkeit, beispielsweise ein Flüssignahrungsmittel, die bzw. das dafür bestimmt ist, als Getränk zu dienen.
Die Anlage kann außerdem eines oder mehrere der folgen den Merkmale aufweisen:

– Der erste Kreis enthält eine Transportpumpe, deren Einlass mit der mit Gas zu sättigenden oder zu übersättigenden Flüssigkeit gespeist wird, um diese Flüssigkeit in Umlauf zu bringen, und eine Einfüllleitung, deren vorderes bzw. oberstromiges Ende an den Auslass der Pumpe angeschlossen ist, wobei ein Injektor, der dem zweiten Kreis angehört, hinter der Pumpe in die Leitung mündet, um in diesen das Gas unter Druck im gasförmigen Zustand einzupressen.
– Die Steuerungs- und Regelungsmittel enthalten eine Regelungseinrichtung, einen Druck-Messwertgeber, der den Druck des Gases in der Atmosphäre des Behälters misst, und einen Füllstandsanzeiger, der den Füllstand des Produktes in dem Behälter erfasst, die mit der Regelungseinrichtung verbunden sind, und ein Auslass-Regelventil, das von der Regelungseinrichtung gesteuert wird und mit der Atmosphäre des Behälters verbunden ist, um daraus auf Anweisung der Regelungseinrichtung überschüssiges Gas abzuziehen.
– Der zweite Kreis enthält eine Einpresseinrichtung, die den Injektor speist, und die Steuerungs- und Regelungsmittel umfassen eine Regelungseinrichtung, die mit der Einpresseinrichtung elektrisch oder pneumatisch verbunden ist, um ihr ein Einpress-Regelsignal zu übermitteln.
– Der in etwa konstant gehaltene Überdruck ist im Bereich von 10 mbar bis 3 bar enthalten.
– Der Überdruck hat einen Wert von ungefähr 50 mbar.
– Die Steuerungs- und Regelungsmittel umfassen ein tariertes Sicherheitsventil, das an das obere Ende des Behälters angeschlossen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervorgehen, die als nicht beschränkendes Beispiel gegeben ist und in der einzigen beigefügten Figur veranschaulicht ist, die einen Plan einer Anlage gemäß der Erfindung zeigt.
Die auf diesem Plan dargestellte Anlage ist eine Anlage zur Übertragung von Stickstoff oder von einem anderen Inertgas oder/und von Kohlendioxid im gasförmigen Zustand in eine wässrige Flüssigkeit, beispielsweise ein Flüssignahrungsmittel, die bzw. das dafür bestimmt ist, als Getränk zu dienen. Bei einer derartigen Anwendung auf dem Gebiet der Nahrungsmittel ist das Gas zuvor gefiltert und sterilisiert worden ist, beispielsweise durch das Verfahren der französischen Patentanmeldung, die unter der Nummer 2 774 006 veröffentlicht worden ist.
Diese Anlage weist einen ersten Kreis 1 auf, der in Strömungsrichtung Folgendes enthält: eine Transportpumpe 11, deren Einlass mit der zu beaufschlagenden Flüssigkeit, hier genauer mit der mit Gas zu sättigenden oder zu übersättigenden Flüssigkeit, gespeist wird, eine Einfüllleitung 12, deren vorderes Ende an den Auslass der Pumpe angeschlossen ist, ein Ventil 13, das in die Einfüllleitung eingefügt ist, um die Ausbringung in diese Leitung zuzulassen oder zu unterbinden, und einen Volumen-Zwischenspeicher, der einen Vorratsbehälter 14 bildet, in den das unterstromige Ende der Leitung 12 mündet.
Die Anlage weist einen zweiten Kreis 2 auf, der mit Inertgas wie etwa Stickstoff oder/und Kohlendioxid unter Druck im gasförmigen Zustand gespeist wird. Dieser Kreis 2 weist als Auslass eine Einpressanlage auf, die eine Einpresseinrichtung 21 umfasst, wie etwa jene, die unter der Bezeichnung „Coffret d'injection Carb'Eco" von der Firma „Carboxyque Française" vermarktet wird, die einen Auslass-Injektor 22 mit Rückschlagventil speist, der in eine Zone mündet, die sich zwischen der Transportpumpe 11 und dem Ventil 13 der mittels der Pumpe unter Druck gesetzten Einfüllleitung 12 befindet. Die Einpresseinrichtung 21 ist mit der Pumpe 11 elektrisch verbunden, um von dieser ein Einpress-Freigabesignal zu empfangen, das die Einpresseinrichtung mit der Pumpe derart steuert, dass das Einpressen des Gases insbesondere im Falle eines Funktionsausfalls der Pumpe unterbrochen wird.
Die Anlage weist außerdem Folgendes auf: Mittel 3 zum Steuern und Regeln der Sättigung oder der Übersättigung der Flüssigkeit mit Gas, die eine Regelungseinrichtung 31, wie etwa jene, die unter der Bezeichnung „Coffret de régulaton Carb'Eco" von der Firma „Carboxyque Française" vermarktet wird, umfassen; einen Druck-Messwertgeber 32, der über einen Stutzen 321 mit dem oberen Ende des Zwischenbehälters 14 verbunden ist, um dort den Gasdruck zu messen, und der mit der Regelungseinrichtung 31 elektrisch verbunden ist, um ihr ein Signal, das dem gemessenen Druck entspricht, zu übermitteln; einen Füllstandsanzeiger 33, der den Füllstand des Produktes, das aus der mit Gas gesättigten oder übersättigten Flüssigkeit besteht, in dem Behälter erfasst und ebenfalls mit der Regelungseinrichtung 31 elektrisch verbunden ist, um ihr ein Signal, das dem gemessenen Füllstand entspricht, zu übermitteln; ein Auslass-Regelventil 34, das über eine Leitung 341 mit dem oberen Ende des Behälters verbunden ist, um das überschüssige Gas abzuführen, und das mittels eines elektrischen Leiters 342 mit der Regelungseinrichtung 31 verbunden ist, um von dieser ein Druckregelungssignal zu empfangen; und ein tariertes Sicherheitsventil 35, das über eine Leitung 351 ebenfalls an das obere Ende des Behälters angeschlossen ist, um im Fall einer Funktionsstörung der Regelung das überschüssige Gas nach außen abzuführen.
Die Regelungseinrichtung 31 ist außerdem elektrisch oder pneumatisch einerseits mit der Einpresseinrichtung 21 verbunden, um ihr ein Einpress-Regelsignal in Abhängigkeit von dem Signal des gemessenen Drucks zu übermitteln, und andererseits mit der Pumpe 11, um ihr ein Füllstandsregelsignal zu übermitteln, das geeignet ist, die Förderleistung der Pumpe in Abhängigkeit von den Schwankungen des Pegels des gesättigten oder übersättigten flüssigen Produktes in dem Behälter zu modifizieren.
Die Anlage weist außerdem Abfüllmittel 4 auf, um auf Anforderung flüssiges Produkt aus dem Behälter zu entnehmen, um dieses flüssige Produkt in Verpackungen zu überführen. Diese Abfüllmittel weisen mindestens eine Abfüllleitung 41 auf, in die mindestens ein nicht dargestelltes Abfüllsteuerventil eingefügt ist.
Bei dieser Anlage wird die Flüssigkeit, welche die Pumpe 11 speist, von dieser unter Druck in der Einfüllleitung 12 in Umlauf gebracht, während das Gas, das die Einpresseinrichtung 21 speist, in Richtung des Injektors 22 in Umlauf gebracht wird, durch den es im gasförmigen Zustand in die Einpresszone der Leitung 12 eingepresst wird, um die diese Leitung durchströmende Flüssigkeit mit Gas zu sättigen oder zu übersättigen.
Wenn das Ventil 13 geöffnet ist, wird das Produkt, das aus der mit Gas gesättigten oder übersättigten Flüssigkeit besteht, in den Zwischenbehälter 14 übertragen, wo es durch eine entsprechende Bedienung der Pumpe 11 auf einem festgelegten, in etwa konstanten Füllstand gehalten wird, der ständig von dem Füllstandsanzeiger 33 überprüft wird, derart, dass der Behälter nie vollgefüllt ist und oberhalb der freien Oberfläche des flüssigen Produktes eine Atmosphäre vorhanden ist, die Gas im gasförmigen Zustand, das anfangs in die Flüssigkeit eingebracht worden war und das bei der Wiederherstellung des Gleichgewichts des ursprünglich die Flüssigkeit sättigenden oder übersättigenden Gases in wechselseitiger Beziehung mit dem Partialdruck dieses Gases in der Zwischenspeicherkapazität und seinem in der Flüssigkeit gelösten Anteil desorbiert worden ist, enthält. Diese aus Inertgas wie etwa Stickstoff oder/und Kohlendioxid im gasförmigen Zustand bestehende Atmosphäre wird durch die Regelungseinrichtung 31 mittels des Auslass-Regelventils 34, welches das überschüssige Gas aus der Anhage nach außen ableitet, auf einem festgelegten, in etwa konstanten Überdruck gehalten, der ständig von dem Druck-Messwertgeber 32 überprüft wird. Falls jedoch der Überdruck trotz der Regelung über einen bestimmten Schwellenwert jenseits des von den Steuerungs- und Regelungsmitteln festgelegten Überdrucks ansteigt, öffnet sich das tarierte Sicherheitsventil 35 und führt den Gasüberschuss selbsttätig aus der Anlage nach außen ab.
Auf diese Weise mischt man der Flüssigkeit, die in der Einfüllleitung 12 in Umlauf ist, das Inertgas oder/und das Kohlendioxid im gasförmigen Zustand bei und erzeugt ein Produkt, das aus der an Gas gesättigten oder übersättigten Flüssigkeit besteht, die man in dem Zwischenbehälter 14 speichert. Diesen Zwischenbehälter füllt man jedoch nur teilweise, bis zu einem festgelegten Füllstand, der in etwa konstant gehalten wird, indem auf den Durchsatz der Leitung 12 eingewirkt wird. Oberhalb der freien Oberfläche des Produktes, das aus der an Gas gesättigten oder übersättigten Flüssigkeit besteht, erhält man eine Atmosphäre, die aus Gas besteht, das aus der Desorption des zuvor in die Leitung 12 eingepressten und der Flüssigkeit beigemischten Gases resultiert. Diese Gasatmosphäre hält man auf einem festgelegten, in etwa konstanten Überdruck, und man überführt auf Anforderung flüssiges Produkt aus dem Behälter 14 in eine oder mehrere offene Verpackungen, die dem Luftdruck ausgesetzt sind, wobei in dem Behälter der festgelegte Füllstand und der festgelegte Druck beibehalten werden, um die Verpackungen teilweise mit dem Produkt zu befüllen. Danach werden die Verpackungen hermetisch verschlossen und man erhält in diesen Verpackungen eine Gasatmosphäre mit einem Überdruck ähnlich dem vorerwähnten festgelegten Überdruck.
Die Wahl der Gasmenge, die man in die Leitung 12 einpresst, ist durch die Notwendigkeit, die Flüssigkeit mit dem gewünschten und festgelegten konstanten Überdruck in der Atmosphäre des Behälters 14 zu sättigen oder zu übersättigen, bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Druck P des Gases in der Atmosphäre des Behälters und der Konzentration x des Gases in der Flüssigkeit ist bei einer gegebenen Temperatur durch das Henrysche Gesetz bestimmt, wonach P = H.xist, wobei H ein jedem Gas eigener Koeffizient ist, der so genannte „Henry-Koeffizient".
In dem Fall des oben beschriebenen und dargestellten Beispiels, das jenes eines Flüssignahrungsmittels ist, presst man in die Leitung 12 mittels eines Injektors 22 Stickstoff oder/und Kohlendioxid im gasförmigen Zustand ein, um in der Atmosphäre des Behälters 14 einen konstanten Überdruck mit einem Wert zu erzielen, der vorzugsweise im Bereich von 10 mbar bis 3 bar enthalten ist, beispielsweise von im Wesentlichen 50 mbar, was ermöglicht, einen Überdruck mit einem Wert zu erzielen, der jenem in den Verpackungen ähnlich ist. Durch dieses Einpressen von Stickstoff oder/und von Kohlendioxid wird nicht nur die Verpackung samt Inhalt versteift, sondern außerdem wird die Sauerstoffmenge in Kontakt mit dem Produkt wesentlich verringert, und auf diese Weise wird die Gefahr der Oxydation des Produktes herabgesetzt. Außerdem ist die Anlage gemäß der Erfindung kostengünstig, wobei, verglichen mit dem Stand der Technik und den derzeitigen Kosten, die Kosten einer solchen Anlage ungefähr ein Fünftel oder ein Sechstel der Kosten einer herkömmlichen Anlage betragen, mit der flüssiger Stickstoff in die Verpackungen eingebracht wird, bevor sie hermetisch verschlossen werden.

Claims

Verfahren zum Verpacken eines flüssigen Produktes in mindestens eine Verpackung, dadurch gekennzeichnet, dass einer Flüssigkeit ein Inertgas, wie etwa Stickstoff, oder/und Kohlendioxid im gasförmigen Zustand beigemischt wird, um ein Produkt entstehen zu lassen, das aus der mit Gas gesättigten oder übersättigten Flüssigkeit besteht; dieses Produkt in einem Zwischenbehälter (14) gespeichert wird, der teilweise, bis zu einem festgelegten Füllstand, mit dem Produkt befüllt wird; dieser Füllstand in etwa konstant gehalten wird, und sich über diesem Füllstand eine Atmosphäre aus dem Gas im gasförmigen Zustand, die auf die Sättigung oder die Übersättigung der Flüssigkeit zurückzuführen ist, mit einem in etwa konstanten Überdruck, der festgelegt ist, befindet; auf Anforderung das Produkt aus dem Zwischenbehälter in die Verpackung überführt wird, die dem Luftdruck ausgesetzt ist, wobei in dem Zwischenbehälter der festgelegte Füllstand und der festgelegte Überdruck beibehalten werden, um die Verpackung teilweise mit dem Produkt zu befüllen, wonach die Verpackung hermetisch verschlossen wird; und dadurch, dass auf diese Weise in der Verpackung eine Gasatmosphäre aus dem Gas mit einem Druck erhalten wird, dessen Wert etwa gleich jenem der Atmosphäre des Zwischenbehälters (14) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Überdruck der Gasatmosphäre in dem Zwischenbehälter (14) den festgelegten Überdruck erreicht, das überschüssige Gas abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass, um der Flüssigkeit das Inertgas oder/und das Kohlendioxid im gasförmigen Zustand beizumischen, dieses Gas in die Flüssigkeit eingepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck in der Atmosphäre des Zwischenbehälters (14) auf einen Wert geregelt wird, der im Bereich von 10 mbar bis 3 bar enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck auf einen Wert von ungefähr 50 mbar geregelt wird.
Anlage zum Verpacken eines flüssigen Produktes in mindestens eine Verpackung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: einen ersten Kreis (1), wobei in dem mindestens einem Teil davon eine Flüssigkeit in Umlauf gebracht wird; einen zweiten Kreis (2), wobei in mindestens einem Teil davon ein Inertgas, wie etwa Stickstoff, oder/und Kohlendioxid unter Druck im gasförmigen Zustand in Umlauf gebracht wird, und der als Auslass einen Injektor (22) aufweist, der in eine Einpresszone des ersten Kreises mündet, um ein Produkt entstehen zu lassen, das aus der mit Gas gesättigten oder übersättigten Flüssigkeit besteht; wobei der erste Kreis (1) Folgendes umfasst: einen Zwischenbehälter, in den das Produkt eingebracht wird, Mittel, um einen festgelegten Füllstand der Flüssigkeit in diesem Zwischenbehälter aufrechtzuerhalten, Steuerungs- und Regelungsmittel (3), um in dem Zwischenbehälter einen Überdruck, der auf die Sättigung oder die Übersättigung der Flüssigkeit zurückzuführen ist, auf einem festgelegten und etwa konstanten Wert zu halten, und Mittel (4) zum Abziehen des Behälters, um aus diesem das Produkt in die Verpackung zu überführen, um die Verpackung teilweise mit dem Produkt zu befüllen, derart, dass die Verpackung teilweise mit dem Produkt befüllt wird, und derart, dass, in der Verpackung, nachdem sie hermetisch verschlossen worden ist, eine Gasatmosphäre aus dem Gas mit einem Druck erhalten wird, dessen Wert jenem der Atmosphäre des Zwischenbehälters (14) etwa gleich ist.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kreis (1) eine Transportpumpe (11), deren Einlass mit der mit Gas zu sättigenden oder zu übersättigenden Flüssigkeit gespeist wird, um diese Flüssigkeit in Umlauf zu bringen, und eine Einfüllleitung (12), deren vorderes Ende an den Auslass der Pumpe angeschlossen ist, umfasst, wobei ein Injektor, der dem zweiten Kreis (2) angehört, hinter der Pumpe (11) in die Leitung (2) mündet, um in diesen das Gas unter Druck im gasförmigen Zustand einzupressen.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Regelungsmittel (3) eine Regelungseinrichtung (31), einen Druck-Messwertgeber (32), der den Druck des Gases in der Atmosphäre des Behälters (14) misst, und einen Füllstandsanzeiger (33), der den Füllstand des Produktes in dem Behälter (14) erfasst, die mit der Regelungseinrichtung verbunden sind, und ein Auslass-Regelventil (34), das von der Regelungseinrichtung (31) gesteuert wird und mit der Atmosphäre des Behälters (14) verbunden ist, um daraus auf Anweisung der Regelungseinrichtung überschüssiges Gas abzuziehen, umfassen.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kreis (2) eine Einpresseinrichtung (21), die den Injektor (22) speist, umfasst und die Steuerungs- und Regelungsmittel (3) eine Regelungseinrichtung (31) umfassen, die mit der Einpresseinrichtung elektrisch oder pneumatisch verbunden ist, um ihr ein Einpress-Regelsignal zu übermitteln.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der in etwa konstant gehaltene Überdruck im Bereich von 10 mbar bis 3 bar enthalten ist.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck einen Wert von ungefähr 50 mbar hat.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Regelungsmittel (3) ein tariertes Sicherheitsventil (35) umfassen, das an das obere Ende des Behälters (14) angeschlossen ist.