EP2184257A1 - Heißabfüllanlage mit Wärmerückgewinnung - Google Patents

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EP2184257A1
EP2184257A1 EP09174042A EP09174042A EP2184257A1 EP 2184257 A1 EP2184257 A1 EP 2184257A1 EP 09174042 A EP09174042 A EP 09174042A EP 09174042 A EP09174042 A EP 09174042A EP 2184257 A1 EP2184257 A1 EP 2184257A1
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EP
European Patent Office
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liquid
heat
heat exchanger
bottles
distributor
Prior art date
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Application number
EP09174042A
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English (en)
French (fr)
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EP2184257B1 (de
Inventor
Danilo Schulz
Torsten Runge
Volker Richter
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Publication date
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Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Priority to PL09174042T priority Critical patent/PL2184257T3/pl
Publication of EP2184257A1 publication Critical patent/EP2184257A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/04—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus without applying pressure
    • B67C3/045—Apparatus specially adapted for filling bottles with hot liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/14—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure specially adapted for filling with hot liquids

Definitions

  • the invention relates to a hot filling plant for a liquid, in particular a beverage, with heat recovery, with a heat exchanger for preheating the liquid to a first temperature; a heater downstream of the heat exchanger for heating the liquid to a second temperature higher than the first temperature; with a first distributor connected downstream of the heater for dividing the liquid into, for example, a portion to be filled into bottles, jars, bags or the like and a portion attributable to the inlet of the heat exchanger; with a bottle filler connected downstream of the first distributor for filling the liquid in bottles; and with a first distributor downstream of the recooler for cooling the portion to be recycled.
  • the hot filling after pasteurization, z. B. in a short-term heater, is a proven method to fill drinks durable in bottles or bags.
  • the untreated drink is usually preheated, degassed and then pasteurized.
  • z. B. After bottling, z. B. at 85 ° C, the filled bottles in a bottle cooling by means of a coolant flow, z. B. by sprinkling, suitable for further processing temperature of z. B. 30 ° C cooled.
  • piggable Pasteurstrom with continuous vacuum degassing, liquid fruit, 8/2002, 508-510 is known to cool down in the hot filling of beverages, especially at a standstill of the bottle filler, already pasteurized liquid in a recooler and a buffer of untreated Re-mix liquid.
  • the withdrawn the filled bottles or bags heat is z. B. passed into a heat exchanger for preheating the liquid to be treated.
  • the heat removed during the re-cooling of the unfilled liquid is disposed of in known hot filling plants in a cooling tower and is an energy loss to book. This is also to be considered in trouble-free normal operation when a certain proportion of the heated, not yet bottled liquid is recooled and the untreated liquid is mixed again to stabilize the operation of the system.
  • the invention has the object of the reason to reduce the energy loss during hot filling in comparison to the known systems.
  • the liquid can be preheated with heat obtained during the re-cooling and the energy losses can be reduced.
  • the first distributor directs the liquid at a standstill of the bottle filler substantially completely through the recooler. This maximizes the amount of energy available for recovery.
  • the hot filling plant comprises a second distributor which adjusts the portion of the heat transport medium to be fed from the recooler into the heat exchanger.
  • the heat output to be transmitted can be metered in a targeted manner.
  • the first distributor divides the liquid during operation of the bottle filler so that the proportion attributable to 10 - 15% of the portion to be filled. This ensures a stable control of the system.
  • the hot filling plant further comprises a bottle cooler for cooling the filled bottles, the return of which is connected to the flow of the heat exchanger, to heat energy from the bottle cooler to the heat exchanger transfer.
  • a bottle cooler for cooling the filled bottles, the return of which is connected to the flow of the heat exchanger, to heat energy from the bottle cooler to the heat exchanger transfer.
  • the H fostab garllstrom further comprises a third manifold, the heat transfer means from the return of the bottle cooler optionally passes into the heat exchanger or the flow of the bottle cooler.
  • the amount of heat recovered can be selectively controlled or the heat transport medium can be circulated as needed.
  • the third distributor directs the heat transfer agent from the return of the bottle cooler in the flow of the bottle cooler when no bottles are cooled in the bottle cooler. This delays unwanted cooling of the bottle cooler.
  • the flow temperature of the heat exchanger 50 - 80 ° C. This allows a particularly effective heat recovery.
  • the underlying object is further achieved by a method for hot filling of liquids according to claim 9.
  • the liquid is preheated with heat energy recovered by re-cooling the portion to be recycled.
  • the portion to be returned is set to be 10 to 15% of the portion to be filled during bottling. This ensures a stable control of the system.
  • the liquid is completely returned at an interruption of the bottling. This maximizes the amount of energy available for recovery.
  • the method further comprises the steps of: cooling the filled bottles; and preheating the liquid with heat energy recovered as the bottles cool.
  • the released during cooling heat energy can be recovered and used again to heat the liquid.
  • the liquid is preheated with thermal energy obtained as the bottles cool and with thermal energy recovered upon cooling.
  • thermal energy obtained as the bottles cool and with thermal energy recovered upon cooling.
  • the thermal energy obtained during cooling of the bottles is only used for preheating the liquid as long as bottles are cooled. This avoids that a device used for bottle cooling cools down quickly.
  • FIG. 1 schematically shows a hot filling plant 1 for a liquid 2, in particular for a drink.
  • the dashed arrows indicate the flow direction of the liquid 2 again
  • the solid arrows indicate the flow direction of a heat transfer medium 3, such. B. water.
  • the hot filling plant 1 accordingly comprises a collecting container 4 for temporarily storing the liquid 2 to be treated and to be filled, which in turn comprises a heat exchanger 6, a preheater 8, a heater 10 and a first adjustable three-way distributor 12 having an inlet 12a and two exits 12b and 12c are connected downstream.
  • the heat exchanger 6 comprises an inlet 6a and an outlet 6b for the liquid 2 and a flow 6b and a return 6c for the heat transport medium 3 and preheats the liquid 2 to a preheating temperature T V , the z. B. is required for a conventional degassing of the liquid in a (not shown) degassing.
  • the preheater 8 the liquid 2 additionally pre-heated, for. B. inadequate heat output of the heat exchanger 6 or during startup of the system. 1
  • the liquid 2 is heated to a treatment temperature T B which is higher than the preheating temperature T V.
  • the first distributor 12 divides the liquid 2 flowing out of the heater 10 into a portion F A to be filled and a portion F R attributable to the product circuit or collecting container 4.
  • the output 12b of the first distributor 12 is followed by a bottle filler 14, which fills the liquid component F A into bottles 16.
  • the output 12c is followed by a recooler 18 having an inlet 18a and an outlet 18b for the liquid 2, as well as a feed 18c and a return 18d for the heat transporting means 3.
  • the outlet 18b of the recooler 18 leads back to the collecting container 4.
  • the recooler 18 forms with a second adjustable three-way manifold 20, the heat exchanger 6 and a first cooling tower 22, a first heat transfer medium circuit 24.
  • the input 20a of the second manifold 20 is fed from the return 18 d of the recooler 18 and divides the flow of the heat transfer medium 3 in a share W E for external heat disposal in the first cooling tower 22 and a share W R for heat recovery in the heat exchanger 6. Accordingly, an output 20b of the second distributor 20 is connected to the flow of the first cooling tower 22, the other output 12c to the flow 6c of the heat exchanger 6.
  • the hot filling plant 1 further comprises a bottle cooler 28 for cooling the filled bottles 16.
  • This comprises a supply line 28c and a return line 28d for the heat transporting means 3 and forms with a third adjustable three-way distributor 30, the heat exchanger 6 and a second cooling tower 32, a second heat transfer medium circuit 34.
  • the input 30a of the third distributor 30 is fed from the return line 28d of the bottle cooler 28 and passes the heated in the bottle cooler 28 heat transport means 3 in a first position via the output 30b to the flow 6c of the heat exchanger 6 to heat energy from the bottle cooler 28 for Heat exchanger 6 to transfer.
  • the third distributor 30 short-circuits the flow 28c and the return 28d of the bottle cooler 28 via the outlet 30c.
  • the liquid 2 is z.
  • a drink e.g. Water, milk, juice, beer, lemonade or any other liquid that is treated by heat and filled in the heated state.
  • the liquid may include an emulsion, suspension and / or a foam.
  • the heat exchanger 6 may, for. Example, be a conventional plate or tubular heat exchanger and is preferably operated at a flow temperature of 50 to 80 ° C.
  • both heat transport medium circuits 24 and 34 are in each case connected in parallel to the supply line 6c and the return line 6d.
  • the circuits could also be separated from each other, z. B. by check valves, by a separate flow and return 6c, 6d for each circuit or by a two-stage design of the heat exchanger 6. It is crucial that both circuits 24, 34 used for preheating the liquid 2 and can be combined and optimized if necessary , Likewise, the cooling towers 22 and 32 or their cooling capacity and the respective volume flows could deviate from FIG. 1 be interconnected or regulated, as long as they fulfill the function described.
  • the preheater 8 may, for. B. be heated with steam.
  • the heater 10 is, for example, a conventional, steam-operated, short-lived, heat-retaining heater in which the liquid 2 to be treated is kept at the treatment temperature T B for a certain duration, e.g. B. for pasteurization.
  • the heater 10 may include a correction cooler (not shown) to adjust the treated liquid 2 to a suitable temperature for bottling, such as a bottle. B. 85 ° C, adjust.
  • the amount of heat withdrawn from the liquid 2 is returned as far as possible to the inlet of the heater 10 in order to heat the inflowing liquid 2.
  • the distributor 12 is z. B. an electrically controlled mixing valve, with which the liquid fractions F R and F A can be graded as finely as possible in relation to each other or continuously changed as can also be adjusted so the liquid 2 is conducted exclusively to the bottle filler 14 or to the recooler 18.
  • the bottle filler 14 fills the heated liquid 2 supplied to it continuously in bottles 16 in a conventional manner.
  • the bottles 16 may, for. B. made of glass or plastic.
  • other containers such. B. bag, to be filled.
  • the filled bottles 16 are in the bottle cooler 28 z. B. by sprinkling with water to a temperature suitable for further processing, such. B. 30 ° C, cooled.
  • the bottle cooler 28 may, for. B. be designed as a multi-stage cooling tunnel.
  • the bottle cooler 28 is designed so that the highest possible return temperature is achieved, for. B. in the range of 50 to 80 ° C to optimize the efficiency of heat recovery at the heat exchanger 6. This can be z. B. by a suitable design of individual cooling stages of the cooling tunnel and / or by increasing the residence time of the bottles 16 in the bottle cooler 28 or by reducing the volume flow of the heat transfer medium 3 through the bottle cooler 28th
  • the third distributor 30 is preferably an electrically controlled switching valve that either passes the heated heat transfer medium 3 flowing out of the return 28d of the bottle cooler 28 completely to the inlet 6c of the heat exchanger 6 or, in short-circuit operation, returns it to the inlet 28c of the bottle cooler 28.
  • the short-circuit operation prevents or delays the cooling of the bottle cooler 28 if temporarily no filled bottles 16 arrive at the bottle cooler 28.
  • the third distributor 30 could also be designed as a mixing valve.
  • the recooler 18 is preferably designed so that the highest possible return temperature is achieved, for. B. 50 - 80 ° C in order to achieve the highest possible efficiency of heat recovery at the heat exchanger 6.
  • the liquid 2 is intended to be cooled approximately to the temperature of the untreated liquid 2, for example to a temperature of about 20-40 ° C, before it mixes in the collecting container 4 with untreated liquid 2.
  • liquid 2 is continuously passed through the heat exchanger 6 and thereby heated to a preheating temperature T V. If the heat output of the heat exchanger 6 is insufficient, the liquid 2 in the preheater 8 is additionally heated up to the temperature T V.
  • the liquid 2 is then z. B. by a (not shown) vacuum degassing and / or other processes and passed to the heater 10. In this, the liquid 2 z. B. for pasteurization for a certain period of time to a treatment temperature T B , where: T B > T V.
  • a portion F A of the treated liquid 2 is passed into the bottle filler 14 and bottled in this at a temperature of preferably 80-90 ° C in bottles 16.
  • the remaining portion F R of the treated liquid 2 is passed into the recooler 18, cooled in this to 20 - 40 ° C and returned to the sump 4.
  • the proportionate return of the liquid 2 in normal operation ensures stable operation of the filling plant. In this way, z. Example, be avoided that liquid 2 due to lack of sterility in a delayed filling must be discarded.
  • the ratio F R / F A is 0.05 - 0.2 in normal operation.
  • a ratio F R / F A of 0.1-0.15 is preferred.
  • the ratio of the heat transfer medium circuits 24 and 34 respectively at the returns 18d and 28d available heat outputs in normal operation corresponds approximately to the ratio F R / F A.
  • the heat recovery in the bottle cooler 28 and in the recooler 18, or in the heat medium circuits 34 and 24, can be combined to minimize the energy losses of the filling system 1 in normal operation and / or to optimize their control.
  • the entire heated liquid 2 is possible under the conditions of normal operation to cycle in order to continue the filling process quickly.
  • FIG. 2 shows the potential for energy recovery in the circuits 24 and 34 available heat output during operation B and during a temporary stoppage S of the bottle filler 14. In normal operation are each substantially constant in time amounts of heat from the circuits 24 and 34 are available.
  • the entire liquid 2 is passed from the first manifold 12 in the recooler 18 and cooled in this approximately to the starting temperature of the untreated liquid 2.
  • the heat output available at the return 18d of the recooler 18 increases until it corresponds to the output of the bottle cooler 14 during normal operation.
  • the third distributor 30 closes the supply line 28 c and the return line 28 d of the bottle cooler 28 at the instant S 'and at the same time prevents the supply 28 c from the second cooling tower 32 from being fed.
  • the heat output available overall on the heat exchanger 6 may temporarily fall below a minimum value necessary for preheating the liquid 2, so that additional heat output must be applied by the preheater 8 for this purpose.
  • the liquid 2 can be preheated mainly by recovered energy and additional, external energy input compared to conventional systems can be significantly reduced.

Landscapes

  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
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  • Coating With Molten Metal (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heißabfüllanlage (1) für eine Flüssigkeit, mit Wärmerückgewinnung, sowie ein entsprechendes Verfahren, wobei die Flüssigkeit (2) vor der Erhitzung und Abfüllung zunächst in einem Wärmetauscher (6) vorgewärmt wird. Ein Teil (F R ) der erhitzten, abzufüllenden Flüssigkeit wird in einem Rückkühler (18) wieder abgekühlt und im Kreislauf zurückgeführt. Dabei ist der Rücklauf (18d) des Rückkühlers mit dem Vorlauf (6c) des Wärmetauschers verbunden, um Wärmeenergie vom Rückkühler zum Wärmetauscher zu übertragen. Dies verringert Energieverluste im Vergleich zu bekannten Anlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heißabfüllanlage für eine Flüssigkeit, insbesondere ein Getränk, mit Wärmerückgewinnung, mit einem Wärmetauscher zum Vorwärmen der Flüssigkeit auf eine erste Temperatur; mit einen dem Wärmetauscher nachgeschalteten Erhitzer zum Erhitzen der Flüssigkeit auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur; mit einem dem Erhitzer nachgeschalteten ersten Verteiler zum Aufteilen der Flüssigkeit in beispielsweise einen in Flaschen, Gläser, Tüten oder ähnlich abzufüllenden Anteil und einen zum Eingang des Wärmetauschers zurückzuführenden Anteil; mit einen dem ersten Verteiler nachgeschalteten Flaschenfüller zum Abfüllen der Flüssigkeit in Flaschen; und mit einem dem ersten Verteiler nachgeschalteten Rückkühler zur Kühlung des zurückzuführenden Anteils.
  • Die Heißabfüllung nach Pasteurisierung, z. B. in einem Kurzzeiterhitzer, ist ein bewährtes Verfahren, um Getränke haltbar in Flaschen oder Beutel abzufüllen. Das unbehandelte Getränk wird in der Regel vorgewärmt, entgast und anschließend pasteurisiert. Nach der Abfüllung, z. B. bei 85°C, werden die befüllten Flaschen in einer Flaschenkühlung mit Hilfe eines Kühlmittelstroms, z. B. durch Berieselung, auf eine zur Weiterverarbeitung geeignete Temperatur von z. B. 30°C abgekühlt.
  • Aus T. Herty: Molchbare Pasteuranlage mit kontinuierlicher Vakuumentgasung, Flüssiges Obst, 8/2002, 508-510 ist bekannt, bei der Heißabfüllung von Getränken, insbesondere bei einem Stillstand des Flaschenfüllers, bereits pasteurisierte Flüssigkeit in einem Rückkühler abzukühlen und über einen Puffer der unbehandelten Flüssigkeit wieder beizumischen.
  • Aus der DE 10 2005 053 005 A1 ist es zudem bekannt, heiß abgefüllte Getränkebeutel durch einen Kühlmittelstrom abzukühlen und den Kühlmittelstrom so im Kreislauf zu führen, dass die aufgenommene Wärme wieder an das zu erhitzende Getränk abgegeben wird.
  • Die den befüllten Flaschen oder Beuteln entzogene Wärme wird z. B. in einen Wärmetauscher zum Vorwärmen der zu behandelnden Flüssigkeit geleitet. Dagegen wird die bei der Rückkühlung der nicht abgefüllten Flüssigkeit entzogene Wärme bei bekannten Heißabfüllanlagen in einem Kühlturm entsorgt und steht als Energieverlust zu Buche. Dies ist auch im störungsfreien Normalbetrieb zu berücksichtigen, wenn ein bestimmter Anteil der erhitzten, noch nicht abgefüllten Flüssigkeit rückgekühlt und der unbehandelten Flüssigkeit wieder beigemischt wird, um den Betrieb der Anlage zu stabilisieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grund, den Energieverlust bei der Heißabfüllung im Vergleich zu den bekannten Anlagen zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Heißabfüllanlage nach Anspruch 1 gelöst. Demnach ist der Rücklauf des Rückkühlers mit dem Vorlauf des Wärmetauschers verbunden, um Wärmeenergie vom Rückkühler zum Wärmetauscher zu übertragen.
  • Dadurch kann die Flüssigkeit mit bei der Rückkühlung gewonnener Wärme vorgewärmt und die Energieverluste verringert werden.
  • Vorzugsweise leitet der erste Verteiler die Flüssigkeit bei einem Stillstand des Flaschenfüllers im Wesentlichen vollständig durch den Rückkühler. Dadurch wird die für die Rückgewinnung verfügbare Energiemenge maximiert.
  • Vorzugsweise umfasst die Heißabfüllanlage einen zweiten Verteiler, der den aus dem Rückkühler in den Wärmetauscher einzuspeisenden Anteil des Wärmetransportmittels einstellt. Dadurch kann die zu übertragende Wärmeleistung gezielt dosiert werden.
  • In weiterer vorzugsweiser Ausgestaltung der Erfindung teilt der erste Verteiler die Flüssigkeit bei Betrieb des Flaschenfüllers so auf, dass der zurückzuführende Anteil 10 - 15 % des abzufüllenden Anteils beträgt. Dadurch lässt sich eine stabile Regelung der Anlage sicherstellen.
  • Vorzugsweise umfasst die Heißabfüllanlage ferner einen Flaschenkühler zum Abkühlen der gefüllten Flaschen, dessen Rücklauf mit dem Vorlauf des Wärmetauschers verbunden ist, um Wärmeenergie vom Flaschenkühler zum Wärmetauscher zu übertragen. Dadurch kann die beim Abkühlen frei werdende Wärmeenergie zurück gewonnen und zur Erwärmung der Flüssigkeit erneut genutzt werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Heißabfüllanlage ferner einen dritten Verteiler, der Wärmetransportmittel aus dem Rücklauf des Flaschenkühlers wahlweise in den Wärmetauscher oder den Vorlauf des Flaschenkühlers leitet. Dadurch kann die zurück gewonnene Wärmemenge gezielt gesteuert werden bzw. das Wärmetransportmittel bei Bedarf im Kreis gefahren werden.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn der dritte Verteiler das Wärmetransportmittel aus dem Rücklauf des Flaschenkühlers in den Vorlauf des Flaschenkühlers leitet, wenn keine Flaschen im Flaschenkühler gekühlt werden. Dadurch wird ein ungewolltes Auskühlen des Flaschenkühlers verzögert.
  • Vorzugsweise beträgt die Vorlauftemperatur des Wärmetauschers 50 - 80°C. Dies ermöglicht eine besonders effektive Wärmerückgewinnung.
  • Die zu Grunde liegende Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren zur Heißabfüllung von Flüssigkeiten nach Anspruch 9 gelöst. Demnach wird die Flüssigkeit mit beim Rückkühlen des zurückzuführenden Anteils gewonnener Wärmeenergie vorgewärmt.
  • Vorzugsweise wird der zurückzuführende Anteil so eingestellt wird, dass er während der Flaschenabfüllung 10 - 15 % des abzufüllenden Anteils beträgt. Dadurch lässt sich eine stabile Regelung der Anlage sicherstellen.
  • Vorzugsweise wird die Flüssigkeit bei einer Unterbrechung der Flaschenabfüllung vollständig zurückgeführt. Dadurch wird die für die Rückgewinnung verfügbare Energiemenge maximiert.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner folgende Schritte: Abkühlen der befüllten Flaschen; und Vorwärmen der Flüssigkeit mit beim Abkühlen der Flaschen gewonnener Wärmeenergie. Dadurch kann die beim Abkühlen frei werdende Wärmeenergie zurück gewonnen und zur Erwärmung der Flüssigkeit erneut genutzt werden.
  • Vorzugsweise wird die Flüssigkeit bei einer Unterbrechung der Flaschenabfüllung mit beim Abkühlen der Flaschen gewonnener Wärmeenergie und mit beim Rückkühlen gewonnener Wärmeenergie vorgewärmt. Dadurch lässt sich eine möglichst gleich bleibende Vorwärmung während der Stillstandszeit gewährleisten bzw. die aus zusätzlichen Wärmequellen beim Vorwärmen einzuspeisende Energie minimieren.
  • Vorzugsweise wird die beim Abkühlen der Flaschen gewonnene Wärmeenergie nur so lange zum Vorwärmen der Flüssigkeit eingesetzt, so lange Flaschen abgekühlt werden. Dadurch wird vermieden, dass sich eine für die Flaschenkühlung verwendete Vorrichtung schnell abkühlt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform ist in der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    Schema einer erfindungsgemäßen Heißabfüllanlage;
    Figur 2
    Schematischer Verlauf der für die Wärmerückgewinnung verfügbaren Wärmeleistung bei einem vorübergehenden Stopp der Flaschenabfüllung.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine Heißabfüllanlage 1 für eine Flüssigkeit 2, insbesondere für ein Getränk. Darin geben die gestrichelten Pfeile die Strömungsrichtung der Flüssigkeit 2 wieder, die durchgezogenen Pfeile die Strömungsrichtung eines Wärmetransportmittels 3, wie z. B. Wasser.
  • Die Heißabfüllanlage 1 umfasst demnach einen Sammelbehälter 4 zum Zwischenspeichern der zu behandelnden und abzufüllenden Flüssigkeit 2, dem der Reihe nach ein Wärmetauscher 6, ein Vorwärmer 8, ein Erhitzer 10 und ein erster verstellbarer Dreiwege-Verteiler 12 mit einem Eingang 12a und zwei Ausgängen 12b und 12c nachgeschaltet sind.
  • Der Wärmetauscher 6 umfasst einen Eingang 6a und einen Ausgang 6b für die Flüssigkeit 2 sowie einen Vorlauf 6b und einen Rücklauf 6c für das Wärmetransportmittel 3 und wärmt die Flüssigkeit 2 auf eine Vorwärmtemperatur TV vor, die z. B. für eine herkömmliche Entgasung der Flüssigkeit in einer (nicht dargestellten) Entgasungsvorrichtung benötigt wird.
  • Bei Bedarf wärmt der Vorwärmer 8 die Flüssigkeit 2 zusätzlich vor, z. B. bei ungenügender Wärmeleistung des Wärmetauschers 6 oder beim Hochfahren der Anlage 1.
  • Im Erhitzer 10 wird die Flüssigkeit 2 auf eine Behandlungstemperatur TB, die höher ist als die Vorwärmtemperatur TV, erwärmt.
  • Der erste Verteiler 12 teilt die aus dem Erhitzer 10 strömende Flüssigkeit 2 in einen abzufüllenden Anteil FA und einen in den Produktkreislauf bzw. den Sammelbehälter 4 zurückzuführenden Anteil FR auf. Entsprechend ist dem Ausgang 12b des ersten Verteilers 12 ein Flaschenfüller 14, der den Flüssigkeitsanteil FA in Flaschen 16 abfüllt, nachgeschaltet. Dem Ausgang 12c ist ein Rückkühler 18 mit einem Eingang 18a und einem Ausgang 18b für die Flüssigkeit 2 sowie einem Vorlauf 18c und einem Rücklauf 18d für das Wärmetransportmittel 3 nachgeschaltet. Der Ausgang 18b des Rückkühlers 18 führt zum Sammelbehälter 4 zurück.
  • Der Rückkühler 18 bildet mit einem zweiten verstellbaren Dreiwege-Verteiler 20, dem Wärmetauscher 6 und einem ersten Kühlturm 22 einen ersten Wärmetransportmittelkreislauf 24. Der Eingang 20a des zweiten Verteilers 20 wird aus dem Rücklauf 18d des Rückkühlers 18 gespeist und teilt den Strom des Wärmetransportmittels 3 in einen Anteil WE zur externen Wärmeentsorgung im ersten Kühlturm 22 und einen Anteil WR zur Wärmerückgewinnung im Wärmetauscher 6 auf. Entsprechend ist ein Ausgang 20b des zweiten Verteilers 20 mit dem Vorlauf des ersten Kühlturms 22, der andere Ausgang 12c mit dem Vorlauf 6c des Wärmetauschers 6 verbunden.
  • Die Heißabfüllanlage 1 umfasst ferner einen Flaschenkühler 28 zum Abkühlen der befüllten Flaschen 16. Dieser umfasst einen Vorlauf 28c und einen Rücklauf 28d für das Wärmetransportmittel 3 und bildet mit einem dritten verstellbaren Dreiwege-Verteiler 30, dem Wärmetauscher 6 und einem zweiten Kühlturm 32 einen zweiten Wärmetransportmittelkreislauf 34. Der Eingang 30a des dritten Verteilers 30 wird dabei aus dem Rücklauf 28d des Flaschenkühlers 28 gespeist und leitet das im Flaschenkühler 28 erwärmte Wärmetransportmittel 3 in einer ersten Stellung über den Ausgang 30b zum Vorlauf 6c des Wärmetauschers 6, um Wärmeenergie vom Flaschenkühler 28 zum Wärmetauscher 6 zu übertragen. In einer zweiten Stellung schließt der dritte Verteiler 30 den Vorlauf 28c und den Rücklauf 28d des Flaschenkühlers 28 über den Ausgang 30c kurz.
  • Die Flüssigkeit 2 ist z. B. ein Getränk, wie z.B. Wasser, Milch, Saft, Bier, Limonade oder eine andere Flüssigkeit, die durch Wärmeeinwirkung behandelt und im erwärmten Zustand abgefüllt wird. Die Flüssigkeit kann eine Emulsion, Suspension und/oder einen Schaum beinhalten.
  • Der Wärmetauscher 6 kann z. B. ein herkömmlicher Platten- oder Röhrenwärmetauscher sein und wird bevorzugt bei einer Vorlauftemperatur von 50 bis 80°C betrieben. In Figur 1 sind beide Wärmetransportmittelkreisläufe 24 und 34 der Übersichtlichkeit halber jeweils parallel mit dem Vorlauf 6c und dem Rücklauf 6d verbunden. Die Kreisläufe könnten jedoch auch voneinander getrennt sein, z. B. durch Rückschlagventile, durch einen separaten Vor- und Rücklauf 6c, 6d für jeden Kreislauf oder durch eine zweistufige Ausführung des Wärmetauschers 6. Entscheidend ist, dass beide Kreisläufe 24, 34 zum Vorwärmen der Flüssigkeit 2 genutzt und bei Bedarf kombiniert und optimiert werden können. Ebenso könnten die Kühltürme 22 und 32 bzw. deren Kühlleistung und die jeweiligen Volumenströme in Abweichung von Figur 1 verschaltet bzw. geregelt sein, solange sie die beschriebene Funktion erfüllen.
  • Der Vorwärmer 8 kann z. B. mit Dampf beheizt werden.
  • Der Erhitzer 10 ist beispielsweise ein herkömmlicher, dampfbetriebener Kurzzeitherhitzer mit Heißhaltestrecke, in dem die zu behandelnde Flüssigkeit 2 für eine bestimmte Dauer auf der Behandlungstemperatur TB gehalten wird, z. B. zur Pasteurisierung. Der Erhitzer 10 kann einen (nicht dargestellten) Korrekturkühler umfassen, um die behandelte Flüssigkeit 2 auf eine für die Flaschenabfüllung geeignete Temperatur, wie z. B. 85°C, einzustellen. Die dabei der Flüssigkeit 2 entzogene Wärmemenge wird möglichst an den Eingang des Erhitzers 10 zurückgeführt, um nachströmende Flüssigkeit 2 zu erhitzen.
  • Der Verteiler 12 ist z. B. ein elektrisch gesteuertes Mischventil, mit dem die Flüssigkeitsanteile FR und FA sowohl im Verhältnis zueinander möglichst fein abgestuft bzw. kontinuierlich verändert werden können als auch so eingestellt werden können, dass die Flüssigkeit 2 ausschließlich zum Flaschenfüller 14 oder zum Rückkühler 18 geleitet wird.
  • Der Flaschenfüller 14 füllt die ihm zugeführte, erhitzte Flüssigkeit 2 in herkömmlicher Weise kontinuierlich in Flaschen 16 ab. Die Flaschen 16 können z. B. aus Glas oder Kunststoff bestehen. Ebenso gut können andere Behälter, wie z. B. Beutel, befüllt werden.
  • Die befüllten Flaschen 16 werden im Flaschenkühler 28 z. B. durch Berieselung mit Wasser auf eine zur Weiterverarbeitung geeignete Temperatur, wie z. B. 30°C, abgekühlt. Der Flaschenkühler 28 kann z. B. als mehrstufiger Kühltunnel ausgebildet sein. Der Flaschenkühler 28 ist so ausgelegt, dass eine möglichst hohe Rücklauftemperatur erzielt wird, z. B. im Bereich von 50 bis 80°C, um den Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung am Wärmetauscher 6 zu optimieren. Dies kann z. B. durch eine geeignete Auslegung einzelner Kühlstufen des Kühltunnels erfolgen und/oder durch eine Erhöhung der Verweildauer der Flaschen 16 im Flaschenkühler 28 bzw. durch eine Reduzierung des Volumenstroms des Wärmetransportmittels 3 durch den Flaschenkühler 28.
  • Der dritte Verteiler 30 ist bevorzugt ein elektrisch gesteuertes Schaltventil, dass das aus dem Rücklauf 28d des Flaschenkühlers 28 strömende erwärmte Wärmetransportmittel 3 entweder vollständig zum Vorlauf 6c des Wärmetauschers 6 leitet oder aber im Kurzschlussbetrieb zum Vorlauf 28c des Flaschenkühlers 28 zurückleitet. Der Kurzschlussbetrieb verhindert bzw. verzögert ein Auskühlen des Flaschenkühler 28, falls vorübergehend keine befüllten Flaschen 16 am Flaschenkühler 28 einlaufen. Der dritte Verteiler 30 könnte jedoch auch als Mischventil ausgelegt sein.
  • Der Rückkühler 18 ist bevorzugt so ausgelegt, dass eine möglichst hohe Rücklauftemperatur erzielt wird, z. B. 50 - 80°C, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung am Wärmetauscher 6 zu erzielen. Die Flüssigkeit 2 soll dabei näherungsweise auf die Temperatur der unbehandelten Flüssigkeit 2 abgekühlt werden, beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 20 - 40°C, bevor sie sich im Sammelbehälter 4 mit unbehandelter Flüssigkeit 2 mischt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Heißabfüllanlage 1 kann im Normalbetrieb, nach Erreichen der jeweiligen Solltemperaturen und bei kontinuierlicher Abfüllung der Flaschen 16 und deren Einleitung in den Flaschenkühler 28, wie folgt gearbeitet werden:
  • Aus dem Sammelbehälter 4 wird kontinuierlich Flüssigkeit 2 durch den Wärmetauscher 6 geleitet und dabei auf eine Vorwärmtemperatur TV erwärmt. Ist die Heizleistung des Wärmetauschers 6 ungenügend, wird die Flüssigkeit 2 im Vorwärmer 8 zusätzlich bis zur Temperatur TV erwärmt. Das Flüssigkeit 2 wird anschließend z. B. durch eine (nicht dargestellte) Vakuumentgasung und/oder andere Verfahren behandelt und zum Erhitzer 10 geleitet. In diesem wird die Flüssigkeit 2 z. B. zur Pasteurisierung für eine bestimmte Zeitdauer auf eine Behandlungstemperatur TB erhitzt, wobei gilt: TB > TV. Ein Anteil FA der behandelten Flüssigkeit 2 wird in den Flaschenfüller 14 geleitet und in diesem bei einer Temperatur von vorzugsweise 80 - 90°C in Flaschen 16 abgefüllt. Der verbleibende Anteil FR der behandelten Flüssigkeit 2 wird in den Rückühler 18 geleitet, in diesem auf 20 - 40 °C abgekühlt und wieder in den Sammelbehälter 4 zurückgeführt. Die anteilige Rückführung der Flüssigkeit 2 im Normalbetrieb gewährleistet einen stabilen Betrieb der Abfüllanlage. Auf diese Weise kann z. B. vermieden werden, dass Flüssigkeit 2 auf Grund mangelnder Sterilität bei einer verzögerten Abfüllung verworfen werden muss. Das Verhältnis FR/FA beträgt im Normalbetrieb 0,05 - 0,2. Bevorzugt ist ein Verhältnis FR/FA von 0,1 - 0,15.
  • Der überwiegende Teil der im Normalbetrieb im Wärmetauscher 6 zur Verfügung stehenden Wärmeleistung stammt aus dem Flaschenkühler 28. Das Verhältnis der aus den Wärmetransportmittelkreisläufen 24 und 34 jeweils an den Rückläufen 18d und 28d verfügbaren Wärmeleistungen entspricht im Normalbetrieb näherungsweise dem Verhältnis FR/FA.
  • Die Wärmerückgewinnung im Flaschenkühler 28 und im Rückkühler 18, bzw. in den Wärmemittelkreisläufen 34 und 24, kann kombiniert werden, um die Energieverluste der Abfüllanlage 1 im Normalbetrieb zu minimieren und/oder deren Regelung zu optimieren.
  • Mit der erfindungsgemäßen Heißabfüllanlage 1 kann im Störungsfall, insbesondere bei einem Stillstand des Flaschenfüllers 14, wie folgt gearbeitet werden.
  • Bei einem Stopp des Flaschenfüllers 14 ist die gesamte erhitzte Flüssigkeit 2 möglichst unter den Bedingungen des Normalbetriebs im Kreislauf zu fahren, um den Füllvorgang zügig wieder fortsetzen zu können.
  • Figur 2 zeigt die potenziell für eine Energierückgewinnung in den Kreisläufen 24 und 34 zur Verfügung stehende Wärmeleistung während des Betriebs B und während eines vorübergehenden Stillstands S des Flaschenfüllers 14. Im Normalbetrieb stehen jeweils im Wesentlichen zeitlich konstante Wärmemengen aus den Kreisläufen 24 und 34 zur Verfügung.
  • Bei einem Stopp des Flaschenfüllers 14 wird die gesamte Flüssigkeit 2 vom ersten Verteiler 12 in den Rückkühler 18 geleitet und in diesem näherungsweise auf die Ausgangstemperatur der unbehandelten Flüssigkeit 2 abgekühlt. Dadurch steigt die am Rücklauf 18d des Rückkühlers 18 zur Verfügung stehende Wärmeleistung an, bis diese der Abgabeleistung des Flaschenkühlers 14 im Normalbetrieb entspricht.
  • Auch nach einem Stopp des Flaschenfüllers 14 werden bereits befüllten Flaschen 16 weiterhin zum Flaschenkühler 28 transportiert, so dass am Rücklauf 28d des Flaschenkühlers 28, z. B. für eine Dauer von 2 Minuten, zunächst noch die gleiche Wärmeleistung zur Verfügung steht wie im Normalbetrieb. Ab dem Zeitpunkt S', nachdem alle antransportierten Flaschen 16 abgekühlt wurden, sinkt die am Flaschenkühler 28 zur Verfügung stehende Wärmeleistung kontinuierlich ab. Wie aus Figur 2 ersichtlich, sinkt bzw. steigt die verfügbare Wärmeabgabeleistung des Flaschenkühlers 28 in der Regel langsamer als die des Rückkühlers 18.
  • Um das Auskühlen des Flaschenkühlers 28 zu verzögern, schließt der dritte Verteiler 30 Vorlauf 28c und Rücklauf 28d des Flaschenkühlers 28 zum Zeitpunkt S' kurz und verhindert gleichzeitig, dass der Vorlauf 28c aus dem zweiten Kühlturm 32 gespeist wird.
  • Bei Wiederaufnahme des Betriebs des Flaschenfüllers 14 wird der erste Verteiler 12 wieder auf Normalbetrieb zurück gestellt, so dass zum Rückkühler 18 nur noch der ursprüngliche Flüssigkeitsanteil FR geleitet wird. Dadurch sinkt die am Rücklauf 18d des Rückkühlers 18 verfügbare Wärmeleistung wieder auf den Wert bei Normalbetrieb ab.
  • Da die verfügbare Wärmeabgabeleistung des Flaschenkühlers 28 langsamer ansteigt als die des Rückkühlers 18 abnimmt, wie in Figur 2 dargestellt, kann die am Wärmetauscher 6 insgesamt zur Verfügung stehende Wärmeleistung vorübergehend unter einen für das Vorwärmen der Flüssigkeit 2 nötigen Mindestwert fallen, so dass hierzu zusätzliche Wärmeleistung durch den Vorwärmer 8 aufgebracht werden muss.
  • Durch die kombinierte Wärmerückgewinnung im Flaschenkühler 28 und im Rückkühler 18, bzw. in den Wärmemittelkreisläufen 34 und 24, kann die Flüssigkeit 2 überwiegend durch zurück gewonnene Energie vorgewärmt werden und zusätzlicher, externer Energieeintrag im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen deutlich reduziert werden.

Claims (14)

  1. Heißabfüllanlage (1) für Flüssigkeiten, insbesondere Getränke, mit Wärmerückgewinnung mit
    - einem Wärmetauscher (6) zum Vorwärmen der Flüssigkeit (2) auf eine erste Temperatur (TV);
    - einem dem Wärmetauscher (6) nachgeschalteten Erhitzer (10) zum Erhitzen der Flüssigkeit (2) auf eine zweite Temperatur (TB), die höher ist als die erste Temperatur (TV);
    - einem dem Erhitzer (10) nachgeschalteten ersten Verteiler (12) zum Aufteilen der Flüssigkeit (2) in einen in Flaschen (16) abzufüllenden Anteil (FA) und einen zum Eingang (6a) des Wärmetauschers (6) zurückzuführenden Anteil (FR);
    - einem dem ersten Verteiler (12) nachgeschalteten Flaschenfüller (14) zum Abfüllen der Flüssigkeit (2) in Flaschen (16); und
    - einem dem ersten Verteiler (12) nachgeschalteten Rückkühler (18) zur Kühlung des zurückzuführenden Anteils (FR),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rücklauf (18d) des Rückkühlers (18) mit dem Vorlauf (6c) des Wärmetauschers (6) verbunden ist, um Wärmeenergie vom Rückkühler (18) zum Wärmetauscher (6) zu übertragen.
  2. Heißabfüllanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verteiler (12) die Flüssigkeit (2) bei einem Stillstand des Flaschenfüllers (14) im Wesentlichen vollständig durch den Rückkühler (18) leitet.
  3. Heißabfüllanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ferner einen zweiten Verteiler (20) umfasst, der den aus dem Rückkühler (18) in den Wärmetauscher (6) einzuspeisenden Anteil (WR) des Wärmetransportmittels (3) einstellt.
  4. Heißabfüllanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verteiler (12) die Flüssigkeit (2) bei Betrieb des Flaschenfüllers (14) so aufteilt, dass der zurückzuführende Anteil (FR) 10 - 15 % des abzufüllenden Anteils (FA) beträgt.
  5. Heißabfüllanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner einen Flaschenkühler (28) zur Abkühlung der gefüllten Flaschen (16) umfasst, dessen Rücklauf (28d) mit dem Vorlauf (6c) des Wärmetauschers (6) verbunden ist, um Wärmeenergie vom Flaschenkühler (28) zum Wärmetauscher (6) zu übertragen.
  6. Heißabfüllanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ferner einen dritten Verteiler (30) umfasst, der Wärmetransportmittel (3) aus dem Rücklauf (28d) des Flaschenkühlers (28) wahlweise in den Wärmetauscher (6) oder den Vorlauf (28c) des Flaschenkühlers (28) leitet.
  7. Heißabfüllanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verteiler (30) das Wärmetransportmittel (3) aus dem Rücklauf (28d) des Flaschenkühlers (28) in den Vorlauf (28c) des Flaschenkühlers (28) leitet, wenn keine Flaschen (16) im Flaschenkühler (28) gekühlt werden.
  8. Heißabfüllanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlauftemperatur des Wärmetauschers (6) 60 - 75°C beträgt.
  9. Verfahren zur Heißabfüllung von Flüssigkeiten, insbesondere Getränken, mit Wärmerückgewinnung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    - Vorwärmen der Flüssigkeit (2) auf eine erste Temperatur (TV);
    - Erhitzen der Flüssigkeit (2) auf eine zweite Temperatur (TB), die höher ist als die erste Temperatur (TV);
    - Aufteilen der erhitzten Flüssigkeit (2) in einen in Flaschen (16) abzufüllenden Anteil (FA) und in einen zur erneuten Vorwärmung im Kreislauf zurückzuführenden Anteil (FR);
    - Abfüllen des abzufüllenden Anteils (FA) in Flaschen (16); und
    - Rückkühlen des zurückzuführenden Anteils (FR),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Flüssigkeit (2) mit beim Rückkühlen des zurückzuführenden Anteils (FR) gewonnener Wärmeenergie vorgewärmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückzuführende Anteil (FR) so eingestellt wird, dass er während der Flaschenabfüllung 10 - 15 % des abzufüllenden Anteils (FA) beträgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) bei einer Unterbrechung der Flaschenabfüllung vollständig zurückgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgende Schritte umfasst:
    - Abkühlen der befüllten Flaschen; und
    - Vorwärmen der Flüssigkeit (2) mit beim Abkühlen der Flaschen gewonnener Wärmeenergie.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) bei einer Unterbrechung der Flaschenabfüllung mit beim Abkühlen der Flaschen gewonnener Wärmeenergie und mit beim Rückkühlen gewonnener Wärmeenergie vorgewärmt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abkühlen der Flaschen gewonnene Wärmeenergie nur so lange zum Vorwärmen der Flüssigkeit (2) eingesetzt wird, so lange Flaschen abgekühlt werden.
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