EP2657180B1

EP2657180B1 - Abfüllung gekühlter Produkte

Info

Publication number: EP2657180B1
Application number: EP13161234.3A
Authority: EP
Inventors: Danilo Schulz
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN103382015A; DE102012206716A1; EP2657180A1; US20130276936A1; US9561946B2; CN103382015B

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Abfüllung von Produkten, beispielsweise gas- oder gasgemischhaltiger Produkte, und insbesondere die Abfüllung CO₂-haltiger Getränke in formstabile Behälter bei relativ niedrigen Temperaturen. Die Produkte oder (Grund-)Komponenten derselben sind hierbei vor der Abfüllung zu kühlen.

Stand der Technik

Bestimmte Produkte werden vor ihrer Abfüllung gekühlt. Werden Säfte thermisch behandelt, so kann ein Kühlen vor der Abfüllung derselben erforderlich sein. Gas- oder gasgemischhaltige Produkte, wie CO₂-haltige Produkte, lassen sich bei relativ niedriger Abfülltemperatur schneller in Abfüllbehälter abfüllen als bei relativ hoher Abfülltemperatur. Somit kann ein höherer Durchsatz am Füller erreicht werden. Um relativ niedrige Temperaturen des abzufüllenden CO₂-haltigen Produkts zu erreichen, ist es erforderlich, das Produkt vor dem Füller abzukühlen. Die notwendige Energie wird mit Kälteanlagen erzeugt, die dem Produkt entzogene Wärme wird im Stand der Technik an die Umwelt abgegeben.
Aus der FR 2 520 984 A1 ist es bekannt, Wärmepumpen zur Pasteurisierung von Lebensmitteln einzusetzen. Wärme bereits pasteurisierter Produkte wird zur Pasteurisierung weiterer Produkte durch die Wärmepumpen rückgewonnen, wobei das pasteurisierte Produkt gekühlt wird. In der DE 10 2007 003976 A1 wird ebenfalls eine Pasteurisierungsvorrichtung beschrieben, in der eine Wärmepumpe mit einer Pasteurisierungszone und einer Abkühlzone verbunden ist, mithilfe derer Wärme von der Abkühlzone in die Pasteurisierungszone transportiert wird. DE 10 2007 003919 A1 wird ebenfalls eine Pasteurisierungsvorrichtung beschrieben, in der am Ausgang der Vorrichtung Wärme eines abgekühlten Produkts mithilfe einer Wärmepumpe zur Erwärmung eines zu pasteurisierenden Produkts rückgeführt wird. In der WO 2009/001208 A1 wird eine Flaschenabfüllanlage beschrieben, in der Wein bei niedrigen Temperaturen abgefüllt wird und die abgefüllten Flaschen erwärmt werden. In der US 4 356 681 A , die ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7 offenbart, wird eine Vorrichtung zum Abfüllen eines abgekühlten Produktes und Erwärmen von einem mit dem Produkt gefüllten Behälter beschrieben wobei die Vorrichtung einen Kondensator und eine mit diesem verbundende Heizstufe umfasst. In der JP 2011 255952 wird eine Abfüllanlage mit einer Wärmepumpe beschrieben , wobei in der Abfüllanlage das Sterilisieren eines abzufüllenden Produktes durch Erwärmen und eine nachfolgendes Kühlen des sterilisierten Produktes vor dem Abfüllvorgang erfolgt.
Bei relativ kalt abgefüllten Produkten/Getränken, die beispielsweise in Dosen, PET-Flaschen oder Glasflaschen abgefüllt sind, kann sich jedoch aufgrund des Temperaturgefälles zwischen Produkttemperatur zur Taupunkttemperatur Kondenswasser bilden. Dieses Kondenswasser kann zu Problemen bei der Verpackung der gefüllten Behälter führen. So kann das Kondenswasser Verpackungskartons aufweichen oder zu Verunreinigungen bei der Verpackung der Behälter in Folien führen. Daher werden, insbesondere in Ländern in denen die Produkttemperatur kleiner als die Taupunkttemperatur ist und eine hohe Luftfeuchtigkeit vorherrscht, Erwärmungseinrichtungen zur Erwärmung der abgefüllten Behälter zur Vermeidung der Kondensation eingesetzt. Solche Wärmeeinrichtungen können beispielsweise mit Dampf beheizt werden.
Es besteht somit im Zusammenhang mit dem Abfüllvorgang im Stand der Technik ein hoher Energiebedarf einerseits zum Abkühlen des abzufüllenden Produkts und andererseits zum Erwärmen der gefüllten Abfüllbehälter. Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen hohen Energiebedarf zu verringern.

Beschreibung der Erfindung

Die oben genannte Aufgabe wird durch das Verfahren zur Abfüllung eines Produkts nach Anspruch 1 erfüllt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:

Kühlen des abzufüllenden Produkts (z.B. vor oder nach Ausmischung);
Abfüllen des gekühlten abzufüllenden Produkts in einen Abfüllbehälter; und
Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen des abzufüllenden Produkts; wobei das Abkühlen und das Erwärmen zumindest teilweise mithilfe einer und derselben Wärmepumpe erfolgt; und
ein Teil der beim Abkühlen von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme für sonstige Prozessschritte verwendet oder über eine Kühleinrichtung abgeführt wird.

₂

Mit der Wärmepumpe wird dem abzufüllenden Produkt Wärme entzogen, es wird gekühlt, und es wird durch die Wärmepumpe die entzogene Wärme in einer Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung des gefüllten Abfüllbehälters nutzbar gemacht. Die Wärmepumpe ersetzt somit die Kälteanlage des Stands der Technik, die die den abzufüllenden Behältern entzogene Wärme ohne Nutzen an die Umgebung abgibt. In der Wärmepumpe kann dem abzufüllenden Produkt in einem Carnot-Kreisprozess mittels eines geeigneten Wärmemittels Wärme entzogen und mittels eines weiteren geeigneten Wärmemittels die entzogene Wärme den abgefüllten Behältern zugeführt werden. Während einer kontinuierlichen Produktion kann im wesentlich 100 % der beim Abkühlen der abzufüllenden Behälter entzogene Wärme der Erwärmungseinrichtung zugeführt werden. Somit lässt sich der Energiebedarf gegenüber dem Stand der Technik signifikant verringern.
Je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen kann es aufgrund von Verlusten (Wärmetransport, Wärmeleitung, Wärmekonvektion) und/oder Verschleppung erforderlich sein, beim Schritt des Erwärmens der gefüllten Behälter zuzuheizen. Somit umfasst gemäß einer Weiterbildung das Verfahren den Schritt des Erwärmens der gefüllten Behälter zusätzlich (zu der Wärmpumpe) mithilfe einer zusätzlichen Erwärmungseinrichtung, insbesondere mithilfe einer Wärmequelle (z.B. Dampf, Heißwasser, Solarenergie). Der zusätzliche, durch die zusätzliche Erwärmungseinrichtung aufzubringende Energiebedarf wird jedoch nur ein Bruchteil des im Stand der Technik durch eine Erwärmungseinrichtung, die separat von einer Kühleinrichtung zum Kühlen des abzufüllenden Produkts betrieben wird, zu leistenden Energiebeitrags sein.
Je nach Auslegung der Wärmepumpe kann eine übermäßige beim Kühlen des abzufüllenden Produkts gewonnene Wärme die Funktion der Wärmepumpe negativ beeinflussen. Daher ist es vorgesehen, einen Teil der beim Kühlen des abzufüllenden Produkts gewonnenen Wärme für andere Prozesse zu verwenden oder über eine Kühleinrichtung abzuführen.
Im übrigen können ein oder mehrere Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Kühlmediums zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder eines Wärmemediums zum Erwärmen des gefüllten Behälters in einem Pufferspeicher vorgesehen werden.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts in einen Abfüllbehälter mit
einem Füller, der dazu ausgebildet ist, das Produkt in den Abfüllbehälter (z.B. eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, einen Getränkekarton oder eine Getränkedose) zu füllen; und
einer einzigen Wärmepumpe, die dazu ausgebildet ist, das abzufüllende Produkt vor dem Füller zu kühlen und den gefüllten Abfüllbehälter nach dem Füller zu erwärmen; und einer Kühleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Teil der beim Abkühlen von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme abzuführen oder anderen Prozessschritten zuzuführen.
Das Produkt kann ein gas- oder gasgemischhaltiges Produkt (beispielsweise ein CO₂-haltiges Produkt) sein.
Der Füller kann dazu ausgebildet sein, ein gas- oder gasgemischhaltiges Getränk, beispielsweise eine CO₂-haltiges Getränk, in ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis z.B. eine Glasflasche, eine Kunststoff -Flasche, einen Getränkekarton oder eine Getränkedose zu füllen. Die Vorrichtung kann weiterhin einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Kältemediums zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Wärmemediums zum Erwärmen des gefüllten Behälters umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Vorrichtung weiterhin eine zusätzliche Erwärmungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den gefüllten Abfüllbehälter zusätzlich, insbesondere mithilfe einer Dampferzeugungseinrichtung Wärmequelle (z.B. Dampf, Heißwasser, Solarenergie), zu erwärmen.
In sämtlichen oben beschriebenen Beispielen des erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Wärmepumpe elektrisch betrieben sein oder durch einen Öl- oder Gasmotor betrieben sein.
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen und verschiedene Kombinationen der angeführten Merkmale sind in der Erfindung eingeschlossen.
Figur 1 veranschaulicht ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer Vorrichtung zur Abfüllung von gas- oder gasgemischhaltigen Produkten in Füllbehälter.
Wie es in Figur 1 gezeigt ist, wird einem kontinuierlich oder im Batch-Betrieb gelieferten Produktstrom eines gas- oder gasgemischhaltigen Produkts, beispielsweise einer CO₂-haltigen Limonade, in einer Prozesseinheit 1 stromaufwärts eines Füllers 2 Wärme entzogen. In der Prozesseinheit befindet sich ein Produktzuführung (z.B. Puffertank) 10 und ein Mischer 11, in dem unter anderem dem aus dem Produkttank 10 gelieferten Produkt CO₂ (oder eine anderes Gasgemisch) zugesetzt wird, und weitere für das Produkt notwendige Prozessschritteinheiten/Maschinen 12, wobei die Reihenfolge der Prozessschritteinheiten 12 produktspezifisch variieren kann. Das in dem Füller 2 abzufüllende Produkt wird durch einen oder mehrere Wärmeüberträger (nicht gezeigt) gekühlt. Nach Abfüllung des abzufüllenden Produkts in Abfüllbehälter, beispielsweise Kunststoff-Flaschen, durch den Füller 2 werden die gefüllten Behälter einer Erwärmungseinrichtung 3 zugeführt. Die Erwärmungseinrichtung 3 kann mehrere Kammern (mit Wärmeübertragern) mit unterschiedlichen Temperaturen (Temperaturzonen) umfassen, die über einen oder mehrer Wärmeübertrager aus einer oder mehreren Wärmequellen gespeist werden. Insbesondere kann sie auch eine Kammer umfassen, in der Heizdampf oder andere Wärmequellen (Heißwasser, Solarenergie) zur Erwärmung der gefüllten Behälter Verwendung findet. Allgemein können die verschiedenen Kammern mit verschiedenen/mehreren Wärmequellen betrieben werden.
Die Abkühlung des abzufüllenden Produkts sowie die Erwärmung der gefüllten Behälter erfolgt erfindungsgemäß mithilfe einer einzigen Wärmepumpe 4, in der Wärme, die beim Abkühlen des abzufüllenden Produkts gewonnen wird, zur Erwärmung der gefüllten Behälter, beispielsweise in einer der oben genannten Kammern der Erwärmungseinrichtung 3, verwendet wird. Die Wärmepumpe 4 kann kontinuierlich oder im Batch-Betrieb arbeiten.
Wird zuviel Wärme durch Abkühlen des abzufüllenden Produkts gewonnen, so dass eine möglichst effiziente Nutzung der Wärmepumpe beeinträchtigt wird, kann ein Teil der Wärme für andere Prozesse verwendet werden oder über eine entsprechende Kühleinrichtung 5 abgeführt werden.
Wie in Figur 1 gezeigt können einzelne Untereinheiten der Prozesseinheit 1 stromaufwärts des Füllers 2 durch Pufferspeicher 6 miteinander verbunden sein. Sie können auch im Bypass-Betrieb betrieben werden. Auch auf der stromabwärtigen Seite des Füllers 2 können Pufferspeicher 6 vorgesehen werden. Über eine thermische Schichtung in den jeweiligen Pufferspeichern 6 und/oder eine Mischbetrieb der Wärme-/Kältemedien die den Wärmeübertragern zugeleitet bzw. von diesen abgeleitet werden, können gewünschte Temperaturprofile gezielt bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zur Abfüllung eines Produkts mit den Schritten
Kühlen des abzufüllenden Produkts;
Abfüllen des gekühlten abzufüllenden Produkts in einen Abfüllbehälter; und
Erwärmen des gefüllten Abfüllbehälters nach dem Abfüllen des abzufüllenden Produkts; wobei
das Abkühlen und das Erwärmen zumindest teilweise mithilfe einer und derselben Wärmepumpe erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der beim Abkühlen von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme für sonstige Prozessschritte verwendet oder über eine Kühleinrichtung abgeführt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem das abzufüllende Produkt ein gas-oder gasgemischhaltiges Produkt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem das abzufüllende Produkt ein Getränk und/oder der Abfüllbehälter ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis, eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, ein Getränkekarton oder eine Getränkedose ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Erwärmen zusätzlich mithilfe einer zusätzlichen Erwärmungseinrichtung, insbesondere mithilfe einer Dampferzeugungseinrichtung, insbesondere mithilfe von Heißwasser oder Solarenergie, erfolgt.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem weiterhin ein Kältemedium zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder ein Wärmemedium zum Erwärmen des gefüllten Behälters in einem Pufferspeicher zwischengespeichert wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Abkühlen und das Erwärmen mithilfe einer Mehrzahl an zumindest zum Teil kaskadierenden und/oder zumindest zum Teil parallel arbeitenden Wärmepumpen erfolgt.
Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts in einen Abfüllbehälter mit
einem Füller, der dazu ausgebildet ist, das Produkt in den Abfüllbehälter zu füllen;
einer einzigen Wärmepumpe, die dazu ausgebildet ist, das abzufüllende Produkt vor dem Füller zu kühlen und den gefüllten Abfüllbehälter nach dem Füller zu erwärmen; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Kühleinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, einen Teil der beim Abkühlen von der Wärmepumpe aufgenommenen Wärme abzuführen oder anderen Prozessschritten zuzuführen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 7, in der das Produkt ein gas- oder gasgemischhaltiges Produkt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, in der der Füller dazu ausgebildet ist, ein gas- oder gasgemischhaltiges Getränk in ein für die Abfüllung geeignetes Behältnis eine Glasflasche, eine Kunststoff-Flasche, einen Getränkekarton oder eine Getränkedose zu füllen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, weiterhin einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Kältemediums zum Kühlen des abzufüllenden Produkts und/oder einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern eines Wärmemediums zum Erwärmen des gefüllten Behälters umfassend.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, weiterhin eine zusätzliche Erwärmungseinrichtung umfassend, die dazu ausgebildet ist, den gefüllten Abfüllbehälter zusätzlich, insbesondere mithilfe einer Dampferzeugungseinrichtung, insbesondere mithilfe von Heißwasser oder Solarenergie, zu erwärmen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, in der die Wärmepumpe eine elektrisch betriebene, ölmotor-, oder gasmotorbetriebene Wärmepumpe ist.