DE4135430C2 - Vorrichtung zum Dosieren eines Fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren eines Fluids mit vorgewählter Temperatur und Menge mit einem Vorrats­ behälter und einer Ableitung für das Fluid sowie einem in der Ableitung angebrachten Regelventil und/oder Absperrorgan.

Es gibt zahlreiche Gelegenheiten, bei denen es erforderlich ist, ein Fluid in einer vorbestimmten Menge zu dosieren. Beispielsweise ist es in der Verpackungsindustrie üblich, Verpackungsbehälter mit einem Inertgas zu spülen oder ein Kaltgas in geringer Menge in die Verpackungsbehälter einzudosieren.

Eine mögliche Methode zum Dosieren eines Fluids besteht darin, das Fluid aus einem Vorratsbehälter über ein Regelventil oder Absperrorgan abzuleiten. So ist beispielsweise in der nichtvor­ veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 40 30 546 A1 eine Vorrichtung zum Dosieren tiefsiedender verflüssigter Gase be­ schrieben. Das verflüssigte Gas befindet sich in einem Behälter, der eine Auslauföffnung aufweist, die als piezo­ keramische Düse ausgebildet ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann der Durchmesser der Düse verändert werden. Mit dieser Vorrichtung kann zwar eine exakte Mengenregelung des Fluids erzielt werden. Die Vorrichtung eignet sich jedoch nicht für solche Anwendungszwecke, bei denen die Temperatur des Fluids variiert werden soll.

Beim Spülen, Inertisieren oder Abkühlen des Kopfraums von Verpackungsbehältern kann es aber erforderlich sein, daß sowohl die Menge als auch die Temperatur des dosierten Fluids exakt geregelt werden müssen. Zum Spülen des Kopfraums von heiß eingefüllten Ketchupplastikflaschen ist es beispielsweise notwendig, ein Gas mit einer bestimmten Temperatur von z. B. -140°C zu verwenden. Setzt man hierfür flüssigen Stickstoff ein, so kommt es nach Verdeckelung unter Umständen durch Verdampfen des flüssigen Stickstoffs zu Überdruck in der Flasche. Verwendet man gasförmigen Stickstoff mit zu hoher Temperatur, so entfällt der gewünschte Kühleffekt des Flaschenkopfraumes und die Flaschen ziehen sich nach dem Abkühlen zusammen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Dosieren eines Fluids bereitzustellen, mit der sowohl eine vorgewählte Menge als auch eine vorgewählte Temperatur des Fluids exakt eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ableitung für das Fluid zumindest teilweise als Doppelmantel­ leitung ausgebildet ist, die einen vom Mantel der inneren Leitung begrenzten Innenraum und einen von den Mänteln der inneren Leitung und der äußeren Leitung begrenzten Außenraum aufweist, wobei die Ableitung für das Fluid einen der Räume bildet, während der andere Raum eine Zuführung und eine Abführung für ein Kühl- oder Heizmittel aufweist, und daß die Zuführung und/oder Abführung für das Kühl- oder Heizmittel über ein Absperrorgan und/oder Regelventil verfügt und in der Nähe des dem Vorratsbehälter abgewandten Endes der Ableitung für das Fluid eine Temperaturmeßeinrichtung angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht nicht nur eine vorgewählte Menge des Fluids zu dosieren, sondern auch die Temperatur des zu dosierenden Fluids zu steuern. Durch entsprechende Wahl des Fluids und des Kühl- oder Heizmittels kann prinzipiell jede beliebige Temperatur eingestellt werden. Werden beispielsweise als Fluid gasförmiger Stickstoff und als Kühlmittel flüssiger Stickstoff verwendet, so können Fluid­ temperaturen im Bereich von -195°C bis zur Temperatur des gasförmigen Stickstoffs eingestellt werden. Es ist auch möglich, das Fluid mittels eines Heizmittels auf eine vorgewählte Temperatur aufzuheizen. Hierfür kommt beispiels­ weise Heißgas als Heizmittel in Betracht. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Heizeinrichtung vorge­ sehen, die vorzugsweise zwischen dem Vorratsbehälter für das Fluid und der Doppelmantelleitung in der Ableitung für das Fluid angeordnet ist.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Temperatur des Fluids ohne Veränderung der Menge des Fluids variiert werden kann. Würde beispielsweise der flüssige Stickstoff dem gasförmigen Stickstoff einfach zur Kühlung zugemischt, so würde sich die Menge des zu dosierenden gasförmigen Stickstoffs vergrößern, wodurch eine exakte Dosierung unmöglich würde. Bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung bleibt dagegen eine Erhöhung oder Erniedrigung der zugeführten Kühlmittelmenge ohne Auswirkungen auf die Menge des zu dosierenden Fluids. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Kühlmittel in indirekten Wärmeaustausch mit dem Fluid tritt und nicht mit dem Fluid vermischt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verfügt der die Zuführung und Abführung für das Kühlmittel aufweisende andere Raum der Doppelmantelleitung ebenfalls über eine Temperaturmeßeinrichtung. Auf diese Weise kann die Doppelmantelleitung auch bei kurzen Stillstandszeiten oder Produktionsschwankungen auf einer konstanten vorgewählten Temperatur gehalten werden, so daß beim Wiederaufnehmen des Dosiervorgangs das Fluid von Anfang an die gewünschte Temperatur besitzt. Die Doppelmantelleitung kann auch vor dem Anfahren des Dosiervorgangs vorgekühlt werden, so daß keine Anfahrverluste auftreten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für das Dosieren von tiefkalten Gasen vorgesehen. Deshalb ist der Vorratsbehälter vorzugsweise als isoliertes Gefäß zur Aufnahme eines Flüssiggases ausgebildet. In diesem Fall wird zweck­ mäßigerweise das Flüssiggas in gasförmigem Zustand in den einen Raum der Doppelmantelleitung eingeleitet, während als Kühlmittel Flüssiggas in flüssigem Zustand dient, das vom Vorratsbehälter abgeführt und in den anderen Raum der Doppelmantelleitung eingeleitet wird.

Eine besonders effektive Kühlung des zu dosierenden Fluids wird dann erzielt, wenn das Kühlmittel in der Doppelmantel­ leitung im Gegenstrom zum Fluid strömt. Dies wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß die Zuführung für das Kühlmittel in der Nähe des dem Vorratsbehälter abgewandten Endes der Doppelmantelleitung in den anderen Raum eintritt und die Abführung für das Kühlmittel in der Nähe des dem Vorratsbehälter zugewandten Endes der Doppelmantelleitung aus dem anderen Raum austritt.

Die Steuerung der Vorrichtung, d. h. das Einhalten vorgewählter Mengen und Temperaturen des zu dosierenden Fluids, kann prinzipiell per Hand oder automatisch erfolgen. Wird die Steuerung per Hand durchgeführt, so müssen die Temperaturmeß­ einrichtungen abgelesen und die Absperrorgane bzw. Regelventile entsprechend betätigt werden, um die gewählte Menge und Temperatur des Fluids einzustellen.

Bevorzugt wird allerdings eine automatische Steuerung des Dosiervorgangs. Hierfür ist vorgesehen, daß zumindest eine der Temperaturmeßeinrichtungen, vorzugsweise aber beide, über eine Regeleinheit mit den Absperrorganen und/oder Regelventilen in Wirkverbindung steht bzw. stehen.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist dabei folgende:

Meldet die in der Nähe des dem Vorratsbehälter abgewandten Endes der Ableitung für das Fluid (d. h. in der Nähe des Verbrauchsortes) angebrachte Temperaturmeßeinrichtung, daß der Fluidstrom zu warm ist, so öffnet das in der Zuführung oder Abführung für das Kühlmittel angeordnete Absperrorgan bzw. Regelventil. Das Kühlmittel strömt durch die Doppelmantel­ leitung und kühlt den Fluidstrom durch indirekten Wärmeaus­ tausch ab, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Dann sperrt das Absperrorgan oder vermindert das Regelventil den Durchfluß des Kühlmittels durch die Doppelmantelleitung. Falls kein Fluid benötigt wird (z. B. in Stillstandszeiten von Abfüllvorgängen), so wird das in der Fluidableitung vom Vorratsbehälter angebrachte Absperrorgan bzw. Regelventil geschlossen. Gleichzeitig wird die in der Nähe des dem Vorratsbehälter abgewandten Endes der Ableitung für das Fluid angeordnete Temperaturmeßeinrichtung abgeschaltet. Jetzt wird über die zweite für das Kühlmittel vorgesehene Temperaturmeß­ einrichtung die Temperatur erfaßt und zur Regelung der Kühlmittelmenge für das Kalthalten der Doppelmantelleitung herangezogen, bis der Dosiervorgang wieder aufgenommen wird.

Um eine Abkühlung des Fluids auf unerwünscht tiefe Temperaturen zu vermeiden und eine Regelung um einen vorbestimmten Sollwert zu ermöglichen, ist die Doppelmantelleitung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß ein gewisser Wärmeeinfall in die Doppel­ mantelleitung besteht. Es kann auch zwischen dem Vorratsbe­ hälter und der Doppelmantelleitung eine Heizeinrichtung in die Ableitung für das Fluid eingebaut werden, um das Fluid aufzu­ wärmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für alle denk­ baren Dosiervorgänge, bei denen ein Fluid mit vorgewählter Temperatur und Menge abgegeben werden soll. Insbesondere ist die Vorrichtung zum Inertisieren und/oder Abkühlen des Kopf­ raumes von Verpackungsbehältern mit einem Fluid vorgesehen. Dabei werden als Fluid vorzugsweise ein Kaltgas, insbesondere verdampfter Flüssigstickstoff, und als Kühlmittel verflüssigtes Kaltgas, insbesondere flüssiger Stickstoff, eingesetzt. Bei dieser Ausführungsform ist lediglich ein Vorratsbehälter für das Flüssiggas erforderlich, der sowohl das Fluid als auch das Kühlmittel liefert.

Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist anzusehen, daß am Verbrauchsort immer, auch nach Stillstands­ zeiten, Kaltgas mit einer beliebig einstellbaren Temperatur in beliebig einstellbarer Menge zur Verfügung steht.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung zum Spülen des Kopfraumes von heiß eingefüllten Ketchupplastik­ flaschen beschrieben. Hierfür ist es notwendig, ein Gas mit einer konstanten Temperatur von -140°C zu verwenden. Im vor­ liegenden Fall wird gasförmiger Stickstoff eingesetzt, der durch flüssigen Stickstoff durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt wird. Der flüssige Stickstoff ist in einem isolierten Vorratsbehälter 1 gelagert, von dem zwei Leitungen 2 und 3 wegführen. Die Leitung 2 geht in den Innenraum einer Doppel­ mantelleitung 14 über, während die Leitung 3 mit dem Außenraum 6 der Doppelmantelleitung 14 verbunden ist. Die beiden Leitungen 2 und 3 sind so ausgebildet, daß aufgrund unter­ schiedlichen Wärmeeinfalls im Innenraum 2 der Doppelmantel­ leitung 14 gasförmiger Stickstoff strömt, während in der Leitung 3 flüssiger Stickstoff fließt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Leitung 3 im Gegensatz zur Leitung 2 isoliert sein, so daß aufgrund des geringeren Wärmeeinfalls in die Leitung 3 der flüssige Stickstoff im Gegensatz zur Leitung 2 nicht verdampft. Außerdem ist in der Leitung 2 zwischen dem Vorratsbehälter 1 und der Doppelmantelleitung 14 eine Heizein­ richtung 16 zum Erwärmen des Stickstoffs angeordnet. In der Leitung 2 sind ein Magnetventil 12 und ein Regelventil 5 angeordnet. Am Ende der Doppelmantelleitung 14 werden die zu spülenden Ketchupplastikflaschen 15 vorbeigeführt.

Der Außenraum 6 der Doppelmantelleitung 14 weist eine Ab­ führung 7 auf, in der ein Magnetventil 11 angeordnet ist. In der Nähe des dem Vorratsbehälter 1 abgewandten Endes der Doppelmantelleitung 14 sind zwei Temperaturmeßeinrichtungen 9 und 10 angebracht. Die Temperaturmeßeinrichtung 10 mißt die Temperatur des zur Spülung der Ketchupplastikflaschen vorge­ sehenen gasförmigen Stickstoffs, während die Temperaturmeß­ einrichtung 9 die Temperatur des Außenraumes 6 der Doppel­ mantelleitung 14 mißt. Die Temperaturmeßeinrichtungen 9 und 10 stehen über Regeleinrichtungen RI und RII und den Magnet­ ventilen 11 und 12 in Wirkverbindung.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist folgende:

Gasförmiger Stickstoff wird über das Regelventil 5 durch den Innenraum 2 der Doppelmantelleitung 14 zum Verbrauchsort 4 geleitet. Am Verbrauchsort 4 werden die Kopfräume der vorbeige­ führten Ketchupplastikflaschen 15 mit gasförmigem Stickstoff gespült. Meldet die Temperaturmeßeinrichtung 10 in der Nähe des Verbrauchsortes 4 eine zu hohe Temperatur des gasförmigen Stickstoffs, so wird über die Regeleinrichtung RII das Ventil 11 geöffnet. Nun strömt flüssiger Stickstoff über Leitung 3 in den Außenraum 6 der Doppelmantelleitung 14 und im Gegenstrom zu dem im Innenraum 2 fließenden gasförmigen Stickstoff in Richtung auf den Vorratsbehälter 1. Kurz vor dem Vorratsbe­ hälter 1 verläßt der durch indirekten Wärmeaustausch mit dem im Innenraum 2 strömenden gasförmigen Stickstoff erwärmte und verdampfte Stickstoff die Doppelmantelleitung 14, wird über Leitung 7 abgeführt und kann zumindest zum zeitweisen Vorspülen der Ketchupflaschen genutzt werden oder einer anderen Nutzung zugeführt werden.

Falls kein gasförmiger Stickstoff am Verbrauchsort 4 benötigt wird, so wird das Absperrorgan 12 geschlossen. Gleichzeitig wird die Temperaturmeßeinrichtung 10 automatisch abgeschaltet und die Temperatur wird über die Temperaturmeßeinrichtung 9 im Außenraum 6 der Doppelmantelleitung 14 erfaßt und zur Regelung der Flüssigstickstoffmenge mittels Ventil 11 herangezogen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Doppelmantelleitung 14 kalt gehalten wird, bis der Dosiervorgang wieder aufgenommen wird.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Dosieren eines Fluids mit vorgewählter Temperatur und Menge mit einem Vorratsbehälter und einer Ableitung für das Fluid sowie einem in der Ableitung angebrachten Regelventil und/oder Absperrorgan, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (2) zumindest teilweise als Doppelmantelleitung (14) ausgebildet ist, die einen vom Mantel der inneren Leitung begrenzten Innenraum (2) und einen von den Mänteln der inneren Leitung und der äußeren Leitung begrenzten Außenraum (6) aufweist, wobei die Ableitung (2) einen der Räume bildet, während der andere Raum (6) eine Zuführung (3) und eine Abführung (7) für ein Kühl- oder Heizmittel aufweist, und daß die Zuführung (3) und/oder Abführung (7) über ein Absperrorgan und/oder Regelventil (11) verfügt und in der Nähe des dem Vorratsbehälter (1) abgewandten Endes der Ableitung (2) für das Fluid eine Temperaturmeßeinrichtung (10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zuführung (3) und Abführung (7) für das Kühlmittel aufweisende andere Raum (6) der Doppelmantelleitung (14) ebenfalls über eine Temperaturmeßeinrichtung (9) verfügt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) als isoliertes Gefäß zur Aufnahme von Flüssiggas ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (3) für das Kühlmittel ebenfalls mit dem Vorratsbehälter (1) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (3) für das Kühlmittel in der Nähe des dem Vorratsbehälter (1) abgewandten Endes der Doppelmantelleitung (14) in den anderen Raum (6) eintritt und die Abführung (7) für das Kühlmittel in der Nähe des dem Vorratsbehälter (1) zugewandten Endes der Doppelmantelleitung (14) aus dem anderen Raum (6) austritt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (9) über eine Regeleinheit (RI) mit dem Absperrorgan und/oder Regelventil (12) sowie mit dem Absperrorgan und/oder Regelventil (11) in Wirkverbindung steht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (10) über eine Regeleinheit (RII) mit dem Absperrorgan und/oder Regelventil (12) sowie mit dem Absperrorgan und/oder dem Regelventil (11) in Wirkverbindung steht.

8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Spülen und/oder Inertisieren und/oder Abkühlen des Kopfraumes von Verpackungsbehältern (15) mit einem Fluid, wobei als Fluid Kaltgas, insbesondere verdampfter Flüssigstickstoff, und als Kühlmittel verflüssigtes Kaltgas, insbesondere Flüssigstickstoff, eingesetzt werden.