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"Perfectionnements à la conservation dos fruits et produis analogues"
La présente invention concerne des perfectionne- ments à la conservation des fruits et produits analogues, soit à poste fixe soit en cours de transport..
On sait que la maturation des fruits dans une enceinte peut être retardée en diminuant la concentration en oxygène de l'atmosphère en contact avec les fruits, et en limitant l'augmentation de sa concentration en anhydri- de carbonique. On sait, en outre,que l'allure de la matura- tion des fruits peut être accélérée grâce a l'action de certains gaz tels que l'éthylène.
Mettant cas enseigne- monts en pratique, le brevet français 699.360 du 25 Juillet
1930 a fait connaître un mode d'emmagasinage,de transport' et de traitement dos fruits et produits analogues,avec réglage de la composition de l'atmosphère gazeuse on contact avec le fruit;selon ce procédé connu, on utilise une matière sélectivement perméable à certains gaz pour codifier la concentration des gaz dans l'atmosphère
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gazeuse.
L'appareillage pour mettre cette procédure en oeuvre comprend une chambre dont une partie est formée d'un corps imperméable aux gaz et l'autre partie de matiè- re sélectivement perméable à certains gaz dont la concentra- tion à l'intérieur de la chambre doit être réglée;on outre l'appareil peut comprendre des moyens pour prélever du gaz à l'intérieur de la (ou des) chambre ainsi qu'un appareil ''de diffusion auquel on fournit le gaz ainsi retiré et dans lequel il s'écoule en contact avec les matières sélective- ment perméables à introduire dans la chambre si l'on désire . y changer par diffusion la composition de l'atmosphère de ladite chambre.
Comme matière sélectivement perméable à différent*! gaz,ledit brevet cite entre autres le caoutchouc dont les membranes utilisées peuvent être protégées par des couvercles perforés ou autres moyens de protection. L'appa- reil décrit dans ledit brevet peut comprendre des moyens pour fixer le rapport entre les pressions interne et externe .
Les études des inventeurs ont permis de dé- velopper les connaissances décrites dans le brevet ci- dessus; ces études ont permis de déterminer avec précision les conditions auxquelles doit satisfaire le conditionnement de l'atmosphère d'enceintes contenant des produits doués d'une activité à la fois respiratoire et photosynthétique, tels que des organes végétaux divers comme des fruits de ainsi que/celle d'enceintes.fermées, comme les serres, prévues pour la culture des plantes.
Tel qu'il est décrit au brevet précité, le conditionnement des produits végétaux
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. amélioré ou non par divers accessoires plus particuliè- rament destinés à l'absorption ou l'élimination du gaz carbonique émis par les dits végétaux tels que des fruits, entraîne divers inconvénients. Il s'agit en effet d'exercer une surveillance étroite de la composition de 1'atmosphère de l'enceinte de conservation afin que le laveur ou absor- beur soit mis en oeuvre dès que la teneur en CO2 atteint une certaine limite. Un tel dispositif entraîne également des dépenses d'appareillage assez élevées et n'est pas commode à utiliser pour des entreposages dont les candi- tions peuvent varier entre de larges limites.
Dans tous .'les cas, d'autre part, où l'on absorbe ainsi le gaz carbo- nique - sauf, cependant,si l'on utilise un laveur à eau- les produits odorants dégagés par les fruits s'accumulent , dans l'enceinte de stockage et peuvent provoquer l'appari- tion de maladies physiologiques telles que l'échaudure.
On sait' en outre, qu'une faible quantité d'éthylène pro- vient des fruits en cours de stockaget aucun.laveur ou ab- sorbeur prévu exclusivement poux le gaz carbonique du typo de ceux que l'on a jusqu'à présent utilisés, ne peut en même temps éliminer l'éthylène formé. Ceci peut présenter des inconvénients si le stockage est réalisé à une tempéra'* ture voisine de l'ambiante; car on sait que l'éthylène est nuisible à la bonne conservation de certains fruits au- dessus de 7 environ.
On a pu constater au cours des recherches nouvelles effectuées que les résultats désirés, évitant les inconvénients ci-dessus et perfectionnant la procédera décrite au brevet précité, pouvaient être améliorés ' et adaptés à de nombreuses applications, lorsque certaines :
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conditions particulières Sont satisfaites,notamment en utilisant des échangeurs en matière synthétique. On peut alors, grâce aux propriétés sélectives obtenues et choisies,obtenir dans l'atmos- phère de stockage les taux d'oxygène et do gaz carboniquo dési- . rés,tout 'en éliminant les substances odorantes et l'éthylène, ce qui a pour effet de faciliter le stockage en atmosphère con- trôlée au voisinage de la température ordinaire.
L'exposé qui suit a pour but de rappeler et de préciser les conditions do mise en couvre do l'échangeur en matériau synthétique solen l'invention,afin d'on déterminer les propriétés. On sait tout d'abord quo le mélange gazeux contenu dans l'enceinte de stockage doit comporter des pressions par- tielles connues.figurant dans les ouvrages spécialisés sur le probl&me de la conservation en "atmosphères contrôlées", à sa- voir des pressions partielles x d'oxygène et z de gaz carbonique x et z étant par exemple exprimés en atmosphères.-
Pour maintenir auxdites valeurs connues et prédéterminées les pressions partielles d'oxygène et de gaz carbonique,
l'échangeur doit permettre l'introduction dans l'enceinte d'une quantité convenable d'oxygène et en même temps l'élimination convenable du gaz carbonique. En effet, à cause de la respiration dos organes végétaux,!'oxygène tond cons tammont à se raréfier à leur contact tandis quo le gaz carboni- que tend,au contraire, à s'accumuler.
On désigne par R et R' respectivement les quantités d'oxygàhe et de gaz carbonique échangées par unité de temps par la masse totale dos fruits ..traités,à la température considérée et dans le mélange gazeux .. d'oxygène et de gaz carbonique aux pressions partielles respec- tives x et z, afin de déterminer les caractéristiques de perméa- bilité, pour la diffusion,de l'échangeur permettant d'assurer la constance de la composition on oxygène ot en gaz carbonique dans l'enceinte d'on-
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treposage. En premier lieu, la pression totale régnant à l'intérieur de l'enceinte de stockage doit être égale à la pression qui règne à l'extérieur de ladite enceinte c'est- à-dire à la pression atmosphérique.
Par conséquent, il exis- te une relation (1) entre les pressions partielles des gaz contenus dans l'enceinte de atockage, Si l'on désigne par y la pression partielle en azote, on a sensiblement : x + y + z = 1 (1) x, y et z étant exprimés en atmosphères.
Dans la généralité des cas, y est supérieur à la pression partielle de l'azote dans l'air (0,79 atm).
Dans ces conditions l'azote, contenu dans l'enceinte de stockage, tend à sortir par diffusion au travers de l'échan- geur, Pour maintenir la pression d'une atmosphère dans l'enceinte, il faut donc prévoir une entrée continue d'air.
Soit U le débit d'entrée d'air. Pour que la composition en oxygène et en gaz carbonique de l'atmosphère d'entreposage demeure constante, il faut que les échanges diffusifs à travers les parois de l'échangeur satisfassent aux égalités suivantes : Débit de O2 entrant = R - 1 U 5
Débit de CO2 sortant = R'
Débit de N2 sortant = 4 U
5
Dans la présente description, on désigne par #x, # y et # z respectivement les variations des pres- sions partielle! d'oxygène, % d'azote et z de gaz carbo- nique, après passage du mélange de composition (x,y,z) dans l'échangeur. On peut négliger les variations du débit volumé- trique Q à la sortie de l'échangeur.
On peut alors écrire les égalités (2), (3) et (4) ci-après:
Q. # z = R' (2) Q. # x = R - 1/5 U(3)
Q. # y = 4/5 u (4)
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L'importance des variations des tensions (ou des concentrations) de gaz carbonique, d'oxygène, et' d'azote, qui sont respectivement
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dépend dans de l'importance respective des échangea diffu- sifs qui t'installent à travers les parois de l'échangeur et du débit de circulation du mélange gazeux dans l'échan- geur.
Les échanges par diffusion R' , R - 1/5 U et 4/5 U sont généralement faibles (de l'ordre d'une fraction de par heure litre ou de quelques litres au plus/). Il est donc aisé de choisir une valeur de Q suffisamment grande pour pouvoir considérer # x, # y et # z comme négligeables.
Dans ces conditions, si l'on désigne par P (O2), P(CO2) et P(N) les perméabilités totales respectives de l'échangeur vis-à- vis de l'oxygène, du gaz carbonique et de l'azote, on ob- tient aisément les relations ci-après 1
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Les perméabilités définies aux relations (5), (6), et (7) seront calculées dane lee menez unités que les débits R, R' et U, c'est-à-dire en volumes de gaz,
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par unit' do temps et par atmosphère, puisque x, y et a sont exprimés en atmosphères.
Ces perméabilités pour un. échangeur constitua d'uno paroi diffusante de surface to- tale S et d'épaisseur à pourront encore être ramenées à l'unité de surface et d'épaisseur..
Les conditions, exprimées par les égalités (5), (6) et (7) ci-dessus permettent d'établir une relation entre les caractéristiques de perméabilités unitaires de la matière synthétique, à savoir PU(02)3, Pu(CO2) et Pu(N2) et certaines données biologiques, qui sont, d'une part, le "climat gazeux" correspondant aux valeurs des pressions par- tielles et z (atm) et,, d'autre part, le quotient respi- ratoire des produits R'/R ou son inverse R/R'.
R R'
En effet, on tire des égalités (1), (5) (6) et (7) en éliminant y et U l'expression (8) suivante :
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Or les perméabilités totales de l'échan- geur sont, si S est la surface de la paroi diffusante et a son épaisseur ! P (O2)=S/a Pu(O2); P(CO2)= S/a Pu(CO2) et P(N2)=S/a Pu(N2).
La relation (8) devient alors :
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Par conséquent, les matières synthétiques qui sont appropriées pour la réalisation de l'échangeur selon l'invention possèdent des perméabilités à l'oxygène
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Pu(O2), au gaz carbonique Pu(CO2) et 1 l'azote Pu(N2) telles que, dans les conditions de travail prévues, l'éga- lité (8) soit sensiblement satisfaisante,
A titre illustrant de ce qui précède, on a choisi le cas particulier de la conservation de diverses variétés de pommes ou poires qui est améliorée de façon connue par un entreposage dans une atmosphère renfermant 2 % d'oxygène et 5% de gaz carbonique.
Dans cette atmos- phère, ces variétés de pommes et poires ont un quotient respiratoire un peu supérieur à l'unité et on prendra le cas où R'/R = 1,3 (ou R/R' = 0,77).
Connaissant les valeurs respectives de x (se = 0,02) et de z (z = 0,05), on trouve z/0,21-x = 0,26.
0,21-x
La relation (9) montre quo, dans ce cas par- ticulier, les matières synthétiques appropriées pour cons- tituer l'échangeur selon l'invention sont'asiles pour les- quelles :
EMI8.1
Le choix de la matière synthétique prati- quement utilisable dépend donc de la.valeur de l'expression
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caractéristique 1* a 4PU(02) + PU(N2) 3pos PU(C02) + pu(N2) de la matière considérée.
L'homme de l'art pourra évi- demment choisir parmi les matériaux dont il dispose, ce- lui dont la valeur r est la plus voisine de 0,26
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C'est ainsi qu'on est amené dans l'exemple considéré : - à éliminer le polypropyléne pour lequel r = 0,39 - à éliminer le chlorure de polyvinyle pour lequel r = 0,17 - mais à retenir le polyéthylène pour lequel r = 0,26.
L'invention propose également une autre méthode de détermination de la matière synthétique que celle qui vient d'être décrite, dans le cas où l'on ne connalt pas -ou s'il est difficile de déterminer pratique- ment- le quotient respiratoire des organes végétaux à traiter.. L'invention fournit alors un moyen plus pratique pour permettre à l'homme de l'art d'exercer son choix.
La Demande.-esse a en effet trouvé que les perméabilités des matières synthétiques convenant à l'invention devaient satisfaire à la double inégalité (10), ci-après, qui a été établie en tenant compte de l'intervalle des variations possibles du quotient respiratoire R'/R dans le cas d'une bonne conservation des fruits dans le mélange gazeux en- visagé.
EMI9.1
En désignant par # le rapport sans dimension
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4 Pu(02) + Pu(N2) d'une matière synthétique, 4 Pu-rC02)+ Pu{N2r- l'invention prévoit que les matières synthétiques suscep- tibles d'être utilisées pour la .fabrication d'un échan- geur, pour l'obtention et le maintien au contact des pro- duits, tels que des fruits, d'une atmosphère contenant x % d'oxygène et z % de gaz carbonique sont celles dont
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la caractéristique répond sensiblement à la double condi- %ion (11)
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' En appliquant ce dernier mode de détermina- tion des matières synthétiques utilisables dans le sens de l'invention, au traitement des fruits avec atmosphère à 2% d'oxygène et 5% de gaz carbonique,
la double inéga- lité (11) devient 0,18 # # 0,26
Pour du propylène # = 0,30
Pour du P.V.C # = 0,17
Pour du polyéthylène, par contre, on vérifie que 1 0,18 ##= 0,20 < 0,26
Pour un matériau à base de silicones (diméthylpolysiloxane) on vérifie aussi
0,18 <# = 0,19< 0,26
La diffusion des gaz respiratoires et de l'azote à travers l'échangeur conformément au procédé de l'invention peut donc être déterminée en fonction des be- soins et l'on a en général intérêt, pour la conservation prolongée des fruits,
à choisir des matériaux ayant en outre les caractéristiques générales ci-après: -
Perméabilité à la vapeur d'eau: P(H2O) très faible " à l'éthylène: : P(C2H4) grande " aux,essences odorantes : P(essences) très grande.
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Moyennant un choix convenable du matériau synthétique constitutif de l'échangeur, on peut assurer en permanence dans une enceinte où sont stockés des fruits, tels que des pommes, une composition appropriée de l'en-. ceinte de stockage; par exemple, on peut maintenir les valeurs de X, y, z ci-dessus définies, de la façon sui vante x = 0,02 atm y = 0,93 atm z = 0,05 atm
Lorsqu'on a choisi la matière synthétique appropriée, il convient de déterminer la surface à don- ner à la membrane de diffusion en faisant intervenir, évidemment, la masse de produits à traiter.
A cet effet, on peut faire appel, par exemple, à l'égalité (6) sus- mentionnée qui s'écrit ; s
P(CO2) = R'/z (6) dans laquelle R' représente la quantité de gaz carbonique dégagée par la masse totale de produits entreposés dans l'unité de temps choisie. Cette quantité R' est une donnée courante en matière de conservation des produits.
S'il s'agit d'une membrane homogène et d'un régime de diffu- sion des gaz à travers la matière, à l'exclusion de per- forations, la relation (6) s'écrira, en faisant interve- nir Pu(CO2), la perméabilité ramenée à l'unité de sur- face (S) et d'épaisseur (a) de membrane, (6) P(CO2) = Pu(CO2) x S/a = R'/z Les caractéristiques dimensionnelles de la membrane ou de la plaque de diffusion peuvent . alors être déterminées
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grâce à la relation (12) ,
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dans laquelle 8 et a représentent respectivement la sur- .face et l'épaisseur de l'échangeur à mettre en oeuvre.
Dans l'expose qui précède, on a suppose que le débit Q du mélange gazeux qui circule dans l'é- changeur était grand par rapport aux valeurs des pressions partielles respectives de l'oxygène, du gaz carbonique et de l'azote dans le mélange. De la sorte, les valeurs des variations desdites pressions partielles (ou des concen- trations) ont pu être valablement considérées comme né- gligeables. Toutefois, il est possible, lorsque la masse des organes à traiter est grande ou encore lorsqu'on dé- sire utiliser un faible débit Q (par exemple pour éviter une trop grande surpression de l'atmosphère dans l'échan- geur, ou pour diminuer le prix de revient de la pompe de circulation ....) que les valeurs # x, # y et # z ne soient plus négligeables.
Les perméabilités P(C02) P(02)-et P(N) de l'échangeur sont alors définies par les égalités :
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Si l'on pose d'une manière générale = P e-P/Q les relations 5', 6', 7' deviennent
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qui sont la généralisation des expressions (5). (6) et (7) et où @ désigne la perméabilité effective de l'échangeur, laquelle dépend de Q, ,tandis que P, évidemment indépendant de cette dernière valeur, est laperméabilité réelle (ou intrinsèque) de l'échangeur.
Pour définir les matières utilisables pour confectionner 1 échangeur, on est donc théoriquement con- duit à utiliser la double inégalité
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qui est la généralisation de la condition (la), cette der- nière étant en principe valable seulement pour.Q infini.
Mais les termes e-P/Q,, en fait, sont peu différents de 1, la plus petite valeur du rapport - P/Q étant supérieure à - 1/2. En effet, le calcul montre que la valeur minimale de Q dans les expressions (5'),(6') et (7') est fixée par celui des constituants (CO2, 0 ou N2) qui diffuse le plus rapidement au travers des parois de l'échangeur. En supposant, comme c'est souvent le cas, qu'il s'agisse du gaz carbonique, on démontre que :
Q minimum. R' e/z, e = base des logarithmes népérions.
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est
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Etant donne que P(CO2) supérieur à z P(CQ ) on voit, en définitive que ....... Q" 2- '- eat plus grand que -1 - lorsqu'il atteint sa valeur minimale.
Donc il est convenable d'écrire que
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-P/Q> - 1/2
Les considérations précédentes conduisent finalement à admettre que la double inégalité (10) définit la matière à utiliser de façon suffisamment convenable quelle que soit la valeur du débit Q du mélange gazeux.
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Pour dèterminer les caractéristiques dimen- sionnelles de l'échangeur dans le cas le plus général, il
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est donc nicessa1re de résoudre le système des équations (13 et (14) ci-après :
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P (C02) a (S/a) Pu (CO2) (14)
Pour calculer la perméabilité globale de l'échangeur P(C02) on écrit la relation (13) sous forme logarithmique, pour obtenir la relation (15) t
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Loge P(C02) - Loge RVx " -f1Q2J .. (15)
On peut alors déterminer la solution gra- phique du système par intersection de le, fonction
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,1.
Loge P (CO2) et de la droite y,2 a P(CO2) + Loge R'/z Après avoir déterminé P(C02)8 à l'aide de l'égalité (15) on peut calculer les caractérîstiques dimen- sionnelles
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z, titre d'exeiple, on a calculé ci-après la surface d'un échangeur constitué d'une membrane tissée en fibres synthétiques, par exemple en "Nylon", et enduite d'un caoutchouc silicone (diméthylpolysiloxane), pour ob- tenir et maintenir au contact d'une tonne de pommes (va-
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riété "Golden ï3,ic.ous' une atmosphère à la pression at- mosphérique et dont la composition est la suivante ! a a oeo4 ato x " 1,0,'r atm y = 0,
93 atm
La respiration des fruits dans ce mélange
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fournit, pour une tonne, une valeur de 1 0#04 litre de CO2 Par minute à 15 .
Dans 1$exemple considéré, on disposait d'un
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échantillon du tissu enduit précité, dont ltêpaîsseur 1 était fixée* Par unité.de surface et à 15, on 8 S' Pu (02) * 3,3 1 / / dé Pu 2 = 20 1 / j / dm ' Pu (N2) - 1,7 1 / / dm2 On constate d'abord que le rapport
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est bien compris entre 2Î - x- et ' o'21*x"" car .1 la double inégalité (10) s'écrit : 1.1 0,5 < 1 m 0,18 <. 0,22.
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Pour définir la surface de l'échangeur, on résout l'équation (15) qui s'écrit dans l'exemple considère avec Q = 5 1+min
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On peut résoudre graphiquement cette 'SA- lite par l'intersection des deux courbes 11 == Loge P(CO2) .. y2 = 1/5 P (CO2)
On trouve ainsi, dans le cas particulier considéré : P (CO2) = 1,3 1 / min / tonne ou 1872 1 / j / tonne On obtient donc :
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P(C02> 1872 93,6 a 0#9 z tonne.
8 W F u Co 2 " 2 * g3' 6 ' 0,9 m tonne.
L'échangeur sera donc constitué d'un tissu enduit dont la surface est égale à 0,9 m2 par tonne de fruits entreposes.
Il importe de souligner que dans l'inter- valle de température 0 -15 (ou plus) où le procédé de l'invention est mis en oeuvre, la quantité P(CO2), ainsi que les autres caractéristiques de perméabilité qui inter- viennent, P(02) et P(N2), croissent sensiblement de la même manière, en fonction de la température, que l'activi- té respiratoire R' (ou R). Dans ces conditions, les di@en-
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sions (surface, épaisseur) définies pour une température comprise dans cet intervalle conviennent pour toutes autres conditions thermiques du même intervalle.
Cette observation ' revient à dire pour la pratique que l'éehangeur selon l'in- vention convient parfaitement pour la température de stockage des produits, température qui est de préférence comprise entre 0 et 15 , et que l'échangeur ainsi calcule conserve sensiblemmt pour toutes autres conditions thermiques de l'intervalle préféré 00-15& la même efficacité. Inefficacité dun même échangeur peut être modifiée en jouant sur l'im- portance du débit de fluide qui le traverse sur l'étendue de sa surface libre ou encore sur les conditions de sa ven- tilation extérieure.
Il peut être toutefois utile de disposer d'un échangeur dont on peut faire varier à volonté de façon sim- ple et progressive l'efficacité. L'invention, selon une va- riante prévoit des moyens très simples d'y parvenir : il suffit, en effet, de réchauffer ou de refroidir la membrane diffusante.
En effet,, on sait que le transfert de gaz par diffusion à travers les matières synthétiques, telles que le polyéthylène augmente avec la température; on pourra donc soit accroître l'efficacité'de l'échangeur par apport de chaleur, soit la diminuer par apport de froid.
Le réchauffement de la membrane (ou plaque) de diffusion peut être réalisé par un moyen quelconque, par exemple au moyen d'air chaud naturel extérieur soufflé pur l'échangeur, ou d'un courant d'air, chauffé par le condenseur du groupe frigorifique destiné à refroidir l'enceinte de 'stockage des denrées. On peut également prévoir des résis-
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,tances électriques incorporées à la membrane de diffusion (ou appliquées sur cette membrane).
Le refroidissement de la membrane de diffu. sion peut être obtenu diversement et facilement au moyen d'air froid naturel extérieur soufflé sur l'échangeur. On peut aussi, entre autres, refroidir artificiellement la membrane, notamment au moyen de cellUles à "Effet Peltier" -disposées sur la membrane, etc*,, ,
Ainsi, l'invention permet d'adapter le fonc- tionnement de l'échangeur aux conditions de fonctionnement particulières prévues et évite de faire un calcul poussé de l'échangeur au départ.
Selon une caractéristique avantageuse de l'inventif.. le réchauffement de l'échangeur offre donc un grand intérêt dans le cas des matières synthétiques dont la perméabilité croît très vite avec la température.
Il permet, en effet, de réduire considérablement la sur- face de l'échangeur.
A titre illustratif, on a déterminé précé- demment que,, pour conserver 10 tonnes de pommes dans un mélange gazeux comprenant 3% d'oxygène et 4% de gaz car- bonique, il faut un échangeur constitue, par exemple, par une membrane d'élastomère à base de silicones, ayant une surface de 9 m2.
Cette surface a été calculée pour un échan- geur fonctionnant à la même température que la masse des fruits entreposés, qui, pour fixer les idées, sera suppo- sée égale à 5 C. Si le stockage est maintenu à 5'C, mais si la température de l'échangeur est portée à 30 C, la sur-
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face diffusante devri otre seulement de 3 M2 environ. oe qui représente donc une économie imposante de la matière , - synthétique consi11'tuti1J'I' dfj l'éch8ngeur< D'une façon généi] raie on pous-pa dene considérablement améliorer 1('1 1"ono....
tîo=eteit de 'échangeur selon 1'îAventîon#aoit eu fe.- gant varies' la t6mp&rattue dudit éohangeur au cours de l'entreposage des produits pour assurer une Meilleure sou- liesse dans le procédé de réglage de la composition de l'atmosphère de stockage; soit en maintenant les fruits à
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tempér&'tmye plus basse que l'échangeur pour réduire l'en-.. ' oombronenb doe eel'mi-oi On a vu que, selon la forme générale du procédé :
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Belon llînventlont il était possible de constituer des membranes séleotivement perméables diffusantes à base de oiliconesgpar 6xepL des membranes tissées en fibres ayn- thétiques telles que le Nylon,enduites d'uaesilioone*
L'échangeur peut être situé soit à l'extérieur soit en to- talité ou en partie à l'intérieur de l'enceinte contenant ! les produits.Un mode préféra de réalisation de l'invention . résulte de ce qui suit,
on a constaté que les membranes sélectives à base de silicones sont beaucoup plus avanta- geuses que toutes les autres parce que leur perméabilité aux gaz reste pratiquement indépendante de la température
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à 1?intérieur d'un large intervalle de températures, cor- respondant à l'utilisation des dispositifs prévus; on a puµ' en mettant cette réalisation au point, préciser l'influen- ce de la nature du support de la membrane échangeuse sur
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la porséabilité aux gaz de ladite membrane et étudier l'influence des condensations et de l'humidité relative do l'air sur la perméabilité des membranes dlêlastomèren sili- cones.
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Pour ce qui concède l'action de la température, on a constaté, en examinant les enseignements ci-dessus que
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l'istonsité roupiratoîre p des produits à traiter (a'eet- àwdire" 1.absorption de.02 ou l'éaissiên de C02 à la tompdra-' tearie suivant la loi'ci-après ! 2 : log ro + kt oû ro est l'intensité d'abseyption de 02 ou celle de l'emie- sion de C02 à 010 s o1 ç est un eoefficient caractéristique des proda#.tdaeuaib,emnt égal à 004pour les poires et lois pcames et 0'4 t est la température centigrado. Il en résulte que si t augmente,il y a lieu d'augmenter la surface 8 échan- geuse ou le débit Q du mélange gazeux à conditionner, et
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'que a3. jg diminua', il y a lieu de diminuer a ou Q.
On a vu plus haut à ce sujet que le flux de diffusion des gaz à tra- vers l'échangeur est directement proportionnel à S et que
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les peraad,bi3itéa réelles x de l'échangeur sont liées au dém
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bit Q par les relations s pu (002) 00 <(COg) - pr.020 ' ? (0z) , ; . X(02) a P02- '0
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où Po' et peo sont les perméab111téa totales de l'éohan-
2 CO2 geur pour O2 et CO2 respectivement.
D'autre part ,
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la première torme de réalisation du procède fournit @@ le moyen de calculer le rapport S/a de la surface de l'échangeur à son épaisseur en fonction des perméabilités unitaires et des quantités unitaires d'oxygène et de CO2 échangées dans l'unité de temps par la massectotale des pro- duits (fruits ou autres) traités* Les inventeurs ont alors constate qu'un support en tissu à mailles fines et serrées diminue la perméabilité de la membrane échangeuse si l'on compare deux membranes de même surface S et de même épaisseur a d'élastomère silicone,l'une imaginaire, réalisée sans support, l'autre, réelle,
dans laquelle les fils consti- tuant le tissu occupent une surface s, il a étéconstaté que la perméabilité est diminuée par le tissu dans le rap- . port s/S. Par exemple une membrane imaginaire d'élastomère silicone de 40 microns d'épaisseur aurait une perméabilité au gaz carbonique de 60 litres /24 heures par 1 dm2. Par contre la membrane réelle correspondante,fabriquée à partir de 1 dm2 d'un tissu type gaz% d'une épaisseur de 23/100 mm, avec 20 fils de chaîne et 8 fils de trame au cm, garde une surface libre égale seulement à 0,60 dm2,de sorte que sa perméabilité est réduite à 35 litres /24 heures.
Les essais effectués sur des membranes d'élasto- mères silicones ont permis d'établir la faible influence de l'humidité relative des gaz mis au contact des membranes échangeuses d'élastomères .silicones-. Au cours de mesures effectuées sur une membrane entre 70% et 100% d'humidité relative, valeurs qui correspondent à des fluctuations fré- quentes de l'hygrométrie au cours du stockage ou du traite- ment d'organes végétaux, aucune modification de la perméabi- lité n'a pu être décelés dans cet intervalle.
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Des essais ont également montré que lea con- densations déposées sur les membranes échangeuses à base de silicones sont sans action sur leur perméabilité aux gaz, à condition que les membranes ne soient pas montées horizontalement et que le support par sa structure ou sa nature ne retienne pas l'eau condensée sur la surface échangeuse.
Partant de ces :raits, une variante de l'in- vention consiste en ce que la support do la membrane en élastomère silicone est constitué d'un tissu non hygrosco- , pique, tel que du Nylon,dont le rapport de la surface libre à la surface totale est d'autant plus grand que .la perméabilité désirée est plus grande et que ledit support avec sa membrane ou la membrane silicone seule est monté en une position empêchant la stagnation de l'eau à leur contact,par exemple en une position non horizonta- le de préférence verticale.
Les membranes échangeuses perfectionnées selon l'invention peuvent faire partie d'appareillages montés à l'intérieur ou à l'extérieur d'un local, ou constituer une partie de la (ou des) paroi verticale de ce local.
Lorsque le local ou enceinte peut être considéré comme ayant une atmosphère de composition stable et homogène dans tout son volume,sans la nécessi- té d'un brassage artificial, les perméabilités à O2,
CO2 et N2 sont fournies par les égalités (5), (6) et (7) précitées.
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Lorsque l'atmosphère du local ou enceinte doit être homogénéisée par un brassage, il est nécessaire de connaître le débit Q, d'air au'contact de la membrane
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debangouseî si ce débit Q est taiblo,
relativement aux échanges à réaliser à travers la membrane, on assure un déplacement tangentiel de l'air sur les membranes et on applique alors les dgalitdac5l)t (6') et (71) oî-desausb
Les membranes perfectionnées selon l'invention peuvent être directement utilisées pour constituer-tout ou
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partie des parois d'emballagestnotamment de fruits, ne caractéristique supplémentaire de l'invention est que, ' pour des emballages de grande capacité et contrairement à ' certaines indications de la technique antérieure ,l'étan- ; chéité rigoureuse de l'enveloppe n'est pas nécessaire:
'
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en effet, on évite par quelques défauts d'étanohéité l'apparition d'une dépression dans l'emballage , 1 quï*serait' susceptible de détériorer les parois ou les fruits;la membrane fonctionne alors comme un échangeur incorporé à la paroi d'une enceinte dont l'atmosphère n'a pas besoin d'être brassée et la perméabilité de la fenêtre se calcule ;
'par les relations 5-6-7 rappelées plus haut* Ces défauts
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volontaires d'étanohéité sont réalisés d'une manière judicieuse d'après les résultats des constructions établies , et peuvent être éventuellement obtenus au moyen d'orifices appropriés.
L'invention est décrite en détail ci-après,sans être aucunement limitée,en référence aux dessins annexés pour lesquels$
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F3..1 représente schématiquement en coupe longitudi- nala un prenier dispositif pour la mise en oeuvre du p2àé- dé de l'invention dans lequel l'échangeur est situé
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à 1. extérieur de l'eno.einte de 8O' Icase
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Fig. 2 est un Schéma (vu en plan) d'une va- rianté de mise en oeuvre du proche de l'invention avec deux échangeurs placés à l'intérieur de l'enceinte de stockage;
Fig. 3 représente un dispositif pour la conservation des fruits avec un ±changeur selon l'inven- tion ;
Fige 4 est une vue de détail d'un exemple d'élément de l'échangeur selon l'invention en cours de fabrication ; Fig. 5 est un diagramme montrant au cours du temps les variations de la composition du mélange ga- zeux (O2 et CO2) dans l'enceinte de stockage du dispositif 'de Fige 3;
Fig. 6 représente schématiquement en coupe axiale un autre type d'échangeur susceptible d'être mis en oeuvre selon l'invention; Fig. 7 est un diagramme représentant au cours du temps les variations de la composition du mélange creux dans l'enceinte d'entreposage, ce dernier ayant ou non traversé l'échangeur de Fig, 6.
Dans l'installation pour la conservation des fruits représentée à la Fig. 1, la masse 1 de fruits est placée dans l'enceinte de stockage 2. L'échangeur 43 selon l'invention est placé à l'extérieur de l'enceinte 2, et l'atmosphère gazeuse régnant dans l'enceinte parcourt l'installation en circuit fermé grâce à la pompe 5. dans des canalisations 6 et 7 tout en étant continuellement brassée par le ventilateur 4.
On prévoit en outre dans l'enceinte de stockage une ouverture reliée \ un équili- breur de pressions 9, qui permet l'entrée d'un peu d'air
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dans l'enceinte lorsquen la pression dans celle-ci tend à s'abaisser au-dessous de l'atmosphère et qui, dans l'exem- ple représente, est constitué par un tube 9a, dont une ex- trémité débouche à l'air dans l'atmosphère ambiante et l'autre extrémité plonge dans une cuve à eau 9b reliée her- métiquement à l'ouverture 8 de l'enceinte de stockage. - On a matérialisé par des flèches le flux gazeux circulant dans l'installation.
Lorsque, après quel- ques jours, un régime stable de marche du système est ob- constant tenu, il entre en 8 un débit/ U d'air destiné à équilibrer les pressions interne et externe. L'atmosphère régnant dans l'enceinte de stockage brassée par le ventilateur 4- est aspirée par la pompe 5 à travers la canalisation 6.
Avant de parvenir à l'échangeur 3, le mélange gazeux primi- tif a été enrichi en CO2 et appauvri en O2 par la respi- ration des fruits. En passant sur l'échangeur, selon l'in- vention, le mélange gazeux cède à l'atmosphère ambiante par unité de surface et de temps une quantité d'azote égale à 4/5 U, une quantité de gaz carbonique égale à R', ainsi que de l'éthylène et des essences odorantes, tandis qu'une quantité d'oxygène (R- 1/5 U) est introduite par diffusion à travers l'échangeur 3 dans le mélange gazeux.
Ce mélange aspiré par la pompe 5 constitué dans la cana- lisation 7 un mélange gazeux convenablement enrichi en O2 et appauvri en CO2 qui est recyclé dans l'enceinte de stockage 2. On conçoit, d'après ce qui précède, que le procédé de l'invention est avantageusement continu.
Dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 2. l'enceinte de stockage 12, vue en plan, con-
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tient une masse de fruits 11, On a prévu, selon l'inven- tion, deux échangeurs 13a etn13b en matériau synthétique traversant l'enceinte de stockagebrespectivement par des ouvertures 18a, 20a et 18b, 20b. L'équilibre des pressions interne et.externe est assuré en 18c par une soupape d'ad- mission d'air, par exemple par un dispositif analogue à celui représenté dans le mode dé réalisation de la figure 1.
Le fonctionnement d'une telle installation est sensible- ment le mme que celui du dispositif de la figure 1. Pour éliminer vers l'extérieur l'azote excédentaire et le gaz carbonique formé par la respiration ainsi que l'éthylène et les essences odorantes, on prévoit dans ce cas un bala- yage des échangeurs 13a et 13 par de l'air, qui, intro- duit respectivement en 18a et 1811,, entraîne les gaz pré- cités et sort en 20a et 20b. L'air pur introduit en 18a et 18b sort donc en 20a et 20b enrichi en CO2, C2H4 et essences odorantes et appauvri en oxygène.
On a représente en élévation à la Fig. 3 une installation pratiquement utilisée pour la conserva- tion des fruits selon l'invention. La masse 30 de fruits est placée dans des caisses ou plateaux superposés 31; on a disposé des planches protectrices 31a et 31b à la partie supérieure et inférieure des éléments 31, La planche infé- rieure 31b repose sur le sol par le Intermédiaire de barres
31c, en bois par exemple, pouvant servir à la manutention et permettant l'isolement du lot de fruits.
Les fruits sont entourés d'une'enceinte 'tanche' aux gaz 32, avantageusement en matière synthétique soudable, telle que du polyéthylène ou autre. Cetten- ceinte 32 peut être refroidie ou non. Dans l'exemple repré-
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senté, elle a la forme d'une simple bâche entourant complè- tement le lot de fruits 30. On peut aisément réaliser l'é- tanchéité d'une telle enceinte en plaçant d'abord une feuil- le horizontale de matière plastique soudable 32b sur la planche 31b, après quoi on dispose les fruits 30.
La feuille 32b déborde le long des cotés de la planche 31b, Cet qui permet de souder les pans 32a de la bâche sur les bords de la feuille 32b, par des soudures 32c. La bâche 32 est munie, sur deux fa'ces opposées, de deux ouvertures 38a 38b. Une tubulure 36 part de l'ouverture ;Si. et conduit les gaz vers l'échangeur 33. L'ouverture 38b reçoit les gaz provenant de l'échangeyr 33 par la tubulure 37 munie éven- tuellement d'un frigorifère 42. Différents appareils de mesure et de contrôle sont montés sur la tubulure 36 ou 37, notamment un manomètre à eau 40, un dispositif 41 de prise d'échantillons gazeux. Une pompe étanche 35 montée sur un bâti 35a assure la circulation du flux gazeux.
Un ventilateur 34, placé devant 1' changeur 33 créé une circula- tion d'air pour entraîner les gaz diffusés hors de l'échan- geur. Enfin un équilibreur de pression, en l'espace une valve à eau 39, assure les rentrées d'air nécessaire dans l'atmosphère de stockage pour maintenir l'équilibre des pressions externe et interne. Le mélange gazeux contenu dans la chambre à fruits est aspiré par la pompe étanche 35 et refoulé dans l'échangeur 33. Ensuite le mélange re- tourne directement dans la chambre à fruits. La pompe 35 peut être encore placée en amont de l'échangeur sur la cana- lisation 36.
A titre d'exemple, on a utilisé une bâche formée d'une feuille de chlorure de polyvinyle de 300 microns d'épaisseur. On a entreposé 250 kg de pommes "Jonathan" dans 15 caisses empilées en trois rangées pa-
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rallèles comportant chacune 5 caisses superposées@ Les di- mansions de la bâche étaient environ de 60 x 120 x 135 cm, ce qui correspondait sensiblement à un volume intérieur ,de l'ordre de 1 m. On a placé cette enceinte de stockage dans une chambre isotherme à 20 et on l'a reliée à un changeur décrit en détail'! ci-après,
On a mis en oeuvre,
comme matériau synthétique pour la constitution de l'échangeur,une feuille mince se présen- tant sous forme d'une gaine plate,que l'on a plissée et maintenue par une bande adhésive.
Ainsi qu'on pout le voir sur la figure 4,cette opéra- tien se réalise sans difficulté en enfilant dans la gaine 43, prévenant d'un rouleau 44 et gonflée d'air issu en 45 d'un petit compresseur,un tube léger 46, en verre par exemple , de diamètre inférieur à celui de la gaine plate 43. Il est alors facile de plisser le film plastique autour du tube
46 dans le sens transversal, on colle ensuite une bande adhé- sive 47 suivant deux génératrices opposées. On retire alors le tube 46,ce qui fournit un canal central qui permet aux gaz de circuler sans perte de charge notable.
Au cours de ce travail,dans les cas où l'on désire une bonne étanchéité, il faut prendre toutes les précautions nécessaires pour ne pas perforer la gaine 43 par le frotte- ment sur des surfaces rugueuses ou par des chocs.
Les deux extrémités de la gaine 43 sont ensuite soudées après la mise en place de deux tubulures d'entrée et de sortie pour le raccordement au circuit.
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Dans le cas particulier précité du traitement des pommés , on a utilise comme matériau constitutif de l'é- changeur, du polyéthylène sous forme de pellicules minces de deux épaisseurs différentes (50/u et 80 /u). Pour un tel matériau, les perméabilités respectives à l'oxygène et au gaz carbonique sont, avec une différence de pression par. tielle de 1 atmosphère et à 15 : :
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P(02) t 30 cm3fdm'flr h pour 30M d'épaisseur 19 cz3f Dmf 2. h pour 9 t d'épaisseur P(C02) s 150 cm3/dm2/24 h pour SO J1 d'épaisseur 95 cm"J/dm2/24 h pour 80 g1 d'épaisseur.
La surface de l'échangeur a été déterminée de façon à permettre l'obtention d'un mélange gazeux très pauvre en oxygène (composition approximative de l'atmos-
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phère de stockage s 2 02$ 5% C02 et 93% N2) à la tempé- rature du local d'entreposage isotherme (200).
On a constitué une gaine de 150 m de lon-
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gueur formé" de de'"C tronçons avec 50 m de feuille de polyéthylène d'épaisseur 80 microns
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(surface d)6changej 12 m2) - 1000 m de feuille de polyéthylène d'épaisseur 50 microns
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(surface d'échange ! t 24 m,..
Grâce au plissage décrit précédemnent on peut réduire considérablement la longueur apparente de làdehangeur. En effet, un aetre d'échangeur plissé corres- pond environ à six mètres de gaine plate. L'encombrement
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total de l'changeur est donc de 25 mètres environ. On a disposé alors en serpentin l'échangeur ainsi plissé et on
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l'a maintenu dans un cadre rigide, dont le volume était de 0,15 m3 environ.
A titre indicatif, avec un tel échangeur, la circulation continue des gaz est assurée par la pompe 35 avec un débit de 3 litres/min, la dépression à l'aspi- ration étant alors de 2 cm d'eau. L'échangeur introduit une perte de charge de 0,5 cm d'eau.
On a déterminé de jour en jour l'évolution des pourcentages d'oxygène et de gaz carbonique dans l'at- mosphère gazeuse da stockage, et l'on a consigné les ré- sultats obtenus dans le diagramme de la figure
La figure 5 rest relative à la conservation des pommes dans l'installation de figure 3, ainsi qu'il a été dit plus haut. On peut constater, au cours du temps, deux stades successifs d'évolution de l'atmosphère dans l'enceinte de stockage.
Dans un premier stade ou stade transi- toire, qui dure seulement quelques jours, le pourcentage en O2 décroît fortement, tandis que le pourcentage en CO2 croît d'abord, puis diminue ensuite progressivement avant de devenir sensiblement stationnaire. Ce stade s'accompa- gne, ainsi qu'il est normal, d'introductions importantes d'air par la vanne à eau 39, car les fluctuations de la pression interne sont élevées.
Le deuxième stade, qui est le stade pro-... prement dit de conservation dans le traitement décrit à la figure 5, correspond à une stabilisation de la compost- tion du mélange gazeux et a été représenté pour les 12 premiers jours. Le mélange possède alors une composition
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sensiblement constante, à savoir :
O2 1 2,5%
CO2 : 6,5%
N2 :91 %
En même temps les entrées d'air sont deve- nues extrêmement faibles, matérialisant ainsi de façon visible rétablissement du régime permanente
Cette stabilisation de la composition de l'atmosphère dure plusieurs semaines ou plusieurs mois selon la température, l'espèce, la variaté et le stade initial des fruits.
L'exemple prstique considéré montre que le procédé de l'invention, avec lequel on met en oeuvre un échangeur en matière synthétique, permet d'obtenir et de maintenir à une valeur sensiblement constante, une compo- sition déterminée de l'atmosphère de stockage, notamment une très faible teneur en oxygène (2% à 3%) et une faible teneur en gaz carbonique (5% à 6%).
Un tel résultat a été obtenu avec un échangeur plissé réalisé à partir d'une feuille mince en poly- éthylène. Il faut remarquer d'ailleurs que l'on peut fa- briquer un tel échangeur à partir d'une feuille unique de polyéthylène., d'épaisseur 50 par exemple.
Chaque cas particulier de traitement de stockage peut être résolu par le procédé de l'invention moyennant un choix convenable des caractéristiques de l'é- changeur (surface d'échange) , si l'on prévoit une matière synthétique donnée et répondant aux conditions de perméa- bilité mentionnées précédemment. On conçoit donc que les
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applications pratiques du procédé de 1'invention peuvent être nombreuses et ne sont pas limitées à des types par- ticuliers de matériau synthétique. Ainsi, un matériau doué de propriétés de perméabilité améliorées pourra donner lieu à l'utilisation d'échangeurs moins encombrants et de surface plus réduite.
A titre illustratif de ces dernières indica- tions, on a mis en oeuvre pour la fabrication de l'échan- geur une membrane constituée d'une toile enduite d'une cou- che d'élastomère (silicones) présentant une grande perméa- bilité aux gaz. L'élastomère mis en oeuvre était du dimé- thylpolysiloxane. On peut utiliser un tel composé pur sous la forme d'un tube ou en couche mince sur support d'un tissu textile. On a représenté schématiquement à la figu- re 6 un mode de réalisation avantageux d'un échangeur composé d'un petit nombre d'éléments rendus étanches par collage, soudage, etc. On a constaté en effet que la membrane enduite de silicones était extrêmement perméable aux odeurs et très perméable, en outre, à l'éthylène.
L'échangeur décrit à la figure 6 convient alors particulié. rement bien aux besoins de l'invention. L'échangeur 50 comprend une série d'éléments 51 constitués d'une membrane (toile) enduite de silicones (diméthylpolysiloxane) , dont les bords jointifs 52 ont été solidarisés et rendus étan- ches par collage de la couche d'élastomère. Deux tubes 54, 55 sont scellés étroitement sur chaque élément d'ex- ' trémité de l'échangeur 50. Le mélange gazeux à contrôler est balayé selon 56 à l'intérieur de l'échangeur à travers les tubes 54, 55.
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Les perméabilités vis-à-vis du gaz carboni- que et de l'oxygène sont de beaucoup supérieures à celle,$ du polyéthylène, comme le montre le tableau' suivant
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<tb> Perméabilité <SEP> à <SEP> 15 <SEP> pour <SEP> Rapport
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<tb> CO2 <SEP> exprimée <SEP> en <SEP> P(CO2)/P(O2)
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<tb> cm3/24h/dm2/1 <SEP> atm.
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Diméthylpolysiloxa-
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<tb> ne <SEP> sur <SEP> tissu <SEP> (en-
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<tb> duction <SEP> de <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 60
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<tb>
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<tb> microns <SEP> environ) <SEP> 20.000 <SEP> . <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 7
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<tb> Polyéthylène
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<tb>
<tb>
<tb> (50 <SEP> microns) <SEP> 150 <SEP> 4,5
<tb>
Inefficacité d'un changeur réalisé à par- tlr de dimthylpolysiloxane est donc plus grande que l'é- changeur plissé à base de polyéthylène. La surface d'é- change peut donc être considérablement réduite et l'on a par exemple constaté qu'un tissu recouvert de silicones, ayant une surface de 0,9 m2 pouvait convenir à la conser- vation de 1 tonne de fruits.
La figure 7 illustre les résultats obtenus en utilisant un tel échangeur pour la conservation de 1 tonne environ de pommes "Golden Delicious" à 12 ; la com.. position de l'atmosphère au contact des fruits s'est main- tenue aux taux voulus de O2 (3%) et de CO2(5%).
Au diagramme de figure 7, les courbes (a) et (c) représentent respectivement les teneurs en CO2 et en O2 de l'atmosphère gazeuse de l'enceinte d'entreposage, tandis que les courbes (b) et (d) représentent respective- . ment ces mêmes teneurs après passage du mélange gazui, à un débit de 5 litres/min, à travers l'échangeur sus-décrit en référence à la figure 6.
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L'invention concerne de façon générale toute mise en oeuvre de matériau synthétique, pour la conserva- tion des fruits; le choix de la matière synthétique et le calcul correspondant des caractéristiques de l'échangeur doivent être considérés comme étant à la portée d'un homme de l'art et ne s'écartent pas du cadre de la présente invention,
L'invention s'applique non seulement aux locaux ou emballages pour fruits et analogues, maiselle permet- '' -' - d'assurer en outre tout conditionnement gazeux de serres en fonction de cultures spéciales.
Elle offre:. : également un intérêt industriel pour la construction de regards sur petits emballages ou sur des doublures de caisses ou sacs en polyéthylène, de panneaux isolés thermiquement ou non pour les emballages couramment dénom- més "containers", de panneaux pour chambres démontables étanches non isolées -frigorifiques ou non - éventuel- lement logeables en chambres froides traditionnelles, . de panneaux sur chambres froides isolées,démontables ou sur chambres étanches traditionnelles, d'échangeurs internes ou externes pour chambres froides étanches de tous types, etc...
On rappellera cependant que l'inven- tion peut aussi aisément être utilisée pour régler la composition de l'atmosphère d'enceintes renfermant des organes verts, des plantes entières, etc...,qui, par photosynthèse, absorbent du gaz carbonique et rejettent de l'oxygène. Ainsi, le procédé de l'invention convient au conditionnement de l'atmosphère de serres ou abris pour la culture des plantes.
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"Improvements to the preservation of fruits and similar products"
The present invention relates to improvements in the preservation of fruits and similar products, either at a fixed position or during transport.
It is known that the ripening of fruits in an enclosure can be delayed by reducing the oxygen concentration of the atmosphere in contact with the fruits, and by limiting the increase in its concentration of carbon dioxide. It is also known that the rate of ripening of the fruits can be accelerated by the action of certain gases such as ethylene.
Putting this teaching case into practice, French patent 699.360 of July 25
1930 introduced a method of storing, transporting and processing fruits and the like, with adjustment of the composition of the gas atmosphere or contact with the fruit; according to this known process, a material selectively permeable to the fruit is used. certain gases to code the concentration of gases in the atmosphere
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sparkling.
The apparatus for carrying out this procedure comprises a chamber, one part of which is formed of a body impermeable to gases and the other part of material selectively permeable to certain gases whose concentration inside the chamber. must be adjusted; the apparatus may also include means for taking gas inside the chamber (s) as well as a `` diffusion device to which the gas thus withdrawn is supplied and in which it s' flows into contact with the selectively permeable materials to be introduced into the chamber if desired. change by diffusion the composition of the atmosphere of said chamber.
As a material selectively permeable to different *! gas, said patent cites among others the rubber whose membranes used can be protected by perforated lids or other means of protection. The apparatus described in said patent may include means for fixing the ratio between the internal and external pressures.
The inventors' studies made it possible to develop the knowledge described in the above patent; these studies made it possible to determine with precision the conditions which must be met by conditioning the atmosphere of enclosures containing products endowed with both respiratory and photosynthetic activity, such as various plant organs such as fruit and / that of closed enclosures, such as greenhouses, intended for the cultivation of plants.
As described in the aforementioned patent, the packaging of plant products
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. improved or not by various accessories more particularly intended for the absorption or elimination of carbon dioxide emitted by said plants such as fruits, entails various drawbacks. It is in fact a matter of exercising close monitoring of the composition of the atmosphere of the conservation chamber so that the scrubber or absorber is implemented as soon as the CO 2 content reaches a certain limit. Such a device also entails fairly high equipment costs and is not convenient to use for warehouses whose candidates can vary between wide limits.
In all cases, on the other hand, where carbon gas is thus absorbed - except, however, if a water scrubber is used - the odorous products given off by the fruits accumulate, in the storage chamber and can cause physiological diseases such as scalding.
It is also known that a small quantity of ethylene comes from the fruits in storage and no washer or absorber provided exclusively for carbon dioxide of the type of those which have been used up to now. , cannot at the same time remove the ethylene formed. This can present drawbacks if the storage is carried out at a temperature close to ambient; because we know that ethylene is detrimental to the good preservation of certain fruits above about 7.
It has been observed during the new research carried out that the desired results, avoiding the above drawbacks and improving the procedure described in the aforementioned patent, could be improved 'and adapted to numerous applications, when some:
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special conditions are met, in particular by using exchangers made of synthetic material. It is then possible, by virtue of the selective properties obtained and chosen, to obtain the desired oxygen and carbon dioxide levels in the storage atmosphere. res, while removing odorous substances and ethylene, which has the effect of facilitating storage in a controlled atmosphere close to room temperature.
The purpose of the following description is to recall and specify the conditions for setting the cover of the exchanger made of synthetic material solen the invention, in order to determine the properties. We first know that the gas mixture contained in the storage enclosure must include known partial pressures. These can be found in specialized works on the problem of conservation in “controlled atmospheres”, namely partial pressures. x of oxygen and z of carbon dioxide x and z being for example expressed in atmospheres.
To maintain the partial pressures of oxygen and carbon dioxide at said known and predetermined values,
the exchanger must allow the introduction into the enclosure of a suitable quantity of oxygen and at the same time the suitable elimination of carbon dioxide. In fact, on account of the respiration of the plant organs, oxygen tends to become scarce on contact, while carbon dioxide tends, on the contrary, to accumulate.
We denote by R and R 'respectively the quantities of oxygen and carbon dioxide exchanged per unit of time by the total mass of the fruit .. treated, at the temperature considered and in the gas mixture .. of oxygen and carbon dioxide at the respective partial pressures x and z, in order to determine the permeability characteristics, for diffusion, of the exchanger making it possible to ensure the constancy of the composition of oxygen and carbon dioxide in the enclosure of -
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storage. Firstly, the total pressure prevailing inside the storage enclosure must be equal to the pressure which prevails outside said enclosure, that is to say at atmospheric pressure.
Consequently, there is a relation (1) between the partial pressures of the gases contained in the storage enclosure, If we denote by y the partial pressure of nitrogen, we have substantially: x + y + z = 1 (1) x, y and z being expressed in atmospheres.
In most cases, y is greater than the partial pressure of nitrogen in air (0.79 atm).
Under these conditions, the nitrogen contained in the storage enclosure tends to escape by diffusion through the exchanger. To maintain the pressure of an atmosphere in the enclosure, it is therefore necessary to provide a continuous inlet of 'air.
Let U be the air inlet flow. In order for the oxygen and carbon dioxide composition of the storage atmosphere to remain constant, the diffusive exchanges through the walls of the exchanger must satisfy the following equalities: Incoming O2 flow rate = R - 1 U 5
Outgoing CO2 flow = R '
Outgoing N2 flow = 4 U
5
In the present description, we denote by #x, # y and # z respectively the variations of the partial pressures! of oxygen,% of nitrogen and z of carbon dioxide, after the mixture of composition (x, y, z) has passed through the exchanger. The variations in the volumetric flow Q at the outlet of the exchanger can be neglected.
We can then write the equalities (2), (3) and (4) below:
Q. # z = R '(2) Q. # x = R - 1/5 U (3)
Q. # y = 4/5 u (4)
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The importance of variations in the tensions (or concentrations) of carbon dioxide, oxygen, and nitrogen, which are respectively
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depends in the respective importance of the diffuse exchanges which install you through the walls of the exchanger and the flow rate of circulation of the gas mixture in the exchanger.
The exchanges by diffusion R ', R - 1/5 U and 4/5 U are generally low (of the order of a fraction of per liter hour or of a few liters at most /). It is therefore easy to choose a value of Q large enough to be able to consider # x, # y and # z as negligible.
Under these conditions, if we denote by P (O2), P (CO2) and P (N) the respective total permeabilities of the exchanger with respect to oxygen, carbon dioxide and nitrogen , we easily obtain the following relations 1
EMI6.2
The permeabilities defined in relations (5), (6), and (7) will be calculated in units as the flow rates R, R 'and U, that is to say in gas volumes,
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per unit of time and per atmosphere, since x, y and a are expressed in atmospheres.
These permeabilities for one. exchanger made up of a diffusing wall with a total surface area S and a thickness to can still be reduced to the unit of surface and thickness.
The conditions, expressed by the equalities (5), (6) and (7) above make it possible to establish a relationship between the unit permeability characteristics of the synthetic material, namely PU (02) 3, Pu (CO2) and Pu (N2) and certain biological data, which are, on the one hand, the “gas climate” corresponding to the values of the partial pressures and z (atm) and, on the other hand, the respiratory quotient of products R '/ R or its inverse R / R'.
R R '
Indeed, we draw the equalities (1), (5) (6) and (7) by eliminating y and U the following expression (8):
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Now the total permeabilities of the exchanger are, if S is the surface of the diffusing wall and has its thickness! P (O2) = S / a Pu (O2); P (CO2) = S / a Pu (CO2) and P (N2) = S / a Pu (N2).
Relation (8) then becomes:
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Consequently, the synthetic materials which are suitable for producing the exchanger according to the invention have oxygen permeabilities.
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Pu (O2), carbon dioxide Pu (CO2) and 1 nitrogen Pu (N2) such that, under the planned working conditions, the equality (8) is appreciably satisfactory,
By way of illustration of the above, we have chosen the particular case of the preservation of various varieties of apples or pears which is improved in a known manner by storage in an atmosphere containing 2% oxygen and 5% carbon dioxide.
In this atmosphere, these varieties of apples and pears have a respiratory quotient a little higher than unity and we will take the case where R '/ R = 1.3 (or R / R' = 0.77).
Knowing the respective values of x (se = 0.02) and z (z = 0.05), we find z / 0.21-x = 0.26.
0.21-x
Relation (9) shows that, in this particular case, the synthetic materials suitable for constituting the heat exchanger according to the invention are suitable for which:
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The choice of the practically usable synthetic material therefore depends on the value of the expression
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characteristic 1 * a 4PU (02) + PU (N2) 3pos PU (C02) + pu (N2) of the material considered.
Those skilled in the art will obviously be able to choose from among the materials available to them, those whose value r is closest to 0.26.
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This is how we are led in the example considered: - to eliminate the polypropylene for which r = 0.39 - to eliminate the polyvinyl chloride for which r = 0.17 - but to retain the polyethylene for which r = 0.26.
The invention also proposes another method for determining the synthetic material than that which has just been described, in the case where it is not known - or if it is difficult to practically determine - the respiratory quotient of plant organs to be treated. The invention then provides a more practical means for enabling those skilled in the art to exercise their choice.
The Application has in fact found that the permeabilities of the plastics suitable for the invention must satisfy the double inequality (10), below, which was established taking into account the range of possible variations of the quotient. respiratory R '/ R in the case of good conservation of the fruits in the envisaged gas mixture.
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By denoting by # the dimensionless relation
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4 Pu (02) + Pu (N2) of a synthetic material, 4 Pu-rCO2) + Pu {N2r- the invention provides that the plastics capable of being used for the manufacture of a sample. geur, for obtaining and maintaining in contact with products, such as fruits, an atmosphere containing x% oxygen and z% carbon dioxide are those whose
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the characteristic responds appreciably to the double condition -% ion (11)
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'By applying the latter method of determining the plastics which can be used in the sense of the invention, to the treatment of the fruits with an atmosphere of 2% oxygen and 5% carbon dioxide,
the double inequality (11) becomes 0.18 # # 0.26
For propylene # = 0.30
For P.V.C # = 0.17
For polyethylene, on the other hand, it is verified that 1 0.18 ## = 0.20 <0.26
For a material based on silicones (dimethylpolysiloxane) we also check
0.18 <# = 0.19 <0.26
The diffusion of the respiratory gases and of the nitrogen through the exchanger in accordance with the process of the invention can therefore be determined as a function of the needs and it is in general advantageous, for the prolonged conservation of the fruits,
to choose materials having in addition the following general characteristics: -
Permeability to water vapor: P (H2O) very low "to ethylene:: P (C2H4) high" to, fragrant essences: P (essences) very high.
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By means of a suitable choice of the synthetic material constituting the exchanger, it is possible to ensure permanently in an enclosure where fruits, such as apples are stored, an appropriate composition of the en-. storage enclosure; for example, the values of X, y, z defined above can be maintained as follows: x = 0.02 atm y = 0.93 atm z = 0.05 atm
When the appropriate synthetic material has been chosen, the surface area to be given to the diffusion membrane should be determined, obviously involving the mass of products to be treated.
For this purpose, one can appeal, for example, to the above-mentioned equality (6) which is written; s
P (CO2) = R '/ z (6) in which R' represents the quantity of carbon dioxide released by the total mass of products stored in the chosen unit of time. This quantity R ′ is a common data item in terms of conservation of products.
If it is a question of a homogeneous membrane and a regime of diffusion of gases through matter, to the exclusion of perforations, the relation (6) will be written, by making intervene Pu (CO2), the permeability reduced to the unit of surface (S) and thickness (a) of membrane, (6) P (CO2) = Pu (CO2) x S / a = R '/ z The dimensional characteristics of the membrane or the diffusion plate can. then be determined
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thanks to relation (12),
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in which 8 and a respectively represent the surface area and the thickness of the exchanger to be used.
In the foregoing account, it was assumed that the flow rate Q of the gas mixture which circulates in the exchanger was large compared to the values of the respective partial pressures of oxygen, carbon dioxide and nitrogen in the exchanger. mixed. In this way, the values of the variations of said partial pressures (or of the concentrations) could be validly considered as negligible. However, it is possible, when the mass of the organs to be treated is large or when it is desired to use a low flow rate Q (for example to avoid too much overpressure of the atmosphere in the exchanger, or to decrease the cost of the circulation pump ....) that the values # x, # y and # z are no longer negligible.
The permeabilities P (C02) P (02) -and P (N) of the exchanger are then defined by the equalities:
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If we set in general = P e-P / Q the relations 5 ', 6', 7 'become
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which are the generalization of expressions (5). (6) and (7) and where @ designates the effective permeability of the exchanger, which depends on Q, while P, obviously independent of this latter value, is the real (or intrinsic) permeability of the exchanger.
To define the materials that can be used to make 1 exchanger, we are therefore theoretically led to use the double inequality
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which is the generalization of condition (la), the latter being in principle valid only for.Q infinite.
But the terms e-P / Q ,, in fact are little different from 1, the smallest value of the ratio - P / Q being greater than - 1/2. Indeed, the calculation shows that the minimum value of Q in the expressions (5 '), (6') and (7 ') is fixed by that of the constituents (CO2, 0 or N2) which diffuses the most rapidly through the walls of the exchanger. Assuming, as is often the case, that it is carbon dioxide, we demonstrate that:
Q minimum. R 'e / z, e = base of the logarithms neperions.
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is
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Given that P (CO2) greater than z P (CQ) we see, finally that ....... Q "2- '- is greater than -1 - when it reaches its minimum value.
So it is fitting to write that
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-P / Q> - 1/2
The preceding considerations finally lead to admit that the double inequality (10) defines the material to be used in a sufficiently suitable manner whatever the value of the flow rate Q of the gas mixture.
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To determine the dimensional characteristics of the exchanger in the most general case, it is
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It is therefore nice to solve the system of equations (13 and (14) below:
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P (C02) a (S / a) Pu (CO2) (14)
To calculate the overall permeability of the exchanger P (C02), we write the relation (13) in logarithmic form, to obtain the relation (15) t
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Loge P (C02) - Loge RVx "-f1Q2J .. (15)
We can then determine the graphical solution of the system by intersection of the, function
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, 1.
Loge P (CO2) and from the line y, 2 a P (CO2) + Loge R '/ z After having determined P (C02) 8 using equality (15) we can calculate the dimensional characteristics
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z, as an example, the area of an exchanger consisting of a membrane woven of synthetic fibers, for example of "nylon", and coated with a silicone rubber (dimethylpolysiloxane), was calculated below, to obtain ob- hold and maintain in contact with a ton of apples (va-
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riety "Golden ï3, ic. under an atmosphere at atmospheric pressure and whose composition is as follows! a a oeo4 ato x" 1,0, 'r atm y = 0,
93 atm
The respiration of the fruits in this mixture
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provides, for one tonne, a value of 1 0 # 04 liter of CO2 Per minute at 15.
In the example considered, we had a
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sample of the aforementioned coated fabric, of which the thickness 1 was fixed * Per unit area and at 15, 8 S 'Pu (02) * 3.3 1 / / d Pu 2 = 20 1 / d / dm' Pu (N2 ) - 1.7 1 / / dm2 We note first that the ratio
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is well between 2Î - x- and 'o'21 * x "" because .1 the double inequality (10) is written: 1.1 0.5 <1 m 0.18 <. 0.22.
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To define the surface of the exchanger, we solve equation (15) which is written in the example considered with Q = 5 1 + min
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We can graphically solve this' SAlite by the intersection of the two curves 11 == Loge P (CO2) .. y2 = 1/5 P (CO2)
We thus find, in the particular case considered: P (CO2) = 1.3 1 / min / ton or 1872 1 / d / ton We thus obtain:
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P (C02> 1872 93.6 a 0 # 9 z ton.
8 W F u Co 2 "2 * g3 '6' 0.9 m ton.
The exchanger will therefore be made of a coated fabric with an area equal to 0.9 m2 per tonne of fruit stored.
It is important to emphasize that in the temperature range 0 -15 (or more) where the process of the invention is carried out, the quantity P (CO2), as well as the other permeability characteristics which come into play. , P (02) and P (N2), increase in substantially the same way, as a function of temperature, as the respiratory activity R '(or R). Under these conditions, the di @ en-
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sions (surface, thickness) defined for a temperature included in this range are suitable for all other thermal conditions in the same range.
This observation amounts to saying in practice that the exchanger according to the invention is perfectly suitable for the storage temperature of the products, a temperature which is preferably between 0 and 15, and that the exchanger thus calculated retains sensiblemt for all other thermal conditions in the preferred range 00-15 & the same efficiency. The inefficiency of the same exchanger can be modified by adjusting the magnitude of the flow of fluid which passes through it over the extent of its free surface or even by the conditions of its external ventilation.
It may however be useful to have an exchanger the efficiency of which can be varied at will in a simple and gradual manner. The invention, according to one variant, provides very simple means of achieving this: it suffices, in fact, to heat or cool the diffusing membrane.
Indeed, we know that the transfer of gas by diffusion through plastics, such as polyethylene increases with temperature; it is therefore possible either to increase the efficiency of the exchanger by supplying heat or reducing it by supplying cold.
The reheating of the diffusion membrane (or plate) can be carried out by any means, for example by means of external natural hot air blown through the exchanger, or of an air stream, heated by the condenser of the group. refrigeration intended to cool the enclosure of 'food storage. Resistors can also be provided
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, electrical tances incorporated into the diffusion membrane (or applied to this membrane).
The cooling of the diffu membrane. Zion can be obtained variously and easily by means of external natural cold air blown into the exchanger. One can also, inter alia, artificially cool the membrane, in particular by means of cells with "Peltier effect" -disposed on the membrane, etc * ,,,
Thus, the invention makes it possible to adapt the operation of the exchanger to the particular operating conditions provided for and avoids having to carry out an extensive calculation of the exchanger at the start.
According to an advantageous characteristic of the inventive one, the heating of the exchanger therefore offers great interest in the case of plastics, the permeability of which increases very quickly with temperature.
In fact, it considerably reduces the area of the exchanger.
By way of illustration, it was previously determined that, in order to store 10 tonnes of apples in a gas mixture comprising 3% oxygen and 4% carbon dioxide, an exchanger is required, for example consisting of a membrane. of silicone-based elastomer, having a surface area of 9 m2.
This area has been calculated for an exchanger operating at the same temperature as the mass of the fruits stored, which, to fix ideas, will be assumed equal to 5 C. If the storage is maintained at 5 ° C, but if the heat exchanger temperature is raised to 30 C, the over-
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diffusing face will only deviate from about 3 M2. oe which therefore represents an imposing economy of matter, - synthetic consi11'tuti1J'I 'dfj the ech8ngeur <In a general way we can considerably improve 1 (' 1 1 "ono ....
The temperature of the exchanger according to the invention had been varied in the temperature of said exchanger during the storage of the products to ensure greater flexibility in the process of adjusting the composition of the atmosphere. storage; either by keeping the fruit at
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temperature lower than the exchanger to reduce the en- .. 'oombronenb doe eel'mi-oi We have seen that, according to the general form of the process:
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Belon invented it was possible to form selectively permeable diffusing membranes based on oiliconesg by 6xepL membranes woven from synthetic fibers such as nylon, coated with uaeilioone *
The exchanger can be located either outside or in whole or in part inside the enclosure containing! products.A preferred embodiment of the invention. results from the following,
it has been found that the selective membranes based on silicones are much more advantageous than all the others because their gas permeability remains practically independent of the temperature
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within a wide temperature range commensurate with the use of the devices provided; we were able to 'by putting this realization to the point, specify the influence of the nature of the support of the exchange membrane on
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the gas poreability of said membrane and study the influence of condensations and the relative humidity of the air on the permeability of the silicone elastomer membranes.
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As regards the action of temperature, it has been found, by examining the above teachings that
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the roupiratoîre istonsity p of the products to be treated (a'eet- towdire "1.absorption of.02 or the estonia of C02 at the tompdra- 'tearie according to the law' hereafter! 2: log ro + kt oû ro is the absorption intensity of 02 or that of the C02 emission at 010 where1 ç is a characteristic eoefficient of the proda # .tdaeuaib, emnt equal to 004 for pears and pcames laws and 0'4 t is the It follows that if t increases, it is necessary to increase the exchange surface 8 or the flow rate Q of the gas mixture to be conditioned, and
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'that a3. jg diminua ', it is necessary to decrease a or Q.
We saw above on this subject that the flow of gas diffusion through the exchanger is directly proportional to S and that
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the real peraad, bi3itéa x of the exchanger are linked to the start
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bit Q by the relations s pu (002) 00 <(COg) - pr.020 '? (0z),; . X (02) to P02- '0
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where Po 'and peo are the total permeability of the eohan-
2 CO2 generator for O2 and CO2 respectively.
On the other hand ,
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the first method of carrying out the process provides the means of calculating the S / a ratio of the surface of the exchanger to its thickness as a function of the unit permeabilities and of the unit quantities of oxygen and CO2 exchanged in the unit of time by the total mass of the products (fruit or other) treated * The inventors then observed that a support made of fine and tight mesh fabric decreases the permeability of the exchange membrane when comparing two membranes with the same surface S and of the same thickness a of silicone elastomer, one imaginary, produced without support, the other, real,
in which the threads constituting the fabric occupy an area, it has been found that the permeability is decreased by the fabric in the ratio. s / S port. For example, an imaginary silicone elastomer membrane 40 microns thick would have a carbon dioxide permeability of 60 liters / 24 hours per 1 dm2. On the other hand, the corresponding real membrane, made from 1 dm2 of a gas% type fabric with a thickness of 23/100 mm, with 20 warp threads and 8 weft threads per cm, keeps a free area equal to only 0.60 dm2, so that its permeability is reduced to 35 liters / 24 hours.
The tests carried out on silicone elastomer membranes have made it possible to establish the weak influence of the relative humidity of the gases brought into contact with the .silicones- elastomer exchange membranes. During measurements carried out on a membrane between 70% and 100% relative humidity, values which correspond to frequent fluctuations in humidity during the storage or treatment of plant organs, no modification of the humidity. permeability could not be detected in this interval.
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Tests have also shown that the condensations deposited on the silicone-based exchange membranes have no effect on their gas permeability, provided that the membranes are not mounted horizontally and that the support by its structure or nature does not retain not the water condensed on the exchange surface.
Starting from these: raits, a variant of the invention consists in that the support of the silicone elastomer membrane consists of a non-hygroscopic fabric, such as nylon, whose free surface ratio is to the total surface is all the greater as .the desired permeability is greater and that said support with its membrane or the silicone membrane alone is mounted in a position preventing the stagnation of water in contact with them, for example in a non-horizontal position, preferably vertical.
The improved exchange membranes according to the invention can form part of equipment mounted inside or outside a room, or constitute part of the vertical wall (or s) of this room.
When the room or enclosure can be considered to have an atmosphere of stable and homogeneous composition throughout its volume, without the need for artificial mixing, the permeabilities to O2,
CO2 and N2 are provided by the aforementioned equalities (5), (6) and (7).
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When the atmosphere of the room or enclosure must be homogenized by mixing, it is necessary to know the flow Q, of air at the contact of the membrane.
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debangouseî if this flow Q is weak,
relative to the exchanges to be carried out through the membrane, a tangential displacement of the air on the membranes is ensured and the dgalitdac5l) t (6 ') and (71) oî-desausb are then applied
The improved membranes according to the invention can be used directly to constitute all or
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part of the walls of packaging, especially fruit, a further feature of the invention is that, for large capacity packaging and contrary to certain indications of the prior art, the sealing; strictness of the envelope is not necessary:
'
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in fact, the appearance of a vacuum in the packaging, which would be liable to deteriorate the walls or the fruits, is avoided by some defects of etanoheity; the membrane then functions as an exchanger incorporated in the wall of the packaging. an enclosure whose atmosphere does not need to be stirred and the permeability of the window is calculated;
'by relations 5-6-7 recalled above * These faults
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Voluntary etanoheity are carried out in a judicious manner according to the results of the established constructions, and can be optionally obtained by means of suitable holes.
The invention is described in detail below, without being limited in any way, with reference to the accompanying drawings for which $
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F3..1 represents schematically in longitudinal section a first device for the implementation of the p2aed of the invention in which the exchanger is located
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outside the enclosure of 8O 'Icase
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Fig. 2 is a diagram (seen in plan) of a variant of implementation of the similar to the invention with two exchangers placed inside the storage enclosure;
Fig. 3 shows a device for preserving fruit with a changer according to the invention;
Fig. 4 is a detail view of an example of an element of the exchanger according to the invention during manufacture; Fig. 5 is a diagram showing over time the variations in the composition of the gas mixture (O2 and CO2) in the storage enclosure of the device of Fig. 3;
Fig. 6 schematically shows in axial section another type of heat exchanger capable of being used according to the invention; Fig. 7 is a diagram showing the variations in the composition of the hollow mixture in the storage chamber over time, the latter having or not having passed through the exchanger of FIG, 6.
In the installation for the conservation of fruits shown in FIG. 1, the fruit mass 1 is placed in the storage enclosure 2. The exchanger 43 according to the invention is placed outside the enclosure 2, and the gaseous atmosphere prevailing in the enclosure runs through the closed circuit installation thanks to pump 5.in pipes 6 and 7 while being continuously circulated by fan 4.
In addition, there is provided in the storage chamber an opening connected to a pressure equalizer 9, which allows the entry of a little air.
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in the enclosure when the pressure therein tends to drop below the atmosphere and which, in the example shown, is constituted by a tube 9a, one end of which opens out to the air in the ambient atmosphere and the other end is immersed in a water tank 9b hermetically connected to the opening 8 of the storage enclosure. - The gas flow circulating in the installation has been shown by arrows.
When, after a few days, a stable operating speed of the system is obtained, there enters in 8 a flow / U of air intended to balance the internal and external pressures. The atmosphere prevailing in the storage chamber, circulated by the fan 4- is drawn in by the pump 5 through the pipe 6.
Before reaching exchanger 3, the original gas mixture was enriched in CO2 and depleted in O2 by the respiration of the fruits. By passing over the exchanger, according to the invention, the gas mixture gives up to the ambient atmosphere per unit of area and time a quantity of nitrogen equal to 4/5 U, a quantity of carbon dioxide equal to R ', as well as ethylene and fragrant essences, while a quantity of oxygen (R-1/5 U) is introduced by diffusion through the exchanger 3 into the gas mixture.
This mixture sucked by the pump 5, in line 7, constitutes a gaseous mixture suitably enriched in O2 and depleted in CO2 which is recycled into the storage chamber 2. It is understood, from the above, that the process of the invention is advantageously continuous.
In the embodiment shown in FIG. 2. the storage enclosure 12, plan view, con-
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holds a mass of fruit 11. According to the invention, two exchangers 13a andn13b made of synthetic material are provided which pass through the storage enclosure respectively via openings 18a, 20a and 18b, 20b. The internal and external pressure balance is ensured at 18c by an air inlet valve, for example by a device similar to that shown in the embodiment of FIG. 1.
The operation of such an installation is substantially the same as that of the device in FIG. 1. To remove the excess nitrogen and carbon dioxide formed by respiration to the outside, as well as ethylene and odorous essences, In this case, provision is made for the exchangers 13a and 13 to be swept by air, which, introduced at 18a and 1811, respectively, entrains the aforementioned gases and exits at 20a and 20b. The pure air introduced in 18a and 18b therefore exits in 20a and 20b enriched in CO2, C2H4 and fragrant essences and depleted in oxygen.
It is shown in elevation in FIG. 3 an installation practically used for the preservation of fruits according to the invention. The mass 30 of fruit is placed in boxes or superimposed trays 31; protective boards 31a and 31b have been placed at the upper and lower part of the elements 31, the lower board 31b rests on the ground by means of bars
31c, of wood for example, which can be used for handling and allowing the isolation of the batch of fruit.
The fruits are surrounded by a 'gas-tight' enclosure 32, advantageously of weldable synthetic material, such as polyethylene or the like. This enclosure 32 may or may not be cooled. In the example shown
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felt, it has the form of a simple tarpaulin completely surrounding the batch of fruits 30. One can easily achieve the sealing of such an enclosure by first placing a horizontal sheet of weldable plastic material 32b on plate 31b, after which we place the fruits 30.
The sheet 32b overflows along the sides of the board 31b, which allows the flaps 32a of the sheet to be welded to the edges of the sheet 32b, by welds 32c. The tarpaulin 32 is provided, on two opposite sides, with two openings 38a 38b. A tubing 36 starts from the opening; Si. and leads the gases to the exchanger 33. The opening 38b receives the gases coming from the exchanger 33 through the pipe 37 possibly provided with a cooler 42. Different measuring and control devices are mounted on the pipe 36 or 37, in particular a water pressure gauge 40, a device 41 for taking gas samples. A sealed pump 35 mounted on a frame 35a ensures the circulation of the gas flow.
A fan 34, placed in front of the exchanger 33, creates an air circulation to drive the gases diffused out of the exchanger. Finally, a pressure balancer, in the space a water valve 39, ensures the necessary inflow of air into the storage atmosphere to maintain the balance of the external and internal pressures. The gas mixture contained in the fruit chamber is drawn in by the sealed pump 35 and delivered into the exchanger 33. The mixture then returns directly to the fruit chamber. The pump 35 can also be placed upstream of the exchanger on the pipe 36.
For example, a tarpaulin formed from a sheet of polyvinyl chloride 300 microns thick was used. 250 kg of "Jonathan" apples were stored in 15 crates stacked in three rows per side.
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ralleles each comprising 5 superimposed boxes @ The dimensions of the tarpaulin were approximately 60 x 120 x 135 cm, which corresponded substantially to an interior volume, of the order of 1 m. This storage enclosure was placed in an isothermal chamber at 20 and was connected to a changer described in detail! below,
We implemented,
as a synthetic material for the constitution of the exchanger, a thin sheet in the form of a flat sheath, which has been pleated and held by an adhesive tape.
As can be seen in FIG. 4, this operation is carried out without difficulty by threading in the sheath 43, warning of a roller 44 and inflated with air coming from a small compressor at 45, a light tube 46, made of glass for example, with a diameter smaller than that of the flat sheath 43. It is then easy to fold the plastic film around the tube
46 in the transverse direction, an adhesive strip 47 is then glued along two opposite generatrices. Tube 46 is then withdrawn, which provides a central channel which allows the gases to flow without appreciable pressure drop.
During this work, in cases where a good seal is desired, all necessary precautions must be taken so as not to perforate the sheath 43 by friction on rough surfaces or by impacts.
The two ends of the sheath 43 are then welded after the establishment of two inlet and outlet pipes for connection to the circuit.
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In the aforementioned particular case of the treatment of heads, polyethylene in the form of thin films of two different thicknesses (50 / u and 80 / u) was used as the material constituting the changer. For such a material, the respective permeabilities to oxygen and carbon dioxide are, with a pressure difference par. tielle of 1 atmosphere and at 15::
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P (02) t 30 cm3fdm'flr h for 30M of thickness 19 cz3f Dmf 2. h for 9 t of thickness P (C02) s 150 cm3 / dm2 / 24 h for SO J1 of thickness 95 cm "J / dm2 / 24 h for 80 g1 of thickness.
The surface of the exchanger was determined so as to allow obtaining a gas mixture very poor in oxygen (approximate composition of the atmosphere
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storage sphere s 2 02 $ 5% C02 and 93% N2) at the temperature of the isothermal storage room (200).
A 150 m long sheath was made.
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form formed "of '" C sections with 50 m of polyethylene sheet 80 microns thick
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(surface d) 6changej 12 m2) - 1000 m of polyethylene sheet 50 microns thick
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(exchange surface! t 24 m, ..
Thanks to the pleating described above, the apparent length of the exchanger can be reduced considerably. In fact, a pleated exchanger aetre corresponds to approximately six meters of flat duct. Congestion
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total of the interchange is therefore about 25 meters. The exchanger thus pleated was then arranged as a serpentine and
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kept it in a rigid frame, the volume of which was about 0.15 m3.
As an indication, with such an exchanger, the continuous circulation of the gases is ensured by the pump 35 with a flow rate of 3 liters / min, the suction depression then being 2 cm of water. The exchanger introduces a pressure drop of 0.5 cm of water.
The evolution of the percentages of oxygen and carbon dioxide in the gas storage atmosphere was determined from day to day, and the results obtained were recorded in the diagram in FIG.
FIG. 5 remains relating to the conservation of apples in the installation of FIG. 3, as has been said above. We can observe, over time, two successive stages of evolution of the atmosphere in the storage enclosure.
In a first or transitional stage, which lasts only a few days, the O2 percentage decreases sharply, while the CO2 percentage first increases, then gradually decreases before becoming substantially stationary. This stage is accompanied, as is normal, by large introductions of air through the water valve 39, since the fluctuations of the internal pressure are high.
The second stage, which is the so-called preservation stage in the treatment described in FIG. 5, corresponds to a stabilization of the composition of the gas mixture and has been shown for the first 12 days. The mixture then has a composition
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substantially constant, namely:
O2 1 2.5%
CO2: 6.5%
N2: 91%
At the same time, the air intakes have become extremely small, thus visibly materializing the restoration of permanent operation.
This stabilization of the composition of the atmosphere lasts several weeks or several months depending on the temperature, the species, the variety and the initial stage of the fruits.
The practical example considered shows that the process of the invention, with which a synthetic material heat exchanger is used, makes it possible to obtain and maintain at a substantially constant value a determined composition of the storage atmosphere. , in particular a very low oxygen content (2% to 3%) and a low carbon dioxide content (5% to 6%).
Such a result has been obtained with a pleated exchanger made from a thin sheet of polyethylene. It should also be noted that such an exchanger can be manufactured from a single sheet of polyethylene, of thickness 50 for example.
Each particular case of storage treatment can be solved by the method of the invention by means of a suitable choice of the characteristics of the exchanger (exchange surface), if a given synthetic material is provided which meets the conditions of permeability mentioned above. We can therefore understand that the
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Practical applications of the process of the invention can be numerous and are not limited to particular types of synthetic material. Thus, a material endowed with improved permeability properties may give rise to the use of less bulky exchangers with a smaller surface area.
By way of illustration of these latter indications, a membrane made up of a fabric coated with a layer of elastomer (silicones) having a high permeability was used for the manufacture of the exchanger. gas. The elastomer used was dimethylpolysiloxane. Such a pure compound can be used in the form of a tube or in a thin layer on a support of a textile fabric. FIG. 6 shows schematically an advantageous embodiment of an exchanger composed of a small number of elements made watertight by gluing, welding, etc. It has in fact been observed that the membrane coated with silicones was extremely permeable to odors and, moreover, very permeable to ethylene.
The exchanger described in FIG. 6 is then suitable for particular. well to the needs of the invention. The exchanger 50 comprises a series of elements 51 consisting of a membrane (cloth) coated with silicones (dimethylpolysiloxane), the contiguous edges 52 of which have been secured and made watertight by bonding the elastomer layer. Two tubes 54, 55 are tightly sealed to each end member of the exchanger 50. The gas mixture to be controlled is swept along 56 into the interior of the exchanger through the tubes 54, 55.
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The permeabilities to carbon dioxide and oxygen are much higher than that of polyethylene, as shown in the following table
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<tb> Permeability <SEP> to <SEP> 15 <SEP> for <SEP> Ratio
<tb>
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<tb> CO2 <SEP> expressed <SEP> in <SEP> P (CO2) / P (O2)
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<tb> cm3 / 24h / dm2 / 1 <SEP> atm.
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Dimethylpolysiloxa-
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<tb> ne <SEP> on <SEP> fabric <SEP> (en-
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<tb> duction <SEP> from <SEP> 50 <SEP> to <SEP> 60
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<tb> microns <SEP> approximately) <SEP> 20,000 <SEP>. <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 7
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<tb> Polyethylene
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> (50 <SEP> microns) <SEP> 150 <SEP> 4.5
<tb>
The inefficiency of a changer made from dimthylpolysiloxane is therefore greater than the pleated changer based on polyethylene. The exchange surface can therefore be considerably reduced and it has for example been found that a fabric covered with silicones, having a surface area of 0.9 m2, could be suitable for storing 1 ton of fruit.
FIG. 7 illustrates the results obtained by using such an exchanger for the preservation of approximately 1 ton of “Golden Delicious” apples at 12; the com .. position of the atmosphere in contact with the fruit was maintained at the desired levels of O2 (3%) and CO2 (5%).
In the diagram in Figure 7, curves (a) and (c) respectively represent the CO2 and O2 contents of the gas atmosphere of the storage enclosure, while curves (b) and (d) respectively represent -. ment these same contents after passage of the gas mixture, at a flow rate of 5 liters / min, through the exchanger described above with reference to FIG. 6.
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The invention generally relates to any use of synthetic material for preserving fruit; the choice of the synthetic material and the corresponding calculation of the characteristics of the exchanger must be considered as being within the reach of a person skilled in the art and do not depart from the scope of the present invention,
The invention applies not only to premises or packaging for fruits and the like, but also makes it possible to ensure any gas conditioning of greenhouses according to special crops.
She offers:. : also an industrial interest for the construction of manholes on small packaging or on the linings of polyethylene cases or bags, of panels thermally insulated or not for the packaging commonly called "containers", of panels for uninsulated watertight removable chambers - refrigerated or not - possibly accommodating in traditional cold rooms,. panels on insulated, removable cold rooms or on traditional airtight rooms, internal or external heat exchangers for airtight cold rooms of all types, etc ...
It will be recalled, however, that the invention can also easily be used to regulate the composition of the atmosphere of enclosures containing green organs, whole plants, etc., which, by photosynthesis, absorb carbon dioxide and reject oxygen. Thus, the method of the invention is suitable for conditioning the atmosphere of greenhouses or shelters for growing plants.