Procédé de réglage ou de stabilisation de la composition de l'atmosphère
au contact de produits et dispositifs pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objet un procédé de réglage ou de stabilisation de la composition de l'atmosphère se trouvant au contact de produits échangeant de l'oxygène et du gaz carbonique avec le milieu ambiant, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
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 anhydride carbonique. On sait, en outre, que l'allure de la maturation des fruits peut être accélérée grâce à l'action de certains gaz tels que l'éthylène. Mettant ces enseignements en pratique, le brevet français No 699360 a fait connaître un mode d'emmagasinage, de transport et de traitement des fruits et produits analogues, avec réglage de la composition de l'atmosphère gazeuse en contact avec le fruit; selon ce procédé connu, on utilise une matière sélectivement perméable à certains gaz pour modifier la concentration des gaz dans l'atmosphère 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 matière sélectivement perméable à certains gaz dont la concentration à Intérieur de la chambre doit être réglée; en 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 sélectivement 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 différents 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'appareil décrit dans ledit brevet peut comprendre des moyens pour fixer le rapport entre les pressions interne et externe.
Des études ont permis de développer 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 ainsi que de 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 - amélioré ou non par divers accessoires plus particulièrement destinés à l'absorption ou l'élimination du gaz carbonique émis par lesdits végétaux tels que des fruits, entraîne divers inconvénients.
Il s'agit en effet d'exercer une surveillance étroite de la composition de l'atmosphère de l'enceinte de conservation afin que le laveur ou absorbeur soit mis en ceuvre 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 conditions peuvent varier entre de larges limites. Dans tous les cas, d'autre part, où l'on absorbe ainsi le gaz carbonique - 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'apparition de maladies physiologiques telle que l'échaudure.
On sait, en outre, qu'une faible quantité d'éthylène provient des fruits en cours de stockage: aucun laveur ou absorbeur prévu exclusivement pour le gaz carbonique du type 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 rambiante, car on sait que l'éthylène est nuisible à la bonne conservation de certains fruits audessus de 70 environ.
On a pu constater au cours des recherches nouvelles effectuées que les résultats désirés, évitant les inconvénients ci-dessus et perfectionnant la procédure décrite au brevet précité, pouvaient être améliorés et adaptés à de nombreuses applications, lorsque certaines 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'atmosphère de stockage les taux d'oxygène et de gaz carbonique désirés, tout en éliminant les substances odorantes et l'éthylène, ce qui a pour effet de faciliter le stockage en atmosphère contrôlée au voisinage de la température ordinaire.
L'exposé qui suit a pour but de rappeler et de préciser les conditions de mise en oeuvre de l'échangeur en matériau synthétique afin d'en déterminer les propriétés. On sait tout d'abord que le mélange gazeux contenu dans l'enceinte de stockage doit comporter des pressions partielles connues, figurant dans les ouvrages spécialisés sur le problème de la conservation en atmosphères contrôlées , à savoir 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 prédéter min.ées 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 des organes végétaux, l'oxygène tend constamment à se raréfier à leur contact tandis que le gaz carbonique tend, au contraire, à s'accumuler.
On désigne par R et R' respectivement les quantités d'oxygène et de gaz carbonique échangées par unité de temps par la masse totale des fruits traités, à la température considérée et dans le mélange gazeux d'oxygène et de gaz carbonique aux pressions partielles respectives x et z, afin de déterminerlescaractéristiques de perméabilité, pour la diffusion, de l'échangeur permettant d'assurer la constante de la composition en oxygène et en gaz carbonique dans l'enceinte d'entreposage. 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'està-dire à la pression atmosphérique. Par conséquent, il existe une relation (1) entre les pressions partielles des gaz contenus dans l'enceinte de stockage.
Si l'on désigne par y la pression partielle en azote, on a sensiblement:
x+y+z=l (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'échangeur. 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 aux égalités suivantes:
Débit de 02 entrant = R-LU s
Débit de COQ sortant = R'
4
Débit de N2 sortant = 5 U
Dans la présente description, on désigne par Ax, Ay et Az respectivement les variations des pressions partielles x d'oxygène, y d'azote et z de gaz carbonique, après passage du mélange de composition (x, y, z) dans l'échangeur. On peut négliger les variations du débit volumétrique Q à la sortie de l'échangeur.
On peut alors écrire les égalités (2), (3) et (4) ci-après:
Q. Az=R' (2)
Q. z x = Ax=R-l/5U (3)
Q. y = Ay=4/5U (4)
L'importance des variations de tensions (ou des concentrations) de gaz carbonique, d'oxygène, et d'azote, qui sont respectivement:
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dépend donc de l'importance respective des échanges diffusifs qui s'installent à travers les parois de réchangeur et du débit de circulation du mélange gazeux dans l'échangeur. Les échanges par diffusion R', R-1/5U et 4/5 U sont généralement faibles (de l'ordre d'une fraction de litre ou de quelques litres au plus par heure).
Il est donc aisé de choisir une valeur de Q suffisamment grande pour pouvoir considérer Ax, Ay et Az comme négligeables. Dans ces conditions, si ron désigne par P(O2), PtCO2) et P(N2) les perméabilités totales respectives de l'échangeur vis-à-vis de l'oxygène, du gaz carbonique et de l'azote, on obtient aisément les relations ci-après:
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Les perméabilités définies aux relations (5), (6), et (7) seront calculées dans les mêmes unités que les débits R, R' et U, c'est-à-dire en volumes de gaz, par unité de temps et par atmosphère, puisque x, y et z sont exprimés en atmosphères. Ces perméabilités pour un échangeur constitué d'une paroi diffusante de surface totale S et d'épaisseur a 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 perméabilité unitaires de la matière synthétique, à savoir (PU(09), Pu(CO2) et PU(N2) et certaines données biologiques, qui sont, d'une part, le climat gazeux correspondant aux valeurs des pressions partielles x et z (atm) et, d'autre part, le quotient respi
R' R ratoire des produits R ou son inverse 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'échangeur sont, si S est la surface de la paroi diffusante et a son épaisseur:
P(O2) = S/a Pu(O2)
P(CO) = S/a PU(CO9) et
P(N3) = Sía PU(N9)
La relation (8) devient alors:
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Par conséquent, les matières synthétiques qui sont appropriées pour la réalisation de l'échangeur possèdent des perméabilités à l'oxygène PU(O2) au gaz carbonique P"(CO > ) et à l'azote Pl,(N) telles que, dans les conditions de travail prévues, I'égalité (8) soit sensiblement satisfaite.
A titre illustratif 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 0/0 d'oxygène et 5 O/o de gaz carbonique. Dans cette atmosphère. 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 (x = 0,02) z et de z (z = 0,05), on trouve 0,21-x = 0,26.
0,21-x
La relation (9) montre que, dans ce cas particulier, les matières synthétiques appropriées pour constituer l'échangeur sont celles pour lesquelles:
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Le choix de la matière synthétique pratiquement utilisable dépend donc de la valeur de l'expression
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de la matière considérée, I'homme de l'art pourra évidemment choisir parmi les matériaux dont il dispose, celui dont la valeur r est la plus voisine de 0,26.
C'est ainsi qu'on est amené dans l'exemple considéré: - a éliminer le polypropylène pour lequel r = 0,39 - a éliminer le chlorure de polyvinyle pour lequel
r = 0,17 mais à retenir le polyéthylène pour lequel r = 0,26.
On peut envisager également une autre méthode de détermination de la matière synthétique que celle qui vient d'être décrite, dans le cas où l'on ne connaît pas - ou s'il est difficile de déterminer pratiquement - le quotient respiratoire des organes végétaux à traiter.
On a en effet trouvé que les perméabilités des matières synthétiques 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 envisagé.
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En désignant par e le rapport sans dimension
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d'une matière synthétique.
Les matières synthétiques susceptibles d'être utilisées pour la fabrication d'un échangeur, pour l'obtention et le maintien au contact des produits, tels que des fruits, d'une atmosphère contenant xio/o d'oxygène et zo/o de gaz carbonique, sont celles dont la caractéristique Q répond sensiblement à la double condition (11)
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En appliquant ce dernier mode de détermination des matières synthétiques utilisables dans le sens de
I'invention, au traitement des fruits avec atmosphère à 2% d'oxygène et 5 /o de gaz carbonique, la double inégalité (11) devient: 0,186e60,26
Pour du propylène Q = 0,30
Pour du P.V.C. Q = 0,17
Pour du polyéthylène, par contre, on vérifie que:
:
0,18 < Q = 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 I'échangeur conformément au procédé envisagé peut donc être déterminée en fonction des besoins 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(HaO) très faible
Perméabilité à l'éthylène: P(C2H4) grande
Perméabilité aux essences odorantes: P(essences) très grande.
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'enceinte de stockage; par exemple, on peut maintenir les valeurs de x, y, z ci-dessus définies, de la façon suivante:
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 donner à la membrane de diffusion en faisant intervenir, évidemment, la masse de produits à traiter. A cet effet, on peut faire appel, à l'égalité (6) susmentionnée qui s'écrit:
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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 diffusion des gaz à travers la matière, à l'exclusion de perforations, la relation (6) s'écrira, en faisant intervenir Pu(COO), la perméabilité ramenée à l'unité de surface (S) et d'épaisseur (a) de membrane,
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Les caractéristiques dimensionnelles de la membrane ou de la plaque de diffusion peuvent alors être déterminées grâce à la relation (12)
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dans laquelle S et a représentent respectivement la surface et l'épaisseur de l'échangeur à mettre en oeuvre.
Dans l'exposé qui précède, on a supposé que le débit
Q du mélange gazeux qui circule dans l'échangeur 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 concentrations) ont pu être valablement considérées comme négligeables.
Toutefois, il est possible, lorsque la masse des organes à traiter est grande ou encore lorsqu'on désire utiliser un faible débit Q (par exemple pour éviter une trop grande surpression de l'atmosphère dans réchangeur, ou pour diminuer le prix de revient de la pompe de circulation...) que les valeurs Ax, Ay et Az ne soient plus négligeables.
Les perméabilités P(CO,) P(Os) et P(N2) de l'échangeur sont alors définies par les égalités:
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Si l'on pose d'une manière générale P =P e-1Q les relations 5', 6', 7' deviennent
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qui sont la généralisation des expressions (S), (6) et (7) et où n désigne la perméabilité effective de l'échangeur, laquelle dépend de Q, tandis que P, évidemment indépendant de cette dernière valeur, est la perméabilité réelle (ou intrinsèque) de l'échangeur.
Pour définir les matières utilisables pour confectionner l'échangeur, on est donc théoriquement conduit à utiliser la double inégalité:
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qui est la généralisation de la condition (10), cette dernière 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 (cor, Oo ou N) 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:
R'e
Q minimum = z , e = base des logarithmes népériens.
R'
Etant donné que P(CO2) est supérieur à - on voit, en définitive que
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est plus grand que -
e lorsqu'il atteint sa valeur minimale.
Donc il est convenable d'écrire que
-P/Q > -l/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.
Pour déterminer les caractéristiques dimensionnelles de l'échangeur dans le cas le plus général, il est donc nécessaire de résoudre le système des équations (13) et (14) ci-après:
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Pour calculer la perméabilité globale de l'échangeur P(CO2) on décrit la relation (13) sous forme logarithmique, pour obtenir la relation (15):
:
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On peut alors déterminer la solution graphique du système par intersection de la fonction
yt = Loge P (CO2) et de la droite
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Après avoir déterminé P(CO2), à l'aide de l'égalité (15) on peut calculer les caractéristiques dimensionnelles
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A titre d'exemple, 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 obtenir et maintenir au contact d'une tonne de pommes (variété Golden Delicious ) une atmosphère à la pression at mosphérique et dont la composition est la suivante:
z = 0,04atm.
x = 0,03atm.
y = 0,93 atm.
La respiration des fruits dans ce mélange fournit, pour une tonne, une valeur de R' = 0,04 litre de CO2 par minute à 150.
Dans l'exemple considéré, on disposait d'un échantillon du tissu enduit précité, dont l'épaisseur a était fixée. Par unité de surface et à 15 , on a:
P11(O2) = 3,3 I/j/dm2
Pu(CO2) = 201/j/dm2
PU(N2) = 1,7 I/j/dm2
On constate d'abord que le rapport
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est bien compris entre
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car la double inégalité (10) s'écrit:
0,15 < P = 0,18. < 0,22
Pour définir la surface de l'échangeur, en résout l'équation (15) qui s'écrit dans l'exemple considéré avec Q = 51/mn.
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On peut résoudre graphiquement cette égalité par l'intersection des deux courbes
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On trouve ainsi, dans le cas particulier considéré:
P(CO2) = 1,3 1/mn/tonne ou 18721/j/tonne
On obtient donc:
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L'échangeur sera donc constitué d'un tissu enduit dont la surface est égale à 0,9 m2 par tonne de fruits entreposés.
Il importe de souligner que dans l'intervalle de température 00-150 (ou plus) où le procédé de l'inven- tion est mis en oeuvre, la quantité P(CO2), ainsi que les autres caractéristiques de perméabilité qui interviennent, P(02) et P(N2), croissent sensiblement de la même manière, en fontion de la température, que l'activité respiratoire R' (ou R). Dans ces conditions, les dimensions (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'échangeur selon l'invention convient parfaitement pour la température de stockage des produits, température qui est de préférence comprise entre 0 et 150, et que l'échangeur ainsi calculé conserve sensiblement pour toutes autres conditions thermiques de l'intervalle pré- féré 0 -15 la même efficacité. L'efficacité d'un même échangeur peut être modifiée en jouant sur l'importance du débit de fluide qui le traverse sur l'étendue de sa surface libre ou encore sur les conditions de sa ventilation extérieure.
Il peut être toutefois utile de disposer d'un échangeur dont on peut faire varier à volonté de façon simple et progressive l'efficacité. On peut y parvenir par des moyens très simples: 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 sur 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 résistances électriques incorporées à la membrane de diffusion (èu appliquées sur cette membrane).
Le refroidissement de la membrane de diffusion 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, il est possible d'adapter le fonctionnement de l'échangeur aux conditions de fonctionnement parti culières prévues et d'éviter de faire un calcul poussé de l'échangeur au départ.
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 surface de l'échangeur.
A titre illustratif, on a déterminé précédemment que, pour conserver 10 tonnes de pommes dans un mélange gazeux comprenant 3 /0 d'oxygène et 4 Dlo de gaz carbonique, il faut un échangeur constitué, par exemple, par une membrane d'élastomère à base de silicones, ayant une surface de 9 m2.
Cette surface a été calculée pour un échangeur fonctionnant à la même température que la masse des fruits entreposés, qui, pour fixer les idées, sera supposée égale à 5O C. Si le stockage est maintenu à 50 C, mais si la température de l'échangeur est portée à 300 C, la surface diffusante devra être seulement de 3 m2 environ, ce qui représente donc une économie importante de la matière synthétique constitutive de l'échangeur. D'une façon générale on pourra donc considérablement améliorer le fonctionnement de l'échangeur, soit en faisant varier la température dudit échangeur au cours de l'entreposage des produits pour assurer une meilleure souplesse dans le procédé de réglage de la composition de l'atmosphère de stockage, soit en maintenant les fruits à température plus basse que l'échangeur pour réduire l'encombrement de celui-ci.
On a vu qu'il était possible de constituer des membranes sélectivement perméables diffusantes à base de silicones, par exemple des membranes tissées en fibres synthétiques telles que le nylon, enduites d'une silicone.
L'échangeur peut être situé soit à l'extérieur soit en totalité ou en partie à l'intérieur de l'enceinte contenant les produits. Un mode préféré de réalisation de l'invention résulte de ce qui suit, on a constaté que les membranes sélectives à base de silicones sont beaucoup plus avantageuses que toutes les autres parce que leur perméabilité aux gaz reste pratiquement indépendante de la température à l'intérieur d'un large intervalle de températures correspondant à l'utilisation des dispositifs prévus; on a pu, en mettant cette réalisation au point, préciser rinfluence de la nature du support de la membrane échangeuse sur la perméabilité aux gaz de ladite membrane et étudier l'influence des condensations et de rhumidité relative de l'air sur la perméabilité des membranes d'élastomères silicones.
Pour ce qui concerne l'action de la température, on a constaté, en examinant les enseignements ci-dessus, que l'intensité respiratoire r des produits à traiter c'està-dire l'absorption de s ou l'émission de CQ à la température varie suivant la loi ci-après: log r # log rO + kt où r0 est l'intensité d'absorption de O, ou celle de l'émission de CO, à 00, où k est un coefficient caractéristique des produits, sensiblement égal à 0,04 pour les poires et les pommes et où t est la température centigrade.
Il en résulte que si t augmente, il y a lieu d'augmenter la surface S échangeuse ou le débit Q du mélange gazeux à conditionner, et que si t diminue, il y a lieu de diminuer S ou Q. On a vu plus haut à ce sujet que le flux de diffusion des gaz à travers l'échangeur est directement proportionnel à S et que les perméabilités réelles z de l'échangeur sont liées au débit Q par les relations:
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où PO2 et PCO2 sont les perméabilités totales de l'échangeur pour O et CO2 respectivement.
D'autre part, la première forme de réalisation du procédé fournit le S moyen de calculer le rapport S de la surface de
a 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 masse totale des produits (fruits ou autres) traités. On a alors constaté 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, I'autre, réelle, dans laquelle les fils constituant le tissu occupent une surface s, il a été constaté que la perméabilité est diminuée par le tissu dans le rapport 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 gaze, d'une épaisseur de 23/100mu, 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'élastomères 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 o et 100 O/o d'humidité relative, valeurs qui correspondent à des fluctuations fréquentes de l'hygrométrie au cours du stockage ou du traitement d'organes végétaux, aucune modification de la perméabilité n'a pu être décelée dans cet intervalle.
Des essais ont également montré que les condensations 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 faits, on peut utiliser un support de la membrane en élastomère silicone constitué d'un tissu non hygroscopique, 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 horizontale, de préférence verticale.
Les membranes échangeuses peuvent faire partie d'appareillages montés à l'intérieur ou à l'extérieur d'un local, ou constituer une partie d'une 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 nécessité d'un brassage artificiel, les perméabilités à 2 CO2 et N2 sont fournies par les égalités (5), (6) et (7) précitées.
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 échangeuse; si ce débit Q est faible, 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 égalités (5'), (6') et (7') ci-dessus.
Les membranes peuvent être directement utilisées pour constituer tout ou partie des parois constituant les emballages, notamment de fruits. Pour des emballages de grande capacité et contrairement à certaines indications de la technique antérieure, I'étanchéité de l'enve- loppe n'est pas nécessaire, l'enveloppe restant toutefois pratiquement étanche; en effet, on évite par quelques défauts minimes d'étanchéité l'apparition d'une dépression dans l'emballage qui 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 minimes défauts volontaires d'étanchéité sont réalisés d'une manière judicieuse d'après les résultats des constructions établies et peuvent être éventuellement obtenus au moyen d'orifices appropriés.
Le dessin annexé illustre une mise en oeuvre du procédé et représente des formes d'exécution du dispositif, objets de l'invention, à titre d'exemple:
la fig. 1 est une coupe schématique en élévation d'une première forme d'exécution,
la fig. 2 est une vue schématique en plan d'une seconde forme d'exécution,
la fig. 3 est une coupe schématique en élévation d'une troisième forme d'exécution,
la fig. 4 est une vue illustrant la fabrication d'un élément qui comprend cette forme d'exécution,
la fig. 5 est un diagramme illustrant cette mise en oeuvre avec le dispositif représenté à la fig. 3,
la fig. 6 est une coupe schématique d'un autre élément qui peut comprendre ces formes d'exécution, et
la fig. 7 est un diagramme relatif à la fig. 6.
Dans une installation pour la conservation des fruits représentée à la fig. 1, la masse 1 de fruits est placée dans une enceinte de stockage 2. Un échangeur 3 en matière synthétique 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 une pompe 5, dans des canalisations 6 et 7 tout en étant continuellement brassée par un ventilateur 4. L'enceinte présente une ouverture 8 reliée à un équilibreur de pression 9 qui permet l'entrée d'un peu d'air dans l'enceinte lorsque la pression dans celle-ci tend à s'abaisser au-dessous de l'atmosphère et qui est constitué par un tube 9a dont une extrémité débouche à l'air dans l'atmosphère ambiante et rautre extrémité plonge dans une cuve à eau 9b reliée hermétiquement à l'ouverture 8 de l'enceinte 2.
On a matérialisé par des flèches le flux gazeux circulant dans l'installation. Lorsque. après quelques jours, un régime stable de marche du système est obtenu, il entre en 8 un débit constant 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 primitif a étté enrichi en CO2. et appauvri en O2 par la respiration des fruits. En passant sur l'échangeur, 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 constitue dans la canalisation 7 un mélange gazeux convenablement enrichi en 2 et appauvri en CO2 qui est recyclé dans l'enceinte 2. On conçoit, d'après ce qui précède, que le procédé est avantageusement continu.
Dans le mode de réalisation représenté à la fig. 2, une enceinte 12, vue en plan, contient une masse de fruits 11. On a prévu deux échangeurs 13a et 13b en matériau synthétique traversant l'enceinte de stockage respectivement par des ouvertures 18a, 20a et 18b, 20b.
L'équilibre des pressions interne et externe est assuré en 1 8a par une soupape d'admission d'air, par exemple par un dispositif analogue à celui représenté dans le mode de réalisation de la fig. 1. Le fonctionnement d'une telle installation est sensiblement le même que celui du dispositif de la fig. 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 balayage des échangeurs 13a et 13b par de l'air qui, introduit respectivement en 1 8a et 1 Sb, entraîne les gaz précités 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 représenté en élévation à la fig. 3 une installation pratiquement utilisée pour la conservation des fruits. Une masse 30 de fruits est placée dans des caisses ou sur des plateaux superposés 31; on a disposé des planches protectrices 31a et 31b à la partie supérieure et inférieure des éléments 31. La planche inférieure 31b repose sur le sol par rintermédiaire 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 étanche aux gaz 32, avantageusement en matière synthétique soudable, telle que du polyéthylène ou autre. Cette enceinte 32 peut être refroidie ou non. Elle a la forme d'une simple bâche entourant comDlètement le lot de fruits 30. On peut aisément réaliser l'étanchéité d'une telle enceinte en plaçant d'abord une feuille horizontale de matière plastique soudable 32b sur la planche 31 b, après quoi on dispose les fruits 30. La feuille 32b déborde le long des côtés de la planche 31b, ce 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 faces opposées, de deux ouvertures 38a 38b. Une tubulure 36 part de l'ouverture 38a et conduit les gaz vers un échangeur 33.
L'ouverture 38b reçoit les gaz provenant de l'échangeur 33 par une tubulure 37 munie 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 et un dispositif 41 de prise d'échantillon gazeux. Une pompe étanche 35 mon tée sur un bâti 35a assure la circulation du flux gazeux.
Un ventilateur 34 placé devant l'échangeur 33 crée une circulation d'air pour entraîner les gaz diffusés hors de 1' échangeur. Enfin un équilibreur de pression, en l'espèce 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 retourne directement dans la chambre à fruits. La pompe 35 peut être encore placée en amont de l'échangeur sur la canalisation 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 Jona thane > ) dans I5 caisses empilées en trois rangées paral- lèles comportant chacune 5 caisses superposées. Les dimensions 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 m3. On a placé cette enceinte de stockage dans une chambre isotherme à 200 et on l'a reliée à un échangeur décrit en détail ci-après.
On a mis en oeuvre, comme matériau synthétique pour la constitution de l'échangeur, une feuille mince se présentant sous forme d'une gaine plate que l'on a plissée et maintenue par une bande adhésive.
Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 4, cette opération se réalise sans difficulté en enfilant dans une gaine 43, provenant 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. u est alors facile de plisser le film plastique autour du tube 46 dans le sens transversal. On colle ensuite une bande adhésive 47 suivant deux génératrices opposées.
On retire alors le tube 46, ce qui fournit un canal central aui 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 frottement 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.
Dans le cas particulier précité du traitement des nommes, on a utilisé comme matériau constitutif de l'échangeur, du polyéthylène sous forme de pellicllles minces de deux énaisseurs différentes (50 u et 80a).
Pour un tel matériau les perméabilités respectives à l'oxygène et au gaz carbonique sont avec une différence de pression partielle de 1 atmosphère et à 150:
P(O): 30cm3/dm8/24h pour 50foc d'épaisseur
19 cm3/dm2/24 h pour 80 cc d'épaisseur
P(CO): 150cm9/dm2/24 h pour 50 d'épaisseur
9S cm3/dm2/24 h pour 80 ffi d'épaisseur
La surface de l'échaneeur a été déterminée de facon à permettre l'obtention d'un mélange gazeux très pauvre en oxygène (comnosition apnroximative de l'atmosphère de stockage:
2 /n O0, 5| /o COi et 93 /o No) à la tem- pérature du local d'entreposage isotherme (200).
On a constitué une gaine de 150m de longueur formée de deux tronçons avec - 50m de feuille de polyéthylène d'épaisseur 80 mi
crons (surface d'échange: 12 m2) - 100 m de feuille de polyéthylène d'épaisseur 50 mi
crons (surface d'échange: 24 m2).
Grâce au plissage décrit précédemment on peut reduire considérablement la longueur apparente de l'échangeur. En effet, un mètre d'échangeur plissé correspond environ à six mètres de gaine plate. L'encombrement total de l'échangeur est donc de 25 mètres environ. On a disposé alors en serpentin l'échangeur ainsi plissé et on 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/mn, la dépression à l'aspiration 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'atmosphère gazeuse de stockage, et l'on a consigné les résultats obtenus sur le diagramme de la fig 5.
La fig. 5 est relative à la conservation des pommes dans l'installation de la fig. 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 transitoire qui dure seulement quelques jours, le pourcentage en Oe décroît fortement, tandis que le pourcentage en CO2 croît d'abord, puis diminue ensuite progressivement avant de devenir sensiblement stationnaire. Ce stade s'accompagne, 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 proprement dit de conservation dans le traitement décrit à la fig. 5, correspond à une stabilisation de la composition du mélange gazeux et a été représenté pour les douze premiers jours. Le mélange possède alors une composition sensiblement constante, à savoir: O2: : 2,5 ou
CO2 :6,510/o
N2: 910/o
En même temps les entrées d'air sont devenues extrêmement faibles, matérialisant ainsi de façon visible l'établissement du régime permanent.
Cette stabilisation de la composition de l'atmosphère dure plusieurs semaines ou plusieurs mois selon la température, I'espèce , la variété et le stade initial des fruits.
L'exemple pratique considéré montre que le procédé décrit avec lequel on met en oeuvre un échangeur en matière synthétique, permet d'obtenir et de maintenir à une valeur sensiblement constante, une composition déterminée de l'atmosphère de stockage, notamment une très faible teneur en oxygène (2 ! /o à 3 o/o) et une faible teneur en gaz carbonique (50/6 à 60/0).
Un tel résultat a été obtenu avec un échangeur réalisé à partir d'une feuille mince en polyéthylène. n faut remarquer d'ailleurs que l'on peut fabriquer un tel échangeur à partir d'une feuille unique de polyéthylène, d'épaisseur SOIL par exemple.
Chaque cas particulier de traitement peut être résolu par le procédé décrit moyennant un choix convenable des caractéristiques de l'échangeur (surface d'échange), si l'on prévoit une matière synthétique donnée et répondant aux conditions de perméabilité mentionnées précédemment. On conçoit donc que les applications du procédé peuvent être nombreuses et ne sont pas limitées à des types particuliers 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 indications, on a mis en oeuvre pour la fabrication de l'échangeur une membrane consituée d'une toile enduite d'une couche d'élastomère (silicones) présentant une grande perméabilité aux gaz. L'élastomère mis en oeuvre était du diméthylpolysiloxane. 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 fig. 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 per méable aux odeurs et très perméable, en outre, à l'éthylène. L'échangeur décrit à la fig. 6 convient alors particulièrement bien aux besoins du procédé.
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 étanches par collage de la couche d'élastomère.
Deux tubes 54, 55 sont scellés étroitement sur chaque élément d'extrémité 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.
Les perméabilités vis-à-vis du gaz carbonique et de l'oxygène sont de beaucoup supérieures à celle, du polyéthylène, comme ]e montre le tableau suivant:
Perméabilité à 150
pour CO2 exprimée en Rapport
cm3/24 h/dm2/1 atm. P(CO2)/P(02)
Diméthylpolysiloxane
sur tissu (enduc
tion de 50 à 60
microns environ 20.000 6-7
Polyéthylène
(50 microns) 150 4,5
L'efficacité d'un échangeur réalisé à partir de dimé- thylpolysiloxane est donc plus grande que l'échangeur plissé à base de polyéthylène. La surface d'échange 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 conservation de 1 tonne de fruits.
La fig. 7 illustre les résultats obtenus en utilisant un tel échangeur pour la conservation de 1 tonne environ de pommes a Golden Delicious à 120: la composition de l'atmosphère au contact des fruits s'est maintenue au taux voulus de O2 (3 < )/o) et de CO2 (5 e/o).
Au diagramme de la fig. 7, les courbes (a) et (c) représentent respectivement les teneurs en CO2 et en 2 de l'atmosphère gazeuse de l'enceinte d'entreposage, tandis que les courbes (b) et (d) représentent respectivement ces mêmes teneurs après passage du mélange gazeux,à un débit de 5 litres/mn, à travers l'échangeur sus-décrit en référence à la fig. 6.
Le procédé décrit s'applique non seulement aux locaux pour fruits et analogues, mais il permet d'assurer en outre tout conditionnement gazeux pour des cul- tures spéciales, pour assurer un réglage de la teneur de l'enceinte en gaz carbonique dans les périodes de régression de ce gaz (photosynthèse à la lumière).
Il peut également s'appliquer aux emballages pour fruits et analogues et il peut présenter également un intérêt industriel pour les échanges gazeux au niveau de fenêtres ménagées dans de petits emballages ou dans des doublures de caisses ou sacs en polyéthylène, de panneaux isolés thermiquement ou non pour les grands emballages, de panneaux pour chambres démontables étanches non isolées - frigorifiques ou non - éventuellement logeables en chambres froides traditionnelles, de panneaux de chambres froides isolées, démontables ou de chambres étanches traditionnelles, d'échangeurs pour chambres froides étanches de tous types, etc.
Method of regulating or stabilizing the composition of the atmosphere
in contact with products and devices for its use
The present invention relates to a method for adjusting or stabilizing the composition of the atmosphere in contact with products exchanging oxygen and carbon dioxide with the ambient medium, and a device for the implementation of this. process.
It is known that the ripening of fruits in an enclosure can be delayed by reducing the oxygen concentration in the atmosphere in contact with the fruits, and by limiting the increase in its carbon dioxide concentration. 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 these teachings into practice, French patent No. 699360 disclosed a method of storage, transport and treatment of fruits and similar products, with adjustment of the composition of the gaseous atmosphere in contact with the fruit; according to this known process, a material which is selectively permeable to certain gases is used to modify the concentration of the gases in the gaseous atmosphere.
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, the concentration of which inside the chamber is to be regulated; furthermore the apparatus may comprise means for withdrawing gas from inside the chamber (s) as well as a diffusion apparatus to which the gas thus withdrawn is supplied and in which it flows in contact with the materials selectively permeable to be introduced into the chamber if it is desired to change therein by diffusion the composition of the atmosphere of said chamber.
As a material which is selectively permeable to different gases, said patent mentions, inter alia, rubber, the membranes of which used can be protected by perforated covers or other means of protection.
The apparatus described in said patent may include means for fixing the ratio between the internal and external pressures.
Studies have made it possible to develop the knowledge described in the above patent: these studies have made it possible to determine with precision the conditions which the conditioning of the atmosphere of enclosures containing products endowed with both respiratory activity must meet. and photosynthetic, such as various plant organs such as fruits as well as that of closed enclosures, such as greenhouses, provided for growing plants. As described in the aforementioned patent, the packaging of plant products - 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 indeed a matter of exercising a close monitoring of the composition of the atmosphere of the conservation enclosure so that the scrubber or absorber is put into operation as soon as the CO2 content reaches a certain limit. Such a device also entails fairly high equipment costs and is not easy to use for storage where the conditions can vary between wide limits. In all cases, on the other hand, where the carbon dioxide is thus absorbed - except, however, if a water scrubber is used - the odorous products released by the fruits accumulate in the storage enclosure. and can cause the onset of physiological diseases such as scalding.
We know, moreover, that a small quantity of ethylene comes from the fruit during storage: no scrubber or absorber intended exclusively for carbon dioxide of the type that has 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 rambiant, since it is known that ethylene is detrimental to the good preservation of certain fruits above approximately 70.
It has been observed in the course of 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 certain particular conditions are satisfied, in particular by using synthetic material exchangers. It is then possible, thanks to the selective properties obtained and chosen, to obtain the desired oxygen and carbon dioxide levels in the storage atmosphere, while eliminating odorous substances and ethylene, which has the effect of facilitating storage. in a controlled atmosphere close to ordinary temperature.
The purpose of the following discussion is to recall and specify the conditions for using the exchanger made of synthetic material in order to determine its properties. We know first of all that the gas mixture contained in the storage enclosure must include known partial pressures, appearing in the 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 the oxygen. carbon dioxide. Indeed, because of the respiration of the plant organs, oxygen constantly 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 fruits treated, at the temperature considered and in the gaseous 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 constant composition of oxygen and carbon dioxide in the storage enclosure. 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 relationship (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 = l (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 exit 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 02 rate = R-LU s
Outgoing COQ flow rate = R '
4
Outgoing N2 flow = 5 U
In the present description, Ax, Ay and Az respectively denote the variations of the partial pressures x of oxygen, y of nitrogen and z of carbon dioxide, after passage of the mixture of composition (x, y, z) in 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. Az = R '(2)
Q. z x = Ax = R-l / 5U (3)
Q. y = Ay = 4 / 5U (4)
The importance of the variations in tensions (or concentrations) of carbon dioxide, oxygen, and nitrogen, which are respectively:
EMI2.1
therefore depends on the respective importance of the diffusive exchanges which are installed through the walls of the exchanger and on the flow rate of circulation of the gas mixture in the exchanger. The exchanges by diffusion R ', R-1 / 5U and 4/5 U are generally low (of the order of a fraction of a liter or of a few liters at most per hour).
It is therefore easy to choose a value of Q large enough to be able to consider Ax, Ay and Az as negligible. Under these conditions, if ron denotes by P (O2), PtCO2) and P (N2) the respective total permeabilities of the exchanger with respect to oxygen, carbon dioxide and nitrogen, one easily obtains the following relationships:
EMI2.2
The permeabilities defined in relations (5), (6), and (7) will be calculated in the same units as the flow rates R, R 'and U, that is to say in volumes of gas, per unit of time and by atmosphere, since x, y and z are expressed in atmospheres. These permeabilities for an exchanger made up of a diffusing wall with a total surface area S and a thickness a could also 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 (09), Pu (CO2) and PU (N2) and certain biological data, which are, on the one hand, the gaseous climate corresponding to the values of the partial pressures x and z (atm) and, on the other hand, the respi
R 'R ratory of products R or its inverse R.
Indeed, we draw the equalities (1), (5), (6) and (7) by eliminating y and U the following expression (8):
EMI3.1
However, 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 (CO) = S / a PU (CO9) and
P (N3) = Sía PU (N9)
Relation (8) then becomes:
EMI3.2
Consequently, the plastics which are suitable for the realization of the exchanger have permeabilities to oxygen PU (O2) to carbon dioxide P "(CO>) and to nitrogen Pl, (N) such that, in the planned working conditions, equality (8) is appreciably satisfied.
By way of illustration of the above, we have chosen the particular case of the conservation of various varieties of apples or pears which is improved in a known manner by storage in an atmosphere containing 2% oxygen and 5% oxygen. 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 (x = 0.02) z and z (z = 0.05), we find 0.21-x = 0.26.
0.21-x
Relation (9) shows that, in this particular case, the synthetic materials suitable for constituting the exchanger are those for which:
EMI3.3
The choice of the practically usable synthetic material therefore depends on the value of the expression
EMI3.4
of the material considered, a person skilled in the art will obviously be able to choose from the materials at his disposal, the one whose value r is closest to 0.26.
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 use polyethylene for which r = 0.26.
It is also possible to envisage another method of 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 determine practically - the respiratory quotient of the plant organs at treat.
It has in fact been found that the permeabilities of synthetic materials must satisfy the double inequality (10), below, which was established by taking into account the range of possible variations of the respiratory quotient R '/ R in the case of 'good conservation of the fruits in the gas mixture envisaged.
EMI3.5
By denoting by e the dimensionless relation
EMI3.6
of a synthetic material.
Synthetic materials likely to be used for the manufacture of an exchanger, for obtaining and maintaining in contact with products, such as fruits, an atmosphere containing xio / o oxygen and zo / o gas carbonic, are those whose characteristic Q responds to the double condition (11)
EMI3.7
By applying the latter method of determining the synthetic materials that can be used in the direction of
The invention, when treating fruits with an atmosphere of 2% oxygen and 5 / o carbon dioxide, the double inequality (11) becomes: 0.186e60,26
For propylene Q = 0.30
For P.V.C. Q = 0.17
For polyethylene, on the other hand, we check that:
:
0.18 <Q = 0.20 <0.26
For a material based on silicones (dimethylpolysiloxane) we also verify 0.18 <= 0.19 <0.26
The diffusion of the respiratory gases and of the nitrogen through the exchanger in accordance with the envisaged process can therefore be determined as a function of requirements and it is in general advantageous, for the prolonged conservation of the fruits, to choose materials having in addition the following general characteristics:
Water vapor permeability: P (HaO) very low
Permeability to ethylene: P (C2H4) high
Permeability to fragrant essences: P (essences) very high.
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 storage enclosure; for example, we can keep the values of x, y, z defined above, 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. To this end, we can appeal to the aforementioned equality (6) which is written:
EMI4.1
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 about a homogeneous membrane and a regime of diffusion of gases through the material, excluding perforations, the relation (6) will be written, by involving Pu (COO), the permeability reduced to the unit of surface (S) and thickness (a) of membrane,
EMI4.2
The dimensional characteristics of the membrane or of the diffusion plate can then be determined thanks to the relation (12)
EMI4.3
in which S and a respectively represent the area and the thickness of the exchanger to be used.
In the preceding discussion, it has been assumed that the flow
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 mixture. 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 great an overpressure of the atmosphere in the exchanger, or to reduce the cost price of the circulation pump ...) that the values Ax, Ay and Az are no longer negligible.
The permeabilities P (CO,) P (Os) and P (N2) of the exchanger are then defined by the equalities:
EMI4.4
EMI4.5
If we generally set P = P e-1Q the relations 5 ', 6', 7 'become
EMI4.6
which are the generalization of expressions (S), (6) and (7) and where n denotes the effective permeability of the exchanger, which depends on Q, while P, obviously independent of this last value, is the real permeability ( or intrinsic) of the exchanger.
To define the materials that can be used to make the exchanger, we are therefore theoretically led to use the double inequality:
EMI4.7
which is the generalization of condition (10), the latter being in principle valid only for Q infinite.
But the terms eP / 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 (cor, Oo or N) 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:
Re
Q minimum = z, e = base of natural logarithms.
R '
Given that P (CO2) is greater than - we see, ultimately that
EMI4.8
is taller than -
e when it reaches its minimum value.
So it is fitting to write that
-P / Q> -l / 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.
To determine the dimensional characteristics of the exchanger in the most general case, it is therefore necessary to solve the system of equations (13) and (14) below:
EMI4.9
To calculate the overall permeability of the exchanger P (CO2), we describe the relation (13) in logarithmic form, to obtain the relation (15):
:
EMI5.1
We can then determine the graphical solution of the system by intersection of the function
yt = Loge P (CO2) and from the right
EMI5.2
After having determined P (CO2), using the equality (15) we can calculate the dimensional characteristics
EMI5.3
By way of example, the surface area of an exchanger consisting of a membrane woven from synthetic fibers, for example nylon, and coated with a silicone rubber (dimethylpolysiloxane), was calculated below to obtain and maintain in contact. of a ton of apples (Golden Delicious variety) an atmosphere at atmospheric pressure and whose composition is as follows:
z = 0.04atm.
x = 0.03atm.
y = 0.93 atm.
The respiration of the fruits in this mixture provides, for one ton, a value of R '= 0.04 liters of CO2 per minute at 150.
In the example considered, there was a sample of the aforementioned coated fabric, the thickness of which was fixed. Per unit area and at 15, we have:
P11 (O2) = 3.3 I / d / dm2
Pu (CO2) = 201 / d / dm2
PU (N2) = 1.7 I / d / dm2
We note first that the report
EMI5.4
is understood between
EMI5.5
because the double inequality (10) is written:
0.15 <P = 0.18. <0.22
To define the surface of the exchanger, solve the equation (15) which is written in the example considered with Q = 51 / min.
EMI5.6
We can graphically solve this equality by the intersection of the two curves
EMI5.7
We thus find, in the particular case considered:
P (CO2) = 1.3 1 / mn / ton or 18721 / d / ton
We therefore obtain:
EMI5.8
The exchanger will therefore be made of a coated fabric with an area equal to 0.9 m2 per tonne of stored fruit.
It is important to emphasize that in the temperature range 00-150 (or more) where the process of the invention is carried out, the quantity P (CO2), as well as the other permeability characteristics which intervene, P (02) and P (N2), grow substantially in the same way, depending on the temperature, as the respiratory activity R '(or R). Under these conditions, the dimensions (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 150, and that the exchanger thus calculated retains substantially for all other conditions. thermals of the preferred interval 0 -15 the same efficiency. The efficiency of the same exchanger can be modified by adjusting the size of the fluid flow rate 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 whose efficiency can be varied at will in a simple and progressive manner. This can be achieved by very simple means: it suffices, in fact, to heat or cool the diffusing membrane.
Indeed, it is known 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 to reduce 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 onto the exchanger, or by a current of air, heated by the condenser of the group. refrigeration intended to cool the food storage enclosure. It is also possible to provide electrical resistors incorporated into the diffusion membrane (applied to this membrane).
The cooling of the diffusion membrane can be obtained variously and easily by means of external natural cold air blown on the exchanger. It is also possible, among other things, to artificially cool the membrane, in particular by means of Peltier Effect cells placed on the membrane, etc.
Thus, it is possible to adapt the operation of the exchanger to the particular operating conditions provided and to avoid carrying out an extensive calculation of the exchanger at the start.
Heating the exchanger is therefore of great interest in the case of plastics, the permeability of which increases very quickly with temperature. It makes it possible, in fact, to considerably reduce the surface area of the exchanger.
By way of illustration, it has been determined previously that, in order to store 10 tonnes of apples in a gas mixture comprising 3/0 of oxygen and 4 Dlo of carbon dioxide, an exchanger consisting, for example, of an elastomer membrane with based on silicones, having a surface area of 9 m2.
This area was 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 5O C. If the storage is maintained at 50 C, but if the temperature of the heat exchanger is brought to 300 C, the diffusing surface must be only about 3 m2, which therefore represents a significant saving in the synthetic material constituting the exchanger. In general, it is therefore possible to considerably improve the operation of the exchanger, either by varying the temperature of said exchanger during the storage of the products to ensure better flexibility in the process for adjusting the composition of the atmosphere. storage, or by keeping the fruit at a lower temperature than the exchanger to reduce the size of the latter.
It has been seen that it was possible to form selectively permeable diffusing membranes based on silicones, for example membranes woven from synthetic fibers such as nylon, coated with a silicone.
The exchanger can be located either outside or in whole or in part inside the enclosure containing the 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 inside. a wide temperature range corresponding to the use of the devices provided; it was possible, by developing this realization, to specify the influence of the nature of the support of the exchange membrane on the gas permeability of said membrane and to study the influence of condensations and of the relative humidity of the air on the permeability of the membranes silicone elastomers.
As regards the action of temperature, it was found, by examining the above teachings, that the respiratory intensity r of the products to be treated, that is to say the absorption of s or the emission of CQ at the temperature varies according to the following law: log r # log rO + kt where r0 is the absorption intensity of O, or that of the emission of CO, at 00, where k is a characteristic coefficient of the products, substantially equal to 0.04 for pears and apples and where t is the centigrade temperature.
It follows that if t increases, it is necessary to increase the exchange surface S or the flow rate Q of the gas mixture to be conditioned, and that if t decreases, it is necessary to decrease S or Q. We have seen above on this subject that the diffusion flow of gases through the exchanger is directly proportional to S and that the real permeabilities z of the exchanger are linked to the flow rate Q by the relations:
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where PO2 and PCO2 are the total permeabilities of the exchanger for O and CO2 respectively.
On the other hand, the first embodiment of the method provides the S means of calculating the ratio S of the area of
a 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 (fruits or others) treated. It was then observed that a fabric support with fine and tight mesh decreases the permeability of the exchange membrane: if we compare 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 a surface area, it has been observed that the permeability is reduced by the fabric in the s / S ratio.
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 gauze-type fabric, with a thickness of 23 / 100mu, 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 silicone elastomer exchange membranes. During measurements carried out on a membrane between 70 o and 100 O / o of relative humidity, values which correspond to frequent fluctuations of the hygrometry during the storage or the treatment of plant organs, no modification of the permeability n could be detected in this interval.
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 its nature does not retain the water condensed on the exchange surface. On the basis of these facts, one can use a support of the silicone elastomer membrane made of a non-hygroscopic fabric, such as nylon, the ratio of the free area to the total area of which is all the greater the greater the desired permeability. is larger, 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 exchange membranes can form part of equipment mounted inside or outside a room, or form part of a vertical wall 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 2 CO2 and N2 are provided by equalities (5), (6) and (7) above.
When the atmosphere of the room or enclosure must be homogenized by mixing, it is necessary to know the air flow Q in contact with the exchange membrane; if this flow rate Q is low, relative to the exchanges to be carried out through the membrane, a tangential displacement of the air on the membranes is ensured and the equalities (5 '), (6') and (7 ') are then applied. -above.
The membranes can be used directly to constitute all or part of the walls constituting the packaging, in particular of fruit. For large capacity packages and contrary to certain indications of the prior art, sealing of the casing is not necessary, the casing remaining however practically sealed; in fact, the appearance of a depression in the packaging which would be liable to damage the walls or the fruit is avoided by a few minimal sealing defects; the membrane then functions as an exchanger incorporated in the wall of an enclosure, the atmosphere of which does not need to be stirred, and the permeability of the window is calculated by the relations 5-6-7 mentioned above.
These minimal intentional leaks are judiciously achieved on the basis of the results of established constructions and may be obtained if necessary by means of suitable holes.
The appended drawing illustrates an implementation of the method and represents embodiments of the device, objects of the invention, by way of example:
fig. 1 is a schematic sectional elevation of a first embodiment,
fig. 2 is a schematic plan view of a second embodiment,
fig. 3 is a schematic sectional elevation of a third embodiment,
fig. 4 is a view illustrating the manufacture of an element which comprises this embodiment,
fig. 5 is a diagram illustrating this implementation with the device shown in FIG. 3,
fig. 6 is a schematic sectional view of another element which may include these embodiments, and
fig. 7 is a diagram relating to FIG. 6.
In an installation for the conservation of fruits shown in fig. 1, the fruit mass 1 is placed in a storage enclosure 2. A synthetic material exchanger 3 is placed outside the enclosure 2.
and the gaseous atmosphere prevailing in the enclosure runs through the installation in a closed circuit thanks to a pump 5, in pipes 6 and 7 while being continuously stirred by a fan 4. The enclosure has an opening 8 connected to a balancer pressure 9 which allows the entry of a little air into the enclosure when the pressure therein tends to drop below the atmosphere and which consists of a tube 9a, one end of which opens out to air in the ambient atmosphere and the other end is immersed in a water tank 9b hermetically connected to the opening 8 of the enclosure 2.
The gas flow circulating in the installation has been shown by arrows. When. after a few days, a stable operating regime of the system is obtained, it enters into 8 a constant flow U of air intended to balance the internal and external pressures. The atmosphere prevailing in the storage enclosure stirred by the fan 4 is sucked by the pump 5 through the pipe 6.
Before reaching exchanger 3, the original gas mixture has been enriched with CO2. and depleted in O2 by respiration of fruit. Passing over the exchanger, the gaseous mixture gives up to the ambient atmosphere per unit 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 constitutes in the pipe 7 a gaseous mixture suitably enriched in 2 and depleted in CO 2 which is recycled into the enclosure 2. It will be understood, from the above, that the process is advantageously continuous.
In the embodiment shown in FIG. 2, an enclosure 12, plan view, contains a mass of fruit 11. Two exchangers 13a and 13b made of synthetic material are provided which pass through the storage enclosure respectively through openings 18a, 20a and 18b, 20b.
The internal and external pressure balance is ensured at 1 8a 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 of FIG. 1. To remove the excess nitrogen and carbon dioxide formed by respiration to the outside, as well as ethylene and fragrant essences, in this case, the exchangers 13a and 13b are scanned by air which introduces respectively in 18a and 1 Sb, entrains the aforementioned gases and exits in 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.
There is shown in elevation in FIG. 3 an installation practically used for the preservation of fruit. A mass 30 of fruit is placed in boxes or on 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, made of wood for example, which can be used for handling and allowing the isolation of the batch. of fruits.
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. 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 32b on the board 31b, after which the fruits 30 are placed. The sheet 32b overflows along the sides of the board 31b, which makes it possible to weld the sides 32a of the tarpaulin on the edges of the sheet 32b, by welds 32c. The tarpaulin 32 is provided, on two opposite sides, with two openings 38a 38b. A pipe 36 leaves from the opening 38a and leads the gases to an exchanger 33.
The opening 38b receives the gases coming from the exchanger 33 by a pipe 37 provided with a refrigeration unit 42. Various measuring and control devices are mounted on the pipe 36 or 37, in particular a water pressure gauge 40 and a device 41 for taking a gas sample. 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 this case 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 sucked by the sealed pump 35 and discharged into the exchanger 33.
Then the mixture 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 Jona thane apples were stored in 15 crates stacked in three parallel rows each with 5 stacked crates. 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 m3. This storage enclosure was placed in an isothermal chamber at 200 and it was connected to an exchanger described in detail below.
As synthetic material for the constitution of the exchanger, a thin sheet was used in the form of a flat sheath which was pleated and held by an adhesive tape.
As can be seen in FIG. 4, this operation is carried out without difficulty by threading in a sheath 43, coming from a roller 44 and inflated with air from 45 of a small compressor, a light tube 46, made of glass for example, of diameter smaller than that of the flat sheath 43. u 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.
The 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 the 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.
In the aforementioned particular case of the treatment of the names, polyethylene in the form of thin films of two different thicknesses (50 μ and 80a) was used as the material constituting the exchanger.
For such a material the respective permeabilities to oxygen and carbon dioxide are with a partial pressure difference of 1 atmosphere and at 150:
P (O): 30cm3 / dm8 / 24h for 50foc of thickness
19 cm3 / dm2 / 24 h for 80 cc of thickness
P (CO): 150cm9 / dm2 / 24 h for 50 thickness
9S cm3 / dm2 / 24 h for 80 ffi thickness
The surface of the booster was determined in such a way as to allow obtaining a gas mixture very poor in oxygen (approximate composition of the storage atmosphere:
2 / n O0, 5 | / o COi and 93 / o No) at the temperature of the isothermal storage room (200).
A 150m long sheath was formed, formed of two sections with - 50m of 80m thick polyethylene sheet.
crons (exchange surface: 12 m2) - 100 m of 50 mi thick polyethylene sheet
crons (exchange surface: 24 m2).
Thanks to the pleating described above, the apparent length of the heat exchanger can be considerably reduced. Indeed, one meter of pleated exchanger corresponds approximately to six meters of flat duct. The total space requirement of the exchanger is therefore approximately 25 meters. The exchanger thus pleated was then arranged in a coil and kept in a rigid frame, the volume of which was approximately 0.15 m 3.
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 on the diagram in FIG. 5.
Fig. 5 relates to the conservation of apples in the installation of FIG. 3, as was said above. We can observe, over time, two successive stages of evolution of the atmosphere in the storage enclosure.
In a first stage or transient stage which lasts only a few days, the percentage of Oe decreases sharply, while the percentage of CO2 increases first, then gradually decreases before becoming appreciably 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 actual stage of conservation 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 twelve days. The mixture then has a substantially constant composition, namely: O2:: 2.5 or
CO2: 6.510 / o
N2: 910 / o
At the same time, the air intakes became extremely small, thus visibly materializing the establishment of the steady state.
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 method described with which a synthetic material 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 content. in oxygen (2! / o to 3 o / o) and a low carbon dioxide content (50/6 to 60/0).
Such a result was obtained with an exchanger made from a thin polyethylene sheet. It should also be noted that such an exchanger can be manufactured from a single sheet of polyethylene, of SOIL thickness for example.
Each particular case of treatment can be solved by the method described by means of a suitable choice of the characteristics of the exchanger (exchange surface), if a given synthetic material is provided and which meets the permeability conditions mentioned above. It is therefore understood that the applications of the method 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 consisting of a fabric coated with a layer of elastomer (silicones) having a high permeability to gases has been used for the manufacture of the exchanger. 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. There is shown schematically in FIG. 6 an advantageous embodiment of an exchanger made up 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 also very permeable to ethylene. The exchanger described in fig. 6 is then particularly suitable for the needs of the process.
The exchanger 50 comprises a series of elements 51 consisting of a membrane (fabric) coated with silicones (dimethylpolysiloxane), the contiguous edges 52 of which have been joined together and made watertight by bonding the elastomer layer.
Two tubes 54, 55 are tightly sealed on each end element of the exchanger 50. The gas mixture to be controlled is swept along 56 inside the exchanger through the tubes 54, 55.
The permeabilities towards carbon dioxide and oxygen are much higher than that of polyethylene, as the following table shows:
Permeability at 150
for CO2 expressed in Ratio
cm3 / 24 h / dm2 / 1 atm. P (CO2) / P (02)
Dimethylpolysiloxane
on fabric (coated
tion from 50 to 60
microns about 20,000 6-7
Polyethylene
(50 microns) 150 4.5
The efficiency of an exchanger made from dimethylpolysiloxane is therefore greater than the pleated exchanger 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 conservation of approximately 1 ton of Golden Delicious apples at 120: the composition of the atmosphere in contact with the fruits was maintained at the desired rate of O2 (3 <) / o ) and CO2 (5 e / o).
In the diagram of fig. 7, curves (a) and (c) respectively represent the CO2 and 2 contents of the gas atmosphere of the storage enclosure, while curves (b) and (d) respectively represent 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.
The method described applies not only to premises for fruits and the like, but it also makes it possible to ensure any gas conditioning for special crops, to ensure control of the carbon dioxide content of the enclosure during periods. regression of this gas (photosynthesis in light).
It can also be applied to packaging for fruits and the like and it can also be of industrial interest for gas exchanges at the level of windows provided in small packaging or in the linings of polyethylene cases or bags, of panels thermally insulated or not. for large packaging, panels for non-insulated airtight removable chambers - refrigerated or not - possibly accommodating in traditional cold rooms, panels of insulated, removable cold rooms or traditional airtight rooms, exchangers for airtight cold rooms of all types, etc.