DE3632344A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer atmosphaere in einem raum, insbesondere in speichern fuer fruechte - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum steuern einer atmosphaere in einem raum, insbesondere in speichern fuer fruechte

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Atmosphäre in einem Raum, insbesondere in einem Früchtespeicher.
Betrachtet man Äpfel als Beispiel, so werden diese im Jahr lediglich einige Wochen lang geerntet und müssen jedoch im Einzelhandel das ganze Jahr lang erhältlich sein. Äpfel können zufriedenstellend bei einer niedrigen Temperatur in einer modifizierten Atmosphäre gelagert werden. Typischerweise werden die in Großbritannien geernteten Cox-Orange-Pippin 7 bis 8 Monate lang bei 3,5 bis 4,0°C in einer Stickstoffatmosphäre gelagert, die 1 bis 1 1/4% O2 und weniger als 1% CO2 enthält. Äpfel atmen noch sogar nachdem sie gepflückt worden sind und verbrauchen O2, während sie CO2 erzeugen. Dementsprechend wird in einem verschlossenen Speicher diese O2-Konzentration von selbst (nach etwa 8 Tagen) erreicht und wird einfach dadurch aufrechterhalten, daß die Zugabe von Luft (21% O2) gesteuert wird; wobei das Problem darin liegt, das überschüssige CO2 zu entfernen.
Zur Entfernung des CO2 wird in Großbritannien üblicherweise die Skrubbertechnik verwendet, bei der dem Speicher trockener, hydratisierter Kalk (Ca(OH)2) sackweise hinszugefügt wird, das durch chemische Reaktion das CO2 adsorbiert. Dieses ist einfach, verlässlich und erfordert keine größeren Vorkehrungen. Die laufenden Kosten sind jedoch hoch und belaufen sich auf ca. DM 1000,- pro Jahr für einen 100-Tonnen-Früchtespeicher. Zusätzlich sind die Kosten für die Arbeitskräfte hoch und der Kalk ist matschig und schmutzig zu handhaben. Ferner steigt die gesamte jährliche Nachfrage an Kalk zu diesem Zweck innerhalb von ein paar Wochen, was es für die Hersteller unattraktiv macht, dieser Nachfrage besonders nachzukommen.
Eine übliche, bequemere Alternative anstelle der Verwendung von Kalk, ist der Einsatz eines mechanisch aktivierten Kohlenstoffadsorptionsmittels. Dieses läuft derart ab, daß man Speicheratmosphäre durch ein Aktivkohle enthaltendes Bett hindurchleitet, so daß CO2 adsorbiert und das übrige Gas in den Speicher zurückgeführt wird. Typischerweise wird die Aktivkohle nach 5 bis 10 Minuten mit CO2 gesättigt. Sie wird dann regeneriert, indem man frische Luft durch das Bett leitet, wodurch CO2 in den Luftstrom hinein desorbiert wird. Nachdem das Bett einmal frei von CO2 ist, ist es für eine weitere Adsorptionsphase bereit.
Dieses einfache Adsorptionsmittel leidet unter einem wesentlichen Nachteil, da im Anschluß an die Regeneration das Bett vollständig mit Luft beladen ist, die bei der darauf folgenden Adsorptionsphase in den Speicher entladen wird. Auf diese Art und Weise wird Sauerstoff wiederholt in den Speicher entladen, häufig mit einer schnelleren Geschwindigkeit als die Früchte es verbrauchen, so daß die optimale Sauerstoffkonzentration überschritten wird.
Um diesen Nachteil zu beseitigen bzw. zu verringern, haben die meisten Skrubberhersteller eine Ventilsteuerungssequenz eingeführt, wodurch zwischen der Regeneration des Bettes und der nächsten Adsorptionsphase das Bett kurz mit Speicheratmosphäre gereinigt wird (die danach ausgelassen wird), um den überschüssigen Sauerstoff aus dem Bett zu entfernen. Eine umgekehrte Reihenfolge wird zwischen Adsorption und Regeneration organisiert, so daß die im Bett übrigbleibende Speicheratmosphäre (mit ihrer wertvollen niedrigen Sauerstoffkonzentration) nicht als Abgas ausgestoßen wird.
Diese Arbeitsfolgen führen tatsächlich zu einer Abnahme der Sauerstoffmasse, die dem Speicher über den Skrubber hinzugefügt wird, allerdings auf Kosten des Speichers, der einem schwachen zyklischen Vakuum und Überdruck unterworfen wird. Falls der Speicher dann nicht absolut gasdicht ist, tritt eine Luftanreicherung oder ein Verlust an Speicheratmosphäre durch die Leckagen im Speicheraufbau und um die Türen und Luken herum auf.
Skrubber arbeiten nur dann auf diese Art und Weise zufriedenstellend bei 1% CO2 und 1 1/4% O2, wenn sie gut gewartet werden. Bei einem Versuch hielt der mit großer Sorgfalt betriebene Skrubber die CO2-Menge bis zu 0,8% herunter. In der Praxis sind die Leistungen vieler kommerzieller Skrubber jedoch derart, daß höhere CO2-Konzentrationen angenommen werden müssen, um niedrige Sauerstoffkonzentrationen aufrechtzuerhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer Atmosphäre in einem Raum bzw. einer Kammer, insbesondere in einem Früchtespeicher, ist gekennzeichnet durch die unbegrenzte Wiederholung der folgenden Verfahrensschritte (1) bis (5):
(1) Raumatmosphäre-Aussetzung eines adsorptiven Mediums, d. h. es wird der Raumatmosphäre ausgesetzt;
(2) Evakuieren des adsorptiven Mediums in ein Gasreservoir;
(3) Luft-Aussetzung des adsorptiven Mediums, es wird der Luft ausgesetzt;
(4) Evakuieren des adsorptiven Mediums zum Abfall bzw. als Abgas;
(5) Gasreservoir-Aussetzung des adsorptiven Mediums, d. h. es wird dem Gasreservoir ausgesetzt.
Dieses Verfahren kann dort angewendet werden, wo die Kammeratmosphäre die Bestandteile X, Y und Z enthält, von denen X und Y in der Luft vorliegen, jedoch in den falschen Verhältnissen, und bei der Z unterhalb eines Maximumniveaus gehalten werden muß (das jedoch höher ist als in der Luft); wobei in solchem Fall das adsorptive Medium ausgewählt werden kann, um Z vorzugsweise zu adsorbieren. Der Verfahrensschrift (3) befreit das adsorptive Medium von Z. Das Gasreservoir enthält zu dieser Zeit X und Y in den richtigen Verhältnissen, mit denen es das adsorptive Medium während des Verfahrensschrittes (5) wieder auffüllt.
Die Evakuierung in den Verfahrensschritten (2) und/oder (4) wird vorzugsweise bis zu einem Druck unterhalb 50 kPa (1/2 Atmosphäre), insbesondere unterhalb von 20 kPa und am bevorzugtesten unterhalb von 10 kPa durchgeführt. Drücke unter etwa 5 kPa sind teuer und nicht notwendig, obwohl auch mit ihnen gearbeitet werden kann. Sie schließen außerdem wasserdichte Pumpen aus, die gegenüber öl-abgedichteten Hochvakuumpumpen im Zusammenhang mit Nahrungsmittel bezogenen Verfahren vorteilhaft sind, da die zufällige Verunreinigung der Atmosphäre durch Wasser unschädlich ist, jedoch eine Verunreinigung durch Öl schädlich sein kann.
Das Gasreservoir kann ein flexibler Sack bzw. Beutel sein, so unter Atmosphärendruck zu jeder Zeit unabhängig von der Gasmasse im Sack. Dies verhindert das oben erwähnte nachteilige zyklische Vakuum- und Überdruckverfahren.
Wo die Kammeratmosphäre gesteuert werden muß, um das Kohlendioxid unter einer bestimmten Konzentration zu halten, ist das adsorptive Medium vorzugsweise Aktivkohle. Kohlenstoff wird anders als adsorptive Medien, wie z. B. Aluminiumoxid, mit der hohen relativen Luftfeuchtigkeit (90%) fertig, die angetroffen wird, wenn es sich bei der Kammer bzw. dem Raum um einen Früchtespeicher handelt.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Atmosphäre in einem Raum bzw. in einer Kammer, die derart ausgerichtet ist, daß mit ihr das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen Früchtespeicher mit Vorrichtung zum Steuern seiner Atmosphäre zeigt.
Ein Früchtespeicher 1 mit einer Kapazität von 100 Tonnen Äpfeln (eine übliche Größe in Großbritannien), wird bei 3,5°C durch eine übliche Kühlausrüstung (nicht gezeigt) gehalten. Die beste Temperatur hängt von der Apfelsorte, der Erntezeit, den Reifebedingungen des Jahres usw. ab, wie es gut bekannt ist.
Ein Bett 2 mit Aktivkohle als adsorptives Medium wird mit dem Früchtespeicher 1 über steuerbare Einwegventile B, E und A und ein Gebläse bzw. Ventilator 3 verbunden. (Sämtliche Bestandteile, die mit Buchstaben bezeichnet sind, sind Ein/Ausventile, die Gas lediglich in der gezeigten Richtung durchlassen.) Luft kann am oberstromigen Ende des Bettes 2 durch J eingelassen werden und zur oberstromigen Seite des Gebläses 3 über D geführt werden. Das Gebläse 3 kann 210 m3/h gegen einen Überdruck von 1,9 kPa durchleiten. Das Bett 2 ist in einer festen bzw. starren Röhre von 600 mm Durchmesser und 1340 mm Länge (etwa 380 Liter) angeordnet und der Kohlenstoff ist ein dampfaktivierter, extrudierter Kohlenstoff, wie er in einigen üblichen Skrubbern des Typs Norit R2030 verwendet wird.
Das Bett 2 kann über C belüftet werden, um durch sein unterstromiges Ende zu entgasen. Das Bett 2 kann über sein oberstromiges Ende über F und eine wasserdichte Vakuumpumpe 4 evakuiert werden, die dazu in der Lage ist, bis zu 7 kPa zu evakuieren. Die Evakuierung kann derart durchgeführt werden, daß entweder über I oder G zu einem Gasreservoir 5 entleert wird. Das Gasreservoir kann durch H zum oberstromigen Ende des Bettes 2 geleert werden. Das Gasreservoir 5 ist ein flexibler, zusammenfaltbarer Beutel bzw. Sack undurchlässigen Materials mit der Kapazität von 2 m3, der von außen einem üblichen Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Das undurchlässige Material des Sacks bzw. Beutels ist eine nylonverstärkte PVC-Folie, derart, wie sie gelegentlich von Campern als Bodenunterlage verwendet wird.
Andere Ventile (nicht gezeigt) können an geeigneten Stellen vorgesehen werden, falls es für die Anfangsphase oder die Reinigung oder außergewöhnliche Zwecke notwendig ist, jedoch können mit der gezeigten Vorrichtung die wichtigen Stufen des Verfahrens zufriedenstellend durchgeführt werden.
Im Betrieb wird der Früchtespeicher 1 mit 100 Tonnen frisch gepflückter Cox Orange Pippin beladen und auf 3,5°C abgekühlt. Die Atmosphäre im Früchtespeicher ist natürlich zu diesem Zeitpunkt Luft, d. h. 21% Sauerstoff enthaltend. Die Atmung der Früchte verbraucht natürlich den Sauerstoff bis zu einem Gleichgewichtsniveau von 1,25% O2 in etwa 8 Tagen bei dieser Apfelart. Versuche haben einen geringfügigen kommerziellen Vorteil bei schneller künstlicher Sauerstoffentfernung gezeigt.
Die Vorrichtung wiederholt die folgenden Verfahrensschritte bzw. Betriebsabläufe kontinuierlich, wobei die Dauer der jeweiligen Verfahrensschritte bei jeglicher Installation durch entsprechende Versuche zu verbessern ist:
(1) Aussetzen des Kohlenstoffs im Bett (2) in der Atmosphäre im Früchtespeicher (1) bis er mit CO2 gesättigt ist (12 Minuten);
(2) Evakuieren des Bettes (2), bis zu 7 kPa herunter, in ein Gasreservoir (5) hinein, wodurch O2 und N2 (jedoch nicht CO2) in "Früchtespeicher"- verhältnissen im Reservoir frei werden (2 Minuten);
(3) Luft-Aussetzen des Bettes (2), um es vom CO2 zu befreien (18 Minuten);
(4) Evakuieren des Bettes (2) zum Abfall hin (7 kPa) ist ausreichend, um O2 und N2 zu entfernen, die sonst im Bett im wesentlichen in "Luft"-Verhältnissen bleiben würden (d. h. überschüssiger Sauerstoff) (2 Minuten);
(5) Aussetzen des Bettes dem in das Reservoir (5) gemäß obigem Schritt (2) eingegebenen Gases, so daß das Bett (2) nunmehr O2 und N2 in "Früchtespeicher"-Verhältnissen enthält (2 Minuten);
(1) Raumatmosphäre-Aussetzung des adsorptiven Mediums; und unbegrenzt so weiter.
Am Anfang des Verfahrensschrittes (3) wird das Bett 2 langsam mit Luft erneut befüllt, wobei zur Vermeidung des Aufrührens das Lufteinlaßventil J für eine halbe bis eine Minute verwendet wird.
Dabei ist zu beachten, daß das Bett nach dem Verfahrensschritt (5) bei Atmosphärendruck ist und auferlegt keine Druckveränderung im Verfahrensschritt (1) auf den Speicher, wobei das Bett außerdem aufgrund des Verfahrensschrittes (5) keinen übermässigen Sauerstoff enthält, der sonst in unwünschenswerter Weise in den Früchtespeicher abgegeben werden würde. Es ist eine Eigenschaft des Kohlenstoffs im Bett, daß CO2 stärker zurückgehalten wird als O2 oder N2, die selbst gleichmäßig stark zurückgehalten werden.
Auf diese Art und Weise bleibt das CO2 unter den Bedingungen des Verfahrensschrittes (2) sicher im Bett, während in den Verfahrensschritten (5) und (1) die wünschenswerten "Früchtespeicher"-Verhältnisse von O2 und N2 aufrechterhalten werden.
Um diesen Zyklus der Verfahrensschritte zu erzielen, werden die Bestandteile wie folgt geschaltet:

Claims (12)

1. Verfahren zum Steuern einer Atmosphäre in einem Raum bzw. Kammer, insbesondere in Speichern für Früchte, gekennzeichnet durch die unbegrenzte Wiederholung der folgenden Verfahrensschritte (1) bis (5):
  • (1) Raumatmosphäre-Aussetzung eines adsorptiven Mediums;
  • (2) Evakuieren des adsorptiven Mediums in ein Gasreservoir;
  • (3) Luft-Aussetzung des adsorptiven Mediums;
  • (4) Evakuieren des adsorptiven Mediums zum Abfall;
  • (5) Gasreservoir-Aussetzung des adsorptiven Mediums.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumatmosphäre die Bestandteile X, Y, und Z enthält, von denen X und Y in der Luft, jedoch in den falschen Verhältnissen, vorliegen und von denen Z unterhalb eines Maximumniveaus gehalten werden muß, das jedoch höher ist als in der Luft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorptive Medium ausgewählt wird, um vorzugsweise Z zu adsorbieren.
4. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierung in den Verfahrensschritten (2) und oder (4) bis zu einem Druck unterhalb 50 kPa durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierung bis zu einem Druck unterhalb 20 kPa durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierung bis zu einem Druck unterhalb 10 kPa durchgeführt wird.
7. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasreservoir ein flexibler Beutel ist.
8. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das adsorptive Medium Aktivkohle ist.
9. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum bzw. die Kammer ein Speicher für Früchte ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, im wesentlichen wie beschrieben.
11. Vorrichtung zum Steuern einer Atmosphäre zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.
12. Vorrichtung zum Steuern einer Atmsophäre, im wesentlichen wie vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung.
DE19863632344 1985-10-08 1986-09-24 Verfahren und vorrichtung zum steuern einer atmosphaere in einem raum, insbesondere in speichern fuer fruechte Ceased DE3632344A1 (de)

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