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 fruechteInfo
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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.
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