BRPI0613113A2 - dispositivo para controlar o meio de gás dentro de um recipiente - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO PARA CONTROLAR O MEIO DE GáS DENTRO DE UM RECIPIENTE. é descrito um dispositivo para controlar a composição dentro de um recipiente de expedição/armazenagem para produto, tal como banana. Tal controle atmosférico é particularmente importante quando em procedimento com o amadurecimento de fruta que respira. O dispositivo compreende uma câmara circundada por uma parede externa, pelo menos uma porção da tal parede feita de uma membrana seletivamente permeável a gás que está em comunicação com a atmosfera externa. A câmara também inclui pelo menos dois canais que estão conectados ao recipiente: um dos quais transmite gás da câmara para o recipiente, e um dos quais transmite gás do recipiente para a câmara.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVOPARA CONTROLAR O MEIO DE GÁS DENTRO DE UM RECIPIENTE".
Esse pedido é baseado em e reivindica prioridade do Pedido daPatente Provisório US 60/697.722, Fernandez et al., depositado em 8 dejulho de 2005, aqui incorporado a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um recipiente para expedição earmazenagem de produto, em particular, aos meios para controlar a compo-sição de gás em tais recipientes.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A transferência de frutas em recipientes para expedição necessi-ta de uma composição certa de um meio de gás dentro do recipiente. Talcomposição deve mudar dependendo do tipo de frutas, o grau de sua matu-ração, e a tecnologia para preparação dessas frutas para venda.
São conhecidas invenções que se referem aos sistemas paracontrolar meios de gás em recipientes para expedição.
A Patente US 5.333.394, "Controlled atmosphere container sys-tem for perishable products", Herdeman, et al., expedida em 02 de agosto de1994, inclui uma descrição de um sistema que é conectado à entrada do tu-bo de conexão do recipiente, permitindo o controle do meio de gás dentrodele. O sistema inclui a fonte central do meio de gás, que é conectada atra-vés de tubos e canais a um número de recipientes dentro do que o meio degás requerido é bombeado.
A Patente US 6.092.430, "Origen/carbon dioxide sensor and con-troller for a refrigerated controlled atmosphere shipping container", Liston, etal., expedida em 25 de julho de 2000, inclui uma descrição de um dispositivopara controlar um meio de gás em um recipiente pretendido para expediçãode produtos perecíveis, em particular, frutas. O dispositivo inclui uma entradade tubo de conexão, pretendida para a entrada de ar atmosférico, que é pri-meiro limpo de poeira e de umidade. Então, usando um compressor, o ar épassado através de um filtro de membrana permeável a nitrogênio. O nitro-gênio separado é adicionalmente dirigido dentro do recipiente. O dispositivoé também equipado com um reservatório com dióxido de carbono, e com umsistema para alimentar o dióxido de carbono no recipiente. O recipiente éequipado com um sistema para controlar o conteúdo de dióxido de carbonoe oxigênio no meio de gás, e para bombear nitrogênio no recipiente.
A patente US 6.615.908, "Método de transportar ou armazenarproduto perecível", Bosher, et al., expedida em 09 de setembro de 2003, in-clui uma descrição de um dispositivo para controlar o meio de gás dentro deum recipiente. O dispositivo inclui uma membrana de difusão através da qualo ar atmosférico é puxado para o recipiente. A membrana conduz dióxido decarbono, e não conduz oxigênio. O meio de gás no recipiente é modificadoliberando partes dele do recipiente através de uma válvula de liberação, esubstituindo-o por gás que passou através da membrana acima mencionada.
Os dispositivos existentes para regulagem de meios de gás emrecipientes envolvem equipamento complicado. Eles também requerem sig-nificante consumo de energia para passar o ar atmosférico através de filtros,e para gerar pressão excessiva dentro do recipiente necessária para liberaro meio de gás que está sendo substituído através de válvulas de saída.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
O dispositivo descrito aqui alcança a composição requerida domeio de gás em um recipiente para expedição e armazenagem de produtos- em particular, bananas - e constitui uma estrutura simples consumindouma quantidade relativamente pequena de energia.
O dispositivo consiste em uma câmara de troca de gás, cujo es-paço interno é conectado ao espaço interno do recipiente através de pelomenos dois canais. Um dos canais é pretendido para entrada do meio degás do recipiente, enquanto um outro é pretendido para o retorno do meio degás modificado de volta para o recipiente. O espaço interno da câmara étambém conectado com a atmosfera externa via uma membrana permeávelagás.
O meio de gás (do recipiente de expedição/armazenagem) entrano espaço interno da câmara através do canal de entrada. Devido à presen-ça da acima mencionada membrana permeável a gás, a troca de gás entre omeio de gás da câmara e a atmosfera externa ocorre dentro do espaço in-terno da câmara. A natureza da troca de gás é predeterminada pelas carac-terísticas seletivas da membrana de gás (permeabilidade diferente com ga-ses diferentes). Por conseguinte, será obtida a modificação da composiçãode gás que permanece na câmara. O meio de gás do recipiente se misturacom o meio de gás da câmara. O gás modificado da câmara retorna para orecipiente através do canal para retorno do meio de gás modificado. Comoresultado novas porções do meio de gás são continuamente alimentadas noespaço interno da câmara do recipiente. O meio de gás do recipiente podepassar através da câmara de troca de gás diversas vezes, até o meio de gásdo recipiente ser modificado de tal maneira que ele atinja a composição re-querida (razão de gases).
Tal processo de troca de gás pode ser usado para manter umacomposição consistente de um meio de gás em um recipiente quando, devi-do a processos biológicos do produto armazenado (por exemplo, respiração,maturação), a composição do meio de gás dentro do recipiente muda. Porconseguinte, para armazenar bananas e evitar seu amadurecimento maiscedo, é necessário manter um meio de oxigênio reduzido/de gás C02 au-mentado (como comparado ao ar ambiente) dentro do recipiente. No entan-to, as bananas respiram durante armazenagem (ingerem oxigênio e liberamC02), o que modifica as condições requeridas para sua armazenagem. Nes-se caso, o dispositivo descrito pode ser usado para a manutenção de umarazão constante de concentração de oxigênio e C02 dentro do recipiente.Isso é obtido por alimentação de oxigênio do ar ambiente através de umamembrana permeável a gás, no espaço interno da câmara de troca de gás, ealimentação de C02 da câmara de troca de gás através da membrana, no arambiente. Determinando uma razão definida de permeabilidade da membra-na para o C02 e oxigênio é permitido (devido à troca de gás que está de-senvolvendo na câmara) compensar a modificação de composição do meiode gás dentro do recipiente causado pela respiração da banana. Como re-sultado, é possível manter a razão requerida de oxigênio e C02 no meio degás dentro do recipiente.A taxa requerida para mudar o meio de gás dentro do recipientepode ser obtida de diferentes maneiras: por exemplo, baseada no volume dacâmara interna e na área da superfície da membrana permeável a gás e/ouno controle da taxa de fluxo nos canais de entrada e/ou no retorno do meiode gás.
A comutação do dispositivo de ligar e desligar, bem como o con-trole de seus modos de operação, podem ser executados por regulação daseção transversal de canais de entrada e retorno do meio de gás, por exem-plo, usando fechadores ou válvulas.
O dispositivo pode ser uma câmara de troca de gás separada,que tem conexões de tubo pretendidas para conectar a câmara ao recipien-te, por exemplo, usando mangueiras. O dispositivo pode também ser usadocom um recipiente de expedição padrão tendo duas conexões de tubo. Umaconexão serve para absorção do meio de gás do recipiente, a outra servepara retornar o meio de gás modificado. O espaço interno da câmara de tro-ca de gás é conectado às conexões de tubo do recipiente, via mangueiras. Ofluxo do meio de gás através da câmara é causado por uma ventoinha, queé usualmente fornecida em um recipiente para circular o meio de gás dentrodele. Parte do meio de gás fluirá através da conexão do tubo de absorção dorecipiente, no espaço interno da câmara. O meio de gás modificado seráalimentado no recipiente através de uma outra conexão de tubo.
Tal dispositivo para controle do meio de gás com uma câmarade troca de gás serve diversos recipientes.
Para intensificar a taxa de troca de gás, carregadores (por e-xemplo, ventoinhas) podem ser construídos dentro dos canais de absorção ede retorno do meio de gás.
O dispositivo pode também ser uma unidade conectada ao reci-piente de expedição. Nesse caso, o projeto deve conectar a câmara de gásde tal maneira que o canal de absorção e o canal de retorno sejam conecta-dos às conexões de tubo correspondentes do recipiente.
Em uma outra alternativa, o dispositivo pode ser parte do recipi-ente de expedição real, como uma seção separada equipada com canaiscorrespondentes pretendidos para absorver e retornar o gás. Essa seçãoseria conectada à atmosfera ambiente através da membrana permeável agás.
Válvulas podem ser instaladas na entrada e saída do canal deabsorção e do canal de retorno; as válvulas podem ser controladas por umsistema baseado em sensor que determinaria a composição do meio de gásdentro do recipiente, e modificaria o fluxo de gás, para dessa maneira satis-fazer composições atmosféricas definidas.
Em qualquer projeto alternativo do dispositivo, a câmara de trocade gás pode ter um canal de entrada adicional para alimentar gases no es-paço interno da câmara (gases requeridos para armazenagem de produto,tal como etileno, por exemplo).
A descrição acima da câmara de troca de gás não é exaustiva.Por exemplo, o dispositivo pode também ser um canal de troca de gás sepa-rado, cuja parede contém uma membrana permeável a gás seletiva. Devidoà presença da membrana, a troca de gás entre o meio de gás se movendodentro do canal ao longo da membrana e atmosfera ambiente, ocorrerá den-tro do canal. O canal pode variar em conformação dependendo do nível ne-cessário de compactação e comprimento. A taxa requerida para modificaçãodo meio de gás dentro do recipiente pode ser obtida de diferentes maneiras:seleção do comprimento do canal e da área de superfície da membrana se-letivamente permeável a gás, controle da taxa de fluxo nos canais de absor-ção e de retorno. A conexão do dispositivo do recipiente é similar àquela pa-ra uma câmara de troca de gás.
Especificamente, a presente invenção refere-se a um dispositivopara fornecer a composição requerida de meio de gás em um recipiente paraexpedição e/ou armazenagem de produto, compreendendo uma câmara cir-cundada por uma parede externa, pelo menos uma porção da dita paredefeita de uma membrana seletivamente permeável a gás que está em comu-nicação com a atmosfera externa, e pelo menos dois canais (que são capa-zes de serem conectados ao recipiente de produto), um dos quais atua paratransmitir gases da câmara para o recipiente, e um dos quais atua paratransmitir gases do recipiente para a câmara.
Em uma outra modalidade, a presente invenção refere-se a ummétodo para fornecer uma composição definida para o meio de gás em umrecipiente para expedição e/ou armazenagem de produto usando o dispositi-vo acima definido, compreendendo as etapas de: medir a composição domeio de gás no recipiente; comparar a composição medida contra a compo-sição definida (alvo) do meio de gás; controlar o fluxo de gases da câmarapara o recipiente e/ou do recipiente para a câmara; e repetir a medição,comparando e controlando as etapas até a composição medida no recipientecorresponder à composição definida.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 mostra um exemplo de um dispositivo para regula-gem do meio de gás dentro de um recipiente de expedição/armazenagem,incorporado como uma câmara de troca de gás separada conectada ao reci-piente via mangueiras.
A Figura 2 mostra a seção transversal da câmara.
A Figura 3 mostra um exemplo de uma modalidade de desenhoda câmara de troca de gás com carregadores adicionais, e uma entrada adi-cional para entrada de gás a ser misturado com o meio de gás do recipiente.
A Figura 4 mostra um exemplo de um dispositivo, incorporadocomo uma seção conectada ao recipiente principal.
A Figura 5 mostra um exemplo de um dispositivo, incorporadojuntamente com o recipiente como uma seção separada.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Um recipiente (1) (Figura 1) contém a carga, por exemplo, naforma de frutas empacotadas (2). É assegurado transferir e agitar o meio degás dentro do recipiente pelo carregador (3). O dispositivo para controle domeio de gás dentro do recipiente (1) é incorporado na forma de uma câmara(4) com um espaço interno (5) (vide Figura 2) e uma membrana permeável agás (6). A membrana separa o espaço interno (5) da câmara (4) do ar deambiente externo. Um tubo de conexão (7) do recipiente (1) e a mangueira(8) formam um canal para absorver o meio de gás do recipiente (1) e paraalimentá-lo na câmara (4). O tubo de conexão (9) e a mangueira (10) for-mam um canal para retorno do meio de gás modificado da câmara (4) para orecipiente (1).
As válvulas (11 e 12) são instaladas em tubos de conexão (7 e9). Essas válvulas são conectadas ao sistema de controle correspondente(não mostrado na Figura 1), contendo sensores e dispositivos para controlara operação das válvulas (11, 12) e do carregador (3).
O dispositivo para controlar a composição do meio de gás norecipiente (2), na alternativa do desenho acima descrito, opera como a seguir:
Para modificar o meio de gás, a câmara (4) é conectada paraconectar tubos (7 e 9) usando mangueiras (8 e 10). As válvulas (11, 12) sãoabertas pelo sistema de controle e se o carregador (3) ainda não girou até lá,ele é ligado. O meio de gás do recipiente (1) começa a entrar no espaço in-terno (5) da câmara (4) através do tubo de conexão (7) e mangueira (8).
A troca de gás entre o gás que permanece no espaço interno (5)da câmara (4) e o ar atmosférico externo ocorre via a membrana permeávela gás (6). A direção da troca de gás é determinada pela diferença em con-centração de componentes do meio de gás do recipiente (1) e do ar do am-biente externo. A circulação do meio de gás do recipiente (1) através da câ-mara (4) é acompanhada por sua modificação gradual. As válvulas (11, 12)são fechadas quando a composição requerida do meio de gás no recipiente(1) é obtida. Depois disso, a câmara (4) pode ser desconectada do recipiente(1), ou pode permanecer conectada para adicional modificação atmosférica,como necessário.
Como um exemplo, vamos considerar o dispositivo como aplica-do à expedição de bananas verdes no recipiente. Nesse caso, para impediro amadurecimento mais cedo e o estrago das bananas, além de uma tempe-ratura reduzida (cerca de 14°C), é necessário manter o meio de gás no reci-piente com o conteúdo de oxigênio reduzido (com relação ao ar ambiente) -cerca de 2-4%, e o conteúdo de dióxido de carbono aumentado (com relaçãoao ar ambiente) - cerca de 4-7%. No entanto, durante a armazenagem, asbananas absorvem oxigênio e liberam dióxido de carbono, o que leva à re-dução do conteúdo de oxigênio (que torna-se menor do que o valor normal)e para o aumento da concentração de dióxido de carbono (que torna-semaior do que o valor normal) no recipiente.
Para manter a composição requerida do meio de gás no recipi-ente, a membrana permeável a gás (6) da câmara (4) é caracterizada poruma razão de valores de permeabilidade de dióxido de carbono e oxigêniode cerca de "4" o que significa que V(C02)/V(02)=4,
Levando em conta a razão de concentrações de dióxido de car-bono no recipiente e no ar ambiente (o que, no último caso, constitui aproxi-madamente 0,03% para dióxido de carbono e aproximadamente 21% paraoxigênio) baseado na acima descrita troca de gás na câmara, a concentra-ção de dióxido de carbono necessita ser reduzida, enquanto a concentraçãode oxigênio necessita ser aumentada. Além do mais, o gás da composiçãomodificada da câmara (4) passa da câmara para o recipiente (1). Isso pre-condiciona a compensação de modificação da composição do meio de gásno recipiente que é causada pela respiração da banana.
O valor de permeabilidade absoluta do material da membrana(6)pode ser, por exemplo, cerca de 1.12*10® cc/100 sq.ins.atm-24hrs para dió-xido de carbono. Para o oxigênio, esse valor pode ser cerca de 2,8*105cc/100 sq.ins.atm-24hrs.
As características indicadas do material de membrana (6) permi-tem o sistema obter rapidamente as concentrações requeridas de oxigênio edióxido de carbono no recipiente (1). É possível usar outros materiais para amembrana, com a mesma razão de valores de permeabilidade, mas comvalores absolutos menores desse parâmetro, que devem ser compensadospor um aumento da área de superfície de operação da membrana.
O dispositivo descrito acima pode servir diversos recipientes si-multaneamente. Para esse propósito, a câmara (4) deve ser equipada com onúmero apropriado de canais de entrada e de saída.
Adicionalmente, para intensificar todo o processo de troca degás, podem ser introduzidos carregadores (14 e 15) na câmara (4) (vide Fi-gura 3), ou nos canais para absorção e retorno (não mostrado na Figura 1).Esses carregadores assegurariam a velocidade requerida do fluxo na câma-ra. É possível usar carregadores adicionais se diversos recipientes estãoconectados à câmara; no entanto, eles podem ser usados somente quandoo recipiente está em serviço.
A taxa de modificação do meio de gás na câmara depende dovolume da câmara, área de superfície e permeabilidade da membrana (6), ea taxa de fluxo dentro e fora do recipiente. A velocidade do fluxo através dacâmara é regulada dependendo da velocidade da troca de gás e da taxa re-querida para substituição do meio de gás no recipiente (1).
O controle da composição de gás da atmosfera dentro do recipi-ente (1) pode requerer um gás adicional, por exemplo, etileno. Nesse caso(vide Figura 3), uma entrada adicional com um tubo de conexão (26) é exe-cutada, pretendida para alimentação em gás de um dispositivo de armaze-nagem de gás externo ou de um gerador de gás.
Em um outro exemplo do dispositivo (vide Figura 4), a câmarade troca de gás é uma seção (16) que é conectada ao recipiente (1) do ladodos tubos de conexão (7 e 9). A membrana permeável a gás (6) é instaladana seção (16), e é protegida pela parede (17). A membrana tem orifícios (18)pretendidos para assegurar o contato da superfície da membrana com o arambiente. Os canais para absorção do meio de gás do recipiente e para oretorno do meio de gás modificado são executados como tubos de conexão(19 e 20) da seção (16), correspondentemente.
A seção (16) é conectada ao recipiente para assegurar uma co-nexão de tubos do recipiente hermeticamente vedada, para os tubos de co-nexão (19 e 20) da seção. O dispositivo funciona de uma maneira similaràquela do dispositivo apresentado na Figura 1, e descrito acima.
Também, o dispositivo descrito aqui pode ser uma seção sepa-rada (21) do recipiente (1), como mostrado na Figura 5. Nesse caso, a seção(21), que constitui uma câmara de troca de gás, aparece, por exemplo, naforma de um invólucro constituindo uma parte separada do recipiente. A se-ção (21) é conectada com a parte da carga do recipiente via os canais naforma de orifícios (22 e 23), bloqueada por fechadores ou válvula controla-dos (24 e 25), correspondentemente.
Claims (13)
1. Dispositivo para fornecer uma composição requerida de ummeio de gás em um recipiente para expedição e armazenagem do produto,compreendendo uma câmara circundada por uma parede externa, pelo me-nos uma porção da dita parede feita de uma membrana seletivamente per-meável a gás que está em comunicação com a atmosfera, e pelo menosdois canais, um dos quais atua para transmitir gases da câmara para o reci-piente, e um dos quais atua para transmitir gases do recipiente para a câmara.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, que inclui válvu-las em um ou mais dos ditos canais para controlar a extensão e/ou direçãodo fluxo do gás.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, que adicional-mente compreende um sistema de controle baseado em sensor para contro-lar o influxo e escoamento de gases da câmara.
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, que inclui umou mais ventiladores para auxiliar no fluxo de gás.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, que inclui umcanal de entrada adicional para alimentar um ou mais gases adicionais nacâmara.
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, em que um oumais dos gases adicionais compreende etileno.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, em que o pro-duto compreende bananas.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, em que amembrana é seletivamente permeável a gases selecionados de oxigênio,dióxido de carbono e misturas destes.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, em que os ca-nais de influxo e de escoamento são conectados ao recipiente para a expe-dição e armazenagem do produto.
10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, que adicional-mente compreende um sistema de controle baseado em sensor para contra-lar o influxo e escoamento de gases da câmara, e válvulas nos ditos canaispara controlar a extensão e direção do fluxo de gás.
11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, em que o reci-piente para expedição e armazenagem do produto e o próprio dispositivocompreendem uma existência única.
12. Dispositivo para expedição e armazenagem de produto emum ambiente de atmosfera controlada compreendendo um recipiente paraportar o dito produto; uma câmara anexada ao dito recipiente, pelo menosuma porção da parede da dita câmara feita de uma membrana seletivamentepermeável a gás que está em comunicação com a atmosfera externa; e pelomenos dois canais entre o dito recipiente e o dito carregador; um dos quaisatua para transmitir gases da câmara para o recipiente, e um dos quais atuapara transmitir gases do recipiente para a câmara.
13. Método para fornecer uma composição definida do meio degás em um recipiente para expedição e armazenagem de produto, utilizandoo dispositivo de acordo com a reivindicação 10, compreendendo medir acomposição do meio de gás no recipiente, comparar a composição medidacontra uma composição definida para o meio de gás, controlar o fluxo degases da câmara para o recipiente e/ou do recipiente para a câmara, e repe-tir a medida, comparando e controlando as etapas até a composição medidano recipiente combinar com a composição definida.
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