Brevet FR2216009A1 — publié le 19740830

La présente invention, à la réalisation de laquelle a collaboré M. Jacques BOURROM, concerne un appareil d'échange gaz-gaz compren. ant un enroulement membranaire disposé en spirale et l'application de cet appareil au maintien d'une atmosphère contrôlée permettant notamment la conservation de denrées alimentaires. On sait actuellement conserver des fruits, tels que des pommes, dans des entrepôts sous atmosphère contrôlée, ce qui permet notamment de les distribuer toute l'année en parfait état de fermeté et de saveur. On utilise pour cela des appareils appelés"échangeurs diffuseurs" qui sont constitués par des batteries de sacs en tissu enduit d'élastomère silicone. De tels appareils sont en particulier décrits dans l'article "Réalisation d'atmosphères favorables A la conservation de fruits A l'aide de membranes en matière plastique"de P. Marcellin et J. Letcinturier, paru dans le livre"Membranes à perméabilité sélective"édité en 1969 par le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) pages 289 à 297. Ces appareils présentent l'inconvénient d'tre encombrants du fait de leur configuration. Le but de la présente invention est d'obtenir un appareil de construction simple et permettant d'avoir une surface membranaire d'échange plus grande par unité de volume (de 100 à 400 m2/m3). Il a été trouvé et ceci fait l'objet de la présente invention, un appareil d'échange gaz-gaz, caractérisé en ce qu'il comprend enroulés en spirale pour former sensiblement un cylindre : a) une enveloppe membranaire reliée à chacune de ses extrémités à au moins un conduit pour le passage d'un premier fluide gazeux. b) un intercalaire dont la largeur est sensiblement égale à celle de l'enveloppe membran. aire, ledit intercalaire étant disposé & l'extérieur de cette dernière. c) un distributeur pour un second fluide gazeux, sur chaque bord latéral de l'enveloppe membranaire. La description de la présente invention sera mieux à l'aide des figures ci-jointes, qui illustrent schématiquement, titre d'exemple et sans échelle déterminée, ur. mode de réalisation de l'appareil. La figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur gaz-gaz selon 1'invention. La figure 2 est une vue montrant un mode de mise en oeuvre de l'appareil selon I-a a figure 1. La figure 3 est une vue en coupe de l'enroulement des divers FlSments constituKlnt l'S-ch mgeur selon l'invention. La figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue en perspective d'un distributeur. Un appareil d'échange gaz-gaz selon l'invention est représente figure 1 de façon très simplifiée. L'enroulement en spirale de ses éléments constitutifs forme sensiblement un cylindre (1), d'où émergent deux conduits (2) et (3) reliés de manière étanche aux extrémités opposées de l'enveloppe membranaire (4), qui est représentée figure 3 et 4. Le cylindre 1 résulte de l'enroulement en spirale des éléments représentés partiellement figure 3 au moment de leur mise en place. Ces éléments comprennent une enveloppe membranaire allongée (4), un intercalaire (7), avantageusement ajouré ou gaufré, constitué par exemple par une grille, et un dispositif de passage et de répartition (8), appelé par la suite distributeur. La figure 4 montre les positions relatives des éléments constituant 1'échangeur, entre deux spires consécutives. Ainsi dans l'appareil décrit, un premier flux gazeux F1 entre dans l'appareil par le conduit 2, circule d l'intérieur de l'enveloppe membranaire (4) selon un mouvement spiralé sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre (1), et sort par le conduit 3 (ou inversement) tandis qu'un second flux gazeux passe dans le cylindre à l'extérieur de l'enveloppe membranaire (4) par les distributeurs (8), selon un mouvementparallèleà l'axe du cylindre (1). De ce fait les deux flux gazeux s'écoulent de part et d'autre de l'enveloppe membranaire selon des directions sensiblement perpendiculaires entre elles. Comme représenté figure 41, l'enroulement de l'appareil selon l'invention se termine extérieurement avecl'intercalaire(?) dont la longueur est un peu supérieure à celle de l'enveloppe membranaire (4). Ainsi l'extérieur du cylindre (1) est constitué par l'intercalaire (7) qui-c, san extrémité peut tre éventuellement collé sur lui-mme, c'est-à-dire sur l'intercalaire de la spire précédente. L'enroulement peut également tre maintenu par exemple par des colliers de serrage (non représentés). I1 est avantageux, pour le montage de l'appareil (voir figure 4) de fixer les distributeurs (8) sur les bords latéraux (13) et (14) de l'intercalaire(7), par exemple par collage, thermoscellagc ou par une bande luxiliaire, collante sur ses deux faces. L'enveloppe membranaire (4) peut tre obtenue par collage latéral de deux membranes (5) et (6) planes, superposées, ou simplement à partir d'une seule membrane repliée sur elle-mme et collée latéralement. L'enveloppe membranaire (4) est avantageusement constituée par un film d'élastomère silicone enrobant un tissu. L'élastomère silicone peut tre un organoporsiloxane, de préférence A base de diméthylpolysiloxane. Le tissu est de préférence de type gaze, A maille carrée, de 20 à 50 fils au centimètre, dont les fils constitutifs sont de préférence fortement tordus. Des fils en polytéréphtalate d'éthylène glycol sont particulièrement appropriés. Le poids du film d'élastomère slHaone qui enrobe le tissu est généralement compris entre 50 et 150 g/m2 et de préférence compris entre 60 et 110 g/m2. Le tissu est enduit selon les procédés usuels par application d'au moins une couche d'une solution de l'élastomère silicone dans un solvant approprié, cette couche étant séchée, puis vulcanisée à chaud selon les prcEds habituels, par"lastomse silicone"an dntend tout composé organique du silicium, susceptible de fournir, après polymérisation et vulcanisation un élastomère, tout particulièrement les élastomères silicones mentionnés dans le brevet français 1.397.270. En variante, ltenveloppe membranaire peut tre constituée par une membrane tubulaire en élastomère silicone placée entre deux tissus qui assurent la résistance mécanique de l'ensemble. Pour le collage latéral de l'enveloppe membranaire (4) et pour raccorder ladite enveloppe aux conduits (2) et (3) avantageusement en silicone, on peut utiliser une composition organopolysiloxanique tulca- nisable à température ambiante sous l'action de l'eau à l'état de liquide ou de vapeur et comprenant une huile polysiloxanique a y dihydroxyiée et un silane, polysilane ou polysiloxane renfermant plus de deux groupements hydrolysables en tant qu'agent de réticulation. L'intercalaire (7) peut tre constitué par une grille obtenue à partir de deux nappes superposées de fils, par exemple en polyéthylene, croisés et thermoscelXes. L'intercalaire (7) peut également tre constitué par un matériau plastique ayant un profil ondulé ou gaufré. Le distributeur (8) est avantageusement constitué par un matériau à profil ondule, par exemple par un carton ondulé ayant une face plane, comme représenté figure 5. Ce carton peut avantageusement tre traité superficiellement, par exemple par un vernis, pour le rendre insensible à l'humidité et éviter sa déformation. Evidemment le distributeur (8) peut tre en tout autre matériau souple, notamment en polychlorure de vinyle. Pour faciliter la circulation du fluide extérieur N l'enveloppe membranaire (4), il est avantageux de placer le cylindre (t) représenté figure 1, à l'intérieur d'une gaine cylindrique (9) dans laquelle la circulation de ce fluide est produite par exemple par un ventilateur (10). La figure 2 montre schématiquement un appareil d'échange gaz-gaz selon l'invention dont l'enroulement cylindrique (1) est placé de façon amovible à l'intérieur d'une gaine (9). Cet appareil d'échange est relié par ees conduits (2) et (3) à un entrep8t (11) de stockage (par exemple de pommes ou de poires) représenté à échelle très réduite par rapport à l'appareil. Pour accélérer la circulation des gaz dans cet entrepôt et à l'intérieur de l'enveloppe (4), on utilise généralement un ventilateur (12). Le courant gazeux passant A l'intérieur de l'enveloppe (4) peut arriver dans l'appareil d'échange gaz-gaz par le conduit intérieur (2) pour ressortir après échange par le conduit extérieur (3), ou vice versa. Il est possible de placer en série plusieurs échangeurs selon l'invention à l'intérieur d'une gaine (9) commune. On peut aussi disposer plusieurs échangeurs en parallèle. Selon le type de denrées alimentaires N conserver, on peut utiliser également des membranes en polyvinyltrialcoylsilane, en polyéthers phenoliques, en polychlorure de vinyle ou autres polymères cités dans"Plastics Design and Processing"Sept. 1965 p. 20-25 et"Modern Plastics", Mars 1966 p. 139-213. Ces membranes sont homogènes anisotropes (à peau), ou microporeuses dans la mesure où les pores sont assez petits pour que la membrane soit encore sélective. On peut utiliser des membranes anisotropes telles que celles décrites dans les brevets français 1 584 659 et 1 566 272. Bien entendu on utilise des membranes dont la couche active est suffisamment mince pour que les gaz puissent diffuser à une vitesse raisonnable malgré l'existence d'une faible différence de pression de part et d'autre de la membrane. L'épaisseur optimale de la couche active d'une membrane (dans le cas d'une membrane à couche dense) est déterminée aisément à partir des constantes connues de perméabilité. EXEMPLE. Un appareil a été réalisé conformément aux figures 1,3 et 4, en anploysnt une enveloppe membranaire (4) constituée par un film d'élastomère à base de diméthylpolysiloxane enrobant un tissu. Ce tissu, de type gaze, à maille carre. comprend 30 fils au centimètre, ces fils en polytéréphtalate d'éthylène glycol de 7, 2 TEX étant formement tordus (1200 tours au mètre). Le e poids d'élastomère qui enrobe le tissu est de 90 g au m2, tandis que le poids du tissu est de 52 g/m2. La perméabilité de cette membrane tramée est, en m2/24h/bar, de 1950 pour le C02 et de 370 pour l'oxygène dans les mmes conditions, ces mesures ayant été effectuées à 23*C et sous 750 mm Hg. L'enveloppe membranaire (4), de longueur 360 cm et de largeur 31 cm, a été obtenue en repliant la membrane sur elle-mme et en la collant latéralement. Cette enveloppe membranaire (4) a été raccordée N ses extrémités à deux conduits (2) et (3) en élastomère silicone de diamètres interne 13 cm et externe 20 cm. Ce raccordement a été fait avec la colle ayant servi A coller latéralement l'enveloppe membranaire (4). Il s'agit d'une colle à base d'élastomère silicone vulcanisable à température ordinaire sous l'action de 1'humidité de l'air Les distributeurs (8) sont en carton ondulé sur une face et ont la forme de celui représenté fig. 5. La distance entre deux ondulations est de 1 cm, La longueur des distributeurs est égale celle de l'enveloppe membranaire (4), leur épaisseur est de 0,4 cm et leur largeur de 4 cm. Ils ont été traités superficiellement par dépôt d'un vernis pour les rendre insensibles A l'humidité. Ce vernis est à base d'acéto-chlorure de polyvinyle. L'intercalaire (7) est constitué par une grille obtenue à partir de deux nappes superposées de fils en polyéthylène croisés et thermoscellés. L'intercalaire a une longueur de 400 cm, une largeur de 33 cm et est constitué de deux nappes de fils de diamètre 0,04 cm croisés à 60"à intervalles de 5 mm et thermosoudNs. L'enroulement de l'enveloppe membranaire (4), des distributeurs (8) et de l'intercalaire t7) forme un cyclindre (1) qui est maintenu extérieurement par deux bandes élastiques. Le diamètre de ce cylindre est de 20 cm. Cet appareil est utilisé pour la réalisation d'atmosphères contrôlées pour conservation de fruits. REVENDICATIONS 1. Appareil d'échange gaz-gaz, caractérisé en ce qu'il comprend, enroulés en spirale pour former sensiblement un cylindre : a) une enveloppe membranaire reliée à chacune de ses extrémités à au moins un conduit pour le passage d'un premier fluide gazeux. b) un intercalaire dont la largeur est sensiblement égale à celle de l'enveloppe membranaire, ledit intercalaire étant disposéà l'extérieur de aette dernière. c) un distributeur pour un second fluide gazeux, sur chaque bord latéral de l'enveloppe membranaire. 2. Appareil selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'enveloppe membranaire est comprise entre l'intercalaire de deux spires successives du cylindre, sauf sur les bords latéraux de l'intercalaire où elle se trouve entre le distributeur. et l'intercalaire. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur est constitué par une bande dont l'une des faces est plane et dont l'autre face comprend des ondulations parallèles à l'axe du cylindre. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande est en carton imprégné d'un vernis le rendant insensible à l'humidité. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intercalaire est une grille. 6, Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe membranaire est constituée par une toile enduite d'un élastomère silicone. 7. Application de l'appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes au maintien d'une atmosphère contrôlée dans une enceinte de conservation de denrées alimentaires telles que des fruits. 8. Procédé d'échange entre deux gaz séparés par une enveloppe membranaire roulée en spirales et dont l'un au moins est en relation avec une enceinte fermée, caractérisé en ce que l'un des gaz circule à l'intérieur de 1'enveloppe membranaire et en ce qu : l'autre gaz balaye les faces externes de ladite enveloppe sensiblement parallèlement A l'axe du cylindre résultant de l'enroulement membranaire spirale.