универсальный комплекс для хранения биологических объектов в регулируемой газовой среде

Формула изобретения

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В РЕГУЛИРУЕМОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЕ, содержащий хранилище с системами погрузки и выгрузки продукции и завод приготовления сжатых газов необходимого состава, отличающийся тем, что он снабжен герметичными контейнерами, установленными в хранилище, с системой впуска газовой смеси и выпуска отработанных газов и электронно-вычислительной машиной, служащей для расчета прогнозируемого состава газовой смеси, подаваемой в герметичные контейнеры для любого конкретного вида биологического объекта, и частоты продувок герметичных контейнеров газовой смесью в зависимости от интенсивности дыхания биологического объекта в этом контейнере.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к хранению сельскохозяйственной продукции и других биологических объектов растительного и животного происхождения в регулируемой газовой среде и может быть использовано в частности при контейнерном хранении картофеля, овощей, плодов.

При определении уровня техники использовались общедоступные сведения, представленные в следующих источниках информации:

опубликованные описания к охранным документам, опубликованные заявки на изобретения;

советские и иные издания, имеющиеся в библиотеке;

депонированные рукописи статей, обзоров, монографий, отчеты о научно-исследовательских работах, пояснительные записки к опытно-конструкторским работам и другая конструкторская, технологическая, нормативно-техническая и проектная документация, находящаяся в органах научно-технической информации;

материалы диссертаций и авторефераты диссертаций, изданные на правах рукописи;

принятые на конкурс работы и экспонаты, помещенные на выставке;

сообщения, переданные посредством радио, телевидения, кино и т. п. ;

сведения о техническом средстве, ставшие известными в результате его использования.

Известные комплексы для хранения картофеля, овощей и плодов можно разделить на два типа -

полевой (простейшие, временные сооружения),

стационарные хранилища, принятые автором за прототип.

Первый - включает хранение в типовых буртах и траншеях, в модернизированных буртах, траншеях и на постоянных буртовых площадках; снегование.

Второй - более современный. Стационарные хранилища делятся на множество типов по их вместимости, планировочным особенностям, системам поддержания режима хранения, механизации и размещения продукции.

По способу поддержания режима хранения различают хранилища

с естественной вентиляцией, охлаждаемые наружным воздухом в результате тепловой конвекции;

с принудительной вентиляцией, охлаждаемые наружным воздухом, подаваемым вентилятором, в том числе через насыпь продукции пот методу активного вентилирования;

ледники и ледяные склады, охлаждаемые за счет запаса холода льда;

холодильники с искусственным охлаждением, охлаждаемые при помощи специальных холодильных установок;

холодильники с РГС.

Наиболее подходящий тип хранилища выбирают по технологическим и экономическим показателям.

Основные технологические показатели - точность поддержания режима в оптимальных пределах и максимальный срок хранения с наименьшими потерями. Эти сведения получают из типовых проектов, справочников или из практики эксплуатации сооружений.

К экономическим показателям относят капитальные затраты на строительство, расходы при эксплуатации.

При буртовом хранении затраты невелики, но ежегодно осенью требуется много рабочих рук. Кроме того, регулирование условий хранения и реализации продукции зимой из буртов затруднено.

При эксплуатации хранилищ капитальные затраты значительно выше, но меньше затраты труда, облегчается регулирование режима хранения.

Возведение хранилищ, оснащенных системами по поддержанию оптимальных условий и средствами механизации размещения и товарной обработки продукции, - основа развития хранения плодов и овощей в современных условиях. При этом высокие капитальные вложения на сооружение и оборудование хранилищ компенсируются снижением затрат труда и потерь продукции.

Для длительного хранения плодов и овощей наиболее эффективны холодильники с искусственным охлаждением. Но помимо температурного фактора на лежность продукции значительно влияет газовый состав среды, в которой находятся плоды и овощи. Первые исследования по хранению плодов в измененном составе газовой среды были проведены русскими учеными Я. Я. Никитинским и Ф. В. Перевитиновым в 1913 году. Они установили, что наилучшая сохраняемость продукции достигается при оптимальном сочетании температуры, влажности и состава газовой среды.

Технология хранения в измененной по сравнению с нормальной атмосферой газовой среде отличается сложностью и сравнительно высокими затратами, поэтому применяют ее главным образом для хранения яблок высокоценных сортов, груш, цитрусовых плодов, винограда и т. д. Так, например, несмотря на значительные затраты, хранение винограда в данных условиях даепт прибыль в результате снижения потерь и реализации его весной по более высоким ценам. Этот способ называют хранением в регулируемой газовой среде (РГС) и широко применяют во многих странах. У нас построены и эксплуатируются хранилища с РГС вместимостью 500-1000 т. Разработаны проекты плодохранилищ вместимостью 3000 и 5000 т, 20% объема которых предназначено для хранения в РГС.

Методы создания РГС подразделяют на

пассивные, когда используется дыхание самих биологических объектов хранения для изменения состава атмосферы в закрытых емкостях или камерах;

активные, при которых в закрытые емкости или камеры подают газовую смесь определенного состава, подготовленную при помощи специальных агрегатов и установок. Так, например, при использовании газогенераторов заданный состав РГС (CO₂ 5% , O₂ 3, N₂ 92% ) в камере вместимостью 100 т устанавливается за 10-12 ч, а при пассивном методе - лишь за 15-20 сут. Один генератор обеспечивает хранение в РГС около тыс. т плодов или 1,3 тыс. т овощей. Но в таких камерах с РГС должны быть приборы постоянного контроля состава атмосферы, температуры и влажности среды, т. е. это как бы завод в миниатюре. Поэтому капвложения при строительстве таких больших хранилищ с РГС в 2 раза выше, чем при строительстве обычных, традиционных, налицо соответствующие трудности обслуживания в течение длительного времени хранения БО, а также из-за практически невозможности использования газовой среды для регулирования в малогабаритных емкостях и камерах.

Поэтому сейчас в камерах небольшой вместимости РГС создают, подавая готовую смесь газов. Сжатые CO₂, O₂ и N₂, поставляемые промышленностью в стальных баллонах, смешивают в пустом баллоне в такой пропорции, чтобы получилась требуемая атмосфера, например, % : CO₂ 3; O₂ 3; N₂ 94. Полученную смесь газов периодически подают в камеры с продукцией в течение всего периода хранения.

Однако в настоящее время в связи со значительным расширением появления фермерских хозяйств и садоводческих товариществ использование ими отдельных стальных баллонов с различным сжатыми газами CO₂, O₂ и N₂ для приготовления в отдельных пустых баллонах соответствующей концентрации РГС практически невозможно, хотя контейнерный способ хранения и необходим.

Цель изобретения - сокращение капитальных затрат и затрат на обслуживание при контейнерном хранении БО в любых фермерских хозяйствах и садоводческих товариществах в период всего времени от уборки на поле до продажи на базаре.

Это достигается за счет того, что созданный универсальный комплекс для хранения БО в РГС, включающий хранилище, сжатые CO₂, O₂ и N₂, поставляемые промышленностью и периодически подаваемые в пустые баллоны под РГС в течение всего периода хранения БО, дополнительно снабжен станцией выдачи сжатых газов для РГС с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), в которую введены конкретные алгоритмы состава газовой среды, подаваемой в пустые баллоны под РГС для конкретного БО, и алгоритмы частоты продувок контейнеров газовой смесью по времени в зависимости от интенсивности дыхания БО, герметичными контейнерами для БО, машинами для транспортировки заправленных и пустых баллонов, а также контейнеров с места сбора в хранилище и на рынок.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый универсальный комплекс отличается от прототипа тем, что дополнительно снабжен станцией выдачи сжатых газов для РГС с ЭВМ, в которую введены конкретные алгоритмы состава газовой среды, подаваемой в пустые баллоны под РГС для конкретного БО и алгоритм частоты продувок контейнеров газовой смесью по времени в зависимости от интенсивности дыхания БО, герметичными контейнерами для БО, машинами для транспортировки заправленных и пустых баллонов, а также контейнеров с места сбора в хранилище и на рынок. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, авторы обнаружили, что заявленное техническое решение "Универсальный комплекс для хранения биологических объектов в регулируемой газовой среде" для специалиста явным образом не следует из известного на сегодня существующего уровня техники, поэтому можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретению критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображен общий вид комплекса.

Заявляемый комплекс состоит из хранилища 1, в котором на стеллажах 2 размещают герметичные контейнеры 3 с БО 4, станции 5 выдачи сжатых газов CO₂, O₂ и N₂ для образования конкретной РГС в очередном пустом баллоне для соответствующего герметичного контейнера 3 с размещенной на ней ЭВМ 6, в которую введены конкретные алгоритмы состава газовой среды, подаваемой в пустые баллоны под РГС для конкретного БО, и алгоритмы частоты продувок герметичных контейнеров 3 газовой смесью по времени в зависимости от интенсивности дыхания в них БО 4. В заявляемый комплекс входит также гараж 7 с машинами для транспортировки пустых и заправленных РГС баллонов от хранилища 1 на станцию 5 и обратно, на рынок с БО и обратно (пустых). Рядом с хранилищем 1 размещена центральная диспетчерская 8.

Предложенный комплекс работает следующим образом.

Перед загрузкой предназначенных для хранилища БО 4 определяют заранее для каждого его вида (яблоки, груши, сливы и т. д. ) в данном регионе алгоритм состава газовой смеси от времени года К(Т) по следующему выражению:

K(T) = K₁ K₂ f(BC), где К(Т) - функция состава газовой смеси (CO₂, O₂, N₂) в зависимости от времени года;

К₁ - коэффициент, зависящий от состава почвы и местности (региона) выращивания плодов;

К₂ - коэффициент, зависящий от условий сбора и подготовки к хранению (времени съема плодов, климатических условий данного лета);

B - вид плода;

С - сорт плода.

Далее определяют для каждого вида БО частоту продувок герметичного контейнера газовой смесью по алгоритму

t(K) = K₁ K₂ K₃ f(I_BC), где К₃ - коэффициент, зависящий от вида контейнера и плотности его загрузки БО;

I_BC - интенсивность дыхания БО.

Затем эти алгоритмы для каждого БО заводят в ЭВМ 6, которая является составной частью комплекса для хранения БО в РГС. Таким образом, комплекс готов к работе.

Рассмотрим как пример работу предложенного комплекса по хранению конкретного БО, например яблок сорта "Антоновская", в Тульском регионе.

Итак, предложенный комплекс размещен в г. Туле. Центральная диспетчерская 8 связана телефонами с фермерскими хозяйствами, садоводческими товариществами в области (не показаны), станцией 5 выдачи сжатых газов, гаражом 7 с машинами и рынками (не показаны) сбыта готовой продукции. Обычное ежегодное время сбора яблок сорта "Антоновская" по Тульскому региону - 27 сентября - 10 октября. Фермерские хозяйства и различные садоводческие товарищества 24-25.09 дают заявку о днях предполагаемой уборки урожая, его количестве и соответствующей необходимой потребности в контейнерах в центральную диспетчерскую 8 комплекса, которая оперативно составляет график подачи пустых контейнеров каждому хозяйству и выдает им этот график 26.09. Одновременно копия таких графиков выдается в хранилище 1, станцию 5 выдачи сжатых газов и в гараж с машинами 7. С 27.09. хранилище 1 готово для приема яблок "Антоновская" со всех хозяйств, станция 5 наполняет пустые баллоны газовой средой заданного состава по соответствующему алгоритму, выбранному из ЭВМ для этого сорта яблок, и выдает их машинам для доставки в хранилище 1. В хранилище 1 поступившие контейнеры с яблоками "Антоновские" устанавливают на стеллажи, герметизируют и подключают их по группам к одному из баллонов с РГС, которую подают в эти контейнеры дискретно через промежуток времени (20-30 дней), известный заранее для яблок сорта "Антоновская" из алгоритма частоты продувок контейнера газовой смесью в зависимости от прогнозируемой интенсивности дыхания этого БО в течение всего периода его хранения, заведенного в ЭВМ. По истечении заданного промежутка времени (20-30 дней) и достижении в контейнере с яблоками сорта "Антоновская" предельно допустимой концентрации содержания CO₂ происходит продувка его свежей порцией газовой смеси из баллона с РГС заданного состава, что соответствует начальному значению содержания CO₂ в контейнере с яблоками.

Вся технологическая цепь комплекса легко обслуживается операторами общего профиля подготовки и вместе с тем легко поддается автоматизации.

Экономическая эффективность по отношению к принятому хранению яблок в РГС в 2,1 раза выше. Кроме того, предлагаемый комплекс позволяет обеспечить хранение в среде РГС продукции в фермерских и личных садоводческих товариществах, что для традиционного хранения невозможно.

Таким образом, предлагаемый универсальный комплекс для хранения БО в РГС является промышленно приемлемым, т. к. он очень удобен для использования в современных условиях как в любом промышленном городе, так и непосредственно в сельском хозяйстве страны, в фермерских хозяйствах и садоводческих товариществах.

Реализация предлагаемого универсального комплекса намечается в Тульском регионе при хранении биологических объектов типа плодоовощных продуктов и отрабатывалась организацией в одной из проводимых ОКР в 1991 г. В настоящее время к заявляемому комплексу изготовлена опытная партия малогабаритных контейнеров с вместимостью БО от 20 кг до 2 т, испытание которых прошло с положительными результатами, решен вопрос по монтажу станции заправки сжатыми газами пустых баллонов РГС заданной концентрации, выделена ЭВМ для заведения в нее алгоритмов состава газовой среды и частоты продувок контейнеров газовой смесью по времени для конкретных БО в течение всего периода их хранения, определены марки машин для транспортировки пустых и заправленных РГС баллонов, а также контейнеров с места сбора БО в хранилище, на рынок и обратно.

По результатам отработки принято решение о монтаже предложенного универсального комплекса для хранения биологических объектов в РГС, выращенных как непосредственно в областных хозяйствах Тульского региона, так и для хранения фруктов, выращенных в южных краях нашей страны. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1373357, кл. A 01 F 25/00, опублик. 1988.

2. Широков Е. П. Практикум по технологии хранения и переработки плодов и овощей. М. : Агропромиздат, 1985, с. 121-127.