本發(fā)明屬于果蔬氣調(diào)保鮮設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣調(diào)庫用制氮機及其用于制取氮氣的方法。

背景技術(shù)：

目前氣調(diào)庫使用較多的制氮機是一種在常溫下進行氮氧分離的膜制氮系統(tǒng)。它由空壓機和膜分離器組成。壓縮空氣經(jīng)過過濾器進入膜分離器后，空氣中的水蒸氣、CO₂及O₂快速透過膜壁進入膜的另一側(cè)被富集排空；氮氣透過膜壁的相對速率慢而留在膜中，富集后的氮氣被作為產(chǎn)品氣送往氣調(diào)庫內(nèi)。

膜制氮機采取的是開啟式取氣，氣體出口為高壓，且氣源溫度有加熱的需要，因此從加熱氣體到冷卻氣體至庫內(nèi)水果所需溫度，整個過程不僅浪費能耗，還會造成氣調(diào)庫內(nèi)溫度的波動，刺激果蔬呼吸，不利于保鮮。而當(dāng)制氮純度高于95％時，膜制氮機效率會越來越低，流量變得很小，因此在純度和流量都需兼顧的情況下，膜制氮機的降氧效果也會有一定的局限性。另外，膜制氮系統(tǒng)中最重要的部件—膜組件，由于怕污染，對前期凈化過濾有嚴格的要求，直接關(guān)系到膜組的壽命。如果過濾凈化出了問題，就需要更換膜組，維護成本相對較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種氣調(diào)庫用制氮機及其用于制取氮氣的方法，該設(shè)備解決制氮機制制氮濃度低、流量小的問題；氣調(diào)庫降氧速度快，制氮機能耗低。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種氣調(diào)庫用制氮機，包括

活性炭罐A1和活性炭罐A2，活性炭罐A1和活性炭罐A2均具有進氣口和排氣口，活性炭罐A1和活性炭罐A2內(nèi)均填裝有活性炭CMS-F；

庫氣排氣總管，其一端通過進氣管道與壓力泵的入口相連，壓力泵的出口端通過管道分別與活性炭罐A1的進氣口、活性炭罐A2的進氣口相連通，壓力泵的出口端與活性炭罐A1的進氣口之間的管道上設(shè)有兩位三通閥K5，壓力泵的出口端與活性炭罐A1的進氣口之間的管道上設(shè)兩位三通閥K4；

再生管路，活性炭罐A1的進氣口上通過兩位三通閥K3與真空泵的入口段相連通，活性炭罐A2的進氣口上通過兩位三通閥K4與真空泵的入口段相連通；

庫氣進氣總管，其進口端主管路上設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥H1，進口端主管路上的進氣端設(shè)有兩條分支管路，一條分支管路通過兩位三通閥K1與容器A1的排氣口相連通；另一條分支管路通過兩位三通閥K2與容器A2的排氣口相連通。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫用制氮機，所述進氣管道上引出一條與大氣相通的大氣管道，大氣管道上設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥H2。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫用制氮機，所述活性炭罐A1的排氣口端上設(shè)有壓力表P1，活性炭罐A2的排氣口端上設(shè)有壓力表P2。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫用制氮機，所述庫氣進氣總管上設(shè)有流量計F1，庫氣排氣總管上設(shè)有流量計F2。

一種氣調(diào)庫用制氮機用于制取氮氣的方法，包括以下步驟：氣調(diào)庫內(nèi)的空氣通過管道連接到制氮機的進氣口和出氣口；空氣受壓力泵作用被輸入活性炭罐A1或活性炭罐A2中，通過活性炭罐A1或活性炭罐A2內(nèi)部的循環(huán)，氧氣被CSM-F活性炭吸附，制取的氮氣被輸入氣調(diào)庫內(nèi)。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫用制氮機用于制取氮氣的方法，所述活性炭罐A1或活性炭罐A2的吸附與解吸步驟如下：

當(dāng)活性炭罐A1吸附的同時活性炭罐A2發(fā)生解吸，兩位三通閥K1，K4和K5打開，兩位三通閥K2，K3和K6關(guān)閉，活性炭罐A1內(nèi)生成氮氣，活性炭罐A2內(nèi)CMS-F活性炭完成再生過程；

當(dāng)活性炭罐A2吸附的同時活性炭罐A1發(fā)生解吸，兩位三通閥閥門K2，K3和K6打開，兩位三通閥K1，K4和K5關(guān)閉，活性炭罐A2內(nèi)生成氮氣，活性炭罐A1內(nèi)CMS-F活性炭完成再生過程。

氣調(diào)庫用制氮機主要原理：

本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機產(chǎn)生氮氣主要是通過對空氣中兩種主要的氣體：氮氣和氧氣進行分離?？諝獾姆蛛x采用了一種專用的活性炭，這種活性炭被稱之為CMS-F。CSM-F碳具有獨特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對空氣中的氧具有極強的吸附作用。因為氧分子結(jié)構(gòu)相對于氮分子較小，更容易被CMS-F碳網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)截流在其內(nèi)表面，這一過程稱為吸附。CSM-F碳的特性使得低壓下即能進行O₂的吸附。罐體對O₂吸附的最佳壓力是在0.8Bar。

真空回轉(zhuǎn)吸附：

本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機采用兩臺空氣泵，即為一臺壓力泵和一臺真空泵。氣調(diào)庫內(nèi)空氣通過管道連接到脫氧制氮機的進氣口和出氣口?？諝馐軌毫Ρ米饔帽惠斎肫渲幸粋€裝滿活性炭的罐體中。通過罐體的循環(huán)，氧氣被CSM-F活性炭吸附，制取的氮氣被輸入庫內(nèi)。在這個過程中，進氣口氣體中氧氣的含量,氣流速度,罐體內(nèi)的空氣壓力,都可以影響出氣口氣體中O2的殘留量，既氮氣的濃度：

進氣口氣體中氧氣含量低→易于氧分子和氮分子的分離→制取的氮氣濃度高；

氣流速度高→氧氣吸附花費時間短→產(chǎn)生的氮氣濃度低；

氣流速度低→氧氣吸附花費時間長→產(chǎn)生的氮氣濃度高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果：

1.本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機可以調(diào)節(jié)罐體壓力，至最佳吸附壓力0.8bar，使其初始制氮濃度都可以達到95％以上，后期制氮濃度甚至可以達到99％以上。不僅如此，氣調(diào)庫用制氮機還可以通過雙罐體循環(huán)工作，當(dāng)其中一個罐體在吸附時，另一個罐體進解析，兩者工作自動切換，這樣就可以不間斷連續(xù)產(chǎn)生高濃度氮氣，大大提高氣調(diào)庫降速度。

2.本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機采用混合氮氣傳輸系統(tǒng)，大大提高制氮率和氮氣濃度，使后期制氮濃度可以達到99％以上，實現(xiàn)氣調(diào)庫超低氧貯藏。氣調(diào)庫用制氮機的進風(fēng)管道既與氣調(diào)庫相連又與周圍的外部空氣相連；為了調(diào)節(jié)庫內(nèi)和周圍空氣的量，針對周圍的外部空氣，在進風(fēng)管道處安裝了一個空氣操作閥，同時，針對庫內(nèi)氣體，在進風(fēng)管道處安裝一臺氣流計。它同樣也可以針對周圍空氣把進風(fēng)管道與氣流計相連。庫內(nèi)氣體中氧氣的含量隨著產(chǎn)生的N₂的供給而降低。如果通過CSM-F碳層的輸入氣體中氧氣含量低，則產(chǎn)生氣體中的氧氣含量也較低。如果輸入過程中庫內(nèi)氣體的氧氣含量較低，將提高制氮機的制氮效率和濃度。輸入庫內(nèi)的氣體量必須少于或至少與冷庫內(nèi)的產(chǎn)生的氣體量保持相等，通過氣流計和手氣動操作閥H2，可以實現(xiàn)對氣流的記錄和調(diào)整。

3.本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機實現(xiàn)超低氧貯藏，不但可以延長貯藏周期，還可以提高果品質(zhì)量，直接提高了果品經(jīng)濟價值。

4.本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機用于制氮方法能耗低，降低貯藏成本。制氮機不但本身能耗低，整個工作過程無需加熱，幾乎不會給氣調(diào)庫內(nèi)帶入額外熱量，使庫內(nèi)溫度產(chǎn)生波動而加大制冷系統(tǒng)的能耗。

5.本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機全自動化工作，操作簡單，維護成本低。

附圖說明

圖1為活性炭吸附氧氣原理圖；

圖2為本發(fā)明吸附原理圖之一；

圖3為本發(fā)明吸附原理圖之二；

圖4為本發(fā)明吸附原理圖之三；

圖5為本發(fā)明吸附原理圖之四；

圖6為本發(fā)明混合氮氣傳輸系統(tǒng)圖；

F1:庫氣進氣總管；F2:庫氣排氣總管；B:壓力泵；V:真空泵；K1-6為兩位三通閥門；活性炭罐A1表示填充有活性炭的容器A1；活性炭罐A2表示填充有活性炭的容器A2。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明：

參照圖1～6所示，一種氣調(diào)庫用制氮機，包括

活性炭罐A1和活性炭罐A2，活性炭罐A1和活性炭罐A2均具有進氣口和排氣口，活性炭罐A1和活性炭罐A2內(nèi)均填裝有活性炭CMS-F；所述活性炭罐A1的排氣口端上設(shè)有壓力表P1，活性炭罐A2的排氣口端上設(shè)有壓力表P2；

庫氣排氣總管，其一端通過進氣管道與壓力泵的入口相連，進氣管道上引出一條與大氣相通的大氣管道，大氣管道上設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥H2，壓力泵的出口端通過管道分別與活性炭罐A1的進氣口、活性炭罐A2的進氣口相連通，壓力泵的出口端與活性炭罐A1的進氣口之間的管道上設(shè)有兩位三通閥K5，壓力泵的出口端與活性炭罐A1的進氣口之間的管道上設(shè)兩位三通閥K4；

再生管路，活性炭罐A1的進氣口上通過兩位三通閥K3與真空泵的入口段相連通，活性炭罐A2的進氣口上通過兩位三通閥K4與真空泵的入口段相連通；

庫氣進氣總管，其進口端主管路上設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥H1，進口端主管路上的進氣端設(shè)有兩條分支管路，一條分支管路通過兩位三通閥K1與容器A1的排氣口相連通；另一條分支管路通過兩位三通閥K2與容器A2的排氣口相連通。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫用制氮機，所述庫氣進氣總管上設(shè)有流量計F1，庫氣排氣總管上設(shè)有流量計F2。

一種氣調(diào)庫用制氮機用于制取氮氣的方法，包括以下步驟：氣調(diào)庫內(nèi)的空氣通過管道連接到制氮機的進氣口和出氣口；空氣受壓力泵作用被輸入活性炭罐A1或活性炭罐A2中，通過活性炭罐A1或活性炭罐A2內(nèi)部的循環(huán)，氧氣被CSM-F活性炭吸附，制取的氮氣被輸入氣調(diào)庫內(nèi)。

上述的氣調(diào)庫用制氮機用于制取氮氣的方法，所述活性炭罐A1或活性炭罐A2的吸附與解吸步驟如下：

當(dāng)活性炭罐A1吸附的同時活性炭罐A2發(fā)生解吸，兩位三通閥K1，K4和K5打開，兩位三通閥K2，K3和K6關(guān)閉，活性炭罐A1內(nèi)生成氮氣，活性炭罐A2內(nèi)CMS-F活性炭完成再生過程；

當(dāng)活性炭罐A2吸附的同時活性炭罐A1發(fā)生解吸，兩位三通閥閥門K2，K3和K6打開，兩位三通閥K1，K4和K5關(guān)閉，活性炭罐A2內(nèi)生成氮氣，活性炭罐A1內(nèi)CMS-F活性炭完成再生過程。

參照圖1所示：本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機產(chǎn)生氮氣主要是通過對空氣中兩種主要的氣體：氮氣和氧氣進行分離?？諝獾姆蛛x采用了一種專用的活性炭，這種活性炭被稱之為CMS-F。CSM-F碳具有獨特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對空氣中的氧具有極強的吸附作用。因為氧分子結(jié)構(gòu)相對于氮分子較小，更容易被CMS-F碳網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)截流在其內(nèi)表面，這一過程稱為吸附。CSM-F碳的特性使得低壓下即能進行O₂的吸附。罐體對O₂吸附的最佳壓力是在0.8Bar。

真空回轉(zhuǎn)吸附：參照圖2～5所示，本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機采用兩臺空氣泵，即為一臺壓力泵和一臺真空泵。氣調(diào)庫內(nèi)空氣通過管道連接到脫氧制氮機的進氣口和出氣口?？諝馐軌毫Ρ米饔帽惠斎肫渲幸粋€裝滿活性炭的罐體中。通過罐體的循環(huán)，氧氣被CSM-F活性炭吸附，制取的氮氣被輸入庫內(nèi)。在這個過程中，進氣口氣體中氧氣的含量,氣流速度,罐體內(nèi)的空氣壓力,都可以影響出氣口氣體中O2的殘留量，既氮氣的濃度：

進氣口氣體中氧氣含量低→易于氧分子和氮分子的分離→制取的氮氣濃度高；

氣流速度高→氧氣吸附花費時間短→產(chǎn)生的氮氣濃度低；

氣流速度低→氧氣吸附花費時間長→產(chǎn)生的氮氣濃度高；

氣調(diào)庫用制氮機可以調(diào)節(jié)罐體壓力，至最佳吸附壓力0.8bar，使其初始制氮濃度都可以達到95％以上，后期制氮濃度甚至可以達到99％以上。不僅如此，氣調(diào)庫用制氮機還可以通過雙罐體循環(huán)工作，當(dāng)其中一個罐體在吸附時，另一個罐體進解析，兩者工作自動切換，這樣就可以不間斷連續(xù)產(chǎn)生高濃度氮氣，大大提高氣調(diào)庫降速度。

混合氮氣傳輸系統(tǒng)：

參照圖6所示：本發(fā)明氣調(diào)庫用制氮機采用混合氮氣傳輸系統(tǒng)，大大提高制氮率和氮氣濃度，使后期制氮濃度可以達到99％以上，實現(xiàn)氣調(diào)庫超低氧貯藏。氣調(diào)庫用制氮機的進風(fēng)管道既與氣調(diào)庫相連又與周圍的外部空氣相連；為了調(diào)節(jié)庫內(nèi)和周圍空氣的量，針對周圍的外部空氣，在進風(fēng)管道處安裝了一個空氣操作閥，同時，針對庫內(nèi)氣體，在進風(fēng)管道處安裝一臺氣流計。它同樣也可以針對周圍空氣把進風(fēng)管道與氣流計相連。

氣調(diào)庫內(nèi)氣體中氧氣的含量隨著產(chǎn)生的N₂的供給而降低。如果通過CSM-F碳層的輸入氣體中氧氣含量低，則產(chǎn)生氣體中的氧氣含量也較低。如果輸入過程中庫內(nèi)氣體的氧氣含量較低，將提高制氮機的制氮效率和濃度。輸入庫內(nèi)的氣體量必須少于或至少與冷庫內(nèi)的產(chǎn)生的氣體量保持相等，通過氣流計和手氣動操作閥H2，可以實現(xiàn)對氣流的記錄和調(diào)整。

表1真空回轉(zhuǎn)吸附的詳細制氮過程的描述

為實現(xiàn)混合氮氣傳輸系統(tǒng)，氣調(diào)庫用制氮機的進風(fēng)管道既與氣調(diào)庫相連又與周圍的外部空氣相連，如附圖6所示，調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥門H2，可以調(diào)節(jié)氣調(diào)庫用制氮機吸氣外部空氣量的多少，調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥門H1，可以調(diào)節(jié)氣調(diào)庫用制氮機出氣量的大小，調(diào)節(jié)H1和H2，就可以控制庫房進、出氣流量的平衡。觀察流量計F1和F2，可以記錄進出氣流量的大小。