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(kù)用制氮機(jī)及其用于制取氮?dú)獾姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

目前氣調(diào)庫(kù)使用較多的制氮機(jī)是一種在常溫下進(jìn)行氮氧分離的膜制氮系統(tǒng)。它由空壓機(jī)和膜分離器組成。壓縮空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入膜分離器后，空氣中的水蒸氣、CO₂及O₂快速透過(guò)膜壁進(jìn)入膜的另一側(cè)被富集排空；氮?dú)馔高^(guò)膜壁的相對(duì)速率慢而留在膜中，富集后的氮?dú)獗蛔鳛楫a(chǎn)品氣送往氣調(diào)庫(kù)內(nèi)。

膜制氮機(jī)采取的是開(kāi)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(kù)內(nèi)水果所需溫度，整個(gè)過(guò)程不僅浪費(fèi)能耗，還會(huì)造成氣調(diào)庫(kù)內(nèi)溫度的波動(dòng)，刺激果蔬呼吸，不利于保鮮。而當(dāng)制氮純度高于95％時(shí)，膜制氮機(jī)效率會(huì)越來(lái)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(jī)的降氧效果也會(huì)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(duì)前期凈化過(guò)濾有嚴(yán)格的要求，直接關(guān)系到膜組的壽命。如果過(guò)濾凈化出了問(wèn)題，就需要更換膜組，維護(hù)成本相對(duì)較高。

技術(shù)實(shí)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(kù)用制氮機(jī)及其用于制取氮?dú)獾姆椒?，該設(shè)備解決制氮機(jī)制制氮濃度低、流量小的問(wèn)題；氣調(diào)庫(kù)降氧速度快，制氮機(jī)能耗低。

為了達(dá)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(kù)用制氮機(jī)，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(jìn)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(kù)氣排氣總管，其一端通過(guò)進(jìn)氣管道與壓力泵的入口相連，壓力泵的出口端通過(guò)管道分別與活性炭罐A1的進(jìn)氣口、活性炭罐A2的進(jìn)氣口相連通，壓力泵的出口端與活性炭罐A1的進(jìn)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(jìn)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(jìn)氣口上通過(guò)兩位三通閥K3與真空泵的入口段相連通，活性炭罐A2的進(jìn)氣口上通過(guò)兩位三通閥K4與真空泵的入口段相連通；

庫(kù)氣進(jìn)氣總管，其進(jìn)口端主管路上設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥H1，進(jìn)口端主管路上的進(jìn)氣端設(shè)有兩條分支管路，一條分支管路通過(guò)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(guò)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(kù)用制氮機(jī)，所述進(jìn)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(dòng)調(diào)節(jié)閥H2。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)，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(kù)用制氮機(jī)，所述庫(kù)氣進(jìn)氣總管上設(shè)有流量計(jì)F1，庫(kù)氣排氣總管上設(shè)有流量計(jì)F2。

一種氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)用于制取氮?dú)獾姆椒?，包括以下步驟：氣調(diào)庫(kù)內(nèi)的空氣通過(guò)管道連接到制氮機(jī)的進(jìn)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(guò)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?dú)獗惠斎霘庹{(diào)庫(kù)內(nèi)。

根據(jù)上述的氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)用于制取氮?dú)獾姆椒?，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(shí)活性炭罐A2發(fā)生解吸，兩位三通閥K1，K4和K5打開(kāi)，兩位三通閥K2，K3和K6關(guān)閉，活性炭罐A1內(nèi)生成氮?dú)?，活性炭罐A2內(nèi)CMS-F活性炭完成再生過(guò)程；

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

氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)主要原理：

本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)產(chǎn)生氮?dú)庵饕峭ㄟ^(guò)對(duì)空氣中兩種主要的氣體：氮?dú)夂脱鯕膺M(jìn)行分離。空氣的分離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(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對(duì)空氣中的氧具有極強(qiáng)的吸附作用。因?yàn)檠醴肿咏Y(jié)構(gòu)相對(duì)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(guò)程稱為吸附。CSM-F碳的特性使得低壓下即能進(jìn)行O₂的吸附。罐體對(duì)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(kù)用制氮機(jī)采用兩臺(tái)空氣泵，即為一臺(tái)壓力泵和一臺(tái)真空泵。氣調(diào)庫(kù)內(nèi)空氣通過(guò)管道連接到脫氧制氮機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口。空氣受壓力泵作用被輸入其中一個(gè)裝滿活性炭的罐體中。通過(guò)罐體的循環(huán)，氧氣被CSM-F活性炭吸附，制取的氮?dú)獗惠斎霂?kù)內(nèi)。在這個(gè)過(guò)程中，進(jìn)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?dú)獾臐舛龋?/p>

進(jìn)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?dú)鉂舛雀撸?/p>

氣流速度高→氧氣吸附花費(fèi)時(shí)間短→產(chǎn)生的氮?dú)鉂舛鹊停?/p>

氣流速度低→氧氣吸附花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)→產(chǎn)生的氮?dú)鉂舛雀摺?/p>

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(kù)用制氮機(jī)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(dá)到95％以上，后期制氮濃度甚至可以達(dá)到99％以上。不僅如此，氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)還可以通過(guò)雙罐體循環(huán)工作，當(dāng)其中一個(gè)罐體在吸附時(shí)，另一個(gè)罐體進(jìn)解析，兩者工作自動(dòng)切換，這樣就可以不間斷連續(xù)產(chǎn)生高濃度氮?dú)?，大大提高氣調(diào)庫(kù)降速度。

2.本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)采用混合氮?dú)鈧鬏斚到y(tǒng)，大大提高制氮率和氮?dú)鉂舛?，使后期制氮濃度可以達(dá)到99％以上，實(shí)現(xiàn)氣調(diào)庫(kù)超低氧貯藏。氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)的進(jìn)風(fēng)管道既與氣調(diào)庫(kù)相連又與周?chē)耐獠靠諝庀噙B；為了調(diào)節(jié)庫(kù)內(nèi)和周?chē)諝獾牧?，針?duì)周?chē)耐獠靠諝?，在進(jìn)風(fēng)管道處安裝了一個(gè)空氣操作閥，同時(shí)，針對(duì)庫(kù)內(nèi)氣體，在進(jìn)風(fēng)管道處安裝一臺(tái)氣流計(jì)。它同樣也可以針對(duì)周?chē)諝獍堰M(jìn)風(fēng)管道與氣流計(jì)相連。庫(kù)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(guò)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(guò)程中庫(kù)內(nèi)氣體的氧氣含量較低，將提高制氮機(jī)的制氮效率和濃度。輸入庫(kù)內(nèi)的氣體量必須少于或至少與冷庫(kù)內(nèi)的產(chǎn)生的氣體量保持相等，通過(guò)氣流計(jì)和手氣動(dòng)操作閥H2，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的記錄和調(diào)整。

3.本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)實(shí)現(xiàn)超低氧貯藏，不但可以延長(zhǎng)貯藏周期，還可以提高果品質(zhì)量，直接提高了果品經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4.本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)用于制氮方法能耗低，降低貯藏成本。制氮機(jī)不但本身能耗低，整個(gè)工作過(guò)程無(wú)需加熱，幾乎不會(huì)給氣調(diào)庫(kù)內(nèi)帶入額外熱量，使庫(kù)內(nèi)溫度產(chǎn)生波動(dòng)而加大制冷系統(tǒng)的能耗。

5.本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)全自動(dòng)化工作，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低。

附圖說(shuō)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?dú)鈧鬏斚到y(tǒng)圖；

F1:庫(kù)氣進(jìn)氣總管；F2:庫(kù)氣排氣總管；B:壓力泵；V:真空泵；K1-6為兩位三通閥門(mén)；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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

參照?qǐng)D1～6所示，一種氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)，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(jìn)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(kù)氣排氣總管，其一端通過(guò)進(jìn)氣管道與壓力泵的入口相連，進(jìn)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(dòng)調(diào)節(jié)閥H2，壓力泵的出口端通過(guò)管道分別與活性炭罐A1的進(jìn)氣口、活性炭罐A2的進(jìn)氣口相連通，壓力泵的出口端與活性炭罐A1的進(jìn)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(jìn)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(jìn)氣口上通過(guò)兩位三通閥K3與真空泵的入口段相連通，活性炭罐A2的進(jìn)氣口上通過(guò)兩位三通閥K4與真空泵的入口段相連通；

庫(kù)氣進(jìn)氣總管，其進(jìn)口端主管路上設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥H1，進(jìn)口端主管路上的進(jìn)氣端設(shè)有兩條分支管路，一條分支管路通過(guò)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(guò)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(kù)用制氮機(jī)，所述庫(kù)氣進(jìn)氣總管上設(shè)有流量計(jì)F1，庫(kù)氣排氣總管上設(shè)有流量計(jì)F2。

一種氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)用于制取氮?dú)獾姆椒?，包括以下步驟：氣調(diào)庫(kù)內(nèi)的空氣通過(guò)管道連接到制氮機(jī)的進(jìn)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(guò)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?dú)獗惠斎霘庹{(diào)庫(kù)內(nèi)。

上述的氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)用于制取氮?dú)獾姆椒?，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(shí)活性炭罐A2發(fā)生解吸，兩位三通閥K1，K4和K5打開(kāi)，兩位三通閥K2，K3和K6關(guān)閉，活性炭罐A1內(nèi)生成氮?dú)?，活性炭罐A2內(nèi)CMS-F活性炭完成再生過(guò)程；

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

參照?qǐng)D1所示：本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)產(chǎn)生氮?dú)庵饕峭ㄟ^(guò)對(duì)空氣中兩種主要的氣體：氮?dú)夂脱鯕膺M(jìn)行分離。空氣的分離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(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對(duì)空氣中的氧具有極強(qiáng)的吸附作用。因?yàn)檠醴肿咏Y(jié)構(gòu)相對(duì)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(guò)程稱為吸附。CSM-F碳的特性使得低壓下即能進(jìn)行O₂的吸附。罐體對(duì)O₂吸附的最佳壓力是在0.8Bar。

真空回轉(zhuǎn)吸附：參照?qǐng)D2～5所示，本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)采用兩臺(tái)空氣泵，即為一臺(tái)壓力泵和一臺(tái)真空泵。氣調(diào)庫(kù)內(nèi)空氣通過(guò)管道連接到脫氧制氮機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口。空氣受壓力泵作用被輸入其中一個(gè)裝滿活性炭的罐體中。通過(guò)罐體的循環(huán)，氧氣被CSM-F活性炭吸附，制取的氮?dú)獗惠斎霂?kù)內(nèi)。在這個(gè)過(guò)程中，進(jìn)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?dú)獾臐舛龋?/p>

進(jìn)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?dú)鉂舛雀撸?/p>

氣流速度高→氧氣吸附花費(fèi)時(shí)間短→產(chǎn)生的氮?dú)鉂舛鹊停?/p>

氣流速度低→氧氣吸附花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)→產(chǎn)生的氮?dú)鉂舛雀撸?/p>

氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)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(dá)到95％以上，后期制氮濃度甚至可以達(dá)到99％以上。不僅如此，氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)還可以通過(guò)雙罐體循環(huán)工作，當(dāng)其中一個(gè)罐體在吸附時(shí)，另一個(gè)罐體進(jìn)解析，兩者工作自動(dòng)切換，這樣就可以不間斷連續(xù)產(chǎn)生高濃度氮?dú)猓蟠筇岣邭庹{(diào)庫(kù)降速度。

混合氮?dú)鈧鬏斚到y(tǒng)：

參照?qǐng)D6所示：本發(fā)明氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)采用混合氮?dú)鈧鬏斚到y(tǒng)，大大提高制氮率和氮?dú)鉂舛?，使后期制氮濃度可以達(dá)到99％以上，實(shí)現(xiàn)氣調(diào)庫(kù)超低氧貯藏。氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)的進(jìn)風(fēng)管道既與氣調(diào)庫(kù)相連又與周?chē)耐獠靠諝庀噙B；為了調(diào)節(jié)庫(kù)內(nèi)和周?chē)諝獾牧浚槍?duì)周?chē)耐獠靠諝?，在進(jìn)風(fēng)管道處安裝了一個(gè)空氣操作閥，同時(shí)，針對(duì)庫(kù)內(nèi)氣體，在進(jìn)風(fēng)管道處安裝一臺(tái)氣流計(jì)。它同樣也可以針對(duì)周?chē)諝獍堰M(jìn)風(fēng)管道與氣流計(jì)相連。

氣調(diào)庫(kù)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(guò)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(guò)程中庫(kù)內(nèi)氣體的氧氣含量較低，將提高制氮機(jī)的制氮效率和濃度。輸入庫(kù)內(nèi)的氣體量必須少于或至少與冷庫(kù)內(nèi)的產(chǎn)生的氣體量保持相等，通過(guò)氣流計(jì)和手氣動(dòng)操作閥H2，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的記錄和調(diào)整。

表1真空回轉(zhuǎn)吸附的詳細(xì)制氮過(guò)程的描述

為實(shí)現(xiàn)混合氮?dú)鈧鬏斚到y(tǒng)，氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)的進(jìn)風(fēng)管道既與氣調(diào)庫(kù)相連又與周?chē)耐獠靠諝庀噙B，如附圖6所示，調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)H2，可以調(diào)節(jié)氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)吸氣外部空氣量的多少，調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)H1，可以調(diào)節(jié)氣調(diào)庫(kù)用制氮機(jī)出氣量的大小，調(diào)節(jié)H1和H2，就可以控制庫(kù)房進(jìn)、出氣流量的平衡。觀察流量計(jì)F1和F2，可以記錄進(jìn)出氣流量的大小。