專利名稱：：新型氣調保鮮庫的制作方法
技術領域：
：本發明涉及果蔬保鮮技術。應用充氮氣調機對果蔬貯藏保鮮庫的庫內氣體進行調節是當今世界上一項先進的果蔬保鮮技術。其原理是果蔬在高氮低氧及適宜的二氧化碳的環境下能有效地抑制其呼吸作用，減緩新陳代謝、推遲衰老過程、防止腐爛變質，從而達到貯藏保鮮的目的。它使果蔬保持原有的營養價值，接近采摘時的新鮮狀態。早在三、四十年代，氣調庫在國外先進國家就得到應用。那時使用的氣調機是最原始的一燃燒式氣調機，它的工作原理是通過燃燒可燃氣體(丙烷、丁烷)來降低庫內O2含量。但它有幾個弱點1.燃燒產生大量的CO2，而過量CO2對果蔬的保鮮十分不利，所以還需對其脫除，且設備復雜；2.燃燒時產生巨大熱量，燃燒溫度在1200℃以上，后經過催化燃燒，溫度仍在300℃以上，而庫內溫度一般控制在0℃左右，所以這種方式又帶來有害的熱負荷，它不僅消耗大量熱能，同時帶來庫內溫度不穩定的不利因素；3.燃燒時還會產生NO化物污染果蔬和環境。目前，這種燃燒式氣調機在氣調庫中仍有應用，基本上屬于前一代產品，我國進口意大利氣調庫就是在應用這一技術。還有一種氣調機，就是我公司研制的碳分子篩氣調機，它不僅消除了以上3種弊端，而且使用效果好，是我國農村發展氣調庫的最佳配套設備。第三種氣調機是膜分離技術氣調機，也已由我公司研制成功。關于庫體布置和結構方面，現有的傳統結構仍然存在許多缺點和不足，其中包括氣調門的密封采用一般的密封膠條，容易老化和變形，密封效果不佳，墻面的保溫層和氣密層外面缺乏保護層，地面和墻面之間的氣密層結構不佳以及各分室布置不合理，通道中管路布置凌亂復雜等等。在氣調庫的控制方面，現有的氣調庫未能做到實現完全自動控制，在溫度、濕度、CO2含量，乙烯含量等方面仍然存在不穩定的問題。本發明的目的即在于避免燃燒式氣調機產生大量CO2對果蔬保鮮不利，燃燒時產生巨大熱量，對控制庫內溫度在0℃左右不利等方面的缺點，而提供一種采用先進的碳分子篩氣調機和膜分離技術氣調機的新型氣調保鮮庫。本發明的另一目的在于克服現有一般保鮮庫的密封性差，墻面缺乏保護層，以及庫體結構布置方面不良的問題。本發明的又一目的在于克服現有一般保鮮庫未能實現全自動控制，各種參數存在不穩定問題，而提供一種全自動控制的新型氣調保鮮庫。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種新型氣調保鮮庫，采用土建式、土窯式構造，并用現場噴涂發泡聚氨脂作氣密保溫結構，主要由氣調間(1)、水泵間(2)、電控間(3)、制冷設備間(4)和氣調設備間(5)組成，該氣調保鮮庫有穿堂(11)，并在穿堂(11)上面設置有技術走廊(7)；在技術走廊(7)內安置有氣調管路和溫、濕度調節管路(10)，并設有可以觀察各氣調間內情況的觀察窗(8)；氣調設備間(5)內設置有空壓機(K)和氣調機(D)。氣調間(1)的氣密保溫墻(12)由墻體(121)、砂漿抹平層(122)、氣密層(123)、保溫層(124)構成，其中氣密層(123)為特制的聚氨脂膠層，保溫層(124)為聚氨脂發泡材料層，在保溫層(124)外還涂覆一層素砂漿的保護層(125)；地面層(126)與保溫墻(12)的交接處具有一墻衣裙突起，并且各層形成彎曲形狀。氣調機(D)為碳分子篩氣調機。氣調機(D)為膜分離氣調機。膜分離氣調機具有罐體(D1)，其兩端具有密封的端蓋(D2)在罐體(D1)內裝有密布用特殊的離分子膜制成的膜管(D4)；一端的端蓋(D2)上具有壓縮空氣進口(a)，另一端的端蓋(D2)上具有富集的氮氣出口(b)，在罐體(D1)上具有氧氣出口(c)。本發明的目的還可以通過以下技術措施來實現一種新型氣調保鮮庫，采用土建式、土窯式構造，并用現場噴涂發泡聚氨脂作氣密保溫結構，主要由氣調間(1)、水泵間(2)、電控間(3)、制冷設備間(4)和氣調設備間(5)組成，制氮工藝流程由供氣、空氣預處理、制氮和自動控制；其中，控制自動控制由控制系統來完成，控制系統包括電控系統、先導氣系統、氣動管道閥等。本發明具有以下優點和效果(見P7″氣調機在氣調庫中的應用″)附圖的圖面說明如下圖1是本發明的新型氣調保鮮庫的平面布置2是圖1的A-A斷面3a是本發明的氣密保溫墻的結構3b是傳統的氣密保溫墻的結構4a是發明的地面與保溫墻交接處的結構4b是傳統的地面與保溫墻交接處的結構5是氣調門的密封結構6a是膜分離氣調機的結構6b是膜分離的原理7是各周期O2、CO2擺動8是八天調氣間隔O2、CO2、C2H4變化規律圖(以香蕉蘋果為例)圖9是黃元帥蘋果乙烯放量和果肉ACC含量10是電路工作原理11是制氮設備系統圖下面結合附圖和實施例作進一步說明請參閱圖1和圖2，本發明的新型氣調保鮮庫采用土建磚混式和土窯式構造，進行聚氨脂的現場噴涂發泡作為氣密保溫結構，該保鮮庫主要由氣調間1、水泵間2、電控間3、制冷設備間4、氣調設備間5、氣調門6、技術走廊7、挑選間9、穿堂11、氣密保溫墻12及月臺13和風冷機14組成，其中氣調間內設有氣體進出氣和溫濕度調節管路風冷機14。氣調設備間設有變壓吸附(碳分子篩)制氮機或膜分離制氮機(簡稱為CMS氣調機)或膜式氣調機D和空氣壓縮機K，技術走廊7設在穿堂11的上層，其中布置各種管道10，并設有觀察窗8，可以觀察庫內各室和各氣調間內的情況。請參閱圖3a，本發明的新型氣調保鮮庫的氣密保溫墻12由墻體121、砂漿抹平層122、氣密層123、保溫層124構成，其中，氣密層123為特制的聚氨脂膠層，保溫層124為聚氨脂發泡材料層，在保溫層124外還涂覆一層素砂漿的保護層125，對比現有的一般保鮮庫的氣密保溫墻(見圖3b)可以看到現有的一般保鮮庫的氣密保溫墻不具有保護層。關于庫體的地面以及與保溫墻交接處的結構見圖4a，地面層126制作在保溫層124上面并具有一墻衣裙突起和氣密保溫墻12各層形成彎曲形狀，與傳統的地面結構是不同的(見圖4b)。關于氣調門6的密封結構見圖5，圖中氣調門6周邊的凹槽中固定有充氣式密封條602。由于存在換氣過程，庫內壓力不是一定的，所以設置了安全閥和呼吸袋，以補償庫內壓力并起到安全作用。下面再說明本發明的新型氣調保鮮庫中的設備，其中水泵、空壓機、制冷設備、風冷機屬通用設備，因此不予詳述，重點是氣調設備間里的充氮氣調機。本發明采用的氣調機有兩種方案，一種是碳分子篩氣調機、一種是膜分離式氣調機，下面分別予以介紹一、碳分子篩氣調機在果蔬氣調保鮮庫中的主要作用是調節控制庫內的氣體成分—降低氧氣(O2)含量，脫除二氧化碳(CO2)、脫除乙烯(C2H4)達到一機″多用″，為果蔬保鮮提供最佳的貯藏環境，由于碳分子篩氣調機的結構已在本公司申請的專利96244519.3中說明，此處不再詳述。二、膜分離氣調機膜法制氮氣調機是利用空氣中的N2和O2在壓力差的推動下透過特殊的高分子膜的速度不同來達到分離的目的，并使N2富集(詳見原理圖)，當空氣通過中空纖維膜內壁時，氧氣不斷透過膜壁，使氣流中N2濃度增大，再經控制系統來調節各部分氣體的壓力，流量得到所需純度的N2，其它氣體則隨O2等排至系統以外。天聯公司消化吸收了國內外的先進技術研制的膜法氣調裝置，并用于氣調保鮮庫，其特點是1.設備簡單、占地少、易安裝。2.操作簡便，只需啟動氣源裝置即可得到產品氣。3.能快速啟動與停車，還可采用移動式，便于現場使用。4.產品氣可在95％～99％之間任意調節。5.安全可靠，因無運動部件，可持續穩定工作，無需維修。6.分離過程無相變及化學反應，能耗低。三種氣調機富氮方法的比較膜分離氣調機的結構和原理見圖6a和6b，圖中罐體D1兩端具有密封的端蓋D2，在罐體D1內裝有密布的膜管D4，壓縮空氣從一端的端蓋D2的進口a進入并通過膜管D4，透過氣體(O2等)透過膜管壁從罐體的出口C流出，富集的氣體(N2等)則由膜管內通過出口b流出。三、氣調機的作用1.調節氧氣(O2)濃度氣調機的主要技術指標是產氣量(NM3/h)和產品氮氣(N2)純度(％)利用提高產品氣純度的方法，即可達到降低氧氣(O2)含量的目的。2.脫除二氧化碳(CO2)碳分子篩對二氧化碳(CO2)吸附能力比氮氣(N2)和氧氣(O2)還強，這種吸附過程是依靠壓力的改變來完成的。也就是說，碳分子篩對二氧化碳(CO2)的吸附能力是隨著壓力的增加而增強的，調節碳分子篩氣調機的工作壓力(3-7kg/cm3)，使庫內的二氧化碳(CO2)在氣體的內循環過程中，被分子篩吸附掉，達到脫除產品氣中的二氧化碳(CO2)的目的。3.脫除乙烯(C2H4)將含70ppm乙烯的空氣，通過直徑為5cm，長30cm內裝碳分子篩的管子，出來的氣體，乙烯濃度可降至1ppm。試驗證明在實際的貯藏中，氣調庫中的乙烯(C2H4)濃度很低，在低氧(O2)的環境中，乙烯(C2H4)濃度明顯下降，ACC卻無異常增高。低氧(O2)可降低果蔬乙烯(C2H4)的生成速率，提高乙烯的作用值，抑制ACC向乙烯(C2H4)轉化的需氧(O2)過程。同時二氧化碳(CO2)不僅起到乙烯(C2H4)競爭拮抗作用，而且對乙烯(C2H4)生物合成也有明顯的抑制作用。4.濕度含水量在2000～7000ppm的空氣通過碳分子篩氣調機后，產品氣的含水量小于100ppm(露點在-40℃以下)。由于碳分子篩氣調機在工藝上的特殊處理，且因每次的調氣時間不長，因此即使氣調庫內的濕度達到90％以上，對碳分子篩的性能也不會有所影響，同時保持果蔬的水分不損耗。5.有害物質由于碳分子篩氣調機的工作過程是物理吸附，因此不會產生有害物質。經測定產品氣中3.4苯并芘濃度小于0.04μL/100m3，低于國際上對空氣規定的濃度0.1μL/m3。產品氣中不合油霧。碳分子篩的使用壽命。實驗證明，使用5年的氣調機，除每年僅需補充少量的分子篩外，仍能正常工作。優質的碳分子篩規定壽命為8年以上。四、制氮機工藝流程1.組成整個系統包括供氣系統，空氣預處理系統，制氮系統和控制系統等。2.各系統作用a.供氣系統主要設備是空壓機。它的作用是提供制氮系統使用的壓縮空氣。b.空氣預處理系統主要包括冷凍式干燥機(或無熱干燥)作用是去除壓縮空氣中的水分保證碳分子篩的使用和產品氣的濕度。各級過濾器的作用是濾除壓縮空氣中的各種雜質(塵埃和油等)。c.制氮系統包括吸附塔組和空氣儲罐以及氮氣儲罐。吸附塔組是在控制系統作用下，對壓縮空氣進行PSA吸附過程產生氮氣，空氣儲罐的作用是為吸附塔組提供壓力穩定的氣源。氮氣儲罐的作用是為用戶提供壓力穩定的產品氣。d.控制系統(一)電控系統包括一塊單片機用來控制三個先導電磁閥。(二)先導氣系統包括三個先導電磁閥，在單片機作用下進行動作來進一步控制氣動管道閥的開啟，來實現PSA循環。(三)氣動管道閥在先導電磁閥的作用下，來進行動作實現PSA循環。3.工藝流程說明(參閱圖11)控制兩個附塔切換的有八個管閥，分別受三個先導電磁閥控制，具體控制序號見工藝流程圖。在PSA循環過程中各管道閥動作順序如下a.左吸時f1.f4.f5打開，其余閥關閉b.均壓時f1.f4.f5關閉后，f8和f7打開(f2.f3.f6關閉)c.右吸時f2.f3.f6打開，其余閥關閉。三個狀態反復循環，構成PSA循環來源源不斷產生氮氣。五、電路工作原理(參閱圖10)1.電源部分由電源開關、保險變壓器，整流器及穩壓部分組成，提供電控部分一個穩定的5V電壓。2.單片機用于不同氣調機的流程設定。3.單片機通過限流電阻接三個LED指示燈，用于指示工作流程。4.單片機IC1口接入固體繼電器，驅動先導電磁閥，每個電磁閥并聯一個用于消除電壓尖峰的壓敏電阻。5.C；C4；C5組成單片機所需的6MH2時鐘脈沖。6.R1，C3組成上電復位電路，每當打開電源開關時單片機自動復位，并開始工作。六、氣調機在氣調庫中的應用。由于碳分子篩氣調機(膜分離氣調機)是集降氧(O2)、脫CO2、脫C2H4為一體，對需在低O2、低CO2、低C2H4下貯藏的果蔬是理想的調氣設備。然而對于必須保持較高CO2才能貯藏的果蔬則顯示出不足，即不能累積CO2，因此設計相應的工藝，克服這一缺陷，從而擴大貯藏果蔬的品種和保鮮范圍，是氣調保鮮技術的重要組成部分。1.周期性大幅度擺動調氣方法是本項專利的特點之一設定氧O2、CO2含量在同一周期下大幅度擺動變化，使貯藏的果蔬在每個周期內都經受一次極低O2和較高CO2的處理。極低O2和較高CO2的處理出現在同一時間，加強了相互作用。利用氣調機調節庫內的O2、CO2不宜追求恒定的濃度，采用周期性大幅度擺動式調氣方式，使貯藏的果蔬不斷受到低O2，高CO2沖擊，可以獲得更佳的效果，至于周期長短，浮動幅度的大小，因貯藏果蔬種類而異，不可強求一致。從產品氣中O2含量保持在5％及通氣后CO2被消減程度基本一致這一基點出發，通過不同調氣間隔來控制不同的O2、CO2及C2H4比例和范圍，經貯藏效果的對比和檢驗從中選擇，作為制定工藝規范的基礎。無論何種調氣間隔，O2上限和CO2下限基本固定不變，差異主要表現在O2下限、CO2上限及C2H4上、下限。(見表1)碳分子篩不同調氣間隔對氣體成分的控制及差異顯著性測驗(表1)</tables>表中O2和CO2濃度每天和二天調氣差異不顯著，即每天和二天基本同效，將間隔延至四天則O2的下限為3.06％，CO2的上限為3.84％與每天和二天的指標均有極顯著的差異；再將間隔繼續延至八天則O2的下限達1.03％，屬于低氧(LO)或超低氧(VLO)指標，而CO2上限達6.07％與每天、二天和四天的氣體指標相比均有顯著差異。這些差異是由于調氣間隔不同，果蔬對O2的消耗程度及釋放出的CO2積累水平不同造成的，不同調氣間隔是人為的，但實際上又是利用果蔬生理代謝構成不同氣體配比，反過來對自身發揮生理效應的體現。至于乙烯水平固然與調氣間隔呈正相關，但并非與調氣間隔成倍數關系(8天者乙烯上限并非為每天乙烯上限的8倍)其它亦然，這表明較低O2和較高CO2對乙烯生物合成的抑制作用，其水平較高是由于間隔較長累積造成的。從圖7可知，O2和CO2依調氣間隔而發生規律的升降，間隔愈長鋸齒狀峰谷愈大，較低O2和較高CO2持續的時間愈長。特別是八天調氣者O2經常被消耗至1％甚至更低些，CO2高限常達6％左右，碳分子篩氣調近似于動態氣調(DCA)。在不同的時間維持不同的O2和CO2比例。八天調氣者調氣當天維持5∶2，第四天維持3∶4，第八天維持1∶6，繼之以第二次調氣，循環往復，每一次調氣相當于一定濃度CO2和低O2處理一次，這種處理是漸進的，短時的，但整體上又是長期反復處理，即使八天氣調全貯藏期亦可處理30余次，每次規律性極強(圖8)。降氧速度對于果蔬的硬度、酸度是一個關鍵的指標，無論硬度還是酸度均是快速氣調＞中速氣調，通常＞慢速氣調、＞冷藏。快速氣調(RCA)通常指1天達標，在商業氣調庫內4天之內達標就屬快速氣調。中速氣調(ICA)指六天達標。慢速氣調(SCA)指20天達標。單純以天數劃分調氣間隔是籠統的概念，只可作為商業規模應用的參考，各間隔的優劣只有體現在氣體指標上才是嚴格，各處理所建立的氣體指標如下表各種處理均以兩個月時乙烯釋放量達到最大。2.碳分子篩氣調貯藏工藝具有高CO2處理的效果(以蘋果為例)乙烯釋放量(年均)ACC含量冷藏81.85μL/kg.hr0.59nmol/g分子篩16.77μL/kg.hr2.13nmol/g3.碳分子篩氣調貯藏工藝可減少生理病害。實施例1.碳分子篩氣調貯藏蒜苔效果(貯存期270天)貯藏方式氣體范圍好苔率％次苔率％腐爛率％碳分子篩氣調O21～3％99.20.40.4大帳氣調貯藏CO28～9％自然降O2O21～3％93.43.213.20吸收CO2CO21～3％大帳氣調貯藏2.獼猴桃①從采收到入庫在10～20℃溫度下72小時②從采收到入庫在15～20℃下10小時3.紅富士產地山東貯期228天貯藏方式硬度(磅/cm)好果率腐爛率自然損耗果柄虎皮病果皮色澤貯前貯后下降率％％％％％氣調1514.25.3952.71.2新鮮0光亮飽滿冷藏1511.722.088.55.26.3干枯0暗淡粗糙4.國光蘋果貯期10月20日采收，第二年6月2日結束貯藏方式硬度(磅/cm)好果率腐爛率自然損耗皺縮病裂果貯前貯后下降率％％％％％氣調16.916.9099.00.50.500冷藏16.911.7532602.43.28.326.15.紅元帥貯期220天貯藏方式硬度(磅/cm)商品率好果率腐爛率自然損耗虎皮病貯前貯后下降率％％％％％％氣調16.816.23.996.4793.20.290.583.0冷藏16.89.046.683.0276.49.045.1914.456.黃元帥貯期氣262天，冷215天貯藏方式硬度(磅/cm)商品率好果率腐爛率自然損耗虎皮病貯前貯后下降率％％％％％氣調15.714.67.0196.295.42.61.20冷藏15.79.837.5892.689.75.75.604.果蔬貯藏保鮮工藝流程及技術要點工藝流程①田間栽培確定品種，防治病蟲害，科學田間管理②采收，分級適宜成熟度，合理采收方法，接標準分級③包裝選擇合理包裝容器，木箱或塑料筐，保護果蔬，便于運輸④預冷根據果蔬特性，確定預冷取舍，選擇相應的預冷方式⑤運輸選擇運輸方式和類型，確定運輸條件、快速安全⑥貯藏確定貯藏方式，保證貯藏溫、濕度和氣體成分⑦包裝根據上市銷售方式為延長貨架期，保證商品質量，確定包裝形式⑧運輸根據銷售范圍，確定運輸方式和條件⑨銷售創造銷售條件，保證貨架期權利要求1.一種新型氣調保鮮庫，采用土建式、土窯式構造，并用現場噴涂發泡聚氨脂作氣密保溫結構，主要由氣調間(1)、水泵間(2)、電控間(3)、制冷設備間(4)和氣調設備間(5)組成，其特征在于該氣調保鮮庫有穿堂(11)，并在穿堂(11)上面設置有技術走廊(7)；在技術走廊(7)內安置有氣調管路和溫、濕度調節管路(10)，并設有可以觀察各氣調間內情況的觀察窗(8)；氣調設備間(5)內設置有空壓機(K)和氣調機(D)。2.根據權利要求1所述的新型氣調保鮮庫，其特征在于氣調間(1)的氣密保溫墻(12)由墻體(121)、砂漿抹平層(122)、氣密層(123)、保溫層(124)構成，其中氣密層(123)為特制的聚氨脂膠層，保溫層(124)為聚氨脂發泡材料層，在保溫層(124)外還涂覆一層素砂漿的保護層(125)；地面層(126)與保溫墻(12)的交接處具有一墻衣裙突起，并且各層形成彎曲形狀。3.根據權利要求1所述的新型氣調保鮮庫，其特征在于氣調機(D)為碳分子篩氣調機。4.根據權利要求1所述的新型氣調保鮮庫，其特征在于氣調機(D)為膜分離氣調機。5.根據權利要求1或4所述的新型氣調保鮮庫，其特征在于膜分離氣調機具有罐體(D1)，其兩端具有密封的端蓋(D2)在罐體(D1)內裝有密布用特殊的離分子膜制成的膜管(D4)；一端的端蓋(D2)上具有壓縮空氣進口(a)，另一端的端蓋(D2)上具有富集的氮氣出口(b)，在罐體(D1)上具有氧氣出口(c)。6.一種新型氣調保鮮庫，采用土建式、土窯式構造，并用現場噴涂發泡聚氨脂作氣密保溫結構，主要由氣調間(1)、水泵間(2)、電控間(3)、制冷設備間(4)和氣調設備間(5)組成，其特征在于制氮工藝流程由供氣、空氣預處理、制氮和自動控制；其中，控制自動控制由控制系統來完成，控制系統包括電控系統、先導氣系統、氣動管道閥。全文摘要一種新型氣調保鮮庫,采用土建式、土窯式構造,并用現場噴涂發泡聚氨酯作氣密保溫結構,主要由氣調間(1)、水泵間(2)、電控間(3)、制冷設備間(4)和氣調設備間(5)組成,在氣調設備間(5)內設置有空壓機(K)和氣調機(D);氣調機(D)采用高新技術的碳分子篩氣調機或膜分離氣調機。本新型氣調保鮮庫具有技術先進,氣密性強,氣體調節和溫、濕度調節穩定可靠,保鮮效果極佳的優點,并可實現全自動調節。文檔編號A23B4/14GK1172588SQ9710037公開日1998年2月11日申請日期1997年1月31日優先權日1997年1月31日發明者聶爾森,李宏升,徐克強申請人:劉學成