气调库的组成
出处：按学科分类—农业科学 中国轻工业出版社《果蔬保鲜手册》第148页（5241字）
气调库主要由库房、制冷系统、气体发生系统、气体净化系统、湿度调节系统、气体循环系统、压力平衡装置等组成。
1．气调库的库房和制冷系统
气调库的库房结构和制冷设备，基本与机械冷藏库相同，但要求库体有更高的气密性。库体要求六面不漏气，库门能够严格密封，这样才能保持库内稳定的气体条件。为提高库房的气密性，可在四壁内侧和天地板加衬塑料板、塑料膜或镀锌铁皮，从而构成隔气层；另外，在墙壁上喷涂发泡剂也是一种常用的气密方法，而且聚氨酯又具有保温、防潮的作用，因此该法目前应用较多。为了防火，应在聚氨酯喷涂层或塑料层外加抹水泥。库门、观察窗和各种通过墙壁的管道也都要有气密构造。
目前国内常见的气调库结构形式一般为装配式，它与装配式冷库的结构几乎一样，只是对其气密性要求严格了。夹心库板是由气密材料0．8～1．2mm厚的镀塑钢板或铝合金板制成外壳，内充填发泡硬质聚氨酯，库板的强度较高且附有密封锁定系统。由于隔热层和气密层形成一体，因此在安装施工中非常方便。为了保证整库的气密性，库板连接处除使用橡胶垫层外，还应用软质玛蹄酯密封。另外，气调贮藏室的门易漏气，因此气调贮藏室的门要求用密封性能较高的构造来达到好的密封效果，一般都有专门的气密装置与之匹配，并在门的周围采用橡胶密封垫，当门关上时，用螺杆拧紧来密封；一些新式门则采用简易式脚踏泵来打气密封。
一座气调库只能保持一种温度和气体成分，不宜经常启闭，因此单个气调室不宜过大，整座气调库通常是分割成若干个可以单独调节管理的贮藏室。但是从管理效果来看，库容不宜过小，如库容过小，为保持其气密性投资更大。所以，气调库内单个贮藏间的容量一般为100～500t。
另外，在调整库内气体成分及库内有温度变化时，库内外会产生压力差，从而破坏库体结构；因此除要求整个库体应能经受一定的压力(正压和负压)外，还应安置减压阀。减压阀可将压力限制在设计的安全范围内，典型的范围是≤190Pa。
2．气体发生系统
气调库内的气体成分的调节主要利用高浓度的N2通入气调库，置换库内的空气，从而获得较低浓度的O2。目前，商业上常应用的气体发生系统主要有以下几种类型：
(1)液N2。贮于压缩气体钢瓶内的N2是由专业厂家生产的，可以直接用于气调贮藏。在工业发达国家由于液氮价格较低，且占很小的资金和设施成本，中小型气调库常用此法。在我国，这种来源的N2价格较贵，目前多用于实验室，不适于商业气调库。商业气调库都配有气体发生系统专门制造氮气。
(2)燃烧式制N2系统。一种是利用气体燃料如丙烷、丁烷、天然气等，经催化剂(如载附于Al2O3上的铂催化剂)作用，将来自气调库混合气体中的O2在气调炉内燃烧生成CO2和水蒸气。这些混合气体先在冷却塔分离出冷凝水，然后进入CO2洗涤器脱除过量的CO2，剩余气体主要成分为N2和少量残留的O2，其基本原理见图3－11。但使用这种装置时需要检测剩余气体的成分，以免过多的CO2积累引起安全问题；这类装置因不能脱除乙烯，而增加库内乙烯浓度；另外，还需专门的CO2洗涤器，因此这种装置面临淘汰。过去生产中也常以NH3为燃料制造N2。通常，NH3被加热到900℃时分解为N2和H2，将从库房中来的空气与之混合则发生H2与O2的燃烧反应生成水蒸气，经过冷却塔后，热气体被冷却，水蒸气冷凝为水，生成的气体中O2含量极低，N2浓度很高。这一装置不产生CO2，无需CO2清除器，但因其有不少弊端，目前已不再安装在现代化的气调库中。
图3－11 燃烧式制氮装置(氮气发生器)示意图
1－燃烧室 2－气体冷却室 3－丙烷流量计 4－空气流量计 5－风机
(3)碳分子筛式制氮机。碳分子筛式制氮机的主要原理是利用高压下预处理过的各种气体分子进入分子筛微孔的扩散速度不同来分离N2和O2(如图3－12)。
图3－12 碳分子筛制氮机装置流程
1－空压机 2－除油塔 3－吸附塔 4－储气塔 5－真空泵
碳分子筛是由精煤粉经过精炼、成形、成孔和活化后，具有发达微孔的非极性吸附剂。在碳分子筛中，O2的扩散速度比N2快52倍，而且CO2和乙烯也比N2快，所以O2、CO2、C2H4等首先被吸附，而允许N2通过，因此，碳分子筛气调机不需另设清除CO2和乙烯的装置。另外，富集了O2、CO2、C2H4等气体的分子筛，可以通入空气进行脱附再生，重复利用。目前国外应用的碳分子筛制氮系统由两个碳分子筛吸附床组成，当一个吸附床充满吸收的气体时，系统自动将该床转化为再生模式，而第二个吸附床开始使用。我国吉林化工研究院和中国船舶总公司等单位研制的制氮机已被许多果蔬贮藏单位采用，证明效果良好，成为新一代气调设备向社会推广。
(4)膜分离制氮系统。近年来，膜分离制氮系统开始在气调库上应用。膜分离制氮系统利用选择渗透的原理来分离气体。其通过具有特殊结构的膜(如中空半透性纤维膜束)，根据气体不同的渗透率特性，对不同大小的分子进行选择性的分离，从而将压缩空气中的O2和N2分开，现代膜分离制氮通常利用中空纤维膜技术，其典型的设备模型如图3－13。该装置是由管道和外套组成，似热交换器，有数百万根极细小的中空半透性纤维膜束安装在管道中，开口于管套的两端，高压空气(0．9～1．2MPa)进入管套，O2分子很容易透过中空半透性纤维膜而进入套管，N2分子渗透率较小留在膜外，从而将O2和N2分开。这种膜分离的制氮装置简便，不污染环境，有良好的发展前景。
a膜分离制氮设备示意图
b．纤维束放大示意图
图3－13 膜分离制氮装置原理示意图
3．气体净化系统
气体净化系统主要用来清除贮藏环境中过多的CO2及其他果蔬产品的挥发物，如乙烯和芳香酯类等。
(1)CO2净化系统。通常的CO2净化系统是通过化学和物理的方法除去CO2的，根据吸收剂的状态将气体净化系统分为干式和湿式两类。
干式净化器内放置固体吸附剂，气调库内的气体流经吸附剂周围的孔隙，CO2被吸除，然后再回流至库内。目前生产中常用的干式净化系统装置如图3－14。该装置由两个净化吸收罐组成，使用时将库内空气导入一个吸收罐，净化后的空气返回贮藏室内。两个吸收罐以并联形式连接组合，这样两个吸收罐可以交替的进行吸附和洗脱；在一个吸收罐工作的同时，另一个吸收罐得到再生，由此使气体净化系统保持连续的工作状态。目前，国外及大型气调库普遍使用活性炭吸附CO2；对小批量贮藏或简易气调贮藏则多用消石灰吸收CO2。活性炭可以同时吸附CO2，乙烯和其他挥发物；如用消石灰作吸附剂，只能吸收CO2，这种情况下，可以用吸附有溴的活性炭或用泡沫砖块等作载体吸收高锰酸钾液吸附乙烯，对芳香酯类物可用矿物油或蜡作吸附剂。
图3－14 干式双联式净化器
1～6－气流控制阀
湿式净化系统主要是一个吸收液的喷淋系统，主要利用K2CO3溶液与CO2的可逆反应原理来吸除CO2的(图3－15)。用鼓风机将库内空气吸出流经碱液喷淋层，使气体中的CO2为碱液吸收，然后利用室外空气来曝气，使反应中生成的KHCO3释放CO2气体，净化后的气体重新回到贮藏室。
图3－15 湿式空气洗涤器
湿式净化器也有利用NaOH、水、乙醇胺等作为CO2洗涤剂的，但生产中已不常用。
(2)乙烯净化系统。不少研究表明，加用乙烯脱除装置，排除气调库内乙烯气体，可以延长果蔬贮藏期。乙烯脱除方法与脱除CO2相似。常用的乙烯吸收剂是将饱和高锰酸钾溶液吸附在碎砖块、蛭石或沸石分子筛等多孔的材料上，乙烯与高锰酸钾接触而被氧化。美国商品名为“Purafil”乙烯吸收剂是将饱和高锰酸钾溶液用氧化铝吸附，做成干燥颗粒，填充在乙烯脱除装置中，用封闭式鼓风机使库内的空气通过吸收装置循环，达到清除乙烯的目的。
1981年英国的Knee和Dover设计出一种乙烯脱除系统，称为乙烯净化器，其主要部分是一个陶制蜂窝结构上涂有一层金属铂，这样在200℃条件下能非常容易有效地促进乙烯燃烧氧化，而且本身不需要更新。
4．湿度调节系统
对于多数果蔬来说，气调冷藏库同普通机械冷藏库一样，相对湿度常过低。这主要是因为冷藏系统的冷却管不断结霜所致。可以从两个方面来解决这一问题：一方面是提高冷却管的温度，缩小它与贮藏库的温差(有的仅保持5℃的温差)，以减小冷却管的结霜程度。这就要求加强贮藏库的绝缘性能并尽量减少库内的其他热源。另一方面是在库内设加湿器，使用超声波喷嘴，通过压缩空气将水滴直接喷进气流；或将气体净化器出来的净化空气在回库以前通过加湿器加湿以提高空气的湿度。
5．气体循环系统
为了使贮藏库内各部位的温度及气体成分均匀一致，保证较好的贮藏保鲜效果，气调库还应设气体循环系统，其功能是促使库内空气的内部循环。气体循环系统由风机和进出气管道组成。
6．分析测量控制系统
为成功地在气调条件下贮藏农产品，必须用适当的仪器系统来测定与控制贮藏库内的环境条件。目前，温度、湿度和气体成分(O2和CO2)的精确分析已经与计算机处理系统结合起来，可以使每个贮藏室中取样、记录和控制过程自动进行。而且，在新建的气调库中，库内贮藏条件的自动化控制已经标准化。
7．压力平衡装置
气调贮藏库内常常会在制N2、气体净化及温度变化时发生气压变化，当库内外压力差过大时会破坏库体。因此，库体上需配置压力平衡装置。通常用于气调库的压力平衡装置有膨胀袋和水封装置。
(1)膨胀袋。膨胀袋常用软质不透气的聚乙烯制作，体积为贮藏室容积的0．5%～2%，设在贮藏室的外面，用管子与室内连通。室内气压发生变化时，袋子膨胀或收缩，由此保持室内外气压平衡。另外，膨胀袋的使用有利于减少贮藏室的渗漏，因为恒定的正压有助于减少大气渗入到贮藏室中，所以在一些国家，尤其在荷兰，通过给贮藏室定期充N2，使膨胀袋一直处于膨胀状态。图3－16为典型的膨胀袋设施，并配有贮藏库用的压力释放阀。
图3－16 膨胀袋和压力释放阀
(2)水封装置。水封装置的结构如图3－17所示。
图3－17 水封装置及工作原理示意图
当库内正压超过一定值(60Pa)时，库内空气通过水封溢出；当库内负压超过一定值(60Pa)时，库外空气通过水封进入库内，自动调整库内外压力差，使之不超过一定的值。当库内需要增加氧的含量时，可除去水封装置底部的帽子，库外空气即由此通道进入库内。
但需要注意的是水不能冻结，门深入水中不能大于2．3cm。一般每10m3库体积大约需2．3cm2的调压面积。