CN108575343B - 一种低能耗充氮储粮系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低能耗充氮储粮系统，所述系统包括：空气进气管道、换热器、第一氮气富集器以及粮仓；所述空气进气管道与所述第一氮气富集器进气端连接的管道通过所述换热器内部；所述第一氮气富集器的出气端与所述粮仓连接；所述第一氮气富集器的渗透气出气管道通过所述换热器内部。应用本发明实施例，可以降低氮气储粮系统的能耗。

Description

一种低能耗充氮储粮系统
技术领域
本发明涉及一种储粮系统，更具体涉及一种低能耗充氮储粮系统。
背景技术
我国是个人口大国，粮食的消耗量非常巨大，因此粮食准备是国家战略的重要组成部分。国家一直以来都非常重视粮食储备工作，而且粮食储备的基础建设、设备以及储备技术和质量，都在不停发展和提高。近年来，随着环保、健康的指标不断提高，涌现了很多新的粮食储备技术，例如低温储粮、化学储粮、气调储粮等。粮食储备的时间和质量都大大提高。
目前，得到最广泛应用的为气调储粮，其原理是利用氮气或者二氧化碳气体置换储粮设施里的空气，调节储粮环境内的氧含量，将粮食周围气体的氧气含量降低到2％以内，在低氧环境下，绝大部分害虫以及虫卵均被杀死，同时在低氧环境下，粮食种子的呼吸作用几乎停止，极大提高粮食保存的时间和品质。此种方法无毒、无残留，储粮品质比较高。
但是，现有的气调储粮系统的能耗较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种低能耗充氮储粮系统，以解决现有技术中储粮系统中能耗过高的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明实施例提供了一种低能耗充氮储粮系统，所述系统包括：空气进气管道、换热器、第一氮气富集器以及粮仓；
所述空气进气管道与所述第一氮气富集器进气端连接的管道通过所述换热器内部；
所述第一氮气富集器的出气端与所述粮仓连接；
所述第一氮气富集器的渗透气出气管道通过所述换热器内部。
可选的，所述第一氮气富集器出气端还与第二氮气富集器的进气端连接；
所述第二氮气富集器的出气端连接在所述第一氮气富集器与所述粮仓连接的管道上。
可选的，所述第二氮气富集器的进气端还连接在所述第一氮气富集器与所述空气进气管道的管道上。
可选的，所述第二氮气富集器的渗透气出气管道连接与所述空气进气管道连接。
可选的，所述第二氮气富集器的进气端与所述第一氮气富集器出气端之间设有第一阀门；
所述第一门阀与所述第一氮气富集器的连接点，通往所述第二氮气富集器的管路上还设有第二阀门；
在所述第二阀门与所述第二氮气富集器的连接点之间还设有第三阀门；
在所述第三阀门与所述粮仓连接的管道上还设有第四阀门。
可选的，所述第四阀门的出气管道通过所述换热器与氮气缓冲罐的进气口连接；
所述氮气缓冲罐的出气口与所述粮仓连接。
可选的，所述换热器与所述第一氮气富集器之间还设有加热器；
所述加热器通过第五阀门、第六阀门与所述第二氮气富集器的进气端连接；
所述第一阀门的出气端连接在所述第五阀门与第六阀门之间。
可选的，所述第五阀门与所述第一氮气富集器连接的管道上还设有第七阀门。
可选的，所述氮气缓冲罐还设有稳压阀；
所述稳压阀的出气口与所述空气进气管道连接。
可选的，所述空气进气管道与所述换热器之间还设有：压缩机、散热器、冻干机、过滤器；
所述空气进气管道、所述压缩机、所述散热器、所述冻干机和所述过滤器，依次连接；且所述过滤器的出气端与所述第一氮气富集器的进气端连接。
本发明相比现有技术具有以下优点：
应用本发明实施例，空气进气管道进入的空气输送到第一氮气富集器内，第一氮气富集器对空气中的氮气进行氮气的富集，将分离出的纯度较高的氮气输送至粮仓；纯度较低的渗透气输送至换热器内。由于纯度较低的渗透气的温度高于空气的温度，纯度较低的渗透气将热量散发到换热器中，然后，换热器用这些热量加热空气进气管道进入到第一氮气富集器内的空气，从而避免了或者降低了对进气管道进入到第一氮气富集器内的空气进行加热时消耗的热量，从而节约了能耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种低能耗氮气储粮系统的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1为本发明实施例提供的一种低能耗氮气储粮系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：空气进气管道11、换热器12、第一氮气富集器13以及粮仓14；
所述空气进气管道11与所述第一氮气富集器13进气端连接的管道通过所述换热器12内部；
所述第一氮气富集器13的出气端与所述粮仓14连接；
所述第一氮气富集器13的渗透气出气管道通过所述换热器12内部。
具体的，空气进气管道11进入的空气输送到第一氮气富集器13内，第一氮气富集器13对空气中的氮气进行氮气的富集，将分离出的纯度较高的氮气输送至粮仓14；纯度较低的渗透气输送至换热器12内。由于纯度较低的渗透气的温度高于空气的温度，纯度较低的渗透气将热量散发到换热器12中，然后，换热器12用这些热量加热空气进气管道11进入到第一氮气富集器13内的空气，从而避免了或者降低了对进气管道进入到第一氮气富集器13内的空气进行加热时消耗的热量，从而节约了能耗。
在实际应用中，所述空气进气管道11与所述第一氮气富集器13进气端连接的管道还连接有温度计，对应图中温度计T；气压计，对应图1中第一气压计P1；所述渗透气出气管道的排气口与大气连通；另外，粮仓14还设有气压计用于监测粮仓14内的气压；粮仓14还依次连接有鼓风机30和气体纯度计，用于排出粮仓14内的气体和用于监测粮仓14排出的气体的纯度：给粮仓14充氮气或者换气时，鼓风机30开启，将粮仓14内的气体抽出，并监控抽出气体的氧含量，从而判断充氮系统的启停。需要说明的是，第二气体纯度监测仪对应图1中的气体纯度计Pu2；第二气压计对应图1中的气压计P2。
第一氮气富集器可以为纤维膜氮气分离器。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一氮气富集器13出气端还与第二氮气富集器15的进气端连接；
所述第二氮气富集器15的出气端连接在所述第一氮气富集器13与所述粮仓14连接的管道上。
具体的，第一氮气富集器13富集后的空气输送至第二氮气富集器15进行再次富集。
通常情况下，第一氮气富集器13的出气端输出的富集后的氮气纯度为95％，然后将95％的氮气输送至第二氮气富集器15中，分离出纯度为99％的氮气，然后再将纯度为99％的氮气输送往粮仓14。应用本发明上述实施例，可以得到纯度更高的氮气；进一步降低粮仓14内的氧气含量，从而实现最大限度杀虫、杀卵。
另外，在正常存贮过程中，当检测到粮仓14内氧气含量超过设定值，则系统开启，给仓内充入99％的氮气；可以保证粮仓14内的氮气纯度一直保持在较高(至少高于95％)的水平。
需要强调是的，在进行第一氮气富集器13和第二氮气富集器15进行串联时需要在第一氮气富集器13和第二氮气富集器15的各个连接管道上设置阀门。第二氮气富集器15也可以为纤维膜氮气分离器。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第二氮气富集器15的进气端还连接在所述第一氮气富集器13与所述空气进气管道11的管道上。
具体的，可以通过阀门之间的相互配合将第一氮气富集器13和第二氮气富集器15进行并联操作，以快速的生产出氮气，进而快速降低仓能氧气含量，杀死绝大部分害虫，快速降低种子的呼吸作用，从而提高粮食储存品质。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第二氮气富集器15的渗透气出气管道连接与所述空气进气管道11连接。
由于第二氮气富集器15的渗透气中的氮气纯度较高，如果排入大气，比较浪费，因此，可以将第二氮气富集器15的渗透气输送至空气进气管道11中，在节约氮气的同时，还可以提高空气进气管道11输送的气体中的氮气的浓度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第二氮气富集器15的进气端与所述第一氮气富集器13出气端之间设有第一阀门101；
所述第一门阀101与所述第一氮气富集器13的连接点，通往所述第二氮气富集器15的管路上还设有第二阀门102。
在所述第二阀门102与所述第二氮气富集器15的连接点之间还设有第三阀门103；
在所述第三阀门103与所述粮仓14连接的管道上还设有第四阀门104。
具体的，可以通过第一阀门101、第二阀门102、第三阀门103、第四阀门104的配合将第一氮气富集器13和第二氮气富集器15进行串联或者并联的操作。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第四阀门104的出气管道通过所述换热器12与氮气缓冲罐18的进气口连接；
所述氮气缓冲罐18的出气口与所述粮仓14连接。
由于分离后得到的纯度较高的氮气的温度较高，可以将该部分氮气的输送管道经过换热器12换热，利用这些热量加热空气进气管道11内的空气，进一步的节约能量。
另外，氮气缓冲罐18，用于存储第一氮气富集器13和第二氮气富集器15富集后的氮气，可以在粮仓14内的氮气较少时，补充氮气，在粮仓14内的氮气满足需求，但是第一氮气富集器13和第二氮气富集器15又在源源不断的生产氮气时，存储氮气，避免氮气的浪费，还可以避免第一氮气富集器13和第二氮气富集器15间歇性工作对设备的损害。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述换热器12与所述第一氮气富集器13之间还设有加热器20；
所述加热器20通过第五阀门105、第六阀门106与所述第二氮气富集器15的进气端连接；
所述第一阀门101的出气端连接在所述第五阀门105与第六阀门106之间。
在换热器12对空气进气管道11输送的空气加热不足的情况下，为了提高空气的温度，在换热器12与所述第一氮气富集器13之间还设有加热器20，加热器20加热后的空气可以通过第五阀门105、第六阀门106进入到第二氮气富集器15中。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第五阀门105与所述第一氮气富集器13连接的管道上还设有第七阀门107。
应用本发明上述实施例，加热器20加热后的空气可以通过第七阀门107进入到第一氮气富集器13中。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述氮气缓冲罐18还设有稳压阀1010；
所述稳压阀1010的出气口与所述空气进气管道11连接。
为了避免氮气缓冲罐18内氮气压力过高导致的氮气缓冲罐18损坏，当第三气压计，对应图1中的气压计P3检测到氮气缓冲罐18内的压力过高时，稳压阀1010连通，将氮气缓冲罐18中多余的氮气排入空气进气管道11中，进而可以保护氮气缓冲罐18，还可以节约氮气资源，降低粮食的存储成本。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述空气进气管道11与所述换热器12之间还设有：压缩机22、散热器24、冻干机26、过滤器28；
所述空气进气管道11、所述压缩机22、所述散热器24、所述冻干机26和所述过滤器28，依次连接；且所述过滤器28的出气端与所述第一氮气富集器13的进气端连接。
具体的，空气进气管道11输送的空气经压缩机22压缩后，气体温度升高，通过散热器24，温度降至室温，再经过冻干机26降温除水，然后由三级过滤器28过滤空气中残留的雾状水滴和固体微小颗粒，最后气体进入换热器12，与富氮模块的尾气进行热交换，升温后的气体经加热器20加热至设定温度。并由第一气压计，对应图1中的气压计P1；以及温度传感器，对应图中温度计T进行适时监测。含水量、固体颗粒含量、温度、压力都达标后的气体，进入第一氮气富集器13和/或第二氮气富集器15。
应用本发明实施例，可以进一步提高氮气的纯度，还可以避免空气中的颗粒物水分对第一氮气富集器13和/或第二氮气富集器15的损害。
另外，在应用本发明上述实施例：
1、当系统刚开始运行时，第二阀门102、第三阀门103、第五阀门105、第六阀门106、第七阀门107打开，第一阀门101关闭，第八阀门108关闭，质量流程控制器阀门也关闭。这时富氮的两个模块为并联，打开第四阀门104，经第一纯度监测仪，对应图1中的气体纯度计Pu1监测后纯度达到95％的氮气经过换热器12换热，进入氮气缓冲罐18。第一氮气富集器13的渗透气为氧含量30％以上空气，经热交换后，排放到大气中。在氮气缓冲罐18内气体压力达到预设阈值时，向粮仓14内充气。
2、当系统运行一段时间后，粮仓14内气体的含氧量降低到5％以下，此时进行阀门切换操作：第七阀门107、第一阀门101、第六阀门106、第三阀门103打开，第二阀门102关闭，第五阀门105关闭，第八阀门108关闭，质量流量控制器32阀门开到设定位置，此时第一氮气富集器13和第二氮气富集器15为串联，系统压力、流量都保持不变，压缩空气经过第一氮气富集器13，富集后的氮气浓度达到95％，然后95％纯度的氮气进入第二氮气富集器15，第一氮气富集器13排出的渗透气为30％富氧气体，经热交换后直接排大气。95％的氮气经过第二氮气富集器15提纯后氮气纯度达到99％，经过第一纯度监测仪Pu1监测合格后，经换热器12，进入氮气缓冲罐18。
另外，渗透气，即渗余气中氮气含量仍然比较高，此部分气体不再排空，经过质量流量计调节控制后，返回压缩机22之前的空气进气管道11内与空气混合，提高原料空气中氮气含量。
3、在正常储粮过程中，当第二纯度监测仪Pu2监测到粮仓14内的氮气纯度低于设定值时，压缩机22开启，阀门步骤2中的阀门切换操作进行设置，系统向粮仓14内充入99％的氮气，可以提高粮仓14内氮气纯度。
4、开仓之前，需要先将仓内氧气含量提高到大气的氧含量，然后仓储人员才可进入附近处理相关事宜。可以将第一氮气富集器13的渗透气收集起来，利用管道输送到粮仓14内，由于渗透气中氧含量比较高，可以迅速提高粮仓14内的氧气含量，从而减少准备工作的时间，从而提高粮仓14周转的效率。其流程为：关闭第八阀门108、第十阀门1014、第六阀门106；打开第九阀门1012；开机使系统工作，即可以为粮仓14内快速补氧。
另外，还可以通过阀门切换，实现一级膜分离器和二级膜分离器并联，将第一氮气富集器13和/或第二氮气富集器15的渗透气收集起来，并将富氧的渗透气充入粮仓14，从而实现粮仓14氧气含量的快速提升，进一步提高换气效率。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，系统还设有PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)进行系统的自动控制。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，该系统可以随时使用随时制氮，无需投入大型缓冲罐，还可以实现车载集成。从而实现一套车载系统，对粮库库区多个粮仓14充氮、补氮的覆盖。
另外，在实际应用中，气体进气管道11上还连接有入口过滤器34，用于对空气进行初步过滤。可以理解的是，气体进气管道11的出气端与入口过滤器34的进气端连接，入口过滤器34的出气端可以与压缩机22的进气端、质量流量计32的出气端、稳压阀1010的出气口连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低能耗充氮储粮系统，其特征在于，所述系统包括：空气进气管道、换热器、第一氮气富集器以及粮仓；
所述空气进气管道与所述第一氮气富集器进气端连接的管道通过所述换热器内部；
所述第一氮气富集器的出气端与所述粮仓连接；
所述第一氮气富集器的渗透气出气管道通过所述换热器内部；第一氮气富集器对空气中的氮气进行氮气的富集，将分离出的纯度较高的氮气输送至粮仓；
所述第一氮气富集器出气端还与第二氮气富集器的进气端连接；
所述第二氮气富集器的出气端连接在所述第一氮气富集器与所述粮仓连接的管道上；所述第二氮气富集器的进气端还连接在所述第一氮气富集器与所述空气进气管道的管道上；所述第二氮气富集器的渗透气出气管道连接与所述空气进气管道连接；
所述第二氮气富集器的进气端与所述第一氮气富集器出气端之间设有第一阀门；所述第一门阀与所述第一氮气富集器的连接点，通往所述第二氮气富集器的管路上还设有第二阀门；在所述第二阀门与所述第二氮气富集器的连接点之间还设有第三阀门；在所述第三阀门与所述粮仓连接的管道上还设有第四阀门；所述第四阀门的出气管道通过所述换热器与氮气缓冲罐的进气口连接；所述氮气缓冲罐的出气口与所述粮仓连接；
所述换热器与所述第一氮气富集器之间还设有加热器；所述加热器通过第五阀门、第六阀门与所述第二氮气富集器的进气端连接；所述第一阀门的出气端连接在所述第五阀门与第六阀门之间。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗充氮储粮系统，其特征在于，所述第五阀门与所述第一氮气富集器连接的管道上还设有第七阀门。
3.根据权利要求1所述的一种低能耗充氮储粮系统，其特征在于，所述氮气缓冲罐还设有稳压阀；
所述稳压阀的出气口与所述空气进气管道连接。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗充氮储粮系统，其特征在于，所述空气进气管道与所述换热器之间还设有：压缩机、散热器、冻干机、过滤器；
所述空气进气管道、所述压缩机、所述散热器、所述冻干机和所述过滤器，依次连接；且所述过滤器的出气端与所述第一氮气富集器的进气端连接。
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