FCP系列自压平衡式CO2发生器的结构及其应用

由于CO2 是作物生长发育的必需原料，所以，在温室作物栽培生产中，CO2 施肥研究与应用历来备受重视，它不仅是羧化产物，它还可以调节许多重要的生理过程，如调节气孔开闭，影响蒸腾速率（Tr）、能量分配、叶片温度（TL）、气孔密度、气孔导度、水分利用效率（WUE），改善土壤湿度状况，影响呼吸及光合产物的分配，最终直接影响产量。研究表明，CO2 浓度从330μmol/mol 提高到525μmol/mol，每增加100μmol/mol 的CO2，可增加2.65kg/m2 的作物产量，还能提高作物抗逆性，增加果实含糖量，提早开花。CO2 倍增后可以提高WUE 达60%~160%。长期的CO2 浓度倍增可以引起淀粉积累和蔗糖合成的增加，对光合产物的运输与分配有较大的影响。由于高CO2浓度使淀粉和蔗糖的积累，易造成N/C 比率降低，会增加植物氮利用效率。显然，高效的CO2 气体补施取决于气原的优劣。与其它类型CO2 气体发生器不同，自压平衡式CO2 发生器的结构简单，造价低、使用方便，尤其是CO2 气体产生过程是在液相中进行的，产生CO2速度快、CO2 气体纯度高、增产效果明显。

1 主要结构及工作原理
1.1 工作原理
FCP 系列CO2 发生器主要采用含有碳酸根负离子的盐和酸作为原料，经化学反应后产生所需的CO2，其副产品视所用原料而定。如：

凡是能产生（NH4）2SO4 的反应，其废液均可作为优质肥料。在配料时，最好将盐做成颗粒（体积为1cm3），硫酸的浓度可为65%（这个浓度用户易掌握，取市售H2SO4 1L，加到0.5L 水中即可）。在富有纯度较高的CaCO3（石灰石）的地方，可采用CaCO3和98% NH4HCO3 为1:2 的配料，以降低成本且有利于反应的进行。产气过程和产气量可由放气阀来控制，当打开放气阀时，酸液靠自身的势能加压通过减速孔进入反应腔与盐结合产生CO2。随着反应的进行，反应腔内CO2 量逐渐增大，产生一定的压力，反应腔内相应的压力制约了酸液进入反应腔的流速。放气阀打开的大，反应腔内压力降低，酸进入量增大，与固液接触面增大，产气速率加大。放气阀打开的小，腔压增大，酸进入量小，固液面接触小，产气速率减慢。关闭气阀后，这时反应腔内继续反应，当所产生的CO2 形成的内压将全部酸液排出反应筒而使酸盐隔离，反应即可停止。因此反应的快慢及起始和终结，都简单地由开启放气阀来实现。
1.2 主要结构
如图1 所示，FCP 系列CO2 发生器主要结构有反应腔15、贮液腔5 与缓冲腔11、净化腔16 等组成。

1.2.1 反应腔
反应腔内装有反应筒12，反应筒上部为反应室，也为盐物容腔，中部是装有滤布的反应芯13，其下部为装有排污旋盖的沉淀过滤筒。
1.2.2 缓冲腔
缓冲腔上方装有溢液阀（也称注液阀）14，和酸液指示线，其为图中虚线，下部有环流平衡管9 与反应腔相通。
1.2.3 贮液腔
贮液腔5 为整部发生器主体支撑物，其上除装设有反应腔15，缓冲腔11 和净化腔16 外，还装有废液排口7 和支座6 等。
1.2.4 净化腔
净化腔16 内装有净化液，其顶部装有加液旋盖，上部设有放气阀1，下部设有排废口4，内部装有通气管2 和净化液位示意线3。
图1 所示为标准（Ⅲ）型产品，适用于要求气体纯度较高的情况。如选用原料的品质较好，可用经济（Ⅱ）型产品，此产品不设有净化腔及其附件，如2 中的1、2、3、4 和16 等。而简易（Ⅰ）型产品的结构更简洁，为便携式产品。如图2 所示，其中17 为提手，18 为缓冲通道，余者同前。图3 为标准（Ⅲ）实物照片。


2 用途及使用范围
FCP 系列自压平衡式CO2 发生器是农用产品，可用以进行温室CO2 气体浓度的补施和水果贮库内CO2 含量的调节，从而实现植物栽培生产的增产增收和水果的贮藏保鲜。其可入网进行自动控
制，也可人工操作进行手动或半自动化操作运行。

3 主要规格及技术参数
使用温度 -5~55℃ 使用湿度 0~100%
保存温度 -15~65℃ 保存湿度 0~100%
CO2 产气纯度 ＞ 96% 有害气体 ＜ 0.1 μL/L
液体容量 ＞ 15kg 固体容量 ＞ 3kg

4 使用方法及注意事项
4.1 使用方法
① 酸液的配制：将市售95%~98% 的H2SO4 缓慢加到水中，边加边搅动，在此过程中，由于放出大量热，因此加酸的顺序不能搞错，即酸加到水中，酸水比为1:0.5（即取1L 酸，0.5L 水），待酸液冷却后方可使用，并且要在磁罐或塑料容器内配制。
② 盐的选择：所用硫酸盐的颗粒粗细度可以是任意的，但最好是块状固体。如用CaCO3 ＋ 2NH4HCO3，做成1cm3 小块最好。
③ 净化液：将500g NH4HCO3 或NaHCO3 溶于5L 水中即可。
④ 将配好的酸液、净化液从注液阀、净化腔加液口中分别注到贮酸腔内和净化腔中至液体线，而后将净化腔液口旋盖扭紧，并加盖注酸口安全盖即可。
⑤ 取出反应筒放入碳酸盐固体以满为限，然后很快插入，并立即旋紧盖子（注，这时应事先将放气阀关闭），并同时检查各个盖子是否扭紧。
⑥ 需要CO2 时，开启放气阀即可，需要量大，开大，需要量小，开小。
⑦ 废酸，废净化液可从排液口放出，沉淀物可在取出反应筒的同时打开旋盖倒掉，清洗即可。
4.2 注意事项
① 配制酸液时，由于放出大量热，因此加酸的顺序千万不能搞错，即酸加到水中，边加边搅，酸液冷却后才可注入贮酸腔。
② 在使用该发生器时，一定要检查发生器的气密性（即是否漏气），如果有漏气现象则发生器不能使用，可更换各种橡皮垫。
检查方法，在使用前，将放气阀打开，从注酸口注水（水中加几滴墨水），到达酸液指示以下25cm 处，关闭开气阀，同时扭紧各个盖子和阀门。再继续注水至酸量指示位置，而后放置10~15min，液面不下降，说明发生器不漏气，如果液面下降，表明漏气不能使用，查明漏气的原因，检查完毕将水排净。
③ 如果固体原料中有CaCO3， 则反应后有CaSO4 沉淀，注意排除沉淀，不能单纯使用CaCO3 和硫酸做配料，必须同NH4HCO3 混配，否则反应不易进行。
④ 本发生器为全塑制品，使用时要远离热源，也不能用硬器撞击。
⑤ 如用废料（NH4）2SO4 作肥料时， 只有当酸液中加入NH4HCO3 时不再产生CO2 气泡时，酸液才能作为液肥使用。
⑥ FCP 系列产品，可根据不同要求选择不同容量和产气量的类型。

5 效益分析
本研究成果不但有利于指导温室栽培者有效地补施CO2 气体，优化温室气体环境，而且有利于减少温室病虫害的发生，实现绿色商品生产。产品造价仅为传统其它同类CO2 气体发生器的37%~40%。
研究系统的应用在改善和优化了植物或动物的生长环境同时，对自然环境没有污染和破坏。系统的推广应用，减少了农药和化肥的应用，这不但提高了产品产量，更主要的是提高了产品的品质，促使产品基本不含或不含农药残留，从而达到安全、绿色产品生产，因此，有利于提高人民的身体健康和促进社会的稳定发展。