专利：一种循环式空气源设施农业CO2施肥装置.pdf

19 中华人民共和国 国家知识产权局 12 发明专利申请 10 申请公布号 43 申请公布日 21 申请号 201910697989 9 22 申请日 2019 07 31 71 申请人 云南师 范 大 学 地址 650500 云南省昆明市呈贡区聚贤街 768号云南师 范 大 学太阳能研究所 72 发明人 黄晶心 贾昱靖 王晨娇 祁兰 兰 徐海 洋 51 Int Cl A01G 7 02 2006 01 54 发明名称 一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 57 摘要 本发明公布了一种循环式空气源设施农业 CO2施肥装置 主要包括CO 2富集装置 气泵 阀 门 CO 2吸附材料 CO 2输送管道 CO 2排出口 导线 电阻丝网层 CO 2浓度传感器 传感线 智能控制 器以及必要导线与管道连接 该设备利用 CO2吸 附材料选择性的吸附 富集空气中含有的CO 2 通 过低温加热使CO 2从吸附材料中脱附 以此为设 施农业内植物生长提供光合作用原料 该设备所 用CO 2吸附材料可重 复使用 可通过吸附 脱附过 程循环为农业设施提供CO 2 相较于传统的干冰 法 燃烧法 反应堆法等具有智能 安全 无污染 和运行 成本低等特点 有一定的实际应用价 值 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 112293087 A 2021 02 02 CN 112293087 A 1 一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 其特征在于 由CO 2富集装置 气泵 阀门 CO2吸附材料 CO 2输送管道 CO2排出口 导线 电阻丝网层 CO2浓度传感器 传感线 智能控 制器包含CO 2控制终端 常规工作元件控制终端 以及系统中一些必要的开关与线路组成 2 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 CO 2富集装置由 CO 2吸 附材料层 用于放置吸附CO 2吸附材料的电阻丝网层构成 3 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 智能控制器由 CO2浓 度传感器 CO 2控制终端 常规工作元件控制终端构成 4 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 CO 2吸附材料层为空气 中CO 2富集机构 其中填充材料为常温型CO 2吸附材料 在气泵产生的气压下 空气能通过该 机构 该机构中填充的CO 2吸附材料能够在常温下选择性的吸收空气中的CO 2 加温以后吸附 在该机构中的CO 2从中脱附而出 5 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 放置吸附CO 2吸附材料 的电阻丝网层主体部分由不锈钢丝网制成 其中嵌有有电阻丝 不锈钢网制成网套 可以用 于装填CO 2吸附材料 其中的电阻丝在通电后可用于加热CO 2吸附材料 6 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 气泵在启动后可形成 风压 将空气排入CO 2富集装置中 7 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 阀门在CO 2吸附材料层 吸附空气中CO 2时处于打开状态 可排出空气中的除去CO 2后的剩余部分 8 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 智能控制器对系统中 的CO 2富集装置 阀 泵的工作状态进行控制 9 根据权利要求1所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 CO 2排出口 农业设施 内部的CO 2排气管上具有一定间距的排气孔 能够将管路中的CO 2均匀地排进农业设施内部 10 所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置具体的运行原理如下 CO 2富集时 阀 门处于打开状态 气泵将空气鼓入CO 2富集装置中 其中设置的CO 2吸附材料层可选择性的吸 附空气中的CO 2 未被吸附的气体则经过阀门排入大气中 用于放置CO 2吸附材料的电阻丝网 通过导线与电源连接 当进行脱附过程时 空气进口泵和阀门关闭 电阻丝网加热CO 2吸附 层材料后使得CO 2从中脱附出去 气泵通过CO 2输送管道将脱附出的CO 2泵至农业设施内 为 植物提供光合作用原料 在富集箱1进行脱附过程时 气泵将脱附出的CO 2泵至农业设施内 部 为避免CO 2逸出 此时气泵和阀门处于关闭状态 富集箱1和富集箱2具有完全相同的结 构 为一备一用关系 11 所述一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置的控制原理如下 智能控制器通过设 置在不同位点的CO 2浓度探测器获取农业设施内部CO 2浓度 这些信号通过传感线传递至智 能控制器 当设施内部CO 2浓度低于设置范围时 智能控制器启动CO 2富集装置 泵 为设施内 部提供CO 2 当农业设施内部CO 2浓度高于设置范围时 智能控制器关闭CO 2富集装置 泵停止 为设施内部提供CO 2 权 利 要 求 书 1 1 页 2 CN 112293087 A 一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 技术领域 0001 本发明涉及一种循环式设施农业CO 2施肥装置 特别涉及一种利用空气作为CO 2来 源的CO 2施肥装置 背景技术 0002 设施农业是珍惜花卉 果蔬等农产品生产的重要方式 是全世界公认的高效率 高 经济效益的农业方式 所占份额在农业生产领域仍在快速增加 设施农业的高产出 高效率 是在资源高效配制下完成的 农业资源投入的不足将严重限制设施农业的产出 农产品的 质量和经济收益 以CO 2为例 由于控温 光 病虫害等因素限制 农业设施内部空气一般与 外界交换较少 内部CO 2条件与外界有较大差异 设施内随着植物光合作用进行 CO 2浓度逐 渐下降 在阳光充足情况下 CO 2浓度在见光后1 2小时内的能下降到补偿点以下 这严重限 制了植物的光合作用和生长 如何快速 有效的提供CO 2是目前设施农业生产中常见的重要 问题 0003 传统CO 2施肥方式包括固态干冰法 燃烧法 反应堆法等 反应堆法在发酵过程中 会产生甲烷 氨 硫化氢等有毒气体 施用固态干冰法 操作方便 方法简单 用量易控 但成 本高 需冷冻设备 贮运不方便 对人体也易产生低温危害 通过燃烧燃料产生CO 2气体送入 温室中 在产生CO 2的同时 还释放出热量加热温室 但CO 2浓度不易控制 且在燃烧过程中常 有一氧化碳和二氧化硫有害气体伴随而出 0004 在自然条件下 大气中CO 2的含量为0 03 在空气中CO 2储量巨大 同时限制CO 2排 放是全球普遍的共识 多国为此而签署了 京都议定书 哥本哈根协议 等具有约束力的 国际协议 利用空气作为来源为设施农业提供CO 2 理论上可增加设施农业的产出 同时可 以起到CO 2减排的目的 具有一定的经济价值和环境效益 但目前市场上并无此类或相似产 品 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 将空气中的CO 2 进行富集后向农业设施内植物提供光合作用原料 上述过程的实现能够保证稳定CO 2供应 减少人工CO 2施肥带来的弊端 避免采用固态 液态CO 2带来的人身安全危害 以及燃烧法CO 2 施肥带来的环境污染 0006 本发明主要通过以下技术方案实现 一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 主 要包括 CO 2富集装置 气泵 CO 2输送管道 CO 2排出口 导线 智能控制器 阀门构成 0007 所述CO 2富集装置由 CO 2吸附材料层 用于放置吸附CO 2吸附材料层的电阻丝网层 构成 0008 所述智能控制器由 CO2浓度传感器 CO 2控制终端 常规工作元件控制终端构成 0009 所述CO 2吸附材料层为空气中CO 2富集机构 其中填充材料为常温型CO 2吸附材料 在气泵产生的气压下 空气能够通过该机构 该机构中填充的CO 2吸附材料能够在常温下选 说 明 书 1 3 页 3 CN 112293087 A 择性的吸收空气中的CO 2 经加温以后吸附在该机构中的CO 2从中脱附而出 0010 所述放置吸附CO 2吸附材料层的电阻丝网层主体部分由不锈钢丝网制成 其中嵌 有电阻丝 不锈钢网制成网套 可以用于装填CO 2吸附材料 其中的电阻丝在通电后可用于 加热CO 2吸附材料 0011 所述气泵在启动后可形成风压 将空气泵入CO 2富集装置中 0012 所述阀门在CO 2吸附材料层吸附空气中CO 2时处于打开状态 可排出空气中的除去 CO2后的剩余部分 0013 所述CO 2富集装置可通过吸附和脱附过程实现对CO 2富集 为植物生长提供原料 具 体的运行原理如下 CO 2富集时 阀门处于打开状态 气泵将空气鼓入CO 2富集装置中 其中设 置的CO 2吸附材料层可选择性的吸附空气中的CO 2 未被吸附的气体则经过阀门排入大气中 用于放置CO 2吸附材料的电阻丝网通过导线与电源连接 当进行脱附过程时 空气进口泵和 阀门关闭 电阻丝网加热CO 2吸附层材料后使得CO 2从中脱附出去 气泵通过CO 2输送管道将 脱附出的CO 2泵至农业设施内 为植物提供光合作用原料 在富集箱进行脱附过程时 气泵 将脱附出的泵至农业设施内部 为避免CO 2逸出 此时气泵和阀门处于关闭状态 富集箱和 富集箱具有完全相同的结构 为一备一用关系 0014 所述智能控制器 对系统中的CO 2富集装置 阀 泵的工作状态进行控制 智能控制 器通过设置在不同位点的CO 2浓度探测器获取农业设施内部CO 2浓度 这些信号通过传感线 传递至智能控制器 当设施内部CO 2浓度低于设置范围时 智能控制器启动CO 2富集装置 泵 为设施内部提供CO 2 当农业设施内部CO 2浓度高于设置范围时 智能控制器关闭CO 2富集装 置 泵停止为设施内部提供CO 2 0015 所述CO 2排出口 农业设施内部的CO 2排气管上具有一定间距的排气孔 能够将管路 中的CO 2均匀地排进农业设施内部 附图说明 0016 图1 一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置结构示意图 图2 CO 2富集装置结构示意图 图中 1 2 CO 2富集装置 3 6 阀门 5 7 10 气泵 8 CO 2吸附材料 11 CO 2输送 管道 4 电阻丝网层 12 农业设施 13 智能控制器 14 传感线 15 CO2排出口 16 CO2浓度传感器 智能控制器包括CO 2控制终端 常规工作元件控制终端 0017 具体实施方式 为使本发明实现的技术手段 创作特征 达成目的与功效易于明白了解 下面结合具体 实施方式 进一步阐述本发明 0018 本发明将空气中的CO 2富集后向农业设施内植物提供光合自作用原料 如图1所 示 一种循环式空气源设施农业CO 2施肥装置 主要包括CO 2富集装置 1 气泵 5 7 10 阀门 3 6 CO 2吸附材料 8 CO 2输送管道 11 CO 2排出口 15 导线 9 电阻丝网层 4 CO2浓度传感器 16 传感线 14 智能控制器 13 智能控制器包含CO 2控制终端和常规工作 元件控制终端 以及系统中一些必要的开关与线路 0019 所述CO 2富集装置可通过吸附和脱附过程实现对CO 2富集 为植物生长提供原料 具 体的运行原理如下 CO 2富集时 阀门 3 6 处于打开状态 气泵 5 7 将空气鼓入CO 2富集装 说 明 书 2 3 页 4 CN 112293087 A 置 1 2 中 其中设置的CO 2吸附材料层 8 可选择性的吸附空气中的CO 2 未被吸附的气体则 经过阀门 3 6 排入大气中 用于放置CO 2吸附材料的电阻丝网 4 通过导线 9 与电源连 接 当进行脱附过程时 气泵 5 7 和阀门 3 6 关闭 电阻丝网 4 加热CO 2吸附层材料 8 后使得CO 2从中脱附出去 气泵 10 通过CO 2输送管道 11 将脱附出的CO 2泵至农业设施 12 内 为植物提供光合作用原料 为保障运行效率及避免CO 2逸出 所述智能控制器 13 对系 统中的CO 2富集装置 1 阀 3 6 泵 5 7 10 的工作状态进行控制 CO 2智能控制器通过 设置在不同位点的CO 2浓度探测器 16 获取农业设施内部CO 2浓度 这些信号通过传感线 14 传递至智能控制器 3 当设施内部CO 2浓度低于设置范围时 智能控制器启动CO 2富集 装置 泵 为设施内部提供CO 2 当农业设施 1 内部CO 2浓度高于设置范围时 智能控制器关 闭CO 2富集装置 1 泵 5 7 10 停止为设施内部提供CO 2 富集箱1和富集箱2具有完全相 同的结构 为一备一用关系 0020 实施例 选用对CO 2吸附效率高的PPN 6 SO3Li型材料作为CO 2富集装置内的CO 2吸附材料层填充 材料 在常温下 气泵向CO 2富集装置内部鼓入空气 由气泵形成的气压使空气通过由电阻 丝网层包裹的CO 2吸附材料层 PPN 6 SO3Li型材料可选择性的吸附空气中的CO 2 未被吸附 的空气其他成分经阀门排回大气中 农业设施内部设置有CO 2探测器 该探测器可将农业设 施内部的CO 2浓度数据经传感线传递至CO 2智能控制器 该控制器可根据设置的CO 2浓度范围 控制CO 2富集装置 阀 泵的状态 需要向农业设施内部提供CO 2时阀门关闭 在电阻丝加热至 75 80 时PPN 6 SO3Li型材料中吸附的CO 2被脱附出来 被脱附出的CO 2通过气泵形成的动 力经CO 2输送管道输送至农业设施内部 为为农业设施提供CO 2肥料 不需要向农业设施提供 CO2时 设备中的CO 2富集装置 阀 泵处于关闭状态 0021 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点 本行业的技术 人员应该了解 本发明不受上述实施例的限制 上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理 在不脱离本发明精神和范围的前提下 本发明还会有各种变化和改进 这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定 说 明 书 3 3 页 5 CN 112293087 A 图1 图2 说 明 书 附 图 1 1 页 6 CN 112293087 A