本实用新型涉及捕获二氧化碳的装置，尤其涉及一种直接捕获空气中的二氧化碳，用于温室大棚农作物种植的二氧化碳捕获装置。
背景技术：
近百年来，由于化石燃料的大规模使用，大量的二氧化碳被排放到大气中。大气中的二氧化碳浓度由工业革命前的270ppm升高到现今的400ppm，这被认为是温室效应的最主要原因。近几十年来，温室气体排放所导致的全球气候变化已成为全球公认的环境问题，特别是近年来全世界范围的气候异常给许多国家的粮食生产、水资源和能源供给带来了严重影响。二氧化碳的减排与控制，已经成为二十一世纪最大的科技挑战之一。
虽然温室气体排放导致的全球气候变化对农业生产带来了很多不确定性和负面影响，但是就大气中二氧化碳浓度上升而言，其对农业生产并不是一件坏事，反而有较大的促进作用。二氧化碳是绿色植物进行光合作用的主要原料，其浓度是光合作用的主要限制因子。一般来说，植物进行光合作用的最适浓度为1000ppm，而大气中的二氧化碳浓度仅为400ppm，温室大棚中的二氧化碳浓度则更低。给农作物提供高浓度的二氧化碳能显著提高作物产量。
传统的二氧化碳捕获方法所针对的是工业过程的固定排放源，如火力发电厂、化工厂、天然气田等排放的废气，对其进行废气处理后进行二氧化碳的捕获，我国的固定二氧化碳排放源基本上都是燃煤电厂，其烟道气中含有较高浓度的汞，这种烟气不能直接用于食物相关的用途，而做深度脱汞处理则不具经济性。而且传统的二氧化碳捕获是将二氧化碳富集到90％以上的浓度，这是地质封存的要求，因为可以减少气体压缩和输送成本。然而，对于温室大棚而言，二氧化碳浓度只需要达到1000ppm左右就可以满足作物的生长需求，按照传统的二氧化碳捕获方法浪费能源，分离能效较低。而且捕获空气中的CO2富集到90％浓度的成本约为300～1000美元/吨CO2，捕获成本较高，经济型差。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置，直接捕捉空气中的CO2作为二氧化碳肥供给温室大棚，经济性好且分离能效较高。
本实用新型提供的技术方案如下：
一种捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置，包括：吸附进气管、吸附出气管、脱附进气管与脱附出气管；第一阀门，所述第一阀门设有第一吸附进气口、第一脱附进气口和出气口，所述第一吸附进气口与所述吸附进气管连通，所述第一脱附进气口通过所述脱附进气管与温室大棚的内部连通；第二阀门，所述第二阀门设有第二吸附出气口、第二脱附出气口和进气口，所述第二吸附出气口与所述吸附出气管连通，所述第二脱附出气口通过所述脱附出气管与温室大棚的内部连通；吸脱附床层，所述吸脱附床层将所述第一阀门的出气口与所述第二阀门的进气口连通；风机，所述风机设置于所述第一阀门与第二阀门之间，且所述第一阀门的出气口通过所述风机与所述第二阀门的进气口连通；第一CO2浓度检测装置、第二CO2浓度检测装置与第三CO2浓度检测装置，所述第一CO2浓度检测装置设置于所述吸脱附床层与第二阀门之间，所述吸脱附床层与第二阀门通过所述第一CO2浓度检测装置连通，所述第二CO2浓度检测装置设置于所述吸脱附床层与第一阀门之间，所述吸脱附床层与第一阀门通过所述第二CO2浓度检测装置连通，所述第三CO2浓度检测装置设置于所述温室大棚内；温控装置，所述温控装置设置于所述吸脱附床层处；当所述吸脱附床层处于吸附状态时，所述外部环境、吸附进气管、第一阀门、第二CO2浓度检测装置、风机、吸脱附床层、第一CO2浓度检测装置、第二阀门与吸附出气管形成吸附回路；当所述吸脱附床层处于脱附状态时，所述温室大棚的内部、脱附进气管、第一阀门、第二CO2浓度检测装置、风机、吸脱附床层、第一CO2浓度检测装置、第二阀门与脱附出气管形成脱附回路。
上述结构中，当吸脱附床层处于吸附状态时，通过风机将外部环境中的空气泵入吸脱附床层处进行CO2的吸附，在吸脱附床层处的CO2处于饱和状态时，将第一阀门和第二阀门的连通方向进行切换，并打开温控装置、对吸附床层处进行加热，并通过风机将温室大棚内的空气泵入吸脱附床层内进行脱附，缓慢增加温室大棚内的CO2的浓度，直至温室大棚中的CO2浓度达到需要的浓度值即可。由于是直接捕捉空气中的CO2，省去了处理烧煤厂的废气中的有害物质的成本，且只需要将CO2富集到需要的浓度，不需要富集到90％以上的浓度，大大提高了分离能效且降低了捕获和处理CO2成本，而且利用空气中的CO2补充到温室大棚内也对降低环境中的CO2也有好处，减缓全球温室效应。
优选地，所述风机位于所述吸脱附床层与第一阀门之间，且所述吸脱附床层与第一阀门通过所述风机连通。
优选地，所述温控装置包括：热电偶与加热器，所述热电偶与加热器均设置在所述吸脱附床层内；或所述温控装置包括：热电偶与加热器，所述吸脱附床层与第一阀门之间设有预加热装置，所述吸脱附床层与第一阀门通过所述预加热装置连通，所述预加热装置内设有所述热电偶与加热器，且所述吸脱附床层内设有所述热电偶；或所述温控装置包括：热电偶与加热器，所述吸脱附床层与第一阀门之间设有预加热装置，所述吸脱附床层与第一阀门通过所述预加热装置连通，所述预加热装置内设有所述热电偶与加热器，且所述吸脱附床层内也设有所述热电偶与加热器。
通过多设置一个预加热装置能够对通入吸脱附床层内的空气进行预加热，使其能够在进入吸脱附床层之前就具有适当的脱附温度，提高脱附效率。
优选地，所述捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置还包括：PLC控制器，所述PLC控制器分别和所述第一CO2浓度检测装置、第二CO2浓度检测装置、第三CO2浓度检测装置、风机、加热器、热电偶、第一阀门与第二阀门连接。
上述结构中，通过设置PLC控制器对各个设备进行统一控制，可以节约人力成本，实现二氧化碳捕获的自动化。
优选地，所述第一阀门与第二阀门均为电磁三通阀。
优选地，所述吸附进气管处设有空气过滤器。
上述结构中，通过设置空气过滤器能够避免空气中的粉尘在吸附时留在吸脱附床层处，时间长了之后灰尘会堵塞在吸脱附床层，导致吸脱附床层的吸附效率和脱附效率降低。
本实用新型提供的一种捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置，能够带来以下有益效果：
本实用新型中通过直接在温室大棚旁边设置用于捕获大气中二氧化碳的装置，能够捕获空气中的CO2，并用温室大棚内部的空气脱附吸脱附床层处吸附的二氧化碳，将其通入温室大棚内，提高温室大棚内的CO2浓度，有利于提高作物的产量，且不需要附加设置做深度脱汞处理的设备，设备成本较低，而且经济性好且分离能效较高，对空气中CO2进行利用，缓解温室效应。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本实用新型的捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置的结构示意图。
附图标号说明：
1-温室大棚，2a-第一阀门，2b-第二阀门，3-风机，4-吸脱附床层，5-第一CO2浓度检测装置，6-预加热装置，7-空气过滤器，8a-吸附进气管，8b-吸附出气管，8c-脱附进气管，8d-脱附出气管。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
【实施例1】
如图1所示，实施例1公开了一种捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置，其包括：吸附进气管8a、吸附出气管8b、脱附进气管8c、脱附出气管8d、第一阀门2a与第二阀门2b，其中，第一阀门2a设有第一吸附进气口、第一脱附进气口和出气口，第一吸附进气口与吸附进气管8a连通，第一脱附进气口通过脱附进气管8c与温室大棚1的内部连通，第二阀门2b设有第二吸附出气口、第二脱附出气口和进气口，第二吸附出气口与吸附出气管8b连通，第二脱附出气口通过脱附出气管8d与温室大棚1的内部连通。
还包括：吸脱附床层4、风机3、第一CO2浓度检测装置5、第二CO2浓度检测装置、第三CO2浓度检测装置(图中未标出)与温控装置，其中，吸脱附床层4将第一阀门2a的出气口与第二阀门2b的进气口连通，风机3位于吸脱附床层4与第一阀门2a之间，且吸脱附床层4与第一阀门2a通过风机3连通。第一CO2浓度检测装置5设置于吸脱附床层4与第二阀门2b之间，吸脱附床层4与第二阀门2b通过第一CO2浓度检测装置5连通，第二CO2浓度检测装置设置于第一阀门2a与吸脱附床层4之间，第三CO2浓度检测装置设置于温室大棚1内。当然了，为了保证第三CO2浓度检测装置检测到的CO2浓度更加接近温室大棚1内的浓度，将第三CO2浓度检测装置设置在远离脱附出气管8d与温室大棚1的连接处，例如，脱附出气管8d与温室大棚1的连接处的对面的内壁上，此处不再赘述。
本实施例中，第一阀门2a与第二阀门2b均为电磁三通阀。当然了，也可以是其他三通阀，此处不再赘述。
当然了，在其他具体实施例中，风机3只要安装在第一阀门2a与第二阀门2b之间即可，但是，必须保证第二CO2浓度检测装置位于吸脱附床层4与第一阀门2a之间，用于测量进入吸脱附床层4之前的CO2浓度，此处不再赘述。
具体的，温控装置包括：热电偶与加热器(图中未标出)，热电偶与加热器均设置在吸脱附床层4内，用于将吸脱附床层4加热到脱附CO2时需要的温度。
当吸脱附床层4处于吸附状态时，第一阀门2a切换至第一脱附进气口与出气口连通，第二阀门2b切换至第二脱附出气口与进气口连通，外部环境、吸附进气管8a、第一阀门2a、第二CO2浓度检测装置、风机3、吸脱附床层4、第一CO2浓度检测装置5、第二阀门2b与吸附出气管8b形成吸附回路，此时，外部空气进入吸脱附床层4中，CO2被吸附在吸脱附床层4处，实现空气中CO2的收集。
当吸脱附床层4处于脱附状态时，第一阀门2a切换至第一脱附进气口与出气口连通，第二阀门2b切换至第二脱附出气口与进气口连通，温室大棚1的内部、脱附进气管8c、第一阀门2a、第二CO2浓度检测装置、风机3、吸脱附床层4、第一CO2浓度检测装置5、第二阀门2b与脱附出气管8d形成脱附回路，此时，温室大棚1内部的空气被风机3泵入吸脱附床层4处进行脱附，被脱附下来的CO2被空气带入温室大棚1内，并持续循环，从而实现增加温室大棚1内的CO2的浓度的目的。
通过上述装置装设在需要的温室大棚1处，实时提取空气中的CO2，并用温室大棚1内部的空气来脱附被吸脱附床层4吸附的CO2，将脱附的CO2通入温室大棚1内，增加温室大棚1内的CO2浓度，提高作物的产量。另一方面，由于CO2来源不是从烧煤厂的废气，不需要设置废气处理装置，节约了设备成本。此外，由于作物需要的最优CO2浓度通常在1000～10000ppm即可，通过对经过吸脱附床层4出来的脱附气体的流量和脱附温度的控制，使脱附状态时床层出口的CO2浓度，即第一CO2检测装置在脱附状态下检测的CO2浓度，控制在2000～100000ppm之间，较优的在2000～50000ppm之间，最优的在2000～10000ppm之间，其中10000ppm相当于富集到1％的浓度，即本实施例最多富集到10％的浓度，而不需要富集到90％以上的浓度。这样大大节约了能耗，提高了分离能耗，经济性好。
【实施例2】
如图1所示，实施例2与实施例1的结构基本相同，实施例2与实施例1的不同之处在于，实施例2的吸脱附床层4与第一阀门2a之间设有预加热装置6，且风机3设在预加热装置6与第一阀门2a之间，第二CO2浓度检测装置设置在预加热装置6与风机3之间，吸脱附床层4与第二CO2浓度检测装置、风机3、第一阀门2a通过预加热装置6连通，预加热装置6内设有热电偶与加热器，且吸脱附床层4内设有热电偶，其中，预加热装置6内的热电偶用于测量预加热装置6内的空气的温度，吸脱附床层4内设有的热电偶用于测量吸脱附床层4的温度，设置于预加热装置6内的加热器用于加热位于预加热装置6内的空气，并且在吸脱附床层4处设置保温层，用于对吸脱附床层4处进行保温，避免吸脱附床层处的热量外泄，从而减少加热器的运行时间和能耗。且吸脱附床层4处不设有加热器。
【实施例3】
如图1所示，实施例3与实施例1的结构基本相同，实施例3与实施例1的不同之处在于，实施例3的吸脱附床层4与第一阀门2a之间设有预加热装置6，且风机3设在预加热装置6与第一阀门2a之间，吸脱附床层4与风机3、第一阀门2a通过预加热装置6连通，预加热装置6内设有热电偶与加热器，且吸脱附床层4内也设有热电偶与加热器。分别设置在预加热装置6内和吸脱附床层4内的加热器分别对其进行加热，实现更加精确的温度控制，从而提高脱附效率。
【实施例4】
如图1所示，实施例4在实施例2～3的基础上，实施例4还包括：PLC控制器，PLC控制器分别和第一CO2浓度检测装置5、第二CO2浓度检测装置、第三CO2浓度检测装置、风机3、加热器、热电偶、第一阀门2a与第二阀门2b连接。
PLC控制器分别接受来自第一CO2浓度检测装置5与第二CO2浓度检测装置测得的CO2浓度值决定是否切换第一阀门2a与第二阀门2b的连通方向。
PLC控制器接受来自第三CO2浓度检测装置测得的CO2浓度值决定是否停止吸脱附床层的脱附过程。
PLC控制器与风机3连接，用于风机3的打开、关闭以及调节其风量，实现实时调节泵入吸脱附床层4内的空气量。
PLC控制器与加热器与热电偶连接，PLC控制器接收来自热电偶测得的温度值，并根据该温度值控制加热器是否继续工作。
通过加设PLC控制器进行统筹管理，能够节约工作时的人力成本。从而节约成本。
【实施例5】
如图1所示，实施例5在实施例1～4的基础上，实施例5还包括空气过滤器7，该空气过滤器7放置在吸附进气管8a处，在吸脱附床层4处于吸附状态时，外部环境的空气先通过空气过滤器7进行除尘，出去空气中携带的粉尘，避免进入吸脱附床层4的空气中携带大量灰尘导致长时间使用，空气中灰尘堆积在吸脱附床层4处，导致吸脱附床层4的吸附效率和脱附效率降低。
【实施例6】
实施例6公开了一种捕获大气中二氧化碳用于设施农业的装置的使用方法，包括以下步骤：
S10：打开第三CO2浓度检测装置；
S20：将第一阀门切换至第一吸附进气口与出气口连通，将第二阀门切换至进气口与第二吸附出气口连通；执行S20步骤后，使得本装置处于吸附回路连通。
S30：打开风机、第一CO2浓度检测装置和第二CO2浓度检测装置；
S40：将外部环境内的空气输送至吸脱附床层处对空气中的CO2进行吸附；
S50：判断第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度与第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度大小，当第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度与第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度相等时，将第一阀门切换至第一脱附进气口与出气口连通，并将第二阀门切换至第二脱附出气口与进气口连通，并执行S60；当第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度＜第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度时，返回执行S40；
当第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度与第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度相等时，证明经过吸脱附床层后的空气的CO2浓度不再下降，此时吸脱附床层无法继续吸附更多的CO2，从而确认吸脱附床层达到饱和状态，吸附过程完成。若第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度＜第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度时，证明吸脱附床层还能够继续吸附空气中的CO2，因此继续执行S40步骤，继续进行CO2的吸附。
S60：打开温控装置；
S70：将吸脱附床层加热至预设温度，将温室大棚内的空气输送至吸脱附床层处进行脱附；
S80：判断第三CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度是否在预设浓度范围内，若是，则关闭除了第三CO2浓度检测装置以外的所有装置并持续获取第三CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度，当第三CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度不在所述预设浓度范围内时，返回S20；若否，则执行S90；
S90：判断第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度与第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度大小，若第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度与第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度相等，则返回执行S20；若第一CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度＞第二CO2浓度检测装置检测到的CO2的浓度时，则执行S70。
一旦第三CO2浓度检测装置检测到温室大棚内的CO2浓度符合作物要求，就可以停止脱附反应，直到温室大棚内的CO2被消耗掉，不再处于预设浓度范围时，再继续进行吸附和脱附反应，增加温室大棚内的CO2浓度。
其中，预设浓度范围为1000～10000ppm，其具体取值与实际温室大棚内的作物的种类和生长阶段，光照，温度等条件决定，此处不作限制。
预设温度为50℃～300℃之间，根据实际使用的吸脱附床层的组成决定。
例如，当吸脱附床层由5A或13X分子筛构成时，其对应的预设温度为100℃～200℃之间。
当吸脱附床层由负载氢氧化钾的碳分子筛构成时，其对应的预设温度为300℃。
当吸脱附床层由负载聚乙烯亚胺的多孔载体构成时，其对应的预设温度为50～100℃。
当吸脱附床层由液体吸附剂，例如单乙醇胺、离子液体构成时，且此时空气与液体吸附剂的接触方式为鼓泡塔，其对应的预设温度为110℃～120℃。
【实施例7】
实施例7在实施例6的基础上，实施例7的步骤S20～S50在当日22:00～次日7:00内执行，当在上述时间段内执行步骤S20～S50完毕后进入等待，暂时不继续,执行步骤S60，等到次日7:00再开始执行S60，且S60～S90在次日7:00～次日12：00内执行。以此完成一次吸附和脱附过程，由于作物在近中午时需求的CO2浓度最高，因此在中午前完成脱附过程，能够保证作物在中午时，有充分的CO2浓度供其光合作用，有利于提高作物产量。
当然了，也可以在一天内进行多次吸附和脱附过程的循环，实际循环次数以及风机的风量选择相匹配，以能够实现温室大棚内保持作物需求的CO2浓度为准，此处不再赘述。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。