基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，包括CO2壓縮貯存罐、蔬菜暖棚、居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)和CO2控制系統(tǒng)，所述居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)通過CO2導(dǎo)出管與CO2壓縮貯存罐連接，CO2壓縮貯存罐通過CO2輸送管同時連接于蔬菜暖棚；所述CO2控制系統(tǒng)包括CO2濃度傳感器和便于CO2釋放控制的流量控制閥。本發(fā)明大規(guī)模普及后將會對我國的節(jié)能減排，應(yīng)對氣候變暖，大氣污染及國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
【專利說明】基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型、環(huán)保農(nóng)業(yè)設(shè)施，具體涉及一種基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]石油資源的日漸枯竭，以及溫室氣體CO2等的大量排放所帶來的全球變暖效應(yīng)和環(huán)境壓力對世界政治、經(jīng)濟的影響愈來愈大。在此，以H2及其替代的或可轉(zhuǎn)換的物質(zhì)，如天然氣、城市煤氣、甲醇、二甲醚(DME)等為燃料的燃料電池，如PEMFC(聚合物電解質(zhì)膜燃料電池)、DMFC(直接甲醇燃料電池)等在手提式電腦等便攜式機器，家庭或小型辦公樓等的熱電并用系統(tǒng)，以及大功率電動或混合動力車領(lǐng)域都展示了巨大的應(yīng)用前景。
[0003]在國內(nèi)，國家十五期間啟動^一五期間重點支持了大功率電動或混合動力車用燃料電池技術(shù)的開發(fā)項目。在質(zhì)子交換膜型燃料電池堆等關(guān)鍵部件的研發(fā)方面已取得了一系列的進展，形成和鍛煉了一批具有自主創(chuàng)新能力的研發(fā)團隊，據(jù)報道目前幾款燃料電池汽車正處於試驗運行階段，在這方面縮短了與國外研發(fā)的差距，取得了長足的進展。但是，國家在家庭或小型辦公樓等的熱電并用系統(tǒng)方面的投入?yún)s嚴重不足，重視不夠。相對于電動車燃料電池系統(tǒng)，家庭或小型辦公樓等的熱電并用燃料電池系統(tǒng)，在中國這樣一個人口和能源消費大國，特別是在節(jié)能減排正成為世界趨勢且各國為此正面臨巨大挑戰(zhàn)和壓力的今天，就更具有現(xiàn)實的必要 性和緊迫性。
[0004]作為碳氫有機物質(zhì)的各種形式燃燒反應(yīng)的終極產(chǎn)物，由于二氧化碳的分散排放，化學(xué)惰性，難于收集和利用的特點，雖然它是自然界最大的碳源之一，但一直被作為廢物看待。特別是近二百年來，由于工業(yè)化發(fā)展，石油煤炭等化石燃料的大規(guī)模利用，碳的生態(tài)循環(huán)圈被打破，植物固碳少于人類二氧化碳排放速度，導(dǎo)致空氣中含量急劇增加，全球變暖，正在演變成一場生態(tài)災(zāi)難。二氧化碳減排正在成為國家之間競爭的一個武器，誰先期掌握減排技術(shù)，誰就會占據(jù)道德的至高點，取得發(fā)言權(quán)以遏制其他國家的發(fā)展。
[0005]事物都有其兩面性，作為人和動物能源消費終極產(chǎn)物的二氧化碳，同時也是植物的“食物”，其合成碳水化合物的原料。事實上，減排二氧化碳的最經(jīng)濟，最有效手段就是通過植物光合作用的所謂植物固碳。除通過退耕還林，種草種樹，擴大植被覆蓋等量的擴張外，提高單位植物的碳吸收量，在地球，國土的空間及面積不是無限的情況下，將成為減排的另一個方向。
[0006]然而，二氧化碳在空氣中的平均含量為0.037%，遠遠低于植物光合作用所需的濃度。因此，提高農(nóng)作物生長環(huán)境的二氧化碳濃度是提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，促進作物早熟的手段之一。從這個意義來說，二氧化碳可以稱為“氣體化肥”。但是，由于二氧化碳分散排放，難于收集和利用，從空氣中分離成本較高，不適于大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了使“燃料電池”這一高科技成果更好的轉(zhuǎn)化為生態(tài)農(nóng)業(yè)上的生產(chǎn)力，本發(fā)明提供一種基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)二氧化碳難于收集和利用于農(nóng)作物生長環(huán)境的問題。
[0008]由于燃料電池的排氣為純凈，高濃度的二氧化碳和水，特別是固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具有排氣容易收集的特點，如果在家庭和公共辦公樓等用電用熱設(shè)施上普及，這就為以提高農(nóng)作物生長環(huán)境的二氧化碳濃度為增產(chǎn)手段的生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)的建設(shè)提供了可能，實現(xiàn)了二氧化碳的變廢為寶，顯著的經(jīng)濟效益會大大增強人們的利用意愿，客觀上，將有助于二氧化碳的減排，遲滯全球變暖災(zāi)難的發(fā)生。
[0009]家庭或小型辦公樓等的熱電并用燃料電池系統(tǒng)不僅與電動車系統(tǒng)一樣可高效率，無污染，實現(xiàn)石油，煤氣等初級能源的轉(zhuǎn)換和利用，而且較之更具有優(yōu)勢，實現(xiàn)真正意義上的無污染排放，這就是本發(fā)明與之相配套的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特殊之處在于，包括CO2壓縮貯存罐、蔬菜暖棚、居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)和CO2控制系統(tǒng)，所述居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)通過C02導(dǎo)出管與CO2壓縮貯存罐連接，CO2壓縮貯存罐通過CO2輸送管同時連接于蔬菜暖棚；所述CO2控制系統(tǒng)包括CO2濃度傳感器和便于CO2釋放控制的流量控制閥。
[0011]進一步，所述家用燃料電池系統(tǒng)是以小分子碳氫化合物為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，小分子碳氫化合物燃料為天然氣、人工煤氣、液化石油氣、沼氣、甲醇、乙醇或二甲醚等清潔能源。
[0012]進一步，所述家用燃料電池系統(tǒng)為固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
[0013]進一步，所述固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可采用聚合物電解質(zhì)質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池及固體氧化物型燃料電池構(gòu)成。
[0014]進一步，所述CO2導(dǎo)出管為膠質(zhì)導(dǎo)管，CO2導(dǎo)出管將所收集的家用燃料電池系統(tǒng)排氣中的CO2導(dǎo)出后與CO2壓縮貯存罐連接。
[0015]進一步，所述CO2輸送管為膠質(zhì)導(dǎo)管，CO2壓縮貯存罐通過CO2輸送管與蔬菜暖棚連接。
[0016]進一步，所述CO2控制系統(tǒng)的流量控制閥設(shè)置于CO2壓縮貯存罐與蔬菜暖棚之間的CO2輸送管上；co2濃度傳感器設(shè)置于蔬菜暖棚內(nèi)中心偏下的位置。
[0017]本發(fā)明將“燃料電池”這一高科技成果應(yīng)用到生態(tài)農(nóng)業(yè)上，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，提供了一種基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，解決了二氧化碳難于收集和利用于農(nóng)作物生長環(huán)境的問題。本發(fā)明的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，大規(guī)模普及后將會對我國的節(jié)能減排，應(yīng)對氣候變暖，大氣污染及國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。與燃料電池電動車等移動式裝置不同，由于排氣易于集中回收，脫硫脫氮去除大部分水分的潔凈無污染，廉價的二氧化碳排氣可以用于周邊的生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，如蔬菜塑料大棚等，會產(chǎn)生巨大的生態(tài)與經(jīng)濟效益，利國利民。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中，1-家用燃料電池系統(tǒng)；2-C02導(dǎo)出管；3-C02壓縮貯存罐；4_C02輸送管；5-流量控制閥；6-C02濃度 傳感器；7_蔬菜暖棚?！揪唧w實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點和效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理及效果作進一步描述。
[0022]實施例1
[0023]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，包括CO2壓縮貯存罐3、蔬菜暖棚7、居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)I和CO2控制系統(tǒng)，居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)I通過CO2導(dǎo)出管2與CO2壓縮貯存罐3連接，CO2壓縮貯存罐3通過CO2輸送管4同時連接于蔬菜暖棚7 ;所述CO2控制系統(tǒng)包括CO2濃度傳感器6和便于CO2釋放控制的流量控制閥5。
[0024]家用燃料電池系統(tǒng)I是以小分子碳氫化合物為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，為固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可采用聚合物電解質(zhì)質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池或固體氧化物型燃料電池構(gòu)成，小分子碳氫化合物燃料為天然氣、沼氣、甲醇、乙醇或二甲醚等清潔能源。
[0025]CO2導(dǎo)出管2和CO2輸送管4為膠質(zhì)導(dǎo)管，CO2導(dǎo)出管2將所收集的家用燃料電池系統(tǒng)I排氣中的CO2導(dǎo)出后與CO2壓縮貯存罐3連接，CO2壓縮貯存罐3通過CO2輸送管4與蔬菜暖棚7連接。
[0026]CO2控制系統(tǒng)的流量控制閥5設(shè)置于CO2壓縮貯存罐3與蔬菜暖棚7之間的CO2輸送管4上；C02濃度傳感器6設(shè)置于蔬菜暖棚7內(nèi)中心偏下的位置。
[0027]本發(fā)明的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，從居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)I收集的二氧化碳排氣被壓縮儲存在CO2壓縮貯存罐3中，通過CO2濃度傳感器6實時監(jiān)測并控制二氧化碳的排放量，根據(jù)陰、晴天，晝、夜，溫度及植物的種類等控制環(huán)境的二氧化碳濃度，保持其最佳生長狀態(tài)，提高二氧化碳的利用率，并最大限度地減少向大氣的排放。
[0028]本發(fā)明所述的燃料電池附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)利用家庭及辦公樓燃料電池發(fā)電系統(tǒng)排氣中的CO2,由于燃料進入燃料電池前已經(jīng)過脫硫、重整改質(zhì)除去CO等步驟，因此，不同于工業(yè)廢氣中CO2的利用，具有CO2含量豐富，潔凈、不含CO和SO2的特點，用于居民區(qū)樓宇間空地或樓頂?shù)氖卟伺锏闹参锷L促進，環(huán)境友好、且蔬菜暖棚內(nèi)的工作人員不必采取額外的防護措施。
[0029]實施例2
[0030]為顯示本發(fā)明所提供的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)對植物生長的促進效果，采用對比試驗箱，選取C3作物西紅柿、草莓、白菜及紅蔓菁進行對比試驗。
[0031]對比試驗箱由CO2氣氛箱及空氣氛對比箱兩個相同規(guī)格的溫室構(gòu)成。在氣體進口分別安裝流量計來調(diào)節(jié)氣體流速確保兩溫室氣體流速相同。通過空氣壓縮機向空氣氛對比箱通入1000mL.min—1流量的空氣，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)排出的CO2通過二氧化碳臥式循環(huán)壓縮機收集到60atm4L的鋼瓶中，經(jīng)測定，排氣中CO2含量約為7.1%左右。通過燃料電池排氣收集壓縮鋼瓶及空氣 壓縮機分別向CO2氣氛箱通入7mL.min-1流量的二氧化碳混合氣體及993mL.mirT1流量的空氣。計算表明，CO2氣氛箱及空氣氛對比箱中的CO2氣體含量分別為380ppm及880ppm。作物生長期間，使用相同的水箱向各自溫室加水灌溉，確保每次灌溉水量、灌溉部位、操作時間、操作間歇及操作手法保持相同。同時調(diào)整兩溫室的陽光朝向，確保植物所接受的光照一致。以此在確保其他環(huán)境相同的條件下控制二氧化碳的相對含量來研究兩溫室之間作物的長勢，作物重量、所含糖分等方面的差別。
[0032]通過對比試驗觀察生長中期西紅柿及草莓在CO2氣氛箱及空氣氛對比箱中的生長狀況發(fā)現(xiàn)，在燃料電池排氣模擬的880ppm CO2氣氛箱中西紅柿及草莓生長旺盛,植株碩大；而在380ppm空氣氛中，生長遲緩，植株瘦小。特別地，在某一生長中期進行觀測時發(fā)現(xiàn)，CO2氣氛箱中的草莓已結(jié)果、變紅，而空氣氛中尚未結(jié)果。
[0033]通過對比試驗觀察生長中期白菜及紅蔓菁在CO2氣氛箱及空氣氛對比箱中的生長狀況發(fā)現(xiàn)，在燃料電池排氣模擬的880ppm CO2氣氛箱中白菜及紅蔓菁生長旺盛，植株碩大；而在380ppm空氣氛中，生長遲緩,植株瘦小。
[0034]表1為收獲期白菜及紅蔓菁在CO2氣氛箱及空氣氛對比箱中的產(chǎn)量情況。
[0035]表1收獲白菜、紅蔓菁的重量稱量如下(單位:g)
[0036]
【權(quán)利要求】
1.基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，包括CO2壓縮貯存罐(3)、蔬菜暖棚、居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)(I)和CO2控制系統(tǒng)，所述居民樓或辦公樓配備的家用燃料電池系統(tǒng)通過CO2導(dǎo)出管(2)與CO2壓縮貯存罐(3)連接，CO2壓縮貯存罐(3)通過CO2輸送管(4)同時連接于蔬菜暖棚(7);所述CO2控制系統(tǒng)包括CO2濃度傳感器(6)和便于CO2釋放控制的流量控制閥(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，所述家用燃料電池系統(tǒng)(I)是以小分子碳氫化合物為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，小分子碳氫化合物燃料為天然氣、沼氣、甲醇、乙醇或二甲醚等清潔能源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，所述家用燃料電池系統(tǒng)(I)為固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，所述固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(I)可采用聚合物電解質(zhì)質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池及固體氧化物型燃料電池構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2導(dǎo)出管(2)為膠質(zhì)導(dǎo)管，CO2導(dǎo)出管(2)將所收集的家用燃料電池系統(tǒng)排氣中的CO2導(dǎo)出后與CO2壓縮貯存罐(3)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2輸送管(4)為膠質(zhì)導(dǎo)管，CO2壓縮貯存罐(3)通過CO2輸送管(4)與蔬菜暖棚連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃料電池的附屬排氣生態(tài)農(nóng)業(yè)利用系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2控制系統(tǒng)的流量控制閥(5)設(shè)置于CO2壓縮貯存罐(3)與蔬菜暖棚(7)之間的CO2輸送管(4)上；C02濃度傳`感器(6)設(shè)置于蔬菜暖棚(7)內(nèi)中心偏下的位置。
【文檔編號】A01G9/18GK103858705SQ201410088535
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】馬樹華 申請人:濟南大學(xué)