JP4489536B2 - 温室栽培の炭酸ガス施与方法 - Google Patents

Description

本発明は、温室栽培される作物（栽培植物）に人工的に炭酸ガスを供給して生育を促進する炭酸ガス施与方法に関する。

温室内で野菜や果物の作物を土耕栽培、養液栽培する温室栽培（施設栽培、ハウス栽培）は、栽培作物の生育環境（温度、光、湿度、水、風、炭酸ガス）を良好に制御することができることから、園芸栽培にも普及している。温室栽培の場合、日中は温室の側窓や天窓を解放して外気の炭酸ガスを温室内に取り入れて、栽培作物の光合成を促進させることが行われているが、温室内の温度上昇や換気不足などが原因して炭酸ガス不足が生じ、作物の良好な生育が損なわれることがある。また、冬季などで温室を閉め切って栽培作物を光合成させると、温室内の炭酸ガス濃度が大気中の濃度（３５０ｐｐｍ程度）より大幅に低下して、栽培作物の生育が抑制されることがある。このようなことから温室栽培においては、温室内に積極的に炭酸ガスを補給して温室内の炭酸ガスが大気中の濃度を超える高濃度（７００〜１５００ｐｐｍ程度）になるよう調整して、栽培作物の光合成を活性化して生育を促進し、品質と収穫量を高めることが行われている。

温室内への炭酸ガス施与は、液化炭酸ガスを収容するガスボンベの純度の高い炭酸ガスや、可燃ガスや灯油を燃焼させて生じる排気ガス中の炭酸ガスを適度な濃度に希釈制御して、温室内に供給する方法、設備が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２９６６４１号公報

ガスボンベの純度の高い炭酸ガスを温室内に補給する場合、補給する炭酸ガスのコストが高く（約１００円／ｋｇ）、年間を通じて温室内に補給し、栽培作物の光合成の活性化を期待することが経済的に難しい。また、可燃ガスや灯油を燃焼させて生じる炭酸ガスは、ガスボンベの炭酸ガスに比べてコストが安い（約４０円／ｋｇ）が、大規模温室に年間を通じて供給するとなると大量の炭酸ガスが必要となって、温室栽培のランニングコストに占める割合がかなり高くなる。

本発明の目的とするところは、大規模温室にも経済的有利に炭酸ガス施与ができる温室栽培の炭酸ガス施与方法を提供することにある。

本発明は、火力発電設備の煙道から排ガスを抽出し、この抽出した排ガスから温室栽培の作物生育に障害を及ぼす物質を除去した炭酸ガス含有の処理排ガスを温室内に適宜に供給するものであり、火力発電設備の煙道から排ガスを抽出するガス抽出工程と、このガス抽出工程で抽出した排ガスに含まれる窒素酸化物を接触還元式脱硝装置で除去する窒素酸化物除去工程と、この窒素酸化物除去工程で処理された排ガスに含まれる未反応アンモニアをアンモニア除去装置で除去するアンモニア除去工程と、このアンモニア除去工程で処理された排ガスを除湿器で温室栽培の作物生育に適する温度、湿度に冷却し除湿する冷却・除湿工程とを含み、冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスに温室内の空気を混入させて炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成が促進する濃度にすると共に、栽培作物への吹付速度を栽培作物の光合成が促進する速度になるように制御装置により制御しながら前記処理排ガスを温室内に供給することにより、上記目的を達成するものである。

ここで、火力発電設備の煙道は、火力発電所の煙突や、ガスタービン発電装置などのコジェネレーションシステムにおける排気ダクトである。この煙道からは年間を通じて大量の炭酸ガスを含む排ガスが大気中に放出されており、この大気中に放出されていた排ガスを抽出して、温室栽培される作物の光合成を促進する炭酸ガスとして有効利用することで、消費する炭酸ガスのコストが実質的にゼロとなり、大規模温室で炭酸ガスを大量に使用する場合でもランニングコストの大幅な低減が容易となる。また、煙道から大気中に放出される排ガスには炭酸ガスの他に、窒素酸化物などの栽培作物の生育に障害を及ぼす物質が含まれていることから、これら物質のみを除去して排ガスを炭酸ガス含有の処理排ガスとして温室に供給する。

ここでの煙道からの排ガス抽出は、煙道の一部と連通させたガス遮断ダンパ内蔵のガス抽出管（抽出ダクト）で行う。このガス抽出管に接触還元式脱硝装置とアンモニア除去装置と除湿器を直列に連接し、除湿器の排気口と温室内を連通する配管の途中に吸引ファンを設置して、吸引ファンで除湿器からの処理排ガスを温室に給送する。接触還元式脱硝装置は、アンモニアを還元剤として排ガスから窒素酸化物を除去する既存設備が適用でき、この脱硝装置で排ガスの還元処理に使用されずに排ガスに残留した未反応アンモニアをアンモニア除去装置で除去する。アンモニア除去装置は、例えば気体の未反応アンモニアを水の吸収媒体に通して除去するもので、ここで処理された排ガスは高温で湿度の高い炭酸ガス含有の処理排ガスであり、この処理排ガスを除湿器に送って冷却し除湿して温室内に適度な温度、湿度の炭酸ガス含有処理排ガスを供給し、温室内の栽培作物に炭酸ガスを施与する。

本発明においては、火力発電設備の煙道の排ガス温度によっては、ガス抽出工程から窒素酸化物除去工程に供給される排ガスの温度に基づいて同排ガスを適宜に加温器で加温する加温工程を加えることができる。この加温工程で使用する加温器の熱源は、商用電源の他に火力発電設備の排熱を利用することができる。

また、本発明においては、冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスを吸引ファンと配管，エアーダクトを介して温室内の上部空間に供給し、この上部空間から処理排ガスを温室内の下部空間に設置された栽培作物に向けて吹き付けるようにすることができる。

温室栽培においては、温室内の床に形成した栽培畝に種蒔きして作物を栽培するのが通常であることから、栽培畝の上方の温室内上部空間に炭酸ガス含有の処理排ガスを供給すると、処理ガス中の比重の大きな炭酸ガスが下方の栽培畝の作物に向けて集中的に吹き付けられる。このように栽培作物に集中的にして効率よく炭酸ガスを施与をすることで、栽培作物の光合成の促進が効果的に行われて、よりよい生育促進、品質改善、収量増大が可能となる。

本発明によれば、火力発電設備の煙道から大気中に放出されていた排ガスを抽出して、温室栽培される作物の光合成を促進する炭酸ガスとして有効利用するため、温室栽培の炭酸ガス施与で消費する炭酸ガスのコストの大幅な低減ができて、年間を通じて温室内に炭酸ガスを補給し栽培作物の光合成を促進することが経済的に容易となり、特に、大規模温室で炭酸ガスを大量に使用する施設においてはランニングコストの大幅な低減が可能となる。また、火力発電設備の煙道から抽出した排ガスから窒素酸化物などの栽培作物の生育に障害を及ぼす物質を除去して、炭酸ガス含有の処理排ガスを温室に供給するため、温室内の栽培作物を障害を及ぼすことなく光合成を促進させることができて、作物の品質改善、収量増大を図ることができる。

本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は、火力発電設備１の煙道２から排出される排ガス３ａを処理して温室４内に供給するシステムの概要を示すもので、火力発電設備１と温室４の間に脱硝装置４０とアンモニア除去装置５０と除湿器６０が直列に配置され、各々が適宜ダンパや配管１０で直列に連結される。

図１においては、火力発電設備の煙道２に連結された配管のガス抽出管１０ａの途中にガス遮断ダンパ２０を設置し、ガス抽出管１０ａの後流側に加温器３０を介して脱硝装置４０を連結している。ガス抽出管１０ａは、ガス遮断ダンパ２０の開閉操作により適量の排ガス３ａを煙道２から抽出して加温器３０に給送する。加温器３０は、煙道２から給送された排ガス３ａの温度が規定値より低い場合に作動して適温に加温する部所で、火力発電設備１の規模、種類などにより必要に応じ設置される。脱硝装置４０は、アンモニアを還元剤として排ガス３ａから窒素酸化物ＮＯｘを除去する接触還元式の設備で、規模の大小異なる複数種類の既存設備があり、この既存設備を適用することができる。

脱硝装置４０とアンモニア除去装置５０が配管１０ｂで連結され、脱硝装置４０で窒素酸化物の除去処理された排ガスがアンモニア除去装置５０に給送されて、排ガス中の未反応アンモニアが吸収媒体である淡水５１に吸収されて除去される。未反応アンモニアを吸収した処理済み水は排水処理部５２へと排水される。アンモニア除去装置５０の出口と除湿器６０の入口が配管１０ｃで連結されて、アンモニア除去装置５０で処理された炭酸ガス含有で高湿度の処理排ガス３ｂが除湿器６０に送られ、ここで温室栽培における炭酸ガス施与に適した温度と湿度に冷却・除湿される。この冷却・除湿された炭酸ガス含有の処理排ガス３ｃが吸引ファン７０で吸引され、配管１０ｄを通して温室４内の上部空間Ｍａに供給される。

温室４は、例えば室内の下部空間Ｍｂに多数条に設置した栽培畝６で大量の栽培作物５を栽培する大規模温室で、この室内の上部空間Ｍａに栽培畝６と平行にエアーダクト（図示せず）が設置される。配管１０ｄから温室４内に供給された炭酸ガス含有の処理排ガス３ｃは炭酸ガス濃度と栽培作物５への吹付速度を自動制御する制御装置８０を介してエアーダクトに送風され、エアーダクトから下方の栽培作物５に向けて吹き付けられる。制御装置８０は配管１０ｄからの処理排ガス３ｂに温室内の空気を混入させて炭酸ガス濃度を栽培作物５の光合成を促進するに適切な濃度にし、かつ、エアーダクトから栽培作物５への吹付速度が光合成を促進するに適切な速度になるよう制御する。この制御装置８０は、温室内に配備した図示しない炭酸ガス濃度センサーや温度センサー、湿度センサーなどの各種制御信号に基づいて作動する。

次に、上記した実施の形態による炭酸ガス施与動作を説明する。

栽培作物５の光合成を促進する必要があるときにガス遮断ダンパ２０を開き、吸引ファン７０を作動させて、炭酸ガス施与の動作を開始させる。すなわち、煙道２から高温の排ガス３ａをガス抽出管１０ａに抽出し（ガス抽出工程）、加温器３０を通過させて接触還元式脱硝装置４０に送り、脱硝装置４０で排ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを除去する。この窒素酸化物は温室４内の栽培作物５の生育に障害を及ぼす物質であり、これをアンモニアを用いて還元処理して除去する（窒素酸化物除去工程）。脱硝装置４０のアンモニアによる窒素酸化物除去処理においては、未反応アンモニアが残留し、この未反応アンモニアも温室４内の栽培作物５の生育に障害を及ぼす物質であることから、これをアンモニア除去装置５０で除去する（アンモニア除去工程）。

煙道２からの高温の排ガス３ａが脱硝装置４０とアンモニア除去装置５０を通過することで、炭酸ガス含有の処理排ガス３ｂとなり、この処理排ガス３ｂを除湿器６０で冷却・除湿する（冷却・除湿工程）。除湿器６０で除湿された処理排ガス３ｃを制御装置８０を介して温室４内の上部空間Ｍａのエアーダクトに供給し、エアーダクトから炭酸ガス混合空気として栽培作物５に向け吹き付ける。この空気吹き付けで栽培作物５の光合成が促進されると共に、栽培作物５で炭酸ガス拡散が行われて温室４内の下部空間Ｍｂの炭酸ガス濃度が速やかに均一化される。そのため、大規模温室４の床面が大面積であり、栽培畝６が多数条あって多数の栽培作物５が平面的に分布していても、これら栽培作物５の全体を均一な炭酸ガス施与で均一的に光合成促進させることができる。また、大規模温室４には大量の炭酸ガス施与が必要となるが、これらの炭酸ガスは火力発電設備１で年中大量に発生する排ガスから得られるために、極めて低コストで炭酸ガス供与が得られて、年間を通しての炭酸ガス施与がランニングコスト少なくして経済的有利に行える。

火力発電設備１の煙道２から脱硝装置４０に延びるガス抽出管１０ａが長大な場合、あるいは、冬季においては脱硝装置４０に給送される排ガス３ａの温度が下がり、脱硝処理などのガス処理を効率よく行うことが難しくなることがある。そこで、ガス抽出管１０ａ内の排ガス温度を監視して、所定の低温まで下がると加温器３０を作動させて適温まで加温して（加温工程）、脱硝装置４０に給送する。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の炭酸ガス施与方法を実施する装置の概要を示す正面図である。

符号の説明

１ 火力発電設備
２ 煙道
３ａ 排ガス
３ｂ 処理排ガス
４ 温室
５ 栽培作物
６ 栽培畝
１０ 配管
１０ａ ガス抽出管
２０ ガス遮断ダンパ
３０ 加温器
４０ 接触還元式脱硝装置
５０ アンモニア除去装置
５１ 淡水
５２ 排水処理部
６０ 除湿器
７０ 吸引ファン
８０ 制御装置

Claims (3)

1. 火力発電設備の煙道から排ガスを抽出し、この抽出した排ガスから温室栽培の作物生育に障害を及ぼす物質を除去した炭酸ガス含有の処理排ガスを温室内に適宜に供給する温室栽培の炭酸ガス施与方法において、
   火力発電設備の煙道から排ガスを抽出するガス抽出工程と、このガス抽出工程で抽出した排ガスに含まれる窒素酸化物を接触還元式脱硝装置で除去する窒素酸化物除去工程と、この窒素酸化物除去工程で処理された排ガスに含まれる未反応アンモニアをアンモニア除去装置で除去するアンモニア除去工程と、このアンモニア除去工程で処理された排ガスを
   除湿器で温室栽培の作物生育に適する温度、湿度に冷却し除湿する冷却・除湿工程とを含み、
   冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスに温室内の空気を混入させて炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成が促進する濃度にすると共に、栽培作物への吹付速度を栽培作物の光合成が促進する速度になるように制御装置により制御しながら前記処理排ガスを温室内に供給することを特徴とする温室栽培の炭酸ガス施与方法。
2. 前記ガス抽出工程から前記窒素酸化物除去工程に供給される排ガスの温度に基づいて同排ガスを適宜に加温器で加温する加温工程を含む請求項１に記載の温室栽培の炭酸ガス施与方法。
3. 前記冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスを吸引ファンと配管を介して温室内の上部空間に供給し、この上部空間から処理排ガスを前記温室内の下部空間に設置された栽培作物に向けて吹き付けるようにした請求項１又は２に記載の温室栽培の炭酸ガス施与方法。

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