JP6007619B2 - 植物栽培施設への炭酸ガス供給方法及び炭酸ガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は、植物の光合成に必要な炭酸ガスを植物栽培施設に供給するための方法及びシステムに関するものである。

従来、植物の光合成に必要な炭酸ガスを植物工場やハウス栽培施設等の植物栽培施設に供給する際には、例えば特許文献１や特許文献２に例示されているように、炭酸ガス発生源から生じる排気ガスを処理して抽出したり、あるいは特許文献３に例示されているように、炭酸ガスボンベから供給したりしていた。

すなわち、特許文献１においては、燃料電池の改質器から生じる炭酸ガス含有排気ガスを植物ハウスに供給するようにしている。特許文献２においては、液化ガス基地で発生する液化ガスの冷熱と産業プラントで発生する炭酸ガスとを用いてドライアイスを製造し、このドライアイスを植物工場で利用するようにしている。特許文献３においては、ガスボンベ内の炭酸ガスを水や液肥に溶解させるようにしている。

特開平６−３３３５８９号公報 特開２０１１−２５０７５９号公報 特開２０１２−１０６８７号公報

しかし、特許文献１においては、改質器が化石燃料を処理するものであるため、その改質器からの排気ガスには硫黄酸化物等の植物に有害な成分が含まれるおそれがあり、このような有害成分を除去するためには、複雑で高価な除去装置が必要になる。特許文献２においても、排出ガスから炭酸ガスのみを回収する設備が必要であるばかりでなく、ドライアイスを製造したり、そのドライアイスを植物工場に搬送したりする設備が必要になって、設備が大規模かつ複雑になることは避けられない。特許文献３においては、光合成用の炭酸ガスの消費量を節約するために、炭酸ガスを水等に溶解させるようになっているが、溶解のための設備が必要となるばかりでなく、炭酸ガスのボンベを用意する必要があった。従って、いずれの特許文献においても、設備費用及びランニングコストを抑制することができない。

本発明の目的は、植物工場やハウス栽培施設等の植物栽培施設における炭酸ガス利用において設備費用及びランニングコストを抑制することができる炭酸ガス供給方法及び炭酸ガス供給システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、植物栽培施設内及びオフィス内の炭酸ガスの濃度を検出する濃度検出手段を備え、空調設備により温度及び湿度が管理されるオフィス内に収容された生体の呼吸によって生じる炭酸ガスを含む気体を、供給ポンプを有する供給管を介して、植物栽培施設へ供給する炭酸ガス供給システムを用いて、植物栽培施設への炭酸ガス供給方法であって、前記炭酸ガス供給システムが、前記植物栽培施設内の温度
が所定値を越えるとともに、前記植物栽培施設内の炭酸ガス濃度よりも前記オフィス内の炭酸ガス濃度が高いことを検出した場合には、前記供給ポンプを駆動し、前記オフィス内の空調空気を、前記供給管を介して、前記植物栽培施設内に供給することを特徴としている。
従って、炭酸ガス発生空間で生体の呼吸によって生じた炭酸ガスを植物栽培施設で植物の光合成に必要な炭酸ガスとして利用するので、排気ガスを処理して炭酸ガスを抽出する設備や、炭酸ガスボンベを必要とせず、植物工場やハウス栽培施設等の植物栽培施設における炭酸ガス利用において設備費用やランニングコストを抑制することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明は、植物栽培施設内及びオフィス内の炭酸ガスの濃度を検出する濃度検出手段を備え、空調設備により温度及び湿度が管理されるオフィス内に収容された生体の呼吸によって生じる炭酸ガスを含む気体を、供給ポンプを有する供給管を介して、植物栽培施設へ供給する炭酸ガス供給システムであって、前記供給ポンプは、前記植物栽培施設内の温度が所定値を越えるとともに、前記植物栽培施設内の炭酸ガス濃度よりも前記オフィス内の炭酸ガス濃度が高いことを検出した場合に駆動されて、前記オフィス内の空調空気を、前記供給管を介して、前記植物栽培施設内に供給することを特徴とする。

従って、炭酸ガス発生空間で生体の呼吸によって生じた炭酸ガスを空気供給路により植物栽培施設へ供給することができるので、排気ガスを処理して炭酸ガスを抽出する設備や、炭酸ガスボンベを必要としない。

以上のように、本発明にかかる炭酸ガス供給方法及び炭酸ガス供給システムによれば、植物工場やハウス栽培施設等の植物栽培施設における炭酸ガス使用において設備費用やランニングコストを抑制することができるという効果を発揮する。

実施形態の炭酸ガス供給システム図。 実施形態の作動回路図。 変更例の作動回路図。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１及び図２に従って説明する。
炭酸ガス発生空間として、多くの人が働くオフィス１では、特に昼間において、主として内部の人員の呼吸により空気内の炭酸ガス濃度が高くなって１０００ｐｐｍ以上まで上昇することが認められている。一方、植物栽培施設２においては、例えば、太陽光型植物工場では植物の光合成が盛んになる昼間に１０００〜１５００ｐｐｍ程度の炭酸ガス濃度を維持し、照明器具を用いた人工型植物工場では照明中に１０００〜１５００ｐｐｍ程度の炭酸ガス濃度を維持することが好ましい。

また、オフィス１では、空調設備３により温度や湿度の調節が行われ、例えば、温度が摂氏１８度〜２８度程度に保たれるとともに、湿度が３０〜７０％Ｒｈ程度に保たれる。一方、植物栽培施設２においては、夏季の昼間の高温時における対策として、例えば、天窓から空気を逃がしたりしている。

そこで、本実施形態においては、オフィス１内の空気中に含まれる炭酸ガスを植物栽培施設２に供給して有効に利用するとともに、オフィス１の空調設備３により温度調節された空気を有効に利用するために、下記のシステムを採用している。

オフィス１に対し植物栽培施設２が並設されている。オフィス１の内部と植物栽培施設２の内部とは供給ポンプ５を有する空気供給管４（空気供給路）により連通されている。オフィス１と植物栽培施設２とは、ごく近い隣接状態であっても、あるいは空気を送り得る程度に離れていてもよい。

オフィス１内にはその内部の空気に含まれる炭酸ガスの濃度を検出するために濃度センサ６（濃度検出手段）が設置されている。オフィス１には内部の空気を排出するための空気排出装置７（空気排出手段）が設けられている。

植物栽培施設２にはその内部の空気に含まれる炭酸ガスの濃度を検出するために濃度センサ８（濃度検出手段）と、内部温度を検出するための温度センサ１０とが設置されている。植物栽培施設２にはその内部に炭酸ガスを供給するための炭酸ガスボンベを含む炭酸ガス供給装置９（炭酸ガス供給手段）が設けられている。この炭酸ガス供給装置９は補助的に設けられたものであって、必ずしも必要ではない。

次に、この炭酸ガス供給システムの作用について、図２の作動回路（作動手段）を参照して説明する。
オフィス１の使用時には、空調設備３が稼働して、オフィス１内の空気の温度と湿度とが管理されるとともに、図２に示すメインスイッチ１１が閉状態にある。このメインスイッチ１１は、前記空調設備３が非稼働状態のときには開状態にあって、図２の回路が停止モードに維持される。また、オフィス１の空調設備３の稼働時には濃度センサ６によりオフィス１内の炭酸ガス濃度が常時検出されるとともに、植物栽培施設２においては、濃度センサ８により炭酸ガス濃度が常時検出され、さらに、温度センサ１０により内部の温度が常時検出される。

植物栽培施設２内の温度が所定値（例えば、摂氏３０度）を越えた場合は、図２に示す温度センサ１０の常開スイッチ１０１が単独で閉状態になって、供給ポンプ５のポンプモータが駆動され、オフィス１内の比較的低い温度（例えば、摂氏２５度）の空調空気が空気供給管４を介して植物栽培施設２内に供給され、同植物栽培施設２内の温度が下降される。なお、前記温度センサ１０の常開スイッチ１０１は、後述のように、濃度センサ６，８の同時作動と連動して開閉動作される。

植物栽培施設２内の炭酸ガス濃度が低く、かつオフィス１内の炭酸ガス濃度が高い場合（例えば、１０００ｐｐｍ以上）は、濃度センサ６，８及び温度センサ１０の常開スイッチ６１，８１，１０１が閉状態になるとともに、常閉スイッチ６２，８２が開状態となる。このため、供給ポンプ５のポンプモータが駆動されて、オフィス１内の空気が植物栽培施設２内に供給され、同植物栽培施設２内の炭酸ガス濃度が上昇される。このため、植物は充分な炭酸ガスの供給を受けて有効な光合成作用を発現する。オフィス１内の炭酸ガス濃度が所定値（例えば、４００ｐｐｍ）を下回ったり、植物栽培施設２内の炭酸ガス濃度が所定値（例えば、１５００ｐｐｍ）を上回ったりした場合は、濃度センサ６，８及び温度センサ１０の常開スイッチ６１，８１，１０１が開状態に戻るとともに、常閉スイッチ６２，８２が閉状態に戻り、供給ポンプ５が停止される。

植物栽培施設２内の炭酸ガス濃度が低く（例えば、５００ｐｐｍ以下）、かつオフィス１内の炭酸ガス濃度も低い場合（例えば、４００ｐｐｍ以下）は、濃度センサ６の常開スイッチ６１及び常閉スイッチ６２がそれぞれ常開，常閉状態を維持し、濃度センサ８の常開スイッチ８１が閉状態になるとともに、常閉スイッチ８２が開状態となる。このため、炭酸ガス供給装置９のバルブ９１が開放動作されて、同装置９内のガスボンベからの炭酸ガスが植物栽培施設２内に供給される。従って、この場合も、植物は充分な炭酸ガスの供給を受けて有効な光合成作用を発現する。植物栽培施設２内の炭酸ガス濃度が所定値（例えば、１５００ＰＰｍ）を上回った場合は、濃度センサ８の常開スイッチ８１が開状態に戻るとともに、常閉スイッチ８２が閉状態に戻る。

植物栽培施設２内の炭酸ガス濃度が高く（例えば、１０００ＰＰｍ以上）、かつオフィス１内の炭酸ガス濃度も高い場合（例えば、１０００ＰＰｍ以上）は、濃度センサ８の常開スイッチ８１及び常閉スイッチ８２がそれぞれ常開，常閉状態を維持し、濃度センサ６の常開スイッチ６１が閉状態になるとともに、常閉スイッチ６２が開状態になる。このため、空気排出装置７が稼働されて、オフィス１内の空気が排出される。

以上のように、植物栽培施設２で炭酸ガスが不足する場合にはオフィス１から、あるいは炭酸ガス供給装置９から炭酸ガスが補充される。オフィス１で炭酸ガス濃度が上昇した場合には空気排出装置７により炭酸ガスを含む空気が排出される。

そして、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） オフィス１内の生命体である人の呼吸から発生する無害な炭酸ガスが植物栽培施設２へ供給されて、植物の光合成に利用されて、成長に供される。従って、排気ガスを処理して炭酸ガスを抽出する設備の費用や、炭酸ガスボンベの費用を必要とせず、植物工場やハウス栽培施設等の植物栽培施設２においてランニングコストを抑制することができる。

（２） オフィス１で温度調節された空気を植物栽培施設２へ供給して、植物栽培施設２内の温度を改善するので、例えば太陽光型植物工場や人工型植物工場等の植物栽培施設２において、夏季の昼間の高温時における負担を軽減することができる。

前記実施形態は次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態では、図２に示すハード的な回路構成（作動手段）によってシステムの動作が制御されるようにした。これに対し、図３に示す実施形態では、記憶部２２を有する制御装置２１（作動手段）を設け、その制御装置２１の制御のもとに、記憶部２２に記憶されたプログラムが動作されて、前述の各種の作用が実行される。

・ 炭酸ガス発生空間として、オフィスに代えて、畜産施設、ペットハウス、光合成がほとんど生じていない光（太陽光及び人工光）遮断時の植物栽培施設等、人間，動物，植物等の生体が収容される施設を利用してもよい。そのほか、映画館やドーム等の娯楽設備や老人ホ−ム等の住居設備等であってもよい。また、オフィス１のようにある程度閉じられた空間以外に、スポーツスタジアムのように多数の人が集まって炭酸ガスが溜まり易い開放空間であってもよい。

１…オフィス、２…植物栽培施設、４…空気供給管（空気供給路）、５…供給ポンプ、６…オフィスの濃度センサ（濃度検出手段）、７…オフィスの空気排出装置（空気排出手段）、８…植物栽培施設の濃度センサ（濃度検出手段）、９…植物栽培施設の炭酸ガス供給装置（炭酸ガス供給手段）。

Claims (2)

1. 植物栽培施設内及びオフィス内の炭酸ガスの濃度を検出する濃度検出手段を備え、空調設備により温度及び湿度が管理されるオフィス内に収容された生体の呼吸によって生じる炭酸ガスを含む気体を、供給ポンプを有する供給管を介して、植物栽培施設へ供給する炭酸ガス供給システムを用いて、植物栽培施設への炭酸ガス供給方法であって、
   前記炭酸ガス供給システムが、前記植物栽培施設内の温度が所定値を越えるとともに、前記植物栽培施設内の炭酸ガス濃度よりも前記オフィス内の炭酸ガス濃度が高いことを検出した場合には、前記供給ポンプを駆動し、前記オフィス内の空調空気を、前記供給管を介して、前記植物栽培施設内に供給することを特徴とする植物栽培施設への炭酸ガス供給方法。
2. 植物栽培施設内及びオフィス内の炭酸ガスの濃度を検出する濃度検出手段を備え、空調設備により温度及び湿度が管理されるオフィス内に収容された生体の呼吸によって生じる炭酸ガスを含む気体を、供給ポンプを有する供給管を介して、植物栽培施設へ供給する炭酸ガス供給システムであって、
   前記供給ポンプは、前記植物栽培施設内の温度が所定値を越えるとともに、前記植物栽培施設内の炭酸ガス濃度よりも前記オフィス内の炭酸ガス濃度が高いことを検出した場合に駆動されて、前記オフィス内の空調空気を、前記供給管を介して、前記植物栽培施設内に供給することを特徴とする植物栽培施設への炭酸ガス供給システム。