JPH08289684A - 植物栽培施設 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギーコストを低く抑えることのできる
植物栽培施設を提供する。 【構成】 植物が水耕栽培される第１の区画（１００）
には、水に肥料などを含ませた養液が供給される。この
養液は、第１の区画（１００）の外部すなわち第２の区
画（２００）に導かれ、ここで一部が蒸発されて気化熱
により冷却される。そして、冷却された養液は第１の区
画（１００）に導かれ、この雰囲気を冷房するための冷
媒として働くことになる。一方、第１の区画（１００）
の上方に通気可能に第３の区画（３００）が隣接されて
いれば、昇温した空気は第１の区画（１００）から第３
の区画（３００）に流れ込むので、結果として第１の区
画（１００）は冷房される。そして、この第３の区画に
対して上記の第２の区画（２００）が熱伝導良好な壁３
０５を介して隣接させられていれば、上記の作用が相ま
って、更なる冷房エネルギーのコスト低減が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる植物工場に係
り、特に詳細には水に肥料等を含ませた養液により植物
を閉空間内で水耕栽培する完全制御型の植物栽培施設に
関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の水耕栽培施設は植物の成長が速い
こと、作業の集約性が高いこと等の長所を持つ。特に、
後でも述べるように完全制御型水耕施設は、上記の長所
に加えて、生産性が高いこと、栽培日数が制御ないし予
測可能で生産計画を立てやすいこと、無農薬・無病虫害
にできるため、付加価値性が高いという特長を持つこと
が知られている。

【０００３】上記の従来の植物栽培施設の主たる問題点
は、運転に要するエネルギーのコストであり、そのうち
重要な部分を占めるのは、夏季の高温に対処するための
冷房コストである。したがって、冷房の高効率化は植物
栽培水耕施設にとって最大の問題点である。夏季の高温
は、通常の太陽光使用施設（いわゆるガラス温室ハウス
など）においては、太陽光の入射を防ぐための減光シー
トを展開することで対処されるが、その設備のためのコ
ストの外、植物に有益な波長の光も弱めるので、不利益
も大きい。

【０００４】これに対し、完全制御型施設とは、太陽光
を使用しないで人工光照明を用いた水耕栽培施設であ
り、したがって断熱性のよい壁を持ち、夏季の熱の侵
入、冬季の熱の損失を防ぐ。また、炭酸ガスを施肥して
成長速度を高めることが行われるので、気密性も比較的
良好に作られている。このことは、暖気・冷気の外部と
の交流を防ぎ、病害虫の侵入を防ぐためにも有効であ
る。この場合の建屋の構造を略密閉構造ないし準気密的
構造ということとする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】準気密的構造では、四
季を通じて外界の気温変動の影響が内部に及ぶことが少
なく、したがって良好な環境を保ちうる。ところが、人
工照明のための発熱源を内部に有するため、特に夏季に
おいての、しかし唯一の欠点として、内部温度の上昇は
避けがたい。そのため従来は、製氷機やヒートポンプな
どの冷房装置を併用することになっていた。このように
植物栽培施設においては、夏季の冷房コストが常に重要
な問題点となり、この冷房コストを節減する方法が望ま
れていた。

【０００６】ところで、従来の簡易冷房方法として、例
えば蒸発冷却法がある。通常は水を細霧状となし、これ
を通過して冷却された空気を施設内に送風機によって送
り込むものである。冷却特性は水のエンタルピー曲線に
よって決定されることはよく知られており、夏季に条件
が良ければ、外気温より７℃程度、温度を下げられるこ
とが判っている。これはコストが安く、実用的な方法で
ある。

【０００７】ただし、この蒸発冷却法の問題点は、施設
内の湿度が高まることであり、更に詳細には、湿度上昇
に伴って冷却効率が低下してしまうため、条件が劣化す
る場合には効果を失ってしまうことである。また、気密
を保つことができない欠点も持つ。

【０００８】そこで本発明は、この欠点を解消して、従
来の蒸発冷却法を利用した施設を改良し高効率で安価な
冷房を実現するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、養液により植
物を水耕栽培する完全制御型の植物栽培施設において、
略密閉構造をなし、植物を水耕栽培するための栽培装置
が内部に配置される第１の区画と、養液を前記栽培装置
に循環させると共に、当該養液を蒸発により冷却し、養
液を冷媒として第１の区画に送り込む処理装置が配置さ
れる第２の区画とを備えることを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、養液により植物を水耕栽
培する完全制御型の植物栽培施設において、略密閉構造
をなし、植物を水耕栽培するための栽培装置が内部に配
置される第１の区画と、第１の区画の上方に配置される
と共に、当該第１の区画との間で通気可能な構造をなす
第３の区画とを備えることを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、養液により植物を水耕栽
培する完全制御型の植物栽培施設において、略密閉構造
をなし、植物を水耕栽培するための栽培装置が内部に配
置される第１の区画と、養液を前記栽培装置に循環させ
ると共に、当該養液を蒸発により冷却し、養液を冷媒と
して第１の区画に送り込む処理装置が配置される第２の
区画と、第１の区画の上方に配置されると共に、当該第
１の区画との間で通気可能な構造をなし、かつ、第２の
区画との間の隔壁が熱伝導性の良好な材料で形成されて
いる第３の区画とを備えることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の第１の態様によれば、養液を冷媒とし
て用いることで、冷房コストの低減という目的を達成し
得る。すなわち、水耕栽培装置においては植物培養液が
循環しているので、この一部を別に設けた蒸発室（第２
の区画）に導く。循環用のポンプも水も既存のものなの
で特別に新しく用意する必要がない。つまり、水耕栽培
と組合わせる利点が大きい。

【００１３】蒸発室は栽培室（第１の区画）とは別に設
置され、ここでは循環養液が細霧状あるいは広面積に展
開される。蒸発室内には除湿器ないし送風機が設けら
れ、これにより蒸発熱を奪うようになっている。

【００１４】冷却された水（冷却後の養液）は凝縮し
て、栽培室に還流する。この冷却液は栽培室内でその気
温を下げるために、つまり冷媒として使われる。一般に
水耕装置においては、循環ポンプのパワーが水にも与え
られるため、水温は気温より高くなる傾向がある。植物
によっては、低い方が好ましい場合も多いが、そのよう
には従来できなかった。本発明によって、蒸発の程度を
調節することにより、気温と水温との高低関係は自由に
設定できるようになった。

【００１５】蒸発室における除湿器は、蒸発冷却の効率
を高めることに目的があるので、その点で単なる除湿器
ではない。この目的のために、除湿器は栽培室でなく開
放された蒸発室にあっても、蒸発冷却装置の直接の内部
に除湿面があり、その駆動電源、発熱部は離して置くよ
うにされる。

【００１６】このようにして、蒸発室内で製造された冷
水は栽培室に還流することで、栽培室の冷房に有効とな
る。栽培室内部の温度を過度に高めることなく、冷房が
できることになる。

【００１７】従来の蒸発式冷房システムは、既に説明し
たように、高温の外気を吸引し蒸発に使用して冷却する
もので、無駄が多い。かつまた、栽培室内に直接設置し
て、その空気を冷却して栽培室内を冷却せんとするもの
であった。

【００１８】これに対し、本発明では、空気でなく水を
冷却媒体として用いるもので、また、蒸発冷却装置は別
の第２の区画内に置くもので、同じ蒸発法でも、このよ
うな方法は、未だ提案されなかったのである。この方法
の特長は以下のようである。

【００１９】特に完全制御型では植物に対して炭酸ガス
施肥の関係で準密閉構造をとる必要があって、従来方式
のように直接外気を取入れたり循環したりすることはで
きず、本発明のように水による冷却方式しかとることが
できない。

【００２０】熱効率の点から、空気冷却と水冷却とを比
較することは、状況によって変るため決めにくいが、今
の場合には明瞭な差がある。即ち、大きな栽培施設に比
して小さな通風型蒸発室では内部の温度を下げやすいた
め、水の蒸発と凝縮が効率的に起るので、冷却効率が高
い。水の蒸発速度は凝縮部との距離と温度差によって決
まるので、第２の区画である別室の蒸発室は、栽培室と
は無関係に最適の熱設計を行うことができるからであ
る。

【００２１】一方、大きな栽培室を直接冷房するとき
は、蒸発冷却ないし通常冷房の如何を問わず、空気の伝
熱・水蒸気の拡散・流通のいずれにおいても、必ずしも
良好でなく、また内部湿度不均一ないし内部過湿を生じ
やすい。

【００２２】除湿器にも電力が必要であるが、小さい蒸
発室ではその冷却効率は高くなる。実際、栽培室を直接
蒸発冷却する場合には、前記理想値（たとえば７℃冷
却）に比べその半分（たとえば４℃）にも達しないこと
が多かったのに対し、小型で別の蒸発室を設けた場合に
は、ほとんど理想状態で運転できることになる。すなわ
ち、冷房のコストをそれだけ節減することができる。例
えば、同じ冷房能力では、消費電力を２／３程度にでき
ると見積ることができる。

【００２３】

【実施例】本発明による水耕栽培施設の具体的構造は、
第１図に示すように、準密閉的構造を有する第１の区画
１００であり、ここに水耕栽培施設１０１と、人工照明
施設１０２が収容されている。これに隣接して第２の区
画２００があり、ここには外気を採り入れる通風設備２
０１があって、密閉されていない。第１の区画１００か
ら養液の配管１０５が第２の区画２００に接続され、こ
こで、この液を使って蒸発冷却装置２０４により蒸発冷
却が行われる。冷却された液は、別の配管１０６により
第１の区画１００に還流する。蒸発により養液の濃度が
濃くなるので、それを検知して修正すべく、水を補給す
る装置１０７が通常は第１の区画１００に設けられてい
る。

【００２４】第１の区画１００と第２の区画２００は、
上記配管１０５、１０６以外では相互に独立しており、
冷却水のみによって第１の区画１００から熱を排出する
ようになされる。もちろん、夏期以外の冷却不要な時期
においては、上記配管１０５，１０６を遮断休止するよ
うになされている。

【００２５】次に、本発明の第２の応用例を第２図を用
いて説明する。今までの説明では、液体によってのみ第
１の区画１００の冷却を行うものであったが、この例で
は、雰囲気の冷却も同時に行うことによって、さらに冷
却を有効ならしめんとするものである。

【００２６】本実施例においては、第１の区画１００の
うち、天井に近い部分を第３の区画３００と名付ける。
第１の区画１００とは完全に独立しておらず、第１の区
画１００における人工照明１０２、その他の熱による上
昇気流によって昇温した大気の集まる部分を指すものと
する。これは、炭酸ガス施肥の必要上、第１の区画１０
０と、第３の区画３００とを併せて準密封とする必要か
らであり、第１の区画１００と第３の区画３００の境界
は、特になくてもよい。また、二階構造の建物の場合に
は、下階に栽培照明施設を収容し、上階に昇温大気を集
め、その中間の下階の天井、上階の床に開口部を設けた
配置でもよく、この場合には、下階が第１の区画１０
０、上階が第３の区画３００に相当する。

【００２７】第３の区画３００は既述の第２の区画２０
０に壁３０５を介して隣接しており、この壁３０５は熱
伝導のよい材料たとえばアルミニウム板で構成される。
この場合、第３の区画３００の昇温部から、熱伝導によ
って第２の蒸発冷却され（但し湿度の高い）を雰囲気に
熱が移行する。これは、第１応用例の液体冷却と異な
り、空気冷却を併用することであり、冷却効果を総合的
に増すことになる。

【００２８】上記熱伝導を増進するために壁３０５を薄
くし、壁面積を広くすることは有効である。また、第２
の区画２００の内部において区画内通風によって、蒸発
冷却風によって、蒸発冷却風が直接に上記壁３０５に接
触するようになされることは有効である。また、壁３０
５の構造を単なる平面でなく、複雑な形状ないし管降状
として空気を循環させ、熱交換をはかること等に関し
て、通常考えられる種々の手法を適用することができ
る。

【００２９】本発明の具体的構成例を第２図について述
べれば、第１の区画１００に水耕栽培施設１０１本体と
人工照明施設１０２が収容されている。第１の区画１０
０の天井近くの層が簡単に仕切りされ、昇温大気がここ
に集まるようになっている。ここの開口部は季節によっ
て開閉できるようになっている。この上部が第３の区画
３００である。第１と第３の区画１００、３００の関係
は、本発明者の先の出願（特願平６−３１６６５７号）
と同様である。

【００３０】第１および第３の１００、３００区画は、
第２の区画２００と隣接しており、第１の区画１００と
第２の区画２００とは養液配管１０５、１０６によっ
て、第３の区画３００と第２の区画２００とは熱伝導壁
３０５によってのみ接続している。

【００３１】第２の区画２００は、養液の蒸発冷却装置
２０４と、そのための外気取入通風装置２０１があり、
冷却された養液を第１の区画１００に還流し、また、冷
却された大気により第３の区画３００の壁３０５を介し
て雰囲気を冷却する。このために、第２の区画２００内
には上部壁３０５に冷風を運ぶための送風機を設けるこ
とが好ましい。

【００３２】上記第２の応用例においては、第１の応用
例とくらべて概算で約２割の冷房能力が増大するので、
その分、エネルギ−コストが安くて済む。もちろん、設
備の状況の状況によって大差があるので、これは一例に
すぎない。

【００３３】

【発明の効果】以上、種々説明したように本発明は、比
較的簡易な構造によって実用的な冷房を行うことがで
き、特に完全制御型植物工場においてその有効性が著る
しく、その植物生産コストを低下させ経済性を増すこと
ができるので、産業上きわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概念図である。

【図２】本発明の第２実施例の概念図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 養液により植物を水耕栽培する完全制御
   型の植物栽培施設において、 略密閉構造をなし、植物を水耕栽培するための栽培装置
   が内部に配置される第１の区画と、 前記養液を前記栽培装置に循環させると共に、当該養液
   を蒸発により冷却し、前記養液を冷媒として前記第１の
   区画に送り込む処理装置が配置される第２の区画とを備
   えることを特徴とする植物栽培施設。
2. 【請求項２】 養液により植物を水耕栽培する完全制御
   型の植物栽培施設において、 略密閉構造をなし、植物を水耕栽培するための栽培装置
   が内部に配置される第１の区画と、 前記第１の区画の上方に配置されると共に、当該第１の
   区画との間で通気可能な構造をなす第３の区画とを備え
   ることを特徴とする植物栽培施設。
3. 【請求項３】 養液により植物を水耕栽培する完全制御
   型の植物栽培施設において、 略密閉構造をなし、植物を水耕栽培するための栽培装置
   が内部に配置される第１の区画と、 前記養液を前記栽培装置に循環させると共に、当該養液
   を蒸発により冷却し、前記養液を冷媒として前記第１の
   区画に送り込む処理装置が配置される第２の区画と、 前記第１の区画の上方に配置されると共に、当該第１の
   区画との間で通気可能な構造をなし、かつ、前記第２の
   区画との間の隔壁が熱伝導性の良好な材料で形成されて
   いる第３の区画とを備えることを特徴とする植物栽培施
   設。