JP2013005766A

JP2013005766A - 日本復興の植物工場

Info

Publication number: JP2013005766A
Application number: JP2011141283A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kurokawa; 幸男黒川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-26
Filing date: 2011-06-26
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】これから世界で起きる食糧問題や農業問題の解決と電力不足の解決と地球温暖化防止をする。
【解決手段】野菜・果物・穀類・豆類等の多種な植物の生産と栽培植物の地産地消と自給自足で循環利用の水・電気エネルギーを完全制御型太陽光・人口光併用した中規模な礫耕・水耕・植物移動・階層型栽培に利用し、自然空調と強制空調を併用し初期投資（建設費・設備費）とランニングコスト（電気費・水道費・人件費等）を最小限に抑え、単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にする。尚、太陽光発電のエネルギーを電気自動車バッテリー等に充電させ売電し電力不足を無くし、電気自動車の普及とＣＯ₂排出量の大幅削減や地球温暖化防止をする。更に、該植物工場の採算をとる為、エネルギーの自給自足をする為と栽培植物の種類毎に栽培効率に最適な工場１０１の規模を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、野菜・果物・穀類・豆類等の多種な植物の生産を全自動制御で生産可能にし、栽培植物の地産地消と単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にし、これから世界で起きる食糧問題の解決と農業の再生に貢献する技術である。
尚、自給自足で循環利用の水・電気エネルギーを完全制御型太陽光・人口光を併用した最小限のエネルギーで中規模な礫耕・水耕・植物移動・階層型栽培に利用し、自然空調と強制空調を併用し初期投資（建設費・設備費）とランニングコスト（電気費・水道費・人件費等）を最小限に抑える技術である。
更に、太陽光発電の電気エネルギーを電気自動車バッテリー等に充電させ売電し昼夜間の電力不足を無くす技術である。
本発明は、電気自動車を普及させ該植物工場で新たなＣＯ₂を排出せず、大気中のＣＯ₂を取り入れ地球温暖化防止にも大貢献する技術である。

現在の植物工場は極限られた種類の植物を対象にした工場が少し稼働しているが採算がなかなか取れない。植物工場は初期投資（建設費・設備費）やランニングコスト（電気費・水道費・人件費等）が高過ぎる為、植物工場に利用できる土地・建物は沢山空いているが、いろいろな組織や企業が新たに植物工場に参入できないでいるのが現状である。

特に、植物工場で生産する植物で豆類や穀類の研究・開発はほとんど手付かずである。

現在、水・電気エネルギーを自給自足できる植物工場はない。

特許公開２０１１−０９２１６１号公報特許公開２０１１−０５０２８８号公報特許公開２０１１−０３４２４８号公報特許公開２０１１−０３０５５６号公報特許公開２０１０−０１７１６８号公報特許公開２００７−２２２０３９号公報特許公開２００６−０９４８４４号公報特許公開２０００−０２３５７４号公報特許公開平１０−００４７８８号公報特許公開平０７−１６３２５３号公報

これから日本を含む世界で起きる食糧問題と農業の再生。

化石燃料を利用した発電によるＣＯ₂排出と電力不足。

電気自動車の普及や地球温暖化防止。

本発明は、課題を解決する為に以下の手段をとった。野菜・果物・穀類・豆類等の多種な植物の生産を全自動制御で生産可能にし、栽培植物の地産地消と食の安全・安心な無菌栽培と自給自足で循環利用の水・電気エネルギーを完全制御型太陽光・人口光を併用した中規模な礫耕・水耕・植物移動・階層型栽培に利用し、自然空調と強制空調を上手く併用し、外気よりＣＯ₂を取り入れ全自動生産システムにする事で初期投資（建設費・設備費）とランニングコスト（電気費・水道費・人件費等）を最小限に抑え、単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にし、植物工場に適した植物の新種研究・開発をする。
尚、太陽光発電のエネルギーを電気自動車バッテリー等に充電し、化石燃料を利用した発電による電力に代わる電力として利用し、同時に電気自動車の普及や地球温暖化防止をする。
更に、該植物工場の採算をとる為、エネルギーの自給自足をする事と栽培植物の種類毎に栽培効率に最適な中規模工場の規模を選択する。

本発明は、該植物工場の自給自足で循環利用の水・電気エネルギーや全体システムで単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にし、全自動生産システムで栽培植物の低価格化と該植物工場に適した植物の新種研究・開発をする事で日本のみならず世界の食料問題を解決し、更に、農業人の高齢化を止め、又、高齢者の就労場所としても適し、全ての年代の人が就労出来る場所になる為、農業就労人口を増やして農業が再生する。

本発明は、スマートグリッドやエコシティや電気自動車等を普及させＣＯ₂排出量を大幅削減し、地球温暖化防止と電力不足を無くす。

本発明は、工業団地等の中に該植物工場を誘致して別の工場等から排出されているＣＯ₂を利用し植物栽培が出来る為、大気中のＣＯ₂を大幅削減し地球温暖化防止をする。

本発明は、該植物工場の初期投資（建築費・設備費）とランニングコスト（電気費・水道費・人件費等）の低価格化や太陽光発電とＬＥＤ照明と植物工場全自動生産システムの技術躍進と低価格化の推進をする。

以下では、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１のグラフィック図は該植物工場（１０１）が１０項目の解決すべき課題の構成を示す。
図２の該植物工場（１０１）の構成図では該植物工場（１０１）の最適な規模とシステム構成の全容を示す。

図２の建築物はＡ棟（１）・Ｂ棟（２）・Ｃ棟（３）のガラス・プラスチック・ビニールハウスで構成する。Ａ棟（１）は外温室（１１）と内温室（１２）のガラス・プラスチック・ビニールハウスで建設され播種・育苗された苗から植物栽培する工場である。Ｂ棟（２）は播種・育苗栽培工場（２１）と収穫工場（２２）と全自動化システムの為の多目的工場（２３）で構成する。Ｃ棟（３）はＡ棟（１）で植物栽培された後の最終処理工程と多種多様な植物栽培を目的にした工場である。
更に、該植物工場（１０１）の採算をとる為、エネルギーの自給自足をする事と栽培植物（１００）の種類毎に栽培効率に最適な中規模工場の規模を選択し、該植物工場（１０１）の規格標準化をする。

図２の植物栽培プラント設備はＡ棟（１）の内温室内空調（温度・湿度）と外気よりＣＯ_２を取り入れるシステムの内温室強制空調システム（４）と植物栽培用水分・栄養液供給システム（５）と該植物工場（１０１）全体の雨水循環システム（６）・雨水タンク（６１）と太陽光発電用電気自動車バッテリー等充電システム（７）で構成する。

図２のＡ棟（１）とＣ棟（３）の屋根部は太陽光発電パネル（１３）で屋根の役目をすると同時に発電した電気を該植物工場（１０１）の電気エネルギーとして利用、且つ、太陽光発電用電気自動車バッテリー等充電システム（７）に電気エネルギーを供給充電し売電をする。

図３の雨水循環システム（６）は該植物工場（１０１）の全ての屋根に降り注いだ雨を雨水タンク（６１）に集め循環させ植物栽培用水分・栄養液供給システム（５）に送られ植物栽培に利用し、気温の高い夏場には発電効率を高める為、太陽光発電パネル（１３）を冷やすと同時にＡ棟（１）の外温室（１１）とＣ棟（３）の内部温度を下げる為、雨水循環ポンプ（６３）により屋根部の雨水循環システム（６）で太陽光発電パネル（１３）に散水（６２）をして回収する。

図３はＡ棟（１）を示し、外温室（１１）と内温室（１２）のガラス・プラスチック・ビニールハウスの建物で出来ていて外温室（１１）は窓（１８）の開閉で矢印（１９）の様に空気が流れ自然空調する。内温室（１２）は図２の内温室強制空調システム（４）により温度・湿度・ＣＯ₂濃度等を強制空調する。

図４のＡ棟（１）の内温室（１２）のガラス・プラスチック・ビニールハウス内部には図６の太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）と天井部に人口光として使用していない時は上から太陽光を取り入れる事のできる人口光のブラインド式ＬＥＤ照明（１５）で構成する。

図２のＡ棟（１）の内温室（１２）のガラス・プラスチック・ビニールハウスの人の出入りには出入口部にエアーシャワー室（１６）が取り付けられ内部は無菌状態を保ち栽培植物の安全・安心な無菌栽培をする。
更に、Ａ棟（１）の内温室（１２）の栽培植物（１００）の入口（１４６）と栽培植物（１００）の出口（１４７）には二重扉が設置され使用していない時は閉じられ、使用時には開かれ内部圧力を大気圧より少し上げ無菌状態を保つ。

図５のＡ棟（１）の内温室（１２）のガラス・プラスチック・ビニールハウスの四方外側面には太陽光を使用する時は開放し、人口光のブラインド式ＬＥＤ照明（１５）の光を使用する時は閉じ、外部に光が漏れなくし、人口光を植物栽培に効率良く利用する為、内側に光を乱反射させるブラインド（１２１）を取り付ける。

図７のＡ棟（１）の太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）は栽培植物（１００）を一日に数サイクル矢印（１７）の様に移動栽培し、図８の水・養液の植物根養液供給（１４２）と植物葉養液散布（１４３）や栽培植物（１００）の余分な葉のトリミング（１４５）等の作業工程ゾーン・生長監視ゾーン（１４１）で構成する。

図２でＢ棟（２）の播種・育苗栽培工場（２１）に種等がＢ棟（２）の出入口（２４）より搬入され、播種・育苗栽培工場（２１）で発芽生長した苗がＡ棟（１）に搬送され太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）に図７の栽培植物（１００）の入口（１４６）より入り、昼の長さ（明期）に図７の下から上に一日に数サイクルを矢印（１７）の様に植物が移動しながら太陽光を栽培植物（１００）が均等に吸収し、且つ、内温室（１２）の内部空調（温度・湿度・ＣＯ₂濃度）を全ての場所で均一にする。夜の長さ（暗期）の一部に深夜電力を利用しブラインド式ＬＥＤ照明（１５）を点灯させて長い時間明期を保持する事で栽培植物（１００）の生長が大幅に促進する。暗期のブラインド式ＬＥＤ照明（１５）が消えている時間の植物移動は停止する。

図８の栽培植物（１００）はＢ棟（２）の播種・育苗栽培工場（２１）より生長した苗を植物栽培用鉢（８）に植え、図９の１台の栽培用トレー（９）に植物栽培用鉢（８）が複数個乗せられＡ棟（１）の太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）で移動栽培する。

図８の植物栽培用鉢（８）には再使用できる保水性が高く軽い人口礫（８１）がひかれ栄養素が含有され１５日間程で自然溶解する苗生長用エコポット（８２）が置かれ、更に、保水性が高く軽い人口礫（８１）を入れる。苗生長用エコポット（８２）の中に播種・育苗栽培工場（２１）で播種育苗された苗の付いたスポンジ（８３）が入り定植し、Ａ棟（１）に搬送する。太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）で日数が少し経過し、苗が少し生長した時期に作業工程ゾーン・生長監視ゾーン（１４１）で人の手で苗の生長状態観察を兼ねて植物倒れ防止の蓋（８４）をかぶせる。

図８の植物栽培用鉢（８）には植物の作業工程ゾーン・生長監視ゾーン（１４１）で水・養液ポンプ（５１）により植物根養液供給（１４２）と植物葉養液散布（１４３）がされ、栽培植物（１００）に余分な養液は植物栽培用鉢（８）の底部穴（８５）等から下に落とし循環使用する為、図３の養液回収（１４４）をする。植物栽培用鉢（８）の栽培植物（１００）の根と葉には常に適度な水分・栄養が保持される様、植物の作業工程ゾーン・生長監視ゾーン（１４１）で自動監視し必要回数適度な養液供給をして最少の養液で植物栽培をする。

図８の栽培植物（１００）は作業工程ゾーン・生長監視ゾーン（１４１）で栽培植物（１００）の余分な葉のトリミング（１４５）をする事で内温室（１２）の内部で空気の流れを良くし、温度・湿度・ＣＯ₂濃度を均一にし、光が栽培植物（１００）に効率良くあたり収穫部の生長を大幅促進する。

図７のＡ棟（１）の太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）で生長した栽培植物（１００）は収穫時期になると栽培植物（１００）の出口（１４７）よりＢ棟（２）の収穫工場（２２）に搬送され収穫、或いは、栽培植物の出口（１４７）よりＣ棟（３）へ搬送され最終処理工程を経てＢ棟（２）の収穫工場（２２）に搬送され収穫し、Ｂ棟（２）の出入口（２４）より出荷する。

図２のＢ棟（２）の播種・育苗栽培工場（２１）とＡ棟（１）の内温室（１２）の太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）とＢ棟（２）の収穫工場（２２）とＣ棟（３）を栽培植物（１００）の種類により栽培に最適な中規模を選択する事で単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にする。

図２の該植物工場（１０１）の太陽光発電パネル（１３）で植物栽培利用と電気自動車バッテリー等に充電して売電し、原子力や化石燃料で発電する電力に代わり電力不足を解決する。
更に、もし日本の全耕地面積（５００万Ha＝５００億平米）を該植物工場（１０１）にした時、該植物工場（１０１）の発電量は太陽光発電量（０．１５kw／平米）と平均日照時間６時間／日の時に約３００億kwh／日で現在日本の一日の総発電量が約３０億kwh／日の１０倍に相当する。太陽光発電の技術躍進はこれからも続いて行く事は間違いない事実で、近い将来１０倍が何十倍になる。

図３の太陽光発電用電気自動車バッテリー等充電システム（７）で電気自動車を日本は基より世界中に普及させ自動車からのＣＯ₂排出量を大幅削減し地球温暖化防止をする。

図２の該植物工場（１０１）で外気よりＣＯ₂を取り込み植物栽培に利用する事で大気中のＣＯ₂を大幅削減し地球温暖化防止をする。

図１は植物工場（１０１）が解決すべき課題を示したグラフィック図である。図２は植物工場（１０１）の全構成を示した構成図である。図３はＡ棟（１）の全構成を示した構成図である。図４は太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）を示した構成図である。図５は内温室（１２）のブラインドの取り付け図である。図６は栽培用ブラインド式ＬＥＤ照明（１５）を示した展開図である。図７は太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム（１４）の植物の移動を示した展開図である。図８は植物栽培方法を示した構成図である。図９は植物栽培用鉢（８）を乗せ移動させる栽培用トレー（９）を示した展開図である。

１Ａ棟
１１外温室
１２内温室
１２１光を乱反射させるブラインド
１３太陽光発電パネル
１４太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システム
１４１作業工程ゾーン・生長監視ゾーン
１４２植物根養液供給
１４３植物葉養液散布
１４４養液回収
１４５葉のトリミング
１４６栽培植物（１００）の入口
１４７栽培植物（１００）の出口
１５ブラインド式ＬＥＤ照明
１６エアーシャワー室
１７栽培植物（１００）の流れ
１８窓
１９外温室（１１）内の空気の流れ
２Ｂ棟
２１播種・育苗栽培工場
２２収穫工場
２３全自動化の為の多目的工場
２４Ｂ棟（２）の出入口
３Ｃ棟
４内温室強制空調システム
５植物栽培用水分・栄養液供給システム
５１水・養液ポンプ
６雨水循環システム
６１雨水タンク
６２散水
６３雨水循環ポンプ
７太陽光発電用電気自動車バッテリー等充電システム
８植物栽培用鉢
８１保水性が高く軽い人口礫
８２苗生長用エコポット
８３苗の付いたスポンジ
８４植物倒れ防止の蓋
８５植物栽培用鉢（８）の底部穴
９栽培用トレー
１００栽培植物
１０１植物工場
１０１０自給自足の水・電気エネルギー
１０１１地産地消
１０１２初期投資とランニングコストの大幅削減
１０１３食糧問題の解決
１０１４農業の再生
１０１５雇用の確保
１０１６電力不足の解決
１０１７地球温暖化防止
１０１８電気自動車の普及
１０１９経済効果

Claims

野菜・果物・穀類・豆類等の多種な植物の生産を栽培植物の種類毎に最適な植物栽培方法と植物工場システム構成規模の選択で極限まで初期投資（建設費・設備費）が少なく、該栽培植物の地産地消と自給自足の水・電気エネルギーを利用してランニングコスト（電気費・水道費・人件費等）を最小限に抑え、更に、食の安全・安心な無菌栽培と単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にして食糧問題の解決や農業人の高齢化を止め、全自動栽培システムで軽作業化し高齢者の就労場所としても適し、先進技術を取り入れ全ての年代の人が就労出来る場所になる為、農業就労人口を増やし農業の再生をする事を特徴とする植物工場。
該全自動栽培システムはガラス・プラスチック・ビニールハウスのＡ棟・Ｂ棟・Ｃ棟の三つの建物から成り、該Ｂ棟の播種・育苗栽培工場で生長した苗を該Ａ棟の太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システムで苗より更に生長させ収穫時期になると再び該Ｂ棟の収穫工場で収穫するか該Ｃ棟で最終処理工程後該Ｂ棟の該収穫工場で収穫する事を特徴とする請求項１に記載の植物工場。
該自給自足の水・電気エネルギーは屋根に降り注ぐ雨水と太陽光より供給され、水は雨水タンクに集め植物栽培に使用され循環利用し、夏場の暑い時期には該Ａ棟と該Ｃ棟の屋根の太陽光発電パネルの冷却と該植物工場全体を冷却する。電気エネルギーは該太陽光発電パネルで発電した電力を電気自動車バッテリー等に充電し、植物栽培に利用と同時に再生可能エネルギーとして売電し電力不足を解決する事を特徴とする請求項１と請求項２に記載の植物工場。
該Ａ棟はガラス・プラスチック・ビニールハウスで建設され自然空調の外温室と強制空調の内温室で構成し、該内温室には天井に人口光のブラインド式ＬＥＤ照明と四方外側面には人口光使用時に内側に光を乱反射させるブラインドと該太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システムがある事を特徴とする請求項１から請求項３に記載の植物工場。
該ブラインド式ＬＥＤ照明は夜の長さ（暗期）を短くし、昼の長さ（明期）を価格の安い深夜電力を利用した該ブラインド式ＬＥＤ照明の人口光で長くし、太陽光を取り入れる時は該ブラインド式ＬＥＤ照明を開き、人口光を使用する時は該ブラインド式ＬＥＤ照明を閉じる事で該栽培植物が苗からの生長を大幅促進する事を特徴とする請求項４に記載の植物工場。
該光を乱反射させるブラインドは太陽光を使用時は開き、人口光の該ブラインド式ＬＥＤ照明を使用時にブラインドを閉じ、該栽培植物に効率良く人口光を内側に乱反射すると同時に暗期の外部に光を漏らさない事を特徴とする請求項４と請求項５に記載の植物工場。
該太陽光・人口光併用型階層移動式栽培システムは入口にエアーシャワー室があり食の安全・安心な無菌栽培をし、該栽培植物が下から上に移動しながら苗から生長をする。そして該栽培植物が移動する事で該Ａ棟内の該内温室の該強制空調している温度・湿度・ＣＯ₂濃度と光の照射量を均一にし、植物の作業工程ゾーン・生長監視ゾーンでは該栽培植物の植物根養液供給・植物葉養液散布・不要な葉のトリミングをして該栽培植物の生長を自動監視し該栽培植物の単位面積当たりの収穫量を通年で露地栽培の数百倍にする事を特徴とする請求項４から請求項６に記載の植物工場。
該植物栽培は該Ｂ棟で植物栽培用鉢に再利用できる保水性が高く軽い人口礫を引きその上に１５日間程で自然溶解する該植物栽培に必要な栄養分を含んだ苗生長用エコポットを置く、更に該保水性が高く軽い人口礫を入れ該苗生長用エコポットの中に生長した苗の付いたスポンジを定植させ該Ａ棟で移動栽培をして適度な養液を植物根と植物葉に一定確保して該栽培植物の生長を大幅促進する事を特徴とする請求項１に記載の植物栽培方法。