JP2014042483A - 温室用空気供給装置及び温室用空気供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】栽培植物により適した生育環境を従来より効率的につくる。
【解決手段】外気と温室内空気とを本体部１０の空気混合部で混合し、この混合によって所定の温度及び湿度になるように制御し、その混合空気を栽培植物の株元に供給する構成である。制御部３０の制御によって両者の混合割合を制御すれば、混合空気の温度及び湿度調整を容易に行うことができる。この制御された混合空気を株元に供給できるため、栽培植物の生育環境を適切に制御することを従来よりも確実に行うことができる。また、外気に含まれる二酸化炭素濃度は温室内空気に含まれる二酸化炭素濃度よりも高く、その濃度の二酸化炭素を栽培植物に直接接触させることができる。すなわち、外気と温室内空気とを混合して所定の温度及び湿度となるように制御すれば、栽培植物の生育場所付近の温度、湿度環境に加え、二酸化炭素濃度も効率的に適切に制御できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度環境、湿度環境、さらには二酸化炭素濃度環境を栽培植物にとってより適切となるように制御する温室用空気供給装置及び温室用空気供給方法に関する。

温室内の温度、湿度などの環境制御をする場合、一般には、天窓や側窓などの窓部の開閉制御、妻面などに設置した換気扇を駆動しての換気制御、あるいは冷暖房装置の駆動による制御などによってなされている。しかし、窓部の開閉制御のみでは温室内温度を下げにくい場合があったり、換気扇による制御では、隣接する栽培植物の列の間の作業用通路を空気が主に流通し、栽培植物が密集している部位での空気の流れが生じにくい場合があったりする。また、冷暖房装置による制御は、省エネルギーの観点から大型のものはできるだけ控えたい。

一方、特許文献１では、外気を取り込む外気調整機を温室に設け、この外気調整機内で、所定の温度、湿度の空気に制御し、制御した空気を温室内に供給する技術が開示されている。また、特許文献２では、熱交換・蓄熱器とヒートポンプとを温室に設置して温度制御を行うことで、日中の換気を行わない閉鎖型栽培、又は、日中、室温が所定温度を超えた場合のみ換気を行う半閉鎖型栽培を実現し、二酸化炭素を積極的に施用して二酸化炭素濃度を高く維持する技術が開示されている。

特開２０００−３２４９４７号公報 特開２０１１−４７３９号公報

特許文献１の場合、外気調整機内で外気を所定の温度、湿度に制御するのであるが、その制御を専ら加湿器や熱交換器等の能力に依存して行われるものであるため、制御効率の点で課題がある。また、所定の温度、湿度に制御した外気を栽培植物の上方で供給している。そのため、例えばトマトのように栽培時の高さ数ｍになる植物の場合、特許文献１の技術では生育を左右する株元付近の環境を生育に適したものにすることが困難である。

一方、特許文献２に開示されているように、閉鎖型又は半閉鎖型栽培では、二酸化炭素濃度を高く維持するために、窓部の開閉時間はできるだけ短くするようになっているが、その前提として二酸化炭素の供給制御が必要となる。しかし、特許文献１の技術では、調整後の空気を単に温室内に供給しているだけであり、温室内より二酸化炭素濃度の高い外気の積極的な活用ができていない。そのため、閉鎖型又は半閉鎖型栽培には不向きである。また、特許文献２のように、栽培植物の株元付近に二酸化炭素を施用する技術は知られているが、外気に含まれる二酸化炭素を積極的に利用すると共に、外気によって温度、湿度を制御した混合空気を栽培植物の株元に供給する技術は知られていない。さらに、このような混合空気を供給する技術に加えて二酸化炭素を積極的に施用する技術を組み合わせたものも知られていない。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、温室内に、所定の温度及び湿度に制御された外気と温室内空気とを混合した混合空気を供給し、栽培植物により適した生育環境を従来より効率的につくることができ、さらには、閉鎖型又は半閉鎖型栽培を実施するのに適する温室用空気供給装置及び温室用空気供給方法を提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本発明の温室用空気供給装置は、空気混合部を備え、温室に取り付けられる本体部を備えた温室用空気供給装置であって、前記本体部が、前記空気混合部に外気を取り込む外気取込部と、前記空気混合部に温室内空気を取り込む温室内空気取込部と、前記空気混合部にて混合された前記外気と温室内空気との混合空気を温室内に供給する混合空気供給部とを有すると共に、前記混合空気供給部に接続され、温室内の栽培植物の株元付近に至るまで配置されたダクトと、前記混合空気供給部から温室内に供給される混合空気の温度及び湿度を制御する制御部とを有し、前記栽培植物の株元付近に、所定の温度及び湿度に制御された前記混合空気を供給可能であることを特徴とする。

二酸化炭素発生器により生成された二酸化炭素を取り込む二酸化炭素取込部がいずれかに設けられており、前記制御部は、前記混合空気の温度及び湿度に加え、前記混合空気の二酸化炭素濃度を制御する構成であることが好ましい。

記外気取込部から取り込まれる外気の取込量及び前記温室内空気取込部からから取り込まれる温室内空気の取込量を調整する取込量調整機構を備え、前記制御部は、前記取込量調整機構を調整し、前記外気及び温室内空気の取込量によって、前記混合空気の温度及び湿度を制御する構成であることが好ましい。前記ダクトは、前記混合空気供給部に接続されるメインダクトと、前記メインダクトから枝分かれされ、各栽培植物の株元付近に敷設されるサブダクトとを有し、前記サブダクトに混合空気吐出口が形成されていることが好ましい。日中の換気を行わない閉鎖型栽培、又は、日中、室温が所定温度を超えた場合のみ換気を行う半閉鎖型栽培が実施される温室に設置されることが好ましい。

本発明の温室用空気供給方法は、日中の換気を行わない閉鎖型栽培、又は、日中、室温が所定温度を超えた場合のみ換気を行う半閉鎖型栽培において適用される温室用空気供給方法であって、外気及び温室内空気を混合して、所定の温度及び湿度に制御された混合空気を生成し、前記混合空気を温室内の栽培植物の株元に供給することを特徴とする。この場合、前記外気及び温室内空気に加えて二酸化炭素を混合し、所定の温度、湿度及び二酸化炭素濃度に制御された前記混合空気を生成して供給することが好ましい。

本発明によれば、外気と温室内空気とを空気混合部で混合し、この混合によって所定の温度及び湿度になるように制御し、その混合空気を栽培植物の株元に供給する構成である。従って、制御部の制御によって両者の混合割合を制御すれば、混合空気の温度及び湿度調整を容易に行うことができる。しかも、この制御された混合空気を株元に供給できるため、栽培植物の生育環境を適切に制御することを従来よりも確実に行うことができる。また、外気に含まれる二酸化炭素濃度は温室内空気に含まれる二酸化炭素濃度よりも高く、その濃度の二酸化炭素を栽培植物に直接接触させることができる。すなわち、本発明によれば、外気と温室内空気とを混合して所定の温度及び湿度となるように制御すれば、栽培植物の生育場所付近の温度、湿度環境に加え、二酸化炭素濃度も効率的に適切に制御できる。

そのため、実質的に日中の換気を行わない閉鎖型や必要最小限の換気のみを行う半閉鎖型栽培に適している。また、混合空気に、高濃度の二酸化炭素をさらに混合することで、閉鎖型又は半閉鎖型栽培により適した栽培環境を効率的に作ることができる。

図１は、本発明の一の実施形態に係る温室用空気供給装置の全体構成を模式的に示した図である。 図２は、本体部の構成を示した図である。 図３は、二酸化炭素発生器及び二酸化炭素取込部を設けた場合の温室用空気供給装置の全体構成を模式的に示した図である。 図４は、本体部の構成の他の例を示した図である。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。本実施形態の温室用空気供給装置１は、本体部１０、ダクト２０及び制御部３０を有してなる。

本体部１０は、温室の妻面付近あるいは側面付近の任意部位に取り付けられ、図２に示したように、空気混合部１１、外気取込部１２、温室内空気取込部１３、混合空気供給部１４を有して構成される。本体部１０は例えば略箱型に形成され、その中空の内部が空気混合部１１となっている。外気取込部１２は、本体部１０のいずれかに設けられ、温室内空気取込部１３は、例えば外気取込部１２が形成されている側面とは異なる側面に形成される。

本体部１０は、上記のように温室の妻面付近あるいは側面付近に取り付けられるが、本体部１０自体は、温室の内外いずれに位置していてもよい。本体部１０自体が温室の外側に設置される場合、外気取込部１２も当然に温室外に位置し、そのまま外気を取り込むことができる。本体部１０自体が温室の内側に設置される場合には、外気取込部１２が温室の外側に臨むように設けることもできるし、外気取込部１２に図示しない筒状部材（プラスチックフィルム等の柔軟なもの、硬質のもののいずれであってもよい）などを接続して、その筒状部材の開口端が温室の外部に臨む構成としてもよい。

温室内空気取込部１３は、逆に、本体部１０自体が温室内に設置される場合には当然に温室内に位置するためそのまま温室内空気を取り込むことができるが、本体部１０自体が温室外に設置される場合には、該温室内空気取込部１３が温室内に臨むように配設される。この場合、温室内空気取込部１３に図示しない筒状部材（プラスチックフィルム等の柔軟なもの、硬質のもののいずれであってもよい）などを接続して、その筒状部材の開口端が温室の内部に臨む構成としてもよい。

混合空気供給部１４は、外気取込部１２から取り込まれた外気と温室内空気取込部１３から取り込まれた温室内空気との混合空気を温室内に供給する。本実施形態において、混合空気供給部１４には、ダクト２０が接続されており、混合空気供給部１４から排出される混合空気は該ダクト２０を通じて温室内に供給される。なお、図において、外気取込部１２、温室内空気取込部１３及び混合空気供給部１４のいずれも、本体部１０の側面から筒状に突出する形状で形成されているが、これはあくまで一例であり、それぞれの機能を果たすものである限り、このような形状に限定されるものではないことはもちろんである。

ここで、混合空気供給部１４から供給される混合空気は、制御部３０によって所定の温度及び湿度となるように制御される。制御部３０の構成は任意であるが、例えば、外気取込部１２から取り込まれる外気の取込量及び温室内空気取込部１３から取り込まれる温室内空気の取込量を調整する取込量調整機構を設け、この取込量調整機構を調整するコンピュータ等から構成することができる。

取込量調整機構は、例えば、外気取込部１２及び温室内空気取込部１３を本体部１０の隣接する側面に形成した場合、両者間に回転軸を備えるダンパ１６から構成することができる。制御部３０からの指令により、取込量調整機構であるダンパ１６の角度を調整することでき、それにより両者の取込量を調整する。この取込量の判断には、温室内の温度、湿度、二酸化炭素濃度等を測定するセンサーと、外気の温度及び湿度等を測定するセンサー、並びに、空気混合部１１から温室用空気供給口１４までの適宜部位に取り付けられ、供給される混合空気の温度、湿度、二酸化炭素濃度等を測定するセンサーからのデータを用いて行う。

制御部３０が、これらのセンサーからのデータを採取し、例えば、温室内温度が目標とする温度より高く、室外気温がそれよりも低い場合には、温室内の温度を下げるために、取込量調整機構のダンパ１６の角度を外気取込部１２からの所定量の外気が取り込まれるように調整し、温室内空気取込部１３から取り込まれる温室内空気の取込量を制限するように制御する。外気と温室内空気の割合は、温室内温度や目標温度と室外気温との温度差により適宜に設定されるが、外気が１００％の場合ももちろんある。この場合、混合空気供給部１４から供給される混合空気は、外気１００％ということになるが、本明細書の「混合空気」は、混合空気供給部１４から供給される空気を指し、このような外気１００％の場合も含む意味である。同様に、温室内空気の割合が１００％となる場合も、本明細書では混合空気供給部１４から供給される「混合空気」に含まれる。

制御部３０はまた、温室内の湿度が目標湿度を上回ってかつ室外の湿度を上回る場合には、取込量調整機構の角度を調整し、外気取込部１２からは所定量の外気が取り込まれるように制御し、温室内空気取込部１３から取り込まれる温室内空気の量を制限する。これにより、混合空気供給部１４から所定の湿度に制御された混合空気が供給される。また、温室内の二酸化炭素濃度が目標濃度を下回っている場合にも、制御部３０は、取込量調整機構の角度を調整し、外気取込部１２からは所定量の外気が取り込まれるように制御し、温室内空気取込部１３から取り込まれる温室内空気の量を制限する。外気の二酸化炭素濃度は通常約４００ｐｐｍであるため、温室内空気の二酸化炭素濃度がそれを下回っている場合に、外気を取り込むことによって温室内の二酸化炭素濃度を上げることができる。

本実施形態によれば、このような外気と温室内空気との取込量の調整を行うだけで、温室内の温度、湿度、二酸化炭素濃度を所定の値に制御することができる。特に、本実施形態によれば、外気だけを温室内に取り込む構成ではなく、温室内空気との混合割合を考慮する構成である。そのため、例えば、外気温が低すぎる場合に、外気のみを温室内に取り込むと、温室内の温度変化が急激になりすぎる可能性があるが、空気混合部１１において、外気と温室内空気とを混合して所定の温度に制御してから供給するためそのような問題がない。この点、湿度も同様であり、外気の湿度が極端に低すぎたり高すぎたりする場合において、それを直接温室内に取り込むのではなく、空気混合部１１で温室内空気を所定量取り込んで、所定の湿度に制御してから混合空気供給部１４から供給する構成であるため、栽培植物の生育環境を常に良好な状態で維持できる。

また、制御部３０は、空気混合部１１にて所定の割合で混合された混合された後、温室用空気供給口１４から供給される前の段階で測定される混合空気の温度、湿度、二酸化炭素濃度を確認し、それらが目標値でない場合には、そのデータに基づいて取込量調整機構を構成するダンパ１６の角度を再調整し、より正確な制御を行うようにすることもできる。

また、取込量調整機構として、ダンパ１６だけでなく、空気混合部１１と混合空気供給部１４との間にファン（図示せず）を設け、制御部３０によりこのファンの駆動制御を行って外気及び温室内空気の取込量、混合空気供給部１４からの供給量の調整を行うこともできる。また、ファンは、外気取込部１２を含む外気取込経路、温室内空気取込部１３を含む温室内空気の取込経路の両方に設け、制御部３０によって、それぞれのファンを個別に制御するようにして、取込量を制御することもできる。また、本体部１０に加湿器や加温器を付設して、供給する混合空気の温度、湿度の調整をさらに行う構成とすることもできる。

一方、本実施形態では、混合空気を混合空気供給部１４から直接温室内に供給するのではなく、混合空気供給部１４にダクト２０を接続し、栽培植物の株元に、所定の温度、湿度等に制御された混合空気を供給する構成である。

ダクト２０は、本実施形態では、メインダクト２１とサブダクト２２とを有して構成される。メインダクト２１は、混合空気供給部１４に接続され、栽培植物の各畝を横切る方向に敷設され、サブダクト２２は、メインダクト２１から枝分かれされ、各栽培植物の畝方向に、各栽培植物の株元付近に沿って敷設される。また、サブダクト２２には、混合空気吐出口２２ａが複数開設されている。

本実施形態によれば、上記したように、例えば、制御部３０において、温室内の温度、湿度、二酸化炭素濃度が所定の目標値から外れた場合に、外気の温度、湿度等と比較し、制御部３０が取込量調整機構のダンパの角度調整を行うなどして、所定の割合で、外気取込部１２から外気を取り込むと共に、温室内空気取込部１３から温室内空気を取り込む。それにより、所定の温度及び湿度に制御された両者の混合空気を混合空気供給部１４から供給する。この混合空気は、メインダクト２１を経てサブダクト２２に供給され、混合空気吐出口２２ａから吐出される。混合空気吐出口２２ａは栽培植物の株元付近に配置されているため、所定の温度及び湿度に制御された混合空気を、栽培植物の株元に直接供給することができる。また、混合空気には外気が混合されているため、温室内空気のみと比較して二酸化炭素濃度が高くなっている。従って、栽培植物の株元付近の栽培環境を外気に近い二酸化炭素濃度とすることができる。温室内の特に中心に近いほど、単なる換気窓の開閉による換気だけでは外気の取り入れが不十分になりやすいが、本実施形態によれば、温室内の栽培位置に拘わらず、栽培植物の生育場所付近の温度、湿度、二酸化炭素濃度を所定の環境に制御できる。

すなわち、温室全体の平均の温度、湿度、二酸化炭素濃度に拘わらず、栽培植物の生育場所付近では、当該栽培植物に適した栽培環境に制御できる。従来、温室内全体の温度や湿度制御を行っていることが多いが、本実施形態によれば、栽培植物の生育場所付近を所定の環境に制御できることから、温室内全体を制御する場合よりも低コストで実施でき、省エネルギーの要請に適している。しかも、外気と温室内空気との混合によって、所定の温度、湿度に制御することを基本とするため、混合空気を生成するに必要なコストも安価である。また、天窓や側窓を開閉制御しなくても外気を取り入れ可能であると共に、外気のみではなく温室内空気も利用してそれらを混合するため、所定の温度、湿度に制御しやすく、実質的に日中の換気を行わない閉鎖型や必要最小限の換気のみを行う半閉鎖型栽培に適している。

なお、二酸化炭素濃度をさらに高めたい場合には、図３に示したように、二酸化炭素発生器４０を併設し、本体部１０に、二酸化炭素取込部１５を設けた構成とすることが好ましい。二酸化炭素取込部１５を設ける位置や形状は限定されるものではないが、例えば、図３に示したように、本体部１０において、筒状に突出する温室内空気取込部１３の中途に接続することができる。また、本体部１０において同じく筒状に突出する混合空気供給部１４の中途に接続してもよい。制御部３０は、上記したように温室内の二酸化炭素濃度の測定データも受信する構成であるが、この測定データが目標濃度よりも低い場合、二酸化炭素濃度をより高くするために、二酸化炭素発生器４０から所定量の二酸化炭素を導入するように制御する。この制御により、二酸化炭素取込部１５から所定量の二酸化炭素が本体部１０を構成する部位のいずれか、例えば、温室内空気取込部１３、空気混合部１１、あるいは混合空気供給部１４に取り込まれ、外気及び温室内空気にさらに二酸化炭素が混合されて温室用空気供給口１４から供給される。従って、ダクト２０の混合空気吐出口２２ａからは、外気と温室内空気との混合空気よりも二酸化炭素濃度の高い混合空気が吐出され、栽培植物の株元付近に供給される。

これにより、栽培植物付近の生育環境は、二酸化炭素濃度を高濃度環境にすることができる。そして、栽培植物の株元付近に、制御された温度、湿度、二酸化炭素濃度の混合空気が供給され、所定の生育環境に制御できるため、温室に形成される天窓、側窓などを窓部の開閉による換気操作を減らすことができる。その結果、閉鎖型又は半閉鎖型栽培により適した栽培環境を効率的に作ることができる。

なお、上記した実施形態では、本体部１０を略箱型に形成しているが、この形状に限定されるものではないことはもちろんである。また、ダクト２０として、メインダクト２１及びサブダクト２２を有するものを用いているが、栽培植物の株元付近に混合空気を供給できるものであるかぎり、その構成は何ら限定されるものでははない。また、温度、湿度、二酸化炭素濃度を、栽培植物により適した条件とするために、サブダクト２２に形成される混合空気吐出口２２ａ付近に各種センサーを設け、栽培植物の株元付近に実際に供給された混合空気の温度、湿度、二酸化炭素濃度を測定し、その測定値を制御部３０にフィードバックして外気、温室内空気、二酸化炭素の混合割合を調整制御する構成とすることも可能である。また、二酸化炭素取込部１５は、本体部１０に設けるのではなく、ダクト２０のいずれかの部位、すなわち、本体部１０から混合空気吐出口２２ａまでの間のいずれかの部位に設けることもできる。また、取込量調整機構は、外気及び温室内空気の取込量を調整できるものである限り、その構成は全く限定されるものではない。例えば、上記した説明では１枚のダンパ１６で外気及び温室内空気の取込量の制御を行っているが、図４に示したように、外気取込部１２及び温室内空気取込部１３のそれぞれにダンパ１６ａ，１６ｂを配設して、それぞれの開口量（開口角度）を制御するようにしてもよい。

１ 温室用空気供給装置
１０ 本体部
１１ 空気混合部
１２ 外気取込部
１３ 温室内空気取込部
１４ 混合空気供給部
１５ 二酸化炭素取込部
１６，１６ａ，１６ｂ ダンパ
２０ ダクト
２１ メインダクト
２２ サブダクト
３０ 制御部
４０ 二酸化炭素発生器

Claims (7)

1. 空気混合部を備え、温室に取り付けられる本体部を備えた温室用空気供給装置であって、
   前記本体部が、
   前記空気混合部に外気を取り込む外気取込部と、
   前記空気混合部に温室内空気を取り込む温室内空気取込部と、
   前記空気混合部にて混合された前記外気と温室内空気との混合空気を温室内に供給する混合空気供給部と
   を有すると共に、
   前記混合空気供給部に接続され、温室内の栽培植物の株元付近に至るまで配置されたダクトと、
   前記混合空気供給部から温室内に供給される混合空気の温度及び湿度を制御する制御部と
   を有し、
   前記栽培植物の株元付近に、所定の温度及び湿度に制御された前記混合空気を供給可能であることを特徴とする温室用空気供給装置。
2. 二酸化炭素発生器により生成された二酸化炭素を取り込む二酸化炭素取込部がいずれかに設けられており、
   前記制御部は、前記混合空気の温度及び湿度に加え、前記混合空気の二酸化炭素濃度を制御する構成である請求項１記載の温室用空気供給装置。
3. 前記外気取込部から取り込まれる外気の取込量及び前記温室内空気取込部からから取り込まれる温室内空気の取込量を調整する取込量調整機構を備え、前記制御部は、前記取込量調整機構を調整し、前記外気及び温室内空気の取込量によって、前記混合空気の温度及び湿度を制御する構成である請求項１又は２記載の温室用空気供給装置。
4. 前記ダクトは、前記混合空気供給部に接続されるメインダクトと、前記メインダクトから枝分かれされ、各栽培植物の株元付近に敷設されるサブダクトとを有し、前記サブダクトに混合空気吐出口が形成されている請求項１〜３のいずれか１に記載の温室用空気供給装置。
5. 日中の換気を行わない閉鎖型栽培、又は、日中、室温が所定温度を超えた場合のみ換気を行う半閉鎖型栽培が実施される温室に設置される請求項１〜４のいずれか１に記載の温室用空気供給装置。
6. 日中の換気を行わない閉鎖型栽培、又は、日中、室温が所定温度を超えた場合のみ換気を行う半閉鎖型栽培において適用される温室用空気供給方法であって、
   外気及び温室内空気を混合して、所定の温度及び湿度に制御された混合空気を生成し、
   前記混合空気を温室内の栽培植物の株元に供給することを特徴とする温室用空気供給方法。
7. 前記外気及び温室内空気に加えて二酸化炭素を混合し、所定の温度、湿度及び二酸化炭素濃度に制御された前記混合空気を生成して供給する請求項６記載の温室用空気供給方法。

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