JP2017023022A - Rice-growing plant adaptable to extreme area - Google Patents

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Landscapes

  • Cultivation Of Plants (AREA)
  • Hydroponics (AREA)
  • Cultivation Receptacles Or Flower-Pots, Or Pots For Seedlings (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rice-growing plant adaptable to extreme area, such as desert.SOLUTION: The rice-growing plant comprises: a solar cell panel 7 provided on the roof of a factory building; a heat exchange device 6 for heat exchange with the outside air, the device being provided in the shade formed by the solar cell panel on the roof of the factory building; a body of the factory building provided under the ground; and a plant cultivation device 10 provided in a closed type cultivation room. An artificial light source 15 is provided with spectral emission characteristics and temporal luminescence characteristics, which are controlled in an enclosed space, and applies LED light to the side face of rice through a light guide plate 16 provided in the same direction as the growing direction of the rice. According to the growth of the rice, a plurality of cultivation buckets is moved laterally and downwardly to increase the distance between the ceiling of the body of the factory building and rice-growing bucket.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、極限地対応稲作プラントに関し、特に、赤道周辺の低緯度地帯に位置する砂漠等の極限地における稲作プラントに関する。   The present invention relates to a rice plant for extreme regions, and more particularly to a rice plant in an extreme region such as a desert located in a low-latitude zone around the equator.

既存技術に基づく植物工場に関して非特許文献1には植物の光反応、光反応スペクトル、植物中の色素の働き、光強度の単位と換算係数、植物栽培用光源の種類と比較、LEDによるパルス照明の効果、LED植物工場の照明設計、LEDの電気特性、LEDの波長が短日植物と長日植物の開花に与える影響、などが記載されている。   Non-Patent Document 1 regarding plant factories based on existing technology includes plant photoreaction, photoreaction spectrum, function of pigment in plant, unit of light intensity and conversion factor, comparison with type of light source for plant cultivation, pulse illumination by LED Effects, lighting design of LED plant factories, electrical characteristics of LEDs, influence of LED wavelength on flowering of short-day plants and long-day plants, and the like.

また、非特許文献2には植物工場への関心が世界的に高まっていることの社会的背景、植物工場への投入資源効果(価値創出量/資源投入量)及び水利用効率、人工光型植物工場栽培室の基本6要素(1.断熱壁で囲われた密閉度の高い構造物、2.高効率エアコン、小型送風ファン、3.多段棚+高効率光源ランプ、4.二酸化炭素施用装置、5.養液の供給装置、6.環境の制御装置)及び必須投入資源〔水・二酸化炭素・無機肥料・種苗〕、生産コストの構成比率とその内訳例、「人口光型」向き植物の条件、光合成で固定される二酸化炭素の補充のための換気・送風で「葉面境界層」を薄くすることの重要性、光合成による炭水化物生産と植物内における消費(呼吸)、LED照明時間の影響、養液栽培方式の分類(水耕、噴霧耕、固形培地耕)、水耕システムの分類(湛液式、薄膜粒子式)、植物の栄養素(必須、微量、有用)、養液のpH、電気伝導度、イオン濃度制御、酸素不足で根腐れ発生、などが記載されている。   Non-Patent Document 2 describes the social background of growing interest in plant factories around the world, the effects of resources input to plant factories (value creation / resource inputs), water use efficiency, artificial light type Basic 6 elements of plant factory cultivation room (1. Highly sealed structure surrounded by heat insulation wall, 2. High efficiency air conditioner, small blower fan, 3. Multistage shelf + high efficiency light source lamp, 4. Carbon dioxide application device 5. Nutrient solution supply device, 6. Environmental control device) and essential input resources (water, carbon dioxide, inorganic fertilizer, seedlings), composition ratio of production cost and example of its breakdown, Condition, Importance of Thinning “Foliar Boundary Layer” by Ventilation / Blasting for Replenishment of Carbon Dioxide Fixed by Photosynthesis, Carbohydrate Production and Consumption in Plant (Respiration), Influence of LED Lighting Time , Classification of hydroponics (hydroponic, spray-plow, Cultivated medium culture), classification of hydroponic system (boiled, thin film particle), plant nutrients (essential, trace, useful), pH of nutrient solution, electrical conductivity, control of ion concentration, generation of root rot due to lack of oxygen , Etc. are described.

特許文献1には、氷室に収容された雪氷を冷却源として自然エネルギーのみを利用した冷房と除湿を行い、外部と遮断された人工的な環境下で植物の育成を行う完全制御型植物工場システムが開示されている。
Patent Document 1 discloses a fully controlled plant factory system that performs cooling and dehumidification using only natural energy using snow and ice contained in an ice chamber as a cooling source, and grows plants in an artificial environment that is blocked from the outside. Is disclosed.

特許文献2には、また、最適なタイミングで効率良く栽培トレイや植物株を搬入、搬出できるとともに、成長初期における無駄な空間を減らし、単位空間当たりの栽培量を増加させてスペース効率を向上し、作業効率を向上させて成長に応じた最適な環境を提供できる植物栽培装置として、複数の植物株を栽培可能な栽培トレイと、複数段及び複数列に配置されて前記栽培トレイを各々収容可能な複数の栽培トレイ収容棚と、前記栽培トレイを任意の栽培トレイ収容棚に入出移動させる栽培トレイ移載機構とを有する植物栽培装置であって、前記複数の栽培トレイ収容棚の内の特定の栽培トレイ収容棚が、栽培に必要な灌水作業が可能な作業ステーションとして構成され、該作業ステーションが、栽培トレイあるいは植物株を外部から搬入及び外部へ搬出する入出部を兼ねていることを特徴とする植物栽培装置が開示されている。   Patent Document 2 also enables efficient loading and unloading of cultivation trays and plant stocks at the optimal timing, reduces wasteful space in the early stages of growth, increases the amount of cultivation per unit space, and improves space efficiency. As a plant cultivation device that can improve the work efficiency and provide the optimum environment according to the growth, it is possible to cultivate a plurality of plant strains and to arrange each of the cultivation trays arranged in multiple stages and multiple rows A plant cultivation apparatus having a plurality of cultivation tray storage shelves and a cultivation tray transfer mechanism for moving the cultivation trays into and out of an arbitrary cultivation tray storage shelf, and a specific one of the plurality of cultivation tray storage shelves The cultivation tray storage shelf is configured as a work station that can perform the irrigation work necessary for cultivation, and the work station carries the cultivation tray or the plant stock from the outside. Plant cultivation apparatus is disclosed which is characterized in that also serves as a entrance and exit part for unloading to the outside.

特許文献3には、また、生育程度に応じて、植物株を別のトレイに移し替えるという煩わしい作業をすること無く無駄な空間を減少させることができ、また、その植物株の病気を拡大させることの無い、高効率に植物を生育する生育装置及び生育方法を提供するため、長尺方向に略等間隔にジグザグに折り癖が形成され、前記折り癖のうち谷折り部に植物の種子または苗を植えつける栽培穴が設けられた帯状の栽培床と、前記折り癖が形成されたそれぞれの箇所における折り角度を制御する折り角度制御部材と、前記折り角度を所定の角度に保持しながら前記栽培床を長尺方向に移動自在に支持する支持部材と、前記折り癖のうち山折り部側に設けられ、前記植物に光を照射する光源であって植物の成長に合わせた位置に設けられる光源と、前記谷折り部側に設けられ、前記植物に養分を供給する養分供給部と、を有することを特徴とする生育装置が開示されている。更に前記帯状の栽培床の光照射側には反射膜を設け育成光を有効に利用する方法が記載されている。   According to Patent Document 3, wasteful space can be reduced without the troublesome work of transferring a plant strain to another tray according to the degree of growth, and the disease of the plant strain can be expanded. In order to provide a growth apparatus and a growth method for growing a plant with high efficiency without any problems, folds are formed in zigzags at substantially equal intervals in the longitudinal direction, and plant seeds or A belt-like cultivation floor provided with cultivation holes for planting seedlings, a folding angle control member for controlling a folding angle at each of the places where the folding folds are formed, and while holding the folding angle at a predetermined angle, A support member that supports the cultivation floor so as to be movable in the longitudinal direction, and is provided on the mountain fold side of the folding fold, and is a light source that irradiates light to the plant, and is provided at a position that matches the growth of the plant. A light source; Provided serial valley fold side, growing apparatus is disclosed which is characterized by having a nutrient supply unit for supplying a nutrient to the plant. Further, a method is described in which a reflective film is provided on the light irradiation side of the belt-shaped cultivation floor to effectively use the growing light.

特許文献4には、クロロフィルの吸収する特定の2つの波長領域の光を植物の成長段階や植物の種類によって育成に最適にするため、ピーク波長280nm〜450nmの光を発光する発光ダイオードからの光照射によって励起されて、ピーク波長400nm〜480nmの青色光を発光する青色蛍光体と、該発光ダイオード、または、該発光ダイオードと同様の光を発光する他の発光ダイオードからの光照射によって励起されて、ピーク波長610nm〜780nmの赤色光を発光する赤色蛍光体とのみが蛍光体として分散されて含有されている透光性基材材料がキャップ形状またはシート形状に形成されていることによって、該青色光及び該赤色光の該ピーク波長、及び該青色光及び該赤色光の該ピーク波長の強度比を植物の成長段階や植物の種類に応じて変更できる蛍光部材を備え、該蛍光部材が、該発光ダイオードに着脱可能に取り付けられている植物栽培用光源であって、特定の青色蛍光体及び特定赤色蛍光体を用い、該強度比が青色光:赤色光=1:1〜1:10であることを特徴とする植物栽培用光源が開示されている。
Patent Document 4 discloses light from a light emitting diode that emits light having a peak wavelength of 280 nm to 450 nm in order to optimize light in two specific wavelength regions absorbed by chlorophyll depending on the growth stage of the plant and the type of plant. Excited by irradiation with light from a blue phosphor that emits blue light having a peak wavelength of 400 nm to 480 nm and other light emitting diodes that emit light similar to the light emitting diodes. The translucent base material containing only the red phosphor that emits red light having a peak wavelength of 610 nm to 780 nm and dispersed as the phosphor is formed into a cap shape or a sheet shape. The intensity ratio of the peak wavelength of light and the red light and the peak wavelength of the blue light and the red light A fluorescent member that can be changed according to the type of the object, the fluorescent member is a light source for plant cultivation that is detachably attached to the light-emitting diode, using a specific blue phosphor and a specific red phosphor, A light source for plant cultivation characterized in that the intensity ratio is blue light: red light = 1: 1 to 1:10 is disclosed.

特許文献5には、また、偏光照射による植物の成長制御する光源として、発光光源と、該発光光源の偏光状態を制御する偏光状態制御部材とを備えてなり、発光波長の一部の波長領域の偏光状態を円偏光に変更し、照射される光のうち制御波長帯域における光の円偏光度が0.3以上であることを特徴とする植物成長制御用照明装置が開示されている。   Patent Document 5 also includes a light-emitting light source and a polarization state control member that controls the polarization state of the light-emitting light source as a light source for controlling the growth of plants by polarized light irradiation. The plant growth control lighting device is disclosed in which the polarization state of the light is changed to circularly polarized light, and the degree of circular polarization of light in the control wavelength band of the irradiated light is 0.3 or more.

特許文献6には、また、植物の光合成能力を充分に発揮させるため、栽培植物の伸長・成長部や花部及び結実部に相当する上方と、栽培植物の茎部もしくは株元部に相当する下方に植物栽培用照明器具を配設し、前記栽培植物の上下から光照射するようにしたことを特徴とする電照栽培装置が開示されている。   Patent Document 6 also corresponds to the upper part corresponding to the elongation / growth part, the flower part and the fruiting part of the cultivated plant, and the stem part or the root part of the cultivated plant in order to sufficiently exhibit the photosynthetic ability of the plant. There is disclosed an electric cultivation apparatus characterized in that a lighting device for plant cultivation is disposed below and light is irradiated from above and below the cultivated plant.

特許文献7には、遺伝子組換え植物工場として水稲を栽培する密閉型植物栽培工場が開示されている。   Patent Document 7 discloses a hermetic plant cultivation factory for growing paddy rice as a genetically modified plant factory.

特許第5193235号公報Japanese Patent No. 5193235 特許第5441874号公報Japanese Patent No. 5441874 特開2014−060938号公報JP 2014-060938 A 特許第5651302号公報Japanese Patent No. 5651302 特許第5718715号公報Japanese Patent No. 5718715 特開2014−176374号公報JP 2014-176374 A 特開2012−217352号公報JP 2012-217352 A

高辻正基、森康勇裕、共著「LED植物工場」日刊工業新聞(2011年)[ISBN 978-4-526-06603-0]Masaaki Takatsuki and Yasuhiro Mori, co-authored “LED Plant Factory”, Nikkan Kogyo Shimbun (2011) [ISBN 978-4-526-06603-0] 古在豊樹、監修「図解でよくわかる植物工場の基本」誠文堂新光社(2014年)[ISBN 978-4-416-71465-2]Supervised by Toyoki Furusato, “Basics of Plant Factory Understandable by Illustration”, Seikodo Shinkosha (2014) [ISBN 978-4-416-71465-2]

極限地、例えば赤道から緯度±15度の低緯度に位置する砂漠地帯には、日中、強い太陽光がほぼ垂直に降り注ぐため、高温における発電効率の低下さえ冷却で防げば、膨大な電力を発電可能である。   In extreme areas, such as desert areas located at low latitudes of ± 15 degrees from the equator, strong sunlight falls almost vertically during the day. Power generation is possible.

しかしながら、電力として送電する場合、消費地との距離が遠大であるため「送電ロス」が膨大となり実用的ではない。また、太陽光を化学物資(水素や水素添加化合物)に変換しパイプラインで消費地まで輸送する方法は、ロスは少ないものの、輸送ラインの敷設経費が莫大となること、敷設する地域が宗教紛争などの危険が高く、また、長距離であるため防衛が容易でないことから、実現するに至っていない。   However, when power is transmitted as electric power, since the distance to the consumption area is far away, the “power transmission loss” becomes enormous and is not practical. In addition, the method of converting sunlight into chemicals (hydrogen or hydrogenated compounds) and transporting it to the consumption area via a pipeline is low in loss, but the construction cost of the transportation line is enormous, and the area where it is installed is a religious dispute. It has not been realized because it is not easy to defend because of its high risk and long distance.

本発明は太陽光エネルギーの一時固定手段として光合成によるデンプンの製造に着目し、多毛作が可能で水耕栽培に適する植物して「水稲」を選択し、砂漠等の極限地に対応する稲作プラントを提供することを目的とする。   The present invention pays attention to the production of starch by photosynthesis as a means for temporarily fixing solar energy, selects "paddy rice" as a plant suitable for hydroponics, capable of multi-hair cropping, and is a rice plant corresponding to extreme land such as deserts. The purpose is to provide.

本発明は、屋上に設けられた太陽電池パネルと、屋上において前記太陽電池パネルが形成する日陰に設けられた外気との熱交換装置と、地中または地上に設けられ、前記太陽電池パネルからの電力により駆動される工場建物本体と、前記工場建物本体の内部の密閉型栽培室に設けられた稲栽培装置と、前記密閉型栽培室に栽培用光を供給する、前記太陽電池パネルからの電力により駆動され、前記熱交換装置により冷却される人工光源とを備えることを特徴とする。   The present invention provides a solar cell panel provided on the rooftop, a heat exchange device between the solar cell panel and the outside air formed in the shade formed by the solar cell panel, and provided in the ground or on the ground, from the solar cell panel Electric power from the solar cell panel that supplies the plant building body driven by electric power, the rice cultivation apparatus provided in the sealed cultivation room inside the factory building body, and the cultivation light to the sealed cultivation room And an artificial light source that is cooled by the heat exchange device.

本発明の1つの実施形態では、前記人工光源は、分光発光特性及び時間発光特性が制御される。   In one embodiment of the present invention, the artificial light source has controlled spectral emission characteristics and temporal emission characteristics.

本発明の他の実施形態では、酸素濃度、二酸化酸素濃度、湿度及び温度を制御する雰囲気ガス制御装置と、葉の表面のガス交換を行う送風装置と、滅菌ガス及び殺虫ガス発生装置と、育成用水循環装置と、育成用水の有用成分制御装置と、育成用水の有害成分除去装置と、プラント内の水分回収装置とをさらに備える。   In another embodiment of the present invention, an atmospheric gas control device that controls oxygen concentration, oxygen dioxide concentration, humidity, and temperature, a blower that performs gas exchange on the leaf surface, a sterilizing gas and insecticide gas generator, and a breeding device The apparatus further includes a water circulation device, a useful component control device for growing water, a harmful component removing device for growing water, and a moisture recovery device in the plant.

本発明のさらに他の実施形態では、前記稲栽培装置は、複数の可動式栽培バケットを横方向及び下方へ移動することで、稲の成長に応じて前記工場建物本体の天井と稲作バケットの間の距離を広げる。   In still another embodiment of the present invention, the rice cultivation apparatus moves a plurality of movable cultivation buckets laterally and downward, so that the plant building main body and the rice farm bucket according to the growth of rice. Increase the distance.

本発明のさらに他の実施形態では、前記人工光源は、LED光源であり、前記稲栽培装置は、稲の成長方向と同じ方向に設けられた導光板を通じて稲の側面へ前記LED光源からのLED光を照射する。   In still another embodiment of the present invention, the artificial light source is an LED light source, and the rice cultivating apparatus transmits an LED from the LED light source to a side surface of rice through a light guide plate provided in the same direction as the growth direction of rice. Irradiate light.

本発明のさらに他の実施形態では、栽培用養液を海水の淡水化で供給する。   In still another embodiment of the present invention, the nutrient solution for cultivation is supplied by desalination of seawater.

本発明のさらに他の実施形態では、収穫装置及び加工・梱包装置をさらに備える。   In still another embodiment of the present invention, a harvesting device and a processing / packaging device are further provided.

本発明のさらの他の実施形態では、バイオマス回収装置をさらに備える。   In yet another embodiment of the invention, a biomass recovery device is further provided.

本発明のさらの他の実施形態では、栽培バケット毎の代表栽培ポットの養液に関する水位、水温、pH、代表的肥料成分のイオン濃度、栽培バケット毎の代表栽培ポットにおいて稲に噴霧される空調空気の流速、気温、湿度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、栽培バケット毎の代表栽培ポットにおいて稲に側面から照射される前記人工光源からの光の波長別光量及び光速密度を計測するセンサと、栽培バケット毎の代表栽培ポットにおける稲の生育の画像データを取得する画像センサと、前記センサ及び画像センサのデータを送受信するデータ転送装置と、前記センサ及び画像センサのデータを用いて、前記人工光源からの光の点灯、空調空気に関する前記流速、前記気温、前記湿度、前記酸素濃度、前記二酸化炭素濃度、養液に関する前記水位、前記水温、前記pH、前記代表的肥料成分のイオン濃度を制御するプロセッサを備える。   In still another embodiment of the present invention, the water level, water temperature, pH, ion concentration of representative fertilizer components, air conditioning sprayed on rice in the representative cultivation pot for each cultivation bucket, regarding the nutrient solution of the representative cultivation pot for each cultivation bucket A sensor that measures the light velocity by light wavelength and the light speed density from the artificial light source irradiated from the side of the rice in the representative cultivation pot for each cultivation bucket, and the flow velocity of air, temperature, humidity, oxygen concentration, carbon dioxide concentration, and cultivation From the artificial light source, using an image sensor that acquires image data of rice growth in a representative cultivation pot for each bucket, a data transfer device that transmits and receives data of the sensor and the image sensor, and data of the sensor and the image sensor Lighting of light, the flow rate relating to conditioned air, the air temperature, the humidity, the oxygen concentration, the carbon dioxide concentration, the water level relating to nutrient solution A processor for controlling the water temperature, the pH, ion concentration of the representative fertilizer components.

本発明によれば、高効率で水稲を生産可能な、砂漠等の極限地に対応する稲作プラントを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rice planting plant corresponding to extreme land, such as a desert, which can produce paddy rice with high efficiency can be provided.

実施形態に例示した稲作プラントの立面配置を示す概念図である。It is a key map showing elevation arrangement of a rice plant illustrated in an embodiment. 実施形態に例示した稲作プラントの平面配置を示す概念図である。It is a key map showing plane arrangement of a rice plant illustrated in an embodiment. 実施形態に例示した苗代及び栽培バケットの平面図であって、栽培バケット、その中に配置される苗用ポット、稲株栽培ポットの配置、及び配置間隔、更に導光板との位置関係を表す概念図である。It is a top view of a seedling cost illustrated in an embodiment, and a cultivation bucket, Comprising: The concept showing the positional relationship with a cultivation bucket, the pot for seedlings arranged in it, the arrangement of a rice plant cultivation pot, and an arrangement interval, and also a light guide plate FIG. 実施形態に例示した苗用ポット及び栽培ポットの概念図である。It is a conceptual diagram of the pot for seedlings and the cultivation pot illustrated in the embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では、本発明の極限地対応稲作プラントを単に「稲作プラント」ないし「プラント」と称する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following, the rice farming plant corresponding to the extreme land of the present invention is simply referred to as “rice farming plant” or “plant”.

図1及び図2は、本実施形態の稲作プラントの立面及び平面配置を各々示す概念図である。また、図3は、苗代及び栽培バケットの平面図であって、栽培バケット22,31等、その中に配置される苗用ポット200、稲株栽培ポット300の配置及び配置間隔、更に導光板16との位置関係を表す概念図である。また、図4は、苗用ポット200及び栽培ポット300の概念図である。なお、苗用ポット200及び栽培ポット300は、同一構造でサイズが異なる。   FIG.1 and FIG.2 is a conceptual diagram which each shows the elevation surface and planar arrangement | positioning of the rice planting plant of this embodiment. FIG. 3 is a plan view of the seedling cost and the cultivation bucket. The cultivation buckets 22 and 31 and the like, the arrangement and arrangement interval of the seedling pot 200 and the rice cultivation pot 300 arranged therein, and the light guide plate 16 are also illustrated. FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of the seedling pot 200 and the cultivation pot 300. The seedling pot 200 and the cultivation pot 300 have the same structure and different sizes.

プラント全体の概要として、プラント外壁1は天井、側面及び底面からなる工場建物本体を構成する。プラント外壁1はプラント建物内の雰囲気ガス(窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気など)および熱の出入りを遮蔽し、密封状態で稲の育成環境を制御するため重要であり、公知の建築材料(鉄筋コンクリート、発泡コンクリート、セラミックス、鋼板など)を好適に使用することができる。高温外気の影響を少なくするためプラント外壁1は、熱交換装置6を除き砂または土砂2に埋設される。または、天井を含めた外壁1が空気の対流による伝熱と赤外線による温度上昇を防ぐ断熱パネル(図示せず)で覆われている場合は地上にプラントを設けても良い。地中にプラントを設ける場合、埋設のために地下を切削する必要は無く、必要に応じ建設後のプラント外壁1の回りに擁壁(図示せず)を設け、隙間に砂または土砂を搬入すれば良い。砂嵐の多い地域の場合はプラントを地中に設けることが好ましい。プラント外壁1と組み合わせて用いられる前記断熱パネルについても、公知の建築材料(ガラスウール、発泡スチロール、発泡ポリウレタンなど)を使用することができる。また、ステンレス薄膜積層膜からなる真空断熱パネルを好適に用いることもできる。   As an overview of the entire plant, the plant outer wall 1 constitutes a factory building body composed of a ceiling, side surfaces, and a bottom surface. The plant outer wall 1 is important for shielding atmospheric gas (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, water vapor, etc.) and heat in and out of the plant building and controlling the rice growing environment in a sealed state. , Foamed concrete, ceramics, steel plate, etc.) can be suitably used. In order to reduce the influence of high temperature outside air, the plant outer wall 1 is embedded in sand or earth and sand 2 except for the heat exchange device 6. Alternatively, when the outer wall 1 including the ceiling is covered with a heat insulating panel (not shown) that prevents heat transfer due to air convection and temperature rise due to infrared rays, a plant may be provided on the ground. When installing a plant in the ground, there is no need to cut the underground for burial. If necessary, a retaining wall (not shown) is provided around the plant outer wall 1 after construction, and sand or earth and sand are carried into the gap. It ’s fine. In the case of an area with many sandstorms, it is preferable to install the plant in the ground. Also for the heat insulating panel used in combination with the plant outer wall 1, known building materials (glass wool, foamed polystyrene, foamed polyurethane, etc.) can be used. Moreover, the vacuum heat insulation panel which consists of a stainless thin film laminated film can also be used suitably.

プラント外壁1の屋上に設けられた熱交換装置6の上空に、熱交換吸排気を妨げないための空間100を介して太陽電池パネル7が設置される。太陽電池パネル7の裏面には太陽電池冷却装置8が設けられ、太陽光線の吸収による太陽電池の発熱を低減させる。太陽電池パネル7及び太陽電池冷却装置8を貫通する形で、かつ、太陽電池の有効面積を小さくしない形状で、遮光吸排気スリット101が多数設けられる(図1では簡易化のため、1つだけ記載している)。   A solar cell panel 7 is installed above the heat exchange device 6 provided on the roof of the plant outer wall 1 through a space 100 for preventing heat exchange intake and exhaust. A solar cell cooling device 8 is provided on the back surface of the solar cell panel 7 to reduce heat generation of the solar cell due to absorption of sunlight. A number of light-blocking intake / exhaust slits 101 are provided in a shape that penetrates the solar cell panel 7 and the solar cell cooling device 8 and does not reduce the effective area of the solar cell (in FIG. 1, only one is shown for simplification). Listed).

プラントの最小サイズは、平面図で例えば幅100m、全長1km程度を構成ユニットとして10系列を並列させ、1km四方に設置することができる。このような大きな面積の太陽電池パネルで地表を覆うことで、砂漠の昼夜の温度差をプラントの温度制御のために有利に利用できると期待される。   The minimum size of the plant can be installed in a 1 km square by arranging 10 series in parallel, for example, having a width of about 100 m and a total length of about 1 km in the plan view. By covering the ground surface with such a large area solar cell panel, it is expected that the temperature difference between the day and night in the desert can be advantageously used for temperature control of the plant.

プラントの水資源としての海水は、海水パイプライン3を通じてプラント近隣の海から採取される。海水の代わりに地下水や近隣河川の水を用いることもできるが、地下水脈の枯渇のリスクや河川下流での水不足が懸念されることから、豊富な海水の利用が推奨される。揚水にエネルギーを要するが、海洋の深い位置から採取することで貴重な低温度源として海水を活用することもできる。いずれにしても海水パイプライン3は地下に埋設し外気による温度上昇を避けることが好ましい。   Seawater as a water resource for the plant is collected from the sea near the plant through the seawater pipeline 3. Although groundwater and water from nearby rivers can be used instead of seawater, the use of abundant seawater is recommended because of concerns over the risk of depletion of groundwater veins and water shortages downstream of the river. Although energy is required for pumping, seawater can be used as a valuable low-temperature source by collecting it from a deep location in the ocean. In any case, it is preferable that the seawater pipeline 3 is buried underground to avoid a temperature rise due to outside air.

海水の汲み上げ量はプラント稼働時と通常運転時で大きく異なる。プラント稼働開始準備段階においては栽培用水の総量と安定運転のための予備水を確保する。プラントが稼働開始した後は、光合成でデンプンに固定化される分とプラント外壁から失われる分の補充が主体となる。また、プラント作業員のための飲料水及び生活用水の補充も考慮する必要がある。   The amount of seawater pumped differs greatly between plant operation and normal operation. In the plant operation start preparation stage, the total amount of cultivation water and reserve water for stable operation are secured. After the plant starts operation, replenishment mainly for the portion immobilized on starch by photosynthesis and the portion lost from the plant outer wall becomes the main. It is also necessary to consider the replenishment of drinking and domestic water for plant workers.

海水パイプライン3でプラントに輸送された海水は、海水貯蔵タンク、加圧ポンプ、及び、限外濾過膜からなる海水淡水化装置13,133にて、精製前の淡水に変換される。限外濾過膜で濃縮された海水は、そのままパイプライン(図示せず)で海に戻され、一部は、水の気化熱利用と塩化ナトリウム等、海水成分の有効利用に用いられる。   Seawater transported to the plant by the seawater pipeline 3 is converted into fresh water before purification by seawater desalination apparatuses 13 and 133 including a seawater storage tank, a pressure pump, and an ultrafiltration membrane. The seawater concentrated by the ultrafiltration membrane is returned to the sea as it is by a pipeline (not shown), and a part is used for the effective use of the water vaporization heat and the seawater components such as sodium chloride.

限外濾過膜で製造された粗淡水(淡水原水)19はイオン交換樹脂(イオン交換クロマトグラフィー装置)、冷却装置、及び、貯蔵タンクからなる淡水精製・冷却・貯蔵装置14,144を経て、栽培用淡水40として送出され、肥料フィーダー41によって成分調整の後、養液として苗用ポット200及び稲株栽培ポット300へ供給される。   Crude fresh water (fresh water raw water) 19 produced with an ultrafiltration membrane is cultivated through an ion exchange resin (ion exchange chromatography device), a cooling device, and a fresh water purification / cooling / storage device 14, 144 comprising a storage tank. The fresh water 40 is sent out, and after the components are adjusted by the fertilizer feeder 41, it is supplied as a nutrient solution to the seedling pot 200 and the rice cultivation pot 300.

苗用ポット200は、複数が、可動式苗栽培バケット22に固定され、苗20の発芽から育成段階に応じて苗代21,121を水平に移動する。   A plurality of seedling pots 200 are fixed to the movable seedling cultivation bucket 22 and move the seedlings 21 and 121 horizontally from the germination of the seedling 20 according to the growing stage.

稲株栽培ポット300は、複数が、可動式栽培バケット31,32,131,132に固定され、可動式栽培バケット移動レール17,177を辿って、重力を利用して、稲株の成長に応じて下方へ降下しながら移動していく。移動レールの水平距離を900m、稲株の植えつけから収穫までを90日とすると、可動式栽培バケットの水平移動距離は1日当たり10m、稲株の成長を10cmから1mとすると可動式栽培バケットの垂直降下距離は1日当たり1cmである。   A plurality of the rice cultivation pots 300 are fixed to the movable cultivation buckets 31, 32, 131, 132, and follow the movable cultivation bucket moving rails 17, 177, according to the growth of the rice stock using gravity. Then move down while descending. If the horizontal distance of the moving rail is 900 m and the planting time from planting to harvesting is 90 days, the horizontal moving distance of the mobile cultivation bucket is 10 m per day, and the growth of the rice stock is 10 cm to 1 m. The vertical descent distance is 1 cm per day.

移動レール17及び177は、傾斜方向を交互に並べて2系統並列して設けることで、栽培が終わって空になった可動式栽培バケットを同じ移動レールの始発点に戻すための設備(全長900m)及び手間を省略することができる。終点に到達し稲穂の収穫と稲株の撤去が終わった稲株栽培ポット及び可動式栽培バケットは洗浄・消毒の後、移動架台(図示せず)に乗せ、移動レール用車輪(図示せず)などを一旦取り外した後、約50m移動され、逆方向の移動レールに設置され、苗の植えつけが行われる。この作業は毎日実施される。移動レール17及び177は、傾斜方向が異なる2系統について、それぞれ、栽培バケットの並列数に応じて複数本が設置される。例えば、幅10mのバケットを5列並べて1系統とする場合、6本、逆の傾斜方向についても6本、合計12本が敷設される。   The moving rails 17 and 177 are provided with two systems arranged in parallel with the inclination directions alternately arranged so that the movable cultivation bucket that has been emptied after cultivation is returned to the starting point of the same moving rail (total length 900 m). And the trouble can be omitted. The rice cultivation pots and movable cultivation buckets that have reached the end point and have finished harvesting and removing rice stocks are washed and disinfected, then placed on a movable stand (not shown), and wheels for moving rails (not shown) Once removed, etc., it is moved about 50 m and placed on a moving rail in the opposite direction, so that seedlings are planted. This is done daily. A plurality of moving rails 17 and 177 are installed in accordance with the number of cultivation buckets in parallel for two systems having different inclination directions. For example, when 5 rows of 10 m-wide buckets are arranged to form one system, 6 are installed in a total of 12 in the reverse inclination direction.

稲株用導光板16及び苗用導光板161は、LED及び直流電源15に「縦方向」に取り付けられ、育成用LEDの光のみが苗及び稲株に照射される。LED及び直流電源15は、熱交換装置6からの熱交換媒体63によって冷却され、LEDの長寿命化、栽培室室温の上昇防止、電源回路部品(コンデンサなど)の長寿命化が計られる。直流電源には太陽電池パネル7からの直流電力が供給される。   The rice stock light guide plate 16 and the seedling light guide plate 161 are attached to the LED and the DC power source 15 in the “longitudinal direction”, and only the light of the growing LED is irradiated to the seedling and the rice stock. The LED and the DC power supply 15 are cooled by the heat exchange medium 63 from the heat exchange device 6, thereby extending the lifetime of the LED, preventing the room temperature from rising, and extending the lifetime of the power supply circuit components (such as a capacitor). Direct current power from the solar cell panel 7 is supplied to the direct current power source.

本実施形態のように、植物育成用の光を「縦方向」すなわち植物の生育方向にすることによって、特に稲のように細長い葉に対して万遍なく、比較的マイルドな光量で照射し、光合成を効率良く行うことが可能となる。他の照射方法では、このような万遍無い光照射は実現が困難である。   Like this embodiment, by making the light for plant growth in the “longitudinal direction”, that is, the growth direction of the plant, it irradiates with a relatively mild light amount evenly on the elongated leaves, especially like rice, Photosynthesis can be performed efficiently. Such other irradiating light irradiation is difficult to realize with other irradiation methods.

苗または稲株と導光板の衝突を回避するため、複数の苗用ポット200及び稲株栽培ポット300の間隔を制御して各々可動式苗栽培バケット22及び可動式栽培バケット31に取り付け、また、バケットの移動方向221及び231は各々導光板の水平方向の取り付け方向と整合される。   In order to avoid a collision between the seedling or the rice stock and the light guide plate, the interval between the plurality of seedling pots 200 and the rice cultivation pot 300 is controlled and attached to the movable seedling cultivation bucket 22 and the movable cultivation bucket 31, respectively. The moving directions 221 and 231 of the bucket are aligned with the horizontal mounting direction of the light guide plate.

空調送風11と換気12は、図1において栽培室10の一部に行われるように図示してあるが、好ましくは苗用ポット200及び稲株栽培ポット300の水面からの水蒸発を防ぎ、かつ、光合成の効率に係る「葉面境界層」を薄くするため、稲の葉の生育方向、すなわち下方から空調送風11を万遍無く行い、水分回収のため要所に設けられた熱交換器(図示せず)の位置で換気(吸気)を行うものとする。   The air-conditioning blower 11 and the ventilation 12 are illustrated as being performed in a part of the cultivation room 10 in FIG. 1, but preferably prevent water evaporation from the water surface of the seedling pot 200 and the rice cultivation pot 300, and In order to reduce the “leaf boundary layer” related to the efficiency of photosynthesis, the air-conditioning blower 11 is uniformly applied from the growth direction of the rice leaves, that is, from below, and the heat exchanger ( It is assumed that ventilation (intake) is performed at a position (not shown).

空調送風11を万遍無く行うためには、可動式苗栽培バケット22及び可動式栽培バケット31毎に複数の送風パイプ(図示せず)を取り付け、パイプに設けた送風口から上方に向けて、個々の稲株栽培ポットの稲株から上方へ向けて空調空気を噴射すれば良い。送風パイプ数本を束ねた根元には送風効率の高いタービン翼型軸流送風ファンを取り付け、総風量は開口部分での風速が10〜20cm毎秒程度になるよう設計される。例えば、稲株栽培ポット1個当たり3cmの送風口から毎秒10cmの風速で終日送風した場合、プラント全体のポット数2250万個について総送風量毎秒675m、送風ファンの送風能力336m/h/22Wとして、プラント全体で消費電力は3819kWhである。これは太陽電池総発電量(2.2×10kWh)の0.17%と試算される。 In order to perform the air-conditioning blower 11 uniformly, a plurality of blower pipes (not shown) are attached to each of the movable seedling cultivation buckets 22 and the movable cultivation buckets 31 and directed upward from the blower opening provided in the pipes. Air-conditioned air may be sprayed upward from the rice plant of each individual rice cultivation pot. A turbine blade type axial flow fan with high blowing efficiency is attached to the root of a bundle of several blowing pipes, and the total air volume is designed so that the wind speed at the opening is about 10 to 20 cm per second. For example, when air is blown all day at a wind speed of 10 cm per second from a 3 cm 2 blower port per rice planting pot, the total blown air volume is 675 m 3 per second for the number of pots in the entire plant, and the blower fan blow capacity is 336 m 3 / h. Assuming / 22W, the power consumption of the whole plant is 3819 kWh. This is estimated to be 0.17% of the total solar cell power generation (2.2 × 10 6 kWh).

なお、プロペラ型の送風ファンを壁面に設けて横方向に送風する方法は、空気の回り込みによる送風ロスが大きい点と稲の葉が横にそよぐ点で、好ましくない。熱交換器で換気中から回収された水は、回収水53,52,51として淡水精製・冷却・貯蔵装置14,144へ戻る。   In addition, the method of providing a propeller-type blower fan on the wall surface and blowing the air in the lateral direction is not preferable in that the air loss due to the wrapping of air is large and the rice leaves sway horizontally. The water recovered from the ventilation by the heat exchanger returns to the fresh water purification / cooling / storage device 14, 144 as recovered water 53, 52, 51.

生育を終えた稲穂及び稲株は収穫装置18,188へ取り入れられ、ここで乾燥・脱穀まで行われ、米は直ちに加工・梱包装置5,55に送られ、例えば、水を加えるだけで可食化できるアルファ米の形まで加工・梱包され、出荷ライン4を通じて海岸の港湾まで運搬される。葉、稲株、籾殻などのバイオマスは、バイオマス回収装置9,99にて乾燥した外気を用いて乾燥・水分回収された後、必要に応じて減容・ペレット化され、ボイラーで燃焼され、100℃以上の蒸気、二酸化炭素、及び、肥料成分を含む灰に再生される。燃焼ガス中の水蒸気も、エネルギーコストの許す限り回収される。海水の淡水化に要するエネルギーよりも蒸気回収コストがかさむ場合は、廃棄する。発生する蒸気で発電することもできる。   After the growth, the ears and the rice stock are taken into the harvesting device 18,188, where they are dried and threshed, and the rice is immediately sent to the processing / packing device 5,55, for example, edible just by adding water. It is processed and packed into a shape of alpha rice that can be converted into a shape, and is transported to the coastal port through the shipping line 4. Biomass such as leaves, rice stocks, rice husks, etc. is dried and recovered with the use of outside air dried by the biomass recovery device 9,99, then reduced in volume and pelletized as necessary, and burned in a boiler. It is regenerated into ash containing steam, carbon dioxide, and fertilizer components at or above. Water vapor in the combustion gas is also recovered as long as energy costs allow. If the steam recovery cost is higher than the energy required for seawater desalination, discard it. It is also possible to generate electricity with the generated steam.

なお、米として出荷される、デンプンとして固定された二酸化炭素は、プラントから系外に出されるため、補う必要がある。光合成を効率良く行うためには通常の大気中の二酸化炭素濃度よりも高い濃度が好ましいため、これについては外部からボンベないしタンクでプラントに供給される。   In addition, since the carbon dioxide fixed as starch shipped as rice is taken out of the system from the plant, it needs to be supplemented. In order to carry out photosynthesis efficiently, a concentration higher than the normal carbon dioxide concentration in the atmosphere is preferable, and this is supplied from the outside to the plant by a cylinder or a tank.

各種センサを要所に設け、データ転送のときだけ電力を用いる通信システムにて環境制御装置(図示せず)へデータを送り、各種の自動制御を行う。   Various sensors are provided at key points, and data is sent to an environmental control device (not shown) through a communication system that uses power only during data transfer to perform various automatic controls.

〔経済性の試算〕
〔1〕プラント設置面積の目安
地球上の<砂漠面積>は3800万平方kmであり、わが国の水稲作付面積の約2400倍である。この1〜2%の面積に相当する規模の植物プラントを建設し「4毛作」(苗植えつけ後90日で収穫)で水稲を栽培すると、地球人口約100億人へ充分な炭水化物を<米>として提供可能であると試算される。
[Estimation of economic efficiency]
[1] Estimated plant installation area The <desert area> on the earth is 38 million square km, which is approximately 2400 times the paddy rice cultivation area in Japan. By constructing a plant plant with a scale equivalent to 1-2% of this area and cultivating paddy rice in “4 cropping” (harvested 90 days after seedling planting), enough carbohydrates are supplied to the global population of about 10 billion < It is estimated that it can be provided as

〔2〕太陽光発電とプラントで消費されるエネルギーの収支
地球の赤道面に降り注ぐ太陽光エネルギーは年平均1kW/mである。
[2] Balance of energy consumed by photovoltaic power generation and plants Solar energy falling on the equator of the earth is an average of 1 kW / m 2 per year.

太陽電池の発電効率を耐用年数20年間の平均として20%と仮定し、赤道面においてこの効率が発揮できる日照時間を11時間/日と仮定するとプラントの屋根全面に設置した太陽電池の発電量は年平均200W/mであり、1日当たりのエネルギーは1m当たり2.2kWh〔キロワット時〕(7920kJ〔キロジュール〕)である。総面積1平方kmの太陽電池によって、11時間の日照で2.2×10kWhの発電量が期待される。 Assuming that the power generation efficiency of the solar cell is 20% as an average for a useful life of 20 years, and assuming that the sunshine duration that can exhibit this efficiency on the equator plane is 11 hours / day, the power generation amount of the solar cell installed on the entire roof of the plant is The annual average is 200 W / m 2 , and the energy per day is 2.2 kWh [kilowatt hour] (7920 kJ [kilojoule]) per 1 m 2 . A solar cell with a total area of 1 square km is expected to generate 2.2 × 10 6 kWh in 11 hours of sunshine.

このエネルギーを空調及び冷却に20%、海水の淡水化・精製及び養液の精製と循環に5%でプラント設備が消費するものと仮定すると、稲栽培に提供可能な電力は75%、150W/mである。これを高効率の波長特定LED(例、青+赤)で発光させ、高効率の導光板で稲株の葉に万遍無く照射することで、プラントの太陽電池1m当たりの米生産量を苗植えつけ後の栽培日数90日にて、当初目標として250g/日/m、努力目標として500g/日/mを目指す。 Assuming that the plant equipment consumes 20% of this energy for air conditioning and cooling and 5% for seawater desalination / purification and nutrient solution purification and circulation, 75% of the power that can be provided for rice cultivation is 150W / a m 2. By emitting this light with a high-efficiency wavelength-specific LED (eg, blue + red) and irradiating the rice plant leaves uniformly with a high-efficiency light guide plate, the rice production per 1 m 2 of solar cells in the plant can be reduced. Aiming for an initial goal of 250 g / day / m 2 and an effort goal of 500 g / day / m 2 with 90 days of cultivation after seedling planting.

なお、わが国における稲作の生産性は世界平均の2倍近く、農林水産省の統計によると530kg/10a(530g/m)、田植え後の稲作期間は概ね4ヶ月である。 In addition, the productivity of rice cultivation in Japan is nearly twice the world average. According to the statistics of the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, the rice cultivation period after rice planting is approximately 4 months, 530 kg / 10a (530 g / m 2 ).

〔3〕玄米及び稲バイオマスに係る物質収支とエネルギー収支
光合成の化学式は、デンプンの最小単位組成をグルコースC6H12とすると以下の通りである。
6CO + 6HO → C12 + 6O
[3] Material balance and energy balance relating to brown rice and rice biomass The chemical formula of photosynthesis is as follows when the minimum unit composition of starch is glucose C6H 12 O 6 .
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

二酸化炭素、水、デンプン及び酸素の化学式から、二酸化炭素146.57重量部及び水60.01重量部から100重量部のデンプンと106.57重量部の酸素分子が合成される(実際には、光合成プロセスの途中にも水60.01重量部が必須である)。すなわち、この重量比で米の単位量製造に必要な水及び二酸化炭素の重量が計算される。仮に、1日に栽培バット幅100m×全長10m、面積1000mで米500kgを生産するには、水300kg、二酸化炭素733kgを供給する必要がある。米とほぼ同じ乾燥重量のバイオマス(成分はグルコースと同じ)が発生するため、バイオマスの燃焼によって二酸化炭素は補うことができる。 From the chemical formula of carbon dioxide, water, starch and oxygen, 146.57 parts by weight of carbon dioxide and 60.01 parts by weight of water to 100 parts by weight of starch and 106.57 parts by weight of oxygen molecules are synthesized (in practice, 60.01 parts by weight of water is essential during the photosynthesis process). That is, the weight of water and carbon dioxide necessary for producing a unit amount of rice is calculated at this weight ratio. To produce 500 kg of rice with a cultivation bat width of 100 m × total length of 10 m and an area of 1000 m 2 per day, it is necessary to supply 300 kg of water and 733 kg of carbon dioxide. Since biomass with the same dry weight as rice is produced (the component is the same as glucose), carbon dioxide can be supplemented by burning the biomass.

稲作によって、グルコースの形で固定されるエネルギーは、その燃焼熱から2803.3kJ/モル、15.56kJ/gである。   The energy fixed in the form of glucose by rice cultivation is 2803.3 kJ / mol, 15.56 kJ / g from the heat of combustion.

グルコース以外の生産物である稲藁、籾殻などは乾燥重量でグルコースとほぼ同等と考えられ、その燃料熱は、グルコースと同一である。   Rice straw, rice husks, and the like, which are products other than glucose, are considered to be almost equivalent to glucose by dry weight, and the fuel heat is the same as glucose.

わが国における米(玄米換算)の生産量は作付面積10a(1000m)当たり全国平均で530kg(0.53kg/m)であり、グルコースの燃焼熱として換算すると8246.8kJ/mである。これを90日ないし120日で生産した場合の光合成によるエネルギー固定量は96.63kJ/m/日、68.7kJ/m/日である。燃焼熱に換算した場合の光合成のエネルギー貯蔵効率は1%前後であることが解る。 The production amount of rice (converted to brown rice) in Japan is 530 kg (0.53 kg / m 2 ) on a national average per 10 a (1000 m 2 ) planted area, and is 8246.8 kJ / m 2 when converted as the combustion heat of glucose. When this is produced in 90 to 120 days, the fixed amount of energy by photosynthesis is 96.63 kJ / m 2 / day and 68.7 kJ / m 2 / day. It can be seen that the energy storage efficiency of photosynthesis when converted to combustion heat is around 1%.

また、米と同時に発生するバイオマスを砂漠の乾燥空気で乾燥させ、チップ化しバイオマス燃焼ボイラーで燃焼させた場合、プラントのバイオマス生産量を0.53kg/日/栽培バケット1mとし、燃焼効率20%と仮定して、1649kJ/日/mである。すなわち、太陽電池発電量の21%(外数)のエネルギーをバイオマスの燃焼で得ることができる。このエネルギーはプラントの夜間待機電力(主に空調及び冷却)及び製品米の加工・梱包に用いられる。 In addition, when biomass generated at the same time as rice is dried with desert dry air, chipped and burned with a biomass combustion boiler, the biomass production of the plant is 0.53 kg / day / cultivation bucket 1 m 2 and combustion efficiency is 20%. And 1649 kJ / day / m 2 . That is, 21% (outside number) of the solar cell power generation amount can be obtained by burning biomass. This energy is used for the plant standby power (mainly air conditioning and cooling) and the processing and packing of product rice.

以下、プラント建設手順と各構成要素について詳述する。   Hereinafter, the plant construction procedure and each component will be described in detail.

〔水稲の種類の選定〕
既存の水稲の品種から候補を選定し、本実施形態の実施までに要する期間に植物工場に最適化された品種を得る。その特徴を以下に列挙する。
〔A〕露地栽培の水稲に要求される病虫害耐性、耐寒性、耐高温性、耐風害性(強風時に倒れないよう株高を低く抑える)の内、空調負荷低減のため耐高温性のみ重視する。
〔B〕単位面積当たり、かつ、育成日数当たりの米生産性を最大にする。
〔C〕太陽光の平均的エネルギー密度を1kW/mとして、本プラントが必要とする空調、送風、海水淡水化、養液送液、養液再生、物質輸送に係るエネルギーを差し引いた、プラント床面積当たりの稲株育成に供給可能な光エネルギー(波長分布、パルス点灯などを考慮)を算出し、その光量において最大収量を達成する。
〔D〕消費国の嗜好、及び摂食形態に応じて、「インデカ米」「ジャポニカ米」などの品種も考慮する。ただし、アルファ米に加工して出荷することを前提とした場合、従来の炊飯方法(インデカ米は湯で煮る、ジャポニカ米は炊飯する、など)に拘泥せず、生産効率を第1とする。
[Selection of paddy rice type]
Candidates are selected from the existing paddy rice varieties, and varieties optimized for the plant factory are obtained during the period required to implement this embodiment. The features are listed below.
[A] Of the pest and disease resistance, cold resistance, high temperature resistance, and wind resistance required for paddy rice grown in the open field (only keeping the stock height low so as not to fall down in strong winds), only high temperature resistance is important for reducing air conditioning load .
[B] Maximize rice productivity per unit area and per day of cultivation.
[C] A plant in which the average energy density of sunlight is set to 1 kW / m 2 and energy required for air conditioning, ventilation, seawater desalination, nutrient solution feeding, nutrient solution regeneration, and material transportation required by this plant is subtracted. Calculate light energy (considering wavelength distribution, pulse lighting, etc.) that can be supplied to grow rice plants per floor area, and achieve maximum yield at that light intensity.
[D] Varieties such as “Indeka rice” and “Japonica rice” are also considered according to the preference of the consuming country and the form of eating. However, if it is assumed that it is processed into alpha rice and shipped, the production efficiency is the first without regard to conventional rice cooking methods (indeca rice is boiled in hot water, japonica rice is cooked, etc.).

〔LED及び直流電源〕
クロロフィルの吸収スペクトルに適合した青色と赤色の2色のLEDを例えば水冷式の基板上に直流電源と一体化して製造し、LEDの発光はレンズによって、屈折率分布及び干渉作用を活用した導光板に高効率で導くものとする。気体と固体の界面における反射ロスを低減させるため、LEDの発光部分は耐熱性のガラス材料と一体化し、導光板に接合することが望まれる。
[LED and DC power supply]
A light guide plate that uses blue and red LEDs that are compatible with the absorption spectrum of chlorophyll, for example, integrated with a DC power supply on a water-cooled substrate, and the LED emits light by utilizing a refractive index distribution and interference action by a lens. To be led to high efficiency. In order to reduce reflection loss at the interface between gas and solid, it is desired that the light emitting portion of the LED is integrated with a heat-resistant glass material and bonded to the light guide plate.

LEDの直流電源は故障時に断線せず、バイパスさせる回路を設けた多段の直列接続とし、同じく直流多段接続した太陽電池パネル7と直流で接続するものとする。故障時のバイパス回路を有する太陽電池パネル7の多段接続により例えば1000Vの高圧直流で1個5VのLEDパルス駆動電源を200段直列で駆動する。これによって太陽電池パネル7とLED駆動電源の送電ロス低減と直流配線の細線化が可能となる。ただし、直流高圧電源は人体が感電すると非常に危険なため、感電防止対策を多重に設ける必要がある。例えば、電源回路をバイハンドで点検・修理する場合は、発電が停止している夜間に行うものとする。   The direct current power source of the LED is not disconnected at the time of failure, but is connected in a multi-stage series connection provided with a circuit to be bypassed, and is connected to the solar cell panel 7 similarly connected in a direct current multi-stage. By multi-stage connection of the solar cell panels 7 having a bypass circuit at the time of failure, for example, a single 5V LED pulse drive power source is driven in 200 stages in series with a high voltage direct current of 1000V. As a result, it is possible to reduce the power transmission loss of the solar cell panel 7 and the LED drive power source and to make the DC wiring thin. However, DC high-voltage power supplies are extremely dangerous if a human body gets an electric shock, so it is necessary to provide multiple measures to prevent electric shock. For example, when checking and repairing a power supply circuit by hand, it is performed at night when power generation is stopped.

〔導光板〕
公知の各種導光板を本発明のプラントの要求に適するよう改良して用いれば良い。導光板のサイズは栽培バケットの進行方向の長さ(例、10m)×苗または稲株の高さ(1〜2m程度)であって、厚さについては撓まない限りにおいて薄いほど好ましく、具体的には5〜20mmであれば特に問題ない。
〔Light guide plate〕
Various known light guide plates may be used so as to meet the requirements of the plant of the present invention. The size of the light guide plate is the length of the cultivation bucket in the traveling direction (eg, 10 m) × the height of the seedling or rice plant (about 1 to 2 m), and the thickness is preferably as thin as possible unless it is bent. In particular, there is no particular problem if it is 5 to 20 mm.

〔苗用ポット及び稲株栽培ポット〕
図4に概念図を示す。塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン製の円筒に底部と植物植えつけ口210,310を設けた上部を密着させたポット200,300に、例えば、気泡率の高いプラスチック不織布ないしスポンジで構成された充填体211,311を入れたものである。苗代で発芽から苗まで育てる場合の栽培室面積を小さくするため、苗用ポット200及び稲株栽培ポット300のサイズを、例えば直径100m×高さ100mmと直径180mm×高さ1m(稲株の根の長さに応じて設計)の2種類とし、苗床から栽培ポットへ「田植え」を自動装置で行う様式が推奨される。この手間を避ける場合は苗代の面積が大きくなるが、稲株栽培ポットの1種類のみを用いても良い。
[Seedling pot and rice planting pot]
FIG. 4 shows a conceptual diagram. A filling body 211 made of, for example, a plastic non-woven fabric or sponge having a high bubble rate is placed in a pot 200, 300 in which a bottom portion and an upper portion provided with plant planting ports 210, 310 are in close contact with a cylinder made of vinyl chloride, polyethylene, or polypropylene. , 311 are inserted. In order to reduce the cultivation room area for growing seedlings from germination to seedlings, the size of the seedling pot 200 and the rice planting pot 300 is, for example, 100 m diameter × 100 mm height and 180 mm diameter × 1 m height (root of rice plant). It is recommended to use an automatic device for “rice planting” from the nursery to the cultivation pot. When this labor is avoided, the area of the seedling is increased, but only one type of rice cultivation pot may be used.

苗用ポット200及び稲株栽培ポット300には養液導入管212,312及び養液オーバーフロー管213,313を設け、ポットの底部から新鮮な養液を注入し、育成段階に応じた適切な施肥を行い、更に溶存酸素不足による根腐れを防ぐ。養液導入管212,312には全数ではないが、温度・pH・イオン濃度センサ等を取り付け、栽培環境のモニタを行うものとする。養液導入管212,312から注入され、養液オーバーフロー管213,313から流出する養液の流量は、養液中の溶存酸素濃度を維持し、雑菌や藻類の繁殖を防ぐため、また、養液循環の送液ポンプの消費電力を低く抑えるため、最適な値に制御される。例えば、直径180mm、深さ1mの稲株栽培ポット300の養液と根の体積合計25リットル(L)について1日当たり10Lの養液を循環させた場合、プラント全体で2250万本のポットについて、1日当たり22500kLの循環量となる。養液の再生精製のためのフィルターおよびイオン交換樹脂カラムの圧力損失を考慮すると、毎分1kLの揚水ポンプの性能は66kL/22kWh程度であり、プラント全体の養液循環のための軸動力は1日当たり75000kWhと試算される。これは、太陽電池総発電量の3.4%に匹敵し、比較的大きい。なお、プラント全体の海水炭水化量は光合成のために3kLであるため、必要とする電力は非常に小さい。循環される養液はフィルター及びイオン交換樹脂などで精製され、淡水精製・冷却・貯蔵装置14,144から供給される栽培用淡水40と、装置14,144の内部で混合され、温度調整される。   The seedling pot 200 and the rice cultivation pot 300 are provided with nutrient solution introduction pipes 212 and 312 and nutrient solution overflow pipes 213 and 313, injecting fresh nutrient solution from the bottom of the pot, and appropriate fertilization according to the growing stage And prevent root rot due to lack of dissolved oxygen. Although not all of the nutrient solution introduction pipes 212 and 312 are attached, a temperature / pH / ion concentration sensor or the like is attached to monitor the cultivation environment. The flow rate of the nutrient solution injected from the nutrient solution introduction pipes 212 and 312 and flowing out from the nutrient solution overflow pipes 213 and 313 maintains the dissolved oxygen concentration in the nutrient solution and prevents the growth of bacteria and algae. In order to keep the power consumption of the liquid circulation pump low, it is controlled to an optimum value. For example, when 10L of nutrient solution is circulated per day for a total of 25 liters (L) of root culture volume and root volume of 25 liters (L) with a diameter of 180 mm and a depth of 1 m, about 22.5 million pots in the whole plant, The circulation amount is 22500 kL per day. Considering the pressure loss of the filter and ion exchange resin column for regenerating and refining the nutrient solution, the performance of the 1 kW pump is about 66 kL / 22 kWh, and the shaft power for the nutrient solution circulation in the whole plant is 1 Estimated at 75,000 kWh per day. This is comparable to 3.4% of the total solar cell power generation and is relatively large. In addition, since the seawater charcoal liquefaction amount of the whole plant is 3 kL for photosynthesis, the electric power required is very small. The circulating nutrient solution is purified with a filter and an ion exchange resin, etc., mixed with fresh water 40 for cultivation supplied from the fresh water purification / cooling / storage devices 14 and 144, and inside the devices 14 and 144, and the temperature is adjusted. .

〔可動式苗用バケット〕
養液中の無機質肥料は腐食性があるため、長期耐久性を考慮し、強化プラスチック、例えばFRP製の苗用及び稲株栽培バケットを用いることが推奨される。
[Movable seedling bucket]
Since the inorganic fertilizer in the nutrient solution is corrosive, it is recommended to use reinforced plastics such as seedling and rice cultivation buckets made of FRP in consideration of long-term durability.

バケットに搭載する苗用ポットの個数は後述の可動式栽培バケットに搭載する栽培ポットの数に対応させる必要がある。栽培室10の床面積を有効利用するためには、苗用バケットを4段程度、多段に設置する方式が推奨される。   The number of seedling pots mounted on the bucket needs to correspond to the number of cultivation pots mounted on the movable cultivation bucket described later. In order to effectively use the floor area of the cultivation room 10, a system in which seedling buckets are installed in multiple stages of about four stages is recommended.

〔可動式栽培バケット〕
例えば、FRP製で移動レール17の進行方向に長さ2m、幅5m、高さ1m(小型漁船のサイズに相当)の可動式栽培バケット31を50個並べ、図2の矢印231へ移動するバケット群の1単位(幅50mで1日に10m移動し「田植え」から90日で収穫)とする。図2の矢印232方向へ移動するバケット群の1単位50個と併せて、合計100個で1000mの作付面積を確保する。全長900m、全幅100mのプラントの最小単位において合計900個のバケット(栽培ポットは合計45万個)が稼働する。
[Movable cultivation bucket]
For example, 50 movable cultivation buckets 31 made of FRP having a length of 2 m, a width of 5 m, and a height of 1 m (corresponding to the size of a small fishing boat) are arranged in the traveling direction of the moving rail 17 and moved to an arrow 231 in FIG. One unit of the group (50m width, 10m / day, harvested 90 days after "rice planting"). Together with one unit 50 buckets group that moves in the arrow 232 direction in FIG. 2, to ensure the acreage 1000 m 2 in total of 100. A total of 900 buckets (a total of 450,000 cultivation pots) operate in the smallest unit of a plant having a total length of 900 m and a total width of 100 m.

栽培バケット1台には移動方向2mに10列、幅10mに50列、合計500個の稲株栽培ポット300が取り付けられる。稲株用ポット養液導入管312及び稲株用ポット養液オーバーフロー管313は各々10本または50本まとめてヘッダー管(図示せず)に定常的に固定され、栽培バケットの移動(10m/日)に合わせて、ヘッダー管と栽培用淡水40の配管との接続が、毎日切り替えられる。養液の配管切り替えは栽培バケットが停止する夜間に行われ、毎回、送水試験が行われる。   A total of 500 rice cultivation pots 300 are attached to one cultivation bucket, 10 rows in the moving direction 2 m and 50 rows in the width 10 m. The rice plant pot nutrient solution introduction pipe 312 and the rice plant pot nutrient solution overflow tube 313 are each fixed to a header tube (not shown) 10 or 50 at a time, and the cultivation bucket is moved (10 m / day). ), The connection between the header pipe and the cultivation fresh water 40 pipe is switched every day. The piping switching of the nutrient solution is performed at night when the cultivation bucket is stopped, and a water supply test is performed every time.

栽培バケットには空調空気の吹き出し口を設けた送風パイプが複数設けられ、送風パイプも栽培バケットの移動に合わせ、毎日、夜間に接続先の切り替えが行われる。栽培室10の環境維持のため、空調空気の送風については、配管切り替えの時間を除き、終日行われる。   The cultivation bucket is provided with a plurality of blower pipes provided with air-conditioning air outlets, and the blower pipes are switched connection destinations at night and night as the cultivation bucket moves. In order to maintain the environment of the cultivation room 10, the blowing of conditioned air is performed all day except for the time for switching pipes.

〔各種センサ〕
温度・pH・イオン濃度センサなど公知のものが用いられる。センサ類は、無線給電・無線データ送信を原則とする。温度センサについては栽培バケット当たり1個、pH及びイオン濃度センサについては、栽培用淡水40の配管において、肥料フィーダー41の接続部分以降に、栽培バケット50個からなる群1つ当たり1個程度が設置される。気温のセンサ及び導光板からの照射光のスペクトル別照度計については、栽培バケット50個からなる群1つ当たり数個が設置される。空調用空気の吹き出しについては、プロペラ式風速センサが栽培バケット50個からなる群1つ当たり数個設置される。
[Various sensors]
Known devices such as a temperature / pH / ion concentration sensor are used. Sensors are based on wireless power supply and wireless data transmission in principle. About one temperature sensor is installed per cultivation bucket, and about pH and ion concentration sensors, about one piece per group of 50 cultivation buckets is installed in the pipe of the fresh water 40 for cultivation after the fertilizer feeder 41 connection. Is done. About the illuminometer according to the spectrum of the irradiation light from the temperature sensor and the light guide plate, several pieces are installed per group of 50 cultivation buckets. For air-conditioning air blowing, several propeller-type wind speed sensors are installed per group of 50 cultivation buckets.

〔熱交換装置〕
LEDの点灯は夜間に行うのが省エネ上、合理的であるが、高価でエネルギーロスを伴う蓄電設備が必要とされるため、本プラントでは育成光の照射は太陽光発電が可能な日中に行う。そこで、熱交換装置6には、日中モードと夜間モードを併設し、運転方式の切り替えも加味し、最大限の省エネルギー運転を行うものとする。
[Heat exchange device]
It is reasonable to turn on the LED at night in order to save energy, but it is expensive and requires energy storage equipment with energy loss. Do. Therefore, the heat exchange device 6 is provided with a daytime mode and a nighttime mode, and the switching of the operation method is taken into consideration to perform maximum energy saving operation.

日中と夜間の熱交換負荷を平準化し、日中の空調及び冷却エネルギーを低減させるため、水の顕熱を用いた熱交換システムを行う。熱交換器の腐食を避けるため、海水から製造した粗淡水をプラントに併設した水タンク(図示せず)に適量、貯水し、日中の廃熱を水タンクに蓄熱廃棄する。これを、日照が無くなり放射冷却が起きる夜間、屋上の太陽電池冷却装置及び屋上の熱交換装置の冷却フィンから夜間の大気(広大な太陽電池パネル7によって遮光されているため、通常の外気よりも低温度であると期待される)へ放出する。夜間の水タンクからの放熱は、顕熱冷媒としての粗淡水の循環ポンプ(図示せず)のみで行うものとする。循環ポンプの駆動はバイオマス燃焼ボイラーによる発電で行う。   A heat exchange system using sensible heat of water will be performed to level the heat exchange load during the day and night, and to reduce the air conditioning and cooling energy during the day. In order to avoid corrosion of the heat exchanger, an appropriate amount of crude fresh water produced from seawater is stored in a water tank (not shown) attached to the plant, and daytime waste heat is stored and discarded in the water tank. At night when sunshine is lost and radiant cooling occurs, the nighttime atmosphere (because it is shielded by the vast solar cell panel 7 from the cooling fins of the rooftop solar cell cooling device and the rooftop heat exchange device, than the normal outside air. To the expected low temperature). Heat dissipation from the water tank at night is performed only by a circulating pump (not shown) of crude fresh water as a sensible heat refrigerant. The circulation pump is driven by power generation using a biomass combustion boiler.

太陽電池パネル7には遮光吸排気スリットを多数設け、夜間の空気対流による放熱に役立てる。なお、遮光吸排気スリットは太陽電池の有効面積を減じないよう、形状に工夫する。   The solar cell panel 7 is provided with a large number of light-blocking intake / exhaust slits, which is useful for heat radiation by night air convection. The light-shielding intake / exhaust slit is devised in shape so as not to reduce the effective area of the solar cell.

〔栽培用ほか淡水補給量〕
公知の限外濾過システムで粗淡水を製造し、更にイオン交換樹脂を用いて水稲栽培に適する水質を実現する。稲作に必要な微量金属イオンについては、成分を含有させたモレキュラーシーブスないしシリカゲルを充填したカラムを水精製の後段に設けることで適量を補充することができる。なお、粗淡水の製造に必要な加圧ポンプのエネルギーは5kWh/淡水1m程度である。
[For cultivation and other freshwater supplements]
Crude fresh water is produced by a known ultrafiltration system, and water quality suitable for paddy rice cultivation is realized using an ion exchange resin. A trace amount of metal ions necessary for rice cultivation can be supplemented by providing a column packed with molecular sieves or silica gel containing the components in the subsequent stage of water purification. Incidentally, the energy of the pressure pump required for the preparation of the crude fresh water is about 5 kWh / freshwater 1 m 3.

先に光合成について記載した通り、米100重量部を出荷するのに必要な光合成用の水は60部である。米生産が500kg/日の場合、水の供給必要量は300kgである。米製品中の含水量(デンプン成分中の水を除く)は出荷形態に依存するが、米製品の15%と仮定すると米生産が500kg/日の場合、出荷製品中の水は75kg/日である。これらに、密閉式栽培室10から飛散する水蒸気量を加算した量の淡水を毎日供給する必要がある。   As described above for photosynthesis, the water for photosynthesis required to ship 100 parts by weight of rice is 60 parts. When rice production is 500 kg / day, the water supply requirement is 300 kg. The water content in the rice product (excluding the water in the starch component) depends on the form of shipment. Assuming 15% of the rice product, if the rice production is 500 kg / day, the water in the shipped product is 75 kg / day. is there. It is necessary to supply daily fresh water in an amount obtained by adding the amount of water vapor scattered from the sealed cultivation room 10 to these.

〔養液〕
稲作に必要な微量金属イオンを補ったイオン交換水の温度を調整した後、栽培用淡水40として送液し肥料フィーダー41にて、育成段階に応じて、最適化された必須資料成分(窒素・リン酸・カリウム)を添加し、上記の養液導入管を通じて個々の栽培ポットへ養液を供給する。養液の温度については、栽培品種に応じて最適な値とする。稲の花のつぼみ発生などには、照明時間の他、養液の温度などのストレスが良い効果を発揮することも知られている(環境が良すぎると、種子を作るモードが発現しにくい事例がある)。
[Nutrient solution]
After adjusting the temperature of ion-exchanged water supplemented with trace metal ions required for rice cultivation, it is fed as fresh water 40 for cultivation, and in the fertilizer feeder 41, the essential essential ingredients (nitrogen and Phosphoric acid / potassium) is added, and the nutrient solution is supplied to each cultivation pot through the nutrient solution introduction tube. About the temperature of nutrient solution, it shall be an optimal value according to the cultivar. In addition to lighting time, it is also known that stress such as temperature of nutrient solution exerts good effects on the occurrence of rice buds (examples where seed-producing modes are difficult to appear if the environment is too good) There).

〔消毒・滅菌装置〕
高度に密閉され、環境が制御された栽培室10での栽培に特化させた稲の品種であるため、露地の稲に比べ病虫害に弱いことが懸念される。また、養液中に黴や藻類が発生することも避けなければならない。栽培室10への物品の搬入、人の出入りに関してはバイオクリーンルームに匹敵する細心の注意が必要である。特に衣服や靴を経由して病原体、黴の胞子、休止中の藻類、害虫の卵が入ることを阻止しなければならない。また、栽培を終えた栽培ポット200,300を繰り返し使用するには、消毒・滅菌を行うことが推奨される。例えば、次亜塩素酸水溶液にて加熱洗浄する方法が好ましい。
[Disinfection / sterilization equipment]
Since it is a variety of rice specialized for cultivation in the cultivation room 10 which is highly sealed and the environment is controlled, there is a concern that it is vulnerable to pest damage compared to rice in the open ground. It should also be avoided that sputum and algae are generated in the nutrient solution. With regard to the delivery of articles to the cultivation room 10 and the entry and exit of people, careful attention comparable to that of a bioclean room is required. In particular, pathogens, spider spores, resting algae and pest eggs must be prevented from entering through clothes and shoes. Moreover, in order to repeatedly use the cultivation pots 200 and 300 that have been cultivated, it is recommended to perform disinfection and sterilization. For example, a method of heating and washing with a hypochlorous acid aqueous solution is preferable.

また、栽培用淡水製造装置の要所に紫外線殺菌装置やオゾン酸化浄水装置を設けることも推奨される。前述のように、ランニング中のプラントに新規に供給する淡水、特に養液の量は比較的少量であるため、入念な処理が可能である。   It is also recommended to install an ultraviolet sterilizer and ozone oxidation water purifier at the key points of the cultivation fresh water production equipment. As described above, since the amount of fresh water to be newly supplied to the running plant, particularly the nutrient solution, is relatively small, careful processing is possible.

間接的な消毒・滅菌対策として、栽培室10の内壁に抗菌性塗装を行うといった手法をとることができる。   As an indirect disinfection / sterilization measure, a technique of applying antibacterial coating to the inner wall of the cultivation room 10 can be taken.

また、銅イオンには抗菌・防黴機能があるとされるため、栽培ポット200,300中の充填体211,311に銅細線などを混入させても良い。なお、米には微量の金属として銅が0.28ppm程度存在している。   Moreover, since it is said that copper ion has an antibacterial / antifungal function, a copper fine wire or the like may be mixed into the filling bodies 211 and 311 in the cultivation pots 200 and 300. In addition, about 0.28 ppm of copper is present in rice as a trace amount of metal.

〔海水パイプライン〕
プラント立ち上げの際、栽培用に確保すべき淡水量は300t程度である。これに顕熱蓄熱用水タンクにフィードする粗淡水及び建物建設のためのセメント用の粗淡水が加わる。プラントがランニング開始した後の海水必要量は数m程度である。
[Seawater pipeline]
When the plant is started up, the amount of fresh water to be secured for cultivation is about 300 t. To this, crude fresh water fed to a sensible heat storage water tank and crude fresh water for cement for building construction are added. The required amount of seawater after the plant starts running is about several m 3 .

隣接地に新たなプラントを建設する場合、海水パイプラインを延長して使用するが、その場合でも、建設期間に分散して供給することが可能であるため、海水パイプラインの配管太さ及び送液ポンプの大きさが膨大になる懸念は無い。   When constructing a new plant in the adjacent land, the seawater pipeline is extended and used, but even in that case, it can be distributed and supplied during the construction period. There is no concern that the size of the liquid pump will be enormous.

〔火災対策〕
プラント内部で可燃性のものはプラスチック製栽培ポットである。これは内部に養液が満たされているため、再生処理の工程以外は火災の心配は少ない。FRPは燃焼しにくい。注意すべきは高圧直流送電設備の漏電によるケーブル火災である。消火は容易でないので、不燃性ないし難燃性のケーブル被覆材が推奨される。また、直流送電ラインの2箇所で漏電が起こると、ケーブル損傷が起こるので、漏電検知回路の併設が推奨される。
(Fire countermeasures)
Combustible inside the plant is a plastic cultivation pot. Since this is filled with nutrient solution, there is little risk of fire except in the regeneration process. FRP is difficult to burn. What should be noted is a cable fire due to leakage in the high-voltage DC transmission facility. Fire extinguishing is not easy, so nonflammable or flame retardant cable jackets are recommended. In addition, if leakage occurs at two locations on the DC power transmission line, cable damage will occur. Therefore, it is recommended to install a leakage detection circuit.

〔出荷製品形態〕
出荷先の国情、嗜好、利用形態に応じて、また、製品としてプラント外へ出て行く水の量を極小化するか否かによって、米の出荷形態が選定される。例えば、以下の形態が想定される。なお、出荷形態の1選択肢である「アルファ米」は従来の製法では通常の炊飯を行った後、乾燥する工程が用いられており、省エネルギーの観点からは推奨しづらいものであったが、近年、含水量12%程度の米を120℃前後で機械的に摩擦粉砕する方法で、メカノケミカルに極めて短時間でアルファ化する方法が開発されている(特許第5503885号)。
[Shipment product form]
The shipping mode of rice is selected according to the national circumstances, preference and usage pattern of the shipping destination, and depending on whether or not the amount of water going out of the plant as a product is minimized. For example, the following forms are assumed. In addition, “Alpha rice”, which is one option of the shipping form, has been used in a conventional manufacturing method in which a conventional rice cooking process is followed by a drying process, which has been difficult to recommend from the viewpoint of energy saving. A method of mechanically friction-grinding rice having a water content of about 12% at around 120 ° C. and converting it into a mechanochemical in a very short time has been developed (Japanese Patent No. 5503585).

(a)食料不足、エネルギー不足の国へは、常温の水を入れるだけで可食化可能なアルファ米の粉末(含水量12%程度)として出荷する形態が適している。栽培に当たっては味覚よりも生産性重視で品種及び栽培条件を設定する。加工時の昇温にはバイオマス回収装置9,99に連動したバイオマス燃焼ボイラーの熱を利用する。加工量500kg/日の場合、摩擦粉砕装置の電動機動力が要するエネルギーは多くとも数十kWhである。   (A) The form of shipping as alpha rice powder (water content of about 12%) that can be edible simply by adding water at room temperature is suitable for countries lacking food and energy. In cultivation, varieties and cultivation conditions are set with an emphasis on productivity rather than taste. For the temperature rise during processing, the heat of the biomass combustion boiler linked to the biomass recovery devices 9 and 99 is used. In the case of a processing amount of 500 kg / day, the energy required for the motor power of the friction grinding device is at most several tens of kWh.

(b)籾は玄米が籾殻で守られているため、旧来の出荷形態には適している。しかしながら脱穀を集中的に行い、バイオマスとして有効利用する本実施形態のプラントのコンセプトにはそぐわない。   (B) Since brown rice is protected by rice husk, rice bran is suitable for the conventional shipping form. However, it is not suitable for the concept of the plant of this embodiment in which threshing is concentrated and effectively used as biomass.

(c)脱穀米(玄米)は玄米食用及び精米設備を利用可能な国への出荷に向く。玄米の乾燥と黴・害虫から守るための梱包が必須である。   (C) Threshed rice (brown rice) is suitable for shipment to countries where brown rice food and rice milling facilities are available. Packing to protect brown rice from drying and pests and pests is essential.

(d)精米は通常、消費する直前に行われる。精米までをプラント内で実施すると、通常は回収困難な「米糠」をバイオマスとして再利用可能になる。省エネルギーかつ密閉性に優れた梱包材ないし梱包方法があれば、本実施形態のプラントの出荷形態の1つになり得る。   (D) Rice polishing is usually performed immediately before consumption. When rice milling is carried out in the plant, “rice bran”, which is usually difficult to recover, can be reused as biomass. If there is a packaging material or a packaging method that is energy-saving and excellent in hermeticity, it can be one of the shipment forms of the plant of this embodiment.

(e)無菌状態で密閉した炊飯米は、炊飯に要するエネルギーが大きいため本実施形態のプラントの出荷形態には適さない。本プラントの作業員の食料としては利便性が高い。   (E) Cooked rice sealed in a sterile state is not suitable for the shipping form of the plant of this embodiment because of the large energy required for cooking. Convenient as food for the workers of this plant.

〔出荷梱包〕
国を超えての回収に困難が予想されるため、「リターナブル容器」は不適当である。
[Shipping packing]
“Returnable containers” are unsuitable due to difficulties in recovering beyond the country.

用後の資源回収・再利用が比較的容易なブリキ缶詰、熱可塑性プラスチックフィルムであって酸素及び水のバリア性の高いものが好適に用いられる。スチール製の缶詰は比較的重いが、長期密閉性に優れ、食料不足、エネルギー不足の国においては価値ある素材として再利用ないし有償による高い回収率が期待される。   Tin cans and thermoplastic films that are relatively easy to recover and reuse after use, and those having high oxygen and water barrier properties are preferably used. Although steel cans are relatively heavy, they have excellent long-term sealability, and in countries where food is scarce and energy is scarce, a high recovery rate is expected due to reuse or a charge as a valuable material.

〔センサー類〕
本実施形態の極限地対応稲作プラントは、次の物理量を計測するセンサを備えてもよい。
(1)栽培バケット毎の代表栽培ポットの水位、水温、pH、代表的肥料成分のイオン濃度
(2)栽培バケット毎の代表栽培ポットにおいて稲株に対して噴霧される空調空気の流速、気温、湿度、酸素濃度、二酸化炭素濃度
(3)栽培バケット毎の代表栽培ポットにおいて稲株に対して側面から照射されるLED栽培光の波長別光量・光速密度
(4)栽培バケット毎の代表栽培ポットにおける稲株の生育の画像データ
[Sensors]
The extreme land corresponding rice cultivation plant of this embodiment may be provided with the sensor which measures the following physical quantity.
(1) Water level, water temperature, pH of representative cultivation pot for each cultivation bucket, ion concentration of representative fertilizer components (2) Flow rate of air-conditioning air sprayed on rice plant in representative cultivation pot for each cultivation bucket, temperature, Humidity, oxygen concentration, carbon dioxide concentration (3) Light intensity and light speed density according to wavelength of LED cultivation light irradiated from the side of the rice plant in the representative cultivation pot for each cultivation bucket (4) In the representative cultivation pot for each cultivation bucket Image data of rice growth

〔センサーデータの収集・解析によるプラント制御〕
また、これらの各種センサのデータを有線あるいは無線で送受信するデータ転送装置と、各種センサのデータ及び画像データを用い、LED栽培光の波長別点灯時間等を自動制御するコンピュータを備えてもよい。コンピュータは、プロセッサ、ROM等のプログラムメモリ、RAM等のワーキングメモリ、ハードディスクや光ディスク、半導体メモリ等の記憶装置、入出力インタフェース、通信インタフェース、入力装置及び出力装置を備える。プロセッサは、プログラムメモリに記憶された処理プログラムに従い、各種センサ及び画像データをデータ転送装置から入力し、これらのデータを用いてLED光源に制御信号を出力し、LED栽培光の点灯時間等を制御する。
[Plant control by collecting and analyzing sensor data]
Moreover, you may provide the data transfer apparatus which transmits / receives the data of these various sensors by wire or radio | wireless, and the computer which controls automatically the lighting time according to the wavelength of LED cultivation light, etc. using the data and image data of various sensors. The computer includes a processor, a program memory such as a ROM, a working memory such as a RAM, a storage device such as a hard disk, an optical disk, and a semiconductor memory, an input / output interface, a communication interface, an input device, and an output device. The processor inputs various sensors and image data from the data transfer device according to the processing program stored in the program memory, outputs a control signal to the LED light source using these data, and controls the lighting time of the LED cultivation light, etc. To do.

〔プラント作業員の労働環境整備〕
日中、プラントの栽培室10内部は白色光などの通常照明とは大きく異なる分光分布のLED光で満たされている。例えば通常光での使用を前提とした固体撮像素子を用いた電子カメラおよびビデオカメラは自動露光調節が正しく機能せず、赤色光が露出過多となりハレーションを起こすことがある。人体の裸眼についても同様な弊害が予測されるため、LED照明下のプラントにおいて長時間作業することは避けLED照射を止める夜間に、作業場所に限定して白色光のLED点灯下、作業することが推奨される。作業員のための空調負荷を低減する上でも、昼夜を逆転させ、日中就寝し、夜間に定常作業を行うよう、作業環境・レクレーション設備も含め整備するものとする。また、LED照明下で作業する必要がある場合、青と赤のLED光を遮断するゴーグルと白色光のヘッドランプなどの作業用局所照明を点灯することが好ましい。
[Work environment improvement for plant workers]
During the day, the inside of the planting room 10 of the plant is filled with LED light having a spectral distribution significantly different from that of normal illumination such as white light. For example, electronic cameras and video cameras that use solid-state imaging devices that are supposed to be used with normal light may not function correctly, and red light may be overexposed and cause halation. The same adverse effects are expected for the naked eye of the human body, so avoid working for a long time in a plant under LED lighting, and work at night when the LED light is turned off only at the work place, at night when LED irradiation is stopped. Is recommended. In order to reduce the air-conditioning load for workers, the work environment and recreational facilities will be maintained so that the day and night are reversed, the person goes to sleep during the day, and performs regular work at night. When it is necessary to work under LED lighting, it is preferable to turn on local working light such as goggles that block blue and red LED light and white light headlamps.

プラントの栽培室10内部では稲の病虫害防止のため、作業員には無塵衣の着用が義務づけられる。これに対応して作業環境を完備するため作業実施区画については冷房を強化することが推奨される。   In the plant cultivation room 10, workers are required to wear dust-free clothing to prevent rice pests. Corresponding to this, it is recommended to strengthen the cooling in the work execution section in order to complete the work environment.

いずれにしても、極限地において長期間、特殊環境下でミスと事故の無い作業を定常的に遂行できるよう、労働環境を完備する。   In any case, the work environment will be complete so that work without mistakes and accidents can be carried out regularly in a special environment for a long time in extreme areas.

〔プラントの建設手順〕
本実施形態の極限地対応稲作プラントは、以下の手順で建設、運転準備、試運転され、本稼働を開始してもよい。
〔1〕まず、プラント群を建設・運営するための共通設備として、近隣の海岸に港湾設備、機材及び資材ストックヤード、セメント工場、共用の海水淡水化設備、共用の太陽光発電設備、風力発電設備、運営事務設備などを建築する。また、プラント近傍の要所に従業員宿泊・食堂・レクレーション設備を設ける。
〔2〕プラント建設地に当該プラント用の海水パイプライン及び出荷ラインを敷設。
〔3〕プラント建設地に当該プラント用の太陽光発電設備を仮設・試運転・本稼働。
〔4〕同じく海水淡水化設備を設置・試運転・本稼働。
〔5〕出荷ラインを資材搬入に転用し、プラント建物建設用の鉄骨、鉄筋、セメント粉末を搬入。
〔6〕製造された淡水を用いセメント粉と周囲の砂からセメントを調合しプラント建物を建設。砂を掘ってはセメントにして建物を伸ばし、建物地下埋設を円滑に行う。
〔7〕建物を例えば長手方向100m毎に延長し建物屋上に太陽電池パネル及び熱交換装置を設置・試運転・実稼働。
〔8〕部分的に建築された建物内に、空調しながら諸設備を設置・試運転。
〔9〕栽培用ポット及び栽培バケットを搬入、据え付け。
〔10〕建物外周(屋上を除く)を土砂で埋める。
〔11〕全長1kmのプラントの運転準備として、水蒸気閉じ込め性能のチェックと補修、各種機器・センサの試運転、栽培室内の滅菌消毒・害虫卵の死滅、養液の循環試験、栽培室の環境制御の試運転・調整などを実施。
〔12〕苗床に種籾植えつけ、発芽、苗の育成、栽培バケットへ移動、稲株の育成開始。
〔13〕初回収穫、加工・梱包を実施。
[Plant construction procedure]
The extreme area-capable rice farming plant of the present embodiment may be constructed, prepared for operation, and commissioned according to the following procedure to start full operation.
[1] First, as common facilities for constructing and operating the plant group, harbor facilities, equipment and material stock yards, cement factories, common desalination facilities, common solar power generation facilities, wind power generation on the neighboring coast Building equipment and administrative office equipment. Employee accommodation, cafeteria, and recreational facilities will be installed near key plants.
[2] Lay the seawater pipeline and shipping line for the plant at the plant construction site.
[3] Temporary, trial operation and full-scale operation of solar power generation equipment for the plant at the plant construction site.
[4] The same seawater desalination facility is installed, commissioned, and fully operational.
[5] Use the shipping line to carry in materials, and carry in steel frames, reinforcing bars and cement powder for plant building construction.
[6] The plant building is constructed by mixing cement from cement powder and surrounding sand using the produced fresh water. Dig the sand and use it as cement to extend the building and bury the building smoothly.
[7] The building is extended, for example, every 100 m in the longitudinal direction, and a solar cell panel and a heat exchange device are installed / tested / actually operated on the roof of the building.
[8] Installation and trial operation of air-conditioned equipment in a partially constructed building.
[9] Carry pots and cultivation buckets and install.
[10] Fill the outer periphery of the building (excluding the rooftop) with earth and sand.
[11] Checking and repairing water vapor confinement performance, trial operation of various devices and sensors, sterilization and sterilization of insect pests in the cultivation room, circulation test of nutrient solution, environmental control of the cultivation room Conducted trial run and adjustment.
[12] Seed planting on seedbed, germination, seedling cultivation, transfer to cultivation bucket, rice plant cultivation started.
[13] First harvest, processing and packaging.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態には、以下のような要素技術が含まれることを付言する。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it adds that the following elemental technologies are included in this embodiment.

(1)日中の強い日照を効率良く電力に変換し植物栽培用人工光として活用する設備及び方法、
(2)日中の強い日照を効率良く電力に変換すると同時に植物工場内の温度管理を効率良く行う設備及び方法、
(3)海から輸送した海水を無駄なく水耕・光合成に活用するための高度密閉型植物工場及びその運転システム、
(4)苗から収穫までの稲株の成長に効率良く対応する栽培バケットとその運転システム、
(5)稲株の成長に効率良く対応する光源装置と波長・偏向・照射間隔の制御方法、
(6)水稲の育成を阻害するウィルス、病原菌、害虫、黴、藻類の影響を阻止する設備と運転システム、
(7)収穫米と同時に発生するバイオマス(根、藁、籾殻)を有効に再利用し、水、二酸化炭素、肥料元素及びエネルギーを回収する装置及び運転システム、
(8)収獲米を可食化するための調理に要する水及びエネルギーを最小化し、かつ、運搬及び保存を効率良く行うための出荷形態の提示とそのための設備を植物工場に併設する手段及び方法、
(9)栽培室内の換気を省エネルギーで行うための高効率送風装置及び運転システム、
(10)腐食性を伴う肥料成分を含有する水耕養液に対する工場設備の防蝕対策、
(11)自然光とは異なる照明環境下で労働する作業者のための対策。
(1) Facilities and methods for efficiently converting strong sunlight during the daytime into electric power and utilizing it as artificial light for plant cultivation,
(2) Facilities and methods for efficiently converting strong sunlight during the daytime into electric power and at the same time efficiently managing the temperature in the plant factory,
(3) Highly sealed plant factory and its operating system to use seawater transported from the sea without waste for hydroponic and photosynthesis,
(4) Cultivation bucket and its operating system that efficiently handle the growth of rice stock from seedling to harvest,
(5) A light source device that efficiently responds to the growth of rice plants and a method for controlling wavelength, deflection, and irradiation interval,
(6) Facilities and operating systems that prevent the effects of viruses, pathogens, pests, moths and algae that hinder the growth of rice
(7) An apparatus and operation system for effectively reusing biomass (roots, straw, rice husks) generated at the same time as harvested rice and recovering water, carbon dioxide, fertilizer elements and energy,
(8) Means and method for minimizing the water and energy required for cooking to make edible rice and presenting the shipping form for efficiently transporting and storing it, and a facility for the installation in the plant factory ,
(9) High-efficiency blower and operation system for performing ventilation in the cultivation room with energy saving,
(10) Anti-corrosion measures for factory equipment against hydroponic liquid containing fertilizer components with corrosive properties,
(11) Measures for workers working in a lighting environment different from natural light.

1 プラント外壁、2 砂または土砂、3 海水パイプライン、4 出荷ライン、
5,55 加工・梱包装置、6 熱交換装置、
7 太陽電池パネル、8 太陽電池冷却装置、
9,99 バイオマス回収装置、10 栽培室、
11 空調送風、12 換気、
13,133 海水淡水化装置、
14,144 淡水精製・冷却・貯蔵装置、
15 LED及び直流電源、16 稲株用導光板、
17,177 可動式栽培バケット移動レール、
18,188 収穫装置、19 淡水原水、
20 苗、21,121 苗代、22 可動式苗栽培バケット、
30 水稲、31,32,131,132 可動式栽培バケット、
40 栽培用淡水、41 肥料フィーダー、51〜53 回収水、
61〜66 熱交換媒体、100 空間、101 遮光吸排気スリット、
161 苗用導光板、
200 苗用ポット、201 発芽直後の苗、202 植えつけ直前の苗、
210 苗用ポットの植え付け口、211 苗用ポット充填体、
212 苗用ポット養液導入管(温度センサーなど付属)、
213 苗用ポット養液オーバーフロー管、
214 苗用ポット養液水位、
221 可動式苗栽培バケットの移動方向、
231,232 可動式栽培バケットの移動方向、
300 稲株栽培ポット、301 植えつけ直後の稲株、
302 稲穂成長開始直後の稲株、303 稲穂成長中の稲株、
304 収穫直前の稲株及び稲穂、
310 稲株用ポットの植え付け口、311 稲株用ポット充填体、
312 稲株用ポット養液導入管(温度センサーなど付属)、
313 稲株用ポット養液オーバーフロー管、
314 稲株用ポット養液水位。
1 plant outer wall, 2 sand or earth and sand, 3 seawater pipeline, 4 shipping line,
5,55 Processing / packaging equipment, 6 Heat exchange equipment,
7 solar panel, 8 solar battery cooling device,
9,99 Biomass recovery device, 10 cultivation room,
11 Air conditioning ventilation, 12 Ventilation,
13,133 seawater desalination equipment,
14,144 Fresh water purification / cooling / storage device,
15 LED and DC power supply, 16 light guide plate for rice plant,
17,177 Movable cultivation bucket moving rail,
18,188 Harvester, 19 Freshwater raw water,
20 seedlings, 21,121 seedlings, 22 movable seedling cultivation buckets,
30 Paddy rice, 31, 32, 131, 132 Movable cultivation bucket,
40 fresh water for cultivation, 41 fertilizer feeder, 51-53 recovered water,
61-66 heat exchange medium, 100 space, 101 light-blocking intake / exhaust slit,
161 light guide plate for seedlings,
200 seedling pot, 201 seedling just after germination, 202 seedling just before planting,
210 seedling pot planting port, 211 seedling pot filling,
212 Seedling pot nourishing liquid introduction pipe (attached to temperature sensor etc.),
213 seedling pot nutrient solution overflow pipe,
214 Seedling pot nourishing water level,
221 Movement direction of movable seedling cultivation bucket,
231, 232 Movement direction of movable cultivation bucket,
300 rice planting pot, 301 rice planting just after planting,
302 Rice stock immediately after the start of rice growth, 303 Rice stock during growth,
304 Rice plants and ears just before harvesting,
310 Rice planting pot planting port, 311 rice plant pot filling,
312 Rice plant pot nutrient solution introduction tube (attached to temperature sensor, etc.)
313 rice plant pot nutrient solution overflow pipe,
314 Rice pot water level.

Claims (9)

屋上に設けられた太陽電池パネルと、
屋上において前記太陽電池パネルが形成する日陰に設けられた外気との熱交換装置と、
地中または地上に設けられ、前記太陽電池パネルからの電力により駆動される工場建物本体と、
前記工場建物本体の内部の密閉型栽培室に設けられた稲栽培装置と、
前記密閉型栽培室に栽培用光を供給する、前記太陽電池パネルからの電力により駆動され、前記熱交換装置により冷却される人工光源と、
を備えることを特徴とする極限地対応稲作プラント。
A solar panel provided on the roof;
A heat exchange device with the outside air provided in the shade formed by the solar cell panel on the roof;
A factory building body that is provided in the ground or on the ground and is driven by power from the solar panel,
Rice cultivation apparatus provided in a closed cultivation room inside the factory building body,
An artificial light source that supplies the cultivation light to the sealed cultivation room, is driven by power from the solar cell panel, and is cooled by the heat exchange device;
A rice plant for extreme areas, characterized by comprising
前記人工光源は、分光発光特性及び時間発光特性が制御される
ことを特徴とする請求項1に記載の極限地対応稲作プラント。
Spectral luminescence characteristics and temporal luminescence characteristics are controlled by the artificial light source.
酸素濃度、二酸化酸素濃度、湿度及び温度を制御する雰囲気ガス制御装置と、
葉の表面のガス交換を行う送風装置と、
滅菌ガス及び殺虫ガス発生装置と、
育成用水循環装置と、
育成用水の有用成分制御装置と、
育成用水の有害成分除去装置と、
プラント内の水分回収装置と、
をさらに備える請求項1,2のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。
An atmospheric gas control device for controlling oxygen concentration, oxygen dioxide concentration, humidity and temperature;
A blower that performs gas exchange on the surface of the leaves;
A sterilizing gas and insecticidal gas generator;
A water circulation device for breeding,
A useful component control device for water for cultivating,
A harmful component removal device for water for cultivation,
A water recovery device in the plant;
The extreme rice planting plant according to claim 1, further comprising:
前記稲栽培装置は、複数の可動式栽培バケットを横方向及び下方へ移動することで、稲の成長に応じて前記工場建物本体の天井と稲作バケットの間の距離を広げる請求項1,2のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。   The said rice cultivation apparatus extends the distance between the ceiling of the said factory building main body and a rice-growing bucket according to the growth of a rice by moving a some movable cultivation bucket to a horizontal direction and the downward direction. Rice farming plant for extreme land according to any one. 前記人工光源は、LED光源であり、
前記稲栽培装置は、稲の成長方向と同じ方向に設けられた導光板を通じて稲の側面へ前記LED光源からのLED光を照射することを特徴とする請求項1,2のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。
The artificial light source is an LED light source,
The said rice cultivation apparatus irradiates the LED light from the said LED light source to the side surface of a rice through the light guide plate provided in the same direction as the growth direction of rice. A rice plant for extreme areas.
栽培用養液を海水の淡水化で供給することを特徴とする請求項1,2のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。   The rice cultivation plant for extreme areas according to any one of claims 1 and 2, wherein the nutrient solution for cultivation is supplied by desalination of seawater. 収穫装置及び加工・梱包装置をさらに備える請求項1,2のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。   The rice cultivation plant for extreme land according to claim 1, further comprising a harvesting device and a processing / packaging device. バイオマス回収装置をさらに備える請求項1,2のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。   The extreme land-compatible rice plant according to claim 1, further comprising a biomass recovery device. 栽培バケット毎の代表栽培ポットの養液に関する水位、水温、pH、代表的肥料成分のイオン濃度、栽培バケット毎の代表栽培ポットにおいて稲に噴霧される空調空気の流速、気温、湿度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、栽培バケット毎の代表栽培ポットにおいて稲に側面から照射される前記人工光源からの光の波長別光量及び光速密度を計測するセンサと、
栽培バケット毎の代表栽培ポットにおける稲の生育の画像データを取得する画像センサと、
前記センサ及び画像センサのデータを送受信するデータ転送装置と、
前記センサ及び画像センサのデータを用いて、
前記人工光源からの光の点灯、空調空気に関する前記流速、前記気温、前記湿度、前記酸素濃度、前記二酸化炭素濃度、養液に関する前記水位、前記水温、前記pH、前記代表的肥料成分のイオン濃度を制御するプロセッサと、
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の極限地対応稲作プラント。
Water level, water temperature, pH, ion concentration of typical fertilizer components, the flow rate of air-conditioned air sprayed on rice in the typical cultivation pot for each cultivation bucket, temperature, humidity, oxygen concentration, A sensor that measures the light amount by wavelength and the light speed density of the light from the artificial light source irradiated from the side surface to the rice in the representative cultivation pot for each cultivation bucket,
An image sensor for acquiring image data of the growth of rice in a representative cultivation pot for each cultivation bucket;
A data transfer device for transmitting and receiving data of the sensor and the image sensor;
Using the sensor and image sensor data,
Lighting of light from the artificial light source, the flow velocity relating to conditioned air, the air temperature, the humidity, the oxygen concentration, the carbon dioxide concentration, the water level relating to nutrient solution, the water temperature, the pH, and the ion concentration of the representative fertilizer component A processor for controlling
A rice planting plant for extreme land according to any one of claims 1 to 8, characterized by comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109302976A (en) * 2017-05-22 2019-02-05 金英子 A kind of plant cultivation method based on solar LED (Light Emitting Diode) lamp and intelligent Sprinkling Irrigation
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