JP2018174807A - 植物の栽培施設内の環境管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、植物の栽培施設内を適切な湿度に制御することが可能な、栽培施設に用いる植物の栽培施設内の環境管理システムを提供する。【解決手段】植物の栽培施設内に設置され、栽培施設内の加温が必要なときに燃焼処理により栽培施設内を加温する加温機と、燃焼処理で発生した排ガスを除湿する除湿器と、加温機で燃焼処理が行われているときに除湿された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収運転を行い、栽培施設内に二酸化炭素の供給が必要になると、回収した二酸化炭素を栽培施設内に供給する二酸化炭素供給運転を行う二酸化炭素回収供給装置と、栽培施設内の湿度を計測する湿度センサと、二酸化炭素回収運転および二酸化炭素供給運転が行われていないときに、湿度センサで計測された栽培施設内の湿度が所定値以上になると、除湿器により栽培施設内の空気の除湿を行う除湿制御装置とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、植物の栽培施設内の環境管理システムに関する。

植物の栽培施設において、施設内部の温湿度は、外部の自然環境が大きく影響する。そのため、植物の生育に適する環境が保たれるように、外部の自然環境に応じて栽培施設内の温湿度を制御する必要がある。

特許第５５７８４６９号公報

夜間は栽培施設内の温度が下がるとともに相対湿度が急上昇するため、必要に応じて加温および除湿が行われる。このとき、除湿のために換気を行うと施設内の温度が下がってしまい、さらなる加温が必要になってしまうという問題があった。また、新たに除湿器を設置するにはコストや手間がかかるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、植物の栽培施設内を適切な湿度に制御することが可能な、植物の栽培施設内の環境管理システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明の植物の栽培施設内の環境管理システムは、植物の栽培施設内に設置され、前記栽培施設内の加温が必要なときに、燃焼処理により前記栽培施設内を加温する加温機と、前記加温機による燃焼処理で発生した排ガスを除湿する除湿器と、前記除湿器で燃焼処理が行われているときに、除湿された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収運転を行い、前記栽培施設内に二酸化炭素の供給が必要になると、前記二酸化炭素回収運転により回収した二酸化炭素を前記栽培施設内に供給する二酸化炭素供給運転を行う二酸化炭素回収供給装置と、前記栽培施設内の湿度を計測する湿度センサと、前記二酸化炭素回収供給装置で前記二酸化炭素回収運転および二酸化炭素供給運転が行われていないときに、前記湿度センサで計測された前記栽培施設内の湿度が所定値以上になると、前記除湿器により前記栽培施設内の空気の除湿を行う除湿制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明の植物の栽培施設内の環境管理システムによれば、簡易な構成で、植物の栽培施設内を適切な湿度に制御することができる。

一実施形態による除湿制御装置を用いた施設内環境管理システムの構成を示す全体図である。 一実施形態による除湿制御装置を用いた施設内環境管理システムで実行されるＣＯ₂回収処理の流れを示すフローチャートである。 一実施形態による除湿制御装置を用いた施設内環境管理システムで実行されるＣＯ₂供給処理の流れを示すフローチャートである。 一実施形態による除湿制御装置を用いた施設内環境管理システムで実行される除湿処理の流れを示すフローチャートである。

〈一実施形態による除湿制御装置を利用した施設内環境管理システム１の構成〉
本発明の一実施形態による除湿制御装置を利用した施設内環境管理システム１の構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態による施設内環境管理システム１は、管理対象の栽培施設Ａ内に設置された温度センサ１１と、照度センサ１２と、ＣＯ₂センサ１３と、湿度センサ１４と、加温機１５と、浄化装置１６と、第１三方弁１７と、除湿器１８と、第２三方弁１９と、第３三方弁２０と、ＣＯ₂回収供給装置２１と、制御装置２２とを備える。

温度センサ１１は、栽培施設Ａ内の温度を計測する。照度センサ１２は、栽培施設Ａ内の照度を計測する。ＣＯ₂センサ１３は、栽培施設Ａ内の二酸化炭素濃度を計測する。湿度センサ１４は、栽培施設Ａ内の湿度を計測する。

加温機１５は、燃料を燃焼することで栽培施設Ａ内を加温するものであり、燃焼処理により排出される排ガスが浄化装置１６に供給されるように配管ｄ1が接続されている。浄化装置１６は、加温機１５から配管ｄ1を介して導入した排ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）および硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去して浄化する。

第１三方弁１７は、浄化装置１６に配管ｄ2を介して接続された接続ポート１７ａと、第２三方弁１９に配管ｄ3を介して接続された接続ポート１７ｂと、除湿器１８に配管ｄ4を介して接続された接続ポート１７ｃとを有する。第１三方弁１７は、接続ポート１７ａ、１７ｂ、および１７ｃの開閉を制御することにより、配管ｄ2→配管ｄ4の流路と、配管ｄ3→配管ｄ4の流路とを切り替える。

除湿器１８は、配管ｄ4を介して流入された空気を除湿するもので、例えばデシカント除湿器で構成できる。

第２三方弁１９は、栽培施設Ａ内の空間に配管ｄ5を介して接続された接続ポート１９ａと、屋外空間に配管ｄ6を介して接続された接続ポート１９ｂと、第１三方弁１７に配管ｄ3を介して接続された接続ポート１９ｃとを有する。第２三方弁１９は、接続ポート１９ａ、１９ｂ、および１９ｃの開閉を制御することにより、配管ｄ5→配管ｄ3の流路と、配管ｄ6→配管ｄ3の流路とを切り替える。

第３三方弁２０は、ＣＯ₂回収供給装置２１に配管ｄ7を介して接続された接続ポート２０ａと、栽培施設Ａ内の空間に配管ｄ8を介して接続された２０ｂと、除湿器１８に配管ｄ9を介して接続された接続ポート２０ｃとを有する。第３三方弁２０は、接続ポート２０ａ、２０ｂ、および２０ｃの開閉を制御することにより、配管ｄ9→配管ｄ7の流路と、配管ｄ9→配管ｄ8の流路とを切り替える。

ＣＯ₂回収供給装置２１は、ＣＯ₂貯留部２１１を有し、ＣＯ₂回収運転およびＣＯ₂供給運転を行う。ＣＯ₂貯留部２１１は、第３三方弁２０に配管ｄ7を介して接続され、吸湿剤（シリカゲルやゼオライト等の物質）で構成された第１貯留塔２１１ａ、および第２貯留塔２１１ｂを有する。第１貯留塔２１１ａおよび第２貯留塔２１１ｂは、高ＣＯ₂環境下でＣＯ₂を吸着して貯留し、低ＣＯ₂環境下で、貯留したＣＯ₂を離脱させる。本実施形態においては、貯留塔を２つ並列して使用しているが、１つまたは３つ以上でもよい。より多い数の貯留塔を設置することにより、ＣＯ₂の回収および供給能力を向上させることができる。貯留塔を複数設置する際に、個々の出入り口に弁を設けることで吸湿剤の交換やメンテナンス時に便利になる。

制御装置２２は、ＣＯ₂回収運転制御部２２１と、ＣＯ₂供給運転制御部２２２と、除湿制御部２２３とを有する。

ＣＯ₂回収運転制御部２２１は、夜間の所定時間帯Ｔ1に加温機１５が運転しているときには、加温機１５から排出されて浄化および除湿された排ガスから、ＣＯ₂を回収するためのＣＯ₂回収運転を、ＣＯ₂回収供給装置２１に実行させる。ＣＯ₂回収運転を実行させる際は、ＣＯ₂回収運転制御部２２１は、第１三方弁１７の接続ポート１７ａおよび１７ｃを開状態にし、接続ポート１７ｂを閉状態にする。また、第３三方弁２０の接続ポート２０ｃおよび２０ａを開状態にし、接続ポート２０ｂを閉状態にする。

ＣＯ₂供給運転制御部２２２は、昼間の所定時間帯Ｔ2に、照度センサ１２で計測された栽培施設Ａ内の照度が所定値以上であり、且つＣＯ₂センサ１３で計測された栽培施設Ａ内のＣＯ₂濃度が所定値以下のときには、栽培施設Ａ内にＣＯ₂の供給が必要と判断する。そして、外気を取り入れて、貯留塔を低ＣＯ₂雰囲気とすることで、ＣＯ₂を脱離させて、回収されたＣＯ₂を供給し、栽培施設Ａ内に流出させるためのＣＯ₂供給運転を、ＣＯ₂回収供給装置２１に実行させる。ＣＯ₂供給運転を実行させる際は、ＣＯ₂供給運転制御部２２２は、第１三方弁１７の接続ポート１７ａを閉状態にし、接続ポート１７ｂおよび１７ｃを開状態にする。また、第２三方弁１９の接続ポート１９ｂおよび１９ｃを開状態にし、接続ポート１９ａを閉状態にする。また、第３三方弁２０の接続ポート２０ｃおよび接続ポート２０ａを開状態にし、接続ポート２０ｂを閉状態にする。

除湿制御部２２３は、ＣＯ₂回収運転の対象である時間帯Ｔ1およびＣＯ₂供給運転の対象である時間帯Ｔ2以外で予め設定された時間帯Ｔ3に、湿度センサ１４で計測された栽培施設Ａ内の湿度が所定値以上になると、ＣＯ₂回収運転の際に用いる除湿器１８による栽培施設Ａ内の空気の除湿処理を実行させる。除湿処理を実行させる際は、除湿制御部２２３は、第１三方弁１７の接続ポート１７ａを閉状態にし、接続ポート１７ｂおよび接続ポート１７ｃを開状態にする。また、第２三方弁１９の接続ポート１９ｂを閉状態にし、接続ポート１９ａおよび接続ポート１９ｃを開状態にする。また、第３三方弁２０の接続ポート２０ｃおよび接続ポート２０ｂを開状態にし、接続ポート２０ａを閉状態にする。

〈一実施形態による除湿制御装置を利用した施設内環境管理システム１の動作〉
次に、本実施形態による施設内環境管理システム１の動作について説明する。本実施形態において、温度センサ１１で計測された栽培施設Ａ内の温度が所定値以下であれば、加温機１５がＯＮ状態に切り替えられるように設定されている。加温機１５をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える温度値は、季節によって変更してもよい。当該施設内環境管理システム１において、(1) ＣＯ₂回収運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ1に実行される処理、(2) ＣＯ₂供給運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ2に実行される処理、および、(3) 時間帯Ｔ1およびＴ2以外で湿度制御運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ3に実行される処理について、それぞれ図２〜４のフローチャートを参照して説明する。

［(1) ＣＯ₂回収運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ1に実行される処理（図２参照）］
ＣＯ₂回収運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ1の開始時刻が到来し、現在時刻が時間帯Ｔ1内になると（Ｓ１の「YES」）、加温機１５がＯＮ状態であるか否かがＣＯ₂回収運転制御部２２１により判断される（Ｓ２）。ここで、ＣＯ₂回収運転制御部２２１では、加温機１５から排出される排ガスの温度を計測する温度センサ（図示せず）から取得される温度が所定値以上になったとき、または、加温機１５からＯＮ状態であることを示す信号を検知したときに、加温機がＯＮ状態であると判断される。

加温機１５がＯＮ状態であると（Ｓ２の「YES」）、ＣＯ₂回収運転制御部２２１により、第１三方弁１７および第３三方弁２０の開閉が制御される（Ｓ３）。具体的には、第１三方弁１７の接続ポート１７ａおよび１７ｃが開状態、接続ポート１７ｂが閉状態であり、第３三方弁２０の接続ポート２０ｃおよび２０ａが開状態、接続ポート２０ｂが閉状態になるように制御される。

上述したように三方弁の接続ポートの開閉が制御されることにより、加温機１５から排出されたＣＯ₂濃度が高い排ガスが配管ｄ1を介して浄化装置１６に流出されてＮＯｘおよびＳＯｘが除去されて浄化され、さらに配管ｄ2およびｄ4を介して除湿器１８に流出されて除湿される。除湿された排ガスは配管ｄ9およびｄ7を介してＣＯ₂回収供給装置２１に流出される。

配管ｄ7からＣＯ₂回収供給装置２１にＣＯ₂濃度の高い排ガスが流入されると、ＣＯ₂貯留部２１１においてＣＯ₂回収運転が開始され、排ガス内のＣＯ₂が第１貯留塔２１１ａおよび第２貯留塔２１１ｂに吸着される（Ｓ４）。その後ステップＳ１に戻り、時間帯Ｔ1の間は、加温機がＯＮ状態であるか否かの監視が継続される（Ｓ１の「YES」、Ｓ２）。

そして、栽培施設Ａ内の温度が所定値以上になり加温機１５がＯＦＦ状態に切り替わると（Ｓ２の「NO」）、加温機１５からＣＯ₂濃度が高い排ガスが流出されなくなり、ＣＯ₂回収運転が停止される（Ｓ５）。また、現在時刻が時間帯Ｔ1内ではなくなったとき（Ｓ１の「NO」）には、加温機１５からの排ガスがＣＯ₂回収供給装置２１に流入されないように第１三方弁１７および第３三方弁２０の接続ポートの開閉が制御され、ＣＯ₂回収運転が停止される（Ｓ５）。

［(2) ＣＯ₂供給運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ2に実行される処理（図３参照）］
ＣＯ₂供給運転の対象として予め設定された時間帯Ｔ2の開始時刻が到来し、現在時刻が時間帯Ｔ2内になると（Ｓ１１の「YES」）、制御装置２２のＣＯ₂供給運転制御部２２２により、照度センサ１２で計測された栽培施設Ａ内の照度が所定値以上であり、且つＣＯ₂センサ１３で計測された栽培施設Ａ内のＣＯ₂濃度が所定値以下であるか否かが判断される（Ｓ１２）。ＣＯ₂供給運転制御部２２２により栽培施設Ａ内の照度が所定値以上であり且つＣＯ₂濃度が所定値以下であると判断されると（Ｓ１２の「YES」）、第１三方弁１７、第２三方弁１９、および第３三方弁２０の開閉が制御される（Ｓ１３）。具体的には、第１三方弁１７の接続ポート１７ａが閉状態、接続ポート１７ｂおよび１７ｃが開状態であり、第２三方弁１９の接続ポート１９ａが閉状態、接続ポート１９ｂおよび１９ｃが開状態であり、第３三方弁２０の接続ポート２０ｃおよび２０ａが開状態、接続ポート２０ｂが閉状態になるように制御される。

このように三方弁の開閉が制御されることにより、外気が、配管ｄ6、ｄ3、ｄ4、ｄ9、およびｄ7を介してＣＯ₂回収供給装置２１に流入される。配管ｄ7からＣＯ₂回収供給装置２１に外気が流入されると、外気はＣＯ₂濃度が低いためＣＯ₂貯留部２１１においてＣＯ₂供給運転が開始され、第１貯留塔２１１ａおよび第２貯留塔２１１ｂに吸着されていたＣＯ₂が離脱される。離脱されたＣＯ₂は、配管ｄ7から流入される空気とともに配管ｄ10から栽培施設Ａ内に供給される（Ｓ１４）。ＣＯ₂供給運転は、数分単位でＣＯ₂の離脱処理の実行と停止とが切り替えられて行われる。その後、ステップＳ１１に戻り、時間帯Ｔ2の間は、栽培施設Ａ内の照度が所定値以上であり、且つＣＯ₂濃度が所定値以下であるか否かの監視が継続される（Ｓ１１の「YES」、Ｓ１２）。

そして、栽培施設Ａ内の照度が所定値以下になったか、または一定時間連続してＣＯ₂濃度が所定値以上になったと判断されたとき（Ｓ１２の「NO」）、あるいは、現在時刻が時間帯Ｔ2内ではなくなったとき（Ｓ１１の「NO」）には、外気がＣＯ₂回収供給装置２１に流入されないように第１三方弁１７、第２三方弁１９、および第３三方弁２０の接続ポートの開閉が制御され、ＣＯ₂供給運転が停止される（Ｓ１５）。

また、上述した処理において、時間帯Ｔ2内にＣＯ₂供給運転を実行する条件として、栽培施設Ａ内が所定値以上の照度であること、および所定値以下のＣＯ₂濃度であることに加え、土壌水分量を計測するセンサ（図示せず）から取得する計測値が所定値以上であることを加えてもよい。この条件を加えることにより、さらに植物の光合成に適した省エネ制御による環境管理を行うことができる。

［(3) 時間帯Ｔ1およびＴ2以外で湿度制御の対象として予め設定された時間帯Ｔ3に実行される処理（図４参照）］
湿度制御の対象として予め設定された時間帯Ｔ3の開始時刻が到来し、現在時刻が時間帯Ｔ3内になると（Ｓ２１の「YES」）、制御装置２２の除湿制御部２２３により、湿度センサ１４で計測された栽培施設Ａ内の湿度が所定値以上であるか否かが判断される（Ｓ２２）。除湿制御部２２３により栽培施設Ａ内の湿度が所定値（例えば、８５％）以上であると判断されると（Ｓ２２の「YES」）、第１三方弁１７、第２三方弁１９、および第３三方弁２０の開閉が制御される（Ｓ２３）。具体的には、第１三方弁１７の接続ポート１７ａが閉状態、接続ポート１７ｂおよび１７ｃが開状態、第２三方弁１９の接続ポート１９ａおよび１９ｃが開状態、接続ポート１９ｂが閉状態、第３三方弁２０の接続ポート２０ａが閉状態、接続ポート２０ｂおよび２０ｃが開状態になるように制御される。

このように三方弁の開閉が制御されることにより、配管ｄ5、ｄ3、およびｄ4を介して流入された栽培施設Ａ内の空気が、ＣＯ₂回収運転に用いられる除湿器１８に流出される。

除湿器１８では、湿度制御部２２３の制御により、配管ｄ4から流入される空気の除湿処理が開始され、除湿された空気は配管ｄ9およびｄ8を介して栽培施設Ａ内に供給される（Ｓ２４）。その後、ステップＳ２１に戻り、時間帯Ｔ3の間は、栽培施設内Ａの湿度が所定値以上であるか否かの監視が継続される（Ｓ２１の「YES」、Ｓ２２）。

そして、栽培施設Ａ内の湿度が所定値以下になったと判断されたとき（Ｓ２２の「NO」）、または、現在時刻が時間帯Ｔ3内ではなくなったとき（Ｓ２１の「NO」）には、栽培施設Ａ内の空気が除湿器１８に流入されないように第１三方弁１７および第２三方弁１９の接続ポートの開閉が制御され、除湿器１８による栽培施設Ａ内空気の除湿処理が停止される（Ｓ２５）。

また、上述した処理において、時間帯Ｔ3に湿度制御を実行する条件として、栽培施設Ａ内が所定値以上の湿度であることに加え、屋外の絶対湿度が屋内の絶対湿度よりも低いことを加えてもよい。この条件を加えることにより、湿度制御による効果を高めることができる。

以上の実施形態によれば、植物の栽培施設内において、日没後から、加温処理が必要になる夜間の時間帯までの間の湿度が急激に上昇するときに、既設の設備を用いて簡易に構成したシステムで、当該栽培施設内を適切な湿度に制御することができる。

また、上述した実施形態において、ＣＯ₂回収運転の対象とする時間帯Ｔ1、ＣＯ₂供給運転の対象とする時間帯Ｔ2、および湿度制御の対象とする時間帯Ｔ3を、地域（気候）や季節ごと等で適宜設定を変更することで、さらに精度よく栽培施設内を植物の生育に好適な環境に保つことができる。

１ 施設内環境管理システム
１１ 温度センサ
１２ 照度センサ
１３ ＣＯ₂センサ
１４ 湿度センサ
１５ 加温機
１６ 浄化装置
１７ 第１三方弁
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 接続ポート
１８ 除湿器
１９ 第２三方弁
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 接続ポート
２０ 第３三方弁
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 接続ポート
２１ ＣＯ₂回収供給装置
２２ 制御装置
２１１ ＣＯ₂貯留部
２１１ａ 第１貯留塔
２１１ｂ 第２貯留塔
２２１ ＣＯ₂回収運転制御部
２２２ ＣＯ₂供給運転制御部
２２３ 除湿制御部

Claims (2)

1. 植物の栽培施設内に設置され、前記栽培施設内の加温が必要と判断すると、燃焼処理により前記栽培施設内を加温する加温機と、
   前記加温機による燃焼処理で発生した排ガスを除湿する除湿器と、
   前記加温機で燃焼処理が行われているときに、前記除湿器で除湿された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収運転を行い、前記栽培施設内に二酸化炭素の供給が必要と判断すると、前記二酸化炭素回収運転により回収した二酸化炭素を前記栽培施設内に供給する二酸化炭素供給運転を行う二酸化炭素回収供給装置と、
   前記栽培施設内の湿度を計測する湿度センサと、
   前記二酸化炭素回収供給装置で前記二酸化炭素回収運転および前記二酸化炭素供給運転が行われていないときに、前記湿度センサで計測された前記栽培施設内の湿度が所定値以上になると、前記除湿器により前記栽培施設内の空気の除湿を行う除湿制御装置と
   を備えることを特徴とする植物の栽培施設内の環境管理システム。
2. 前記二酸化炭素回収供給装置は、夜間の所定時間帯内に前記二酸化炭素回収運転を行い、昼間の所定時間帯内に前記二酸化炭素供給運転を行い、
   前記除湿制御装置は、前記昼間の所定時間帯が終了してから前記夜間の所定時間帯が開始するまでの間に前記湿度センサで計測された前記栽培施設内の湿度が所定値以上になると、前記除湿器により前記栽培施設内の空気の除湿を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の植物の栽培施設内の環境管理システム。

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