JP2020171213A - 作物用炭酸ガス施用システム - Google Patents

Abstract

【課題】炭酸ガスの純ガスを用いる施用システムであって、炭酸ガスを効率良く施用できる作物用炭酸ガス施用システムを提供すること。【解決手段】本発明の作物用炭酸ガス施用システムは、炭酸ガス源と、炭酸ガス源からの炭酸ガスを空気で希釈する真空エジェクタを有する希釈装置と、希釈装置からの希釈ガスを作物の近傍に供給する施用チューブと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、作物用炭酸ガス施用システムに関する。

従来から、温室等の屋内施設における作物の収量や品質の向上のために、作物に対して炭酸ガスの施用が行われている。

炭酸ガスの施用方法としては、加温用燃焼装置から排出される排ガスを空気と混合して供給する方法や（例えば、特許文献１）、炭酸ガスのボンベから純ガスを供給する方法（例えば、特許文献２，３，４）、が知られている。

特公昭４７−１８６０５号公報 実公昭５１−３５５４５号公報 実用新案登録第３１９７６８２号公報 特開２０１４−１６１３３７号公報

大気中には炭酸ガスが４００ｐｐｍ程度存在するが、植物自身の光合成により、植物体周囲の炭酸ガスが吸収されるため、植物体近傍の炭酸ガス濃度が低下する。炭酸ガスを供給することによって炭酸ガス濃度の低下による光合成速度の低下を回避し、かつ促進させる観点から、その濃度以上に炭酸ガスを温室内に存在させる必要がある。しかし、高すぎる炭酸ガス濃度は作物の生育に悪影響を与えるだけでなく、植物自身の光合成による炭酸ガスの固定能力には限界があり、限界能力以上における供給は、炭酸ガスを無駄に流出させることになる。そのため、供給される炭酸ガスの濃度を適正範囲に維持することが必要とされている。

排ガスを用いる方法では、比較的低コストである灯油やプロパンガスを燃料として用いることができるという利点はある。しかし、光合成促進のために、気温が上昇する日中に可動させる場合、気温が大きく上昇し、植物体に悪影響が出る場合がある。また、不完全燃焼によりＮＯｘやＣＯ等の有害ガスが発生する可能性があるという問題もある。

これに対し、炭酸ガスの純ガスを用いる方法は、ＮＯｘやＣＯ等の有害ガスを含んでおらず、また光合成に最適な時間帯のみに炭酸ガスを施用できるという利点を有している。しかしながら、高すぎる炭酸ガス濃度は作物の生育に悪影響を与えるだけでなく、植物自身の光合成による炭酸ガスの固定能力には限界があり、限界能力以上における供給は、炭酸ガスを無駄に流出させることになる。そのため、炭酸ガスの純ガスを用いる方法には、炭酸ガスを効率良く施用できる技術が必要とされている。

また、密閉された温室だけでなく、換気窓が開放可能な温室等の外気に開放された屋内施設、さらには、屋外においても、作物群落内の炭酸ガス濃度を高めたいというニーズが存在する。

そこで、本発明は、炭酸ガスの純ガスを用いる施用システムであって、炭酸ガスを効率良く施用できる作物用炭酸ガス施用システムを提供することを目的とした。

上記課題を解決するため、本発明の作物用炭酸ガス施用システムは、炭酸ガス源と、前記炭酸ガス源からの炭酸ガスを空気で希釈する真空エジェクタを有する希釈装置と、前記希釈装置からの希釈ガスを作物の近傍に供給する施用チューブと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、炭酸ガスを効率よく施用することが可能となる。

本実施の形態に係る作物用炭酸ガス施用システムの構成の一例を示す模式図である。 図１の作物用炭酸ガス施用システムに用いる希釈装置の構成の一例を示す模式図である。

以下、図面等を参照して本発明の実施の形態について説明する。

本発明の実施の形態に係る作物用炭酸ガス施用システムは、炭酸ガス源と、前記炭酸ガス源からの炭酸ガスを空気で希釈する真空エジェクタを有する希釈装置と、前記希釈装置からの希釈ガスを作物の近傍に供給する施用チューブと、を備えることを特徴とするものである。

図１は、本実施の形態に係る作物用炭酸ガス施用システム（以下、炭酸ガス施用システムと略す）の構成の一例を示す模式図である。また、図２は、希釈装置の構成の一例を示す模式図である。

炭酸ガス施用システムは、炭酸ガス源１と、炭酸ガス源１からの炭酸ガスを空気で希釈する希釈装置２と、希釈装置２からの希釈ガスを作物に供給する供給配管３と、希釈装置２に接続され作物への希釈ガスの供給を制御するコントローラ４と、作物近傍の炭酸ガス濃度を検知する炭酸ガス検知部５と、を備えている。また、炭酸ガス源１は、流量計６を介して希釈装置２に接続されている。また、供給配管３は、炭酸ガス配管３ａと、炭酸ガス施用チューブ３ｂと、マニホールド３ｃと、を備えている。炭酸ガス配管３ａの一端は、流量計７を介して希釈装置２に接続され、炭酸ガス配管３ａの他端は、マニホールド３ｃを介して、複数の炭酸ガス施用チューブ３ｂに接続されている。複数の炭酸ガス施用チューブ３ｂは、温室１０内の複数の畝１１のそれぞれの表面に、畝方向に沿って配設されている。また、炭酸ガス検知部５は、複数の畝１１のそれぞれの所定位置に配置された炭酸ガスセンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを有している。

（炭酸ガス源）
炭酸ガス源には、炭酸ガスの純ガスを供給できるものであれば特に限定されず、例えば、炭酸ガスの純ガスが充填されたガスボンベやタンク等を用いることができる。炭酸ガス源１からの炭酸ガスは、開放弁８、減圧弁９、および流量計６を介して希釈装置２に供給される。減圧弁９には、必要に応じてヒータを設けることができる。

（希釈装置）
希釈装置２は、吸引した空気で炭酸ガス源１からの炭酸ガスを希釈する真空エジェクタ２ａと、コントローラ４からの指示に基づいて真空エジェクタ２ａへの炭酸ガスの供給をオンオフする電磁弁２ｂと、バイパスライン２ｃと、を有している。真空エジェクタ２ａとバイパスライン２ｃとは、三方弁２ｄ，２ｅで接続されている。また、電磁弁２の入口側は継ぎ手２ｆに接続され、出口側は三方弁２ｄに接続されている。また、三方弁２ｅは、供給配管３に接続されている。

真空エジェクタは、圧縮ガスが通過すると真空が発生するものであれば、その構造は特に限定されない。また、真空エジェクタの特性としては、消費流量（供給流量）と吸い込み流量は、それぞれ、２０〜３４Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）、２３〜４６Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）のものを用いることができる。

希釈ガス中の炭酸ガスの濃度は、希釈装置に供給する炭酸ガスの圧力や流量を調整することで、２０〜７０％、好ましくは２０〜６０％の範囲で変化させることができる。

（供給配管）
供給配管３は、流量計７を介して、炭酸ガス配管３ａと、炭酸ガス施用チューブ３ｂと、マニホールド３ｃと、を備えている。炭酸ガス配管３ａとマニホールド３ｃには、合成樹脂製のチューブ、例えば、ポリ塩化ビニル製やポリエチレン製のチューブを用いることができる。炭酸ガス施用チューブ３ｂを作物の近傍に配設することで、局所施用が可能となる。ここで、局所施用とは、作物の近傍に、大気中よりは高い濃度の炭酸ガスが滞留するように、作物の近傍に炭酸ガスを供給することをいう。また、作物の近傍とは、作物へ標的濃度の炭酸ガスが行き渡る範囲内であって、例えば、作物の根元部分や葉部分の近傍をいう。また、炭酸ガス施用チューブ３ｂには点滴チューブを用いることが好ましい。点滴チューブを用いることで、以下に説明する均質施用が可能となる。点滴チューブは特に限定されないが、ポリエチレン製のものであって、上流側でも下流側でも均一に減圧できるように流動抵抗を付与できる構造、例えばジグザグ流路等を有するものが好ましい。例えば、Ｇｒｅｅｎ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ社製のＤｒｏｐ Ｌｉｎｅ（製品名）（穴間隔３０ｃｍ、内径１６．１ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ、使用圧０．１ＭＰａ）を用いることができる。

本発明によれば、真空エジェクタを有する希釈装置と、希釈装置からの希釈ガスを作物の近傍に供給する施用チューブを用いることで、炭酸ガスの純ガスを施用する場合に比べ、炭酸ガスが無駄に流出することを抑制できるので、炭酸ガスを効率良く施用することが可能となる。さらに、本発明においては、希釈装置と点滴チューブを組み合わせることで、炭酸ガスの無駄を抑制しながら、炭酸ガスの均質施用が可能となる。ここで、均質施用とは、複数の同様の畝において、各畝の表面の炭酸ガス濃度が比較的均一であることをいう。本発明で、均質施用が可能となるのは、特に限定されるものではないが、希釈装置と点滴チューブを組み合わせることで、急激かつ大きな炭酸濃度の変動を抑制できることによるものと考えられる。

また、図１では、炭酸ガス施用チューブが畝の表面に配設される例について説明したが、栽培ベッド等、作物の近傍であれば特に限定されない。

なお、炭酸ガスを希釈装置として、エアコンプレッサーを用いることも考えられる。しかしながら、エアコンプレッサーでは以下のような問題点が考えられる。エアコンプレッサーは大気を加圧・圧縮して圧縮空気を製造する過程で、水分や油分等の汚染物質を含み易い。そのため、このような汚染物質を含む圧縮空気を用いて希釈した希釈ガスを施用すると、作物の生育に悪影響を与える可能性がある。特に、エアコンプレッサーは、結露水を発生させ易いため、湿度の高い希釈ガスが作物に供給されると、作物の生育に悪影響を与えるだけでなく、病害を招来する可能性もある。また、エアコンプレッサーの場合、均質施用を行うためには、圧力を高くする必要があるが、圧力を高くすると炭酸ガスが拡散し易くなり、作物の近傍に炭酸ガスが滞留する時間が減少する。また、エアコンプレッサーは大きいため設置場所の制約を受けることや、作動させるには電気が必要でありコストを増加させるという問題もある。これに対し、真空エジェクタは、設置場所の制約を受けることもなく、電力を消費することもない。また、汚染物資を含むこともない。また、エアコンプレッサーよりも小さい圧力で炭酸ガスを希釈することができるので、エアコンプレッサーに比べて、作物の近傍に炭酸ガスをより長い時間滞留させることが可能となる。

（作動方法）
炭酸ガス源１からの炭酸ガスは所定の流量で希釈装置２内の真空エジェクタ２ａに供給され、吸引された空気により希釈される。希釈ガスは、温室１０内に配設された炭酸ガス配管３ａに導入され、マニホールド３ｃで分岐されて、複数の炭酸ガス施用チューブ３ｂに供給される。炭酸ガス施用チューブ３ｂに供給された希釈ガスは、炭酸ガス施用チューブ３ｂに所定の間隔で配設された吹き出し孔から外部に放出され、各畝に配置された炭酸ガスセンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより炭酸ガス濃度が検知される。炭酸ガスセンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、設定された濃度を超える炭酸ガス濃度を検知すると、コントローラ４からの指令により、希釈装置２内の電磁弁２ｂがオフ状態となり、所定時間、炭酸ガス源１からの炭酸ガスの供給が停止される。そして、炭酸ガスセンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、設定された濃度より低い炭酸ガス濃度を検知すると、コントローラ４からの指令により、希釈装置２内の電磁弁２ｂがオン状態となり、炭酸ガス源１からの炭酸ガスの供給が開始される。このように、炭酸ガスセンサにより検知された炭酸ガス濃度の値に基づいて、コントローラ４からの指令により、希釈装置２内の電磁弁２ｂのオンオフ制御を繰り返すことで、施用される炭酸ガス濃度が設定値に維持される。なお、バイパスライン２ｃは、希釈装置を使用しない時のバックアップラインとして設けられている。

本発明の炭酸ガス施用システムは、密閉された温室だけでなく、植物工場や、換気窓が開放可能な温室等の外気に開放された屋内施設、さらには、屋外においても、使用することが可能である。

実施例１
（実験方法）
図１の炭酸ガス施用システムをイチゴ栽培用の温室に使用した。炭酸ガス施用チューブには点滴チューブ（Ｇｒｅｅｎ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ社製のＤｒｏｐ Ｌｉｎｅ（製品名））を用い、吹き出し孔が上を向くように各畝の栽培ベッドの表面に配設した。また、一の栽培ベッドにおいて、垂直上方、栽培ベッドから１０ｃｍ、２０ｃｍ、および３０ｃｍの位置にそれぞれ炭酸ガスセンサを配置した。真空エジェクタには、ＳＭＣ社製のＺＨ０７ＤＬＡ（ノズル呼び径０．７ｍｍ、最大吸込量（２８Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ））、空気消費量２７Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ））を用いた。また、炭酸ガス源には、高圧ガス工業製の炭酸ガスボンベ（炭酸ガス濃度９９％）を用いた。また、温室の換気窓は開放して行った。

（結果）
炭酸ガスを希釈装置に流量２〜９Ｌ／ｍｉｎの範囲で供給し、炭酸ガス施用チューブの末端から流出する希釈ガスをサンプリングして、希釈ガス中の炭酸ガス濃度を測定した。結果を表１に示す。窒素ガス濃度は、空気成分中の窒素ガスの含有比率から算出した。

次に、希釈装置に供給する炭酸ガスの流量を９Ｌ／ｍｉｎとし、栽培ベッドから１０ｃｍ、２０ｃｍ、および３０ｃｍの位置における炭酸ガスの濃度を１時間測定した。結果を表２に示す。栽培ベッドから１０ｃｍの位置で最も高い炭酸ガス濃度が得られ、それより高くなると濃度は減少した。

栽培ベッドからの高さが１０ｃｍの位置における炭酸ガス濃度が約６００ｐｐｍを維持するように、流量制御を行い、希釈ガスを用いた場合と、希釈ガスを用いず純ガスを用いた場合（比較例１）での、炭酸ガスの積算流量を測定した。比較例１では、希釈装置を通さず、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを直接供給配管に供給した。結果を表３に示す。ここで、節約量とは、比較例１の積算流量から実施例１の積算流量を引いて得られる量である。また、節約率は、[節約量／（比較例１の積算流量）]×１００％、により算出した。なお、１回目と２回目では、積算流量が異なっているが、これは、温室の換気窓を開放しているため、計測時間帯により温室外への炭酸ガスの流出量の違いによるものである。

栽培ベッドからの高さが１０ｃｍの位置における炭酸ガス濃度を大気中よりも高い濃度に維持しながら、１回目では４２％、２回目では３８％の節約率が得られた。これにより、希釈装置と、希釈ガスを作物の近傍に供給する施用チューブを用いる局所施用により、施用炭酸ガス量を大きく節約できることを確認できた。

本発明の炭酸ガス施用システムは、局所施用が可能であり、換気の影響を受けにくいので、密閉された温室だけでなく、換気窓が開放可能な温室等の外気に開放された屋内施設にも適用可能である。

１ 炭酸ガス源
２ 希釈装置
２ａ 真空エジェクタ
２ｂ 電磁弁
２ｃ バイパスライン
２ｄ，２ｅ ３方弁
２ｆ，２ｇ 継ぎ手
３ 供給配管
３ａ 炭酸ガス配管
３ｂ 炭酸ガス施用チューブ
３ｃ マニホールド
４ コントローラ
５ 炭酸ガス検知部
５ａ，５ｂ 炭酸ガスセンサ
５ｃ，５ｄ 炭酸ガスセンサ
６，７ 流量計
８ 開閉弁
９ 減圧弁

Claims (4)

1. 炭酸ガス源と、
   前記炭酸ガス源からの炭酸ガスを空気で希釈する真空エジェクタを有する希釈装置と、
   前記希釈装置からの希釈ガスを作物の近傍に供給する施用チューブと、を備える作物用炭酸ガス施用システム。
2. 前記施用チューブは、点滴チューブである、請求項１記載の作物用炭酸ガス施用システム。
3. 前記希釈ガス中の炭酸ガスの濃度は、２０〜７０％である、請求項１または２に記載の作物用炭酸ガス施用システム。
4. 前記施用チューブは、畝または栽培ベッドの表面に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の作物用炭酸ガス施用システム。

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