JP2023040873A - N2O treatment system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、栽培施設の土壌から放出される一酸化二窒素(N2O)を処理するN2O処理システムに関する。 The present invention relates to an N 2 O treatment system for treating dinitrogen monoxide (N 2 O) released from the soil of cultivation facilities.
従来より、各種の温室効果ガスを処理するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1記載の装置では、コージェネレーション装置から排出される二酸化炭素を回収し、植物栽培施設に供給する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an apparatus for treating various greenhouse gases (see Patent Document 1, for example). The device described in Patent Document 1 collects carbon dioxide discharged from a cogeneration device and supplies it to a plant cultivation facility.
ところで、窒素肥料を施した土壌で農作物を栽培すると、土壌からN2Oが発生し、大気中に放出される。N2Oは、温室効果の程度が代表的な温室効果ガスである二酸化炭素の約300倍と極めて高く、成層圏オゾン層の破壊物質でもあるため、地球温暖化を緩和するには、栽培施設の土壌から放出されるN2Oを効率的に処理することが好ましい。しかしながら、上記特許文献1には、この点について何ら提案されていない。 By the way, when crops are grown in soil to which nitrogen fertilizer is applied, N 2 O is generated from the soil and released into the atmosphere. N 2 O has an extremely high greenhouse effect, approximately 300 times that of carbon dioxide, a typical greenhouse gas, and is also a stratospheric ozone layer depleting substance. Efficient treatment of N 2 O released from the soil is preferred. However, Patent Document 1 does not make any proposal regarding this point.
本発明の一態様であるN2O処理システムは、窒素を含む土壌で農作物を栽培するための栽培空間を形成する栽培施設と、栽培空間における土壌の表面に沿って略平行に延設され、土壌に面して開口が設けられるとともに、開口を介して、土壌から放出されたN2Oが通過する流路を形成する流路形成部と、流路形成部に接続され、流路を介して導かれたN2Oを吸気して処理する処理装置と、を備える。 The N 2 O treatment system, which is one aspect of the present invention, includes a cultivation facility that forms a cultivation space for cultivating crops with nitrogen-containing soil, and extends substantially parallel along the surface of the soil in the cultivation space, A flow path forming portion having an opening facing the soil and forming a flow path through which N 2 O released from the soil passes; and a processing device for sucking and processing the N 2 O guided through the air.
本発明によれば、栽培施設の土壌から放出されるN2Oを効率的に処理することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, N2O emitted from the soil of a cultivation facility can be efficiently processed.
以下、図1および図2を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係るN2O処理システムは、栽培施設内で土壌から放出されるN2Oを回収し、処理する。農作物を栽培するには、農作物の生育を促進するため、土壌に窒素肥料を施す施肥を行う。このような施肥土壌では、土壌に含まれる窒素が微生物により分解されることでN2Oが発生し、土壌の表面から大気中に放出される。N2Oは、温室効果の程度が代表的な温室効果ガスである二酸化炭素の約300倍と極めて高い上、成層圏オゾン層の破壊物質でもあるため、栽培施設内の換気によりN2Oがそのまま大気中に放出されることは、温暖化防止の観点で好ましくない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. An N 2 O treatment system according to an embodiment of the present invention collects and treats N 2 O released from soil within a cultivation facility. To cultivate crops, fertilization is performed by applying nitrogen fertilizer to the soil in order to promote the growth of crops. In such fertilized soil, nitrogen contained in the soil is decomposed by microorganisms to generate N 2 O, which is released into the atmosphere from the surface of the soil. N 2 O has an extremely high greenhouse effect, about 300 times that of carbon dioxide, a typical greenhouse gas, and is also a stratospheric ozone layer depleting substance. Release into the atmosphere is not preferable from the viewpoint of global warming prevention.
N2Oは、高温で下式(i)のように窒素と酸素とに分解し、燃焼反応を促進する助燃性ガスである。そこで本実施形態では、栽培施設内で土壌から放出されたN2Oを回収して燃焼反応に利用することで処理し、環境負荷を最小限にすることができるよう、以下のようにN2O処理システムを構成する。
N2O→N2+O (i)
N 2 O is a combustion-supporting gas that decomposes into nitrogen and oxygen at high temperatures as shown in the following formula (i) to promote the combustion reaction. Therefore, in this embodiment, the N 2 O released from the soil in the cultivation facility is collected and treated by using it for combustion reaction, and the N 2 O is as follows so that the environmental load can be minimized. Configure the O processing system.
N2O → N2 +O (i)
図1は、本発明の実施形態に係るN2O処理システム100の全体構成の一例を概略的に示す概念図である。図1に示すように、N2O処理システム100は、施肥土壌10で農作物を栽培するための栽培空間1aを形成する栽培施設1と、栽培施設1の内気に含まれるN2Oを処理する処理装置2とを主に備える。さらに、発電機4と、発電機4および不図示の商用電力系統に給電路を介して接続されるパワーコンディショナ5とを備える。
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing an example of the overall configuration of an N 2
処理装置2は、例えばガスエンジンなどの往復動機関(レシプロエンジン)により構成される。処理装置2には、燃料タンクおよび燃料ポンプなどを含む燃料供給部3から燃料が供給される。処理装置2での燃焼によって得られた熱エネルギーは、回転運動に変換され、出力軸2aを介して接続された発電機4に出力される。これにより発電機4が回転し、発電が行われる。
The
パワーコンディショナ5は、インバータなどを含んで構成され、発電機4により発電された電力を適宜な周波数の交流に変換し、N2O処理システム100の各部に供給する。パワーコンディショナ5は、発電機4により発電された電力が余剰である場合は、発電された電力を商用電力系統に供給し(売電)、不足である場合は、商用電力系統からの電力をN2O処理システム100の各部に供給する(買電)。
The
栽培施設1は、例えば、農作物を栽培するための施肥土壌10を、パイプ材などの骨格とビニールシートとで覆って栽培空間1aを形成するビニールハウスとして構成される。栽培施設1は、床面に施肥土壌10が敷設された屋内施設として構成されてもよく、施肥土壌10が収容されたプランタが配置された施設として構成されてもよい。
The cultivation facility 1 is configured as, for example, a greenhouse in which fertilized
栽培施設1には、栽培空間1aと外部空間とを連通する配管11が接続され、配管11を介して栽培空間1aに外気が取り込まれる。配管11には、熱交換器6および吸気ファン7が設けられる。吸気ファン7により外部空間から取り込まれ、熱交換器6で加温された外気が、配管11を介して栽培空間1aに取り込まれることで、栽培空間1aが農作物の生育に適した温度範囲に保たれる。吸気ファン7には、発電機4により発電された電力が供給される。
The cultivation facility 1 is connected with a
栽培施設1の栽培空間1aには、施肥土壌10の表面10aに沿って略平行となるように、処理装置2の吸気側に接続された吸気管12が延設される。より具体的には、吸気管12は、農作物を避けて、例えば施肥土壌10が敷設された床面全体を覆うように網目状に、あるいは複数の管に分岐して、栽培空間1aの全域にわたり水平方向に張り巡らされる。
In the
吸気管12には、施肥土壌10に面して複数の開口12aが設けられ、開口12aを介して、施肥土壌10から放出されたN2Oが通過する流路12bが形成される。吸気管12は、施肥土壌10の表面10a近傍、例えば土などの異物が開口12aを塞がない程度に施肥土壌10の表面10aから距離(例えば数センチ程度)を取って配置される。
The
栽培空間1aの内気は、処理装置2の運転に伴い、吸気管12を介して処理装置2に吸気される。特に、施肥土壌10から放出されたN2Oは、空気(窒素、酸素など)よりも重いため、施肥土壌10の表面10a近傍の開口12aを介して効率的に吸気管12の流路12bに取り込まれ、流路12bを介して処理装置2に吸気される。吸気管12には、処理装置2へ吸気される栽培施設1の内気のN2O濃度Cinを検出する吸気濃度センサ20が設けられる。
The inside air of the
処理装置2は、吸気管12を介して吸気した栽培施設1の内気と、燃料供給部3により供給された燃料とを混合し、混合気を燃焼(燃焼処理)する。処理装置2での燃焼処理では、N2Oが燃焼反応による高温で窒素と酸素に分解することで処理され、分解反応により生じた酸素により処理装置2での燃焼反応が促進される。処理装置2からの排気は、排気管21を介して排出される。
The
排気管21は、一端が処理装置2の排気側に接続される配管21aと、一端が貯水タンク8の水中に開放される配管21bと、一端が配管21bに接続される配管21cとを有し、配管21a~21cの他端は、それぞれ三方弁22に接続される。配管21cには、熱交換器6が設けられる。
The
三方弁22が配管21aと配管21bとを接続するように切り替えられると、処理装置2からの排気が熱交換器6を通らずに配管21bに流れる。一方、三方弁22が配管21aと配管21cとを接続するように切り替えられると、処理装置2からの排気が熱交換器6を通って配管21bに流れる。この場合、熱交換器6において、吸気ファン7により配管11に取り込まれた外気が処理装置2からの高温の排気により加温される。例えば外気温に応じて三方弁22を切り替え、配管11を介して栽培施設1の栽培空間1aに取り込まれる外気の加温または非加温を切り替えることで、栽培空間1aを農作物の生育に適した温度範囲に保つことができる。
When the three-
処理装置2からの排気が排気管21(配管21b)を介して貯水タンク8の水中に導入されると、排気中の二酸化炭素が水に溶解し、二酸化炭素濃度が低下した排気が貯水タンク8の上部空間8aに集まる。貯水タンク8には、上部空間8aと外部空間とを連通する配管23が接続され、上部空間8aの排気は、配管23を介して外部空間に導かれ、大気中に放出される。配管23には、大気中に放出される排気のN2O濃度Cexを検出する排気濃度センサ24が設けられる。
When the exhaust gas from the
栽培施設1の栽培空間1aには、さらに、発電機4により発電された電力が供給される散水装置13と照明14とが設けられる。散水装置13は、貯水タンク8に貯留され、処理装置2からの排気に含まれる二酸化炭素が溶解した水を、栽培空間1aで散水する。これにより、栽培空間1aの農作物への水遣りが行われるとともに、栽培空間1aの二酸化炭素濃度が高められる。栽培空間1aの農作物が太陽光または照明14による光の照射を受けて光合成することで、栽培空間1aの二酸化炭素が吸収され、農作物の生育に利用される。
The
図2は、燃料供給部3を制御するコントローラ50の周辺構成の一例を概略的に示すブロック図である。図2に示すように、コントローラ50は、CPUなどの演算部51と、ROM,RAMなどの記憶部52と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ50には、吸気濃度センサ20と、排気濃度センサ24と、燃料供給部3とが接続される。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing an example of the peripheral configuration of the
コントローラ50は、吸気濃度センサ20により検出されたN2O濃度Cinと排気濃度センサ24により検出されたN2O濃度Cexとに基づいて、燃料供給部3を制御する。より具体的には、処理装置2での燃焼処理によりN2Oが完全に分解されるように、例えば予め定められた特性に従って処理装置2への燃料供給量を算出し、算出結果に応じて燃料供給部3を制御する。すなわち、吸気濃度センサ20により検出されたN2O濃度Cinと排気濃度センサ24により検出されたN2O濃度Cexとの差に基づいて、N2Oの分解により生じる酸素量を算出し、この酸素量を考慮し、予め定められた特性に従って燃料供給量を算出する。
The
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)N2O処理システム100は、窒素を含む施肥土壌10で農作物を栽培するための栽培空間1aを形成する栽培施設1と、栽培空間1aにおける施肥土壌10の表面10aに沿って略平行に延設され、施肥土壌10に面して開口12aが設けられるとともに、開口12aを介して、施肥土壌10から放出されたN2Oが通過する流路12bを形成する吸気管12と、吸気管12に接続され、流路12bを介して導かれたN2Oを吸気して処理する処理装置2とを備える(図1)。栽培施設1の施肥土壌10に面して開口12aを設けることで、施肥土壌10から放出された、空気より重いN2Oを効率的に回収し、処理することができる。また、ビニールハウスなどの栽培施設1の栽培空間1aで回収することで、外部空間へのN2Oの拡散を抑制し、効率的に回収することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The N 2
(2)N2O処理システム100は、貯水タンク8と、一端が処理装置2の排気側に接続され、他端が貯水タンク8の水中に開放された排気管21と、貯水タンク8に貯留された水を栽培空間1aで散水する散水装置13とをさらに備える(図1)。これにより、N2Oの処理に伴って発生する二酸化炭素を効率的に回収し、農作物の生育に利用することができる。
(2) The N 2
(3)N2O処理システム100は、栽培空間1aと外部空間とを連通する配管11と、配管11に設けられ、外部空間から栽培空間1aに外気を取り込む吸気ファン7と、配管11に設けられ、吸気ファン7により取り込まれた外気を、処理装置2からの排気により加温する熱交換器6とをさらに備える(図1)。これにより、栽培空間1aを農作物の生育に適した温度範囲に保つことができる。
(3) The N 2
(4)N2O処理システム100は、処理装置2への吸気のN2O濃度を検出する吸気濃度センサ20と、処理装置2からの排気のN2O濃度を検出する排気濃度センサ24と、処理装置2に燃料を供給する燃料供給部3と、燃料供給部3を制御するコントローラ50とをさらに備える(図1)。処理装置2は、流路12bを介して吸気したN2Oと、燃料供給部3により供給された燃料とを混合して燃焼処理する。コントローラ50は、吸気濃度センサ20により検出されたN2O濃度と排気濃度センサ24により検出されたN2O濃度とに基づいて、燃料供給部3を制御する。例えば予め定められた特性に従って処理装置2への燃料供給量を精度よく算出し、算出結果に応じ、処理装置2での燃焼処理によりN2Oが完全に分解されるように、燃料供給部3を適切に制御することができる。
(4) The N 2
(5)処理装置2は、往復動機関(レシプロエンジン)である。これにより、栽培施設1のN2Oを処理するとともに、燃焼によって得られた熱エネルギーにより発電された電力を利用して、栽培施設1の換気や照明を行うことができる。
(5) The
上記実施形態では、図1などで栽培施設1の具体例を示して説明したが、栽培施設は、窒素を含む土壌で農作物を栽培するための栽培空間を形成するものであれば、どのようなものでもよい。上記実施形態では、図1などで管状の吸気管12を例示して説明したが、土壌から放出されたN2Oが通過する流路を形成する流路形成部は、このようなものに限らない。例えば、施肥土壌を全体的に覆う箱状のものや、これらを組み合わせて施肥土壌を全体的に覆うものなどでもよい。上記実施形態では、図1などで散水装置13の具体例を示して説明したが、散水装置は、貯水タンクに貯留された水を栽培空間で散水するものであればよく、栽培施設の天井面に設けられるほか、壁面や床面に設けられてもよい。
In the above-described embodiment, a specific example of the cultivation facility 1 is shown in FIG. 1 and the like. Anything is fine. In the above-described embodiment, the
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited by the above-described embodiments and modifications as long as the features of the present invention are not impaired. It is also possible to arbitrarily combine one or more of the above embodiments and modifications, and it is also possible to combine modifications with each other.
1 栽培施設、1a 栽培空間、2 処理装置、3 燃料供給部、6 熱交換器、7 吸気ファン、8 貯水タンク、10 施肥土壌、11,21a~21c,23 配管、12 吸気管、12a 開口、12b 流路、13 散水装置、14 照明、20 吸気濃度センサ、21 排気管、22 三方弁、24 排気濃度センサ、50 コントローラ、100 N2O処理システム 1 cultivation facility, 1a cultivation space, 2 processing device, 3 fuel supply unit, 6 heat exchanger, 7 intake fan, 8 water storage tank, 10 fertilized soil, 11, 21a to 21c, 23 piping, 12 intake pipe, 12a opening, 12b flow path, 13 sprinkler device, 14 lighting, 20 intake air concentration sensor, 21 exhaust pipe, 22 three-way valve, 24 exhaust concentration sensor, 50 controller, 100 N 2 O treatment system
Claims (5)
前記栽培空間における前記土壌の表面に沿って略平行に延設され、前記土壌に面して開口が設けられるとともに、前記開口を介して、前記土壌から放出されたN2Oが通過する流路を形成する流路形成部と、
前記流路形成部に接続され、前記流路を介して導かれたN2Oを吸気して処理する処理装置と、を備えることを特徴とするN2O処理システム。 a cultivation facility forming a cultivation space for cultivating crops in nitrogen-containing soil;
A channel that extends substantially parallel along the surface of the soil in the cultivation space and has an opening facing the soil, through which the N 2 O released from the soil passes. a flow path forming portion that forms a
an N 2 O treatment system, comprising: a treatment device connected to the flow path forming portion and sucking and treating the N 2 O guided through the flow path.
貯水タンクと、
一端が前記処理装置の排気側に接続され、他端が前記貯水タンクの水中に開放された排気管と、
前記貯水タンクに貯留された水を前記栽培空間で散水する散水装置と、をさらに備えることを特徴とするN2O処理システム。 In the N 2 O treatment system of claim 1,
a water storage tank;
an exhaust pipe having one end connected to the exhaust side of the processing equipment and the other end open to the water of the water storage tank;
The N 2 O treatment system, further comprising: a sprinkler for sprinkling the water stored in the water storage tank in the cultivation space.
前記栽培空間と外部空間とを連通する配管と、
前記配管に設けられ、前記外部空間から前記栽培空間に外気を取り込む吸気ファンと、
前記配管に設けられ、前記吸気ファンにより取り込まれた外気を、前記処理装置からの排気により加温する熱交換器と、をさらに備えることを特徴とするN2O処理システム。 In the N 2 O treatment system according to claim 1 or 2,
a pipe that communicates between the cultivation space and the external space;
an intake fan provided in the pipe and taking in outside air from the external space to the cultivation space;
The N 2 O treatment system, further comprising: a heat exchanger that is provided in the pipe and heats the outside air taken in by the intake fan with exhaust air from the treatment device.
前記処理装置への吸気のN2O濃度を検出する吸気濃度センサと、
前記処理装置からの排気のN2O濃度を検出する排気濃度センサと、
前記処理装置に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部を制御する制御部と、をさらに備え、
前記処理装置は、前記流路を介して吸気したN2Oと、前記燃料供給部により供給された燃料とを混合して燃焼処理し、
前記制御部は、前記吸気濃度センサにより検出されたN2O濃度と前記排気濃度センサにより検出されたN2O濃度とに基づいて、前記燃料供給部を制御することを特徴とするN2O処理システム。 In the N 2 O treatment system according to any one of claims 1 to 3,
an intake air concentration sensor for detecting the N 2 O concentration of the intake air to the processing device;
an exhaust gas concentration sensor that detects the N 2 O concentration of the exhaust gas from the processing equipment;
a fuel supply unit that supplies fuel to the processing device;
A control unit that controls the fuel supply unit,
The processing device mixes and burns the N 2 O sucked through the flow path and the fuel supplied from the fuel supply unit,
The control unit controls the fuel supply unit based on the N 2 O concentration detected by the intake air concentration sensor and the N 2 O concentration detected by the exhaust gas concentration sensor. processing system.
前記処理装置は、往復動機関であることを特徴とするN2O処理システム。 In the N 2 O treatment system according to any one of claims 1 to 4,
The N2O treatment system, wherein the treatment device is a reciprocating engine.
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