JP3209642U - 気化冷熱利用植物工場システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＮＧの気化冷熱を植物工場において有効に利用可能な気化冷熱利用植物工場システムを提供する。【解決手段】ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体Ｍ１とを熱交換させる気化装置１と、前記第１の中間媒体Ｍ１と第２の中間媒体Ｍ２とを熱交換させる第１の熱交換器Ｈ１と、前記第２の中間媒体Ｍ２と植物工場１０内の空気とを熱交換させる第２の熱交換器Ｈ２と、前記第２の熱交換器Ｈ２にて熱交換された空気を送風するファン６と、を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の気化冷熱を植物工場の空調等に利用するシステムに関する。

液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」と称する）は、−１６２℃の液化状態で海外から運搬され、沿岸近辺に設けられた基地で気化され、天然ガス（以下「ＮＧ」と称する）として需要に供されている。

基地における気化においては、例えば特許文献１〜３に記載されたＬＮＧ気化装置が用いられている。

一方、近年普及しつつある植物工場においては、広大な空間に要する空調コストが大きいことが問題となっている。特に、熱帯・温暖地や夏季においては深刻である。特許文献４では、ＬＮＧの気化冷熱を植物工場の空調に利用するシステムが提示されている。

特開平３−２３９８９７号公報 特開平８−２６９４６８号公報 特開２００１−８１４８３号公報 特開２０１４−３１９６４号公報

特許文献４では、ＬＮＧの気化冷熱を、専ら植物工場の空調のみ利用したシステムである。本考案の目的は、ＬＮＧの気化冷熱をさらに有効に植物工場において利用可能なシステムを提供することである。

上述した課題を解決するために、本考案は以下の構成を有する。なお、括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。

・ 本考案の態様は、ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、
ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体（Ｍ１）とを熱交換させる気化装置（１）と、
前記第１の中間媒体（Ｍ１）と第２の中間媒体（Ｍ２）とを熱交換させる第１の熱交換器（Ｈ１）と、
前記第２の中間媒体（Ｍ２）と植物工場（１０）内の空気とを熱交換させる第２の熱交換器（Ｈ２）と、
前記第２の熱交換器（Ｈ２）にて熱交換された空気を送風するファン（６）と、を有することを特徴とする。
・ 本考案の別の態様は、ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、
ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体（Ｍ１）とを熱交換させる気化装置（１）と、
前記第１の中間媒体（Ｍ１）と第２の中間媒体（Ｍ２）とを熱交換させる第１の熱交換器（Ｈ１）と、
前記第２の中間媒体（Ｍ２）と該第２の中間媒体（Ｍ２）よりも高温かつ植物工場（１０）内の空気より低温の水（Ｗ）とを熱交換させる第２の熱交換器（Ｈ２）と、
前記水（Ｗ）と植物工場（１０）内の空気とを熱交換させる第３の熱交換器（Ｈ３）と、
前記第３の熱交換器（Ｈ３）にて熱交換された空気を送風するファン（６）と、を有し、
前記水（Ｗ）は植物の育生に用いられる水であることを特徴とする。
・ 本考案のさらに別の態様は、ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、
ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体（Ｍ１）とを熱交換させる気化装置（１）と、
前記第１の中間媒体（Ｍ１）と第２の中間媒体（Ｍ２）とを熱交換させる第１の熱交換器（Ｈ１）と、
前記第２の中間媒体（Ｍ２）と該第２の中間媒体（Ｍ２）よりも高温かつ植物工場（１０）内の空気より低温の水（Ｗ）とを熱交換させる第２の熱交換器（Ｈ２）と、
前記第２の熱交換器（Ｈ２）で熱交換された後の前記第２の中間媒体（Ｍ２）と植物工場（１０）内の空気とを熱交換させる第３の熱交換器（Ｈ３）と、
前記第３の熱交換器（Ｈ３）にて熱交換された空気を送風するファン（６）と、を有し、
前記水（Ｗ）は植物の育生に用いられる水であることを特徴とする。
・ 上記各態様において、前記第１の中間媒体（Ｍ１）がプロパン又はフロンであることが好適である。
・ 上記各態様において、前記第２の中間媒体（Ｍ２）が不凍液又は水であることが、好適である。

本考案によれば、ＬＮＧ気化冷熱を利用する植物工場システムにおいて、植物工場の空調のみでなく植物の育生に用いる水の温度調整にも利用することができ、より有効な利用を図ることができる。

図１は、本考案による植物工場システムの第１の実施形態の構成例を概略的に示した図である。 図２は、本考案による植物工場システムの第２の実施形態の構成例を概略的に示した図である。 図３は、本考案による植物工場システムの第３の実施形態の構成例を概略的に示した図である。

以下、本考案の構成を例示した図面を参照して本考案の実施形態を説明する。
本考案の植物工場システムを適用される植物工場は、屋内等の空間で天候に左右されずに農作物等の栽培を計画的に行うものである。光源、温度、湿度、養分補給等の管理は、自動制御又は半自動制御により行われる。

本考案は、ＬＮＧ気化装置と植物工場とを組み合わせた植物工場システムを提供する。ＬＮＧ気化装置においてＬＮＧを液体状態から気体状態とする際に得られる冷熱を、複数の中間媒体を冷媒として複数の熱交換器を介して配管を通して植物工場内に移送し、利用するものである。

（１）第１の実施形態
図１は、本考案による植物工場システムの第１の実施形態の構成例を概略的に示した図である。まず、ＬＮＧ気化装置１について説明する。

ＬＮＧ気化装置１は、主な構成要素としてＬＮＧ気化器２と、中間媒体蒸発器３と、加温器４とを有する。ＬＮＧ気化器２は、中間媒体蒸発器３の内部空間に配置された往復配管２１を具備する。往復配管２１の入口側には配管２２を通して例えば−１６０℃のＬＮＧが導入される。ＬＮＧは、往復配管２１を通過する際に液体から気体に変化し、ＮＧは配管２３を通して加温器４へと送出される。

中間媒体蒸発器３の内部空間の下部には、海水ＳＷのための往復配管３１が配置されている。往復配管３１には、常温（例えば２５℃）の海水ＳＷが導入される。海水ＳＷは、往復配管３１を往復した後、配管４２へと送出される。配管４２は、加温器４の内部を貫通している。

加温器４に流入する際のＮＧの温度は、例えば−２０℃であり、加温器４を通過する間に配管４２内の海水ＳＷと熱交換する。これにより、加温器４から配管２４へ送出されるＮＧは常温（例えば２５℃）となる。

中間媒体蒸発器３の内部空間には、所定量の第１の中間媒体Ｍ１が液体状態で貯蔵されている。第１の中間媒体Ｍ１は、例えばプロパン又はフロンである。液体状態の第１の中間媒体Ｍ１は、往復配管３１内の海水と熱交換することにより蒸発して気体状態となり、上部の往復配管２１の周囲に充たされる。往復配管２１内のＬＮＧと気体状態の第１の中間媒体Ｍ１が熱交換することにより、ＬＮＧは気化する一方、第１の中間媒体Ｍ１は凝縮して再び液体状態となり滴下する。内部空間では、第１の中間媒体Ｍ１の蒸発と凝縮が繰り返される。液体状態の第１の中間媒体Ｍ１の温度は、例えば−８０℃〜１０℃である。植物工場システムへの適用においては０℃〜１０℃が好ましく、５℃〜６℃がさらに好ましい。しかしながら、これらの範囲に限定するものではない。

第１の中間媒体Ｍ１は、中間媒体蒸発器３と第１の熱交換器Ｈ１との間で循環するように構成されている。中間媒体蒸発器３の底部から配管３２へ取り出された液体状態の第１の中間媒体Ｍ１は、ポンプＰ１により配管３３を通して第１の熱交換器Ｈ１へ送られる。第１の熱交換器Ｈ１において、第１の中間媒体Ｍ１は、第２の中間媒体Ｍ２と熱交換を行う。

第１の中間媒体Ｍ１は、第１の熱交換器Ｈ１における熱交換により気化し、配管３４を通して再び中間媒体蒸発器３の内部空間の上部に流入する。第１の熱交換器Ｈ１において、第２の中間媒体Ｍ２は、例えば５℃程度とされる。

第２の中間媒体Ｍ２は、好適には水であるが、海水でもよい。凍結のおそれがある場合は不凍液を用いてもよい。不凍液は、例えばエチレングリコールである。

第２の中間媒体Ｍ２は、第１の熱交換器Ｈ１と、植物工場１０内に設置された第２の熱交換器Ｈ２との間で循環するように構成されている。第１の熱交換器Ｈ１で熱交換を行った低温の第２の中間媒体Ｍ２は、配管５３を通って第２の熱交換器Ｈ２へ送られる。第２の熱交換器Ｈ２において、第２の中間媒体Ｍ２は、植物工場１０内の空気と熱交換を行う。これにより、植物工場１０内の空気の温度は、例えば２８℃から２０℃へと低下する。温度が低下した空気は、ファン６により植物工場１０内の空間に適宜送出される。なお、空気用配管は図示を省略している。

図示しないが、本システムは、植物工場１０内の空気温度を制御するための制御装置を有する（他の実施形態についても同様）。制御装置は、空気温度を検出するための温度センサと、温度センサが検出した温度に基づいてポンプＰ１及び／又はポンプＰ２の流量を制御したり、配管上に設けたバルブ（図示せず）の開度を制御する。これらの制御に替えて又はこれらの制御と合わせて、ファン６の出力を制御してもよい。

（２）第２の実施形態
図２は、本考案による植物工場システムの第２の実施形態の構成例を概略的に示した図である。図１に示した第２の熱交換器Ｈ２の直前までの構成は、図１の実施形態と同じであるので説明を省略する。

図２の第２の実施形態では、第２の熱交換器Ｈ２において、第２の中間媒体Ｍと水Ｗとを熱交換させる。この水Ｗは、植物１０ａの育生に用いられるものであり、例えば水耕栽培における水や、土壌に浸透させるための水である。水Ｗの温度は、配管７１により第２の熱交換器Ｈ２に流入する直前には、第２の中間媒体Ｍ２の温度（例えば５℃）よりも高温であり、かつ、植物工場１０内の空気の温度（例えば２８℃）よりも低温である。水Ｗの温度は、第２の熱交換器Ｈ２の直前では例えば２０℃である。

第２の熱交換器Ｈ２で熱交換された水Ｗは、例えば１０℃となり、配管７３を通して第３の熱交換器Ｈ３へ送られる。水Ｗは、第３の熱交換器Ｈ３において、植物工場１０内の空気と熱交換する。これにより、植物工場１０内の空気の温度は、例えば２８℃から２３℃へと低下する。温度が低下した空気は、ファン６により植物工場１０内の空間に適宜送出される。一方、水Ｗは、温度が上昇して例えば１５℃となる。

第３の熱交換器Ｈ３から出た水Ｗは、配管７２により植物１０ａのプランター１０ｂ内を通過してポンプＰ３へと送られ循環する。例えば、プランター１０ｂが水耕栽培用である場合は、配管７２がプランター１０ｂ内の水槽と連通するように構成する。また、プランター１０ｂが土壌栽培の場合は、図示するように配管７２の管壁に多数の孔を設けて水Ｗが周囲に放出されるようにする。

第３の熱交換器Ｈ３から出た水Ｗが、例えば１５℃程度であれば、冷水で栽培する植物に適した温度である。このように、ＬＮＧ気化で得られる冷熱は、空調のみでなく、植物の育生に用いる水の温度を最適とするためにも利用することができる。図示しないが、水の温度調整のために温度センサと組み合わせた制御装置を設けることが好適である。温度センサにより検出された水の温度に応じて制御装置により、第２の中間媒体Ｍ２又は水の流量を制御する（第３の実施形態についても同様）。

プランター１０ｂにおいて水Ｗを放出する構成の場合は、損失量を補うためにプランター１０ｂを通過した後の配管７２に、新たな水Ｗを外部から補給するための補給手段９を設けることが好適である。この補給手段９は、例えば水道と接続された流量制御可能なバルブＶ等を含む。

プランター１０ｂにおいて、水槽と連通させたり土壌に水を放出したりする場合、配管７２内に異物が侵入する可能性がある。従って、配管７２の管路上に、配管７２内に混入した異物を除去するためのフィルター８を設けることが好適である。

（３）第３の実施形態
図３は、本考案による植物工場システムの第３の実施形態の構成例を概略的に示した図である。図１に示した第２の熱交換器Ｈ２の直前までの構成は、図１の実施形態と同じであるので説明を省略する。第３の実施形態は、第２の実施形態の変形形態である。

図３の第３の実施形態では、第２の熱交換器Ｈ２において、第２の中間媒体Ｍと水Ｗとを熱交換させる。この水Ｗは、植物１０ａの育生に用いられるものであり、例えば水耕栽培における水や、土壌に浸透させるための水である。水Ｗの温度は、配管７１により第２の熱交換器Ｈ２に流入する直前には、第２の中間媒体Ｍ２の温度（例えば５℃）よりも高温であり、かつ、植物工場１０内の空気の温度（例えば２８℃）よりも低温である。水Ｗの温度は、第２の熱交換器Ｈ２の直前では例えば１５℃である。

第２の熱交換器Ｈ２で熱交換された水Ｗは、例えば１０℃となり、配管７２により植物１０ａのプランター１０ｂ内を通過してポンプＰ３へと送られ、配管７１を通って循環する。例えば、プランター１０ｂが水耕栽培用である場合は、配管７２がプランター１０ｂ内ｎ水槽と連通するように構成する。また、プランター１０ｂが土壌栽培の場合は、図示のように配管７２の管壁に多数の孔を設けて水Ｗが周囲に放出されるようにする。フィルター８及び外部からの水Ｗの補給手段９については、上述した第２の実施形態と同様である。

第３の実施形態では、第２の熱交換器Ｈ２を出た第２の中間媒体Ｍ２は、第３の熱交換器Ｈ３へ送られる。第２の中間媒体Ｍ２は、第３の熱交換器Ｈ３において、さらに植物工場１０内の空気と熱交換する。これにより、植物工場１０内の空気の温度は、例えば２８℃から２３℃へと低下する。温度が低下した空気は、ファン６により植物工場１０内の空間に適宜送出される。一方、第２の中間媒体Ｍ２は、配管５１からポンプＰ２へと送られ循環する。

以上に述べた本考案の各実施形態は一例を示したものであり、これら以外にも多様な変形形態が可能であり、それらについても本考案に含まれるものとする。

１ ＬＮＧ気化装置
２ ＬＮＧ気化器
２１ 伝熱管
２２、２３、２４ 配管
３ 中間媒体蒸発器
３１ 伝熱管
３２、３３、３４ 配管
４ 加温器
４１、４２ 配管
５１、５２、５３ 配管
６ 送風機
７１、７２、７３ 配管
８ フィルタ
９ 補給手段
１０ 植物工場
１０ａ 植物
１０ｂ プランタ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 熱交換器
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ ポンプ
Ｍ１ 第１の中間媒体
Ｍ２ 第２の中間媒体
Ｗ 水

Claims (5)

1. ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、
   ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体（Ｍ１）とを熱交換させる気化装置（１）と、
   前記第１の中間媒体（Ｍ１）と第２の中間媒体（Ｍ２）とを熱交換させる第１の熱交換器（Ｈ１）と、
   前記第２の中間媒体（Ｍ２）と植物工場（１０）内の空気とを熱交換させる第２の熱交換器（Ｈ２）と、
   前記第２の熱交換器（Ｈ２）にて熱交換された空気を送風するファン（６）と、を有することを特徴とする
   気化冷熱利用植物工場システム。
2. ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、
   ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体（Ｍ１）とを熱交換させる気化装置（１）と、
   前記第１の中間媒体（Ｍ１）と第２の中間媒体（Ｍ２）とを熱交換させる第１の熱交換器（Ｈ１）と、
   前記第２の中間媒体（Ｍ２）と該第２の中間媒体（Ｍ２）よりも高温かつ植物工場（１０）内の空気より低温の水（Ｗ）とを熱交換させる第２の熱交換器（Ｈ２）と、
   前記水（Ｗ）と植物工場（１０）内の空気とを熱交換させる第３の熱交換器（Ｈ３）と、
   前記第３の熱交換器（Ｈ３）にて熱交換された空気を送風するファン（６）と、を有し、
   前記水（Ｗ）は植物の育生に用いられる水であることを特徴とする
   気化冷熱利用植物工場システム。
3. ＬＮＧの気化冷熱を利用する植物工場システムであって、
   ＬＮＧを気化させるべくＬＮＧと第１の中間媒体（Ｍ１）とを熱交換させる気化装置（１）と、
   前記第１の中間媒体（Ｍ１）と第２の中間媒体（Ｍ２）とを熱交換させる第１の熱交換器（Ｈ１）と、
   前記第２の中間媒体（Ｍ２）と該第２の中間媒体（Ｍ２）よりも高温かつ植物工場（１０）内の空気より低温の水（Ｗ）とを熱交換させる第２の熱交換器（Ｈ２）と、
   前記第２の熱交換器（Ｈ２）で熱交換された後の前記第２の中間媒体（Ｍ２）と植物工場（１０）内の空気とを熱交換させる第３の熱交換器（Ｈ３）と、
   前記第３の熱交換器（Ｈ３）にて熱交換された空気を送風するファン（６）と、を有し、
   前記水（Ｗ）は植物の育生に用いられる水であることを特徴とする
   気化冷熱利用植物工場システム。
4. 前記第１の中間媒体（Ｍ１）がプロパン又はフロンであることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の気化冷熱利用植物工場システム。
5. 前記第２の中間媒体（Ｍ２）が不凍液又は水であることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の気化冷熱利用植物工場システム。

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