JP4169387B2

JP4169387B2 - 植物育成装置

Info

Publication number: JP4169387B2
Application number: JP10255298A
Authority: JP
Inventors: 良男太田; 孝志守谷
Original assignee: Koito Industries Ltd
Current assignee: Koito Industries Ltd
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JPH11289883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物の育種または栽培等、農学の研究、実験に使用する植物育成装置であって、植物を収納する育成室を備え、該育成室内に温度が調整された空気を循環させて、環境要因を人為的に制御可能な植物育成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の植物育成装置では、植物を収納する育成室内の温度や湿度を任意に制御できるように構成されており、育成室内において様々な環境条件下で、植物の育成実験や研究を行えるようになっている。一般に、前記育成室の傍らには、制御室が隔壁で仕切られるように設けられており、この制御室内で温度等が調整された空気が、育成室内に循環するように構成されている。
【０００３】
ここで温度の制御は、制御室内に配設したヒータによる加熱作用と、冷凍機による冷却作用を組み合わせることで、所定の温度に恒常的に調整できるようになっていた。また、湿度の制御は、装置内に設けてある加湿器を稼働させて加湿し、除湿する場合には、冷却器の稼働により育成室内の湿気を水滴に凝縮させる、いわゆる冷却減湿作用により行っていた。
【０００４】
特に除湿にあたっては、温度制御において冷凍機が稼働している冷却時では、除湿操作量に応じて冷凍機の出力を増大させ、その冷却減湿作用によって除湿を行う。一方、ヒータが稼働している加熱時では、同じく除湿操作量に応じてヒータの出力を増大させる。すると、温度を所定温度に保つべく、結果として冷却負荷が増大し、その冷却減湿作用によって除湿が行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した植物育成装置での除湿では、冷却操作側で温度制御している時に、冷凍機の出力をそのまま増大させて除湿する場合、過冷却となり、制御していた所望の温度が一時的に低温側に乱れてしまうという問題があった。また、温度制御において、再加熱のための稼働エネルギー喪失が大きくなるという問題もあった。
【０００６】
一方、加熱操作側で温度制御している時に、前記除湿操作で先ず最初にヒータの出力を増大させた場合、加熱過多となり、制御していた所望の温度が一時的に高温側に乱れてしまうという問題があった。また、温度制御において、再冷却のための稼働エネルギー喪失が大きくなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術が有する問題点に着目してなされたもので、除湿操作時における温度制御の乱れを抑制することができ、しかも除湿操作時における再加熱や再冷却に伴う稼働エネルギーの喪失を抑制することで、コスト低減が可能な植物育成装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の項の発明に存する。
［１］植物を収納する育成室（２０）を備え、該育成室（２０）内に温度および湿度が調整された空気を循環させて、環境要因を人為的に制御可能な植物育成装置（１０）において、
前記育成室（２０）内へ循環させる空気を加熱するヒータ（４１）と、冷却する冷凍機（４２）と、前記ヒータ（４１）および冷凍機（４２）のそれぞれの出力を制御する制御手段（５０）とを有して成り、
前記制御手段（５０）は、
育成室（２０）内の測定温度と予め設定した目標温度とに基づき、測定温度を目標温度に近づけるように、前記ヒータ（４１）と冷凍機（４２）の出力を制御する温度制御部（５１）と、
育成室（２０）内の測定湿度と予め設定した目標湿度とに基づき、測定湿度を目標湿度に近づけるように、前記ヒータ（４１）と冷凍機（４２）の出力、および別途設けてある加湿器（４４）の出力を制御する湿度制御部（５２）とを有し、
前記湿度制御部（５２）により加湿制御する場合、前記温度制御部（５１）によりヒータ（４１）と冷凍機（４２）のそれぞれの出力が制御される一方、
前記湿度制御部（５２）により除湿制御する場合、ヒータ（４１）の出力が冷凍機（４２）の出力を上回る加熱時には、前記温度制御部（５１）によりヒータ（４１）の出力が、前記湿度制御部（５２）により冷凍機（４２）の出力がそれぞれ制御され、冷凍機（４２）の出力がヒータ（４１）の出力を上回る冷却時には、前記温度制御部（５１）により冷凍機（４２）の出力が、前記湿度制御部（５２）によりヒータ（４１）の出力がそれぞれ制御されるように設定したことを特徴とする植物育成装置（１０）。
【００１０】
次に前述した解決手段に基づく作用を説明する。
本発明に係る植物育成装置（１０）によれば、前記育成室（２０）内へ循環させる空気はヒータ（４１）で加熱され、冷凍機（４２）で冷却されて、それぞれの出力が制御手段（５０）で制御されることで、育成室（２０）内は所望の温度に保たれる。
【００１１】
前記温度調整において、ヒータ（４１）の出力が冷凍機（４２）の出力を上回る加熱時に、除湿を行う場合には、制御手段（５０）が冷凍機（４２）の出力を制御することで除湿される。すなわち、除湿操作量に応じて冷凍機（４２）を一時的に稼働させれば、循環空気中の湿気が凝縮して水滴となり除湿される。
【００１２】
この時、ヒータ（４１）の稼働による加熱中に、除湿のために従来の如くヒータ（４１）出力量を更に増大させることはなく、最初から冷凍機（４２）を稼働させるから、加熱と冷却が拮抗して加熱過多になることがない。従って、制御温度が大きく乱れることはなく、また、除湿時における温度制御のための加熱に要す稼働エネルギーを抑えることができる。
【００１３】
一方、冷凍機（４２）の出力がヒータ（４１）の出力を上回る冷却時に、除湿を行う場合には、前記制御手段（５０）がヒータ（４１）の出力を制御することで除湿される。すなわち、除湿操作量に応じてヒータ（４１）を一時的に稼働させると、温度を所定温度に保つべく結果として冷却負荷が増大し、その冷却減湿作用により除湿される。
【００１４】
この時、冷凍機（４２）の稼働による冷却中に、除湿のために従来の如くそのまま単に冷却出力量を増大させるのではなく、先ず最初にヒータ（４１）を稼働させて、その操作量を相殺する程度に冷凍機（４２）の出力を増大させるため、温度冷却と除湿のための冷却が累積されることがなく、過冷却を防ぐことができる。従って、制御温度が大きく乱れることはなく、また、除湿時における温度制御のため前記冷却に要す稼働エネルギーを抑えることができる。
【００１５】
更に具体的には、育成室（２０）内は、次のように所望の温度および湿度に保たれる。制御手段（５０）の温度制御部（５１）により、育成室（２０）内の測定温度と目標温度とに基づき、測定温度を目標温度に近づけるための出力値が算出される。この出力値に応じて、加熱が必要な場合はヒータ（４１）、冷却が必要な場合は冷凍機（４２）の出力操作量がそれぞれ制御される。
【００１６】
また、制御手段（５０）の湿度制御部（５２）により、育成室（２０）内の測定湿度と目標湿度とに基づき、測定湿度を目標湿度に近づけるための出力値が算出される。この出力値に応じて、加湿の場合は加湿器（４４）の出力操作量が制御され、温度制御部（５１）により、加熱が必要な場合はヒータ（４１）、冷却が必要な場合は冷凍機（４２）の出力がそれぞれ制御される。
一方、除湿の場合には、温度制御において加熱中か冷却中であるかが判断されて、前述した場合分けで、すなわち、ヒータ（４１）の出力が冷凍機（４２）の出力を上回る加熱時には、前記温度制御部（５１）によりヒータ（４１）の出力が、前記湿度制御部（５２）により冷凍機（４２）の出力がそれぞれ制御され、冷凍機（４２）の出力がヒータ（４１）の出力を上回る冷却時には、前記温度制御部（５１）により冷凍機（４２）の出力が、前記湿度制御部（５２）によりヒータ（４１）の出力がそれぞれ制御される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明を代表する一実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の一実施の形態を示している。
図１に示すように、植物育成装置１０は、箱型の機本体１０ａ内に、植物を収納する育成室２０と、該育成室２０の側方に隔壁２２で仕切られた制御室４０を備えて成る。制御室４０内で温度および湿度が調整された空気は、育成室２０の底面部側より天井側へと循環するように構成されている。
【００１８】
育成室２０の底面部側には、機本体１０ａの底面壁と平行な床板２１が設けられている。床板２１には多数の吹出孔（図示せず）が開設され、この床板２１下方は、育成室２０内へ調整済みの空気を吹き出す吹出空間２０ａとなっている。植物を植えた鉢等は床板２１上に載置される。また、育成室２０の天井側には、例えばナトリウム灯等の人工光源３０が配設されている。
【００１９】
前記育成室２０と制御室４０とを仕切る隔壁２２には、前記育成室２０側の循環空気を制御室４０側へ導く吸込口２３が設けられている。吸込口２３には、空気中の塵や埃を除去するエアーフィルタを装着するとよい。また、制御室４０側より吸込口２３を臨む位置には、温度および湿度を検知するセンサ２４が配設されている。
【００２０】
制御室４０内には、前記育成室２０内へ循環させる空気を加熱するヒータ４１と、冷却する冷凍機４２、それに空気を循環させるための送風機４３が配設されている。ここでヒータ４１は、一般の電熱ヒータから成る。また、冷凍機４２は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器等を具備して成る。
【００２１】
ヒータ４１および冷凍機４２は、何れも電気的に出力操作量を適宜調整できるものであり、後述する制御手段５０によって、それぞれの出力が制御されるように設定されている。なお、冷凍機４２に冷却液用電磁弁を設けて、該冷却液用電磁弁を制御することで、ヒータ４１の出力調整を行うように構成してもよい。
【００２２】
図１に示すように、制御室４０下側は、前記育成室２０の床板２１下方の吹出空間２０ａに連通している。また、吹出空間２０ａには、加湿器４４が配設されている。この加湿器４４は、前記ヒータ４１や冷凍機４２と共に、制御手段５０によって制御されるように設定されている。
【００２３】
制御手段５０は、前記ヒータ４１や冷凍機４２を含む各機器を集中管理するものであり、インターフェース，ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等から構成されたマイクロコンピュータから成る。図２に示すように、特に制御手段５０は、温度制御部５１と、湿度制御部５２、それに切換制御部５３を有している。
【００２４】
温度制御部５１は、育成室２０内の測定温度と予め設定した目標温度とに基づき、測定温度を目標温度に近づけるように、前記ヒータ４１と冷凍機４２の出力を制御するものである。詳しく言えば、図４に示すように、温度制御部５１の比較回路５１ａにより、前記測定温度ＰＶと目標温度ＳＰとの偏差の値Ｅが算出され、この値Ｅに基づいて、ＰＩＤ演算部５１ｂより、ＰＩＤ演算処理により出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が算出されるように設定されている。
【００２５】
ここで出力内部演算値（ＭＶＴＣ）とは、測定温度ＰＶと目標温度ＳＰとの偏差の値Ｅに対してＰＩＤ演算をしている出力％値である。また、前記ＰＩＤ演算部５１ｂには、加熱用、冷却用の制御定数（比例帯、積分・微分時間等）が設けられており、これらの制御定数は、自動的に切り換わるように設定されている。
【００２６】
詳しくはＰＩＤ演算部５１ｂでは、出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０以上の場合は加熱用の制御定数が選択され、出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０未満の場合は冷却用の制御定数が選択されるように設定されている。かかる出力内部演算値（ＭＶＴＣ）は、後述する切換制御部５３を経て、加熱または冷却出力として算出される。
【００２７】
湿度制御部５２は、育成室２０内の測定湿度と予め設定した目標湿度とに基づき、測定湿度を目標湿度に近づけるように、前記ヒータ４１と冷凍機４２の出力、および加湿器４４の出力を制御するものである。かかる湿度制御部５２でも、前記温度制御部５１と同様のＰＩＤ演算処理により加湿または除湿出力が算出され、前記各機器４１，４２，４４の出力が調整されるように設定されている。
【００２８】
具体的には、湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０以上の場合は加湿用の制御定数が選択され、出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０未満の場合は除湿用の制御定数が選択されるように設定されている。すなわち、出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０以上の場合は、湿度制御部５２から加湿信号が出力され、５０未満の場合は、湿度制御部５２から除湿信号が出力される。
【００２９】
切換制御部５３は、ヒータ４１の出力が冷凍機４２の出力を上回る加熱時に除湿する場合、具体的には、図３に示す図表の中で、出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０以上で出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０未満の場合に、冷凍機４２の出力を制御して除湿を行うように、一対のスイッチＡ，Ｂの接点を切り換えるものである。
【００３０】
また、切換制御部５３は、冷凍機４２の出力がヒータ４１の出力を上回る冷却時に除湿する場合、具体的には、図３に示す図表の中で、出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０未満で出力内部演算値（ＭＶＨＣ）も５０未満の場合に、ヒータ４１の出力を制御して除湿を行うように、一対のスイッチＡ，Ｂの接点を切り換えるものである。
【００３１】
次に作用を説明する。
図１において、前記育成室２０内へ循環させる空気は、制御室４０にあるヒータ４１で加熱され、また冷凍機４２で冷却されて、所望の温度に調整されてから、育成室２０下方の吹出空間２０ａへ送られる。この温度調整済みの空気は、吹出空間２０ａ内で、必要に応じて加湿器４４で加湿されてから、育成室２０の床板２１にある多数の吹出孔を通って育成室２０内へ吹き出される。
【００３２】
前記ヒータ４１、冷凍機４２、それに加湿器４４等の稼働は、図２に示す制御手段５０で制御されており、育成室２０内は所望の温度および湿度に保たれる。温度調整に関しては、図４に示す温度制御部５１の比較回路５１ａにより、育成室２０の測定温度ＰＶと目標温度ＳＰとの偏差の値Ｅが算出され、この値Ｅに基づいて、ＰＩＤ演算部５１ｂより、ＰＩＤ演算処理により出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が算出される。
【００３３】
湿度調整に関しても、図示省略したが前記温度調整の場合と同様に、湿度制御部５２によって、育成室２０の測定湿度と目標湿度との偏差の値が算出され、この値に基づいてＰＩＤ演算処理により、湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が算出される。
【００３４】
温度に関する出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０以上の場合は加熱が必要となり、５０未満の場合は冷却が必要となる。また、湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０以上の場合は加湿が必要となり、５０未満の場合は除湿が必要となる。これら出力内部演算値（ＭＶＴＣ，ＭＶＨＣ）は切換制御部５３により判断され、該切換制御部５３による一対のスイッチＡ，Ｂの接点を切り換え操作により、温度および湿度の具体的な制御は、以下のように行われる。
【００３５】
先ず、図３の図表において、湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０以上の場合、湿度制御部５２から出力される加湿信号に基づき、前記出力内部演算値（ＭＶＨＣ）に応じて加湿器４４が稼働される。そして、湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０以上の場合では、温度に関する出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０以上、５０未満に拘わらず、一対のスイッチＡ，Ｂの接点はそれぞれ温度制御部５１側につながる。
【００３６】
それにより、温度制御部５１によって、前記出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が算出されると、その値に応じて、加熱が必要な場合はヒータ４１、冷却が必要な場合は冷凍機４２の出力操作量がそれぞれ適宜制御されて、所望の温度に調整・維持される。
【００３７】
次に、図３の図表において、温度に関する出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０以上で、かつ湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）が５０未満の場合、すなわち、加熱時に除湿を行う場合には、切換制御部５３は、ヒータ４１側のスイッチＢの接点を温度制御部５１側につなげる一方、冷凍機４２側のスイッチＡの接点を湿度制御部５２側につなげる。
【００３８】
それにより、湿度制御部５２が冷凍機４２の出力を制御することで除湿が行われる。すなわち、湿度制御部５２で算出された出力内部演算値（ＭＶＨＣ）に基づく除湿操作量に応じて、冷凍機４２が一時的に稼働され、循環空気中の湿気が凝縮して水滴となり除湿される。
【００３９】
このように、ヒータ４１の稼働による加熱中に、除湿のために従来の如くヒータ出力量を更に増大させることはなく、最初から冷凍機４２を稼働させるから、加熱と冷却が拮抗して加熱過多になることがない。従って、制御温度が大きく高温側に乱れることはなく、また、除湿時における温度制御のための加熱に要す稼働エネルギーを極力抑えることができる。
【００４０】
また、図３の図表において、温度に関する出力内部演算値（ＭＶＴＣ）が５０未満で、かつ湿度に関する出力内部演算値（ＭＶＨＣ）も５０未満の場合、すなわち、冷却時に除湿を行う場合には、切換制御部５３は、ヒータ４１側のスイッチＢの接点を湿度制御部５２側につなげる一方、冷凍機４２側のスイッチＡの接点を温度制御部５１側につなげる。
【００４１】
それにより、湿度制御部５２がヒータ４１の出力を制御することで除湿が行われる。すなわち、湿度制御部５２で算出された出力内部演算値（ＭＶＨＣ）に基づく除湿操作量に応じて、ヒータ４１を一時的に稼働させると、温度を所定温度に保つべく結果として冷凍機４２の冷却負荷が増大し、その冷却減湿作用により除湿される。
【００４２】
このように、冷凍機４２の稼働による冷却中に、除湿のために従来の如くそのまま単に冷却出力量を増大させるのではなく、先ず最初にヒータ４１を稼働させて、その操作量を相殺する程度に冷凍機４２の出力を増大させる。そのため、温度冷却と除湿のための冷却が累積されることがなく、過冷却を防ぐことができる。従って、制御温度が大きく低温側に乱れることはなく、また、除湿時における温度制御のため前記冷却に要す稼働エネルギーを極力抑えることができる。
【００４３】
なお、本発明に係る植物育成装置は、前述した実施の形態に係る具体的構成に限定されるものではない。例えば、温度調整における加熱時とは、ヒータのみが稼働している状況に限らず、ヒータの出力が冷凍機の出力を上回る状態であればよく、一方、温度調整における冷却時とは、冷凍機のみが稼働している状況に限らず、冷凍機の出力がヒータの出力を上回る状態であればよい。
【００４４】
また、温度および湿度の制御は、それぞれに関する出力内部演算値が５０となり、図５に示す如く不感帯が０となる場合を例にして説明したが、その他、図６に示す如く不感帯が０より大きくなる場合や、あるいは図７に示す如く不感帯が０未満となる場合の制御も可能なように設定してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る植物育成装置によれば、温度調整における加熱時に除湿する場合は、冷凍機の出力を制御して除湿するから、従来の如くヒータ出力量を更に増大させることはなく、加熱過多を防ぐことができる。一方、温度調整における冷却時に除湿する場合は、ヒータの出力を制御して除湿するから、従来の如く温度冷却と除湿冷却とが累積されることがなく、過冷却を防ぐことができる。以上により、制御温度が大きく乱れることがなくなり、植物育成に関する正確な実験データを収集することができ、また、除湿時における温度制御のために要す稼働エネルギーを抑えることで、コスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置を構成する制御装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置を構成する制御手段による温度および湿度の制御態様を説明する図表である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置を構成する制御手段による温度制御の詳細を説明するブロック線図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置を構成する制御手段による温度、湿度の制御において、不感帯＝０の場合の出力内部演算値の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置を構成する制御手段による温度、湿度の制御において、不感帯＞０の場合の出力内部演算値の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置を構成する制御手段による温度、湿度の制御において、不感帯＜０の場合の出力内部演算値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…植物育成装置
１０ａ…機本体
２０…育成室
２０ａ…吹出空間
２１…床板
２３…吸込口
３０…人工光源
４０…制御室
４１…ヒータ
４２…冷凍機
４３…送風機
４４…加湿器
５０…制御手段
５１…温度制御部
５１ａ…比較回路
５１ｂ…ＰＩＤ演算部
５２…湿度制御部
５３…切換制御部

Claims

植物を収納する育成室を備え、該育成室内に温度および湿度が調整された空気を循環させて、環境要因を人為的に制御可能な植物育成装置において、
前記育成室内へ循環させる空気を加熱するヒータと、冷却する冷凍機と、前記ヒータおよび冷凍機のそれぞれの出力を制御する制御手段とを有して成り、
前記制御手段は、
育成室内の測定温度と予め設定した目標温度とに基づき、測定温度を目標温度に近づけるように、前記ヒータと冷凍機の出力を制御する温度制御部と、
育成室内の測定湿度と予め設定した目標湿度とに基づき、測定湿度を目標湿度に近づけるように、前記ヒータと冷凍機の出力、および別途設けてある加湿器の出力を制御する湿度制御部とを有し、
前記湿度制御部により加湿制御する場合、前記温度制御部によりヒータと冷凍機のそれぞれの出力が制御される一方、
前記湿度制御部により除湿制御する場合、ヒータの出力が冷凍機の出力を上回る加熱時には、前記温度制御部によりヒータの出力が、前記湿度制御部により冷凍機の出力がそれぞれ制御され、冷凍機の出力がヒータの出力を上回る冷却時には、前記温度制御部により冷凍機の出力が、前記湿度制御部によりヒータの出力がそれぞれ制御されるように設定したことを特徴とする植物育成装置。