JP6065040B2

JP6065040B2 - 栽培室用空調システム

Info

Publication number: JP6065040B2
Application number: JP2015049832A
Authority: JP
Inventors: 稲田　良造; 良造稲田; 伊能　利郎; 利郎伊能
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2035-03-12
Also published as: JP2016168005A

Description

本発明は、植物の栽培室内の空調を行う栽培室用空調システムに関する。

植物工場では、一般に、照明装置と空調機とを用いて、栽培室内に人工的に昼（明期）及び夜（暗期）の環境を作り出している。（例えば、下記特許文献１を参照）。栽培室内の室温は、明期と暗期とでは異なる温度に制御される。例えば、明期では室温が２３℃〜２５℃に制御され、暗期では室温が１５℃〜１８℃に制御される。

特開２００８−２１２０７８号公報

暗期においては、照明装置が発生する熱が少ないので、空調システムの熱負荷が小さく、圧縮機が停止している期間が長く、空調システムの除湿能力が小さい。このため、栽培室内では、明期から暗期への切替後に、室温の低下に伴い、相対湿度が上昇する。栽培室内の相対湿度が高すぎると、結露やカビが発生する可能性が高くなるので、植物の生育のためには好ましくない。

本発明は、明期から暗期への切替後における相対湿度の上昇を抑えることを目的とする。

本発明に係る第１の栽培室用空調システムは、照明装置（3）が照射する光によって明期と暗期とが交互に繰り返される、植物の栽培室（1）内の空調を行う栽培室用空調システムであって、冷凍サイクルを行う冷媒回路を有し、上記栽培室（1）内の室温を上記明期用の第１温度又は上記第１温度より低い上記暗期用の第２温度に制御する空調機（30）と、上記空調機（30）の設定温度を制御する制御部（51）とを有する。上記制御部（51）は、上記空調機（30）の設定温度を上記第１温度に設定し、上記明期から上記暗期への切替の所定時間前に、上記空調機（30）の設定温度を上記第２温度に変更する。

これによると、制御部（51）は、空調機（30）の設定温度を第１温度に設定し、明期から暗期への切替の所定時間前に、空調機（30）の設定温度を第２温度に変更する。照明装置（3）が熱を発する明期において、設定温度が第１温度より低い第２温度に変更されるので、空調機（30）の除湿能力が高くなり、栽培室（1）内の絶対湿度が低下する。このため、暗期における相対湿度を抑えることができる。

本発明に係る第２の栽培室用空調システムでは、第１の栽培室用空調システムにおいて、上記制御部（51）は、上記暗期から上記明期への切替後、上記空調機（30）の設定温度を上記第１温度まで時間の経過に従って高くする。

これによると、制御部（51）は、暗期から明期への切替後、空調機（30）の設定温度を第１温度まで時間の経過に従って高くする。設定温度が高くなると空調機（30）の圧縮機が停止するが、圧縮機が停止している期間が短いので、絶対湿度の最大値を抑えることができる。

本発明によれば、明期から暗期への切替後における相対湿度の上昇を抑えることができる。したがって、栽培室内において植物の生育に適切な環境を保つことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る栽培室用空調システムの構成例を示す図である。図２は、従来の空調システムにおける、明期から暗期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。図３は、図１の空調システムにおける、明期から暗期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。図４は、従来の空調システムにおける、暗期から明期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。図５は、図１の空調システムにおける、暗期から明期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、同一の又は類似の構成要素である。

図１は、本発明の実施形態に係る栽培室用空調システムの構成例を示す図である。図１の栽培室用空調システム（10）（以下、単に空調システム（10）という）は、植物工場等の栽培室（1）内の空調を行う。本実施形態では、栽培室（1）には、植物の栽培棚（2）が複数設置され、各栽培棚（2）の上方に照明装置（3）が設けられている。

図１の空調システム（10）は、室内吸込口（11）と、室内吹出口（12）と、空調機（30）と、チャンバ（41）と、ダンパ（調節機構）（43）と、温度センサ（50）と、制御部（51）とを有する。

照明装置（3）は、栽培棚（2）の植物（8）に光を照射する。制御部（51）は、照明装置（3）の点灯及び消灯を制御する。栽培室（1）では、照明装置（3）が照射する光によって、人工的に昼（明期）と夜（暗期）とが交互に繰り返される。明期及び暗期は、栽培棚（2）の植物（8）に応じた生育環境となるように調節される。本実施形態では、一例として、栽培室（1）内の植物（8）の生育温度が、明期では２３℃であり、暗期では１８℃である場合について説明する。

室内吸込口（11）、室内吹出口（12）、空調機（30）、チャンバ（41）、及びダンパ（43）は、ダクト（13,14,16,18）によって接続されている。室内吸込口（11）は、栽培室（1）の天井に設置され、栽培室（1）内に開口して栽培室（1）内の空気を空調システム（10）に取り込む。一方、室内吹出口（12）は、栽培室（1）の左右の側壁に設置され、栽培室（1）内に開口して空調システム（10）の調和空気を栽培室（1）内に吹き出す。本実施形態では、室内吸込口（11）は、栽培室（1）の中央に１つ設けられ、室内吹出口（12）は、栽培室（1）の左右の側壁にそれぞれ９つずつ設けられている。具体的には、左右の側壁において、上下方向に等間隔に並ぶ３つの室内吹出口（12）の列が、水平方向に３つ等間隔に配置されている。

一方の壁に形成された９つの室内吹出口（12）は、対向する壁の９つの室内吹出口（12）にそれぞれ対応しており、それぞれが、対応する室内吹出口（12）に栽培棚（2）を挟んで対向するように配置されている。各栽培棚（2）は、左右方向に長く形成されている。このため、各吹出口（12）からは、栽培棚（2）に向かって、栽培棚（2）の長手方向に調和空気が吹き出される。

空調機（30）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（図示省略）を有し、室内熱交換器（31）において室内空気と冷媒との間で熱交換させることによって室内空気の温度を調節する。空調機（30）は、室外機と室内機とを有し、室外機と室内機とに跨るように冷媒回路が形成されている。なお、図１では、室外機の図示を省略し、室内熱交換器（31）と室内ファン（32）とが収容された室内機のみを図示している。空調機（30）の室内機は、栽培室（1）の天井裏の左右に１つずつ設置されている。左側の空調機（30）の室内機の吸込口は、ダクト（13）を介して室内吸込口（11）に接続されている。右側の空調機（30）の室内機の吸込口は、ダクト（14）を介して室内吸込口（11）に接続されている。

空調システム（10）は、各室内吹出口（12）に対応して、チャンバ（41）と、ダンパ（43）とを有している。各チャンバ（41）は、箱状に形成され、対応する室内吹出口（12）を介して内部空間が栽培室（1）内に連通するように、対応する室内吹出口（12）に取り付けられている。左側のチャンバ（41）には、左側の空調機（30）の室内機の吹出口に接続されたダクト（16）が接続されている。右側のチャンバ（41）には、空調機（30）の室内機の吹出口に接続されたダクト（18）が接続されている。

ダンパ（43）は、例えば手動によって角度を変更できる可動板を有している。ダンパ（43）は、チャンバ（41）のダクト（16又は18）との接続部に設けられ、角度を変更することにより、空調機（30）からチャンバ（41）内への空気の流入量を調節する。このようなダンパ（43）の開度を適宜調節することにより、室内吹出口（12）から栽培室（1）に吹き出される調和空気の量が調節される。

本実施形態では、３つの温度センサ（50）が、栽培室（1）の室内吸込口（11）の下方に設けられている。これらの温度センサ（50）は、上下方向に等間隔に配置されている。各温度センサ（50）は、その位置における空気温度を検出し、検出した温度を示す信号を制御部（51）に送信する。

−運転動作−
図２は、従来の空調システムにおける、明期から暗期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。明期においては、照明装置が熱を発生しており、栽培室（1）内の室温を明期用の温度（MP）（例えば２３℃）に保つために、空調システムの圧縮機は断続的な動作（CB）をする。

暗期になると、空調システムの設定温度が暗期用の温度（MD）（例えば１８℃）に変更される。暗期用の温度（MD）は、明期用の温度（MP）より低い。圧縮機は連続動作（CA）を行い、栽培室（1）内の室温が低下する。暗期においては、照明装置が発生する熱が少ないので、空調システムの熱負荷が小さく、圧縮機が停止している期間が長く、空調システムの除湿能力が小さい。このため、栽培室（1）内では、室温の低下に伴い、相対湿度が上昇してしまう。相対湿度が高すぎると、植物の生育に悪影響を与えることがある。

図３は、図１の空調システム（10）における、明期から暗期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。明期において、制御部（51）は、空調機（30）の設定温度を明期用の温度（MP）に設定する。空調機（30）の圧縮機は断続的な動作（CB）をする。制御部（51）は、明期から暗期への切替を時刻（TPD）において行うが、その所定時間前（例えば１時間前）の時刻（TL）において、空調機（30）の設定温度を暗期用の温度（MD）に変更する。すると、空調機（30）の圧縮機は、室温を下げるために連続動作（CA）を開始する。

時刻（TL）から時刻（TPD）の間は明期であるので、照明装置（3）が熱を発生しており、空調機（30）の熱負荷は、図２の場合の時刻（TPD）の直後における熱負荷より大きい。このため、図３の時刻（TL）から時刻（TPD）の間では、空調機（30）の冷媒の蒸発温度が比較的低くなり、空調機（30）の除湿能力が高くなる。したがって、十分に除湿が行われ、栽培室（1）内の絶対湿度が低下する。

時刻（TPD）において、制御部（51）は、照明装置（3）を消灯し、暗期が開始する。暗期においては、照明装置が熱をあまり発生しないので、空調システムの熱負荷が小さく、除湿能力が小さい。このため、時刻（TPD）以降では、室温の低下とともに相対湿度が上昇する。しかし、時刻（TPD）までに絶対湿度が低下しているので、図２の場合に比べて、暗期における相対湿度を抑えることができる。室温が設定温度に達すると、空調機（30）の圧縮機は断続的な動作（CB）をするようになる。

図４は、従来の空調システムにおける、暗期から明期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。暗期においては、栽培室（1）内の室温を暗期用の温度（MD）に保つために、空調システムの圧縮機は断続的な動作（CB）をする。明期になると、空調システムの設定温度が明期用の温度（MP）に変更される。室温を上昇させる必要があるので、圧縮機は停止（CC）し、栽培室（1）内の室温が上昇する。明期においては植物から蒸散が行われるが、圧縮機が停止する期間においては除湿が行われず、絶対湿度が上昇してしまう。

図５は、図１の空調システム（10）における、暗期から明期に切り替わる際の制御の例について示すグラフである。暗期において、制御部（51）は、空調機（30）の設定温度を暗期用の温度（MD）に設定する。空調機（30）の圧縮機は断続的な動作（CB）をする。制御部（51）は、暗期から明期への切替を時刻（TDP）において行うが、空調機（30）の設定温度を、明期用の温度（MP）まで時間の経過に従って高くする。つまり、制御部（51）は、空調機（30）の設定温度を、時刻（TDP）において明期用の温度（MP）に変更するのではなく、時刻（TDP）以降において明期用の温度（MP）に達するまで少しずつ高くする。

図５を参照して具体的な例について説明する。時刻（TDP）において、制御部（51）は、例えば、明期用の温度（MP）と暗期用の温度（MD）との差の１／３だけ、空調機（30）の設定温度を高くする。すると、室温を上昇させる必要があるので、圧縮機は停止（CC）し、栽培室（1）内の室温が上昇する。圧縮機が停止するので除湿が行われず、絶対湿度が上昇する。

室温が設定温度に達すると、圧縮機は連続動作（CA）を始め、室温が少し低下する。このとき、明期であるので照明装置（3）が熱を発生しており、空調機（30）の熱負荷は比較的大きい。このため、空調機（30）の除湿能力は比較的高く、栽培室（1）内の絶対湿度が低下する。

時刻（TP1）において、制御部（51）は、例えば、明期用の温度（MP）と暗期用の温度（MD）との差の１／３だけ、空調機（30）の設定温度を更に高くする。すると、室温を上昇させる必要があるので、圧縮機は停止（CC）し、栽培室（1）内の室温が上昇する。除湿が行われないので、絶対湿度が上昇する。室温が設定温度に達すると、圧縮機は連続動作（CA）を始め、室温が少し低下する。このときも同様に、栽培室（1）内の絶対湿度が低下する。

時刻（TP2）において、制御部（51）は、空調機（30）の設定温度を明期用の温度（MP）に上げる。すると、室温を上昇させる必要があるので、圧縮機は停止（CC）し、栽培室（1）内の室温が上昇する。除湿が行われないので、絶対湿度が上昇する。室温が設定温度に達すると、圧縮機は連続動作（CA）を始める。このときも同様に、栽培室（1）内の絶対湿度が低下する。

時刻（TP3）以降において、圧縮機は断続的な動作（CB）をし、栽培室（1）内の室温がほぼ一定に保たれる。

ここでは、暗期から明期になるときに、空調機（30）の設定温度を、明期用の温度（MP）に達するまで３回上昇させたが、設定温度を２回又はより多くの回数上昇させて明期用の温度（MP）に達するようにしてもよい。例えば、空調機（30）の設定温度を、暗期用の温度（MD）である１８℃から、１９℃、２０℃、２１℃、２２℃、及び明期用の温度（MP）である２３℃に順に変更してもよい。また、設定温度の上昇のステップは、毎回同じでなくてもよい。

以上の実施形態では、制御部（51）が照明装置（3）を制御する場合について説明したが、他の制御装置が照明装置（3）を制御してもよい。この場合、制御部（51）は、照明装置（3）を制御する制御装置から、明期と暗期との間の切換の時刻、又はそのような切換を示す信号を受信する。

− 効果 −
図３に示されているように、図１の空調システム（10）は、明期において空調機（30）の設定温度を明期用の温度に設定しておき、明期から暗期への切替の所定時間前に、空調機（30）の設定温度を暗期用の温度に変更する。熱負荷が大きい明期において、空調機（30）の設定温度を、明期用の温度より低い暗期用の温度に変更するので、空調機（30）の除湿能力が高くなり、栽培室（1）内の絶対湿度を低下させることができる。このため、室温が低下する暗期において、相対湿度の上昇を抑えることができる。

図５に示されているように、図１の空調システム（10）は、暗期から明期への切替後、空調機（30）の設定温度を、明期用の温度（MP）まで時間の経過に従って高くする。設定温度を高くした直後には、空調機（30）の圧縮機が停止するので、空調機（30）の熱交換器に結露した水が栽培室（1）の空気に戻る。また、このとき明期であるので、植物から蒸散が行われる。圧縮機が停止しているので除湿が行われず、栽培室（1）の絶対湿度が上昇する。しかし、設定温度を少しずつ上昇させるので、圧縮機が停止している期間が短く、かつ、室温が設定温度に達する度に圧縮機が動作して除湿が行われるので、絶対湿度の最大値を抑えることができる。

以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、栽培室用空調システム等について有用である。

1 栽培室
3 照明装置
10 栽培室用空調システム
30 空調機
51 制御部

Claims

照明装置（3）が照射する光によって明期と暗期とが交互に繰り返される、植物の栽培室（1）内の空調を行う栽培室用空調システムであって、
冷凍サイクルを行う冷媒回路を有し、上記栽培室（1）内の室温を上記明期用の第１温度又は上記第１温度より低い上記暗期用の第２温度に制御する空調機（30）と、
上記空調機（30）の設定温度を制御する制御部（51）とを備え、
上記制御部（51）は、上記空調機（30）の設定温度を上記第１温度に設定し、上記明期から上記暗期への切替の所定時間前に、上記空調機（30）の設定温度を上記第２温度に変更する
ことを特徴とする栽培室用空調システム。
請求項１において、
上記制御部（51）は、上記暗期から上記明期への切替後、上記空調機（30）の設定温度を上記第１温度まで時間の経過に従って高くする
ことを特徴とする栽培室用空調システム。