JP6746069B2 - Plant cultivation facility - Google Patents
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Description
本発明は、植物栽培施設に係り、特に、植物の生育環境を配慮して植物を栽培するために用いられる湿度調整機構を備えた植物栽培施設に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plant cultivation facility, and more particularly to a plant cultivation facility provided with a humidity adjusting mechanism used for cultivating a plant in consideration of the growth environment of the plant.
従来、安全な食材の周年供給を目的として、植物工場において植物栽培が行われている。
このような植物工場では、内部環境をコントロールした閉鎖的又は半閉鎖的な空間内で植物を栽培できるため、植物を安全かつ計画的に生産することができる。
また、このような植物工場では、一般に溶液栽培を利用し、人工光又は自然光を光源として植物を生育させており、空間内の温度、湿度、及び二酸化炭素濃度等を制御することで野菜や果物の生産性を向上させている。
これら各パラメータを適正に制御することは従来からの課題であり、これらの中でも、葉からの蒸散量を適正化するためには、湿度を制御することが必要である。
一般的には、植物工場においては、空調装置を使用して栽培環境を制御しているが、このような空調装置での制御では、温度・湿度共に適切に制御できていない場合がある。
つまり、植物工場の内部環境では比較的高温になり易く、そうすると植物の気孔からの水分蒸散が盛んになって、植物が乾燥状態となり水ストレスを引き起こしてしまう。その結果、植物内の水分を逃さないように気孔が閉じてしまい、二酸化炭素の吸収効率の低下、光合成量の低下へとつながり、野菜の生産性が阻害されてしまう。そのため、植物工場では、常に空調装置を利用して室内の温度を一定に保っている。
しかしながら、空調装置が稼働すると、今度は湿度が低下してしまい(つまり、除湿されてしまい)、この湿度の低下に伴って植物の光合成が阻害される問題が発生し、生産量低下につながっていた。
このように、空調装置での制御では、温度・湿度共に適切に制御できていない場合があり、このような状況下、温度とともに湿度を適正に制御するためのシステムの構築が必要である。
Conventionally, plant cultivation has been carried out in a plant factory for the purpose of supplying safe food throughout the year.
In such a plant factory, plants can be cultivated in a closed or semi-closed space in which the internal environment is controlled, so that the plants can be produced safely and systematically.
Further, in such a plant factory, generally, solution cultivation is used to grow plants using artificial light or natural light as a light source, and vegetables and fruits are controlled by controlling the temperature, humidity, and carbon dioxide concentration in the space. Is improving productivity.
Proper control of each of these parameters has been a conventional problem, and among these, it is necessary to control the humidity in order to optimize the amount of transpiration from the leaves.
Generally, in a plant factory, the cultivation environment is controlled by using an air conditioner, but in such a control by an air conditioner, both temperature and humidity may not be properly controlled.
In other words, the internal environment of the plant factory is likely to have a relatively high temperature, which causes the water evaporation from the stomata of the plant to become active, causing the plant to be in a dry state and causing water stress. As a result, the pores are closed so as not to let the water in the plant escape, leading to a decrease in carbon dioxide absorption efficiency and a decrease in the amount of photosynthesis, which hinders the productivity of vegetables. Therefore, in the plant factory, the air conditioner is always used to keep the indoor temperature constant.
However, when the air conditioner operates, the humidity will decrease this time (that is, it will be dehumidified), and with this decrease in humidity, there will be a problem that photosynthesis of plants will be hindered, leading to a decrease in production. It was
As described above, in the control by the air conditioner, the temperature and the humidity may not be properly controlled in some cases, and under such circumstances, it is necessary to construct a system for appropriately controlling the temperature and the humidity.
例えば、特許文献1には、温室(植物工場)用の空気調和装置が開示されている。
特許文献1の温室(植物工場)では、外気調整室に備えられた除湿ロータとその下流に備えられた熱交換器及び加湿器により、温湿度が制御できるように構成されている。
除湿ロータには、吸湿剤(高分子吸着材により構成される)が内包されており、温室(植物工場)から外気調整室に戻ってきた空気は、除湿ローラと加湿器により所定の湿度に調整されるとともに、熱交換器により所定の温度に調整された後、温室(植物工場)へと供給される。
このように、特許文献1の技術によれば、外気調整室により温湿度調整された空気が、温室(植物工場)へと連続的に供給されることとなる。
For example,
The greenhouse (plant factory) of
The dehumidifying rotor contains a hygroscopic agent (composed of polymer adsorbent), and the air returned from the greenhouse (plant factory) to the outside air conditioning room is adjusted to a specified humidity by the dehumidifying roller and humidifier. At the same time, it is adjusted to a predetermined temperature by a heat exchanger and then supplied to a greenhouse (plant factory).
Thus, according to the technique of
ところで、湿度調整(特に、除湿)を行う方法としては、大別して「冷却式除湿方法」と「デシカント式除湿方法」とが存在する。
「冷却式除湿方法」とは、空気を冷却することにより水分を凝出させて取り除く方法であり、高湿度の空気を露点以下まで過冷却して結露させることにより除湿を行い、低湿度空気を所定温度に再加熱して供給する方法となる。
また、「デシカント式除湿方法」とは、水分を吸着するデシカント(乾燥剤)素子で水分を取り除く方法である。
しかし、「冷却式除湿方法」では、過冷却と再加熱を行うためのエネルギーロスが大きいという問題があった。つまり、植物工場のような設備に使用するには、エネルギーロスが大きく、コストが増大するという問題がある。
この点、特許文献1の技術では、「デシカント式除湿方法」が採用されており、エネルギーロスを少なくしてエネルギー効率を向上させる工夫がなされている。
しかしながら、特許文献1の技術では、デシカント素子である高分子吸着体に水分を吸着した低湿度空気に対して、加湿器により加湿して所定湿度の空気を温室(植物工場)へと送ることになる。
このため、確かに、「冷却式除湿方法」を採用した場合より、エネルギー効率は良好ではあるが、更なるエネルギー効率の改善が望まれていた。
また、特許文献1の技術では、デシカント素子である高分子吸収体で除湿した空気に対し、加湿器による加湿を行うことにより、適正な湿度に調整することとなるため、加湿器を運転するためのエネルギーが必要であり、コストが増大するという問題がある。
更に、特許文献1のような方法では、デシカント素子である高分子吸着体を再生するためにヒータ等の熱源が必要であり、コストが増大するという問題も生じている。
更に、エコロジーの観点からも、植物工場で発生するエネルギーを有効利用することが求められており、このような要請を現実化する必要が生じている。
以上のような状況から、エネルギー効率を向上させて運転コストを低減させるとともに、環境に優しいシステムを構築し、植物の生産性向上につながる環境を提供することができる植物栽培施設が望まれていた。
By the way, as a method of performing humidity adjustment (particularly, dehumidification), there are roughly classified a "cooling type dehumidifying method" and a "desiccant type dehumidifying method".
"Cooling-type dehumidification method" is a method of coagulating and removing water by cooling the air, and dehumidifying by decooling high-humidity air by supercooling it to below the dew point to remove low-humidity air. It is a method of reheating to a predetermined temperature and supplying.
The “desiccant dehumidification method” is a method of removing water by a desiccant (desiccant) element that adsorbs water.
However, the "cooling-type dehumidification method" has a problem that the energy loss for performing supercooling and reheating is large. That is, there is a problem that energy loss is large and cost is increased when used for equipment such as a plant factory.
In this respect, the technique of
However, in the technique of
Therefore, although the energy efficiency is certainly better than that in the case where the "cooling type dehumidifying method" is adopted, further improvement in energy efficiency has been desired.
Further, in the technique of
Further, in the method disclosed in
Further, from the viewpoint of ecology, it is required to effectively use the energy generated in the plant factory, and it is necessary to realize such a request.
From the above situation, there has been a demand for a plant cultivation facility that can improve the energy efficiency and reduce the operating cost, build an environment-friendly system, and provide an environment that leads to an improvement in the productivity of plants. ..
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、植物栽培において、野菜等の食材の生産性向上につながる環境を提供可能な植物栽培施設を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、植物工場のような所定空間の内部環境において空気調和の最適化を図るべく、特にエネルギー効率の良い湿度制御を実現することが可能な植物栽培施設を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plant cultivation facility capable of providing an environment that leads to improved productivity of food materials such as vegetables in plant cultivation. ..
Another object of the present invention is to provide a plant cultivation facility capable of realizing particularly energy-efficient humidity control in order to optimize air conditioning in an internal environment of a predetermined space such as a plant factory. Especially.
前記課題は、本発明の植物栽培施設によれば、筐体状の建物ユニットの内部に、植物を栽培するために用いられる栽培トレイと、該栽培トレイを載置可能な栽培棚と、前記栽培トレイの植物に対し光エネルギーを供給する照明装置と、温度を調整するための空調装置と、を備えた植物栽培施設であって、前記建物ユニットには、換気装置が備えられており、該換気装置には、水分吸着材で構成されたプレートが配置されており、前記照明装置、前記空調装置の室外機、の少なくとも一つからは、前記照明装置に配置された光源からの熱エネルギー、前記空調装置の廃熱による熱エネルギー、の少なくとも一つの熱エネルギーを取り出して伝導する熱伝導手段が備えられており、該熱伝導手段は、前記熱エネルギーを前記プレートに伝達可能に構成されており、前記光源からの熱エネルギー及び前記室外機からの熱エネルギーは、蓄熱槽を介して、前記プレートに伝達され、前記蓄熱槽には、内部に蓄熱媒体が通過する通路となるとともに、該蓄熱槽から引き出され、前記蓄熱槽に戻る循環ラインである栽培トレイ調温ラインが形成されており、前記栽培トレイは、前記栽培トレイ調温ライン上に配置されて、前記蓄熱媒体より熱エネルギーを伝達されることにより解決される。 According to the plant cultivation facility of the present invention, in the housing unit, a cultivation tray used for cultivating a plant, a cultivation shelf on which the cultivation tray can be placed, and the cultivation are provided. A plant cultivation facility comprising a lighting device for supplying light energy to plants in a tray and an air conditioner for adjusting temperature, wherein the building unit is provided with a ventilation device. The apparatus is provided with a plate made of a moisture adsorbent, and at least one of the lighting device and the outdoor unit of the air conditioner is provided with thermal energy from a light source arranged in the lighting device, There is provided heat conduction means for taking out and conducting at least one heat energy of the heat energy due to the waste heat of the air conditioner, and the heat conduction means is configured to be able to transfer the heat energy to the plate , The heat energy from the light source and the heat energy from the outdoor unit are transmitted to the plate via the heat storage tank, and the heat storage tank serves as a passage through which the heat storage medium passes, and from the heat storage tank. A cultivation tray temperature control line, which is a circulation line that is drawn out and returns to the heat storage tank, is formed, and the cultivation tray is disposed on the cultivation tray temperature control line, and heat energy is transferred from the heat storage medium. Will be solved.
このように、本発明によれば、水分吸着材(所謂、デシカント素子)により形成されたプレートを、建物ユニットの換気装置に備えるとともに、このプレートを加温可能に構成した。
水分吸着材により構成されたプレートは、低湿度時に温度を上昇させることによって水分を放出する(つまり、再生する)。その逆に、高湿度時には、水分を吸着できるため、建物ユニット内を除湿することができる。
よって、熱伝達手段により、プレートに熱の伝達及び非伝達を調整すれば、建物ユニット内の湿度をコントロールすることができる。
また、本発明では、このプレートの再生のための熱エネルギーを、照明装置に配置された熱エネルギー、空調装置の廃熱による熱エネルギーの少なくとも一方から取得することとした(双方から取得するとより好適である)。
これにより、植物工場で発生するエネルギーを有効利用することができ、運転コストを低減させることが可能となるとともに、環境にも優しい仕様とすることができる。
その結果、植物栽培において、野菜等の食材の生産性向上につながる湿度環境を、低コストで効率的に提供可能となる。
また、このように構成されていると、熱エネルギーが放出されているときに、蓄熱槽に効率良くエネルギーを貯留することができ、必要なときにこの蓄熱槽に貯留された熱エネルギーを取り出すことができるため好適である。
また、このように構成されていることにより、蓄熱槽から効率良く蓄熱媒体をプレートへと導くとともに循環させることができる。
Thus, according to the present invention, the plate formed of the moisture adsorbent (so-called desiccant element) is provided in the ventilation device of the building unit, and the plate can be heated.
The plate made of the moisture adsorbent releases the moisture (that is, regenerates) by raising the temperature when the humidity is low. On the contrary, since the moisture can be adsorbed at the time of high humidity, the inside of the building unit can be dehumidified.
Therefore, the humidity in the building unit can be controlled by adjusting the transfer and non-transfer of heat to the plate by the heat transfer means.
Further, in the present invention, the thermal energy for the regeneration of the plate is obtained from at least one of the thermal energy arranged in the lighting device and the thermal energy due to the waste heat of the air conditioner (more preferable to obtain from both). Is).
As a result, the energy generated in the plant factory can be effectively used, the operating cost can be reduced, and the environment-friendly specifications can be achieved.
As a result, in plant cultivation, it is possible to efficiently provide, at low cost, a humidity environment that improves the productivity of food materials such as vegetables.
Further, with this configuration, when the thermal energy is being released, the energy can be efficiently stored in the heat storage tank, and the thermal energy stored in the heat storage tank can be taken out when necessary. This is preferable because it can
Further, with this configuration, the heat storage medium can be efficiently guided from the heat storage tank to the plate and circulated.
また、前記課題は、本発明の植物栽培施設によれば、筐体状の建物ユニットの内部に、植物を栽培するために用いられる栽培トレイと、該栽培トレイを載置可能な栽培棚と、前記栽培トレイの植物に対し光エネルギーを供給する照明装置と、温度を調整するための空調装置と、を備えた植物栽培施設であって、前記建物ユニットには、換気装置が備えられており、該換気装置には、水分吸着材で構成されたプレートが配置されており、前記照明装置、前記空調装置の室外機、の少なくとも一つからは、前記照明装置に配置された光源からの熱エネルギー、前記空調装置の廃熱による熱エネルギー、の少なくとも一つの熱エネルギーを取り出して伝導する熱伝導手段が備えられており、該熱伝導手段は、前記熱エネルギーを前記プレートに伝達可能に構成されており、前記光源からの熱エネルギー及び前記室外機からの熱エネルギーは、蓄熱槽を介して、前記プレートに伝達され、前記照明装置と、前記蓄熱槽とは、ヒートパイプにより連結されており、前記照明装置側には、前記ヒートパイプの蒸発部が配置されるとともに、前記蓄熱槽には、前記ヒートパイプの凝縮部が挿入されており、前記蓄熱槽に貯留される蓄熱媒体は、前記凝縮部から熱を伝達されるよう構成されていることにより解決される。Further, according to the plant cultivation facility of the present invention, in the housing unit, a cultivation tray used for cultivating a plant and a cultivation shelf on which the cultivation tray can be placed are provided. A lighting device for supplying light energy to plants in the cultivation tray, and an air conditioning device for adjusting temperature, which is a plant cultivation facility, wherein the building unit is provided with a ventilation device, A plate made of a moisture adsorbent is arranged in the ventilation device, and at least one of the lighting device and the outdoor unit of the air conditioner is provided with heat energy from a light source arranged in the lighting device. And at least one of the heat energy due to the waste heat of the air conditioner, and the heat conducting means is provided for conducting the heat energy, and the heat conducting means is configured to be able to transfer the heat energy to the plate. The heat energy from the light source and the heat energy from the outdoor unit are transmitted to the plate via a heat storage tank, and the lighting device and the heat storage tank are connected by a heat pipe, The evaporator of the heat pipe is arranged on the lighting device side, and the condenser of the heat pipe is inserted in the heat storage tank, and the heat storage medium stored in the heat storage tank is the condenser. It is solved by being configured to transfer heat from the.
このように構成されていると、照明装置の光源からの熱エネルギーを蓄熱槽に効率良く貯留することができる。With this configuration, the heat energy from the light source of the lighting device can be efficiently stored in the heat storage tank.
また、前記課題は、本発明の植物栽培施設によれば、筐体状の建物ユニットの内部に、植物を栽培するために用いられる栽培トレイと、該栽培トレイを載置可能な栽培棚と、前記栽培トレイの植物に対し光エネルギーを供給する照明装置と、温度を調整するための空調装置と、を備えた植物栽培施設であって、前記建物ユニットには、換気装置が備えられており、該換気装置には、水分吸着材で構成されたプレートが配置されており、前記照明装置に配置された光源からの熱エネルギーを取り出して伝導する熱伝導手段が備えられており、該熱伝導手段は、前記熱エネルギーを前記プレートに伝達可能に構成されていることにより解決される。Further, according to the plant cultivation facility of the present invention, in the housing unit, a cultivation tray used for cultivating a plant and a cultivation shelf on which the cultivation tray can be placed are provided. A lighting device for supplying light energy to plants in the cultivation tray, and an air conditioning device for adjusting temperature, which is a plant cultivation facility, wherein the building unit is provided with a ventilation device, A plate made of a moisture adsorbent is arranged in the ventilation device, and heat conduction means for extracting and conducting heat energy from a light source arranged in the lighting device is provided. Is solved by being configured to be able to transfer the thermal energy to the plate.
また、このとき、前記光源からの熱エネルギー及び前記室外機からの熱エネルギーは、前記空調装置の稼働を契機として、前記プレートに伝達されるものであると好適である。
つまり、空調装置が稼働している際は、除湿機能が働くため、建物ユニット内は低湿度状態となる。よって、この低湿度状態となる環境において、熱エネルギーによってプレートを再生し、水分を建物ユニット内に放出することで加湿され、適正な湿度環境を創出することが可能となる。
Further, at this time, it is preferable that the heat energy from the light source and the heat energy from the outdoor unit be transmitted to the plate when the operation of the air conditioner is triggered.
That is, when the air conditioner is operating, the dehumidifying function works, so that the inside of the building unit is in a low humidity state. Therefore, in this environment of low humidity, the plate is regenerated by heat energy and moisture is discharged into the building unit to be humidified, and an appropriate humidity environment can be created.
また、このとき、前記蓄熱槽には、内部に蓄熱媒体が通過する通路となるとともに、該蓄熱槽から引き出され、前記蓄熱槽に戻る循環ラインである栽培トレイ調温ラインが形成されており、前記栽培トレイは、前記栽培トレイ調温ライン上に配置されて、前記蓄熱媒体より熱エネルギーを伝達されると好適である。
このように構成されていることにより、必要な時期に栽培トレイを加温することが可能となる。
なお、「栽培トレイを加温」とは、栽培トレイ自体を加温してもよいし、この栽培トレイを構成する植物支持用プレート等を加温してもよい。また、植物を成長させるための栄養源となる培地を加温するよう構成されていてもよい。
更に、栽培トレイの周辺空気を加温することにより、植物を温暖空気中に配置できるように構成してもよい。
また、このように、循環するにあたっては、適宜、バルブ(電磁弁等)やポンプを介在させ、循環を効率的に行うと好適であり、これらは、空調装置のオンオフや、各種センサ等の信号を受けて、制御装置が駆動制御するように構成すると更に好適である。
Also, at this time, the heat storage tank, with the heat storage medium is a passage which passes internally withdrawn from the heat storage tank, cultivation tray temperature control line is a circulation line back to the heat storage tank is formed It is preferable that the cultivation tray is arranged on the cultivation tray temperature control line and heat energy is transferred from the heat storage medium.
With such a configuration, it is possible to heat the cultivation tray at a necessary time.
The term "warming the cultivation tray" may mean that the cultivation tray itself is heated, or that the plate for supporting a plant or the like that constitutes this cultivation tray is heated. In addition, the medium that serves as a nutrient source for growing the plant may be heated.
Furthermore, the plants may be placed in warm air by heating the air around the cultivation tray.
Further, in this way, it is preferable to appropriately intervene a valve (electromagnetic valve or the like) or a pump to circulate efficiently, and to circulate the signal efficiently by turning on/off the air conditioner or various sensors. Accordingly, it is more preferable that the control device is configured to drive and control.
更に、このとき、前記蒸発部は、略正弦曲線状に湾曲して形成され、前記照明装置の前記光源に接触若しくは近接して配置されていると好適である。
このように構成されていると、照明装置の光源からの熱エネルギーを吸収するための吸収面積が増大するため、より効率良く熱エネルギーを回収することができる。
Further, this time, the evaporating portion is curved in a substantially sinusoidal shape, it is preferable to be arranged in contact with or in proximity to the light source of the illumination device.
According to this structure, the absorption area for absorbing the heat energy from the light source of the lighting device increases, so that the heat energy can be recovered more efficiently.
また、前記プレートは、メソポーラスシリカにより構成されていると好適である。
水分吸着材としては、ゼオライト、珪藻土、シリカゲル等が一般的に使用されている。
勿論、本発明においては、これらを排除するものではないが、メソポーラスシリカが最も好適に使用されるものである。
これには、メソポーラスシリカが、その特異性により低温時においても除湿能力(水分吸着能力)が高いことと、再生するにあたり、必要とされる温度が低温であることが理由として挙げられる。
つまり、メソポーラスシリカを使用することにより、植物栽培施設のような温度が高くない施設においても、高い除湿力を確保することができるとともに、再生する(加湿する)にあたり、大きな熱エネルギーを必要としない。
よって、植物栽培施設で放出される照明装置の光源からの熱エネルギーや、空調装置の廃熱からの熱エネルギーでも容易に再生することができる。
また、メソポーラスシリカは、特異性を有する吸着湿度域を設計することができるため、調整したい相対湿度に建物ユニット内を制御することが容易である。
このように、プレートをメソポーラスシリカで形成することによって、本発明をより効果的に実施することができる。
The plate is preferably made of mesoporous silica.
Zeolite, diatomaceous earth, silica gel and the like are generally used as the water adsorbent.
Of course, in the present invention, these are not excluded, but mesoporous silica is most preferably used.
This is because, due to its peculiarity, mesoporous silica has a high dehumidifying ability (moisture adsorbing ability) even at low temperatures, and the temperature required for regeneration is low.
In other words, by using mesoporous silica, it is possible to secure a high dehumidifying power even in a facility where the temperature is not high such as a plant cultivation facility, and a large amount of heat energy is not required for regeneration (humidification). ..
Therefore, the heat energy from the light source of the lighting device and the heat energy from the waste heat of the air conditioner can be easily regenerated in the plant cultivation facility.
In addition, since the mesoporous silica can design the adsorption humidity range having specificity, it is easy to control the inside of the building unit to the relative humidity to be adjusted.
Thus, the present invention can be more effectively practiced by forming the plate with mesoporous silica.
本発明に係る植物栽培施設によれば、水分吸着材で形成されたプレートを換気装置に配置し、このプレートを加温可能に構成した。
これにより、高湿度状態時には、プレートにより水分を吸着して除湿を行うことが可能となるとともに、空調装置が稼働して低湿度状態時には、プレートを加温することにより再生を行い、プレートに吸収されていた水分を放出して加湿することが可能となる。
また、このプレートを加温するための熱エネルギーは、照明装置の光源や空調装置の廃熱から得られる熱エネルギーを使用している。
よって、エネルギー効率を向上させて運転コストを低減させるとともに、環境に優しいシステムを構築し、植物の生産性向上につながる環境を提供することができる。
以上のように、本発明の植物栽培施設によれば、植物栽培において、野菜等の食材の生産性向上につながる環境を提供することができる。
また、植物工場のような所定空間の内部環境において空気調和の最適化を図るべく、特にエネルギー効率の良い湿度制御を実現することができる。
According to the plant cultivation facility of the present invention, the plate formed of the moisture adsorbent is arranged in the ventilation device, and the plate can be heated.
This makes it possible to dehumidify the plate by adsorbing water in high humidity conditions, and when the air conditioner is operating and low humidity conditions, the plate is heated to regenerate and absorb it. It becomes possible to humidify by releasing the retained water.
Further, as the heat energy for heating the plate, the heat energy obtained from the waste light of the light source of the lighting device and the air conditioner is used.
Therefore, it is possible to improve the energy efficiency and reduce the operating cost, construct an environment-friendly system, and provide an environment that leads to an improvement in plant productivity.
As described above, according to the plant cultivation facility of the present invention, in plant cultivation, it is possible to provide an environment that leads to improved productivity of food materials such as vegetables.
Further, in order to optimize air conditioning in an internal environment of a predetermined space such as a plant factory, it is possible to realize humidity control with particularly high energy efficiency.
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
本実施形態は、空調装置と照明装置とが設置された閉鎖空間からなる植物栽培施設であって、植物を保持するプレート材と、培地と、植物に光エネルギーを与えるための照明装置等を収容する栽培トレイが、箱型の建物ユニット内に複数備えられた植物栽培施設について説明するものである。
この植物栽培施設は、上記建物ユニットによって外部と遮断されており、空調装置により内部の温度環境が調整されるよう構成されている。
また、本実施形態においては、湿度調整システムが備えられており、低コストで効率良く湿度調整が行われるようになっている。
なお、植物栽培施設において利用者が当該施設の側壁面に設けられたドアから入出する方向を前後方向とし、また当該施設において前後方向と直交する幅方向を左右方向とする。
また、地表面に対して鉛直な方向を上下方向とし、上方向及び下方向は、通常生活において認識される側を各々指す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present embodiment is a plant cultivation facility consisting of a closed space in which an air conditioner and a lighting device are installed, and contains a plate material for holding plants, a culture medium, and a lighting device for giving light energy to the plants. A plant cultivation facility having a plurality of cultivation trays provided in a box-shaped building unit will be described.
This plant cultivation facility is shielded from the outside by the building unit, and is configured so that the internal temperature environment is adjusted by an air conditioner.
Further, in the present embodiment, a humidity adjusting system is provided so that the humidity can be adjusted efficiently at low cost.
In the plant cultivation facility, the direction in which the user enters and exits through the door provided on the side wall of the facility is the front-back direction, and in the facility, the width direction orthogonal to the front-back direction is the left-right direction.
Further, the direction perpendicular to the ground surface is the vertical direction, and the upward and downward directions refer to the sides recognized in normal life.
本実施形態の植物栽培施設Sは、図1に示すように、内部環境をコントロールした閉鎖的な空間内で植物を生産するためのものであり、筐体状の建物ユニットS1により外部と遮断されている。
なお、図1は、内部が図示できるよう、一部切欠き図となっている。
この建物ユニットS1は、長方形状の床S11、側壁S12,S12、前壁S13、後壁S14、天井S15、で構成された筐体状の中空箱体である。簡単に説明すると、床S11の左右の辺から側壁S12,S12が起立するとともに、前方辺からは前壁S13、後方辺からは後壁S14が起立しており、上方の開口を天井S15が閉塞するように配置された中空箱体である。なお、前壁S13には、作業員が建物ユニットS1内と外部を行き来するためのドアS13aが配置されている。
また、側壁S12の上部には、換気装置S12aが配置されている。なお、この建物ユニットS1自体の素材や窓設置等の細部構成は、公知のものが使用されていれば足りるため、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 1, the plant cultivation facility S of the present embodiment is for producing plants in a closed space in which the internal environment is controlled, and is shielded from the outside by a housing-shaped building unit S1. ing.
Note that FIG. 1 is a partially cutaway view so that the inside can be illustrated.
The building unit S1 is a housing-shaped hollow box body including a rectangular floor S11, side walls S12 and S12, a front wall S13, a rear wall S14, and a ceiling S15. Briefly, the side walls S12 and S12 stand up from the left and right sides of the floor S11, the front wall S13 stands up from the front side, and the rear wall S14 stands up from the rear side, and the ceiling S15 closes the upper opening. It is a hollow box body arranged so as to do. The front wall S13 is provided with a door S13a for allowing workers to move between the inside and outside of the building unit S1.
A ventilation device S12a is arranged above the side wall S12. It should be noted that the detailed configuration of the building unit S1 itself, such as the material and the detailed configuration such as installation of windows, need only be publicly known ones, and a detailed description thereof will be omitted.
この建物ユニットS1の内部には、天井S15の内壁面に設置される空調装置1と、複数設置される栽培棚2と、建物ユニットS1内部の湿度を調整するための湿度調整システム3と、が備えられている。
空調装置1は、図1に示すように、植物栽培施設S内の空調設備として、主として温度を調整するためのエア・コンディショナーであって、本実施形態においては、冷房機能によって施設内の温度を一定に保持するとともに、後述する湿度調整システム3の運転切替を行うためのトリガーとしても利用される。
空調装置1は、室内機11と、室外機12と、を有して構成されており、室外機12は、建物ユニットS1の外側に設置される。
Inside this building unit S1, an
As shown in FIG. 1, the
The
栽培棚2は、棚状に組まれた支持枠体21と、この支持枠体21の天面部分に配置される照明装置22と、この照明装置22の下方において支持枠体21の棚部分に支持される栽培トレイ23と、を有して構成されている。
なお、図においては、栽培トレイ23は一段分が図示されているが、勿論、これに限られることはなく、支持枠体21を多段構成として、上下方向に複数段形成された段に対して各々栽培トレイ23を配置する構成としてもよい。この場合、直上段の下方面にもまた照明装置22を配置することにより、下方段においても植物に照射される光量を確保することができる。
The
In addition, in the figure, the
支持枠体21は、上記の通り、棚状に組まれた矩形のラックである。
図においては、図面を簡略化するために、一段の構成しか図示していないが、上記の通し、多段構成とすることもできる。また、通常は、左右方向に複数個並列配置されており、多くの植物が栽培可能となっている。
The
In the figure, only one-stage configuration is shown in order to simplify the drawing, but it is also possible to adopt the above-described multi-stage configuration. Further, usually, a plurality of plants are arranged in parallel in the left-right direction, and many plants can be cultivated.
照明装置22は、後述する栽培トレイ23内の植物に光を照射するための光源であって、本実施形態においては、支持枠体21の天面部分の下面側に設置されている。
本実施形態においては、照明装置22は、照明支持体22A,22Aと、複数の光源22B(図示せず)と、を有して構成されている。本実施形態においては、光源22Bとして、蛍光灯が使用されている。
照明支持体22Aは、角柱棒状の部材であり、複数個の光源保持孔H1(図示せず)が形成されている。
The
In the present embodiment, the
The
この照明支持体22A,22Aは、支持枠体21の天面部分の長手方向両端部(図1においては、前後方向両端部)に、光源保持孔H1,H1が対向するように(照明支持体22Aの長手方向が図1の左右方向に沿うように)配置されており、光源22Bは、前後方向において対向する光源保持孔H1,H1にその両端を支持されることにより固定されている。本実施形態においては、光源保持孔H1は4個形成されており、よって、光源22Bは4本の蛍光灯である。
なお、照明支持体22A,22A間には、ヒートパイプ32の一部が支持されている。
The illumination supports 22A and 22A are arranged so that the light source holding holes H1 and H1 are opposed to both ends in the longitudinal direction (both ends in the front-rear direction in FIG. 1) of the top surface portion of the support frame 21 (illumination support). 22A is arranged so that the longitudinal direction thereof is along the left-right direction of FIG. 1, and the light source 22B is fixed by supporting both ends of the light source holding holes H1 and H1 facing each other in the front-rear direction. In this embodiment, four light source holding holes H1 are formed, and therefore the light source 22B is four fluorescent lamps.
A part of the
このヒートパイプ32は、蒸発部32Aが略正弦波形状に屈曲形成されており、当該部分が照明支持体22A,22A間に配置されているが、当該構成は、本実施形態の主要構成の一部であるため、構成等は後に詳述する。
なお、光源22Bとしては、蛍光灯のほか、公知の照明器具が使用されていてもよいが、本実施形態においては、後述する湿度調整システム3との関係上、点灯時に熱エネルギーを放出するタイプのものが好適に使用される。
In this
Note that, as the light source 22B, a publicly known lighting fixture may be used in addition to a fluorescent lamp, but in the present embodiment, a type that emits heat energy at the time of lighting, in relation to a
栽培トレイ23は、上方に開口した矩形有底筐体状の培地ケース23Aと、長方形状板体として構成される栽培プレート23Bと、を有して構成されており、上記照明装置22の直下に配置されている。
栽培プレート23Bは、培地ケース23Aの上方開口部を閉塞するように配置される。
なお、図示は省略するが、この栽培プレート23Bには、複数の植物保持孔H2が形成されており、この植物保持孔H2に植物が保持されている。つまり、この植物保持孔H2の上方に向かって植物が成長するとともに、下方に植物の根部分が突出して、培地ケース23A内に充填された培地に接触可能となるよう構成されている。
このように構成されているため、栽培プレート23Bに保持された植物は、培地からの養分及び水分を根部分から吸収するとともに、照明装置22からの光エネルギーを直上より受けて光合成を行い生育することとなる。
The cultivating
The
Although illustration is omitted, a plurality of plant holding holes H2 are formed in the
Since it is configured in this manner, the plant held on the
<湿度調整システム>
次いで、湿度調整システム3について説明する。
この湿度調整システム3は、空調装置1のオンオフを受けて運転切替され、建物ユニットS1内の湿度を調整するためのシステムである。
本実施形態に係る湿度調整システム3は、蓄熱槽31と、ヒートパイプ32と、デシカントプレート33と、配管34と、により構成されている。なお、配管34には、適宜ポンプPやバルブ7等が配置されている。
<Humidity adjustment system>
Next, the
The
The
蓄熱槽31は、直方体形状の中空容器であり、内部に蓄熱媒体K(図示せず)が貯留されるよう構成されている。蓄熱媒体Kとしては、流動性があるものであれば、どのようなものであっても好適に使用することができるが、本実施形態においては、簡易かつ低コストで導入可能な水が使用されている。
この蓄熱槽31は、長手方向が前後方向に沿うように向けられ、支持枠体21の下方に床置きされている。
The
The
ヒートパイプ32は、上記のように、略正弦波形状に屈曲形成された蒸発部32Aと、適宜屈曲形成された凝縮部32Bと、を備えた熱エネルギー輸送部材である。
蒸発部32Aは、照明支持体22A,22A間にわたされるように配置されている。
つまり、蒸発部32Aは、光源22Bに近接するように配置されるものであり、光源22Bから吸収した熱により、内部に蓄積された作動液(図示せず)が蒸発するよう構成されている。
そして、凝縮部32Bの端部(蒸発部32Aとの連続部分と反対側の端部)は、蓄熱槽31に挿入されている。
つまり、蒸発部32Aで蒸発した作動液蒸気は、凝縮部32Bへ移動して凝集して液体に戻る。このとき、蓄熱槽31に充填された蓄熱媒体Kに潜熱を伝達することによって、蓄熱媒体Kは、加熱されて熱を蓄積することができるようになる(以下、このラインを「蓄熱ラインL1」と記す)。
このように、本実施形態においては、光源22B点灯時に放出される熱エネルギーを吸収して蓄熱槽31に貯蓄することができるように構成されている。
As described above, the
The
That is, the
The end of the condensing
That is, the working liquid vapor evaporated in the
As described above, in the present embodiment, the heat energy released when the light source 22B is turned on can be absorbed and stored in the
デシカントプレート33は、水分をトラップすることができるデシカント素子(乾燥剤、吸着材)で構成されたプレートであり、略矩形状に形成されて、換気装置S12aの室内側に配置される。
このデシカントプレート33を構成するデシカント素子としては、ゼオライト、珪藻土、シリカゲル等、公知の素材が使用されていてもよいが、より好適には、メソポーラスシリカが使用されるとよい。
The
Known materials such as zeolite, diatomaceous earth, and silica gel may be used as the desiccant element forming the
図2に示すように、メソポーラスシリカとは、二酸化ケイ素(シリカ)を材質として、均一で規則的な細孔(メソ孔)を持つ物質のことである。メソポーラスシリカと同様に二酸化ケイ素を主な骨格とするゼオライトの細孔径は直径0.5〜2nmであるのに対し、メソポーラスシリカはそれよりも大きい主に2〜10nm程度の細孔径を持つ。
そのミクロ構造は、図2に示すように断面六角形状の細孔が集合した蜂の巣形状をなしており、このため、細孔容積を大きく確保することができる。また、この断面六角形状の細孔径を調整することにより、水分の脱離温度を調整することができる。
As shown in FIG. 2, mesoporous silica is a substance made of silicon dioxide (silica) and having uniform and regular pores (mesopores). Like mesoporous silica, zeolite having a main skeleton of silicon dioxide has a pore diameter of 0.5 to 2 nm, whereas mesoporous silica has a larger pore diameter of 2 to 10 nm.
The microstructure has a honeycomb shape in which pores having a hexagonal cross section are gathered as shown in FIG. 2, and therefore a large pore volume can be secured. Also, the desorption temperature of water can be adjusted by adjusting the pore size of the hexagonal cross section.
上記のように構成された蓄熱槽31と、デシカントプレート33とは、配管34により連結され、湿度調整ラインL2が形成されている。
これらの連結の一例を図3に示した。
本実施形態においては、配管34は、蓄熱槽31から引き出されて、蓄熱槽31に戻るループ配管であり、湿度調整用配管34aと、栽培トレイ用配管34bと、の2系統のループを構成している。
湿度調整用配管34aは、デシカントプレート33と接触するように、若しくは、近接するように配置されており、この湿度調整用配管34a内を通過する蓄熱媒体Kとデシカントプレート33との間で熱交換ができるように構成されている。
なお、この湿度調整用配管34aには、適宜バルブ7とポンプPが配置され、蓄熱媒体Kの循環制御を行っている。
本実施形態においては、一例として、蓄熱槽31の引出し側と、デシカントプレート33の一次側との間には、第1電磁弁71が配置されており、これを開閉することにより、湿度調整用配管34a内を蓄熱媒体Kが通過することを許可又は禁止する。
更に、デシカントプレート33の二次側と、蓄熱槽31への戻入側との間には、第1ポンプP1が配置されている。
The
An example of these connections is shown in FIG.
In the present embodiment, the
The
A
In the present embodiment, as an example, a first
Further, the first pump P1 is arranged between the secondary side of the
また、湿度調整システム3は、制御装置4により自動制御されるよう構成されており、第1電磁弁71の切り替えや第1ポンプP1の運転は、制御装置4からの指令により自動的に行われるよう構成されている。
具体的には、制御装置4は、空調装置1の運転信号及び停止信号を受信して、その信号に応じて、第1電磁弁71、第1ポンプP1を制御する。
Further, the
Specifically, the control device 4 receives the operation signal and the stop signal of the
更に、本実施形態においては、蓄熱槽31からは、栽培トレイ23に向けても蓄熱媒体Kが供給可能となっている(このラインを「栽培トレイ調温ラインL3」と記す)。
つまり、蓄熱槽31から引き出されて、最終的に蓄熱槽31に戻る栽培トレイ用配管34bが備えられており、この栽培トレイ用配管34bの途中には、栽培トレイ23が配置されている。
具体的には、栽培プレート23B若しくは培地ケース23Aに接触若しくは近接するように栽培トレイ用配管34bを配置して、蓄熱媒体Kと栽培トレイ23との間で熱交換が行われるように構成されるとよいし、栽培トレイ用配管34bからの放熱により、栽培トレイ23周辺の空気を温めることにより温度調整を行ってもよい。
なお、培地ケース23A内部に栽培トレイ用配管34bを配置し、培地と蓄熱媒体Kとの熱交換を行わせるように構成されていてもよい。
Further, in the present embodiment, the heat storage medium K can be supplied from the
That is, the
Specifically, the
The
また、栽培トレイ用配管34bにおいて、蓄熱槽31からの引出口側には、第2電磁弁72が備えられるとともに、蓄熱槽31への戻入口側には、第2ポンプP2が配置されている。
これら、第2電磁弁72及び第2ポンプP2もまた、制御装置4により制御されている。
これらの制御は、例えば、センサ群5からの信号により行われるように構成されているとよい。このセンサ群5は、例えば、培地や栽培トレイ23に設置された(若しくは、これらに近接する位置に配置された)熱電対等が含まれるとよい。
また、センサ群5には、照明装置22の近傍に設置された照度センサも含まれており、この照度センサによって、照明のオンオフも検知することができる。
Further, in the
The second
These controls may be configured to be performed by a signal from the
The
また、図示は省略するが、空調装置1の室外機12から蓄熱槽31へとラインを形成し、室外機12の廃熱もまた、蓄熱に寄与するよう構成してもよい。
このように構成すると、室外へと放散される室外機12からの廃熱もまた、有効利用することが可能となるため、省エネルギー化に貢献するとともに、環境にもより優しい仕様となる。
Although not shown, a line may be formed from the
With this configuration, waste heat from the
<湿度調整システムの使用例について>
次いで、図4により、本実施形態に係る湿度調整システム3の使用例について説明する。
この湿度調整システム3は、上記のように、蓄熱ラインL1と、湿度調整ラインL2と、を有して構成されているが、これらのラインを図4により説明する。
図4(a)で示す太線のラインが蓄熱ラインL1である。
この蓄熱ラインL1は、照明装置22と蓄熱槽31との間を連結するラインである。
蒸発部32Aでは、光源22B熱を吸収し、作動液(図示せず)の蒸発が起こるよう構成されており、凝縮部32Bまで作動液蒸気が図4(a)矢印方向へと輸送される。
この作動液蒸気は、凝縮部32Bへ移動して凝集して液体に戻り、蓄熱槽31に充填された蓄熱媒体Kに潜熱を伝達するように構成されている。
なお、凝縮した作動液は、例えば、内壁に配置されたウイックに吸収されて伝達され、蒸発部32Aに戻るように構成されている。
<Example of use of humidity control system>
Next, with reference to FIG. 4, a usage example of the
As described above, the
The thick line shown in FIG. 4A is the heat storage line L1.
The heat storage line L1 is a line that connects the
The
The working liquid vapor is configured to move to the
The condensed hydraulic fluid is, for example, absorbed and transmitted to the wick arranged on the inner wall and returned to the
このように、蓄熱ラインL1では、光源22B点灯時に放出される熱エネルギーを吸収して、蓄熱槽31に充填された蓄熱媒体Kを温め、温度の高い蓄熱媒体Kが貯留されることとなる。
この蓄熱ラインL1は、照明装置22の光源22Bが点灯している状態のときに稼働することとなるが、例えば、蓄熱ラインL1に配置された温度センサ等(センサ群5を構成する)において温度を監視し、一定温度以上に低下した場合には、他の加温機構によって加温できるように構成されていてもよい。
この他の加温機構とは、例えば、空調装置1の室外機12からの排熱等が利用されるとよい。
As described above, in the heat storage line L1, the heat energy released when the light source 22B is turned on is absorbed to warm the heat storage medium K filled in the
The heat storage line L1 is operated when the light source 22B of the
For example, exhaust heat from the
また、図4(b)の太線で示すラインが湿度調整ラインL2である。
この湿度調整ラインL2は、第1電磁弁71を開ける(黒塗りの部分が導通方向である)とともに、第1ポンプP1を稼働することにより形成されるラインであり、蓄熱槽31→第1電磁弁71→デシカントプレート33→第1ポンプP1→蓄熱槽31、というように循環するラインである。
この状態においては、蓄熱ラインL1稼働によって、蓄熱槽31には、温度の高い蓄熱媒体Kが貯留されていることから、この湿度調整ラインL2を稼働することにより、蓄熱媒体Kは、デシカントプレート33に蓄熱媒体Kからの熱エネルギーを渡すことができる。
The thick line in FIG. 4B is the humidity adjustment line L2.
The humidity adjustment line L2 is a line formed by opening the first solenoid valve 71 (the black-painted portion is in the conduction direction) and operating the first pump P1. The
In this state, the heat storage line L1 is operated to store the heat storage medium K having a high temperature in the
この湿度調整ラインL2は、空調装置1が稼働しているときに駆動される。
つまり、湿度調整ラインL2は、空調装置1の稼働信号の受信を条件として稼働されるものである。
具体的には、制御装置4は、空調装置1の稼働信号を受けると、第1電磁弁71を開けて、この第1電磁弁71の開放信号(リミットスイッチ等による信号でありセンサ群5を構成する)を受けると、第1ポンプP1を駆動する。
このようにして、空調装置1が稼働すると、デシカントプレート33は、加温されることとなる。
The humidity adjustment line L2 is driven when the
That is, the humidity adjustment line L2 is operated under the condition that the operation signal of the
Specifically, when the control device 4 receives the operation signal of the
In this way, when the
このように構成された湿度調整システム3の使用状態をまとめると以下のようになる。
空調装置1が稼働しているときには、空調装置1の除湿機能により、植物栽培施設S内の湿度が低下し、低湿度状態となる。
よって、空調装置1の稼働信号を受信すると、制御装置4は、湿度調整ラインL2を稼働する。
具体的には、制御装置4は、第1電磁弁71を開けて、この第1電磁弁71の開放信号を受けると、第1ポンプP1を駆動し、温度の高い蓄熱媒体Kをデシカントプレート33へと届ける。
そして、加温されたデシカントプレート33は、水分を効率良く放出し、よって、植物栽培施設S内の湿度を適正値に上げることができる。
The usage state of the
When the
Therefore, when the operation signal of the
Specifically, when the control device 4 opens the first
Then, the
反対に、空調装置1の稼働が停止されたら、制御装置4は、停止信号を受け、第1ポンプP1を停止し、この第1ポンプP1の停止信号を受け付けると、第1電磁弁71を閉鎖する。これにより、温度の高い蓄熱媒体Kがデシカントプレート33側へと供給されることが停止される。
また、空調装置1が稼働していないときには、植物からの水分蒸散や、空調装置1の除湿機能の停止により、植物栽培施設S内の湿度は上がり、高湿度状態となる。
このように高湿度状態となると、吸湿材料であるデシカントプレート33は、水分を吸着し、よって、植物栽培施設内の湿度を適正値に下げることができる。
On the contrary, when the operation of the
Further, when the
In such a high humidity state, the
また、図4(c)には、栽培トレイ調温ラインL3を稼働した例を示した。
稼働に対しては、例えば、センサ群5を構成する熱電対等からの信号を受けて、制御装置4からの指令により、第2電磁弁72を開放するとともに、第2ポンプP2を駆動させればよい。
これにより、栽培トレイ23付近の温度を上昇させることができる。
Moreover, the example which operated the cultivation tray temperature control line L3 was shown in FIG.4(c).
For operation, for example, by receiving a signal from a thermocouple or the like forming the
Thereby, the temperature around the
<デシカントプレートの物性について>
ここで、デシカントプレート33として使用したメソポーラスシリカの物性について説明し、本実施形態において、メソポーラスシリカがデシカントプレート33として好適に使用される理由を説明する。
まず、メソポーラスシリカの長所としては、低温時においても除湿能力(水分吸着能力)が高いことが挙げられる。
また、更に、再生するにあたり、必要とされる温度が低温であることが挙げられる。つまり、照明装置22から吸収した熱や、空調装置1の廃熱程度で蓄熱される熱エネルギーであっても再生が容易である。
<Physical properties of desiccant plate>
Here, the physical properties of the mesoporous silica used as the
First, as an advantage of mesoporous silica, it has a high dehumidifying ability (moisture adsorbing ability) even at a low temperature.
In addition, the temperature required for regeneration is low. That is, even the heat absorbed from the
図6に、所定温度における相対湿度(横軸)に対する水分吸着量(縦軸)を示すグラフを模式的に示した。対照として、ゼオライトとシリカゲルも併せて図示してある。
図6に示すように、ゼオライト及びシリカゲルと比較して、メソポーラスシリカは、特異的な吸着湿度域が存在する(網掛け部分として示した)。
メソポーラスシリカは、このように吸着湿度域が特異的であり、この吸着湿度域よりも相対湿度が低い場合には、吸着湿度域となるまで吸着している水分を放出し、吸着湿度域よりも相対湿度が高い場合には、吸着湿度域となるまで空気中の水分を吸着する。
この吸着湿度域は、メソポーラスシリカの孔径等を調整することにより設計することができるため、植物栽培施設Sの目標とする相対湿度をこの吸着湿度域と合わせるように設計することで、湿度調整の効率を高くすることができる。
FIG. 6 schematically shows a graph showing the moisture adsorption amount (vertical axis) with respect to the relative humidity (horizontal axis) at a predetermined temperature. As a control, zeolite and silica gel are also shown together.
As shown in FIG. 6, compared with zeolite and silica gel, mesoporous silica has a specific adsorption humidity range (shown as a shaded portion).
Mesoporous silica has a specific adsorption humidity range in this way, and when the relative humidity is lower than this adsorption humidity range, it releases the adsorbed water until it reaches the adsorption humidity range, and When the relative humidity is high, the moisture in the air is adsorbed until it reaches the adsorption humidity range.
Since this adsorption humidity range can be designed by adjusting the pore diameter of mesoporous silica, by designing the target relative humidity of the plant cultivation facility S to match this adsorption humidity range, The efficiency can be increased.
また、メソポーラスシリカは、比較的低い温度にて再生することが可能であるため、照明装置22や空調装置1の廃熱程度で蓄熱される熱エネルギーで吸着している水分を放出する。
このため、低湿度状態においては、吸着湿度域へと向かう作用と、加温による再生効果により、高い効率良で水分を放出して植物栽培施設S内の湿度を最適湿度に加湿することが可能となるとともに、高湿度状態においては、吸着湿度域へと向かう作用で、効率的に水分を吸着して、植物栽培施設S内の除湿を行うことができる。
Further, since the mesoporous silica can be regenerated at a relatively low temperature, it releases the adsorbed water with the thermal energy accumulated by the waste heat of the
Therefore, in a low humidity state, it is possible to release the water with high efficiency and humidify the humidity in the plant cultivation facility S to the optimum humidity by the action toward the adsorption humidity range and the regeneration effect by heating. In addition, in the high humidity state, by the action toward the adsorption humidity range, it is possible to efficiently adsorb water and dehumidify the plant cultivation facility S.
<デシカントプレートの設計について>
次いで、デシカントプレート33の容量設計について簡単に説明する。
まず、除湿において説明する。
例えば、一日において明暗期(半期12時間)を設定し、除湿は空調装置1等が停止する暗期に起こるものとして試算する。
例えば、植物栽培施設S内の目標環境を、温度23℃、相対湿度75%とする。
また、植物栽培施設S内の容積をx(m3)とし、同温度でのデシカントプレート33の想定水分吸着量をy(g/m3)とする。
また、温度23度での相対湿度100%のときの水蒸気量をv1(g/m3)とし、相対湿度75%のときの水蒸気量をv2(g/m3)とする。
そうすると、相対湿度100%の状態から相対湿度75%に除湿するために必要な除去水分量(α1)は以下となる。
α1=x・v1−x・v2(g)
<About desiccant plate design>
Next, the capacity design of the
First, dehumidification will be described.
For example, a light-dark period (semi-period 12 hours) is set in one day, and it is calculated that dehumidification occurs during the dark period when the
For example, the target environment in the plant cultivation facility S is set to a temperature of 23° C. and a relative humidity of 75%.
Further, the volume in the plant cultivation facility S is x (m3), and the assumed water adsorption amount of the
Further, the amount of water vapor at a temperature of 23 degrees and a relative humidity of 100% is v1 (g/m3), and the amount of water vapor at a relative humidity of 75% is v2 (g/m3).
Then, the amount of removed water (α1) required to dehumidify the state of 100% relative humidity to 75% relative humidity is as follows.
α1=x·v1−x·v2 (g)
また、例えば、一日において明暗期を設定し、暗期(12時間)における植物栽培施設S内で栽培されている植物から発散される水分量をα2(g)とすると、除湿に必要な吸着容量(α)は以下となる。
α=α1+α2(g)
よって、デシカントプレート33の除湿時水分吸着必要容量V1は、以下の式で示される。
V1(m3)=α/y
このように、除湿に関しては、除湿時水分吸着必要容量V1(m3)の水分吸着量を有するように、デシカントプレート33のサイズ等を設計すればよい。
In addition, for example, when the light/dark period is set in one day and the amount of water emitted from the plant cultivated in the plant cultivation facility S in the dark period (12 hours) is α2 (g), adsorption required for dehumidification The capacity (α) is as follows.
α=α1+α2 (g)
Therefore, the moisture adsorption required capacity V1 of the
V1(m3)=α/y
As described above, for dehumidification, the size of the
逆に、加湿に関しては、以下のようになる。
加湿は空調装置1等が稼働する明期に起こるものとして試算する。
明期においては、相対湿度60%から相対湿度75%に加湿するものとし、空調装置1の出口風量(m3/h)を仮定し、出口温度を想定する。
この出口温度は、仮定された出口風量(m3/h)において、明期において植物から発生する水蒸気量(g/m3)を処理することのできる温度が想定される。
そして想定された出口温度での出口風量を、23℃での出口風量β1(m3/h)に換算して、デシカントプレート33の容量を試算する。
温度23度での相対湿度60%のときの水蒸気量をv3(g/m3)とし、相対湿度75%のときの水蒸気量をv2(g/m3)とすると、12時間分の必要な水分の吸着容量(β)は、以下となる。
β=(v2−v1)・β1・12(h)
よって、デシカントプレート33の加湿時水分吸着必要容量V2は、以下の式で示される。
V2(m3)=β/y
このように、加湿に関しては、加湿時水分吸着必要容量V2(m3)の水分吸着量を有するように、デシカントプレート33のサイズ等を設計すればよい。
On the contrary, the humidification is as follows.
Humidification is calculated assuming that it will occur in the light period when the
In the light period, it is assumed that the relative humidity is changed from 60% to 75%, the outlet air volume (m3/h) of the
This outlet temperature is assumed to be a temperature at which the amount of water vapor (g/m3) generated from plants in the light period can be treated in the assumed outlet air volume (m3/h).
Then, the outlet air volume at the assumed outlet temperature is converted into the outlet air volume β1 (m3/h) at 23° C., and the capacity of the
If the amount of water vapor at a relative humidity of 60% at a temperature of 23 degrees is v3 (g/m3) and the amount of water vapor at a relative humidity of 75% is v2 (g/m3), the amount of water required for 12 hours is The adsorption capacity (β) is as follows.
β=(v2-v1)·β1·12(h)
Therefore, the required moisture adsorption capacity V2 of the
V2(m3)=β/y
As described above, regarding the humidification, the size and the like of the
なお、このように試算されるのであるが、除湿及び加湿の双方において、不足なく水分吸着容量を確保するために、除湿時水分吸着必要容量V1と加湿時水分吸着必要容量V2とを比較して、大きい方の容量を吸着容量として、デシカントプレート33を設定するとよい。
Although calculated in this way, in order to secure a sufficient moisture adsorption capacity in both dehumidification and humidification, the moisture adsorption required capacity V1 during dehumidification and the moisture adsorption required capacity V2 during humidification are compared. The
このように、本実施形態によれば、湿度調整システム3を導入したことにより、植物栽培施設S内の湿度を最適湿度に簡易かつ省エネルギーで維持することができる。
つまり、植物栽培施設S内に、水分を吸着することのできるデシカントプレート33を設置することにより、空調装置1が稼働している低湿度時には、デシカントプレート33から水分を放出させて加湿するとともに、空調装置1が停止している高湿度時には、デシカントプレート33に水分を吸着させて除湿する。
また、加湿時においては、デシカントプレート33を加温するための機構を備えているために、デシカントプレート33からの水分放出が効率良く行われる。
よって、空調装置1によって低湿度となることなく、植物栽培施設S内を最適湿度に保つことができる。
また、デシカントプレート33を加熱するための熱源は、照明装置2や、空調装置1の室外機12からの廃熱であるため、デシカントプレート33加熱のための専用熱源を新たに用意する必要がなく、エネルギー的にも有利であり、地球環境にも優しいものである。
また、デシカントプレート33としてメソポーラスシリカを利用することにより、より効率的に上記の機能を実現することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, by introducing the
That is, by installing the
Further, at the time of humidification, since the mechanism for heating the
Therefore, the inside of the plant cultivation facility S can be maintained at the optimum humidity without the humidity being lowered by the
Further, since the heat source for heating the
Further, by using mesoporous silica as the
S 植物栽培施設
S1 建物ユニット
S11 床
S12 側壁
S12a 換気装置
S13 前壁
S13a ドア
S14 後壁
S15 天井
1 空調装置
11 室内機
12 室外機
2 栽培棚
21 支持枠体
22 照明装置
22A 照明支持体
H1 光源保持孔
22B 光源
23 栽培トレイ
23A 培地ケース
23B 栽培プレート
H2 植物保持孔
3 湿度調整システム
31 蓄熱槽
32 ヒートパイプ(熱伝達手段)
32A 蒸発部
32B 凝縮部
33 デシカントプレート(プレート)
34 配管(熱伝達手段)
34a 湿度調整用配管
34b 栽培トレイ用配管
7 バルブ
71 第1電磁弁
72 第2電磁弁
P ポンプ
P1 第1ポンプ
P2 第2ポンプ
4 制御装置
5 センサ群
L1 蓄熱ライン
L2 湿度調整ライン
L3 栽培トレイ調温ライン
K 蓄熱媒体
S Plant cultivation facility S1 Building unit S11 Floor S12 Side wall S12a Ventilator S13 Front wall
S13a door S14 rear
34 Piping (heat transfer means)
34a
Claims (7)
前記建物ユニットには、換気装置が備えられており、
該換気装置には、水分吸着材で構成されたプレートが配置されており、
前記照明装置、前記空調装置の室外機、の少なくとも一つからは、前記照明装置に配置された光源からの熱エネルギー、前記空調装置の廃熱による熱エネルギー、の少なくとも一つの熱エネルギーを取り出して伝導する熱伝導手段が備えられており、該熱伝導手段は、前記熱エネルギーを前記プレートに伝達可能に構成されており、
前記光源からの熱エネルギー及び前記室外機からの熱エネルギーは、蓄熱槽を介して、前記プレートに伝達され、
前記蓄熱槽には、内部に蓄熱媒体が通過する通路となるとともに、該蓄熱槽から引き出され、前記蓄熱槽に戻る循環ラインである栽培トレイ調温ラインが形成されており、
前記栽培トレイは、前記栽培トレイ調温ライン上に配置されて、前記蓄熱媒体より熱エネルギーを伝達されることを特徴とする植物栽培施設。 Inside the housing-shaped building unit, a cultivation tray used for cultivating plants, a cultivation shelf on which the cultivation tray can be placed, and a lighting device that supplies light energy to the plants in the cultivation tray, A plant cultivation facility comprising an air conditioner for adjusting temperature,
The building unit is equipped with a ventilation device,
A plate made of a moisture adsorbent is arranged in the ventilation device,
From at least one of the lighting device and the outdoor unit of the air conditioner, at least one heat energy of heat energy from a light source arranged in the lighting device and heat energy from waste heat of the air conditioner is taken out. A heat conducting means for conducting is provided, the heat conducting means being configured to be able to transfer the thermal energy to the plate ;
Thermal energy from the light source and thermal energy from the outdoor unit are transferred to the plate via a heat storage tank,
The heat storage tank is a passage through which a heat storage medium passes inside, and a cultivation tray temperature control line that is a circulation line that is drawn from the heat storage tank and returns to the heat storage tank is formed,
The plant cultivation facility , wherein the cultivation tray is arranged on the cultivation tray temperature control line, and heat energy is transferred from the heat storage medium .
前記建物ユニットには、換気装置が備えられており、The building unit is equipped with a ventilation device,
該換気装置には、水分吸着材で構成されたプレートが配置されており、A plate made of a moisture adsorbent is arranged in the ventilation device,
前記照明装置、前記空調装置の室外機、の少なくとも一つからは、前記照明装置に配置された光源からの熱エネルギー、前記空調装置の廃熱による熱エネルギー、の少なくとも一つの熱エネルギーを取り出して伝導する熱伝導手段が備えられており、該熱伝導手段は、前記熱エネルギーを前記プレートに伝達可能に構成されており、From at least one of the lighting device and the outdoor unit of the air conditioner, at least one heat energy of heat energy from a light source arranged in the lighting device and heat energy from waste heat of the air conditioner is taken out. A heat conducting means for conducting is provided, the heat conducting means being configured to be able to transfer the thermal energy to the plate;
前記光源からの熱エネルギー及び前記室外機からの熱エネルギーは、蓄熱槽を介して、前記プレートに伝達され、Thermal energy from the light source and thermal energy from the outdoor unit are transferred to the plate via a heat storage tank,
前記照明装置と、前記蓄熱槽とは、ヒートパイプにより連結されており、The lighting device and the heat storage tank are connected by a heat pipe,
前記照明装置側には、前記ヒートパイプの蒸発部が配置されるとともに、前記蓄熱槽には、前記ヒートパイプの凝縮部が挿入されており、On the lighting device side, the evaporation part of the heat pipe is arranged, and in the heat storage tank, the condensing part of the heat pipe is inserted.
前記蓄熱槽に貯留される蓄熱媒体は、前記凝縮部から熱を伝達されるよう構成されていることを特徴とする植物栽培施設。The plant cultivation facility, wherein the heat storage medium stored in the heat storage tank is configured to transfer heat from the condensing unit.
前記建物ユニットには、換気装置が備えられており、The building unit is equipped with a ventilation device,
該換気装置には、水分吸着材で構成されたプレートが配置されており、A plate made of a moisture adsorbent is arranged in the ventilation device,
前記照明装置に配置された光源からの熱エネルギーを取り出して伝導する熱伝導手段が備えられており、該熱伝導手段は、前記熱エネルギーを前記プレートに伝達可能に構成されていることを特徴とする植物栽培施設。A heat conducting means for extracting and conducting heat energy from a light source arranged in the lighting device is provided, and the heat conducting means is configured to be capable of transmitting the heat energy to the plate. A plant cultivation facility.
前記プレートは、前記湿度調整ライン上に配置されて、前記蓄熱媒体より熱エネルギーを伝達されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の植物栽培施設。 The heat storage tank is a passage through which a heat storage medium passes, and a humidity adjustment line that is a circulation line that is drawn from the heat storage tank and returns to the heat storage tank is formed,
The plant cultivation facility according to claim 1 or 2 , wherein the plate is arranged on the humidity adjustment line and heat energy is transferred from the heat storage medium.
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