JPH02163007A

JPH02163007A - 燃料電池利用の栽培施設

Info

Publication number: JPH02163007A
Application number: JP63316282A
Authority: JP
Inventors: Isao Nikai; 勲二階
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-06-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ｌｌ直立■皿士■ 本発明は燃料電池利用の栽培施設に関し、特に燃料電池
をコジェネレーシ百ン方式の発電設備として併置した植
物の栽培施設に関する。

【股り差遣消費者による清浄野菜の需要や四季を通じての生鮮野菜
の需要を満たすため、野菜の水耕栽培等の施設栽培又は
いわゆる植物工場による野菜生産がなさている。従来の
植物工場は照明や空調にかなりの電力を必要とし、電力
代が生産原価の５０−θｏｚにも達する場合があるとい
われている。とくに、栽培空間を外部環境から遮断した
完全制Ｖ４型の植物工場では、天井や周囲壁に断熱材を
張設し断熱した空間内で照明をするので、照明用のラン
プ等から放出される熱を除去するために冬でも冷房が必
要となる場合も生じている。このような場合には、余剰
な熱供給とそれを除去するための冷房とが同時に行なわ
れる無駄があるのでなんらかの省エネルギ一対策が必要
である他方、燃料電池は、燃料の酸化反応の自由エネル
ギーを直接に電気エネルギーに変換するので、燃焼熱を
利用して熱機関を動かす発電方式に比べ、原理的に変換
効率が極めて高い。しかし、燃料電池発電プラントの建
設費は従来の火力発電所の建設費に比べなお割高であり
、その実用化のために燃料電池自体の一層の研究開発と
共に酸化反応熱その他の発生熱を回収することにより発
電システム全体の総合効率の向上を図ることが試みられ
ている。

が　　しようと　る従来の燃料電池をりん耐燃料電池の場合について考察す
るに、酸化反応に伴なって生ずる反応熱及び水、燃料で
ある天然ガスを前処理する改質器で生ずる炭酸ガス等が
従来は有効に回収利用されていなかった０本発明者は、
植物工場等の栽培施設における動力源として燃料電池を
用い１発電に付随して燃料電池から生ずる上記の熱、水
及び炭酸ガスをそれぞれ冷暖房、培養液及び光合成のた
めにそれぞれ有効利用するならば、コジェネレーション
方式で燃料電池システムを効率的に使用できることに注
目した。

本発明の目的は、従来の野菜等の栽培施設における省エ
ネルギ一対策及び従来の燃料電池発電システムの効率向
上の両者を同時に達成するにある。

占　　　　るための第１図の実施例を参照するに、本発明による燃料電池利
用の栽培施設は、栽培施設置２に併置された燃料電池３
で発生する電力４、熱５、水６及び炭酸ガス７を選択的
に植物栽培の環境制御に利用してなる構成を用いる。

主月第１図の栽培施設置２における植物１３は、燃料電池３
の電力４によって照明器具８が発生した光と環境中の炭
酸ガスとを用い光合成により炭素を同化して有機物合成
を行ない、合成された有機物によって成長する。燃料電
池３がりん耐燃料電池である場合には、燃料前処理の過
程で発生する炭酸ガス７を上記光合成の原料として栽培
施設置２へ供給し、燃料電池３のいわば副産物を有効に
回収して利用することができる。

植物１３の成長には、適当な温度条件と水が必要である
。燃料電池における酸化反応に伴なう反応熱５を回収し
これを栽培施設置２の空調機９に送って上記温度条件を
制御することができる。また、燃料電池における酸化反
応で生じた水６を回収しこれを栽培施設置２の培養液調
整器１０に送って培養液への水補給をすることができる
。

従って栽培施設置２の側においては、燃料電池３で回収
した反応熱５を利用して空調電力の一部を節減すること
により省エネルギーを実現できる。

また燃料電池３の側においては、発電反応で生ずる熱５
を回収して栽培施設置２の空調用に有効利用し、発電反
応生成物の水６を植物１３の培養液の水分補給用に有効
利用し、さらに燃料前処理で炭酸ガス７が発生する場合
にはそれを回収して栽培施設置２の光合成の材料として
有効利用することにより、燃料電池発電システム全体の
総合効率向上を実現することができる。

こうして本発明の目的である「従来の栽培施設における
省エネルギ一対策及び従来の燃料電池発電システムの効
率向上の両者の同時達成」を実現することができる。

実」１例第２図は、天然ガスｌａを燃料とするりん耐燃料電池３
ａを栽培施設置２に併置した実施例を示す、燃料である
天然ガスは混合器２０で水蒸気と混合されたのち改質器
２１へ導かれＮ２とＣＯとに変換される。

改質器２１からの改質ガスはさらに一醸化炭素変成器２
２でＮ２と島　に変成され、それらの混合気体がりん耐
燃料電池３ａの水素電極２３へ送込まれる。りん耐燃料
電池３ａは、水素電極２３へ供給されたＮ２と空気電極
２４へ送込まれた空気中の０２とを消費しながら電気エ
ネルギーを発生する。

水素電極２３から排出されるガスは未使用の残留Ｈ２を
含んでいるので、これを改質器２１へ送り、さらに空気
をも改質器２１へ供給してＮ２を燃焼させ、その燃焼熱
を燃料改質のために用いる。その燃焼によって改質器２
１から排出されるガスは、四Ｎ２、［有］、Ｈ２Ｏ，よ
りなるもので、低温熱交換器２５へ導かれて温水と熱交
換し、ｅｏ−ｅｏ℃の温水を発生させる。この温水が植
物工場などの栽培施設置２内の暖房ファンコイル２６に
送られ暖房に用いられる。

熱交換器２５を出たガスは気水分離器２７によってＣＯ
２，Ｎ２．０２を含むガスと水とに分離される。そのガ
ス中の００２は栽培施設置２内の炭酸ガス調整器１１に
導かれて、栽培施設置２における光合成の原料であるＣ
０２の供給源となる。気水分離器２７からのガスのうち
過剰なＣ０２や不要の成分は排出される。気水分離器２
７で得られた水の一部は、給水ポンプ２８によってりん
耐燃料電池３ａの冷却系２３へ導かれ、その残部は栽培
施設置２の培養液調整器ｌＯへ導かれてミネラル成分の
調整を受け、培養液ポンプ２８ａによって植物群とその
培養液調整器１０の間に循環される。

送風機３０によって取込まれた空気の一部は改質器２１
へ燃焼用空気として送られ、その残部はりん耐燃料電池
３ａの空気電極２４へ送込まれる。りん耐燃料電池３ａ
の発電反応により空気電極２４から排出されるガスは水
蒸気を含有するものであり、上記改質器２１の排ガスと
混合されて上記低温熱交換器２５の熱源となる。

りん耐燃料電池３ａの電気出力は第２図に点線で示され
る様に直流であり、これがインバータ３１に接続されて
交流に変換される。変換後の交流電力は、栽培施設置２
の照明器具８に供給されて人工光に変えられるほか、暖
房ファンコイル２６と冷房ファンコイル３５のブロワ−
１給水ポンプ２８、培養液循環ポンプ２８ａ、冷却水ポ
ンプ３２及び送風機３０等の駆動電力に用いられる。

上記冷却系２９では、冷却水が冷却水ポンプ３２によっ
てりん耐燃料電池３ａの冷却装置に送られ、冷却過程に
おいて１５０℃、５　ａｔｍ程度の水蒸気に変えられる
。この水蒸気が吸収式冷凍機３４の熱源となるが、図示
例では高温熱交換器３３によって一旦１２０−１４０℃
の水蒸気に変えられた後上記熱源として用いられる。上
記熱源により駆動される吸収式冷凍機３４で作られた冷
水を冷房ファンコイル３５へ導くことにより、栽培施設
置２を冷房する。

この実施例においては、栽培施設置２の冷暖房の熱エネ
ルギー供給及び炭酸ガスや水などの光合成出発物質の供
給がその栽培施設置２に併置された燃料電池発電システ
ムの副産物によってなされるので、栽培施設における省
エネルギーが実現され、しかも同時に燃料電池発電シス
テムの効率向上が実現される。燃料電池利用の栽培施設
の第２図における実施例ではりん耐燃料電池３ａを用い
たが、本発明によれば他の任意の形式の燃料電池３を使
うことが可能であり、例えば上記例のりん耐燃料電池３
ａの代りに溶融炭酸塩形燃料電池を使ってもよい。

また図示例では、燃料電池３の発生電力をすべて栽培施
設置２において消費するものとした。しかし、一般に燃
料電池３は停止が困難であり最低２５を程度の負荷で運
転するのが望ましいとされていることを考慮すると、燃
料電池３を熱併給発電装置としてその電気出力を外部へ
送電しながら運転し、外部負荷が減少する夜間も栽培施
設置２へ電力供給するようにしてもよい。

第３図は、同一建物内に栽培施設置２と燃料電池３とを
設けた実施例を示す、建物の地下又は地上の低い部分に
燃料電池発電所４０を設け、その中に燃料電池３、吸収
式冷凍＠３４、冷却ユニット４１、吸収冷凍機の冷却水
を供給する海水ポンプ４２及び制御室４３等を含める０
発電所４０の上方の階に構築した栽培施設置２内に熱交
換用ファンコイル４４を設置し、熱源となる発電所４０
内の関連機器をその熱交換用コイル４４に接続する。熱
交換用コイル４４からの空気を空調ダクト４５により栽
培施設置２内の所要個所へ供給する。太陽光を取り入れ
るため、栽培施設置２の頂部に採光ドーム３６を形成す
る０図示例では、ガラス張壁３７で囲まれたトマト栽培
室３８が栽培施設置２に併設される。

免且立逝」以上詳細に説明した如く、本発明による燃料電池利用の
栽培施設は、併置された燃料電池で発生する電力、熱、
水及び炭酸ガスを選択的に植物栽培の環墳制御に利用し
てなる構成を用いるので次の顕著な効果を奏する。

（イ）植物工場などの栽培施設における省エネルギーと
燃料電池発電システムの総合効率向上とを同時に実現す
ることができる。

（ロ）従って、栽培施設の経済性の改善が期待される。

（ハ）とくに、燃料電池発電システムの実用化が期待さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図及び第３図
は他の実施例の説明図である。１・・・燃料、　　２・・・空気、　３・・・燃料電池
、　　４・・・電力、　　５・・・熱、　　６・・・水
、　７・・・炭酸ガス、８・・・照明器具、　９・・・
空調機、　１０・・・培養液調整器、　　１１・・・炭
酸ガス調整器、　１２・・・栽培施設、１３・・・植物
、　　１４・・・培養液、　２０・・・混合器、　２１
・・・改質器、　２２・・・−酸化炭素変成器、　２３
・・・水素電極、　２４・・・空気電極、　　２５・・
・低温熱交換器、２６・・・暖房ファンコイル、　　２
７・・・気水分離器。２８・・・給水ポンプ、　２８・・・冷却系、　３０・
・・送風機、３１・・・インバータ、　３２・・・冷却
水ポンプ、　３３・・・高温熱交換器、　３４・・・吸
収式冷凍機、　３５・・・冷房ファンコイル、　３Ｂ・
・・採光ドーム、　３７・・・ガラス張壁、　　３８・
・・トマト栽培室、　４０・・・燃料電池発電所、　４
１・・・冷却ユニット、　４２・・・海水ポンプ、４３
・・・制御室、　　４４・・・熱交換用ファンコイル、
４５・・・空調ダクト。

Claims

【特許請求の範囲】

併置された燃料電池で発生する電力、熱、水及び炭酸ガ
スを選択的に植物栽培の環境制御に利用してなる燃料電
池利用の栽培施設。