WO2020116438A1 - 調湿システム - Google Patents

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WO2020116438A1
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井出　哲也
洋香 濱田
奨 越智
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シャープ株式会社
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
    • F24F6/12—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Definitions

  • the present invention relates to a humidity control system.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-227212 filed in Japan on December 4, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 has a blowing device and a suction device installed to face each other across a cultivation floor in a greenhouse, and a supply device that supplies a cooling gas to the blowing device, and is blown from the blowing device.
  • a greenhouse cooling device that forms an air curtain near a cultivated crop by cooling gas sucked into an inhaler. In this device, the cooling load can be reduced by partially cooling only the vicinity of the cultivated crop without cooling the entire greenhouse.
  • the temperature/humidity sensor mechanism is arranged outside the structure, and is arranged inside the structure and a first measurement sensor that measures temperature and humidity of the external space. And a second measurement sensor that measures the temperature and humidity around the object.
  • the internal and external temperatures of the gardening structure 10 are sensed by the internal temperature/humidity measuring sensor 12 and the external temperature/humidity measuring sensor 13, and the humidity is adjusted based on these measurement results and time zones.
  • the moist air A2 is supplied to the internal space K2 by the air curtain forming mechanism 19.
  • the control unit 14 opens each inlet of the valve V to which the second flow passage 21B and the fourth flow passage 21D are connected. At the same time, by closing the outlet to which the third flow path 21C is connected, the water in the water addition tank 171 can be supplied to the regeneration storage tank 161, and the hygroscopic liquid W having an increased concentration can be diluted.
  • the hygroscopic liquid W is diluted, the rise of the liquid column S in the atomization/regeneration unit 16 is improved, so that atomization efficiency can be improved. Thereby, the internal space K2 can be efficiently humidified.
  • the moisture absorption means 15 and the atomization regeneration means 16 do not have to be at the same place, and the layout can be freely changed by the circulation mechanism 21 connecting them. Further, the moisture absorbing means 15 and the atomizing/regenerating means 16 are not limited to one each, and a plurality of them may be provided. The numbers may be the same or different from each other.
  • FIG. 6 is a diagram showing the overall structure of the humidity control system 50 of the fifth embodiment.
  • FIG. 7: is a figure which shows the structure of the humidity control mechanism 51 of 5th Embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the concentration [%] of the hygroscopic liquid W and the equilibrium relative humidity [%].
  • the measurement results of the inlet temperature/humidity sensor 55, the outlet temperature/humidity sensor 56 and the plant surface temperature sensor 18 are fed back to the control unit 14 to control the drive of the humidity control mechanism 11.

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Abstract

調湿対象物に対する結露を防ぐことのできる調湿システムを提供する。調湿システムは、調湿対象物が配置された内部空間と外部空間とを区画する構造体と、構造体内の調湿を行う調湿機構と、内部空間と外部空間との温度および湿度を測定する温湿度センサー機構と、温湿度センサー機構の測定結果に基づいて調湿機構を制御する制御部と、を備え、調湿機構は、吸湿性物質を含む吸湿性液体と気体とを接触させることにより、気体に含まれる水分の少なくとも一部を吸湿性液体に吸湿させる吸湿手段と、吸湿手段から供給された吸湿性液体に含まれる水分の一部を霧化して霧状液滴を発生させる霧化再生手段と、を有している。

Description

調湿システム
　本発明は、調湿システムに関するものである。
　本願は、２０１８年１２月４日に日本に出願された特願２０１８－２２７２１２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、太陽光を利用した植物工場では、植物（調湿対象物）の生育のために、夜間に工場内の温度を下げる必要がある。また、植物が光の合成を始める早朝には、植物工場内の温度を上げるために、外気の導入を行う必要があるが、このとき、工場内の相対的な湿度が上昇して露点に達し、栽培植物の表面に結露が生じてしまうことがある。さらに、水分含有量が多い植物の場合は、熱容量が大きいため、植物工場内の空気の温度上昇と植物自体の温度の上昇との間に時間差が生じる。このことも、植物表面に結露が生じる原因となっていた。
　特許文献１には、温室内の栽培床を間において互いに対向して設置された吹出装置および吸込装置と、吹出装置に冷却気体を供給する供給装置と、を有し、吹出装置から吹き出されて吸入装置へ吸い込まれる冷却気体により栽培作物の近傍にエアーカーテンを形成する温室用冷房装置が開示されている。この装置では、温室全体を冷房することなく栽培作物の近傍のみを部分的に冷房することによって、冷房負荷を低減することができる。
日本国公告公報「特公昭５６－０３６７４３号公報」（１９８１年８月２６日公開）
　しかしながら、植物の冷却のみを考慮しており、早朝あるいは冷房装置がＯＦＦのときの温室内における相対的な温度の上昇や、植物表面での結露に対しては、考慮されていない。
　本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、調湿対象物に対する結露を防ぐことのできる調湿システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様における調湿システムは、調湿対象物が配置された内部空間と外部空間とを区画する構造体と、前記構造体内の調湿を行う調湿機構と、前記内部空間と前記外部空間との温度および湿度を測定する温湿度センサー機構と、前記温湿度センサー機構の測定結果に基づいて前記調湿機構を制御する制御部と、を備え、前記調湿機構は、吸湿性物質を含む吸湿性液体と気体とを接触させることにより、前記気体に含まれる水分の少なくとも一部を前記吸湿性液体に吸湿させる吸湿手段と、前記吸湿手段から供給された前記吸湿性液体に含まれる水分の一部を霧化して霧状液滴を発生させる霧化再生手段と、を有している。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記霧化再生手段において再生された前記吸湿性液体を希釈する加湿手段をさらに備えている構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記温湿度センサー機構は、前記構造体の外部に配置され、前記外部空間の温度および湿度を測定する第１測定センサーと、前記構造体の内部に配置され、前記対象物の周辺の温度および湿度を測定する第２測定センサーと、を備えている構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記温湿度センサー機構は、前記調湿対象物の表面温度および周辺湿度を測定する第３測定センサーを備えている構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記内部空間のうち前記調湿対象物が配置された第１領域とそれ以外の第２領域とを区画する区画手段を備えている構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記区画手段が、エアーカーテン形成機構からなる構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記エアーカーテン形成機構が、前記調湿機構において生成された気体を前記内部空間に送出する送出機構を兼ねている構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記制御部は、前記内部空間の温湿度データおよび調湿対象物の表面温度データに基づいて調湿制御を行う構成としてもよい。
　本発明の一態様における調湿システムにおいて、前記霧化再生手段は、前記吸湿性液体を貯留する貯留槽と、前記霧状液滴を発生させるための超音波を発振することで、前記貯留槽内の前記吸湿性液体の液面に液柱を形成する超音波発生部と、を含む構成としてもよい。
　本発明の一態様によれば、調湿対象物に対する結露を防ぐことのできる調湿システムを提供することができる。
図１は、第１実施形態における調湿システムを利用した植物工場内の様子を示す図である。 図２は、第１実施形態における調湿システムの調湿機構の構成を示す図である。 図３は、第２実施形態の調湿機構とエアーカーテン形成機構との作用について説明するための図である。 図４は、第３実施形態の調湿機構とエアーカーテン形成機構との作用について説明するための図である。 図５は、第４実施形態の調湿機構とエアーカーテン形成機構との作用について説明するための図である。 図６は、第５実施形態の調湿システム５０の全体構造を示す図である。 図７は、第５実施形態の調湿機構５１の構造を示す図である。 図８は、吸湿性液体Ｗの濃度［％］と平衡相対湿度［％］との関係を示す図である。
[第１実施形態]
　以下、本発明の一実施形態の調湿システムについて説明する。
　なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
　図１は、第１実施形態における調湿システムを利用した植物工場内の様子を示す図である。図２は、第１実施形態における調湿システムの調湿機構の構成を示す図である。
　本実施形態の調湿システム１００は、図１に示すように、例えば、植物工場に用いられるシステムであって、園芸用構造体（構造体）１０と、調湿機構１１と、温湿度センサー機構９と、制御部１４と、を少なくとも備えている。
（園芸用構造体）
　園芸用構造体１０は、図１に示すように、例えばビニールハウスのような園芸用のハウス構造体であり、栽培植物（調湿対象物）８を生育させるための内部空間Ｋ２と、外部空間Ｋ１とを区画する。構造体には、人の出入りを可能にする出入口用扉と、換気用のための複数の側窓１０ｂおよび天窓１０ｃと、が設けられており、内部空間Ｋ２を外部空間Ｋ１から完全に隔離することが可能であるとともに、必要に応じて複数の側窓１０ｂおよび天窓１０ｃを通じて内部空間Ｋ２と外部空間Ｋ１とを連通させることが可能である。
　園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２には、栽培植物８に対する熱暑対策および乾燥対策の一つとして、例えば、必要に応じて、栽培植物８に対する直射日光を遮光することのできる遮光カーテン３２、霧を発生させる霧冷却部３３、霧冷却部３３から噴出された霧を内部空間Ｋ２に循環させる循環扇３４が設置されている。また、内部空間Ｋ２内の温度調整に必要なヒートポンプ３５も設置されている。
　一般的に、太陽光を利用した栽培工場では、室内外の温度差によって栽培植物８の表面に結露が生じやすいが、本実施形態では、調湿機構１１と、エアーカーテン形成機構（送出機構）１９と、温湿度センサー機構９と、制御部１４とによって結露対策を図る構成となっている。
（調湿機構）
　調湿機構１１は、図１および図２に示すように、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２のうち、栽培植物８が存在する栽培領域Ｒ１に対する調湿を行う機構であり、少なくとも一つ設置されている。
　調湿機構１１は、図２に示すように、筐体４と、吸湿手段１５と、霧化再生手段１６と、加湿手段１７と、循環機構２１を少なくとも備えている。吸湿手段１５、霧化再生手段１６、加湿手段１７および循環機構２１は、筐体４内に収容されている。調湿機構１１は、一つに限らず、栽培領域Ｒ１の周囲に複数設置されていてもよい。
　吸湿手段１５は、吸湿貯留槽１５１と、吸湿貯留槽１５１内に配置された液体供給部１５２およびメッシュ部材１５３と、を備えている。吸湿貯留槽１５１、液体供給部１５２およびメッシュ部材１５３の数は、一つに限られず、複数設けてもよい。
　吸湿手段１５は、外部空間Ｋ１から取り入れた空気（気体）Ａ１を、吸湿性物質を含む吸湿性液体Ｗに接触させることにより、空気Ａ１に含まれる水分の少なくとも一部を、吸湿性液体Ｗに吸湿させる機能を有する。そのため、吸湿貯留槽１５１内には、吸湿性物質を含む吸湿性液体Ｗが貯留される。
　液体供給部１５２は、吸湿貯留槽１５１の内部空間１５１ｃの上部に配置され、吸湿性液体Ｗを流下させるための供給孔を多数有している。
　メッシュ部材１５３は、例えば、網目構造をなす矩形板状の部材からなり、液体供給部１５２の下方に配置されている。メッシュ部材１５３は、吸湿貯留槽１５１内に少なくとも一つ設けられ、複数設けられていていることが好ましい。
　メッシュ部材１５３は、液体供給部１５２から供給された吸湿性液体Ｗを吸湿貯留槽１５１の底部側へ誘導する。メッシュ部材１５３の網目を伝わって吸湿性液体Ｗが流下する際、吸湿性液体Ｗが多くの空気に晒されることになり、吸湿効率が向上する。
　吸湿貯留槽１５１には、第１空気供給流路３１ａおよび第１空気排出流路３１ｂが接続されているとともに、これら第１空気供給流路３１ａおよび第１空気排出流路３１ｂのいずれか一方に不図示のブロアが配置されている。ブロアの駆動により、第１空気供給流路３１ａを通じて導入した外部空間Ｋ１の空気Ａ１、あるいは園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２内の空気が吸湿貯留槽１５１内に導入される。除湿された空気Ａ２は、第１空気排出流路３１ｂを通じて筐体４の排気口４ａから排出され、エアーカーテン形成機構１９へと供給される。
　霧化再生手段１６は、再生貯留槽（貯留槽）１６１と、超音波振動子（超音波発生部）１６２と、分離手段１６３と、を備えている。これら再生貯留槽１６１、超音波振動子１６２は、一つに限られず、複数設けてもよい。
　再生貯留槽１６１は、第１流路２１Ａを介して吸湿貯留槽１５１と接続されており、吸湿貯留槽１５１から移送された吸湿性液体Ｗを内部空間１６１ｃ内に貯留する。超音波振動子１６２は、液柱Ｓを発生させるための超音波を発振する。本実施形態では、１つの超音波振動子１６２を備えているが、超音波振動子１６２の数は、適宜変更が可能である。
　超音波振動子１６２において発振された超音波が、再生貯留槽１６１内に貯留されている吸湿性液体Ｗに照射されると、吸湿性液体Ｗの液面７に液柱Ｓが形成され、液柱Ｓの表面から水分が分離されて霧状液滴が発生する。超音波振動子１６２から吸湿性液体Ｗに超音波が照射される際、超音波の出力や周波数等の発生条件を調整することにより、吸湿性液体Ｗの液面７に所定の高さの吸湿性液体Ｗの液柱Ｓを生じさせることができる。
　超音波振動子１６２は、再生貯留槽１６１の底面１６１ｄに対して傾斜して設けられていることが好ましい。また、超音波振動子１６２の超音波照射面１６２ａの中心から超音波照射面１６２ａに対して垂直な軸を超音波の放射軸Ｊと定義する。
　超音波振動子１６２が再生貯留槽１６１の底面１６１ｄに対して傾斜していることによって、発振された超音波は、放射軸Ｊが吸湿性液体Ｗの液面７に対して傾くように、超音波照射面１６２ａから吸湿性液体Ｗの液面７に向けて伝搬される。
　これにより、液面７で反射した超音波が超音波振動子１６２に戻りにくく、超音波振動子１６２が超音波によるダメージを受けにくい。また、液柱Ｓの先端から破断した液が液柱Ｓに落下して、霧化が阻害されてしまうのを防ぐことができる。
　再生貯留槽１６１には、第２空気供給流路３６ａ、第２空気排出流路３６ｂが接続されており、いずれかの内部にブロア３が配置されている。このブロア３の駆動により、第２空気供給流路３６ａを通じて導入した外部空間Ｋ１の空気Ａ１あるいは園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２内の空気が再生貯留槽１６１内に導入されて加湿される。加湿された空気Ａ３は、第１空気排出流路３１ｂを通じて筐体４の排気口４ａからエアーカーテン形成機構１９へ供給される。
　なお、再生貯留槽１６１は、複数あってもよい。
　分離手段１６３は、液柱Ｓの表面において生成された霧状液滴からさらに吸湿性液体Ｗを分離して除湿する。除湿された除湿空気Ａ３は、栽培領域Ｒ１内へ供給される。
　加湿手段１７は、加湿用の水Ｗ１が貯留された加水槽１７１を備えている。必要に応じて、水を供給することで吸湿性液体Ｗを希釈する。
　エアーカーテン形成機構（区画手段）１９は、調湿機構１１において生成された除湿空気あるいは加湿空気を内部空間Ｋ２に送出する。エアーカーテン形成機構１９は、吸湿手段１５の筐体４に形成された排気口４ａに接続され、例えばブロアなどを備える。エアーカーテン形成機構１９は、調湿機構１１において生成した調湿空気Ａ２を勢いよく内部空間Ｋ２内へ送出することによって、栽培領域Ｒ１の周辺にエアーカーテンを形成する。
　エアーカーテン形成機構１９では、送出する調湿空気Ａ２の風向きを適宜変えることが可能であり、図１に示す園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２のうち、栽培領域（第１領域）Ｒ１の周囲にエアーカーテンを形成することで、栽培領域Ｒ１をそれ以外の未栽培領域（第２領域）Ｒ２に対して区画することができる。
　また、本実施形態のように、エアーカーテン形成機構１９を調湿機構１１に接続させておくことで、調湿空気Ａ２を用いてエアーカーテンを形成することが可能である。
　また、エアーカーテン形成機構１９として、エアーカーテンの形成に外部空間Ｋ１の空気Ａ１を用いるか、調湿空気Ａ２を用いるか、利用する空気を適宜切り替えられる構成としてもよい。
　なお、本実施形態では、エアーカーテン形成機構１９が、調湿機構１１において生成された調湿空気Ａ２を内部空間Ｋ２に送出する送出機構を兼ねているが、エアーカーテン形成機構１９とは別に送出機構を設けてもよい。
　また、本実施形態のように、例えば、調湿機構１１およびエアーカーテン形成機構１９を栽培領域Ｒ１の周囲にそれぞれ複数ずつ設けてもよいし、調湿機構１１あるいはエアーカーテン形成機構１９を一つだけ設置して、送出口を栽培領域Ｒ１の周囲に複数配置してもよい。
　循環機構２１は、第１流路２１Ａ、第２流路２１Ｂ、第３流路２１Ｃ、第４流路２１Ｄ、三方バルブＶ、ポンプＰを備え、吸湿手段１５と霧化再生手段１６との間で、吸湿性液体Ｗを循環させるための流路を構成している。
　三方バルブＶは、二方向から一方向への流体の分流を行う分割形三方弁であって、２つの入口（第１入口、第２入口）と、１つの出口を有する。
　第１流路２１Ａは、吸湿手段１５において水分を含んだ吸湿性液体Ｗを霧化再生手段１６へ送るための流路であって、一端側が吸湿貯留槽１５１、他端側が再生貯留槽１６１に接続されている。
　第２流路２１Ｂは、霧化再生手段１６において再生された吸湿性液体Ｗを吸湿手段１５へ送るための流路の一部を構成し、一端側が再生貯留槽１６１に接続され、他端側が三方バルブＶの第１入口に接続されている。
　第３流路２１Ｃは、第２流路２１Ｂとともに霧化再生手段１６において再生された吸湿性液体Ｗを吸湿手段１５へ送るための流路を構成し、一端側が三方バルブＶの出口に接続され、他端側が吸湿貯留槽１５１に接続されている。
　第４流路２１Ｄは、霧化再生手段１６から吸湿手段１５へ移送される吸湿性液体Ｗに対して加水を行うための流路であって、一端側が加水槽１７１に接続され、他端側が三方バルブＶの第２入口に接続されている。
　吸湿性液体Ｗは、水分を吸収する性質、つまり吸湿性を示す液体であり、例えば、温度が２５℃、相対湿度が５０％、大気圧下の条件で吸湿性を示す液体が好ましい。吸湿性液体Ｗは、後述する吸湿性物質を含んでいる。また、吸湿性液体Ｗは、吸湿性物質と溶媒とを含んでいてもよい。この種の溶媒としては、吸湿性物質を溶解させる溶媒、または吸湿性物質と混和する溶媒があげられ、例えば水が挙げられる。吸湿性物質は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。
　吸湿性物質として用いられる有機材料としては、例えば２価以上のアルコール、ケトン、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料などが挙げられる。それらの中でも、親水性が高いことから、吸湿性物質として好適に用いられる有機材料としては、２価以上のアルコール、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品等の原料として用いられる公知の材料が挙げられる。
　２価以上のアルコールとしては、例えばグリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが挙げられる。
　アミド基を有する有機溶媒としては、例えばホルムアミド、アセトアミドなどが挙げられる。
　糖類としては、例えばスクロース、プルラン、グルコース、キシロール、フラクトース、マンニトール、ソルビトールなどが挙げられる。
　保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料としては、例えば２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、ベタイン、ヒアルロン酸、コラーゲンなどが挙げられる。
　吸湿性物質として用いられる無機材料としては、例えば塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、臭化リチウム、臭化カルシウム、臭化カリウム、水酸化ナトリウム、ピロリドンカルボン酸ナトリウムなどが挙げられる。
　吸湿性物質の親水性が高いと、例えば吸湿性物質の材料と水とを混合させたときに、吸湿性液体Ｗの表面（液面）近傍に吸着される水分子の割合が多くなる。後述する霧化再生手段１６では、液柱Ｓとされた吸湿性液体Ｗの表面近傍から霧状液滴を発生させ、吸湿性液体Ｗから水分を分離する。そのため、吸湿性液体Ｗの表面近傍に吸着される水分子の割合が多いと、水分を効率的に分離できる点で好ましい。また、吸湿性液体Ｗの表面近傍における吸湿性物質の割合が相対的に少なくなるため、霧化再生手段１６での吸湿性物質の損失を抑えられる点で好ましい。
　吸湿性液体Ｗのうち、吸湿手段１５での処理に用いられる吸湿性液体Ｗに含まれる吸湿性物質の濃度は、特に限定されないが、４０質量％以上であることが好ましい。吸湿性物質の濃度が４０質量％以上である場合、吸湿性液体Ｗは、効率良く水分を吸収することができる。
　吸湿性液体Ｗの粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。これにより、後述する霧化再生手段１６において、吸湿性液体Ｗの液面７に吸湿性液体Ｗの液柱Ｓを生じさせやすい。そのため、吸湿性液体Ｗから効率良く水分を分離することができる。
（温湿度センサー機構）
　温湿度センサー機構９は、内部温湿度測定センサー（第２測定センサー）と、外部温湿度測定センサー（第１測定センサー）１３とを備えている。
　内部温湿度測定センサー１２は、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２内の室温および湿度を測定する。内部温湿度測定センサー１２は、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２のうち、例えば栽培植物８の栽培領域Ｒ１内に設置されていることが好ましい。
　外部温湿度測定センサー１３は、園芸用構造体１０の外側に配置され、外部空間Ｋ１の外気温度および湿度を測定する。
　制御部１４は、内部温湿度測定センサー１２および外部温湿度測定センサー１３それぞれの測定結果に基づいて、調湿機構１１を制御する。
　なお、図１に示すように、園芸用構造体１０の外部空間Ｋ１に、風速計６や日射計５を設置しておいてもよい。
（調湿システムの作用）
　植物の生育のためには、夜間に、植物工場における園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２の温度を下げる必要がある。植物が光合成を始める早朝に、内部空間Ｋ２の温度を上げるために外気導入を行うと、栽培領域Ｒ１における相対湿度が上昇して露点に達し、栽培植物８の表面に結露が生じることがあった。植物工場では、太陽光をより多く取り入れるために透明な樹脂製の壁材を用いて構造体が構成されていることが多く、断熱性は極めて低い。結露の発生には、相対湿度、相対温度、飽差、太陽光の日射強度なども影響するが、換気によって暖かい外気を導入することで、冷えた栽培植物８の周辺に外気が入り込むと、植物周辺の相対湿度が高くなって飽差値が小さくなることで結露が生じる。
　そこで、本実施形態の調湿システムでは、調湿機構１１を用いて、園芸用構造体１０における湿度管理、つまり飽差値の管理を行う。飽差とは、飽和水蒸気圧と、実際の水蒸気圧との差である。
　例えば、栽培植物８がトマトであるとき、飽差値を３～７ｇ／ｍ３の範囲内で保持するよう管理することが好ましい。昼間は、室温が２８℃～３０℃前後、湿度が８０％～８５％程度であって、飽差値が３．５ｇ／ｍ３～４．９ｇ／ｍ３の範囲内であることがトマトの生育に最も好ましい。湿度が低くて飽差が多すぎても気孔が閉じて蒸発せず、湿度が高くて飽差が少なすぎても空気が湿って蒸発しない。そのため、飽差値を上記範囲内に保持できれば、栽培植物８の気孔が開いて蒸発が活発になって光合成が促進される。
　また、夜間は、室温が２０℃～２２℃前後、湿度が７５％～８０％程度であって、飽差値が４．１ｇ／ｍ３～６．１ｇ／ｍ３の範囲内であることがトマトの生育に最も好ましい。飽差値を上記範囲内に保持できれば、栽培植物８の呼吸を促進させることができる。
　よって、本実施形態の調湿システムでは、内部空間Ｋ２内の飽差値、特に栽培領域Ｒ１内の飽差値を、時間帯に応じて、栽培植物８の生育に最適な飽差範囲内に収めるよう制御する。
　まず、内部温湿度測定センサー１２および外部温湿度測定センサー１３によって、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２、特に栽培領域Ｒ１と、外部空間Ｋ１との温度および湿度を測定し、各々の測定結果を制御部１４にフィードバックする。
　制御部１４は、内部温湿度測定センサー１２および外部温湿度測定センサー１３における測定結果に基づいて、調湿機構１１から供給する調湿空気Ａ２の湿度を制御し、内部空間Ｋ２の特に栽培領域Ｒ１の飽差値を栽培植物８の生育環境に最適な値に保持する。
　植物工場における内部空間Ｋ２の栽培環境は、昼間と夜間とで異なる。植物の栽培において、室内環境の温度および湿度の管理、つまり飽差の管理は重要となる。
　飽差値は、栽培植物８の種類によって最適な値が異なるため、栽培する植物の種類に応じて温湿度を制御し、最適な飽差値に保持することが好ましい。
　室温が低くて湿度が高いと空気が湿っているので植物の蒸散作用が起こりにくい。一方、室温が高くて湿度が低いと空気が乾燥しているので蒸散作用が盛んになりすぎてしまう。そのため、栽培環境における飽差値を制御することで、上記した最適な範囲に保持し、栽培植物８の生育を促進させることができる。
　そこで、本実施形態では、内部温湿度測定センサー１２と外部温湿度測定センサー１３とにより、園芸用構造体１０の内外の温度をセンシングし、これらの測定結果と時間帯に基づいて調湿した調湿空気Ａ２をエアーカーテン形成機構１９により内部空間Ｋ２へ供給する。
　そのために、まず制御部１４は、ポンプＰを駆動することにより、吸湿手段１５の液体供給部１５２から吸湿性液体Ｗを流下させる。同時に、エアーカーテン形成機構１９を駆動することにより、第１空気供給流路３１ａを介して外部空間Ｋ１の空気Ａ１を吸湿貯留槽１５１内に導入して、第１空気排出流路３１ｂへ向かう気流を形成する。
　吸湿貯留槽１５１内を流動する空気が、メッシュ部材１５３を伝わって流下する吸湿性液体Ｗに接触すると、空気中の水分が吸湿性液体Ｗに吸収されて除去される。制御部１４は、第１空気排出流路３１ｂ上に設けられたエアーカーテン形成機構１９を駆動することにより、除湿した調湿空気Ａ２を内部空間Ｋ２へ供給する。本実施形態では、エアーカーテン形成機構１９により、調湿空気Ａ２を勢いよく送出することによって、栽培領域Ｒ１の周辺にエアーカーテンを形成する。
　ここで、園芸用構造体１０の換気を行う前に、栽培領域Ｒ１の周囲にエアーカーテン形成機構１９を形成しておくことが好ましい。予め形成しておいたエアーカーテンによって、側窓１０ｂを通じて園芸用構造体１０内に取り入れられた換気時の外気Ａ１が、栽培領域Ｒ１へ向かうのを遮ることができる。
　次に、制御部１４は、ポンプＰを駆動することにより、吸湿貯留槽１５１内に貯留されている水分を含む吸湿性液体Ｗを、第１流路２１Ａを介して霧化再生手段１６へ供給し、再生貯留槽１６１内に貯留させる。
　霧化再生手段１６では、制御部１４により超音波振動子１６２を駆動することで、再生貯留槽１６１内に貯留された吸湿性液体Ｗに超音波を照射して液柱Ｓを形成し、水分を含んだ吸湿性液体Ｗを高く持ち上げる。
　このとき、再生貯留槽１６１内に貯留されている吸湿性液体Ｗのうち、超音波振動子１６２と平面的に重なる領域に集中的に超音波が照射される。この照射領域の液面７に液柱Ｓが形成される。
　制御部１４は、第２空気供給流路３６ａを介して外気Ａ１を再生貯留槽１６１内に供給して第２空気排出流路３６ｂへ向かう気流を形成する。再生貯留槽１６１内を流動する空気Ａ１を、超音波振動子１６２によって形成した液柱Ｓに接触させることで霧状液滴を生じさせる。液柱Ｓから分離した霧状液滴は、空気Ａ１に吸収される。このようにして、水分を含んだ吸湿性液体Ｗから水分を分離して吸湿性液体Ｗを再生する。霧状液滴を含んで加湿された空気Ａ４は、第２空気排出流路３６ｂを介して分離手段１６３へ供給される。
　次に、制御部１４は、ポンプＰを駆動させることにより、　霧化再生手段１６において再生された吸湿性液体Ｗを、第２流路２１Ｂおよび第３流路２１Ｃを通じて吸湿手段１５へと移送する。このとき、バルブＶの２つの入口うち、第２流路２１Ｂが接続された第1入口を開状態、第４流路２１Ｄが接続された第２入口を閉状態とすることで、霧化再生手段１６において再生された吸湿性液体Ｗを吸湿手段１５へと移送することができる。
　また、制御部１４は、霧化再生手段１６において生成した吸湿性液体Ｗの濃度が高まった場合、バルブＶのうち、第２流路２１Ｂおよび第４流路２１Ｄが接続された各入口を開くとともに、第３流路２１Ｃが接続された出口を閉じることによって、加水槽１７１内の水を再生貯留槽１６１へ供給し、濃度の高まった吸湿性液体Ｗを希釈することができる。吸湿性液体Ｗを希釈すると霧化再生手段１６における液柱Ｓの立ち上がりが良くなるため、霧化効率を向上させることができる。これにより、内部空間Ｋ２を効率よく加湿することができる。
　なお、加水用の水を、第２流路２１Ｂを通じて再生貯留槽１６１へ供給することによって、再生貯留槽１６１内において吸湿性液体Ｗと水とを混合させることができるが、例えば、バルブＶと吸湿手段１５との間に、例えば「混合槽」を別途追加した構成とすることで、吸湿性液体Ｗの希釈を効率よく行うことができる。
　なお、栽培領域Ｒ１の加湿のみを行う場合、霧化再生手段１６の駆動を停止させて吸湿性液体Ｗの再生を行わないこともある。この場合は、バルブＶのうち、霧化再生手段１６側の入口を閉じるとともに加水槽１７１側の入口を開いて、加水槽１７１と吸湿貯留槽１５１とを接続し、加水槽１７１内の水だけを吸湿貯留槽１５１へ供給してもよい。これにより、吸湿手段１５において水分を含んだ空気を多く生成することができ、栽培領域Ｒ１を効率よく加湿できる。
　本実施形態の調湿システムによれば、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２と外部空間Ｋ１とにおける温度および湿度を測定し、その結果に基づいて調湿機構１１の稼働を制御している。園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２内は、夜間に行われる栽培植物８の呼吸によって湿度が高まっているが、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２内を過度に除湿するのではなく、調湿機構１１により内部空間Ｋ２内の空気の湿度を適度に下げて、換気時に外気が入ってきた際に、少なくとも栽培領域Ｒ１内が露点にならないような除湿を行う。液体デシカントの特徴により、急激な温度変化を伴わないため、ストレスをかけない状態で栽培植物８の緩やかな加温が可能となり、周辺環境との温度差を徐々に小さくしていくことが可能となる。これにより、栽培植物８にやさしい温度管理が可能となる。
　また、栽培植物８は、動物と違って体温を一定に保つことができないため、周囲の環境に大きく依存する。そのため、調湿機構１１により栽培領域Ｒ１内の温湿度を調整し、植物の生育に最適な飽差値を維持することによって、夜間に冷やされた栽培植物８の冷顕熱を除去することができる。このように、本実施形態の調湿システムでは、昼間、夜間に関わらず、園芸用構造体１０の内部空間Ｋ２内、特に栽培領域Ｒ１内の飽差値を栽培植物８の生育に最適な値に保持することで、栽培植物８の表面に結露が生じることを抑制することができる。これにより、栽培植物８の病気やダメージが生じること防ぐことができる。
　また、調湿機構１１は、ヒートポンプのように除湿時に冷却を伴わないため、内部空間Ｋ２の調湿を良好に行うことができ、結露による被害を効果的に抑えることができる。
　本実施形態では、調湿機構１１により、栽培領域Ｒ１の周囲にエアーカーテンを形成することで、栽培植物８が存在する栽培領域Ｒ１をそれ以外の領域Ｒ２とは区画し、栽培領域Ｒ１に対する除湿あるいは加湿を集中的に行うことができる。内部空間Ｋ２の全体の調湿を行わずに済むため、栽培領域Ｒ１の調湿を効率よく行うことができ、コスト削減も図れる。
　また、エアーカーテンを利用することにより、日射を遮ることなく外気を遮断して、栽培領域Ｒ１内の温度が急激に変化するのを抑えることができる。さらに、エアーカーテンのため、新たな部材を用いることなく栽培領域Ｒ１を区画することができるとともに、障害物がないため内部空間Ｋ２を自由に利用することが可能である。
　外気の遮断効果だけを得るためなら、内部空間Ｋ２内の空気を利用してエアーカーテンを形成してもよいが、エアーカーテンを調湿空気によって形成することで、栽培領域Ｒ１に対する外気の遮蔽性をより高めることができるとともに、栽培植物８の表面の飽差制御の機能を兼ねることができる。また、エアーカーテン形成用の機構を調湿機構１１とは別に設けるよりも、省スペースに配置でき、設備費も抑えることができる。
　また、霧化再生手段１６では、超音波を用いることで、吸湿性液体Ｗの再生を低エネルギーで行うことができる。なお、本実施形態では、超音波を用いて吸湿性液体Ｗの再生を行ったが、他の機構の排熱を利用することができるのであれば、超音波以外の手段を用いて上記再生を行ってもよい。
　また、吸湿手段１５と霧化再生手段１６とが同じ場所にある必要はなく、これらを接続する循環機構２１によりレイアウトは自在に変更することができる。また、吸湿手段１５および霧化再生手段１６とは、一つずつに限られず、複数ずつ設けてもよい。互いに同じ数であってもよいし、異なっていてもよい。
　また、調湿機構１１についても一つに限られず、複数設けてもよい。例えば、用いる吸湿性液体Ｗの濃度ごとに、複数の調湿機構１１を用意してもよい。これにより、栽培領域Ｒ１の飽差値に対して迅速に対応することができる。
　また、調湿機構１１に可搬性を持たせ、吸湿手段１５を単独で使用し、吸湿後、別の場所に設置した霧化再生手段１６と接続し、吸湿性液体Ｗの再生を行う構成としてもよい。
　また、本実施形態では、エアーカーテンを形成するとしたが、ビニールシートやメッシュシートのようなものを天井から吊り下げて用いてもよい。これにより、栽培領域Ｒ１をそれ以外の未栽培領域Ｒ１２から区画することができ、日射を完全に遮断することもない。
［第２実施形態］
　次に、本発明における第２実施形態の調湿システムについて述べる。
　以下の説明においては、先の実施形態と異なる点について詳しく説明する。
　図３は、第２実施形態の調湿機構とエアーカーテン形成機構との作用について説明するための図である。
　本実施形態の調湿システム２０は、調湿機構１１とは別系統のエアーカーテン形成機構２４を備えている。つまり、先の実施形態では、エアーカーテン形成機構が調湿機構に接続されていたため、調湿空気を用いてエアーカーテンを形成することが可能であったが、本実施形態では、調湿機構１１とは別にエアーカーテン形成機構２４を設けることで、室内の空気を用いてエアーカーテンを形成することができる。
　エアーカーテン形成機構２４は、例えば、園芸用構造体１０の床面に設置される吹出部２４ｂを複数有している。吹出部２４ｂは、栽培領域Ｒ１の周囲に複数配置されることが好ましく、下方から上方に向けて空気を送出することで、栽培領域Ｒ１の周囲にエアーカーテンを形成する。
　調湿機構１１は、第１空気排出流路３１ｂの先端側に吹出部１１ｂを有しており、その吹出部１１ｂが栽培植物８に向けて設置されている。
　本実施形態の調湿システム２０によれば、エアーカーテンの形成に室内の空気を利用することで、調湿空気の生成量を少なくすることができる。また、調湿機構１１において生成した調湿空気を栽培植物８に直接吹き付けることにより、植物表面での湿度制御を行うことができる。また、夜間冷房により植物に蓄積した冷顕熱を除去することができる。
　本実施形態のように、エアーカーテンによって区画した栽培領域Ｒ１内のみ温湿度を制御することで、工場全体の顕熱および潜熱負荷を短時間に処理しなくてもよい。また、工場全体の温湿度を制御するよりも簡単でコストを抑えることができる。
［第３実施形態］
　次に、本発明における第３実施形態の調湿システムについて述べる。
　以下の説明においては、先の実施形態と異なる点について詳しく説明する。
　図４は、第３実施形態の調湿機構とエアーカーテン形成機構との作用について説明するための図である。
　本実施形態の調湿システム３０は、上述した第２実施形態の構成に加えて、さらに、吸気部３７を有している。吸気部３７は、調湿機構１１の吹出部１１ｂと、栽培領域Ｒ１もしくは栽培植物８を介して対向していることが好ましい。吸気部３７は、例えば、図１に示した筐体４の排気口４ａに接続されており、吹出部１１ｂから吹き出された調湿空気Ａ２を外部空間Ｋ１へ排出させる。
　本実施形態の調湿システム３０では、吸気部３７を調湿機構１１の吹出部１１ｂと栽培領域Ｒ１もしくは栽培植物８を介して対向配置させることにより、栽培植物８に吹き付ける調湿空気を一方向に流すことができる。これにより、気流の制御性を高めることができ、栽培領域Ｒ１および栽培植物８に対して集中的に調湿空気を供給することができる。
　このため、第２実施形態と同様の効果が得られるとともに、それに加えて気流の擾乱を防ぐことができる。
［第４実施形態］
　次に、本発明における第４実施形態の調湿システムについて述べる。
　図５は、第４実施形態の調湿機構とエアーカーテン形成機構との作用について説明するための図である。
　本実施形態の調湿システム４０は、第１実施形態と同様に、調湿機構１１にエアーカーテン形成機構４１が接続されている。本実施形態のエアーカーテン形成機構４１は、スイング可能な吹出部４１ｂを有している。
　これによれば、吹出部４１ｂの向きをスイングさせることにより、エアーカーテン形成する機能と、栽培植物８へ調湿空気を送出する機能とを兼ねることができ、構成をシンプルにすることができる。
［第５実施形態］
　次に、本発明における第５実施形態の調湿システムについて用いて述べる。
　以下の説明においては、先の実施形態と異なる点について詳しく説明する。図６は、第５実施形態の調湿システム５０の全体構造を示す図である。図７は、第５実施形態の調湿機構５１の構造を示す図である。図８は、吸湿性液体Ｗの濃度［％］と平衡相対湿度［％］との関係を示す図である。
　本実施形態の調湿システム５０は、上述した第１実施形態の構成に加えて、吸入口温湿度センサー５５および吹出口温湿度センサー５６と、植物表面温度センサー１８とを備えている。
　本実施形態の調湿機構５１には、吸湿貯留槽１５１に接続された第１空気供給流路３１ａの吸入口に、吸入口温湿度センサー５５が配置されている。吸入口温湿度センサー５５は、吸湿貯留槽１５１内に吸入する外部空間Ｋ１の空気Ａ１もしくは内部空間Ｋ２の空気の温湿度を測定するセンサーである。
　また、吸湿貯留槽１５１に接続された第１空気排出流路３１ｂの吹出口には、吹出口温湿度センサー５６が配置されている。吹出口温湿度センサー５６は、吸湿貯留槽１５１内において除湿され、栽培領域Ｒ１へ供給される調湿空気Ａ２の温度を測定するセンサーである。
　また、栽培領域Ｒ１内には、栽培植物８の葉等の表面温度を測定する植物表面温度センサー１８がさらに配置されている。植物表面温度センサー１８は、栽培植物８の温度変化をできる限り正確に測定できるように、栽培植物８の最も近くに設置されていることが好ましい。
　これら吸入口温湿度センサー５５、吹出口温湿度センサー５６および植物表面温度センサー１８の測定結果を制御部１４にフィードバックし、調湿機構１１の駆動を制御する。
　具体的に本実施形態では、まず、制御部１４において、外部温湿度測定センサー１３と、内部温湿度測定センサー１２との測定結果により、栽培領域Ｒ１内が露点に達するか判断する。
　調湿機構１１の稼働が必要と判断した場合は、植物表面温度センサー１８と、吹出口温湿度センサー５６との測定結果に基づいて、露点、飽差条件を算出し、調湿機構１１における調湿条件を決定する。
　そして、制御部１４は、吸入口温湿度センサー５５の測定結果に基づいて、調湿機構１１における吸湿性液体Ｗの濃度を決定する。このとき、図８に示す平衡相対湿度に対して、吸湿性液体Ｗの濃度Ａが高い場合は除湿を行い、吸湿性液体Ｗの濃度Ｂが低い場合は加湿を行うことで、吸湿性液体Ｗの濃度を決定する。
　制御部１４は、吸入口温湿度センサー５５の測定結果に基づいて、吸湿性液体Ｗの濃度を適宜調整し調湿動作を行う。
　このように、露点、飽差に関する温湿度テーブルを基にして調湿機構１１の稼働を制御することにより、栽培領域Ｒ１の調湿を効率よく行うことができる。
　また、事前に、栽培植物８の「生育データ（重量）×栽培植物の比熱」等により、栽培植物８の熱容量を求めておき、「温度差データ」と合わせて熱負荷容量を見積もり、エアーカーテン形成時間、調湿機構１１の稼働時間等を予測運転してもよい。植物自身の温度が周辺の温度に近づくまで、システムを作用させることで、結露による被害を避けることができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　上述した実施形態では、園芸用の構造体に用いられる調湿システムについて述べたが、園芸用に限られない。例えば、調湿対象物が、絵画や陶芸等を含む美術品、チーズやワイン等を含む食品あるいは薬品等であってもよく、構造体がそれを貯蔵する倉庫、食品庫、薬品庫のようなところであってもよい。調湿対象物としては、その他、温度および湿度管理が必要なものも含まれる。

 

Claims (9)

  1. 　調湿対象物が配置された内部空間と外部空間とを区画する構造体と、
    　前記構造体内の調湿を行う調湿機構と、
    　前記内部空間と前記外部空間との温度および湿度を測定する温湿度センサー機構と、
    　前記温湿度センサー機構の測定結果に基づいて前記調湿機構を制御する制御部と、を備え、
    　前記調湿機構は、
    　吸湿性物質を含む吸湿性液体と気体とを接触させることにより、前記気体に含まれる水分の少なくとも一部を前記吸湿性液体に吸湿させる吸湿手段と、
    　前記吸湿手段から供給された前記吸湿性液体に含まれる水分の一部を霧化して霧状液滴を発生させる霧化再生手段と、を有している、
    調湿システム。
  2. 　前記霧化再生手段において再生された前記吸湿性液体を希釈する加湿手段をさらに備えている、
    請求項１に記載の調湿システム。
  3. 　前記温湿度センサー機構は、
    　前記構造体の外部に配置され、前記外部空間の温度および湿度を測定する第１測定センサーと、前記構造体の内部に配置され、前記対象物の周辺の温度および湿度を測定する第２測定センサーと、を備えている、
    請求項１または２に記載の調湿システム。
  4. 　前記温湿度センサー機構は、
    　前記調湿対象物の表面温度および周辺湿度を測定する第３測定センサーを備えている、請求項３に記載の調湿システム。
  5. 　前記内部空間のうち前記調湿対象物が配置された第１領域とそれ以外の第２領域とを区画する区画手段を備えている、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の調湿システム。
  6. 　前記区画手段が、エアーカーテン形成機構からなる、
    請求項５に記載の調湿システム。
  7. 　前記エアーカーテン形成機構が、
    　前記調湿機構において生成された気体を前記内部空間に送出する送出機構を兼ねている、
    請求項６に記載の調湿システム。
  8. 　前記制御部は、前記内部空間の温湿度データおよび調湿対象物の表面温度データに基づいて調湿制御を行う、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の調湿システム。
  9. 　前記霧化再生手段は、
    　前記吸湿性液体を貯留する貯留槽と、
    　前記霧状液滴を発生させるための超音波を発振することで、前記貯留槽内の前記吸湿性液体の液面に液柱を形成する超音波発生部と、を含む、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の調湿システム。
     

     
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