(57)【要約】  本発明による植物工場（１００）は、工場（２００）に併設されている。本発明による植物工場（１００）は、内部で植物が栽培される栽培室（１０）と、工場（２００）から排出される９０℃以下の冷熱を栽培室（１０）に供給する冷熱供給装置（３０）とを備える。本発明によると、低コストで植物を生産することができ、環境への負荷が小さい植物工場を提供することができる。
2012043381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場に併設された植物工場であって、
内部で植物が栽培される栽培室と、
前記工場から排出される９０℃以下の冷熱を前記栽培室に供給する冷熱供給装置と、
を備えた植物工場。
【請求項２】
前記冷熱供給装置は、３５℃以下の冷熱を前記栽培室に供給し得る請求項１に記載の植物工場。
【請求項３】
前記冷熱供給装置は、３０℃以下の冷熱を前記栽培室に供給し得る請求項１または２に記載の植物工場。
【請求項４】
前記工場は、クリーンルームを有しており、
前記冷熱供給装置は、前記クリーンルームから排出された空気を前記栽培室に供給する請求項１から３のいずれかに記載の植物工場。
【請求項５】
前記冷熱供給装置は、前記クリーンルームから排出された空気を前記栽培室の栽培空間内に導入する請求項４に記載の植物工場。
【請求項６】
前記栽培室は、栽培空間と外部との間に、前記栽培空間とは仕切られたさらなる空間を有し、
前記冷熱供給装置は、前記クリーンルームから排出された空気を前記さらなる空間内に導入する請求項４に記載の植物工場。
【請求項７】
前記さらなる空間は、前記栽培空間を包囲するように設けられている請求項６に記載の植物工場。
【請求項８】
前記クリーンルームから前記栽培室までの距離は５０ｍ以下である請求項４から７のいずれかに記載の植物工場。
【請求項９】
前記工場は、液化ガスを気化させる液化ガス気化設備を有しており、
前記冷熱供給装置は、前記液化ガス気化設備によって前記液化ガスが気化する際の気化熱を、前記栽培室に供給する冷熱として用いる請求項１から８のいずれかに記載の植物工場。
【請求項１０】
前記冷熱供給装置は、気化熱によって冷却された空気を前記栽培室に供給する請求項９に記載の植物工場。
【請求項１１】
前記液化ガス気化設備から前記栽培室までの距離は１００ｍ以下である請求項９または１０に記載の植物工場。
【請求項１２】
前記液化ガスは、液化窒素、液化ヘリウムまたは液化天然ガスである請求項９から１１のいずれかに記載の植物工場。
【請求項１３】
前記工場から排出される二酸化炭素を前記栽培室に供給する二酸化炭素供給装置をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の植物工場。
【請求項１４】
前記工場は、有機溶剤を燃焼させて処理する燃焼処理設備を有しており、
前記二酸化炭素供給装置は、前記燃焼処理設備から排出された空気を前記栽培室に供給する請求項１３に記載の植物工場。
【請求項１５】
前記二酸化炭素供給装置は、前記燃焼処理設備から排出された空気の前記栽培室への供給量を調節するためのバルブと、前記燃焼処理設備から排出された空気を前記栽培室に送り込むためのファンと、を有し、
前記バルブおよび前記ファンは、太陽光発電によって得られた電力で駆動される請求項１４に記載の植物工場。
【請求項１６】
前記工場は、発電設備を有しており、
前記工場の前記発電設備で発生した電力を利用する請求項１から１５のいずれかに記載の植物工場。
【請求項１７】
太陽光発電装置を備え、
前記太陽光発電装置で発生した電力を利用する請求項１から１６のいずれかに記載の植物工場。
【請求項１８】
前記栽培室は、太陽光を栽培空間内に採り入れる採光部を有する請求項１から１７のいずれかに記載の植物工場。
【請求項１９】
前記栽培室の前記採光部に設けられた光透過性を有する太陽電池パネルを備える請求項１８に記載の植物工場。
【請求項２０】
前記太陽電池パネルは、ライトスルータイプの太陽電池パネルである請求項１９に記載の植物工場。
【請求項２１】
前記栽培室は、前記工場の南側、または、前記工場の建物の屋上に設置されている請求項１８から２０のいずれかに記載の植物工場。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物工場に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日本の農業問題が喧しく取り沙汰されており、高付加価値な新しい農業形態として植物工場が注目されている。植物工場は、閉鎖的または半閉鎖的な空間内で光、温度、湿度、二酸化炭素濃度、培養液などの環境条件を人工的に制御することにより、季節や気候に左右されない安定的な作物生産を可能にするシステムである。【０００３】
植物工場には、太陽光を利用する「太陽光利用型」と、人工光を利用する「完全制御型」の２種類がある。また、太陽光利用型は、厳密には、光源として太陽光のみを用いるものと、補助的に人工光を用いるもの（「人工光併用型」と呼ばれることもある。）の２種類に分けられる。完全制御型の植物工場は、例えば特許文献１に開示されている。人工光併用型の植物工場は、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３１９０９号公報
【特許文献２】特開２００８−０９２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、植物工場は、現在農業の主流である露地栽培に比べ、植物の生産に要するコストが高い。植物工場では、種々の条件を制御するために大量の電力を必要とするからである。また、日本における電力の半分以上は、二酸化炭素の排出量が多い火力発電によって生成されているので、大量の電力を必要とする植物工場は、環境への負荷が大きいといえる。【０００６】
植物工場が要する電力の少なからぬ部分は、温度制御のための電力である。植物工場では、太陽光を利用する場合には太陽熱により、また、人工光を利用する場合には光源からの放熱により、施設内の温度が上昇してしまうので、施設内を植物の育成に適した（つまり光合成に最適な）温度に維持するために多くの季節で冷房を行う必要がある。冷房には、普通、ヒートポンプが用いられる。また、外気の温度が著しく低下する冬季には、暖房を行う必要もある。【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで植物を生産することができ、環境への負荷が小さい植物工場を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による植物工場は、工場に併設された植物工場であって、内部で植物が栽培される栽培室と、前記工場から排出される９０℃以下の冷熱を前記栽培室に供給する冷熱供給装置と、を備える。【０００９】
ある好適な実施形態において、前記冷熱供給装置は、３５℃以下の冷熱を前記栽培室に供給し得る。【００１０】
ある好適な実施形態において、前記冷熱供給装置は、３０℃以下の冷熱を前記栽培室に供給し得る。【００１１】
ある好適な実施形態において、前記工場は、クリーンルームを有しており、前記冷熱供給装置は、前記クリーンルームから排出された空気を前記栽培室に供給する。【００１２】
ある好適な実施形態において、前記冷熱供給装置は、前記クリーンルームから排出された空気を前記栽培室の栽培空間内に導入する。【００１３】
ある好適な実施形態において、前記栽培室は、栽培空間と外部との間に、前記栽培空間とは仕切られたさらなる空間を有し、前記冷熱供給装置は、前記クリーンルームから排出された空気を前記さらなる空間内に導入する。【００１４】
ある好適な実施形態において、前記さらなる空間は、前記栽培空間を包囲するように設けられている。【００１５】
ある好適な実施形態において、前記クリーンルームから前記栽培室までの距離は５０ｍ以下である。【００１６】
ある好適な実施形態において、前記工場は、液化ガスを気化させる液化ガス気化設備を有しており、前記冷熱供給装置は、前記液化ガス気化設備によって前記液化ガスが気化する際の気化熱を、前記栽培室に供給する冷熱として用いる。【００１７】
ある好適な実施形態において、前記冷熱供給装置は、気化熱によって冷却された空気を前記栽培室に供給する。【００１８】
ある好適な実施形態において、前記液化ガス気化設備から前記栽培室までの距離は１００ｍ以下である。【００１９】
ある好適な実施形態において、前記液化ガスは、液化窒素、液化ヘリウムまたは液化天然ガスである。【００２０】
ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記工場から排出される二酸化炭素を前記栽培室に供給する二酸化炭素供給装置をさらに備える。【００２１】
ある好適な実施形態において、前記工場は、有機溶剤を燃焼させて処理する燃焼処理設備を有しており、前記二酸化炭素供給装置は、前記燃焼処理設備から排出された空気を前記栽培室に供給する。【００２２】
ある好適な実施形態において、前記二酸化炭素供給装置は、前記燃焼処理設備から排出された空気の前記栽培室への供給量を調節するためのバルブと、前記燃焼処理設備から排出された空気を前記栽培室に送り込むためのファンと、を有し、前記バルブおよび前記ファンは、太陽光発電によって得られた電力で駆動される。【００２３】
ある好適な実施形態において、前記工場は、発電設備を有しており、前記工場の前記発電設備で発生した電力を利用する。【００２４】
ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、太陽光発電装置を備え、前記太陽光発電装置で発生した電力を利用する。【００２５】
ある好適な実施形態において、前記栽培室は、太陽光を栽培空間内に採り入れる採光部を有する。【００２６】
ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記栽培室の前記採光部に設けられた光透過性を有する太陽電池パネルを備える。【００２７】
ある好適な実施形態において、前記太陽電池パネルは、ライトスルータイプの太陽電池パネルである。【００２８】
ある好適な実施形態において、前記栽培室は、前記工場の南側、または、前記工場の建物の屋上に設置されている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、低コストで植物を生産することができ、環境への負荷が小さい植物工場を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【図５】太陽光利用型の植物工場１００における栽培室１０の具体的な構造の例を示す断面図である。
【図６】太陽光利用型の植物工場１００における栽培室１０の具体的な構造の例を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、植物工場１００の栽培室１０と工場２００のある建物２０１との配置関係を示す側面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、植物工場１００を模式的に示す平面図および側面図である。
【図８】（ａ）は、植物工場１００の栽培室１０と工場２００のある建物２０１との配置関係を示す側面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、植物工場１００を模式的に示す平面図および側面図である。
【図９】燃焼スクラバ２３０および液化ガス気化設備２２０の具体的な構成の例を示す図である。
【図１０】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【図１１】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【図１２】本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
図１に、本実施形態における植物工場１００を示す。図１は、太陽光利用型の植物工場１００の基本的な構成を示すブロック図である。
【００３３】
植物工場１００は、図１に示すように、工場２００に併設されている。本願明細書において、単に「工場」という場合、植物工場以外の工場（つまり一般的な製造業における工場）を指す。このように、本実施形態における植物工場１００は、工場２００に併設されているというまったく新しいコンセプトの植物工場である。
【００３４】
図１に示すように、植物工場１００は、栽培室１０と、冷熱供給装置３０とを備える。植物工場１００は、さらに、二酸化炭素供給装置２０と、太陽光発電装置４０とを備える。
【００３５】
栽培室１０は、その内部で植物が栽培される。本実施形態の植物工場１００は太陽光利用型であるので、栽培室１０は、太陽光を栽培空間（栽培室１０内で実際に植物が栽培される空間）内に採り入れる採光部を有する。採光部を介して栽培空間内に導入された太陽光は、植物の光合成に利用される。
【００３６】
栽培室１０で栽培される植物は、特に限定されず、種々の野菜や果物であってよい。野菜は、例えば、葉の部分を食用とする葉菜類（レタス、水菜、イタリアンパセリなど）であってもよいし、果実を食用とする果菜類（ナス、トマトなど）であってもよく、主に根を食用とする根菜類（カブ、二十日大根など）であってもよい。栽培される植物の種類は、必要な光量や、可食部分の大きさ、採算性などを考慮して決定される。例えば、イチゴは、光量が少なくてよく（３００μｍｏｌ／ｍ2ｓ程度）、また、市場規模が大きい（国内で約１７００億円）ので好ましい。また、ミジンコウキクサは、ＣＯ2の固定量が多く（トウモロコシの約５倍）、デンプンの蓄積量も多い（４０％〜５０％）ので、主食としての代替利用が期待される。さらに、ラベンダーや芝桜、インパチェンスなどの観賞用の植物を栽培してもよい。栽培室１０では、典型的には、土壌を用いない養液栽培（水耕栽培）が行われる。
【００３７】
二酸化炭素供給装置２０は、工場２００から排出される二酸化炭素（ＣＯ2）を栽培室１０に供給する。光合成は、基本的には二酸化炭素濃度が高いほど促進されるが、濃度があまりに高すぎると飽和する。外気中の二酸化炭素濃度は、３５０ｐｐｍ程度であり、二酸化炭素供給装置２０によって栽培室１０内の二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲内に制御することにより、光合成を十分に促進することができる。
【００３８】
冷熱供給装置３０は、工場２００から排出される９０℃以下の冷熱を栽培室１０に供給する。冷熱供給装置３０から供給される冷熱は、栽培室１０内の（より具体的には栽培空間内の）温度制御に用いられる。植物の種類にもよるが、一般に、光合成は、２５℃〜３０℃の温度範囲でもっとも促進されるので、栽培室１０内は、この範囲内の温度に維持されることが好ましい。
【００３９】
太陽光発電装置４０は、太陽電池を利用し、太陽光のエネルギーを電力に変換する。太陽光発電装置４０で得られた電力は、二酸化炭素供給装置２０および冷熱供給装置３０に供給され、これらの装置の駆動に用いられる。また、太陽光発電装置４０で得られた電力は、栽培室１０にも供給され、栽培室１０内での種々の制御に用いられる。このように、植物工場１００は、太陽光発電装置４０で発生した電力を利用する。
【００４０】
上述したように、本実施形態における植物工場１００では、冷熱供給装置３０によって、工場２００から排出される９０℃以下の冷熱が栽培室１０に供給されるので、その冷熱を用いて、栽培室１０内の温度制御を行うことができる。従って、温度制御に要する電力を大きく低減できる。そのため、環境への負荷を小さくし、低コストで植物を生産することが可能になる。
【００４１】
現在、原子力発電所や火力発電所、一部の工場などでは、排熱を電気エネルギーとして回収することが行われている。しかしながら、回収されるのは、高温の排熱のみであり、９０℃以下といった低温の排熱は、未利用のまま放棄されている。これは、低温の排熱は、タービン等による発電には効率上利用し難いからである。
【００４２】
これに対し、本実施形態の植物工場１００では、冷熱供給装置３０によって９０℃以下の冷熱を直接（つまり電力等に変換せずに）栽培室１０に供給するので、従来利用されていなかった９０℃以下の冷熱（低温の排熱）を有効に利用することができる。
【００４３】
なお、既に述べたように、光合成に最適な温度は２５℃〜３０℃である。そのため、冷房に要する電力を削減して環境負荷およびコストの低減効果を顕著に得るためには、冷熱供給装置３０は、栽培室１０に対し、３５℃以下の冷熱を供給し得ることが好ましく、３０℃以下の冷熱を供給し得ることがさらに好ましい。
【００４４】
また、本実施形態における植物工場１００では、二酸化炭素供給装置２０によって、工場２００から排出される二酸化炭素が栽培室１０に供給される。つまり、工場２００からの二酸化炭素を用いて植物への二酸化炭素施肥が行われる。従って、二酸化炭素施肥のために二酸化炭素ボンベを用意する必要がないので、そのことによってコストのさらなる低減を図ることができる。また、本来工場２００からそのまま環境中に排出される二酸化炭素が、栽培室１０において植物による光合成によって有機物に固定される。そのため、工場２００から地球環境への二酸化炭素排出量を削減することができる。
【００４５】
さらに、植物工場１００では、太陽光発電装置４０で発生した電力を利用する。つまり、再生可能エネルギー（自然界の営みによって利用するのと同等以上の速度で再生されるエネルギー）である太陽エネルギーが利用される。従って、その点でも環境への負荷が小さい。
【００４６】
冷熱供給装置３０が栽培室１０に冷熱を供給する具体的な方法は、特に限定されない。例えば、図２に示すように、工場２００がクリーンルーム２１０を有している場合、冷熱供給装置３０はクリーンルーム２１０から排出された空気を栽培室１０に供給することにより、冷熱を栽培室１０に供給することができる。この場合、空気が冷熱を移動させる媒体として機能することになる。
【００４７】
クリーンルーム２１０は、電子機器や精密機械を製造する工場に設けられていることが多く、２５℃程度の低温の空気を常に大量に排出している。そのため、冷熱供給装置３０がクリーンルーム２１０からの空気を栽培室１０に供給することにより、栽培室１０内の温度制御を行うことができる。
【００４８】
また、クリーンルーム２１０へは、空気中の塵埃を除去するために高性能なエアフィルタ（ＨＥＰＡフィルタなど）を通した空気を送り込むので、クリーンルーム２１０から排出される空気も清浄であり、うどん粉病、さび病、べと病などの原因となるかびの胞子が除去されている。そのため、クリーンルーム２１０から排出される空気を用いて温度制御を行うと、植物の病気の発生を低減することができる。
【００４９】
図２に示した構成を採用する場合、冷熱供給装置３０は、例えば、クリーンルーム２１０と栽培室１０との間に設けられ、空気が通る配管と、クリーンルーム２１０から排出された空気の栽培室１０への供給量を調節するためのバルブと、クリーンルーム２１０から排出された空気を栽培室１０に送り込むためのファンとを有する。
【００５０】
また、図２に示した構成を採用する場合、栽培室１０はできるだけクリーンルーム２１０に近接して設けられることが好ましい。クリーンルーム２１０から栽培室１０までの距離が大きすぎると、クリーンルーム２１０から排出された空気が、栽培室１０まで搬送される過程で外気温等の影響によってその温度が大きく変化してしまい、好適な温度制御が難しくなる可能性がある。クリーンルーム２１０から栽培室１０までの距離は、具体的には、５０ｍ以下であることが好ましく、３０ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
また、図３に示すように、工場２００が、液化ガス（ガスを加圧、冷却して液化したもの）を気化させる設備（液化ガス気化設備）２２０を有している場合、冷熱供給装置３０は、液化ガス気化設備２２０によって液化ガスが気化する際の気化熱を、栽培室１０に供給する冷熱として用いてもよい。例えば、冷熱供給装置３０が、気化熱によって冷却された空気を栽培室１０に供給することによって、温度制御を行うことができる。この場合も、空気が冷熱を移動させる媒体として機能することになる。
【００５２】
工場２００で用いられる液化ガスの例としては、液化窒素や液化ヘリウム、液化天然ガスが挙げられる。液化窒素や液化ヘリウムは、気化させて例えば半導体プロセスに用いられる。また、液化天然ガスは、燃料として用いられる。
【００５３】
図３に示した構成を採用する場合、冷熱供給装置３０は、例えば、液化ガス気化設備２２０と栽培室１０との間に設けられ、空気が通る配管と、気化熱によって冷却された空気の栽培室１０への供給量を調節するためのバルブと、気化熱によって冷却された空気を栽培室１０に送り込むためのファンとを有する。
【００５４】
また、図３に示した構成を採用する場合、栽培室１０はできるだけ液化ガス気化設備２２０に近接して設けられることが好ましい。液化ガス気化設備２２０から栽培室１０までの距離が大きすぎると、気化熱によって冷却された空気が、栽培室１０まで搬送される過程で外気温等の影響によってその温度が大きく変化してしまい、好適な温度制御が難しくなる可能性がある。液化ガス気化設備２２０から栽培室１０までの距離は、具体的には、１００ｍ以下であることが好ましく、５０ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５５】
なお、ここでは冷熱を移動させる媒体として空気を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。冷熱を移動させるために空気以外の媒体を用いてもよい。例えば水のような液体を、冷熱を移動させるための媒体として用いてもよい。
【００５６】
また、二酸化炭素供給装置２０が栽培室１０に二酸化炭素を供給する具体的な方法も、特に限定されない。例えば、図４に示すように、工場２００が、有機溶剤（ＶＯＣ）を燃焼させて処理する燃焼処理設備（「燃焼スクラバ」と呼ばれる。）２３０を有している場合、二酸化炭素供給装置２０は、燃焼スクラバ２３０から排出された空気を栽培室１０に供給すればよい。燃焼スクラバ２３０から排出される空気は、二酸化炭素を外気よりも高い濃度で含んでいるので、その空気を栽培室１０に供給することにより、栽培室１０内の二酸化炭素濃度を制御する（外気よりも高くする）ことができる。
【００５７】
図４に示した構成を採用する場合、二酸化炭素供給装置２０は、例えば、燃焼スクラバ２３０と栽培室１０との間に設けられ、空気が通る配管と、燃焼スクラバ２３０から排出された空気の栽培室１０への供給量を調節するためのバルブと、燃焼スクラバ２３０から排出された空気を栽培室１０に送り込むためのファンとを有する。なお、植物は、二酸化炭素を昼間だけ（つまり光合成が行われるときだけ）必要とするので、二酸化炭素供給装置２０は、栽培室１０への二酸化炭素の供給を主に昼間に行えばよい。そのため、二酸化炭素供給装置２０が有するバルブおよびファンは、太陽光発電によって得られた電力のみでも好適に駆動され得る。
【００５８】
図５に、太陽光利用型の植物工場１００における栽培室１０の具体的な構造の例を示す。栽培室１０は、図５に示すように、その内部に栽培空間１１を有する。栽培空間１１内には、植物が載置される栽培ベンチ１２が複数設置されている。栽培室１０の側壁１０ｓおよび屋根１０ｔは、光を透過する材料（例えばガラスや樹脂）から形成された部分を含んでいる。そのため、これらの側壁１０ｓおよび屋根１０ｔは、太陽光を栽培空間１１内に採り入れる採光部として機能する。
【００５９】
図１などに示したように植物工場１００が太陽光発電装置４０を備える場合には、図６に示すように、栽培室１０の採光部（ここでは屋根１０ｔ）に、光透過性を有する太陽電池パネル４２を設けてもよい。光透過性を有する太陽電池パネル４２を採光部に設けると、採光部への入射光の一部が太陽電池パネル４２で吸収され、残りは太陽電池パネル４２を透過して栽培空間１１内に導入される。そのため、太陽光を、光合成と発電の両方に用いることができる。
【００６０】
一般に、太陽電池そのものは「セル」と呼ばれ、必要な電圧と電流とが得られるようにセルを複数直列や並列に接続し、樹脂や強化ガラス、金属枠で保護したパネル状の製品が「太陽電池パネル」または「太陽電池モジュール」と呼ばれる。
【００６１】
光透過性を有する太陽電池パネル４２としては、セル自体に微細な孔を形成することによって光透過性が付与された「シースルータイプ」と、セル間隔を広げることによって光透過性が付与された「ライトスルータイプ」とが知られている。「ライトスルータイプ」は、高い開口率（例えば７０％以上）を容易に実現できるので、光合成のための光量を十分に確保する観点からは、ライトスルータイプを用いることが好ましい。
【００６２】
なお、図６に示した例では、栽培室１０の屋根１０ｔのみに太陽電池パネル４２が設けられているが、勿論、栽培室１０の側壁１０ｓにも（あるいは側壁１０ｓのみに）太陽電池パネル４２を設けてもよい。
【００６３】
また、採光部を有する栽培室１０は、できるだけ日当たりのよい場所に設置されていることが好ましい。具体的には、採光部を有する栽培室１０は、工場２００の南側や、工場２００の建物の屋上に設置されていることが好ましい。
【００６４】
ここで、図７を参照しながら、クリーンルーム２１０および燃焼スクラバ２３０を有する工場２００に併設された植物工場１００の具体的な構造の例を説明する。図７（ａ）は、植物工場１００の栽培室１０と工場２００のある建物２０１との配置関係を示す側面図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は、植物工場１００を模式的に示す平面図および側面図である。
【００６５】
工場２００の建物２０１は、図７（ａ）に示すように、クリーンルーム２１０と、クリーンルーム２１０に隣接する機械室２１２とを有する。機械室２１２の内部には、クリーンルーム２１０への給気、クリーンルーム２１０からの排気および空気の清浄化を行うための空調設備が設けられている。また、機械室２１２の内部には、電気設備や通信設備も設けられている。植物工場１００の栽培室１０は、クリーンルーム２１０を有するこの建物２０１の屋上（クリーンルーム２１０の上）に設置されている。
【００６６】
機械室２１２と栽培空間１１との間には、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、機械室２１２から延びる第１配管５１と、第１配管５１に接続され、栽培空間１１内にまで延びる第２配管５２とが設けられている。第１配管５１には、上流側から第１バルブ５３ａ、第２バルブ５３ｂおよび第１ファン５４ａがこの順に設けられている。第１ファン５４ａは、機械室２１２からの空気を栽培室１０に送り込むためのものである。第２配管５２には、上流側から第３バルブ５３ｃおよび吹き出し口５５がこの順に設けられている。クリーンルーム２１０から機械室２１２を介して排出された空気は、第１配管５１および第２配管５２を通り、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、吹き出し口５５から栽培空間１１内に導入される。
【００６７】
燃焼スクラバ２３０からは、図７（ｂ）に示すように、第３配管５６が延設されており、この第３配管５６も、第２配管５２に接続されている。第３配管５６には、上流側から第４バルブ５３ｄおよび第２ファン５４ｂがこの順に設けられている。第２ファン５４ｂは、燃焼スクラバ２３０から排出された空気を栽培室１０に送り込むためのものである。燃焼スクラバ２３０から排出された二酸化炭素濃度の高い空気は、第３配管５６および第２配管５２を通り、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、吹き出し口５５から栽培空間１１内に導入される。
【００６８】
図７に示した例では、第１配管５１と第３配管５６とがともに第２配管５２に接続されているため、クリーンルーム２１０からの空気と、燃焼スクラバ２３０からの二酸化炭素濃度の高い空気とは、栽培空間１１内に導入される前に合流して混じり合う。第１バルブ５３ａ、第２バルブ５３ｂおよび第３バルブ５３ｃは、クリーンルーム２１０から機械室２１２を介して排出された空気の栽培室１０への供給量を調節するよう機能する。また、第４バルブ５３ｄおよび第３バルブ５３ｃは、燃焼スクラバ２３０から排出された空気の栽培室１０への供給量を調節するよう機能する。
【００６９】
図７に示した例では、第１配管５１、第２配管５２、第１バルブ５３ａ、第２バルブ５３ｂ、第３バルブ５３ｃおよび第１ファン５４ａが、協同的に冷熱供給装置３０として機能し、クリーンルーム２１０から排出された空気を栽培空間１１内に導入する。また、第２配管５２、第３配管５６、第３バルブ５３ｃ、第４バルブ５３ｄおよび第２ファン５４ｂが、協同的に二酸化炭素供給装置２０として機能し、燃焼スクラバ２３０から排出された空気（二酸化炭素）を栽培空間１１内に導入する。
【００７０】
図７に示したようなクリーンルーム２１０からの空気を栽培空間１１内に導入する構成を採用すると、外気中を飛散するかびの胞子やウイルス、さらには害虫やその卵に植物が接触する機会が減少するので、病害虫の発生を低減することができる。そのため、農薬の使用回数の低減も図ることができる。また、図７に例示した構成では、燃焼スクラバ２３０から排出された空気が、栽培室１０に供給される前に、クリーンルーム２１０から排出された空気と混ぜ合わされる。燃焼スクラバ２３０からの空気は、クリーンルーム２１０からの空気と比べると高温であることが多い（例えば約９０℃）が、燃焼スクラバ２３０からの空気とクリーンルーム２１０からの空気とが栽培室１０に供給される前に混ぜ合わされる構成を採用することにより、高温の空気が直接栽培空間１１内に導入されることによる植物への悪影響を防止することができる。
【００７１】
ここで、図７に示した例について、クリーンルーム２１０からの空気と燃焼スクラバ２３０からの空気とを用いて温度および二酸化炭素濃度の制御が可能かどうか試算した結果を説明する。
【００７２】
まず、クリーンルーム２１０から機械室２１２に排出される２５℃の空気の量を３６００００ｍ3／ｈとする。また、機械室２１２から第１ファン５４ａを経由して栽培室１０の栽培空間１１内に導入される空気の量を３６００００ｍ3／ｈとする。さらに、栽培空間１１の容積は、幅Ｗを１００ｍ、奥行きＤを１００ｍ、高さＨを３ｍとして（いずれも図７参照）、１００×１００×３＝３００００ｍ3とする。栽培室１０の換気回数は、５分に１回、つまり、１２回／ｈとする。すると、栽培室１０に１時間当たり必要な空気量は、３００００ｍ3×１２回／ｈ＝３６００００ｍ3／ｈとなる。燃焼スクラバ２３０から供給される二酸化炭素濃度の高い空気の量を２５０００ｍ3／ｈとし、燃焼スクラバ２３０から供給される空気の二酸化炭素濃度を２００００ｐｐｍとする。なお、これらの数値は勿論、工場２００の規模や燃焼処理するガスの成分により大きく異なる。
【００７３】
上記の条件で、クリーンルーム２１０から排出される２５℃の空気に、燃焼スクラバ２３０から排出される二酸化炭素濃度の高い９０℃の空気を混ぜ合わせて栽培室１０の栽培空間１１内に導入すると、二酸化炭素濃度が４００ｐｐｍで量が３６００００ｍ3／ｈの空気と、二酸化炭素濃度が２００００ｐｐｍで量が２５０００ｍ3／ｈの空気とを混合することになるので、二酸化炭素濃度は約１６５０ｐｐｍとなり、温度は約２９℃となる。このように、栽培空間１１内の温度および二酸化炭素濃度を、植物の光合成に最適な温度範囲（２５℃〜３０℃）および二酸化炭素濃度範囲（１０００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ）内にし得ることが確認された。なお、二酸化炭素濃度として１６５０ｐｐｍもの濃度が必要でない場合には、第４バルブ５３ｄの開度を制御することにより、二酸化炭素濃度を調整すればよい。
【００７４】
続いて、上記の試算で用いたサイズの栽培室１０について、夏季における冷房必要時のランニングコストの検証を行った結果を説明する。検証は、図７に示した例のようにクリーンルーム２１０からの空気によって温度制御を行った場合（実施例）と、エアコンによる温度制御を行った場合（比較例１）と、エアコンと遮光カーテン（太陽光を遮るように栽培室の屋根に設けられている）による温度制御を行った場合（比較例２）とについて行った。検証結果を下記表１に示す。
【００７５】
【表１】
2012043381.tif 000003
【００７６】
表１からわかるように、比較例１では、エアコンの運転に多くの電力を必要とするので、消費電力が４５９２ＫＷｈと大きい。そのため、ランニングコストが４５９２０円／日と高い。また、比較例１では、光量は十分であるものの、エアコンの設置スペースを必要とするので、実効的な栽培面積（フットプリント）が低下する。
【００７７】
比較例２では、遮光カーテンによって太陽光を遮ることができる分エアコンの運転に要する電力を低減できるので、消費電力を１１４８ＫＷｈと比較例１に比べて小さくできる。そのため、ランニングコストも１１４８０円／日と比較例１に比べて安くすることができる。しかしながら、比較例２では、遮光カーテンによる遮光によって植物への到達光量が５０％以下になってしまい、光量が不十分である。また、比較例２では、比較例１と同様に、エアコンの設置スペースを必要とするので、フットプリントが低下する。
【００７８】
これに対し、実施例では、エアコンを必要とせず、ファンを運転するための電力のみでよいので、消費電力を４１０ＫＷｈと比較例１および２の両方と比べて小さくできる。そのため、ランニングコストも４１００円／日と比較例１および２の両方と比べて安くすることができる。また、遮光カーテンによる遮光が行われないので、光量は十分である。さらに、エアコンの設置スペースを必要としないので、実効的な栽培面積（フットプリント）を増加させることができる。なお、栽培面積を増加させる代わりに、クリーンルーム２１０からの空気による温度制御に不具合が生じた場合に備えてエアコンを設置してもよい。
【００７９】
なお、クリーンルーム２１０から排出される空気の温度と外気の温度との高低関係に応じ、栽培空間１１内への空気の導入位置を変化させてもよい。例えば温度センサを設けて外気の温度を検知し、外気の温度の方が高い場合には、高い位置から栽培空間１１への空気の導入を行い、外気の温度の方が低い場合には、低い位置から栽培空間１１への空気の導入を行うことにより、栽培空間１１内の温度をより速やかに均一に制御することが可能になる。
【００８０】
次に、図８を参照しながら、植物工場１００の具体的な構造の他の例を説明する。図８（ａ）は、植物工場１００の栽培室１０と工場２００のある建物２０１との配置関係を示す側面図であり、図８（ｂ）および（ｃ）は、植物工場１００を模式的に示す平面図および側面図である。
【００８１】
図８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す栽培室１０は、栽培空間１１と外部との間に、栽培空間１１とは仕切られたさらなる空間１３を有する点において、図７（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示した栽培室１０と異なっている。図８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す栽培室１０は、その側壁および屋根が、内壁１０ｗ１および外壁１０ｗ２からなる二重構造を有しており、これら内壁１０ｗ１と外壁１０ｗ２との間にさらなる空間１３が位置する。さらなる空間１３は、栽培空間１１とは内壁１０ｗ１によって仕切られており、栽培空間１１を包囲するように設けられている。図８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す例では、クリーンルーム２１０から排出された空気は、栽培空間１１ではなく、その周囲のさらなる空間１３内に導入される。
【００８２】
機械室２１２とさらなる空間１３との間は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、第１配管６１によって接続されている。第１配管６１には、上流側から第１バルブ６２ａおよび第１ファン６３ａがこの順に設けられている。第１ファン６３ａは、機械室２１２からの空気を栽培室１０に送り込むためのものである。クリーンルーム２１０から機械室２１２を介して排出された空気は、第１配管６１を通り、さらなる空間１３内に導入される。
【００８３】
燃焼スクラバ２３０と栽培空間１１との間は、図８（ｂ）に示すように、第２配管６４によって接続されており、第２配管６４は、栽培空間１１内にまで延びている。第２配管６４には、上流側から第２バルブ６２ｂ、第２ファン６３ｂ、第３バルブ６２ｃおよび吹き出し口６５がこの順に設けられている。第２ファン６３ｂは、燃焼スクラバ２３０から排出された空気を栽培室１０に送り込むためのものである。燃焼スクラバ２３０から排出された二酸化炭素濃度の高い空気は、第２配管６４を通り、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、吹き出し口６５から栽培空間１１内に導入される。
【００８４】
図８に示した例では、クリーンルーム２１０からの空気と、燃焼スクラバ２３０からの二酸化炭素濃度の高い空気とは、混じり合わない。第１バルブ６２ａは、クリーンルーム２１０から機械室２１２を介して排出された空気の栽培室１０への供給量を調節するよう機能する。また、第２バルブ６２ｂおよび第３バルブ６２ｃは、燃焼スクラバ２３０から排出された空気の栽培室１０への供給量を調節するよう機能する。
【００８５】
図８に示した例では、第１配管６１、第１バルブ６２ａおよび第１ファン６３ａが、協同的に冷熱供給装置３０として機能し、クリーンルーム２１０から排出された空気をさらなる空間１３内に導入する。また、第２配管６４、第２バルブ６２ｂ、第３バルブ６２ｃおよび第２ファン６３ｂが、協同的に二酸化炭素供給装置２０として機能し、燃焼スクラバ２３０から排出された空気（二酸化炭素）を栽培空間１１内に導入する。
【００８６】
図８に示した例では、クリーンルーム２１０からの空気をさらなる空間１３内に導入することによって、栽培空間１１の周囲のさらなる空間１３を冷却（あるいは加温）し、それによって栽培空間１１内の温度を制御する。つまり、さらなる空間１３内の空気と栽培空間１１内の空気との内壁１０ｗ１を介した熱交換によって栽培空間１１内の温度が制御される。この構成を採用すると、クリーンルーム２１０からの空気が栽培空間１１内には導入されないので、クリーンルーム２１０からの空気に植物にとって有害な物質が含まれている場合でも、温度制御を行うことが可能になる。
【００８７】
ここで、図８に示した例について、クリーンルーム２１０からの空気と燃焼スクラバ２３０からの空気とを用いて温度および二酸化炭素濃度の制御が可能かどうか試算した結果を説明する。
【００８８】
まず、クリーンルーム２１０から機械室２１２に排出される２５℃の空気の量を３６００００ｍ3／ｈとする。また、機械室２１２から第１ファン６３ａを経由して栽培室１０のさらなる空間１３内に導入される空気の量を３６００００ｍ3／ｈとする。さらに、栽培空間１１の容積は、幅Ｗを１００ｍ、奥行きＤを１００ｍ、高さＨを３ｍとして（いずれも図８参照）、１００×１００×３＝３００００ｍ3とする。栽培室１０の内壁１０ｗ１と外壁１０ｗ２との間隔ｄ（図８参照）を０．２ｍとし、さらなる空間１３の容積を２２５６ｍ3とする。栽培室１０のさらなる空間１３の換気回数は、１分に１回、つまり、６０回／ｈとする。すると、さらなる空間１３に１時間当たり必要な空気量は、２２５６ｍ3×６０回／ｈ＝１３５３６０ｍ3／ｈとなる。燃焼スクラバ２３０から供給される二酸化炭素濃度の高い空気の量を２５０００ｍ3／ｈとし、燃焼スクラバ２３０から供給される空気の二酸化炭素濃度を２００００ｐｐｍとする。なお、これらの数値は勿論、工場２００の規模や燃焼処理するガスの成分により大きく異なる。
【００８９】
上記の条件で、クリーンルーム２１０から排出される２５℃の空気をさらなる空間１３内に導入し、燃焼スクラバ２３０から排出される二酸化炭素濃度の高い９０℃の空気を栽培空間１１内に導入する。栽培空間１１内の二酸化炭素濃度（燃焼スクラバ２３０からの空気を導入する前の濃度）が４００ｐｐｍであるとすると、二酸化炭素濃度を１５００ｐｐｍまで高くしたい場合、約１８００ｍ3の空気を燃焼スクラバ２３０から導入すればよく、上記の数値（２５０００ｍ3／ｈ）で十分である。また、燃焼スクラバ２３０から９０℃の空気を栽培空間１１に導入したときの温度変化は＋３．７℃であるので、燃焼スクラバ２３０からの空気を導入した後の栽培空間１１内の温度は、植物の光合成に最適な温度範囲（２５℃〜３０℃）内である。
【００９０】
上述したように、図７および図８に示したいずれの例についても、温度および二酸化炭素濃度の制御が可能である。
【００９１】
続いて、図９を参照しながら、燃焼スクラバ２３０の具体的な構成と、液化ガス気化設備２２０での気化熱を冷熱として利用するための具体的な構成を説明する。
【００９２】
燃焼スクラバ２３０は、図９の上側に示しているように、燃焼器２３１と、熱交換器２３２とを有する。燃焼器２３１には、処理ガス（気化した有機溶剤）、天然ガスおよび燃焼用空気が導入され、高温（例えば約７７０℃）で燃焼が行われる。熱交換器２３２は、燃焼器２３１から排出された高温の空気から熱交換により熱を回収する。回収した熱は、エネルギーとして工場２００で再利用される。熱交換後の約９０℃の空気は、二酸化炭素濃度が高いので、栽培室１０の二酸化炭素濃度の制御に用いることができる。
【００９３】
例えば処理ガスとして１７５００ｍ3／ｈのＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）を燃焼させる場合、上記の量のＰＧＭＥに加え、６３００ｍ3／ｈの天然ガスと、１０８０ｍ3／ｈの燃焼用空気とを燃焼器２３１内に導入する。このとき、天然ガスの燃焼に伴って約８０ｍ3／ｈの二酸化炭素が発生し、処理ガスの燃焼に伴って約２７０ｍ3／ｈの二酸化炭素が発生する。そのため、二酸化炭素濃度が１．７６％の空気が約２５０００ｍ3／ｈ生成される。二酸化炭素濃度が高いこの空気を栽培室１０に供給することにより、二酸化炭素濃度の制御を行うことができる。
【００９４】
液化ガス気化設備２２０は、図９の下側に示しているように、液化窒素が貯蔵されたボンベ２２１と、ボンベ２２１近傍に設けられた蒸発器２２２と、冷媒循環路２２３内で冷媒を循環させるためのポンプ２２４と、燃焼スクラバ２３０から排出された空気を冷却する熱交換器２２５とを有する。蒸発器２２２によって液化窒素が気化される際の気化熱で冷却された冷媒（例えば０℃）を熱交換器２２５に供給することにより、燃焼スクラバ２３０からの空気を冷却することができる（このとき冷媒は例えば５℃から２５℃に加熱される）。栽培室１０内を加温したくない場合（あるいは冷却したい場合）には、このようにして冷却を行ってから空気の導入を行えばよい。逆に加温したい場合には、燃焼スクラバ２３０からの空気をそのまま栽培室１０に導入すればよい。熱交換器２２５で加熱された冷媒は、蒸発器２２２での液化窒素の気化に再度用いられる。このようにして、気化熱を冷熱として利用して栽培室１０の温度制御を行うことができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、植物工場１００が太陽光発電装置４０を備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１０に示すように、工場２００が発電設備２４０を有している場合、植物工場１００は、工場２００の発電設備２４０で発生した電力を利用してもよい。工場２００の発電設備２４０は、例えば、太陽光発電装置や、ガスタービン、燃料電池などである。
【００９６】
また、本実施形態では、太陽光利用型のうちの太陽光のみを利用するタイプの植物工場１００を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１１に示すように、植物工場１００は、照明装置７０を備え、照明装置７０から出射される人工光のみを利用する完全制御型であってもよいし、図１２に示すように、照明装置７０を備え、太陽光だけでなく、照明装置７０から出射される人工光を補助的に利用する人工光併用型であってもよい。照明装置７０の光源としては、高圧ナトリウムランプや蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを好適に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明によると、低コストで植物を生産することができ、環境への負荷が小さい植物工場を提供することができる。本発明は、太陽光利用型および人工光利用型のいずれの植物工場にも好適に用いられる。本発明による植物工場は、電子機器を製造する工場をはじめとする種々の工場に併設することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０    栽培室
１０ｓ    側壁
１０ｔ    屋根
１０ｗ１    内壁
１０ｗ２    外壁
１１    栽培空間
１２    栽培ベンチ
１３    さらなる空間
２０    二酸化炭素供給装置
３０    冷熱供給装置
４０    太陽光発電装置
４２    太陽電池パネル
７０    照明装置
１００    植物工場
２００    工場
２０１    建物
２１０    クリーンルーム
２１２    機械室
２２０    液化ガス気化設備
２３０    燃焼処理設備（燃焼スクラバ）
２４０    発電設備
【図１】
2012043381.tif 000004
【図２】
2012043381.tif 000005
【図３】
2012043381.tif 000006
【図４】
2012043381.tif 000007
【図５】
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【図６】
2012043381.tif 000009
【図７】
2012043381.tif 000010
【図８】
2012043381.tif 000011
【図９】
2012043381.tif 000012
【図１０】
2012043381.tif 000013
【図１１】
2012043381.tif 000014
【図１２】
2012043381.tif 000015
【国際調査報告】
2012043381.tif 000016
2012043381.tif 000017
2012043381.tif 000018
2012043381.tif 000019