(57)【要約】【課題】植物工場において植物の生育に適した空気調和を簡単な装置構成で行うことができる空調システムを提供する。【解決手段】植物が栽培される区画された空間である植物の生育空間１０１を有する植物工場における空調システムであって、ＣＯ２及びＨ２Ｏを選択的に透過させる促進輸送膜１０２と、促進輸送膜１０２を透過した空気を除湿するための除湿ユニット１１１と、促進輸送膜１０２及び除湿ユニット１１１を介して、植物の生育空間１０１外から植物の生育空間１０１内に空気を供給する空気供給部１０３と、植物の生育空間１０１の中の湿度を検知する第１湿度センサ１０６と、第１湿度センサ１０６により検知された湿度に基づいて、除湿ユニット１１１の動作を制御する制御装置１０７と、を備える。【選択図】図１
2020080815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物が栽培される区画された空間である植物の生育空間を有する植物工場における空調システムであって、
ＣＯ２及びＨ２Ｏを選択的に透過させる促進輸送膜と、
前記促進輸送膜を透過した空気を除湿するための除湿ユニットと、
前記促進輸送膜及び前記除湿ユニットを介して、前記植物の生育空間外から前記植物の生育空間内に空気を供給する空気供給部と、
前記植物の生育空間の中の湿度を検知する第１湿度センサと、
前記第１湿度センサにより検知された湿度に基づいて、前記除湿ユニットの動作を制御する制御装置と、を備える
空調システム。
【請求項２】
前記除湿ユニットは、
除湿装置と、
前記促進輸送膜を透過した空気のうち前記除湿装置に供給される空気の量を制御するバルブと、を備え、
前記制御装置は、前記第１湿度センサにより検知された湿度に基づいて、前記バルブを制御する
請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
さらに、
前記植物の生育空間内のＣＯ２濃度を検知するＣＯ２センサと、
前記促進輸送膜に空気を供給するポンプと、を備え、
前記制御装置は、前記ＣＯ２センサにより検知されたＣＯ２濃度に基づいて前記ポンプを制御する
請求項１又は２に記載の空調システム。
【請求項４】
さらに、前記除湿装置に供給される空気の湿度を経時的に検知する第２湿度センサと、
前記除湿装置に供給される空気の流量を経時的に測定する流量計と、
前記除湿装置を加熱するための加熱装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第２湿度センサにより検知された湿度と前記流量計により計測された流量とに基づく水蒸気量の時間積分値に応じて、前記加熱装置に前記除湿装置を加熱させることで前記除湿装置の除湿能力を再生する
請求項２に記載の空調システム。
【請求項５】
複数の前記促進輸送膜を備え、
複数の前記促進輸送膜は積層されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項６】
植物工場における空調システムの制御方法であって、
前記促進輸送膜及び前記除湿ユニットを介して、前記植物の生育空間外から前記植物の生育空間内に空気を供給するステップと、
湿度センサを用いて、前記植物の生育空間内の湿度を検知するステップと、
検知された前記湿度に基づいて除湿ユニットを制御することにより、前記促進輸送膜を透過した空気を除湿するステップと、を含む
空調システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、植物工場において植物の生育環境に適した空気調和を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の生育において、ＣＯ２濃度の高い環境下での光合成の促進効果が広く知られており、温室又は植物工場においてＣＯ２濃度を増加させる技術の導入が進んでいる。例えば、吸着剤を用いて大気中のＣＯ２を濃縮し、植物工場内にＣＯ２を効率的に供給する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、植物の生育には、湿度も影響することが知られており、湿度の最適な水準が存在することが報告されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０８３６６５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】鈴木、「ＣＯ２施用時の高い相対湿度がキュウリの生育，光合成速度，窒素含量に及ぼす影響」、日本冷凍空調学会論文集、２０１４年、第３１巻、第３号、ｐ．３３１−３３７
【非特許文献２】Ｔｏｍｏｋｉ  Ｋａｍｉｙａ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ，  Ｖｏｌ．  ４９，  Ｎｏ．  ７，  ｐｐ．  ６０７−６１３，  ２０１６
【非特許文献３】Ａｌｉｎａ  Ｋｕｄａｓｈｅｖａ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ４９９，  ｐｐ．  ３７９−３８５，  ２０１６
【非特許文献４】彦坂、「植物と二酸化酸素」、化学と生物、２０１３年、第５１巻、第４号、ｐ．２５０−２５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、植物工場において植物の生育に適した空気調和を簡単な装置構成で行うことが難しい。
【０００７】
そこで、本開示は、植物工場において植物の生育に適した空気調和を簡単な装置構成で行うことができる空調システム等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係る空調システムは、植物が栽培される区画された空間である植物の生育空間を有する植物工場における空調システムであって、ＣＯ２及びＨ２Ｏを選択的に透過させる促進輸送膜と、前記促進輸送膜を透過した空気を除湿するための除湿ユニットと、前記促進輸送膜及び前記除湿ユニットを介して、前記植物の生育空間外から前記植物の生育空間内に空気を供給する空気供給部と、前記植物の生育空間の中の湿度を検知する第１湿度センサと、前記第１湿度センサにより検知された湿度に基づいて、前記除湿ユニットの動作を制御する制御装置と、を備える。
【０００９】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様に係る空調システム等は、植物工場において植物の生育に適した空気調和を簡単な装置構成で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における空調システムの構成図である。
【図２】促進輸送膜における促進輸送のメカニズムを表した図である。
【図３Ａ】イオン液体膜を有するイオン液体膜モジュールの斜視図である。
【図３Ｂ】積層された複数のイオン液体膜モジュールの斜視図である。
【図４】促進輸送膜によって制御されたＣＯ２濃度と湿度のグラフを示した図である。
【図５】実施の形態１における空調システムの動作を表すフローチャートである。
【図６】実施の形態２における空調システムの構成図である。
【図７】ＣＯ２濃度と光合成速度の関係を表すグラフである。
【図８】実施の形態３における空調システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示の基礎となった知見）
大気中からＣＯ２を除去する技術として、イオン液体膜を用いたＣＯ２の分離技術がある（非特許文献２参照）。また、イオン液体膜は、加湿又は除湿に使用することもできる（非特許文献３参照）。
【００１３】
イオン液体膜とは、促進輸送膜の一例であり、カチオンとアニオンとで構成される室温溶融塩で作成されるイオン液体を用いた膜のことである。イオン液体膜でＣＯ２濃度を増加させると湿度も増加する。
【００１４】
そこで、イオン液体膜を植物工場の空調に用いることで、簡単な装置構成によって植物の生育空間におけるＣＯ２濃度の増加と加湿とを同時に行うことができ、光合成を促進することが可能となることが考えられる。しかしながら、イオン液体膜を用いる場合、ＣＯ２濃度の増加とともに湿度の増加をもたらすため、ＣＯ２濃度と湿度とを独立して制御することが難しい。その結果、過度な加湿により、カビの発生及び葉からの蒸散量低下による養水分吸収量の低下を引き起こす場合がある。
【００１５】
そこで、本開示の一態様に係る空調システムは、植物が栽培される区画された空間である植物の生育空間を有する植物工場における空調システムであって、ＣＯ２及びＨ２Ｏを選択的に透過させる促進輸送膜と、前記促進輸送膜を透過した空気を除湿するための除湿ユニットと、前記促進輸送膜及び前記除湿ユニットを介して、前記植物の生育空間外から前記植物の生育空間内に空気を供給する空気供給部と、前記植物の生育空間の中の湿度を検知する第１湿度センサと、前記第１湿度センサにより検知された湿度に基づいて、前記除湿ユニットの動作を制御する制御装置と、を備える。
【００１６】
これにより、空調システムは、促進輸送膜を用いて、植物工場内に、大気中よりもＣＯ２濃度及び湿度が高い空気を供給することができる。これにより、簡単な装置構成で植物工場内の空気調和を実現することができる。加えて、空調システムは、促進輸送膜を透過した空気を除湿することができる。よって、空調システムは、促進輸送膜を用いて空気調和を行う場合に、ＣＯ２濃度の増加量と湿度の増加量とを独立して制御することができ、過度な加湿によるカビの発生や葉からの蒸散量低下による養水分吸収量の低下を防止することができる。すなわち、本開示の一態様に係る空調システムは、植物工場において植物の生育に適した空気調和を簡単な装置構成で行うことができる。よって、植物工場内において、より良好な状態で植物が育成されることが可能となる。
【００１７】
また、例えば、本開示の一態様に係る空調システムにおいて、前記除湿ユニットは、除湿装置と、前記促進輸送膜を透過した空気のうち前記除湿装置に供給される空気の量を制御するバルブと、を備え、前記制御装置は、前記第１湿度センサにより検知された湿度に基づいて、前記バルブを制御してもよい。
【００１８】
これにより、空調システムは、植物工場内で検知された湿度に基づいて、除湿装置に供給される空気量を制御することができる。つまり、空調システムは、除湿装置に供給される空気量を制御することで植物工場内の湿度を制御することができる。その結果、植物工場内において、過度な加湿を招くことやカビの発生を抑制することができる。
【００１９】
また、例えば、本開示の一態様に係る空調システムは、さらに、前記植物の生育空間内のＣＯ２濃度を検知するＣＯ２センサと、前記促進輸送膜に空気を供給するポンプと、を備え、前記制御装置は、前記ＣＯ２センサにより検知されたＣＯ２濃度に基づいて前記ポンプを制御してもよい。
【００２０】
これにより、空調システムは、植物工場内で検知されたＣＯ２濃度に応じて、促進輸送膜を介して植物工場内に供給される空気の量を調整することができる。よって、空調システムは、植物工場内のＣＯ２濃度を植物の生育により適した濃度に制御することができる。その結果、植物工場内において、栽培されている植物の光合成速度を向上させ、栽培されている植物の生育速度を向上させることができる。
【００２１】
また、例えば、本開示の一態様に係る空調システムは、さらに、前記除湿装置に供給される空気の湿度を経時的に検知する第２湿度センサと、前記除湿装置に供給される空気の流量を経時的に測定する流量計と、前記除湿装置を加熱するための加熱装置と、を備え、前記制御装置は、前記第２湿度センサにより検知された湿度と前記流量計により計測された流量とに基づく水蒸気量の時間積分値に応じて、前記加熱装置に前記除湿装置を加熱させることで前記除湿装置の除湿能力を再生してもよい。
【００２２】
これにより、空調システムは、除湿装置に供給される空気の湿度及び流量に基づく水蒸気量の時間積分値に応じて、除湿装置を加熱することにより、除湿装置の除湿能力を再生させることができる。よって、空調システムは、除湿能力の低下を抑制しつつ、植物工場内の空気調和を継続することができる。
【００２３】
また、例えば、本開示の一態様に係る空調システムは、複数の前記促進輸送膜を備え、複数の前記促進輸送膜は積層されていてもよい。
【００２４】
これにより、促進輸送膜の膜状態を安定的に保持することができる。また、促進輸送膜を積層することで、空調システムのＣＯ２供給の性能を向上させることができる。
【００２５】
また、例えば、本開示の一態様に係る空調システムの制御方法は、植物工場における空調システムの制御方法であって、前記促進輸送膜及び前記除湿ユニットを介して、前記植物の生育空間外から前記植物の生育空間内に空気を供給するステップと、湿度センサを用いて、前記植物の生育空間内の湿度を検知するステップと、検知された前記湿度に基づいて除湿ユニットを制御することにより、前記促進輸送膜を透過した空気を除湿するステップと、を含んでもよい。
【００２６】
これにより、空調システムの制御方法は、上記空調システムと同様の効果を得ることができる。
【００２７】
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２８】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００２９】
（実施の形態１）
［空調システムの概要］
まず、実施の形態１における植物工場の空調システムの概要について説明する。図１は、実施の形態１における空調システムの構成図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態における空調システムは、植物工場の壁１００に囲まれた植物の生育空間１０１内の空気調和を行う。ここで、植物工場とは、建物、外壁または被覆資材に覆われた空間において、植物を栽培する場所を指す。植物工場には、工場の他、温室や農業用のビニールハウス等も含まれる。
【００３１】
植物工場の壁１００は、植物工場の内部と外部とを仕切っており、外気と植物工場内の空気が入り混じることを防止する。植物工場の壁１００は、金属でできていてもよいし、コンクリート又は石材でできていてもよいし、ポリカーボネート等の樹脂でできていてもよい。
【００３２】
植物の生育空間１０１は、植物工場の壁１００の内側に設けられた空間であり、例えば、野菜等を育てることができる空間である。植物の生育空間１０１は、内部の空気が外部の空気と容易に混じらないよう、外部から隔絶されている。これにより、植物の生育空間１０１の内部では、所望の環境が保たれる。
【００３３】
空調システムは、促進輸送膜１０２と、ポンプ１０３と、ＣＯ２センサ１０５と、湿度センサ１０６と、制御装置１０７と、供給配管１１０と、除湿装置１０４及びバルブ１０８を有する除湿ユニット１１１と、を備える。
【００３４】
以下に、本実施の形態における空調システムに含まれる各構成要素について説明する。
【００３５】
促進輸送膜１０２は、植物工場の壁１００の外側等の、外気に触れる場所に設置される。なお、促進輸送膜１０２は、植物工場の外部の空気が供給される場所であれば、植物工場の内部に設置されていてもよい。また、促進輸送膜１０２は、供給配管１１０により、除湿装置１０４を介して、又は除湿装置１０４を介さずに、植物の生育空間１０１に接続されている。これにより、外気中に含まれるＣＯ２及びＨ２Ｏが選択的に透過されることで、透過した空気のＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度を増加させ、植物の生育空間１０１に供給することができる。促進輸送膜１０２の設置に際しては、促進輸送膜１０２の表面に保護層を設けてもよい。また、促進輸送膜１０２に雨や粉塵等が付着しないような環境に、促進輸送膜１０２を設置してもよい。
【００３６】
なお、促進輸送膜１０２の詳細については、図２〜図４を用いて後述する。
【００３７】
ポンプ１０３は、空気供給部の一例である。ポンプ１０３は、供給配管１１０から空気を吸引して供給配管１１０内を減圧する。これにより、促進輸送膜１０２の外気に接触していない面と外気に接触している面との間に圧力差が生じる。その結果、植物工場外または外気が存在する植物工場内の空間等から促進輸送膜１０２を介して供給配管１１０内に空気が供給される。ポンプ１０３によって吸引された空気は、植物の生育空間１０１に供給され、植物の光合成の促進に使用される。ポンプ１０３は、気体輸送式ポンプでもよいし、気体ため込み式ポンプでもよい。なお、気体輸送式ポンプは、油回転ポンプやドライポンプの原理を利用していてもよい。気体ため込み式ポンプは、イオンポンプやクライオポンプの原理を利用していてもよい。
【００３８】
供給配管１１０は、促進輸送膜１０２を透過した空気をポンプ１０３まで送る配管である。供給配管１１０は、金属でできていてもよいし、石材でできていてもよいし、ポリ塩化ビニル等の樹脂でできていてもよい。
【００３９】
バルブ１０８は、促進輸送膜１０２から供給された空気の経路を切り替える。具体的には、バルブ１０８は、除湿装置１０４を通過する経路（以下、除湿経路という）と除湿装置１０４を通過しない経路（以下、非除湿経路という）との間で切り替える。例えば、植物工場内へＣＯ２濃度が高い空気の供給及び加湿の両方を同時に行う場合、バルブ１０８は、非除湿経路に空気を流すように設定される。
【００４０】
なお、バルブ１０８は、供給された空気の経路を切り替える役目だけでなく、２つの経路に流される空気の比率を調節する役目を持ってもよい。バルブ１０８としては、バタフライバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ等を用いることができる。
【００４１】
除湿装置１０４は、促進輸送膜１０２から供給された空気を除湿する。除湿装置１０４は、シリカゲル等のＨ２Ｏをよく吸着し、ＣＯ２は比較的吸着しにくいような吸着剤を充填した吸着塔によって実現されてもよい。
【００４２】
ＣＯ２センサ１０５は、植物の生育空間１０１内の空気中のＣＯ２の濃度を検知する。ＣＯ２センサ１０５は、例えば、非分散型赤外線吸収法を用いたセンサであってもよい。
【００４３】
湿度センサ１０６は、第１湿度センサの一例である。湿度センサ１０６は、植物の生育空間１０１内の空気中の湿度を検知する。湿度センサ１０６は、抵抗変化型湿度センサや静電容量変化型湿度センサであってもよい。
【００４４】
制御装置１０７は、ＣＯ２センサ１０５及び湿度センサ１０６から、検知されたＣＯ２濃度及び湿度の情報を有線又は無線で受信する。そして、制御装置１０７は、受信した情報に基づいて、バルブ１０８、及び、ポンプ１０３の制御を行う。制御装置１０７は、１つまた複数のコンピュータにより実現されてもよいし、１つ又は複数のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって実現されてもよい。
【００４５】
制御装置１０７は、例えば、植物の生育空間１０１内部の相対湿度が９０％以上である場合、さらなる加湿は不要であると判断する。つまり、制御装置１０７は、バルブ１０８を介して、促進輸送膜１０２を透過してきた空気の送られる経路を除湿経路に切り替える。この場合、促進輸送膜１０２を透過してＣＯ２及びＨ２Ｏが濃縮された空気からＨ２Ｏが選択的に除去され、その空気が植物の生育空間１０１内に供給される。一方、植物の生育空間１０１内部の相対湿度が９０％未満である場合、制御装置１０７は、バルブ１０８を介して、促進輸送膜１０２を透過してきた空気の経路を、非除湿経路に切り替える。この場合、促進輸送膜１０２を透過してＣＯ２及びＨ２Ｏが濃縮された空気は、そのまま植物の生育空間１０１内に供給される。
【００４６】
［促進輸送膜における促進輸送のメカニズム］
次に、促進輸送膜１０２における、ＣＯ２とＨ２Ｏの透過のメカニズムを説明する。図２は、促進輸送膜１０２における促進輸送のメカニズムを表した図である。
【００４７】
まず、大気中のＣＯ２は、促進輸送膜１０２の中のＣＯ２キャリアと反応する。ＣＯ２キャリアは、ＣＯ２と可逆的及び選択的に反応する。図２において、ＣＯ２は、促進輸送膜１０２の中で、Ｈ２Ｏと反応し、ＨＣＯ３−となる。この反応は可逆反応である。次に、促進輸送膜１０２の中で、ＨＣＯ３−が拡散する。その後、ＨＣＯ３−からＨ２Ｏが分離し、ＨＣＯ３−はＣＯ２となる。このＣＯ２が促進輸送膜１０２から脱離して、促進輸送膜１０２を透過したＣＯ２となる。ＨＣＯ３−から分離したＨ２Ｏも、促進輸送膜１０２から脱離し、促進輸送膜１０２を透過したＨ２Ｏとなる。このようにして、促進輸送膜１０２は、ＣＯ２及びＨ２Ｏを選択的に透過させる。つまり、促進輸送膜１０２は、Ｎ２及び／又はＯ２の透過度よりも、ＣＯ２及びＨ２Ｏの透過度が高いことを特徴とする。
【００４８】
ＣＯ２及びＨ２Ｏ以外の物質は促進輸送膜１０２を透過しにくいが、大気中に含まれるＮ２及びＯ２の一部も、促進輸送膜１０２を透過することができる場合がある。
【００４９】
なお、ここで、説明に用いられた促進輸送膜１０２は、ＣＯ２と親和性の高いイオン液体を利用したイオン液体膜（反応性イオン液体膜）であってもよい。イオン液体は、カチオンとアニオンで構成される室温溶融塩で作成される。ここで用いられるイオン液体は、蒸気圧が非常に低いこと、高いＣＯ２吸収特性を持つこと、気相へ溶出しないこと、広い温度範囲で安定な液体であること、高密度且つ高濃度の流体であること、良好な熱伝導性を持つこと、再利用が可能であること、難燃性であること、又は高イオン導電性をもつこと等を特徴とする。また、促進輸送膜１０２は、ＣＯ２を選択的に透過する高分子膜であってもよい。
【００５０】
［イオン液体膜とイオン液体膜モジュールの構造］
次に、イオン液体膜とイオン液体膜モジュールの構造について説明する。図３Ａは、イオン液体膜を備えるイオン液体膜モジュールの斜視図である。
【００５１】
イオン液体膜１１２は、撥水性のメンブレンフィルター等の支持層によって保持され、イオン液体膜モジュール１１３を構成している。イオン液体膜１１２は、超疎水性多孔質膜（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ  ＳｕｒｅＶｅｎｔ  ＰＶＤＦ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）上に設置されてもよい。また、イオン液体に、５０ｎｍ程度のアルミナ、親水化カーボンなどのナノ粒子を２０％混合して、ペースト状にして、これを多孔質膜上に塗布するという方法で、イオン液体膜を作成してもよい。また、セルロースナノファイバー（径２０ｎｍ，長さ数ｍの繊維状のもの）を、１０％ほどイオン液体に混合することで５ｍｍ以下の膜厚さのイオン液体膜を作成してもよい。イオン液体膜の両面は、それぞれ、外気に接触する面と、ＣＯ２分圧の低い面に分かれている。イオン液体膜モジュール１１３において、イオン液体膜１１２のＣＯ２分圧の低い面を減圧すると、イオン液体膜１１２の外気に接触する面からＣＯ２分圧の低い面に向かって、ＣＯ２の選択的透過が生じる。よって、イオン液体膜１１２とイオン液体膜モジュール１１３を通して、ＣＯ２濃度を増加させることができる。
【００５２】
イオン液体膜１１２は、通常の平膜の状態で使用されてもよいし、イオン液体膜モジュール１１３の形で使用されてもよい。図３Ｂは、積層された複数のイオン液体膜モジュールの斜視図である。また、イオン液体膜モジュール１１３は、図３Ｂに示すように、積層されて使用されてもよい。これにより、イオン液体膜１１２の表面積の累積値が増加するため、イオン液体膜１１２を透過するＣＯ２の量が増加し、イオン液体膜モジュール１１３を単体で用いるときよりも、イオン液体膜モジュール１１３を透過する空気のＣＯ２濃度を高める性能が向上する。よって、本実施の形態における植物工場の空調システムにおけるＣＯ２等の供給能力が向上する。また、イオン液体膜１１２は、中空糸膜やスパイラル膜の形にされ、モジュール化されて使用されてもよい。これにより、本実施の形態における植物工場の空調システム全体のＣＯ２等の供給能力を向上させることができる。
【００５３】
［促進輸送膜によるＣＯ２と湿度の制御］
図４は、促進輸送膜１０２によって制御されたＣＯ２濃度と湿度のグラフを示した図である。線４０１は、促進輸送膜１０２に空気を供給する側の空間の空気中のＣＯ２濃度を表している。また、線４０２は促進輸送膜１０２に空気を供給する側の空間の空気中の湿度を表している。
【００５４】
グラフからは、促進輸送膜１０２が設置された空間において、ＣＯ２とＨ２Ｏが、選択的に促進輸送膜１０２を透過して、促進輸送膜１０２が設置された空間の外部に排出されることで、促進輸送膜１０２が設置された空間内のＣＯ２濃度と湿度が減少している。このことから、促進輸送膜１０２によって、空気中のＣＯ２濃度の増加及び減少並びに湿度の増加及び減少が引き起こされることが分かる。
【００５５】
［空調システムの動作］
次に、以上のように構成された空調システムの動作について説明する。図５は、実施の形態１における空調システムの処理を示すフローチャートである。
【００５６】
まず、ＣＯ２センサ１０５は、植物の生育空間１０１内の空気中のＣＯ２の濃度を検知する（Ｓ１００１）。検知されたＣＯ２濃度の情報は、制御装置１０７に送信される。
【００５７】
次に、制御装置１０７は、検知されたＣＯ２濃度に応じてポンプ１０３を稼働させる（Ｓ１００２）。これにより、外気が促進輸送膜１０２を透過する。
【００５８】
次に、湿度センサ１０６が植物の生育空間１０１内の空気中の湿度を検知する（Ｓ１００３）。検知された湿度の情報は、制御装置１０７に送信される。
【００５９】
次に、制御装置１０７は、検知された湿度が閾値湿度以上であるか否かを判定する（Ｓ１００４）。閾値湿度は、経験的又は実験的に予め定められればよい。
【００６０】
ここで、検知された湿度が閾値湿度以上である場合（Ｓ１００４でＹｅｓ）、制御装置１０７は、除湿経路及び非除湿経路の中から除湿経路を選択し（Ｓ１００５）、ステップＳ１００１に戻る。つまり、制御装置１０７は、バルブ１０８を除湿経路に切り替える。
【００６１】
一方、検知された湿度が閾値湿度未満である場合（Ｓ１００４でＮｏ）、制御装置１０７は、除湿経路及び非除湿経路の中から非除湿経路を選択し（Ｓ１００６）、ステップＳ１００１に戻る。つまり、制御装置１０７は、バルブ１０８を非除湿経路に切り替える。
【００６２】
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る空調システムによれば、促進輸送膜１０２を用いて、植物の生育空間１０１内に、大気中よりもＣＯ２濃度及び湿度が高い空気を連続的に供給することができる。これにより、簡単な装置構成で植物工場内の空気調和を実現することができる。加えて、空調システムは、促進輸送膜１０２を透過した空気を除湿することができる。これにより、促進輸送膜１０２を用いて空気調和を行う場合に、植物の生育空間１０１内の過度な加湿を防ぎ、カビの発生や、植物の蒸散量の低下を抑制することができる。すなわち、本実施の形態に係る空調システムは、植物工場において植物の生育に適した空気調和を簡単な装置構成で行うことができる。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、除湿装置１０４を再生するための加熱装置２０２が空調システムに含まれる点が、上記実施の形態１と主として異なる。以下に、上記実施の形態１と異なる点を中心に、本実施の形態について、図６を参照しながら具体的に説明する。
【００６４】
［空調システムの概要］
まず、実施の形態２における植物工場の空調システムの概要について説明する。図６は、実施の形態２における空調システムの構成図である。
【００６５】
図６に示すように、本実施の形態における空調システムは、促進輸送膜１０２と、ポンプ１０３と、ＣＯ２センサ１０５と、湿度センサ１０６と、加熱装置２０２と、制御装置２０７と、バルブ２０９と、供給配管１１０と、除湿ユニット２１１と、を備える。除湿ユニット２１１は、除湿装置１０４と、バルブ１０８と、流量計２００と、湿度センサ２０１と、加熱装置２０２と、を備える。
【００６６】
以下に、本実施の形態における空調システムに含まれる各構成要素について説明する。なお、実施の形態１と共通の構成要素については、説明を省略する。
【００６７】
流量計２００は、除湿装置１０４とバルブ１０８との間に設置され、除湿装置１０４に供給される空気の流量を計測する。流量計２００は、バルブ１０８を通って供給された空気の瞬時流量を計測してもよいし、バルブ１０８を通って供給された空気の積算流量を経時的に計測してもよい。また、流量計２００は、バルブ１０８を通って供給された空気の体積流量を計測してもよいし、質量流量を計測してもよい。
【００６８】
流量計２００は、カルマン渦式流量計でもよいし、羽根車式流量計でもよい。また、流量計２００は、浮き子式流量計でもよいし、熱式流量計でもよいし、ダイヤフラム式流量計でもよい。流量計２００により検知された流量に関する情報は、有線又は無線で制御装置２０７に送信される。
【００６９】
湿度センサ２０１は、第２湿度センサの一例である。湿度センサ２０１は、除湿装置１０４とバルブ１０８との間に設置され、除湿装置１０４に供給される空気の湿度を計測する。湿度センサ２０１は、バルブ１０８を通って供給された空気の瞬間的な湿度を計測してもよいし、バルブ１０８を通って供給された空気の湿度を経時的に計測してもよい。経時的に計測するとは、瞬間的な湿度のデータを時系列でまとめたデータとして保持することであってもよいし、バルブ１０８を通って供給された空気の湿度から導かれる水蒸気の積算値を計測することであってもよい。また、湿度センサ２０１は、バルブ１０８を通って供給された空気の相対湿度を計測してもよいし、絶対湿度を計測してもよいし、水蒸気圧を計測してもよい。湿度センサ２０１によって検知された空気の湿度に関する情報は、有線又は無線で制御装置２０７に送信される。
【００７０】
加熱装置２０２は、除湿装置１０４を加熱する。除湿装置１０４がシリカゲル等で構成されている場合、加熱装置２０２は、除湿装置１０４を加熱することで、除湿装置１０４の除湿能力を再生することが可能である。加熱装置２０２は、シーズヒーターであってもよいし、フランジヒーターでもよいし、プラグヒーターでもよい。また、加熱装置２０２は、鋳込みヒーターでもよいし、サーキュレーションヒーターでもよい。また、加熱装置２０２は、ダクトヒーターでもよいし、パネルヒーター等でもよい。
【００７１】
バルブ２０９は、ポンプ１０３と植物の生育空間１０１との間に設置される。バルブ２０９は、植物工場内に空気を供給する経路（以下、供給経路という）と植物工場外に空気を排出する経路（以下、排出経路という）との間で経路を切り替える。具体的には、加熱装置２０２が除湿装置１０４を加熱しているときに、バルブ２０９は、排出経路に切り替える。一方、加熱装置２０２が除湿装置１０４を加熱していないときに、バルブ２０９は、供給経路に切り替える。これにより、除湿装置１０４を加熱するときに発生する水蒸気を含む空気は、植物工場の外部に排出される。
【００７２】
なお、バルブ２０９は、バルブ１０８と同様に、バタフライバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ等であってもよい。また、バルブ２０９は、供給された空気の経路を切り替える役目だけでなく、２つの経路に流される空気の比率を調節する役目を持ってもよい。
【００７３】
制御装置２０７は、実施の形態１における制御装置１０７と同様に、ＣＯ２センサ１０５及び湿度センサ１０６によって検知されたＣＯ２濃度及び湿度に基づいてバルブ１０８を制御する。また、制御装置２０７は、流量計２００によって計測された除湿装置１０４に供給される空気の流量及び湿度センサ２０１によって計測された除湿装置１０４に供給される空気の湿度に基づいて、除湿装置１０４に供給される空気に含まれる水蒸気量を算出してもよい。さらに、本実施の形態では、制御装置２０７は、流量計２００及び湿度センサ２０１によって計測された流量及び湿度に基づいて、加熱装置２０２及びバルブ２０９を制御する。
【００７４】
具体的には、制御装置２０７は、計測された流量及び湿度に基づく水蒸気量の時間積分値に応じて、加熱装置２０２に除湿装置１０４を加熱させることにより除湿装置１０４の除湿能力を再生する。さらに、制御装置２０７は、加熱装置２０２による除湿装置１０４の加熱とともに、バルブ２０９の経路を切り替える。例えば、制御装置２０７は、水蒸気量の時間積分値が所定閾値量以上である場合に、（ｉ）バルブ２０９を排出経路に切り替え、（ｉｉ）加熱装置２０２による除湿装置１０４の加熱を開始する。そして、制御装置２０７は、加熱の開始から所定時間経過したときに、（ｉ）加熱装置２０２による除湿装置１０４の加熱を終了し、（ｉｉ）水蒸気量の時間積分値を０にリセットし、（ｉｉｉ）バルブ２０９を供給経路に切り替える。このとき、所定時間及び所定閾値量は、除湿装置１０４に応じて経験的又は実験的に予め定められればよい。
【００７５】
なお、水蒸気量の時間積分値とは、基準時刻から現在時刻までの間に除湿装置１０４に供給された水蒸気量を意味する。水蒸気量の時間積分値は、水蒸気量の累積値ということもできる。また、水蒸気量は、水蒸気の質量であってもよいし、予め定められた基準状態における体積であってもよい。水蒸気量は、水分量ということもできる。
【００７６】
以上の構成により、本実施の形態における空調システムでは、実施の形態１で行われる空調システムの動作に加えて、除湿装置１０４を加熱装置２０２で加熱する動作が追加される。
【００７７】
以上のように、本実施の形態に係る空調システムによれば、制御装置２０７は、除湿装置１０４の吸着剤に吸収された水分量が、飽和吸着量に達する前に、加熱装置２０２を作動させて除湿装置１０４の除湿能力を再生することができる。そして、制御装置２０７は、バルブ２０９を排出経路に切り替えることにより、除湿装置１０４の再生処理にともなって排出される水蒸気を含む空気を植物工場の外部に排出することができる。例えば、除湿装置１０４に、吸着剤としてシリカゲルを使用している場合、加熱装置２０２によって、除湿装置１０４を１５０℃程度に加熱することで、容易に除湿装置１０４の除湿性能を再生させることができる。
【００７８】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。本実施の形態では、小売店及び／又は個人顧客の要求に基づいて、植物の生育空間１０１内のＣＯ２濃度を調節することで栽培植物の生育速度を調整する点が、上記実施の形態２と異なる。上記実施の形態２と異なる点を中心に、本実施の形態について、図７及び図８を参照しながら具体的に説明する。
【００７９】
［ＣＯ２濃度と光合成速度の関係］
図７は、ＣＯ２濃度と光合成速度の関係を表すグラフである（図７の出典は非特許文献４である。）。図７において、実線がＣ３植物の光合成速度を、破線がＣ４植物の光合成速度を表している。Ｃ３植物にはクロレラなどの藻類、イネ、コムギ、ダイズ、ナタネ、又は、ホウレンソウ等の多くの植物が含まれる。Ｃ４植物は、光合成能率の高い植物で、トウモロコシ、サトウキビなど強光下で育つ作物等が含まれる。Ｃ３植物及びＣ４植物ともに、ＣＯ２濃度が高くなるにしたがって、光合成速度も速くなっている。特に、Ｃ３植物では、ＣＯ２濃度が０から４００ｐｐｍに至るまでは急激に光合成速度が増加し、その後、ＣＯ２濃度が８００ｐｐｍに至るまでの間にも、光合成速度は緩やかに上昇していく。
【００８０】
このようなＣＯ２濃度と光合成速度の関係を利用して、植物の生育空間１０１内のＣＯ２濃度を調節することで、植物の生育空間１０１内で栽培されている植物の生育速度を調整することができる。具体的には、植物の生育空間１０１内の植物の生育速度を上げたい場合は、植物の生育空間１０１内のＣＯ２濃度を上げる。反対に、植物の生育空間１０１内の植物の生育速度を下げたい場合は、植物の生育空間１０１内のＣＯ２濃度を下げる。ＣＯ２濃度の調整は、制御装置３０７によってポンプ１０３を制御することによって実現することができる。
【００８１】
［空調システムの概要］
以下に、実施の形態３における植物工場の空調システムの概要について説明する。図８は、実施の形態３における空調システムの構成図である。
【００８２】
図８に示すように、本実施の形態における空調システムは、促進輸送膜１０２と、ポンプ１０３と、ＣＯ２センサ１０５と、湿度センサ１０６と、制御装置３０７と、バルブ２０９と、供給配管１１０と、除湿ユニット２１１と、を備える。除湿ユニット２１１は、除湿装置１０４と、バルブ１０８と、流量計２００と、湿度センサ２０１と、加熱装置２０２と、を備える。また、本実施の形態における空調システムは、ネットワーク３００を介して、小売店３０１と、個人顧客３０２とに、接続されている。
【００８３】
ネットワーク３００は、植物工場内にある制御装置３０７と、植物工場の外に存在する小売店３０１及び個人顧客３０２のコンピュータを接続する回線である。ネットワーク３００は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線通信で実現されてもよいし、ＷＡＮ等の有線通信で実現されてもよい。また、ネットワーク３００には、サーバ、ルータ、スイッチ又はハブ等の機器が含まれていてもよい。
【００８４】
小売店３０１は、商品を個人の客に販売する店舗である。ここでは、植物工場から野菜等の植物を入荷することが想定されている。小売店３０１のコンピュータは、ネットワーク３００を介して、植物工場内の制御装置３０７と接続されている。
【００８５】
個人顧客３０２は、植物工場内の植物の生育空間１０１の中の区画をレンタルにて使用する区画レンタルサービスを利用する個人である。個人顧客３０２は、植物の生育空間１０１の中の区画で植物を栽培することができる。個人顧客３０２のコンピュータは、ネットワーク３００を介して、植物工場内の制御装置３０７と接続されている。
【００８６】
［外部ネットワークとの接続による植物の生育速度の調整］
小売店３０１には、小売店３０１における野菜の在庫状況によって、植物工場から野菜を入荷するタイミングを調節したいというニーズがある。また、個人顧客３０２には、植物の生育空間１０１内で栽培している植物の収穫の時期を調節したいというニーズがある。そのようなニーズがある場合に、小売店３０１及び個人顧客３０２のコンピュータは、ネットワーク３００を介して、制御装置３０７に収穫の時期を調節するような要求を示す情報を送信する。
【００８７】
制御装置３０７は、小売店３０１及び／又は個人顧客３０２のコンピュータから送信された要求を示す情報に基づいて、植物の生育空間１０１内のＣＯ２濃度を調節することにより植物の生育空間１０１で栽培されている野菜等の植物の生育速度を調整する。
【００８８】
例えば、小売店３０１及び／又は個人顧客３０２から、植物工場からの野菜の入荷の時期及び／又は植物工場での植物の収穫時期を遅らせたいという要求を示す情報が、制御装置３０７に送信された場合、制御装置３０７は、植物の生育空間１０１のＣＯ２濃度を高めないよう、空調システムの制御を行う。また、例えば、小売店３０１及び／又は個人顧客３０２から、植物工場からの野菜の入荷の時期及び／又は植物工場での植物の収穫時期を早めたいという要求を示す情報が、制御装置３０７に送信された場合、制御装置３０７は、植物の生育空間１０１のＣＯ２濃度を高めるよう、空調システムの制御を行う。
【００８９】
植物工場内のＣＯ２濃度の調節は、植物工場内への促進輸送膜１０２を介した空気の供給量の調節を行うことで実現される。具体的には、これらの調節は、制御装置３０７によって、ポンプ１０３が制御されることによって実現される。これにより、植物工場内での植物の生産を、消費者等の植物工場の外部の状況に合わせて、適切に調節することができる。
【００９０】
なお、制御装置３０７がネットワーク３００を介して接続している先は、小売店３０１又は個人顧客３０２のコンピュータに限られない。例えば、制御装置３０７は、ネットワーク３００を介して、卸売店、飲食店又は食品加工工場等のコンピュータと接続されていてもよい。また、個人顧客３０２は、植物工場の区画レンタルサービスを利用している個人に限らない。個人顧客３０２は、植物工場から直接野菜の出荷を受ける個人であってもよい。
【００９１】
また、制御装置３０７は、ネットワーク３００を介して外部サーバと接続されていてもよい。外部サーバは、気象情報等に基づいて、植物工場からの野菜等の植物の出荷目標量を決定してもよい。そして、制御装置３０７は、決定された出荷目標量に基づいて、植物の生育空間１０１で栽培されている野菜等の植物の生育速度を調整してもよい。これにより、植物工場内での植物の生産を、消費者等の植物工場の外部の状況の予測に合わせて、適切に調節することができる。
【００９２】
［その他］
以上、一つ又は複数の態様に係る空調システム及びその制御方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【００９３】
なお、上記各実施の形態では、空調システムは、バルブ１０８を備えていたが、これに限定されない。例えば、除湿装置１０４の除湿能力が可変である場合には、バルブ１０８は、空調システムに含まれなくてもよい。
【００９４】
なお、上記各実施の形態では、空調システムは、植物の生育空間１０１内にＣＯ２センサ１０５を備えていたが、必ずしも備えなくてもよい。
【００９５】
なお、上記各実施の形態では、空調システムは、空気供給部の一例として、ポンプ１０３を用いて、促進輸送膜１０２を透過した空気を植物の生育空間１０１内に供給していたが、必ずしもポンプ１０３が用いられる必要はない。例えば、ポンプ１０３の代わりに、送風機が用いられてもよい。
【００９６】
なお、上記各実施の形態では、検知された湿度と閾値湿度との比較結果に基づいて、バルブの経路が切り替えられていたが、これに限定されない。例えば、バルブが除湿経路及び非除湿経路に流される空気の比率を調節可能な場合、検知された湿度と目標湿度との差分値に基づいて比率が決定されてもよい。
【００９７】
なお、制御装置１０７が除湿ユニット１１１を制御するとは、バルブ１０８を切り替えて、促進輸送膜１０２を介して供給された空気を除湿経路に送るか、非除湿経路に送るかを切り替えることでもよい。また、制御装置１０７が除湿ユニット１１１を制御するとは、バルブ１０８を調節して、促進輸送膜１０２を介して供給された空気を、除湿経路と非除湿経路に送る配分を決定することでもよい。また、制御装置１０７が除湿ユニット１１１を制御するとは、除湿装置１０４の除湿能力が可変である場合に、除湿装置１０４の除湿能力の出力を調整することであってもよい。また、制御装置１０７が除湿ユニット１１１を制御するとは、上記の組み合わせを行う制御であってもよい。
【００９８】
なお、上記各実施の形態において、制御装置は、回路で実現されてもよい。これらの回路は、全体として１つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路であってもよい。
【００９９】
制御装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記録されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【０１００】
また、制御装置を構成する構成要素の各部は、個別に１チップ化されていてもよいし、一部又はすべてを含むように１チップ化されてもよい。また、ここでは、システムＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１０１】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０１０２】
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の集積回路化技術への適用等の可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本開示の空調システムは、植物工場の空調システムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１００    植物工場の壁
１０１    植物の生育空間
１０２    促進輸送膜
１０３    ポンプ
１０４    除湿装置
１０５    ＣＯ２センサ
１０６    湿度センサ
１０７、２０７、３０７    制御装置
１０８、２０９    バルブ
１１１、２１１    除湿ユニット
１１２    イオン液体膜
１１３    イオン液体膜モジュール
２００    流量計
２０１    湿度センサ
２０２    加熱装置
３００    ネットワーク
３０１    小売店
３０２    個人顧客
【図１】
2020080815.tif 000003
【図２】
2020080815.tif 000004
【図３Ａ】
2020080815.tif 000005
【図３Ｂ】
2020080815.tif 000006
【図４】
2020080815.tif 000007
【図５】
2020080815.tif 000008
【図６】
2020080815.tif 000009
【図７】
2020080815.tif 000010
【図８】
2020080815.tif 000011