(57)【要約】【課題】燃料電池を備える温室において、エネルギー効率の高い植物の栽培技術を提供することを課題とする。【解決手段】温室消費電力に、余裕を見込んで発電量を決定する。すなわち、発電を効率よく実施することのできる燃料電池を選択する。燃料電池の発熱量を示す横線と、温室消費電力を示す曲線との間（斜線を施した領域）が余剰電力となる。この余剰電力は、温室外へ供給することや、電力会社へ売ることができる。【効果】燃料電池の発熱量は一定であるから、燃料電池を最も効率のよい条件で連続運転させることができる。結果、エネルギー効率の高い植物の栽培技術が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料の供給を受けて発電すると共に水、二酸化炭素及び熱を排出する燃料電池と、この燃料電池から前記水、二酸化炭素及び熱が供給されると共に植栽用土壌を内蔵する温室と、この温室内に設けられ前記燃料電池からの給電により発光して植物へ照射する照明と、温室に設けられ前記燃料電池からの給電により前記温室内の空気の湿度及び温度を調整する空調機とを備える植物の栽培装置において、
この植物の栽培装置は、前記燃料電池の発電の余剰電力を温室外の用途に供することができるように、外部出力端子を備えていることを特徴とする植物の栽培装置。
【請求項２】
前記外部出力端子は、電力会社の送電する送電線に接続させることを特徴とする請求項１記載の植物の栽培装置。
【請求項３】
前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であり、この固体酸化物型燃料電池は、前記温室内に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の植物の栽培装置。
【請求項４】
前記燃料は、外部から供給されることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の植物の栽培装置。
【請求項５】
前記燃料は、前記植物の不要部分を原料として水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料を製造する燃料製造機から供給されることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の植物の栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の栽培技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物を人為的（人工的）な環境で育てるには、ハウス栽培が好適である。そして、ハウス栽培における光源や熱源に、燃料電池を利用することが提案されている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図４は従来の技術の基本構成を説明する図であり、温室１０１の外に配置されている燃料電池１０２へ、空気と燃料とを供給する。燃料電池１０２で発電した電気エネルギーで温室１０１内に設けられている照明１０３を点灯する。また、燃料電池１０２から排出される水（Ｈ２Ｏ）とＣＯ２ガスは、バブリング装置１０４で分離され、水（Ｈ２Ｏ）は温水の形態で温室１０１へ供給され、また、ＣＯ２ガスは適量を温室１０１へ供給され、植物の育成に供される。
【０００４】
燃料電池１０２で発生した電気エネルギーだけでなく、水（Ｈ２Ｏ）やＣＯ２ガスを有効に利用することができる。しかし、特許文献１には、燃料電池１０２に余剰が発生した場合の処置が説明されていない。
【０００５】
余剰電力が発生しないように、燃料電池１０２の出力を制御することが考えられる。普通のパワープラントでは、効率カーブは山形の曲線を描く。そこで、大出力時に効率が高くなり、小出力時に効率が低くなるように設計される。そのため、パワープラントの一種である燃料電池１０２も、出力によって発電効率が変化し、エネルギー効率の点で改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５０３５８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、燃料電池を備える温室において、エネルギー効率の高い植物の栽培技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料の供給を受けて発電すると共に水、二酸化炭素及び熱を排出する燃料電池と、この燃料電池から前記水、二酸化炭素及び熱が供給されると共に植栽用土壌を内蔵する温室と、この温室内に設けられ前記燃料電池からの給電により発光して植物へ照射する照明と、温室に設けられ前記燃料電池からの給電により前記温室内の空気の湿度及び温度を調整する空調機とを備える植物の栽培装置において、
この植物の栽培装置は、前記燃料電池の発電の余剰電力を温室外の用途に供することができるように、外部出力端子を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、出力端子は電力会社の送電する送電線に接続させることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であり、この固体酸化物型燃料電池は、温室内に設けられることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、燃料は、外部から供給されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、燃料は、前記植物の不要部分を原料として水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料を製造する燃料製造機から供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明では、外部出力端子を用いて余剰電力を外部へ供給することができる。すなわち、燃料電池は、最も発電効率の良い条件で連続運転させることが可能となる。この結果、エネルギー効率の高い植物の栽培装置が提供される。
【００１４】
請求項２に係る発明では、出力端子は電力会社の送電する送電線に接続させる。すなわち、余剰電力を電力会社へ売却することができ、余剰電力の有効活用を促すことができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、温室内に、固体酸化物型燃料電池を設けた。固体酸化物型燃料電池の外面からの放散熱は、温室内へ放出され、温室内の温度上昇に供される。そのため、一層の省エネルギーを図ることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明では、燃料を外部から供給する。任意の種類の燃料を必要なだけ燃料電池へ供給することができるため、燃料電池の運転が容易になる。
【００１７】
請求項５に係る発明では、燃料は、植物の不要部分を原料として水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料を製造する燃料製造機から供給されることを特徴とする。育てた植物の不要部分を、燃料化して燃料電池へ供給するため、外部から燃料電池へ燃料を供給する必要がない。そのため、十分な省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る植物の栽培装置の原理図である。
【図２】温室消費電力を説明するグラフである。
【図３】余剰電力を説明するグラフである。
【図４】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、植物の栽培装置１０は、水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料の供給を受けて発電すると共に水、二酸化炭素及び熱を排出する燃料電池１１と、この燃料電池１１から水、二酸化炭素及び熱が供給されると共に植栽用土壌を内蔵する温室１２と、この温室１２内に設けられ固体酸化物型燃料電池１１からの給電により発光して植物へ照射する照明１３と、温室１２に設けられ燃料電池１１からの給電により温室１２内の空気の湿度及び温度を調整する空調機１４と、温室１２内で育てられた植物１５の不要部分（茎、葉、根など）１６を原料として水素、炭化水素又はアルコールからなる燃料を製造する燃料製造機１７とからなる。
【００２１】
更に、電力の制御を実施させる制御部３０に、外部出力端子４１を備えている。この外部出力端子４１の設置目的や作用は後述する。
【００２２】
以上の構成要素を詳しく説明する。
燃料電池１１は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ／ＰＥＭ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）の何れもが使用可能である。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ／ＰＥＭ）は動作温度が常温〜１００℃であり、小型化が容易であるため、好ましい。ただし、発電効率は最大４５％に留まる。一方、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は動作温度が７００〜１０００℃であり、発電効率は最大６０％に達する。
【００２３】
以下、燃料電池１１は固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明する。
固体酸化物型燃料電池１１では、電解質の一方の面に水素ガス及び一酸化炭素ガスを接触させ、他方に面に酸素ガスを接触させ、化学反応により発電作用を発揮させる。副産物として水が生成される。水素ガス及び一酸化炭素ガスは、炭素と水素の結合体である炭化水素又はアルコールを改質器で改質することで得られる。改質器は固体酸化物型燃料電池１１に内蔵されている。固体酸化物型燃料電池１１の動作温度は７００〜１０００℃であり、排熱の形態で、熱が排出される。また、燃料に含まれる炭素は二酸化炭素（ＣＯ２）の形態で排出される。
【００２４】
温室１２は、天井２１と壁２２が透明体で構成され、太陽光が室内に採り入れられる。床２３は、外気の侵入を防ぐためにコンクリート床とすることが望ましい。そして、温室１２の出入り口は、外扉２４と内扉２５とを備えた二重扉室２６で構成することが望ましい。二重扉室２６では、外扉２４と内扉２５との一方のみが開放可能となるようにインターロックが掛けられており、外気の侵入及び室内の空気が外へ逃げることを防止することができる。
【００２５】
したがって、温室１２は、実質的に密閉された室である。密閉すると、温室内の雰囲気の温度、湿度、成分の制御が容易になる。温室であるから、ある程度の外気の侵入や温室内の空気の外への漏れは許容できるが、これらの量が大きいほど、温室内の雰囲気の温度、湿度、成分の制御が難しくなる。そのために、温室１２は、完全又は殆ど密閉された室とすることが望ましい。
【００２６】
空調機１４は、室外機２７と室内機２８と冷媒管２９とからなる、いわゆるエアコンデショナである。
空調機１４は、照明１３と共に固体酸化物型燃料電池１１からの給電で駆動される。
そして、空調機１４は、制御部３０により、温室１２内の雰囲気の温度と湿度を所望の値になるように制御される。
【００２７】
固体酸化物型燃料電池１１から排出された水は、ポンプ３１で汲み上げられ、散水管３２を介して植物１５に散布され、土壌３３へ供給される。ポンプ３１のモータも燃料電池１１からの電力で駆動する。
温室１２の外には、燃料タンク３４と、燃料製造機１７とが設けられている。
【００２８】
例えば、植物１５がトマトであれば、トマトの実が必要部３５で、その他の茎、葉、根が不要部分１６となる。この不要部分１６は、燃料製造機１７の醗酵槽３６へ投入され、醗酵され、精製槽３７に移され、エチルアルコールの形態で回収される。
得られエチルアルコールは地下パイプ３８を通じて、燃料タンク３４へ移され、固体酸化物型燃料電池１１へ供給される。
【００２９】
また、燃料タンク３４には、外部から燃料を注入することができる燃料注入管４３が、別途設けられている。燃料製造機１７が設置されない場合や、燃料製造機１７が故障した場合や、燃料製造機１７での生産量が不足した場合に、燃料注入管４３から燃料を補給することができる。
燃料注入管４３からは、任意の種類の燃料を必要なだけ燃料電池へ供給することができるため、燃料電池の運転が容易になる。
【００３０】
ところで、植物１５を刈り取り、温室１２外へ搬出すると、植物１５に相当する物質が温室１２外へ出されることになる。植物１５を構成する物質の一部はエチルアルコールの形態で温室１２へ戻されるが、残渣などの残部は戻されない。そこで、残部に相当する物質を、土壌及び肥料の形態で補充する。そうすれば、土壌が痩せる心配がない。
【００３１】
次に、余剰電力について説明する。
図２において、横軸を１日の時間、縦軸を温室消費電力とすると、照明を点灯させて光合成を促す時間帯では消費電力が高まり、照明を消灯させ呼吸作用のみを行わせる時間帯では消費電力は小さくなる。曲線は、季節変動によって上下する。
【００３２】
そこで、図３に示すように、余裕を見込んで発電量を決定する。すなわち、発電を効率よく実施することのできる燃料電池を選択する。
燃料電池の発熱量を示す横線と、温室消費電力を示す曲線との間（斜線を施した領域）が余剰電力となる。この余剰電力は、温室外へ供給することや、電力会社へ売ることができる。
【００３３】
そして、図３に示すように、燃料電池の発熱量は一定であるから、燃料電池を最も効率のよい条件で連続運転させることができる。
【００３４】
尚、燃料製造機１７は植物の不要部分を腐敗させてメタンガスを主体とする炭化水素ガスの形態で取り出す物であってもよい。そのため、固体酸化物型燃料電池などの燃料電池１１へは、水素、炭化水素又はアルコールを供給することができる。
【００３５】
また、固体酸化物型燃料電池１１は、温室１２内に配置することで、排熱を温室内で有効利用するようにしたが、温室１２の外に配置することは差し支えない。
植物はトマト、イチゴ、メロンなど温室栽培に適した果実又は野菜であれば、種類は問わない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、果実又は野菜の栽培する温室に好適である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…植物の栽培装置、１１…燃料電池（固体電解質型燃料電池）、１２…温室、１３…照明、１４…空調機、１５…植物、１６…植物の不要部分、１７…燃料製造機、３０…制御部、４１…外部出力端子、４３…外部から燃料を供給する燃料注入管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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