(57)【要約】【課題】気候の寒暑にかかわらない植物の安定的な栽培および栽培施設への電力供給を低コストで行うことができる植物栽培支援システムおよび方法を提供すること。【解決手段】植物を屋内栽培する施設４への電力供給および前記施設４の屋内の加温または冷却を行って前記屋内栽培を支援するための植物栽培支援システム１であって、廃棄物固形燃料２１１を燃焼させることによって発生した熱を利用して前記電力供給を行う電力供給装置２と、地熱を利用して前記屋内の加温または冷却を行う加温／冷却装置３とを備えたこと。【選択図】図１
2014093969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を屋内栽培する施設への電力供給および前記施設の屋内の加温または冷却を行って前記屋内栽培を支援するための植物栽培支援システムであって、
廃棄物固形燃料を燃焼させることによって発生した熱を利用して前記電力供給を行う電力供給装置と、
地熱を利用して前記屋内の加温または冷却を行う加温／冷却装置と
を備えたことを特徴とする植物栽培支援システム。
【請求項２】
前記電力供給装置は、
前記廃棄物固形燃料を燃焼させて前記熱を発生させる発熱手段と、
所定の作動流体が循環する循環路と、
前記発熱手段によって発生した熱を前記循環路内の前記作動流体に供給することによって前記作動流体を液体から蒸気に変換する熱供給手段と、
この熱供給手段によって発生した前記蒸気を利用した発電を行い、この発電によって生じた電力を前記施設に供給する発電手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培支援システム。
【請求項３】
前記加温／冷却装置は、
循環路内を循環する所定の作動流体を圧縮させる圧縮手段と、
前記作動流体を膨張させる膨張手段と、
前記膨張または前記圧縮の後の前記作動流体と土壌との熱交換を行う第１の熱交換手段と、
前記圧縮または前記膨張の後の前記作動流体と前記屋内との熱交換を行う第２の熱交換手段と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の植物栽培支援システム。
【請求項４】
前記発電手段によって発生した電力の一部を前記加温／冷却装置の動力に利用すること
を特徴とする請求項３に記載の植物栽培支援システム。
【請求項５】
前記廃棄物固形燃料は、ＲＰＦであること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の植物栽培支援システム。
【請求項６】
前記植物は、タモギタケを含むこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の植物栽培支援システム。
【請求項７】
植物を屋内栽培する施設への電力供給および前記施設の屋内の加温または冷却を行って前記屋内栽培を支援するための植物栽培支援方法であって、
廃棄物固形燃料を燃焼させることによって発生した熱を利用して前記電力供給を行う第１のステップと、
地熱を利用して前記屋内の加温または冷却を行う第２のステップと
を含むことを特徴とする植物栽培支援方法。
【請求項８】
前記第１のステップは、
前記廃棄物固形燃料を燃焼させて前記熱を発生させる第１−１のステップと、
この第１−１のステップにおいて発生した熱を、循環路内を循環する所定の作動流体に供給することによって前記作動流体を液体から蒸気に変換する第１−２のステップと、
この第１−２のステップにおいて発生した前記蒸気を利用した発電を行い、この発電によって生じた電力を前記施設に供給する第１−３のステップと
を含むことを特徴とする請求項７に記載の植物栽培支援方法。
【請求項９】
前記第２のステップは、
循環路内を循環する所定の作動流体を圧縮させる第２−１のステップと、
前記作動流体を膨張させる第２−２のステップと、
前記膨張または前記圧縮の後の前記作動流体と土壌との熱交換を行う第２−３のステップと、
前記圧縮または前記膨張の後の前記作動流体と前記屋内との熱交換を行う第２−４のステップと
を含むことを特徴とする請求項８に記載の植物栽培支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培支援システムおよび方法に係り、特に、植物の屋内栽培を支援するのに好適な植物栽培支援システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物をエネルギ資源等に再利用して、資源を循環させるとともに廃棄物の発生を抑制し、これにより環境に与える負荷をできるだけ低減させる循環型社会の実現が推進されるようになった。
【０００３】
そして、これまでにも、かかる循環型社会を目指す種々の試みがなされており、その一つに、生ゴミやプラスチックゴミ等の廃棄物を原料とした廃棄物固形燃料の利用がある。
【０００４】
本発明者は、このような廃棄物固形燃料を利用したハウス栽培に関する技術を既に提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術によれば、廃棄物固形燃料を燃焼させることによって発生した熱を用いて温風または温水を生成し、生成された温風または温水を施設園芸用ハウスに供給してハウス内を加温することができる。
【０００７】
ところで、ハウス栽培においては、季節にかかわらずに植物を安定的に栽培するために、夏季等の熱暑時にハウス内を積極的に冷却することが望ましい場合がある。このような場合に、廃棄物固形燃料は、寒冷時にハウス内を加温するための熱源とはなり得るが、冷却にそのまま利用することはできない。
【０００８】
一方、ハウス栽培には、ハウス内の照明その他の動力に電力が必要であり、この電力を低コストで供給することが求められていた。
【０００９】
そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、気候の寒暑にかかわらない植物の安定的な栽培および栽培施設への電力供給を低コストで行うことができる植物栽培支援システムおよび方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するため、本発明に係る植物栽培支援システムは、植物を屋内栽培する施設への電力供給および前記施設の屋内の加温または冷却を行って前記屋内栽培を支援するための植物栽培支援システムであって、廃棄物固形燃料を燃焼させることによって発生した熱を利用して前記電力供給を行う電力供給装置と、地熱を利用して前記屋内の加温または冷却を行う加温／冷却装置とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る植物栽培支援方法は、植物を屋内栽培する施設への電力供給および前記施設の屋内の加温または冷却を行って前記屋内栽培を支援するための植物栽培支援方法であって、廃棄物固形燃料を燃焼させることによって発生した熱を利用して前記電力供給を行う第１のステップと、地熱を利用して前記屋内の加温または冷却を行う第２のステップとを含むことを特徴としている。
【００１２】
そして、このような本発明によれば、廃棄物固形燃料を施設への電力供給に利用することができるとともに、地熱を施設屋内の加温または冷却に利用することができるので、気候の寒暑にかかわらない植物の安定的な栽培および栽培施設への電力供給を低コストで行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明の植物栽培支援システムにおいて、前記電力供給装置は、前記廃棄物固形燃料を燃焼させて前記熱を発生させる発熱手段と、所定の作動流体が循環する循環路と、前記発熱手段によって発生した熱を前記循環路内の前記作動流体に供給することによって前記作動流体を液体から蒸気に変換する熱供給手段と、この熱供給手段によって発生した前記蒸気を利用した発電を行い、この発電によって生じた電力を前記施設に供給する発電手段とを備えてもよい。同様に、本発明の植物栽培支援方法において、前記第１のステップは、前記廃棄物固形燃料を燃焼させて前記熱を発生させる第１−１のステップと、この第１−１のステップにおいて発生した熱を、循環路内を循環する所定の作動流体に供給することによって前記作動流体を液体から蒸気に変換する第１−２のステップと、この第１−２のステップにおいて発生した前記蒸気を利用した発電を行い、この発電によって生じた電力を前記施設に供給する第１−３のステップとを含んでもよい。
【００１４】
そして、このような本発明によれば、電力供給を簡便かつ効率的に行うことができる。
【００１５】
さらにまた、本発明の植物栽培支援システムにおいて、前記加温／冷却装置は、循環路内を循環する所定の作動流体を圧縮させる圧縮手段と、前記作動流体を膨張させる膨張手段と、前記膨張または前記圧縮の後の前記作動流体と土壌との熱交換を行う第１の熱交換手段と、前記圧縮または前記膨張の後の前記作動流体と前記屋内との熱交換を行う第２の熱交換手段とを備えてもよい。同様に、本発明の植物栽培支援方法において、前記第２のステップは、循環路内を循環する所定の作動流体を圧縮させる第２−１のステップと、前記作動流体を膨張させる第２−２のステップと、前記膨張または前記圧縮の後の前記作動流体と土壌との熱交換を行う第２−３のステップと、前記圧縮または前記膨張の後の前記作動流体と前記屋内との熱交換を行う第２−４のステップとを含んでもよい。
【００１６】
そして、このような本発明によれば、施設屋内の加温／冷却を二酸化炭素の排出量を削減しつつ低コストで行うことができる。
【００１７】
また、本発明の植物栽培支援システムにおいて、前記発電手段によって発生した電力の一部を前記加温／冷却装置の動力に利用してもよい。
【００１８】
そして、このような構成によれば、廃棄物固形燃料を、電力供給を介して間接的に屋内の加温／冷却に利用することができる。
【００１９】
さらに、本発明の植物栽培支援システムにおいて、前記廃棄物固形燃料は、ＲＰＦ(Refuse Paper & Plastic Fuel)であってもよい。
【００２０】
そして、このような構成によれば、発熱量がコントロールされた良質かつ製造原価が安価な燃料を利用することができるので、屋内栽培を更に安定的かつ低コストで行うことができる。
【００２１】
さらにまた、本発明の植物栽培支援システムにおいて、前記植物は、タモギタケを含んでもよい。
【００２２】
そして、このような構成によれば、厳格な温度管理が求められるタモギタケを安定的かつ安価に栽培することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、気候の寒暑にかかわらない植物の安定的な栽培および栽培施設への電力供給を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る植物栽培支援システムの実施形態を示す概略構成図
【図２】本発明に係る植物栽培支援方法の実施形態において、電力供給処理を示すフローチャート
【図３】植物栽培支援方法の実施形態において、加温処理を示すフローチャート
【図４】植物栽培支援方法の実施形態において、冷却処理を示すフローチャート
【図５】植物栽培支援システムの変形例を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（植物栽培支援システム）
以下、本発明に係る植物栽培支援システムの実施形態について、図１を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態における植物栽培支援システム１を示す概略構成図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態における植物栽培支援システム１は、電力供給装置２と、加温／冷却装置３と、植物を屋内栽培する施設としての農業用ハウス４とによって構成されている。
【００２８】
このように構成された植物栽培支援システム１は、電力供給装置２による農業用ハウス４への電力供給および加温／冷却装置３による農業用ハウス４の屋内の加温または冷却を行って屋内栽培を支援するようになっている。このとき、電力供給装置２は、廃棄物固形燃料を燃焼させることによって発生した熱を利用して電力供給を行うようになっている。また、加温／冷却装置３は、地熱を利用して屋内の加温または冷却を行うようになっている。
【００２９】
以下、植物栽培支援システム１のより具体的な構成を説明する。
【００３０】
〔電力供給装置〕
図１に示すように、電力供給装置２は、発熱手段としてのバイオマスボイラ２１と、熱交換発電装置２２とによって構成されている。
【００３１】
＜バイオマスボイラ＞
まず、バイオマスボイラ２１について詳述すると、図１に示すように、バイオマスボイラ２１は、廃棄物固形燃料２１１の燃焼が行われる燃焼室２１２を有している。この燃焼室２１２内には、図１に示すように、燃焼室２１２の室内雰囲気と給熱用循環路（熱供給手段に該当）２１３内を循環する水２１０との熱交換を行うための熱交換部２１４が配設されている。
【００３２】
また、図１に示すように、燃焼室２１２の入口には、燃焼室２１２内に廃棄物固形燃料２１１を投入する投入部２１５が配設されている。
【００３３】
さらに、図１に示すように、燃焼室２１２には、廃棄物固形燃料２１１への着火を行う着火部２１６が配設されている。
【００３４】
さらにまた、燃焼室２１２の外部には、廃棄物固形燃料２１１を投入部２１５に供給する供給装置２１７が配設されている。
【００３５】
なお、廃棄物固形燃料２１１は、好ましくは、ＲＰＦとされている。また、供給装置２１７は、廃棄物固形燃料２１１が収容された燃料サイロやベルトコンベア等によって構成してもよい。また、図示しないが、バイオマスボイラ２１は、廃棄物固形燃料２１１の燃焼灰を排出する排出コンベア、排熱を利用して燃焼用の空気を予熱する空気余熱器、煤煙を集塵する集塵機、バイオマスボイラ２１の動作を電気的に制御するための制御装置等を備えていてもよい。さらに、給熱用循環路２１３内には、水２１０を循環させるポンプ等の循環手段を設けてもよい。
【００３６】
＜熱交換発電装置＞
次に、熱交換発電装置２２について詳述すると、図１に示すように、熱交換発電装置２２は、所定の発電用作動流体２２０が循環される発電用循環路２２１を有している。
【００３７】
この発電用循環路２２１上には、蒸発器２２２が配設されており、この蒸発器２２２は、バイオマスボイラ２１側から延設された給熱用循環路２１３の一部を発電用循環路２２１内に配置することによって構成されている。
【００３８】
そして、この蒸発器２２２内の給熱用循環路２１３は、当該循環路２１３内の熱水２１０の熱を発電用作動流体２２０に供給（熱交換）することによって、発電用作動流体２２０を蒸発（気化）させて液体から蒸気（気体）に変換するようになっている。
【００３９】
また、図１に示すように、発電用循環路２２１上には、発電手段としてのタービン発電機２２３が配設されている。このタービン発電機２２３は、蒸発器２２２において発生した蒸気がタービン発電機２２３を通過する際に発電機２２３の回転子に直結されたタービンを回転させることによって、発電機２２３の電機子（固定子または回転子）に起電力を誘導させて発電を行うようになっている。
【００４０】
このタービン発電機２２３の発電電力は、送電線２２４を通じて農業用ハウス４に送電されるようになっている。
【００４１】
なお、発電用作動流体２２０は、フロンやアンモニア等の低沸点液体であってもよい。また、発電用循環路２２１上には、凝集器や循環ポンプ等を更に配置してもよい。さらに、熱交換発電装置２２は、その動作を電気的に制御するための制御装置を備えていてもよい。
【００４２】
〔加温／冷却装置〕
また、図１に示すように、加温／冷却装置３は、所定の加温／冷却用作動流体３０が循環される加温／冷却用循環路３１を有している。この加温／冷却用循環路３１上には、図１に示すように、圧縮手段としての圧縮機３２が配設されており、この圧縮機３２は、加温／冷却用作動流体３０を圧縮・加熱するようになっている。
【００４３】
さらに、図１に示すように、加温／冷却用循環路３１上には、膨張手段としての膨張弁３３が配設されており、この膨張弁３３は、加温／冷却用作動流体３０を膨張・冷却するようになっている。
【００４４】
さらにまた、図１に示すように、加温／冷却用循環路３１上には、第１の熱交換手段としての第１熱交換器３４が配設されている。この第１熱交換器３４は、加温／冷却用循環路３１内と土壌５中との間に、水３４１１が循環される熱交換用循環路３４１を配設することによって構成されている。この第１熱交換器３４は、膨張弁３３による膨張後または圧縮機３２による圧縮後の加温／冷却用作動流体３０と土壌５との熱交換を行うようになっている。
【００４５】
また、図１に示すように、加温／冷却用循環路３１上には、第２の熱交換手段としての第２熱交換器３５が配設されている。この第２熱交換器３５は、加温／冷却用循環路３１内と農業用ハウス４の屋内との間に管路３５１を配設することによって構成されている。
【００４６】
この第２熱交換器３５は、圧縮機３２による圧縮後または膨張弁３３による膨張後の加温／冷却用作動流体３０と、農業用ハウス４の屋内との熱交換を、管路３５１内の流体３５１１を介して行うようになっている。管路３５１内の流体３５１１は、無端の管路３５１内を循環する水であってもよく、または、ハウス屋内に対して管路３５１端部の不図示の吸排気口を通して吸排される空気であってもよい。
【００４７】
また、図１の黒塗り矢印は、寒冷時において地熱を利用して農業用ハウス４の屋内を加温する場合における熱の移動状態を示している。一方、図１の白抜き矢印は、熱暑時において農業ハウス４の屋内の熱を土壌５に逃がして屋内を冷却する場合における熱の移動状態を示している。
【００４８】
なお、加温／冷却用作動流体３０は、フロンやアンモニア等の低沸点液体であってもよい。また、熱交換用循環路３４１上には、水３４１１を循環させるポンプ等の循環手段を配置してもよい。さらに、管路３５１内の流体３５１１を水とする場合には、管路３５１内に、ポンプ等の循環手段を配置してもよい。一方、管路３５１内の流体３５１１を空気とする場合には、流路上または流路端に送気ファンを設けてもよい。さらにまた、加温／冷却装置３は、その動作を電気的に制御するための制御装置を備えていてもよい。また、加温／冷却装置３の動作は、ＰＣおよび通信等を用いた遠隔操作によって管理してもよい。
【００４９】
〔農業用ハウス〕
農業用ハウス４は、例えば、アルミパイプ等の骨組に塩化ビニルフィルムやポリエチレンフィルム等の保護被覆資材を被覆して組み立てられており、屋内では、所望の植物が栽培されている。この植物としては、野菜、果樹、花等の種々の植物を採用することができるが、本実施形態においては、厳格な温度管理が求められるタモギタケも好適に採用することができる。
【００５０】
図１に示すように、農業用ハウス４内には、照明その他のハウス内の動力の負荷４１が配設されており、この負荷４１には、電力供給装置２側から電力が供給されるようになっている。なお、農業ハウス４には、電力供給装置２側から供給される電力を蓄電する蓄電装置が設けられていてもよい。
【００５１】
また、図１に示すように、農業用ハウス４の屋内は、加温／冷却装置３によって、管路３５１内の流体３５１１を介した加温または冷却が行われるようになっている。なお、農業用ハウス４内には、図１に示すように、加温／冷却装置３側または加温／冷却装置３を管理する管理者（サーバ）側で監視可能とされた温度センサ４２を設けておき、この温度センサ４２の検出結果に応じた加温／冷却が行われるように構成してもよい。
【００５２】
（植物栽培支援方法）
次に、前述した植物栽培支援システム１を適用した本発明に係る植物栽培支援方法の実施形態について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００５３】
〔電力供給処理〕
本実施形態においては、電力供給装置２により、図２に示すような農業用ハウス４への電力供給処理を行う。
【００５４】
すなわち、まず、図２のステップ２１（ＳＴ２１）において、バイオマスボイラ２１により、廃棄物固形燃料２１１を燃焼させる。このステップ２１（ＳＴ２１）の工程は、供給装置２１７によって廃棄物固形燃料２１１を燃焼室２１２入口の投入部２１５に供給し、供給された廃棄物固形燃料２１１を投入部２１５から燃焼室２１２内に投入し、投入された廃棄物固形燃料２１１に対して着火部２１６による着火を行うことによって実行される。
【００５５】
次いで、ステップ２２（ＳＴ２２）において、バイオマスボイラ２１および熱交換発電装置２２により、ステップ２１（ＳＴ２１）において発生した熱を利用して、発電用作動流体２２０を液体から蒸気に変換する。このステップ２２（ＳＴ２２）の工程は、熱交換部２１４によって燃焼室２１２内の燃焼熱を給熱用循環路２１３内の水２１０に付与して熱水に変換し、この熱水を当該循環路２１３を通じて蒸発器２２２内まで循環させ、この循環させた熱水を蒸発器２２２内の発電用作動流体２２０と熱交換することによって実行される。
【００５６】
次いで、ステップ２３（ＳＴ２３）において、熱交換発電装置２２により、ステップ２２（ＳＴ２２）において発生した蒸気を発電用循環路２２１を通じてタービン発電機２２３に供給することによって、タービンを回転させて発電を行う。
【００５７】
次いで、ステップ２４（ＳＴ２４）において、タービン発電機２２３により、ステップ２３（ＳＴ２３）において発生した電力を送電線２２４を通じて農業用ハウス４に供給する。
【００５８】
〔加温処理〕
また、本実施形態においては、加温／冷却装置３により、図３に示すような農業用ハウス４の加温処理を必要に応じて行う。
【００５９】
すなわち、図３のステップ３１（ＳＴ３１）において、圧縮機３２により、土壌５との熱交換によって蒸気となっている加温／冷却用循環路３１内の加温／冷却用作動流体３０を、圧縮して加熱する。
【００６０】
次いで、ステップ３２（ＳＴ３２）において、第２熱交換器３５により、ステップ３１（ＳＴ３１）において圧縮・加熱された加温／冷却用作動流体３０と農業用ハウス４の屋内との熱交換を管路３５１内の流体３５１１を介して行って、ハウス屋内を加温する。この熱交換後の加温／冷却用作動流体３０は、凝集されて液化する。
【００６１】
次いで、ステップ３３（ＳＴ３３）において、膨張弁３３により、ステップ３２（ＳＴ３２）による熱交換後の加温／冷却用作動流体３０を膨張させて冷却する。
【００６２】
次いで、ステップ３４（ＳＴ３４）において、第１熱交換器３４により、ステップ３３（ＳＴ３３）における膨張・冷却後の加温／冷却用作動流体３０を、土壌５との熱交換によって蒸発させる。
【００６３】
このような一連のサイクルを繰り返せば、ハウス屋内の加温が継続される。
【００６４】
〔冷却処理〕
さらに、本実施形態においては、加温／冷却装置３により、図４に示すような農業用ハウス４の冷却処理を必要に応じて行う。
【００６５】
すなわち、図４のステップ４１（ＳＴ４１）において、圧縮機３２により、農業用ハウス４の屋内との熱交換によって蒸気となっている加温／冷却用循環路３１内の加温／冷却用作動流体３０を、圧縮して加熱する。
【００６６】
次いで、ステップ４２（ＳＴ４２）において、第１熱交換器３４により、ステップ４１（ＳＴ４１）において圧縮・加熱された加温／冷却用作動流体３０と土壌５との熱交換を行って、加温／冷却用作動流体３０の熱を土壌５に逃がす。この熱交換後の加温／冷却用作動流体３０は、凝集されて液化する。
【００６７】
次いで、ステップ４３（ＳＴ４３）において、膨張弁３３により、ステップ４２（ＳＴ４２）による熱交換後の加温／冷却用作動流体３０を膨張させて冷却する。
【００６８】
次いで、ステップ４４（ＳＴ４４）において、第２熱交換器３５により、ステップ４３（ＳＴ４３）における膨張・冷却後の加温／冷却用作動流体３０をハウス屋内との熱交換によって蒸発させることによって、ハウス屋内を冷却する。
【００６９】
このような一連のサイクルを繰り返せば、ハウス屋内の冷却が継続される。
【００７０】
（変形例）
次に、図５は、本実施形態の変形例を示したものである。
【００７１】
図５に示すように、本変形例においては、電力供給装置２によって発生した電力を、農業用ハウス４だけでなく、加温／冷却装置３にも供給（送電）している。この供給された電力は、圧縮機３２の動力等に利用すればよい。
【００７２】
以上述べたように、本発明によれば、廃棄物固形燃料２１１を農業用ハウス４への電力供給に利用することができるとともに、地熱をハウス屋内の加温または冷却に利用することができるので、気候の寒暑にかかわらない植物の安定的な栽培および栽培施設への電力供給を効率的かつ低コストで行うことができる。
【００７３】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  植物栽培支援システム
２  電力供給装置
２１１  廃棄物固形燃料
３  加温／冷却装置
４  農業用ハウス
【図１】
2014093969.tif 000003
【図２】
2014093969.tif 000004
【図３】
2014093969.tif 000005
【図４】
2014093969.tif 000006
【図５】
2014093969.tif 000007