(57)【要約】      （修正有）【課題】植物工場の電力等のエネルギーコストを低減し、安価な植物を供給する。【解決手段】マイクロ水力発電システムから得られた電力を植物工場の動力源として使用する植物工場で、マイクロ水力発電システムは、貯水槽３１と、貯水槽の下方に配置され、一端が貯水槽に連通し他端に向かって下降する導水管３２と、一端が導水管の他端に連通し、他端に向かって上昇する復水管と、導水管の途中に設けられ、導水管を流れる水流を利用して発電する複数の発電ユニット３５と、復水管の他端に接続され、復水管内の水を貯水槽内に排出するポンプ３３と、複数の発電ユニットに接続され、複数の発電ユニットからの電力によって充電されると共にポンプに電力を供給する電源装置を備えており、ポンプが復水管内の水を排出して生じる吸引力により、復水管及び導水管内に一様な吸引流を発生させ、導水管を流れる水流を形成するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2018074985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を栽培する植物工場において、水力により発電するマイクロ水力発電システムを有し、前記マイクロ水力発電システムから得られた電力を前記植物工場の動力源（エネルギー源）として使用することを特徴とする植物工場であって、
前記マイクロ水力発電システムは、
水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽の下方に配置され、一端が前記貯水槽に連通し他端に向かって下降している導水管と、一端が該導水管の前記他端に連通しており、他端に向かって上昇している復水管と、前記導水管の途中に設けられ、該導水管を流れる水流を利用して発電する複数の発電ユニットと、前記復水管の前記他端に接続されており、該復水管内の水を前記貯水槽内に排出するポンプと、前記複数の発電ユニットに接続されており、該複数の発電ユニットからの電力によって充電されると共に前記ポンプに電力を供給する電源装置とを備えており、前記ポンプが前記復水管内の水を排出することによって生じる吸引力により、該復水管及び前記導水管内に一様な吸引流を発生させ、前記導水管を流れる前記水流を形成するように構成されており、前記電源装置の電力を植物工場の動力として用いることを特徴とする植物工場。
【請求項２】
前記植物工場内で使用する電力の全部または一部は前記マイクロ発電システムで発電された電力であることを特徴とする、請求項１に記載の植物工場。
【請求項３】
前記貯水槽および／または復水管に、貯水槽内に貯留された水および／または復水管内に貯留された水を加熱または冷却するヒーターおよび／または冷却装置が設置されており、前記ヒーターおよび／または冷却装置の動力源の全部または一部は、前記マイクロ発電システムで発電された電力であることを特徴とする、請求項１または２に記載の植物工場。
【請求項４】
前記導水管には放熱板が設置されて、植物工場内に加熱水または冷水の熱を放散することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の植物工場。
【請求項５】
前記植物工場内の温度を所定温度に設定する温度調節システムが設置されており、前記温度調節システムの動力源の全部または一部は、前記マイクロ発電システムで発電された電力であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの項に記載の植物工場。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力により発電するマイクロ水力発電システムを用いた植物工場に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化に伴い気候変動の影響により国内、世界で起きている異常気候、たとえば経験したことのない大雨や竜巻等の被害は人々に心配と不安を与えている。また、人類の生存に必要な食物は、世界の人口増加や砂漠化・塩害による耕作面積の減少等により、かなり不足することが予想される。さらに、特に海外のから輸入される農作物は、大量生産するために農薬を多量散布しているので、人体への影響も懸念される。このように、自然力を使用して栽培する野菜や果物等の植物の生育や収穫は、天候により左右されるので、収入が安定しないという問題がある。また、生活者・消費者の安全・安心を守るには、安定した農業経営と安心できる食料生産が持続する供給体制を構築する必要がある。そこで、近年、温度等の環境を制御して安定した生産を行なうための植物工場が日本各地で建設され、稼働している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９３７３０
【特許文献２】特開２０１５−１９５７０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の植物工場は、温度等の環境を制御するためのエネルギー供給に費用がかかり、生産した植物の価格は、従来植物より価格が高くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、植物工場で使用するエネルギーを植物工場内で作り、植物工場内のエネルギーコストを押さえて、植物工場で栽培する植物の価格を低減することである。本発明者は、水流を利用して発電を行なう揚水式のマイクロ水力発電システムを提案した。（特許文献１、２）この揚水式のマイクロ水力発電システムは小型なので、植物工場内にも設置でき、そのマイクロ水力発電システムで得られた電力を植物工場の動力（エネルギー）に用いるもので、具体的には以下の特徴を有する。
【０００６】
（１）本発明は、植物を栽培する植物工場において、水力による発電するマイクロ水力発電システムを有し、前記マイクロ水力発電システムから得られた電力を前記植物工場の動力源（エネルギー源）として使用することを特徴とする植物工場であって、前記マイクロ水力発電システムは、水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽の下方に配置され、一端が前記貯水槽に連通し他端に向かって下降している導水管と、一端が該導水管の前記他端に連通しており、他端に向かって上昇している復水管と、前記導水管の途中に設けられ、該導水管を流れる水流を利用して発電する複数の発電ユニットと、前記復水管の前記他端に接続されており、該復水管内の水を前記貯水槽内に排出するポンプと、前記複数の発電ユニットに接続されており、該複数の発電ユニットからの電力によって充電されると共に前記ポンプに電力を供給する電源装置とを備えており、前記ポンプが前記復水管内の水を排出することによって生じる吸引力により、該復水管及び前記導水管内に一様な吸引流を発生させ、前記導水管を流れる前記水流を形成するように構成されており、前記電源装置の電力を植物工場の動力として用いることを特徴とする植物工場である。
【０００７】
（２）本発明は、（１）に加えて、前記植物工場内で使用する電力の全部または一部は前記マイクロ発電システムで発電された電力であり、また、前記貯水槽および／または復水管に、貯水槽内に貯留された水および／または復水管内に貯留された水を加熱または冷却するヒーターおよび／または冷却装置が設置されており、前記ヒーターおよび／または冷却装置の動力源の全部または一部は、前記マイクロ発電システムで発電された電力であることを特徴とし、また前記導水管には放熱板が設置されて、植物工場内に加熱水または冷水の熱を放散することを特徴とし、さらに前記植物工場内の温度を所定温度に設定する温度調節システムが設置されており、前記温度調節システムの動力源の全部または一部は、前記マイクロ水力発電システムで発電された電力であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、植物工場内にマイクロ水力発電システムを設置して、マイクロ水力発電システムで得られた電力を用いて植物工場を稼働することができ、植物工場で使用する電力消費量を削減することができる。また、マイクロ水力発電システムで用いる流体（水）は植物工場内の温度に合わせて暖めたり冷やしたりする機能を設けているので、植物工場内の温度調節を効率的に制御することができるとともに、温度調節装置で使用するエネルギー（電力）を低減することができる。特にマイクロ水力発電システムで用いている導水管は植物工場内をくまなく配回しており、その導水管に取り付けられた放熱板により植物工場内の温度調節を効率良く制御することができる。この結果、植物工場のコスト、特に電力等のエネルギーコストを低減し、安価な植物を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明のマイクロ水力発電システムを用いた植物工場の正面（立面）模式図である。
【図２】図２は、本発明のマイクロ水力発電システムを用いた植物工場の平面模式図である。
【図３】図３は、植物工場の建物を側面側から見た側面模式図である。
【図４】図４は、導水管の途中に取り付けた回転式円板状発電機を導水管に設置した状態を示す図である。
【図５】図５は、図４で一点鎖線Ｂ１−Ｂ２で示す部分の断面を示す図である。
【図６】図６は、回転式円板状発電機の別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の植物工場においては、植物工場の建物内に下降する導水管を設置し、その導水管の途中に導水管を流れる流水により発電するマイクロ水力発電機を複数配置して、そのマイクロ水力発電機により発電した電力を用いて、植物工場で消費するエネルギーを賄うというものである。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態を示す図である。本発明の植物工場１１は建物１２内に設置される。図１は、植物工場が設置された建物を正面から見た（立面）模式図である。建物１２は床２１、天井２４、側壁２２、２３、２７、２８に囲まれており、その中に、下降する導水管３２が配置される。導水管３２の途中に発電機３５が設置され、導水管３２内を流れる流体（水）により、発電機３５が発電する。この発電機３５は導水管３２の途中に複数配置されるので、発電ユニットと記載することもある。また、導水管３２の途中には適宜放熱部３７が配置されており、流体の熱を効率的に建物１２内に放散（放射）し、建物内の温度を温めたり、または冷やしたりする。放熱部３７は、たとえば、フィン構造（表面積が大となる構造）の放熱板（表面積が大となる）を用いた管をフランジ４５で導水管に取り付けたものや、熱伝導の良好な材料（たとえば、銅やアルミニウム）で作成した管、またはこれらを組み合わせたもの等であり、放熱部３７を流れる流体の熱を効率的に放熱部３７の外部、すなわち植物工場内に放熱する部分である。放熱板３７を導水管３２の下降する流れに沿って配置すれば、導水管３２を流れる流体（水）の熱（温熱または冷熱）を段階的に導水管の外側に効率的に放散することができる。
【００１２】
導水管３２は発電機の発電効率を最適にする流体速度を維持できれば、植物工場内の広範な領域に配置されることが望ましく、放熱部３７からの放熱を植物工場内の植物を育成する領域に効率的に配分することができる。放熱部３７も導水管３２の複数の部分、特に植物工場内の温度を所定値に保持するために最適な部分に配置することが望ましい。建物１２の最上部に、貯水槽３１が設置され、貯水槽３１には水道や地下水、あるいは川等の自然水から水が注がれて、貯水槽３１に水が貯留されている。その貯水槽３１の下部に導水管３２の入口が接続し、導水管３２は貯水槽３１から下降しているので、貯水槽３１の水は導水管３２の入口から導水管３２内へ流れていく。この導水管３２内の下降する流水により、導水管３２の途中に配置された複数の発電機３５で発電する。導水管３２は植物工場１１が設置された建物１２内の必要箇所を回り、下降していく。図１に示す建物１２は、３階建てであり、３階部分では、導水管３２は、貯水槽３１が設置された左端から右端へ下降して右端で折れ曲がり、さらに右端から左端へ下降する。
【００１３】
導水管３２は、さらに３階の左端の床２６の付近で折れ曲がり、２階に入り、左端から右端へ下降して右端で折れ曲がり、さらに右端から左端へ下降する。導水管３２は、さらに２階の左端の床２５の付近で折れ曲がり、１階に入り、左端から右端へ下降して右端で折れ曲がり、さらに右端から左端へ下降する。導水管３２は１階の左端で出口となる。このように導水管３２は建物内（植物工場内）の広い領域を配回しているので、長さが長く必要な数の発電機３５や放熱部（放熱板）を配置できる。導水管３２の出口は復水管４３に接続し、復水管４３は１階の床部分から３階の貯水槽３１の近くまで略垂直に上昇する。復水管４３は２つの部分｛４３（４３−１、２）｝から構成され、上部の復水管４３（４３−２）は下部の復水管４３（４３−１）より内径が太くなっており、水が多くたまるようになっている。上部の復水管４３（４３−２）の上部に揚水ポンプ３３が接続し、復水管４３に貯まった水を排出する。その排出によって生じる吸引力により、復水管及び導水管内に一様な吸引流を発生させ、導水管を流れる水流を形成するように構成されている。すなわち、揚水ポンプ３３の排出量により、導水管３２の水流の速度や量を調整することもできる。
【００１４】
揚水ポンプ３３によって排出された水は注水管４２から流れ出し貯水槽３１に貯留する。その貯留水は再び導水管３２に入り、導水管３２を水が流れていく。たとえば、このように、復水管内の水をポンプが排出することによってあたかも生じる空隙に吸引される力により、復水管及び導水管内の水が動き、この復水管及び導水管内の水は、サイホンの原理によって平衡状態に復帰するまで、減圧状態で一様な吸引流となって管内を循環する。このため、比較的に小さいエネルギーで循環水流を形成することができ、また、ポンプによって生じた負圧に吸引されて水が管内を循環するため、発電ユニット３５においては、水流によって回転する水車羽根の回転を阻害しない真空に近い空間を形成することができる。その結果、貯水槽３１の水を用い、非常に少ないエネルギー消費で効率的に発電を行い、その発電後の水を貯水槽に戻して循環利用するマイクロ水力発電システムとして、災害時の非常用電源はもちろんのこと、エネルギー変換過程を、シンプルでコンパクトにパッケージングすることにより、スマートコミニティにおける地域分散型発電装置として、用途に応じた必要量の電気を供給できると共に、高度なメンテナンス技能を必要としない、装置組立を地域別企業が施行し周期保守点検を実施する装置として、より多くの人々がエネルギー供給過程に参加することを可能となる。本発明ではこのマイクロ水力発電システムを植物工場内に配置して、その発生する電力を用いて植物工場を稼働している。
【００１５】
揚水ポンプは、復水管内の水面と貯水槽内の水面との高さの差だけ復水管内の水を揚水するように構成されていることが好ましい。このように、復水管内の水面と貯水槽内の水面とが、逆サイホンの原理により、同一平面内にあって平衡状態を保っており、ポンプは、わずかな高さだけ揚水すれば良い。このため、ポンプによって消費されるエネルギー量は非常に少ない。複数の発電ユニット３５の各々は、水流によって回転するように構成された水車羽根を有する水車部と、水車羽根の回転力を電気に変換する発電機部とを備えていることも好ましい。水車羽根は、水流の有する運動エネルギーを効率良く受け取って、回転運動に変換することができるように構成されている。
【００１６】
揚水ポンプ３３によって復水管４３から排出された水は注水管４２から流れ出し貯水槽３１に貯留する。その貯留水は再び導水管３２に入り、導水管３２を水が流れていく。貯水槽３１の上部には発電機３４が設置されており、発電機３４は注水管４２から排出される水により発電する。すなわち、注水管４２からの落水が発電機３４の羽根板を回転させることにより、発電機３４が発電する。発電機３４や発電機３５は、たとえば本発明者が発明したものであり、その詳細は特許文献（特開２０１２−１９３７３０、特開２０１５−１９５７０８）に詳細に記載されている。たとえば、円板状の外周に水車羽根が取り付けられており、その水車羽根に水流が当たり、円板が回転し、その回転により円板に取り付けたコイルおよび永久磁石の電磁誘導により発電するシステムである。その他の発電システムも上記特許文献に詳細に示されている。その一例を図４に示す。
【００１７】
図４は、導水管の途中に取り付けた回転式円板状発電機６０を導水管６１に設置した状態を示す図である。図４では、導水管６１と水の流れ６５および発電機６０の位置関係が分かるように、配置状態と同じく傾斜して示している。導水管６１の一部を開口し、その開口部に回転式円板状発電機設置ボックス６２を設置する。その設置ボックス６２の空間６３に回転式円板状発電機６０を配置する。導水管６１には水等の流体６４が矢印６５で示す方向へ流れている。回転式円板状発電機６０は、羽根板６６、固定円環体６８、回転円板体６９、回転軸７０から構成される。
【００１８】
回転式円板状発電機６０の一部が流体の流れの中に入り、回転式円板状発電機６０の外周に取り付けられた羽根板６６が流体の力６５を受けて矢印６７方向へ回転する。この回転に伴い、回転軸７０および回転円板体６９が回転し、発電する。回転式円板状発電機６０は、導水管６１および設置ボックス６２の空間６３に対応した大きさを有している。また、羽根板６６の形状は流体の流れを受けて効率良く回転可能な形状およびサイズとなっている。羽根板６６の一部が流体中に浸漬しており、またその他の羽根板６６は流体中に浸漬せず設置ボックス６２の空間６３の流体がない領域に存在しているので、羽根板６６が流体の力を効率良く受けるとともに流体の抵抗力を最小限にすることによって最大の回転力を得るように、回転式円板状発電機６０が配置されている。また、回転式円板状発電機６０の一部だけを流体中に浸漬すると回転軸７０や回転円板体６９側への流体の浸入が極力抑えられるという利点もある。尚、流体流れの中に回転式円板状発電機６０全体を漬けても回転させることはできるので、使用状態や発電能力に応じて本発明の回転式円板状発電機を用いれば良い。
【００１９】
図５は、図４で一点鎖線Ｂ１−Ｂ２で示す部分の断面を示す図である。断面が略円形の導水管６１と回転式円板状発電機設置ボックス６２の側壁は繋がっており、設置ボックス６２の側壁（６２−１、６２−２）は回転式円板状発電機の固定円環体６８の外周面を取り囲んで外周面と接続している。すなわち、固定円環体６８の幅Ｗ１は羽根板６６の幅や導水管６１の幅Ｗ２より大きい。固定円環体６８の下部の一部は流体６４に浸かっており、羽根板６６は固定円環体６８の周囲を回転するので、固定円環体６８の下方に来た羽根板６６は流体６４に入り、流体６４の力を受けてさらに回転していく。羽根板６６と回転軸７０は連結回転体７５で連結されているので、回転軸７０が回転する。さらに、回転軸７０と回転円板体６９は連結または一体となっているので、回転軸７０の回転により回転円板体６９が回転する。固定円環体６８は文字通り固定しているので、固定円環体６８の周囲面と設置ボックス６２と接続（結合）することができ、設置ボックス６２内の空間６３を外部環境に対して封鎖することができる。固定円環体６８の両側は、設置ボックス６２の外側に出ている。回転軸の両側はさらに固定円環体６８の外側に出ており、回転軸は固定基台７２に配置されたベアリング７３により回転自在に固定基台７２で支持されている。
【００２０】
図６は、コイルを配置した固定円板体と永久磁石のみを配置した回転円板体の底面同士が対向して配列する方式の回転式円板状発電機を、流体を用いて回転させることが可能な実施形態を示す図である。固定円板体１１３、１１５は片側のコイルは必要がないので記載していない。また、本実施形態ではコイルの一端に永久磁石を固定していない固定円板体３３２、３３３も配置している。すなわち、固定円板体３３２や３３３においてコイル３３５、３３６の両端面は固定円板体３３２の両底面に接近または一致して配置されている。また、それらの隣接するコイルの間に１つまたは複数の永久磁石の磁極が固定円板体３３２の両底面に接近または一致して配置されている。固定円板体１１１と３３２の間に回転円板体３３１、固定円板体１１３と３３２の間に回転円板体１１２が配置される。また、固定円板体１１５と３３３の間に回転円板体１１６、固定円板体１１３と３３３の間に回転円板体３３４が配置される。回転円板体３３１、３３４には、回転円板体１１２、１１６と同様に複数の永久磁石３３７、３４０の磁極が回転円板体３３１、３３４の両底面に接近または一致して配置される。
【００２１】
発電機を左右に分割しその間に羽根板３１２を外側に取り付けた連結回転体３１１を配置する。連結回転体３１１は回転軸２０３と連結している。従って、羽根板３１２が流体の力を受けて回転すると、連結回転体も回転し、さらに回転軸２０３も回転する。また、固定円板体１１１、１１３、３３２並びに固定円板体１１５、１１７、３３３の外側は固定基台３０１および固定側壁基台３０２によって囲まれており、さらに回転円板体１１２、３３１並びに１１６、３３６もその内部に配置されている。これらの回転円板体は、当然台座２０１、固定基台３０１および固定側壁基台３０２には接触せず、回転軸２０３に連結しているので、回転軸２０３とともに自在に回転できる。固定側壁基台３０２には軸穴があいており、その軸穴に配置されたシールベアリング３１３に回転軸２０３が入っているので、回転軸は自在に回転でき、かつ台座２０１、固定基台３０１、および固定側壁基台３０２で囲まれた内側には流体が浸入しない。また、外側全体を固定基台やケースで取り囲むこともできる。従って、回転板１１２、３３１や１１６、３３３、固定基台等で囲まれた内側に配置されたコイル、永久磁石等の各種部材は流体の影響を受けない。すなわち、本発明の円板状発電機は流体の存在する場所でも使用できる。さらに、回転軸を回すエネルギーに応じて、これらの回転円板体や固定円板体を繰り返し多数配置して発電能力を大きくできる。
【００２２】
また、回転円板体の外周形状は回転により台座２０１に接触しないようにすれば良いので、外周形状は円形状以外の形状、たとえば三角形、矩形、多角形、星形、楕円形状等でも良い。ただし、円形状が回転モーメントが均一なので最も良い。また、回転円板体の重量が小さい方が回転エネルギーが小さくなるので回転速度を速くできるので、永久磁石およびそれを支持する分以外はフレーム枠にするなどして回転円板体に空間を形成した方が良い。従って、外側の永久磁石の配置領域が同じ円周状になり、その他の領域は空間としたフレーム形状の回転円板体でも良い。固定円板体については、前述したコイル、永久磁石が配列していれば、特に形状を特定するものではない。たとえば、円板体と記載はしているが、外周形状は三角形、矩形、多角形、星形、楕円形状等で良いし、全体が組立てやすいフレーム構造でも良い。回転円板体や回転円環体を動力源として羽根板を用いて回転させる方法については、羽根板に特に限定されるものではなく、前述した様に自動車やモーターで使われる回転を回転円板体や回転円環体または回転軸へ伝達しても良い。たとえば、回転円環体にベルトを回して回転したり回転円環体を歯車形状にしたりして、回転円環体を回転させることもできる。その際、回転調整機構を用いれば発電の最適化も実現できる。たとえば、羽根板３１２および連結回転体３１１と回転円板体１１２等との連結歯車の歯数比を大きくするなどして、羽根板３１２および連結回転体３１１の回転に対して回転円板体１１２等が速く回るようにすればより多くの発電が可能となる。
【００２３】
図１において、各発電機３４、３５で発電した電気は電源装置３６に集められて、その電力を使って揚水ポンプや貯水槽３１へ水を供給する供給装置３９、植物工場や建物内の照明装置３８、建物内や植物工場の温度調節装置３８、植物への酸素や肥料等の供給装置等を駆動できる。また、建物・植物工場内の冷房・暖房等の電力や、その他建物・植物工場内で使用する種々の装置の電力もマイクロ水力発電で得た電力を用いることができる。水を供給する供給装置３９は、たとえば水道や地下水等からの水であり、貯水槽３１、導水管３２、復水管４３をある程度満たした後は揚水ポンプ３３を使って循環させることができるので、蒸発したり漏れたりして少なくなった分を適宜補充するだけで良い。揚水ポンプ３３や水供給装置３９の駆動電力、地下水を汲みあげて供給装置まで運ぶ動力、川等の水を水供給装置まで運ぶ動力もマイクロ水力発電で得た電力を用いることができる。復水管４３（４３−２）の上部にはキャップ４１が取り付けられ、このキャップ４１からも水を供給したり、余分な水を排出できる。尚、滝等の近くに植物工場を設置する場合は、滝等から直接貯水槽３１に水を供給して、導水管３２の下部から出る水をそのまま川等へ排出して、導水管や貯水槽に配置した発電機３４や３５で発電することもできる。この場合、復水管４３や揚水ポンプ３３を使う必要はないので、余分な電力消費はなくなり、より効率的な発電が可能となる。
【００２４】
貯水槽３１には貯水槽内および／または復水管には復水管内の流体（水）を温めたり、冷やしたりするヒーター（加熱装置）または冷却装置４０、４６が設置されている。ヒーターはたとえば抵抗加熱装置で、冷却装置はたとえばペルティエ装置である。植物工場内の温度が低いときは、電源装置３６からの電力供給で貯水槽３１内および／または復水管４３内の水を暖めて、その温水を導水管３２へ供給する。導水管３２の各所には放熱板３７が取り付けられているので、植物工場内にその熱を供給して暖める。放熱が不足していれば、植物工場内の各所に設置された温度調節設備でも温度制御する。植物工場内の温度が高いときは、電源装置３６からの電力供給で貯水槽３１内や復水管４３内の水を冷やして、その冷水を導水管３２へ供給する。導水管３２の各所には放熱板３７が取り付けられているので、植物工場内にその冷気を供給して冷やす。冷熱が不足していれば、植物工場内の各所に設置された温度調節設備でも温度制御する。この温度調節設備で使用する電力も電源装置３６から供給される。図１では、ヒーターまたは冷却装置４０、４６は、貯水槽３１や復水管４３の外側に配置しているが、貯水槽や３１復水管４３そのものに埋め込んでも良いし、水中へ配置しても良い。あるいは、赤外線やランプで加熱する場合は、貯水槽３１や復水管４３から少し離して放射することもできる。ヒーターまたは冷却装置４０、４６の動力（電力）は、マイクロ水力発電システムで得た電力を使用する。あるいは、ヒーターまたは冷却装置を揚水ポンプ３３やその他の必要な部分に配置しても良い。また、ヒーターまたは冷却装置は貯水槽や復水管等の全体に配置しても良いし、その一部だけでも良く、ヒーターまたは冷却装置の能力や、加熱または冷却する水量によって適宜選択すれば良い。このようにヒーターまたは冷却装置４０、４６と放熱板３７を用いて、植物工場の各所に配置する温度調節設備を補助しながら、植物工場内の温度を最適な状態に維持することができる。
【００２５】
図２は、植物工場の建物を平面的に示した図である。建物の側壁２２、２３、２７、２８の中に４つのマイクロ水力発電システム１（１−１、２、３，４）が配置されており、その間に畑５１が設置されている。図３は、植物工場の建物を図１と直角方向から示した側面模式図である。３階建ての建物の各階（１階、２階、３階）に畑５１が設置される。畑５１も３層構造になっており、各層の基台５２上に植物が栽培されている領域５３とその植物に水分を供給する装置５４、照明装置５５が配置されている。養分供給装置、酸素等を供給する装置等を配置することもできる。植物はどんな種類でも可能であり、たとえばレタス、小松菜、ホウレンソウ、ピーマン等の野菜、いちご等の果物である。水分供給装置や照明装置等で必要な電力も、マイクロ水力発電システムから供給することができる。畑５１は各マイクロ水力発電システム１の導水管３２の間に設置されているので、導水管３２の各所に配置された放熱板３７からの放熱により温度調節が効率良く行なわれる。照明装置５５は、各種の機構を採用できる。たとえば、ＬＥＤ、白熱灯、蛍光灯、高輝度放電灯（たとえば、水銀灯、高圧ナトリウム灯、メタルハライド灯）が挙げられる。上記水分供給装置５４、照明装置５５、養分供給装置等で使用する電力もマイクロ水力発電システムで発生する電力を使用する。また、植物工場内の空調設備の動力もマイクロ水力発電システムで発生する電力を使用することができる。その他、植物工場内において電力で駆動するすべての装置にもマイクロ水力発電システムで発生する電力を使用することができる。
【００２６】
従来の植物工場では電力等のエネルギー自給設備を持っていないため、高い電力等のエネルギーコストを植物の生産コストに上乗せする必要あり、植物の生産価格が高く通常の自然農業で生産した植物の価格に対して価格競争力が乏しかった。すなわち、植物工場の経営が安定しないという問題がある。しかし、本発明のマイクロ水力発電システムを用いた植物工場では、前述したように植物工場内でエネルギー（電力）を生産でき、そのエネルギー（電力）を植物工場内で使用するエネルギー（電力）の全部または一部として使用できるので、植物の生産コストを劇的に低減できる。しかも植物工場の利点である天候や環境に左右されずに、年中安定した生産が可能である。さらに土壌の選択や管理、肥料等の養分の選択や管理、水分供給の管理、照明（照射する光）の選択や管理、温度・湿度管理、酸素・二酸化炭素の管理、その他植物の生育に必要な条件の選択や管理を科学的に制御し、生育のための最適な環境を設定できるので、植物生産の増大、人が好む植物の生産、人間にとって安全・安心な植物の供給等が可能となる。
【００２７】
以上詳細に説明した様に、本発明は、マイクロ水力発電システムを植物工場内に設置して、植物工場で消費するエネルギーをこのマイクロ水力発電システムで発生するエネルギーで賄うシステムである。図１〜図３では、３階建ての建物に畑を配置したが、１階や２階建てでも良いし、４階建て以上でも良い。図１には各階の高さを記載しているが、この値に制限されるものでもない。高さに応じて導水管の傾き、貯水層の水量、導水管を流れる水量を変えたり、発電機の大きさや羽根板の大きさ等を変えながら、最適に発電するシステムにすれば良い。図１では各階で導水管は折れ曲がっているが一方向へ傾斜して各階の床で折れ曲がるようにしても良く、その構造や引き回し方は適宜最適状態に変更すれば良い。植物工場の大きさも敷地の大きさに合わせたり、最適なマイクロ水力発電システムを稼働できる大きさに設定すれば良い。尚、明細書の各部分に記載し説明した内容を記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。さらに、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことも言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のマイクロ水力発電システムを用いた植物工場の概念は、植物工場内だけでなく植物園、通常のビルディング（たとえば、マンションやオフィス）、さらには各種の工場等にも適用できる。すなわち、マイクロ水力発電システムを植物園や通常のビルディング等の内部に設置し、マイクロ水力発電システムで得られた電力を植物園やビルディング等の温度調整機構や空調設備等、植物園やビルディング等で必要な動力（電力）に使用することもできる。植物園やビルディング等で使用する熱交換器の可動電力もマイクロ水力発電システムで得られた電力を使用できる。また、マイクロ水力発電システムで循環する水は災害時の飲料水として使用することも可能である。さらに、マイクロ水力発電システムを設置した建物内では、そこで発生する電力を用いて雪国や寒冷地などで年中作業する農業工場として活用や災害防止として活用することもできる。
【符号の説明】
【００２９】
３１・・・貯水槽、３２・・・導水管（流水管）、３３・・・揚水ポンプ、
３４・・・発電機、３５・・・発電機、３６・・・電源装置、３７・・・放熱部、
３８・・・温調・照明、３９・・・水供給装置、４０・・・ヒーター（冷却装置）、
４１・・・キャップ、４２・・・注水管、４３・・・復水管、４５・・・フランジ、
５１・・・畑、４６・・・ヒーター（冷却装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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