(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培植物を栽培する温室内を空調する植物工場における空調システムにおいて、蓄冷熱槽内の水を夜間電力で冷却して蓄冷し、その蓄冷熱槽内の冷水を充填式空調機に導入し、他方、温室内に設置した栽培植物の栽培棚の周囲を間仕切り壁にて局所的に仕切って上部が開放した局所空間を形成し、その局所空間の下部に、周囲に多数の穴が穿設された浸み出しダクトを設けると共に局所空間の上部に還気ダクトを設け、その還気ダクトから局所空間内の空気を吸引して上記充填式空調機に導入すると共に上記冷水と直接熱交換し、その熱交換後の冷却空気を浸み出しダクトに略自然対流に近い状態で供給して局所空間を空調することを特徴とする植物工場における空調システム。
【請求項２】
充填式空調機に供給する蓄冷熱槽内の冷水に、一部井水を混入する請求項１記載の植物工場における空調システム。
【請求項３】
栽培植物を栽培する温室内を空調する植物工場における空調装置において、夜間電力で水を冷却して蓄冷する蓄冷熱槽と、その蓄冷熱槽内の冷水で空気を直接熱交換して冷却する充填式空調機と、温室内に設置した栽培植物の栽培棚の周囲を間仕切り壁で仕切って形成された上部が開放した局所空間と、その局所空間の下部に設けた、周囲に多数の穴が穿設された浸み出しダクトと、局所空間の上部に設けた還気ダクトと、その還気ダクトから局所空間内の空気を吸引して上記充填式空調機に導入すると共に熱交換後の冷却空気を浸み出しダクトに自然対流に近い状態で供給循環する空気循環手段とを備えたことを特徴とする植物工場における空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物工場における空調システム及びその装置に係り、特に、省電力を図ることができる植物工場における空調システム及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
植物工場における栽培植物は、天候や害虫などに左右されず一定の環境で栽培が行え、常に一定の品質の商品が得られるメリットがあるが、この栽培植物の商品コストには、ランニングコストが大きな割合を占めている。
【０００３】
ランニングコストの中でも、植物の生育のために必要な電気照明用電力費、並びに空調用電力費が大きな割合を占める。
【０００４】
密閉式人工光利用型植物工場では、生育用電気照明が周年必要となるため、費用は年間を通して冷房の空調システムとなり、その年間消費電力量は、膨大な量となる。
【０００５】
そこで昼間の空調用電力量を節減する空調システムの１つに、夜間電力を有効利用した蓄熱空調システムが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、蓄熱式空調システムは、ビル用の空調としては検討されているが、植物工場用として最適なシステムの検討はなされていない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、昼間の空調用電力量を低減できる植物工場における空調システム及びその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、栽培植物を栽培する温室内を空調する植物工場における空調システムにおいて、蓄冷熱槽内の水を夜間電力で冷却して蓄冷し、その蓄冷熱槽内の冷水を充填式空調機に導入し、他方、温室内に設置した栽培植物の栽培棚の周囲を間仕切り壁にて局所的に仕切って上部が開放した局所空間を形成し、その局所空間の下部に、周囲に多数の穴が穿設された浸み出しダクトを設けると共に局所空間の上部に還気ダクトを設け、その還気ダクトから局所空間内の空気を吸引して上記充填式空調機に導入すると共に上記冷水と直接熱交換し、その熱交換後の冷却空気を浸み出しダクトに略自然対流に近い状態で供給して局所空間を空調するようにした植物工場における空調システムである。
【０００９】
請求項２の発明は、充填式空調機に供給する蓄冷熱槽内の冷水に、一部井水を混入する請求項１記載の植物工場における空調システムである。
【００１０】
請求項３の発明は、栽培植物を栽培する温室内を空調する植物工場における空調装置において、夜間電力で水を冷却して蓄冷する蓄冷熱槽と、その蓄冷熱槽内の冷水で空気を直接熱交換して冷却する充填式空調機と、温室内に設置した栽培植物の栽培棚の周囲を間仕切り壁で仕切って形成された上部が開放した局所空間と、その局所空間の下部に設けた、周囲に多数の穴が穿設された浸み出しダクトと、局所空間の上部に設けた還気ダクトと、その還気ダクトから局所空間内の空気を吸引して上記充填式空調機に導入すると共に熱交換後の冷却空気を浸み出しダクトに自然対流に近い状態で供給循環する空気循環手段とを備えた植物工場における空調装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１において、１０は、ガラス壁で形成された温室で、その温室１０内に、レタス等の栽培植物１１を水耕栽培する培養液槽１２を支持する栽培棚１３が設置され、その栽培棚１３の周囲を覆って上部が開放した局所空間１４を形成する間仕切り壁が設けられる。
【００１３】
他方、地中に冷水を貯留する蓄冷熱槽１６が設けられ、その蓄冷熱槽１６内の水を夜間電力で冷却するヒートポンプからなるチラーユニット１７が接続される。
【００１４】
蓄冷熱槽１６内の水は、吸引ライン１８より三方弁１９を介しポンプ２０にて吸引されてチラーユニット１７に供給され、チラーユニット１７で冷却されて、戻しライン２１より蓄冷熱槽１６に戻される。この際、戻しライン２１に、三方弁１９と接続される循環ライン２２が接続され、チラーユニット１７で冷却した冷水の一部を循環ライン２２，三方弁１９の分岐ポートを通して再度チラーユニット１７に供給してチラーユニット１７の入口水温を調節する。
【００１５】
蓄冷熱槽１６内の冷水は、冷水ライン２４を介して充填式空調機２５に供給される。
【００１６】
充填式空調機２５は、そのケース２６の上部に冷水を噴射する噴射管２７が設けられ、その下方に冷水と空気を直接熱交換する充填層２８が設けられ、底部に貯水部２９が形成され、その貯水部２９と噴射管２７を結んで、循環ライン３０が接続され、その循環ライン３０に三方弁３１とポンプ３２が接続されて構成され、三方弁３１の分岐ポートに冷水ライン２４が接続され、貯水部２９に冷却後の水を蓄冷熱槽１６に戻す冷水戻しライン３３が接続される。
【００１７】
また噴射管２７には、井水供給ライン３５が接続され、その井水供給ライン３５に、開閉弁３６とポンプ３７が接続され、さらに井水供給ライン３５には分岐ライン３８が接続され、開閉弁３９、ボールタップ４０を介して貯水部２９に井水を供給できるようになっている。
【００１８】
充填式空調機２５は、温室１０の局所空間１４へ延びる給気ダクト４２が接続され、その給気ダクト４２に、空気循環手段としての軸流ファン４３が接続され、さらに温水熱交換器４４が接続される。
【００１９】
給気ダクト４２は、温室１０の壁に沿って延びるように設けられ、その給気ダクト４２に複数の浸み出しダクト４５が接続されると共にその浸み出しダクト４５が局所空間１４を横断するように温室１０の床面に配置される。浸み出しダクト４５は、その周面に直径１mm以下の穴が多数穿設されて形成されたものよりなる。
【００２０】
局所空間１４の上部には、充填式空調機２５に接続された還気ダクト４６の吸引口４６ａが配置される。還気ダクト４６には、外気導入ライン４７が接続され、その接続部にそれぞれダンパ４８，４９が接続される。
【００２１】
給気ダクト４２には、冷風中に微量のオゾンを注入するオゾン発生器５０が、開閉弁５１を介して接続される。
【００２２】
培養液槽１２の培養液は培養液タンク５２からライン５３にて供給され、この培養液タンク５２内の培養液を冷却すべく冷却コイル５４が設けられ、その冷却コイル５４に、蓄冷熱槽１６内の冷水を流すためのポンプ５５，三方弁５６を備えた冷水ライン５７が接続され、また三方弁５６の分岐ポートに冷却コイル５４を通った冷水を再度循環する循環ライン５８が接続される。
【００２３】
チラーユニット１７は、冬季には、水の加熱ユニットとなり、夜間電力を利用して蓄冷熱槽１６内の水を温水として貯留するようになっている。
【００２４】
蓄冷熱槽１６内の温水は、温水供給ライン６０、三方弁６１、ポンプ６２を介して温水熱交換器４４に供給され、戻しライン６３を介して蓄冷熱槽１６に戻される。
【００２５】
また三方弁６１の分岐ポートには循環ライン６４が接続され、温水熱交換器４４から排出された熱交換後の温水を再度温水熱交換器４４に循環できるようになっている。
【００２６】
なお、図において、６５は蓄冷熱槽１６内の水を排水するための外溝である。
【００２７】
次に本発明の作用を述べる。
【００２８】
夏季など外気温が高いとき、例えば外気温が３３．５℃、相対湿度５８．２％の条件で、温室１０において局所空間１４内の栽培植物１１の成育環境として、室内温度３０℃，相対湿度６０％に維持するとすると、空気線図を基にすれば、浸み出しダクト４５から温度２２℃，相対湿度９５％の冷気を供給すればよい。
【００２９】
そこで、先ずチラーユニット１７を夜間電力で駆動して蓄冷熱槽１６内の冷水を７℃に冷却して蓄冷する。
【００３０】
この蓄冷熱槽１６内の冷水を冷水ライン２４から三方弁３１を介し、さらに循環ライン３０より貯水部２９内の熱交換後の冷水を混ぜて充填式空調機２５の噴射管２７に１７℃の冷水を供給して噴射する。他方、局所空間１４からの空気が吸引口４６ａより還気ダクト４６を介して充填式空調機２５内に吸引されて充填層２８で熱交換されて給気ダクト４２を通し、浸み出しダクト４５より温度２２℃，相対湿度９５％の冷気を、浸み出しダクト４５からしみ出すように、略自然対流に近い状態で供給して、局所空間１４内が栽培植物１１の成育に良好な環境に保つことができる。
【００３１】
この際、冷気は相対湿度が９５％と高湿度であり、通常のヒートポンプ式空調機のように絶対湿度を下げることがなく、栽培植物１１の成育に十分な水を供給できるため、散水の必要はない。さらに、温室１０の全体でなく、間仕切り壁１５で、栽培植物１１の栽培棚１３の周囲を仕切った局所空間１４を局所的に空調するため、空調負荷の少ないものとすることが可能となる。
【００３２】
また、この湿式空調時にオゾン発生器５０より、給気ダクト４２に微量のオゾンを適宜供給することで、局所空間１４内の滅菌が行える。
【００３３】
さらに、培養液槽１２へ供給する培養液は、培養液タンク５２内を蓄冷熱槽１６内の冷水で、２２℃程度に冷却して供給する。
【００３４】
蓄冷熱槽１６内の冷水を使用する際、ランニングコストを考慮し、外気温が低いときなど、適宜井水供給ライン３５から井水を噴射管２７に流すことで、ランニングコストを低減できる。
【００３５】
次に、冬季など外気温が低い場合、例えば、外気温が−０．６℃、相対湿度５５．８％の条件で、温室１０において局所空間１４内の栽培植物１１の成育環境として、室内温度２０℃，相対湿度６０％に維持するとすると、空気線図を基にすれば、浸み出しダクト４５から温度約２５℃，相対湿度約４５％の温風を供給すればよい。
【００３６】
そこで、先ずチラーユニット１７を夜間電力で駆動して蓄冷熱槽１６内の水を４５℃に加温して温水として蓄熱し、この温水を温水供給ライン６０より温水熱交換器４４に供給し、充填式空調機２５から給気ダクト４２を通して供給された空気（約２０℃）を約２５℃にして浸み出しダクト４５に供給することで、局所空間１４内が栽培植物１１の成育に適した環境に維持できる。
【００３７】
また、培養液タンク５２内の培養液も蓄冷熱槽１６内の温水で加温するようにする。
【００３８】
この冬期運転においては、充填式空調機２５の噴射管２７から温水の噴射はないが、湿度調整のために井水供給ライン３５から井水を適宜噴射して加湿するようにする。
【００３９】
夜間電力で、蓄冷熱槽１６内に蓄冷される冷水（或いは温水）の蓄冷量（蓄熱量）は、蓄冷熱槽１６の容量とチラーユニット１７の能力により決定され、夜間電力で蓄冷した冷水で、局所的空調の総て補おうとすると、蓄冷熱槽１６とチラーユニット１７のイニシャルコストが高くなるため、外気温が高いときや低いときなどは、日中にチラーユニット１７を駆動しながら局所空調を行うようにする。
【００４０】
なお、上述の実施の形態においては、栽培棚１３を一段の例で示したが、多段にしても良い。この場合、各段に採光の取れるようにしたり、直接照明を行うようにしても良い。また、浸み出しダクト４５は、栽培植物１１の下方に設置したが、局所空間１４の上部或いは起立させて側面に配置するようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、温室内で、栽培植物を水耕栽培するにおいて、その栽培棚を局所的に仕切り、他方夜間電力で蓄冷熱槽内の水を蓄冷熱し、その蓄冷熱槽内の冷温水を充填式空調機に供給して局所空間内の空気と直接熱交換して空調を行うことで、栽培のランニングコストを可及的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０  温室
１１  栽培植物
１３  栽培棚
１４  局所空間
１５  間仕切り壁
１６  蓄冷熱槽
２５  充填式空調機
４５  浸み出しダクト
４６  還気ダクト
【図１】
0003993940.tif 000002