(57)【要約】  本発明は、乾燥した環境内で作物を生育するための温室に関する。詳細には、本発明は、流動床配設を用いた大型水生植物温室に向けられており、ここでこの温室は、電力集約的システムに依存することなく温度、湿度および二酸化炭素を調節するために複数の受動的緩衝システムを具備した閉じ込められたシステムである。
2020527358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作物栽培のための生育用チャンバおよび流体処理システムを含む温室において；前記流体処理システムが、熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤の中から選択された少なくとも１つの受動的緩衝システムを含み；
前記生育用チャンバが前記流体処理システムと流体連通状態にあり；
閉鎖型システムである；
温室。
【請求項２】
熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤の中から選択された少なくとも２つの受動的緩衝システムを含む、請求項１に記載の温室。
【請求項３】
前記流体処理システムが熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤を含む、請求項１または２に記載の温室。
【請求項４】
前記緩衝システムのうちの少なくとも２つが互いに熱的連通状態にある、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の温室。
【請求項５】
さらに流体再循環手段を含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の温室。
【請求項６】
前記流体処理システムが空気処理システムである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の温室。
【請求項７】
前記熱緩衝材が相変化材料を含む、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の温室。
【請求項８】
前記相変化媒体が水である、請求項７に記載の温室。
【請求項９】
さらにヒートシンクを含む、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１０】
前記ヒートシンクとして地面が使用される、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１１】
前記乾燥剤が化学的に不活性である、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１２】
前記乾燥剤が、シリカ、活性アルミナ、活性炭、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、分子ふるい、硫酸マグネシウム、またはそれらの組合せから選択される、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１３】
前記ＣＯ2緩衝剤が炭酸塩溶液である、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１４】
大型水生植物を栽培するためのものである、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１５】
熱サイフォンをさらに含む、請求項１４に記載の温室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境制御システムを含む温室に関し、詳細には温度、湿度またはＣＯ2濃度を制御するために受動的緩衝システムを使用する乾燥した環境内で使用するための温室に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界中で重大な食料不足が存在することそしてこの問題は、気候の快適度が低くなるにつれて増大する確率の高いものであるということは、充分立証されている。従来の農業に利用することのできる土地も同様に、気候の変化に伴って小さくなっている。
【０００３】
したがって、食糧の生産量を改善し、農業目的で地表面をより良く使用することに対する改革的なアプローチに対する需要が存在する。関心を引く１つの特定の地域として、砂漠がある。砂漠は、典型的には降水量がほとんど無い不毛地帯として特徴付けされ、必ずしも高温である必要はない。大部分の非極地砂漠は、年間を通して大量の日光を受けている。この日光は、光合成を促進するためには非常に良いものであるが、典型的に環境から微量の水をことごとく除去する。その上、世界の砂漠は、地球が温暖化するにつれて毎年拡張しつつある。これらの非極地砂漠は、同様に、温度が実質的に変動する傾向をもち、多くは、一日のうちで１５℃〜２０℃も変動する。これらの要因は、植物に対し重大な課題を突きつける。
【０００４】
このような環境においては、通常温室内の閉込められた雰囲気および調節された雰囲気の内部で作物を遮蔽することによって蒸発による水の損失を防ぐことができる。同様に、水分が地面を通って漏出できなくするように、格納された空間内で作物を生育することも可能である。しかしながら、これは、高温／低温空気の換気と水蒸気の保持とを同時に行うことは不可能であるため、温度調節の問題をひき起こし得る。温度が注意深く制御されない場合、植物は過熱し枯れてしまう。その上、湿度は、栽培用雰囲気が水蒸気で飽和するまで増大して、植物が養分吸収を行なうのを妨げる可能性がある。過度の湿度レベルは同様に、真菌、かびおよび他の病気の増大により有利に作用する。
【０００５】
したがって、温度および湿度を許容限度内に制御する必要がある。従来、これは、雰囲気を（例えば動力付き空調システムを用いて）能動的に冷却する除湿機を用いて、かつ雰囲気への換気によって行なわれる。しかしながら、多くの砂漠環境において脱湿機などの装置に電力を高い信頼性で提供することは非常に困難である。さらに、一時的な給電の途絶でも、重大な作物の劣化または不具合を結果としてもたらし得る。したがって、電力が回復するまでシステムがその作物を持続させることのできる時間を最大化することが非常に貴重である。その上、遠隔の砂漠の場所においては、必要とされるエネルギ消費量は相当なものであり、ほとんど常に実用的でない。
【０００６】
したがって、砂漠様の環境に位置する閉じ込められた生育環境内において所要電力が低いないしは無視できるほどのものである、温度、湿度および二酸化炭素条件を制御するためのシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の問題のいくつかを克服する、または少なくとも改善するように意図されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
作物の栽培のための生育用チャンバおよび流体処理システムを含む温室において；前記流体処理システムが、熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤の中から選択された少なくとも１つの受動的緩衝システムを含み；生育用チャンバが流体処理システムと流体連通状態にあり；閉鎖型システムである；温室。
【０００９】
「受動的緩衝」なる用語は、問題のパラメータを適正化するために動力、典型的には電力を必要としないということを意味するように意図されている。緩衝は自動的に行われれる。このようなシステムは、最大の緩衝能力を有し、所望の制御レベルを提供するために、すなわち超過されることが無いように、これらのシステムを充分な数量で具備し（または少なくとも充分な能力を有し）、適切な割合で緩衝できなければならない。例えば、炭酸塩溶液中へおよびそこからの吸収率は、理想的には、生育用チャンバ内部で生育する植物の需要を満たすのに充分なものであるべきである。
【００１０】
「温室」なる用語は、ガラス構造のみを包含するものとみなされるように意図されておらず、むしろ作物を生育するためのあらゆる構造を網羅するように意図されている。前記温室に結び付けられた最小サイズまたは具体的寸法は全く無い。温室を実質的にまたは部分的にでさえ透明な材料で作るという要件は全く存在しない。しかしながら、典型的には温室がその内部の温度を増強するために透明な部分を含んでいることは事実である。温室は典型的には、互いに連通して閉じ込められた環境を形成する屋根、壁および基部を含む。前記屋根、壁および基部は、熱損失を回避するため、例えば屋根、壁および基部の材料内部の一体型エアポケットまたは羽根部材の形をした断熱材を含み得る。さらに、温室は同様に、温室の内部温度が許容可能な所望温度条件の上限を超えるかまたはこれに近づく状況において、熱を放射または吸収するように適応された領域も有し得る。これらは、外部環境と接触した熱伝導性材料でできた部分であり得ると考えられる。このような部分は、熱伝達率を増強するべく表面積を最大化するための幾何形状を有し得る温室の壁、屋根、基部の一部分またはそれらの組合せであり得ると考えられる。温室の屋根および／または壁全体は、透明材料でできていてよく、あるいは、透明材料製の複数の窓を含んでいてよい。使用される透明材料の選択は、ガラスに限定されない。好適な形状に製造可能であることを条件として、任意の透明な材料で充分であると思われる。多くの場合、透明なポリマ材料が透明材料として使用される。当業者は、ポリエチレンまたはポリプロピレンなど、このような用途に好適な様々な典型的ポリマに精通していると思われる。典型的には、可撓性ポリマは、容易に輸送可能であり多くの場合砂漠条件下でより優れた性能を有するため、このような材料が使用されることになる。例えば、ガラスは、強風の中で引っかき傷を受ける傾向がより強い可能性があり、これにより光学特性が損なわれ得る。その上、傷のついたガラスは、生育環境内で破損し、危害を及ぼす可能性がある。透明な材料は、材料の反射率を制御するかまたは材料の熱特性を増大させるために強化または修正され得る。一日の或る時点で温室の外部表面上に入射する日光の量を制御するために遮光を利用することもできると考えられる。
【００１１】
本明細書中で使用される「閉鎖型システム」なる用語は、生育用雰囲気、好ましくは生育環境全体が外部環境と連通し得ない（すなわち物理的に接触できない）ような、閉じ込められた環境を意味するように意図されている。これにより、温室の内部の空気の漏出が防止され、対流を介した熱損失が防止される。同様に、これによって、水蒸気、酸素、ＣＯ2などの空気中に存在する貴重な生育材料の損失も防止される。これは同様に、温室の基部を通した水および養分の漏出をも防止する。温室がその内部の雰囲気または流体を生育用チャンバと空気処理システムの間で連続ループの形で再循環させることが好ましいものの、これは不可欠ではない。
【００１２】
受動的緩衝システムの利用により、温室の閉鎖型環境の内部における条件の低電力緩衝が可能になる。したがって、基本的に恒常にとどまる条件および温度、ＣＯ2および湿度の変動は、受動的システムによって対応され、２４時間にわたり再生される。
【００１３】
温室は典型的に、熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤の中から選択された少なくとも２つの受動的緩衝システムを含み、より多くの場合、温室は、熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤の各々を含む。さらに、温室が前記受動的緩衝システムのうちの少なくとも２つを含む場合が多い。
【００１４】
こうしてシステムは、２つの相関するパラメータを相乗的に調節することができる。温室は、暖かい非極地砂漠環境内に位置付けされた場合、典型的には、日中の暑い時間中、過剰の熱を緩衝材内部に貯蔵し、その後、温度が下降する夜間に前記熱を放出するような形で配設される。これは、システムの周りで流体を移動させることのできる制御レベルを改善するための複数のバルブ配設を用いて容易になるかもしれない。上述の受動的緩衝システムを２つ具備することにより、温度、湿度および二酸化炭素の変化を緩衝するシステムの全体的能力は増大する。
【００１５】
さらに、多くの場合、前記受動的緩衝システムの少なくとも２つは互いに熱的連通状態にある。実際にはこうして異なる受動的緩衝システムが協働してシステム環境の変化により良く耐えることができるようになるため、そして特にＣＯ2濃度、湿度および温度は閉鎖型システム内で互いに影響し合うことから、この熱的連通状態は有利である。
【００１６】
発明者らは、上述の乾燥剤、熱緩衝材およびＣＯ2緩衝剤の中から選択された少なくとも２つの受動的緩衝システムを熱的に結合させることによって、両方のシステムが共に、改善された環境的緩衝を提供する、ということを発見した。
【００１７】
温室は通常、１０ｍ3超、より典型的には２０ｍ3超、そしてさらに典型的には１００ｍ3超の容積を有する。
【００１８】
「生育用チャンバ」なる用語は、作物を生育する温室の領域を意味するように意図されている。例えば、温室が土壌を含む複数のプランタを含む場合もあれば、植物が中で生育できる温室の基部を覆う土壌を単純に含む場合もある。
【００１９】
「流体処理システム」なる用語は、温室内部の雰囲気または流体の特性、詳細には、温度および湿度を修正する装置を意味するものとして意図されている。通常、流体処理システムは、空気処理システムである。したがって、生育環境内部の雰囲気は、上述の変数を適正化するために処理される。しかしながら、通常は空気である雰囲気は、それを液体中に通すことによって処理される。このような実施形態において、空気は、熱交換、ＣＯ2濃度および含水量の交換を促進する目的で、液体を通して泡立てられるか、または液体上を通過させられてよい。このような実施形態において、流体処理システムは、空気が曝露される液体を処理することによって空気の特性を適正化する。いくつかの実施形態において、流体処理システムは液体処理システムと空気処理システムの両方を組合わせている。このことは、液体媒体が水である場合、水処理システムのみを用いて空気の含水量を調節するのは困難であり得るため、有利であり得る。液体処理システム内で空気が中を通過させられる液体は、典型的には水である。
【００２０】
流体処理システムは、温室の生育用チャンバ（通常は温室の基部、屋根および壁により境界が定められている領域の内部の空間）の内部に格納されている必要はなく、単に温室と流体連通状態にあることのみが求められる。流体処理システムは典型的には、システムの構成要素の相対温度に応じて、温室の流体から熱を吸収し流体に対して熱としてエネルギを放出する能力を有する「熱緩衝材」（thermal buffer）を含む。使用される熱緩衝材のタイプには特に制約はないが、「熱緩衝材」なる用語は、熱を容易に吸収および放射する能力をもつ典型的に比熱容量の高い一定体積の材料というその典型的な意味をとるように意図されている。代替的には（あるいは内蔵の熱緩衝材に加えて）、温室は同様に、典型的には外部雰囲気内または地面内への熱の放出を可能にする手段であるヒートシンクを含むこともできる。「ヒートシンク」なる用語は、熱を吸収する物体というその従来の意味をとるように意図されている。これがどのように達成されるかについては、特に制約はない。例えば、温室の内部からの流体を循環させることのできるラジエータを具備することができる。前記ラジエータは、温室の外部に、外部環境に曝露されて位置付けされるかまたは地中に埋設されていてもよい。こうして、相対温度に応じて、外部環境に対してまたは地面に対して熱を伝達することが可能になる。好ましいヒートシンクは、典型的には地面であるが、これは地面の温度（確実に地下数メートルの温度）が多くの場合地表温度と比べて比較的恒常なレベルにとどまり実質的に変化しないからである。したがって、このシステムによりそこに大量の熱エネルギを蓄えることができる。熱緩衝材はシステムの温度を微調整する能力を有し、一方ヒートシンクは余剰の熱をシステムから完全に除去できることから、ヒートシンクと熱緩衝材の両方を有することが極めて有利である。
【００２１】
多くの場合、熱緩衝材は、相変化材料で構成されている。「相変化材料」（ＰＣＭ）なる用語は、最適な作物生育温度に近い温度で状態変化を起こす材料を意味するように意図されている。これにより、システムの温度が最適温度より高く上昇するにつれて、ＰＣＭに対し状態を変えるために余剰の熱エネルギが使用される。したがって、ＰＣＭは、受動的温度緩衝システムとして作用する。典型的に、これは固体から液体へまたは液体から気体への変化である。逆に、温度が最適温度より低く下降した場合には、より秩序ある状態へのＰＣＭの逆行により熱が放出され、こうすることで温度変化に耐えることになる。ＰＣＭは、温室雰囲気の最適温度において臨界相転移を有するように選択される必要はない。部分的相変化、例えば液体水からの水蒸気の発生を起こす材料も同様に企図される。ＰＣＭの典型的な例としては、ろう、水、揮発性有機溶媒、例えばアルコールまたはそれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。典型的には、水が相変化材料である。
【００２２】
「乾燥剤」なる用語は、水を吸収し放出する能力のある材料というその従来の意味をとるように意図されている。水蒸気はより秩序ある形態で乾燥剤と結び付けられた状態になることから、この水吸収は典型的に、熱エネルギの放出と結び付けられる。乾燥剤は典型的に、固体の乾燥剤であるが、液体の乾燥剤も同様に企図される。使用される乾燥剤のタイプには特に制約はないが、通常それは化学的に不活性な材料である。しかしながら、典型的には、乾燥剤は、シリカ、活性アルミナ、活性炭、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、分子ふるい、硫酸マグネシウムまたはそれらの組合せの中から選択される。乾燥剤は、乾燥剤再生システムに結合され得る。本明細書中で使用される「再生システム」なる用語は、さらに水を吸い上げるかまたは水を放出するかのいずれかの目的で乾燥剤が通過できるシステムの一部分を意味するように意図されている。これは、例えば生育用チャンバからの空気などの流体処理システムの流体と連通状態にないシステムの別個の部分の中にあってよい。
【００２３】
典型的には、流体処理システムは、二酸化炭素（ＣＯ2）緩衝剤（CO2 buffer）を含む。生育環境の温度および湿度の調節に加えて、ＣＯ2濃度を制御することも同様に重要である。ＣＯ2濃度を最適限度内に制御することは、植物の生産性にとって重要である。ＣＯ2濃度の過度の上昇を許容した場合には、作物（および土壌中の微生物）は窒息して作物の不具合を結果としてもたらし得る。ＣＯ2濃度の過度の低下を許容した場合、作物の光合成能力は制限されることになる。最適な植物生育を保証し作物生産高を最大化するために維持すべき最適なＣＯ2濃度が存在する。ＣＯ2緩衝剤は、溶存無機炭素（ＤＩＣ）を含有する溶液であることが多い。このＤＩＣは、溶存ＣＯ2、炭酸、重炭酸イオンおよび炭酸イオンの混合物を含む。１５ＤＩＣ溶液は、ヘッドスペースとして公知の温室生育環境の空気中のＣＯ2と平衡状態にある。所与の温度および圧力において、ＤＩＣ溶液は、特定のＣＯ2部分圧にある上方のヘッドスペース内のＣＯ2との平衡状態に達する。植物が光合成するにつれて、ＣＯ2はヘッドスペースから引き出され、結果としてヘッドスペース内のＣＯ2の部分圧は下降する。ＣＯ2緩衝剤は、ＤＩＣ溶液からＣＯ2を脱ガスしてヘッドスペース内のＣＯ2部分圧を維持することによって、ヘッドスペース内のＣＯ2部分圧の減少に応答する。このようにして、ヘッドスペース内のＣＯ2部分圧を最適限界内に維持することができる。植物が夜間に呼吸して結果としてヘッドスペース内にＣＯ2を放出する場合、ＤＩＣ溶液は再びシステムを緩衝してＣＯ2を溶液中に引き込んでＣＯ2の平衡部分圧を維持することになる。全体として、バイオマス量が増大するにつれて、ＤＩＣ溶液からＣＯ2が究極的に除去されることになる。維持されない状態が持続すると、ＤＩＣ溶液は漸進的にそのシステム緩衝能力を失うことになる。炭酸塩イオンを追加することによってＤＩＣ溶液を刷新することができる。さらに、最適な作物の生育を保証し作物生産高を最大化するために維持すべき最適なＣＯ2濃度がある。多くの場合、ＣＯ2緩衝剤は炭酸塩溶液である。炭酸塩溶液中の炭酸イオンは、温室生育環境の空気中のＣＯ2と平衡状態にある。炭酸イオンの充分な供給を保証するために炭酸塩溶液を炭酸塩で過飽和状態にしてもよい。
【００２４】
典型的には、温室の各々は、３つの受動的緩衝システムを全て含んでいる。その上、前記３つの受動的緩衝システムは典型的に、互いに熱的連通状態にある。当該発明者らは、熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤を熱的に結合すると、システムの受動的緩衝全体が相乗的に改善する結果となることを発見した。例えば、一日の間に温室が受取る過剰な熱エネルギは、結果として熱緩衝材への熱伝達をもたらす。熱緩衝材をＣＯ2緩衝剤に熱的に結合することによって、より多くのＣＯ2が放出され、このＣＯ2を用いて昼間の高いＣＯ2需要を満たすことができる。
【００２５】
通常は、温室は流体再循環手段を含んでいる。これにより温室内の流体、典型的には空気は受動的緩衝システムおよび生育用チャンバの各々と効果的に連通し、実質的に均質の雰囲気を維持することができる。典型的には、流体循環手段は、生育用チャンバの雰囲気または他の液体源をループ配設内の流体処理システムに連結する導管網と共にポンプまたはファンを含む。流体再循環システムは典型的に電動式である。その上ポンプまたはファン配設を、雰囲気および／または生育用チャンバ内に成分を導入する手段として使用することも可能である。例えば、液体再循環手段を用いて、肥料、抗生物質、ホルモン、種子などを導入することができる。温室内部のポンプまたはファンの場所は、典型的には、あらゆる添加物が温室の適切な部分に到達するようなものである。詳細には、再循環手段は、種子などの大型の粒状物質が導管、ラジエータなどを遮断するのを防ぐように位置付けされていてよい。これは、好適な濾過システムを使用することによって達成可能である。
【００２６】
温室は、上述のヒートシンクに対する代替のまたは追加の熱緩衝材および／またはヒートシンクとして地面を利用することができる。典型的には、これは、ラジエータを地面の中に埋設することで達成可能であり、生育用チャンバからの空気または前記空気と接触する液体をこのラジエータ内に通過させて、余分な熱をことごとく取出すことができる。本明細書中で使用される「ラジエータ」なる用語は、単に、熱を放散させ得る流体用の導管を包含するように意図されている。したがってラジエータは典型的には熱伝導性材料から製造され、通常は、流体が中を通過するにつれての最大限の熱放散（または吸収）を保証するため大きな表面積を有する。ラジエータは、温室の雰囲気からの空気が通過する導管と一体を成していてよい。例えば、導管の各部分には、表面積を最大化するための導管の外部表面の周りに複数のブレードまたはリブが備わっていてよい。ヒートシンクとして地面を使用することの利点は、表面温度が実質的に変動する一方で、砂漠の表面下の温度ははるかに一貫性を有するものであるという点にある。したがって、地面は本質的に熱を受入れ提供する無制限の容量を有する（ただし、ラジエータの周りの領域が熱を充分良く伝導できることが条件である）。
【００２７】
通常、温室は、大型水生植物（macrophytes）を栽培するためのものである。大型水生植物は、効率的に光合成できるように水上、典型的には水面上で生育する植物である。大型水生植物は、海藻などの小型の単細胞植物である微細植物とは全く異なるものである。大型水生植物を生育するために採用される典型的な建造物には、流体（典型的には水）が継続的にその周りを循環させられている複数のチャネルが典型的に関与する流動床が関与する。流体は塩水でも淡水でもよく、典型的に熱サイフォンそして多くの場合フィルタと連通状態にある。本明細書中で使用される「流動床」に対する言及は、典型的に温室の基部に水を保持するためのコンテナを描写するように意図されている。コンテナは通常、作物が上で生育できる大きな表面積の水の利用可能性を保証するように整形される。水およびその表面上に生育する大型水生植物の循環経路を提供するために、典型的には１本以上のチャネルが具備される。このような配設においては、流動床が熱緩衝材として機能することが望ましい可能性があり、典型的な実施形態では、２つの流体間の急速熱交換を促進し水に対する曝気を提供するため、生育用チャンバへの進入または生育用チャンバからの退出の時点で、雰囲気を泡立てるかまたは流体内を通過させることができる。
【００２８】
熱サイフォンは典型的に入口、出口および熱交換器を含む。使用中、潜在的にはポンプを用いて熱サイフォン中に流体が引込まれるが、これは不可欠ではない。多くの場合、入口は流体の表面近くに位置付けされ、出口は温室の基部の近く（すなわち流動床の下部の近く）に位置付けされる。温水が流動床の上部へ上昇し、その後熱交換器の中に入る。熱交換器内に熱が放出され得、その後出口を介して流動床の下部でより低温の水が吐出される。熱交換器は特に制約を受けない。それは、典型的には、熱伝達量を最大化するために大量の表面積を創出する複数の導管を有するラジエータである。したがって、ラジエータは、熱伝導性材料で製造されることが望ましい。熱サイフォンは典型的に、温室の外部に位置付けされているが、流動床と流体連通状態にある。熱サイフォンは、内部に流体を循環させるための能動的手段（例えばポンプ）を含み得るが、典型的にはサイフォンは、このようなシステム無しで、例えばシステムを通過する流体の温度変化を介して動作する。
【００２９】
典型的には、熱サイフォンは１つ以上のバルブを含む。バルブは、必要以上の熱損失を防止する目的で、典型的には外部温度が所望される温室温度より低く下がる夜間に熱サイフォン中に流体が流入するのを防ぐために使用される。しかしながら、このような制御手段の動作は、温室の内部および外部の両方の条件および所望される最適な生育条件に応じて変化する。
【００３０】
温室が大型水生植物を栽培するためのものである場合、熱サイフォンがヒートシンクまたは熱緩衝材として作用する可能性もある。さらに、熱サイフォンを、すでに以上で説明したものに追加された熱管理システムとして使用することも可能である。
【００３１】
温室は、典型的には、温室環境を監視するための１つ以上のセンサを備えている。詳細には、温度および湿度センサならびにＣＯ2および酸素などの環境中のさまざまな気体の濃度を監視するためのセンサが望ましい。温室が大型水生植物を栽培するためのものである場合、流動床の条件を監視するためにもセンサを使用することができる。前記センサは、温室の内部の制御システム、例えば熱サイフォンおよびバルブと連通し、それらの動作を制御し、一貫した生育環境を保証することができる。
【００３２】
温室の雰囲気からまたは流動床から望ましくない粒状物質を除去するため、１つ以上のフィルタを具備することができる。当業者は、このようなシステムに精通しているものと思われる。さらに、望ましくない病原菌の増殖を最小限に抑えるかまたは根絶するために、滅菌システムを含めてもよい。受動的または能動的滅菌システムを使用することができる。受動的滅菌システムには、例えば殺生物剤および殺虫剤が含まれ、一方能動的滅菌システムにはＵＶ照射または加熱が含まれる。流動床で使用するのに好適な典型的な濾過システムは、低速サンドフィルタであると思われる。
【００３３】
熱サイフォンは、流動床からの流体を一時的に貯蔵するための１つ以上の槽が具備されていてよい。例えば、熱交換器と連通状態で高温流体槽および低温流体槽を具備することができる。流動床内の養分レベルを維持するために、養分貯蔵槽も具備することができる。養分貯蔵槽は、同様に、養分レベルの変化に応答する目的で１つ以上のセンサとも連通し得る。
【００３４】
降雨時に集水し、収穫が行なわれるときなど温室からの不慮の水損失を増補するのに使用され得るような形で、雨水を捕捉し収集するための手段も具備することができる。
【００３５】
本発明についてここで、添付の図および図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の温室のシステム概略図を示す。
【図２ａ−２ｂ】図２ａ及び図２ｂは、異なる熱サイフォン配設の概略的断面図を示す。
【図３】図３は、空気処理システムの流動床およびファンの図を示す。
【図４ａ−４ｂ】図４ａ及び図４ｂは、温室の２つの代替的な概略的配設を示す。
【図５】図５は、流動床および流体処理システムの図を示す。
【図６】図６は、流動床および流体処理システムの概略図を示す。
【図７】図７は、熱交換器の可能な構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、大型水生植物を表面１０７上で生育させる水床１０５を含む生育用チャンバ１０３を含む温室１０１を示す。太陽１０２からの熱が温室に入射し、それが生育用チャンバ１０３内部の空気温度を上昇させる。水床の温度を適正化するために、水床１０５アダプタと流体連通状態で熱サイフォン１０９が提供される。
【００３８】
生育用チャンバ１０３から回路１１１を介してラジエータ１１３内に空気を引込むファン（図示せず）が具備される。流入空気の温度に応じて、空気とヒートシンク１１５の間で熱を伝達させることができる。空気はその後、乾燥剤を含む乾燥チャンバ１１７内に引込まれる。空気由来の水分は、乾燥剤の飽和および空気の温度に応じて、乾燥剤によって吸収され得る。乾燥剤を、乾燥チャンバ１１７と乾燥剤再生チャンバ１１８の間で移動させることができる。前記チャンバ１１８内で、沈殿チャンバ１２２を通過する空気循環１２０に乾燥剤を曝露する。乾燥剤への水の供給を排除するために、多くの場合太陽エネルギを用いてか、またはシステム内部の受動的条件付けシステムの潜熱を使用することによって、空気を加熱する。こうして乾燥剤の水を制御し、最適な飽和および温度で乾燥チャンバ１１７内に再度導入することができる。
【００３９】
温室システムを通過する空気は、乾燥チャンバ１１７の後、次にＣＯ2緩衝剤として作用するＤＩＣ溶液と連通状態にあるＣＯ2緩衝剤チャンバ１１９内に引き込まれる。ＣＯ2緩衝剤は、ＣＯ2緩衝剤１２９のＣＯ2含有量を補充するために使用され得るＣＯ2タンク１２５に連結された炭酸ナトリウム溶液である。
【００４０】
追加の熱を外部雰囲気に向かって換気する手段として生育用チャンバ１０３とＣＯ2緩衝剤チャンバ１１９との間にさらなるラジエータ１２１が具備されるが、これは簡単に第２のヒートシンクまたは相変化媒体であり得ると考えられる。さらなるラジエータ内への流量は、バルブおよびセンサ配設（図示せず）によって制御される。このとき空気は、導管１２３を介して生育用チャンバ１０３に戻るように搬送される。システムは、時計回り方向または反時計回り方向のいずれにでも操作され得る。
【００４１】
図２ａは、水槽２０３内への流入する高温水のための入口２０２を含む。１つの考えられる熱サイフォン２０１の表現を示す。水槽は、熱交換器２０９に高温水を輸送するための入口導管２０７を含む。
【００４２】
熱交換器２０９の動作を制御するために、入口導管２０７内部にバルブが位置付けされる。熱は、交換器から外部環境へと放射され（または外部環境から交換器によって受け取られ）、その後出口導管２１３そしてより低い温度にある水槽２０３内へと移行させられる。槽の下部にある水は、槽の上部の水より温度が低く、温水と冷水を明確に分離し層化を改善するために槽を上下部分に分割することも可能である。水は、出口２２１を介して水槽２０３から退出して流動床内または後続する水処理システム内のいずれかに戻され得る。
【００４３】
代替的配設において、水槽２０３を、各々それぞれ高温水および冷水を貯蔵し搬送するために適応された２つの別個の槽（熱交換器２０９のいずれかの側にある高温水槽２０４と冷水槽２０６）に分離することができる。
【００４４】
温室３０１内部におけるファン３１１の配設は、図３に示されている。温室３０１は、周囲を流動床の水３０３が循環させられる、中央障壁３０７と温室の壁３０９によって画定された２本のチャネル３０５を含む細長い構造を有する。ファン３１１は、チャネル３０５の全長にわたって空気を引込むために、温室３０１の一方の端部に位置設定される。
【００４５】
図４は、共に時計回り方向または反時計回り方向に動作させることのできる２つの配設４０１、４０２を示す。
【００４６】
これは、水床４０５を含む生育用チャンバ４０３を各々含む２つの温室システム４０１、４０２を示す。貯水槽４０７が、水床の温度を適正化するために熱サイフォン４０９に連結された状態で具備されている。
【００４７】
生育用チャンバ４０３からヒートシンク４１７内へかつこのヒートシンクを通って空気を引込むファン４１３が具備されている。流入空気の温度に応じて、熱を空気とヒートシンク１１７の間で伝達することができる。空気はその後、乾燥剤を含む乾燥チャンバ４１８内に引込まれる。乾燥剤を、乾燥チャンバ４１８と乾燥剤再生チャンバ４２０の間で移動させることができる。前記チャンバ４２０内で、乾燥剤は、沈殿チャンバ４２２を通過する空気サイクルに曝露される。第１の配設４０１において、乾燥剤チャンバ４１８は、ＣＯ2緩衝剤チャンバ４２４に熱的に結合されている。ＣＯ2緩衝剤チャンバ４２４は典型的に炭酸ナトリウム溶液を含む。
【００４８】
空気は次に、フィルタ４２７内を通った後、戻り導管４２５を介して生育用チャンバ内に戻される。
【００４９】
第２の配設４０２では、ヒートシンク４１７を退出した空気は、空気の相対温度および湿度に基づいて蒸発し得る水溶液を典型的に含む熱緩衝材チャンバ４１９の中に入る。熱緩衝材チャンバは、乾燥剤チャンバ４２３に熱的に結合されている。乾燥剤チャンバを離れる空気はその後ＣＯ2緩衝剤チャンバ４２６内に入ってから、フィルタ４２７を通過した後に戻り導管４２５を介して生育用チャンバに戻される。
【００５０】
図５は、水処理システム５０２と共に温室５０１の概略的な平面図を示す。温室５０３の壁は、中央障壁５０７と共に、２本のチャネル５０５を形成し、水５０７はその周りを流れることができる。水は、入口５１１に引込まれ、導管５１３を通って、当業者にとっては精通したものであると思われる低速サンドフィルタ５１５内へ入る。結果として得られた精製水は、安全な病原体レベルを保証するためにＵＶ濾過システム５１６を通って貯蔵槽５１７内へと移行させられ、この貯蔵槽は熱交換器５１９と共に熱サイフォンとして機能することができる。熱サイフォンを退出した水は、最適な生育条件に応じて水の中に養分を導入するため複数の養分タンクおよび制御手段５２３を含む養分バランスチャンバ５２１内に移行させられる。
【００５１】
養分レベルがひとたび調整されたならば、水は、出口導管５２５および出口５２７を介して温室チャネル５０５内に戻される。
【００５２】
図６は、本発明の典型的温室６０１の平面図である。これは、中央障壁６０６によって２本のチャネル６０５に分離された流動床６０２を含む生育用チャンバ６０３を示している。水の表面から周期的に大型水生植物を取出す、貯蔵チャンバ６０９内に保管されている収集器具６０９を含む収穫用機械６０７が提供される。流動床６０２の温度は、入口導管６１０から貯蔵タンク６１１により補給される熱サイフォン６１３を用いて制御される。流体は、出口導管６１２を介して熱サイフォン６１３から流動床に戻される。
【００５３】
生育用チャンバ６０３からの空気は、空気導管６１５を通り、ヒートシンク６１７として機能する地面の下に埋設されたラジエータの中へと移行させられる。ヒートシンク６１７を退出した空気は、乾燥剤を加熱しその飽和レベルを修正するため流体を格納するラジエータ６２３と連通状態にある乾燥剤再生チャンバ６２１と連通状態で具備されている乾燥剤チャンバ６１９に遭遇する。
【００５４】
乾燥剤チャンバ６１９を通過する空気はその後、ＣＯ2緩衝剤チャンバ６２５内へと移行してから、戻り導管６２７を介して生育用チャンバ６０３に戻される。
【００５５】
図７ａ〜７ｃは、熱を放散または吸収するのに好適な３つの代替的熱交換器配設７０１、７０２、７０３を示す。第１の配設７０１において、空気は、水などの熱伝達媒体を含むチャンバ７０９に包囲された複数のパイプ７０７を通過させられる。前記チャンバ７０５の外部壁は、システム７０１が埋設されている地面と当設し、この地面との熱伝達が可能である。典型的には、チャンバ７０５の外部壁は鋼製またはプラスチック材料製である。
【００５６】
第２の実施形態７０２では、冷却（または加熱）すべき空気は第１のチャネル７１３を通過させられ、熱伝達媒体、典型的には水が隣接するチャネル７１５を通過させられる。２本のチャネルは、典型的には優れた熱伝導率を有する介在する壁７１７によって分離されており、この壁を通して熱伝達が可能である。
【００５７】
第３の実施形態７０３では、以上で言及された介在する壁７１７は除去され、冷却（加熱）すべき空気は、チャネル７１９内のここでも典型的には水である熱伝達流体７２１の表面上を直接通過させられる。
【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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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月28日(2020.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型水生植物を栽培するための温室において、
大型水生植物の栽培のための生育用チャンバと；
熱緩衝材を含む流体処理システムと；
を含む温室であって、
前記生育用チャンバが前記流体処理システムと流体連通状態にあり；
前記熱緩衝材が大型水生植物の生育のための流動床を含み；かつ
閉鎖システムである；
温室。
【請求項２】
乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤から選択された少なくとも１つの追加の受動的緩衝システムをさらに含む、請求項１に記載の温室。
【請求項３】
前記流体処理システムが熱緩衝材、乾燥剤およびＣＯ2緩衝剤を含む、請求項１または２に記載の温室。
【請求項４】
前記熱緩衝材および少なくとも１つの追加の受動的緩衝システムが互いに熱的連通状態にある、請求項２または３に記載の温室。
【請求項５】
さらに流体再循環手段を含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の温室。
【請求項６】
前記流体処理システムが空気処理システムである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の温室。
【請求項７】
前記流動床が水を含む、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の温室。
【請求項８】
さらにヒートシンクを含む、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の温室。
【請求項９】
前記ヒートシンクとして地面が使用される、請求項８に記載の温室。
【請求項１０】
前記乾燥剤が化学的に不活性である、請求項２ないし９のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１１】
前記乾燥剤が、シリカ、活性アルミナ、活性炭、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、分子ふるい、硫酸マグネシウム、またはそれらの組合せから選択される、請求項１０に記載の温室。
【請求項１２】
前記ＣＯ2緩衝剤が炭酸塩溶液である、請求項２ないし１１のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１３】
熱サイフォンをさらに含む、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の温室。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の温室を用いて大型水生植物を生育する方法。
【国際調査報告】
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