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技術 人工光型植物工場

出願人 富士電機株式会社
発明者 畑間未来子松本伸須藤晴彦
出願日 2018年8月1日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-144709
公開日 2020年2月6日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-018229
状態 未査定
技術分野 温室 水耕栽培
主要キーワード 冷却水循環機構 外筒部内 照光ユニット 二重配管構造 流通態様 付きポンプ 取込み口 空気調整
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

規模植物工場であっても、多段式栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供すること。

解決手段

空間(2)内に、栽培棚(31)を複数有する多段式棚(3)が複数配列され、空調機(5)によって空間内の空調を行う人工光型植物工場(1)において、多段式棚の各栽培棚に対応して配設され、空調機からの冷却空気通風孔から栽培棚内に放出するダクト(7)と、ダクトに送出される冷却空気を圧縮する圧縮機(6)と、ダクトの一部に設けられ、ダクト内の冷却空気を冷却する冷却媒体流通させる冷却管と、を具備する構成とした。

概要

背景

近年、閉鎖された空間の中で、蛍光灯LEDなどの人工光野菜を作る人工光型植物工場が注目されている。人工光型植物工場では、気候天候に関係なく、一年中安定して野菜を作ることができるという利点や、都市部のビルなど、土のない場所や狭い場所でも野菜を作ることができるという利点を有している。

このような人工光型植物工場において、冷却空気ダクトを各多段式棚間の空間に設置しておき、このダクトから冷却空気を吹き出すことにより、各多段式棚の栽培棚内の温湿度を均一化する構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この構造では、照明の上部から冷気を吹き出すことにより、照明の発熱によって冷却空気を温め、植物の周辺空間過度高湿度になることを抑制している。

概要

規模な植物工場であっても、多段式棚の栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供すること。空間(2)内に、栽培棚(31)を複数有する多段式棚(3)が複数配列され、空調機(5)によって空間内の空調を行う人工光型植物工場(1)において、多段式棚の各栽培棚に対応して配設され、空調機からの冷却空気を通風孔から栽培棚内に放出するダクト(7)と、ダクトに送出される冷却空気を圧縮する圧縮機(6)と、ダクトの一部に設けられ、ダクト内の冷却空気を冷却する冷却媒体流通させる冷却管と、を具備する構成とした。

目的

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、大規模な植物工場であっても、多段式棚の栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

空間内に、栽培棚を複数有する多段式が複数配列され、空調機によって前記空間内の空調を行う人工光植物工場であって、前記多段式棚の各栽培棚に対応して配設され、前記空調機からの冷却空気通風孔から前記栽培棚内に放出するダクトと、前記ダクトに送出される冷却空気を圧縮する圧縮機と、前記ダクトの一部に設けられ、前記ダクト内の冷却空気を冷却する冷却媒体流通させる冷却管と、を具備することを特徴とする人工光型植物工場。

請求項2

前記ダクトを二重配管構造とし、当該二重配管構造の内筒部又は外筒部を前記冷却管とすることを特徴とする請求項1に記載の人工光型植物工場。

請求項3

前記冷却管は、前記ダクトの外周面又は内周面の一部に設けられることを特徴とする請求項1に記載の人工光型植物工場。

請求項4

前記冷却管は、らせん状に配置されることを特徴とする請求項3に記載の人工光型植物工場。

請求項5

前記冷却管は、前記ダクト内の空間を貫通して配置されることを特徴とする請求項1に記載の人工光型植物工場。

請求項6

前記ダクトの内部に、前記ダクト内の冷却空気を前記冷却管側に誘導する誘導板を設けたことを特徴とする請求項5に記載の人工光型植物工場。

請求項7

前記通風孔から前記栽培棚に対する冷却空気の放出量を調整する調整機構を具備することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の人工光型植物工場。

請求項8

前記調整機構は、前記ダクトの一部に設けられた調整弁であることを特徴とする請求項7に記載の人工光型植物工場。

請求項9

前記多段式棚毎に前記空調機を設置し、前記通風孔から前記栽培棚に対する冷却空気の放出量及び温度を前記多段式棚毎に変化させることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の人工光型植物工場。

技術分野

0001

本発明は、人工光植物工場に関する。

背景技術

0002

近年、閉鎖された空間の中で、蛍光灯LEDなどの人工光で野菜を作る人工光型植物工場が注目されている。人工光型植物工場では、気候天候に関係なく、一年中安定して野菜を作ることができるという利点や、都市部のビルなど、土のない場所や狭い場所でも野菜を作ることができるという利点を有している。

0003

このような人工光型植物工場において、冷却空気ダクトを各多段式棚間の空間に設置しておき、このダクトから冷却空気を吹き出すことにより、各多段式棚の栽培棚内の温湿度を均一化する構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この構造では、照明の上部から冷気を吹き出すことにより、照明の発熱によって冷却空気を温め、植物の周辺空間過度高湿度になることを抑制している。

先行技術

0004

特開2014−14285号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上述した特許文献1に記載の構造では、多段式棚の長手方向に沿ってダクトが配置されることから、植物工場が大規模化すると、ダクトから供給される冷却空気に温度分布が生じ得る。このため、ダクトの場所に依って供給される冷却空気の温度に差異が生じ、植物の生育状況に差異が生じる可能性がある。栽培棚内の植物の生育状況を同程度にするためには、ダクトから供給される冷却空気の温度を均一化することが好ましい。

0006

また、植物の生育状況に関し、ダクトからの冷却空気の供給量が影響し得る。すなわち、相対的に多い冷却空気の供給を受けた植物と、相対的に少ない冷却空気の供給を受けた植物とでは、生育状況に差異が生じてくる。植物工場の大規模化に伴ってダクトの長手方向の長さが長くなると、ダクトの位置に応じて冷却空気の供給量が変動し易い。栽培棚内の植物の生育状況を同程度にするためには、ダクトの位置に関わらず、栽培棚に供給される冷却空気の供給量を同程度に設定することが好ましい。

0007

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、大規模な植物工場であっても、多段式棚の栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供することができる人工光型植物工場を提供することを目的の一つとする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の人工光型植物工場は、空間内に、栽培棚を複数有する多段式棚が複数配列され、空調機によって前記空間内の空調を行う人工光型植物工場であって、前記多段式棚の各栽培棚に対応して配設され、前記空調機からの冷却空気を通風孔から前記栽培棚内に放出するダクトと、前記ダクトに送出される冷却空気を圧縮する圧縮機と、前記ダクトの一部に設けられ、前記ダクト内の冷却空気を冷却する冷却媒体流通させる冷却管と、を具備することを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、大規模な植物工場であっても、多段式棚の栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供することができる。

図面の簡単な説明

0010

本実施の形態に係る人工光型植物工場の構成を上方から示す模式図である。
本実施の形態に係る人工光型植物工場の構成を前方から示す模式図である。
本実施の形態に係る人工光型植物工場の構成を後方から示す模式図である。
本実施の形態に係る人工光型植物工場が有する多段式棚を前方から示す模式図である。
本実施の形態に係る人工光型植物工場が有する多段式棚を側方から示す模式図である。
本実施の形態に係る人工光型植物工場の多段式棚に冷却空気を供給するダクトの一例を示す模式図である。
本実施の形態に係る人工光型植物工場の多段式棚に冷却空気を供給するダクトの他例を示す模式図である。
本実施の形態の変形例に係る人工光型植物工場の構成を上方から示す模式図である。

実施例

0011

以下、本実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る人工光型植物工場は、例えば、閉鎖された空間の中で、蛍光灯やLEDなどの人工光で野菜を作る完全人工光型の植物工場に適用される。しかしながら、本発明に係る人工光型植物工場は、これに限定されるものではなく、他の形態の植物工場に適用することができる。

0012

一般に、人工光型植物工場において、植物の良好な生育環境を形成するためには、栽培室である閉鎖空間内の温湿度を均一に調整することが要請される。従来、冷却空気のダクトを各多段式棚の棚間の空間に設置しておき、このダクトから冷却空気を吹き出すことにより、各多段式棚の栽培棚内の温湿度を均一化する構造が知られている。この構造では、照明の上部から冷気を吹き出すことにより、照明の発熱によって冷気を温め、植物の周辺空間が過度に高湿度になることを抑制している。

0013

しかしながら、この構造では、植物工場が大規模化すると、ダクトから供給される冷却空気に温度分布が生じ得る。このため、栽培棚内に供給される冷却空気の温度に差異が生じ、栽培棚内の植物の生育状況に差異が生じる可能性がある。また、冷却空気を栽培棚に送風する構造では、冷却空気の供給量が植物の生育状況に影響し得る。すなわち、相対的に多い冷却空気の供給を受けた植物と、相対的に少ない冷却空気の供給を受けた植物とでは、生育状況に差異が生じてくる。これは、植物の蒸散作用が、冷却空気の供給量に応じて変化することに起因すると考えられる。植物工場の大規模化に伴ってダクトが長くなると、ダクトの位置に応じて冷却空気の供給量が変動し易くなる。

0014

本発明者らは、栽培室である閉鎖空間内の温湿度だけでなく、温湿度の調整に用いられる冷却空気の供給量を制御することが、植物に対する良好な生育環境の提供に寄与することに着目した。そして、ダクトに冷却空気の温度を維持する構成を適用すると共に、冷却空気の圧力を高めてダクトに送り出すことが、栽培棚内の温湿度及び冷却空気の供給量を均一化し、植物工場が大規模化した場合であっても、植物に対する良好な生育環境の提供に寄与することを見出し、本発明に想到した。

0015

すなわち、本発明の骨子は、空間内に、栽培棚を複数有する多段式棚が複数配列され、空調機によって空間内の空調を行う人工光型植物工場において、多段式棚の各栽培棚に対応して配設され、空調機からの冷却空気を通風孔から栽培棚内に放出するダクトと、ダクトに送出される冷却空気を圧縮する圧縮機と、ダクトの一部に設けられ、ダクト内の冷却空気を冷却する冷却媒体を流通させる冷却管と、を具備することである。

0016

本発明によれば、圧縮機によりダクトに送出される冷却空気が圧縮されると共に、冷却管によりダクト内の冷却空気が冷却されることから、空調機からの距離に関わらず、ダクト内を流通する冷却空気の温度が維持された状態で通風孔から放出される。このため、栽培棚内の植物に供給される冷却空気の温度に差異が生じる事態が防止されると共に、栽培棚内の植物に対する冷却空気の供給量に差異が生じる事態が防止される。これにより、大規模な植物工場であっても、栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供することができる。

0017

以下、本実施の形態に係る人工光型植物工場(以下、単に「植物工場」という)の構成について、図1図3を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る植物工場1の構成を上方から示す模式図である。図2は、本実施の形態に係る植物工場1の構成を前方から示す模式図である。図3は、本実施の形態に係る植物工場1の構成を後方から示す模式図である。以下では、図1図3に示す上下方向、前後方向及び左右方向を、本実施の形態に係る植物工場1の上下方向、前後方向及び左右方向として説明する。

0018

図1図3に示すように、本実施の形態に係る植物工場1には、栽培室を構成する、閉鎖された空間(以下、「閉鎖空間」という)2内に、複数(本実施の形態では、6個)の多段式棚3が配列されている。植物工場1では、この多段式棚3が左右方向に一定間隔を介して配列されている(図1参照)。多段式棚3は、植物工場1の前後方向に長手方向を配置した状態で、上下方向に複数段の栽培棚31を有している(図2参照)。各栽培棚31には、栽培ケース4が設置されている。栽培ケース4には、栽培対象の植物(栽培物)が植え込まれる。なお、多段式棚3及び栽培ケース4の構成については後述する。

0019

閉鎖空間2には、空調機5及び圧縮機6が設置されている。これらの空調機5及び圧縮機6は、閉鎖空間2の左前方側の外壁面であって、多段式棚3の上端部近傍に対応する位置に配置されている(図1及び図2参照)。空調機5は、閉鎖空間2の前面部近傍に配置され、圧縮機6は、空調機5の後方側に配置されている。空調機5は、閉鎖空間2内の空気調整(空調)を行う。圧縮機6は、空調機5を介して閉鎖空間2内に供給される空気(冷却空気)を圧縮する。

0020

空調機5には、ダクト7が接続されている。ダクト7は、多段式棚3の各栽培棚31に対応して配設されている。ダクト7は、空調機5から供給される冷却空気を、多段式棚3の各栽培棚31に案内する。詳細について後述するように、ダクト7には、栽培棚31の下方側(栽培ケース4側)に向けた通風孔74が形成されている(図4参照)。空調機5から供給された冷却空気は、これらの通風孔74から栽培棚31内に放出される。

0021

ダクト7は、第1ダクト部71、第2ダクト部72及び第3ダクト部73を含んで構成される(図1及び図2参照)。詳細について後述するように、ダクト7は、概して円筒形状を有すると共に、二重配管構造を有している。本実施の形態においては、ダクト7の外筒部内に空調機5からの冷却空気を流通させ、ダクト7の内筒部内に冷却水を流通させている。なお、ダクト7の構成については、これらの構成に限定されるものではなく適宜変更可能である。例えば、ダクトは、角柱形状を有してもよい。

0022

第1ダクト部71は、空調機5に対応する高さ位置で水平方向(左右方向)に延在して設けられる。第1ダクト部71は、多段式棚3の前端部よりも僅かに前方側の位置で左右方向に延びている(図1参照)。第1ダクト部71は、多段式棚3の上端部よりも僅かに上方側の位置で左右方向に延びている(図2参照)。

0023

第2ダクト部72は、第1ダクト部71に接続され、多段式棚3の前方側で上下方向に延在して設けられる(図2参照)。第2ダクト部72は、第1ダクト部71における多段式棚3に対応する位置に配置される。例えば、複数(本実施の形態では、6本)の第2ダクト部72が第1ダクト部71の下面から延出し、正面視にて、多段式棚3の中央部分に対応する位置で上下方向に延びている。第2ダクト部72の下端部は、多段式棚3の最下段の栽培棚31の上方側部分に対応する位置まで延びている。

0024

第3ダクト部73は、第2ダクト部72に接続され、前後方向に延在して設けられている(図1参照)。第3ダクト部73は、第2ダクト部72における各栽培棚31の上方側空間に対応する位置に配置されている。例えば、複数の第3ダクト部73が第2ダクト部72の後面から延出し、多段式棚3の各栽培棚31の上方側空間を前後方向に延びている(図4図5参照)。第3ダクト部73の後端部は、多段式棚3の後端部よりも僅かに後方側に延び、その一部が後述する冷却水循環機構9に接続される。

0025

ここで、本実施の形態に係る植物工場1が有する多段式棚3及び栽培ケース4の構成について、図4及び図5を参照して説明する。図4は、本実施の形態に係る植物工場1が有する多段式棚3を前方から示す模式図である。図5は、本実施の形態に係る植物工場1が有する多段式棚3を側方から示す模式図である。図4及び図5においては、説明の便宜上、多段式棚3が6段の栽培棚31を有するものとする。また、この多段式棚3の各栽培棚31には、前後方向に9個の栽培ケース4が設置可能であるものとする(図5参照)。なお、図5においては、後述する照光ユニット8を省略している。

0026

図4及び図5に示すように、多段式棚3は、6段の栽培棚31を有している。各栽培棚31は、水平方向(左右方向及び前後方向)に延びる複数の棚板32で区画される空間で構成される。各栽培棚31には、栽培ケース4が配置されている。栽培ケース4は、各栽培棚31を規定する下方側の棚板32の上面に載置される。栽培ケース4は、前面視にて、栽培棚31とほぼ同等の幅を有している。栽培ケース4内には、栽培対象とされる植物Pが植え込まれている。なお、栽培ケース4は、栽培ベッドなどと呼ばれてもよい。

0027

各栽培棚31内の上方側空間には、ダクト7(より具体的には第3ダクト部73)及び照光ユニット8が配置されている。例えば、これらの第3ダクト部73及び照光ユニット8は、各栽培棚31を規定する上方側の棚板32の下面に支持されるが、これに限定されない。各栽培棚31において、第3ダクト部73は、棚板32の下面近傍に配置されている。第3ダクト部73は、栽培棚31の前後方向(図4に示す紙面直交方向、図5に示す左右方向)に延びるように配置されている。

0028

照光ユニット8は、第3ダクト部73の下方側に配置されている。照光ユニット8は、植物Pに光を照射する蛍光灯などの光源81と、植物Pに対する光の照射効率を向上する反射板82とを有している(図4参照)。反射板82は、断面視にて、下方側に開口した形状を有している。反射板82は、光源81の上方側に配置され、光源81から上方側に出射する光を下方側(栽培ケース4側)に反射する。反射板82は、第3ダクト部73と光源81との間に配置されている。光源81及び反射板82は、第3ダクト部73と同様に、栽培棚31の前後方向(図4に示す紙面直交方向、図5に示す左右方向)に延びるように配置されている。

0029

第3ダクト部73の下面近傍には、第3ダクト部73内の冷却空気を栽培棚31内に放出する複数の通風孔74が形成されている(図4参照)。第3ダクト部73には、左右方向に一対の通風孔74a、74bが形成されている。通風孔74aは、栽培棚31の左下方側に冷却空気を放出する位置に形成される。一方、通風孔74bは、栽培棚31の右下方側に冷却空気を放出する位置に形成される。これらの一対の通風孔74a、74bは、第3ダクト部73の前後方向に一定間隔を空けて形成されている。本実施の形態では、9組の通風孔74(74a、74b)が第3ダクト部73に形成されている(図5参照)。これらの通風孔74は、栽培棚31に配置された栽培ケース4毎に対応付けて配置されている。

0030

なお、照光ユニット8の反射板82は、第3ダクト部73の下方に配置されている。このため、反射板82の所定位置に、通風用の開口部を形成することは実施の形態として好ましい。これらの開口部は、第3ダクト部73の通風孔74に対応する位置に形成することが考えられる。これらの開口部は、第3ダクト部73の通風孔74から放出される冷却空気を下方側(栽培ケース4側)に通過させることができる。また、この開口部は、植物Pを冷却した後に暖まった空気(暖気)を栽培棚31の上方空間に通過させることができる。なお、ここでは、照光ユニット8の反射板82は、第3ダクト部73の下方に配置される例について説明しているが、これらの配置については任意の配置を適用することができる。

0031

ここで、栽培棚31に配置される第3ダクト部73の構成について、図6を参照して説明する。図6は、本実施の形態に係る植物工場1の多段式棚3に冷却空気を供給する第3ダクト部73の一例を示す模式図である。ダクト7を構成する第1ダクト部71及び第2ダクト部72は、通風孔74が形成されない点を除き、第3ダクト部73と同様の構成を有する。図6においては、説明の便宜上、第1ダクト部72及び第2ダクト部72に対応する符号を括弧内に記載する。

0032

図6に示すように、第3ダクト部73は、概して円筒形状を有している。第3ダクト部73は、外筒部73a及び内筒部73bからなる二重配管構造を有している。第3ダクト部73の外筒部73aは、第1ダクト部71及び第2ダクト部72の外筒部(71a、72a)を介して空調機5に接続される。第3ダクト部73の内筒部73bは、第1ダクト部71及び第2ダクト部72の内筒部(71b,72b)を介して後述する冷却水循環機構9に接続される。

0033

外筒部73aには、空調機5から供給される冷却空気が流通する。内筒部73bには、冷却水循環機構9を循環する冷却水が流通する。内筒部73bを流通する冷却水は、冷却媒体の一例であり、外筒部73aを流通する冷却空気を冷却するために利用される。より具体的には、外筒部73aを流通する冷却空気の温度を維持するため、言い換えると、外筒部73a内の流通に伴って冷却空気の温度が上昇するのを防止するために利用される。

0034

すなわち、第3ダクト部73の内筒部73bは、外筒部73a内の冷却空気を冷却する冷却水を流通させる冷却管として機能する。本実施の形態では、外筒部73a内の冷却空気を冷却する冷却媒体として冷却水を利用する場合について説明するが、これに限定されない。冷却空気を冷却することを前提として、冷却水以外の任意の流体を利用することができる。

0035

外筒部73aの下方側部分には、第3ダクト部73の延在方向(植物工場1の前後方向)に一定間隔で通風孔74が形成されている。通風孔74は、第3ダクト部73における延在方向と直交する同一平面上に一対形成されている。一対の通風孔74は、第3ダクト部73の中心を上下方向に通過する仮想線に対して線対称の位置に配置されている。これらの通風孔74は、外筒部73a内の空間と、外筒部73a外の空間とを連通している。

0036

内筒部73bを流通する冷却水で冷却されることにより、外筒部73aを流通する冷却空気の温度は、第3ダクト部73の位置に関わらず、所望の温度範囲内に保持される。そして、外筒部73aの所定位置に形成された通風孔74から冷却空気が栽培棚31内に放出される。通風孔74から放出された冷却空気は、栽培棚31内の温湿度を所望の温湿度に調整する。これにより、栽培ケース4内の植物Pに対する生育環境が良好な状態に調整される。栽培棚31に放出された冷却空気は、多段式棚3から閉鎖空間2内に流出する。

0037

図1図3戻り、植物工場1の構成の説明を継続する。ダクト7の所定位置には、冷却水循環機構(以下、単に「循環機構」という)9が連結されている(図1及び図3参照)。循環機構9は、上述したダクト7内を流通する冷却水を循環させるものである。循環機構9は、冷却水を所望温度に維持した状態で循環させるために、第3ダクト部73から送り出された冷却水を回収し、再び冷却した後に第1ダクト部71に送り込むように構成されている。

0038

循環機構9は、第1配水管91、第2配水管92、第3配水管93及び冷却機能付きポンプ(以下、単に「ポンプ」という)94を有している。第1配水管91、第2配水管92及び第3配水管93は、概して円筒形状を有している。例えば、第1配水管91、第2配水管92及び第3配水管93は、一重配管で構成することができるが、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

0039

第1配水管91は、第3ダクト部73の内筒部73bに接続され、多段式棚3の後方側で上下方向に延在して設けられる(図3参照)。例えば、複数(本実施の形態では、6本)の第1配水管91は、後面視にて、多段式棚3の中央部分に対応する位置で上下方向に延びている。第1配水管91の前面には、複数の第3ダクト部73の後端部が接続されている。

0040

第2配水管92は、第1配水管91の下端部に接続され、左右方向に延在して設けられている(図3参照)。第2配水管92は、多段式棚3の最下段の栽培棚31に配置された第3ダクト部73に対応する高さ位置で左右方向に延びている。第2配水管92の上面には、複数(本実施の形態では、6本)の第1配水管91が接続されている。第2配水管92の左方側端部は、ポンプ94に接続されている。

0041

ポンプ94は、閉鎖空間2における左後方側の内壁面であって、その底面部に配置されている。例えば、ポンプ94は、ポンプ内部で圧力差を発生させ、第2配水管92を流通する冷却水を吸引し、吸引した冷却水を第3配水管93に送り出す。また、ポンプ94は、第2配水管92から吸引した冷却水を所定温度まで冷却する機能を有する。第2配水管92から吸引された冷却水は、所定温度まで冷却された後に第3配水管93に送り出される。

0042

なお、本実施の形態では、冷却機能を有するポンプ94により冷却水を冷却する場合について説明しているが、冷却水を冷却する構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、チラー等で生成した冷却水を循環機構9内に循環させる構成としてもよい。

0043

第3配水管93は、ポンプ94の前面に接続され、前後方向に延在すると共に、上方側に屈曲して上下方向に延在して設けられている。第3配水管93の上端部は、ダクト7の第1ダクト部71の内筒部71bに接続されている。ポンプ94によって第3配水管93に送り出された冷却水は、第1ダクト部71の内筒部71bに送り出され、再びダクト7内を循環可能する。

0044

次に、上記実施の形態に係る植物工場1において、閉鎖空間2内(より具体的には、多段式棚3の栽培棚31内)の温湿度を調整する際の各構成要素の動作と冷却空気の流通態様について、図1図6を参照して説明する。植物工場1の閉鎖空間2内の温湿度の調整は、管理者からの指示により開始される。例えば、管理者は、植物工場1に有線又は無線で接続された制御装置から、閉鎖空間2内の温湿度を指定することで温湿度の調整を指示する。

0045

閉鎖空間2内の温湿度の調整が指示されると、空調機5、圧縮機6及びポンプ94に電源投入される。圧縮機6は、図示しない取込み口から取り込んだ空気を圧縮し、空調機5に送り込む。例えば、圧縮機6は、閉鎖空間2内の空気を取り込むことができる。空調機5は、圧縮機6から送り込まれた空気を所定温度に冷却し、冷却空気として第1ダクト部71の外筒部71aに送り込む。ポンプ94は、図示しないタンクに溜めた冷却水を冷却し、第3配水管93を介して第1ダクト部71の内筒部71bに送り込む。第1ダクト部71に送り込まれた冷却空気及び冷却水は、植物工場1の右方側に向かって流通する。

0046

第1ダクト部71に送り込まれた冷却空気及び冷却水は、第2ダクト部72とのそれぞれの接続部分から第2ダクト部72内に流入する。第1ダクト部71と同様に、冷却空気は第2ダクト部72の外筒部72aに流入し、冷却水は第2ダクト部72の内筒部72bに流入する。第2ダクト部72内に流入した冷却空気及び冷却水は、植物工場1の下方側に向かって流通する(図2参照)。

0047

第2ダクト部72に送り込まれた冷却空気及び冷却水は、第3ダクト部73とのそれぞれの接続部分から第3ダクト部73内に流入する。第2ダクト部72と同様に、冷却空気は第3ダクト部73の外筒部73aに流入し、冷却水は第3ダクト部73の内筒部73bに流入する。第3ダクト部73内に流入した冷却空気及び冷却水は、植物工場1の後方側に向かって流通する(図5参照)。

0048

ダクト7の各外筒部(外筒部71a、72a及び73a)に送り込まれた冷却空気の内側には、ダクト7の各内筒部(内筒部71b、72b及び73b)に送り込まれた冷却水が流通している。このため、ダクト7内の流通に伴って冷却空気の温度が温まることが抑制されている。これにより、冷却空気は、所定範囲内の温度を維持しながらダクト7内を流通する。

0049

第3ダクト部73を後方側に流通する途中において、冷却空気は、通風孔74(74a、74b)から栽培棚31内に放出される(図4参照)。栽培棚31内に放出された冷却空気は、栽培棚31における栽培ケース4内の植物Pの周辺の空気の温湿度を調整する。そして、植物Pの周辺の空気を調整した後の冷却空気は、栽培棚31(多段式棚3)の外側に排出される。栽培棚31から排出された冷却空気は、閉鎖空間2内を流動し、図示しない圧縮機6の取込み口から取り込まれ、再びダクト7に送り込まれる。

0050

第3ダクト部73(より具体的には、内筒部73b)を後方側に流通した冷却水は、循環機構9の第1配水管91との接続部分から第1配水管91内に流入する。第1配水管91内に流入した冷却水は、植物工場1の下方側に向かって流通する(図3参照)。図4及び図5に示す多段式棚3の構成においては、上下方向に配列された6本の第3ダクト部73から冷却水が1本の第1配水管91に流入する。

0051

第1配水管91に送り込まれた冷却水は、第2配水管92との接続部分から第2配水管92内に流入する。第2配水管92内に流入した冷却水は、植物工場1の左方側に向かって流通する(図3参照)。図3に示す多段式棚3の構成においては、左右方向に配列された6本の第1配水管91から冷却水が1本の第2配水管92に流入する。

0052

第2配水管92に流入した冷却水は、ポンプ94に吸引されることで植物工場1の左方側に向かって流通する。ポンプ94では、吸引した冷却水を再び所定温度に冷却した後、第3配水管93に送り込む。第3配水管93内において冷却水は、植物工場1の後方側に流れた後、進行方向を上方側に変更して流れる。そして、冷却水は、第1ダクト部71との接続部分から第1ダクト部71の内筒部71bに流入し、再びダクト7内を循環する。

0053

このように本実施の形態に係る植物工場1においては、圧縮機6によりダクト7に送出される冷却空気が圧縮されると共に、冷却管を構成するダクト7の内筒部71b、72b及び73bによりダクト7内の冷却空気が冷却されることから、空調機5からの距離に関わらず、ダクト7内を流通する冷却空気の温度が維持された状態で通風孔74から放出される。このため、栽培棚31内の植物Pに供給される冷却空気の温度に差異が生じる事態が防止されると共に、栽培棚31内の植物Pに対する冷却空気の供給量に差異が生じる事態が防止される。これにより、大規模な植物工場であっても、栽培棚31内の植物に対して良好な生育環境を提供することができる。

0054

特に、植物工場1では、ダクト7を二重配管構造とし、その二重配管構造の内筒部71b、72b及び73bを冷却管として利用している。これにより、外筒部71a、72a及び73a内を流通する冷却空気を常に内側から冷却可能な構成とできるので、空調機5からの距離に関わらず、ダクト7内を流通する冷却空気を所望の温度に維持することができる。なお、冷却水による冷却効果伝熱効果)の促進のために、内筒部71b、72b及び73bの外周面フィンを設ける構成としてもよい。

0055

本実施の形態に係る植物工場1においては、圧縮機6によりダクト7に送出される冷却空気を圧縮することにより、通風孔74から放出される冷却空気の供給量を均一化している。更に、通風孔74から放出される冷却空気の供給量の均一化を図るために、通風孔74の径や形状を変更することは実施の形態として好ましい。例えば、図5に示す第3ダクト部73において、通風孔74の位置に応じてその径を大きくするようにしてもよい。この場合には、後方側に向かうに連れて通風孔74の径を徐々に大きくすることが考えられる。

0056

また、上記実施の形態では、多段式棚3の各栽培棚31に対する冷却空気の放出量を均一化する場合について説明しているが、植物Pの生育状況によっては、冷却空気の放出量を調整することが好ましい状況も想定される。このような状況を考慮し、通風孔74から栽培棚31に対する冷却空気の放出量を調整する調整機構を設けることは実施の形態として好ましい。調整機構を設け、冷却空気の放出量を調整することにより、植物Pの生育状況に応じて適切な量の冷却空気を供給することができる。

0057

このような調整機構は、ダクト7の一部に設けられた調整弁で構成することができる。例えば、調整弁は、第2ダクト部72の上流側端部(第1ダクト部71との接続部分)や、第3ダクト部73の上流側端部(第2ダクト部72との接続部分)にそれぞれ設置することができる。前者の場合には、多段式棚3毎に冷却空気の放出量を調整することができる。後者の場合には、多段式棚3に含まれる栽培棚31毎に冷却空気の放出量を調整することができる。

0058

これらの調整弁は、例えば、植物工場1内に設置された各種のセンサ(例えば、温度センサ湿度センサ荷重センサ)や、照光ユニット8による照光時間等に応じて制御される。例えば、栽培棚31に設置された温度センサの検知結果に基づいて、調整弁により冷却空気の通過量を調整(増加又は低減)することができる。或いは、栽培棚31の栽培ケース4に対応して設置された荷重センサの検知結果(植物Pの重量検知結果)に基づいて、調整弁により冷却空気の通過量を調整(増加又は低減)することができる。

0059

また、植物工場1に、二酸化炭素供給管調湿装置除湿加湿器)を設置してもよい。例えば、空調機5や圧縮機6の空気取込口やダクト7の一部に二酸化炭素供給管を設けることにより、植物Pの成長によって失われる二酸化炭素を補充することができる。また、閉鎖空間2や多段式棚3の間の空間に調湿装置を設けることにより、植物Pの蒸散作用によって変動する閉鎖空間2内の湿度を調整することができる。

0060

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている部材や孔などの大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

0061

例えば、上記実施の形態に係る植物工場1においては、ダクト7が二重配管構造を有し、外筒部73aに冷却空気を流通させる一方、内筒部73bに冷却水を流通させる場合について説明している。しかしながら、ダクト7の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、外筒部73aに冷却水を流通させる一方、内筒部73bに冷却空気を流通させてもよい。

0062

また、冷却空気が流通するダクト7の一部に、冷却水が流通する冷却管を設ける構成としてもよい。図7は、本実施の形態に係る植物工場1の多段式棚3に冷却空気を供給するダクト7の他例を示す模式図である。図7においては、図6と同様に、第3ダクト部73を例示して説明するが、第1ダクト部71及び第2ダクト部72についても同様の構成とすることができる。

0063

図7に示すダクト7において、第3ダクト部73は、一重配管構造を有している。第3ダクト部73の内部には、空調機5から供給される冷却空気が流通可能に構成される。第3ダクト部73の一部(外周面又は内周面の一部)に冷却管75が設けられている。冷却管75の内部には、循環機構9から供給される冷却水が循環可能に構成される。冷却管75内を循環する冷却水は、上記実施の形態と同様に、第3ダクト部73内を流通する冷却空気を冷却する役割を果たす。

0064

例えば、冷却管75は、第3ダクト部73の外周面にらせん状に配置される(図7A参照)。冷却管75は、第3ダクト部73の外周面に対し、接触した状態で配置されることが好ましい。接触した状態で配置することにより、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却管75内の冷却水で効果的に冷却することができる。また、らせん状に配置することにより、熱交換作用を奏する部分を大きく確保することができ、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却管75内の冷却水で効果的に冷却することができる。さらに、冷却管75の一部又は全部を第3ダクト部73の外周面に接着することは、冷却空気に対する冷却効果を向上する観点から好ましい。

0065

また、冷却管75は、第3ダクト部73の内周面にらせん状に配置されてもよい(図7B参照)。この場合、第3ダクト部73部内における圧力損失を低減する観点からは、冷却管75が第3ダクト部73の内周面に対し、接触した状態で配置されることが好ましい。接触した状態で配置されることにより、第3ダクト部73内で冷却空気をスムーズに流通させながら、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却することができる。また、らせん状に配置することにより、熱交換作用を奏する部分を大きく確保することができ、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却管75内の冷却水で効果的に冷却することができる。

0066

なお、冷却管75は、第3ダクト部73内の空間を貫通して配置されていれば、必ずしもらせん状である必要はない。第3ダクト部73内の空間を貫通して配置することにより、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却管75内の冷却水で効果的に冷却することができる。さらに、第3ダクト部73内の空間に複数本の冷却管を配置することは、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却する観点から好ましい。

0067

第3ダクト部73内の空間内に冷却管75を貫通させる構成においては、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却管75側に誘導する誘導板を第3ダクト部73内に設けることが好ましい。この場合、誘導板により第3ダクト部73内を流通する冷却空気が冷却管75側に誘導されることから、熱交換作用を奏する部分を大きく確保することができ、第3ダクト部73内の冷却空気を冷却管75内の冷却水で効果的に冷却することができる。

0068

また、上記実施の形態に係る植物工場1においては、多段式棚3の前方側端部から後方側端部に冷却空気を流通するダクト7を有する場合について示している。しかしながら、植物工場1が有するダクト7の配置については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、空調機5に接続される第1ダクト部71の位置を閉鎖空間2の前後方向の中央に配置してもよい。

0069

図8は、本実施の形態の変形例に係る植物工場10の構成を上方から示す模式図である。なお、図8において、図1に示す植物工場1と共通の構成については同一の符号を付与し、その説明を省略する。図8に示す植物工場10においては、空調機5及び圧縮機6の設置位置、ダクト7及び循環機構9の構成において、図1に示す植物工場1と相違する。

0070

図8に示すように、植物工場10においては、空調機5及び圧縮機6が閉鎖空間2の前後方向の中央近傍に設置されている。また、ダクト7の第1ダクト部71は、閉鎖空間2における前後方向の中央近傍を左右方向に延びている。第2ダクト部72は、第1ダクト部71の下面に接続され、各多段式棚3の中央部分を上下方向に貫通して設けられている。第3ダクト部73は、第2ダクト部72の前面及び後面に接続され、各栽培棚31の上方空間を前後方向に延びている。

0071

また、第3ダクト部73の前端部及び後端部には、循環機構9の第1配水管91が接続され、上下方向に延びている。前後に配置された第1配水管91の下端部には、それぞれ第2配水管92が接続され、左右方向に延びている。第2配水管92の左方側端部には、それぞれポンプ94が接続されている。2つのポンプ94には、それぞれ第3配水管93が接続され、前後方向に延びると共に、上方側に屈曲して上方側に延びている。

0072

図8に示す植物工場10によれば、閉鎖空間2の前後方向の中央近傍に配置された第1ダクト部71を介して冷却空気が送り込まれ、第2ダクト部72を介して前方側及び後方側に配置された第3ダクト部73に流入する。前方側に配置された第3ダクト部73に流入した冷却空気は前方側に向かって流通し、後方側に配置された第3ダクト部73に流入した冷却空気は後方側に向かって流通する。このため、第3ダクト部73を流通する冷却空気は、図1に示す植物工場1に比べて流通距離が短縮される。このように図8に示す植物工場10においては、第3ダクト部73における冷却空気の流通距離が短縮されることから、多段式棚3の前後方向端部まで冷却空気を流通し易くでき、多段式棚3の長手方向を均等に冷却することができる。

0073

さらに、上記実施の形態に係る植物工場1においては、閉鎖空間2内の空調を行うために1台の空調機5を利用する場合について説明している。しかしながら、植物工場1の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、閉鎖空間2内に配列された多段式棚3毎に空調機5を設置し、第3ダクト部73の通風孔74から栽培棚31に対する冷却空気の放出量及び温度を多段式棚毎に変化させる構成としてもよい。この場合には、栽培ケース4内の植物Pの生育状況に応じて冷却空気の温度や供給量を選択することができるので、より栽培棚31内の植物に対して良好な生育環境を提供することができる。

0074

さらに、上記実施の形態に係る植物工場1においては、多段式棚3の各栽培棚31において、冷却空気を放出するダクト7(第3ダクト部73)を照光ユニット8の上方側に配置する場合について示している(図4参照)。しかしながら、第3ダクト部73の位置については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、栽培棚31内に冷却空気を供給できることを前提として、第3ダクト部73は、栽培棚31内において、照光ユニット8よりも左方側又は右方側にずらして配置してもよい。また、第3ダクト部73は、栽培棚31の外側に配置してもよい。

0075

以上説明したように、本発明は、大規模な植物工場であっても、多段式棚の栽培棚内の植物に対して良好な生育環境を提供することができるという効果を有し、特に、完全人工光型の植物工場に有用である。

0076

1、10 :人工光型植物工場(植物工場)
2 :閉鎖空間
3 :多段式棚
31 :栽培棚
32 :棚板
4 :栽培ケース
5 :空調機
6 :圧縮機
7 :ダクト
71 :第1ダクト部
71a、72a、73a :外筒部
71b、72b、73b :内筒部
72 :第2ダクト部
73 :第3ダクト部
74、74a、74b :通風孔
75 :冷却管
8 :照光ユニット
81 :光源
82 :反射板
9 :冷却水循環機構(循環機構)
91 :第1配水管
92 :第2配水管
93 :第3配水管
94 :冷却機能付きポンプ(ポンプ)
P :植物

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