特開 2024-176117 高エネルギー効率・高清浄環境システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176117

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】高エネルギー効率・高清浄環境システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 18/69 20180101AFI20241212BHJP

   F24F 7/06 20060101ALI20241212BHJP

   F24F 7/003 20210101ALI20241212BHJP

   A01G 7/00 20060101ALI20241212BHJP

   A61L 9/16 20060101ALI20241212BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

A01G18/69

F24F7/06 Z

F24F7/003

A01G7/00 601Z

A61L9/16 F

B01D53/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094379

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】509183729

【氏名又は名称】石橋 晃

(71)【出願人】

【識別番号】507139133

【氏名又は名称】シーズテック株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】512311100

【氏名又は名称】株式会社石橋建築事務所

(71)【出願人】

【識別番号】512311096

【氏名又は名称】飛栄建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】515055421

【氏名又は名称】有限会社近代設備設計事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100147267

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 真紀子

(74)【代理人】

【識別番号】100178847

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 映美

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】石橋 晃

【テーマコード（参考）】

2B011

2B022

3L058

4C180

4D006

【Ｆターム（参考）】

2B011GA09

2B022DA15

3L058BE08

3L058BG03

4C180AA07

4C180AA16

4C180AA17

4C180AA18

4C180DD09

4C180HH05

4C180KK01

4C180KK03

4C180MM10

4D006GA47

4D006JA52

4D006MA03

4D006MB03

4D006MC11

4D006PA01

4D006PB17

4D006PB62

4D006PB64

4D006PC80

(57)【要約】

【課題】クローズドエアシステムとしてのＣＯ_２プッシュプル農業システムの要素技術を確立することができる高エネルギー効率・高清浄環境システムを提供する。
【解決手段】ガス交換ユニットと、ファンフィルターユニットとを備え、前記ガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜を有し、前記ファンフィルターユニットは、前記部屋または閉空間に配置され、前記部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス交換ユニットと、ファンフィルターユニットとを備え、
前記ガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜を有し、
前記ファンフィルターユニットは、前記部屋または閉空間に配置され、
前記部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【請求項2】

前記部屋または閉空間の体積をＶ、前記ガス交換膜における着目する気体のガス分子拡散係数をＤ_ｉ、（ｉ＝１，．．Ｎ）、前記ガス交換膜の厚みをＬとした時、上記体積Ｖと前記ガス交換膜の面積Ａとを、｛（Ｖ／Ａ）／（Ｄ／Ｌ）｝でスケーリングさせて設計が行われ、
前記部屋または閉空間における着目する気体の消費または発生消費レートをＢｉ、前記外界と平衡状態にあり前記部屋または閉空間で当該着目する気体の消費または発生の無いときの当該着目する気体の体積をＶ_ｉ、前記部屋または閉空間内における当該着目する気体の目標濃度をη_ｉとしたとき、前記ガス交換膜の面積Ａが下記の式（３）を満足するように設定される、請求項１に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【数1】

【請求項3】

複数のガス交換ユニットと、複数のファンフィルターユニットとを備え、
前記複数のガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する複数の部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記複数の部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さない複数の第１のガス交換膜を有し、
前記複数のファンフィルターユニットは、前記複数の部屋または閉空間に配置され、
ＣＯ_２を排出する生物種（ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒ）が存在する前記複数の部屋または閉空間内の空気と、ＣＯ_２を吸収する生物種（ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒ）が存在する前記複数の部屋または閉空間内の空気とが、前記複数の部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さない少なくとも１つの第２のガス交換膜を介して隣接しており、
前記複数の部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記複数の部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【請求項4】

前記部屋または閉空間の内部気体を前記ガス交換膜の表面に沿う第１方向に流す送風機と、前記外界の気体を前記ガス交換膜の表面に沿う第２方向に流す送風機とを有するガス交換ユニットを備え、前記ガス交換ユニットにおいて前記第１方向に流れる気体と前記第２方向に流れる気体とが略反平行である対向流を形成し、着目する気体の当該ガス交換ユニット中の拡散係数をＤ，気体流方向のガス交換膜長さをｌ、集積されたガス交換膜の面間隔をｄ、気体の流速をｖ、ガス交換膜の厚みをＬとした時に、次の式（３７）を満たす、請求項１又は３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【数2】

【請求項5】

前記ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒが菌類であり、前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である、請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【請求項6】

前記ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒが動物であり、前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である、請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【請求項7】

前記ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒがヒトであり、前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【請求項8】

前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体であり、
前記光合成体が存在する部屋または閉空間の壁の少なくとも一部に２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電が設けられている、請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高エネルギー効率・高清浄環境システムに関し、特に居住空間・食物生産をＣＯ_２の授受によって連結するクローズドエアフローシステムとしての高エネルギー効率・高清浄環境システムに関する。

【背景技術】

【0002】

現代社会は、ＳＤＧｓなどの観点から、農薬などを使わずとも無菌環境を実現できるスマート農業を必要としている。スマート農業の進化・発展により、人間の活動、社会生活に限りない恩恵を与えることができる。

【0003】

キノコ栽培においては、ｉ）二酸化炭素（ＣＯ_２）の効果的排出と、ｉｉ）キノコの病害菌からの守りが重要課題となっており、この２つの独立した要請を両立できるスマート農業技術開発が必要とされている（即ち、ここではＣＯ_２はｐｕｓｈ ｏｕｔすべきものである）。

【0004】

他方、施設園芸においては二酸化炭素の施用によって収量が大幅に向上する（即ち、ここではＣＯ_２はｐｕｌｌ ｉｎすべきものである）ことが広く知られているが、このＣＯ_２は灯油燃焼方式、ＬＰＧ燃焼方式、液化炭酸ガス方式等で供給されており、必ずしも環境にやさしいサステナブルなものとは言い難い。即ち、二酸化炭素の発生を逆手に取る意欲的な取り組みも必ずしもゼロエミッションにはつながっていない。

【0005】

本発明者は、クローズドエアシステムによる清浄環境を実現しており（特許文献１～３）、今回これを農業分野に応用することで、殺菌や除菌などの防除の必要性を限りなく小さくすることにより、農薬などの使用を極力避け、かつ、酸素・二酸化炭素のガス交換により、キノコなどの菌類にとっての過剰な二酸化炭素を排出するとともに、この二酸化炭素を野菜や果実栽培室に供給するシステムを構築し、その結果二酸化炭素のプッシュプル環境技術という新たなソリューションを提案する。これにより、これまで農業とは相いれなかった大都市はもとより、海中（深海）や宇宙空間での農業へと展開することが可能となる。本発明のクローズドエアシステムは閉空間との相性が良いので、近年問題となっている空き家やいわゆるシャッター街における空室などの有効利用を通じて、地域の活性化へとつなげることができる。

【0006】

特に、近年キノコ栽培も盛んになっているが、十分な注意を払わないと死亡事故が発生する事案が報告されている（非特許文献１）。特に、カナダとタイにおけるキノコ栽培工場での死亡事例は、掛かる事故が先進国か否かによらず発生し得る危険な状況であり、ニーズは極めて大きいことを示している。

【0007】

バイオマス産業推進においては、焼却炉より発生する二酸化炭素を利用したハウス野菜の成長促進の現状や課題に関し意見交換を行った。発生する二酸化炭素量の桁のレベルで差があるため、ゼロエミッションに向けた安定したシステム動作はまだ道遠しである。
有機農業や無農薬農業は得てして“草ぼうぼう”となってしまうなど理想と現実のギャップをはじめ）農業が抱える課題がある。農薬をできるだけ使わないことの必要性と同時にその困難さが存在する。また、ヒトの食料資源として動植物を育てる観点からすると、上記の植物に関するもの（農業）に加えて、動物に関しても大きな課題が存在する。例えば、家禽類における鳥インフルエンザの発生時においては、有効な撲滅法は、発生地点の５～１０ｋｍ範囲のニワトリ等を直ちに摘発淘汰することであるとされている（非特許文献２）。これは経済的な負担という観点のみならず、生命の尊厳を守るという観点から、人間への悪影響を未然に防ぐためとはいえ、大いなる悲劇であるといわざるを得ない。同様のことは、例えば、口蹄疫の発生時における豚や牛に関する対応においても課題として挙げられる。口蹄疫は、感染動物の全て組織、分泌物、糞便が感染源となり、病原体が付着した塵により空気感染もする。水疱が破裂した際に出たウイルスや糞便中のウイルスが塵と共に風に乗るなどして陸上では６５ｋｍ、海上では２５０ｋｍ以上移動することもあるとされている（非特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第１０６７７４８３号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１４／００８４０８６号

【特許文献3】特許第６２９２５６３号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Ｂａｎｇｋｏｋ Ｐｏｓｔ，ＰＲＡＳＩＴ ＴＡＮＧＰＲＡＳＥＲＴ，２０２１年７月１１日，インターネット＜https://www.bangkokpost.com/thailand/general/2146967/3-founddead-in-mushroom-cultivation-nursery＞

【非特許文献2】鳥インフルエンザ、２０２３年５月２７日，インターネット＜https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%B3%A5%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%95%E3%83%AB%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B6＞

【非特許文献3】口蹄疫、２０２３年５月２７日，インターネット＜https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%A3%E8%B9%84%E7%96%AB＞

【非特許文献4】温度と光合成、２０２３年４月２８日，インターネット＜http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/hikosaka_lab/hikosaka/temp-short.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

この発明が解決しようとする課題は、高効率のエネルギー・環境一体化システムを実現することである。ＱＯＬ向上やＳＤＧｓの達成、特に、食料の安定した需給を支えるスマート農業を実現するという全人類的目標に向けて、閉空間において、１．（空気中の浮遊粒子数［塵埃・菌数］の制御による）高清浄度、２．（［酸素、二酸化炭素など空気中の］ガス分子濃度の制御による）高空気質、及び、３．（室内外出入熱流の制御による）高効率熱マネジメントという３本柱（３項目）の実現を行う。エネルギー・環境システムの高効率化において、まず環境面に関して、旧来の気流による換気に代わる新しい効率的な換気である拡散換気システムを構築し、これに基づいて、クローズドエアシステムとしてのＣＯ_２プッシュプル農業システムの要素技術を確立することができる空気清浄システムを提供することである。ＣＯ_２発生体の一例としてキノコを選択し、野菜・果実栽培の結合について実行し、試験プラントの動作実証を行う。
クローズドエアシステムとしてのＣＯ_２プッシュプル農業システムのＣＯ_２発生体の他の一例として、養鶏や養豚を選択する場合の要素技術を確立することもできる。更に、クローズドエアシステムＣＯ_２プッシュプル農業システムは、その成り立ちから、スタンドアローンの閉鎖系システムとの相性が良いので、究極の閉鎖空間である宇宙での農業の産業化の一番乗りを果たすための要素技術の同定を行い、狭い国土の日本だからこそ宇宙農業の実現を可能とする画期的な高エネルギー効率・高清浄環境システムを提供することができる。

【0011】

また、この発明が解決しようとする他の課題は、高効率のエネルギー・環境システムにおけるエネルギー面において、グリーンハウスなどの太陽光の導入を許容する部屋または閉空間における太陽光利用において、太陽光のうち赤色の光成分と青色の光成分を光合成用に使用し、緑色の光成分を太陽光発電に用いて蓄電することで、夜間や補助光源としての人工光（ＬＥＤ光）栽培における電力としての使用を実現する高エネルギー効率・高清浄環境システムを提供することである。

【0012】

更に、この発明が解決しようとする他の課題は、上記の環境面におけるものとエネルギ―面におけるものを結合して、新しいエネルギー・環境システム（Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ）を実現して、省エネルギーかつエネルギー効率の高い、高清浄環境にもとづく次世代の農業、さらには、海中や宇宙空間のような閉環境における人類のサステナブルな活動・生活を可能とする高エネルギー効率・高清浄環境システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者が実現したＣｌｅａｎ Ｕｎｉｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＣＵＳＰ）では、用いるファンフィルターユニット（ＦＦＵ）の吐出エアの全量をその給気側へ戻す１００％循環システムを構成し、内外で気流としての空気のやり取りのない孤立・閉鎖系を構成する。フィルターの目詰まりの僅少なサステブルな高清浄システムであり、施設農業に世界で初めて適用することで、殺菌の必要性を極限まで低減することで農薬の使用を極力下げることができる。更に、本発明は、ＣＵＳＰ機構により空気中を漂う塵埃が僅少であることを利用して、部屋内部のあらゆる２次元面の表面の除菌を実現できる。
従来型の機械換気によらず、キノコの排出する二酸化炭素を拡散換気により排出することのできるＣＵＳＰ／ＧＥＵシステムにより、室内と外界の間で気流に拠る空気のやり取りの無いクローズドエアシステムが実現し、雑菌の入り込む余地を残さない。閉空間であるキノコ栽培室から二酸化炭素を外部に排出（ｐｕｓｈ）するとともに、この排出された二酸化炭素を、光合成を行う野菜や果実の栽培の栽培室へ引き込む（ｐｕｌｌ）することでその収量を高めると共に、ＣＯ_２ゼロエミッション農業に近づけることができる。すなわち本システムにより、二酸化炭素を資源としてリユース・リサイクルすることができる。

【0014】

本空気清浄システムは孤立系・閉鎖系であり、内気がフィルタを何度も通過するため清浄度度が高く（後述の図１Ｂ参照）、かつ清浄化後は無負荷運転となるためフィルタの寿命が長く、維持コストが安い。在来クリーンルームに比べて１０分の１価格で，１０倍以上の高清浄度を実現できる。短時間に清浄度ＵＳ２０９Ｄクラス １００ （粒径０．５μｍ以上の粒子の総数が１立方フィートあたり１００個以下）になり性能も高い。ＰＭ２．５はもとより，細菌を含む浮遊塵埃数を抑えることができるため、農薬等の使用の低減に大きく役立つと期待される。

【0015】

ＣＵＳＰの孤立性・閉鎖性を活用して、非接触、非侵襲にてＣＵＳＰ内に格納された生物体（動物、植物、菌類）の内部や体表面から出てくる（ガス・揮発性）分子を検出し、定量的にモニタリング・分析することにより、内部の高清浄性・無塵性・無菌性を維持したまま、これに加えて、上記対外排出分子（ガス、揮発性分子）の情報を加えた高付加価値の総合的農業・畜産・養鶏（スマート農業・畜産・養鶏・食用昆虫養育）を実現することができ、ＳＤＧｓに配慮した次世代１次産業並びに第二次産業的、第三次産業的な農業（アグリビジネス）も可能とする。

【0016】

更に、熱流の制御の観点からもクローズドエアフローシステムは、折角温めたり、冷房したりした内部の空気を気流として外に排出してしまう在来型のオープンエアフローシステムに比べ、格段に熱効率が良い。特に、湿度や温度を制御したキノコ栽培においては、内部の空気を外に逃すのは、エネルギー的に損であり、かつ、換気で外に出した分、外気が入ってくるので、防除などの面でもリスクが高いことに留意すべきである。本発明におけるクローズドエアフローシステムにおいては、以上の課題を併せて解決し、高効率のガス交換ユニット（対向流ＧＥＵ）を実現できることを見出した。

【0017】

すなわち、上記の課題を解決するために、本発明は、下記の態様を提供する。
［１］ガス交換ユニットと、ファンフィルターユニットとを備え、
前記ガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜を有し、
前記ファンフィルターユニットは、前記部屋または閉空間に配置され、
前記部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【0018】

［２］前記部屋または閉空間の体積をＶ、前記ガス交換膜における着目する気体のガス分子拡散係数をＤ_ｉ、（ｉ＝１，．．Ｎ）、前記ガス交換膜の厚みをＬとした時、上記体積Ｖと前記ガス交換膜の面積Ａとを、｛（Ｖ／Ａ）／（Ｄ／Ｌ）｝でスケーリングさせて設計が行われ、
前記部屋または閉空間における着目する気体の消費または発生消費レートをＢｉ、前記外界と平衡状態にあり前記部屋または閉空間で当該着目する気体の消費または発生の無いときの当該着目する気体の体積をＶ_ｉ、前記部屋または閉空間内における当該着目する気体の目標濃度をη_ｉとしたとき、前記ガス交換膜の面積Ａが下記の式（３）を満足するように設定される、上記［１］に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【数1】

【0019】

［３］複数のガス交換ユニットと、複数のファンフィルターユニットとを備え、
前記複数のガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する複数の部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記複数の部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さない複数の第１のガス交換膜を有し、
前記複数のファンフィルターユニットは、前記複数の部屋または閉空間に配置され、
ＣＯ_２を排出する生物種（ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒ）が存在する前記複数の部屋または閉空間内の空気と、ＣＯ_２を吸収する生物種（ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒ）が存在する前記複数の部屋または閉空間内の空気とが、前記複数の部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さない少なくとも１つの第２のガス交換膜を介して隣接しており、
前記複数の部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記複数の部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【0020】

［４］前記部屋または閉空間の内部気体を前記ガス交換膜の表面に沿う第１方向に流す送風機と、前記外界の気体を前記ガス交換膜の表面に沿う第２方向に流す送風機とを有するガス交換ユニットを備え、前記ガス交換ユニットにおいて前記第１方向に流れる気体と前記第２方向に流れる気体とが略反平行である対向流を形成し、着目する気体の当該ガス交換ユニット中の拡散係数をＤ，気体流方向のガス交換膜長さをｌ、集積されたガス交換膜の面間隔をｄ、気体の流速をｖ、ガス交換膜の厚みをＬとした時に、次の式（３７）を満たす、上記［１］又は［３］に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【数2】

【0021】

［５］前記ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒが菌類であり、前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である、上記［３］に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【0022】

［６］前記ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒが動物であり、前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である、上記［３］に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【0023】

［７］前記ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒがヒトであり、前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である上記［３］に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【0024】

［８］前記ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒが光合成体であり、
前記光合成体が存在する部屋または閉空間の壁の少なくとも一部に２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電が設けられている、上記［３］に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

【発明の効果】

【0025】

本発明の高エネルギー効率・高清浄環境システムによれば、以下を実現することができる。
（ａ）クローズドエアフローシステムを用いることで、防除剤の使用を極力低減したキノコなどの菌類栽培や、野菜、果実などの植物栽培を可能とする；
（ｂ）クローズドエアフローシステムを用いることで栽培環境制御・空調使用電力を低減する；
（ｃ）クローズドエアフローシステムを用いることでＣＯ_２の排除を必要とする（以下、「ＣＯ_２－ｐｕｓｈ」ともいう）食糧生産と、ＣＯ_２の供与を求める（以下、「ＣＯ_２－ｐｕｌｌ」ともいう）食糧生産とを結合することで、農業におけるＣＯ_２産出を低減する；
（ｄ）農業におけるＣＯ_２ゼロエミッションの要素技術を確立する；及び
（ｅ）クローズドエアフローシステムを展開することで、将来の宇宙農業のコア技術・要素技術を同定するとともに、これらを確立する。

【0026】

クローズドエアフローシステムを活用することで、次世代農業のスタンダード、世界標準を確立する。クローズドエアフローシステムの究極は、宇宙空間（ほぼ真空）における人類の活動・生活、及び食糧生産と捉えることができるので、本事業により数十年スケールでのマクロ的な経済効果をえることができる（本コンソーシアムでのニックネームはけい姑春秋（けいこしゅんじゅう）であるが、この故事成語にあやかり、本事業の短句はあるが貴重な経過時間を蝉に、数十年スケールの遠望深慮を春秋とするものである）

【0027】

また、クローズドエアフローシステムを活用することで、あらゆるＣＯ_２の排除を必要とするＣＯ_２－ｐｕｓｈプロセスと、ＣＯ_２の供与を求めるＣＯ_２－ｐｕｌｌプロセスの効率的な結合が可能となる。ＣＯ_２－ｐｕｓｈプロセスは、食糧生産（菌類［キノコ、納豆、酵母発酵］、昆虫、養鶏、養豚）から、ヒト宇宙生活活動へと展開できる。ＣＯ_２－ｐｕｌｌプロセスでは、食糧生産（野菜、果実）を採り、両者の結合で、生産力の向上、そして究極的には宇宙農業へ繋げることができる。

【0028】

ＣＯ_２－ｐｕｓｈの食糧生産として、例えばキノコ栽培（特に、高付加価値品である黒舞茸）を取りあげ、ＣＯ_２－ｐｕｌｌの食糧生産として、特にレタスなどの野菜を取りあげて、各々ＣＵＳＰ／ＧＥＵ技術のもとで生産効率・安定性を向上することができる。これをベースに、ＣＯ_２－ｐｕｓｈの食糧生産では、シメジ、エリンギ、その他の菌類に、ＣＯ_２－ｐｕｌｌの食糧生産では、イチゴやキャベツなどに展開できる。

【0029】

また、ＣＯ_２－ｐｕｓｈ側を、納豆の発酵過程、パンの酵母発酵過程に、ＣＯ_２－ｐｕｌｌ側をミドリムシなど微細藻類及び光合成緑藻類（ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｇｒｅｅｎ ａｌｇａｅ）に展開することもできる。更に、ＣＯ_２－ｐｕｓｈ食糧生産過程として、近未来の蛋白源として期待される食用昆虫生産、或いは該食用昆虫生産における防除剤の使用量低減に展開することもできる。

【0030】

ＣＯ_２－ｐｕｓｈ食糧生産として、クローズドエアフローシステムを養鶏、養豚における抗生物質等の使用量低減に展開し、抗生物質耐性を有する細菌等の発生のリスクフリーな糞などの堆肥利用の道を開拓し、次世代有機農業の要素技術を確立する。また、ＣＯ_２－ｐｕｓｈプロセスとしてヒトの活動自体を取り上げると共に、上記で培ったクローズドエアフローシステムと結合することで、究極の閉鎖環境である深海や宇宙における人間活動を支えると共に、深海並びに宇宙における農業の基幹技術を開発可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1A】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る高エネルギー効率・高清浄環境システムを閉空間に適用した実施例を示す断面図である。

【図1B】図１Ｂは、本発明の第１実施形態において用いる中性能フィルターがもたらすシステムとしてのトータルな塵埃捕集効率および同透過率の粒径依存性を示すプロットである。

【図2】図２は、本発明の第２実施形態に係る高エネルギー効率・高清浄環境システムを複数の閉空間に適用した実施例を示す平面図である。

【図3A】図３Ａは、図２におけるガス交換ユニットの模式図である。

【図3B】平行流時の酸素濃度の計算結果を示すグラフである。

【図3C】反平行流時の酸素濃度の計算結果を示すグラフである。

【図4】図４は、野菜栽培を行うグリーンハウスのガラス板を利用した２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電を説明する模式図である。

【図5A】図５Ａは、図４の太陽光進行の配置において、散乱体が横棒配置となっている場合のガラス板の構成を示す部分拡大模式図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａの散乱体配置においてＸ軸方向から見たガラス板の構成を示す部分拡大模式図である。

【図5C】図５Ｃは、グリーンハウスの側壁を構成するガラス板或いは樹脂板中を進行する光に対して、上記散乱体が横棒として配置される（図５Ａ）場合と縦棒として配置される（図５Ｂ）場合における相対透過効率を、散乱体の長手方向の長さ（棒長）で規格化した波長の関数として示す計算結果の図である。

【図6A】図６Ａは、ＣＯ_２ｐｕｓｈｉｅｒである各種キノコの二酸化炭素産生量をプロットした結果を示す図である。

【図6B】図６Ｂは、ＣＯ_２ｐｕｌｌｅｒである各種野菜や果実の酸素消費過程のインディケーターとして、その逆過程である二酸化炭素産生量をプロットした結果を示す図である。

【図7】図７は、キノコと野菜のペアリングの最適化を行った結果を示す図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る高エネルギー効率・高清浄環境システムの構成を示す模式図である。

【図9A】図９Ａは、図８の高エネルギー効率・高清浄環境システムの一方のブース内部で当該ミストを発生させたとき粒子の経時変化を示す図である。

【図9B】図９Ｂは、図８の高エネルギー効率・高清浄環境システムの他方のブース内部で当該ミストを発生させたとき粒子の経時変化を示す図である。

【図10】図１０は、図８の高エネルギー効率・高清浄環境システムの内部で当該ミストを発生させたとき粒子の経時変化を示す図である。

【図11A】図１１Ａは、クリーンユニットシステムプラットフォーム（ＣＵＳＰ）を適用したキノコのミニモデルによって実験した際のＣＯ_２濃度及び温度の経時変化の結果を示す図である。

【図11B】図１１Ｂは、クリーンユニットシステムプラットフォーム（ＣＵＳＰ）を適用したキノコのミニモデルによって実験した際の粒子数の経時変化の結果を示す図である。

【図11C】図１１Ｃは、クリーンユニットシステムプラットフォーム（ＣＵＳＰ）を適用したキノコのミニモデルによって実験した際の湿度の経時変化の結果を示す図である。

【図11D】図１１Ｄは、ガス交換膜を背面に備えた小形の直方体状のＣＵＳＰ構成のボックスに消毒機能付き高清浄環境システムを適用した一例を示す側面画像である。

【図11E】図１１Ｅは、ガス交換膜を背面に備えた小形の直方体状のＣＵＳＰ構成のボックスに消毒機能付き高清浄環境システムを適用した一例を示す斜視画像である。

【図12】図１２は、ブナシメジの二酸化炭素発生量を計算した結果をプロットしたものを示す図である。

【図13】図１３は、キノコの代謝分析において検出された各物質の濃度を示す図である。

【図14】図１４は、図１１のＣＵＳＰボックスを用いて、その中でアルコールを燃焼させた際の内部のガス分子濃度、湿度、温度の時間変化を示す図である。

【図15】図１５は、図１１のＣＵＳＰボックスを用いて、その中でアルコールを燃焼させた際の内部のガス分子濃度、湿度、温度の時間変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0033】

図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る高エネルギー効率・高清浄環境システム（以下、単に「清浄環境システム」ともいう）を閉空間に適用した実施例を示す断面図である。
図１において、清浄環境システム１００は、ガス交換ユニット２０と、ファンフィルターユニット３０とを備える。ガス交換ユニット２０と、ファンフィルターユニット３０とは、閉空間１０に配置されている。閉空間１０は、例えば、プレハブ、倉庫、テント、ビニルハウスのような壁または仕切部材で閉じられた空間を意味する。清浄環境システム１００は、濾過機能（ダスト微粒子の除去）とフレッシュエア導入機能（酸素の吸気と二酸化炭素の排気）の両機能の空間的な機能縮退が解かれている。即ち、濾過機能は、閉空間１０（閉空間１０の内部１１）に置かれたファンフィルターユニット３０によって発現され、フレッシュエア導入機能は、閉空間１０と外界１２との間でダスト微粒子を実質的に通さず、気体分子は通す膜（ガス交換膜）で隔てるガス交換ユニット２０によって発現される。これにより、濾過機能とフレッシュエア導入機能とが物理的に離れた別の場所で発現される。清浄環境システム１００が適用される閉空間１０は、外界１２との間に気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系（クローズド・エアフロー・システム）であるが、分子としてのやり取りは存在する。分子導通的には、オープンシステムになる（即ちオープン・モレキュラー・ディフュージョン・システムである）ということで、在来換気とは一線を画するシステムである。なお、閉空間１０は、窓や扉を有していてもよい。本実施形態において孤立閉鎖系（クローズド・エアフロー・システム）とは、窓や扉を閉じた状態で、内部１１と外界１２との間で気流としての気体の出入りが無い系であるが、ガス交換膜やガス交換ユニットを通じて、分子としての気体の出入りは許容する系である。

【0034】

ここで、在来換気とは、建築基準法など法令で定められた換気を意味する。建築基準法では、換気回数を住居の居室等は０．５回／ｈ以上、これ以外（非居住等）は０．３回／ｈ以上とすることが求められている。換気回数は、居室等の全体の空気が１時間あたりに入れ替わる回数が「換気回数」である。また、建築物における衛生的環境の確保に関する法律（ビル管理法）では、二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍ以下と設定することで、居室の適切な換気量を確保することが求められている。また、学校環境衛生基準では、換気の基準として、二酸化炭素濃度を１５００ｐｐｍ以下とすることが求められている。

【0035】

ガス交換ユニット２０（ＧＥＵ）は、ガス交換膜２５を備える。ガス交換膜２５は、閉空間１０の内部１１と外界１２との境界面、すなわち閉空間１０の気体（内気１ａ）と外界１２の気体（外気２ａ）との間の少なくとも一部に配置されている。ガス交換膜２５は、閉空間１０の気体（内気１ａ）と外界１２の気体（外気２ａ）の濃度勾配によって気体分子を交換する。閉空間１０の内部１１で酸素が消費されて酸素濃度が低下し、二酸化炭素が排出されて二酸化炭素濃度が上昇した場合、ガス交換膜２５は、外気２ａから内気１ａに向けて酸素を移動させ、内気１ａから外気２ａに向けて二酸化炭素を移動させることによってフレッシュエアを導入する。ガス交換ユニット２０は、内気１ａを取り込む内気入口と、ガス交換膜２５によって生成したフレッシュエア１ｂを放出するフレッシュエア出口とを有する。また、ガス交換ユニット２０は、外気２ａを取り込む外気入口と、ガス交換膜２５によって生成した酸素濃度が低く、二酸化炭素濃度が高い排ガス２ｂを放出する排ガス出口とを有する。ガス交換ユニット２０は、外気２ａをガス交換膜２５の外界１２側の表面に沿う方向に流す外界用送風装置（不図示）と、内部１１の気体をガス交換膜２５の内部１１側の表面に沿う方向に流す内部用送風装置（不図示）とを備える。空気の約７８体積％を占める窒素は、閉空間１０の内部１１と外界１２で濃度に差がないかあってもごくわずかである。このため、ガス交換ユニット２０では、内気１ａと外気２ａとの間で窒素は移動しないか移動してもごくわずかである。閉空間１０の内部１１と外界１２との間で交換される気体分子は、ほぼ酸素と二酸化炭素である。このため、閉空間１０と外界１２との気体分子の交換に伴う熱の拡散が起こりにくい。また、内気１ａおよび外気２ａは、ガス交換膜２５の表面に沿う方向に対向して対称的に流れ、ガス交換膜の両側での圧力差はほぼゼロであるので、気流に乗って移動する気中のダスト微粒子がガス交換膜を横切るための気流がゼロである。更に、内気１ａおよび外気２ａ中のダスト微粒子は（エアロゾルとして空気中を浮遊する新型コロナ等のウイルスを含め）空気の構成分子に比べ桁違いの大きさでありこれらが不織布等からなる目の極めて細かいガス交換膜をブラウン運動を伴う微粒子拡散プロセスによって横切る確率もほぼゼロである。こうして、ガス交換膜２５の厚み方向の（エアロゾルとして空気中を浮遊する新型コロナ等のウイルスを含む）ダスト微粒子拡散はほぼ無視することができる。即ち、ガス交換膜２５は、ダスト微粒子を実質的に通さない。

【0036】

ガス交換膜２５としては、例えば、不織布や和紙を用いることができる。特に不織布がポーラスな構造を持ち、空気層がガス交換膜面に垂直方向には相対的に大きな比率を占めると共に、不織布繊維は、専らガス交換膜面に沿った方向に延び、繊維に沿って走るフォノンが額交換膜面に垂直では無く、水平方向に主に伝搬するよう構成されたものが断熱性向上に向けて有効である（図３Ａの構造は、この一つの極限的な例であると見做せる）。

【0037】

清浄環境システム１００で用いるガス交換ユニット２０は、分子拡散と熱拡散を独立に制御する。次に、従来換気とガス交換ユニット２０とを分子拡散と熱拡散の観点から説明する。

【0038】

従来換気として、温度がＴ_ｏｕｔにある外界の空気を、閉空間の内部に風量Ｆ（単位：ｍ^３／ｓ）で導入する場合を想定する。時刻ｔ＋δｔにおける部屋の内部温度をＴ（ｔ＋δｔ）とし、閉空間の内部体積をＶ（単位：ｍ^３）、空気の密度をρ（単位：ｋｇ／ｍ^３）、比熱をＣ_ｐ（単位：Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とすると、時刻ｔ＋δｔにおける閉空間の内部の熱量ρＶＣ_ｐＴ（ｔ＋δｔ）（単位：Ｊ）は、下記の式（Ｉ）で表される。

【0039】

【数3】

【0040】

式（Ｉ）から、下記の式（ＩＩ）が得られる。

【0041】

【数4】

【0042】

さらに、式（ＩＩ）から、下記の式（ＩＩＩ）が得られる。

【0043】

【数5】

【0044】

これに対して、ガス交換ユニット２０を適用した閉空間１０において、内部１１に人がいて酸素を消費し、二酸化炭素を排出している場合を想定する。閉空間１０の壁や窓（図示せず）など外界１２と接する構造体部分の断熱性は十分高く、これらを介した熱の出入りはゼロとみなせるものとする。またガス交換ユニット２０に関しても、ガス交換膜以外の部分、即ち筐体やダクト継手など部分の断熱性も十分高く、これらを介した熱の出入りは近似的にゼロとみなせるものとする。この場合、熱の出入りはガス交換膜２５を介してのものとなり、ガス交換膜２５の密度をρ_Ｍ、ガス交換膜２５の比熱をＣ_Ｍとしてガス交換膜２５の熱伝導及び気体分子の出入りに伴う熱量の増減を考慮すると、時刻ｔ＋δｔにおける閉空間内の熱量ρＶＣ_ｐＴ（ｔ＋δｔ）（単位：Ｊ）は、下記の式（ＩＶ）で表される（内部で例えば人が活動しているとすると、ガス交換膜２５を介して酸素分子は流入、二酸化炭素分子は流出する）。

【0045】

【数6】

【0046】

ただし、式（ＩＶ）において、Ｖは閉空間１０の内部１１の体積（単位：ｍ^３）、Ｔ（ｔ）は時刻ｔにおける閉空間内部の温度（単位：Ｋ）、Ａはガス交換膜２５の面積（単位：ｍ^２）、Ｄ_Ｔはガス交換膜２５の熱拡散係数（単位：ｍ^２／ｓ）、Ｊ_ｉは、閉空間１０の内部１１と外界１２の濃度勾配（濃度差）に応じてガス交換膜を介して出入りするガス分子種ｉのフラックス（流束）（単位：１／（ｍ^２・ｓ））である。もし、ガス交換ユニットのガス交換膜以外の部分、即ち筐体やダクト継手などその他の部分を通じて部屋（閉空間）と外界の間に有限の熱伝導が残存する場合でも、これらの部分からの熱伝導分をガス交換膜を介した熱伝導分に加えたガス交換ユニット全体での熱伝導に対して改めてＤ_Ｔと定義することで以下の解析式はそのまま成立する。右辺第２項は、ガス交換膜２５を介した熱伝導による熱の出入りを、また、第３項は、分子一個あたり、オーダーにして約１ｋＴの熱エネルギーを運ぶとして、閉空間１０を出入りする分子に伴う熱の出入りを示す（ε_ｉは、分子が流出する際には－１、流入する際には、＋１を取る）。ここで、温度Ｔ_ｉは、分子種ｉの分子の移動元の温度、即ち、分子が流出するときは閉空間内部の温度Ｔ_ｉｎ、流入する際には、外部温度Ｔ_ｏｕｔを取る。人の活動に関わらない窒素の濃度は閉空間１０の内部１１と外界１２で共通であり、通常は、酸素と二酸化炭素を考えればよいので、式（ＩＶ）は、下記の式（Ｖ）に示すように簡略化できる。

【0047】

【数7】

【0048】

ただし、式（Ｖ）において、Ｊ_Ｏ２は酸素のフラックス（単位：１／（ｍ^２・ｓ））、Ｊ_ＣＯ２は二酸化炭素のフラックス（単位：１／（ｍ^２・ｓ））であり、関数形としては、各々の拡散係数を用いて、下記の式（ＶＩ）で与えられる。δＴ／δ_ｘを考えるに際しては、位置座標の原点として内外界面を取り、外側を正、内側を負ととる。右辺の第３項、第４項は、ガス交換膜２５を介した各々酸素分子、二酸化炭素分子の移動（拡散）に伴う熱量の出入りである。例えば、菌類・植物の成長やヒトの呼吸等に伴う水分の発生も厳密に考慮する場合は、上式の二酸化炭素の項の後に、同じく負号を伴う水蒸気のフラックスの項を追加してもよい。

【0049】

【数8】

【0050】

ただし、式（ＶＩ）において、φは閉空間１０の内部１１の単位体積当たりの当該ガス分子数（単位：１／ｍ^３）、Ｄはガス分子拡散係数（単位：ｍ^２／ｓ）であり、ガス交換膜２５に垂直な方向をｘ軸としたとき、∇はこのｘ軸方向の微分演算子である。

【0051】

式（Ｖ）より、下記の式（ＶＩＩ－ａ）と、酸素と二酸化炭素以外のガス分子も考慮した一般式（ＶＩＩ－ｂ）が得られる。

【0052】

【数9】

【0053】

【数10】

【0054】

前段の議論から分かるように、上記の式（ＶＩＩ－ａ）及び、式（ＶＩＩ－ｂ）において、右辺第１項はガス交換膜の熱伝導による項で、右辺第２項は、ガス分子交換による熱伝導による項である。ガス交換時における熱移動（温度変化）に対し、何が支配的な要素であるかが示された。即ち、熱流の支配要素が、（部屋全体およびガス交換ユニットＧＥＵ筐体の断熱性が担保された上では）ガス交換膜の熱伝導による寄与とガス分子交換による熱伝導による寄与の２つであることが解析的に明らかになった。また、第２項と３項は、独立に制御できる（同じガス交換能力を持ちながら、異なる伝導率を持つ不織布は無数に存在し得る）。更に、本発明では、この２つ項の存在が明示的に示され、峻別されたことで、エネルギー効率最適化に向けて、その技術思想の具現化を行うことができる。即ち、ガス交換に伴い分子が運ぶ熱量（上記式ＶＩＩ－ｂの右辺第２項）は、最低限の熱移動として甘受せざるを得ないが、ガス交換膜を通じての熱伝導による寄与（同式の右辺第１項）は、同第２項の分子移動とは独立であるので（ガス交換膜の面積Ａ、厚みＬ、密度ρ_Ｍ、前記ガス交換膜の比熱Ｃ_Ｍ、前記ガス交換膜の熱拡散係数Ｄ_Ｔを適切に設定することで）これを適切に制御できる（関連して、後出の式（Ｘ）及び式（１）参照のこと）。これにより、当該ガス交換膜を伝導により横切る熱量、すなわち内外出入熱流を制御することが可能となり、本発明における換気に於いて失われる熱量を、在来換気を適用した場合の換気で失われる熱量に比べ、制御性良く小さくすることが可能となり、高エネルギー効率・高清浄環境システムが実現する。

【0055】

呼吸または燃焼による酸素、二酸化炭素の変化の比は、呼吸商の値からも分かる通り、良い近似で１とみなせるので、δｔ→０の極限を取ると、式（ＶＩＩ－ａ）と、一般形の式（ＶＩＩ－ｂ）から式（ＶＩＩＩ－ａ）と、一般形の式（ＶＩＩＩ－ｂ）が得られる（クローズドエアフローシステムを用いた本発明の技術思想では、更に精度を上げて糖質、脂質、たんぱく質に対する呼吸商の差を弁別した高位の二酸化炭素プッシュプル・スマート農業が可能であることに留意されたい）。

【0056】

【数11】

【0057】

【数12】

【0058】

ガス交換膜２５の厚みＬは、閉空間１０のサイズに比べると２桁以上小さいので、δＴ／δ_ｘは、下記の式（ＩＸ）で示す差分で置き換えることがよい近似となる。

【0059】

【数13】

【0060】

在来換気の熱流入の式（ＩＩ）と、ガス交換ユニット２０を用いた拡散換気の熱流入の式（ＶＩＩＩ－ａ）と比較すると、式（ＩＸ）を踏まえて、下記の式（Ｘ）が得られる。

【0061】

【数14】

【0062】

また、在来換気の熱流入の式（ＩＩ）と、ガス交換ユニット２０を用いた拡散換気の熱流入の式（ＶＩＩＩ－ｂ）と比較すると、同じく式（ＩＸ）を踏まえて、下記の式（１）が得られる。

【0063】

【数15】

【0064】

上記の式（Ｘ）または式（１）を満たすようにガス交換膜（或いは段落００５２に記したガス交換ユニット全体）の熱拡散係数Ｄ_Ｔを有するガス交換ユニット２０は、在来換気と比較して温度変化を小さくすることができ、空調の消費電力を下げることができる。

【0065】

ここで、式（Ｘ）は、後述の式（ＸＩＶ）と式（ＸＶ）を結んだ際と同様の式変形によって、更に下記の式（ＸＩ）へと導かれる。

【0066】

【数16】

【0067】

さらに、式（ＸＩ）は、下記の式（ＸＩＩ）で表すことができる。

【0068】

【数17】

【0069】

これまでの式変形及び議論から分かるように、式（ＸＩＩ）において、左辺第１項はガス交換膜の熱伝導に起因する項で、左辺第２項は、ガス分子交換による熱伝導に起因する項である。ガス交換膜の熱伝導に起因する式（ＸＩＩ）の左辺第１項は、Ｄ_Ｔを小さくすることで十分小さくできる。他方、左辺第２項のｋＮ_Ａは気体定数Ｒ（＝８．３１４Ｊｍｏｌ^－１Ｋ^－１）に等しい。Ｃは、気体１モルあたりの体積で、２２．４Ｌ／ｍｏｌが良い近似である。ρは気体の密度で空気では１．３Ｋｇ／ｍ^３（二酸化炭素もほぼ等しいオーダーであり１．９Ｋｇ／ｍ^３）である。比熱Ｃ_ｐは、空気では約１０００ＪＫｇ^－１Ｋ^－１（二酸化炭素は、約８３７ＪＫｇ^－１Ｋ^－１）である。よって、式（ＸＶＩＩＩ）中のＫＮ_Ａ／ＣρＣ_ｐは、８．３１４Ｊｍｏｌ^－１Ｋ^－１／（２２．４Ｌ／ｍｏｌ・１．９Ｋｇ／ｍ^３・８３７０ＪＫｇ^－１Ｋ^－１）＝０．２３３～Ｏ（１）、即ち１のオーダーの数である。ＡＤ_ＣＯ２／Ｌは、クリーンユニットシステムプラットフォーム（ＣＵＳＰ）の換気性能への要求から在来系の要求換気風量（即ち、式（ＸＩＩ）の右辺のＦ）に等しいかややこれより大きいが、いずれにせよオーダーＦの量である。他方、η_ｉｎ－η_ｏｕｔは、閉空間１０の内部１１の二酸化炭素のバックグラウンド（或いは外界１２の二酸化炭素濃度）からの増分で、法令などにより１０００或いは１５００ｐｐｍであることが求められ、通常は、多くても数千ｐｐｍ以下であり、１万ｐｐｍ（１％）を超えることは健康維持の観点からも厳に忌避されている。従って、ガス分子交換による熱伝導に起因する式（ＸＩＩ）の左辺第２項は右辺に比べ２桁以上小さく、（上述の十分小さくできる式（ＸＩＩ）左辺第１項と相俟って）機械換気に比べて部屋内と外界の間で入れ替える気体分子の総量が圧倒的に小さいＧＥＵに基づく拡散換気の有効性が定量的に示された。なお、η_ｉｎ－η_ｏｕｔが１万ｐｐｍである場合、式（ＸＩＩ）は下記の式（２）で表される。

【0070】

【数18】

【0071】

上記の式（ＸＩＩ）および式（２）から、ガス交換を実現する分子移動に伴う熱量の移動は、つまり、左辺第２項の大きさは、本発明の技術的思想である拡散換気では、室内空気を全部入れ変えることによる在来換気に比べ、百分の一以下とできることが判る。トータルでの熱のロスを最小にするには、式（ＸＩＩ）および式（２）の左辺第１項が示す、ガス交換膜２５を介した熱伝導を極力小さくすることが有効であることが判る。上述の通り、薄手のガス交換膜２５を間に空気層を挟んで二重にしたり、ポーラスな不織布、あるいは長めの繊維がガス交換膜の膜面方向に走ることで、面に垂直な方向のフォノン伝導が抑えられた不織布などがこれに寄与する。これにより、式（ＸＩＩ）の不等式が成立し、在来換気に比べ、換気に伴う熱量の損失を少なくすることができる（ＳＤＧｓ実現などに向け、貢献することができる）。

【0072】

ガス交換ユニット２０は、外界１２との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する閉空間１０の気体と、外界１２の気体との間の少なくとも一部に配置され、閉空間１０の気体と外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜２５を有し、ガス交換膜２５を伝導により横切る熱量は、在来換気法を適用した場合の換気で失われる熱量に比べて十分に小さい。

【0073】

ガス交換ユニット２０はまた、外界１２との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する閉空間１０の気体と、外界１２の気体との間の少なくとも一部に配置され、閉空間１０の気体と外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜２５を有し、ガス交換膜２５の面積をＡ（単位：ｍ^２）、ガス交換膜２５の厚みをＬ（単位：ｍ）、ガス交換膜２５の密度をρ_Ｍ（単位：ｋｇ／ｍ^３）、ガス交換膜２５の比熱をＣ_Ｍ（単位：Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、ガス交換膜２５の熱拡散係数をＤ_Ｔ（単位：ｍ^２／ｓ）とし、ｋをボルツマン定数、空気の比熱をＣ_ｐ（単位：Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、空気の密度をρ（単位：ｋｇ／ｍ^３）、分子種ｉの拡散係数をＤ_ｉ（単位：ｍ^２／ｓ）、空気中の分子種ｉの単位体積当たりの数をφ_ｉ（単位：１／ｍ^３）、ガス交換膜２５を横切る方向の微分演算子をδ／δ_ｘ、閉空間１０に在来換気を適用した場合の必要換気風量をＦ（単位：ｍ^３／ｓ）としたときに、上記の式（１）を満足する構成とされている。

【0074】

また、ガス交換ユニット２０は、アボガドロ数をＮ_Ａ、系内の圧力における１モル当たりの気体体積をＣ（単位：ｍ^３）、二酸化炭素の熱拡散係数をＤ_ＣＯ２（単位：ｍ^２／ｓ）としたときに、上記の式（２）を満足する構成とされている。

【0075】

次に、閉空間１０の内部１１のガス分子濃度について説明する。閉空間１０の内部１１のガス分子濃度η（ｔ）は、下記の式（ＸＩＩＩ）の微分方程式を満足する。

【0076】

【数19】

【0077】

ただし、式（ＸＩＩＩ）において、Ａはガス交換膜２５の面積（単位：ｍ^２）、Ｌはガス交換膜２５の厚み（単位：ｍ）、Ｄはガス交換膜２５中の注目するガス分子（酸素分子等）の拡散係数（単位：ｍ^２／ｓ）、Ｂは閉空間１０の内部１１での呼吸等による酸素消費・二酸化炭素発生レート（消費される酸素では正の値となり、二酸化炭素やその他の体外に放出されるガスでは負の値となる）（単位：ｍ^３／ｓ）、η_０は閉空間１０の外界１２の当該ガス分子濃度（単位：無次元）である。

【0078】

孤立閉鎖系を構成する閉空間１０の内部１１においては、アボガドロ数をＮ_Ａ、系内の圧力（～１気圧）における１モル当たりの気体体積をＣ（単位：ｍ^３）、ガス交換膜２５を通して閉空間１０の内部１１に導入される注目するガス（酸素等）のフラックス（流束）をｊ（単位：１／（ｍ^２・ｓ））とすると、時刻ｔ＋δｔにおける当該ガスの体積Ｖη（ｔ＋δｔ）は、時刻ｔにおける当該ガスの体積Ｖη（ｔ）を使って、下記の式（ＸＩＶ）で表される。

【0079】

【数20】

【0080】

閉空間１０の内部１１では、ファンフィルターユニット３０により発生する空気流により、閉空間１０の内部の空気は十分早くかき回され十分早く空間的に均一化するので、閉空間１０の内部１１内の空気を構成するガス分子濃度の空間座標依存性を良い近似で無視することができる。上記式（ＸＩＶ）の右辺第３項は、ガス交換膜２５の両側（即ち閉空間１０の内部１１と外界１２）での当該ガスの濃度差（濃度勾配）のために流入してくる当該ガスの分子の数である（空気流としてではなく、分子の拡散として当該ガスが閉空間１０の内部１１に入ってくるのである）。式（ＸＩＶ）において、ｊは、前出の式（ＶＩ）で与えられる。式（ＸＩＩＩ）中のＬは、ガス交換膜２５の厚みであり、１００μｍオーダーであり、極めて薄く、閉空間１０の空間の差し渡し（数ｍ～数十ｍ）に比べ３桁以上程度小さい。このため、式（ＸＩＶ）は、下記の式（ＸＶ）と高い精度で近似することができる。

【0081】

【数21】

【0082】

境界条件としてｔ＝０の時の濃度η（０）は、外部の濃度η_０に等しく、式（ＸＩＩＩ）と式（ＸＩＶ）におけるのと同様に、当該ガスが酸素（または二酸化炭素）である場合は通常２０．９％程度（または４４０ｐｐｍ）である。式（ＸＩＶ）より、下記の式（ＸＶＩ）の微分方程式が導かれる。

【0083】

【数22】

【0084】

式（Ｖ）式の厳密解は、下記の式（ＸＶＩＩ）で表される。

【0085】

【数23】

【0086】

ここで、右辺のｅｘｐ（－［ＡＤ／Ｌ］ｔ／Ｖ）＝０とおくと、時刻ｔにおける当該ガスの濃度（例えば酸素濃度）は、下記の式（ＸＶＩＩＩ）で表される（式（ＸＶＩＩ）でｔ→∞とした場合に一致する）。

【0087】

【数24】

【0088】

例えば、式（ＸＶＩＩＩ）において、人が閉空間１０の内部１１に滞在することで、消費される酸素のようなガスの場合は、Ｂは正であるが、二酸化炭素のように閉空間内で生成するガスの場合は、Ｂは負の値を取る。

【0089】

式（ＸＶＩＩＩ）より、在来換気における機械換気風量Ｆ（単位：ｍ^３／ｓ）に当たる量は拡散換気ではＡＤ／Ｌ［次元解析を行うと、ｍ^２・ｍ^２／ｓ・１／ｍ＝ｍ^３／ｓであり、風量の次元に一致するもの］であり、Ｆ＝ＡＤ／Ｌの対応関係が成り立つ。当該拡散は、室温Ｔに対応する熱エネルギーｋＴによって、熱力学第２法則に従ってエントロピー増大の方向に生じるもので、原理的には電力を必要としない。拡散換気は、機械換気に比べ圧倒的に消費電力はより少なくて済む。

【0090】

即ち、図１に示す清浄環境システム１００のガス交換ユニット２０では、孤立閉鎖系を構成する閉空間１０の一部にガス交換膜２５を用いた分子拡散を通じて、閉空間１０の内部１１のガス分子濃度を制御することができる。ガス交換ユニット２０では、少なくともその一部に面積Ａ、厚みＬ、分子拡散係数Ｄを有するガス交換膜２５を用いることで、上記のＦ＝ＡＤ／Ｌなる対応原理（スケーリング則）に従って機械換気風量Ｆと同等の換気が実現できる。ガス分子濃度を空気流の出し入れに頼ることなく、対応の必要な分子のみに着目してその濃度を制御できる。窒素や室内空気に含まれる水蒸気成分も含め一回合切を入れ替えていた在来型機械換気と対照的に、本発明では、環境中立な成分である窒素を動かさず（かつ、内気の水蒸気成分も室内外水分子濃度に応じて、その差分のみ出し入れし）、また拡散を引き起こすものは空気を構成するガス分子の熱運動であるので特に付加的な電力も要しない、極めて省エネ効果の大きい重要な技術である。

【0091】

ガス交換ユニット２０において、閉空間１０の体積をＶ、ガス交換膜２５における着目する気体のガス分子拡散係数をＤ_ｉ、（ｉ＝１，．．Ｎ）（単位：ｍ^２／ｓ）、ガス交換膜２５の厚みをＬ（単位：ｍ）とした時、上記体積Ｖとガス交換膜２５の面積Ａ（単位：ｍ^２）とを、｛（Ｖ／Ａ）／（Ｄ／Ｌ）｝でスケーリングさせて設計が行われ、閉空間における当該着目する気体の消費または発生消費レートをＢｉ（単位：ｍ^３／ｓ）、外界１２と平衡状態にあり閉空間１０で当該着目する気体の消費または発生の無いときの当該ガスの体積をＶ_ｉ（単位：ｍ^３）、閉空間１０内における当該着目する気体の目標濃度をη_ｉ（単位：無次元）としたとき、ガス交換膜２５の面積Ａが下記の式（３）を満足するように設定されている構成とされている。

【0092】

【数25】

【0093】

上記ガスの一例として酸素ガスに着目する。この場合、ガス交換ユニット２０は、閉空間１０の内部１１の体積をＶ（単位：ｍ３）、ガス交換膜２５の酸素の拡散係数をＤ（単位：ｍ^２／ｓ）、前記ガス交換膜２５の厚みをＬ（単位：ｍ）としたとき、体積Ｖとガス交換膜２５の面積Ａ（単位：ｍ^２）とを、｛（Ｖ／Ａ）／（Ｄ／Ｌ）｝でスケーリングさせて設計が行われ、閉空間１０の内部１１の酸素消費レート（単位：ｍ^３／ｓ）をＢ、外界１２と平衡状態にあり閉空間１０の内部１１で酸素消費の無いときの酸素体積をＶ_Ｏ２（単位：ｍ^３）、閉空間１０内における目標酸素濃度（単位：無次元）をη（η＞０．１８）としたとき、ガス交換膜２５の面積Ａが下記の式（４）を満足するように設定されている構成とされている。

【0094】

【数26】

【0095】

ファンフィルターユニット３０は、閉空間１０の内気１ａを吸引する開口と、吸引された内気１ａを粒子数密度および分子濃度の双方に関して清浄化処理後、その全量を、清浄空気１ｃとして、再び、閉空間１０の内部１１に戻す吹き出し口とを有する。塵埃捕集効率γは０＜γ＜１である。ファンフィルターユニット３０としては、中性能フィルターを用いたファンフィルターユニット（ＦＦＵ）を利用することができる。ファンフィルターユニット３０は、閉空間１０の内気１ａを取り込んで、内気１ａ中のダスト微粒子を捕集して、ダスト微粒子濃度が低減した清浄空気１ｃを閉空間１０の内部１１に導入する。ここで、ダスト微粒子には、閉空間１０の内部１１に浮遊する微生物（ウイルスや細菌）、粉塵（ダニ、花粉、放射性物質を含む塵埃等）等を含む微粒子全般が含まれる。

【0096】

図１に示すような、少なくとも内外境界面の一部がガス交換膜２５により形成された閉空間１０の内部１１におけるダスト微粒子の数密度ｎ（ｔ）は、下記の式（ＸＩＸ）なる微分方程式で表される。

【0097】

【数27】

【0098】

ただし、式（ＸＩＸ）において、Ｖは閉空間１０の内部の体積（単位：ｍ^３）、Ｓは、使用者の衣服や家具などの外表面積と閉空間１０の内部１１の表面積の和（単位：ｍ^２）、σは単位面積・単位時間当たりのダスト微粒子発生量（単位：１／（ｍ^２・ｓ））、Ｆ_ｃはファンフィルターユニットの風量（単位：ｍ^３／ｓ）、γはファンフィルターユニットのダスト微粒子捕集効率（単位：無次元）である。

【0099】

式（ＸＩＸ）を解くと、下記の式（ＸＸ）が得られる。

【0100】

【数28】

【0101】

ただし、式（ＸＸ）において、ｔ＝０のときのダスト微粒子の数密度ｎ（０）＝Ｎ_０とした。ｔ＝∞のときのダスト微粒子の数密度ｎ（∞）は、下記の式（ＸＸＩ）で表される。

【0102】

【数29】

【0103】

在来系クリーンルームの濾過で使用されているＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルターは、γが極めて１に近く目詰まりしやすいのみならず、圧力損失も大きくならざるを得ないのに対し、本実施形態のシステムでは、式（ＸＸＩ）より分かるように、γが１に近いことは、必ずしも重要ではない。実際、図１Ｂに示すように、（後出の図９Ａ或いは図１０に示す実験で用いた）約９５％の塵埃捕集効率のフィルター（中性能フィルター）を備えたファンフィル―ユニット（ＦＦＵ）が、本発明のクローズドエアフローシステムにおいて齎すシステムとしてのトータルな塵埃捕集効率は、ＨＥＰＡ，ＵＬＰＡフィルターに勝るとも劣らない高性能を発揮しうる。図１Ｂで、粒径が大きいところで、捕集効率が高まるのは、粒径が大きいほど捕集されやすいというサイズ効果であり、粒径が非常に小さいところで、捕集効果が高まるのは、当該微粒と空気を構成する分子との衝突によるブラウン運動の振幅が大きくなる（衝突・散乱により微粒子の空間的な拡散が相対的に大きくなり、微粒子の方からフィルターの不織布繊維に突っ込んできて捕集される）ためである。内気が繰り返しＦＦＵを通過するための、一回通過当たりの塵埃補修効率はＨＥＰＡやＵＬＰＡに劣るものの、本システムはクローズドエアフローシステムであり、同じ空気が何度もＦＦＵを通過するため、本系における塵埃数の総和は、公比１－γで減少する無限級数の和に比例し、その収束値は、１／｛１－（１－γ）｝＝１／γに比例することとなり、まさに、上で求めた式（ＸＸＩ）のγ依存性に一致する。例えば、今、簡単のため、γ＝０．９の中性能フィルターであったとすると、１／γ＝１／０．９＝１．１１であり、理想的なγ＝１の場合（これは実際には目詰まり耐性の観点上、不可能である）に比べても、清浄度は１１％しか劣化しないが、相対的なフィルターの“目の粗さ”のお陰で、圧力損失的には大きく減少して、静穏性を得るとともに消費電力が非常に少なくて済む。更に、実際には、ファンフィルターユニットの運転を開始してから十分に時間が経った時（ｔ＞１０Ｖ／γＦ_ｃ）には実質的に式（ＸＸＩ）の究極のダスト微粒子数密度が得られる。すなわち高効率の浮遊粒子数制御が可能となることが分かった。またこれにより、重要な３つのパラメータのひとつである浮遊塵埃数（浮遊菌や菌含有エアロゾルを含む）の制御において、フィルターの目詰まりが僅少で痛まない、電力消費も極小の静穏清浄空間が実現し、ＳＤＧｓに大いに資することができる。この事実に、段落００５４に述べた、３つのパラメータのもう一つである内外出入熱流の制御において、極小の熱エネルギー損失性を実現できることに加え、更に、３つのパラメータの残る一つである段落００９０にも示したガス分子濃度の制御において、分子拡散が室温における熱エネルギーｋＴにより実現すること（在来の機械換気におけるファン駆動電力などの余分な電力を要しないこと）の計３つの相乗効果により、超低消費電力にて高清浄度、高空気質、高効率熱マネジメントが実現する。この重要３項目には、上述の通り、共通して拡散過程が内在または付随しており、本発明における３項目の飛躍的向上の実現には、発明者による浮遊粒子数、高空気質、内外出入熱流の３パラメータに内在または付随する拡散過程の制御の実現が大きく寄与している。すなわち本発明では、当該閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、当該３つのパラメータに内在または付随する拡散過程一気通貫で同時制御する高エネルギー効率・高清浄環境システムを実現することが可能となっている。上記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程の制御として、（上記３パラメータの順に）“数式（ＸＩＸ）～数式（ＸＸＩ）と図１Ｂに示す結果”、“数式（ＸＩＩＩ）～数式（ＸＶＩＩＩ）と数式（３）”、及び“数式（ＩＶ）～（ＸＩＩ）或いは数式（１）と数式（２）”をベースとして、清浄環境システム１００は、例えば、浮遊粒子計測器、ガス分子濃度計測器、湿度・温度計測器（制御器）の各種センサー及びファンフィルターユニットに電気的に接続されたコンピュータを備え、上記複数のセンサーからの入力信号に基づいて１又は複数のファンフィルターユニットの駆動を制御することができる。また、清浄環境システム１００は、上記入力信号に加えて、図２に示す環境モニタリング装置や図１４，図１５に示す各物質量を計測する計測器等の他の装置、センサーのうちの１又は複数からの入力信号に基づいて、１又は複数のファンフィルターユニットの駆動を制御してもよい。

【0104】

清浄環境システム１００は、クローズドエアフローシステムであるため、ファンフィルターユニット３０から導入された清浄空気１ｃの全量が、内気１ａとしてファンフィルターユニット３０の吸気口に還流する。このため、ファンフィルターユニット３０を連続的に作動させて、ファンフィルターユニット３０に内気１ａを繰り返し通過させることによって高い濾過効果を得ることができる。

【0105】

本実施形態の清浄環境システム１００では、ファンフィルターユニット３０が配置された閉空間１０で人類への有用生物を育てる。人類への有用生物とは、人類が有用し得る菌類、植物、動物などの生物を意味する。菌類としては、例えばキノコ類、植物としては、例えば野菜、果実などが挙げられる。人類とは、典型的にはヒトである。これにより、以下を実現可能とする。
（１）ＣＯ_２－ｐｕｌｌの食糧生産として、光合成を行う野菜の栽培や果実の栽培を取り、これと上記のＣＯ_２－ｐｕｓｈの食糧生産と結合することで、キノコ栽培の効率化と光合成増大による収量増加を両立する。
（２）資源としてのＣＯ_２のリユース・リサイクルに向けた体制を構築する。
（３）高い生産性と両立する持続的生産体系へ転換し、新システムを確立する。
（４）データ・ＡＩの活用による加工・流通の合理化を行うことで、ＣＯ_２－ｐｕｓｈの食糧生産、ＣＯ_２－ｐｕｌｌの食糧生産の各々、並びにその結合系で最適化する。
（５）クローズドエアフローシステムをデータ・ＡＩの活用した施設農業に組み込むことで、食糧生産を工業化し、食品ロスの削減など持続可能な消費の拡大を実現する。
（６）抗生物質耐性を有する細菌等の発生のリスクフリーな糞などの堆肥利用、次世代有機農業を実現する。
（７）鳥インフルエンザや口蹄疫などの病液のリスクの小さい、次世代ＣＯ_２－ｐｕｓｈ農業とＣＯ_２－ｐｕｌｌ食糧生産を結合する。
（８）上記の要素技術を展開することで、狭い国土の日本が、将来の宇宙農業実用化の一番乗りを果たすための要素技術を確立する。

【0106】

クリーンユニットシステムプラットフォーム（ＣＵＳＰ）の孤立性・閉鎖性を活用して、非接触、非侵襲にてＣＵＳＰ内に格納された生物種（動物、植物、菌類）の内部や体表面から出てくるガス或いは揮発性分子を検出し、定量的にモニタリング・分析することにより、例えば図２のような清浄環境システムにより、内部の高清浄性・無塵性・無菌性を維持しつつ、二酸化炭素を出す側（キノコ等）と二酸化炭素を引き込む側（野菜、果実）の栽培を結合させた二酸化炭素プッシュプル農業を実現することができる。

【0107】

図２は、本発明の第２実施形態に係る清浄環境システムを複数の閉空間に適用した実施例を示す平面図である。
図２に示すように、清浄環境システム２００は、ガス交換ユニット２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、ファンフィルターユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄとを含む。ガス交換ユニット２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、ファンフィルターユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄとは、それぞれ部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに配置されている。部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々は、壁または仕切部材で閉じられた空間を意味する。

【0108】

部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々は、扉６１を介して通路６２と隣接している。部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々と外部との間には前室６３が設けられており、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々は、扉６４を介して前室６３とも隣接している。前室６３と外部との間には扉６５が設けられている。通路６２にはファンフィルターユニット６６が、前室６３にはファンフィルターユニット６７がそれぞれ配置されている。

【0109】

ガス交換ユニット２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの気体と外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ（第１のガス交換膜）を有している。ファンフィルターユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、それぞれ部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに配置される。

【0110】

また、清浄環境システム２００は、ガス交換ユニット２０Ｅ，２０Ｆを更に含む。ガス交換ユニット２０Ｅは、部屋１０Ａの気体と部屋１０Ｂの気体との間の少なくとも一部に配置され、部屋１０Ａの気体と部屋１０Ｂの気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜２６Ａ（第２のガス交換膜）を有している。ガス交換ユニット２０Ｆは、部屋１０Ｃの気体と部屋１０Ｄの気体との間の少なくとも一部に配置され、部屋１０Ｃの気体と部屋１０Ｄの気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜２６Ｂ（第２のガス交換膜）を有している。ガス交換ユニット２０Ｅは、部屋１０Ａと部屋１０Ｂとを連通又は遮断する開口部を有していてもよい。また、ガス交換ユニット２０Ｆは、部屋１０Ｃと部屋１０Ｄとを連通又は遮断する開口部を有していてもよい。
そして、ＣＯ_２を排出する生物種（ＣＯ_２ ｐｕｓｈｅｒ）、例えばキノコが存在する部屋１０Ｂ，１０Ｄ内の空気と、ＣＯ_２を吸収する生物種（ＣＯ_２ ｐｕｌｌｅｒ）、例えば野菜が存在する部屋１０Ａ，１０Ｃ内の空気とが、ガス交換膜２６Ａ，２６Ｂを介して隣接している。

【0111】

図３Ａは、図２におけるガス交換ユニット２０Ａの模式図である。ガス交換ユニット２０Ａの構成は、内気１ａおよび外気２ａがガス交換膜２５の表面に沿う方向に並行して流れること以外は、第１実施形態のガス交換ユニット２０の構成と基本的に同じである。ガス交換ユニット２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの構成は、ガス交換ユニット２０Ａと同一である。

【0112】

ガス交換ユニット２０Ｅ（図２）では、部屋１０Ａ内の空気および部屋１０Ｂ内の空気がガス交換膜２６Ａの表面に沿う方向に並行して流れてもよいし、ガス交換膜２６Ａの表面に沿う方向に対向して対称的に流れてもよい。同様に、ガス交換ユニット２０Ｆでは、部屋１０Ｃ内の空気および部屋１０Ｄ内の空気がガス交換膜２６Ｂの表面に沿う方向に並行して流れてもよいし、ガス交換膜２６Ｂの表面に沿う方向に対向して対称的に流れてもよい。

【0113】

部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうちの少なくとも１つは、太陽光の導入が許容されるように透明部材で閉じられた空間である。例えば、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうちの部屋１０Ａ，１０Ｃは、典型的には、ガラス板で画定され、野菜などの光合成体を収容するグリーンハウスである。

【0114】

清浄環境システム２００は、部屋１０Ａを画定すると共に光導波路を構成するガラス板４１Ａ，４２Ａと、ガラス板４１Ａ，４２Ａのそれぞれに光学的に接続され、ガラス板４１Ａ，４１Ｂから太陽光のうちの一部の光成分が導入される太陽電池４３Ａ，４４Ａを備えている。清浄環境システム２００は、部屋１０Ｃを画定すると共に光導波路を構成するガラス板４１Ｃ，４２Ｃと、ガラス板４１Ｃ，４２Ｃのそれぞれに光学的に接続され、ガラス板４１Ｃ，４２Ｃから太陽光のうちの一部の光成分が導入される太陽電池４３Ｃ，４４Ｃを備えている。

【0115】

図４は、野菜栽培を行うグリーンハウスのガラス板４１Ａを利用した２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電を説明する模式図であり、図５Ａは、図４の太陽光進行の配置において、散乱体が横棒配置となっている場合を示す部分拡大模式図、図５Ｂは、図５Ａの散乱体配置においてＸ軸方向から見たガラス板４１Ａの構成を示す部分拡大模式図である。代表して、部屋１０Ａの一面に設けられる２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電を説明する。本実施形態では、部屋１０Ｃの一面にも、上記と同様の構成を有する２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電が設けられている。
図４に示すように、部屋１０Ａを画定するガラス板４１Ａは、例えば、ＳｉＯ_２を主成分とする母材４１１Ａと、母材４１１Ａ中に含有され、異方性をもって分散配置された長尺状の散乱体４１２Ａとを有している（図５Ａ及び図５Ｂ）。本実施形態では、散乱体４１２Ａは、その長手方向がＸ軸方向に沿って配向している。散乱体４１２Ａの材料は、例えば、効率的な散乱体として、気泡があげられる。ガラス板４１Ａの形成方法としては、例えば、母材前駆体中に存在する球形の気泡をガラスの延伸により延伸方向に沿って紡錘体或いは棒状の構造を形成することができる。部屋１０Ａを画定する部材は、ガラス板４１Ａに限らず、樹脂板であってもよい。また、ガラス板や樹脂板での散乱体は、気泡に限られず、導波路の母材であるガラスや樹脂と異なる屈折率を持つ（考慮する波長隊の光に対しできるだけ透明に近い）物質が母材に添加されていてもよい。

【0116】

図５Ｃは、グリーンハウスの側壁を構成するガラス板或いは樹脂板中を進行する光に対して、上記散乱体が横棒として配置される（図５Ａ）場合と縦棒として配置される（図５Ｂ）場合における相対透過効率を、散乱体の長手方向の長さ（棒長）で規格化した波長の関数として示す計算結果の図である。図５Ｃより、上記の気泡が横棒として配置される場合は、相対的に赤、青に比べ緑色帯の光波長に対して散乱が増えるが、縦棒として配置される場合はあまり波長（色）に依存することなく散乱が少ないことが分る。ガラス板４１Ａの主面に太陽光が入射すると、該太陽光のうち緑色の光成分が、ガラス板４１Ａ内で散乱体４１２Ａによって当該散乱体４１２Ａの配向方向、すなわちガラス板４１Ａの面内方向（Ｘ軸方向）に沿って進行する。このようにガラス板４１Ａは、太陽光のうち赤色の光成分と青色の光成分を透過し、緑色の光成分を当該ガラス板４１Ａ内を端面に向かって導波させる２次元導波路をなしている。赤色の光成分及び青色の光成分はグリーンハウス内の植物の育成に使用され、また緑色の光成分は、ガラス板４１Ａ内を導波して、ガラス板４１Ａの端面に配置された太陽電池の光電変換素子により電力に転換される。本構成によれば、部屋１０Ａ，１０Ｃ内に存在する野菜の成長にはほとんど影響を与えず、太陽光のうちの緑色の光成分を使って２次元導波路を用いた２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電を行い、この電力を蓄電することで、夜間のＬＥＤ光による人工栽培の電力の一部を賄うことができる。

【0117】

本実施形態では、太陽光あるいは人工光を併用することを想定しており、太陽光利用時には、赤色の光成分と青色の光成分は、グリーンハウス内に透過させるものの、葉緑素が緑色であることからも分かるように光合成であまり用いられない緑色の光成分は、２ＤＰＲＣＳの導波路としてのガラス板の端面へガラス面自体を導波路として導き、ガラス板の端面に設置されている太陽電池で電力に変換して蓄電することで、夜間の人工光による野菜栽培時の電力の一部として利用することができる。これにより、太陽光発電と農業を同時に且つ同じ場所で行うことができるという核心的かつ革新的な技術が提供される。キノコ、野菜ともに計画生産が可能となるので、食品ロスの削減になり、価格の安定と相俟って、持続可能な消費の拡大へ繋げることができる。更に、高付加価値の総合的農業・畜産・養鶏（スマート農業・畜産・養鶏・食用昆虫養育）を実現し、最終的には、ＣＵＳＰ閉鎖環境と親和性のある宇宙空間ＣＯ_２ゼロエミッション農業を実現する。

【0118】

また、清浄環境システム２００は、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれに配置された環境モニタリング装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄを備えていてもよい。ユーザは、外部に設置された遠隔環境制御・モニタリング室５１にて、環境モニタリング装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄによって、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれに存在する１又は複数の生物種をモニタリングすることができる。更に、清浄環境システム２００は、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれに対応して設置された湿度・温度制御器５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを備えていてもよい。これにより、部屋１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの湿度及び／又は温度を制御することができる。

【0119】

図１に示すガス交換ユニット２０（以下、単にＧＥＵともいう）は、以下のような構造を持つ。
ＧＥＵのガス交換能力を最大化する為に、以下の理論考察を行い有用な結果を得た。今、ＧＥＵにおける分子拡散による換気（室内気と外気間のガス交換）を考える。前出の式（ＸＩＶ）、

【0120】

【数30】

において、微小時間変化ｄｔは、ＧＥＵの気体の流速ｖを用いて、ｄｘ／ｖでおきかえることができる。また、図３ＡのＧＥＵにおいて、ガス交換が定常状態に達しているとすると、時間に対する変化はないとして、空間に沿っての分布のみを考えればよい（上記の場合は、フィルトレーション用のＦＦＵの風量Ｆで室内気がかき混ぜられ、拡散と相まって、濃度が室内で空間的に一定であり、時間変化のみを考えればよかったのと、時間変数ｔと空間変数ｘを丁度入れ替えた状況になっていることは極めて好対照であり、興味深い）。

【0121】

さて、まず平行流の場合は、区間（ｘ、ｘ＋ｄｘ）において、外気側と内気側で気体分子拡散により酸素濃度が変化するが、外気については、ｘからｘ＋ｄｘに位置が変わるとその地点の酸素濃度は、内気側の酸素濃度が外気に比べて相対的に低いので、その濃度差に応じて、酸素分子は内気側に拡散するので、酸素濃度はその分低下し、ｘ＝ｘ＋ｄｘにおける酸素濃度は

【0122】

【数31】

で与えられる。他方、ＧＥＵにおける内気側の酸素濃度は、外気側で減った分、増加して

【0123】

【数32】

となる。

【0124】

ここで、区間（ｘ，ｘ＋ｄｘ）と奥行き（ｙ）方向の単位長さで張られる面積がＡであり、これにｚ方向の長さ（図３Ａのガス交換膜と筐体壁の間の距離ｄ）で張られる空間の体積がＶであるので、Ａ／Ｖ＝１／ｄと置き換えることができる。上記式（６）において、右辺第一項を左辺に移項して、δｘで除し、δｘ→０の極限を取ることにより、２つの微分方程式が得られる。ＧＥＵの外気通路においては、

【0125】

【数33】

となり、内気側においては、

【0126】

【数34】

となる。式（７），式（８）を足し引きすると

【0127】

【数35】

及び、

【0128】

【数36】

が得られる。

【0129】

まず式（９）は、簡単に積分され、Ｃ_１を積分定数として、

【0130】

【数37】

が得られる。次に、式（１０）は、η_ｏｕｔ（ｘ）－ η_ｉｎ（ｘ）＝Ｘと変数変換すると、

【0131】

【数38】

となることから、Ｃ_２を積分定数として、

【0132】

【数39】

が得られ、従って、

【0133】

【数40】

が得られる。
式（１２）と式（８’）より

【0134】

【数41】

及び、

【0135】

【数42】

が得られる。
境界条件として、ＧＥＵの入口＝０で、外気、内気は、各々、η_ｈｉｇｈ及びη_ｌｏｗなる一定値であるとすると

【0136】

【数43】

及び、

【0137】

【数44】

となり、

【0138】

【数45】

及び、

【0139】

【数46】

が得られる。

【0140】

【数47】

及び、

【0141】

【数48】

が得られる。式（２０），式（２１）より、ｘが大きいとき（即ちＧＥＵの風流方向の長さｌを十分長くすると）、内気、外気ともに、各々のｘ＝０における値の平均値である（η_ｈｉｇｈ＋η_ｌｏｗ）／２に収束することがわかる。実際、図３Ｂに示すように、平行流において相対的に流速が遅く十分拡散が起こると、酸素濃度は、室内機と外気の平均の値に収束することが分かる。

【0142】

次に、ＧＥＵにおける内気と外気が反平行流である場合を考える。外気は、平行流の場合と同じようにｘ＝０において導入されるものとし、内気側は、平行流の場合と１８０度方向を転換し、ｘ＝ｌから、ｘ＝０に向かって流すことで、反平行流を形成するものとする。
上記の反平行流の設定の下では、外気については平行流の場合と同様に、ｘからｘ＋ｄｘに位置が変わるとその地点の酸素濃度は、内気側の酸素濃度が外気に比べて相対的に低いので、両者の濃度差に応じて、酸素分子は内気側に拡散するので、ｘ＝ｘ＋ｄｘにおける酸素濃度は、式（５）と全く同じく

【0143】

【数49】

で与えられる（ここでＡ／Ｖ＝１／ｄを用いた）。

【0144】

他方、内気については、平行流の場合と１８０度異なる方向に気体が流れるので、式（６）でｖを－ｖで置き換えて

【0145】

【数50】

を得る（ここでもＡ／Ｖ＝１／ｄを用いた）。右辺第一項を左辺に移項して、δｘで除し、δｘ→０の極限を取ることにより、２つの微分方程式が得られる。ＧＥＵの外気通路においては、式（７）と同形で、

【0146】

【数51】

となり、内気側においては、式（８）と（ｖ→－ｖにより）右辺の符号が逆転し、

【0147】

【数52】

となる。
式（２４）と式（２５）の右辺は同一なので、両式の差をとることで

【0148】

【数53】

を得、これを積分して

【0149】

【数54】

が求まる。他方、式（２７）を式（２４）に代入すると、

【0150】

【数55】

となり、

【0151】

【数56】

と求まる。
ここでも境界条件としては、ＧＥＵの外気、内気各々の入口で、それぞれη_ｈｉｇｈ及びη_ｌｏｗなる一定値であるので、

【0152】

【数57】

及び、

【0153】

【数58】

である。
式（２９）と式（３０）より、Ｃ’＝η_ｈｉｇｈとわかるので、式（２９）は

【0154】

【数59】

となり、また式（２７），式（３１），式（３２）より

【0155】

【数60】

となる。これから

【0156】

【数61】

と求まる。
従って、反平行流の時、

【0157】

【数62】

及び、

【0158】

【数63】

と求まる。
式（３６）より、内気出口での内気の酸素濃度η_ｉｎ（ｌ）は、Ｌｖｄ／Ｄｌが小さいほど、η_ｈｉｇｈに近づくことが分かる。実際、図３Ｃに示すように、反平行流において十分拡散が起こるよう（低流速や薄いガス交換膜厚など）に設定すると、内気と外気の間で酸素濃度を（従って二酸化炭素濃度も同時に）完全に入れ替えることができるという世界初の重要な結果が得られた（ここで、線のオーバーラップを回避して明瞭に示すべく、横軸は各入口からの距離をとってプロットしている。外気については、図３Ｂと全く同様であるが、内気については、図３Ｃでは、ｌ－ｘについてのプロットとなっていることに留意されたい）。ここでは、空気の構成気体であり、人間を含む動植物生命体の活動により消費される酸素について例示したが、同じく空気の構成気体であり、人間を含む動植物生命体の活動により産生される二酸化炭素についても、全く同様に成り立つ（一般に、この他の含有分子濃度についても同様である）ことに留意されたい。当然、酸素、二酸化炭素と同様に空気の主要構成体である窒素に関しても成立するが、酸素や二酸化炭素と違って、人間を含む動植物生命体の活動によってその濃度が増減することはなく、従って濃度勾配による拡散が生起せず、よって（ガス交換ユニット内の）ガス交換膜を横切って室内気と外気の間で遣り取りされることが無く、窒素は不動であることが極めて重要である（このことが、換気に置ける熱損（エネルギー損失）の極小化に大きく寄与する）。部屋と外界を間仕切る壁の断熱性が十分高い部屋に対しては、ガス交換ユニットを通じての拡散換気においては、生命活動に伴って変動する酸素と二酸化炭素のみが、高々最大でも、各々５０００ｐｐｍ程度、従って合計でも空気の約１％程度が室内外間でやり取りされるにすぎず、暖房あるいは冷房された室内と外界の間で換気に伴って出入りする熱流のロスは、空気全体を入れ替える在来型換気に比べ、究極的に１％程度に抑えることができる（解析式及び定量的分析については、段落００５３～００５５参照のこと）。塵埃数、ガス分子濃度、及び熱流の制御が三位一体で可能な高エネルギー効率・高清浄環境システムが実現できる。

【0159】

上記を踏まえて、第１実施形態のガス交換ユニット２０を最適化することができる。
ガス交換ユニット２０は、閉空間１０の内部気体（内気１ａ）をガス交換膜２５の表面に沿う第１方向に流す送風機と、外界の気体（外気２ａ）をガス交換膜２５の表面に沿う第２方向に流す送風機とを有し、該ガス交換ユニット２０において上記第１方向に流れる気体と上記第２方向に流れる気体とが略反平行（好ましくは反平行）である対向流を形成し、着目する気体の当該ガス交換ユニット２０中の拡散係数をＤ，気体流方向のガス交換膜長さをｌ、集積されたガス交換膜の面間隔をｄ、気体の流速をｖ、ガス交換膜の厚みをＬとした時に、次の式（３７）を満たすことが好ましい。

【0160】

【数64】

式３７の左不等式において、等号を含まないのは、（ＤＬ／ｄｖＬ＝１の時には式３６からわかるようにＧＥＵ出口で外気と内気の平均値となり、平行流の場合と同一結果となることから）最低限平行流の場合よりも高いガス交換効率を得るためである。また、式３７の左不等式における数字については、下限値が４であれば、ＧＥＵ出口において外気のガス分子濃度の約８割まで達しうるからである。

【0161】

第２実施形態のガス交換ユニット２０Ａを最適化することもできる。
具体的には、ガス交換ユニット２０Ａは、部屋１０Ａの内部気体（内気１ａ）をガス交換膜２５Ａの表面に沿う第１方向に流す送風機と、外界の気体（外気２ａ）をガス交換膜２５Ａの表面に沿う第２方向に流す送風機とを有し、該ガス交換ユニット２０Ａにおいて上記第１方向に流れる気体と上記第２方向に流れる気体とが略反平行（好ましくは反平行）である対向流を形成し、着目する気体の当該ガス交換ユニット２０Ａ中の拡散係数をＤ，気体流方向のガス交換膜長さをｌ、集積されたガス交換膜の面間隔をｄ、気体の流速をｖ、ガス交換膜の厚みをＬとした時に、式（３７）を満たすことが好ましい。
また、ガス交換ユニット２０Ａと同様、ガス交換ユニット２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、それぞれ、部屋１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの内部気体（内気１ａ）をガス交換膜２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの表面に沿う第１方向に流す送風機と、外界の気体（外気２ａ）をガス交換膜の表面に沿う第２方向に流す送風機とを有し、ガス交換ユニット２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄにおいて上記第１方向に流れる気体と上記第２方向に流れる気体とが略反平行（好ましくは反平行）である対向流を形成し、式（３７）を満たすように構成されるのが好ましい。

【0162】

次に、クローズドエアフローシステムを利用したＣＯ_２プッシュプル農業システムの要素技術について説明する。各種キノコが、５℃、１０℃、２０℃において単位重量当たり放出する二酸化炭素量が株式会社精工鮮度保持研究室より報告されているが、このデータを基に絶対温度に置き換えて、その逆数の関数として二酸化炭素産生量をプロットした結果を図６Ａに示す。これらは、二酸化炭素を産生するので、ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとすることができる。さて、これらのＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとしてのエリンギ、原木しいたけは傾きが大きく、舞茸やシメジなどのその他のキノコに比べ、活性化エネルギーが大きいことが示唆される。次に、二酸化炭素の濃度が高い方が光合成の効率が高まる植物や果実群は、ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒと捉えることができる。今、ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒとして、例えば野菜における光合成について考察する。光合成における光化学反応は、ほとんど温度依存性を示さないので（非特許文献４）、植物の呼吸と光合成は、同じ化学反応式の逆過程（＝時間反転過程）であり、光の有無のみが差異であるので（上述の通り、光化学反応は、ほとんど温度依存性を示さない）良い近似で、植物の呼吸過程と光合成で同じ活性化エネルギーを持つと考えてよい。従って、野菜や果実群のＣＯ_２－ｐｕｌｌの過程、即ち、それらの光合成の結果としての酸素の産生量について、その逆過程（ＣＯ_２の産生量）を考察することで、その活性化エネルギーを良い近似で見積もることができる。植物や果実群について、図６Ａと同様のプロットを行うと、図６Ｂを得る。図６Ａおよび図６Ｂより、キノコ種、植物種に応じて、アレニウスプロットの傾きは各々異なるが、大きく分けて、やや大きめのものと小さめのものと、２つの傾きが存在することが見て取れる。

【0163】

傾きの等しいＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒを組み合わせて、隣接して栽培すると温度の変化に対しても、需給のバランスを崩すことなく、キノコ／野菜栽培を行うことができる。ＣＯ_２キノコと野菜のペアリングの最適化を行った結果を図７に示すこの他にも、図６Ａと図６Ｂの中から傾きの等しいキノコ／野菜を選択することで、他のいろいろなペアリングが可能である。当該活性化エネルギーの大きさが等しいか或いは近いキノコと野菜の組み合わせを選び、キノコの収穫安定と野菜（果物）の収量増大の結合を図る。図７に示すように、舞茸、ブナシメジは、活性化エネルギーがエリンギに比べて小さく、レタスの活性化エネルギーとほぼ等しいことから、ペアリングの対象としてブナシメジ・レタス、或いは、舞茸・レタスが好ましい。また、上述の酸素産生量の活性化エネルギーと比べることで最適なキノコ・野菜のペアリングを決定することも可能である。即ち、ＣＵＳＰ・ＧＥＭによってもたらされるクローズドエアフローシステムの特徴を生かして、ＣＯ_２プッシュプル農業システムの要素技術の同定を実験結果を基に行う。ＣＵＳＰを使ったキノコの代謝測定実験における粒径別浮遊塵埃粒子数を時間の関数として行う。キノコ存在下であっても、数分の内にクラス１０００以下の高清浄に達する。

【0164】

ＣＵＳＰ・ＧＥＭによってもたらされるクローズドエアフローシステムの特徴を生かして、キノコ類、特に、黒舞茸の活性化エネルギーの算出を行い、高清浄環境下の黒舞茸のモデル生産システムを実現できる。なた、野菜（果実）用のモデル生産システムをＣＵＳＰ・ＧＥＭによってもたらされるクローズドエアフローシステムを基に立ち上げ、野菜のＯ_２発生の活性化エルギーの算出を行し、キノコのＣＯ_２発生の活性化エルギーと合わせて、最適ペアリングを選択できる。

【0165】

また、他の菌類や動物への展開も可能である。例えば、ＣＯ_２－ｐｕｓｈ作物（ＣＯ_２発生源）として納豆、麹、パン酵母等を選択し、これらの発酵過程に、更には、動物（特に、昆虫から鶏、豚）へと拡張することもできる。特に、この場合、本システムのクローズドエアフローシステムにより、外界の影響を受けないので、上述したような動物の殺処分をも回避でき、生命倫理上も、かつ経済的損失を未然に防ぐ意味でも、その意義は極めて大きい。また、ＣＯ_２－ｐｕｌｌ作物（ＣＯ_２同化作物）として、ミドリムシや他の光合成緑藻類に展開することができる。これらのＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒの結合系のための要素項目を同定し、清浄空間の特性を生かして、抗生物質の使用の少ない養鶏や養豚と野菜栽培の結合のための基礎を築く。こうして育てた動物の糞は、抗生物質耐性菌の発生の心配が無いので、有機農業へと展開することができる。また、光合成緑藻類の収穫増大に成功すれば、燃料材への道が拓ける。更には、図２に示すＣＯ_２ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌの構造に耐圧性や減圧下でも耐えうる高気密性を付与することで、この構造を転用して、閉空間である海中（深海）或いは宇宙空間への展開（宇宙農業）も可能である。即ち、ＣＵＳＰクローズドエアフローシステムの特徴を生かし、当該ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒの動物を「ヒト」とすることで、近未来に人類が、海中（深海）や宇宙空間に進出した際の高清浄な生活空間の創成と、人間活動による生成二酸化炭素の減縮と消費酸素の補充とを両立可能な効率的な野菜や果実の栽培を通じた食糧確保、即ち、閉空間［海中、宇宙］農業の基礎を築くことができる。実際、ＣＯ_２ ｐｕｓｈ・ｐｕｌｌ 生物系互恵共存の観点から見た場合、図７に示すように、ヒトの二酸化炭素産生量は、ブナシメジのラインと舞茸のラインの中間に位置しており、ヒトも、このＣＯ_２ ｐｕｓｈ・ｐｕｌｌシステムに自然に組み込むことができることが見て取れる。このように、ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒの組合せは、特に制限されず、本実施形態に係る清浄環境システムが設置される環境やニーズに応じて選択可能である。

【0166】

また、クローズドエアフローシステムにおける環境モニタリングを実現することもかのうである。従来では、モニタリングを行いながらの栽培は原理的に不可能であるところ、本発明ではこれが可能となり、環境モニタリング装置によって取得した情報に基づいてフィードバックを行いながら、効率的な高品質のキノコ・野菜（果物）の栽培が可能となる。更に、環境モニタリング装置によって取得した情報を用いて、栽培上のビッグデータ蓄積を行うこともできる。

【0167】

クローズドエアフローシステムを利用したＣＯ_２プッシュプル農業システムの要素技術の確立については、従来、対応物が存在しないが、今回のキノコ・野菜栽培結合系を第１ステップとするＣＯ_２プッシュプル食物生産装置により、野菜の収量増加と二酸化炭素の気中排出量低減を両立することができる。

【0168】

また、本発明の清浄環境システムは、クローズドエアフローシステム、即ち、或る閉空間内に置かれた空気濾過装置（ファンフィルターユニット：ＦＦＵ）を用いる際、その吐出量の全てが当該ＦＦＵの給気口に戻る１００％循環フィードバックシステムを採用すると共に、フレッシュエア導入を空気流によるものではなく、ガス分子の拡散に基づくことで実現するクローズドエアフロー清浄環境（本発明者により、日本国及び外国で計２０件以上の特許が成立済）がベースとなる技術である。今回、本発明の技術思想をキノコ栽培、野菜（果物）栽培に展開すると共に、これらの結合栽培システムにも応用する。

【0169】

更に、ＣＵＳＰ機構により空気中を漂う塵埃が僅少であることを利用して、部屋内部のあらゆる２次元面の表面の除菌を実現できる。図８は、第３実施形態に係る清浄環境システムの構成を示す模式図である。清浄環境システム３００は、ブース３０１Ａ，３０１Ｂにそれぞれ配置されたファンフィルターユニット３０２Ａ，３０２Ｂと、ブース３０１Ａ，３０１Ｂの間仕切り部に設けられたガス交換膜３０３を有している。清浄環境システム３００は、プッシュプル連結ＣＵＳＰブースであり、ブース３０１ＡがＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとしてのキノコ用ＣＵＳＰ、ブース３０１ＢがＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒとしての野菜用ＣＵＳＰを構成している。ブース３０１Ａ，３０１Ｂには、それぞれパーティクルカウンタ３０４Ａ，３０４Ｂが設置されている。

【0170】

要時生成型亜塩素酸イオン水溶液（ＭＡ－Ｔ）などの有用成分を含む液体のミストを生成して、清浄環境システム３００の内部で当該ミストを発生させたとき粒子の経時変化を図９Ａ，図９Ｂ及び図１０に示す。この実験で用いたＦＦＵは、パナソニックＦ－ＰＤＦ３５や、日立空気清浄機ＥＰ－ＪＺ３０であるが、本発明技術思想であるクローズドエアフローシステムにあっては両者はほぼ同等な清浄度を与えることが判った。この実験結果から、ミストの粒径分布を抑えつつ、定量的に噴霧量をモニターできていることが分かる。純水では粒径が大きいほど遠距離到達率が高く、化学物質含有ミストでは、遠距離到達率の粒径依存性が小さいことが判明している。よってキノコの培地や栽培室の内表面などあらゆる２次元面の除菌、殺菌などに有効であると期待される。３次元空間の防除はＣＵＳＰ機構により行えるので、２次元的にも、３次元的にも、本事業の二酸化炭素プッシュプル農業の研究開発・改良することができている。

【0171】

図１１Ａ～図１１Ｃは、クリーンユニットシステムプラットフォーム（ＣＵＳＰ）を適用したキノコ栽培のモデルボックスによって実験した結果を示す図である。ミニモデルとしての生育器は、その大きさが約３０ｃｍ×３０ｃｍ×４０ｃｍであり、ガス交換膜と、ファンフィルターユニットとを有している。また、この生育器は、閉空間に収容されキノコの生育状況・代謝をモニタリングすることが可能に構成された生育器である。図１１Ａ中、縦軸が二酸化炭素濃度で横軸が時間であり、図１１Ｂ中、縦軸が粒子数で横軸が時間、図１１Ｃ中、縦軸が閉空間内の湿度で縦軸が時間である。
時刻ｔ＝６００分までは、温度約２２．５度Ｃにおける生育状況であり、図１１Ａより、この温度では二酸化炭素濃度が約３７００ｐｐｍ程度で飽和することが判る。ｔ＝６００分を過ぎると夜半、温度が低下し、ｔ＝８００分以降は温度が１８度Ｃでほぼ一定で、この時の二酸化炭素濃度が約１８００ｐｐｍ程度で下げ止まることが分かった。また、一酸化炭素（ＣＯ）やＶＯＣ（揮発性有機化合物）、温度・湿度などキノコ栽培モニタリングに有用なパラメータの同定が可能であることが分かった。

【0172】

このモデルボックスは消毒機能付き清浄環境システムを組み込むことが可能で、各種の栽培生物体、特に、きのこ類や有用食物（食用植物、食用昆虫等）の栽培または育成に適用することができる。図１１Ｄ，図１１Ｅは、式（ＸＸ）におけるγＦ／Ｖや式（ＸＶＩＩ）におけるＡＤ／ＬＶの項が示すスケーリング則にしたがって、２０ｃｍ×１０ｃｍの大きさを有するガス交換膜１３ａを背面に備えた小形の直方体状のＣＵＳＰ構成のボックスに消毒機能付き高清浄環境システムを適用した一例を示す画像である。このＣＵＳＰボックスは床が約３０ｃｍ×４０ｃｍの矩形形状を有し、高さが約３０ｃｍである。このＣＵＳＰボックスでは、床に設置された小型のＦＦＵを用いてＣＵＳＰが構成されている。ボックス内に殺菌ミスト発生器、粒子計測器、ＣＯ_２、Ｏ_２、ＣＯ、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）等の各種ガスの濃度を測定するガス濃度測定器（理研計器社製、ポケッタブルマルチガスモニター：ＧＸ－２００９、及びＧＸ－３Ｒ）、二酸化炭素測定器（ＬＵＴＲＯＮ社製）、温度および湿度の計測が可能な温湿度計（ＯＲＩＯＮ社製 Ｄｅｗ Ｐｏｉｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ ＭＧ４０）を設置した。栽培を行う栽培生物体はＣＵＳＰボックス床に置かれるようになっている。温度及び湿度のペデスタル値を制御するために、ＣＵＳＰボックスの内部および外部（ボックスの設置環境）の各々に、ヒータ、加湿器、温度計、湿度計が設けられている。ここでは、外部に温湿度計（ＣＥＭ社製、ＤＴ３３２１）を用いた。そして、ＣＵＳＰボックス内のＦＦＵを動作させて浮遊塵埃粒子数を減少させた後、殺菌ミスト発生器によりＭＡ－Ｔ等の殺菌ミストを発生させてボックス内の全２次元表面を消毒した後、ボックスの床に置かれた紙製の入れ物に栽培生物体の例として重さ約３５０～５００ｇのしめじを格納し、ＣＵＳＰボックス内の各種環境数値をモニターした。図１１Ａ～図１１Ｃはその実験結果である。本実験では、開始後６００分後に、ＣＵＳＰボックスが置かれた部屋の空調をストップし、暫時外界の温度を下げつつボックス内のＣＯ_２濃度、温度および塵埃粒子数を測定した。塵埃粒子数測定には、ＭｅｔＯｎｅ ＨＨＰＣ３＋を用いた。実験開始時ｔ＝０においては、ＣＵＳＰボックスの設置環境温度は約２１℃であったが、ボックス内は、しめじの生体活動により温度が約２２．５℃と外界より約２度上昇している。図１１Ｂに示すように、ＣＵＳＰボックス内部の浮遊塵埃粒子数が、数分で外界の約千分の一まで減少し、清浄度が急速に高まる（ほぼ無菌状態となっている）ことが分かる。その後、一旦塵埃粒子数が増加した後、１０時間くらいかけて、ゆっくりと清浄度が上昇し、実験開始後８００分で、ＵＳ ＦＥＤ ２０９Ｄクラス２０の高清浄度が達成できることが分かった。ＣＯ_２濃度は、実験開始後、しめじの生体活動を反映して上昇するが、飽和傾向にあることが分かる。これは、ＣＯ_２濃度差に応じてガス交換膜（図１１Ｅ中、ＣＵＳＰボックス左側面の白い膜）が機能していることを示している。特に、このＣＵＳＰボックスを設置した部屋の空調が切れて室内温度が減少に転じる（最終的には約１６℃まで低下する）と、しめじの代謝も減少し、ＣＯ_２濃度が図１１Ａの右端に示すように約１８００ｐｐｍまで減少することが分かる。後出の式（４２）、式（４６）からこの状況におけるＣＯ_２発生量（とＯ_２濃度［Ｏ_２減少量］）からしめじの代謝量）を計算でき、しめじの代謝をモニターしつつ栽培することができることが示される。

【0173】

即ち、ここで体積Ｖを有する部屋内の時刻ｔにおける二酸化炭素量濃度をη_（ｔ）とすると、キノコの代謝による単位時間当たりの二酸化炭素発生量をｍ^３／ｓとして、時刻ｔ＋δｔにおける部屋内の二酸化炭素量は、時刻ｔにおけるそれを用いて、以下のように与えられる。

【0174】

【数65】

式（３８）の右辺第２項が時間間隔ｔの間に発生する二酸化炭素量であり、第３項はガス交換膜を介して部屋内外を拡散に拠り出入りする二酸化炭素量である。ｊは二酸化炭素フラックスであり、Ａはガス交換膜面積、Ｎ_Ａはアボガドロ数で、Ｃは比例係数（気体１モルあたりの体積）である。これより、微分方程式

【0175】

【数66】

が得られる。フラックスｊは

【0176】

【数67】

で与えられることを用いた。ここでφは単位体積当たりの二酸化炭素分子数で、Ｄは二酸化炭素分子のガス交換膜内での拡散係数である。Ｖは、位置座標による微分演算子で、閉空間の外を＋、内側を－と定義する。
ガス交換膜の厚みが空間サイズに比べ十分に小さい場合には、式（３９）の微分演算子は、良い近似で厚みＬのガス交換膜内外の差分で置き換えられるので、式（３９）は以下の式（４１）へと還元される。

【0177】

【数68】

ここでη_０外界の二酸化炭素濃度で、通常４４０ｐｐｍ程度である。
時刻ｔ＝０で、内部の二酸化炭素濃度は外界で等しいとの境界条件を取ると、式（４１）の解は、

【0178】

【数69】

と求まる。この式から、濃度飽和後の初期値からの増分は、

【0179】

【数70】

となることが分る。これから、キノコの代謝量（二酸化炭素発生レート）が

【0180】

【数71】

と求まる。ＣＵＳＰという孤立閉鎖系を用いていることから、解析的に代謝量を求めることができ、ＣＵＳＰの高清浄（＝空中浮遊菌が僅少である）環境を利用した、定量的な農業が可能であることが初めて示された。

【0181】

ＣＵＳＰボックスにて用いたガス交換膜の面積Ａ＝１０ｃｍ×２０ｃｍ＝２００ｃｍ＾２であり、ガス交換膜厚みＬは約１６０ｕｍである。また、Ｄは約１Ｅ－７ｍ＾２／ｓであることが分っている（文献１）。他方、図１１Ａより、ＣＵＳＰボックス設置温度Ｔ＝２３℃では、二酸化炭素濃度はｔ＝５８０分でほぼ飽和し、増分は約３０００ｐｐｍであることが分る。これらの値を式に代入すると

【0182】

【数72】

となる。使用ブナしめじは約３８７ｇであったので、これからブナシメジ１Ｋｇ当たりでは
ｍ＾３／ｓ＝１０００Ｌ／ｓ
２２．４Ｌ＝１ｍｏｌ
１ｍｏｌ＝４４ｇ
１ｈ＝３６００ｓ

を代入すると
Ｂ＝８１０ｍｇ／ｈｏｕｒ ｆｏｒ １Ｋｇ ブナシメジと求まる。

【0183】

次に、図１１Ａに示す実験の後半部（ｔ＝６００分以降）を解析する。この部分は、二酸化炭素濃度の初期値３５００ｐｐｍから、雰囲気温度１８℃での二酸化炭素発生量（これは、同２３℃におけるそれよりも小さい）において、系が平衡状態になる場合として解析することができる。系が従う微分方程式である式（４１）

【0184】

【数73】

はここでも成立するが、境界条件が（Ｔ＝６００分で、リセットし）この時点ｔ＝０として、この時点の初期二酸化炭素濃度η_(０)が上記の３５００ｐｐｍとなる。
この時の解は

【0185】

【数74】

と求まる。十分時間がたった時、右辺は、η_０＋Ｂ’Ｌ／ＡＤに収束するので、バックグランドη_０からの増分をΔとすると、

【0186】

【数75】

により、Ｂ’が求まる。図１１から増分Δ＝１５００ｐｐｍとわかるので
Ｂ’＝４．４Ｅ－８ｍ＾３／ｓ
である。

【0187】

上記と同様に１Ｋｇあたりに正規化すると、
Ｂ’＝４００ｍｇ／ｈｏｕｒ ｆｏｒ １Ｋｇ ブナシメジと求まる。これをプロットしたものを図１２に示す。図１２中、白丸のデータがブナシメジである。しめじのデータ直線とかなり良好な一致を示しており、クローズドエアフローシステムである本技術思想の汎用性ならびに優位性を示している。

【0188】

このように、清浄環境下でしめじ等キノコ類の栽培が可能であることが実証された。特に、図１１Ｂの１０００分以降に示されているように、約ｔ＝８００分で、最低塵埃粒子数に達した後、各粒径で塵埃粒子数が増加し、その数が最終的に粒径に依らないというしめじの活動状況が確認された。また、設置環境の湿度が２５～２７％であった場合に、クローズドエアフローシステムながら、ガス交換膜を介して分子的に外界と導通するＣＵＳＰボックス内は、図１１Ｃに示すように、典型的には約８０％と外部より数十％高い値となることも分かった（この結果より式（４２）［ここでＢは、二酸化炭素の場合と同様、酸素の場合とは逆符号を取る］を基に、内部での水分子の発生量を定量的に把握することができる）。１４００分後に一旦ＣＵＳＰボックスを室内大気解放すると、図１１Ｂのｔ＝１３００分と１７００分の間の断続部分に示されるように、粒径０．３μｍおよび０．５μｍの粒子数は、外界（室内のＣＵＳＰ設置環境）の塵埃粒子数に等しい値まで上昇し、粒径２μｍの粒子数は減少する。この状態をしばらく続けた後、再び、ｔ＝１７００分でＣＵＳＰボックスを閉めて、本システムを動作させると、ＣＵＳＰ機構により、粒径０．３μｍおよび０．５μｍの粒子はｔ＝０の実験開始直後の減少レートで、直ちに減少するが、この間、逆に、粒径２μｍの粒子は増加し、再び、粒径に依らない塵埃粒子数が観測された。このように、当該状況におけるしめじの特異な活動状況を、高精度にモニタリングできていることが示された。これまでは、空気を入れ替えることにより内部環境の整備（特にＣＯ_２濃度の制御）がなされて、温湿度のロスや、外界からの雑菌の流入のリスクにさらされていたのと大きく異なり、本発明では、式（４２），（４６）に基づき（基本的には分子毎に異なる拡散係数Ｄに留意しつつ、ガス交換膜の面積Ａを適切に設定することで）、内部での浮遊塵埃・菌数を減少させることがもたらす無菌状態という好ましい生育環境において、ＣＯ_２濃度など環境パラメータをきちんと所定の値に制御したキノコ等菌類の他、有用植物や有用生物などの有用生物の栽培・育成が可能となることが示された。清浄環境であることにより農薬などの使用を極力抑え、かつ、クローズドエアフローシステムがもたらす内供ガス濃度の定量的な把握により、キノコを含む各種作物の生育もまた定量的にモニタリングすることを可能として、近未来のスマート農業の基礎となると期待される。

【0189】

また、ＣＵＳＰ・ＧＥＵ系のクローズドエアフローシステム性の直接の帰結として、図１３に示すように、キノコの代謝分析において、二酸化炭素、酸素の濃度変化の他にも、一酸化炭素やＶＯＣ（揮発性有機物質）を時間の関数として定量的に検出することもできている。また図１４，図１５に示すように、農業応用時に必要な、各種ガスに加え、アルコールや湿度、温度の変化に対しても、適切なバックグランド（外挿値から求まる平衡状態の値）を差しい引いた後の値を用いることで、制度高く定量的な分子拡散係数や熱拡散系を求めることもできる。図１４及び図１５は、図１１のＣＵＳＰボックスを用いて、その中でアルコールを燃焼させた際の内部のガス分子濃度、湿度、温度の時間変化を示す図である。特にＶＯＣ（揮発性有機化合物）の測定は、植物の持つ事項防衛のための化学物質の放散や、「成熟ホルモン」「老化ホルモン」と言われるエチレンガスなどの測定も可能であることを示しており、クローズドエアフローシステムの農業（特に温室栽培などの閉鎖系での）応用時の有効性の証左である。また、一酸化炭素ＣＯの検出は、キノコ向上における死亡事故の報告（非特許文献１）にも関連が深いと考えられ、クローズドエアフローシステムであることを活用して、ガス濃度を精度よく測定することのできる本技術思想の、より安全なキノコ栽培を可能とする上での有為性を示している。即ち、近年キノコ栽培も盛んになっているが、十分な注意を払わないと死亡事故が発生する事案が報告されている。特に、カナダとタイにおけるキノコ栽培工場での死亡事例は、掛かる事故が先進国か否かによらず発生し得る危険な状況であることを示しているが、本発明の技術思想を以って、これらを未然に防ぎうる意義は非常に大きい。

【0190】

無菌・無塵環境の下、図１１Ａに示すように、内部ガス分子濃度（特に二酸化炭素と酸素）の計測により代謝の分析を基に作物生産の安定化、最適化を可能とするモニタリングを行うことができる。栽培作物（ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒ及び、ＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒ）毎に必要なモニタリングパラメータを同定し、その測定装置、配置、データサンプリング、伝送、データ処理（ＡＩ，ビッグデータ活用）を確立できる。特に、ＣＯ_２－ｐｕｓｈｅｒとＣＯ_２－ｐｕｌｌｅｒの結合系に対してのモニタリングシステムを構築することができる。

【0191】

キノコ栽培においては、キノコに害をもたらす菌の発生を抑える必要があるが、在来型のクリーンルームでは、非常に効率が悪いことが分かっている。図１１Ｂは図１１ＡのキノコＣＵＳＰ実験時に同時に計測した内部の浮遊塵埃数であり、キノコ生育下でもクラス１００程度の手術室なみの高清浄度、即ち、無菌環境が実現することが示された。キノコ等生物体の無菌環境下育成装置として使用しうることが実証されている。

【0192】

ＣＵＳＰ・ＧＥＵ系により実現する（図１１Ｂ参照）無菌・無塵環境の下、今までは極めて難しかった、防除薬剤を用いずに得られる無菌環境の提供により、キノコと野菜の計画的な生産を実現する。これをベースに、食の安全性の高いスマート農業、スマート食用昆虫育成、スマート畜産業（養鶏、養豚）のための要素技術を確立した。また、ＣＯ_２プッシュプル農業システムの要素技術の同定を行うとともに、キノコ類の活性化エネルギーの算出を行い、黒舞茸モデル生産システムの立ち上げを実行し、モデル生産システムのキノコ・野菜用個別生産を行うことができる。

【0193】

また、ＣＵＳＰ・ＧＥＭによってもたらされるクローズドエアフローシステムの特徴を生かして、ＣＯ_２プッシュプル農業システムにおける環境モニタリングの基礎実験をおこなうことで要素技術の同定を行うことができた。また、測定装置を導入して、データ処理スキーム（データ取得、伝送、解析＆フィードバック）を実行する方法ならびにシステムを明らかにした。本発明において開示された、従来と一線を画するところの拡散に基づく革命的な換気技術により、空気を含むあらゆる閉空間へ適用を広げることができる。これまでの換気は、対流による自然換気や機械換気を含め、全て気流によって行われるオープンエアフローシステムであり、気体が分子からなるという科学的知見に基づく換気は残念ながらこれまでは一切実現していなかった。気体が分子から成ることを踏まえれば、オープンエアフローシステムにおけるメカニカル換気に代わって、クローズドエアフローシステムおける拡散換気が実現できる。クローズドエアフロー系であることにより、ＣＯ_２プッシュプル農業応用のみならず、対放射性塵埃防御性や新型コロナを種々の感染症への効率的な対策を行うことができる。空気が関係するあらゆる空間、および分野に対し、省エネルギー性・高効率熱マネジメント性において、非連続的な跳躍・向上を可能とする。次世代の低消費電力の高清浄環境技術を（気体が分子から成るという、言わば当たり前であるが、しかし今まで換気においては全く活用されてこなかった科学的知見を生かして）抜本的に再構築することで、耐環境性の向上やＳＤＧｓの達成に本質的に寄与できる今までにない全く新しい省エネルギーでサステナブルなＥｎｅｒｇｏ－ｅｎｖｉｏｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ（新エネルギー・環境系）を創造することを本発明は可能とする。

【0194】

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

【0195】

例えば、２ＤＰＲＣＳの受光部の表面構造は平面型に限定されるものではない。受光部の表面構造は波状であってもよい。また、円柱側面を活用して、上に突、下に突の円柱側面を接続して波状の表面構造をとりながらも、建築物の側壁を覆うこともできる。ファンフィルターユニットは、雨露をしのげるなど耐候性が担保されれば、前記部屋または閉空間の外、即ち外界に配置することも可能である上述の実施の形態において挙げた数値、構造、構成、形状、配置等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、配置等を用いてもよい。

【符号の説明】

【0196】

１ａ 内気
１ｂ フレッシュエア
２ａ 外気
２ｂ 排ガス
１０ 閉空間
１０Ａ 部屋
１０Ｂ 部屋
１０Ｃ 部屋
１０Ｄ 部屋
１１ 内部
１２ 外界
１３ａ ガス交換膜
２０ ガス交換ユニット
２０Ａ ガス交換ユニット
２０Ｂ ガス交換ユニット
２０Ｃ ガス交換ユニット
２０Ｄ ガス交換ユニット
２０Ｅ ガス交換ユニット
２０Ｆ ガス交換ユニット
２５ ガス交換膜
２５Ａ ガス交換膜
２５Ｂ ガス交換膜
２５Ｃ ガス交換膜
２５Ｄ ガス交換膜
２６Ａ ガス交換膜
２６Ｂ ガス交換膜
３０ ファンフィルターユニット
３０Ａ ファンフィルターユニット
３０Ｂ ファンフィルターユニット
３０Ｃ ファンフィルターユニット
３０Ｄ ファンフィルターユニット
４１Ａ ガラス板
４１Ｂ ガラス板
４１Ｃ ガラス板
４２Ａ ガラス板
４２Ｃ ガラス板
４３Ａ 太陽電池
４３Ｃ 太陽電池
４４Ａ 太陽電池
４４Ｃ 太陽電池
５０Ａ 環境モニタリング装置
５０Ｂ 環境モニタリング装置
５０Ｃ 環境モニタリング装置
５０Ｄ 環境モニタリング装置
５１ 遠隔環境制御・モニタリング室
５２Ａ 湿度・温度制御器
５２Ｂ 湿度・温度制御器
５２Ｃ 湿度・温度制御器
５２Ｄ 湿度・温度制御器
６１ 扉
６２ 通路
６３ 前室
６４ 扉
６５ 扉
６６ ファンフィルターユニット
６７ ファンフィルターユニット
１００ 清浄環境システム
２００ 清浄環境システム
３００ 清浄環境システム
３０１Ａ ブース
３０１Ｂ ブース
３０２Ａ ファンフィルターユニット
３０２Ｂ ファンフィルターユニット
３０３ ガス交換膜
３０４Ａ パーティクルカウンタ
３０４Ｂ パーティクルカウンタ
４１１Ａ 母材
４１２Ａ 散乱材

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図11E】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】