特開 2025-154019 循環システム

(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】P2025154019

(43)【公開日】2025-10-10

(54)【発明の名称】循環システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 9/24 20060101AFI20251002BHJP

【ＦＩ】

A01G9/24 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024056787

(22)【出願日】2024-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】520122976

【氏名又は名称】株式会社シーナ・コーポレーション

(71)【出願人】

【識別番号】524123399

【氏名又は名称】スカイウォータージャパン合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000464

【氏名又は名称】弁理士法人いしい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】世良 友識

【テーマコード（参考）】

2B029

【Ｆターム（参考）】

2B029XA03

2B029XA10

(57)【要約】

【課題】水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域であっても、植物工場を実現可能な循環システム１を提供できるようにする。
【解決手段】本願発明の循環システム１は、栽培装置６を内部に収容した閉鎖系施設２と、収集した空気中の水蒸気を水として取り出す大気水生成装置３と、栽培装置６の植物Ｐに潅水を行う潅水装置４とを備える。大気水生成装置３の装置給気口１９と装置排気口２０との両方を閉鎖系施設２内に臨ませて、大気水生成装置３を介して閉鎖系施設２内の室内空気を循環させるように構成する。潅水装置４は、大気水生成装置３にて抽出された水を栽培装置６の植物Ｐに散布するように構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

栽培装置を内部に収容した閉鎖系施設と、収集した空気中の水蒸気を水として取り出す大気水生成装置と、前記栽培装置の植物に潅水を行う潅水装置とを備えており、
前記大気水生成装置の装置給気口と装置排気口との両方を前記閉鎖系施設内に臨ませて、前記大気水生成装置を介して前記閉鎖系施設内の室内空気を循環させるように構成されており、前記潅水装置は、前記大気水生成装置にて抽出された水を前記栽培装置の植物に散布するように構成されている、
循環システム。

【請求項2】

養殖水槽を内部に収容した閉鎖系施設と、収集した空気中の水蒸気を水として取り出す大気水生成装置と、前記養殖水槽に水を供給する給水装置とを備えており、
前記大気水生成装置の装置給気口と装置排気口との両方を前記閉鎖系施設内に臨ませて、前記大気水生成装置を介して前記閉鎖系施設内の室内空気を循環させるように構成されており、前記給水装置は、前記大気水生成装置にて抽出された水を前記養殖水槽に供給するように構成されている、
循環システム。

【請求項3】

前記大気水生成装置は、前記閉鎖系施設内に配置されている、
請求項１または２に記載した循環システム。

【請求項4】

前記大気水生成装置にて抽出された水を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の水位を検出する貯留槽水位センサと、前記閉鎖系施設外の室外空気と前記室内空気との熱交換を行う熱交換器と、コントローラとを備えており、
前記熱交換器は、前記室外空気を前記熱交換器に取り入れて前記閉鎖系施設内に供給する給気ブロワと、前記室内空気を前記熱交換器に取り入れて前記閉鎖系施設外に排出する排気ブロワと、前記熱交換器に取り入れる前記室外空気の流量を調節する外気ダンパーと、前記熱交換器から排出する室内空気の流量を調節する排気ダンパーとを有しており、
前記コントローラは、前記貯留槽水位センサの検出値に基づき、前記外気ダンパーおよび前記排気ダンパーを開閉させて前記給気ブロワおよび前記排気ブロワを作動または停止させる、
請求項１または２に記載した循環システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、植物工場や陸上養殖を実現可能な循環システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、世界的な人口増加や食の安全意識の高まりから、露地栽培等に不向きな土地であっても農作物を安全かつ計画的に栽培することが可能な植物工場の技術に注目が集まっている（例えば特許文献１等参照）。また同様に、例えば地下水や上水道等の水源から離れた場所であっても設置することが可能な陸上養殖の技術も有望視されている（例えば特許文献２等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７８５９８号公報

【特許文献2】特許第６７８４８７９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば砂漠や乾燥地域のように、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域において、上記技術を導入すれば、きわめて有意義なものになると解される。しかし、この種の地域では一般的に水の供給が難しいため、水の定期的な補給を必要不可欠とする上記技術をそのまま採用できないという問題があった。

【0005】

一方、大気空気から水を生成する大気水生成装置が最近注目されている。この種の大気水生成装置では、水蒸気を含む空気の温度を露点温度より低くして水蒸気を強制的に凝縮させ、液化した水を収集する。空気中には常に水蒸気が含まれているから、空気中の水蒸気を液体の水に変える大気水生成装置は、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域での水問題を解消する方策の一つとして期待されている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願発明は、上記のような現状を検討して、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域であっても、植物工場や陸上養殖を実現可能な循環システムを提供することを技術的課題としたものである。

【0007】

請求項１の発明に係る循環システムは、栽培装置を内部に収容した閉鎖系施設と、収集した空気中の水蒸気を水として取り出す大気水生成装置と、前記栽培装置の植物に潅水を行う潅水装置とを備えており、前記大気水生成装置の装置給気口と装置排気口との両方を前記閉鎖系施設内に臨ませて、前記大気水生成装置を介して前記閉鎖系施設内の室内空気を循環させるように構成されており、前記潅水装置は、前記大気水生成装置にて抽出された水を前記栽培装置の植物に散布するように構成されているというものである。

【0008】

請求項２の発明に係る循環システムは、養殖水槽を内部に収容した閉鎖系施設と、収集した空気中の水蒸気を水として取り出す大気水生成装置と、前記養殖水槽に水を供給する給水装置とを備えており、前記大気水生成装置の装置給気口と装置排気口との両方を前記閉鎖系施設内に臨ませて、前記大気水生成装置を介して前記閉鎖系施設内の室内空気を循環させるように構成されており、前記給水装置は、前記大気水生成装置にて抽出された水を前記養殖水槽に供給するように構成されているというものである。

【0009】

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した循環システムにおいて、前記大気水生成装置は、前記閉鎖系施設内に配置されているというものである。

【0010】

請求項４の発明は、請求項１または２に記載した循環システムにおいて、前記大気水生成装置にて抽出された水を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の水位を検出する貯留槽水位センサと、前記閉鎖系施設外の室外空気と前記室内空気との熱交換を行う熱交換器と、コントローラとを備えており、前記熱交換器は、前記室外空気を前記熱交換器に取り入れて前記閉鎖系施設内に供給する給気ブロワと、前記室内空気を前記熱交換器に取り入れて前記閉鎖系施設外に排出する排気ブロワと、前記熱交換器に取り入れる前記室外空気の流量を調節する外気ダンパーと、前記熱交換器から排出する室内空気の流量を調節する排気ダンパーとを有しており、前記コントローラは、前記貯留槽水位センサの検出値に基づき、前記外気ダンパーおよび前記排気ダンパーを開閉させて前記給気ブロワおよび前記排気ブロワを作動または停止させるというものである。

【発明の効果】

【0011】

本願発明によると、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域であっても、空気中の水蒸気を有効利用して、植物工場や陸上養殖を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態の循環システムを示す概略説明図である。

【図2】大気水生成装置の冷媒回路を説明する概略説明図である。

【図3】循環システムのハードウェア構成を示すブロック図である。

【図4】熱交換器制御のフローチャートである。

【図5】第２実施形態の循環システムを示す概略説明図である。

【図6】循環システムのハードウェア構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づき説明する。図面には好ましい実施形態を示しているが、多くの異なる形態で実施することが可能であり、本願明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。

【0014】

はじめに、図１および図２を参照しながら、第１実施形態の循環システム１の概要について説明する。第１実施形態の循環システム１は、栽培装置としての栽培棚６を内部に収容した閉鎖系施設２と、収集した空気中の水蒸気を水として取り出す大気水生成装置３と、栽培棚６の各植物Ｐに潅水を行う潅水装置４とを備えている。閉鎖系施設２は、例えば発泡ポリスチレンや発泡ウレタン製等のボード材によって屋根、壁および床を取り囲んでなる閉鎖系の建屋である。閉鎖系施設２の気密性および断熱性は、きわめて高いものである。図１では閉鎖系施設２を概念的に二点鎖線で表し、出入口や窓の記載を省略している。

【0015】

図１および図２に示す大気水生成装置３は、水蒸気を含む空気の温度を露点温度より低くして水蒸気を強制的に凝縮させ水を抽出するものである。大気水生成装置３は、圧縮機１２、凝縮器１３、膨張弁１４および蒸発器１５を冷媒配管１６で閉回路状に接続した冷媒回路１１と、大気水生成装置３内に空気を取り込む蒸発器ファン１７と、大気水生成装置３外へ空気を排出する凝縮器ファン１８とを備えている。第１実施形態の大気水生成装置３は、閉鎖系施設２内に配置されている。すなわち、大気水生成装置３は、作動環境のよい場所に置かれるため、安定的に作動でき故障しにくい。

【0016】

圧縮機１２は、冷媒配管１６内の冷媒を圧縮するものである。凝縮器１３は、凝縮器１３を通過する空気を用いて、圧縮した冷媒を冷却して液化させるものである。膨張弁１４は、液化した冷媒を断熱膨張させるものである。蒸発器１５は、蒸発器１５を通過する空気を用いて、膨張した冷媒を加熱して蒸発させるものである。

【0017】

冷媒回路１１、蒸発器ファン１７および凝縮器ファン１８は、略箱型の筐体１０内に配置されている。筐体１０には、筐体１０内外を連通させる装置給気口１９および装置排気口２０を開口させている。装置給気口１９には、蒸発器１５を介して蒸発器ファン１７を対峙させている。装置排気口２０には、凝縮器ファン１８を介して凝縮器１３を対峙させている。筐体１０内のうち蒸発器１５の下方には、蒸発器１５で強制的に凝縮させ液化した水を受けるドレンパン２１が配置されている。ドレンパン２１内には、ドレンパン２１の水位を検出するドレンパン水位センサ２２が設けられている。なお、筐体１０内には、凝縮器１３周辺の温度を検出する凝縮器温度センサ２３と、蒸発器１５周辺の温度を検出する蒸発器温度センサ２４とが配置されている。

【0018】

主に蒸発器ファン１７の駆動にて筐体１０外から装置給気口１９を経て筐体１０内に取り込まれた空気は、蒸発器１５および凝縮器１３を通過したのち、主に凝縮器ファン１８の駆動にて装置排気口２０から筐体１０外に排出される。ここで、圧縮機１２から吐出された冷媒は、凝縮器１３から膨張弁１４を経て蒸発器１５に順次に流れて、圧縮機１２に戻るという冷房サイクルが実行される。

【0019】

すなわち、冷媒配管１６内の冷媒は、蒸発器１５の箇所を流れる際に、蒸発器１５を通過する空気から熱を奪って蒸発する。このとき、蒸発器１５表面は、露点温度より低い温度に冷やされ、通過中の空気に含まれる水蒸気は、蒸発器１５表面に結露し、水となって下方のドレンパン２１に滴下して回収される。なお、蒸発器１５を通過して冷却された空気は、凝縮器１３を通過する際に、圧縮された冷媒から熱を奪ってから、装置排気口２０経由で筐体１０外に排出される。

【0020】

第１実施形態では、大気水生成装置３（筐体１０）の装置給気口１９および装置排気口２０の両方を閉鎖系施設２内に臨ませている。この場合、閉鎖系施設２内に大気水生成装置３が配置されているため、筐体１０の装置給気口１９および装置排気口２０は、両方とも当然に、閉鎖系施設２内に位置している。換言すると、閉鎖系施設２内と大気水生成装置３の筐体１０内とは、装置給気口１９および装置排気口２０を介して連通している。

【0021】

閉鎖系施設２内の室内空気は、主に蒸発器ファン１７の駆動にて装置給気口１９から筐体１０内に取り込まれ、蒸発器１２および凝縮器１４を通過したのち、主に凝縮器ファン１８の駆動にて装置排気口２０から閉鎖系施設２内に戻される。すなわち、閉鎖系施設２内の室内空気は、大気水生成装置３を介して循環するように構成されている。このため、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域であっても、閉鎖系施設２内の室内空気中の水蒸気を有効利用して水を調達できる。なお、大気水生成装置３を閉鎖系施設２外に配置した場合、装置給気口１９と装置排気口２０とにそれぞれダクトを連結し、これらダクトの先端開口を閉鎖系施設２内に臨ませるという構成にすれば、大気水生成装置３を通じて閉鎖系施設２内の室内空気を循環させることが可能である。

【0022】

図１に示すように、第１実施形態の循環システム１は、大気水生成装置３にて抽出された水を貯留する貯留槽５を備えている。第１実施形態では、閉鎖系施設２外に貯留槽５が配置されている。閉鎖系施設２のサイズが許せば、貯留槽５を閉鎖系施設２内に配置してよいことは言うまでもない。なお、貯留槽５の容積は、閉鎖系施設２内の水蒸気循環量（水蒸気必要量）に対して十分余裕のある大きさを確保しておくのが望ましい。貯留槽５内には、貯留槽５の水位を検出する貯留槽水位センサ２５が設けられている。

【0023】

貯留槽５には、大気水生成装置３のドレンパン２１につながるドレン回収管２６が接続されている。ドレン回収管２６の中途部には、上流側から順に、可変式のドレン開閉弁２７と、ドレンパン２１からの水をろ過するろ過器２８と、ドレンパン２１からの水を貯留槽５に供給するドレンポンプ２９とが設けられている。なお、例えば水道管等の水供給源Ｗにアクセス可能ならば、当該水供給源Ｗに連通する給水管３０を貯留槽５に接続してもよい。この場合、給水管３０の中途部には、可変式の給水開閉弁３１が設けられる。

【0024】

第１実施形態では、ドレンパン水位センサ２２がドレンパン２１の上限水位まで水が貯留されたことを検出すると、後述するコントローラ８がドレン開閉弁２７を開放してドレンポンプ２９を作動させ、ドレンパン２１の水を貯留槽５に自動的に供給するように構成されている。そして、ドレンパン水位センサ２２がドレンパン２１の下限水位まで水が放出されたことを検出すると、コントローラ８がドレンポンプ２９の作動を停止させてドレン開閉弁２７を閉止し、ドレンパン２１から貯留槽５への水の供給が停止するように構成されている。

【0025】

一方、閉鎖系施設２内には、栽培装置の一例としての栽培棚６が配置されている。栽培棚６には、上下多段に棚板３２が設けられている。各棚板３２上には、例えばトレイ状またはポット状の栽培容器３３が配置されている。各栽培容器３３内の培地に植物Ｐが植えられている。各栽培容器３３には、内部の培地に含まれる水分量を検出する培地水分量センサ３４が配置されている。培地水分量センサ３４の種類は特に限定しないが、例えば培地に差し込んで、培地の抵抗値や誘電率等から含水率を計測するもの等を適用すれば好適である。

【0026】

第１実施形態では、栽培棚６の各棚段に対応して、各栽培容器３３の植物Ｐに光を照射する照明装置３５が配置されている。各照明装置３５は、例えばＬＥＤ光源群を有するＬＥＤモジュールで構成されている。

【0027】

さて、栽培棚６の各植物Ｐに潅水を行う潅水装置４は、貯留槽５から閉鎖系施設２内に延びる散水本管３６を備えている。散水本管３６は、ドレン回収管２６とは別個に、貯留槽５に接続されている。散水本管３６の下流側には、栽培棚６の各棚段に対応した複数の散水分岐管３７が分岐接続されている。各散水分岐管３７の下流先端部には、各栽培容器３３内の培地や植物Ｐに水を散布する散水ノズル３８が設けられている。散水本管３６の中途部には、上流側から順に、可変式の散水開閉弁３９と、貯留槽５からの水を後述する各散水ノズル３８に向けて供給する散水ポンプ４０とが設けられている。各散水分岐管３７の中途部には、可変式の潅水制御弁４１が設けられている。

【0028】

第１実施形態では、各栽培容器３３の植物Ｐの生育条件および各培地水分量センサ３４の検出値に基づき、コントローラ８が散水開閉弁３９や各灌水制御弁４１を開放して散水ポンプ４０を作動させ、貯留槽５の水を各栽培容器３３の植物Ｐに散布するように構成されている。貯留槽５の水は基本的に、大気水生成装置３にて抽出された水である。従って、第１実施形態の潅水装置４は、大気水生成装置３にて抽出された水を各栽培容器３３の植物Ｐに散布する構成になっている。

【0029】

例えばいずれかの培地水分量センサ３４の検出値が設定下限値を下回ると、コントローラ８が散水開閉弁３９や各灌水制御弁４１を開放して散水ポンプ４０を作動させ、対応する栽培容器３３の植物Ｐに貯留槽５の水が散布される。水の散布量は予め設定してもよいし、対応する培地水分量センサ３４の検出値が設定上限値を上回ったときに、コントローラ８が散水開閉弁３９や対応する灌水制御弁４１を閉止して散水ポンプ４０の作動を停止させて、散布停止するようにしてもよい。設定下限値や設定上限値自体は下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。

【0030】

図１に示すように、第１実施形態の循環システム１は、閉鎖系施設２外の室外空気と閉鎖系施設２内の室内空気との熱交換を行う熱交換器７を備えている。第１実施形態では、熱交換器７が閉鎖系施設２内に配置されている。熱交換器７のケーシング４２内には、主として熱交換素子４３と給気ブロワ４４と排気ブロワ４５とが収容されている。

【0031】

ケーシング４２には、室外空気をケーシング４２内に取り込む外気口４６と、室内空気を閉鎖系施設２外に排出する排気口４７と、ケーシング４２内に室内空気を取り込む還気口４８と、熱交換器７通過後の室外空気を閉鎖系施設２内に供給する給気口４９とが設けられている。ケーシング４２内には、外気口４７から取り込まれ給気口４９から吹き出るように室外空気が通る給気路５０と、還気口４８から取り込まれ排気口４７から吹き出るように室内空気が通過する排気路５１とが設けられている。

【0032】

外気口４６には外気ダクト５２が接続されている。外気口４６は外気ダクト５２を介して閉鎖系施設２外に連通している。排気口４７には排気ダクト５３が接続されている。排気口４７は排気ダクト５３を介して閉鎖系施設２外に連通している。還気口４８には還気ダクト５４が接続されている。還気口４８は還気ダクト５４を介して閉鎖系施設２内に連通している。給気口４９には給気ダクト５５が接続されている。給気口４９は給気ダクト５５を介して閉鎖系施設２内に連通している。

【0033】

第１実施形態の熱交換器７は、熱交換器７に取り入れる室外空気の流量を調節する外気ダンパー５６と、熱交換器７から排出する室内空気の流量を調節する排気ダンパー５７とを有している。この場合、外気ダンパー５６は外気ダクト５２内に配置されている。排気ダンパー５７は排気ダクト５３内に配置されている。

【0034】

熱交換素子４３は例えば紙製であり、給気路５０を通る室外空気と排気路５１を通る室内空気との間で、顕熱および潜熱を交換、すなわち全熱交換するものである。なお、熱交換素子４３としては全熱交換タイプに限らず、顕熱交換タイプを採用してもよい。ただし、室外空気を室内空気の温度および湿度に近づけてから閉鎖系施設２内に供給するという観点では、全熱交換タイプの熱交換素子４３を採用するのが望ましい。熱交換素子４３のうち給気路５０の上流側には、塵埃除去用の給気フィルタ５８が取り付けられている。また、熱交換素子４３のうち排気路５１の上流側には、塵埃除去用の排気フィルタ５９が取り付けられている。

【0035】

給気ブロワ４４は、室外空気を外気口４６からケーシング４２内の給気路５０に取り込み、熱交換素子４３にて全熱交換させた後、給気口４９から閉鎖系施設２内に供給するものである。給気ブロワ４４は、ケーシング４２内のうち給気路５０の下流側に配置されている。排気ブロワ４５は、室内空気を還気口４８からケーシング４２内の排気路５１に取り込み、熱交換素子４３にて全熱交換させた後、排気口４７から閉鎖系施設２外に排出するものである。排気ブロワ４５は、ケーシング４２内のうち排気路５１の下流側に配置されている。

【0036】

第１実施形態では、後述する室内湿度センサ６２の検出値等に基づき、コントローラ８が外気ダンパー５６および排気ダンパー５７を開閉して給気ブロワ４４および排気ブロワ４５を作動または停止させ、閉鎖系施設２内を換気するように構成されている。例えば外気ダクト５２を介して外気口４６から高温多湿の室外空気を熱交換器７に供給し、還気ダクト５４を介して還気口４８から低温低湿の室内空気を熱交換器７に供給すると、熱交換素子４３において室外空気と室内空気との間で全熱交換が行われる。その後、室外空気は、温度および湿度が低下した状態で閉鎖系施設２内に供給され、室内空気は、温度および湿度が上昇した状態で閉鎖系施設２外に排出される。

【0037】

逆に、外気ダクト５２を介して外気口４６から低温低湿の室外空気を熱交換器７に供給し、還気ダクト５４を介して還気口４８から高温多湿の室内空気を熱交換器７に供給すると、熱交換素子４３において室外空気と室内空気との間で全熱交換が行われる。その後、室外空気は、温度および湿度が上昇した状態で閉鎖系施設２内に供給され、室内空気は温度および湿度が低下した状態で閉鎖系施設２外に排出される。すなわち、熱交換器７を用いて閉鎖系施設２内を換気すれば、室外空気を室内空気の温度および湿度に近づけてから閉鎖系施設２内に供給することが可能になる。

【0038】

詳細は後述するが、第１実施形態では、貯水量水位センサ２２の検出値（貯留槽５の水量）が下限値（所定値としてもよい）を下回ると、外気ダンパー５６および排気ダンパー５７を全開にするかまたは大きく開放させるとともに、給気ブロワ４４および排気ブロワ４５を作動させて、閉鎖系施設２外の水蒸気を含む室外空気を閉鎖系施設内に補給することが可能になっている。貯水量水位センサ２２の検出値（貯留槽５の水量）が下限値を上回っていれば、外気ダンパー５６および排気ダンパー５７を全閉にするかまたは少しだけ開放させればよい。給気ブロワ４４および排気ブロワ４５は作動停止させておく。下限値自体は下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。

【0039】

この場合、閉鎖系施設２外の室外空気を室内空気の温度および湿度に近づけてから閉鎖系施設２内に供給できるため、特に冬季等には室内空気の露点温度の低下を抑制でき、時期や環境によらず、大気水生成装置３での水捕集能力を確保できる。夏季であっても、閉鎖系施設２の気密性および断熱性の高さとあいまって、電力消費は抑制しながら、閉鎖系施設２内の温湿度を快適な状態に維持しやすく、年間を通じて植物Ｐにとって好適な生育環境を確保しやすい。閉鎖系施設２内の室内空気を乾燥寄りに保持できるから、植物Ｐの蒸散を助け、植物Ｐの成長促進の一助にもなると解される。

【0040】

図１に示すように、第１実施形態の閉鎖系施設２内には、閉鎖系施設２内の温度を検出する室内温度センサ６１と、閉鎖系施設２内の湿度を検出する室内湿度センサ６２とが配置されている。室内湿度センサ６２は、閉鎖系施設２内の上方に位置させるのが好ましい。水蒸気は上部に滞留する傾向にあるからである。閉鎖系施設２内には、閉鎖系施設２内の室内空気を対流（循環）させる複数の送風ファン６３も配置されている。閉鎖系施設２外には、閉鎖系施設２外の温度を検出する室外温度センサ６４が配置されている。詳細な図示は省略するが、閉鎖系施設２内には、液晶ディスプレイ等の表示部、各種操作用のスイッチ類およびコントローラ８等を有する制御盤も配置されている。

【0041】

次に、図３を参照しながら、第１実施形態における循環システム１のハードウェア構成について説明する。第１実施形態の循環システム１は、当該循環システム１の各種制御を司るコントローラ８を備えている。詳細な図示は省略するが、コントローラ８は、演算処理や制御処理を実行する中央演算装置であるＣＰＵのほか、制御プログラムやデータを記憶するＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に記憶するＲＡＭ、各種プログラムやデータ等を格納する補助記憶装置であるＨＤＤ、コントローラ８を通信ネットワークに通信接続させる機能を有する通信Ｉ／Ｆ、コントローラ８に外部機器を接続させるＵＳＢ規格等のインターフェースである接続Ｉ／Ｆ、およびＤＣ－ＡＣインバータ等を含んでいる。なお、コントローラ８は単一のものに限らず、複数でも差し支えない。コントローラが複数の場合、それぞれ相互にシステムバスを介して接続される。

【0042】

コントローラ８には、太陽光発電装置６５、風力発電装置６６、エンジン発電装置６７およびバッテリ６８等が電気的に接続されている。太陽光発電装置６５は、閉鎖系施設２の屋根等に太陽光パネルを配置し、太陽光を利用して発電するものである。風力発電装置６６は、閉鎖系施設２の周辺に風車（風力発電機）を配置し、風力を利用して発電するものである。エンジン発電装置６７は、エンジンの出力軸に発電機の駆動軸を連結し、エンジンの動力で発電機を作動させて発電するものである。バッテリ６８は、二次電池または大容量コンデンサ等からなる充放電可能なものである。各発電装置６５～６７の電力は、バッテリ６８に充電される。コントローラ８や各電気電子機器には、バッテリ６８から電力供給がなされる。

【0043】

コントローラ８には、大気水生成装置３の圧縮機１２、膨張弁１４、蒸発器ファン１７、凝縮器ファン１８、ドレンパン水位センサ２２、凝縮器温度センサ２３、蒸発器温度センサ２４、栽培棚６の各培地水分量センサ３４、各照明装置３５、各灌水制御弁４１、熱交換器７の給気ブロワ４４、排気ブロワ４５、外気ダンパー５６、排気ダンパー５７、さらには、ドレン開閉弁２７、ドレンポンプ２９、給水開閉弁３１、散水開閉弁３９、散水ポンプ４０、貯留槽水位センサ２５、室内温度センサ６１、室内湿度センサ６２、各送風ファン６３、ならびに室外温度センサ６４等も電気的に接続されている。

【0044】

次に、図４を参照しながら、第１実施形態の熱交換器制御について説明する。図４のフローチャートは、第１実施形態における熱交換器制御の一例である。なお、以下に開示のフローチャートに示すアルゴリズムは、コントローラ８のＲＯＭまたはＨＤＤにプログラムとして予め記憶されていて、ＲＡＭに読み出されてからＣＰＵで実行される。第１実施形態のコントローラ８は、貯留槽水位センサ２５の検出値に基づき、外気ダンパーおよび前記排気ダンパーを開閉させて給気ブロワ４４および前記排気ブロワ４５を作動または停止させるという熱交換器制御を実行する。

【0045】

すなわちコントローラ８は、貯留槽水位センサ２５の検出値を読み込み（Ｓ０１）、読み込んだ検出値から、貯留槽５の水量が予め設定された下限値を下回ったか否かを判別する（Ｓ０２）。貯留槽５の水量が下限値を下回っていれば（Ｓ０２：ＹＥＳ）、コントローラ８は、外気ダンパー５６および排気ダンパー５７を全開にし、給気ブロワ４４および排気ブロワ４５を作動させる（Ｓ０３）。そうすると、熱交換器７内の熱交換素子４３において、閉鎖系施設２外の室外空気と閉鎖系施設２内の室内空気との間で全熱交換が行われ、閉鎖系施設２外の水蒸気を含む室外空気を、室内空気の温度および湿度に近づけてから閉鎖系施設２内に補給できる。従って、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域であっても、空気中の水蒸気を有効利用して水調達を確実に行える。

【0046】

また、上述した通り、特に冬季等には室内空気の露点温度の低下を抑制でき、時期や環境によらず、大気水生成装置３での水捕集能力を確保できる。夏季であっても、閉鎖系施設２の気密性および断熱性の高さとあいまって、電力消費は抑制しながら、閉鎖系施設２内の温湿度を快適な状態に維持しやすく、年間を通じて植物Ｐにとって好適な生育環境を確保しやすい。

【0047】

第１実施形態のコントローラ８は、一旦ステップＳ０３を実行すると（外気ダンパー５６および排気ダンパー５７を全開にし、給気ブロワ４４および排気ブロワ４５を作動させると）、しばらくはかかる状態を継続する。この間は、ドレンパン２１の水が上限水位まで溜まると、そのつどドレン開閉弁２７を開放してドレンポンプ２９を作動させ、ドレンパン２１の水が貯留槽５に自動的に供給される。次いで、貯留槽水位センサ２５の検出値を読み込み（Ｓ０４）、読み込んだ検出値から、貯留槽５の水量が予め設定された上限値に達したか（上回ったか）否かを判別する（Ｓ０５）。貯留槽５の水量が上限値に達していなければ（Ｓ０５：ＮＯ）、ステップＳ０３に戻る。貯留槽５の水量が上限値に達していれば（Ｓ０５：ＹＥＳ）、コントローラ８は、給気ブロワ４４および排気ブロワ４５を作動停止させ、外気ダンパー５６および排気ダンパー５７を全閉にする（Ｓ０６）。

【0048】

以上の説明から分かるように、第１実施形態の構成によると、大気水生成装置３を介して閉鎖系施設２内の室内空気を循環させるから、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域であっても、閉鎖系施設２内の室内空気中の水蒸気を有効利用して水を調達でき、植物工場の実現が可能になる。

【0049】

次に、図５および図６を参照しながら、第２実施形態の循環システム１００の概要について説明する。なお、第２実施形態の説明において、これまでに説明した第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

【0050】

第２実施形態の循環システム１００では、閉鎖系施設２内に、栽培棚６に代えて、魚介類Ｆを陸上養殖する養殖水槽１０６が収容されている。そして、第２実施形態の循環システム１００は、潅水装置４に代えて、養殖水槽１０６に水（淡水）を供給する給水装置１０４を備えている。養殖水槽１０６内には、内部の水（淡水）の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素センサ１３２と、養殖水槽１０６の水位を検出する養殖水槽水位センサ１３３と、養殖水槽１０６の水温を検出する水温センサ１３４とが配置されている。養殖水槽１０６内の水には、曝気ブロワ１３７によって室内空気を供給することが可能になっている。養殖水槽１０６の上方には、例えばＬＥＤ光源群を有するＬＥＤモジュールで構成された照明装置１３５が配置されている。

【0051】

養殖水槽１０６に水を供給する給水装置１０４は、貯留槽５から閉鎖系施設２内に延びる散水管１３６を備えている。散水管１３６は、ドレン回収管２６とは別個に、貯留槽５に接続されている。散水管１３６の中途部には、上流側から順に、可変式の散水開閉弁３９と、貯留槽５からの水を養殖水槽１０６に供給する散水ポンプ４０と、可変式の散水制御弁１４１が設けられている。養殖水槽１０６には、養殖水槽１０６内の水を外部（この場合は貯留槽５）に排出する排出管１６９が接続されている。排出管１６９の先端側は、ドレン回収管２６のうちドレン開閉弁２７とろ過器２８との間に接続されている。排出管１６９の中途部には、可変式の排出開閉弁１７０が設けられている。

【0052】

第２実施形態では、養殖水槽水位センサ１３３や水温センサ１３４等の検出値に基づき、コントローラ８が散水開閉弁３９や散水制御弁１４１を開放して散水ポンプ４０を作動させ、貯留槽５の水を養殖水槽内に供給するように構成されている。貯留槽５の水は第１実施形態と同様に、大気水生成装置３にて抽出された水である。従って、第２実施形態の供給装置１０４は、大気水生成装置３にて抽出された水を養殖水槽１０６に供給する構成になっている。

【0053】

第２実施形態のコントローラ１０８には、栽培棚６関連のものに代えて、養殖水槽１０６の溶存酸素センサ１３２、養殖水槽水位センサ１３３、水温センサ１３４、照明装置１３５、曝気ブロワ１３７、散水制御弁１４１、排水開閉弁１７０等が電気的に接続されている。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の熱交換器制御を実行できることは言うまでもない。

【0054】

第２実施形態においても、大気水生成装置３を介して閉鎖系施設２内の室内空気を循環させるから、水源へのアクセスが難しい地域やライフラインの未整備な地域でも、閉鎖系施設２内の室内空気中の水蒸気を有効利用して水を調達でき、陸上養殖の実現が可能になる。また、閉鎖系施設２外の水蒸気を含む室外空気を、室内空気の温度および湿度に近づけてから閉鎖系施設２内に補給でき、水調達をより確実に行える。特に冬季等には室内空気の露点温度の低下を抑制でき、時期や環境によらず、大気水生成装置３での水捕集能力を確保できる。夏季であっても、閉鎖系施設２の気密性および断熱性の高さとあいまって、電力消費は抑制しながら、閉鎖系施設２内の温湿度を快適な状態に維持しやすく、年間を通じて魚介類Ｆにとって好適な生育環境を確保しやすい。

【0055】

本願発明における各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば貯留槽５にミネラルや栄養（肥料）分を手動または自動で追肥するようにしてもよい。閉鎖系施設２内の室内空気中の酸素濃度や二酸化炭素濃度を定期的または随時モニタリングするようにしてもよい。

【符号の説明】

【0056】

Ｐ 植物
Ｆ 魚
１，１００ 循環システム
２ 閉鎖系施設
３ 大気水生成装置
４ 潅水装置
５ 貯留槽
６ 栽培棚
７ 熱交換器
８ コントローラ
１９ 装置給気口
２０ 装置排気口
４２ ケーシング
４３ 熱交換素子
４４ 給気ブロワ
４５ 排気ブロワ
４６ 外気口
４７ 排気口
４８ 還気口
４９ 給気口
５０ 給気路
５１ 排気路
５２ 外気ダクト
５３ 排気ダクト
５４ 還気ダクト
５５ 給気ダクト
５６ 外気ダンパー
５７ 排気ダンパー
１０４ 給水装置
１０６ 養殖水槽

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】