特許 7551427 食用花栽培工場の制御方法及び食用花栽培工場

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】食用花栽培工場の制御方法及び食用花栽培工場

(51)【国際特許分類】

   A01G 9/24 20060101AFI20240909BHJP

   A01G 9/20 20060101ALI20240909BHJP

   A01G 22/60 20180101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

A01G9/24 J

A01G9/20 B

A01G9/24 A

A01G22/60

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020162114

(22)【出願日】2020-09-28

(65)【公開番号】P2022054865

(43)【公開日】2022-04-07

【審査請求日】2023-04-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】田中 徹

(72)【発明者】

【氏名】中島 広志

(72)【発明者】

【氏名】冨貴 丈宏

(72)【発明者】

【氏名】三浦 玄太

(72)【発明者】

【氏名】長幡 逸佳

【審査官】大澤 元成

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－２８２５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５３６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０３８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１１３３４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－１５４２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１１９６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４０３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ ９／１４－ ９／２６

Ａ０１Ｇ ２２／００－２２／６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

食用花栽培工場の屋根に設けられた開放しない天窓と、前記天窓の内側を覆うことができる遮熱カーテン及び前記天窓の外側を覆うことができる断熱シャッターと、前記食用花栽培工場の室内温度を調整する空調設備と、を備える前記食用花栽培工場の制御方法であって、
前記遮熱カーテンは、前記断熱シャッターより日光を透過し、かつ、前記断熱シャッターより断熱性能が低く、
前記遮熱カーテンは、波長が４００μｍ～７００μｍの日光を透過し、かつ、波長が７００μｍを超える日光を遮断し、
第１温度が食用花の栽培に適した温度範囲の下限に対応し、第２温度が食用花の栽培に適した温度範囲の上限に対応し、第３温度が前記第２温度よりも高く、かつ、前記空調設備により冷却する必要が生じる温度に対応し、
前記食用花栽培工場の外の気温及び日射量に基づいて、前記食用花栽培工場の所定時間後の室内温度を予測し、
予測された前記室内温度が前記第１温度より低いと前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により室内の空気を温め、
予測された前記室内温度が前記第１温度以上前記第２温度以下であると前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全開し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高いと前記遮熱カーテンを全閉すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高い前記第３温度以下であると前記断熱シャッターを全開すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第３温度より高いと前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により前記室内の空気を冷却することを特徴とする、食用花栽培工場の制御方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記食用花栽培工場は、室内に複数配置された栽培棚と、前記栽培棚ごとに高さ方向に複数段設けられた棚板と、前記棚板ごとに対応して設けられた光量子計及び照明と、をさ
らに備え、
前記光量子計の測定結果に基づいて当該光量子計に対応する前記照明を調光することを特徴とする、食用花栽培工場の制御方法。

【請求項3】

食用花栽培工場の屋根に設けられた開放しない天窓と、前記天窓の内側を覆うことができる遮熱カーテン及び前記天窓の外側を覆うことができる断熱シャッターと、前記遮熱カーテンを開閉するカーテン駆動装置と、前記断熱シャッターを開閉するシャッター駆動装置と、前記カーテン駆動装置及び前記シャッター駆動装置の動作を制御する制御装置と、屋外の気温を測定する温度計と、屋外の日射量を測定する日射計と、前記食用花栽培工場の室内温度を調整する空調設備と、を備え、
前記遮熱カーテンは、前記断熱シャッターより日光を透過し、かつ、前記断熱シャッターより断熱性能が低く、
前記遮熱カーテンは、波長が４００μｍ～７００μｍの日光を透過し、かつ、波長が７００μｍを超える日光を遮断し、
第１温度が食用花の栽培に適した温度範囲の下限に対応し、第２温度が食用花の栽培に適した温度範囲の上限に対応し、第３温度が前記第２温度よりも高く、かつ、前記空調設備により冷却する必要が生じる温度に対応し、
前記制御装置は、前記温度計及び前記日射計の測定結果に基づいて所定時間後の前記食用花栽培工場の室内温度を予測し、かつ、前記カーテン駆動装置及び／または前記シャッター駆動装置を動作させることにより、
予測された前記室内温度が前記第１温度より低いと前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により室内の空気を温め、
予測された前記室内温度が前記第１温度以上前記第２温度以下であると前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全開し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高いと前記遮熱カーテンを全閉すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高い前記第３温度以下であると前記断熱シャッターを全開すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第３温度より高いと前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により前記室内の空気を冷却することを特徴とする、食用花栽培工場。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、食用花を閉鎖系の植物工場で栽培する食用花栽培工場の制御方法及び食用花栽培工場に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、野菜や果物などを植物工場で栽培し、例えばいちごの安定した生産が実現している。植物工場は、閉鎖系または準開放系の空間において光、温度、湿度等の環境条件を人工的に制御することにより、季節や気候の影響を小さくして安定的な植物の栽培が可能である。植物工場には、人工光のみを利用する完全人工光型植物工場と自然採光を利用する太陽光利用型植物工場がある。

【0003】

完全人工光型植物工場は、閉鎖系が一般的であり、天候に関わらず最適な条件で植物栽培が可能であり、また、害虫などの侵入防止が容易なため無農薬栽培が可能である。一方で、完全人工光型植物工場は、温度調節や照明等によりエネルギーコストが大きいというデメリットがある。

【0004】

太陽光利用型植物工場は、準開放系が一般的であり、透明なフィルムやガラスを利用したいわゆるハウス栽培に代表される簡易な構造を採用するため設備コストが低く、太陽光を利用することによりイニシャルコスト及びエネルギーコストの低減が可能である。一方で、太陽光利用型植物工場は、環境制御や防虫対策に限界があるため、通年栽培や無農薬栽培は困難である。特に、食用花の栽培には無農薬栽培が要求されるため、準開放系の太陽光利用型植物工場を食用花の栽培には利用できないデメリットがある。

【0005】

閉鎖系かつ太陽光利用型の栽培施設はあまり例がないが、閉鎖空間太陽光式水耕栽培槽装置が提案されている（特許文献１）。閉鎖空間太陽光式水耕栽培槽装置は、ビニルハウスの中にチャンバー式の閉鎖空間栽培槽を設置して、その栽培槽の上の無段階遮光ネットにより太陽光の入射を制限する。これにより、栽培槽の温度や養液の温度制御にかかるエネルギーコストを下げることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１４０３０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の閉鎖空間太陽光式水耕栽培槽装置は、葉物野菜に適した装置であって、苗を植える発泡スチロール製のパレットを自動で移動させるため、株から継続的に花の収穫を行う食用花の栽培には採用できない。

【0008】

そこで、本発明は、食用花の栽培に適した閉鎖系の食用花栽培工場の制御方法及び食用花栽培工場を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

【0010】

［１］本発明に係る食用花栽培工場の制御方法の一態様は、
食用花栽培工場の屋根に設けられた開放しない天窓と、前記天窓の内側を覆うことができる遮熱カーテン及び前記天窓の外側を覆うことができる断熱シャッターと、前記食用花栽培工場の室内温度を調整する空調設備と、を備える前記食用花栽培工場の制御方法であって、
前記遮熱カーテンは、前記断熱シャッターより日光を透過し、かつ、前記断熱シャッターより断熱性能が低く、
前記遮熱カーテンは、波長が４００μｍ～７００μｍの日光を透過し、かつ、波長が７００μｍを超える日光を遮断し、
第１温度が食用花の栽培に適した温度範囲の下限に対応し、第２温度が食用花の栽培に適した温度範囲の上限に対応し、第３温度が前記第２温度よりも高く、かつ、前記空調設備により冷却する必要が生じる温度に対応し、
前記食用花栽培工場の外の気温及び日射量に基づいて、前記食用花栽培工場の所定時間後の室内温度を予測し、
予測された前記室内温度が前記第１温度より低いと前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により室内の空気を温め、
予測された前記室内温度が前記第１温度以上前記第２温度以下であると前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全開し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高いと前記遮熱カーテンを全閉すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高い前記第３温度以下であると前記断熱シャッターを全開すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第３温度より高いと前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により前記室内の空気を冷却することを特徴とする。

【0011】

［２］前記食用花栽培工場の制御方法の一態様において、
前記食用花栽培工場は、室内に複数配置された栽培棚と、前記栽培棚ごとに高さ方向に複数段設けられた棚板と、前記棚板ごとに対応して設けられた光量子計及び照明と、をさらに備え、
前記光量子計の測定結果に基づいて当該光量子計に対応する前記照明を調光することができる。

【0014】

［３］本発明に係る食用花栽培工場の一態様は、
食用花栽培工場の屋根に設けられた開放しない天窓と、前記天窓の内側を覆うことができる遮熱カーテン及び前記天窓の外側を覆うことができる断熱シャッターと、前記遮熱カーテンを開閉するカーテン駆動装置と、前記断熱シャッターを開閉するシャッター駆動装置と、前記カーテン駆動装置及び前記シャッター駆動装置の動作を制御する制御装置と、屋外の気温を測定する温度計と、屋外の日射量を測定する日射計と、前記食用花栽培工場の室内温度を調整する空調設備と、を備え、
前記遮熱カーテンは、前記断熱シャッターより日光を透過し、かつ、前記断熱シャッターより断熱性能が低く、
前記遮熱カーテンは、波長が４００μｍ～７００μｍの日光を透過し、かつ、波長が７００μｍを超える日光を遮断し、
第１温度が食用花の栽培に適した温度範囲の下限に対応し、第２温度が食用花の栽培に適した温度範囲の上限に対応し、第３温度が前記第２温度よりも高く、かつ、前記空調設備により冷却する必要が生じる温度に対応し、
前記制御装置は、前記温度計及び前記日射計の測定結果に基づいて所定時間後の前記食用花栽培工場の室内温度を予測し、かつ、前記カーテン駆動装置及び／または前記シャッター駆動装置を動作させることにより、
予測された前記室内温度が前記第１温度より低いと前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により室内の空気を温め、
予測された前記室内温度が前記第１温度以上前記第２温度以下であると前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全開し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高いと前記遮熱カーテンを全閉すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第２温度より高い前記第３温度以下であると前記断熱シャッターを全開すると共に前記空調設備を停止し、
予測された前記室内温度が前記第３温度より高いと前記断熱シャッターを全閉すると共に前記空調設備により前記室内の空気を冷却することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る食用花栽培工場の制御方法の一態様及び食用花栽培工場の一態様によれば、閉鎖系の植物工場でありながら、太陽光を利用して食用花を栽培することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係る食用花栽培工場の断面を模式的に示す図である。

【図2】本実施形態に係る食用花栽培工場の制御装置の概要を示すブロック図である。

【図3】本実施形態に係る食用花栽培工場の制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0018】

本発明の一実施形態に係る食用花栽培工場の制御方法は、食用花栽培工場の屋根に設けられた天窓と、前記天窓を覆うことができる遮熱カーテン及び断熱シャッターと、を備える前記食用花栽培工場の制御方法であって、前記食用花栽培工場の外の気温及び日射量に基づいて、前記食用花栽培工場の所定時間後の室内温度を予測し、前記室内温度が第１温度より低いと前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全閉し、前記室内温度が前記第１温度以上第２温度以下であると前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全開し、前記室内温度が前記第２温度より高いと前記遮熱カーテンを全閉し、前記第２温度より高い第３温度以下であると前記断熱シャッターを全開し、前記室内温度が前記第３温度より高いと前記断熱シャッターを全閉することを特徴とする。

【0019】

また、本発明の一実施形態に係る食用花栽培工場は、屋根に設けられた天窓と、前記天窓を覆うことができる遮熱カーテン及び断熱シャッターと、前記遮熱カーテンを開閉するカーテン駆動装置と、前記断熱シャッターを開閉するシャッター駆動装置と、前記カーテン駆動装置及び前記シャッター駆動装置の動作を制御する制御装置と、屋外の気温を測定する温度計と、屋外の日射量を測定する日射計と、を備え、前記制御装置は、前記温度計及び前記日射計の測定結果に基づいて所定時間後の食用花栽培工場の室内温度を予測し、かつ、前記カーテン駆動装置及び／または前記シャッター駆動装置を動作させることにより、前記室内温度が第１温度より低いと前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全閉し、前記室内温度が前記第１温度以上第２温度以下であると前記遮熱カーテン及び前記断熱シャッターを全開し、前記室内温度が前記第２温度より高いと前記遮熱カーテンを全閉し、前記室内温度が前記第２温度より高い第３温度以下であると前記断熱シャッターを全開し、前記室内温度が前記第３温度より高いと前記断熱シャッターを全閉することを特徴とする。

【0020】

１．食用花栽培工場
図１及び図２を用いて、本実施形態に係る食用花栽培工場１０について説明する。図１は、本実施形態に係る食用花栽培工場１０の断面を模式的に示す図であり、図２は、本実施形態に係る食用花栽培工場１０の制御装置２０の概要を示すブロック図である。

【0021】

図１に示すように、食用花栽培工場１０は、屋根１２に設けられた複数の天窓１４と、天窓１４を覆うことができる遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８と、屋外の気温を測定する室外温度計２２と、屋外の日射量を測定する室外日射計２４と、を備える。食用花栽培工場１０は、遮熱カーテン１６を開閉するカーテン駆動装置１６０と、断熱シャッ
ター１８を開閉するシャッター駆動装置１８０と、カーテン駆動装置１６０及びシャッター駆動装置１８０の動作を制御する制御装置２０と、をさらに備える。食用花栽培工場１０は、窓の開閉を行わない閉鎖系の植物工場である。

【0022】

食用花栽培工場１０は、室内に複数配置された栽培棚３０と、栽培棚３０ごとに高さ方向に複数段設けられた棚板３１と、棚板３１ごとに対応して設けられた室内光量子計３４及び照明２８と、をさらに備える。栽培棚３０は、各棚板３１に複数の食用花３６が設置されて栽培される。各栽培棚３０は、棚板３１が高さ方向に所定の間隔を空けて複数段例えば５段設けられる。各棚板３１に対応する位置、例えば棚板３１の下面には、下段に設置された食用花３６に光を照射する照明２８が取り付けられる。食用花栽培工場１０は、室内に、空調設備２６と、室内温度を計測する室内温度計３２と、をさらに備える。

【0023】

食用花３６は、トマトやパプリカなどの果菜類と比較して、光要求量が少ない品種が多く、栽培可能な温度範囲も比較的広い反面、無農薬栽培が要求される。これに対し、本実施形態に係る食用花栽培工場１０は、窓の開閉を行わない閉鎖系の工場であるため、防虫対策が比較的容易であり、無農薬栽培が要求される食用花３６の栽培に有利である。

【0024】

天窓１４は、屋根１２に設けられた複数の開口を塞ぐ透明な板がはめ込まれた窓である。透明な板は、例えばガラス板やプラスチック板であり、天窓１４から室内へ太陽光を取り込むことができる。天窓１４から太陽光を取り入れることにより照明２８による電気代を削減できる。また、照明２８の稼働率を下げることができるので、照明２８の劣化を防止し、部品や本体の交換頻度を減らすことができる。天窓１４は屋根１２の他の部分に比べて断熱性能に劣るため、室内は天窓１４を介して外気温の影響を受ける。天窓１４を利用して外気温に室内温度を近づけることができるので、空調が不要となる時間が長くなり、電気代の削減と空調設備２６の部品交換や本体の入れ替えを減らすことができる。

【0025】

遮熱カーテン１６は、開閉可能であって、閉じた状態で天窓１４の例えば内側を覆うことができる。遮熱カーテン１６は、天窓１４と同じか、または天窓１４より大きい面積を有する布状またはフィルム状の形態を有する。遮熱カーテン１６の材質は、熱抵抗の高い公知の耐熱材料を採用できる。遮熱カーテン１６は、後述する断熱シャッター１８より日光を透過し、かつ、断熱シャッター１８より断熱性能が低い。遮熱カーテン１６が日光を透過しやすい材質で形成されることで、外気温の影響を下げながらも室内に採光を得ることができる。遮熱カーテン１６は、食用花３６の栽培にとって有用な波長である４００μｍ～７００μｍの光を透過し、温度上昇に寄与する７００μｍを超える光を遮断することが好ましい。特に、食用花３６の栽培に有効な４３０μｍ～４９０μｍの青色光と６４０μｍ～７００μｍの赤色光を効率よく透過することが好ましい。

【0026】

遮熱カーテン１６は例えば巻き上げ式のロールスクリーンとすることができ、カーテン駆動装置１６０の動作によって遮熱カーテン１６を開閉する。カーテン駆動装置１６０は、遮熱カーテン１６を巻き取るシャフトを回転する図示しない電動モーターを備える。カーテン駆動装置１６０は、制御装置２０からの出力信号により遮熱カーテン１６を開閉する。遮熱カーテン１６は、全開状態で天窓１４からの採光を遮らず、全閉状態で天窓１４の内側を覆うように開閉動作することができれば、他の開閉形式であってもよく、手動であってもよい。

【0027】

断熱シャッター１８は、開閉可能であって、閉じた状態で天窓１４の例えば外側を覆うことができる。断熱シャッター１８は、スラットを複数連結して構成され、天窓１４と同じまたは天窓１４より大きい面積を有する。断熱シャッター１８は、公知の材質により構成される。各スラットは、例えば、金属製の板材と、金属製の板材の内側面または２枚の金属製の板材に挟まれるように断熱材と、を備える。断熱シャッター１８は、断熱性能が
０．８Ｗ／ｍＫ（ＳＳＴ－ＩＳＯ／６０－Ｌ／Ｒ）以上であることが好ましい。断熱シャッター１８は、遮光性に優れ、例えば、日光の遮光率が１００％であることが好ましい。

【0028】

断熱シャッター１８は、例えば巻き取り式のシャッター駆動装置１８０によって開閉する。シャッター駆動装置１８０は、断熱シャッター１８を巻き取るシャフトを回転する図示しない電動モーターを備える。シャッター駆動装置１８０は、制御装置２０からの出力信号により断熱シャッター１８を開閉する。断熱シャッター１８は、全開状態で天窓１４への採光を遮らず、全閉状態で天窓１４の外側を覆うように動作することができれば、他の開閉形式であってもよく、手動であってもよい。

【0029】

室外温度計２２は、食用花栽培工場１０の外に設置され、屋外の気温を測定する。室外温度計２２は、建物や樹木などの日陰を避けるため、屋根１２と同じかそれより高い位置に設けられることが好ましく、例えば屋根１２よりも数ｍ高い位置が好ましい。気温は、室外温度計２２の代わりに付近の天候情報を例えばインターネットを介して得てもよい。

【0030】

室外日射計２４は、食用花栽培工場１０の外に設置され、屋外の日射量を測定する。室外日射計２４の測定値は、制御装置２０に入力される。室外日射計２４は、直達日射計であることが好ましく、全天日射計であってもよい。室外日射計２４は、建物や樹木などの日陰を避けるため、屋根１２と同じかそれより高い位置に設けられることが好ましく、例えば屋根１２よりも数ｍ高い位置が好ましい。日射量は、室外日射計２４の代わりに付近の天候情報を例えばインターネットを介して得てもよい。

【0031】

室内光量子計３４は、食用花栽培工場１０の中に設置され、室内の光合成有効光量子束密度（以下「室内光合成有効光量子束密度」）を測定する。室内光合成有効光量子束密度は、食用花３６の栽培における光合成に必要とされる４００～７００ｎｍの波長に含まれる単位時間、単位面積あたりの光子数である。室内光量子計３４の測定値は、制御装置２０に入力される。室内光量子計３４は、栽培棚３０の棚板３１ごとに対応して設けられる。室内光量子計３４は、各棚板３１上の食用花３６における室内光合成有効光量子束密度が測定できる位置、例えば各棚板３１下面中央から下方に垂下されて取り付けられる。

【0032】

照明２８は、栽培棚３０の棚板３１ごとに対応して設けられ、栽培棚３０で栽培される食用花３６へ光を照射する。照明２８は、各棚板３１の上方、例えば各棚板３１の下面に固定され、棚板３１上にある食用花３６へ効率よく光を照射できる。照明２８は、例えばＬＥＤ照明を採用できる。照明２８は、制御装置２０によってオンオフが制御される。制御装置２０は、例えば、室内光量子計３４の測定結果に基づいて当該室内光量子計３４に対応する照明２８を調光する。さらに、棚板３１ごとに室内光量子計３４を備えている場合には、制御装置２０は、棚板３１ごとに照明２８を調光してもよい。

【0033】

空調設備２６は、食用花栽培工場１０の室内の温度（室内温度）を調整することができる。空調設備２６は、制御装置２０からの出力信号により制御される。室内温度は、食用花３６の種類によって適温範囲が変化する。空調設備２６は、遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８の開閉と共に、室内温度が食用花３６の栽培に適した温度に調整できる。空調設備２６は、例えばエアコンディショナーであり、暖房用のファンヒータを含んでもよい。

【0034】

空調設備２６は、室内温度が第１温度より低いと室内の空気を温め、室内温度が第３温度より高いと室内の空気を冷却し、室内温度が第１温度以上第３温度以下の場合は停止する。空調設備２６の稼働時間が短くなることにより、電気代が削減できると共に、部品交換や本体の入れ替えを減らすことができる。

【0035】

制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの記憶媒体、高速データ通信を行う通信インターフェース、及びタッチパネルやキーボードなどのユーザインターフェース、ディスプレイを備えることができる。制御装置２０は、ノートパソコンやタブレット端末として構成してもよい。制御装置２０は、必ずしも一台の装置により実現する必要はなく、例えばクライアントサーバ型コンピュータやクラウドコンピューティングに一部の処理機能を分散してもよい。

【0036】

図２に示すように、制御装置２０は、例えば、操作部２０２、予測部２０３、判定部２０４、記憶部２０６及び制御部２０８を備える。操作部２０２は、食用花栽培工場１０の管理者が室内温度等の条件を設定するための操作を行うことができる。予測部２０３は、制御装置２０と電気的に接続された室外温度計２２及び室外日射計２４の計測結果に基づいて所定時間後の食用花栽培工場１０の室内温度を予測する。室内温度は、室外の温度と照度に影響を受けて変化するため、室内温度を屋外の環境に応じて予測することが好ましい。判定部２０４は、記憶部２０６に保存されている第１温度、第２温度及び第３温度に基づいた温度範囲と予測された室内温度とを比較して、室内温度がいずれの温度範囲にあるかを判定する。また、判定部２０４は、記憶部２０６に保存されている栽培に適した室内光合成有効光量子束密度（例えば第１光合成有効光量子束密度）と室内光量子計３４から入力した現在の室内光合成有効光量子束密度とを比較して、現在の室内光合成有効光量子束密度が栽培に適した室内光合成有効光量子束密度であるか否かを判定する。記憶部２０６は、プログラムや設定温度等を保存する。制御部２０８は、制御装置２０と電気的に接続された空調設備２６、照明２８、カーテン駆動装置１６０及びシャッター駆動装置１８０を制御する。

【0037】

制御装置２０は、室内温度計３２と電気的に接続する。予測部２０３は、室内温度計３２からの出力信号を受けて、所定時間後の実際の室内温度と予測した室内温度と比較してフィードバック制御してもよい。

【0038】

制御部２０８は、判定部２０４の判定結果に基づいて、空調設備２６に指令を出力して暖房運転または冷房運転を行う。制御部２０８は、判定部２０４の判定結果に基づいて、照明２８に指令を出力して光を照射し、さらに光の明るさを連続的または段階的に調節して調光する。制御部２０８は、判定部２０４の判定結果に基づいて、カーテン駆動装置１６０及びシャッター駆動装置１８０を駆動する。

【0039】

本実施形態に係る食用花栽培工場１０によれば、閉鎖系の植物工場でありながら、天窓１４からの太陽光を利用して食用花３６を栽培することができる。また、食用花栽培工場１０によれば、天窓１４からの熱を遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８により適宜削減することで太陽光を利用しながらも室内の温度を食用花３６の栽培に適した温度に調整しやすい。

【0040】

２．食用花栽培工場の制御方法
図１～図３を用いて、食用花栽培工場１０の制御方法について説明する。図３は、本実施形態に係る食用花栽培工場１０の制御方法のフローチャートである。食用花栽培工場１０については、重複する説明を省略する。

【0041】

Ｓ１０の実行に先立って、制御装置２０の操作者は、操作部２０２を操作して第１温度～第３温度、第１光合成有効光量子束密度、所定時間などを食用花３６の品種等に合わせて設定し、記憶部２０６にこれらを保存する。

【0042】

Ｓ１０：制御装置２０は、食用花栽培工場１０の室内温度ＴＣを予測する。より具体的には、制御装置２０は、例えば室外温度計２２及び室外日射計２４が測定した食用花栽培工場１０の外の気温及び日射量に基づいて、食用花栽培工場１０の所定時間後の室内温度ＴＣを予測部２０３が予測する。外の気温及び日射量は、気象庁や環境情報を提供する他の機関から取得してもよく、実際の計測値に加えて予報値を用いてもよい。室内温度ＴＣは、室外温度計２２及び室外日射計２４の測定時から所定時間経過後の温度であり、所定時間は５分～１０分までの間で任意に設定することができ、例えば５分後の温度とすることができる。所定時間を５分とした場合には、予測部２０３は５分ごとに室内温度ＴＣを予測する。予測された室内温度ＴＣ及び所定時間は、記憶部２０６に保存される。また、外の気温及び日射量は、測定時間例えば５分間の測定値の平均値を予測に用いてもよい。

【0043】

Ｓ１２：制御装置２０は、食用花栽培工場１０の室内光合成有効光量子束密度Ｂｎを取得する。室内光合成有効光量子束密度Ｂｎは、室内光量子計３４の測定値として取得することができる。

【0044】

Ｓ１４：判定部２０４は、室内温度ＴＣが第１温度より低いか否かを判定する。室内温度ＴＣが第１温度より低いと判定された場合（Ｙｅｓ）にはＳ２６が実行され、室内温度ＴＣが第１温度以上と判定された場合（Ｎｏ）にはＳ１６が実行される。第１温度は、あらかじめ記憶部２０６に保存されている温度であって、食用花３６の栽培に適した温度範囲の下限に対応して設定され、Ｓ２６による効果が得られるまでの遅延時間を考慮して例えば下限よりもわずかに高い温度に設定される。食用花３６は、栽培に適した許容温度範囲が比較的広く寒さにも強い品種が多いため、寒い季節になっても天窓１４を閉塞せずに採光を得ることによって適切な室内温度ＴＣの上昇が期待できる。

【0045】

Ｓ１６：判定部２０４は、室内温度ＴＣが第２温度より高いか否かを判定する。室内温度ＴＣが第２温度より高いと判定された場合（Ｙｅｓ）にはＳ１８が実行され、室内温度ＴＣが第２温度以下と判定された場合（Ｎｏ）にはＳ２８が実行される。第２温度は、あらかじめ記憶部２０６に保存されている温度であって、食用花３６の栽培に適した温度範囲の上限に対応して設定され、Ｓ２８による効果が得られるまでの遅延時間を考慮して例えば上限よりもわずかに低い温度に設定される。

【0046】

Ｓ１８：Ｓ１４で室内温度ＴＣが第１温度以上でありかつＳ１６で室内温度ＴＣが第２温度より高いと判定されると、制御部２０８によりカーテン駆動装置１６０を駆動して遮熱カーテン１６を全閉する。遮熱カーテン１６を全閉する（断熱シャッター１８は全開している）ことにより、天窓１４からの採光をある程度維持しながら外の気温の影響を減らすことができる。Ｓ１８は、Ｓ１６の判定後所定時間の経過時点に実行される。Ｓ１８による効果が得られるまでの遅延時間を考慮してＳ１８の実行は所定時間が経過するよりも早い段階で実行してもよく、後述するＳ２２，Ｓ２６，Ｓ２８,Ｓ３０、Ｓ３２及びＳ３４においても同様に遅延時間を考慮して実行してもよい。なお、以下の説明において「駆動する」、「停止する」、「温める」及び「冷却する」は、すでに同様の動作状態にある場合にその状態を維持することを含む。

【0047】

Ｓ２０：判定部２０４は、Ｓ１８で遮熱カーテン１６が全閉しても室内温度ＴＣが第３温度より高いか否かを判定する。室内温度ＴＣが第３温度より高いと判定された場合（Ｙｅｓ）にはＳ２２が実行され、室内温度ＴＣが第３温度以下と判定された場合（Ｎｏ）にはＳ３０が実行される。Ｓ２０は、予測部２０３で遮熱カーテン１６が全閉することにより予測される室内温度ＴＣをシミュレーションした上で実行される。

【0048】

Ｓ２２：制御装置２０は、Ｓ２０で室内温度ＴＣが前記第３温度より高いと判定すると
、制御部２０８から指令を出力してシャッター駆動装置１８０を駆動して断熱シャッター１８を全閉する。断熱シャッター１８を全閉すると天窓１４からの採光は完全に遮断されるが、断熱シャッター１８の高い断熱性能により外からの熱が天窓１４を通って室内へ伝わることを防止することができる。

【0049】

Ｓ２４：判定部２０４は、室内温度ＴＣが第３温度より高いか否かを判定する。室内温度ＴＣが第３温度より高いと判定した場合（Ｙｅｓ）にはＳ３４が実行され、室内温度ＴＣが第３温度以下と判定した場合（Ｎｏ）にはＳ３２が実行される。第３温度は、あらかじめ記憶部２０６に保存されている温度であって、第２温度よりも高く、かつ、空調設備２６により冷却する必要が生じる温度に対応して設定される。Ｓ２４は、予測部２０３で遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８が全閉することにより予測される室内温度ＴＣをシミュレーションした上で実行される。

【0050】

Ｓ２６：制御装置２０は、Ｓ１４で室内温度ＴＣが第１温度より低いと判定すると、制御部２０８から指令を出力してカーテン駆動装置１６０及びシャッター駆動装置１８０を駆動して遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８を全閉する。遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８を全閉することにより、外からの熱移動を抑制することができる。さらに制御装置２０は、制御部２０８から指令を出力して空調設備２６の暖房運転により室内の空気を温める。予測部２０３のシミュレーションの結果、遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８を全閉することにより食用花３６の栽培が可能な温度範囲を保つことが予測できる場合には、空調設備２６を停止してもよい。その場合、空調設備２６を稼働させる第１温度より低い第４温度をあらかじめ設定しておくことができる。

【0051】

Ｓ２８：制御装置２０は、Ｓ１４及びＳ１６により室内温度ＴＣが第１温度以上第２温度以下であると判定すると、制御部２０８から指令を出力してカーテン駆動装置１６０及びシャッター駆動装置１８０を駆動して遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８を全開する。遮熱カーテン１６及び断熱シャッター１８を全開することにより、太陽光を取り入れて照明２８の電力消費を削減でき、外からの熱移動により室内を温めることができる。さらに制御装置２０は、制御部２０８から指令を出力して空調設備２６を停止する。なお、空調設備２６は、後述するＳ３０及びＳ３２のとおり、室内温度ＴＣが第１温度以上第３温度以下の場合は停止する。

【0052】

Ｓ３０：制御装置２０は、Ｓ２０により室内温度ＴＣが第３温度以下であると判定すると、制御部２０８から指令を出力してシャッター駆動装置１８０を駆動して断熱シャッター１８を全開する。断熱シャッター１８を全開しても遮熱カーテン１６が全閉した状態のままであるので、断熱シャッター１８を全閉するのに比べて太陽光を取り入れることができる。さらに制御装置２０は、制御部２０８から指令を出力して空調設備２６を停止する。

【0053】

Ｓ３２：制御装置２０は、Ｓ２４により室内温度ＴＣが第３温度以下の場合は制御部２０８から指令を出力して空調設備２６を停止する。Ｓ２８，Ｓ３０，Ｓ３２では、遮熱カーテン１６及び／または断熱シャッター１８の開閉により、室内温度ＴＣを適温に調整できるため空調設備２６の稼働は不要である。これにより、電力消費を削減し、空調設備２６の部品交換の頻度を減らすことができる。

【0054】

Ｓ３４：制御装置２０は、Ｓ２４により室内温度ＴＣが第３温度より高いと判定すると、制御部２０８から指令を出力して空調設備２６の冷房運転により室内の空気を冷却する。食用花栽培工場１０の室内は、空調設備２６により食用花３６の栽培に適する温度範囲の上限を超えないように調節される。

【0055】

Ｓ３６：判定部２０４は、Ｓ２６、Ｓ２８，Ｓ３０，Ｓ３２またはＳ３４を実行した後、あらかじめ設定されて記憶部２０６に保存されている第１光合成有効光量子束密度より室内光合成有効光量子束密度Ｂｎが低いか否かを判定する。室内光合成有効光量子束密度Ｂｎが第１光合成有効光量子束密度より低いと判定した場合（Ｙｅｓ）にはＳ３８を実行し、室内光合成有効光量子束密度Ｂｎが第１光合成有効光量子束密度以上であると判定した場合（Ｎｏ）には処理を終了する。第１光合成有効光量子束密度は、栽培されている食用花３６の品種に応じてあらかじめ設定されて記憶部２０６に保存される。第１光合成有効光量子束密度は、食用花３６の光合成に適した室内光合成有効光量子束密度の範囲に設定される。

【0056】

Ｓ３８：制御装置２０は、Ｓ３６により室内光量子計３４が第１光合成有効光量子束密度より低いと判定すると、制御部２０８から指令を出力して照明２８を点灯させて食用花３６に光を照射する。制御部２０８は、室内光量子計３４の測定結果に基づいて当該室内光量子計３４に対応する照明２８を調光することができる。棚板３１ごとに室内光量子計３４に応じて照明２８を調光することにより、栽培棚３０の各段の光量子束密度に応じた光を食用花３６に照射できるため、日射を取り入れても食用花３６の均質な栽培が可能になる。照明２８を調光するために、第１光合成有効光量子束密度より低い第２光合成有効光量子束密度等の複数の室内光合成有効光量子束密度をあらかじめ記憶部２０６に保存しておき、これらの設定された室内光合成有効光量子束密度に合わせて照明２８を調光してもよい。

【0057】

本実施形態に係る食用花栽培工場１０の制御方法によれば、閉鎖系の植物工場でありながら、太陽光を利用して食用花３６を栽培することができる。

【0058】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0059】

１０…食用花栽培工場、１２…屋根、１４…天窓、１６…遮熱カーテン、１６０…カーテン駆動装置、１８…断熱シャッター、１８０…シャッター駆動装置、２０…制御装置、２０２…操作部、２０３…予測部、２０４…判定部、２０６…記憶部、２０８…制御部、２２…室外温度計、２４…室外日射計、２６…空調設備、２８…照明、３０…栽培棚、３１…棚板、３２…室内温度計、３４…室内光量子計、３６…食用花

【図1】

【図2】

【図3】