二酸化炭素の施用装置及び施用方法
【課題】温室に二酸化炭素を半永続的に供給可能な二酸化炭素施用装置及び方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤２を容器１０内に収容する。準備モードと補充モードを選択的に切り替える。準備モードでは、外気を容器１０内に流入させて吸放出剤２と接触させ、外気中の二酸化炭素を吸放出剤２に吸収させる。補充モードでは、吸引手段３０にて容器１０内のガスを吸引し、容器１０の内圧を準備モードのときより低圧にする。これにより、吸放出剤２から二酸化炭素が放出される。この二酸化炭素を含有するガスを吸引して、温室９内に供給する。
【解決手段】二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤２を容器１０内に収容する。準備モードと補充モードを選択的に切り替える。準備モードでは、外気を容器１０内に流入させて吸放出剤２と接触させ、外気中の二酸化炭素を吸放出剤２に吸収させる。補充モードでは、吸引手段３０にて容器１０内のガスを吸引し、容器１０の内圧を準備モードのときより低圧にする。これにより、吸放出剤２から二酸化炭素が放出される。この二酸化炭素を含有するガスを吸引して、温室９内に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば農業や園芸用の温室内に二酸化炭素を施用する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業や園芸等において、ビニールハウス等の温室で植物を栽培することは周知である。温室内は外界からほぼ隔離された密閉空間にすることができる。しかし、気密性が高いと作物が育つにつれて二酸化炭素濃度が低下し、生育が頭打ちになる。そこで、二酸化炭素ボンベを設置したり、ドライアイスを設けたり、灯油等の化石燃料を燃やしたりすることで、二酸化炭素を人為的に付加（施用）していた。
【０００３】
特許文献１では、開放された場所で植物を栽培するために、一対の炭素電極を水に漬けて電圧をかけることで二酸化炭素含有溶液を生成し、この二酸化炭素含有溶液を植物に供給している。
特許文献２では、二酸化炭素ボンベから供給した炭酸ガスと水とで炭酸水を生成し、この炭酸水をハウス内の植物に散布している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−８４５２９号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の二酸化炭素供給手段は、何れも、二酸化炭素の原料を定期的に補充しない限り、永続的な運転はできなかった。例えば、二酸化炭素ボンベを用いる場合、ボンベ内が空になると二酸化炭素をボンベに補充するかボンベを交換する必要があった。ドライアイスを用いる場合、ドライアイスが気化して消滅すると新たなドライアイスを補充する必要があった。灯油等の化石燃料を燃やす場合、燃料が無くなれば補充する必要があった。特許文献１においては、炭素電極が溶解した場合、交換する必要があると考えられる。
本発明は、上記事情に鑑み、温室に二酸化炭素を原料補充しなくても半永続的に供給可能な二酸化炭素の施用装置及び施用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明に係る二酸化炭素施用装置は、温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用装置であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を収容した容器と、
前記容器に接続された吸引手段と、
前記容器に接続又は設置された流入許容手段と、
準備モードと補充モードを選択的に切り替える切り替え手段と、
を備え、前記準備モードでは、前記流入許容手段が外気の前記容器内への流入を許容し、前記補充モードでは、前記吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備モードのときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給することを特徴とする。
本発明に係る二酸化炭素施用方法は、温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用方法であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を容器内に収容しておき、前記吸放出剤に空気を接触させる準備工程と、吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備工程のときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給する補充工程と、を選択的に実行することを特徴とする。
【０００７】
一般にこの種の吸放出剤は、二酸化炭素分圧が高くなると二酸化炭素を吸収する方向に平衡が移動し、二酸化炭素分圧が低くなると二酸化炭素を放出する方向に平衡が移動する。
準備モード（準備工程）においては、外気が吸放出剤と接触することで、外気中の二酸化炭素を吸放出剤に吸収させることができる。補充モード（補充工程）においては、容器内を低圧にすることで、吸放出剤から二酸化炭素を放出させることができる。この二酸化炭素を含むガスを吸引手段にて吸引し、温室に供給できる。これによって、温室内の二酸化炭素濃度を上昇させることができ、又は高く維持できる。準備モード（準備工程）と補充モード（補充工程）を反復することによって、吸放出剤が二酸化炭素の吸収と放出を繰り返す。これによって、温室に二酸化炭素を長期間ないしは半永続的に供給することができる。吸放出剤が空気中から二酸化炭素を吸収し、この二酸化炭素を放出するものであるから、空気中の二酸化炭素がいわば二酸化炭素原料であると言える。したがって、二酸化炭素ボンベ、ドライアイス、化石燃料、炭素電極等の特別な二酸化炭素原料を定期的に補充する必要がない。よって、保守、管理が容易であり、かつランニングコストを抑えることができる。
【０００８】
前記吸放出剤の含有成分としては、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム等のアルカリ金属炭酸水素塩が挙げられる。これらアルカリ金属炭酸水素塩は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム等のアルカリ金属炭酸塩と平衡して共存する。前記吸放出剤が、カリウム、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩と炭酸塩の平衡共存物であることが好ましく、炭酸水素カリウムと炭酸カリウムの平衡共存物であることがより好ましい。前記吸放出剤が、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸リチウム等のアルカリ金属のセスキ炭酸塩を含んでいてもよい。
【０００９】
前記吸放出剤が粉状であることが好ましい。これによって、吸放出剤の単位体積当たりの表面積を大きくでき、二酸化炭素の吸放出の効率を高くできる。
また、粉体どうしが部分的に結着し、多孔質の固体をなしていてもよい。これにより、粉体が飛散することがなく、扱いが容易になる。
【００１０】
前記二酸化炭素施用装置が、外気を前記容器内に送り込む送気手段を更に備えていることが好ましい。前記準備モード（準備工程）では前記送気手段を駆動する。これによって、容器内に外気を確実に送り込むことができる。したがって、吸放出剤の二酸化炭素吸収反応を確実に起こさせることができる。前記補充モード（補充工程）では前記送気手段を停止することが好ましい。
【００１１】
前記流入許容手段が、前記送気手段と前記容器とを接続する送気路に設けられた開閉弁を含むことが好ましい。前記準備モード（準備工程）では前記開閉弁が開くことが好ましい。これによって、容器内への外気送入を許容できる。前記補充モード（補充工程）では前記開閉弁が閉じることが好ましい。これによって、補充モード（補充工程）において外気が送気手段を通って容器内へ流れるのを防止できる。
【００１２】
前記流入許容手段が、前記容器の内部を外部に開放する開放路と、前記開放路を開閉又は開度調節する弁とを含むことが好ましい。準備モード（準備工程）では、開放路を開くことで、外気の容器内への流入を許容できる。補充モード（補充工程）では、開放路を閉じることで容器を密閉できる。或いは、補充モード（補充工程）では、開放路の開度を準備モード（準備工程）より小さくする。吸引手段にて容器内のガスを吸引すれば、容器内を準備モード（準備工程）より低圧にできる。
【００１３】
前記準備工程（準備モード）では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程（補充モード）では前記容器を密閉することが好ましい。前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記容器内への外気の流入を禁止することが好ましい。例えば前記開放路を閉じることで、前記外気流入を禁止できる。
これによって、吸引手段にて容器内のガスを吸引すれば、容器の内圧を確実に低圧にできる。よって、吸放出剤から二酸化炭素を確実に放出させることができる。この場合、吸引手段として、レシプロ式真空ポンプやスクロール式真空ポンプ等の吸引力（到達真空度）が大きい真空ポンプを用いることが好ましい。
【００１４】
前記準備工程（準備モード）では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程（補充モード）では前記容器内を前記準備工程のときより小さい開度で外部に開放又は連通させることにしてもよい。前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記容器内への外気の流入を前記準備モードよりも制限しつつ許容することにしてもよい。
吸引手段にて容器内のガスを吸引すれば、容器の内圧を準備モードより低圧にできる。したがって、吸放出剤から二酸化炭素を放出させることができる。容器内には吸放出剤からの二酸化炭素の他、流入外気も含まれる。したがって、吸引手段の吸引力（到達真空度）が小さくても、容器内の二酸化炭素含有ガスを吸引手段にて確実に吸引でき、温室内に二酸化炭素を補充することができる。この態様に好適な吸引手段として、ダイヤフラム式真空ポンプやベローズ式真空ポンプ等が挙げられる。
【００１５】
二酸化炭素施用装置において、前記切り替え手段が、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは前記準備モードを選択し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回っているときは、前記補充モードを選択することが好ましい。
二酸化炭素施用方法において、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは、前記準備工程を実行し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回ったときは、前記補充工程を実行することが好ましい。
これによって、温室内が高二酸化炭素濃度のとき、外気中の二酸化炭素を吸放出剤に吸収させておくことができる。温室内の二酸化炭素濃度が低下したとき、吸放出剤から二酸化炭素を放出して温室内に供給できる。これによって、温室内の二酸化炭素濃度を所定値以上に維持できる。
また、本システムを２式用意して、それぞれ準備モードと補充モードを交互に行わせ、かつ一方のシステムが補充モードのとき他方のシステムが準備モードになるようにしてもよい。これにより、温室内にＣＯ２を間断なく供給できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、温室に二酸化炭素を長期間ないしは半永続的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素施用装置の回路図である。
【図２】ＫＨＣＯ３及びＫ２ＣＯ３の平衡共存体からなる吸放出剤が平衡状態にあるときの雰囲気ガス中のＣＯ２分圧に対するＫＨＣＯ３モル存在率αの計算値を示すグラフであり、実線は、高真空下（ＣＯ２分圧＝Ｈ２Ｏ分圧）での平衡値αであり、二点鎖線は、Ｈ２Ｏ分圧を２１２３Ｐａ（温度３０℃、相対湿度５０％の外気中のＨ２Ｏ分圧に相当）としたときの平衡値αである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素施用装置の回路図である。
【図４】ＫＨＣＯ３及びＫ２ＣＯ３の平衡共存体からなる吸放出剤が平衡状態にあるときの雰囲気ガス中のＣＯ２分圧に対するＫＨＣＯ３モル存在率αの計算値を示すグラフであり、二点鎖線は、Ｈ２Ｏ分圧を２１２３Ｐａ（温度３０℃、相対湿度５０％の外気中のＨ２Ｏ分圧に相当）としたときの平衡値αであり、実線は、Ｈ２Ｏ分圧がＣＯ２分圧より２１２．３Ｐａだけ大きいときの平衡値αである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る二酸化炭素施用装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示したものである。ビニールハウス等の温室９（二酸化炭素利用室）内では植物Ｓが栽培される。植物Ｓは、特に限定がなく、農作物でもよく、園芸作物でもよい。通常、温室９内のＨ２Ｏ分圧（湿度）は、外気のＨ２Ｏ分圧（湿度）より高い。通常、外気中のＣＯ２濃度は、３５０ｐｐｍ〜３８０ｐｐｍ程度であり、ＣＯ２分圧は３５Ｐａ〜３８Ｐａ程度である。
【００１９】
温室９には二酸化炭素施用装置１が装備されている。二酸化炭素施用装置１は、吸放出剤容器１０と、送気ポンプ２０（送気手段）と、吸引ポンプ３０（吸引手段）を含む。これら要素１０，２０，３０は、温室９の外部に配置されている。
【００２０】
容器１０は、数Ｐａ〜数十Ｐａの真空内圧に対し耐圧性を有し、更に好ましくは大気圧より高圧の内部圧力に対しても耐圧性を有している。容器１０の内部に吸放出剤２が収容されている。容器１０内が、吸放出剤２の収容室と、流通ガスの拡散室とに仕切られていてもよい。吸放出剤２は、例えば平均粒径が０．１μｍ〜１００μｍの粉末の状態になっている。吸放出剤２は、粉末状に限られず、１ｍｍ〜１ｃｍの塊の集合体であってもよく、多孔質の塊状又は板状であってもよい。
【００２１】
吸放出剤２は、炭酸水素ナトリウム（ＫＨＣＯ３）を主成分として含有する。ＫＨＣＯ３は、下式の平衡反応を起こし、炭酸ナトリウム（Ｋ２ＣＯ３）と共存する。
Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２⇔２ＫＨＣＯ３ （式１）
吸放出剤２の一部はＫ２ＣＯ３にて構成されている。吸放出剤２は、ＫＨＣＯ３とＫ２ＣＯ３との平衡共存物である。ＫＨＣＯ３及びＫ２ＣＯ３の平衡反応は、ＣＯ２の吸放出を伴い、更にＨ２Ｏの吸放出をも伴う。吸放出剤２がＣＯ２を吸収するとき、同時にＨ２Ｏをも吸収する。吸放出剤２がＣＯ２を放出するとき、同時にＨ２Ｏをも放出する。吸放出剤２におけるＫＨＣＯ３とＫ２ＣＯ３の割合は、吸放出剤２の配置環境のＣＯ２分圧、Ｈ２Ｏ分圧、温度、圧力等に応じて変動する。吸放出剤２におけるＫＨＣＯ３とＫ２ＣＯ３の合計モル数に対するＫＨＣＯ３のモル存在率αは下式で定義される。
【数１】
【００２２】
以下、吸放出剤２が外気（空気）中に置かれたときの平衡状態でのＫＨＣＯ３のモル存在率αを、α０と表記する。図２の二点鎖線に示すように、外気温３０℃、相対湿度５０％の外気中（ＣＯ２分圧：３５Ｐａ〜３８Ｐａ）でのＫＨＣＯ３モル存在率の平衡値α０は、略α０＝１である。
【００２３】
容器１０には流入許容手段４０が接続されている。流入許容手段４０は、装置１の動作モードに応じて外気が容器１０内へ流入するのを許容し、或いは禁止する。流入許容手段４０は、２つの管路４１，４２と、２つの電磁開閉弁５１，５２を含む。容器１０の一端部（図１において左）から開放路４１が延びている。開放路４１の先端部は大気開放されている。開放路４１に第１の開閉弁５１が設けられている。開閉弁５１を開くことで、容器１０の内部が、開放路４１を介して外部に開放又は連通され、ガスが容器１０内から開放路４１の開放端へ向けて流れるのが許容される。開閉弁５１を閉じると、容器１０の内部が密閉される。
【００２４】
送気ポンプ２０が、送気路４２を介して容器１０に接続されている。容器１０の送気路４２との接続部は、容器１０の軸方向（長手方向）に開放路４１との接続部とは反対側（図１において右）に位置している。送気ポンプ２０は、外気を取り込み、送気路４２を介して容器１０内に送り込む。送気路４２に第２の開閉弁５２が設けられている。開閉弁５２を開くことで、送気ポンプ２０による容器１０内への外気送入が許容される。開閉弁５２を閉じると、上記外気送入が禁止される。
【００２５】
吸引ポンプ３０は、例えばスクロール式又はレシプロ式の真空ポンプにて構成されている。吸引ポンプ３０の吸引ポートが、吸引路６１を介して容器１０に接続されている。容器１０の吸引路６１との接続部は、容器１０の軸方向（長手方向）に開放路４１との接続部とは反対側に位置し、かつ送気路４２との接続部と同じ側に位置している。吸引ポンプ３０は、吸引路６１を介して容器１０の内部のガスを吸引する。これによって、容器１０の内圧を例えば数Ｐａ〜数十Ｐａ程度の高真空にすることができる。
【００２６】
吸引ポンプ３０の排気ポートに補充路６２が連なっている。補充路６２が温室９へ延び、温室９の内部に差し入れられている。補充路６２の先端部に補充ノズル６３が設けられている。補充ノズル６３の先端部が、温室９内に開口している。補充ノズル６３は、温室９の天井部に下向きに取り付けられている。吸引ポンプ３０は、吸引ポートから吸い込んだガスを排気ポートに吐き出す。このガスが、補充路６２を介して補充ノズル６３から温室９内に導入される。
【００２７】
温室９内には二酸化炭素濃度センサ４が設けられている。二酸化炭素濃度センサ４の検出信号線４ａがコントローラ３（制御手段）に接続されている。コントローラ３は、マイクロコンピュータ、入出力インターフェース、ポンプ２０，３０や弁５１，５２の駆動回路等を含む。コントローラ３の制御信号線（図示省略）がポンプ２０，３０や弁５１，５２に接続されている。コントローラ３のマイクロコンピュータのメモリには、ポンプ２０，３０や弁５１，５２を制御するためのプログラムやデータが格納されている。制御データは、例えば、ハウス９内の二酸化炭素濃度の閾値（所定値）のデータを含む。二酸化炭素濃度の閾値は例えば８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍである。コントローラ３は、装置１の動作モードを準備モードと補充モードの間で選択的に切り替える切り替え手段を構成している。
【００２８】
ポンプ２０，３０、コントローラ３等の動力源には太陽電池を用いることが好ましい。これによって、商用電源が供給不能な場所でも運転することができる。ポンプ２０，３０等の動力源として、ディーゼル発電機、商用電源等を用いてもよい。
【００２９】
上記のように構成された二酸化炭素施用装置１の動作を説明する。
二酸化炭素施用装置１は、コントローラ３の制御によって、準備モード（準備工程）と補充モード（補充工程）とを選択的に実行する。いま、補充モードから準備モードに切り替えたものとする。このとき、容器１０内の吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αは、直前までの補充モードの実行によって十分に小さくなっており、少なくとも大気中の平衡値α０より小さくなっている（α＜α０）。この時点で、ハウス９内のＣＯ２濃度は所定値（８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ）を上回っているものとする。
【００３０】
［準備モード（準備工程）］
準備モードでは、流入許容手段４０によって外気の容器１０内への流入を許容する。具体的には、開閉弁５１，５２を開く。開放路４１を介して容器１０の内部を外部に開放又は連通する。吸引ポンプ３０は停止しておく。そして、送気ポンプ２０を駆動する。送気ポンプ２０は、外気（ハウス９の外の空気）を送気路４２を介して容器１０内に送入する。開閉弁５１，５２を開状態にすることで上記外気送入を許容できる。
【００３１】
容器１０内に送り込まれた空気が吸放出剤２に接触する。その後、空気は開放路４１から排出される。これによって、容器１０の内圧がほぼ大気圧に保たれる。吸放出剤２が大気圧雰囲気に晒される。このとき、吸放出剤２においては、α＜α０であるため、Ｋ２ＣＯ３がＫＨＣＯ３に変換される向き（式１の右向き）に平衡が移動する。この平衡反応によって、吸放出剤２が空気中のＣＯ２を吸収する。
【００３２】
やがて、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αが大気中の平衡値α０に達する。図２の二点鎖線に示すように、例えば外気（ＣＯ２分圧＝３５Ｐａ〜３８Ｐａ）が温度３０℃、相対湿度５０％である場合、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αは、α＝α０≒１となる。
【００３３】
送気ポンプ２０は、準備モードの期間中、継続して駆動してもよく、α＝α０になるのに要する時間だけ駆動したら停止することにしてもよい。送気ポンプ２０からの総送気流量が所定以上になったとき、送気ポンプ２０を停止してもよい。準備モード期間中の送気ポンプ２０からの総送気流量は、大気圧換算で少なくとも容器１０の内容積以上であることが好ましい。
【００３４】
［検出工程］
準備モードと併行して、二酸化炭素濃度センサ４によって、温室９内の雰囲気ガスのＣＯ２濃度を検出する。検出結果をコントローラ３に入力する。コントローラ３は、ＣＯ２の検出濃度に基づいて補充モードに切り替えるか否かを判断する。作物Ｓが炭素同化を活発に行なうと、温室９内のＣＯ２濃度が低下する。ＣＯ２検出濃度が所定値（例えば８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ）を下回ったとき、補充モードに切り替える。或いは、ＣＯ２検出濃度の低下勾配に基づいて補充モードへの切り替えの要否を判断してもよい。
【００３５】
［補充モード（補充工程）］
補充モードでは、流入許容手段４０が外気の容器１０内への流入を禁止する。具体的には、送気ポンプ２０を停止し、開閉弁５１，５２を閉じる。これによって、容器１０が密閉される。そして、吸引ポンプ３０を駆動し、容器１０内のガスを吸引する。したがって、容器１０の内圧が準備モード（準備工程）のときより低下する。容器１０内は、例えば数十Ｐａ程度〜数百Ｐａ程度の高真空になる。そのため、吸放出剤２において、ＫＨＣＯ３がＫ２ＣＯ３に変換される方向（式１の左方向）に平衡が移動し、吸放出剤２からＣＯ２が放出される。
【００３６】
この容器１０内のＣＯ２含有ガスが、吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれる。このＣＯ２含有ガスが、補充路６２を経て補充ノズル６３から温室９内に吹き出される。これによって、ＣＯ２を温室９内に補充できる。よって、温室９内のＣＯ２濃度を増大させることができる。
【００３７】
補充モードを更に詳述する。補充モードでは、当初、容器１０内に在った空気が吸引ポンプ３０に吸引されて排気される。吸放出剤２からはＣＯ２が放出されるのと同時にＨ２Ｏも放出される（式１）。したがって、容器１０内のガス成分は殆どＣＯ２とＨ２Ｏ（水蒸気）とで占められる。吸放出剤２からのＣＯ２とＨ２Ｏの放出モル数は互いに等しい（式１）。したがって、容器１０内のＣＯ２分圧とＨ２Ｏ分圧は互いに略等しく、かつこれらＣＯ２分圧とＨ２Ｏ分圧の合計が容器１０の内圧と略等しい。例えば、吸引ポンプ３０によって容器１０の内圧を８０Ｐａにした場合、ＣＯ２分圧は４０Ｐａ程度になり、Ｈ２Ｏ分圧は４０Ｐａ程度になる。したがって、図２の実線に示すように、吸放出剤２の平衡時のＫＨＣＯ３モル存在率αは、α＝０．６程度になる。すなわち、吸放出剤２は、α＝０．６程度になるまでＣＯ２を放出できる。
【００３８】
吸引ポンプ３０は、容器１０内のガス（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）を吸い込み、略大気圧になるまで圧縮して吐出する。大気圧下では、上記ガス（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）中のＨ２Ｏの多くが凝縮する。したがって、補充ノズル６３から吹き出されるガスの殆どはＣＯ２であり、残りが未凝縮のＨ２Ｏ（水蒸気）である。よって、高濃度のＣＯ２ガスをハウス９内に供給できる。凝縮したＨ２Ｏは、水滴となってノズル６３から排出される。
【００３９】
温室９内のＣＯ２濃度がある大きさ（例えば１０００ｐｐｍ以上）になったとき、補充モードを終了する。補充モードの継続時間が所定時間に達したとき、補充モードを終了してもよい。吸放出剤２からのＣＯ２放出流量ひいては補充ノズル６３からのＣＯ２供給流量が低下したとき、補充モードを終了してもよい。吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αが容器１０内の真空環境での平衡値（例えばα＝０．６程度）に達したとき、補充モードを終了してもよい。
【００４０】
補充モードを終了後、準備モードに切り替える。すなわち、吸引ポンプ３０を停止し、開閉弁５１，５２を開き、送気ポンプ２０を駆動する。
【００４１】
このようにして、二酸化炭素施用装置１によれば、準備モード（準備工程）と補充モード（補充工程）を選択的に実行する。これによって、ＣＯ２を温室９内に長期間にわたって、ないしは半永続的に供給することができる。したがって、温室９内のＣＯ２濃度を所定値以上に維持でき、作物Ｓの生育を促進できる。しかも、二酸化炭素施用装置１によれば、温室９内の加熱を伴わないから夏季の運転に好適である。よって、夏季には、太陽光線の強さと相俟って、作物Ｓの生育を十分に促進させることができる。
【００４２】
吸放出剤２が空気中からＣＯ２を吸収し、このＣＯ２を放出するものであるから、空気中のＣＯ２がいわばＣＯ２原料であると言える。したがって、二酸化炭素ボンベ、ドライアイス、化石燃料、炭素電極等の特別なＣＯ２原料を定期的に補充する必要がない。よって、保守、管理が容易であり、かつランニングコストを抑えることができる。
【００４３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の二酸化炭素施用装置１Ａは、吸引ポンプ３１として、ダイヤフラム式の真空ポンプを用いている。ダイヤフラム式の真空ポンプは、スクロール式又はレシプロ式の真空ポンプ３０より到達真空度が小さい。ダイヤフラム式の真空ポンプの到達真空度は、例えば１０００Ｐａ程度である。
【００４４】
流入許容手段４０は、第１実施形態の開閉弁５１に代えて、開放路４１を開度調節する弁５３を含む。弁５３は、全開位置５３ａと半開位置５３ｂとを有する切換弁にて構成され、開放路４１に介在されてる。切換弁５３を全開位置５３ａと半開位置５３ｂとの間で切り替えることによって、開放路４１の流通方向及び開度を調節できる。全開位置５３ａの切換弁５３は、開放路４１を全開にし、かつ、ガスが開放路４１を容器１０側から開放路１４の開放端へ向けて流通するのを許容する。半開位置５３ｂの切換弁５３は、開放路４１に絞りを付与することで、開放路４１を半開にする。半開位置５３ｂのときの切換弁５３の開度は、全開位置５３ａのときの切換弁５３の開度より小さい。かつ、半開位置５３ｂの切換弁５３は、ガスが開放路４１の開放端から容器１０内へ向けて流通するのを許容する。したがって、全開位置５３ａの切換弁５３の流通許容方向と、半開位置５３ａの切換弁５３の流通許容方向とは、互いに逆である。
【００４５】
コントローラ３は、ポンプ２０，３１や弁５１，５３の駆動回路を含む。コントローラ３の制御信号線（図示省略）がポンプ２０，３１及び弁５１，５３に接続されている。コントローラ３は、ポンプ２０，３１及び弁５２，５３を操作し、装置１の動作モードを準備モードと補充モードの間で選択的に切り替える。
【００４６】
［準備モード（準備工程）］
準備モードでは、切換弁５３を全開位置５３ａにする。これにより、容器１０内が開放路５１を介して外部に開放される。かつ、開閉弁５２を開く。そして、送気ポンプ２０を駆動する。ダイヤフラム式吸引ポンプ３１は停止する。これによって、第１実施形態と同様に、外気が、送気ポンプ２０によって容器１０内に送り込まれ、吸放出剤２と接触した後、開放路４１から排出される。吸放出剤２と外気が接触することで、外気中のＣＯ２が吸放出剤２に吸収される。図４の二点鎖線に示すように、例えば外気（ＣＯ２分圧＝３５Ｐａ〜３８Ｐａ）が温度３０℃、相対湿度５０％である場合、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αは、略α＝１に収斂する。
【００４７】
［補充モード（補充工程）］
補充モードでは、流入許容手段４０が、外気の容器１０内への流入を準備モードよりも制限しつつ許容する。すなわち、切換弁５３を半開位置５３ｂにする。これによって、容器１０内が準備モード（準備工程）のときより小さい開度で外部に開放される。送気ポンプ２０は停止し、開閉弁５２は閉じる。そして、ダイヤフラム式吸引ポンプ３１を駆動する。これによって、容器１０の内圧が、準備モードにおけるほぼ大気圧より低圧になる。ただし、容器１０の内圧は、第１実施形態の補充モードほどの高真空にはならず、例えば大気圧の数分の１〜数十分の１程度になる。これによって、吸放出剤２において、ＫＨＣＯ３がＫ２ＣＯ３に変換される方向（式１の左方向）に平衡が移動し、吸放出剤２からＣＯ２が放出される。同時に、外部の空気が、半開の開放路４１を経て容器１０内に導入される。この空気に上記吸放出剤２からのＣＯ２が混ざる。このＣＯ２含有ガスが、吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれる。開放路４１から空気を取り込むことによって、ダイヤフラム式吸引ポンプ３１の吸引流量を確保できる。ＣＯ２含有ガスは、吸引ポンプ３１から補充路６２を経、補充ノズル６３から温室９内に吹き出される。これによって、ＣＯ２を温室９内に補充できる。よって、温室９内のＣＯ２濃度を増大させることができる。
【００４８】
第２実施形態の補充モードを更に具体的に説明する。補充モードでは、ダイヤフラム式吸引ポンプ３１によって容器１０の内圧を例えば大気圧の１／１０すなわち１００００Ｐａ程度にする。ダイヤフラム式吸引ポンプ３１の到達真空度は１０００Ｐａ程度であるから、吸引能力を十分に確保できる。当初、容器１０内に在った空気は、吸引ポンプ３０にて順次吸引されて排出される。吸引ポンプ３１が吸引した分の空気が新たに半開の開放路４１から容器１０内に導入される。これにより、容器１０の内圧が１００００Ｐａ程度に維持される。容器１０の内圧は大気圧より低いから、吸放出剤２からＣＯ２が放出され、同時にＨ２Ｏも放出される（式１）。したがって、容器１０内のガスは、開放路４１から流入した空気と、吸放出剤２から放出されたＣＯ２及びＨ２Ｏ（水蒸気）との混合ガスになる。開放路４１からの空気が上記混合ガスの大半を占め、その分圧は１００００Ｐａ程度である。例えば外気の相対湿度が５０％（温度３０℃）である場合、１００００Ｐａの空気には約２１２．３ＰａのＨ２Ｏ（水蒸気）が含まれている。これに対し、１００００Ｐａの空気中のＣＯ２の分圧は３．５Ｐａ〜３．８Ｐａ程度であり、Ｈ２Ｏ分圧と比べるとほとんど無視できる。吸放出剤２からのＣＯ２とＨ２Ｏの放出モル数は互いに等しい（式１）。したがって、容器１０内の混合ガスにおけるＨ２Ｏ分圧はＣＯ２分圧より約２１２．３Ｐａだけ大きいと考えることができる。
【００４９】
図４の実線は、Ｈ２Ｏ分圧＝ＣＯ２分圧＋２１２．３Ｐａの雰囲気下における、ＣＯ２分圧に対する吸放出剤２の平衡状態でのＫＨＣＯ３モル存在率αを示したものである。補充モードの開始時における吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αはα≒１であり、このＫＨＣＯ３モル存在率αがＣＯ２及びＨ２Ｏの放出に伴って低下していく。図４の実線に示すように、例えばα＝０．９のとき、吸放出剤２は、容器１０内の混合ガス中のＣＯ２分圧が約４０Ｐａになるまで、ＣＯ２及びＨ２Ｏを放出できる。吸引ポンプ３１が、この混合ガスを吸い込み、略大気圧（概略１０００００Ｐａ）になるまで圧縮する。圧縮後の混合ガス中のＣＯ２分圧は約４００Ｐａになる。したがって、混合ガスは、外気の１０倍以上の濃度のＣＯ２を含有する。この高濃度ＣＯ２含有ガスを補充ノズル６３からハウス９内に供給することができる。
【００５０】
補充モードを続行することにより、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αが更に低下していく。図４の実線に示すように、例えばα＝０．７のとき、吸放出剤２は、容器１０内の混合ガス中のＣＯ２分圧が約１０Ｐａになるまで、ＣＯ２及びＨ２Ｏを放出できる。吸引ポンプ３１が、この混合ガスを吸い込み、略大気圧（概略１０００００Ｐａ）になるまで圧縮する。圧縮後の混合ガス中のＣＯ２分圧は約１００Ｐａになる。したがって、外気の２〜３倍の濃度のＣＯ２を含有するガスを補充ノズル６３からハウス９内に供給することができる。
【００５１】
補充ノズル６３からの供給ガス中のＣＯ２濃度がある程度まで低下したとき、補充モードを終了し、準備モードに切り替える。すなわち、吸引ポンプ３１を停止し、切換弁５３を全開位置５３ａにし、開閉弁５２を開き、送気ポンプ２０を駆動する。これによって、空気を送気路４２から容器１０内に送り込んで吸放出剤２と接触させて、空気中のＣＯ２を吸放出剤２に吸着させる。これにより、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αを約α＝１になるまで戻すことができる。このようにして、準備モードと補充モードを反復することで、温室９内のＣＯ２濃度を高く維持でき、作物Ｓの生育を促進できる。
【００５２】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態の二酸化炭素施用装置１Ｂは、第１、第２実施形態の送気ポンプ２０、送気路４２、開閉弁５２を備えていない。流入許容手段４０が、開放路４１と、開放路４１を開閉する開閉弁５１Ｂだけで構成されている。開閉弁５１Ｂの開位置における流通許容方向は、第１実施形態の開閉弁５１とは逆である。すなわち、開閉弁５１Ｂは、開位置のとき、ガスが開放路４１の開放端から容器１０側へ流れるのを許容する。補充路６２に電磁三方弁５４が設けられている。補充路６２から三方弁５４を介して放出路６４が分岐している。放出路６４の先端は、温室９の外部に配置され、大気に開放されている。
【００５３】
三方弁５４は、吸引ポンプ３０の排気ポートを、放出路６４と補充ノズル６３とのうち何れか一方に選択的に接続し、他方から切り離す。詳述すると、三方弁５４は、放出位置５４ａと補充位置５４ｂを含む。三方弁５４が放出位置５４ａのとき、吸引ポンプ３０を放出路６４に接続し、補充ノズル６３から切り離す。三方弁５４が補充位置５４のとき、吸引ポンプ３０を補充ノズル６３に接続し、放出路６４から切り離す。
【００５４】
コントローラ３は、ポンプ３０及び弁５１Ｂ，５４の駆動回路を含む。コントローラ３の制御信号線（図示省略）がポンプ３０及び弁５１Ｂ，５３に接続されている。コントローラ３は、ポンプ３０及び弁５１Ｂ，５４を操作し、装置１の動作モードを準備モードと補充モードの間で選択的に切り替える。
【００５５】
［準備モード（準備工程）］
準備モードでは、開閉弁５１Ｂを開く。かつ、三方弁５４を放出位置５４ａに位置させて、吸引ポンプ３０を放出路６４に接続する。そして、吸引ポンプ３０を駆動する。吸引ポンプ３０の吸引によって、外部の空気が開放路４１を経て容器１０内に送り込まれる。（流入許容手段４０が、容器１０内への外気流入を許容する。）この空気が吸放出剤２と接触することで、空気中のＣＯ２が吸放出剤２に吸収される。したがって、空気中のＣＯ２濃度が低下する。この低濃度ＣＯ２ガスが、吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれ、更に補充路６２の三方弁５４より上流側部分及び三方弁５４を経て、放出路６４から大気に放出される。したがって、低濃度ＣＯ２ガスが温室９内に供給されることはない。開放路４１が全開されているため、容器１０内は略大気圧に保たれる。
【００５６】
［補充モード（補充工程）］
補充モードでは、開閉弁５１Ｂを閉じる。かつ、三方弁５４を補充位置５４ｂに位置させて、吸引ポンプ３０を補充ノズル６３に接続する。そして、吸引ポンプ３０を駆動する。これによって、第１実施形態の補充モードと同様に、容器１０の内圧が例えば数十Ｐａ程度〜数百Ｐａ程度まで低下し、吸放出剤２からＣＯ２が放出される。このＣＯ２含有ガスが、容器１０内から吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれ、更に補充路６２を経て補充ノズル６３から温室９内に吹き出される。これによって、ＣＯ２を温室９内に補充できる。
【００５７】
第３実施形態では、１つの吸引ポンプ３０によって、準備モードにおける容器１０内への外気送入と、補充モードにおける容器１０内のガス吸引の両方の操作に対応できる。吸引ポンプ３０が、吸引手段としての機能だけでなく、送気手段としての機能をも兼ねる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
吸放出剤２は、炭酸水素カリウムと炭酸水素カリウムの平衡共存物に限られず、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）と炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）の平衡共存物、又は炭酸水素リチウム（ＬｉＨＣＯ３）と炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）の平衡共存物であってもよい。また、吸放出剤２が、セスキ炭酸塩（Ｘ２ＣＯ３・ＸＨＣＯ３・２Ｈ２Ｏ Ｘ＝Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）を含有していてもよい。吸放出剤２が、二種以上のアルカリ金属の炭酸水素塩と炭酸塩の平衡共存物を含有していてもよい。
【００５９】
容器１０に開放路４１を連ねるのに代えて、容器１０に蓋を設置してもよい。流入許容手段４０が、容器１０に設置された開閉可能又は開度調節可能な蓋であってもよい。準備モードでは蓋を開けることで、外気が容器１０の内部に入り込んで吸放出剤２と接触するようにしてもよい。送気手段を省略し、外気が自然対流や拡散等で、開放した容器１０内に入り込んで吸放出剤２と接触するようにしてもよい。補充モードでは蓋を閉じ、又は半開にする。
【００６０】
開位置での方向制御付き開閉弁５１，５２，５１Ｂに代えて、方向制御しないストップバルブ等の開閉弁を用いてもよい。
方向制御及び絞り付き切換弁５３に代えて、方向制御しない開度調節弁を用いてもよく、方向制御弁と開度調節弁を組み合わせてもよい。
【００６１】
送気手段として、送気ポンプ２０に代えて、ファン、ブロア、エア噴射ノズル等を用いてもよい。
送気手段として圧送ポンプを用い、前記開放路を閉じて前記容器内を密閉した状態で、外気を圧送ポンプにて容器内に圧縮して送り込んでもよい。準備モードにおいて容器１０内を大気圧より高圧にしてもよい。
【００６２】
容器１０やポンプ２０，３０が、温室９内に収容されていてもよい。吸引ポンプ３０の排気ポートが、温室９の内部に直接連なっていてもよい。補充路６２を省略し。吸引ポンプ３０の排気ポートが補充ノズル６３を兼ねていてもよい。
補充ノズル６３の設置位置は、温室９の天井部に限られず、例えば底部でもよい。補充路６２を複数に分岐させ、各分岐路の先端部に補充ノズル６３を設け、複数の補充ノズル６３を温室９の各所に分散させて配置してもよい。
【００６３】
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第３実施形態において、吸引手段及び送気手段として、高真空到達度の吸引ポンプ３０に代えて、低真空到達度の吸引ポンプ３１（図３）を用いてもよい。この場合、開放路４１には、開閉弁５１ｂに代えて開度調節弁を設ける。準備モードでは開度調節弁を全開にし、補充モードでは開度調節弁を半開にする。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、例えば農作物や園芸作物を育てる温室への二酸化炭素施用に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ 作物
１，１Ａ，１Ｂ 二酸化炭素施用装置
２ 吸放出剤
３ コントローラ（切り替え手段）
４ 二酸化炭素濃度センサ
４ａ 検出信号線
９ 温室
１０ 吸放出剤容器
２０ 送気ポンプ（送気手段）
３０ 吸引ポンプ（吸引手段）
３１ ダイヤフラム式吸引ポンプ（吸引手段）
４０ 流入許容手段
４１ 開放路
４２ 送気路
５１，５１Ｂ 開閉弁（開放路を開閉する弁）
５２ 送気路の開閉弁
５３ 切換弁（開放路を開度調節する弁）
５３ａ 全開位置
５３ｂ 半開位置
５４ 三方弁
５４ａ 放出位置
５４ｂ 補充位置
６１ 吸引路
６２ 補充路
６３ 補充ノズル
６４ 放出路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば農業や園芸用の温室内に二酸化炭素を施用する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業や園芸等において、ビニールハウス等の温室で植物を栽培することは周知である。温室内は外界からほぼ隔離された密閉空間にすることができる。しかし、気密性が高いと作物が育つにつれて二酸化炭素濃度が低下し、生育が頭打ちになる。そこで、二酸化炭素ボンベを設置したり、ドライアイスを設けたり、灯油等の化石燃料を燃やしたりすることで、二酸化炭素を人為的に付加（施用）していた。
【０００３】
特許文献１では、開放された場所で植物を栽培するために、一対の炭素電極を水に漬けて電圧をかけることで二酸化炭素含有溶液を生成し、この二酸化炭素含有溶液を植物に供給している。
特許文献２では、二酸化炭素ボンベから供給した炭酸ガスと水とで炭酸水を生成し、この炭酸水をハウス内の植物に散布している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−８４５２９号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の二酸化炭素供給手段は、何れも、二酸化炭素の原料を定期的に補充しない限り、永続的な運転はできなかった。例えば、二酸化炭素ボンベを用いる場合、ボンベ内が空になると二酸化炭素をボンベに補充するかボンベを交換する必要があった。ドライアイスを用いる場合、ドライアイスが気化して消滅すると新たなドライアイスを補充する必要があった。灯油等の化石燃料を燃やす場合、燃料が無くなれば補充する必要があった。特許文献１においては、炭素電極が溶解した場合、交換する必要があると考えられる。
本発明は、上記事情に鑑み、温室に二酸化炭素を原料補充しなくても半永続的に供給可能な二酸化炭素の施用装置及び施用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明に係る二酸化炭素施用装置は、温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用装置であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を収容した容器と、
前記容器に接続された吸引手段と、
前記容器に接続又は設置された流入許容手段と、
準備モードと補充モードを選択的に切り替える切り替え手段と、
を備え、前記準備モードでは、前記流入許容手段が外気の前記容器内への流入を許容し、前記補充モードでは、前記吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備モードのときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給することを特徴とする。
本発明に係る二酸化炭素施用方法は、温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用方法であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を容器内に収容しておき、前記吸放出剤に空気を接触させる準備工程と、吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備工程のときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給する補充工程と、を選択的に実行することを特徴とする。
【０００７】
一般にこの種の吸放出剤は、二酸化炭素分圧が高くなると二酸化炭素を吸収する方向に平衡が移動し、二酸化炭素分圧が低くなると二酸化炭素を放出する方向に平衡が移動する。
準備モード（準備工程）においては、外気が吸放出剤と接触することで、外気中の二酸化炭素を吸放出剤に吸収させることができる。補充モード（補充工程）においては、容器内を低圧にすることで、吸放出剤から二酸化炭素を放出させることができる。この二酸化炭素を含むガスを吸引手段にて吸引し、温室に供給できる。これによって、温室内の二酸化炭素濃度を上昇させることができ、又は高く維持できる。準備モード（準備工程）と補充モード（補充工程）を反復することによって、吸放出剤が二酸化炭素の吸収と放出を繰り返す。これによって、温室に二酸化炭素を長期間ないしは半永続的に供給することができる。吸放出剤が空気中から二酸化炭素を吸収し、この二酸化炭素を放出するものであるから、空気中の二酸化炭素がいわば二酸化炭素原料であると言える。したがって、二酸化炭素ボンベ、ドライアイス、化石燃料、炭素電極等の特別な二酸化炭素原料を定期的に補充する必要がない。よって、保守、管理が容易であり、かつランニングコストを抑えることができる。
【０００８】
前記吸放出剤の含有成分としては、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム等のアルカリ金属炭酸水素塩が挙げられる。これらアルカリ金属炭酸水素塩は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム等のアルカリ金属炭酸塩と平衡して共存する。前記吸放出剤が、カリウム、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩と炭酸塩の平衡共存物であることが好ましく、炭酸水素カリウムと炭酸カリウムの平衡共存物であることがより好ましい。前記吸放出剤が、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸リチウム等のアルカリ金属のセスキ炭酸塩を含んでいてもよい。
【０００９】
前記吸放出剤が粉状であることが好ましい。これによって、吸放出剤の単位体積当たりの表面積を大きくでき、二酸化炭素の吸放出の効率を高くできる。
また、粉体どうしが部分的に結着し、多孔質の固体をなしていてもよい。これにより、粉体が飛散することがなく、扱いが容易になる。
【００１０】
前記二酸化炭素施用装置が、外気を前記容器内に送り込む送気手段を更に備えていることが好ましい。前記準備モード（準備工程）では前記送気手段を駆動する。これによって、容器内に外気を確実に送り込むことができる。したがって、吸放出剤の二酸化炭素吸収反応を確実に起こさせることができる。前記補充モード（補充工程）では前記送気手段を停止することが好ましい。
【００１１】
前記流入許容手段が、前記送気手段と前記容器とを接続する送気路に設けられた開閉弁を含むことが好ましい。前記準備モード（準備工程）では前記開閉弁が開くことが好ましい。これによって、容器内への外気送入を許容できる。前記補充モード（補充工程）では前記開閉弁が閉じることが好ましい。これによって、補充モード（補充工程）において外気が送気手段を通って容器内へ流れるのを防止できる。
【００１２】
前記流入許容手段が、前記容器の内部を外部に開放する開放路と、前記開放路を開閉又は開度調節する弁とを含むことが好ましい。準備モード（準備工程）では、開放路を開くことで、外気の容器内への流入を許容できる。補充モード（補充工程）では、開放路を閉じることで容器を密閉できる。或いは、補充モード（補充工程）では、開放路の開度を準備モード（準備工程）より小さくする。吸引手段にて容器内のガスを吸引すれば、容器内を準備モード（準備工程）より低圧にできる。
【００１３】
前記準備工程（準備モード）では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程（補充モード）では前記容器を密閉することが好ましい。前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記容器内への外気の流入を禁止することが好ましい。例えば前記開放路を閉じることで、前記外気流入を禁止できる。
これによって、吸引手段にて容器内のガスを吸引すれば、容器の内圧を確実に低圧にできる。よって、吸放出剤から二酸化炭素を確実に放出させることができる。この場合、吸引手段として、レシプロ式真空ポンプやスクロール式真空ポンプ等の吸引力（到達真空度）が大きい真空ポンプを用いることが好ましい。
【００１４】
前記準備工程（準備モード）では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程（補充モード）では前記容器内を前記準備工程のときより小さい開度で外部に開放又は連通させることにしてもよい。前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記容器内への外気の流入を前記準備モードよりも制限しつつ許容することにしてもよい。
吸引手段にて容器内のガスを吸引すれば、容器の内圧を準備モードより低圧にできる。したがって、吸放出剤から二酸化炭素を放出させることができる。容器内には吸放出剤からの二酸化炭素の他、流入外気も含まれる。したがって、吸引手段の吸引力（到達真空度）が小さくても、容器内の二酸化炭素含有ガスを吸引手段にて確実に吸引でき、温室内に二酸化炭素を補充することができる。この態様に好適な吸引手段として、ダイヤフラム式真空ポンプやベローズ式真空ポンプ等が挙げられる。
【００１５】
二酸化炭素施用装置において、前記切り替え手段が、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは前記準備モードを選択し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回っているときは、前記補充モードを選択することが好ましい。
二酸化炭素施用方法において、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは、前記準備工程を実行し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回ったときは、前記補充工程を実行することが好ましい。
これによって、温室内が高二酸化炭素濃度のとき、外気中の二酸化炭素を吸放出剤に吸収させておくことができる。温室内の二酸化炭素濃度が低下したとき、吸放出剤から二酸化炭素を放出して温室内に供給できる。これによって、温室内の二酸化炭素濃度を所定値以上に維持できる。
また、本システムを２式用意して、それぞれ準備モードと補充モードを交互に行わせ、かつ一方のシステムが補充モードのとき他方のシステムが準備モードになるようにしてもよい。これにより、温室内にＣＯ２を間断なく供給できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、温室に二酸化炭素を長期間ないしは半永続的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素施用装置の回路図である。
【図２】ＫＨＣＯ３及びＫ２ＣＯ３の平衡共存体からなる吸放出剤が平衡状態にあるときの雰囲気ガス中のＣＯ２分圧に対するＫＨＣＯ３モル存在率αの計算値を示すグラフであり、実線は、高真空下（ＣＯ２分圧＝Ｈ２Ｏ分圧）での平衡値αであり、二点鎖線は、Ｈ２Ｏ分圧を２１２３Ｐａ（温度３０℃、相対湿度５０％の外気中のＨ２Ｏ分圧に相当）としたときの平衡値αである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素施用装置の回路図である。
【図４】ＫＨＣＯ３及びＫ２ＣＯ３の平衡共存体からなる吸放出剤が平衡状態にあるときの雰囲気ガス中のＣＯ２分圧に対するＫＨＣＯ３モル存在率αの計算値を示すグラフであり、二点鎖線は、Ｈ２Ｏ分圧を２１２３Ｐａ（温度３０℃、相対湿度５０％の外気中のＨ２Ｏ分圧に相当）としたときの平衡値αであり、実線は、Ｈ２Ｏ分圧がＣＯ２分圧より２１２．３Ｐａだけ大きいときの平衡値αである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る二酸化炭素施用装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示したものである。ビニールハウス等の温室９（二酸化炭素利用室）内では植物Ｓが栽培される。植物Ｓは、特に限定がなく、農作物でもよく、園芸作物でもよい。通常、温室９内のＨ２Ｏ分圧（湿度）は、外気のＨ２Ｏ分圧（湿度）より高い。通常、外気中のＣＯ２濃度は、３５０ｐｐｍ〜３８０ｐｐｍ程度であり、ＣＯ２分圧は３５Ｐａ〜３８Ｐａ程度である。
【００１９】
温室９には二酸化炭素施用装置１が装備されている。二酸化炭素施用装置１は、吸放出剤容器１０と、送気ポンプ２０（送気手段）と、吸引ポンプ３０（吸引手段）を含む。これら要素１０，２０，３０は、温室９の外部に配置されている。
【００２０】
容器１０は、数Ｐａ〜数十Ｐａの真空内圧に対し耐圧性を有し、更に好ましくは大気圧より高圧の内部圧力に対しても耐圧性を有している。容器１０の内部に吸放出剤２が収容されている。容器１０内が、吸放出剤２の収容室と、流通ガスの拡散室とに仕切られていてもよい。吸放出剤２は、例えば平均粒径が０．１μｍ〜１００μｍの粉末の状態になっている。吸放出剤２は、粉末状に限られず、１ｍｍ〜１ｃｍの塊の集合体であってもよく、多孔質の塊状又は板状であってもよい。
【００２１】
吸放出剤２は、炭酸水素ナトリウム（ＫＨＣＯ３）を主成分として含有する。ＫＨＣＯ３は、下式の平衡反応を起こし、炭酸ナトリウム（Ｋ２ＣＯ３）と共存する。
Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２⇔２ＫＨＣＯ３ （式１）
吸放出剤２の一部はＫ２ＣＯ３にて構成されている。吸放出剤２は、ＫＨＣＯ３とＫ２ＣＯ３との平衡共存物である。ＫＨＣＯ３及びＫ２ＣＯ３の平衡反応は、ＣＯ２の吸放出を伴い、更にＨ２Ｏの吸放出をも伴う。吸放出剤２がＣＯ２を吸収するとき、同時にＨ２Ｏをも吸収する。吸放出剤２がＣＯ２を放出するとき、同時にＨ２Ｏをも放出する。吸放出剤２におけるＫＨＣＯ３とＫ２ＣＯ３の割合は、吸放出剤２の配置環境のＣＯ２分圧、Ｈ２Ｏ分圧、温度、圧力等に応じて変動する。吸放出剤２におけるＫＨＣＯ３とＫ２ＣＯ３の合計モル数に対するＫＨＣＯ３のモル存在率αは下式で定義される。
【数１】
【００２２】
以下、吸放出剤２が外気（空気）中に置かれたときの平衡状態でのＫＨＣＯ３のモル存在率αを、α０と表記する。図２の二点鎖線に示すように、外気温３０℃、相対湿度５０％の外気中（ＣＯ２分圧：３５Ｐａ〜３８Ｐａ）でのＫＨＣＯ３モル存在率の平衡値α０は、略α０＝１である。
【００２３】
容器１０には流入許容手段４０が接続されている。流入許容手段４０は、装置１の動作モードに応じて外気が容器１０内へ流入するのを許容し、或いは禁止する。流入許容手段４０は、２つの管路４１，４２と、２つの電磁開閉弁５１，５２を含む。容器１０の一端部（図１において左）から開放路４１が延びている。開放路４１の先端部は大気開放されている。開放路４１に第１の開閉弁５１が設けられている。開閉弁５１を開くことで、容器１０の内部が、開放路４１を介して外部に開放又は連通され、ガスが容器１０内から開放路４１の開放端へ向けて流れるのが許容される。開閉弁５１を閉じると、容器１０の内部が密閉される。
【００２４】
送気ポンプ２０が、送気路４２を介して容器１０に接続されている。容器１０の送気路４２との接続部は、容器１０の軸方向（長手方向）に開放路４１との接続部とは反対側（図１において右）に位置している。送気ポンプ２０は、外気を取り込み、送気路４２を介して容器１０内に送り込む。送気路４２に第２の開閉弁５２が設けられている。開閉弁５２を開くことで、送気ポンプ２０による容器１０内への外気送入が許容される。開閉弁５２を閉じると、上記外気送入が禁止される。
【００２５】
吸引ポンプ３０は、例えばスクロール式又はレシプロ式の真空ポンプにて構成されている。吸引ポンプ３０の吸引ポートが、吸引路６１を介して容器１０に接続されている。容器１０の吸引路６１との接続部は、容器１０の軸方向（長手方向）に開放路４１との接続部とは反対側に位置し、かつ送気路４２との接続部と同じ側に位置している。吸引ポンプ３０は、吸引路６１を介して容器１０の内部のガスを吸引する。これによって、容器１０の内圧を例えば数Ｐａ〜数十Ｐａ程度の高真空にすることができる。
【００２６】
吸引ポンプ３０の排気ポートに補充路６２が連なっている。補充路６２が温室９へ延び、温室９の内部に差し入れられている。補充路６２の先端部に補充ノズル６３が設けられている。補充ノズル６３の先端部が、温室９内に開口している。補充ノズル６３は、温室９の天井部に下向きに取り付けられている。吸引ポンプ３０は、吸引ポートから吸い込んだガスを排気ポートに吐き出す。このガスが、補充路６２を介して補充ノズル６３から温室９内に導入される。
【００２７】
温室９内には二酸化炭素濃度センサ４が設けられている。二酸化炭素濃度センサ４の検出信号線４ａがコントローラ３（制御手段）に接続されている。コントローラ３は、マイクロコンピュータ、入出力インターフェース、ポンプ２０，３０や弁５１，５２の駆動回路等を含む。コントローラ３の制御信号線（図示省略）がポンプ２０，３０や弁５１，５２に接続されている。コントローラ３のマイクロコンピュータのメモリには、ポンプ２０，３０や弁５１，５２を制御するためのプログラムやデータが格納されている。制御データは、例えば、ハウス９内の二酸化炭素濃度の閾値（所定値）のデータを含む。二酸化炭素濃度の閾値は例えば８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍである。コントローラ３は、装置１の動作モードを準備モードと補充モードの間で選択的に切り替える切り替え手段を構成している。
【００２８】
ポンプ２０，３０、コントローラ３等の動力源には太陽電池を用いることが好ましい。これによって、商用電源が供給不能な場所でも運転することができる。ポンプ２０，３０等の動力源として、ディーゼル発電機、商用電源等を用いてもよい。
【００２９】
上記のように構成された二酸化炭素施用装置１の動作を説明する。
二酸化炭素施用装置１は、コントローラ３の制御によって、準備モード（準備工程）と補充モード（補充工程）とを選択的に実行する。いま、補充モードから準備モードに切り替えたものとする。このとき、容器１０内の吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αは、直前までの補充モードの実行によって十分に小さくなっており、少なくとも大気中の平衡値α０より小さくなっている（α＜α０）。この時点で、ハウス９内のＣＯ２濃度は所定値（８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ）を上回っているものとする。
【００３０】
［準備モード（準備工程）］
準備モードでは、流入許容手段４０によって外気の容器１０内への流入を許容する。具体的には、開閉弁５１，５２を開く。開放路４１を介して容器１０の内部を外部に開放又は連通する。吸引ポンプ３０は停止しておく。そして、送気ポンプ２０を駆動する。送気ポンプ２０は、外気（ハウス９の外の空気）を送気路４２を介して容器１０内に送入する。開閉弁５１，５２を開状態にすることで上記外気送入を許容できる。
【００３１】
容器１０内に送り込まれた空気が吸放出剤２に接触する。その後、空気は開放路４１から排出される。これによって、容器１０の内圧がほぼ大気圧に保たれる。吸放出剤２が大気圧雰囲気に晒される。このとき、吸放出剤２においては、α＜α０であるため、Ｋ２ＣＯ３がＫＨＣＯ３に変換される向き（式１の右向き）に平衡が移動する。この平衡反応によって、吸放出剤２が空気中のＣＯ２を吸収する。
【００３２】
やがて、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αが大気中の平衡値α０に達する。図２の二点鎖線に示すように、例えば外気（ＣＯ２分圧＝３５Ｐａ〜３８Ｐａ）が温度３０℃、相対湿度５０％である場合、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αは、α＝α０≒１となる。
【００３３】
送気ポンプ２０は、準備モードの期間中、継続して駆動してもよく、α＝α０になるのに要する時間だけ駆動したら停止することにしてもよい。送気ポンプ２０からの総送気流量が所定以上になったとき、送気ポンプ２０を停止してもよい。準備モード期間中の送気ポンプ２０からの総送気流量は、大気圧換算で少なくとも容器１０の内容積以上であることが好ましい。
【００３４】
［検出工程］
準備モードと併行して、二酸化炭素濃度センサ４によって、温室９内の雰囲気ガスのＣＯ２濃度を検出する。検出結果をコントローラ３に入力する。コントローラ３は、ＣＯ２の検出濃度に基づいて補充モードに切り替えるか否かを判断する。作物Ｓが炭素同化を活発に行なうと、温室９内のＣＯ２濃度が低下する。ＣＯ２検出濃度が所定値（例えば８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ）を下回ったとき、補充モードに切り替える。或いは、ＣＯ２検出濃度の低下勾配に基づいて補充モードへの切り替えの要否を判断してもよい。
【００３５】
［補充モード（補充工程）］
補充モードでは、流入許容手段４０が外気の容器１０内への流入を禁止する。具体的には、送気ポンプ２０を停止し、開閉弁５１，５２を閉じる。これによって、容器１０が密閉される。そして、吸引ポンプ３０を駆動し、容器１０内のガスを吸引する。したがって、容器１０の内圧が準備モード（準備工程）のときより低下する。容器１０内は、例えば数十Ｐａ程度〜数百Ｐａ程度の高真空になる。そのため、吸放出剤２において、ＫＨＣＯ３がＫ２ＣＯ３に変換される方向（式１の左方向）に平衡が移動し、吸放出剤２からＣＯ２が放出される。
【００３６】
この容器１０内のＣＯ２含有ガスが、吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれる。このＣＯ２含有ガスが、補充路６２を経て補充ノズル６３から温室９内に吹き出される。これによって、ＣＯ２を温室９内に補充できる。よって、温室９内のＣＯ２濃度を増大させることができる。
【００３７】
補充モードを更に詳述する。補充モードでは、当初、容器１０内に在った空気が吸引ポンプ３０に吸引されて排気される。吸放出剤２からはＣＯ２が放出されるのと同時にＨ２Ｏも放出される（式１）。したがって、容器１０内のガス成分は殆どＣＯ２とＨ２Ｏ（水蒸気）とで占められる。吸放出剤２からのＣＯ２とＨ２Ｏの放出モル数は互いに等しい（式１）。したがって、容器１０内のＣＯ２分圧とＨ２Ｏ分圧は互いに略等しく、かつこれらＣＯ２分圧とＨ２Ｏ分圧の合計が容器１０の内圧と略等しい。例えば、吸引ポンプ３０によって容器１０の内圧を８０Ｐａにした場合、ＣＯ２分圧は４０Ｐａ程度になり、Ｈ２Ｏ分圧は４０Ｐａ程度になる。したがって、図２の実線に示すように、吸放出剤２の平衡時のＫＨＣＯ３モル存在率αは、α＝０．６程度になる。すなわち、吸放出剤２は、α＝０．６程度になるまでＣＯ２を放出できる。
【００３８】
吸引ポンプ３０は、容器１０内のガス（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）を吸い込み、略大気圧になるまで圧縮して吐出する。大気圧下では、上記ガス（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）中のＨ２Ｏの多くが凝縮する。したがって、補充ノズル６３から吹き出されるガスの殆どはＣＯ２であり、残りが未凝縮のＨ２Ｏ（水蒸気）である。よって、高濃度のＣＯ２ガスをハウス９内に供給できる。凝縮したＨ２Ｏは、水滴となってノズル６３から排出される。
【００３９】
温室９内のＣＯ２濃度がある大きさ（例えば１０００ｐｐｍ以上）になったとき、補充モードを終了する。補充モードの継続時間が所定時間に達したとき、補充モードを終了してもよい。吸放出剤２からのＣＯ２放出流量ひいては補充ノズル６３からのＣＯ２供給流量が低下したとき、補充モードを終了してもよい。吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αが容器１０内の真空環境での平衡値（例えばα＝０．６程度）に達したとき、補充モードを終了してもよい。
【００４０】
補充モードを終了後、準備モードに切り替える。すなわち、吸引ポンプ３０を停止し、開閉弁５１，５２を開き、送気ポンプ２０を駆動する。
【００４１】
このようにして、二酸化炭素施用装置１によれば、準備モード（準備工程）と補充モード（補充工程）を選択的に実行する。これによって、ＣＯ２を温室９内に長期間にわたって、ないしは半永続的に供給することができる。したがって、温室９内のＣＯ２濃度を所定値以上に維持でき、作物Ｓの生育を促進できる。しかも、二酸化炭素施用装置１によれば、温室９内の加熱を伴わないから夏季の運転に好適である。よって、夏季には、太陽光線の強さと相俟って、作物Ｓの生育を十分に促進させることができる。
【００４２】
吸放出剤２が空気中からＣＯ２を吸収し、このＣＯ２を放出するものであるから、空気中のＣＯ２がいわばＣＯ２原料であると言える。したがって、二酸化炭素ボンベ、ドライアイス、化石燃料、炭素電極等の特別なＣＯ２原料を定期的に補充する必要がない。よって、保守、管理が容易であり、かつランニングコストを抑えることができる。
【００４３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の二酸化炭素施用装置１Ａは、吸引ポンプ３１として、ダイヤフラム式の真空ポンプを用いている。ダイヤフラム式の真空ポンプは、スクロール式又はレシプロ式の真空ポンプ３０より到達真空度が小さい。ダイヤフラム式の真空ポンプの到達真空度は、例えば１０００Ｐａ程度である。
【００４４】
流入許容手段４０は、第１実施形態の開閉弁５１に代えて、開放路４１を開度調節する弁５３を含む。弁５３は、全開位置５３ａと半開位置５３ｂとを有する切換弁にて構成され、開放路４１に介在されてる。切換弁５３を全開位置５３ａと半開位置５３ｂとの間で切り替えることによって、開放路４１の流通方向及び開度を調節できる。全開位置５３ａの切換弁５３は、開放路４１を全開にし、かつ、ガスが開放路４１を容器１０側から開放路１４の開放端へ向けて流通するのを許容する。半開位置５３ｂの切換弁５３は、開放路４１に絞りを付与することで、開放路４１を半開にする。半開位置５３ｂのときの切換弁５３の開度は、全開位置５３ａのときの切換弁５３の開度より小さい。かつ、半開位置５３ｂの切換弁５３は、ガスが開放路４１の開放端から容器１０内へ向けて流通するのを許容する。したがって、全開位置５３ａの切換弁５３の流通許容方向と、半開位置５３ａの切換弁５３の流通許容方向とは、互いに逆である。
【００４５】
コントローラ３は、ポンプ２０，３１や弁５１，５３の駆動回路を含む。コントローラ３の制御信号線（図示省略）がポンプ２０，３１及び弁５１，５３に接続されている。コントローラ３は、ポンプ２０，３１及び弁５２，５３を操作し、装置１の動作モードを準備モードと補充モードの間で選択的に切り替える。
【００４６】
［準備モード（準備工程）］
準備モードでは、切換弁５３を全開位置５３ａにする。これにより、容器１０内が開放路５１を介して外部に開放される。かつ、開閉弁５２を開く。そして、送気ポンプ２０を駆動する。ダイヤフラム式吸引ポンプ３１は停止する。これによって、第１実施形態と同様に、外気が、送気ポンプ２０によって容器１０内に送り込まれ、吸放出剤２と接触した後、開放路４１から排出される。吸放出剤２と外気が接触することで、外気中のＣＯ２が吸放出剤２に吸収される。図４の二点鎖線に示すように、例えば外気（ＣＯ２分圧＝３５Ｐａ〜３８Ｐａ）が温度３０℃、相対湿度５０％である場合、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αは、略α＝１に収斂する。
【００４７】
［補充モード（補充工程）］
補充モードでは、流入許容手段４０が、外気の容器１０内への流入を準備モードよりも制限しつつ許容する。すなわち、切換弁５３を半開位置５３ｂにする。これによって、容器１０内が準備モード（準備工程）のときより小さい開度で外部に開放される。送気ポンプ２０は停止し、開閉弁５２は閉じる。そして、ダイヤフラム式吸引ポンプ３１を駆動する。これによって、容器１０の内圧が、準備モードにおけるほぼ大気圧より低圧になる。ただし、容器１０の内圧は、第１実施形態の補充モードほどの高真空にはならず、例えば大気圧の数分の１〜数十分の１程度になる。これによって、吸放出剤２において、ＫＨＣＯ３がＫ２ＣＯ３に変換される方向（式１の左方向）に平衡が移動し、吸放出剤２からＣＯ２が放出される。同時に、外部の空気が、半開の開放路４１を経て容器１０内に導入される。この空気に上記吸放出剤２からのＣＯ２が混ざる。このＣＯ２含有ガスが、吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれる。開放路４１から空気を取り込むことによって、ダイヤフラム式吸引ポンプ３１の吸引流量を確保できる。ＣＯ２含有ガスは、吸引ポンプ３１から補充路６２を経、補充ノズル６３から温室９内に吹き出される。これによって、ＣＯ２を温室９内に補充できる。よって、温室９内のＣＯ２濃度を増大させることができる。
【００４８】
第２実施形態の補充モードを更に具体的に説明する。補充モードでは、ダイヤフラム式吸引ポンプ３１によって容器１０の内圧を例えば大気圧の１／１０すなわち１００００Ｐａ程度にする。ダイヤフラム式吸引ポンプ３１の到達真空度は１０００Ｐａ程度であるから、吸引能力を十分に確保できる。当初、容器１０内に在った空気は、吸引ポンプ３０にて順次吸引されて排出される。吸引ポンプ３１が吸引した分の空気が新たに半開の開放路４１から容器１０内に導入される。これにより、容器１０の内圧が１００００Ｐａ程度に維持される。容器１０の内圧は大気圧より低いから、吸放出剤２からＣＯ２が放出され、同時にＨ２Ｏも放出される（式１）。したがって、容器１０内のガスは、開放路４１から流入した空気と、吸放出剤２から放出されたＣＯ２及びＨ２Ｏ（水蒸気）との混合ガスになる。開放路４１からの空気が上記混合ガスの大半を占め、その分圧は１００００Ｐａ程度である。例えば外気の相対湿度が５０％（温度３０℃）である場合、１００００Ｐａの空気には約２１２．３ＰａのＨ２Ｏ（水蒸気）が含まれている。これに対し、１００００Ｐａの空気中のＣＯ２の分圧は３．５Ｐａ〜３．８Ｐａ程度であり、Ｈ２Ｏ分圧と比べるとほとんど無視できる。吸放出剤２からのＣＯ２とＨ２Ｏの放出モル数は互いに等しい（式１）。したがって、容器１０内の混合ガスにおけるＨ２Ｏ分圧はＣＯ２分圧より約２１２．３Ｐａだけ大きいと考えることができる。
【００４９】
図４の実線は、Ｈ２Ｏ分圧＝ＣＯ２分圧＋２１２．３Ｐａの雰囲気下における、ＣＯ２分圧に対する吸放出剤２の平衡状態でのＫＨＣＯ３モル存在率αを示したものである。補充モードの開始時における吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αはα≒１であり、このＫＨＣＯ３モル存在率αがＣＯ２及びＨ２Ｏの放出に伴って低下していく。図４の実線に示すように、例えばα＝０．９のとき、吸放出剤２は、容器１０内の混合ガス中のＣＯ２分圧が約４０Ｐａになるまで、ＣＯ２及びＨ２Ｏを放出できる。吸引ポンプ３１が、この混合ガスを吸い込み、略大気圧（概略１０００００Ｐａ）になるまで圧縮する。圧縮後の混合ガス中のＣＯ２分圧は約４００Ｐａになる。したがって、混合ガスは、外気の１０倍以上の濃度のＣＯ２を含有する。この高濃度ＣＯ２含有ガスを補充ノズル６３からハウス９内に供給することができる。
【００５０】
補充モードを続行することにより、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αが更に低下していく。図４の実線に示すように、例えばα＝０．７のとき、吸放出剤２は、容器１０内の混合ガス中のＣＯ２分圧が約１０Ｐａになるまで、ＣＯ２及びＨ２Ｏを放出できる。吸引ポンプ３１が、この混合ガスを吸い込み、略大気圧（概略１０００００Ｐａ）になるまで圧縮する。圧縮後の混合ガス中のＣＯ２分圧は約１００Ｐａになる。したがって、外気の２〜３倍の濃度のＣＯ２を含有するガスを補充ノズル６３からハウス９内に供給することができる。
【００５１】
補充ノズル６３からの供給ガス中のＣＯ２濃度がある程度まで低下したとき、補充モードを終了し、準備モードに切り替える。すなわち、吸引ポンプ３１を停止し、切換弁５３を全開位置５３ａにし、開閉弁５２を開き、送気ポンプ２０を駆動する。これによって、空気を送気路４２から容器１０内に送り込んで吸放出剤２と接触させて、空気中のＣＯ２を吸放出剤２に吸着させる。これにより、吸放出剤２のＫＨＣＯ３モル存在率αを約α＝１になるまで戻すことができる。このようにして、準備モードと補充モードを反復することで、温室９内のＣＯ２濃度を高く維持でき、作物Ｓの生育を促進できる。
【００５２】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態の二酸化炭素施用装置１Ｂは、第１、第２実施形態の送気ポンプ２０、送気路４２、開閉弁５２を備えていない。流入許容手段４０が、開放路４１と、開放路４１を開閉する開閉弁５１Ｂだけで構成されている。開閉弁５１Ｂの開位置における流通許容方向は、第１実施形態の開閉弁５１とは逆である。すなわち、開閉弁５１Ｂは、開位置のとき、ガスが開放路４１の開放端から容器１０側へ流れるのを許容する。補充路６２に電磁三方弁５４が設けられている。補充路６２から三方弁５４を介して放出路６４が分岐している。放出路６４の先端は、温室９の外部に配置され、大気に開放されている。
【００５３】
三方弁５４は、吸引ポンプ３０の排気ポートを、放出路６４と補充ノズル６３とのうち何れか一方に選択的に接続し、他方から切り離す。詳述すると、三方弁５４は、放出位置５４ａと補充位置５４ｂを含む。三方弁５４が放出位置５４ａのとき、吸引ポンプ３０を放出路６４に接続し、補充ノズル６３から切り離す。三方弁５４が補充位置５４のとき、吸引ポンプ３０を補充ノズル６３に接続し、放出路６４から切り離す。
【００５４】
コントローラ３は、ポンプ３０及び弁５１Ｂ，５４の駆動回路を含む。コントローラ３の制御信号線（図示省略）がポンプ３０及び弁５１Ｂ，５３に接続されている。コントローラ３は、ポンプ３０及び弁５１Ｂ，５４を操作し、装置１の動作モードを準備モードと補充モードの間で選択的に切り替える。
【００５５】
［準備モード（準備工程）］
準備モードでは、開閉弁５１Ｂを開く。かつ、三方弁５４を放出位置５４ａに位置させて、吸引ポンプ３０を放出路６４に接続する。そして、吸引ポンプ３０を駆動する。吸引ポンプ３０の吸引によって、外部の空気が開放路４１を経て容器１０内に送り込まれる。（流入許容手段４０が、容器１０内への外気流入を許容する。）この空気が吸放出剤２と接触することで、空気中のＣＯ２が吸放出剤２に吸収される。したがって、空気中のＣＯ２濃度が低下する。この低濃度ＣＯ２ガスが、吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれ、更に補充路６２の三方弁５４より上流側部分及び三方弁５４を経て、放出路６４から大気に放出される。したがって、低濃度ＣＯ２ガスが温室９内に供給されることはない。開放路４１が全開されているため、容器１０内は略大気圧に保たれる。
【００５６】
［補充モード（補充工程）］
補充モードでは、開閉弁５１Ｂを閉じる。かつ、三方弁５４を補充位置５４ｂに位置させて、吸引ポンプ３０を補充ノズル６３に接続する。そして、吸引ポンプ３０を駆動する。これによって、第１実施形態の補充モードと同様に、容器１０の内圧が例えば数十Ｐａ程度〜数百Ｐａ程度まで低下し、吸放出剤２からＣＯ２が放出される。このＣＯ２含有ガスが、容器１０内から吸引路６１を経て吸引ポンプ３０に吸い込まれ、更に補充路６２を経て補充ノズル６３から温室９内に吹き出される。これによって、ＣＯ２を温室９内に補充できる。
【００５７】
第３実施形態では、１つの吸引ポンプ３０によって、準備モードにおける容器１０内への外気送入と、補充モードにおける容器１０内のガス吸引の両方の操作に対応できる。吸引ポンプ３０が、吸引手段としての機能だけでなく、送気手段としての機能をも兼ねる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
吸放出剤２は、炭酸水素カリウムと炭酸水素カリウムの平衡共存物に限られず、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）と炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）の平衡共存物、又は炭酸水素リチウム（ＬｉＨＣＯ３）と炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）の平衡共存物であってもよい。また、吸放出剤２が、セスキ炭酸塩（Ｘ２ＣＯ３・ＸＨＣＯ３・２Ｈ２Ｏ Ｘ＝Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）を含有していてもよい。吸放出剤２が、二種以上のアルカリ金属の炭酸水素塩と炭酸塩の平衡共存物を含有していてもよい。
【００５９】
容器１０に開放路４１を連ねるのに代えて、容器１０に蓋を設置してもよい。流入許容手段４０が、容器１０に設置された開閉可能又は開度調節可能な蓋であってもよい。準備モードでは蓋を開けることで、外気が容器１０の内部に入り込んで吸放出剤２と接触するようにしてもよい。送気手段を省略し、外気が自然対流や拡散等で、開放した容器１０内に入り込んで吸放出剤２と接触するようにしてもよい。補充モードでは蓋を閉じ、又は半開にする。
【００６０】
開位置での方向制御付き開閉弁５１，５２，５１Ｂに代えて、方向制御しないストップバルブ等の開閉弁を用いてもよい。
方向制御及び絞り付き切換弁５３に代えて、方向制御しない開度調節弁を用いてもよく、方向制御弁と開度調節弁を組み合わせてもよい。
【００６１】
送気手段として、送気ポンプ２０に代えて、ファン、ブロア、エア噴射ノズル等を用いてもよい。
送気手段として圧送ポンプを用い、前記開放路を閉じて前記容器内を密閉した状態で、外気を圧送ポンプにて容器内に圧縮して送り込んでもよい。準備モードにおいて容器１０内を大気圧より高圧にしてもよい。
【００６２】
容器１０やポンプ２０，３０が、温室９内に収容されていてもよい。吸引ポンプ３０の排気ポートが、温室９の内部に直接連なっていてもよい。補充路６２を省略し。吸引ポンプ３０の排気ポートが補充ノズル６３を兼ねていてもよい。
補充ノズル６３の設置位置は、温室９の天井部に限られず、例えば底部でもよい。補充路６２を複数に分岐させ、各分岐路の先端部に補充ノズル６３を設け、複数の補充ノズル６３を温室９の各所に分散させて配置してもよい。
【００６３】
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第３実施形態において、吸引手段及び送気手段として、高真空到達度の吸引ポンプ３０に代えて、低真空到達度の吸引ポンプ３１（図３）を用いてもよい。この場合、開放路４１には、開閉弁５１ｂに代えて開度調節弁を設ける。準備モードでは開度調節弁を全開にし、補充モードでは開度調節弁を半開にする。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、例えば農作物や園芸作物を育てる温室への二酸化炭素施用に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ 作物
１，１Ａ，１Ｂ 二酸化炭素施用装置
２ 吸放出剤
３ コントローラ（切り替え手段）
４ 二酸化炭素濃度センサ
４ａ 検出信号線
９ 温室
１０ 吸放出剤容器
２０ 送気ポンプ（送気手段）
３０ 吸引ポンプ（吸引手段）
３１ ダイヤフラム式吸引ポンプ（吸引手段）
４０ 流入許容手段
４１ 開放路
４２ 送気路
５１，５１Ｂ 開閉弁（開放路を開閉する弁）
５２ 送気路の開閉弁
５３ 切換弁（開放路を開度調節する弁）
５３ａ 全開位置
５３ｂ 半開位置
５４ 三方弁
５４ａ 放出位置
５４ｂ 補充位置
６１ 吸引路
６２ 補充路
６３ 補充ノズル
６４ 放出路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用装置であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を収容した容器と、
前記容器に接続された吸引手段と、
前記容器に接続又は設置された流入許容手段と、
準備モードと補充モードを選択的に切り替える切り替え手段と、
を備え、前記準備モードでは、前記流入許容手段が外気の前記容器内への流入を許容し、前記補充モードでは、前記吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備モードのときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給することを特徴とする二酸化炭素施用装置。
【請求項２】
外気を前記容器内に送り込む送気手段を更に備え、前記準備モードでは前記送気手段を駆動し、前記補充モードでは前記送気手段を停止することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項３】
前記流入許容手段が、前記容器の内部を外部に開放する開放路と、前記開放路を開閉又は開度調節する弁とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項４】
前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記流入を禁止することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項５】
前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記流入を前記準備モードよりも制限しつつ許容することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項６】
前記切り替え手段が、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは前記準備モードを選択し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回っているときは、前記補充モードを選択することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項７】
前記吸放出剤が、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、又はセスキ炭酸リチウムを含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項８】
前記吸放出剤が粉状であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項９】
温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用方法であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を容器内に収容しておき、前記吸放出剤に空気を接触させる準備工程と、吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備工程のときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給する補充工程と、を選択的に実行することを特徴とする二酸化炭素施用方法。
【請求項１０】
前記準備工程では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程では前記容器を密閉することを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１１】
前記準備工程では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程では前記容器内を前記準備工程のときより小さい開度で外部に開放又は連通させる請求項９に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１２】
前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは、前記準備工程を実行し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回ったときは、前記補充工程を実行することを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１３】
前記吸放出剤が、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、又はセスキ炭酸リチウムを含有することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１】
温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用装置であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を収容した容器と、
前記容器に接続された吸引手段と、
前記容器に接続又は設置された流入許容手段と、
準備モードと補充モードを選択的に切り替える切り替え手段と、
を備え、前記準備モードでは、前記流入許容手段が外気の前記容器内への流入を許容し、前記補充モードでは、前記吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備モードのときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給することを特徴とする二酸化炭素施用装置。
【請求項２】
外気を前記容器内に送り込む送気手段を更に備え、前記準備モードでは前記送気手段を駆動し、前記補充モードでは前記送気手段を停止することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項３】
前記流入許容手段が、前記容器の内部を外部に開放する開放路と、前記開放路を開閉又は開度調節する弁とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項４】
前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記流入を禁止することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項５】
前記流入許容手段が、前記補充モードでは前記流入を前記準備モードよりも制限しつつ許容することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項６】
前記切り替え手段が、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは前記準備モードを選択し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回っているときは、前記補充モードを選択することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項７】
前記吸放出剤が、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、又はセスキ炭酸リチウムを含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項８】
前記吸放出剤が粉状であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の二酸化炭素施用装置。
【請求項９】
温室に二酸化炭素を補充する二酸化炭素施用方法であって、
二酸化炭素の吸放出を伴う平衡反応を起こす吸放出剤を容器内に収容しておき、前記吸放出剤に空気を接触させる準備工程と、吸引手段にて前記容器の内部のガスを吸引して前記容器の内圧を前記準備工程のときより低圧にし、かつ前記吸引したガスを前記温室の内部に供給する補充工程と、を選択的に実行することを特徴とする二酸化炭素施用方法。
【請求項１０】
前記準備工程では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程では前記容器を密閉することを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１１】
前記準備工程では前記容器内を外部に開放又は連通させ、前記補充工程では前記容器内を前記準備工程のときより小さい開度で外部に開放又は連通させる請求項９に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１２】
前記温室の内部の二酸化炭素濃度が所定値を上回っているときは、前記準備工程を実行し、前記温室の内部の二酸化炭素濃度が前記所定値を下回ったときは、前記補充工程を実行することを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の二酸化炭素施用方法。
【請求項１３】
前記吸放出剤が、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、又はセスキ炭酸リチウムを含有することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の二酸化炭素施用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６５５８１（Ｐ２０１２−６５５８１Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２５２６（Ｐ２０１０−２１２５２６）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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