流体エネルギー回収装置

【課題】ＣＯ２や養溶などの流体を栽培場に供給する際の圧力エネルギーを有効に回収して電力消費を低減する。
【解決手段】ボイラや発電所・工場等のＣＯ２排出源１から排出された排気ガスをコンプレッサ２で圧縮していったん貯蔵容器３に貯留し、供給管４を通してそれを植物工場５等へ供給する。供給管４の途中または出口には、発電機構６や圧電素子のような圧電変換器を設け、これにコンプレッサ２で増圧した高圧のＣＯ２を含む排気ガスを作用させて発電する。発電した電力により植物工場で消費する電力の一部を賄う。養液や灌水の供給経路に圧電変換器を設置してもよい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物工場や施設園芸場（ビニールハウス）等の閉じた空間のほか露地農場等において、光合成に必要な炭酸ガスや灌水などの流体を作物に供給する際、流体の持つ動的な圧力エネルギーを回収し、これを電気エネルギーに変換し、人工照明等の電力に充当するための流体エネルギー回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物工場は、環境の調節が可能な閉鎖された空間において、光、温度、湿度、炭酸ガス濃度、照度、養液濃度、ｐＨなど、植物成長に影響を与える生育環境を人工的に制御することで、露地栽培に比べ天候不順などの自然環境や病虫害などに左右されずに、高品質の無農薬野菜等を一年中栽培できる。その結果、作物の価格が安定し収穫量も安定的に供給できるというメリットがあるが、半面、栽培室内に換気装置やヒータ、クーラ、加湿器、照明装置など多くの電気機器を設置し、栽培室内の環境条件をコントロールするので、ランニングコストが嵩み、特に電力消費がコストのうちで大きな割合を占めるという問題がある。
このような問題は露地農場でも同様で、例えば、灌水を供給するポンプの電力消費が嵩むという問題がある。
【０００３】
このような電力消費を抑える方法の一つとして、例えば特許文献１に提案されているように、都市ガスの供給圧力エネルギーを動力として回収し、発電するなどが考えられる。栽培植物の光合成速度を高めるため、大量のＣＯ２を供給する植物工場においても、これと同じようにＣＯ２を供給する際の圧力エネルギーを回収したり、灌水や養液の流れる圧力を回収できれば、電力消費を大幅に低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２１７８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、ＣＯ２や水などの流体を供給する際の圧力エネルギーを有効に回収して、作物栽培場における電力消費を低減することを目的になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため本発明は、作物の栽培場にＣＯ２や水などの流体を供給する途中に、その供給圧力を電気エネルギーに変換する圧電変換器を設置し、生成した電気エネルギーにより栽培場で使用する電力の一部を賄うことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来無駄に消失していた流体の供給圧力を回収して電気エネルギーに変換するので、作物栽培場における電力消費量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を実施したＣＯ２供給エネルギー回収装置の構成図である。
【図２】発電機構の構成図である。
【図３】発電機構の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１に、本発明を実施したＣＯ２供給エネルギー回収装置の構成図を示す。
ＣＯ２供給エネルギー回収装置は、ボイラや発電所・工場等のＣＯ２排出源１から排出された排気ガスをコンプレッサ２で圧縮していったん貯蔵容器３に貯留し、供給管４を通してそれを植物工場５等の密閉空間へ供給する。供給管４の途中には発電機構６を設け、発電機構６にはコンプレッサ２で増圧した高圧のＣＯ２を含む排気ガスを流通させる。
【００１１】
図２に、発電機構の構成図を示す。
発電機構６は、非磁性材料の供給管４の外側と内側に磁石Ｍ１、Ｍ２を配置し、その間の供給管４の外周にコイルＣを巻回する。磁石Ｍ２は羽根車Ｔの先端に取り付け、羽根車Ｔの軸Ｓは軸受Ｂによって回転自在に支持される。
【００１２】
羽根車Ｔは、流れと回転面が直角なタービン式のもので、軸Ｓの周囲に取り付けた羽根に高圧のＣＯ２を含む排気ガスの流れを受けて軸Ｓが回転する。羽根車Ｔは、これ以外に、流れと回転面が平行な水車式のものでもよい。
【００１３】
以上のような構成で、供給管４内を流れる高圧のＣＯ２を含む排気ガスによって羽根車Ｔが回転し、図３に示すように、先端の磁石Ｍ２が磁石Ｍ１の前を通るたびに、磁束が変化してコイルＣに誘導起電力が発生する。このようにＣＯ２の供給エネルギーをいったん羽根車Ｔの回転エネルギーに変換し、電磁誘導の法則に基づいて羽根車Ｔの回転エネルギーから電気エネルギーを得る仕組みである。
【００１４】
発電機構６は、このように羽根車Ｔに取り付けた磁石Ｍ２を回転させることによって、羽根車Ｔの外周に固定されたコイルＣに誘導起電力を発生させるが、このような非接触式の他に、羽根車Ｔの軸Ｓにマイクロ発電機を取り付けて直接駆動する機械式のものでもよい。
【００１５】
コンプレッサ２は１０気圧未満の非高圧で圧縮する。これにより貯蔵容器３に１０気圧耐用の通常のＬＰＧタンク（バルク貯槽）の流用を可能にする。
【００１６】
供給は、ＣＯ２を必要とする植物工場５内の区画毎に設置したＣＯ２センサ７により、植物の炭酸ガス消費や植物工場の扉の開閉によるＣＯ２の植物工場外への流出によりＣＯ２濃度が低下したことを検知したときに行い、該当区画に放散パイプ８を介して貯蔵容器３からＣＯ２を含む排気ガスを放散する。
【００１７】
貯蔵容器３内のＣＯ２が不足した際は、液化炭酸ガスの入ったＣＯ２ボンベ９からＣＯ２を補充し、ガス切れを防止する。
【００１８】
発電機構６の代りに圧電素子を利用してＣＯ２が吹き出す風圧を電気エネルギーに変換してもよい。この場合、植物工場５内のＣＯ２出口たとえば放散パイプ８の出口に対向して圧電素子（図示省略）を設置し、ＣＯ２の風圧により圧電素子を作動して発電する。発電した電気は蓄電器に溜め、必要なときに蓄電器から取り出して使用してもよい。
【００１９】
植物工場や水耕栽培施設では養液をポンプで循環させて作物の根に供給したり、露地農地では灌水ポンプで水を圃場に引き込んだりする。図２の発電機構６を、これら養液や灌水の流路の途中に設けることにより、電気エネルギーを得ることができる。またスプリンクラーのような高い水圧が発生する箇所に圧電素子を対向して設置して発電させることもできる。
【符号の説明】
【００２０】
１ＣＯ２排出源
２コンプレッサ
３貯蔵容器
４供給管
５植物工場
６発電機構
７ＣＯ２センサ
８放散パイプ
９ＣＯ２ボンベ
Ｂ軸受
Ｃコイル
Ｍ磁石
Ｓ軸
Ｔ羽根車

【特許請求の範囲】
【請求項１】
作物の栽培場にＣＯ２や水などの流体を供給する途中に、その供給圧力を電気エネルギーに変換する圧電変換器を設置し、生成した電気エネルギーにより栽培場で使用する電力の一部を賄うことを特徴とする流体エネルギー回収装置。
【請求項２】
前記圧電変換器が、流体の供給圧力を受けて回転する羽根車と羽根車の回転により発電する発電機構から成り、この羽根車が流体の供給圧力の流れと回転面が直角なタービン式であることを特徴とする請求項１記載の流体エネルギー回収装置。
【請求項３】
前記発電機構が、羽根車に取り付けた磁石を回転させることによって、羽根車の外周に固定されたコイルＣに誘導起電力を発生させる非接触式であることを特徴とする請求項１記載の流体エネルギー回収装置。
【請求項４】
前記圧電変換器が圧電素子から成り、この圧電素子が流体の出口に対向して設置されていることを特徴とする請求項１記載の流体エネルギー回収装置。

【図１】