植物の育成を促進することができる植物育成システム
【課題】植物の育成を促進することができる植物育成システムを提供すること。
【解決手段】 植物４１を育成する温室４０と、熱需要５２の近傍に設けられ、水素を用いて発電を行う燃料電池５０と、化石燃料から水素と二酸化炭素を生成する改質器４４と、改質器４４によって生成された二酸化炭素を温室４０に導く二酸化炭素配管４８と、改質器４４によって生成された水素を燃料電池５０に導く水素配管５８とを備えた。改質器４４が生成した水素と二酸化炭素の混合気から二酸化炭素を分離する分離装置４２を更に備える。二酸化炭素配管４８は、分離装置４２によって分離された二酸化炭素を温室４０に導く。水素配管５８は、分離装置４２によって二酸化炭素が分離された水素を燃料電池５０に導く。
【解決手段】 植物４１を育成する温室４０と、熱需要５２の近傍に設けられ、水素を用いて発電を行う燃料電池５０と、化石燃料から水素と二酸化炭素を生成する改質器４４と、改質器４４によって生成された二酸化炭素を温室４０に導く二酸化炭素配管４８と、改質器４４によって生成された水素を燃料電池５０に導く水素配管５８とを備えた。改質器４４が生成した水素と二酸化炭素の混合気から二酸化炭素を分離する分離装置４２を更に備える。二酸化炭素配管４８は、分離装置４２によって分離された二酸化炭素を温室４０に導く。水素配管５８は、分離装置４２によって二酸化炭素が分離された水素を燃料電池５０に導く。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の育成を促進することができる植物育成システムに関する。特に本発明は、改質器によって生成された二酸化炭素を植物育成空間に導く、植物育成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素の濃度より高い濃度の雰囲気下において植物の育成を行うことによって、その育成や収穫量に効果があることが認められている。従来、園芸ハウス等の温度調節システムにおいて、温度調節用の燃焼装置から発生する二酸化炭素を含む燃焼排ガスを利用して植物を育成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１−３０５８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、夏季など、温度調節用の燃焼装置を駆動しない期間は、園芸ハウスに燃焼排ガスを供給することができない。また、燃焼排ガスは、二酸化炭素以外に硫黄分などの不純物を含む。したがって、燃焼排ガスから不純物を除去するための装置を設けることは、無駄が多く好ましくない。また、良質の燃料を燃焼装置の燃料として使用することで、燃焼排ガスに含まれる不純物の量を低減できる。しかし、良質の燃料を使用することによって燃料コストが上昇するため好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を解決するために、本発明の第１の形態における植物育成システムは、植物を育成する植物育成空間と、化石燃料から水素と二酸化炭素を生成する改質器と、改質器によって生成された二酸化炭素を植物育成空間に導く二酸化炭素配管と、水素を消費する水素需要に、改質器によって生成された水素を導く水素配管とを備えた。
【０００５】
このため、植物育成空間で育成される植物の成長を促進することができる。
【０００６】
また本形態における植物育成システムは、改質器が生成した水素と二酸化炭素の混合気から二酸化炭素を分離する分離装置を更に備え、二酸化炭素配管は、分離装置によって分離された二酸化炭素を植物育成空間に導く。水素配管は、分離装置によって分離された水素を水素需要に導く。また、改質器は植物育成空間の近傍に設けられている。
【０００７】
このため、純度の高い二酸化炭素を植物育成空間に供給することができる。また、燃料電池の発電に利用される水素の利用率を高めることができる。
【０００８】
水素需要は、水素を用いて発電を行い、二酸化炭素を前記植物育成空間に供給するポンプを駆動する燃料電池である。
【０００９】
燃料電池は、水素および二酸化炭素の混合気を吸気すると共に混合気を排気する。改質器は、水素濃度の下がった混合気を燃焼させて水素燃焼ガスを排出する。二酸化炭素配管は、水素燃焼ガスを植物育成空間に導く。
【００１０】
このため、水素および二酸化炭素の双方を、有効に活用することができる。
【００１１】
改質器は、更に化石燃料を燃焼させる化石燃料燃焼室と、当該化石燃料燃焼室と分離されており、水素濃度の下がった混合気を燃焼させる水素燃焼室とを有する。二酸化炭素配管は、化石燃料燃焼室の排ガスを植物育成空間に導かず、水素燃焼ガスを植物育成空間に導く。
【００１２】
このため、汚染の少ない二酸化炭素を植物育成空間に供給することができる。
【００１３】
また本形態における植物育成システムは、改質器によって生成された二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵装置と、植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、余剰となる量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵装置に貯蔵し、植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて多い場合に、不足する量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵装置から植物育成空間に供給する制御部とを更に備えた。
【００１４】
制御部は、前記植物育成空間への日射量に応じた量の二酸化炭素を前記植物育成空間に供給する。
【００１５】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、改質器が生成する二酸化炭素を植物育成空間に供給するので、植物の育成を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の開発手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す図である。本実施形態は、植物の成長を促進することができる植物育成システムを提供することを目的とする。
【００１９】
植物育成システム３０は、温室４０、改質器４４、改質ガス配管５６、分離装置４２、水素配管５８、燃料電池５０、二酸化炭素配管４８、二酸化炭素貯蔵タンク１０６、ポンプ１０８、二酸化炭素貯蔵弁１０２、二酸化炭素供給弁１０４、制御部１００、日射計１１０、熱需要５２、および電力需要５４を備える。温室４０の内部では植物４１が栽培される。
【００２０】
改質器４４は温室４０に隣接して設けられている。改質器４４は、化石燃料を含む原料ガスから水素と二酸化炭素を含む改質ガスを生成する。改質器４４は、例えば、都市ガス、プロパンガス等を改質して、例えば、７０％前後の水素、２０％前後の二酸化炭素、２〜３％のメタン、２〜３％の窒素、および１０ｐｐｍ以下の一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。改質器４４は、外部から供給される化石燃料を燃焼させることによって、改質ガスを生成するために必要な熱量を生成する。改質器４４によって生成された改質ガスは、改質ガス配管５６によって分離装置４２に導かれる。
【００２１】
分離装置４２は、改質器４４が生成した改質ガスから二酸化炭素を分離する。分離装置４２には水素配管５８および二酸化炭素配管４８が接続される。水素配管５８は、分離装置４２によって二酸化炭素が分離された改質ガスを燃料電池５０に導く。二酸化炭素配管４８は、温室４０と分離装置４２とを接続しており、分離装置４２によって改質ガスから分離された二酸化炭素は、ポンプ１０８によって温室４０に導かれる。
【００２２】
温室４０は植物４１を育成する。温室４０内で育成される植物４１は光合成を行い、二酸化炭素配管４８から供給される二酸化炭素を消費して酸素を生成する。
【００２３】
燃料電池５０は熱需要５２の近傍に設けられ、改質器４４が生成した改質ガスに含まれる水素を用いて発電を行う。燃料電池５０は、例えば、住居の敷地内に設けられた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）である。燃料電池５０が発電する電力は、ポンプ１０８および電力需要５４に供給される。また、燃料電池５０の発電とともに生成される排熱は、熱需要５２に供給される。熱需要５２は、例えば住居に備えられた、温水を消費する機器である。また、熱需要５２は温水を蓄積する貯湯槽であってよい。また、熱需要５２は、温室４０の内部を温めるための機器であってよい。電力需要５４は、例えば住居に備えられた、電力を消費する機器である。また、電力需要５４は、温室４０の内部を温める機器であってよく、また、温室４０の照明装置など温室４０が機能するために必要な機器であってよい。
【００２４】
二酸化炭素貯蔵弁１０２は、二酸化炭素配管４８と二酸化炭素貯蔵タンク１０６とを接続し、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に対する、二酸化炭素貯蔵タンク１０６に貯蔵される二酸化炭素の量の割合を制御する。二酸化炭素供給弁１０４は、二酸化炭素貯蔵タンク１０６と二酸化炭素配管４８とを接続し、二酸化炭素貯蔵タンク１０６から温室４０に供給される二酸化炭素の量を制御する。日射計１１０は、温室４０の内部に設けられ、温室４０内への日射量を計測する。
【００２５】
制御部１００は、温室４０で消費される二酸化炭素の量が、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、二酸化炭素貯蔵弁１０２を制御することによって、余剰となる量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵タンク１０６に貯蔵する。また制御部１００は、温室４０で消費される二酸化炭素の量が、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に比べて多い場合に、二酸化炭素供給弁１０４を制御することによって、不足する量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵タンク１０６から温室４０に供給する。
【００２６】
また、制御部１００は、日射計１１０で計測される温室４０内への日射量と、温室４０に供給すべき二酸化炭素の量との関係を記憶しておき、温室４０内への日射量に応じた量の二酸化炭素を温室４０に供給すべく、二酸化炭素貯蔵弁１０２および二酸化炭素供給弁１０４を制御する。なお、温室４０内に、日射計１１０の他に、光合成有効波長域の光量子密度を測定する光量子センサ、または光の強さを測定する照度センサを備えてもよく、制御部１００は、温室４０内への光量子密度、または照度に基づいて温室４０に供給すべき二酸化炭素の量を決定してもよい。
【００２７】
このように、植物育成システム３０では、改質器４４が生成した改質ガスに含まれる二酸化炭素を温室４０に供給するので、植物４１の成長を促進することができる。また、二酸化炭素配管４８が、分離装置４２によって分離された二酸化炭素を温室４０に導くので、純度の高い二酸化炭素を温室４０に供給することができる。このようにして、改質器４４が生成する二酸化炭素を有効に利用し、二酸化炭素が外気へ排出される量を削減できる。また、昼間の曇りの時間帯、夜間等、植物４１の光合成が昼間の晴れた時間帯に比べて盛んでない時に二酸化炭素貯蔵タンク１０６に二酸化炭素を貯蔵しておき、昼間の晴れた時間帯など、植物４１の光合成が盛んな時に二酸化炭素貯蔵タンク１０６に貯蔵された二酸化炭素を供給することができるので、改質器４４が生成する二酸化炭素を無駄にすることなく利用することができる。また、制御部１００が、日射量に応じた量の二酸化炭素を植物４１に供給するので、植物４１が外気に開放された場所で育成される場合であっても、適切な量の二酸化炭素を植物４１に供給することができる。
【００２８】
また、分離装置４２が、改質器４４が生成した改質ガスから二酸化炭素を分離するので、燃料電池５０の発電に利用される水素の利用率が高まる。また、改質器４４が生成する改質ガスは、化石燃料を燃焼させた燃焼ガスに比べて硫黄分等の不純物の含有量が少ないので、分離装置４２を設置するためのコスト、分離装置４２を維持するためのコストを低減することができる。
【００２９】
なお、一般に、植物４１を育成するには、二酸化炭素濃度は１０％前後であることが望ましい。したがって、制御部１００は、二酸化炭素貯蔵弁１０２および二酸化炭素供給弁１０４を制御することによって、温室４０内の二酸化炭素の濃度が１０％前後に維持されるよう、二酸化炭素配管４８から供給される二酸化炭素の量を適切に調節してもよい。また、温室４０が藻類を育成するものである場合、二酸化炭素濃度を５０％前後に高めてもよい。この場合は、改質器４４が生成する改質ガスに含まれる二酸化炭素をより多く消費させることができる。
【００３０】
図２は、分離装置４２の構成の一例を示す図である。分離装置４２は、水吸収装置６２、アミン吸収装置６４、およびアミン再生装置６６を備える。分離装置４２は、改質器４４から供給される改質ガスに含まれる二酸化炭素を、水およびアミン吸収液に吸収させて、二酸化炭素濃度が低減された改質ガスを燃料電池５０に供給する。
【００３１】
改質器４４が生成する改質ガスは、改質ガス配管５６によって水吸収装置６２に供給される。改質ガス配管５６を通過する改質ガスは、アミン再生装置６６で熱交換することによって冷却された後、水吸収装置６２に供給される。水吸収装置６２内には、水が蓄積されており、改質ガスを水吸収装置６２内に蓄積された水と接触させることで、改質ガス中の二酸化炭素を６０％以上を水に吸収させる。水吸収装置６２内の水はアルカリ性であることが望ましい。水吸収装置６２で二酸化炭素を吸収した水は、二酸化炭素配管４８を通じて温室４０に供給される。温室４０に供給された二酸化炭素を吸収した水は、植物４１に噴霧されることによって、植物４１に二酸化炭素を供給する。
【００３２】
アミン吸収装置６４では、水吸収装置６２から供給される改質ガスに含まれる二酸化炭素を、アミン吸収装置６４が有するアミン吸収液が吸収することによって、改質ガス中に含まれる二酸化炭素をさらに分離する。アミン吸収液としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンなどのアルカノールアミン吸収液が望ましい。アミン吸収装置６４によって二酸化炭素を更に分離された改質ガスは、水素配管５８によって燃料電池５０に供給される。
【００３３】
アミン吸収液はアミン吸収装置６４とアミン再生装置６６との間を循環している。アミン吸収液は、アミン再生装置６６における改質ガスからの二酸化炭素の吸収と、アミン再生装置６６における二酸化炭素の脱着とを繰り返す。アミン再生装置６６は、二酸化炭素を吸収したアミン吸収液の温度を上昇させることによって、二酸化炭素をアミン吸収液から脱着する。アミン吸収液から二酸化炭素を脱着するための熱源としては、改質ガス配管５６を通過する改質ガスが有する熱を利用する。また、アミン吸収液から二酸化炭素を脱着するための熱源として、改質器４４の排熱を利用してもよい。例えば、改質器４４を加温するための燃焼排ガスと、アミン再生装置６６のアミン吸収液とを熱交換させてもよい。アミン再生装置６６によってアミン吸収液から脱着された二酸化炭素は、二酸化炭素配管４８によって温室４０に供給される。
【００３４】
なお、温室４０で消費される二酸化炭素の量が、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、余剰となる量の二酸化炭素を水吸収装置６２内に蓄積された水に吸収させ、二酸化炭素を吸収した水を貯蔵することによって二酸化炭素を貯蔵しておいてもよい。また、余剰となる量の二酸化炭素をアミン吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収したアミン吸収液を貯蔵することによって二酸化炭素を貯蔵しておいてもよい。
【００３５】
また、分離装置４２の他の例としては、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）を利用する分離装置４２である。この場合、分離装置４２は、ＰＳＡ法によって改質ガスから二酸化炭素を分離するものである。また、分離装置４２のさらなる他の例としては、分離装置４２は、ＰＳＡ法、膜分離法、水素吸蔵合金精製法などを用いて水素を分離するものである。この場合、改質ガスは、分離装置４２によって、水素ガスと、水素を分離された改質ガスに分離され、水素を分離された改質ガスは二酸化炭素配管４８によって温室４０に導かれる。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す。植物育成システム３０は、温室４０、改質器４４、水素配管５８、燃料電池５０、オフガス配管６０、二酸化炭素配管４８、熱需要５２、および電力需要５４を備える。温室４０の内部では植物４１が栽培される。なお、図３において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一又は同様の機能を有するので、説明を省略する。
【００３７】
改質器４４によって生成された改質ガスは、水素配管５８によって燃料電池５０のアノードに供給される。燃料電池５０は、燃料電池５０のアノードに供給された改質ガス中の水素を消費して発電を行い、アノードに供給された改質ガスに比べて水素濃度の下がったオフガスをアノードから排気する。アノードから排気されたオフガスは、オフガス配管６０によって改質器４４に導かれる。
【００３８】
改質器４４は、オフガス配管６０によって導かれるオフガスを燃焼させて水素燃焼ガスを排出する。改質器４４は、化石燃料を燃焼させる燃焼室およびオフガスを燃焼させる燃焼室を有しており、二酸化炭素配管４８はオフガスを燃焼させる燃焼室と温室４０とを結ぶ。
【００３９】
このように、二酸化炭素配管４８が、オフガスを燃焼させることによって生成される水素燃焼ガスを温室４０に導くので、温室４０には不純物の濃度の低い二酸化炭素が供給される。これによって植物４１の成長をより促進させることができる。また、燃焼によって得られる暖かい水素燃焼ガスを温室４０に供給することによって、温室４０を温めるためのエネルギーを削減することができる。また、水素および二酸化炭素の双方を、有効に活用することができる。
【００４０】
図４は、改質器４４の構成の一例を示す図である。図４は改質器４４の断面を示す。改質器４４は、外筒８４、蓋９０、および底９１で形成される円筒容器内に、化石燃料燃焼室７８、水素燃焼室８０、および触媒室９２を有する。内筒８５が外筒８４の半径方向内側に間隔を置いて同心円状に配置されており、外筒８４と内筒８５の間に触媒室９２が形成される。触媒室９２は、改質層７２、ＣＯ変成層７４、およびＣＯ選択除去層７６、中間第１円筒８８、および中間第２円筒８９を有する。中間第１円筒８８および中間第２円筒８９は、外筒８４および内筒８５の間に同心円状に配置される。中間第１円筒８８は、中間第２円筒８９よりも半径方向内側に配置される。
【００４１】
化石燃料燃焼室７８および水素燃焼室８０は、内筒８５の半径方向内側に形成され、互いに燃焼室隔壁８７によって隔てられている。化石燃料燃焼室７８は、内筒８５、燃焼室隔壁８７、および蓋９０に囲まれる空間で形成され、燃焼筒８６および化石燃料バーナ７９を備える。化石燃料バーナ７９には化石燃料配管９６が接続される。水素燃焼室８０は、内筒８５、燃焼室隔壁８７、および底９１に囲まれる空間で形成され、水素バーナ８１および燃焼筒８６を備える。水素バーナ８１にはオフガス配管６０が接続される。燃焼筒８６は、化石燃料バーナ７９および水素バーナ８１の半径方向外側に間隔を置いて同心円状に配置される。
【００４２】
蓋９０は、原料ガス入口７１および化石燃料燃焼ガス排出口８２を備える。底９１は、改質ガス出口７７および水素燃焼ガス排出口８３を備える。また、外筒８４には、空気入口９４が設けられる。
【００４３】
都市ガス、ＬＰガス等の化石燃料は、化石燃料配管９６から化石燃料バーナ７９に供給され、化石燃料バーナ７９で燃焼する。化石燃料の燃焼ガスは、化石燃料燃焼ガス排出口８２から外部に排出される。また、燃料電池５０のアノードから供給されるオフガスは、オフガス配管６０によって水素バーナ８１に供給され、水素燃焼室８０内で燃焼する。水素バーナ８１の燃焼によって生成する水素燃焼ガスは、水素燃焼ガス排出口８３に接続された二酸化炭素配管４８から流出する。改質層７２は、化石燃料バーナ７９および水素バーナ８１での燃焼によって加温される。
【００４４】
都市ガス、ＬＰガス等の改質原料ガスと、水蒸気との混合蒸気である原料ガスは、原料ガス入口７１に接続された原料ガス配管９８を通じて改質層７２に流通する。原料ガスは、触媒室９２が有する改質層７２、ＣＯ変成層７４、およびＣＯ選択除去層７６を順に通過した後に、改質ガス出口７７に接続された水素配管５８へ改質ガスとして流出する。
【００４５】
改質層７２は、内筒８５と中間第１円筒８８との間の空間に、改質触媒を充填して形成される。改質層７２の改質触媒としては、例えばニッケル系、ルテニウム系等の触媒が使用される。原料ガス入口７１から流通してくる原料ガスは、改質層７２において次の化学式（１）で示される反応によって、水素と一酸化炭素を含有する改質ガスに転換される。
【化１】
化学式（１）で示される反応は吸熱反応である。このため、化学式（１）で示される反応は、化石燃料バーナ７９および水素バーナ８１の燃焼熱を吸収することで反応が進行する。
【００４６】
ＣＯ変成層７４は、中間第１円筒８８と中間第２円筒８９との間の空間に、ＣＯ変成触媒を充填して形成される。ＣＯ変成層７４のＣＯ変成触媒としては、例えば白金系、ルテニウム系等の触媒が使用される。ＣＯ変成層７４は、中間第１円筒８８を挟んで改質層７２と隣接している。また、中間第１円筒８８と底９１との間の隙間を介して改質層７２と連通している。これによって、改質層７２で生成された改質ガスは、改質層７２から中間第１円筒８８と底９１との隙間から、ＣＯ変成層７４に流通してくる。改質ガスがＣＯ変成層７４を通過する間にＣＯ変成反応が生じる。これによって、ＣＯ変成層７４を通過した後の改質ガス中の一酸化炭素の濃度は０．５％前後に低下する。
【００４７】
ＣＯ選択除去層７６は、中間第２円筒８９と外筒８４との間の空間に、選択酸化触媒を充填して形成される。ＣＯ選択除去層７６の選択酸化触媒としては、例えばルテニウム系、白金系等の触媒が使用される。ＣＯ選択除去層７６は、中間第２円筒８９を挟んでＣＯ変成層７４と隣接している。また、中間第２円筒８９と蓋９０との間の隙間を介してＣＯ変成層７４と連通している。これによって、ＣＯ変成層７４から流出した改質ガスは、ＣＯ変成層７４から中間第２円筒８９と蓋９０との隙間から、ＣＯ選択除去層７６に流通してくる。改質ガスがＣＯ選択除去層７６を通過する間に、空気入口９４から取り入れられる空気中の酸素とのＣＯ選択酸化反応が生じる。これによって改質ガス中の一酸化炭素濃度はさらに低下する。望ましくは、水素配管５８に流出する改質ガス中の一酸化炭素の濃度を１０ｐｐｍ以下にまで低下させる。
【００４８】
このように、燃料電池５０のアノードから排出されるオフガスに含まれる水素は、改質器４４の水素燃焼室８０が有する水素バーナ８１によって燃焼される。オフガスの燃焼熱は改質層７２での改質反応を促進する。オフガスの燃焼によって発生する水素燃焼ガスは化石燃料を燃焼させた場合に比べて硫黄分などの不純物が少ない。したがって、温室４０に水素燃焼ガスを直接供給することができる。すなわち、オフガスの燃焼時に発生する熱を原料ガスの改質ガスの生成に利用しつつ、二酸化炭素を含む水素燃焼ガスを温室４０に供給することで、植物４１の成長をより促進することができる。また、化石燃料バーナ７９が排出する化石燃料燃焼ガスは温室４０には供給されないので、化石燃料バーナ７９の燃料として、硫黄分などを含む安価な燃料を利用することができる。
【００４９】
以上の説明から明らかなように第１および第２の実施形態における植物育成システム３０によれば、二酸化炭素配管４８は改質器４４によって生成された二酸化炭素を温室４０に導くので、植物４１の成長を促進することができる。また、第１の実施形態における植物育成システム３０によれば、二酸化炭素配管４８は分離装置４２によって改質ガスから分離された二酸化炭素を温室４０に導くので、純度の高い二酸化炭素を供給することができる。したがって、植物４１の成長をより促進させることができる。また分離装置４２は改質器４４が生成した改質ガスから二酸化炭素を分離するので、燃料電池５０の発電に利用される水素の利用率を高めることができる。また、第２の実施形態における植物育成システム３０によれば、燃料電池５０がアノードから排出する水素および二酸化炭素が含まれるオフガスを、オフガス配管６０によって改質器４４に導き、水素燃焼室８０で燃焼させ、オフガスの燃焼によって得られた水素燃焼ガスを温室４０に導く。したがって、水素および二酸化炭素の双方を有効に活用することができる。また、不純物の少ない二酸化炭素を温室４０に供給することができるので、植物４１の育成をより促進することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す。
【図２】分離装置４２の構成の一例を示す。
【図３】本発明の他の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す。
【図４】改質器４４の構成の一例を示す。
【符号の説明】
【００５２】
３０・・・植物育成システム、４０・・・温室、４１・・・植物、４２・・・分離装置、４４・・・改質器、４８・・・二酸化炭素配管、５０・・・燃料電池、５２・・・熱需要、５４・・・電力需要、５６・・・改質ガス配管、５８・・・水素配管、６０・・・オフガス配管、６２・・・水吸収装置、６４・・・アミン吸収装置、６６・・・アミン再生装置、７１・・・原料ガス入口、７２・・・改質層、７４・・・ＣＯ変成層、７６・・・ＣＯ選択除去層、７７・・・改質ガス出口、７８・・・化石燃料燃焼室、７９・・・化石燃料バーナ、８０・・・水素燃焼室、８１・・・水素バーナ、８２・・・化石燃料燃焼ガス排出口、８３・・・水素燃焼ガス排出口、８４・・・外筒、８５・・・内筒、８６・・・燃焼筒、８７・・・燃焼室隔壁、８８・・・中間第１円筒、８９・・・中間第２円筒、９０・・・蓋、９１・・・底、９２・・・触媒室、９４・・・空気入口、９６・・・化石燃料配管、９８・・・原料ガス配管、１００・・・制御部、１０２・・・二酸化炭素貯蔵弁、１０４・・・二酸化炭素供給弁、１０６・・・二酸化炭素貯蔵タンク、１０８・・・ポンプ、１１０・・・日射計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の育成を促進することができる植物育成システムに関する。特に本発明は、改質器によって生成された二酸化炭素を植物育成空間に導く、植物育成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素の濃度より高い濃度の雰囲気下において植物の育成を行うことによって、その育成や収穫量に効果があることが認められている。従来、園芸ハウス等の温度調節システムにおいて、温度調節用の燃焼装置から発生する二酸化炭素を含む燃焼排ガスを利用して植物を育成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１−３０５８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、夏季など、温度調節用の燃焼装置を駆動しない期間は、園芸ハウスに燃焼排ガスを供給することができない。また、燃焼排ガスは、二酸化炭素以外に硫黄分などの不純物を含む。したがって、燃焼排ガスから不純物を除去するための装置を設けることは、無駄が多く好ましくない。また、良質の燃料を燃焼装置の燃料として使用することで、燃焼排ガスに含まれる不純物の量を低減できる。しかし、良質の燃料を使用することによって燃料コストが上昇するため好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を解決するために、本発明の第１の形態における植物育成システムは、植物を育成する植物育成空間と、化石燃料から水素と二酸化炭素を生成する改質器と、改質器によって生成された二酸化炭素を植物育成空間に導く二酸化炭素配管と、水素を消費する水素需要に、改質器によって生成された水素を導く水素配管とを備えた。
【０００５】
このため、植物育成空間で育成される植物の成長を促進することができる。
【０００６】
また本形態における植物育成システムは、改質器が生成した水素と二酸化炭素の混合気から二酸化炭素を分離する分離装置を更に備え、二酸化炭素配管は、分離装置によって分離された二酸化炭素を植物育成空間に導く。水素配管は、分離装置によって分離された水素を水素需要に導く。また、改質器は植物育成空間の近傍に設けられている。
【０００７】
このため、純度の高い二酸化炭素を植物育成空間に供給することができる。また、燃料電池の発電に利用される水素の利用率を高めることができる。
【０００８】
水素需要は、水素を用いて発電を行い、二酸化炭素を前記植物育成空間に供給するポンプを駆動する燃料電池である。
【０００９】
燃料電池は、水素および二酸化炭素の混合気を吸気すると共に混合気を排気する。改質器は、水素濃度の下がった混合気を燃焼させて水素燃焼ガスを排出する。二酸化炭素配管は、水素燃焼ガスを植物育成空間に導く。
【００１０】
このため、水素および二酸化炭素の双方を、有効に活用することができる。
【００１１】
改質器は、更に化石燃料を燃焼させる化石燃料燃焼室と、当該化石燃料燃焼室と分離されており、水素濃度の下がった混合気を燃焼させる水素燃焼室とを有する。二酸化炭素配管は、化石燃料燃焼室の排ガスを植物育成空間に導かず、水素燃焼ガスを植物育成空間に導く。
【００１２】
このため、汚染の少ない二酸化炭素を植物育成空間に供給することができる。
【００１３】
また本形態における植物育成システムは、改質器によって生成された二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵装置と、植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、余剰となる量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵装置に貯蔵し、植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて多い場合に、不足する量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵装置から植物育成空間に供給する制御部とを更に備えた。
【００１４】
制御部は、前記植物育成空間への日射量に応じた量の二酸化炭素を前記植物育成空間に供給する。
【００１５】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、改質器が生成する二酸化炭素を植物育成空間に供給するので、植物の育成を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の開発手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す図である。本実施形態は、植物の成長を促進することができる植物育成システムを提供することを目的とする。
【００１９】
植物育成システム３０は、温室４０、改質器４４、改質ガス配管５６、分離装置４２、水素配管５８、燃料電池５０、二酸化炭素配管４８、二酸化炭素貯蔵タンク１０６、ポンプ１０８、二酸化炭素貯蔵弁１０２、二酸化炭素供給弁１０４、制御部１００、日射計１１０、熱需要５２、および電力需要５４を備える。温室４０の内部では植物４１が栽培される。
【００２０】
改質器４４は温室４０に隣接して設けられている。改質器４４は、化石燃料を含む原料ガスから水素と二酸化炭素を含む改質ガスを生成する。改質器４４は、例えば、都市ガス、プロパンガス等を改質して、例えば、７０％前後の水素、２０％前後の二酸化炭素、２〜３％のメタン、２〜３％の窒素、および１０ｐｐｍ以下の一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。改質器４４は、外部から供給される化石燃料を燃焼させることによって、改質ガスを生成するために必要な熱量を生成する。改質器４４によって生成された改質ガスは、改質ガス配管５６によって分離装置４２に導かれる。
【００２１】
分離装置４２は、改質器４４が生成した改質ガスから二酸化炭素を分離する。分離装置４２には水素配管５８および二酸化炭素配管４８が接続される。水素配管５８は、分離装置４２によって二酸化炭素が分離された改質ガスを燃料電池５０に導く。二酸化炭素配管４８は、温室４０と分離装置４２とを接続しており、分離装置４２によって改質ガスから分離された二酸化炭素は、ポンプ１０８によって温室４０に導かれる。
【００２２】
温室４０は植物４１を育成する。温室４０内で育成される植物４１は光合成を行い、二酸化炭素配管４８から供給される二酸化炭素を消費して酸素を生成する。
【００２３】
燃料電池５０は熱需要５２の近傍に設けられ、改質器４４が生成した改質ガスに含まれる水素を用いて発電を行う。燃料電池５０は、例えば、住居の敷地内に設けられた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）である。燃料電池５０が発電する電力は、ポンプ１０８および電力需要５４に供給される。また、燃料電池５０の発電とともに生成される排熱は、熱需要５２に供給される。熱需要５２は、例えば住居に備えられた、温水を消費する機器である。また、熱需要５２は温水を蓄積する貯湯槽であってよい。また、熱需要５２は、温室４０の内部を温めるための機器であってよい。電力需要５４は、例えば住居に備えられた、電力を消費する機器である。また、電力需要５４は、温室４０の内部を温める機器であってよく、また、温室４０の照明装置など温室４０が機能するために必要な機器であってよい。
【００２４】
二酸化炭素貯蔵弁１０２は、二酸化炭素配管４８と二酸化炭素貯蔵タンク１０６とを接続し、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に対する、二酸化炭素貯蔵タンク１０６に貯蔵される二酸化炭素の量の割合を制御する。二酸化炭素供給弁１０４は、二酸化炭素貯蔵タンク１０６と二酸化炭素配管４８とを接続し、二酸化炭素貯蔵タンク１０６から温室４０に供給される二酸化炭素の量を制御する。日射計１１０は、温室４０の内部に設けられ、温室４０内への日射量を計測する。
【００２５】
制御部１００は、温室４０で消費される二酸化炭素の量が、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、二酸化炭素貯蔵弁１０２を制御することによって、余剰となる量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵タンク１０６に貯蔵する。また制御部１００は、温室４０で消費される二酸化炭素の量が、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に比べて多い場合に、二酸化炭素供給弁１０４を制御することによって、不足する量の二酸化炭素を二酸化炭素貯蔵タンク１０６から温室４０に供給する。
【００２６】
また、制御部１００は、日射計１１０で計測される温室４０内への日射量と、温室４０に供給すべき二酸化炭素の量との関係を記憶しておき、温室４０内への日射量に応じた量の二酸化炭素を温室４０に供給すべく、二酸化炭素貯蔵弁１０２および二酸化炭素供給弁１０４を制御する。なお、温室４０内に、日射計１１０の他に、光合成有効波長域の光量子密度を測定する光量子センサ、または光の強さを測定する照度センサを備えてもよく、制御部１００は、温室４０内への光量子密度、または照度に基づいて温室４０に供給すべき二酸化炭素の量を決定してもよい。
【００２７】
このように、植物育成システム３０では、改質器４４が生成した改質ガスに含まれる二酸化炭素を温室４０に供給するので、植物４１の成長を促進することができる。また、二酸化炭素配管４８が、分離装置４２によって分離された二酸化炭素を温室４０に導くので、純度の高い二酸化炭素を温室４０に供給することができる。このようにして、改質器４４が生成する二酸化炭素を有効に利用し、二酸化炭素が外気へ排出される量を削減できる。また、昼間の曇りの時間帯、夜間等、植物４１の光合成が昼間の晴れた時間帯に比べて盛んでない時に二酸化炭素貯蔵タンク１０６に二酸化炭素を貯蔵しておき、昼間の晴れた時間帯など、植物４１の光合成が盛んな時に二酸化炭素貯蔵タンク１０６に貯蔵された二酸化炭素を供給することができるので、改質器４４が生成する二酸化炭素を無駄にすることなく利用することができる。また、制御部１００が、日射量に応じた量の二酸化炭素を植物４１に供給するので、植物４１が外気に開放された場所で育成される場合であっても、適切な量の二酸化炭素を植物４１に供給することができる。
【００２８】
また、分離装置４２が、改質器４４が生成した改質ガスから二酸化炭素を分離するので、燃料電池５０の発電に利用される水素の利用率が高まる。また、改質器４４が生成する改質ガスは、化石燃料を燃焼させた燃焼ガスに比べて硫黄分等の不純物の含有量が少ないので、分離装置４２を設置するためのコスト、分離装置４２を維持するためのコストを低減することができる。
【００２９】
なお、一般に、植物４１を育成するには、二酸化炭素濃度は１０％前後であることが望ましい。したがって、制御部１００は、二酸化炭素貯蔵弁１０２および二酸化炭素供給弁１０４を制御することによって、温室４０内の二酸化炭素の濃度が１０％前後に維持されるよう、二酸化炭素配管４８から供給される二酸化炭素の量を適切に調節してもよい。また、温室４０が藻類を育成するものである場合、二酸化炭素濃度を５０％前後に高めてもよい。この場合は、改質器４４が生成する改質ガスに含まれる二酸化炭素をより多く消費させることができる。
【００３０】
図２は、分離装置４２の構成の一例を示す図である。分離装置４２は、水吸収装置６２、アミン吸収装置６４、およびアミン再生装置６６を備える。分離装置４２は、改質器４４から供給される改質ガスに含まれる二酸化炭素を、水およびアミン吸収液に吸収させて、二酸化炭素濃度が低減された改質ガスを燃料電池５０に供給する。
【００３１】
改質器４４が生成する改質ガスは、改質ガス配管５６によって水吸収装置６２に供給される。改質ガス配管５６を通過する改質ガスは、アミン再生装置６６で熱交換することによって冷却された後、水吸収装置６２に供給される。水吸収装置６２内には、水が蓄積されており、改質ガスを水吸収装置６２内に蓄積された水と接触させることで、改質ガス中の二酸化炭素を６０％以上を水に吸収させる。水吸収装置６２内の水はアルカリ性であることが望ましい。水吸収装置６２で二酸化炭素を吸収した水は、二酸化炭素配管４８を通じて温室４０に供給される。温室４０に供給された二酸化炭素を吸収した水は、植物４１に噴霧されることによって、植物４１に二酸化炭素を供給する。
【００３２】
アミン吸収装置６４では、水吸収装置６２から供給される改質ガスに含まれる二酸化炭素を、アミン吸収装置６４が有するアミン吸収液が吸収することによって、改質ガス中に含まれる二酸化炭素をさらに分離する。アミン吸収液としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンなどのアルカノールアミン吸収液が望ましい。アミン吸収装置６４によって二酸化炭素を更に分離された改質ガスは、水素配管５８によって燃料電池５０に供給される。
【００３３】
アミン吸収液はアミン吸収装置６４とアミン再生装置６６との間を循環している。アミン吸収液は、アミン再生装置６６における改質ガスからの二酸化炭素の吸収と、アミン再生装置６６における二酸化炭素の脱着とを繰り返す。アミン再生装置６６は、二酸化炭素を吸収したアミン吸収液の温度を上昇させることによって、二酸化炭素をアミン吸収液から脱着する。アミン吸収液から二酸化炭素を脱着するための熱源としては、改質ガス配管５６を通過する改質ガスが有する熱を利用する。また、アミン吸収液から二酸化炭素を脱着するための熱源として、改質器４４の排熱を利用してもよい。例えば、改質器４４を加温するための燃焼排ガスと、アミン再生装置６６のアミン吸収液とを熱交換させてもよい。アミン再生装置６６によってアミン吸収液から脱着された二酸化炭素は、二酸化炭素配管４８によって温室４０に供給される。
【００３４】
なお、温室４０で消費される二酸化炭素の量が、分離装置４２から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、余剰となる量の二酸化炭素を水吸収装置６２内に蓄積された水に吸収させ、二酸化炭素を吸収した水を貯蔵することによって二酸化炭素を貯蔵しておいてもよい。また、余剰となる量の二酸化炭素をアミン吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収したアミン吸収液を貯蔵することによって二酸化炭素を貯蔵しておいてもよい。
【００３５】
また、分離装置４２の他の例としては、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）を利用する分離装置４２である。この場合、分離装置４２は、ＰＳＡ法によって改質ガスから二酸化炭素を分離するものである。また、分離装置４２のさらなる他の例としては、分離装置４２は、ＰＳＡ法、膜分離法、水素吸蔵合金精製法などを用いて水素を分離するものである。この場合、改質ガスは、分離装置４２によって、水素ガスと、水素を分離された改質ガスに分離され、水素を分離された改質ガスは二酸化炭素配管４８によって温室４０に導かれる。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す。植物育成システム３０は、温室４０、改質器４４、水素配管５８、燃料電池５０、オフガス配管６０、二酸化炭素配管４８、熱需要５２、および電力需要５４を備える。温室４０の内部では植物４１が栽培される。なお、図３において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一又は同様の機能を有するので、説明を省略する。
【００３７】
改質器４４によって生成された改質ガスは、水素配管５８によって燃料電池５０のアノードに供給される。燃料電池５０は、燃料電池５０のアノードに供給された改質ガス中の水素を消費して発電を行い、アノードに供給された改質ガスに比べて水素濃度の下がったオフガスをアノードから排気する。アノードから排気されたオフガスは、オフガス配管６０によって改質器４４に導かれる。
【００３８】
改質器４４は、オフガス配管６０によって導かれるオフガスを燃焼させて水素燃焼ガスを排出する。改質器４４は、化石燃料を燃焼させる燃焼室およびオフガスを燃焼させる燃焼室を有しており、二酸化炭素配管４８はオフガスを燃焼させる燃焼室と温室４０とを結ぶ。
【００３９】
このように、二酸化炭素配管４８が、オフガスを燃焼させることによって生成される水素燃焼ガスを温室４０に導くので、温室４０には不純物の濃度の低い二酸化炭素が供給される。これによって植物４１の成長をより促進させることができる。また、燃焼によって得られる暖かい水素燃焼ガスを温室４０に供給することによって、温室４０を温めるためのエネルギーを削減することができる。また、水素および二酸化炭素の双方を、有効に活用することができる。
【００４０】
図４は、改質器４４の構成の一例を示す図である。図４は改質器４４の断面を示す。改質器４４は、外筒８４、蓋９０、および底９１で形成される円筒容器内に、化石燃料燃焼室７８、水素燃焼室８０、および触媒室９２を有する。内筒８５が外筒８４の半径方向内側に間隔を置いて同心円状に配置されており、外筒８４と内筒８５の間に触媒室９２が形成される。触媒室９２は、改質層７２、ＣＯ変成層７４、およびＣＯ選択除去層７６、中間第１円筒８８、および中間第２円筒８９を有する。中間第１円筒８８および中間第２円筒８９は、外筒８４および内筒８５の間に同心円状に配置される。中間第１円筒８８は、中間第２円筒８９よりも半径方向内側に配置される。
【００４１】
化石燃料燃焼室７８および水素燃焼室８０は、内筒８５の半径方向内側に形成され、互いに燃焼室隔壁８７によって隔てられている。化石燃料燃焼室７８は、内筒８５、燃焼室隔壁８７、および蓋９０に囲まれる空間で形成され、燃焼筒８６および化石燃料バーナ７９を備える。化石燃料バーナ７９には化石燃料配管９６が接続される。水素燃焼室８０は、内筒８５、燃焼室隔壁８７、および底９１に囲まれる空間で形成され、水素バーナ８１および燃焼筒８６を備える。水素バーナ８１にはオフガス配管６０が接続される。燃焼筒８６は、化石燃料バーナ７９および水素バーナ８１の半径方向外側に間隔を置いて同心円状に配置される。
【００４２】
蓋９０は、原料ガス入口７１および化石燃料燃焼ガス排出口８２を備える。底９１は、改質ガス出口７７および水素燃焼ガス排出口８３を備える。また、外筒８４には、空気入口９４が設けられる。
【００４３】
都市ガス、ＬＰガス等の化石燃料は、化石燃料配管９６から化石燃料バーナ７９に供給され、化石燃料バーナ７９で燃焼する。化石燃料の燃焼ガスは、化石燃料燃焼ガス排出口８２から外部に排出される。また、燃料電池５０のアノードから供給されるオフガスは、オフガス配管６０によって水素バーナ８１に供給され、水素燃焼室８０内で燃焼する。水素バーナ８１の燃焼によって生成する水素燃焼ガスは、水素燃焼ガス排出口８３に接続された二酸化炭素配管４８から流出する。改質層７２は、化石燃料バーナ７９および水素バーナ８１での燃焼によって加温される。
【００４４】
都市ガス、ＬＰガス等の改質原料ガスと、水蒸気との混合蒸気である原料ガスは、原料ガス入口７１に接続された原料ガス配管９８を通じて改質層７２に流通する。原料ガスは、触媒室９２が有する改質層７２、ＣＯ変成層７４、およびＣＯ選択除去層７６を順に通過した後に、改質ガス出口７７に接続された水素配管５８へ改質ガスとして流出する。
【００４５】
改質層７２は、内筒８５と中間第１円筒８８との間の空間に、改質触媒を充填して形成される。改質層７２の改質触媒としては、例えばニッケル系、ルテニウム系等の触媒が使用される。原料ガス入口７１から流通してくる原料ガスは、改質層７２において次の化学式（１）で示される反応によって、水素と一酸化炭素を含有する改質ガスに転換される。
【化１】
化学式（１）で示される反応は吸熱反応である。このため、化学式（１）で示される反応は、化石燃料バーナ７９および水素バーナ８１の燃焼熱を吸収することで反応が進行する。
【００４６】
ＣＯ変成層７４は、中間第１円筒８８と中間第２円筒８９との間の空間に、ＣＯ変成触媒を充填して形成される。ＣＯ変成層７４のＣＯ変成触媒としては、例えば白金系、ルテニウム系等の触媒が使用される。ＣＯ変成層７４は、中間第１円筒８８を挟んで改質層７２と隣接している。また、中間第１円筒８８と底９１との間の隙間を介して改質層７２と連通している。これによって、改質層７２で生成された改質ガスは、改質層７２から中間第１円筒８８と底９１との隙間から、ＣＯ変成層７４に流通してくる。改質ガスがＣＯ変成層７４を通過する間にＣＯ変成反応が生じる。これによって、ＣＯ変成層７４を通過した後の改質ガス中の一酸化炭素の濃度は０．５％前後に低下する。
【００４７】
ＣＯ選択除去層７６は、中間第２円筒８９と外筒８４との間の空間に、選択酸化触媒を充填して形成される。ＣＯ選択除去層７６の選択酸化触媒としては、例えばルテニウム系、白金系等の触媒が使用される。ＣＯ選択除去層７６は、中間第２円筒８９を挟んでＣＯ変成層７４と隣接している。また、中間第２円筒８９と蓋９０との間の隙間を介してＣＯ変成層７４と連通している。これによって、ＣＯ変成層７４から流出した改質ガスは、ＣＯ変成層７４から中間第２円筒８９と蓋９０との隙間から、ＣＯ選択除去層７６に流通してくる。改質ガスがＣＯ選択除去層７６を通過する間に、空気入口９４から取り入れられる空気中の酸素とのＣＯ選択酸化反応が生じる。これによって改質ガス中の一酸化炭素濃度はさらに低下する。望ましくは、水素配管５８に流出する改質ガス中の一酸化炭素の濃度を１０ｐｐｍ以下にまで低下させる。
【００４８】
このように、燃料電池５０のアノードから排出されるオフガスに含まれる水素は、改質器４４の水素燃焼室８０が有する水素バーナ８１によって燃焼される。オフガスの燃焼熱は改質層７２での改質反応を促進する。オフガスの燃焼によって発生する水素燃焼ガスは化石燃料を燃焼させた場合に比べて硫黄分などの不純物が少ない。したがって、温室４０に水素燃焼ガスを直接供給することができる。すなわち、オフガスの燃焼時に発生する熱を原料ガスの改質ガスの生成に利用しつつ、二酸化炭素を含む水素燃焼ガスを温室４０に供給することで、植物４１の成長をより促進することができる。また、化石燃料バーナ７９が排出する化石燃料燃焼ガスは温室４０には供給されないので、化石燃料バーナ７９の燃料として、硫黄分などを含む安価な燃料を利用することができる。
【００４９】
以上の説明から明らかなように第１および第２の実施形態における植物育成システム３０によれば、二酸化炭素配管４８は改質器４４によって生成された二酸化炭素を温室４０に導くので、植物４１の成長を促進することができる。また、第１の実施形態における植物育成システム３０によれば、二酸化炭素配管４８は分離装置４２によって改質ガスから分離された二酸化炭素を温室４０に導くので、純度の高い二酸化炭素を供給することができる。したがって、植物４１の成長をより促進させることができる。また分離装置４２は改質器４４が生成した改質ガスから二酸化炭素を分離するので、燃料電池５０の発電に利用される水素の利用率を高めることができる。また、第２の実施形態における植物育成システム３０によれば、燃料電池５０がアノードから排出する水素および二酸化炭素が含まれるオフガスを、オフガス配管６０によって改質器４４に導き、水素燃焼室８０で燃焼させ、オフガスの燃焼によって得られた水素燃焼ガスを温室４０に導く。したがって、水素および二酸化炭素の双方を有効に活用することができる。また、不純物の少ない二酸化炭素を温室４０に供給することができるので、植物４１の育成をより促進することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す。
【図２】分離装置４２の構成の一例を示す。
【図３】本発明の他の実施形態に係る植物育成システム３０の構成の一例を示す。
【図４】改質器４４の構成の一例を示す。
【符号の説明】
【００５２】
３０・・・植物育成システム、４０・・・温室、４１・・・植物、４２・・・分離装置、４４・・・改質器、４８・・・二酸化炭素配管、５０・・・燃料電池、５２・・・熱需要、５４・・・電力需要、５６・・・改質ガス配管、５８・・・水素配管、６０・・・オフガス配管、６２・・・水吸収装置、６４・・・アミン吸収装置、６６・・・アミン再生装置、７１・・・原料ガス入口、７２・・・改質層、７４・・・ＣＯ変成層、７６・・・ＣＯ選択除去層、７７・・・改質ガス出口、７８・・・化石燃料燃焼室、７９・・・化石燃料バーナ、８０・・・水素燃焼室、８１・・・水素バーナ、８２・・・化石燃料燃焼ガス排出口、８３・・・水素燃焼ガス排出口、８４・・・外筒、８５・・・内筒、８６・・・燃焼筒、８７・・・燃焼室隔壁、８８・・・中間第１円筒、８９・・・中間第２円筒、９０・・・蓋、９１・・・底、９２・・・触媒室、９４・・・空気入口、９６・・・化石燃料配管、９８・・・原料ガス配管、１００・・・制御部、１０２・・・二酸化炭素貯蔵弁、１０４・・・二酸化炭素供給弁、１０６・・・二酸化炭素貯蔵タンク、１０８・・・ポンプ、１１０・・・日射計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を育成する植物育成空間と、
化石燃料から水素と二酸化炭素を生成する改質器と、
前記改質器によって生成された二酸化炭素を前記植物育成空間に導く二酸化炭素配管と、
水素を消費する水素需要に、前記改質器によって生成された水素を導く水素配管と
を備える植物育成システム。
【請求項２】
前記改質器は、前記植物育成空間の近傍に設けられており、
前記改質器が生成した前記水素と前記二酸化炭素との混合気から前記二酸化炭素を分離する分離装置を更に備え、
前記二酸化炭素配管は、前記分離装置によって分離された二酸化炭素を前記植物育成空間に導き、
前記水素配管は、前記分離装置によって分離された水素を前記水素需要に導く請求項１に記載の植物育成システム。
【請求項３】
前記水素需要は、水素を用いて発電を行い、二酸化炭素を前記植物育成空間に供給するポンプを駆動する燃料電池である請求項１に記載の植物育成システム。
【請求項４】
前記燃料電池は、前記水素および前記二酸化炭素の混合気を吸気すると共に水素濃度の下がった混合気を排気し、
前記改質器は、前記水素濃度の下がった混合気を燃焼させて水素燃焼ガスを排出し、
前記二酸化炭素配管は、前記水素燃焼ガスを前記植物育成空間に導く請求項３に記載の植物育成システム。
【請求項５】
前記改質器は、更に化石燃料を燃焼させる化石燃料燃焼室と、当該化石燃料燃焼室から分離された、前記水素濃度の下がった混合気を燃焼させる水素燃焼室とを有し、
前記二酸化炭素配管は、前記化石燃料燃焼室の排ガスを前記植物育成空間に導かず、前記水素燃焼ガスを前記植物育成空間に導く請求項４に記載の植物育成システム。
【請求項６】
前記改質器によって生成された二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵装置と、
前記植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、前記分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、余剰となる量の二酸化炭素を前記二酸化炭素貯蔵装置に貯蔵し、前記植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、前記分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて多い場合に、不足する量の二酸化炭素を前記二酸化炭素貯蔵装置から前記植物育成空間に供給する制御部と
を更に備える請求項２に記載の植物育成システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記植物育成空間への日射量に応じた量の二酸化炭素を前記植物育成空間に供給する請求項６に記載の植物育成システム。
【請求項１】
植物を育成する植物育成空間と、
化石燃料から水素と二酸化炭素を生成する改質器と、
前記改質器によって生成された二酸化炭素を前記植物育成空間に導く二酸化炭素配管と、
水素を消費する水素需要に、前記改質器によって生成された水素を導く水素配管と
を備える植物育成システム。
【請求項２】
前記改質器は、前記植物育成空間の近傍に設けられており、
前記改質器が生成した前記水素と前記二酸化炭素との混合気から前記二酸化炭素を分離する分離装置を更に備え、
前記二酸化炭素配管は、前記分離装置によって分離された二酸化炭素を前記植物育成空間に導き、
前記水素配管は、前記分離装置によって分離された水素を前記水素需要に導く請求項１に記載の植物育成システム。
【請求項３】
前記水素需要は、水素を用いて発電を行い、二酸化炭素を前記植物育成空間に供給するポンプを駆動する燃料電池である請求項１に記載の植物育成システム。
【請求項４】
前記燃料電池は、前記水素および前記二酸化炭素の混合気を吸気すると共に水素濃度の下がった混合気を排気し、
前記改質器は、前記水素濃度の下がった混合気を燃焼させて水素燃焼ガスを排出し、
前記二酸化炭素配管は、前記水素燃焼ガスを前記植物育成空間に導く請求項３に記載の植物育成システム。
【請求項５】
前記改質器は、更に化石燃料を燃焼させる化石燃料燃焼室と、当該化石燃料燃焼室から分離された、前記水素濃度の下がった混合気を燃焼させる水素燃焼室とを有し、
前記二酸化炭素配管は、前記化石燃料燃焼室の排ガスを前記植物育成空間に導かず、前記水素燃焼ガスを前記植物育成空間に導く請求項４に記載の植物育成システム。
【請求項６】
前記改質器によって生成された二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵装置と、
前記植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、前記分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて少ない場合に、余剰となる量の二酸化炭素を前記二酸化炭素貯蔵装置に貯蔵し、前記植物育成空間で消費される二酸化炭素の量が、前記分離装置から供給される二酸化炭素の量に比べて多い場合に、不足する量の二酸化炭素を前記二酸化炭素貯蔵装置から前記植物育成空間に供給する制御部と
を更に備える請求項２に記載の植物育成システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記植物育成空間への日射量に応じた量の二酸化炭素を前記植物育成空間に供給する請求項６に記載の植物育成システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１３６２９３（Ｐ２００６−１３６２９３Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３１０１１（Ｐ２００４−３３１０１１）
【出願日】平成１６年１１月１５日（２００４．１１．１５）
【出願人】（３０００３８４２４）松村物産株式会社 (3)
【出願人】（３０２０６４７６２）株式会社日本総合研究所 (367)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１５日（２００４．１１．１５）
【出願人】（３０００３８４２４）松村物産株式会社 (3)
【出願人】（３０２０６４７６２）株式会社日本総合研究所 (367)
【Ｆターム（参考）】
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