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公開番号2024176117
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094379
出願日2023-06-07
発明の名称高エネルギー効率・高清浄環境システム
出願人個人,シーズテック株式会社,株式会社石橋建築事務所,飛栄建設株式会社,有限会社近代設備設計事務所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類A01G 18/69 20180101AFI20241212BHJP(農業;林業;畜産;狩猟;捕獲;漁業)
要約【課題】クローズドエアシステムとしてのCO₂プッシュプル農業システムの要素技術を確立することができる高エネルギー効率・高清浄環境システムを提供する。
【解決手段】ガス交換ユニットと、ファンフィルターユニットとを備え、前記ガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜を有し、前記ファンフィルターユニットは、前記部屋または閉空間に配置され、前記部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の3つのパラメータに対し、前記3つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
ガス交換ユニットと、ファンフィルターユニットとを備え、
前記ガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さないガス交換膜を有し、
前記ファンフィルターユニットは、前記部屋または閉空間に配置され、
前記部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記部屋または閉空間の体積をＶ、前記ガス交換膜における着目する気体のガス分子拡散係数をＤ
ｉ
、（ｉ＝１，．．Ｎ）、前記ガス交換膜の厚みをＬとした時、上記体積Ｖと前記ガス交換膜の面積Ａとを、｛（Ｖ／Ａ）／（Ｄ／Ｌ）｝でスケーリングさせて設計が行われ、
前記部屋または閉空間における着目する気体の消費または発生消費レートをＢｉ、前記外界と平衡状態にあり前記部屋または閉空間で当該着目する気体の消費または発生の無いときの当該着目する気体の体積をＶ
ｉ
、前記部屋または閉空間内における当該着目する気体の目標濃度をη
ｉ
としたとき、前記ガス交換膜の面積Ａが下記の式（３）を満足するように設定される、請求項１に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。
TIFF
2024176117000077.tif
17
170
【請求項３】
複数のガス交換ユニットと、複数のファンフィルターユニットとを備え、
前記複数のガス交換ユニットは、外界との間で気流としてのガス交換のない孤立閉鎖系を構成する複数の部屋または閉空間の気体と、前記外界の気体との間の少なくとも一部に配置され、前記複数の部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さない複数の第１のガス交換膜を有し、
前記複数のファンフィルターユニットは、前記複数の部屋または閉空間に配置され、
ＣＯ
２
を排出する生物種（ＣＯ
２
－ｐｕｓｈｅｒ）が存在する前記複数の部屋または閉空間内の空気と、ＣＯ
２
を吸収する生物種（ＣＯ
２
－ｐｕｌｌｅｒ）が存在する前記複数の部屋または閉空間内の空気とが、前記複数の部屋または閉空間の気体と前記外界の気体との濃度勾配によって気体分子を交換しダスト微粒子を実質的に通さない少なくとも１つの第２のガス交換膜を介して隣接しており、
前記複数の部屋または閉空間の浮遊粒子数、ガス分子濃度、内外出入熱流の３つのパラメータに対し、前記３つのパラメータに内在または付随する拡散過程を制御して、前記複数の部屋または閉空間にて人類への有用生物を育てる、高エネルギー効率・高清浄環境システム。
【請求項４】
前記部屋または閉空間の内部気体を前記ガス交換膜の表面に沿う第１方向に流す送風機と、前記外界の気体を前記ガス交換膜の表面に沿う第２方向に流す送風機とを有するガス交換ユニットを備え、前記ガス交換ユニットにおいて前記第１方向に流れる気体と前記第２方向に流れる気体とが略反平行である対向流を形成し、着目する気体の当該ガス交換ユニット中の拡散係数をＤ，気体流方向のガス交換膜長さをｌ、集積されたガス交換膜の面間隔をｄ、気体の流速をｖ、ガス交換膜の厚みをＬとした時に、次の式（３７）を満たす、請求項１又は３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。
TIFF
2024176117000078.tif
13
170
【請求項５】
前記ＣＯ
２
－ｐｕｓｈｅｒが菌類であり、前記ＣＯ
２
－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である、請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。
【請求項６】
前記ＣＯ
２
－ｐｕｓｈｅｒが動物であり、前記ＣＯ
２
－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である、請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。
【請求項７】
前記ＣＯ
２
－ｐｕｓｈｅｒがヒトであり、前記ＣＯ
２
－ｐｕｌｌｅｒが光合成体である請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。
【請求項８】
前記ＣＯ
２
－ｐｕｌｌｅｒが光合成体であり、
前記光合成体が存在する部屋または閉空間の壁の少なくとも一部に２次元受光・発電分離型（２ＤＰＲＣＳ）太陽光発電が設けられている、請求項３に記載の高エネルギー効率・高清浄環境システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギー効率・高清浄環境システムに関し、特に居住空間・食物生産をＣＯ
２
の授受によって連結するクローズドエアフローシステムとしての高エネルギー効率・高清浄環境システムに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
現代社会は、ＳＤＧｓなどの観点から、農薬などを使わずとも無菌環境を実現できるスマート農業を必要としている。スマート農業の進化・発展により、人間の活動、社会生活に限りない恩恵を与えることができる。
【０００３】
キノコ栽培においては、ｉ）二酸化炭素（ＣＯ
２
）の効果的排出と、ｉｉ）キノコの病害菌からの守りが重要課題となっており、この２つの独立した要請を両立できるスマート農業技術開発が必要とされている（即ち、ここではＣＯ
２
はｐｕｓｈｏｕｔすべきものである）。
【０００４】
他方、施設園芸においては二酸化炭素の施用によって収量が大幅に向上する（即ち、ここではＣＯ
２
はｐｕｌｌｉｎすべきものである）ことが広く知られているが、このＣＯ
２
は灯油燃焼方式、ＬＰＧ燃焼方式、液化炭酸ガス方式等で供給されており、必ずしも環境にやさしいサステナブルなものとは言い難い。即ち、二酸化炭素の発生を逆手に取る意欲的な取り組みも必ずしもゼロエミッションにはつながっていない。
【０００５】
本発明者は、クローズドエアシステムによる清浄環境を実現しており（特許文献１～３）、今回これを農業分野に応用することで、殺菌や除菌などの防除の必要性を限りなく小さくすることにより、農薬などの使用を極力避け、かつ、酸素・二酸化炭素のガス交換により、キノコなどの菌類にとっての過剰な二酸化炭素を排出するとともに、この二酸化炭素を野菜や果実栽培室に供給するシステムを構築し、その結果二酸化炭素のプッシュプル環境技術という新たなソリューションを提案する。これにより、これまで農業とは相いれなかった大都市はもとより、海中（深海）や宇宙空間での農業へと展開することが可能となる。本発明のクローズドエアシステムは閉空間との相性が良いので、近年問題となっている空き家やいわゆるシャッター街における空室などの有効利用を通じて、地域の活性化へとつなげることができる。
【０００６】
特に、近年キノコ栽培も盛んになっているが、十分な注意を払わないと死亡事故が発生する事案が報告されている（非特許文献１）。特に、カナダとタイにおけるキノコ栽培工場での死亡事例は、掛かる事故が先進国か否かによらず発生し得る危険な状況であり、ニーズは極めて大きいことを示している。
【０００７】
バイオマス産業推進においては、焼却炉より発生する二酸化炭素を利用したハウス野菜の成長促進の現状や課題に関し意見交換を行った。発生する二酸化炭素量の桁のレベルで差があるため、ゼロエミッションに向けた安定したシステム動作はまだ道遠しである。
有機農業や無農薬農業は得てして“草ぼうぼう”となってしまうなど理想と現実のギャップをはじめ）農業が抱える課題がある。農薬をできるだけ使わないことの必要性と同時にその困難さが存在する。また、ヒトの食料資源として動植物を育てる観点からすると、上記の植物に関するもの（農業）に加えて、動物に関しても大きな課題が存在する。例えば、家禽類における鳥インフルエンザの発生時においては、有効な撲滅法は、発生地点の５～１０ｋｍ範囲のニワトリ等を直ちに摘発淘汰することであるとされている（非特許文献２）。これは経済的な負担という観点のみならず、生命の尊厳を守るという観点から、人間への悪影響を未然に防ぐためとはいえ、大いなる悲劇であるといわざるを得ない。同様のことは、例えば、口蹄疫の発生時における豚や牛に関する対応においても課題として挙げられる。口蹄疫は、感染動物の全て組織、分泌物、糞便が感染源となり、病原体が付着した塵により空気感染もする。水疱が破裂した際に出たウイルスや糞便中のウイルスが塵と共に風に乗るなどして陸上では６５ｋｍ、海上では２５０ｋｍ以上移動することもあるとされている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
米国特許第１０６７７４８３号明細書
国際公開第２０１４／００８４０８６号
特許第６２９２５６３号公報
【非特許文献】
【０００９】
ＢａｎｇｋｏｋＰｏｓｔ，ＰＲＡＳＩＴＴＡＮＧＰＲＡＳＥＲＴ，２０２１年７月１１日，インターネット＜https://www.bangkokpost.com/thailand/general/2146967/3-founddead-in-mushroom-cultivation-nursery＞
鳥インフルエンザ、２０２３年５月２７日，インターネット＜https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%B3%A5%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%95%E3%83%AB%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B6＞
口蹄疫、２０２３年５月２７日，インターネット＜https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%A3%E8%B9%84%E7%96%AB＞
温度と光合成、２０２３年４月２８日，インターネット＜http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/hikosaka_lab/hikosaka/temp-short.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明が解決しようとする課題は、高効率のエネルギー・環境一体化システムを実現することである。ＱＯＬ向上やＳＤＧｓの達成、特に、食料の安定した需給を支えるスマート農業を実現するという全人類的目標に向けて、閉空間において、１．（空気中の浮遊粒子数［塵埃・菌数］の制御による）高清浄度、２．（［酸素、二酸化炭素など空気中の］ガス分子濃度の制御による）高空気質、及び、３．（室内外出入熱流の制御による）高効率熱マネジメントという３本柱（３項目）の実現を行う。エネルギー・環境システムの高効率化において、まず環境面に関して、旧来の気流による換気に代わる新しい効率的な換気である拡散換気システムを構築し、これに基づいて、クローズドエアシステムとしてのＣＯ
２
プッシュプル農業システムの要素技術を確立することができる空気清浄システムを提供することである。ＣＯ
２
発生体の一例としてキノコを選択し、野菜・果実栽培の結合について実行し、試験プラントの動作実証を行う。
クローズドエアシステムとしてのＣＯ
２
プッシュプル農業システムのＣＯ
２
発生体の他の一例として、養鶏や養豚を選択する場合の要素技術を確立することもできる。更に、クローズドエアシステムＣＯ
２
プッシュプル農業システムは、その成り立ちから、スタンドアローンの閉鎖系システムとの相性が良いので、究極の閉鎖空間である宇宙での農業の産業化の一番乗りを果たすための要素技術の同定を行い、狭い国土の日本だからこそ宇宙農業の実現を可能とする画期的な高エネルギー効率・高清浄環境システムを提供することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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