JP2009195227A

JP2009195227A - 温室暖房システム

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Publication number: JP2009195227A
Application number: JP2009009900A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Tsujimoto; 聡一郎辻本; Yuji Nakanishi; 裕士中西
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: JP5468785B2

Abstract

【課題】安価で且つ小型化を図ることができる温室暖房システムを提供すること。
【解決手段】空気を加熱するための暖房装置４と、温水を利用して空気を加熱するための温水加熱手段６と、を備えた温室暖房システム。暖房装置４は、熱を発生する燃焼バーな１６と、燃焼バーナにて発生した熱によって加熱された熱搬送媒体と空気との間で熱交換を行うための第１熱交換器２０とを有し、温水加熱手段６は、温水と空気との間で熱交換を行うための第２熱交換器４２を有する。第１熱交換器２０の吸気側より吸入された空気は、第１熱交換器にて熱交換された後にその排気側より排出され、また第２熱交換器４２の吸気側より吸入された空気は、第２熱交換器４２にて熱交換された後にその排気側より排出され、第２熱交換器４２は第１熱交換器４０の吸気側又は排気側に配設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、植物栽培用の温室を暖房するための温室暖房システムに関する。

作物などの植物をハウス栽培するための温室には、この温室内を暖房するための温室暖房システムが設けられている。この温室暖房システムは、温水ボイラにて生成された温水の熱により温室を暖房するための専用暖房装置と、種々の温水排熱を利用して温室を暖房するための排熱暖房装置と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。専用暖房装置は、温水を生成するための温水ボイラと、温水ボイラにて生成された温水を循環させるための第１循環ラインと、を備え、第１循環ラインは温室内の床面に配設される。また、排熱暖房装置は、排温水を循環させるための第２循環ラインと、第２循環ラインを通して流れる排温水の熱を利用して温風を生成するための温風生成機と、温風生成機にて生成された温風を温室内に供給するための温風ダクトと、を備え、温風ダクトは温室内の床面に配設される。

上述した温室暖房システムによる温室の暖房は、次のようにして行われる。温室の目標設定温度が高温域（例えば約２５度）である場合には、専用暖房装置及び排熱暖房装置の双方による暖房が行われる。温水ボイラにて生成された温水が第１循環ラインを通して循環されると、この温水の熱と温室内の空気との間で熱交換が行われ、このようにして専用暖房装置による温室の暖房が行われる。また、排温水が第２循環ラインを通して循環されると、この排温水の熱を利用して温風生成機により温風が生成されて温風ダクトより温室内に供給され、このようにして排熱暖房装置による温室の暖房が行われる。また、温室の目標設定温度が低温域（例えば約２０度）である場合には、排熱暖房装置のみによる暖房が上述したようにして行われる。

特開２００６−２０４１６１号公報

既存の温室に対して上述の温室暖房システムを適用する際には、専用暖房装置の温水ボイラを設置する必要がある。また、排熱暖房装置にて回収される排温水の排熱量が不足する場合には、この排温水を補助的に加熱するための補助暖房装置を設置する必要があり、このような補助暖房装置として、排熱暖房装置で利用される熱搬送媒体と同じ温水を供給することができる温水ボイラが用いられていた。

しかしながら、このような温水ボイラは設置コスト及びランニングコストが高くつき、それ故に、温室暖房システム全体の設置コスト及びランニングコストが上昇してしまうという問題がある。また、一般に温水ボイラは大型であるためその設置面積が大きくなり、それ故に、温室暖房システム全体が大型化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、安価で且つ小型化を図ることができる温室暖房システムを提供することである。

本発明の請求項１に記載の温室暖房システムでは、植物栽培用の温室を暖房するための温室暖房システムであって、
空気を加熱するための暖房装置と、温水を利用して空気を加熱するための温水加熱手段と、を備え、前記暖房装置は、熱を発生する熱源機と、前記熱源機にて発生した熱によって加熱された熱搬送媒体と空気との間で熱交換を行うための第１熱交換器と、を有し、前記温水加熱手段は、温水と空気との間で熱交換を行うための第２熱交換器を有し、
前記第１熱交換器の吸気側より吸入された空気は、前記第１熱交換器にて熱交換された後にその排気側より排出され、また前記第２熱交換器の吸気側より吸入された空気は、前記第２熱交換器にて熱交換された後にその排気側より排出され、前記第２熱交換器は前記第１熱交換器の吸気側又は排気側に配設されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の温室暖房システムでは、前記第２熱交換器は前記第１熱交換器の吸気側に配設され、前記第２熱交換器にて熱交換された空気の実質上全量が前記第１熱交換器の吸気側に送給されることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の温室暖房システムでは、前記第２熱交換器の排気側からの空気を前記第１熱交換器の吸気側に送り込むための第１送風機と、前記温室内の空気を前記第２熱交換器の吸気側に送り込むための第２送風機と、を更に備え、前記第１送風機の風量は、前記第２送風機の風量と等しく又はこれよりも大きく構成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の温室暖房システムでは、前記第２熱交換器の排気側には排気ダクトが設けられ、前記第１熱交換器の吸気側には吸入ハウジングが設けられ、前記排気ダクトが前記吸入ハウジングの開口部に配設され、前記吸入ハウジングの開口部の断面積は前記排気ダクトの開口部の断面積の３倍以上であることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載の温室暖房システムでは、前記暖房装置は、前記第１熱交換器を内蔵する暖房装置本体を更に備え、前記温水加熱手段の前記第２熱交換器は前記暖房装置本体内に配設されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の温室暖房システムでは、温水を前記第２熱交換器を通して循環させるための循環ラインと、前記循環ラインへの温水の供給及び供給停止を行うための循環ライン供給手段と、前記温室内の温度が目標設定温度に近付くように前記熱源機及び前記循環ライン供給手段を作動制御するための制御手段と、を更に備え、
前記制御手段は、前記温室内の温度が前記目標設定温度よりも低い第１設定温度よりも低下すると、前記循環ライン供給手段を供給状態にして前記循環ラインにおける温水の循環を開始させ、前記第２熱交換器における熱交換により加熱された空気によって前記温室が暖房され、前記温室内の温度が前記第１設定温度よりも更に低い第２設定温度よりも低下すると、前記熱源機の作動を開始させ、前記第１及び第２熱交換器における熱交換により加熱された空気によって前記温室が暖房され、前記温室内の温度が前記目標設定温度よりも高い第３設定温度を超えると、前記熱源機の作動を停止させ、前記温室内の温度が前記第３設定温度よりも更に高い第４設定温度を超えると、前記熱源機の作動を停止させるとともに、前記循環ライン供給手段を供給停止状態にして前記循環ラインにおける温水の循環を停止させることを特徴とする。

さらに、本発明の請求項７に記載の温室暖房システムでは、前記温水加熱手段は熱電併給装置から構成され、前記熱電併給装置は、電力及び熱を発生する熱電発生機を有し、前記熱電発生機にて発生した熱によって加熱された温水は、前記第２熱交換器にて空気との間で熱交換されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の温室暖房システムによれば、空気を加熱するための暖房装置と、温水を利用して空気を加熱するための温水加熱手段と、を備え、これら暖房装置及び温水加熱手段を用いて温室を暖房するので、従来のように温水ボイラを用いることなく温室を暖房することができる。従って、設置コスト及びランニングコストを低減することができるとともに、小型化を図ることができる温室暖房システムを提供することができる。また、温水加熱手段の第２熱交換器が暖房装置の第１熱交換器の吸気側又は排気側に配設されるので、暖房に用いる空気を直列的に配設された第１及び第２熱交換器によって加熱することができる。温水加熱手段にて利用される温水として、例えばガスエンジン発電機やガスタービン発電機などの熱電併給装置から排出される排温水を用いることができる。

また、本発明の請求項２に記載の温室暖房システムによれば、第２熱交換器は第１熱交換器の吸気側に配設され、第２熱交換器にて熱交換された空気の実質上全量が第１熱交換器の吸気側に送給されるので、第２熱交換器にて熱交換された空気を第１熱交換器にて更に効率良く熱交換することができ、暖房効率を高めることができる。

また、本発明の請求項３に記載の温室暖房システムによれば、第１送風機の風量は、第２送風機の風量と等しく又はこれよりも大きく構成されているので、第２熱交換器にて熱交換された空気が周囲に拡散されるのを防止することができ、この空気の実質上全量を第１熱交換器の吸気側に効率良く送給することができる。

また、本発明の請求項４に記載の温室暖房システムによれば、第２熱交換器の排気ダクトが第１熱交換器の吸入ハウジングの開口部に配設され、吸入ハウジングの開口部の断面積が排気ダクトの開口部の断面積の３倍以上であるので、温水の利用ができないなどの何らかの理由により第２送風機の運転が停止し、第２熱交換器の排気ダクトから吸入ダクトに空気が送給されない場合においても、温室内の空気を吸入ダクトの開口部を通して吸入して直接的に暖房装置に送給することができ、またその吸入空気の流量もほとんど不足することがなく、暖房装置の熱出力を確保することができる。

また、本発明の請求項５に記載の温室暖房システムによれば、温水加熱手段の第２熱交換器は暖房装置本体内に配設されているので、暖房装置及び温水加熱手段の第２熱交換器を一体的に構成することができ、温室暖房システム全体をより一層小型化することができる。

また、本発明の請求項６に記載の温室暖房システムによれば、制御手段は第１〜第４設定温度に基づいて熱源機及び循環ライン供給手段を作動制御するので、温水加熱手段の第２熱交換器による熱交換を優先的に行うことができ、例えば熱源機として燃焼バーナを使用した場合には、燃焼バーナにおける燃料用ガスの使用量を削減してランニングコストをより一層低減することができる。また、第２熱交換器による熱交換が優先的に行われることに関連して、暖房による温室内の温度の上昇率及び下降率がそれぞれ小さくなり、それ故に、燃焼バーナの作動及び作動停止の周期を長くすることができ、燃焼バーナの劣化を抑制することができる。循環ライン供給手段としては、例えば循環ラインに配設された循環ポンプから構成することができ、この場合、循環ポンプを作動させると、循環ライン供給手段が供給状態となって循環ラインを通しての温水の循環が開始され、また循環ポンプを作動停止させると、循環ライン供給手段が供給停止状態となって循環ラインを通しての温水の循環が停止する。また、循環ラインにバイパスしてバイパスラインを設け、循環ライン供給手段として、例えば循環ラインとバイパスラインとの接続部に配設されたライン切換弁から構成することもでき、この場合、ライン切換弁を第１状態にすると、循環ライン供給手段が供給状態となってライン切換弁及び循環ラインを通しての温水の循環が開始され、ライン切換弁を第２状態にすると、循環ライン供給手段が供給停止状態となってライン切換弁及びバイパスラインを通して温水が流れ、循環ラインを通しての温水の循環が停止する。

また、本発明の請求項７に記載の温室暖房システムによれば、温水加熱手段は熱電併給装置から構成され、熱電併給装置は、電力及び熱を発生する熱電発生機を更に有しているので、熱電発生機にて発生された電力の一部を、温室内に設けられた照明用光源や栽培用光源などを点灯させるために利用することができ、温水加熱手段のエネルギーを有効に利用することができる。

本発明の一実施形態による温室暖房システムを簡略的に示すブロック図。図１の温室暖房システムの制御系を示す概略図。図１の温室暖房システムの制御の流れを示すフローチャート。本発明の他の実施形態による温室暖房システムを簡略的に示すブロック図。図５（ａ）は、実施例の温室暖房システムにおける高熱負荷条件での温室内の温度変化を示す波形図、図５（ｂ）は、比較例の温室暖房システムにおける高熱負荷条件での温室内の温度変化を示す波形図、また図５（ｃ）は、実施例の温室暖房システムにおける低熱負荷条件での温室内の温度変化を示す波形図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う温室暖房システムの一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による温室暖房システムを示す概略図であり、図２は、図１の温室暖房システムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１の温室暖房システムの制御の流れを示すフローチャートである。

図１において、図示の温室暖房システム２は、空気を加熱するための暖房装置４と、温水を利用して空気を加熱するための温水加熱手段６と、を備えている。この温室暖房システム２は、野菜や花などの植物８をハウス栽培するための例えばビニルハウスなどの温室１０に設置されている。温室１０の内部には、植物８が植設されて栽培される栽培床１２が設置されている。

暖房装置４は、温室１０内の片側に配設されたボックス状の暖房装置本体１４を備え、この暖房装置本体１４の内部には、燃焼バーナ１６（熱源機を構成する）、排気ライン１８及び第１熱交換器２０が配設されている。燃焼バーナ１６には、ガス供給源（図示せず）からのＬＰＧなどの燃料用ガスが供給される。燃焼バーナ１６が作動されると、燃焼バーナ１６から噴出される燃料用ガスに点火されて燃料用ガスが燃焼され、この燃焼によって燃焼ガス（熱搬送媒体を構成する）が発生される。排気ライン１８の一端部は燃焼バーナ１６に接続され、その他端部は第１熱交換器２０内を通って温室１０の外部に延びている。

また、暖房装置本体１４の下端部には下開口部（図示せず）が設けられ、この下開口部の下方には第１送風機２２が配設されている。第１送風機２２は吸込口２４及び吹出口２６を有し、暖房装置本体１４の下開口部に取り付けられた吸入ハウジング２８によって覆われている。この吸入ハウジング２８内には仕切り部材３１が設けられ、この仕切り部材３１によって、第１送風機２２の吸入口２２と吹出口２６とが仕切られている。吸入ハウジング２８の開口部には、通気性を有するカバー部材２９が取り付けられ、このカバー部材２９は、例えば目開きの大きい金属製の格子部材から構成される。第１送風機２２が作動されると、吸込口２４から吸い込まれた空気が所定の風量でもって吹出口２６より吹き出され、下開口部を通して第１熱交換器２０の吸気側に送り込まれ、この第１熱交換器２０内を流れてその排気側から排出される。第１熱交換器２０においては、排気ライン１８を流れる燃焼ガスと吸気側から吸入された空気との間で熱交換が行われ、熱交換により加熱された空気が排気側から排出される。なお、仕切り部材３１によって、第１送風機２２の吸込口２４と吹出口２６とが短絡して空気が循環されるのが防止される。

また、暖房装置本体１４の上端部には上開口部（図示せず）が設けられ、この上開口部には、第１熱交換器２０の排気側より排出された空気が流れる暖房ライン３０が接続されている。この暖房ライン３０は、暖房装置本体１４の上開口部より延びる本体ライン３２と、この本体ライン３２から分岐して延びる分岐ライン３４とから構成されている。本体ライン３２は、暖房装置本体１４の上開口部より上方に延び、更に温室１０内の上部空間を実質上水平方向に温室１０内の他側まで延びた後に下方に延び、その噴出口３６は温室１０内の片側（暖房装置４側）を向いている。分岐ライン３４は、本体ライン３２の噴出口３６とは反対側の部位より下方に延び、その噴出口３８は温室１０内の他側（暖房装置４側とは反対側）を向いている。

温水加熱手段６は、電力及び熱を発生して供給するための熱電併給装置３９から構成され、この熱電併給装置３９は、コージェネレーションシステムなどに用いられる熱電発生機４０と、第２熱交換器４２と、を有している。熱電発生機４０は、例えばガスエンジンなどのエンジン４４と、このエンジン４４によって駆動される発電装置（図示せず）との組み合せから構成されており、この熱電発生機４０から電力及び熱が発生される。発電装置はエンジン４４の出力軸に駆動連結されており、エンジン４４が駆動すると、エンジン４４からの回転駆動力が出力軸を介して発電装置に駆動伝達され、これにより発電装置が作動して電力が発生する。この電力の一部は、温室１０内に設けられた照明用光源や栽培用光源（図示せず）などを点灯させるために利用される。なお、エンジン４４から排出される燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素の一部を温室１０内の植物８の光合成を促進させるために利用することもできる。

熱電発生機４０は、エンジン４４からの冷却水（温水を構成する）を循環させるための第１及び第２循環ライン４６，４８を更に含んでいる。第１循環ライン４６にはラジエタ５０及び遮断弁５２が配設されており、遮断弁５２が開状態となると、エンジン４４からの冷却水がラジエタ５０を通して第１循環ライン４６を循環され、また遮断弁５２が閉状態となると、冷却水が第１循環ライン４６を循環されるのが遮断される。また、第２循環ライン４８は第２熱交換器４２内を通して配設され、この第２循環ライン４８に循環ポンプ５４（循環ライン供給手段を構成する）が配設されている。循環ポンプ５４が作動する（循環ライン供給手段が供給状態となる）と、エンジン４４からの冷却水が第２循環ライン４８を通して循環され、循環ポンプ５４の作動が停止される（循環ライン供給手段が供給停止状態となる）と、第２循環ライン４８における冷却水の循環が停止される。

第２熱交換器４２は本体ハウジング５６によって覆われており、本体ハウジング５６の下端部に設けられた下開口部（図示せず）の下方には第２送風機５８が配設され、その上端部に設けられた上開口部（図示せず）には排気ダクト６０が接続されている。第２送風機５８は吸込口６２及び吹出口６４を有し、本体ハウジング５６の下開口部に取り付けられた吸入ハウジング６６によって覆われている。この吸入ハウジング６６内には仕切り部材６７が設けられ、この仕切り部材６７によって、第２送風機５８の吸入口６２と吹出口６４とが仕切られている。第２送風機５８が作動されると、吸込口６２から吸い込まれた空気が吹出口６４より吹き出され、下開口部を通して第２熱交換器４２の吸気側に送り込まれ、この第２熱交換器４２内を流れてその排気側から排出される。第２熱交換器４２においては、第２循環ライン４８を流れる冷却水と吸気側から吸入された空気との間で熱交換が行われ、熱交換により加熱された空気が排気側より排出される。また、排気ダクト６０の開口部は、暖房装置４のカバー部材２９に接続されており、第２熱交換器４２からの空気は、排気ダクト６０及びカバー部材２９を通して暖房装置４の吸入ハウジング２８に流れる。なお、排気ダクト６０の開口部をカバー部材２９に接続せず、カバー部材２９の下方に配設するようにしてもよく、例えば、第１送風機２２の吸込口２４又はカバー部材２９の近傍、より具体的には、大気圧より低い静圧の位置であって、第１送風機２２の吸込口２４に向かって空気が流れている箇所に配設するようにしてもよい。また、排気ダクト６０から排出される空気の流れる方向は、吸入ハウジング２８の開口面に対して直角になるようにするのが望ましい。

本実施形態のように、暖房装置４の上流側に熱電併給装置６の第２熱交換器４２を配設する（換言すると、第１送風機２２の上流側に第２送風機５８を配設する）場合には、第１送風機２２の風量を第２送風機５８の風量よりも大きく（又は第２送風機５８の風量と等しく）構成するのが好ましい。

また、この実施形態では、暖房装置４の吸入ハウジング２８の開口部の断面積Ｓ１（即ち、吸入ハウジング２８の流路面積）が第２熱交換器４２の排気ダクト６０の開口部の断面積Ｓ２（即ち、排気ダクト６０の流路面積）よりも大きくなるように構成される。吸入ハウジング２８及び排気ダクト６０は、例えば円筒状に形成され、排気ダクト６０の開口部の外周側を覆うように吸入ハウジング２８の開口部が配設され、この吸入ハウジング２８の開口部が排気ダクト６０の開口部に対して同心状に配置される。

この吸入ハウジング２８の開口部の断面積Ｓ１は、排気ダクト６０の開口部の断面積Ｓ２の３倍以上の大きさにする〔Ｓ１≧（３×Ｓ２）〕のが好ましく、４倍以上の大きさにするのがより好ましい〔Ｓ１≧（４×Ｓ２）〕。吸入ハウジング２８の開口部の断面積Ｓ１をこのように設定することによって、温水加熱手段６の停止又は故障などで温水の利用ができない場合などにおいて、第２送風機５８の運転が停止して排気ダクト６０を通して暖房装置４に空気を供給することができないときにおいても、温室１０内の空気を暖房装置４の吸入ハウジング２８の開口部（即ち、カバー部材３１）を通して充分に吸入することができ、暖房装置４の熱出力を確保することが可能となる。

循環ポンプ５４及び燃焼バーナ１６に関連して、温度検知センサ６８及び制御手段７０が設けられている。温度検知センサ６８は温室１０の内部に配設され、温室１０内の温度を検知する。制御手段７０は、メモリ７２、比較手段７４及び作動制御手段７６を含み（図２参照）、後述するようにして温室１０内の温度が目標設定温度に近付くように制御する。メモリ７２には、第１〜第４設定温度が記憶され、第１設定温度及び第２設定温度はそれぞれ目標設定温度よりもこの順に低く設定され、また第３設定温度及び第４設定温度はそれぞれ目標設定温度よりもこの順に高く設定されている。比較手段７４は、温度検知センサ６８による検知温度とメモリ７２に記憶された第１〜第４設定温度とをそれぞれ比較する。作動制御手段７６は、比較手段７４からの比較結果に基づいて、遮断弁５２、第１送風機２２、第２送風機５８、燃焼バーナ１６及び循環ポンプ５４をそれぞれ後述するようにして作動制御する。

なお、目標設定温度を設定すると、この設定した目標設定温度を基準に第１〜第４設定温度を自動的に設定するようにしてもよく、この場合、第１設定温度を目標設定温度より例えば１．５℃低い値、第２設定温度を目標設定温度より例えば３℃低い値、また第３設定温度を目標設定温度より例えば１℃高い値、更に第４設定温度を目標設定温度より例えば２℃高い値に設定することができる。

図３をも参照して、上述した温室暖房システム２を用いた温室１０の暖房は、例えば次の通りに行われる。温室１０の暖房開始前においては、作動制御手段７６は遮断弁５２を開状態に保持するとともに、循環ポンプ５４の作動を停止させ、これによりエンジン４４からの冷却水は第１循環ライン４６を循環される。温室１０内の温度が第２設定温度（例えば約２７℃）よりも低い状態において温室１０の暖房が開始されると、作動制御手段７６は、遮断弁５２を閉状態に保持するとともに（ステップＳ１）、第１送風機２２、第２送風機５８、循環ポンプ５４及び燃焼バーナ１６の作動を開始する（ステップＳ２，Ｓ３）。

循環ポンプ５４の作用によってエンジン４４からの冷却水が第２循環ライン４８を通して循環されると、第２熱交換器４２において、第２循環ライン４８を流れる冷却水と第２熱交換器４２の吸気側に送り込まれた空気との間で熱交換が行われる。このように熱交換が行われると、加熱された空気が第２熱交換器４２の排気側より排気ダクト６０を通して排出され、この排出された空気は、温室１０内の空気とともに第１送風機２２の吸込口２４に吸い込まれる。排気ダクト６０の開口部は上述のように配設されているので、排気ダクト６０の開口部より排出された空気は、第１送風機２２の吸込口２４に吸い込まれるようになる。なお、上述のように、第１送風機２２の風量は、第２送風機５８の風量よりも大きく（又は第２送風機５８の風量と等しく）構成されているので、排気ダクト６０の開口部から排出された空気が周囲に拡散されることなく、その実質上全量が第１送風機２２の吸込口２４に吸い込まれる。

燃焼バーナ１６にて燃料用ガスが燃焼されると、燃焼により発生した燃焼ガスが排気ライン１８を通して流れ、第１熱交換器２０において、排気ライン１８を流れる燃焼ガスと第１熱交換器２０の吸気側に送り込まれた空気との間で熱交換が行われる。このように熱交換が行われると、加熱された空気が第１熱交換器２０の排気側より排出されて暖房ライン３０を通して流れ、本体ライン３２及び分岐ライン３４の各噴出口３６，３８より温室１０内に供給される。このようにして、第１及び第２熱交換器２０，４２にて熱交換された空気によって温室１０内が急速に暖房される（ステップＳ４）。なお、第１熱交換器２０にて熱交換された燃焼ガスは、排気ライン１８を通して温室１０の外部に排出される。

温室１０内の温度が目標設定温度（例えば約３０℃）まで上昇した後に、更に温度が上昇して第３設定温度（例えば約３１℃）を超えると、ステップＳ５からステップＳ６に進み、比較手段７４からの比較結果に基づいて作動制御手段７６は燃焼バーナ１６の作動を停止する。これにより、第１熱交換器２０において熱交換は行われず、第２熱交換器４２により熱交換された空気のみによって温室１０内が暖房される（ステップＳ７）。そして、温室１０内の温度が更に上昇して第４設定温度（例えば約３２℃）を超えると、ステップＳ８からステップＳ９に進み、比較手段７４からの比較結果に基づいて作動制御手段７６は遮断弁５２を開状態に保持するとともに、循環ポンプ５４の作動を停止し（ステップＳ１０）、これにより温室１０内の暖房が停止される（ステップＳ１１）。

ステップＳ８に戻り、温室１０内の温度が第４設定温度を超えない場合には、ステップＳ８からステップＳ１６に進み、第２熱交換器４２にて熱交換された空気のみによって、温室１０内が継続して暖房される。

温室１０内の温度が目標設定温度よりも低下した後に、更に温度が低下して第１設定温度（例えば約２８．５℃）よりも低下すると、ステップＳ１２からステップＳ１３に進み、比較手段７４からの比較結果に基づいて作動制御手段７６は遮断弁５２を閉状態に保持するとともに、循環ポンプ５４の作動を開始させ（ステップＳ１４）、これにより第２熱交換器４２により熱交換された空気のみによって温室１０内が暖房される（ステップＳ１５）。温室１０内の温度が更に低下して第２設定温度（例えば約２７℃）よりも低下すると、ステップＳ１６からステップＳ１７に進み、比較手段７４からの比較結果に基づいて作動制御手段７６は燃焼バーナ１６の作動を開始させ、これにより第１及び第２熱交換器２０，４２により熱交換された空気によって温室１０内が暖房される（ステップＳ４）。

ステップＳ１６に戻り、温室１０内の温度が第２設定温度よりも低下することなく再び上昇し、第４設定温度を超えないときにはステップＳ１６からステップＳ１８を経てステップＳ１５に進み、第２熱交換器４２にて熱交換された空気のみによって温室１０内が継続して暖房され、また第４設定温度を超えたときには、ステップＳ１６からステップＳ１８を経てステップＳ９に進み、温室１０内の暖房が停止される。

本実施形態の温室暖房システム２では、従来のように温水ボイラを用いることなく、暖房装置４及び温水加熱手段６によって温室１０内を暖房する構成であるので、設置コスト及びランニングコストを低減することができるとともに、小型化を図ることができる。また、上述のように熱電併給装置３９の第２熱交換器４２による熱交換が優先的に行われるので、燃焼バーナ１６における燃料用ガスの使用量を削減してランニングコストを低減することができる。また、第２熱交換器４２による熱交換が優先的に行われることに関連して、暖房による温室１０内の温度の上昇率及び下降率がそれぞれ小さくなり、それ故に、燃焼バーナ１６の作動及び作動停止の作動周期を長くすることができ、燃焼バーナ１６の劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態では、温水加熱手段６の第２熱交換器４２を暖房装置４の第１熱交換器２０の吸気側に配設したが、これとは反対に、暖房装置４の第１熱交換器２０の排気側に配設するようにしてもよい。

次に、図４を参照して、温室暖房システムの他の実施形態について説明する。図４は、本発明の他の実施形態による温室暖房システムを簡略的に示すブロック図である。なお、この他の実施形態において、図１〜図３に示す実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

この他の実施形態の温室暖房システム２Ａでは、温水加熱手段６Ａの熱電併給装置３９Ａの第２熱交換器４２Ａはフィンチューブから構成され、エンジン４４から第２循環ライン４８を流れる冷却水はフィンチューブを通して流れる。この第２熱交換器４２Ａは、暖房装置４Ａの暖房装置本体１４Ａの内部において第１熱交換器２０の吸気側に配設されている。暖房装置本体１４Ａの下開口部（図示せず）の下方には送風機７８が配設され、この送風機７８は、暖房装置本体１４Ａの下開口部に取り付けられた吸入ハウジング６６Ａによって覆われている。この吸入ハウジング６６Ａ内には仕切り部材６７Ａが設けられ、この仕切り部材６７Ａによって、送風機７８の吸入口６９と吹出口７１とが仕切られている。

第１及び第２熱交換器２０，４２Ａにより熱交換された空気によって温室１０を暖房する際には、送風機７８の作用によって温室１０内の空気が第２熱交換器４２Ａの吸気側に送り込まれ、その後に、第２熱交換器４２Ａにて熱交換された空気の実質上全量が第１熱交換器２０の吸気側に送り込まれ、更に第１熱交換器２０にて熱交換された後に暖房ライン３０を通して温室１０内に供給される。

この他の実施形態の温室暖房システム２Ａでは、温室１０内に配設される暖房装置４Ａ及び第２熱交換器４２Ａが一体的に構成されるので、温室暖房システム２Ａ全体をより一層小型化することができる。なお、第２熱交換器４２Ａを第１熱交換器２０の吸気側に配設したが、第１熱交換器２０の排気側に配設するようにしてもよい。
［実施例及び比較例］

本発明の効果を確認するために、次の通りの実験を行った。実施例として図４に示す温室暖房システムを用い、温室内の暖房実験を行った。温室として面積３００ｍ^２（幅１５ｍ×長さ２０ｍ）のビニールハウスを使用し、温室内の中央部において高さ１．５ｍの位置に温度検知センサ（熱電対）を設置した。暖房装置の燃焼バーナの熱出力は５０ｋＷ（ＬＰＧ使用量２．２ｍ^３Ｎ／ｈ）、６０Ｈｚであり、送風機の風量は約１６０ｍ^３／分であった。また、熱電発生機は出力２５ｋＷ、６０Ｈｚのガスエンジン発電機を使用し、燃料（ＬＰＧ）の使用量は２．９５ｍ^３Ｎ／ｈ、第２熱交換器は熱出力３８ｋＷ、入口温度８５℃、出口温度８０℃、流量１１０Ｌ／分であった。

この実施例における温室暖房システムの実験結果は、図５（ａ）、（ｃ）に示す通りであった。図５（ａ）は、実施例の温室暖房システムにおける高熱負荷条件での温室内の温度変化を示す波形図であり、図５（ｃ）は、実施例の温室暖房システムにおける低熱負荷条件での温室内の温度変化を示す波形図である。

まず、高熱負荷条件での実験結果について説明する。この高熱負荷条件では、外気温（温室の外部の温度）は１℃であり、目標設定温度３０℃、第１設定温度２８．５℃、第２設定温度２７℃、第３設定温度３１℃、第４設定温度３２℃にそれぞれ設定した。図５（ａ）に示されるように、温室内の温度が第２設定温度よりも低い状態で暖房が開始され、燃焼バーナ及び循環ポンプの作動が開始されて第１及び第２熱交換器にて熱交換された空気により温室内が暖房され、その後に、温室内の温度が第３設定温度を超えて燃焼バーナの作動が停止された。温室内の温度が第３設定温度を超えた後は、熱負荷の容量が大きいために温度上昇し難く、温室内の温度は第４設定温度まで上昇せずに低下し始めた。温室内の温度が目標設定温度よりも低下した後は、上述のように熱負荷の容量が大きいために、第２熱交換器にて熱交換された空気のみによる暖房では温室の温度は充分に上昇せず、温室内の温度は第２設定温度よりも低下し、再度燃焼バーナの作動が開始された。従って、第２熱交換器にて熱交換された空気により温室内は常時暖房され、燃焼バーナは期間Ｔ１１でもって作動し、期間Ｔ１２でもって作動停止し、作動期間Ｔ１１及び停止期間Ｔ１２を交互に繰り返した。

次に、実施例における低熱負荷条件での実験結果について説明する。この低熱負荷条件では、外気温は１℃であり、目標設定温度９℃、第１設定温度７．５℃、第２設定温度６℃、第３設定温度１０．５℃、第４設定温度１２℃にそれぞれ設定した。図５（ｃ）に示されるように、温室内の温度が第１設定温度よりも低く且つ第２設定温度よりも高い状態で暖房が開始され、循環ポンプの作動が開始されて第２熱交換器にて熱交換された空気により温室内が暖房され、第３設定温度を超えた後は、熱負荷の容量が小さいために温度上昇し易く、温室内の温度は第４設定温度を超えて循環ポンプの作動が停止された。温室内の温度が目標設定温度よりも低下した後は、上述のように熱負荷の容量が小さいために、温室の温度は第２設定温度よりも低下しなかった。従って、燃焼バーナの作動は常時停止され、循環ポンプが作動及び作動停止を繰り返した。

比較のために、暖房装置のみを備えた温室暖房システムを用い、上記実施例と同じ高熱負荷条件で温室内の暖房実験を行った。暖房装置の燃焼バーナの熱出力は７４ｋＷ（ＬＰＧ使用量３．３ｍ^３Ｎ／ｈ）、送風機の風量は約１１０ｍ^３／分であった。

この比較例における温室暖房システムの実験結果は、図５（ｂ）に示す通りであった。図５（ｂ）は、比較例の温室暖房システムにおける高熱負荷条件での温室内の温度変化を示す波形図である。この比較例の温室暖房システムでは、図５（ｂ）に示されるように、温室内の温度が第２設定温度よりも低い状態で暖房が開始され、燃焼バーナの作動が開始されて第１熱交換器にて熱交換された空気により温室内が暖房され、その後に、温室内の温度が第３設定温度を超えて燃焼バーナの作動が停止された。温室内の温度が第３設定温度を超えた後は、温室内の暖房が行われないために、温室内の温度は第４設定温度まで上昇せずに低下し始めた。また、温室内の温度が目標設定温度よりも低下した後は、上述のように温室内の暖房が行われないために、温室の温度は第２設定温度よりも低下し、燃焼バーナの作動が開始された。従って、燃焼バーナは期間Ｔ２１でもって作動し、期間Ｔ２２でもって作動停止し、作動期間Ｔ２１及び停止期間Ｔ２２を交互に繰り返し、比較例の作動周期Ｔ２（期間Ｔ２１＋期間Ｔ２２）は上記実施例の作動周期Ｔ１（期間Ｔ１１＋期間Ｔ１２）よりも短くなった。

これらの実験結果をまとめると、実施例における燃焼バーナの作動周期は比較例の場合よりも長くなり、このことから、本発明の温室暖房システムでは、燃焼バーナの作動周期を長くすることができることが確認できた。また、第２熱交換器による熱交換が優先的に行われ、燃焼バーナにおける燃料用ガスの使用量を削減することができることが確認できた。

また、図１に示す温室暖房システムを用い、第２送風機を作動停止させた（即ち、温水を利用しない）ときの暖房装置の風量についての実験を行った。暖房装置の燃焼バーナの熱出力は５０ｋＷ（ＬＰＧ使用量２．２ｍ^３Ｎ／ｈ）、６０Ｈｚであった。この温室暖房システムにおいて、吸入ハウジングの開口部の断面積（Ｓ１）（カバー部材の面積）と排気ダクトの開口部の断面積（Ｓ２）（流路面積）との倍率を変化させて暖房装置の風量の変化を調べた。

吸入ハウジングは円筒状で、その内径は０．６０ｍであった。また、排気ダクトは円形で、内径が０．４２５ｍ（Ｓ１／Ｓ２＝２）、０．３４６ｍ（Ｓ１／Ｓ２＝３）、０．３０ｍ（Ｓ１／Ｓ２＝４）及び０．２６８ｍ（Ｓ１／Ｓ２＝５）の４種類のものを用いた。排気ダクトがないときの暖房装置の風量は、１６０ｍ^３／分であった。

この実験では、図１に示す温室暖房システムにおいて第２送風機を停止させ、温水加熱手段からの空気の送給がないようにした。また、暖房装置の風量の測定は、分岐ラインより上流の本体ラインで行った。

この実験の結果は、表１に示す通りであった。この表１から明らかなように、吸入ハウジングの開口部の断面積（Ｓ１）と排気ダクトの断面積（Ｓ２）との倍率が３倍以上（Ｓ１／Ｓ２≧３）になると、第２送風機を停止させていても排気ダクトがない状態の風量に対する風量低下が非常に小さく、この倍率が４倍以上（Ｓ１／Ｓ２≧４）になると、排気ダクトがない状態の風量に対する風量低下がほとんどなかった。この実験結果から、この倍率（Ｓ１／Ｓ２）が３倍以上になると、排気ダクトからの空気の供給がなくても、吸入ハウジングからの吸気の吸入によって充分な空気が暖房装置に供給され、暖房装置への供給空気の不足がほとんどなく、この暖房装置の熱出力を確保することができることがわかった。

以上、本発明に従う種々の温室暖房システムの実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上記各実施形態では、暖房装置４（４Ａ）の熱源機を燃焼バーナ１６から構成したが、例えばガスエンジンヒートポンプ又は電気ヒートポンプから構成してもよく、かかる場合には、ガスエンジンヒートポンプ又は電気ヒートポンプの作動媒体が熱搬送媒体として機能される。かかる場合には、上述のように第２熱交換器４２（４２Ａ）による熱交換が優先的に行われるため、ガスエンジンヒートポンプ又は電気ヒートポンプを駆動させるための燃料用ガス又は電気の消費量を削減することができる。

また例えば、上記各実施形態では、循環ライン供給手段を循環ポンプ５４から構成したが、例えば次のように構成してもよい。即ち、第２循環ライン４８に第２熱交換器４２（４２Ａ）をバイパスするバイパスラインを設け、循環ライン供給手段として第２循環ライン４８とバイパスラインとの接続部に配設されたライン切換弁から構成するようにしてもよい。

２，２Ａ温室暖房システム
４，４Ａ暖房装置
６，６Ａ温水加熱手段
８植物
１０温室
１４，１４Ａ暖房装置本体
１６燃焼バーナ
２０第１熱交換器
３９，３９Ａ熱電併給装置
４０熱電発生機
４２，４２Ａ第２熱交換器
４８第２循環ライン
５４循環ポンプ
７０制御手段

Claims

植物栽培用の温室を暖房するための温室暖房システムであって、
空気を加熱するための暖房装置と、温水を利用して空気を加熱するための温水加熱手段と、を備え、前記暖房装置は、熱を発生する熱源機と、前記熱源機にて発生した熱によって加熱された熱搬送媒体と空気との間で熱交換を行うための第１熱交換器と、を有し、前記温水加熱手段は、温水と空気との間で熱交換を行うための第２熱交換器を有し、
前記第１熱交換器の吸気側より吸入された空気は、前記第１熱交換器にて熱交換された後にその排気側より排出され、また前記第２熱交換器の吸気側より吸入された空気は、前記第２熱交換器にて熱交換された後にその排気側より排出され、前記第２熱交換器は前記第１熱交換器の吸気側又は排気側に配設されていることを特徴とする温室暖房システム。
前記第２熱交換器は前記第１熱交換器の吸気側に配設され、前記第２熱交換器にて熱交換された空気の実質上全量が前記第１熱交換器の吸気側に送給されることを特徴とする請求項１に記載の温室暖房システム。
前記第２熱交換器の排気側からの空気を前記第１熱交換器の吸気側に送り込むための第１送風機と、前記温室内の空気を前記第２熱交換器の吸気側に送り込むための第２送風機と、を更に備え、前記第１送風機の風量は、前記第２送風機の風量と等しく又はこれよりも大きく構成されていることを特徴とする請求項２に記載の温室暖房システム。
前記第２熱交換器の排気側には排気ダクトが設けられ、前記第１熱交換器の吸気側には吸入ハウジングが設けられ、前記排気ダクトが前記吸入ハウジングの開口部に配設され、前記吸入ハウジングの開口部の断面積は前記排気ダクトの開口部の断面積の３倍以上であることを特徴とする請求項３に記載の温室暖房システム。
前記暖房装置は、前記第１熱交換器を内蔵する暖房装置本体を更に備え、前記温水加熱手段の前記第２熱交換器は前記暖房装置本体内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の温室暖房システム。
温水を前記第２熱交換器を通して循環させるための循環ラインと、前記循環ラインへの温水の供給及び供給停止を行うための循環ライン供給手段と、前記温室内の温度が目標設定温度に近付くように前記熱源機及び前記循環ライン供給手段を作動制御するための制御手段と、を更に備え、
前記制御手段は、前記温室内の温度が前記目標設定温度よりも低い第１設定温度よりも低下すると、前記循環ライン供給手段を供給状態にして前記循環ラインにおける温水の循環を開始させ、前記第２熱交換器における熱交換により加熱された空気によって前記温室が暖房され、前記温室内の温度が前記第１設定温度よりも更に低い第２設定温度よりも低下すると、前記熱源機の作動を開始させ、前記第１及び第２熱交換器における熱交換により加熱された空気によって前記温室が暖房され、前記温室内の温度が前記目標設定温度よりも高い第３設定温度を超えると、前記熱源機の作動を停止させ、前記温室内の温度が前記第３設定温度よりも更に高い第４設定温度を超えると、前記熱源機の作動を停止させるとともに、前記循環ライン供給手段を供給停止状態にして前記循環ラインにおける温水の循環を停止させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の温室暖房システム。
前記温水加熱手段は熱電併給装置から構成され、前記熱電併給装置は、電力及び熱を発生する熱電発生機を有し、前記熱電発生機にて発生した熱によって加熱された温水は、前記第２熱交換器にて空気との間で熱交換されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の温室暖房システム。