JP2009529124A - 温室空気の除湿用装置と方法及び温度 - Google Patents

Abstract

温室空気を乾燥させ、そして冷却させるためのシステムで、本システムは分配手段（１）を備え、これにより温室の露点温度より低い水を別のコンデンサ構造体及びファンを使用せず、その空間へ直接スプレすることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は温室空気を乾燥させ、冷却させるためのシステムと方法に関し、本発明によるシステムを備えた温室に関する。

近代の温室生産において、植物成長の最適条件にできるだけ近く対応するため、温室の気候を制御することがその目的である。最適栽培条件で、栽培される植物とその状況により、温室温度は約１８〜３０°Ｃ、空気湿分は、約６０〜９０％、そして炭酸ガス濃度は１０００ｐｐｍ以上である。栽培の最適条件は空気温度、湿度及び炭酸ガス濃度の良好な制御を必要とする。

温室は広く利用されており、ここでは気候は通気孔そして／またはファンにより制御される。この場合、日射により生じる過剰な熱は換気により除去される。フィンランドにおいても一年の内約８ヶ月の間、少なくとも一部換気を必要とする。

温室空気の冷却はできるだけ細かい霧状の水を温室へスプレすることで強化される。スプレを使用する場合、蒸発する水は温室空気からの熱を拘束し、そして空気の湿分を増加させる。スプレが使用される場合、一般に1時間当たり温室の１平方メートル当たり０．１〜０．５リットルの水がスプレされる。温室空気冷却のためのスプレの効率的な利用は、通常温室から湿った空気を除去するための換気とスプレの継続も必要である。

現在の温室では、強い日射レベルが支配する場合、最大の利益をもたらすであろう、植物成長に最適な炭酸ガスレベルを維持することができない。換気空気と共に逃げる炭酸ガスは、その投与が経済的に費用効果的でない高レベルに、炭酸ガスの必要量を増加させるだろう。このため、強い日射レベルが支配的な場合、植物成長に最適な条件を、通常植物成長に好ましい炭酸ガスレベル（５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ）に代わり、炭酸ガスレベル濃度を屋外の空気レベル（約３５０ｐｐｍ）に設定しなければならない。上記のため、現在の植物成長は、通常、日射レベルが強い場合も、もし温室空気の炭酸ガスレベルを高く維持できれば、その場合予想されるより著しく低い状態に留まる。例えばフィンランドでは、最良の成長結果は、通常日射レベルが高く、外気が冷たく、温室は換気によって冷却する必要はなく、そのため温室内の炭酸ガスレベルを高い値に維持できる晩冬に達成される。より温暖な気候条件では、通常これ程高い成長結果は達成されない。

上記のため、近年様々なタイプの閉ざされた温室の解決法の開発の試みが世界的に行われてきた。閉ざされた温室では、内部の空気は外気から殆ど完全に遮断される。外気は換気孔を経由して進入せず、ファンにより温室へ吹き込まれることもなく、過剰な熱は他の手段により除去される。植物が必要とする炭酸ガスは技術的生産により提供され、その濃度は好ましくは５００〜１５００ｐｐｍの最低レベルまで増加する。最適に制御可能な気候のため、閉ざされた温室は植物の成長にとって理想的な解決法と考えられる。

閉じたシステムにより、気候制御が少なくとも一部実現される温室システムに関するいくつかの国際特許が出願されている。

特許番号ＥＰ０，５１７，４３２Ａ１は、毎日の太陽エネルギを集め、そしてそれを一部温室加熱のため、一部はより冷たい夜の空気へ排出する蓄熱器を提案する。この場合、蓄熱器の寸法は、１０００平方メートルの温室に対して約４００立方メートルでなければならず、システムの投資コストを経済的に不採算レベルへ増加させる。他の多くの方法と同様に、前記特許で開示された方法では、温室空気の冷却は、通常は普通のファンによりその中へ温室空気が運ばれ、それから冷却されて温室へ戻る温室の外に設置される別の熱変換気の中で起こる。

従来技術として、貯蔵空間を冷却するために開発された装置を開示する米国特許番号４，０４４，０７８も参照し、ここでは格子フレームを介して上からエアブラストに対して冷水をスプレし、そして加熱された水を外の冷却器により冷却する。この装置で、空気を冷却するための別の装置とファンも必要である。

米国特許番号４，７０７，９９５は温室内の空気の湿分と温度を制御するためのシステムを開示し、この動作は脱湿用の自然の高濃度塩水の使用に基づく。上記の解決法におけるように、空気は水ジェットにより運ばれ、処理された水は装置の外で回収される。この装置は温室の冷却又は脱湿には一般に適していない。

日本公開番号４１４８１２３ Ａ １９９２０５２１は１つの解決法を開示し、ここでは空気は上からスプレされる水に吹き込まれ、この空気は内部でスプレされる水と熱交換接触することを意図する。

日本公開２１０４２２２ Ａ １９９００４１７も温室空気の冷却のため、水と空気の間での直接熱交換を利用する。この装置は冷たい地下水で機能する熱交換器を含み、これにより温室は夜間に冷却され、空気は上から進入し、湿分は装置の底部で除去される。このシステムは夜間冷却を意図し、閉ざされた温室からの昼間の熱除去に十分な出力はない。

温室空気が別のコンデンサ又は熱交換器で冷却するために運ばれる方法で、発生する主な問題は温室空気を動かすのに必要な大きなファン出力である。必要とするファン出力のため、ファンは全体として一般に投資や装置の操業費のかなりの部分を占める。強力なファンの利用は、温室とその近辺でのかなりの雑音源でもある。

上記解決法に加え、閉ざされた温室冷却のある実施例では、普通のヒートポンプ技術が利用される。この解決法では、強い日射レベル中に必要とする冷却能力が高い（最高で温室の１平方メートル当たり５００〜１０００Ｗ）ので、装置の費用レベルは非常に高い。

閉ざされた温室中の空気を冷却し、乾燥するための現在の解決法は、全て投資費用の点で、そして一部は操業費の点でも非常に費用がかかる。これが、これまで提案された解決法が、試験的に構築されたいくつかの適用を除いて、温室栽培で実用化されていない理由である。
特許番号ＥＰ０，５１７，４３２Ａ１ 米国特許番号４，０４４，０７８ 米国特許番号４，７０７，９９５ 日本公開番号４１４８１２３ Ａ１９９２０５２１ 日本公開２１０４２２２ Ａ １９９００４１７

この特許出願では、閉ざされた又は一部閉ざされた温室内の空気の乾燥と冷却を従来の解決法における場合より本質的により経済的な方法で実施できる発明が開示される。

この発明によるシステムと方法では、温室空気の脱湿と冷却は空気の露天温度より冷たい水を温室空間へ直接スプレすることにより、そしてそれを水滴として落下させることにより、又は部屋の空間へ流し込むことにより行われる。このようにして、湿分を凝縮させ、温室空気から水への熱を移動させる。

この発明の特徴は、
・本発明によるシステムと方法で、冷却水は温室空間へ直接運ばれるが、これは別のコンデンサや熱交換器が必要でないことを意味する。温室の空間は全てコンデンサ空間として作用する。本発明による解決法で、冷却は温室空間で直ちに行われるので、空気を動かして冷却するためのファンも必要としない。スプレされる水の動きによりもたらされる空気流、空気の冷却、温室の空気の固有の動き又は温室の空間を循環させることを直接意図した低出力ファンは温室内の湿度と温度の差を均一にすると、直ちに温室内の気候は植物成長の点から充分一定に維持される。

・使用される水量は非常に多く、一般に一時間当たり温室１平方メートル当たり１００〜５００リットル（少なくとも５０リットル）であるが、一方で、スプレに基づく現在の冷却システムは一般に一時間当たり温室１平方メートル当たり１リットル以下を使用する。

・しかし、使用される水の温度は低く、好ましくは０〜１５°Ｃであることにより、空気中を落下しても、水温は高々露点温度まで上昇する。

・本発明によるシステムは、使用される水量が多く（百倍から千倍）、そして水温が低いことで、従来のスプレ装置やシステムと異なる。これは、熱と湿分は温室空気のスプレされる水と結合することを意味する。

従来のスプレでは、水を蒸発させて温室空気の中へ入れるとすぐに、温室空気の湿分は増加し、そして温度は水の蒸発温度に比例して低下する。このようにスプレの継続は、過剰湿分は換気を介して温室から除去されることが必要である。

好適実施例で、従来のスプレはスプレにより温室空気の比較的高い湿度レベル（好ましくは７０％ＲＨ以上）を維持し、そして同時に本発明の装置と方法により温室空気を効率的に冷却し、その空気から湿分を凝縮することにより、本発明による温室空気の乾燥と冷却システムと組み合わされる。これにより空気を乾燥させ、換気により湿分を下げる必要なくスプレを継続することができる。十分な水を蒸発させることができる温室内でのこのような成長があれば、スプレを諦め、本発明による方法と装置を使用するだけで、過剰湿分を除去し、温室空気を冷却することができる。

第２の好適実施例で、所要の空気湿分の露点温度や温度に対応して、冷却水温度を調節することにより、温室空気の湿分を望むように一定にすることができ、この場合別のスプレ装置を必要としない。

本発明による装置と方法は、換気装置を温室で必要としないように構成することができる。しかし、多くの場合、最高の温度負荷がある間は、換気を利用することがより経済的であり、このことは本発明による装置をより小さな容量に構成することができることを意味する。

本発明によるシステム、方法及び温室において、温室空気の乾燥と冷却のため、好ましくは１５°Ｃ以下の温度を有する、相当量の冷却水が必要である。装置の寸法は使用できる水温度により決定される。利用できる水が冷たいほど、本発明の装置をより小型の寸法にすることができる。

空気を乾燥し、かつ冷却するため、温室へ運ぶ必要がある水は、好適な適用では、自然水から、例えば夏のフィンランドの状況では、水の変水層の下にある深層水から、直接得ることができる。乾燥と冷却に必要な冷たい水は、外気が蒸発器により水を冷却するため、十分冷たいか、又は従って十分乾燥している場合、温室の外に設置される蒸発装置で生成することもできる。

温室の外から得た冷たい水を温室の乾燥と冷却を意図したシステムへ直接循環させるか、又はそれをシステム内を循環する水を冷却するための熱交換器により間接的に使用する。

熱交換器を使用する場合、温室空気から凝縮された純水をシステムから回収し、次に温室における水のスプレ及び給水として使用することができる。これは温室生産用の綺麗な給水が不足する地域では非常に重要である。

〔従来技術と比較した本発明の利点〕
本発明による方法と装置により、温室空気の湿分と温度を、閉ざされた温室の気候を制御することを意図した既知の解決法により、本質的により経済的な装置と操業費により制御することができる。

従来の解決法と異なり、本発明によるシステムで、全温室は１つのコンデンサとして作用し、そして別の凝縮室やファンを必要としない。これらは温室内の空気の通常移動により、そしてこのような“オープンスプリンクラコンデンサ”は温室内の様々な場所に容易に設置され、これにより冷却空気が、空気の自然な動きにより温室内に均等に分布される事実により、置換される。システム内に循環する水を冷却するためにおそらく使用されるコンデンサに関しては、ファンとコンデンサは、対応して外気の自由な移動により置換される。

他の既知の温室脱湿と冷却システムと方法と比較した主な利点は、
温室空気をコンデンサへ運ぶのに別の凝縮室またはファンを必要としないので、装置費用はより安い。
従来システムで基本的に最も多くのエネルギを消費した部分、即ちファンを除くことができるので、操業費は本質的に安い。
利用できる十分な冷たい水があり、又は水を十分乾燥した外気により冷却できる場所であれば、この方法は全体的にどこでも機能する。
この方法の利用は温室やその周囲において、ファンを利用した方法で起こるタイプの騒音問題を生じさせない。

本発明によるシステムと方法に基づき、閉ざされた温室を設計することができ、ここではその方法が必要とする構造は、普通の温室構造と組み合わされ、そしてシステムが必要とする自動制御は温室の従来の自動化の一部として構築される。

本発明の実施例は、しかし本発明が限定されない付属図面で記述される。

図１は本発明の一般的実施例を示し、ここでは水分配装置１は温室の上部に配置され、別の凝縮室、構造体又はファンを使用せず、温室の空間へ水をスプレする。水温はその露点以下である。該装置は好適な寸法で構成され、これらを使用することにより、１時間当たり温室の１平方メートル当たり少なくとも約５０リットルの水を温室の空間へスプレすることができる。水分配装置１は温室上部の中央部へ、そして／又は側面へそして／又は温室の栽培台の下へ設置される。

温室の下部には、上部からスプレされた水を集め、そしてそれをシステムの装置へ戻すための水収集装置２が存在する。

収集された水は排水管５に沿って温室から運ばれる。温室の外では、熱交換器６が、温室から排出される水を冷却するため、排出管５へ接続される。

更に、この装置には温室から排出された水を冷却するための蒸発装置８が備えられる。このコンデンサ装置８は、水をスプレするための水供給装置７とポンプ装置９へ更に接続される。スプレされた水が外気と接触し、その後、再度水供給装置へ戻り、又は温室空気乾燥・冷却装置へ直接戻るように、水供給装置の水を空気中へスプレすることができる。

図２はこのシステムと方法の一般的実施例を図示する。この実施例で、温室上部に０．３〜１ｍｍノズル孔２を有する管システム１があり、これにより、温室の露点温度より冷たい水３が植物の列間の温室上部空間へスプレされ、これにより水が水滴として下にある収集溝４へ自由に落下することができ、そこからそれらは収集タンクへ運ばれ、そして再循環し、又はその全部又は一部が水システムへ運ばれ、そして水システムからのより冷たい水と置換される。

この実施例でスプレされる水量は、一般に１時間当たり温室の１平方メートル当たり１００〜５００リットルの水である。従って、温室におけるスプリンクラの灌漑に必要な面積は、一般的実施例における温室面積の１〜４％である。必要とするこの空き面積は、通常温度の植物列の間に見つけることが容易である。スプレ管１は、また温室の側面へ設置することもできる。

温室（例、トマトやきゅうりの促成栽培の場合）の冷たい、又は熱い空気の層状化が問題となる場合、温室空気の層状化を比較的低出力のファンを使用して、従来の方法で混合することができる。

この方法で、冷却水が急速空気流と接触する方法の場合より、著しく小さい水滴を利用して熱交換器を改良することができる。

図３は低成長植物を栽培する場合に適用することができる、別の一般的実施例を示す。ここでは、水分配管１は、図１のように温室上部に設置されるが、水収集溝４は栽培物上に設置される。この適用で利用される溝は、好ましくは例えばポリエチレンシート又はフィルムのような光透過性材料から作られる。

本発明によるシステムを示す。 一般的な温室装置を示す。 低成長植物を栽培するための本発明の実施例を示す。

符号の説明

1：水分配装置
2：水収集装置
3：水
4：収集溝
5：排出管
6：熱交換器
7：水供給装置
8：蒸発装置
9：ポンプ装置

Claims (23)

1. 温室空気の露点温度より冷たい水により、温室空気を乾燥及び冷却させるためのシステムであって、前記システムは前記温室空気の露点温度より冷たい前記水を、別のコンデンサ室、構造体及びファンを使用せず、前記温室空間へ直接スプレすることができる水分配装置（１）を備えることを特徴とする、システム。
2. 前記装置は、それらを利用することにより、１時間当たり温室の１平方メートル当たり少なくとも５０リットルの水を前記温室空間へスプレすることができるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記温室空間へスプレされる水を収集するための、そしてそれを前記システムの装置へ少なくとも一部、戻すための水収集装置（４）を更に備える請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記水分配装置（１）は植物列の間に水をスプレするため、前記温室上部に設置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記水分配装置（１）は温室上部に設置され、そして前記収集装置は前記植物の上に設置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記水分配装置（１）は前記温室に横方向に設置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記水分配装置（１）は前記温室の栽培台の下に設置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記乾燥と冷却の装置内を循環する水（５）が冷却される熱交換器（６）を更に備える請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム
9. 乾燥され、そして冷却される前記温室空間の外に設置され、その装置により、前記乾燥・冷却装置内を循環する前記水が冷却される、蒸発装置（８）を更に備える請求項１〜７のいずれか１つに記載のシステム。
10. 前記蒸発装置は水供給装置（７）と、水をスプレすることを意図した装置（９）から構成され、前記装置により、前記空気へスプレされる前記水は前記外気と接触するようになり、そしてその後、前記水供給装置へ再度戻るか、または前記温室空気乾燥・冷却装置へ直接戻るように、前記水供給装置にある水をスプレすることができる、請求項９に記載のシステム。
11. 温室空気を冷却させ、そして乾燥させるための方法であって、前記空気の冷却と乾燥は、スプレまたは他の手段により、前記温室空気の露点温度より冷たい前記水（３）を前記温室空間へ運ぶことにより、別のコンデンサまたは熱交換構造体またはファンを使用せず、前記温室空間内で直接行われ、単位時間当たり運ばれる前記水量および前記温度は、運ばれた前記水が前記温室の空間を通過するように構成され、水がそれから前記温室空気へ蒸発する量より、多くの湿分が前記温室空気から水に凝縮されることを特徴とする、方法。
12. 前記温室空間へ運ばれる水の少なくともいくらかは、前記温室空間へ再循環させるため、回収され、再度運ばれることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 温室空気を乾燥させ、そして冷却させることを意図した、装置内を循環する水温を低下させ、そして凝縮された空気湿分は熱交換器（６）を介して前記水を循環させることにより回収されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 温室空気を乾燥させ、そして冷却させることを意図した前記装置内を循環する前記水温を、冷却される前記温室の外に設置される蒸発器（８）により低下させることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. その中の空気を乾燥させ、そして冷たい水により冷却させることができる温室であって、前記温室は、前記温室空気の露点温度より冷たい前記水（３）を前記温室空間内へ運ぶための装置（１）を備えることを特徴とする、温室。
16. その中の前記装置は、冷却に使用される前記水量が、１時間当たり温室面積の１平方メートル当たり５０リットル以上になるように構成される、請求項１５に記載の温室。
17. それにより前記空間を落下し、または流れる水の少なくともいくらかを回収することができる装置（４）、およびそれにより前記回収された水の少なくともいくらかを前記温室空間へ再度運ぶことができる装置、を、更に備える請求項１５または１６に記載の温室。
18. 前記温室空気を乾燥させ、そして冷却させるために利用させる前記水分配装置は前記植物列間に水をスプレするため、前記温室上部に設置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の温室。
19. 前記温室空気を乾燥させ、そして冷却させるために利用される前記水分配装置は、前記温室上部に設置され、そして前記収集装置は前記植物の上に設置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の温室。
20. 前記温室空気を乾燥させ、そして冷却させるために利用される前記水分配装置は、前記温室内に横方向に設置されることを特徴とする、そして前記収集装置は前記植物の上に設置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の温室。
21. 前記温室空気を乾燥させ、そして冷却させるために利用される前記水分配装置は、前記温室内の栽培台の下に設置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の温室。
22. 乾燥・冷却装置内を循環する前記水を冷却させるための、そして前記凝縮された水を回収するための熱交換器（６）を更に備える請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の温室。
23. 前記温室の乾燥・冷却装置内を循環する水を冷却するための蒸発装置（８）が更に設置される請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の温室。

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