JP2017023056A - 農業用蓄熱システムおよび農業用環境制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】炭酸ガスの供給と、その廃熱の利用とに適した農業用蓄熱システムを提供する。【解決手段】農業用環境制御システム１は、炭酸ガスを供給するための燃焼器３１と、燃焼ガスの温度を調節するための温度調節装置２とを備える。温度調節装置２のための熱源装置４は、蓄熱システム４３を備える。蓄熱システム４３は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂを備える。さらに、蓄熱システム４３は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの運転モードを切り替えるための切替機構としての４方弁４５ａ、４５ｂを備える。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、直列接続され、蓄熱する。切替機構は、蓄熱タンク４４ａを熱源装置４の中に位置づけて蓄熱させ、蓄熱タンク４４ｂを熱交換器４６およびポンプ４８を含む独立した閉回路に位置づけて放熱させる運転モードを提供する。これにより、過剰な蓄熱が回避される。【選択図】図１

Description

この明細書における開示は、農業用蓄熱システムおよび農業用環境制御システムに関する。

特許文献１は、農業用の温室内に炭酸ガスを供給する炭酸ガス発生機を開示する。特許文献２は、炭酸ガスを供給する燃焼ガスから熱を回収する装置を開示する。この装置によると、燃焼ガスの温度が、植物への供給に適した温度に調節される。特許文献３は、吸着式冷凍機の一例を開示する。

特開２００４−１３５６３９号公報 特開２００４−３４４１５４号公報 特開２０１３−１５６００２号公報

従来技術では、炭酸ガスが必要とされる時間に回収された熱を、炭酸ガスが必要とされない時間において利用することができない。このような要求に応えるために、熱媒体を貯め、保温する蓄熱槽を利用することが考えられる。一方で、蓄熱槽が採用される場合、炭酸ガスが必要とされる時間にわたって冷たい熱媒体を供給するために、大きい容量の蓄熱槽が必要となる。この場合、炭酸ガスが必要とされない時間において、蓄熱槽の中の熱を放熱し、炭酸ガスが必要とされる時間のために、大量の冷水を蓄熱槽に貯める必要がある。

上述の観点において、または言及されていない他の観点において、農業用蓄熱システムにはさらなる改良が求められている。

この明細書における開示の目的は、炭酸ガスの温度調節と、廃熱の利用との両方に利用可能な農業用蓄熱システムおよび農業用環境制御システムを提供することである。

この明細書における開示の目的は、炭酸ガスの温度を調節する場面と、廃熱を利用する場面との両方に適した容量を提供できる農業用蓄熱システムおよび農業用環境制御システムを提供することである。

この明細書における開示の目的は、低温の熱媒体を利用する場面と、高温の熱媒体を利用する場面との両方に適した容量を提供できる農業用蓄熱システムおよび農業用環境制御システムを提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

この開示は、農業用蓄熱システムを提供する。農業用蓄熱システムは、炭酸ガスを供給するための燃焼ガスの温度を調節する熱交換器（２７、２８）のために低温の低温熱媒体を供給するとともに、熱交換器によって回収された熱によって加熱された高温の高温熱媒体を受け入れ、溜めることができる複数の蓄熱タンク（４４ａ、４４ｂ、３４４、４４４）と、複数の蓄熱タンクから低温熱媒体を供給するとともに複数の蓄熱タンクに高温熱媒体を受け入れる第１運転モードと、複数の蓄熱タンクのうちの一部の蓄熱タンクを熱交換器を含む熱媒体の系統から独立させた第２運転モードとに切り替え可能な切替機構（４５ａ、４５ｂ）とを備えることを特徴とする。

第１運転モードにおいては、複数の蓄熱タンクが低温熱媒体の供給と、高温熱媒体の受け入れとに利用される。これにより、大容量の蓄熱システムが提供される。第２運転モードでは、複数の蓄熱タンクのうちの一部の蓄熱タンクが、温度調節のための熱交換器から熱的に独立させられる。よって、独立させられた蓄熱タンクへの蓄熱が回避される。これにより、複数の蓄熱タンクへの過剰な蓄熱が回避される。

この開示は、農業用環境制御システムを提供する。農業用環境制御システムは、農業用蓄熱システムを有する。

第１実施形態に係る農業用蓄熱システムのブロック図である。 第１実施形態に係る農業用蓄熱システムのブロック図である。 第１実施形態に係る農業用蓄熱システムのブロック図である。 第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る農業用蓄熱システムのブロック図である。 第３実施形態に係る農業用蓄熱システムのブロック図である。 第４実施形態に係る農業用蓄熱システムのブロック図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

（第１実施形態）
図１において、農業用環境制御システム１は、農業用のハウスに設置される。環境制御システム１は、例えば、施設園芸用のハウスに設置される。環境制御システム１は、ハウス内の環境を、作物の生育に適した環境に調節する。環境制御システム１は、ハウス内の温度、炭酸ガス（以下、ＣＯ２と表記する）、湿度、日射量などを調節する。図中には、温度およびＣＯ２の濃度を調節するための機器が図示されている。

環境制御システム１は、温度調節装置２と、ＣＯ２供給装置３とを備える。

温度調節装置２は、ハウス内の空気の温度を調節する。温度調節装置２は、ハウス内を暖房するための暖房機能を少なくとも有する。温度調節装置２は、付加的に、ハウス内を冷房する冷房機能を備えることができる。

環境制御システム１は、温度調節装置２およびＣＯ２供給装置３のための熱源装置４を備える。熱源装置４は、空気の温度を調節するための熱媒体を提供する。熱媒体は、低温熱媒体または高温熱媒体として温度調節装置２およびＣＯ２供給装置３に供給される。熱源装置４は、冷凍機４１と、農業用蓄熱システム４３と、を備える。熱源装置４は、冷凍機４１と蓄熱システム４３とを作動的に連結し、熱媒体を流すための切り替え可能な流路を有する。熱源装置４は、流路を提供する複数の配管と、流路に設けられた弁などの複数の機能部品を備える。

温度調節装置２は、ハウス内に向けて空気を流すためのダクト２１を有する。ダクト２１は、主ダクト２２と、副ダクト２３とを有する。主ダクト２２には、ハウス内に向けて空気を流すための電動ファン２４が設けられている。主ダクト２２には、空気を冷却するための吸熱用の熱交換器２５が設けられている。主ダクト２２には、空気を加熱するための放熱用の熱交換器２６が設けられている。熱交換器２５、２６は、熱源装置４によって供給される熱媒体と空気との熱交換を提供する。熱交換器２５には、熱源装置４から低温の熱媒体が供給される。例えば、低温の熱媒体は、熱駆動冷凍機４２から熱交換器２５へ供給される。熱交換器２５には、熱源装置４から高温の熱媒体が供給される。

副ダクト２３は、ＣＯ２供給装置３のためのダクトである。副ダクト２３は、主ダクト２２に向けて空気を合流させるように形成されている。副ダクト２３には、ＣＯ２供給装置３が設けられている。

ＣＯ２供給装置３は、化石燃料を燃焼することによってＣＯ２を発生させる燃焼器３１を備える。燃焼器３１によって生成された燃焼ガスは、副ダクト２３から主ダクト２２を経由してハウス内へ供給される。副ダクト２３には、燃焼ガスの温度を調節するための熱交換器２７、２８が設けられている。燃焼器３１が運転されるとき、熱交換器２７、２８には、燃焼ガスの温度を植物への供給に適した温度に調節するように熱媒体が供給される。このような熱媒体の制御は、熱源装置４によって提供される。

熱交換器２７は、燃焼ガスの温度を低下させるための１次熱交換器である。熱交換器２７には、熱源装置４から低温の熱媒体が供給される。熱交換器２８は、燃焼ガスの温度を低下させるための２次熱交換器である。熱交換器２８には、熱源装置４から低温の熱媒体が供給される。熱交換器２７、２８は、ＣＯ２を供給するための燃焼ガスの温度を調節する温度調節用の熱交換器である。熱交換器２７および／または熱交換器２８は、ＣＯ２供給装置３の一部として構成される場合がある。ＣＯ２供給装置３は、ＣＯ２を含んだ燃焼ガスを供給するとともに、温水を発生させる装置でもある。

冷凍機４１は、熱駆動型の熱駆動冷凍機４２によって提供することができる。熱駆動冷凍機４２は、供給される熱によって低温を供給する。例えば、特開２０１３−１５６００２号公報に記載の吸着式冷凍機を利用することができる。熱駆動冷凍機４２は、吸収式冷凍機によって提供されてもよい。なお、作動熱源温度が低い吸着式冷凍機が望ましい。また、冷凍機４１として電動モータまたは内燃機関によって駆動される蒸気圧縮式の冷凍サイクルが利用されてもよい。

この実施形態では、蓄熱システム４３に利用される熱媒体は、熱駆動冷凍機４２の脱離（再生）のための温水、もしくは吸着のための冷却水として利用される。熱駆動冷凍機４２は、蓄熱システム４３の低温熱媒体によって冷却され、ハウス内の温度を調節するために利用される。このため、蓄熱システム４３の熱媒体の温度が高いと、熱駆動冷凍機４２の性能が低下し、熱駆動冷凍機４２の冷房性能や、熱駆動冷凍機４２が汲み上げる熱量が低下し、蓄熱時の増熱が低下する。この実施形態では、蓄熱システム４３に含まれる複数のタンクが並列的に蓄熱と放熱とに利用可能である。このため、蓄熱システム４３内の熱が全て放熱されないままに熱駆動冷凍機４２が稼働しても、蓄熱システム４３内の熱媒体を、部分的に、独立して必要な温度まで冷却することが可能である。よって、熱駆動冷凍機４２の稼動時間に支障をきたさない運用が可能である。

蓄熱システム４３は、水または水を主成分とする流体を熱輸送および蓄熱のための熱媒体として利用する。蓄熱システム４３は、温水または冷水をためるための複数の蓄熱タンクを有する。この実施形態では、蓄熱システム４３は、２つの蓄熱タンク４４ａ、４４ｂを有する。蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの内部は熱媒体によって満たされている。蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、高温熱媒体を上部に溜め、低温熱媒体を下部に溜める。蓄熱システム４３は、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂ内に、高温熱媒体と低温熱媒体との間の温度境界層を形成するように運用される。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、少なくとも熱交換器２７、２８のために低温の低温熱媒体を供給するとともに、それら熱交換器２７、２８によって回収された熱によって加熱された高温の高温熱媒体を受け入れ、溜めることができる。

蓄熱システム４３は、熱源装置４の流路の中における複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの接続状態を、切り替える切替弁機構を備える。切替弁機構は、熱源装置４の中における複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの利用状態を、全利用状態と、部分利用状態とに切り替える。別の観点では、切替弁機構は、熱源装置４の中における複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの利用状態を、２タンク利用状態と、１タンク利用状態とに切り替える。別の観点では、切替弁機構は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの接続状態を、直列接続または一部の蓄熱タンクを独立させた部分並列接続に切り替える。切替弁機構は、このシステムが、一連の直列回路または並列回路として接続された状態と、一部の蓄熱タンクが独立させられた状態とに切り替える。

切替弁機構は、第１運転モードと第２運転モードとを提供する。第１運転モードでは、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂから低温熱媒体が供給されるとともに、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂに高温熱媒体が受け入れられる。第１運転モードでは、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、熱源装置４の中で直列接続される。第２運転モードでは、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのうちの一部の蓄熱タンクを、熱交換器２７、２８を含む熱媒体の系統から独立させる。第２運転モードでは、蓄熱タンク４４ａまたは蓄熱タンク４４ｂを熱源装置４の熱媒体回路から独立させる。

図示の例では、切替弁機構は、２つの４方弁４５ａ、４５ｂによって提供されている。切替弁機構は、図示の例に限定されない。切替弁機構が、多様な弁を利用して提供できることは当業者に自明であろう。

蓄熱システム４３は、放熱用の熱交換器４６を備える。熱交換器４６は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部だけが独立して放熱することを可能とする。熱交換器４６は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部の蓄熱タンクだけと、独立した閉回路を形成することができる。熱交換器４６は、切換弁機構が第２モードにあるときに、独立させられた蓄熱タンクからの放熱を可能とする。熱交換器４６は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部の蓄熱タンクの熱を、暖房用の熱源、および／または湿度調節のための水蒸発用の熱源として利用するための熱交換器である。熱交換器４６は、例えばハウス外の外気に、または水に放熱するように構成されてもよい。

蓄熱システム４３は、熱交換器４６へ暖房のための気体、または湿度調節のための気体を供給するためのファン４７を備える。ファン４７は、熱交換器４６が放熱のために利用されるときに運転される。

蓄熱システム４３は、ポンプ４８を備える。ポンプ４８は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部だけに熱媒体を流すことを可能とする。ポンプ４８は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部の蓄熱タンクだけと、独立した閉回路を形成することができる。ポンプ４８は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部の蓄熱タンクだけと、熱交換器４６とを含む閉回路に熱媒体を流すことができる。ポンプ４８は、切換弁機構が第２モードにあるときに、独立させられた蓄熱タンクの中の熱媒体を流すことができる。ポンプ４８は、熱交換器４６に熱媒体を供給する。

熱源装置４は、熱交換器２５、２６、２７、２８、熱駆動冷凍機４２、および蓄熱システム４３を、熱媒体を介して作動的に連結する流路を提供する多数の配管を備える。熱源装置４は、流路に設けられた複数の機能部品を有する。機能部品は、流路を切り替えることによって、熱交換器２５、２６、２７、２８、熱駆動冷凍機４２、および蓄熱システム４３の接続状態を切り替える切替機構を備える。切替機構は、ポンプおよび複数の弁によって提供される。

熱源装置４は、可逆式のポンプ５１を備える。ポンプ５１は、熱源装置４内に熱媒体を循環させるための熱源装置用ポンプのひとつである。ポンプ５１は、少なくとも熱交換器２７、２８と複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂとの間に熱媒体を循環させる。熱源装置４は、図示されない他のポンプを備えることができる。ポンプ５１は、ブリッジ状に接続された電動ポンプと複数の開閉弁とを有する。ポンプ５１は、複数の開閉弁を開閉することによって吐出方向を切り替え可能である。可逆式のポンプ５１は、回転方向を逆転することで吐出方向を切り替え可能なポンプなど多様なポンプによって提供することができる。ポンプ５１は、切替機構によって複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの接続状態が切り替えられても、例えば出入口が逆転されても熱源装置４に熱媒体を循環させることができる。ポンプ５１は、熱源装置４における熱媒体循環用の単独のポンプであることが望ましい。

熱源装置４は、熱源装置４内の高温熱媒体と低温熱媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５２を備える。熱交換器５２は、熱駆動冷凍機４２を通過する熱媒体と、蓄熱システム４３を通過する熱媒体との間の熱交換を提供する。例えば、熱交換器５２は、熱交換器２７を通過することによって高温となった熱媒体と、熱交換器２８を通過することによって高温となった熱媒体とを熱交換させる。別の観点では、熱交換器５２は、熱駆動冷凍機４２を通過した熱媒体と、蓄熱システム４３に供給される熱媒体とを熱交換させる。これにより、蓄熱システム４３に供給される熱媒体に熱が与えられる。

熱源装置４は、複数の切替弁５３、５４、５５、５６、５７を備える。複数の切替弁５３、５４、５５、５６、５７は、熱交換器２５、２６、２７、２８、熱駆動冷凍機４２、および蓄熱システム４３の接続状態を切り替える。

ポンプ５１および複数の切替弁５３、５４、５５、５６、５７によって、熱源装置４の中における蓄熱システム４３の接続状態が切り替えられる。燃焼器３１が作動するときに、熱源装置４は、ひとつのモードに制御される。このモードにおいて、蓄熱システム４３は、熱交換器２８および熱駆動冷凍機４２に低温熱媒体を供給し、それらから供給される熱を蓄熱するように熱源装置４の中で接続される。同時に、蓄熱システム４３は、熱交換器５２を介して熱交換器２７に低温熱媒体を供給し、それらから得られる高温の熱媒体を溜めることで蓄熱するように熱源装置４の中で接続される。この蓄熱により、後続の期間、例えば夜間における暖房のための高温熱媒体が蓄えられる。このモードは、ＣＯ２供給モード、または蓄熱モードとも呼ばれる。

さらに、このモードにおいて、蓄熱システム４３は、蓄熱量を抑制しながら、ＣＯ２の供給を可能とするように運転される場合がある。蓄熱システム４３は、ひとつの蓄熱タンクから低温熱媒体を供給しながら、他の蓄熱タンクから熱交換器４６を利用して放熱する場合がある。この場合、過剰な蓄熱が回避される。しかも、蓄熱システム４３から供給される低温熱媒体を利用してＣＯ２の供給が継続される。このような蓄熱システム４３の構成と、制御は、大容量の蓄熱タンクを、高温の蓄熱に利用することで省エネルギを可能としながら、ＣＯ２供給のための大量の低温の蓄冷を可能とする。例えば、蓄熱システム４３に蓄えることができる高温熱媒体の大部分を利用できない場合、具体的には、春や秋の中間期においても、暖房への高温熱媒体の利用だけに依存することなく、蓄熱システム４３に低温の媒体を溜めることができる。しかも、蓄熱システム４３の一部の蓄熱タンクには、高温の媒体を溜めることができるから、暖房用途へ利用可能な高温熱媒体も確保される。

燃焼器３１が作動しないとき、または蓄熱システム４３に蓄えられた熱を暖房用途に利用するとき、熱源装置４は、他のモードに制御される。このモードにおいて、蓄熱システム４３は、少なくとも熱交換器２６に高温熱媒体を供給し、それらから得られる低温の熱媒体を溜めることで蓄冷するように熱源装置４の中で接続される。この蓄冷により、後続の期間、例えば昼間におけるＣＯ２供給のための低温熱媒体が蓄えられる。このモードは、暖房モードとも呼ばれる。

熱交換器２７から供給される熱は、熱駆動冷凍機４２を冷凍機として機能させるために利用することができる。この場合、熱駆動冷凍機４２は、熱交換器２５に冷温媒体を供給する。よって、熱駆動冷凍機４２は、ハウスに供給される空気の温度を低下させるために貢献する。また、熱駆動冷凍機４２は、ハウスに供給される空気を温める熱源として利用されてもよい。

環境制御システム１は、システムに含まれる機器を制御するための制御装置６１を備える。制御装置は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置とを有する。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。

制御システムが提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

環境制御システム１は、システムの作動状態を監視し、制御装置６１に入力するための複数の入力装置を備える。入力装置は、システムの作動状態を検出するための複数のセンサを備える。例えば、農業用環境制御システム１は、複数の温度センサを備えることができる。図中には、蓄熱システム４３を制御するための出口温度センサ６２、６３が図示されている。出口温度センサ６２は、第１の蓄熱タンク４４ａの出口における熱媒体の第１温度Ｔａを検出する。出口温度センサ６３は、第２の蓄熱タンク４４ｂの出口における熱媒体の第２温度Ｔｂを検出する。これら出口温度センサ６２、６３は、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂにおける高温熱媒体の貯溜状態を示す指標として利用される。具体的には、第１温度Ｔａおよび第２温度Ｔｂは、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの中が高温熱媒体によって満たされているか否かを判定するために利用される。

制御装置６１は、所定の条件が成立すると、第１運転モードと第２運転モードとの間での切り替えを実行するように切替機構である４方弁４５ａ、４５ｂを制御する。例えば、制御装置６１は、一部の蓄熱タンクに溜められた熱媒体の温度が所定の温度に到達すると、第１運転モードと第２運転モードとの間で切り替えるように切替機構を制御する。

この環境制御システム１は、施設園芸ハウスにおける、植物の成長促進のために利用される燃焼式のＣＯ２発生機と組み合わせて利用される。このシステムは、燃焼時に発生する熱を有効利用する用途に適用される。

施設園芸ハウスでは、環境条件にかかわらず植物に適した環境をハウス内に実現するために、暖房用ボイラーや、冷暖房用ヒートポンプ装置、湿度調整用の加湿器等を設置している場合がある。また、ハウス内の温度、湿度を調整するために、ハウス内外を繋げる開閉窓を備える場合がある。また、植物が光合成を行うために必要な光は、太陽光、または人工光を利用している。このような施設園芸ハウスでは、光合成時に消費されるＣＯ２を確保するために、多様な手段が用いられる。例えば、ＣＯ２を提供するために、外気が導入される場合がある。また、土壌等に生息する微生物が発生するＣＯ２が利用される場合もある。また、工業的に生産されたＣＯ２生ガスが利用される場合もある。また、燃料が燃焼される際に発生するＣＯ２が利用される場合もある。

それぞれのＣＯ２供給方法には、それぞれの課題がある。例えば、燃焼式のＣＯ２供給方式では、ＣＯ２を含む燃焼ガスを冷却することによって、植物に直接供給しても影響のない温度にまで冷却する必要がある。この熱を暖房等に利用することが考えられる。しかし、春や秋などの外気の温度が比較的高い中間期には、ＣＯ２を発生させるために生じた熱の全てを暖房用途に放出できない場合がある。これでは、蓄熱システムに高温熱媒体が残留する。言い換えると、ＣＯ２供給用燃焼ガスの温度を下げるための低温熱媒体を十分に蓄えることができない。このため、低温熱媒体の貯留、すなわち蓄冷が十分にできないことによって、後続の期間においてＣＯ２発生機の稼動時間が短縮される可能性がある。

この環境制御システム１は、燃焼式のＣＯ２発生機から発生する熱を有効利用しながら、熱の利用状態に依存することなく、後続の期間においてＣＯ２を安定的に供給することを可能とする。この環境制御システム１は、２つ以上の蓄熱タンクを備える。さらに、一部の蓄熱タンクへの蓄熱を継続しながら、残りの一部の蓄熱タンクからの独立した放熱を可能としている。

図１には、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのすべてが蓄熱運転される運転モードが図示されている。この運転モードでは、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、直列接続されている。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、並列接続されていてもよい。これら複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、高温熱媒体を溜めることによって蓄熱する。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、大容量の蓄熱を可能とする。例えば、昼間のＣＯ２供給によって生じた熱を蓄熱し、夜間の暖房に利用することができる。一方で、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、夜間の暖房によって生じた低温熱媒体を溜めることによって蓄冷する。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、大容量の蓄冷を可能とする。例えば、昼間のＣＯ２供給のために生じる大量の燃焼ガスを望ましい温度にまで下げることができる。

図２および図３には、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部が蓄熱運転し、残る一部が放熱運転される運転モードが図示されている。図２に図示される運転モードでは、第２の蓄熱タンク４４ｂが独立した閉回路の中に位置づけられ、第１の蓄熱タンク４４ａが熱源装置４の主回路の中に位置づけられている。図３に図示される運転モードでは、第１の蓄熱タンク４４ａが独立した閉回路の中に位置づけられ、第２の蓄熱タンク４４ｂが熱源装置４の主回路の中に位置づけられている。

ポンプ４８は、閉回路の中において、第１の蓄熱タンク４４ａまたは第２の蓄熱タンク４４ｂに溜められた高温熱媒体を熱交換器４６に供給する。この例では、第１の蓄熱タンク４４ａまたは第２の蓄熱タンク４４ｂの上部から熱媒体が熱交換器４６に供給される。よって、高温熱媒体を迅速に熱交換器４６に供給することができる。熱交換器４６は、第１の蓄熱タンク４４ａに溜められた熱を放熱する。熱交換器４６は、施設園芸ハウスにおいて利用される機器に熱を供給する。例えば、施設園芸ハウスにおける温水供給、暖房、または湿度調節のための水蒸発器の熱源として利用される。一方で、第２の蓄熱タンク４４ｂは、熱源装置４の中において高温熱媒体を溜めることによって蓄熱する。

一部の蓄熱タンクが放熱することによって、蓄熱システム４３は、一部の蓄熱タンクに相当する量の低温熱媒体を溜めることができる。これにより、後続の期間におけるＣＯ２供給のための冷温媒体が確保される。図２の運転モードと図３の運転モードとは、ＣＯ２を供給するために燃焼器３１が運転される期間において交互に切り替えられる。これにより、蓄熱システム４３を上限まで蓄熱した状態にすることなく、ＣＯ２の供給、すなわち燃焼ガスの温度調節を連続的に実行することができる。

一方で、一部の蓄熱タンクには、高温熱媒体が溜められる。これにより、後続の期間における暖房などのための高温熱媒体が確保される。しかも、高温熱媒体の量は、一部の蓄熱タンクの容量に限られるから、春または秋のような、夜間（ＣＯ２供給しない期間）における暖房に必要な熱量が少ない場合でも、一部の蓄熱タンク内の高温熱媒体の大部分の熱を消費することができる。このため、後続の期間におけるＣＯ２供給のための冷温媒体が確保される。

図４において、環境制御システム１の運転制御の一例が図示されている。制御装置６１は、燃焼器３１と蓄熱システム４３とのための制御処理１７０を実行する。制御処理１７０は、システムが起動されると実行される。

システムが起動されると、ステップ１７１では、ＣＯ２供給が必要であるか否かが判定される。この判定は、ＣＯ２供給運転を実施するか否かの判定でもある。ＣＯ２供給が必要である場合、ステップ１７２に進む。ＣＯ２供給が必要でない場合、ステップ１８２に進む。

ステップ１７２では、燃焼器３１に点火され、ＣＯ２供給運転が開始される。このとき、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは、図１に図示される運転モードに制御される。すなわち、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのすべてが高温熱媒体を溜めるために、言い換えると低温熱媒体を供給するために利用される。この第１運転モードにおいては、複数の蓄熱タンクが低温熱媒体の供給と、高温熱媒体の受け入れとに利用される。これにより、大容量の蓄熱システムが提供される。

ステップ１７３では、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂを切り替えながら、ＣＯ２供給の連続運転を行うか否かを判定する。この判定は、タイマの作動時間、熱媒体の流量と稼働時間の設定値より判定することができる。連続運転を実行しない場合、ステップ１７４に進む。連続運転を実行する場合、ステップ１７５へ進む。

ステップ１７４では、蓄熱システム４３の蓄熱状態が所定の量の高温熱媒体を溜めた状態に到達したか否かが判定される。例えば、蓄熱システム４３に、その後の期間における暖房用途のために必要な量の高温熱媒体が溜められたか否かの判定を利用することができる。図示の例では、蓄熱システム４３が、満蓄熱状態に到達したか否かを判定する。具体的には、第１温度Ｔａが上限温度（例えば６０℃）に到達し、かつ、第２温度Ｔｂが上限温度（例えば６０℃）に到達したか否かの判定（Ｔａ＞６０℃ ＡＮＤ Ｔｂ＞６０℃）を利用できる。また、ステップ１７２によるＣＯ２供給運転が開始されてから所定時間経過したか否かの判定を利用できる。

連続運転を行う場合、ステップ１７５−１８１によって切替運転が実行される。ステップ１７５−１８１では、一方の蓄熱タンクが満蓄熱状態に到達するごとに、蓄熱運転される蓄熱タンクと、放熱運転される蓄熱タンクとが切り替えられる。満蓄熱状態を判定する条件として、運転開始から所定時間経過したか否かの判定、または、蓄熱タンクの出口温度が所定値を上回るか否かの判定を利用できる。

ステップ１７５では、４方弁４５ａ、４５ｂを切り替えることによって、図２の運転状態が提供される。ステップ１７６では、第１温度Ｔａが所定温度、例えば６０℃を上回るか否かが判定される。条件が不成立の場合、ステップ１７７へ進む。ステップ１７７では、ＣＯ２供給運転を継続するか否かが判定される。ＣＯ２の供給が求められている場合、ステップ１７６へ戻る。やがて、条件が成立すると、ステップ１７８へ進む。ステップ１７８では、４方弁４５ａ、４５ｂを切り替えることによって、図３の運転状態が提供される。

これにより、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部を高温熱媒体を溜める蓄熱（低温熱媒体を供給する放冷）に利用し、残る一部を高温熱媒体からの放熱（低温熱媒体を溜める蓄冷）に利用する運転モードが提供される。ここでは、第１の蓄熱タンク４４ａが高温熱媒体を溜める蓄熱（低温熱媒体を供給する放冷）に利用され、第２の蓄熱タンク４４ｂが高温熱媒体からの放熱（低温熱媒体を溜める蓄冷）に利用される。この運転モードは、部分蓄熱／部分独立放熱の第１の運転モードとも呼ばれる。

ステップ１７９では、第２温度Ｔｂが所定温度、例えば６０℃を上回るか否かが判定される。条件が不成立の場合、ステップ１８０へ進む。ステップ１８０では、ＣＯ２供給運転を継続するか否かが判定される。ＣＯ２の供給が求められている場合、ステップ１７９へ戻る。やがて、条件が成立すると、ステップ１８１へ進む。ステップ１８１では、４方弁４５ａ、４５ｂを切り替えることによって、図２の運転状態が再び提供される。

これにより、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部を高温熱媒体を溜める蓄熱（低温熱媒体を供給する放冷）に利用し、残る一部を高温熱媒体からの放熱（低温熱媒体を溜める蓄冷）に利用する運転モードが提供される。ここでは、第２の蓄熱タンク４４ｂが高温熱媒体を溜める蓄熱（低温熱媒体を供給する放冷）に利用され、第１の蓄熱タンク４４ａが高温熱媒体からの放熱（低温熱媒体を溜める蓄冷）に利用される。この運転モードは、部分蓄熱／部分独立放熱の第２の運転モードとも呼ばれる。この運転モードは、第１の運転モードを反転した反転運転モードとも呼ばれる。

ステップ１８１の後、処理はステップ１７６に戻る。これにより、図２に図示される運転モードと、図３に図示される運転モードとが交互に繰り返される。これにより、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのすべてを満蓄熱状態にすることなく、ＣＯ２供給を継続することができる。しかも、ＣＯ２供給のために生じた熱の少なくとも一部は複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの少なくとも一部に溜められるから、その熱の利用が可能となる。

ステップ１７５−１８１において提供される第２運転モードでは、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのうちの一部の蓄熱タンクが、温度調節のための熱交換器から熱的に独立させられる。よって、独立させられた蓄熱タンクへの蓄熱が回避される。これにより、複数の蓄熱タンクへの過剰な蓄熱が回避される。しかも、独立させられた蓄熱タンクは、独立して放熱することができる。さらに、ステップ１７５−１８１の処理により、制御装置６１は、第２運転モードにおいて系統から独立させられる蓄熱タンクと、第２運転モードにおいて低温熱媒体を供給し高温熱媒体を受け入れる蓄熱タンクとを入れ替えるように切替機構を制御する。

やがて、ステップ１７７またはステップ１８０においてＣＯ２供給の必要がないと判定されると、ＣＯ２供給運転が終了する。例えば、光合成のための光が得られなくなる場合、または人為的にＣＯ２供給の提示が指示される場合に、ステップ１７７またはステップ１８０において否定判定され、ＣＯ２供給運転が終了される。

ステップ１７１においてＣＯ２の供給が必要ではないと判定されると、ステップ１８２へ進む。ステップ１８２−１９１では、ＣＯ２供給運転が実行されない場合の蓄熱システム４３の運転制御が実行される。

ステップ１８２では、ＣＯ２を供給しないときのＣＯ２非供給運転が開始される。ステップ１８３では、ＣＯ２を供給しない場合も、最初に複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂは直列にて運転される。このとき、蓄熱システム４３は、放熱、または蓄熱をするように運転される。例えば、蓄熱の際には第１の蓄熱タンク４４ａの入口から高温熱媒体が流入し、蓄熱タンク４４ａ内に温度境界層を形成しながら、高温熱媒体が溜められる。この第１運転モードにおいては、複数の蓄熱タンクが低温熱媒体の供給と、高温熱媒体の受け入れとに利用される。これにより、大容量の蓄熱システムが提供される。放熱される場合、蓄熱タンク４４ａ、４４ｂに溜められた高温熱媒体が、熱源装置４、例えば熱駆動冷凍機４２に供給される。これによって、蓄熱システム４３は放熱する。

ステップ１８４では、所定の条件が成立したか否かの判定により、４方弁４５ａ、４５ｂを切り替えるか否かが判定される。所定の条件が成立すると、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの一部をハウス内暖房のために放熱させ、残る一部を独立回路によって熱交換器４６から放熱させる。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの運転モードの切り替えが指示されない場合、ステップ１８５へ進む。複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂの運転モードの切り替えが指示される場合、ステップ１８７へ進む。

ここで用いられる所定の条件には、春先から夏場のような外気温度が高く、通常の稼働では蓄熱タンク４４ａ、４４ｂからの放熱を次のＣＯ２供給運転までに完了させることができないような環境条件であるか否かの判定を用いることができる。また、ここで用いられる所定の条件として、外部より蓄熱タンク内の熱を利用することを求める指示が働いたか否かの判定を用いることができる。

ステップ１８５では、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂを直列接続した運転が継続される。ステップ１８６では、従前の運転状態を継続するか否かが判定される。運転を継続する場合、ステップ１８３へ戻る。運転を停止する場合、処理を終了する。

ステップ１８７では、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのうち、どれを熱源装置４への放熱に利用し、どれを熱交換器４６からの放熱に利用するかを決定し、それを実現するように４方弁４５ａ、４５ｂが切り替えられる。ここでの蓄熱タンクの用途の決定は、蓄熱の利用に適した蓄熱タンクと、蓄冷への利用に適した蓄熱タンクを相対的に決定することでもある。また、複数の蓄熱タンクを順に外部放熱に利用することにより、次のＣＯ２供給運転までに、すべての蓄熱タンクから放熱を完了させ、蓄冷を完了させることができる。以下の説明では、第１の蓄熱タンク４４ａが熱源装置４および熱駆動冷凍機４２への高温熱媒体の供給に利用され、第２の蓄熱タンク４４ｂが熱交換器４６による放熱、すなわち外部放熱に利用される場合を説明する。

ステップ１８８では、第１の蓄熱タンク４４ａから供給される熱を利用するように熱源装置４が運転される。第１の蓄熱タンク４４ａから供給される熱は、ハウスの温度調節に利用される。例えば、ハウス内を暖房するように熱交換器２６に高温熱媒体が供給される。また、熱駆動冷凍機４２を運転するために蓄熱タンク４４ａから熱駆動冷凍機４２に高温熱媒体が供給される。高温熱媒体は、例えば熱駆動冷凍機４２の脱離（再生）のために利用される。これにより、第１の蓄熱タンク４４ａに蓄熱された熱が有効に利用され、第１の蓄熱タンク４４ａには、次のＣＯ２供給に利用可能な低温熱媒体が溜められる。

ステップ１８９では、ポンプ４８が運転され、第２の蓄熱タンク４４ｂの高温熱媒体が熱交換器４６に供給され、放熱が実行される。これにより、第２の蓄熱タンク４４ｂに蓄熱された過剰な熱が放熱され、第２の蓄熱タンク４４ｂには、次のＣＯ２供給に利用可能な低温熱媒体が溜められる。

ステップ１９０では、第２の蓄熱タンク４４ｂからの放熱が完了したか否かが判定される。この判定には、第２温度Ｔｂが所定温度を下回ったか否かの判定を用いることができる。所定温度は、例えば３０℃である。

ステップ１９１では、第２の蓄熱タンク４４ｂからの放熱が完了したので、再び複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂを直列接続するように４方弁４５ａ、４５ｂが切り替えられる。この後、ステップ１８６へ進み、運転を継続するか否かが判定される。次のＣＯ２供給のための蓄冷が完了している場合、またはシステムの運転停止が指令される場合、処理は終了する。

ステップ１８９−１９１の処理は、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのうちの直列に接続された場合に下流側に位置づけられる蓄熱タンク４４ｂから放熱させる処理でもある。この処理により、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのうちの下流側の蓄熱タンク４４ｂに少なくとも低温熱媒体を溜め、蓄冷することができる。

ステップ１８７−１９１において提供される第２運転モードでは、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂのうちの一部の蓄熱タンクが、温度調節のための熱交換器から熱的に独立させられる。よって、独立させられた蓄熱タンクへの蓄熱が回避される。これにより、複数の蓄熱タンクへの過剰な蓄熱が回避される。しかも、独立させられた蓄熱タンクは、独立して放熱することができる。ステップ１８７−１９１において提供される第２運転モードでは、制御装置６１は、第２運転モードにおいて、所定の蓄熱タンクを系統から独立させられる蓄熱タンクとするように切替機構を制御する。

以上に説明したこの実施形態によると、大きい容量を提供する複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂを用いて、春から秋のような中間期においても、過剰な蓄熱を抑制することができる。これにより、ＣＯ２供給のための燃焼ガスの温度調節と、ＣＯ２供給のために生じる廃熱の有効な利用との両方に利用可能な農業用の蓄熱システムが提供される。しかも、ＣＯ２供給のための燃焼ガスの温度調節場面と、廃熱を利用する場面との両方に適した容量を提供できる。また、蓄熱システムは、低温の熱媒体を利用する場面と、高温の熱媒体を利用する場面との両方に適した容量を提供できる。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、部分放熱のための運転は、蓄熱タンクの上部から熱媒体を取り出すことによって提供される。これに代えて、蓄熱タンクの下部から熱媒体を取り出してもよい。

図５は、第１の蓄熱タンク４４ａの下部から取り出された熱媒体が熱交換器４６に供給する場合の環境制御システム１の運転状態を示す。ポンプ２４８は、蓄熱タンク４４ａの下部から熱媒体を取り出し、熱交換器４６に供給する。

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、蓄熱システム４３は、２つの蓄熱タンクを有する。これに代えて、蓄熱システム４３は、３つ以上の蓄熱タンクを備えていてもよい。

図６は、３つの蓄熱タンク４４ａ、４４ｂ、３４４を備える場合の蓄熱システム４３を示す。蓄熱システム４３は、第３の蓄熱タンク３４４のための４方弁３４５ｃ、３４５ｄを備える。さらに、蓄熱システム４３は、第２の蓄熱タンク４４ｂ、または第３の蓄熱タンク３４４を含む閉回路を構成する可能な熱交換器３４６およびポンプ３４８を備える。

図中には、部分蓄熱、部分独立放熱の運転モードが例示されている。図示の例では、第１の蓄熱タンク４４ａが独立の閉回路において放熱するように利用され、第２の蓄熱タンク４４ｂと第３の蓄熱タンク３４４とが直列に接続されて利用されている。この構成において独立放熱に利用される蓄熱タンクは、３つの蓄熱タンク４４ａ、４４ｂ、３４４のなかのひとつまたはふたつである。熱源装置４の中に接続されて利用される蓄熱タンクも、ひとつまたはふたつである。

この構成でも、３つの蓄熱タンク４４ａ、４４ｂ、３４４のすべてを用いる蓄熱運転と、それらのうちの一部（ひとつまたはふたつ）を独立回路に位置づけて独立的に放熱させる放熱運転とが提供される。

（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、複数の蓄熱タンク４４ａ、４４ｂ、３４４は、熱源装置４からの蓄熱と、熱源装置４への放熱とを実行可能である。これに代えて、さらに他の用途に蓄熱タンクに溜められた高温熱媒体または低温熱媒体を利用してもよい。

図７は、第３の蓄熱タンク４４４が、他の機器４４９に低温熱媒体を供給するように構成されたシステムを示す。蓄熱タンク４４４は、機器４４９に低温熱媒体を供給可能である。蓄熱タンク４４４は、内部が低温熱媒体で満たされている場合に、その低温熱媒体を他の用途の機器４４９に提供する。なお、第３の蓄熱タンク４４４は、低温熱媒体を保存するだけに構成されてもよい。

（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

１ 農業用環境制御システム、 ２ 温度調節装置、
３ ＣＯ２供給装置、 ３１ 燃焼器、
４ 熱源装置、 ４１ 冷凍機、 ４２ 熱駆動冷凍機、
４３ 蓄熱システム、 ４４ａ、４４ｂ、３４４、４４４ 蓄熱タンク、
４５ａ、４５ｂ ４方弁（切替機構）、
４６ 熱交換器、 ４７ ファン、 ４８ ポンプ、
６１ 制御装置、 ６２、６３ 温度センサ。

Claims (10)

1. 炭酸ガスを供給するための燃焼ガスの温度を調節する熱交換器（２７、２８）のために低温の低温熱媒体を供給するとともに、前記熱交換器によって回収された熱によって加熱された高温の高温熱媒体を受け入れ、溜めることができる複数の蓄熱タンク（４４ａ、４４ｂ、３４４、４４４）と、
   複数の前記蓄熱タンクから前記低温熱媒体を供給するとともに複数の前記蓄熱タンクに前記高温熱媒体を受け入れる第１運転モードと、複数の前記蓄熱タンクのうちの一部の前記蓄熱タンクを前記熱交換器を含む熱媒体の系統から独立させた第２運転モードとに切り替え可能な切替機構（４５ａ、４５ｂ）とを備えることを特徴とする農業用蓄熱システム。
2. 前記切替機構は、前記第２運転モードにおいて、一部の前記蓄熱タンクを前記系統から独立した閉回路に配置するよう構成されており、
   さらに、前記閉回路に配置された前記蓄熱タンクから前記閉回路に熱媒体を流すポンプ（４８）と、
   前記閉回路に流れる前記熱媒体の熱を放熱するための放熱用熱交換器（４６）とを備える請求項１に記載の農業用蓄熱システム。
3. 前記切替機構は、
   前記第２運転モードにおいて、複数の前記蓄熱タンクのうちの一部の前記蓄熱タンクを前記系統から独立させるとともに、残部の前記蓄熱タンクから前記低温熱媒体を供給させ、かつ前記高温熱媒体を受け入れさせる請求項１または請求項２に記載の農業用蓄熱システム。
4. さらに、所定の条件が成立すると前記第１運転モードと前記第２運転モードとの間での切り替えを実行するように前記切替機構を制御する制御装置（６１）を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の農業用蓄熱システム。
5. 前記制御装置は、前記第２運転モードにおいて前記系統から独立させられる前記蓄熱タンクと、前記第２運転モードにおいて前記低温熱媒体を供給し前記高温熱媒体を受け入れる前記蓄熱タンクとを入れ替えるように前記切替機構を制御する請求項４に記載の農業用蓄熱システム。
6. 前記制御装置は、前記第２運転モードにおいて、所定の前記蓄熱タンクを前記系統から独立させられる前記蓄熱タンクとするように前記切替機構を制御する請求項４に記載の農業用蓄熱システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の農業用蓄熱システムと、
   前記熱交換器と複数の前記蓄熱タンクと間に前記熱媒体を循環させる熱源装置用ポンプ（５１）とを備える農業用環境制御システム。
8. 前記熱源装置用ポンプ（５１）は単独である請求項７に記載の農業用環境制御システム。
9. さらに、前記蓄熱タンクの前記低温熱媒体によって冷却され、ハウス内の温度を調節するための冷凍機（４１）を備える請求項７または請求項８に記載の農業用環境制御システム。
10. 前記冷凍機は供給される熱によって低温を供給する熱駆動冷凍機である請求項９に記載の農業用環境制御システム。

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