JP2018050544A - ミスト冷却装置、農業用ハウス - Google Patents

Abstract

【課題】物体がミストで過剰に濡れる可能性を低減させるミスト冷却装置を提供する。
【解決手段】ミスト冷却装置１０は、ノズル１１と第１の温度センサ５１Ａと第２の温度センサ５１Ｂとポンプ５２と制御装置５０とを備えている。ノズル１１は、水を微粒子化したミストを発生させる。第１の温度センサ５１Ａは、ノズル１１が配置されている所定の空間Ｅ１における乾球温度を計測する。第２の温度センサ５１Ｂは、所定の空間Ｅ１における湿球温度を計測する。ポンプ５２は、ノズル１１への水を供給する第１動作と水を供給しない第２動作とが選択可能である。制御装置５０は、第１動作と第２動作とを交互に繰り返すようにポンプ５２の動作を制御する。さらに、制御装置５０は、第１動作を選択する噴霧期間Ｔ１と第２動作を選択する休止期間Ｔ２との少なくとも一方の期間を、乾球温度と湿球温度との温度差Δθに基づいて定めるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミスト冷却装置、農業用ハウスに関し、とくに、水を微粒子化したミストの気化を利用したミスト冷却装置、このミスト冷却装置を備える農業用ハウスに関する。

従来、温室（農業用ハウス）の内部に、粒径が数［μｍ］から十数［μｍ］程度の細霧を噴霧することができるノズルを適所に配置した構成が記載されている（特許文献１参照）。この技術では、細霧を供給すると、気化熱により室温が低下する。

一方、植物体に微小水滴を直接吐出することにより植物体の葉温を低下させる技術が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、粒径約３０［μｍ］の微小水滴が植物体の成長点付近に噴霧されること、１回あたりの微小水滴吐出を１０秒間、微小水滴吐出の間隔を２分間としたことが記載されている。この時間は、光合成を阻害せずに葉温を低下させることができるように定められている。さらに、特許文献２には、噴霧時間と噴霧間隔を短くすることで、温室内環境を変化させることなく成長点付近の葉温を効率良く低下させられることが記載されている。

特開２０００−１５７０６８号公報 特開２０１１−３６１９９号公報

特許文献１に記載された技術では、温室（農業用ハウス）の室内全体を冷却するから、大量の水が必要であり、植物体を少量の水で冷却することができない。

一方、特許文献２に記載された技術は、栽培植物の局所に対して微小水滴（ミスト）を噴霧ノズルから吐出させる構成であるから、室内全体を冷却する必要がない。ところで、植物体に接触するミストの量が過剰である場合、あるいは植物体を栽培する環境の湿度が過剰であると、植物体に病害あるいは生理障害が生じる可能性が高まる。生理障害は、果実の裂皮、へたのコルク化などを意味する。引用文献２には、植物体がミストで濡れている状態の継続時に、植物体に病害が生じる可能性については言及されていない。

なお、植物体に限らず、他の物体であっても、濡れた状態あるいは多湿の状態が継続した場合に、カビまたは細菌の増殖による腐食、水分子との接触による酸化などの障害が生じる可能性がある。

本発明は、物体がミストで過剰に濡れる可能性を低減させたミスト冷却装置を提供し、さらに、このミスト冷却装置を備える農業用ハウスを提供することを目的とする。

本発明に係るミスト冷却装置は、ノズルと第１の温度センサと第２の温度センサと水供給装置と制御装置とを備えている。前記ノズルは、水を微粒子化したミストを発生させる。前記第１の温度センサは、前記ノズルが配置されている所定の空間における乾球温度を計測する。前記第２の温度センサは、前記空間における湿球温度を計測する。前記水供給装置は、前記ノズルへの水を供給する第１動作と水を供給しない第２動作とが選択可能である。前記制御装置は、前記第１動作と前記第２動作とを交互に繰り返すように前記水供給装置の動作を制御する。さらに、制御装置は、前記第１動作を選択する噴霧期間と前記第２動作を選択する休止期間との少なくとも一方の期間を、前記乾球温度と前記湿球温度との温度差に基づいて定めるように構成されている。

本発明に係る農業用ハウスは、上述したミスト冷却装置と、植物体を栽培する空間を囲み、かつ前記ミスト冷却装置を構成するノズルが配置されている外殻とを備えている。

本発明の構成によれば、噴霧期間と休止期間との少なくとも一方を、乾球温度と湿球温度との温度差に基づいて定めるから、物体がミストで過剰に濡れる可能性を低減させることが可能になる。

図１は実施形態を示す縦断面図である。 図２は実施形態を示す図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図３は実施形態を示す図１のＹ−Ｙ線断面図である。 図４は実施形態における農業用ハウスの外観を示す斜視図である。 図５は実施形態において噴霧期間および休止期間を示す説明図である。 図６は実施形態を示すブロック図である。 図７は実施形態における温度差と休止期間との関係例を示す図である。

以下に説明するミスト冷却装置は、水を微粒子化したミストを発生させ、ミストの気化による冷却を利用する構成であれば、様々な用途で採用可能である。ただし、以下では、ミスト冷却装置が、農業用ハウスの構成要素である場合を例として説明する。

図１、図２、図３に示すように、以下に説明する農業用ハウス３０は、植物体４０を栽培する空間Ｅ１を囲むように配置される外殻２０を備える。また、農業用ハウス３０は、外殻２０で囲まれた空間Ｅ１において植物体４０を栽培する環境を調節するためにミスト冷却装置１０を備える。植物体４０が露地で栽培される場合、植物体４０の種類および栽培地域に応じて、栽培可能な季節がおおむね決まっている。これに対して、農業用ハウス３０を用いて植物体４０を栽培すると、露地で植物体４０を栽培する時期とは異なる時期に植物体４０を栽培することが可能である。また、植物体４０を栽培する環境を調節することにより、同じ種類の植物体４０または異なる種類の植物体４０を年間に複数回栽培できる場合がある。

農業用ハウス３０で栽培する植物体４０は、葉菜類、果菜類、根菜類、豆類、果物、花卉などから選択可能である。葉菜類は、ホウレンソウ、コマツナ、レタス、キャベツ、ハクサイなどのことであり、果菜類は、トマト、キュウリ、ナスなどのことである。根菜類は、ダイコン、ニンジン、ゴボウ、ジャガイモ、サツマイモ、レンコン、サトイモなどのことである。

以下に説明する技術は、果菜類に対してとくに有効であるが、他の植物体４０にも適用可能である。以下では、栽培する植物体４０がトマト、キュウリ、ナスなどの果菜類である場合を想定して説明する。また、植物体４０を土壌に植える土耕栽培を想定している。ただし、土壌に防根透水シートなどを敷いた隔離床で植物体４０を栽培する場合でも、以下に説明する技術を採用することが可能である。

外殻２０は、図４のように、地面に立てられるフレーム２１と、フレーム２１が支持する被覆体２２とを備える。外殻２０を地面に設置した状態で、外殻２０が地面に占める形状は縦横比の大きい矩形状である。たとえば、外殻２０の長手方向の寸法は数十［ｍ］程度、外殻２０の短手方向の寸法は数［ｍ］程度である。

フレーム２１は、アーチ状の複数の主フレーム２１Ａと、複数の主フレーム２１Ａを互いに連結する複数の連結フレーム２１Ｂとを備える。主フレーム２１Ａのそれぞれは、地面に立てられる直線状の一対のサポート２１１と、一対のサポート２１１の上端同士を一体に連結する弧状のブリッジ２１２とによりアーチ状に形成されている。主フレーム２１Ａおよび連結フレーム２１Ｂは、金属製パイプで形成されている。金属は、表面処理が施されたアルミニウム、亜鉛被覆が施された鉄などが選択される。複数の主フレーム２１Ａは、外殻２０の長手方向（図１の左右方向）に一列に並べて配置される。したがって、１つの主フレーム２１Ａの一対のサポート２１１が外殻２０の短手方向（図３の左右方向）に離れて立つ。連結フレーム２１Ｂは、外殻２０の長手方向に沿って配置されており、複数の主フレーム２１Ａに結合されている。

一方、被覆体２２は、透光性を有する合成樹脂フィルムでありフレーム２１を覆うように配置される。被覆体２２の一部には、通気のための開口２６Ａ、出入口となる開口２６Ｂなどが設けられている。外殻２０は、開口２６Ａを覆う状態と、開口２６Ａを開放する状態との間で移動する窓２７を備える。また、外殻２０の内部には、植物体４０を栽培する環境を調節するために、植物体４０に散水する散水装置２８、外殻２０に入射する日射を調節するカーテン２９などの種々の設備が設けられる。以下では、植物体４０を栽培する環境を調節するための種々の設備のうち、水を微粒子化したミストを発生させる設備、および外殻２０の内部に気流を形成する設備に着目して説明する。

ミストは、植物体４０を栽培する環境のうち温度と湿度との少なくとも一方を調節する目的で用いられる。植物体４０を栽培する環境のうち温度を調節する作用には、ミストが植物体４０に接触して植物体４０を冷却する作用と、ミストが気化し周囲の空気から気化熱を奪って冷気を生み出す作用とがある。また、ミストを発生させると、植物体４０を栽培する環境の湿度が上昇する。

外殻２０は、主フレーム２１Ａのサポート２１１に対応する一対の側壁２３と、主フレーム２１Ａのブリッジ２１２に対応する屋根２４と、外殻２０の長手方向の両端面である一対の妻壁２５とを有している。図３、図４に示すように、外殻２０は、全体として長手方向に交差する断面において上に凸となる形状に形成されている。

通気のための開口２６Ａは側壁２３に設けられており、出入口として用いる開口２６Ｂは妻壁２５に設けられている。農業用ハウス３０の仕様によっては、通気のための開口２６Ａが側壁２３だけではなく屋根２４に設けられる場合がある。外殻２０には、開口２６Ａに対応する部位に、開口２６Ａを覆う閉位置と開口２６Ａを開放する開位置との間で移動する窓２７が設けられる。窓２７は、透明なシートを軸に巻き付けた構成であって、シートを軸に巻き付ける量に応じて開口２６Ａの開度が調節される。窓２７は、シートの上端部が外殻２０に取り付けられ、外殻２０にシートを取り付けた部位よりも軸が下に位置するように配置される。また、軸を回転させる動力は電動モータから与えられる。開口２６Ａが側壁２３に形成されている場合、窓２７は側窓と呼ばれ、開口２６Ａが屋根２４に形成されている場合、窓２７は天窓と呼ばれることがある。

出入口となる開口２６Ｂには引き戸が配置される。引き戸は、開口２６Ｂの開状態と閉状態とを選択する。開口２６Ｂには、引き戸に代えて、開口２６Ｂを覆う位置と開口２６Ｂを開放する位置との間で移動可能なシートを重ねてもよい。シートは、周囲の少なくとも一部が、ファスナのように２部材の結合および分離を可能とする部材によって、外殻２０に取り付けられていることが望ましい。

なお、図３、図４に示す構成例では、主フレーム２１Ａがアーチ状であるが、主フレーム２１Ａのブリッジ２１２は逆Ｖ字状であってもよく、またブリッジ２１２の頂点は１つではなく複数であってもよい。たとえば、主フレーム２１Ａのブリッジ２１２は逆Ｗ字状であってもよい。また、被覆体２２は、透明であればガラスであってもよい。外殻２０を組み立てる手順は、一般的であるから説明を省略する。

外殻２０に囲まれている地面には、植物体４０を栽培するために周囲に対して土を盛り上げた複数（たとえば、２つ）の畝３１が形成されている。１つの畝３１の寸法は、外殻２０の長手方向においては外殻２０の寸法にほぼ等しく（たとえば、８割程度）、外殻２０の短手方向においては外殻２０の寸法の数分の１程度である。外殻２０の短手方向において隣り合う畝３１の間には、作業用の通路３２が形成される。

複数の畝３１には、それぞれ複数の植物体４０がおおむね等間隔に植えられる。植物体４０の畝３１への配置としては、一条植えと二条植えとが広く採用されている。一条植えは、複数の植物体４０を１つの畝３１の長手方向に沿って一列に並ぶように植えることを意味している。二条植えは、複数の植物体４０を１つの畝３１の長手方向に沿って二列に並ぶように植えることを意味している。一条植えと二条植えとのどちらでも、一列に並ぶ複数の植物体４０はほぼ等間隔に植えられる。また、二条植えでは、畝３１の長手方向において、一方の列で隣り合う２つの植物体４０の間に他方の列の植物体４０が配置されることがある。この場合、一方の列で隣り合う２つの植物体４０の間隔を２ｄとすると、二条植えでは、植物体４０が間隔ｄごとに異なる列に配置される。

外殻２０の内部には、ミストを発生させるための複数のノズル１１が配置されている。複数のノズル１１には、それぞれ給水管１２が接続され、給水管１２を通して水が供給される。複数のノズル１１は、給水管１２を通して供給された水を微粒子化したミストを発生させる吹出口をそれぞれ備える。ノズル１１は、通路３２の上方に配置してもよいが、畝３１の上方に配置されることが望ましい。つまり、ノズル１１は、植物体４０が栽培される地面としての畝３１の上面から離れて上方に配置される。

植物体４０を栽培する地面（畝３１の上面）からノズル１１までの高さは、植物体４０の背丈に応じて定められ、おおむね５０［ｃｍ］以上かつ３００［ｃｍ］以下に定められる。ノズル１１に供給される水は、雨水、河川水、井戸水などを原水とする水、あるいは水道水のほか、植物に有用な薬剤を含む水であってもよい。以下では、ノズル１１に供給される水が薬剤を含むか否かにかかわらず水という。

１つのノズル１１は複数個（たとえば、２個または４個）の吹出口を備えていることが望ましい。畝３１に植物体４０が植えられた状態であって、複数個の吹出口を備えるノズル１１が畝３１の上方に配置される場合に、ノズル１１は、植物体４０の直上ではなく、植物体４０に対して外殻２０の長手方向または短手方向にずれた位置に配置されることが望ましい。ノズル１１は、ミストを吹き出す向きが、水平面（地面に沿う面）に対して比較的小さい角度範囲（水平面に対して±１５度程度）となるように配置される。

ノズル１１が２個の吹出口を有する場合は、一列に並ぶ植物体４０の上方において、外殻２０の長手方向に沿ってミストが吹き出されるようにノズル１１が配置される。ノズル１１が４個の吹出口を有する場合は、植物体４０が一条植えであれば通路３２の上方にノズル１１が配置され、植物体４０が二条植えであれば二列に並ぶ植物体４０の列間の上方にノズル１１が配置されることが望ましい。

なお、１つのノズル１１が吹出口を１個だけ備えていてもよい。このようなノズル１１を用いる場合、ノズル１１は下向きにミストを吹き出すように配置されてもよい。ノズル１１が１個の吹出口を有し下向きにミストを吹き出す場合には、ノズル１１の直下に少なくとも１つの植物体４０が位置するように植物体４０が植えられる。

ここに、ノズル１１がミストを吹き出す向きは、ノズル１１から吹き出した直後のミストが存在する領域の中心線に沿って、ミストが飛翔する向きである。すなわち、ミストは吹出口から広がるように吹き出すから、ノズル１１からミストが吹き出す向きは、吹出直後のミストが存在する領域の中心線で定められる。吹出直後のミストが存在する領域は、ノズル１１がミストを吹き出す向きに直交する断面において、円形、楕円形、四角形などの形状をなす。

ノズル１１から吹き出すミストは、粒子径の最頻値が３０［μｍ］以上１５０［μｍ］以下であることが望ましく、５０［μｍ］以上１００［μｍ］であればなお望ましい。ノズル１１から吹き出すミストの粒子径の最頻値が、上述した範囲であることは必須ではないが、粒子径の最頻値がこのような範囲であると、ミストは長期間にわたって浮遊することがなく比較的短時間で落下する。そのため、ミストは空気中で全部が気化するのではなく、畝３１に植物体４０が植えられていれば、ノズル１１で発生したミストの一部が植物体４０に落下する。すなわち、植物体４０の表面でミストを気化させることにより、植物体４０を冷却する効果が高まる。また、ミストの粒子径が比較的大きいから、ノズル１１に供給する水に砂のような異物が含まれている場合でも、ノズル１１の目詰まりが生じにくく、ノズル１１のメンテナンスが容易である。

さらに、ミストを吹き出す際にノズル１１に供給される水の圧力（噴霧圧力）は、０．１［Ｐａ］以上０．８［Ｐａ］以下であることが望ましい。噴霧圧力がこのような範囲であれば、ノズル１１からミストが吹き出す範囲が拡がり、ノズル１１から比較的近い部位で比較的広い範囲にミストを散布することが可能である。

上述した構成例では、ノズル１１が畝３１の上方に配置され、１つのノズル１１が１つの畝３１に対応してミストを吹き出す構成を想定している。これに対して、２個あるいは４個の吹出口を有したノズル１１が通路３２の上方に配置され、１つのノズル１１から２つの畝３１にミストを吹き出す構成を採用することも可能である。

個々のノズル１１における吹出口の個数および複数のノズル１１と畝３１との位置関係にかかわらず、複数のノズル１１は畝３１に沿った列をなすように並ぶ。図３、図４に示すように、外殻２０の内部に複数の畝３１が形成されているから、ノズル１１も複数の列をなすように並ぶ。１列に並ぶ複数のノズル１１にそれぞれ接続されている複数の給水管１２には、共通のヘッダ１３から水が供給される。すなわち、外殻２０の長手方向に沿った複数のヘッダ１３が外殻２０に配置されており、各ヘッダ１３に複数の給水管１２の一端が結合されている。

ヘッダ１３の材質は硬質でも軟質でもよいが、給水管１２の材質は柔軟であることが望ましい。ヘッダ１３は、合成樹脂、金属、ゴムなどから選択される材料で形成され、給水管１２は、ゴム、合成樹脂などから選択される材料で形成される。給水管１２およびヘッダ１３は、単独の材料ではなく複数の材料を組み合わせた複合材料で形成されていてもよいのはもちろんのことである。ノズル１１に接続された給水管１２がフレーム２１に固定されたヘッダ１３に結合される。

ノズル１１から吹き出したミストは落下し、ミストの一部は気化せずに植物体４０に到達する。ミストの一部は植物体４０に接触せずに気化するが、ミストの粒子径が比較的大きいために、比較的多くのミストが植物体４０に接触した後に気化する。そのため、植物体４０は比較的よく冷却される。

上述のように、ミストが植物体４０に接触することから、植物体４０の蒸散作用を阻害せず、植物体４０に生理障害が生じないように、ミストの量が適量になるように調節する必要がある。ここでは、植物体４０に接触したミストが短時間で気化するように、ミストをノズル１１から間欠的に発生させ、図５のように、ミストを発生させる噴霧期間Ｔ１とミストの発生を停止する休止期間Ｔ２とを調節している。

また、ノズル１１から吹き出したミストが複数の植物体４０の群落が存在する領域に搬送され、かつ植物体４０に付着したミストを短時間で気化させるために、外殻２０の内部に気流が形成される。気流の形成は必須というわけではないが、適切な気流が形成されると、ミストを植物体４０の群落全体に行き渡らせることが可能になる。また、気流の形成により、植物体４０に付着したミストの気化が促進され、植物体４０へのミストの接触時間が短縮されて生理障害が発生する可能性が低減される上に、植物体４０を迅速に冷却することが可能になる。

ミストを発生させるタイミングは、図６に示す制御装置５０が指示する。ミストを吹き出すノズル１１に水を供給するヘッダ１３は水供給装置としてのポンプ５２に接続されており、ポンプ５２で加圧された水がヘッダ１３を通してノズル１１に供給されることによりノズル１１からミストが発生する。すなわち、制御装置５０がポンプ５２に対して、ノズル１１に水を供給する第１動作と、ノズル１１に水を供給しない第２動作とを指示することによって、ミストが発生するタイミングと、ミストの単位時間当たりの発生量とが定まる。

制御装置５０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたコンピュータで構成される。制御装置５０は、植物体４０を栽培する環境を調節するための設備の動作を、外殻２０の内部の気温、湿度、外殻２０に入射する日射強度などに基づいて制御する。ただし、以下では、制御装置５０が制御する設備のうち、ミストを発生させる設備について説明する。

ミストを発生させる設備は、上述したように、ノズル１１、給水管１２、ヘッダ１３、ポンプ５２などを備えており、制御装置５０はポンプ５２を制御する。なお、ミストを発生させる設備は、ポンプ５２とヘッダ１３との間に電磁弁のようなバルブを備えていてもよい。すなわち、ノズル１１に水を供給する水供給装置は、ポンプ５２とバルブとを備えていてもよい。この場合、制御装置５０は、ポンプ５２の制御だけではなく、バルブの制御も行うことが望ましい。ただし、以下ではミストを発生させるタイミングを制御するためにポンプ５２の動作を制御する場合を例として説明する。

制御装置５０は、ポンプ５２の動作を制御するために、植物体４０の群落を代表する乾球温度を計測する第１の温度センサ５１Ａと、植物体４０の群落を代表する湿球温度を計測する第２の温度センサ５１Ｂとから計測結果を取得する。植物体４０の群落を代表する乾球温度および湿球温度の値は、外殻２０内の１箇所で計測した値を採用すればよいが、外殻２０内の複数箇所で計測した値から求めた平均値などであってもよい。

ここでは、第１の温度センサ５１Ａと第２の温度センサ５１Ｂとが１つの取付台５１０を共用して設けられ、外殻２０内の１箇所において乾球温度と湿球温度とを計測する構成を想定する。第１の温度センサ５１Ａは感温部５１１のみを備えるが、第２の温度センサ５１Ｂは、感温部５１２のほかに、感温部５１２を包むガーゼあるいは不織布を用いたウィック５１３と、ウィック５１３を濡らす水を貯めておくタンク５１４とを備える。ウィック５１３は、タンク５１４から毛細管現象で吸い上げた水で感温部５１２を濡らす。ウィック５１３において感温部５１２を包んでいる部位から水が蒸発することにより感温部５１２で湿球温度が計測される。また、感温部５１２の周囲で水が蒸発することにより、タンク５１４から水が吸い上げられる。

ところで、一般的に言って、外殻２０内の相対湿度が高いほど、ウィック５１３からの水の蒸発量が減少するから、乾球温度と湿球温度との温度差は小さくなる。ここで、乾球温度から湿球温度を減算した温度差をΔθとするとΔθ≧０である。この温度差Δθが大きいということは、ミストが気化しやすい状態であると言える。そこで、制御装置５０は、温度差Δθが大きいほど、温度差Δθが大きいほど、噴霧期間Ｔ１に対する休止期間Ｔ２の相対比を小さくするようにポンプ５２の動作を制御する（図７参照）。噴霧期間Ｔ１は、ポンプ５２からノズル１１に水を供給する第１動作を選択する期間に相当し、休止期間Ｔ２は、ポンプ５２からノズル１１に水を供給しない第２動作を選択する期間に相当する。

植物体４０に接触したミストが気化する速度には、相対湿度のほかに、気流の速度、日射強度なども影響し、ミストの気化は、気流の速度が大きく、日射強度が大きいほど促進される。そのため、相対湿度または飽差（飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧との差）のみによって単位時間当たりのミストの発生量を定めると、気流の速度、日射強度によるミストの蒸発量への影響が考慮されていないために、ミストの発生量に過不足が生じるおそれがある。対して、上述した構成で計測した乾球温度と湿球温度との温度差Δθは、実際に水が気化する速度の情報を含んでおり、気流の速度および日射強度が反映されている。したがって、単位時間当たりのミストの発生量を定める制御因子として乾球湿度と湿球湿度との温度差Δθを用いると、相対湿度または飽差を用いる場合に比べて、ミストの発生量を的確に定めることが可能になる。

ここに、噴霧期間Ｔ１に対する休止期間Ｔ２の相対比を変化させる方法には、噴霧期間Ｔ１を変化させずに休止期間Ｔ２のみを変化させる方法と、休止期間Ｔ２を変化させずに噴霧期間Ｔ１のみを変化させる方法とがある。また、噴霧期間Ｔ１に対する休止期間Ｔ２の相対比を変化させるには、噴霧期間Ｔ１と休止期間Ｔ２との両方を変化させることも可能である。これらの方法は、様々な条件に応じて適宜に選択されることもある。噴霧期間Ｔ１は、植物体４０に付着したミストが集積せず、ミストが水滴となって植物体４０から落下することがないように定められる。

ここでは、噴霧期間Ｔ１を変化させずに、休止期間Ｔ２のみを変化させている。すなわち、制御装置５０は、温度差Δθが大きいほど、休止期間Ｔ２を長くするようにポンプ５２の動作を制御する。噴霧期間Ｔ１は、植物体４０に付着したミストが集積して植物体４０から落下することのない程度の時間内で、できるだけ長い時間に定められる。言い換えると、ミストが植物体４０を冷却する目的に無駄なく使用されるように、適量のミストを発生させるように噴霧期間Ｔ１が定められる。ミストの粒子径およびノズル１１の高さが上述のように設定されている場合、噴霧期間Ｔ１は、たとえば１０秒に定められる。

ノズル１１から吹き出したミストのうち植物体４０に付着するミストの割合は、外殻２０内の気温、湿度などによって異なる。ただし、噴霧期間Ｔ１が上述のように定められていると、外殻２０内の環境（気温、湿度など）にかかわらず、植物体４０が濡れ過ぎることなく、かつ植物体４０の冷却が可能な程度に、植物体４０にミストを付着させることができる。

たとえば、以下の条件の下で、ノズル１１からミストを発生させたところ、ミストの噴霧期間Ｔ１が１０秒以内であれば、植物体４０に接触したミストの水滴が結合することなく植物体４０から蒸発した。すなわち、植物体４０は背丈が約１．５［ｍ］のトマトとし、ノズル１１は、畝３１の上面から２［ｍ］の高さに配置した。また、ミストの粒子径の最頻値が６０［μｍ］以上８０［μｍ］以下であるノズル１１を使用した。この例では、ミストの水滴が結合しないことによって、植物体４０の表面のうちミストが付着した部位の全体からミストが気化し、ミストの水滴が結合する場合に比べて広い面積でミストを気化させることができた。その結果、ミストの蒸発速度も高くなり、ミストの気化による冷却効果も高められた。

植物体４０に付着したミストが完全に気化する時間は、外殻２０内の環境および植物体４０の温度などによって異なる。とくに、外殻２０内の相対湿度が高いほど（つまり、飽差が小さいほど）、植物体４０に付着したミストが消滅するまでの時間が長くなる。そして、植物体４０にミストが残っている状態でノズル１１から再びミストが吹き出したとすると、植物体４０は濡れた状態が継続するために植物体４０に生理障害が生じる可能性が高くなる。

以上の理由によって、ノズル１１からミストを吹き出した後は、植物体４０の表面からミストが消滅する程度の時間が経過するまでミストが吹き出さないようにポンプ５２を制御することが望ましい。植物体４０の表面からミストが消滅するまでの時間は、植物体４０に付着したミストの量、外殻２０内の環境、植物体４０の温度などによって変化する。したがって、休止期間Ｔ２を定めるには、植物体４０に付着したミストの消滅に関わる様々な条件を考慮する必要がある。なかでも外殻２０内の相対湿度は、ミストが気化する速度に大きく関与する。外殻２０内の相対湿度は、乾球温度と湿球温度とから求めることができるが、ここでは相対湿度に相当する指標を温度差Δθのみから求めている。

すなわち、制御装置５０は、第１の温度センサ５１Ａが計測した乾球温度の値と、第２の温度センサ５１Ｂが計測した湿球温度の値との温度差Δθを求め、温度差Δθに応じて休止期間Ｔ２を定める。制御装置５０では、実際には、噴霧期間Ｔ１はポンプ５２を運転する期間に対応付けられ、休止期間Ｔ２はポンプ５２を停止する期間に対応付けられる。したがって、噴霧期間Ｔ１と休止期間Ｔ２とは、ノズル１１からのミストの発生と停止とに完全に一致するわけではないが、ミストが発生する期間はおおむね噴霧期間Ｔ１に対応し、ミストが停止する期間はおおむね休止期間Ｔ２に対応する。

制御装置５０は、第１の温度センサ５１Ａが計測した乾球温度の値および第２の温度センサ５１Ｂが計測した湿球温度の値を取得するインターフェイス部５０１を備える。インターフェイス部５０１が取得した乾球温度の値および湿球温度の値は処理部５０２が受け取る。処理部５０２は、インターフェイス部５０１が取得した乾球温度と湿球温度との温度差Δθを求め、温度差Δθに基づいて休止期間Ｔ２を定める。温度差Δθと休止期間Ｔ２との関係は、数式あるいはデータテーブルとして定められており、処理部５０２は数式あるいはデータテーブルを用いて、温度差Δθから休止期間Ｔ２を求める。処理部５０２は、ドライブ回路５０３を通してポンプ５２に指示を与える。ドライブ回路５０３は、処理部５０２の出力をポンプ５２の運転に必要な電力に引き上げるための回路である。処理部５０２がポンプ５２に与える指示は、あらかじめ定められている噴霧期間Ｔ１と、温度差Δθから求めた休止期間Ｔ２とに基づいて決められる。

図６に示す制御装置５０は、ポンプ５２の運転と停止とだけを制御する構成である。すなわち、ポンプ５２への指示を与える処理部５０２は、噴霧期間Ｔ１にはポンプ５２に運転を指示し、休止期間Ｔ２にはポンプ５２に停止を指示する。また、制御装置５０は、温度差Δθが小さいほど長い休止期間Ｔ２を定め、ポンプ５２が停止してから運転を再開するまでの時間を長くする。このような動作によって、外殻２０内の相対湿度に応じて、植物体４０に付着したミストが乾いた後にノズル１１からミストを吹き出すように休止期間Ｔ２を調節することが可能になる。

温度差Δθと休止期間Ｔ２との関係の一例を図７に示す。図７では、温度差Δθに対して休止期間Ｔ２を段階的に定めている。すなわち、温度が複数の温度階級に区分され、複数の温度階級それぞれに休止期間Ｔ２が一対一に対応付けられている。したがって、処理部５０２は、温度差Δθが属する温度階級に応じて休止期間Ｔ２を選択することができる。図７において、噴霧期間Ｔ１は１０秒とした。休止期間Ｔ２は、温度差Δθが４［℃］以上６［℃］未満に対して２０分、温度差Δθが６［℃］以上８［℃］未満に対して１５分、温度差Δθが８［℃］以上１０［℃］未満で１０分、温度差Δθが１０［℃］以上で５分とした。なお、温度差Δθが４［℃］未満になることのないように外殻２０内の環境が管理されるため、図７に示す例では、４［℃］未満ではミストを吹き出さないように定めてある。

温度差Δθと休止期間Ｔ２との関係を上述のように設定した結果、植物体４０に付着したミストが休止期間Ｔ２内ですべて気化し、ポンプ５２の運転が再開しノズル１１からミストが吹き出すまでの時点で、植物体４０の表面を乾燥させることができた。なお、図７に示す数値は一例に過ぎず、農業用ハウス３０の構成に応じて数値は適宜に定められる。

ところで、図１、図２に示しているように、外殻２０における一方の妻壁２５の上部には吸気ファン１５が配置され、外殻２０における他方の妻壁２５の上部には排気ファン１６が配置される。吸気ファン１５は、外気を外殻２０内に取り入れるために設けられ、排気ファン１６は、外殻２０の外に空気を排出するために設けられている。したがって、吸気ファン１５と排気ファン１６とにより、外殻２０の上部の熱気が排出される。また、外殻２０内の下部には、植物体４０を栽培する空間に気流を形成する気流形成装置として複数台（図では３台）の送風ファン１７が配置される。図１、図２に示す構成例では、送風ファン１７は、吸気ファン１５が設けられた妻壁２５の近傍に配置され、排気ファン１６が設けられた妻壁２５に向かう向きの気流を形成する。この気流は低速であり、植物体４０に触れる気流がたとえば１［ｍ／ｓ］以下の流速となるように定められている。

送風ファン１７が作り出す気流は、ノズル１１から吹き出したミストを外殻２０の内部で拡散させ、植物体４０の群落にミストを行き渡らせる機能を持つ。また、植物体４０に気流が触れることにより、植物体４０に付着したミストの気化が促進される。つまり、送風ファン１７が作り出す気流は、植物体４０に付着したミストを気化させる速度を高めるから、休止期間Ｔ２の短縮に寄与し、結果的に、植物体４０の群落の温度を低下させる速度を向上させる。

ミスト冷却装置１０は、上述したように、ミストを発生させるノズル１１と、ノズル１１に水を供給する水供給装置としてのポンプ５２と、ポンプ５２を制御するための制御装置５０とを備える。さらに、ミスト冷却装置１０は、制御装置５０がポンプ５２の動作を定めるための第１の温度センサ５１Ａおよび第２の温度センサ５１Ｂを備える。ミスト冷却装置１０は、上述した構成に加えて、気流形成装置としての送風ファン１７を備えていることが望ましい。

上述した構成例において送風ファン１７は、外殻２０の長手方向（２つの妻壁２５）を結ぶ方向の一方の向き（吸気ファン１５から排気ファン１６に向かう向き）に気流を形成している。気流形成装置は、上述した送風ファン１７に代えて、外殻２０の長手方向の中間部に配置した２台の送風ファンであってもよい。２台の送風ファンは、外殻２０の短手方向に並んで配置される。また、２台の送風ファンは、それぞれ外殻２０の長手方向に沿った気流を形成し、気流の向きが互いに逆向きとなるように配置される。この構成の送風ファンを用いると、外殻２０内に循環する気流が形成される。すなわち、２台の送風ファンによって、外殻２０内でミストを拡散させる効果が期待できる。

なお、上述したミスト冷却装置１０は、植物体４０に限らず、他の物体の冷却に用いることが可能である。このミスト冷却装置１０を用いると、ミストを用いて省エネルギで冷却を行いながらも、物体は濡れた状態が継続することがない。そのため、ミストを物体に接触させながらも、物体がカビまたは細菌の増殖によって腐食することが抑制され、また物体が水分子との接触によって酸化する可能性も低減される。

上述したミスト冷却装置１０は、ノズル１１と第１の温度センサ５１Ａと第２の温度センサ５１Ｂと水供給装置（ポンプ５２）と制御装置５０とを備えている。ノズル１１は、水を微粒子化したミストを発生させる。第１の温度センサ５１Ａは、ノズル１１が配置されている所定の空間Ｅ１における乾球温度を計測する。第２の温度センサ５１Ｂは、所定の空間Ｅ１における湿球温度を計測する。水供給装置（ポンプ５２）は、ノズル１１への水を供給する第１動作と水を供給しない第２動作とが選択可能である。制御装置５０は、第１動作と第２動作とを交互に繰り返すように水供給装置（ポンプ５２）の動作を制御する。さらに、制御装置５０は、第１動作を選択する噴霧期間Ｔ１と第２動作を選択する休止期間Ｔ２との少なくとも一方の期間を、乾球温度と湿球温度との温度差Δθに基づいて定めるように構成されている。

この構成では、水供給装置（ポンプ５２）が、ノズル１１に水を供給する第１動作と、ノズル１１に水を供給しない第２動作とを交互に繰り返すから、ミストの供給と気化とを比較的短い時間で繰り返すことができる。その結果、単位時間におけるミストの気化を促進することが可能であり、ミストによる冷却の効果を高めることができる。また、第１動作が選択される噴霧期間Ｔ１と、第２動作が選択される休止期間Ｔ２との少なくとも一方が、乾球温度と湿球温度との温度差Δθに基づいて定められるから、ミストの発生とミストの気化とを適切に行うことが可能である。すなわち、物体がミストで過剰に濡れることがないように、ミストの発生と気化とを適正化することができる。

制御装置５０は、噴霧期間Ｔ１に対する休止期間Ｔ２の割合を、温度差Δθが小さいほど大きく定めるように構成されていることが望ましい。

すなわち、温度差Δθが小さいほど相対湿度が高くミストの気化が進まないから、温度差Δθが小さいほど、休止期間Ｔ２の割合を大きくし、次の噴霧期間Ｔ１が開始された時点で物体にミストが残っている可能性を低減させている。その結果、物体がミストで過剰に濡れる可能性が低減される。

制御装置５０は、噴霧期間Ｔ１を一定とし、休止期間Ｔ２を複数の段階から選択する構成である。この場合、制御装置５０は、温度が区分された複数の温度階級に休止期間Ｔ２の複数の段階が一対一に対応付けられており、複数の温度階級のうち温度差Δθが属する温度階級に対応する休止期間Ｔ２を選択することが望ましい。

この構成によれば、噴霧期間Ｔ１は物体がミストで冷却される程度の一定時間に定めておき、休止期間Ｔ２を調節して物体が過剰に濡れる可能性を低減させることができる。また、温度差Δθに対して休止期間Ｔ２のみを調節し、かつ休止期間Ｔ２が段階的に選択されるから、温度差Δθに応じた水供給装置（ポンプ５２）の制御の際に複雑な計算が不要である。

所定の空間Ｅ１は、植物体４０を栽培する空間であって、外殻２０に囲まれていることが望ましい。

すなわち、ミストを用いて冷却する対象が植物体４０であって、植物体４０を栽培する空間Ｅ１が外殻２０に囲まれているから、制限された空間Ｅ１にミストを供給することにより、ミストを植物体４０に効率よく接触させることができる。したがって、ノズル１１に供給される水の量に対して、植物体４０の冷却効果が高まる可能性がある。また、植物体４０が過剰に濡れる可能性が低減されているから、ミストで植物体４０が濡れても植物体４０に生理障害が生じる可能性が低い。

ノズル１１から発生したミストを所定の空間Ｅ１における目的の領域に搬送し、かつ所定の空間Ｅ１に存在する物体（たとえば、植物体４０）に付着したミストの気化を促すように気流を形成する気流発生装置（送風ファン１７）をさらに備えることが望ましい。

この構成によれば、気流発生装置（送風ファン１７）が配置されていることにより、気流がミストを搬送し、ミストを空間Ｅ１の全体に行き渡らせることができる。また、物体に付着したミストに気流が接触することによって物体に付着したミストの気化が促進される。その結果、休止期間Ｔ２が短縮されて単位時間に供給可能なミストの量を増加させることが可能である。これにより、単位時間当たりのミストの供給量を増加させて物体の冷却を促進することができる。

ミストは、粒子径の最頻値が３０［μｍ］以上１５０［μｍ］以下であることが望ましい。また、ミストは、粒子径の最頻値が５０［μｍ］以上１００［μｍ］以下であることがさらに望ましい。

ミストの粒子径の最頻値が、上述した範囲であれば、ノズル１１から吹き出したミストは空中を長時間にわたって浮遊することがなく、短時間で落下して物体に到達する可能性が高くなる。そのため、物体の表面にミストを到達させ、ミストを物体の表面で気化させることが可能になる。つまり、ミストの気化によって空間Ｅ１の空気を冷却する効果に加えて、物体から気化熱を奪って物体を直接冷やす効果が得られ、結果的に物体を冷却する効果が高まる。

上述した農業用ハウス３０は、上述したミスト冷却装置１０と、植物体４０を栽培する空間を囲み、かつミスト冷却装置１０を構成するノズル１１が配置されている外殻２０とを備えている。この構成によれば、ミストを用いて植物体４０を冷却する農業用ハウス３０を提供することができる。

なお、上述した構成例は本発明の一例である。このため、本発明は、上述した構成例に限定されることはなく、上述した構成例以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。

１０ ミスト冷却装置
１１ ノズル
１７ 送風ファン（気流発生装置）
２０ 外殻
４０ 植物体
５０ 制御装置
５１Ａ 第１の温度センサ
５１Ｂ 第２の温度センサ
５２ ポンプ（水供給装置）
Ｅ１ 空間
Ｔ１ 噴霧期間
Ｔ２ 休止期間
Δθ 温度差

Claims (8)

1. 水を微粒子化したミストを発生させるノズルと、
   前記ノズルが配置されている所定の空間における乾球温度を計測する第１の温度センサと、
   前記空間における湿球温度を計測する第２の温度センサと、
   前記ノズルへの水を供給する第１動作と水を供給しない第２動作とが選択可能である水供給装置と、
   前記第１動作と前記第２動作とを交互に繰り返すように前記水供給装置の動作を制御する制御装置とを備えており、
   前記制御装置は、
   前記第１動作を選択する噴霧期間と前記第２動作を選択する休止期間との少なくとも一方の期間を、前記乾球温度と前記湿球温度との温度差に基づいて定めるように構成されている
   ことを特徴とするミスト冷却装置。
2. 前記制御装置は、
   前記噴霧期間に対する前記休止期間の割合を、前記温度差が小さいほど大きく定めるように構成されている
   請求項１記載のミスト冷却装置。
3. 前記制御装置は、
   前記噴霧期間を一定とし、前記休止期間を複数の段階から選択する構成であって、
   温度が区分された複数の温度階級に前記休止期間の前記複数の段階が一対一に対応付けられており、
   前記複数の温度階級のうち前記温度差が属する温度階級に対応する休止期間を選択する
   請求項２記載のミスト冷却装置。
4. 前記所定の空間は、植物体を栽培する空間であって、外殻に囲まれている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のミスト冷却装置。
5. 前記ノズルから発生したミストを前記所定の空間における目的の領域に搬送し、かつ前記所定の空間に存在する物体に付着したミストの気化を促すように気流を形成する気流発生装置をさらに備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のミスト冷却装置。
6. 前記ミストは、粒子径の最頻値が３０［μｍ］以上１５０［μｍ］以下である
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のミスト冷却装置。
7. 前記ミストは、粒子径の最頻値が５０［μｍ］以上１００［μｍ］以下である
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のミスト冷却装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のミスト冷却装置と、
   植物体を栽培する空間を囲み、かつ前記ミスト冷却装置を構成するノズルが配置されている外殻とを備えている
   ことを特徴とする農業用ハウス。

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