JP2018068286A

JP2018068286A - 施設園芸用ハウスの統合環境制御システム及びハウス加温方法

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Publication number: JP2018068286A
Application number: JP2017202546A
Authority: JP
Inventors: 尚登安田; Naoto Yasuda; 文雄戸木; Fumio Toki; 正浩富田; Masahiro Tomita
Original assignee: Katsura Seiki Seisakusho KK
Current assignee: Katsura Seiki Seisakusho KK
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: JP7026477B2

Abstract

【課題】施設園芸用ハウス内の温度管理が行え、結露の発生を防止して二酸化炭素を設園芸用ハウス内に供給でき、飽差を適正範囲内に収めることができる施設園芸用ハウスの統合環境制御システム及びこの統合環境制御システムを用いたハウス加温方法を提供する。
【解決手段】燃焼室５で発生した排気ガスの排熱により、熱交換室２２では施設園芸用ハウス２内の空気を加温し、排気ガスの温度を第１及び第２熱交換器１０，１１を通して冷却すると共に、排気ガスを冷却した際に生じる水分を施設園芸用ハウス２外に排出する。冷却した排気ガスに含まれる二酸化炭素の全量を施設園芸用ハウス２内に供給する。第１及び第２熱交換器１０，１１で水分量の少ない外気を乾燥させ、乾燥させた外気をビニールシート２ａの表面層に沿って供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作物を栽培する施設園芸用ハウス内の環境を統合的に調整する統合環境制御システム及び当該統合環境制御システムを用いたハウス加温方法に関する。

ビニールシートから構成されている施設園芸用ハウス（以下では、単にハウスとして記載する。）では、冬場にハウス内を加温して、促成栽培を行っている。最も広く普及しているハウスの加温方法は、重油を燃焼することによる間熱タイプを用いた加温方法である。間熱タイプは、重油を燃焼してハウス内の空気を直接加温する方法とは異なり、重油を燃焼して生じた排気ガスとハウス内の空気との間で熱交換を行い、熱交換によって加温した空気を温風としてハウス内に戻す方法である。

重油を燃焼して生じる排気ガスには、有毒物質が含まれるため、上述した間接タイプの加温方法では、熱交換後の排気ガスを強制的にハウス外に排出する構成が採用されている。排気ガスをハウス外に排出することは、排気ガスが有している排熱の熱エネルギーを外部に廃棄することになり、熱損失が生じることになる。排熱を捨てることによって生じる熱損失を最小にするための技術が開発されてきているが、依然として排気ガスはハウス外に排出される構成が多用されている。

重油を使用したハウス加温技術は、ほぼ確立されている技術ではあるが、一方で、燃料となる重油価格の急激な変動や排気ガスによる汚染、排気ガスに含まれる二酸化炭素をハウス内で利用することに関しては、依然として課題が存在している。単純にハウス内の温度を得るためだけに重油を用いた加温方法は、無駄の多い加温方法であって時代遅れの加温方法になっている。

近年では、灯油などを燃料にして人工的に二酸化炭素を作成し、光合成時に消費される二酸化炭素をハウス内に供給する農法が提案されている。土壌等に生息する微生物が発生する二酸化炭素を利用することもできるが、光合成時に必要とする二酸化炭素を確保するためには、人工的に作成した二酸化炭素をハウス内に供給することが必要になる。

人工的に作成した二酸化炭素をハウス内に供給するものとしては、二酸化炭素供給装置（特許文献１参照）などが提案されている。特許文献１に記載されている二酸化炭素供給装置６０は、図６に示す構成になっている。

図６に示すように、二酸化炭素供給装置６０は、燃焼装置６１、二次熱交換器６２、熱駆動冷凍機６３、吸熱用熱交換器６４を備えた構成になっている。そして、燃焼装置６１を燃焼させた際に発生する排気ガスの排熱を二次熱交換器６２で熱交換して温水を発生させ、この発生した温水を熱駆動冷凍機６３に供給する。熱駆動冷凍機６３は、供給された温水をエネルギー源にして冷水を発生させる。

そして、冷水を吸熱用熱交換器６４に供給して、燃焼装置６１で発生した二酸化炭素を含む排気ガスを冷却する。冷却された排気ガスは、ハウス内の植物に直接供給されている。吸熱用熱交換器６４で加熱された冷水は、熱駆動冷凍機６３に供給されて冷却され、吸熱用熱交換器６４に供給する冷水となる。

再公表２０１４−０１０５６１

引用文献１に記載された二酸化炭素供給装置６０は、燃焼装置６１で発生した熱を一旦温水に変え、この温水を用いて発生させた冷水を用いて二酸化炭素を含む排気ガスを冷却する構成になっている。そのため、エネルギーロスが大きくなり、燃焼装置６１における燃焼効率が悪い構成になっている。

また、ハウス内の植物が二酸化炭素を用いて光合成を行うためには、飽差（ハウス内の湿度とハウス内の温度における飽和水蒸気量との差）が、３〜６ｇ／ｍ^３であることが適正であるとされているが、引用文献１に記載された二酸化炭素供給装置６０では、植物に直接二酸化炭素を供給するだけで、この飽差については、何ら検討されていない。

図４、図５を用いて、飽差について次に簡単に説明する。
図４は、温度（気温）を縦方向に記載し、相対湿度を横方向に記載しており、温度と相対湿度が交差したところに飽差の値を示している説明図であり、二つの直線で囲まれ、色付けした領域が、飽差が３〜６ｇ／ｍ^３の適正範囲であることを概略的に示している範囲である。図５は、植物の光合成が行われる状態を概略的に説明している図である。

土壌４８に植えられた植物４０は、葉４０ｃの気孔４２から水分を蒸発５１すると、蒸発５１した水分を補給するため、根４０ａから茎４０ｂを通って水分４７ａと養分４７ｂを葉４０ｃに吸上げる。葉４０ｃから蒸発５１する水分量は、ハウス内の湿度と温度の影響を受けている。ハウス内の温度に対して、そのときの相対湿度の値が高い場合、即ち、飽差の値が３ｇ／ｍ^３よりも小さな場合には飽和水蒸気量に近くなるため、葉４０ｃから蒸発５１する水分量が少なくなり、根４０ａから吸い上げる水分４７ａと養分４７ｂの吸上げ量も少なくなる。

逆に、上述した同じ温度での相対湿度の値が低い場合、即ち、飽差の値が６ｇ／ｍ^３よりも大きい場合には、植物４０自身が乾燥し過ぎないようにするため、葉４０ｃは、気孔４２を閉じて、葉４０ｃから水分が蒸発５１しないように自己防衛する。自己防衛を行っているときも、根４０ａから吸い上げる水分４７ａと養分４７ｂの吸上げ量は少なくなる。

ハウス内の温度に対して適切な相対湿度になっているとき、即ち、この温度での飽差の値が３〜６ｇ／ｍ^３の適正範囲内にあるときは、葉４０ｃからの水分の蒸発５１が活発になり、根４０ａから吸い上げる水分４７ａと養分４７ｂの吸上げ量が増大する。そして、太陽４９から太陽光４９ａを浴び、二酸化炭素５０の吸収も活発になり、光合成４５が促進されることになる。光合成により生成された糖４６は、葉４０ｃに貯められると共に成長点４３に供給される。
このように、二酸化炭素５０の吸収が活発になり、光合成４５が促進されるためには、飽差が３〜６ｇ／ｍ^３の適正範囲内にあることが必要である。

上述したように、引用文献１に記載された二酸化炭素供給装置６０は、冷却した排気ガスをハウス内に供給してハウス内の温度を高めるとともに、排気ガスに含まれる二酸化炭素を植物に供給するだけの構成である。そして、ハウス内の温度における飽差については何も言及していない。そのため、飽差が上述した適正範囲内に存在していない場合には、植物は光合成を行い難い状態になっているか、全く光合成が行えない状態になっている。

また、施設園芸用ハウス内の湿度が１００％近くになっている場合には、ハウス内の空気における水分量は飽和水蒸気量に近くなるため、即ち、飽差の値が０ｇ／ｍ^３に近づくため、ハウス内の温度と外気の温度との温度差によって、施設園芸用ハウスを構成するビニールシートの表面層に結露が発生する。発生した結露は、水滴となって滴下し、余分な水分を植物に供給することになる。また、ハウス内の温度が上昇して結露が蒸発する際には、ハウス内の空気から熱を奪い取って蒸発が行われることになり、ハウス内を温めていた空気のエネルギーロスが発生する。

本発明は、上述したような従来の問題を解決し、施設園芸用ハウスの環境制御システムを根本的に変えるものであり、施設園芸用ハウス内の温度管理が行え、結露の発生を防止して二酸化炭素を施設園芸用ハウス内に供給でき、飽差を適正範囲内に収めることができる施設園芸用ハウスの統合環境制御システム及びこの統合環境制御システムを用いたハウス加温方法の提供を目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る施設園芸用ハウスの統合環境制御システムは、施設園芸用ハウス内に配設された、前記施設園芸用ハウス内の温度を設定温度に維持する燃焼装置と、前記燃焼装置からの排気ガスを前記施設園芸用ハウス内に排出する排気ダクトと、外気を前記施設園芸用ハウス内に導入する外気導入ダクトと、前記排気ダクト内の前記排気ガスと前記外気導入ダクト内の導入外気との間で熱交換を行う熱交換器と、を備え、
前記外気導入ダクトの排気口は、前記施設園芸用ハウス内で前記施設園芸用ハウスを構成するビニールシートの表面層に沿って設けられていることを特徴としている。

また、本発明に係るハウス加温方法は、本発明に係る施設園芸用ハウスの統合環境制御システムを用いたハウス加温方法であって、施設園芸用ハウス内において、前記施設園芸用ハウス内の温度を設定温度に維持する燃焼装置から排出された排気ガスと前記施設園芸用ハウス外から導入した導入外気を熱交換器で熱交換し、前記熱交換器で除湿した前記排気ガスからの水分を前記施設園芸用ハウス外に排出するステップと、前記熱交換器により前記導入外気を温めて生じた乾燥空気を、前記施設園芸用ハウス内で前記施設園芸用ハウスを構成するビニールシートの表面層に沿って供給するステップと、前記熱交換器により除湿されて低温となった前記排気ガスの全量を前記施設園芸用ハウス内に供給するステップと、を含んだことを特徴としている。

本発明は、従来から行われていた施設園芸用ハウスの環境制御システムを根本的に変えることができ、施設園芸用ハウス内の温度管理を行いながら結露の発生を防止して二酸化炭素を設園芸用ハウス内に供給でき、しかも、飽差を適正範囲内に収めることができる。

統合環境制御システムの概略構成図である。（実施例１）統合環境制御システムの他の概略構成図である。（実施例２）自動三方コックの構成例を示した概略断面図である。（実施例２）気温と相対湿度とに対応した飽差の値を示すグラフである。（説明図）植物の光合成を示す説明図である。（説明図）二酸化炭素供給装置の概略構成図である。（従来例）

本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本発明に係わる施設園芸用ハウスの統合環境制御システム及びハウス加温方法は、以下において説明する構成例に限定されるものではなく、本発明に係わる施設園芸用ハウスの統合環境制御システムの構成としては、様々な形態で実施することが可能であって、発明の要旨を逸脱しない範囲内で部材の置き換え、変更等を行うことができる。置き換え、変更等を行って構成した施設園芸用ハウスの統合環境制御システム及びハウス加温方法は、本発明の権利範囲に包含される。

（構成）
図１を用いて、本発明に係わる施設園芸用ハウスの統合環境制御システム１及びハウス加温方法の構成について説明する。施設園芸用ハウス２（以下では、単にハウス２として記載する。）の統合環境制御システム１は、ビニールシート２ａを用いて構成されたハウス２の内部３０に、燃焼装置４、燃焼装置４で発生した排気ガスを導く排気ダクト６、外気をハウス２内に導入する外気導入ダクト７、第１熱交換器１０、第２熱交換器１１、温度検出装置２６、湿度検出装置２７、ハウス２内の空気を排気ダクト６に導入する空気導入ダクト８を配設した構成になっている。

燃焼装置４は、供給された燃焼空気と燃料とを用いて燃焼を行わせる燃焼室５と、燃焼室５で発生した排気ガスの排熱を熱交換して、ハウス２内の空気を加温する熱交換室２１と、ハウス２内の空気を熱交換室２１に供給するファン２０と、熱交換室２１で温められた空気をハウス２内に戻す排出口２２が設けられている。燃焼室５で発生した排気ガスは、燃焼室５に接続した排気ダクト６を通って排出される。

燃焼室５は、燃焼室５に燃焼空気を供給する燃焼空気供給管２３及び燃料を供給する燃料供給管２４が接続している。燃焼空気供給管２３は、ハウス２内の空気を供給する構成にしておくことも、外気を供給する構成にしておくこともできる。また、燃焼室５は、ハウス２内の温度を検出する温度検出装置２６が、接続コード２６ａを介して接続され、また、ハウス２内の湿度を検出する湿度検出装置２７が、接続コード２７ａを介して接続されている。

燃料供給管２４で供給される燃料は、天然ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）などのガス燃料、若しくはＧＴＬ（Gas to Liquids）などガス改質液体燃料を用いたガス系燃料が用いられている。重油や灯油などを燃焼させたときには、排気ガス中に有害な物質を含んでいるが、ガス燃料及びガス系燃料は、燃焼した後の排気ガス中に有害な物質を含まない。

また、燃焼室５の燃焼制御をＯＮ−ＯＦＦ制御で行うと、点火時と消火時に不完全燃焼が生じて、一酸化炭素が発生する。そして、有害な物質を含んだ燃料を用いて燃焼させた場合には、煤等が発生する。

このような問題を解決するため、燃焼室５の燃焼制御は、温度検出装置２６及び湿度検出装置２７からの検出信号に基づいて、高温燃焼状態と中温燃焼状態及び／又は低温燃焼状態との間で燃焼状態の切替えが可能に構成されている。即ち、ハウス２内の温度を設定温度に維持するための制御として、従来の燃焼装置で行われている燃焼状態から消火状態への切替え制御、即ち、ＯＮ−ＯＦＦ制御は、燃焼室５の燃焼制御としては行っていない。ＯＮ−ＯＦＦ制御の代わりに、常に燃焼状態が維持されるように、燃焼室５の燃焼制御を行っている。

そして、燃焼室５における燃焼状態を切替えることで、ハウス２内の設定温度における飽差を３〜６ｇ／ｍ^３に維持している。燃焼室５における燃焼状態の切替えは、燃焼空気供給管２３から供給する燃焼空気量及び燃料供給管２４から供給する燃料供給量を相互に関連させながら調整することで行う。

排気ダクト６は、燃焼室５の排気ガス排出口に接続して、熱交換室２１内に配管されている第１排気ダクト６ａと、第１排気ダクト６ａに接続して、第１熱交換器１０内に排気ガスを導入する第２排気ダクト６ｂと、第１熱交換器１０で熱交換されて、除湿して温度が下げられた排気ガスを取り出して、第２熱交換器１１内に排気ガスを導入する第３排気ダクト６ｃと、第２熱交換器１１で熱交換されて、更に除湿して温度が下げられた排気ガスを取り出す第４排気ダクト６ｄと、から構成されている。第４排気ダクト６ｄの排気口６ｅは、熱交換室２１で温められた空気をハウス２内に排出する排出口２２に接続している。

そして、第１ポンプ１２は、第４排気ダクト６ｄ内に配設されている。第１ポンプ１２によって、排気ガスは、排気ダクト６内と第１熱交換器１０及び第２熱交換器１１内を圧送され、排気口６ｅからハウス２内に排出される。

外気導入ダクト７は、外気を吸引して取り入れ、取り入れた導入外気を第２熱交換器１１内に導入する第１外気導入ダクト７ａと、第２熱交換器１１で熱交換されて温められた導入外気を取り出して、第１熱交換器１０内に温められた導入外気を導入する第２外気導入ダクト７ｂと、第１熱交換器１０で熱交換されて、更に温められた導入外気を乾燥空気として取り出す第３外気導入ダクト７ｃと、から構成されている。

第３外気導入ダクト７ｃの排出口７ｄは、ハウス２を構成するビニールシート２ａの表面層、特に、天井３の面に沿った部位等の結露が発生し易い部位に形成されている。
第１外気導入ダクト７ａは、ハウス２の外部３１に配設した空気取入れ口と、ハウス２内に配設された第２熱交換器１１とを繋ぐ管路として構成されている。

第２ポンプ１３は、第３外気導入ダクト７ｃ内に配設されており、第２ポンプ１３によって、導入外気は、外気導入ダクト７内と第２熱交換器１１及び第１熱交換器１０内を圧送され、排出口７ｄからハウス２を構成するビニールシート２ａの表面層に沿って排出される。

排気ダクト６において、第２排気ダクト６ｂは、第１熱交換器１０の上流側における合流箇所１６において、空気導入ダクト８と連結している。そして、合流箇所１６の上流側において、第２排気ダクト６ｂには、排気ガスの流量を調整する第１ダンパー１４が配設され、空気導入ダクト８には、合流させる空気の流量を調整する第２ダンパー１５が配設されている。

空気導入ダクト８は、第２排気ダクト６ｂ内を流れる排気ガスにハウス２内の空気を混入させる。排気ガスに空気が混入した混合ガスは、合流箇所１６の上流側における排気ガスの温度よりも温度が下げられている。

第１熱交換器１０は、第２排気ダクト６ｂから導入される混合ガスの排熱と、第２外気導入ダクト７ｂから導入される第１熱交換器１０内に温められた導入外気との間で熱交換を行い、混合ガスの温度を下げるとともに除湿を行う。そして、混合ガスの排熱との間での熱交換により、第２外気導入ダクト７ｂ内の導入外気を更に温め、乾燥空気にする。

第１熱交換器１０は、ドレン１８ａが接続している。ドレン１８ａは、第１熱交換器１０における熱交換によって混合ガスから除湿された水分をハウス２の外部３１に排出する。

第２熱交換器１１は、第３排気ダクト６ｃから導入され、第１熱交換器１０で除湿及び温度が下げられた混合ガスの排熱と、第１外気導入ダクト７ａから導入された導入外気との間で熱交換を行い、混合ガスの温度を更に下げるとともに除湿を行う。そして、混合ガスの排熱との間での熱交換により、第１外気導入ダクト７ａで導入された導入外気を加温する。

第２熱交換器１１は、ドレン１８ｂが接続している。ドレン１８ｂは、第２熱交換器１１における熱交換によって混合ガスから除湿された水分をハウス２の外部３１に排出する。

（作用）
燃焼室５は、温度検出装置２６及び湿度検出装置２７からの検出信号に基づいて、ハウス２内の温度が設定温度となるように燃焼が制御される。燃焼室５の燃焼制御は、高温燃焼状態と中温燃焼状態及び／又は低温燃焼状態との間で燃焼状態の切替えを行うことにより行われ、燃焼状態の切替えを行っても常に燃焼状態は維持されている。これにより、点火時や消火時に発生する不完全燃焼によって一酸化炭素がハウス２内に排出されるのを防止している。

本発明に係るハウスの統合環境制御システムを説明するに当って、以下の条件下で燃焼室５における燃焼制御が高温燃焼状態で行われている場合を例に挙げて説明する。また、燃焼空気供給管２３から燃焼室５に供給される燃焼空気の供給量が９００ｍ^３、燃料供給管２４から供給されるＬＰＧの供給量が９００ｍ^３であるとして、このときの燃焼室５から第１排気ダクト６ａに排出される排気ガスの排出量は９００ｍ^３であるものとして説明を行う。

そしてこのとき、ハウス２内の設定温度は１５℃に設定されており、ハウス２内の空気の温度は１５℃で、空気中に含まれる水分の割合は約１３ｇ／ｍ^３（１５℃における飽和水蒸気量）であるものとする。そして、外気の温度が５℃で、外気に含まれる水分の割合は、７ｇ／ｍ^３であり、第１外気導入ダクト７ａからは、１８００ｍ^３の外気が吸引されて、第２熱交換器１１内に導入されているものとする。

また、吸引ファン２０により燃焼室５にハウス２内の空気が供給されて、第１排気ダクト６ａ内を流れる排気ガスとの間で熱交換が行われるとき、排熱の約７０％が吸引ファン２０によって燃焼室５に供給された空気の加温に使われ、排熱の３０％を持った排気ガスが第２排気ダクト６ｂに導入されているものとする。

このように設定した条件の下で試算を行うと、第１排気ダクト６ａから第２排気ダクト６ｂに流入した排気ガスの流入量は、９００ｍ^３となり、温度は約２００℃で、水分の割合は約３７７ｇ／ｍ^３となる。合流箇所１６でハウス２内の空気が９００ｍ^３流入して第２排気ダクト６ｂ内の排気ガス９００ｍ^３に混入して混合ガスが生成されると、第１熱交換器１０に導入される混合ガスの導入量は１８００ｍ^３となり、温度は約１００℃まで下がり、混合ガス中に含まれる水分の割合は約２００ｇ／ｍ^３となる。

第１熱交換器１０では、第２排気ダクト６ｂ内の混合ガスと、第２外気導入ダクト７ｂ内の導入外気との間で熱交換が行われる。そして、第２外気導入ダクト７ｂ内の導入外気は、第２熱交換器１１において温度が高められた導入外気になっている。

第１外気導入ダクト７ａから吸引されて第２熱交換器１１に導入された導入外気（導入量が１８００ｍ^３で、温度は５℃、水分量は７ｇ／ｍ^３）は、第２熱交換器において加温され、導入量の１８００ｍ^３と水分量の７ｇ／ｍ^３はそのままの状態で、温度が３７℃に上昇した状態になっている。

第１熱交換器１０では、第２外気導入ダクト７ｂにおける３７℃に上昇した導入外気と第２排気ダクト６ｂ内の混合ガスとの間で熱交換が行われ、混合ガスは、除湿と冷却とが行われて、導入量は１８００ｍ^３のままで、温度が６８℃に低下し、水分量は１８２ｇ／ｍ^３となる。混合ガスから除湿された１８ｇ／ｍ^３の水分は、ドレン１８ａを介してハウス２の外部３１に排出される。

また、第１熱交換器１０で加温された導入外気は、導入量の１８００ｍ^３と水分量の７ｇ／ｍ^３はそのままの状態で、温度が６８℃に上昇した乾燥空気となって、第３外気導入ダクト７ｃ内に流出することになる。第２ポンプ１３によって、外気導入ダクト７内に導入された導入外気は、圧送される。

即ち、第２ポンプ１３によって、第１外気導入ダクト７ａの空気取入れ口から取り入れた導入外気は、外気導入ダクト７内と第２熱交換器１１及び第１熱交換器１０内を圧送され、温度が高められた乾燥空気となって排出口７ｄからビニールシートの表面層、特に、天井３の面や結露が発生し易い面に沿って排出される。

また、第１排気ダクト６ａ内を流れる排気ガスの排熱は、吸引ファン２０により強制的に熱交換室２１内に供給されたハウス２内部の空気との間で熱交換が行われ、排気ガスの排熱で温められた空気は、排出口２２からハウス２内に戻される。また、熱交換により温度が下げられた排気ガスは、第２排気ダクト６ｂ内を流れる。

そして、第１熱交換器１０の処理能力に応じた温度となるように、排気ガスに空気を混合して混合ガスにすることで、第１熱交換器１０に導入する混合ガスの温度を下げている。第１ダンパー１４及び第２ダンパー１５の開閉量を制御することで、第２排気ダクト６ｂ内の排気ガスと混入する空気の割合をそれぞれ調整することができる。

第１熱交換器１０で加温された導入外気は乾燥空気となって、天井３側等のビニールシート２ａの表面層に沿って排出されるので、ビニールシート２ａの表面層に発生し易い結露を防止できる。

第２熱交換器１１では、第３排気ダクト６ｃを流れる混合ガスと、第１外気導入ダクト７ａから導入された導入外気との間で熱交換が行われ、熱交換が行われた混合ガスは、その導入量は１８００ｍ^３のままで、温度が３７℃に低下し、水分量は４４ｇ／ｍ^３となって第４排気ダクト６ｄ内に流入する。第４排気ダクト６ｄ内に流入した混合ガスは、第４排気ダクト６ｄの排気口６ｅから、燃焼室５の排出口２２を通ってハウス２内に排出される。
排気口６ｄから排出された混合ガスには、燃焼室５に供給された燃料を燃焼することによって生じた二酸化炭素が全量含まれている。

上述した説明では、二つの熱交換器１０、１１を用いた構成について説明を行ったが、熱交換器の性能によっては、一つの熱交換器で代用させることもできる。また、三つ以上の熱交換器を用いた構成にしておくこともできる。

燃焼室５における燃焼状態の切替え制御としては、高温燃焼状態と中温燃焼状態及び／又は低温燃焼状態に切替える切換え制御以外にも燃焼状態を多段階に亘って行う切替え制御や高温燃焼から低温燃焼までの間を比例的に変化させて行う比例制御などを行うことができる。説明を行わなかったが、当然、上述した各切替え制御において、燃焼室５における燃焼状態の切替えの一つとして、燃焼室５での燃焼が行われない停止状態が含まれている。

（効果）
本発明に係るハウスの統合環境制御システム及びハウス加温方法では、排気口６ｄから排出された混合ガスによって、ハウス２内の二酸化炭素の濃度を高めることができ、光合成の活動を活発に行わせることができる。特に、夜間に作動させた燃焼装置４によって、植物の周囲を二酸化炭素の濃度が高い状態にしておくことができ、しかも、温度と湿度を管理することで飽差を適正な範囲内に収めておくことができるので、光合成が活発に行われる日の出の時期には、植物の発育が促進される。

燃焼室５に供給する燃焼空気として、ハウス２内の空気（９００ｍ^３）を用いた場合、合流箇所１６において排気ガスに混入させる空気（９００ｍ^３）はハウス２内の空気を用いているので、第４排気ダクト６ｄの排気口６ｄから混合ガス（排出量１８００ｍ^３）がハウス２内に流入しても、ハウス２内の空気量としては変動を生じない。

また、例えば、１８０００ｍ^３の容積を有するハウス２では、一般的に容積の約１０％〜１５％に相当する空気が、自然換気されている。即ち、１８０００ｍ^３の容積の１０％である１８００ｍ^３の空気が自然換気されている。

上述した説明では、自然換気される１８００ｍ^３の換気量を例に挙げて、この換気量に相当する量と同じ量の外気を取り入れた場合について説明を行った。そして、外気を乾燥空気にしてハウス２内に供給しているので、ハウス２内の圧力を高めた状態にしている。ハウス２内の圧力を高めても、自然換気されていくことになるので、ハウス２内の圧力が異常に高くなることはない。

しかも、取り入れた導入外気を乾燥空気にして、ハウス２内の結露が発生し易い場所に向けて強制的に排出している。これによって、ハウス２の上層部に配したビニールシートの表面層や結露が発生し易いビニールシートの面における結露の発生を効率的に防止しておくことができる。しかも、結露が蒸発するときにハウス２内から熱を奪うというエネルギーロスを発生させず、燃焼装置４における発熱効率を高めておくことができる。

また、燃料として天然ガスやＬＰＧなどのガス燃料、ＧＴＬなどのガス改質液体燃料を用いているので、クリーンな排気ガスを生成でき、二酸化炭素を含んだ排気ガス（上述した説明では、混合ガス）を除湿した状態で直接ハウス２内に供給することができる。

このように、燃焼室５で発生した排気ガスが有していた排熱を利用して、ハウス２内の空気を間熱タイプで加温するとともに、導入外気を加温して乾燥空気にすることができる。

第１熱交換器１０と第２熱交換器１１における熱交換時に混合ガスから除湿した水分は、ハウス２外に排出しているので、ハウス２内に供給する混合ガスに含まれる水蒸気によって、ハウス２内が過湿状態になるのを防止できる。また、混合ガスを除湿することによって、ハウス２内に供給する混合ガスの潜熱を利用することができ、潜熱はハウス２内の空気の加温に寄与する。

燃焼装置４によって、ハウス２内の空気の加温と湿度の調整が同時に行えるので、ハウス２内の温度を設定温度に制御すると同時に湿度の管理も行える。そして、設定温度における飽差が、植物の発育に適した３〜６ｇ／ｍ^３の適正範囲内に収まるように、温度及び湿度の管理が同時に行える。これによって、ハウス内の環境を統合的に調整することができる。

（構成）
図２に示すように実施例２の構成では、実施例１の構成における第３外気導入ダクト７ｃに配した第２ポンプ１３の下流側の部位に自動三方コック３５を配設し、第４排気ダクト６ｄに配した第１ポンプ１２の下流側の部位に自動三方コック３８を配設した構成になっている。そして、自動三方コック３５と自動三方コック３８とを連結ダクト３９によって連結している。

他の構成は、実施例１における構成と同様の構成になっており、実施例１で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、それらの部材に関する重複した説明を省略している。

自動三方コック３５、３８は、同一の構成を有しているので、図３を用いて自動三方コック３５の構成について説明する。図３に示すように、自動三方コック３５内には弁体３５ａが設けられており、弁体３５ａ内には略Ｔ字状の流路３６ａ、３６ｂが形成されている。流路３６ａは、第３外気導入ダクト７ｃを連通させる流路として形成されており、流路３６ｂは、流路３６ａから分岐して連結ダクト３９に対して選択的に連通する流路として形成されている。

図３（ａ）に示す弁体３５ａの回動位置では、図２に示すように第３外気導入ダクト７ｃを第２ポンプ１３と排出口７ｄとを連通させると共に、第２ポンプ１３に接続した第３外気導入ダクト７ｃを、流路３６ｂを介して連結ダクト３９に連通させることができる。

また、弁体３５ａを図３（ａ）に示した回動位置から流路３６ａの中心線を回転軸として、あるいは流路３６ｂの中心線と流路３６ａの中心線との交点をとおる紙面に垂直な軸を回転軸として１８０度回転させると、図３（ｂ）に示すように、第３外気導入ダクト７ｃを第２ポンプ１３と排出口７ｄとを連通させる状態を維持して、流路３６ｂと連結ダクト３９とを遮断する位置に回動させることができる。

流路３６ｂの流路径と流路３６ａの流路径とは同じ形状に形成した構成を示しているが、流路３６ｂの中心線と流路３６ａの中心線との交点をとおる紙面に垂直な軸を回転軸とした場合には、流路３６ｂの流路径を連結ダクト３９の流路径と同じあるいは狭い流路径に形成し、流路３６ａの流路径を第３外気導入ダクト７ｃの流路径よりも広く形成しておくこともできる。このように形成しておくことにより、弁体３５ａの回動量に応じて、連結ダクト３９に流出させる導入外気の流量を制御することができる。

自動三方コック３５の構成としては、図３（ｃ）に示す自動三方コック３５’の構成とすることもできる。図３（ｃ）では、自動三方コック３５’内に略Ｔ字状の流路３５’ａが形成されており、Ｔ字状の流路３５’ａの下流側には、それぞれ開閉量制御可能なダンパー３７ａ、３７ｂが配設されている。外部からの制御信号等により、各ダンパー３７ａ、３７ｂの開閉量を制御することで、自動三方コック３５’から第３外気導入ダクト７ｃや連結ダクト３９に流出させる導入外気の排出流量を制御することができる。

（作用）
このように構成されているので、自動三方コック３５を制御することで、第３外気導入ダクト７ｃや連結ダクト３９に流出させる導入外気の排出流量をそれぞれ制御することができる。

第４排気ダクト６ｄに設けた自動三方コック３８も自動三方コック３５、３５’と同様に構成されているので、連結ダクト３９に排出された導入外気の一部を熱交換器１１の下流側に配した第４排気ダクト６ｄに供給することができ、第４排気ダクト６ｄ内を流れる排気ガスに連結ダクト３９からの導入外気を混合させることができる。

また、第４排気ダクト６ｄ内を流れる排気ガスの圧力が、第３外気導入ダクト７ｃ内を流れる導入外気よりも高圧のときには、連結ダクト３９を介して、第４排気ダクト６ｄ内を流れる排気ガスの一部を導入外気に混入させることができ、混合ガスを排出口７ｄからハウス２の天井側に排出させることができる。

（効果）
従来から、ハウス内でガス系燃料（天然ガス、LPG、ガス改質燃料など）を燃焼させ、その排ガスをハウス内に導入することで、排ガスの排熱を利用する構成が用いられてきている。このように構成することで、省エネ効果を生むと同時に排ガスの二酸化炭素を有効に利用することができる。しかも、この方法を採用することによって、二酸化炭素の排出削減にもつながる。

ただ、単純に排ガスをハウス内に導入すると、不要に過剰な水蒸気がハウス内に導入されることになる。それを解決するために本発明では、ガス系燃料を燃焼させる加温機の外部に別途熱交換器を配し、燃焼排ガスに対してハウス内の空気を混合させたものと、ハウス外から導入した低温の外気との間で熱交換を行わせ、熱交換で温度が下がった排ガスから除湿を行うことができる構成になっている。

本発明の構成によって、加温機本体で生成される温風（加温機本体２２の熱交換温風）に加え、外部からの導入外気を排ガスとの間で熱交換することによって、性質の異なる２種類の空気を生成することができる。一つの種類の空気は、低温・低湿度の導入外気が熱交換によって高温・低湿度の「熱交換外気」となったものである。もう一つの種類の空気は、燃焼排ガスが低温の外気によって熱交換される際に一部が除湿された「熱交換後の排ガス」が生成されたものである。

このようにして、本発明では２種類の空気を生成することができるので、それぞれの特性を生かして利用することができる。特に実施例１の構成によって、次のような効果を奏することができる。

１）大量に生成される加温機本体からの温風（熱交換室２２から排出される温風）は、群落に導入される。
２）熱交換された排ガスは、導入外気との間で熱交換されることによって、一部除湿され、加温機本体からの温風に混合されて群落に導入することができ、加温機本体からの温風に対して熱的な付加を加えることができる。
３）一方、熱交換された導入外気は、低湿度・高温の状態となり、ハウス上層に放出される。この放出によって、２層のハウス内空気が形成され、ハウス上層に放出された導入外気における湿度によって、ハウス上層での結露を減少させることができる。その結果、結露による熱損失を減少させることができ、省エネにつなげることができる。

実施例２の構成を採用することによって、実施例１の奏する効果に加えて、更に、次のような効果を奏することができる。即ち、実施例２の構成では、実施例１における利用方法に加えて、熱交換した導入外気と熱交換した排ガスの使い方として、次の２通りの利用方法がある。

１）熱交換した導入外気と熱交換後の排ガスを混合し、すべてハウスの上層部に排出させることができる。

例えば、ハウス内をより除湿する必要がある場合には、ハウスに結露水を送り出す機能があれば、若干の熱損失を伴うものの、熱交換した導入外気と熱交換後の排ガスとの混合空気を、すべてハウスの上層部に排出することで、排出流量を増大させることができるのでかなり多くの除湿が可能である。

即ち、加湿を嫌い、適正な飽差を維持したい場合や、また群落や植物体、果実への結露を防ぐことが必要な場合には、この手法が効果的な手法になる。

２）熱交換した導入外気と熱交換後の排ガスを混合し、すべてを群落に送り出すことができる。

例えば、群落の温度を上昇させたい場合や、より高温を好む植物種がハウス内に植えられている場合には、この方法を用いることで、温度維持を優先させることができる。しかも、ハウス全体を加温するのではなく、群落を中心に昇温させることができる。

３）上述した利用方法に加えて、ハウスの大きさ、季節における気温や湿度の状態、群落の種類等に応じて、ハウスの上層部に排出する熱交換した導入外気と熱交換後の排ガスの混合割合を調整することができる。また、熱交換した導入外気と熱交換後の排ガスとの混合割合を適宜の割合に調整して、調整した上記混合ガスを加熱器本体で生成された温風に混合させることができる。

この出願は、２０１６年１０月２０日に出願された日本出願特願２０１６−２０６２００を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明の技術思想は、施設園芸用ハウス内の環境を統合的に調整するものとして適用することができる。

１・・・統合環境制御システム、２・・・ハウス、４・・・燃焼装置、５・・・燃焼室、６・・・排気ダクト、７・・・外気導入ダクト、８・・・空気導入ダクト、１０・・・第１熱交換器、１１・・・第２熱交換器、２１・・・熱交換室、３５，３５’、３８・・・自動三方コック、３９・・・連結ダクト、４０・・・植物、４０ｃ・・・葉、４２・・・気孔、４５・・・光合成、４９・・・太陽、５０・・・二酸化炭素、５１・・・蒸発、６１・・・燃焼装置、６２・・・二次熱交換器、６３・・・熱駆動冷凍機、６４・・・吸熱用熱交換器。

Claims

施設園芸用ハウス内に配設された、前記施設園芸用ハウス内の温度を設定温度に維持する燃焼装置と、
前記燃焼装置からの排気ガスを前記施設園芸用ハウス内に排出する排気ダクトと、
外気を前記施設園芸用ハウス内に導入する外気導入ダクトと、
前記排気ダクト内の前記排気ガスと前記外気導入ダクト内の導入外気との間で熱交換を行う熱交換器と、
を備え、
前記外気導入ダクトの排気口は、前記施設園芸用ハウス内で前記施設園芸用ハウスを構成するビニールシートの表面層に沿って設けられていることを特徴とする施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記熱交換器の上流側における合流地点で前記排気ダクトに連結し、前記施設園芸用ハウス内の空気を前記排気ガスに合流させる空気導入ダクトを備え、
前記合流地点の上流側における前記排気ダクト及び空気導入ダクトにそれぞれダンパーが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
第１ポンプは、前記熱交換器の下流側における前記排気ダクトに配設され、
第２ポンプは、前記熱交換器の下流側における前記外気導入ダクトに配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記熱交換器の下流側における前記外気導入ダクトに第１自動三方コックが設けられ、また、前記熱交換器の下流側における前記排気ダクトに第２自動三方コックが設けられ、
前記第１自動三方コックと前記第２自動切替コックとは、連結ダクトを介して連結され、
前記第１自動三方コックは、前記外気導入ダクトと前記連結ダクトとのそれぞれの接続開口量が調整可能に構成され、
前記第２自動三方コックは、前記排気ダクトと前記連結ダクトとのそれぞれの接続開口量を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記熱交換器は、水分を前記施設園芸用ハウス外に排出するドレンを有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記燃焼装置に供給する燃焼空気は、前記施設園芸用ハウス内の空気であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記燃焼装置は、燃焼状態の切替え制御が行われることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記燃焼状態の切替え制御は、前記施設園芸用ハウス内に設置した温度検出装置及び湿度検出装置からの検出信号に基づいて、前記設定温度における飽差が３〜６ｇ／ｍ^３を維持する切換え制御であることを特徴とする請求項７に記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システム。
前記請求項１乃至８に記載の施設園芸用ハウスの統合環境制御システムを用いたハウス加温方法であって、
施設園芸用ハウス内において、前記施設園芸用ハウス内の温度を設定温度に維持する燃焼装置から排出された排気ガスと前記施設園芸用ハウス外から導入した導入外気を熱交換器で熱交換し、前記熱交換器で除湿した前記排気ガスからの水分を前記施設園芸用ハウス外に排出するステップと、
前記熱交換器により前記導入外気を温めて生じた乾燥空気を、前記施設園芸用ハウス内で前記施設園芸用ハウスを構成するビニールシートの表面層に沿って供給するステップと、
前記熱交換器により除湿されて低温となった前記排気ガスの全量を前記施設園芸用ハウス内に供給するステップと、
を含んだことを特徴とするハウス加温方法。
前記熱交換器で行う熱交換が、前記排気ガスに前記施設園芸用ハウス内の空気を混合した混合ガスを用いた熱交換であることを特徴とする請求項９に記載のハウス加温方法。
前記熱交換器の下流側における前記外気導入ダクトに設けた前記第１自動三方コックと前記熱交換器の下流側における前記排気ダクトに設けた前記第２自動三方コックとを接続する連結ダクトを用いて、
前記第１三方コック及び前記第２三方コックにおけるそれぞれの接続開口量を制御することで、前記熱交換器で熱交換された導入外気の一部を前記排気ダクトから前記施設園芸用ハウス内に排出させるステップ、または前記熱交換器で熱交換された排気ガスの一部を前記外気導入ダクトから前記施設園芸用ハウスを構成するビニールシートの表面層に沿って排出するステップを含んだことを特徴とするハウス加温方法。
前記施設園芸用ハウス内の設定温度における飽差が３〜６ｇ／ｍ^３の範囲を維持するように、前記燃焼装置の燃焼状態の切替え制御を行うステップを含んでいることを特徴とする請求項９または１１に記載のハウス加温方法。