JP2019122271A - 農業用ハウス - Google Patents

Abstract

【課題】高い日射透過率を確保しながら、高い集熱効率にて天井部の熱を集熱することができる農業用ハウスを提供する。【解決手段】農業用ハウス１００は、天井部１０２に熱交換器３２を備える。熱交換器３２は、平板状に広がる板部、及び板部から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて千鳥状に配列された複数の突起部を有する、合成樹脂性の中空積層樹脂板と、突起部の頂面側に積層され、板部と対向して平板状に広がる金属板と、を備える。熱交換器３２は、流入部から中空部へ熱媒体を流入させ、金属板の熱で熱媒体を加熱し、高温となった熱媒体を流出部から流出させることにより、天井部１０２の熱を回収することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、農業用ハウスに関する。

従来、農業用ハウスとして特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された農業用ハウスは、天井部にパイプを張り巡らせることで構成された熱交換器を備えている。熱交換器は、貯留部から供給される熱媒体をパイプに流通させることによって天井部付近の熱を回収し、貯留部に戻している。これにより、貯留部に高温となった熱媒体が貯留される。

特開昭５３−１２２５４９号公報

上述のような農業用ハウスでは、栽培領域での作物の育成を促進するために、日射透過率が重要とされる。すなわち、作物に対する日射透過率を増加させることで、作物の収量を増加させることができる。従って、農業用ハウス内で最も高温となる天井部にて集熱を行う場合は、日射を遮ることを抑制できるようなコンパクトなサイズであり、且つ、集熱効率が高い熱交換器を採用することが求められていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高い日射透過率を確保しながら、高い集熱効率にて天井部の熱を集熱することができる農業用ハウスを提供することを目的とする。

本発明に係る農業用ハウスは、栽培領域の上側に天井部を有する農業用ハウスであって、天井部に熱交換器を備え、熱交換器は、平板状に広がる板部、及び板部から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて配列された複数の突起部を有する、合成樹脂性の中空積層樹脂板と、突起部の頂面側に積層され、板部と対向して平板状に広がる金属板と、板部、金属板、及び突起部間の隙間によって形成される中空部へ熱媒体を流入させる流入部と、中空部から流体を流出させる流出部と、を備える。

本発明に係る農業用ハウスは、天井部に熱交換器を備える。熱交換器は、平板状に広がる板部、及び板部から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて配列された複数の突起部を有する、合成樹脂性の中空積層樹脂板と、突起部の頂面側に積層され、板部と対向して平板状に広がる金属板と、を備える。この熱交換器には、板部、金属板、及び突起部間の隙間によって中空部が形成される。従って、熱交換器は、流入部から中空部へ熱媒体を流入させ、金属板の熱で熱媒体を加熱し、高温となった熱媒体を流出部から流出させることにより、天井部の熱を回収することができる。金属板は、熱伝導率の高い金属によって構成され、中空積層樹脂板は、金属板より熱伝導率の低い合成樹脂によって構成される。従って、金属板は、天井部から熱を受熱し易く、且つ、中空部を流れる熱媒体に熱を伝え易い。一方、中空積層樹脂板は、金属板で加熱された熱媒体の熱を板部及び突起部から逃がすことを抑制することができる。従って、熱交換器は、天井部の熱を熱媒体に伝え易く、且つ、加熱された熱媒体の熱を保温することができる。また、中空積層樹脂板は、板部から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて配列された複数の突起部を有する。このような構成によれば、熱媒体は、突起部にて分流し、隣の突起部で分流した流れと合流した状態で、突起部間の隙間を流れ込むことを繰り返す。また、熱媒体は、突起部間の隙間へ流れ込むときは徐々に狭くなる流路を通過し、突起部間の隙間から流れ出るときは徐々に広くなる流路を通過する状態となる。このような、二つの流れの変化の影響を受けることで、中空部内には熱媒体の流れの方向と速度が絶えず変化する乱流が形成される。この結果、中空部内では、金属板付近を流れる一部の熱媒体のみが当該金属板と接触するのではなく、乱流によって中空部内を流れる熱媒体の全体が金属板と接触することができる。このような熱交換器は、サイズをコンパクトにすることで日射を遮ることを抑制しつつも、高い集熱効率で集熱することができる。以上により、高い日射透過率を確保しながら、高い集熱効率にて天井部の熱を集熱することができる。

また、本発明に係る農業用ハウスにおいて、天井部には梁が設けられており、熱交換器は、梁の上側に設けられ、且つ、梁に沿って延びていてよい。熱交換器は、天井部において高温になり易い梁の付近にて熱を回収することができる。また、熱交換器が梁に沿って延びるため、熱交換器によって下方の栽培領域に形成される影は、梁によって形成される既存の影と広い範囲にわたって重なる。従って、熱交換器を設けることによって、栽培領域に梁以外の影が追加され得る場合であっても、当該影の増加量を抑制することができる。

また、本発明に係る農業用ハウスにおいて、天井部には、当該天井部と栽培領域との間を区切る天井カーテンが設けられており、天井カーテンは、開閉可能に梁に設けられていてよい。この場合、昼間の時間帯には、日射を遮らないように天井カーテンを開けておき、夜間の時間帯には、栽培領域の保温性を高めるために天井カーテンを閉めておくことができる。ここで、昼間の時間帯に天井カーテンを開けておくときには、当該天井カーテンを梁の付近で折り畳んでおくことができる。折り畳まれた天井カーテンの影響により、栽培領域に影が形成される。熱交換器は梁の上側に設けられているため、熱交換器によって形成される影を、天井カーテンによって形成される既存の影と重ねることができる。従って、熱交換器を設けることによって、栽培領域に梁及び天井カーテン以外の影が追加され得るが、当該影の増加量を抑制又は無くすことができる。

また、本発明に係る農業用ハウスは、熱交換器の起動を制御する制御部を更に備え、天井部には、当該天井部と栽培領域との間を区切る天井カーテンが設けられており、制御部は、天井カーテンを開くより早いタイミングで熱交換器を起動してよい。農業用ハウスに入り込む日射量が多くなる時間帯においては、日射を遮らないように天井カーテンを開けておき、夜間の時間帯には、栽培領域の保温性を高めるために天井カーテンを閉めておくことができる。ここで、天井カーテンが開かれる時間帯よりも早いタイミングで天井部の温度が栽培領域の温度よりも高くなる場合がある。従って、制御部は、当該天井カーテンを開くより早いタイミングで熱交換器を起動することで、より多くの熱を天井部から回収することができる。

本発明によれば、高い日射透過率を確保しながら、高い集熱効率にて天井部の熱を集熱することができる農業用ハウスを提供する。

本発明の実施形態に係る農業用ハウスの概略構成図である。 図１に示す農業用ハウスの概略側面図である。 図３（ａ）は熱交換器を上方から見た図であり、図３（ｂ）は熱交換器を短手方向から見た図である。 熱交換器を長手方向から見た図である。 図５（ａ）は、熱交換器の分解斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す熱交換器の斜視図である。 熱交換器の断面模式図である。 図７（ａ）は、中空積層樹脂板を上方から見た図であり、図７（ｂ）,（ｃ）は、熱媒体の流れを説明するための図である。 放熱器を側方から見た図である。 農業用ハウス内の温度と時刻との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る農業用ハウス１００の概略構成図である。図２は、図１に示す農業用ハウス１００の概略側面図である。図１及び図２は、農業用ハウスの内部の構造を示している。なお、本明細書においては、説明のためにＸＹ座標系を設定する。Ｘ軸方向は、水平方向における一方の方向を示し、Ｙ軸方向は、水平方向におけるＸ軸方向と直交する方向を示す。また、説明のために、図１における紙面右側をＸ軸方向における正側とし、紙面裏側をＹ軸方向における正側とする。

図１に示すように、農業用ハウス１００は、一定の断面形状を有してＹ軸方向に延びる建物である。農業用ハウス１００は、透光性ビニルやガラスで囲われた建物である。農業用ハウス１００は、複数の柱２１、複数の梁２２、複数の天井部材２３、及び連結部材２４，２６を備える。柱２１、梁２２、及び天井部材２３は、Ｙ軸方向に一定のピッチで設けられる。柱２１は、農業用ハウス１００のＸ軸方向の両側において地面Ｇから上下方向に延びる部材である。梁２２は、柱２１の上端側においてＸ軸方向へ延びる部材である。天井部材２３は、柱２１の上端側から農業用ハウス１００の中央へ向かって斜め上方へ延びる部材である。連結部材２４は、農業用ハウス１００の頂部にてＹ軸方向に延びており、天井部材２３同士を連結する部材である。連結部材２４は、Ｙ軸方向に延びており、柱２１、梁２２、及び天井部材２３を連結する部材である。各部材間には、農業用ハウス１００の外壁を構成するシート材が設けられる。シート材は、日光を透過させる透光性の材料（例えばビニルやガラス）によって構成される。

農業用ハウス１００は、栽培領域１０１と、天井部１０２と、を有する。栽培領域１０１は、作物を栽培するための領域である。栽培領域１０１は、地面Ｇから一定の高さの領域である。天井部１０２は、栽培領域１０１の上側の領域である。より詳細には、天井部１０２は、農業用ハウス１００の内部空間のうち、栽培領域１０１の上側であり、且つ、屋根（天井部材２３及び連結部材２４と、当該部材間に設けられるシート材によって構成される構造物）の下側に形成される空間である。天井部１０２には、梁２２及び天井部材２３が設けられる。天井部１０２には、当該天井部１０２と栽培領域１０１との間を区切る天井カーテン２７が設けられている。天井カーテン２７は、開閉可能に梁２２に設けられている。天井カーテン２７は、梁２２の下部の支持部２８で支持されている。図２（ａ）に示すように、天井カーテン２７は、天井を開放した状態では、折り畳まれた状態で保持される。これにより、Ｙ軸方向に隣り合う梁２２と梁２２との間の領域は、栽培領域１０１と天井部１０２とが上下方向に連通した状態となる。図２（ｂ）に示すように、天井カーテン２７は、天井が閉じられた状態では、Ｙ軸方向に延ばされた状態となる。これにより、Ｙ軸方向に隣り合う梁２２と梁２２との間の領域は、栽培領域１０１と天井部１０２とが天井カーテン２７によって遮られた状態となる。なお、天井カーテン２７は、一つの梁２２に対して、Ｙ軸方向の両側に設けられる。従って、一つの梁２２から、Ｙ軸方向の両側へ向かって天井カーテン２７が延びる構造となっている。ただし、一つの梁２２から、Ｙ軸方向の一方のみへ向かって天井カーテン２７が延びる構造であってもよい。また、天井カーテン２７は、天井部１０２のＹ軸方向の正側の端部から負側の端部まで一つの部材として延びていてよく、複数の部材として分割されていてもよい。

天井部１０２は、昼間などの日照時刻においては栽培領域１０１よりも高温となる。農業用ハウス１００は、天井部１０２の熱を回収し、当該熱を夜間に栽培領域１０１を暖めるために利用することができる。農業用ハウス１００は、貯留部３１、熱交換器３２、放熱器３３、制御部３４と、を備えている。また、農業用ハウス１００は、貯留部３１から熱交換器３２へ熱媒体を供給するラインＬ１と、熱交換器３２から排出された熱媒体を貯留部３１へ供給するラインＬ２と、貯留部３１から放熱器３３へ熱媒体を供給するラインＬ３と、放熱器３３から排出された熱媒体を貯留部３１へ供給するラインＬ４と、を備える。

なお、本実施形態では、農業用ハウス１００は、貯留部３１と接続された共通ラインＬ６と、三方弁３６から分岐して熱交換器３２へ接続された分岐ラインＬ７と、三方弁３６から分岐して放熱器３３へ接続された分岐ラインＬ８と、を備える。ラインＬ１は、共通ラインＬ６と分岐ラインＬ７との組み合わせによって構成される。ラインＬ３は、共通ラインＬ６と分岐ラインＬ８との組み合わせによって構成される。共通ラインＬ６には、貯留部３１の熱媒体を圧送するポンプ３７が設けられている。分岐ラインＬ７には、熱媒体の流量を調整する流量調整弁３８が設けられている。流量調整弁３８は、熱交換器３２に流入する熱媒体の量を調整することで、流量を規定することができる。ラインＬ４には、熱媒体の流量を調整する流量調整弁３９が設けられている。流量調整弁３８は、放熱器３３から貯留部３１へ戻される熱媒体の流量を調整することで、熱媒体の圧力を保持することができる。

貯留部３１は、熱媒体を貯留する槽である。貯留部３１は、栽培領域１０１内に配置されている。貯留部３１に貯留された熱媒体は、熱交換器３２の熱交換に用いられ、且つ、放熱器３３での熱の放出に用いられる。熱媒体として、例えば水、油、一般的な蓄熱材などが用いられてよい。蓄熱材として、特に、融点が３０℃前後の蓄熱材がよく、無機塩やノルマルパラフィンなどがよい。貯留部３１は、熱交換器３２で回収された熱を貯めておくために、保温性の高い槽によって構成されていてよい。貯留部３１は、例えば、発泡スチロール製の箱や、発泡スチロールや発泡ポリエチレンなどの容器によって構成されてよい。

熱交換器３２は、天井部１０２に設けられており、天井部１０２での熱を回収する。熱交換器３２は、天井部１０２の熱を受熱し、分岐ラインＬ７を介して貯留部３１から流入した熱媒体と熱交換する。これにより、熱交換器３２は、熱媒体を加熱することによって熱を回収する。熱交換器３２は、加熱された熱媒体をラインＬ２を介して貯留部３１へ流出させる。熱交換器３２は、Ｘ軸方向に沿って、複数（図１では４個）設けられている。また、複数の熱交換器３２は、ラインＬ９によって直列に接続されている。熱交換器３２は、梁２２の上側に設けられている。従って、複数の熱交換器３２は、梁２２が延びる方向、すなわちＸ軸方向に沿って所定の間隔を空けて設けられている。

熱交換器３２の列は、Ｙ軸方向に沿って複数設けられている。梁２２は、Ｙ軸方向に互いに間隔を空けて設けられているため、熱交換器３２の列も、Ｙ軸方向に互いに間隔を空けて設けられている（図２参照）。熱交換器３２の列のそれぞれに対して、ラインＬ１、ラインＬ２が並列に設けられている。なお、熱交換器３２のそれぞれに対してラインＬ１を分岐させる場合、ポンプ３７の出口で分岐させる。このとき、分岐後の熱媒体の流量をＱ１、Ｑ２、…Ｑｎとした場合、「Ｑ１〜Ｑｎの合計≦ポンプ吐出量」という関係が成り立つ（ポンプ吐出量は揚程で異なる）。なお、図１には、一列の熱交換器３２に対するラインのみが示されている。

次に、図３〜図７を参照して、熱交換器３２の詳細な構成について説明する。まず、熱交換器３２を外側から見た時の構造について、図３及び図４を参照して説明する。図３（ａ）は熱交換器３２を上方から見た図であり、図３（ｂ）は熱交換器３２を短手方向（Ｙ軸方向の正側）から見た図である。図４は、熱交換器３２を長手方向（Ｘ軸方向の負側）から見た図である。

図３及び図４に示すように、熱交換器３２は、長尺な長方形をなすパネル状の部材である。熱交換器３２は、上面３２ａと、下面３２ｂと、長手方向に延びる辺をなす縁部３２ｃ，３２ｄと、短手方向に延びる辺をなす縁部３２ｅ，３２ｆと、を有する。熱交換器３２の上面３２ａは上方を向くように配置される。熱交換器３２の下面３２ｂは下方を向くように配置される。熱交換器３２は、梁２２の上側に設けられ、且つ、梁２２に沿って延びている。梁２２はＸ軸方向に沿って延びているため、熱交換器３２は、その長手方向がＸ軸方向と一致するように配置される。すなわち、熱交換器３２の縁部３２ｃ，３２ｄがＸ軸方向に沿って延び、熱交換器３２の縁部３２ｅ，３２ｆがＹ軸方向に沿って延びる。なお、縁部３２ｃがＹ軸方向の負側に配置され、縁部３２ｄがＹ軸方向の正側に配置されるものとする。縁部３２ｅがＸ軸方向の負側に配置され、縁部３２ｆがＸ軸方向の正側に配置されるものとする。

熱交換器３２は、流入部４６と、流出部４７と、を備える。流入部４６は、熱交換器３２の内部へ熱媒体を流入させるための部分である。流出部４７は、熱交換器３２の内部から熱媒体を流出させるための部分である。流入部４６及び流出部４７は、熱交換器３２の上面３２ａに形成された開口部、及び当該開口部に接続された継手によって構成される。流入部４６及び流出部４７は、それぞれ長手方向における両端部側に形成されている。すなわち、流入部４６は、熱交換器３２の長手方向における一端側に設けられる。流出部４７は、熱交換器３２の長手方向における他端側に設けられる。具体的には、流入部４６は、フレーム４２から露出している上面３２ａのうち、Ｘ軸方向の正側の端部付近、すなわち縁部３２ｆ側の端部付近に設けられる。流出部４７は、フレーム４２から露出している上面３２ａのうち、Ｘ軸方向の負側の端部付近、すなわち縁部３２ｅ側の端部付近に設けられる。なお、流入部４６及び流出部４７の継手は、いずれもＸ軸方向の負側を向いている。

熱交換器３２は、フレーム４１及び固定具４２Ａ，４２Ｂによって梁２２に取り付けられている。フレーム４１は、矩形の枠状部材である。フレーム４１は、上面３２ａのうち、縁部３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ、３２ｆ付近の領域を覆う平板状の辺部４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆを有している（図３（ａ）参照）。すなわち、辺部４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆで取り囲まれる部分はＸ軸方向に沿って延びる長方形状の開口部となっている。当該開口部からは、熱交換器３２の上面３２ａが露出している。これにより、熱交換器３２は、上面３２ａで受熱することができる。辺部４１ｃ及び辺部４１ｄは、縁部３２ｃ，３２ｄよりも外側の位置に、下方へ向かって屈曲する屈曲部４３を有する（図４参照）。すなわち、太陽光を均一に受講するには平坦な平面が必要である。ここで、アルミ板と樹脂を接合した集・放熱板は各々の物質の伸び率が異なるため、貼り合わせ後変形（反る）する。これは，均一受光に有害であるため、熱交換器３２においては屈曲部４３を設けて板に曲がり難さを与え平坦な構成を確保している。このような平坦な構成により、熱交換器３２における局所的なエアー溜まりを防止することもできる。辺部４１ｅ，４１ｆは、縁部３２ｅ，３２ｆよりも外側へ向かって延びる延長部４４（図３（ａ）参照）を有している。延長部４４には、固定具４２Ａ，４２Ｂが固定されている。

図３（ｂ）に示すように、固定具４２Ａ，４２Ｂは、フレーム４１のＸ軸方向における両端部側に固定される。固定具４２Ａは、フレーム４１の辺部４１ｆの延長部４４に固定されている。固定具４２Ｂは、フレーム４１の辺部４１ｅの延長部４４に固定されている。また、固定具４２Ａ，４２Ｂは、フレーム４１から下方へ延びて梁２２に固定される。なお、固定具４２Ｂは、固定具４２Ａよりも梁２２から高い位置にてフレーム４１を支持する。従って、熱交換器３２は、縁部３２ｆよりも縁部３２ｅの方が高い位置に配置されるように、傾斜して配置される。ここでは、流出部４７が流入部４６よりも高い位置に配置されている。これにより、熱交換器３２の内部にエアーが溜まることを抑制することができる。例えば、熱交換器３２にエアーが存在する場合、熱媒体として水を熱交換器３２に流したときに、受熱板の温度を速やかに下げることが阻害される。従って、熱交換器３２を傾斜させてエアーを流出部４７から抜け易くすることで、熱交換の効率を向上できる。

図４に示すように、固定具４２Ｂは（及び固定具４２Ａも）、梁２２のＹ軸方向における中央位置と、熱交換器３２及びフレーム４１のＹ軸方向における中央位置と、が一致するように熱交換器３２を梁２２に固定する。熱交換器３２のＹ軸方向の寸法は、梁２２のＹ軸方向の寸法よりも大きい。従って、熱交換器３２のＹ軸方向における両側の縁部３２ｃ,３２ｄ及びフレーム４１の両端部は、梁２２のＹ軸方向における両端部よりも外側まではみ出している。熱交換器３２が梁２２よりもＹ軸方向の正側へはみ出す量と、Ｙ軸方向の負側へはみ出す量とは、同じとなる。一方、図２（ａ）に示すように、熱交換器３２のＹ軸方向の寸法は、折り畳んだ状態の天井カーテン２７のＹ軸方向の両側の先端部２７ａ,２７ｂ同士の間の寸法よりも小さい。従って、熱交換器３２のＹ軸方向における両側の縁部３２ｃ,３２ｄ及びフレーム４１の両端部は、天井カーテン２７よりもＹ軸方向における内側に配置される。

図４に示すように、固定具４２Ｂは、金具５１Ａ，５１Ｂで梁２２を挟み込むことによって構成されている。金具５１Ａ，５１ＢはＸ軸方向から見たときに左右対称な構成を有している。金具５１Ａは、長尺な板状部材を屈曲することによって構成されている。金具５１Ａ,５１Ｂは、挟持部５２と、立ち上がり部５３と、固定部５４と、を備える。なお、固定具４２Ａは、固定具４２Ｂと同趣旨の構成を有しているため、説明を省略する。なお、金具５１Ａ，５１Ｂの固定部５４を水平方向に対して傾斜させることで、上面３２ａを太陽方向（受熱量が最大の方向）に向けてよい。これにより、太陽熱の集熱効果を高めることができる。

挟持部５２は、梁２２を挟み込む部分である。挟持部５２は、梁２２の外形に対応する形状を有している。本実施形態では、梁２２は、矩形管状の構成を有している。金具５１Ａの挟持部５２は、梁２２の上面２２ａ、Ｙ軸方向の正側の側面２２ｃ、下面２２ｂと接触するような断面コ字状の形状を有している。金具５１Ｂの挟持部５２は、梁２２の上面２２ａ、Ｙ軸方向の負側の側面２２ｄ、下面２２ｂと接触するような断面コ字状の形状を有している。金具５１Ａの挟持部５２及び金具５１Ｂの挟持部５２は、互いに組み合わせられることで、梁２２の上面２２ａ、側面２２ｃ,２２ｄ、下面２２ｂを覆うように、当該梁２２に取り付けられる。なお、梁２２の断面形状は矩形管状に限定されず、円環状などの他の形状であってもよい。この場合、挟持部５２の形状は、梁２２の形状に対応した形状となる。

立ち上がり部５３は、挟持部５２の上端側の端部から上方へ向かって立ち上がる。なお、金具５１Ａ及び金具５１Ｂの立ち上がり部５３は、梁２２の上面２２ａのＹ軸方向における中央位置にて、互いに当接した状態で立ち上がる。金具５１Ａの固定部５４は、立ち上がり部５３の上側の端部からＹ軸方向の正側へ向かって広がっている。金具５１Ｂの固定部５４は、立ち上がり部５３の上側の端部からＹ軸方向の負側へ向かって広がっている。固定部５４は、フレーム４１の辺部４１ｅの延長部４４の下面に当接触する。当該状態で、延長部４４と固定部５４とがボルトによって締結されることで、固定部５４がフレーム４１に固定される。

次に、図５〜図７を参照して、熱交換器３２の内部構造について説明する。図５（ａ）は、熱交換器３２の分解斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す熱交換器３２の斜視図である。図６は、熱交換器３２の断面模式図である。図７（ａ）は、中空積層樹脂板１１を上方から見た図である。図７（ｂ）,（ｃ）は、熱媒体の流れを説明するための図である。

図５及び図６に示すように、熱交換器３２は、フラットパネル形状を有している。熱交換器３２は、中空積層樹脂板１１と、バックシート１２と、金属板１３と、を備える。金属板１３、中空積層樹脂板１１、及びバックシート１２は、上側からこの順序で積層されている。

中空積層樹脂板１１は、平板状に広がる板部１５、及び板部１５から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて千鳥状に配列された複数の突起部１１ａを有する。突起部１１ａは、板部１５から上方へ向かって突出する。本実施形態では、突起部１１ａは、中空円柱形状を有している。突起部１１ａは、板部１５から上方へ向かって立ち上がる周面１１ｃと、周面１１ｃの上端にて板部１５と平行に広がる頂面１１ｂと、を有する。なお、突起部１１ａは、中空に形成されているため、板部１５には突起部１１ａに対応する位置に開口１１ｄが形成される。なお、突起部１１ａの寸法関係などの詳細は、効果と共に後述する。

中空積層樹脂板１１の材料として、硬質ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂といった種々の合成樹脂を採用することができる。

ここで、突起部１１ａが千鳥状に配列された状態について図７（ａ）を参照して説明する。熱交換器３２内の熱媒体は、流入口１０ａから流出口１０ｂへ向かって流れる。すなわち、熱媒体は、熱交換器３２の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って流れる。ここで、中空積層樹脂板１１は、長手方向に沿って、複数列の突起部１１ａを有する。図７（ａ）に示す例では、熱交換器３２は、長手方向に沿って、基準線ＳＬ１を基準として一定のピッチで並ぶ突起部１１ａの列と、基準線ＳＬ２を基準線として一定のピッチで並ぶ突起部１１ａの列と、を交互に有している。基準線ＳＬ１と基準線ＳＬ２は、長手方向に当ピッチで設定されている。基準線ＳＬ１の列の突起部１１ａと、基準線ＳＬ２の列の突起部１１ａは、短手方向（Ｙ軸方向）において互いに半ピッチずれた位置に配置されている。なお、長手方向における突起部１１ａのピッチと、短手方向における突起部１１ａのピッチとは、同一である。ただし、両方向における突起部１１ａのピッチは同一でなくともよい。このように、図７（ａ）に示す突起部１１ａのパターンは、一列毎に半ピッチずれるようなパターンを有していたが、突起部１１ａは千鳥状に配置されていれば、どのようなパターンで配列されていてもよい。例えば、突起部１１ａは、一列毎に３分の１ピッチ、４分の１ピッチ、さらにそれより小さいピッチでずれていてもよい。また、一列毎にずれる量は必ずしも一定でなくともよく、熱交換器３２内でランダムにずれていてもよい。

バックシート１２は、中空積層樹脂板１１の突起部１１ａの開口１１ｄ側に、開口１１ｄを密閉するように積層されている。バックシート１２は、中空積層樹脂板１１の非突起部である板部１５と固着する。これにより、突起部１１ａの内部Ａに空気が密封される。中空積層樹脂板１１とバックシート１２とは、熱溶着されてもよく、接着剤で接着されてもよい。バックシート１２の材料として、中空積層樹脂板１１と同様のものが採用されてよい。

金属板１３は、中空積層樹脂板１１の突起部１１ａの頂面１１ｂ側に積層されている。金属板１３は、中空積層樹脂板１１の突起部１１ａの頂面１１ｂに固着されている。なお、中空積層樹脂板１１と金属板１３とは、熱溶着されてもよく、接着剤で接着されてもよい。

中空積層樹脂板１１と金属板１３とに挟まれた空間、すなわち、板部１５、金属板１３、及び突起部１１ａ間の隙間には、中空部Ｓが形成される。中空部Ｓは、熱媒体を流すための空間である。

また、図６に示すように、バックシート１２の外側には、カバーシート１４が設けられている。カバーシート１４の縁部と金属板１３の縁部とを接着して封止することで、中空部Ｓが封止される。なお、カバーシート１４を設けることに代えて、バックシート１２の縁部を金属板１３の縁部に密着させて、中空部Ｓを封止してもよい。

金属板１３は、例えば、厚さ０．８〜２．５ｍｍであってよい。また、金属板１３の材料は、アルミニウムであってよい。アルミニウムの金属板１３の外側の主表面１３ａには、耐腐食性を高めるために、アルマイト処理が施されてよい。なお、金属板１３はアルマイト処理されていなくともよく、この場合、反応物質の含まれていない水、又は温水の使用に対して有効である。金属板１３の材料としては、鉄、ステンレス、銅、その他の合金等が採用されてよい。

金属板１３には、図６及び図７（ａ）に示すように、突起部１１ａ間の中空部Ｓへ熱媒体を流入させる流入部４６の流入口１０ａと、中空部Ｓから熱媒体を流出させる流出部４７の流出口１０ｂと、が形成される。流入口１０ａ及び流出口１０ｂは、突起部１１ａ間にて開口している。なお、流入口１０ａ及び流出口１０ｂは、複数個ずつ設けられてよい。また、流入口１０ａと流出口１０ｂとは同数であるとよい。

上述のように構成されたフラットパネル型の熱交換器３２は、金属板１３以外の部分が合成樹脂で形成されているために軽量である。また、金属板１３の表面が平面であるため、金属板１３の表面を容易に洗浄することができる。なお、金属板１３の主表面１３ａは、上方を向くように配置される。従って、主表面１３ａは、受熱面として機能する。主表面１３ａは、図３に示す熱交換器３２の上面３２ａとなる。

次に、突起部１１ａについてより詳細に説明する。図７（ａ）に示す突起部１１ａの頂面１１ｂの直径Ａと、突起部１１ａ同士の最短距離Ｂとは、「Ａ＞Ｂ」の関係を満たしていてよい。また、後述の中空部Ｓと突起部１１ａとの合計容積に対する突起部１１ａの容積率は、７１〜９９％であってよい。このような条件とすることで、中空部Ｓを流れる熱媒体を効果的に乱流とすることができる。これにより、金属板１３の主表面の温度分布の一層の均一化を図ることができる。

また、突起部１１ａの頂面１１ｂの直径Ａと、突起部１１ａの高さ（すなわち、中空部Ｓの高さ）Ｈとは、「Ａ＞Ｈ」の関係を満たしてよい。これにより、突起部１１ａの傾斜により中空部Ｓが潰れる可能性を低減することができ、フラットパネルの形態を安定化させることができる。

また、突起部１１ａの高さは、３ｍｍ〜１００ｍｍとしてよい。突起部１１ａの高さＨが３ｍｍより低い場合、中空部Ｓを流れる流体の流動抵抗が大きくなってしまう。一方、突起部１１ａの高さＨが１００ｍｍよりも高い場合、中空部Ｓを流れる熱媒体の流量の増大により、中空積層樹脂板１１の突起部１１ａの頂面１１ｂと金属板１３との固着状態を維持するのに必要な要求耐圧が高くなってしまう。突起部１１ａの高さＨを１００ｍｍ以下とすることで、中空部Ｓを流れる熱媒体の圧力の増大を抑制し、中空部Ｓを構成する中空積層樹脂板１１と金属板１３との剥離を防止できる。

また、本実施形態では、突起部１１ａが中空円柱形状であったが、中空円錐台形であってもよい。例えば、頂面１１ｂ側の直径が開口１１ｄ側の直径よりも小さい中空円錐台形状としてよい。この場合、突起部１１ａの周面１１ｃが、中空円錐台形状の中心軸線（金属板１３の主表面１３ａの法線）に対して、０°〜２９°の傾斜角度を有していてよい。当該角度が２９°以下であれば、突起部１１ａの頂面１１ｂに、金属板１３との十分な接着面積を確保することができる。その結果、流体の圧力によって金属板１３が突起部１１ａの頂面１１ｂから剥離する可能性を低減できる。なお、突起部１１ａを中空円錐台形状とした場合も、突起部１１ａの頂部の直径Ａを突起部１１ａの頂部同士の最短距離Ｂよりも大きくしてよく、更に、突起部１１ａの容積率を７１％〜９９％としてよい。

なお、突起部１１ａを中空円錐台形状とした場合、突起部１１ａが傾斜する可能性を低減させることができる。また、突起部１１ａを中空円錐台形状とすれば、中空部Ｓを流れる熱媒体と、伝熱部材としての金属板１３との接触面積が増加するため、熱交換効率の向上を図ることができる。また、中空部Ｓを流れる熱媒体とバックシート１２との接触面積が減少するため、バックシート１２側への熱の移動を低減することができる。

図１及び図２に示すように、放熱器３３は、栽培領域１０１内にて、地面Ｇに設置されている。放熱器３３は、貯留部３１内に貯留された熱を利用して、栽培領域１０１内の空間に放熱する。放熱器３３は、熱交換器３２によって加熱された熱媒体を貯留部３１からラインＬ３を介して受け取る。放熱器３３は、高温の熱媒体を内部で流通させることで、栽培領域１０１内へ放熱する。放熱器３３は、放熱終了後、温度が下がった熱媒体をラインＬ４を介して貯留部３１へ戻す。なお、放熱器３３は、栽培領域１０１内に複数個設けられてよい。この場合、それぞれの放熱器３３に対して、ラインＬ３，Ｌ４が並列に設けられる。

放熱器３３は、熱交換器３２と同趣旨の構成（図５に示すような構成）を有するフラットパネル型の熱交換器によって構成される。すなわち、放熱器３３は、流入部に高温の熱媒体を流入させ、流出部から放熱後の低温の熱媒体を流出させる点以外は、熱交換器３２と同趣旨の構成を有する。この場合、放熱器３３の金属板の主表面３３ａは、熱交換器３２の受熱面である主表面１３ａに対応する面であり、放熱面として機能する。ただし、放熱器３３の構成は特に限定されるものではなく、熱交換器３２とは異なる構成を有する熱交換構造を採用してもよい。

図８は、放熱器３３を側方から見た図である。図８に示すように、放熱器３３は、地面Ｇから上方へ立ち上がると共に、水平方向における何れかの方向（ここではＹ軸方向）に延びるように設置される。このような配置により、放熱器３３が占有する栽培領域１０１の面積を低減することができ、且つ、容易に放熱器３３を設置できる。なお、複数枚の放熱器３３が互いに平行に対向するように並べられた状態で用いられてよい。放熱器３３の縁部は、フレーム７３で支持される。このとき、フレーム７３は、複数枚の放熱器３３を支持してよい。放熱器３３は、熱媒体を内部へ流入させる流入部７１と、放熱後の熱媒体を外部へ流出させる流出部７２と、を備える。流入部７１及び流出部７２は、放熱面である主表面３３ａに設けられる。

図１に示す制御部３４は、熱交換器３２及び放熱器３３の起動を制御する。制御部３４は、予め設定しておいた時刻に、ＯＮ／ＯＦＦの切替を行うタイムスイッチを備えていてよい。制御部３４は、ポンプ３７及び三方弁３６に電気的に接続されている。制御部３４は、ポンプ３７を運転させると共に、三方弁３６を分岐ラインＬ７へ切り替えることで、熱交換器３２を起動することができる。このとき、放熱器３３は停止する。制御部３４は、ポンプ３７を運転させると共に、三方弁３６を分岐ラインＬ８へ切り替えることで、放熱器３３を起動することができる。このとき熱交換器３２は停止する。制御部３４は、予め設定した時間に三方弁３６を切り替えることで、熱交換器３２の起動及び放熱器３３の停止と、放熱器３３の起動及び熱交換器３２の停止と、を切り替えてよい。また、熱交換器３２は、ポンプ３７を停止することで、熱交換器３２及び放熱器３３の両方を停止してよい。更に、制御部３４は、天井カーテン２７の開閉を切り替えることができる。なお、制御部３４は、温度計や日照計などの検出信号に基づいて、各構成要素のＯＮ／ＯＦＦを切り替える構成を有していてもよい。

次に、図２及び図９を参照して、制御部３４の各構成要素の起動と停止のタイミングについて説明する。図９は、農業用ハウス１００内の温度と時刻との関係を示すグラフである。図９のグラフＴ１は、天井部１０２の温度を示し、グラフＴ２は、栽培領域１０１の温度を示す。また、時刻ｔ３〜ｔ４の間は昼間の時間帯を示しており、時刻ｔ３より前は朝方の時間帯を示しており、ｔ４より後は夕方〜夜の時間帯を示している。なお、図９の温度変化は模式的なものであり、時間帯も季節によって変動がある。

図９に示すように、昼間の時間帯は、日光が天井から差し込むことにより、栽培領域１０１よりも天井部１０２の温度が高くなる。従って、制御部３４は、昼間の時間帯は、図２（ａ）に示すように、天井カーテン２７を折り畳むことで天井部１０２を開けた状態とし、熱交換器３２を運転させた状態とする。これにより、熱交換器３２は、熱を回収してラインＬ１から供給される冷水を加熱し、ラインＬ２を介して貯留部３１へ戻す。また、天井部１０２と栽培領域１０１とが連通しているため、農業用ハウス１００内の熱がハウス内で上昇することにより、天井部１０２の熱交換器３２で熱を回収し易くなる。一方、昼間以外の時間帯は、気温が低下し、且つ、日光の入射も無いため、天井部１０２の温度が低くなる。従って、制御部３４は、昼間以外の時間帯は、図２（ｂ）に示すように、天井カーテン２７を延ばすことで天井部１０２を栽培領域１０１から遮断した状態とし、放熱器３３を運転させた状態とする。これにより、放熱器３３は、ラインＬ３を介して貯留部３１から供給された温水の熱を放出して、栽培領域１０１を暖め、冷水をラインＬ４を介して貯留部３１へ戻す。これにより、栽培領域１０１の温度が所定の温度Ｔ３以上に保たれる。また、天井部１０２が栽培領域１０１と遮断されているため、栽培領域１０１内の熱が天井部１０２に逃げることを防止できる。

制御部３４は、時刻ｔ３に天井カーテン２７を開き（天井部１０２を開放）、時刻ｔ４に天井カーテンを閉じてよい（天井部１０２を遮断）。一方、制御部３４は、時刻ｔ３よりも早い時刻である時刻ｔ１に熱交換器３２を起動してよい。ただし、天井カーテン２７の開閉タイミングや、熱交換器３２及び放熱器３３の起動タイミングは、特に限定されるものではない。例えば、天井部１０２の温度が時刻ｔ１よりも立ち上がる時刻ｔ２のタイミングにて、熱交換器３２を起動してもよい。

次に、本実施形態に係る農業用ハウス１００の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る農業用ハウス１００は、天井部１０２に熱交換器３２を備える。熱交換器３２は、平板状に広がる板部１５、及び板部１５から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて千鳥状に配列された複数の突起部１１ａを有する、合成樹脂性の中空積層樹脂板１１と、突起部１１ａの頂面１１ｂ側に積層され、板部１５と対向して平板状に広がる金属板１３と、を備える。この熱交換器３２には、板部１５、金属板１３、及び突起部１１ａ間の隙間によって中空部Ｓが形成される。従って、熱交換器３２は、流入部４６から中空部Ｓへ熱媒体を流入させ、金属板１３の熱で熱媒体を加熱し、高温となった熱媒体を流出部４７から流出させることにより、天井部１０２の熱を回収することができる。金属板１３は、熱伝導率の高い金属によって構成され、中空積層樹脂板１１は、金属板１３より熱伝導率の低い合成樹脂によって構成される。従って、金属板１３は、天井部１０２から熱を受熱し易く、且つ、中空部Ｓを流れる熱媒体に熱を伝え易い。一方、中空積層樹脂板１１は、金属板１３で加熱された熱媒体の熱を板部１５及び突起部１１ａから逃がすことを抑制することができる。従って、熱交換器３２は、天井部１０２の熱を熱媒体に伝え易く、且つ、加熱された熱媒体の熱を保温することができる。例えば、アルミニウムの熱伝導率は、約２４０（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）であり，鉄の約８０（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）に比べて４倍大きい。従って、金属板１３の材料としてアルミニウムを採用することで、熱を熱媒体に伝え易くなる。なお、アルミニウム板は熱伝導率が高いと同時に質量も鉄などより小さいため、熱容量が小さく日射の変化への速応性が良い。また、中空積層樹脂板の熱伝導率として約０．２（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）とすることができ、熱伝導性を低くして断熱性を高めることができる。

また、中空積層樹脂板１１は、板部１５から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて千鳥状に配列された複数の突起部１１ａを有する。このような構成によれば、図７（ｂ）に示すように、熱媒体は、突起部１１ａにて分流し（「Ｆ１」で示す流れ）、隣の突起部１１ａで分流した流れと合流した状態（「Ｆ２」で示す流れ）で、突起部１１ａ間の隙間を流れ込むことを繰り返す。また、図７（ｃ）に示すように、熱媒体は、突起部１１ａ間の隙間へ流れ込むときは徐々に狭くなる流路を通過し（「Ｆ３」で示す流れ）、突起部１１ａ間の隙間から流れ出るときは徐々に広くなる流路を通過する状態（「Ｆ４」で示す流れ）となる。このような、二つの流れの変化の影響を受けることで、中空部Ｓ内には熱媒体の流れの方向と速度が絶えず変化する乱流が形成される。この結果、中空部Ｓ内では、金属板１３付近を流れる一部の熱媒体のみが当該金属板と接触するのではなく、乱流によって中空部Ｓ内を流れる熱媒体の全体が金属板１３と接触することができる。

このような熱交換器３２は、サイズをコンパクトにすることで日射を遮ることを抑制しつつも、高い集熱効率で集熱することができる。例えば、経験的にトマト等の作物に対する日射透過率が１％増加すると、収量も１％増加することが知られている。このように、農業用ハウス１００では、栽培領域１０１での作物の育成を促進するために、日射透過率が重要とされるが、本実施形態に係る熱交換器３２を採用することで、日射透過率を高めることで、作物の栽培を促進できる。更に、熱交換器３２を軽量にすることができるので、農業用ハウス１００の構造に与える影響を抑制することもできる。以上により、高い日射透過率を確保しながら、高い集熱効率にて天井部１０２の熱を集熱することができる。

また、農業用ハウス１００において、天井部１０２には梁２２が設けられており、熱交換器３２は、梁２２の上側に設けられ、且つ、梁２２に沿って延びていてよい。熱交換器３２は、天井部１０２において高温になり易い梁２２の付近にて熱を回収することができる。ここで、栽培領域１０１にはなるべく日光を入射させて作物の育成を促進することが好ましいため、天井部１０２の構造物による影をなるべく低減することが求められる。これに対し、熱交換器３２が梁２２に沿って延びるため、熱交換器３２によって下方の栽培領域１０１に形成される影は、梁２２によって形成される既存の影と広い範囲にわたって重なる。従って、熱交換器３２を設けることによって、栽培領域１０１に梁２２以外の影が追加され得る場合であっても、当該影の増加量を抑制することができる。

また、農業用ハウス１００において、天井部１０２には、当該天井部１０２と栽培領域１０１との間を区切る天井カーテン２７が設けられており、天井カーテン２７は、開閉可能に梁２２に設けられていてよい。この場合、昼間の時間帯には、日射を遮らないように天井カーテン２７を開けておき、夜間の時間帯には、栽培領域１０１の保温性を高めるために天井カーテン２７を閉めておくことができる。ここで、昼間の時間帯に天井カーテン２７を開けておくときには、当該天井カーテン２７を梁２２の付近で折り畳んでおくことができる。この場合、折り畳まれた天井カーテン２７の影響により、栽培領域１０１に影が形成される。熱交換器３２は梁２２の上側に設けられているため、熱交換器３２によって形成される影を、天井カーテン２７によって形成される既存の影と重ねることができる。従って、熱交換器３２を設けることによって、栽培領域１０１に梁２２及び天井カーテン２７以外の影が追加され得る場合であっても、当該影の増加量を抑制又は無くすことができる。例えば、熱交換器３２の短手方向の寸法が、折り畳まれた天井カーテン２７と梁２２のＹ軸方向における寸法より小さい場合（すなわち、図２（ａ）に示す状態）、熱交換器３２の影を完全に天井カーテン２７及び梁２２の影の範囲に収めることができる。

また、農業用ハウス１００は、熱交換器３２の起動を制御する制御部３４を更に備え、天井部１０２には、当該天井部１０２と栽培領域１０１との間を区切る天井カーテン２７が設けられており、制御部３４は、天井カーテン２７を開くより早いタイミングで熱交換器３２を起動してよい。農業用ハウス１００に入り込む日射量が多くなる時間帯においては、日射を遮らないように天井カーテン２７を開けておき、夜間の時間帯には、栽培領域１０１の保温性を高めるために天井カーテン２７を閉めておくことができる。ここで、天井カーテン２７が開かれる時間帯よりも早いタイミングで天井部１０２の温度が栽培領域１０１の温度よりも高くなる場合がある。従って、制御部３４は、当該天井カーテン２７を開くより早いタイミングで熱交換器３２を起動することで、より多くの熱を天井部１０２から回収することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

熱交換器３２の形状は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、熱交換器３２は、梁２２に沿って延びた形状でなくともよく、正方形、円形などのあらゆる形状であってよい。

また、熱交換器３２の設置構造も、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、熱交換器３２を固定するための金具は、上述の実施形態に限定されるものではなく、梁２２に固定できるかぎり、あらゆる構造を採用してよい。また、熱交換器３２は、梁２２に対して左右対称に設けられなくともよく、いずれかの方向に傾いた状態で取り付けられてよい。また、熱交換器３２は梁２２に設けられなくともよく、天井から吊材などで吊り下げる構造であってもよい。

また、農業用ハウスは、栽培領域と天井部を有するものであれば、図１及び図２に示すような構成に限定されない。すなわち、農業用ハウスの柱や梁等の骨組み構造は、適宜変更してもよい。また、農業用ハウスの全体形状をＹ軸方向から見たときに、アーチ状の建屋としてもよい。この場合、アーチ状の建屋の上部が天井部として構成される。

また、中空積層樹脂板の突起部は、厚さ方向から見て円形の形状を有していたが、形状は特に限定されない。例えば、突起部は、厚さ方向からみて、楕円状、長円状、紡錘状などの形状を有していてよく、外周側へ凸となるような曲面を有するような形状であればよい。

また、上述の実施形態では、突起部１１ａが千鳥状に配列されていたが、突起部１１ａの配列は特に限定されず、千鳥状の配列となっていなくともよい。すなわち、突起部１１ａは、互いに隙間を空けるような配列になっていればよい。例えば、千鳥配列に対して直角方向の配置が直線状の配置となることで、千鳥配列と直線配列が組み合わされたような配列となっていてもよい。すなわち、流入口１０ａから流入した熱媒体は、最初は全周へ放射状に流れるため、流体の運動方向を考慮すると、図７（ｃ）に示すような狭まり流路と広がり流路を通過し、図７（ｂ）に示すような分流と合流をおこない、当該流れを繰り返すような挙動を行う。従って、当該変形例に係る配列であっても、上述の図７（ａ）のような配列と同様な効果を得ることができる。

１１…中空積層樹脂板、１１ａ…突起部、１３…金属板、１５…板部、２２…梁、２７…天井カーテン、３２…熱交換器、３４…制御部、１００…農業用ハウス、１０１…栽培領域、１０２…天井部。

Claims (4)

1. 栽培領域の上側に天井部を有する農業用ハウスであって、
   前記天井部に熱交換器を備え、
   前記熱交換器は、
   平板状に広がる板部、及び前記板部から中空状に突出すると共に互いに隙間を空けて配列された複数の突起部を有する、合成樹脂性の中空積層樹脂板と、
   前記突起部の頂面側に積層され、前記板部と対向して平板状に広がる金属板と、
   前記板部、前記金属板、及び前記突起部間の前記隙間によって形成される中空部へ熱媒体を流入させる流入部と、
   前記中空部から前記流体を流出させる流出部と、を備える、農業用ハウス。
2. 前記天井部には梁が設けられており、
   前記熱交換器は、前記梁の上側に設けられ、且つ、前記梁に沿って延びている、請求項１に記載の農業用ハウス。
3. 前記天井部には、当該天井部と前記栽培領域との間を区切る天井カーテンが設けられており、
   前記天井カーテンは、開閉可能に前記梁に設けられている、請求項２に記載の農業用ハウス。
4. 前記熱交換器の起動を制御する制御部を更に備え、
   前記天井部には、当該天井部と前記栽培領域との間を区切る天井カーテンが設けられており、
   前記制御部は、前記天井カーテンを開くより早いタイミングで前記熱交換器を起動する、請求項１〜３の何れか一項に記載の農業用ハウス。

Images