JP2020074758A - 園芸用施設の除湿システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、光合成が行われる昼間においては、夜間に除湿をして低湿度のままであると気孔が開かず光合成が促進されないため、逆に加湿を行うことが必要となっている。
例えば、加温においては、省エネを目的として、園芸用施設内における加温時の設定温度を超える上昇分を低減させる燃焼方式(特許文献1)や、熱媒循環のためのポンプから発生する熱を熱源とした加温装置(特許文献2)等が開発されている。また、除湿においては、圧縮機、熱交換器などを備えた空調システムおよび除湿システム(特許文献3〜5)や、塩化リチウムなどの吸湿性塩を利用した調湿装置(特許文献6)や吸着式冷凍機(特許文献7)を用いた空調システム等が開発されている。
また、本発明は、光合成が行われて二酸化炭素が減少している園芸用施設内に、園芸用施設内よりも二酸化炭素濃度の高い園芸用施設外の空気を送りこむことにより、園芸用施設内の二酸化炭素飢餓を同時に解消することをもう1つの目的とするものである。
[1]水蒸気を吸着して発熱する吸着剤を用い、該吸着剤に、園芸用施設内の高湿度な空気を送り込み、該吸着剤により除湿されると同時に吸着時の発熱により加温された空気を、園芸用施設内に送り込むことを特徴とする園芸用施設の除湿システム。
[2]前記の除湿されると同時に加温された空気を、外気と熱交換して冷却した後、園芸用施設内に送り込むことを特徴とする[1]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[3]前記の水蒸気を吸着した吸着剤を再生する際、園芸用施設外の空気を前記吸着剤に送り込んで該吸着剤の再生を行った後、該空気を園芸用施設内に送り込むことで、加湿と同時に、園芸用施設外の空気と同等の濃度の二酸化炭素を園芸用施設内に供給するようにしたことを特徴とする[1]または[2]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[4]前記園芸用施設外の空気を、前記吸着剤に送り込む前に加熱することを特徴とする[3]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[5]前記の水蒸気を吸着した吸着剤を再生する際、園芸用施設外の空気よりも園芸用施設内の空気の相対湿度が低い場合、該園芸用施設内の空気を前記吸着剤に送り込んで該吸着剤の再生を行った後、該空気を園芸用施設内に送り込むことを特徴とする[1]または[2]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[6]前記園芸用施内の空気を、前記吸着剤に送り込む前に加熱することを特徴とする[5]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[7]前記の水蒸気を吸着した吸着剤を再生する際、園芸用施設内の絶対湿度を下げたい場合には、前記吸着剤の再生を行った後の空気を、前記園芸用施設内に送り込むことに代えて、園芸用施設外に送り出すことを特徴とする[3]〜[6]のいずれかに記載の園芸施設用除湿システム。
[8]前記吸着剤として、非晶質アルミニウムケイ酸塩、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性層状粘土鉱物との複合体、及び非晶質アルミニウムケイ酸塩の粉体又は造粒体に吸湿性の塩を担持させたものから選ばれる少なくとも1種を用いることを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の園芸施設用除湿システム。
[9]水蒸気を吸着して除湿および発熱する吸着剤を充填した吸着塔と、
園芸用施設内の空気を前記吸着塔に導入する第1の手段と、
園芸用施設外の空気を前記吸着塔に導入する第2の手段と、
園芸用施設外又は園芸用施設内の空気を、加熱手段を介して前記吸着塔に導入する第3の手段と
前記第1の手段、前記第2の手段、及び第3の手段のいずれか1つに切り換える手段と、
前記吸着塔から排出される空気を園芸用施設内に導入する第4の手段と、
を少なくとも備えることを特徴とする園芸用施設の除湿システム。
[10]前記第3の手段及び前記第3の手段に切り換える手段に代えて、前記加熱手段として、オン/オフ切り換え機能を備えた加熱手段を用いることを特徴とする[9]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[11]前記吸着塔から排出される空気を、熱交換器を介して園芸用施設内に導入する第5の手段、及び該第5の手段と前記第4の手段を切り換える手段を備えることを特徴とする[9]又は[10]に記載の園芸用施設の除湿システム。
[12]前記吸着塔から排出される空気を園芸用施設外に排出する第6の手段、及び該第6の手段と前記第4の手段又は第5の手段を切り換える手段を備えることを特徴とする[9]〜[11]のいずれかに記載の園芸用施設の除湿システム。
[13]前記吸着剤が、非晶質アルミニウムケイ酸塩、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性層状粘土鉱物との複合体、及び非晶質アルミニウムケイ酸塩の粉体又は造粒体に吸湿性の塩を担持させたものから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする[9]〜[12]のいずれかに記載の園芸用施設の除湿システム。
また、本発明においては、吸着塔と園芸用施設内の間に熱交換器を備えておくことにより、昼間に吸着剤の再生をする際に園芸用施設内の温度の上昇を避けたい場合には、吸着剤により除湿されると同時に加温された空気を、外気と熱交換して冷却した後に、園芸用施設内に供給することもできる。
このように、本発明は、除湿においてはヒートポンプなどを用いず、また加温については燃焼や電気による発熱を利用せず、主にファンによる送風のみにて容易に園芸用施設内の温度及び湿度を管理することが可能であるため、イニシャルコストの低減と、電力使用量の低減を可能とするシステムを供給することができる。
また、該図に示す装置においては、前記吸着塔から排出される空気を園芸施設内に導入する第4の経路(手段)を有しており、該経路の途中にファンを設置することで、前記の園芸用施設内の空気を、或いは前記園芸用施設外の空気を、前記吸着塔を介して、園芸用施設内に供給することを可能にしている。
この水蒸気を吸着した吸着剤の再生の際に、園芸用施設外の空気を取り込むか、園芸用施設内の空気を取り込むかは、優先させる項目によって異なり、除湿効率およびランニングコストを重視する際には、より相対湿度の低い空気を取り込み、また二酸化炭素濃度を上げたい場合には園芸用施設外の空気を取り込むことが求められる。また、吸着剤の再生の際に、園芸用施設外の空気あるいは園芸用施設内の空気のいずれを取り込むのかは、朝から昼は園芸用施設外、昼から夕方は園芸用施設内、など状況によって変えることが可能である。
図2に示す実施形態においても、前記吸着塔から排出される空気を園芸施設内に導入する経路(手段)を有しており、該経路の途中にファンを設置することで、前記の園芸用施設内の空気を、或いは前記園芸用施設外の空気を、前記吸着塔を介して、園芸用施設内に供給することを可能にしている。
以下、これらの図を用いて、順に詳しく説明する。
本発明の園芸用施設内への除湿システムにおいて、用いる吸着剤は、水蒸気を吸着して発熱する吸着剤であれば、特に限定されないが、吸着剤として水蒸気吸脱着量が多く、様々な湿度条件に対応するために幅広い湿度帯で吸着できる吸着剤であることが望ましい。
そのような吸着剤としては、例えば、非晶質アルミニウムケイ酸塩(特開2008−179533号公報参照)、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性層状粘土鉱物との複合体(国際公開第2009/084632号参照)、非晶質アルミニウムケイ酸塩の粉体に吸湿性の塩を担持させたもの(特願2017−201958号参照)、及び非晶質アルミニウムケイ酸塩の造粒体に吸湿性の塩を担持させたもの(特開2016−215126号公報参照)などが挙げられる。なかでも、非晶質アルミニウムケイ酸塩の粉体又は造粒体に吸湿性の塩を担持させた吸着剤は、高湿度領域における水蒸気吸着量が非常に多いことから、本発明の園芸用施設内への熱供給システム及び熱供給装置に適しているといえるものである。
シリカゲルB型やアルミナゲルなどの吸着剤でも除湿は可能であるが、除湿と加温の両方を加味すると、幅広い湿度帯で吸着できる吸着剤であることが望ましい。
図1〜図4に図示するシステムにおいて、夜間の園芸用施設内の高湿度な空気をファンによって第1の経路(手段)から取り入れ、吸着塔へ導入させる。吸着塔において、高湿度な空気は、吸着塔に充填された吸着剤に吸着され、除湿されるともに加温される。吸着塔によって加温及び除湿が同時にされた空気は、ファンが設置されている第4の経路(手段)から園芸用施設内へと供給される。
このように、本発明の園芸用施設内への除湿システムにおいては、加温のための発熱機や、除湿のためのヒートポンプなどを用いることなく、主にファンによる送風のみで、容易に園芸用施設内の温度及び湿度を管理することが可能となる。
園芸用施設内の温度を上げたくないときには、前記の第4の経路(手段)を、熱交換器を介して園芸用施設内に導入する第5の経路(手段)に切り換えることにより、吸着塔によって加温及び除湿が同時にされた空気は、ファンが設置されている第5の経路(手段)から一旦園芸用施設外に出て、外気と熱交換を行い外気とほぼ同じ温度まで冷却した後、園芸用施設内へと供給することができる。
図1〜4に図示するシステムにおいて、吸着剤の再生の際に二酸化炭素の供給を行いときには、昼間の園芸用施設外の低湿度な空気をファンによって第2の経路(手段)から取り入れ、吸着塔へ導入させる。吸着塔においては、導入された低湿度な空気によって、吸着塔に充填された吸着剤から水蒸気が放出され、吸着剤は再生される。吸着剤から放出された水蒸気によって加湿された空気は、ファンが設置されている第4の経路(手段)から園芸用施設内へと供給される。このとき第2の経路(手段)から園芸用施設外の空気を導入することにより、光合成により園芸用施設外の空気よりも二酸化炭素濃度が低くなっている園芸用施設内へ、園芸用施設外の空気と同等な濃度の二酸化炭素が供給される。
また、園芸用施設外の空気よりも園芸用施設内の空気の相対湿度が低い場合には、園芸用施設内の低湿度な空気をファンによって第1の経路(手段)から、吸着塔へ導入させる。吸着塔においては、導入された低湿度な空気によって、吸着塔に充填された吸着剤から水蒸気が放出され、吸着剤は再生され、吸着剤から放出された水蒸気によって加湿された空気は、ファンが設置されている第4の経路(手段)から園芸用施設内へと供給される。
また、該システムにおいて、前記「第1の経路(手段)あるいは第2の経路(手段)より導入された空気を切り換える手段」に代えて、図2に示すように、前記加熱装置として、オン/オフ切り換え機能を備えた加熱装置を用い、園芸用施設外又は園芸用施設内の空気を加熱してから吸着剤の再生に用いる際には、該加熱装置をオンに切り替えるようにしてもよい。
1月19日9時から15時まで再生を行っており、この間の外気(除湿塔入口)の相対湿度は9時の61%RHから徐々に下がり13時30分から15時においては27〜30%RH、除湿塔の出口の相対湿度は9時の41%RHから徐々に上がり15時には49%RHとなっている。この間においては除湿塔の出口の相対湿度が除湿塔の入口の相対湿度よりも高く。また除湿塔出口の温度が除湿塔入口の温度より3〜6℃程度低く、再生が行われていることを示している。
一方で1月19日21時から1月20日7時まで除湿を行っており、この間のハウス内(除湿塔入口)の相対湿度は80〜98%RHと高い値を示しているが、除湿塔出口の相対湿度は35〜52%RHと、この間においては除湿塔の出口の相対湿度が除湿塔の入口の相対湿度よりも低い。また除湿塔出口の温度が除湿塔入口の温度より8〜10℃程度高く、除湿と加温が行われていることを示している。
4月22日9時から18時まで再生を行っており、この間の除湿塔入口の相対湿度は15〜20%RHでほぼ一定の値を示し、除湿塔の出口の相対湿度は9時〜15時30分においては相対湿度45%〜50RHを示しているが、15時30分から徐々に下がり18時には20%RHとなっている。この間においては除湿塔の出口の相対湿度が除湿塔の入口の相対湿度よりも高く、再生が行われていることを示している。
一方で4月22日20時から4月23日8時まで除湿を行っており、この間のハウス内(除湿塔入口)の相対湿度は20時は10%RHの値を示すが、その後相対湿度は徐々に上がり4月23日8時の時点では45%RHの値を示しており、この間においては除湿塔の出口の相対湿度が除湿塔の入口の相対湿度よりも低い。また除湿塔入口と除湿塔出口の温度差は、初期は20℃と大きく徐々に温度差は小さくなり最後は5℃程度の上昇となっていた。
Claims (13)
- 水蒸気を吸着して発熱する吸着剤を用い、該吸着剤に、園芸用施設内の高湿度な空気を送り込み、該吸着剤により除湿されると同時に吸着時の発熱により加温された空気を、園芸用施設内に送り込むことを特徴とする園芸用施設の除湿システム。
- 前記の除湿されると同時に加温された空気を、外気と熱交換して冷却した後、園芸用施設内に送り込むことを特徴とする請求項1に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記の水蒸気を吸着した吸着剤を再生する際、園芸用施設外の空気を前記吸着剤に送り込んで該吸着剤の再生を行った後、該空気を園芸用施設内に送り込むことで、加湿と同時に、園芸用施設外の空気と同等の濃度の二酸化炭素を園芸用施設内に供給するようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記園芸用施設外の空気を、前記吸着剤に送り込む前に加熱することを特徴とする請求項3に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記の水蒸気を吸着した吸着剤を再生する際、園芸用施設外の空気よりも園芸用施設内の空気の相対湿度が低い場合、該園芸用施設内の空気を前記吸着剤に送り込んで該吸着剤の再生を行った後、該空気を園芸用施設内に送り込むことを特徴とする請求項1又は2に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記園芸用施内の空気を、前記吸着剤に送り込む前に加熱することを特徴とする請求項5に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記の水蒸気を吸着した吸着剤を再生する際に、園芸用施設内の絶対湿度を下げたい場合には、前記吸着剤の再生を行った後の空気を、前記園芸用施設内に送り込むことに代えて、園芸用施設外に送り出すことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の園芸施設用除湿システム。
- 前記吸着剤として、非晶質アルミニウムケイ酸塩、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性層状粘土鉱物との複合体、及び非晶質アルミニウムケイ酸塩の粉体又は造粒体に吸湿性の塩を担持させたものから選ばれる少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の園芸施設用除湿システム。
- 水蒸気を吸着して除湿および発熱する吸着剤を充填した吸着塔と、
園芸用施設内の空気を前記吸着塔に導入する第1の手段と、
園芸用施設外の空気を前記吸着塔に導入する第2の手段と、
園芸用施設外又は園芸用施設内の空気を、加熱手段を介して前記吸着塔に導入する第3の手段と
前記第1の手段、前記第2の手段、及び第3の手段のいずれか1つに切り換える手段と、
前記吸着塔から排出される空気を園芸用施設内に導入する第4の手段と、
を少なくとも備えることを特徴とする園芸用施設の除湿システム。 - 前記第3の手段及び前記第3の手段に切り換える手段に代えて、前記加熱手段として、オン/オフ切り換え機能を備えた加熱手段を用いることを特徴とする請求項9に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記吸着塔から排出される空気を、熱交換器を介して園芸用施設内に導入する第5の手段、及び該第5の手段と前記第4の手段を切り換える手段を備えることを特徴とする請求項9又は10に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記吸着塔から排出される空気を園芸用施設外に排出する第6の手段、及び該第6の手段と前記第4の手段又は前記第5の手段を切り換える手段を備えることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の園芸用施設の除湿システム。
- 前記吸着剤が、非晶質アルミニウムケイ酸塩、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性層状粘土鉱物との複合体、及び非晶質アルミニウムケイ酸塩の粉体又は造粒体に吸湿性の塩を担持させたものから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の園芸用施設の除湿システム。
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