JP4864016B2

JP4864016B2 - 作物栽培用ハウスの暖房装置

Info

Publication number: JP4864016B2
Application number: JP2008006340A
Authority: JP
Inventors: 力宮崎; 英司鈴木
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: JP2009165396A

Description

本発明は、野菜や果実等の作物を栽培するハウスの地中に埋設された放熱パイプに温水を循環させることにより、ハウス内を暖房する作物栽培用ハウスの暖房装置に関する。

従来、この種の暖房装置としては、例えば特許文献１に開示されている。この暖房装置（加熱装置）は、例えば地中に埋設される通気性を有するパイプ（放熱パイプ）と、この放熱パイプ内に挿入された線状発熱体と、この線状発熱体に通電する通電装置等を備え、通電装置から線状発熱体に通電することで線状発熱体を介して放熱パイプ内に循環される水を加熱して温水とし、この温水の熱によってハウス内の土の温度を所定温度に維持するようにしたものである。
特開２００５−２６１３８７号公報

しかしながら、このような暖房装置にあっては、放熱パイプに挿入された線状発熱体に通電することで放熱パイプ内を循環する水を加熱して温水とするため、水（温水）が循環する放熱パイプ内に挿入される線状発熱体の径等の大きさに自ずと限度があり、線状発熱体に対する水の接触面積を大きくすることが難しく、水の加熱効率を十分に高めることが困難であると共に、電力の使用量を抑えることが難しく省エネや維持コストの面でも好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、誘導加熱により放熱パイプ内に循環供給される水を加熱できて、ハウス内の暖房効率を十分に高めることができると共に、電力の使用量を低減させて省エネや維持コストの面でも優れた作物栽培用ハウスの暖房装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、地中に埋設された放熱パイプに温水を循環することにより作物栽培用ハウス内を暖房する暖房装置であって、筺体内に、磁性体からなり内部に給水源から水が供給される加熱管と、銅パイプからなり前記加熱管の周囲に配置された加熱コイルと、商用電源に接続可能で前記加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータと、該トランジスタインバータを制御する制御装置と、を有する誘導加熱手段を配置し、前記加熱管に給水電磁弁を有する給水配管と復路電磁弁を有する循環復路配管及び往路電磁弁を有する循環往路配管と排水電磁弁を有する排水配管とを接続し、前記循環復路配管と循環往路配管の少なくとも一方に循環ポンプを接続して、前記制御装置の制御信号により、前記誘導加熱手段で前記加熱管内の水を加熱して温水とし、該温水を前記復路電磁弁と往路電磁弁を開にし前記循環ポンプを作動させて前記放熱パイプに循環供給すると共に、前記制御装置の制御信号により、前記復路電磁弁と往路電磁弁を閉にし前記排水電磁弁を開くことにより加熱管内の水を外部に排水可能で、かつ前記給水電磁弁を開にすると共に前記各電磁弁を制御して加熱管と放熱パイプ内に清掃用の水を供給可能に構成したことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記加熱コイルが、円筒状の加熱管の周囲に巻回状態で配置されるか、あるいは螺旋状に巻回された加熱管の周囲に巻回状態で配置されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記制御装置が、ハウス内の所定位置に配置した温度センサの検知温度に基づいて、前記トランジスタインバータの作動を制御することを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記放熱パイプの所定位置に、前記制御装置で制御される補助加熱コイルを有する補助加熱手段が配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、ハウス内の地中に埋設された放熱パイプ内に循環供給される水が、筺体内に配置された誘導加熱手段により加熱されて温水となるため、加熱効率に優れた誘導加熱を利用して放熱パイプ内に循環供給される水を加熱でき、作物栽培用ハウス内の暖房効率を十分に高めることができると共に、電力の使用量を低減させて省エネや維持コストの面でも優れた暖房装置を得ることができる。

また、誘導加熱手段が、磁性体からなる加熱管の周囲に配置された加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータと、このトランジスタインバータを制御する制御装置とを備えるため、制御装置でトランジスタインバータをきめ細かに制御することにより、消費電力を抑えることができて一層の省エネ化が図れると共に維持コストの一層の低減化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、加熱コイルが、円筒状の加熱管の周囲に巻回状態で配置されるかあるいは螺旋状に巻回された加熱管の周囲に巻回状態で配置されるため、加熱管を加熱コイルで効率的に加熱して所定温度の温水とすることができ、暖房装置の省エネ化等をより一層向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、制御装置が、ハウス内の所定位置に配置した温度センサの検知温度に基づいてトランジスタインバータの作動を制御するため、ハウス内の各部の温度でトランジスタインバターを制御できて、ハウス内の温度バラツキ等を抑えて安定した温度に維持することができる。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３に記載の発明の効果に加え、放熱パイプの所定位置に制御装置で制御される補助加熱コイルを有する補助加熱手段が配置されているため、補助加熱手段でハウス内の所定位置の放熱パイプを加熱できて、面積の大きなハウスであっても、ハウス内の暖房効果の低下を抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明に係わる暖房装置の一実施形態を示し、図１がその概略構成図、図２がハウスへの設置状態の説明図、図３が暖房装置の変形例を示す図、図４が設置状態の変形例を示す図である。

図１において、暖房装置１は、筺体２内に配置された誘導加熱手段３を有し、この誘導加熱手段３は、加熱コイル５を有する加熱管４とトランジスタインバータ６及び制御装置７等で構成されている。前記加熱管４は、鉄、銅、ステンレス等の磁性金属材により円筒形状に形成され、その上下の開口部には上部ヘッダ８と下部ヘッダ９が一体的に配置されている。なお、例えば上部ヘッダ８の上面には蓋体８ａが着脱可能に配置され、この蓋体８ａを取外すことにより、加熱管４内部の清掃や点検等が可能に構成されている。

また、加熱管４の外周には、前記加熱コイル５が配置されている。この加熱コイル５は、外周面が絶縁処理等により絶縁材３９で被覆された銅パイプ３９（図３参照）を所定回数巻回することにより形成されて、銅パイプの両端部が後述するトランジスタインバータ６に接続されるようになっている。なお、加熱コイル５は、その内面側にセラミック等の非磁性体等の絶縁材により所定の間隙を有して加熱管４の外周面外側に配置されており、加熱管４の加熱時の熱が加熱コイル５に直接伝熱されないようになっている。

そして、この加熱管４の上部ヘッダ８には、給水配管１０と循環復路配管１１が接続され、下部ヘッダ９には、循環往路配管１２と排水配管１３が接続されている。前記給水配管１０は、上部ヘッダ８の給水口と筺体２の給水口２ａとの間に接続され、その配管１０の途中には給水電磁弁１４と水量計１５が接続され、筺体２の給水口２ａが水道配管、タンク等の給水源１６に接続されている。また、前記循環復路配管１１は、上部ヘッダ８の戻り口と筺体２の戻り口２ｂとの間に接続され、その途中には復路電磁弁１７が接続されている。

また、前記循環往路配管１２は、下部ヘッダ９の供給口と筺体２の循環口２ｃとの間に接続され、その途中には往路電磁弁１８と循環ポンプ１９が接続されている。なお、この循環ポンプ１９は循環往路配管１２に配置する構成に限らず、循環復路配管１１に配置したり、両配管１１、１２に配置することも可能である。さらに、前記加熱管４に接続される排水配管１３は、下部ヘッダ９の底壁に設けた排水口と筺体２の排水口２ｄとの間に接続され、その途中には排水電磁弁２０が接続されている。また、加熱管４の上部ヘッダ８には、加熱管４内部の水の水位を検知する水位センサ２１が配置され、また、下部ヘッダ９には、加熱管４内の水の温度を検知する水温センサ２２が配置されている。

前記トランジスタインバータ６は、例えばＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの商用電源２３に接続され、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子をフルブリッジに接続したインバータ回路を有して、所定周波数の高周波電流を前記加熱コイル５に供給するようになっている。また、このトランジスタインバータ５には、冷却水電磁弁２５を有する冷却水配管２６を介して前記給水源１６に接続された冷却水供給部２４が一体的に配設され、この冷却水供給部２４から、加熱コイル５の銅パイプ内に冷却水が循環供給されて、加熱コイル５の通電時の発熱が抑えられるようになっている。なお、冷却水供給部２４は、トランジスタインバータ６に一体的に配置される構成に限らず、別体で筺体２内に配置することも可能である。

前記制御装置７は、マイコンやシーケンサ等の制御部を有し、その出力側には前記各種電磁弁１４、１７、１８、２０、２５が接続されると共に、その入力側には前記センサ２１、２２が接続されている。また、制御装置７の入力側には、筺体２に配置された端子板２７が接続され、この端子板２７には、後述するハウスＨ（図２参照）内に配置される複数の温度センサ２８が接続されている。また、制御装置７には、暖房装置１の運転状態を設定する操作スイッチ等の入力部や、ハウスＨ内の温度等を表示する液晶表示器等を有して筺体２に配置された操作盤２９が接続されている。

このように構成された暖房装置１は、図２に示すようにして設置される。すなわち、暖房装置１の筺体２の給水口２ａに適宜の配管で給水源１６を接続すると共に、筺体２の循環口２ｃに放熱パイプ３０の一方の端部を接続し、筺体２の戻り口２ｂに放熱パイプ３０の他方の端部を接続する。この時、放熱パイプ３０としては例えば１本の直列状に接続された樹脂製パイプが使用され、両端部を除きハウスＨ内の地中Ｅに所定深さ埋設状態で配置される。また、ハウスＨ内の地中Ｅの所定位置もしくは地上の所定位置等には前記温度センサ２８が配置され、この温度センサ２８は、前記端子板２７に図示しない電線により接続されている。

次に、このような設置状態における暖房装置１の動作の一例について説明する。先ず、暖房装置１に電源を投入し、操作盤２９の入力部によりハウスＨ内の設定温度等を入力設定すると、制御装置７の制御信号で給水電磁弁１４が開となって加熱管４内に水が供給され、この水が水位センサ２１で検知されて加熱管４内が所定水量になると、制御装置７の制御信号によりトランジスタインバータ６が作動して、加熱コイル５に高周波電流が供給される。加熱コイル５に高周波電流が供給されると、加熱管４に渦電流が誘起されて誘導加熱され該加熱管４が瞬時に赤熱状態となり、この加熱により加熱管４内部の水が加熱されて所定温度の温水となる。

加熱管４内の水が所定温度の温水となりこれを水温センサ２２が検知すると、制御装置７の制御信号で往路電磁弁１８と復路電磁弁１７が共に開となり、加熱管４内の温水が循環往路配管１２を介してハウスＨ内の放熱パイプ３０内に供給される。なお、この放熱パイプ３０への温水の供給時に、加熱管４内には給水配管１０を介して水が連続的に供給されており、この水が加熱管４内で加熱されつつ循環往路配管１２を介して放熱パイプ３０に供給され続けることになる。

そして、放熱パイプ３０内に所定量の温水が供給されたら、すなわち、給水配管１０に接続した水量計１５が放熱パイプ３０の全容量に対応した値になったら、給水電磁弁１４を閉にして加熱管４内への給水を停止させる。これにより、加熱管４で加熱された温水の、該加熱管を介して放熱パイプ３０内への流通（循環）が可能となり、この放熱パイプ３０内を循環する温水により、ハウスＨ内の地中Ｅが加熱（すなわちハウスＨ内が暖房）され、このハウスＨ内で野菜や果実等の作物が栽培されることになる。

そして、この温水の循環によってハウスＨ内の温度が予め設定した設定温度に維持され、このとき、検知されるハウスＨ内の温度に基づき、制御装置７の制御信号により例えばトランジスタインバータ６がオン・オフして、放熱パイプ３０内の温水が所定温度に維持されるようになっている。

つまり、ハウスＨ内の温度が設定温度より低くなった場合は、トランジスタインバータ６をオンさせて加熱管４内の温水を加熱し、ハウスＨ内の温度が設定温度より高くなった場合は、トランジスタインバータ６をオフさせて加熱管４内の温水の加熱を中止する。なお、制御装置７によりトランジスタインバータ５のオン・オフは、ハウスＨ内に配置された複数の温度センサ２８の検知温度に基づき全ての検知位置での温度が略均一になるように制御されるが、その際、予めハウスＨの面積等に応じて求めたセンサ位置と温度等の換算表に基づいて行われることが好ましい。

このような温度制御の元でハウスＨ内で作物が栽培されて、これらが収穫されて次の作物を栽培する間で暖房装置１を清掃したり点検する場合は、次のようにして行う、すなわち、トランジスタインバータ６を停止させた状態で、制御装置７の制御信号により、復路電磁弁１７と往路電磁弁１８を閉にして、加熱管４と放熱パイプ３０の流路の接続を遮断し、排水電磁弁２０を開いて排水配管１３を開放させて、加熱管４内の水をハウスＨ外部の排水路等に排水する。

このとき、給水電磁弁１４を開にして加熱管４内に水道水を供給することにより、加熱管４を清掃することができる。また、加熱管４のみでなく放熱パイプ３０内を清掃する場合は、給水電磁弁１４，復路電磁弁１７と往路電磁弁１８を開にして加熱管４内に水を供給しつつ、循環ポンプ１９を作動させて加熱管４内の水を循環往路配管１１や循環復路配管１２及び放熱パイプ３０内に流すことにより行うことができる。

このように、上記実施形態の暖房装置１においては、ハウスＨ内の地中Ｅに埋設された放熱パイプ３０内に循環供給される水が、加熱管４に配置された加熱コイル５とトランジスタインバータ６及び制御装置７等からなる誘導加熱手段３によって加熱されて温水となるため、加熱効率に優れた誘導加熱を利用して加熱した温水を放熱パイプ３０内に循環させることができて、ハウスＨ内の暖房効率を十分に高めることができる。

また、加熱コイル５が、円筒状の加熱管３の周囲に巻回状態で配置されているため、加熱管４を加熱コイル５で効率的に加熱して所定温度の温水とすることができ、暖房装置１の省エネ化等をより一層向上させることができると共に、ハウスＨ内の温度が、制御装置７によるトランジスタインバータ６のオン・オフ制御によって行われるため、ハウスＨ内の温度バラツキ等を抑えて安定した温度に維持することができる。

これらにより、ハウスＨ内の暖房効率を向上させつつ、暖房装置１で消費される電力の使用量を低減させて省エネや維持コストの面でも優れた暖房装置１を得ることができる。特に、近年石油の高騰により、従来から使用されている重油ボイラの維持コストが大幅に嵩み、ハウス農家の経営に大きな悪影響を与えているのが実情であることから、重油ボイラから電気を使用した暖房装置１への変換により、暖房装置１に係わる燃料代（電気代）を削減することができる。また同時に、重油ボイラに比較してその安全性が高くかつ操作が容易な誘導加熱を利用しているため、信頼性が向上して長期の安定した使用が可能になったりメンテナンス作業自体が容易となってメンテナンスコストを低減できる等、ハウス農家の経営に好適な暖房装置１を提供することができる。

また、誘導加熱手段３に小型に形成可能なトランジスタインバータ６が使用されているため、暖房装置１自体の小型化を図ることができると共に、半導体スイッチング素子の使用により、その消費電力を従来の通電による加熱に比較して低減させることができて、省エネ化をより一層向上させることができ、時代の要望に一層マッチした暖房装置１の提供が可能となる。

ところで、上記実施形態の暖房装置１によれば、円筒形状の加熱管４の外周に加熱コイル５を巻回状態で配置し、この加熱コイル５で加熱管４を誘導加熱したが、例えば図３に示すように、加熱管３２を螺旋形状に形成し、この加熱管３２の外側に巻回状態の加熱コイル３３を配置する構成としても良い。この例の場合、加熱管３２の一端に接続される例えば循環復路配管１１に切替弁３４を配置して、この切替弁３４の一方の入り口に給水配管１０を接続すれば良い。この構成によれば、筺体２の大きさに対して加熱管３２の長さをより長くして水との接触時間を長くできて、水の加熱効率を一層高めることが可能となる。

また、上記実施形態において、ハウスＨの面積が広くて放熱パイプ３０の全長が長く暖房装置１の設置位置から所定の距離がある場合には、図４に示すように、放熱パイプ３０の暖房装置１から離れた位置に、補助加熱手段３５を配置するようにしても良い。この補助加熱手段３５は、図４に示すように、例えば樹脂製の放熱パイプ３０の一部に磁性体からなる加熱パイプ３６を接続し、この加熱パイプ３６の外周面外側に補助加熱コイル３７を嵌挿状態で配置することにより構成される。

そして、補助加熱コイル３７を前記トランジスタインバータ６に接続し、補助加熱コイル３７への高周波電流の供給により加熱パイプ３６を誘導加熱して、該パイプ３６内の温水を加温する。この場合、暖房装置１と補助加熱コイル３７の位置が離れていることから、伝達ロスの少ない高周波ケーブル等により補助加熱コイル３７とトランジスタインバータ６が接続されるが、加熱パイプ３６が冷水ではなく温水を加熱することから、補助加熱コイル３７に供給される電力は比較的小さい値で良いことになる。

また、この例では、補助加熱手段３５として補助加熱コイル３７を配置したが、例えば小型のトランジスタインバータを一体として配置して、前述した伝達ロスの低下を一層抑制することも可能である。この例によれば、ハウスＨの大きさに係わらず、ハウスＨ内の各部の温度をより均一に維持することができる。

なお、上記実施形態においては、放熱パイプ３０が１本の直列状態で地中Ｅに埋設されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ハウスＨ内をブロック分けして、各ブロック毎に温水が循環できる構成を採用することもでき、その際、各ブロックに対応してトランジスタインバータ６をそれぞれ配置し、これらを制御装置７で制御する構成とすることもできる。また、上記実施形態における、暖房装置１自体の構成や誘導加熱手段３の全体あるいは加熱コイルの構成、その制御方法等も一例であって、例えば加熱コイルを図３の二点鎖線で示すように、複数の加熱コイル３３ａ〜３３ｃに分割した構成として、各コイル３３ａ〜３３ｃに別々のトランジスタインバータを接続して、個別に制御可能に構成する等、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。

本発明は、野菜や果実等の作物栽培用ハウスに限らず、放熱パイプを有して土を加熱する全ての暖房装置にも適用できる。

本発明に係わる暖房装置の一実施形態を示す概略構成図同その設置状態の説明図同加熱手段の変形例を示す図同設置状態の変形例を示す図

符号の説明

１・・・暖房装置、２・・・筺体、３・・・誘導加熱手段、４・・・加熱管、５・・・加熱コイル、６・・・トランジスタインバータ、７・・・制御装置、１０・・・給水配管、１１・・・循環復路配管、１２・・・循環往路配管、１３・・・排水配管、１５・・・水量計、１９・・・循環ポンプ、２４・・・冷却水供給部、３０・・・放熱パイプ、３２・・・加熱管、３３・・・加熱コイル、３５・・・補助加熱手段、３７・・・補助加熱コイル、Ｈ・・・ハウス、Ｅ・・・地中。

Claims

地中に埋設された放熱パイプに温水を循環することにより作物栽培用ハウス内を暖房する暖房装置であって、
筺体内に、磁性体からなり内部に給水源から水が供給される加熱管と、銅パイプからなり前記加熱管の周囲に配置された加熱コイルと、商用電源に接続可能で前記加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータと、該トランジスタインバータを制御する制御装置と、を有する誘導加熱手段を配置し、
前記加熱管に給水電磁弁を有する給水配管と復路電磁弁を有する循環復路配管及び往路電磁弁を有する循環往路配管と排水電磁弁を有する排水配管とを接続し、前記循環復路配管と循環往路配管の少なくとも一方に循環ポンプを接続して、前記制御装置の制御信号により、前記誘導加熱手段で前記加熱管内の水を加熱して温水とし、該温水を前記復路電磁弁と往路電磁弁を開にし前記循環ポンプを作動させて前記放熱パイプに循環供給すると共に、前記制御装置の制御信号により、前記復路電磁弁と往路電磁弁を閉にし前記排水電磁弁を開くことにより加熱管内の水を外部に排水可能で、かつ前記給水電磁弁を開にすると共に前記各電磁弁を制御して加熱管と放熱パイプ内に清掃用の水を供給可能に構成したことを特徴とする作物栽培用ハウスの暖房装置。
前記加熱コイルは、円筒状の加熱管の周囲に巻回状態で配置されるか、あるいは螺旋状に巻回された加熱管の周囲に巻回状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の作物栽培用ハウスの暖房装置。
前記制御装置は、ハウス内の所定位置に配置した温度センサの検知温度に基づいて、前記トランジスタインバータの作動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の作物栽培用ハウスの暖房装置。
前記放熱パイプの所定位置に、前記制御装置で制御される補助加熱コイルを有する補助加熱手段が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の作物栽培用ハウスの暖房装置。