JP5325076B2 - 温室用空気調和装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光エネルギーを利用して、消費電力を低減できると共に、天候に左右されず全シーズン安定した空調が可能な温室用空気調和装置及びその運転方法に関する。

従来、温室や植物工場の空気調和手段として、冷房用に蒸気圧縮式冷凍装置を使用したり、暖房用に蒸気圧縮式ヒートポンプ装置や、重油ボイラ又は燃焼式温風発生器等を使用している。また、除湿用に水分吸着剤や吸収液等を使用している。温室の空調では、特に、湿度が高くなると、作業員にとって不快であるばかりでなく、カビや細菌の発生を助長する。また、土に含まれる水分が過剰となって、植物の生育にとって好ましくない影響が生じる。

また、温室や植物工場の空調には、冷房装置や暖房装置を長時間使用するため、多大の電力を消費する。そのため、今まで、冷暖房性能を高めたり、除湿効率を向上したり、あるいはできるだけ自然エネルギーを利用してランニングコストを削減することを目的とした空調手段が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、温室に外気を導入する経路中に、除湿器や、冷却用熱交換器及び加湿器を上流側から順に配置した温室用冷房装置が開示されている。前記加湿器では、導入外気を加湿すると共に、付加した湿分が蒸発し導入外気から蒸発潜熱を奪うことで、導入外気をさらに冷却している。

特許文献２には、温室を備えた植物工場の空調設備が開示されている。この空調設備は、特に、密閉式人口光利用型植物工場の生育用の電気照明電力及び年間冷房用の空調用電力費を低減することを目的としている。この空調設備は、蓄冷熱槽内の水を夜間電力で冷却して蓄冷し、その冷水を空調機に導入している。該空調機には、冷水と空気とを直接熱交換する充填層が設けられている。

特許文献３には、ビニールハウスの暖房性能を向上させて、成績係数（ＣＯＰ）を向上させる暖房方法が開示されている。この暖房方法は、温室内をヒートポンプ式冷暖房機により冷房又は暖房すると共に、該ヒートポンプ式冷暖房機の圧縮機及び室外熱交換器が収納された室外機によって発生する冷気又は暖気をビニールハウスの空調に利用することにより、ＣＯＰを向上させるようにしている。

特許文献４には、多湿となる温室の環境を改善するため、吸収液を利用した吸収式除湿装置を備えて、除湿効率を向上させた温室用空調システムが開示されている。
特許文献５には、太陽光を利用する温室の制御方法であって、太陽光を遮光する遮光カーテン装置と、室内を保温する保温カーテン装置と、空気を排気する天窓装置及び換気装置と、冷房装置及び暖房装置とを少なくとも一つ備えている。これらの装置を自然条件に対応させて互いに補完するように作動させることにより、太陽光エネルギーを最大限に利用して、省エネを図るようにしている。

特許文献６には、植物工場の省エネを図るため、植物の近傍のみを空調するようにした局所空調装置が開示されている。

実開昭６２−６８５５９号明細書及び図面 特開２０００−９３０１０号公報 特開２００８−１１６１７８号公報 特開２００５−３３４３５号公報 特開平８−１０３１７３号公報 特開平５−２９２８４５号公報

このように、温室等の植物工場では、植物の生育環境を維持するために、冷房、除湿及び暖房等の空気調和機器が使用されている。空気調和機器は、電力等のエネルギーを大量に消費するため、さらなる省エネが求められている。
また、特許文献５には、太陽光エネルギーを最大限に利用して、省エネを図る空調システムが開示されているが、太陽光エネルギーの利用可否は、天候に左右されてしまう。そのため、不安定な天候に左右されない安定した空調システムが求められている。

そこで、本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、太陽光エネルギーを利用して、冷房、除湿及び暖房を行なう植物工場等温室用の空調装置において、天候に左右されずに安定した空調が可能であると共に、消費電力量を低減できるようにした空調装置を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の温室用空気調和装置は、
太陽熱を温熱源とし、温室内に温度及び湿度を調整した外気を供給して温室の空調を行なう温室の空気調和装置において、
外気調整エリア及び外気調整エリアに並設された再生エリアを有する外気調整室と、吸湿剤を内包する回転板を備え、該回転板が該外気調整エリア及び再生エリアに跨るように配置された除湿ロータと、
蒸発器が外気調整エリアで除湿ロータの上流側又は下流側に配置されると共に、凝縮器が再生エリアで除湿ロータの上流側に配置された蒸気圧縮式ヒートポンプ装置と、
太陽熱集熱装置と、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機と、該吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、外気調整エリアで除湿ロータの下流側又は上流側に配置され、太陽熱集熱装置、吸着式冷凍機、吸収式冷凍機又は冷却塔から選択的に温水又は冷水が供給される熱交換器と、を備え、
外気調整エリアで温度及び湿度を調整した外気を温室に供給するように構成したものである。

本発明装置では、温室に供給される外気に対して、除湿が必要な場合は、除湿ロータを稼動させて外気の除湿を行なう。吸湿剤を使用した除湿ロータは、低温でも除湿性能が低下しないので、冬場でも除湿性能を維持できる。除湿ロータの円板に内包される吸湿剤は、高分子吸着剤が使用できるが、その他に、ゼオライト系、シリカゲル系又は活性炭系の吸湿剤も使用可能である。
外気調整エリアでは、除湿ロータの上流側又は下流側には、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器又は前記熱交換器が配置される。該蒸発器又は熱交換器は、どちらが除湿ロータの上流側又は下流側に配置されてもよい。

冷房運転時には、外気は、除湿ロータで除湿される前に、除湿ロータの上流側に配置された蒸発器又は熱交換器によって予冷される。これによって、外気の冷却除湿が可能になると共に、外気の相対湿度が増大するので、除湿ロータの除湿効果を向上できる。また、この予冷によって、外気温度がある程度変動しても、除湿ロータに供給される外気の温度及び湿度が一定となるので、外気変動の影響を受けにくくすることができる。
除湿ロータによる除湿時に、外気は湿分吸着時に吸湿剤から発生した吸着熱により加温されるので、除湿ロータの下流側に配置された熱交換器又は蒸発器によって冷却する。こうして、外気調整エリアで除湿調温された外気を温室に供給する。

除湿ロータに吸着された湿分を、再生エリアに導入され蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で加熱された外気で除湿ロータを加熱することにより、除湿ロータから離脱させる。これによって、除湿ロータを再生し、除湿性能を維持する。
暖房運転時には、熱交換器に太陽熱集熱装置で製造した温水を供給し、該熱交換器で外気を加温するようにする。太陽熱集熱装置が稼動しない夜間又は天候不順時には、再生エリアに設けられた凝縮器で外気を加温するようにする。

こうして、本発明装置では、温室に供給される外気を選択的に除湿、冷却又は加温できるので、あらゆる季節、天候又は時間帯に適した空調が可能になる。
また、本発明装置では、太陽光エネルギーを利用することで、必要電力量を節減できる。なお、吸着式冷凍機は、製造する冷熱源の温度を下げる場合にはＣＯＰが低下するが、温室の空調用としては、さほど低温の冷熱源を必要としないので、ＣＯＰは低下しない。

本発明装置において、外気調整エリアで除湿ロータの下流側に配置された蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器又は熱交換器の下流側に加湿器が配置されるようにするとよい。これによって、外気調整エリアの最下流側で、温室に供給される前の外気の湿度を適宜調整できる。

前記本発明装置を用いた第１の本発明の運転方法は、
太陽熱集熱装置で製造した温水を吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機に供給し、該吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機で製造した冷水を前記熱交換器に供給する冷水供給工程と、
前記除湿ロータの上流側に配置された前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器又は該熱交換器で外気を冷却して相対湿度を増大させる第１冷却工程と、
第１冷却工程で冷却された外気を除湿ロータで除湿する除湿工程と、
除湿ロータで除湿された外気を該熱交換器又は蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器で冷却する第２冷却工程と、
第２冷却工程で温度及び湿度を調整された外気を温室に供給する外気供給工程と、
蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で再生エリアの外気を加熱して除湿ロータに吸着された湿分を離脱させる再生工程と、からなる昼間冷房運転を行なうものである。

第１の本発明方法は、外気温度が高い夏等の季節で、かつ除湿が必要な昼間に行なう冷房運転に好適な運転方法である。第１の本発明方法では、外気調整エリアに導入された外気を除湿ロータで除湿する前に、除湿ロータの上流側に配置された蒸発器又は熱交換器によって予冷する。これによって、外気の相対湿度が増大するので、除湿ロータの除湿効果を向上できる。除湿ロータを出た後の外気は、除湿ロータでの湿分吸着時に吸湿剤から発生した吸着熱により加温されるので、除湿ロータの下流側に配置された該熱交換器又は蒸発器によって冷却する。こうして、除湿かつ冷却された外気を温室に供給できる。

前記本発明装置を用いた第２の本発明の運転方法は、
第１の本発明方法の前記冷水供給工程で、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機で製造した冷水の代わりに、冷却塔で冷却した冷水を熱交換器に供給して夜間冷房運転を行なうものである。その他の工程は第１の本発明方法と同一である。

第２の本発明方法は、気温が低下して相対湿度が上昇し、夜露が発生する夜間の冷房運転に好適な運転方法である。夜間は太陽熱集熱装置で温水を製造できないので、代わりに、冷却塔で冷却した冷水を使用する。この冷水を外気調整エリアに設けられた熱交換器に供給することによって、夜間でも第１の本発明方法と同様の除湿及び冷却工程を行なうことができる。

本発明装置を用いた第３の本発明の運転方法は、
太陽熱集熱装置で製造した温水を前記熱交換器に供給する温水供給工程と、再生エリアに導入した外気を外気調整エリアに導き、該熱交換器で加温する加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、からなる昼間暖房運転を行なうものである。

第３の本発明方法は、冬季等寒い季節の昼間に好適な運転方法である。第３の本発明方法は、外気を熱交換器で加温して温室に供給するようにしている。これによって、暖かくかつ加温することによって相対湿度を低減した外気を温室に供給できる。この場合、太陽熱集熱装置のみを稼動させれば済むので、必要電力量をさらに節減できる。

本発明装置を用いた第４の本発明の運転方法は、
太陽熱集熱装置で製造した温水を温水タンクに貯留する温水貯留工程と、温水タンクに貯留された温水を前記熱交換器に供給する温水供給工程と、再生エリアに導入した外気を外気調整エリアに導き、該熱交換器で加温する第１加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、からなる夜間暖房運転を行なうものである。

第４の本発明方法は、冬季等気温が低い季節の夜間に好適な運転方法である。昼間太陽熱集熱器で製造した温水を温水タンクに貯留しておき、これを夜間に熱交換器に供給する。これによって、夜間でも暖かくかつ加温することによって相対湿度を低減した外気を温室に供給できる。この場合も、第３の本発明方法と同様に、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を稼動させないので、必要電力量を節減できる。

本発明装置を用いた第５の本発明の運転方法は、
再生エリアに導入した外気を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で加温する第２加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、温室から排出された排気を外気調整エリアに導入し、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器で冷却する第３冷却工程と、からなる暖房運転を行なうものである。

第５の本発明方法は、太陽熱集熱装置で温水を製造できない天候時に好適な暖房運転方法である。この場合、外気を再生エリアに導入し、導入した外気を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で加温する。この加温した外気を温室に供給することで、暖かくかつ加温されて相対湿度が低下した外気を温室に供給できる。
また、稼動している蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器の蒸発熱源として、温室から排出された比較的高温の排気を用いることで、該蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上できる。

前記第１〜第５の本発明方法において、外気調整エリアで温度又は湿度を調整された外気を温室に供給する前に、加湿器で湿度調整する加湿工程を付加したするとよい。これによって、温室に供給する外気の湿度調整が容易になり、その日の気温や天候状態を見て、最適な湿度に調整できる。

本発明装置によれば、太陽熱を温熱源とし、温室内に温度及び湿度を調整した外気を供給して温室の空調を行なう温室の空気調和装置において、外気調整エリア及び外気調整エリアに並設された再生エリアを有する外気調整室と、吸湿剤を内包する回転板を備え、該回転板が該外気調整エリア及び再生エリアに跨るように配置された除湿ロータと、蒸発器が外気調整エリアで除湿ロータの上流側又は下流側に配置されると共に、凝縮器が再生エリアで除湿ロータの上流側に配置された蒸気圧縮式ヒートポンプ装置と、太陽熱集熱装置と、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機と、該吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、外気調整エリアで除湿ロータの下流側又は上流側に配置され、太陽熱集熱装置、吸着式冷凍機、吸収式冷凍機又は冷却塔から選択的に温水又は冷水が供給される熱交換器と、を備え、外気調整エリアで温度及び湿度を調整した外気を温室に供給するように構成し、太陽熱集熱装置で得た温水を温熱源にすると共に、該温水で駆動される吸着式冷凍機から得た冷水を冷熱源として、温室に供給する外気を空調するので、消費電力を低減できると共に、前記各機器を選択的に稼動させることにより、冷房、暖房又は除湿運転が可能になる。従って、あらゆる季節、天候及び時間帯で安定した空調が可能になる。

第１の本発明方法によれば、太陽熱集熱装置で製造した温水を吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機に供給し、該吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機で製造した冷水を前記熱交換器に供給する冷水供給工程と、除湿ロータの上流側に配置された前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器又は該熱交換器で外気を冷却して相対湿度を増大させる第１冷却工程と、第１冷却工程で冷却された外気を除湿ロータで除湿する除湿工程と、除湿ロータで除湿された外気を該熱交換器又は蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器で冷却する第２冷却工程と、第２冷却工程で温度及び湿度を調整された外気を温室に供給する外気供給工程と、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で再生エリアの外気を加熱して除湿ロータに吸着された湿分を離脱させる再生工程と、からなる昼間冷房運転を行なうので、太陽熱集熱装置で得た温水で吸着式冷凍機を駆動し、該吸着式冷凍機で得た冷水で外気を冷却しているので、消費電力を低減できる。また、外気に含まれる湿分を除湿ロータで除去する際に、除湿ロータの上流側で外気を予冷して相対湿度を増大しているので、除湿効果を向上できる。

第２の本発明方法によれば、前記第１の本発明方法の冷水供給工程で、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機で製造した冷水の代わりに、冷却塔で冷却した冷水を熱交換器に供給する夜間冷房運転を行なうようにしたので、太陽熱集熱装置及び吸着式冷凍機が稼動しない夜間でも、外気の冷却を行なうことができると共に、冷却塔で冷却した冷水を用いるので、消費電力を低減できる。

第３の本発明方法によれば、太陽熱集熱装置で製造した温水を前記熱交換器に供給する温水供給工程と、再生エリアに導入した外気を外気調整エリアに導き、該熱交換器で加温する加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、からなる昼間暖房運転を行なうので、太陽光エネルギーのみを利用し、除湿ロータや蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を稼動させる必要がなく、消費電力を大幅に低減できる。

第４の本発明方法によれば、太陽熱集熱装置で製造した温水を温水タンクに貯留する温水貯留工程と、温水タンクに貯留された温水を前記熱交換器に供給する温水供給工程と、再生エリアに導入した外気を外気調整エリアに導き、該熱交換器で加温する第１加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、からなる夜間暖房運転を行なうので、夜間であっても太陽熱集熱器で製造した温水を用いて、省エネ運転が可能になる。

第５の本発明方法によれば、再生エリアに導入した外気を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で加温する第２加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、温室から排出された排気を外気調整エリアに導入し、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器で冷却する第３冷却工程と、からなる暖房運転を行なうので、太陽熱集熱装置が作動しない天候であっても、暖房運転が可能になる。

本発明装置の一実施形態に係る温室用空気調和装置の系統図である。 第１の本発明方法の一実施形態を示す系統図である。 第２の本発明方法の一実施形態を示す系統図である。 第３の本発明方法の一実施形態を示す系統図である。 第４の本発明方法の一実施形態を示す系統図である。 第５の本発明方法の一実施形態を示す系統図である。 図１の温室用空気調和装置を構成する各機器の動力値を示す図表である。 図１の温室用空気調和装置と市販の冷暖房装置との動力比較表である。 太陽熱集熱装置による１日当りの集熱量を示す図表である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明装置の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１において、温室用空気調和装置１は、屋根、隔壁等が透明で太陽光（自然光）を取り入れ可能な栽培ハウス１０（以下、「温室１０」という。）と、外気ａの温度及び湿度を調整して温室１０に供給する外気調整室２０と、太陽熱集熱装置３０と、吸着式冷凍機４０とを備えている。温室１０の内部には、外気調整室２０で温度及び湿度が調整された調整外気ｂが供給されるダクト１０２が水平方向に配置されている。ダクト１０２には中空の植物台１０４が載置されている。

植物台１０４の内部には、ダクト１０２に設けられた開口から調整外気ｂが導入される。植物台１０４の上面には栽培植物Ｐが載置されている。植物台１０４の上面に開けられた開口から調整外気ｂが排出され、調整外気ｂが栽培植物Ｐの周囲を取り囲むようになっている。

外気調整室２０は、温室１０に供給する外気の温度及び湿度を調整する外気調整エリア２０２と、後述する除湿ロータを再生する再生エリア２０４とを有する。外気調整エリア２０２と再生エリア２０４とは仕切り壁２０５で仕切られている。外気調整エリア２０２の隔壁２０ａの側面に、外気導入口２０６を有する外気導入管２０７が貫通配置されている。外気導入管２０７の管端は、外気調整エリア２０２に配置された給気ファン２０６に接続されている。外気導入管２０４には、温室１０の排気ｃを循環する循環管２０８が接続されている。これによって、排気ｂを適宜混合された外気ａが外気調整エリア２０２に導入される。

給気ファン２０６の下流側には、ＣＯ_２を冷媒とするヒートポンプ装置２１２の蒸発器２１４が配置されている。蒸発器２１４の下流側に、外気調整エリア２０２と再生エリア２０４とに跨って配置された円板形の回転板２１６を備えた除湿ロータ２１８が配置されている。回転板２１６は、高分子吸着剤からなる吸湿剤を内包している。蒸発器２１４と除湿ロータ２１８間の外気調整エリア２０２の隔壁２０ａに扉２２０が設けられ、扉２２０を開けることにより、外気調整エリア２０２が外部に連通可能になっている。

除湿ロータ２１８の下流側に熱交換器２２２が配置され、熱交換器２２２の下流側に加湿器２２４が配置されている。加湿器２２４の下流側に位置する外気調整エリア２０２の隔壁２０ａには、外気調整エリア２０２で温度及び湿度が調整された調整外気ｂを温室１０に送る調整外気供給管２２６が接続されている。調整外気供給管２２６の他端は、ダクト１０２に接続されている。

外気調整エリア２０２の下階に設けられた再生エリア２０４の隔壁２０ａには、外気導入口２２８が設けられ、外気導入口２２８に隣接して再生ファン２３０が設けられている。
再生ファン２３０によって外気導入口２２８から外気ａが再生エリア２０４に導入される。
再生エリア２０４の外気ａの流れは、外気調整エリア２０２の外気の流れと対向流を形成する。再生ファン２３０の下流側には、ヒートポンプ装置２１２を構成するガスクーラ２３２が配置されている。

ヒートポンプ装置２１２は、ＣＯ_２冷媒の循環路２３４に、前記蒸発器２１４のほか、ガスクーラ２３２、圧縮機２３６及び膨脹弁２３８が介設されて、ヒートポンプサイクルを構成している。除湿ロータ２１８とガスクーラ２３２間の仕切り壁２０５に、仕切り壁２０５を開放して、外気調整エリア２０２と再生エリア２０４とを連通可能にする扉２４０が設けられている。

太陽熱集熱装置３０は、複数の集熱器３０２と、集熱器３０２で製造した温水を貯留する温水タンク３０４と、集熱器３０２と温水タンク３０４とを接続した通水路３０６ａ及び３０６ｂと、通水路３０６ａに介設された通水ポンプ３０８とから構成されている。集熱器３０２で製造した温水は、温水タンク３０４に貯留され、吸着式冷凍機４０又は熱交換器２２２の温熱源として使用される。

吸着式冷凍機４０には、温水タンク３０４から温水路３１０ａを経て温水ポンプ３１２によって温水が供給される。この温水は、吸着式冷凍機４０で吸着剤から冷媒蒸気を離脱させる温熱源として使用される。使用後の温水は、温水路３１０ｂを経て温水タンク３０４に戻される。

吸着式冷凍機４０は、密閉型冷却塔４０２と、冷水タンク４０４とを備えている。吸着式冷凍機４０と密閉型冷却塔４０２とは、冷却水路４０６ａ及び４０６ｂで接続されている。吸着式冷凍機４０に冷却水路４０６ａから冷却水ポンプ４０８により冷却水が供給される。この冷却水に吸着式冷凍機４０で発生した吸着熱を吸収させる。吸着熱を吸収して加温された冷却水は冷却水路４０６ｂを通って密閉型冷却塔４０２に戻され、密閉型冷却塔４０２で再び冷却される。

吸着式冷凍機４０で製造された冷水は、冷水路４１０ａを通り冷水ポンプ４１２により冷水タンク４０４に貯留される。冷水タンク４０４に貯留された冷水は、管路４１６ａを通り冷水ポンプ４１８によって外気調整室２０に送られ、冷熱源として使用される。外気調整室２０で使用されて加温された冷水は、管路４１６ｂを通って冷水タンク４０４に戻される。冷水タンク４０４内の冷水は、冷水路４１０ｂから吸着式冷凍機４０に送られて再び冷却される。温水路３１０ａを流れる温水は、三方弁３１４で選択的に管路５０２に供給される。管路５０２に供給された温水は、三方弁５０４及び管路５０６を経て熱交換器２２２に温熱源として供給される。

熱交換器２２２で温熱源として利用された後の温水は、管路５０８に排出され、管路５０８から三方弁５１０及び管路５１２に戻される。そして、三方弁５１４で選択的に、管路５１６及び３１０ｂを経て温水タンク３０４に戻されるか、あるいは管路５１８及び冷却水路４０６ｂを経て、密閉型冷却塔４０２に戻される。

冷水タンク４０４に貯留された冷水は、冷水路４１６ａから冷水ポンプ４１８によって三方弁５０４に送られる。そして、三方弁５０４から管路５０６を経て熱交換器２２２に冷熱源として供給される。熱交換器２２２で冷熱源として利用された後の冷水は、管路５０８、三方弁５１０及び冷水路４１６ｂを経て冷水タンク４０４に戻される。

本実施形態の温室用空気調和装置１はかかる構成を有し、以下、この温室用空気調和装置１を用いて、第１の本発明方法の一実施形態に係る運転方法を行なう場合を図２に基づいて説明する。図２は、夏など気温が高い季節であって、太陽熱集熱装置３０を利用可能な晴れた昼間に、温室１０を冷房する場合の運転方法である。

図２において、太陽熱集熱装置３０及び吸着式冷凍機４０が稼動している。太陽熱集熱装置３０で製造された温水は、温水タンク３０４に貯留されている。温水タンク３０４に貯留された温水は、吸着式冷凍機４０に温水路３１０ａを通って供給されている。吸着式冷凍機４０では、この温水を温熱源として冷水が製造されている。吸着式冷凍機４０には、密閉型冷却塔４０２から冷却水が送られている。冷水タンク４０４に貯留された冷水は、冷水路４１６ａを通って熱交換器２２２に送られている。

外気調整室２０の外気調整エリア２０２に、給気ファン２０６によって温室１０の排気ｂを適宜混合した外気ａを外気導入管２０８から導入する。給気ファン２０６から吐出された外気ａは、蒸発器２１４で冷却されて除湿される。蒸発器２１４で冷却された外気ａは、相対湿度が増大しており、この外気ａは、吸湿剤が内包された除湿ロータ２１８の回転板２１６を通って除湿される。外気ａは、除湿ロータ２１８を通る際に吸湿剤から発生する吸着熱により加温される。加温された外気ａは、熱交換器２２２を通って冷却される。

熱交換器２２２で冷却された外気ａは、加湿器２２４でその湿度を調整される。こうして、温度及び湿度を調整された調整外気ｂは、調整外気導入管２２６から温室１０に供給される。なお、図２中に示された温度、湿度及び外気ａの供給量は、運転の一例を示す。また、図中、破線で示した管路は、使用されない管路であることを示す。
ダクト１０２に供給された調整外気ｂは、植物台１０４を通って、植物台１０４の上面に穿設された多数の開口から排出される。こうして、調整外気ｂが栽培植物Ｐの周囲を囲むように集中排気される。

除湿ロータ２１８において、吸湿剤に湿分を吸着した回転板２１６は、回転して再生エリア２０４に入る。再生エリア２０４では、再生エリア２０４に導入された外気ａが凝縮器２３２で加熱される。この加熱された外気ａに湿分を吸着した回転板２１６が曝されることで、吸湿剤から湿分が離脱する。こうして、再生された回転板２１６は、回転して外気調整エリア２０２に戻り、再び外気ａの湿分を吸着する。再生エリア２０４で、湿分を回転板２１６から離脱させた後の外気ａは、外気排出口２４２から排気ｄとして外部へ排出される。

本実施形態によれば、吸着式冷凍機４０で用いる温熱源として、太陽熱集熱装置３０で製造した温水を用い、外気調整室２０で用いる冷熱源として、吸着式冷凍機４０で製造した冷水を用いているので、必要電力量を低減でき、省エネを達成できる。
また、外気ａを除湿ロータ２１８で除湿する前に、蒸発器２１４で予冷して除湿すると共に、蒸発器２１４で冷却されて相対湿度を増大させた外気ａを、さらに除湿ロータ２１８で除湿するという２段階の除湿工程を設けているので、外気ａの除湿効果を向上できる。また、蒸発器２１４による予冷によって、外気温度がある程度変動しても、除湿ロータ２１８に供給される外気ａの温度及び湿度が一定となるので、外気変動の影響を受けにくくすることができる。

さらに、温室１０で、栽培植物Ｐの周囲に集中して調整外気ｂを供給しているので、調整外気ｂの供給量を節減できる。また、本実施形態では、吸着式冷凍機４０で製造する冷水の温度は、さほど低温とする必要がないので、吸着式冷凍機４０のＣＯＰは低下しない。
なお、本実施形態において、蒸発器２１４と熱交換器２２２との配置を互いに入れ替えてもよい。

（実施形態２）
次に、図１に示す温室用空気調和装置１を用いて、第２の本発明の運転方法を行なった場合の第２実施形態を図３に基づいて説明する。この第２実施形態は、夏など気温が高い季節の夜間で、太陽熱集熱装置３０が作動しない場合に、温室１０の冷房除湿運転方法を行なう。
図３において、太陽熱集熱装置３０は作動しないので、吸着式冷凍機４０も作動しない。そのため、密閉型冷却塔４０２で冷却した冷却水を熱交換器２２２の冷熱源として使用する。即ち、密閉型冷却塔４０２の冷却水を、冷却水ポンプ４０８によって、冷却水路４０６ａ、三方弁４１４、管路５２０、三方弁５０４及び管路５０６を経て、熱交換器２２２に供給する。

外気調整室２０では、外気調整室２０に導入した外気ａを蒸発器２１４で冷却して除湿する。冷却されて相対湿度が増大した外気ａを除湿ロータ２１８でさらに除湿する。除湿ロータ２１８を通って吸着熱で加温された外気ａを熱交換器２２２で冷却する。熱交換器２２２で冷却された外気ａを加湿器２２４で湿度調整をした後、調整外気供給管２２６から温室１０に供給する。なお、図３中に示された温度、湿度及び外気ａの供給量は、運転の一例を示す。また、図中、破線で示した管路は、使用されない管路であることを示す。

本実施形態によれば、第１実施形態で得られる作用効果に加えて、太陽熱集熱装置３０及び吸着式冷凍機４０が稼動しない夜間でも、密閉型冷却塔４０２の冷却水を冷熱源として使用することにより、外気ａの冷却が可能になる。

（実施形態３）
次に、図１に示す温室用空気調和装置１を用いて、第３の本発明の運転方法を行なった場合の第３実施形態を図４に基づいて説明する。この第３実施形態は、冬等気温が低い季節であって、晴れて太陽熱集熱装置３０が稼動する昼間に、温室１０の暖房除湿運転方法を行なう場合である。

図４において、本実施形態では、外気導入管２０７への外気ａの導入を止め、温室１０の排気ｂをそのまま外部へ排気する。そして、ヒートポンプ装置２１２を休止させる。また、扉２４０を開放し、外気導入口２２８から導入した外気ａを扉２４０の開口２４１を通して外気調整エリア２０２に向う外気流Ａを形成させるようにする。このとき、外気流Ａと除湿ロータ２１８との間を仕切り板２４４で遮蔽する。
この状態で、太陽熱集熱装置３０を稼動させ、温水を製造する。製造した温水を温水タンク３０４に貯留する。温水タンク３０４に貯留した温水を、管路３１０ａ、三方弁３１４、管路５０２、三方弁５０４及び管路５０６を経て熱交換器２２２に供給する。

再生ファン２３０で再生エリア２０４に導入された外気ａは、開口２４１から外気流Ａとなって、外気調整エリア２０２に向い、熱交換器２２２の上流側に到達する。そして、熱交換器２２２で加温され、その後、加湿器２２４で湿度調整される。加湿器２２４を出た調整外気ｂは、調整外気供給管２２６から温室１０に供給される。
熱交換器２２２で温熱源として供された温水は、管路５０８、三方弁５１０、管路５１２、三方弁５１４、及び管路５１６、３１０ｂを通って温水タンク３０４に戻される。なお、図４中に示された温度、湿度及び外気ａの供給量は、運転の一例を示す。また、図中、破線で示した管路は、使用されない管路であることを示す。

本実施形態によれば、暖房運転の温熱源を太陽熱集熱装置３０で製造した温水から得ることができる。そして、他の機器類を稼動させないので、必要エネルギーの大部分を太陽熱エネルギーで賄うことができる。

（実施形態４）
次に、図１に示す温室用空気調和装置１を用いて、第４の本発明の運転方法を行なった場合の第４実施形態を図５に基づいて説明する。この第４実施形態は、冬等気温が低い季節の夜間に、温室１０の暖房除湿運転を行なう場合である。
図５において、本実施形態では、夜間運転であるため、太陽熱集熱装置３０が稼動しない。そして、温室用空気調和装置１のその他の状態は、第３実施形態と同一の状態となっている。

本実施形態では、昼間に太陽熱集熱装置３０を稼動させ、温水を温水タンク３０４に十分貯留させておく。その温水を熱交換器２２２の温熱源として使用する。そして、第３実施形態と同様に、外気導入口２２８から再生エリア２０４に導入した外気ａを扉２４０を開放した開口２４１から外気調整エリア２０２に導入し、熱交換器２２２で加温する。熱交換器２２２で加温した外気ａを加湿器２２４で湿度調整した後、調整外気ｂとして温室１０に供給する。

本実施形態によれば、夜間でも昼間太陽熱集熱装置３０で得た温熱源を用いて暖房除湿運転が可能になる。このように、太陽熱エネルギーを用いるため、必要電力量を節減できると共に、他の機器類を稼動させないので、必要エネルギーの大部分を太陽熱エネルギーで賄うことができる。

（実施形態５）
次に、図１に示す温室用空気調和装置１を用いて、第５の本発明の運転方法を行なった場合の第５実施形態を図６に基づいて説明する。この第５実施形態は、長期の天候不順等により太陽光エネルギーの利用が全くできない時に、温室１０の暖房運転方法を行なう場合である。

図６において、本実施形態では、ヒートポンプ装置２１２を稼動させる。そして、外気導入口２２８から再生ファン２３０により再生エリア２０４に外気ａを導入する。再生エリア２０４に導入した外気ａを凝縮器２３２で加温する。凝縮器２３２で加温した外気ａを扉２４０を開放した開口２４１から外気調整エリア２０２に導入する。外気調整エリア２０２に導入した外気ａを、必要に応じ加湿器２２４で湿度調整して、温室１０に供給する。

一方、扉２２０を開放して、外気調整エリア２０２を外部に開放すると共に、除湿ロータ２１８と蒸発器２１４間を仕切り板２４６で遮蔽しておく。そして、温室１０から排出される排気ｂの一部を循環管２０８及び外気導入管２０７を介して外気調整エリア２０２に導入する。外気調整エリア２０２に導入した排気ｂを蒸発器２１４に通して蒸発器２１４のＣＯ_２冷媒の蒸発熱源とする。蒸発器２１４で冷却された排気ｂを開口２２１から外部へ放出する排気流Ｂを形成させる。

本実施形態によれば、太陽光エネルギーを全く使えないような天候の時でも、ヒートポンプ装置２１２を稼動することによって、温室１０の暖房運転を可能にする。また、ヒートポンプ装置２１２の蒸発器２１４の熱源として温室１０の暖かい排気ｂを利用することによって、蒸発器２１４への供給熱量を確保でき、ヒートポンプ装置２１２のＣＯＰを向上できる。

次に、温室用空気調和装置１の各機器の必要動力値を図７に示す。図８に、夜間暖房時における、温室用空気調和装置１の必要動力と、従来のパッケージエアコン及び温風暖房機の合計動力との比較を示す。また、図９に、集熱面積３００ｍ^２の太陽熱集熱器による１日当りの集熱量（月別）を示す。
図８から、温室用空気調和装置１の必要電力量が、従来のパッケージエアコン及び温風暖房機の合計動力より格段に少ないことがわかる。

また、図９から、温室用空気調和装置１は、月平均の太陽熱集熱量でも、暖房必要熱量の５３〜７８％を太陽熱で賄えることがわかった。月上位５位の集熱量で比較すれば、暖房負荷の略１００％を太陽熱のみで賄えることが可能になる。
このように、温室用空気調和装置１によれば、あらゆる季節で、昼夜を問わず、温室１０の安定した空調が可能になると共に、必要電力量を大幅に節減できる。

前記実施形態では、いずれも吸着式冷凍機４０を使用した例であったが、温水タンク３０４から供給される温水の温度を上げれば、吸着式冷凍機４０の代わりに、吸収式冷凍機を使用できる。従って、前記各実施形態で、吸収式冷凍機を使用するようにしてもよい。

本発明によれば、温室の空調を全シーズンで安定して行なうことができると共に、太陽光エネルギーを利用して必要電力量を大幅に節減できる。従って、地球温暖化防止に有益である。

１ 温室用空気調和装置
１０ 温室
１０２ ダクト
１０４ 植物台
２０ 外気調整室
２０ａ 隔壁
２０２ 外気調整エリア
２０４ 再生エリア
２０５ 仕切り壁
２０６，２１８ 外気導入口
２０７ 外気導入管
２０８ 循環管
２１０ 給気ファン
２１２ ヒートポンプ装置
２１４ 蒸発器
２１６ 回転板
２１８ 除湿ロータ
２２０，２４０ 扉
２２１，２４１ 開口
２２２ 熱交換器
２２４ 加湿器
２２６ 調整外気供給管
２３０ 再生ファン
２３２ 凝縮器
２３４ ＣＯ_２冷媒循環路
２３６ 圧縮機
２３８ 膨脹弁
２４２ 外気排出口
２４４，２４６ 仕切り板
３０ 太陽熱集熱装置
３０２ 集熱器
３０４ 温水タンク
３０８ 通水ポンプ
３１２ 温水ポンプ
３１４、４１４、５０４、５１０、５１４ 三方弁
４０ 吸着式冷凍機
４０２ 密閉型冷却塔
４０４ 冷水タンク
４０８ 冷却水ポンプ
４１２，４１８ 冷水ポンプ
Ａ 外気流
Ｂ 排気流
ａ 外気
ｂ 調整外気
ｃ 排気

Claims (8)

1. 太陽熱を温熱源とし、温室内に温度及び湿度を調整した外気を供給して温室の空調を行なう温室の空気調和装置において、
   外気調整エリア及び外気調整エリアに並設された再生エリアを有する外気調整室と、吸湿剤を内包する回転板を備え、該回転板が該外気調整エリア及び再生エリアに跨るように配置された除湿ロータと、
   蒸発器が外気調整エリアで除湿ロータの上流側又は下流側に配置されると共に、凝縮器が再生エリアで除湿ロータの上流側に配置された蒸気圧縮式ヒートポンプ装置と、
   太陽熱集熱装置と、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機と、該吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、外気調整エリアで除湿ロータの下流側又は上流側に配置され、太陽熱集熱装置、吸着式冷凍機、吸収式冷凍機又は冷却塔から選択的に温水又は冷水が供給される熱交換器と、を備え、
   外気調整エリアで温度及び湿度を調整した外気を温室に供給するように構成したことを特徴とする温室用空気調和装置。
2. 外気調整エリアで除湿ロータの下流側に配置された蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器又は熱交換器の下流側に加湿器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の温室用空気調和装置。
3. 請求項１に記載の温室用空気調和装置を用いた運転方法において、
   太陽熱集熱装置で製造した温水を吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機に供給し、該吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機で製造した冷水を前記熱交換器に供給する冷水供給工程と、
   除湿ロータの上流側に配置された蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器又は該熱交換器で外気を冷却して相対湿度を増大させる第１冷却工程と、
   第１冷却工程で冷却された外気を除湿ロータで除湿する除湿工程と、
   除湿ロータで除湿された外気を該熱交換器又は蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器で冷却する第２冷却工程と、
   第２冷却工程で温度及び湿度を調整された外気を温室に供給する外気供給工程と、
   蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で再生エリアの外気を加熱して除湿ロータに吸着された湿分を離脱させる再生工程と、からなる昼間冷房運転を行なうことを特徴とする温室用空気調和装置の運転方法。
4. 前記冷水供給工程で、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機で製造した冷水の代わりに、冷却塔で冷却した冷水を前記熱交換器に供給して夜間冷房運転を行なうことを特徴とする請求項３に記載の温室用空気調和装置の運転方法。
5. 請求項１に記載の温室用空気調和装置を用いた運転方法において、
   太陽熱集熱装置で製造した温水を前記熱交換器に供給する温水供給工程と、再生エリアに導入した外気を外気調整エリアに導き、該熱交換器で加温する加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、からなる昼間暖房運転を行なうことを特徴とする温室用空気調和装置の運転方法。
6. 請求項１に記載の温室用空気調和装置を用いた運転方法において、
   太陽熱集熱装置で製造した温水を温水タンクに貯留する温水貯留工程と、温水タンクに貯留された温水を前記熱交換器に供給する温水供給工程と、再生エリアに導入した外気を外気調整エリアに導き、該熱交換器で加温する第１加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、からなる夜間暖房運転を行なうことを特徴とする温室用空気調和装置の運転方法。
7. 請求項１に記載の温室用空気調和装置を用いた運転方法において、
   再生エリアに導入した外気を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の凝縮器で加温する第２加温工程と、加温された外気を温室に供給する外気供給工程と、温室から排出された排気を外気調整エリアに導入し、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置の蒸発器で冷却する第３冷却工程と、からなる暖房運転を行なうことを特徴とする温室用空気調和装置の運転方法。
8. 外気調整エリアで温度又は湿度を調整された外気を温室に供給する前に、加湿器で湿度調整する加湿工程を付加したことを特徴とする請求項３〜７のいずれかの項に記載の温室用空気調和装置の運転方法。

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