JP5912354B2

JP5912354B2 - 植物栽培室の冷房装置

Info

Publication number: JP5912354B2
Application number: JP2011197551A
Authority: JP
Inventors: 憲男大西; 片岡　大輔; 大輔片岡; 美樹岡本; 陽介彦坂
Original assignee: H Ikeuchi and Co Ltd
Current assignee: H Ikeuchi and Co Ltd
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: JP2012115256A

Description

本発明は植物栽培室の冷房装置に関し、詳しくは、植物栽培用の温室内の温度が栽培植物の適正温度から上昇した場合に適正温度に冷房するものである。

植物栽培用ビニルハウスや植物栽培工場等の植物栽培用の温室では、夏季等の高温下において栽培植物の栽培適正温度より上昇する場合がある。このように、温室内の温度が過度に上昇した場合、温室内を冷房して栽培適正温度とするための種々の提案がなされている。
例えば、温室内に向けてノズルより水を噴霧する細霧冷房方法がある。該細霧冷房方法は、温室内に設置したノズルに配管を通して水を供給し、ノズルから水を噴霧することで温室内の温度を低下させている。この細霧冷房方法は、設備が簡単で、コストはエアコンよりも安価である利点がある。

しかしながら、前記細霧冷房方法は、ノズル周辺近傍では噴霧された霧を気化させて潜熱を奪い、周辺の温度を低下させることができるが、離れた領域での冷房効果が低い。よって、温室内部で温度差が発生して気流が生じ、ノズルから噴霧された未蒸発の水滴が栽培植物に付着しやすくなる。夏季等の高温下で噴霧を継続すると、特定領域の栽培植物に常時水滴が付着して、植物に病害が発生しやすくなると共に植物の成長が抑制される問題が生じる。

前記問題に対して、特許第４４３１７８９号公報で提示された温室の冷房装置では、上向きに細霧を発生させるノズルを設置し、該ノズルの下側に上向きに乱流を発生させる送風機を設置し、かつ、該送風機とノズルとを栽培する植物群落より上に設置している。
前記送風機でノズルからの噴霧を上向で拡散させ、ノズル配置位置より上側で水滴を蒸発させているため、未蒸発の水滴がノズルおよび送風機より下方の植物に付着するのを抑制または防止することができる。

特許第４４３１７８９号公報

前記特許文献１の冷房装置では、ノズルから噴霧された未蒸発の水滴が植物に付着するのを抑制または防止できるが、湿気を含んだ冷気を温室内部の全体に循環させていないため、栽培ゾーンの温度および湿度をスピーディに制御できない。特に、栽培植物を設置する温室内の下部には冷気が循環しないため、植物は適正な冷房温度下におかれず、高温下に晒されたままとなる。
さらに、栽培する植物の上部に霧が充満し、必要な日照、照度が上部の霧で減少し、植物が成長不良になる恐れもある。

本発明は前記問題を解消し、ノズルからの噴霧で発生する冷気を温室内部に循環させて効率よく冷房すると共に、該ノズルから噴霧する未蒸発の水滴が栽培植物に付着するのを抑制または防止することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、ノズル付きの吸気用送風機を温室内の対向する周壁内面に千鳥配置または対向配置し、あるいは温室内の四隅に設置し、設置高さは温室の下部と中高部の少なくとも一方とし、
前記ノズル付き吸気用送風機は、ファンを囲む円環枠の吐出側正面に設けるリングヘッダーに所要間隔をあけてノズルを配置すると共に、該ノズル付き吸気用送風機は上下方向あるいは左右方向に首振りできるタイプとする一方、
前記温室内の空気を外部に排気する排気用送風機を前記温室の上部に設置し、
前記温室内に設置する前記ノズル付き吸気用送風機と上部に設置する前記排気用送風機との相対位置関係を、前記ノズルからの噴霧が前記温室内を循環するように設置し、
かつ、該温室内に温度と湿度を検出するセンサを配置し、該センサと接続して前記ノズルからの噴霧およびファンの駆動による送風を制御する制御装置を設けている植物栽培室の冷房装置を提供している。

前記のように、ノズル付き吸気用送風機（吸気用ファン）と排気用送風機（排気用ファン）とを温室に配置して、温室内の空気を強制的に循環させることにより、温室内の全体を冷房することができる。かつ、ノズルからの噴霧は吸気用送風機から吐出する送風で噴射距離を増大させ、かつ、吸気用送風機からの送風の吐出力とノズルの噴射力との合力で風速を速めている。このように、霧の噴射距離を増大させると共に霧の風速を速めることで温室内に迅速に霧を循環させ、霧の蒸発を温室内部の全域で且つ効率よく行わせることができる。よって、栽培植物に未蒸発の水滴が付着するのを抑制または防止でき、かつ、温室内を迅速に冷房することができる。

前記ノズル付き吸気用送風機は、送風機の吸気側にダクトを取り付け、該ダクトを温室の壁に設けた開口まで延在させてダクトから外気を直接に吸引させ、または温室の外壁に設けた窓の近辺に設置して、前記窓から導入される外気を吸引させることが好ましい。
前記排気用送風機は温室の天井に設置し、前記ノズル付き吸気用送風機で前記温室の下部に充満させる微霧を前記排気用送風機で天井側へと引き込む設定としていることが好ましい。
前記排気用送風機は温室の広さに応じて設置個数および設置位置を設定し、温室が比較的小さい場合は天井の中央に１つ設置すればよい。

前記のように、ノズル付き吸気用送風機は温室の下部と中高部の少なくとも一方に配置すると共に対向する内面に沿って千鳥配置で設置し、ノズルからの噴霧が温室内において縦横方向の全域にわたって充満されるように配置する。さらに、温室が広い場合には、前記温室の中央部に、所要間隔をあけてノズル付き吸気用送風機または／およびノズルを配置することが好ましい。

成長時の背丈が高い栽培植物の場合には、前記ノズル付き吸気用送風機は前記中高部の高さ位置に設置すると共に、栽培ベッドの列の間の空間位置で且つ前記温室の一辺の外壁と温室中央部とに同一方向の斜め下向きに設置し、
前記ノズル付き吸気用送風機からの噴霧を吸引する排気用送風機を対向する外壁の下部に設置することが好ましい。
前記のように、栽培ベッドの間に下向きで噴霧するのは、植物の葉に噴霧が直接に当たらないようにするためである。

前記のように、ノズル付き吸気用送風機は上下方向または左右方向に回転する首振りタイプとしている。
具体的には、栽培する植物が背丈が低い葉野菜やイチゴ等の場合には、下部に設置し、左右方向に回転する首振り、背丈が高いトマトやキュウリ等の場合には中高部に下向きに傾斜させて設置し、左右方向に首振りできるタイプとすることが好ましい。
さらに、温室の４隅に配置するノズルは左右方向の首振りタイプとし、対向する周壁に千鳥配置するノズルは上下方向の首振りタイプとしてもよい。首振りは自動または手動のいずれでもよい。
ノズル付き吸気用送風機は下部と中高部の両方に設置しておき、栽培する植物に応じて使い分けしてもよい。また、温室内が過度に温度上昇した場合に下部と中高部に設置した両方のノズルから噴霧して温室内を迅速に冷房してもよい。

前記のように、吸気用および排気用の送風機の駆動およびノズルからの噴霧は、温室内に設置した温度および湿度センサで検知される検知データに基づいて、吸気、排気、噴霧の開始および停止を制御している。例えば、温室内の温度が３０℃に達すると吸気、排気、噴霧を開始し、温度３０℃未満または湿度８０％以上に達するとノズルの噴霧および前記送風機の駆動を停止する設定としている。
さらに、温室外部の気象条件を検知し、雨天時には稼働させず、晴天時のみ稼働し、乾燥した外気を吸気用送風機で温室内に導入するようにしてもよい。

前記吸気用送風機に取り付ける前記ノズルは、平均粒径が３０μｍ以下の水滴を含むセミドライフォグとして噴射するノズルを用いることが好ましい。該ノズルは水だけを噴射する一流体ノズルでよいが、水と空気とを噴射する二流体ノズルとしてもよい。
このように、温室内に設置するノズルから噴霧する水滴を微粒子の微霧とすると、温室内で迅速に蒸発し、未蒸発の大きな水滴が植物に付着しにくいものとなることが好ましい。
該ノズルとしては、特に、平均粒径が１０μｍ以上３０μｍ以下の水滴を含むセミドライフォグとして噴射するノズルが好適に用いられる。
ドライフォグとは空中に浮遊して物体に付着しない濡れない霧であり、セミドライフォグとは物体に付着するがすぐに蒸発する霧である。

前記温室は、植物栽培用のビニルハウス、ガラスハウス、植物工場等のいずれで形成しても良い。また、該温室内での植物の栽培方法も特定されない。

前記のように、温室内のノズルから噴射した霧を、温室に設置する吸気用送風機と排気用送風機とで温室内を循環させた後に排気させると、温室内の全域で水滴を蒸発させて温室内を均等に冷房でき、未蒸発の水滴が植物に付着するのを抑制、防止することができる。

前記のように、本発明では、ノズル付き吸気用送風機と排気用送風機を温室内に設置し、温室内の空気を強制的に循環させて換気し、ノズルから温室内に噴射する微霧の蒸発効率を高めて温室内の全体で気化熱により温度をさげることができ、かつ、未蒸発の水滴が植物に付着するのを抑制、防止することができる。

本発明の第１実施形態の温室を示す概略平面図である。図１の温室の概略正面図である。ノズル付き吸気用送風機を示し、（Ａ）は右側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図である。（Ａ）（Ｂ）は吸気用送風機に取り付けるノズルを示す図面である。第２実施形態を示し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は概略正面図である。第３実施形態を示し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は概略正面図である。第４実施形態の斜視図である。（Ａ）は前記第４実施形態の概略正面図、（Ｂ）は概略平面図である。第５実施形態で用いるノズル付き吸気用送風機の側面図である。（Ａ）（Ｂ）は第６実施形態を示す概略図である。

以下、本発明の栽培室の冷房装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に第１実施形態の植物栽培室の冷房装置を示す。
第１実施形態は、ビニルハウスからなる植物栽培ハウス１で囲まれた温室２内の冷房装置に関する。
前記温室２内には葉物、イチゴからなる比較的背丈の低い植物Ｐの栽培ベッド９が配置され、該栽培ベッド９の高さは約１ｍである。栽培ベッド９は培地となっており、植物Ｐが根をはっている。
該温室２は図示のように水平断面が長方形で、周壁２ａ〜２ｄおよび天井２ｓで囲み、周壁２ａ〜２ｄの適宜箇所に開閉扉および窓を設けている。

温室２内の四隅に窓２ｈを設け、該窓２ｈから外気を導入する部分に面して、ノズル付きの吸気用送風機３（３Ａ〜３Ｄ）を設置している。また、天井２ｓの中心に排気用送風機４を取り付けている。

各ノズル付きの吸気用送風機３は図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す構成としている。吸気用送風機３は温室２の中央側に面するリングヘッダー６を備え、該リングヘッダー６に一定間隔をあけて複数のノズル５を取り付けている。

各吸気用送風機３は基台３ａから突出するフレーム３ｂの上端にブラケット３ｃを突設し、該ブラケット３ｃに円形のファン３ｄの背面に突出した支持部３ｅを回転軸３ｆを介して上下方向に回転可能に取り付けている。前記支持部３ｅはハンドル３ｕを操作して上下方向に首振りできるようにしている。かつ、前記フレーム３ｂの下端を回転板３ｒに固定し、該回転板３ｒを基台３ａ内に収容したモータ（図示せず）で水平方向に９０度の角度で往復回転させて左右方向に首振りできるようにしている。モータは首振りスイッチ３ｓでオンする自動首振り機構としている。

ファン３ｄの背面中央には電源コード３ｇを接続して駆動するモータ３ｈを取り付け、該モータ３ｈによりファン３ｄの羽根３ｉを回転し、背面側から吸気して、正面側から吐出している。
上記ファン３ｄの正面側に突出した円環枠３ｋの正面に前記リングヘッダー６を取り付け、配管３ｊと接続している。
ファン３ｄの設置高さは栽培ベッド９の上面位置以下とし、温室２内では比較的下部に配置している。

前記のように、吸気用送風機３は窓２ｈを設けた温室２の４隅に設置し、窓２ｈから導入される外気を吸気用送風機３で吸引し、吸引した外気を温室２内に吐出するものとしている。該吸気用送風機３の室内面側のリングヘッダー６に固定したノズル５から温室２の中央側に向けて噴霧するようにしている。

前記ノズル５として、図４（Ａ）（Ｂ）に示す１流体ノズルを用いている。該１流体ノズル５は水のみを噴霧し、１０μｍ以上３０μｍ以下のセミドライフォグを発生させるものである。ノズル５から噴霧する霧をセミドライフォグとしても、水滴が落下せず、中空部の空中に浮遊させることができる。なお、ノズル５は１流体ノズルに限定されず、２流体ノズルでもよい。

前記１流体ノズル５として、本出願人の先願である特開２００８−１０４９２９号公報に開示したノズルを用いている。該ノズル５は筒状の本体６２、該本体６２の噴射側壁６２ｂの内面に固定したノズルチップ６３からなる。本体６２は円筒状の周壁６２ａの一端を噴射側壁６２ｂで閉鎖し、その中央に噴口６２ｃを設ける一方、周壁６２ａの他端は開口６２ｄとし、開口６２ｄは供給用配管と連通し、本体６２の中空部６２ｅに流入している。

前記ノズルチップ６３は大略円盤形状とし、本体６２の成型時にモールドして、本体６２の噴射側壁６２ｂの内面に固定している。ノズルチップ６３は本体６２の噴射側壁６２ｂの中心の噴口６２ｃと連通する噴射穴６３ａを中央部に備え、噴射穴６３ａから噴口６２ｃを通して旋回流として養液および水を噴霧する構成としている。前記噴射穴６３ａは、流入側から縮径するテーパ状穴部６３ａ−１と、該テーパ状穴部６３ａ−１に連続して噴口６２ｃに連通する小径穴部６３ａ−２とからなる。ノズルチップ６３の内面には９０度間隔をあけて円弧状に湾曲させた旋回溝６３ｂを設け、これら旋回溝６３ｂの内周端をテーパ状穴部６３ａ−１の周縁と連通させ、旋回溝６３ｂを通して液体を旋回させながら流入する構成としている。

前記ノズル５では、リングヘッダー６から本体６２に流入する水は、噴射側において、ノズルチップ６３の旋回溝６３ｂを通り、旋回流となって噴射穴６３ａのテーパ状穴部６３ａ−１に流入する。該テーパ状穴部６３ａ−１内で、該穴部の内周面に旋回しながら衝突するため水滴が微細化され、該テーパ状穴部６３ａ−１より噴射側の小径穴部６３ａ−２に流入し、さらに、連通した本体６２の噴口６２ｃから、１０〜３０μｍの微細な水滴となって、セミドライフォグとして噴射される。

温室２内の周縁と中央部には、高さ方向の下位置、中位置、高位置に、温度と湿度とを検出するセンサ８を分散配置している。該センサ８で検出される平均温度が所定の閾値、例えば、３０℃になると、前記ノズル５からの噴霧、吸気用送風機３、排気用送風機４を自動的に運転開始する制御装置（図示せず）を設けている。かつ、該制御装置で、前記センサ８で検出される平均温度が３０℃未満になると運転を停止し、または湿度が所定の閾値例えば、８０％以上になると運転を停止する設定としている。

前記構成として、温室２の内部が３０℃に達すると、ノズル５からの噴霧と、吸気用送風機３および排気用送風機４を自動的に運転開始する。
これにより、吸気用送風機３から吐出される外気の回りにノズル５から噴射される微霧が乗り、噴霧距離が長くなると共に風速が早くなる。温室２の下部で噴霧された微霧は、温室２の天井に設置した排気用送風機４により天井側へと吸引され、温室２の下部から天井２ｓへと温室内部の全域を通って上昇し外部へ排気される。

このように、温室２の下部の４隅のノズル５から、温室２の中央部に向けて横向きに噴射された微霧は吸気用送風機３から吐出される外気に助勢されて、温室２の下部の全域にわたって充満する。さらに、吸気用送風機３に設けた首振りスイッチ３ｓをオンすると、自動的にノズル５は左右方向に首振りとなり、温室２の下部の全域に急速に微霧を充満させることができる。

この温室２の下部に充満させた微霧の気化熱により、下部の温度は低下し、温室２内の暖気は上昇して温室２の天井２ｓの中央部に設置した排気用送風機４で外部へ排出される。かつ、下部に充満した微霧も排気用送風機４により上方へと吸引される。これにより、ノズル５から噴射された微霧は温室２の下部に滞留することなく、上部に向けて迅速に上昇する。

このように温室２内の全体にわたって迅速に微霧は流れ、該流れる過程で水滴は気化熱を奪って蒸発し、温室２の内部温度を迅速に低下させることができる。
ノズル５からの噴霧は、栽培植物Ｐの根元以下に向けて噴射される。微霧に含まれる未蒸発で栽培植物Ｐに付着しようとする水滴があれば、栽培ベッドの下の地面に吸収される。
栽培植物Ｐの下部に相当する温室２の下部に充満した微霧は天井中央に設けた排気用送風機４で吸引されて上昇する。その際、温室２内に残っている暖気が先に上昇して排気用送風機４で外部に排出され、温室２の内部は迅速に冷房される。
温室内部が設定した閾値の３０℃未満になり、または湿度が８０％に達すると、噴霧、吸気および排気を停止する。
このように、温室２内の温度上昇に応じて自動的に冷房でき、設定温度まで低下すると自動的に停止し、温室２内の過熱を防止し、植物の生育に適した温度条件に保持することができる。

図５（Ａ）（Ｂ）に第２実施形態を示す。
第２実施形態では、ノズル５を取り付けた吸気用送風機３（３Ａ〜３Ｄ）を温室２の４隅ではなく、左右対向する周壁２ａと２ｃに沿って、それぞれ間隔をあけてノズル５を取り付けた吸気用送風機３Ａと３Ｃ、３Ｂと３Ｄを設置し、栽培ベッド９の間の通路７の両側で対向配置している。
また、天井２ｓには中央の左右に排気用送風機４（４Ａ、４Ｂ）を２つ設置している。他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
作用効果も第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図６（Ａ）（Ｂ）に第３実施形態を示す。
第３実施形態では、ノズル５を取り付けた吸気用送風機３（３Ａ〜３Ｄ）を温室２の４隅ではなく、左右対向する周壁２ａと２ｃに沿って間隔をあけて配置し、かつ、左右で千鳥配置とし、４本の各通路７（７Ａ〜７Ｄ）の一方側に配置している。
ノズル付き吸気用送風機３Ａと３Ｃ、３Ｂと３Ｄを栽培ベッド９の間の通路７の両側で千鳥配置している。
栽培する植物Ｐはトマトやキュウリ等の比較的背丈が高くなる植物としており、よって、ノズル付き吸気用送風機３（３Ａ〜３Ｄ）は上下方向に首振りタイプとしている。
他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
作用効果も第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図７および図８に第４実施形態を示す。
第４実施形態は第３実施形態と同様に、栽培する植物はトマトやキュウリ等の比較的背丈が高くなる植物としている。前記第３実施形態ではノズル付き吸気用送風機３（３Ａ〜３Ｄ）を下部に設置し、上下方向に首振りタイプとしていて、上向きにも噴射しているが、本第４実施形態では、ノズル付き吸気用送風機３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…）を地上約２ｍの中高部の位置に設置し、噴霧が下向き傾斜して流れるように噴射している。

かつ、栽培ベッド９の間の通路７の長さ方向の一端側に前記ノズル付き吸気用送風機３Ａを配置し、長さ方向の中央位置にノズル付き吸気用送風機３Ｂを配置している。さらに、長さ方向の他端側の外壁の下部に排気用送風機４を設置している。かつ、温室２の天井にも排気用送風機４を設置している。

前記のように、温室２内においてノズル付き吸気用送風機３を下部ではなく、栽培植物の成長時の背丈以上の中高部に設置し、下向き傾斜して噴霧を発生させると、温室２の全体を効率よく冷房することができる。温室２内の通路７等に吸気用送風機を設置する場合、下部ではなく中高部に配置すると、作業の邪魔にならない。
なお、温室２が大型で長さ方向が大である場合は、長さ方向に間隔をあけて３個以上のノズル付き吸気用送風機３を設置してもよい。

図９に第５実施形態を示す。
第５実施形態はノズル付き吸気用送風機３のファン３ｄの吸気側となる背面に吸気ダクト３０を連結し、温室２の外壁に穿設したダクト穴３２に吸気ダクト３０を内嵌している。
該構成とすると、吸気ダクト３０を通して外気を直接にファン３ｄで吸い込んで、温室２内に吐出して送風することができる。
他の構成および作用効果は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１０（Ａ）（Ｂ）に第６実施形態を示す。
第６実施形態は断面矩形状の大型の温室２に適用した場合を示し、ノズル付き吸気用送風機３を外壁に沿って多数配置している。（Ａ）では幅方向が狭い側に両側外壁に沿って千鳥配置している。（Ｂ）では幅方向および長さ方向にノズル付き吸気用送風機３を並列している。
このように、大型の温室２では、温室２の全域にわたってノズルからの噴霧が行き渡るように、多数のノズル付き吸気用送風機３を設置している。

１植物栽培ハウス
２温室
２ａ〜２ｄ周壁
２ｓ天井
３（３Ａ〜３Ｄ）吸気用送風機
４排気用送風機
５ノズル
６リングヘッダー
７通路
８センサ
９栽培ベッド
Ｐ植物

Claims

ノズル付きの吸気用送風機を温室内の対向する周壁内面に千鳥配置または対向配置し、あるいは温室内の四隅に設置し、設置高さは温室の下部と中高部の少なくとも一方とし、前記ノズル付き吸気用送風機は、ファンを囲む円環枠の吐出側正面に設けるリングヘッダーに所要間隔をあけてノズルを配置すると共に、該ノズル付き吸気用送風機は上下方向あるいは左右方向に首振りできるタイプとする一方、
前記温室内の空気を外部に排気する排気用送風機を前記温室の上部に設置し、
前記温室内に設置する前記ノズル付き吸気用送風機と上部に設置する前記排気用送風機との相対位置関係を、前記ノズルからの噴霧が前記温室内を循環するように設置し、
かつ、該温室内に温度と湿度を検出するセンサを配置し、該センサと接続して前記ノズルからの噴霧およびファンの駆動による送風を制御する制御装置を設けている植物栽培室の冷房装置。
前記ノズル付き吸気用送風機は、送風機の吸気側にダクトを取り付け、該ダクトを温室の壁に設けた開口まで延在させて該ダクトを通して外気を直接に吸引させ、または、温室の外壁に設けた窓の近辺に設置して前記窓から導入される外気を吸引させるものである請求項１に記載の植物栽培室の冷房装置。
前記排気用送風機は温室の天井に設置し、前記ノズル付き吸気用送風機で前記温室に充満させる微霧を前記排気用送風機で天井側へと引き込む設定としている請求項１または請求項２に記載の植物栽培室の冷房装置。
成長時の背丈が高い栽培植物に対して、前記ノズル付き吸気用送風機は前記中高部の高さ位置に設置すると共に、栽培ベッドの列の間の空間位置で且つ前記温室の一辺の外壁と温室中央部とに同一方向の斜め下向きに設置し、
前記ノズル付き吸気用送風機からの噴霧を吸引する排気用送風機を対向する外壁の下部に設置している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の植物栽培室の冷房装置。
前記吸気用送風機に取り付ける前記ノズルは、一流体ノズルからなり、平均粒径が３０μｍ以下の水滴を含むセミドライフォグとして噴射するノズルとしている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の植物栽培室の冷房装置。