JP6028799B2 - 二酸化炭素供給装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、施設園芸ハウス内で人口的にCO2を供給させるため、燃焼器1を燃焼させてCO2を含む排気ガスをハウス内に供給するものである。その際、燃焼器内では、燃焼時に発生する熱と熱交換して、温水を発生させるようになっており、その温水を熱駆動冷凍機3へ供給する。熱駆動冷凍機3は、供給された温水をエネルギにして冷水を発生させる。その発生した冷水を、今度は吸熱用熱交換器6へ供給して、CO2を含む排気ガスを冷却するものである。排気ガスの冷却は、ハウス内の植物に直接供給が可能な温度まで低下させるのが好適である。ただし、直接供給可能な温度まで冷却させなくてもよく、追加の冷却器などでさらに冷却してからハウス内の植物に供給することも可能である。上述した植物に直接供給可能な温度まで冷却する例は、あくまで一例である。
本実施形態の熱駆動冷凍機3である吸着式冷凍サイクルを、図2A、2Bを参照して説明する。なお、この吸着式冷凍サイクルは、一例として例示するものであって、一般的な周知の吸着式冷凍サイクルであれば、本実施形態において適用可能である。
図2Aは、本実施形態の吸着式冷凍サイクルの第1吸着器101bが吸着工程、第2吸着器101cが脱着工程(desorbed process)として作動している図である。一方、図2Bは、四方弁105a、105bが90°切り替わって、第2吸着器101cが吸着工程、第1吸着器101bが脱着工程として作動している図である。
除湿暖房を行う場合には、図1の三方弁9a〜9dと四方弁10を切替えて図3のように設定し、通常は燃焼器1をOFFにする。蓄熱タンク5内の温水を、タンク上部から熱駆動冷凍機3の接続口bに供給し、吸着式冷凍サイクルを作動させる。
なお、図10の第5実施形態に示すように、第1実施形態の流路を変更しても良い。この実施形態では、図3に示される蓄熱タンク5の上部開口から四方弁10を経由して熱駆動冷凍機3の開口部bに接続する流路を、図10の如く、四方弁10から燃焼器1の入口に接続させ、燃焼器1を経由して熱駆動冷凍機3の開口部bに接続する流路に変更した例である。それ以外は、第1実施形態と同様である。
この図10の第5実施形態の構成により、除湿暖房時、蓄熱タンク5内に蓄えられた熱量が低下した場合でも、燃焼器1をONにすることで、蓄熱タンク5内の蓄熱量を再び増大させることができる。従って、第1実施形態に比べ、より長時間の除湿暖房を可能とすることができる。
CO2及び熱を施設園芸ハウス内で利用するためには、システム全体は、施設園芸ハウス内に設置することが望ましく、特に蓄熱タンク5を屋内に設置することで、タンク外壁からの放熱、例えば、夜間等の気温低下時に徐々にタンク外部へ放熱される熱も、施設園芸ハウス内の加温に寄与させることができる。燃焼器1に関しては燃焼時に光も放出しているため、CO2を含む排気ガスと光を同時に利用するようにしても良い。
第2実施形態は、図4、5に示すように、施設園芸ハウスへ、日中でも加湿を行うことを可能とするため、調湿・蓄熱装置110を付設した実施形態である。温水が調湿・蓄熱装置110内に流れると、乾燥剤が水分を脱離するようにしている。以下、図4、5を参照して第2実施形態を説明する。図4では、施設園芸ハウスに供給する冷却したCO2を含む排気ガスを供給するために、図1の第1実施形態と同じく、燃焼器1をONとし、熱駆動冷凍機3を作動させる。図5では、燃焼器1、熱駆動冷凍機3をOFFにした場合を示している。
次に、調湿・蓄熱装置110での水分の脱離が完了し、蓄熱タンク5にも蓄熱が完了した状態では、三方弁19a〜dの位置を、図4(燃焼器1:ON)から図5(燃焼器1:OFF)に示すように切替えて使用することができる。
図6、7の第3実施形態は、熱駆動冷凍機3を吸収式冷凍サイクルにした実施形態である。その他は、第1、2実施形態と同様である。すなわち、図1、3〜5における熱駆動冷凍機3の接続口a〜fは、図6、7の接続口a〜fに連結している。図6、7において、熱駆動冷凍機3内の接続口c−fのラインを、並列にしたものが図6であり、直列にしたものが図7である。吸収式冷凍サイクルは、周知の吸収力の高い液体(吸収液、水−臭化リチウム、アンモニア−水など)に吸収器201で冷媒を吸収させて発生する低圧によって、蒸発器202の冷媒を気化させて低温をつくる冷凍機である。
図8の第4実施形態は、エンジン駆動式冷凍機(エンジンの回転によりベルト伝動で圧縮機を駆動)を使用した実施形態である。CO2を発生する燃焼器としてのエンジン1と、そのエンジンにより駆動される圧縮機22を有する実施形態である。この圧縮機22により、冷凍サイクルを形成するように凝縮器25と膨張弁24と吸熱用熱交換器(蒸発器)6が配管で接続されている。この冷凍サイクルの凝縮器25と熱交換するために熱交換器23が設置されている。一例として、蓄熱タンク5、エンジン排気ガスから熱回収する二次熱交換器2、熱交換器23、エンジン1の冷却部、調湿・蓄熱装置110とは、この順序で、流体回路Fで繋がれており、三方弁29a〜29dにて流路を切替えている。これらの接続順序は、二次熱交換器2、熱交換器23、エンジン1の冷却部等の温度を考慮して適宜設定すればよく、図8の実施形態に限定されるものではない。
蓄熱タンク5の蓄熱、及びハウス内へ所望のCO2量の供給が完了している場合には、三方弁29a、29bを切替え(90°右回り)、蓄熱タンク5と放熱用熱交換器7とを連結して、蓄熱タンク5内の温水を流すことで暖房を行うことが可能となる。上記回路では図4、5の第2実施形態と同様に、別途調湿・蓄熱装置110が取り付けてあるので、タンク5の温水流路が装置110をバイパスするよう三方弁29c、29dを切替え、送風ファン8bで送風することによって、除湿も行う。
なお、動力源は内燃機関、外燃機関を問わず、また炭素を含む燃料を使用する燃料電池でも可能である。
図9の実施形態では、蓄熱タンク5に高温の温水を蓄熱して、それによって熱駆動冷凍機3を作動させる。熱駆動冷凍機3の接続口c、fのラインは、施設園芸ハウス内で放熱用熱交換器をファン8cで冷却している(ハウス外で冷却しても良い)。それ以外においては、第1、2実施形態と同様である。この実施形態では、燃焼器1で発生した熱(すなわち熱エネルギ)を蓄熱タンク5に温水という形態で蓄熱させたものであることは言うまでもない。
3 冷凍機
5 蓄熱タンク
6 吸熱用熱交換器
Claims (8)
- 燃焼器(1)、冷凍機(3)、該冷凍機(3)の冷凍サイクルで冷却した流体が流れる吸熱用熱交換器(6)を具備する二酸化炭素供給装置において、
前記燃焼器(1)で燃焼した場合に二酸化炭素を含む排気ガスを、前記吸熱用熱交換器(6)に通過させ冷却し、施設園芸ハウス内に供給し、
前記冷凍機(3)が、熱駆動冷凍機であって、前記燃焼器(1)での燃焼で発生した熱エネルギによって前記冷凍機(3)の冷凍サイクルを駆動し、
前記供給装置は、さらに蓄熱タンク(5)を具備し、
前記蓄熱タンク(5)のタンク流体によって、前記燃焼器(1)での燃焼で発生する熱エネルギと前記熱駆動冷凍機(3)から発生する排熱とを回収したことを特徴とする二酸化炭素供給装置。 - 前記冷凍機(3)の冷凍サイクルが、吸着式冷凍サイクル、又は、吸収式冷凍サイクルであることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素供給装置。
- 燃焼器(1)、冷凍機(3)、該冷凍機(3)の冷凍サイクルで冷却した流体が流れる吸熱用熱交換器(6)を具備する二酸化炭素供給装置において、
前記燃焼器(1)で燃焼した場合に二酸化炭素を含む排気ガスを、前記吸熱用熱交換器(6)に通過させ冷却し、施設園芸ハウス内に供給し、
前記供給装置は、さらに蓄熱タンク(5)を具備し、
前記供給装置は、前記蓄熱タンク(5)からのタンク流体により、乾燥剤が吸着している水分を脱離する調湿・蓄熱装置(110)を具備することを特徴とする二酸化炭素供給装置。 - 燃焼器(1)、冷凍機(3)、該冷凍機(3)の冷凍サイクルで冷却した流体が流れる吸熱用熱交換器(6)を具備する二酸化炭素供給装置において、
前記燃焼器(1)で燃焼した場合に二酸化炭素を含む排気ガスを、前記吸熱用熱交換器(6)に通過させ冷却し、施設園芸ハウス内に供給し、
前記供給装置は、さらに蓄熱タンク(5)を具備し、
送風用ファン(8)で空気を通過させて前記施設園芸ハウス内に供給する放熱用熱交換器(7)をさらに設け、
熱駆動冷凍機(3)を前記蓄熱タンク(5)からのタンク流体により駆動できるようにし、かつ、前記熱駆動冷凍機(3)から発生する排熱を前記放熱用熱交換器(7)で放熱するようにする、切替弁(9a〜9d、10)を具備することを特徴とする二酸化炭素供給装置。 - 前記放熱用熱交換器(7)を、前記吸熱用熱交換器(6)の下流に設け、前記送風用ファン(8)で送風される空気は前記吸熱用熱交換器(6)を経て、前記放熱用熱交換器(7)へ流入することを特徴とする請求項4に記載の二酸化炭素供給装置。
- 燃焼器(1)、冷凍機(3)、該冷凍機(3)の冷凍サイクルで冷却した流体が流れる吸熱用熱交換器(6)を具備する二酸化炭素供給装置において、
前記燃焼器(1)で燃焼した場合に二酸化炭素を含む排気ガスを、前記吸熱用熱交換器(6)に通過させ冷却し、施設園芸ハウス内に供給し、
前記供給装置は、さらに蓄熱タンク(5)を具備し、
前記吸熱用熱交換器(6)を、前記蓄熱タンク(5)からのタンク流体を流して放熱用熱交換器として機能させるようにする、切替弁(19a〜19d)を具備することを特徴とする二酸化炭素供給装置。 - 前記供給装置を、施設園芸ハウスの屋内に設置したことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素供給装置。
- 前記燃焼器(1)で燃焼した二酸化炭素を含む排気ガスを、前記吸熱用熱交換器(6)に通過させ、前記施設園芸ハウス内の植物に供給可能な温度まで冷却することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の二酸化炭素供給装置。
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