JP6821876B2

JP6821876B2 - Culture system

Info

Publication number: JP6821876B2
Application number: JP2016145234A
Authority: JP
Inventors: 敏之森島; 茂男由良; 高橋　惇; 惇高橋; 理亮川上; 正夫増田
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd; Kawakami Sangyo KK
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd; Kawakami Sangyo KK
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-07-25
Also published as: JP2018017405A

Description

本発明は、フラットパネル型の熱交換器を用いて培養液等の培養資材を加温又は冷却する培養システムに関する。 The present invention relates to a culture system that heats or cools a culture material such as a culture solution using a flat panel type heat exchanger .

農作物の収穫量は、気温の影響を大きく受けるため、農作物の生育に適した温度環境を実現する温室等を使用した施設園芸が普及している。施設園芸においては、熱交換器により、温室内の空気を加温したり、培養槽に収容された培養液等の培養資材を直接加温したりすることによって、農作物の生育に適した温度環境が実現されている。
特に、培養槽内の培養資材は、温室内の空気よりも遙かに大きな熱容量を有しているため、蓄熱効果が高い。このため、培養資材を熱交換器で直接加温又は冷却して温度を維持する方が、温室内の空気を熱交換器で冷暖房するよりも、培養資材の蓄熱効果等を利用でき、効果的な熱利用ができる。 Since the yield of agricultural products is greatly affected by the temperature, institutional horticulture using greenhouses that realize a temperature environment suitable for the growth of agricultural products is widespread. In facility gardening, a temperature environment suitable for the growth of crops is achieved by heating the air in the greenhouse with a heat exchanger or directly heating the culture materials such as the culture solution contained in the culture tank. Has been realized.
In particular, the culture material in the culture tank has a much larger heat capacity than the air in the greenhouse, and therefore has a high heat storage effect. For this reason, it is more effective to directly heat or cool the culture material with a heat exchanger to maintain the temperature, because the heat storage effect of the culture material can be utilized rather than heating and cooling the air in the greenhouse with a heat exchanger. Can use heat.

また、近年、地下水熱が、建物の冷暖房や融雪をはじめとする様々な用途に利用されている。例えば、下記の特許文献１には、地下水熱をヒートポンプで熱交換して利用する技術が記載されている。地下水は周年恒温であるため、地下水熱を冷暖房等に利用することにより省エネルギー効果が期待できる。 In recent years, groundwater heat has been used for various purposes such as heating and cooling of buildings and melting snow. For example, Patent Document 1 below describes a technique for using groundwater heat by exchanging heat with a heat pump. Since groundwater has a constant temperature throughout the year, energy saving effects can be expected by using the heat of groundwater for heating and cooling.

特開２０１０−１１７０８１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-117081

一般の熱交換器は、多数の金属配管を有する多管式、金属配管群を金属シェルで覆ったシェル・アンド・チューブ型、及び金属配管の表面に多数のフィンを形成したフィンチューブ型の熱交換器のように、熱伝導率の高い金属製の配管群で構成されている。このため、一般の熱交換器は重量物であり、熱交換器の搬送、設置、交換等の取り扱いは容易ではなかった。 General heat exchangers are multi-tube type with many metal pipes, shell-and-tube type with metal pipes covered with a metal shell, and fin tube type with many fins formed on the surface of metal pipes. Like a exchanger, it is composed of a group of metal pipes with high thermal conductivity. For this reason, general heat exchangers are heavy objects, and it has not been easy to transport, install, and replace the heat exchangers.

また、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を施設園芸の培養槽に設置した場合、熱交換器の頻繁な洗浄作業が不可欠であるが、熱交換器が重量物であることと、熱交換器の配管群の複雑な表面形状が、容易な洗浄作業の妨げとなっていた。 In addition, when the shell-and-tube heat exchanger is installed in the culture tank of facility gardening, frequent cleaning work of the heat exchanger is indispensable, but the heat exchanger is heavy and the heat exchanger The complicated surface shape of the pipe group in the above hindered easy cleaning work.

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、軽量なフラットパネル型の熱交換器を利用した培養システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a culture system using a lightweight flat panel type heat exchanger .

本願発明は、培養資材を収容する培養槽と、前記培養槽の底面上に配置されたフラットパネル型の熱交換器と、前記フラットパネル型の熱交換器に熱媒体を供給する供給流路と、前記フラットパネル型の熱交換器から前記熱媒体を排出する排出流路と、前記排出流路に設けた、前記フラットパネル型の熱交換器から前記熱媒体を吸引する吸引ポンプとを備えた培養システムであって、前記フラットパネル型の熱交換器は、中空状に膨出した複数の突起部が千鳥状に配置された合成樹脂製のキャップシートと、前記突起部の内部に空気を密封するように、前記キャップシートの前記突起部の開口側に積層されたバックシートと、前記キャップシートの前記突起部の頂面側に積層された金属シートとを備え、前記金属シートに、前記突起部間の中空部へ熱媒体としての流体を流入させる流入口と、前記中空部から前記流体を流出させる流出口とが形成され、かつ、前記フラットパネル型の熱交換器は、前記金属シートの主表面に一端が溶接された金具によって前記培養槽の側壁に取り付けられた構成となっている。The present invention includes a culture tank for accommodating culture materials, a flat panel type heat exchanger arranged on the bottom surface of the culture tank, and a supply flow path for supplying a heat medium to the flat panel type heat exchanger. A discharge flow path for discharging the heat medium from the flat panel type heat exchanger and a suction pump provided in the discharge flow path for sucking the heat medium from the flat panel type heat exchanger are provided. In the culture system, the flat panel type heat exchanger has a cap sheet made of synthetic resin in which a plurality of hollow protrusions are arranged in a staggered manner, and air is sealed inside the protrusions. A back sheet laminated on the opening side of the protrusion of the cap sheet and a metal sheet laminated on the top surface side of the protrusion of the cap sheet are provided on the metal sheet. An inflow port for flowing a fluid as a heat medium into the hollow portion between the portions and an outlet for flowing the fluid out of the hollow portion are formed, and the flat panel type heat exchanger is made of the metal sheet. The structure is such that one end is welded to the main surface and the metal fitting is attached to the side wall of the culture tank.

また、本願発明は、前記金具がコの字形ブラケットによって培養槽の側壁との間に挟まれ、前記フラットパネル型の熱交換器の設置深さを調節可能となるよう取り付けられた構成としてある。 Further, the present invention has a configuration in which the metal fitting is sandwiched between the side wall of the culture tank by a U-shaped bracket and attached so that the installation depth of the flat panel type heat exchanger can be adjusted.

本発明の培養システムによれば、軽量なフラットパネル型の熱交換器を利用した培養システムを提供することができる。 According to the culture system of the present invention, it is possible to provide a culture system using a lightweight flat panel type heat exchanger .

（ａ）は、本発明で利用するフラットパネル型の熱交換器の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した熱交換器の斜視図である。(A) is an exploded perspective view of the flat panel type heat exchanger used in the present invention , and (b) is a perspective view of the heat exchanger shown in (a). 本発明で利用するフラットパネル型の熱交換器の断面模式図である。It is sectional drawing of the flat panel type heat exchanger used in this invention. （ａ）は、本発明で利用する熱交換器の横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。(A) is a cross-sectional view of the heat exchanger used in the present invention , and (b) is a partially enlarged view of (a). 本発明で利用する別のフラットパネル型の熱交換器の横断面図である。It is a cross-sectional view of another flat panel type heat exchanger used in this invention. 本発明の実施形態に係る培養システムの模式図である。It is a schematic diagram of the culture system which concerns on embodiment of this invention. 図５中に示したフラットパネル型の熱交換器のＡ−Ａ線に沿った断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of the flat panel type heat exchanger shown in FIG. 平均外気温と藻類収穫量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average outside air temperature and the algae yield.

以下、図面を参照してフラットパネル型の熱交換器及び培養システムの実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、フラットパネル型の熱交換器の一実施形態を説明する。図１（ａ）は、フラットパネル型の熱交換器1の分解斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したフラットパネル型の熱交換器の斜視図である。また、図２は、フラットパネル型の熱交換器１の断面模式図である。 Hereinafter, embodiments of a flat panel type heat exchanger and a culture system will be described with reference to the drawings.
First, an embodiment of a flat panel type heat exchanger will be described with reference to FIG. FIG. 1A is an exploded perspective view of the flat panel type heat exchanger 1 , and FIG. 1B is a perspective view of the flat panel type heat exchanger shown in FIG. 1A. Further, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the flat panel type heat exchanger 1.

図１及び図２に示すように、本実施形態の熱交換器１は、フラットパネル形状を有し、硬質ポリプロピレン製のキャップシート１１と、キャップシート１１の一方の面に積層した硬質ポリプロピレン製のバックシート１２と、キャップシートの１２の他方の面に積層した金属シート１３とから構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the heat exchanger 1 of the present embodiment has a flat panel shape and is made of a cap sheet 11 made of hard polypropylene and a hard polypropylene laminated on one surface of the cap sheet 11. It is composed of a back sheet 12 and a metal sheet 13 laminated on the other surface of the cap sheet 12.

キャップシート１１には、中空状に膨出した中空円柱形状の突起部１１ａが複数形成され、複数の突起部１１ａは、千鳥状に配置されている。 A plurality of hollow cylindrical protrusions 11a that bulge into a hollow shape are formed on the cap sheet 11, and the plurality of protrusions 11a are arranged in a staggered manner.

バックシート１２は、キャップシート１１の突起部１１ａの開口１１ｄ側に、開口１１ｄを密閉するように積層されている。バックシート１２は、キャップシート１１の非突起部の部分と固着し、これにより、突起部１１ａの内部Ａに空気が密封される。キャップシート１１とバックシート１２とは、熱溶着してもよいし、接着剤で接着してもよい。 The back sheet 12 is laminated on the opening 11d side of the protrusion 11a of the cap sheet 11 so as to seal the opening 11d. The back sheet 12 is fixed to the non-protruding portion of the cap sheet 11, whereby air is sealed inside A of the protruding portion 11a. The cap sheet 11 and the back sheet 12 may be heat-welded or adhered with an adhesive.

なお、キャップシート１１及びバックシート１２の材料としては、硬質ポリプロピレンの他に、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂といった種々の合成樹脂を挙げることができる。特に、培養温度よりも高いガラス転移点（Tm）を有する、ポリスチレン（Tm＝１００℃）等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（Tm＝６８℃，８１℃）等のポリエステル系樹脂、ナイロン（Tm＝４７℃，４９℃）等のポリアミド系樹脂がより好ましい。 In addition to hard polypropylene, various materials for the cap sheet 11 and the back sheet 12 include a polyolefin resin such as polyethylene, a polystyrene resin such as polystyrene, a polyester resin such as polyethylene terephthalate, and a polyamide resin such as nylon. Synthetic resin can be mentioned. In particular, polystyrene resins such as polystyrene (Tm = 100 ° C.), polyester resins such as polyethylene terephthalate (Tm = 68 ° C., 81 ° C.), and nylon (Tm =) having a glass transition point (Tm) higher than the culture temperature. Polyamide-based resins such as 47 ° C. and 49 ° C.) are more preferable.

金属シート１３は、キャップシート１１の突起部１１ａの頂面側１１ｂに積層されている。金属シート１３は、キャップシート１１の突起部１１ａの頂面１１ｂに固着している。なお、キャップシート１１と金属シート１３とは、熱溶着してもよいし、接着剤で接着してもよい。 The metal sheet 13 is laminated on the top surface side 11b of the protrusion 11a of the cap sheet 11. The metal sheet 13 is fixed to the top surface 11b of the protrusion 11a of the cap sheet 11. The cap sheet 11 and the metal sheet 13 may be heat-welded or bonded with an adhesive.

そして、キャップシート１１と金属シート１３とに挟まれた空間、すなわち、キャップシート１１の突起部１１ａ間に、熱媒体としての地下水を流すための中空部Ｓが形成される。 Then, a hollow portion S for flowing groundwater as a heat medium is formed in the space sandwiched between the cap sheet 11 and the metal sheet 13, that is, between the protrusions 11a of the cap sheet 11.

さらに、図２に示すように、バックシート１２の外側には、カバーシート１４が設けられている。カバーシート１４の周囲を金属シート１３に接着して封止することにより、内部空間Ｓが封止される。なお、カバーシート１４を設ける代わりに、バックシート１２の周囲を金属シート１３に密着させることによって、内部空間Ｓを封止してもよい。 Further, as shown in FIG. 2, a cover sheet 14 is provided on the outside of the back sheet 12. The internal space S is sealed by adhering and sealing the periphery of the cover sheet 14 to the metal sheet 13. Instead of providing the cover sheet 14, the internal space S may be sealed by bringing the periphery of the back sheet 12 into close contact with the metal sheet 13.

金属シート１３は、例えば、厚さ０．８〜２．５ｍｍのアルミニウム平板１３であり、キャップシート１１と反対側の主表面１３ａに、耐腐食性を高めるため、アルマイト処理が施されている。なお、金属シート１３の材料としては、アルマイト処理したアルミニウムの他、鉄、ステンレス、銅、そのほかの合金などを挙げることができる。また、金属シート１３の材料として、アルマイト処理されていないアルミニウムも挙げることができる。アルマイト処理されていないアルミニウムは、反応物質の含まれていない水又は温水に使用して好適である。 The metal sheet 13 is, for example, an aluminum flat plate 13 having a thickness of 0.8 to 2.5 mm, and the main surface 13a on the opposite side of the cap sheet 11 is anodized in order to improve corrosion resistance. Examples of the material of the metal sheet 13 include iron, stainless steel, copper, and other alloys in addition to alumite-treated aluminum. Further, as the material of the metal sheet 13, aluminum that has not been anodized can also be mentioned. Aluminum that has not been anodized is suitable for use in water or warm water that does not contain reactants.

このように構成されたフラットパネル型の熱交換器１は、金属シート１３以外の部分が合成樹脂で形成されているため軽量である。また、金属シート１３の表面が平面であるため、金属シート１３の表面を容易に洗浄することができる。 The flat panel type heat exchanger 1 configured in this way is lightweight because a portion other than the metal sheet 13 is made of synthetic resin. Further, since the surface of the metal sheet 13 is flat, the surface of the metal sheet 13 can be easily cleaned.

ここで、図３を参照して、パネル形熱交換器１内部における熱媒体としての地下水の流れを説明する。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係るパネル型熱交換器の横断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大図である。 Here, the flow of groundwater as a heat medium inside the panel heat exchanger 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view of the panel type heat exchanger according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a partially enlarged view of FIG. 3A.

アルミニウム平板１３には、図２に示すように、突起部１１ａ間の中空部Ｓへ熱媒体としての流体を流入させる流入口１０ａと、中空部Ｓから流体を流出させる流出口１０ｂとが形成されている。図３（ａ）に示すように、流入口１０ａ及び流出口１０ｂは、突起部１１ａ間に開口している。
なお、流入口１０ａ及び流出口１０ｂは、複数ずつ設けてもよい。また、流入口１０ａと流出口１０ｂとは同数であるのがよい。 As shown in FIG. 2, the aluminum flat plate 13 is formed with an inflow port 10a for flowing a fluid as a heat medium into the hollow portion S between the protrusions 11a and an outlet 10b for flowing the fluid out of the hollow portion S. ing. As shown in FIG. 3A, the inflow port 10a and the outflow port 10b are open between the protrusions 11a.
In addition, a plurality of inflow ports 10a and a plurality of outflow ports 10b may be provided. Further, the number of the inflow port 10a and the number of the outflow port 10b should be the same.

図３（ａ）に示すように、金属シート１３の主表面に対して垂直方向に、流入口１０ａから中空部Ｓに流入した流体は、噴流となって四方へ広がる。中空部Ｓを流れる流体は、千鳥状に配置された突起部１１ａによって進路が妨害される結果、流入口１０ａと流出口１０ｂとを結ぶ最短経路ではなく、図３（ａ）に矢印で示すように、パネル型熱交換器１内の中空部Ｓに広がって流れる。このとき、突起部１１ａの内部には空気が密閉されているため、流体の進路が突起部１１ａによって妨害されるときに、流体から突起部１１ａの側面１１ｃを介して突起部１１ａの内部へは熱が伝達されにくく、より高い熱伝導率を有する金属シート１３側に流体の熱が伝達される。このように、熱媒体としての地下水が中空部Ｓに広がって流れるため、金属シート１３の主表面の温度分布の均一化を図ることができる。 As shown in FIG. 3A, the fluid flowing into the hollow portion S from the inflow port 10a in the direction perpendicular to the main surface of the metal sheet 13 becomes a jet and spreads in all directions. As a result of the path of the fluid flowing through the hollow portion S being obstructed by the staggered protrusions 11a, the fluid is not the shortest path connecting the inflow port 10a and the outflow port 10b, as shown by an arrow in FIG. In addition, it spreads and flows in the hollow portion S in the panel type heat exchanger 1. At this time, since air is sealed inside the protrusion 11a, when the path of the fluid is obstructed by the protrusion 11a, the fluid moves from the fluid to the inside of the protrusion 11a via the side surface 11c of the protrusion 11a. Heat is difficult to transfer, and the heat of the fluid is transferred to the metal sheet 13 side, which has a higher thermal conductivity. In this way, since groundwater as a heat medium spreads and flows in the hollow portion S, it is possible to make the temperature distribution on the main surface of the metal sheet 13 uniform.

特に、各突起部１１aが６つの突起部１１aと隣接するように千鳥状に配置されている場合には、図４に示すように、一つの円形の流入口１０ａと一つの円形の流出口１０ｂとが、最短距離で隣接する円柱形状又は円錐形状の突起同士の中心を結んだ第1の直線Ｉに直交する第２の直線IIと、当該流入口１０aの中心と当該流出口１０ｂとを結ぶ第３直線IIIとが平行となる位置関係で配置されていることが好ましい。一つの円形の流入口１０ａと一つの円形の流出口１０ｂとをこのように配置することにより、突起部１１aによる流体の進路妨害効果が最大となり、金属シート１３からの効率的な発熱を得ることができる。 In particular, when each protrusion 11a is arranged in a staggered pattern so as to be adjacent to the six protrusions 11a, as shown in FIG. 4, one circular inflow port 10a and one circular outlet 10b Connects the center of the inflow port 10a and the outflow port 10b with the second straight line II orthogonal to the first straight line I connecting the centers of adjacent cylindrical or conical protrusions at the shortest distance. It is preferable that they are arranged in a positional relationship in which they are parallel to the third straight line III. By arranging one circular inflow port 10a and one circular outflow port 10b in this way, the effect of obstructing the path of the fluid by the protrusion 11a is maximized, and efficient heat generation from the metal sheet 13 can be obtained. Can be done.

なお、熱交換器１が、複数の流入口１０aと複数の流出口１０ｂを有する場合には、互いに直近の一つの流入口１０aと一つの流出口１０ｂとが上記の平行となる位置関係で配置されていることが好ましい。例えば、一つの流入口１０aに着目すると、その一つの流入口１０aと、複数の流出口１０ｂのうちの、その一つの流入口１０aから最短距離に位置する一つの流出口１０ｂとが、上記位置関係で配置されていることが好ましい。換言すれば、一つの流出口１０ｂに着目すると、その一つの流出口１０ｂと、複数の流入口１０aのうちの、その一つの流出口１０ｂから最短距離に位置する一つの流入口１０aとが、上記位置関係で配置されていることが好ましい。 When the heat exchanger 1 has a plurality of inlets 10a and a plurality of outlets 10b, one inlet 10a and one outlet 10b closest to each other are arranged in the above-mentioned parallel positional relationship. It is preferable that it is. For example, focusing on one inflow port 10a, the one inflow port 10a and one of the plurality of inflow ports 10b located at the shortest distance from the one inflow port 10a are located at the above positions. It is preferable that they are arranged in a relationship. In other words, focusing on one outlet 10b, the one outlet 10b and one of the plurality of inlets 10a located at the shortest distance from the one outlet 10b are It is preferable that they are arranged in the above positional relationship.

また、図３（ｂ）に示す突起部１１ａの頂面１１ｂの直径Ａと、突起部１１ａ同士の最短距離Ｂとは、下記の関係式（１）を満たすことが好ましい。
Ａ＞Ｂ・・・（１） Further, it is preferable that the diameter A of the top surface 11b of the protrusion 11a shown in FIG. 3B and the shortest distance B between the protrusions 11a satisfy the following relational expression (1).
A> B ... (1)

さらに、中空部Ｓと突起部１１ａとの合計容積に対する突起部１１ａの容積率は、７１〜９９％であることがより好ましい。
本実施形態では、例えば、直径Ａ＝１５ｍｍ、最短距離Ｂ＝１ｍｍであり、容積率は７７％である。 Further, the volume ratio of the protrusion 11a to the total volume of the hollow portion S and the protrusion 11a is more preferably 71 to 99%.
In the present embodiment, for example, the diameter A = 15 mm, the shortest distance B = 1 mm, and the floor area ratio is 77%.

このように、突起部１１ａの直径Ａを、突起部同士の最短距離Ｂよりも大きくすることにより、さらに、突起部１１ａの容積率を７１％〜９９％とすることにより、中空部Ｓを流れる地下水に突起部１１ａにより効果的に擾乱を与えることができる。その結果、金属シート１３の主表面の温度分布の一層の均一化を図ることができる。 In this way, by making the diameter A of the protrusions 11a larger than the shortest distance B between the protrusions, and further setting the floor area ratio of the protrusions 11a to 71% to 99%, the hollow portion S flows. The protrusion 11a can effectively disturb the groundwater. As a result, the temperature distribution on the main surface of the metal sheet 13 can be made more uniform.

また、突起部１１ａの頂面１１ｂの直径Ａと、突起部１１ａの高さ（即ち、中空部Ｓの高さ）Ｈと下記の関係式（２）を満たすことが好ましい。
Ａ＞Ｈ・・・（２） Further, it is preferable that the diameter A of the top surface 11b of the protrusion 11a, the height of the protrusion 11a (that is, the height of the hollow portion S) H, and the following relational expression (2) are satisfied.
A> H ... (2)

このように、突起部１１ａの高さＨを突起部の直径Ａよりも低くすれば、突起部１１ａの傾斜により中空部Ｓが潰れる可能性を低減することができ、フラットパネルの形態を安定化させることができる。
本実施形態では、例えば、直径Ａ＝１５ｍｍに対して、高さＨ＝８ｍｍである。 By making the height H of the protrusion 11a lower than the diameter A of the protrusion 11a in this way, the possibility that the hollow portion S is crushed due to the inclination of the protrusion 11a can be reduced, and the shape of the flat panel is stabilized. Can be made to.
In this embodiment, for example, the height is H = 8 mm with respect to the diameter A = 15 mm.

さらに、突起部１１ａの高さＨは、３ｍｍ〜１００ｍｍが好ましい。突起部１１ａの高さＨが３ｍｍよりも低いと、中空部Ｓを流れる流体の流動抵抗が大きくなって好ましくない。一方、突起部１１ａの高さＨが１００ｍｍよりも高いと、中空部Ｓを流れる流体の流量の増大により、キャップシート１１の突起部１１ａの頂部１１ｂと金属シート１３との固着状態を維持するのに必要な要求耐圧も高くなってしまう。突起部１１ａの高さＨを１００ｍｍ以下とすることによって、中空部Ｓを流れる流体の圧力の増大を抑制し、中空部Ｓを構成するキャップシート１１と金属シート１３との剥離を防止することができる。 Further, the height H of the protrusion 11a is preferably 3 mm to 100 mm. If the height H of the protrusion 11a is lower than 3 mm, the flow resistance of the fluid flowing through the hollow portion S becomes large, which is not preferable. On the other hand, when the height H of the protrusion 11a is higher than 100 mm, the top portion 11b of the protrusion 11a of the cap sheet 11 and the metal sheet 13 are maintained in a fixed state due to an increase in the flow rate of the fluid flowing through the hollow portion S. The required pressure resistance is also high. By setting the height H of the protrusion 11a to 100 mm or less, it is possible to suppress an increase in the pressure of the fluid flowing through the hollow portion S and prevent the cap sheet 11 and the metal sheet 13 constituting the hollow portion S from peeling off. it can.

また、本実施形態では、突起部１１ａを中空円柱形状としているが、突起部１１ａを中空円錐台形としてもよい。 Further, in the present embodiment, the protrusion 11a has a hollow cylindrical shape, but the protrusion 11a may have a hollow conical trapezoidal shape.

また、突起部１１ａは、中空円柱形状に限定されず、頂面１１ｂ側の直径が開口１１ｄ側の直径よりも小さい中空円錐台形状（中空の切頭円錐形状）とすることもできる。その場合、突起部１１ａの側面１１ｃが、中空円錐台形状の中心軸線（金属シート１３の主表面１３ａの法線）に対して、０°〜２９°の傾斜角度を有することが好ましい。傾斜角度が２９°以下であれば、突起部１１ａの頂面１１ｂに、金属シート１３との十分な接着面積を確保することができ、その結果、流体の圧力によって金属シート１３が突起部１１の頂面１１ｂから剥離する可能性を低減することができる。
なお、突起部１１ａを中空円錐台形状とした場合も、突起部１１ａの頂部の直径Ａを、突起部同士の頂部の最短距離Ｂよりも大きくすることが好ましく、さらに、突起部１１ａの容積率を７１％〜９９％とすることがより好ましい。 Further, the protrusion 11a is not limited to the hollow cylindrical shape, and may have a hollow truncated cone shape (hollow truncated cone shape) in which the diameter on the top surface 11b side is smaller than the diameter on the opening 11d side. In that case, it is preferable that the side surface 11c of the protrusion 11a has an inclination angle of 0 ° to 29 ° with respect to the hollow truncated cone-shaped central axis (normal of the main surface 13a of the metal sheet 13). When the inclination angle is 29 ° or less, a sufficient adhesive area with the metal sheet 13 can be secured on the top surface 11b of the protrusion 11a, and as a result, the metal sheet 13 is moved to the protrusion 11 by the pressure of the fluid. The possibility of peeling from the top surface 11b can be reduced.
Even when the protrusions 11a have a hollow truncated cone shape, the diameter A of the tops of the protrusions 11a is preferably larger than the shortest distance B between the tops of the protrusions, and the floor area ratio of the protrusions 11a. Is more preferably 71% to 99%.

また、突起部１１ａを中空円柱形状とすれば、突起部１１ａが傾斜する可能性を低減させることができる。また、突起部１１ａを中空円柱形状とすれば、中空部Ｓを流れる熱媒体としての流体と、伝熱部材としての金属シート１３との接触面積が増加するため、熱交換効率の向上を図ることができるとともに、中空部Ｓを流れる流体と、バックシート１２との接触面積が減少するため、バックシート１２側への熱の移動を低減することができる。 Further, if the protrusion 11a has a hollow cylindrical shape, the possibility that the protrusion 11a is inclined can be reduced. Further, if the protrusion 11a has a hollow cylindrical shape, the contact area between the fluid as a heat medium flowing through the hollow portion S and the metal sheet 13 as a heat transfer member increases, so that the heat exchange efficiency can be improved. At the same time, the contact area between the fluid flowing through the hollow portion S and the back sheet 12 is reduced, so that the heat transfer to the back sheet 12 side can be reduced.

次に、図５を参照して、図１〜図３に示したフラットパネル型の熱交換器１を利用した培養システムを説明する。図５は、本実施形態の培養システムの模式図である。図５に示すように、本実施形態の培養システムは、培養資材である培養液Ｌを収容する培養槽２と、培養槽２の底面２ａに接触して設置された熱交換器１と、熱交換器１に熱媒体としての地下水を供給する供給管３と、パネル型熱交換器１から熱媒体を排出する排出管４とを備えている。供給管３の一端は、揚水井戸５に配置され、一方、排出管４の一端は、還水井戸６に配置されている。 Next, with reference to FIG. 5, a culture system using the flat panel type heat exchanger 1 shown in FIGS. 1 to 3 will be described. FIG. 5 is a schematic view of the culture system of the present embodiment. As shown in FIG. 5, the culture system of the present embodiment has a culture tank 2 that houses the culture solution L, which is a culture material, a heat exchanger 1 that is installed in contact with the bottom surface 2a of the culture tank 2, and heat. A supply pipe 3 for supplying ground water as a heat medium to the exchanger 1 and a discharge pipe 4 for discharging the heat medium from the panel type heat exchanger 1 are provided. One end of the supply pipe 3 is arranged in the pumping well 5, while one end of the discharge pipe 4 is arranged in the return water well 6.

ところで、供給管３にポンプを配設した場合には、熱交換器１の中空部Ｓに、地下水を流動抵抗に打ち勝つ圧力で注入しなければならない。その結果、熱交換器１の中空部Ｓ内は陽圧となり、金属シート１３をキャップシート１１から引き剥がそうとする力が働く。このため、長期間の使用により、金属シート１３がキャップシート１１から剥離するおそれがある。 By the way, when the pump is arranged in the supply pipe 3, groundwater must be injected into the hollow portion S of the heat exchanger 1 at a pressure that overcomes the flow resistance. As a result, the inside of the hollow portion S of the heat exchanger 1 becomes a positive pressure, and a force that tries to peel the metal sheet 13 from the cap sheet 11 acts. Therefore, the metal sheet 13 may be peeled off from the cap sheet 11 after long-term use.

そこで、本実施形態の培養システムでは、排出管４に吸引ポンプ７を配設し、この吸引ポンプ７により熱交換器１の中空部Ｓから地下水を吸引する。これにより、熱交換器１の内部は、負圧に保たれ、中空部Ｓを流れる地下水の圧力によって金属シート１３がキャップシート１１から剥離する可能性が低減される。
なお、吸引ポンプ７は、排出管４に配置されていればよく、吸引ポンプ７は、排出管４の途中に設置してもよいし、排出管４の端部に設置してもよい。 Therefore, in the culture system of the present embodiment, a suction pump 7 is arranged in the discharge pipe 4, and the suction pump 7 sucks groundwater from the hollow portion S of the heat exchanger 1. As a result, the inside of the heat exchanger 1 is maintained at a negative pressure, and the possibility that the metal sheet 13 is peeled off from the cap sheet 11 due to the pressure of the groundwater flowing through the hollow portion S is reduced.
The suction pump 7 may be arranged in the discharge pipe 4, and the suction pump 7 may be installed in the middle of the discharge pipe 4 or at the end of the discharge pipe 4.

図６に、図５に示した培養システム型熱交換器１のＡ−Ａ線に沿った断面模式図を示す。図６に示すように、パネル型熱交換器１は、その四隅で、ブラケット８１及び８２によって、培養槽２の側壁２ｂに取り付けられている。なお、図５では、ブラケット８１及び８２の図示を省略している。 FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the culture system type heat exchanger 1 shown in FIG. 5 along the line AA. As shown in FIG. 6, the panel type heat exchanger 1 is attached to the side wall 2b of the culture tank 2 by brackets 81 and 82 at its four corners. Note that in FIG. 5, the brackets 81 and 82 are not shown.

ブラケット８１はＬ字形状の金具であり、ブラケット８２は、金属製のコの字形状の金具である。Ｌ字形ブラケット８１の一端側は、フラットパネル型の熱交換器1の金属シート１３の主表面１３ａに溶接されている。Ｌ字形のブラケット８１と培養槽２の側壁２ｂとをコの字形のブラケット８２で挟んでねじで固定するようにしたことにより、熱交換器１の設置深さを調節することができる。また、ねじを緩めることにより、フラットパネル型熱交換器１を培養槽２から容易に引き上げることができる。なお、本実施形態では、熱交換器１を、培養槽２の底面２ａに接触させて設置しているが、熱交換器１を培養槽２の底面２ａから離間して設置してもよい。 The bracket 81 is an L-shaped metal fitting, and the bracket 82 is a metal U-shaped metal fitting. One end side of the L-shaped bracket 81 is welded to the main surface 13a of the metal sheet 13 of the flat panel type heat exchanger 1. The installation depth of the heat exchanger 1 can be adjusted by sandwiching the L-shaped bracket 81 and the side wall 2b of the culture tank 2 between the U-shaped brackets 82 and fixing them with screws. Further, by loosening the screw, the flat panel type heat exchanger 1 can be easily pulled up from the culture tank 2. In the present embodiment, the heat exchanger 1 is installed in contact with the bottom surface 2a of the culture tank 2, but the heat exchanger 1 may be installed away from the bottom surface 2a of the culture tank 2.

培養槽２の底面２ａ上に載置された熱交換器１には、培養槽２に収容された培養液Ｌの水圧がかかる。このとき、内部Ａに空気が密封された突起部１１ａが支柱として機能するため、突起部１１ａの周りの中空部Ｓは、水圧に押し潰されずに確保される。このように、パネル型熱交換器１では、金属よりも剛性の低い合成樹脂製のキャップシートで中空部Ｓを確保することができ、金属配管を必要とせず、熱交換器１の軽量化を図ることができる。 The heat exchanger 1 placed on the bottom surface 2a of the culture tank 2 is subjected to the water pressure of the culture solution L contained in the culture tank 2. At this time, since the protrusion 11a in which air is sealed in the inner A functions as a support, the hollow portion S around the protrusion 11a is secured without being crushed by water pressure. In this way, in the panel type heat exchanger 1, the hollow portion S can be secured by the cap sheet made of synthetic resin having a lower rigidity than the metal, the metal piping is not required, and the weight of the heat exchanger 1 can be reduced. Can be planned.

また、突起部１１ａは、内部に空気が密封されているため、高い断熱性を有する。このため、支柱としての突起部１１ａを通って、金属シート１３側からバックシート１２側へ熱が移動することを低減することができる。特に、突起部１１ａを中空円錐台形状とした場合には、中空円柱系状とした場合よりも中空部Ｓを流れる流体と、バックシート１２との接触面積が減少するため、バックシート１２を介して培養槽2の底面２ａへ熱の移動をより低減することができる。 Further, the protrusion 11a has a high heat insulating property because the air is sealed inside the protrusion 11a. Therefore, it is possible to reduce the transfer of heat from the metal sheet 13 side to the back sheet 12 side through the protrusion 11a as a support. In particular, when the protrusion 11a has a hollow truncated cone shape, the contact area between the fluid flowing through the hollow portion S and the back sheet 12 is smaller than that when the protrusion 11a has a hollow truncated cone shape, so that the contact area between the back sheet 12 is reduced. The heat transfer to the bottom surface 2a of the culture tank 2 can be further reduced.

次に、上述した培養システムによる、水性植物である藻類の培養例を説明する。
まず、図７は、平均外気温と藻類収穫量との関係を示すグラフを示す。グラフの横軸は、平均外気絶対温度の逆数（Ｋ^−１）に１０^３を乗じた値を表し、縦軸は、１ヘクタールあたりの年間収穫量（トン）を対数表示で表している。グラフ中に、藻類の収穫量を、アウレニウス解析手段を用いてプロットした。プロットに基づく線Ｉに示すように、藻類の収穫量は、平均外気温が１５℃以上２５℃未満のときには、温度依存性がなく、高い収穫量が得られる一方、平均外気温が１５℃未満では、温度依存性を有し、平均外気温が低下するに従って収穫量も低下する。 Next, an example of culturing algae, which is an aquatic plant, by the above-mentioned culture system will be described.
First, FIG. 7 shows a graph showing the relationship between the average outside air temperature and the algae yield. The horizontal axis of the graph represents the reciprocal of the average outside air absolute temperature (K ^-1 ) multiplied by 10 ³ , and the vertical axis represents the annual yield (tons) per hectare in logarithmic display. In the graph, algae yields were plotted using Aurenius analytical means. As shown in line I based on the plot, the yield of algae is independent of temperature when the average outside temperature is 15 ° C or higher and lower than 25 ° C, and a high yield can be obtained, while the average outside temperature is less than 15 ° C. In, it has a temperature dependence, and the yield decreases as the average outside air temperature decreases.

地下水は、年間を通じて、藻の培養温度に適した水温（例えば１５℃〜１７℃）を保っている。この地下水をパネル型熱交換器１に直接通水することにより、培養液Ｌの水温が低いときには培養液Ｌを加温し、一方、水温が高いときには培養液Ｌを冷却して、培養液Ｌの水温を一定範囲内に維持することができる。 Groundwater maintains a water temperature suitable for the algae culture temperature (for example, 15 ° C to 17 ° C) throughout the year. By passing this groundwater directly to the panel type heat exchanger 1, the culture solution L is heated when the water temperature of the culture solution L is low, while the culture solution L is cooled when the water temperature is high, and the culture solution L is cooled. The water temperature can be maintained within a certain range.

本実施形態では、水深２０ｃｍの培養液Ｌを収容した培養槽２の底面２ａにパネル型熱交換器１を設置した。そして、パネル型熱交換器１に、水温１７℃の地下水を、金属シート１３の表面積１ｍ^２あたり毎時４８０リットルの定流量で通水した。金属シート１３に沿った表面流速は、毎秒０．２８ｍであった。その結果、外気温が０℃〜１７℃の範囲で変化する環境下で、培養槽２の培養液Ｌの液温は、１０℃〜１５℃の範囲に保つことができ、実験期間の１週間の平均液温は、１３℃であった。 In the present embodiment, the panel type heat exchanger 1 is installed on the bottom surface 2a of the culture tank 2 containing the culture solution L having a water depth of 20 cm. Then, groundwater having a water temperature of 17 ° C. was passed through the panel heat exchanger 1 at a constant flow rate of 480 liters per hour per 1 m ² of the surface area of the metal sheet 13. The surface flow velocity along the metal sheet 13 was 0.28 m / s. As a result, in an environment where the outside air temperature changes in the range of 0 ° C. to 17 ° C., the liquid temperature of the culture solution L in the culture tank 2 can be maintained in the range of 10 ° C. to 15 ° C. for one week of the experimental period. The average liquid temperature of was 13 ° C.

図７に示したグラフにおいて、培養液Ｌの平均液温が、平均外気温と実質的に同じであると仮定すると、平均液温１３℃（すなわち、逆数は、３．５０×１０^−３（Ｋ^−１）で周年栽培した場合の藻類の１ヘクタールあたりの年間収穫量は、図７のグラフから、２４．２トンとなる。 In the graph shown in FIG. 7, assuming that the average liquid temperature of the culture solution L is substantially the same as the average outside air temperature, the average liquid temperature is 13 ° C. (that is, the reciprocal is 3.50 × 10 ^-3 (that is, the reciprocal). The annual yield of algae per hectare when cultivated year-round in K- ¹ ) is 24.2 tons from the graph of FIG.

これに対し、外気温が０℃〜１７℃の範囲で変化する同じ環境下で、熱交換器１を設置しなかった比較例では、培養槽２の培養液Ｌの液温は、０℃〜１５℃の範囲で変化し、実験期間の１週間の平均液温は、７℃（逆数は、３．５７×１０^−３（Ｋ^−１））であった。平均液温７℃で周年栽培した場合の藻類の１ヘクタールあたりの年間収穫量は、図７のグラフから、１３．５トンとなる。
このように、地下水を熱媒体とした熱交換器１を使用した場合の平均液温で藻類を周年培養した場合の年間収穫量（２４．２トン）は、加温効果により、熱交換器１を使用しない場合の平均液温で藻類を周年培養した場合の年間収穫量（１３．５トン）の約２倍となることが分かる。 On the other hand, in the comparative example in which the heat exchanger 1 was not installed under the same environment where the outside air temperature changed in the range of 0 ° C. to 17 ° C., the liquid temperature of the culture solution L in the culture tank 2 was 0 ° C. to 0 ° C. The temperature varied in the range of 15 ° C., and the average liquid temperature for one week during the experimental period was 7 ° C. (the reciprocal was 3.57 × 10 ^-3 (K ^-1 )). The annual yield of algae per hectare when cultivated year-round at an average liquid temperature of 7 ° C. is 13.5 tons from the graph of FIG.
In this way, the annual yield (24.2 tons) when algae are cultivated year-round at the average liquid temperature when using the heat exchanger 1 using groundwater as a heat medium is determined by the heat exchanger 1 due to the heating effect. It can be seen that the annual yield (13.5 tons) when the algae are cultivated year-round at the average liquid temperature when is not used is about twice.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能である。例えば、本発明では、バックシートも金属シートとし、キャップシートの両側に金属シートを積層した構成とすることもできる。その場合、流入口及び流出口は、一方の金属シートにのみ形成してもよいし、両方の金属シートに形成してもよい。また、一方の金属シートに流入口を形成し、他方の金属シートに流出口を形成してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the present invention, the back sheet may also be a metal sheet, and the metal sheets may be laminated on both sides of the cap sheet. In that case, the inlet and outlet may be formed on only one metal sheet, or may be formed on both metal sheets. Further, the inlet may be formed on one metal sheet and the outlet may be formed on the other metal sheet.

また、上述した実施形態では、熱交換器に、地下水を直接流通させた例を説明したが、本発明では、熱交換器に流通させる熱媒体は、地下水に限定されない。例えば、熱交換器には、地下水熱を利用してヒートポンプにより温度調節した熱媒体を環流させてもよいし、地下水熱を利用せずに温度調節した熱媒体を環流させてもよい。 Further, in the above-described embodiment, an example in which groundwater is directly circulated through the heat exchanger has been described, but in the present invention, the heat medium to be circulated through the heat exchanger is not limited to groundwater. For example, the heat exchanger may be recirculated with a heat medium whose temperature is controlled by a heat pump using groundwater heat, or a heat medium whose temperature is controlled without using groundwater heat may be recirculated.

また、上述した実施形態では、アルミニウムの平板を備えた熱交換器の例を説明したが、本発明では、熱交換器の伝熱面は、平面形状に限定されず、湾曲又は屈曲した形態を有してもよい。 Further, in the above-described embodiment, an example of a heat exchanger provided with an aluminum flat plate has been described, but in the present invention, the heat transfer surface of the heat exchanger is not limited to a planar shape, and may be curved or bent. You may have.

本発明の培養システムは、培養土や培養液のような培養資材の温度管理を行う施設園芸、例えば藻類培養に利用して好適である。 The culture system of the present invention is suitable for use in institutional gardening in which the temperature of culture materials such as potting soil and culture solution is controlled, for example, algae culture .

１熱交換器
２培養槽
２ａ底面
２ｂ側壁
３給水管
４排水管
５揚水井戸
６還水井戸
７吸引ポンプ
１０ａ流入口
１０ｂ流出口
１１キャップシート
１１ａ突起部
１１ｂ頂部
１１ｃ側面
１１ｄ開口
１２バックシート
１３金属シート（アルミニウム板）
１４カバーシート
８１，８２ブラケット 1 Heat exchanger 2 Culture tank 2a Bottom surface 2b Side wall 3 Water supply pipe 4 Drain pipe 5 Pumping well 6 Return water well 7 Suction pump 10a Inflow port 10b Outlet 11 Cap sheet 11a Protrusion 11b Top 11c Side surface 11d Opening 12 Back sheet 13 Metal Sheet (aluminum plate)
14 Cover sheet 81, 82 Bracket

Claims

A culture tank for accommodating culture materials, a flat panel type heat exchanger arranged on the bottom surface of the culture tank, a supply flow path for supplying a heat medium to the flat panel type heat exchanger, and the flat panel. A culture system including a discharge channel for discharging the heat medium from the heat exchanger of the mold and a suction pump provided in the discharge channel for sucking the heat medium from the flat panel heat exchanger. hand,
The flat panel type heat exchanger has a cap sheet made of synthetic resin in which a plurality of hollow protrusions are arranged in a staggered manner, and the cap so as to seal air inside the protrusions. A back sheet laminated on the opening side of the protrusions of the sheet and a metal sheet laminated on the top surface side of the protrusions of the cap sheet are provided, and the metal sheet is provided with a hollow portion between the protrusions. An inflow port for flowing in the fluid as a heat medium and an outflow port for flowing out the fluid from the hollow portion are formed.
Further, the flat panel type heat exchanger is a culture system characterized in that the flat panel type heat exchanger is attached to the side wall of the culture tank by a metal fitting having one end welded to the main surface of the metal sheet .

The metal fitting is sandwiched between the side wall of the culture tank by a U-shaped bracket, and is attached so that the installation depth of the flat panel type heat exchanger can be adjusted. The culture system described.