JP6920883B2 - カーボンヒーターを含む温風・温水ボイラー、該温風・温水ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステム、及び該温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム - Google Patents
カーボンヒーターを含む温風・温水ボイラー、該温風・温水ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステム、及び該温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム Download PDFInfo
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Description
本発明は、カーボンヒーターを含む温風・温水ボイラー、該温風・温水ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステム、及び該温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステムに関するものである。
従来、地球温暖化や様々な要因から生じる気候変動により農業を取り巻く環境は常に変化にさらされている。例えば、予想もしなかった長雨、集中豪雨による冷害や長期間降雨が無い干ばつ等、生産者が潜在的にかかえるリスクは非常に厳しいものである。
また、気候変動から発生するリスクが回避できたり、市場での付加価値を高められる促成栽培、農業ハウス栽培を選択する生産者も、電気料金や重油等の燃料費の高騰等、気候変動以外の経営を圧迫する要因をかかえながらの耕作とならざるを得ない。
従来における農業ハウス用の暖房手段としては、例えば重油を燃料とするボイラーを商用電源からの電力供給により運転する方式が主流であり、このため設備費用が高額になるとともにランニングコストも多大となり、生産者に大きな負担を強いるものであった。
特許文献１には、ハウス暖房用温風生成と発電を行う装置であって、従来のハウス用暖房温風機とスターリングエンジンと発電機を併設して、スターリングエンジンの駆動用熱エネルギーとして、ハウス用暖房温風機の燃焼室へヒーター（熱交換器）を挿入して、燃焼室の高温の燃焼ガスの一部を受熱して、これを利用してスターリングエンジンを運転し、この動力で付設の発電機を回転させて電力を得、発電ロスはハウスの暖房として利用するように構成した農業で使用する植物栽培用温室の暖房に使用するハウス用暖房機が開示されている。
しかし、特許文献１のハウス用暖房機の場合においても、ボイラー、更にはスターリングエンジンを運転する構成であり、上述した場合と同様、設備費用が高額になるとともにランニングコストも多大となり、生産者に大きな負担を強いるものである。
本発明は、上記事情に鑑みて、促成栽培、ハウス栽培の現場で圧倒的なシェアを持つ農業ハウス用のボイラーの運用をナノカーボン技術を用いたカーボンヒーターの採用により抜本的に変革し、設備費用の低減、ランニングコストの削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与する温風・温水ボイラー、温風・温水ボイラーシステム、農業ハウス用温風・温水ボイラーシステムを提供するものである。
本発明に係るカーボンヒーターを含む温風・温水ボイラーは、一端側を閉塞した石英ガラス管と、複数の分離配置のコンポジットカーボンにカンタル線を連続的に巻き付け電気的に直列接続構造とされるとともに前記石英ガラス管内に配置した発熱体と、前記石英ガラス管の開口端側を閉塞する状態に配置した＋入力端子、−入力端子として機能させる一対の真空端子部品を備える端子板と、前記石英ガラス管の内壁に対して、前記発熱体の端部と前記端子板との間の位置で密着嵌装した石英管、石英棉を用いた温度止めユニットと、前記発熱体の端部の一対のコンポジットカーボンに巻き付けた一対のカンタル線と、前記一対の真空端子部品とを前記温度止めユニットを貫通する状態で接続する一対の接続用カンタル線と、によりカーボンヒーターを構成し、このカーボンヒーターをハウジング内に配置して前記＋入力端子、−入力端子への給電により前記発熱体を発熱させ温風、温水生成用の熱源として動作させることを最も主要な特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、従来例のようなボイラーを採用することなく、カーボンヒーターへの給電に伴う発熱体の発熱を利用して前記カーボンヒーターを温風、温水生成用の熱源として動作させることができ、設備費用の低減、ランニングコストの削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与するという斬新な効果を奏するカーボンヒーターを含む温風・温水ボイラーを実現し提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様な効果を発揮させることができ、特に前記給電系における前記太陽光パネル又は蓄電池からの直流電力を利用することにより、電力料金に関するランニングコストを大幅に削減することができる温風・温水ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステムを実現し提供することができる。
請求項３記載の発明によれば、従来例のようなボイラーを採用することなく、カーボンヒーターへの給電に伴う発熱体の発熱を利用して土中配管系よる土中の保温、空中温水散水系による農業用ハウスの室内への温水の散水、送風ファンによる農業用ハウスの室内への温風の送風を実行することができ、野菜や果物の良好な育成環境を実現でき、かつ、設備費用の低減、ランニングコストの大幅な削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与するという斬新な効果を奏する温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステムを実現し提供することができる。
本発明は、設備費用の低減、ランニングコストの削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与する温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステムを実現し提供するという目的を、一端側を閉塞した石英ガラス管と、複数の分離配置のコンポジットカーボンにカンタル線を連続的に巻き付け電気的に直列接続構造とされるとともに前記石英ガラス管内に配置した発熱体と、前記石英ガラス管の開口端側を閉塞する状態に配置した＋入力端子、−入力端子として機能させる一対の真空端子部品を備える端子板と、前記石英ガラス管の内壁に対して、前記発熱体の端部と前記端子板との間の位置で密着嵌装した石英管、石英棉を用いた温度止めユニットと、前記発熱体の端部の一対のコンポジットカーボンに巻き付けた一対のカンタル線と、前記一対の真空端子部品とを前記温度止めユニットを貫通する状態で接続する一対の接続用カンタル線と、によりカーボンヒーターを構成して、このカーボンヒーターを熱交換器を内装し、温風放出用の熱誘導管を備えるハウジング内に配置して、前記＋入力端子、−入力端子への給電により前記発熱体を発熱させ温風、温水生成用の熱源として動作させる温風・温水ボイラーと、前記温風・温水ボイラーを内部に配置した農業ハウスと、前記＋入力端子、−入力端子へ前記＋入力端子、−入力端子へＡＣ電源からのＡＣ電力を変換した直流電力、又は、太陽光パネル若しくは蓄電池からの直流電力を供給する給電系と、前記熱交換器に対して給水を行い前記発熱体の発熱を利用した熱交換により温水を得る給水・温水系と、前記給水・温水系に接続されるとともに、前記農業ハウスの地面内に配置され温水による土中の保温を行う土中配管系と、前記給水・温水系に接続されるとともに、前記農業ハウスの天井部に配置され天井側から農業用ハウス室内への温水の散水を行う空中温水散水系と、前記熱誘導管からの温風を吸引し農業ハウスの天井側から農業用ハウス室内に送風する所要数の送風ファンと、を有する構成により実現した。
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係るカーボンヒーターを含む温風・温水ボイラー、該温風・温水ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステム、及び該温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステムについて詳細に説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１に係るカーボンヒーターを含む温風・温水ボイラーについて図１乃至図３を参照して説明する。
本発明の実施例１に係るカーボンヒーターを含む温風・温水ボイラーについて図１乃至図３を参照して説明する。
本実施例１に係るカーボンヒーター１１を含む温風・温水ボイラー１は、図１に示すように、箱型状のハウジング２内に詳細は後述するカーボンヒーター１１を配置するとともに、このカーボンヒーター１１の近傍に温水を得るための熱交換器１２を配置することにより構成している。
また、前記ハウジング２の上部から上方に熱誘導管１３を配置している。
前記カーボンヒーター１１は、図２に拡大して示すように、一端側を閉塞した石英ガラス管２１と、複数（本実施例１では１０本）の分離配置（５本ずつ並列配置）のナノカーボン技術を基に作製したコンポジットカーボン（長さ２５ｍｍ×直径１４ｍｍ）２２にカンタル線（（直径０．９ｍｍ×１５０ｍｍ）２３を連続的に巻き付け、電気的に直列接続構造とするとともに前記石英ガラス管２１内に垂直配置した発熱体２５と、前記石英ガラス管２１を形成する開口端側のフランジ部２１ａには、前記開口端側を閉塞する状態に配置した＋入力端子２７ａ、−入力端子２７ｂとして機能させる一対の真空端子部品２７、２７を備える例えばステンレス製の端子板２６と、前記石英ガラス管２１の内壁に対して、前記発熱体２５の端部と前記端子板２６との間の位置で密着嵌装した石英管２８、石英棉２９を用いた温度止めユニット３０と、前記発熱体２５の端部に位置する一対のコンポジットカーボン２２、２２と、前記一対の真空端子部品２７、２７とを前記温度止めユニット３０を貫通する状態で接続する一対の接続用カンタル線（直径２．６ｍｍ×５０ｍｍ）３１、３１と、により構成している。
そして、給電系４１から前記＋入力端子２７ａ、−入力端子２７ｂへ直流電力を給電し、前記カーボンヒーター１１を発熱させ、前記カーボンヒーター１１の発熱に伴う温風を前記熱誘導管１３により誘導し上方に放出するように構成している。
更に、熱交換器１２に対しては、給水・温水系４２を配管接続し、前記カーボンヒーター１１の発熱を利用して給水を温水に熱交換し、給水・温水系４２から温水を取り出すように構成している。
前記端子板２６は、前記フランジ部２１ａに対してボルト４３、ナット４４により固着され、開口端側を密閉施封状態とするようにしている。
上述したカーボンヒーター１１によれば、＋入力端子２７ａ、−入力端子２７ｂに前記給電系４１から例えば５０Ｖ×１０Ａの電力を供給することにより、前記石英ガラス管２１の内部は３〜５秒で９５０℃の高温となりその熱を周囲に放射させることができる（カーボンヒーター１１：５００Ｗ仕様）。
また、前記石英ガラス管２１の内部に前記温度止めユニット３０を配置したことにより、前記端子板２６の内面側付近の温度を、石英ガラス管２１の内部の高温領域より低温の１００℃程度にとどめることができる（真空端子部品２７、２７は４５０℃以下）。
本実施例１に係るカーボンヒーター１１を含む温風・温水ボイラー１によれば、従来例のようなボイラーを採用することなく、カーボンヒーター１１への給電に伴う発熱体２５の発熱を利用して前記カーボンヒーター１１を温風、温水生成用の熱源として動作させることができ、設備費用の低減、ランニングコストの削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与するという斬新な効果を発揮させることができる。
図３はカーボンヒーター１１の変形例であるカーボンヒーター１１Ａを示すものであり、図２に示すカーボンヒーター１１の場合と同一の要素には同一の符号を付して示す。
このカーボンヒーター１１Ａは、前記カーボンヒーター１１よりも小電力仕様（３００Ｗ仕様）としたものであり、前記コンポジットカーボン２２を６本用いて図２に示すカーボンヒーター１１の場合と同様に構成したものである。
このようなカーボンヒーター１１Ａを採用して温風・温水ボイラー１を構成した場合においても、実施例１の場合よりも小規模な装置構成に基に、設備費用の低減、ランニングコストの削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与するという斬新な効果を発揮させることができる。
なお、熱源としては、上述したカーボンヒーター１１、カーボンヒーター１１Ａの他にも種々の変形実施が可能であることは言うまでもない、
（実施例２）
次に、本発明の実施例２に係る温風・温水ボイラー１を含む温風・温水ボイラーシステム５１について図４を参照して説明する。
次に、本発明の実施例２に係る温風・温水ボイラー１を含む温風・温水ボイラーシステム５１について図４を参照して説明する。
本実施例２に係る温風・温水ボイラー１を含む温風・温水ボイラーシステム５１は、基本的には図１に示す温風・温水ボイラー１と同様な構成であるが、前記給電系４１を、図４に示すように、前記＋入力端子２７ａ、−入力端子２７ｂに対して、ＡＣ（交流）電源５２からのＡＣ電力を変換した直流電力、又は、太陽光パネル６１若しくは蓄電池７１からの所要の直流電力を供給するように構成したことが特徴である。
すなわち、前記給電系４１は、ＡＣ電源５２からのＡＣ電力をＤＣ（直流）電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器５３と、太陽光パネル６１と、蓄電池７１と、前記太陽光パネル６１、蓄電池７１からの直流電力を切り換え、いずれか一方の直流電力を出力する直流電力充電切換制御部５４と、前記ＡＣ／ＤＣ変換器５３からの直流電力、前記直流電力充電切換制御部５４からの直流電力の切り換え制御を行いいずれか一方の直流電力を前記＋入力端子２７ａ、−入力端子２７ｂに供給する切換制御部５５と、を具備している。
本実施例２に係る前記温風・温水ボイラー１を含む温風・温水ボイラーシステム５１によっても、実施例１の温風・温水ボイラー１の場合と同様な効果を発揮させることができ、特に前記給電系４１における前記太陽光パネル６１又は蓄電池７１からの直流電力を利用することにより、電力料金に関するランニングコストを大幅に低減できるという効果を奏する。
（実施例３）
本発明の実施例３に係る温風・温水ボイラー１を含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム８１について図５乃至図７を参照して説明する。
本発明の実施例３に係る温風・温水ボイラー１を含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム８１について図５乃至図７を参照して説明する。
本実施例３に係る農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム８１は、基本的には図４に示す温風・温水ボイラーシステム５１と同様な構成であるが、前記温風・温水ボイラー１を図６、図７に示すような例えばトマト苗９２の育成を行う農業ハウス９１の内部に配置するとともに、給水・温水系４２に配管接続されるとともに、前記農業ハウス９１の地面９１ａの下の土中内に配置され温水による土中の保温を行う土中配管系８２と、前記給水・温水系４２に配管接続されるとともに、前記農業ハウス９１の天井部に配置され天井側から農業ハウス９１の室内への温水の散水を行う空中温水散水系８３と、前記熱誘導管１３からの温風を吸引し農業ハウス９１の天井側から農業ハウス９１の室内に送風する例えば２台の送風ファン８４と、を備えることが特徴である。
本実施例３に係る温風・温水ボイラー１を含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム８１において、前記温風・温水ボイラー１を運転した実験によれば、外気温度１℃の環境で、前記農業ハウス９１の室内温度は１４℃〜１５℃、土中温度３℃に維持できることが判明した。なお、図６、図７において、９３は温度計である。
本実施例３に係る温風・温水ボイラー１を含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム８１によれば、従来例のようなボイラーを採用することなく、カーボンヒーター１１への給電に伴う発熱体２５の発熱を利用して土中配管系８２による土中の保温、空中温水散水系８３による農業ハウス９１の室内への温水の散水、送風ファン８４による農業ハウス９１の室内への温風の送風を実行することができ、野菜や果物の良好な育成環境を実現でき、かつ、従来例のようなボイラーを採用することなく、設備費用の低減、ランニングコストの削減を実現し、生産者における経営圧迫要因を確実に除去し、日本の農業の発展に大きく寄与するという斬新な効果を発揮させることができる。
本発明の温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステムは、例えばトマト、キュウリ等の野菜類や、イチゴ、メロン等の果物類の育成、栽培を行うための農業ハウスに関して好適に適用可能である。
１ 温風・温水ボイラー
２ ハウジング
１１ カーボンヒーター
１１Ａ カーボンヒーター
１２ 熱交換器
１３ 熱誘導管
２１ 石英ガラス管
２１ａ フランジ部
２２ コンポジットカーボン
２３ カンタル線
２５ 発熱体
２６ 端子板
２７ 真空端子部品
２７ａ ＋入力端子
２７ｂ −入力端子
２８ 石英管
２９ 石英棉
３０ 温度止めユニット
３１ 接続用カンタル線
４１ 給電系
４２ 給水・温水系
４３ ボルト
４４ ナット
５１ 温風・温水ボイラーシステム
５２ ＡＣ電源
５３ ＡＣ／ＤＣ変換器
５４ 直流電力充電切換制御部
５５ 切換制御部
６１ 太陽光パネル
７１ 蓄電池
８１ 農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム
８２ 土中配管系
８３ 空中温水散水系
８４ 送風ファン
９１ 農業ハウス
９１ａ 地面
９２ トマト苗
９３ 温度計
２ ハウジング
１１ カーボンヒーター
１１Ａ カーボンヒーター
１２ 熱交換器
１３ 熱誘導管
２１ 石英ガラス管
２１ａ フランジ部
２２ コンポジットカーボン
２３ カンタル線
２５ 発熱体
２６ 端子板
２７ 真空端子部品
２７ａ ＋入力端子
２７ｂ −入力端子
２８ 石英管
２９ 石英棉
３０ 温度止めユニット
３１ 接続用カンタル線
４１ 給電系
４２ 給水・温水系
４３ ボルト
４４ ナット
５１ 温風・温水ボイラーシステム
５２ ＡＣ電源
５３ ＡＣ／ＤＣ変換器
５４ 直流電力充電切換制御部
５５ 切換制御部
６１ 太陽光パネル
７１ 蓄電池
８１ 農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム
８２ 土中配管系
８３ 空中温水散水系
８４ 送風ファン
９１ 農業ハウス
９１ａ 地面
９２ トマト苗
９３ 温度計
Claims (3)
- 一端側を閉塞した石英ガラス管と、
複数の分離配置のコンポジットカーボンにカンタル線を連続的に巻き付け電気的に直列接続構造とされるとともに前記石英ガラス管内に配置した発熱体と、
前記石英ガラス管の開口端側を閉塞する状態に配置した＋入力端子、−入力端子として機能させる一対の真空端子部品を備える端子板と、
前記石英ガラス管の内壁に対して、前記発熱体の端部と前記端子板との間の位置で密着嵌装した石英管、石英棉を用いた温度止めユニットと、
前記発熱体の端部の一対のコンポジットカーボンに巻き付けた一対のカンタル線と、前記一対の真空端子部品とを前記温度止めユニットを貫通する状態で接続する一対の接続用カンタル線と、
によりカーボンヒーターを構成し、
このカーボンヒーターをハウジング内に配置して前記＋入力端子、−入力端子への給電により前記発熱体を発熱させ温風、温水生成用の熱源として動作させることを特徴とするカーボンヒーターを含む温風・温水ボイラー。 - 一端側を閉塞した石英ガラス管と、
複数の分離配置のコンポジットカーボンにカンタル線を連続的に巻き付け電気的に直列接続構造とされるとともに前記石英ガラス管内に配置した発熱体と、
前記石英ガラス管の開口端側を閉塞する状態に配置した＋入力端子、−入力端子として機能させる一対の真空端子部品を備える端子板と、
前記石英ガラス管の内壁に対して、前記発熱体の端部と前記端子板との間の位置で密着嵌装した石英管、石英棉を用いた温度止めユニットと、
前記発熱体の端部の一対のコンポジットカーボンに巻き付けた一対のカンタル線と、前記一対の真空端子部品とを前記温度止めユニットを貫通する状態で接続する一対の接続用カンタル線と、
によりカーボンヒーターを構成し、
このカーボンヒーターを、熱交換器を内装し温風放出用の熱誘導管を備えるハウジング内に配置して前記＋入力端子、−入力端子への給電により前記発熱体を発熱させ温風、温水生成用の熱源として動作させる温風・温水ボイラーと、
前記＋入力端子、−入力端子へＡＣ電源からのＡＣ電力を変換した直流電力、又は、太陽光パネル若しくは蓄電池からの直流電力を供給する給電系と、
前記熱交換器に対して給水を行い前記発熱体の発熱を利用した熱交換により温水を外部に送出する給水・温水系と、
を有することを特徴とする温水・温風ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステム。 - 一端側を閉塞した石英ガラス管と、
複数の分離配置のコンポジットカーボンにカンタル線を連続的に巻き付け電気的に直列接続構造とされるとともに前記石英ガラス管内に配置した発熱体と、
前記石英ガラス管の開口端側を閉塞する状態に配置した＋入力端子、−入力端子として機能させる一対の真空端子部品を備える端子板と、
前記石英ガラス管の内壁に対して、前記発熱体の端部と前記端子板との間の位置で密着嵌装した石英管、石英棉を用いた温度止めユニットと、
前記発熱体の端部の一対のコンポジットカーボンに巻き付けた一対のカンタル線と、前記一対の真空端子部品とを前記温度止めユニットを貫通する状態で接続する一対の接続用カンタル線と、
によりカーボンヒーターを構成し、
このカーボンヒーターを、熱交換器を内装し、温風放出用の熱誘導管を備えるハウジング内に配置して、前記＋入力端子、−入力端子への給電により前記発熱体を発熱させ温風、温水生成用の熱源として動作させる温風・温水ボイラーと、
前記温風・温水ボイラーを内部に配置した農業ハウスと、
前記＋入力端子、−入力端子へ前記＋入力端子、−入力端子へＡＣ電源からのＡＣ電力を変換した直流電力、又は、太陽光パネル若しくは蓄電池からの直流電力を供給する給電系と、
前記熱交換器に対して給水を行い前記発熱体の発熱を利用した熱交換により温水を得る給水・温水系と、
前記給水・温水系に接続されるとともに、前記農業ハウスの地面内に配置され温水による土中の保温を行う土中配管系と、
前記給水・温水系に接続されるとともに、前記農業ハウスの天井部に配置され天井側から農業用ハウス室内への温水の散水を行う空中温水散水系と、
前記熱誘導管からの温風を吸引し農業ハウスの天井側から農業用ハウス室内に送風する所要数の送風ファンと、
を有することを特徴とする温水・温風ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム。
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| JP2017103602A JP6920883B2 (ja) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | カーボンヒーターを含む温風・温水ボイラー、該温風・温水ボイラーを含む温風・温水ボイラーシステム、及び該温風・温水ボイラーを含む農業ハウス用温風・温水ボイラーシステム |
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