JP7077817B2 - Ｃｏ２供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、温室、ビニールハウス等の栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置に関する。

従来、温室、ビニールハウス等の栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置において、燃焼器の燃焼により発生した、ＣＯ_２を含む高温の燃焼ガスを、冷却してその温度を低下させた後に、栽培室内に排出させるようにしたものが知られている。たとえば、このようなＣＯ_２供給装置の一例が、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のＣＯ_２供給装置（排熱回収兼用炭酸ガス供給システム）では、ボイラ等の排ガス（燃焼ガス）の出口に高温側熱交換器が設けられる。排ガスは、高温側熱交換器を流れる熱媒流体に熱を奪われ、除湿・冷却される。熱を奪った熱媒流体は、低温側熱交換器に導かれる。低温側熱交換器には、冷水用冷却塔から冷水が供給される。低温側熱交換器に導かれた熱媒流体は、冷水に熱を奪われて冷却され、高温側熱交換器へ戻る。

このように、特許文献１に記載のＣＯ_２供給装置では、低温側熱交換器に導かれた熱媒流体を冷水により冷却するようにしている。一方で、ＣＯ_２供給装置は、冷水用冷却塔に替えて、低温側熱交換器に冷却風を送る冷却ファンを設け、低温側熱交換器の熱媒流体を冷却風により冷却する構成を採ることもできる。

特開２００４－３４４１５４号公報

上記のように、ＣＯ_２供給装置が、燃焼ガスから熱を奪った水を熱交換器と冷却ファンとからなる放熱機により冷却するような構成とされた場合、放熱機の出力、即ち冷却能力は、冷却ファンの送風量、即ち回転数に依存する。

ＣＯ_２供給装置では、ＣＯ_２の供給量が変えられるよう、燃焼器の燃焼量を調整できることが望ましいが、冷却ファンの回転数が一定である場合、燃焼器の燃焼量が変動したときに、変動後の燃焼量に見合う放熱機の出力を得ることが難しい。

このため、放熱機の出力が燃焼量に対して小さくなった場合に、燃焼ガスを冷却するための水の温度が徐々に高くなり、燃焼ガスを冷却できなくなってＣＯ_２供給装置の運転が停止に至ってしまう虞がある。また、放熱機の出力が燃焼量に対して大きくなった場合に、ＣＯ_２供給装置の無駄な電力消費に繋がる虞がある。

そこで、本発明は、運転停止を招きにくく、無駄な電力消費を招きにくいＣＯ_２供給装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置に関する。本態様に係るＣＯ_２供給装置は、燃焼器と第１熱交換器とを含み、前記燃焼器の燃焼により発生した、ＣＯ_２を含む燃焼ガスが、前記第１熱交換器を流れる液体との間の熱交換により冷却されて排出される熱源部と、前記栽培室の外に設置され、前記第１熱交換器との間で液体が循環する第２熱交換器と、前記第２熱交換器に冷却風を送る冷却ファンとを含み、前記第２熱交換器を流れる液体を前記冷却風との熱交換によって冷却する放熱部と、前記第２熱交換器に流入する液体の温度を放熱部入口温度として検出する放熱部入口温度センサと、前記栽培室の外であって前記放熱部の周囲の温度を雰囲気温度として検出する雰囲気温度センサと、制御部と、を備える。ここで、前記制御部は、前記放熱部入口温度と前記雰囲気温度との温度差に基づいて、前記冷却ファンの回転数を、前記温度差が小さいほど前記回転数が大きくなるように制御する。

上記の構成によれば、放熱機入口温度や雰囲気温度が変動しても、放熱部の出力が放熱部に要求される要求出力に近づくように冷却ファンを回転させることができる。よって、２つの熱交換器の間を循環する循環液の放熱部側での冷却不足や過剰冷却が起きにくくなるので、運転停止を招きにくくなり、また、無駄な電力消費を招きにくくなる。

本態様に係るＣＯ_２供給装置において、前記栽培室内に配置され、ＣＯ_２濃度を検出するＣＯ_２濃度センサを、さらに備えるような構成が採られ得る。この場合、前記制御部は、前記ＣＯ_２濃度により定まる要求燃焼量となるように前記燃焼器の燃焼量を調整し、前記要求燃焼量により定まる前記放熱部の要求出力と前記温度差とに基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する。

上記の構成によれば、熱源部での燃焼量に見合う放熱部の出力を得ることができるので、循環液の冷却不足や過剰冷却が一層起きにくくなる。

本態様に係るＣＯ_２供給装置において、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で循環する液体の温度を、循環液温度として検出する循環液温度センサを、さらに備えるような構成が採られ得る。この場合、前記制御部は、前記循環液温度が所定温度を超えた場合に、前記燃焼器を停止させる。

上記の構成によれば、燃焼ガスを第１熱交換器により適正に冷却できなくなると燃焼器が停止するので、高温の燃焼ガスが栽培室内に供給されてしまうことを防止できる。

本態様に係るＣＯ_２供給装置において、前記燃焼器の燃焼時に前記燃焼器へ空気を送る燃焼ファンを、さらに備えるような構成が採られ得る。この場合、前記制御部は、前記循環液温度が前記所定温度を超えることにより前記燃焼器を停止させたとき、前記燃焼ファンを継続して動作させる。

上記の構成によれば、燃焼ファンの風により第１熱交換器を冷却できるので、循環液を素早く冷却することが可能となる。

本態様に係るＣＯ_２供給装置において、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で液体が流れる管路の途中に、液体が溜められるタンクが設けられ得る。

上記の構成によれば、タンク内の液体が温まるまで、長い間、冷たい循環液を第１熱交換器に供給できるので、燃焼ガスの冷却効果を高めることができる。

以上のとおり、本発明によれば、運転停止を招きにくく、無駄な電力消費を招きにくいＣＯ_２供給装置を提供できる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施の形態に係る、ＣＯ_２供給装置が設置された栽培室を模式的に示す図である。 図２は、実施の形態に係る、ＣＯ_２供給装置の構成を示す図である。 図３は、実施の形態に係る、ＣＯ_２供給装置の構成を示すブロック図である。 図４は、実施の形態に係る、制御部による熱源機側でのＣＯ_２供給運転に係る制御処理を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態に係る、制御部による放熱機側でのＣＯ_２供給運転に係る制御処理を示すフローチャートである。 図６は、変更例に係る、制御部による放熱機側でのＣＯ_２供給運転に係る制御処理を示すフローチャートである。 図７は、変更例２に係る、ＣＯ_２供給装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施の形態において、熱源機１０が、特許請求の範囲に記載の「熱源部」に対応する。また、放熱機２０が、特許請求の範囲に記載の「放熱部」に対応する。さらに、熱交換器１０３が、特許請求の範囲に記載の「第１熱交換器」に対応する。さらに、熱交換器３０１が、特許請求の範囲に記載の「第２熱交換器」に対応する。さらに、往き管１０８が、特許請求の範囲に記載の「管路」に対応する。さらに、出口温度センサ１１１が、特許請求の範囲に記載の「熱源部出口温度センサ」に対応する。さらに、入口温度センサ１１２が、特許請求の範囲に記載の「熱源部入口温度センサ」および「循環液温度センサ」に対応する。さらに、貯水タンク１２０が、特許請求の範囲に記載の「タンク」に対応する。さらに、入口温度センサ３０６が、特許請求の範囲に記載の「放熱部入口温度センサ」に対応する。さらに、制御部４０１と制御部５０１とにより、特許請求の範囲に記載の「制御部」が構成される。さらに、放熱機入口温度、熱源機出口温度および熱源機入口温度が、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「放熱部入口温度」、「熱源部出口温度」および「熱源部入口温度」に対応する。

ただし、上記記載は、あくまで、特許請求の範囲の構成と実施形態の構成とを対応付けることを目的とするものであって、上記対応付けによって特許請求の範囲に記載の発明が実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

図１は、ＣＯ_２供給装置１が設置された栽培室２を模式的に示す図である。

ＣＯ_２供給装置１は、温室、ビニールハウス等の栽培室２に設置され、栽培室２内で育成される農作物等の植物にＣＯ_２（二酸化炭素）を供給し、植物の光合成を促進させる。ＣＯ_２供給装置１は、燃焼式の熱源機１０と、空冷式の放熱機２０とを備える。熱源機１０は栽培室２内に設置され、放熱機２０は栽培室２の外、即ち屋外に設置される。熱源機１０は、植物の近傍へと延びる供給ダクト２１２を有し、この供給ダクト２１２により、植物の近くにＣＯ_２が導かれる。なお、図１の例では、栽培室２は、植物が栽培される部屋と熱源機１０が設置される部屋とに区切られていない。しかしながら、栽培室２は、上記２つの部屋に区切られていてもよい。この場合、熱源機１０が設置された部屋から植物が栽培される部屋へと供給ダクト２１２が延びることになる。

図２は、ＣＯ_２供給装置１の構成を示す図である。

熱源機１０は、熱源機本体１１と、ダクトユニット１２とを含む。

熱源機本体１１には、筐体１００内に缶体１０１が配置される。缶体１０１内には、燃焼器１０２と熱交換器１０３が収容される。燃焼器１０２には、供給管１０４が接続される。供給管１０４は、缶体１０１および筐体１００の外に出て、燃料、たとえば灯油が貯留された燃料タンク（図示せず）に繋がる。供給管１０４には、供給ポンプ１０５が設けられる。また、燃焼器１０２には、気化ヒータ１０６とイグナイタ１０７が設けられる。

熱交換器１０３は、燃焼器１０２の後段（下方）に設けられる。熱交換器１０３には、往き管１０８と戻り管１０９が接続される。往き管１０８と戻り管１０９は、缶体１０１および筐体１００の外に出て放熱機２０側へと延びる。戻り管１０９には、循環ポンプ１１０が設けられる。

往き管１０８および戻り管１０９には、缶体１０１の外側の位置に、それぞれ、出口温度センサ１１１および入口温度センサ１１２が配置される。出口温度センサ１１１は、熱交換器１０３から往き管１０８へ流出した水の温度を検出する。入口温度センサ１１２は、戻り管１０９から熱交換器１０３へ流入する水の温度を検出する。出口温度センサ１１１および入口温度センサ１１２は、水に接触することで水の温度を直接的に検出するものであってもよいし、管の表面に接触することで水の温度を間接的に検出するものであってもよい。

往き管１０８には、缶体１０１の外側の位置に、流量センサ１１３が配置される。流量センサ１１３は、往き管１０８を流れる水の流量、即ち、熱交換器１０３と、往き管１０８と、放熱機２０側の熱交換器３０１と、戻り管１０９との間で循環する水の流量を検出する。

缶体１０１には、その上端の給気口１０１ａに燃焼ファン１１４が連結される。燃焼ファン１１４は、ケーシング１１５と、ケーシング１１５内に配置されるファン１１６と、ファン１１６を回転させるモータ１１７とを含む。ケーシング１１５には、外部に繋がる給気ダクト１１８が接続される。

缶体１０１には、その下端の排気口１０１ｂに排気ダクト１１９が連結される。排気ダクト１１９は、筐体１００内の下部で折り返された後に上方へと延び、その排気口１１９ａが筐体１００の上面から突出する。

ダクトユニット１２は、ダクトフード２１１と供給ダクト２１２を含む。ダクトフード２１１は、熱源機本体１１の筐体１００の上部に被せられ、上方に向かうに従って体積が小さくなるテーパー形状を有する。ダクトフード２１１の上端部に供給ダクト２１２が連結される。供給ダクト２１２は、その途中部位に供給ファン２１３を備える。供給ファン２１３は、ファン２１４と、ファン２１４を回転させるモータ２１５とを含む。また、供給ダクト２１２には、栽培室２内の植物に対応する位置に複数の放出口２１６が形成される。供給ダクト２１２の放出口２１６と離れた位置には、植物の周囲のＣＯ_２濃度を検出するためのＣＯ_２濃度センサ２１７が配置される。

放熱機２０は、筐体３００内に、熱交換器３０１と、熱交換器３０１を冷却するための冷却ファン３０２を備える。熱交換器３０１には、熱源機１０側から延びる往き管１０８と戻り管１０９が接続される。冷却ファン３０２は、ケーシング３０３と、ケーシング３０３内に配置されるファン３０４と、ファン３０４を回転させるモータ３０５とを含む。

往き管１０８には、熱交換器３０１の近傍位置に、入口温度センサ３０６が配置される。入口温度センサ３０６は、往き管１０８から熱交換器３０１へ流入する水の温度を検出する。入口温度センサ３０６は、水に接触することで水の温度を直接的に検出するものであってもよいし、管の表面に接触することで水の温度を間接的に検出するものであってもよい。

筐体３００には、雰囲気温度センサ３０７が配置される。雰囲気温度センサ３０７は、放熱機２０の周囲の温度を雰囲気温度として検出する。

ＣＯ_２供給装置１は、ＣＯ_２供給運転を行う。ＣＯ_２供給運転では、熱源機１０において、燃焼ファン１１４が動作し、給気ダクト１１８を通じて外部から取り込まれた空気が、缶体１０１内の燃焼器１０２に供給される。燃焼器１０２には、供給ポンプ１０５の動作によって、燃料タンクから供給管１０４を通じて燃料が供給される。供給された燃料が気化ヒータ１０６により気化され、イグナイタ１０７による点火が行われると、燃焼器１０２が着火して燃焼する。燃焼器１０２の燃焼により、ＣＯ_２を含む高温の燃焼ガスが発生する。

燃焼ガスは、缶体１０１内を下方へ流れ、熱交換器１０３を通過する。循環ポンプ１１０が動作し、熱交換器１０３と、往き管１０８と、放熱機２０側の熱交換器３０１と、戻り管１０９との間で水が循環する。熱交換器１０３を通過する燃焼ガスと熱交換器１０３内を流れる水との間で熱交換が行われ、燃焼ガスが冷却される。冷却された燃焼ガスは、排気ダクト１１９内を流れて、排気口１１９ａからダクトフード２１１内へ排出される。

ダクトフード２１１内へ排出された燃焼ガスは、供給ダクト２１２に流入し、放出口２１６から植物の周囲に放出される。これにより、燃焼ガスに含まれるＣＯ_２が植物に供給される。この際、供給ダクト２１２で供給ファン２１３が動作するため、ダクトフード２１１内に排出された燃焼ガスが供給ダクト２１２内に取り込まれやすくなり、放出口２１６から放出されやすくなる。

なお、栽培室２には、複数の畝が設けられ、各畝に植物が植えられ得る。よって、各畝の植物にＣＯ_２が行き渡るよう、供給ダクト２１２は、複数のダクトに分岐し、分岐したダクトが各畝に配置されるとよい。この場合、供給ファン２１３は、供給ダクト２１２における分岐位置よりも上流側（ダクトフード２１１側）に設けられ、分岐したダクトに放出口２１６が形成される。

放熱機２０では、燃焼ガスとの熱交換で温まり往き管１０８を流れてきた水が熱交換器３０１へ流入する。冷却ファン３０２が動作し、冷却風が熱交換器３０１に送られる。熱交換器３０１内を流れる水と冷却風との間で熱交換が行われ、水が冷却される。冷却された水は、戻り管１０９を通って熱源機１０へと戻る。

このように、ＣＯ_２供給装置１では、熱源機１０内で冷却された燃焼ガス、即ち、ＣＯ_２が栽培室２内に放出されるため、栽培室２内が高温になりにくい。

図３は、ＣＯ_２供給装置１の構成を示すブロック図である。

熱源機１０は、図２の構成の他、制御部４０１と、記憶部４０２と、燃焼ファン駆動部４０３と、供給ポンプ駆動部４０４と、ヒータ駆動部４０５と、イグナイタ駆動部４０６と、循環ポンプ駆動部４０７と、供給ファン駆動部４０８と、通信部４０９とを備える。

制御部４０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を備える。制御部４０１には、出口温度センサ１１１および入口温度センサ１１２で検出された温度に基づく温度信号が入力され、流量センサ１１３で検出された流量に基づく流量信号が入力され、ＣＯ_２濃度センサ２１７で検出されたＣＯ_２濃度に基づく濃度信号が入力される。制御部４０１は、記憶部４０２に記憶されたプログラムに従って、燃焼ファン駆動部４０３、供給ポンプ駆動部４０４、ヒータ駆動部４０５、イグナイタ駆動部４０６、循環ポンプ駆動部４０７、供給ファン駆動部４０８および通信部４０９を制御する。記憶部４０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク等の記憶媒体を備え、制御部４０１の制御プログラムを記憶し、また、制御部４０１の制御処理の際にワーク領域として利用される。

燃焼ファン駆動部４０３は、制御部４０１からの制御信号に従って、燃焼ファン１１４（モータ１１７）を駆動する。供給ポンプ駆動部４０４は、制御部４０１からの制御信号に従って、供給ポンプ１０５を駆動する。ヒータ駆動部４０５は、制御部４０１からの制御信号に従って、気化ヒータ１０６を駆動する。イグナイタ駆動部４０６は、制御部４０１からの制御信号に従って、イグナイタ１０７を駆動する。循環ポンプ駆動部４０７は、制御部４０１からの制御信号に従って、循環ポンプ１１０を駆動する。供給ファン駆動部４０８は、制御部４０１からの制御信号に従って、供給ファン２１３（モータ２１５）を駆動する。通信部４０９は、放熱機２０の通信部５０５との間で無線方式あるいは有線方式による通信を行う。

放熱機２０は、図２の構成の他、制御部５０１と、記憶部５０２と、ファン駆動部５０３と、回転数センサ５０４と、通信部５０５とを備える。

制御部５０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を備える。制御部５０１には、回転数センサ５０４が検出した冷却ファン３０２の回転数に基づく回転数信号が入力され、入口温度センサ３０６および雰囲気温度センサ３０７で検出された温度に基づく温度信号が入力される。制御部５０１は、記憶部５０２に記憶されたプログラムに従って、ファン駆動部５０３および通信部５０５を制御する。記憶部５０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク等の記憶媒体を備え、制御部５０１の制御プログラムを記憶し、また、制御部５０１の制御処理の際にワーク領域として利用される。

ファン駆動部５０３は、制御部５０１からの制御信号に従って、冷却ファン３０２（モータ３０５）を駆動する。たとえば、ファン駆動部５０３は、回転数センサ５０４で検出された回転数に基づいてモータ３０５に供給する電流を調整する。通信部５０５は、熱源機１０の通信部４０９との間で無線方式あるいは有線方式による通信を行う。

ＣＯ_２供給装置１では、熱源機１０の制御部４０１と放熱機２０の制御部５０１が協働してＣＯ_２供給運転に係る制御処理を実行する。このため、制御部４０１と制御部５０１は、ＣＯ_２供給運転に関して、１つの制御部を構成するということができる。

図４は、制御部４０１による熱源機１０側でのＣＯ_２供給運転に係る制御処理を示すフローチャートである。図５は、制御部５０１による放熱機２０側でのＣＯ_２供給運転に係る制御処理を示すフローチャートである。

ＣＯ_２供給装置１に設けられた運転開始ボタン（図示せず）が操作されることにより、ＣＯ_２供給運転が開始される。

図４を参照して、熱源機１０では、制御部４０１は、燃焼ファン１１４および循環ポンプ１１０を作動させる（Ｓ１０１）。さらに、制御部４０１は、供給ポンプ１０５、気化ヒータ１０６およびイグナイタ１０７の作動により燃焼器１０２を着火させて燃焼させるとともに、供給ファン２１３を作動させる（Ｓ１０２）。上述の通り、熱源機本体１１内でＣＯ_２を含む燃焼ガスが発生し、その燃焼ガスが冷却された後に供給ダクト２１２から栽培室２内に放出され、栽培室２内の植物にＣＯ_２が供給される。

制御部４０１は、ＣＯ_２濃度センサ２１７で検出されたＣＯ_２濃度を取得する（Ｓ１０３）。そして、制御部４０１は、検出ＣＯ_２濃度に基づく比例制御を行って燃焼器１０２の燃焼量を調整する（Ｓ１０４）。具体的には、制御部４０１は、燃焼器１０２に要求される要求燃焼量を算出し、燃焼量が要求燃焼量となるように、燃焼空気の供給量（燃焼ファン１１４の回転数）と燃料の供給量（供給ポンプ１０５の回転数）を調整する。要求燃焼量は、以下の算出式１により算出できる。
要求燃焼量[kW]＝（目標ＣＯ_２濃度[ppm]－検出ＣＯ_２濃度[ppm]）×施設内設定体積[ｍ^３]×Ａ …算出式１

ここで、施設内設定体積は、栽培室２の体積であり、Ａは、実験により予め定められ係数である。算出式１、施設内設定体積および係数Ａは、記憶部４０２に記憶される。

次に、制御部４０１は、入口温度センサ１１２で検出された熱源機入口温度を取得し（Ｓ１０５）、取得した熱源機入口温度が第１温度を超えたか否かを判定する（Ｓ１０６）。第１温度は、熱交換器１０３を流れる水により燃焼ガスの最低限の冷却が行える温度であり、たとえば、６７℃程度の温度とされる。

後述する放熱機２０側での制御処理、即ち、冷却ファン３０２の回転数制御により、燃焼器１０２の燃焼量に見合う放熱機２０の出力（冷却能力）が得られている場合、熱交換器３０１を通過する水が十分に冷却されるため、熱源機入口温度は第１温度を超えない。

熱源機入口温度が第１温度を超えなければ（Ｓ１０６：ＮＯ）、制御部４０１は、休止時刻となるか終了操作がなされない限り（Ｓ１０７：ＮＯ→Ｓ１０８：ＮＯ）、検出ＣＯ_２濃度の検出（Ｓ１０３）と燃焼量の調整（Ｓ１０４）を繰り返す。

夏場の非常に気温が高い状況下において大きな燃焼量が必要になった場合など、冷却ファン３０２を最大の回転数で回転させても、その燃焼量に見合う放熱機２０の出力が得られなくなった場合は、熱交換器３０１を通過する水が十分に冷却されず、熱源機入口温度が徐々に上昇し、やがて第１温度を超える。

熱源機入口温度が第１温度を超えた場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、制御部４０１は、燃焼器１０２および供給ファン２１３を停止させる（Ｓ１０９）。燃焼ファン１１４および循環ポンプ１１０は、継続して動作する。燃焼ファン１１４からの風が熱交換器１０３に当てられる。また、放熱機２０側では、冷却ファン３０２が動作を継続している。

２つの熱交換器１０３、３０１の間を循環する水（以下、「循環水」という）は、熱交換器３０１のみならず、燃焼ファン１１４の風により熱交換器１０３においても冷却されるので、その温度が低下しやすくなる。また、供給ファン２１３は停止しているので、供給ダクト２１２の放出口２１６から積極的に空気が排出されず、植物の周囲のＣＯ_２が希釈されにくい。

制御部４０１は、定期的に熱源機入口温度を取得し、熱源機入口温度が、第１温度より低い第２温度以下、たとえば、５３℃程度の温度以下に低下すると（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、再び、燃焼器１０２を着火させるとともに、供給ファン２１３を作動させる（Ｓ１０２）。

栽培室２内の植物は、正午頃になると、葉に十分な養分が蓄えられるため、一旦、光合成を行わなくなる。また、植物は、夜間にも光合成を行わない。よって、正午頃に休止時刻と再開時刻が設定されるとともに、夕方と朝方にそれぞれ休止時刻と再開時刻が設定される。

制御部４０１は、Ｓ１０７で休止時刻になったと判定すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、燃焼器１０２および供給ファン２１３を停止させる（Ｓ１１１）。また、このとき、熱源機入口温度が第２温度以下でなければ（Ｓ１１２：ＮＯ）、制御部４０１は、熱源機入口温度が第２温度以下になるのを待って（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、燃焼ファン１１４および循環ポンプ１１０を停止させる。これにより、循環水が十分に冷却された状態から運転を再開できる。

その後、再開時刻になると（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、制御部４０１は、再び、燃焼ファン１１４および循環ポンプ１１０を作動させる（Ｓ１０１）。さらに、制御部４０１は、再び、燃焼器１０２を着火させるとともに、供給ファン２１３を作動させる（Ｓ１０２）。

植物の採集（収穫）が終わるなど、栽培室２内へのＣＯ_２を供給する必要がなくなると、ＣＯ_２供給装置１に設けられた運転停止ボタン（図示せず）による終了操作がなされる。

制御部４０１は、Ｓ１０８で終了操作がなされたと判定すると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、燃焼ファン１１４、循環ポンプ１１０、燃焼器１０２および供給ファン２１３を停止させる（Ｓ１１５）。これにより、熱源機１０側でのＣＯ_２供給運転が終了する。

なお、図４には示されていないが、Ｓ１０９の処理により燃焼器１０２および供給ファン２１３が停止している間およびＳ１１１、Ｓ１１３の処理により燃焼ファン１１４、循環ポンプ１１０、燃焼器１０２および供給ファン２１３が停止している間に終了操作がなされた場合も、ＣＯ_２供給運転が終了する。

次に、図５を参照して、ＣＯ_２供給運転が開始されると、放熱機２０では、制御部５０１が入口温度センサ３０６で検出された放熱機入口温度を監視し、放熱機入口温度が冷却ファン３０２による冷却を開始する開始温度（たとえば、４０℃程度の温度）を超えたか否かを判定する（Ｓ２０１）。

冬場など気温が非常に低く、周囲の空気で熱交換器３０１が十分に冷却されるような場合などを除き、通常の場合は、運転開始後、しばらくすると、放熱機入口温度が開始温度を超える。制御部５０１は、放熱機入口温度が開始温度を超えたと判定すると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、冷却ファン３０２を作動させる（Ｓ２０２）。

次に、制御部５０１は、放熱機入口温度と雰囲気温度センサ３０７で検出された雰囲気温度を取得する（Ｓ２０３）。さらに、制御部５０１は、熱源機１０の制御部４０１から送信された要求燃焼量を取得する（Ｓ２０４）。制御部４０１は、Ｓ１０４の燃焼器１０２の調整時に算出した要求燃焼量を、定期的、あるいは、制御部５０１の要求指令に応じて制御部５０１へ送信する。

制御部５０１は、放熱機入口温度、雰囲気温度および要求燃焼量を取得すると、冷却ファン３０２に要求される要求回転数を算出する（Ｓ２０５）。

ここで、放熱機２０が要求される要求出力は、冷却ファン３０２の要求回転数、放熱機入口温度および雰囲気温度を用いて、以下の関係式１で表すことができる。なお、関係式１において、Ｂは、実験により予め定められる係数である。
要求出力[kW]＝要求回転数[rpm]×（放熱機入口温度[℃]－雰囲気温度[℃]）×Ｂ …関係式１

ゆえに、要求回転数は、以下の算出式２により求められることになる。
要求回転数[rpm]＝要求出力[kW]／（（放熱機入口温度[℃]－雰囲気温度[℃]）×Ｂ） …算出式２

放熱機２０の要求出力は、燃焼器１０２の要求燃焼量に見合った出力であり、要求燃焼量と等価（要求出力＝要求燃焼量）となることが望ましい。こうなった場合、熱交換器１０３で循環水が奪う熱量と熱交換器３０１で循環水から奪われる熱量のバランスが保たれて、循環水の温度が上昇しにくくなる。

よって、上記算出式２は、以下の算出式３に置き換えられ、最終的に、この算出式３により、要求回転数が算出される。なお、算出式３および係数Ｂは、記憶部５０２に記憶される。
要求回転数[rpm]＝要求燃焼量[kW]／（（放熱機入口温度[℃]－雰囲気温度[℃]）×Ｂ） …算出式３

このようにして、冷却ファン３０２の要求回転数が、要求出力（＝要求燃焼量）、放熱機入口温度および雰囲気温度に基づいて求められる。

要求回転数が求められると、制御部５０１は、要求回転数となるように冷却ファン３０２の回転数を調整する（Ｓ２０６）。

制御部５０１は、冷却ファン３０２が動作している間、Ｓ２０３～Ｓ２０６の処理を繰り返す。これにより、ＣＯ_２供給装置１では、熱源機１０側で燃焼器１０２の燃焼量が変化しても、放熱機２０側では、その時の燃焼量に見合った放熱機２０の出力が得られる。よって、循環水の温度が上昇しにくくなるので、熱源機１０側で熱源機入口温度が第１温度を超えてＣＯ_２供給運転が中断してしまう、ということが起こりにくくなる。また、冷却ファン３０２の回転数が無駄に高くならないので、放熱機２０側での無駄な電力消費が生じにくくなる。

その後、終了操作に基づくＣＯ_２供給運転の終了が熱源機１０の制御部４０１から知らされると（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、制御部５０１は、冷却ファン３０２を停止させる（Ｓ２０８）。こうして、放熱機２０側でのＣＯ_２供給運転が終了する。

＜実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、以下の効果が奏され得る。

放熱機２０に要求される要求出力は、上記関係式１のように、放熱機入口温度と雰囲気温度との温度差と、冷却ファン３０２に要求される要求回転数により定まる。本実施の形態のＣＯ_２供給装置１では、放熱機入口温度と雰囲気温度との温度差に基づいて、冷却ファン３０２の回転数が制御される。これにより、放熱機入口温度や雰囲気温度が変動しても、放熱機２０の出力が要求出力に近づくように冷却ファン３０２を回転させることができる。よって、放熱機２０側で循環水の冷却不足や過剰冷却が起きにくくなるので、運転停止を招きにくくなり、また、無駄な電力消費を招きにくくなる。

また、本実施の形態のＣＯ_２供給装置１では、ＣＯ２濃度センサ２１７で検出されたＣＯ２濃度により定まる要求燃焼量となるように燃焼器１０２の燃焼量が調整され、要求燃焼量により定まる放熱機２０の要求出力と放熱機入口温度と雰囲気温度との温度差とに基づいて、冷却ファン３０２の回転数が制御される。この構成によれば、熱源機１０での燃焼量に見合う放熱機２０の出力を得ることができるので、循環水の冷却不足や過剰冷却が一層起きにくくなる。

さらに、本実施の形態のＣＯ_２供給装置１では、放熱機入口温度が第１温度を超えたときに、燃焼器１０２が停止する。この構成によれば、燃焼ガスを熱交換器１０３により適正に冷却できなくなると燃焼器１０２が停止するので、高温の燃焼ガスが栽培室２内に供給されてしまうことを防止できる。

さらに、本実施の形態のＣＯ_２供給装置１では、放熱機入口温度が第１温度を超えることにより燃焼器１０２が停止したとき、燃焼ファン１１４が継続して動作する。この構成によれば、燃焼ファン１１４の風により熱交換器１０３を冷却できるので、循環水を素早く冷却することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態によって何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も、上記以外に種々の変更が可能である。

＜変更例１＞
図６は、変更例に係る、制御部５０１による放熱機２０側でのＣＯ_２供給運転に係る制御処理を示すフローチャートである。

本変更例では、冷却ファン３０２の要求回転数を算出する方法が、上記実施の形態と異なっている。図６の制御処理では、図５の制御処理のＳ２０３～Ｓ２０５の処理に替えて、Ｓ２１１～Ｓ２１３の処理が実行される。

図６を参照して、放熱機入口温度が開始温度を超えることにより（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、冷却ファン３０２が作動すると（Ｓ２０２）、制御部５０１は、回転数センサ５０４で検出された冷却ファン３０２の回転数、即ち現在回転数を取得する（Ｓ２１１）。さらに、制御部５０１は、熱源機１０の制御部４０１から送信された要求燃焼量、熱源機出口温度、熱源機入口温度および流量を取得する（Ｓ２１２）。制御部４０１は、Ｓ１０４の燃焼器１０２の調整時に算出した要求燃焼量を、定期的、あるいは、制御部５０１の要求指令に応じて制御部５０１へ送信する。また、制御部４０１は、要求燃焼量となるように燃焼器１０２を調整する前に出口温度センサ１１１、入口温度センサ１１２および流量センサ１１３で検出した現在の熱源機出口温度、熱源機入口温度および流量を、要求燃焼量とともに制御部５０１へ送信する。

制御部５０１は、現在回転数、要求燃焼量、熱源機出口温度、熱源機入口温度および流量を取得すると、冷却ファン３０２に要求される要求回転数を算出する（Ｓ２１３）。

上記実施の形態と同じように、熱交換器１０３で循環水が奪う熱量と熱交換器３０１で循環水から奪われる熱量のバランスが保たれるためには、以下の関係式２が成り立つことが望ましい。
要求回転数[rpm]／現在回転数[rpm]＝要求燃焼量[kW]／現在燃焼量[kW]×Ｃ …関係式２

ここで、Ｃは、実験により予め定められる係数である。また、現在燃焼量は、以下の算出式４により求めることができる。なお、ｃは、水の比熱（４．１８[kJ/kg/K]）である。
現在燃焼量[kW]＝ｃ[kJ/kg/K]×（熱源機出口温度[℃]－熱源機入口温度[℃]）×流量[kg/s] …算出式４

よって、要求回転数が、以下の算出式５により算出される。なお、算出式５および係数Ｃは、記憶部５０２に記憶される。
要求回転数[rpm]＝現在回転数[rpm]×要求燃焼量[kW]／（ｃ[kJ/kg/K]×（熱源機出口温度[℃]－熱源機入口温度[℃]）×流量[kg/s]） …算出式５

このようにして、要求回転数と現在回転数との比率が要求燃焼量と現在燃焼量との比率に応じた比率となるような要求回転数が求められる。

要求回転数が求められると、制御部５０１は、要求回転数となるように冷却ファン３０２の回転数を調整する（Ｓ２０６）。制御部５０１は、冷却ファン３０２が動作している間、Ｓ２１１～Ｓ２０６の処理を繰り返し、ＣＯ_２供給運転の終了が熱源機１０の制御部４０１から知らされると（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、冷却ファン３０２を停止させる（Ｓ２０８）。

本変更例の構成では、上記実施の形態と同様、熱源機１０側で燃焼器１０２の燃焼量が変化しても、放熱機２０側では、その時の燃焼量に見合った放熱機２０の出力が得られる。これにより、循環水の温度が上昇しにくくなるので、熱源機１０側で熱源機入口温度が第１温度を超えてＣＯ_２供給運転が中断してしまう、ということが起こりにくくなる。また、冷却ファン３０２の回転数が無駄に高くならないので、放熱機２０側での無駄な電力消費が生じにくくなる。

＜変更例２＞
図７は、変更例２に係る、ＣＯ_２供給装置１の構成を示す図である。

本変更例のＣＯ_２供給装置１では、往き管１０８の途中に貯水タンク１２０が設けられる。往き管１０８は、第１配管１０８ａと第２配管１０８ｂとで構成される。第１配管１０８ａは、熱交換器１０３と貯水タンク１２０の上部の流入口１２０ａとの間を繋ぎ、第２配管１０８ｂは、貯水タンク１２０の底部の流出口１２０ｂと熱交換器３０１との間を繋ぐ。貯水タンク１２０には水が貯えられる。

このような構成とした場合、貯水タンク１２０内の水が温まるまで、長い間、冷たい循環水を熱交換器１０３に供給できるので、燃焼ガスの冷却効果を高めることができる。なお、貯水タンク１２０内の水は、夜間など運転休止時に行われる２つの熱交換器１０３、３０１での循環水の冷却によって冷却される。

なお、上記の例では、往き管１０８の途中に貯水タンク１２０が設けられたが、戻り管１０９の途中に貯水タンク１２０が設けられてもよい。

＜その他の変更例＞
上記実施の形態では、放熱機２０の要求出力が要求燃焼量と等価（要求出力＝要求燃焼量）となるように、冷却ファン３０２の要求回転数が決められた。しかしながら、冬場など栽培室２内の温度が低い場合に、冷却後の燃焼ガスの温度が高められるようにし、燃焼ガスで栽培室２内が温められるような構成とすることも考えられる。この場合、雰囲気温度センサ３０７で検出される雰囲気温度が低ければ、要求出力＜要求燃焼量とする、即ち、上述した算出式３の要求燃焼量の値を小さくするようにすればよい。このようにすれば、冷却ファン３０２の要求回転数が小さくなって要求出力が小さくなるので、熱交換器１０３を流れる水の温度が高くなる。よって、冷却後の燃焼ガスの温度が高くなり、栽培室２内を温めることができるようになる。

また、上記実施の形態では、制御部４０１が、検出したＣＯ_２濃度を用いて、要求燃焼量を算出式１により求めた。しかしながら、要求燃焼量とＣＯ_２濃度とが対応付けられたルックアップテーブルが記憶部４０２に用意され、制御部４０１がルックアップテーブルにより要求燃焼量を求めるような構成が採られてもよい。

同様に、上記実施の形態では、制御部５０１が、要求燃焼量、放熱機入口温度および雰囲気温度を用いて、要求回転数を算出式３により求めた。しかしながら、要求燃焼量の場合と同様、要求回転数と、要求燃焼量、放熱機入口温度および雰囲気温度とが対応付けられたルックアップテーブルにより、制御部５０１が要求回転数を求めるような構成が採られてもよい。また、要求燃焼量は、ＣＯ_２濃度により定められるため、上記ルックアップテーブルに替えて、要求回転数と、ＣＯ_２濃度、放熱機入口温度および雰囲気温度とが対応付けられたルックアップテーブルが用いられてもよい。

さらに、上記実施の形態では、冷却ファン３０２の回転数を制御するため、回転数センサ５０４が設けられた。しかしながら、上記の構成に比べて回転数制御の精度はやや低下するものの、回転数センサ５０４を設けることなしに、冷却ファン３０２の回転数制御が行われてもよい。この場合、冷却ファン３０２の要求回転数とモータ３０５に供給する駆動電流値とが対応付けられたルックアップテーブルが用いられ得る。さらには、回転数センサ５０４が設けられない場合に、要求回転数の代わりとなる駆動電流値と、要求燃焼量（ＣＯ_２濃度）、放熱機入口温度および雰囲気温度とが対応付けられたルックアップテーブルが用いられてもよい。

さらに、上記実施の形態では、熱源機１０に流入する水の温度、即ち、熱源機入口温度が第１温度を超えると、燃焼器１０２が停止された。しかしながら、放熱機２０による冷却不足が生じた場合は、熱源機１０へ流入する水の温度だけでなく、熱源機１０から流出する水の温度および放熱機２０に流入する水の温度も上昇する。よって、熱源機出口温度または放熱機入口温度が、第１温度に相当する所定温度を超えたときに、燃焼器１０２が停止されてもよい。このように、燃焼器１０２を停止させるために検出される循環水の温度は、２つの熱交換器１０３、３０１を結ぶ循環路の何れの位置で検出されてもよい。

さらに、上記実施の形態では、供給ダクト２１２に供給ファン２１３が設けられた。しかしながら、供給ダクト２１２による供給経路が短く燃焼ガスが円滑に流れる場合などには、供給ファン２１３が設けられなくてもよい。

さらに、上記実施の形態において、往き管１０８の一部が、栽培室２内に隣接する作業者の休憩場所に導入されるようにし、休憩場所が暖められるようにしてもよい。また、往き管１０８の一部が、栽培室２の天井近傍に通されて屋根の融雪に利用されてもよい。さらに、ＣＯ_２供給装置１は、往き管１０８から分岐して栽培室２内を通り往き管１０８へと戻る分岐管と、循環水を分岐管に通すか否かを切り替える切替弁とを備えるような構成とされてもよい。この場合、冬場など、栽培室２内の温度が低いときに、循環水が分岐管を流れるように切替弁が切り替えられる。このような構成とされると、冬場など、栽培室２内の温度が低くなったときに、栽培室２内を温めることができる。

さらに、上記実施の形態において、ＣＯ_２供給運転の実行中、制御部５０１は、放熱機入口温度が、開始温度よりも低い温度に設定された休止温度(たとえば、３５℃程度の温度)を下回ったときに、冷却ファン３０２を停止させるようにしてもよい。この場合、再び、放熱機入口温度が開始温度を超えると、制御部５０１は、冷却ファン３０２を動作させる。

さらに、上記実施の形態では、熱源機１０に対して制御を行う制御部４０１と放熱機２０に対して制御を行う制御部５０１の２つの制御部がＣＯ_２供給装置１に設けられ、これら２つの制御部４０１、５０１によりＣＯ_２供給運転が実行された。しかしながら、熱源機１０と放熱機２０の双方に対して制御を行う１つの制御部がＣＯ_２供給装置１に設けられ、この制御部によりＣＯ_２供給運転が実行されてもよい。この場合、制御部は、制御対象となる燃焼ファン１１４、循環ポンプ１１０等の負荷が多い熱源機１０側に配置されることが望ましい。

さらに、上記実施の形態では、燃焼器１０２の燃料が灯油等の液体燃料であったが、プロパンガスなどの気体燃料であってもよい。

さらに、上記実施の形態では、２つの熱交換器１０３、３０１の間で循環する液体として水が用いられた。しかしながら、水以外の液体、たとえば、不凍液が用いられてもよい。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜変更可能である。

１ ＣＯ_２供給装置
２ 栽培室
１０ 熱源機（熱源部）
２０ 放熱機（放熱部）
１０２ 燃焼器
１０３ 熱交換器（第１熱交換器）
１０８ 往き管（管路）
１１１ 出口温度センサ（熱源部出口温度センサ）
１１２ 入口温度センサ（熱源部入口温度センサ、循環液温度センサ）
１１３ 流量センサ
１１４ 燃焼ファン
１２０ 貯水タンク（タンク）
２１７ ＣＯ_２濃度センサ
３０１ 熱交換器（第２熱交換器）
３０２ 冷却ファン
３０６ 入口温度センサ（放熱部入口温度センサ）
３０７ 雰囲気温度センサ
４０１ 制御部
５０１ 制御部
５０４ 回転数センサ

Claims (5)

1. 栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置において、
   燃焼器と第１熱交換器とを含み、前記燃焼器の燃焼により発生した、ＣＯ_２を含む燃焼ガスが、前記第１熱交換器を流れる液体との間の熱交換により冷却されて排出される熱源部と、
   前記栽培室の外に設置され、前記第１熱交換器との間で液体が循環する第２熱交換器と、前記第２熱交換器に冷却風を送る冷却ファンとを含み、前記第２熱交換器を流れる液体を前記冷却風との熱交換によって冷却する放熱部と、
   前記第２熱交換器に流入する液体の温度を放熱部入口温度として検出する放熱部入口温度センサと、
   前記栽培室の外であって前記放熱部の周囲の温度を雰囲気温度として検出する雰囲気温度センサと、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記放熱部入口温度と前記雰囲気温度との温度差に基づいて、前記冷却ファンの回転数を、前記温度差が小さいほど前記回転数が大きくなるように制御する、
   ことを特徴とするＣＯ_２供給装置。
2. 請求項１に記載のＣＯ_２供給装置において、
   前記栽培室内に配置され、ＣＯ_２濃度を検出するＣＯ_２濃度センサを、さらに備え、
   前記制御部は、
   前記ＣＯ_２濃度により定まる要求燃焼量となるように前記燃焼器の燃焼量を調整し、
   前記要求燃焼量により定まる前記放熱部の要求出力と前記温度差とに基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する、
   ことを特徴とするＣＯ_２供給装置。
3. 請求項１または２に記載のＣＯ_２供給装置において、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で循環する液体の温度を、循環液温度として検出する循環液温度センサを、さらに備え、
   前記制御部は、前記循環液温度が所定温度を超えた場合に、前記燃焼器を停止させる、
   ことを特徴とするＣＯ_２供給装置。
4. 請求項３に記載のＣＯ_２供給装置において、
   前記燃焼器の燃焼時に前記燃焼器へ空気を送る燃焼ファンを、さらに備え、
   前記制御部は、前記循環液温度が前記所定温度を超えることにより前記燃焼器を停止させたとき、前記燃焼ファンを継続して動作させる、
   ことを特徴とするＣＯ_２供給装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載のＣＯ_２供給装置において、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で液体が流れる管路の途中に、液体が溜められるタンクが設けられる、
   ことを特徴とするＣＯ_２供給装置。

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