JPH01153026A - 温室の暖房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は温室の暖房システムに関し、より詳しくは、
太陽熱を蓄熱しておき、夜間、その熱を温室内に放熱し
て温室栽培作物を低温災害より守る温室の暖房システム
に関する。

〈従来技術〉 従来より、太陽熱による温室の暖房システムとしては、
例えば、集熱器との間に熱媒体を循環させ、集熱器で集
めた太陽熱を蓄える蓄熱槽と、蓄熱槽に蓄えられた熱を
導入して温室内を暖房する熱交換パイプとを有し、放熱
後の熱媒体を再び蓄熱槽に返還するシステムのものが知
られている（特開昭６２−４０２２５号公報参照）。こ
うした暖房システムでは、従来の重油ボイラー等による
暖房システムに比べて、燃料が全くいらず経済的且つク
リーンである点で優れている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、上記暖房システムでは、集熱器の集熱効率は
一定であり、太陽熱を唯一の熱源としているため、日射
量に左右されることとなって、天気の悪い日には、太陽
熱よりの集熱がほとんど行われないという不都合がある
。しかも、日射量は季節や気候によって変動するもので
あり、これに応じて、暖房温度も変動するのでは、比較
的一定の高温度が必要とされる温室栽培の作物にとって
は致命的なこととなる。こうした場合、最も大量の熱を
必要とする条件に合わせて、集熱器の能力を設定してお
くことも考えられるが、集熱器の容量を増大したり、集
熱器の設置台数を増やしたりしなければならず、かえっ
て設備コストが高くついて経済的ではない。

また、気象情況に左右されずに、一定高温下の温室暖房
を可能とし、且つクリーンである電熱地下ケーブル等の
設置も提案され且つ実施もされているが、電気代が極め
て高くなるという欠点がある。

なお、一般的な温室内の温度変化を調べてみると、春先
や晩秋の夜間では、温度が下がり暖房が必要となるもの
の、昼間には、かなりの高温にまで昇温し、暖房が必要
でなくなるばかりか、温室内の温度が上昇し過ぎ、温室
を覆うビニールシートを開いて通気冷却を行なわなけれ
ばならない日があった。

〈発明の目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、集
熱効率を向上させて経済性に優れると共に、気象情況に
左右されることなく、一定高温下の温室暖房を可能とす
る温室の暖房システムを提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するためのこの発明の温室の暖房システ
ムとしては、集熱器と蓄熱槽との間に熱媒体を循環させ
、集熱器で集めた太陽熱を蓄熱槽に蓄える集熱経路と、
温室内に敷設した熱交換パイプと蓄熱槽との間に熱媒体
を循環させ、蓄熱槽に蓄えた熱を熱交換パイプから放熱
して温室内を暖房する放熱経路とを備えた暖房システム
において、温室内に引き入れた熱交換パイプを、一旦、
地中に埋設し、再びこれを温室内の地表に表出させると
共に、熱交換パイプの地表表出側から蓄熱槽に戻る放熱
経路途中に、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱手段
を具備しているものである。

く作用〉 上記構成の温室の暖房システムによれば、温室内に引き
入れた熱交換パイプを、一旦、地中に埋設し、再びこれ
を温室内の地表に表出しているので、例えば寒い時期、
日射量の少ない日において、集熱器のみならず熱交換パ
イプにも熱媒体を循環させれば、熱交換パイプの地表表
出部分にても、太陽熱の集熱を行なうことができる。

また、春先や晩秋の時期、夜間は相当冷えるものの、日
中は天気が良すぎて温度が上昇し過ぎ、温室を覆うビニ
ールシートを開いて通気冷却を行なわねばならないよう
な日においては、温室内の温度よりも循環する熱媒体の
温度が十分低いことを利用し、熱交換パイプの地表表出
部分にて熱吸収を起こさせることができる。これによれ
ば、集熱に加えて、温室内の過剰な昇温を抑制すること
ができる。特に、熱交換パイプの地中埋設部分では、地
中から冷却することができ、地温が過剰に上がるのを抑
制することができる。

次いで、熱交換パイプの地表表出側から蓄熱槽に戻る放
熱経路途中に、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱手
段を具備しているので、例えば、天気が悪く、日射量が
かなり減少している日で、集熱器や熱交換パイプによっ
ても太陽熱の集熱がほとんどできない日にも、設定温度
以下の熱媒体を所定温度に加熱して蓄熱槽に返還するこ
とができる。従って、夜間、熱交換パイプは、十分に加
熱された所定温度の熱媒体を安定的に蓄熱槽から導入す
ることができる。

〈実施例〉 次いで、この発明の実施例について図を参照しながら以
下に説明する。第１図はこの発明にかかる温室の暖房シ
ステムの全体斜視図である。

第１図において、温室の暖房システムは、太陽熱を集熱
する集熱器（１）と、集熱器（１）で集められた太陽熱
を蓄える蓄熱槽（２）と、蓄熱槽（２）より導入した熱
をビニールトンネル（Ｔ）内にて放熱する熱交換パイプ
（４）と、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱手段（
５）とを具備している。

集熱器（１）は、太陽光線が当たる対向表面に、略Ｓ字
状に屈曲形成された複数段の集熱管＜ｌａ）を有してお
り、集熱管（１ａ）は、水等の熱媒体を循環できるよう
に設けられている。そして、集熱器（１）は、この対向
表面に注がれる太陽光線を集熱管（ｌａ）に吸収させ、
管内の熱媒体が太陽熱を効率良く集熱できるように起立
可能に形成されている。

また、集熱器（１）は温度センサ００）を具備している
。

温度センサ０ωは、集熱器（１）の温度上昇を検知して
後述する集熱ステップの実行を制御するものであり、制
御盤（３）に対して電気的に接続しである。

なお、この実施例では、２台の集熱器（１）を並設して
いるが、温室の内部容積や暖房温度の設定によって、集
熱器（１）の設置台数や容量は適宜変更される。但し、
温度センサ００）については、複数の集熱器（１）を設
置する場合でも、−個所のみに設けておけばよい。

集熱器（１）には、蓄熱槽（２）が連結配備されている
。

蓄熱槽（りは、熱媒体を貯溜する槽本体（２５）とその
蓋体（２６）よりなり、槽本体（２５）内部には熱媒体
を集熱器（１）及び熱交換パイプ（４）側へ圧送給する
水中ポンプ（２０）が設けられている。

水中ポンプ（２０）には、蓋体（２６）上に突出する吐
出配管（２１）が装着されている。吐出配管（２１）の
上端部には、三方コック付き継手（２２）が取り付けら
れており、該継手（２２）の一方側コツク（２２ａ）は
制御バルブ（２３）を介して集熱器（１）側に連結され
且つ、他方側コック（２２ｂ）は熱交換パイプ（４）側
に連結されている。この場合、一方側コツク（２２ａ）
と他方側コック（２２ｂ）とは、吐出配管（２１）が集
熱器（１）側及び熱交換パイプ（４）側の何れか一方の
、又は双方共通の熱媒体導入経路となるように、それぞ
れ、切り替え可能に設けられている。

そして、集熱器（１）から蓄熱槽（２）に向かう経路に
は、熱媒体の戻し用配管（１１）が設けられており、戻
し用配管（１１）の端部は蓋体く２６）に止定され蓄熱
槽（２）の上方に開口している。ここに、蓄熱槽〇−吐
出配管（２１）−一方側コツク（２２ａ）−制御バルブ
ク２３）−集熱器（１）−戻し用配管（１１）−蓄熱槽
０と順次熱媒体が循環する集熱側の熱媒体循環経路が形
成されたことになる。

なお、水中ポンプ（２０）は制御盤（３）に配線接続さ
れており、上記温度センサ（１０）　、後述の温度セン
サ（４０）及び、制御盤（３）により制御可能に設けら
れている。

熱交換パイプ（４）は、ビニールトンネル（Ｔ）内に引
き入れられた所で、一旦、畝（Ｕ）中に埋設される地中
埋没部分（４ａ）と、再びビニールトンネル（Ｔ）内の
畝（Ｕ）上面に表出される地表表出部分（４ｂ）とより
なり、栽培作物（Ｐ）の近傍に沿うように敷設されてい
る（第２図参照）。熱交換パイプ（４）としては、集熱
効率を考慮して、地中埋没部分（４ａ）では１本に設け
られており、地表表出部分（４ｂ）では分岐されて２本
に設けられている（第３図参照）。

これは、例えば寒い時期、日射量の少ない日において、
三方コック付き継手（２２）を操作し、両方のコック（
２２ａ）　（２２ｂ）を開状態にして、集熱器（１）側
のみならず、熱交換パイプ（４）側にも熱媒体を循環さ
せれば、熱交換パイプ（４）の地表表出部分（４ｂ）に
おいても、太陽熱の集熱を行なうことができ、放熱部分
となる地表表出部分（４ｂ）を効率の良い集熱器として
も機能できるようにしたものである。

また、春先や晩秋の時期、夜間は相当冷えるものの、日
中は天気が良すぎて温度が上昇し過ぎ、温室を覆うビニ
ールシートを開いて通気冷却を行なわねばならないよう
な日においては、温室内の温度よりも循環する熱媒体の
温度が十分低いことを利用し、熱交換パイプ（４）の地
表表出部分（４ｂ）にてビニールトンネル（Ｔ）内の熱
を吸収させることができるようにしたものである。これ
によれば、集熱に加えて、温室内の過剰な昇温を抑制す
ることができる。特に、地中にある地中埋設部分（４ａ
）では、畝（Ｕ）を地中から冷却することができ、地温
が過剰に上がるのを抑制することができる。

なお、ビニールトンネル（Ｔ）内の畝（Ｕ）にも、温度
センサ（４０）が装備されている。温度センサ（４０）
は、太陽熱による畝（Ｕ）の温度の温度上昇を検知して
、後述する集熱ステップの実行を制御するものであり、
制御盤（３）に対して電気的に接続されている。

熱交換パイプ（４）の地表表出部分（４ｂ）から蓄熱槽
（２）に向かう経路には、媒体加熱手段（５）が配備さ
れている。媒体加熱手段（５）は、補助タンク（５ｂ）
を並設したボイラー（５ａ）を備えている。媒体加熱手
段（５）では、熱交換パイプ（４）の地表表出部分（４
ｂ）より送られてくる熱媒体が、一旦、補助タンク（５
ｂ）に貯溜され、ここで加熱されて蓄熱槽（２）に返還
されるように設けられている。ここに、蓄熱槽Ｃ）→吐
出配管（２１）−他方側コック（２２ｂ）→熱交換パイ
プ（４）（地中埋設部分（４ａ）−地表表出部分（４ｂ
））→媒体加熱手段（５）−蓄熱槽（２）と順次熱媒体
が循環する放熱側の熱媒体循環路が形成されたことにな
る。

なお、補助タンク（５ｂ）内には、フロートスイッチ（
５ｃ）が取り付けられている。フロートスイッチ（５Ｃ
）は、上記各センサ等と同様に制御盤（３）に対して電
気的に接続されており、補助タンク（５ｂ）内の熱媒体
が少なくなった場合にはこれを検知し、検知した信号を
制御盤（３）に送って、全暖房システムを停止させるも
のである。

また、ボイラー（５ａ）は、補助タンク（５ｂ）中の熱
媒体の温度が設定温度以下となったとき、所定のスイッ
チが入って運転を開始するものである。そして、温度セ
ンサ（４０）の検知により、畝（Ｕ）の温度が設定温度
以下であることが分かったとき作動を開始し、ボイラー
（５ａ）により加熱された熱媒体を、循環のために補助
タンク（５ｂ）から取り出すように設けられているのが
上述した水中ポンプ（２ｏ）である。水中ポンプ（２０
）は、この機能においても制御盤（３）により制御され
ているものである。

なお、この温室の暖房システムは、第２図に示すように
、畝（Ｕ）および栽培作物（Ｐ）の上方を覆ったビニー
ルトンネル（Ｔ）を、更に複数列まとめて覆う大きなビ
ニールハウス（Ｈ）に適用されているものである。

次に、上記温室の暖房システムのステ・ノブ及び機能に
ついて説明する。

第１図において、まず、天気が良く、昼間の太陽光線が
充分に強いときには、太陽から集熱器（１）に大量の熱
エネルギーが供給される。同時に、ビニールトンネル（
Ｔ）内にも、多量の太陽熱が供給されている。

この場合、集熱器（１）内の温度が一定温度（例えば３
５℃）以上になると、温度センサ００）が検知し、制御
盤（３）で制御している水中ポンプ（２０）を作動させ
、蓄熱槽■内の熱媒体を吐出配管（２１）へと送り出し
、集熱ステップを実行する。

即ち、三方コック付き継手（２２）の集熱器（１）側コ
ック（２２ａ）と熱交換パイプ（４）側コック（２２ｂ
）との双方を開状態にする。これによって、第３図に示
すように、熱媒体は蓄熱槽（２）と集熱器（１）との間
を循環すると同時に、蓄熱槽（２）と熱交換パイプ（４
）との間でも循環することができる。

こうして、集熱器（１）に注がれる太陽熱が、熱媒体に
よって集熱され、集熱された熱エネルギーが蓄熱槽（２
）へ蓄えられる。また、ビニールトンネル（Ｔ）内に供
給された太陽からの熱エネルギーが熱交換パイプ（４）
の特に地表表出部分（４ｂ）を通過する熱媒体により集
熱されて蓄熱槽Ｃ）に蓄えられる。

これによれば、例えば、昼間の太陽光線が充分に強い、
秋期または春期において、集熱器（１）と共に、熱交換
パイプ（４）ででも集熱することができるので、夜間の
温室内温度を約２〜３℃も上昇させることが分かった。

次いで、春先や晩秋の時期、夜間は相当冷えるものの、
日中は天気が良すぎて温度が上昇し過ぎ、温室を覆うビ
ニールシートを開いて通気冷却を行なわねばならないよ
うな日においては、上記の様に操作された暖房システム
では、温室内の温度よりも循環する熱媒体の温度が十分
低いことを利用し、熱交換パイプ（４）の地表表出部分
（４ｂ）にてビニ−ルトンネル（Ｔ）内の熱を吸収させ
ることができる。これにより、集熱に加えて、温室内の
過剰な昇温を抑制することができる。特に、地中にある
地中埋設部分（４ａ）では、畝（Ｕ）を地中から冷却す
ることができ、地温が過剰に上がるのを抑制することが
できる。

次に、太陽光線がなくなる夜間には、集熱器（１）側で
の熱媒体の循環が不要になることから、制御バルブ（２
３）を閉めた状態で、水中ポンプ（２０）を作動させ、
放熱ステップのみを実行する。

即ち、昼間の集熱ステップにて充分に蓄熱されて高温に
なった熱媒体が、熱交換パイプ（４）側の経路のみを循
環してビニールトンネル（Ｔ）内で放熱し、温室内の栽
培作物（Ｐ）を保温して夜間の低温災害を防止すること
になる。なお、水中ポンプ（２０）の作動については、
操作盤（３）内に設けたタイマー（図示省略）によって
、間欠的に行なうようにすることが好ましい。これによ
れば、熱媒体に蓄えた熱エネルギーを有効に利用でき、
栽培作物（Ｐ）を長時間に亘って、適当な生育温度に維
持することかできる。

ところで、雨天など天気の悪い日では、太陽光線は極め
て弱く、集熱器（１）においても、熱交換パイプ（４）
においても、必要とする熱エネルギーの吸収が十分に行
われない。この場合、集熱器（１）側での熱媒体の循環
は不要であり、制御バルブ（２３）を閉めておく。

一方、こうしたことから補助タンク（５ｂ）中の熱媒体
の温度が設定温度（例えば３０℃）以下となっていれば
（但し５０℃上限設定）、所定のスイッチが入ってボイ
ラー（５ａ）の運転を開始させる。

そして、温度センサ（４０）の検知により、畝（Ｕ）の
温度が設定温度（例えば２０℃）以下であることが分か
ったときには水中ポンプ（２０）を作動させ、ボイラー
（５ａ）により加熱された熱媒体を補助タンク（５ｂ）
から取り出す。次いで、必要温度に加熱された熱媒体を
蓄熱槽口内へ返還する。

これによって、高温になった熱媒体が熱交換パイプ（４
）側の経路のみを循環してビニールトンネル（Ｔ）内で
放熱し、温室内の栽培作物（Ｐ）を保温して、天気の悪
い日の低温災害を防止することができる。なお、ボイラ
ー（５ａ）は、上記のような天気の悪い日での補助的な
使用は勿論のこと、気温の低い冬場や、寒くて地熱が上
がらない日での本格的な使用にも十分に有用であること
は言うまでもない。

以上に述べた暖房システムのうちの集熱ステップにおい
て、集熱器（１）側と熱交換パイプ（４）側とで循環さ
せる熱媒体の配分は、昼間の太陽光線の強さによって最
も効率良く集熱できるようにしておく。即ち、集熱器（
１）の方が、集熱効率の点で、熱交換パイプ（４）より
もはるかに優れているからである。但し、集熱器（１）
の集熱容量を超える太陽熱がある場合や、ビニールトン
ネル（Ｔ）内の冷却作用を積極的に果すためには、熱交
換パイプ（４）側の循環量を多くしたほうがよい。上記
熱媒体の配分については、三方コック付き継手（２２）
、又は集熱器（１）側の制御バルブ（２３）で調整でき
る。

また、水中ポンプ（２０）や、三方コック付き継手（２
２）および制御バルブ（２３）等の作動調整を、温度セ
ンサ（１０）の検知情報等によって、制御盤（２）で電
気的に制御すれば、より効率的な暖房が行える。更にま
た、温度センサを温室となるビニールトンネル（Ｔ）側
にも取付けておき、熱交換パイプ（４）と集熱器（１）
との両方の温度状態を同時に温度センサで検知して、熱
媒体の循環を制御すれば、より好適な実施となる。

なお、昼間の集熱ステップにおいては、熱媒体を熱交換
パイプ（４）側に常時循環させる必要はなく、太陽光線
の強い時間のみ、熱交換パイプ（４）と集熱器（１）と
の双方媒体を循環させて、集熱量を増大させ、太陽光線
が弱くなれば、熱交換パイプ（４）側の循環を止めて、
効率の良い集熱器（１）のみで集熱してもよい。

この発明による温室の暖房システムは、畝用栽培の温室
だけでなく、各種果樹類の栽培、あるいは、養魚用の温
室水槽、養鶏場の暖房等にも適用可能である。

また、この温室の暖房システムでは、熱媒体に冷たい井
戸水を使用することができるので、夏場などにおいては
、熱交換パイプ（４）を冷却することができ、昇温しす
ぎた地温を下げるための冷却パイプに転換利用すること
ができる。これによれば、夏場の温室栽培作物の高温災
害を防止することができる。

第４図に温室の暖房システムの変形例を示ず。

この暖房システムでは、第１図に示した暖房システムに
比べて、二方コック付き継手（２２）、及び集熱器（１
）側に装備されている制御バルブ（２３）が省略されて
いる点で異なる。従って、この暖房システムでは、集熱
器（１）と蓄熱槽（２）との間の熱媒体循環系と、蓄熱
槽（２と熱交換パイプ（４）との間の熱媒体循環系とが
完全に分けられており、暖房システムにおける熱媒体の
循環経路を簡略化できると言う利点がある。

く効果〉 以上のように、この発明の暖房システムによれば、蓄熱
槽より熱を導入して温室内に放熱する熱交換パイプ（特
に地表表出部分）を、高温天候下で集熱利用しない場合
には、効率の良い温室内集熱器として転換利用すること
ができるので、それだけ集熱効率を向上させて経済性を
良くすることができる。

しかも、同じく高温天候下で、太陽光線が強すぎて温室
内が過剰に昇温した場合でも、循環する熱媒体の温度が
温室内の温度よりも十分に低温となっていれば、熱交換
パイプに熱吸収を起こさせることができ、集熱に加えて
、温室内の過剰な昇温を抑制することができる。特に、
地中にある地中埋設部分では、地温が過剰に上がるのを
防止でき、畝の内部から冷却することができる。従って
、昼間と夜間の温度差が基だしい早春又は晩秋における
、温室内の雰囲気温度の調整に対して、極めて大きな効
果を発揮し、作物等の生育にとって、非常に好適な環境
を維持できることになる。

また、集熱器での太陽熱の集熱がほとんどできず、温室
の温度が上がらない場合でも、設定温度以下の熱媒体を
所定温度に加熱して蓄熱槽に返還することができるので
、熱交換パイプへは、十分に加熱された所定温度の熱媒
体を安定的に供給することができ、気象情況に左右され
ることなく、一定高温下の温室暖房を行なうことができ
るという特有の効果を示すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す温室の暖房システム
の全体斜視図、 第２図は温室の断面図、 第３図は集熱ステップのブロック図、 第４図は他の集熱ステップのブロック図である。 （１）・・・集熱器　　　　　（り・・・蓄熱槽（３）
・・・制御盤　　　　　（４）・・・熱交換パイプ（４
ａ）・・・地中埋設部分　（４ｂ）・・・地表表出部分
（５）・・・媒体加熱手段　　（Ｕ）・・・畝特　許　
出　願　人　積水化成品工業株式会社〃　　　　　　　
　藤　　　川　　　　　源　　　博第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集熱器と蓄熱槽との間に熱媒体を循環 させ、集熱器で集めた太陽熱を蓄熱槽に 蓄える集熱経路と、温室内に敷設した熱 交換パイプと蓄熱槽との間に熱媒体を循 環させ、蓄熱槽に蓄えた熱を熱交換パイ プから放熱して温室内を暖房する放熱経 路とを備えた暖房システムにおいて、温 室内に引き入れた熱交換パイプを、一旦、 地中に埋設し、再びこれを温室内の地表 に表出させると共に、熱交換パイプの地 表表出側から蓄熱槽に戻る放熱経路途中 に、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加 熱手段を具備していることを特徴とする 温室の暖房システム。 ２、集熱器及び熱交換パイプの蓄熱槽より の熱媒体導入経路が、集熱器側及び熱交 換パイプ側の何れか一方の、又は双方共 通の経路として切り替え可能に構成され ているものである上記特許請求の範囲第 １項記載の温室の暖房システム。 ３、媒体加熱手段が、ボイラーである上記 特許請求の範囲第１項記載の温室の暖房 システム。