特許 6832480 植物栽培室用の暖房システム、及び、植物栽培室用の暖房システムに用いられる加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6832480

(24)【登録日】2021年2月4日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】植物栽培室用の暖房システム、及び、植物栽培室用の暖房システムに用いられる加熱装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 9/24 20060101AFI20210215BHJP

   F24D 3/16 20060101ALI20210215BHJP

   F24D 3/00 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   A01G9/24 T

   F24D3/16 Z

   F24D3/00 K

   F24D3/00 L

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-102036(P2016-102036)

(22)【出願日】2016年5月23日

(65)【公開番号】特開2017-205092(P2017-205092A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】505366593

【氏名又は名称】株式会社浪速試錐工業所

(74)【代理人】

【識別番号】100157428

【弁理士】

【氏名又は名称】大池 聞平

(72)【発明者】

【氏名】後藤 文彦

(72)【発明者】

【氏名】西野 直樹

【審査官】 大谷 純

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５９−１７９５６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−２６２１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４４６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２３２８６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国登録特許第１０−０８２２４０２（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｇ ９／２４− ９／２６

Ｆ２４Ｄ ３／００、 ３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物栽培室用の暖房システムであって、
所定の方向に間隔を空けて設けられると共に、加温対象の植物の近傍に延設されたヒートシンクがそれぞれ接続された複数の分岐回路を有し、前記複数の分岐回路が前記室内空間に配置された冷媒回路と、
前記複数の分岐回路の各々のヒートシンクへ温熱を供給する熱源部とを備え、
前記各ヒートシンクは、自然対流によって前記植物を加温するための複数の放熱フィンを有し、前記植物の側方において室内空間に露出した状態で、前記室内空間の地面から上方に離間した所定の高さに支持され、
前記熱源部で加熱された冷媒が前記各分岐回路のヒートシンクに供給される暖房運転の際に、前記室内空間において、植物を包むように前記ヒートシンク付近から前記室内空間の上層手前まで上昇して該上層手前から下降する自然対流が、前記分岐回路ごとに形成されるように、前記各ヒートシンクに供給する冷媒の温度を制御する制御部をさらに備えていることを特徴とする、植物栽培室用の暖房システム。

【請求項2】

前記植物栽培室の室外の外気温を計測する外気温センサを備え、
前記制御部は、前記室内空間の設定温度から前記外気温センサの計測温度を引いた温度差に所定の係数を加えた温度を、前記ヒートシンクへ供給する冷媒の目標温度として、前記熱源部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の植物栽培室用の暖房システム。

【請求項3】

前記所定の係数は、３０℃以上５０℃以下の値であることを特徴とする、請求項２に記載の植物栽培室用の暖房システム。

【請求項4】

前記室内空間の温度を計測する室温センサを備え、
前記制御部は、前記室温センサの計測温度が前記設定温度に達した場合に、前記熱源部から前記ヒートシンクへの冷媒の供給を停止する、又は、冷媒の供給量を減少させ、
前記室温センサは、前記加温対象の植物の上部における空気の温度を計測することを特徴とする、請求項２又は３に記載の植物栽培室用の暖房システム。

【請求項5】

前記植物栽培室では、複数の植物が一方向に沿って並ぶ植物列が複数存在しており、
前記冷媒回路では、前記複数の分岐回路が、前記室内空間における複数の植物列の一端側で前記熱源部から延びる配管から分岐し、前記複数の植物列の他端側で合流する、請求項１乃至４の何れか１つに記載の植物栽培室用の暖房システム。

【請求項6】

前記植物栽培室では、複数の植物が一方向に沿って並ぶ植物列が複数存在しており、
前記複数の分岐回路の各々では、前記植物列における複数の植物に対応して設けられた複数のヒートシンクが並列に接続されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１つに記載の植物栽培室用の暖房システム。

【請求項7】

植物栽培室に設置されたヒートシンクへ供給する冷媒を加熱する加熱装置の制御装置であって、
植物栽培室の室内空間には、所定の方向に間隔を空けて設けられると共に、加温対象の植物の近傍に延設されたヒートシンクがそれぞれ接続された複数の分岐回路が配置され、
前記各ヒートシンクは、自然対流によって前記植物を加温するための複数の放熱フィンを有し、前記植物の側方において室内空間に露出した状態で、前記室内空間の地面から上方に離間した所定の高さに支持され、
前記加熱装置は、前記複数の分岐回路を有する冷媒回路に設けられて、前記複数の分岐回路の各々のヒートシンクへ温熱を供給し、
前記加熱装置で加熱された冷媒が前記各分岐回路のヒートシンクに供給される暖房運転の際に、前記室内空間において、植物を包むように前記ヒートシンク付近から前記室内空間の上層手前まで上昇して該上層手前から下降する自然対流が、前記分岐回路ごとに形成されるように、前記各ヒートシンクに供給する冷媒の温度を制御する制御部を備えていることを特徴とする、加熱装置の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物栽培室用の暖房システム等に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ビニールハウス内などの植物栽培室（植物栽培用ハウス）では、種々の手法によって室内暖房が行われている。例えば、燃料の燃焼によって得た温風（内燃による温風）を室内へ供給し、植物の栽培に適した温度に調節する温風式暖房機が知られている。この種の温風式暖房機では、送風装置によって温風がダクト（例えば口径が約３００ｍｍのビニール製丸ダクト）へ送られ、１ｍ程度の間隔でダクトに形成された直径２ｃｍの吹出し口から、温風（例えば、秒速１．５ｍの温風）が室内へ吐出され、室内で強制対流を発生させる。特許文献１には、下方から空気を吹き出す空調機構が記載されている。

【0003】

また、従来から、送風装置を用いない暖房システムが知られている。特許文献２及び特許文献３には、この種の暖房システムが記載されている。特許文献２に記載の暖房装置は、ハウス内床面に敷設された伝熱管群に温水を循環させることによって暖房を行う。また、特許文献３に記載の栽培用装置は、アルミニウムで被覆された植木鉢と、温水が流れる通水管とに接触するアルミニウム製の熱伝導手段を設けて、通水管からの熱を効率よく植木鉢に伝達させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−００００２８号公報

【特許文献2】特開平１−２６３４９７号公報

【特許文献3】特開平７−２６４９３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、植物栽培室では、暖房を行う時期に室外と室内の温度差によって、室外と室内とを隔てる区画壁や天井の内面に沿って、境膜による断熱層（層流状態の薄い冷気層）が形成される。また、植物栽培室の地面付近には冷気が堆積する。

【0006】

しかし、特許文献１に記載の暖房装置は、温風を利用した強制対流によって植物栽培室の暖房を行う。そのため、温風による空気の乱れ（例えば、秒速１．５ｍの温風の場合は乱気流が生じる）によって、境膜が剥離されて境膜の冷気が室内に拡散し、さらに地面付近の冷気も室内に拡散する。従って、暖房開始時に室内温度が一時的に大きく低下して熱負荷が大きくなり、エネルギー消費量が増大する。なお、境膜とは、二相境界に存在する、層流状態が保たれている極薄の領域のことである。この領域においては、熱の移動が熱伝導、物質の移動が分子拡散によって起こると考えられ、熱の移動がバルクの対流に比べて極めて遅いとされている。

【0007】

また、特許文献２に記載の暖房装置は、伝熱管群がハウス内床面に敷設されている。そのため、温水が流れる伝熱管群から生じる自然対流によって、地面付近の冷気が室内に拡散して室内の温度が一時的に低下し、エネルギー消費量が増大する。

【0008】

また、特許文献３に記載の栽培用装置は、通水管からの熱を効率よく植木鉢に伝達させる構成となっているため、供給された温熱の多くが植木鉢の土壌を温めるのに利用される。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、エネルギー消費量を抑制しつつ、植物栽培室の植物を広範囲に暖房できる植物栽培室用の暖房システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述の課題を解決するべく、第１の発明は、植物栽培室用の暖房システムであって、植物栽培室において、加温対象の植物の近傍に延設されたヒートシンクと、ヒートシンクへ温熱を供給する熱源部とを備え、ヒートシンクは、自然対流によって植物を加温するためのフィンを有し、植物の側方において室内空間に露出した状態で、植物栽培室の地面から上方に離間した所定の高さに支持されている。

【0011】

第２の発明は、第１の発明において、ヒートシンクには、熱源部で加熱された冷媒が供給され、植物栽培室の室外の外気温を計測する外気温センサと、室内空間の設定温度から外気温センサの計測温度を引いた温度差に所定の係数を加えた温度を、ヒートシンクへ供給する冷媒の目標温度として、熱源部を制御する制御部とを備えている。

【0012】

第３の発明は、第２発明において、所定の係数は、３０℃以上５０℃以下の値である。

【0013】

第４の発明は、第２又は第３の発明において、室内空間の温度を計測する室温センサを備え、制御部は、室温センサの計測温度が設定温度に達した場合に、熱源部からヒートシンクへの冷媒の供給を停止する、又は、冷媒の供給量を減少させ、室温センサは、加温対象の植物の上部における空気の温度を計測する。

【0014】

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、植物栽培室では、複数の植物が一方向に沿って並べられた植物列が複数存在しており、ヒートシンク及び熱源部が接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を備え、冷媒回路は、複数の植物列に沿って延びる複数の分岐回路に分岐し、複数の分岐回路の各々では、植物列における複数の植物に対応して設けられた複数のヒートシンクが並列に接続されている。

【0015】

第６の発明は、植物栽培室に設置されたヒートシンクへ供給する冷媒を加熱する加熱装置であって、植物栽培室の室外の外気温を計測する外気温センサに接続され、植物栽培室の室内空間の設定温度から、外気温センサの計測温度を引いた温度差に所定の係数を加えた温度を目標温度として、ヒートシンクへ供給する冷媒の温度を制御する制御部を備えている。

【発明の効果】

【0016】

第１の発明では、ヒートシンクが室内空間に露出しているため、ヒートシンクの表面と室内空気との温度差によってヒートシンクから温熱が放出され、自然対流が発生する。ヒートシンクは、自然対流によって植物を加温するための放熱フィンを有する。従って、特許文献３に記載の栽培用装置とは異なり、ヒートシンクから放出される温熱が、主に自然対流によってヒートシンクの上側領域に広がる。なお、ヒートシンクに接触する物体（例えば、植木鉢など）があったとしても、接触面積は小さく、その物体に対する熱伝導による放熱量に比べて、室内空気への放熱量が多くなる。そのため、ヒートシンク近傍の加温対象の植物を包むように、室内空気が加温される暖房領域が形成され、加温対象の植物を広範囲に暖房できる。自然対流における気体の流速は、極めて遅く、送風装置のように乱気流を発生させない。また、ヒートシンクが地面から上方に離間しているため、自然対流によってヒートシンク下側の冷気（地面付近の冷気）はほとんど乱されない。そのため、地面付近の冷気が拡散しにくく、熱負荷が小さい。第１の発明によれば、エネルギー消費量を抑制しつつ、植物栽培室の植物を広範囲に暖房できる。また、自然対流を利用して植物を加温するため、植物が過度に加温されることがなく、植物に急激な温度変化が生じず、植物を適切に加温することができる。

【0017】

第２の発明では、室内空間の設定温度から外気温センサの計測温度を引いた温度差に所定の係数を加えた温度を、ヒートシンクへ供給する冷媒の目標温度として、熱源部が制御される。ここで、外気温度センサの計測温度を引かない場合は、外気温が比較的高い暖房条件の時に、自然対流による上昇気流が強くなり過ぎ、上昇気流の主成分が植物栽培室の天井にまで到達する。その結果、天井付近の境膜の冷気が室内に拡散し、暖房開始時に室内温度が一時的に低下して熱負荷が大きくなり、エネルギー消費量が増大する。それに対し、外気温度センサの計測温度を引くことで、自然対流による上昇気流が強くなり過ぎることを防止し、上昇気流の主成分が植物栽培室の天井にまで到達することを抑制できる。従って、エネルギー消費量を抑制することができる。

【0018】

第３の発明では、所定の係数を３０℃以上５０℃以下の値にすることで、加温対象の植物に対し適正な範囲を加温することができる。

【0019】

第４の発明では、ヒートシンクへの冷媒の供給を停止する、又は、冷媒の供給量を減少させる制御に用いる室温センサが、加温対象の植物の上部における空気の温度を計測する。そのため、加温対象の植物に対し適正な範囲を加温することができる。

【0020】

第５の発明では、植栽列における複数の植物に対応して、複数のヒートシンクが設けられているため、各ヒートシンクで生じる自然対流によって各植物が加温される。そのため、加温対象の植物に対し適正な範囲を加温することができる。複数のヒートシンクは並列に接続されているため、複数のヒートシンクでは供給される冷媒の温度が略均一となるため、植栽列における複数の植物を均一な温度で加温することができる。

【0021】

第６の発明では、第２の発明と同様に、エネルギー消費量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】ビニールハウスの室内を植物列の方向に見た図

【図2】（ａ）暖房システムによって暖房するビニールハウスの平面図、（ｂ）ビニールハウスの室内を植物列に垂直な方向に見た図

【図3】暖房を行うビニールハウスが１つの場合の平面図

【図4】（ａ）ヒートシンクの斜視図、（ｂ）ヒートシンク端面の正面図

【図5】他の形態のヒートシンクであり、（ａ）斜視図、（ｂ）正面図

【図6】他の形態のヒートシンクであり、（ａ）斜視図、（ｂ）正面図

【図7】他の形態のヒートシンクであり、（ａ）斜視図、（ｂ）正面図

【図8】植物栽培室用の暖房システムの制御フローチャート

【図9】従来の暖房システムを用いた場合のビニールハウス内の温度変化を表すグラフ

【図10】実施例の暖房システムを用いた場合のビニールハウス内の温度変化を表すグラフ

【図11】従来の暖房システムと実施例の暖房システムとの燃料消費量を表すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図１−図８を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【0024】

まず植物栽培室１０について説明する。植物栽培室１０は、例えばビニールハウスである。本実施の形態では、後述する暖房システム２０によって暖房するビニールハウスとして、互いに隣接する第１ハウス１０ａと第２ハウス１０ｂとが設けられている。各ハウス１０ａ，１０ｂの室内は、図１及び図２に示すように、複数の植物１５（例えば、マンゴー、パプリカなどの果樹や、水なすなどの果樹以外の植物）が所定の方向（図２では左右方向）に沿って並ぶ植物列が複数存在している。隣り合う植物列の間は、人が通ることができるように間隔が空けられている。各ハウス１０ａ，１０ｂの屋根は、山型形状に形成されている。後述するヒートシンク２８は、各ハウス１０ａ，１０ｂに植物１５が存在する状態で設置される。なお、後述する暖房システム２０によって暖房するビニールハウスは、図３に示すように１室であってもよい。

【0025】

［１．植物栽培室用の暖房システムの基本構成について］
続いて、植物栽培室用の暖房システム２０について説明する。暖房システム２０は、図２（ａ）に示すように、冷媒が循環する冷媒回路２２を備えている。冷媒としては、例えば水が用いるが、フロン冷媒などを用いることもできる。冷媒回路２２には、冷媒を循環させる循環ポンプ２４と、冷媒を加熱する加熱装置２６とが接続されている。加熱装置２６としては、ボイラー給湯器を用いる。但し、他のタイプの加熱装置を用いることもできる。循環ポンプ２４と加熱装置２６は、室外ユニット２３に収容されている。循環ポンプ２４と加熱装置２６は、各ヒートシンク２８へ温熱を供給する熱源部を構成する。

【0026】

冷媒回路２２では、配管によって複数のヒートシンク２８が、循環ポンプ２４及び加熱装置２６に接続されている。冷媒回路２２は、循環ポンプ２４の吐出口の下流の分岐箇所３１で、第１の一次分岐回路２２ａと第２の一次分岐回路２２ｂとに分岐し、これらの一次分岐回路２２ａ，２２ｂは、循環ポンプ２４の吸入口の上流の合流箇所３２で合流している。第１の一次分岐回路２２ａは、第１ハウス１０ａを暖房するための回路である。第２の一次分岐回路２２ｂは、第２ハウス１０ｂを暖房するための回路である。

【0027】

各一次分岐回路２２ａ，２２ｂは、図２（ａ）における左側（室外ユニット２３側）で、複数の二次分岐回路３８（図２（ａ）では４つの二次分岐回路３８）に分岐し、図２（ａ）における右側で合流している。複数の二次分岐回路３８は並列に接続されている。各二次分岐回路３８では、複数のヒートシンク２８（図２（ａ）では４つのヒートシンク２８）が並列接続されている。第１の一次分岐回路２２ａでは、複数の二次分岐回路３８に分岐する箇所の手前に第１開閉弁Ｖ１が設けられている。第２の一次分岐回路２２ｂでは、複数の二次分岐回路３８に分岐する箇所の手前に第２開閉弁Ｖ２が設けられている。また、分岐箇所３１の上流と合流箇所３２の下流とは、第３開閉弁Ｖ３が設けられた短絡回路３５によって接続されている。

【0028】

各二次分岐回路３８では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、上流側配管３８ａと下流側配管３８ｂとの間に、複数のヒートシンク２８が並列に接続されている。上流側配管３８ａと下流側配管３８ｂは、植物列に沿って略水平に延びている。ヒートシンク２８の入口に接続する入口側配管２８ｃは上流側配管３８ａから上方に延び、ヒートシンク２８の出口に接続する出口側配管２８ｄは下流側配管３８ｂから上方に延びている。各ヒートシンク２８は、植物列に沿って延設され、対応する植物１５の植木鉢２９に載せられた状態で、室内空間に露出している。本実施の形態では、１つの植物１５に対し１つのヒートシンク２８が設けられている。ヒートシンク２８の長さは、植物１５の樹冠の幅に略等しくなっている。

【0029】

暖房システム２０では、加熱装置２６の運転及び循環ポンプ２４の運転を行うことにより、暖房運転が行われる。暖房運転中は、加熱装置２６で加熱された冷媒（温水）が、冷媒回路２２を循環する。具体的に、加熱装置２６から吐出された冷媒は、複数の一次分岐回路２２ａ，２２ｂに分岐し、各一次分岐回路２２ａ，２２ｂにおいてさらに複数の二次分岐回路３８に分岐する。冷媒は、各二次分岐回路３８を通過する際にヒートシンク２８で放熱する。そして、各二次分岐回路３８を通過した後に合流して、加熱装置２６に戻る。

【0030】

各ヒートシンク２８では、加熱装置２６から供給された温熱が、接触する空気に放熱される。その結果、各ヒートシンク２８から自然対流が生じる。自然対流は、図１に示すように、ヒートシンク２８付近から室内空間の上層手前まで上昇し、上層に溜まる冷気に冷却されて下降する。ある程度の流速の自然対流（自然対流の主成分）が生じる領域は、ヒートシンク２８から温熱が供給されて暖房される暖房領域（図１において、破線の矢印の内側領域）となる。

【0031】

［２．ヒートシンクの詳細について］
続いて、ヒートシンク２８の構成や高さ位置について説明を行う。以下の説明は、１つのヒートシンク２８についての説明であるが、他のヒートシンク２８も同じである。

【0032】

ヒートシンク２８は、図４に示すように、冷媒回路２２に接続される管部２８ａと、自然対流によって植物１５を加温するための複数の放熱フィン２８ｂとを備えている。ヒートシンク２８では、複数の放熱フィン２８ｂが管部２８ａの外周面から放射状に延びている。複数の放熱フィン２８ｂのうち、基端側（中心側）が斜め方向に延びる放熱フィン２８ｂは、途中で折れ曲がり、先端側が横方向に延びている。ヒートシンク２８の断面寸法は、例えば幅が１０ｃｍで高さが１０ｃｍであるが、この寸法に特に限定されない。なお、ヒートシンク２８としては、図５−７に示す形態など様々な形態のものを用いることができる。

【0033】

ヒートシンク２８は、植物１５の近傍において、その植物１５の樹冠の下方に位置するように設置される。ヒートシンク２８は、植物１５の側方において室内空間に露出した状態で、図１及び図２（ｂ）に示すように、各ハウス１０ａ，１０ｂの地面１６から上方に離間した所定の高さに支持されている。ヒートシンク２８は、入口側配管２８ｃ、出口側配管２８ｄ、及び植木鉢２９によって支持されている。なお、ヒートシンク２８を支持する支持部材としては、これらに限定されない。ヒートシンク２８の下端の高さ（地面１６からの距離）は、ヒートシンク２８による自然対流によって、地面１６付近に堆積した冷気（冬季などに堆積した冷気）がその上側の空気（地面１６付近より暖かい空気）に混ざらないように設定する。ヒートシンク２８の下端の高さは、３０ｃｍに設定する。例えば、ヒートシンク２８の下端の高さは、２０ｃｍ以上５０ｃｍ以下に設置できる。

【0034】

［３．植物栽培室用の暖房システムの制御について］
図８のフローチャートを参照して、暖房システム２０の制御について説明する。暖房システム２０は、冷媒回路２２における冷媒の循環状態などを制御する制御部５０を備えている。なお、以下では、第１ハウス１０ａの配管をＡブロック、第２ハウス１０ｂの配管をＢブロックと言う。また、各ブロックについて、冷媒が循環している状態を「循環状態」と言い、冷媒が循環していない状態を「循環停止状態」と言う。

【0035】

ハウス１０ａ，１０ｂの室外には、図２（ｂ）に示すように、室外の外気温を計測する外気温センサ６１が設けられている。また、第１ハウス１０ａと第２ハウス１０ｂとの各々に、１つずつ室内空間の温度を計測する室温センサ６２が設けられている。各室温センサ６２は、加温対象の植物１５の上部に設置され、その設置位置おける空気の温度を計測する。外気温センサ６１の計測温度と、各室温センサ６２の計測温度とは、制御部５０に入力される。

【0036】

また、室外ユニット２３には、室内空間の設定温度ＳＴを入力するための入力パネル（図示省略）が設けられている。入力パネルに入力された室内空間の設定温度ＳＴは、制御部５０に入力される。

【0037】

暖房システム２０の運転は、例えばビニールハウスの管理者が入力パネルのスイッチをＯＮに切り替えることで開始される。なお、外気温センサ６１の計測温度ＯＴが所定の判定温度を下回った場合に、制御部５０が暖房システム２０の運転を自動的に開始するようにもできる。

【0038】

まずステップＳＴ１では、制御部５０が、冷媒（温水）の目標温度ＷＴを設定する。目標温度ＷＴは、式１を用いて設定される。なお、冷媒の目標温度ＷＴは、循環ポンプ２４の出口温度でもよいし、各ヒートシンク２８の入口温度であってもよい。
式１：ＷＴ＝ＳＴ−ＯＴ＋α

【0039】

式１において、ＳＴは室内空間の設定温度、ＯＴは外気温センサ６１の計測温度、αは加算係数を表す。制御部５０は、室内空間の設定温度ＳＴから外気温センサ６１の計測温度ＯＴを引いた温度差に所定の加算係数αを加えた温度を、ヒートシンク２８へ供給する冷媒の目標温度として、加熱装置２６を制御する。

【0040】

加算係数αは、例えば、３５℃以上４５℃以下の値が用いられる。ビニールハウスは、植物１５が存在する室内空間に対して、２重張りや３重張りにする場合がある。例えば、加算係数αは、１重張りの場合に４５℃、２重張りの場合に４０℃、３重張りの場合に３５℃とすることができる。加算係数αを決める要素としては、室内空間と室外との間の断熱状態以外に、ヒートシンク２８における放熱量（ヒートシンク２８の大きさ（断面寸法など）、ヒートシンク２８における冷媒流量）を用いることもできる。なお、加算係数αは、例えば、３０℃以上５０℃以下の値であればよい。

【0041】

ビニールハウスが２重張りの場合（加算係数αが４０℃の場合）に、室内空間の設定温度ＳＴが２５℃で、外気温センサ６１の計測温度ＯＴが２℃であれば、冷媒の目標温度ＷＴは６３℃に設定される。また、２重張りの場合に、室内空間の設定温度ＳＴが１５℃で、外気温センサ６１の計測温度ＯＴが５℃であれば、冷媒の目標温度ＷＴは５０℃に設定される。なお、室内空間の設定温度ＳＴは、植物１５の育成状態に応じて管理者が入力する。

【0042】

続いて、制御部５０は、ステップＳＴ２において、制御部５０は、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２をそれぞれ閉状態から開状態へ切り替え、循環ポンプ２４の運転を開始させると共に、加熱装置２６の運転を開始させる。第３開閉弁Ｖ３は閉状態から切り替えない。

【0043】

これにより、加熱装置２６で加熱された冷媒が、循環ポンプ２４から吐出され、分岐箇所３１で第１の一次分岐回路２２ａと第２の一次分岐回路２２ｂとに分配される。各一次分岐回路２２ａ，２２ｂでは、冷媒が複数の二次分岐回路３８に分配されて、各二次分岐回路３８のヒートシンク２８で放熱する。各一次分岐回路２２ａ，２２ｂでは、各二次分岐回路３８で放熱した冷媒が合流する。そして、第１の一次分岐回路２２ａを通過した冷媒と、第２の一次分岐回路２２ｂを通過した冷媒とが、合流箇所３２で合流して、加熱装置２６に流入し、再び加熱される。

【0044】

続いて、制御部５０は、ステップＳＴ３において、第１ハウス１０ａの室温センサ６２の計測温度Ｔ_Ａが設定温度ＳＴを超えているか否かを判定する。制御部５０は、計測温度Ｔ_Ａが設定温度ＳＴを超えていると判定した場合（第１ハウス１０ａの温度が設定温度ＯＴに到達している場合）に、ステップＳＴ４において、第２ハウス１０ｂの室温センサ６２の計測温度Ｔ_Ｂが設定温度ＳＴを超えているか否かを判定する。制御部５０は、計測温度Ｔ_Ｂが設定温度ＳＴを超えていると判定した場合（第２ハウス１０ｂの温度が設定温度ＯＴに到達している場合）に、ステップＳＴ５において、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２をそれぞれ閉状態へ切り替え、第３開閉弁Ｖ３を開状態へ切り替えることで、各一次分岐回路２２ａ，２２ｂに冷媒を供給せずにショートカットさせる短絡状態へ切り替える。

【0045】

続いて、制御部５０は、ステップＳＴ６において、暖房システム２０の運転を終了させるか否かを判定する。制御部５０は、入力パネルにおいてスイッチがＯＦＦに切り替えられている場合に、運転終了と判定する。これにより、フローチャートの処理は終了する。なお、外気温センサ６１の計測温度ＯＴが所定の判定温度以上となった場合に、運転終了と判定してもよい。

【0046】

また、ステップＳＴ３において計測温度Ｔ_Ａが設定温度ＳＴを超えていないと判定した場合（第１ハウス１０ａの温度が設定温度ＯＴに到達していない場合）、制御部５０は、ステップＳＴ７において、Ａブロックが循環状態であれば循環状態に維持し、循環停止状態であれば循環状態へ切り替える。Ａブロックの循環状態では、少なくとも第１開閉弁Ｖ１が開状態となり第３開閉弁Ｖ３が閉状態となる。制御部５０は、室温センサ６２の計測温度が設定温度ＳＴに達した場合に、熱源部からヒートシンク２８への冷媒の供給を停止する。

【0047】

次に、制御部５０は、ステップＳＴ８において、第２ハウス１０ｂの室温センサ６２の計測温度Ｔ_Ｂが設定温度ＳＴを超えているか否かを判定する。制御部５０は、計測温度Ｔ_Ｂが設定温度ＳＴを超えていると判定した場合に、ステップＳＴ９において、Ｂブロックが循環状態であれば循環停止状態に切り替え、循環停止状態であれば循環停止状態を維持する。一方、制御部５０は、ステップＳＴ８において計測温度Ｔ_Ｂが設定温度ＳＴを超えていないと判定した場合に、ステップＳＴ１０において、Ｂブロックが循環状態であれば循環状態に維持し、循環停止状態であれば循環状態へ切り替える。Ｂブロックの循環状態では、少なくとも第２開閉弁Ｖ２が開状態となり第３開閉弁Ｖ３が閉状態となる。ステップＳＴ９又はステップＳＴ１０が終了すると、ステップＳＴ６に移行する。

【0048】

また、ステップＳＴ４において計測温度Ｔ_Ｂが設定温度ＳＴを超えていないと判定した場合（第２ハウス１０ｂの温度が設定温度ＯＴに到達していない場合）、制御部５０は、ステップＳＴ１１において、Ｂブロックが循環状態であれば循環状態に維持し、循環停止状態であれば循環状態へ切り替える。

【0049】

次に、制御部５０は、ステップＳＴ１２において、第１ハウス１０ａの室温センサ６２の計測温度Ｔ_Ａが設定温度ＳＴを超えているか否かを判定する。制御部５０は、計測温度Ｔ_Ａが設定温度ＳＴを超えていると判定した場合に、ステップＳＴ１３において、Ａブロックが循環状態であれば循環停止状態に切り替え、循環停止状態であれば循環停止状態を維持する。一方、制御部５０は、ステップＳＴ１２において計測温度Ｔ_Ａが設定温度ＳＴを超えていないと判定した場合に、ステップＳＴ１４において、Ａブロックが循環状態であれば循環状態に維持し、循環停止状態であれば循環状態へ切り替える。ステップＳＴ１３又はステップＳＴ１４が終了すると、ステップＳＴ６に移行する。

【0050】

［４．実施の形態の効果等］
本実施の形態では、ヒートシンク２８が室内空間に露出しているため、ヒートシンク２８の表面と室内空気との温度差によってヒートシンク２８から温熱が放出され、自然対流が発生する。ヒートシンク２８は、自然対流によって植物１５を加温するための放熱フィン２８ａを有する。従って、ヒートシンク２８から放出される温熱が、主に自然対流によってヒートシンク２８の上側領域に広がる。なお、ヒートシンク２８に植木鉢２９が接触しているが、接触面積は小さく、その植木鉢２９に対する熱伝導による放熱量に比べて、室内空気への放熱量が多くなる。そのため、ヒートシンク２８近傍の加温対象の植物１５を包むように、室内空気が加温される暖房領域が形成され、加温対象の植物１５を広範囲に暖房できる。また、ヒートシンク２８が地面から上方に離間しているため、自然対流によってヒートシンク２８下側の冷気（地面１６付近の冷気）はほとんど乱されない。そのため、地面１６付近の冷気が拡散しにくく、熱負荷が小さい。本実施の形態によれば、エネルギー消費量を抑制しつつ、植物栽培室の植物１５を広範囲に暖房できる。また、自然対流を利用して植物１５を加温するため、植物１５が過度に加温されることがなく、植物１５に急激な温度変化が生じず、植物１５を適切に加温することができる。

【0051】

本実施の形態では、室内空間の設定温度ＳＴから外気温センサ６１の計測温度ＯＴを引いた温度差に所定の加算係数αを加えた温度を、ヒートシンク２８へ供給する冷媒の目標温度ＷＴとして、加熱装置２６が制御される。そのため、自然対流による上昇気流が強くなり過ぎることを防止し、上昇気流の主成分が各ハウス１０ａ，１０ｂの天井にまで到達することを抑制できる。従って、エネルギー消費量を抑制することができる。

【0052】

本実施の形態では、所定の係数を３０℃以上５０℃以下の値にすることで、自然対流による暖房領域によって植物１５が広く覆われ、且つ、植物１５を覆わない暖房領域が狭くなり、加温対象の植物１５に対し適正な範囲を加温することができる。

【0053】

本実施の形態では、ヒートシンク２８への冷媒の供給を停止する室温センサ６２が、加温対象の植物１５の上部における空気の温度を計測する。そのため、加温対象の植物１５に対し適正な範囲を加温することができる。なお、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２によって流量制御が可能な場合は、循環状態から循環停止状態へ切り替える代わりに、通常状態から冷媒の循環量を減少させた循環減少状態へ切り替える制御を適用することができる。

【0054】

本実施の形態では、植栽列における複数の植物１５に対応して、複数のヒートシンク２８が設けられているため、各ヒートシンク２８で生じる自然対流によって各植物１５が加温される。そのため、加温対象の植物１５に対し適正な範囲を加温することができる。複数のヒートシンク２８は並列に接続されているため、複数のヒートシンク２８では供給される冷媒の温度が略均一となるため、植栽列における複数の植物１５を均一な温度で加温することができる。

【実施例】

【0055】

植物栽培室用の暖房システムの省エネルギー効果を確認するために、本発明に係る暖房システムと、従来の温風式暖房システムとを比較した。

【0056】

暖房システムの設置場所は、鹿児島県大崎町に設けられた２棟のビニールハウス（植物栽培室）である。各ビニールハウスの敷地面積は４００ｍ^２であり、一方に従来の温風式暖房システムを設置し、他方に本発明に係る暖房システムを設置した。そして、２０１５年２月２８日の午前２時００分（外気温は７．６℃）における各暖房システムの発熱量を計測した。また、２０１５年２月２８日から３月８日までの９日間に亘って各暖房システムでボイラーの燃料として使用したＡ重油の消費量を計測した。

【0057】

＜従来の暖房システム＞
従来の暖房システムとして、温風式暖房機を用いた。この温風式暖房機では、温風式加温器が、ビニール製丸ダクトに温風を吐出する。丸ダクトは、口径が約３００ｍｍであり、果樹列の中間部に設置されている。ダクトには、１ｍ間隔で直径２ｃｍの吹出口が形成されている。温風式加温器は、ビニールハウス床面積の１ｍ２当たり毎分０．２ｍ３の温風（４０℃から５０℃の温風）をダクトに吐出する。ダクトからは、温風が天井方向に秒速１．５ｍの流速で吹き出される。

【0058】

図９は、ビニールハウス内の気温の経時変化を示すグラフである。従来の暖房システムは、植物の最上部に設けた温度センサの計測温度の目標値を１５℃、差動設定を±０．５℃に設定した。そのため、温度センサの計測温度が１４．５℃まで下がると、暖房運転が開始されて送風機が稼働した。これにより、外気温度と室内温度の温度差により壁面に発生する境膜による断熱層が剥離されて、冷気が拡散したため、ビニールハウス内の気温が１℃下がった。そして、温度センサの計測温度が１５．５℃に到達すると、暖房運転を停止した。１５．５℃になるまで３０分間を要した。そして、温度センサの計測温度が再び１４．５℃まで下がると、暖房運転を再開した。延べ５０分間に亘る暖房運転での発熱量は３３ｋＷであった。また、ビニールハウス内温度の上限が１５．５℃、下限が１３．５℃となり、温度斑は、２℃を記録した。また、上述したように、暖房運転の開始時に、境膜の冷気の拡散による急激な温度低下現象が見られた。

【0059】

＜本発明に係る暖房システム＞
上述の実施の形態で説明した暖房システムを設置した。図１０は、ビニールハウス内の気温の経時変化を示すグラフである。温度センサの計測温度の目標値を１５℃、差動設定を±０．５℃に設定して、暖房運転を行った。そのため、温度センサの計測値が１４．５℃まで下がると、暖房運転が開始され、１５．５℃に到達すると暖房運転が停止した。ヒートシンクに温熱が供給されると、毎秒１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度の自然対流が発生し、自然対流によって熱が移動する。ビニールハウスの壁面の冷気境膜付近では、流速は観測されず、境膜の冷気は室内に拡散しなかった。

【0060】

暖房運転の停止後は、ヒートシンクに蓄熱された熱エネルギーが放出されるため、従来の暖房システムに比べて温度低下量が小さい。暖房運転の開始から次の開始まで５０分を要し、その期間の発熱量は、１９．８ｋＷｈであった。最高温度１５．５℃、最低温度１４．５℃、温度斑は１℃を記録した。また、従来の暖房システムで見られた暖房運転開始時の急激な温度低下は確認されなかった。

【0061】

図１１は、延べ９日間における各暖房システムでの燃料消費量を示す。従来の温風式暖房システムの燃料消費量は、４０３．７リットルで、本発明に係る暖房システムの燃料消費量は、２６４．６５リットルであった。本発明に係る暖房システムは、従来の温風式暖房システムに比べて３８．５％燃料を節約できた。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明は、植物栽培室用の暖房システム等に適用可能である。

【符号の説明】

【0063】

１０ ビニールハウス
１５ 植物
２０ 植物栽培室用の暖房システム
２２ 冷媒回路
２４ 循環ポンプ（熱源部）
２６ 加熱装置（熱源部）
２８ ヒートシンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】