特開 2022-11713 ＣＯ２供給装置およびＣＯ２供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022011713

(43)【公開日】2022-01-17

(54)【発明の名称】ＣＯ２供給装置およびＣＯ２供給システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 9/18 20060101AFI20220107BHJP

【ＦＩ】

A01G9/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020113030

(22)【出願日】2020-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】100111383

【弁理士】

【氏名又は名称】芝野 正雅

(74)【代理人】

【識別番号】100170922

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100203862

【弁理士】

【氏名又は名称】西谷 香代子

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 和則

【テーマコード（参考）】

2B029

【Ｆターム（参考）】

2B029JA03

(57)【要約】

【課題】適温に調整され、且つ、作物等の育成に十分な濃度に調整されたＣＯ_２を含む燃焼ガスを栽培室内に供給することが可能なＣＯ_２供給装置およびＣＯ_２供給システムを提供する。
【解決手段】ＣＯ_２供給装置１０は、燃焼によりＣＯ_２を含む燃焼ガスを発生させる燃焼器１１１と、燃焼ガスと熱媒との間で熱交換を行い、燃焼ガスを冷却する１次熱交換器１３０と、１次熱交換器を通過した燃焼ガスと熱媒との間で熱交換を行い、燃焼ガスを冷却して潜熱を回収する２次熱交換器１４０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置であって、
燃焼によりＣＯ_２を含む燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼ガスと熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却する１次熱交換器と、
前記１次熱交換器を通過した前記燃焼ガスと熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却して潜熱を回収する２次熱交換器と、
を備えることを特徴とするＣＯ_２供給装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＣＯ_２供給装置において、
前記１次熱交換器を通過した前記燃焼ガスは、前記２次熱交換器を通過することにより８０℃以下に冷却される、
ことを特徴とするＣＯ_２供給装置。

【請求項3】

栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置と、
前記ＣＯ_２供給装置との間で熱媒が循環する放熱器と、
を備えるＣＯ_２供給システムであって、
前記ＣＯ_２供給装置は、
燃焼によりＣＯ_２を含む燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼ガスと前記熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却する１次熱交換器と、
前記１次熱交換器を通過した前記燃焼ガスと前記熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却して潜熱を回収する２次熱交換器と、を備え、
前記放熱器は、
前記１次熱交換器および前記２次熱交換器で前記燃焼ガスから熱を吸収した前記熱媒に対して放熱を行う、
ことを特徴とするＣＯ_２供給システム。

【請求項4】

請求項３に記載のＣＯ_２供給システムにおいて、
前記燃焼器で発生した前記燃焼ガスは、前記１次熱交換器を通過した後に前記２次熱交換器を通過し、
前記熱媒は、前記放熱器から前記２次熱交換器に向かって流れ、前記２次熱交換器を通過する間に前記燃焼ガスの熱を吸収した後、さらに、前記１次熱交換器を通過する間に前記燃焼ガスの熱を吸収し、前記放熱器に供給されて放熱される、
ことを特徴とするＣＯ_２供給システム。

【請求項5】

請求項３または４に記載のＣＯ_２供給システムにおいて、
前記放熱器に空気を供給するためのファンを、さらに備え、
前記放熱器は、
前記ファンによって供給される空気と前記熱媒との間で熱交換を行う、少なくとも２つの単位放熱器と、
少なくとも２つの前記単位放熱器を連結する管と、を含む、
ことを特徴とするＣＯ_２供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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供給装置およびＣＯ_２供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、温室、ビニールハウス等の栽培室内に、作物の育成を促進する目的でＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置が知られている。たとえば、このようなＣＯ_２供給装置の一例として、特許文献１には、温室の外に小屋を設け、この小屋の中で炭酸ガス発生装置を動作させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスを小屋内で大気と混合させて温室内に供給するようにした構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】公開実用新案昭５２－１６１７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構成では、燃焼ガスが空気と混ざり合った状態で温室内に供給されるため、燃焼ガスの温度が低下する。しかしながら、燃焼ガスに空気が含まれている分、燃焼ガス中に含まれるＣＯ_２の濃度が低下する。このため、ユーザが期待するほどに作物の育成を促進させることが困難となり得る場合がある。一方、冷却しないままの燃焼ガスが温室内に送り込まれた場合、二酸化炭素の濃度は希釈されないが、高温であるため、作物や作業者に害を与えてしまう。

【0005】

そこで、本発明の目的は、適温に調整され、且つ、作物等の育成に十分な濃度に調整されたＣＯ_２を含む燃焼ガスを栽培室内に供給することが可能なＣＯ_２供給装置およびＣＯ_２供給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】

【0006】

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。この態様に係るＣＯ_２供給装置は、燃焼によりＣＯ_２を含む燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスと熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却する１次熱交換器と、前記１次熱交換器を通過した前記燃焼ガスと熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却して潜熱を回収する２次熱交換器と、を備える。

【0007】

上記の構成によれば、熱媒は１次熱交換器と２次熱交換器とを通過するときに、燃焼ガスから熱を吸収するため、燃焼ガスは冷却される。つまり、燃焼ガスは、１次および２次熱交換器によって２回冷却される。このため、燃焼ガスは、燃焼器で発生した当初は非常に高温であるが、１次および２次熱交換器の通過により強く冷却されて、所定の温度（露点温度）まで低下する。

【0008】

また、上記のとおり、燃焼ガスの温度を大きく低下させることができるため、温度を低下させるために燃焼ガスに空気を混合させずに済み、あるいは、空気を混合するとしても格段に少なくて済む。このため、燃焼ガス中のＣＯ_２濃度の希釈が抑制される。よって、高濃度のＣＯ_２を含んだ燃焼ガスを栽培室内に供給することができる。したがって、この構成によれば、作物の育成を促進できるとともに、作物や作業者が高温環境下に曝される危険性を大いに低減できる。

【0009】

また、燃焼ガスが２次熱交換器を通過して冷却されると、燃焼ガスは露点温度以下となる。このとき、２次熱交換器は燃焼ガスの潜熱を回収する。すなわち、燃焼ガスに含まれる水が凝縮し（凝縮水）、この凝縮水が外部へ排出されることにより、燃焼ガスは除湿された状態で２次熱交換器から排出される。このように、栽培室内に供給される燃焼ガスは、水分量の少ない乾燥した状態である。このため、栽培室内の飽差を適切に調整しやすくなる。

【0010】

本態様に係るＣＯ_２供給装置において、前記１次熱交換器を通過した前記燃焼ガスは、前記２次熱交換器を通過することにより８０℃以下に冷却されるような構成とされ得る。

【0011】

上記の構成によれば、燃焼器で発生した当初の燃焼ガスは非常に高温であるが、燃焼ガスが１次および２次熱交換器を通過して熱媒に熱が吸収されると、燃焼ガスの温度は８０℃以下にまで低下する。このため、栽培室内に供給するための適切な温度にまで冷却する場合に必要な空気の量が少量で済む。よって、燃焼ガス中のＣＯ_２濃度の希釈化を抑制することができるため、高濃度のＣＯ_２を含む燃焼ガスを栽培室内に供給することができる。

【0012】

本発明の第２の態様は、栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給システムに関する。本態様に係るＣＯ_２供給システムは、栽培室内にＣＯ_２を供給するＣＯ_２供給装置と、前記ＣＯ_２供給装置との間で熱媒が循環する放熱器と、を備える。前記ＣＯ_２供給装置は、燃焼によりＣＯ_２を含む燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスと前記熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却する１次熱交換器と、前記１次熱交換器を通過した前記燃焼ガスと前記熱媒との間で熱交換を行い、前記燃焼ガスを冷却して潜熱を回収する２次熱交換器と、を備える。前記放熱器は、前記１次熱交換器および前記２次熱交換器で前記燃焼ガスから熱を吸収した前記熱媒に対して放熱を行う。

【0013】

上記の構成によれば、第１の態様と同様の効果を奏する。

【0014】

本態様に係るＣＯ_２供給システムにおいて、前記燃焼器で発生した前記燃焼ガスは、前記１次熱交換器を通過した後に前記２次熱交換器を通過し、前記熱媒は、前記放熱器から前記２次熱交換器に向かって流れ、前記２次熱交換器を通過する間に前記燃焼ガスの熱を吸収した後、さらに、前記１次熱交換器を通過する間に前記燃焼ガスの熱を吸収し、前記放熱器に供給されて放熱されるような構成とされ得る。

【0015】

上記の構成によれば、燃焼ガスが１次熱交換器を通過するとき、１次熱交換器を流れる熱媒によって燃焼ガスの熱が吸収される。これにより、燃焼ガスが冷却されて、燃焼器で発生した当初の燃焼ガスの温度から幾分低下する。このような状態の燃焼ガスが２次熱交換器を通過するとき、２次熱交換器を流れる熱媒によってさらに熱が吸収されることにより、燃焼ガスが冷却されてさらに温度が低下する。熱媒は放熱器から２次熱交換器へと流れた後、１次熱交換器を通過して放熱器に戻り、放熱器で冷却されて再び２次熱交換器へと流れる。このため、２次熱交換器を通過するときの熱媒は、放熱器で充分に冷却された状態である。よって、燃焼ガスは２次熱交換器によって熱媒と効率よく熱交換されて、所定の温度にまで冷却される。

【0016】

このように、この構成では、熱媒が放熱器、２次熱交換器、１次熱交換器の順に流れるように熱媒を循環させている。このため、燃焼ガスを１次および２次熱交換器で効率よく所定の８０℃まで冷却することができる。

【0017】

本態様に係るＣＯ_２供給システムにおいて、前記放熱器に空気を供給するためのファンを、さらに備え得る。前記放熱器は、前記ファンによって供給される空気と前記熱媒との間で熱交換を行う、少なくとも２つの単位放熱器と、少なくとも２つの前記単位放熱器を連結する管と、を含むような構成とされ得る。

【0018】

上記の構成によれば、放熱器は少なくとも２つの単位放熱器を含み、これら単位放熱器を通過する度に熱媒から放熱される。このため、放熱器は熱媒を冷却する能力が向上し、熱媒を効率よく冷却することができる。これにより、２次熱交換器を通過するときに、熱媒は、燃焼ガスの熱を効率よく吸収し、燃焼ガスを冷却することができる。

【発明の効果】

【0019】

以上のとおり、本発明によれば、適温に調整され、且つ、作物等の育成に十分な濃度に調整されたＣＯ_２を含む燃焼ガスを栽培室内に供給することが可能なＣＯ_２供給装置およびＣＯ_２供給システムを提供することができる。

【0020】

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。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、実施の形態に係る、ＣＯ_２供給システムが設置された栽培室を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る、ＣＯ_２供給システムの構成を示す図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る、ＣＯ_２供給システムの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

なお、各図には、便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が付記されている。Ｘ－Ｙ平面は水平面に平行で、Ｚ軸方向は鉛直方向である。Ｚ軸正側が上方であり、Ｚ軸負側が下方である。

【0024】

図１は、ＣＯ_２供給システム１が設置された栽培室２を模式的に示す図である。

【0025】

ＣＯ_２供給システム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供給システム１は、燃焼式のＣＯ_２供給装置１０と、空冷式の放熱機２０とを備える。ＣＯ_２供給装置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。ＣＯ_２供給装置１０は、植物の近くへと延びる供給ダクト３１を有し、この供給ダクト３１により、植物の近くにＣＯ_２が導かれる。

【0026】

なお、図１の例では、栽培室２は、植物が栽培される部屋とＣＯ_２供給装置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、ＣＯ_２供給装置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３１が延びることになる。

【0027】

図２は、ＣＯ_２供給システム１の構成を示す図である。

【0028】

ＣＯ_２供給装置１０は、本体部１１と、ダクトユニット１２と、据付台１３と、を備える。本体部１１は、据付台１３に支持される。また、本体部１１の天面にダクトユニット１２が設けられる。

【0029】

本体部１１は、燃焼ユニット１１０と、給気ダクト１２０と、１次熱交換器１３０と、２次熱交換器１４０と、排気集合筒１５０と、中継タンク１６０と、リザーブタンク１７０と、中和器１８０と、を備える。これらは全て、筐体１００内に配置される。

【0030】

燃焼ユニット１１０は、筐体１１８の上部に収容される。筐体１１８内に配置される燃焼器１１１には、供給管１１２が接続される。供給管１１２は、筐体１１８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１１２には、供給ポンプ１１３が設けられる。また、燃焼ユニット１１０には、気化ヒータ１１４とイグナイタ１１５とが設けられる。

【0031】

筐体１１８内には、燃焼器１１１の上方に、燃焼ファン１１６と、燃焼ファン１１６を回転させるモータ１１７とが配置される。

【0032】

給気ダクト１２０は、筐体１１８の上部に形成された連通口１１８ａに繋がる。給気ダクト１２０の天面は、筐体１００の天面１００ａから突出する。給気ダクト１２０の天面には、給気口１２０ａが形成される。また、給気ダクト１２０は、天面部分が後述するダクトフード３０に覆われる。

【0033】

１次熱交換器１３０は、筐体１１８内において、燃焼器１１１の下部に配置される。１次熱交換器１３０は、冷却槽１３１と、熱交換パイプ１３２と、燃焼室１３３と、を含む。冷却槽１３１は、筐体１１８の下部に配置される。冷却槽１３１内に、上下方向に延びる熱交換パイプ１３２が２つ配置される。燃焼室１３３は、筐体１１８内において、燃焼器１１１の下方に広がる空間である。

【0034】

２つの熱交換パイプ１３２の上端は、筐体１１８の底面に形成される連通口１１８ｂに連通する。冷却槽１３１には、熱媒が収容され、２つの熱交換パイプ１３２を燃焼器１１１で発生する燃焼ガスが流れる。熱媒は、たとえば、不凍液である。

【0035】

なお、図２では、２つの熱交換パイプ１３２が冷却槽１３１に設けられているが、熱交換パイプ１３２は１つでもよく、３つ以上であってもよい。また、１次熱交換器１３０の熱交換パイプ１３２は、たとえば、銅から構成される。

【0036】

２次熱交換器１４０は、筐体１１８および１次熱交換器１３０に隣接するように配置される。２次熱交換器１４０は、筐体１４１と、熱交換チューブ１４２と、を含む。筐体１４１は、上下方向に長い筒状を有する。筐体１４１の上部は筐体１００の天面１００ａから突出する。また、筐体１４１の上端には、排気口１４１ａが形成される。熱交換チューブ１４２は、蛇腹状に折り畳まれた状態で筐体１４１内に収容される。この熱交換チューブ１４２を熱媒が流れる。熱交換チューブ１４２は、たとえば、ステンレス鋼（SUS：Steel Use Stainless）から構成される。筐体１４１の底部には、管３３０が接続される。

【0037】

排気集合筒１５０は、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０の下部に配置される。具体的には、排気集合筒１５０と１次熱交換器１３０とが連通口１５０ａを介して連結される。排気集合筒１５０は、筐体１００内の下部で折り返されて２次熱交換器１４０側へと延び、筐体１４１の下方で上部に折り返された後に上方へと延び、連通口１５０ｂを介して筐体１４１に繋がる。

【0038】

中継タンク１６０は、燃焼器１１１および１次熱交換器１３０に隣接して配置される。中継タンク１６０内には、略満杯の状態で熱媒が収容される。中継タンク１６０の内壁には、中継タンク１６０内の熱媒（不凍液）の水位を検出するための水位センサ１６１が設置される。中継タンク１６０の上部には、圧力調整弁１６２が設けられる。また、中継タンク１６０の上部には、圧力調整弁１６２を覆うように受け部１６３が設けられる。

【0039】

さらに、中継タンク１６０には、リザーブタンク１７０に繋がる２つの管３２０、３２１と、冷却槽１３１の上部と接続されるバイパス管３２２とが接続される。管３２０は、圧力調整弁１６２に接続される。管３２１は、受け部１６３の底部に設けられる連通口１６３ａに接続される。

【0040】

リザーブタンク１７０は、中継タンク１６０に隣接して配置される。リザーブタンク１７０には、熱媒が貯留されており、筐体１００の外に出て熱媒を補給するための配管が接続される。

【0041】

上記したように、中継タンク１６０とリザーブタンク１７０とは、２つの管３２０、３２１で接続される。リザーブタンク１７０内において、管３２１の端部は熱媒に浸されていないが、管３２０の端部は熱媒に浸されている。

【0042】

中和器１８０は、２次熱交換器１４０の下方に配置される。中和器１８０と２次熱交換器１４０とは、管３３０で接続される。また、中和器１８０には、ドレン水を排出するための管３３１が接続される。管３３１は、筐体１００の外側へ延びる。

【0043】

中和器１８０は、２次熱交換器１４０で発生する酸性のドレン水を中和する。ドレン水は、管３３０を通って中和器１８０に流入し、中和器１８０で中和され、管３３１を通って外部へと排出される。

【0044】

ダクトユニット１２は、ダクトフード３０と、供給ダクト３１とを含む。ダクトフード３０は、箱型形状であり、給気口１２０ａと排気口１４１ａとを覆うように筐体１００の天面１００ａに設置される。ダクトフード３０の側壁のうち、給気口１２０ａに近い側壁に孔３０ａが形成され、排気口１４１ａに近い側壁に孔３０ｂが形成される。

【0045】

ダクトフード３０には、給気口１２０ａと排気口１４１ａとを仕切る仕切板３２が設けられる。仕切板３２は、孔３０ａに対向する位置に備えられる側壁と、給気口１２０ａの上方に配置された天壁とで構成されており、Ｘ軸方向から見た場合、Ｌ字状に形成される。

【0046】

供給ダクト３１は、ダクトフード３０の天壁に設けられる。ダクトフード３０の天壁には、排気口１４１ａの上方に位置するように出口３０ｃが設けられ、この出口３０ｃに供給ダクト３１が接続される。

【0047】

供給ダクト３１は、その途中の部位に供給ファン３３を備える。供給ファン３３は、ファン３４と、ファン３４を回転させるモータ３５とを含む。また、供給ダクト３１には、栽培室２内の植物に対応する位置に複数の放出口３６が形成される。

【0048】

また、供給ダクト３１の内壁には、出口３０ｃの近傍に、燃焼ガスの温度を測定するための温度センサ３７が設けられる。

【0049】

放熱機２０は、筐体２００内に、第１放熱器２１０と、第２放熱器２２０と、第１放熱器２１０および第２放熱器２２０を冷却するための冷却ファン２３０と、第１放熱器２１０と第２放熱器２２０とを繋ぐ管２４０と、を備える。第１放熱器２１０と第２放熱器２２０とは、冷却ファン２３０の正面に並ぶ。冷却ファン２３０は、ケーシング２３１と、ケーシング２３１内に配置されるファン２３２と、ファン２３２を回転させるモータ２３３とを含む。

【0050】

ＣＯ_２供給システム１では、上記の１次熱交換器１３０、２次熱交換器１４０、第１放熱器２１０、第２放熱器２２０、および中継タンク１６０を熱媒が循環できるよう、往き管３０１、３０２と戻り管３１１、３１２とが設けられる。なお、１次熱交換器１３０、２次熱交換器１４０、第１放熱器２１０、第２放熱器２２０、中継タンク１６０、往き管３０１、３０２および戻り管３１１、３１２により、熱媒が循環する循環路が構成される。

【0051】

往き管３０１は、第１放熱器２１０に接続され、放熱機２０の外に出て筐体１００内に延び、冷却槽１３１に接続される。往き管３０２は、冷却槽１３１と熱交換チューブ１４２の一端とに接続される。戻り管３１１は、第２放熱器２２０に接続され、放熱機２０の外に出て筐体１００内に延び、中継タンク１６０に接続される。戻り管３１２は、中継タンク１６０に接続され、冷却槽１３１の外周を横切り、熱交換チューブ１４２の他端（往き管３０２が接続されなかった方の端）に接続される。戻り管３１２には、循環ポンプ３１３が設けられる。

【0052】

図３は、ＣＯ_２供給システム１の構成を示すブロック図である。

【0053】

ＣＯ_２供給装置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、を備える。

【0054】

制御部４０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を備える。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、および供給ファン駆動部４０８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。

【0055】

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１１６（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１１３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１１４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１１５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３１３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３３を駆動する。

【0056】

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、を備える。

【0057】

制御部５０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を備える。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。

【0058】

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２３０（モータ２３３）を駆動する。たとえば、ファン駆動部５０３は、モータ２３３に供給する電流を調整する。

【0059】

ＣＯ_２供給システム１では、ＣＯ_２供給装置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。

【0060】

次に、ＣＯ_２供給システム１によるＣＯ_２供給運転について図２および図３を参照して説明する。ＣＯ_２供給システム１を稼働させると、ＣＯ_２供給装置１０においてＣＯ_２を含む燃焼ガスが発生するとともに、ＣＯ_２供給装置１０と放熱機２０との間で熱媒が循環する。

【0061】

ＣＯ_２供給システム１の使用を開始するにあたり、ＣＯ_２供給装置１０において、熱媒が１次熱交換器１３０、２次熱交換器１４０、中継タンク１６０、往き管３０１、３０２、および戻り管３１１、３１２に満たされる。このとき、熱媒が満たされる１次熱交換器１３０等の内部に残っている空気は、冷却槽１３１に設けられている微小な孔１３１ａを通じてバイパス管３２２を通り、中継タンク１６０へと流れる。この場合、中継タンク１６０は、大気圧開放された状態であり、中継タンク１６０へと流れてきた空気は、中継タンク１６０から外部へ排出される。こうして、１次熱交換器１３０等の内部の空気が除去されるため、熱媒は円滑に循環路を循環できる。

【0062】

また、熱媒は、中継タンク１６０から連通口１６３ａを通じて管３２１を流れて、リザーブタンク１７０へ流れ込む。このようにして、リザーブタンク１７０にも熱媒が貯留される。

【0063】

なお、ＣＯ_２供給運転中では、熱媒が上記の孔１３１ａおよびバイパス管３２２を通って中継タンク１６０へと流れることになる。このとき、多量の熱媒が中継タンク１６０に一気に流れ込まないように、バイパス管３２２において孔１３１ａの近傍にオリフィス１６４が設けられる。これにより、冷却槽１３１から中継タンク１６０へと流れる熱媒の流量が調整される。

【0064】

ＣＯ_２供給システム１に設けられた運転開始ボタン（図示せず）が操作されると、ＣＯ_２供給運転が開始される。ＣＯ_２供給運転が開始されると、制御部４０１は、ＣＯ_２を発生させるため、燃焼ファン１１６を作動させる。ＣＯ_２供給装置１０において、燃焼ファン１１６が作動すると、孔３０ａを通じてダクトフード３０の仕切板３２に囲まれた空間に外部から空気が取り込まれる。この空気は、給気口１２０ａを通じて給気ダクト１２０内に取り込まれて、連通口１１８ａを通り筐体１１８内の燃焼器１１１に供給される。

【0065】

また、制御部４０１は、供給ポンプ１１３、気化ヒータ１１４、およびイグナイタ１１５を作動させる。燃料タンクから供給管１１２を通じて燃料が供給され、供給された燃料が気化ヒータ１１４により気化される。イグナイタ１１５による点火が行われ、燃焼器１１１が着火して燃焼する。このようにして、燃焼器１１１でＣＯ_２を含む高温の燃焼ガスが発生する。

【0066】

燃焼ガスは、筐体１１８内の下方、すなわち、１次熱交換器１３０の燃焼室１３３へ流れ、連通口１１８ｂを通じて熱交換パイプ１３２を流れる。冷却槽１３１には、熱交換パイプ１３２の外周を取り囲むように熱媒が満たされている。このため、熱交換パイプ１３２を流れる燃焼ガスと冷却槽１３１を流れる熱媒との間で熱交換が行われて、燃焼ガスが冷却される（１次冷却）。このときの燃焼ガスは、たとえば、２００℃に冷却される。

【0067】

１次冷却された燃焼ガスは、熱交換パイプ１３２を通過すると、連通口１５０ａを通じて排気集合筒１５０に流れ込む。燃焼ガスは、排気集合筒１５０内を２次熱交換器１４０へ向かって流れ、連通口１５０ｂを通じて２次熱交換器１４０の筐体１４１内に流れ込む。

【0068】

筐体１４１内に設けられる熱交換チューブ１４２には、熱媒が流れる。このため、筐体１４１を流れる燃焼ガスと熱交換チューブ１４２を流れる熱媒との間で熱交換が行われて、燃焼ガスがさらに冷却される（２次冷却）。このときの燃焼ガスは、たとえば、８０℃（露点温度以下）に冷却される。２次冷却された燃焼ガスは、筐体１４１内を上方へ流れ、排気口１４１ａからダクトフード３０内へ排出される。また、燃焼ガスが２次熱交換器１４０で冷却されると、燃焼ガスの潜熱が回収される。これにより、燃焼ガスは除湿された状態で、２次熱交換器１４０からダクトフード３０内に排出される。この２次熱交換器１４０における燃焼ガスの潜熱回収に関しては、追って説明する。

【0069】

放熱機２０では、ＣＯ_２供給運転が開始されると、制御部５０１は、冷却ファン２３０を作動させる。１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０で燃焼ガスと熱交換されて温まり、往き管３０２、３０１を流れてきた熱媒は、第１放熱器２１０から管２４０を通って第２放熱器２２０へと流れる。冷却ファン２３０が動作し、冷却風が第１放熱器２１０および第２放熱器２２０に送られる。冷却風は、第２放熱器２２０、第１放熱器２１０の順に、第２放熱器２２０および第１放熱器２１０を通り抜け、外部へ放出される。第１放熱器２１０および第２放熱器２２０を熱媒が通過するときに、熱媒と冷却風との間で熱交換が行われ、熱媒が冷却される。冷却された熱媒は、戻り管３１１を通ってＣＯ_２供給装置１０へと戻る。

【0070】

放熱機２０における熱媒の具体的な経路について説明する。第１放熱器２１０に熱媒が流れ込むとき、往き管３０１の端部から図示されない４股に分かれた管のそれぞれに熱媒が流れ込む。つまり、熱媒は、第１放熱器２１０内を４つの組に分かれて流れる。そして、それぞれの組に分かれた状態で第１放熱器２１０から第２放熱器２２０へ移動して、第２放熱器２２０内を流れ、戻り管３１１に流れ込む直前に４組に分かれていた熱媒が合流する。そして、熱媒は戻り管３１１へと流れる。

【0071】

ダクトフード３０内へ排出された燃焼ガスは、供給ダクト３１に流入する前に、さらに冷却される。具体的には、燃焼ガスは、孔３０ｂを通じてダクトフード３０内に取り込まれた空気と混ざり合うことで、温度がさらに低下する（３次冷却）。

【0072】

３次冷却された燃焼ガスは、ダクトフード３０の天壁に設けられている出口３０ｃから供給ダクト３１に流入し、放出口３６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。このとき、制御部４０１は、供給ファン駆動部４０８により供給ファン３３を作動させる。これにより、供給ダクト３１で供給ファン３３が動作するため、ダクトフード３０内に排出された燃焼ガスが供給ダクト３１内に取り込まれやすくなり、放出口３６から放出されやすくなる。

【0073】

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３１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３３は、供給ダクト３１における分岐位置よりも上流側（ダクトフード３０側）に設けられ、分岐したダクトに放出口３６が形成される。

【0074】

また、３次冷却されたときの燃焼ガスの温度は、６０℃である。３次冷却された後の燃焼ガスの温度が６０℃より高い場合、栽培室２内が高温状態となり、植物や作業者への影響が懸念される。このため、３次冷却されたときの燃焼ガスの温度が６０℃となるように、供給ファン３３によって供給ダクト３１内に空気が取り込まれて、燃焼ガスが冷却される。

【0075】

また、３次冷却された燃焼ガスが出口３０ｃを通じて供給ダクト３１に流れ込むとき、温度センサ３７によって燃焼ガスの温度が測定される。燃焼ガスの温度が６０℃より高い場合、供給ファン３３に不具合が生じており、供給ダクト３１内に空気が取り込まれていない可能性がある。このため、温度センサ３７により燃焼ガスの温度が６０℃より高い温度であることが検出されると、制御部４０１は、ＣＯ_２供給運転を中止するため、燃焼ファン１１６、供給ポンプ１１３、燃焼器１１１および供給ファン３３を停止させる。これにより、栽培室２内に高温の燃焼ガスが排出されることがないため、植物や作業者の安全を管理することができる。

【0076】

このように、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０で燃焼ガスと熱媒との熱交換が行われると、熱媒の温度が変化する。特に、１次熱交換器１３０では、燃焼器１１１で発生した燃焼ガスそのものに対して熱交換が行われるため、冷却槽１３１内の温度が上昇し内圧が上昇する。この場合、冷却槽１３１の内圧を下げるために、冷却槽１３１の圧力を、バイパス管３２２を通じて中継タンク１６０に逃がす。これにより、中継タンク１６０の内圧が上昇する。そこで、圧力調整弁１６２の加圧弁が開かれ、中継タンク１６０から溢れた熱媒が管３２０を通ってリザーブタンク１７０に移動する。

【0077】

これに対し、熱媒が低温となり、中継タンク１６０の内圧が下がると、圧力調整弁１６２の負圧弁が開かれ、リザーブタンク１７０内の熱媒が管３２０を通り、中継タンク１６０に補充される。このようにして、冷却槽１３１および中継タンク１６０の内圧が調整される。

【0078】

また、たとえば、高温環境下でＣＯ_２供給システム１を使用し続けると、中継タンク１６０内の熱媒が蒸発する場合がある。このような場合、圧力調整弁１６２の負圧弁が開き、リザーブタンク１７０の熱媒が管３２０を通じて中継タンク１６０内に補充される。これにより、中継タンク１６０内の熱媒が枯渇することなく、熱媒は１次熱交換器１３０と２次熱交換器１４０との間を円滑に循環できる。

【0079】

また、水位センサ１６１によって中継タンク１６０内における熱媒の水位が所定の水位以下であることが検出されると、熱媒が円滑に循環路を流れることができないため、制御部４０１は、燃焼ファン１１６、供給ポンプ１１３、燃焼器１１１および供給ファン３３を停止させて、ＣＯ_２供給運転を中止する。

【0080】

続いて、２次熱交換器１４０における潜熱回収について説明する。一般に、農作物等の植物を良好に育成するために、栽培室内の温度や湿度、ＣＯ_２の濃度を調整することは重要であるが、上記の温度等に加えて、「飽差」も重要な指標として知られている。飽差とは、１ｍ^３当たりの空気に含まれる水蒸気量を示す。飽差が高い空気は、水蒸気を多く含むことができ、飽差が低い空気は、水蒸気を少量しか含むことができない。このような空気中の水蒸気量は、植物の蒸散と密接に関連しており、さらに、植物の蒸散は植物の光合成の効率に影響する。すなわち、「飽差」は、植物の光合成の効率を示す指標である。したがって、栽培室内の飽差を適切に調整することにより、植物は効率よく光合成を行うことができる。

【0081】

ＣＯ_２供給システム１において、栽培室２内に供給された燃焼ガスの飽差が低い、つまり、水分を多く含む燃焼ガスであった場合、栽培室２内における飽差を適切に調整するため、栽培室２内で燃焼ガスを除湿する必要がある。このような作業は、除湿を行うための器具等を備える必要があるため、作業者にとって煩雑である。

【0082】

これに対し、本実施形態では、上記のとおり、２次熱交換器１４０を燃焼ガスが通過するときに、燃焼ガスは２００℃から８０℃（露点温度）まで冷却される。そして、２次熱交換器１４０は燃焼ガスの潜熱を回収する。すなわち、、２次熱交換器１４０を通過して燃焼ガスの温度が露点温度以下となると、燃焼ガスに含まれる水が凝縮する。この凝縮した水が、上記したドレン水である。ドレン水は、筐体１４１内に設けられる図示されない経路を通り、管３３０を経て中和器１８０へと流れ、中和器１８０で中和された後に外部へ排出される。よって、ＣＯ_２供給システム１では、２次冷却されて排気口１４１ａから排出される燃焼ガスは、除湿された状態である。このため、放出口３６から放出される燃焼ガスは、水分量が少ない乾燥した状態である。

【0083】

つまり、ＣＯ_２供給システム１では、栽培室２内に供給される燃焼ガスの飽差が高い。栽培室２内における飽差を適切に調整する場合、たとえば、栽培室２内に水を撒くことにより、燃焼ガス中の水分量を増加させることができる。このような作業は、上記したような除湿を行う作業に比べて簡単である。

【0084】

このように、本実施形態では、２次熱交換器１４０を通過する間に、燃焼ガスに対して除湿が行われるため、燃焼ガスが栽培室２内に供給された後に、飽差を適切に調整しやすい。

【0085】

＜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。

【0086】

一般的に、栽培室内にＣＯ_２を含む燃焼ガスが供給される際、作物や作業者が高温の環境下に曝されることを防止するため、燃焼ガスは適切な温度まで冷却される。図２に示すように、上記の構成では、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０によって燃焼ガスは２回冷却される。この燃焼ガスの温度を栽培室２内に供給可能な温度（６０℃）にまでさらに低下させるために、本実施形態ではダクトフード３０内で燃焼ガスに空気を混合して燃焼ガスを冷却する。

【0087】

一方、燃焼器１１１で発生した燃焼ガスの温度を下げる方法として、高温の燃焼ガスに対して空気を混合することにより、燃焼ガスを所定の温度まで冷却させる方法もある。たとえば、燃焼器１１１で発生した燃焼ガスの量が、６．７ｋｇ／Ｌ（外気温度２０℃において発生する最大量）であった場合、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０を設けていない従来のＣＯ_２供給システムでは、供給ダクト３１に流れ込むときの燃焼ガスの温度は約２００℃である。このような高温の燃焼ガスは、栽培室２内に供給可能な温度（６０℃）まで冷却するために多量の空気と混合される。その結果、燃焼ガスが放出口３６から放出されるとき、燃焼ガスに含まれるＣＯ_２の濃度は、約１２００ｐｐｍである。

【0088】

これに対し、図２に示すように、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０を備える本実施形態のＣＯ_２供給システム１の場合、燃焼器１１１で発生した燃焼ガスの量が、６．７ｋｇ／Ｌ（外気温度２０℃において発生する最大量）であった場合、燃焼器１１１で発生したときの燃焼ガスの温度は約２００℃であるが、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０により燃焼ガスが冷却されるため、排気口１４１ａを通過するときの温度は８０℃に冷却されている。このような燃焼ガスを６０℃まで低下させるため、供給ダクト３１内に空気が取り込まれる。このときに必要な空気の量は、８０℃の燃焼ガスを６０℃に下げることが可能な量で足りるため、従来のＣＯ_２供給システムよりも燃焼ガスに含まれる空気の量が格段に少ない。このため、本実施形態では、燃焼ガスが放出口３６から放出されるとき、燃焼ガスに含まれるＣＯ_２の濃度は、約８０００ｐｐｍとなり、従来のＣＯ_２供給システムよりもＣＯ_２の濃度が高い。

【0089】

このように、本実施形態のＣＯ_２供給システム１では、燃焼ガス中のＣＯ_２濃度の希釈を抑制することができるため、高濃度のＣＯ_２を含んだ燃焼ガスを栽培室２内に供給することができる。これにより、作物の育成を促進できるとともに、作物や作業者が高温環境下に曝されることを防止できる。

【0090】

また、燃焼ガスが１次熱交換器１３０を通過するとき、１次熱交換器１３０で熱交換が行われて、燃焼器１１１で発生したときの燃焼ガスの温度（２００℃）から幾分低下する。このような状態の燃焼ガスは、さらに２次熱交換器１４０で熱交換されて温度が低下する。２次熱交換器１４０を流れるときの熱媒は、第１放熱器２１０および第２放熱器２２０で充分に冷却された状態である。よって、燃焼ガスは２次熱交換器１４０によって熱媒と効率よく熱交換されて、所定の温度（８０℃）にまで冷却される。

【0091】

このように、ＣＯ_２供給システム１では、熱媒が２次熱交換器１４０、１次熱交換器１３０、第１放熱器２１０、および第２放熱器２２０の順に流れるように循環する。このため、燃焼ガスを１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０で効率よく８０℃まで冷却することができる。

【0092】

また、図２に示すように、ＣＯ_２供給システム１は、放熱機２０に第１放熱器２１０および第２放熱器２２０を含み、これら第１放熱器２１０および第２放熱器２２０を通過する度に熱媒から放熱される。このため、放熱機２０における熱媒を冷却する能力が向上し、熱媒を効率よく冷却することができる。これにより、熱媒は、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０を流れると、燃焼ガスの熱を効率よく吸収し、燃焼ガスを冷却することができる。特に、熱媒の流れの下流側の第２放熱器２２０に最初に冷却風が当てられるので、より効果的に熱媒の温度を低下させることができる。

【0093】

＜変更例＞
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。

【0094】

また、上記実施形態では、往き管３０１から第１放熱器２１０へ流れ込むとき、第１放熱器２１０内において、熱媒は４つの組に分かれて第１放熱器２１０および第２放熱器２２０を流れ、第２放熱器２２０を通過した後に合流して、戻り管３１１に流れ込んでいた。

【0095】

しかしながら、熱媒が４つの組に分けられることなく、第１放熱器２１０および第２放熱器２２０を流れるように構成されてもよい。このような構成により、第１放熱器２１０および第２放熱器２２０の構成を簡素化できる。

【0096】

また、上記実施形態では、温度センサ３７の検出温度が６０℃を超えると、燃焼器１１１が停止された。しかしながら、たとえば、検出温度が６０℃を超えると、供給ファン３３の回転数が増加され、それでも検出温度が６０℃を超える状態が続いたときに、燃焼器１１１が停止されるような構成とされてもよい。また、検出温度が６０℃を超えると、スピーカからのビープ音や音声、表示部での表示による報知が行われるようにしてもよい。

【0097】

このような検出温度が６０℃を超えたときの異常に対する所定の処理として、燃焼器１１１の停止の他、種々の動作が行われてもよい。

【0098】

さらに、上記実施形態では、燃焼器１１１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。

【0099】

なお、本発明の実施形態に係るＣＯ_２供給システム１は、供給ダクト３１と供給ファン３３とがダクトユニット１２に含まれていたが、本発明の実施形態に係るＣＯ_２供給システム１は、供給ダクト３１と供給ファン３３とを含まない構成としてもよい。

【0100】

さらに、上記実施形態では、放熱機２０が、第１放熱器２１０と第２放熱器２２０の２つの単位放熱器からなる放熱器が備えられた。しかしながら、放熱機２０に、３つ以上の単位放熱器からなる放熱器が備えられてもよい。さらには、放熱機２０は、１つの放熱器を備える構成とされてもよい。

【0101】

さらに、上記実施形態では、放熱機２０において、冷却風が第２放熱器２２０、第１放熱器２１０の順に流れるように、冷却ファン２３０が配置されていた。しかしながら、放熱機２０において、冷却風が第１放熱器２１０、第２放熱器２２０の順に流れるように冷却ファン２３０が配置されてもよい。

【0102】

さらに、上記実施の形態では、ダクトフード３０において、燃焼ガスが、孔３０ｂから取り込まれた空気と混合された。しかしながら、１次熱交換器１３０および２次熱交換器１４０による冷却能力が、上記実施形態より高くなるような構成とされ、ダクトフード３０内に排出される燃焼ガスの温度が約６０℃まで低下する場合は、ダクトフード３０に孔３０ｂが設けられず、燃焼ガスに空気が混合されないような構成とされてもよい。

【0103】

さらに、上記実施形態では、熱媒として、不凍液が用いられたが、その他の液体が用いられてもよい。また、気体の熱媒が用いられてもよい。

【0104】

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。

【符号の説明】

【0105】

１ ＣＯ_２供給システム
２ 栽培室
１０ ＣＯ_２供給装置
２０ 放熱機
１１１ 燃焼器
１３０ １次熱交換器
１４０ ２次熱交換器
２１０ 第１放熱器（単位放熱器、放熱器）
２２０ 第２放熱器（単位放熱器、放熱器）
２３０ 冷却ファン（ファン）
２４０ 管

【図1】

【図2】

【図3】