(57)【要約】【課題】炭酸ガスの供給要否及び熱媒体による温度上昇要否の両方に対応することが可能な光合成促進システムを提供する。【解決手段】燃焼式の給湯器１０は、循環ポンプ２０の作動によって循環される熱媒体を、燃焼バーナ１５の燃焼熱によって加熱する。切替弁３０は、管理装置５０からの制御指令に従って、燃焼バーナ１５の排気が建屋１１０内へ導入される排ガス経路Ｐ１と、建屋１１０の外部へ排出される排ガス経路Ｐ２とを切替える。切替弁４０は、管理装置５０からの制御指令に従って、給湯器１０によって加熱された熱媒体が、建屋１１０内に開設された温水配管４１を通流する温水経路Ｐ３と、建屋１１０を迂回する温水配管４２を通流する温水経路Ｐ４とを切替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼式の熱源と、
前記熱源からの排気を建屋の内部へ導入する第１の排ガス経路と、前記排気を前記建屋の外部へ排出する第２の排ガス経路とを切替えるための第１の切替機構と、
前記熱源が発生した熱量によって熱媒体を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器を含む前記熱媒体の循環経路を形成するための循環ポンプと、
前記循環経路を切替えるための第２の切替機構と、
前記第１及び第２の切替機構を制御するための管理装置とを備え、
前記循環経路は、
前記建屋の内部に配設された第１の配管と、
前記建屋の外部に配設された第２の配管とを含み、
前記第２の切替機構は、前記熱交換器の出力側と、前記第１及び第２の配管の一方とを選択的に接続する、光合成促進システム。
【請求項２】
前記循環経路は、
前記第１の配管を通流する前記熱媒体及び前記第２の配管を通流する前記熱媒体の両方が通過する位置に配設された放熱器をさらに含む、請求項１記載の光合成促進システム。
【請求項３】
前記循環経路は、
前記放熱器のバイパス経路と、
前記熱媒体が前記放熱器を通流する経路と、前記バイパス経路とを切替えるための第３の切替機構とをさらに含む、請求項２記載の光合成促進システム。
【請求項４】
前記管理装置は、
前記第１の切替機構が前記第１の排ガス経路を形成するとともに、前記第２の切替機構が前記第１の配管を前記熱交換器の出力側と接続する第１のモード、
前記第１の切替機構が前記第１の排ガス経路を形成するとともに、前記第２の切替機構が前記第２の配管を前記熱交換器の出力側と接続する第２のモード、
前記第１の切替機構が前記第２の排ガス経路を形成するとともに、前記第２の切替機構が前記第１の配管を前記熱交換器の出力側と接続する第３のモード、及び、
前記第１の切替機構が前記第２の排ガス経路を形成するとともに、前記第２の切替機構が前記第２の配管を前記熱交換器の出力側と接続する第４のモードのうちのいずれかを選択するように、前記第１及び第２の切替機構を制御する、請求項１記載の光合成促進システム。
【請求項５】
前記循環経路は、
前記第１の配管を通流する前記熱媒体及び前記第２の配管を通流する前記熱媒体の両方が通過する位置に配設された放熱器と、
前記放熱器のバイパス経路と、
前記熱媒体が前記放熱器を通流する経路と、前記バイパス経路とを切替えるための第３の切替機構とをさらに含み、
前記管理装置は、前記第３のモードの選択時において、前記バイパス経路を形成するように前記第３の切替機構をさらに制御する、請求項４記載の光合成促進システム。
【請求項６】
前記管理装置は、前記建屋の内部に配設された二酸化炭素濃度センサ、及び、前記第１の配管の近傍に配設された温度センサによる検出値に基づき、前記第１から第４のモードのうちの１つを選択する、請求項４又は５に記載の光合成促進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成促進システムに関し、より特定的には、熱媒体を加熱するための燃焼式の熱源を備えた光合成促進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バーナの燃焼排ガスをビニルハウス内に放出することにより、当該ハウス内の育成植物に対して炭酸ガス（ＣＯ2）を供給して光合成を促進するシステムが、特公平３−４２０５５号公報（特許文献１）及び特開２０１７−１７６１６９号公報（特許文献２）等に記載されている。
【０００３】
特許文献１では、電磁弁のオンオフによって、ハウス内へのバーナの燃焼排ガス（即ち、炭酸ガス）の供給及び停止を切替える構成が記載されている。
【０００４】
又、特許文献２には、燃焼器を備えた炭酸ガス供給装置において、ポンプの作動によってハウス内を含む循環経路を形成して、燃焼器の発生する熱量によって当該循環経路の熱媒体を加熱する構成が記載される。さらに、特許文献２では、熱媒体の循環経路に、熱媒体の貯留タンク及び冷却用の外部熱交換器を配置することによって、熱媒体によるハウス内の温度上昇を長期間に亘って抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−４２０５５号公報
【特許文献２】特開２０１７−１７６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構成では、燃焼排ガスの直接的な供給によってハウス内の温度が上昇するため、夏季等には、温度上昇が限界となることで、炭酸ガスの継続的な供給が困難になることが懸念される。又、炭酸ガスの供給が不要である一方で、ハウス内の温度を上昇させたいケースへの対応も困難である。
【０００７】
一方で、特許文献２の構成では、熱媒体が常時ハウス内を通流するので、炭酸ガスの供給が必要である一方で、熱媒体によるハウス内の温度上昇を避けたいケースへの対応が困難である。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、建屋への炭酸ガスの供給要否及び熱媒体による建屋内の温度上昇要否の両方に対応することが可能な光合成促進システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある局面によれば、光合成促進システムは、燃焼式の熱源と、第１及び第２の切替機構と、熱交換器と、循環ポンプと、第１及び第２の切替機構を制御するための管理装置とを備える。第１の切替機構は、熱源からの排気を建屋の内部へ導入する第１の排ガス経路と、排気を建屋の外部へ排出する第２の排ガス経路とを切替えるように構成される。熱交換器は、熱源が発生した熱量によって熱媒体を加熱する。循環ポンプは、熱交換器を含む熱媒体の循環経路を形成する。第２の切替機構は、熱媒体の循環経路を切替える。循環経路は、建屋の内部に配設された第１の配管と、建屋の外部に配設された第２の配管とを含む。第２の切替機構は、熱交換器の出力側と、第１及び第２の配管の一方とを選択的に接続する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱媒体との熱交換後の排ガスを建屋へ導入することで、建屋内の温度を過度に上昇させることなく炭酸ガスを供給することができるとともに、熱媒体による局所暖房を行うことができる。更に、排ガス経路を建屋の内外に切替える第１の切替機構と、熱媒体経路を建屋の内外で切替える第２の切替機構との両方を配置することにより、炭酸ガスの供給要否及び熱媒体による温度上昇要否の両方に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る光合成促進システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】建屋内における排気管及び温水配管の配設例を説明する概念図である。
【図３】実施の形態１に係る光合成促進システムの動作モードを説明する図表である。
【図４】実施の形態２に係る光合成促進システムの構成を説明するブロック図である。
【図５】実施の形態２に係る光合成促進システムの動作モードを説明する図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１３】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る光合成促進システムの構成を説明するブロック図である。
【００１４】
図１を参照して、実施の形態１に係る光合成促進システム１００ａは、代表的にはビニルハウスで構成される建屋１１０に対して、光合成を促進するための炭酸ガス（ＣＯ2）及び熱媒体を供給する。
【００１５】
光合成促進システム１００ａは、燃焼式の給湯器１０と、循環ポンプ２０と、切替弁３０及び４０と、排気管３２と、温水配管４１，４２，６１，６２と、管理装置５０と、放熱器６０と、を備える。
【００１６】
給湯器１０は、入力端１１、出力端１２、燃焼バーナ１５、及び、熱交換器１７を含む。給湯器１０は、燃焼バーナ１５がガス又は石油等の燃料を燃焼することによって生じた熱量によって、熱交換器１７を通流する熱媒体を加熱する。熱媒体として、代表的には温水又は不凍液が用いられるが、これら以外の熱媒体を使用することも可能である。
【００１７】
切替弁３０は、管理装置５０からの制御指令に従って、燃焼バーナ１５からの炭酸ガスを豊富に含む排気を排出する排ガス経路Ｐ１及びＰ２を切替える。排ガス経路Ｐ１は、建屋１１０内に配置された排気管３２へ、燃焼バーナ１５の排気を導入する。排ガス経路Ｐ２は、建屋１１０の外部に設けられた排気口３１へ、燃焼バーナ１５の排気を導入する。
【００１８】
切替弁４０は、給湯器１０の出力端１２と、温水配管４１及び４２との間に配置される。切替弁４０は、管理装置５０からの制御指令に従って、熱交換器１７によって加熱された温水（熱媒体）の経路を、温水配管４１を経由する温水経路Ｐ３と、温水配管４２を経由する温水経路Ｐ４との間で切替える。温水配管４１は、建屋１１０の内部を通過するように配設され、温水配管４２は、建屋１１０の外部を通過するように配設される。例えば、切替弁３０及び４０の各々は、管理装置５０からの電気信号によって制御される電動式の三方弁によって構成することが可能である。
【００１９】
温水配管６１の一方端は、温水配管４１及び４２と接続される。温水配管６１の他方端は、放熱器６０と接続される。温水配管６２は、放熱器６０と給湯器１０の入力端１１との間を連結する。
【００２０】
循環ポンプ２０は、例えば、温水配管６２に介挿接続される。循環ポンプ２０の作動により、温水配管４１又は４２を通流した熱媒体（温水）を入力端１１へ導入して、熱交換器１７を通流させ、更に、出力端１２から切替弁４０に対して出力する、熱媒体（温水）の循環経路を形成することができる。尚、循環ポンプ２０については、同様の循環経路が形成可能であれば、上記循環経路のうちの、温水配管４１及び４２を除く任意の個所に配置することができる。例えば、循環ポンプ２０を、給湯器１０の内部で、入力端１１及び熱交換器１７の間に配置することも可能である。
【００２１】
図１の構成例では、熱媒体は、温水経路Ｐ３（温水配管４１）及び温水経路Ｐ４（温水配管４２）のいずれが選択された場合にも放熱器６０を通流する。熱媒体の循環経路に放熱器６０を配置することにより、熱媒体の温度上昇に起因する燃焼バーナ１５の運転禁止を抑制することができる。即ち、炭酸ガスの供給期間が制限されることを抑制できる。
【００２２】
図２には、建屋内における排気管３２及び温水配管４１の配設例が示される。
図２を参照して、排気管３２は、建屋１１０の上部に配設される。排気管３２には、適宜穴部３３が設けられる。排気管３２へ導入された排気が穴部３３から流出することで、建屋１１０内で栽培される育成植物１２０に対して、光合成を促進するために、炭酸ガスを豊富に供給することができる。
【００２３】
温水配管４１は、育成植物１２０の近傍に配置される。温水配管４１を通流する温水によって育成植物１２０の周囲の温度を上昇させることで、光合成を促進することが可能となる。
【００２４】
再び図１を参照して、建屋１１０内には、温度センサ７１及び７３と、ＣＯ2センサ７２が配置される。温度センサ７１は、建屋１１０内の全体的な気温Ｔ１を検出する。ＣＯ2センサ７２は、建屋１１０内のＣＯ2濃度を検出する。温度センサ７３は、温水配管４１の配置部位における気温Ｔ２を検出する。温度センサ７１，７３及びＣＯ2センサ７２による検出値は、管理装置５０へ入力される。
【００２５】
管理装置５０は、パーソナルコンピュータ又はマイクロコンピュータによって構成することが可能である。管理装置５０は、温度センサ７１，７３及びＣＯ2センサ７２の検出値が入力される入力ポート（図示せず）と、切替弁３０及び４０の各々の制御指令を出力する出力ポート（図示せず）と、図示しないメモリ及びＣＰＵ（Central  Processing  Unit）とを有する。
【００２６】
管理装置５０は、切替弁３０及び４０の制御の組み合わせにより、図３に示す４つの動作モードを選択することができる。例えば、管理装置５０は、メモリ（図示せず）に予め格納されたプログラムをＣＰＵ（図示せず）によって実行することにより、以下に説明する切替弁３０及び４０の制御機能を実現することができる。
【００２７】
図３を参照して、管理装置５０は、排ガス経路Ｐ１及びＰ２の一方を選択するように、切替弁３０を制御する。排ガス経路Ｐ１を選択することにより、建屋１１０への排ガス供給がオンされる。一方で、排ガス経路Ｐ２が選択されると、建屋１１０への排ガス供給はオフされる。
【００２８】
同様に、管理装置５０は、温水経路Ｐ３及びＰ４の一方を選択するように、切替弁４０を制御する。温水経路Ｐ３を選択することにより、温水配管４１の配設部位における局所暖房がオンされる。一方で、温水経路Ｐ４が選択されると、局所暖房はオフされる。
【００２９】
管理装置５０は、排ガス供給のオン及びオフ、並びに、局所暖房のオン及びオフの組み合わせによって、モード１〜モード４を選択することができる。
【００３０】
モード１では、切替弁３０が排ガス経路Ｐ１を形成するように制御されるとともに、切替弁４０が温水経路Ｐ３を形成するように制御されることによって、排ガス供給及び局所暖房の両方がオンされる。
【００３１】
モード２では、切替弁３０が排ガス経路Ｐ１を形成するように制御されるとともに、切替弁４０が温水経路Ｐ４を形成するように制御されることによって、排ガス供給がオンされる一方で、局所暖房がオフされる。
【００３２】
モード３では、切替弁３０が排ガス経路Ｐ２を形成するように制御されるとともに、切替弁４０が温水経路Ｐ３を形成するように制御されることによって、排ガス供給がオフされる一方で、局所暖房がオンされる。
【００３３】
モード４では、切替弁３０が排ガス経路Ｐ２を形成するように制御されるとともに、切替弁４０が温水経路Ｐ４を形成するように制御されることによって、排ガス供給及び局所暖房の両方がオフされる。
【００３４】
例えば、管理装置５０は、ＣＯ2センサ７２の検出値（ＣＯ2濃度）に応じて、排ガス経路Ｐ１及びＰ２を選択する。具体的には、ＣＯ2濃度が予め定められた基準値より低い場合には、排ガスを建屋１１０へ導入するための排ガス経路Ｐ１を選択することができる。一方で、ＣＯ2濃度が予め定められた基準値より高い場合には、排ガスを建屋１１０へ導入せずに排出する排ガス経路Ｐ２を選択することができる。
【００３５】
更に、管理装置５０は、温度センサ７１の検出値に応じて、排ガス経路Ｐ１の選択を禁止することが可能である。例えば、温度センサ７１によって検出された気温Ｔ１が、予め定められた上限温度を超えると、ＣＯ2濃度に関わらず、固定的に排ガス経路Ｐ２を選択することができる。この場合には、温度センサ７１によって検出された気温Ｔ１が、当該上限温度以下であるときに、ＣＯ2センサ７２の検出値（ＣＯ2濃度）と上記基準値との比較に従って、排ガス経路Ｐ１及びＰ２が選択される。
【００３６】
又、管理装置５０は、温度センサ７３の検出値（気温Ｔ２）に応じて、温水経路Ｐ３及びＰ４を選択する。具体的には、気温Ｔ２が予め定められた基準温度より低い場合には、熱媒体（温水）が建屋１１０内に配設された温水配管４１を通流する温水経路Ｐ３を選択することができる。一方で、気温Ｔ２が当該基準温度より高い場合には、建屋１１０を迂回して配設された温水配管４２を通流する温水経路Ｐ４を選択することができる。
【００３７】
このように、実施の形態１に係る光合成促進システムでは、熱媒体（温水）との熱交換後の排ガスを建屋１１０へ導入することで、建屋内の気温を過度に上昇させることなく炭酸ガスを供給することができるとともに、熱媒体による局所暖房（例えば、育成植物１２０の近傍）を行うことができる。更に、排ガス経路を建屋１１０の内外で切替える切替弁３０と、熱媒体（温水）経路を建屋１１０の内外で切替える切替弁４０との両方を配置することにより、炭酸ガスの供給要否及び熱媒体による温度上昇要否の両方に対応することが可能となる。
【００３８】
特に、建屋外への排ガス経路に加えて、熱媒体（温水）についても建屋内を迂回する経路を設けたので、局所暖房によるこれ以上の温度上昇を避けたい場合にも、排ガスによる炭酸ガスの供給を継続することが可能となる。
【００３９】
尚、実施の形態１に係る光合成促進システム１００ａでは、切替弁３０及び４０の制御によって、図３に示したモード１〜モード４の４個を選択することが可能であるが、そのうちの一部のみを用いることも可能である。
【００４０】
実施の形態１に係る光合成促進システム１００ａにおいて、燃焼バーナ１５は「熱源」の一実施例に対応し、切替弁３０は「第１の切替機構」の一実施例に対応し、切替弁４０は「第２の切替機構」の一実施例に対応する。更に、温水配管４１は「第１の配管」の一実施例に対応し、温水配管４２は「第２の配管」の一実施例に対応する。又、排ガス経路Ｐ１は「第１の排ガス経路」に対応し、排ガス経路Ｐ２は「第２の排ガス経路」に対応する。
【００４１】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２に係る光合成促進システムの構成を説明するブロック図である。
【００４２】
図４を参照して、実施の形態２に係る光合成促進システム１００ｂは、実施の形態１に係る光合成促進システム１００ａ（図１）と比較して、放熱器６０のバイパス経路Ｐ５を形成するためのバイパス弁８０をさらに備える点で異なる。バイパス弁８０は、切替弁３０及び４０と同様に、管理装置５０によって開閉制御される。代表的には、バイパス弁８０は、管理装置５０からの電気信号によって開閉される電磁弁によって構成することが可能である。光合成促進システム１００ｂのその他の部分の構成及び動作は、実施の形態１に係る光合成促進システム１００ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００４３】
管理装置５０は、例えば、光合成促進システム１００ｂの起動時に、局所暖房のために熱媒体（温水）の温度を早期に上昇したい場合に、バイパス弁８０をオン（開放）してバイパス経路Ｐ５を形成することが可能である。この場合には、熱媒体の循環経路上に配置された温度センサ７５による検出温度Ｔｍが予め定められた下限温度よりも低いときに、バイパス弁８０の開放指令を生成することが可能である。
【００４４】
或いは、図５に示すように、動作モードの選択と連動してバイパス弁８０のオンオフ（開閉）を制御することも可能である。
【００４５】
図５を参照して、実施の形態２に係る光合成促進システム１００ｂにおいても、切替弁３０及び４０の制御の組み合わせによって、図３で説明したモード１〜モード４を選択的に適用することが可能である。
【００４６】
例えば、モード３では、切替弁３０によって排ガス供給がオフされる一方で、切替弁４０によって局所暖房がオンされており、燃焼バーナ１５は、熱媒体の加熱を目的として運転されることになる。従って、モード３では、バイパス弁８０のオン（開放）により熱媒体が放熱器６０をバイパスすることで、光合成促進システム１００ｂのエネルギ効率向上を図ることができる。
【００４７】
尚、モード１では、熱媒体の加熱のみならず、排ガス供給を目的として燃焼バーナ１５が運転されているので、熱媒体温度の過上昇による燃焼バーナ１５の運転制限を回避するために、バイパス弁８０のオフ（閉止）によって、放熱器６０に熱媒体を通流させることができる。
【００４８】
このように、実施の形態２に係る光合成促進システムでは、放熱器６０のバイパス経路を選択可能とすることによって、炭酸ガスの供給要否及び熱媒体による温度上昇要否の両方に対応する制御をさらに高機能化することができる。尚、実施の形態２に係る光合成促進システム１００ｂにおいて、バイパス弁８０は「第３の切替機構」の一実施例に対応する。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１０  給湯器、１１  入力端（給湯器）、１２  出力端（給湯器）、１５  燃焼バーナ、１７  熱交換器、２０  循環ポンプ、３０，４０  切替弁、３１  排気口、３２  排気管、３３  穴部、４１，４２，６１，６２  温水配管、５０  管理装置、６０  放熱器、７１，７３，７５  温度センサ、７２  ＣＯ2センサ、８０  バイパス弁、１００ａ，１００ｂ  光合成促進システム、１１０  建屋、１２０  育成植物、Ｐ１，Ｐ２  排ガス経路、Ｐ３，Ｐ４  温水経路、Ｐ５  バイパス経路、Ｔ１，Ｔ２  気温、Ｔｍ  検出温度（熱媒体）。
【図１】
2020000009.tif 000003
【図２】
2020000009.tif 000004
【図３】
2020000009.tif 000005
【図４】
2020000009.tif 000006
【図５】
2020000009.tif 000007