(57)【要約】【課題】集熱効率を向上させ、十分な蓄熱量を得ることが可能な温室を提供する。【解決手段】本発明の温室は、該温室の内部空間を上部室６ａと下部室６ｂに隔てる光透過性仕切り手段１と、上部室６ａに設けられる排気口２と、上部室６ａに設けられる吸気口３と、該吸気口３から吸引される気体から排気口２から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプ４と、該ヒートポンプ４によって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体５とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物栽培用温室であって、
前記温室の内部空間を上部室と下部室に隔てる光透過性仕切り手段と、
前記上部室に設けられる排気口と、
前記上部室に設けられる吸気口と、
該吸気口から吸引される気体から前記排気口から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプと、
該ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体と
を備えることを特徴とする温室。
【請求項２】
前記排気口が屋根材に沿った冷気の流れを形成するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温室。
【請求項３】
前記仕切り手段が開閉可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の温室。
【請求項４】
植物栽培用温室における蓄熱方法であって、前記温室の内部空間を光透過性仕切り手段によって上部室と下部室に隔てた後、ヒートポンプを作動させ、前記上部室の気体を前記上部室に設けられた吸気口を介して前記ヒートポンプ内に吸引し、前記ヒートポンプによって該気体から冷気を生成し、該冷気を前記上部室に設けられた排気口を介して前記上部室に排出するとともに、前記ヒートポンプによって前記気体から熱を取り出し、該熱を蓄熱媒体に蓄えることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ヒートポンプによって生成された冷気を、屋根材に沿った冷気の流れを形成するように排出することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記下部室の温度上昇に応じて前記仕切り手段を開動作させることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培用温室及び該温室における蓄熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプを利用した植物栽培用温室が知られている（下記特許文献１参照）。しかしながら、ヒートポンプは、夜間の室内温度を上昇させるための暖房機として利用されているに過ぎない。
【０００３】
一方、太陽光によって温められた室内の空気を熱交換器へ導いて、該熱交換器によって熱を取り出し、水などの蓄熱媒体に蓄熱する温室が知られている。この温室は、蓄熱媒体から放出される熱によって夜間の室内温度の低下を防止しようとするものである。しかしながら、このような温室で十分な蓄熱量を得るためには、熱交換性能を向上させるために高温の空気が必要になるところ、室内の高温化は、外気温との温度差を増大させることになるので、室外への放熱量が増大することになり、集熱に関して非効率的である。また、室内の高温化は、栽培植物に悪影響を及ぼすことになるので、室内の温度を過剰に高めることもできない。したがって、従来の温室では、夜間の室内暖房に足りる程の十分な蓄熱量が得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、集熱効率を向上させ、十分な蓄熱量を得ることが可能な温室及び蓄熱方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の植物栽培用温室及び該温室における蓄熱方法を提供する。
１．植物栽培用温室であって、前記温室の内部空間を上部室と下部室に隔てる光透過性仕切り手段と、前記上部室に設けられる排気口と、前記上部室に設けられる吸気口と、該吸気口から吸引される気体から前記排気口から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプと、該ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体とを備えることを特徴とする温室。
２．前記排気口が屋根材に沿った冷気の流れを形成するように設けられていることを特徴とする前記１に記載の温室。
３．前記仕切り手段が開閉可能であることを特徴とする前記１又は２に記載の温室。
４．植物栽培用温室における蓄熱方法であって、前記温室の内部空間を光透過性仕切り手段によって上部室と下部室に隔てた後、ヒートポンプを作動させ、前記上部室の気体を前記上部室に設けられた吸気口を介して前記ヒートポンプ内に吸引し、前記ヒートポンプによって該気体から冷気を生成し、該冷気を前記上部室に設けられた排気口を介して前記上部室に排出するとともに、前記ヒートポンプによって前記気体から熱を取り出し、該熱を蓄熱媒体に蓄えることを特徴とする方法。
５．前記ヒートポンプによって生成された冷気を、屋根材に沿った冷気の流れを形成するように排出することを特徴とする前記４に記載の方法。
６．前記下部室の温度上昇に応じて前記仕切り手段を開動作させることを特徴とする前記４又は５に記載の方法。
【発明の効果】
【０００７】
前記１に記載の本発明は、温室の内部空間を上部室と下部室に隔てる仕切り手段が光透過性を有するため、栽培植物に必要な太陽光を下部室にも十分に採り入れることが可能になる。下部室の空気は、下部室に存する栽培植物、栽培床及び栽培用器具などに太陽光が照射されることによって発生する熱によって温められて上昇し、仕切り手段を加温する。上部室の空気は、仕切り手段から放出される熱によって温められる。本発明は、上部室に設けられる排気口と、上部室に設けられる吸気口と、該吸気口から吸引される気体から排気口から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプとを備えるため、ヒートポンプを作動させることによって、上部室の気体を吸気口を介してヒートポンプ内に吸引し、該ヒートポンプによって該気体から冷気を生成し、該冷気を排気口を介して上部室に排出することが可能になる。また、仕切り手段によって下部室への冷気の流出を防止することが可能なため、上部室の空気を効果的に冷却することが可能になる。それによって、上部室の空気と外気との温度差を小さくすることができるので、室外への放熱量が減少することになる。また、本発明では、ヒートポンプは、そのような状態において吸気口から吸引される気体から熱を取り出すので、集熱に関して非常に効率的である。また、本発明は、ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体を備えるため、該蓄熱媒体に十分な量の熱を蓄えることが可能になる。
前記２に記載の本発明は、排気口が屋根材に沿った冷気の流れを形成するように設けられているため、屋根材の内側と外側の温度差を効率良く小さくすることができる。したがって、屋根材を介して室外に放出される熱の量を有効に減少させることが可能になる。
前記３に記載の本発明は、仕切り手段が開閉可能であるため、下部室の温度が過剰に高くなったときに仕切り手段を開動作させることによって、排気口から排出される冷気を下部室に流出させ、下部室の温度を下げることが可能になる。それによって、下部室の温度を制御することが可能になる。
前記４に記載の本発明によれば、前記１に記載の発明と同様に、集熱効率を向上させ、十分な蓄熱量を得ることが可能になる。
前記５に記載の本発明によれば、前記２に記載の発明と同様に、屋根材の内側と外側の温度差を効率良く小さくして、屋根材を介して室外に放出される熱の量を有効に減少させることが可能になる。
前記６に記載の本発明によれば、前記３に記載の発明と同様に、排気口から排出される冷気を下部室に流出させ、下部室の温度を下げることが可能になり、それによって、下部室の温度を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の一実施例に係る温室の構造を示す側面概略図である。
【図２】図２は本発明の一実施例に係る温室の構造を示す正面概略図である。
【図３】図３は本発明の一実施例に係る温室において、仕切り手段を半開させた状態を示す概略図である。
【図４】図４は本発明の一実施例に係る温室において、仕切り手段を全開させた状態を示す概略図である。
【図５】図５は本発明の実験例に係る温室の構造を示す正面概略図である。
【図６】図６は本発明の実験例に係る温室の温度特性を示すグラフである。
【図７】図７は比較実験例に係る温室の構造を示す正面概略図である。
【図８】図８は比較実験例に係る温室の温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例に従って説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００１０】
図１及び図２は、本発明の一実施例に係る温室の構造を示す概略図である。これらの図に示すように、本実施例に係る温室は、仕切り手段１、排気口２、吸気口３、ヒートポンプ４及び蓄熱媒体５を有して構成される。
【００１１】
仕切り手段１は、温室の内部空間を上部室６ａと下部室６ｂに隔てる役割を果たすものである。ここで、下部室６ｂは植物の栽培室として機能する場所である。仕切り手段１は、光透過性を有する。仕切り手段１としては、例えば、光透過性フィルムを用いることができる。仕切り手段１は、開閉可能であることが好ましい。本実施例では、温室の梁と同じ高さで掛け渡されたワイヤ７に仕切り手段１が取り付けてあり、仕切り手段１は、ワイヤ７に沿って開閉動作可能になっている（図３及び図４参照）。
【００１２】
排気口２は、上部室６ａに設けられる。排気口２は、屋根材８に沿った冷気の流れを形成するように設けられることが好ましい。本実施例では、排気口２は、第１の配管９の上部室６ａに延在する部分に多数形成されている（図１参照）。第１の配管９は、ヒートポンプ４に接続されており、ヒートポンプ４によって生成される冷気の移送手段として機能するものである（図１参照）。第１の配管９の上部室６ａに延在する部分は、温室の棟（屋根の頂上部）の直下に、棟に沿って配置されており、多数の排気口２は、それぞれ棟に対向する位置に形成されている（図１参照）。排気口２が上記のように設けられることによって、排気口２から排出された冷気は、屋根材８に沿って流れることになる（図２〜図４参照）。ここで、屋根材８は、一般の温室と同様に、ガラス板やプラスチックフィルムなどの光透過性材料で構成されている。
【００１３】
吸気口３は、上部室６ａに設けられる。本実施例では、吸気口３は、第２の配管１０の上部室６ａに延在する部分に多数形成されている（図１参照）。第２の配管１０は、ヒートポンプ４に接続されており、吸気口３から吸引される気体の移送手段として機能するものである（図１参照）。第２の配管１０の上部室６ａに延在する部分は、第１の配管９の下に在って、第１の配管９の延びる方向と同じ方向に延びている（図１参照）。多数の吸気口３は、それぞれ第２の配管１０の上部室６ａに延在する部分の両側に形成されている（図２〜図４参照）。
【００１４】
ヒートポンプ４は、吸気口３から吸引される気体から排気口２から排出される冷気を生成する機能と、吸気口３から吸引される気体から熱を取り出す機能を兼ね備えたものである。本実施例では、電動ヒートポンプが用いられている。このヒートポンプ４は、上部室６ａから吸気口３を介して気体を吸引し、蒸発器によって冷媒と熱交換し、次いで、圧縮機で冷媒を圧縮して温度を上昇させ、次いで、凝縮器で熱を取り出し（すなわち、蓄熱媒体５を加熱する）、次いで、膨張弁で急激に圧力を下げて温度を低下させ、次いで、蒸発器で冷気を生成する。
【００１５】
蓄熱媒体５は、ヒートポンプ４によって取り出された熱を蓄えるためのものである。蓄熱媒体５としては、水などの液体を用いることができる。本実施例では、蓄熱媒体５は、蓄熱媒体５に蓄えられた熱を外部に放出可能な容器に入れられ、下部室６ｂの下に配置されている（図１〜図４参照）。蓄熱媒体５に蓄えられた熱は、下部室６ｂに放出され、それによって、夜間などに下部室６ｂの温度が低下することを防ぐことができる。
【００１６】
上記のように構成される温室は、以下のように作用する。すなわち、図２に示したように、仕切り手段１を全閉状態としたとき、温室の内部空間は、仕切り手段１によって上部室６ａと下部室６ｂに隔てられる。温室へ入射する太陽光は、屋根材表面で反射、吸収されるとともに、屋根材を透過する。吸収分は、屋根材の温度を上昇させ、熱として外気へ放出されるとともに、上部室６ａ内の空気を温める。透過分の一部は、上部室６ａ内の空気中の炭酸ガスや水蒸気を直接温めるが、透過分の大部分は、仕切り手段１へ入射する。この入射分は、仕切り手段１の表面で反射、吸収されるとともに、仕切り手段１を透過する。仕切り手段１の表面で反射された太陽光は、上部室６ａ内で反射を繰り返しながら上部室６ａ内の空気を温める。吸収分は、仕切り手段１の温度を上昇させ、熱として上部室６ａ及び下部室６ｂに放出され、それによって、上部室６ａ及び下部室６ｂの空気が温められる。仕切り手段１を透過した太陽光は、下部室６ｂに存する栽培植物、栽培床及び栽培用器具などを照射する。ここで、仕切り手段１は、光透過性を有するため、栽培植物に必要な太陽光を下部室６ｂにも十分に採り入れることができる。
【００１７】
下部室６ｂの空気は、栽培植物などに太陽光が照射されることによって発生する熱によって温められて上昇し、仕切り手段１を加温する。上部室６ａの空気は、仕切り手段１から放出される熱によって温められる。
【００１８】
この状態において、ヒートポンプ４を作動させると、上部室６ａの太陽光によって温められた気体が吸気口３を介してヒートポンプ４内に吸引され、ヒートポンプ４によって該気体から熱を取り出し、該熱を蓄熱媒体５に蓄えることができる。本実施例に係る温室によれば、上部室６ａ内の太陽光によって温められた気体がヒートポンプ４の熱源となるため、高い成績係数（例えば、低温の外気（１０℃以下）を熱源としたヒートポンプの成績係数と比較して１５０％以上）での運転が可能となり、消費電力が小さいという利点がある。また、ヒートポンプ４は、上記気体から冷気を生成し、該冷気を排気口２を介して上部室６ａに排出する。上部室６ａの空気は、この冷気によって冷却され、温度が低下する。本実施例では、排気口２は、屋根材８に沿った冷気の流れを形成するように設けられているため、外気温が低い場合でも、屋根材８の内側と外側の温度差を効率良く小さくすることができる。したがって、上部室６ａの中央付近（屋根材８の付近を除いた部分）の温度が高い場合でも、屋根材８を介して室外に放出される熱の量を有効に減少させることができる。さらに、仕切り手段１によって下部室６ｂへの冷気の流出を防止することができる。ヒートポンプ４は、そのような状態において吸気口３から吸引される気体から熱を取り出すので、集熱に関して非常に効率的である。その結果、日照時間の短い冬季においても、蓄熱媒体５に十分な量の熱を蓄えることができる。
【００１９】
一方、下部室６ｂの温度が過剰に高くなったときには、仕切り手段１を開動作させる（図３及び図４参照）。それによって、排気口２から排出される冷気を下部室６ｂに流出させ、下部室６ｂの温度を下げることが可能になり、下部室６ｂの温度を制御することができる。仕切り手段１の開放の程度は、下部室６ｂの温度によって適宜調節することができる。
【００２０】
（実験例）
図５に示した温室を用いて、その温度特性を検証した。上記実施例に係る温室は連棟式であるが、実験例に係る温室は単棟式である。実験例に係る温室も、実施例に係る温室と同様に、温室の内部空間を上部室６ａと下部室６ｂに隔てる光透過性仕切り手段１と、上部室６ａに設けられる排気口２と、上部室６ａに設けられる吸気口３と、該吸気口３から吸引される気体から排気口２から排出される冷気を生成するとともに、熱を取り出すヒートポンプと、該ヒートポンプによって取り出された熱を蓄えるための蓄熱媒体５とを有して構成される。実験は、外気、上部室６ａ及び下部室６ｂの温度を２４時間計測した。
【００２１】
図６は、実験結果（温度特性）を示すグラフである。このグラフに示されるように、ヒートポンプの運転を開始する前（７時〜９時の時間帯）においては、太陽光が温室に照射されることによって上部室６ａ及び下部室６ｂの温度が外気の温度と比べて急激に上昇した。
【００２２】
ヒートポンプの運転を開始した直後の９時から１０時の時間帯では、上部室６ａの温度が急激に下がり、外気の温度よりも２〜３℃低い温度まで低下した。これは、排気口２から排出される冷気によって上部室６ａが冷却されたことを示している。一方、下部室６ｂの温度は３０℃付近まで上昇し続けた。これは、仕切り手段１によって下部室６ｂへの冷気の流出が防止されていることを示している。
【００２３】
１０時から１３時までの時間帯では、外気、上部室６ａ及び下部室６ｂの温度がいずれも上昇し続けた。外気、上部室６ａ及び下部室６ｂの温度は、１３時３０分付近でピークに達した。なお、この実験では、下部室６ｂのピーク時の温度が４２℃という高い温度になっているが、これは、温室が単棟式であるため、太陽光が屋根面だけでなく側面からも照射されることが原因の１つとして考えられる。実施例のように連棟式の温室では、太陽光の大部分が屋根面から照射されることになるため、下部室６ｂの温度が実験例のように高温にはならない。上部室６ａのピーク時の温度も同様である。
【００２４】
１４時から１６時までの時間帯では、外気、上部室６ａ及び下部室６ｂの温度がいずれも低下し続けた。ヒートポンプの運転は１６時に終了した。
【００２５】
太陽光が照射される時間帯にヒートポンプを作動させない場合には、上部室６ａの温度も下部室６ｂの温度と同様に高くなり、外気との温度差は大きくなるが、その時間帯にヒートポンプを作動させることによって、上部室６ａと外気との温度差を小さくすることができた。したがって、この結果から室外への放熱量が減少することが実証された。
【００２６】
また、上部室６ａと下部室６ｂを仕切り手段１によって隔てることによって、下部室６ｂへの冷気の流出が防止されているので、下部室６ｂの温度がピークに達するまでの間に下部室６ｂの温度を低下させることがなかった。植物を栽培する上で温度の急激な低下は望ましくないところ、仕切り手段１の作用によって、上部室６ａの温度を急激に低下させても下部室６ｂの温度はその影響を受けないことがこの結果から実証された。
【００２７】
ヒートポンプの運転を終了した直後の１６時から１６時３０分までの時間帯では、上部室６ａの温度が上昇したが、その後の時間帯（１６時３０分から翌日の１時まで）では、上部室６ａの温度は、太陽光の照射がないため、外気の温度と同じ温度になるまで低下し続けた。
【００２８】
一方、下部室６ｂの温度は、太陽光の照射がない時間帯（１９時から翌日の３時まで）に、外気の温度が約５℃であるのに対して、１０〜１５℃の範囲で維持された。これは、蓄熱媒体５からの放熱によって下部室６ｂの温度低下を防ぐことができたことを示しており、この結果から、ヒートポンプの運転中に、蓄熱媒体５に十分な熱を蓄えることができることが実証された。
【００２９】
（比較実験例）
図７は、比較実験例に係る温室の概略図であり、この温室は、仕切り手段１を備えていない点で実験例に係る温室と異なる。すなわち、この温室では、温室の内部空間全体が１つの室６ｃとなっている。比較実験は、外気及び室６ｃの温度を２４時間計測した。
【００３０】
図８は、比較実験の結果（温度特性）を示すグラフである。このグラフに示されるように、ヒートポンプの運転を開始した直後の９時から１０時の時間帯では、室６ｃの温度が急激に低下した。これは、仕切り手段１がないために、排気口２から排出される冷気によって栽培植物の周囲の温度が急激に低下することを示している。この点、上記の実験例では、仕切り手段１によって下部室６ｂの温度の急激な低下を防止できるので、栽培植物にとって良好な環境を提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  仕切り手段
２  排気口
３  吸気口
４  ヒートポンプ
５  蓄熱媒体
６ａ  上部室
６ｂ  下部室
６ｃ  室
７  ワイヤ
８  屋根材
９  第１の配管
１０  第２の配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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