(57)【要約】【課題】土壌加温に適した新規な構成の土壌加温装置を提供する。【解決手段】土壌加温装置１０は、パラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材１１ａ、及び潜熱蓄熱材１１ａを収容する蓄熱材収容材１１ｂを有し、パネル上面１５が上方を向くように地中に埋設される蓄熱パネル材１１と、蓄熱パネル材１１の潜熱蓄熱材１１ａを加熱する蓄熱材加熱手段１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材、及び該潜熱蓄熱材を収容する蓄熱材収容材を有し、パネル上面が上方を向くように地中に埋設される蓄熱パネル材と
上記蓄熱パネル材の上記潜熱蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱手段と、
を備えた土壌加温装置。
【請求項２】
請求項１に記載された土壌加熱装置において、
上記蓄熱パネル材の上記蓄熱材収容材が可撓性を有する材料で形成されている土壌加温装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された土壌加温装置において、
上記蓄熱パネル材は、載置状態において、パネル上面が水平に対して傾斜した部分を有する土壌加温装置。
【請求項４】
地中に土壌加温装置が埋設された土壌構造であって、
上記土壌加温装置は、
パラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材、及び該潜熱蓄熱材を収容する蓄熱材収容材を有し、パネル上面が上方を向くように地中に埋設された蓄熱パネル材と、
上記蓄熱パネル材の上記潜熱蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱手段と、
を備えた土壌構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土壌加温装置及びそれを用いた土壌構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜熱蓄熱材を用いて土壌を植物の生育に適した温度に加温することが農業等の分野において行われている。
【０００３】
特許文献１には、潜熱型蓄熱材を用いた農業用蓄熱暖房が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、蓄熱成分のパラフィン類とバインダ成分の炭化水素系有機高分子とを機械的に混合した潜熱蓄熱材を土に混ぜた土壌の蓄熱構造が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、土中の植物の根付近に潜熱を蓄積する潜熱蓄熱部を設けた植物の育成システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１０６２３４号公報
【特許文献２】特開平５−２６８８３９号公報
【特許文献３】特開平９−２７５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、土壌加温に適した新規な構成の土壌加温装置及びそれを用いた土壌構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の土壌加温装置は、
パラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材、及び該潜熱蓄熱材を収容する蓄熱材収容材を有し、パネル上面が上方を向くように地中に埋設される蓄熱パネル材と
上記蓄熱パネル材の上記潜熱蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱手段と、
を備える。
【０００９】
本発明の土壌構造は、地中に土壌加温装置が埋設されたものであって、
上記土壌加温装置は、
パラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材、及び該潜熱蓄熱材を収容する蓄熱材収容材を有し、パネル上面が上方を向くように地中に埋設された蓄熱パネル材と、
上記蓄熱パネル材の上記潜熱蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱手段と、
を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、パラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材、及び該潜熱蓄熱材を収容する蓄熱材収容材を有する蓄熱パネル材が、パネル上面が上方を向くように地中に埋設され、その蓄熱パネル材の潜熱蓄熱材を蓄熱材加熱手段が加熱する構成であり、土壌加温に適した従来にない新規なものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る土壌加温装置の斜視図である。
【図２】実施形態１に係る土壌構造の断面図である。
【図３】実施形態２に係る土壌加温装置の斜視図である。
【図４】実施形態３に係る土壌加温装置の蓄熱パネル材の断面図である。
【図５】その他の実施形態の土壌加温装置の蓄熱パネル材の斜視図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は別のその他の実施形態の土壌加温装置の蓄熱パネル材の斜視図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）はさらに別のその他の実施形態の土壌加温装置の蓄熱パネル材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（実施形態１）
図１は実施形態１に係る土壌加温装置１０を示す。実施形態１に係る土壌加温装置１０は、例えば農業をはじめ植物工場などの施設園芸等の分野において土壌を植物の生育に適した温度に加温する用途で用いられるものである。
【００１４】
実施形態１に係る土壌加温装置１０は、複数の蓄熱パネル材１１、加熱ヒータ１２（蓄熱材加熱手段）、並びにコントローラ１３を備えている。
【００１５】
複数の蓄熱パネル材１１のそれぞれは、潜熱蓄熱材１１ａ及びそれを密閉状態に収容する蓄熱材収容材１１ｂを有する。蓄熱パネル材１１は、例えば、長さが５００〜１０００ｍｍ、幅が２００〜５００ｍｍ、及び厚さが５〜２５ｍｍである。
【００１６】
潜熱蓄熱材１１ａは、液体から固体への相変化に伴って発熱するパラフィン類を主成分として形成されており、その形成材料は例えば特許第２５２８７１４号公報にも開示されている。パラフィン類としては、例えば、各種パラフィン、ロウ、ワックス等が挙げられる。潜熱蓄熱材１１ａを形成するパラフィン類は単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。有機材料のパラフィン類を主成分として形成された潜熱蓄熱材１１ａによれば、無機材料の場合に課題となる過冷却の問題が回避される。潜熱蓄熱材１１ａの形成材料には、熱可塑性エラストマーが含まれていてもよい。その場合、熱可塑性エラストマーの含有量はパラフィン類１００質量部に対して例えば５〜３０質量部である。潜熱蓄熱材１１ａの形成材料には、その他に老化防止剤、酸化防止剤、着色剤、顔料、帯電防止剤等が含まれていてもよく、また用途に応じて、防黴剤、難燃剤、防鼡剤等が含まれていてもよく、さらに伝熱性向上のために、金属粉、金属繊維、金属酸化物、カーボン、カーボンファイバー等が含まれていてもよい。
【００１７】
蓄熱材収容材１１ｂは可撓性を有する材料で形成されている。蓄熱材収容材１１ｂを形成する材料としては、例えば、耐腐食性の高いポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の樹脂が挙げられる。蓄熱材収容材１１ｂは、かかる樹脂の樹脂フィルム単体で構成されていてもよく、また、その上にアルミニウム箔等の金属箔による均熱化層が設けられた構成であってもよく、さらに、樹脂フィルムと金属箔とがラミネートされて一体化したもので構成されていてもよい。蓄熱パネル材１１の厚さは、熱抵抗を低く抑える観点から５〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
蓄熱パネル材１１は、パネル底面１４が平面に形成されている一方、パネル上面１５が中央から両側に傾斜した横断面山形に形成されている。つまり、蓄熱パネル材１１は、載置状態において、パネル上面１５が水平に対して傾斜した部分を有する。パネル上面１５の傾斜面のパネル底面１４に対する傾斜角度は例えば３０〜１５０°である。なお、実施形態１では、蓄熱パネル材１１が、潜熱蓄熱材１１ａが可撓性の蓄熱材収容材１１ｂに収容された構成を有するので、蓄熱パネル材１１の形状は実質的には潜熱蓄熱材１１ａの形状によって構成される。
【００１９】
蓄熱パネル材１１は、パラフィン類を主成分として形成された弾性体の潜熱蓄熱材１１ａが、可撓性を有する材料で形成された蓄熱材収容材１１ｂに収容された構成を有するので、蓄熱パネル材１１の載置面に沿った変形が可能であり、また、そのような変形を伴っても蓄熱性への影響が極めて少ない。
【００２０】
加熱ヒータ１２は、電熱線が九十九折り状に配線されて構成されて平面熱源を構成しており、複数の蓄熱パネル材１１のそれぞれのパネル底面１４側に設けられている。加熱ヒータ１２には温度センサ（図示せず）が設けられている。
【００２１】
加熱ヒータ１２は、蓄熱パネル材１１のパネル底面１４側に形成された溝に電線ヒータが嵌め込まれて固定された構成を有してもよく、また、安定した設置構造が得られるように蓄熱パネル材１１と係合構造を構成するものであってもよい。加熱ヒータ１２は、蓄熱パネル材１１の配設ピッチが均等となるように蓄熱パネル材１１間に設けられるスペーサを有していてもよい。
【００２２】
コントローラ１３は、加熱ヒータ１２及びそれに取り付けられた温度センサが接続されており、温度センサにより検知した加熱ヒータ１２の温度に基づいて内蔵したマイクロコンピュータにより加熱ヒータ１２への給電制御を行うように構成されている。
【００２３】
図２は実施形態１に係る土壌加温装置１０を用いた土壌構造２０を示す。
【００２４】
この実施形態１に係る土壌構造２０では、地中に上記土壌加温装置１０の蓄熱パネル材１１が埋設された構成、具体的には、加熱ヒータ１２が敷設された上に複数の蓄熱パネル材１１が幅方向に間隔をおいて並設され、その上に土Ｓが被せられた構成を有する。土壌加温装置１０の地表からの埋設深さは、蓄熱パネル材１１の温度に基づいて土中熱抵抗計算により適正に設定されるが、例えば２００〜１０００ｍｍである。埋設深さは、蓄熱パネル材１１が植物Ｐに接触しない深さであることが好ましい。蓄熱パネル材１１間の間隔は例えば５０〜３００ｍｍである。実施形態１に係る土壌構造２０では、土壌加温装置１０の埋設深さにもよるが、土壌は例えば１５〜４０℃に加温される。
【００２５】
以上の実施形態１に係る土壌構造２０によれば、以下の作用効果を得ることができる。まず、蓄熱槽やエア循環ファン等のような大掛かりな構成を必要としない。チップ状の蓄熱材を土壌に混ぜる構成ではないので、植物Ｐの根が接触する範囲において、チップ状の蓄熱材が存在することにより、養分源となる土Ｓの比率が少なくなることもない。しかも、チップ状の蓄熱材のように土Ｓの入れ換え時に蓄熱材の入れ換えが必要になることはなく、土壌加温装置１０の蓄熱パネル材１１を再使用することができる。蓄熱パネル材１１が加熱ヒータ１２に接触して設けられているので、良好な熱効率を得ることができる。
【００２６】
また、実施形態１に係る土壌構造２０によれば、蓄熱パネル材１１が植物Ｐに接触しない深さに埋設されたような場合、その加熱温度を若干高めに設定する必要があるものの、土中は熱損失も小さく、従って、消費電力が過大となることはない。逆に、例えば、ビニールハウス内で使用するような場合、土中を暖めることにより、ビニールハウス内の設定温度を低めに設定しても植物Ｐの生育に適した環境を得ることができ、却って省エネルギー効果を得ることができる。
【００２７】
さらに、実施形態１に係る土壌構造２０によれば、水を与えた場合には、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５の傾斜面により、水が傾斜に沿って排水されることとなるので、それによって蓄熱パネル材１１上に水が溜まるのを防ぐことができ、植物Ｐの根腐れ等を防止することができる。
【００２８】
（実施形態２）
図３は実施形態２に係る土壌加温装置１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。
【００２９】
実施形態２に係る土壌加温装置１０では、蓄熱パネル材１１は、パネル底面１４が平面に形成されている一方、パネル上面１５が幅方向の一方から他方に一方向に傾斜した傾斜面に形成されている。つまり、蓄熱パネル材１１は、載置状態において、パネル上面１５が水平に対して傾斜した部分を有する。パネル上面１５の傾斜面のパネル底面１４に対する傾斜角度は例えば３０〜７０°である。このように、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５が傾斜面に形成されていることにより、水を与えた場合には、水がその傾斜に沿って排水されることとなるので、それによって蓄熱パネル材１１上に水が溜まるのを防ぐことができ、植物の根腐れ等を防止することができる。
【００３０】
その他の構成、作用効果は実施形態１と同一である。
【００３１】
（実施形態３）
図４は実施形態３に係る土壌加温装置１０における蓄熱パネル材１１を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。
【００３２】
実施形態３に係る土壌加温装置１０では、蓄熱パネル材１１は、蓄熱材収容材１１ｂが剛性を有する材料で形成された容器で構成され、その蓄熱材収容材１１ｂの容器に潜熱蓄熱材１１ａが充填されて収容された構成を有する。蓄熱材収容材１１ｂを形成する材料としては、例えば、耐腐食性の高いポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどの樹脂、錆を生じないステンレスなどの金属、陶器等が挙げられる。
【００３３】
蓄熱パネル材１１は、パネル底面１４が平面に形成されている一方、パネル上面１５が中央から両側に傾斜した横断面山形に形成されている。つまり、蓄熱パネル材１１は、載置状態において、パネル上面１５が水平に対して傾斜した部分を有する。このように、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５が傾斜面を有することにより、水を与えた場合には、水がその傾斜に沿って排水されることとなるので、それによって蓄熱パネル材１１上に水が溜まるのを防ぐことができ、植物の根腐れ等を防止することができる。なお、実施形態３では、蓄熱パネル材１１が、潜熱蓄熱材１１ａが剛性を有する材料で形成された容器である蓄熱材収容材１１ｂに収容された構成を有するので、蓄熱パネル材１１の形状は実質的には蓄熱材収容材１１ｂの形状によって構成される。
【００３４】
その他の構成、作用効果は実施形態１と同一である。
【００３５】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜３では、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５がパネル底面１４に対して傾斜した部分を有する構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図５に示すように、パネル上面１５がパネル底面１４に対して平行な構成であってもよい。
【００３６】
上記実施形態１〜３では、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５が幅方向に傾斜した構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図６（ａ）に示すように、パネル上面１５が中央から長さ方向の両側に傾斜した構成であってもよく、また、図６（ｂ）に示すように、パネル上面１５が長さ方向の一方端から他方端に向かって傾斜した構成であってもよい。
【００３７】
上記実施形態１〜３では、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５がパネル底面１４に対して傾斜した部分を有することにより排水性を高めた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図７（ａ）に示すように、蓄熱パネル材１１が厚さ方向に貫通した透水孔１１ｃを有することにより排水性を高めた構成であってもよく、また、勿論、図７（ｂ）に示すように、蓄熱パネル材１１のパネル上面１５がパネル底面１４に対して傾斜した部分を有し、それに加えて透水孔１１ｃが形成された構成であってもよい。
【００３８】
上記実施形態１〜３では、電熱線による加熱ヒータ１２によって蓄熱材加熱手段を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、ヒートポンプで加熱した温水を流通させる温水配管によって蓄熱材加熱手段を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は土壌加温装置及びそれを用いた土壌構造について有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  土壌加温装置
１１  蓄熱パネル材
１１ａ  潜熱蓄熱材
１１ｂ  蓄熱材収容材
１２  加熱ヒータ（蓄熱材加熱手段）
１３  コントローラ
１４  パネル底面
１５  パネル上面
２０  土壌構造
Ｓ  土
Ｐ  植物
【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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