(57)【要約】【課題】  ヒートポンプを構成する冷媒回路の圧縮機に吸い込まれる冷媒温度の状態を常に最適なものとすることができるヒートポンプ装置、及び、当該ヒートポンプ装置を利用して、殺菌対象を効果的に殺菌処理することができるヒートポンプ式殺菌装置を提供する。【解決手段】  圧縮機１１、放熱部１２、減圧装置としての膨張弁１３及び吸熱部１４等から冷媒回路が構成され、吸熱部１４にて空気以外の吸熱対象（養液）より吸熱し、放熱部１２にて利用するヒートポンプ１０により構成されるヒートポンプ式殺菌装置１において、吸熱部１４出口から圧縮機１１吸込側に至る冷媒回路中に、冷媒と空気とを熱交換させるための空気熱交換器６０を備え、空気熱交換器６０において、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の温度を空気温度に近付ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等から冷媒回路が構成され、前記吸熱部にて空気以外の吸熱対象より吸熱し、前記放熱部にて利用するヒートポンプ装置において、
前記吸熱部出口から前記圧縮機吸込側に至る冷媒回路中に、冷媒と空気とを熱交換させるための空気熱交換器を備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記空気熱交換器において、前記圧縮機に吸い込まれる冷媒の温度を空気温度に近付けることを特徴とする請求項１のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記空気熱交換器に送風する送風機を備え、前記圧縮機の起動時、前記送風機の回転数を上昇させることを特徴とする請求項１又は請求項２のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記吸熱部をバイパスして冷媒を前記空気熱交換器に流すバイパス回路と、冷媒を前記吸熱部に流すか、前記バイパス回路に流すかを制御する流路制御装置とを備え、
前記吸熱対象の温度が所定の凍結危惧温度以下となった場合に、前記流路制御装置により冷媒を前記バイパス回路に流すことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記バイパス回路は、前記減圧装置を経た冷媒を前記空気熱交換器に流すことを特徴とする請求項４のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記減圧装置を膨張弁にて構成し、前記吸熱対象の温度が所定の凍結危惧温度以下となった場合に、前記膨張弁の弁開度を拡張させることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記吸熱部と前記空気熱交換器の間に第２の膨張弁を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項６のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記吸熱部入口側の膨張弁により当該吸熱部における冷媒温度を少なくとも前記吸熱対象の温度以上に上昇させると共に、前記第２の膨張弁により前記空気熱交換器内の冷媒蒸発温度を少なくとも前記空気温度未満に制御することを特徴とする請求項７のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記放熱部の出口側に設けられ、冷媒と空気とを熱交換させるための空気放熱器を備え、該空気放熱器と前記空気熱交換器を一体化したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又は請求項８のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８又は請求項９のヒートポンプ装置の前記放熱部にて殺菌対象を殺菌することを特徴とするヒートポンプ式殺菌装置。
【請求項１１】
前記放熱部を経た前記殺菌対象を前記吸熱部に流し、当該殺菌対象を前記吸熱対象として当該吸熱部により冷却することを特徴とする請求項１０のヒートポンプ式殺菌装置。
【請求項１２】
前記ヒートポンプ装置を複数備え、各ヒートポンプ装置の前記放熱部にて前記殺菌対象を殺菌することを特徴とする請求項１０又は請求項１１のヒートポンプ式殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等から冷媒回路が構成され、吸熱部にて空気以外の吸熱対象より吸熱し、放熱部にて利用するヒートポンプ装置及びそれを用いたヒートポンプ式殺菌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種ヒートポンプ装置、例えば液体の殺菌等を行うヒートポンプ式殺菌装置では、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等を順次接続することにより冷媒回路が構成されている。そして、このヒートポンプ式殺菌装置は、ヒートポンプ内に冷媒が充填されており、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒ガスが放熱部で放熱するときの熱を利用して殺菌対象である液体を加熱殺菌するものであった。
【０００３】
また、加熱殺菌された後の液体は、吸熱部の吸熱作用を利用して加熱前の温度まで冷却されていた。これにより、加熱殺菌された高温の液体を当該吸熱部の冷媒により効果的に冷却して、所定温度まで低下した後、使用することが可能となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２７６０３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のヒートポンプ装置では、吸熱部で蒸発して低温となり、吸熱部を出た冷媒は完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合があった。この場合には、圧縮機に液冷媒が吸い込まれて、圧縮機が液圧縮にて損傷を受ける恐れがあった。
【０００５】
一方、吸熱部にて冷却部を流れる流体と熱交換して、冷媒が過熱された場合には、圧縮機に吸い込まれる冷媒が高温であるため、圧縮機自体も高温にさらされ、係る高温により圧縮機の電動要素（モータ）が劣化するなど、圧縮機の耐久性が低下すると云った問題も生じていた。
【０００６】
他方、吸熱部における冷媒温度が非常に低い場合には、当該吸熱部と交熱的に配設され冷却部の液体が熱を奪われることにより、凍結する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等から冷媒回路が構成され、吸熱部にて空気以外の吸熱対象より吸熱し、放熱部にて利用するものであって、吸熱部出口から圧縮機吸込側に至る冷媒回路中に、冷媒と空気とを熱交換させるための空気熱交換器を備えたものである。
【０００８】
請求項２の発明のヒートポンプ装置では、上記発明に加えて空気熱交換器において、圧縮機に吸い込まれる冷媒の温度を空気温度に近付けるものである。
【０００９】
請求項３の発明のヒートポンプ装置では、上記各発明に加えて空気熱交換器に送風する送風機を備え、圧縮機の起動時、送風機の回転数を上昇させるものである。
【００１０】
請求項４の発明のヒートポンプ装置では、上記各発明に加えて吸熱部をバイパスして冷媒を空気熱交換器に流すバイパス回路と、冷媒を吸熱部に流すか、バイパス回路に流すかを制御する流路制御装置とを備え、吸熱対象の温度が所定の凍結危惧温度以下となった場合に、流路制御装置により冷媒を前記バイパス回路に流すものである。
【００１１】
請求項５の発明のヒートポンプ装置では、請求項４の発明に加えてバイパス回路は、減圧装置を経た冷媒を空気熱交換器に流すものである。
【００１２】
請求項６の発明のヒートポンプ装置では、請求項１、請求項２又は請求項３の発明に加えて減圧装置を膨張弁にて構成し、吸熱対象の温度が所定の凍結危惧温度以下となった場合に、膨張弁の弁開度を拡張させるものである。
【００１３】
請求項７の発明のヒートポンプ装置では、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項６の発明に加えて吸熱部と空気熱交換器の間に第２の膨張弁を設けたものである。
【００１４】
請求項８の発明のヒートポンプ装置では、請求項７の発明に加えて吸熱部入口側の膨張弁により当該吸熱部における冷媒温度を少なくとも吸熱対象の温度以上に上昇させると共に、第２の膨張弁により空気熱交換器内の冷媒蒸発温度を少なくとも空気温度未満に制御するものである。
【００１５】
請求項９の発明のヒートポンプ装置では、上記各発明に加えて放熱部の出口側に設けられ、冷媒と空気とを熱交換させるための空気放熱器を備え、この空気放熱器と空気熱交換器を一体化したものである。
【００１６】
請求項１０の発明のヒートポンプ式殺菌装置は、上記各発明のヒートポンプ装置の放熱部にて殺菌対象を殺菌するものである。
【００１７】
請求項１１の発明のヒートポンプ式殺菌装置では、請求項１０の発明に加えて放熱部を経た殺菌対象を吸熱部に流し、当該殺菌対象を吸熱対象として当該吸熱部により冷却するものである。
【００１８】
請求項１２の発明のヒートポンプ式殺菌装置では、請求項１０又は請求項１１の発明に加えてヒートポンプ装置を複数備え、各ヒートポンプ装置の放熱部にて殺菌対象を殺菌するものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等から冷媒回路が構成され、吸熱部にて空気以外の吸熱対象より吸熱し、放熱部にて利用するヒートポンプ装置において、吸熱部出口から圧縮機吸込側に至る冷媒回路中に、冷媒と空気とを熱交換させるための空気熱交換器を備えたので、例えば請求項２の如く空気熱交換器において、圧縮機に吸い込まれる冷媒の温度を空気温度に近付けることにより、圧縮機に吸い込まれる冷媒を最適な状態とすることができるようになる。
【００２０】
これにより、圧縮機に高温冷媒が吸い込まれて電動要素が過熱される不都合を未然に回避することができるようになる。また、圧縮機に吸い込まれる冷媒温度を空気温度に近づけることで圧縮機に液冷媒が吸い込まれて液圧縮すると云った不都合も回避することができるようになる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて空気熱交換器に送風する送風機を備え、圧縮機の起動時、送風機の回転数を上昇させるので、圧縮機停止時に空気熱交換器や吸熱部に溜まった液冷媒を早期に蒸発させることができるようになる。
【００２２】
これにより、圧縮機起動時の冷媒回路内の冷媒状態を迅速に安定な状態へと導くことができるようになり、ヒートポンプ装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて吸熱部をバイパスして冷媒を空気熱交換器に流すバイパス回路と、冷媒を吸熱部に流すか、バイパス回路に流すかを制御する流路制御装置とを備え、吸熱対象の温度が所定の凍結危惧温度以下となった場合に、流路制御装置により冷媒を前記バイパス回路に流すので、吸熱部の冷媒と熱交換する吸熱対象が凍結する不都合を未然に回避することができるようになる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明に加えてバイパス回路は、減圧装置を経た冷媒を空気熱交換器に流すので、空気熱交換器にて冷媒を蒸発させることができるようになる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３の発明に加えて減圧装置を膨張弁にて構成し、吸熱対象の温度が所定の凍結危惧温度以下となった場合に、膨張弁の弁開度を拡張させるので、吸熱部にて冷媒と熱交換することで吸熱対象が凍結する不都合を回避することができるようになる。
【００２６】
請求項７の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項６の発明に加えて吸熱部と空気熱交換器の間に第２の膨張弁を設けたので、例えば請求項８の如く吸熱部入口側の膨張弁により当該吸熱部における冷媒温度を少なくとも吸熱対象の温度以上に上昇させると共に、第２の膨張弁により空気熱交換器内の冷媒蒸発温度を少なくとも空気温度未満に制御することにより、圧縮機に吸い込まれる冷媒を最適な状態とすることができるようになる。
【００２７】
これにより、圧縮機に高温の冷媒が吸い込まれて電動要素が過熱される不都合を未然に回避することができるようになる。
【００２８】
請求項９の発明によれば、上記各発明に加えて放熱部の出口側に設けられ、冷媒と空気とを熱交換させるための空気放熱器を備え、この空気放熱器と空気熱交換器を一体化したので、当該冷媒回路を備えたヒートポンプ装置の省スペース化を図ることができるようになる。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、上記各発明のヒートポンプ装置の放熱部にて殺菌対象を殺菌するので、ヒートポンプの吸熱部にて汲み上げた熱を放熱部に搬送することにより、効率的な加熱殺菌を実現して、省エネルギー型の殺菌装置を提供することができるようになる。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、請求項１０の発明に加えて放熱部を経た殺菌対象を吸熱部に流し、当該殺菌対象を吸熱対象として当該吸熱部により冷却するので、吸熱部により殺菌処理された後の殺菌対象を効果的に冷却することができるようになる。特に、高温の殺菌対象をそのまま返送することができない再循環式の水耕栽培システムにおいて養液の殺菌処理に特に有効となる。
【００３１】
また、ヒートポンプの放熱部における急激な加熱と、吸熱部における急激な冷却により、殺菌対象に急激な温度変化によるストレスを与えることができるようになり、より一層高い殺菌作用を得ることができるようになる。
【００３２】
請求項１２の発明によれば、請求項１０又は請求項１１の発明に加えてヒートポンプ装置を複数備え、各ヒートポンプ装置の放熱部にて殺菌対象を殺菌するので、大量の殺菌対象を処理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するため、ヒートポンプを構成する冷媒回路の圧縮機に吸い込まれる冷媒温度の状態を常に最適なものとすることができるヒートポンプ装置、及び、当該ヒートポンプ装置を利用して、殺菌対象を効果的に殺菌処理することができるヒートポンプ式殺菌装置を提供する。
【実施例１】
【００３４】
図１は本発明を適用したヒートポンプ装置の一実施例としてのヒートポンプ式殺菌装置１の概略構成図を示している。本実施例におけるヒートポンプ式殺菌装置１は、例えば後に詳述する水耕栽培システムに用いられる養液（殺菌対象）の加熱殺菌処理を行うものである。図１において２は本実施例における殺菌対象としての養液を貯留した養液槽であり、養液タンク２Ａと養液タンク２Ｂとから構成されている。これらは図示しない回路にて接続されている。養液タンク２Ａは、ポンプ３が介設された流路４を介して熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａ、加熱部５、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂ、冷却部９とモード切換手段としての三方弁４２が順次接続され、当該三方弁４２の一方の出口が流路４３を介して養液タンク２Ｂに接続され、養液の循環サイクルを構成している。尚、三方弁４２の残りの出口は、流路４４を介して直接ポンプ３が介設された流路４に接続される。また、前記熱回収用熱交換器３２は、吸熱側３２Ａを通る殺菌対象としての殺菌処理前の養液と放熱側３２Ｂを通る殺菌処理した後の養液との熱交換を行うものである。
【００３５】
また、図１において１０はヒートポンプであり、当該ヒートポンプ１０には、冷媒配管１５を介して圧縮機１１と、放熱部１２と、空気放熱器４６と、減圧装置としての電動式膨張弁１３及び吸熱部１４等が順次接続されて環状の冷媒回路を構成している。また、吸熱部１４の出口から圧縮機１１の吸込側に至る冷媒回路中には冷媒と空気とを熱交換させるための空気熱交換器６０が設けられており、この空気熱交換器６０の近傍には当該空気熱交換器６０に空気を通風するための熱交換用の送風機６０Ｆが設置されている。尚、前記空気放熱器４６は放熱部１２の出口側に設けられ、放熱部１２からの冷媒と空気とを熱交換させるための補助放熱部であり、近傍には冷却用送風機４６Ｆが設置されている。
【００３６】
ここで、放熱部１２を流れる冷媒は、上記養液が循環する加熱部５と対向流となるように設けられると共に、吸熱部１４は同じく養液が循環する冷却部９と交熱的に設けられている。尚、圧縮機１１は密閉容器内に電動要素（モータ）とそれにより駆動される回転圧縮要素とを収納して成るロータリコンプレッサである。尚、本実施例において、ヒートポンプ１０内には、冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。
【００３７】
図１中、５０は加熱部５から流出した養液の温度を検出する温度センサであり、当該温度センサ５０にて検出される養液の温度に基づき、ポンプ３が制御されている。５１は冷却部９から流出した養液の温度を検出する温度センサであり、当該温度センサ５１に基づき、空気放熱器４６の送風機４６Ｆの運転制御が行われている。
【００３８】
また、５２は加熱部５に流入する養液の温度を検出する温度センサであり、当該温度センサ５２に基づき、圧縮機１１の運転が制御されている。５３は圧縮機１１から出た冷媒の温度を検出する冷媒温度センサで、当該冷媒温度センサ５３の出力に基づき膨張弁１３の開度制御が行われている。
【００３９】
以上の構成により、この場合のヒートポンプ式殺菌装置１の動作について説明する。ヒートポンプ１０の圧縮機１１に設けられた図示しないターミナルから、圧縮機１１の密閉容器内に設けられた前記電動要素のステータコイルに通電されると、電動要素が起動して図示しないロータが回転する。この回転により図示しない回転軸と一体に設けられた偏芯部に嵌合されたローラが前記回転圧縮要素のシリンダ内を偏芯回転する。これにより、前記シリンダの低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラとベーンの動作により圧縮されて例えば＋１２０℃の高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダの高圧室側から吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００４０】
ここで、係る圧縮機１１の起動時において、空気熱交換器６０の近傍に設置された送風機６０Ｆの回転数は通常の運転時より上昇されるように制御されている。即ち、通常の運転を行った後に圧縮機１１が停止されると、冷媒回路中で最も温度が低い吸熱部１４や空気熱交換器６０に冷媒が集まり易く、この状態で圧縮機１１を再起動した場合、吸熱部１４や空気熱交換器６０内に溜まった液冷媒が気化して通常の冷媒回路の状態となるまでに著しく時間を要する。また、再起動時に液のまま冷媒が戻って液圧縮する恐れもあった。
【００４１】
しかしながら、圧縮機１１の起動時に空気熱交換器６０の送風機６０Ｆの回転数を上昇させることで、空気熱交換器６０に溜まった冷媒を早期に蒸発させることができる。これにより、冷媒回路内の状態を迅速に安定な状態へと導くことができるようになる。また、吸熱部１４からの液冷媒も空気熱交換器６０にて蒸発させることができるようになる。従って、圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる不都合を回避することができるようになる。
【００４２】
一方、圧縮機１１から吐出された冷媒ガスは放熱部１２に流入し、そこで当該放熱部１２と交熱的に配設された加熱部５と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。尚、このヒートポンプ１０は、高圧側が超臨界圧力となるので、放熱部１２において冷媒（ＣＯ2）は液化することなく超臨界の状態を維持したままで温度が低下する。
【００４３】
そして、放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは、空気放熱器４６にて更に冷却された後、膨張弁１３に至る。尚、膨張弁１３の入口では冷媒ガスは未だ超臨界の状態である。そして、冷媒は膨張弁１３における圧力低下により、気体／液体の二相混合状態とされ、その状態で吸熱部１４内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、当該吸熱部１４と交熱的に配設された冷却部９から吸熱（熱の汲み上げ）することにより冷却作用を発揮した後、空気熱交換器６０に流入する。
【００４４】
ここで、前記吸熱部１４において冷却部９を流れる養液と熱交換した冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合がある。この場合、空気熱交換器６０を通過させて空気と熱交換させることで、冷媒は空気温度である＋２０℃程度まで加熱され、完全に気体となる。
【００４５】
これにより、吸熱部１４から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、圧縮機１１が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００４６】
一方、吸熱部１４において冷却部９を流れる養液の温度が非常に高く、当該養液から吸熱することにより、冷媒が過熱されて高温となる場合もある。この場合には、空気熱交換器６０を通過させて空気と熱交換させることで、冷媒は空気に熱を奪われて当該空気温度である＋２０℃程度まで冷却される。
【００４７】
これにより、吸熱部１４から出た冷媒温度を当該空気熱交換器６０にて空気温度（＋２０℃程度）まで冷却することができるようになり、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒温度が高すぎて、圧縮機１１が過熱されたり、当該圧縮機１１の電動要素が過熱されて、劣化するなどの不都合を未然に回避することができるようなる。
【００４８】
このように、吸熱部１４から出た冷媒を空気熱交換器６０を通過させて空気と熱交換させることで、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒を最適な状態とすることができるようになる。これにより、圧縮機１１の耐久性の向上を図ることができるようになる。
【００４９】
尚、空気熱交換器６０を出た冷媒は再び圧縮機１１内に吸い込まれ、圧縮されるサイクルを繰り返す。
【００５０】
一方、養液タンク２Ａの養液は、前述の如く温度センサ５０にて検出される養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃となるように、例えば２Ｌ／ｍｉｎの割合で、養液の循環サイクル内（経路内）を養液が流れるようにポンプ３が運転されている。即ち、養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃より高い場合には経路内を流れる冷媒の流速（割合）が２Ｌ／ｍｉｎより速くなるようにポンプ３の回転数を上昇させる。また、養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃より低い場合には経路内を流れる冷媒の流速（割合）が２Ｌ／ｍｉｎより遅くなるようにポンプ３の回転数を低下させる。このように、温度センサ５０の出力に基づき、ポンプ３の運転を制御することで、養液の温度（温度Ｂ）を予め設定した所定の温度（本実施例では、＋９０℃）に維持することができるようになる。これにより、加熱部５における養液の加熱殺菌を確実に行うことができるようになる。
【００５１】
そして、養液槽２の養液タンク２Ａの養液はポンプ３より熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａに流入し、ここで養液は加熱処理された後の養液から熱を奪い、加熱作用を受ける。そして、熱回収用熱交換器３２の吸熱部３２Ａから流出した養液は、加熱部５に搬送される。加熱部５では、上述した如くヒートポンプ１０の放熱部１２と熱交換することにより、養液は＋９０℃まで昇温される。
【００５２】
尚、加熱部５に流入する養液の温度を検出する温度センサ５２により圧縮機１１の運転が制御されている。即ち、温度センサ５２にて検出される養液温度が低いときには圧縮機１１の回転数を上昇させる。これにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が上昇するため、放熱部１２において冷媒と熱交換する加熱部５の養液の温度を前述の所定温度（＋９０℃）まで上昇させることができるようになる。
【００５３】
また、温度センサ５２にて検出される養液温度が高いときには圧縮機１１の回転数を低下させて、圧縮機１１から吐出される冷媒温度を抑える。これにより、加熱部５を通過する養液が＋９０℃より高温に加熱される不都合を回避することができる。
【００５４】
更に、放熱部１２から加熱部５に与えられる熱は超臨界圧力にまで圧縮され、凝縮することのない高温冷媒によるものであるため、加熱部５の入口から出口まで略均一の割合で養液を昇温させることができる。そのため、冷媒と養液との温度差が加熱部５の入口から出口に渡って略均一化され、熱交換時のエネルギーロスが少なくなり、効率的な加熱殺菌を実現することができるようになる。
【００５５】
そして、加熱部５にて加熱された養液は、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを通り、ここで前記加熱殺菌処理前の養液と熱交換することにより熱を奪われて、冷却される。その後、養液は冷却部９内に流入し、上述した如くヒートポンプ１０の吸熱部１４の冷媒と熱交換することにより、更に冷却され、所定の温度、例えば＋２０℃にまで冷却される。
【００５６】
ここで、冷却部９における養液の冷却温度は、冷却部９から流出した養液の温度を検出する温度センサ５１に基づき空気放熱器４６の送風機４６Ｆの運転を制御することにより、精度良く制御される。即ち、温度センサ５１にて検出される養液の温度（温度Ａ）が例えば＋２０℃となるように送風機４６Ｆの運転が制御されている。そして、養液の温度（温度Ａ）が＋２０℃より高い場合には送風機４６Ｆの回転数を上昇させて、空気放熱器４６において冷媒をより放熱させると共に、＋２０℃より低い場合には送風機４６Ｆの回転数を下げて空気放熱器４６における冷媒の放熱が少なくなるように制御されている。
【００５７】
これにより、養液の温度（温度Ａ）を＋２０℃に維持することができるようになる。特に、高温の養液（殺菌対象）をそのまま返送することができない再循環式の水耕栽培システムにおいて、本発明のヒートポンプ式殺菌装置を適用した場合に養液の殺菌処理に特に有効となる。
【００５８】
また、膨張弁１３の開度は冷媒温度センサ５３にて検出される冷媒温度が＋１２０℃となるように制御されている。
【００５９】
他方、養液タンク２Ａ及び養液タンク２Ｂ内の養液の殺菌処理が終了すると、作業者は、ポンプ３の運転を停止すると共に、ヒートポンプ１０の運転を停止する。このとき、流路４、熱回収用熱交換器３２、加熱部５、冷却部９などの経路内の養液は、ポンプ３の運転停止により、内部に残留する。そして、次回、ポンプ３が運転され、殺菌処理が再開されるまでは、常温に維持されることとなる。そのため、これら内部経路に残留した養液は、運転終了時には僅かな菌が残留しているだけであるが、次回の殺菌処理開始時までに、大量の菌が増殖する。そして、大量の菌が混入した養液は、次回の殺菌運転時に養液タンク２Ｂ内に流入することとなるため、当該養液の殺菌処理の有効性が失われる問題がある。
【００６０】
そこで、当該殺菌処理の運転開始前に、経路の加熱殺菌を実行する。ヒートポンプ１０は上記養液の加熱殺菌の場合と同様に、運転を開始して、冷媒を適切な超臨界圧力まで圧縮した後、放熱部１２に吐出させる。放熱部１２において冷媒は当該放熱部１２と交熱的に配設された加熱部５と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。
【００６１】
放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは空気放熱器４６に流入する。ここで、当該経路の加熱殺菌運転では前記膨張弁１３が全開とされており、吸熱部１４における冷媒と、当該吸熱部１４と交熱的に配設された冷却部９を流れる養液との熱交換は行われない。
【００６２】
吸熱部１４を出た冷媒は空気熱交換器６０に入り、ここで、周囲の空気と熱交換することにより放熱して、圧縮機に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００６３】
一方、流路４や熱回収用熱交換器３２、加熱部５、冷却部９により構成される経路内の養液は、当該経路の加熱殺菌運転では、三方弁４２が流路４４側に切り換えられていることから、例えば２Ｌ／ｍｉｎの割合で、ポンプ３より熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａに流入し、ここで養液は加熱処理された後の養液から熱を奪い、加熱作用を受ける。熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａから流出した養液は、加熱部５に搬送される。加熱部５では、上述した如くヒートポンプ１０の放熱部１２と熱交換することにより、養液は所定の温度にまで昇温される。
【００６４】
係る経路の加熱殺菌においても、放熱部１２から加熱部５に与えられる熱は、超臨界圧力にまで圧縮された高温冷媒であるため、加熱部５の入口から出口まで略均一の割合で養液を昇温させることができる。これにより、冷媒と養液との温度差が加熱部の入口から出口に渡って略均一化され、熱交換時のエネルギーロスが少なくなり、効率的な加熱殺菌を実現することができるようになる。
【００６５】
そして、加熱部５にて加熱された養液は、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを通り、ここで前記加熱殺菌処理前の養液と熱交換することにより熱を奪われて少許冷却される。その後、養液は上述した如く熱交換が行われない冷却部９内に流入し、再び三方弁４２を介してポンプ３により熱回収用熱交換器３２に送出される。これにより、経路内の養液は上述の如く循環することにより昇温され、本実施例では、温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となるまで当該経路内の養液の循環を行う。尚、このとき、経路内は該経路内の養液が昇温されることから圧力が上昇するが、ポンプ３と、三方弁４２に接続された流路４４との間において、養液タンク２Ａの流路４が開放して接続されていることから、当該圧力により、養液タンク２Ａ内の養液を経路内に供給され、経路内の圧力上昇を防止することができる。
【００６６】
このように、経路の加熱殺菌において、ヒートポンプ１０の吸熱部１４による吸熱を停止させた状態で、冷却部９を経た殺菌対象としての養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱部５に送る循環を行うため、経路内に残留した養液を効果的に加熱することができ、経路内を循環させながら、加熱殺菌処理することができるようになる。
【００６７】
このため、経路内に残留した養液を効果的に殺菌することができ、再び養液タンク２Ａ内の養液を殺菌する場合に、殺菌処理後の経路内の残留液を養液タンク２Ｂに送ることができるようになる。そのため、上述した殺菌対象の処理の終了後に、経路内の残留液が放置され、菌の増殖が生じた場合であっても、経路の加熱殺菌を実行した後に、経路内の残留養液を養液タンク２Ｂに送ることにより、該養液タンク２Ｂや２Ａへの菌の混入を回避することができるようになる。
【００６８】
その後、上述した如く温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となった時点で、膨張弁１３を絞ることで、吸熱部１４による吸熱が再開され、養液の冷却が実行される。係る養液の冷却では、冷却部９を経た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱部５に送る循環を行いながら、冷却部９において冷却を行うため、経路の加熱殺菌運転において加熱された経路内の養液を、通常の殺菌運転における温度に近づけることができる。
【実施例２】
【００６９】
次に、図２を参照して本発明のヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式殺菌装置の第２の実施例について説明する。図２はこの場合のヒートポンプ式殺菌装置１００の概略構成図を示している。尚、図２において図１と同一の符号が付されているものは同一、若しくは、同様の効果を奏するものとする。
【００７０】
図２において、７０は吸熱部１４をバイパスして冷媒を空気熱交換器６０に流すバイパス回路である。当該バイパス回路７０への冷媒流通は流路制御装置としての電磁弁７２にて制御さている。即ち、この電磁弁７２は膨張弁１３にて減圧された冷媒を吸熱部１４に流すか、バイパス回路７０に流すかを制御している。そして、温度センサ５１にて検出される養液（吸熱対象）の温度が所定の凍結危惧温度、例えば＋５℃以下となった場合に、電磁弁７２が開放されバイパス回路７０に冷媒が流れる。一方、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃より高い場合には電磁弁７２によりバイパス回路７０が閉塞されるため、膨張弁１３にて減圧された冷媒は吸熱器１４に流れる。
【００７１】
次に、この場合のヒートポンプ式殺菌装置１００の動作を説明する。ヒートポンプ１０の圧縮機１１に設けられた図示しないターミナルから、圧縮機１１の密閉容器内に設けられた前記電動要素のステータコイルに通電されると、電動要素が起動して図示しないロータが回転する。この回転により図示しない回転軸と一体に設けられた偏芯部に嵌合されたローラが前記回転圧縮要素のシリンダ内を偏芯回転する。これにより、前記シリンダの低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラとベーンの動作により圧縮されて例えば＋１２０℃の高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダの高圧室側から吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００７２】
圧縮機１１から吐出された冷媒ガスは放熱部１２に流入し、そこで当該放熱部１２と交熱的に配設された加熱部５と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。尚、ここヒートポンプ１０は、高圧側が超臨界圧力となるので、放熱部１２において冷媒（ＣＯ2）は液化することなく気体の状態を維持したままで温度が低下する。
【００７３】
そして、放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは、空気放熱器４６にて更に放熱した後、膨張弁１３に至る。尚、膨張弁１３の入口では冷媒ガスは未だ超臨界の状態である。そして、冷媒は膨張弁１３における圧力低下により、気体／液体の二相混合状態とされる。
【００７４】
ここで、前述した如く温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃より高いの場合には、電磁弁７２によりパイパス回路７０は閉塞されているため、膨張弁１３で減圧された冷媒は吸熱部１４に流れる。そして、吸熱部１４内に流入した冷媒はそこで当該吸熱部１４と交熱的に配設された冷却部９の養液（吸熱対象）から吸熱することにより冷却作用を発揮して蒸発した後、空気熱交換器６０に流入する。
【００７５】
空気熱交換器６０に流入した冷媒は、前記実施例の如き空気と熱交換して最適な状態とされた後、再び圧縮機１１内に吸い込まれ、圧縮されるサイクルを繰り返す。
【００７６】
他方、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃以下の場合には、電磁弁７２が開かれ、バイパス回路７０が開放される。これにより、膨張弁１３で減圧された冷媒はバイパス回路７０に流れる。従って、膨張弁１３で減圧された冷媒は吸熱部１４を通過すること無く、バイパス回路７０を経て空気熱交換器６０に流入する。そこで、冷媒は周囲の空気から吸熱することにより蒸発する。
【００７７】
このように、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃以下の場合には膨張弁１３にて減圧された冷媒を吸熱部１４に流さずに、バイパス回路７０を通過させることで、吸熱部１４と交熱的に設けられた冷却部９を通過する養液は冷却され無い。即ち、冷却部９にて養液が吸熱部１４を流れる冷媒に熱を奪われて更に冷却され、凍結危惧温度である＋５℃以下に低下する不都合を回避することができる。これにより、養液が凍結する不都合を未然に回避することができる。
【００７８】
尚、バイパス回路７０を通過した冷媒は、空気熱交換器６０に流入し、そこで送風機６０Ｆにて送風される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して蒸発した後、再び圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００７９】
このように、膨張弁１３にて減圧された冷媒をバイパス回路７０から空気熱交換器６０に流すことで、吸熱部１４を通過させること無く、冷媒を蒸発させて、所定の温度（＋２０℃）、且つ、気体の状態とすることができるので、この場合であっても、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の状態を最適なものとすることができる。
【００８０】
尚、本実施例において、バイパス回路７０は吸熱部のみをバイパスするものとしたが、これに限らず、図２中破線で示す如く膨張弁１３もバイパスさせるものとした場合であっても構わない。
【００８１】
他方、本実施例の場合も上記実施例の如く養液タンク２Ａ及び養液タンク２Ｂ内の養液の殺菌処理が終了すると、作業者は、ポンプ３の運転を停止すると共に、ヒートポンプ１０の運転を停止する。このとき、流路４、熱回収用熱交換器３２、加熱部５、冷却部９などの経路内の養液は、ポンプ３の運転停止により、内部に残留し、次回、ポンプ３が運転され、殺菌処理が再開されるまでは、常温に維持されることとなる。そのため、これら内部経路に残留した養液は、運転終了時には僅かな菌が残留しているだけであるが、次回の殺菌処理開始時までに、大量の菌が増殖する。そして、大量の菌が混入した養液は、次回の殺菌運転時に養液タンク２Ｂ内に流入することとなるため、当該養液の殺菌処理の有効性が失われる問題がある。
【００８２】
そこで、当該殺菌処理の運転開始前に、経路の加熱殺菌を実行する。ヒートポンプ１０は上記養液の加熱殺菌の場合と同様に、運転を開始して、冷媒を適切な超臨界圧力まで圧縮した後、放熱部１２に吐出させる。放熱部１２において冷媒は当該放熱部１２と交熱的に配設された加熱部５と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。
【００８３】
放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは空気放熱器４６に流入する。ここで、当該経路の加熱殺菌運転では前記電磁弁７２が開かれ、バイパス回路７０が開放されており、膨張弁１３で減圧された冷媒はバイパス回路７０に流れる。これにより、膨張弁１３で減圧された冷媒は吸熱部１４を通過すること無く、バイパス回路７０を経て空気熱交換器６０に流入し、そこで周囲の空気と熱交換して蒸発する。
【００８４】
従って、養液は冷却部９にて冷却されないので、養液を所定の温度（＋６０℃）まで加熱することができるようになる。
【００８５】
尚、空気熱交換器６０にて蒸発した冷媒は、圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００８６】
このように、ヒートポンプ１０の吸熱部１４による吸熱を停止させた状態で、冷却部９を経た殺菌対象としての養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱部５に送る循環を行うため、経路内に残留した養液を効果的に加熱することができ、経路内を循環させながら、加熱殺菌処理することができるようになる。
【００８７】
このため、経路内に残留した養液を効果的に殺菌することができ、再び養液タンク２Ａ内の養液を殺菌する場合に、殺菌処理後の経路内の残留液を養液タンク２Ｂに送ることができるようになる。そのため、上述した殺菌対象の処理の終了後に、経路内の残留液が放置され、菌の増殖が生じた場合であっても、経路の加熱殺菌を実行した後に、経路内の残留養液を養液タンク２Ｂに送ることにより、該養液タンク２Ｂや２Ａへの菌の混入を回避することができるようになる。
【００８８】
その後、前記実施例の如く温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となった時点で、電磁弁７２を閉じてバイパス回路７０を閉塞することで、吸熱部１４による吸熱が再開され、養液の冷却が実行される。係る養液の冷却では、冷却部９を経た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱部５に送る循環を行いながら、冷却部９において冷却を行うため、経路の加熱殺菌運転において加熱された経路内の養液を、通常の殺菌運転における温度に近づけることができる。
【００８９】
尚、従来の経路の加熱殺菌運転では、膨張弁１３にて冷媒を減圧しない構成とされていたため、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の状態は、空気熱交換器６０における空気温度により、該空気温度が低過ぎる場合には、当該空気熱交換器６０にて冷媒は空気と充分に熱交換できず、液冷媒のまま圧縮機１１へ吸い込まれる恐れがあった。一方、空気温度が高すぎる場合には、空気熱交換器６０にて冷媒が過熱され、この状態で圧縮機１１に吸い込まれることで圧縮機１１や電動要素が過熱されて劣化する等のなど不都合が生じていた。
【００９０】
しかしながら、本実施例の経路の加熱殺菌運転では温度センサ５３にて検出される圧縮機１１からの冷媒吐出温度に基づいて膨張弁１３を制御すると共に、当該膨張弁１３により適度に減圧した冷媒を空気放熱器６０にて蒸発させることが可能となるので、上記のような不都合を未然に解消することができるようになる。
【実施例３】
【００９１】
次に、図３を参照して本発明のヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式殺菌装置の第３の実施例について説明する。図３はこの場合のヒートポンプ式殺菌装置２００の概略構成図を示している。尚、図３において図１及び図２と同一の符号が付されているものは同一、若しくは、同様の効果を奏するものとする。
【００９２】
図３において、８０は吸熱部１４と空気熱交換器６０の間に介設された第２の膨張弁である。この第２の膨張弁８０の弁開度は温度センサ１５１の出力に基づき制御されている。
【００９３】
この温度センサ１５１は、冷却部９にて冷却された養液温度を検出するための温度センサであり、この温度センサ１５１の出力に基づき、膨張弁１３及び膨張弁８０が制御されている。
【００９４】
次に、この場合のヒートポンプ式殺菌装置２００の動作を説明する。ヒートポンプ１０の圧縮機１１に設けられた図示しないターミナルから、圧縮機１１の密閉容器内に設けられた前記電動要素のステータコイルに通電されると、電動要素が起動して図示しないロータが回転する。この回転により図示しない回転軸と一体に設けられた偏芯部に嵌合されたローラが前記回転圧縮要素のシリンダ内を偏芯回転する。これにより、前記シリンダの低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラとベーンの動作により圧縮されて例えば＋１２０℃の高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダの高圧室側から吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００９５】
圧縮機１１から吐出された冷媒ガスは放熱部１２に流入し、そこで当該放熱部１２と交熱的に配設された加熱部５と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。尚、このヒートポンプ１０は、高圧側が超臨界圧力となるので、放熱部１２において冷媒（ＣＯ2）は液化することなく気体の状態を維持したままで温度が低下する。
【００９６】
そして、放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは、空気放熱器４６にて更に放熱した後、膨張弁１３に至る。尚、膨張弁１３の入口では冷媒ガスは未だ超臨界の状態である。
【００９７】
ここで、前述の如く温度センサ１５１の出力に基づき、膨張弁１３及び膨張弁８０が制御されている。即ち、膨張弁１３及び膨張弁８０は温度センサ１５１にて検出される養液の温度に基づき、吸熱部１４の入口側に位置する膨張弁１３により、吸熱部１４における冷媒温度が少なくても養液（吸熱対象）の温度以上、膨張弁８０により空気熱交換器６０内の冷媒温度が少なくとも空気温度未満（例えば、＋２０℃程度）となるように開度制御されている。このように、吸熱部１４における冷媒温度が少なくても養液の温度以上となるように膨張弁１３を制御することで、当該吸熱部１４と交熱的に配設された冷却部９を流れる養液を冷却することができるようになる。また、空気熱交換器６０内の冷媒温度が少なくとも空気温度未満（例えば、＋２０℃程度）となるように膨張弁８０を制御することで、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒を最適な状態とすることができるようになる。これにより、圧縮機１１に高温の冷媒が吸い込まれて、圧縮機１１及び当該圧縮機１１の電動要素が過熱されて劣化する不都合を未然に回避でき、圧縮機１１の耐久性の向上を図ることができるようになる。
【００９８】
そして、上記の如く制御された膨張弁１３にて減圧されることにより、冷媒は気体／液体の二相混合体とされ、吸熱部１４に流入し、そこで、当該吸熱部１４と交熱的に配設された冷却部９から吸熱することにより、冷却作用を発揮して、蒸発する。そして吸熱部１４にて蒸発した冷媒は、膨張弁８０にて更に減圧される。また、膨張弁８０は上述の如く温度センサ１５１の出力に基づき制御されており、当該膨張弁８０にて冷媒は更に減圧され、空気熱交換器６０に流入する。
【００９９】
空気熱交換器６０に流入した冷媒は、空気と熱交換して空気温度未満の最適な状態とされた後、再び圧縮機１１に吸い込まれ、圧縮されるサイクルを繰り返す。
【０１００】
一方、温度センサ１５１にて検出される養液の温度が凍結危惧温度（＋５℃）以下となった場合には、上記制御に関わらず、膨張弁１３の開度を拡張させて、例えば膨張弁１３を全開とする。これにより、吸熱部１４に流入した冷媒は、冷却部９を流れる養液から吸熱すること無く、そこから出て膨張弁８０に入る。これにより、冷却部９の養液は吸熱部１４の冷媒により熱を奪われて冷却され無いので、当該養液が＋５℃以下の冷凍危惧温度以下に低下する不都合を回避することができる。従って、養液が凍結する不都合を未然に回避することができるようになる。
【０１０１】
この場合、吸熱部１４を出た冷媒は、膨張弁８０で減圧され、気体／液体の二相混合体とされた後、空気熱交換器６０に流入し、そこで送風機６０Ｆにて送風される空気から吸熱することにより、蒸発した後、圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【０１０２】
尚、本実施例においても、上記各実施例の如く殺菌処理の運転開始前に、経路の加熱殺菌を実行する。ヒートポンプ１０は上記養液の加熱殺菌の場合と同様に、運転を開始して、冷媒を適切な超臨界圧力まで圧縮した後、放熱部１２に吐出させる。放熱部１２において冷媒は当該放熱部１２と交熱的に配設された加熱部５と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。
【０１０３】
放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは空気放熱器４６に流入する。ここで、当該経路の加熱殺菌運転では前記膨張弁１３が開かれると共に、膨張弁８０が温度センサ５３の出力に基づき開度調整されている。これにより、吸熱部１４における冷媒と、当該吸熱部１４と交熱的に配設された冷却部９を流れる養液との熱交換は行われない。
【０１０４】
従って、養液は冷却部９にて冷却されないので、養液を所定の温度（＋６０℃）まで加熱することができるようになる。
【０１０５】
一方、吸熱部１４を出た冷媒は膨張弁８０にて減圧された後、空気熱交換器６０に流入しそこで周囲の空気から吸熱して蒸発した後、圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【０１０６】
このように、ヒートポンプ１０の吸熱部１４による吸熱を停止させた状態で、冷却部９を経た殺菌対象としての養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱部５に送る循環を行うため、経路内に残留した養液を効果的に加熱することができ、経路内を循環させながら、加熱殺菌処理することができるようになる。
【０１０７】
このため、経路内に残留した養液を効果的に殺菌することができ、再び養液タンク２Ａ内の養液を殺菌する場合に、殺菌処理後の経路内の残留液を養液タンク２Ｂに送ることができるようになる。そのため、上述した殺菌対象の処理の終了後に、経路内の残留液が放置され、菌の増殖が生じた場合であっても、経路の加熱殺菌を実行した後に、経路内の残留養液を養液タンク２Ｂに送ることにより、該養液タンク２Ｂや２Ａへの菌の混入を回避することができるようになる。
【０１０８】
その後、前記実施例の如く温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となった時点で、膨張弁１３を絞ることで、吸熱部１４による吸熱が再開され、養液の冷却が実行される。係る養液の冷却では、冷却部９を経た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱部５に送る循環を行いながら、冷却部９において冷却を行うため、経路の加熱殺菌運転において加熱された経路内の養液を、通常の殺菌運転における温度に近づけることができる。
【０１０９】
尚、本実施例の経路の加熱殺菌運転においても、温度センサ５３にて検出される圧縮機１１からの冷媒吐出温度に基づいて膨張弁８０を制御することで、当該膨張弁８０にて冷媒を適度に減圧して、空気熱交換器６０にて蒸発させることが可能となる。これにより、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒を最適な状態にすることが可能となる。従って、圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる液バックや、圧縮機１１に高温の冷媒が吸い込まれて過熱されるなどの不都合を未然に解消することができるようになる。
【実施例４】
【０１１０】
尚、実施例１乃至実施例３におけるヒートポンプ式殺菌装置１、１００、２００では、一つのヒートポンプ１０を用いて養液の加熱殺菌を実行するものとしたが、これに限らず、図４に示す如く複数のヒートポンプ１０・・・を並設して加熱殺菌を実行するものとしても良い。この場合には、大量の養液を一度に加熱殺菌処理することが可能となる。
【実施例５】
【０１１１】
更に、上記各実施例において空気放熱器４６と空気熱交換器６０とを一体化させた場合であっても、本発明は有効である。この場合の空気放熱器４６と空気熱交換器６０とを一体化させた熱交換器９０Ａを図５に示す。図５の熱交換器９０Ａは、空気放熱器４６の冷媒配管９２と空気熱交換器６０の冷媒配管９４が蛇行状に形成されており、この蛇行状の部分には複数のフィン９５・・が取り付けられている。また、図示しないファンの通風に対して空気放熱器４６と空気熱交換器６０のどちらか一方の冷媒配管が上流側となり、残りの一方の冷媒配管が下流側となるように配置されている。
【０１１２】
これにより、例えばファンによる通風に対して空気放熱器４６の冷媒配管９２が上流側となるように設置した場合には、空気放熱器４６における冷媒の放熱能力を向上させることができるようになる。また、ファンによる通風に対して空気熱交換器６０の冷媒配管９４が上流側となるように設置した場合には、空気熱交換器６０における冷媒の熱交換能力を向上させることができるようになる。
【０１１３】
また、図５の熱交換器９０Ａに限らず、図５の熱交換器９０Ｂの如く空気放熱器４６の冷媒配管９２と空気熱交換器６０の冷媒配管９４とを上下に配設して、ファンによる通風による熱交換能力を同じとした場合であっても構わない。
【０１１４】
このように、空気放熱器４６と空気熱交換器６０を一体化させることで、空気放熱器４６と空気熱交換器６０とを別々に設けた場合より、設置スペースを縮小でき、ヒートポンプ１０の省スペース化を図ることができるようになる。
【実施例６】
【０１１５】
ここで、上述した本発明のヒートポンプ式殺菌装置１、１００、２００、３００を水耕栽培システムに採用した場合の実例を、図７を用いて説明する。図７において養液タンク１３６に蓄えられた２次養液（２次養液とは、栽培床１３５で植物、或いはベッドに吸収されなかった養液）は循環ポンプ１３７で送り出され、活性炭などが用いられた濾過タンク１３１で有機物などのゴミが除去された後、貯液タンク１３２に流入し、そこで一旦貯液される。貯液タンク１３２に貯留された養液は、糸巻きフィルターなどからなるカートリッジフィルター１３３に流入し濾過タンクで除去されなかったゴミが除去された後、導入口１０２から前述した本発明のヒートポンプ式殺菌装置１（又は１００、２００、３００）における養液槽２の養液タンク２Ａ内に流入する。
【０１１６】
養液槽２の養液タンク２Ａに流入した養液は、前述の如く経路を循環され、ヒートポンプ式殺菌装置１（１００、２００、３００）により加熱殺菌処理されて養液中に繁殖する菌、特に、栽培床１３５中の植物としての作物１３８の根を傷めるフザリウム菌或いは他の細菌など（以降これらを病原菌と称す）が取り除かれる。このように病原菌が取り除かれた養液槽２の養液タンク２Ｂ内の養液は排出口１０４より流出して養液調整タンク１３４に流入する。この場合、例えば１日に１回、夜間などにヒートポンプ式殺菌装置１（１００、２００、３００）及びポンプ３を運転し、養液槽２の養液タンク２Ａの養液の加熱殺菌処理を行うものとする。
【０１１７】
尚、１４０は用水（この場合、用水には水道水或いは地下水などが用いられる）で、循環経路を循環する養液は、作物１３８に吸収され、また、自然蒸発により少なくなっていくので、少なくなった養液量分の用水１４０が補充される。
【０１１８】
また、養液調整タンク１３４は、栽培床１３５内の養液に栽培床１３５に植え付けられた作物１３８の生育に不足している養分がある場合、肥料調整装置１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄ（この場合、作物１３８の生育に不足すると思われるマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、他肥料（養分）などがそれぞれ別々に肥料調整装置１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄ内に収納されている）から不足する養分が選択されて養液調整タンク１３４内に投入される。
【０１１９】
これにより、養液調整タンク１３４内は、栽培床１３５に植え付けられた作物１３８の生育に適した養分を含んだ養液に調整される。そして、作物１３８の生育に適した養分に調整された養液は、養液調整タンク１３４から供物１３８が植え付けられた栽培床１３５に流入し、そこで、所定量の養液が作物１３８に吸収され、養分が薄くなった２次養液は排水されて養液タンク１３６に戻り再度循環ポンプ１３７で送り出されリサイクル液として循環を繰り返す。
【０１２０】
このように、栽培床１３５から出た２次養液を当該栽培床１３５に再循環させる経路中にヒートポンプ式殺菌装置１（又は、１００、２００、３００）を設けることにより、養液及び２次養液が流れる経路を循環する養液中に含まれる病原菌を効率的に加熱殺菌することが可能となる。また、本発明のヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式殺菌装置１（又は、１００、２００、３００）では、加熱殺菌した後、所定の温度まで冷却して養液槽２に返送するため、高温の養液をそのまま返送することが不可能な水耕栽培システムで特に有効となる。
【０１２１】
また、養液の加熱及び冷却は、上述した如くヒートポンプ１０を利用して行われるため、従来のように電気ヒータを用いた養液の加熱殺菌に対して大量のエネルギーも不要となり、大幅な省エネルギー化を図ることが可能となる。
【０１２２】
更にまた、オゾン、紫外線を用いて養液中に繁殖する病原菌の殺菌を行っていないので、養液中に含まれる鉄やマンガン濃度の低下を抑えることが可能となる。これにより、栽培床１３５で栽培する作物１３８の鉄やマンガン欠乏症を防止することができるようになる。また、従来の殺菌剤を用いた場合に起こり易い毒性物質の残留や蓄積による作物１３８自体及び作物１３８を食した人畜への悪影響を阻止することが可能となり、総じて、循環系路駐の病原菌の除去効果を著しく改善することができ、クリーンで衛生的な作物１３８を栽培することができるようになる。また、電解により殺菌処理を行うことができない水耕栽培システムにおいても有効となる。
【０１２３】
また、実施例のヒートポンプ式殺菌装置１（又は、１００、２００、３００）による加熱殺菌処理では、上述した如く温度センサ５１の出力により、冷却部９から流出する温度に基づいて送風機４６の運転及び膨張弁１３の開度が制御されるため、養液槽２の養液タンク２Ｂに返送される養液の温度を確実に、例えば＋２０℃に冷却することができる。
【０１２４】
更にまた、前述の如く加熱殺菌処理を夜間に行えば、例えば＋２０℃の状態で養液が養液槽２に返送され、栽培床１３５に送られることにより、特に、冬季の夜間において運転するので、栽培床１３５が設けられるハウス内の暖房も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明のヒートポンプ装置を適用した一実施例のヒートポンプ式殺菌装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例２のヒートポンプ式殺菌装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例３のヒートポンプ式殺菌装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施例４のヒートポンプ式殺菌装置の概略構成図である。
【図５】本発明のヒートポンプ式殺菌装置の空気放熱器と空気熱交換器とを一体化した熱交換器の斜視図である。
【図６】本発明のヒートポンプ式殺菌装置の空気放熱器と空気熱交換器とを一体化したもう一つの熱交換器の斜視図である。
【図７】本発明のヒートポンプ式殺菌装置を適用した水耕栽培システムを説明する図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１、１００、２００、３００  ヒートポンプ式殺菌装置
２  養液槽
２Ａ、２Ｂ  養液タンク
３  ポンプ
４  流路
５  加熱部
９  冷却部
１０  ヒートポンプ
１１  圧縮機
１２  放熱部
１３  膨張弁
１４  吸熱部
１５  冷媒配管
３２  熱回収用熱交換器
４２  三方弁
４３、４４  流路
４６  空気放熱器
５０、５１、５２、５３  温度センサ
６０  空気熱交換器
８０  膨張弁
１３２  貯液タンク
１３３  カートリッジフィルター
１３４  養液調整タンク
１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄ  肥料調整装置
１３５  栽培床
１３６  養液タンク
１３７  循環ポンプ
１３８  作物
１４０  用水
【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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