(57)【要約】  植物を栽培するための温室（１０）は、作物を栽培するための栽培領域（１２）と、栽培領域の温室内部気候を制御するための気候制御システムとを含む。この制御システムは、温室空気を除湿するための凝縮器（４８）、凝縮器の空気入口の上流の栽培領域に由来する温室空気と凝縮器の空気出口の下流の凝縮器内の除湿された温室空気との間の熱交換のための温室空気熱交換器（３２）と、温室空気が温室空気熱交換器をバイパスすることを可能にするための第１の制御可能なバイパス（４２；５５）と、制御可能なファン（５６）と、熱交換器の空気排出口および栽培領域と流体連通し、温室の外部環境から周囲空気を導入するための制御可能な入口（６２）および栽培領域と流体連通する空気のための制御可能なファン（１７）を有する出口（６５）を有する混合チャンバ（１４）とを備える。
2022501070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を成長させるための温室（１０）であって、前記温室は、
作物を育てる栽培領域（１２）と、
前記栽培領域の温室内部気候を制御するための気候制御システムと、
を備え、
前記気候制御システムは、
温室空気を除湿するための凝縮器（４８）であって、温室空気を供給する空気入口（４６）および除湿された空気を排出するための空気出口（５４）を空気側に有し、かつ水性液体流を供給する液体入口（５０）および前記凝縮器内で熱交換された水性液体流を排出する液体出口（５２）を液体側に有する、凝縮器（４８）と、
前記凝縮器の前記空気入口の上流の前記栽培領域に由来する温室空気と、前記凝縮器の前記空気出口の下流の前記凝縮器で除湿された温室空気との間で熱交換するための温室空気熱交換器（３２）であって、前記温室内部気候からの温室空気の空気入口（３４）であって、温室空気熱交換器を介して前記凝縮器の前記空気入口（４６）に接続された空気入口（３４）と、熱交換され除湿された温室空気の空気排出口（５８）であって、前記温室空気熱交換器を介して前記凝縮器の前記空気出口（５４）に接続される、空気排出口（５８）とを備える、温室空気熱交換器（３２）と、
温室空気が前記温室空気熱交換器をバイパスすることができる第１の制御可能なバイパス（４２；５５）と、
前記温室空気熱交換器および前記凝縮器を通る温室空気の流れを生成するよう構成された制御可能なファン（５６）と、
前記温室空気熱交換器の前記空気排出口と流体連通し、かつ温室空気を導入するために前記栽培領域と流体連通する混合チャンバ（１４）であって、温室外部環境から周囲空気を導入するための制御可能な入口（６２）と、前記栽培領域に流体連通する空気のための出口（６５）とを有する混合チャンバ（１４）と、
前記混合チャンバから前記温室栽培領域への空気の流れを生成するための前記出口の制御されたファン（１７）と、
を備える、温室。
【請求項２】
前記第１の制御可能なバイパス（４２）が前記凝縮器の前記空気入口に流体的に接続されている、請求項１に記載の温室。
【請求項３】
前記第１の制御可能なバイパス（５５）が前記凝縮器の前記空気出口および前記温室空気熱交換器の前記空気排出口の間に設けられている、請求項１または２に記載の温室。
【請求項４】
前記温室空気熱交換器の前記空気排出口（５８）が前記混合チャンバに配置された空気分配器（６０）に接続され、熱交換され除湿された温室空気を前記混合チャンバ内に分配する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の温室。
【請求項５】
前記温室空気熱交換器の前記空気入口（３４）が周囲空気を導入するための前記制御可能な入口より高い位置に配置され、好ましくは、前記空気入口（３４）は、空気分配器（６０）よりも高い位置に配置される、請求項４に記載の温室。
【請求項６】
前記栽培領域に流体連通する空気のための前記出口（６５）は、前記温室空気熱交換器の前記空気入口の下に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の温室。
【請求項７】
前記凝縮器（４８）および温室空気熱交換器（３２）は、前記混合チャンバ，の内部に配置され、前記混合チャンバは、好ましくは、前記温室の作業および保守スペース（いわゆる「回廊」）である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の温室。
【請求項８】
前記凝縮器（４８）および温室空気熱交換器（３２）は、前記混合チャンバの外側に配置され、前記混合チャンバは、好ましくは前記温室のヘッド壁に配置され、より好ましくはヘッド支持ポスト（６６）の間に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の温室。
【請求項９】
前記凝縮器で熱交換された前記水性液体流を、好ましくは水の凝固点以下に冷却するよう構成されたヒートポンプ（７０）をさらに備え、熱交換のために前記凝縮器で使用された前記水性液体流が入るためのヒートポンプ入口と、冷却された水性液体流を排出するためのヒートポンプ出口とを有し、前記ヒートポンプ入口は、前記凝縮器の前記液体出口に接続され、前記ヒートポンプ出口は、前記凝縮器の前記液体入口に接続される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の温室。
【請求項１０】
前記冷却された水性液体流および氷を一時的に保存するための貯蔵器（７２）をさらに備え、前記ヒートポンプから液体流を供給するための貯蔵入口であって、中間導管（７６）を介して前記ヒートポンプ出口に接続された貯蔵器入口と、水性液体流を排出するための貯蔵出口であって、水性冷却液体供給導管（５０）を介して前記凝縮器の前記液体入口に接続された貯蔵出口とを有する、請求項９に記載の温室。
【請求項１１】
前記栽培領域（１２）は、複数の栽培区画（１６）を備え、各栽培区画は、少なくとも１つの気候制御システムに接続される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の温室。
【請求項１２】
前記気候制御システムの前記凝縮器は、請求項８に記載の単一のヒートポンプおよび／または請求項９に記載の貯蔵器に接続される、請求項１１に記載の温室。
【請求項１３】
前記制御可能なファン（５６）は、前記温室空気熱交換器（３２）の上流に配置され、前記制御可能なバイパス（４２）は、一端部が前記温室空気熱交換器の前記空気入口（３４）に接続され、他端部が前記凝縮器（４８）の前記空気入口（４６）に接続される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の温室。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の温室を運用する方法であって、前記凝縮器の凝縮能力が温室内部気候を所定のレベルの温度、湿度および二酸化炭素に維持するのに十分である場合は、前記温室は、周囲空気の入口から混合チャンバに周囲空気を導入せずに閉鎖状態で運用され、前記凝縮器の凝縮能力が前記温室内部気候を所定のレベルの温度、湿度および二酸化炭素に維持するのに不十分である場合は、前記温室は、周囲空気の前記入口から前記混合チャンバに周囲空気を導入する半閉鎖状態で運用される、方法。
【請求項１５】
栽培領域の温室内部気候を制御するための気候制御システムであって、
温室空気を除湿するための凝縮器（４８）であって、温室空気を供給する空気入口（４６）および除湿された空気を排出するための空気出口（５４）を空気側に有し、かつ水性液体流を供給する液体入口（５０）および前記凝縮器内で熱交換された水性液体流を排出する液体出口（５２）を液体側に有する、凝縮器（４８）と、
前記凝縮器の前記空気入口の上流の前記栽培領域に由来する温室空気と、前記凝縮器の前記空気出口の下流の前記凝縮器で除湿された温室空気との間で熱交換するための温室空気熱交換器（３２）であって、前記温室内部気候からの温室空気の空気入口（３４）であって、温室空気熱交換器を介して前記凝縮器の前記空気入口（４６）に接続された空気入口（３４）と、熱交換され除湿された温室空気の空気排出口（５８）であって、前記温室空気熱交換器を介して前記凝縮器の前記空気出口（５４）に接続される、空気排出口（５８）とを備える、温室空気熱交換器（３２）と、
温室空気が前記温室空気熱交換器をバイパスすることができる第１の制御可能なバイパス（４２；５５）と、
前記温室空気熱交換器および前記凝縮器を通る温室空気の流れを生成するよう構成された制御可能なファン（５６）と、
前記温室空気熱交換器の前記空気排出口と流体連通し、かつ温室空気を導入するために前記栽培領域と流体連通する混合チャンバ（１４）であって、温室外部環境から周囲空気を導入するための制御可能な入口（６２）と、前記栽培領域に流体連通する空気のための出口（６５）とを有する混合チャンバ（１４）と、
前記混合チャンバから前記温室栽培領域への空気の流れを生成するための前記出口の制御されたファン（１７）と、
を備える、気候制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は、気候制御システムを有する、花、作物、果物および／または野菜などの植物を成長させるための温室、気候制御システム、および温室を運用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温室では、植物の最適な成長を可能にするために、内部気候の条件が制御される。これらの栽培条件は、多くの場合、設備への投資と運用コストに対して、表面積あたりの質と量の観点から収量と利益を最大化することを目的としている。栽培する植物の種類の特定の要件と、温度、湿度、光の入射（太陽放射および／またはランプ）などの実際の屋外条件に応じて、これらの栽培条件は、主に空気の湿度、気温、温室の内部空気の二酸化炭素レベルに関係する。
【０００３】
成長の間に、植物は水を蒸発させる。それを考慮すると、温室の空気を除湿し、望ましい湿度レベルを維持するための対策が講じられない限り、温室内部空気の空気湿度は継続的に増加する。伝統的に、湿気のある内部空気の一部は、温室の窓（屋根）を開くことによって環境に排出され、外部からの新鮮で比較的乾燥した空気に置き換えられていた。現在、外気を吸い込んで温室に吹き込むためのファンを備えたアクティブベントシステムが使用されている。
【０００４】
このようなシステムの例は、特許文献１から知られており、パッド壁冷却装置で選択的に冷却された周囲空気は、分離された部分（「回廊」としても知られている）を介して、チューブまたは他の分配手段によって温室に導入され、温室内の空気を冷やして除湿する。温室内の空気は、回廊を介して再利用され、導入された周囲の空気と混合されて、温室内に戻される前に目的の温度と湿度が確立される。チューブまたは回廊には、その中を流れる空気を冷却または加熱するための熱交換器を設けることができる。過剰な空気は、従来の温室ベントによって温室から排出することができる。実際の実施形態では、特に高温気候（高湿度と低湿度の両方）において、水の蒸発による外気の断熱冷却のための回廊とパッド壁冷却装置を有する温室が知られており、比較的小さな湿度不足（最大湿度に対する、引き込まれた温室空気の実際の湿度の差）で温室空気を除湿するために、大量の空気（温室空気と周囲空気の組み合わせ）が循環される（たとえば、６０〜１２０ｍ３／ｍ２ｈｒ）。
【０００５】
一般に、湿気のある温室内の空気を外部からの乾燥した空気に置き換えることには、いくつかの欠点がある。特に実際の大量生産における大きな懸念の１つは、温室内の最適な栽培条件には、通常外気のＣＯ２含有量の２〜３倍のＣＯ２レベルが含まれるため、この置換によって室内空気の二酸化炭素レベルが低下することである。ＣＯ２レベルが低いと、成長率が低下する。ＣＯ２レベルを望ましい値または範囲に維持するために、たとえば煙道ガスから得られる、またはＣＯ２の直接注入によって二酸化炭素を追加することができる。ＣＯ２が局所で発生する煙道ガスに由来する場合、どこかで熱が発生するため、常に有益な方法で同時に使用できるとは限らない。したがって、全体的なエネルギー効率に影響を与える可能性がある。最適な栽培条件には、高い日光の入射と適切な温度も含まれる。最適な栽培条件下では、光合成による水生成が最大であるため、湿度除去の必要性が最も高くなる。特許文献１で提案されている大量のベントは、ＣＯ２レベルの維持の観点から経済的ではない。
【０００６】
さらに、特許文献１の実際の回廊の実施形態では、パッド壁の冷却により、環境からの周囲空気の湿度が上昇する。温室内の空気を除湿するためには、大量の周囲空気が必要となる。
【０００７】
別の欠点は、温室の空気を排出することにより、温室の空気に含まれる熱が失われることである。
【０００８】
外部からの周囲空気によって温室内空気気候をリフレッシュすることの別の欠点は、通常、周囲空気が温室内空気よりも低い温度を有するため、望ましい栽培温度を維持するために、温室内の一般的な温室内空気温度とほぼ同じように予熱する必要があることである。この予熱は、温室のエネルギー効率に悪影響を及ぼす。
【０００９】
これらの不利な点を軽減するために、いわゆる閉鎖型温室の概念が開発された。温室内の空気は、周囲の空気と交換したり置換されたりすることなく（または水門などによる必然的な漏れのために非常に制限されて）、本質的に温室内に保たれるため、温室内の空気を必要な温度と二酸化炭素レベルに維持することがより経済的になる。これらの概念には、多くの場合、冷却された熱交換面で凝縮することによる温室内の空気の除湿が含まれる。
【００１０】
しかし、前述のように、成長中の植物による水生成は最適な条件下で最も高く、最も高い凝縮能力が必要となる。したがって、これらの条件下で温室を作動できるようにするためには、凝縮のための熱交換能力をそれに応じて設計する必要があり、これには高い投資費用が伴う。
【００１１】
最高の凝縮能力に対するこの必要性は、温室の地理的位置および関連する気候条件に応じて、１年および１日にわたる限られた期間にのみ発生する可能性がある。本出願人は、この必要性は全体で年間の８〜１５％に過ぎないと推定している。
【００１２】
閉鎖型温室運転の投資費用が高いもう１つの理由は、温室の空気は特定の最低温度までしか冷却および除湿できないという事実である。この閾値を下回ると、冷却された空気がより高い温度と湿度の温室の空気と混合された場合に凝縮が発生する。作物に滴り落ちる結露は、作物の品質に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願第２００８／０００１５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、特定の設置された凝縮能力が与えられた場合に、一年の本質的な部分にわたって栽培条件を維持することを可能にする本質的に閉じた状態で運用でき、設置された凝縮能力が不十分である場合に、効率的なエネルギー消費の下で半閉鎖状態で運用できる温室を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、凝縮器の下流の低温（したがって、深部除湿）で運用できる気候制御システムを提供することであり、これにより、従来技術のシステムと比較して、気候制御ユニットの数を減らしながら、循環温室空気の望ましい温度と湿度の達成可能性を維持することができる。
【００１６】
さらに別の目的は、調整後に凝縮液が空気の流れに存在し、それが栽培領域に戻るリスクを回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
したがって、本発明は、植物を成長させるための温室を提供し、温室は、
作物を育てる栽培領域と、
栽培領域の温室内部気候を制御するための気候制御システムと、
を備え、気候制御システムは、
温室空気を除湿するための凝縮器であり、空気側には温室空気を供給するための空気入口と除湿空気を排出するための空気出口を有し、液体側には水性液体流を供給するための液体入口と凝縮器内で熱交換された水性液体流を排出する液体出口を有する凝縮器と、
凝縮器の空気入口の上流の栽培領域に由来する温室空気と凝縮器の空気出口の下流の凝縮器で除湿された温室空気との間の熱交換のための温室空気熱交換器であって、温室内気候からの温室空気の空気入口であって、空気入口は、温室空気熱交換器を介して凝縮器の空気入口に接続された空気入口と、熱交換され除湿された温室空気の空気排出口であって、凝縮器の空気出口は、温室空気熱交換器を介して空気排出口に接続される、空気排出口とを備える、温室空気熱交換器と、
温室空気が温室空気熱交換器をバイパスすることを可能にするための第１の制御可能なバイパスと、
温室空気熱交換器および凝縮器を通る温室空気の流れを生成するように構成された制御可能なファンと、
温室空気熱交換器の空気排出口と流体連通し、温室空気を導入するために栽培領域と流体連通し、温室外部環境から周囲空気を導入するための制御可能な入口、および栽培領域と流体連通する空気のための出口を有する混合チャンバと、
混合チャンバから温室栽培領域への空気の流れを生成するための出口における制御可能なファンと、
を備える。
【００１８】
本発明による温室は、植物が成長する栽培領域、凝縮器、少なくとも部分的にバイパスすることができる温室空気熱交換器、必要に応じて温室の外から周囲空気を供給する混合チャンバ、およびファンなどの様々な流れを確立するための適切なポンプ手段によって温室内部空気を所定の条件に調整するように構成された気候制御システム備える。さまざまな構成要素は、センサーや適切な制御弁などを備えた導管によって接続される。制御システムは、システム構成要素と弁を制御するために存在し、それらに動作可能に接続されている。
【００１９】
典型的には、温室内空気は、栽培区画から引き出され、その少なくとも一部は、好ましくは向流構成を有する温室空気熱交換器に送られる。温室空気熱交換器では、入ってくる温室空気が、凝縮器で凝縮された出ていく除湿された温室空気に熱を伝達する。温室空気熱交換器と凝縮器を通る空気流は、例えば温室空気熱交換器の空気入口又は空気排出口における制御可能なファンおよび温室空気熱交換器を越える制御可能なバイパスによって決定される。制御可能なバイパスは、熱交換器の供給部、その排出部、または供給部と排出部の両方に配置することができる。
【００２０】
温室空気熱交換器を出る除湿および熱交換された空気は、典型的には混合チャンバの内部に配置された空気分配器によって混合チャンバに供給される。熱交換器と凝縮器のアセンブリをバイパスする栽培領域からの温室の空気と、凝縮され熱交換された温室の空気は、混合チャンバ内で混合される。混合チャンバには、混合チャンバから栽培領域に空気を戻すように構成された出口が設けられる。この戻り空気の流れは、出口における制御可能なファンによって決定される。凝縮器は通常、温室の空気を深く冷却し、温室の空気を除湿するように構成されている。栽培領域に戻される温室の空気の湿度は、栽培されている作物には低すぎる可能性がある。このような状況では、凝縮器の動作を調整する代わりに、除湿および熱交換された温室空気を熱交換器と凝縮器のアセンブリをバイパスする温室空気と混合することが有利である。これにより、凝縮器をエネルギー効率の高い動作モードに維持できる一方、栽培領域に戻される空気の湿度は、それぞれの流れを決定する出口の制御可能なファンおよび／または温室の空気を温室空気熱交換器と凝縮器のアセンブリに引き込む制御可能なファンを調整することによって決定される。混合チャンバには、外部環境から混合チャンバに周囲空気を入れるための制御された入口も設けられる。
【００２１】
好ましくは向流構成を有する凝縮器に入る前に、除湿される温室空気は、凝縮器から戻される除湿された温室空気の流れに対して温室空気熱交換器で予冷され、除湿された温室空気はそれによって予熱される。温室空気熱交換器は、好ましくは向流構成を有し、混合チャンバによって温室内部に戻される除湿された温室空気を予熱することにより、除湿に必要な冷気の約３５〜５０％を引き出すことができる。これにより、凝縮器とその冷却能力を同様に低減することができる。
【００２２】
したがって、温室空気熱交換器では、凝縮後の温室空気の温度が温室栽培区画の温度の近くに戻され、新鮮な周囲空気を導入することなく混合チャンバを通って栽培領域に戻される。これにより、エネルギー消費量を抑えながら、環境へのＣＯ２の損失を発生させることなく、ＣＯ２レベル、温度、湿度をその時点で最適な値に調整することができる。凝縮器から利用できるようになる熱は、ヒートポンプを使用することなど、他の目的で加熱するために再利用することができる。凝縮（水）は、栽培区画でも再利用できる。
【００２３】
通常、設置された凝縮能力は、温室を１年の主要期間中、閉鎖状態で望ましいレベルの温度、湿度、および二酸化炭素を維持するのに十分である。つまり、温室の空気を意図的に環境に放出したり、新鮮な空気を環境から導入したりする必要はない。ただし、設置された凝縮能力が不十分な場合、温室は半閉鎖状態で運転され、温室の空気の一部を排出して外部からの新鮮な空気に置き換える必要がある。通常、このような状況では、周囲空気の温度は、栽培領域に導入するための望ましい温度よりも高い。周囲の空気は、制御された方法で混合チャンバに導入され、熱交換され除湿された温室の空気と混合され、混合流として栽培領域に供給される。周囲空気が熱すぎる場合には、栽培領域からの温室空気の一部は、温室空気熱交換器をバイパスし、凝縮器に直接供給される、および／又は凝縮後の温室空気は、温室空気熱交換器をバイパスし、熱交換器の空気排出口に直接供給される。このように、除湿された空気は温室空気熱交換器で完全に再加熱されず、混合チャンバに導入された高温の周囲空気を冷却するために使用され、一方でリサイクルされた温室空気の湿度を下げる。高温多湿の周囲空気との混合後の結露を防ぐため、凝縮器出口で冷却された温室空気を部分的に再加熱する必要がある。
【００２４】
好ましい実施形態では、バイパスは、熱交換器の排出側、言い換えれば、凝縮器の下流に配置される。実際には、除湿された空気の部分的な流れを凝縮器の下流で直接混合チャンバに通すことが有益な場合がある。それでも混合チャンバ内の結露を防ぐことができる。特に、温室が完全に閉じた状態で運用できないため、温室の空気がいくらか排出され、排出された量の代わりに周囲の空気が導入される場合、適切な（ほぼ最適な）状態を維持しながら、除湿された空気の部分的な流れが、周囲空気の供給に送られる場合に結露も防止される。周囲空気は乾燥しており、凝縮器から直接得られる低温の除湿空気と混合しても結露を形成しない。
【００２５】
さまざまな流れ、特にアセンブリをバイパスする温室空気の適切な混合比、除湿された温室空気、および選択的な新鮮な外気は、混合チャンバから栽培領域への出口にあるファン、温室空気熱交換器および凝縮器のアセンブリに関連する制御可能なファン、およびさまざまな周囲空気と温室空気弁によって制御される。これらの流量を適切に調整することにより、設置された凝縮能力自体が完全に閉じた運用には不十分な条件下でも、最適な条件に近い設定が可能となる。有利な実施形態では、制御可能なファンは、温室空気熱交換器の出口に配置されている。温室空気熱交換器と凝縮器のアセンブリのコンパクトさとアクセス可能性の観点から、制御可能なファンの好ましい位置は、温室空気熱交換器の空気入口である。どちらの位置でも、湿りすぎたり冷たすぎたりしない空気でファンを動作することができる。
【００２６】
気候制御ユニットの数、特に凝縮器および関連する温室空気熱交換器および適切なヒートポンプの数は、一定量の光入射まで温室が本質的に閉じた状態で動作できるように選択される。混合チャンバで混合された空気は、ファンと、栽培区画の培養床または側溝に、その上、または下に配置された一般的に適用されるチューブによって、混合チャンバから栽培領域に戻される。
【００２７】
一実施形態では、温室空気熱交換器の空気排出口は、混合チャンバ内に配置された空気分配器に接続され、熱交換され、除湿された温室空気を混合チャンバ内に分配する。好ましくは、熱交換器の空気入口は、周囲空気を導入するための制御可能な入口よりも高い位置に配置され、より好ましくは、空気入口は、空気分配器の上に配置される。有利なことに、混合チャンバの出口は、温室空気熱交換器の空気入口の下に配置される。これらの各機能は、リサイクル温室空気、熱交換された凝縮温室空気、および周囲空気（存在する場合）の適切な混合に貢献するだけでなく、混合チャンバ内の混合領域の完全なショートカットを防ぐ。
【００２８】
さらなる実施形態では、温室空気熱交換器の空気入口と空気排出口との間にさらなるバイパス導管が提供される。このさらなるバイパス導管は、特に温室空気熱交換器上の第１の制御されたバイパスを通る温室空気の部分的な流れがある場合に、温室空気熱交換器と凝縮器のアセンブリを通る温室空気の流れを均等にすることができる。気候制御ユニットが凝縮器の下流で低温で動作する場合、空気入口と空気排出口の間の温室空気バイパス導管は、混合チャンバの出口の湿度も上昇させ、それによって、混合チャンバの出口の温度と湿度の望ましい条件を制御する。
【００２９】
一実施形態では、凝縮器および温室空気熱交換器は、混合チャンバ内に配置され、混合チャンバは、好ましくは、栽培領域から分離された温室の作業および保守スペース（いわゆる「回廊」）となる。温室の空気と新鮮な外気を混合するために、混合チャンバとしても機能するこのような回廊を備えた温室は、すでに暑い気候で使用されている。これらの従来技術の回廊では、高温の外気は、回廊に導入される前に、蒸発壁（いわゆるパッド壁）で冷却される場合がある。本発明では、作業および保守スペースから温室に戻される空気の特性（したがって、本発明による温室空気および任意選択で周囲空気を調整するための気候制御システムの凝縮器内の除湿空気の空気混合物）は、凝縮器と温室空気熱交換器によって制御されるため、流入する周囲空気の湿度を上げるパッド壁は必要ない。説明したように、本発明では、凝縮器で除湿された温室空気は、温室空気熱交換器によって栽培領域の一般的な温度に完全に加熱されるのではなく、いくらか低い温度に加熱される。除湿された空気は、能力が不十分な場合に適切な比率で周囲空気と混合され、温室栽培領域に戻される望ましい温度と湿度の空気混合物を実現する。
【００３０】
別の実施形態では、凝縮器および温室空気熱交換器は、混合チャンバの外側に配置されている。この実施形態では、局所熱凝縮器および温室空気熱交換器を収容するための空間は、温室の（ガラス）パネルヘッド壁に隣接する、典型的には鋼でできている屋根支柱の間に適切に設計することができる。通常、温室には、（ガラス）パネルの頭壁に沿って均等に、たとえば、約８ｍの間隔で配置された屋根支柱がある。隣接する柱の間の栽培領域は「トレリーズ」と呼ばれる。各「トレリー」には、通常４〜６個の栽培溝がある。栽培溝は、通常、（ガラス）ヘッドパネルに対して垂直に配置され、隙間（３０ｃｍなど約数十センチ）を残す。この隙間は、本発明によるシステムの凝縮器、温室空気熱交換器および混合チャンバを配置するために部分的に有利に使用でき、一方、外部から混合チャンバへの周囲空気の入口は、温室の隣接するガラスパネルに配置することができる。有利なことに、この実施形態では、混合チャンバはまた、温室空気を直接導入するための入口、好ましくは制御された入口を備えている。このようにして、さまざまな流れを制御する柔軟性が向上し、さまざまな条件に対処するためのシステムの堅牢性が向上する。
【００３１】
さらなる実施形態では、温室は、凝縮器内で熱交換された水性液体流を、好ましくは水の凝固点以下に冷却するように構成されたヒートポンプを備え、凝縮器内の熱交換に使用され、冷却された水性液体流が入るヒートポンプ入口と、冷却された水性液体流を排出するためのヒートポンプ出口とを有し、ヒートポンプ入口は凝縮器の液体出口に接続され、ヒートポンプ出口は凝縮器の液体入口に接続される。
【００３２】
好ましくは、温室はまた、冷却された水性液体流および氷を一時的に貯蔵するための貯蔵器を備え、ヒートポンプから液体流を供給するための貯蔵入口であって、中間導管を介してヒートポンプ出口に接続される貯蔵入口と、水性液体流を排出するための貯蔵出口であって、水性冷却液体供給導管を介して凝縮器の液体入口に接続される貯蔵出口を有する。
【００３３】
凝縮器において、温室内部から吸い込まれた温室空気は、例えば、６℃未満、好ましくは１℃未満、例えば約０℃の温度を有する水性冷却流体によって冷却され、その結果、水が温室の空気から凝縮され、除湿された空気が温室の内部に戻される。凝縮器に向かう途中で、除湿される温室空気は、温室空気熱交換器で予冷され、凝縮器から戻される除湿された温室空気の流れはそれによって予熱される。温室空気熱交換器は、好ましくは向流構成を有し、温室内部に戻される除湿空気を予熱することにより、除湿に必要な冷気の約３５〜５０％を引き出すことができる。これにより、凝縮器とヒートポンプの容量を同様に減らすことができる。この温室空気熱交換器の寄与は、凝縮器の下流の除湿空気の温度が低い場合に増加する可能性がある。同様に、循環する水性液体の流れの温度を下げるか、流れを増やすと、温室の空気熱交換器と凝縮器の組み合わせの全体的な除湿能力が上がる。凝縮器に供給される水性液体の流れの温度が通常の７℃ではなく約１℃以下の場合、約５０％の上昇を達成できる。
【００３４】
有利なことに、凝縮器および温室空気熱交換器は、温室空気を８．５ｇ水／ｋｇ空気未満、好ましくは、６．５ｇ水／ｋｇ空気未満、より好ましくは５．５ｇ水／ｋｇ空気未満など深く除湿するように構成されている。
【００３５】
凝縮液は分離され、凝縮器から除去される。凝縮器内の温室空気と熱交換接触した後の水性液体の流れは、ヒートポンプで水の凝固点以下の温度に冷却される。水のみからなる水性液体の流れの場合、凝縮器から得られた水性冷却流体に存在する水は部分的に固化され、それによって水性液体の流れと氷の混合物が得られ、貯蔵器（バッファまたはリザーバ）に一時的に貯蔵される。水性液体流はまた、水と、グリコールなどの適切な凝固点降下剤との混合物から構成され得る。そのような実施形態では、貯蔵器は、熱交換を介した水性液体の流れによって間接的に凍結することができる、水で満たされた複数の容器を含み得る。そのような容器の例は、例えばプラスチック製の複数の比較的小さなボールまたは立方体であり、内部の水が氷に変換される場合に増加した体積に対応するのに十分な柔軟性および伸縮性を有する。貯蔵器の別の例は、水性液体を分配するための熱交換管を備えた貯水槽である。凝縮器の水性液体の流れは貯蔵器から引き出される。循環する水性液体の流れの温度を下げるか、凝縮器への流れを増やすことにより、熱交換器の熱交換表面積を増やすことなく、温室空気熱交換器と凝縮器の組み合わせの全体的な除湿能力が上げることができる。
【００３６】
本発明によるシステムは、有利には、水の固化／氷の融解エネルギーを使用して、一時的な貯蔵器に冷たさの形でエネルギーを貯蔵する。これにより、従来技術によるシステムよりも、同じ量の水性冷却液にはるかに多くのエネルギー（冷たさ）を蓄えることができる。
【００３７】
今日知られている閉鎖型温室システムは、凝縮器に供給される冷却水の温度が約７℃以上の範囲で動作する。凝縮器下流の冷却水は約１７℃である。凝縮器内の温室の空気から回収された熱による約１７℃の温度の液体の流れと、ヒートポンプの下流の冷却水の温度（通常は約７℃）との差はわずか１０℃である。流入流と流出流の間に１０℃の温度差がある水の熱容量に対して、氷は約８０倍のエネルギーを蓄えることができる。
【００３８】
本発明のこの実施形態では、凝縮器に供給される冷水性冷却液は、６℃未満、好ましくは１℃未満である。氷が生成される熱交換器／貯蔵器は、オープン直接接触熱交換器とすることができる。従来技術のシステムとは異なり、本発明のこの実施形態は、その貯蔵と凝縮器への冷却水性冷却液供給との間に追加の熱交換器を必要としない。帯水層を使用するには、帯水層と冷水供給の間に追加の熱交換器が必要であり、通常、約２℃の温度低下が発生する。したがって、従来技術では、６℃での貯蔵は、凝縮器に送られる約８℃の温度の冷却水をもたらす。
【００３９】
本発明のこの実施形態では、氷（上記で説明した任意の形態）および冷水性冷却液の貯蔵は、室内気候の熱要件または機能を凝縮器での除湿のための冷却（冷）要件から切り離す構成要素である。バランスの取れた状況では、温室の熱要件は、除湿に必要な冷たさからヒートポンプを介して導き出される。温室の暖房には、湿った空気の凝縮熱が利用される。温室の暖房需要が高い場合は、氷の量（冷気の量）が増加し、温室空気を除湿するための冷水性冷却液の需要が高い場合は、氷の量が減少する。通常、夜間のエネルギー料金は日中よりも安いため、これらの安い夜間に氷の量を増やすために利益を得ることができる。日中、温室は、合理的なエネルギーコストで実質的に閉鎖された方法で運用できる（開いた窓からの強制／制御された通気はない）。直接加熱せずに冷気が発生した場合、ヒートポンプシステムで発生した余剰熱は、例えば、温水タンクに蓄えられるか、エアフィンクーラーなどの追加の熱交換器で冷却される。最適な動作モードは、作物の成長段階、予想される気象条件、電力コスト（スポット価格）、および貯蔵器の可用性の結果である。氷に蓄えられた冷気（エネルギー）は、凝縮器で熱交換された水性冷却液を貯蔵容器に通して氷と熱交換することにより、直接冷却することができる。氷／水性冷却液バッファーはまた、高いピーク容量を提供し、同じように高いピーク容量のヒートポンプシステムを必要とせずに、日光の入射が多い時間帯の除湿を考慮して、冷エネルギーの需要の増加に適切に対応することを可能にする。
【００４０】
本発明のこの実施形態は、このピーク容量および対応する大型凝縮器を満たすように設計されたヒートポンプを必要とせずに、ピーク期間中でも必要なエネルギー需要を満たすことを可能にする。
【００４１】
使用されるヒートポンプシステムは、熱を熱抽出側（水性液体の流れが冷却される）からより高い温度を有する熱放出側に伝達するように構成される。圧縮ベースのヒートポンプ、吸収ベースのヒートポンプまたは熱音響ヒートポンプが適切な例である。
【００４２】
有利なことに、凝縮器への水性冷却液戻り導管および水性冷却液供給導管は、貯蔵器からの水性冷却液流を、凝縮器からの熱交換された水性液体流と混合するために、混合弁を備えた第３のバイパス導管を介して接続される。この第３のバイパス導管の提供により、除湿要件が低い状況で、混合流が凝縮器内の温室空気からの水の凝縮を強制するのに十分に低い温度（＜露点温室空気）である限り、ヒートポンプでのさらなる循環と冷却処理、および貯蔵を行うことなく、凝縮器で熱交換された冷却流体の一部を再利用できる。
【００４３】
さらなる実施形態では、凝縮器への戻り導管および水性冷却液供給導管は、バイパス弁を備えた第４のバイパス導管によって互いに接続され、それによって凝縮器上のバイパス回路を確立する。この実施形態は、凝縮器がヒートポンプによって生成される冷たさに合致するのに十分に利用されていない場合に有用である。次に、水性冷却液の流れがヒートポンプと貯蔵器上を循環し、それによって氷としての冷たさの量が増加する。
【００４４】
ヒートポンプを有利にバイパスするために、第５のバイパス導管が、水性液体流の戻り導管と貯蔵器との間に提供される。この動作モードは、ヒートポンプが最大容量で動作している場合、またはメンテナンスのためにダウンしている場合に、貯蔵器から以前に保存された冷気が消費されるときに有利に適用される。
【００４５】
貯蔵器に貯蔵された冷気が適した低温で凝縮器に水性液体の流れを提供するのに不十分である場合、貯蔵器が（部分的に）バイパスされ得る。それを考慮して、有利には、第６のバイパスが、ヒートポンプの排出口と凝縮器の液体入口との間に配置される。
【００４６】
さらなる態様において、本発明は、本発明による温室を運用する方法に関する。ここで、凝縮器の凝縮能力が、温室内部気候を所定のレベルの温度、湿度および二酸化炭素に維持するのに十分である場合、温室は、周囲空気の入口から混合チャンバへ周囲空気を導入せずに閉鎖状態で運用され、凝縮器の凝縮能力が温室の内部気候を所定のレベルの温度、湿度および二酸化炭素に維持するのに不十分である場合、温室は、周囲空気の入口から混合チャンバに周囲空気を導入する半閉鎖状態で運用される。
【００４７】
さらに別の態様では、本発明は、上で説明したように、栽培領域の温室内部気候を制御するための気候制御システムに関する。
【００４８】
本発明は、添付の図面に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による気候制御システムを備えた温室の実施形態の側面図の概略図である。
【図２】図１の温室の実施形態の別の側面図である。
【図３】図１の温室の実施形態の上面図である。
【図４】本発明による気候制御システムを備えた温室の別の実施形態の側面図の概略図を示す。
【図５】図４の温室の実施形態の別の側面図である。
【図６】図４の温室の実施形態の上面図である。
【図７】本発明に係る温室の気候制御システムの凝縮器への冷水供給システムの一実施形態を示す。
【図８】本発明による温室の別の実施形態を示す。
【図９】温室空気熱交換器上のバイパスの様々な実施形態を示す。
【図１０】温室空気熱交換器上のバイパスの様々な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
様々な図において、同じ部品は同じ参照番号で示されている。
【００５１】
図１〜図３は、本発明による気候制御システムを含む、植物、花、果物および／または野菜を栽培するための温室の実施形態を示す。温室全体は参照番号１０で示され、その周辺は点線で表されている。温室１０は、栽培領域１２と作業および保守スペース（「回廊」）１４を備える。温室１０は、複数の培養区画を含み、それぞれがそれ自身の溝および関連する有孔ホース（専用のファン１７を備えた図３の長方形１６として概略的に示されている）を有する。混合チャンバの機能を有する空間１４は、分離壁１９によって栽培領域１２から分離され、さらに底部１８、屋根２０、および直立した隣接するガラスパネル側壁２２およびガラスパネルヘッド壁２４および２６によって区切られる。空間１４は、本質的に側壁２２全体に沿って延びる。分離壁１９は、上部に栽培領域１２から空間１４への入口開口部３０を覆うヒンジ付きフラップ２８を備える。空間１４には、温室熱交換器３２が配置されている。熱交換器３２は、好ましくは開口部３０の近くに配置された、空間１４から温室空気を入れるための空気入口３４を有する。必要に応じて、開口部３０の近くから空気入口３４まで延びる供給導管３６を示されているように設けることができる。熱交換器３２はまた、制御弁４０および制御弁４４を有する第１のバイパス４２を備えた、例えば導管などの空気出口３８を有する。空気出口３８は、凝縮器４８の入口４６に接続され、熱交換器３２および任意選択のバイパス４２から得られる温室空気は、冷水で冷却することによって除湿され、冷水は、供給導管５０から向流構成で凝縮器４８を通って戻り導管５２に流れる。除湿された空気は、凝縮器４８から出口５４を経由して熱交換器３２に戻り、そこで除湿された空気は、入ってくる温室の空気によって加熱される。制御弁５７を有する追加の制御可能な第１のバイパス５５が、凝縮器４８の空気出口５４と熱交換器３２の空気排出口５８との間に提供される。この実施形態では、熱交換器３２の空気排出口５８のファン５６は、熱交換器３２と凝縮器４８のアセンブリを通して温室空気を引き込み、熱交換された除湿空気を空気分配器６０に供給する。空気分配器６０より下の高さで、周囲環境から空間１４に空気を導入するための制御弁６４を備えた入口導管６２が側壁２２に配置されている。制御弁６４が開くと、新鮮な空気と熱交換された除湿空気、および凝縮器４８と熱交換器３２の両方をバイパスする循環温室空気が混合され、ファン１７によって出口６５を通ってそれぞれのホース１６を介して栽培領域１２に強制的に流れる。空間１４において明らかなように、凝縮器４８および関連する熱交換器３２および空気分配器６０の多数のアセンブリが配置され、各アセンブリは、複数のファン１７およびホース１６を備える。コントローラ１００は、好ましくは、湿度、温度、および二酸化炭素レベルの測定値、例えばセンサーに基づいて、制御弁を通る様々な流れを調整する。
【００５２】
図４〜図６は、本発明による気候制御システムを備えた温室の別の実施形態を示す。この実施形態では、熱交換器３２および凝縮器４８のアセンブリは、混合チャンバ１４の上に配置され、それぞれ、ヘッド壁２４の支持体６６の間に配置されている。空気分配器６０は、混合チャンバ１４内に配置されている。混合チャンバ１４には、温室空気入口６８が設けられている。
【００５３】
凝縮水は、６９で凝縮器４８から収集される。この水は、栽培領域１２で栽培されている作物に水をやるために再利用できる。
【００５４】
図７は、凝縮器４８から戻り導管５２を介して水流を冷却するように構成された中央ヒートポンプシステム７０から局所凝縮器４８への冷水供給、および供給導管５０を介して凝縮器に接続された水性液体および氷の量を維持するための貯蔵器７２の実施形態を示す。
【００５５】
特に、液体側（低温側）では、凝縮器４８は、水性液体、典型的には水、例えば６℃未満、好ましくは１℃以下の温度を有する流れを供給するために供給導管５０に接続され、かつ例えば、約５〜１５℃の温度を有する熱交換された水性液体を排出するための戻り導管５２に接続されている。水性液体の流れは、貯蔵器７２から約０℃の温度で出て行く。供給導管５０には、供給ポンプ７４が設けられている。凝縮器４８を出る水性液体の流れは、戻り導管５２を介してヒートポンプ７０に排出され、氷と水の混合物、またはそこで得られた水と凍結剤の冷却混合物は、中間水性冷却液チャネル区画７６を介して貯蔵器７２に移送される。ループ区画７８は、戻り導管５２と供給導管５０との間に提供され得、これにより、制御弁８０および循環ポンプ８２によって、水流を凝縮器４８に循環させることができる。同様に、水性液体流は、バイパス弁８６を備え供給導管５０と戻り導管５２との間に配置されたバイパス区画８４を介して凝縮器４８をバイパスすることによってヒートポンプ７０および貯蔵器７２を循環させることができる。ヒートポンプシステム７０は、水性冷却液回路内の水性液体流から熱抽出側で抽出された熱を熱放出側に伝達し、加熱機能とコンベヤー機能の両方を提供するチューブレールシステムなどの温室の一般的な加熱システム９０に伝達する。冷却器９２、例えば空冷熱交換器は、特に供給ライン９０ａと戻りライン９０ｂとの間の加熱媒体循環ポンプ９４によって、加熱システム９０内を流れる加熱媒体を冷却するために提供され得る。
【００５６】
図８は、制御可能なファン５６が温室空気熱交換器３２への供給導管３６内に配置されている、本発明による温室の別の実施形態を示している。交換器３２のバイパス４２は、その端部の１つで、ファン５６の下流の導管３６に接続されている。コントローラ１００によって制御される制御弁４４を有するもう一方の端部は、熱交換器３２の出口３８と凝縮器４８の入口４６との間に延びる接続ダクトに接続されている。任意選択で、制御弁５７を有する追加の制御可能なバイパス５５が、凝縮器４８の空気出口５４と熱交換器３２の空気排出口５８との間に配置される。ファン５６は温室空気を引き込み、温室空気熱交換器３２および制御されたバイパス４２に流す。次に、合流した流れは、凝縮器４８で凝縮される。凝縮から生じる空気の流れは、入ってくる温室の空気に対して熱交換器３２内で再加熱される。任意選択で、凝縮器４８の下流の部分的な空気流は、バイパス５５を介して熱交換器３２をバイパスすることができる。
【００５７】
図９は、温室空気熱交換器３２のバイパス５５の別の実施形態を示している。この実施形態は、熱交換器３２および凝縮器４８の供給側に第１のバイパス４２および制御弁４４および４０が存在しないことを除いて、主に図１のものと同様である。
【００５８】
図１０は、凝縮器４８の下流の温室空気熱交換器３２のバイパス５５のさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、凝縮器４８からの除湿空気の部分的な流れは、制御弁５７およびバイパス５５を介して直接混合チャンバに、好ましくは周囲空気の入口（図示せず）に送られる。この実施形態では、ファン５６は、供給導管３６内に配置されている。
【００５９】
図１１は、凝縮器４８の下流の温室空気熱交換器３２のバイパス５５のさらに別の実施形態を示し、この実施形態は、ファン５６が供給導管３６に配置されることを除いて、図９の実施形態と同様である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  温室
１２  栽培領域
１４  混合チャンバ
１６  ファン
３０  開口部
３２  温室空気熱交換器
３４  空気入口
３６  供給導管
３８  空気出口
４０  制御弁
４２、５５  第１のバイパス
４４  制御弁
４６  空気入口
４８  凝縮器
５０  液体入口、水性冷却液体供給導管
５２  液体出口、戻り導管
５４  空気出口
５６  ファン
５７  制御弁
５８  空気排出口
６０  空気分配器
６２  入口
６４  制御弁
６５  出口
６８  温室空気入口
７０  ヒートポンプシステム
７２  貯蔵器
７４  供給ポンプ
７６  中間導管
【図１】
2022501070.tif 000003
【図２】
2022501070.tif 000004
【図３】
2022501070.tif 000005
【図４】
2022501070.tif 000006
【図５】
2022501070.tif 000007
【図６】
2022501070.tif 000008
【図７】
2022501070.tif 000009
【図８】
2022501070.tif 000010
【図９】
2022501070.tif 000011
【図１０】
2022501070.tif 000012
【図１１】
2022501070.tif 000013
【国際調査報告】
2022501070.tif 000014
2022501070.tif 000015