(57)【要約】【課題】低コストで、信頼性が高く、故障しても農作物が全滅になる事が無く、送風や散水機能も備え、半永久的に使用可能で、夏場の冷房にも使用可能な、温室用の暖房装置が求められている。【解決手段】所定の容積を有するサブタンクに、複数の家庭用ヒートポンプ式給湯器を接続し、サブタンク内の温水をポンプで温室内に施設した配管に給湯し、循環させる。温室からの戻り水の水温を検知して温室内の気温の代用とし、給湯器の運転台数を増減する制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターで駆動するコンプレッサーと熱交換器等で構成された、ヒートポンプ式の給湯器、又は電熱器式給湯器、又はガス給湯器、又は灯油や重油などの石油給湯器のいずれかを使用し、次の様に装置した事を特徴とする、温室用の暖房装置。尚、前述の各種類の給湯器をまとめて、ヒートポンプ式給湯器と言う。
１、ヒートポンプ式給湯器には、水を循環させるポンプを一体的に、又は別体的に設け、給水口から水を吸い込み、熱交換器を通して温度の上がった湯を、吐出口から強制的に排出可能に装置する。また、給湯器への電源スイッチをＯＮにすると、コンプレッサーを駆動するモーターと、上記の循環ポンプと両方に電力が供給される様に装置する。
２、所定の容積を有するサブタンクに、給湯器の吐出口と給水口を直結し、サブタンク内に溜めた水を給湯器内に循環させ、サブタンク内の水温を上げる構成とする。
３、温室内に循環する連続した配管を施設し、その配管の両端を、サブタンクに連結すると共に、一方の連結部の近傍には電動又はエンジン式のポンプを設け、サブタンク内の水又は湯が、温室内に施設した配管内を循環する様に装置する。
４、ポンプによって温室内を循環した水又は湯が、サブタンクに戻る側の配管接続部で、サブタンク近傍の配管部に温度計を取付け、ここで計測された温度と、設定された温度を比較し、設定温度の方が高い場合に、給湯器への電源をＯＮにする制御を行う。
５、サブタンクに液面センサーを取付け、タンク内の水面高さが、所定の設定高さよりも下がった事を検知した場合は、給湯器と温室への循環ポンプの電源を、ＯＦＦにする制御を行い、各機器の損傷を防止する。
【請求項２】
請求項１の構成において、２台以上のヒートポンプ式給湯器をサブタンクに接続し、それぞれの給湯器の合計運転時間が、ほぼ均等になる様に、下記のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う事を特徴とする、温室用の暖房装置。尚、給湯器とサブタンクとの接続は並列接続とし、各給湯器の吐出口と給水口が、個別にサブタンクに接続されている構成とする。また、２台以上のヒートポンプ式給湯器とは、請求項１に記載の各種給湯器が、混在する構成も含む。
１、主電源をＯＮにする事により、温室内の配管へサブタンク内の水を循環させるポンプに電力が供給され、ポンプが稼働すると共に、温度制御が開始される。
２、温度計による測温値と、設定温度に差が有り、設定温度の方が高い場合、１台の給湯器の運転を開始する。即ち、１台にのみ、電力を供給する。
３、所定の時間が経過しても、温度計の温度と設定温度の差が縮まらない場合、２台目の給湯器に電力を供給し、運転を開始する。
４、以後、所定の時間ごと、又は手動で設定した時間ごとに温度測定値と設定温度を比較し、略同一温度に達するまで運転台数を増加させる。
５、略同一温度に達した後、所定の時間を経過した時点で、温度測定値と設定温度を比較し、略同一温度を保持していた場合は、運転台数を１台減らす。この時、最初に運転を開始した給湯器への電力供給を停止する。
６、運転台数を１台減らした後、所定の時間を経過した時点で、温度測定値と設定温度を比較し、略同一温度を保持していた場合は、運転台数をさらに１台減らす。この時、２番目に運転を開始した給湯器への電力供給を停止する。
７、以後、所定の時間経過ごとに、温度測定値と設定温度の比較を行い、順番に運転台数を可変する制御により、温室内を循環するお湯の温度を略一定に保持すると共に、複数のヒートポンプ式給湯器の運転時間が略均一となる様に制御する。
【請求項３】
請求項２の構成において、主電源をＯＮにした時に、温度測定値と設定温度との差が、所定の値より大きい場合、次のいずれかの制御を行う事を特徴とする、温室用の暖房装置。
１、所定の時間だけ、全てのヒートポンプ式給湯器を運転する。
２、タイマーにて所定の時間を任意に設定可能にすると共に、タイマーで設定された時間だけ、全てのヒートポンプ式給湯器を運転する。
３、温度測定値と設定温度が、略同一になるまで、全てのヒートポンプ式給湯器を運転し、以後、請求項２の５の制御に移行する。
４、全てのヒートポンプ式給湯器を運転し、温度測定値と設定温度との差が、所定の値よりも小さくなった時点で、請求項２の５の制御に移行する。
【請求項４】
請求項２の構成、即ち、サブタンクに複数のヒートポンプ式給湯器を並列に接続し、サブタンクには、温室内に施設した配管が接続され、ポンプでサブタンク内の水又は湯を温室内に循環させる構成において、以下のいずれかの制御を行う事を特徴とする、温室用の暖房装置。
１、ヒートポンプ式給湯器の台数と同じ数の温度センサーを備え、その温度センサーを複数の場所に取付けると共に、各温度センサーで測温された温度と設定温度に差が有り、設定温度の方が高い場合、その温度計に接続された給湯器に電力を供給する。具体的には、循環配管の温度、外気温、温室内の温度、サブタンク内の温度、地面の温度などを計測し、それぞれの場所の温度に応じて、個別の給湯器を運転する構成であり、給湯器と各温度センサーが、１対１の関係で接続されている。
２、上記１の制御に対して、１つの温度センサーにて複数の給湯器を運転制御する。具体的には、配管温度で３台を運転制御し、外気温と温室内の温度で各１台を運転するなどの制御を指し、温度センサーと給湯器は、１対複数の関係で接続されている。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの構成において、以下のいずれか、又は全ての特徴を有する、温室用の暖房装置。
１、全てのヒートポンプ式給湯器の電源を、同時にＯＮ−ＯＦＦする手動スイッチを設けた。
２、各ヒートポンプ式給湯器の電源を、個別にＯＮ−ＯＦＦにする手動スイッチを設けた。
３、温室内に給湯するポンプの電源を、個別にＯＮ−ＯＦＦする手動スイッチを設けた。
４、サブタンク内の水位が、所定の高さよりも下がった場合、表示灯、点滅ランプ、パトライト、警報音、サイレン、無線アナウンス、電子メールのいずれか、又はいずれか複数の方法により、温室の所有者や管理者に通報する。
５、サブタンク内の水位が、所定の高さよりも下がった場合、全てのヒートポンプ式給湯器の電源をＯＦＦにすると共に、上記４の通報を行う。
６、サブタンク内の水位が、所定の高さよりも下がった場合、全てのヒートポンプ式給湯器の電源と、温室内への給湯ポンプの電源をＯＦＦにすると共に、上記４の通報を行う。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの構成において、サブタンクに、上水道、又は農業用水、又は地下水、又は別の給水タンクからの給水管のいずれか、又は全てを接続し、なおかつ、以下のいずれか、又は全ての特徴を有する、温室用の暖房装置。
１、サブタンク内にはボールタップを装置し、上記の給水管を接続する。尚、ボールタップとは、浮き球などの浮力によって水詮を開閉する装置であり、水面が下がると浮き玉が下がって水詮が開いて給水され、所定の水面高さに達すると浮き玉の浮力によって水詮を閉じる装置を指し、水洗トイレの水タンクで一般的に使用される装置を指す。
２、サブタンク内に、液面センサーと電磁バルブ付き水詮を装置し、サブタンク内の水が所の高さよりも減った場合、電磁バルブを開き、給水する様に装置した。
３、サブタンクを密閉構造とした。尚、サブタンクの上部近傍に、ラジエターキャップとリザーバタンクを設け、温度上昇による配管内部の圧力上昇を防止可能にした構成も含む。
４、サブタンクの上部近傍にブリーザ装置を設け、外気と連通させた。
５、サブタンクに、配管洗浄剤投入口を設けた。尚、投入口とは、サブタンクの上部近傍に、工具を使わずに開閉可能な蓋を設けた構成や、ブリーザ装置から洗浄剤を投入可能にした構成を指し、サブタンクの上部が、蓋として着脱可能に装置した構成も含む。
６、温室内を循環する配管とサブタンクとの接続部近傍で、温室からの戻り配管上、又はサブタンクの下部近傍に、ドレンコックを設ける構成により、暖房装置の運転中や停止中を問わず、配管内の洗浄を可能にした。即ち、洗浄剤を投入後、ドレンコックを解放すれば、洗浄剤が配管内を通り、サブタンクに戻る直前で排出されると共に、排出される事によって減少したサブタンク内の水量は、上記１又は２の装置により、自動補給される。
尚、ドレンコックは、ドレンボルトや通常の水詮を含み、液体の流路を開閉する装置全般を指す。
７、上記６の構成において、ドレンコックの口径は、給水管の口径と比較して、同等以下とした、又は、流量設定を、ドレンコックの方が小さくなる様に設走した。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかの構成において、サブタンクを以下のいずれか、又は全ての構成とした事を特徴とする、温室用の暖房装置。
１、温度の低い、給湯器への配管と温室からの戻り配管とを、サブタンクの端部に接続し、その反対側、又は温度の低い配管から遠い位置に、温度の高い、給湯器からの出湯配管と温室への給湯配管とを接続した。
２、上記１の装置において、温度の低い配管をサブタンクの底部近傍に配置し、温度の高い配管を、サブタンクの上部近傍で、最低水面高さよりも低い位置に配置した。
３、温度の低い配管部と、温度が高い配管部との間に、複数の貫通孔やスリットを設けた板を設けた。
４、温度の低い配管部と、温度が高い配管部との間に、複数の棒状部材を、所定の間隔を開けて配置した。
５、温度の低い配管部と、温度が高い配管部との間に、左右の壁の一方に接する板を交互に配置し、迷路状に装置した。尚、板に複数の貫通孔やスリットを設けた構成も含む。
６、サブタンクを、温度の低い配管部側と温度の高い配管部側に２分割し、その間を、１本又は複数のパイプで連結した、又は、熱伝導率の高い金属の壁で仕切り、双方の液体を分離しながら熱交換を可能とした。尚、金属の壁で仕切るとは、平板で仕切る構成の他、一方の液体の中に複数の細い配管を通し、その配管内に、他方の液体を通す構成や、一方の液体の中にラジエターを沈め、その中に他方の液体を通す構成を含む。
７、サブタンクの、温度の低い配管部側と温度の高い配管部側の、略中央部の断面積を、他の部分より小さくした。
８、サブタンクを略直方体や略球体とした場合、その表明に瘤状の凸部分を設け、その凸部分に配管を行った。
９、給湯器を複数装置した構成において、それぞれの戻り配管と、それぞれの出湯配管とを、サブタンクの外側で、なおかつサブタンクの近傍で集合し、サブタンクとの接続部は、戻り配管も出湯配管も、給湯機の台数より少なくした。
１０、各配管のサブタンクへの接続部は、配管部品、即ちパイプをサブタンクの内部まで突出させ、その先端をベルマウス形状とした、又は端部の内径側に丸みを付けた、又は端部の外側に環状部材を取付けた。
１１、給湯器への戻り配管と、温室からの戻り配管とを、相対する位置関係に配置し、温室から戻ってきた水が、そのままスムーズに給湯器側へ吸い出される様に装置した。
１２、給湯器からの出湯配管と、温室への出湯配管とを、相対する位置関係に配置し、給湯器からのお湯が、そのままスムーズに温室側へ吸い出される様に装置した。
１３、サブタンクの最も低い位置、又はその近傍に、排出用のドレン装置を設けた。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかの構成において、以下のいずれか、又は全ての特徴を有する、温室用の暖房装置。
１、温室内を循環する配管の一部、又は全てに、放熱用のフィン又は熱交換器を設けた。
２、サブタンクから温室までの配管の一部、又は全てを、断熱材で覆った、又は地中に埋めた。
３、温室内を循環する配管を、複数の箇所で、所定の長さだけ着脱可能に装置した。尚、着脱可能とは、連続した配管の途中を、所定の長さで切断して取り外し、その切断部にフランジを設け、ボルトで固定する方法等を指し、ネジによって配管の一部を着脱可能にする構成を指し、接続部にパッキンを介在させる構成や、連続した配管の途中に分岐した配管や、複数に枝分かれした後に集合する配管を設け、その先端部や枝分かれ部の途中に着脱可能な配管を設けた構成も含む。
４、上記３の構成において、着脱可能な配管を、自在に曲げる事が可能なフレキシブルパイプとし、その両端は、嵌め込み式のワンタッチジョイント、又はネジやバンドによる固定とした。尚、フレキシブルパイプは、金属製の他、ビニールやゴムのホースも含む。
５、上記３又は４の構成において、取り外した配管の替わりに、多数の放熱フィンを備えた放熱器と電動ファンを有する、温水式温風発生装置を取り付けた。尚、温水式温風発生装置は、ラジエターに温水を流し、電動ファンで風を送る事によって熱交換する装置であり、温水の替りに冷水を流せば冷風発生器となる装置を指す。
６、上記３又は４の構成において、取り外した配管の替わりに、多数のピンホールを備えたスプレー式の加湿器を取り付けた。尚、加湿器は、循環する温水の圧力だけで細かい水滴、即ち霧を発生させる構成の他、電動ファンを取り付けて、霧を強制的に拡散させる構成や、ピンホールを大きな孔として、散水可能に装置した構成も含む。
７、サブタンク、又は温室への循環配管上に、太陽熱温水器を連結した。尚、太陽熱温水器には、上水道、農業用水、井戸水、地下水を接続し、タンク内のお湯を使用した場合は、自動的に補水される様に装置された構成も含む。
８、上記７の構成において太陽熱温水器は、集熱器の上部に温水タンクを備え、自然対流によってタンク内の水の温度を上げる装置とし、このタンク内の温水を、サブタンク及び温室内循環配管へ流入する様に装置した。
９、上記７または８の構成において、循環水が温室からサブタンクへ戻る部分の水温、又はサブタンク内の水温と、太陽熱温水器のタンク内の水温をそれぞれセンサーで検知し、太陽熱温水器の方が温度が高い場合で、しかも設定温度以上の温度差が発生した場合のみ、電磁弁を開いて太陽熱温水器タンクの湯を、サブタンクに導く様に装置した。
１０、上記９の構成において、温室からの戻り配管に太陽熱温水器への往復配管を接続し、その接続部に電磁弁を設ける事により、電磁弁を開放時は、温室からの戻り水が太陽温水器に押し込まれ、その圧力により、太陽熱温水器のタンク内のお湯が、温室からの戻り配管を経由してサブタンクに戻る様に装置した。
１１、上記９又は１０の構成において、電磁弁を手動弁とした。
１２、重油や灯油やガスなどの化石燃料を使用した既存の給湯装置がある場合、その配管に接続し、接続部に切り替えコックを設ける構成により、停電などで電力が不足した場合や、極端に気温が低い場合に、既存の装置を活用可能に装置した。尚、既存の給湯装置又は新たに設置した化石燃料式給湯装置をサブタンクに接続した構成も含み、化石燃料等を使用する給湯装置が、運転制御用などの電源を必要とする場合は、発電機を使用する。
１３、空冷ヒートポンプ式給湯器を、井戸水、又は地下水が利用可能な場所に設置した場合で、外気温よりも井戸水等の温度が高い場合、井戸水等の配管を給湯器に導き、複数の小孔を設けてシャワーとし、式給湯器の外気熱交換器、即ち、ラジエターの吸熱用フィンに散水する様に装置した。尚、シャワーへの配管は、電磁止水弁、又は手動コックにより、止水と流水を自在とした。
１４、上記１３の構成において、散水時は、外気熱交換器用の送風ファンのモーターを停止できる様に装置した。尚、送風ファンの停止は、シャワーへの流水に連動して停止させる、又は専用の手動スイッチによる。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかの構成において、以下のいずれか、又は全ての装置を行う事により、温室内の冷房、又は温室内への冷風の送風、又は温室内への冷水散布を可能にした事を特徴とする、温室用の暖房装置。
１、サブタンクに冷却搭、即ち、水に外気を当てて水温を下げる装置を接続し、温度の下がったサブタンク内の水を、温室内に循環させる様に装置すると共に、冷却搭を使用する時は、給湯装置の電源がＯＦＦになる様に制御を行う。
２、サブタンクにチラーユニットなどの冷水製造装置、又は冷凍装置を接続し、温度の下がったサブタンク内の水を、温室内に循環させる様に装置すると共に、冷凍装置などを使用する時は、給湯装置の電源がＯＦＦになる様に制御を行う。
３、サブタンクに井戸水、即ち地下水が接続されている構成において、温室からの戻り水の温度が地下水の温度よりも高い場合、サブタンクのドレンを開け、ボールタップによる止水詮から地下水をサブタンク内に導くと共に、給湯器の電源をＯＦＦにして、温室内への循環用給湯ポンプのみを駆動する様に装置した。
４、温室からの戻り配管に切り替えコックと分岐配管を設け、その配管の他端を、給湯機器の外気熱交換器、即ち、大気中の熱を吸い上げるラジエターの上部に取り回し、配管には多数の小孔を設け、ラジエターの吸熱用のフィンに、温室への循環から戻った水をまんべんなく散水する。吸熱用のフィンの下には受け皿を設け、吸熱用のフィンで冷やされた水を回収し、その冷水は、サブタンクと温室への給湯ポンプとの間に、配管を用いて接続し、接続部には、切り替えコックを設ける。以上の構成でサブタンクのドレンを開け、各切り替えコックを操作し、温室内の循環水は、吸熱フィンと温室内を循環するとともに、サブタンクに接続された水道水、又は地下水は、一旦サブタンクに入った後、給湯器で加熱された後、ドレンから排出され、温室内に冷水が循環する様に装置した。
尚、この構成においては、給湯器はヒートポンプ式に限定する。
５、上記４の構成において、温室内と給湯器の吸熱フィンとの間を循環する配管経路内のいずれかに、冷水用のサブタンクを装置すると共に、この冷水用サブタンクに水道水、又は井戸水や地下水を接続し、内部にボールタップによる止水詮を装置し、冷水用のサブタンクの水面の高さを、略一定になる様に構成した。
６、上記４又は５の構成による運転時は、給湯機の外気熱交換機に風を送るファンのモーターを、ＯＦＦにする制御を行う、又は、手動でＯＦＦにできる様に装置する。
７、上記４、５、又は６の構成において、配管切り替えコックを電磁切り替え弁とし、サブタンクのドレンも電磁弁とし、電気的制御、又はスイッチ切り替えによって、温室内に温水を送る運転と、温室内に冷水を送る運転を、自動的、又は簡単なスイッチ操作で切り替え可能に構成した。
８、上記７の構成において、四方弁を使い、冷水と温水の切り替え式とした。
９、家庭用のエアコンを、室内機と室外機のセットで移動可能な架台に乗せてユニット化し、夏場は、このユニットと、冷水循環及び散水機能を併用可能に装置した。
１０、２台以上の給湯器を使用する構成において、１台又は数台を、空冷式又は液冷式の冷水給水装置、いわゆるチリングユニットに交換した構成とし、夏場はチリングユニットだけの運転によって、温室内に冷水を循環可能に装置した。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかの構成において、給湯器の台数を２台から１０台とし、さらに、以下のいずれか、又は全ての特徴を有する、温室用の暖房装置。
１、各給湯機器を積載可能なラックに載せ、２段、又は３段に積み上げると共に、その左右のいずれかにサブタンクを設置し、各給湯器とサブタンクを配管で接続し、各給湯器とサブタンクを、１つの箱状パネルで覆う構成により、略直方体の外観形状を有する給湯ユニットとした。尚、温室への給湯用ポンプも、ユニットの内部に装置した構成も含む。
２、上記１の構成において、給湯ユニットの側面、又は背面、又は底面から、温室への給湯配管と、温室からの戻り配管と、電源コードとを取り出し、又は接続可能とし、操作パネル又は運転スイッチを、パネルの表面に設けた、又はパネルに貫通孔や窓を設け、内部の操作パネルや運転スイッチを、パネルの外側から操作及び視認可能に構成した。
３、上記１又は２の構成において、外気熱交換器の送風ファンが存在する構成の場合は、全て同一面に向けて給湯器を積載し、その面に当たるパネルの一部又は全部を、網状にした、又は多数のスリットや貫通孔を設けた。
４、上記３の構成において、各給湯器を前後逆向きにラックに積載可能に装置し、外部を覆うパネルも、前後を入替え可能に装置する事により、送風ファンの方向から見て、サブタンクの位置が、左右いずれでも配置できる様に構成した。
５、上記１から４のいずれかの構成において、外気熱交換器の送風ファンを、２面、又は３面に向けて各給湯器をラックに積載し、送風ファンに対面するパネルの一部又は全部を、網状にした、又は多数のスリットや貫通孔を設けた。
６、上記１から５のいずれかの構成において、各給湯器への配線を、独立したコンセント、又はカプラー等で個別に着脱、断続可能に装置し、故障した場合など、運転中でも特定の給湯器だけを電源から切り離して交換を可能に構成した。
７、外気熱交換器の吸熱用フィンに散水する場合、各給湯器の上部に個別のシャワーを配管した、又は最上部にシャワーを配管し、複数の給湯器に散水可能とした。
８、外気熱交換器の吸熱用フィンに散水する場合、各給湯器の下部に受け皿を装置した、又は最下部に大型の受け皿を備え、複数の給湯器への散水を受ける事が可能とした。
９、上記１から８のいずれかの構成において、温室の規模に応じて、ユニットの台数を変更する方法により、総冷暖房能力を変更可能に構成した。
１０、上記９において、温室内を循環する配管は、各ユニット毎に独立して循環する様に配管した、又は循環する配管上に複数のユニットを設置し、直列配管とした。
１１、上記１０で直列配管した場合、各ユニットの配置は、配管ルート上で、隣接するユニットから最も遠い位置、又は所定の距離だけ離れた位置とした。
１２、上記１０又は１１の構成において、水温、又は気温、又は温室内温度に応じて、運転するユニットの台数を変更可能に制御を行う構成とした。
１３、給湯ユニットのパネルで、送風ファンが設けられていない面、又は給湯ユニットの下部に、送風用の空気取り入れ口、又は排気口を設けた。尚、ユニットの下部を解放すると共に、脚を設け、ユニット全体を設置面から浮かせて装置した構成も含む。
１４、２台から１０台の給湯器は、電源電圧は共通とし、仕様、能力、製造メーカー等は統一されていない。即ち、複数のメーカーから数種類の給湯器を調達し、組合せた。
【請求項１１】
冬場の暖房や夏場の冷房を必要としている、温室やビニールハウスで農業を営む農家に対して、請求項１から１０のいずれかに記載の装置を使用し、以下の業務を行うビジネスモデル。
１、温室の規模と設置環境、又は既存設備の調査により、必要熱量と推定される電力量の計算を行い、顧客である農家に提示。
２、上記の計算結果から、ユニットの構成、即ち、どの程度の出湯能力が必要か検討。
３、必要な出湯能力や循環流量を確保できる、最も廉価な給湯機器の組合せを検討し、ユニットの仕様を決定する。
４、ユニットの設置場所と、温室内の配管を検討する。尚、既存配管が存在する場合は、その利用可否を判断し、可能であれば接続方法を検討する。
５、温風送風器、加湿器、太陽熱温水器、地下水や井戸水の利用など、顧客の要望と立地条件に応じて、各機器の接続・配管を検討する。
６、検討結果に基づき給湯ユニットを製作し、所定の場所に設置し、検討結果通りの配管や配線を行う。
７、運転を開始し、初期の不具合調査と問題点の対策を実施する。
８、定期的、又は所定の間隔で検査を行い、不具合があった場合は、即時対応を行う。
９、給湯器の故障率から換算し、販売価格に故障機器の交換費用を数％上乗せして販売する事で、給湯器に異変や故障が発生した場合は、修理せずに当該給湯器を交換する。この対応により、ユニットの信頼性を上げ、顧客に大きな安心感を与える。
１０、所定の保証期間を経過後は、給湯能力が低下した機器や、異音発生などの不具合のある給湯器から順次有償交換する事により、半永久的に使用可能とする。
１１、各給湯器を交換する際は、特定のメーカーや特定の機器に限らず、その時代において、最も廉価で効率の良い機器を選定する事により、ユニットの性能を常に向上・改善させ、顧客満足度１００％を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、主として農業分野で使用され、野菜や果実を作る為の温室やビニールハウスの室内温度を、農作物の生育に適した環境に調整する為の空調装置であり、特に、設備投資を低く抑え、ランニングコストを下げ、故障時の農作物への影響を極力減らし、極めて高い信頼性を得られる、温室やビニールハウス用に特化した空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】温室やビニールハウスでは、冬の冷害対策として、主に灯油や重油を燃やし、熱湯や熱風を発生させる暖房装置が使用されているが、熱効率が悪く、燃料代が農家の経営を圧迫している。また、小型の装置を複数使用すると、燃料の補給に手間隙がかかり、燃料切れを起こすと、作物の生育不良に繋がる危険がある。大型の装置を使用して集中暖房を行えば、利便性は高くなるものの、その装置が故障すると農作物が全滅となり、大きなリスクや不安を抱えていた。
さらに、地表面から地上数十センチの高さまで、きめ細かな温度設定ができず、湿度の調整等も、既存の装置では不可能だった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】温室やビニールハウスが抱えている、以下の問題点や要求事項を、全て克服し、解決する事が本発明の課題であり、１点でも解決できない課題が残れば、発明として成立しない。
１、化石燃料を直接燃焼させる暖房装置に対して、燃料費を３分の１以下に減らしたい。
２、燃料補給の手間を省略したい。
３、初期投資・機器の購入費用を、極力押えたい。
４、初期投資を最小限に抑え、必要に応じて、順次能力増強を行いたい。
５、家庭用とは異なり、多少の水漏れは許容できるので、その分、価格を低く抑えたい。
６、機器が故障した際、農作物が全滅になってはならない。
７、機器に問題が発生しても、一定以上の能力は確保し、運転を止めずに修理したい。
８、温室内の温水配管など、既存の設備が有る場合は活用したい。
９、容易に使える大気熱を利用したいが、温暖な地下水が使える環境では、活用したい。
１０、太陽熱温水器や冷却塔を、簡単に接続したい。
１１、停電時などに、化石燃料を利用した暖房に、簡単に切替えたい。
１２、加湿器・散水器・温風発生機・冷風発生機などの補機を利用したい。
１３、配管内の清掃を、手を汚さずに、簡単操作で実施したい。
１４、給湯機器の能力とは無関係に、温室内の循環水量を可変したい。
１５、地表面に近い部分の温度を、適温に管理したい。
１６、簡単な配管切り替え程度の作業で、冷房としても利用したい。
１７、耐用年数に達した際、機器全体を交換するのでは無く、部分的に交換し、一度の投資額を押えると共に、半永久的に使用したい。
１８、修理や交換時に、製造メーカーを問わず、常に最新の機器や部品を使用したい。
１９、異なるメーカーの給湯器でも、組合わせて使用可能なシステムにしたい。
２０、以上の要求を全て満足し、農作物の全滅を確実に防止できる、極めて信頼性の高いシステムが欲しい。
２１、農家が抱える経営課題を全て解消できる機器を、確実な方法で提供したい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】ヒートポンプ式の小型給湯器を複数台用意し、所定の容積を有するサブタンクに並列接続する構成により、サブタンク内の水を各給湯器がそれぞれ独立して沸かす様に装置すると共に、サブタンク内の湯を、温室内に施設した配管にポンプで循環させ、温室からサブタンクへ戻る部分の水温を検知して、給湯器の運転台数を制御する。詳細は、請求項１から１０のいずれかに記載された通りに装置する。また、請求項１１に記載の業務を行えば、日本の第一次産業である農業の発展に、広く貢献できる。
【発明の効果】
【０００５】本発明によれば、家庭用の小型床暖房用給湯器や、業務用の床暖房機など、その時代において、最も廉価な機器を選択する事が可能で、また、接続機器を順次増加し、既存設備から段階的に本発明へ移行する事も可能なので、農家の設備投資を極限まで低減できる。
また、高価なインバーター制御を必要とせずに、サブタンク内の湯温を略一定に保つ事が可能で、万が一、１台が故障した場合でも、電源電圧だけが一致していれば、どこのメーカーの給湯機でも交換が可能となる。従って、メーカーを問わず、最短の時間で調達可能な機器と交換すれば良いので、室温低下による農作物への影響を、最小限に抑える事ができる。
また、小型給湯器を複数台使用する為、万が一、１台が故障しても、例えば４台使用の場合は７５％の能力が確保できる為、農作物へのダメージを極力、低減できる。
さらに、大型の専用機器などと比べ、圧倒的に大量生産されている小型機器を使用する為、信頼性は高く、故障しても最新鋭機に簡単に交換できる為、購入する農家にとって、極めて安心感が高い。また、インバーター制御など、ヒートポンプそのものの効率を可変させる複雑な制御は行わず、運転と停止だけの極めて単純な制御なので、根本的に故障発生率を下げられる。即ち、農作物の壊滅が死活問題となる農家にとって、極めて頼性が高く、絶大な安心感が得られる温室専用空調機器を、極めて廉価で提供する事ができる。
また、温水や冷水を循環する構成の為、温風発生器や加湿器の追加設定も容易であり、サブタンクには太陽熱温水器や地下水を容易に接続可能で、利便性や発展性は極めて高く、あらるゆ農家の要望を満足させる事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】本発明を実施し、課題を解決する為の形態は、請求項１から１０のいずれかに詳述された通りに実施すれば良い。具体的には、サブタンクに複数のヒートポンプ式給湯器を接続し、サブタンク内の水の温度を上げ、その温水を、ポンプにて温室内に循環させ、所定の制御によって温室内の温度を適正に保つ。
【実施例】
【０００７】本発明を実施し、課題を解決する為の形態は、請求項１から１１に詳述された通りであるが、その一例を、図を使用して説明する。
図１は、本発明の基本構成を示す概念図である。１は、広く市販されているヒートポンプ式の給湯器であり、一般的には家庭用の温水式床暖房などに使用される。しかし、家庭用の床暖房用の機器は、限られたスペースに設置する事を前提としており、また、床下に配管する為、漏水は致命的な欠陥となり、効率を上げる為に湯温を上げ過ぎると、低温火傷を発症するなど、数多くの制約の中で使用する為の機器であり、これを、全く課題の異なる温室用に転用する事は不可能であり、過去、家庭用の給湯器を活用しようと発想した当業者は存在しなかった。【０００８】そこで本発明では、所定の容積を有するサブタンク４を装置し、これに、給湯器１の出湯配管２と戻り配管３を接続し、サブタンク内に溜めた水を、ヒートポンプで加熱する方式とした。加熱された湯は、電動ポンプ９によって、温室への吐出配管５を通って温室８に送られる。温室内には循環配管６が設置されており、ここで配管から放熱して温室内の温度を上げる。その後、戻り配管７を通ってサブタンクに戻り、再度加温され、温室内を循環する。この時、温室からの戻り水の温度を、サブタンク４の直前に取付けた温度センサー１０で測温し、この測定値を温室内の気温として代用し、給湯器のＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、温室内の気温を所定の温度に保持する。配管は、温室内の地表面に沿って配設するので、温度センサー１０は、実際の農作物の雰囲気温度を測温できる。以上が請求項１に記載の本発明の実施例である。【０００９】図２は、本発明の応用例であり、給湯器を３台に増加した場合の概念図であり、実際は、物理的にサブタンク１１に配管接続可能であれば、何台でも増設できる。この時、所定の時間ごとに温度センサー１０で測温し、この値に対して、設定温度の方が高い場合、順次運転台数を増加させる。また、所定の温度に達した場合は、最初に運転した給湯器から順次運転を止める。この制御により、各給湯器１２、１３、１４の運転時間を、略均一にする事ができる。尚、１２、１３、１４の給湯器ＡＢＣは、同一機種である必要は無く、電源電圧が同じであれば、他メーカーの製品でも接続可能な為、極めて利便性が高い。以上が請求項２に記載の本発明の実施例である。【００１０】図２の構成において、運転開始時など、サブタンク内の水温が極端に低い場合は、請求項２の制御方法では水温の上昇に長時間かかり、実用的では無い。そこで、運転開始時のみ、全ての給湯器を運転し、所定の温度に達した時点で、請求項２の制御に移行すれば良い。以上が請求項３に記載の本発明の実施例である。【００１１】また、図２の構成において、温度センサー１０を複数装置し、各センサーと、その測温値によってＯＮ−ＯＦＦ制御を行う給湯器を、１対１で接続する方法も推奨できる。例えば、給湯器Ａは温室からの戻り水の温度で制御し、給湯器Ｂは外気温で制御し、給湯器Ｃは温室内温度で制御すれば良い。この制御を行えば、例えば夜、外気温が下がってきた時点で１台の運転を開始するので、外気温低下から遅れて温室内の温度が急激に下がる現象を未然に防ぐ事ができる。この場合、サブタンクに接続されている給湯器が多い場合は、温度センサー１つに対して、複数の給湯器を接続すれば良い。以上が請求項４に記載の本発明の実施例である。【００１２】本発明では、独立した給湯器を複数運転する為、主電源を設ける必要があり、また、機器の交換や異常発生時に、運転を止める必要がある。
そこで、全ての給湯器と温室内循環用ポンプを同時に運転停止可能なスイッチを設ける。また、蒸発や漏水などにより、サブタンク内の水位が下がると、ヒートポンプ式給湯器が空炊きとなり、重大な故障に至る為、水位が所定の高さより下がった場合は、全ての運転を停止する制御を行う。以上が請求項５に記載の本発明の実施例である。【００１３】図３は、サブタンクの一例を表す断面図である。サブタンク１１には、給湯器からの高温配管３と、給湯器への戻り配管２が対面位置に接続され、高温側には温室への循環配管７が接続され、ポンプ９によって温室内へ給湯される。低温側には温室からの戻り配管７が接続され、センサー１０によって測温されている。２７は水位センサーであり、この位置よりも水位が下がった場合は異常と判断され、給湯器やポンプの運転は停止する制御を行う。
また、サブタンクの上部にはボールタップ１５が取付けられ、水道管１６が接続される。この装置により、漏水や蒸発などでサブタンク１１内の循環水が減った場合、浮き球が下がって止水栓が開いて補水され、所定の水位に達すれば浮き球の浮力によって止水される為、自動的に所定の水位を保つ事ができる。
さらに、配管内を洗浄した場合は、サブタンク１１内に洗浄剤を入れ、戻り配管７の途中に設けたドレンコックを解放すると、洗浄剤は循環配管内を全て通過してから排出され、排出された分の水は、ボールタップ１５から自動的に補水される為、極めて利便性が高い。以上が請求項６に記載の本発明の実施例である。【００１４】サブタンク１１には、複数の給湯器が接続され、水が循環しており、さらに、温室への循環用ポンプ９によって大量の温水が循環している為、サブタンク内の水流は複雑に混ざり合っており、給湯器に低温の水を戻し、循環配管に高温のお湯を吐出するなどの温度差を設ける事が難しい。そこで図３の様に、高温側の配管と、低温側の配管を相対する位置に接続すると共に、その中間部に仕切り板１２を設ける事で、高温水と低温水が混ざりあう事を防止する。この仕切り板には、スリットなどを設けて水流を調整したり、複数の仕切り板で迷路状にしても良い。また、各配管の端部をベルマウス状に成形し、乱流を低減すれば、さらに高温水と低温水の分離が確実になる。以上が請求項７に記載の本発明の実施例である。【００１５】図４は、温室内の配管を表す概念図である。温室８の内部に施設する配管６は、温室の形状や広さに応じて各部で曲げれば良い。この時、連続する配管の随所に、両端をフランジで接続した着脱可能な配管１７を設けておく。この構成により、例えば温水を利用した温風機が必要な場合は、配管１７を取り外し、温水式温風機１８を取付ければ良い。また、加湿が必要な場合は、多数の小孔を設けた散水配管１９と交換すれば良い。尚、配管は、温室形状によって連続配管ができない場合がある。その場合は、盲腸の様に分岐した配管２８を設ければ良い。
また、外気温が低い場合、年間を通して一定の温度を保っている地下水などが使える場合は、その地下水を空冷式ヒートポンプの外気熱交換器に散水すれば、給湯器の効率を上げる事が可能で、また、サブタンクに太陽熱温水器を接続すれば、昼間の太陽熱も利用できる。以上が請求項８に記載の本発明の実施例である。【００１６】図５は、本発明の装置によって冷水を得る為の構成を表す概念図である。温室栽培と言っても夏場の高温を嫌う農作物も存在し、その場合は、本発明の構成で、サブタンク内の水を冷やせば、冷水を温室内に循環する事が可能となり、冷水が循環すれば、１８の送風器で冷風を発生させる事が可能で、１９により冷水の散水も可能となる。
そこで、空冷ヒートポンプ式給湯器の、外気熱交換器、即ちラジエター２２に着目する。給湯器は、外気の熱を吸い上げ、循環水に移動させて給湯する装置なので、お湯を作っている間は、ラジエターは極低温になっており、この極低温と、外気との温度差が、得られる熱エネルギーとなる。この極低温となっているラジエターに、温室からの戻り配管７から、多数の小孔を設けたシャワー２０で温水を散水する。ラジエターの表面で冷やされた、即ち熱を奪われた水は、受け皿２１で回収され、ポンプ９で、再び温室内に循環する。サブタンク内は、温度が上がってしまう為、ドレンコックを解放してお湯を排水すると共に、ボールタップから補水すれば、液冷ヒートポンプのサイクルとなり、給湯器を冷水器として使用する事ができる。尚、受け皿２１の水位が下がると温室への冷水循環ができなくなる為、受け皿２１にもボールタップによる補水装置を設ければ良い。また、冷水を得る場合は、ファンモーターを止める制御により電力消費を抑えられる。尚、簡易的には、図２の構成で給湯器の運転のみを停止し、サブタンク１１に、冷却塔を接続して、水の気化熱でサブタンク内の水温を下げ、その冷水を温室内に循環しても良い。以上が請求項９に記載の本発明の実施例である。【００１７】図６は、本発明を実用的な商品として販売する際に、ユニット化した構成を表す概念図である。専用のラック２４に複数のヒートポンプ式給湯器１２〜１４を搭載し、サブタンク１１に接続する。温室への給湯用ポンプ９も含めてパネル２６で覆い、２５の脚でユニット全体を地面から浮かせる。この構成により、１つのユニットだけで給湯器として完成し、給湯配管５と戻り配管７を温室に接続し、電源を接続するだけで稼働できる。また、温室が大規模の場合は、このユニットを直列接続や並列接続する事により、能力を増強できる。さらに、ユニット内の各給湯器は、必要な熱量に応じて、小型の機器や大型の機器を自由に組合せ可能な為、ユニットの構成と、ユニットの台数を変更する事で、極めて細かい容量設定が可能となる。
設備投資を抑える為には、例えば、４台の機器を搭載可能なユニットに、２台だけ搭載して設置して秋口から運転を開始し、本格的な冬になってから、残りの２台を順次搭載するなどの方法も可能で、農家にとって前例の無い、極めて利便性の高い機器となる。
また、冷水を得る為のシャワー２０や、受け皿２１もユニットのパネル２６の中に収納可能となる。通常、家庭用の床暖房用機器では、水道の配管や、内部にシャワーを設ける事など不可能であり、当業者が考え付く事も無いが、家庭や事務所などでの使用を一切想定せず、温室用だけに特化した事により、数々の課題を全て解決し、極めて新規性の高い発明となっている。以上が請求項１０に記載の本発明の実施例である。【００１８】本発明を広く普及し、全国の温室栽培農家のコスト削減と利便性向上に寄与する為には、請求項１１に記載の業態によるビジネスを展開すれば良い。この業態により、温室農家には、極めて信頼性の高い空調機器を、廉価で提供する事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】請求項１から請求項１０のいずれかに記載の本発明を活用し、請求項１１に記載の業務を展開すれば、全国の温室農家の設備投資やランニングコストを低減する事が可能で、第一次産業である農業の発展に、大きく寄与する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】  本発明の基本構成を表す概念図である。
【図２】  基本構成に対して、給湯器を３台に増加した構成を表す概念図である。
【図３】  サブタンクの断面図であり、内部の構成を表す概念図である。
【図４】  温室内の配管とファンの構成を表す概念図である。
【図５】  空冷式給湯器を活用して、冷水を得る為の装置を表す概念図である。
【図６】  本発明の各装置を、まとめてユニット化した構成を表す概念図である。
【符号の説明】
【００２１】１、ヒートポンプ式給湯器
２、給湯器からサブタンクへの温水吐出配管
３、サブタンクから給湯器への戻り配管
４、サブタンク
５、温室内循環配管への、吐出配管
６、温室内に配置された、循環配管
７、温室内循環配管からの、戻り配管
８、温室
９、温室内循環配管への吐出ポンプ
１０、温度（水温）センサー
１１、複数の給湯器を接続した、サブタンク
１２、ヒートポンプ式給湯器：Ａ
１３、ヒートポンプ式給湯器：Ｂ
１４、ヒートポンプ式給湯器：Ｃ
１５、ボールタップ式の止水栓
１６、水道又は地下水からの配管
１７、両端をフランジ継手で接続された、配管
１８、両端をフランジ継手で接続された、ラジエター式送風機（温水熱交換器付き送風機）
１９、両端をフランジ継手で接続された、小孔を有する散水器又は加湿器
２０、ラジエターに散水（シャワー）する為の、小孔
２１、受け皿
２２、ヒートポンプ式給湯器の、空気熱交換機（ラジエター）
２３、空気熱交換機用の電動ファン
２４、給湯器やサブタンクを所定の位置に保持するラック
２５、ラックを支える脚
２６、各機器をまとめてパッケージした、温室用の給湯ユニット
２７、水位センサー
２８、温室内循環配管から、分岐した配管
【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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