JP7093676B2 - 家畜舎暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、家畜舎暖房システムに関する。

家畜舎暖房システムでは、家畜の養育環境を良好に保つことが求められている。例えば、養鶏システムでは、鶏の養育環境を良好に保つため、冬期の寒さ対策と、夏期の暑さ対策を講じる必要がある。特に生まれたての幼雛は、脆弱であるために、高温の環境で飼育する必要がある。

これに関連して、例えば下記の特許文献１には、ボイラーによって養鶏舎等の畜産施設における給湯・暖房を行うことが開示されている。

特開２００８－１１１６３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、化石燃料が用いられるため、二酸化炭素が発生することによって、地球規模の環境悪化の一因となる。

一方、従来から家畜から発生される熱量や新鮮空気換気取入れの為の換気扇駆動熱等々内部発生熱は、無駄に外部に廃棄されている。これに対し、本発明者らは、これらの低温度廃熱を有効活用して、家畜舎暖房システムに於けるヒートポンプの効率（成績係数、以下ＣＯＰ）を向上させることを鋭意検討した。

本発明は、このような検討の結果なされたものであり、環境を考慮するとともに、より高いＣＯＰを実現することのできる家畜舎暖房システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る家畜舎暖房システムは、家畜が養育される複数の家畜舎と、冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプと、を有し、前記ヒートポンプは、一の前記家畜舎から出る廃熱を取り込んで、他の前記家畜舎に前記温熱として供給する。また、前記ヒートポンプは、第１流路、第２流路、および第３流路を備え、前記第２流路および前記第３流路は前記第１流路から分岐されかつ前記第１流路に合流するように構成されるとともに、冷媒が循環する冷媒流路と、前記第１流路に設けられ、前記第１流路を通過する前記冷媒を圧縮して、前記冷媒を温度上昇させる圧縮機と、前記冷媒を膨張して、当該冷媒を温度下降させる膨張弁と、前記第１流路に設けられ、前記圧縮機から前記膨張弁に向かって循環する前記冷媒により、第１媒体を加熱する温水熱交換器と、前記第２流路に設けられ、前記膨張弁から前記圧縮機に向かって循環する前記冷媒により、第２媒体を冷却する冷水熱交換器と、前記第３流路に設けられ、前記膨張弁から前記圧縮機に向かって循環する前記冷媒により、前記一の家畜舎から取り込んだ前記廃熱を備える空気を冷却する空気熱交換器と、前記空気熱交換器によって冷却された前記空気を外部に排出する排出ファンと、前記第１流路を通過する前記冷媒の供給を、前記第２流路または前記第３流路に切り替える切替え弁と、を有する。

上述のように構成した家畜舎暖房システムによれば、暖房用の電源として、化石燃料によるブリーダー装置やボイラーを使用しないで、電気式のヒートポンプを使用する。このため、二酸化炭素の排出を抑制することができる。また、ヒートポンプは、一の家畜舎から出る廃熱を取り込んで、他の家畜舎に温熱として供給するため、より高いＣＯＰを実現することができる。

本実施形態に係る養鶏システムを示す系統図である。 本実施形態に係る養鶏システムのヒートポンプを示す系統図である。 洗浄部の構成を説明するための概略図である。

本発明の実施形態を、図１～図３を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

本実施形態では、家畜舎暖房システムとして、鶏を養育する養鶏システムを例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る養鶏システム１を示す系統図である。図２は、本実施形態に係る養鶏システム１のヒートポンプ２０を示す系統図である。図３は、洗浄部５０の構成を説明するための概略図である。

養鶏システム１は、図１に示すように、鶏が養育される２つの鶏舎１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプ２０と、鶏舎１０を加熱する加熱経路３０と、鶏に供給する飲み水を冷却する冷却経路４０と、鶏に給水するための給水管６０と、給水管６０の内部を流れる飲み水を冷却するための給水管熱交換器７０と、を有する。

本実施形態において、養鶏システム１は、２つの鶏舎１０Ａ、１０Ｂを有する。第１鶏舎１０Ａでは、成鶏Ｃ２が飼育される。また第２鶏舎１０Ｂでは、幼雛Ｃ１が飼育される。２つの鶏舎１０Ａ、１０Ｂは同じ構成を備える。以下、第１鶏舎１０Ａおよび第２鶏舎１０Ｂを総称して鶏舎１０として、鶏舎１０の構成を説明する。

鶏舎１０の床下には、図１に示すように、加熱経路３０が配設されている。また、鶏舎１０の左側壁１１には、換気扇１２が取り付けられている。

換気扇１２は、不図示のモータによって回転される。ここで、モータの回転によってモータ自体が発熱し、換気扇１２から廃熱として鶏舎１０の外部に廃棄され、ヒートポンプ２０に取り込まれる。

鶏舎１０の床面には、例えば敷きわらが配置され、その上で成鶏Ｃ２、幼雛Ｃ１が飼育される。成鶏Ｃ２は、代謝による放熱をしており、その熱は廃熱として鶏舎１０の外部に廃棄され、ヒートポンプ２０に取り込まれる（図１の点線矢印参照）。

鶏舎１０の天井には、鶏舎１０内を照らすランプ（不図示）が取り付けられている。ここで、ランプから発生する熱は廃熱として鶏舎１０の外部に廃棄され、ヒートポンプ２０に取り込まれる。

ヒートポンプ２０は、冷熱および温熱を同時に取り出し可能に構成されている。また、ヒートポンプ２０は、温熱のみを取り出し可能にも構成されている。ヒートポンプ２０は電気式であるため、火気を使用することがなく、火災の心配が不要である。以下、ヒートポンプ２０の構成について、図２を参照して、詳述する。

ヒートポンプ２０は、図２に示すように、冷媒が循環する冷媒流路２１と、冷媒を圧縮する圧縮機２２と、冷媒を膨張する膨張弁２３と、加熱経路３０内を循環する第１媒体に温熱を供給する温水熱交換器２４と、冷却経路４０内を循環する第２媒体に冷熱を供給する冷水熱交換器２５と、第１鶏舎１０Ａから取り込んだ廃熱を備える空気を冷却する空気熱交換器２６と、空気熱交換器２６によって冷却された空気を外部に排出する排出ファン２７と、温水熱交換器２４の下流側に設けられる切替え弁２８と、を有する。なお、冷媒流路２１を循環する冷媒としては、特に限定されないが、例えば二酸化炭素を用いることができる。

ここで、第１鶏舎１０Ａから取り出す廃熱としては、成鶏Ｃ２の代謝による放熱、換気扇１２による発熱、鶏舎１０内のライトによる発熱、および日光による輻射熱などがあげられる。

冷媒流路２１は、加熱経路３０内を循環する第１媒体を加熱する第１流路２１ａと、冷却経路４０内を循環する第２媒体を冷却する第２流路２１ｂと、第１鶏舎１０Ａから取り込んだ廃熱を備える空気を冷却する第３流路２１ｃと、を有する。

第１流路２１ａは、図２に示すように、切替え弁２８が設けられる位置において、第２流路２１ｂおよび第３流路２１ｃに分岐する。また、分岐された第２流路２１ｂおよび第３流路２１ｃは、合流部２１ｄにおいて、第１流路２１ａに合流する。

圧縮機２２は、第１流路２１ａに設けられる。圧縮機２２は、特に限定されないが、例えば、ＣＯ_２冷凍機を用いることができる。冷媒が圧縮機２２を通過する際に圧縮されることによって、圧縮機２２は冷媒の温度を上昇させる。圧縮機２２を通過する前の冷媒の温度は、例えば、５℃であって、圧縮機２２を通過した後の冷媒の温度は、例えば、９０℃である。

膨張弁２３は、第２流路２１ｂおよび第３流路２１ｃにそれぞれ設けられる。第２流路２１ｂに設けられる膨張弁２３は、切替え弁２８および冷水熱交換器２５の間に配置される。第３流路２１ｃに設けられる膨張弁２３は、切替え弁２８および空気熱交換器２６の間に配置される。なお、膨張弁２３は、温水熱交換器２４および切替え弁２８の間に１つだけ配置されてもよい。冷媒が膨張弁２３を通過する際に膨張されることによって、膨張弁２３は冷媒の温度を低下させる。膨張弁２３を通過する前の冷媒の温度は、例えば、６０℃であって、膨張弁２３を通過した後の冷媒の温度は、例えば、５℃である。

温水熱交換器２４は、第１流路２１ａのうち、圧縮機２２から膨張弁２３までの間に配置される。温水熱交換器２４は、圧縮機２２から膨張弁２３に向かって循環する高温の冷媒により、加熱経路３０内を循環する第１媒体を加熱する。

冷水熱交換器２５は、第２流路２１ｂのうち、膨張弁２３から圧縮機２２までの間に配置される。冷水熱交換器２５は、膨張弁２３から圧縮機２２に向かって循環する低温の冷媒により、冷却経路４０内を循環する第２媒体を冷却する。

空気熱交換器２６は、第３流路２１ｃのうち、膨張弁２３から圧縮機２２までの間に配置される。空気熱交換器２６は、膨張弁２３から圧縮機２２に向かって循環する低温の冷媒により、第１鶏舎１０Ａから取り込んだ廃熱を備える空気を冷却する。

空気熱交換器２６は、図３に示すように、洗浄部５０によって洗浄される。一般的に、鶏舎１０室内における空気は、鶏糞、抜け毛、埃による多量の粉塵が浮遊している。したがって、ヒートポンプ２０の空気熱交換器２６に、第１鶏舎１０Ａから空気を取り込むと、空気熱交換器２６のフィンに粉塵が付着して目詰まりを起こしてしまい、廃熱を回収することができなくなる。

本実施形態に係る養鶏システム１では、洗浄部５０によって空気熱交換器２６のフィンを洗浄するため、上記の事象が生じることを好適に防止することができる。

洗浄部５０は、図３に示すように、エアーコンプレッサー５１と、高圧エアーが通過する配管５２と、切換え弁５３と、間欠タイマー５４と、空気管５５と、を有する。このように構成された洗浄部５０によれば、空気熱交換器２６のフィンに付着する粉塵を、定期的に空気管５５から噴出される高圧空気で吹き飛ばすことができる。また空気管５５は、図３の上下方向に移動可能に配置されていることが好ましい。この構成によれば、空気熱交換器２６のフィンの全面を洗浄することができる。

排出ファン２７は、空気熱交換器２６に隣り合うように配置されている。排出ファン２７は、空気熱交換器２６によって冷却された空気を外部に排出する。

切替え弁２８は、第１流路２１ａを通過する冷媒の供給を、第２流路２１ｂまたは第３流路２１ｃに切り替える。

以上のように構成されたヒートポンプ２０によれば、例えば、第１流路２１ａを通過する冷媒が第２流路２１ｂに供給されるように、切替え弁２８を切り替えることによって、第１流路２１ａおよび第２流路２１ｂが連結される。この結果、温水熱交換器２４は、加熱経路３０内を循環する第１媒体を加熱するとともに、冷水熱交換器２５は、冷却経路４０内を循環する第２媒体を冷却する。このため、ヒートポンプ２０は、温熱および冷熱を同時に取り出し可能な状態となる。

一方、第１流路２１ａを通過する冷媒が第３流路２１ｃに供給されるように、切替え弁２８を切り替えることによって、第１流路２１ａおよび第３流路２１ｃが連結される。この結果、温水熱交換器２４は、加熱経路３０内を循環する第１媒体を加熱するとともに、空気熱交換器２６は第１鶏舎１０Ａから取り込んだ廃熱を備える空気を冷却して、排出ファン２７によって、冷却された空気が外部に排出される。このため、ヒートポンプ２０は、温熱のみを取り出し可能な状態となる。

このとき、空気熱交換器２６において、例えば、第１鶏舎１０Ａから廃熱を取り込むことなく冷たい外気から取り込んだ空気を使用する場合、温水熱交換器２４において、第１媒体を所定の温度に上昇させる為の必要な動力は大きく成り、そのときのエネルギーをエネルギーＱ１とする。これに対して、本実施形態において、第１鶏舎１０Ａから暖かい廃熱を取り込んだ場合、温水熱交換器２４において、第１媒体を所定の温度に上昇させるため必要な動力は少なく成り、そのときのエネルギーをエネルギーＱ２であるとする。

冬期では、外気から取り込んだ空気は、第１鶏舎１０Ａから取り込んだ廃熱の温度よりも低いため、エネルギーＱ２はエネルギーＱ１よりも少なくなる。したがって、少ないエネルギーで大きな熱量を取り出せる事で、養鶏システム１のＣＯＰをより高くすることができる。

図１に戻って、加熱経路３０は、ヒートポンプ２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体が内部を循環することによって、鶏舎１０を加熱する。加熱経路３０は、図１に示すように、鶏舎１０の床下に配設される。

加熱経路３０内の第１媒体の循環は、加熱ポンプＰ１によって行われる。また、加熱経路３０内を循環する第１媒体は、特に限定されないが、例えば水である。加熱経路３０内を循環する第１媒体の温度は、例えば６５℃である。

冷却経路４０は、図１に示すように、ヒートポンプ２０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体が内部を循環することによって、鶏に供給する飲み水を冷却する。冷却経路４０は、図１に示すように、冷水熱交換器２５から冷熱を受け取る。

冷却経路４０内の第２媒体の循環は、冷却ポンプＰ２によって行われる。また、冷却経路４０内を循環する第２媒体は、特に限定されないが、例えば水である。冷却経路４０内を循環する第２媒体の温度は、例えば７～１０℃である。

給水管６０は、井戸８５からの水をポンプＰ３によってくみ上げて、鶏に飲み水として供給する。給水管６０には、幼雛Ｃ１または成鶏Ｃ２が水を飲むためのニップル式給水器６０ａが取り付けられている。ニップル式給水器６０ａは、幼雛Ｃ１または成鶏Ｃ２が好適に水を飲むことができるように上下移動可能に配置されている。

給水管熱交換器７０は、給水管６０の上方に配置されている。給水管熱交換器７０の内部には、冷却経路４０が配設されている。給水管熱交換器７０は、第２媒体の冷熱によって、給水管６０を流れる飲み水を例えば１０～２０℃に冷やすことができる。

次に、本実施形態に係る養鶏システム１による鶏の養育方法について説明する。以下、季節が夏期、冬期の場合に分けて、養鶏システム１による鶏の養育方法について説明する。

まず、夏期の場合について説明する。

夏期では、成鶏Ｃ２および幼雛Ｃ１の飲み水を冷却する必要がある。なお、幼雛Ｃ１は、成鶏Ｃ２よりも高温環境にすることが好ましい。

夏期では、図２に示す切替え弁２８を切り替えて、第１流路２１ａおよび第２流路２１ｂを連結し、ヒートポンプ２０から温熱および冷熱を同時に取り出し可能とする。この結果、加熱経路３０は、第２鶏舎１０Ｂにおいて床下から、第２鶏舎１０Ｂ内を暖めることができる。したがって、幼雛Ｃ１に対して、好適な養育環境を提供することができる。

一方、給水管熱交換器７０は、第２媒体からの冷熱によって給水管６０内の飲み水を冷やすことができる。成鶏Ｃ２は、汗腺が無く、羽毛に覆われているため、発汗による体温調節ができず、熱が放散されにくく体内に熱がこもりやすい。このため、急激な外気温度の上昇があると体温調整が追いつかず熱射病にかかり、死に至る事がある。また、成鶏Ｃ２は、他の生物よりも、水を飲む量が多い特性を備えている。このため、第２媒体からの冷熱によって冷やされた飲み水を成鶏Ｃ２が飲むことで、成鶏Ｃ２の体温を好適に調整することができる。したがって、成鶏Ｃ２に対して、好適な養育環境を提供することができる。

このように、夏期において、幼雛Ｃ１を飼育する第２鶏舎１０Ｂの高温環境の維持と、成鶏Ｃ２を飼育する第１鶏舎１０Ａの飲み水の冷却とが同時に達成できるため、エネルギーの有効活用を図ることができる。

次に、冬期の場合について説明する。

冬期では、幼雛Ｃ１および成鶏Ｃ２ともに、急激な外気気温の低下に対応できるよう、鶏舎１０内を高温環境にすることが好ましい。

冬期では、図２に示す切替え弁２８を切り替えて、第１流路２１ａおよび第３流路２１ｃを連結し、ヒートポンプ２０から温熱のみを取り出し可能とする。このため、冷却経路４０に循環する第２媒体は冷水熱交換器２５によって冷却されない。

加熱経路３０は、鶏舎１０の床下から、鶏舎１０内を暖めることができる。したがって、幼雛Ｃ１および成鶏Ｃ２に対して、好適な養育環境を提供することができる。

なお、春期や秋期のような中間期では、その日の気温に応じて、上述した夏期のモードおよび冬期のモードを適宜切り替えて使用される。

以上説明したように、本実施形態に係る養鶏システム１は、鶏が養育される２つの鶏舎１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプ２０と、を有し、ヒートポンプ２０は、第１鶏舎１０Ａから出る廃熱を取り込んで、第２鶏舎１０Ｂに温熱として供給する。このように構成された養鶏システム１によれば、暖房用の電源として、化石燃料によるブリーダー装置やボイラーを使用しないで、電気式のヒートポンプ２０を使用する。このため、二酸化炭素の排出を抑制することができる。また、第１鶏舎１０Ａから出る廃熱をヒートポンプ２０に取り込んで、第２鶏舎１０Ｂに温熱を供給するため、より高いＣＯＰを実現することができる。

ヒートポンプ２０は、第１流路２１ａ、第２流路２１ｂ、および第３流路２１ｃを備え、第２流路２１ｂおよび第３流路２１ｃは第１流路２１ａから分岐されかつ第１流路２１ａに合流するように構成されるとともに、冷媒が循環する冷媒流路２１を有する。また、ヒートポンプ２０は、第１流路２１ａに設けられ、第１流路２１ａを通過する冷媒を圧縮して、冷媒を温度上昇させる圧縮機２２と、冷媒を膨張して、当該冷媒を温度下降させる膨張弁２３と、を有する。また、ヒートポンプ２０は、第１流路２１ａに設けられ、圧縮機２２から膨張弁２３に向かって循環する冷媒により、第１媒体を加熱する温水熱交換器２４と、第２流路２１ｂに設けられ、膨張弁２３から圧縮機２２に向かって循環する冷媒により、第２媒体を冷却する冷水熱交換器２５と、を有する。また、ヒートポンプ２０は、第３流路２１ｃに設けられ、膨張弁２３から圧縮機２２に向かって循環する冷媒により、外部から取り込んだ空気を冷却する空気熱交換器２６と、空気熱交換器２６によって冷却された空気を外部に排出する排出ファン２７と、第１流路２１ａを通過する冷媒の供給を、第２流路２１ｂまたは第３流路２１ｃに切り替える切替え弁２８と、を有する。

このように構成された養鶏システム１によれば、加熱経路３０を循環する第１媒体は、鶏舎１０を加熱し、冷却経路４０を循環する第２媒体は、家畜に供給する飲み水を冷却する。このため、季節に応じて、鶏舎１０の暖房および飲み水の冷却を切り替えることができる。よって、鶏に対して好適な養育環境を与えることができる。

また、空気熱交換器２６のフィンを洗浄する洗浄部５０をさらに有する。このように構成された養鶏システム１によれば、空気熱交換器２６のフィンに付着する粉塵を好適に除去することができ、第１鶏舎１０Ａから出る廃熱をヒートポンプ２０の空気熱交換器２６に好適に取り込むことができる。

また、第１鶏舎１０Ａでは成鶏Ｃ２が飼育され、第２鶏舎１０Ｂでは幼雛Ｃ１が飼育される。このように構成された養鶏システム１によれば、成鶏Ｃ２が飼育される第１鶏舎１０Ａにおいて、成鶏Ｃ２の発熱量は幼雛Ｃ１の発熱量よりも多いため、より多くの廃熱を利用することができる。さらに、幼雛Ｃ１は成鶏Ｃ２に対して、寒さに弱いため、幼雛Ｃ１に対して温熱を供給することができるため、より効率の良い養鶏システム１を提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した実施形態では、家畜舎暖房システムとして鶏を養育する養鶏システムに適用されたが、豚等の養育にも適用することができる。

また、上述した実施形態では、鶏舎システムは２つの鶏舎を有していたが、３つ以上の鶏舎を有してもよい。

また、上述した実施形態では洗浄部５０は高圧のエアーを空気熱交換器２６のフィンに噴射することによって洗浄を行ったが、これに限定されず、高圧の水を空気熱交換器２６のフィンに噴射する構成であってもよい。

１ 養鶏システム（家畜舎暖房システム）、
１０ 鶏舎、
１０Ａ 第１鶏舎（一の鶏舎）、
１０Ｂ 第２鶏舎（他の鶏舎）、
２０ ヒートポンプ、
２１ 冷媒流路、
２１ａ 第１流路、
２１ｂ 第２流路、
２１ｃ 第３流路、
２２ 圧縮機、
２３ 膨張弁、
２４ 温水熱交換器、
２５ 冷水熱交換器、
２６ 空気熱交換器、
２７ 排出ファン、
２８ 切替え弁、
３０ 加熱経路、
４０ 冷却経路、
７０ 給水管熱交換器、
Ｃ１ 幼雛、
Ｃ２ 成鶏。

Claims (5)

1. 家畜が養育される複数の家畜舎と、
   冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプと、を有し、
   前記ヒートポンプは、一の前記家畜舎から出る廃熱を取り込んで、他の前記家畜舎に前記温熱として供給し、
   前記ヒートポンプは、
   第１流路、第２流路、および第３流路を備え、前記第２流路および前記第３流路は前記第１流路から分岐されかつ前記第１流路に合流するように構成されるとともに、冷媒が循環する冷媒流路と、
   前記第１流路に設けられ、前記第１流路を通過する前記冷媒を圧縮して、前記冷媒を温度上昇させる圧縮機と、
   前記冷媒を膨張して、当該冷媒を温度下降させる膨張弁と、
   前記第１流路に設けられ、前記圧縮機から前記膨張弁に向かって循環する前記冷媒により、第１媒体を加熱する温水熱交換器と、
   前記第２流路に設けられ、前記膨張弁から前記圧縮機に向かって循環する前記冷媒により、第２媒体を冷却する冷水熱交換器と、
   前記第３流路に設けられ、前記膨張弁から前記圧縮機に向かって循環する前記冷媒により、前記一の家畜舎から取り込んだ前記廃熱を備える空気を冷却する空気熱交換器と、
   前記空気熱交換器によって冷却された前記空気を外部に排出する排出ファンと、
   前記第１流路を通過する前記冷媒の供給を、前記第２流路または前記第３流路に切り替える切替え弁と、を有する家畜舎暖房システム。
2. 前記空気熱交換器のフィンを洗浄する洗浄部をさらに有する、請求項１に記載の家畜舎暖房システム。
3. 前記一の家畜舎では成鶏が飼育され、前記他の家畜舎では幼雛が飼育される、請求項１または２に記載の家畜舎暖房システム。
4. 前記一の家畜舎から出る前記廃熱は、換気扇を回転させるモータの発熱から取り出される、請求項１～３のいずれか１項に記載の家畜舎暖房システム。
5. 前記一の家畜舎から出る前記廃熱は、ランプから発生する熱から取り出される、請求項１～４のいずれか１項に記載の家畜舎暖房システム。

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