JPH0677489B2 - 温室の暖房システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は温室の暖房システムに関し、より詳しくは、
太陽熱を蓄熱しておき、夜間、その熱を温室内に放熱し
て温室栽培作物を低温災害より守る温度の暖房システム
に関する。

＜従来技術＞ 従来より、太陽熱による温室の暖房システムとしては、
例えば、集熱器との間に熱媒体を循環させ、集熱器で集
めた太陽熱を蓄える蓄熱槽と、蓄熱槽に蓄えられた熱を
導入して温室内を暖房する熱交換パイプとを有し、放熱
跡の熱媒体を再び蓄熱槽に返還するシステムのものが知
られている（特開昭62−40225号公報参照）。こうして
暖房システムでは、従来の重油ボイラー等による暖房シ
ステムに比べて、燃料が全くいらず経済的且つクリーン
である点で優れている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが、上記暖房システムでは、集熱器の集熱効率は
一定であり、太陽熱を唯一の熱源としているため、日射
量に左右されることとなって、天気の悪い日には、太陽
熱よりの集熱がほとんど行われないという不都合があ
る。しかも、日射量は季節や気候によって変動するもの
であり、これに応じて、暖房温度も変動するのでは、比
較的一定の高温度が必要とされる温室栽培の作物にとっ
ては致命的なこととなる。こうした場合、最も大量の熱
を必要とする条件に合わせて、集熱器の能力を設定して
おくことも考えられるが、集熱器の容量を増大したり、
集熱器の設置台数を増やしたりしなければならず、かえ
って設備コストが高くついて経済的ではない。

また、気象情況に左右されずに、一定高温下の温室暖房
を可能とし、且つクリーンである電熱地下ケーブル等の
設置も提案され且つ実施もされているが、電気代が極め
て高くなるという欠点がある。

なお、一般的な温室内の温度変化を調べてみると、春先
や晩秋の夜間では、温度が下がり暖房が必要となるもの
の、昼間には、かなりの高温にまで昇温し、暖房が必要
でなくなるばかりか、温室内の温度が上昇し過ぎ、温室
を覆うビニールシートを開いて通気冷却を行なわなけれ
ばならない日があった。

＜発明の目的＞ この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、集
熱効率を向上させて経済性に優れると共に、気象状況に
左右されることなく、一定高温下の温室暖房を可能とす
る温室の暖房システムを提供することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記目的を達成するためのこの発明の温室の暖房システ
ムとしては、集熱器と蓄熱槽との間に熱媒体を循環さ
せ、集熱器で集めた太陽熱を蓄熱槽に蓄える集熱経路
と、 蓄熱槽に蓄えた熱を温室内に放出する放熱経路と を備えた暖房システムにおいて、 温室内に引き入れられて地中に埋設される埋設部分、お
よび埋設部分から連続して温室内に表出する表出部分を
含み、蓄熱槽の熱媒体を埋設部分から表出部分を経て蓄
熱槽に循環させる熱交換パイプと、 熱交換パイプの表出部分と蓄熱槽との間に接続される補
助タンクを含み、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱
手段とを具備しているものである。

＜作用＞ 上記構成の温室の暖房システムによれば、温室内に引き
入れた熱交換パイプを、一旦、地中に埋設し、再びこれ
を温室内の地表に表出しているので、例えば寒い時期、
日射量の少ない日において、集熱器のみならず熱交換パ
イプにも熱媒体を循環させれば、熱交換パイプの地表表
出部分にても、太陽熱の集熱を行なうことができる。

さらに、熱交換パイプの地中埋設部分でも、太陽熱によ
って上昇した地温をも吸収し、集熱を行なうことができ
る。

また、春先や晩秋の時期、夜間は相当冷えるものの、日
中は天気が良すぎて温度が上昇し過ぎ、温室を覆うビニ
ールシートを開いて通気冷却を行なわねばならないよう
な日においては、温室内の温度よりも循環する熱媒体の
温度が十分低いことを利用し、熱交換パイプの地表表出
部分にて熱吸収を起こさせることができる。これによれ
ば、集熱に加えて、温室内の過剰な昇温を抑制すること
ができる。特に、熱交換パイプの地中埋設部分では、地
中から冷却することができ、地温が過剰に上がるのを抑
制することができる。

このように、蓄熱槽により熱を導入して温室内に放熱す
る熱交換パイプが、一旦、地中に埋没し、再びこれを温
室内の地表に表出しているので、地表及び地中の両側か
ら放熱や集熱を行なうことができる。

次いで、熱交換パイプの地表表出側から蓄熱槽に戻る放
熱経路途中に、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱手
段を具備しているので、例えば、天気が悪く、日射量が
かなり減少している日で、集熱器や熱交換パイプによっ
ても太陽熱の集熱がほとんどできない日にも、設定温度
以下の熱媒体を所定温度に加熱して蓄熱槽に返還するこ
とができる。従って、夜間、熱交換パイプは、十分に加
熱された所定温度の熱媒体を安定的に蓄熱槽から導入す
ることができる。

＜実施例＞ 次いで、この発明の実施例について図を参照しながら以
下に説明する。第１図はこの発明にかかる温室の暖房シ
ステムの全体斜視図である。

第１図において、温室の暖房システムは、太陽熱を集熱
する集熱器（１）と、集熱器（１）で集められた太陽熱
を蓄える蓄熱槽（２）と、蓄熱槽（２）より導入した熱
をビニールトンネル（Ｔ）内にて放熱する熱交換パイプ
（４）と、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱手段
（５）とを具備している。

集熱器（１）は、太陽光線が当たる対向表面に、略Ｓ字
状に屈曲形成された複数段の集熱管（1a）を有してお
り、集熱管（1a）は、水等の熱媒体を循環できるように
設けられている。そして、集熱器（１）は、この対向表
面に注がれるが太陽光線を集熱管（1a）に吸収させ、管
内の熱媒体が太陽熱を効率良く集熱できるように起立可
能に形成されている。

また、集熱器（１）は温度センサ（10）を具備してい
る。温度センサ（10）は、集熱器（１）の温度上昇を検
知して後述する集熱ステップの実行を制御するものであ
り、制御盤（３）に対して電気的に接続してある。

なお、この実施例では、２台の集熱器（１）を並設して
いるが、温室の内部容積や暖房温度の設定によって、集
熱器（１）の設置台数や容量は適宜変更される。但し、
温度センサー（10）については、複数の集熱器（１）を
設置する場合でも、一個所のみに設けておけばよい。

集熱器（１）には、蓄熱槽（２）が連結配備されてい
る。蓄熱槽（２）は、熱媒体を貯溜する槽本体（25）と
その蓄体（26）よりなり、槽本体（25）内部には熱媒体
を集熱器（１）及び熱交換パイプ（４）側へ圧送給する
水中ポンプ（20）が設けられている。

水中ポンプ（20）には、蓋体（26）上に突出する吐出配
管（21）が装着されている。吐出配管（21）の上端部に
は、二方コック付き継手（22）が取り付けられており、
該継手（22）の一方側コック（22a）は制御バルブ（2
3）を介して集熱器（１）側に連結され且つ、他方側コ
ック（22b）は熱交換パイプ（４）側に連結されてい
る。この場合、一方側コッス（22a）と他方側コック（2
2b）とは、吐出配管（21）が集熱器（１）側及び熱交換
パイプ（４）側の何れか一方の、又は双方共通の熱媒体
導入経路となるように、それぞれ、切り替え可能に設け
られている。

そして、集熱器（１）から蓄熱槽（２）に向かう経路に
は、熱媒体の戻し用配管（11）が設けられており、戻し
用配管（11）の端部は蓋体（26）に止定され蓄熱槽
（２）の上方に開口している。ここに、蓄熱槽（２）→
吐出配管（21）→一方側コック（22a）→制御バルブ（2
3）→集熱器（１）→戻し用配管（11）→蓄熱槽（２）
と順次熱媒体が循環する集熱側の熱媒体循環経路が形成
されたことになる。

なお、水中ポンプ（20）は制御盤（３）に配線接続され
ており、上記温度センサ（10）、後述の温度センサ（4
0）及び、制御盤（３）により制御可能に設けられてい
る。

熱交換パイプ（４）は、ビニールトンネル（Ｔ）内に引
き入れられた所で、一旦、畝（Ｕ）中に埋設される地中
埋没部分（4a）と、再びビニールトンネル（Ｔ）内の畝
（Ｕ）上面に表出される地表表出部分（4b）とよりな
り、栽培作物（Ｐ）の近傍に沿うように敷設されている
（第２図参照）。熱交換パイプ（４）としては、集熱効
率を考慮して、地中埋没部分（4a）では１本に設けられ
ており、地表表出部分（4b）では分岐されて２本に設け
られている（第３図参照）。

これは、例えば寒い時期、日射量の少ない日において、
二方コック付き継手（22）を操作し、両方のコック（22
a）（22b）を開状態にして、集熱器（１）側のみなら
ず、熱交換パイプ（４）側にも熱媒体を循環させれば、
熱交換パイプ（４）の地表表出部分（4b）においても、
太陽熱の集熱を行なうことができ、放熱部分となる地表
表出部分（4b）を効率の良い集熱器としても機能できる
ようにしたものである。

また、春先や晩秋の時期、夜間は相当冷えるものの、日
中は天気が良すぎて温度が上昇し過ぎ、温室を覆うビニ
ールシートを開いて通気冷却を行なわねばならないよう
な日においては、温室内の温度よりも循環する熱媒体の
温度が十分低いことを利用し、熱交換パイプ（４）の地
表表出部分（4b）にてビニールトンネル（Ｔ）内の熱を
吸収させることができるようにしたものである。これに
よれば、集熱に加えて、温室内の過剰な昇温を抑制する
ことができる。特に、地中にある地中埋設部分（4a）で
は畝（Ｕ）を地中から冷却することができ、地温が過剰
に上がるのを抑制することができる。

なお、ビニールトンネル（Ｔ）内の畝（Ｕ）にも、温度
センサ（40）が装備されている。温度センサ（40）は、
太陽熱による畝（Ｕ）の温度の温度上昇を検知して、後
述する集熱ステップの実行を制御するものであり、制御
盤（３）に対して電気的に接続されている。

熱交換パイプ（４）の地表表出部分（4b）から蓄熱槽
（２）に向かう経路には、媒体加熱手段（５）が配備さ
れている。媒体加熱手段（５）は、補助タンク（5b）を
並設したボイラー（5a）を備えている。媒体加熱手段
（５）では、熱交換パイプ（４）の地表表出部分（4b）
より送られてくる熱媒体が、一旦、補助タンク（5b）に
貯溜され、ここで加熱されて蓄熱槽（２）に返還される
ように設けられている。ここに、蓄熱槽（２）→吐出配
管（21）→他方側コック（22b）→熱交換パイプ（４）
（地中埋設部分（4a）→地表表出部分（4b））→媒体加
熱手段（５）→蓄熱槽（２）と順次熱媒体が循環する放
熱側の熱媒体循環路が形成されたことになる。

なお、補助タンク（5b）内には、フロートスイッチ（5
c）が取り付けられている。フロートスイッチ（5c）
は、上記各センサ等と同様に制御盤（３）に対して電気
的に接続されており、補助タンク（5b）内の熱媒体が少
なくなった場合にはこれを検知し、検知した信号を制御
盤（３）に送って、全暖房システムを停止させるもので
ある。

また、ボイラー（5a）は、補助タンク（5b）中の熱媒体
の温度が設定温度以下となったとき、所定のスイッチが
入って運転を開始するものである。そして、温度センサ
（40）の検知により、畝（Ｕ）の温度が設定温度以下で
あることが分かったとき作動を開始し、ボイラー（5a）
により加熱された熱媒体を、循環のために補助タンク
（5b）から取り出すように設けられているのが上述した
水中ポンプ（20）である。水中ポンプ（20）は、この機
能においても制御盤（３）により制御されているもので
ある。

なお、この温室の暖房システムは、第２図に示すよう
に、畝（Ｕ）および栽培作物（Ｐ）の上方を覆ったビニ
ールトンネル（Ｔ）を、更に複数列まとめて覆う大きな
ビニールハウス（Ｈ）に適用されているものである。

次に、上記温室の暖房システムのステップ及び機能につ
いて説明する。

第１図において、まず、天気が良く、昼間の太陽光線が
充分に強いときには、太陽から集熱器（１）に大量の熱
エネルギーが供給される。同時に、ビニールトンネル
（Ｔ）内にも、多量の太陽熱が供給されている。

この場合、集熱器（１）内の温度が一定温度（例えば35
℃）以上になると、温度センサー（10）が検知し、制御
盤（３）で制御している水中ポンプ（20）を作動させ、
蓄熱槽（２）内の熱媒体を吐出配管（21）へと送り出
し、集熱ステップを実行する。

即ち、二方コック付き継手（22）の集熱器（１）側コッ
ク（22a）と熱交換パイプ（４）側コック（22b）との双
方を開状態にする。これによって、第３図に示すよう
に、熱媒体は蓄熱槽（２）と集熱器（１）との間を循環
すると同時に、蓄熱槽（２）と熱交換パイプ（４）との
間でも循環することができる。

こうして、集熱器（１）に注がれる太陽熱が、熱媒体に
よって集熱され、集熱された熱エネルギーが蓄熱槽
（２）へ蓄えられる。また、ビニールトンネル（Ｔ）内
に供給された太陽からの熱エネルギーが熱交換パイプ
（４）の特に地表表部分（4b）を通過する熱媒体により
集熱されて蓄熱槽（２）に蓄えられる。

さらに、熱交換パイプ（４）の地中埋設部分（4a）で
も、太陽熱によって上昇した地温をも吸収し、集熱を行
なうことができる。これによれば、例えば、昼間の太陽
光線が充分に強い、秋期または春期において、集熱器
（１）と共に、熱交換パイプ（４）ででも集熱すること
ができるので、夜間の温室内温度を約２〜３℃も上昇さ
せることが分かった。

次いで、春先や晩秋の時期、夜間は相当冷えるものの、
日中は天気が良すぎて温度が上昇し過ぎ、温室を覆うビ
ニールシートを開いて通気冷却を行なわねばならないよ
うな日においては、上記の様に操作された暖房システム
では、温室内の温度よりも循環する熱媒体の温度が十分
低いことを利用し、熱交換パイプ（４）の地表表出部分
（4b）にてビニールトンネル（Ｔ）内の熱を吸収させる
ことができる。これにより、集熱に加えて、温室内の過
剰な昇温を抑制することができる。特に、地中にある地
中埋設部分（4a）では、畝（Ｕ）を地中から冷却するこ
とができ、地温が過剰に上がるのを抑制することができ
る。

このように、蓄熱槽（２）により熱を導入してビニール
トンネル（Ｔ）内に放熱する熱交換パイプ（４）が、一
旦、地中に埋没し、再びこれをビニールトンネル（Ｔ）
内の地表に表出しているので、地表及び地中の両側から
放熱や集熱を行なうことができる。

次に、太陽光線がなくなる夜間には、集熱器（１）側で
の熱媒体の循環が不要になることから、制御バルブ（2
3）を閉めた状態で、水中ポンプ（20）を作動させ、放
熱ステップのみを実行する。

即ち、昼間の集熱ステップにて充分に蓄熱されて高温に
なった熱媒体が、熱交換パイプ（４）側の経路のみを循
環してビニールトンネル（Ｔ）内で放熱し、温室内の栽
培作物（Ｐ）を保温して夜間の低温災害を防止すること
になる。なお、水中ポンプ（20）の作動については、操
作盤（３）内に設けたタイマー（図示省略）によって、
間欠的に行なうようにすることが好ましい。これによれ
ば、熱媒体に蓄えた熱エネルギーを有効に利用でき、栽
培作物（Ｐ）を長時間に亘って、適当な生育温度に維持
することができる。

ところで、雨天など天気の悪い日では、太陽光線は極め
て弱く、集熱器（１）においても、熱交換パイプ（４）
においても、必要とする熱エネルギーの吸収が十分に行
われない。この場合、集熱器（１）側での熱媒体の循環
は不要であり、制御バルブ（23）を閉めておく。

一方、こうしたことから補助タンク（5b）中の熱媒体の
温度が設定温度（例えば30℃）以下となっていれば（但
し50℃上限設定）、所定のスイッチが入ってボイラー
（5a）の運転を開始させる。そして、温度センサ（40）
の検知により、畝（Ｕ）の温度が設定温度（例えば20
℃）以下であることが分かったときには水中ポンプ（2
0）を作動させ、ボイラー（5a）により加熱された熱媒
体を補助タンク（5b）から取り出す。次いで、必要温度
に加熱された熱媒体を蓄熱槽（２）内へ返還する。

これによって、高温になった熱媒体が熱交換パイプ
（４）側の経路のみを循環してビニールトンネル（Ｔ）
内で放熱し、温室内の栽培作物（Ｐ）を保温して、天気
の悪い日の低温災害を防止することができる。なお、ボ
イラー（5a）は、上記のような天気の悪い日での補助的
な使用は勿論のこと、気温の低い冬場や、寒くて地熱が
上がらない日での本格的な使用にも十分に有用であるこ
とは言うまでもない。

以上に述べた暖房システムのうちの集熱ステップにおい
て、集熱器（１）側と熱交換パイプ（４）側とで循環さ
せる熱媒体の配分は、昼間の太陽光線の強さによって最
も効率良く集熱できるようにしておく。即ち、集熱器
（１）の方が、集熱効率の点で、熱交換パイプ（４）よ
りもはるかに優れているからである。但し、集熱器
（１）の集熱容量を超える太陽熱がある場合や、ビニー
ルトンネル（Ｔ）内の冷却作用を積極的に果すために
は、熱交換パイプ（４）側の循環量を多くしたほうがよ
うい。上記熱媒体の配分については、二方コック付き継
手（22）、又は集熱器（１）側の制御バルブ（23）で調
整できる。

また、水中ポンプ（20）や、二方コック付き継手（22）
および制御バルブ（23）等の作動調整を、温度センサ
（10）の検知情報等によって、制御盤（２）で電気的に
制御すれば、より効率的な暖房が行える。更にまた、温
度センサを温室となるビニールトンネル（Ｔ）側にも取
付けておき、熱交換パイプ（４）と集熱器（１）との両
方の温度状態を同時に温度センサで検知して、熱媒体の
循環を制御すれば、より好適な実施となる。

なお、昼間の集熱ステップにおいては、熱媒体を熱交換
パイプ（４）側に常時循環させる必要はなく、太陽光線
の強い時間のみ、熱交換パイプ（４）と集熱器（１）と
の双方媒体を循環させて、集熱量を増大させ、太陽光線
が弱くなれば、熱交換パイプ（４）側の循環を止めて、
効率の良い集熱器（１）のみで集熱してもよい。

この発明による温室の暖房システムは、畝用栽培を温度
だけでなく、各種果樹類の栽培、あるいは、養魚用の温
室水槽、養鶏場の暖房等にも適用可能である。

また、この温室の暖房システムでは、熱媒体に冷たい井
戸水を使用することができるので、夏場などにおいて
は、熱交換パイプ（４）を冷却することができ、昇温し
すぎた地温を下げるための冷却パイプに転換利用するこ
とができる。これによれば、夏場の温室栽培作物の高温
災害を防止することができる。

第４図に温室の暖房システムの変形例を示す。この暖房
システムでは、第１図に示した暖房システムに比べて、
二方コック付き継手（22）、及び集熱器（１）側に装備
されている制御バルブ（23）が省略されている点で異な
る。従って、この暖房システムでは、集熱器（１）と蓄
熱槽（２）との間の熱媒体循環系と、蓄熱槽（２）と熱
交換パイプ（４）との間の熱媒体循環系とが完全に分け
られており、暖房システムにおける熱媒体の循環経路を
簡略化できると言う利点がある。

＜効果＞ 以上のように、この発明の暖房システムによれば、蓄熱
槽により熱を導入して温室内に放熱する熱交換パイプ
が、一旦、地中に埋没し、再びこれを温室内の地表に表
出しているので、地表及び地中の両側から放熱を行なう
ことができる結果、熱の放出効率が著しく高くなるとい
う効果がある。

また、上記熱交換パイプを高温天候下で放熱利用してい
ない場合には、効率の良い温室内の集熱器として転換利
用することができるので、それだけ集熱効率を向上させ
て経済性を良くすることができる。そして、この場合に
おいても、熱交換パイプは地表及び地中の両側から集熱
を行なうことができるので、熱の吸収効率が著しく高く
なるという効果がある。

しかも、同じく高温天候下で、太陽光線が強すぎて温室
内が過剰に昇温した場合でも、循環する熱媒体の温度が
温室内の温度よりも十分に低温となっていれば、熱交換
パイプに熱吸収を起こさせることができる。特に、本発
明の構成では、熱媒体が埋設部分から表出部分を経て蓄
熱槽に貫流されることから、集熱過程においては、先に
温度が高くなる表出部分から熱媒体が放熱することなく
直ちに蓄熱槽に貫流し、効率のよい集熱を行なう。従っ
て、集熱に加えて、温室内の過剰な昇温を抑制すること
ができる。特に、地中にある地中埋設部分では、地温が
過剰に上がるのを防止でき、畝の内部から冷却すること
ができる。従って、昼間と夜間の温度差が甚だしい早春
又は晩秋における、温室内の雰囲気温度の調整に対し
て、極めて大きな効果を発揮し、作物等の生育にとっ
て、非常に好適な環境を維持できることになる。

また、集熱器での太陽熱の集熱がほとんどできず、温室
の温度が上がらない場合でも、設定温度以下の熱媒体を
所定温度に加熱して蓄熱槽に返還することができるの
で、熱交換パイプへは、十分に加熱された所定温度の熱
媒体を安定的に供給することができる。しかも、熱交換
パイプの表出部分と蓄熱槽との間に媒体加熱手段の補助
タンクが接続されているので、単に放熱過程において熱
媒体の加熱を補助するばかりでなく、上述した集熱過程
において、補助タンクによって表出部分にて集熱した熱
媒体を冷却することも可能になる。このように本発明に
よれば、気象状況に左右されることなく、一定高温下の
温室暖房を行なうことができるという特有の効果を示す
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す温室の暖房システム
の全体斜視図、 第２図は温室の断面図、 第３図は集熱ステップのブロック図、 第４図は他の集熱ステップのブロック図である。 （１）……集熱器、（２）……蓄熱槽 （３）……制御盤、（４）……熱交換パイプ （4a）……地中埋設部分、（4b）……地表表出部分 （５）……媒体加熱手段、（Ｕ）……畝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集熱器と蓄熱槽との間に熱媒体を循環さ
   せ、集熱器で集めた太陽熱を蓄積槽に蓄える集熱経路
   と、 蓄熱槽に蓄えた熱を温室内に放出する放熱経路と を備えた暖房システムにおいて、 温室内に引き入れられて地中に埋設される埋設部分、お
   よび埋設部分から連続して温室内に表出する表出部分を
   含み、蓄熱槽の熱媒体を埋設部分から表出部分を経て蓄
   熱槽に循環させる熱交換パイプと、 熱交換パイプの表出部分と蓄熱槽との間に接続される補
   助タンクを含み、熱媒体を所定温度に加熱する媒体加熱
   手段と を具備していることを特徴とする温室の暖房システム。
2. 【請求項２】集熱器及び熱交換パイプの蓄熱槽よりの熱
   媒体導入経路が、集熱器側及び熱交換パイプ側の何れか
   一方の、又は双方共通の経路として切り替え可能に構成
   されているものである上記特許請求の範囲第１項記載の
   温室の暖房システム。
3. 【請求項３】媒体加熱手段が、ボイラーである上記特許
   請求の範囲第１項記載の温室の暖房システム。