栽培施設用暖房装置
【課題】ヒートポンプのみ運転している場合でも不要に燃焼式暖房部を空気が流れて無駄な圧力損失が生じない栽培施設用暖房装置を提供する。
【解決手段】栽培施設１内に燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設し、燃焼式暖房部２の加熱空気吐出口２３に上流側ダクト５を接続してその吐出口５１をヒートポンプ部３の空気吸入口３１近傍に配置し、ヒートポンプ部３の加熱空気吐出口３２に下流側ダクト６を接続してその吐出口６１を栽培施設１内の畝１１に向けて設置し、熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを運転して加熱空気を栽培施設１内に吐出し、熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部２の燃焼運転を停止してヒートポンプ部３のみを運転する。ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側ダクト５の吐出口５１の面積よりも大きく形成すると共に前記吐出口５１を空気吸入口３１の面積内に収まるように配置した。
【解決手段】栽培施設１内に燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設し、燃焼式暖房部２の加熱空気吐出口２３に上流側ダクト５を接続してその吐出口５１をヒートポンプ部３の空気吸入口３１近傍に配置し、ヒートポンプ部３の加熱空気吐出口３２に下流側ダクト６を接続してその吐出口６１を栽培施設１内の畝１１に向けて設置し、熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを運転して加熱空気を栽培施設１内に吐出し、熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部２の燃焼運転を停止してヒートポンプ部３のみを運転する。ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側ダクト５の吐出口５１の面積よりも大きく形成すると共に前記吐出口５１を空気吸入口３１の面積内に収まるように配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、栽培施設用暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温室等の栽培施設内の空気を間接的に加熱して温風を作り、栽培施設内で循環させて栽培施設内を暖房する暖房装置として、ＬＰＧ、灯油、天然ガス等の燃焼により生じた燃焼ガスと空気とを間接的に熱交換させる燃焼式暖房装置や、温水を熱源として温水熱交換器により空気を間接的に加熱する温水式暖房装置や、ヒートポンプを用いた暖房装置や、これらを併用するものが実用化されている。以下に、燃焼式暖房装置にヒートポンプを併用した暖房装置について説明する。
【０００３】
ヒートポンプを用いた暖房装置は、燃焼式暖房装置と比較すると、設備費が高価であるものの、エネルギー効率が高く、使用する際の二酸化炭素の排出量の削減に寄与することができ、エネルギー費用等の運転経費が安価であるという利点があり、燃焼式暖房装置をはじめとする他の暖房装置と組み合わせて使用されている。
【０００４】
例えば特許文献１に示される従来例は、油焚燃焼部と、地下水を熱源として利用するヒートポンプ部とを用いた施設園芸用温室の暖房方法で、この中で以下の内容が開示されている。
・ヒートポンプ部と、油焚燃焼部と、全体の運転制御を行う運転制御盤を一体化することで、製造コスト、設置スペースの低減化、運転操作の単純化、配線工事の単純化を図ることができる。
・外気温度が高く熱負荷が小さい時には、運転経費が安価なヒートポンプのみで暖房し、外気温度が低く熱負荷が大きい時には、ヒートポンプのみでは熱量が不足する場合には油焚燃焼部を付加的に運転することで、高価な石油燃料の使用を低減することができ、運転経費の節約ができる。
・空気流路の上流にヒートポンプ部、下流に油焚燃焼部があり、空気は常時両方を通過する構造になっているため、両方を通過する流量は同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３３６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来例においては、以下の問題点があった。（１）上記従来例では、熱負荷が小さく油焚燃焼部のバーナーは消火状態で、ヒートポンプのみ優先運転している場合であっても、不要に油焚燃焼部をヒートポンプに流れる空気と同じ流量の空気が流れ、無駄な圧力損失が生じており、その結果、ファンの動力が無駄になる。
（２）一般に、栽培施設は広くて多くの栽培の畝が存在し、各畝の植物の温度を栽培施設全体に亘り一様にするため、ダクトを各畝に沿って多数敷設すると共に各ダクトに多くの開口部を分散配置して、各開口部より温風を噴出している。この場合、全容量の暖房装置を集約して設置して、長いダクトにより各畝に分配するようなことをすると、暖房装置から遠い畝には放熱により温度が低下した温風が供給されるため、暖房装置に近い畝と温度差が生じてしまう。これを防止するため、多数の暖房装置を栽培施設に分散配置して、かつ各暖房装置が担当する畝の温度をできる限り同じにすることが行われるが、これを上記従来例により実施しようとすると、ヒートポンプ部と油焚燃焼部と運転制御盤とが一体になった暖房装置を多数の畝の近傍にそれぞれ配置する必要が生じて、設備費が多大になる。
（３）ヒートポンプ部と油焚燃焼部とで発生する熱の容量の好ましい比率は地域、栽培する植物の種類（これにより栽培管理温度が異なる）、年間の内どの季節に栽培するか（周年栽培、極寒期を除く栽培等）等、客先条件によって異なる。つまり外気温度と栽培施設の温度差が栽培期間を通じて大きく変化する場合は油焚燃焼部とヒートポンプ部との容量比率は大きくなるが、変化が大きくない場合は前記容量比率は小さくなる。例えば日本の北部地域で周年栽培する場合、油焚燃焼部とヒートポンプ部との容量比率は大きくなるが、極寒期の１月と２月は栽培しないような場合、その比率は小さくてよい。しかし、上記従来例では、ヒートポンプ部と油焚燃焼部とを一体化しているため、客先条件に応じて前記容量比率を最適化することが困難になり、その結果、設備費が無駄に大きくなる惧れがある。
（４）ヒートポンプは大容量の製品を作ることが容易ではなく、一方、油焚燃焼部はバーナーの大きさを変えるだけであるため比較的容易であるという特徴がある。このため、大規模な栽培施設で熱負荷が大きくヒートポンプ部の容量を大きくしたい場合、複数台のヒートポンプを設け、油焚燃焼器は大型で台数を少なく（例えば１台に）することにより設備費を低減することができるが、上記従来例ではこのような柔軟性のある対応が不可能である。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、ヒートポンプ部のみ運転している場合でも不要に燃焼式暖房部をヒートポンプ部に流れる空気と同じ流量の空気が流れて無駄な圧力損失が生じたり、ヒートポンプ部と燃焼式暖房部と運転制御盤とが一体の暖房装置を畝に応じて多数配置せざるを得ず、更に、客先条件に応じてヒートポンプ部と燃焼式暖房部の熱の容量比率を最適化することが困難で、設備費が大きくなるといったことのない栽培施設用暖房装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、栽培施設１内に燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設し、燃焼式暖房部２の加熱空気吐出口２３に上流側ダクト５を接続して該上流側ダクト５の吐出口５１をヒートポンプ部３の空気吸入口３１近傍に配置し、ヒートポンプ部３の加熱空気吐出口３２に下流側ダクト６を接続してその吐出口６１を栽培施設１内の畝１１に向けて設置し、熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気を上流側ダクト５を介してヒートポンプ部３の空気吸入口３１に供給すると共に、該空気吸入口３１から前記上流側ダクト５から吐出される加熱空気と栽培施設１内の空気とを吸入して、前記燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気の流量よりも多い流量の加熱空気をヒートポンプ部３で発生させて下流側ダクト６を介して吐出し、熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部２の燃焼運転を停止して、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１から栽培施設１内の空気または該栽培施設１内の空気と前記上流側ダクト５から吐出される空気を吸入してヒートポンプ部３で加熱した加熱空気を下流側ダクト６を介して吐出する運転制御部４を設け、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側ダクト５の吐出口５１の面積よりも大きく形成すると共に前記吐出口５１を前記空気吸入口３１の面積内に収まるように配置して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成とすることで、熱負荷が所定以下の場合すなわち、ヒートポンプ部３のみを使用して燃焼式暖房部２の燃焼運転をしていない時は、加熱するための空気が下流に設置したヒートポンプ部３に直接供給されて、燃焼式暖房部２及び上流側のダクトを空気が流れないようにできるので、不要に油焚燃焼部を空気が流れることで無駄な圧力損失が生じてファン２５の動力が無駄になるという問題（上記（１））を解消することができる。
【００１０】
また、栽培施設１の各畝１１に分散配置して各暖房装置が担当する畝１１の温度をできる限り同じにしようとする場合、ヒートポンプ部３のみを分散配置して燃焼式暖房部２を一箇所に設置することが可能となり、各畝１１毎にヒートポンプ部３と油焚燃焼部と運転制御盤とが一体になった暖房装置を設置する必要がなく、設備費が多大になるという問題（上記（２））を解消することができる。
【００１１】
また、ヒートポンプ部３を既存の種々の容量の燃焼式暖房部２と組み合わせて利用することができるため、ヒートポンプ部３と油焚燃焼部とを一体化していて客先条件に応じてヒートポンプ部３と油焚燃焼部の容量比率を最適化することが困難になるという問題（上記（３））や、ヒートポンプを複数台設けて油焚燃焼器の台数を少なく柔軟性のある対応が不可能となるという問題（上記（４））を解消することができる。
【００１２】
また、燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気の流量よりも多い流量の加熱空気をヒートポンプ部３で発生させて下流側ダクト６を介して吐出すると共に、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側のダクトの下流端の面積よりも大きく形成したことで、燃焼式暖房部２で発生させて上流側ダクト５から供給された加熱空気の全量をヒートポンプ部３の空気吸入口３１から吸入できるので、燃焼式暖房部２からの加熱空気が溢れて周囲に放散されて熱を無駄にすることがないものである。さらに、燃焼式暖房部２の運転を停止しても栽培施設１の空気を空気吸入口３１から直接吸入できるので、ヒートポンプ部３で加熱空気を発生させることができる。
【００１３】
また、燃焼式暖房部２での加熱空気の発生量をヒートポンプ部３での加熱空気の発生量よりも小さくできるため、燃焼式暖房部２から上流側ダクト５を介して供給される加熱空気の途中での圧力損失を小さくすることができると共に、燃焼式暖房部２での熱交換器２４の大きさが過大となるのを防止することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、栽培施設１内に温度センサー１２を設け、該温度センサー１２の測定値に応じて運転制御部４がＯＮ−ＯＦＦ制御により燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３の運転を行うものであって、栽培空間の目標温度をＴ０、ヒートポンプ部３の暖房開始温度をＴＯＮ１、燃焼式暖房部２の暖房開始温度をＴＯＮ２、ヒートポンプ部３の暖房停止温度をＴＯＦＦ１、燃焼式暖房部２の暖房停止温度をＴＯＦＦ２とする時、ＴＯＮ２＜ＴＯＮ１＜Ｔ０＜ＴＯＦＦ２＜ＴＯＦＦ１となるように設定して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
このような構成とすることで、熱負荷の変化に対して容易に栽培施設１内の温度を目標温度Ｔ０に制御でき、これにあたり、容易にヒートポンプ部３を優先的に使用する制御が可能になると共に、高価な燃料の使用量を削減できる。
【００１６】
燃焼式暖房部２の燃焼運転を実施するか停止するかの判断に係わる「熱負荷の所定の値」として、ヒートポンプ部３の熱出力の最大値（ヒートポンプ部３の主要運転条件である栽培施設１内および栽培施設１外の温度と湿度に依存）が目安となる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明においては、請求項１又は２に係る発明において、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側ダクト５の吐出口５１の面積の３倍以上とすることを特徴とし、５倍以上とするのがより好ましい。これにより燃焼式暖房部２の運転を停止して上流側ダクト５からヒートポンプ部３の空気吸入口３１への空気の供給がない場合でも、栽培施設１の空気をヒートポンプ部３の空気吸入口３１から直接吸入できる前記空気吸入口３１の面積が十分確保できるのでヒートポンプ部３に十分な空気を吸入できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、ヒートポンプ部のみ運転している場合でも不要に燃焼式暖房部をヒートポンプ部に流れる空気と同じ流量の空気が流れて無駄な圧力損失が生じたり、ヒートポンプ部と燃焼式暖房部と運転制御盤とが一体の暖房装置を畝に応じて多数配置せざるを得ず、更に、客先条件に応じてヒートポンプ部と燃焼式暖房部の熱の容量比率を最適化することが困難で、設備費が大きくなるといったことをなくすことができる。
【００１９】
また、以上の効果を生かしながら、一般的に栽培施設内の温度を一様化するために従来実施されているように加熱空気を複数の畝に配置した複数のダクトに設けられた多数の吹出口から吹出す場合（図１参照）、本発明によればヒートポンプ部の加熱空気吐出口に設けられた下流側ダクトのみを分岐して複数の畝に配置するダクトに接続することが可能である。これに対して別の従来方法のように、燃焼式暖房部とヒートポンプ暖房部を全く独立した装置とした場合、燃焼式暖房部とヒートポンプ暖房部の両方の加熱空気吐出口に設けられた下流側ダクトを分岐して複数の畝に配置するダクトに接続する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の栽培施設用暖房装置を設けた栽培施設の構成図である。
【図２】ヒートポンプ部の空気吸入口と上流側ダクトの吐出口を示す図である。
【図３】（ａ）は第１の運転例のタイムチャートであり、（ｂ）は第２の運転例のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。
【００２２】
本発明の栽培施設用暖房装置は、図１に示すように、ビニールハウスや温室等の栽培施設１内に、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設すると共に、これらの運転を制御する運転制御部４を設け、燃焼式暖房部２に上流側ダクト５を接続すると共に、ヒートポンプ部３に下流側ダクト６を接続して主体が構成される。本実施形態では栽培施設１として例えば幅１５ｍ×長さ２０ｍで面積３００ｍ２、高さ４．５ｍのビニールハウスを想定して説明するが、特に限定されない。
【００２３】
燃焼式暖房部２は、ガスバーナ２１を備え、燃料ガスを燃焼させた際の熱により、空気取り込み口２２から取り込んだ空気を加熱するもので、燃料ガスとしてはプロパンをはじめとするＬＰＧが挙げられるが特に限定はされない。ガスバーナ２１の熱出力は例えばＬＰＧ使用量１．３２ｍ３Ｎ／ｈで３０ｋＷとしてもよいが特に限定されない。空気は下方より取り込んで上方へ吐出するもので、本体ケーシングの下部に空気取り込み口２２を形成すると共に上部に加熱空気吐出口２３を形成してあり、上下方向の中間部に熱交換器２４が設けてある。空気取り込み口２２の近傍にファン２５が設けてあり、栽培施設１内の空気を取り込む。ファン２５の風量は例えば約７０ｍ３／ｍｉｎとしてもよいが特に限定されない。本実施形態では、燃焼式暖房部２は１台設けているが台数は特に限定されないものであり、ヒートポンプ部３よりも少ない台数設置する。燃焼式暖房部２には制御部２６が設けてあり、運転制御部４からの制御指示により暖房運転の制御を行っている。
【００２４】
ヒートポンプ部３は、電動駆動式でもガスエンジン駆動式でもよく、図示しないが、凝縮器を栽培施設１内に配設すると共に蒸発器を栽培施設１外に配設する。圧縮器の熱交換部を流す空気、すなわち加熱空気の流量を例えば９０ｍ３／ｍｉｎとし、暖房出力を例えば２６ｋＷとしてもよいが、特に限定されない。ヒートポンプ部３は、空気吸入口３１から空気を吸入して前記熱交換部を通して加熱し、加熱空気吐出口３２から吐出する。本実施形態では、ヒートポンプ部３は２台設けているが台数は特に限定されないものであり、燃焼式暖房部２よりも多い台数設置する。ヒートポンプ部３の空気吸入口３１よりも内側の部分には、空気を吸入するためのファン３３が設けてある。ヒートポンプ部３には制御部３４が設けてあり、運転制御部４からの制御指示により暖房運転の制御を行っている。
【００２５】
このように、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設することで、これらの設置の自由度、容量比率の自由度が高まって、客先条件に応じて容量比率を最適化することが可能となると共に設備費を低減することが可能となって、上述した従来例における問題点（３）や（４）が解消される。
【００２６】
燃焼式暖房部２の加熱空気吐出口２３には、上流側ダクト５の上流端を接続すると共に、上流側ダクト５の下流端の吐出口５１をヒートポンプ部３の空気吸入口３１近傍に配置する。また、ヒートポンプ部３の加熱空気吐出口３２には、下流側ダクト６の上流端を接続すると共に、下流側ダクト６の下流端の吐出口６１を栽培施設１内の畝１１に設置している。上流側ダクト５は、途中から下流側が複数に分岐して、それぞれ対応するヒートポンプ部３に向けて配設される。
【００２７】
ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積は、上流側ダクト５の吐出口５１の面積よりも大きく形成するものであり、本実施形態では図２に示すように、上流側ダクト５の吐出口５１を略円形にしてその面積を０．０５８ｍ２としてあり、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１を略矩形にしてその面積を０．３０ｍ２としてある。上流側ダクト５の吐出口５１は、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積内に収まる状態で、近接して配置される。これにより、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積０．３０ｍ２のうち、０．０５８ｍ２が燃焼式暖房部２からの加熱空気を吸入する部分となり、残りの０．２４２ｍ２が栽培施設１内の空気を吸入する部分となる。
【００２８】
ここで、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を０．３０ｍ２とし、上流側ダクト５の吐出口５１の面積が０．１５ｍ２（吐出口５１の面積に対する空気吸入口３１の面積比＝２）の場合、０．１０ｍ２（前記比＝３）の場合、０．０７５ｍ２（前記比＝４）の場合、０．０５８ｍ２（前記比＝５．２）の場合、０ｍ２（前記比＝∞すなわち吐出口５１無し）の場合それぞれについて、風量の低下を計測する実験を行ったので、その結果を表１に示す。
【００２９】
実験は、燃焼式暖房部２の暖房運転を行わない（すなわちガスバーナ２１及びファン２５を稼動させない）状態で、ヒートポンプ部３のファン３３を稼動させた時の下流側ダクト６の流量（ｍ３／ｍｉｎ）をそれぞれの場合について計測し、吐出口５１無しの場合を基準として風量の低下割合を算出した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
前記結果によると、吐出口５１の面積に対する空気吸入口３１の面積比＝２の場合に風量低下が８．５％と大きいのに対し、前記比＝３の場合には風量低下が２．９％と急激に低下しており、空気吸入口３１の面積が吐出口５１の面積の３倍に達すると風量低下を抑える効果が顕著に現れているのが分かる。また、前記比＝５．２の場合には風量低下が０％となって吐出口５１の影響を全く受けていないことが分かる。このように、前記比を３以上とすることにより、風量低下による熱出力の低下をよく抑えることができる。
【００３２】
また本実施形態では、燃焼式暖房部２のガスバーナ２１からの燃焼排ガスの排気口に排気ダクト７の上流端を接続してあり、排気ダクト７の下流端を栽培施設１外に配設して、排気を大気に排出するもので、排気ダクト７の途中には排気バルブ７１を設けてある。また、排気ダクト７の排気バルブ７１よりも上流側からは、還流ダクト８が分岐してあり、還流ダクト８の下流端は栽培施設１内に（本実施形態では特に空気吸入口３１の近傍に）配設してある。これにより、栽培施設１の植物の成長に必要な二酸化炭素の供給源として、燃焼式暖房部２から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を利用可能となる。栽培施設１内の二酸化炭素濃度の制御は、一般的な方法を採用すればよく、例えば、二酸化炭素濃度を検知して、還流ダクト８に設けた還流バルブ８１と上記排気バルブ７１の開閉と、還流ファン８２の駆動により、燃焼排ガスを栽培施設１に入れる場合と大気に放散する場合とを切替えるＯＮ−ＯＦＦ制御が挙げられるが特に限定されない。二酸化炭素濃度は例えば１０００ｐｐｍレベルを維持するように制御する。
【００３３】
運転制御部４は、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３の運転を制御するもので、本発明では栽培施設１で必要な熱負荷が所定以上の場合と所定以下の場合の二通りの運転を行う。
【００３４】
熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気を上流側ダクト５を介してヒートポンプ部３の空気吸入口３１に供給する。ヒートポンプ部３の空気吸入口３１からは、前記上流側ダクト５から吐出される加熱空気と栽培施設１内の空気とを吸入する。ここで、ヒートポンプ部３で発生させる加熱空気の全流量、すなわち、複数台（本実施形態では２台）のヒートポンプ部３で発生させる加熱空気の流量の合計量は、燃焼式暖房部２で発生させる加熱空気の流量（複数台の場合は合計量）よりも多くなるように設定するもので、本実施形態では、燃焼式暖房部２で発生させる加熱空気の流量は上記７０ｍ３／ｍｉｎで、各ヒートポンプ部３の加熱空気の流量は９０ｍ３／ｍｉｎとしてあり、各ヒートポンプ部３に供給される加熱空気の流量は３５ｍ３／ｍｉｎとなっている。これにより、燃焼式暖房部２で発生して上流側ダクト５の吐出口５１からヒートポンプ部３の空気吸入口３１に向けて吐出される加熱空気は、全量が空気吸入口３１から吸入され、燃焼式暖房部２からの加熱空気が溢れて周囲に放散されて無駄になる熱をなくすことができる。
【００３５】
熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部２の運転を停止してヒートポンプ部３のみを運転し、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１から栽培施設１内の空気を吸入し、ヒートポンプ部３で加熱した加熱空気を下流側ダクト６を介して吐出する。この場合には、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１から吸入する空気の全量が栽培施設１内の空気となる。
【００３６】
栽培施設１内の栽培空間の温度を制御する方法としては、栽培施設１内に温度センサー１２を設け、温度センサー１２の測定値に応じて燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３の運転をＯＮ−ＯＦＦ制御により運転する方法が挙げられる。例えば、栽培施設１であるビニールハウスの中央部の地面から高さ約１．０ｍの位置に、熱電対からなる温度センサー１２を配置し、前記温度センサー１２の温度に基づいて制御を行う。具体的な運転制御については後述する。
【００３７】
上記構成においては、熱負荷が所定以下の場合にはヒートポンプ部３のみを使用して燃焼式暖房部２を使用せず、加熱する空気はヒートポンプ部３の空気吸入口３１から直接吸入するため、燃焼式暖房部２及び上流側のダクトを空気が流れず、無駄な圧力損失が生じてファン２５の動力が無駄になるのを防止することができる。また、ヒートポンプ部３を分散配置すると共に、燃焼式暖房部２を一箇所に設置することが可能となり、ヒートポンプ部３と油焚燃焼部と運転制御盤とが一体になった暖房装置を分散設置する必要がなく、設備費が多大になるのを防止することができる。また、ヒートポンプ部３を既存の種々の容量の燃焼式暖房部２と組み合わせて利用することが可能となり、客先条件に応じてヒートポンプ部３と油焚燃焼部の容量比率を最適化することが可能となる。燃焼式暖房部２で発生させて上流側ダクト５から供給された加熱空気の全量をヒートポンプ部３の空気吸入口３１から吸入できるので、燃焼式暖房部２からの加熱空気が溢れて周囲に放散されて熱を無駄にすることがない。
【００３８】
以下に、本栽培施設用暖房装置の運転例を示す。
【００３９】
本実施形態での栽培施設１内の栽培空間の温度の制御は、栽培施設１内に設けた温度センサー１２の計測値をＴとし、栽培空間の目標温度をＴ０、ヒートポンプ部３の暖房開始温度をＴＯＮ１、燃焼式暖房部２の暖房開始温度をＴＯＮ２、ヒートポンプ部３の暖房停止温度をＴＯＦＦ１、燃焼式暖房部２の暖房停止温度をＴＯＦＦ２とし、ＴＯＮ２＜ＴＯＮ１＜Ｔ０＜ＴＯＦＦ２＜ＴＯＦＦ１となるように設定する。そして、計測値ＴがＴＯＮ２以下に下がると燃焼式暖房部２の暖房運転を開始し、計測値ＴがＴＯＮ１以下に下がるとヒートポンプ部３の暖房運転を開始する。また、計測値ＴがＴＯＦＦ２以上に上がると燃焼式暖房部２の暖房運転を停止し、計測値ＴがＴＯＦＦ１以上に上がるとヒートポンプ部３の暖房運転を停止する。
【００４０】
第１の運転例の高熱負荷条件（昼間の栽培条件を想定）は、外気温度１℃、栽培空間の目標温度Ｔ０を３０℃、ヒートポンプ部３の暖房開始温度ＴＯＮ１を２８．５℃、燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２を２７℃、ヒートポンプ部３の暖房停止温度ＴＯＦＦ１を３２℃、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２を３１℃とする。
【００４１】
第２の運転例の低熱負荷条件（夜間の栽培条件を想定）は、外気温度１℃、栽培空間の目標温度Ｔ０を９℃、ヒートポンプ部３の暖房開始温度ＴＯＮ１を７．５℃、燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２を６℃、ヒートポンプ部３の暖房停止温度ＴＯＦＦ１を１２℃、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２を１０．５℃とする。
【００４２】
この時の第１の運転例、第２の運転例での栽培空間温度Ｔのタイムチャートを図３に示す。
【００４３】
第１の運転例では、スタート時の栽培施設１内の温度Ｔが燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２よりも低く、スタート時に燃焼式暖房部２が運転（燃焼）開始すると共に（図中の丸数字１）、ヒートポンプ部３が運転開始する（図中の丸数字２）。この例では熱負荷が大きいため、ヒートポンプ部３と燃焼式暖房部２の両方を使用していてもヒートポンプ部３の暖房停止温度ＴＯＦＦ１まで温度が上昇せず、常時ヒートポンプ部３が暖房運転しているが、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２までは温度が上昇するため、ＴＯＦＦ２に達した時点で燃焼式暖房部２の暖房運転を停止する（図中の丸数字３）。そして、ヒートポンプ部３が暖房運転していても燃焼式暖房部２が暖房運転していないと、燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２以下まで低下し、燃焼式暖房部２による暖房運転が開始する（図中の丸数字２）。そして、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２まで温度が上昇して、燃焼式暖房部２による暖房運転が停止し（図中の丸数字３）、以降、これを繰り返し、ヒートポンプ部３は常時暖房運転状態となり、燃焼式暖房部２のみＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。
【００４４】
第２の運転例では、熱負荷が小さいため、ヒートポンプ部３のみ使用していても燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２まで温度が低下せず、常時燃焼式暖房部２が運転を停止していて、ヒートポンプ部３のみＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。
【００４５】
これらの結果より、（ａ）ヒートポンプ部３の優先運転が可能である、（ｂ）熱負荷が小さく燃焼式暖房部２を運転する必要がない場合は、燃焼式暖房部２のファン２５を停止して、その分の電力費用を削減できる、ということが可能となり、効率的な運転が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 栽培施設
１１ 畝
１２ 温度センサー
２ 燃焼式暖房部
２１ ガスバーナ
２２ 空気取り込み口
２３ 加熱空気吐出口
２４ 熱交換器
２５ ファン
２６ 制御部
３ ヒートポンプ部
３４ 制御部
３１ 空気吸入口
３３ ファン
３２ 加熱空気吐出口
４ 運転制御部
５ 上流側ダクト
５１ 吐出口
６ 下流側ダクト
６１ 吐出口
７ 排気ダクト
７１ 排気バルブ
８ 還流ダクト
８１ 還流バルブ
８２ 還流ファン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、栽培施設用暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温室等の栽培施設内の空気を間接的に加熱して温風を作り、栽培施設内で循環させて栽培施設内を暖房する暖房装置として、ＬＰＧ、灯油、天然ガス等の燃焼により生じた燃焼ガスと空気とを間接的に熱交換させる燃焼式暖房装置や、温水を熱源として温水熱交換器により空気を間接的に加熱する温水式暖房装置や、ヒートポンプを用いた暖房装置や、これらを併用するものが実用化されている。以下に、燃焼式暖房装置にヒートポンプを併用した暖房装置について説明する。
【０００３】
ヒートポンプを用いた暖房装置は、燃焼式暖房装置と比較すると、設備費が高価であるものの、エネルギー効率が高く、使用する際の二酸化炭素の排出量の削減に寄与することができ、エネルギー費用等の運転経費が安価であるという利点があり、燃焼式暖房装置をはじめとする他の暖房装置と組み合わせて使用されている。
【０００４】
例えば特許文献１に示される従来例は、油焚燃焼部と、地下水を熱源として利用するヒートポンプ部とを用いた施設園芸用温室の暖房方法で、この中で以下の内容が開示されている。
・ヒートポンプ部と、油焚燃焼部と、全体の運転制御を行う運転制御盤を一体化することで、製造コスト、設置スペースの低減化、運転操作の単純化、配線工事の単純化を図ることができる。
・外気温度が高く熱負荷が小さい時には、運転経費が安価なヒートポンプのみで暖房し、外気温度が低く熱負荷が大きい時には、ヒートポンプのみでは熱量が不足する場合には油焚燃焼部を付加的に運転することで、高価な石油燃料の使用を低減することができ、運転経費の節約ができる。
・空気流路の上流にヒートポンプ部、下流に油焚燃焼部があり、空気は常時両方を通過する構造になっているため、両方を通過する流量は同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３３６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来例においては、以下の問題点があった。（１）上記従来例では、熱負荷が小さく油焚燃焼部のバーナーは消火状態で、ヒートポンプのみ優先運転している場合であっても、不要に油焚燃焼部をヒートポンプに流れる空気と同じ流量の空気が流れ、無駄な圧力損失が生じており、その結果、ファンの動力が無駄になる。
（２）一般に、栽培施設は広くて多くの栽培の畝が存在し、各畝の植物の温度を栽培施設全体に亘り一様にするため、ダクトを各畝に沿って多数敷設すると共に各ダクトに多くの開口部を分散配置して、各開口部より温風を噴出している。この場合、全容量の暖房装置を集約して設置して、長いダクトにより各畝に分配するようなことをすると、暖房装置から遠い畝には放熱により温度が低下した温風が供給されるため、暖房装置に近い畝と温度差が生じてしまう。これを防止するため、多数の暖房装置を栽培施設に分散配置して、かつ各暖房装置が担当する畝の温度をできる限り同じにすることが行われるが、これを上記従来例により実施しようとすると、ヒートポンプ部と油焚燃焼部と運転制御盤とが一体になった暖房装置を多数の畝の近傍にそれぞれ配置する必要が生じて、設備費が多大になる。
（３）ヒートポンプ部と油焚燃焼部とで発生する熱の容量の好ましい比率は地域、栽培する植物の種類（これにより栽培管理温度が異なる）、年間の内どの季節に栽培するか（周年栽培、極寒期を除く栽培等）等、客先条件によって異なる。つまり外気温度と栽培施設の温度差が栽培期間を通じて大きく変化する場合は油焚燃焼部とヒートポンプ部との容量比率は大きくなるが、変化が大きくない場合は前記容量比率は小さくなる。例えば日本の北部地域で周年栽培する場合、油焚燃焼部とヒートポンプ部との容量比率は大きくなるが、極寒期の１月と２月は栽培しないような場合、その比率は小さくてよい。しかし、上記従来例では、ヒートポンプ部と油焚燃焼部とを一体化しているため、客先条件に応じて前記容量比率を最適化することが困難になり、その結果、設備費が無駄に大きくなる惧れがある。
（４）ヒートポンプは大容量の製品を作ることが容易ではなく、一方、油焚燃焼部はバーナーの大きさを変えるだけであるため比較的容易であるという特徴がある。このため、大規模な栽培施設で熱負荷が大きくヒートポンプ部の容量を大きくしたい場合、複数台のヒートポンプを設け、油焚燃焼器は大型で台数を少なく（例えば１台に）することにより設備費を低減することができるが、上記従来例ではこのような柔軟性のある対応が不可能である。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、ヒートポンプ部のみ運転している場合でも不要に燃焼式暖房部をヒートポンプ部に流れる空気と同じ流量の空気が流れて無駄な圧力損失が生じたり、ヒートポンプ部と燃焼式暖房部と運転制御盤とが一体の暖房装置を畝に応じて多数配置せざるを得ず、更に、客先条件に応じてヒートポンプ部と燃焼式暖房部の熱の容量比率を最適化することが困難で、設備費が大きくなるといったことのない栽培施設用暖房装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、栽培施設１内に燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設し、燃焼式暖房部２の加熱空気吐出口２３に上流側ダクト５を接続して該上流側ダクト５の吐出口５１をヒートポンプ部３の空気吸入口３１近傍に配置し、ヒートポンプ部３の加熱空気吐出口３２に下流側ダクト６を接続してその吐出口６１を栽培施設１内の畝１１に向けて設置し、熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気を上流側ダクト５を介してヒートポンプ部３の空気吸入口３１に供給すると共に、該空気吸入口３１から前記上流側ダクト５から吐出される加熱空気と栽培施設１内の空気とを吸入して、前記燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気の流量よりも多い流量の加熱空気をヒートポンプ部３で発生させて下流側ダクト６を介して吐出し、熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部２の燃焼運転を停止して、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１から栽培施設１内の空気または該栽培施設１内の空気と前記上流側ダクト５から吐出される空気を吸入してヒートポンプ部３で加熱した加熱空気を下流側ダクト６を介して吐出する運転制御部４を設け、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側ダクト５の吐出口５１の面積よりも大きく形成すると共に前記吐出口５１を前記空気吸入口３１の面積内に収まるように配置して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成とすることで、熱負荷が所定以下の場合すなわち、ヒートポンプ部３のみを使用して燃焼式暖房部２の燃焼運転をしていない時は、加熱するための空気が下流に設置したヒートポンプ部３に直接供給されて、燃焼式暖房部２及び上流側のダクトを空気が流れないようにできるので、不要に油焚燃焼部を空気が流れることで無駄な圧力損失が生じてファン２５の動力が無駄になるという問題（上記（１））を解消することができる。
【００１０】
また、栽培施設１の各畝１１に分散配置して各暖房装置が担当する畝１１の温度をできる限り同じにしようとする場合、ヒートポンプ部３のみを分散配置して燃焼式暖房部２を一箇所に設置することが可能となり、各畝１１毎にヒートポンプ部３と油焚燃焼部と運転制御盤とが一体になった暖房装置を設置する必要がなく、設備費が多大になるという問題（上記（２））を解消することができる。
【００１１】
また、ヒートポンプ部３を既存の種々の容量の燃焼式暖房部２と組み合わせて利用することができるため、ヒートポンプ部３と油焚燃焼部とを一体化していて客先条件に応じてヒートポンプ部３と油焚燃焼部の容量比率を最適化することが困難になるという問題（上記（３））や、ヒートポンプを複数台設けて油焚燃焼器の台数を少なく柔軟性のある対応が不可能となるという問題（上記（４））を解消することができる。
【００１２】
また、燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気の流量よりも多い流量の加熱空気をヒートポンプ部３で発生させて下流側ダクト６を介して吐出すると共に、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側のダクトの下流端の面積よりも大きく形成したことで、燃焼式暖房部２で発生させて上流側ダクト５から供給された加熱空気の全量をヒートポンプ部３の空気吸入口３１から吸入できるので、燃焼式暖房部２からの加熱空気が溢れて周囲に放散されて熱を無駄にすることがないものである。さらに、燃焼式暖房部２の運転を停止しても栽培施設１の空気を空気吸入口３１から直接吸入できるので、ヒートポンプ部３で加熱空気を発生させることができる。
【００１３】
また、燃焼式暖房部２での加熱空気の発生量をヒートポンプ部３での加熱空気の発生量よりも小さくできるため、燃焼式暖房部２から上流側ダクト５を介して供給される加熱空気の途中での圧力損失を小さくすることができると共に、燃焼式暖房部２での熱交換器２４の大きさが過大となるのを防止することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、栽培施設１内に温度センサー１２を設け、該温度センサー１２の測定値に応じて運転制御部４がＯＮ−ＯＦＦ制御により燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３の運転を行うものであって、栽培空間の目標温度をＴ０、ヒートポンプ部３の暖房開始温度をＴＯＮ１、燃焼式暖房部２の暖房開始温度をＴＯＮ２、ヒートポンプ部３の暖房停止温度をＴＯＦＦ１、燃焼式暖房部２の暖房停止温度をＴＯＦＦ２とする時、ＴＯＮ２＜ＴＯＮ１＜Ｔ０＜ＴＯＦＦ２＜ＴＯＦＦ１となるように設定して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
このような構成とすることで、熱負荷の変化に対して容易に栽培施設１内の温度を目標温度Ｔ０に制御でき、これにあたり、容易にヒートポンプ部３を優先的に使用する制御が可能になると共に、高価な燃料の使用量を削減できる。
【００１６】
燃焼式暖房部２の燃焼運転を実施するか停止するかの判断に係わる「熱負荷の所定の値」として、ヒートポンプ部３の熱出力の最大値（ヒートポンプ部３の主要運転条件である栽培施設１内および栽培施設１外の温度と湿度に依存）が目安となる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明においては、請求項１又は２に係る発明において、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を上流側ダクト５の吐出口５１の面積の３倍以上とすることを特徴とし、５倍以上とするのがより好ましい。これにより燃焼式暖房部２の運転を停止して上流側ダクト５からヒートポンプ部３の空気吸入口３１への空気の供給がない場合でも、栽培施設１の空気をヒートポンプ部３の空気吸入口３１から直接吸入できる前記空気吸入口３１の面積が十分確保できるのでヒートポンプ部３に十分な空気を吸入できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、ヒートポンプ部のみ運転している場合でも不要に燃焼式暖房部をヒートポンプ部に流れる空気と同じ流量の空気が流れて無駄な圧力損失が生じたり、ヒートポンプ部と燃焼式暖房部と運転制御盤とが一体の暖房装置を畝に応じて多数配置せざるを得ず、更に、客先条件に応じてヒートポンプ部と燃焼式暖房部の熱の容量比率を最適化することが困難で、設備費が大きくなるといったことをなくすことができる。
【００１９】
また、以上の効果を生かしながら、一般的に栽培施設内の温度を一様化するために従来実施されているように加熱空気を複数の畝に配置した複数のダクトに設けられた多数の吹出口から吹出す場合（図１参照）、本発明によればヒートポンプ部の加熱空気吐出口に設けられた下流側ダクトのみを分岐して複数の畝に配置するダクトに接続することが可能である。これに対して別の従来方法のように、燃焼式暖房部とヒートポンプ暖房部を全く独立した装置とした場合、燃焼式暖房部とヒートポンプ暖房部の両方の加熱空気吐出口に設けられた下流側ダクトを分岐して複数の畝に配置するダクトに接続する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の栽培施設用暖房装置を設けた栽培施設の構成図である。
【図２】ヒートポンプ部の空気吸入口と上流側ダクトの吐出口を示す図である。
【図３】（ａ）は第１の運転例のタイムチャートであり、（ｂ）は第２の運転例のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。
【００２２】
本発明の栽培施設用暖房装置は、図１に示すように、ビニールハウスや温室等の栽培施設１内に、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設すると共に、これらの運転を制御する運転制御部４を設け、燃焼式暖房部２に上流側ダクト５を接続すると共に、ヒートポンプ部３に下流側ダクト６を接続して主体が構成される。本実施形態では栽培施設１として例えば幅１５ｍ×長さ２０ｍで面積３００ｍ２、高さ４．５ｍのビニールハウスを想定して説明するが、特に限定されない。
【００２３】
燃焼式暖房部２は、ガスバーナ２１を備え、燃料ガスを燃焼させた際の熱により、空気取り込み口２２から取り込んだ空気を加熱するもので、燃料ガスとしてはプロパンをはじめとするＬＰＧが挙げられるが特に限定はされない。ガスバーナ２１の熱出力は例えばＬＰＧ使用量１．３２ｍ３Ｎ／ｈで３０ｋＷとしてもよいが特に限定されない。空気は下方より取り込んで上方へ吐出するもので、本体ケーシングの下部に空気取り込み口２２を形成すると共に上部に加熱空気吐出口２３を形成してあり、上下方向の中間部に熱交換器２４が設けてある。空気取り込み口２２の近傍にファン２５が設けてあり、栽培施設１内の空気を取り込む。ファン２５の風量は例えば約７０ｍ３／ｍｉｎとしてもよいが特に限定されない。本実施形態では、燃焼式暖房部２は１台設けているが台数は特に限定されないものであり、ヒートポンプ部３よりも少ない台数設置する。燃焼式暖房部２には制御部２６が設けてあり、運転制御部４からの制御指示により暖房運転の制御を行っている。
【００２４】
ヒートポンプ部３は、電動駆動式でもガスエンジン駆動式でもよく、図示しないが、凝縮器を栽培施設１内に配設すると共に蒸発器を栽培施設１外に配設する。圧縮器の熱交換部を流す空気、すなわち加熱空気の流量を例えば９０ｍ３／ｍｉｎとし、暖房出力を例えば２６ｋＷとしてもよいが、特に限定されない。ヒートポンプ部３は、空気吸入口３１から空気を吸入して前記熱交換部を通して加熱し、加熱空気吐出口３２から吐出する。本実施形態では、ヒートポンプ部３は２台設けているが台数は特に限定されないものであり、燃焼式暖房部２よりも多い台数設置する。ヒートポンプ部３の空気吸入口３１よりも内側の部分には、空気を吸入するためのファン３３が設けてある。ヒートポンプ部３には制御部３４が設けてあり、運転制御部４からの制御指示により暖房運転の制御を行っている。
【００２５】
このように、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３とを別々に配設することで、これらの設置の自由度、容量比率の自由度が高まって、客先条件に応じて容量比率を最適化することが可能となると共に設備費を低減することが可能となって、上述した従来例における問題点（３）や（４）が解消される。
【００２６】
燃焼式暖房部２の加熱空気吐出口２３には、上流側ダクト５の上流端を接続すると共に、上流側ダクト５の下流端の吐出口５１をヒートポンプ部３の空気吸入口３１近傍に配置する。また、ヒートポンプ部３の加熱空気吐出口３２には、下流側ダクト６の上流端を接続すると共に、下流側ダクト６の下流端の吐出口６１を栽培施設１内の畝１１に設置している。上流側ダクト５は、途中から下流側が複数に分岐して、それぞれ対応するヒートポンプ部３に向けて配設される。
【００２７】
ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積は、上流側ダクト５の吐出口５１の面積よりも大きく形成するものであり、本実施形態では図２に示すように、上流側ダクト５の吐出口５１を略円形にしてその面積を０．０５８ｍ２としてあり、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１を略矩形にしてその面積を０．３０ｍ２としてある。上流側ダクト５の吐出口５１は、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積内に収まる状態で、近接して配置される。これにより、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積０．３０ｍ２のうち、０．０５８ｍ２が燃焼式暖房部２からの加熱空気を吸入する部分となり、残りの０．２４２ｍ２が栽培施設１内の空気を吸入する部分となる。
【００２８】
ここで、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１の面積を０．３０ｍ２とし、上流側ダクト５の吐出口５１の面積が０．１５ｍ２（吐出口５１の面積に対する空気吸入口３１の面積比＝２）の場合、０．１０ｍ２（前記比＝３）の場合、０．０７５ｍ２（前記比＝４）の場合、０．０５８ｍ２（前記比＝５．２）の場合、０ｍ２（前記比＝∞すなわち吐出口５１無し）の場合それぞれについて、風量の低下を計測する実験を行ったので、その結果を表１に示す。
【００２９】
実験は、燃焼式暖房部２の暖房運転を行わない（すなわちガスバーナ２１及びファン２５を稼動させない）状態で、ヒートポンプ部３のファン３３を稼動させた時の下流側ダクト６の流量（ｍ３／ｍｉｎ）をそれぞれの場合について計測し、吐出口５１無しの場合を基準として風量の低下割合を算出した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
前記結果によると、吐出口５１の面積に対する空気吸入口３１の面積比＝２の場合に風量低下が８．５％と大きいのに対し、前記比＝３の場合には風量低下が２．９％と急激に低下しており、空気吸入口３１の面積が吐出口５１の面積の３倍に達すると風量低下を抑える効果が顕著に現れているのが分かる。また、前記比＝５．２の場合には風量低下が０％となって吐出口５１の影響を全く受けていないことが分かる。このように、前記比を３以上とすることにより、風量低下による熱出力の低下をよく抑えることができる。
【００３２】
また本実施形態では、燃焼式暖房部２のガスバーナ２１からの燃焼排ガスの排気口に排気ダクト７の上流端を接続してあり、排気ダクト７の下流端を栽培施設１外に配設して、排気を大気に排出するもので、排気ダクト７の途中には排気バルブ７１を設けてある。また、排気ダクト７の排気バルブ７１よりも上流側からは、還流ダクト８が分岐してあり、還流ダクト８の下流端は栽培施設１内に（本実施形態では特に空気吸入口３１の近傍に）配設してある。これにより、栽培施設１の植物の成長に必要な二酸化炭素の供給源として、燃焼式暖房部２から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を利用可能となる。栽培施設１内の二酸化炭素濃度の制御は、一般的な方法を採用すればよく、例えば、二酸化炭素濃度を検知して、還流ダクト８に設けた還流バルブ８１と上記排気バルブ７１の開閉と、還流ファン８２の駆動により、燃焼排ガスを栽培施設１に入れる場合と大気に放散する場合とを切替えるＯＮ−ＯＦＦ制御が挙げられるが特に限定されない。二酸化炭素濃度は例えば１０００ｐｐｍレベルを維持するように制御する。
【００３３】
運転制御部４は、燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３の運転を制御するもので、本発明では栽培施設１で必要な熱負荷が所定以上の場合と所定以下の場合の二通りの運転を行う。
【００３４】
熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部２で発生させた加熱空気を上流側ダクト５を介してヒートポンプ部３の空気吸入口３１に供給する。ヒートポンプ部３の空気吸入口３１からは、前記上流側ダクト５から吐出される加熱空気と栽培施設１内の空気とを吸入する。ここで、ヒートポンプ部３で発生させる加熱空気の全流量、すなわち、複数台（本実施形態では２台）のヒートポンプ部３で発生させる加熱空気の流量の合計量は、燃焼式暖房部２で発生させる加熱空気の流量（複数台の場合は合計量）よりも多くなるように設定するもので、本実施形態では、燃焼式暖房部２で発生させる加熱空気の流量は上記７０ｍ３／ｍｉｎで、各ヒートポンプ部３の加熱空気の流量は９０ｍ３／ｍｉｎとしてあり、各ヒートポンプ部３に供給される加熱空気の流量は３５ｍ３／ｍｉｎとなっている。これにより、燃焼式暖房部２で発生して上流側ダクト５の吐出口５１からヒートポンプ部３の空気吸入口３１に向けて吐出される加熱空気は、全量が空気吸入口３１から吸入され、燃焼式暖房部２からの加熱空気が溢れて周囲に放散されて無駄になる熱をなくすことができる。
【００３５】
熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部２の運転を停止してヒートポンプ部３のみを運転し、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１から栽培施設１内の空気を吸入し、ヒートポンプ部３で加熱した加熱空気を下流側ダクト６を介して吐出する。この場合には、ヒートポンプ部３の空気吸入口３１から吸入する空気の全量が栽培施設１内の空気となる。
【００３６】
栽培施設１内の栽培空間の温度を制御する方法としては、栽培施設１内に温度センサー１２を設け、温度センサー１２の測定値に応じて燃焼式暖房部２とヒートポンプ部３の運転をＯＮ−ＯＦＦ制御により運転する方法が挙げられる。例えば、栽培施設１であるビニールハウスの中央部の地面から高さ約１．０ｍの位置に、熱電対からなる温度センサー１２を配置し、前記温度センサー１２の温度に基づいて制御を行う。具体的な運転制御については後述する。
【００３７】
上記構成においては、熱負荷が所定以下の場合にはヒートポンプ部３のみを使用して燃焼式暖房部２を使用せず、加熱する空気はヒートポンプ部３の空気吸入口３１から直接吸入するため、燃焼式暖房部２及び上流側のダクトを空気が流れず、無駄な圧力損失が生じてファン２５の動力が無駄になるのを防止することができる。また、ヒートポンプ部３を分散配置すると共に、燃焼式暖房部２を一箇所に設置することが可能となり、ヒートポンプ部３と油焚燃焼部と運転制御盤とが一体になった暖房装置を分散設置する必要がなく、設備費が多大になるのを防止することができる。また、ヒートポンプ部３を既存の種々の容量の燃焼式暖房部２と組み合わせて利用することが可能となり、客先条件に応じてヒートポンプ部３と油焚燃焼部の容量比率を最適化することが可能となる。燃焼式暖房部２で発生させて上流側ダクト５から供給された加熱空気の全量をヒートポンプ部３の空気吸入口３１から吸入できるので、燃焼式暖房部２からの加熱空気が溢れて周囲に放散されて熱を無駄にすることがない。
【００３８】
以下に、本栽培施設用暖房装置の運転例を示す。
【００３９】
本実施形態での栽培施設１内の栽培空間の温度の制御は、栽培施設１内に設けた温度センサー１２の計測値をＴとし、栽培空間の目標温度をＴ０、ヒートポンプ部３の暖房開始温度をＴＯＮ１、燃焼式暖房部２の暖房開始温度をＴＯＮ２、ヒートポンプ部３の暖房停止温度をＴＯＦＦ１、燃焼式暖房部２の暖房停止温度をＴＯＦＦ２とし、ＴＯＮ２＜ＴＯＮ１＜Ｔ０＜ＴＯＦＦ２＜ＴＯＦＦ１となるように設定する。そして、計測値ＴがＴＯＮ２以下に下がると燃焼式暖房部２の暖房運転を開始し、計測値ＴがＴＯＮ１以下に下がるとヒートポンプ部３の暖房運転を開始する。また、計測値ＴがＴＯＦＦ２以上に上がると燃焼式暖房部２の暖房運転を停止し、計測値ＴがＴＯＦＦ１以上に上がるとヒートポンプ部３の暖房運転を停止する。
【００４０】
第１の運転例の高熱負荷条件（昼間の栽培条件を想定）は、外気温度１℃、栽培空間の目標温度Ｔ０を３０℃、ヒートポンプ部３の暖房開始温度ＴＯＮ１を２８．５℃、燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２を２７℃、ヒートポンプ部３の暖房停止温度ＴＯＦＦ１を３２℃、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２を３１℃とする。
【００４１】
第２の運転例の低熱負荷条件（夜間の栽培条件を想定）は、外気温度１℃、栽培空間の目標温度Ｔ０を９℃、ヒートポンプ部３の暖房開始温度ＴＯＮ１を７．５℃、燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２を６℃、ヒートポンプ部３の暖房停止温度ＴＯＦＦ１を１２℃、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２を１０．５℃とする。
【００４２】
この時の第１の運転例、第２の運転例での栽培空間温度Ｔのタイムチャートを図３に示す。
【００４３】
第１の運転例では、スタート時の栽培施設１内の温度Ｔが燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２よりも低く、スタート時に燃焼式暖房部２が運転（燃焼）開始すると共に（図中の丸数字１）、ヒートポンプ部３が運転開始する（図中の丸数字２）。この例では熱負荷が大きいため、ヒートポンプ部３と燃焼式暖房部２の両方を使用していてもヒートポンプ部３の暖房停止温度ＴＯＦＦ１まで温度が上昇せず、常時ヒートポンプ部３が暖房運転しているが、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２までは温度が上昇するため、ＴＯＦＦ２に達した時点で燃焼式暖房部２の暖房運転を停止する（図中の丸数字３）。そして、ヒートポンプ部３が暖房運転していても燃焼式暖房部２が暖房運転していないと、燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２以下まで低下し、燃焼式暖房部２による暖房運転が開始する（図中の丸数字２）。そして、燃焼式暖房部２の暖房停止温度ＴＯＦＦ２まで温度が上昇して、燃焼式暖房部２による暖房運転が停止し（図中の丸数字３）、以降、これを繰り返し、ヒートポンプ部３は常時暖房運転状態となり、燃焼式暖房部２のみＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。
【００４４】
第２の運転例では、熱負荷が小さいため、ヒートポンプ部３のみ使用していても燃焼式暖房部２の暖房開始温度ＴＯＮ２まで温度が低下せず、常時燃焼式暖房部２が運転を停止していて、ヒートポンプ部３のみＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。
【００４５】
これらの結果より、（ａ）ヒートポンプ部３の優先運転が可能である、（ｂ）熱負荷が小さく燃焼式暖房部２を運転する必要がない場合は、燃焼式暖房部２のファン２５を停止して、その分の電力費用を削減できる、ということが可能となり、効率的な運転が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 栽培施設
１１ 畝
１２ 温度センサー
２ 燃焼式暖房部
２１ ガスバーナ
２２ 空気取り込み口
２３ 加熱空気吐出口
２４ 熱交換器
２５ ファン
２６ 制御部
３ ヒートポンプ部
３４ 制御部
３１ 空気吸入口
３３ ファン
３２ 加熱空気吐出口
４ 運転制御部
５ 上流側ダクト
５１ 吐出口
６ 下流側ダクト
６１ 吐出口
７ 排気ダクト
７１ 排気バルブ
８ 還流ダクト
８１ 還流バルブ
８２ 還流ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培施設内に燃焼式暖房部とヒートポンプ部とを別々に配設し、燃焼式暖房部の加熱空気吐出口に上流側ダクトを接続して該上流側ダクトの吐出口をヒートポンプ部の空気吸入口近傍に配置し、ヒートポンプ部の加熱空気吐出口に下流側ダクトを接続してその吐出口を栽培施設内の畝に向けて設置し、熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部で発生させた加熱空気を上流側ダクトを介してヒートポンプ部の空気吸入口に供給すると共に、該空気吸入口から前記上流側ダクトから吐出される加熱空気と栽培施設内の空気とを吸入して、前記燃焼式暖房部で発生させた加熱空気の流量よりも多い流量の加熱空気をヒートポンプ部で発生させて下流側ダクトを介して吐出し、熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部の燃焼運転を停止して、ヒートポンプ部の空気吸入口から栽培施設内の空気または該栽培施設内の空気と前記上流側ダクトから吐出される空気を吸入してヒートポンプ部で加熱した加熱空気を下流側ダクトを介して吐出する運転制御部を設け、ヒートポンプ部の空気吸入口の面積を上流側ダクトの吐出口の面積よりも大きく形成すると共に前記吐出口を前記空気吸入口の面積内に収まるように配置して成ることを特徴とする栽培施設用暖房装置。
【請求項２】
栽培施設内に温度センサーを設け、該温度センサーの測定値に応じて運転制御部がＯＮ−ＯＦＦ制御により燃焼式暖房部とヒートポンプ部の運転を行うものであって、栽培空間の目標温度をＴ０、ヒートポンプ部の暖房開始温度をＴＯＮ１、燃焼式暖房部の暖房開始温度をＴＯＮ２、ヒートポンプ部の暖房停止温度をＴＯＦＦ１、燃焼式暖房部の暖房停止温度をＴＯＦＦ２とする時、ＴＯＮ２＜ＴＯＮ１＜Ｔ０＜ＴＯＦＦ２＜ＴＯＦＦ１となるように設定して成ることを特徴とする請求項１記載の栽培施設用暖房装置。
【請求項３】
ヒートポンプ部の空気吸入口の面積を上流側ダクトの吐出口の面積の３倍以上として成ることを特徴とする請求項１又は２記載の栽培施設用暖房装置。
【請求項１】
栽培施設内に燃焼式暖房部とヒートポンプ部とを別々に配設し、燃焼式暖房部の加熱空気吐出口に上流側ダクトを接続して該上流側ダクトの吐出口をヒートポンプ部の空気吸入口近傍に配置し、ヒートポンプ部の加熱空気吐出口に下流側ダクトを接続してその吐出口を栽培施設内の畝に向けて設置し、熱負荷が所定以上の場合には、燃焼式暖房部で発生させた加熱空気を上流側ダクトを介してヒートポンプ部の空気吸入口に供給すると共に、該空気吸入口から前記上流側ダクトから吐出される加熱空気と栽培施設内の空気とを吸入して、前記燃焼式暖房部で発生させた加熱空気の流量よりも多い流量の加熱空気をヒートポンプ部で発生させて下流側ダクトを介して吐出し、熱負荷が所定以下の場合には、燃焼式暖房部の燃焼運転を停止して、ヒートポンプ部の空気吸入口から栽培施設内の空気または該栽培施設内の空気と前記上流側ダクトから吐出される空気を吸入してヒートポンプ部で加熱した加熱空気を下流側ダクトを介して吐出する運転制御部を設け、ヒートポンプ部の空気吸入口の面積を上流側ダクトの吐出口の面積よりも大きく形成すると共に前記吐出口を前記空気吸入口の面積内に収まるように配置して成ることを特徴とする栽培施設用暖房装置。
【請求項２】
栽培施設内に温度センサーを設け、該温度センサーの測定値に応じて運転制御部がＯＮ−ＯＦＦ制御により燃焼式暖房部とヒートポンプ部の運転を行うものであって、栽培空間の目標温度をＴ０、ヒートポンプ部の暖房開始温度をＴＯＮ１、燃焼式暖房部の暖房開始温度をＴＯＮ２、ヒートポンプ部の暖房停止温度をＴＯＦＦ１、燃焼式暖房部の暖房停止温度をＴＯＦＦ２とする時、ＴＯＮ２＜ＴＯＮ１＜Ｔ０＜ＴＯＦＦ２＜ＴＯＦＦ１となるように設定して成ることを特徴とする請求項１記載の栽培施設用暖房装置。
【請求項３】
ヒートポンプ部の空気吸入口の面積を上流側ダクトの吐出口の面積の３倍以上として成ることを特徴とする請求項１又は２記載の栽培施設用暖房装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２４０３０３（Ｐ２００９−２４０３０３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３９８９（Ｐ２００９−５３９８９）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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