JPS5922143B2 - 温室の空気調和法並びに装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 熱帯植物を育成したり、野菜・草花などを促成栽培した
９などする時に用いる温室は通常寒冷時に燃料を燃やし
て温室内の空気を暖めることで運営されている。

即ち例えば冬期に於て晴天の日の昼には透明材料で造ら
れた屋根・側壁を透過する太陽光線による熱で温室内の
気温が充分に或いは必要以上に上昇するから換気孔から
の空気の出入りを調節するだけで適温に保っているが夜
間或いは曇天・雨天の時は燃料を燃やして直接又は間接
に温室内の空気を暖めることで適温を保っている。

従って温室運営の経費の内燃料費が非常に大きな部分を
占める。

更に又冬期快晴の日の昼に太陽光線による熱で温室内の
気温が上昇する場合太陽光線エネルギーの６０％前後は
空気を温める熱に費やされるが残り４０％前後は土壌表
面からと植物の葉の表面からの水分の蒸発に対する潜熱
に費やされる。

従って水分の蒸発が活発であるから温室内の湿度が上が
９過ぎてしばしば病害の原因とな９又植物育成に悪影響
を及ぼすことが多い。

本発明は温室にヒートポンプによる空気調和装置を設け
、冬期晴天の日の昼間太陽熱により温室内の温度・湿度
が上昇する場合、空気調和装置の除湿器で除湿して低湿
度に保ち除湿により発生する凝縮熱と太陽熱によシ気温
が必要以上に上昇することを防ぐため取去る顕熱とで別
に装備する水槽の水温を上昇させて蓄熱し、太陽熱のな
い夜間にその水槽の蓄熱分を放出させて温室内の空気を
適温に保つ様にするものであって、この方法により得ら
れる利益は次の通りである。

■）冬期晴天の白昼間の太陽熱の一部を水槽に蓄熱し夜
間の寒冷時に放出して温室を適温に保つのであるから燃
料を燃やして温室を暖める場合に比べ格段に燃料が少な
くてすむ。

曇天・雨天の時はやむを得ないから燃料を使うが快晴の
時は後に詳しく説明する様にはソ燃料なしですますこと
ができる。

２）温室内の湿度を適度に保つから病害の発生が非常に
少な（なる。

３）温室内の温度を低く保つことによシ植物の葉面から
の水分の蒸発従って根からの水分の吸上げが活発になり
それに基いて養分の、吸上げも多（なるから植物の育成
が促進される。

４）冬期晴天時温室内の湿度が高いと屋根面、壁面の内
面に結露する。

この様に結露することは水蒸気の潜熱が外気に持ち去ら
れたことを示すもので即ち熱損失が太き（折角得られた
エネルギーを無駄に捨てることになる。

本発明では湿度を低（保つから結露せず従って熱損失が
少な（即ち太陽熱を高度に利用できる。

本発明を実施例につき詳しく説明すると次の通シである
。

第１図に於て１は温室であシ屋根・外壁は太陽光線を通
す様透明な材料で構成されている。

２は植物を植える土壌であシ３は植物を示す。

４は空気調和装置のセットを示しこのセットは温室の中
又は外に装備きれる。

これは個々の機器を夫々単独に据付けて管及びダクトで
結んでも良いし或いは各機器を一つのケースの中に機能
的に結合して取付けたユニット式にして装備しても良い
が第１図ではセット１示す意味で点線で囲んである。

５は空気ダクトを示しフローシート形式に１本の線で簡
略に表示しである。

このダクトは温室の中を通しても良いめであるが第１図
では粉られしくならない様温室の外を通して画いである
。

６は蒸発器（空気冷却器）、７は圧縮機、８は凝縮器（
空気加熱器）、９は膨張弁であシこの４つでヒートポン
プの冷媒サイクルが完結する。

凝縮器（空気加熱器）８は一般のものと異シ共通のフィ
ン群を貫通する２つの管路１０，１１が交互に配置され
で構成されている。

第１の管路１０には冷媒が通シ冷媒はここで放熱して液
化する。

第２の管路１１にはポンプ１２によシ水槽１３の水が循
環して通される。

１４は通風機である。ダクト５を通って来た温室からの
空気は蒸発器６．凝縮器８を通過し通風機１４の吸引側
に入シ、通風機１４の排出側は温室内に開口しているか
ら温室内の空気は空気調和装置４を通って矢印の様に循
還する。

この実施例の装置に基き具体的数１直の一例を交えて説
明すると次の通シである。

表日本地区で（ま冬期は快晴の日が多（その日中温室内
の透過日射熱量は経験によシ平面積に対し１７００ｋｃ
ａ７／ｍ２ ・日とみなすことができる。

温室の平面積を１００ ｍ２ と仮定し日照時間を８時
間とすると１時間当り受熱量は １７００ｋｃｕ／ｍ２ ・日Ｘ１００ｍ２÷８時圃／日
＝２１０００ｋｃａ１７′時となる。

日中の温室内の気温を２３℃、外気温を１０℃とすると
屋根・外壁（その総面積を２００ｍ２とする）を通って
外部に失なわれる熱量は（経験による熱貫流率は大体４
．８ｋｃａｌ／ｒＩＬ２・時−’ｃである）４．８ ｋ
ｃ ａｌ／ ｍ２・時・℃Ｘ２００ｒｒＬ２×（２３−
１０）Ｔ、＝１２５００ ｋｃａｔ／Ｒである。

即ち入射熱の約６０％が屋根・外壁から失われ、残り４
０％が潜熱となって水分を蒸発させる。

そしてこれで入熱と出熱がバランスし室内温を２３℃に
保つことになる。

蒸発水分の量は（２１０００ｋｃａｔ／時−１２５００
ｋｃａ、／。

７時）÷５８０ ｋｃ ａ、／、／に９＝１４．７に９
７時となる。

ダクト５を通って蒸発器（空気冷却器）６に入る空気は
温室１の中のふん囲気と同じであシこれを温度２３°Ｃ
２湿度８０％と推定する。

蒸発器６はフィン付き管で構成され冷媒の蒸発によシ直
接空気を冷却する形式のものである。

空気がこれを通過すると冷却され且つ水分がフィン上に
結露し除湿される。

除湿により生じた水は流れて受皿１５の上に落ち集めら
れて管１６により外に排出される。

（第１図では蒸発器６のフィンが水平になっている様に
画かれているがこれはフィンが垂直になる様に画（と冷
媒管の通過経路が解りにくくなるためやむを得ず水平に
画いたもので実際のものは結露した水が流れ易い様フィ
ンか垂直になる様な配置にする。

）通風機１４によシ循壊する風量を６０ｒｒＬ３／分と
し蒸発器６を適当に設計して温度２３℃、湿度８０％で
入って来た空気が冷却除湿されて温度１６℃、湿度９５
％になる様にすることができる。

この時除かれる水分を計算すると次の通シである。

温度２３℃、湿度８０％の空気の絶対湿度は０、０１４
１ ｋｇ／ｋｇ空気、温度１６°Ｃ２温度９５％の空気
の絶対湿度はｏ、ｏ ｌｏ ７ｋｇ／ｋｇ空気であるか
ら絶対湿度の差は ０．０１４１−０．０１０７＝０．００３４ ｋｇ／ｋ
ｇ空気 でちゃ、循還空気量は６０が７分であるから１時間当り
除湿量は ０．００３４ ｋｇ／ｋｇ空気×６空気ｒＬ３／分Ｘ１
．２ｋｇ／ｒＩＬ３×６０分＝１４．７に９／時。

即ち先に計算した日光入射によシ蒸発する水分の量と〒
致するから温室内の蒸発水分は蒸発器６で全部除去され
、従って温室内の湿度は８０％に保たれる。

蒸発器６を通って冷却除湿された空気は引続き凝縮器（
空気加湿器）８を通過する。

凝縮器８は先に述べた通シ特殊構造のものである。

即ち冷媒が放熱液化する第１管路１０とポンプ１２によ
シ水槽１３の水が循還して通過する第２管路１１が共通
のフィン群を貫通して交互に配置されたものである。

その詳細斜視図を第２図に示した。第２図に於て１７は
フィン群であシ金属板を数ｍ’ｔｔｔ乃至十数間程度の
間隔で図の様に並べである。

そのフィン群を貫通して管１８，１９，２０，２１゜２
２．２３が並べられる。

管１８は上部で管１９に接続され管１９は下部で管２０
に接続され管２０は上部で管２１に接続される。

管１８と管２１の中間に管２２が、又管１９と管２０の
中間に管２３が配置され、管２２と管２３は上部で接続
される。

冷媒は管１８の入口から入シ管１９゜２０．２１を通っ
て管２１の出口から出る。

又水は管２３の人口から入り管２２の出口から出る。

第２図は解り易くするため管の数を最小限度にして画い
であるが実際のものは第２図に於ける手前又は先方に管
を多数並べ更にススの右又は左に冷媒の管列と水の管列
を交互に多数段並べ第２図に準じて接続して作られる。

又フィンの数も熱負荷に応じて適当な枚数が並べられる
。

空気はフィンの間を矢印２４の様に通過する。

凝縮器（空気加熱器）８０作用を説明すると次の通りで
ある。

第２図の冷媒管群１８．１９゜２０．２１は第１図では
第１管路１０で代表され又第２図の水管群２２．２３は
第１図では第２管路１１で代表される。

以下第１図について説明する。

今仮に第１図に於て凝縮器８が水管路１１を持たず冷媒
管路１０だけを持った普通の凝縮器（空気加熱器）とす
る。

蒸発器６を通過して温度１６℃、湿度９５％になった空
気がこの凝縮器（空気加熱器）を通ることで暖められる
。

凝縮器の出口の空気の温度を計算して見る。

蒸発器６で空気から冷媒に移る熱量は次の通シである。

湿シ空気線図から２３℃、８０％のエンタルピーは０、
４．１ ｋｃａｌ／ｋｇ、 １６℃、９５％のエンタ
ルピーは１０．３ Ｋｃａ１７ｋｇ従って冷媒の得る熱
量は（１４，１−１０，３）ｋｃａ７７／ｋｇＸ６０ｒ
ｒＬ３／分ｘ１．２ｋｙ／７７Ｌ３Ｘ６０分＝ １６４
００ ｋｃａｌ／時この熱量を移動するための圧縮機７
の動力は（１馬力当９の移動量を３０００ｋｃａｔ／時
とする） １６．４００Ｋｃａ４／時÷３，０００Ｋｃａ４／時・
馬力＝５．５馬カニ４．１ Ｋ、 Ｗ。

従って凝縮器で冷媒から空気に移る熱量は１６．４００
ｋｃａ、／、／時＋８６０ ｋ ｃ ａ ｔ／に−ＷＨ
Ｘ４．１に−Ｗ−＝１９，９００ｋｃａ、／、／時従っ
て凝縮器入口で１６℃であった空気は出口でＧま １９．９００ｋｃａ、／７時÷（０，２４ｋｃ ａｔ／
ｋｇ ・℃×６０ｍ３／分Ｘ １．２に９／ｍ３Ｘ６０
分）＝１９℃ たけ温度上昇し１６＋ １９＝３５℃になる。

これでは温度が高過ぎていけないので適温即ち２３°Ｃ
程度にするため凝縮器の次の水による空気冷却器を設置
することが必要になる。

即ちこの様に空気冷却器を配置しその水管に水槽１３の
水をポンプ１２で循還して通し空気冷却器で奪った熱量
で水槽１３の水の温度を上昇させて蓄熱すれば所期の目
的を達することができる。

ただその様にすると凝縮器で一旦空気を過熱し矢に空気
冷却器で適温迄冷却することになるため熱交換器が大き
くなり不経済となるから前記形式の凝縮器８を装備する
方が良い。

凝縮器８の機能を第２図について説明すると次の通シで
ある。

冷媒管１８に圧縮された冷媒ガスが通シフイン１７に熱
が伝えられる。

管１８の中を通る冷媒の温度が５０℃であるとする。

一方水管２２に水が通シフイン１７が冷やされる。

水管２２を通る水の温度が２６℃であったとする。

フィン１７は熱伝導の良い金属製であるから管１８から
熱を受は速やかに管２２に熱を与えるがそのフィン１７
の温度は管１８の温度５０℃と管２２の温度２６℃との
ほぼ中間即ち（５０＋２６）÷２−３８℃附近になる。

フィン１７の隙間を通過する空気の温度を２１’Ｃとす
れば３８−２１＝１７℃の温度差により空気に熱を与え
ることになる。

冷媒管１８，１９，２０，２１から放熱する熱量の一部
を空気に与え残りを水管２２，２３に云えるのであるが
その比率を調節するには水管２２．２３を通過する水の
量を加減すれば良い。

水管２２，２３を通過する水量を減らせば水温が上がシ
従ってフィン１７の温度が高（なり空気に与える熱量が
多（なる。

水量が減っているから水温は上がるが水全体の受熱量は
減る。

空気に与える熱量を少な（し水の受熱量を多（したい時
は逆に水量を増せば良い。

この様にして第１図に於て凝縮器８を出る空気は温度２
３℃になって（湿り空気線図から湿度が６１％になるこ
とが解る）通風機１４により温室１内に送り込まれ温室
１内は２３℃に保たれる。

又温室１内の湿度は蒸発による水分が加わり８０％とな
る。

ポンプ１２で水槽１３から（み上げられた水は凝縮器８
内の水槽１１を通って加熱され水槽１３に戻る。

従って水槽１３内の水は段々温度が上がる。

前記実施例の数置に基き水槽１３の蓄熱量を計算して見
ると次の通りである。

凝縮器８で３５℃になるべき空気温を２３℃に押えるた
め水の方に移す熱量は （３５−２３） ’ＣＸ Ｏ，２４ｋｃａ、ｆｆ７ｋｇ
・’ＣＸ ６０ ｍ”／分Ｘ １．２ｋｇ／ｒｒｔ３Ｘ
６０分＝１２４００ｋｃａ、／。

７時 水槽８０寸法を巾２．２ｍＸ長さ２．２ｍＸ高さ２．２
ｍとし貯水量を内容積の９０％即ち９６００ｔとする。

水槽は外部に対し充分保温されるがそれでも熱損失はま
ぬがれない。

水温平均を２５℃。外気温平均を３℃、保温材の熱貫流
率を１．０ ｋｃａ７／ｍ２ ・℃・時とすると槽の
外表面積は２．２ｒｒＬＸ２．２ ｍＸ ６ ＝２９
ｒｎ２であるから熱損失は１．０ ｋｃａｔ／ ｒｎ”
・℃・時×２９ｒｒＬ２×（２５−３） ’ＣＣ５０
４０ｋｃａ／ｌ、／時水槽８の入熱時間即ち日照時間を
８時間とすると水槽の蓄熱量の自利用し得る熱量は １２４００ ｋｃａｌ／時×８時−６４０ｋｃａｌ／時
×２４時 ８３８００ ｋｃａｔ／日となる。

そして水温上昇は ８３８００ｋｃａｔ÷９６００ ｋｃａ ｌ／’Ｃ＝８
．７℃二９°Ｃ となる。

例えば日の出前２０℃迄下がっていた水温は日照の終る
夕方には２０＋９＝２９℃になる。

日が沈んだらヒートポンプの運転を止める。

即ち圧縮機７の運転を止め更にポンプ１２・通風機１４
も止める。

夜になって気温が下がシ温室１内の温度が１０°Ｃ以下
になったらポンプ１２と通風機１４を運転する。

そうすると水管１１の中を水槽１３の温水が通シ凝縮器
８は温水による空気加熱器となシ温室１の気温が上がる
。

先に説明した凝縮器（空気加熱器）の次に水による空気
冷却器を分離して設置し所期の目的を達する様にした装
置に於ては、夜間暖房の時は水による空気冷却器をその
まま空気加熱器とし、ポンプ１２で水槽１３の温水を循
還させれば良い。

前記実施例に基き冬期夜間この暖房に必要な熱量を計算
して見ると次の通シである。

夜間の外気温な０℃とし、温室１内の空気温を１０’Ｃ
Ｖｃ保つとすると屋根・外壁（前記の通り総面積を２０
０ｍ２ とする）を通って失なわれる熱量は（湯室の
中にカーテン１層を設置した場合の経験による熱貫流率
は大体３．０ｋｃａｔ／ｒｒＬ２ ・℃・時である）３
．０ｋｃａｔ／ｒｒＬ２・℃・時Ｘ２００ｍ２Ｘ（１０
−０）’Ｃ＝６０００ｋ ｃａｔ／時これだけ熱を補給
すれば温室１内を１０℃に保つことができるわけである
。

そして暖房時間を１２時間とすれば必要全熱量は ６０００ｋｃａ７７時Ｘ１２時＝７２０００ｋｃａ７／
日 であシ、先に計算した水槽８の蓄熱量は８３８００ｋ
ｃ ａ １１日であるからこの蓄熱量だけで充分まかな
うことができる。

即ち快晴でありさえすれば燃料を燃やすことな（温室１
を適温に保つことができるわけである。

曇天・雨天の山ま止むに得ず燃料を使うことになるが表
日本ではその日数は少ないから本発明による装置を備え
ることで温室栽培の燃料を大量に節約でき、しかも温室
内の湿度を適度に低く保つことで病害を防止し且つ植物
の生育を促進することができて斯界に貢献すること大な
るものがある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の詳細な説明する要領図であシ、第２図
は第１図に於て８で示す熱交換器の構造例を説明する詳
細斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 温室にヒートポンプによる空気調和装置と水温の上
   昇によシ蓄熱することを目的とする水槽とを設け、冬期
   晴天臼の昼間太陽熱によシ温室内の温度・湿度が必要以
   上に上がることを防止するため上記空気調和装置を運転
   し、その空気調和のため取除かれる熱量を上記水槽内の
   水温を上げることで畜熱し、夜間寒冷時に水槽内の蓄熱
   分を温室内に放熱してその温度を適温に保つことを特徴
   とする温室運営方法。 ２ 温室にヒートポンプによる空気調和装置を設は通風
   機により温室内の空気が空包調和装置を通って循還する
   様にし、冬期晴天臼の昼間温室の空気がヒートポンプの
   蒸発器（空気冷却器）を通って冷却除湿され引続きヒー
   トポンプの凝縮器（空気加熱器）及び水にする冷却器を
   通って温室に適応する温度迄暖められて温室に戻る様に
   し、この水による冷却器に別に設けた水槽内の水をポン
   プで循環させて空気調和のため取除か扛た余分の熱量を
   水槽内の水温を上げることで蓄熱し、夜間寒冷時に水槽
   の温水をポンプで水・空気熱交換器の水側な通して循環
   し、一方通風機により温室内の空気を上記熱交換器の空
   気側を通して循環させて温水から熱を受は温室の気温を
   適温に保つ様にしたことを特徴とする温室の空気調和装
   置。 ３ ヒートポンプの凝縮器（空気加熱器）及び水による
   冷却器として共通のフィン群を貫通する２つの管路が交
   互に配置されて構成され、第１管路には冷媒を通し第２
   管路には水を通し、冷媒の凝縮によシ発生する熱量の一
   部を空気に与え残部を水に移す様にした冷媒凝縮熱交換
   器を用いる事を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   温室の空気調和装置。