JPH035772B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に農業用ビニールハウス、きのこ
栽培室などの温室栽培室等の暖房に適した太陽熱
利用の蓄熱暖房方法及びその装置に関するもので
ある。農業用温室に消費される石油類の量は、膨
大なものであるが、この省エネルギー対策とし
て、太陽熱の地中への蓄熱による利用が実用化さ
れている。これは、塩化ビニールパイプを多数地
中に埋設し、これに日中の温室内の高温空気を送
風機により送入循環して、熱容量の大きい温室地
面の温度を上昇させ、夜間、温室内の低温の空気
を送入循環して、蓄熱量をとり出すものである。
しかし、この蓄熱方法は、塩化ビニールパイプ内
の凝縮水などにより、夜間の温室内の湿度が、異
常に高くなり、トマト、キウリなどの植物体にお
びただしい結露が生じ、様々な病気の原因になる
こと、蓄熱時において炭酸ガス濃度が減少するこ
と、及び、特に冬期、日中気温が上がらず、温室
内の温度と地中温との差があまりない地方におい
ては、殆ど期待が出来ないなどの欠点があつた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであつて、従来の方法が、太陽熱により熱容量
の大きな地中を利用して、それに熱を蓄える方
法、換言すれば、顕熱による蓄熱であるのにたい
して、本願の方法は、空気中の水分を選択的に吸
収する物質により、夜間の温室内の相対湿度の高
い空気から水分を吸収して適度に乾燥すると共
に、吸湿材において水蒸気が凝縮する際放出する
凝縮熱、凝縮水が吸湿材に付着する際に発生する
濡らし熱等により、空気温度を上昇させて、温室
内の暖房を行い、昼間温室内の低湿空気により吸
湿材の水分の脱離再生を行うものであつて、地中
熱方式の顕熱利用に対して、主として、潜熱を利
用するものである。

本願方法及び装置においても、当然吸湿材の比
熱に比例した熱容量により、これに顕熱が蓄積さ
れるが、これは、潜熱に比して、その効果は、ほ
ぼ1/6〜1/10程度であるので、前記濡らし熱と共
に今後の記述においては、説明を省略する。以
下、本方法を実施するための装置の一実施例に基
づいて詳細に説明する。

本願方法に用いる吸湿材は、空気中の水蒸気を
選択的に吸収することのできる物質が望ましく、
その意味では、分子篩として用いられている合成
物質などは、理想的であるが、一方、本願方法の
目的は、あくまで石油エネルギーの代替としての
役割を果たすことであるから、価格的に高価なも
のは、本願方法及び装置の吸湿材として使用しえ
ないことは明白である。本願発明者は、水分の選
択的吸収能を有し、しかも、経済性を備えた物質
を検討した結果、一定の活性化処理を施した天然
沸石、鹿沼土が、これらの諸要件を充たして好適
であり、なかでも、モルデン沸石が最適であるこ
とを見出だした。また、上記の他にも、シリカゲ
ル、アルミナゲル、或は、多孔性物質に吸湿性の
強い物質、たとえば、塩化カルシウム、塩化リチ
ウム、グリコール類などの水溶液を含浸させたも
のなどが、本願方法の吸湿材として用いうる。上
記において、多孔性物質とは、硅藻土、軽石、煉
瓦など化学物質の担体となるものであり、また、
活性化処理とは、150℃〜500℃の範囲において、
少なくとも、30分以上焼成処理することを意味
し、この処理により、沸石等の細孔が焼きしめら
れて、水分の選択的吸収能が付与される。150℃
以下では、この効果は、殆ど期待できず、又、約
500℃以上では、組織の破壊が生じて、これまた、
吸収能を失う。シリカゲル等は、150℃〜250位で
活性化処理するのが望ましい。これらの吸湿材
は、適当な大きさに砕かれ或は成型されたものを
用いるが、その大きさは、後述する送風機の出力
との関連において決められる。吸湿材は、一種類
のみ用いてもよいし、又、適当に組み合わせて用
いてもよいことは勿論である。このような吸湿材
１を、空気の出入口を設けた気密容器から或る吸
湿材室２中に充填する。吸湿材室２は、周囲の環
境と気密に分離されていればよく、必ずしも、地
中に埋設される必要はない。ただ、地表面の有効
利用の見地から、地中に理設されること、或は、
断熱材等により周囲を被覆されること等は、外部
環境に熱が失われるのを防止するので、望ましい
ことである。本願方法及び装置の効果を十分に発
揮させるためには、温室３の少なくとも天井部、
望ましく、全周囲を透明体３ｃを若干の空間を隔
てて張設するとにより二重の構造にし、外側の分
画である集熱室３ａには、内側の地表、植物体な
どからの水蒸気を多量に含んだ栽培室３ｂ側の空
気が入らないようにしておくことが好ましい。本
装置をきのこ栽培室などの暖房に用いる場合、き
のこ栽培室の屋根面を透明にして、屋根裏を集熱
室とするか、或は、太陽熱温水器により吸収した
太陽熱を、ラジエーターなどで放熱させ、これに
より、温度上昇した空気を用いてもよく、本願に
おいて、集熱室とは、このような二次加熱された
空気を送り出す場合をも含むものとする。集熱室
３ａの上部及び栽培室３ｂの上部には、吸気管４
ａ，４ｂが夫々配設されて開口しており、これら
の吸気管４ａ，４ｂは流路切替弁５を介して、送
風管６に連結し、この送風管６は、送風機７を介
して、吸湿材室２中の吸湿材１中に理設されてい
る空気を噴出する有孔パイプ２ｃに連結してい
る。

一方、吸湿材室２内の上部空間に開口する排気
管８は、流路切替弁９を介して二分岐し、一方の
分岐管１０ａは、大気中に開口し、他方の分岐管
１０ｂは、栽培室３ｂ中に開口して成るものであ
る。

このように構成された装置の運転方法の概略を
説明すると、まず、日照によつて上昇した集熱室
の空気は、送風機７によつて吸湿材室２に送り込
まれる。送入される空気は、太陽熱によつて温度
が上昇することによつて著しく相対湿度が低下し
ているので、吸湿材からの水分の脱離蒸発を促進
する。集熱室の空気は、温室下部などに設けた外
気取入口（図示せず）から補給される。吸湿材室
を通つた空気は、蒸発熱等により温度が低下し且
つ湿度が上昇しているので、必要な場合にのみ栽
培室３ｂに導入され、大部分は、分岐管１０ａか
ら大気中に放出される。このようにして吸湿能力
を再生した吸湿材は、開閉弁１１，１２を閉じて
吸湿能を相当期間温存することが可能である。次
に、夜間温室内の温度が低下してくると、温室内
の空気は、士壌、植物体等から供給される水蒸気
を多量に含んでいるので、相対湿度が100％に近
くなつて結露が生じ始める。

このような多湿の空気を、流路切替弁５を切り
替えることにより、吸気管４ｂから蓄熱室に送入
する。ここにおいて、空気中の水蒸気は、吸湿材
に吸収されて凝縮し、凝縮熱を放出する。したが
つて、吸湿材室を出て、流路切替弁９、分岐管１
０ｂから温室内に戻る空気は、適当に乾燥され且
つ温度が上昇しているため、栽培室内の温度低下
及び結露を未然に防止する。上記送風機の運転
は、通常、サーモスタツトと連動させ、設定温度
の範囲内で、送風機が作動するようにしておく。
本願吸湿材として用いられる天然沸石としては、
例えば、ホウ沸石、ホウソーダ石、リヨウ沸石、
ソーダ沸石、ジユウジ沸石、モルデン沸石などを
挙げることができる。これらの天然沸石を活性化
処理したものは、炭酸ガスに対しても選択的な吸
着能を有し、この吸着平衡は、主として温度に依
存するので、昼間の高い温度の空気が接触する場
合には、炭酸ガスはこれに放出され、夜間は、逆
に吸着するので、栽培室内の炭酸ガス濃度の調整
作用をも併有するという副次効果を有する。

上記したように、本願暖房方法は、吸湿材の吸
湿能力、換言すれば、吸湿材から水分を放逐し
て、これを再生する空気の相対湿度に大きく依存
する。周知のように、絶対湿度が一定ならば、空
気温度約10℃の上昇に伴つて相対湿度が、約半分
に低下し、従つて、温室をとりまく外気温が零度
を越えない真冬日でも、この外気が集熱室中に取
り込まれ、その温度が上昇すれば、相対湿度は低
下し、これが吸湿材室に送入されると吸湿材から
水分の脱離蒸発が行なわれる。したがつて、本願
方法では、日中の外気温度が−２℃付近の真冬日
で、しかも曇天であつても集熱室の温度は、日中
には10℃以上に上昇する場合が多いので、この空
気によつて、吸湿材の再生が行なわれ、夜間に
は、これに見合つた凝縮熱の発生、利用が可能で
ある。この点は地中熱方式が、温室内空気温度が
地温より高いこと（通常、地温より10〜15℃高く
ないと実効が期待出来ない）を絶対条件するのと
顕著に異なるところである。上記に述べた特色の
ほか、本願発明は、従来の地中熱方式と比較し
て、炭酸ガス成分の調整作用及びハウス内結露の
防止作用を有し、更に、温室は、一般に３年に一
度位の割合で場所替えをして連作の害を防止する
が、地中熱方式は、移動が容易でなかつたのに対
して、本願発明の場合は、地中設備が必須要件で
はないので、設置及び移動が、極めて簡単であ
り、又、開閉弁１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂ
等によつて、遮断され独立している数個の吸湿材
室２ａ，２ｂを並列に連結することにより、条件
の良い日に、放湿させてこれを温存し、条件の悪
い日のための予備暖房能力としての作用を営ませ
ることができる。以下に実施例を掲げる。

［実施例］ 長野市に設置したガラス張り温室（縦７ｍ、横
９ｍ、高さ５ｍ）内にビニールシートによるテン
トを外周壁、屋根面から、0.5〜1.0ｍ離して張設
することにより、集熱室、栽培室に分画し、暖房
装置は、第１図に示したものと殆ど同一のものを
用いて11月中旬〜翌２月にかけて、実験を行つ
た。吸湿材は、こぶし大のモルデン沸石を200℃
付近の温度で１時間焼成処理したもの1000Kgを吸
湿材室に充填し、吸湿材室のまわりには、厚さ10
cmの発泡スチロールで被包したものを野外におい
て用いた。一方、対照区として、ほぼ同形大、同
構造の温室の地下60cmに直径10cmのパイプを延べ
210ｍにわたつて埋設し、これに毎分60立方メー
トルで連続送風し、一方、本願装置には、毎分20
立方メートルを送り、吸湿能再生のための放湿工
程送風時間は、約７時間連続送風することにより
行つた。尚、夜間の吸湿工程送風時間は、両者と
も、栽培室内の温度が５℃以下になると、送風
（吸湿工程）を開始し、７℃に温度が上がると送
風が止まるように、送風機運転をサーモスタツト
により制御した。その結果、期間中、温室内の温
度は、対照区において、２℃まで下がつたが、本
願装置を有する温室は、６℃以下に下がらなかつ
た。本願方法による蓄熱量および放熱量は、第３
図にかかげた水蒸気一活性モルデナイト吸着平衡
線図から、その概要を知ることができる。例え
ば、吸湿材の温度が８℃で平衡含水率14％のとき
（第３図のＡ点）、33℃湿度25％の空気で吸湿材の
再生を行い、吸湿材の温度が27℃、平衡含水率
10.5％（Ｃ点）で再生を中止し、ついで５℃湿度
100％の空気を送つて、凝縮熱を取り出すとすれ
ば、第３図において、平衡は、ほぼ、Ａ→Ｂ→Ｃ
→Ｄ→A′のようなサイクルで移動したと考える
ことができ、従つて、線分A′B（及びDC）の長さ
は、夫々蓄積（及び放熱）された顕熱に相当し、
線分A′Bと線分DCとの距離が蓄積（放熱）され
た潜熱に相当し、第３図の上辺及び右辺に目盛ら
れた単位あたりの比熱及び蒸発熱（凝縮熱）によ
り、蓄熱量、放熱量の推定が容易である。

［試験例］ 本願吸湿材の吸湿能力の検定のため、第４図に
示すように、恒温恒湿槽４１の中に、Ｕ字管４２
に、吸湿材４３として合成ゼオライト20ｇを塩化
カルシウム20％水溶液に浸してから水切りしたも
の（重量37.5ｇ）を充填し、温度測定器で、入口
Ｗ、出口Ｘの温度を、乾湿温度計４４によつて、
乾球温度Ｙ、湿球温度Ｚを夫々測定し、Ｙ，Ｚよ
り絶対湿度を算出し、Ｗ，Ｘにおける相対湿度を
算出した。Ｐは、吸入ポンプで、風量は、４／
分に設定した。

試験は、放湿工程として８時間運転し、恒温恒
湿槽４１の温度56〜51℃、相対湿度は、24.4〜38
％、吸湿工程は、恒温恒湿槽温度3.5〜５℃、相
対湿度84〜90％で、運転時間は、14.5時間であつ
た。結果を第５図に示す。

これから明らかなように、放湿工程では、入口
温度より出口温度が低くて、その差は次第に減少
して０に近ずき、且つ、出口相対湿度は、入口相
対湿度より大であつて、水蒸気の蒸発が、行なわ
れていることを示し、吸湿工程では、この関係が
逆転しており放湿工程と反対の現象が生じて、放
熱が行なわれていることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願装置の一実施例を示す概念図で
ある。第２図は、第１図の装置の要部を示す説明
図である。第３図は、水蒸気−活性モルデナイト
吸着平衡線図である。第４図は、本願吸湿材の吸
湿性能試験装置の概要を示す概念図である。第５
図は、第４図の装置による試験結果を示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定温度域で焼成することにより活性化処理
   した天然沸石、鹿沼土、シリカゲル、アルミナゲ
   ル、または多孔性物質に吸湿性の強い化学物質た
   とえば塩化カルシウム、塩化リチウム、グリコー
   ル類の水溶液を含浸させたものから成る吸湿材の
   １以上を、空気の出入口を有する気密容器からな
   る吸湿材室に充填し、太陽熱により高温低湿化し
   た空気を該吸湿材室に送入することにより、吸湿
   材の水分の脱離を促進し、夜間など温室暖房が必
   要な場合に、温室内の相対湿度の高い空気を吸湿
   材室に送入循環させ、吸湿材に選択的に吸収され
   た水蒸気が凝縮する際の凝縮熱を取り出すことを
   特徴とする太陽熱による温室の蓄熱暖房方法。 ２ 活性化処理が、150℃〜500℃の範囲で少なく
   とも30分以上焼成することである特許請求の範囲
   第１項記載の蓄熱暖房方法。 ３ 吸湿材として、150℃〜500℃の範囲で30分以
   上焼成処理した天然モルデン沸石を用いる特許請
   求の範囲第１項記載の蓄熱暖房方法。 ４ 太陽熱の集熱室と栽培室とに夫々開口する空
   気吸入管が流路切替弁を介して送風管に連結し、
   該送風管は、送風機を介して、気密容器中に、活
   性化処理を旋した天然沸石、鹿沼土、シリカゲ
   ル、アルミナゲル、若しくは、多孔性物質に吸湿
   性の強い化学物質たとえば塩化カルシウム、塩化
   リチウム、グリコール類の水溶液を含浸させたも
   のから成る吸湿材の１以上を充填したものから成
   る吸湿材室に連結して、前記吸湿材に送風し、一
   方吸湿材室内に一端が開口する排気管は、流路切
   替弁を介して二分岐し、分岐管の一方は大気中に
   開口し、他方は栽培室内に開口して成る太陽熱に
   よる温室の暖房装置。 ５ 吸湿材室が断熱材により被包されている特許
   請求の範囲第４項記載の暖房装置。 ６ 吸湿材の活性化処理が、150℃〜500℃の範囲
   で少なくとも30分以上焼成することである特許請
   求の範囲第４項記載の暖房装置。