地中熱交換式温度管理装置
【課題】低コストでハウス内の根域付近の土壌温度を管理することができる地中熱交換式温度管理装置を提供する。
【解決手段】ハウス１内の地中の根域付近とそれより深い位置にパイプ３，４を敷設し、ハウス内の暖気を両パイプに送り込める構成とする。動作モード１により、根域付近とそれより深い蓄熱層の両方に暖気が送られ、所定の上限温度に達したら、動作モード２に切り替え、蓄熱層のみに暖気を送り込む。根域付近の温度の過上昇を防ぎ、植物の生育適温を維持できるとともに、十分熱を蓄えることができ、ハウス内の温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード３により、蓄熱層に蓄えた熱をハウス内に放出し、根域付近の温度が低下した場合は、動作モード４により、蓄熱層に蓄えた熱により根域付近を加温する。
【解決手段】ハウス１内の地中の根域付近とそれより深い位置にパイプ３，４を敷設し、ハウス内の暖気を両パイプに送り込める構成とする。動作モード１により、根域付近とそれより深い蓄熱層の両方に暖気が送られ、所定の上限温度に達したら、動作モード２に切り替え、蓄熱層のみに暖気を送り込む。根域付近の温度の過上昇を防ぎ、植物の生育適温を維持できるとともに、十分熱を蓄えることができ、ハウス内の温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード３により、蓄熱層に蓄えた熱をハウス内に放出し、根域付近の温度が低下した場合は、動作モード４により、蓄熱層に蓄えた熱により根域付近を加温する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業用ハウス内の地中に蓄熱し、地中温度及び地上温度を作物の生育促進に適した温度に管理する地中熱交換式温度管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業用ハウス（以下、単に「ハウス」と称する）内の作物（例えば菊）の生育促進のため、作物の根域付近を適温に維持する必要があることから、ハウスの地中にパイプを埋設し、そこに温水のような熱媒体を通すことで、作物が栽培されている土壌を暖房する地中熱交換式の温度管理が従来より行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、石油又はガスを熱源とするボイラーにより温水を作り、その温水をハウス内の土壌に埋設されたパイプに通すことで、地中を温める。
【０００４】
また、特許文献２は、耕作用地中より深い泥水状の蓄熱地中にパイプを布設し、集熱器で温められた温水を蓄熱地中に送ることで蓄熱する。また、温水に代わって、暖気を蓄熱地中に送ることで蓄熱する。
【特許文献１】特開２００７−２４４２７８号公報
【特許文献２】特開平５−２６０８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１については、温水を生成するのに必要な燃料費が高く、大きな経済的負担となる。また、特許文献２については、泥水状の蓄熱地中に長期間にわたって熱を蓄える構造であって、作物の根域付近の土壌を適温に維持する温度管理を行うことができない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、低コストでハウス内の根域付近の土壌温度を管理することができる地中熱交換式温度管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の地中熱交換式温度管理装置の構成は、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプ(8)と、第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第一のファン(9)と、第三のパイプの第一の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第二のファン(10)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一、第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一のファン及び第二のファンの回転オン／オフ切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の地中熱交換式温度管理装置は、好ましくは、上記構成において、さらに、 第三のパイプの第一の開口部を開閉するための第一の切替弁(13)と、第四のパイプの第二の開口部を開閉するための第二の切替弁(14)とを備え、前記制御部は、第二の温度センサが所定の下限地中温度未満を検出すると、第一及び第二の切替弁を閉状態にし、第一のファンと第二のファンを互いに回転方向が逆になるように回転させ、根域加温用パイプと蓄熱用パイプ間で空気を循環させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の地中熱交換式温度管理装置の別の構成は、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプ(8)と、第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させるファン(10)と、根域加温用パイプと第三のパイプとを開閉するための第一の切替弁(１５)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一又は第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハウス内の暖気を地中の根域付近の層とそれより深い層の２層に送り込む構成とすることで、蓄熱層に熱を蓄え、且つ地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。
【００１１】
また、熱は地中の土壌自体（パイプの周囲の土）に蓄える構造であり、特別な蓄熱媒体を地中に設ける必要はなく、また太陽光により温められた空気による蓄熱を行うため、加温、蓄熱に必要なエネルギー費用を削減でき、低いランニングコストでの温度管理を可能とする。また、温水などの液体をパイプ内に流通させず、空気を流通させる構成とすることにより、装置構造を簡易化でき且つメンテナンスも容易することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
＜第１の構成例＞
図１は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第１の構成例を示す図である。ハウス１は、一重又は二重のビニールハウス又はガラスハウスなどの植物・作物栽培用の農業用ハウスである。保温用カーテンフィルム２は、ハウス１内を上下に区画し、必要に応じてカーテンフィルム２で覆うことにより、暖気の上昇を抑え、地面付近の保温効果を高めることができる。
【００１４】
このハウス１内の地中の地下50cm〜80cm程度に、根域加温用パイプ３を水平に埋設し、さらにこの根域加温用パイプ３より深い地下100cm〜160cm程度に蓄熱用パイプ４を水平に埋設する。根域加温用パイプ３は、作物の根を加温するためのパイプであり、作物の根域付近に敷設される。蓄熱用パイプ４は、土壌に熱を蓄えるためのパイプである。なお、作物の浅根性又は深根性の違いにより、各パイプ３、４の埋設深さは、上述した数値に限らず、適宜調節される。
【００１５】
根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４の両端には、地上に延びるパイプ７、８が連通している。パイプ７、８は、地上の開口部７ａ、８ａから地中方向に延び、途中の分岐位置７ｄ、８ｄで分岐し、それぞれ根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４と連通する。パイプ７は吸入用パイプであり、吸入用ファン９、１０が通路に設けられており、その地上開口部（吸入口）７ａからハウス内１の空気（暖気）を吸入し、それぞれ根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に空気を送り込む。また、パイプ８は排出用パイプであり、パイプ７の吸入口７ａから吸入された空気は、それぞれ根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４を通り、パイプ８の地上開口部（排出口）８ａから排出される。なお、吸入用ファン９、１０の設置位置は、パイプ７に限らず、パイプ８であってもよく、さらには、地中の根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４であってもよい。
【００１６】
なお、吸入口７ａ及び排出口８ａ（蓄熱用パイプ４と連通）は、ハウス１内で温められて上昇する空気を吸入するために、ハウス１内の上部、好ましくは、保温用カーテンフィルム２より上方側に設けられる。また、パイプ７、８は、吸入口７ａ、８ａより低い位置で開口する別の開口部７ｂ、８ｂを備える。別の開口部７ｂ、８ｂは、保温用カーテンフィルム２より下方側に設けられる。第一の構成例では、別の開口部７ｂ、８ｂは、パイプ７の根域加温用パイプ３と連通する分岐部分からさらに分岐した端部である。
【００１７】
各パイプ７、８の地中側端部（地中パイプ３又は４との連通している箇所から突出している部分）７ｃ、８ｃは、結露だまりとなっており、パイプ内で結露した水分を地中に排出可能とするために、水分透過可能なフィルタなどを介して開口させておく。
【００１８】
さらに、各開口部７ａ、８ａ、７ｂ、８ｂをそれぞれ開閉する弁１１、１２、１３及び１４が設けられ、さらに、パイプ７、８のそれぞれ根域加温用パイプ３と連通する分岐部分を開閉する弁１５、１６が設けられる。弁１１、１２、１３及び１４の設置位置は、パイプ７、８における根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４との分岐位置７ｄ、８ｄよりそれぞれ開口部７ａ、８ａ側である。
【００１９】
温度センサが各所に設けられる。具体的には、開口部７ａ、８ａ、７ｂ、８ｂ付近及び根域加温用パイプ３が埋設された付近の地中に、それぞれ温度センサ２１、２２、２３、２４、２５が設置される。
【００２０】
制御部３０は、コンピュータ装置であり、以下に説明するように、温度センサ２１、２２、２３、２４、２５からの温度情報に基づいて、ファン９、１０及び弁１１、１２、１３、１４、１５、１６の動作を制御する。初期状態として、ファン９、１０は停止しており、弁１１、１２、１３、１４、１５、１６も閉状態とする。制御部３０は、ハウス内外のいずれに設置されてもよく、有線又は無線により温度センサ、ファン、弁と電気的に接続している。
【００２１】
（動作モード１）
動作モード１は、ハウス１内の空気（暖気）を根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流すモードであり、図２は、第１の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。
【００２２】
日中、ハウス１内は太陽光により温められ、ハウス１内の温度は上昇し、暖気はハウス１内の上部に集まる。制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２３の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。
【００２３】
ファン ９：回転
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：開
弁１６：開
これにより、吸入口７ａから暖気が根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に通り、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。熱交換された空気は、排出口８ａから排出される。
【００２４】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン９、１０の動作を停止する。
【００２５】
（動作モード２）
動作モード２は、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４にのみ流すモードであり、図３は、第１の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。
【００２６】
動作モード１により、暖気を地中に導入することにより、根域付近の地中温度が上昇する。そして、温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限温度を超えると、制御部３０は、動作モード１の弁開閉状態に対して、弁１５、１６を閉じ、ファン９の回転を停止する。すなわち、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。
【００２７】
ファン ９：停止
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：閉
弁１６：閉
これにより、根域加温用パイプ３への空気流入が停止し、根域付近の加温が止められる。所定上限温度は、栽培している植物・作物によって適宜設定されるが、上限温度を超えると、植物の生育が妨げられることになる。ただし、暖気は、蓄熱用パイプ４には流れているので、蓄熱は継続して行われる。蓄熱用パイプ４付近の地中に蓄積される熱は根域付近の土壌（地中）を加温しない。
【００２８】
さらに、温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン１０の動作も停止する。
【００２９】
（動作モード３）
動作モード３は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱をハウス１内に放出するモードであり、図４は、第１の構成例における動作モード３の空気の流れを示す。
【００３０】
夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。ハウス内の気温を検知する温度センサは、温度センサ２１、２２、２３、２４のどれでもよい。制御部３０は、温度センサ２１、２２、２３、２４の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により低い位置の開口部７ｂ、８ｂが用いられる。
【００３１】
ファン ９：停止
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：開
弁１４：開
弁１５：開
弁１６：開
これにより、吸入口７ｂから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ｂから排出され、ハウス１内に放出される。
【００３２】
温度センサ２３の検知温度と温度センサ２４の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。
【００３３】
（動作モード４）
動作モード４は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱で根域付近の土壌を加温するモードであり、図５は、第１の構成例における動作モード４の空気の流れを示す。
【００３４】
根域付近の土壌の温度が低下した場合（温度センサ２５の検知温度が所定温度未満まで低下すると）、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱により、根域付近の土壌を加温する。そのために、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。
【００３５】
ファン ９：逆回転
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：開
弁１６：開
これにより、根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４による閉ループが形成され、その閉ループ内で空気を循環させることで、蓄熱用パイプ４を通過して温められた空気を根域加温用パイプ３に送り込み、根域付近の土壌を加温することができる。
【００３６】
温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限温度を超えると、制御部３０は、ファン９、１０の回転を停止する。これにより、根域付近の加温が止められる。
【００３７】
このように、本実施の形態例では、ハウス内の地中の根域付近とそれより深い位置にパイプを敷設し、ハウス内の暖気を両パイプに送り込める構成とする。動作モード１により、根域付近とそれより深い蓄熱層の両方に暖気が送られ、所定の上限温度に達したら、動作モード２に切り替え、蓄熱層のみに暖気を送り込む。根域付近の温度の過上昇を防ぎ、植物の生育適温を維持できるとともに、十分熱を蓄えることができる。そして、ハウス内の温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード３により、蓄熱層に蓄えた熱をハウス内に放出し、根域付近の温度が低下した場合は、動作モード４により、蓄熱層に蓄えた熱により根域付近を加温する。このように、一日における気温変化に応じて、地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。
【００３８】
＜第２の構成例＞
図６は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第２の構成例を示す図である。第２の構成例は、第１の構成例と比較して、弁１１、１２、１３、１４、１５、１６が設けられず、ファン９、１０で空気の流れを制御する。弁による通路の遮断を行わずとも、ファンによる強制的な吸入・排出により、実質的に空気の流れを制御することができる。第１の構成例よりも、装置が簡略化され、メンテナンスが容易となり、コスト削減に寄与する。
【００３９】
吸入側のパイプ７の開口部は開口部７ａのみとなる。さらに、排出側のパイプ８の開口部は８ａのみである。
【００４０】
第２の構成例では、開口部７ａ、８ａは、保温用カーテンフィルム２より下部に設けられるが、太陽光によりハウス１内全体が十分に温まっている場合は、開口部７ａから暖気を吸入可能である。もちろん、パイプ７、８をハウス１上部まで延ばし、開口部７ａ、８ａが保温用カーテンフィルム２より上部に設けられるようにしてもよい。
【００４１】
第２の構成例では、制御部３０は、上述した動作モード１、動作モード２及び動作モード３の制御を実行する。
【００４２】
（動作モード１）
図６は、第２の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。具体的には、制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２１の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、ファン９、１０を以下の状態にする。
【００４３】
ファン ９：回転
ファン１０：回転
このように、ファン９、１０の両方を回転させることで、吸入口７ａからハウス１内の空気（暖気）を吸入し、根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に送り込み、地中で熱交換させ、排出口８ａから排出する。
【００４４】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン９、１０の動作を停止する。
【００４５】
（動作モード２）
動作モード１の状態において、温度センサ２５の検知温度が所定上限温度を超えると、制御部３０は、ファン９の回転を停止させる。すなわち、制御部３０は、ファンを以下の状態する。
ファン ９：停止
ファン１０：回転
これにより、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４のみに流す。図７は、第２の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。
【００４６】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、制御部３０はファン１０の動作を停止する。
【００４７】
（動作モード３）
夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。具体的には、制御部３０は、温度センサ２１、２２の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。
【００４８】
ファン ９：停止
ファン１０：回転
これは、図７の動作モード２による空気の流れと同じであり、温度条件のみが異なる。動作モード３により、吸入口７ａから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ａから排出され、ハウス１内に放出される。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。
【００４９】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。
【００５０】
＜第三の構成例＞
図８は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第３の構成例を示す図である。第３の構成例は、第１の構成例と比較して、ファン９、１０を共通化して一つのファン１０により、根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４の両方に暖気を送り込める位置、すなわち、パイプ７の分岐点７ｄより上部のパイプ７にファン１０設け、さらに、排出側において、弁１２、１６を省略した構成である。パイプ７は、異なる高さの地上位置に２つの開口部７ａ、７ｂを備え、パイプ８も、異なる高さの地上位置に２つの開口部８ａ、８ｂを備える。
【００５１】
第３の構成例では、制御部３０は、上述した動作モード１、動作モード２及び動作モード３の制御を実行する。
【００５２】
（動作モード１）
制御部３０は、ファン１０を回転させることで、ハウス１内の空気（暖気）を根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流す。図８は、第３の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。具体的には、制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２３の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。暖気をより効率的に吸入するための空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により高い位置の開口部７ａ、８ａが用いられる。
【００５３】
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１５：開
これにより、吸入口７ａから暖気が根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に通り、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。熱交換された空気は、排出口８ａから排出される。
【００５４】
また、制御部３０は、温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、ファン１０の動作を停止する。
【００５５】
（動作モード２）
動作モード１の状態において、温度センサ２５の検知温度が所定上限温度を超えると、制御部３０は弁１５を閉じる。すなわち、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。
【００５６】
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１５：閉
これにより、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４のみに流す。図９は、第３の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。
【００５７】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、制御部３０はファン１０の動作を停止する。
【００５８】
（動作モード３）
図１０は、第３の構成例における動作モード３の空気の流れを示す。制御部３０は、温度センサ２１、２２、２３、２４の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。地上付近を効率的に温めるための空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により低い位置の開口部７ｂ、８ｂが用いられる。
【００５９】
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：開
弁１５：閉
これにより、吸入口７ｂから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ｂから排出され、ハウス１内に放出される。
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。
【００６０】
上述した各構成例における温度管理制御は、好ましくは冬期における地中の根域付近の加温、ハウス内の地上部分の加温として利用されるが、夏期におけるハウス内の冷却及び土壌の冷却にも利用可能である。すなわち、ハウス内の暖気を地中で熱交換させ、冷気を排出することで、ハウス内の気温を低下させることができる。また、夜間などハウス内の温度が比較的低くなったとき、根域付近の土壌温度が適温より高いままの場合、ハウス内の空気を根域加温用パイプ３に流すことにより、根域付近の土壌温度を低下させることができる。ハウス外の冷気を導入する構成が付加されてもよい。
【００６１】
蓄熱用パイプ４は、一層に限らず、深さの異なる複数の層にわたって敷設されてもよい（垂直方向の並列敷設）。もちろん、同一層において、並列に敷設することもできる（水平方向の並列敷設）。根域加温用パイプ３も、ハウス内の作物作付け面下に並列に敷設可能である（水平方向の並列敷設）。
【００６２】
また、暗渠用パイプ（図示せず）が地中に敷設されている場合、蓄熱用パイプ４は、暗渠用パイプより下層に敷設されることが好ましい。暗渠用パイプの下層側は、土壌内の水分がその上層側より多いため、熱容量が大きく、暗渠用パイプの上層側と比較してより多くの熱を蓄えることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第１の構成例を示す図である。
【図２】第１の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。
【図３】第１の構成例における動作モード２の空気の流れを示す図である。
【図４】第１の構成例における動作モード３の空気の流れを示す図である。
【図５】第１の構成例における動作モード４の空気の流れを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第２の構成例を示す図であり、第２の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。
【図７】第２の構成例における動作モード２、３の空気の流れを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第３の構成例を示す図であり、第３の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。
【図９】第３の構成例における動作モード２の空気の流れを示す図である。
【図１０】第３の構成例における動作モード３の空気の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１：農業用ハウス、２：保温用カーテンフィルム、３：根域加温用パイプ、４：蓄熱用パイプ、７：吸入用パイプ、７ａ：開口部、７ｂ：開口部、７ｃ：結露だまり、７ｄ：分岐位置８：排出用パイプ、８ａ：開口部、８ｂ：開口部、８ｃ：結露だまり、８ｄ：分岐位置、９：ファン、１０：ファン、１１：弁、１２：弁、１３：弁、１４：弁、１５：弁、１６：弁、２１：温度センサ、２２：温度センサ、２３：温度センサ、２４：温度センサ、２５：温度センサ、３０：制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業用ハウス内の地中に蓄熱し、地中温度及び地上温度を作物の生育促進に適した温度に管理する地中熱交換式温度管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業用ハウス（以下、単に「ハウス」と称する）内の作物（例えば菊）の生育促進のため、作物の根域付近を適温に維持する必要があることから、ハウスの地中にパイプを埋設し、そこに温水のような熱媒体を通すことで、作物が栽培されている土壌を暖房する地中熱交換式の温度管理が従来より行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、石油又はガスを熱源とするボイラーにより温水を作り、その温水をハウス内の土壌に埋設されたパイプに通すことで、地中を温める。
【０００４】
また、特許文献２は、耕作用地中より深い泥水状の蓄熱地中にパイプを布設し、集熱器で温められた温水を蓄熱地中に送ることで蓄熱する。また、温水に代わって、暖気を蓄熱地中に送ることで蓄熱する。
【特許文献１】特開２００７−２４４２７８号公報
【特許文献２】特開平５−２６０８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１については、温水を生成するのに必要な燃料費が高く、大きな経済的負担となる。また、特許文献２については、泥水状の蓄熱地中に長期間にわたって熱を蓄える構造であって、作物の根域付近の土壌を適温に維持する温度管理を行うことができない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、低コストでハウス内の根域付近の土壌温度を管理することができる地中熱交換式温度管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の地中熱交換式温度管理装置の構成は、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプ(8)と、第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第一のファン(9)と、第三のパイプの第一の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第二のファン(10)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一、第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一のファン及び第二のファンの回転オン／オフ切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の地中熱交換式温度管理装置は、好ましくは、上記構成において、さらに、 第三のパイプの第一の開口部を開閉するための第一の切替弁(13)と、第四のパイプの第二の開口部を開閉するための第二の切替弁(14)とを備え、前記制御部は、第二の温度センサが所定の下限地中温度未満を検出すると、第一及び第二の切替弁を閉状態にし、第一のファンと第二のファンを互いに回転方向が逆になるように回転させ、根域加温用パイプと蓄熱用パイプ間で空気を循環させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の地中熱交換式温度管理装置の別の構成は、地中で水平方向に延びる根域加温用パイプ(3)と、根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプ(4)と、地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプ(7)と、地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプ(8)と、第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させるファン(10)と、根域加温用パイプと第三のパイプとを開閉するための第一の切替弁(１５)と、地上の温度を検出する第一の温度センサ(21)と、根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサ(25)と、第一又は第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハウス内の暖気を地中の根域付近の層とそれより深い層の２層に送り込む構成とすることで、蓄熱層に熱を蓄え、且つ地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。
【００１１】
また、熱は地中の土壌自体（パイプの周囲の土）に蓄える構造であり、特別な蓄熱媒体を地中に設ける必要はなく、また太陽光により温められた空気による蓄熱を行うため、加温、蓄熱に必要なエネルギー費用を削減でき、低いランニングコストでの温度管理を可能とする。また、温水などの液体をパイプ内に流通させず、空気を流通させる構成とすることにより、装置構造を簡易化でき且つメンテナンスも容易することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
＜第１の構成例＞
図１は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第１の構成例を示す図である。ハウス１は、一重又は二重のビニールハウス又はガラスハウスなどの植物・作物栽培用の農業用ハウスである。保温用カーテンフィルム２は、ハウス１内を上下に区画し、必要に応じてカーテンフィルム２で覆うことにより、暖気の上昇を抑え、地面付近の保温効果を高めることができる。
【００１４】
このハウス１内の地中の地下50cm〜80cm程度に、根域加温用パイプ３を水平に埋設し、さらにこの根域加温用パイプ３より深い地下100cm〜160cm程度に蓄熱用パイプ４を水平に埋設する。根域加温用パイプ３は、作物の根を加温するためのパイプであり、作物の根域付近に敷設される。蓄熱用パイプ４は、土壌に熱を蓄えるためのパイプである。なお、作物の浅根性又は深根性の違いにより、各パイプ３、４の埋設深さは、上述した数値に限らず、適宜調節される。
【００１５】
根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４の両端には、地上に延びるパイプ７、８が連通している。パイプ７、８は、地上の開口部７ａ、８ａから地中方向に延び、途中の分岐位置７ｄ、８ｄで分岐し、それぞれ根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４と連通する。パイプ７は吸入用パイプであり、吸入用ファン９、１０が通路に設けられており、その地上開口部（吸入口）７ａからハウス内１の空気（暖気）を吸入し、それぞれ根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に空気を送り込む。また、パイプ８は排出用パイプであり、パイプ７の吸入口７ａから吸入された空気は、それぞれ根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４を通り、パイプ８の地上開口部（排出口）８ａから排出される。なお、吸入用ファン９、１０の設置位置は、パイプ７に限らず、パイプ８であってもよく、さらには、地中の根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４であってもよい。
【００１６】
なお、吸入口７ａ及び排出口８ａ（蓄熱用パイプ４と連通）は、ハウス１内で温められて上昇する空気を吸入するために、ハウス１内の上部、好ましくは、保温用カーテンフィルム２より上方側に設けられる。また、パイプ７、８は、吸入口７ａ、８ａより低い位置で開口する別の開口部７ｂ、８ｂを備える。別の開口部７ｂ、８ｂは、保温用カーテンフィルム２より下方側に設けられる。第一の構成例では、別の開口部７ｂ、８ｂは、パイプ７の根域加温用パイプ３と連通する分岐部分からさらに分岐した端部である。
【００１７】
各パイプ７、８の地中側端部（地中パイプ３又は４との連通している箇所から突出している部分）７ｃ、８ｃは、結露だまりとなっており、パイプ内で結露した水分を地中に排出可能とするために、水分透過可能なフィルタなどを介して開口させておく。
【００１８】
さらに、各開口部７ａ、８ａ、７ｂ、８ｂをそれぞれ開閉する弁１１、１２、１３及び１４が設けられ、さらに、パイプ７、８のそれぞれ根域加温用パイプ３と連通する分岐部分を開閉する弁１５、１６が設けられる。弁１１、１２、１３及び１４の設置位置は、パイプ７、８における根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４との分岐位置７ｄ、８ｄよりそれぞれ開口部７ａ、８ａ側である。
【００１９】
温度センサが各所に設けられる。具体的には、開口部７ａ、８ａ、７ｂ、８ｂ付近及び根域加温用パイプ３が埋設された付近の地中に、それぞれ温度センサ２１、２２、２３、２４、２５が設置される。
【００２０】
制御部３０は、コンピュータ装置であり、以下に説明するように、温度センサ２１、２２、２３、２４、２５からの温度情報に基づいて、ファン９、１０及び弁１１、１２、１３、１４、１５、１６の動作を制御する。初期状態として、ファン９、１０は停止しており、弁１１、１２、１３、１４、１５、１６も閉状態とする。制御部３０は、ハウス内外のいずれに設置されてもよく、有線又は無線により温度センサ、ファン、弁と電気的に接続している。
【００２１】
（動作モード１）
動作モード１は、ハウス１内の空気（暖気）を根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流すモードであり、図２は、第１の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。
【００２２】
日中、ハウス１内は太陽光により温められ、ハウス１内の温度は上昇し、暖気はハウス１内の上部に集まる。制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２３の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。
【００２３】
ファン ９：回転
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：開
弁１６：開
これにより、吸入口７ａから暖気が根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に通り、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。熱交換された空気は、排出口８ａから排出される。
【００２４】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン９、１０の動作を停止する。
【００２５】
（動作モード２）
動作モード２は、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４にのみ流すモードであり、図３は、第１の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。
【００２６】
動作モード１により、暖気を地中に導入することにより、根域付近の地中温度が上昇する。そして、温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限温度を超えると、制御部３０は、動作モード１の弁開閉状態に対して、弁１５、１６を閉じ、ファン９の回転を停止する。すなわち、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。
【００２７】
ファン ９：停止
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：閉
弁１６：閉
これにより、根域加温用パイプ３への空気流入が停止し、根域付近の加温が止められる。所定上限温度は、栽培している植物・作物によって適宜設定されるが、上限温度を超えると、植物の生育が妨げられることになる。ただし、暖気は、蓄熱用パイプ４には流れているので、蓄熱は継続して行われる。蓄熱用パイプ４付近の地中に蓄積される熱は根域付近の土壌（地中）を加温しない。
【００２８】
さらに、温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン１０の動作も停止する。
【００２９】
（動作モード３）
動作モード３は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱をハウス１内に放出するモードであり、図４は、第１の構成例における動作モード３の空気の流れを示す。
【００３０】
夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。ハウス内の気温を検知する温度センサは、温度センサ２１、２２、２３、２４のどれでもよい。制御部３０は、温度センサ２１、２２、２３、２４の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により低い位置の開口部７ｂ、８ｂが用いられる。
【００３１】
ファン ９：停止
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：開
弁１４：開
弁１５：開
弁１６：開
これにより、吸入口７ｂから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ｂから排出され、ハウス１内に放出される。
【００３２】
温度センサ２３の検知温度と温度センサ２４の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。
【００３３】
（動作モード４）
動作モード４は、蓄熱用パイプ４付近に蓄熱された地中の熱で根域付近の土壌を加温するモードであり、図５は、第１の構成例における動作モード４の空気の流れを示す。
【００３４】
根域付近の土壌の温度が低下した場合（温度センサ２５の検知温度が所定温度未満まで低下すると）、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱により、根域付近の土壌を加温する。そのために、制御部３０は、ファンと弁を次の状態にする。
【００３５】
ファン ９：逆回転
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：閉
弁１４：閉
弁１５：開
弁１６：開
これにより、根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４による閉ループが形成され、その閉ループ内で空気を循環させることで、蓄熱用パイプ４を通過して温められた空気を根域加温用パイプ３に送り込み、根域付近の土壌を加温することができる。
【００３６】
温度センサ２５の検知温度が根域付近の所定上限温度を超えると、制御部３０は、ファン９、１０の回転を停止する。これにより、根域付近の加温が止められる。
【００３７】
このように、本実施の形態例では、ハウス内の地中の根域付近とそれより深い位置にパイプを敷設し、ハウス内の暖気を両パイプに送り込める構成とする。動作モード１により、根域付近とそれより深い蓄熱層の両方に暖気が送られ、所定の上限温度に達したら、動作モード２に切り替え、蓄熱層のみに暖気を送り込む。根域付近の温度の過上昇を防ぎ、植物の生育適温を維持できるとともに、十分熱を蓄えることができる。そして、ハウス内の温度が所定の下限温度を下回った場合は、動作モード３により、蓄熱層に蓄えた熱をハウス内に放出し、根域付近の温度が低下した場合は、動作モード４により、蓄熱層に蓄えた熱により根域付近を加温する。このように、一日における気温変化に応じて、地中の根域付近及びハウス内の温度をきめ細かく適温に維持することができる。
【００３８】
＜第２の構成例＞
図６は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第２の構成例を示す図である。第２の構成例は、第１の構成例と比較して、弁１１、１２、１３、１４、１５、１６が設けられず、ファン９、１０で空気の流れを制御する。弁による通路の遮断を行わずとも、ファンによる強制的な吸入・排出により、実質的に空気の流れを制御することができる。第１の構成例よりも、装置が簡略化され、メンテナンスが容易となり、コスト削減に寄与する。
【００３９】
吸入側のパイプ７の開口部は開口部７ａのみとなる。さらに、排出側のパイプ８の開口部は８ａのみである。
【００４０】
第２の構成例では、開口部７ａ、８ａは、保温用カーテンフィルム２より下部に設けられるが、太陽光によりハウス１内全体が十分に温まっている場合は、開口部７ａから暖気を吸入可能である。もちろん、パイプ７、８をハウス１上部まで延ばし、開口部７ａ、８ａが保温用カーテンフィルム２より上部に設けられるようにしてもよい。
【００４１】
第２の構成例では、制御部３０は、上述した動作モード１、動作モード２及び動作モード３の制御を実行する。
【００４２】
（動作モード１）
図６は、第２の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。具体的には、制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２１の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、ファン９、１０を以下の状態にする。
【００４３】
ファン ９：回転
ファン１０：回転
このように、ファン９、１０の両方を回転させることで、吸入口７ａからハウス１内の空気（暖気）を吸入し、根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に送り込み、地中で熱交換させ、排出口８ａから排出する。
【００４４】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、熱交換量が少なくなり、最大蓄熱量に達したものと判断して、ファン９、１０の動作を停止する。
【００４５】
（動作モード２）
動作モード１の状態において、温度センサ２５の検知温度が所定上限温度を超えると、制御部３０は、ファン９の回転を停止させる。すなわち、制御部３０は、ファンを以下の状態する。
ファン ９：停止
ファン１０：回転
これにより、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４のみに流す。図７は、第２の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。
【００４６】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、制御部３０はファン１０の動作を停止する。
【００４７】
（動作モード３）
夜間、ハウス内の気温が低下した場合（ハウス内の気温が所定温度未満まで低下すると）、日中、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させる。具体的には、制御部３０は、温度センサ２１、２２の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。
【００４８】
ファン ９：停止
ファン１０：回転
これは、図７の動作モード２による空気の流れと同じであり、温度条件のみが異なる。動作モード３により、吸入口７ａから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ａから排出され、ハウス１内に放出される。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。
【００４９】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。
【００５０】
＜第三の構成例＞
図８は、本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第３の構成例を示す図である。第３の構成例は、第１の構成例と比較して、ファン９、１０を共通化して一つのファン１０により、根域加温用パイプ３と蓄熱用パイプ４の両方に暖気を送り込める位置、すなわち、パイプ７の分岐点７ｄより上部のパイプ７にファン１０設け、さらに、排出側において、弁１２、１６を省略した構成である。パイプ７は、異なる高さの地上位置に２つの開口部７ａ、７ｂを備え、パイプ８も、異なる高さの地上位置に２つの開口部８ａ、８ｂを備える。
【００５１】
第３の構成例では、制御部３０は、上述した動作モード１、動作モード２及び動作モード３の制御を実行する。
【００５２】
（動作モード１）
制御部３０は、ファン１０を回転させることで、ハウス１内の空気（暖気）を根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４の両方に流す。図８は、第３の構成例における動作モード１の空気の流れを示す。具体的には、制御部３０は、ハウス１内の上部の吸入口７ａの温度センサ２３の検知温度が加温に十分な所定温度以上となると（温度センサ２５の検知温度は所定上限温度以下）、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。暖気をより効率的に吸入するための空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により高い位置の開口部７ａ、８ａが用いられる。
【００５３】
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１５：開
これにより、吸入口７ａから暖気が根域加温用パイプ３及び蓄熱用パイプ４に通り、土壌との熱交換により、根域付近の土壌が加温されるともに、蓄熱用パイプ４付近の土壌に熱が蓄積される。熱交換された空気は、排出口８ａから排出される。
【００５４】
また、制御部３０は、温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、ファン１０の動作を停止する。
【００５５】
（動作モード２）
動作モード１の状態において、温度センサ２５の検知温度が所定上限温度を超えると、制御部３０は弁１５を閉じる。すなわち、制御部３０はファンと弁を次の状態にする。
【００５６】
ファン１０：回転
弁１１：開
弁１２：開
弁１３：閉
弁１５：閉
これにより、ハウス１内の空気（暖気）を蓄熱用パイプ４のみに流す。図９は、第３の構成例における動作モード２の空気の流れを示す。
【００５７】
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、制御部３０はファン１０の動作を停止する。
【００５８】
（動作モード３）
図１０は、第３の構成例における動作モード３の空気の流れを示す。制御部３０は、温度センサ２１、２２、２３、２４の少なくとも一つの検知温度が所定温度未満となると、制御部３０は、蓄熱用パイプ４付近に蓄積された熱をハウス内に放出させるために、ファンと弁を次の状態にする。好ましくは、保温用カーテンフィルム２により、ハウス１を上下に仕切ることで、暖気がハウス１内上部に上昇するのを抑え、ハウス１内の地上付近を効率的に加温することができる。地上付近を効率的に温めるための空気の吸入口・排出口として、保温用カーテンフィルム２により低い位置の開口部７ｂ、８ｂが用いられる。
【００５９】
ファン１０：回転
弁１１：閉
弁１２：閉
弁１３：開
弁１５：閉
これにより、吸入口７ｂから吸入される冷気は、蓄熱用パイプ４を通過することで熱交換され、暖気として排出口８ｂから排出され、ハウス１内に放出される。
温度センサ２１の検知温度と温度センサ２２の検知温度が一致するか、又はその差が所定温度差未満になると、蓄積された熱量が少なくなったものと判断して、ファン１０の動作を停止する。
【００６０】
上述した各構成例における温度管理制御は、好ましくは冬期における地中の根域付近の加温、ハウス内の地上部分の加温として利用されるが、夏期におけるハウス内の冷却及び土壌の冷却にも利用可能である。すなわち、ハウス内の暖気を地中で熱交換させ、冷気を排出することで、ハウス内の気温を低下させることができる。また、夜間などハウス内の温度が比較的低くなったとき、根域付近の土壌温度が適温より高いままの場合、ハウス内の空気を根域加温用パイプ３に流すことにより、根域付近の土壌温度を低下させることができる。ハウス外の冷気を導入する構成が付加されてもよい。
【００６１】
蓄熱用パイプ４は、一層に限らず、深さの異なる複数の層にわたって敷設されてもよい（垂直方向の並列敷設）。もちろん、同一層において、並列に敷設することもできる（水平方向の並列敷設）。根域加温用パイプ３も、ハウス内の作物作付け面下に並列に敷設可能である（水平方向の並列敷設）。
【００６２】
また、暗渠用パイプ（図示せず）が地中に敷設されている場合、蓄熱用パイプ４は、暗渠用パイプより下層に敷設されることが好ましい。暗渠用パイプの下層側は、土壌内の水分がその上層側より多いため、熱容量が大きく、暗渠用パイプの上層側と比較してより多くの熱を蓄えることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第１の構成例を示す図である。
【図２】第１の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。
【図３】第１の構成例における動作モード２の空気の流れを示す図である。
【図４】第１の構成例における動作モード３の空気の流れを示す図である。
【図５】第１の構成例における動作モード４の空気の流れを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第２の構成例を示す図であり、第２の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。
【図７】第２の構成例における動作モード２、３の空気の流れを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における地中温度管理装置の第３の構成例を示す図であり、第３の構成例における動作モード１の空気の流れを示す図である。
【図９】第３の構成例における動作モード２の空気の流れを示す図である。
【図１０】第３の構成例における動作モード３の空気の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１：農業用ハウス、２：保温用カーテンフィルム、３：根域加温用パイプ、４：蓄熱用パイプ、７：吸入用パイプ、７ａ：開口部、７ｂ：開口部、７ｃ：結露だまり、７ｄ：分岐位置８：排出用パイプ、８ａ：開口部、８ｂ：開口部、８ｃ：結露だまり、８ｄ：分岐位置、９：ファン、１０：ファン、１１：弁、１２：弁、１３：弁、１４：弁、１５：弁、１６：弁、２１：温度センサ、２２：温度センサ、２３：温度センサ、２４：温度センサ、２５：温度センサ、３０：制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプと、
地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプと、
第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第一のファンと、
第三のパイプの第一の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第二のファンと、
地上の温度を検出する第一の温度センサと、
根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
第一、第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一のファン及び第二のファンの回転オン／オフ切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、第一のファン及び第二のファンを回転させ、空気を第一及び蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記制御部は、空気が第一及び蓄熱用パイプに送り込まれているとき、第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、第一のファンの回転を停止し、第二のファンの回転を維持して、蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定の下限地上温度未満を検出すると、第二のファンを回転させ、空気を蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項５】
請求項１において、
第三のパイプの第一の開口部を開閉するための第一の切替弁と、
第四のパイプの第二の開口部を開閉するための第二の切替弁とを備え、
前記制御部は、第二の温度センサが所定の下限地中温度未満を検出すると、第一及び第二の切替弁を閉状態にし、第一のファンと第二のファンを互いに回転方向が逆になるように回転させ、根域加温用パイプと蓄熱用パイプ間で空気を循環させることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項６】
請求項５において、
第三のパイプは、第一の開口部より低い位置の第三の開口部をさらに備え、
第四のパイプは、第二の開口部より低い位置の第四の開口部をさらに備え、
第三の開口部を開閉するための第三の切替弁と、第四の開口部を開閉するための第四の切替弁と、第一の温度センサより低い位置の地上温度を検出する第三の温度センサとが設けられ、
第一のファンは、第三の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第四の開口部から排出させ、
第二のファンは、第三の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第四の開口部から排出させ、
前記制御部は、第三の温度センサの検出温度に基づいて、第三及び第四の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記制御部は、第三の温度センサが所定温度未満を検出すると、第一、第二の切替弁を閉状態にし、第三及び第四の切替弁を開状態にし、第二のファンを回転させ、空気を蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項８】
地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプと、
地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプと、
第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させるファンと、
根域加温用パイプと第三のパイプとを開閉するための第一の切替弁と、
地上の温度を検出する第一の温度センサと、
根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
第一又は第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、第一の切替弁を開状態にし、ファンを回転させ、空気を第一及び蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記制御部は、空気が第一及び蓄熱用パイプに送り込まれているとき、第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、第一の切替弁を閉状態にし、蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定の下限地上温度未満を検出すると、第一の切替弁を閉状態にし、ファンを回転させ、空気を蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項１】
地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプと、
地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプと、
第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第一のファンと、
第三のパイプの第一の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させる第二のファンと、
地上の温度を検出する第一の温度センサと、
根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
第一、第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一のファン及び第二のファンの回転オン／オフ切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、第一のファン及び第二のファンを回転させ、空気を第一及び蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記制御部は、空気が第一及び蓄熱用パイプに送り込まれているとき、第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、第一のファンの回転を停止し、第二のファンの回転を維持して、蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定の下限地上温度未満を検出すると、第二のファンを回転させ、空気を蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項５】
請求項１において、
第三のパイプの第一の開口部を開閉するための第一の切替弁と、
第四のパイプの第二の開口部を開閉するための第二の切替弁とを備え、
前記制御部は、第二の温度センサが所定の下限地中温度未満を検出すると、第一及び第二の切替弁を閉状態にし、第一のファンと第二のファンを互いに回転方向が逆になるように回転させ、根域加温用パイプと蓄熱用パイプ間で空気を循環させることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項６】
請求項５において、
第三のパイプは、第一の開口部より低い位置の第三の開口部をさらに備え、
第四のパイプは、第二の開口部より低い位置の第四の開口部をさらに備え、
第三の開口部を開閉するための第三の切替弁と、第四の開口部を開閉するための第四の切替弁と、第一の温度センサより低い位置の地上温度を検出する第三の温度センサとが設けられ、
第一のファンは、第三の開口部から空気を根域加温用パイプに送り、第四の開口部から排出させ、
第二のファンは、第三の開口部から空気を蓄熱用パイプに送り、第四の開口部から排出させ、
前記制御部は、第三の温度センサの検出温度に基づいて、第三及び第四の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記制御部は、第三の温度センサが所定温度未満を検出すると、第一、第二の切替弁を閉状態にし、第三及び第四の切替弁を開状態にし、第二のファンを回転させ、空気を蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項８】
地中で水平方向に延びる根域加温用パイプと、
根域加温用パイプより深い地中で水平方向に延びる蓄熱用パイプと、
地上の第一の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの吸入側端部と連通する第三のパイプと、
地上の第二の開口部から延びて途中の分岐位置で分岐し根域加温用パイプと蓄熱用パイプそれぞれの排出側と連通する第四のパイプと、
第三のパイプの第一の開口部から空気を根域加温用パイプ及び蓄熱用パイプに送り、第四のパイプの第二の開口部から排出させるファンと、
根域加温用パイプと第三のパイプとを開閉するための第一の切替弁と、
地上の温度を検出する第一の温度センサと、
根域加温用パイプ付近の地中温度を検出する第二の温度センサと、
第一又は第二の温度センサの検出温度に基づいて、第一の切替弁の開閉切替制御を行う制御部とを備えることを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定温度以上を検出すると、第一の切替弁を開状態にし、ファンを回転させ、空気を第一及び蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記制御部は、空気が第一及び蓄熱用パイプに送り込まれているとき、第二の温度センサが所定の上限地中温度以上を検出すると、第一の切替弁を閉状態にし、蓄熱用パイプにのみ空気を送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記制御部は、第一の温度センサが所定の下限地上温度未満を検出すると、第一の切替弁を閉状態にし、ファンを回転させ、空気を蓄熱用パイプに送り込むことを特徴とする地中熱交換暖房装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−６８７４８（Ｐ２０１０−６８７４８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３８９１７（Ｐ２００８−２３８９１７）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（３０７０２４９６７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（３０７０２４９６７）
【Ｆターム（参考）】
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