JP2018023336A - 植物栽培装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】植物栽培装置1では、換気用空気攪拌手段5によって、養液槽8の上部側の高温の空気が、強制的に養液槽8の底面50側に導入され、培養液と熱交換して冷却され、その低温空気が養液槽8の上部側に戻される。そして養液槽8の上部側では、栽培空間用空気攪拌手段6によって空気が攪拌され、苗67の周囲の温度ばらつきが解消される。そのため筒状空間3の苗67が生育する領域は、一定の温度に保たれ、苗67は順調に生育する。
【選択図】図3
Description
植物栽培装置によると、日照や温度、水分、肥料濃度等が適度に制御された環境で作物を作ることができるので、露地栽培に比べて収穫に要する期間が短い。
また植物栽培装置の多くは水耕栽培によって作物を育成するものであり、露地栽培に比べて清潔である。さらに室内で作物を栽培するので害虫が付かず、無農薬で作物を栽培することができる。そのため植物栽培装置は、レタス等の皮を剥いたりせずに食する野菜を栽培するのに好適である。
また先に提案した植物栽培装置は、栽培空間が筒状空間に限定されていて狭いので、害虫の駆除が容易である。さらに本発明者らは、環境調整を行う空間が筒状空間に限定されていて狭いので、調整対象の空間が小さく、環境調整に要するエネルギーが少なくて足るであろうと考えた。
しかしながら、栽培空間の温度管理に関しては予想に反するものであった。
即ち、先に提案した植物栽培装置では、筒状空間内にLEDや蛍光灯等の照明装置を設け、この照明装置が発する光を植物に照射して光合成を行わしめる。
培養液の水温は、一般に栽培空間の気温よりも低い。また一般に養液槽は高さの低い水槽であるが、専有する面積は広い。養液槽は、水を貯めるという機能上、底面と、4側面に囲まれているが、各面の面積を比較すると、底面の面積が圧倒的に広い。
本態様の植物栽培装置では、養液槽の底面と栽培空間との間には隙間がある。そのため養液槽の底面は、隙間内の空気と接し、隙間内の空気は培養液と熱交換して温度低下する。
本態様の植物栽培装置は、隙間内の空気を入れ換える換気手段を有している。そのため温度低下した空気が養液槽の底面と栽培空間との間から排出され、冷気が養液槽の上部側空間に流れ込む。その結果、栽培空間の空気が冷却される。
本発明の実施形態の植物栽培装置1は、図2の様な一連の筒状空間形成部材2を有し、この筒状空間形成部材2内の筒状空間3を栽培空間とするものであり、当該栽培空間の中で植物を栽培するものである。
また実施形態の植物栽培システム100は、図2の植物栽培装置1が複数、立体的に配置されたものである。即ち植物栽培システム100は、図1の様に植物栽培装置1が複数段且つ複数列に渡って設置されたものである。
また筒状空間形成部材2の筒状空間3内には、養液槽8が1基設置されている。以下説明する。
筒状空間形成部材2の屋根部材12の内面に照明基板(照明手段)15が設けられている。照明基板15は、薄い樹脂製の基板に発光素子としてLED16が多数取り付けられたものである。
本実施形態では、換気用空気攪拌手段5のモータ20は、筒状空間形成部材2の外部に設置されており、羽根車21は筒状空間3内であって底面部材10の近傍にある。
従ってモータ20を回転することによって底面部材10の近傍で羽根車21が回転する。
本実施形態では、換気用空気攪拌手段5は、図4の様に一定の間隔をあけて複数設置されている。
栽培空間用空気攪拌手段6は、図5の様に樹脂で作られた本管(筒状部材)25と、本管25の周囲に設けられた多数の風量調整手段26及び本管25に内蔵された小型送風機27によって構成されている。
風量調整手段26は、本管25よりもやや太い径の樹脂管を短く切り、且つ軸方向にスリット30を形成したものである。風量調整手段26の断面形状は「C」状である。
風量調整手段26は、本管25の吸排口28に装着されている。即ち風量調整手段26は、本管25の周囲を取り巻く状態で本管25に装着されている。
風量調整手段26は、本管25に対して回転可能であり、吸排口28の開度を調節することができる。即ち図7(a)の様にスリット30を吸排口28の位置に合わせることによって吸排口28の実質的開口面積を100パーセントとすることができる。また図7(c)の様にスリット30を吸排口28の反対側に回すと、吸排口28を閉鎖することができる。図7(b)の様にスリット30の一部を吸排口28と合致させることにより、吸排口28の実質的開口面積を絞ることができる。
養液槽8は細長く、深さは浅い。
具体的には、ステンレススチール、アルミニウム、銅等の錆びにくく、且つ熱伝導率の高い金属が養液槽8の素材として望ましい。最も推奨される素材は、ステンレススチールであり、コストと、熱伝導率、対腐食性のバランスがよい。
養液槽8を樹脂で製作する場合には、冷熱が外に伝わりやすい様に、肉厚を薄くすることが推奨される。また炭素繊維等の熱伝導率の高い樹脂で養液槽8を製作してもよい。
排水口40は、具体的にはオーバーフロー管42であり、排水口40は、養液槽8の底板35から一定の高さの位置にある。
即ちオーバーフロー管42は、養液槽8の底板35を上下に貫通する管であり、先端側の排水口40は養液槽8の底板35から立ち上がった位置にある。オーバーフロー管42の排水口40は、余剰の培養液を排出する機能を有し、養液槽8の液位を一定に保つ。
養液槽8は培養液で満たされ、筒状空間3内に養液槽の液面があり、植物保持具52が複数浮かべられている。
植物保持具52は、開口53に植物が保持された状態で、養液槽8の培養液に浮かされる。
本実施形態の植物栽培装置1では、図10の様に植物栽培装置1の下部に培養液供給装置60がある。培養液供給装置60は培養液タンク61とポンプ62を備えている。そして培養液タンク61とポンプ62の吸い込み側が配管63で接続され、さらにポンプ62の吐出側と培養液供給口41が配管65で接続されている。さらに養液槽8に設けられたオーバーフロー管42が培養液タンク61に配管接続されている。そのため、ポンプ62を起動すると、培養液タンク61内の培養液がポンプ62で加圧されて培養液供給口41に送られ、養液槽8に供給される。また培養液はオーバーフロー管42によって構成される排水口40から排水されて培養液タンク61に戻る。こうして培養液は、養液槽8と培養液タンク61の間を循環する。
温度調整手段66は、図示しない冷凍機が内蔵されており、図示しない圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器68を有し、これらによって構成される循環回路に冷媒が充填されている。圧縮機を起動することによって蒸発器68の表面温度が低下する。
本実施形態では、蒸発器68が培養液タンク61内にあり、培養液の温度を低下させて培養液を所定の温度に保つ。
本実施形態の植物栽培装置1では、養液槽8に培養液が満たされる。そのため筒状空間3内に養液槽8の液面があり、液面は筒状空間3で覆われている。そして植物保持具52の開口53に植物の苗67を保持させ、養液槽8の上部側に浮かべられる。
また照明基板(照明手段)15によって苗67の成長に要する光が供給される。
即ち、植物栽培装置1の始端に苗67を植えつけた植物保持具52を挿入し、照明基板(照明手段)15を点灯して苗67の葉に光を当て、苗67の根から養液槽8の培養液を吸収させて苗67を育てる。そして養液槽8に浮かぶ植物保持具52を押して下流側へ流し、筒状空間3内をゆっくりと移動させる。そして植物保持具52が一つの植物栽培装置1の終端、あるいは複数の植物栽培装置1を通過して終端に至った際には、苗67は食用に供される程度に成長しており、植物保持具52から収穫されて出荷される。
本実施形態の植物栽培装置1についても、狭い筒状空間3内で多数のLED等が点灯されるので、筒状空間3内の気温が上昇傾向となる。
本実施形態の植物栽培装置1では、筒状空間3内の気温上昇を抑制する方策として、換気用空気攪拌手段5が設けられている。また筒状空間3内の温度ばらつきを抑制する方策として、栽培空間用空気攪拌手段6が設けられている。
ここで、本実施形態では、養液槽8内の培養液は、温度調整手段66で冷却されており、一定の温度に保たれている。少なくとも培養液の温度は、筒状空間3内の平均気温よりも低い。
加えて、養液槽8の底板35は、ステンレススチールで作られており、養液槽8の冷熱は養液槽8の底面50に伝導されやすい。
また養液槽8の底板35の面積は、極めて大きく、筒状空間3の底面部材10の30パーセント以上、好ましくは50パーセント以上に相当する。
そのため筒状空間3内であって、養液槽8の底面50と、筒状空間形成部材2の底面部材10の間においては、空気と養液槽8との接触面積が広く、両者の隙間51内の空気は、養液槽8内の培養液と熱交換され、温度が低下する。
また隙間51内には外部から新たな空気が導入される。
特に本実施形態では、導風路形成部材22が設置されており、隙間51内に導風路形成部材22によって一連の導風路が形成されている。
そのため換気用空気攪拌手段5を起動することにより、隙間51内の空気が換気され、常に置換される。即ち、LED等で加熱され、昇温した空気が、換気用空気攪拌手段5及び導風路形成部材22の作用によって強制的に養液槽8の底面50と筒状空間形成部材2の間の狭い隙間51に導入され、低温の養液槽8の底面50と接して空気の温度が低下される。
そして冷却された空気は、換気用空気攪拌手段5及び導風路形成部材22の作用によって強制的に隙間51から排出され、養液槽8の上面に回り込む。即ち苗67の葉の部分に冷風が循環する。
即ち栽培空間用空気攪拌手段6は、筒状空間3の軸方向に配置されているが、中途部分に小型送風機27が内蔵されている。
そして本管25には多数の吸排口28が設けられている。そのため小型送風機27を起動すると、小型送風機27を中心として一方側の吸排口28から筒状空間3内の空気が本管25に導入され。他方の吸排口28から吐出される。その結果、筒状空間3内の空気が攪拌される。
本実施形態の植物栽培装置1では、換気用空気攪拌手段5によって、養液槽8の上部側の高温の空気が、強制的に養液槽8の底面50側に導入され、培養液と熱交換して冷却され、その低温空気が養液槽8の上部側に戻される。そして養液槽8の上部側では、栽培空間用空気攪拌手段6によって空気が攪拌され、苗67の周囲の温度ばらつきが解消される。そのため筒状空間3の苗67が生育する領域は、一定の温度に保たれ、苗67は順調に生育する。
しかしながら本発明は、この構成に限定されるものではなく、小型養液槽77を複数有し、各小型養液槽77に植物保持具71を設置し、小型養液槽77と共に植物保持具71を移動させるものであってもよい。
以下、植物栽培装置72について説明する。なお先の実施形態と同一の部材は、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図11に示す植物栽培装置72は、同じ形状、構造の育苗ユニット73を直列に接続して一連の筒状空間3を形成し、この筒状空間3の中で植物を栽培する。
育苗ユニット73は、両端が開放され周面を覆うことが可能なケース75を有している。
また育苗ユニット73内には多数の小型養液槽77が配置される。
養液槽設置台78は、小型養液槽77を載せた状態で、小型養液槽77を滑り動かすことができる。
小型養液槽77は、図16の様に平面視が四角形の水槽であり、略同一面積の植物保持具71が設置される。
そして給排水設備76の供給側配管85によって小型養液槽77に培養液が供給され、オーバーフローした培養液は、培養液回収用樋86に回収される。従って小型養液槽77内は、常に培養液で満たされる。なお培養液は、先の実施形態と同様に温度調節されている。
筒状空間3内に設置された小型養液槽77は、一定時間ごとに下流側に移動させられる。例えば24時間ごとに、搬送装置80を動作させ、小型養液槽77を排出側に隣接する育苗ユニット73に移動させる。
また養液槽設置台78の内側には、搬送装置80の2列の押圧部材連結体81がある。 この状態で、押圧部材連結体81を図15(a)の矢印の方向に動作させる。搬送装置80の逆止部材83は、図15(a)の様に突出し、斜め姿勢となっている。また小型養液槽77の底は、図15の様に凹凸形状である。
そのため、搬送装置80の押圧部材82を、移動させると、逆止部材83が小型養液槽77と係合し、図15(b)の様に小型養液槽77を押し動かす。
その結果、各育苗ユニット73内において、各小型養液槽77が下流側に向かって移動する。そして各育苗ユニット73の最も下流側に位置する小型養液槽77が隣接する育苗ユニット73に入る。
即ち小型養液槽77は当初の育苗ユニット73の養液槽設置台78から下流側に隣接した育苗ユニット73の養液槽設置台78に乗り移り、育苗ユニット73を跨いで移動する。
例えば、図17の様に換気手段として送風機90を採用し、筒状空間3の下部に設けてもよい。図17に示す実施形態では、隙間51の外側に送風機90があり、外部から隙間51に風を送って隙間51内の空気を置換する。
図18に示す栽培空間用空気攪拌手段91は、本管(筒状部材)92の側面に切り欠き状の開口93がある。また送風を起こす送風部材95は、本管92の外にあり、その一部が開口93内に入り込んでいる。即ち送風部材95は、回転羽根96を有し、回転羽根96はその一部が本管92の前記開口93内にあり、回転羽根96の他の部分は筒状部材の外にある。
回転羽根96の回転軸98は、本管(筒状部材)92の軸線に対して交差方向又は食い違いの方向に向いている。
送風部材95を回転すると、回転羽根96の一部が本管92内で回転し、本管92内に風を起こす。そして枝管97の開口28から空気が出入りする。回転羽根96の回転方向を変えることによって、送風方向が変わる。
ケーシング部111は、円の一部が切り取られた形状であり、内部が空洞であって、本管92の内部と連通している。即ち本実施形態においても、本管(筒状部材)92の側面に開口がある。回転羽根96は、一部が本管92の外のケーシング部111内にあり、他の部分は本管92内に入り込んでいる。
本実施形態においても、回転羽根96の回転軸98は、本管(筒状部材)92の軸線に対して交差方向又は食い違いの方向に向いている。
また冬季においては、培養液の温度を高めに設定し、培養液熱を利用して培養空間内を昇温してもよい。
また養液槽8,77の表面からの冷熱放散を増大させる機能を付加してもよい。例えば養液槽8,77に設置される植物保持具52,71の熱伝導性を向上させ、植物保持具52,71の表面温度を低下させ、植物保持具52,71の表面から冷熱を放散させる。
その結果、培養液の冷熱が金属箔を通じて植物保持具52の表面側に伝導され、植物保持具52の表面温度が低下する。そして植物保持具52の冷熱によって培養空間が冷やされる。
要するに導風路形成部材22は、養液槽8の底面50と筒状空間形成部材2の底面部材10の間の隙間51にあればよい。
2 筒状空間形成部材
3 筒状空間
5 換気用空気攪拌手段
6 栽培空間用空気攪拌手段
8 養液槽
10 底面部材
11 側面部材
12 屋根部材
15 照明基板(照明手段)
22 導風路形成部材
27 小型送風機
50 底面
51 隙間
66 温度調整手段
77 小型養液槽
93 開口
52,71 植物保持具
Claims (10)
- 養液槽と、照明手段と、植物を保持する植物保持具を有し、
養液槽に培養液が入れられ、植物保持具に植物を保持した状態で植物保持具が養液槽に設置され、前記照明手段で植物に光が照射される植物栽培装置において、
天面と側面と底面が覆われた筒状の栽培空間があり、当該栽培空間内に前記養液槽が設置され、前記養液槽の底面と栽培空間との間には隙間があり、当該隙間内の空気を入れ換える換気手段を有することを特徴とする植物栽培装置。 - 培養液の温度を調節する温度調整手段を有することを特徴とする請求項1に記載の植物栽培装置。
- 養液槽は金属製であることを特徴とする請求項1又は2に記載の植物栽培装置。
- 換気手段は、養液槽の底面と栽培空間との間に設けられた換気用空気攪拌手段であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の植物栽培装置。
- 養液槽の底面又は栽培空間の底の少なくともいずれかに、導風路を形成する導風路形成部材があることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の植物栽培装置。
- 養液槽の上部に、栽培空間内の空気を攪拌する栽培空間用空気攪拌手段を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の植物栽培装置。
- 栽培空間用空気攪拌手段は、複数の開口を有する筒状部材と、筒状部材内の空気を移動させて開口から筒状部材内に空気を導入し、他の開口から空気を排出するものであることを特徴とする請求項6に記載の植物栽培装置。
- 栽培空間用空気攪拌手段は、筒状部材内に送風機が内蔵されたものであることを特徴とする請求項7に記載の植物栽培装置。
- 栽培空間用空気攪拌手段は回転羽根を有し、回転羽根の回転軸は、筒状部材の軸線に対して交差方向又は食い違いの方向に向くものであることを特徴とする請求項7に記載の植物栽培装置。
- 栽培空間内に複数の養液槽があり、養液槽を移動させる養液槽搬送手段を有し、養液槽搬送手段によって栽培空間内で養液槽を移動させることが可能であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の植物栽培装置。
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