JP2021100395A - 植物栽培設備 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な養液供給構成を備えた植物栽培設備を提供する。【解決手段】培地１３に植物体Ｐを植え付けた複数の栽培容器３を無端体上下循環手段２に所定間隔で支持し、無端体上下循環手段の下方に養液を溜めた養液トレイ４を配置し、無端体上下循環手段の回転によって下方の栽培容器が養液トレイの養液を掬う構成とした植物栽培設備。また、植物体を植え付けた複数の培地を無端体上下循環手段に所定間隔で支持し、植物体の根圏部に養液を噴霧する手段を備え、無端体上下循環手段の下方に養液を回収する養液回収トレイを配置した植物栽培設備。【選択図】図１

Description

本発明は、植物栽培設備に関する。

栽培容器に構成した培地をベルトの動作に伴って地面に対し垂直方向に移動する構成が公知である（特許文献１）。

特開２０１９−１１５２８７号公報

特許文献１によると、植物を地面に対して垂直方向に移動させることにより、作業者は同じ場所で収穫や苗の取り出しを行うことができるので、作業者の負担を軽減し、作業効率が向上できる。しかしながら、培地への養液供給は複数の養液タンクの養液をそれぞれのポンプ駆動によって供給管によって行うものであるから、構成が複雑である。また、培地から漏れた排液を下方の培地へ落下供給する構成のため培地への供給量を確保し又は調節し難い。

本発明は、簡単な養液供給構成を備えた植物栽培設備を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、培地１３に植物体Ｐを植え付けた複数の栽培容器３を無端体上下循環手段２に所定間隔で支持し、前記無端体上下循環手段２の下方に養液を溜めた養液トレイ４を配置し、前記無端体上下循環手段２の回転によって下方の前記栽培容器３が前記養液トレイ４の養液を掬う構成とした。

請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記培地１３を養液が充填できる空間を備えた養液充填体とした。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記養液トレイ４に水位計２１を設け、前記水位計２１による養液の水位検出結果に基づいて前記無端体上下循環手段２の移動速度を制御する構成とした。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一に記載の発明において、前記無端体上下循環手段２、前記栽培容器３、前記養液トレイ４を備えた上下循環培地ユニット８を、養液栽培ハウス1内に設け、前記養液栽培ハウス１内において上昇温風を流通させる温風供給手段７を設けた。

請求項５に記載の発明は、植物体Ｐを植え付けた複数の培地２３を無端体上下循環手段２に所定間隔で支持し、植物体Ｐの根圏部に養液を噴霧する手段２５を備え、無端体上下循環手段２の下方に養液を回収する養液回収トレイ２８を配置した。

請求項１に記載の発明によると、無端体上下循環手段２の回転によって下方の栽培容器３が養液トレイ４の養液を掬うことで養液が複数の栽培容器３に順次均一に溜められる。また構成が簡単である。

請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の効果に加え、栽培容器３で掬われた養液は培地１３の養液充填体に充填されるため、栽培容器３及び培地１３が無端体上下循環手段２の回転によって上方に移動して養液トレイ４から離れても充填された養液で植物体Ｐを成長させることができる。

請求項３に記載の発明によると、請求項１又は請求項２に記載の効果に加え、植物体Ｐの状態に応じて養液の掬い量を調節できる。

請求項４に記載の発明によると、請求項１から請求項３のいずれか一に記載の効果に加え、養液栽培ハウス１内の温度を調節できる。

請求項５に記載の発明は、植物体Ｐに直接養液を噴霧することで生育を促進できる。噴霧による余剰養液は落下し養液回収トレイ２８に回収することができる。

（Ａ）本発明における実施の形態の上下循環培地ユニットを備えた植物栽培設備の概要図、（Ｂ）本発明における実施の形態の栽培容器の正面図である。 本発明における実施の形態の上下循環培地ユニットに撮像カメラを備えた植物栽培設備の概要図である。 本発明における実施の形態の別例の上下循環培地ユニットを備えた植物栽培設備の概要図である。 （Ａ）公知の光合成促進システムの概要図、（Ｂ）本発明における実施の形態の改良した光合成促進システムの概要図である。 （Ａ）公知の培地潅水システム概要図、（Ｂ）本発明における実施の形態の改良した培地潅水システム概要図である。 本発明における実施の形態の改良した湿度制御システム概要図である。 本発明における実施の形態の飽和制御システム概要図である。 本発明における実施の形態の改良した飽和制御システム概要図である。 （Ａ）公知の養液生成システム概要図、（Ｂ）本発明における実施の形態の改良した養液生成システム概要図である。

本発明の実施の形態の植物栽培設備について以下説明する。

図１において、植物栽培設備は、縦型の養液栽培ハウス（栽培ハウス）１内に、無端体上下循環手段２と、該無端体上下循環手段２に所定間隔で吊下げ支持される栽培容器３と、無端体上下循環手段２の下方に配置した養液トレイ４、養液トレイ４に養液を補充する養液補充手段５、照明手段６、温風供給手段７等を備えた上下循環培地ユニット（昇降培地ユニット）８とされる。

無端体として無端チェンを採用した無端体上下循環手段（以下、チェン上下循環手段）は、上下に配設する駆動側スプロケットであるスプロケット９と被動側スプロケットであるスプロケット１０の間に無端チェン１１を巻回し駆動モータ１２の回転によって無端チェン１１を上下に循環すべく構成される。栽培容器３には養液を溜め培地１３を浮かべ、培地１３には植物体Ｐとしての葉物野菜を植付ける。栽培容器３は無端チェン１１に所定間隔でハンガ３ａを介して水平軸芯周りに揺動自在に吊下げ連結されるものである。ここで培地１３は発泡スチロールのように養液を充填する空間を備えた養液充填体とされる。

チェン上下循環手段２の下方において、下方の前記被動側スプロケットであるスプロケット１０に沿って転回し、少なくとも最下位に達した栽培容器３の容器部上端３ｂが、溜められた養液中に没するように養液トレイ４を配置している。養液補充手段５は、前記栽培ハウス１外に設けられ養液を溜めた養液タンク１４と、ポンプ１５及び供給用パイプ１６からなる。ポンプ１５で養液タンク１４の養液が吸い上げられ、供給用パイプ１６を介して養液トレイ４に供給できる構成としている。

栽培ハウス１内には３連の上下循環培地ユニット８とされ、各上下循環培地ユニット８の上方において栽培ハウス１天井部にＬＥＤ形態の照明手段６を設け、主としてチェン上下循環手段２の上昇側にある栽培容器３の植物体Ｐに照射できる構成である。

温風供給手段７は、栽培ハウス１外に設置した温風発生機１７に接続する温風ダクト１８には、栽培ハウス１内壁と上下循環培地ユニット８の間及び上下循環培地ユニット８間に上昇温風を流通させ得る開口１８ａを開口している。

上記のように構成された昇降培地ユニット８によると、栽培容器３の培地１３に植えられた葉物野菜は、駆動モータ１２の回転によってチェン上下循環手段２は駆動して無端チェン１１は、上下のスプロケット９，１０間に対向する一方が上昇し他方は下降するので、栽培容器３も上下に循環することとなる。下降過程から最下位に達するまでの間で、常時水平姿勢を保持しようとする栽培容器３は、養液トレイ４の養液中に没した後、養液を掬いあげて補充されて引き続き上昇過程に移る。所定間隔に設けられた栽培容器３に順次養液が補充されることとなる。なお、駆動モーラ１２は可変速モータを採用し後述コンロローラからの駆動指令信号及び変速指令信号を受けて所定回転数で回転できる。

さらに、照明手段６による人工光は、栽培容器３が上下循環移動するため葉物野菜に均等に光照射できる。下部の温風ダクト１８からの温風で栽培ハウス1内を必要に応じて加温できる。葉物野菜は上下循環移動するので、固定式の場合に比較して温度ムラや受光ムラを防止できる。

縦型の上下循環培地ユニット８の構成としているので省スペース化が図れる。また、養液栽培ハウス１は密閉された空間を形成でき、栽培される葉物野菜には外部からの病害虫に晒されにくい。

植物栽培設備Ｓ内には制御部２０を備え、例えば前記養液トレイ４の夫々に配設する水位計２１の水位検出情報を入力し、植物成長時期や蒸散程度によって変わる水位減少程度を判定し、水位減少が緩やかな場合には、栽培容器３の循環速度を低下すべく、前記駆動モータ１２に減速指令信号を出力するものである。このように構成すると、栽培容器３が養液トレイ４の養液中に入る機会を少なくすることができる。

上記水位計２１の検出に基づいて養液タンク１４のポンプ１５を駆動出力する構成とすると、定期的な養液補充を自動化することができる。

上下循環培地ユニット８の夫々に撮像カメラ２２を配設し、栽培容器３内の植物体Ｐの葉物野菜を撮像する。撮像結果は制御部２０に入力され、制御部２０は当該画像情報に基づいて現在の植物状態を判断し、照明手段の光量を調節したり、前記駆動モータ１２の速度を変更制御することで、葉物野菜の受光量を調節したり、養液供給量を調節して、植物体Ｐに最適な栽培環境を得ることができる（図２）。

次いで、図３に基づき、チェン上下循環手段２に栽培容器に代替して培地２３を吊り下げ支持させる構成の上下循環培地ユニット２４について説明する。

すなわち、培地２３としての発泡スチロールには植物体Ｐの葉物野菜を植付け、培地２３は無端チェン１１に所定間隔でハンガ２３ａを介して水平軸芯周りに揺動自在に吊下げ連結される。チェン上下循環手段２の下部側被動スプロケットであるスプロケット１０の近傍には、葉物野菜の根圏部に養液を噴射する手段であるスプレー手段２５を備えている。養液タンク２６の養液がポンプ２７で吸い上げられスプレー手段２５に供給できる構成である。そして、スプレー噴霧したときの養液余剰分は下方に設置の養液回収トレイ２８に受け、栽培ハウス１外の上記養液タンク２６に還元される。上記のように構成された上下循環培地ユニット２４は養液栽培ハウス１Ａ内に３連に構成されている。なお、図３において、図１に共通の構成部材には共通符号を付している。

このように構成すると、前記栽培容器３が上下循環する上下循環培地ユニット８と同様に、葉物野菜が上下に循環するので、温度ムラや受光ムラを防ぎ、密閉空間にて栽培するので外部からの病害虫に晒されにくい効果を有する。

さらに、スプレー手段２５で根圏部に養液をスプレー噴霧する構成であるから、栽培容器の構成に比較して吊下げる構成部材をコンパクトにできる。特に、スプレー手段２５が噴霧したときに生じる養液余剰分は養液回収トレイ２８に集められ、養液タンク２６に還元されるものであるから、スプレー噴霧用として再利用できる。

つぎに、図４に基づいて、温室の光合成促進システムについて説明する。温室３０内部には、栽培装置の一例としての培地３１が設けられている。培地３１は、植物の一例として例えばトマトが栽培されている。なお、栽培する植物はトマトに限定されず、目的や用途に応じて、任意の植物を栽培可能である。

温室３０には、温室３０内の植物に光合成に必要な二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段３２が設置される。この二酸化炭素供給手段３２として二酸化炭素を封入したボンベ３２ａと制御部３３で開閉制御される電磁弁３２ｂと供給配管３２ｃを備えている。温室３０内には二酸化炭素センサ３４を設け制御部３３は検出結果を入力できる。従来、光合成促進のために二酸化炭素を施用する場合、二酸化炭素センサ３４での検出結果が予め設定した値となるよう施用制御するが、光合成不活性状態であっても自動的に二酸化炭素を施用してしまうこととなる（図４（Ａ））。そこで、制御部３３は二酸化炭素センサ３４の検出濃度の変動具合によって植物が光合成活性状態か不活性状態かを判断し、活性状態であると判断したときは所定濃度となるよう二酸化炭素を施用する。一方光合成不活発状態のときは、植物の葉の周囲に酸素滞留と予測でき、温室３０内に設けた温風発生器３５を運転して温室３０内に送風しながら空気を流動させることによって光合成活性化を維持すべくなし、光合成活性状態としたところで二酸化炭素を施用するものである（同図（Ｂ））。こうして効率的な二酸化炭素施用を実施できる。

次いで、図５に基づいて培地潅水制御について説明する。温室３０Ａ内における植物体Ｐの培地３１Ａに養液タンク３６の養液をポンプ３７の駆動制御によって供給できる構成としている。従来日射量を日射センサ３８で検出し、制御部３３が潅水必要と判断したときはポンプ３７に駆動出力し潅水を行う潅水制御としている。

ところで、植物体Ｐの成長に応じて葉欠き作業を行う。この葉欠きを行うと植物体Ｐの葉の総面積が下がり、光合成や蒸散できる能力も下がる傾向となっている。すなわち葉欠き前Ｐｂと葉欠き後Ｐａとで日射量によって潅水制御すると葉欠き後の場合には過剰潅水となる（図５（Ａ））。

このため、温室３０Ａ内に植物体Ｐを横から撮影できるカメラ３９を備え、日射センサ３８による日射量のみでなくカメラ３９の撮像情報によって葉の総面積を推定し光合成や蒸散能力の増減を判定しながら潅水量を増減補正制御するよう構成すると、無駄な潅水や過少潅水を防止できる（同図（Ｂ））。

次いで、図６に基づいて蒸散に最適な湿度制御について説明する。温室３０Ｂ内における植物体Ｐの培地３１Ｂの重量を検出する重量計４０、温室３０Ｂ内の湿度を検出する湿度計４１を備え、検出重量及び検出湿度の情報を制御部３３に送信すると、制御部３３は、培地３１Ｂの経過時間−水分量変化に基づいて植物体の内部水分を推定し、該内部水分と湿度計４１の検出湿度との関係によって植物体Ｐの蒸散に最適な湿度を演算する。そして、演算された最適湿度を基に湿度調整手段４２を制御する。湿度調整手段４２としては天窓４３開閉制御手段やミスト発生手段４４によって構成され、最適湿度となるよう天窓４３を開動制御して換気したり、ミストによる加湿したり温室３０Ｂ内の湿度制御を行うことにより、蒸散を促進できる。

次いで、図７に基づいて蒸散不活性判定時の飽差制御について説明する。植物蒸散に最適な飽差は３〜６ｇ／ｍ^３とされるが、それでも蒸散しない場合がある。一般に温室３０Ｃ内に飽差計４５を設け検出飽差がこの最適範囲３〜６ｇ／ｍ^３を維持すべく炭酸ガス制御など講じるが、これを維持し過ぎると植物体Ｐが怠けてしまい、蒸散しなくなるためである。このような場合に植物体Ｐにストレスを与えるようにしようとするもので、具体的には、温室３０Ｃ内の培地３１Ｃの重量を検出する重量計４０による検出重量の時間変化から蒸散活性度を演算し、蒸散不活性と判定された場合は、強制的に温風発生器３５を駆動制御して温室３０Ｃを加温し、かつ天窓４３を開閉制御して換気する。こうして敢えて最適飽差状態を故意に崩して植物体Ｐにストレスを与え、所定タイミングで再度飽差を３〜６ｇ／ｍ^３の最適状態に戻して蒸散活動を再開させるものである。

なお、上記の蒸散不活性の判定は、所定時間を経ても水分が所定未満の減少しかしない場合に行われる。

前記の例において、飽差が３〜６ｇ／ｍ^３を維持してもなお蒸散不活性の判定には、植物体Ｐ内部の水分量が少なくなっているのが原因の場合がある。このような場合には、植物体Ｐは蒸散したくても内部水分が少なく蒸散できないでいる。温室３０Ｄ内にエアコン４６を備え、温室３０Ｄ内を加温制御または除湿制御し飽差を一時的に大に移行して培地３１Ｄの重量を重量計４０で監視する。監視の結果蒸散活性化への予兆があれば継続してエアコン４６による制御を行い、重量計４０の重量変動が依然少ない場合には植物体Ｐ内水分が少ないと判定し、自動的に潅水手段４７で培地３１Ｄに潅水を行うものである。潅水手段４７は、制御部３３からの指令信号によって養液タンク３６の養液をポンプ３７の駆動制御によって供給できる構成である（図８）。

上記潅水手段４７に利用する養液の生成システムの詳細を図９に示す。従来養液の原水には雨水を利用し、複数の原液タンク４８の原液や酸調整液タンク４９の調整液と混合タンク５０で混合して養液となし潅水手段に供給される。なお、培地を循環した排液は回収されて再度混合タンク５０に戻される（図９（Ａ））。ところで、雨水タンク５１の原水は衛生管理のために殺菌装置５２Ａを通過して混合タンク５０に供給される。一方排液も別途用意した殺菌装置５２Ｂを備え、混合タンク５０に供給される構成である（同（Ａ））。なお、回収排液を処理する行程には殺菌装置５２Ｂの前後に殺菌前タンク５３、殺菌後タンク５４を備えている。したがって、殺菌装置を２台設置する必要がある。

そこで、図９（Ｂ）に示すように、雨水タンク５１の雨水及び殺菌前タンク５３の回収排液はいずれも殺菌装置を通過しないままで混合タンク５０Ａに供給して混合し、その後に殺菌装置５２Ｃを設けて殺菌後タンク５４Ａに貯留し潅水手段に供給する構成としている。このように構成すると、殺菌装置が１台で済み、コスト低減できる。

１ 養液栽培ハウス
２ 栽培容器
３ チェン上下循環手段（無端体上下循環手段）
４ 養液トレイ
７ 温風供給手段
８ 上下循環培地ユニット
１３ 培地
２１ 水位計
２３ 培地
２５ スプレー手段（噴霧する手段）
２８ 養液回収トレイ

Claims (5)

1. 培地（１３）に植物体（Ｐ）を植え付けた複数の栽培容器（３）を無端体上下循環手段（２）に所定間隔で支持し、前記無端体上下循環手段（２）の下方に養液を溜めた養液トレイ（４）を配置し、前記無端体上下循環手段（２）の回転によって下方の前記栽培容器（３）が前記養液トレイ（４）の養液を掬う構成とした植物栽培設備。
2. 前記培地（１３）を養液が充填できる空間を備えた養液充填体とした請求項１に記載の植物栽培設備。
3. 前記養液トレイ（４）に水位計（２１）を設け、前記水位計（２１）による養液の水位検出結果に基づいて前記無端体上下循環手段（２）の移動速度を制御する構成とした請求項１又は請求項２に記載の植物栽培設備。
4. 前記無端体上下循環手段（２）、前記栽培容器（３）、前記養液トレイ（４）を備えた上下循環培地ユニット（８）を、養液栽培ハウス（１）内に設け、前記養液栽培ハウス（１）内において上昇温風を流通させる温風供給手段（７）を設けた請求項１から請求項３のいずれか一に記載の植物栽培設備。
5. 植物体（Ｐ）を植え付けた複数の培地（２３）を無端体上下循環手段（２）に所定間隔で支持し、植物体（Ｐ）の根圏部に養液を噴霧する手段（２５）を備え、無端体上下循環手段（２）の下方に養液を回収する養液回収トレイ（２８）を配置した植物栽培設備。
   

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