JP5147796B2 - 植物栽培システムおよび植物栽培プラント - Google Patents
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Description
これに対して、栽培ベッドを上下複数段に設けてなる多段棚式の植物栽培システムが知られている。このような植物栽培システムであれば、植物の植付姿勢にも無理がないことから、植物の種類を問わず比較的効率よく生産をおこなうことができる。
さらに、植付パネルを表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部から構成し、前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は植付パネルの高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態としたことにより、孔部に挿入する培地の水はけがよくなり、培地が空気にさらされることで植物の成長をはやめ、また、短時間で、培地に養液を供給し、又は培地から養液を排出することができる。
植物栽培プラント1には、この他に、収穫した栽培植物の出荷準備や用具の洗浄等をおこなうための出荷・洗浄室14、育成室10や育苗室11をモニタリングする中央監視設備が設置される管理室15、作業員等のロッカー室16が適宜設けられている。また、屋外には、空調室外機22や後述する植物栽培システム2の一部をなす供給タンク44、戻り液タンク45、冷温水槽67、ヒートポンプチラー68が配設されている。
育苗棚31で育成された苗が、育成棚30に移し替えられ、その後栽培植物Pとして育成される。なお、図2に示すように、育成室10および育苗室11は半地下状に掘り下げられ、フロアレベルから下方が配管・配線スペース32として構成されている。
育成室10および育苗室11は密閉可能な構造を有しており、各室には空調機34、35、36が適宜設置されている。これにより、育成室10および育苗室11の温度や湿度が、年間を通して植物の生育に最適な一定範囲に調整されている。
なお、植物栽培システム2には、電磁弁や逆流を防止する逆止弁、さらに排液を再利用しない場合にそのまま排出する排出手段等が必要に応じて各所に適宜設けられるものとする。
各栽培ベッド40から排出された養液Aは、排液管42を介して、土間地下に埋設されるポンプ槽50に収集されたのち、汲み上げポンプP2によってポンプアップされ、戻り液タンク45に回収される。ポンプ槽50と戻り液タンク45との間には、ゴミ取りカゴ52が介設されており、ここで汚泥等の大きなゴミが取り除かれる。
このようにして、供給タンク44に貯留される養液Aが、栽培植物Pの生育に最良のものとなるように常時保たれている。
栽培ベッド40の段数は、植物の種類等によっても異なるが、3〜9段程度とするのが作業性や生産効率の点から好ましい。
育成用植付パネル73bは、図10(a)(b)に示すとおり、育苗用植付パネル73aよりも、配置されるポット受孔の数が少なくなっている。その他の構成は、育苗用植付パネル73aと同様である。
上記育苗用植付パネル73aを用いて栽培植物Pを種の状態から育苗し、苗の状態になると、ポット受孔79aから培地を育成用植付パネル73bに植え替える。育苗用植付パネル73aと育成用植付パネル73bとは、ポット受孔の直径及び深さが略等しいため、培地はどちらにも容易に挿入できる。そして、育苗用植付パネル73aを栽培槽72から取り外し、該育成用植付パネル73bを栽培槽72に嵌着する。もちろん、あらかじめ植付パネルが嵌着されていない栽培槽を用意しておき、この栽培槽を用いてもよい。このように、二種類の植付パネルを用いることにより、苗の状態までは育苗用植付パネル73aを用いることで、より少ない植付パネル数で育成することができ、栽培に要される養液や照明を抑制できるため、経済的かつ効率よく栽培できる。また、育成用植付パネル73bは、ポット受孔間の配置間隔が広いため、育成用植付パネル73bへと移すことにより、栽培植物Pが苗の状態からさらに成長しても、互いに接触することなく、育成が阻害されることはない。
また、植付パネル73を固定しておき、養液Aの満ちた栽培槽72を上下させる構成とすることもできる。
人工光源80は、栽培植物Pの成長に応じて上下移動させられる。光の強度や量が不足すると栽培植物Pの成長が遅れ、逆に過剰であると栽培植物Pに焼け等が生じる結果となる。上記人工光源80の構成によれば、人工光源80と栽培植物Pとの間の距離が常に適正(通常10〜20cm程度)に保たれ、栽培植物Pの成長を促進することが可能となる。
軸ボルト100は、全長にわたって螺子が刻設されたものであり、図6(a)(b)に示すように、駆動部118の略中央位置に前後に延在して設けられている。アーム101a,101bは、図6(a)(b)に示すように、左右対称のくの字状に形成されており、従動部102a,102bを介してそれぞれ開閉自在となされている。アーム101a,101bの先端部には、螺合部104,104が、アーム101a,101bに対して回動自在に接続されている。そして、この螺合部104,104を介して、アーム101a,101bが平面視菱形状となるように、軸ボルト100に螺合されている。
上記螺合部104,104は、互いに逆向きの螺子が切られており、軸ボルト100の回転に伴って、螺合部104,104が、軸ボルト100に沿って互いに近づいたり離れたりして前後対称の移動をおこなう。これに従って、螺合部104,104に接続されるアーム101a,101bが左右方向に伸縮する。つまり、アーム101a,101bがそれぞれ開き角度を大小変化させながら、従動部102a,102bが軸ボルト100に略直行して互いに近づいたり離れたりして、左右対称の移動を行う。そして、天井部115の四隅近傍が、ワイヤー等の吊設部材110を介して従動部102a,102bに連結されていることから、従動部102a,102bの上記移動に連係して、天井部115が上下に移動可能となるものである。
軸ボルト100は全長にわたって螺子が刻設されたものであり、図13(a)(b)に示すように、駆動部118の略中央に前後して延在して設けられている。内側滑車107a,107bは、図13(a)(b)に示すように、螺合部104,104と線で結んだ場合に平面視菱形状となるよう、左右にそれぞれ、近接して2個ずつ駆動部118に固定して設けられている。外側滑車108a,108bは、図13(a)(b)に示すように、内側滑車107a,107bから軸ボルト100と垂直方向外側に、近接して2個ずつ駆動部118に固定して設けられている。
そして、1つの螺合部104には左右に1本ずつワイヤー等の吊設部材70が着設されており、各吊設部材70は、内側滑車107a,107b及び外側滑車108a,108bを介して、それぞれ駆動部118の該螺合部側の四隅へと延伸される。もう一方の螺合部104からも同様に左右に1本ずつ吊設部材70が内側滑車107a,107b及び外側滑車108a,108bを介して四隅へと延伸される。そして、駆動部118の四隅には開口部が設けられており、それぞれの吊設部材70は該開口部を遊貫して、天井部115へと連結される。
上記螺合部104,104は、互いに逆向きの螺子が切られており、軸ボルト100の回転に伴って、螺合部104,104が、軸ボルト100に沿って互いに近づいたり離れたりして前後対称の移動をおこなう。これに従って、螺合部104,104から内側滑車107a,107bまでの吊設部材70の距離が長短に変化する。つまり、螺合部が軸ボルト***に近づけば近づくほど内側滑車との距離は短くなるし、逆に離れれば離れるほど内側滑車との距離は長くなる。各吊設部材70自体の長さは変化しないため、螺合部104,104の近づいたり離れたりする前後対称の移動に連係して、螺合部104,104から内側滑車107a,107bまでの吊設部材70の長さが長短変動し、よって、天井部115が上下に移動可能となるものである。
上記構成により、人工光源80と栽培植物Pとの間の距離を常に栽培植物Pの成育に最も適した距離に保つことが可能となる。
冷却後の空気は、育成室10内に拡散させ、育成室10の空気と混同させて空調機で冷やし、これを循環させるようにしてもよい。
図7、図8に示すとおり、第2の実施例に係る空調装置116の形状は、栽培ベッド40の長辺の長さに略相当する全長を有する筒状であり、天井の一方の長辺側に沿って近接して設けることを特徴とする。
空調装置116は、上下方向に移動可能な天井部115に吊り下げて設け、天井部の昇降動作に連動して空調装置116も昇降することとする。固着手段としては、例えば、図8に示すとおり、バンド状の取付金具133を用いることが考えられる。空調装置116は、伸縮自在のフレキシブルダクト131および分岐ダクト132を介して、架台70に近接して設けられた空調装置用ダクト130に接続されている。空調装置用ダクト130は、上記空調機34から延出するダクト34aの吹出し口に接続されることとしてもよいし、別の空気発生源から空気を取り込むこととしてもよい。
空調装置116のやや上部所定の位置には、多数の噴出口135a,135bが、千鳥状の上下二段に設けられている。そして、下側の噴出口135aから、栽培ベッド40に植え付けられている栽培植物Pに向けて、温度、湿度、CO2濃度等が調整された空気が噴出される。
天井部115の昇降動作に連動して空調装置116も昇降する構成とすると、天井部115の上下位置に関係なく、いつでも上側の噴出口135bからは、人工光源80に向けて、15℃前後の低温の空気が噴出される。これにより、人工光源80付近あるいは真下に停滞する熱を拡散させ、人工光源80自体も冷却することで、栽培ベッドの周囲(特に上部空間)の温度の上昇をより確実に抑制し、栽培植物Pの生育に悪影響が生じるのを防止することができるのである。
本発明の植物栽培プラント1及び植物栽培システム2は、すべて機械室12に設置されているコンピュータによって制御されており、管理室15あるいはその近辺に設置される小型モニターによって、全体監視及び全体操作が可能になっている。
小型モニターには、通常、図1のようにシステム全体を監視する「全体監視画面」が表示されている。この画面では、主に、各段の栽培ベッド40の温度、供給タンク44の温度等、戻り液タンク45の温度、養液のヒートポンプチラー68通過前後の温度、室内外の温度や湿度等、植物栽培システム2を稼動させる上で重要な情報を確認することができる。
また、小型モニターは、タッチパネル式となっており、画面に触れることで、各種のシステム操作が可能となる。例えば、植物栽培システムは自動モードと手動モードとの切り替えが可能であり、通常は自動モードにしておくことで、植物栽培プラント1における植物の栽培に最も適した環境が維持されることとなる。また、各段の栽培ベッドごとに異なる植物を栽培するため、各段ごとに異なる温度・湿度設定にしたい場合や、なんらかの事情により自動モードでは植物の栽培に支障が生じる場合は、手動モードにすることにより、不都合な部分のシステム操作を個別に行うことが可能となる。
以下、小型モニターを用いた植物栽培システム2の操作方法の一例を、図12A〜図12Cを用いて説明する。ここでは、所定の栽培ベッド40への養液の供給あるいは停止を手動で行うこととする。まず、図11の「全体監視画面」において、下側の各種パネルボタンから「メインメニュー」ボタンを押すことで、図12Aの「メインメニュー画面」に画面が切り替わる。次に、各システムを操作する場合は、「メインメニュー画面」において、「運転操作画面」のボタンを押すことにより、図12Bの「運転操作メニュー」画面に切り替わる。続いて、「弁手動操作(トレー2)」ボタンを押すことで、「手動操作(育成2トレー用弁)」画面(図12C)に切り替わり、この画面上で、所定の栽培ベッドに養液Aを供給あるいは停止するための電磁弁の開閉が可能となる。また、電磁弁の開閉は、栽培ベッド各段ごとに可能であるため、1段目は養液Aを供給して、2段目は供給を停止する、といった制御も行える。なお、各種画面の下側の各種パネルボタンから「メインメニュー」ボタンを押すことで、「メインメニュー画面」に戻る。
植物栽培プラント1及び植物栽培システム2をコンピュータ制御とし、システムの稼動状態をモニターで監視可能とし、さらにシステムをモニター上で操作可能としたことにより、育成室10の内部の状況をモニター上で容易に把握でき、育成室10内に入ることなく各種弁やタンク、照明装置をモニター上で操作できるため、植物の栽培に際し、人的負担が軽減される。
このような構成により、建物内の別室や建物外の施設等の遠隔から、植物栽培プラント1及び植物栽培システム2を全体監視・操作でき、育成室10、機械室12、管理室15近辺、さらには植物栽培プラントが設置される建物内に人が常駐しなくとも、植物の栽培を継続して行うことができる。また、植物栽培システムに異常が生じた際にも、端末を通して異常を感知し、その場で端末により植物栽培システムを操作できるため、システムの誤作動等の異常にも遠隔から容易に対応することができる。
2 植物栽培システム
10 育成室
11 育苗室
12 機械室
18 屋根
19 外壁体
20 屋上緑化
30 育成棚
31 育苗棚
34、35 空調機
40 栽培ベッド
44 供給タンク
45 戻り液タンク
47 ろ過装置
48 殺菌装置
55 オゾン発生器
57 液濃度センサー
58 液位置センサー
59 液温度センサー
72 栽培槽
73 植付パネル
73a 育苗用植付パネル
73b 育成用植付パネル
76 流路
79,79a,79b ポット受孔
80 人工光源
81 走行装置
84 空調装置
85 送風口
86 排気ファン
87 空気通路
91 溢流堰
92 小孔
100 軸ボルト
101a,101b アーム
107a,107b 内側滑車
108a,108b 外側滑車
110 吊設部材
115 天井部
116 空調装置
118 駆動部
A 養液
P 栽培植物
P’ 植物根
Claims (7)
- 栽培植物が植え付けられ、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持される栽培ベッドと、
各栽培ベッドの上方に設けられ、栽培植物の成長に応じて上下に移動させられる人工光源と、
送風口または送風ファンを有し、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、CO2濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置と、を備えた植物栽培システムであって、
該栽培ベッドが、
上部開放箱型の栽培槽と、
該栽培槽の上部に嵌着され、該栽培槽の底面との間に、養液の流路を形成するとともに、該流路に向けて植物根が露出するようにして栽培植物を植付状態とする植付パネルと、から構成され、
該栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、該養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されており、
該空調装置は、該人工光源と連動して上下に移動させられるとともに、
該栽培ベッドに植え付けられる栽培植物および該人工光源に向けて、温度、湿度、CO 2 濃度等が調整された空気を噴き出す噴出口を有していることを特徴とする、
植物栽培システム。 - 該栽培ベッドに供給される該養液を貯留するとともに、該養液の濃度、容量、温度を一定の値に保持できる自動管理手段を有する供給タンクと、
該栽培ベッドから排出された該養液を回収するための戻り液タンクと、
該供給タンクと該戻り液タンクとの間に介設され、該戻り液タンクから該供給タンクに移される該養液のろ過および殺菌をおこなうためのろ過装置およびオゾン発生器を含む殺菌装置と、を備えた請求項1に記載の植物栽培システム。 - 該栽培ベッドと並行して上部に設けられ、該栽培ベッドと同程度の面積を有する天井部を有しており、
該天井部は栽培植物の成長に応じて上下に移動させられ、
該天井部に該人工光源が設けられていることを特徴とする、
請求項1または請求項2に記載の植物栽培システム。 - 該流路の下流側に、上部空間が開放された溢流堰が形成され、
該溢流堰の下部には、養液の供給を停止した際に流路の養液をすべて排出するための小孔が設けられていることを特徴とする、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の植物栽培システム。 - 表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部からなる植付パネルであって、
前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は植付パネルの高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態とした植付パネルを用いることを特徴とする、
請求項1から請求項4のいずれかに記載の植物栽培システム。 - 植物栽培システムの稼動状況を表示するための表示部と、
該植物栽培システムを構成する機器や装置の作動状態を監視できる監視手段と、
該植物栽培システムを構成する機器や装置を操作できる操作手段と、
を備えることにより、
該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能とし、
及び/又は
該植物栽培システムをネットワーク回線に接続し、遠隔地にある端末を該ネットワーク回線と接続することにより、端末を用いて遠隔から該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能としたことを特徴とする、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の植物栽培システム。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の植物栽培システムが設けられてなり、
太陽光が遮断され、断熱性を有する屋根および外壁体にて覆われるとともに、該屋根には屋上緑化が施されている植物栽培プラント。
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