JP5378662B2

JP5378662B2 - 水耕栽培装置

Info

Publication number: JP5378662B2
Application number: JP2007202978A
Authority: JP
Inventors: 英志郎坂谷
Original assignee: 徳寿工業株式会社
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: JP2009034064A; CN101883484A; WO2009019804A1; CN101883484B

Description

本願発明は、植物の水耕栽培を行なう水耕栽培装置に関するものである。

近年、図４に示すように、植物の水耕栽培による育成に際して、多段の棚１０１を備えた育成棚１０２の各棚１０１上にそれぞれ栽培容器１０３を載置するとともに、各棚１０１に設けた照明装置１０４によって上記各栽培容器１０３に植えられた植物を照明する（直接照明方式）ことでその生育を促進させるようにした水耕栽培装置１００が使用されることが多い。そして、この場合、上記育成棚１０２を、空調された栽培室１０７内に設置して、最適な育成環境で植物の育成を行なうのが通例であり、また、上記照明装置１０４として、各棚１０１の上方位置に、直状の蛍光灯１０５を複数本配置して構成するのが一般的である（特許文献１参照）。

さらに、このような、直状の蛍光灯１０５を用いた直接照明方式の照明装置１０４において、照度の均等化を図るために、反射笠１０６を用いるのが通例である（特許文献２参照）。

特開２００１−３４６４５０号公報特開昭６０−２２５３０２号公報。

ところで、図４あるいは特許文献１に示される従来の水耕栽培装置のように、直状の蛍光灯１０５を複数本配置して構成された照明装置１０４によって栽培容器１０３に植栽された植物１０８を照明するようにした水耕栽培装置１００においては、以下のような問題があった。

即ち、照明装置１０４が直接照明方式であるため、植物１０８に近接させた近接照明とすると、蛍光灯１０５からの発熱や放射熱によって植物１０８に葉焼けが生じることが懸念される。このようなことから、蛍光灯１０５と植物１０８との間隔を広くとった離間照明とせざるを得ず、その結果、各棚１０１間の間隔が広くなり、所定高さ範囲内に配置可能な棚１０１の段数が少なくなることから、空間の有効利用度が低下し、水耕栽培装置１００のイニシャルコスト及びランニングコストの上昇を招来するとともに、水耕栽培装置１００としての生産性が低くなる。

また、離間照明であることから、照明効率が悪く、そのため、植物１０８の育成に最適な照度を確保すべく、蛍光灯１０５の本数を多くすることが必要であり、その結果、蛍光灯１０５の使用本数が多い分だけ、照明用の電力消費が嵩み水耕栽培装置１００のランニングコストのさらなる上昇を招来するとともに、蛍光灯１０４からの発熱によって周辺雰囲気の温度が高くなり植物１０８の生育環境に悪影響を及ぼすとか、蛍光灯１０４からの発熱によって、水耕栽培装置１００内において上下方向の温度差が大きくなり、温度の高い上段側の栽培容器１０３に植えられた植物１０８と、温度の低い下段側の栽培容器１０３に植えられた植物１０８の間で生育度合いが異なり生育の均一性が低下する、等のことが懸念され、このような状況を回避するために行なわれる栽培室１０７内の空調に伴う費用が高くつき、延いては水耕栽培装置１００のランニングコストの上昇を招来することになる。

そこで本願発明では、植物の育成において、イニシャルコスト及びランニングコストを低く抑えるとともに、高い生産性と高品質の植物育成を実現し得るようにした水耕栽培装置を提供することを目的としてなされたものである。

本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。

本願の第１の発明に係る水耕栽培装置では、室温が調整された栽培室１内に、上面が開口し且つ養液Ｌが貯留される栽培容器３の底壁３ａの下面に複数の照明器４、４、・・を取付けてなる栽培器ユニット２を上下方向に所定間隔をもって多段に配置する一方、養液タンク２５内の養液Ｌを、該養液タンク２５と上記各栽培器ユニット２、２、・・の各栽培容器３、３、・・の間で循環させるとともに、上記養液Ｌの循環経路中に冷却ユニット２７を介設し、上記各栽培容器３、３、・・からの還流養液Ｌを放熱冷却して上記各栽培容器３、３、・・へ供給するように構成し、上記栽培容器３内の養液Ｌに浮置される水耕ベッド１０を、薄板状の底壁１０ａと該底壁１０ａの周縁から立ち上がる周壁１０ｂを備えた樹脂材又は金属材で形成された浅皿状形体とし、且つ上記底壁１０ａには該底壁１０ａ上に開口して上方へ立ち上がる筒状の植栽用開口１３、１３、・・を設けたことを特徴としている。

本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る水耕栽培装置において、上記栽培器ユニット２に、上記各照明器４、４、・・の外側を覆うように透明又は半透明の素材からなるカバー材５を設けたことを特徴としている。

本願の第３の発明では、上記第２の発明に係る水耕栽培装置において、上記カバー材５に、該カバー材５の内部空間８を上記栽培室１内に連通させる通気口６，７を設けたことを特徴としている。

本願発明では次のような効果が得られる。

（ａ）本願の第１の発明に係る水耕栽培装置では、室温が調整された栽培室１内に、上面が開口し且つ養液Ｌが貯留される栽培容器３の底壁３ａの下面に複数の照明器４、４、・・を取付けてなる栽培器ユニット２を上下方向に所定間隔をもって多段に配置する一方、養液タンク２５内の養液Ｌを、該養液タンク２５と上記各栽培器ユニット２、２、・・の各栽培容器３、３、・・の間で循環させるとともに、上記養液Ｌの循環経路中に冷却ユニット２７を介設し、上記各栽培容器３、３、・・からの還流養液Ｌを放熱冷却して上記各栽培容器３、３、・・へ供給するように構成し、さらに上記栽培容器３内の養液Ｌに浮置される水耕ベッド１０を、薄板状の底壁１０ａと該底壁１０ａの周縁から立ち上がる周壁１０ｂを備えた樹脂材又は金属材で形成された浅皿状形体とし、且つ上記底壁１０ａには該底壁１０ａ上に開口して上方へ立ち上がる筒状の植栽用開口１３、１３、・・を設けている。

（ａ−１）従って、上段側の栽培器ユニット２の上記照明器４、４、・・と、下段側の栽培器ユニット２の栽培容器３とは上下方向において対向しており、該栽培容器３内の養液Ｌに浮置された水耕ベッド１０に植栽された植物１１は、上段側の栽培器ユニット２の上記照明器４、４、・・に直接臨むことから、該照明器４、４、・・の発生熱によって昇温した高温空気、及び該照明器４、４、・・からの放射熱に晒されることから植物１１に葉焼けが生じることも懸念される。

しかし、この発明では、上記照明器４、４、・・が上記栽培容器３の底壁５ａの下面に取付けられているため、該照明器４、４、・・の発生熱とか照明器４、４、・・からの放射熱の一部は上記栽培容器３の底壁３ａを熱伝導により移動し、該栽培容器３内の養液Ｌに吸収され、この養液Ｌ側への吸収熱量だけ下段側の栽培器ユニット２の植物１１に伝達される熱量が減少する（換言すれば、植物１１への熱影響が低減される）ことになる。また、養液Ｌに吸収された熱は、該養液Ｌが上記栽培容器３と養液タンク２５の間で循環する際、上記冷却ユニット２７において放熱されるため、該栽培容器３内の養液Ｌは上記熱の吸収にも拘らず常時適正温度に維持され、上記栽培容器３での養液Ｌへの吸熱作用は継続的に行なわれる。

従って、上記栽培容器３の養液Ｌ側への熱吸収によって上記植物１１への熱影響が軽減されることから、例えば、上段側の栽培器ユニット２と下段側の栽培器ユニット２の配置間隔を狭めること、即ち、上記栽培器ユニット２の多段配置の段数を増加させて空間の有効利用度を高めることができ、これによって、水耕栽培装置のイニシャルコスト及びランニングコストの低減が可能になるとともに、水耕栽培装置全体としての植物生産性が向上することになる。

（ａ−２）また、上段側の栽培器ユニット２と下段側の栽培器ユニット２の配置間隔が狭められることで、上記照明器４の照明効率が高められる。この結果、例えば、照明効率の向上分だけ照明器４の配置個数を減らせて照明用の電力消費を抑えることで、水耕栽培装置のランニングコストのさらなる低減が期待できる。

（ａ−３）さらに、上記栽培容器３内の養液Ｌに浮置される水耕ベッド１０を、薄板状の底壁１０ａと該底壁１０ａの周縁から立ち上がる周壁１０ｂを備えた樹脂材又は金属材で形成された浅皿状形体とし、且つ上記底壁１０ａには該底壁１０ａ上に開口し且つ上方へ立ち上がる筒状の植栽用開口１３、１３、・・を設けているので、上記水耕ベッド１０は、例えば、これを発泡樹脂材で構成する場合に比して、その伝熱性が高く、そのため、上記養液Ｌの表面側がここに浮置された水耕ベッド１０によって覆われていたとしても、上段側の栽培器ユニット２の各照明器４、４、・・において発生した熱の下段側の栽培器ユニット２における栽培容器３内の養液Ｌへの吸収作用が確保される。即ち、上下方向に対向する一対の栽培器ユニット２，２間における熱移動が促進される。

この結果、同一の栽培器ユニット２内での熱移動、即ち、栽培容器３の底壁３ａを通して該栽培容器３内の養液Ｌへの熱移動との相乗作用によって、上記（ａ−１）及び（ａ−２）に記載の効果がより一層促進される。

（ｂ）本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る水耕栽培装置において、上記栽培器ユニット２に、上記各照明器４、４、・・の外側を覆うように透明又は半透明の素材からなるカバー材５を設けているので、該カバー材５によって、熱の発生源である各照明器４、４、・・の近傍の内部空間８と、その外側の空間とが区画され、上記内部空間８から外側の空間への対流による熱伝熱が阻止される。この結果、上記栽培容器３の養液Ｌ側への熱吸収作用が促進されるとともに、下段側の栽培器ユニット２における植物１１に対する熱影響が軽減され、これらの相乗作用によって、上記（ａ）に記載の効果がより一層促進される。

（ｃ）本願の第３の発明では、上記カバー材５に、該カバー材５の内部空間８を上記栽培室１内に連通させる通気口６，７を設けているので、上記栽培室１の空調に伴って該栽培室１内を循環する空気流の一部は、上記通気口６，７から上記内部空間８内に流出入するが、その際、上記内部空間８内に存在する熱のうち、上記栽培容器３の養液Ｌ側に吸収されなかった熱は、該内部空間８に流出入する室内空気側に吸収され、その結果、下段側の栽培器ユニット２における植物１１に対する熱影響がさらに軽減され、上記（ｂ）に記載の効果がより一層確実ならしめられる。

以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。

［実施形態］
図１には、本願発明の実施形態に係る水耕栽培装置を示している。この水耕栽培装置は、空気調和機２８によって室温が調整された所定大きさの栽培室１内に、次述の栽培器ユニット２を上下方向に多段（例えば、６段とか８段）に配置して構成される。

栽培器ユニット２は、図１及び図２に示すように、次述する栽培容器３と各照明器４を備えて構成される。

上記栽培容器３は、所定大きさの矩形浅皿状の外観形体をもつように形成され、その内部には養液Ｌが貯留されるとともに、該養液Ｌの液面上には植物１１が植栽される複数の水耕ベッド１０が浮置される。この栽培容器３は、後述のように上記養液Ｌを放熱用の熱媒体として利用する関係から、伝熱性の良好な素材、例えば、銅板、鉄板、良伝熱性の樹脂板等によって形成される。

また、この栽培容器３は、後述する養液循環系の一部を構成するもので、該栽培容器３の長辺方向の一端側から養液供給管２１を介して養液Ｌが供給されるとともに、該栽培容器３の他端側から養液還流管２２を介して該栽培容器３内の養液Ｌが排出されるようになっている。

上記栽培容器３の底壁３ａの下面には、取付具９によって直管状の蛍光灯でなる照明器４が、該栽培容器３の長辺方向に所定間隔で、且つその照射光が下方へ指向するようにして、複数個（この実施形態では９個）取付けられている。

このように構成された栽培器ユニット２は、図１及び図２に示すように、次述の栽培棚４０にそれぞれ載置される。

上記栽培棚４０は、図１及び図２にそれぞれ鎖線図示するように、矩形の平面形体をもつ多段枠状体であって、複数本の支柱４１、４１、・・と、前面側の各支柱４１、４１、・・間及び背面側の各支柱４１、４１、・・間を多段位置で水平方向に連結する横桁材４２、４２、・・と、前面側の横桁材４２と背面側の横桁材４２同士を連結する支持桟４３、４３、・・を備えている。

上記栽培器ユニット２は、上記栽培棚４０の各段の支持桟４３、４３、・・上にそれぞれ載置される。この栽培器ユニット２の載置状態を図２に示している。この載置状態では、上記栽培棚４０の支持桟４３上に上記栽培容器３の底壁３ａが直接載置され、該底壁３ａに取付けられた上記各照明器４、４、・・は、上記各支持桟４３、４３、・・間に位置している。

尚、最上段に載置された栽培器ユニット２においては、その栽培容器３の上面が蓋によって覆われており、該栽培容器３には、他の栽培器ユニット２と同様に、養液Ｌが貯留されるものの、ここには上記水耕ベッド１０は設けられていない。

このように上記栽培器ユニット２を載置した状態において、該栽培器ユニット２の下方側に次述のカバー材５が取付けられる。このカバー材５は、該各照明器４、４、・・の外側をその下側及び側方から覆うように配置された透明又は半透明のアクリル板とかフィルムで構成されるもので（この実施形態では透明のアクリル板で構成している）、上記各照明器４、４、・・をその下側から覆う底面部５ａと、該各照明器４、４、・・をその側方から覆う側面部５ｂを備えており、取付ブラケット４４、４４、・・を介して上記支柱４１側に取付けられている。

そして、このカバー材５の取付状態においては、該カバー材５の底面部５ａの周縁部分には通気口６が、該カバー材５の側面部５ｂの上端部分には通気口７が、それぞれ設けられている。従って、上記通気口６及び通気口７を介して、上記カバー材５の内側の内部空間８は上記栽培室１の室内空間に連通している。

上記栽培器ユニット２を上記栽培棚４０の格段にそれぞれ載置した状態を図１に示している。この状態では、上記各栽培器ユニット２、２、・・は、上下方向に所定間隔をもって多段に配置されている。このように多段に配置された上記各栽培器ユニット２、２、・・の各栽培容器３、３、・・と上記栽培室１内に配置された養液タンク２５の間で養液Ｌを循環させるために、次述の養液循環系２０が備えられている。

上記養液循環系２０は、養液Ｌを養液ポンプ２６の圧送作用によって上記各栽培容器３、３、・・に供給するための養液供給管２１と、該各栽培容器３、３、・・内の養液Ｌを上記養液タンク２５へ還流させるための養液還流管２２を備えるとともに、該養液供給管２１と養液還流管２２の間には、上記栽培室１の室外側に設置された冷却ユニット２７が介設されている。

上記冷却ユニット２７は、養液還流管２２から導入される養液Ｌを冷却し、これを再度上記養液供給管２１側へ吐出するものであって、例えば、水冷又は空冷のチラーで構成される。

ここで、上記栽培器ユニット２を備えて構成される水耕栽培装置の使用状態等について説明する。

上記水耕栽培装置を使用して植物を栽培する場合には、図１に示すように、上記栽培棚４０に多段載置された各栽培器ユニット２、２、・・の各栽培容器３、３、・・に養液Ｌを満たし、ここに植物１１を植栽した水耕ベッド１０を適数枚だけ浮置する。また、上記各栽培器ユニット２、２、・・の下面に取付けられた上記各照明器４、４、・・を点灯させ、その下側に位置する下段側の栽培器ユニット２における栽培容器３の植物１１、１１、・・に対して照明を行ない、その光合成を促進させてその生育を促す。

一方、上記栽培室１の室内温度は、上記空気調和機２８によって植物１１の栽培に最適な温度に調整される。また、上記各栽培容器３には、上記養液タンク２５からの養液Ｌが、上記冷却ユニット２７において水耕栽培に適した温度（１９℃程度）に冷却（放熱）されたのち、養液供給管２１を通して供給されるとともに、該栽培容器３内にある養液Ｌは上記養液還流管２２を通して上記養液タンク２５側へ還流され、これによって養液Ｌ（熱吸収により昇温した養液Ｌ）は上記各栽培容器３、３、・・と上記養液タンク２５の間で循環することになる。

このように水耕栽培装置を用いて植物１１の栽培が行なわれるが、この場合、上段側の栽培器ユニット２の上記照明器４、４、・・と、下段側の栽培器ユニット２の栽培容器３とは上下方向において対向しており、該栽培容器３内の養液Ｌに浮置された水耕ベッド１０に植栽された植物１１は、上段側の栽培器ユニット２の上記照明器４、４、・・に直接臨むことから、該照明器４、４、・・の発生熱によって昇温した高温空気、及び該照明器４、４、・・からの放射熱に晒されることになる。

しかし、この実施形態では、
（イ）上記照明器４、４、・・が上記栽培容器３の底壁３ａの下面に直接取付けられているため、該照明器４、４、・・の発生熱とか照明器４、４、・・からの放射熱の一部は上記栽培容器３の底壁３ａを熱伝導によって移動し（図２の白抜き矢印Ｈ１参照）、該栽培容器３内の養液Ｌに吸収され、この養液Ｌ側への吸収熱量だけ下段側の栽培器ユニット２の植物１１に伝達される熱量が減少することになる。また、吸熱により温度が高くなった養液Ｌは、上記栽培容器３と養液タンク２５の間で循環する際、上記冷却ユニット２７において放熱されるため、該栽培容器３内の養液Ｌは上記熱の吸収にも拘らず常時適正温度に維持され、上記栽培容器３での養液Ｌへの吸熱作用は継続的に行なわれる。
（ロ）さらに、上記栽培器ユニット２に、上記各照明器４、４、・・の外側を覆うように透明又は半透明の素材からなるカバー材５が設けられているので、該カバー材５の内側の内部空間８内の空気は、上記各照明器４、４、・・からの発熱によって昇温しても、これが対流によって下段側の栽培器ユニット２の植物１１近傍へ移動するのが抑制され、該植物１１への熱影響が抑えられる。また、この場合、上記内部空間８内の高温空気は上記内部空間８内に封入された状態となることから、上記栽培容器３の養液Ｌ側への熱吸収作用が促進される。
（ハ）上記カバー材５に、上記内部空間８を上記栽培室１内に連通させる通気口６、７が設けられているので、上記空気調和機２８による上記栽培室１の空調に伴って該栽培室１内を循環する空気流Ａの一部は、図２にＡで示すように、下側の通気口６から上記内部空間８内に流入し、上側の通気口７から栽培室１内へ流出するように流れる。この際、上記内部空間８内に存在する熱のうち、上記栽培容器３の養液Ｌ側に吸収されなかった熱は、該内部空間８に流出入する空気流Ａに吸収され、該空気調和機２８での熱交換によって外部へ放熱される。

これら（イ）〜（ハ）の相乗効果として、上記各照明器４、４、・・側の発生熱及び該各照明器４、４、・・からの放射熱が下段側の栽培器ユニット２の植物１１に与える熱影響が可及的に小ならしめられ、それだけ上段側の栽培器ユニット２と下段側の栽培器ユニット２の配置間隔を狭めることが可能となる。

この結果、照明器４による近接照明が実現され、照明器４の配置個数の減少によるイニシャルコストの低下、あるいは照明器４の消費電力の低減によるランニングコストの低下を図ることができる。

また、上記栽培器ユニット２の多段配置の段数を増加させて空間の有効利用度を高めることができるとともに、上記栽培室１の高さを低くすることができることから、水耕栽培装置のイニシャルコスト及びランニングコストの更なる低減が可能となる。

さらに、本願の実施形態では、上記水耕ベッド１０を次のように構成している。即ち、該水耕ベッド１０は、図２及び図３に示すように、薄板状の底壁１０ａと該底壁１０ａの周縁から立ち上がる周壁１０ｂを備えた浅皿状形体を有し、樹脂材又は金属材によって一体形成されている。そして、この底壁１０ａには、該底壁１０ａ上に開口して上方へ立ち上がる筒状の植栽用開口１３、１３、・・が設けられている。

このように、上記水耕ベッド１０を樹脂材又は金属材によって浅皿状に形成した場合には、例えば、該水耕ベッド１０を発泡樹脂材で構成する場合に比して、その伝熱性が高く、そのため、上記養液Ｌの表面側がここに浮置された水耕ベッド１０によって覆われていたとしても、上段側の栽培器ユニット２の各照明器４、４、・・において発生した熱の下段側の栽培容器３内の養液Ｌへの吸収作用が確保される。即ち、上段側の栽培器ユニット２と下段側の栽培器ユニット２との間における熱移動が促進される（図２の白抜き矢印Ｈ２参照）。

この結果、同一の栽培器ユニット２内での熱移動、即ち、上記栽培容器３の底壁３ａを通して行なわれる上記各照明器４、４、・・側から上記栽培容器３内の養液Ｌ側への熱移動（図２の白抜き矢印Ｈ１参照）との相乗作用によって、下段側の栽培器ユニット２における上記植物１１に対する上記各照明器４、４、・・側からの熱影響がより一層低減され、延いてはより一層の近接照明が可能となり、水耕栽培装置のイニシャルコスト及びランニングコストの更なる低減が期待できる。

本願発明の実施形態に係る栽培器ユニットを備えた水耕栽培装置の全体構成を示す斜視図である。図１における栽培器ユニット部分の拡大断面図である。図２に示した水耕ベッドの斜視図である。従来の水耕栽培装置の側面図である。

１・・栽培室
２・・栽培器ユニット
３・・栽培容器
４・・照明器
５・・カバー材
６・・通気口
７・・通気口
８・・内部空間
１０・・水耕ベッド
１１・・植物
１３・・植栽用開口
２０・・養液循環系
２１・・養液供給管
２２・・養液還流管
２５・・養液タンク
２６・・養液ポンプ
２７・・冷却ユニット
２８・・空気調和機
４０・・栽培棚
４１・・支柱
４２・・横桁材
４３・・支持桟
４４・・取付ブラケット
Ｌ・・養液
Ａ・・空気流

Claims

室温が調整された栽培室（１）内に、上面が開口し且つ養液（Ｌ）が貯留される栽培容器（３）の底壁（３ａ）の下面に複数の照明器（４）、（４）、・・を取付けてなる栽培器ユニット（２）を上下方向に所定間隔をもって多段に配置する一方、
養液タンク（２５）内の養液（Ｌ）を、該養液タンク（２５）と上記各栽培器ユニット（２）、（２）、・・の各栽培容器（３）、（３）、・・の間で循環させるとともに、
上記養液（Ｌ）の循環経路中に冷却ユニット（２７）を介設し、上記各栽培容器（３）、（３）、・・からの還流養液（Ｌ）を放熱冷却して上記各栽培容器（３）、（３）、・・へ供給するように構成され、
上記栽培容器（３）内の養液（Ｌ）に浮置される水耕ベッド（１０）が、薄板状の底壁（１０ａ）と該底壁（１０ａ）の周縁から立ち上がる周壁（１０ｂ）を備えた樹脂材又は金属材でなる浅皿状形体を有し、且つ上記底壁（１０ａ）には該底壁（１０ａ）上に開口して上方へ立ち上がる筒状の植栽用開口（１３）、（１３）、・・が設けられていることを特徴とする水耕栽培装置。
請求項１において、
上記栽培器ユニット（２）には、上記各照明器（４）、（４）、・・の外側を覆うように透明又は半透明の素材からなるカバー材（５）が設けられていることを特徴とする水耕栽培装置。
請求項２において、
上記カバー材（５）には、該カバー材（５）の内部空間（８）を上記栽培室（１）内に連通させる通気口（６）、（７）が設けられていることを特徴とする水耕栽培装置。