JP6089229B2

JP6089229B2 - 植物栽培装置

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Publication number: JP6089229B2
Application number: JP2014051533A
Authority: JP
Inventors: 文夫半沢; 中　裕之; 裕之中; 洋介奥井; 寛志蔭山; 和範田中
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: SG11201607399UA; US10058041B2; TWI662887B; TW201538074A; JP2015173615A; US20160366838A1; WO2015136925A1; CN106061240A

Description

本開示は、植物栽培に関する空調システムに関する。そして、本開示は、複数の栽培ベッドを段上に有する栽培棚に関する。さらに、本開示は、栽培ベッドと栽培プレートを有する栽培システムに関する。また、栽培システムの栽培ベッドに配置される栽培プレートに関する。

特許文献１は、植物が栽培される栽培床と、複数の通気用孔が厚さ方向に形成され、栽培床上に隙間Ｄを空けて重ねられる栽培パネルと、栽培床と栽培パネルとの間に形成された隙間に気体を送り込む空調機構と、を開示する。これにより、植物全体に均一な気流を与えることができる。

特開２０１２―００００２８号公報

本開示の第１の目的は、複数の栽培ベッドを段上に有する栽培棚に対して、より均一な気流を与える空調調整システムを提供することにある。

本開示の第２の目的は、複数の栽培ベッドを段上に有し、より均一に気流を吸気する栽培棚を提供することにある。

第１の目的を達成するため本開示の植物栽培装置は、栽培空間に配置され、栽培ベッドの上部に栽培プレートを配置して構成した栽培ユニットを複数有する栽培棚と、前記栽培空間の上方に配置され、前記栽培棚に向けて空気流を送風する空調機器と、前記空調機器から送風される空気流を前記栽培棚の側面に導く誘引ファンと、前記複数の栽培ユニットに配置され、前記栽培棚の側面から空気流を吸引する吸引設備と、を備え、前記栽培ベッドは、前記吸引設備により空気流が導入される吸気口と、前記空気流を前記栽培プレートへ導く排気口とを備え、前記栽培プレートは、内部に形成した送風路と、前記栽培ベッドの排気口から導入される空気流を前記送風路に供給する吸気口と、栽培植物が配置される上面側に前記送風路に繋がるように形成され、前記植物の下方から空気流を当てる排気口とを備える。

また、第２の目的を達成するため本開示の植物栽培装置は、前記誘引ファンは前記空気流を上方へ導く。

本開示の第１の態様によって、複数の栽培ベッドを段上に有する栽培棚に対して、より均一な気流を与える空調調整システムを提供できる。

また、本開示の第２の態様によって、複数の栽培ベッドを段上に有し、より均一に気流を吸気する栽培棚を提供できる。

実施の形態１における栽培棚の斜視図実施の形態１における栽培施設の空調配置を説明するための模式図従来の栽培施設の空調配置を説明するための模式図実施の形態１に用いることが可能な栽培施設の空調配置及び栽培棚の吸気システムを説明するための模式図（第１パターン）実施の形態１に用いることが可能な栽培施設の空調配置及び栽培棚の吸気システムを説明するための模式図（第２パターン）実施の形態１に用いることが可能な栽培施設の空調配置及び栽培棚の吸気システムを説明するための模式図（第３パターン）実施の形態１に用いることが可能な栽培施設の空調配置及び栽培棚の吸気システムを説明するための模式図（第４パターン）実施の形態１における栽培棚の拡大斜視図実施の形態１における栽培棚に含まれる栽培ユニットの模式断面図実施の形態１における栽培ユニットを構成する栽培プレート及び栽培ベッドを説明するための斜視図実施の形態１における栽培プレートと栽培ベッドとの関係を説明するための模式上面図実施の形態１における栽培プレートと栽培ベッドとの関係を説明するための模式断面図実施の形態１に用いることが可能な、吸気ファンを用いた栽培ユニットを説明するための模式断面図実施の形態１に用いることが可能な、吸気ダクトを用いた栽培ユニットを説明するための模式断面図空調効果を説明するためのシミュレーション結果を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図１〜１０を用いて、実施の形態１を説明する。

図１は、実施の形態１における栽培棚の斜視図である。図２は、実施の形態１における栽培施設の空調配置を説明するための模式図である。図３は、実施の形態１に用いることが可能な栽培施設の空調配置及び栽培棚の吸気システムを説明するための模式図である。図４は、実施の形態１における栽培棚の拡大斜視図である。図５は、実施の形態１における栽培棚に含まれる栽培ユニットの模式断面図である。図６は、実施の形態１における栽培ユニットを構成する栽培プレート及び栽培ベッドを説明するための斜視図である。図７は、実施の形態１における栽培プレートと栽培ベッドとの関係を説明するための模式上面図である。図８は、実施の形態１における栽培プレートと栽培ベッドとの関係を説明するための模式断面図である。図９は、実施の形態１に用いることが可能な、吸気ファンを用いた栽培ユニットを説明するための模式断面図である。図１０は、実施の形態１に用いることが可能な、吸気ダクトを用いた栽培ユニットを説明するための模式断面図である。

［１−１．栽培棚の空調構成］
図１は、栽培棚１００の斜視図を示している。図１には、４つの栽培棚１００の配置を示している。栽培棚１００は、支持パイプ１５０によって複数段に形成された略長方形の棚に、各栽培ユニット９００が配置されている。栽培ユニット９００は、各段に２つずつ配置されている。栽培棚１００は、室内を効率的に利用する観点から、図１のように、並列して配置されることが好ましい。

図２Ａは、並列に配置された複数の栽培棚１００に対して配置される冷風機２００の位置を説明するための図である。冷風機２００には、１馬力〜１０馬力のエアコンを用いることができる。冷風機２００は、天井に吊り下げられて配置されている。冷風機２００は、並列に配置された栽培棚１００の隙間に気流が流れるように配置されている。

このような配置は、気流を効率的に栽培棚１００の側面に流す上で必要な配置である。これによって、より馬力の弱い冷風機を利用することができるようになる。なお、このような配置をしない場合、気流を送風するための複雑なダクトが必要になり、かつ、馬力の強い冷風機を準備しなければならなくなる。

なお、参考として、図２Ｂを示す。図２Ｂは、従来の栽培施設の空調配置を説明するための模式図である。従来の栽培施設は、複数の栽培棚に対して、側面に複数のエアコンが配置されている。

すなわち、図２Ａのような空調配置を取ることで、より低コストな空調配置を実現できる。

図３は、冷風機２００で発生した冷風を栽培棚１００の側面に冷風を誘引するための誘引ファンの配置を示す図である。図３には、４パターンの誘引ファン３００の位置を示している。ここで、栽培棚１００の側面に導かれた冷風は、各栽培ユニット９００に配置される吸引ファン１３０及び／又は吸引ダクト１２１〜１２５により、栽培ベッド１６０内に導かれ、栽培プレート１７０の送風路で、栽培植物（例えば、レタスなど）付近まで導かれる。このように冷風が導かれることで、栽培棚１００の複数段に配置される各栽培ユニット９００内の温度をより均一にするようにしている。

図３Ａは、第１のパターンを示している。図３Ａにおいて、誘引ファン３００は、冷風機２００の気流をより上方へと導くように配置している。このように誘引ファン３００を配置した場合、栽培棚１００の側面は、全体的により均一な温度になる。そのため、図３Ａに示すように、１段目１１１〜７段目１１７における各栽培ユニット９００には、吸引ファン１３０を設けている。このように構成すれば、簡易な吸引ファン１３０で各栽培ユニット９００を構成できるので、より安価な構成で栽培ユニット９００を構成することができる。

また、図３Ｂは、第２のパターンを示している。図３Ｂにおいて、天井に１つの誘引ファン３００を設けている。冷風機２００の気流は、室内温度よりも低い温度であるため、一般的に、床に溜まる傾向がある。そのため、図３Ｂに示すように、１段目１１１〜７段目１１７における各栽培ユニット９００には、吸引ダクト１２１〜１２５を設けている。図３Ｂでは、誘引ファン３００の気流によって、冷風機２００からの気流をより吸引ダクト１２１（吸引部）に導くようにしている。これによって、冷風機２００で発生した冷風を少ない誘引ファン３００で吸引ダクト１２１まで導くことができる。吸引部１２１で吸引された冷風は、吸引ダクトの上下ダクト１２２、分岐ダクト１２３、左右ダクト１２４、給気ダクト１２５を介して、各栽培ユニット９００に給気される。このように冷風が導かれることで、栽培棚１００の複数段に配置される各栽培ユニット９００内の温度をより均一にするようにしている。

また、図３Ｃは、第３のパターンを示している。図３Ｃにおいて、複数の誘引ファン３００を設け、冷風機２００の気流をより複数の方向から調整している。このように調整することで、栽培棚１００の側面のより好ましい位置に冷風を導くことができる。このように構成した場合、図３Ｃの栽培棚１００の左側については、１段目１１１〜３段目１１３まで吸引ファン１３０を設け、４段目〜７段目まで吸引ダクト１２１〜１２５を設けている。一方、図３Ｃの栽培段の右側については、１段目１１１〜４段目１１４まで吸引ファン１３０を設け、５段目１１５〜７段目１１７まで吸引ダクト１２１〜１２５を設けている。栽培棚１００の側面に流れる気流に応じて、吸引ファンと吸引ダクトの配置を切り分けるとよい。ただし、冷風は、下方に溜まる傾向があるため、吸引ファンは吸引ダクトよりも下方に配置することが望ましい。このように冷風が導かれることで、栽培棚１００の複数段に配置される各栽培ユニット９００内の温度をより均一にするようにしている。

また、図３Ｄは、第４のパターンを示している。図３Ｄにおいて、冷風機２００の下方に誘引ファン３００を設けている。冷風機２００で発生する気流は、誘引ファン３００によって、上方に導かれ、栽培棚１００の側面中央で円を描くように流れるため、栽培棚１００の下方で温度がより均一な状態となる。そのため、図３Ｄでは、１段目〜３段目まで吸引ファン１３０を設け、４段目〜７段目まで吸引ダクト１２１〜１２５を設けるようにしている。このように冷風が導かれることで、栽培棚１００の複数段に配置される各栽培ユニット９００内の温度をより均一にするようにしている。

なお、各栽培ユニット９００は、空調の効果を高くするため、側面に遮蔽部材１５１、１５３を設けるようにしている。

図１１は、各栽培ユニットにおいて冷風機を図２Ｂのように配置して遮蔽部材を設けない場合（従来方式）と、図３Ｄのパターン４（本方式））と、の温度調整のシミュレーションをした結果を示す図である。空間温度を２４℃とし、冷風機２００には、５馬力のエアコンを用い、吹き出し温度を１６℃にしている。図３Ｄの誘引ファンでは、風速９．２ｍ／ｓの風を発生させるようにしている。この結果、従来方式では、栽培棚の上下で±５℃の温度差が発生するのに対し、本方式では、栽培棚の上下で±２℃の温度差に抑えることができる。

［１−２．栽培棚１００の各栽培ユニット９００の内部構成］
図４は、栽培棚１００の一部を拡大した斜視図である。栽培棚１００は、支持パイプ１５０が組まれている。支持パイプ１５０は、プラスチック材料や鉄材料等で実現することができる。また、栽培棚１００は、支持パイプ１５０により複数段に構成されている。各段には、２つの栽培ユニット９００が配置されている。栽培ユニット９００には、照明１８０が上部に設けられている。照明１８０は、蛍光灯やＬＥＤ等で実現可能である。栽培ユニット９００には、栽培ベッド１６０と、その栽培ベッドの上部に配置される複数の栽培プレート１７０と、を有している。

なお、図示しないが、栽培ユニットの側面には、遮蔽部材が設けられる。また、各栽培ユニット９００の一方の側面には、吸引ダクト１２５又は吸引ファン１３０が設けられる。さらに、栽培ベッド１６０は、有底の箱状に形成されている。栽培ベッド１６０には、栽培植物のための養液を注入するためのパイプを介した注入口が取り付けられている。また、栽培ベッド１６０には、養液を排出するための排出口が取り付けられている。

以下、図５〜１０を用いて栽培ユニット９００の詳細を説明する。

図５は、栽培ユニット９００の模式断面図である。栽培ユニット９００は、支持パイプ１５０に支持されて設けられている。照明１８０は、上部の支持パイプ１５０に取り付けられる。遮蔽部材１５１及び遮蔽部材１５３は、栽培ユニット９００の側面を遮蔽するように配置されている。遮蔽部材１５１及び遮蔽部材１５３は、上部の一部が開放するよう隙間を空けて配置している。これは、照明１８０で発生する熱を逃がすためである。遮蔽部材１５１は、ヒンジ１５２で支持パイプ１５０（図示せず）に取り付けられる。遮蔽部材１５１は、図５の点線に示すように、使用者によって開閉可能に取り付けられている。遮蔽部材１５３は、支持パイプ１５０（図示せず）に取り付けられている。

栽培ベッド１６０は、支持パイプ１５０に支持されるように配置される。栽培ベッド１６０は、ポリスチレンの一種である発泡スチロールで実現され、断面が略凹形状である凹部で構成されている。栽培ベッド１６０の凹部には、養液４００が注入されるように構成されている。栽培ベッド１６０の凹部には、規制部１６５が形成されている。規制部１６５は、栽培プレート１７０及び栽培プレートに配置される栽培植物の重みが大きくなった場合でも、栽培プレート１７０が所定以上に沈むのを防止している。栽培プレート１７０が所定以上に沈むと、養液４００が栽培プレート１７０の上面に流れ込んでしまう可能性がある。このようなことが発生すると、栽培植物の生育を阻害する恐れがあり、好ましくないため、栽培ベッド１６０に規制部１６５を設けるようにしている。

また、栽培ベッド１６０は、吸引ダクト１２５又は吸引ファン１３０により取り込まれた冷風をリブ１６９内の給気口１６１、送風路１６２、排気口１６３で、栽培プレート１７０の送風路１７５に導く用に構成されている。栽培ベッド１６０の給気口１６１、送風路１６２、排気口１６３の詳細は後述する。

また、栽培ベッド１６０は、給気口１６１、送風路１６２、排気口１６３とは反対側のリブ１６８に略円弧状の溝１６４を形成している。溝１６４には、筒状のチューブ１９０が配置されている。チューブ１９０には、筒内に風を送る送風機が取り付けられている。チューブ１９０に対して風が流入されると、溝１６４内でチューブ１９０が膨らむ。チューブ１９０は、膨らまされると、栽培プレート１７０をリブ１６９に押し付ける。これによって、栽培ベッド１６０のリブ１６９の排気口１６３と栽培プレート１７０の給気口１７３との空気の流れをより確実なものとしている。

栽培プレート１７０は、ポリスチレンの一種である発泡スチロールで実現され、断面に、給気口１７３と、送風路１７５と、排気口１７４と、を形成している。給気口１７３に流入した冷風は、送風路１７５を経て、排気口１７４から排気される。排気口１７４は、上下に向いた貫通孔により構成され、栽培プレート１７０で栽培される栽培植物に対し、下方から冷風を当てるようにしている。

なお、栽培ベッド１６０の凹部には、水耕シート１７２が配置されている。

図６を用いて、栽培ベッド１６０と栽培プレート１７０の詳細を説明する。図６は、栽培ベッド１６０の長手方向の一方を省略している。

栽培ベッド１６０は、略長方形に形成され、上部に複数の栽培プレート１７０が配置可能になるよう、リブ１６８及び１６９が形成されている。また、リブ１６８及び１６９よりも高さの低いリブ１６６が形成されている。リブ１６６は、栽培プレート１７０を使用者が取り出し容易になるように、リブ１６８及び１６９に対して、低くなるように構成されている。栽培プレート１７０は、図９や図１０に示すように、栽培ベッド１６０からの取り出しが容易になるよう、側面１７２に取っ手１７６、及び、側面１７３に取っ手１７６を構成するようにしている。取っ手１７６は、給気口１７３の一部を構成している。

ここで、栽培プレート１７０は、栽培棚１００の側面に設けられるダクト等により、栽培棚１００の側面から取り出すのが難しい。そのため、本実施の形態では、栽培プレート１７０が栽培ベッド１６０の長手方向に移動可能に構成されている。栽培プレート１７０を長手方向に移動可能にしたため、上述したように、栽培ベッド１６０には、チューブ１９０を配置し、栽培ベッド１６０の所定位置でリブ１６９に押し付けられるようしている（図７参照）。

また、栽培プレート１７０を移動可能に構成したため、移動方向の位置決めが必要になる。この点については、栽培ベッド１６０に対して、移動方向の端に、栽培プレートと同サイズのダミープレートを挿入することで位置決めを実現できる。すなわち、栽培ベッド１６０は、複数個の栽培プレート１７０が丁度収まるように構成している。

また、栽培ベッド１６０には、凹部に突起１６７を構成している。これは、栽培ベッド１６０の強度維持と、栽培ベッド１６０内に注入される養液４００の量を減らす役割を担っている。

なお、栽培プレート１７０には、上下方向に貫通する複数の栽培孔１７１が形成されており、栽培植物が配置される。

図７は、栽培ベッド１６０から栽培プレート１７０への空気の流れを示す図である。

図７に示すように、栽培ベッド１６０の給気口１６１で給気された空気は、送風路１６２、排気口１６３を経て、栽培プレート１７０の給気口１７３に給気される。栽培プレート１７０の給気口１７３で給気された空気は、送風路１７５を経て、排気口１７４で栽培プレート１７０の上方に向けて排気される。送風路１７５は明確に図示していないが、排気口１７４で空気が排気されるよう送風路が形成されればよい。

図８は、栽培ベッド１６０と栽培プレート１７０の関係をより詳細に説明するための図である。

Ｄ１は、栽培ベッド１６０の底部から規制部１６５までの高さを示している。Ｄ２は、栽培プレート１７０の厚みを示している。Ｅ１は、養液４００の注入目安を示している。

すなわち、以下の式（１）を満たすように栽培ユニット９００を設計することが好ましい。

Ｅ１＜Ｄ１＋Ｄ２・・・（１）

また、Ｄ３は、栽培ベッド１６０の排気口１６３の開口幅を示している。また、Ｄ４は、栽培プレート１７０の給気口１７３の開口幅を示している。Ｄ５は、栽培プレート１７０の底面から給気口１７３までの高さを示している。Ｄ６は、規制部１６５の上面から排気口１６３の上面までの高さを示している。

すなわち、以下の式（２）（３）（４）を満たすように栽培ユニット９００を設計することが好ましい。

Ｄ２≧Ｄ５・・・（２）
Ｄ４＋Ｄ５≒Ｄ６・・・（３）
Ｄ４＞Ｄ３

これら式（２）〜（４）を満たすことで、栽培プレート１７０が養液４００によって上方に移動された場合であっても、より確実に栽培ベッド１６０から栽培プレート１７０に空気を流入させることができる。

図９は、概略図であり、吸引ファン１３０を用いた構成断面図を示す。図１０は、概略図であり、吸引ダクト１２５を用いた構成断面図を示す。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態により、以下のような効果を有する。

すなわち、栽培棚の側面に対して、冷風機の冷風を送るようにし、冷風を誘引ファンで調整するようにしたため、より均一な空調を実現することが可能になる。より均一な空調を実現することができれば、栽培ユニットの育成環境を上段と下段で同じにすることができるので、栽培植物の生育をより向上させることができる。

また、栽培棚は、上段には吸引ダクト、下段には吸引ファンを設けるようにした。このようにすれば、上段については下方に溜まる冷気を吸引ダクトで吸い上げ、下段については、吸引ファンで吸引するので、より簡易な構成で栽培棚を実現しつつ、より均一な空調を実現できる。

また、
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

本開示は、植物栽培を行うことが可能な栽培システムに適用可能である。

１００栽培棚
１２１〜１２５吸引ダクト
１３０吸引ファン
１６０栽培ベッド
１７０栽培プレート
２００冷風機
３００誘引ファン
９００栽培ユニット

Claims

栽培空間に配置され、栽培ベッドの上部に栽培プレートを配置して構成した栽培ユニットを複数有する栽培棚と、
前記栽培空間の上方に配置され、前記栽培棚に向けて空気流を送風する空調機器と、
前記空調機器から送風される空気流を前記栽培棚の側面に導く誘引ファンと、
前記複数の栽培ユニットに配置され、前記栽培棚の側面から空気流を吸引する吸引設備と、を備え、
前記栽培ベッドは、前記吸引設備により空気流が導入される吸気口と、前記空気流を前記栽培プレートへ導く排気口とを備え、
前記栽培プレートは、内部に形成した送風路と、前記栽培ベッドの排気口から導入される空気流を前記送風路に供給する吸気口と、栽培植物が配置される上面側に前記送風路に繋がるように形成され、前記植物の下方から空気流を当てる排気口とを備える植物栽培装置。
前記空気流は冷気である請求項１に記載の植物栽培装置。
前記誘引ファンは前記空気流を上方へ導く請求項１に記載の植物栽培装置。
前記栽培空間内に、前記栽培棚が複数並列に配置され、
前記空調機器は、前記複数の栽培棚の隙間に前記空気流が流れるように配置される請求項１に記載の植物栽培装置。