CN103503760A - 植物栽培系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物栽培系统。其课题在于提高用于在建筑物内利用培养液栽培植物的植物栽培系统的实用性。在使收容在培养液盘(20)中的培养液循环来栽培植物的植物栽培系统中，设置i)在循环路径(82)中向循环的培养液中供给含氧气体的纳米气泡的第一纳米气泡供给装置(96)、和ii)在水补充路径(98)中向补充的水中供给含氧气体的纳米气泡的第二纳米气泡供给装置(104)。利用两种纳米气泡供给装置，向正在循环的培养液中添加纳米气泡并且也向补充的水中添加纳米气泡，由此，能够非常高效地使培养液盘中的培养液保持在良好的状态。

Description

植物栽培系统

技术领域

本发明涉及用于在建筑物内栽培植物的植物栽培系统。

背景技术

近年来，用于在建筑物内栽培植物的植物栽培系统备受关注，并进行了各种研究。例如，对于下述专利文献1中记载的系统而言，研究了向培养液中添加微米气泡、纳米气泡的技术，另外，例如，对于下述专利文献2中记载的系统而言，研究了向栽培过程中的植物(以下有时称为“苗”)洒强酸性电解水的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-206448号公报

专利文献2：日本特开2006-42614号公报

发明内容

植物栽培系统正处于开发中，通过实施各种改良，能够提高实用性。本发明鉴于这种实际情况而完成，其课题在于提供实用性高的植物栽培系统。

为了解决上述问题，本发明的植物栽培系统为用于在建筑物内栽培植物的植物栽培系统，其特征在于，具备：i)栽培台，设置在建筑物内且排列有多株苗；ii)培养液槽，收容有使水中含有养分的培养液且以使多株苗各自的根与该培养液接触的方式配置在栽培台的下方；iii)培养液循环装置，具有设置在培养液槽的外部的循环路径并利用该循环路径使培养液循环；iv)水补充装置，具有与循环路径连接的补充路径并利用该补充路径向培养液中补充水；v)对循环液供给纳米气泡的装置，配置在循环路径中并向循环的培养液中供给含氧气体的纳米气泡；以及vi)对补充水供给纳米气泡的装置，配置在补充路径中并向补充的水中供给含氧气体的纳米气泡。

发明效果

本发明的植物栽培系统具备两种纳米气泡供给装置，利用这两种纳米气泡供给装置，向正在循环的培养液中添加纳米气泡并且也向补充的水中添加纳米气泡。因此，根据本发明的植物栽培系统，能够非常高效地使培养液槽中的培养液保持在非常良好的状态。

发明的方式

以下，例示几种本申请中认为可以请求专利保护的发明(以下，有时称为“可请求专利保护的发明”，该概念包含权利要求所记载的发明)的方式，并对它们进行说明。各方式与权利要求同样地按项划分，对各项标注编号，并根据需要以引用其他项的编号的形式记载。这最终只是为了使可请求专利保护的发明容易理解，并不旨在将构成这些发明的构成要素的组合限定于以下各项记载的内容。即，可请求专利保护的发明应当参考各项附带的记载、实施例的记载等进行解释，在依据该解释的范围内，在各项的方式中进一步添加其他构成要素后的方式以及从各项的方式中去掉任意构成要素后的方式都可以为可请求专利保护的发明的一种方式。

另外，以下各项中，(13)项与(15)项的组合相当于权利要求1，权利要求1附加(16)项的技术特征后相当于权利要求2，权利要求1或权利要求2附加(17)项的技术特征后相当于权利要求3，权利要求1至权利要求3中任一项附加(21)项的技术特征后相当于权利要求4，权利要求4附加(23)项的技术特征后相当于权利要求5，权利要求5附加(24)项的技术特征后相当于权利要求6，权利要求4至权利要求6中任一项附加(22)项的技术特征后相当于权利要求7，权利要求1至权利要求7中任一项附加(31)项和(32)项的技术特征后相当于权利要求8，权利要求1至权利要求7中任一项附加(41)项和(42)项的技术特征后相当于权利要求9，权利要求1至权利要求9中任一项附加(43)项和(44)项的技术特征后相当于权利要求10。

[A]基本方式

以下几项方式为可请求专利保护的发明的植物栽培系统的基本方式。

(1)一种植物栽培系统，用于在建筑物内栽培植物，其具备：

栽培台，设置在上述建筑物内且排列有多株苗，

培养液槽，收容有使水中含有养分的培养液且以使上述多株苗各自的根与该培养液接触的方式配置在上述栽培台的下方。

本方式的系统为通过所谓的水培来栽培植物(也可以称为“培育”)的系统。栽培的植物没有特别限定，可以为食用植物，也可以为观赏用植物。利用培养液(也可以称为“养液”)的水培可以提前且稳定地培育大量的苗，如果考虑近来的粮食问题等，则可请求专利保护的发明的系统优选为用于栽培食用植物的系统。这种情况下，本方式的系统可以为用于栽培莴苣等食用叶的植物(包括“叶菜类”)的系统，也可以为用于栽培西红柿等食用果实的植物(包括“果菜类”)的系统。另外，在培养液槽内不使用石棉、石子等的情况下，优选上述用于栽培食用叶的植物的系统。

设置本方式的系统的建筑物没有特别限定，可以是如后面说明的温室等从外部密闭或者近似密闭的建筑物，也可以是未设置侧壁或顶棚的一部分或全部的建筑物、即向外部大气开放的建筑物。另外，可以是为了栽培而引入有自然光(该概念包括“直射的阳光”)的建筑物，也可以是自然光被遮挡的建筑物。

(2)一种植物栽培系统，具备培养液循环装置，所述培养液循环装置具有设置在上述培养液槽的外部的循环路径并利用该循环路径使培养液循环。

本方式的系统中，例如，培养液的一部分从培养液槽排出到其外部，并且该排出的培养液的一部分再次返回到培养液槽中。在培养液槽的外部、即上述循环路径中，对排出后返回的培养液的一部分进行过滤、杀菌、调节等，由此，能够高效地使培养液槽中的培养液始终保持在良好的状态。另外，本方式的系统中，上述培养液的一部分的循环可以连续进行，也可以间歇进行。

(3)如(1)项或(2)项所述的植物栽培系统，其具备：

多个栽培台，配置成架子状且各自为上述栽培台；和

多个培养液槽，以与这些多个栽培台对应的方式设置且各自配置在所对应的栽培台的下方而作为上述培养液槽发挥作用。

建筑物的每单位面积(地面面积)内栽培的植物的量、即每单位面积的收获量可以通过设置多个栽培台而增大。鉴于该情况，本方式的系统为空间效率良好的系统。另外，在设置多层栽培台的情况下，优选栽培的植物的高度低至一定程度。如果考虑该情况，则本方式的系统优选为用于栽培上述食用叶的植物的系统。

(4)如(1)项至(3)项中任一项所述的植物栽培系统，所述建筑物为温室。

温室可以认为是与外部大气、换言之与外部环境基本隔绝的房间。因此，温室内实现了能够在很大程度上抑制杂菌从外部侵入的环境。通过使建筑物具有温室并在该温室内设置栽培台来栽培植物，能够抑制植物的杂菌感染等，并且能够提高栽培的植物的清洁度、食用安全性等。

(5)如(1)项至(4)项中任一项所述的植物栽培系统，其中，所述建筑物为遮挡外部的光的结构。

例如，在利用阳光培育苗的情况下，其培育速度受到气候左右。本方式的系统可以采用例如利用人工光的系统，若利用人工光，则能够构建培育速度高的系统。

[B]与含纳米气泡培养液有关的方式

以下几项中记载的方式为附加了与使用添加有纳米气泡的培养液有关的限定的方式。

(11)如(1)项至(5)项中任一项所述的植物栽培系统，其具备用于向培养液中供给含氧气体的纳米气泡的一种以上的纳米气泡供给装置。

本方式的系统中，向培养液槽内的培养液中添加含氧气体的纳米气泡。“含氧气体”是指含有气态氧的气体，例如氧气、空气等是适合的。“纳米气泡”是指极微小的气泡，一般而言，具有1μm以下的直径的气泡是适合的。即使是添加有纳米气泡的培养液，用肉眼观察也要为透明的培养液。纳米气泡具有如下特性：在溶液中的停留时间长，具有自加压效果，气体的溶解效果优良，通过物理刺激会引起压缩减少，具有带电作用。因此，根据使用添加有含氧气体的纳米气泡的培养液来栽培植物的本系统，可以期待以下各种作用效果中任意一种以上的作用效果：例如，向水中供给氧，消除贫氧水团，减少水中的污浊物质和有害物质，改善培养液槽的水质，防止沉淀物质的沉降，抑制微囊藻的产生，使氨等无机氮化合物氧化，无需净化剂的清洗，减轻给环境带来的负荷，对培养液的杀菌。

纳米气泡供给装置中的纳米气泡供给方式没有特别限定，可以采用加压溶解方式、气液剪切方式、空穴作用方式、利用超声波产生的方式、文丘里方式、静态混合方式等中的任意一种方式。在后面会详细进行说明，如果考虑所添加的纳米气泡的浓度高、微小且均匀，则优选采用上述方式中的任意两种以上组合而成的方式、即所谓的混合方式。

(12)如(11)项所述的植物栽培系统，其具备培养液循环装置，所述培养液循环装置具有设置在上述培养液槽的外部的循环路径并利用该循环路径使培养液循环。

本方式是在上文已进行过说明的使培养液循环的系统中应用了向该培养液中添加含氧气体的纳米气泡的方式，根据本方式，构建了能够享有由培养液循环带来的优点和由添加含氧气体的纳米气泡带来的优点这两个优点的系统。

(13)如(12)项所述的植物栽培系统，其中，上述一种以上的纳米气泡供给装置中的至少一种装置为配置在上述循环路径中并向循环的培养液中供给含氧气体的纳米气泡的对循环液供给纳米气泡的装置。

简而言之，本方式是在培养液槽外部的循环路径中向培养液中添加纳米气泡的方式。例如，通过在循环路径中添加纳米气泡的同时使培养液的一部分连续循环，能够高效地使培养液槽的培养液保持在良好的状态。

(14)如(12)项或(13)项所述的植物栽培系统，其具备水补充装置，所述水补充装置具有与上述循环路径连接的补充路径并利用该补充路径向培养液中补充水。

作为培养液的主要构成要素的水在培养液槽中被培育中的植物即苗吸收，并且蒸发。本方式中，由于能够补充该水，因此，能够使培养液槽中的培养液的量始终保持在适当的量。

(15)如(14)项所述的植物栽培系统，其中，上述一种以上的纳米气泡供给装置中的至少一种装置为配置在上述补充路径中并向补充的水中供给含氧气体的纳米气泡的对补充水供给纳米气泡的装置。

本方式中，向补充的水中添加纳米气泡。通过向补充的水中供给纳米气泡，也能够向培养液中添加纳米气泡，详细而言，能够向培养液槽中的培养液中添加纳米气泡。

需要说明的是，本方式也可以通过与在上文已进行过说明的方式组合而形成以下的方式。

“一种植物栽培系统，其中，

具备两种以上的纳米气泡供给装置作为上述一种以上的纳米气泡供给装置，

该两种以上的纳米气泡供给装置中的至少一种装置为配置在上述循环路径中并向循环的培养液中供给含氧气体的纳米气泡的对循环液供给纳米气泡的装置，另外至少一种装置为配置在上述补充路径中向补充的水中供给含氧气体的纳米气泡的对补充水供给纳米气泡的装置。”

简言之，该方式是具有两种纳米气泡供给装置的方式。根据该方式，向正在循环的培养液中添加纳米气泡，并且也向补充的水中添加纳米气泡。因此，能够非常高效地使培养液槽中的培养液保持在非常良好的状态。

需要说明的是，一般而言，与正在循环的培养液的量相比，补充的水的量少，另外，由植物的吸收、蒸发等引起的水的减少量根据栽培条件等发生变化，因此，水的补充多为不定期进行或者随时进行。这种情况下，例如，仅在循环路径中配置纳米气泡供给装置时，如果在补充水时和不补充水时不改变该纳米气泡供给装置所供给的纳米气泡的量，具体而言，如果在补充水时不增加供给的纳米气泡的量，则无法使培养液槽内的纳米气泡的总量保持在适当的范围。与此相对，根据具备上述两种纳米气泡供给装置的方式，通过使配置在补充路径中的纳米气泡供给装置仅在补充水时工作，能够在使配置在循环路径中的纳米气泡供给装置的工作状态恒定的情况下、即在不改变由该纳米气泡供给装置供给的纳米气泡的量的情况下使培养液槽内的纳米气泡的总量保持在适当的范围。

(16)如(14)项或(15)项所述的植物栽培系统，其中，

上述一种以上的纳米气泡供给装置中的至少一种装置为配置在上述循环路径中并向循环的培养液中供给含氧气体的纳米气泡的对循环液供给纳米气泡的装置，

上述补充路径在上述培养液槽与配置有上述对循环液供给纳米气泡的装置的部位之间与上述循环路径连接。

根据本方式，向利用设置在循环路径中的纳米气泡供给装置实施了杀菌、氧供给等的培养液中补充新的水，并且使该补充了新的水的培养液返回到培养液槽中。

根据将具备上述两种纳米气泡供给装置的方式与本方式组合而成的方式，使分别利用纳米气泡供给装置实施了杀菌、氧供给等的培养液与水混合后输送至培养液槽中，因此，能够高效地使培养液槽内的培养液保持在良好的状态。

(17)如(14)项至(16)项中任一项所述的植物栽培系统，其中，在上述补充路径跟上述循环路径连接的部位与上述培养液槽之间具备培养液调节装置，所述培养液调节装置配置在上述循环路径中并调节培养液的养分浓度。

在循环路径中，在补充水的部位的上游侧配置培养液调节装置的情况下，在补充水时，必须预先考虑该补充的水的量后调节养分浓度，从而会损害调节养分浓度的容易度。与此相对，根据本方式，对正在循环的培养液与补充的水的混合物进行养分浓度调节，因此，能够简单地使培养液槽中的培养液的养分浓度保持在适当范围。

[C]与强酸性电解水的喷雾有关的方式

以下几项方式为与强酸性电解水的喷雾有关的方式。

(21)如(1)项至(17)项中任一项所述的植物栽培系统，其具备：

电解水生成装置，利用电解使水生成强酸性电解水；和

喷雾装置，将该强酸性电解水喷洒到所述建筑物内。

“强酸性电解水”也称为超氧化水、强氧化水、强酸性水、氧化离子水、水合氧化水等，例如为通过将添加有微量的盐(NaCl、KCl等)的水电解而从阳极侧生成的水。强酸性电解水的物性可以示出例如：pH为2.7以下，氧化还原电位为+1.1V以上，溶解氧浓度为15ppm以上，溶解氯浓度为20～40ppm。强酸性电解水中，由于添加的盐而含有次氯酸(HClO)，通过该次氯酸的作用而使强酸性电解水发挥微生物的杀菌、清洗、消毒等作用。本方式中，通过将强酸性电解水喷洒到栽培植物的建筑物内而起到使栽培的植物保持健康的效果。另外，强酸性电解水与光、有机物反应后氧化还原电位下降，从而变为非常弱的酸性水，因此，即使将本方式应用于栽培供于食用的植物的系统，所栽培的植物的食用安全性也高。这意味着强酸性电解水的喷洒适于栽培食用植物的系统。

(22)如(21)项所述的植物栽培系统，其中，上述喷雾装置具有利用压缩空气使强酸性电解水细粒化的喷嘴，并且以从该喷嘴向上述建筑物内喷洒强酸性电解水的方式构成。

本方式是附加了与喷雾方式有关的限定的方式，并且是利用所谓的双流体方式的喷嘴进行喷雾的方式。该双流体方式为通过使强酸性电解水与压缩空气相互碰撞而使强酸性电解水细粒化的方式，根据该方式，喷洒非常微细的强酸性电解水。通过使强酸性电解水微细化，能够使强酸性电解水扩散到整个建筑物内，并且能够降低强酸性电解水接触苗时对该苗造成的不良影响。

(23)如(21)项或(22)项所述的植物栽培系统，其中，

上述电解水生成装置在生成强酸性电解水的同时也生成强碱性电解水，

上述植物栽培系统具备通过使该生成的强碱性电解水在上述建筑物的地面上流动而对该地面进行清洗的地面清洗装置。

在通过使添加有微量盐的水电解来生成强酸性电解水时，在阴极侧生成强碱性电解水。本方式为将该强碱性电解水用于清洗建筑物的地面的方式。强碱性电解水中含有氢氧化物(例如，NaOH、KOH等)，该氢氧化物对例如蛋白质类、脂质类的污渍具有较高的清洗效果。鉴于该情况，利用强碱性电解水的清洗适于清洗配备该系统的建筑物的地面。

本方式中也进行强酸性电解水的喷洒，但喷洒的强酸性电解水的大部分最终落到建筑物的地面而残留在地面表面上，或者在地面上设置有排水沟等的情况下，利用该排水沟等排出到建筑物外。通过利用强碱性电解水对地面进行清洗，残留在地面表面上的强酸性电解水一起被冲掉。而且，在设置有排水沟等的情况下，强碱性电解水也经由与强酸性电解水相同的路径排出。考虑到外部环境，酸性或碱性的水一般进行中和处理后排出，根据本方式，通过使强酸性电解水与强碱性电解水的排出路径相同，能够利用它们之间的中和作用，从而能够减轻上述中和处理的负担。

(24)如(23)项所述的植物栽培系统，其中，上述地面清洗装置能够选择性地使由上述电解水生成装置生成的强碱性电解水和强酸性电解水在上述建筑物的地面上流动。

根据本方式，不仅能够利用强碱性电解水对建筑物的地面进行清洗，而且能够利用强酸性电解水对建筑物的地面进行清洗，因此，能够高效地进行地面的杀菌。

[D]与二氧化碳气体在苗上方的释放有关的方式

以下几项方式为附加了与向栽培的植物供给二氧化碳(CO₂)有关的限定的方式。

(31)如(1)项至(24)项中任一项所述的植物栽培系统，其具备二氧化碳气体释放装置，所述二氧化碳气体释放装置具有(a)在上述多株苗的上方沿上述栽培台延伸来输送二氧化碳气体的输送路径和(b)沿该输送路径以空出间隔的方式设置的多个释放口，从而向上述多株苗释放二氧化碳气体。

在建筑物内栽培植物时，为了加速培育，也会在二氧化碳浓度比大气高的气氛中进行栽培。另一方面，在温室等形成建筑物内与外部大气隔绝的气氛的情况下，也需要人工供给二氧化碳。本方式为适于在这种情况下供给二氧化碳的方式。本方式中，可以以从苗的上方下沉或下降的方式在整个栽培台向苗供给二氧化碳。需要说明的是，由于二氧化碳气体比空气重，因此利用自身的重量向下方移动。鉴于该情况，本方式中的“释放”不是喷出、射出这样的快速释放，优选为流出、漏出这样的缓慢释放。

供给二氧化碳时，也可以考虑从建筑物的顶部向整个建筑物内释放二氧化碳气体。但是，以这种方式释放时，人难以在建筑物内进行与植物的栽培相关的作业，因此，理想的是尽可能仅向植物附近供给二氧化碳，换言之，仅向栽培台的上方空间供给二氧化碳。即，优选局部地供给二氧化碳。根据本方式，能够尽可能地实现局部的二氧化碳供给。顺便提一下，鉴于该情况，“多株苗的上方”是指多株苗的大致正上方，优选从比较接近苗的位置释放二氧化碳气体。

(32)如(31)项所述的植物栽培系统，其中，该植物栽培系统具备：

多个栽培台，配置成架子状且各自为上述栽培台；

多个培养液槽，以与这些多个栽培台对应的方式设置且各自配置在所对应的栽培台的下方而作为上述培养液槽发挥作用；以及

多个二氧化碳气体释放装置，以与上述多个栽培台对应的方式设置且各自为上述二氧化碳气体释放装置。

本方式为将多个栽培台配置成架子状时优选的方式。在将多个栽培台配置成架子状的情况下，从架子的上方释放二氧化碳气体时，向最上层的栽培台上的苗供给了充分的二氧化碳，但无法向自上起第二层以下的栽培台上的苗充分供给二氧化碳。本方式中，考虑到该情况而在每个栽培台上设置有二氧化碳气体释放装置，因此，能够向任一层的栽培台的苗充分供给二氧化碳。

[E]与LED照明有关的方式

以下几项方式为附加了与用于在植物栽培中对该植物照射人工光(LED光)的装置有关的限定的方式。

(41)如(1)项至(32)项中任一项所述的植物栽培系统，其具备LED照明装置，所述LED照明装置配置在上述栽培台的上方，并且具有(A)多个LED光源和(B)以使这些多个LED光源沿上述栽培台排列的方式保持这些多个LED光源的保持体。

本方式中，采用LED作为人工光的光源。LED的发热量少，根据本方式，能够使光源的热对栽培环境造成的不良影响变得比较小。

(42)如(41)项所述的植物栽培系统，其中，

该植物栽培系统具备二氧化碳气体释放装置，所述二氧化碳气体释放装置具有(a)在上述多株苗的上方沿上述栽培台延伸来输送二氧化碳气体的输送路径和(b)沿该输送路径以空出间隔的方式设置的多个释放口，从而向上述多株苗释放二氧化碳气体，

并且，上述保持体以保持上述输送路径的方式构成。

简而言之，本方式为使上文已进行过说明的二氧化碳气体释放装置与LED照明装置一体化的方式。通过这些装置的一体化，能够实现该系统的小型化。该技术方案能够在将栽培台设置建筑物内时实现对该设置的操作的简化。

(43)如(41)项或(42)项所述的植物栽培系统，其中，

该植物栽培系统具备：

多个栽培台，配置成架子状且各自为上述栽培台；和

多个培养液槽，以与这些多个栽培台对应的方式设置且各自配置在所对应的栽培台的下方而作为上述培养液槽发挥作用，

并且具备：

多个LED照明装置，以与上述多个栽培台对应的方式设置且各自作为所对应的栽培台的上述LED照明装置发挥作用。

在多个栽培台配置成架子状的情况下，为了使照射到苗的光量充分并且使光均匀地照射到所有植物，优选对每个栽培台都进行人工照明。根据本方式，能够对多株苗均匀地供给足量的光。

需要说明的是，本方式可以为与上述方式组合而成的方式。具体而言，该方式为在每个栽培台都使二氧化碳气体释放装置与LED照明装置一体化的方式。根据这种方式，能够充分享有上述的由该系统的小型化、栽培台设置操作的简化带来的优点。

(44)如(43)项所述的植物栽培系统，其中，上述多个LED照明装置中除与最上层的上述栽培台对应的LED照明装置以外的各LED照明装置所具有的上述保持体，以与跟紧邻的上一层的所述栽培台对应地设置的上述培养液槽的下表面接触的状态安装。

本方式中，LED照明装置安装在紧邻的上一层的培养液槽上。LED光源即使少也会产生某种程度的热。根据本方式，LED光源所产生的热传递到紧邻的上一层的培养液槽和收容在该培养液槽中的培养液，因此，能够实现有效的热散失，从而能够进一步减小由该光源所产生的热引起的对栽培环境的不良影响。另外，根据本方式，在使LED照明装置与二氧化碳气体释放装置一体化的基础上，还使这些装置与培养液槽形成一体化，从而能够进一步充分享有由该系统的小型化、栽培台设置操作的简化带来的优点。

附图说明

图1是表示配备有构成作为可请求专利保护的发明的实施例的植物栽培系统的栽培架的栽培栋的内部的立体图。

图2是表示构成图1的栽培架的栽培台、培养液槽等的图。

图3是示意性地表示实施例的植物栽培系统的整体构成的框图。

图4是构成实施例的植物栽培系统中使用的纳米气泡供给装置的静止型混合器的立体剖视图。

图5是用于说明实施例的植物栽培系统中使用的电解水生成装置的原理的图。

标号说明

10：栽培栋[建筑物]

12：栽培架

14：栽培台

20：培养液盘[培养液槽]

28：苗

30：根

32：培养液

40：LED照明装置

42：LED光源

44：外壳[保持体]

46：管[输送路径，二氧化碳气体释放装置]

50：释放口

64：喷雾喷嘴

68：喷雾装置

76：地面清洗装置

80：系统栋

82：循环路径[培养液循环装置]

90：第一纳米气泡添加罐

92：混合机

94：培养液调节装置

96：第一纳米气泡供给装置[对循环液供给纳米气泡的装置]

98：补充路径[水补充装置]

102：第二纳米气泡添加罐

104：第二纳米气泡供给装置[对补充水供给纳米气泡的装置]

120：静止型混合器

140：电解水生成装置

150：强酸性电解水

152：强碱性电解水

具体实施方式

以下，作为用于实施可请求专利保护的发明的方式，参考附图对实施例的植物栽培系统进行详细说明。需要说明的是，对于可请求专利保护的发明而言，除了下述实施例以外，可以通过以上述[发明的方式]项中记载的方式为基础并基于本领域技术人员的知识进行各种改变、改良后的各种方式来实施。

实施例

实施例的植物栽培系统为用于在建筑物内栽培植物的系统，大致可以分为：配备在栽培植物的空间即栽培栋的内部的设备、以及用于调节或者生成培养液、二氧化碳气体、电解水等后向栽培栋中供给的设备。后者配备在与栽培栋并列设置的系统栋的内部。以下，分为栽培栋内的设备和系统栋内的设备对本系统进行说明。

[A]栽培栋内的设备

i)栽培架(栽培台和培养液槽)

如图1所示，将栽培植物的建筑物即栽培栋10看作温室，在其内部排列有多列栽培架12。多个栽培架12的各栽培架中，四个大小彼此相同的栽培台14配置成架子状，详细而言，以由若干支柱16支撑的状态配置为四层，在栽培架12的顶部，以由支柱16的顶端支撑的方式设置有顶板18。顺便提一下，多个栽培架12各自具有彼此相同的构成。

对于一个栽培架12，参考其一部分的主视图即图2(a)和一部分的侧面剖视图即图2(b)进行说明，在栽培架12上以与四个栽培台14对应的方式设置有四个培养液盘20。栽培台14具有设置成矩阵状的多个贯通孔22，在多个贯通孔22中各自插入有盆24。即，利用四个栽培台14各自支撑多个盆24。顺便提一下，为了容易理解，图2(a)、图2(b)中下层右端的部分示出取下盆24后的情形。

盆24为直径向下渐缩的圆筒形状，在其内部填有石棉等载体26。栽培的植物即苗28由该载体26承载。即，在一个栽培台14上培育有多株苗28。顺便提一下，图中所示的苗28为食用叶的植物的苗，其根30从载体26向下方伸出。另外，将通过进行培育而迎来收获期的苗28即收获植物连同盆24一起从栽培台14上取下，在取下盆后的部分处，将由盆24保持并从此开始培育的苗28连同该盆24一起载置到栽培台14上。

培养液盘20是顶部开口且高度比较低的槽即薄型槽，通过在其内部收容有培养液32而作为培养液槽发挥作用。培养液盘20以将栽培台14嵌在其自身上部的方式配置在栽培台14的下方。培养液盘20具有使培养液32达到预定深度的结构。详细而言，虽然图中并没有明确表示，但在培养液盘20的侧壁上设置有用于使培养液32漏出(也可以表述为“溢出”)的流出孔，在培养液32的水面超过预定的高度时，通过使培养液32的一部分从该流出孔流出而使收容的培养液32维持在预定的深度。培养液32处于预定的深度时，苗28的根30与培养液32接触。另外，如后面详细说明的，从流出孔流出的培养液32集中后经由循环路径返回到培养液盘20中。

ii)LED照明装置和二氧化碳气体释放装置

在栽培架12上，以与四个栽培台14各自对应的方式安装有八个LED照明装置40。具体而言，对于一个栽培台14，在其上方以沿栽培架12的宽度方向(与长度方向正交的方向)排列的方式安装有两个LED照明装置40。八个LED照明装置40各自具有多个LED光源42、和作为保持这些多个LED光源42的保持体发挥作用的外壳44。外壳44为在栽培架12的整个长度上沿长度方向延伸的较细长的外壳，并且以沿所对应的栽培台14在长度方向上排列的方式保持多个LED光源42。关于LED照明装置40，除了与最上层的栽培14对应的两个LED照明装置40以外，以使外壳44与该培养液盘20的下表面接触的方式安装在跟紧邻的上一层的栽培台14对应地设置的培养液盘20上。通过这样进行安装，由多个LED光源42产生的热沿外壳44、培养液盘20、培养液32传递，从而有效地散失。顺便提一下，与最上层的栽培台14对应的两个LED照明装置40以使外壳44与顶板18的下表面接触的方式安装。

各LED照明装置40的宽度方向上的两侧面以夹持外壳44的方式延伸设置有一对管46。即，对于一个栽培台14，在苗28的上方以沿该栽培台14在长度方向上延伸的方式配置有四根管46。各管46通过以空出预定间隔的方式设置在LED照明装置40的外壳44上的钩48固定保持在该外壳44上。该管46作为输送二氧化碳气体的输送路径发挥作用，在管46的底部沿长度方向以空出预定间隔的方式设置有多个用于向苗28释放输送的二氧化碳气体的释放口50(为小孔)。二氧化碳气体从多个释放口50缓慢地释放，并利用自重向栽培台14沉降。在栽培台14的周围设置有包围被支撑在该栽培台14上的多株苗28的透明的框(栅栏)52，有效地使二氧化碳气体停留在栽培台14上。通过以覆盖一个栽培台14的整个表面的方式设置四根管46和释放口50、并且在栽培台14的周围设置框52，均匀且高效地向该栽培台14上的多株苗28供给二氧化碳，并且不会使二氧化碳气体过度从栽培台14的侧面流出。

本实施例的植物栽培系统中，在一个栽培架12上设置有四层栽培台14，因此，栽培的植物的收获量较大，详细而言，栽培栋10的每单位地面面积的收获量较大，从而使本系统为空间效率良好的系统。另外，每个栽培台14上设置有两个LED照明装置40和四根管46，因此，对于由任一层栽培台14支撑并培育的任意一株苗28，都能充分地照射到人工光，并充分地供给二氧化碳。

对于上述二氧化碳的供给而言，管46作为二氧化碳气体释放装置的主要构成要素发挥作用，该管46固定保持在LED照明装置40的外壳44上，由此可以认为，二氧化碳气体释放装置与LED照明装置40实现了一体化。另外，LED照明装置40的外壳44安装在紧邻的上一层的培养液盘20上，由此可以认为，这些二氧化碳气体释放装置和LED照明装置40与培养液盘20实现了一体化。通过这样的一体化，在本实施例的系统中，容易进行栽培架12的组装和设置。

iii)强酸性电解水喷雾装置和地面清洗装置

由图1可知，本实施例的植物栽培系统中，在栽培栋10的上部，具体而言在靠近栽培栋10的内壁面的顶棚的部分(图中示出了去除顶棚后的状态)，平行地延伸设置有两根配管。两根配管中的一根为输送强酸性电解水的电解水用上部配管60，另一根为输送压缩空气的压缩空气用配管62。在两根配管60、62的多处设置有具有喷雾喷嘴64的喷雾器66。喷雾喷嘴64为所谓的双流体方式的喷嘴，其通过使由压缩空气用配管62输送的压缩空气与由电解水用上部配管60输送的强酸性电解水碰撞而使该强酸性电解水细粒化后进行喷洒。即，通过包含这些电解水用上部配管60、压缩空气用配管62、喷雾器66而构成向栽培栋10内喷洒强酸性电解水的喷雾装置68。由上述喷雾喷嘴64喷洒的强酸性电解水是微细的，因此会扩散到栽培栋10的整个内部，利用该扩散的微细的强酸性电解水而对栽培栋10内进行充分的杀菌。

另一方面，在栽培栋10的下部，具体而言在接近栽培栋10的内壁面的地面的部分，延伸设置有选择性输送强酸性电解水和强碱性电解水的电解水用下部配管70。在电解水用下部配管70的多处设置有具有喷射喷嘴72的喷射器74。喷射喷嘴72向地面表面喷射选择性输送的强酸性电解水或强碱性电解水以使其在栽培栋10的地面上流动。即，通过包含这些电解水用下部配管70、喷射器74而构成利用电解水清洗栽培栋10的地面的地面清洗装置76。由喷射喷嘴72喷射的强酸性电解水、强碱性电解水到达栽培栋10的整个地面，从而对栽培栋10的地面进行杀菌、清洗。

[B]系统栋内的设备

以下，参考图3，对系统栋80内的设备进行说明。另外，图3中，考虑到图的繁琐性，对用于输送气体、液体的泵、切换允许和禁止输送的阀、切换输送路径的阀等省略了记载。

i)培养液相关设备

如前面说明的那样，从设置在栽培架12上的培养液盘20中流出的培养液经由从系统栋80通过的循环路径82返回到培养液盘20中。该循环路径82中，沿培养液的循环方向依次配置有回收罐84、过滤器86、UV杀菌机88、第一纳米气泡添加罐90、混合机92、培养液调节机94。即，通过包含循环路径82、沿该循环路径82输送培养液的泵等而构成培养液循环装置。需要说明的是，也可以将回收罐84、过滤器86、UV杀菌机88、第一纳米气泡添加罐90、混合机92、培养液调节机94看作培养液循环装置的构成要素。

从培养液盘20中流出的培养液先储存在回收罐84中，然后通过过滤器86进行过滤。使用过滤器进行的过滤主要为物理过滤，也可以进行利用细菌的生物过滤。然后，利用UV杀菌机88进行紫外线(UV)杀菌，并输送至第一纳米气泡添加罐90中。在该第一纳米气泡添加罐90中设置有向循环的培养液中供给空气的纳米气泡的作为对循环液供给纳米气泡的装置的第一纳米气泡供给装置96，利用该第一纳米气泡供给装置96，在第一纳米气泡添加罐90中，出于杀菌、氧供给等目的，向循环的培养液中供给即添加空气纳米气泡。利用第一纳米气泡供给装置96的纳米气泡的供给在后面进行说明。

为了补充培养液盘20中由于植物的吸收、蒸腾等而减少的水分，利用混合机92在某一时刻向循环路径82中补充水。系统栋80中设置有与混合机92连接的补充路径98，补充的水沿该补充路径98输送至混合机92，并在混合机92中与培养液混合。在补充路径98中，沿补充的水的输送方向依次配置有软水机100、第二纳米气泡添加罐102。即，通过包含补充路径98、用于沿该补充路径98输送水的泵等而构成水补充装置。需要说明的是，也可以将混合机92、软水机100、第二纳米气泡添加罐102看作水补充装置的构成要素。

将从系统栋80的外部供给的自来水、井水等水利用软水机100进行软化，并输送至第二纳米气泡添加罐102中。在该第二纳米气泡添加罐102中设置有向补充的水中供给空气的纳米气泡的作为对补充水供给纳米气泡的装置的第二纳米气泡供给装置104，利用该第二纳米气泡供给装置104，在第二纳米气泡添加罐102中，出于杀菌、氧供给等目的，向补充的水中供给即添加空气的纳米气泡。关于利用第二纳米气泡供给装置104的纳米气泡的供给，与第一纳米气泡供给装置96的供给同样，与第一纳米气泡供给装置96的供给一起在后面进行说明。

对于在混合机92中与水混合的培养液，为了补充在培养液盘20中由于植物的吸收而减少的养分，在培养液调节机94中进行养分浓度的调节。完成养分浓度调节的培养液返回到培养液盘20中。需要说明的是，栽培栋10中设置有多个栽培架12，并且多个栽培架12各自配置有四个培养液盘20，因此，培养液的循环可以通过依次对每个培养液盘20改变进行循环的培养液来进行。

第一、第二纳米气泡供给装置96、104为日本专利公开公报：日本特开2002-85949号中记载的装置。简言之，第一、第二纳米气泡供给装置96、104各自通过包含涡流泵和图4所示的静止型混合器120而构成。涡流泵分别从第一、第二纳米气泡添加罐90、102中抽取培养液或水，并利用通过自身的启动而产生的负压而从外部抽吸空气，从而生成培养液或水与空气的气液混合体122。生成的气液混合体122输送至静止型混合器120中以供于进一步的搅拌混合。静止型混合器120具有筒状的壳体124和在该壳体124的内部旋转的轴126，轴线方向的上游侧为螺旋桨部128，下游侧为刀具部130。螺旋桨部128中，在轴126上设置有螺旋叶片132，通过轴126的旋转，气液混合体122成为高速涡流而被输送至刀具部130。在刀具部130中，在壳体124的内周面上设置有多个突起134，成为涡流的气液混合体122与该突起碰撞。通过由该碰撞引起的剪切、空穴产生等，使气液混合体122的空气气泡超微细化，从而形成超微细化混合体136，并从静止型混合器120释放到第一、第二纳米气泡添加罐90、102中。超微细化后的气泡含有大量直径为1μm以下的气泡，该直径为1μm以下的气泡成为空气的纳米气泡。通过以上方式，在第一、第二纳米气泡添加罐90、102中，由第一、第二纳米气泡供给装置96、104向培养液或水中供给即添加空气的纳米气泡。顺便提一下，鉴于上述静止型混合器120中的气泡的超微细化的机制，第一、第二纳米气泡供给装置96、104中的纳米气泡供给方式可以看作是气液剪切方式、空穴作用方式等的组合方式，即所谓的混合方式。

本实施例的植物栽培系统中，在培养液盘20的外部，具体而言在循环路径82中向连续循环的培养液中添加纳米气泡，从而能够高效地使培养液盘20中的培养液保持在良好的状态。另外，本系统中，不仅在培养液的循环路径82中向补充的水中添加纳米气泡，而且在水的补充路径98中也向补充的水中添加纳米气泡，因此，能够非常高效地使培养液盘20中的培养液保持在非常良好的状态。另外，水的补充不是连续式的，而是随时进行。因此，作为对补充水供给纳米气泡的装置的第二纳米气泡供给装置104只要仅在补充水时以一定的工作状态工作即可。另一方面，作为对循环液供给纳米气泡的装置的第一纳米气泡供给装置96只要连续地以一定的工作状态工作即可。因此，本系统中，第一、第二纳米气泡供给装置96、104能够在不同时改变工作状态的情况下使培养液盘20中的纳米气泡的总量保持在适当的范围，即，能够在不改变由该第一、第二纳米气泡供给装置96、104各自供给的纳米气泡的量的情况下使培养液盘20中的纳米气泡的总量保持在适当的范围。另外，本系统中，使由第一、第二纳米气泡供给装置96、104各自进行了杀菌、氧供给等的培养液与水在混合机92中进行混合，并使其混合物返回到培养液盘20中。该方式对于高效地使培养液盘20内的培养液保持在良好的状态有些许帮助。另外，本系统中，在补充水时利用培养液调节装置94对培养液与水的混合物进行养分的调节，因此，能够简便地将培养液盘20中的培养液的养分浓度保持在适当的范围。

ii)电解水相关设备

由喷雾装置68喷洒的强酸性电解水和由地面清洗装置喷射的强酸性电解水、强碱性电解水由电解水生成装置140生成。电解水生成装置140通过水的电解而同时生成强酸性电解水和强碱性电解水，供于电解的水经由从上述补充路径98中的软水机100与第二纳米气泡添加罐102之间分支的路径供给至电解水生成装置140中。

参考图5对利用电解水生成装置140生成电解水的原理进行说明。电解水生成装置140具有接受水(H₂O)供给的罐142，该罐142的内部被作为能够使离子透过的隔板发挥作用的离子交换膜144划分为两室。在两室中的一室配置阳极146，在另一室配置阴极148。供给的水被分别供给到两室中，在该水中添加有少量的氯化钠(NaCl)。通过在阳极146与阴极148之间施加预定的电压，在阳极侧生成含有次氯酸(HClO)的强酸性水即强酸性电解水150，在阴极侧生成含有氢氧化钠(NaOH)的强碱性水即强碱性电解水152。

以上述方式生成的强酸性电解水、强碱性电解水各自被输送至强酸性水罐154、强碱性水罐156中，并被储存在上述罐154、156中。强酸性电解水的输送配管与设置在栽培栋10中的电解水用上部配管60连通，强酸性电解水从强酸性水罐154输送至喷雾装置68中，并由喷雾器66从喷雾喷嘴64进行喷洒。需要说明的是，喷洒强酸性电解水时所需的压缩空气从设置在系统栋80中的压缩机(压榨机)158输送至设置在栽培栋10中的压缩空气用配管62中。

另外，强酸性电解水也从强酸性水罐154输送至切换器160，另一方面，强碱性电解水从强碱性水罐156输送至切换器160。切换器160通过输送路径与设置在栽培栋10中的电解水用下部配管70连接，通过切换器160的切换动作将强酸性电解水与强碱性电解水中的一种选择性地输送至地面清洗装置76中，该被选择的一种电解水由喷射器74从喷射喷嘴72向地面喷射。

栽培栋10的地面上设置有排永沟162，喷洒的强酸性电解水和喷射的强酸性电解水、强碱性电解水由该排水沟162集中后，输送至系统栋80的中和处理罐164中，在该中和处理罐164中进行中和处理后，排出到系统栋80外。本系统中，通过将强酸性电解水与强碱性电解水的排出路径设定为同一路径，能够利用它们之间的中和作用，从而减轻中和处理罐164中的中和处理的负担。

iii)二氧化碳气体相关的设备

由配置在栽培架12上的管46释放的二氧化碳气体从放置在系统栋80外的储气瓶166输送至二氧化碳气体调节装置168中，从该二氧化碳气体调节装置168供给至栽培栋10中，从而分配至配置在多个栽培架12的各栽培架上的各管46中。顺便提一下，二氧化碳气体调节装置168以对允许和禁止二氧化碳气体的释放进行切换并且对从各管46的各释放口50释放的二氧化碳气体的流量(流速)进行调节的方式构成。

Claims (10)

1.一种植物栽培系统，用于在建筑物内栽培植物，其具备：

栽培台，设置在所述建筑物内且排列有多株苗；

培养液槽，收容有使水中含有养分的培养液且以使所述多株苗各自的根与该培养液接触的方式配置在所述栽培台的下方；

培养液循环装置，具有设置在所述培养液槽的外部的循环路径并利用该循环路径使培养液循环；

水补充装置，具有与所述循环路径连接的补充路径并利用该补充路径向培养液中补充水；

对循环液供给纳米气泡的装置，配置在所述循环路径中并向循环的培养液中供给含氧气体的纳米气泡；以及

对补充水供给纳米气泡的装置，配置在所述补充路径中并向补充的水中供给含氧气体的纳米气泡。

2.如权利要求1所述的植物栽培系统，其中，所述补充路径在所述培养液槽与配置有所述对循环液供给纳米气泡的装置的部位之间与所述循环路径连接。

3.如权利要求2所述的植物栽培系统，其中，在所述补充路径跟所述循环路径连接的部位与所述培养液槽之间具备培养液调节装置，所述培养液调节装置配置在所述循环路径中并调节培养液的养分浓度。

4.如权利要求1~3中任一项所述的植物栽培系统，其具备：

电解水生成装置，利用电解使水生成强酸性电解水；和

喷雾装置，将该强酸性电解水喷洒到所述建筑物内。

5.如权利要求4所述的植物栽培系统，其中，

所述电解水生成装置在生成强酸性电解水的同时也生成强碱性电解水，

所述植物栽培系统具备通过使该生成的强碱性电解水在所述建筑物的地面上流动而对该地面进行清洗的地面清洗装置。

6.如权利要求5所述的植物栽培系统，其中，所述地面清洗装置能够选择性地使由所述电解水生成装置生成的强碱性电解水和强酸性电解水在所述建筑物的地面上流动。

7.如权利要求4~6中任一项所述的植物栽培系统，其中，所述喷雾装置具有利用压缩空气使强酸性电解水细粒化的喷嘴，并且所述喷雾装置以从该喷嘴向所述建筑物内喷洒强酸性电解水的方式构成。

8.如权利要求1~7中任一项所述的植物栽培系统，其中，该植物栽培系统具备：

多个栽培台，配置成架子状且各自为所述栽培台；

多个培养液槽，以与这些多个栽培台对应的方式设置且各自配置在所对应的栽培台的下方而作为所述培养液槽发挥作用；以及

多个二氧化碳气体释放装置，以与所述多个栽培台对应的方式设置，并且各自具有(a)在所述多株苗的上方沿所述栽培台延伸来输送二氧化碳气体的输送路径和(b)沿该输送路径以空出间隔的方式设置的多个释放口，从而向所述多株苗释放二氧化碳气体。

9.如权利要求1~7中任一项所述的植物栽培系统，其中，

该植物栽培系统具备：

LED照明装置，配置在所述栽培台的上方，并且具有(A)多个LED光源和(B)以使这些多个LED光源沿所述栽培台排列的方式保持这些多个LED光源的保持体；以及

二氧化碳气体释放装置，具有(a)在所述多株苗的上方沿所述栽培台延伸来输送二氧化碳气体的输送路径和(b)沿该输送路径以空出间隔的方式设置的多个释放口，从而向所述多株苗释放二氧化碳气体，

并且，所述保持体以保持所述输送路径的方式构成。

10.如权利要求1~9中任一项所述的植物栽培系统，其中，

该植物栽培系统具备：

多个栽培台，配置成架子状且各自为所述栽培台；

多个培养液槽，以与这些多个栽培台对应的方式设置且各自配置在所对应的栽培台的下方而作为所述培养液槽发挥作用；以及

多个LED照明装置，以与所述多个栽培台对应的方式设置且各自作为所对应的栽培台的所述LED照明装置发挥作用，

并且，所述多个LED照明装置中除与最上层的所述栽培台对应的LED照明装置以外的各LED照明装置所具有的所述保持体，以与跟紧邻的上一层的所述栽培台对应地设置的所述培养液槽的下表面接触的状态安装。

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