CN104244703A - 植物栽培中的空气调节装置 - Google Patents

Abstract

在空气调节装置中，从设置在植物附近的排出口(6)向植物大致均匀地供给混合环境气体，从而使植物的叶的蒸腾变均匀，此外，仅对植物附近进行空气调节控制并且管理二氧化碳气体浓度。所述混合环境气体通过利用与排出口(6)连通的混合部(3)将二氧化碳气体混合于环境气体并进一步调节了温度以及湿度而形成。

Description

植物栽培中的空气调节装置

技术领域

本发明涉及一种植物栽培中的空气调节装置，其在植物工厂中同时实现仅植物附近的空气调节控制以及植物的生长促进。

背景技术

对于以往的植物工厂的空气调节方法，作为利用设置于壁面的空气调节机对栽培室整体进行空气调节控制的方法，或者在多层式栽培架设置循环风机，利用恒定方向的流动对各层进行空气调节控制的方法，例如有专利文献1的空气调节方法。

图6是示出专利文献1的空气调节方法的图。箭头表示空气的流动方向。植物被定植并栽培在设置于箱型育苗装置22的单元托盘27上。专利文献1的空气调节方法是反复进行如下动作的空气调节方法，即，对于利用设置于封闭型结构体20的壁面的室内空气调节装置21进行冷却以及调湿后的空气，使装备在育苗架26的背面的空气风机25工作而从箱型育苗装置22的前表面侧吸引该空气，经由空气室24向封闭型结构体20的壁面与箱型育苗装置22的背面之间的空间排出。排出到该空间的空气因人工照明装置28产生的热而被加热，利用室内空气调节装置21再次调节温度以及湿度，并再次向箱型育苗装置22的育苗空间23的开放的前表面侧供给。

另外，一般来说，在植物培育时以适当的风速向叶或者枝干部供给调节了温度、湿度以及二氧化碳气体浓度后的空气，由此促进植物中的叶的蒸腾，也促进了光合作用。

图7是示出非专利文献1所记载的风速与蒸腾量之间的相关关系的图。且示出在环境温度25度的环境中，在相对湿度为50％、65％、80％这三个条件下，在植物的叶的附近改变风速时的、植物的叶的中央部10cm×10cm的面积的1小时后的蒸腾量。

根据图7，对植物的叶的蒸腾有效的最低风速是0.05m/sec。另外，虽然最佳风速因湿度条件的不同而存在差异，但通过提高植物附近的风速，蒸腾量增加。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-52253号公报

非专利文献

非专利文献1：矢吹万寿·宮川秀夫，与风速和光合作用相关的研究(第二报)风速与光合作用之间的关系，农业气象第26卷第三号、1970年12月、139页

发明概要

发明要解决的课题

在以往的空气调节方法的情况下，如图6所示，由于采用从箱型育苗装置22的育苗空间23的开放的前表面侧吸气，且利用装备在育苗架26的背面的空气风机25排气的构造，因此气流始终为一个方向。另外，由于定植在单元托盘27上的植物随着生长而成为气流的障碍物，因此无论对于植物的各个单体还是从育苗空间23整体来看，在上风与下风产生风速差，产生与对蒸腾有效的风充分接触的面和没有充分接触的面，存在产生蒸腾量出现差别等弊端这样的课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决所述问题并且提供一种植物栽培中的空气调节装置，该空气调节装置仅对植物栽培所必需的空间进行空气调节控制以及二氧化碳气体浓度管理，由此减少空气调节负荷，此外，对于植物，通过向植物整体均匀地供给风以及二氧化碳气体而抑制蒸腾的差别。

用于解决课题的手段

为了解决所述课题，本发明以如下方式构成。

本发明的一实施方式提供一种空气调节装置，其是仅向植物附近供给调节了温度、湿度以及二氧化碳气体浓度的空气的植物栽培中的空气调节装置，其中，

该空气调节装置包括：

二氧化碳气体产生部，其产生调节了浓度的二氧化碳气体；

空气供给部，其供给调节了温度与湿度的环境气体或者外部空气；

混合部，其经由第一管道与所述二氧化碳气体产生部连结，并且经由第二管道与所述空气供给部连结，该混合部混合从所述二氧化碳气体产生部产生的所述二氧化碳气体和从所述空气供给部供给的所述环境气体或所述外部空气，形成混合环境气体；以及

连接配管，其具有连结于所述混合部且朝向所述植物附近供给所述混合环境气体的多个排出口，

相对于植物栽培装置的一处植物植入用孔，至少配置三个以上的所述排出口，并且相邻的所述排出口的中心与所述植物植入用孔的中心所成的角度设置为相等角度或者大致低于180度。

发明效果

根据本发明的所述方式的、仅对植物附近进行空气调节控制并且供给二氧化碳气体的空气调节装置，能够大幅降低空气调节负荷以及二氧化碳气体的输入量，并且能够通过蒸腾量的均匀化来抑制生长的差别。

附图说明

根据与针对附图的优选实施方式相关的以下叙述来明确本发明的以上以及其他目的与特征。在该附图中：

图1是本发明的第一实施方式的用于实施空气调节方法的空气调节装置的说明图。

图2是本发明的第一实施方式的空气调节方法中的基本分析模型的俯视图。

图3是本发明的第一实施方式的空气调节方法中的基本分析模型的图2中A-A的局部剖视图。

图4是本发明的第一实施方式的第一变形例中的、在植物的上部追加设置有排气部的情况的结构图。

图5是本发明的第一实施方式的第一变形例中的、设置有辅助排出口的情况的结构图。

图6是示出专利文献1所记载的以往的空气调节方法的图。

图7是示出非专利文献1所记载的风速与蒸腾量之间的关系的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照图表对本发明的第一实施方式的植物栽培中的空气调节装置进行说明。

图1是本发明的第一实施方式的用于实施植物栽培中的空气调节方法的、将植物栽培中的空气调节装置应用于水栽培装置的情况下的空气调节装置的说明图。在图1中，省略栽培床或者育苗架等与本发明的第一实施方式的用于实施空气调节方法的空气调节装置相关的结构以外的部分。构成栽培床或者育苗架等植物栽培装置的一部分的栽培板7在其中央设置有圆形的植物植入用孔8，在圆形的植物植入用孔8配置有植物。

本发明的用于实施上述方式的空气调节方法的空气调节装置包括送风装置30、连接配管5以及排出口6。送风装置30具备空气供给部1、二氧化碳气体产生部2以及混合部3，空气供给部1以及二氧化碳气体产生部2彼此经由混合部3、第一管道4a以及第二管道4b而连结。

空气供给部1具有调节温度以及湿度的功能，将调节了温度以及湿度后的空气(环境气体或者外部空气)经由第一管道4a供给至混合部3。

二氧化碳气体产生部2产生二氧化碳气体并且调节其浓度，将产生并且调节浓度后的二氧化碳气体经由第二管道4b供给至混合部3。

在混合部3中，混合从二氧化碳气体产生部2产生的二氧化碳气体和利用空气供给部1调节了温度以及湿度后的空气。

空气的排出口6设置在栽培板7上的植物附近。

连接配管5的一端与多个排出口6连通，并且另一端连结于送风装置30的混合部3。由此，利用混合部3混合后的混合环境气体、换言之空气经由连接配管5被引导至设置在栽培板7上的排出口6，从排出口6以自下朝上的方式向植物供给空气。例如，在图1中，在设置于栽培板7的圆形的配管部5a中，在栽培板7上的植物的周围以等间隔配置有三个排出口6。排出口6的开口高度例如是到达后述的植物模型9的第一分割部DV₁的高度即可。

另外，连接配管5也可以使各排出口6中的每一个排出口分别与送风装置30的混合部3连结。

需要说明的是，在将本发明的第一实施方式的空气调节方法应用于土耕栽培或者其他栽培方式的情况下，只要将栽培板7或者贯穿设置于栽培板7的中央的圆形的植物植入用孔8根据所应用的栽培方式适当地进行替换即可。例如，在土耕栽培中不需要栽培板7，只要在定植植物的位置替换植物植入用孔8即可。

图2以及图3是示出用于求出本发明的第一实施方式的用于实施空气调节方法的空气调节装置的最佳设置条件的基本分析模型的图。图2是所述基本分析模型的俯视图。图3示出所述基本分析模型的图2的A-A的局部剖视图。需要说明的是，在所述基本分析模型中，省略了送风装置30以及连接配管5。

根据图2，将植物假定为直径D₁＝100mm的球形并进行模型化。该植物模型9定植于设置在栽培板7的中央的圆形的植物植入用孔8，植物模型9的球的中心与圆形的植物植入用孔8的中心配置为同心。

在配管部5a的配管中心圆的直径D₂＝150mm的圆周上，排出口6以大致相等角度设置有四个，该配管部5a是与加工在栽培板7上的圆形的植物植入用孔8同心的同心圆，从排出口6供给的空气的风速在刚离开排出口6时是0.5m/sec。

从排出口6供给至植物模型9的空气的方向由水平方向角度θ₁与垂直方向角度θ₂的组合决定。

这里，水平方向角度θ₁是以连接植物植入用孔8的中心与排出口6的中心的线作为基准，以朝向植物植入用孔8的中心的角度作为0度，并将以排出口6为中心旋转的顺时针方向作为正的角度。另外，垂直方向角度θ₂是以排出口6的最上面为基准，以在水平方向上朝向植物植入用孔8的角度为0度，并将朝向铅垂上方的角度定义为正的角度。

另外，为了求出本发明第一实施方式的用于实施空气调节方法的空气调节装置所需的最佳设置条件，以所述基本分析模型为基准，将水平方向角度θ₁、垂直方向角度θ₂、排出口6的配置、排出口6的个数分别改变为以下条件，使用CRADLE社制通用热流体分析软件“STREAM”(商品名)实施分析。

(1)将水平方向角度θ₁为0度、15度、25度、35度、45度这五个条件与垂直方向角度θ₂为15度、30度、45度、60度、75度、80度这六个条件组合后的条件。

(2)在与圆形的植物植入用孔8的中心同心的同心圆上以相等角度设置三个、四个、六个、八个、十二个、十六个排出口6这六个条件。

(3)以配置排出口6的配管部5a的配管中心圆的直径D₂所形成的圆作为与植物植入用孔8同心的同心圆，并且将直径D₂设为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm这五个条件。

需要说明的是，作为本发明的第一实施方式的有无效果的判断基准，如图3所示，假想将球形的植物模型9沿水平方向大致均等地六等分，从下方起分别是第一分割部DV₁～第六分割部DV₆。然后，评价分割后的所述植物模型9的各分割部DV₁～DV₆的表面的平均风速。这里，尤其着眼于从下方数第三层的分割部DV₃、以及从下方数第四层的第四分割部DV₄。根据图7的非专利文献1所记载的风速与蒸腾量之间的相关关系的图，求出第三分割部DV₃与第四分割部DV₄的表面的平均风速分别在对植物的蒸腾具有最低限度效果的风速0.05m/sec以上的条件。并且，对以第三分割部DV₃与第四分割部DV₄的表面的平均风速均超过0.05m/sec的情况作为“○”、以第三分割部DV₃或者第四分割部DV₄的表面的平均风速中的任一方超过0.05m/sec的情况作为“△”、以第三分割部DV₃与第四分割部DV₄的表面的平均风速均低于0.05m/sec的情况作为“×”时的结果进行说明。

[表1]

表1是在水平方向角度θ₁与垂直方向角度θ₂的组合中，根据所述判断基准总结分析结果的表。

根据表1，对于水平方向角度θ₁与垂直方向角度θ₂的角度范围，在水平方向角度θ₁为0度以上且25度以下的情况下，垂直方向角度θ₂为30度以上且75度以下。另外，在水平方向角度θ₁超过25度且在35度以下的情况下，垂直方向角度θ₂在45度以上且75度以下。另外，在水平方向角度θ₁超过35度且在45度以下的情况下，垂直方向角度θ₂在45度以上且60度以下。若以此方式设置水平方向角度θ₁与垂直方向角度θ₂的角度范围，能够确保在对植物的蒸腾具有最低限度效果的风速0.05m/sec以上。

此外，从实现后述所希望的效果的观点来看，需要使从全部排出口6供给的空气的排出方向是一个方向，因此优选各个排出口6中水平方向角度θ₁的符号相同，并且，所设置的各个排出口6中水平方向角度θ₁与垂直方向角度θ₂在优选的所述角度范围内是相同的角度。其理由在于，在相邻的排出口6的水平方向角度的符号不同的情况下，从相邻的排出口6供给的空气彼此碰撞，无法向植物均匀地供给空气。

需要说明的是，在各个排出口6中，水平方向角度θ₁与垂直方向角度θ₂只要在所述角度范围内，则可以是任意角度，水平方向角度θ₁的角度也可以是负方向的角度。

[表2]

表2是与同心圆的直径D₂相关的、根据所述判断基准总结分析结果的表。

根据表2，优选排出口6设置在同心圆的直径D₂为100mm以上且250mm以下的范围内，若将同心圆的直径D₂的范围与植物的直径D₁之比表示为D₂/D₁，则D₂/D₁的范围在1.0以上且2.5以下。

[表3]

另外，表3是与排出口6的个数相关的、根据所述判断基准总结的表。

根据表3，关于排出口6的个数，结果是无论在哪种情况下，对所述蒸腾具有最低限度效果的风速都在0.05m/sec以上，增加排出口6的个数所带来的影响较少。

但是，在排出口6的个数是两个以下的情况下，无法均匀地供给空气。

根据以上内容，优选的是，全部排出口6设置在以圆形的植物植入用孔8为中心的一个同心圆上，同心圆的直径D₂与植物的直径D₁之比D₂/D₁在1.0以上且2.5以下的范围内，并且，相邻的两个排出口6的中心与植物植入用孔8的中心所成的角度大致低于180度，更优选为相等角度。

另外，若所设置的排出口6的直径D₂在各个排出口6中均在所述D₂/D₁范围内，则排出口6也可以配置在多个同心圆上。

根据本发明的第一实施方式的、仅对植物附近进行空气调节控制并且供给二氧化碳气体的空气调节装置，在植物栽培装置7中，对于一处植物植入用孔8，至少具备三个以上的排出口6，并且相邻的排出口6的中心与植物植入用孔8的中心所成的角度设置为相等角度或者大致低于180度。通过以此方式构成，能够大幅降低空气调节负荷以及二氧化碳气体的输入量，并且能够通过蒸腾量的均匀化来抑制生长的差别。

另外，在第一实施方式中，还设置为，在从排出口6供给的混合环境气体的排出方向的角度中，当将水平方向角度设为θ₁且将垂直方向角度设为θ₂时，在水平方向角度θ₁为0度以上且25度以下的情况下，垂直方向角度θ₂为30度以上且75度以下，在水平方向角度θ₁超过25度且在35度以下的情况下，垂直方向角度θ₂为45度以上且75度以下，在水平方向角度θ₁超过35度且在45度以下的情况下，垂直方向角度θ₂为45度以上且60度以下，并且，在与植物植入用孔8的圆形形状同心的同心圆上配置多个的排出口6，同心圆的直径D₂设置为植物的直径D₁的1.θ倍以上且2.5倍以下。通过以此方式构成，能够增加蒸腾量，产生促进植物生长的效果。

接下来，图4是示出本发明的第一实施方式的第一变形例的、向植物模型9的所述分割部的从下方数第四层～第六层的第四～第六分割部DV₄～DV₆更加均匀地供给空气的方法的图。

根据图4，用于实施空气调节方法的空气调节装置以在植物模型9的上方、且是在与植物模型9的内侧对应的位置追加设置有排气部31为特征。

排气部31构成为包括配置为与圆形的植物植入用孔8的中心大致同心的圆形的排气口10、以及与排气口10连通的排气风机11。

利用各排出口6从植物的下方向上方供给的空气经由排气口10被排气风机11抽吸。因此，来自各排出口6的气流向排气口10聚集，因此，能够从植物模型9的下方向第五层的第五分割部DV₅以及第六层的第六分割部DV₆进一步供给空气，能够向植物整体均匀地供给空气。

接下来，图5是示出本发明的第一实施方式的第二变形例的、从植物模型9的分割部的自下方数第一层的第一分割部DV₁向第三层的第二分割部DV₃进一步供给空气的方法的图。

根据图5，用于实施空气调节方法的空气调节装置以植物模型9的直径D₁与排出口6的配置的直径D₂之比D₂/D₁低于1.0，并且在比圆形的植物植入用孔8的圆周大的圆形的范围内，追加设置有多个辅助排出口12为特征。

与排出口6相同，辅助排出口12经由连接配管5与送风装置30连结。

[表4]

表4是在上述分析结果中，关于直径D₁为50mm时的各分割部DV₁～DV₆的平均风速，将0.1m/sec以上表示为“◎”，将0.05m/sec以上且低于0.1m/sec表示为“○”，将低于0.05m/sec表示为“×”的表。

根据表4可知，在D₂/D₁低于1.0的情况下，对于植物模型9，能够向分割部中的从下方数第一层的第一分割部DV₁～第三层的第三分割部DV₃供给更多的空气，因此，通过组合辅助排出口12与排出口6，对于植物模型9，能够向从下方数第一层的第一分割部DV₁～第三层的第三分割部DV₃进一步供给空气，能够更加均匀地向植物整体供给空气。

辅助排出口12配置在同心圆的直径D₂比植物植入用孔8大并且小于植物的直径D₁的1.0倍的范围内，并且辅助排出口12与混合部3经由连接配管5连结，辅助性地将混合环境气体供给至植物。辅助排出口12的配置位置在所述范围内至少配置三个以上即可。辅助排出口12与排出口6在同心圆中也可以不配置在相同的相位。辅助排出口12的开口高度例如是到达植物的第一分割部DV₁的高度即可。

需要说明的是，也可以同时追加设置所述排气部31与辅助排出口12。

通过组合上述各种实施方式或者变型例中的任意实施方式或者变型例，能够发挥各自所具有的效果。

工业实用性

根据本发明的上述方式的植物栽培中的空气调节装置，能够大幅降低空气调节负荷以及二氧化碳气体的输入量，并且能够通过蒸腾量的均匀化来抑制生长的差别。因此，本发明的上述方式的植物栽培中的空气调节装置也能够应用于水栽培方式、土耕栽培方式或者其他栽培方式，能够获得相同的效果。

在本发明中，参照附图充分记载了与优选实施方式相关的内容，但本领域技术人员应知晓能够进行各种变形或者修正。应当理解为，只要不脱离以所附权利要求书要求保护的本发明的范围，这样的变形或者修正包含于本发明的范围中。

Claims (9)

1.一种空气调节装置，其是仅向植物附近供给调节了温度、湿度以及二氧化碳气体浓度的空气的植物栽培中的空气调节装置，其中，

该空气调节装置包括：

二氧化碳气体产生部，其产生调节了浓度的二氧化碳气体；

空气供给部，其供给调节了温度与湿度的环境气体或者外部空气；

混合部，其经由第一管道与所述二氧化碳气体产生部连结，并且经由第二管道与所述空气供给部连结，该混合部混合从所述二氧化碳气体产生部产生的所述二氧化碳气体和从所述空气供给部供给的所述环境气体或所述外部空气，形成混合环境气体；以及

连接配管，其具有连结于所述混合部且朝向所述植物附近供给所述混合环境气体的多个排出口，

相对于植物栽培装置的一处植物植入用孔，至少配置三个以上的所述排出口，并且相邻的所述排出口的中心与所述植物植入用孔的中心所成的角度设置为相等角度或者大致低于180度。

2.根据权利要求1所述的空气调节装置，其中，

在从所述排出口供给的所述混合环境气体的排出方向的角度中，当将水平方向角度设为θ₁且将垂直方向角度设为θ₂时，

在所述水平方向角度θ₁为0度以上且25度以下的情况下，所述垂直方向角度θ₂设置为30度以上且75度以下，在所述水平方向角度θ₁超过25度且在35度以下的情况下，所述垂直方向角度θ₂设置为45度以上且75度以下，在所述水平方向角度θ₁超过35度且在45度以下的情况下，所述垂直方向角度θ₂设置为45度以上且60度以下。

3.根据权利要求1或2所述的空气调节装置，其中，

在与所述植物植入用孔的圆形形状同心的同心圆上配置有多个所述排出口，所述同心圆的直径D₂设置为所述植物的直径D₁的1.0倍以上且2.5倍以下。

4.根据权利要求1或2所述的空气调节装置，其中，

该空气调节装置具备配置于所述植物栽培装置的上方且进行排气的排气部。

5.根据权利要求3所述的空气调节装置，其中，

该空气调节装置具备配置在所述植物栽培装置的上方且进行排气的排气部。

6.根据权利要求1或2所述的空气调节装置，其中，

该空气调节装置还具备多个辅助排出口，该多个辅助排出口配置在所述同心圆的直径D₂比所述植物植入用孔大、并且小于所述植物的直径D₁的一倍的范围内，并且，所述辅助排出口经由所述连接配管与所述混合部连结，将所述混合环境气体供给至所述植物。

7.根据权利要求3所述的空气调节装置，其中，

该空气调节装置还具备多个辅助排出口，该多个辅助排出口配置在所述同心圆的直径D₂比所述植物植入用孔大、并且小于所述植物的直径D₁的一倍的范围内，并且，所述辅助排出口经由所述连接配管与所述混合部连结，将所述混合环境气体供给至所述植物。

8.根据权利要求4所述的空气调节装置，其中，

该空气调节装置还具备多个辅助排出口，该多个辅助排出口配置在所述同心圆的直径D₂比所述植物植入用孔大、并且小于所述植物的直径D₁的一倍的范围内，并且，所述辅助排出口经由所述连接配管与所述混合部连结，将所述混合环境气体供给至所述植物。

9.根据权利要求5所述的空气调节装置，其中，

该空气调节装置还具备多个辅助排出口，该多个辅助排出口配置在所述同心圆的直径D₂比所述植物植入用孔大、并且小于所述植物的直径D₁的一倍的范围内，并且，所述辅助排出口经由所述连接配管与所述混合部连结，将所述混合环境气体供给至所述植物。