CN116347976A - 植物栽培装置以及方法 - Google Patents

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CN116347976A CN202180072950.3A CN202180072950A CN116347976A CN 116347976 A CN116347976 A CN 116347976A CN 202180072950 A CN202180072950 A CN 202180072950A CN 116347976 A CN116347976 A CN 116347976A
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Cleo Hi Tech Co ltd
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Abstract

本发明提供植物栽培装置，能够使风(气流)充分地吹到由栽培床栽培的植物。栽培床(4)的搬运装置(10)设置成上下多层。栽培床(4)的长边方向成为与上述搬运装置(10)的搬运方向正交的方向。以使气流从上方吹到各层的搬运装置(10)上的栽培床(4)的植物的方式设置有吹出管道(23、24)。在由搬运装置(10)搬运的栽培床(4)之间设置有用于使气流向下方通过的空间。

Description

植物栽培装置以及方法
技术领域
本发明涉及用于栽培植物的装置以及方法。
背景技术
作为栽培蔬菜等植物的植物栽培装置，在专利文献1中记载有构成为将栽培床的搬运部设置为上下多层并使栽培床依次移动的装置。
在专利文献1中，以覆盖各搬运部的多个栽培床的上方的方式配置大致矩形的照明送风面板，从设置于该照明送风面板的送风管或送风机朝向植物进行送风(专利文献的0016、0020段落，图2)。
在专利文献2中，记载有将育苗架配置为上下多层的植物栽培装置。在专利文献2中，在各育苗架彼此之间的育苗空间的后方设置有背面面板，在该背面面板设置有通气口，在该通气口设置有空气风扇。通过使空气风扇工作，通过通气口向育苗空间供给气流。
专利文献1：日本特开2019－216685号公报
专利文献2：日本特开2017－55720号公报
在专利文献2中，气流在育苗空间内从后部朝向前部流动，因此难以进入在同一面上邻接的栽培床彼此之间。
在专利文献1中，从设置于各搬运部的上方的照明送风面板的送风管或送风机对植物进行送风(专利文献1的0020段第4行)，但由于该照明送风面板被设置于各搬运部，所以在对植物吹送的风吹到植物之后，会向侧方流动，几乎不会进入在同一面上邻接的栽培床彼此之间。
这样，在现有的植物栽培装置中，风的大部分在植物的上侧流动，所以风难以直接吹到蔬菜等植物的生长点，或者植物周边处的气流(风)的一致性降低，因此存在出现叶焦病(tipburn)等生育疾病的担忧。
发明内容
本发明的课题在于，在1个方式中，提供能够使风(气流)充分地吹到由栽培床栽培的植物的植物栽培装置以及方法。
另外，本发明的课题在于，在1个方式中，提供用于吹送气流的吹出管道对照明的遮光的影响小的植物栽培装置以及方法。
另外，本发明的课题在于，提供使照明与栽培面的距离变长的植物栽培装置以及方法。
另外，本发明的课题在于，在1个方式中，提供能够提高宽度和进深长而具有宽面的栽培部中的温度的均匀性的植物栽培装置以及方法。
本发明的主旨如下。
[1]一种植物栽培装置，其设置有搬运部，上述搬运部具备多个栽培床的搬运装置，
上述植物栽培装置设置有送风单元，上述送风单元朝向该搬运装置上的该栽培床的植物吹送气流，
上述植物栽培装置的特征在于，
该搬运部为2层以上，
在该搬运部的各层设置有该送风装置，
在该搬运装置设置有用于使该气流在栽培床之间通过并在该搬运装置的底面通过的空间。
[2]在[1]的植物栽培装置中，上述栽培床彼此的间隔为40～500mm。
[3]在[1]或[2]的植物栽培装置中，上述送风单元具有：
空调机，上述空调机吸入设置了上述植物栽培装置的栽培室内的空气，使其成为规定范围的温度的调节空气；以及
吹出管道，上述吹出管道供给混合了来自该空调机的调节空气与栽培室内的空气的调整空气，将该调整空气朝向上述栽培床吹出。
[4]在[3]的植物栽培装置中，上述吹出管道沿着上述搬运装置的搬运方向设置。
[5]在[1]～[4]中任一项的植物栽培装置中，上述搬运部设置成上下多层。
[6]在[1]～[5]中任一项的植物栽培装置中，上述栽培床的长边方向成为与上述搬运装置的搬运方向交叉的方向。
[7]一种植物栽培装置，其设置有搬运部，上述搬运部具备栽培床的搬运装置，
上述植物栽培装置设置有送风单元，上述送风单元使气流从上方吹到搬运装置上的栽培床的植物，
上述植物栽培装置的特征在于，
具备朝向上述栽培床的植物照射光的照明，
在至少一部分的照明之间配置有吹出管道。
[8]在[7]记载的植物栽培装置中，
上述搬运部为2层以上，
在该搬运部的各层设置有上述送风装置，
在该搬运部以及上述搬运装置设置有用于使该气流在栽培床之间通过并在该搬运部的底面通过的空间。
[9]一种植物栽培装置，其特征在于，
在沿着吹出管道的方向设置有照明，
该照明的每1m的PPF输出为150μmol/s以上。
[10]在[7]～[9]中任一项的植物栽培装置中，
具有栽培床、和配置在该栽培床的上方的上述照明，
该栽培床的上表面处的PPFD值为100～1000μmol/m2/s。
[11]在[7]～[10]中任一项的植物栽培装置中，
从上述栽培床的上表面到上述照明的高度为300～1500mm。
[12]在[7]～[11]中任一项的植物栽培装置中，
根据从上述栽培床的上表面到该照明的高度(x)以及该照明的半值角2θ的半值(θ)，并利用以下的式(1)求出上述照明之间的间隔(y)的上限值。
[数式1]
y＝x tanθ···(1)
在式(1)中，
y：是指照明的设置间隔[cm]，
x：是指从栽培床的上表面到照明的高度[cm]，
θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
[13]在[7]～[12]中任一项的植物栽培装置中，
上述照明是LED照明，
上述吹出管道的设置范围在该LED照明的半值角2θ的配光范围外。
[14]在[7]～[13]中任一项的植物栽培装置中，
根据从上述照明向上的有效宽度(a)、该照明的设置间隔(y)以及该照明的半值角的半值(θ)，并利用以下的式(2)求出上述吹出管道的截面积(S)，将上述吹出管道的截面积(S)的值作为上限。
[数式2]
Figure BDA0004198229930000041
在式(2)中，
S：是指吹出管道的截面积[cm2]，
a：是指从照明的光源部向上的有效宽度[cm]，
y：是指照明的设置间隔[cm]，
θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
[15]在[7]～[14]中任一项的植物栽培装置中，
上述吹出管道的截面呈大致圆形，
根据从上述照明向上的有效宽度(a)以及该照明的设置间隔(y)，并利用以下的式(3)求出该吹出管道的直径(R)的上限值。
[数式3]
Figure BDA0004198229930000051
在式(3)中，
R：是指吹出管道的直径[cm]，
a：是指从照明的光源部向上的有效宽度[cm]，
y：是指照明的设置间隔[cm]，
θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
[16]在[1]～[15]中任一项的植物栽培装置中，
在上述栽培床覆盖安装有具有种植孔的栽培板。
[17]在[16]的植物栽培装置中，
上述种植孔在上述栽培床的长边方向设置为1列。
[18]一种植物栽培装置，其特征在于，
各层的栽培床上的温度之差在±1℃的范围内。
[19]在[1]～[18]中任一项的植物栽培装置中，
1个栽培面的纵向以及横向双方为2m以上。
[20]一种植物栽培方法，其特征在于，
使用[1]～[19]中任一项的植物栽培装置栽培植物。
[21]在[20]的植物栽培方法中，
上述植物是褶边莴苣、巴达维亚莴苣、生菜等菊科、小松菜、青梗菜等十字花科、菠菜等苋科等的叶菜类、草莓等蔷薇科、番茄等茄科等的果菜类。
根据本发明的1个方式，能够向由栽培床栽培的植物的生长点的周围直接供给由空调机调节了的空气的气流。由此，能够抑制叶焦病等生育疾病，从而也能够增加收获重量。另外，各植物栽培环境变均匀，能够栽培品质一致的植物。
另外，本发明在1个方式中能够减小用于吹送气流的吹出管道对照明的遮光的影响，因此能够从植物体的上方进行送风，其结果，能够扩宽栽培面。
根据本发明的1个方式，通过增大植物与照明以及送风管道的距离，能够提高栽培部中的温度的均匀性。
附图说明
图1是实施方式的植物栽培装置的剖视图，表示图2的I－I线截面。
图2是图1的II－II线剖视图。
图3是表示搬运装置以及栽培床的结构的示意立体图。
图4是表示栽培床与管道的关系的示意立体图。
图5是表示搬运装置的立体图。
图6是说明计算式的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式的植物栽培装置进行说明。此外，如上所述，图3是表示搬运装置以及栽培床的结构的示意立体图，但在图3中，图示了栽培床的长度比实际短，实际的栽培床比图3所示的长。
如图1及图2所示，在由壁1及天花板2围起的栽培室3内，搬运多个栽培床4的搬运部被设置成上下2层。在各搬运部分别设置有搬运多个栽培床4的搬运装置10。搬运部除搬运装置10以外，也可以具备搬运装置的驱动部。在本实施方式中，作为驱动部，具备后述的缸13。在各搬运装置10的上侧分别具备朝向植物吹送气流的送风单元。在本实施方式中，在各搬运装置10的上侧设置有分别作为送风单元的风(空气气流)的吹出管道23、24、和照明28。如图2所示，经由主管道21向吹出管道23供给由空调机20调整为规定温度的调节空气。在本实施方式中，作为送风单元，进一步包括空调机20。空调机20使设置了植物栽培装置的栽培室内的空气成为规定范围的温度的调节空气。
该搬运装置10设置为将栽培床4在上层侧从图1的左侧朝向右侧搬运，在下侧从图1的右侧朝向左侧搬运。搬运装置10分别配置在栽培床4的长边方向的一端侧和另一端侧的下侧。搬运装置10可以从栽培床4的长边方向的一端侧朝向另一端侧配置，也可以从另一端侧朝向一端侧配置。
设置有升降台30，该升降台30用于将由上层侧的搬运装置10搬运至图1的右端侧的栽培床4移动放置到下层侧的搬运装置10。升降台30能够通过驱动机(省略图示)在上层侧搬运装置10与下层侧搬运装置10之间升降。
如后详述，栽培床4构成为供幼苗插入在栽培板5设置的种植孔6，并利用液体肥料进行水耕栽培。
各搬运装置10、吹出管道23、24以及照明28分别支承于框架8(图2)。在框架8还进一步支承有用于向各栽培床4的一端侧供给液体肥料的供液管40(图2、3)、和接收从各栽培床4的另一端侧流出的液体肥料的槽状的排液托盘42(图2、3)。
能够通过泵向液体肥料的供液管40的一端供给液体肥料罐(省略图示)内的液体肥料。
在该实施方式中，栽培床4为上表面敞开的长条的槽状，与长边方向垂直的截面呈朝上的“コ”字形状。在该实施方式中，栽培床4配置在与搬运装置10的搬运方向交叉的方向上。栽培床4优选配置在正交方向上。栽培床4不限于长条，也可以是宽度和进深为相同程度那样的形状。
经由喷嘴41从供液管40向栽培床4的一端侧供给液体肥料。栽培床4的底面从长边方向的该一端侧朝向另一端侧具有流水梯度，从而液体肥料在栽培床4内从该一端侧朝向另一端侧流动，向排液托盘42流出。
排液托盘42设置为具有流水梯度。从排液托盘42的下游端流出的液体肥料经由集合管(省略图示)被返送到液体肥料罐。
在栽培床4的上表面覆盖安装有盖状的栽培板5。在栽培板5沿长边方向隔开间隔设置有多个种植孔6。在该实施方式中，种植孔6在栽培板5的长边方向设置为1列，但也可以设置为2列以上。
种植孔6贯通栽培板5。幼苗(省略图示)从上方被插入种植孔6。
以幼苗的根与沿着栽培床4的底面流动的液体肥料接触的方式将幼苗插入种植孔6。
栽培床4配置为能够在沿着搬运方向延伸设置的导轨18上滑动移动。如图3、5所示，使导轨18上的栽培床4沿搬运方向移动的搬运装置10具备与长边方向垂直的截面呈U字形状的杆11、设置于该杆11的爪12、和使该杆11沿长边方向往复运动的缸(在该实施方式中为气缸)13等。在缸13的活塞杆13a连接有杆11的一端。爪12在杆11的长边方向隔开间隔设置。
爪12通过轴销14可倾动地安装于杆11。爪12通过比轴销14靠下位侧的重量成为从杆11的上表面突出的姿势。
在杆11通过活塞杆13a的突出而在搬运方向(去程方向)移动时，该爪12与栽培床4的侧面下部抵接。而且，伴随杆11的去程，栽培床4被爪12推压而进行去程动作。
爪12朝向栽培床4的搬运方向下游侧倾斜，在使活塞杆13a后退而杆11向搬运相反方向(回程方向)移动时，爪12以潜入栽培床4的下侧的方式绕轴销14转动(倾动)，从而爪12不从杆11突出，爪12不会钩挂在栽培床4，而杆11进行后退。
这样，在该实施方式中，采用了在缸13的活塞杆13a的每个突出行程中，各栽培床4向搬运方向下游侧移动活塞杆13a的行程长度的量的间歇移动机构。栽培床4的停止位置是各供液喷嘴41的下方。
在上述各供液喷嘴41设置有阀，仅在栽培床4在各供液喷嘴41的下方停止时进行开阀，而从喷嘴41排出液体肥料。在栽培床4移动时进行闭阀而停止排出。
在各搬运部中，以在搬运装置10上被搬运的栽培床4彼此之间隔开规定的间隔D(图3)的方式搬运栽培床4。间隔D优选为40～500mm。
具体而言，合适的间隔因植物的种类以及从栽培的初期到后期而不同，但在叶莴苣(leaf lettuce)中，优选栽培初期为45mm～90mm，栽培中期为90mm～135mm，栽培后期为135mm～180mm左右。
在该实施方式中，如图1所示，下层侧的搬运部的间隔D大于上层侧的搬运部的间隔D。这是因为在下层侧的植物比在上层侧的植物成熟。
在用上下2层栽培叶菜类特别是叶莴苣的情况下，上层侧搬运部与栽培初期～栽培中期相当。因此，间隔D与从栽培初期到栽培中期的间隔相同，优选为45mm～135mm左右，下层侧搬运部与从栽培中期到栽培后期相当，间隔D与栽培中期～栽培后期的间隔相同，因此优选为90mm～180mm左右。此外，虽也取决于植物体的种类，但叶莴苣或生菜等的叶展开的叶菜为45mm～180mm，葱或芝麻菜等的叶朝向上方直立的叶菜不需要大幅变更从栽培初期到后期的间隔，因此从栽培初期到栽培后期为45mm左右。
上述吹出管道23配置在上侧搬运部的上侧，吹出管道24配置在下侧搬运部的上侧且配置在上侧搬运部的下侧。吹出管道23沿着栽培床4的搬运方向延伸配置。在该实施方式中，吹出管道23、24分别各设置有3根，但优选根据栽培床4的宽度适当地选择，可以为1根，也可以为多根。
来自空调机20的调节空气从主管道21通过吹出口22向下方吹出，其大多被吸入吹出管道23，在吹出管道23流动，在其中途从各吹出口23a向下方吹出。此时，吹出口22与吹出管道23以及吹出管道24分离设置，由此除来自空调机20的调节空气之外，周围的空气也被吸入吹出管道23以及吹出管道24。其结果，调节空气成为温度以及湿度被调整的调整空气。吹出管道23、24将混合了调节空气与栽培室内的空气的调整空气朝向上述栽培床吹出。
此外，送风机25的吸入风量优选为空调机20的排出风量的3倍左右的能力。使将从空调机吹出的空气与周围的空气混合并被送入管道内的空气的温度为管道的外侧的露点温度以上，由此能够防止在管道的表面结露，从而能够防止露水滴下至栽培中的植物。另外，送风管道内的温度能够接近栽培室内的温度，因此也难以产生结露或结露对植物的负面影响。
从吹出口23a吹出的调整空气大多吹到上层侧的栽培床4的植物，并通过栽培床4彼此之间的空间而吹送到下层侧。此时，上述调整空气大多通过在搬运装置10的底面设置的空间。在本实施方式中，在搬运装置10的底面设置的空间与搬运部的空间共用，上述调整空气大多通过搬运部的底面。由此，从植物蒸散出的水分不会停留在植物的叶子之间，容易抑制叶焦病。另外，使叶面边界层剥离来提高植物对二氧化碳的吸收。
未从吹出口23a吹出而到达吹出管道23的末端的调整空气在吹出管道23的端部停止，对吹出管道23内的压力进行保持。
从吹出口23a、24a吹出的调整空气大多伴随从上层侧吹送来的气流而吹到下层侧的栽培床4的植物，通过栽培床4彼此之间的空间而在栽培床4与地面FL之间穿过，沿着地面FL返回到空调机20。该空间不仅意味着栽培床4彼此具有间隔地配置，还意味着是上述调整空气能够穿过栽培床4彼此之间并且到达至比栽培床4靠下方的空间。
这样，从各吹出口23a、24a吹出的调整空气不仅从上方吹到栽培床4的植物，还进一步向下方穿过栽培床4彼此之间的空间，因此空气也会充分地吹到植物的生长点，另外，栽培床上的温度差也变小。由此，能够抑制叶焦病等生育疾病，能够高效地栽培品质良好的植物。另外，通过抑制生育疾病，能够延长生育期间，因此能够得到收获重量多的植物。
沿着栽培室3的壁1的上部，在与搬运方向交叉的方向，优选在与搬运方向正交的方向延伸配置有上述主管道21。在主管道21以朝向下方或斜下方吹出调节空气的方式设置有多个吹出口22。如图2所示，各吹出口22分别在吹出管道23的一端侧的上方或前方附近，与吹出管道的入口空开间隔地配置。相同地，在吹出管道24的一端侧的上方或前方附近，也设置有吹出调整空气的吹出口。
在各吹出管道23的一端侧(图1的左端侧)设置有用于向该吹出管道23内送入调节空气的送风机25。
在吹出管道24的另一端侧(图1的右端侧)设置有用于向该吹出管道24内送入调节空气的送风机26。
吹出管道23和吹出管道24也可以相互使调整空气向相同方向流动，但相互使调整空气向相反方向流动，由此将栽培室内的位于分离的位置的空气送入送风机，在栽培室内产生相互反向的气流，从而栽培室内的空气不会滞留，因此能够提高系统整体的温度的均匀性，因此优选调整空气相互向相反方向流动。
吹出管道23、24在下表面具备吹出口23a、24a。以在将吹出管道23、24相对于栽培面进行了投影的情况下相对于吹出管道23、24的长边方向的轴成为对称的方式，在吹出管道23、24的下方以及斜下方将多个吹出口23a、24a配置至吹出管道23、24的高度的一半高度。将吹出口23a、24a在吹出管道23、24的长边方向的某个位置处的配置称为配置图案。吹出管道23、24的吹出口23a、24a优选在长边方向具有规则性地成为不同的配置图案。通过成为具有规则性的不同的配置图案，能够提高向植物体供给的风的均匀性。
吹出口23a、24a的开口直径优选为10mm～30mm左右。通过在上述范围内，风从吹出口放射状地吹出，因此能够从植物的上方送风。此外，风速由吹出口23a、24a的面积和风量来决定，因此吹出孔的作为合计的开口面积由送风机的风量规定，但吹出口23a、24a的开口面积的合计优选为1，500～40，000m2，特别优选为4，000～10，000m2左右。由此，能够减小压力损失的影响，能够向植物体供给长边方向上均匀的调整空气。此外，吹出口23a、24a为圆形，但不限定于此。在是非圆形的吹出口的情况下，开口面积优选与圆形的吹出口23a、24a的开口面积成为相同程度。
相邻的吹出口23a彼此的距离(中心间距离)优选为100mm～200mm，特别优选为150mm～170mm间隔左右。
从吹出口23a、24a吹出的调整空气的速度优选为0.2～1.0m/s，更优选为0.2～0.4m/s。在栽培床4彼此之间通过的调整空气的风速优选为0.1～0.5m/s，更优选为0.1～0.2m/s。通过在上述范围内，成为不对植物体的生长施加负荷的风速，从而植物体的疾病变少。风速通过在从种植孔6向上方分离50mm的位置沿能够测定来自上方的风的流动的方向设置风速仪来测定。
在该实施方式中，本发明的照明28是线光源。另外，照明28的光源可以是由形成数十到数百的点光源的LED芯片构成的线光源，也可以是由线状较长地成为一体的COB型的LED构成的线光源。可以串联排列多个灯泡状的照明来构成线光源，也可以以具有多列将多个光源呈线状排列而成的列的方式构成线光源。光源的形状不特别限定，但设置于不与吹出管道23、24干涉的位置较容易，从而通过将高度形成最小限度，能够抑制装置整体的高度，因此优选为棒状形状。上述照明28配置为从搬运部的一端侧延伸至另一端侧。另外，至少一部分的照明配置在上述吹出管道23彼此或上述吹出管道24彼此之间。
吹出管道23及/或24的一部分或整体优选设置在比照明28的下表面的高度靠下且设置在照明28的半值角2θ的取向范围外。在以这样的位置关系设置的情况下，在装置的内部，在高度方向上难以产生无用空间，容易有效活用空间。
照明28与各吹出管道23、24平行设置，在上层侧，照明28设置有吹出管道23彼此之间以及比吹出管道23靠外侧的合计4条。在下层侧，照明28也设置有吹出管道24彼此之间以及比吹出管道24靠外侧的合计4条。这样的照明28以及照明28与吹出管道23或24的位置关系也可以与设置有上述的用于使气流向比该栽培床靠下方通过的空间的上述植物栽培装置组合来使用。
通过使用LED照明作为上述照明28，能够扩大照明彼此的间隔，因此能够在照明之间设置吹出管道，其结果，能够将吹出管道对遮光的影响抑制为较小。
如图所示，通过设置少数条的照明，并使每1m的照明的PPF输出为150μmol/s以上，能够扩大照明彼此的间隔地设置少数的照明，因此能够对各植物大致均衡地照射照明光。每1m的照明的PPF输出值更优选为200μmol/s以上，进一步优选为250μmol/s以上，特别优选为300μmol/s以上，最优选为350μmol/s以上。此外，所谓PPF，是指光合成有效光量子束，所谓PPF输出，表示从某个照明器具在1秒期间放出的光量子的量，在一般照明用的照明器具中，与表示照明器具本身的性能的照明器具的全光束(lm：流明)对应。
这样的照明优选应用于设置有上述的用于使气流通过在搬运方向上邻接的栽培床彼此之间并向比栽培床靠下方通过的空间的植物栽培装置、以及在至少一部分的照明之间配置有吹出管道的植物栽培装置。通过应用于这些植物栽培装置，能够延长照明28与栽培床4的距离，最终能够提高温度的均匀性。另外，能够成为栽培面朝向相互不同的两个方向较宽的植物栽培装置。
上述栽培床4的上表面处的PPFD为100～1000μmol/m2/s。更优选为120～500μmol/m2/s，进一步优选为150～300μmol/m2/s。作为PPFD，也可以使用作为平均值的平均PPFD。平均PPFD为全部测定点的算术平均。
此外，所谓PPFD，是指光的受光面的每单位面积上的每1秒到达的光量子的数量，在一般照明中，与表示受光面上的亮度的照度(Lx：勒克司)对应。此外，通过将光合成有效光量子束密度传感器设置在测定点，并使除照明28以外的光不进入，因此将周围的照明关闭来测定PPFD。
在将照明的设置间隔设为y，并将照明的半值角设为2θ时，从上述栽培床4的上表面到上述照明的高度优选在y/tanθ～2y/tanθ的范围内。作为具体高度，优选为300～1500mm，更优选为400～1300mm，进一步优选为500～1100mm，特别优选为600～900mm。通过在上述范围内，能够维持照明效率，且能够使栽培面中的PPFD的分布均匀。
如图6所示，根据照明的半值角为2θ的半值(θ)、从上述栽培床4的上表面到上述照明28的高度(x)，利用下述式(1)求出照明28彼此的间隔y的上限值。
[数式4]
y＝x tanθ···(1)
在式(1)中，y：是指照明的设置间隔[cm]，x：是指从栽培床的上表面到照明的高度[cm]，θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
此外，照明的设置间隔是指照明的中心彼此的距离，作为棒状的照明彼此的间隔，将长边方向以及宽度方向的中央作为照明的中心。另外，从栽培床的上表面到照明的高度(x)为从栽培床4的上表面到照明的照射面侧的罩的表面的高度。在照明没有罩时，从栽培床的上表面到照明的高度(x)为从栽培床4的上表面到照明的光源的高度。
通过使上述照明28彼此的间隔y的上限值为根据上述式(1)求出的值，能够使照到植物体的光变得均匀。
照明的半值角2θ优选在120°±30°的范围内。
上述吹出管道23以及24的设置范围在上述照明的半值角2θ的配光范围外。上述照明28优选是LED照明。
所谓上述LED照明的半值角2θ的配光范围外，是指由图6的线段AE、线段EF、线段FB、线段AD以及线BC围起的区域，其面积由下述式(2)来表示。线AD以及线BC表示照明28的半值角2θ。半值角2θ是指以将从光源照射的光的中心轴设为基准而测定的角度，且成为光源的中心轴的1/2的亮度的打开角度。
通过使上述吹出管道的设置范围在上述照明的半值角2θ的配光范围外，能够将照射光以及调整空气均匀地供给至植物体，从而能够遍及系统整体得到均匀的光分布、温度分布、湿度分布。另外，能够将系统的宽度或进深设定为比以往长。温度分布或湿度分布成为均匀的结果是能够得到均质且优质的植物体。
上述吹出管道的截面积(S)的上限值根据从上述照明的光源部向上的有效宽度(a)、该照明的设置间隔(y)以及该照明的半值角2θ的半值(θ)并利用以下的式(2)来求出。
此外，从照明的光源部向上的有效宽度(a)是指从照明的照射面侧的罩的外表面至照明的安装位置为止。另外，在吹出管道的设置位置的每一处设置有多个吹出管道的情况下，上述截面积(S)为该每一处的多个吹出管道的截面积的总面积。在照射面侧没有罩时，将从照明的光源部至照明的安装位置为止的距离设为有效宽度(a)。
[数式5]
Figure BDA0004198229930000141
此外，在式(2)中，S：是指吹出管道的截面积[cm2]，a：是指从照明的光源部向上的有效宽度[cm]，y：是指照明的设置间隔[cm]，θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
在上述吹出管道的截面为大致圆形的情况下，该吹出管道的直径(R)的上限值根据从上述照明的光源部向上的有效宽度(a)以及该照明的设置间隔(y)并利用以下的式(3)求出。
通过吹出管道的直径为利用式(3)求出的值以下，吹出管道能够设置于不遮挡从照明发出的光中的半值角2θ的范围内的光的位置。
[数式6]
Figure BDA0004198229930000142
此外，在式(3)中，R：是指吹出管道的直径[cm]，a：是指从照明的光源部向上的有效宽度[cm]，y：是指照明的设置间隔[cm]，θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
吹出管道的直径优选为10cm以上。更优选为15cm以上，进一步优选为20cm以上。通过为上述下限值以上，容易进行风量的调整。
在将吹出管道的直径设为R[cm]，并将长度设为L[cm]的情况下，利用以下的式(4)来表示时，吹出管道的直径优选为系数b的值为0.433以上的粗细，更优选为0.577以上的粗细，进一步优选为0.7以上的粗细。通过相对于设置在栽培面上的吹出管道的长度形成成为上述下限值以上的粗细的直径，容易维持设置于吹出管道的送风机的效率且对植物给予均匀的风。
[数式7]
Figure BDA0004198229930000151
在这样构成的植物栽培装置中，在空调机20工作且照明28点亮了的状态下，种植有幼苗的栽培床4通过人力或搬入机被配置在上层侧搬运部的入口侧(图1的左侧)，并通过上层侧搬运装置10向图1的右方间歇地搬运。栽培床4每次以活塞杆13a的1个行程量间歇地移动。
移动至上层侧搬运装置10的右端侧的栽培床4通过升降台30被移至下层侧搬运装置10，并通过下层侧搬运装置10从图1的右端侧向左端侧依次间歇地移动。
在该期间，经由液体肥料的供液管40以及喷嘴41向各栽培床4供给液体肥料。
本发明的植物栽培装置的各层的栽培床上的温度之差在±1℃的范围内。
通过减小送风管道23、24的入口侧与端侧的调整空气的温度差，能够减小栽培床上的温度差，使其在±1℃的范围内。在现有的植物工厂中，在对栽培面的形状进行扩张时，没有除在长边方向上扩张以外的方法。另一方面，在本申请的方法中，能够实现也能向长边方向和短边方向中的任一方向扩张而具有较宽的栽培面的栽培装置。另外，通过形成向长边方向和短边方向双方扩展了的栽培面，边缘部的比例减少，从而能够提高照明的光的利用效率。
这样的植物栽培装置优选应用于设置有上述的用于使气流通过在搬运方向上邻接的栽培床彼此之间并向比栽培床靠下方通过的空间的植物栽培装置、在至少一部分的照明之间配置有吹出管道的植物栽培装置、以及照明的每1m的PPF输出为150μmol/s以上的植物栽培装置。
调整空气在送风管道23、24内的风速也取决于送风管道23、24的直径，但优选为10m/s～60m/s，特别优选为30m/s～40m/s。例如，在使送风管道23、24的直径为0.16m～0.25m的情况下，送风管道23、24内的风速为31m/s～38m/s，在送风管道23、24的直径为0.14m～0.45m的情况下，为5m/s～60m/s，特别优选为7m/s～40m/s。例如，在使送风管道的长度为10m的情况下，由于从送风机25、26至送风管道的端部为止的到达时间为0.3秒左右非常短，所以能够使送风管道的入口与末端的温度差极小。
送风机25、26的风量为0.1m3/s～2.5m3/s，优选为0.3m3/s～2.2m3/s，更优选为0.5m3/s～2.0m3/s，进一步优选为0.7m3/s～1.8m3/s，特别优选为0.8m3/s～1.6m3/s。此外，根据叶菜的品种，存在即使风量在合适的范围外也不会出现叶焦病等生育疾病的情况，在该情况下，存在引入风量在合适范围外的送风机的情况。
关于送风机25、26的风量，如果该风量没有多余，则认为通过送风管道23、24全部吹到蔬菜，因此可以认为与吹到蔬菜的风量大致相等。
另外，如果使吹出管道23以及24在照明的配光角度的范围外，则能够减小吹出管道23以及24接收照明的光而使在吹出管道23以及24中流动的空气的温度上升的影响。因此，调整空气在从送风机25、26进入并通过送风管道23、24而从吹出口23a、24b到外部之前，几乎不产生温度变化。由此，能够减小栽培床上的温度差。
此外，上述温度差能够通过沿着栽培床的方向在长边方向上以5m～10m间隔，在栽培床的短边方向上以2m～5m间隔，将温度传感器设置在栽培床上，来测定温度，从而计算各层中的最大值与最小值之差来得到。
本发明的栽培装置的1个栽培面的纵向以及横向双方为2m以上。现有的植物栽培装置是从植物体的侧方进行送风的系统，因此为了对植物体给予所需且不会造成损伤的风量，需要缩短送风方向，为了增加栽培面的面积，只能将栽培面设计得较长。在本申请的植物栽培装置中，由于能够均匀地进行送风以及光照射，所以能够提高温度分布、光的强度以及风的强度的均匀性，从而能够实现纵向和横向都长而具有较宽的栽培面的栽培装置。另外，通过形成纵横较宽的栽培面，边缘部的比例减少，因此能够提高照明的光的利用效率。
在上述实施方式中，在上下多层设置有搬运部，但搬运部可以配置在1层，也可以配置在3层以上，例如3～10层。通过将植物的栽培前期、中期和栽培后期分为2层来进行，能够从系统的相同侧进行栽培床4的搬运开始和搬运结束，另外，为了能够紧凑地设计系统整体，优选为偶数层。
在上述实施方式中，将搬运装置配置为上下2层，但搬运装置不限于上下2层，可以配置为1层，也可以配置为3层以上，例如3～10层。通过将植物的栽培前期、中期和栽培后期分为2层来进行，能够从系统的相同侧进行栽培床4的搬运开始和搬运结束，另外，为了能够紧凑地设计系统整体，优选为偶数层。
在上述实施方式中，将栽培床从上层侧移向下层侧，但也可以反过来。
在上述实施方式中，通过缸13使栽培床4进行间歇移动，但也可以使用除缸以外的动力机构。另外，栽培床4也可以通过链移动机构等其他移动机构来移动。栽培床4也可以不进行间歇移动而连续地进行移动。
该植物栽培装置适合于褶边莴苣(frill lettuce)、巴达维亚莴苣(Batavialettuce)、生菜(Salad)等菊科、小松菜、青梗菜等十字花科、菠菜等苋科等的叶菜类、以及草莓等蔷薇科、番茄等茄科等的果菜类的栽培，但不限定于此。
在上述实施方式中，设置有配置在各吹出管道23之间、24之间和它们的两侧且为在吹出管道的根数N上加上2的(N+2)条的照明28，但也可以设置更多的照明。
在上述实施方式中，作为照明28，例示了线光源，但照明28可以是点光源，也可以是面光源。照明28的宽度优选为上述的式(1)中的y的半值即y/2以下。从防止吹出管道23遮挡照明28的点光源、或者光被吹出管道23遮挡而无法高效地利用来自照明的光的观点出发，照明28的宽度更优选为y/4以下。
照明28的端部之间的距离优选为上述的式(1)中的y的半值即y/2以下。照明28的端部之间的距离为隔着吹出管道23存在的最接近的2个照明28彼此的各自与吹出管道23最接近的端部彼此的距离。在照明28在沿着吹出管道23的方向上不连续的情况下，在沿着吹出管道23的方向上也最接近的2个照明28彼此的最接近的端部彼此的距离也为照明28的端部之间的距离。从防止吹出管道23遮挡照明28的点光源、或者光被吹出管道23遮挡而无法高效地利用来自照明的光的观点出发，照明28的端部之间的距离更优选为y/4以下。
实施例
[基本条件]
作为基本条件，在将梯度配置为1/80的栽培床槽中，具有贯穿设置有6个种植孔的定植面板，以每分钟0.6升的流量向上述栽培床槽的底面供给营养液(营养液浓度：EC2.0dS/m，营养液温度：20℃)，进行了褶边莴苣以及巴达维亚莴苣的栽培。此时的栽培区域为宽度1300mm、进深1800mm。
[评价方法]
(1)叶焦病的发生率
用手剥离，使得可以看到收获的植物的生长点，能够目视观察生长点附近的叶焦病。对于有无叶焦病，通过目视观察进行确认，在植物的外叶或生长点附近的外叶变化为褐色或黑色的情况下，判断为发生了叶焦病。另外，针对叶焦病的发生比例，对在1株中即便发现了1处的株数相对于栽培总株数的比例进行了评价。
(2)收获重量
在收获时，用剪刀切断培养基的上部，将存在枯萎或变色的叶逐片除去之后，将剩余部分置于秤上，测量出重量。
＜实施例1＞
作为栽培床，使用栽培槽(宽度75mm，进深1300mm，高度60mm)，并使从栽培槽的上表面到照明的高度为800mm。作为照明，使用了2根长度为1.25m、功耗为200W的LED照明。LED照明的半值角2θ为120°，PPF输出为500μmol/s，平均PPFD值为200μmol/m2/s。LED照明彼此的间隔为800mm。PPFD是在栽培槽的上表面放置高度35mm的PPFD传感器(LI－COR公司制光量子传感器LI－190R)并以10cm间隔测定出的平均值。
通过使吹到植物体的调整空气的风速处于0.2m/s～1.0m/s的范围内，使风向从蔬菜的上方一样地流动，另外，设置有供气流在栽培槽之间通过的空间，确保了上下方向的风的流动。
风速是使用热线式微风速仪(日本加野麦克斯(KANOMAX)株式会社制Anemocheck风速仪MODEL6413)测定出的值。
使播种/育苗为20天，使栽培为25天，使合计的栽培天数为45天，进行了收获作业。
对这样栽培出的植物体的叶焦病的发生率和收获重量进行了测定。将得到的结果在表1中示出。
＜比较例1＞
除变更了下述条件以外，与实施例1相同地对植物体进行了栽培、收获。
作为栽培床，使用面型且具有架下部底板的栽培箱(宽度300mm，进深1300mm，高度50mm)进行2行栽培，使从栽培槽的上表面到照明的高度为200mm。作为照明，使用了10根长度为1250mm、功耗为20W的LED照明。LED照明的半值角2θ为120°，PPF输出为50μmol/s，平均PPFD为200μmol/m2/s。LED照明彼此的间隔为200mm。
使吹到植物体的调整空气的风速为0.1m/s以上，使风向从蔬菜的侧方流过。在栽培槽之间不设置供气流通过的空间。
使播种为8天，使育苗为14天，使栽培为13天，使合计的栽培天数为35天，进行了收获作业。
结果如表1所示。
[表1]
Figure BDA0004198229930000191
如表1所示，证实了在本申请发明的方法中，与现有方法相比，每1株的收获重量在褶边莴苣中多了262g/株(390g/株－128g/株)，在巴达维亚莴苣中多了214g/株(341g/株－127g/株)。
这是因此蔬菜的叶焦病发生率低，所以能够使栽培天数比现有方法长。
另外，将收获重量除以栽培天数得到的每1天的生长重量在本发明的方法中，在褶边莴苣中为8.67g/天/株，在巴达维亚莴苣中为7.58g/天/株，在现有方法中，在褶边莴苣中为3.66g/天/株，在巴达维亚莴苣中为3.63g/天/株，从而确认到本发明的方法更优异。
＜实施例2＞
使栽培面的宽度为5m，长度为12m，使从栽培床4的最高位置到照明的下表面的高度为800mm。栽培面为上层和下层这2层。关于每1层的照明，将长度为1.25m、PPF输出为500μmol/s的LED照明串联地设置有9根。在各层中，照明以1.3m间隔设置有4列，将直径为30cm、长度为12m的吹出管道设置有3根。在该栽培装置中，进行了1天的温度测定。栽培面上的测定位置为C1～C9这9点。使上层的测定位置为C1～C5，使下层的测定位置为C6～C9。
C1在栽培面的中央附近进行了测定，C2～C5在栽培面的4角附近进行了测定。C6～C9在栽培面的4角附近进行了测定。具体而言，C1在距离上层的栽培框架的端部在宽度方向为0m、在长度方向为7m、在高度方向比上层的栽培床高0.8m的位置进行了测定，C2在宽度方向为0m、在长度方向为2.5m、在高度方向为0m的位置进行了测定，C3在宽度方向为0m、在长度方向为13m、在高度方向为0m的位置进行了测定，C4在宽度方向为5m、在长度方向为2.5m、在高度方向为0m的位置进行了测定，C5在长度方向为13m、在宽度方向为5m、在高度方向为0m的位置进行了测定。C6在距离下层的栽培框架的端部在宽度方向为0m、在长度方向为2.5m、在高度方向比下层的栽培床高0m的位置进行了测定，C7在宽度方向为0m、在长度方向为13m、在高度方向为0m的位置进行了测定，C8在宽度方向为5m、在长度方向为2.5m、在高度方向为0m的位置进行了测定，C9在宽度方向为5m、在长度方向为13m、在高度方向为0m的位置进行了测定。
上层的最高温度差是1.6℃，最低温度差是0.4℃，温度差的平均值是0.97℃。下层的最高温度差是1.8℃，最低温度差是0.2℃，温度差的平均值是1.1℃。因此，各层中的温度差在±0.90℃的范围内，且在±1℃的范围内。
使用特定方式对本发明详细地进行了说明，但对本领域技术人员来说显而易见的是能够不脱离本发明的意图和范围地进行各种变更。
本申请主张在2020年10月28日申请的日本专利申请2020－180146以及在2021年2月26日申请的日本专利申请2021－030534的优先权，其整体通过引用而被引入本申请中。
附图标记说明
1…壁；2…天花板；3…栽培室；4…栽培床；5…栽培板；6…种植孔；8…框架；10…搬运装置；11…杆；12…爪；13…缸；18…导轨；20…空调机；21…主管道；23、24…吹出管道；30…升降台；40…供液管；42…排液托盘。

Claims (21)

1.一种植物栽培装置，其设置有搬运部，所述搬运部具备多个栽培床的搬运装置，
所述植物栽培装置设置有送风单元，所述送风单元朝向该搬运装置上的该栽培床的植物吹送气流，
所述植物栽培装置的特征在于，
该搬运部为2层以上，
在该搬运部的各层设置有该送风装置，
在该搬运装置设置有用于使该气流在栽培床之间通过并在该搬运装置的底面通过的空间。
2.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述栽培床彼此的间隔为40～500mm。
3.根据权利要求1或2所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述送风单元具有：
空调机，所述空调机吸入设置了所述植物栽培装置的栽培室内的空气，使其成为规定范围的温度的调节空气；以及
吹出管道，所述吹出管道供给混合了来自该空调机的调节空气与栽培室内的空气的调整空气，将该调整空气朝向所述栽培床吹出。
4.根据权利要求3所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述吹出管道沿着所述搬运装置的搬运方向设置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述搬运部设置成上下多层。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述栽培床的长边方向成为与所述搬运装置的搬运方向交叉的方向。
7.一种植物栽培装置，其设置有搬运部，所述搬运部具备栽培床的搬运装置，
所述植物栽培装置设置有送风单元，所述送风单元使气流从上方吹到搬运装置上的栽培床的植物，
所述植物栽培装置的特征在于，
具备朝向所述栽培床的植物照射光的照明，
在至少一部分的照明之间配置有吹出管道。
8.根据权利要求7所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述搬运部为2层以上，
在该搬运部的各层设置有所述送风装置，
在该搬运部以及所述搬运装置设置有用于使该气流在栽培床之间通过并在该搬运部的底面通过的空间。
9.一种植物栽培装置，其特征在于，
在沿着吹出管道的方向设置有照明，
该照明的每1m的PPF输出为150μmol/s以上。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
具有栽培床、和配置在该栽培床的上方的所述照明，
该栽培床的上表面处的PPFD值为100～1000μmol/m2/s。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
从所述栽培床的上表面到所述照明的高度为300～1500mm。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
根据从所述栽培床的上表面到该照明的高度(x)以及该照明的半值角2θ的半值(θ)，并利用以下的式(1)求出所述照明之间的间隔(y)的上限值，
[数式1]
y＝xtanθ …(1)
在式(1)中，
y：是指照明的设置间隔[cm]，
x：是指从栽培床的上表面到照明的高度[cm]，
θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
13.根据权利要求7～12中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述照明是LED照明，
所述吹出管道的设置范围在该LED照明的半值角2θ的配光范围外。
14.根据权利要求7～13中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
根据从所述照明的光源部向上的有效宽度(a)、该照明的设置间隔(y)以及该照明的半值角的半值(θ)，并利用以下的式(2)求出所述吹出管道的截面积(S)，将所述吹出管道的截面积(S)的值作为上限，
[数式2]
Figure FDA0004198229910000031
在式(2)中，
S：是指吹出管道的截面积[cm2]，
a：是指从照明的光源部向上的有效宽度[cm]，
y：是指照明的设置间隔[cm]，
θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
15.根据权利要求7～14中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述吹出管道的截面呈大致圆形，
根据从所述照明的光源部向上的有效宽度(a)以及该照明的设置间隔(y)，并利用以下的式(3)求出该吹出管道的直径(R)的上限值，
[数式3]
Figure FDA0004198229910000032
在式(3)中，
R：是指吹出管道的直径[cm]，
a：是指从照明的光源部向上的有效宽度[cm]，
y：是指照明的设置间隔[cm]，
θ：是指照明的半值角2θ[°]的半值。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，
在所述栽培床覆盖安装有具有种植孔的栽培板。
17.根据权利要求16所述的植物栽培装置，其特征在于，
所述种植孔在所述栽培床的长边方向设置为1列。
18.一种植物栽培装置，其特征在于，
各层的栽培床上的温度之差在±1℃的范围内。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的植物栽培装置，其特征在于，1个栽培面的纵向以及横向双方为2m以上。
20.一种植物栽培方法，其特征在于，
使用权利要求1～19中任一项所述的植物栽培装置栽培植物。
21.根据权利要求20所述的植物栽培方法，其特征在于，
所述植物是褶边莴苣、巴达维亚莴苣、生菜等菊科、小松菜、青梗菜等十字花科、菠菜等苋科等的叶菜类、草莓等蔷薇科、番茄等茄科等的果菜类。
CN202180072950.3A 2020-10-28 2021-10-25 植物栽培装置以及方法 Pending CN116347976A (zh)

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