JP2002335782A

JP2002335782A - 植物育成のための水分コントロールシステム

Info

Publication number: JP2002335782A
Application number: JP2001145011A
Authority: JP
Inventors: Yoji Arakawa; 川陽司荒; Takahiro Saito; 藤高弘齋; Masakazu Takai; 井政和高; Masakazu Shimanuki; 貫雅一嶋; Hidemi Matsuda; 田秀美松
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】培地内の水分を宇宙空間でも植物の必要量に
合わせてコントロールでき、培地内の水分を短時間で均
一に拡散できる植物育成のための水分コントロールシス
テムを提供する。【解決手段】閉鎖空間１０と、閉鎖空間内に敷設され
た培地１１と、培地１１に埋設される管１３を有する給
排水手段２６と、培地の水分を検出する水分センサ２１
とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば宇宙環境
のような閉鎖環境において、植物の育成を可能にする植
物育成システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の育生を、宇宙ステーションや月面
基地に代表される閉鎖環境下で行う場合、人間による管
理や手間を極力少なくし、対象植物に最適な環境を保持
するシステムが必要である。

【０００３】このシステムは、対象植物の適用範囲が広
く、かつ、植物の成長に伴って植物の最適生育環境が順
次変化する場合にも対応するものでなければならない。
生育環境のうち、水分環境が生命の生育に欠くことがで
きない環境である。

【０００４】植物の水分コントロールに関して、これま
では、培地からの水分供給として、主に水耕栽培や多孔
質体に養水分を吸収させる方法による栽培が採用されて
いるが、水耕栽培は栽培可能な植物が限定され、広範な
種類の植物生育には適していない。また、稲や大麦のよ
うに最適生育環境が順次変化する植物の場合、１種類の
植物でも、その成長過程において必要とされる培地中の
水分量が異なり、培地中の水分量をコントロールするこ
とができない。

【０００５】閉鎖環境での植物の育成においては、その
植物に必要な水分の総量を把握する必要があるが、宇宙
ステーションのような微小重力環境下では、水分総量の
データもなく、どれだけの水分量を確保しておけばよい
のか分かっていない。

【０００６】地球上で植物の吸水量を測定する方法とし
て、ポトメータ法が知られているが、ポトメータ方法が
微小重力環境下でも測定可能かどうか実証されていな
い。

【０００７】植物栽培システムとして、図６および図７
に示すように、軸線方向に間隔を置いて複数の開口１を
設けたパイプ２の内部に多孔質焼成ファインセラミック
チューブ３を同心に設け、植物４の根５を多孔質焼成フ
ァインセラミックチューブ３の外側に這わせ、多孔質焼
成ファインセラミックチューブ３の内部に水６を流すよ
うにした植物栽培システムは知られている。

【０００８】しかし、この植物栽培システムでは、植物
の種類によって多孔質焼成ファインセラミックチューブ
への根つきが悪いものがあり、対象植物が限られたもの
になり、しかも植物への水分供給量が安定しない。

【０００９】多孔質体の保水に関して、ロックウール粒
状綿とピートモスからなる混合培地は知られているが、
この混合培地は、水耕栽培と同様の問題があることに加
えて、乾燥させた後では、吸水が悪く、また、混合培地
の培地内の水分拡散も混合培地の毛管現象を利用してい
るに過ぎず、水分量が均一になるまでに相当な時間を要
する。

【００１０】ロックウール粒状綿とピートモスを主成分
とし、これに粒状軽石や粒状バーミキュライトの保水量
調整成分を添加し、培地の乾燥後の保水低下を改善した
植物育成用培地が特公平６−３８７２３号公報に記載さ
れている。

【００１１】また、湿度管理に眼を向けた植物栽培装置
は、特許第２６６２２００号や実用新案登録第２５９９
８８１号に記載されている。

【００１２】閉鎖環境下での植物栽培に関連して、人工
光源と保水性を有する栽培床とガス循環装置と水および
養分供給手段とを備えた植物栽培装置が特公平７−６３
２７５号公報に記載されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ロックウール粒状綿と
ピートモスを主成分とし、これに保水量調整成分を添加
した植物育成用培地は、それでも対象植物による水分量
調整に限界があり、対象生育時期による調整、水分量均
一分布までに要する時間の短縮ができず、また、乾いた
ら水分を供給することをコンセプトとしているため、水
分量が過供給された場合には、培地の水分量を自然乾燥
により調整しなければならない。

【００１４】さらに、従来の培地を使用し、養水分の供
給のみを行う生育法の場合、水分は蒸発によって失われ
るが、植物によって取得されてない養分は培地に残って
しまい、この状態で、さらに養水分を供給すると、水分
は適切に供給されるものの養分が過剰となり、培地が乾
くと塩類が析出するなどの植物の生育に適さない環境に
なることが考えられる。

【００１５】上記閉鎖空間における植物栽培装置は、光
環境やガスの循環については考慮しているものの、培地
や湿度管理等の水分量コントロールについては言及して
いない。

【００１６】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、培地内の水分量を宇宙空間でも植物の必要量に合わ
せてコントロールできる植物育成システムを提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の水分コントロー
ルシステムは、閉鎖空間と、閉鎖空間内に敷設された無
機質繊維不織布を含む培地と、培地に埋設される管を有
し培地に養水を供給し培地から水を排出する給排水手段
と、培地の水分を検出する水分センサとを備え、培地内
の水分量を宇宙空間でも植物の必要量に合わせてコント
ロールできる。

【００１８】本発明の水分コントロールシステムは、培
地を、シリカ繊維の不織布、シリカ繊維にロックウール
を混入した不織布またはシリカ繊維を軽石で固めた粒状
体で形成することができる。

【００１９】給排水手段を、周面に複数の孔を設けた管
と、複数の孔を覆うように管の外面に設けた表面張力ス
クリーンと、養水を蓄える養水タンクと、養水タンクの
養水を加圧して培地に送る供給ポンプと、水を培地から
吸引して養水タンクへ戻す排出ポンプとから構成するこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００２１】図１において符号１０は本発明による水分
コントロールシステムを備えた植物生育容器である閉鎖
空間を示し、この閉鎖空間１０内に培地１１が敷設され
ている。培地１１に図３に示す表面張力フィルタ１２を
備えた送排水管１３が埋設されている。培地１１は、表
面張力フィルタ１２を通して水分受脱を行なう機能を備
えている。

【００２２】上記培地１１は、１〜１０デニールのシリ
カ繊維の不織布または１〜１０デニールのシリカ繊維を
主成分としこれにロックウールを混入した不織布で形成
されている。不織布は、製造時に繊維間に刺し通される
ニードルの間隔を調整することで密度を変えることがで
きる。不織布の密度を調整することで対象植物に適した
ノミナル保水量を得ることができる。たとえば、不織布
の密度は、多湿を好む植物に対して０．１５ｇ／ｃｍ
３、乾燥を好む植物に対しては０．５ｇ／ｃｍ３であ
る。

【００２３】また、培地１１を不織布では達成できない
乾燥状態を好む対象植物に適用する場合、培地１１を水
掃けのよい発泡多孔質体の中に毛管力の強い繊維を挿入
した粒状体で形成する。この場合、発泡多孔質体は例え
ば軽石であり、繊維は例えばシリカ繊維である。粒状体
は、軽石を空隙率を低く抑えつつ固めたマトリックスに
湿式法にて繊維を３次元的にからませる方法で作られ
る。この粒状体を培地に用いた場合、与えられる環境範
囲が拡大するばかりでなく、能動的水分コントロールシ
ステムの効果を最大限に期待できる。

【００２４】上記表面張力フィルタ１２は、図４に示す
ように、線径が０．０６５ｍｍのステンレス鋼線等の腐
食しにくく耐久性のあるワイヤ１２ａを用いて、２５．
４ｍｍ平方で１４００メッシュまたは２３００メッシュ
に綾畳織した薄網板である。この場合、ワイヤ１２ａの
表面を親水性処理することが好ましい。

【００２５】表面張力フィルタ１２は、図３に示すよう
に、内径３０ｍｍの壁面に５ｍｍの孔１４ａを７ｍｍピ
ッチで穿孔した孔区域１４を覆うように送配水管１３の
外面に貼着される。

【００２６】送排水管１３は、開口端を蓋片１５により
閉じ、６０ｍｍ間隔を置いて列をなして培地１１に埋設
される。送排水管１３に送られた養水は表面張力フィル
タ１２を介して培地１１に供給される。

【００２７】送排水管１３に設けた表面張力フィルタ１
２は、図５に示すように、予め液体（水）を付着するこ
とで隣接するワイヤ１２ａ，１２ａの間に表面張力によ
る液体膜１６を形成する。液体膜１６は、表面張力以下
の圧力では壊れることはなく、したがって、水分１７は
通すが空気等の気体１８の侵入を阻止する特性を有す
る。

【００２８】また、閉鎖空間１０内には、培地１１内の
水分量を検出して信号を発する水分センサ２１が配設さ
れている。水分センサ２１の発する検出信号は、それぞ
れ制御器２５に送られる。制御器２５は、これらセンサ
から送られる検出信号と予め組み込まれたデータとを比
較演算し、作動指令信号を発する。

【００２９】さらに、閉鎖空間１０には、培地１１内に
養水を供給するとともに培地１１から水を吸引して排出
する給排水手段２６が付設されている。

【００３０】上記給排水手段２６は、表面張力フィルタ
１２を備えた送排水管１３と、養水を蓄える養水タンク
２８と、送排水管１３と養水タンク２８を接続する接続
配管２７とを有する。接続配管２７は、送排水管１３に
接続された管路２９と、この管路２９から分岐して養水
分タンク２８に接続された管路３０ａ，３０ｂとを有す
る。管路３０ａには養水タンク２８の養水を加圧して培
地１１に送る送水ポンプ３１が配置されている。管路３
０ｂには水を培地１１から吸引して養水タンク２８へ戻
す排水ポンプ３２が配置されている。送水ポンプ３１お
よび排水ポンプ３２は、制御器２５から発する作動指令
によりそれぞれ制御される。

【００３１】つぎに、本発明による植物育成のための水
分コントロールシステムの作用を説明する。

【００３２】培地１１の水量制御は給排水手段２６によ
り行われる。培地１１の水量制御を行う場合には、給排
水手段２６に設けた送水ポンプ３１を作動し、図１に示
すように、養水タンク２８の養水を管路３０ａと管路２
９を介して培地１１に埋設された送排水管１３へ送る。
埋設された送排水管１３には孔区域１４を覆うように表
面張力フィルタ１２が設けられているので、送排水管１
３に送られた養水は、孔１４ａおよび表面張力フィルタ
１２を通して培地１１へ供給される。

【００３３】培地１１に供給された養水の水量は、培地
１１に設けた水分センサ２１により検出され、水分セン
サ２１による検出信号は制御器２５に送られる。制御器
２５は水分センサ２１から送られた検出信号を予め設定
された値と比較演算し、培地１１に供給された養水の水
量が設定値より多くなったとき、制御器２５から作動指
令を送水ポンプ３１および排水ポンプ３２に発し、送水
ポンプ３１を停止させるとともに排水ポンプ３２を作動
させる。

【００３４】送水ポンプ３１が停止すると、養水の培地
１１へ供給が止まり、排水ポンプ３２が作動すると、排
水ポンプ３２による吸引力により、培地１１内の水は培
地１１に埋設された送排水管１３の表面張力フィルタ１
２を介して管路２９および管路３０ｂを通って養水タン
ク２８へ戻される。この場合、培地１１内の水量が多い
と、表面張力フィルタ１２の液体膜１６に加えられる吸
引力は、表面張力以下の圧力であるから、液体膜１６が
吸引力により壊れることがなく、培地１１から水１７の
みが送排水管１３に排出される。

【００３５】培地１１に供給された水量が所定値以下に
なると、培地１１に設けた水分センサ２１から発する検
出信号を受けた制御器２５から発する作動指令で、排水
ポンプ３２が停止し、送水ポンプ３１が作動する。これ
を順次繰り返すことで、培地１１内の水量は所定値を維
持する。

【００３６】このように、本発明による水分コントロー
ルシステムは、自然に生物を生育しにくいような環境、
例えば宇宙空間のような微小重力環境下で培地内の水分
量をアクティブにコントロールすることで、生物の生育
に適した保水量を持つ培地を確保できる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、培地
内の水分を宇宙空間でも植物の必要量に合わせてコント
ロールでき、培地内の水分を短時間で均一に拡散させる
ことができ、培地を一度乾燥させた場合でも培地の保水
復活を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による植物育成のための水分コントロー
ルシステムの概略図。

【図２】本発明による植物育成のための水分コントロー
ルシステムの培地の構成を示す図。

【図３】本発明による植物育成のための水分コントロー
ルシステムの送配水管の要部を示す分解斜視図。

【図４】図３の送配水管に設けられた表面張力フィルタ
の斜視図。

【図５】図４の表面張力フィルタの作用を示す図。

【図６】従来の植物栽培システムを示す図。

【図７】図６に示す植物栽培システムの断面図。

【符号の説明】

１０閉鎖空間１１培地１２表面張力フィルタ１３送排水管１６液体膜２１水分センサ２５制御器２６給排水手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ０１Ｇ 25/06 Ａ０１Ｇ 25/06 ６０２６０２ 31/00 ６０１Ｂ 31/00 ６０１６０６６０６ 27/00 ５０２Ｂ５０２Ｆ５０２Ｈ (72)発明者高井政和東京都新宿区西新宿一丁目７番２号富士重工業株式会社内 (72)発明者嶋貫雅一東京都新宿区西新宿一丁目７番２号富士重工業株式会社内 (72)発明者松田秀美東京都新宿区西新宿一丁目７番２号富士重工業株式会社内Ｆターム(参考） 2B314 MA33 MA52 NA18 ND03 ND30 PB13 PB26 PB38 PB44 PB47 PB64 PC03 PC04 PC18 PC22 PC25 PC34 PC44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉鎖空間と、閉鎖空間内に敷設された無機
質繊維不織布を含む培地と、培地に埋設される管を有し
培地に養水を供給し培地から水を排出する給排水手段
と、培地の水分を検出する水分センサとを備えたことを
特徴とする植物育成のための水分コントロールシステ
ム。
【請求項２】培地は、シリカ繊維の不織布、シリカ繊維
にロックウールを混入した不織布またはシリカ繊維を軽
石で固めた粒状体で形成されることを特徴とする請求項
１に記載の植物育成のための水分コントロールシステ
ム。
【請求項３】給排水手段は、周面に複数の孔を設けた管
と、複数の孔を覆うように管の外面に設けられた表面張
力スクリーンと、養水を蓄える養水タンクと、養水タン
クの養水を加圧して培地に送る供給ポンプと、水を培地
から吸引して養水タンクへ戻す排出ポンプとを有するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の植物育成のた
めの水分コントロールシステム。