JP2012196164A - 植物栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】植物栽培装置において、供給する養液や水の使用量を低減する。
【解決手段】栽培植物の根部が下垂する中空の栽培ボックスと、前記栽培ボックスの中空内に前記栽培植物の養液を平均粒子径が３０μｍ以下の微細な霧として供給して充満させる霧発生手段と、前記栽培ボックス内の湿度を近飽和状態に保持するように前記霧発生手段からの霧供給量を制御する供給調整手段を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は植物栽培装置に関し、特に、植物工場で好適に用いられるものであり、植物栽培に最適の生育条件と経済条件を付与し、砂漠や水の少ない乾燥地域での植物栽培にも好適に用いられるものである。

植物栽培装置は従来より多数提案されており、そのうちで、特開２００８−１０４３７７号公報等で提案されている霧栽培方法は、栽培植物に養液を含む霧を噴霧している。この種の霧栽培方法は、養液の吸収率を高め、育生を速めることができると共に、自動化、省力化ができる等の利点がある。

特開２００８−１０４３７７号公報

しかしながら、前記特許文献１の霧栽培では、加湿器を用いて養液を含む霧を発生させている。この加湿器から発生する微細な霧の量が余りにも少量であるため、趣味の園芸の域にとどまり、実営業には不適である。

本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、栽培植物にとって適切な養液を常時供給できるようにして、植物栽培装置を用いた営農を可能とすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
栽培植物の根部が下垂する中空の栽培ボックスと、
前記栽培ボックスの中空内に、前記栽培植物の養液を平均粒子径が３０μｍ以下の微細な霧として供給して充満させる霧発生手段と、
前記栽培ボックス内の湿度を近飽和状態に保持できるように前記霧発生手段からの霧供給量を制御する供給調整手段と、
を備えていることを特徴とする植物栽培装置を提供している。

本発明は主として営農用を対象としているため、栽培ボックスは例えば長さ６ｍ、巾１ｍ、高さ０．４ｍの大型栽培ボックスとしている。この大型の栽培ボックスの中空内に平均粒子径が３０μｍ以下の微細な霧を充満させて近飽和状態とし、かつ、該近飽和状態を保持できるようにしている。

前記のように、栽培ボックスに供給して充填する養液は平均粒子径が３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の超微細な霧としている。該霧の平均粒子径はレーザ法で測定している。このように微細な霧としているのは、大型の栽培ボックス内を養液の霧で近飽和状態とするには、かなりの量を噴霧する必要があり、噴霧量が少ない場合には近飽和空間にできる栽培ボックスの大きさが制限される。それは粒子径の大きな霧粒は容易に落下し、また、粒子同士の付着凝塊作用もあって粒子径が肥大化して落下が促進され、霧粒の空中浮遊が困難となる。したがって、粒子径が小さければ小さい程、近飽和空間にできる栽培ボックスを大きくでき、より経済的な営農が可能となる。

前記微細な霧を栽培ボックス内に供給して、該栽培ボックスの中空に充満させる霧発生手段として、養液を噴射するノズル、養液を遠心分離で微細化する遠心分離式噴霧機、養液をろ布を通して微細噴霧する濾布式噴霧機等があげられ、平均粒子径が３０μｍ以下の霧として噴霧できる手段であれば適宜に採用できる。

前記霧発生手段は栽培ボックス内に設置した養液噴霧用のノズルからなり、
前記供給調整手段は前記ノズルの噴霧開始と噴霧停止を自動または手動で切り替える手段からなり、
前記近飽和状態は前記栽培ボックス内に設置した湿度センサの検出湿度が９０％以上１００％未満の範囲内で設定する閾値を指標として規定し、前記閾値未満で噴霧を行い、閾値以上で噴霧を停止する設定としていることが好ましい。

前記のように、霧発生手段として、栽培ボックス内に養液噴霧用のノズルを用いると、設備的に簡単かつ安価に設置でき、しかも制御が簡単に行えるため最適である。
かつ、前記ノズルは養液と空気を混合噴霧する二流体ノズルとし、噴霧の平均粒子径は１０μｍ以下としていることが好ましい。

近飽和状態とは湿度９０％以上の飽和に近い湿度を指すが、本発明では、湿度９０％以上１００％未満の範囲内で設定した閾値を近飽和状態に達したか否かの具体的な指標として設定し、該閾値未満であると噴霧を行い、閾値に達すると噴霧を停止している。

前記のように、供給調整手段は前記ノズルの噴霧開始と噴霧停止を自動または手動で切り替える手段とからなるが、湿度の閾値に応じて自動で噴霧開始と停止を行う自動制御装置を設けることが好ましい。該自動制御装置は栽培ボックス内の湿度センサからの検出値を無線または有線で連続受信し又は一定時間間隔で受信し、予め設定している閾値に達すると噴霧を自動停止、閾値未満になると噴霧を自動開始するものとしている。

また、前記栽培植物の成長に応じた養液供給量の増量は前記閾値を基準とした噴霧のオン・オフで自動制御される一方、成長時に養液供給量を減量すべき栽培植物に対しては成長時に設定閾値を引き下げることが好ましい。
即ち、栽培植物は成長に応じて養液吸収量が増加するため、閾値を下回る時間間隔が短くなり、ノズルの噴霧時間が伸びることで養液供給量が自動的に増量されることになる。 一方、植物の成長過程に応じて給肥量（養液供給量）を減量すると糖度が高まって好ましい場合もあり、その場合は設定閾値を引き下げて給肥量が減量するように調整している。

前記栽培ボックスは直方体で、その長手方向の一端側の内面に前記ノズルを設置して他端側に向けて噴射させ、該噴射により根部に揺動を与え、かつ、前記一端側から他端側にかけて上向きに傾斜させた傾斜板をボックスの内面と隙間をあけて配置し、前記ノズルから噴霧が傾斜板の上面に沿って他端へと流通した後に他端で下向きに向きをかえて傾斜板の下面に沿って循環させる構成とすることが好ましい。

さらに、前記栽培ボックスの底部に滞留した養液の残留を養液槽に回収し、新しい養液と混合して再噴霧養液としていることが好ましい。

本発明の植物栽培装置では、栽培植物の根部を垂れ下げる栽培ボックスの中空部内に、平均粒子径が３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の霧を供給して充満しているため、大型の栽培ボックス内を近飽和状態に常時保持することができる。よって、密植や連作が可能なため、栽培植物を大量かつ迅速に生育でき、営農用の栽培装置として好適に用いることができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態の植物栽培装置の栽培ボックスを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の拡大断面図である。 栽培ボックスと制御装置とを示す斜視図である。 栽培ボックスと制御装置との関係を示す説明図である。 前記栽培ボックス内に設置するノズルの正面図である。 他のノズルの正面図である。

以下、本発明の植物栽培装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に第１実施形態を示す。
植物栽培装置は図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、上面開口の直方体状の栽培ボックス１を備えている。各栽培ボックス１の大きさは多数の栽培植物Ｐを長さＬおよび幅Ｗに一定間隔をあけて栽培できる大きさとしている。本実施形態の栽培ボックス１は大型とし、長さＬが６ｍ、幅Ｗが１ｍ、高さＨが０．４ｍである。

複数の栽培ボックス１は図２に示すように、搭載用フレーム１０に上下複数段に搭載して１つのユニットＵとし、植物工場内に複数ユニットを設置している。該栽培装置の栽培ボックス１内に設置したノズル５を供給調整手段となる制御装置で自動制御している。なお、栽培ボックス１は植物工場の建屋内に設置する以外にビニールハウス等の温室内に設置してもよい。さらに、家庭で庭やベランダに設置してもよい。

栽培ボックス１の上面開口１ｈを蓋材２で閉鎖し、栽培ボックス１の内部に略密閉された中空部３を形成している。蓋材２は発泡スチロールからなる基板２０と、該基板２０の上面に固着する遮熱板２１からなる。該中空部３内に蓋材２でフロート支持された栽培植物Ｐの根部Ｐｒを垂れ下げている。蓋材２に長さ方向Ｌと幅方向Ｗに間隔をあけて、複数個の植付穴２２を設けている。

前記栽培ボックス１の中空部３を囲む図１中で左側壁１ｂの内面の幅方向Ｗの略中央位置に、１本のノズル５を霧発生手段として取り付けている。該ノズル５は図４に示す二流体ノズルとし、肥料を水により所要倍率で希釈した養液を空気と混合して平均粒径１０μｍ以下のドライフォグとして噴霧している。

前記ノズル５は図４に示す二流体ノズルからなり、圧力空気供給管７ｂとサクションチューブからなる養液供給管７ａを接続している。圧力空気供給管７ｂから導入する圧力空気により養液供給管７ａから養液を吸引し、ノズル本体５ａの内部で混合し、ノズル本体５ａの先端に設けた噴口５ｂから噴射している。該噴口５ｂと対向位置の外部に噴口からの噴霧が衝突して超音波振動を発生させる外部衝突部材５ｃを有する構成としている。該二流体ノズル５を用いると、超音波振動で粒子を更に微細化できる。

栽培ボックス１の左側壁１ｂに取り付ける前記ノズル５から対向する右側壁１ｃに向けてドライフォグを噴霧し、これにより栽培ボックス１の左右両側壁１ｂと１ｃとの間に配列した栽培植物Ｐの根部Ｐｒにドライフォグを直接に吹き付け、根部Ｐｒを揺らせると共に養液の液滴を根部Ｐｒに接触させて養液を吸収させている。

また、栽培ボックス１の中空部３内の下部に、図１に示すように、ノズル５の設置側の側壁１ｂ側から側壁１ｃ側に向けて上向きに傾斜する傾斜板８を配置している。ノズル５は傾斜板８より上方位置に配置している。傾斜板８の長さは栽培ボックス１の長さＬより若干短くし、傾斜板８の長さ方向の両端と栽培ボックス１の側壁１ｂ、１ｃの内面との間にそれぞれ循環流発生用の隙間９Ａ、９Ｂを設けている。これにより、ノズル５から噴射するドライフォグの霧Ｍが傾斜板８の上面に沿って流れた後に循環流発生用の隙間９Ａを通って傾斜板８の下面側へと流れ、循環流発生用の隙間９Ｂから傾斜板８の上面側へと流れ、傾斜板８を挟んで循環できるようにしている。

ノズル５の噴霧開始および噴霧停止は、図３に示すように、栽培ボックス１の外部に配置した制御装置で行っている。
制御装置は制御ボックス８０を備え、栽培ボックス１の内部に設置した湿度センサ３０からの測定値を無線（有線でもよい）により前記制御ボックス８０に連続的、または一定時間間隔で送信している。

制御ボックス８０に、コンプレッサー４２にエアータンク４６を介在させて接続した配管４５を通し、前記圧力空気供給管７ｂと接続している。制御ボックス８０内の配管４５に電磁開閉弁４３を介設し、開弁時に圧力空気供給管７ｂを通してノズル５に圧力空気を供給している。
また、制御ボックス８０に、液肥タンク４７にポンプ４８を介在させて接続した配管４９を貫通させ、該配管４９を供給液タンク５０の内に配置したフロート弁５１と接続している。供給液タンク５０内のフロート弁５１は供給液タンク５０内に貯溜する養液に浮上させ、設定量以下となるとポンプ４８を駆動して配管４９から養液を供給液タンク５０に供給するようにしている。

さらに、栽培ボックス１に設けた排液口５４から栽培ボックス１内で結露した養液を排出し、該排出した養液を供給液タンク５０で受け止めて回収している。該供給液タンク５０に前記養液供給管７ａとなるサクションチューブを垂下し、その下端にストレーナ５２を取り付け、ノズル５内を流れる圧力空気で養液をストレーナ５２を通して吸い上げている。

制御ボックス８０内に搭載したコンピュータ８１は湿度センサ３０から入力される湿度と予め設定されている湿度の閾値とを比較判定し、栽培ボックス１内の湿度が９０％以上１００％未満の範囲で設定した閾値未満であるとノズル５からの噴霧を開始し、閾値に達するとノズル５からの噴霧を停止する制御を行っている。即ち、コンピュータ８１から前記圧力空気の配管４５に設けた電磁開閉弁４３に開閉信号を出力して開閉動作している。本実施形態では閾値を湿度９７％に設定している。

前記植物栽培装置では、栽培ボックス１の上面開口１ｈを蓋材２で閉鎖して、中空部３を略密閉し、該中空部３内に上方に配置する蓋材２から長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗに一定間隔をあけて栽培植物Ｐの根部Ｐｒが垂れ下がった状態となる。
中空部３内の湿度が閾値（９７％）未満であるとノズル５から養液を含む霧Ｍを噴霧し、中空部３内を湿度９７％以上となるように霧Ｍを充満させる。ノズル５から噴射する霧Ｍの噴射圧およびファン１１から供給する風の風速で霧Ｍを中空部３内で傾斜板８の上面側を、ノズル５の設置側の側壁１ｂから対向する側壁１ｃ側へと流れ、ついで、ファン１１で吸引して、傾斜板８の下面側で側壁１ｃ側から側壁１ｂ側へと流している。このように、中空部３内で霧Ｍを滞留させずに循環流れとして、栽培植物Ｐの根部Ｐｒを揺らせながら霧Ｍを接触させて、養液を根部Ｐｒに吸収させている。

特に、ノズル５から噴霧の平均粒子径を３０μｍ以下（本実施形態では１０μｍ以下のドライフォグ）としているため、水滴として凝集して落下するのを防止でき、大型の栽培ボックス１内を湿度９７％の近飽和状態に保持することができる。このように微細化した養液の霧とすることで、栽培植物が養液を吸着しやすくし、同時に空中の酸素、窒素の触取も容易に行えるようにしている。かつ、近飽和状態を維持することで、栽培植物が常時養液を吸着することで、栽培植物の成長を促進させて経済的な営農を可能にしている。 かつ、中空部内に養液を含む霧を充満させることで、養液を無駄なく植物に吸収させることができるため、密植栽培や連作を忌避する植物の栽培も可能にすると共に、肥料および水の供給量を低減でき、コストの低減を図ることができる。かつ、養液や水の貯留設備、配管設備を簡素化でき、設備コストも低減できる。

栽培ボックス内に設置するノズルとして、図５に示す二流体ノズルを用いてもよい。該図５に示す二流体ノズル５は、本出願人が特開２００８−３０６５８５号公報で提供している平均粒子径が１０μｍ以下のドライフォグ発生用の２流体ノズルである。

栽培ボックス１内に設置するノズル５として、図４、５に示すドライフォグを発生させる２流体ノズルを用いることが好ましいが、例えば本出願人の先願である特開２００８−１０４９２９号公報に開示した１流体ノズルを用いてもよい。該１流体ノズルでは、肥料を所要倍率で希釈した液肥からなる液体のみを噴霧し、１０μｍ以上３０μｍ以下のセミドライフォグを発生させている。ノズルからの噴霧をセミドライフォグとしても、栽培ボックスの中空部の空中に浮遊させることができるため、第１実施形態と同様の作用効果を有する。

本発明は前記実施形態に限定されず、ノズルからの噴霧開始および噴霧停止は、作業者が定期的に湿度センサを見て手動でノズルを開閉操作してもよい。

１ 栽培ボックス
２ 蓋材
５ ノズル
８ 傾斜板
２２ 植付穴
３０ 湿度センサ
８０ 制御ボックス
Ｐ 栽培植物
Ｐｒ 根部
Ｍ 養液を含む霧

Claims (5)

1. 栽培植物の根部が下垂する中空の栽培ボックスと、
   前記栽培ボックスの中空内に、前記栽培植物の養液を平均粒子径が３０μｍ以下の微細な霧として供給して充満させる霧発生手段と、
   前記栽培ボックス内の湿度を近飽和状態に保持するように前記霧発生手段からの霧供給量を制御する供給調整手段を備えていることを特徴とする植物栽培装置。
2. 前記霧発生手段は栽培ボックス内に設置した養液噴霧用のノズルからなり、
   前記供給調整手段は前記ノズルの噴霧開始と噴霧停止を自動または手動で切り替える手段からなり、
   前記近飽和状態は前記栽培ボックス内に設置した湿度センサの検出湿度が９０％以上１００％未満の範囲内で設定する閾値を指標として規定し、前記閾値未満で噴霧を行い、閾値以上で噴霧を停止する設定としている請求項１に記載の植物栽培装置。
3. 前記栽培植物の成長に応じた養液供給量の増量は前記閾値を基準とした噴霧のオン・オフで自動制御される一方、成長時に養液供給量を減量すべき栽培植物に対しては成長時に設定閾値を引き下げる構成としている請求項２に記載の植物栽培装置。
4. 前記ノズルは養液と空気とを混合噴霧する二流体ノズルとし、噴霧の平均粒子径は１０μｍ以下としている請求項２または請求項３に記載の植物栽培装置。
5. 前記栽培ボックスは直方体状とし、長手方向の一端側の内面に前記ノズルを設置して他端側に向けて噴射させ、該噴射により栽培植物の根部に揺動を与え、かつ、前記一端側から他端側にかけて上向きに傾斜させた傾斜板をボックスの内面と隙間をあけて配置し、前記ノズルから噴霧が傾斜板の上面に沿って他端へと流通した後に他端で下向きに向きをかえて前記傾斜板の下面に沿って循環させる構成としている請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の植物栽培装置。

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