JP2015012826A - 植物栽培装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉛直方向にコンパクトに積み重ねることができ多段化に適した植物栽培装置を提供すること。
【解決手段】本発明の植物栽培装置は、栽培する植物を搬送する第一の搬送手段と、第一の搬送手段の上方に第一の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて第一の搬送手段と漸次的に離れるように一つの傾斜面内に配置される第一の照明手段を有する第一のコンベアユニットと、第一の搬送手段とは逆方向に植物を搬送し第一の照明手段が配置される傾斜面と平行に設置される第二の搬送手段と、第二の搬送手段の上方に第二の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れるように一つの平面内に配置される第二の照明手段とを有し、第一のコンベアユニットの上に積み重ねられた第二のコンベアユニットを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の植物栽培装置は、栽培する植物を搬送する第一の搬送手段と、第一の搬送手段の上方に第一の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて第一の搬送手段と漸次的に離れるように一つの傾斜面内に配置される第一の照明手段を有する第一のコンベアユニットと、第一の搬送手段とは逆方向に植物を搬送し第一の照明手段が配置される傾斜面と平行に設置される第二の搬送手段と、第二の搬送手段の上方に第二の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れるように一つの平面内に配置される第二の照明手段とを有し、第一のコンベアユニットの上に積み重ねられた第二のコンベアユニットを備えている。
【選択図】図1
Description
人工的な照明光と水耕液を用いて植物を栽培するための植物栽培装置が用いられている。図10に、従来の植物栽培装置の一例を示す。植物栽培装置100は、栽培する植物105を矢印で示したように左から右へ移動させるベルトコンベア等の搬送手段103と、搬送手段103の上方に設置されLEDなどの照明灯102を多数備えた天井板101の組を複数積み重ねて構成される。天井板101と搬送手段103は、底部だけを図示したフレーム104によって支持されている。このような構成とした場合、符号106で示したように育成の初期段階の植物105と照明灯102との間に無駄な空間が生じ、装置の大型化を招いていた。また、この部分では、照明灯102と植物105との間の距離が大きくなるため植物105が必要な光合成を行うのに十分な光を照射するためには、照明灯102の照度を上げる必要があった。
特許文献1では植物が根を下ろすことができる複数のパレット群が移動可能で、天井板と植物との間隔が成育の初期においては小さくなるように傾斜して構成されていることを特徴とする植物栽培装置が開示されている。またパレット群の移動方向が交互に逆方向になるように複数の成育室を重ねた構成が開示されている。
特許文献2では照明器具がコンベアの上流側から下流側に向かって順次コンベアより離れるように配置されている植物の栽培装置が開示されている。
特許文献1の構成では水耕液槽の液深が成育初期の場所においては浅く、成育終期の場所にあっては深くなっているように構成されている。しかし植物の種類にもよるが、根は必ずしも下方に成育させなければならないわけではなく、また所定の深さ以上には成育しないものも多い。そのような種類の植物を栽培するに当たっては特許文献1の構成は鉛直方向の空間や、水耕液の量に無駄が生じることになる。また、特許文献2の構成では、すべてのベルトコンベアを水平に設置しているので、照明器具と天井との間に無駄なスペースが生じている。
そこで、本発明は鉛直方向にコンパクトに積み重ねることができ、多段化に適した植物栽培装置を提供することをその目的とする。
本発明の植物栽培装置は、栽培する植物を搬送する第一の搬送手段と、第一の搬送手段の上方に第一の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて第一の搬送手段と漸次的に離れるように一つの傾斜面内に配置される第一の照明手段を有する第一のコンベアユニットと、
第一の搬送手段とは逆方向に植物を搬送し第一の照明手段が配置される傾斜面と平行に設置される第二の搬送手段と、第二の搬送手段の上方に第二の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れるように一つの平面内に配置される第二の照明手段とを有し、第一のコンベアユニットの上に積み重ねられた第二のコンベアユニットとを備えたことを特徴とする。
第一の搬送手段とは逆方向に植物を搬送し第一の照明手段が配置される傾斜面と平行に設置される第二の搬送手段と、第二の搬送手段の上方に第二の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れるように一つの平面内に配置される第二の照明手段とを有し、第一のコンベアユニットの上に積み重ねられた第二のコンベアユニットとを備えたことを特徴とする。
本発明の植物栽培装置では、第一の照明手段が傾斜面内に配置され、第二の搬送手段もこの傾斜面と平行に傾斜して配置され、第一の搬送手段と第一の照明手段との距離および第二の搬送手段と第二の照明手段との距離は上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れるようになっている。そのため、従来の植物栽培装置よりもコンパクトに鉛直方向に積み重ねることができる。また、栽培初期段階の植物でも照明手段との距離が小さくなるので栽培初期段階の植物の成長が促進される。
本発明の実施例である植物栽培装置について図を参照しながら詳細に説明する。植物栽培装置は、野菜や果実など食用となる植物を主な栽培の対象とするが、これらには限定されずその他の植物全般(例えば観賞用の花)、さらには学術的には植物でないが一般には野菜の一種として取り扱われる茸等も対象とする。
図1は本発明の一実施例である植物栽培装置1の概略図である。植物栽培装置1は、底部だけを図示しているフレーム40の上に水平に設置されたベルトコンベア30(第一の搬送手段)と、その上方に設置された天井板22と、その上方に設置されたベルトコンベア31(第二の搬送手段の一例)と、その上方に設置された天井板23とを備えている。天井板22、23、ベルトコンベア31は、フレーム40の図示しない部分によって支持されている。
ベルトコンベア30は、ポット3を介してベルト30aの上に置かれた複数の植物2を図の矢印Aの方向(左から右)に搬送する。植物2はそれぞれ、栽培の段階が異なっており、図の左側が栽培の初期の段階で、右側に行くにつれて順次収穫段階に近いものとなっていく。個々の植物2に着目すると、まずベルトコンベア30の左端付近に置かれ、図の左から右へ搬送されながら成長し、ベルトコンベア30の右端付近に達したところで収穫される。植物2が左端から右端まで搬送される時間は種類により異なるが、4、5週間程度のものが多い。
天井板22は、ベルトコンベア30との距離が、植物2の移動の起点となる側(図1では左側、以下「上流側」という)から植物2の移動の終点となる側(図1では右側、以下「下流側」という)に向かうにつれて漸次的に離れるように、水平面に対して右上がりに図の傾斜角αだけ傾けて配置されている。
天井板22の下面には、複数個の照明器具20からなる第一の照明手段が設けられている。第一の搬送手段と第一の照明手段の組を「第一のコンベアユニット」と呼ぶことにする。この例では、一つの照明器具20は、赤色LED20aと青色LED20bから構成され、照明器具20が照射する光の波長成分が植物2を成長させるのに適したものとなるように調整されている。
複数の照明器具20は天井板22の下面に沿って配置されているので、第一の照明手段は上流側から下流側に向かうにつれて、ベルトコンベア30との距離が漸次的に離れている。傾斜角αが小さすぎると栽培の初期段階の植物の上部に無駄な空間が多くなり、傾斜角αが大すぎると栽培の終期段階の植物の上部に無駄な空間が多くなる。したがって、第一の照明手段と植物2との間隔(図1のd)がなるべく一定となるよう、水平方向の単位長さあたりの鉛直方向の距離の変化量が、単位長さを植物2が搬送される間に成長する高さとほぼ一致するように角度αを定めるのが好ましい。例えば、植物2がベルトコンベア30上を100cm進む間に5cm上に伸びるとした場合、傾斜角αを
約3deg(tan-10.05)とする。
約3deg(tan-10.05)とする。
ベルトコンベア30と同様に植物2を搬送するベルトコンベア31(第二の搬送手段の一例)は、天井板22の上に天井板22と平行に設置されている。ベルトコンベア31の搬送方向は、図の矢印Bに示すようにベルトコンベア30とは反対向きで、図の右側が上流、左側が下流となっている。
天井板23は、ベルトコンベア31の上方に水平に設置されている。天井板23の下面には、天井板22と同様に、複数の照明器具21からなる第二の照明手段が複数設けられている。照明器具21は、それぞれ赤色LED21aと青色LED21bから構成されている。第二の照明手段21もベルトコンベア31の上流側から下流側に向かうにつれてベルトコンベア31との距離が漸次的に離れている。好ましい離れ方は、上記の第一の照明手段の場合と同様である。また、天井板23は水平に設置されているから、第二の照明手段は一つの水平面内に配置されている。第二の搬送手段と第二の照明手段の組を「第二のコンベアユニット」と呼ぶことにする。また、第一のコンベアユニットとその上に配置された第二のコンベアユニットの組を「コンベアセット」と呼ぶことにする。
図2(a)はポット3の平面図、(b)はポット3の側面図、(c)はポット3のA−A線の断面図、(d)はポット3の使用状態を示す図である。ポット3は、上端3cと下端3dが開口した円筒状の筒部3aを備え、その内部の空間3eにスポンジやポリマー吸収体等からなり植物2をポット3に固定する保持材10を収納する。下端3dの内側には保持材10が下に抜け落ちないように保持するフリンジ3bが設けられている。保持材10には植物2が根を伸ばせるほどの適度な隙間が設けてある。植物2は下端2b(葉・茎と根との境目)が保持材10の上端付近に位置するように植えられ、根2aは保持材10の中を下方に伸び、さらにポット3の下端の開口部とベルト30aに設けられた貫通穴30bを通過してベルト30aの下の空間に垂れ下がる。後述するように、搬送手段をベルトコンベアで構成する場合には空中の根2aに養液を噴霧することにより植物2に必要な養分を与えるが、保持材10にも養液を吸収させるようにしてもよい。
図3に、植物栽培装置1の別の使用例を示す。この例では、植物栽培装置1の構造は図1に示したものと同一であるが、植物2が曲がって成長することを防止するためにベルトコンベア31に置く植物2については図2(e)に示す傾斜ポット4を用いている。傾斜ポット4の構造は、ポット2と基本的に同じであるが、ベルトコンベア31のベルト31aと当接する下面4dは、ベルトコンベア31の傾斜角αと等しい角度だけ傾斜している。そのため、傾斜ポット4をベルト31aの上に置くと、上面4cは水平となる。
図1のポット3のように傾斜のない(上端面と下端面が平行な)ポットを用いた場合、植物2は鉛直線に対して角度αだけ傾斜して置かれることになる。図1では、植物2が傾斜した状態のままベルトコンベア31と直角な方向に伸びるように図示しているが、実際には鉛直方向に伸びようとするため、植物2は曲がって成長してしまうことになる。これに対して、図3のように傾斜ポット4を用いれば、植物2は曲がることなくまっすぐ成長するため、収穫した植物2の市場価値を高めることができる。
また、図1ではベルトコンベア30、31上に植物2を水平方向(図3の左右方向)に等間隔に置いているが、図3では、植物2が成長するに従って、つまり下流側にいくに従って間隔が大きくなるようにしている。すなわち、図3でL1<L2<L3となるようにしている。これは、植物2は鉛直方向だけでなく水平方向にも大きくなるので、植物2同士の干渉を避けるためである。また、栽培の初期段階で無駄に大きな間隔を取ることがなくなるので、ベルトコンベア30、31の長さを短くすることができる。
図1では、植物栽培装置1の構成例として、一つのコンベアセットにより構成される最も単純な例を示したが、複数のコンベアセットを任意の方向に並べて構成することもできる。
第一の搬送手段、第二の搬送手段としては、図1に示したベルトコンベアのほか、ローラーコンベア、スライドレール等を用いることもできる。植物2の根2aに養液を与える方法は、搬送手段の構造に応じて選択するが、この点については後述する。
第一の照明手段、第二の照明手段としては、図1に示した複数個の照明器具のほか、搬送手段の搬送方向に伸びる1本の蛍光ランプ等を用いることもできる。
植物栽培装置1では、第一の搬送手段と第一の照明手段との距離および第二の搬送手段と第二の照明手段との距離は、上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れている。そのため、植物2の上部と照明手段との間の無駄な空間が少なくなり装置を小型化することができる。また、植物2の栽培の初期段階においても照明手段との距離が小さくなるため成長が促進される。
第二の照明手段21は一つの水平面内に設置されている。そのため、コンベアセットを鉛直方向に積み重ねて多段化する場合に、コンベアセット間に無駄な空間が生じることがなく、装置全体を小型化することができる。
次に、搬送手段の図1に示したものとは異なる構成例について説明する。図4はベルトコンベアを用いた搬送手段51の側面図、図5は搬送手段51の平面図である。図4は水平に設置した状態を示しているが、傾斜させて設置することもできるため、第二の搬送手段としても用いることができる。
搬送手段51は、植物2を搬送する方向に沿って直列に配置された3台のベルトコンベア32、33、34により構成されている。植物2は、ベルトコンベア32の左端付近に置かれ、ベルトコンベア32、 ベルトコンベア33、 ベルトコンベア34により順次図の右方向に搬送され、ベルトコンベア34の右端付近に達した時に収穫される。植物2のベルトコンベア32からベルトコンベア33への移動およびベルトコンベア33からベルトコンベア34への移動は手作業により行う。
各ベルトコンベアの搬送速度の関係は、図の矢印C、D、Eで模式的に示したように、下流側ほど大きくなっている。これは、栽培が進むに従ってポット同士の間隔を広げるためであることと、渋滞を起こさないようにするためである。図1のように搬送手段を1台のベルトコンベアで構成した場合、収穫段階にまで育った植物の大きさを想定して植物同士が干渉しないように間隔をあけてポットを配置しなければならないため、栽培初期においてはポット同士の間隔が無駄に大きくなってしまう。また栽培初期にポット同士の間隔を詰めてしまうと、その後植物が成長してポット同士の間隔を広げなければならなくなったとき、いわゆる渋滞が起きることが容易に想定できる。この問題を解決するため、搬送手段51では、栽培が進むにつれて下流側のベルトコンベアの搬送速度を速くなるようにして、植物2が水平方向に干渉せず、なおかつ栽培の全体の流れが渋滞しないように調整する。
各ベルトコンベア32、33、34のベルト32a、33a、34aには、それぞれ、その幅方向の中央付近にポット5をはめ込むためのポット嵌合穴32b、33b、34bが設けられている。ポット嵌合穴の搬送方向の間隔は一つのベルトコンベア内では一定であるが、下流側のベルトコンベアほど大きくなっている。つまり、図5で
p1<p2<p3となっている。これは、前述のように植物2が水平方向に干渉しないようにするためである。
p1<p2<p3となっている。これは、前述のように植物2が水平方向に干渉しないようにするためである。
図6(a)はポット5の平面図、(b)はポット5の側面図、(c)はポット5のB−B線の断面図、(d)はポット5の使用状態を示す図である。ポット5は、上端5cが開口した円筒状の筒部5aと下端5dの中央に設けられ嵌合穴32b、33b、34bに嵌合する突起部5bを備えている。突起部5bの下端5fは植物2の根2aが通過できるように開口している。図2のポット3と同様、その内部の空間5eに保持材10が収納され、植物2はその下端2bが保持材10に包まれ、筒部5aの上端5c付近に位置するように置かれる。根2aは下方に伸び、突起部5bの下端5fの開口部と嵌合穴32b、33b、34bを通過してベルト32a、33a、34aの下の空間に垂れ下がる。このように突起部5bを嵌合穴32b、33b、34bに嵌合することにより、ポット5をしっかりと固定できるから、筒部5aの高さは比較的小さくでき、植物2の下部の光の当たらない部分を少なくすることができる。
搬送手段51が傾斜して配置されるときは、図6(e)に示す傾斜ポット6を用いる。傾斜ポット6は基本的な形状はポット5と同じであるが、ベルトコンベア32、33、34に当接する面である下端6dを搬送手段の傾斜角αと等しい角度だけ傾斜させる。このようにすれば、ベルトコンベア32、33、34に置かれた状態では上端6cが水平となり、植物2をまっすぐに成長させることができる。
搬送手段51には、養液を貯留するタンクや養液を送出するポンプを備えた養液供給装置41が併設されている。養液供給装置41には、搬送手段51の搬送方向に沿って配置された水平パイプ42が接続されている。水平パイプ42には各ベルトコンベアの鉛直方向の中央付近まで立ち上がり、上端にノズル44が設けられた鉛直パイプ43が複数接続されている。養液供給装置41により送出された養液は、ノズル44から噴出し、ベルトの間の空間に垂れ下がっている植物2の根2aに付着する。ノズル44はすべての植物2に養液が噴射されるように十分密な間隔で配置する。あるいは、養液供給装置41にノズルを取り付けて、養液供給装置41を搬送手段51の搬送方向に沿って移動させながら養液を噴射するようにしてもよい。
このような方法で、養液を植物2に与えれば、養液を貯留するタンクを植物2の直下に配置する必要がないため、搬送手段51を傾斜させて設置しても、装置が大型化することがない。
次に、運搬手段の別な例として、パレットとレールにより構成した搬送手段52について説明する。図7(a)と図7(b)は搬送手段52の側面図、図8は搬送手段52の平面図である。
搬送手段52は、フレーム等により支持された2本のレール64と、レール64の上の第一の区間71に置かれた複数のパレット61、第二の区間72に置かれた複数のパレット62、第三の区間73に置かれた複数のパレット63から構成される。パレット61、62、63の上面にはポット5、7を介して植物2が置かれ、図の矢印Fに示す方向に移動する。なお、植物2はすべてのパレット61、62、63上に置いても良いし、図のように空のパレットを設けて生産量を調整することもできる。
パレット61、62、63は合成樹脂や金属で構成された箱状の部材で、その上面にはポット5、7をはめ込むポット嵌合穴61a、62a、63aがそれぞれ設けられている。パレット61、62、63の構造は基本的に同一であるが幅(搬送方向の長さ)だけが異なっている。そして、その幅は下流側の区間ほど大きくなっている。つまり、図7(a)でb1<b2<b3となっている。
植物2の搬送は、各パレットをパレットの幅と等しい距離だけ矢印Fの方向に動かすことにより行う。パレットの移動を行う頻度は例えば3日に1回とする。図7(a)の矢印Hのように各区間の最下流(右端)のパレットは、その区間の最上流(左端)に戻し、そのパレットに置かれていた植物2は、矢印Gのように下流の区間の最上流のパレットにポット5、7ごと移動させる(最下流の区間の最下流のパレットに置かれていた植物は収穫する)。なお、最下流のパレットを最上流に戻す際に養液の交換をすれば効率がよい。パレットをこのように移動することにより、植物2は、下流の区間ほど間隔を広く開けて搬送される。つまり、植物2の成長に伴う隣同士の干渉防止に関しては搬送手段51と同等の機能となる。また単位距離を移動する際の植物2の成長量がほぼ一定になるようにパレット61、62、63の幅を調整すれば、植物2と照明手段との間の無駄な空間を少なくすることができる。
パレット61、62、63の移動は基本的に人力により行うが、搬送手段52を傾斜させて設置する場合は、重力を利用してパレット61、62、63を滑らせて移動するようにしてもよい。
植物2への養液の供給方法としては、例えば、図7(a)のようにパレット61、62、63の内部に養液を入れておく方法と、図7(b)のように内部に培地11を収容するポット7を用いる方法がある。図7(a)の場合に用いるポット5(傾斜している場合はポット6)は、図6に示したものと同様である。 図7(b)の場合に用いる培地収容ポット7の平面図を図9(a)に、側面図を図9(b)に、C−C線の断面図を図9(c)に、使用状態を示す図を図9(d)に、それぞれ示す。ポット7は、上端7cが開口した円筒状の筒部7aと、筒部7aの下端に接続し筒部7aよりやや径が小さく内部に養液をしみこませた培地11を収容する培地収容部7bとを備えている。培地収容部7bの下端7fは閉じられている。植物2はその下端2bが筒部7aと培地収容部7bの境界付近に位置するように置かれ、根2aは培地11の中を下方に伸びる。ポット7は、パレット61、62、63の嵌合穴61a、62a、63aにポット収容部7bをはめ込んでセットされる。段差部7dがパレット61、62、63の上面に当接して止まるため、下端7fがパレットの底に当接する必要はない。
搬送手段52が傾斜して設置されるときは、図9(e)に示す傾斜ポット8を用いる。傾斜ポット8は基本的な形状はポット7と同じであるが、パレット61、62、63に当接する面である段差部8dを傾斜角αと等しい角度だけ傾斜させる。このようにすれば、パレット61、62、63に置かれた状態では上端8cが水平となり、植物2をまっすぐに成長させることができる。
ポット嵌合穴61a、62a、63aから養液が溢れない範囲であれば傾斜させることができるので、図7(a)の搬送手段52を傾斜させて配置しても問題はない。
1 植物栽培装置
2 植物
2a 根
3、5、7 ポット
4、6、8 傾斜ポット
10 保持材
11 培地
12 養液
20、21 照明器具
20a、21a 赤色LED
20b、21b 青色LED
22、23 天井板
30、31、32、33、34 ベルトコンベア
32a、33a、34a ベルト
32b、33b、34b ポット嵌合穴
40 フレーム
41 養液供給装置
42 水平パイプ
43 鉛直パイプ
44 ノズル
51、52 搬送手段
61、62、63 パレット
64 レール
61a、62a、63a ポット嵌合穴
100 植物栽培装置
101 天井板
102 照明手段
103 搬送手段
104 フレーム
105 植物
2 植物
2a 根
3、5、7 ポット
4、6、8 傾斜ポット
10 保持材
11 培地
12 養液
20、21 照明器具
20a、21a 赤色LED
20b、21b 青色LED
22、23 天井板
30、31、32、33、34 ベルトコンベア
32a、33a、34a ベルト
32b、33b、34b ポット嵌合穴
40 フレーム
41 養液供給装置
42 水平パイプ
43 鉛直パイプ
44 ノズル
51、52 搬送手段
61、62、63 パレット
64 レール
61a、62a、63a ポット嵌合穴
100 植物栽培装置
101 天井板
102 照明手段
103 搬送手段
104 フレーム
105 植物
Claims (6)
- 栽培する植物を搬送する第一の搬送手段と、前記第一の搬送手段の上方に前記第一の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて前記第一の搬送手段と漸次的に離れるように一つの傾斜面内に配置される第一の照明手段を有する第一のコンベアユニットと、
前記第一の搬送手段とは逆方向に前記植物を搬送し前記第一の照明手段が配置される傾斜面と平行に設置される第二の搬送手段と、前記第二の搬送手段の上方に前記第二の搬送手段の上流側から下流側に向かうにつれて漸次的に離れるように一つの平面内に配置される第二の照明手段とを有し、前記第一のコンベアユニットの上に積み重ねられた第二のコンベアユニットとを備えた植物栽培装置。 - 前記第二の照明手段が水平面内に配置されることを特徴とする請求項1に記載の植物栽培装置。
- 前記第一の搬送手段及び前記第二の搬送手段は、それぞれが搬送速度の異なる直列に配置された複数のベルト式装置からなり、下流側の前記ベルト式装置ほど搬送速度が速くなることを特徴とする、請求項1または2に記載の植物栽培装置。
- 前記第一の搬送手段及び前記第二の搬送手段は、レールと、前記レール上をスライドする複数のパレットを有し、前記複数のパレットは下流側ほど幅が大きくなることを特徴とする、請求項1または2に記載の植物栽培装置。
- 前記パレットは、前記栽培する植物を培地と共に保持する栽培用ポットを取り付けられる嵌合穴を有することを特徴とする、請求項4に記載の植物栽培装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の植物栽培装置の前記第二の搬送手段に前記栽培する植物を置くのに用いる栽培用ポットであって、
前記第二の搬送手段に当接する面が前記第二の搬送手段の傾斜角度と等しい角度だけ傾斜しており、前記第二の搬送手段の上に置いたときに上面が水平となることを特徴とする栽培用ポット。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013141234A JP2015012826A (ja) | 2013-07-05 | 2013-07-05 | 植物栽培装置 |
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JP2013141234A JP2015012826A (ja) | 2013-07-05 | 2013-07-05 | 植物栽培装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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