JP2017169458A - ユニット式植物工場 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気料金の抑制と、栽培環境の均一化と、栽培作物の育成制御を実現できる植物工場を提供する。【解決手段】個々に密閉した作物栽培用のユニット１ａと空調装置２をダクト３で接続し、ユニット１ａ内のみを調温・調湿する。また、空調装置２からユニット１ａ内への送気はユニット１ａの下方にある栽培作物の成長点である根茎付近の送気孔を通して行い、ユニット１ａからの吸気は、ユニット１ａの上部に配置した人工光源付近の吸気孔を通して行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、閉鎖環境で作物を栽培する完全人工光型の植物工場に関する。

我が国は高齢者人口の急増にともない、農業市場でも農業就労人口の減少が問題となってきた。特に農業従事者の後継者不足問題は深刻であり、我が国の農業は衰退傾向にある。これを打開するために国策として「強い農業」、「儲かる農業」を目指して、経営の大規模化、先進技術導入による効率化が図れる植物工場が注目されており、栽培作物の高付加価値化など、収益性を高めるための様々な取り組みがなされている。

植物工場は完全人工光型と太陽光利用型に大別される。完全人工光型とは、閉鎖環境で太陽光を用いずに人工光と空調制御技術等を用いて作物を栽培するものであり、栽培作物の育成速度を制御することにより栽培作物の品質安定や、栽培期間短縮、含有成分の調整、食感の調整などが可能であり、栽培地域の気候に影響を受けない栽培方法である。また、太陽光利用型とは、太陽光の利用を基本としつつ、人工光による補光や夏季の高温抑制技術等を用いて栽培するものである。

完全人工光型の植物工場は、閉鎖環境としての室内に、作物栽培用のユニットを多段積した栽培棚と、室内の空気を調温・調湿する空調装置、栽培作物に光を照射する人工照明装置が備えられている（下記特許文献１参照）。

特開２００２−２９１３４９

上記特許文献１記載の植物工場は、空調装置によって調温・調湿された閉鎖環境の室内に、作物栽培用の育苗棚を多段に設置する。その育苗棚の背面に複数基の空気ファンを装備し、これを稼働させることによって、育苗棚の前面開口部から室内の調温・調湿された空気を育苗棚内に吸引し、その背面の空気ファンから育苗棚外へ排出している。

一個の育苗棚に複数の空気ファンを装備することによって、各育苗棚内の送風ムラを解消し、均一な送風及び均一な空気の循環が可能となる利点が記載されている。

しかし、上記特許文献１記載の植物工場は、室内を空調装置によって調温・調湿し、育苗棚に装備した空気ファンを稼働させることにより、室内の空気を育苗棚内に送り込む構造であるので、各育苗棚間の温度・湿度ムラを均一にするには、育苗棚内に送り込む室内の空調を均一にする必要があるが、室内の天井付近と床付近とでは温度ムラが発生しやすく、また、多段に設置した育苗棚などによって空気循環を阻害されるため、室内を均一な温度・湿度に調節することは困難である。

また、栽培作物の育成に直接関係しない育苗棚外の空間（作業空間）も空調されるので無駄な電力消費があり、電気料金などの維持費が高くなる問題がある。また、室内を作物の栽培に適した環境に空調する必要があるため、作業空間が人間の作業に適した環境にならないことも考えられる。

その上、育苗棚の天井面には、栽培作物に光を照射する人工照明装置（蛍光灯）が配置されているが、育苗棚の前面開口部から吸引した空気が育苗棚内を通過する際に、人工照明装置が発する熱量によって、育苗棚の前面近辺と背面近辺とで温度差が生じると考えられ、育苗棚の長手方向において均一な環境を作り出せない問題点がある。

本発明は上述した種々の問題点を解決するものであり、特に空調に要するエネルギー消費を抑制し、栽培環境の均一化と、栽培作物の育成制御ができる植物工場を提供するものである。

請求項１記載のユニット式植物工場は、個々に分離・密閉した作物栽培用のユニットと、ユニット内の空気を調温・調湿する空調装置を備えてダクトで接続したことに特徴を有する。

請求項２記載のユニット式植物工場は、請求項１記載のユニット式植物工場において、空調装置に接続したダクトを分岐して複数のユニットに接続することによって、空調装置で調温・調湿した空気を各ユニットに送り込むように構成したことに特徴を有する。

請求項３記載のユニット式植物工場は、請求項１又は請求項２の何れかに記載のユニット式植物工場において、空調装置で調温・調湿した空気が栽培作物の成長点である茎根付近に送風されるようにユニットを構成したことに特徴を有する。

請求項４記載のユニット式植物工場は、請求項３記載のユニット式植物工場において、天板部又はその付近に備えた人工光源の近傍から、ユニット内に送り込まれた空気を吸気するようにユニットを構成したことに特徴を有する。

請求項１記載の発明によれば、空調装置は栽培用のユニット内のみを調温・調湿すれば良いので、空調に要するエネルギーを削減できる。

請求項２記載の発明によれば、複数のユニット内を一基の空調装置で均一に調温・調湿することが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、栽培作物の成長点である根茎付近に送風されるので、栽培作物の育成を制御しやすくなる。

請求項４記載の発明によれば、人工光源が発する熱量によって熱せられた空気は、近傍の吸気孔から排出されるので、人工光源が発する熱量によってユニット内の空気が加熱されることを抑制できる。

本発明のユニット式植物工場の概略図である。 前記ユニット式植物工場を構成する栽培棚の１ユニットを示す斜視図である。 前記ユニットに培養液を供給する方法を例示する概略図である。 他の実施例における栽培棚の１ユニットを示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４により説明する。図１は本発明に係るユニット式の植物工場を示しており、１は栽培作物を収容して育成する密閉型の栽培棚であり、例えば、上下方向に多段積した複数（図１では４段）のユニット１ａから構成されている。

２はユニット１ａ内に調温・調湿した空気を送風する空調装置であり、各ユニット１ａとダクト３によって接続される。ダクト３は各ユニット１ａの前面に接続する送気ダクト３ａと、ユニット１ａの背面に接続する吸気ダクト３ｂを備えている。

４はユニット１ａ内に培養液を供給する溶液循環装置であり、５はユニット１ａ内の環境データを収集して、最適環境の制御に役立てる環境測定装置を示している。６はユニット１ａ内に供給する酸素と二酸化炭素の供給量を調整する空気成分調整装置である。

図２は、図１に示すユニット１ａを示す斜視図である。ユニット１ａはダクト３との接合部以外を断熱材等で密閉することで、栽培環境の調節が外気に影響されないように構成されている。

ユニット１ａ内には栽培作物７の栽培トレイ８が設置されており、図３に示すように、溶液循環装置４の供給路４ａから培養液９が供給され、栽培作物に栄養分を与えた後に、排出路４ｂを通って溶液循環装置４に戻される。１０はユニット１ａの天板部１１に設置する人工光源であり、消費電力を抑制できるＬＥＤ（発光ダイオード）の利用が好適である。

次に、前述のユニット式植物工場において栽培作物を育成する方法について説明する。栽培棚１を構成する各ユニット１ａ内の栽培作物には、人工光源１０から育成用の光が照射される。空調装置２は、栽培作物に最適な温度・湿度に調節した空気を、送気ダクト３ａを介してユニット１ａ内に送る。ユニット１ａ内を通過した空気は、吸気ダクト３ｂから空調装置２に戻る。

空気成分調整装置６は図示しない調整弁を制御し、ダクト３の送気ダクト３ａ内に供給する酸素と二酸化炭素の供給量を調節する。調節量は、ユニット１ａ内の栽培作物に適した量とし、事前の実験等によって把握しておく。

ユニット１ａ内の栽培トレイ８には、溶液循環装置４から栽培作物７の培養液９（図３参照）が供給される。

ユニット１ａ内の環境データは、環境測定装置５によって収集され、ユニット１ａ内が設定環境に維持されるように常時監視・制御される。この結果、複数のユニット１ａ内は栽培作物７に適した同一環境に整えられ、同一品質の作物を育成することが可能となる。

また、空調装置２による調温・調湿は個々に分離したユニット１ａ内だけで良く、従来技術のように作業空間まで空調する必要はないので、植物工場の維持費（電気料金）を低減することができる。

同時に、作業空間はユニット１ａ内と別途の空調が可能となり、作業に適した環境を実現できる。

なお、図１には多段積したユニット１ａからなる栽培棚１を２列配置し、合計８個のユニット１ａを１台の空調装置２で、同一の栽培環境となるよう調節する場合を例示したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、栽培棚１毎に空調装置２とダクト３を用意して、栽培棚１毎に別個の栽培環境を設定したり、栽培棚１を構成するユニット１ａ毎に別個の栽培環境を設定するようにしても良い。

図４は栽培棚１を構成するユニットの他の構成を示すものである。なお、図４において、図２と同一部品には同一符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すユニット１ｂは、図１に示すダクト３の送気ダクト３ａをユニット１ｂ前面の下部に接続し、吸気ダクト３ｂをユニット１ｂ背面の上部に接続している。

送気ダクト３ａが接続されるユニット１ｂの前面には、栽培トレイ８上の栽培作物７の位置まで延びる送気手段１２が取り付けられ、送気手段１２の適所には、栽培作物７の成長点である根茎付近に空気を送風する図示しない送気孔が形成されている。

ユニット１ｂ内の天板部１１には吸気孔１３が形成されており、人工光源１０は吸気孔１３を塞がない位置に取り付けられている。

空調装置２から送気ダクト３ａを介してユニット１ｂに送られた空気は、送気手段１２の送気孔（図示せず）から栽培作物７の根茎付近に送風され、天板部１１の吸気孔１３を通って吸気ダクト３ｂから排気される。

空調装置２によって調温・調湿された空気が栽培作物７の成長点である根茎付近に送風されることにより、栽培作物７の育成を制御しやすくなる。また、人工光源１０が天板部１１の吸気孔１３近辺に設置されているので、調温・調整された空気が人工光源９の排熱に影響されることを阻止できる。この結果、栽培作物７に送風される空気の温度・湿度を均一に保つことが可能となり、栽培作物７の栽培環境を均一に保つことが可能となる。

以上説明したように、本発明のユニット式植物工場によれば、栽培棚の空調に要するエネルギーを削減することができ、植物工場の維持費用を低減することが可能となる。また、人工光源の排熱に影響されず、栽培作物に送風される空気を均一化することが可能となり、作物の品質を一定に保つことができる。

さらには、栽培作物の成長点に送風することで、作物の育成を制御しやすくなる。

本発明は、空調管理が必要な密閉型の設備に利用可能である。

１ ユニット式植物工場
１ａ,１ｂ ユニット
２ 空調装置
３ ダクト
３ａ 送気ダクト
３ｂ 吸気ダクト
４ 溶液循環装置
５ 環境測定装置
６ 空気成分調整装置
７ 栽培作物
８ 栽培トレイ
９ 培養液
１０ 人工光源
１１ 天板部
１２ 送気手段
１３ 吸気孔

Claims (4)

1. 個々に分離・密閉した作物栽培用のユニットと、該ユニット内の空気を調温・調湿する空調装置を備えてダクトで接続したことを特徴とするユニット式植物工場。
2. 前記空調装置は、これに接続する空調用のダクトを分岐して前記複数のユニットに接続することにより、当該空調装置によって調温・調湿した空気を前記ユニットの各々に送り込むように構成したことを特徴とする請求項１記載のユニット式植物工場。
3. 前記ユニットは、前記空調装置によって調温・調湿した空気を、該ユニット内の栽培作物の成長点である茎根付近から送風可能に構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載のユニット式植物工場。
4. 前記ユニットは、天板部又はその付近に備えた人工光源の近傍から、当該ユニット内に送り込まれた空気を吸気可能に構成したことを特徴とする請求項３記載のユニット式植物工場。

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