JP2017212955A - 送風システム及び栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、適度な強さの風を空間内に均一に供給できる送風システムと、この送風システムを備える栽培装置との提供を目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る送風システムは、空間を仕切る壁に配設される送風システムであって、壁を貫通する略円形の通風孔と、この通風孔内に配設される羽根車とを備え、羽根車が回転によって通風孔を介して空間内の空気を吸引し、羽根車の投影面積に対する通風孔の面積の比が１．０倍超６．５倍以下である。本発明の別の一態様に係る栽培装置は、植物を内部に収容し、正面が開口した略直方体状の筐体と、上記筐体の背面板に配設される１又は複数の上述の送風システムとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、送風システム及び栽培装置に関する。

植物工場では、人工光源等を備える閉鎖型の栽培装置を用い、例えば植物の苗等を生産する。この栽培装置を用いることで、栽培空間における光量、温度、湿度、風速、潅水量等を最適状態に調節でき、また病害虫の影響を抑制できるため、均一な品質の苗を効率的に生産できる。この栽培装置で生産された苗は、田畑等に移植されてさらに栽培された後、作物として収穫される。

植物の苗は、長期間の育苗によって葉数を多くすると共に草丈を大きくしたものの方が、収穫までに必要な田畑等での栽培期間が短く、また花芽が分化している生育段階にあることが多いため収穫量が安定する傾向にある。そのため、栽培装置で育苗する場合、付加価値を高める観点から、葉数が多くなり、かつ草丈が大きくなるまでなるべく長期間育苗することが望ましい。

ここで、栽培装置で育苗を行う場合、苗の光合成に伴う二酸化炭素の吸収と酸素の排出とを促進するため、苗に適度な強さの風（例えば風速０．３ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓ程度）を供給して周囲の酸素及び二酸化炭素の濃度を一定に保つことが好ましい。但し、苗に過度に強い風を供給した場合、乾燥により育成速度がかえって低下するおそれがある。また、苗ごとに異なる強さの風を供給した場合、各苗の生育速度に差が生じることで草丈にバラつきが生じ、市場価値が低下するおそれがある。そのため、草丈が均一な苗を効率的に生産するためには、各苗に適度に強い風を均一に供給する必要がある。特に、葉数を多くすると共に草丈を大きくするために長期間育苗する場合には、苗の成長に伴って風通しが悪化し易く、また各苗の生育速度の差が草丈に反映され易いため、各苗に適度に強い風を均一に供給することが重要となる。

各苗に風を供給する方法としては、例えば送風機で発生させた風を苗に直接あてる方法が考えられるが、この方法では送風機の正面に位置する苗の方が、それ以外の場所に位置する苗よりも強い風を受けるおそれがある。そこで、別の方法として、栽培装置の筐体の形状を正面が開放面である略直方体状とし、この筐体の背面板に送風システムとして吸引式の送風機を配設する方法が提案されている（特表２００４／０２６０２３号公報参照）。この送風システムによれば、上記送風機が筐体内の空気を吸い込むことにより、上記筐体内に開放面である正面から背面へと向かう気流が発生するため、送風機の正面方向に位置する苗と正面方向以外に位置する苗とに同程度の強さの風を供給できると考えられる。

特表２００４／０２６０２３号公報

しかしながら、上記従来の送風システムでは、送風機で発生させた風を苗に直接あてる場合と比較し、供給できる風が弱くなる傾向にあり、特に送風機から離れた位置の苗には十分な強さの風を供給することが困難であった。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、適度な強さの風を空間内に均一に供給できる送風システムと、この送風システムを備える栽培装置とを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る送風システムは、空間を仕切る壁に配設される送風システムであって、上記壁を貫通する略円形の通風孔と、この通風孔内に配設される羽根車とを備え、上記羽根車が回転によって上記通風孔を介して空間内の空気を吸引し、上記羽根車の投影面積に対する上記通風孔の面積の比が１．０倍超６．５倍以下である。

また、上記課題を解決するためになされた本発明の別の一態様に係る栽培装置は、植物を内部に収納し、正面が開口した略直方体状の筐体と、上記筐体の背面板に配設される１又は複数の上述の送風システムとを備える。

本発明の送風システムは、適度な強さの風を空間内に均一に供給できる。また、本発明の栽培装置によれば、比較的多くの葉を有すると共に、草丈が比較的大きくかつ均一な苗を生産できる。

本発明の一態様に係る送風システムを示す模式的平面図である。 図１のＸ−Ｘ線における模式的断面図である。 図１の送風システムを備える栽培装置を示す模式的正面図である。 図３のＹ−Ｙ線における模式的断面図である。 試験例１〜６における通風孔の径と平均風速との関係を示すグラフである。 試験例１〜６における羽根車からの奥行方向の距離と風速との関係を示すグラフである。 試験例７〜１２における羽根車からの奥行方向の距離と風速との関係を示すグラフである。 試験例１３〜１５における羽根車からの奥行方向の距離と風速との関係を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の実施形態に係る送風システムは、空間を仕切る壁に配設される送風システムであって、上記壁を貫通する略円形の通風孔と、この通風孔内に配設される羽根車とを備え、上記羽根車が回転によって上記通風孔を介して空間内の空気を吸引し、上記羽根車の投影面積に対する上記通風孔の面積の比が１．０倍超６．５倍以下である。

当該送風システムは、羽根車の投影面積に対する通風孔の面積が上記範囲であり、羽根車に対して通風孔のサイズを大きくしている。ここで、送風システムによって空間内の空気を吸引する際には、空間内の空気が通風孔に集中することにより、羽根車の軸方向視において、通風孔外から通風孔内に向かう気流が羽根車周辺に生じる。これに対し、当該送風システムは、羽根車に対して通風孔のサイズを大きくしているため、上記気流が生じ難く、その結果、上記気流に伴う圧力損失を低減することができる。これにより、当該送風システムは、空間内に比較的強い風を供給することができる。

上記羽根車の平均径としては、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。このように、羽根車の平均径を上記範囲とすることで、より確実に適度な強さの風を空間内に均一に供給できる。

本発明の別の実施形態に係る栽培装置は、植物を内部に収納し、正面が開口した略直方体状の筐体と、上記筐体の背面板に配設される１又は複数の上述の送風システムとを備える。

当該栽培装置は、上述した送風システムを備えるため、適度な強さの風を栽培空間内に均一に供給できる。そのため、当該栽培装置によれば、葉数が多くなり、かつ草丈が大きくなるまで長期間育苗する場合に各苗の生育速度を均一に促進することができ、その結果、比較的多くの葉を有すると共に、草丈が比較的大きくかつ均一な苗を生産できる。

当該栽培装置は、上記背面板に複数の上記送風システムを備え、この複数の送風システムが水平方向に沿って上下交互に配設されるとよい。このように、当該栽培装置が複数の送風システムを備えることで、栽培空間内に供給する風の均一性を向上できる。また、上記複数の送風システムが水平方向に沿って上下交互に配設されことで、複数の送風システムの間隔を適度に大きくすることができ、その結果、隣接する２つの送風システムから等距離の領域において局所的に強い風が発生することを抑制できる。

上記羽根車の平均径に対する上記送風システムの横方向の平均ピッチの比としては、１．０倍以上５．０倍以下が好ましく、高さ方向の平均ピッチの比としては、０．５倍以上３．０倍以下が好ましい。このように、上記横方向及び縦方向の平均ピッチの比を上記範囲とすることで、栽培空間内への効率的な風の供給と、上述の局所的に強い風の抑制とをバランスよく達成できる。

ここで「略円形」とは、最長径及び最短径の差が最短径に対して１０％以内であることをいう。「通風孔内に配設」とは、羽根車の軸方向視において通風孔内に配設されていることをいい、一部又は全体が通風孔外に配設されていてもよい。「羽根車の投影面積」とは、羽根車の回転時における軸方向視での投影面積をいう。「平均径」とは、等面積の真円に換算した際の直径をいい、羽根車の場合は回転時の投影面積に基づく直径をいう。「送風システムのピッチ」とは、通風孔の中心を基準としたピッチをいう。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る送風システム及び栽培装置について図面を参照しつつ詳説する。

［第１実施形態］
＜送風システム＞
図１及び２の当該送風システムは、空間を仕切る壁Ａに配設される送風システムであって、壁Ａを貫通する略円形の通風孔１と、この通風孔１内に全体が収納されている羽根車２とを備える。当該送風システムは、羽根車２の回転によって通風孔１を介して空間内の空気を吸引し、空間外に排出することにより、空間内に通風孔１へと向かう気流を発生させて送風する。なお、図１及び２では省略しているが、当該送風システムは、羽根車２を回転させるために羽根車２の正面又は背面に軸方向が一致するよう配設されるモータや、このモータ及び羽根車２を壁Ａに固定するためのフレームや、上記モータに電力を供給するための配線等を通常備える。

（通風孔）
通風孔１は、壁Ａの一方の面から他方の面に貫通する略円形の貫通孔である。図１及び２に示すように、通風孔１の平均径は羽根車２の平均径よりも大きく、羽根車２の投影面積に対する通風孔１の面積の比は、１．０倍超６．５倍以下である。

当該送風システムは、羽根車２に対して通風孔１のサイズを大きくしているため、羽根車の軸方向視において、通風孔外から通風孔内に向かう気流が生じ難く、その結果、上記気流に伴う圧力損失を低減することができる。これにより、当該送風システムは、空間内に比較的強い風を供給することができる。

羽根車２の投影面積に対する通風孔１の面積の比の下限としては、１．２倍が好ましく、２．２倍がより好ましく、２．８倍がさらに好ましい。一方、通風孔１の上記面積の比の上限としては、５．５倍が好ましく、４．５倍がより好ましく、３．５倍がさらに好ましい。上記面積の比が上記下限未満であると、風速の向上効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記面積の比が上記上限を超えると、当該送風システムが空間外に空気を排出しても、排出した空気が通風孔１を介して空間内に逆流し、羽根車２を中心とする狭い領域での空気の循環が発生するおそれがある。その結果、空間全体に十分な強さの風を供給することが困難となるおそれがある。

通風孔１の平均径の下限としては、６０ｍｍが好ましく、１５０ｍｍがより好ましい。一方、通風孔１の平均径の上限としては、５００ｍｍが好ましく、２４０ｍｍがより好ましい。通風孔１の平均径が上記下限未満であると、当該送風システムによる空間内の空気の吸引効率が低下し、十分な強さの風を空間内に供給することが困難となるおそれがある。逆に、通風孔１の平均径が上記上限を超えると、それにあわせて羽根車２の平均径を大きくする必要性が生じるため、電力コストが増加するおそれがある。

（羽根車）
羽根車２は、円柱状の羽根車ハブ２ａと、この羽根車ハブ２ａの外周に放射線状に配設される４枚のブレード２ｂとを有する。羽根車２は、図示しないモータ等によって回転し、軸方向に沿って空間内から空間外へと向かう気流を発生させる。

羽根車ハブ２ａの軸方向長さと、ブレード２ｂの厚さとは、いずれも壁Ａの厚さよりも小さい。これにより、羽根車２は、回転時及び非回転時のいずれにおいても通風孔１内に全体が収納されている。

但し、図１及び２に示す羽根車２は、本発明に適用可能な羽根車の一例であり、羽根車ハブ２ａ及びブレード２ｂの形状は変更可能である。また、羽根車２の有するブレード２ｂの数としては、４枚に限定されず、例えば２枚以上１０枚以下とすることができる。

羽根車２の軸中心、つまり羽根車ハブ２ａの軸中心は、通風孔１の中心と略一致している。具体的には、羽根車２の軸方向視において、羽根車ハブ２ａの軸中心と通風孔１の中心との距離は、羽根車２の平均径に対し、１０％以下であり、１％以下が好ましい。

羽根車２の平均径の下限としては、５０ｍｍが好ましく、８０ｍｍがより好ましい。一方、羽根車２の平均径の上限としては、２００ｍｍが好ましく、１４０ｍｍがより好ましい。羽根車２の平均径が上記下限未満であると、空間内に十分に強い風を供給できないおそれがある。逆に、羽根車２の平均径が上記上限を超えると、製造時の部品コストや、使用時の電力コストが増大するおそれがある。

羽根車２の回転速度の下限としては、８４０ｒｐｍが好ましく、１，０５０ｒｐｍがより好ましい。一方、羽根車２の回転速度の上限としては、３，５００ｒｐｍが好ましく、３，２００ｒｐｍがより好ましい。羽根車２の回転速度が上記下限未満であると、空間内に十分に強い風を供給できないおそれがある。逆に、羽根車２の回転速度が上記上限を超えると、空間内に過度に強い風を供給するおそれがある。

［用途］
当該送風システムは、後述する栽培装置に特に好適に用いることができ。また、当該送風システムは、例えば施設内の空調、機械類の空冷等にも好適に用いることができる。

＜第２実施形態＞
＜栽培装置＞
図３及び４の当該栽培装置は、天板３ａ、底板３ｂ、背面板３ｃ及び一対の側板３ｄを有し、正面が開口して開放面（開口部３ｅで囲まれた面）となっている略直方体状の筐体３と、筐体３の背面板３ｃに配設される５個の送風システム４とを備える。当該栽培装置は、筐体３の内部に植物を収納して用いる。送風システム４は、第１実施形態で説明した当該送風システムである。５個の送風システム４は、背面板３ｃの水平方向に沿って上下交互に配設し、ピッチを適度に広げている。これにより、当該栽培装置は、隣接する２つの送風システム４から等距離の領域において、上記２つの送風システム４から同時に送風されることで他の領域より強い風が発生してしまうことを抑制できる。なお、当該栽培装置は、天板３ａの内面付近に配設される図示しない照明装置をさらに備えることが好ましい。

この送風システム４は、筐体３の内側（以下、「栽培空間」ともいう）の空気を吸引し、筐体３外へと排出することで、開放面である正面から背面板３ｃへと向かう気流（図４の右から左へと向かう気流）を栽培空間に発生させることができる。

当該栽培装置は、上述の当該送風システムを備えることで、栽培空間に比較的強い風を均一に供給することができる。そのため、葉数が多くなると共に草丈が大きくなるまで育苗期間を長くしたとしても、各苗に均一かつ適度な風を供給することができ、その結果、比較的多くの葉を有すると共に、草丈が比較的大きくかつ均一な苗を生産することができる。

当該栽培装置は、例えば植物工場に代表される外部から隔離された施設内等に配設され、植物の育苗などに好適に用いられる。具体的には、植物の種子を播種した育苗容器を栽培空間内に配設し、送風システム４による送風、照明装置による人工光の照射、図示しない散水装置又は手作業による散水等によって上記植物を育苗する。また、当該栽培装置は、開放面である筐体３の正面を介し、苗の観察や、手入れ、収穫等の作業を容易に行うことができる。さらに、当該栽培装置を配設する施設内の空調を変化させることにより、栽培空間の温度、湿度、気圧等を管理できる。

送風システム４によって栽培空間内に供給する風の平均風速としては、０．３ｍ／ｓ以上１．０ｍ／ｓ以下が好ましい。このように、送風システム４によって発生させる風の平均風速を上記範囲とすることで、植物の乾燥を抑えつつ適度に換気することができ、その結果、植物の育成を効果的に促進することができる。ここで「平均風速」とは、栽培空間内の任意の１０箇所で測定した風速の平均値をいう。

羽根車２の平均径に対する複数の送風システム４の横方向の平均ピッチの比の下限としては、１．０倍が好ましく、２．０倍がより好ましい。一方、上記横方向の平均ピッチの比の上限としては、５．０倍が好ましく、３．０倍がより好ましい。また、上記横方向の平均ピッチの下限としては、１１０ｍｍが好ましく、２２０ｍｍがより好ましい。一方、上記横方向の平均ピッチの上限としては、５７０ｍｍが好ましく、３４０ｍｍがより好ましい。上記横方向の平均ピッチが上記下限未満であると、隣接する２つの送風システム４から等距離の領域において局所的に強い風が発生するおそれがある。逆に、上記横方向の平均ピッチが上記上限を超えると、背面板３ｃに配設可能な送風システム４の数が減少し、栽培空間内に発生させる風の均一性が低下するおそれがある。

羽根車２の平均径に対する複数の送風システム４の縦方向の平均ピッチの比の下限としては、０．５倍が好ましく、１．０倍がより好ましい。一方、上記縦方向の平均ピッチの比の上限としては、羽根車２の平均径に対し、３．０倍が好ましく、１．８倍がより好ましい。また、上記縦方向の平均ピッチの下限としては、６０ｍｍが好ましく、１４０ｍｍがより好ましい。一方、上記縦方向の平均ピッチの上限としては、３４０ｍｍが好ましく、２１０ｍｍがより好ましい。上記縦方向の平均ピッチが上記下限未満であると、隣接する２つの送風システム４から等距離の領域において局所的に強い風が発生するおそれがある。逆に、上記縦方向の平均ピッチが上記上限を超えると、背面板３ｃに配設可能な送風システム４の数が減少し、栽培空間内に発生させる風の均一性が低下するおそれがある。

［筐体］
筐体３の寸法としては、特に限定されないが、例えば平均高さを２５０ｍｍ以上１，０００ｍｍ以下、平均幅（背面板３ｃの水平方向平均長さ）を５００ｍｍ以上４，０００ｍｍ以下、平均奥行き（側板３ｄの水平方向平均長さ）を３００ｍｍ以上１，５００ｍｍ以下とすることができる。このように、筐体３の寸法を上記範囲とすることで、設置のし易さと栽培空間の広さとをバランスよく確保できると共に、より確実に栽培空間内に適度に強い風を均一に供給することができる。

筐体３の材質としては、特に限定されないが、例えばアルミ、鋼鉄等の金属や、ポリオレフィン等の合成樹脂などを用いることができる。また、筐体３は、金属柱で各辺を構成し、合成樹脂板で壁面を構成してもよい。このように、筐体３が金属柱及び合成樹脂板の組み合わせにより構成されることで、強度の向上と軽量化とをバランスよく達成できる。

［用途］
当該栽培装置を用いて栽培する植物の種類としては、特に限定されないが、例えば稲、コムギ等の穀物、カボチャ、ナス、トマト、レタス、キュウリ等の野菜、カキ、ナシ、ミカン等の果実、菊、バラ、シクラメン、パンジー等の観賞用植物、大豆、小豆等の豆類などが挙げられる。

当該栽培装置は、種子を比較的大きい苗（例えば本葉が６枚以上１０枚以下の苗）に成長させるまでの期間の育苗に特に好適に用いることができる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

当該送風システムの備える羽根車は、軸方向視において通風孔内に配設されていればよい。そのため、上記羽根車の回転軸と通風孔の軸とは一致していなくてもよい。また、羽根車は、側面方向（軸と直交する方向）視において一部のみが通風孔内に配設されていても、全体が通風孔外に配設されていてもよい。側面方向視において羽根車の全体が通風孔外に配設されている場合、羽根車のブレードと通風孔との最短距離としては、例えば０ｍｍ超１１０ｍｍ以下とすることができる。また、上記最短距離は、通風孔の平均径に対し、例えば０倍超１．０倍以下とすることができる。

当該栽培装置の備える送風システムの数は、栽培装置のサイズ等に応じて適宜変更可能であり、第２実施形態における５個には限定されない。当該栽培装置の備える送風システムの数の下限としては、２個が好ましく、４個がより好ましい。一方、上記送風システムの数の上限としては、２０個が好ましく、１０個がより好ましく、６個がさらに好ましい。上記送風システムの数が上記下限より小さい場合、栽培空間内に十分に強い風を供給できないおそれがある。逆に、上記送風システムの数が上記上限を超える場合、製造コストや電力コストが増大するおそれがある。

当該栽培装置が複数の送風システムを備える場合、この複数の送風システムは、水平方向に沿って上下交互に配設されていなくてもよい。具体的には、複数の送風システムは、例えば水平方向に沿って直線状に配設されていてもよい。

当該栽培装置の筐体は、正面が開放面である必要はなく、正面板を有し、この正面板の一部に１又は複数の開口部が形成されることで開口していてもよい。

当該栽培装置は、苗の生産以外の用途に用いてもよく、具体的には種子を収穫可能な作物に成長させるための栽培に用いてもよく、苗を収穫可能な作物に成長させるための栽培に用いてもよい。当該栽培装置は、比較的強い風を栽培空間に均一に供給することができるため、育苗以外の用途に用いる場合においても、均一な品質の作物を効率的に生産することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜シミュレーション解析１＞
まず、汎用的な流体解析ソフトウェアであるフローサイエンスジャパン社の「ＦＬＯＷ−３Ｄ」を用い、送風システムにより栽培空間内に送風する際に、羽根車及び通風孔のサイズと発生する風の強さとの関係を以下の条件でシミュレートした。

［シミュレーション条件］
モデル：κ−εモデル
境界条件：入口及び出口側は圧力一定、四方は壁

（ファン特性）
ファン外径（羽根車外径）：１００［ｍｍ］
ファン内径（羽根車内径）：６０［ｍｍ］
ファン厚み（羽根車厚み）：２０［ｍｍ］
回転速度（Ｓｐｉｎ ｒａｔｅ）：２４０．７５９［ｒａｄ／ｔｉｍｅ］
回転速度への適応係数（Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）：４３８．８９４
軸流速度係数（Ａｘｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）：０．６０６８５

その他のファン特性は、下記式（１）により決定した。

上記式（１）中、各記号の意味は、以下の通りである。
Δｐ：羽根車を介した気圧差［Ｐａ］（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｃｒｏｓｓ ｔｈｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒ）
ρ：流体密度［ｋｇ／ｍ^３］（Ｆｌｕｉｄ ｄｅｎｓｉｔｙ）
Ａ_ｄ：回転速度への適応係数（Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）
Ｓ_ｄ：回転速度［ｒａｄ／ｔｉｍｅ］（Ｓｐｉｎ ｒａｔｅ）
Ｂ_ｄ：軸流速度係数（Ａｘｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）
Ｑ：総流量［ｍ^３］（Ｎｅｔ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）
Ｒ：羽根車外半径［ｍｍ］（Ｏｕｔｅｒ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｂｌａｄｅｓ）
ｒ：羽根車内半径［ｍｍ］（Ｍｉｎｉｍｕｍ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｂｌａｄｅｓ）
Ｌ：羽根車厚み［ｍｍ］

（解析領域）
解析領域は、高さ３５０ｍｍ、幅１，５４４ｍｍ、奥行７４０ｍｍとした。このうち、苗高さは２８０ｍｍ（土台７０ｍｍ、茎５０ｍｍ、葉１６０ｍｍ）とした。また、シミュレーションにおいては、多孔質モデルを用い、苗が存在する領域での風速減（圧力損失）を模擬した。

この解析領域の奥行方向の一方の側面を入口側、他方の側面を出口側とし、この出口側の側面に、通風孔と、この通風孔内に配設される羽根車とを備える送風システムを３個配設した。３個の送風システムの位置は、通風孔の中心を基準として、高さをいずれも１６０ｍｍ、水平位置を一方の端からそれぞれ３７２ｍｍ、７７２ｍｍ及び１１７２ｍｍとした。

［試験例１〜６］
試験例１〜６では、羽根車外径を１００ｍｍで一定としつつ、通風孔の平均径を１００ｍｍから３００ｍｍまでの範囲で変化させ、通風孔のサイズと解析領域に供給される風との関係をシミュレートした。各試験例で解析領域において測定された平均風速を表１に示す。なお、表１には、羽根車の回転時の投影面積に対する通風孔の面積の倍率Ｒ（通風孔の面積／羽根車の回転時の投影面積）をあわせて示す。また、図５に、試験例１〜６における通風孔の径と平均風速との関係をグラフで示す。さらに、図６に、各試験例の解析領域において、羽根車から奥行方向に１００ｍｍ間隔で測定した風速を示す。ここで、本実施例において「平均風速」とは、ファンとの奥行方向距離が０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である対象区画において、５０ｍｍ間隔、１１箇所で測定された風速の平均値をいう。

表１及び図５に示すように、試験例２〜４では、通風孔の平均径を羽根車の平均径よりも大きくし、羽根車の回転時の投影面積に対する通風孔の面積の倍率Ｒを１．０倍超とすることで、倍率Ｒが１．０である試験例１よりも平均風速を増加させることができた。特に、試験例３では、倍率Ｒを２．６倍とすることで、平均風速を最も効果的に増加できた。一方、試験例５及び６に示すように、倍率Ｒを６．３倍にすると試験例１と同程度の平均風速となり、倍率Ｒを９．０倍にすると試験例１よりも平均風速が低下した。

さらに、図６に示すように、平均風速が試験例１よりも向上した試験例２〜４では、羽根車の近傍から遠方までの全領域において風速が向上していた。

＜簡易送風試験＞
次に、簡易モデルを作成し、通風孔の平均径を羽根車の平均径よりも大きくすることによる風速の向上効果を実測した。具体的には、天板、底板、背面板及び一対の側板を有し、正面が開放面である略直方体状の段ボール製筐体（高さ６００ｍｍ、幅３００ｍｍ、奥行き５５０ｍｍ）を用意した。この筐体の背面板の中央に１個の円形の通風孔を形成し、この通風孔内にファン（ミネベア社の「４７１０ＰＳ−１０Ｔ−Ｂ２０−Ｂ００」、羽根車の平均径１１４ｍｍ、回転速度２，１００ｒｐｍ）を配設した。

［試験例７〜１２］
試験例７〜１２では、上記簡易モデルを用い、通風孔の平均径を１１４ｍｍから３００ｍｍまでの範囲で変化させ、通風孔のサイズと供給される風の強さとの関係を実測した。測定された平均風速を表２に示す。なお、表２には、羽根車の回転時の投影面積に対する通風孔の面積の倍率Ｒをあわせて示す。また、図７には、各試験例において、羽根車から奥行方向に１００ｍｍ間隔で測定した風速を示す。

表２に示すように、試験例８〜１２では、通風孔の平均径を羽根車の平均径よりも大きくし、羽根車の回転時の投影面積に対する通風孔の面積の倍率Ｒを１．０倍超とすることで、試験例７よりも平均風速を増加することができた。特に、試験例１０では、倍率Ｒを３．１倍とすることで、平均風速を最も効果的に増大できた。一方、倍率Ｒを６．９倍とした試験例１２では、試験例７と比較し、平均風速はわずかに増加したのみであった。

また、図７に示すように、試験例８〜１１では、羽根車の近傍から遠方までの全領域において試験例７よりも風速が向上していた。これに対し、試験例１２では、羽根車から離れると急激に風速が低下する傾向があり、羽根車の近傍では試験例７よりも風速が増加しているが、羽根車の遠方では試験例７よりも風速が減少していた。このように、試験例１２では、平均風速はわずかに増加したが、位置ごとの風速のバラつきが大きくなり、羽根車から離れた位置ではかえって風速が低下した。

このように、簡易モデルによる実測結果でも、上記シミュレーション結果とおおむね同様の傾向が確認できた。ここで、本シミュレーションは汎用ソフトを用いたものであるため再現精度に限界があり、簡易モデルによる実測結果の方がシミュレーション結果よりも実際の栽培空間における風速を精度よく再現できていると考えられる。そのため、簡易モデルに示すように、羽根車の回転時の投影面積に対する通風孔の面積を１．０倍超６．５倍以下とすることで、平均風速の向上と風速のバラつきの抑制とを達成できると判断される。また、この平均風速の向上は、上記倍率Ｒを３．１倍としたときに最も効果的に発揮されると判断される。

＜シミュレーション解析２＞
次に、送風システムを複数配設する場合において、より効率的に送風が可能な配設位置をシミュレーション解析で調べた。なお、このシミュレーション解析の各種条件のうち、特に断りがないものについては、上述したシミュレーション解析の条件と同様とした。

［試験例１３〜１５］
試験例１３〜１５では、羽根車の平均径を１１４ｍｍ、通風孔の平均径を２００ｍｍに設定した５個の送風システムを出口側の側面に配設した。この５個の送風システムは、横方向のピッチを２８９ｍｍ（羽根車の平均径に対して２．５倍）とし、高さは各試験例で異なるものとした。試験例１３では、高さ位置を１６０ｍｍとした５個の送風システムを水平方向に沿って一列に配設した。試験例１４では、高さ位置を２４０ｍｍとした２個の送風システムと、高さ位置を１６０ｍｍとした３個の送風システムとを水平方向に沿って上下交互に配設した（羽根車の平均径に対する高さ方向の平均ピッチの比が０．７倍）。試験例１５では、高さ位置を３２０ｍｍとした２個の送風システムと、高さ位置を１６０ｍｍとした３個の送風システムとを水平方向に沿って上下交互に配設した（羽根車の平均径に対する高さ方向の平均ピッチの比が１．４倍）。図８には、各試験例の解析領域において、羽根車から奥行方向に５０ｍｍ間隔で測定した風速を示す。

図８に示すように、各送風システムを水平方向に沿って上下交互に配設した試験例１４及び１５は、各送風システムを同じ高さとした試験例１３よりも、羽根車から近い位置と離れた位置とに均一な強さで送風できた。また、試験例１４及び１５を比較すると、各送風システムの高さ方向のピッチを１６０ｍｍ（羽根車の平均径に対して１．４倍）とした試験例１５は、上記ピッチを８０ｍｍ（羽根車の平均径に対して０．７倍）とした試験例１４よりも、羽根車から近い位置と離れた位置とにより均一な強さで送風できた。

なお、実際の栽培装置には天板の内側に照明装置や散水装置等の構造物が配設されることが多いため、上記ピッチを過度に高くすると上側の送風システムの吸引が上記構造物によって妨げられ、送風効率が低下するおそれがある。そのため、上記ピッチは、試験例１５の１６０ｍｍ（羽根車の平均径に対して１．４倍）程度が最適であると考えられる。

本発明の一態様に係る送風システムは、適度な強さの風を空間内に均一に供給できる。本発明の別の一態様に係る栽培装置は、比較的多くの葉を有すると共に、草丈が比較的大きくかつ均一な苗を生産できる。

１ 通風孔
２ 羽根車
２ａ 羽根車ハブ
２ｂ ブレード
３ 筐体
３ａ 天板
３ｂ 底板
３ｃ 背面板
３ｄ 側板
３ｅ 開口部
４ 送風システム
Ａ 壁

Claims (5)

1. 空間を仕切る壁に配設される送風システムであって、
   上記壁を貫通する略円形の通風孔と、
   この通風孔内に配設される羽根車と
   を備え、
   上記羽根車が回転によって上記通風孔を介して空間内の空気を吸引し、
   上記羽根車の投影面積に対する上記通風孔の面積の比が１．０倍超６．５倍以下である送風システム。
2. 上記羽根車の平均径が５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である請求項１に記載の送風システム。
3. 植物を内部に収納し、正面が開口した略直方体状の筐体と、
   上記筐体の背面板に配設される１又は複数の請求項１に記載の送風システムと
   を備える栽培装置。
4. 上記背面板に複数の上記送風システムを備え、
   この複数の送風システムが水平方向に沿って上下交互に配設される請求項３に記載の栽培装置。
5. 上記羽根車の平均径に対する上記送風システムの横方向の平均ピッチの比が１．０倍以上５．０倍以下、高さ方向の平均ピッチの比が０．５倍以上３．０倍以下である請求項４に記載の栽培装置。

Images