JP2018011564A - 植物工場 - Google Patents

Abstract

【課題】より実用的な植物工場を提供する。また、チップバーンを効果的に抑制する。【解決手段】平面方向に配置された栽培容器と、前記栽培容器の上方に配置され、前記栽培容器に収容され下方に配置された植物に対して人工光を照射する照明装置と、空調装置と、が配置されてなる植物工場において、前記空調装置は、装置本体と、この装置本体から延び、前記栽培容器間を連通し、細孔を表面に多数設けたソックダクトと、前記栽培容器の側面に配置された反射パネルとを備え、前記ソックダクトの下部に、スロット吹出口を形成したことを特徴とする植物工場。【選択図】図６

Description

本発明は、植物工場に関し、特に、送風機構付きの人工光型植物工場に関する。

植物の生育過程において、局所的なカルシウム不足による生理障害であるチップバーンが知られており、商品価値を著しく損なう。

人工光型植物工場における、例えばリーフレタス生産において、チップバーンの発生によって歩留まりが低下し、安定的な収穫ができないことがしばしば見られる。したがって、植物工場においては、チップバーンを克服するための技術が求められている。

チップバーンの発生を抑制するためには、植物体、特にその内葉に風を当てることが有効である。植物への送風がチップバーンの抑制に有効であることは既知であるが、現状の人工光型植物工場では植物群落内への積極的な送気はほとんど行われていない。

植物へ送風する方法として、ストロー様の管を植物体の上部もしくは下部に設置し送気する方法、水平もしくは鉛直方向から小型ファンで送気するシステムなどが研究レベルで報告されている。

また、特許文献１には、ソックダクトを人工光型植物工場の栽培システムに用いる例が示されている。

特開２０１４−１４２８５号公報

研究レベルにおける上記の報告は、ストロー様の管を１個体ずつ設置するための手間が掛かること、ファンの取付け位置によっては作業性を損なう可能性があることから、あくまで研究段階での構成であり、実用的とは言い難いという問題がある。

図１０は、研究レベルから実用化レベルに向けて量産性や作業効率を向上させた一般的な植物工場の一構成例を示す斜視図である。

図１０に示す植物工場Ｘでは、底板１０１ａと底板１０１ａの４隅から立ち上がる枠体１０１ｂとからなるフレーム部１０１と、底板１０１ａ上に設置された培養槽１０３と、培養槽１０３に対して上から光を照射できる位置に配置された光源パネル１１１と、を有している。

培養槽１０３内には、植物を定植するための多数の定植スポット１０７が設けられた栽培パネル１０５が設けられ、定植スポット１０７に植えられた植物に水分や養分を与えることができる。

光源パネルの下側（栽培パネル側）には、植物に対して光を照射するための光源１１３、例えば、複数本の蛍光灯やＬＥＤ等が配置されている。

しかしながら、図１０のような構造では、品種や明期/暗期、気温の制御によっては、チップバーンの発生を抑制しにくい場合がある。

また、特許文献１に記載の方法は、光源よりも上部にソックダクトを設置しており、栽培装置の全体的な気温制御を目的としているが、チップバーンの発生を防止することを意図しておらず、また、そのような効果は期待できない。

本発明は、より実用的な植物工場を提供することを目的とする。また、チップバーンを効果的に抑制することを目的とする。

本発明の一観点によれば、平面方向に配置された栽培容器と、前記栽培容器の上方に配置され、前記栽培容器に収容され下方に配置された植物に対して人工光を照射する照明装置と、空調装置と、が配置されてなる植物工場において、前記空調装置は、装置本体と、この装置本体から延び、前記栽培容器間を連通し、細孔を表面に多数設けたソックダクト（風を起こさずに空調するための）と、前記栽培容器の側面に配置された反射パネルとを備え、前記ソックダクトの下部に、スロット吹出口を形成したことを特徴とする植物工場が提供される。

上記発明によれば、反射パネルによる光の有効利用とともに、反射パネルによるエアの風向きが変わり下方に栽培された植物群落内の内部まで、ソックダクトからの風（空気）を多方面から当たりやすいようにすることができる。
さらに、空調効果に対する光源（熱）の影響を抑制することができる。

前記スロット吹出口は、例えば、前記栽培容器の幅方向に、鉛直方向に対して対称な位置において、前記ソックダクトの延在する方向に少なくとも２つ設けられていることを特徴とする。
幅方向に複数栽培された植物に対して、風（空気）が均一になるようにする。

前記ソックダクトは、例えば、前記栽培容器の上部中央の、前記照明装置の光源を避けた位置に配置されていることを特徴とする。

ソックダクトを、前記栽培容器の前記照明装置の光源を避けた位置（例えば上部中央）に配置することで、ソックダクトを配置しても光源の照射光を極力遮光しないようにできる。

前記反射パネルは、前記栽培容器の側面を覆うように複数設けられていることが好ましい。光源による熱の影響を抑制するために、前記反射パネルは、前記栽培容器の側面を、隙間を持って覆うように複数設けられているようにしても良い。

本発明によれば、チップバーンを抑制し実用的な植物工場を提供することができる。

本発明の実施の形態による植物工場の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態による植物工場の構成例を示す斜視図である。 反射パネルの一例を示す平面図である。 光源パネルを裏側から見た平面図である。 栽培面を表面から見た平面図である。 育成空間内の様子を示す斜視図である。 ソックダクトに形成したスロット（切り込み）の位置を示す模式的な断面図である。 植物工場内におけるソックダクトの設置位置を示す図であり、図７のスロットの位置との関係を示す図である。 栽培パネルと定植スポットとの位置関係を示す図である。 研究レベルから実用化レベルに向けて量産性や作業効率を向上させた一般的な植物工場の一構成例を示す斜視図である。

以下の、本発明の実施の形態による植物工場について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１、図２は、本実施の形態による植物工場の構成例を示す斜視図である。図３は、反射パネルの一例を示す平面図である。

（第１の実施の形態）
図１、図２に示す植物工場Ａでは、図１０に示す構成と同様の、すなわち、底板１ａと底板１ａの４隅から立ち上がる枠体１ｂとからなるフレーム部１と、底板１ａ上に設置された培養槽３と、培養槽３に対して上から光を照射できる位置に配置された光源パネル１１と、を有している。これにより、筐体からなる植物工場の育成空間が画定される。

培養槽３内には、植物を定植するための多数の定植スポット７が設けられた栽培パネル５が設けられ、定植スポット７に植えられた植物に水分や養分を与えることができる。

光源パネル１１の裏側（栽培パネル側）には、植物に対して光を照射するための光源１３、例えば、ＬＥＤや複数本のＨＦ蛍光灯等が配置されている（図４参照）。以下では、ＨＦ蛍光灯を設けた例について説明する。

加えて、以下の２つの構成が追加されている。
第１に、図１から図３までに示すように、底板１ａと光源パネル１１との間に形成されている枠体１ｂの４側面の開口部を塞ぐように、複数の反射パネル１５が設けられている。これにより、底板１ａと光源パネル１１と反射パネル１５とにより形成された、光閉じ込め空間を形成することができる。なお、反射パネル１５としては光反射率が９９〜１００％の反射パネルを用いた。

図３に示すように、反射パネル（１５）は、例えば、６０ｍｍ×４０ｍｍ程度の超微細発泡光反射板（古河電気工業株式会社製MC-PET）であり、ポリエチレンテレフタレート製である。この反射パネル１５を、例えば、底板１ａと光源パネル１１とにネジ止めなどにより固定することで、光源１３からの光を、栽培空間内に閉じ込め、光を植物に有効に照射し、効率良く光合成を行わせることができる。

第２に、育成空間の外側に設けられるファン２１と、エア吸入口２３と、吸入したエアを育成空間に導入するための導入部２５と、導入部２５からエアを育成空間内に引き込むとともに、後述する植物への空気噴出機構である、例えばソックダクト２９と導入部２５とソックダクト２９とを接続する接続部２７と、を有している。エア吸入口２３から取り入れた空気は、育成空間に導入される。これらの外気導入機構は、主として、風のための空気を取り入れることを目的とする。

尚、ファン２１の位置は任意である。栽培棚の上部に設置しても良く、多段式（１つのファンで複数段に適用可能）にしても良い。

図４は、光源パネル１１の裏側から見た平面図である。図４に示すように、光源パネル１１は、蛍光灯（光源）１３の延在方向に連なった例えば３つの板を連ねた構造により構成されており、３枚の板からなる光源パネル１１にまたがって配置された、例えば１本のソックダクト２９を有している。ソックダクト２９は、その延在方向と垂直な幅方向の中心に配置することが好ましい。

蛍光灯（光源）１３は、ソックダクト２９に対して上記幅方向に離れた位置に、例えば２本ずつ設けられている。図４においては、蛍光灯（光源）１３は、３つの板にそれぞれ、４本ずつ設けられている。蛍光灯（光源）１３の間にソックダクト２９を配置する。そして、ソックダクト２９は、蛍光灯（光源）１３よりも栽培パネル側に、例えば光源パネル１１から吊り下げるようにして配置するのが好ましい（後述する図８参照）。

図５に示すように、図４と対向する位置に設けられる栽培パネルの栽培面５には、多数の定植スポット７が、例えば規則正しい位置に設けられ、光源１３からの光およびエア吸入口２３から取り入れられ、育成空間に導入された空気は、ソックダクト２９から、まんべんなく植物に行き渡るようになっている。

ソックダクト２９を送風機構として用いた理由は、光源の熱による栽培領域内の気温上昇の抑制に効果があること、脱着が簡単で栽培・収穫作業の邪魔にならないこと、洗浄できるため衛生的であることなどが挙げられる。また、ソックダクト２９には任意の方角にスロットを空けられるスロットタイプもある。これは本来、ソックダクト２９を通した暖房熱をスロットから下部に速やかに送ることを目的としているが、本実施の形態ではスロットタイプのソックダクト２９を栽培領域内の上部に設置し、下方の植物に送風することを目的とする。

図６は、育成空間内の様子を示す斜視図である。矢印は接続部２７から導入されたエアのソックダクト２９における送気の向きを示している。エアは、送気の向きに進みながら、図６に示すように、エアが反射パネル１５に当たって内側に戻され、エアが無駄なく植物に照射されるようになっていることがわかる。

より詳細には、ソックダクト（ソックフィルタ）２９は、例えば、株式会社オーツカ製のものを用いることができる。ソックダクト２９は、ポリエステル繊維を用いた軽量のダクトであり、例えば空調機の出力部として用いられる。高い、室内空調能力を有しており、加えて、フィルター効果も有する。ソックダクト２９を用いることで、吸入口２３から取り入れたエア（二酸化炭素）を育成空間内にほぼ均一に散布することができる。

ソックダクト２９では、布地織り目の粗さに応じて、織り目の間の細孔から少しエアが漏れ出す。これを、第１のエア噴出機構とする。

さらに、ソックダクト２９にスロットを設ける。スロット幅は２ｍｍであるが、２〜１６ｍｍまでで良い結果が得られる。スロット３１は細孔よりも大きな孔であり、これを第２のエア噴出機構と言うことができる。

図７は、ソックダクト２９に形成したスロット（切り込み）３１の位置を示す模式的な断面図である。スロット３１の位置は、時計の時刻の位置で表している。

例えば、５時および７時の対称的な位置をダクト（５，７）、４，８時の対称的な位置をダクト(４，８)と称する。尚、スロットなしの場合は、ダクト（０）と称する。スロット３１を対称の位置に設けることで、幅方向に複数栽培された植物に対して、風（空気）が均一になるようにすることができる。ダクト（５，７）、ダクト（４，８）の位置の違いによる実験結果には有意差はなかった。

そして、ソックダクト２９を設けるか否か、スロット３１の位置がどこであるか、反射パネル１５が設けられているか否かに依存して、ダクト区（ソックダクト２９も反射パネル１５も設けている）、パネル区（反射パネル１５を設けているがソックダクト２９を設けていない）、対照区（反射パネル１５もソックダクト２９も設けていない）と称する。

図８は、植物工場内におけるソックダクト２９の設置位置を示す図であり、図７のスロット３１の位置との関係を示す図である。反射パネル１５も示している。

図８において、括弧内の数字はスロット３１の位置によりソックダクト２９のタイプを示し、各スロット３１から矢印に示す方向にエアが送風される。

図９は、栽培パネル５と定植スポット７との位置関係を示す図である。長手方向のパネル位置と、短手方向のパネル位置とを示している。長手方向には、左パネル４１、中パネル４３、右パネル４５が、短手方向には、端（１）５１と端（２）５７とを両端として、中央（１）５３と中央（２）５５とを中央として称す。

（実験結果１）
以下に、本実施の形態による植物工場を用いた実験結果について詳細に説明する。
実験結果１では、リーフレタスの品種はフリルアイス（登録商標）、明期/暗期は、２４時間明期、気温は一定で栽培試験を行った。

本実施の形態ではスロットタイプのソックダクト２９を栽培領域内の上部に設置し、下方の植物に送風する(図１参照)。さらに、栽培領域の側面に反射パネル１５を設置することで風を反射させ、直接植物に風を当てるだけでなく、植物群落の内部に多方面から送気することができる。

表１に、スロット位置を（５，７）としたダクト（５，７）を用いた場合の栽培面における位置に依存する風速（反射パネル設置時）を示す。風速は、栽培面に対して鉛直方向と水平方向の両方を測定した。そして、平均風速、最大風速、最小風速の測定値を示した。列は、図９に示す栽培パネルにおける列を示す。

スロット吹出口から吹き出す空気の平均風速は、０．２１〜１．４１ｍ／ｓであるが、栽培面での風速には栽培面の位置（列）依存性は少ないことがわかる。

表２は、ＬＥＤ光源下における光反射パネルとソックダクトの設置がリーフレタス生産に及ぼす影響 (Ｎ＝８４)を示す表である。対照区、パネル区、ダクト区（０）およびダクト区（５，７）における栽培結果を示す。

表２に示すように、ソックダクト２９とスロット３１を設けたダクト区（５，７）では、対照区、パネル区、ダクト区（０）に比べてチップバーンの発生指数が小さくなり、かつ、歩留まりが大きくなるという顕著な効果が得られた。

尚、表２に記載したチップバーンの発生指数は、チップバーン発生葉数/全葉数（老化葉は除去した全葉数）を０から１０までに等分した値に設定したものである。また、歩留まりについても、発明者が経験に基づいてチップバーン発生指数が１以下のものを合格とした。

表３は、表２の発生指数を[チップバーン発生葉数/調整葉数*１００]とし、１１段階に分類して点数化したデータを示すものである（０〜１０点）。発生指数の平均点（Ｎ＝８４)も示している。

すなわち、表２のチッブバーン発生指数の各階層は表３に示した個体数になり、例えば合格判定基準を１以下とした場合においては、歩留まりは表２に記載した値になる。

尚、チップバーン発生指数の基準値をいくつにするかに依存して歩留まりの数値は変化するが、試験区に依存する歩留まりの比較という観点で見れば、この値で比べることができる。

同様に、表４は、表２とは光源を変更したＨＦ光源下における結果を示す表である（Ｎ＝２８)。

表５は、表４に対する表３に対応する表であり、表４の発生指数を[チップバーン発生葉数/調整葉数*１００]とし、１１段階に分類して点数化したデータを示すものである（０〜１０点）。発生指数の平均点（Ｎ＝２８)も示している。

表２、３および表４、５の結果より、ソックダクト２９を設け、かつ、スロット位置を５，７（ＬＥＤ光源１３）又は４，８（ＨＦ光源１３）とし、かつ、反射パネル１５も設けることで、ダクト収穫物のチップバーン発生率は著しく低下し、歩留まりは顕著に向上することがわかる。

尚、スロット位置（５，７）と、スロット位置（４，８）では、実験結果にほとんど差が無いことが確認されている。

表６は、ＨＦ蛍光灯下における反射パネル１５とソックダクト２９の設置が栽培面での光量に及ぼす影響を示すものである。

表６に示すように、ソックダクト２９を光源の間に設置すること(図１)でソックダクトによる光源からの光の遮光の影響を最小限にとどめるとともに、反射パネル１５によって側面からの光のもれを低減することで、栽培領域内の中央列と端列の光量をほぼ同等にすることができることがわかる。

表７は、リーフレタス（フリルアイス）を用いた場合における、反射パネル１５とソックダクト２９の設置が列間の収量のバラツキに及ぼす影響を示す表である（ＬＥＤ光源下）。

この結果より、栽培パネル３における両側と中央の位置での新鮮重は、それほど異ならないことがわかる。この結果は、反射パネル１５を設けることで達成することができ、両側と中央の位置での光強度の均一化によるものである。

表８は、ＬＥＤ光源下における栽培領域の気温環境（栽培面と栽培面から１５ｃｍの高さ）を示す表である。

反射パネルを片側側面のみに設置した例（△）、短冊を側面に隙間なく並べるように設置した例（◎）について示す。短冊状の反射パネルを側面に隙間なく並べるように覆うことで、気温は高めになること、スロット付きのソックスダクトを設けることで、気温はやや低くなることがわかる。

表８の結果と表２、表３を参照するとわかるように、ＬＥＤ光源では、ダクト区（０）とダクト区（５，７）の気温がほとんど同じにも関わらず、チップバーン発生指数に違いが出たことは、スロットから送気される風がチップバーンの抑制には重要であることがわかる。

表９は、ＨＦ蛍光灯下における栽培領域の気温環境（栽培面と栽培面から１５ｃｍの高さ）を示す表である。

それぞれ、反射パネル１５を設置しない例（×）、隙間なく反射パネルを設けた例（◎）である。反射パネル１５で栽培空間の側面を覆うことで、栽培空間内における気温は高めになる。

さらに、ソックダクト２９を設けると（○）、ＨＦ蛍光灯下における栽培領域の気温環境の上昇を抑制することができることがわかる。

以上のように、反射パネル１５を栽培装置に設置することによる光損失の軽減効果は知られているが、反射パネル１５の設置によって栽培領域内の空気循環が阻害され、気温の上昇等を引き起こし(表８,９)、チップバーンの発生を促進してしまうこと(表２，３，４，５)が多いため、一般的な植物工場では反射パネル１５を使用しても、本実施の形態のような効果が得られたという報告はない。

一方、本実施の形態による植物工場（栽培システム）では、ソックダクト２９を通じて外気を栽培領域内に送気し、光源熱による気温上昇を大幅に抑制できるため(表８，９)、反射パネル１５を栽培領域の側面に完全に覆い(覆っているが内部空間を完全に密閉してはいない)、定植から収穫まで常時設置することが可能である。

また、ソックダクト２９を人工光型植物工場の栽培システムに用いる発想は、特許文献１で報告されているが、特許文献１では、ソックダクトを光源よりも上部に設置し、栽培装置の全体的な気温制御を目的としていることから、本実施の形態の「植物群落内への送風」というコンセプトとは異なる。

（実験結果２）
実験結果２では、フリルアイスよりもチップバーンが発生しにくい品種であるファンシーグリーン（中原採種場の品種名）を用い、明期/暗期は、２４時間明期、気温は一定で栽培試験を行った。

表１０に、ＨＦ光源下で、ファンシーグリーンを用いた場合の結果について示す。尚、反射パネル１５は、各パネル間に約５ｃｍの隙間を空けて設置した（○）。その理由は、ＨＦ光源では、光を調節できないため、隙間を空けることで、空調効果を高め、栽培空間内の温度上昇を抑制するためである。表６より、ＨＦ光源では、パネル区とダクト区における光量はほぼ変化しないことがわかる。

一方、表１０より、ファンシーグリーンの新鮮重は、パネル区とダクト区とで、有意差があることがわかる。このことは、チップバーンが発生しにくいファンシーグリーンを用いた場合においても、光源の光量の影響ではなく、反射パネルとソックダクトとを設けることにより、チップバーンの影響を効果的に抑制できていることが有意差として現れるものと推測される。

とりわけ、対照区とダクト区とにおける、両側と中央の新鮮重の差異について考察すると、反射パネル１５とソックダクト２９とを設けることで、両側と中央の新鮮重の差異が解消しており、新鮮重の栽培パネル５の位置依存性が解消しており、本実施の形態による植物工場における反射パネル１５とソックダクト２９を設けることの効果が現れていることがわかる。

以上の結果から、本実施の形態は、生産現場に十分適用できる実用的な植物工場の技術として期待できる。

（まとめ）
以上のように、本実施の形態では、以下の効果が得られた。
１）反射パネルの配置による光量の増加、光の均質化による収量の増加が見られた。
２）反射パネルの設置により、ソックダクトの穴から吹き出した風が直接植物に当たるだけでなく、反射パネルにより風向きが変わり、植物への風が多方面から当たるようになり、植物群落内部にまで風が当たることでチップバーンを抑制する効果が得られた。
３）ソックダクトの効果として、光源による温度上昇の抑制に加えて、植物栽培領域内の温度上昇した空気の入れ替え、温度分布の均一化が可能である。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態において、例えば、エアにボンベから取り出す二酸化炭素を混ぜて供給するようにしても良い。

蛍光灯などの照明装置は、その照明をオンする明期と、照明をオフする暗期と、を有するように制御し、二酸化炭素の供給期間を、明期と同期させるようにすると、効率良くチップバーンを抑制することができる。

また、ソックダクト２９と植物との距離を、植物の生長状況に応じて調整できる機械的な調整機構を設けると良い。このようにすると、植物に当たる空気（二酸化炭素を含む）の量（風速）を植物の成長度合いに合わせて常に一定にすることができる。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、植物工場に利用可能である。

Ａ…植物工場
１…フレーム部
１ａ…底板
１ｂ…枠体
３…培養槽
７…定植スポット
１１…光源パネル
１３…光源
１５…反射パネル
２１…ファン
２３…エア吸入口
２５…導入部
２７…接続部
２９…ソックダクト
３１…スロット

Claims (5)

1. 平面方向に配置された栽培容器と、前記栽培容器の上方に配置され、前記栽培容器に収容され下方に配置された植物に対して人工光を照射する照明装置と、空調装置と、が配置されてなる植物工場において、
   前記空調装置は、装置本体と、この装置本体から延び、前記栽培容器間を連通し、細孔を表面に多数設けたソックダクトと、前記栽培容器の側面に配置された反射パネルとを備え、
   前記ソックダクトの下部に、スロット吹出口を形成したことを特徴とする植物工場。
2. 前記スロット吹出口は、鉛直方向に対して対称な位置に少なくとも２つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の植物工場。
3. 前記ソックダクトは、前記照明装置の光源を避けた位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の植物工場。
4. 前記反射パネルは、前記栽培容器の側面を覆うように複数設けられていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の植物工場。
5. 前記反射パネルは、前記栽培容器の側面を、隙間を持って覆うように複数設けられていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の植物工場。

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