JP2021010346A - 植物栽培装置、植物栽培システムおよび植物栽培棚 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、樋型容器に収容された栽培液の温度の調整が可能な植物栽培装置、植物栽培システムおよび植物栽培棚を提供する。【解決手段】栽培液が収容される複数の樋型容器１１と、その樋型容器１１の底部２１と当接して支持する２本のレール１２と、上方に設けられた照明部１３とを有する植物栽培装置１０。レール１２は、断面正方形状の筒体であり、温度が管理された流体を循環させる冷温水循環装置１５と繋がっており、内部に温度調整した流体を流すことにより樋型容器内の栽培液の温度を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、植物栽培装置、植物栽培システムおよび植物栽培棚に関する。

本出願人は、特許文献１に示すように、多数の種苗を植えつけて栽培するための複数個のトレイ（樋）と、そのトレイを入り口側から出口側まで搬送するコンベアと、トレイに水および栄養を供給する手段と、トレイの植物に光を照射する手段とを備えた植物栽培装置であって、トレイをトレイの進行方向に対して横方向に並べているものを提案している。
この植物栽培装置は、入り口側から出口側に向かって育苗ステージの植物から収穫ステージの植物となるように、各トレイに同じ成長段階の植物を栽培することにより、省スペース化を実現でき、生産性が高い。そして、大規模な植物栽培が可能である。

一方、特許文献２の図５には、一方向に延びる栽培槽（樋）の下方に、栽培槽と平行に延びる水温調整部材が設けられたものが開示されている。また特許文献３にも、水耕栽培槽の床部に、長手方向に延びる熱交換体が設けられたものが開示されている。

特許第４２７９３７９号 特開２０１７−１２０６６号公報 特開２０１７−１２０４９号公報

特許文献１のような植物栽培装置において、効率よく栽培液の温度を調整することが求められている。そこで特許文献２、３のように、栽培槽と平行に温度調整部を設けても栽培液の水温の調整は可能であるが、複数の栽培槽を並列させる場合、温度調整部も複数準備する必要がある。特に、栽培槽を上流から下流に搬送させる場合、温度調整部を一緒に移動させなければならず装置全体が煩雑になる。
本発明は、樋型容器に収容された栽培液の温度の調整が可能な植物栽培装置、植物栽培システムおよび植物栽培棚を提供することを目的としている。

本発明の植物栽培装置は、複数が並列され、栽培液が収容される樋型容器と、前記栽培液の温度を調整する長尺状の温度調整部とを有し、前記温度調整部が複数の前記樋型容器と当接するように設けられていることを特徴としている。
本発明の植物栽培装置は、長尺状の温度調整部が複数の樋型容器と当接しているため、これらの樋型容器の栽培液の温度を簡易な構造で同時に制御することができる。ここで長尺状の温度調整部とは、直線状であっても、屈曲や湾曲した非直線状であってもよい。

本発明の植物栽培装置であって、前記温度調整部が、前記樋型容器の底部と当接しているものが好ましく、特に、前記樋型容器が前記温度調整部に支持されているものが好ましい。
このように樋型容器の底部と当接させることにより、温度調整部が栽培の邪魔にならない。そして、温度調整部に樋型容器を支持させることにより、樋型容器を地面等から離すことができ、地面の温度に左右されず、栽培液の温度の制御を正確に行うことができる。

本発明の植物栽培装置であって、前記温度調整部が複数本設けられているものが好ましい。これにより樋型容器内に収容された栽培液の温度をむらなく制御することができる。特に、温度調整部によって樋型容器を支持している場合、安定して樋型容器を支持することができる。
本発明の植物栽培装置であって、前記樋型容器を前記温度調整部に沿って搬送する搬送装置を備えたものが好ましい。搬送装置を設けることにより、効率よく栽培を行うことができる。

本発明の植物栽培システムは、本発明の植物栽培装置が複数並べられていることを特徴としている。このように植物栽培装置を複数並べ、例えば、一方の植物栽培装置の樋型容器で育苗段階の植物の栽培を行い、他方の植物栽培装置の樋型容器で収穫段階の植物の栽培を行うように、各植物栽培装置の樋型容器内で異なる生長段階の植物を栽培することができる。そして、各生長段階に応じて樋型容器内の栽培液の温度を調整することができる。それにより、植物の生産効率を高めることができる。
特に、一方の植物栽培装置に並列された樋型容器の間隔と、他方の植物栽培システムに並列された樋型容器の間隔とが異ならせるのが好ましい。植物の生長に応じて樋型容器の間隔を調整することにより、隣り合う植物が接触するなどして、生長阻害が起こりにくい。
さらに、植物栽培装置が搬送装置を備えており、隣り合う植物栽培装置の間で樋型容器を橋渡しする手段を備えているものが好ましい。これにより例えば、育苗段階から収穫段階までを自動化することができる。

本発明の植物栽培棚は、上下に区切られた複数の栽培空間を備えたフレームと、各栽培空間に設けられた本発明の植物栽培装置または本発明の植物栽培システムとを備えたことを特徴としている。

本発明の植物栽培装置は、簡易な構造で、複数の樋型容器の栽培液の温度を同時に制御できる。

図１ａは本発明の植物栽培装置の第１の実施形態を示す側面断面図であり、図１ｂはそのＸ−Ｘ線断面図であり、図１ｃはそのＹ−Ｙ線断面図である。 図２ａは本発明の植物栽培装置の第２の実施形態を示す平面断面図であり、図２ｂはその搬送装置である。 図３ａは図２ａの植物栽培装置を直列に並べた状態を示す平面断面図であり、図３ｂは図２ａの植物栽培装置を並列に並べた状態を示す平面断面図である。 図４は本発明の植物栽培棚の実施形態を示す側面断面図である。 図５ａ、図５ｂ、図５ｃはそれぞれ本発明の植物栽培装置の他の実施形態を示す側面断面図、平面断面図、平面断面図である。

図１ａ、ｂの植物栽培装置１０は、栽培液が収容される樋型容器１１と、その樋型容器１１の底部２１と当接する２本のレール１２と、上方に設けられた照明部１３とを有する。レール１２は、樋型容器１１を支持するだけでなく、樋型容器１１内の栽培液の温度を調整する。

樋型容器１１は、上面が開口している中空状の直方体である。詳しくは、一方向に延びる長方形状の底部２１と、底部２１の前端から上方に立ち上がる前壁２２と、底部２１の後端から上方に立ち上がる後壁２３と、底部２１の両側端から上方に立ち上がる２つの側壁２４とを備えている。なお、各壁は同じ高さである。
樋型容器１１は、栽培空間の床に対して所定の高さに配置される。このように樋型容器１１と床との間に空間を設けることにより、樋型容器１１内の栽培液が床の温度等に影響されない。
複数の樋型容器１１は、所定の間隔をあけて並列される。並列された樋型容器１１の間隔は、特に限定されないが、等間隔としてもよく、一端の樋型容器１１から他端の樋型容器１１に向かって、徐々に間隔を大きくしてもよい。

樋型容器１１の大きさは、栽培する植物に応じて適宜選択することができるが、一般的に次のような大きさのものが好ましく挙げられる。
例えば、樋型容器１１の幅の下限が３０ｍｍ以上、好ましくは５０ｍｍ以上、特に好ましくは７０ｍｍ以上である。上限が３００ｍｍ以下、好ましくは２００ｍｍ以下、特に好ましくは１００ｍｍ以下である。なお、長さに対する幅の比率は、１／５０〜１／３、好ましくは１／３０〜１／４、特に好ましくは１／２０〜１／５である。
樋型容器１１の深さの下限が１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上、特に好ましくは２５ｍｍ以上である。一方、上限が１５０ｍｍ以下、好ましくは１００ｍｍ以下、特に好ましくは７０ｍｍ以下である。
このような樋型容器１１には、栽培する植物を、幅方向に一つ、そして、長さ方向に複数等間隔に並べるのが好ましい。

樋型容器１１の材質は、レール１２と栽培液との熱交換が可能であれば、特に限定されるものではない。例えば、熱伝導率の低い合成樹脂であっても、厚みを小さくできれば熱交換は可能である。しかし、熱交換の効率を考慮すると熱伝導率の高いセラミックスや、金属などの熱伝導率の高いものが好ましい。特に、金属が好ましく、その中でもアルミニウムやアルミニウム合金等が好ましい。
また樋型容器１１としては、合成樹脂製の型材と、その外周面に設けられたアルミニウムやアルミニウム合金等からなる金属製の被膜とを含むようにしてもよい。さらに、樋型容器１１としては、金属製の型材と、その外周面に設けられた合成樹脂の被膜とを含むようにしてもよい。なお、合成樹脂製の被覆を設ける場合、レール１２と当接し、熱交換部となる底部の一部を露出するようにするのが好ましい。

レール１２は、図１ｃに示すように、断面正方形状の筒体である。しかし、断面形状は特に限定されない。このレール１２は、内部に温度調整した流体を流すことにより樋型容器内の栽培液の温度を調整する温度調整部を兼ねている。詳しくは、レール１２は、温度が管理された流体を循環させる冷温水循環装置１５と繋がっている。
レール１２の材質は、樋型容器１１と熱交換が可能であれば、特に限定されない。しかし、熱交換の効率および強度を考慮すると、金属が好ましく、特に、アルミニウムやアルミニウム合金等が好ましい。
レール１２は、樋型容器１１の底部２１の両端近辺で当接する。このように２本のレール１２を用いることにより、安定して樋型容器１１を支持し、かつ、樋型容器１１内の栽培液の全体を均一に温度調整することができる。
ここでは両方のレール１２を冷温水循環装置１５と連通させているが、一方のレール１２のみを冷温水循環装置１５と連通させてもよい。またレール１２は２本としているが、１本であっても、３本以上としてもよい。１本とする場合、レール１２の幅を大きくし、安定して樋型容器１１を支持できるようにするのが好ましい。２本以上とする場合、樋型容器１１の長さに応じてその数を適宜決定することができる。

照明部１３は、パネル状のものであり、パネルに対して垂直方向に光を照射するように構成されている。例えば、導光板と、その側部に沿って設けられる光源とを有するパネル状のものが挙げられる。光源としては、発光ダイオード、蛍光灯、電灯などが挙げられる。このように導光板を用いてパネルに対して垂直方向に光を照射することにより、効率よく植物に光を照射することができる。しかし、導光板を介さず直接光源を植物に照射するようにしてもよい。

この植物栽培装置１０は、複数の樋型容器１１の底部２１がレール１２と当接しているため、レール１２内に流す温度調整された流体によって複数の樋型容器の栽培液の温度を同時に制御することができる。なお、樋型容器１１は、レール１２と熱交換が可能である材質から構成しているため、特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成しているため、少なくとも底部２１の１点がレール１２と当接していれば、栽培液の温度を十分に調整できる。
また植物栽培装置１０は、樋型容器１１に対してレール１２は、略直角となるように配置されているため、複数の樋型容器１１を効率よく並べることができる。

なお、植物栽培装置１０では、照明部１３を設けているが、照明部１３は外してもよい。例えば、直射日光を受けられる屋外や透光性を有する壁に覆われた温室ハウスでの使用が挙げられる。また、えのき等の直射日光が適さない植物を栽培する場合は、照明部１３を外した植物栽培装置１０を屋内で使用してもよい。

図２ａの植物栽培装置２０は、樋型容器１１を配列方向の一端（上流）から他端（下流）へと搬送する一対のコンベア（搬送装置）２５を備えている。なお、樋型容器１１、レール１２、照明部１３および冷温水循環装置１５は、図１の植物栽培装置１０と実質的に同じものである。しかし、植物栽培装置２０では、レール１２の上を樋型容器１１がスライドするため、樋型容器１１とレール１２との間の摩擦力を小さくするべく、例えば、レール１２の上面の幅を細くするなど、樋型容器１１と当接するレール１２の当接面積を小さくしてもよい。
コンベア２５は、図２ｂに示すように、環状に設けられるベルト２５ａと、そのベルトの上面側を支持するローラ２５ｂと、環状のベルトの両端に設けられるドラム２５ｃと、一方のドラムを駆動する駆動部（図示せず）とを有する。また、ベルト２５ａには、樋型容器１１を引っ掛ける突起２５ａ１が設けられている。しかし、摩擦力で搬送できる場合は、突起はなくてもよい。

このように構成された植物栽培装置２０は、図１の植物栽培装置１０と同様に、複数の樋型容器１１の栽培液の温度を自由に制御できるだけでなく、樋型容器１１を配列方向に搬送するコンベア２５を備えているため、作業員の負担を小さくできる。特に、レール１２の一端（上流）から樋型容器１１を供給し、レール１２の他端（下流）から樋型容器１１を回収することができ、効率よく栽培することができる。

図３ａ、図３ｂの植物栽培システム３０ａ、３０ｂは、それぞれ２つの植物栽培装置２０ａ、２０ｂを並べたものである。図３ａの植物栽培システム３０ａは、植物栽培装置２０ａ、２０ｂを直列に並べ、図３ｂの植物栽培システム３０ｂは、植物栽培装置２０ａ、２０ｂを並列に並べている。樋型容器１１、レール１２、冷温水循環装置１５、コンベア（搬送装置）２５は、図１の植物栽培装置１０または図２の植物栽培装置２０と実質的に同じである。
図３ａの植物栽培システム３０ａは、上流側（左側）の植物栽培装置２０ａの下流から下流側（右側）の植物栽培装置２０ｂの上流に樋型容器１１を橋渡す。その手段は、上流側の植物栽培装置２０ａのコンベア２５の下流端と、下流側の植物栽培装置２０ｂのコンベア２５の上流端とが、樋型容器の進行方向に対して直角な方向（樋型容器の長手方向）で重なるようにしている。そして、図３ａの全体として、上流（左側）から下流（右側）に樋型容器１１が搬送される。また下流側の植物栽培装置２０ｂのコンベア２５の突起２５ａ１の間隔が、上流側の植物栽培装置２０ａのコンベア２５の突起２５ａ１の間隔より若干大きくなっている。つまり、上流側の植物栽培装置２０ａの隣り合う樋型容器１１の間隔の方が、下流側の植物栽培装置２０ｂの隣り合う樋型容器１１の間隔より小さく、両植物栽培装置の樋型容器の間隔が異なる。
図３ｂの植物栽培システム３０ｂは、上流側（上側）の植物栽培装置２０ａの下流から下流側（下側）の植物栽培装置２０ｂの上流に樋型容器１１を移動させるロボットハンド２６が設けられている。その他は、図３ａの植物栽培システム３０ａと同様に、下流側の植物栽培装置２０ｂの隣り合う樋型容器１１の間隔が大きくなっている。

このように本発明の植物栽培システム３０ａ、３０ｂは、本発明の植物栽培装置を並べているため、上流側にある植物栽培装置２０ａにある樋型容器１１の群の栽培液と、下流側にある植物栽培装置２０ｂにある樋型容器１１の群の栽培液とを、同じ空間において、独立に制御できる。つまり、異なる温度とすることができる。例えば、生長に応じて複数の樋型容器１１の群単位で栽培液の温度を制御することができる。ここでは植物栽培装置２０を２つ並べているが、３つ以上を並べてもよい。
また上流側の植物栽培装置２０ａの樋型容器１１の間隔を、下流側の植物栽培装置２０ｂの樋型容器１１の間隔より小さくすることにより、例えば、上流側の植物栽培装置２０ａの樋型容器１１で育苗段階の植物を栽培させ、下流側の植物栽培装置２０ｂの樋型容器１１で生長した植物を栽培させることにより、効率よく植物を栽培させることができ、かつ、育苗段階から生長段階までの自動化も可能となる。このように各植物栽培装置２０の樋型容器１１の間隔を異ならせることにより、植物栽培システムにおいて種々の段階の植物を効率よく栽培することができる。
なお、図３ａ、図３ｂにおいて、それぞれ上流側の植物栽培装置２０ａから下流側の植物栽培装置２０ｂへ樋型容器１１を移動させる手段を説明したが、移動させることができれば、特にその構造は限定されない。

なお、樋型容器１１を実質的に水平方向に平行移動させる搬送装置として、ベルトコンベアを挙げているが、特に限定されるものではない。例えば、チェーンとスプロケットからなるコンベアなどが挙げられる。
また搬送装置としては、水平方向に搬送させるものではなく、例えば、ロボットアームのように一度持ち上げて所定の場所に搬送するような装置を用いてもよい。

植物栽培棚４０は、図４に示すように、上下に区切られた複数の栽培空間Ｓを備えたフレーム４１と、各栽培空間に設けられた植物栽培装置２０とを備えている。
フレーム４１は、長方形状に四方に配設される柱４２と、その柱４２の上下方向に一定間隔で固定される棚板４３とを備えている。各栽培空間Ｓは、棚板４３の両端（図４の左右端）に設けられる前後壁（図示せず）および両側に設けられる左右の側壁（図示せず）によって密閉されている。また前後壁には、開閉自在の扉が設けられている（図示せず）。棚板４３の上面に一対のレール１２が配置され、棚板４３の下方に照明部１３が配置されている。なお、図示しないが、図２の植物栽培装置２０のようにレール１２の間には、搬送装置が設けられており、樋型容器１１が栽培空間の一端から他端に移動する。
植物栽培棚４０には、一端から栽培する植物の種苗を植えた樋型容器１１を供給する定植装置（図示せず）と、他端から栽培する植物が生長した樋型容器１１を排出する収穫装置（図示せず）とが設けられる。例えば、特許文献１の定植コンベア及び収穫コンベア等が挙げられる。
また各栽培空間には、各樋型容器１１に栽培液を供給する供給部４５が設けられている。供給部４５には、温度や成分が調整された栽培液がタンク４６からポンプ等によって供給される。
さらに各栽培空間Ｓには、各栽培空間の温度、湿度等の環境を検知するセンサ４７と、空調室４８と、その空調室と連通したファン４９とが設けられている。これにより各栽培空間Ｓの環境を制御する。

この植物栽培棚４０は、図２の植物栽培装置２０を備えているため、栽培空間Ｓと、樋型容器１１内の栽培液とを独立して制御することができる。例えば、栽培液に浸漬している根圏域の温度と、栽培空間Ｓに露出している葉茎部の温度とを独立して制御しながら、植物を栽培することができる。
なお、植物栽培棚４０は、植物栽培装置２０を棚板４３に設置しているが、複数の植物栽培装置２０を並べた植物栽培システム３０ａ、ｂを設置してもよい。
この図４の植物栽培棚４０では、各栽培空間Ｓの栽培環境を制御できるようにしているが、栽培空間Ｓを開放してもよい。例えば、建物全体で植物栽培棚４０の栽培空間Ｓの全ての栽培環境を制御するようにしてもよい。その場合、前後壁、側壁、センサ４７、ファン４９などは省略してもよい。

上述の実施形態では、温度調整部は複数の樋型容器１１を支持するレールとしていたが、温度調整部を図５ａに示す植物栽培装置１０ａのように地面または棚板に埋没させてもよい。また図５ｂに示す植物栽培装置１０ｂのように、温度調整部を地面または棚板に載置した複数の樋型容器１１の前壁２２と後壁２３と当接させてもよい。このようにレール１２は、少なくとも複数の樋型容器１１の栽培液の温度を調整できればよい。
また上述の実施形態では、レール１２を直線状のレールとしていたが、図５ｃに示すようにレール１２は波状に延びていてもよい。また波形ではなく湾曲したものでもよい（図示せず）。さらに、直線状のレール１２を樋型容器１１に対して斜めとなるように配置させてもよい。このようにレール１２は、複数の樋型容器１１と当接するものであれば、その配置は、特に限定されるものではない。

さらに、上述の実施形態では、冷温水循環装置１５を用いてレール１２が温度調整部として作用している。しかし、例えば、ペルチェ素子等の電子冷却装置及び／または電熱機器とレール１２とを伝熱板等の伝熱手段を介して繋げてレール１２の温度を調整してもよい。つまり、レール１２を間接的に温度調整部として作用させてもよい。この場合、レール１２は筒体でなく中実体であってもよい。

１０ 植物栽培装置
１１ 樋型容器
１２ レール
１３ 照明部
１５ 冷温水循環装置
２０ 植物栽培装置
２０ａ 上流側の植物栽培装置
２０ｂ 下流側の植物栽培装置
２１ 底部
２２ 前壁
２３ 後壁
２４ 側壁
２５ コンベア
２５ａ ベルト
２５ａ１ 突起
２５ｂ ローラ
２５ｃ ドラム
２５ｄ 駆動部
２６ ロボットハンド
４０ 植物栽培棚
４１ フレーム
４２ 柱
４３ 棚板
４５ 供給部
４６ タンク
４７ センサ
４８ 空調室
４９ ファン
Ｓ 栽培空間

Claims (9)

1. 複数が並列され、栽培液が収容される樋型容器と、
   前記栽培液の温度を調整する長尺状の温度調整部とを有し、
   前記温度調整部が、複数の前記樋型容器と当接するように設けられている、
   植物栽培装置。
2. 前記温度調整部が、前記樋型容器の底部と当接している、
   請求項１記載の植物栽培装置。
3. 前記樋型容器が前記温度調整部に支持されている、
   請求項１または２記載の植物栽培装置。
4. 前記温度調整部が複数本設けられている、
   請求項１から３いずれか記載の植物栽培装置。
5. 前記樋型容器を前記温度調整部に沿って搬送する搬送装置を備えた、
   請求項１から４いずれか記載の植物栽培装置。
6. 請求項１から５いずれか記載の植物栽培装置が複数並べられた、
   植物栽培システム。
7. 一方の植物栽培装置に並列された樋型容器の間隔と、他方の植物栽培システムに並列された樋型容器の間隔とが異なる、
   請求項６記載の植物栽培システム。
8. 上下に区切られた複数の栽培空間を備えたフレームと、
   各栽培空間に設けられる請求項１から５いずれか記載の植物栽培装置とを備えた、
   植物栽培棚。
9. 上下に区切られた複数の栽培空間を備えたフレームと、
   各栽培空間に設けられる請求項６または７記載の植物栽培システムとを備えた、
   植物栽培棚。

Images