JP5273454B2 - 農業用土壌加熱システム - Google Patents

Description

本発明は、野菜等の農作物や樹木の苗を生育するのに使用する農業用土壌を加熱して生育を促進する農業用土壌加熱システムに関する。

従来、農作物や樹木の苗（以下、農作物等と称する。）を生育するには、農業用ハウス内に盛り土された農業用土壌に種や苗を植え付け、土壌の養分、湿度、温度等を制御して生育状態を管理可能にしている。特に、冬季等においては、農業用ハウス内を、農作物等の生育に適した温度に加温するには、例えばハウス内に配管されたダクト内に、ボイラー等により加熱された空気を供給して循環させてハウス内の空気を所定の温度に加温するハウス加熱システムが広く採用されている。

しかし、上記した加熱システムにあっては、ハウス内の雰囲気を所定の温度に加熱するだけで、農作物等が植えられる農業用土壌を、生育に適した温度に加温することが困難であった。特に、種や苗にあっては、農業用土壌自体を加温することにより短期間の生育を可能にすることができるが、上記加熱システムでは、先ずハウス内の雰囲気を加熱し、その熱で農業用土壌を加熱するため、農業用土壌の加熱に時間がかかり、生育効率が悪かった。

また、近年、重油等の化石燃料コストが増大する傾向にあるため、農作物等の生産コストにおいて、ハウス内の暖房に要するコストが著しく高くなり、充分な利益を確保できない問題を有している。また、ハウス内を加温するのに消費する重油等にあっては、そのときの国際情勢や経済情勢等により影響されて価格が変動しやすく、農作物等を安定的に生産する点において、問題を有している。
特開 号公報

解決しようとする問題点は、従来は、ハウス内の雰囲気を加温するだけで、農業用土壌自体を効率的に加温することが困難な点にある。ハウス内の暖房に要するコストが著しく高くなり、充分な利益を確保できない問題を有している。

本発明の請求項１は、酸化鉄を所定の割合で含有して培養土等を配合し、農作物等が植えられる農業用土壌に、マイクロ波発振器に接続され、側面に多数のマイクロ波射出孔が形成された金属製のマイクロ波導波管を埋設し、マイクロ波発振器の発振駆動に伴ってマイクロ波導波管内を伝播してマイクロ波射出孔から出力されるマイクロ波を農業用土壌中の酸化鉄に吸収させて生育に適した温度に加温する農業用土壌加熱システムにおいて、多数のマイクロ波射出孔が形成されたマイクロ波導波管には、気密板を設けてマイクロ波射出孔を閉鎖して水の浸入を規制することを特徴とする。

本発明の請求項２は、酸化鉄を所定の割合で含有して培養土等を配合し、農作物等が植えられる農業用土壌に、マイクロ波発振器に接続され、側面に多数のマイクロ波射出孔が形成された金属製のマイクロ波導波管を埋設し、マイクロ波発振器の発振駆動に伴ってマイクロ波導波管内を伝播してマイクロ波射出孔から出力されるマイクロ波を農業用土壌中の酸化鉄に吸収させて生育に適した温度に加温する農業用土壌加熱システムにおいて、マイクロ波導波管の側面に設けられた各マイクロ波射出孔には、防水材を充填して遮蔽し、水の浸入を規制することを最良の形態とする。

本発明は、農作物等が植えられる農業用土壌を加温して生育を効率的に促進することができる。雰囲気の温度を下側から加温することができ、暖房コストを低減して充分な生産利益を確保することができる。

本発明は、農業用土壌は、マイクロ波吸収材を所定の割合で含有して培養土等と配合すると共に農業用土壌には、マイクロ波発振器に接続され、側面に多数のマイクロ波射出孔が形成されたマイクロ波導波管を埋設し、マイクロ波射出孔から出力されるマイクロ波を農業用土壌中のマイクロ波吸収材によるマイクロ波吸収作用により農業用土壌を加温することを最良の形態とする。

以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１及び図2に示すように、農業ハウス（図示せず）内には、農作物等の栽培用で農業用土壌としての培養土１が、適宜の間隔をおいて畝状に盛り土されたり、培養土１が収容された多数の栽培用プランター３が、適宜の間隔をおいて配列されている。上記したように本発明において、農作物等とは、各種野菜や花類、樹木の苗等の植物を意味する。図１及び図２は、培養土１が収容された栽培用プランター３に本発明を適用する例を示す。

培養土１は、有機肥料、化学肥料を含んだ土に酸化鉄５（以下、酸化鉄をマクロ波吸収材と称する。）を所要の割合で含有するように配合調整される。マイクロ波吸収材５の配合比率は、少ない場合には、培養土１を有効に加温できないと共に出力されるマイクロ波を有効に吸収することができず、マイクロ波が作業者に照射されて電磁波障害を発生させる恐れが高くなる。反対に、配合比率が高い場合には、農作物等の生育に必要な養分が少なくなり、農作物を効率的に生育させることが困難になる。

栽培用プランター３の底板中央部上には、該栽培用プランター３の長手方向に一致する長さのマイクロ波導波管７が配置される。該マイクロ波導波管７は、例えばステンレス鋼、鉄等の金属材で、内部に長手方向に延出する導波路としての中空部を有している。また、該マイクロ波導波管７の図示する上板には、多数のマイクロ波出力孔７ａが長手方向に対して適宜の間隔をおいて形成される。該マイクロ波出力孔７ａは、後述するマイクロ波の波長の１／４以上の幅で形成される。また、マイクロ波導波管７の上面には、合成樹脂板又はガラス板等の気密板９が固着され、該気密板９は、マイクロ波出力孔７ａを閉鎖して水の浸入を規制する。

上記マイクロ波導波管７の一方端部には、マイクロ波発振手段１１が接続され、発振したマイクロ波をマイクロ波導波管７内に出力して伝搬させる。該マイクロ波発振手段１１は、マイクロ波数帯域（２〜１０GHz）のマイクロ波を、例えば０．５〜５kWで出力するマグネトロンや、レーザダイオード及び多段増幅器から構成される半導体マイクロ波発振手段等により構成される。マイクロ波としては、電波法等により、工業用、科学用、医療用等の用途に割当てられた、例えば２．４５GHz帯域が好適であるが、上記周波数及び出力に限定されるものではなく、周波数に関しては、約１〜２０GHzの範囲で適宜選択すればよい。

なお、マイクロ波導波管７の他端部は、閉鎖され、その内部には、伝搬されるマイクロ波をマイクロ波吸収板（図示せず）が設けられる。これにより、マイクロ波導波管７の他端部に伝搬されたマイクロ波は、該マイクロ波吸収板により吸収され、一方端部側（マイクロ波発振手段１１が取付けられた側）へ反射されて伝搬するのを規制する。

図３に示すように、制御回路１３には、マイクロ波発振手段１１に接続された電源回路１５をＯＮ−ＯＦＦ制御する電源駆動回路１７が接続される。また、制御回路１３には、培養土１中に埋設された温度センサー１９が接続される。更に、制御回路１３には、可変抵抗器等により構成される温度設定回路２１が接続され、培養土１の加温温度を設定する。

次に、マイクロ波を使用した培養土１の加温作用を説明する。
マイクロ波導波管７の上に所要の厚さで盛り土された培養土１に農作物等を植えた状態で、マイクロ波発振手段１１に電源電圧を印加してマイクロ波を発振駆動させると、出力されるマイクロ波は、マイクロ波導波管７内を伝搬させられ、一部がマイクロ波出力孔７ａを介して培養土１中に出力される。培養土１中に出力されたマイクロ波は、マイクロ波吸収材５に照射されると、該マイクロ波吸収材５による磁気損失及び電界損失により熱エネルギーに変換することにより吸収する。これによりマイクロ波吸収材５は、上記したマイクロ波の吸収作用により発熱し、培養土１を加温させる。（図４参照）

そして温度センサー１９により検知される培養土１の温度が、温度設定回路２１により予め設定された所定の温度に達したとき、マイクロ波発振手段１１に対する電源電圧の印加を中断し、マイクロ波の発振を停止させる。これにより培養土１をマイクロ波により加温し、ほぼ一定の温度に保たせる。

図５は、マイクロ波の出力時間に対する培養土１中の各位置における温度データを示す。該温度データは、マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ、マイクロ波発振手段の出力：５００Ｗ、マイクロ波導波管の長さ：３ｍ、マイクロ波出力孔の幅：３０ｍｍ、マイクロ波出力孔の相互幅：１０ｍｍの場合を示す。

培養土１中に出力されるマイクロ波は、その多くがマイクロ波吸収材５に吸収されて外部に漏出する危険性が低いが、一部のマイクロ波は、マイクロ波吸収材５に吸収されずに外部に漏出して作業者や設置された電子機器に障害をもたらす恐れがある。これを防止するため、培養土１の表面に、金属薄膜がコーティングされたシールドシートを掛け、外部に漏出するマイクロ波を培養土１側へ反射させることにより漏出を防止することができる。なお、シールドシートとしては、マイクロ波の波長の１／４以下の大きさからなる多数の孔または開口が形成されたものであってもよい。

また、培養土１中に出力されるマイクロ波の漏出を防止するには、図６に示すように培養土１を、マイクロ波吸収材が多く配合され、マイクロ波導波管７側に盛り土される第１層１ａと、マイクロ波吸収材が含有されていないか、またはその配合量が少なく、第１層１ａ上に盛り土される第２層１ｂとし、出力されるマイクロ波を、主に第１層１ａ中の培養土１に配合されたマイクロ波吸収材５により吸収して加温するものとしてもよい。この場合にあっては、第１層１ａと第２層１ｂの間に、マイクロ波の波長の１／４以下の大きさからなる多数の孔５１ａが形成されて透水可能で、金属薄膜がコーティングされたシールドシート５１を介在し、第１層１ａを通過したマイクロ波を第１層１３ａ側へ反射して戻すことにより培養土１を効率的に加温することを可能にすると共にマイクロ波が第２層１ｂを通過して外部に漏出するのを防止することができる。

上記説明は、培養土１中に配合されたマイクロ波吸収材５によりマイクロ波を吸収して培養土１を加温するものとしたが、実際の培養土１には、水分が含まれている。このため、培養土１にマイクロ波を出力した際には、含まれた水分がマイクロ波により加熱され、この水分の加熱とマイクロ波吸収材５による加熱との相乗効果により培養土１を効率的に加温することができる。

上記説明は、栽培用プランター３の底板上にマイクロ波導波管を配置して培養土を盛り土するものとしたが、栽培用プランター３を使用せず、畝状に盛り土された培養土の下方にマイクロ波導波管を直接配置して培養土を加温可能にしてもよい。

農業用土壌加熱システムの概略を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ線縦断面図である。 農業用土壌加熱システムの制御概略を示す電気的ブロック図である。 マイクロ波による培養土の加温作用を示す説明図である。 マイクロ波の出力時間に対する培養土中の各位置における温度データを示す表である。 本発明の変更例を示す説明図である。

符号の説明

１ 農業用土壌としての培養土
１ａ 第１層
１ｂ 第２層
３ 栽培用プランター
５ マイクロ波吸収材
７ マイクロ波導波管
７ａ マイクロ波出力孔
９ 気密板
１１ マイクロ波発振手段
１３ 制御回路
１５ 電源回路
１７ 電源駆動回路
１９ 温度センサー
２１ 温度設定回路
５１ シールドシート
５１ａ 孔

Claims (3)

1. 酸化鉄を所定の割合で含有して培養土等を配合し、農作物等が植えられる農業用土壌に、マイクロ波発振器に接続され、側面に多数のマイクロ波射出孔が形成された金属製のマイクロ波導波管を埋設し、マイクロ波発振器の発振駆動に伴ってマイクロ波導波管内を伝播してマイクロ波射出孔から出力されるマイクロ波を農業用土壌中の酸化鉄に吸収させて生育に適した温度に加温する農業用土壌加熱システムにおいて、
   多数のマイクロ波射出孔が形成されたマイクロ波導波管には、気密板を設けてマイクロ波射出孔を閉鎖して水の浸入を規制する農業用土壌加熱システム。
2. 酸化鉄を所定の割合で含有して培養土等を配合し、農作物等が植えられる農業用土壌に、マイクロ波発振器に接続され、側面に多数のマイクロ波射出孔が形成された金属製のマイクロ波導波管を埋設し、マイクロ波発振器の発振駆動に伴ってマイクロ波導波管内を伝播してマイクロ波射出孔から出力されるマイクロ波を農業用土壌中の酸化鉄に吸収させて生育に適した温度に加温する農業用土壌加熱システムにおいて、
   マイクロ波導波管の側面に設けられた各マイクロ波射出孔には、防水材を充填して遮蔽し、水の浸入を規制する農業用土壌加熱システム。
3. 請求項１及び２のいずれかにおいて、上記農業用土壌は、酸化鉄を所定の割合で含有して培養土等と配合した第１層及び酸化鉄の配合率が低い、または培養土等のみとした第２層とし、農業用土壌の第１層中に上記マイクロ波導波管を埋設すると共に農業用土壌の第１層及び第２層の間に、マイクロ波波長の１／４以下の大きさからなる多数の孔が形成された金属シートを有したシールドシートを設けた農業用土壌加熱システム。

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