JP5330162B2 - 閉鎖型植物工場 - Google Patents

Description

本発明は、植物体側面からの近接照射が可能であるとともに草丈の高い植物も栽培可能な閉鎖型植物工場に関する。

消費者の食の安全に対する関心の高まりに伴い、施設内での高度環境制御により、安全な植物を周年・計画生産することが可能な植物工場に注目が集まっている。この植物工場は、施設内で植物を生育させるため、天候や害虫などの影響を受けることなく無農薬野菜などを、安定して市場に供給することができる。特に閉鎖型植物工場では、太陽光を全く用いずに栽培することから、自然条件の制約がなく、野菜などの一定品質・一定量の供給が可能となる。

閉鎖型植物工場では、植物体の上方に光源を配置した光照射形態を採用している。植物体の側面から光を照射（特許文献１）する場合、作業員の作業スペースを確保する必要性から光源と植物体の間に作業スペースの空間が必要となる。従って、植物体の側面から光照射を行う場合、植物体に対して光を近接照射することができず光の利用効率が極端に悪くなる。更に作業スペースを設ける必然性から空間の利用効率も悪くなり、植物の生産性の低下をもたす。従って、閉鎖型植物工場は、植物体の上方に光源を配置した光照射形態を採用している（特許文献２及び特許文献３）。

従来の閉鎖型植物工場は、生産性を向上させるために、栽培植物に対して光強度を強くするため、植物体と光源を近接させ栽培することが重要となる。従って、閉鎖型植物工場では、光源を植物体の上方に近接して配置し、さらに多段栽培を行うことにより省スペースでも野菜の大量栽培を可能としている。
しかしながら、光源が植物体の上方に近接していることから、実用化に至った作目はレタスやベビーリーフ等の葉菜類や野菜苗といった草丈の低い植物に限定され、草丈の高くなる植物を生産することができなかった。

特開２００７−２７４９０５号公報 特開２００９−０１１２３２号公報 特開２００８−２４５５５４号公報

上述したように従来の閉鎖型植物工場では、植物体側面からの光の近接照射を行うことができないため、野菜などの栽培を行う場合、栽培する野菜が草丈の低い作物に限定され、トマトやキュウリなどの垂直方向に伸長して草丈の高くなる野菜を栽培することができないという大きな問題点を有していた。

本発明者らは上記課題を解決するために、トマトやキュウリなどの垂直方向に伸長して草丈の高くなる野菜でも栽培可能な閉鎖型植物工場を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、環境制御された部屋と、該環境制御された部屋内に設置され植物栽培容器を載置し両側面に開口部を有する可動式の植物栽培容器棚と、該植物栽培容器棚の近接側部に配され植物体の側面から光を近接照射する可動式の照明棚とからなり、前記植物栽培容器棚と前記照明棚が交互に所要数設けられ、前記照明棚に用いられる光源が、前記照明棚の両側部に背中合わせに配置されており、前記植物栽培容器棚及び前記照明棚が設置される床面には、各棚の移動方向に沿ってレールが敷設されており、前記植物栽培容器棚と前記照明棚には、前記レールに沿って往復移動するための車輪が備えられていることを特徴とする閉鎖型植物工場に関する。

請求項２に係る発明は、前記植物栽培容器棚及び前記照明棚の車輪を駆動させるための駆動用モータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の閉鎖型植物工場に関する。

請求項３に係る発明は、前記照明棚が乱反射板を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉鎖型植物工場に関する。

請求項４に関する発明は、前記植物栽培容器が、養液貯水槽上に配置され、前記植物栽培容器中から底部側面の小孔を介して養液貯水槽へ延出する防根給水紐が備えられ、該防根給水紐により該養液貯水槽内の養液を植物栽培容器に自動底面灌水可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の閉鎖型植物工場に関する。

本発明によれば、環境制御された部屋と、該環境制御された部屋内に設置され植物栽培容器を載置し両側面に開口部を有する可動式の植物栽培容器棚と、該植物栽培容器棚の近接側部に配され植物体の側面から光を近接照射する可動式の照明棚とからなり、前記植物栽培容器棚と前記照明棚が交互に所要数設けられることから、作業時にのみ植物栽培容器棚及び照明棚を移動させ植物栽培容器棚と照明棚の間に作業員の作業スペースを確保することができ、植物栽培時には植物体側面への光の近接照射を可能とした。従って、植物体の側面から光を近接照射することができるので、草丈の高い植物でも栽培することができる。また、植物の栽培棚とは別に照明棚を設けているため、ランプ交換などの作業も容易である。

本発明によれば、照明棚に用いられる光源が、前記照明棚の両側部に配されていることから、植物体を２列に配置することができ、空間並びに照明の利用効率を高めることができる。さらに上記構成は、植物体に効果的に光を照射することができ、植物体の生長を促進することができる。

本発明の一実施形態によれば、照明棚に用いられる光源が、発熱量の少ないＬＥＤ又は冷陰極蛍光ランプであることから、植物体側面への近接照射による植物体への発熱の影響を抑えることができ、照明の利用効率をさらに高めることができる。

本発明によれば、植物栽培容器が、養液貯水槽上に配置され、前記植物栽培容器中から底部側面の小孔を介して養液貯水槽へ延出する防根給水紐が備えられることから、植物体への自動底面灌水を行うことができ、さらに自動底面灌水装置を軽量且つ簡素に構築することができる。従って、可動式の植物栽培容器棚であっても容易に移動させることができる。更に、養液貯水槽内には根が侵入せず、植物体の必要量のみ自動底面灌水を行うことができるため、廃液等の問題も解決することができる。養液貯水槽を可動式にすれば、植物体の生育に応じて光源からの距離を変えることもできる。

本発明の一実施形態によれば、植物栽培容器棚は、植物栽培容器及び養液貯水槽を複数段に配置することができる。本発明は、植物体の側面から光を照射するため、植物栽培容器棚は照明器具を必要としない。さらに、植物体の上方からの光照射と比較して、側面からの光照射は植物体の草丈を低く抑える効果がある。従って、植物体の上方から光を照射する栽培法と比較して、棚の各段の高さを低くすることができ、栽培容器の載置段数をより多くすることができる。また、本発明は、植物体の下部から上部まで均一に光照射が行えることから、植物体の上方から光を照射する栽培法と比較して、植物体下部の葉の光合成能力が長く維持され、剪葉の必要もない。
また、本発明の一実施形態に係る植物栽培容器棚は、照明器具を必要としないため、草丈の低い植物を栽培する場合においても、植物体の上方から光を照射する従来の植物栽培容器棚と比較して、棚の各段の高さを低くすることができ、単位面積当たりの収量を大幅に増やすことができる。

本発明に係る閉鎖型植物工場の概要を示す斜視図である。 本発明に係る閉鎖型植物工場において用いられる多段式の植物栽培容器棚である。 本発明に係る閉鎖型植物工場において用いられる可動式植物栽培容器棚及び可動式照明棚の動作を示す説明図である。 本発明に係る閉鎖型植物工場の植物栽培法の一例を示す図である。

以下、本発明に係る植物工場について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施例に係る植物工場の構造の概略を示す斜視図である。
図１に示す実施形態の閉鎖型植物工場は、環境制御された部屋（１）と、両側面に開口部を有する可動式の植物栽培容器棚（２）と、植物体（３）の側面から光を近接照射する可動式の照明棚（４）とからなる。
本実施形態に係る植物工場は、植物体（３）を生育させるための植物栽培容器棚（２）と植物栽培容器棚の両側面の開口部に対して光を照射する照明棚（４）が交互に所要数所要方向（縦方向又は横方向）に配設されている。
植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）は、可動式であり、移動させることができる。植物栽培容器棚（２）及び照明棚（４）の移動方法及び移動幅は、植物栽培容器（６）を管理する作業員の作業スペース（作業用通路（８））を確保できるものであれば特に限定されないが、具体的には植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）を交互に配設する方向に往復移動させたり、該配設する方向に対して直角方向に植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）を出し入れしたりすることにより作業用通路を確保することが挙げられる（図３参照）。

部屋（１）は、閉鎖型植物栽培工場に適した環境制御された部屋（１）であれば、特に限定されない。具体的には、温度・湿度・ＣＯ_２濃度を制御できるものであればよい。

植物栽培容器棚（２）は、棚の両側面に開口部を有し、植物栽培容器棚（２）の開口部に対して、照明棚（４）の光源（５）が光照射できるように、照明棚（４）の間に配される。
植物栽培容器棚（２）には、植物栽培容器（６）が載置されている。培土が充填された植物栽培容器（６）には、養液が底面灌水され、植物体（３）を生育させるために使用される。培土としては滅菌・再生が容易な資材、例えば砂を利用することができる。
植物栽培容器棚（２）及び照明棚（４）は移動させることができることから、植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）との間に作業用通路（８）を形成することができ、植物栽培容器棚（２）の両側面から植物栽培容器（６）を自由に出し入れすることができる。植物栽培容器棚（２）上には植物栽培容器（６）が載置されるが、植物栽培容器棚（２）の両側面の光源（５）から十分な強度の光が照射されることから植物栽培容器（６）を２列に載置することができる。

図２に示すように植物栽培容器棚（２）は、植物栽培容器（６）及び養液貯水槽（９）を垂直方向に複数段に載置することもできる。本発明は、植物体（３）の側面から光を照射するため、植物栽培容器棚は照明器具を必要としない。さらに、側面からの光照射は植物体（３）の徒長や節間伸長を抑制し、草丈を低く抑える効果がある。トマトやキュウリ等の草丈の高くなる野菜でも草丈が低く抑えられるため、棚の各段の高さを低くすることができ、植物栽培容器（６）の載置段数をより多くすることができる。
植物栽培容器棚（２）は、草丈の低いレタス等の野菜を栽培する場合においても、植物体（３）の上部に照明設備を必要としないため、棚の各段の高さを低くすることができ、栽培棚の段数を増やすことができる。従って、単位面積当たりの栽培本数を増やすことができ、収量を上げることができる。

照明棚（４）は、植物栽培容器棚（２）の両側面に設けられ、植物栽培容器棚（２）の両側面から光を近接照射できるものでなければならない。照明棚（４）は、少なくとも植物体（３）と対面する側面に配置される光源（５）の光照射を遮るものでなければよい。
照明棚（４）の光源（５）は、植物体（３）への光強度の偏りを少なくするために、複数の光源（５）を一定間隔に配置する必要がある。一定間隔に配置する方法としては、植物体（３）の種類に応じて適時選択すればよいが、複数の光源（５）を照明棚（４）の側面部に鉛直方向又は水平方向に平行に配設する方法が挙げられる。光源を水平方向に照明棚（４）の上部まで平行に配設して、植物体の高さまで光照射し、植物体より上部の照明は消灯することにより電力代を節減することもできる。

照明棚（４）は、植物体のどの位置であっても光が均一に照射されるように乱反射板を設けてもよい。本発明に係る照明棚（４）に配設された光源（５）は、一定間隔に配列されており、植物体（３）への光強度の偏りを少なくしているが、植物栽培容器（６）の設置場所によっては、光の強度に偏りが生じる場合があり、それを防止するために乱反射板を設け、光強度の偏りをなくすことができる。ここで乱反射板とは、大きさや形状等が異なる突起を有する板のことである。

照明棚（４）は、照明の利用効率を高めるために照明棚（４）の両側部に光源（５）を背中合わせに配置してもよい。照明棚（４）の両側部に光源（５）を背中合わせに配置することにより植物栽培容器棚（２）上の植物体（３）に効率的に光を照射することができる。
植物栽培容器棚（２）に載置される植物体（３）は、照明棚（４）から十分な強度の光を受けることができることから、植物栽培容器棚（２）上に植物栽培容器（６）を２列に配置することができる。

照明棚（４）は、光源（５）と植物体（３）との接触を防止するために、照明棚（４）の光源（５）が設置された側面に透明のボードを取り付けてもよい。光源近傍の発熱温度によっては植物体（３）に葉焼け等の障害が生じる恐れがある。本発明に使用される光源（５）は、発熱量の少ないものであるが、光源（５）自体の温度は５０℃以上となるものも存在するため、植物体（３）と光源（５）との接触を防止しなければならない場合がある。透明ボードを取り付けることにより、植物体（３）が光源（５）に接触するのを防止し、植物体の葉焼け等の障害を防ぐことができる。

本発明で使用される光源（５）としては、蛍光灯、ＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ、ＨＥＦＬ）、無機・有機ＥＬ等を例示することができるが、好ましくは、光強度が十分に得られる蛍光灯、ＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプが挙げられ、さらに好ましくはＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプが挙げられる。
ＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプは、それぞれ高さ、管径が数ミリであることから、照明棚の両面に配しても照明棚の厚みを十分に薄くすることができ、空間の利用効率を高めることができる。ＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプは、蛍光灯などの光源（５）と比較して発熱量が少ないことから、透明ボードを取り付けることなく植物体（３）に近接して配置することができ、光の利用効率もさらに高くなる。

図３は、本発明に係る植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）の移動手段を示す一つの実施形態を例示しているが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）が設置される床面には、棚の移動方向に沿ってレール（７）が敷設されている。植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）は、このレール（７）に沿って移動するための車輪が備えられ、レール（７）に沿って往復移動自在に設置されている。作業員は、この移動手段を用いて所望の位置に作業用通路（８）を形成するために、作業用通路（８）を形成する場所を挟んだ一方側の全ての植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）をレール（７）に沿って移動させることにより、所望の位置に作業用通路（８）を形成させることができる。

本発明に係る植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）は、移動手段としての駆動用モータ（図示せず）を備えてもよい。この駆動用モータがレール（７）上の車輪を駆動させることにより、植物栽培容器棚（２）と照明棚（４）がレール（７）上を容易に往復移動することができる。

図４は、植物を栽培するための栽培法の一例を示す図である。
本発明に係る閉鎖型植物工場に使用される植物の栽培方法は、植物栽培容器棚の移動に耐えるものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは防根給水紐を用いて植物を栽培する方法（WO/2007/086295、特開2008-109873）が挙げられる。以下に養液貯水槽と防根給水紐を用いた本発明に係る栽培方法を詳述する。
養液を入れた養液貯水槽（９）が植物栽培容器棚（２）上に設置される。植物栽培容器（６）は、栽培する植物に最適な大きさの植物栽培容器（６）を適時選択し、養液貯水槽（９）上に配設する。この場合、植物栽培容器（４）の側面には、底面から２〜５ｃｍの高さに、毛管材（防根給水紐）（１０）を通す小孔（１１）を設け、防根給水紐（１０）の一端を養液貯水槽（９）内の養液に浸し、養液貯水槽（９）と植物栽培容器（６）で挟み込んだ他端側を一旦空中に突出させて折り返した後に小孔（１１）に通してその延長上を反対側まで這わせ、さらに植物栽培容器（６）の壁面に沿って上昇させ、培土の表面近くまで延ばす。上記構成を用いることにより、養液貯水槽内に根を侵入させることなく、毛細管現象により防根給水紐（１０）を介して植物栽培容器（６）へと養液が給水され、植物を生育させることができる。この方法を用いると、培土と養液貯蔵量は少なくてすみ自動底面灌水装置を軽量且つ簡素に構築することができる。養液貯水槽（９）を可動式にすれば、植物体の生育に応じて光源からの距離を変えることもできる。

本発明は、植物体側面からの近接照射が可能であるとともに草丈の高い植物も栽培可能な閉鎖型植物工場に関するものであり、これまで閉鎖型植物工場では不可能であった草丈の高い植物も栽培可能であることから、様々な農業分野、食品分野、あるいは医薬分野に応用可能である。

１・・・・部屋
２・・・・植物栽培容器棚
３・・・・植物体
４・・・・照明棚
５・・・・光源
６・・・・植物栽培容器
７・・・・レール
８・・・・作業用通路
９・・・・養液貯水槽
１０・・・防根給水紐
１１・・・小孔

Claims (4)

1. 環境制御された部屋と、該環境制御された部屋内に設置され植物栽培容器を載置し両側面に開口部を有する可動式の植物栽培容器棚と、該植物栽培容器棚の近接側部に配され植物体の側面から光を近接照射する可動式の照明棚とからなり、前記植物栽培容器棚と前記照明棚が交互に所要数設けられ、
   前記照明棚に用いられる光源が、前記照明棚の両側部に背中合わせに配置されており、
   前記植物栽培容器棚及び前記照明棚が設置される床面には、各棚の移動方向に沿ってレールが敷設されており、
   前記植物栽培容器棚と前記照明棚には、前記レールに沿って往復移動するための車輪が備えられている
   ことを特徴とする閉鎖型植物工場。
2. 前記植物栽培容器棚及び前記照明棚の車輪を駆動させるための駆動用モータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の閉鎖型植物工場。
3. 前記照明棚が乱反射板を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉鎖型植物工場。
4. 前記植物栽培容器が、養液貯水槽上に配置され、前記植物栽培容器中から底部側面の小孔を介して養液貯水槽へ延出する防根給水紐が備えられ、該防根給水紐により該養液貯水槽内の養液を植物栽培容器に自動底面灌水可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の閉鎖型植物工場。

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