JP5608799B1 - 水耕栽培装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電力供給が停止した場合であっても植物体への潅水を維持することができる水耕栽培装置を提供する。
【解決手段】 電力を利用して植物体に潅水を行う第1噴霧部13Aと、水道圧を利用して植物体に潅水を行う第2噴霧部13Bと、第1噴霧部13Aによって植物体に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する検知部52と、第2噴霧部13Bを制御する制御部51とを有し、制御部51は、検知部52により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、水道水用開閉弁72及び排水用開閉弁81を閉状態から開状態に切り替え、第2噴霧部13Bにより植物体に潅水を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、植物体を育成する水耕栽培装置に関する。

空間が閉鎖された閉鎖系の環境制御下において植物の栽培を行う人工光型植物栽培工場の開発が進められている。このような人工光型植物栽培工場では、土を使わずに植物の根(地下部)を水に浸して植物栽培を行う水耕栽培方式が主流となっている。

この水耕栽培方式において、水の循環、照明などの主要な機能の動力源は、主に電力となっている。したがって、短時間の停電であっても植物体に与える影響が大きく、水耕栽培における課題となっている。

このような水耕栽培に関する技術としては、下記の特許文献1、2が知られている。

特許文献1には、栽培液溜まりを設けた水耕栽培用ベッドが記載されている。特許文献2には、水の循環が停止した場合に栽培液に酸素を供給する酸素曝気装置が記載されている。

特開平8-336337号公報 実開昭63-85063号公報

特許文献1及び特許文献2に記載の技術は、液体が常時水に浸漬している植物体の部分に潅水することについて考慮されているのみである。例えばミストによって植物体に潅水する水耕栽培において、電力供給が停止した場合については考慮されていない。したがって、ミストが停止すると、植物体の育成について影響を与える可能性がある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、電力供給が停止した場合であっても植物体への潅水を維持することができる水耕栽培装置を提供することを目的とする。

本発明の第1の態様に係る水耕栽培装置は、栽培槽に支持した植物体に潅水を行う水耕栽培装置であって、電力を利用して前記植物体に潅水を行う第1潅水手段と、水道圧を利用して前記植物体に潅水を行う第2潅水手段と、前記第1潅水手段によって前記植物体に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する電力供給検知手段と、前記第2潅水手段を制御する制御手段とを有し、前記第2潅水手段は、前記水道圧によって供給されて前記植物体に潅水を行うための第1流路に設けられた第1流路開閉部と、前記植物体に潅水された水を外部に排出する第2流路に設けられた第2流路開閉部とを有し、前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第1流路開閉部及び前記第2流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第2潅水手段により前記植物体に潅水を行うことを特徴とする。

本発明の第2の態様に係る水耕栽培装置は、上記第1の態様の水耕栽培装置であって、前記第1流路に養液を供給する第3流路に設けられた第3流路開閉部を有し、前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第3流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第2潅水手段により養液を含む水を潅水させることを特徴とする。

本発明の第3の態様に係る水耕栽培装置は、上記第1又は第2態様の水耕栽培装置であって、前記第1流路開閉部、前記第2流路開閉部、前記第3流路開閉部の少なくとも一つが、前記電力供給検知手段と一体化されて構成されていることを特徴とする。

本発明の第4の態様に係る水耕栽培装置は、上記第3の態様の水耕栽培装置であって、前記第1流路開閉部、前記第2流路開閉部、前記第3流路開閉部の少なくとも一つが、内蔵型バッテリにより動作するタイマ手段を備え、前記タイマ手段により計時している時刻情報に基づいて前記水道圧によって供給する水又は前記養液を制限することを特徴とする。

本発明によれば、電力供給が停止した場合であっても植物体への潅水を維持することができる。

本発明の実施形態として示す水耕栽培装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態として示す水耕栽培装置の他の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明を適用した水耕栽培装置1は、例えば図1に示すように構成されている。この水耕栽培装置1は、植物体100の育成のために土を使わない水耕栽培を行うものである。

水耕栽培装置1は、植物体100の主根101、側根102に液体を供給して、植物体100を栽培する。本実施形態として示す水耕栽培装置1は、植物体100として、地上部で合成した養分を地下部に蓄積する植物、例えば根物作物を育成するものについて説明する。この根物作物としては、例えば図1に示す植物体100としてのオタネニンジン(朝鮮人参、高麗人参)が挙げられる。この植物体100において、本実施形態では、例えばオタネニンジンを示すが、これに限定したものではない。また、本実施形態では植物体100に液体を供給するものについて説明するが、当該液体としては、水や水に栄養分を加えた培養液が挙げられる。

図1に示す水耕栽培装置1は、養液110を蓄える栽培槽30を備える。水耕栽培装置1は、栽培槽30に植物体100の主根101を支持する支持部11を有する。水耕栽培装置1は、植物体100を支持した状態で、植物体100の主根101及び側根102に潅水を行う。

支持部11は、蓋部11aと貫通部11bとを有する。この支持部11は、植物体100の主根101を側部から支持する。図1の水耕栽培装置1において、支持部11は、例えば蓋部11aの中心位置に貫通部11bを持つ円柱状のスポンジが使用可能である。これにより支持部11は、スポンジと植物体100の摩擦力で植物体100を支持する。

なお、植物体100を支持できるものであれば、地上部をひも状のもので吊るなど、支持部11の手段は問わない。なお、この蓋部11aには、複数の貫通部11bが設けられていてもよい。

支持部11によって支持されている植物体100は、主根101の上端が蓋部11aから露出している。主根101の上端からは、上方に向けて植物体100の茎及び葉103が延びている。水耕栽培装置1の上方には照明部2が設けられている。この照明部2は、例えば複数のLEDからなる。茎及び葉103は、照明部2から発せられた光Lを受けて光合成を行うことが可能となる。

植物体100を支持した状態で、植物体100の側根102は、栽培槽30の底部に蓄えられた養液110に浸漬される。これにより、水耕栽培装置1は、側根102を潅水する。

栽培槽30には、栽培槽30における所定の高さに開口が設けられた配管32が設けられている。養液110は、所定高さの水量となると配管32から貯留漕31に排出される。この貯留漕31に貯留された養液111は、養液供給ポンプ41によって取り出される。

養液供給ポンプ41は、電源61から供給される電力を消費して駆動する。養液供給ポンプ41は、駆動することによって貯留漕31の養液111を配管42を介して引き込む。養液供給ポンプ41は、所定の圧力で、配管43を介して第1噴霧部13A側に養液111を吐出する。

第1噴霧部13Aは、植物体100の主根101に向けて潅水する。具体的には、第1噴霧部13Aは、配管43から供給された養液111を霧状(ミスト状)にして、ノズル部から養液13aを噴射する。なお、第1噴霧部13Aは主根101に対して養液を滴下するものであってもよい。

第1噴霧部13Aは、図1においては単一であるが、複数であってもよい。例えば、第1噴霧部13Aは、栽培槽30の四方端から中央に向けて養液13aを噴霧する構成であってもよい。また、第1噴霧部13Aは、主根101に養液13aを供給できれば栽培槽30における任意の高さ位置に設けられていればよい。

第1噴霧部13Aの噴霧方式としては、高圧気体を使用した霧吹きタイプや、超音波ミストなどが挙げられる。さらに、2流体方式のミストによるものが望ましいが、1流体方式のミストでもよい。さらにそれ以外の薄膜水耕 (NFT)、湛液型水耕 (DFT)によるものでも構わない。すなわち、潅水を行う栽培方式はこれに限定されない。

このような水耕栽培装置1は、電源61からの電力供給が遮断されていない通常栽培時において、電源61の電力を利用して植物体100の主根101及び側根102に潅水を行う。これにより、第1噴霧部13Aからミスト状になって噴霧された養液13aは、主根101に吹き付けられ、余分な養液13aが栽培槽30の底に落ちる。栽培槽30に蓄えられた養液110は、配管32を介して貯留漕31に蓄積される。この蓄積された養液111は、養液供給ポンプ41によって再度第1噴霧部13Aに供給される。

なお、この通常栽培時において、水道水用開閉弁72は閉止状態である。また、通常栽培時において、緊急潅水手段としての第2噴霧部13Bは動作していない。

さらに、水耕栽培装置1は、電力供給検知手段として検知部52を有する。検知部52は、第1噴霧部13A(第1潅水手段)によって植物体100に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する。具体的には、検知部52は、電源61から養液供給ポンプ41等に供給している電力に対応した電圧値や電流値を検知する。この検知部52により検知された電力供給の状態は、制御部51によって読みとられる。

さらに、水耕栽培装置1は、電源61からの電力供給が遮断された緊急時において植物体100に対して潅水する構成を有している。この構成として、水耕栽培装置1は、第2噴霧部13B、水道栓71、水道水用開閉弁72、配管73、74を備える。さらに、水耕栽培装置1は、排水用開閉弁81、配管82、配管83を備える。

第2噴霧部13Bは、水道栓71、水道水用開閉弁72、配管73、配管74に接続されている。配管73は、水道栓71から水道水の圧力が印加されている。通常栽培時において、水道水用開閉弁72は閉状態となっている。これにより、通常栽培時には、第2噴霧部13Bから水道水13bは噴霧されない。

電源61からの電力供給が遮断された緊急時において、水道水用開閉弁72は、閉状態から開状態に切り替えられる。これにより、水道水は、水道栓71から、配管73、水道水用開閉弁72、配管74を介して第2噴霧部13Bに供給される。

第2噴霧部13Bは、配管74から供給された水道水を、植物体100の主根101に潅水する。具体的には、第2噴霧部13Bは、配管74から供給された水道水を霧状(ミスト状)にして、ノズル部から水道水13bを噴射する。なお、第2噴霧部13Bは、水道圧のみで実施可能な潅水であればよい。例えば、ミスト法でも点適法でもその他の潅水方法でも方式は問わない。

第2噴霧部13Bから噴射された水道水13bは、栽培槽30における底部に蓄積される。この蓄積した液体を排出するため、排水用開閉弁81は、開状態に切り替えられる。排水用開閉弁81が開状態となると、配管82における上端部の開口から配管82、排水用開閉弁81及び配管83を介して、貯留した液体が排出可能となる。

上述したように、制御部51は、水道圧を利用して植物体100に潅水を行う第2潅水手段(第2噴霧部13B)を制御する。制御部51は、検知部52により検知している電力供給の状態によって電力供給が遮断するか否かを判定する。制御部51は、電源61から各部に供給している電力が低下した場合、電力供給が遮断すると判断する。

電力供給が遮断する場合、制御部51は、水道水用開閉弁72及び排水用開閉弁81は開状態とする。これにより第2噴霧部13Bからの水道水13bを噴射させ、栽培槽30の底に蓄えた養液110の一部を排出する。

以上のように、水耕栽培装置1は、栽培槽30に支持した植物体100に潅水を行う。この水耕栽培装置1は、電力を利用して植物体100に潅水を行う第1潅水手段(第1噴霧部13A)を有する。さらに、水耕栽培装置1は、水道圧を利用して植物体100に潅水を行う第2潅水手段(第2噴霧部13B)を有する。

さらに、水耕栽培装置1は、第1潅水手段によって植物体100に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する電力供給検知手段(検知部52)を有する。さらに、水耕栽培装置1は、第2潅水手段を制御する制御手段(制御部51)を有する。

この水耕栽培装置1において、第2潅水手段は、水道圧によって供給されて植物体100に潅水を行うための第1流路(配管73、配管74)に設けられた第1流路開閉部(水道水用開閉弁72)を有する。さらに、第2潅水手段は、植物体100に潅水された水を外部に排出する第2流路(配管82、配管83)に設けられた第2流路開閉部(排水用開閉弁81)を有する。

さらに、水耕栽培装置1において、制御手段は、電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、第1流路開閉部及び第2流路開閉部を閉状態から開状態に切り替える。これにより、水耕栽培装置1は、第2潅水手段により植物体100に潅水を行う。

したがって、この水耕栽培装置1によれば、電力供給が停止した場合であっても植物体100への潅水を維持することができる。例えば停電などで電力供給が遮断された場合、養液供給、照明部2などが停止し、栽培に悪影響を及ぼす。しかし、この水耕栽培装置1によれば、水分の供給を維持でき、栽培不良を抑制できる。さらに、水耕栽培装置1によれば、簡便な構成で電力供給遮断時の栽培不良を抑制できる。

上述した水耕栽培装置1において、電力供給が遮断した時に潅水される水は、通常の水道水である。水道水は液体肥料を含有しておらず植物体100にとって最適なものとはいえない。そこで、上述した水耕栽培装置1は、図2に示すように、配管74に養液を供給するように構成されていることが望ましい。

この水耕栽培装置1は、図1に示した水耕栽培装置1に加え、養液貯留部91、養液用開閉弁92、配管93を有する。さらに、水耕栽培装置1は、養液貯留部94、養液用開閉弁95、配管96を有する。養液貯留部91及び養液貯留部94は、予め所定量の養液が蓄えられている。

この水耕栽培装置1は、電力供給が遮断された場合に、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95を閉状態から開状態に切り替える。すると、養液貯留部91及び養液貯留部94に蓄積された養液は、配管74に流入する。これにより、配管74に流入した養液は、水道水と混合して第2噴霧部13Bに供給される。

このように、水耕栽培装置1は、第1流路(配管74)に養液を供給する第3流路(配管93、配管96)に設けられた第3流路開閉部(養液用開閉弁92、養液用開閉弁95)を有する。

制御手段(制御部51)は、電力供給検知手段(検知部52)により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、第3流路開閉部を閉状態から開状態に切り替える。これにより、水耕栽培装置1は、第2潅水手段(第2噴霧部13B)により養液を含む水を潅水させる。

したがって、この水耕栽培装置1によれば、電力供給が遮断した場合であっても、養液を含む水道水を植物体100に与えることができる。これにより、水耕栽培装置1によれば、栽培不良をさらに抑制できる。

さらに、上述した水耕栽培装置1は、第1流路開閉部(水道水用開閉弁72)、第2流路開閉部(排水用開閉弁81)、第3流路開閉部(養液用開閉弁92、養液用開閉弁95)の少なくとも一つが、検知部52と一体化されて構成されていてもよい。

水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95は、電源61から供給された電力が供給される。水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95は、供給された電力を消費して、アクチュエータにより動力を発生させて弁を開閉する。

この水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95の少なくとも一つに設けられた検知部52は、電源61からアクチュエータに供給される電力供給の状態を監視する。この検知部52によって電力供給の状態を監視して、電力供給が遮断されると判断した場合に、制御部51は、水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95を開状態に制御する。

このように、この水耕栽培装置1は、水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95の少なくとも一つを、検知部52と一体化する。これにより、水耕栽培装置1は、上述した水耕栽培装置1と同様に、電力供給が遮断した時に各弁を開状態に制御して、植物体への潅水を維持することができる。

さらに、水耕栽培装置1は、水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95の少なくとも一つが、タイマ手段を備えていることが望ましい。このタイマ手段は、内蔵型バッテリにより動作する。

水耕栽培装置1は、電力供給が遮断時において、タイマ手段により計時している時刻情報に基づいて水道圧によって供給する水又は養液を制限する。具体的には、水耕栽培装置1は、タイマ手段により予め所望の潅水実施時間、不実施時間を設定する。

これにより、水耕栽培装置1は、電力供給が遮断された場合であっても、潅水実施時間、不実施時間を設けることができる。したがって、この水耕栽培装置1によれば、所望の潅水を行うことができ、潅水量が過剰となることを抑制できる。

さらに、水耕栽培装置1は、タイマ手段を、水道水用開閉弁72のみに設けてもよい。さらに、水耕栽培装置1は、タイマ手段を、水道水用開閉弁72に加えて、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95に設けてもよい。水耕栽培装置1は、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95が開状態となる時間、間隔を所望の値に設定できる。これにより、水道水のみならず、水道水における養液の濃度を最適化することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、上述した水耕栽培装置1において、水道水用開閉弁72、排水用開閉弁81、養液用開閉弁92及び養液用開閉弁95は、例えばノーマルオープン型の電磁弁により構成してもよい。すなわち、各弁72、81、92、95は、非通電時には「開」状態を保ち、励磁(通電)時に閉じる。これにより、制御部51は、通常栽培時には各弁72、81、92、95を閉状態に制御する。一方で、電力供給が遮断時には、各弁72、81、92、95は開状態に切り替えられる。

1 水耕栽培装置
3 制御部
13A 第1噴霧部
13B 第2噴霧部
30 栽培槽
31 貯留漕
41 養液供給ポンプ
51 制御部
52 検知部
71 水道栓
72 水道水用開閉弁
81 排水用開閉弁
91、94 養液貯留部
92、95 養液用開閉弁
96 配管

Claims (4)

  1. 栽培槽に支持した植物体に潅水を行う水耕栽培装置であって、
    電力を利用して前記植物体に潅水を行う第1潅水手段と、
    水道圧を利用して前記植物体に潅水を行う第2潅水手段と、
    前記第1潅水手段によって前記植物体に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する電力供給検知手段と、
    前記第2潅水手段を制御する制御手段とを有し、
    前記第2潅水手段は、前記水道圧によって供給されて前記植物体に潅水を行うための第1流路に設けられた第1流路開閉部と、前記植物体に潅水された水を外部に排出する第2流路に設けられた第2流路開閉部とを有し、
    前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第1流路開閉部及び前記第2流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第2潅水手段により前記植物体に潅水を行うことを特徴とする水耕栽培装置。
  2. 前記第1流路に養液を供給する第3流路に設けられた第3流路開閉部を有し、
    前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第3流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第2潅水手段により養液を含む水を潅水させることを特徴とする請求項1に記載の水耕栽培装置。
  3. 前記第1流路開閉部、前記第2流路開閉部、前記第3流路開閉部の少なくとも一つが、前記電力供給検知手段と一体化されて構成されていることを特徴とする請求項2に記載の水耕栽培装置。
  4. 前記第1流路開閉部、前記第2流路開閉部、前記第3流路開閉部の少なくとも一つが、内蔵型バッテリにより動作するタイマ手段を備え、前記タイマ手段により計時している時刻情報に基づいて前記水道圧によって供給する水又は前記養液を制限することを特徴とする請求項3に記載の水耕栽培装置。
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