JP5989413B2 - 植物栽培装置及び植物栽培方法 - Google Patents

Description

本発明は特に植物工場における植物栽培装置及び植物栽培方法に関する。

近年の植物工場ブームから、多くの企業や研究機関等で、照明装置や空調装置などのエレクトロニクス技術を利用した植物工場に関する取組みが進められている。植物工場では、一般的なハウス栽培や露地栽培とは異なり、多段・密植栽培が可能であるため、単位面積当たりの収量を大きく上げることができる。

植物工場における植物の栽培方法として、植物体の上部・側面などから送風を行うことで植物体周囲の空気を入れ替えたり、植物体の育成に必要な気体を供給したり、栽培施設内に除湿装置を設置して室内全体の湿度を低下させたりするような例が検討されている。

図１０は、植物体（イチゴ）に対し送風ファンを用いて送風する方法を示す概略図である。図中の矢印は気体の流れを示し、矢印の大きさは気流の大きさ（速さ）に対応する。

このように、施設全体や植物体の上部・側面などから送風を行い、植物体周囲の空気を入れ替える技術として、例えば特許文献１には、外気を含む気流を栽培植物の栽培域に対して供給し、栽培植物及び／またはその近傍においてほぼ一定の気流環境を形成する植物栽培用施設が記載されている。

特許文献２には、複数のファンを栽培室の一方の側面に並設し、空調室で環境条件を調整した空気を栽培室の一方の側面から相対向する他方の側面へと所望の風速で送風循環させるようにした植物栽培装置が記載されている。

また、除湿装置または加湿装置を設置して栽培室の湿度を調整する技術として、例えば特許文献３には、植物を生育する試料室の空気を調温調湿した後、試料室に吹き出すことで、植物を生育する試料室内の温湿度を正確に制御する植物生育装置が記載されている。

特許文献４には、育成室を囲む試験箱と空気調整機を設置した機械箱とを区画する仕切側壁部の上端側に吸込口を開設した生物育成装置が記載されている。上記生物育成装置によれば、吸込口を通って試験箱に吸い込まれた空気を温度調整し、加湿した後、育成室側に吹き出すことができる。

特許文献５には、室内を加湿冷房する一方、適切な温度維持のために除湿を行なうようにした温室に適した空気調整装置が記載されている。特許文献５には、温室内の除湿に際して、温室内から空気を取り込む吸気管路を設け、取り込んだ空気を除湿機により除湿し、温室内のノズルから噴出することが記載されている。

また、特許文献６には、大容量の空調対象空間に対して、消費エネルギーを抑えるとともに均一な空調を行なう空調システムが記載されている。

特許文献７には、クラウンへの温度調節、環境調節を局所的に行うことにより、省エネ栽培と年間を通じた効率的な安定した省エネ型多重収穫栽培とを可能にするための局所温度調節装置が記載されている。

特許文献８には、自然エネルギーのみを利用した冷房と除湿を行なう完全制御型植物工場システムが記載されている。図１１は、特許文献８の完全制御型植物工場システム４００の主要部を示した一部切り欠き斜視図である。

完全制御型植物工場システム４００は、空気を吸引するための排気ダクト４０１と、空気を供給するための入気ダクト４０２を植物工場４１１の天頂付近に設けており、排気ダクト４０１から吸気された植物工場４１１内の空気は、除湿・冷却されたあと、入気ダクト４０２から供給される。

入気ダクト４０２から左右に吹き出した空気は円筒形の外壁の内面に沿って下降し、床に当たって円を描くように室内を通過し、中央付近で上昇し、排気ダクト４０１から吸い込まれる。これにより植物工場４１１内の全体的な空気を除湿・冷却し、調整することができる。

特許文献９には、照明５０１が配置される第１の領域５０２と、照明５０１の照射によって生長する植物５０３が配置される第２の領域５０４とをともに内部に備える栽培室５０５の空調装置５００が記載されている。図１２は、特許文献９の空調装置を備える栽培室の斜視図である。

特許文献９の空調装置５００は、第１の領域５０２に存在する第１の空気を栽培室５０５の外部に排気するための第１の排気装置５０６と、第２の領域５０４に存在する第２の空気を栽培室５０５の外部に排気するための、第１の排気装置５０６とは異なる第２の排気装置５０７と、第２の排気装置５０７により排気された第２の空気を冷却して除湿し、除湿された第２の空気を、第１の排気装置５０６により排気された第１の空気と混合して所定の温度の空調空気とする混合装置５０８と、混合装置５０８により生成された空調空気を、第２の領域５０４に吹き出す吹出し装置５０９とを備えている。

特開２００４−８０４９号公報（２００４年１月１５日公開） 特開平３−２９２８２８号公報（１９９１年１２月２４日公開） 特開平１−２３５５２１号公報（１９８９年９月２０日公開） 特開平７−３１２９９５号公報（１９９５年１２月５日公開） 特開２０００−１５７０６８号公報（２０００年６月１３日公開） 特開２０１１−１７９６９９号公報（２０１１年９月１５日公開） 特開２０１０−２６８７８７号公報（２０１０年１２月２日公開） 特開２０１１−１４７３８４号公報（２０１１年８月４日公開） 特開２０１１−２２３８９２号公報（２０１１年１１月１０日公開）

ところで、生産性を高めるために、植物工場で植物体を一度に大量に栽培する場合、植物体が密集することとなる。従来技術では、密集した植物体を栽培する場合に、問題を生じる。以下、図１３〜１４を参照して具体的に説明する。

図１３は、植物群落に対し送風ファンを用いて送風する方法を示す概略図である。図１４は、除湿機を用いて栽培室内を除湿する方法を示す概略図である。植物群落とは、密集した状態で栽培される複数の植物体のことをいうものとする。

上記特許文献１〜２に記載されている技術は、植物が密集した状態で栽培されている場合、全ての植物に対して一定の気流環境を形成したり、均一に温湿度を制御したりすることができるものではない。

具体的には、例えば図１３に示すように植物群落に対して送風する場合、植物群落周囲の空気を入れ替えることは可能だが、植物体の外側から送風を行っても植物群落の中心部へは行き渡りにくい。

さらに、植物群落への単一の送風機による送風は、植物毎に受ける風の強さが異なり、生育にばらつきを生じる。また、群落内部の植物体にも風を行き渡らせるよう強い風を送ると、植物がダメージを受ける、ストレスにより生育が抑制される等の問題を生じる。

また、特許文献３〜５に記載されている技術によれば、栽培室の一部から空気を取り込み、栽培室内全体を除湿または加湿することにより栽培室内全体の湿度を調整することは可能である。しかしながら、図１４に示すような、栽培室の一部に除湿装置を設けて除湿する方法と同様に、植物群落内の湿度を下げるには時間がかかり、効率が良くない。

そのため、植物が密集した状態で栽培されているような場合、上記のような植物群落に対して送風したり、栽培室内全体を除湿したりする従来の方法では、植物群落内の除湿が効率的に行なえているとはいえない。

特許文献６の上記空調システムは、外部から取り込んだ空気の湿度を調整して栽培ハウス内に供給するものであり、栽培ハウス内の高湿な部分の空気を直接的に除去するものではないため、効率的に除湿を行なえるものではない。特許文献７についても同様である。

特許文献８の完全制御型植物工場システム４００では、植物が密植されている場合や、多段栽培されている場合など、植物群落内の空気は停滞したままとなり、植物群落内は高湿なままになる可能性がある。

特許文献９の空調装置５００は、第２の排気装置の吸込み口５１０は、栽培室５０５の壁面５１１または床面５１２に設けられることが記載されている。

そのため、植物群落内の空気を直接的に吸い込むものではなく、植物群落内の湿度を効率的に下げることができるものではない。

以上のように、植物が密集した状態で栽培される場合、従来技術では植物体周囲の湿度を効率的に下げることができない。そして、植物体の周囲は高湿な状態となり、葉面の濡れから病害が発生したり、花粉の飛散が妨げられたりする。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、植物体の周囲の湿度を効率的に下げることができる植物栽培装置及び植物栽培方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の植物栽培装置は、植物体を栽培するための植物栽培装置であって、吸気パイプと、上記吸気パイプに接続された吸気装置とを備えており、上記吸気パイプは、吸気口を備えており、少なくとも１つの上記吸気口は、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落を包含する外接直方体の内部の領域として表される吸気領域に設けられており、上記吸気装置は、上記吸気口を介して上記吸気領域にある気体を上記吸気パイプの中に取り込むことで、上記気体を上記吸気領域の外部へ移動させることを特徴とする。

上記の構成により、植物体の近傍の気体を効率的に吸気することができる。

植物は、葉などに存在する気孔から水蒸気を空気中に放出するため、植物体周囲は高湿な状態になる。そのため、限られたスペースで多くの植物を栽培することにより、多湿の状態が続き、葉面の濡れから病害が発生したり、花粉の飛散が妨げられたりする可能性がある。

そこで、植物体の近傍の、高湿な気体が充満している領域である吸気領域の気体を吸気し、吸気領域で吸気した気体を吸気領域の外部に移動させることで、吸気領域の湿度を低下させることができる。

これにより、植物体の周囲の湿度を効率的に低下させ、植物体の周囲が多湿の状態が続き、葉面の濡れから病害が発生したり、花粉の飛散が妨げられたりすることを抑制することができる。

上記吸気パイプは、複数の上記植物体に沿って設けられていてもよい。

上記の構成により、一つの吸気パイプによって複数の植物体からなる吸気領域の気体を効率的に吸気することができる。

第１送風装置を備えており、上記第１送風装置は、上記吸気領域の外部にある気体を、上記吸気口を介して上記吸気領域に排気してもよい。

上記の構成により、吸気領域の外部の低湿な気体を、吸気領域に供給することができる。これにより、より効率的に植物の周囲の湿度を低下させることができる。

除湿装置を備えており、上記除湿装置は、上記吸気口を介して上記吸気パイプの中に取り込まれた気体を入力し、該気体よりも湿度が低い除湿気体を出力してもよい。

上記の構成により、吸気領域で吸気した高湿な気体を除湿し、乾燥した低湿な気体を生成することができる。

上記吸気領域の湿度を検出する湿度センサーをさらに備えており、上記除湿装置は、上記湿度センサーが検出した上記吸気領域の湿度に応じて、上記除湿気体を出力してもよい。

上記の構成により、予め定められた設定湿度とセンサーが検出した湿度とに応じて、吸気領域で吸気した気体を除湿することができる。

第２送風装置を備えており、上記第２送風装置は、上記除湿気体を、上記吸気口を介して上記吸気領域に排気してもよい。

上記の構成により、除湿装置で除湿され、乾燥した気体を吸気領域に供給することができる。これにより、より効率的に植物体の周囲の湿度を低下させることができる。

上記植物体が配される栽培棚を備えており、第１期間において、上記除湿装置は、第１栽培棚の上記吸気領域において上記吸気パイプの中に取り込んだ気体を除湿気体とし、上記第２送風装置は、当該除湿気体を第２栽培棚の上記吸気口を介して排気し、上記第１期間とは異なる第２期間において、上記除湿装置は、上記第２栽培棚の上記吸気領域において上記吸気パイプの中に取り込んだ気体を除湿気体とし、上記第２送風装置は、当該除湿気体を上記第１栽培棚の上記吸気口を介して排気してもよい。

上記の構成により、複数の栽培棚について、効率的に植物の周囲の湿度を低下させることができる。

上記第１栽培棚の植物体に照射する光を発する第１光源と、上記第２栽培棚の植物体に照射する光を発する第２光源とを備えており、上記第１光源および上記第２光源は、少なくとも明状態と、上記明状態のときに発する光量よりも低い光量を発する状態である暗状態との間で切り替え可能であり、上記第１光源が暗状態である期間のうち、少なくとも一部の期間では、上記第２光源は明状態であり、上記第２光源が暗状態である期間のうち、少なくとも一部の期間では、上記第１光源は明状態であってもよい。

上記の構成により、複数の栽培棚の間で気体を交換することで、それぞれの栽培棚の植物が必要とする気体を供給することができる。

上記第１光源が暗状態のときは、上記第２光源は明状態であり、上記第１光源が明状態のときは、上記第２光源は暗状態であってもよい。

上記の構成により、複数の栽培棚の間で気体を交換することで、より効率的にそれぞれの栽培棚の植物が必要とする気体を供給することができる。

上記植物体へ培養のための液体を供給する培養液供給部をさらに備えており、上記培養液供給部は、上記吸気パイプおよび上記吸気口を介して、上記植物体に上記液体を供給してもよい。

上記の構成により、給水用のパイプと吸気用のパイプを併用することができ、装置を簡略化することができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の植物栽培方法は、植物体を栽培する植物栽培方法であって、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落を包含する外接直方体の内部の領域として表される吸気領域の気体を吸気し、上記吸気領域の外部の領域に移動させることを特徴とする。

上記の構成により、高湿な気体が充満している吸気領域にある気体を効率的に吸気することができる。さらに、吸気領域で吸気した気体を吸気領域の外部に移動させることで、吸気領域の湿度を低下させることができる。

これにより、植物体の周囲の湿度を効率的に低下させ、植物体の病害を防止したり、花粉の飛散を容易にしたりすることができる。

第１期間において、第１栽培棚の上記吸気領域において吸気した気体を除湿し、除湿した上記気体を第２栽培棚の上記吸気領域に排気し、上記第１期間とは異なる第２期間において、第２栽培棚の上記吸気領域において吸気した気体を除湿し、除湿した上記気体を第１栽培棚の上記吸気領域に排気してもよい。

上記の構成により、複数の栽培棚について、効率的に植物の周囲の湿度を低下させることができる。

以上のように、本発明の植物栽培装置は、吸気パイプと、上記吸気パイプに接続された吸気装置とを備えており、上記吸気パイプは、吸気口を備えており、少なくとも１つの上記吸気口は、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落を包含する外接直方体の内部の領域として表される吸気領域に設けられており、上記吸気装置は、上記吸気口を介して上記吸気領域にある気体を上記吸気パイプの中に取り込むことで、上記気体を上記吸気領域の外部へ移動させるものである。

また、本発明の植物栽培方法は、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落を包含する外接直方体の内部の領域として表される吸気領域の気体を吸気し、上記吸気領域の外部の領域に移動させるものである。

それゆえ、植物体の周囲の湿度を効率的に下げることができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る植物栽培装置の概略図である。 本発明の植物栽培装置の吸気管により植物の周囲の空気を吸気する方法を示す概略図である。 本発明の植物栽培装置の吸気管の吸気口と植物体との位置関係を示す概略図である。 本発明の植物栽培装置の吸気管を、延伸方向と垂直な面であって、吸気口を含む面で切断したときの断面図である。 比較例として、吸気領域の外部から吸気する方法を示す概略図である。 比較例として、植物群落内から植物に対して送風する方法を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態に係る植物栽培装置の概略図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る植物栽培装置の概略図である。 図８に示す植物栽培装置を用いた栽培方法の一例を示す概略図である。 送風ファンを用いて植物体に送風する方法を示す概略図である。 特許文献８の完全制御型植物工場システムの主要部を示した一部切り欠き斜視図である。 特許文献９の空調装置を備える栽培室の斜視図である。 送風ファンを用いて植物群落に送付する方法を示す概略図である。 除湿装置を用いて栽培室内を除湿する方法を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明の植物栽培装置は、主に、植物工場における植物の栽培に用いられるものである。

本発明の植物栽培装置および植物栽培方法は、様々な植物の栽培に用いることができるが、図面には例としてイチゴを図示して説明する。

〔実施の形態１〕
本発明の植物栽培装置に関する実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば以下のとおりである。

＜植物栽培装置＞
図１は、本実施の形態の植物栽培装置１００の概略図である。図１に示すように植物栽培装置１００は、栽培棚５０、吸気管１（吸気パイプ）、排水管２、除湿装置２０、吸気ファン２１（吸気装置）、弁Ａ２２、養液タンク３０（培養液供給部）、ポンプ３１、弁Ｂ３２、制御装置４０を備えている。

＜栽培棚＞
栽培棚５０の内部には、複数の植物６０が植えられた栽培容器６１が設けられており、植物６０の上方には、植物６０に照射する光を発するＬＥＤ５１が設けられている。植物６０に照射する光をＬＥＤ５１により人工的に供給することにより、植物６０が光合成をし易い環境をつくることができる。ただし、光源はＬＥＤ照明に限らず、様々な光源を用いることができる。

栽培容器６１は、植物６０を栽培するための培地を保持する容器である。栽培容器６１は、培養土または栽培用の固形培地（ロックウール、ウレタン、スポンジなど）を入れるためのプランタであってもよいし、植物６０を保持するとともに水耕栽培用の培養液（液体）を貯める水槽であってもよい。

＜吸気管＞
吸気管１は栽培容器６１の配置に応じて分岐しており、吸気管１の枝部分（以下、吸気管１１とする）は、植物６０に沿って設けられている。吸気管１の一方の先端部には、除湿装置２０が接続されている。

また、除湿装置２０と吸気管１の分岐部分との間には、吸気ファン２１が設けられており、吸気ファン２１を駆動させることで、吸気管１１を介して植物６０の周囲の気体を吸い込み、栽培棚５０の外部または除湿装置２０に移動させることができる。

除湿装置２０に入力された気体は除湿され、乾燥気体（除湿気体）として出力される。乾燥気体は、栽培棚５０の内部に供給（排気）されてもよい。

吸気管１１を介して植物６０の周囲の気体を吸い込むための具体的な条件については後述する。

＜排水管＞
排水管２は、栽培容器６１から流出した余分な培養液（養液）を養液タンク３０に戻すための配管である。

これにより、過剰に供給された培養液を養液タンク３０に戻し、再利用することができる。なお、栽培容器６１から流出した培養液を養液タンク３０に戻す必要は必ずしもなく、廃液タンクに貯蔵してもよく、下水道に廃棄してもよい。

＜弁＞
吸気管１の分岐部分には弁が設けられている。弁Ａ２２は、吸気管１の分岐部分と吸気ファン２１との間に設けられており、ポンプ３１により吸い上げられた培養液が吸気ファン２１に流れ込むのを防止する。

弁Ｂ３２は、吸気管１の分岐部分とポンプ３１との間に設けられており、吸気ファン２１により吸気された気体が養液タンク３０に流れ込むのを防止する。

＜植物群落内における吸気＞
吸気管１１を介して植物６０の周囲の気体を吸い込む方法について具体的に説明する。

図２は、植物栽培装置１００の吸気管１１により、植物６０の周囲の気体を吸気するときの気体の流れを示す概略図である。

図２に示すように、吸気管１１には、開口部である吸気口１２が設けられている。図中の矢印は気体の流れを示す。吸気口１２は、吸気ファン２１により気体を吸気するときの吸気口として利用される。

具体的には、吸気ファン２１を駆動させて、吸気管１１の内部の気体の流れを制御することで、吸気口１２の周囲の気体は、吸気口１２を介して吸気管１１に吸気される。吸気管１１に吸気される気体には、植物６０の周囲の水蒸気１３も含まれるため、植物６０の周囲の高湿な気体を吸気することができ、湿度を低下させることができる。

吸気口１２と植物６０との位置関係について、図３に基づいて説明する。図３は、本発明の植物栽培装置１００の吸気管１１の吸気口１２と植物６０との位置関係を示す概略図である。

植物６０の周囲の湿度を効率的に低下させるためには、高湿な気体が充満している領域である植物群落内を吸気領域とし、吸気領域の内部に吸気口１２を配置し、吸気することが好ましい。

吸気領域は、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落６０を包含する外接直方体Ｃの内部の領域として表される領域である。なお、外接直方体Ｃ内の頂点付近には植物体が存在しないため、より正確には植物体の包絡面から形成される外接立体の内部が吸気領域であるが、説明の便宜上、外接直方体Ｃの内部の領域とする。外接直方体Ｃは、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落６０に外接する直方体である。特に、外接直方体Ｃは、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落６０に外接する直方体のうち、体積が最小のものであってもよい。

なお、図３の例において外接直方体Ｃは、特に植物６０のうち、培地の外部にある部分を包含する外接直方体であるが、植物６０のうち、培地の内部にある部分（すなわち、根の部分）を含めて、植物６０を包含する外接直方体としてもよい。

図３は説明のために、吸気口１２が、植物６０ａと植物６０ｂとからなる群落を包含する外接直方体Ｃの内部の領域に位置するように、吸気管１１に設けられているが、植物６０ｂと植物６０ｃとからなる群落を包含する外接直方体の内部の領域にも吸気口１２が設けられていてもよい。

また、図３では、吸気管１１の延伸方向において隣接する２つの植物６０からなる群落を包含する外接直方体のみを図示しているが、吸気管１１の延伸方向と垂直な方向において隣接する２つの植物６０からなる群落を包含する外接直方体の内部に吸気口１２が設けられていてもよい。

さらに、１つの植物６０を包含する外接直方体の内部に吸気口１２が設けられていてもよい。

なお、１つの植物６０（株）に対して、少なくとも１以上の吸気口１２を設けることが好ましい。

植物群落内とは、植物体の底部よりも高い領域であって、上記植物体の頂部よりも低い領域としても表すことができる。また、植物群落内とは、植物６０の頂部と植物体の下部との間の領域ということもできる。より正確には、植物体の包絡面から形成される外接立体の内部の領域である。

吸気口１２を上記のように吸気領域に配置し、最も高湿となりやすい植物群落内の空気を吸気して除湿を行うことで、集中的な除湿が可能となり、効率的に（短時間で）植物群落内の湿度を低下させることができる。

また、より多くの吸気口１２を、植物６０の配置に対して均一に設けることで、植物体ごとに均一に除湿することが可能である。

＜培養液の供給＞
植物栽培装置１００の吸気管１は、上記のように吸気領域の気体を移動させるための管として利用することに加えて、培養液を運搬するための管としても利用することができる。

すなわち、図１に示すように、植物栽培装置１００において、植物６０への培養液の供給は、吸気管１１の吸気口１２を介して行ってもよい。

吸気管１はさらに分岐しており、当該分岐部分はポンプ３１を介して養液タンク３０に接続されている。ポンプ３１によって養液タンク３０に貯蔵された培養液を吸い上げ、吸気管１１を介して植物に供給することができる。

このように、植物６０の周囲の気体を吸気するための吸気管１を用いて、植物６０に対して培養液を供給することで、吸気装置と給液装置とを一体化することができ、装置の小型化・低コスト化を実現することができる。

しかしながら、本発明はこの構成に限定されず、吸気領域にある気体を移動させる吸気用の管と、培養液を運搬する給水用の管とは別個の管であってもよい。

植物６０への培養液の供給を、吸気管１１の吸気口１２を介して行うことで、吸気用の機構と給液用の機構とを一体化したり、吸気用の機構と送風用の機構とを一体化したりすることができる。

また、給水管を用いて株元に培養液を送るような栽培方法であれば、様々な植物に利用することができる。

＜制御装置＞
制御装置４０は、除湿装置２０、吸気ファン２１、弁Ａ２２、ポンプ３１、および弁Ｂ３２に、起動・停止等の制御を行うための制御信号を出力するものである。

これにより、制御装置４０は、ポンプ３１の起動、停止、および吸引力の制御を行い、吸気ファン２１の起動、停止、および回転速度の制御を行うことができる。

例えば、制御装置４０は、吸気ファン２１とポンプ３１とが、一方が起動しているときは他方は停止しているよう制御する。

また、給水の際は養液が吸気ファン２１の方へ流れこまないよう、弁Ａ２２を閉じる。吸気の際は、養液タンク３０の培養液が、吸気ファン２１の方へ流れ込むのを抑止するために、弁Ｂ３２を閉じる。

弁Ａ２２および弁Ｂ３２の代用として、吸気管１の分岐部分に流路切替弁を設置しても良い。

＜吸気口の位置＞
図４は、植物栽培装置１００の吸気管１１を、吸気管１１の延伸方向と垂直な面であって、吸気口１２を含む面で切断したときの断面図である。

図４の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、吸気管１１の外周部分のうち、吸気口１２を設ける箇所がそれぞれ異なる吸気管１１の断面図である。植物栽培装置１００の吸気管１１としては、図４の（ａ）〜（ｅ）の何れの吸気管１１であっても用いることができる。

図４の（ｃ）〜（ｅ）の吸気管１１のように、水平方向よりも上向きに吸気口１２を設けることで、吸気領域にある高湿な気体を効率的に吸気できるため望ましい。

図４の（ａ）〜（ｅ）の吸気管１１のうち何れの吸気管１１を用いるかは、吸気管１１を設置する高さと植物６０の形状とに応じて適宜決定される。葉菜類（レタス・キャベツ等）など、葉が株元から生じるような植物体の場合は、図４の（ｃ）のような形状の吸気管１１が望ましく、葉が上部に生じるような植物体の場合は図４の（ｄ）、（ｅ）のような形状の吸気管１１が望ましい。更にこれらの場合、給水時の水圧を制御することにより、培養液が飛散しないようにするのが望ましい。

また、植物栽培装置１００では、吸気口１２を複数個設けることで、植物体ごとに吸気する気体の量のばらつきを少なくすることができる。

また、植物栽培装置１００の植物群落内に図示しない湿度センサーを設置し、検出された相対湿度が予め設定された任意の一定値（例えば湿度９０％など）を超えた場合に、除湿機構を稼働するように制御装置４０によって制御することが望ましい。また、相対湿度の高さに応じて、除湿装置２０の除湿レベルを切り替えても良い。

＜比較例＞
図５は、比較例として、吸気領域の外部から吸気する方法を示す概略図である。

植物６０の株の外側から吸気した場合、すなわち、植物群落の外部から吸気した場合、吸気口付近の空気が最も吸気されやすく、高湿になりやすい部分の空気の吸い込み量は少なくなる。

本発明の植物栽培装置１００のように、より高湿な部分である植物群落内に吸気口を設けた方が、より効率よく除湿することができる。

図６は、比較例として、植物群落内から植物に対して送風する方法を示す概略図である。

植物６０の株元に、吸気管の代わりに送風管を配置し、内側から乾いた空気を送風することで、群落内の空気を低湿化することが可能である。しかしながら、特に密植時や植物が生い茂っている場合などは、空気の流れが停滞しやすく、空気が入れ替わるのに時間がかかる。

また、吸気の場合は植物の外周部から給気口に向かって湿度が高くなるような湿度勾配が生じるため、蒸散が盛んな植物外周部の葉の付近の湿度が最も低くなり、効果的に湿度を低減できる。しかし、送風の場合は、逆に送風口から植物の外周部に向かって湿度が高くなるような湿度勾配が生じるため、植物外周部の葉の付近の湿度が最も高くなり、効果的に湿度を低減できない。

このため、本発明の植物栽培装置１００のように、最も高湿な部分である植物群落内の空気を吸気して除湿する方が、より効率よく除湿することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の植物栽培装置に関する他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図７は本実施の形態の植物栽培装置２００の概略図である。植物栽培装置２００は、植物栽培装置１００に送風機能を持たせたものである。

植物栽培装置２００の吸気管１は、分岐部分においてさらに分岐しており、送風ファン７０に接続されている。

また、分岐部分と送風ファン７０との間には弁Ｃ７１が設けられており、吸気ファン２１で吸気した気体やポンプ３１で汲み上げた培養液が送風ファン７０に流れ込まないようにしている。

吸気管１１を介して植物６０に対して給水する際には、培養液が吸気ファン２１や送風ファン７０の方へ流れこまないよう、弁Ａ２２と弁Ｃ７１とを閉じる。

吸気の際には、養液タンク３０の培養液が吸気ファン２１の方へ流れ込まないよう弁Ｂ３２を、送風ファン７０の方から空気が流れ込まないよう弁Ｃ７１を閉じる。

送風の際には、吸気ファン２１の方へ空気が流れ込まないよう弁Ａ２２を閉じる。なお、ポンプ３１側の弁Ｂ３２も閉じるのが望ましい。

弁Ａ２２、弁Ｂ３２、弁Ｃ７１の代わりに、給水・吸気・送風の配管分岐点に流路切替弁を設置し、これらの配管の切替えを行っても良い。

制御装置４０は、弁Ａ２２、弁Ｂ３２、弁Ｃ７１、除湿装置２０、吸気ファン２１、ポンプ３１、送風ファン７０の起動・停止等の制御を行う。

給水を行わない場合、通常は送風を行い、必要に応じて除湿機構を稼働して除湿を行う。たとえば、図示はしないが、植物群落内に湿度センサーを設置し、検出された相対湿度が予め設定された任意の一定値（例えば湿度９０％など）を超えた場合に、除湿機構を稼働するように制御装置４０によって制御することが望ましい。

吸気された植物群落内（株元）の高湿な空気は、除湿装置２０により除湿され、乾燥気体（除湿気体）となり、栽培棚５０内へ供給（排気）される。

植物栽培装置２００は、送風ファン７０（第１送風装置）により吸気口１２を介して、吸気領域の外部の気体を吸気領域に供給することができる。

このように、吸気領域にある気体を吸気するだけでなく、吸気管１１を用いて植物６０に対して送風をすることにより、吸気機能で高湿な空気を吸気し、送風機能を利用して低湿度な気体を植物群落内に送りこむことができる。なお、この場合、除湿装置２０は必須の構成ではない。

さらに、図７に示すように、送風ファン７０（第２送風装置）により送風される気体は、除湿装置２０により除湿された気体であることが好ましい。これにより、乾燥した気体を、吸気口１２を介して植物群落内に供給することができ、植物群落内の湿度を効率よく低下させることができる。

本実施の形態の植物栽培装置２００によれば、送風機能を利用して湿度が適切に調整された気体を植物群落内に送り込むことができる。

〔実施の形態３〕
本発明の植物栽培装置に関するさらに他の実施形態について、図８〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１または２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図８は本実施の形態の植物栽培装置３００の概略図である。植物栽培装置３００は、２つの栽培棚５０ａ（第１栽培棚）・５０ｂ（第２栽培棚）を備えている。各栽培棚５０ａ・５０ｂは、実施の形態２で説明した植物栽培装置２００が備えている各構成を備えている。植物栽培装置３００は、２つの栽培棚を一対とし、吸気と送風とを組み合わせたものである。

ただし、栽培棚５０ａと栽培棚５０ｂとは、制御装置４０および除湿装置８０を共有している。吸気ファン２１ａおよび吸気ファン２１ｂは除湿装置８０に接続されている。また、送風ファン７０ａおよび送風ファン７０ｂは除湿装置８０に接続されている。

吸気ファン２１ａによって吸気された栽培棚５０ａの吸気領域の気体は、除湿装置８０に入力され、吸気ファン２１ｂによって吸気された栽培棚５０ｂの吸気領域の気体は、除湿装置８０に入力される。

そして、除湿装置８０により除湿された気体は、弁Ｄ８１を介して送風ファン７０ａまたは送風ファン７０ｂにより、栽培棚５０ａの植物群落内または栽培棚５０ｂの植物群落内に排気される。

制御装置４０は、弁Ａ２２ａ・２２ｂ、弁Ｂ３２ａ・３２ｂ、弁Ｃ７１ａ・７１ｂ、吸気ファン２１ａ・２１ｂ、ポンプ３１ａ・３１ｂ、送風ファン７０ａ・７０ｂ、および除湿装置８０の起動・停止等の制御を行う。

制御装置４０による、各部のより好ましい制御方法について説明すると、以下のとおりである。

第１期間において、栽培棚５０ａの吸気領域の気体を吸気し、除湿装置８０において除湿した気体を栽培棚５０ｂの植物群落内へ送風する。第２期間において、栽培棚５０ｂの吸気領域の気体を吸気し、除湿装置８０において除湿した気体を栽培棚５０ａの植物群落内へ送風する。このように、一定時間毎に吸気・送風の向きを入れ替えるように制御する。

除湿装置８０からの排気を送る栽培棚の切替え制御を行うために弁Ｄ８０を設置しており、吸気した栽培棚と他方の栽培棚へ送風を行うように制御する。

図示するように、養液タンク３０ａと養液タンク３０ｂとは栽培棚ごとに１つずつ設置しても良いし、または２つの栽培棚で共有（併用）しても構わない。

図示するように、ポンプ３１ａとポンプ３１ｂは栽培棚ごとに設置しても良いし、または２つの栽培棚で共有（併用）しても構わない。共有する場合には、ポンプからの給液先の棚を切り替えるための弁を設置するか、弁Ｂ３２ａと弁Ｂ３２ｂとを、１つの切替え弁に変更し、栽培棚５０ａに供給する状態、栽培棚５０ｂに供給する状態、閉鎖状態の３つに切り替え可能とすればよい。

図８の植物栽培装置３００では栽培棚単位で吸気・送風を組み合わせているが、栽培容器やプランタ単位で行ってもよい。

本実施の形態の植物栽培装置３００によれば、一つの植物群落内の高湿な空気を集中的に除湿し、低湿にした気体を当該植物群落内に開放するのではなく、他の植物群落内へ送風として送り込むことにより、当該他の植物群落内を低湿化することができる。

また、除湿装置などを増やすことなく、２つの栽培棚の群落内を集中的に除湿することができる。低コストで、より効率よく除湿することが可能となる。

図９は、図８に示す植物栽培装置３００を用いた栽培方法の一例を示す概略図である。

栽培棚５０ａのＬＥＤ５１ａ（第１光源）と栽培棚５０ｂのＬＥＤ５１ｂ（第２光源）は、発する光量を調整することができ、少なくとも一部の期間において、ＬＥＤ５１ａとＬＥＤ５１ｂとの明／暗が反対となるように設定する。例えば、ＬＥＤ５１ａとＬＥＤ５１ｂとの明暗の切り替え周期を１２時間とし、ＬＥＤ５１ａとＬＥＤ５１ｂとで明／暗が反対となる（逆転する）ように設定してもよい。

すなわち、栽培棚５０ａのＬＥＤ５１ａが明状態のときは、栽培棚５０ｂのＬＥＤ５１ｂが暗状態となり、栽培棚５０ａのＬＥＤ５１ａが暗状態のときは、栽培棚５０ｂのＬＥＤ５１ｂが明状態となるように、制御装置４０により制御し、所定の周期で明／暗を切り替えるようにする。

そして、栽培棚５０ａと栽培棚５０ｂの吸気／排気を切り替えることで、除湿とともに栽培棚５０ａと栽培棚５０ｂとの間で二酸化炭素や酸素の交換が可能となる。

一般的に、明期は植物６０の光合成により二酸化炭素を消費し、暗期は植物６０が呼吸をすることにより二酸化炭素を排出する。

図９の例では、栽培棚５０ａが明期であり、栽培棚５０ｂが暗期である。このとき、栽培棚５０ａの植物６０は光合成をするため、二酸化炭素を消費して酸素を排出する。一方、栽培棚５０ｂの植物６０は呼吸をするため、酸素を消費して二酸化炭素を排出する。

このとき、栽培棚５０ａと栽培棚５０ｂとで気体を交換することで、互いの栽培棚の植物が必要とする気体を供給することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、植物工場における植物の栽培に利用することができる。

１ 吸気管（吸気パイプ）
１１ 吸気管（吸気パイプ）
１２ 吸気口
２０・８０ 除湿装置
２１・２１ａ・２１ｂ 吸気ファン（吸気装置）
３０・３０ａ・３０ｂ 養液タンク（培養液供給部）
４０ 制御装置
５０ 栽培棚
５０ａ 栽培棚（第１栽培棚）
５０ｂ 栽培棚（第２栽培棚）
５１ ＬＥＤ（光源）
５１ａ ＬＥＤ（第１光源）
５１ｂ ＬＥＤ（第２光源）
６０・６０ａ・６０ｂ・６０ｃ 植物体
７０・７０ａ・７０ｂ 送風ファン（送風装置、第１送風装置、第２送風装置）
１００・２００・３００ 植物栽培装置
Ｃ 外接直方体

Claims (10)

1. 植物体を栽培するための植物栽培装置であって、
   吸気パイプと、上記吸気パイプに接続された吸気装置と、除湿装置とを備えており、
   上記吸気パイプは、吸気口を備えており、
   少なくとも１つの上記吸気口は、一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落を包含する外接直方体の内部の領域として表される吸気領域に設けられており、
   上記吸気装置は、上記吸気口を介して上記吸気領域にある気体を上記吸気パイプの中に取り込むことで、上記気体を上記吸気領域の外部へ移動させ、
   上記除湿装置は、上記吸気口を介して上記吸気パイプの中に取り込まれた気体を入力し、該気体よりも湿度が低い除湿気体を出力することを特徴とする植物栽培装置。
2. 上記吸気パイプは、複数の上記植物体に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
3. 上記吸気領域の湿度を検出する湿度センサーをさらに備えており、
   上記除湿装置は、上記湿度センサーが検出した上記吸気領域の湿度に応じて、上記除湿気体を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培装置。
4. 送風装置を備えており、
   上記吸気パイプは、分岐しており、分岐された部分は上記送風装置に接続されており、
   第１期間では、上記除湿装置は、上記吸気口を介して上記吸気パイプの中に取り込まれた気体を入力し、
   上記第１期間とは異なる第２期間では、上記送風装置は、上記吸気領域の外部にある気体を、上記吸気口を介して上記吸気領域に排気することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の植物栽培装置。
5. 送風装置を備えており、
   上記吸気パイプは、分岐しており、分岐された部分は上記送風装置に接続されており、
   第１期間では、上記除湿装置は、上記吸気口を介して上記吸気パイプの中に取り込まれた気体を入力し、該気体よりも湿度が低い除湿気体を出力し、
   上記第１期間とは異なる第２期間では、上記送風装置は、除湿気体を、上記吸気口を介して上記吸気領域に排気することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の植物栽培装置。
6. 上記植物体が配される栽培棚を備えており、
   上記送風装置として、第１送風装置と第２送風装置とを備えており、
   第１期間において、上記除湿装置は、第１栽培棚の上記吸気領域において上記吸気パイプの中に取り込んだ気体を除湿気体とし、上記第２送風装置は、当該除湿気体を第２栽培棚の上記吸気口を介して排気し、
   上記第１期間とは異なる第２期間において、上記除湿装置は、上記第２栽培棚の上記吸気領域において上記吸気パイプの中に取り込んだ気体を除湿気体とし、上記第１送風装置は、当該除湿気体を上記第１栽培棚の上記吸気口を介して排気することを特徴とする請求項５に記載の植物栽培装置。
7. 上記第１栽培棚の植物体に照射する光を発する第１光源と、
   上記第２栽培棚の植物体に照射する光を発する第２光源とを備えており、
   上記第１光源および上記第２光源は、少なくとも明状態と、上記明状態のときに発する光量よりも低い光量を発する状態である暗状態との間で切り替え可能であり、
   上記第１光源が暗状態である期間のうち、少なくとも一部の期間では、上記第２光源は明状態であり、
   上記第２光源が暗状態である期間のうち、少なくとも一部の期間では、上記第１光源は明状態であることを特徴とする請求項６に記載の植物栽培装置。
8. 上記第１光源が暗状態のときは、上記第２光源は明状態であり、
   上記第１光源が明状態のときは、上記第２光源は暗状態であることを特徴とする請求項７に記載の植物栽培装置。
9. 上記植物体へ培養のための液体を供給する培養液供給部をさらに備えており、
   上記培養液供給部は、上記吸気パイプおよび上記吸気口を介して、上記植物体に上記液体を供給することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の植物栽培装置。
10. 植物体を栽培する植物栽培方法であって、
    一つの上記植物体または隣接する複数の上記植物体からなる群落を包含する外接直方体の内部の領域として表される吸気領域の気体を吸気し、上記吸気領域の外部の領域に移動させ、
    第１期間において、第１栽培棚の上記吸気領域において吸気した気体を除湿し、除湿した上記気体を第２栽培棚の上記吸気領域に排気し、
    上記第１期間とは異なる第２期間において、第２栽培棚の上記吸気領域において吸気した気体を除湿し、除湿した上記気体を第１栽培棚の上記吸気領域に排気することを特徴とする植物栽培方法。

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