JP6006719B2 - 植物栽培システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、植物栽培システムおよび方法に関する。本発明は特に、これらに限定されないが、気流と温度を正確に調整できるような植物栽培システムおよび方法に適用される。

植物を、その特定種類の栽培植物に適さない気温の環境で栽培するために、植物周辺の空気を加熱または冷却する手段を提供することが知られている。たとえば、これは、加熱器を適切に配置する方法や、たとえばビニールトンネルの使用により行われるように、植物を直射日光から遮蔽する方法により実現することができる。公知の加熱装置に伴う問題は、植物周辺の気温を加熱するのに大量のエネルギーを必要とする点である。

また、柱状の栽培容器による植物の栽培も知られており、その例は米国特許第６８４０００８Ｂ１号明細書、米国特許出願公開第２００３／００８９０３７Ａ１号明細書、米国特許第５５５５６７６号明細書、米国特許出願公開第２００６／０１５６６２４号明細書に記載されている。水と養分を植物栽培用柱状構造体に供給することができる。しかしながら、植物周辺の温度と気流の制御方法は開示されていない。

本発明の第一の態様によれば、ポットを次々に積み上げ、植物を格納する筐体を画定する柱状構造体であって、各ポットが植物を保持する空洞を画定するような柱状構造体と、柱状構造体のポット間を分離する分離手段であって、ポットのうちの少なくとも２つの各々の最上部の周囲に、植物が空洞から上に突き出るための、囲まれた上部空間を画定する分離手段と、空気が空洞の中に流れる必要がないように、柱状構造体を通る空気の連続的な流路を提供する通路であって、流路がその少なくとも２つのポットの上方の上部空間を含み、それによって空気が囲まれた上部空間内の植物の葉および／または茎の周囲に流れることができるような通路と、を含む植物栽培装置が提供される。

このような装置は、空気、特に加熱または冷却された空気を柱状構造体の中に導入し、実質的に妨害されることなく植物の周囲に流れるようにして植物の育成を支援することができる一方で、筐体によって、加熱または冷却空気が柱状構造体内を流れる間のその外部環境中への損失が制限されるため、有利となりうる。このように、植物のための環境を、エネルギー効率の高い方法で制御できる。さらに、葉、茎または、茎、根、球根または葉の植え付けられた繁殖用プラグ、培地の表面および／または装置の表面の周囲に空気が流れることは、カビ、藻類および細菌の繁殖の抑制に役立つ可能性があると考えられている。

空洞は、植物がその中で育成する培地、たとえば土壌／コンポスト、ロックウールまたはバイオ炭を保持するように構成されていてもよい。

柱状構造体は、空気を受けるための吸気口を有していてもよく、柱状構造体から空気を排出するための排気口を有していてもよい。吸気口と排気口によって、空気を冷却／加熱するための熱交換器に柱状構造体を接続できる。排気口は吸気口より高い位置に配置してもよく、特に、吸気口を使用時における柱状構造体の下側部分、たとえば一番下のポットより下に配置してもよく、排気口を使用時における柱状構造体の上側部分、たとえば一番上のポットより上に配置してもよい。このような構成は加熱空気に適しており、温かい空気が柱状構造体の最上部へと上っていく。冷却空気を柱状構造体に導入する場合は、吸気口と排気口の位置を逆にしてもよい。

１つの実施形態において、各ポットの内部には、柱状構造体を通る通路を形成するダクトがある。ダクトは、ポットの底から予定されている培地の最上部より上の位置まで延びていてもよい。たとえば、ポットの表面に予定されている培地の高さを示す印が付けられていてもよく、ダクトはその高さまで、またはそれより上まで延びていてもよい。あるいは、ダクトは空洞の縁と同じ高さまで延びていてもよい。このようにして、空洞の最上部まで培地を充填しても、ダクトは塞がれない。したがって、栽培植物のために、新鮮で、通気された環境が、囲まれ、制御された、ごく近傍領域内に提供される。このような、通気され、しかも制御された環境が、培地の表面および／または本体および筐体の内面（たとえば、分離手段が設けられる実施形態では、分離手段の表面）のために提供されることは、特に有利である。

ダクトは空洞により取り囲まれていてもよく、たとえばポット内の中央に配置され、内壁によってダクトが空洞から分離される。ポットは断面が円形で、半径方向に内側の壁によってダクトが空洞から分離されていてもよい。あるいは、ダクトは、たとえばポットの縁において、ポットの側面の溝により画定されてもよい。

好ましくは、分離手段は透明または半透明である。分離手段により、ポット間に植物が成長するための空間ができ、またそれによって日光が柱状構造体の中に入ることが可能となりうる。分離手段は、ポットの１つと一体であっても、ポットとは別であってもよい。

１つの実施形態において、分離手段の少なくとも１つ、または各分離手段は穴を有し、そこから植物が柱状構造物の外へと成長することができる。このような穴は、植物が柱状構造体から成長できるのに十分に大きいが、柱状構造体からの過剰なエネルギー損失を制限するのに十分に小さくするべきである。穴は、分離手段の底に、その下のポットに隣接して位置付けられる側方開放穴であってもよい。穴の開いた分離手段の下のポットは、湾曲した縁を有していてもよい。このようにして、穴から外へと成長した植物は、その植物の重量によって植物がポットの縁に当たって垂れ下がることにより損傷を受けたり、切れたりすることがない。さらに、湾曲した縁は、植物が適当な方向へと延びるのを助けるかもしれない。土壌またはその他の培地の加熱／冷却は、植物の生育に作用する非常に影響力の大きい要素であると考えられており、枝葉を加熱する場合の影響力はそれより小さい。したがって、枝葉が筐体の外に垂れ下がり、筐体の外の、より低温／高温の空気の中に曝されることは容認できる。実際には、枝葉が筐体の外へと成長し、それ（枝葉）によって穴が効果的に閉じられ、または塞がれることによって、水分の損失や筐体の中と外の間の熱伝達（損失または利得）がさらに制限されることが奨励されるかもしれない。これによって、水分や熱の損失／利得が促進されず、植物が成長する間、および成長サイクル全体（植物が発芽から成長を通じて成長を終えるまで）にわたり、「密閉された」状態に保持され、植物を植え替えずに済む、制御された効率的な栽培システムが提供される。栽培植物の種類に適した大きさの穴を設けることにより、エネルギー損失が最小限に抑えられる。穴は、植物の芽または茎がそれに適合し、その一方で、植物の枝葉が成長して筐体の外へと出ることができるような大きさであってもよい。穴は分離手段より小さくてもよい。たとえば、穴は面積が０．５ｃｍ^２〜３６ｃｍ^２であってもよく、略半円形、正方形または円形、あるいはアーチ型またはその他の適当な形状であってもよい。他の用途（たとえば、より大型の作物またはつる性植物の用途）の場合は、ずっと大きいか、小さくてもよい。

ポットを含む柱状構造体は、ポットのうちの１つの植物および／または培地から蒸発した水分が、それより上のポットのうちの１つの表面に凝縮されるように構成されてもよい。ポットの下面は、そこに凝縮された水分が柱状構造体内の通路から排出されるような形状であってもよい。たとえば、各ポットの中に中央ダクトを有する実施形態では、下面はポットの中心から半径方向に外側に、たとえば曲線状に、下方に傾斜していてもよい。このようにして、筐体内の水分は、蒸発によって外部環境へと失われずに、ポットへと回収される。さらに、このようなポットの下面の形状により、水分がポット内の通路／ダクトを通じて柱状構造体の底へと失われるのが制限される。

柱状構造体は、ポットを柱状構造体の中心軸の周囲で回転できるように構成されてもよい。このようにして、ポットを回転させることにより、希望に応じて容易に植物に接近し、また、植物に光を均等に分散させることができる。たとえば、筐体の中で光の強度が均一でない場合、ポットを回転させて、それまで光量の少ない条件下にあった植物を、今度は光量の多い条件下に置くことができる。ポットの回転は、自動的に行われるようにしてもよい。

いくつかの実施形態において、従来の意味で培地（土壌等）が空洞内に入れられなくてもよい。

このような実施形態と、培地が入れられる他の実施形態では、植物を別の培地、たとえば、ピートプラグ（またはそれ以外の周知の適当な同等物）等の繁殖用プラグに入った状態で空洞に入れてもよい。このような実施形態において、栽培植物は、その基部（たとえば、その球根、根または茎）を別の培地、たとえばピートプラグに植え付けてもよい。

ピートプラグは、使用時において、空洞内の培地（土壌等）の表面上に設置するか、または空洞内の培地（土壌等）の中に差し込み、植え付け、または埋め込むことができる。

ピートプラグ（またはその他の別の培地）は上部空間と連通するため、上部空間の通気によって、ピートプラグとその周辺環境も通気される。その結果、ピートプラグと栽培植物の周囲のカビ、藻類および細菌の繁殖が抑制され、植物の生育が促進される。

いくつかの実施形態において、植物は穴１３４から外へと成長する。たとえば、植物の茎と葉は成長して、穴１３４から空洞の外に出てもよく、その一方で、ピートプラグは囲まれた上部空間および／または空洞内に根を張る。枝葉と葉は実際には筐体の外で成長するかもしれないが、プラグが、通気され、水分のある、制御された筐体の中にあることは、栽培植物にとって有利である。さらに、プラグは、穴を閉鎖することから、すでに比較的少なくなっている筐体からの水分／熱の損失／利得がさらに低減されるため、有益となりうる。空気が茎の周囲に流れる、と言う場合、前記茎が別の培地（増殖用プラグ等）の中にあれば、空気が別の培地（たとえば、プラグ）の周囲に流れる場合も、上述のように、同様の利益が得られるため、本発明の範囲において、空気が茎の含まれるピートプラグの周囲に流れることも指すものとする。

本発明の第二の態様によれば、ポットと分離手段であって、各ポットが植物を保持し、また随意選択によりその中で植物が成長する培地、たとえば土壌、ロックウールまたはバイオ炭を保持するための空洞を有するようなポットと分離手段と、その中に配置されたダクトであって、空気が空洞を通って流れることなく、ダクトを通って流れることができるようになっているダクトと、を含むモジュールが提供され、複数のこのようなモジュールを一体に積み重ねて柱状構造体を形成することができ、分離手段は、柱状構造体のポット間を分離し、ポットのうちの少なくとも２つの各々の最上部の周囲に、植物が空洞から突き出るための囲まれた上部空間を画定し、ポット内のダクトは柱状構造体を通る連続的な流路を形成し、この流路は少なくとも２つのポットの上方の上部空間を含み、それによって空気が囲まれた上部空間内の植物の葉および／または茎の周囲に流れることができる。

本発明の第三の態様によれば、本発明の第一の態様による装置へと組み立てるための部品キットが提供される。

本発明の第四の態様によれば、植物の栽培方法が提供され、これは、植物をポットに植えるステップであって、各ポットが植物を保持するための空洞を画定するようなステップと、ポットを次々に積み重ねて柱状構造体とするステップであって、分離手段が、柱状構造体内のポット間を分離し、またポットのうちの少なくとも２つの各々の最上部の周囲に、植物が空洞から突き出るための囲まれた上部空間を画定し、柱状構造体が、吸気口と排気口を含み、吸気口に導入された空気が、柱状構造体を通る連続的な流路を提供する通路を通って排気口へと流れ、空気が空洞の中に流れる必要がないように構成され、流路が少なくとも２つのポットの上方の上部空間を含んで、空気が囲まれた上部空間内の植物の葉および／または茎の周囲に流れるようになっているようなステップと、空気を吸気口へと導入するステップと、を含む。

当然のことながら、「植物を植える」という用語は、種、球根その他を植えることを含む。

１つの実施形態において、吸気口に導入される空気は、加熱または冷却空気である。上記の方法は、ポットの中に、その中で植物が成長する培地を供給するステップを含んでいてもよく、空気のための連続的経路は、空気が吸気口から培地を通過せずに排気口へと流れることができるように構成されていてもよい。

本発明の第五の態様によれば、植物の栽培システムが提供され、これは、本発明の第一の態様による装置と、空気を筐体の中に供給する供給導管と空気を装置から回収するための戻し導管と、空気を加熱または冷却するための熱交換器と、を含み、供給導管は、空気を熱交換器から吸気口に供給するように構成され、戻し導管は、空気を装置から熱交換器へと戻すように構成される。吸気口は排気口から垂直方向に離間されていてもよい。

このシステムは、植物の生育を促進する可能性のある空気の流れを植物の周囲に提供する。葉、茎、培地の表面および／または筐体の表面の周囲の空気の流れは、カビ、藻類および細菌の繁殖の抑制と植物の成長の補助に役立ちうる。

上記のシステムは、加熱または冷却手段によって筐体内の大量の空気を加熱することと比べて、効率的に植物を加熱または冷却する方法を提供できる。特に、その装置では、ポットの上方に上部空間が設けられてもよく、これは栽培植物の大きさと同程度である。１つの実施形態において、筐体の幅は１ｍまたはそれ以下、好ましくは４００ｍｍまたはそれ以下、最も好ましくは約１５０ｍｍであってもよい。各ポットの上方の上部空間は１ｍ未満、好ましくは５００ｍｍ未満、最も好ましくは２００ｍｍ未満であってもよい。このような小さな空間内の空気を加熱することは、大きな温室内の植物を加熱する場合よりはるかに効率的である。

上記のシステムは、複数の装置を含んでいてもよく、熱交換器から装置までの供給導管の長さと装置から熱交換器までの戻し導管の長さの和は、どの装置についても実質的に同じである。このようにして、供給導管の始点と戻し導管の終点の間の温度差は略同じとなり、これによって各々の筐体内の気流が確実に均一となる。

このシステムは、養分および／または水分の供給源と、養分および／または水分を筐体の中に循環させるための供給手段をさらに含んでいてもよい。循環手段は、水および／または養分を養水分供給源から装置へと供給するための養水分供給導管と、水および／または養分を装置から回収し、その水および／または養分を供給源へと戻すための戻し導管を含んでいてもよい。供給および／または戻し導管は、その水および／または養分を、それが装置に供給される時、またはそれが供給源に戻される前にろ過するためのフィルタを含んでいてもよい。このようにして、未使用の水および／または養分をすべて再循環させて、後に使用することができる。

当然のことながら、「加熱空気」または「冷却空気」という用語は、本明細書においてはそれぞれ、筐体の外部環境中の空気の温度に関して加熱または冷却された空気を意味するために使用される。

次に、本発明の実施形態を、単に例として、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の１つの実施形態による装置の斜視図である。 図２は、装置の斜視図であり、図１において隠れていた部分を影線で示す。 図３は、図１と２に示される装置の断面図である。 図４は、図１〜３の装置で使用される植物用ポットの斜視図である。 図５は、図４に示される植物用ポットの断面図である。 図６は、図４と５に示される植物用ポットの平面図である。 図７は、図１〜３の装置で使用される分離手段の斜視図である。 図８は、図７に示される分離手段の側面図である。 図９は、図７と８に示される分離手段の、図８のそれとは別の角度から見た側面図である。 図１０は、図１〜３に示される装置の分解斜視図であり、装置を形成するために組み立てられる部品のキットを示す。 図１１は、本発明の１つの実施形態によるシステムの空気循環装置の概略図である。 図１２は、システムの水および養分循環装置の概略図である。

図１〜３を参照すると、植物栽培装置は、植物用ポット１０２を次々に積み重ね、植物を格納するための筐体を画定する柱状構造体１００を含む。この実施形態において、各植物用ポット１０２は同一である。しかしながら、当然のことながら、他の実施形態では同一でないポットを使用してもよい。各ポット１０２は、その中で植物が成長する培地、たとえば土壌、ロックウール、コンポストまたはバイオ炭等を保持するための空洞１０４（図４〜６に示される）を画定する。

柱状構造体１００は、柱状構造体１００を通る空気の連続的な流路を提供する通路（矢印１０６により示される）を有する。この流路は、ポット１０２の最上部周囲の空間１０８を含み、植物は培地からその中へと突き出る。空気は、この通路に沿って流れるのに、空洞１０４の中の培地の中を流れる必要がない。この実施形態では、空気は空洞の中を流れずに、通路の中を流れることができる。

柱状構造体１００は、この実施形態では加熱空気を受けるための吸気口１１０と、柱状構造体１００から空気を排出するための排気口１１２を有する。排気口１１２は吸気口１１０より上に配置され、この実施形態においては、吸気口１１０は一番下のポット１０２ａより下に配置され、排気口１１２は一番上のポット１０２ｂより上に配置される。このようにして、吸気口１１０から導入された加熱空気は、通路１０６を通って、途中の植物を加熱しながら、柱状構造体１００の最上部へと上昇することができ、そこで排気口１１２から排出される。

柱状構造体１００は、水と養分を柱状構造体１００の中に導入するための、養水分供給源に接続された養水分取り込み口１１６、この場合はスプレーヘッドをさらに含む。水と養分はポット１０２の中に浸透し、植物に栄養を供給する。柱状構造体１００の底に到達したあらゆる余分な水および／または養分は、排水管１１８を通じて柱状構造体１００から排出される。

次に、図４〜６を参照すると、各植物用ポット１０２はその中にダクト１１４を有し、柱状構造体１００を通る通路１０６を形成する。ダクト１１４は空洞１０４によって取り囲まれ、テーパのついた内壁１２４がダクト１１４を空洞１０４から分離する。この実施形態において、ダクト１１４は中央に配置され、ポット１０２の底１２０から、空洞１０４の下方に湾曲する縁１２２と同じ高さまで延びる。ポットの高さは約１００ｍｍであり、その直径は約１５０ｍｍであり、縁の幅は２０ｍｍ〜２５ｍｍの間である。ダクトの直径は底部で約４０ｍｍ、最上部で約２０ｍｍである。ダクト１１４のテーパのついた形状により、ダクト１１４に入った水と養分は、その下のポット１０２のダクト１１４の開口部から離れた位置へと流れやすい。このようにして、ダクト１１４は、水と養分がダクト１１４を通って、まっすぐに柱状構造体の底へと流れるのを防止するのに役立つ。

空洞１０４の底には穴１２６があり、水と養分が柱状構造体１００を通って浸透しやすい。

次に、図１〜３および図７〜９を参照すると、柱状構造体１００は、柱状構造体１００のポット１０２を分離するための透明または半透明の分離手段１３０をさらに含んでいてもよい。この実施形態では、分離手段１３０は２個ずつのポット１０２間に設置される。ポット間の分離手段１３０は同一である（このタイプの分離手段は図７〜９に示されている）。しかしながら、分離手段１３０ａと１３０ｂは他の分離手段１３０と異なる。分離手段１３０ａは、吸気管１１１と排水管１１８を受けるための適当な開口部を有する。分離手段１３０ｂは、分離手段１３０ｂの最上部を閉じ、排気管１１３を保持するためのカバー１３２を有する。

分離手段１３０は、ポット１０２間に、植物が成長し、日光が柱状構造体１００に入るようにするための上部空間を提供する。この実施形態において、各分離手段の高さは約２００ｍｍであり、直径は約１５０ｍｍである。植物が成長するための上部空間の高さはしたがって、約１５０ｍｍである。この大きさの上部空間を有する柱状構造体１００は、葉菜、レタス、トマト、いちご、エンドウマメ、豆、ハーブ、唐辛子、ピーマン等の植物の栽培に適しているかもしれない。必要な上部空間の大きさは、栽培植物の大きさと形状、たとえば枝葉の大きさ、果実の大きさ、つるまたは茂り方等によって異なっていてもよい。理想的には、枝葉が制約を受けずに成長できるのに十分な空間が設けられる。その反面、理想的には、空間は不必要に大きくあるべきでなく、これは、不必要に大きいと、所望の温度を維持するのに（たとえば、熱損失または熱利得を防止するために）より多くのエネルギーが必要となるからである。高さ２００ｍｍの分離手段が幅広い種類の植物に適していることがわかっている。用途に応じて、より小さい、または大きい分離手段を設置してもよく、たとえば、より大きな植物、苗木、非常に大型の作物の種の場合、分離手段の高さは約１ｍであってもよい。システムの位置と利用可能な日光もまた、上部空間の大きさに影響を与える。利用可能な光が少ないほど、大きな上部空間が必要となるかもしれない。他の実施形態において、分離手段は約２５０ｍｍまたは他の適当な高さであってもよい。

この実施形態において、各分離手段１３０は、透明または半透明材料の中空の円筒であり、組み立てて柱状構造体１００とした時に、ポット１０２の縁１２２の下面と係合する連続的な上側縁辺を有する。分離手段の底部は穴を有する。この実施形態において、穴は、円周方向に離間された側面開放型の穴１３４である。それゆえ、分離手段を組み立てて柱状構造体とすると、ポット１０２と分離手段１３０の間に一連のギャップができ、そこから植物が柱状構造体１００の外へと成長することができる。この実施形態において、６つのアーチ型の穴１３４が設けられており、穴１３４の各々の頂点までの高さは約３０ｍｍ、幅は約３０ｍｍである。したがって、上部空間を取り囲む領域の、分離手段１３０により閉じられる（すなわち、穴１３４から外部環境に開放していない）部分の割合は９０％より大きくてもよく、この実施形態では、９３％より大きくてもよい。いくつかの実施形態においては、９５％より大きくてもよい。このようにして、加熱空気が外部環境に漏れることによるエネルギー損失は十分に低く保たれる。

ポット１０２の湾曲した縁１２２は、植物の、穴１３４から突き出た部分が損傷を受けるのを防止するのに役立つ。

各ポット１０２は、組み立てて柱状構造体１００とされると、その中心の周囲で回転させることができ、使用者は希望通りに植物に接近できる。

各ポット１０２は、組み立てて柱状構造体１００とされると、その中心の周囲で回転させることができ、使用者は希望通りに植物に接近できる。

図１０は、柱状構造体１００へと組み立てられる、異なる部品を示す（破線は、ポットと分離手段の全部が示されているわけではないことを示している）。当然のことながら、これらの部品は、現場で組み立てるための部品キットとして提供することができる。さらに、当然のことながら、ポットと分離手段のペア１４０をキットの残りの部分とは別のモジュールとして供給して、既存の柱状構造体１００に追加され、または既存の柱状構造体のモジュールと交換されるようにしてもよい。

図１１と１２に関して、図１〜１０の装置を、加熱空気、水および養分を植物に供給するための図１１と１２に示されるようなシステムの中に組み込むことができる。このシステムは、一般に何列かに配置される、植物を収容した複数の筐体２０２と、２つの再循環装置と、を含み、一方の装置２００は、植物を必要な温度に維持するために空気を筐体２０２の中に循環させるもので、他の装置２０４は、水と養分を筐体２０２の中に循環させるものである。各筐体２０２は、図１〜１０に示されるような装置を含む。

空気を再循環させる装置２００は、その中を通過する空気を加熱する熱交換器２０６と、加熱空気を熱交換器２０６から装置２０２の底にある吸気口に供給するための供給導管２０８（実線で示される）と、空気を筐体の上部の排気口から熱交換器２０６へと回収するための戻し導管２１０（破線で示される）を含む。この実施形態において、供給導管２０８は、装置２０２の各列のための別々の線２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃに分かれ、戻し導管は、装置２０２の各列からの空気を受けるための別々の線２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを有する。使用時に、装置２０２の中の植物は、熱交換器２０６で空気を加熱し、その後、この加熱空気を筐体内に通すことによって、必要な温度に維持される。暖かい、または熱い空気は、対流によって装置の最上部まで上昇し、装置が上昇する空気をその中の植物へと導く通路となる。装置２０２を通過した空気は、戻し線２１０によって熱交換機２０６へと回収されて、再加熱され、再利用される。

熱交換器２０６による空気の加熱は、植物を一定の温度に保つようにサーモスタット制御されてもよい。システム内の空気の流れは、熱交換器２０６の両側の温度差によって起こされてもよい。あるいは、加熱空気を循環させるためにポンプまたはファンが設置されてもよい。

装置２０２の柱状構造体１００を導管２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの配管に取り付けることによって、柱状構造体１００が安定化する。

水と養分を再循環させるための装置２０４は、たとえばタンクのような養水分供給源２１６と、供給源２１６から水と養分を装置２０２の最上部の給水口へと供給するための供給導管２１８（実線で示す）と、水と養分を装置２０２の底の排水管から回収するための戻し導管２２０（破線で示す）を含む。回収された水と養分は、養水分タンク２１６に戻される前にろ過されてもよい。この実施形態において、供給導管２１８は、装置２０２の各列のための別々のライン２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃに分かれ、戻し導管は、装置２０２の各列から水と養分を受けるための別々の線２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを有する。

この実施形態において、空気再循環装置２００と養水分再循環装置２０４の何れについても、熱交換器２０６／養水分タンク２１６から装置２０２までの供給導管２０８、２１８の長さと装置２０２から熱交換器２０６／養水分タンク２１６までの戻し導管２１０、２２０の長さの和は、どの装置２０２についても実質的に同じである。たとえば、熱交換器２０６／タンク２１６からの供給導管２０８、２１８が短い装置２０２の場合、熱交換器２０６またはタンク２１６までの戻し導管２１０、２２０は長くなる。

上述の実施形態によるシステムは、加熱空気を各柱状構造物１００に導入して、植物の周囲で実質的に妨害を受けずに流れ、植物の生育を支援でき、その一方で、装置が、加熱空気が柱状構造体の中を流れる際の外部環境への損失を制限するため、有利となりうる。さらに、柱状構造体１００によって画定される囲まれた空間の容量が小さいことから、加熱する必要のある空気の量が少なくなる。このようにして、植物のための環境をエネルギー効率の高い方法で制御できる。さらに、葉、茎、培地の表面および／または、植物の茎、根、球根または芽を取り囲む繁殖用プラグ（ピートまたは同様の培地）の表面、および／または装置の表面の周囲で空気が流れることは、カビ、藻類および細菌の繁殖を抑制するのに役立つ可能性があると考えられている。

当然のことながら、上記の実施形態には、本出願で定義される発明から逸脱することなく、改変や改造を加えることができる。たとえば、ポットの中のダクトは、ポットの別の領域に設置してもよく、たとえばポットの側面の開放経路としてもよい。各分離手段の高さは、栽培植物によって異なっていてもよい。適当な大きさの分離手段を使用することによって、植物栽培のための空間が効率的に利用される。

各ポット１０２の下面は、その表面の水分が柱状構造体１００の通路１０６から離れた位置に流れるような形状であってもよい。たとえば、各ポットの下面は、ポット１０２の中心から半径方向に外側に向かって下方に傾斜していてもよい。このようにして、ポット１０２の底に凝縮された水分とポット１０２の穴１２６から浸透した水分が柱状構造体１００の中心から排出され、通路１０６を通ってまっすぐに柱状構造体１００の底へと流れる水分の量が制限される。

各ポットの中の植物には、上のポットから水と養分を浸透させることによって供給するのではなく、水と養分を直接噴霧してもよい。たとえば、ポットごとの噴霧器を、ポットの中の空気ダクトを通る養水分用チューブに接続してもよい。

複数の装置を含むシステムにおいて、異なる装置２０２に運ばれる空気の温度を別々に制御できる。このようにして、異なる温度要求を有する異なる種類の植物をこのシステムの中で栽培することができる。さらに、水と養分を別のタンクから供給してもよい。システムは、水を、養分を含めずに装置２０２に供給し、養分と混合させて養液を提供できるように構成されてもよい。システムは、異なる装置に異なる養液を供給するように構成されてもよく、これによって、異なる養液を必要とする異なる種類の作物を１つのシステムの中で栽培することができる。

上部空間を大きくするために、各植物用ポット間に１つ以上の分離手段を用いてもよい。これを実現するために、植物用ポットではない取付要素を設けて、連続的に積み重ねられた分離手段を接合して一体にしてもよい。

１つまたは複数のポットは、ポットの空洞の一部、いわゆる耳が分離手段の周辺より外側に出るような形状であってもよい。これは、分離手段に穴を設けることに代わる方法であってもよい。このような構成では、植物は耳から外へと成長できる。ポットは、ポット周辺に円周方向に離間された複数の耳を有していてもよい。

本発明は、植物がその成長に十分な空間を確保できるが、大きすぎず、それゆえエネルギーの浪費を防止するのに適した大きさの筐体を提供する。筐体は、環境から実質的に絶縁されるため、意図されていない熱損失または熱利得および水分損失が最小限にされる。空気の流路が提供され、この流路は、通常は培地が入っているポットの空洞の中を通る必要がない。このようにして、本発明により、筐体の内面と培地の上面の周囲に確実に空気が流れ、その一方で、温度と水分が制御された環境が効率的に維持される。通常、この気流は培地表面を外部環境に露出させることによって実現され、その場合、環境中に大量の熱と水分が放出される。あるいは、これは通常、大型の温室型の装置で実現されるかもしれず、その場合、適当な空気の流路を実現するように環境を制御するために多くのエネルギーが費やされる。これに対して、本発明は、効率的で制御された環境と空気流路の両方を提供する。制御され、通気される筐体は、必要最小限の大きさである。必要に応じて、栽培植物が筐体の外部で成長でき、それと同時に、重要な点として、植物の繁殖用プラグまたは根や茎が制御された環境内に保持されるようにするためのメカニズムが提供される。

本発明は、培地のうち、植物の根がその中に植え込まれ、そこから植物の茎、葉および枝葉が伸びる部分のための通気および制御された環境を提供する。この部分には通気が必要であるが、先行技術においては、これを実現するには、培地の表面のうち、そこから植物の枝葉が成長する部分を外部環境へと露出させるしかない。その結果、培地のこの部分と制御されていない外部環境との間で過剰な熱および水分伝達が起こる。本発明では、培地のこの部分は筐体内にあるため、同様に外部環境に露出されることはない。

上述の実施形態において、横方向の穴を有するこのような垂直栽培システムにより、従来は水平に栽培されていた植物を、空間効率の高い垂直方向に栽培することが可能となる。これは、横方向に延びるポットが中央領域から延びるように設置され、ポットの中に、そこから植物が成長する露出された土壌（またはその他の培地）が入っている他のシステムより有利である。スペースを節約でき、培地からの（過剰な）熱または温度伝達を防止できる。

いくつかの実施形態において、円筒形の分離手段１３０は２つの（中空の半円筒形）部品から形成される。これらの部品は柔軟なプラスチック材料で作られてもよく、くさび係合によって相互に連結されて、適当な分離手段を形成してもよい（すなわち、筐体を形成できる）。

いくつかの実施形態において、使用時に、栽培植物は芽または球根の形態であるか、またはピートプラグの中に植え込まれている。芽、根、球根またはプラグを、空洞の中（たとえば、培地（土壌等）の表面上）に設置し、その後、分離手段を、分離手段の穴の位置が芽、根、球根またはプラグと合い、植物が穴から空洞の外へと成長するのを促進するように、ポットに接続する。

穴のいくつかの実施形態の随意選択によるその他の特徴は、穴密閉材が設けられることである。穴密閉材は、筐体と外部環境との間の熱と水分の伝達を最小限にするための穴用閉鎖手段を含む。穴密閉材はゴムまたは紙製部材の形態であってもよく、穴に配置または固定されて穴を閉じ、その一方で、たとえばゴムまたは紙材料のスリットによって柔軟に植物の芽を通過させる。

このようにして、芽は当初、穴密閉材を通過するように位置付けられ、成長するにつれて、穴の中でその位置を変えることができ、その一方で、穴のそれ外の部分は有効に閉じている。

Claims (24)

1. 植物栽培装置において、
   ポットを次々に積み上げ、植物を格納する筐体を画定する柱状構造体であって、各ポットが植物を保持する空洞を画定するような柱状構造体と、前記柱状構造体のポット間を分離する分離手段であって、前記ポットのうちの少なくとも２つの各々の最上部の周囲に、植物が前記空洞から上に突き出るための、囲まれた上部空間を画定する分離手段と、空気が前記空洞の中に流れる必要がないように、前記柱状構造体を通る空気の連続的な流路を提供する通路であって、前記流路が前記少なくとも２つのポットの上方の前記上部空間を含むような通路と、を含むことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記空洞が、その中で前記植物が成長する培地を保持するように構成されていることを特徴とする装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   前記柱状構造体が、空気を導入するための吸気口と前記柱状構造体から空気を排出するための排気口を有することを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、
   前記受けられる空気が加熱または冷却空気であることを特徴とする装置。
5. 請求項３または４に記載の装置において、
   使用時において、前記排気口が前記吸気口より上に配置されることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置において、
   前記吸気口が使用時において一番下のポットより下に配置され、前記排気口が使用時において一番上のポットより上に配置されることを特徴とする装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置において、
   各ポットがその中にダクトを有し、前記柱状構造体を通る前記通路を形成することを特徴とする装置。
8. 請求項２に従属する請求項７に記載の装置において、
   前記ダクトが、前記ポットの底から予定されている前記培地の最上部より上の位置まで延びることを特徴とする装置。
9. 請求項７または８に記載の装置において、
   前記ダクトが少なくとも前記空洞の縁の高さまで延びることを特徴とする装置。
10. 請求項７乃至９の何れか１項に記載の装置において、
    前記ダクトが前記空洞によって取り囲まれ、内壁によって前記ダクトが前記空洞から分離されることを特徴とする装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の装置において、
    前記分離手段が前記ポットとは別であることを特徴とする装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の装置において、
    前記分離手段が透明または半透明であることを特徴とする装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の装置において、
    少なくとも１つまたは各分離手段がその底部に穴を有し、そこから植物が成長して前記柱状構造体から外に出ることができ、
    前記穴が、各上下のポットに前記分離手段が接する面の間の分離手段の外側表面積の１０％未満であることを特徴とする装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、
    穴を含む少なくとも１つの前記分離手段のすぐ下の前記ポットが湾曲した縁を有することを特徴とする装置。
15. 請求項１乃至１４の何れか１項に記載の装置において、
    前記ポットの柱状構造体が、前記ポットの１つの中から蒸発する水分がその上の前記ポットの１つの表面に凝縮されるように構成され、前記ポットの底の下面が、その表面に凝縮された水分が前記柱状構造体内の前記通路から離れた位置に流れるような形状であることを特徴とする装置。
16. 請求項６に従属する請求項１５に記載の装置において、
    各ポットがその中に中央ダクトを有し、前記ポットの底の下面が、前記ポットの中心から半径方向に外側に向かって下方に傾斜していることを特徴とする装置。
17. ポットと分離手段を含むモジュールにおいて、
    各ポットが植物を保持するための空洞と、その中のダクトであって、空気が前記空洞の中を流れることなく、前記ダクトを通って流れることができるように構成されたダクトを有し、
    複数のこのようなモジュールを一体に積み重ねて柱状構造体を形成することができ、前記分離手段が、前記柱状構造体の前記ポット間を分離し、前記ポットのうちの少なくとも２つの各々の最上部の周囲に、植物が前記空洞から突き出るための囲まれた上部空間を画定し、前記ポット内の前記ダクトが、前記柱状構造体を通る連続的な流路を形成し、前記流路が、前記少なくとも２つのポットの上方の前記上部空間を含むことを特徴とする装置。
18. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の装置へと組み立てられる部品のキット。
19. 植物の栽培方法において、
    植物を、それぞれ当該植物を保持するための空洞を画定するポットに植えるステップと、
    前記ポットを次々に積み重ねて柱状構造体とするステップであって、分離手段が、前記柱状構造体のポット間を分離し、前記ポットのうちの少なくとも２つの各々の最上部の周囲に、植物が前記空洞から突き出るための囲まれた上部空間を画定し、前記柱状構造体が、吸気口と排気口を含み、前記吸気口に導入された空気が、前記柱状構造体を通る連続的な流路を提供する通路を通って前記排気口へと流れ、前記空気が前記空洞の中に流れる必要がないように構成され、前記流路が前記少なくとも２つのポットの上方の前記上部空間を含むようなステップと、
    空気を前記吸気口へと導入するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
20. 植物に加熱または冷却空気を供給するシステムにおいて、
    請求項３に記載の、または請求項３に従属する請求項４乃至１６の何れか１項に記載の装置を含み、
    空気を前記吸気口に供給するための供給導管と空気を前記装置から回収するための戻し導管と、前記空気を加熱または冷却するための熱交換器と、を含み、前記供給導管が、空気を前記熱交換器から前記吸気口に供給するように構成され、前記戻し導管が、空気を前記装置から前記熱交換器へと戻すように構成されていることを特徴とするシステム。
21. 請求項２０に記載のシステムにおいて、
    前記システムが複数の前記装置を含み、前記熱交換器から前記装置までの前記供給導管の長さと前記装置から前記熱交換器までの前記戻し導管の長さの和が、どの装置についても実質的に同じであることを特徴とするシステム。
22. 請求項２０または２１に記載のシステムにおいて、
    養水分供給源と、前記装置内に養分および／または水を循環させるための手段と、をさらに含むことを特徴とするシステム。
23. 請求項２２に記載のシステムにおいて、
    前記循環手段が、前記養水分供給源から前記装置に水および／または養分を供給するための養水分供給導管と、前記装置から水分および／または養分を回収し、前記水および／または養分を前記供給源に戻すための戻し導管を含むことを特徴とするシステム。
24. 請求項２３に記載のシステムにおいて、
    前記戻し導管が、前記水および／または養分を、それが前記供給源に戻される前にろ過するためのフィルタを含むことを特徴とするシステム。

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