JP6266423B2 - 植物栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物栽培装置に関する。

従来、植物栽培装置としては、特開２００９−５６３４号（特許文献１）に記載されているものがある。この植物栽培装置は、閉鎖型構造物と、この閉鎖型構造物内に設けられた育成棚と、閉鎖型構造物内の温度や湿度等の閉鎖環境を制御する空調装置と、植物を栽培するための養液を貯留する養液タンクとを備えている。育成棚には、養液タンクから養液が供給され、この養液によって育成棚において植物を育成するようになっている。

しかしながら、上記従来の植物栽培装置では、植物の重量を計測するとき、植物を収穫し、閉鎖型構造物の外に取り出して、その重量を計測しなければならなかった。このため、植物の重量を計測するのに、非常に手間がかかると共に、何度も計測できないという問題がある。また、植物を取り出すために閉鎖型構造物を開閉するから、閉鎖型構造物内の閉鎖環境を維持できず、異物が混入したり、閉鎖型構造物内の植物に大きなストレスを与えるという問題がある。

特開２００９−５６３４号

そこで、本発明の課題は、植物の重量を簡単に何度でも計測できると共に、閉鎖環境を維持できる植物栽培装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の植物栽培装置は、
密閉容器と、
上記密閉容器内に配置されると共に、植物を栽培するための養液を貯留する貯留部と、
上記密閉容器内に配置されると共に、上記貯留部から上記養液が供給されて、植物を栽培する栽培部と、
上記貯留部および上記栽培部の重量を検知する重量検知装置と
を備え、
上記重量検知装置は、
上記貯留部の重量と上記栽培部の重量とを合わせた重量を検知する第１重量検知部と、
上記栽培部の重量を検知する第２重量検知部と
を有することを特徴としている。

上記構成の植物栽培装置は、上記重量検知装置によって上記貯留部の重量および上記栽培部の重量を検知する。このため、貯留部の重量および栽培部の重量に基づいて、植物の生体重量変化量、植物が吸収した養液の量、および植物の蒸散量などの植物の重量を算出できる。したがって、植物の重量を計測するとき、植物を収穫し、密閉容器の外に取り出して、その重量を計測する必要がないから、植物の重量を簡単に何度でも計測できる。

また、植物を取り出すために密閉容器を開閉しないから、密閉容器内の閉鎖環境を維持できて、密閉容器内への異物の混入を防止できると共に、植物に大きなストレスを与えるのを防止できる。
また、上記第１重量検知部は、上記貯留部の重量と上記栽培部の重量とを合わせた重量を検知し、上記第２重量検知部は、上記栽培部の重量を検知する。したがって、例えば、貯留部の上に栽培部を配置して省スペース化でき、上記密閉容器をコンパクト化できる。
本発明の植物栽培装置は、
密閉容器と、
上記密閉容器内に配置されると共に、植物を栽培するための養液を貯留する貯留部と、
上記密閉容器内に配置されると共に、上記貯留部から上記養液が供給されて、植物を栽培する栽培部と、
上記貯留部および上記栽培部の重量を検知する重量検知装置と
を備え、
上記重量検知装置は、
上記貯留部の重量および上記栽培部の重量をそれぞれ別個に検知する重量検知部を有することを特徴としている。
上記構成の植物栽培装置は、上記重量検知装置によって上記貯留部の重量および上記栽培部の重量を検知する。このため、貯留部の重量および栽培部の重量に基づいて、植物の生体重量変化量、植物が吸収した養液の量、および植物の蒸散量などの植物の重量を算出できる。したがって、植物の重量を計測するとき、植物を収穫し、密閉容器の外に取り出して、その重量を計測する必要がないから、植物の重量を簡単に何度でも計測できる。
また、植物を取り出すために密閉容器を開閉しないから、密閉容器内の閉鎖環境を維持できて、密閉容器内への異物の混入を防止できると共に、植物に大きなストレスを与えるのを防止できる。
また、上記重量検知部で上記貯留部の重量と上記栽培部の重量とをそれぞれ別個に検知する。したがって、貯留部と栽培部とをそれぞれ独立して配置できるので、密閉容器内における貯留部および栽培部のレイアウトの自由度を向上できる。例えば、貯留部と栽培部とを平面的に並置して、密閉容器の高さを低くすることができる。

一実施形態では、
上記密閉容器内の気体を除湿する除湿部と、
上記除湿部が除湿することによって生成した水の重量を検知する除湿重量検知装置と
を備える。

上記実施形態によれば、上記除湿重量検知装置は、上記除湿部が除湿することによって生成した水の重量、すなわち除湿量を検知する。このため、除湿量に基づいて、植物の蒸散量をより正確に算出できる。

一実施形態では、
上記密閉容器内に配置されると共に、上記栽培部の植物に送風する送風装置を備える。

上記実施形態によれば、上記送風装置は、上記栽培部の植物に送風する。このため、密閉容器内で気体が循環するから、密閉容器内で気体が滞留するのを防止できて、気体中の成分を植物が効率的に利用できる。

本発明によれば、植物の重量を計測するとき、植物を収穫し、密閉容器の外に取り出して、その重量を計測する必要がないから、植物の重量を簡単に何度でも計測できると共に、密閉容器内の閉鎖環境を維持できる。

本発明の植物栽培装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 本発明の植物栽培装置の第２実施形態を示す概略構成図である。

以下、本発明を図示の実施形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の植物栽培装置の第１の実施形態についての概略構成を示している。図１に示すように、この植物栽培装置は、密閉容器１と、貯留部の一例としての貯留槽２と、栽培部の一例としての栽培槽３と、除湿部の一例としての除湿機４と、重量検知装置１１と、送風装置６とを備えている。

上記密閉容器１は、略直方体形状に形成され、透明なアクリル製のパネルから構成されている。密閉容器１内には、例えば、窒素、酸素、および二酸化炭素などを計量して、所定の分圧で封入するようにしている。また、密閉容器１内には、図示しない酸素濃度計や二酸化炭素濃度計などの各種センサが設けられている。さらに、密閉容器１の側面には、グローブ８が取り付けられている。

上記貯留槽２は、密閉容器１内に配置され、植物を栽培するための養液を内部に貯留するようになっている。貯留槽２は、配管３１，３２を介してタンク２１に接続されると共に、配管３３，３４を介してタンク２２に接続されている。タンク２１，２２には、それぞれ肥料の種類、濃度、および温度の異なる養液が貯留されている。上記配管３１にはポンプ４１が接続され、配管３３にはポンプ４３が接続されている。また、配管３２には電磁弁４２が接続され、配管３４には電磁弁４４が接続されている。

上記栽培槽３は、密閉容器１内であって、貯留槽２の上方に配置されている。栽培槽３は、内部に植物５０および上記養液を保持し、植物５０に養液を吸わせて、植物５０を水耕栽培するようになっている。栽培槽３は、配管３５，３６を介して貯留槽２に接続されている。この配管３５にはポンプ４５が接続されている。

上記重量検知装置１１は、第１重量検知部の一例としての第１電子天秤１２と第２重量検知部の一例としての第２電子天秤１３とから構成されている。第１電子天秤１２は、貯留槽２の下に配置されている。第２電子天秤１３は、栽培槽３の下に配置されると共に、貯留槽２の上に配置されている。

上記第１電子天秤１２は、上記栽培槽３の植物５０の生体重量と、貯留槽２内および栽培槽３内の養液の重量と、貯留槽２自体の重量と、栽培槽３自体の重量と、第２電子天秤１３の重量とを合計した重量を検知するようになっている。

上記第２電子天秤１３は、上記栽培槽３の植物５０の生体重量と、栽培槽３内の養液の重量と、栽培槽３自体の重量とを合計した重量を検知するようになっている。

上記除湿機４は、密閉容器１内の気体を除湿して、水を生成するようになっている。除湿機４の下には、容器１９が配置され、この容器１９の下には、除湿重量検知装置の一例としての第３電子天秤１４が配置されている。

上記容器１９は、除湿機４によって生成された水を貯めるようになっている。容器１９は、配管３７を介して貯留槽２に接続されている。この配管３７には電磁弁４６が接続されている。

上記第３電子天秤１４は、容器１９に貯まった水の重量と、容器１９自体の重量と、除湿機４の重量とを合計した重量を検知するようになっている。

上記送風装置６は、密閉容器１内に配置され、栽培槽３の植物５０に対して、送風するようになっている。

密閉容器１の上方には、照明装置７が配置されている。照明装置７は、栽培槽３の植物５０に光を照射して、植物５０の光合成を促進するようになっている。また、照明装置７は、照明装置７のオンとオフとを切り替えることによって、植物５０に光合成に必要な光が供給される明期と光合成に必要な光が供給されない暗期とを切り替えできるようになっている。

上記グローブ８は、ゴム等の伸縮可能な、かつ、非透過性の材料で構成され、作業者がグローブ８を用いて、密閉容器１内の気圧を一定に維持しつつ、密閉容器１内で作業できるようになっている。つまり、グローブ８は、密閉容器１内と外部とを遮断する。

上記構成の植物栽培装置の作動を説明する。

上記タンク２１，２２内に貯留された養液は、上記ポンプ４１，４３が駆動することによって、それぞれ配管３１，３３を介して、貯留槽２に供給される。この貯留槽２内で、養液は、所望の組成、濃度、および温度等になるように調整される。

次に、貯留槽２で調整された養液は、上記ポンプ４５が駆動することによって、配管３５を介して栽培槽３に一定量が一定時間の間供給される。これにより、養液は、栽培槽３内を流れ続けて、栽培槽３で薄膜水耕（ＮＦＴ：Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ｆｉｌｍ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が行われる。養液は、植物５０によって吸収され、残余の養液は、配管３６を介して貯留槽２内に戻される。

また、除湿機４および図示しないヒータが駆動して、密閉容器１内の気体の絶対湿度が一定になるように制御する。尤も、気体の温度と気体の相対湿度とが一定になるように制御してもよい。

次に、栽培槽３の植物５０の生体重量変化量、植物５０が吸収した養液の量である吸液量、および植物５０の蒸散量をそれぞれ算出する方法を説明する。

まず、栽培槽３内の養液を配管３６を介して全て貯留槽２に戻す。そして、照明装置７をオンからオフに切り替えて暗期にした直後の時刻Ｔ１において、第１電子天秤１２、第２電子天秤１３および第３電子天秤１４が重量を検知する。このとき、第１電子天秤１２が検知した重量をＷ１Ｔ１、第２電子天秤１３が検知した重量をＷ２Ｔ１、第３電子天秤１４が検知した重量をＷ３Ｔ１とする。

次に、上記時刻Ｔ１から予め定められた時間Ｔ０が経過した時刻Ｔ２において、第１電子天秤１２、第２電子天秤１３および第３電子天秤１４が重量を検知する。このとき、第１電子天秤１２が検知した重量をＷ１Ｔ２、第２電子天秤１３が検知した重量をＷ２Ｔ２、第３電子天秤１４が検知した重量をＷ３Ｔ２とする。

上記第２電子天秤１３が検知した重量Ｗ２Ｔ１，Ｗ２Ｔ２は、上記栽培槽３の植物５０の生体重量と栽培槽３自体の重量とを合計した重量である。ここで、栽培槽３自体の重量は一定である。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に変化した植物５０の生体重量が一定時間Ｔ０の間における植物５０の生体重量変化量（Ｗ変化）に相当するので、このＷ変化を下記（式１）で算出する。
Ｗ変化＝Ｗ２Ｔ１−Ｗ２Ｔ２……（式１）

上記第１電子天秤１２が検知した重量Ｗ１Ｔ１，Ｗ１Ｔ２は、上記栽培槽３の植物５０の生体重量と、貯留槽２内の養液の重量と、貯留槽２自体の重量と、栽培槽３自体の重量と、第２電子天秤１３の重量とを合計した重量である。ここで、第１電子天秤１２が検知した重量から上記第２電子天秤１３が検知した重量を差し引いた差分重量（Ｗ１Ｔ１−Ｗ２Ｔ１），（Ｗ１Ｔ２−Ｗ２Ｔ２）は、貯留槽２内の養液の重量と、貯留槽２自体の重量と、第２電子天秤１３の重量とを合計した重量になる。ここで、貯留槽２自体の重量と、第２電子天秤１３の重量とは一定である。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に変化した貯留槽２内の養液の重量が一定時間Ｔ０の間における植物５０の吸液量（Ｗ吸液）に相当するので、このＷ吸液を下記（式２）で、算出する。
Ｗ吸液＝（Ｗ１Ｔ１−Ｗ２Ｔ１）−（Ｗ１Ｔ２−Ｗ２Ｔ２）……（式２）

また、植物５０の生体重量変化量は、植物５０の吸液量から植物５０の蒸散量（Ｗ蒸散）を差し引いた重量に相当する。すなわち、下記（式３）の関係が成立する。
Ｗ変化＝Ｗ吸液−Ｗ蒸散……（式３）

上記（式１）、（式２）および（式３）に基づいて導き出される下記（式４）で、一定時間Ｔ０の間における植物５０の蒸散量（Ｗ蒸散）を算出する。
Ｗ蒸散＝Ｗ吸液−Ｗ変化
＝（Ｗ１Ｔ１−Ｗ２Ｔ１）−（Ｗ１Ｔ２−Ｗ２Ｔ２）−（Ｗ２Ｔ１−Ｗ２Ｔ２）
＝Ｗ１Ｔ１−Ｗ１Ｔ２−２（Ｗ２Ｔ１−Ｗ２Ｔ２）……（式４）

上記第３電子天秤１４が検知した重量Ｗ３Ｔ１，Ｗ３Ｔ２は、容器１９に貯まった水の重量と、容器１９自体の重量と、除湿機４の重量とを合計した重量である。ここで、容器１９自体の重量と、除湿機４の重量とは一定である。

密閉容器１内の絶対湿度が一定になるように制御されているので、除湿機４が捕まえた水、すなわち除湿機４が生成して、容器１９に貯まった水の重量が植物５０の蒸散量に相当する。したがって、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に変化した容器１９内の水の重量が一定時間Ｔ０の間における植物５０の蒸散量（Ｗ蒸散）に相当するので、このＷ蒸散を下記（式５）で、算出する。
Ｗ蒸散＝Ｗ３Ｔ２−Ｗ３Ｔ１……（式５）

なお、第１電子天秤１２、第２電子天秤１３および第３電子天秤１４が時刻Ｔ１および時刻Ｔ２において重量を検知していたが、これに限られない。第１電子天秤１２、第２電子天秤１３および第３電子天秤１４が、例えば、植物５０の栽培を開始した直後の時刻Ｔ０において重量を検知してもよい。このとき、栽培開始直前の植物５０の生体重量（Ｗ植物）を計測しておけば、このＷ植物と時刻Ｔ０からの上記Ｗ変化とに基づいて、栽培中の植物の生体重量をリアルタイムで計測することもできる。

上記実施形態によれば、上記重量検知装置１１によって上記貯留槽２の重量および上記栽培槽３の重量を検知する。このため、貯留槽２の重量および栽培槽３の重量に基づいて、植物５０の生体重量変化量（Ｗ変化）、吸液量（Ｗ吸液）、および蒸散量（Ｗ蒸散）などの植物５０の重量を算出できる。したがって、植物５０の重量を計測するとき、植物５０を収穫し、密閉容器１の外に取り出して、その重量を計測する必要がないから、植物５０の重量を簡単に何度でも計測できる。

また、植物５０を取り出すために密閉容器１を開閉しないから、密閉容器１内の閉鎖環境を維持できる。具体的には、密閉容器１内に封入されている窒素、酸素、および二酸化炭素等の分圧や、密閉容器内の絶対湿度などを一定に保つことができる。したがって、密閉容器１内への異物の混入を防止できると共に、植物５０に大きなストレスを与えるのを防止できる。

また、除湿機４による除湿量を第３電子天秤１４によって検知する。ここで、密閉容器１内の絶対湿度が一定になるように制御されているので、除湿量に基づいて、植物５０の蒸散量をより正確に算出できる。

また、第１電子天秤１２は、栽培槽３の植物５０の生体重量と、貯留槽２内および栽培槽３内の養液の重量と、貯留槽２自体の重量と、栽培槽３自体の重量と、第２電子天秤１３の重量とを合計した重量を検知する。第２電子天秤１３は、上記栽培槽３の植物５０の生体重量と、貯留槽２内の養液の重量と、栽培槽３自体の重量とを合計した重量を検知する。したがって、貯留槽２の上に栽培槽３および第２電子天秤１３とを配置して省スペース化でき、密閉容器１をコンパクト化できる。

また、上記送風装置６が上記栽培槽３の植物５０に送風する。このため、密閉容器１内で気体が循環するから、密閉容器１内で気体が滞留するのを防止できて、気体中の成分を植物５０が効率的に利用できる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の植物栽培装置の第２の実施形態を示している。具体的には、図２は、この植物栽培装置の概略構成を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、図２に示すように、この第２の実施形態では、重量検知装置１６の第１電子天秤１５が貯留槽２内の養液の重量と貯留槽２自体の重量とを合計した重量のみを検知する点が相違する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

上記第１電子天秤１５が検知した重量Ｗ１Ｔ１，Ｗ１Ｔ２は、貯留槽２内の養液の重量と貯留槽２自体の重量とを合計した重量である。ここで、貯留槽２自体の重量は一定である。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に変化した貯留槽２内の養液の重量が一定時間Ｔ０の間における植物５０の吸液量（Ｗ吸液）に相当するので、このＷ吸液を下記（式６）で、算出する。
Ｗ吸液＝Ｗ１Ｔ１−Ｗ１Ｔ２……（式６）

上記（式１）、（式３）および（式６）に基づいて導き出される下記（式７）で、一定時間Ｔ０の間における植物５０の蒸散量（Ｗ蒸散）を算出する。
Ｗ蒸散＝Ｗ吸液−Ｗ変化
＝Ｗ１Ｔ１−Ｗ１Ｔ２−（Ｗ２Ｔ１−Ｗ２Ｔ２）……（式７）

上記実施形態によれば、上記第１電子天秤１５が貯留槽２内の養液の重量と貯留槽２自体の重量とを合計した重量を検知し、上記第２電子天秤１３が上記栽培槽３の植物５０の生体重量と、貯留槽２内の養液の重量と、栽培槽３自体の重量とを合計した重量を検知する。したがって、貯留槽２と栽培槽３とをそれぞれ独立して配置することができるので、密閉容器１内における貯留槽２および栽培槽３のレイアウトの自由度を向上できる。例えば、貯留槽２と栽培槽３とを平面的に並置して、密閉容器１の高さを低くすることができる。

なお、上記第１，第２の実施形態では、栽培槽３は、植物５０を水耕栽培していたが、栽培槽に培養土やロックウール等を入れて、固形培地耕栽培を行ってもよい。

また、上記第１，第２の実施形態では、上記養液槽重量、貯留槽２の重量、栽培槽３の重量、および除湿量が電子天秤によって、検知されていたが、重量センサや台はかりなどによって検知されてもよい。

また、上記第１，第２の実施形態では、除湿機４によって密閉容器１内の気体を除湿していたが、除湿機の代わりに除湿剤などによって気体を除湿してもよいし、除湿機、容器、および第３電子天秤を設けなくてもよい。

また、上記第１，第２の実施形態では、重量検知装置１１，１６は、第１電子天秤１２，１５と第２電子天秤１３とから構成されていたが、第１電子天秤を設けず、第２電子天秤のみで構成されていてもよい。

また、上記第１，第２の実施形態では、養液は、栽培槽３内を流れ続けて、栽培槽３で薄膜水耕が行われていたが、栽培槽に養液を貯めて、栽培槽で湛液水耕（ＤＦＴ：Ｄｅｅｐ Ｆｌｏｗ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を行ったり、栽培槽に貯めた養液の液位を上げたり下げたりするＥｂｂ ａｎｄ ｆｌｏｗ水耕を行ってもよい。

１ 密閉容器
２ 貯留槽
３ 栽培槽
４ 除湿機
６ 送風装置
１１，１６ 重量検知装置
１２，１５ 第１電子天秤
１３ 第２電子天秤
１４ 第３電子天秤
５０ 植物

Claims (4)

1. 密閉容器と、
   上記密閉容器内に配置されると共に、植物を栽培するための養液を貯留する貯留部と、
   上記密閉容器内に配置されると共に、上記貯留部から上記養液が供給されて、植物を栽培する栽培部と、
   上記貯留部および上記栽培部の重量を検知する重量検知装置と
   を備え、
   上記重量検知装置は、
   上記貯留部の重量と上記栽培部の重量とを合わせた重量を検知する第１重量検知部と、
   上記栽培部の重量を検知する第２重量検知部と
   を有することを特徴とする植物栽培装置。
2. 密閉容器と、
   上記密閉容器内に配置されると共に、植物を栽培するための養液を貯留する貯留部と、
   上記密閉容器内に配置されると共に、上記貯留部から上記養液が供給されて、植物を栽培する栽培部と、
   上記貯留部および上記栽培部の重量を検知する重量検知装置と
   を備え、
   上記重量検知装置は、
   上記貯留部の重量および上記栽培部の重量をそれぞれ別個に検知する重量検知部を有することを特徴とする植物栽培装置。
3. 請求項１または２に記載の植物栽培装置において、
   上記密閉容器内の気体を除湿する除湿部と、
   上記除湿部が除湿することによって生成した水の重量を検知する除湿重量検知装置と
   を備えることを特徴とする植物栽培装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の植物栽培装置において、
   上記密閉容器内に配置されると共に、上記栽培部の植物に送風する送風装置を備えることを特徴とする植物栽培装置。

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