JP6424106B2 - 植物栽培用加温装置及び加温装置を備えた栽培容器 - Google Patents

Description

本発明は、植物の育成に適切となる温度に土床を加温するための土床の加温装置、及び、該加温装置を備えた植物栽培容器に関する。

植物の栽培においては、冬季の温度低下や昼夜間の温度差などによる土床の温度条件により、その育成に著しい悪影響を及ぼすことがあり、この対処としては、大掛かりに温室などを設置して全体環境を保温管理する方法もあるが、限定的な対応として、栽培する範囲の土壌に直接ヒーターを埋設して、土床温度を適度な温度に維持管理することにより健全に、また、効率的に植物を育成しようとする方法も検討されている。

このような装置としては、例えば、プランターや植木鉢等の植物栽培用容器内の土床を温めるものとして、栽培容器下部（底部分）に発熱体支持板を載置し、該支持板に絶縁被覆材で被覆された線状発熱体を取り付けて、リード線で延設した温度制御装置により土床の温度を適温に保温しようとしたヒーター付き植物栽培用容器（特許文献１）や、農圃等の広い範囲を温めるものとして、発熱ヒーターを取り囲んで蓄熱体を充填した温熱盤または温熱壁を、土壌の底部にマット状に、または、土壌の畝の側部に縦壁状に埋設して農圃等の土壌を底部及び側部から加熱して農作物の栽培・育成を効率よく行おうとする農圃土壌の加熱装置（特許文献２）などが提案されている。

特開平７−２５５２８３号公報 特開２０１１−２２３９３８号公報

しかし、一般的な土壌は多くの空気を含むなど熱伝導率が低いため、特許文献１のように発熱体を容器下部や周囲に設置しただけでは、発熱部周辺部のみが加温されてしまい、例え、プランターや植木鉢など限られた容量の土壌であっても、発熱部周辺部と発熱部から離れた場所での温度差が大きくなってしまい効率が悪い。一方、短時間で植物栽培に直接影響する中心部の土壌まで加温しようとして発熱部を高温に設定すると、発熱部周辺が局部的に必要以上の高温となってしまうことで、逆に植物に悪影響を及ぼす可能性があるなど、容器内の土壌全体を効率的にバランスよく加温することは困難である。

一方、特許文献２の装置は底部の他に畝にあたる側部にも発熱体を廻らせていることで、底部のみの発熱体と比較すると、側部からの熱の広がりがあることで、栽培範囲の土壌が多少均一に加温することが期待されるが、発熱体周囲のみが高温になることや、栽培植物の周辺からの加温であることには変わりが無く、十分な解決手段とはなっていない。また、栽培域全域の広い範囲に発熱体を廻らすことは、加温については効果的であるが、電気代等が嵩むコストがかかる手段となってしまう。

そこで、本発明は、植物の栽培域を、発熱体を用いて加温するさいに、発熱部で発生した熱を効果的に土床内に伝達する新たな構成をとることで、土床温度を従来に比較して効率的に均一化することができ、また、維持コストを抑えられるなど省エネルギーが考慮された効率的な加温ができる植物栽培用加温装置、及び、その加温装置を備える栽培容器を提供することを課題とした。

また、前記課題を克服するのに加え、植物の育成に悪影響を与えない栽培域が確保された、土床の入替え等の作業時に障害となることがない構造であって、更に、製造等のコストを抑えることができるシンプルな構造の植物栽培用加温装置を備えた栽培容器を提供することを課題とした。

本発明の植物栽培用加温装置は、発熱体を内蔵し、栽培域内の土中等に設置される少なくとも一部を平面に形成する発熱部と、該発熱部に直接あるいは間接的に接続して栽培域内に分散または展開して配置する伝熱部とを備えて構成し、該伝熱部は、前記発熱部の平面から上方または下方のいずれかに向け突設し、土壌に埋設されて用いられる態様とした。また、加温装置を備えた栽培容器は、発熱体を内蔵し、栽培容器内部に設置される少なくとも一部を平面に形成する発熱部と、該発熱部に直接あるいは間接的に接続して栽培容器内に分散または展開して配置する伝熱部とを備えて構成し、該伝熱部は、前記発熱部の平面から上方または下方のいずれかに向け、栽培容器開口面から突出しない長さで突設させて形成した。

そして、この植物栽培用加温装置、または、加温装置を備えた栽培容器の各部は次のように構成、あるいは、形成されることが好ましい。
・前記発熱部は、プレート状に形成される発熱板よりなる。
・前記伝熱部は、棒状に形成される伝熱棒よりなる。
・前記伝熱部は、面構造部を有する伝熱面を含んでなる。
・前記伝熱部は、前記発熱部の平面に重ねて設けられる伝熱板に接触して連接される。
・前記発熱部は、電磁誘導加熱により発熱する。

また、前記植物栽培用加温装置は、栽培容器と着脱自在に形成されても良い。

本手段によると、土壌内部または容器底部等に設定される発熱部から栽培域の土床に分散して、あるいは、展開されて広く伝熱部が配設されることから、発熱部から発する熱が発熱部周辺（例えば、底部）に滞ることなく短時間の内に栽培域上方等広範囲に伝えられることで、該伝熱部を通して栽培域全体に効果的に熱を伝えることができる。また、発熱部を栽培域全体に配置することなく、伝熱部をバランスよく配置することで、加温される土壌との接触面積が大きくなり、発熱体を内蔵する発熱部は、例えば容器底部のみに設置すれば足りるものとすることができる。

また、発熱部をプレート状の発熱板とし、伝熱部を棒状の伝熱棒として、加温装置部分の構造をシンプルで植物の育成（例えば、根の張り）に邪魔になり難いものとすることにより、土床の入替えなどの作業や植物の成長に対する障害を抑え、また、製造コストを抑えることができる。

このように、本発明によると、発熱部で発生した熱を伝熱部により効果的に栽培域全体の土床へ伝達することで、栽培域の土床温度を従来に比較して短時間に効率的に加温し、また、均一化することができる。そして、この伝熱部の設置による加温の効率化により、発熱部の設置を限定化できる等、装置が省エネルギー化されることで維持コストを抑えた植物栽培用加温装置、及び、その加温装置を備える栽培容器を提供することができる。

本発明の第一の実施の形態の植物栽培用加温装置を備えた栽培容器を示す全体構成図。 前記形態の発熱部及び伝熱部を示す構成図。 本発明の第二の実施の形態の植物栽培用加温装置の発熱部及び伝熱部を示す構成図。 本発明の第三の実施の形態の植物栽培用加温装置及び栽培容器を示す全体構成図。 本発明の第四の実施の形態の植物栽培用加温装置及び栽培容器を示す全体構成図。 本発明の第五の実施の形態の植物栽培用加温装置及び栽培容器を示す全体構成図。 本発明の試験用の植物栽培用加温装置を備えた栽培容器の試験時の温度測定点を示す説明図。 前記試験での結果を示すグラフ。 前記試験用植物栽培用加温装置の試験時の温度分布。 対象試験の植物栽培用加温装置の試験時の温度分布。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参考にしながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の形態の植物栽培用加温装置を備えた栽培容器の全体構成を示し、図２は、本例の発熱部及び伝熱部を示している。
本形態の装置は、栽培容器として円形の植木鉢様の鉢１を用い、該鉢１の底部に平面プレート状に形成される土床の発熱部２となる発熱素子を内蔵した発熱板２１と、該発熱板２１の上層に重ねた伝熱板３と、該伝熱板３に下方端部を接続して上方に向けて突設させる複数の伝熱棒４とを加温装置として基本構成し、前記加温装置部分は完全に土壌６に埋設されてなる。

鉢１は、例えば、陶磁器や樹脂あるいは木材など植木鉢やプランターとして一般的に使用されるどのような材質で有っても良いが、本例においては、不織布よりなるポットが用いられた。尚、形状や大きさは所望の形やサイズが選択されれば良いが、本例では、前記の通り円形の鉢１として形成し、サイズは、直径が底部８０ｍｍ、開口部１２０ｍｍ、高さが８０ｍｍとし、該鉢１に７０ｍｍの高さまで土壌６を入れることを想定して形成された。ここで、伝熱棒４による加温の有効性を考慮し、高さ（深さ）に付いては、伝熱棒４と比較してあまりに深いものは推奨されない。尚、植物栽培容器の底部に通常設けられる、土壌の過剰な水分を排出するための排水孔１１が底部中央に備えられた。

発熱板２１は、発熱素子を内蔵した面状ヒーターで、前記鉢１の排水孔１１を除く底面ほぼ全面に配置される。該面状ヒーターは、例えば、可撓性、非可撓性を問わず金属や樹脂表面よりなる平面プレート状に形成されるヒーターであれば特定するものではないが、本例においては、形状形成が自在な、発熱素子（ニッケル合金等）をパターン配置しシリコーンゴムシートで挟み込んだシリコンラバーヒーターが用いられた。尚、他の例としてポリイミドヒーター等が好適となる。そして、発熱板２１には当然リード線２２により電源が供給され、加温装置として常用される温度制御や安全防止のためのサーモスタット、温度センサーなどは必要に応じて適宜備えられる。

伝熱板３は、前記発熱板２１と同形状に形成され隙間なく重ねられて設けられる該発熱板２１による発熱を伝熱棒４に伝導するためプレートで、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、亜鉛といった金属やセラミック等熱伝導性に優れた材質により構成される。

伝熱棒４は、前記伝熱板３に一方側端部が接続され上方に向けて突起された棒状体で、本例においては、鉢１の中心と縁のほぼ中間となる中心部を囲む同一円周上に４本を等間隔にバランスよく配置している。そして、伝熱棒４は発熱板２１の熱を効率良く土壌６に伝導できるように前記伝熱板３と同様に熱伝導性に優れた、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、亜鉛、セラミックなどから選択され、鉢１に土壌が入れられた際には完全に埋没される様に使用される。尚、伝熱部は本例の伝熱棒４の形態や配置に限定するものではなく、土床の栽培範囲に発熱部２から効果的に拡散あるいは展開されるものであれば良い。尚、伝熱部による加温の効率化のためには、できるだけ土床と接触面積を大きくするように設定されることが好ましいが、ここでは、栽培植物が育成される空間が確保される範囲でバランスよく配置されることが求められる。このように、伝熱体として棒状に形成される伝熱棒４を用いることにより、容器の土床を入れ替えるさい、土が伝熱部に引っかかるなどの障害になることがなく容易な入れ替えができる。また、シンプルな構造であることで製造コストを抑えることができる。

図３〜図６は、本発明の別の実施の形態を示している。
第二の形態が図３に示される。本形態は、前記第一の形態の４本各々の伝熱棒４の間に面構造体となる伝熱帯４１を差し渡し、鉢１の中心部（植物の栽培域）を取り囲むように一周させて形成した構成で、伝熱部（伝熱棒４と伝熱帯４１）が土床のより広い範囲と接触することで効率の良い加温ができ、また、栽培域周囲全体から加温されるため温度が均一化しやすい構造となる。

第三の形態が図４に示される。本形態は、加熱部２となる発熱板２１及び伝熱板３を鉢１の上方に設置して、伝熱棒４を鉢１の下方に向けて配置する構成で、栽培植物を配置する中心部を空けるように、発熱部２をドーナツ状に形成し鉢１の辺縁部に配置する。本例の装置では、発熱体２１に接続するリード線２２の取り出しが鉢１の上部開口部とすることができるため、容易に栽培容器を加温装置と分離することができる。これにより、栽培容器として特定のものを用いる必要が無く市販のものを用いれば足りるものとなり、取り外すことにより土床の入替えや移動などが容易となる。

第四の形態が図５に示される。本形態は、鉢１の底部に設置した発熱部２１及び伝熱板３から上方に向け、伝熱部となる伝熱構成体４２を徐々に径を大きく展開する螺旋状に形成した例を示している。このように、伝熱部の形状を複雑化することにより、土床との接触面積を大きくしたり、また、中央部の栽培域を周囲全体から加温する構成としたりすることにより、前記第二の形態の伝熱帯４１を用いたものと同様に、効率的な加温や温度の均一化の効果が期待される。また、本例では、棒状材を螺旋加工するのみであることから別部材を用いる等コストを大きくすることが無い。

また、本例においては、発熱板２１に金属プレートを用いて、誘導加熱装置５上に設置した発熱板２１が自己発熱する誘導加熱による加温方式が示される。

第五の形態が図６に示される。本形態は、ひとつの大きな発熱板２１及び伝熱板３に複数の鉢１を同時に配置することのできる装置を示している。各々の鉢１に対応する伝熱棒４が適宜設定されており、基本的には、前記第一の形態のひとつの鉢１の装置と同様に形成される。

次に、本発明の加温装置を用いての土壌の加温効果の試験について説明する。
本試験は、前記第一の実施の形態に類似した、栽培容器（鉢１）底部に発熱体２１と伝熱板３を重ねた発熱部２を設置し、該発熱部２から上方に向け突設する５本の伝熱棒４を設けてなる試験用加温装置に対して、土壌６を入れ、発熱体２１に通電し、加温開始から５時間後の後記する観測設定部の温度を測定することにより行った。尚、対象試験として、前記栽培容器とは別に、同様の栽培容器の底部に発熱部２のみを設け、伝熱棒を使用しない加温装置による同様な温度試験を行った。

図７Ａは、試験に用いた栽培容器と温度測定位置の深さを示しており、図７Ｂは、栽培容器内の温度測定位置（ａ〜ｆ）を示している。
試験の詳細な条件等は次の通りである。
（栽培容器）不織布よりなる底面直径８０ｍｍ、開口面直径１２８ｍｍ、高さ（深さ）８０ｍｍの円形の鉢１で、該鉢１の底面に直径７０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシリコンラバーヒーター２１（ヒーター熱容量０．９Ｗ、発熱量密度０．０２４Ｗ／ｃｍ２）を設置し、これに同じ直径で、厚さ５ｍｍの鋳鉄よりなる伝熱板３を重ねて発熱部２とした。
また、対象試料では伝熱棒４を設定せず、試験試料では図７に示すように中心部、及び、直径３５ｍｍとなる円周上に９０度間隔で４か所（合計５か所）に直径２ｍｍ、長さ６０ｍｍの鋳鉄よりなる伝熱棒を配置した。
（土壌）園芸用に使用されるココナッツ果実由来の土壌改良剤のココピート（登録商標）（比熱８００Ｊ／ｋｇ・℃、熱伝導率０．０１Ｗ／ｍ・ｋ）を土壌として、鉢１の７０ｍｍの高さまで詰めて試験を行った。

温度測定は、次の点ａ〜ｆの位置それぞれついて行なった。
（点ａ．）中心部の伝熱棒４ａ近傍で、鉢の略中心部。
（点ｂ．）周辺円周部の伝熱棒４ｂ近傍で、鉢の中心部より１７．５ｍｍの位置。
（点ｃ．）中心部の伝熱棒４ａと周辺部の伝熱棒４ｂの中間で、鉢の中心部より８．７５ｍｍの位置。
（点ｄ．）周辺部の２つの伝熱棒４ｂの円周中間で、鉢の中心部より１７．５ｍｍの位置。
（点ｅ．）前記ｄの位置の外方で、鉢の中心部より２６．２５ｍｍの鉢の辺縁部。
（点ｆ．）周辺部の伝熱棒４ｂの外方で、鉢の中心部より２６．２５ｍｍの鉢の辺縁部。
また、前記ａ〜ｆのそれぞれの位置に対して、次の土壌の深さについて測定した。
（深さＤ）底部からの距離が１０ｍｍの発熱部に近い土床の深い位置。
（深さＭ）底部からの距離が３５ｍｍの土床の深さの中間の位置。
（深さＳ）底部からの距離が６０ｍｍの発熱部から遠い土床の浅い位置。

実験結果を表に示す。尚、試験時の周囲温度は共に３５．２℃であった。
表１は、本発明の伝熱棒を設定した装置の試験結果を示し、表２は、対象として伝熱棒を設定しない装置の結果を示している。

図８は、前記結果をグラフに示したもので、Ａが伝熱棒４を設定した加温装置のグラフ、Ｂが伝熱棒４を設定しない対象の加温装置のグラフを示している。また、図９は、本試験での伝熱棒を設定した装置の温度分布の図を示し、図１０は、伝熱棒を設定しない装置の温度分布の図を示している。

試験結果から伝熱棒４を備えていない対象試験の装置では、発熱部２１となる栽培容器の底部のみ（試験では底部から１０ｍｍの点）が極端な高温となってしまい、土壌表面部（試験では底部から６０ｍｍ）にはあまり熱が伝わっていない。一方、伝熱棒４を備えた本発明の装置では、発熱部２１から遠ざかるに従い温度は低下するが、発熱部近傍の温度が極端に高温となることが無く、土床上部（土壌表面部）まで加温されている効果を確認することができる。また、伝熱棒４からの距離についても離れることによる温度低下は穏やかであることが確認できた。この状況については、図９と図１０の温度分布図によっても確認することができる。尚、本試験では、伝熱体として土床の入替えに最も障害となり難いと考えられるシンプルな棒状構造の伝熱棒４が用いられたが、十分な伝熱効果が発揮される結果となった。

上記の試験結果からも分るように、本実施の形態の伝熱棒４などそれ自体は発熱しない伝熱手段を発熱手段から突設させて、植物栽培域に拡散、あるいは、展開して配置することにより、発熱部２周辺の過剰な加温が抑えられ、栽培域の土床全体をある程度均一に加温することができる。

１． 鉢
１１． 排水孔
２． 発熱部
２１． 発熱板
２２． リード線
３． 伝熱板
４． 伝熱棒
４１． 伝熱帯
４２． 螺旋棒
５． 誘電加熱装置
６． 土
ａ〜ｆ．温度測定点

Claims (13)

1. 発熱体を内蔵し、栽培域内に設置される少なくとも一部を平面に形成する発熱部と、該発熱部に直接あるいは間接的に接続して栽培域内に分散または展開して配置する伝熱部とを備えて構成し、該伝熱部は、前記発熱部の平面から上方または下方のいずれかに向け突設され、栽培土壌に埋設されて用いられることを特徴とする植物栽培用加温装置。
2. 前記発熱部は、プレート状に形成される発熱板よりなる請求項１の植物栽培用加温装置。
3. 前記伝熱部は、棒状に形成される伝熱棒よりなる請求項１乃至２のいずれかの植物栽培用加温装置。
4. 前記伝熱部は、面構造部を有する伝熱面を含んでなる請求項１乃至３のいずれかの植物栽培用加温装置。
5. 前記伝熱部は、前記発熱部の平面に重ねて設けられる伝熱板に接触して連接する請求項１乃至４のいずれかの植物栽培用加温装置。
6. 前記発熱部は、電磁誘導加熱により発熱する請求項１乃至５のいずれかの植物栽培用加温装置。
7. 発熱体を内蔵し、栽培容器内部に設置される少なくとも一部を平面に形成する発熱部と、該発熱部に直接あるいは間接的に接続して栽培容器内に分散または展開して配置する伝熱部とを備えて構成し、該伝熱部は、前記発熱部の平面から上方または下方のいずれかに向け、栽培容器開口面から突出しない長さで突設されてなることを特徴とする植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。
8. 前記発熱部は、プレート状に形成される発熱板よりなる請求項７の植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。
9. 前記伝熱部は、棒状に形成される伝熱棒よりなる請求項７乃至８のいずれかの植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。
10. 前記伝熱部は、面構造部を有する伝熱面を含んでなる請求項７乃至９のいずれかの植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。
11. 前記伝熱部は、前記発熱部の平面に重ねて設けられる伝熱板に接触して連接する請求項７乃至１０のいずれかの植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。
12. 前記発熱部は、電磁誘導加熱により発熱する請求項７乃至１１のいずれかの植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。
13. 前記植物栽培用加温装置は、栽培容器と着脱自在に形成される請求項７乃至１２のいずれかの植物栽培用加温装置を備えた栽培容器。