JP6455003B2 - 植物栽培室 - Google Patents

Description

本発明は、鉛直面において植物を栽培するための植物栽培室に関する。

室内において人工光を用いて、野菜等の植物の育成が行なわれている。この場合、植物を植え付けた栽培床を地面と水平に配置し、複数階層の棚状に重ねて設置することが多い。

ここで、生育のばらつきを抑制するために、棚を移動可能な多段のラック式とし、各セルトレイ間の空間に任意の環境に制御可能な空気を流す技術が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献に記載の技術では、棚のフレームに固定されかつセルトレイ間の空間に向けられたダクトと、ダクトに空気を送る送風ファンとを用いて、気流方向が変更可能な空気流を作っている。

更に、生育のばらつきを抑制するために、栽培床毎に、上部に照明を取り付けることがある。この場合、階層毎の照明の配置空間が必要となり、空間の利用効率が悪い。従って、この栽培方式では、土地面積に対する収穫効率の低下を招く。

そこで、収穫効率を向上させるために、鉛直に配置された栽培パネルを用いる技術が検討されている（例えば、特許文献２参照。）。この文献に記載の技術においては、パネル面に対して約２０〜５０度の角度を有したポット受孔を設けた育成パネルを垂直に多段に構成している。

特開平１１−１１３４１９号 国際公開第ＷＯ００／４４２２０号

植物の適正な生育を促すためには、植物栽培室内の温度を適切に管理することも必要である。そこで、植物栽培室において冷暖房等の空気調整が行なわれている。この場合、冷気、暖気の流れにより、植物栽培室内で温度勾配が生じる。これにより、植物の生育にばらつきが生じることがある。特に、特許文献２に示すように、植物を植える培地を鉛直方向に並べた栽培床においては、同じ栽培床における植物の生育状態のばらつきが問題となる。

本発明は、鉛直方向に延びる栽培床においても、温度むらを低減して、植物の生育のばらつきを抑制するための植物栽培室を提供することにある。

上記課題を解決する植物栽培室は、鉛直方向に延びる複数の栽培床を、空間をおいて２次元的に配置する植物栽培室であって、前記栽培床の鉛直面には、植物が植えられる複数の培地が配置され、前記栽培床の上方に、前記栽培床の延在方向と対向させて送風ファンを設ける。この構成によれば、送風ファンによって、冷気及び暖気が攪拌されて、植物栽培室における温度むらを低減し、植物の生育状態のばらつきを抑制することができる。

上記植物栽培室において、天井を正方形状とすることが好ましい。この構成によれば、１つの送風ファンを用いて、植物栽培室内の温度むらを低減することができる。
上記植物栽培室において、前記送風ファンは、天井の中心に設けることが好ましい。この構成によれば、シーリングファンを用いて、植物栽培室内の温度むらを低減することができる。

上記植物栽培室において、前記送風ファンは、複数の前記栽培床の上方を覆う大きさであることが好ましい。植物栽培室の温度むらを、更に低減することができる。
上記植物栽培室において、前記栽培床の間に、前記植物に対して人工光を照射する照明部を配置し、前記照明部は、前記栽培床と並行して鉛直方向に延在させることが好ましい。この構成によれば、効率的な日照とともに、植物栽培室内の温度むらを低減することができる。

本発明によれば、鉛直方向に延びる栽培床を配置した場合においても、温度分布のむらを軽減して、植物の生育状態のばらつきを抑制することができる。

本実施形態における植物栽培室の構成を説明する斜視図。 本実施形態における植物栽培室の構成を説明する上面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果の等温線図であり、（ａ）は図２のａ−ａ線方向に沿った断面図、（ｂ）は図２のｂ−ｂ線方向に沿った断面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果であり、地面からの所定高さにおける水平面における温度変化を示す。 送風ファンを動作させなかったときの植物栽培室のシミュレーション結果であり、（ａ）は図２のａ−ａ線方向に沿った断面図、（ｂ）は図２のｂ−ｂ線方向に沿った断面図。 送風ファンを動作させなかったときの植物栽培室のシミュレーション結果であり、地面からの所定高さにおける水平面における温度変化を示す。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果の等温線図であり、（ａ）は植物栽培室の構成を説明する上面図、（ｂ）は、（ａ）におけるｂ−ｂ線方向に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）におけるｃ−ｃ線方向に沿った断面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果であり、地面からの所定高さにおける水平面における温度変化を示す。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果の等温線図であり、（ａ）は植物栽培室の構成を説明する上面図、（ｂ）は、（ａ）におけるｂ−ｂ線方向に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）におけるｃ−ｃ線方向に沿った断面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果であり、地面からの所定高さにおける水平面における温度変化を示す。 図１の植物栽培面積を２倍にした植物栽培室の構成を説明する上面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果の等温線図であり、（ａ）は図１１におけるａ−ａ線方向に沿った断面図、（ｂ）は図１１におけるｂ−ｂ線方向に沿った断面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果の等温線図であり、（ａ）は図１１におけるａ−ａ線方向に沿った断面図、（ｂ）は図１１におけるｂ−ｂ線方向に沿った断面図。 植物栽培室の送風ファンを動作させたときのシミュレーション結果の等温線図であり、（ａ）は図１１におけるａ−ａ線方向に沿った断面図、（ｂ）は図１１におけるｂ−ｂ線方向に沿った断面図。

以下、図１〜図１４を用いて、植物栽培室の一実施形態を説明する。
本実施形態では、図１に示す植物栽培室２０を用いる。図１は、植物栽培室２０の斜視図である。図１に示すように、本実施形態の植物栽培室２０は、水平面が正方形をした直方体形状をしている。例えば、縦横４ｍ、高さ３ｍ程度の大きさの植物栽培室２０を用いることができる。

図２は、植物栽培室２０の上面図である。植物栽培室２０の天井には、吹出口２１及び吸込口２２が形成されている。更に、植物栽培室２０には、この植物栽培室２０の温度を測定する温度計（図示せず）と、温度調整を行なう空気調整機（図示せず）とが設けられている。吹出口２１は、空気調整機からの冷気及び暖気を植物栽培室２０に供給する吸気部である。吸込口２２は、植物栽培室２０の空気を排出する排気部である。本実施形態では、吹出口２１及び吸込口２２は、それぞれ所定の間隔をおいて２つずつ植物栽培室２０に設けられている。具体的には、吹出口２１と吸込口２２は、植物栽培室２０を左右に分ける中心線に対して線対称となる位置に配置されている。

植物栽培室２０の天井には、送風ファンとしてシーリングファン４１が設けられている。このシーリングファン４１は、植物栽培室２０の天井の中心に配置される。本実施形態では、直径１２００ｍｍのシーリングファン４１を、高さ２．７５ｍの位置に設ける場合を想定する。このシーリングファン４１は、冷房時の送風方向と暖房時の送風方向を切り替えることができる。

図１に示すように、植物栽培室２０内には、複数の栽培床３０が、縦横に所定の間隔で配置されている。本実施形態において、栽培床３０は、円筒形状であり、鉛直方向に延びており、その高さは、２．５ｍである。栽培床３０の内部には、流路（図示せず）が形成されている。この流路は、培養液タンク（図示せず）に接続されている。この培養液タンクから、栽培床３０の内部の流路に培養液が供給される。また、栽培床３０の外周面（鉛直面）には、培地３１を取り付けるための複数の孔が形成されている。この複数の孔は、栽培床３０の内部の流路に連通している。培地３１は、植物３２が植えられている。このため、栽培床３０の孔に培地３１が取り付けられた場合には、培地３１の植物３２に培養液が供給される。

更に、植物栽培室２０には、鉛直方向に延びる柱状を有する複数の照明装置３５が配置されている。この照明装置３５は、隣接する４つの栽培床３０に囲まれた空間の中心に配置されている。この照明装置３５は、栽培床３０と並行となるように立設されている。この照明装置３５は、例えばＬＥＤから構成されており、植物３２に対して人工光を照射する照明部として機能する。なお、本実施形態では、照明装置３５の高さは、栽培床３０と同様に、２．５ｍの場合を想定する。

次に、以上のような構成の植物栽培室２０における作用について説明する。
本実施形態の植物栽培室２０を利用する場合には、植物栽培室２０の室温が一定となるように、空気調整機を稼働させる。更に、シーリングファン４１を回転させる。

ここで、図３及び図４に、植物栽培室２０の温度分布についてシミュレーションした結果を示す。ここでは、室温が摂氏２０度で、各吹出口２１から摂氏１６度の冷気を０．０７ｍ^３／ｓで流入させ、シーリングファン４１の攪拌風量を０．５回／ｈ相当とした場合を示す。

図３（ａ）は、図２に示した植物栽培室２０のａ−ａ線方向の断面図における等温線図であり、図３（ｂ）は、ｂ−ｂ線方向の断面図における等温線図である。図３においては、温度が低い部分は濃く、温度が高い部分は薄く表示されており、濃淡が明確な部分は、温度差が大きいことを示している。

更に、図４は、上記条件での各高さ（地上から０．５ｍ、１．０ｍ、１．５ｍ、２．０ｍ、２．５ｍ）における水平面内における温度を示している。この図においては、摂氏２０．２度以下では、濃淡により温度を示している。なお、照明装置３５に対応する部分は、濃い色をしているが、この部分のみ摂氏２１度以上になっている。

図５は、シーリングファン４１を動作させなかった植物栽培室における比較例である。図５（ａ）は、図２と同様に、植物栽培室２０のａ−ａ線方向の断面における等温線図であり、図３（ａ）に対応する。図５（ｂ）は、図２と同様に、植物栽培室２０のｂ−ｂ線方向の断面における等温線図であり、図３（ｂ）に対応する。
また、図６は、シーリングファン４１を動作させなかった植物栽培室の温度分布の高さ依存性を示す。この図６は、図４に対応する。

ここでは、植物栽培室の中央付近の温度分布を比較する。図５に示す温度分布に対して、図３に示す温度分布は濃淡が少ない。また、図４においては各高さの温度分布が類似したパターンになっているが、図６においては高低によって温度分布のパターンが異なる。従って、シーリングファン４１を動作させた場合の温度分布（図３、図４）は、動作させなかった場合の温度分布（図５、図６）に比べて、高さ方向の温度勾配が少ない。このことから、シーリングファン４１を動作させた場合には、植物栽培室２０の温度むらを低減することができる。

また、シーリングファン４１の攪拌風量を変更した場合の植物栽培室２０の温度分布についてシミュレーションも行なった。具体的には、攪拌風量を、０．５回／ｈ相当、１回／ｈ相当、３回／ｈ相当、７．５回／ｈ相当、３７．５回／ｈ相当と変更した。その結果、攪拌風量を変更した場合にも、温度分布には違いはないという知見が得られた。

次に、図７〜図１０を用いて、シーリングファンのサイズを変更したシミュレーションを説明する。
まず、図７（ａ）には、植物栽培室２０の天井の中央に、直径２０００ｍｍのシーリングファン４２を設けた構成を示している。

図７（ｂ）、図７（ｃ）及び図８は、シーリングファン４２を、シーリングファン４１と同じ条件で解析した場合の温度分布についてシミュレーション結果である。図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、それぞれ、図７（ａ）におけるｂ−ｂ線方向、ｃ−ｃ線方向の断面における等温線図である。

更に、図８は、この場合の所定高さ（地上から０．５ｍ、１．０ｍ、１．５ｍ、２．０ｍ、２．５ｍ）における水平面内における温度を示しており、図４と同様に、摂氏２０．２度以下では、濃淡により温度を示している。
更に、図９（ａ）には、植物栽培室２０の天井の中央に、直径３０００ｍｍのシーリングファン４３を設けた構成を示している。

図９（ｂ）、図９（ｃ）及び図１０は、シーリングファン４３を、シーリングファン４１と同じ条件で解析した場合の温度分布についてシミュレーション結果である。図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、それぞれ、図９（ａ）におけるｂ−ｂ線方向、ｃ−ｃ線方向の断面における等温線図である。

更に、図１０は、この場合の所定高さ（地上から０．５ｍ、１．０ｍ、１．５ｍ、２．０ｍ、２．５ｍ）における水平面内における温度を示しており、図４、図８と同様に、摂氏２０．２度以下では、濃淡により温度を示している。

図７〜図１０に示すように、シーリングファンの径を大きくするほど、濃淡は少なくなり、植物栽培室２０の分布むらを軽減できることがわかる。

また、図１１は、上述した植物栽培室２０に対して、一辺を２倍にした植物栽培室５０の構成を示している。また、図１２〜図１４は、この植物栽培室５０におけるシミュレーション結果を示している。
図１１に示すように、この植物栽培室５０は、縦４ｍ、横８ｍ、高さ３ｍ程度の大きさをしている。
この植物栽培室５０は、吹出口２１及び吸込口２２を４つ設けて、各吹出口２１から摂氏１６度の冷気を０．０７ｍ^３／ｓで流入させている。更に、植物栽培室５０の天井の中央には、シーリングファン４１が設けられている。

図１２は、直径１２００ｍｍのシーリングファン４１を設けた場合の植物栽培室５０の温度分布についてのシミュレーション結果を示している。
図１３は、直径２０００ｍｍのシーリングファン４２を植物栽培室５０の天井の中央に設けた場合のシミュレーション結果を示している。
図１４は、直径３０００ｍｍのシーリングファン４３を植物栽培室５０の天井の中央に設けた場合のシミュレーション結果を示している。

ここで、図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）は、図１１の植物栽培室５０におけるａ−ａ線方向の断面における等温線図である。図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）は、図１１の植物栽培室５０におけるｂ−ｂ線方向の断面における等温線図である。
これら等温線図においても、シーリングファンの径を大きくするほど、植物栽培室５０の温度むらを軽減できることがわかる。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、鉛直方向に延びる栽培床３０が縦横に空間をおいて配置された植物栽培室２０の天井に、シーリングファン４１，４２，４３を設ける。これにより、シーリングファン４１，４２，４３によって、冷気及び暖気が攪拌されて、植物栽培室２０における温度むらを軽減することができ、植物の生育状態のばらつきを抑制することができる。

（２）本実施形態の植物栽培室２０は、水平面が正方形の直方体形状をしている。更に、シーリングファン４１，４２，４３は、植物栽培室２０の天井の中心に設ける。これにより、１つのシーリングファン４１，４２，４３で、植物栽培室２０内の温度むらを効率的に軽減することができる。

（３）本実施形態の植物栽培室２０には、植物栽培室２０に配置可能な大きさのシーリングファン４１，４２，４３のうち、直径が大きいシーリングファン４３を設けることが好ましい。これにより、植物栽培室２０内の温度むらを、より軽減することができる。

（４）本実施形態の植物栽培室２０には、栽培床３０の間に、栽培床３０と並立させて鉛直方向に延びる柱状の照明装置３５を設ける。これにより、照明装置３５が栽培床３０間に配置されている場合においても、効率的に植物栽培室２０内の温度むらを低減することができる。

また、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、植物栽培室２０，５０は、円柱形状をした栽培床３０を配置した。植物栽培室２０，５０に配置される栽培床３０は、鉛直方向に延在可能な形状であればよい。例えば、多角柱や平面パネル状のものを用いることができる。

・上記実施形態においては、直方体形状の植物栽培室２０，５０を用いた。鉛直方向に延在している栽培床が空間をおいて複数配置されている植物栽培室２０，５０であれば、植物栽培室２０，５０の形状はこれに限定されない。例えば、上部が三角錐形状になった植物栽培室であってもよい。

・上記実施形態では、植物栽培室２０，５０において、縦横に所定の間隔で、複数の栽培床３０を配置した。栽培床３０の配置は、同じ間隔に限定されるものではない。例えば、植物栽培室２０，５０の中央領域のみに配置するようにしてもよい。この場合、植物栽培室２０，５０の周囲領域には、栽培床３０と同じ形状のダミー柱を配置する。これにより、温度分布のむらが少ない領域のみを利用することができる。

・上記実施形態では、植物栽培室２０，５０の天井の中心に、シーリングファン４１，４２，４３を配置した。シーリングファン４１，４２，４３の数は一つに限定されるものではない。複数のシーリングファンを同じ間隔で配置するようにしてもよい。

２０，５０…植物栽培室、２１…吹出口、２２…吸込口、３０…栽培床、３１…培地、３２…植物、３５…照明装置、４１，４２，４３…シーリングファン。

Claims (3)

1. 鉛直方向に延びる複数の栽培床を、空間をおいて２次元的に配置する植物栽培室であって、
   前記栽培床の鉛直面には、植物が植えられる複数の培地が配置され、
   前記栽培床の上方に、前記栽培床の延在方向と対向させて送風ファンを設け、
   前記栽培床の間に、前記栽培床と並行して鉛直方向に延在させ、前記植物に対して人工光を照射する照明部を、前記植物栽培室の床に立設させ、
   前記送風ファンは、複数の前記栽培床及び複数の前記照明部の上方を覆う大きさであることを特徴とする植物栽培室。
2. 天井を正方形状としたことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培室。
3. 前記送風ファンは、天井の中心に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の植物栽培室。