JP6599712B2 - 株元温度制御機構付栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、工業的に植物を生産するための装置に関し、特に、水耕栽培を実行するに際し、植物の適正な生育環境を整えることができる株元温度制御機構付栽培装置に関するものである。

従来より、各種植物を育成する栽培方法として、植物工場に代表される規模の大きい栽培方法が知られている。
このような方法が実施される施設では、水耕栽培方式が採用されることが多く、管理された環境下において、必要養分を含有する培養液が供給され、高品質の植物を効率的に生産することができる。
一方、このような施設において、植物を栽培するにあたり、植物の生育をより良好とするための改良が望まれている。
例えば、植物の成長に関しては、温度が影響因子となることは広く知られているが、特に、根圏温度が生育に与える影響が大きいことがわかってきている。
つまり、水耕栽培を行うような場合には、培養液の温度が低下する冬季においては、根圏の温度が低下し、高温の夏季に比して生育が抑制されてしまうという事例が報告されている。
また、植物の生育段階によっては、根圏温度を低下させたほうがよい時期もあり、根圏温度を調整することにより、植物の生育をコントロールしたいという要望があった。

このため、培養液温度を調整する方法が考えらえるが、このような培養液温度制御では、培養液の比熱が大きく、多大なエネルギー消費が必要とることから、特に大規模の水耕栽培施設においては実行することが困難であった。
また、培養液の温度制御を行っている場合であっても、施設全体又は栽培パネル全体で同一の温度制御が実行されるため、成長段階に応じて最適な温度に調整することができないという問題あるとともに、同一の栽培パネル内で根圏の温水域と冷水域とを混在させることは不可能であった。
なお、根圏を加温するための技術としては、特許文献１のような技術が提案されている。

特許文献１の技術においては、株元保温器が開示されている。
当該株元保温器は、一株毎にその株元を被覆するケーシングにより構成されている。
このケーシングの内面には、潜熱蓄熱材が封入された潜熱蓄熱体が配設されており、太陽光が照射されると、このエネルギーが熱となり当該潜熱蓄熱材に蓄熱される構成となっている。
そして、気温が低下する夜間等には、蓄熱された潜熱蓄熱材から熱が放出されることにより、株元が保温されることとなる。

特開２０１３−０９０６２４号公報

このように、特許文献１に記載の株元保温器によれば、電力を使用することなく株元を保温することができるため、多大なエネルギーが使用されるという事態を回避することができる。
しかし、大量栽培において、特許文献１に記載されているような株元保存器を全株に着脱することは困難であり、工数的にも不利であるという問題があった。また、自然蓄熱及び放熱による制御となるため、成長段階や区画に応じた緻密な温度制御ができず、コントロール性に欠けるという問題もあった。
また、特許文献１の技術では、根圏の加温を行うことができても、冷却することはできず（株元保温器を撤去して自然状態に戻すことしかできない）、根圏に対し加温及び冷却を行って緻密な制御を行うことができないという問題もあった。
更に、根元付近が培養液に浸漬される水耕栽培という栽培方法においては、当該方法は適正に合致するとは言えないという問題もある。
更に、前述のように、培養液温度制御を取り入れると、エネルギー使用量が多大となるとともに、緻密な温度制御を行うことが困難である。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、少ないエネルギーで株元の温度を緻密にコントロールすることが可能となった株元温度制御機構付栽培装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、特に植物の水耕栽培において、適正に使用可能な株元温度制御機構付栽培装置を提供することにある。

上記課題は、請求項１に係る株元温度制御機構付栽培装置によれば、植物を水耕栽培するための株元温度制御機構付栽培装置であって、該株元温度制御機構付栽培装置は、植物を支持して生育させる栽培トレーと、該栽培トレーに対し温度調整を行う温度調整機構と、を少なくとも有して構成されており、前記栽培トレーは、水耕栽培用の培養液を貯留する有底筐体状の培養液保持部と、該培養液保持部の開口を閉塞するように覆設される栽培パネルと、該栽培パネルに配設されるとともに前記温度調整機構に接続されて温度制御を行う温度調整部材と、を有して構成されており、前記栽培パネルには、植物を配設するための植物配設孔が形成されており、前記温度調整部材は、前記栽培パネルに埋設されており、前記温度調整部材は、前記植物配設孔を縦断して、前記植物配設孔から縦断部分が露出するよう配置されていることにより解決される。

このように本発明においては、植物を配設するための植物配設孔を有する栽培パネルにおいて、温度調整を行うことにした。
なお、この栽培パネルは、有底筐体状の培養液保持部の開口を覆設するように配置されるものである。つまり、水耕栽培を行うに際しては、培養液は有底筐体状のケース（培養液保持部）に培養液を保持し、このケース（培養液保持部）の上方（植物の地上部伸長方向）に覆設された栽培パネルに植物を支持する形態をとるものである。この栽培パネルには、植物を保持するための植物配設孔が形成されており、当該部分に植物が植付けられた円柱状の植物支持体が配置される。そして、根側は当該部分から下方へと延びて培養液に到達し、養分及び水分を吸い上げることができるように構成されている。
このため、この植物配設孔に近接して温度調整部材を配設することにより、植物の株元（根圏部分）の温度調整を行うことが可能となる。
このように、栽培パネルにおいて温度調整を行うことが可能となるため、培養液自体の温度調整を行う必要がなく、よって、少ないエネルギーで株元（根圏部分）の温度調整を行うことが可能となる。
また、本発明によれば、培養液保持部の上方（植物の地上部伸長方向）に配設された栽培パネルにおいて温度調整を行うため、培養液自体を加温若しくは冷却することはない。
よって、比熱の高い培養液の温度調整が不要となり、上記のようにエネルギー的に有利であるとともに、周辺環境温度（培養室内温度）に左右されることなく、植物に対し最適な生育温度（根圏温度）を実現することができる。

また、このように栽培パネルに植物配設孔が形成され、温度調整部材がこれら植物配設孔に延びているため、複数の植物を最適根圏温度環境にて生育させることができる。よって、特に、工業的に植物の水耕栽培を行うにあたり最適に使用することが可能となる。
また、温度調整部材が植物配設孔にわたって配設されるため、当該部分により植物の株元を保持できるとともに、より近接及び接触した状態で株元を温度調整することができるため好適である。

このとき具体的には、請求項２に記載のように、前記温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するためのイン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達するアウト側主流と、前記イン側主流及び前記アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の分流と、を有して構成されており、前記分流が、前記植物配設孔を縦断するよう配置されていると好適である。
このように構成されていると、効率的に温度調整部材を栽培パネル内に張り巡らせることが可能となるため好適である。

また、別の具体例としては、請求項３に記載のように、植物を水耕栽培するための株元温度制御機構付栽培装置であって、該株元温度制御機構付栽培装置は、植物を支持して生育させる栽培トレーと、該栽培トレーに対し温度調整を行う温度調整機構と、を少なくとも有して構成されており、前記栽培トレーは、水耕栽培用の培養液を貯留する有底筐体状の培養液保持部と、該培養液保持部の開口を閉塞するように覆設される栽培パネルと、該栽培パネルに配設されるとともに前記温度調整機構に接続されて温度制御を行う温度調整部材と、を有して構成されており、前記栽培パネルには、植物を配設するための植物配設孔が形成されており、前記温度調整部材は前記栽培パネルに埋設されており、前記温度調整部材は、少なくとも前記植物配設孔の周縁部に配置されていると好適である。
別例においては、植物配設孔の周縁部に温度調整部材を配置したため、植物の株元を囲むような形態で温度調整を行うことができ、効率的に株元の温度調整を行うことが可能となる。

そして、請求項３において、更に具体的な構成としては、請求項４に記載のように、前記温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するためのイン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達するアウト側主流と、前記イン側主流及び前記アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の分流と、を有して構成されており、前記分流が、前記植物配設孔の周縁部に配置されていると好適である。
このように構成されていると、請求項２の別の具体例においてもまた、効率的に温度調整部材を栽培パネル内に張り巡らせることが可能となるため好適である。

また、請求項３及び請求項４の発明において、更に具体的な構成としては、請求項５に記載のように、前記植物配設孔の周縁部に配置されている前記温度調整部材を弦状にわたるように複数の熱伝導部材が配置されていると好適である。
このように構成されていると、熱伝導部材が植物配設孔にわたって配設されるため、当該部分により植物の株元を保持できるとともに、植物配設孔の周縁部に配置されている前記温度調整部材からの熱伝導により、近接及び接触した状態で株元を温度調整することができるため好適である。

更に、請求項６に記載のように、前記温度調整部材は、加温用の加温側温度調整部材と、冷却用の冷却側温度調整部材と、の二系統を有して構成されており、前記加温側温度調整部材と、前記冷却側温度調整部材と、を片方若しくは双方使用するようスイッチング可能であると好適である。
このように構成されていると、より緻密に株元の温度を調整することが可能となるため好適である。

また、請求項２の発明において、温度調整部材を二系統に分ける場合には、請求項７に記載のように、前記温度調整部材は、加温用の加温側温度調整部材と、冷却用の冷却側温度調整部材と、の二系統を有して構成されるとともに、前記加温側温度調整部材と、前記冷却側温度調整部材と、を片方若しくは双方使用するようスイッチング可能であり、前記加温側温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するための加温イン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達する加温アウト側主流と、前記加温イン側主流及び前記加温アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の加温分流と、を有して構成され、前記冷却側温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するための冷却イン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達する冷却アウト側主流と、前記冷却イン側主流及び前記冷却アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の冷却分流と、を有して構成されるものであり、前記加温分流と前記冷却分流とは、所定の角度を成して交差した状態で積層されていると好適である。
このように構成されていると、植物配設孔に露出する分流部分が交差した構成となるため、当該部分により植物の株元をより確実に保持できるとともに、植物の株元に近接及び接触した状態で株元を温度調整することができる。

更に、これらのとき、請求項８に記載のように、前記温度調整部材は、パイプ状の配管として構成されており、前記温度調整部材の内部には、前記温度調整機構により温度調整された流動体状の温度調整媒体が流されると好適である。
温度調整部材としては、熱を伝導できるものであれば、特に限定されるものではなく、電熱線等も好適に使用することが可能であるが、請求項８に記載のように、パイプ状の配管を張り巡らせて、流体状の温度調整媒体を循環させると好適である。
この温度調整媒体としては、これもまた特に限定されるものではないが、水（温水及び冷水）、プロピレングリコール等の媒体等が使用されるとよい。

また、請求項９に記載のように、前記イン側主流と前記分流との境界部には、調整電磁弁が配置されており、該調整電磁弁の開度制御を行うことにより、前記分流の流量制御を行うと好適である。
このように構成されていると、特に、植物配設孔が複数形成されている場合には、各植物配設孔毎に株元の温度を調整することができる。
例えば、一つの栽培パネルにおいて、生育ステージが異なる植物や、別種の植物を生育させることも可能となる。

本発明に係る株元温度制御機構付栽培装置によれば、比熱の大きい培養液自体の温度を調整する必要がないため、従来の培養液温度を調整する装置に比して、エネルギー効率的に非常に有利である。
また、株元（根圏温度）を調整する構成であるため、地上部環境（栽培室内の環境等）に左右されず、適切な生育環境を提供することができる。
更に、調整電磁弁の使用により、一個の栽培パネル内であっても、植物配設孔毎に異なる温度制御を行うことが可能となるため、一項の栽培パネル内で、異なった品種や異なった生育ステージの植物を同時に栽培することができる。
また更に、株元の（根圏温度）を調整することにより、植物の高品質化が可能となるとともに、本発明に係るシステムにおいては、低温・高温の温度ストレスを与えることも可能となるため、植物の抗酸化機構が刺激されて機能性成含有量が増加した高付加価値植物（野菜）の提供が期待される。

本発明の第一実施形態に係る第一水耕栽培システムを示す概略説明図である。 本発明の第一実施形態に係る第一栽培パネルの上面図である。 本発明の第一実施形態に係る第一栽培パネルの内部説明図である。 本発明の第一実施形態に係る第一栽培パネルの断面説明図である。 本発明の第二実施形態に係る第二栽培パネルの上面図である。 本発明の第二実施形態に係る第二栽培パネルの内部説明図である。 本発明の第三実施形態に係る第三栽培パネルの上面図である。 本発明の第三実施形態に係る第三栽培パネルの内部説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、水耕栽培において使用される、温度制御機構が搭載された株元温度制御機構付栽培装置に関するものであり、当該装置は、少ないエネルギーで株元の温度を緻密にコントロールすることができる。

図１乃至図４は、本発明の第一実施形態を示すものであり、図１は第一水耕栽培システムを示す概略説明図、図２は第一栽培パネルの上面図、図３は第一栽培パネルの内部説明図、図４は第一栽培パネルの断面説明図である。
また、図５及び図６は、本発明の第二実施形態を示すものであり、図５は第二栽培パネルの上面図、図６は第二栽培パネルの内部説明図である。
更に、図７及び図８は、本発明の第三実施形態を示すものであり、図７は第三栽培パネルの上面図、図８は第三栽培パネルの内部説明図である。

≪第一実施形態≫
＜栽培システムの概略構成について＞
図１に、本実施形態に係る第一水耕栽培システムＳ１の概略構成図を例示した。
この第一水耕栽培システムＳ１が、「株元温度制御機構付栽培装置」に相当するものである。
なお、本第一水耕栽培システムＳ１は、システムの一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、改変されていてもよい。
本実施形態に係る第一水耕栽培システムＳ１は、第一栽培トレー１と、貯留タンク２と、熱交換システム３と、ポンプ４と、これらを連結して温度調整媒体Ｍ１の通路となるライン５と、を有して構成されている。
なお、貯留タンク２、熱交換システム３、ポンプ４、ライン５は、特許請求の範囲の「温度調整機構」に相当するが、これらは、本実施形態における機構の一例であり、本発明の趣旨に逸脱しない範囲において改変されてもよいことは勿論である。
つまり、要は、第一栽培トレー１における温度を調整する（加温及び冷却等）ができればよいのであって、本実施形態においては、当該目的を達成するための機構例として、上記部材の組合せを示したものにすぎない。

次いで、各構成に関して説明する。
第一栽培トレー１は、複数の植物を支持して培養する（生育する）ためのものである。
なお、当該第一栽培トレー１の詳細な構成は、本発明の主要部分であるため、後に詳述する。
貯留タンク２は、温度調整媒体Ｍ１を貯留しておくための容器である。
側面には、温度計Ｔが備えられており、内部に貯留された温度調整媒体Ｍ１の温度を監視している。
本実施形態においては、温度調整媒体Ｍ１の一例として、水が使用されている。なお、加温時期においては、熱交換システム３により加温された温度調整媒体Ｍ１（温水）が貯留されることとなり、冷却時期においては、熱交換システム３により冷却された温度調整媒体Ｍ１（冷水）が貯留されることとなる。
これらのコントロールは図示しない制御装置により公知の方法で実行されるとよい。
なお、本実施形態においては、温度１調整媒体Ｍ１の例として水を使用し、当該水を加温及び冷却する構成としたが、温度調整媒体Ｍ１として使用される素材はこれに限られるものではなく、例えば、プロピレングリコール等の液状媒体が使用されていてもよい。

熱交換システム３は、公知の熱交換機で形成されている。
例えば、プレート式熱交換器等が使用されており、この熱交換システム３を通過する温度調整媒体Ｍ１の温度を上昇又は降下させることにより、温度調整媒体Ｍ１を所望の温度に調整する。
なお、貯留タンク２に備えられた温度計Ｔからの温度データにより、熱交換システム３に対しフィードバック制御が実行されるように設計されていると好適である。
また、本例では熱交換システム３を使用した構成としたが、これに限られることはなく、貯留タンク２の外側に温度調整ジャケットを装着し、貯留タンク２を直接冷却又は加温可能となるように構成されていてもよい。

ポンプ４は公知のポンプであり、ライン５を通過する温度調整媒体Ｍ１を潤滑に移動させるために必要箇所に必要個数使用される。このポンプ４の配置個数や配置位置に関しては、栽培システムＳ１の状態（流路長、流量、高低差、ライン圧等）に応じて適宜設計されるものである。
ライン５は、温度調整媒体Ｍ１が移動するための経路であり、本実施形態においては、中空の配管が使用されている。
このライン５は、貯留タンク２の底弁から引き出され、第一栽培トレー１及び熱交換システム３をこの順に通過して貯留タンク２の戻入弁に到達する使用ライン５１と、貯留タンク２の底弁から引き出され、熱交換システム３を通過して貯留タンク２の戻入弁に到達する循環ライン５２と、を有する２個のライン構成を成して構成されている。
この使用ライン５１と循環ライン５２とは、前側三方弁Ｖ１と後側三方弁Ｖ２とにより切り替えられるように構成されている。

循環ライン５２は、貯留タンク２内に貯留させる温度調整媒体Ｍ１の温度変更を行うためのラインである。例えば、温度調整媒体Ｍ１を温水から冷水へ変更する際に、当該循環ライン５２内を循環させて貯留タンク２内に貯留される温度調整媒体Ｍ１の温度を低下させる。
このようにして温度調整媒体Ｍ１の温度が所望の温度で安定すれば、ライン５を使用ライン５１に切り替えて（前側三方弁Ｖ１と後側三方弁Ｖ２の流路を切り替えて）、第一栽培トレー１に温度調整媒体Ｍ１を供給する。
なお、本実施形態においては、このようにライン５を切り替えることにより、温度調整媒体Ｍ１の温度変更を行ったが、これに限られることはなく、高い温度用と低い温度用の２種類の貯留タンク２を使用して、第一栽培トレー１への温度調整用媒体Ｍ１供給元の貯留タンク２を切り替えるように構成してもよい。
このようにして、所定の温度に調整された温度調整媒体Ｍ１が、第一栽培トレー１に供給されることとなる。

＜栽培トレーの構成について＞
次いで、図２乃至図４により、第一栽培トレー１について説明する。
第一栽培トレー１は、培養液保持部１１と、第一栽培パネル１２と、を主として有して構成されている。
培養液保持部１１は、有底筐体状のトレーであり、内部に培養液Ｋが保持されている。図示は省略するが、この培養液保持部１１には、培養液導入口及び培養液排出口、これらに付随する弁（バルブ）やポンプ等があり、培養液の導入及び排出が簡易に行えるように構成されている。
第一栽培パネル１２は、矩形板状体であり、培養液保持部１１の上方（植物地上部伸長方向）開口部分を閉塞するように配置される。なお、図示は省略するが、培養液保持部１１の側壁内面側には、第一栽培パネル１２の端部（若しくは、被係止部）を係止するための係止部が複数形成されており、当該係止部に第一栽培パネル１２の端部（若しくは被係止部）が固定可能となっている。
このとき、培養液Ｋは、第一栽培パネル１２と接触しないように調整されている。つまり、培養液Ｋの表面よりも上方（植物地上部伸長方向）に第一栽培パネル１２は配置されている。

第一栽培パネル１２は、矩形平板であり、複数の植物配設孔１２Ａが穿孔されている。
また、第一栽培パネル１２には、温度調整部材１２Ｂが内装されている。
第一栽培パネル１２の素材は特に限定されるものではないが、熱伝導性の低い素材で形成されていることが望ましく、本実施形態においては、熱伝導性の低さ、密度（重さ）、成形性の観点から発泡スチロールが使用されている。
また、本実施形態においては、温度調整部材１２Ｂは、熱伝導性の高い素材で形成された中空のパイプとして構成されており、この内部を温度調整媒体Ｍ１が通過するように構成されている。

本実施形態においては、図３に示すように、横方向に４個及び縦方向に３個各々並列した状態、つまり計１２個の植物配設孔１２Ａを形成した例を示しており、横方向に並列する４個の植物配設孔１２Ａを１個のブロックとして、３個のブロック構成としている。
そして、温度調整部材１２Ｂは、イン側主流１２１、３個の分流１２２（各ブロック相当分）、アウト側主流１２３と、で構成されている。

イン側主流１２１は貯留タンク２から引き出されたライン５と連結されたパイプ部分であり、アウト側主流１２３は、熱交換システム３へと引き出されるライン５と連結されたパイプ部分である。
そして、分流１２２は、イン側主流１２１とアウト側主流１２３との間をわたるパイプ部分であり、各ブロックについて６本のブランチ１２２ａに分流している。
本実施形態においては、このブランチ１２２ａは、内径５ｍｍ〜１０ｍｍ程度に形成されており、イン側主流１２１及びアウト側主流１２３よりも若干小径となっている。

また、イン側主流１２１と各ブランチ１２２ａとの境界部分には、調整電磁弁１２２ｂが配置されており、この調整電磁弁１２２ｂを比例制御することにより、ブランチ１２２ａに流れる温度調整媒体Ｍ１の流量を、各ブロック毎に調整することができるように構成されている。これにより、各ブロック毎に緻密な温度制御を行うことが可能となる。
このように構成されているため、貯留タンク２から第一栽培トレー１に流れ込んだ温度調整媒体Ｍ１は、図３に示すように、イン側主流１２１から、各ブランチ１２２ａを通って、アウト側主流１２３へと流れるようになる。そして、アウト側主流１２３へと流れ込んだ温度調整媒体Ｍ１は、第一栽培トレー１から熱交換システム３へと送られる（図１参照）。
また、温度調整部材１２Ｂは、第一栽培パネル１２に内装されているため、穿孔された植物配設孔１２Ａからは、図２に示すように、ブランチ１２２ａが露出することとなる。

なお、植物は、植物配設孔１２Ａの内径と整合する外径を有する円柱状の植物支持体Ｇに植え付けられた状態で、植物配設孔１２Ａに配設されている。
このとき、この植物支持体Ｇは、植物配設孔１２Ａに嵌合するとともに、上述のように、穿孔された植物配設孔１２Ａからは、ブランチ１２２ａが露出しているため、当該ブランチ１２２ａ位置でもまた植物支持体Ｇは保持される。
また、このブランチ１２２ａは一定の間隙をもって６本並んでいるため、この間隙から植物の根が培養液Ｋ方向へと伸長することができる。
よって、ブランチ１２２ａの存在により、根と培養液Ｋとが接触することが阻害されることはない。

更に、図４に示すように、植物の株元は、ブランチ１２２ａの位置に配置されることとなる。そして、上述の通り、ブランチ１２２ａには、温度調整媒体Ｍ１が流れているため、植物の株元は、温度調整媒体Ｍ１の温度に調整されることとなる。
つまり、植物の生育段階において、株元の加温が必要な場合には、適正温度に加温された温度調整媒体Ｍ１をブランチ１２２ａに流すことにより株元を加温し、適正な生育を促すことができる。
また、前述のように、調整電磁弁１２２ｂの開度を制御することにより、各ブロックの温度調整媒体Ｍ１通過量を調整し、各ブロック毎に緻密な株元温度制御を行うことが可能となる。

なお、本実施形態においては、温度調整媒体Ｍ１を流体（水：温水又は冷水）としたが、これに限られることはなく、温度調整媒体Ｍ１を流体以外で構成してもよい。
つまり、一例としては、温度調整媒体Ｍ１として、電熱線を第一栽培パネル１２に埋め込む構成でもよいし、振動（衝撃）を与えると発熱又は吸熱するような化学物質を第一栽培パネル１２に埋め込む構成でもよい。

≪第二実施形態≫
次いで、図５及び図６により第二実施形態に係る第二水耕栽培システムＳ２について説明する。
当該実施形態においては、ライン５が２系統あること及び温度調整部材１２Ｂの構成等が異なる構成である以外は、上記第一実施形態と同様であるため、上記第一実施形態と異なる部分について説明する。
本実施形態においては、ライン５は、加温ライン５Ａと、冷却ライン５Ｂとの２ライン構成が採用されており、これに伴い、図示は省略するが、貯留タンク２も、温熱タンクと冷却タンクの二種類が使用される。
また、図示は省略するが、これに伴い、熱交換システム３も、加温用及び冷却用に二種類使用されている。

ライン５の基本構成は、図１と同様の構成であり、温熱用（加温ライン５Ａ）と冷却用（冷却ライン５Ｂ）の２系統存在するのみであるため、図示による説明は省略する。
なお、加温ライン５Ａには、温度調整媒体Ｍ１（本実施形態においては、加温されたもの）が循環し、冷却ライン５Ｂには、温度調整媒体１と異なる温度に調整された温度調整媒体Ｍ２（本実施形態においては、冷却されたもの）が循環する構成となっている。

本実施形態では、上記第一実施形態の温度調整部材１２Ｂに相当する構成である第二温度調整部材２０１２Ｂは、加温側調整部材２０１２ａと、冷却側調整部材２０１２ｂと、が組合わされて構成されている。
なお、加温ライン５Ａの構成は、図１乃至図３に示す上記第一実施形態のライン５と同様に構成されている。
この加温側調整部材２０１２ａは、加温イン側主流２１２１Ａと、３個の加温分流２１２２Ａと、加温アウト側主流２１２３Ａと、で構成されている。
そして、加温分流２１２２Ａは、各ブロックについて６本の加温ブランチ２１２２ａに分流している。

なお、温度調整媒体Ｍ１は、上記実施形態と同様に、加温イン側主流２１２１Ａ→加温分流２１２２Ａ（加温ブランチ２１２２ａ）→加温アウト側主流２１２３Ａと流れるよう流路構成されている。なお、第二栽培パネル２０１２の外側の流路に関しては、上記第一実施形態と同様であるため説明は省略する。更に、調整電磁弁１２２ｂは上記第一実施形態と同様の位置に配設されており、温度調整媒体Ｍ１の流量を調整できる点に関しても上記第一実施形態と同様である。

冷却ライン５Ｂの構成は、基本的には、図１乃至図３に示す上記第一実施形態のライン５と同様であるが、冷却側調整部材２０１２ｂは、加温側調整部材２０１２ａに対して９０°回転した状態に配置されている。
以下、詳細に説明する。
冷却側調整部材２０１２ｂは、冷却イン側主流２１２１Ｂと、３個の冷却分流２１２２Ｂと、冷却アウト側主流２１２３Ｂと、で構成されている。
また、冷却分流２１２２Ｂは、各ブロックについて６本の冷却ブランチ２１２２ｂに分流している。

そして、この冷却ブランチ２１２２ｂは、加温ブランチ２１２２ａと直交するように（加温ブランチ２１２２ａに対して９０°ずれた状態で）、この加温ブランチ２１２２ａに積層配置される。なお、この配置に伴い、冷却イン側主流２１２１Ｂ及び冷却アウト側主流２１２３Ｂが延びる方向は、加温イン側主流２１２１Ａ及び加温アウト側主流２１２３Ａが延びる方向と各々９０°ずれることとなる。
なお、温度調整媒体Ｍ２は、上記実施形態と同様に、冷却イン側主流２１２１Ｂ→冷却分流２１２２Ｂ（冷却ブランチ２１２２ｂ）→冷却アウト側主流２１２３Ｂと流れるよう流路構成されている。なお、第二栽培パネル２０１２の外側の流路に関しては、上記第一実施形態と同様であるため説明は省略する。更に、調整電磁弁１２２ｂは上記第一実施形態と同様の位置に配設されており、温度調整媒体Ｍ１の流量を調整できる点に関しても上記第一実施形態と同様である。

なお、本実施形態においては、冷却ブランチ２１２２ｂは、加温ブランチ２１２２ａと直交するように（加温ブランチ２１２２ａに対して９０°ずれた状態で）、この加温ブランチ２１２２ａに積層配置されているが、これに限られることはなく、同方向（ずれ０°）、若しくは、０°＜θ＜９０°ずらして積層されるものであってもよい。
しかし、ずらして配置することにより、加温ブランチ２１２２ａと冷却ブランチ２１２２ｂとがメッシュ状に組まれることとなるため、植物の根側の安定性が良好となる。

このように、第二実施形態に係る第二水耕栽培システムＳ２によれば、第二栽培トレー２１２にて栽培されている植物の根圏の加温と冷却とを容易に切り替えることができる。
また、加温ライン５Ａと冷却ライン５Ｂ双方を使用することにより、より細やかな温度調整を行うことが可能となる。
よって、栽培している植物の生育ステージや植物種によって、各ラインの切り替えや、最適温度への調整をより緻密に行うことができる。

≪第三実施形態≫
次いで、図７及び図８により第三実施形態に係る第三水耕栽培システムＳ３について説明する。
当該実施形態においては、温度調整部材１２Ｂの構成等が異なる構成である以外は、上記第一実施形態と同様であるため、上記第一実施形態と異なる部分について説明する。
本実施形態では、第三栽培トレー３０１の外側のライン５基本構成は、上記第一実施形態と同様であるため、図示による説明は省略する。

上記第一実施形態の温度調整部材１２Ｂに相当する構成である第三温度調整部材３０１２Ｂは、第三イン側主流３１２１Ａと、４個の第三分流３１２２Ａと、第三アウト側主流３１２３Ａと、で構成されている。
そして、第三分流３１２２Ａは、各ブロックについて３本の第三ブランチ３１２２ａに分流している。
第三ブランチ３１２２ａは、ブランチ本流６１と、ブランチ端末分流６２と、から構成されている。
このブランチ本流６１は、第三イン側主流３１２１Ａと第三アウト側主流３１２３Ａとにわたる流路となるものである。
また、ブランチ端末分流６２は、上記ブランチ本流６１から第三植物配設孔３０１２Ａに至る流路となるものである。

そして、このブランチ端末分流６２は、第三植物配設孔３０１２Ａの周囲を囲むように配設された環状分流６２ａと、ブランチ本流６１と環状分流６１ａとを結ぶ連絡分流６２ｂと、で構成されている。
また、この環状分流６２ａを弦状にわたるように配置されるメッシュ部材６２ｃが複数本配置されている。
このメッシュ部材６２ｃは、熱伝導性の高い素材（例えば、針金）で形成されおり、よって、環状分流６２ａからの熱伝導が実現されるとともに、植物の下方部分を支持することができる。

このように構成されているため、温度調整部材Ｍ１は、第三イン側主流３１２１Ａ→第三分流３１２２Ａ（第三ブランチ３１２２ａ）→第三アウト側分流３１２３Ａと流れるよう流路構成される。
このとき、本実施形態においては、第三植物配設孔３０１２Ａの周囲を囲むように配設された環状分流６２ａに温度調整部材Ｍ１が流入するように構成されるとともに、メッシュ部６２ｃへと熱伝導されるため、植物の株元部分に対し効率良く温度調整を行うことが可能となる。
なお、第三栽培パネル３０１２の外側の流路に関しては、上記第一実施形態と同様であるため説明は省略する。
更に、調整電磁弁１２２ｂに関しては、各ブランチ本流６１と連絡分流６２ｂとの境界部分に配設されており、環状分流６２ａに流入する温度調整媒体Ｍ１の流量を調整できるよう構成されている。
これにより、植物の株元の温度調整をより緻密に行うことができる。

以上のように、全ての実施形態において、比熱の高い培養液自体の温度調整を行う必要がなくなるとともに、熱伝導が容易であるため、従来技術に比して、エネルギー効率が極めて良好となる。
また、調整電磁弁１２２ｂの操作や、第二実施形態のような複数系統の導入により、同じトレー内であっても、植物毎に異なる温度に制御することが可能となるため、同一トレー内において多品種栽培が可能となる。更に、植物の生育ステージや植物品種によって最良な温度制御を行うことにより、高栄養価・高品質の植物を栽培することが可能となる。
更に、植物に対し、適度な低温及び高温ストレスを与えることにより、抗酸化機構を増進させて、機能性成分含量を高めることもまた期待される効果である。
また、株元の温度を制御することにより、地上部が植物にとって最適とはいえない環境条件であっても、十分な生育を促すことができる。

（第一実施形態）
Ｓ１ 第一水耕栽培システム（株元温度制御機構付栽培装置）
１ 第一栽培トレー
１１ 培養液保持部
１２ 第一栽培パネル
１２Ａ 植物配設孔
１２Ｂ 温度調整部材
１２１ イン側主流
１２２ 分流
１２２ａ ブランチ
１２２ｂ 調整電磁弁
１２３ アウト側主流
２ 貯留タンク（温度調整機構）
３ 熱交換システム（温度調整機構）
４ ポンプ（温度調整機構）
５ ライン（温度調整機構）
５１ 使用ライン
５２ 循環ライン
Ｇ 植物支持体
Ｋ 培養液
Ｍ１，Ｍ２ 温度調整媒体
Ｖ１ 前側三方弁
Ｖ２ 後側三方弁
(第二実施形態)
Ｓ２ 第二水耕栽培システム（株元温度制御機構付栽培装置）
５Ａ 加温ライン
５Ｂ 冷却ライン
２０１ 第二栽培トレー
２０１２ 第二栽培パネル
２０１２Ｂ 第二温度調整部材
２０１２ａ 加温側調整部材
２１２１Ａ 加温イン側主流
２１２２Ａ 加温分流
２１２２ａ 加温ブランチ
２１２３Ａ 加温アウト側主流
２０１２ｂ 冷却側調整部材
２１２１Ｂ 冷却イン側主流
２１２２Ｂ 冷却分流
２１２２ｂ 冷却ブランチ
２１２３Ｂ 冷却アウト側主流
（第三実施形態）
Ｓ３ 第三水耕栽培システム（株元温度制御機構付栽培装置）
３０１ 第三栽培トレー
３０１２ 第三栽培パネル
３０１２Ａ 第三植物配設孔
３０１２Ｂ 第三温度調整部材
３１２１Ａ 第三イン側主流
３１２２Ａ 第三分流
３１２２ａ 第三ブランチ
６１ ブランチ本流
６２ ブランチ端末分流
６２ａ 環状分流
６２ｂ 連絡分流
６２ｃ メッシュ部材（熱伝導部材）
３１２３Ａ 第三アウト側主流

Claims (9)

1. 植物を水耕栽培するための株元温度制御機構付栽培装置であって、
   該株元温度制御機構付栽培装置は、植物を支持して生育させる栽培トレーと、該栽培トレーに対し温度調整を行う温度調整機構と、を少なくとも有して構成されており、
   前記栽培トレーは、水耕栽培用の培養液を貯留する有底筐体状の培養液保持部と、該培養液保持部の開口を閉塞するように覆設される栽培パネルと、該栽培パネルに配設されるとともに前記温度調整機構に接続されて温度制御を行う温度調整部材と、を有して構成されており、
   前記栽培パネルには、植物を配設するための植物配設孔が形成されており、
   前記温度調整部材は、前記栽培パネルに埋設されており、
   前記温度調整部材は、前記植物配設孔を縦断して、前記植物配設孔から縦断部分が露出するよう配置されていることを特徴とする株元温度制御機構付栽培装置。
2. 前記温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するためのイン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達するアウト側主流と、前記イン側主流及び前記アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の分流と、を有して構成されており、
   前記分流が、前記植物配設孔を縦断するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の株元温度制御機構付栽培装置。
3. 植物を水耕栽培するための株元温度制御機構付栽培装置であって、
   該株元温度制御機構付栽培装置は、植物を支持して生育させる栽培トレーと、該栽培トレーに対し温度調整を行う温度調整機構と、を少なくとも有して構成されており、
   前記栽培トレーは、水耕栽培用の培養液を貯留する有底筐体状の培養液保持部と、該培養液保持部の開口を閉塞するように覆設される栽培パネルと、該栽培パネルに配設されるとともに前記温度調整機構に接続されて温度制御を行う温度調整部材と、を有して構成されており、
   前記栽培パネルには、植物を配設するための植物配設孔が形成されており、
   前記温度調整部材は前記栽培パネルに埋設されており、
   前記温度調整部材は、少なくとも前記植物配設孔の周縁部に配置されていることを特徴とする株元温度制御機構付栽培装置。
4. 前記温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するためのイン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達するアウト側主流と、前記イン側主流及び前記アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の分流と、を有して構成されており、
   前記分流が、前記植物配設孔の周縁部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の株元温度制御機構付栽培装置。
5. 前記植物配設孔の周縁部に配置されている前記温度調整部材を弦状にわたるように複数の熱伝導部材が配置されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の株元温度制御機構付栽培装置。
6. 前記温度調整部材は、加温用の加温側温度調整部材と、冷却用の冷却側温度調整部材と、の二系統を有して構成されており、
   前記加温側温度調整部材と、前記冷却側温度調整部材と、を片方若しくは双方使用するようスイッチング可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載の株元温度制御機構付栽培装置。
7. 前記温度調整部材は、加温用の加温側温度調整部材と、冷却用の冷却側温度調整部材と、の二系統を有して構成されるとともに、前記加温側温度調整部材と、前記冷却側温度調整部材と、を片方若しくは双方使用するようスイッチング可能であり、
   前記加温側温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するための加温イン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達する加温アウト側主流と、前記加温イン側主流及び前記加温アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の加温分流と、を有して構成され、
   前記冷却側温度調整部材は、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル内へと熱伝達するための冷却イン側主流と、前記温度調整機構と連結されて前記栽培パネル外へと熱伝達する冷却アウト側主流と、前記冷却イン側主流及び前記冷却アウト側主流との間を架橋して前記栽培パネル内部への熱伝達を実行する複数の冷却分流と、を有して構成されるものであり、
   前記加温分流と前記冷却分流とは、所定の角度を成して交差した状態で積層されていることを特徴とする請求項２に記載の株元温度制御機構付栽培装置。
8. 前記温度調整部材は、パイプ状の配管として構成されており、
   前記温度調整部材の内部には、前記温度調整機構により温度調整された流動体状の温度調整媒体が流されることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の株元温度制御機構付栽培装置。
9. 前記イン側主流と前記分流との境界部には、調整電磁弁が配置されており、
   該調整電磁弁の開度制御を行うことにより、前記分流の流量制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の株元温度制御機構付栽培装置。

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