JP6870805B2 - 水耕栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、栽培エリア内部において光及び養分を供給しつつ温度管理を行うことで効率的に植物を栽培することができる水耕栽培装置に関する。

近年、土壌を用いる必要が無く、屋内の狭い空間において高密度な生産が可能で、また、天候の影響を受けること無く温度や湿度等を調整でき、さらには、雑菌や害虫等による汚染を除去しやすい等の多くの利点から、水耕栽培装置が注目されている。当該水耕栽培装置は、植物を生育する水耕容器を上下方向に所定の間隔で多段配置すると共に、各水耕容器の上方部側に照明装置を設けた水耕栽培装置が一般に採用されている（例えば特許文献１参照）。

上記のような多段式の水耕栽培装置は、光の有効利用のため光反射用フィルム、シート及び複層板等で装置自体を板等で囲って構成しているため、内部の空気が滞留しやすく、各段における雰囲気温度に差が生じ、植物の育成に影響を及ぼしていた。これに対し、複数の栽培ベッドを段上に有する栽培棚に、均一な気流を与える空調システムを備えられたものが提案されている（例えば特許文献２参照）。これは、長尺の栽培棚の側面に対して空気を流入させる空調調整システムであって、当該栽培棚の側面に向けて冷気を送り込む冷風機と、該冷風機の冷気に対して気流を供給する誘引ファンと、を備えたものである。

特開２０１４−０３３６２２号公報 特開２０１５−１７３６１５号公報

しかしながら、上記のような水耕栽培装置では、冷風機及び誘引ファン等における電気機械装置が複数必要となり、さらに各段に連通するダクトを設ける必要がある等、当該水耕栽培装置は非常に高コストとなり、該水耕栽培装置を容易に導入することができない問題があった。

ここで、水耕栽培装置の各段における構成と、水耕栽培装置内部における空気の移動と、に着目すると、栽培棚が空気の移動を阻止することが原因で当該水耕栽培装置内部における各段で空気が滞留を起こしているのは明らかであり、未だ改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、例えば水耕栽培装置の設置場所等の空気を栽培エリア内に取り込み、温度差の形成を抑制して内部の温度を略均一にすることができ、栽培物の品質に差が出にくい水耕栽培を実現できる水耕栽培装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明は、
内側に反射面１９を有する天井板３Ａ及び内側に反射面１９を有する２組の対向する側板３Ｂで構成された栽培エリア３と、
長尺状の水耕栽培槽７複数個と、
植物用保持孔２５及び通気道２７を有する水耕栽培用プレート５と、
排気口と、
照明装置９と、
を具備する水耕栽培装置１であって、
前記栽培エリア３内において、
前記水耕栽培槽７複数個が、互いに所定の間隔をあけて並行に配置されており、
前記水耕栽培用プレート５が、前記通気道２７が前記水耕栽培槽７同士の間に位置するように、前記水耕栽培槽７の上に配置されていること、
を特徴とする水耕栽培装置１を提供する。

このような構成を有する本発明の水耕栽培装置では、栽培エリア３内において、植物２１を栽培するための水耕栽培用プレート５が、複数個の並行する水耕栽培槽７の上に配置され、植物用保持孔２５において植物２１が栽培されかつ保持されている。また、栽培エリア３内の空気を外部に排出する排気口が設けられているとともに、水耕栽培槽７複数個が互いに所定の間隔をあけて並行に配置されており、水耕栽培用プレート５は、通気道２７が水耕栽培槽７同士の間に位置するよう水耕栽培槽７の上に配置されている。

また、上記の本発明の水耕栽培装置１においては、栽培エリア３を構成する天井板３Ａと、側板３Ｂと、が当該栽培エリア３の内側となる面に光を反射及び拡散可能な反射面１９が備わっており、照明装置９の光を反射及び拡散して植物２１に対する光の供給を高効率化することが可能となる。なお、水耕栽培用プレート５の下方には水耕栽培槽７が配置されており、水耕栽培槽７の内部に植物２１の育成を促進する養液２３を入れることが可能である。このような水耕栽培用プレート５と、水耕栽培槽７と、の配置関係によって、水耕栽培用プレート５に保持された植物２１の根を養液２３に浸し、水耕栽培に供することができる。

また、上記の本発明の水耕栽培装置１においては、前記水耕栽培槽７が前記栽培エリア３内において多段に配置されていること、が好ましい。このような構成によれば、栽培エリア３内において多段で水耕栽培を実施可能となり、少ない面積で多くの植物２１を同時に栽培して生産性を向上することができる。、

また、上記の本発明の水耕栽培装置１においては、前記排気口が、いずれかの部分に配設されていればよいが、なかでも前記水耕栽培槽の最上段付近より上方に配設されること、が望ましい。このような構成によれば、排気ファン１１を作動させることにより、通気道２７を通じて空気を効率的に下方から上方に移動して栽培エリア３内の空気の滞留を防止することができ、該栽培エリア３内部の温度を略均一にして効率の良い水耕栽培が可能となる。

更に、上記の本発明は、上記の本発明の水耕栽培装置１を複数個含み、隣接する前記水耕栽培装置１における前記水耕栽培槽７が互いに連結していること、を特徴とする水耕栽培装置をも提供するものである。植物２１の出し入れ作業が川上側、川下側の２か所のみで多くの植物２１の出し入れが可能となり、作業効率が向上する。また、植物２１の出し入れは側面からも可能であり、各水耕栽培槽７に生育段階の異なったものや種類の異なる植物２１を同一の養液２３で栽培可能となる。更に通気道２７からの気流により、植物２１の葉面境界層を打破することができるため植物２１の育成を促進することができる。

本発明によれば、内部の温度を略均一にすることができ、栽培物の品質に差が出にくい水耕栽培を実現可能な水耕栽培装置を提供することができる。

本実施形態に係る水耕栽培装置１の概要を示す図であって、図１（ａ）は、本実施形態の水耕栽培装置１における短手方向Ｘの断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態の水耕栽培装置１における長手方向Ｙの断面図である。 図１（ａ）及び（ｂ）に示す水耕栽培用プレート５の詳細を説明する図であって、図２（ａ）は水耕栽培用プレート５の表面を示した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した矢視線Ａの側面図であり、図２（ｃ）は水耕栽培用プレート５の裏面を示した平面図である。水耕栽培用プレート５は、植物２１を保持しつつ植物２１の根を後述する水耕栽培槽７内の養液２３に浸し、植物２１の栽培における土台となるものである。 図１（ａ）及び（ｂ）に示す水耕栽培用プレート５における長手方向の端部を説明する図であって、図３（ａ）は図２（ａ）に示した矢視線Ｂの側面図であり、図３（ｂ）は長手方向Ｙに水耕栽培用プレート５同士を突き合わせた状態における端部の側面図である。 図３（ａ）及び（ｂ）に示す水耕栽培プレート５の突き合わせ及び光遮断部材４３の構成を説明する側面図である。 図４に示す水耕栽培プレート５の突き合わせ及び光遮断部材４３の構成における変形例１を示す側面図である。 図４に示す水耕栽培プレート５の突き合わせ及び光遮断部材４３の構成における変形例２を示す側面図である。 図４に示す水耕栽培プレート５の突き合わせ及び光遮断部材４３の構成における変形例３を示す側面図である。 図１（ａ）及び（ｂ）に示す水耕栽培槽７を示した斜視図である。 図１（ａ）及び（ｂ）に示す水耕栽培用プレート５と、水耕栽培槽７と、の配置関係を示す斜視図である。 連結した第一水耕栽培装置２０１Ａ及び第二水耕栽培装置２０１Ｂにおける長手方向Ｙの断面図である。 水耕栽培用プレート５のスライドを用いた栽培作業例を示す模式図である。 本実施形態の水耕栽培装置１内部における空気の流れを示した模式図である。 図１（ａ）及び（ｂ）に示す排気ファン１１を側板３Ｂに配設した本実施形態の水耕栽培装置１における短手方向Ｘの断面図である。 セパレート形状にした水耕栽培用プレート５と、水耕栽培槽７と、の配置関係を示す斜視図である。 ミスト噴霧器追加型３０１の概要を示す短手方向Ｘの断面図である。 温調装置追加型４０１の概要を示す短手方向Ｘの断面図である。 葛折通気道型５０１の概要を示す長手方向Ｙの断面図である。

以下、本発明に係る水耕栽培装置１の代表的な実施形態を、図１〜図１２を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明は図示されるものに限られるものではなく、各図面は本発明を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。更に、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。

１．構成
＜水耕栽培装置１＞
図１を用いて、本実施形態における水耕栽培装置１の概要を説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る水耕栽培装置１の概要を示す図であって、図１（ａ）は、本実施形態の水耕栽培装置１における短手方向Ｘの断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態の水耕栽培装置１における長手方向Ｙの断面図である。

本実施形態の水耕栽培装置１は、天候及び気温、さらに害虫等の種々の影響を殆ど受けることがなく、本実施形態の水耕栽培装置１の栽培エリア３は直方体状で上面および４側面を光の効率を高めるための反射面１９で覆われ、かつ水耕栽培用プレート５が光を効率よく反射するため、植物２１の光合成が高効率化し、安定した植物２１の栽培を可能とするものである。

また、前記水耕栽培装置１は、外形が直方体状に形成され、水耕栽培用プレートよりも上方の直方体状の４側面が反射部材で覆われているため、側方からの空気流入がほとんどなく、熱交換のための気流が発生しにくく、熱の滞留が起こり、各段間で温度差が生じるのが通常ではあるが、本実施形態の水耕栽培装置１、水耕栽培用プレート５に貫通孔で構成された通気道２７が設けられていると共に直方体状の上方に排気口を有することから、栽培エリア内に空気の流れができ、これによる熱伝達が容易であり、各段間での温度差もなくなり、各段を貫通した気流が植物２１の葉面境界層を打破するようになる。具体的には、主として屋内で植物２１を栽培するための装置であって、当該植物２１の栽培に必要な養分及び光合成に必要な光を供給しつつ、水耕栽培装置１の下方より水耕栽培装置１の設置場所の空気（例えば空調された空気）を栽培エリア３内に取り込み（場合によっては循環させ）、上記のように内部の温度を略均一にすることができるものである。

本実施形態の水耕栽培装置１は、概ね本水耕栽培装置１の本体部となる栽培エリア３と、植物２１を保持するための水耕栽培用プレート５と、植物２１に養分を含んだ養液２３を供給するための複数個の長尺状（換言すると樋状）の水耕栽培槽７と、植物２１の光合成を促す照明装置９と、栽培エリア３内の空気を排出させるための排気ファン１１と、栽培エリア３内に構成された棚１３と、水耕栽培用プレート５の支持及び長手方向Ｙへのスライドを補助するローラ式コンベア１５と、で構成されている。

栽培エリア３は、全体としていわば箱状の空間を形成している箱体の本体部であり、本実施形態の水耕栽培装置１の本体部を構成しており、当該栽培エリア３に他の部品が載置されることにより水耕栽培装置１が形成されている。栽培エリア３は、栽培エリア３の天井となる天井板３Ａと、長手方向Ｙの壁となる側板３Ｂと、栽培エリア３の略４隅に配置されて水耕栽培装置１の重量を支える４本の支柱３Ｃと、で構成されている。４本の支柱３Ｃは、それぞれを所定の間隔で配置され、当該支柱３Ｃに対して外側から天井板３Ａ及び側板３Ｂが取り付けられている。なお、天井板３Ａと側板３Ｂとの当接部に光が漏れる隙間はない方が好ましい。

また、天井板３Ａ及び側板３Ｂにおける内側の面には、反射面１９が備わっており、それぞれの反射面１９を内側に向けつつ栽培エリア３を構成することにより、当該栽培エリア３内において光を反射させて十分に拡散させることができる。側板３Ｂは箱体の支柱３Ｃの外側に掛けられるが、箱体の支柱３Ｃよりも内部に側板３Ｂを掛けることもできる。

なお、側板３Ｂの高さ方向における長さは、支柱３Ｃの長さよりもが短い。このため、栽培エリア３を接地面１０１に接地する際、当該接地面１０１と、側板３Ｂと、は当接せず、支柱３Ｃにおける下面側の端部のみが接地面１０１に当接することになる。したがって、栽培エリア３は下方においてスリット状の開口１７を具備することになり、該開口１７を介して栽培エリア３の内部と外部とが連通しているため、容易に下方より空調（温度、湿度、炭酸ガス濃度）された空気を取り込める。
側板３Ｂは支柱３Ｃの上端から下端まで一体としたものでも良く、各段の高さに対応して分割したものでも良い。各段の高さで分割した側板３Ｃは、一体のものに比べて軽量になるので、取扱いしやすい点好ましい。

栽培エリア３の内部には、所定の高さにおいて３段の棚１３が設けられており、当該棚１３は、長手方向Ｙに配置される２本の長手方向梁１３Ａと、当該２本の長手方向梁１３Ａを所定の間隔で繋ぐ複数本の短手方向梁１３Ｂと、で構成された梯子状のフレームである。この棚１３は、栽培エリア３の内部において所定の間隔で多段となるように複数載置されることで栽培株数を多くできるので好ましいが、単段であってもよい。

次に、排気口（図示せず。）は、栽培エリア３内の空気を外部に排出させるためのものであって、当該栽培エリア３における天井板３Ａ、又は側板３Ｂにおいて最上段の水耕栽培槽７付近より上方に形成されている。例えば図１３に示すとおり、最上段の水耕栽培槽７付近より上方であれば排気口及び排気ファン１１を側板３Ｂに配設してもよい（図１３において、排気ファン１１はその最下部が最上段の水耕栽培槽７よりも上方に位置している。）。なお、本実施形態では排気口に直接排気ファン１１を取り付けて構成しているが、ダクト等を介して遠方に排気ファン１１を配設したものであってもよい。

また、本実施形態の場合、当該排気口に排気ファン１１が設けられており、栽培エリア３と外部とを連通する当該排気口を介して栽培エリア３内の空気を外部へ排気している。これにより、当該栽培エリア３内に下方から上方に流れる気流を発生させることができ、結果として栽培物エリア３内の環境（温度、湿度、炭酸ガス濃度）を均一にすることが可能となる。

排気ファン１１としては、種々の排気ファンを使用することができるが、例えば電気機械装置等に用いられるケースファン等を用いることが好ましく、栽培エリア３の容量にもよるが、例えば略１０ｍ^３／ｍｉｎの排気能力を有することが望ましい。また、排気ファン１１は、栽培エリア３内の空気の循環効率を高めるため、排気口とは無関係に、種々の位置に配設してもよい。

平面方向から見た栽培エリア３の平面の面積に対する水耕栽培用プレート５の面積の割合については、５０〜９５％の範囲で設定すればよく、単位面積あたりの栽培量を増やすために高い値を設定される傾向が強い。高い値の場合には水耕栽培用プレート５の面積が大きくなるため、側板との隙間が小さくなり、照明装置から放出される熱が各段において滞留するようになる。そのような場合でも、本発明のように水耕栽培用プレート５に通気道２７が形成されていると熱の滞留を緩和することができ、更に上方の排気口から排気ファン１１により排気されるとさらに熱の滞留と各段（棚）間の温度ムラを防止することができる。

また、水耕栽培用プレート５の面積が大きくなると、それに伴い栽培株数を多くすることができ、水耕栽培用プレート５の外周部における側板３Ｂとの間で隙間が小さくなる。これにより、当該隙間を通過する空気量が少なくなり、水耕栽培用プレート５における通気道２７を通過する空気量が増えるため、各段の内部の温度差が小さくなり栽培の均一化が可能となる。
一方、栽培エリア３の平面の面積に対する水耕栽培用プレート５の面積の割合が比較的小さい場合では、水耕栽培用プレート５の周囲部分を通過する空気量が多くなり、各段間の熱の滞留が緩和される方向にあるものの、水耕栽培用プレート５の中央部では貫通する空気量が少なくなり、熱の滞留が起こりやすいという問題がある。

栽培エリア３の温度、湿度、炭酸ガス濃度を均一にするには通気量が多いほうが好ましい。しかし、植物の葉面境界層を打破し、植物の光合成を促進させるためには１〜０．１ｍ／ｍｉｎの風速が好ましく、１ｍ／ｍｉｎより速くとなると植物へのストレスとなり、０．１ｍ／ｍｉｎよりも遅くなると葉面境界層を打破できなくなるという問題がある。このように風速が所定範囲になるようにするため、排気量との関係で開口を調整する必要があり、本実施形態の水耕栽培装置１では、各段の水耕栽培用プレート５（通気道２７を除く閉鎖部）の面積に対する開口（通気道２７及びその他隙間）の割合を３〜５０％の範囲とすることが望ましい。また、光合成においてより好ましい風速の０．３〜０．５ｍ／ｍｉｎとするには開口の割合を１６〜９％とすることが望ましい。

ローラ式コンベア１５は、長尺状のレール４１に所定の間隔で複数個取り付けられており、水耕栽培用プレート５の下面側からローラ式コンベア１５を当接させることで当該水耕栽培用プレート５を支持及びスライドさせることができる。レール４１は、長手方向Ｙに対して略平行に配置されるものであり、棚１３を構成する複数の短手方向梁１３Ｂの上面に固定されている。なお、レール４１は、後述する水耕栽培用プレート５が具備する第二溝３３と同数載置される。

照明装置９は、栽培エリア３内で発光させ、植物の光合成に必要な光を供給するための照明器具であって、光源としては例えば長尺型となるＨＦ型蛍光管や蛍光管型ＬＥＤ等を用いて発光させることができる。本実施形態において、照明装置９は、水耕栽培槽７及びレール４１の下面において、短手方向Ｘと略平行に固定されているが、栽培エリア３の大きさや形状によっては、長手方向Ｙと略平行に固定してもよく、この場合には棚１３を構成する短手方向梁１３Ｂの下面に固定してもよい。

＜水耕栽培用プレート５＞
次に、本実施形態の水耕栽培ユニット１の特徴の一つである水耕栽培用プレート５の詳細について説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、水耕栽培用プレート５の詳細を説明する図であって、図２（ａ）は水耕栽培用プレート５の表面を示した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した矢視線Ａの側面図であり、図２（ｃ）は水耕栽培用プレート５の裏面を示した平面図である。裏面の凸凹は必ずしも必要ではないが、植物（栽培物）の位置決め、水耕栽培プレート５のズレ防止には有効である。水耕栽培用プレート５は、植物２１を保持しつつ該植物２１の根を後述する水耕栽培槽７内の養液２３に浸し、植物２１の栽培における土台となるものである。

図２（ａ）に示す水耕栽培用プレート５は、略四角形であるが、栽培物の種類、栽植密度によっては三角形や五角形等の多角形等の平面形状を有していればよく、植物２１を保持する貫通孔で構成された植物用保持孔２５と、空気の移動路となる通気道２７と、をそれぞれ所定の間隔で所定数具備している。当該２種の孔は水耕栽培用プレート５の表面から裏面に貫通している。なお、通気道２７は、一つの水耕栽培用プレート５において孔として認識される場合だけでなく、例えば水耕栽培用プレート５に半円の切欠きを形成し、他の水耕栽培用プレート５と突合せをした時に孔として機能する場合も含む。すなわち、装置として組み立てた時に通気道２７として機能するものを含む。

水耕栽培用プレート５における通気道２７は、植物用保持孔２５の近傍にあり、本実施形態ではＸ方向及びＹ方向ともに、一定ピッチの中間位置に設けられている。このようにすると、通気道２７を空気が通過する際、植物用保持孔２５に定植された植物の葉の下面を空気が当たり、葉面境界層を破壊し、葉に新鮮な空気を供給することができる。これにより、植物の育成が促進される効果がある。通気道２７と植物用保持孔２５の間の距離は栽培する植物２１にもよるが、なるべく小さくにすることが好ましく、植物用保持孔２５の相互間距離よりも短くすることが良く、当該相互間距離にできるように適宜通気道２７の数や位置を調整できる。植物用保持孔２５の相互間距離よりも短くすると通気道２７からの通気が葉面にあたりやすくなるからである。

植物用保持孔２５は、例えばウレタン樹脂等で構成された略スポンジ状の培地２９に囲繞された植物２１を挿通して保持しながら育成するものであり、通気道２７は、水耕栽培用プレート５の表面側と裏面側との空気における移動路である。なお、植物用保持孔２５の数は１枚の水耕栽培用プレート５における植物２１の同時栽培株数によって決定されるものであり、通気道２７の数は栽培エリア３の容積及び各棚１３間の容積によって決定されるものである。

図２（ｂ）及び（ｃ）に示すとおり、水耕栽培用プレート５は、下面側に所定数の第一溝３１及び第二溝３３を有しており、短手方向Ｘにおいて凹凸の断面形状を形成している。本実施形態においては、第一溝３１の幅及び深さは、それぞれ第二溝３３の幅及び深さよりも大きく形成されている。第一溝３１は、水耕栽培槽７の上部に被せられる溝であり、第二溝３３は、ローラ式コンベア１５のガイドとなる溝であるため、当該２種の溝はどちらも長手方向Ｙに伸びている。

また、水耕栽培用プレート５が有する植物用保持孔２５は、植物２１の根を水耕栽培槽７内における養液２３に浸す必要があるため、本実施形態においては、当該水耕栽培槽７の上部に被せられる第一溝３１に沿って設けられ、通気道２７は第二溝３３に沿って設けられている。

なお、本実施形態の水耕栽培用ユニット１においては、多量の植物２１を栽培するときは、複数個の水耕栽培用プレート５を、栽培エリア３内の水耕栽培槽７を継手などで連結長尺化し、水耕栽培槽７の上に並べて使用することができ、長手方向Ｙにおいては当該水耕栽培用プレート５同士を突き合わせた状態で、例えばローラ式コンベア１５を回転させつつ移動させることができるので、植物２１の出し入れは例えば川上側と川下側の２か所のみでよく、作業性は向上する。

次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、水耕栽培用プレート５における長手方向Ｙの端部について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、水耕栽培用プレート５における長手方向Ｙの端部を説明する図であって、図３（ａ）は図２（ａ）に示した矢視線Ｂの側面図であり、図３（ｂ）は長手方向Ｙに水耕栽培用プレート５同士を突き合わせた状態における端部の側面図である。

水耕栽培用プレート５の長手方向Ｙにおける端部は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すとおり、両端で形状が異なっており、出隅端部３５と、入隅端部３７と、が設けられている。当該出隅端部３５と、入隅端部３７と、は互いに嵌合するよう形成されたものである。

このような構成の出隅端部３５及び入隅端部３７により、長手方向Ｙに水耕栽培用プレート５同士を突き合わせた際に、それぞれの水耕栽培用プレート５の方向を合わせることで当該出隅端部３５と、入隅端部３７と、が勘合する。これにより、長手方向Ｙに水耕栽培用プレート５を複数枚突き合わせて並べた際に、最端部の水耕栽培用プレート５のみを押して、その他複数枚を安全かつ同時にスライドさせることが可能となる。

また、出隅端部３５と入隅端部３７を接続することにより、接続した隙間から光が入る事がなく、水耕栽培槽７内部に光進入を防止して、光の進入による藻の発生を防止することができる。

なお、上記のような本実施形態の形状以外にも、厚み数ミリの薄物板の前後の端部を上方にＬ字状に折り曲げて、上方折り曲げ片５５を有するものも使用できる。この場合、隣接する水耕栽培用プレート５同士がそれぞれの上方折り曲げ片５５で接するため、隣接する水耕栽培用プレート５を押す場合に、該水耕栽培用プレート５同士が重なってしまうという薄板特有の問題を回避することができる。

ここで、図４に示すように、隣接する水耕栽培用プレート５同士の間に隙間が発生し、そこに光が進入し、藻が発生することを防止するため、当接した２つの上方折り曲げ片５５の上方を逆Ｕ字状の長尺キャップからなる光遮断部材４３を戴置することにより、隙間での光の進入を防止してもよい。また、当該光遮断部材４３は、当接した２つの上方折り曲げ片５５を把持して固定可能な略クリップ状としてもよい。上方折り曲げ片５５は高さ５〜５０ｍｍにすることができる。

更に、水耕栽培用プレート５や光遮断部材４３は種々の形態を採り得る。図５〜７に、水耕栽培用プレート５の変形例と、隣接する水耕栽培用プレート５同士の間に配置される光遮断部材４３の構成の変形例と、を示す。図５は、断面形状が略Ｔ字状の光遮断部材４３を載置した例で、水耕栽培用プレート５間の隙間から光が侵入することを防ぎつつ、垂直板４５が水耕栽培用プレート５同士の突き合わせ部に挟まれることで光遮断部材４３が固定され、天板４７が突き合わせ部の浮き上がりを抑制することにより、水耕栽培用プレート５の重なりを防止するものである。

図６は、上方折り曲げ片５５を具備しない水耕栽培用プレート５同士の突き合わせ部を把持可能な、略クリップ状の把持部４９を背中合わせに配置して構成された光遮断部材４３を載置した例で、水耕栽培用プレート５同士の突き合わせ部を把持して隙間を遮蔽することにより光の侵入を防ぎつつ、把持部４９の把持力によって突き合わせ部を固定し、水耕栽培用プレート５の重なりを防止するものである。

また、図７は、所定の間隔で複数の固定用突起５１を具備する板状の光遮断部材４３を載置した例で、当該光遮断部材４３を用いて、上方折り曲げ片５５を具備せず、光遮断部材４３に配置された固定用突起５１と同じ寸法間隔で配置された突起挿入孔５３を有する水耕栽培用プレート５同士の突き合わせ部を固定したものである。光遮断部材４３の固定用突起５１を突起挿入孔５３に挿入することで水耕栽培用プレート５同士の突き合わせ部を固定して重なりを防ぎつつ、光の侵入を防止することができる。

＜水耕栽培槽７＞
次に、図８を用いて水耕栽培槽７の詳細を説明する。図８に示すように、水耕栽培槽７は、住宅に好適に用いられる合成樹脂製の樋等を用いて構成したものであって、略Ｕ字の断面形状を有した長尺状の水槽である。当該水耕栽培槽７は、内部に植物２１の成長を促進させる養液２３を貯留又は循環するものであるため、両端部に端部壁３９を設けて養液２３が外部へ流出することを防止している。

また、水耕栽培槽７は、長手方向Ｙに対して複数個が略平行に配置されるものであり、棚１３を構成する複数の短手方向梁１３Ｂの上面に保持されている。本実施形態においては、水耕栽培槽７の数は、水耕栽培用プレート５が有する第一溝３１の数と同じである。

なお、水耕栽培槽７内で養液２３を循環させる場合は、例えば、水耕栽培槽５に所定の勾配を設けて川上側と川下側とを設定し、ポンプ及び導水パイプ等を用いて外部に設けた貯水槽から養液２３を川上側に供給し、川下側から排水して当該貯水槽に戻す等の機構を備えることで可能となる。

上述したような本実施形態の水耕栽培用プレート５と水耕栽培槽７の配置関係について説明する。図９は、水耕栽培用プレート５と水耕栽培槽７の配置関係を示す斜視図である。水耕栽培用プレート５と水耕栽培槽７は、図９に示すとおり、水耕栽培用プレート５が複数の水耕栽培槽７を跨ぐ形で設置されており、複数の植物２１を一つの水耕栽培用プレート５によって収穫等の作業ができると共に、水耕栽培用プレート５のサイズが大きくなっても通気道２７により植物２１に新鮮な空気を供給できる点で好ましい。そして、水耕栽培用プレート５の第一溝３１が水耕栽培槽７の上部に被さるような位置関係で互いに配置されており、各植物用保持孔２５に保持された植物２１の根が水耕栽培槽７内の養液２３に浸される。

また、水耕栽培用プレート５及び水耕栽培槽７は、いずれも長手方向Ｙに対して略平行に配置されるため、水耕栽培用プレート５を長手方向Ｙにスライドしても、当該水耕栽培用プレート５と共に植物２１が水耕栽培槽７に沿って移動することになる。

更に、水耕栽培用プレート５に設けられた通気道２７は、第二溝３３に沿って配置されているため、ローラ式コンベア１５の直上及び並列した水耕栽培槽７の間の上方に位置する。また、上述のとおり、ローラ式コンベア１５は、長尺のレール４１に所定の間隔で複数個取り付けられているため、それぞれのローラ式コンベア１５間にも隙間が存在する。

これにより、ローラ式コンベア１５が第二溝３３の当接した状態であっても、通気道２７が完全に塞がれることがなく、当該通気道２７は並列した水耕栽培槽７における隙間と連通することになり、水耕栽培用プレート５の表面側と裏面側とにおける空気の移動を可能にしている。無論、通気道２７と、並列した水耕栽培槽７における隙間と、における連通関係は、水耕栽培用プレート５を長手方向Ｙにスライドしても維持されるものである。

なお、図１４に示すとおり、各段を必ずしも一枚の水耕栽培用プレート５で構成する必要はなく、例えば各水耕栽培槽７ごとに複数枚に分割して（セパレート）してもよい。当該構成で用いる水耕栽培用プレート５は、通気道２７を孔として設ける必要がなく、隣接する水耕栽培槽７の隙間を通気道２７として代用することができる。
各段の水耕栽培用プレート５を複数枚で構成することにより、当該各段内でも複数種の植物２１を栽培することが可能で、該植物２１の種類ごとに後述する水耕栽培用プレート５のスライドを用いた栽培作業を行うことができる。

＜変形例＞
これまで詳述した本発明の一実施形態に係る水耕栽培装置１については、本発明の技術思想を具備していれば種々の設計変更が可能であり、かかる設計変更による態様も当然に本願発明の技術的範囲に含まれる。以下に幾つかの変形例について説明する。

（１）ミスト噴霧器追加型３０１
図１５を用いて上記水耕栽培装置１の変形例となるミスト噴霧器追加型３０１の詳細を説明する。図１５は、ミスト噴霧器追加型３０１の概要を示す短手方向Ｘの断面図である。ミスト噴霧器追加型３０１は、栽培エリア３０３内にミストを噴霧するミスト噴霧器３５７を配設し、例えば液体肥料や液化炭酸ガス、又は殺虫剤等の液体をミストに変えて噴霧し、植物３２１の栽培効率を更に向上するものである。（水をミスト化して噴霧を基本とし、これに液体肥料や殺虫剤などの各種薬品を添加する事も出来る。また、ミストと同様に炭酸ガスなどの気体を噴霧することもできる。）

図１５に示すとおり、ミスト追加型３０１は、栽培エリア３０３を構成する天井板３０３Ａと、側板３０３Ｂと、支柱３０３Ｃと、の構成及び構造は水耕栽培装置１と概ね同様とし、最下段に位置する水耕栽培槽３０７の更に下方（側板３０３Ｂの開口３１７近傍）にミスト噴霧器３５７を追加配設している。当該ミスト噴霧器３５７は、例えば自身に液体を供給するための液体導管３５９を備え、継時的又は定期的にミストを栽培エリア３０３内に噴霧するものであればよい。また、ミスト噴霧器３５７は、専用の棚３１３等を設けて固定する、又は別途金具（図示せず）等を用いて吊り下げる等、種々の固定方法を用いることができる。

ミスト噴霧器３５７から噴霧したミストは、栽培エリア３０３内の気流に従って各通気道３２７を通過させ、上方に移送しつつ各段の植物３２１に対して容易に供給することができる。

（２）温調装置追加型４０１
次に、図１６を用いて上記水耕栽培装置１の変形例となる温調装置追加型４０１の詳細を説明する。図１６は、温調装置追加型４０１の概要を示す短手方向Ｘの断面図である。温調装置追加型４０１は、栽培エリア４０３内の温度を任意に調整可能な温調装置４５７を配設し、栽培エリア４０３内を栽培する植物４２１の育成に適した温度に調整し、栽培効率を更に向上するものである。

図１６に示すとおり、温調装置追加型４０１は、栽培エリア４０３を構成する天井板４０３Ａと、側板４０３Ｂと、支柱４０３Ｃと、の構成及び構造は水耕栽培装置１と概ね同様とし、側板４０３Ｂの上方と下方とを連通するダクト４５９及び該ダクト４５９に載置される温調装置４５７が追加されている。

ダクト４５９は、一般的な建築の空調用途に用いられる亜鉛鋼板、アルミ、塩化ビニル等で形成された中空の筒であって、直径（中空径）及び長さは、使用する温調装置追加型４０１のサイズによって決定することが望ましい。
温調装置４５７は、例えば小型のファンコイルユニット等、熱交換による空調機能を備えた熱交換器である。熱交換能力は、使用する栽培エリア４０３の容積及び温調装置４５７の設置数により決定することが望ましい。

温調装置追加型４０１の具体的な構造は、側板４０３Ｂに対し、ダクト４５９の一方を最上段の水耕栽培槽４０７より上方で、かつ栽培エリア４０３内に連通させつつ接続し、他方を開口４１７から栽培エリア４０３内に挿入しつつ温調装置４５７が接続されている。上記ダクト４５９及び温調装置４５７は、栽培エリア４０３のサイズ及び形状に応じて複数設け、より効率的に温調を行うことができる。なお、当該温調装置追加型４０１は、排気ファン１１ではなく、循環気流を起こすファンが温調装置４５７に内蔵されているが、ファンを温調装置４５７から分離していてもよい。また、開口４１７は塞がれておらず、新鮮な空気を栽培エリア４０３内に引き込むことができるため、光合成による酸素過多な空気のみが循環されるわけではない。

温調装置４５７により温調された空気は、開口４１７から栽培エリア４０３内に噴出され、各通気道４２７を通過し、上方に移動しつつ各段の空気を温調することができる。また、温調装置４５７の動作により、ダクト４５９内が負圧となることから、栽培エリア４０３上方（最上段の水耕栽培槽４０７より上方）から該栽培エリア４０３内の空気をダクト４５９内に引き込む。更に、引き込んだ空気を再度温調装置４５７によって温調した後、開口４１７から栽培エリア４０３下方より該栽培エリア４０３内に噴出する。
栽培エリア４０３内の空気は上記フローにより栽培エリア４０３と、ダクト４５９及び温調装置４５７と、を循環し、効率的に各段の空気を温調することができる。

（３）葛折通気道型５０１
次に、図１７を用いて上記水耕栽培装置１の変形例となる葛折通気道型５０１の詳細を説明する。図１７は、葛折通気道型５０１の概要を示す長手方向Ｙの断面図である。葛折通気道型５０１は、各段の通気道５２７を長手方向Ｙの略最離位置に交互配置し、開口５１７から侵入した空気を葛折り状に移送させて（換言すると、図１７において矢印で示すように下方から上方に向けていわゆるサーペンタイン（serpentine）状に移送させて）栽培エリア５０３内を通過させるものである。

図１７に示すとおり、葛折通気道型５０１は、栽培エリア５０３を構成する天井板５０３Ａと、側板５０３Ｂと、支柱５０３Ｃと、の構成及び構造は水耕栽培装置１と概ね同様とし、通気道５２７を各段で変則的に配置して構成している。より具体的には、上下に隣合う段の通気道５２７を長手方向Ｙにおいて略最遠位置にのみ配置（例えば、長手方向Ｙに対面視した状態で、通気道５２７を最上段は右端、２段目は左端、３段目は右端・・・となるよう配置する）する。なお、通過する空気量を確保するため、通気道５２７の開口率は水耕栽培装置１と同様とする。
このように通気道５２７の位置を意図的に変則配置することにより、開口５１７から排気ファン５１１までにおける気流の流れを任意に決定することができる。

（４）連結可能な水耕栽培装置１００上述した本実施形態の水耕栽培装置１において、例えば支柱３ｃ等の本数を増やして、長い水耕栽培装置１００としてもよい。この水耕栽培装置１００は、各種部品を適宜複数個連結し、かつ隣接する前記水耕栽培装置１における前記水耕栽培槽７が互いに連結することにより、本実施形態の長尺の水耕栽培装置１００が構成可能となる。

図１０は、上記の水耕栽培装置１の連結した水耕栽培装置１００の一例を示しており、連結した第一水耕栽培装置２０１Ａ及び第二水耕栽培装置２０１Ｂにおける長手方向Ｙの断面図である。図１０に示すとおり、本実施形態の水耕栽培装置は、長手方向Ｙに連結して長尺化し、さらに多くの植物２１を同時に栽培することができる。

第一水耕栽培装置２０１Ａ及び第二水耕栽培装置２０１Ｂは、双方の長手方向Ｙ及び短手方向Ｘの向きを揃えた状態で、当該長手方向Ｙにおいて一直線となるよう配置し、水耕栽培装置２０１Ａと、水耕栽培装置２０１Ｂと、における対面した短手方向Ｘの側板Ｂをそれぞれ１枚のみ取外したうえで、双方の端部を突き合わせて固定する。なお、双方の水耕栽培槽７は、養液２３が流出しないよう所定の継手等により連結し、双方のローラ式コンベア１５は、レ−ル４１の軸が継手で屈折しないよう注意する必要がある。

また、第一水耕栽培装置２０１Ａと、第二水耕栽培装置２０１Ｂと、の突き合わせ部に隙間が発生してしまうと当該隙間より外部の光及び空気が内部に侵入してしまい、光の供給及び空気の移動が不均一となるため、隙間が発生しないよう留意する必要がある。なお、栽培エリア３は任意で大きさを決定することができるものであるため、長手方向Ｙにおける連結だけではなく、栽培エリア３における短手方向Ｘを拡張することで、該短手方向Ｘに水耕栽培用プレート５を複数並列させて使用することもできる。

図１０に示す本実施形態の水耕栽培装置１００は、各棚１３において一枚の水耕栽培用プレート５のみを具備した最小ユニット等で使用する場合、植物２１の栽培完了まで水耕栽培用プレート５を移動させず固定して使用することになるが、上述のように連結して長尺の本水耕栽培装置１を使用する場合は、図１１に示すとおり、植物２１の育成状況に応じて水耕栽培用プレート５を長手方向Ｙにスライドさせ、栽培作業を高効率化することができる。

図１１は、水耕栽培用プレート５のスライドを用いた栽培作業例を示す模式図である。
水耕栽培装置１００は本水耕栽培装置１を長尺に変形した実施形態であるが、本水耕栽培装置１の水耕栽培槽７のみを連結させる事もできる。この場合、本水耕栽培装置１を長手方向Ｙに直列に設置しつつ、水耕栽培槽７を連結させて、養液２３の濃度や温度などの管理を一括し、管理の容易化を図ることができる。水耕栽培槽７の連結は、当該水耕栽培槽７を長尺化して形成する物のほか、水耕栽培槽７を配管で接続する場合もある。この場合、側板３Ｂには水耕栽培槽７の形状や配管の形状に対応して開口を形成されている。このように本水耕栽培装置１を直列に配置した場合、水耕栽培槽７に使用する養液２３は共通するものの、各水耕栽培装置１で一定の栽培エリア３が区切られているので、各水耕栽培装置１内での排気、通気を確実に実行でき、または独立して温度条件等を設定することもでき、さらに各水耕栽培装置間で異なる植物２１を栽培することもできる。
また、水耕栽培槽７を長尺化して形成した場合、図１１に示す育成を行う事もできる。この場合には、隣接する水耕栽培装置１間の側板３Ｂを一時的に取り外した後、水耕栽培用プレート５を長手方向Ｙにスライドさせ、スライド完了後、側板３Ｂを設置することができる。

２．作用効果
次に、上述した構成を有する本実施形態の水耕栽培装置１及び水耕栽培装置１００の作用効果について説明する。図１２は、本実施形態の水耕栽培装置１内部における空気の流れを示した模式図である。

図１２に示すとおり、本実施形態の水耕栽培装置１は、天井板３Ａに設けられた排気ファン１１により、外部の空気を内部に取り込みつつ、内部の空気を外部に排出させることができる。具体的には、排気ファン１１が回転することで本水耕栽培装置１内部の空気が天井板３Ａ側に上昇し、排気ファン１１を介して外部に排出される。この時、本水耕栽培装置１内は減圧状態となるため、側板３Ｂの下方に設けられたスリット１７を介して外部の空気が内部に取り込まれる。

上述のとおり、本水耕栽培装置１の水耕栽培用プレート５は、通気道２７を具備し、当該通気道２７により水耕栽培用プレート５の表面側と裏面側とにおける空気の移動を可能にしているため、多段に配置された水耕栽培用プレート５間における空気は当該水耕栽培用プレート５に遮られることなく、天井板３Ａ側へ容易に上昇することができる。

このように、本実施形態の水耕栽培装置１は、排気ファン１１を作動させることで内部における各棚間の空気を移動させ、長時間部分的に滞留させないでおくことができる。また、水耕栽培用プレート５に設けられた通気道２７は、所定の間隔で複数設けられているため、空気の移動に偏りがなく、各棚間の空気は略均一に移動することができる。そのため、各棚間の空気環境（温度、湿度、炭酸ガス濃度、風量）の差が少なくなることにより、各棚間、各棚内の栽培物の生育ムラが生じなくなる。

本実施形態の水耕栽培装置１は、植物２１の光合成に必要な光を照明装置９により供給しており、また当該照明装置９は、各棚間それぞれに設けられているが、上述による空気の移動により、照明装置９で温められた空気の滞留を防止し、各棚及び各場所における温度を均一化することができる。これにより、植物２１の育成環境を同一条件とし、育成速度を揃えることが可能となり、出荷する植物の大きさが揃うため、良品率が高めることができる。また、各棚間の空気環境（温度、湿度、炭酸ガス濃度、風量）の差が少なくなることにより、各棚間、各棚内の栽培物の生育ムラが生じなくなる。

ここで、上記の本実施形態の水耕栽培装置１（栽培エリア３）内における温度比較を行うべく、以下のような実験を行った。

＜実験１＞
図１に示す構造を有する水耕栽培装置１を作製した。具体的には、外径寸法として幅８９０ｍｍ×長さ１５３０ｍｍ×高さ１６００ｍｍの栽培エリア３に、棚１３を３５０ｍｍ間隔で３段配置し、各棚１３には照明装置９として（株）東芝製の２３Ｗ型ＬＥＤ電球を６本配置した。水耕栽培槽７は、ＰＶＣで構成された給水２０型の樋を配置し、水耕栽培用プレート５は、発泡スチロール製の厚さ２０ｍｍの物を用いた。なお、当該水耕栽培用プレート５は中央に通気道２７を具備している。そして、水耕栽培装置１の外周の４つの側面には反射板が設けられており、側方からの空気の流入が規制された状態にある。また、排気ファン１１は、オリエンタルモーター（株）製の消費電力５４．５Ｗ、換気能力１２．８ｍ³／ｍｉｎ（ＭＲＥ １８−ＢＨ）を用いて栽培エリア３内の空気を外部に排出させた。

＜実験２＞
排気ファン１１を作動させないこと以外は、上記実験１と同様のことを実施した。

＜実験３＞
水耕栽培用プレート５に通気道２７を設けなかったこと以外は、上記実験１と同様のことを実施した。

上記の実験１〜３において、それぞれの水耕栽培装置１の各棚１３及び外部における雰囲気温度を測定した。用いた温度測定器はＧＲＡＰＨＴＥＣ社製データロガー ＧＬ−８２０であり、各棚１３における照明装置９の下端から略２００ｍｍ下方で、短手方向Ｘの略中央近傍と、端と、を測定位置とした。また、測定条件は、照明装置９を点灯と同時に測定を開始し、当該測定の開始から温度が一定になったことを確認後（約１時間）、測定を終了するものとした。得られた結果を表１に示す。

表１に示されているように、本発明の水耕栽培装置１と略同様の構成を有する実験１では、各棚１３及び外部における雰囲気温度の差が、略中央近傍及び端の双方ともに１度未満となり、温度の均一化を好適に達成していることが確認できる。これに対し、排気ファン１１を作動させなかった実験２では、各棚１３における略中央近傍及び端の双方ともに略５度となる顕著な温度差が確認された。また、実験３では排気ファン１１を作動したため、各棚１３における雰囲気温度の差は小さいが、水耕栽培用プレート５に貫通孔２７を具備しないため、各棚１３における略中央近傍の雰囲気温度において比較的明確な温度差が確認できた。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明してきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の精神及び教示を逸脱しない範囲でその他の改良例や変形例が存在する。そして、かかる改良例や変形例は全て本発明の技術的範囲に含まれることは、当業者にとっては容易に理解されるところである。

１ 水耕栽培装置
３ 栽培エリア
３Ａ 天井板
３Ｂ 側板
３Ｃ 支柱
５ 水耕栽培用プレート
７ 水耕栽培槽
９ 照明装置
１１ 排気ファン
１３ 棚
１３Ａ 長手方向梁
１３Ｂ 短手方向梁
１５ ローラ式コンベア
１７ 開口
１９ 反射面
２１ 植物
２３ 養液
２５ 植物用保持孔
２７ 通気道
２９ 培地
３１ 第一溝
３３ 第二溝
３５ 出隅端部
３７ 入隅端部
３９ 端部壁
４１ レール
４３ 光遮断部材
４５ 垂直板
４７ 天板
４９ 把持部
５１ 固定用突起
５３ 突起挿入孔
５５ 上方折り曲げ片
１００ 水耕栽培装置
１０１ 接地面
２０１Ａ 第一水耕栽培装置
２０１Ｂ 第二水耕栽培装置
Ｘ 短手方向
Ｙ 長手方向
３０１ ミスト追加型
３０３ 栽培エリア
３０３Ａ 天井板
３０３Ｂ 側板
３０３Ｃ 支柱
３０７ 水耕栽培槽
３１７ 開口
３２１ 植物
３２７ 通気道
３５７ ミスト噴霧器
３５９ 液体導管
４０１ 温調装置追加型
４０３ 栽培エリア
４０３Ａ 天井板
４０３Ｂ 側板
４０３Ｃ 支柱
４０７ 水耕栽培槽
４１７ 開口
４２１ 植物
４２７ 通気道
４５７ 温調装置
４５９ ダクト
５０１ 温調装置追加型
５０３ 栽培エリア
５０３Ａ 天井板
５０３Ｂ 側板
５０３Ｃ 支柱
５２７ 通気道

Claims (5)

1. 天井板及び２組の対向する側板で構成された栽培エリアと、
   多段に配置される、長尺状の水耕栽培槽複数個と、
   多段に配置される、植物用保持孔及び通気道を有する水耕栽培用プレートと、
   排気口と、
   照明装置と、
   を具備する水耕栽培装置であって、
   前記栽培エリア内において、
   前記水耕栽培槽複数個が、互いに所定の間隔をあけて並行に配置されており、
   前記水耕栽培用プレートが、前記通気道が前記水耕栽培槽同士の間に位置するように、前記水耕栽培槽の上に配置され、
   前記通気道によって、前記水耕栽培用プレートの表面側と裏面側との移動路が形成され、空気が前記通気道を通じて段と段の間を移動する構成を有すること、
   を特徴とする水耕栽培装置。
2. 前記排気口が、前記水耕栽培槽の最上段より上方に配設されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 請求項１又は２に記載の水耕栽培装置を複数個含み、隣接する前記水耕栽培装置における前記水耕栽培槽が互いに連結していること、
   を特徴とする水耕栽培装置。
4. 天井板及び２組の対向する側板で構成された栽培エリアと、
   多段に配置される、長尺状の水耕栽培槽複数個と、
   多段に配置される、植物用保持孔及び通気道を有する水耕栽培用プレートと、
   最上段の水耕栽培槽より上方に配設された排気口と、
   最下段の水耕栽培槽よりも下方に配設された開口と、
   照明装置と、
   を具備する水耕栽培装置であって、
   前記栽培エリア内において、
   前記水耕栽培槽複数個が、互いに所定の間隔をあけて並行に配置されており、
   前記水耕栽培用プレートが、前記通気道が前記水耕栽培槽同士の間に位置するように、前記水耕栽培槽の上に配置され、
   前記側板が、少なくとも前記最下段の水耕栽培槽と前記開口との間から、前記排気口と前記最上段の水耕栽培槽との間まで、延びている構成を有すること、
   を特徴とする水耕栽培装置。
5. 請求項４に記載の水耕栽培装置を複数個含み、隣接する前記水耕栽培装置における前記水耕栽培槽が互いに連結していること、
   を特徴とする水耕栽培装置。

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