JP6876891B2 - 植物栽培装置及び植物栽培システム - Google Patents
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Description
植物栽培装置によると、日照や温度、水分、肥料濃度等が適度に制御された環境で作物を作ることができるので、露地栽培に比べて収穫に要する期間が短い。
また植物栽培装置の多くは水耕栽培によって作物を育成するものであり、露地栽培に比べて清潔である。さらに室内で作物を栽培するので害虫が付かず、無農薬で作物を栽培することができる。そのため植物栽培装置は、レタス等の皮を剥いたりせずに食する野菜を栽培するのに好適である。
栽培トレイがコンベア装置の末端に至ったときには、苗が収穫可能な大きさに成長している。
しかしながら従来技術の植物栽培装置は、部品点数が多く、製造コストが高いという問題があった。また従来技術の植物栽培装置は、照明に必要なエネルギーが大きいという問題があった。
植物栽培装置では、栽培トレイに種又は幼苗を植え、栽培トレイ上で苗を育てる。時間の経過と共に苗が成長し、株が大きくなっていくが、人手による作業を低減する目的から、苗の植え替えは行われない。
そのため幼苗は、将来の成長を見越して、一定の間隔を開けて栽培トレイに植えられる。
一方、従来技術においては、前記した様に照明機器の単位面積当たりの数、配置レイアウト、栽培トレイとの距離は、上流から下流に至るまで同一である。そのため幼苗期においては、照明の数が過剰であり、葉のないところを光が照らしている割合が高い。
また照明の高さは、苗の成長を見越して、栽培トレイから相当に距離をおいた高さに設置されている。
一方、幼苗期は株の全高が低いので、照明と葉との距離が長い。周知の通り、光のエネルギーは、距離の二乗に反比例する。そのため従来技術の植物栽培装置では、幼苗期においては、単位面積当たりの照度は低いものとなってしまう。
また、別の態様は、植物の苗又は種が植えられた複数の栽培トレイと、植物に光を当てるための照明装置と、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させ、栽培トレイ上で植物を成長させつつ栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培システムにおいて、栽培トレイを移動させる栽培トレイの移動経路の最上流から最下流に至る間に、複数の育苗ユニットで構成された植物栽培装置があり、前記育苗ユニットは、両端が開放され周面を覆うことが可能なケースを有し、当該ケースの中に照明装置があり、複数の育苗ユニットのケースが連結されて一連の筒状空間が形成され、前記栽培トレイは、前記ケースで形成される一連の筒状空間に置かれ、前記栽培トレイはケースを跨いで下流側に移動し、構造及び/又は筒状空間内の環境が異なる複数の植物栽培装置があり、栽培トレイを一つの植物栽培装置から他の植物栽培装置に載せ変えるトレイ入替え装置を有することを特徴とする植物栽培システムである。
さらに、関連する態様は、植物の苗又は種が植えられた複数の栽培トレイと、植物に光を当てるための照明装置と、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させ、栽培トレイ上で植物を成長させつつ栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培システムにおいて、上流側における栽培トレイと照明装置の関係と、下流側における栽培トレイと照明装置の関係との間に少なくとも下記のいずれかの相違があることを特徴とする植物栽培システムである。
(1)上流側においても下流側においても照明装置は複数の発光素子によって構成され、上流側においては発光素子の配置密度が下流側に比べて低く、且つ上流側においては発光素子と栽培トレイとの距離が下流側に比べて近い。
(2)上流側においても下流側においても照明装置は1又は複数の発光素子によって構成された照明群が栽培トレイに植えられた苗の位置に合わせて複数配置されたものであり、下流側においては各照明群が占める面積が上流側に比べて大きい。
(3)上流側においても下流側においても照明装置は複数の発光素子によって構成され、上流側においては1又は複数の発光素子によって構成された照明群が複数配置されたものであり、下流側においては発光素子が全体に分布した状態となっている。
植物栽培装置の中程であっても最下流端に比べれば「上流側」であり、最上流端に比べれば中程であっても「下流側」である。
栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させる方法は任意であり、自動的に搬送してもよく、機械や器具を使用して移動させてもよい。また中途に作業者の手によって移動させる領域があってもよい。
「配置密度」は、発光素子の単位面積当たりの数であってもよい。例えば同じサイズの発光素子を使用し、単位面積当たりの使用量が少ない場合は「配置密度」が低く、単位面積当たりの使用量が多い場合は「配置密度」が高い。
「配置密度」は、発光素子の面積密度であってもよい。例えば小さいサイズの発光素子を使用する場合は「配置密度」が低く、大きいサイズの発光素子を使用する場合は「配置密度」が高い。
本態様の植物栽培システムに関連する一態様は、上流側においては発光素子の配置密度が下流側に比べて低く、且つ上流側においては発光素子と栽培トレイとの距離が下流側に比べて近い構成を備えている。
そのため例えば幼苗期(便宜上の表現であり、「幼苗」「成苗」は相対的なものである)においては、発光素子の配置密度が低いのでエネルギーコストが低い。また上流側においては発光素子の総数が少ないので部品点数が少ない。
その一方で、上流側においては発光素子と栽培トレイとの距離が下流側に比べて近い。そのため苗の葉に当たる光は、相当の照度が確保される。
本態様の植物栽培システムに関連する他の一態様は、上流側においても下流側においても照明装置は1又は複数の発光素子によって構成された照明群が栽培トレイに植えられた苗の位置に合わせて複数配置されたものであり、下流側においては各照明群が占める面積が上流側に比べて大きいという構成を備えている。
本態様では、照明群が栽培トレイに植えられた苗の位置に合わせて複数配置されているから、照明の光が無駄なく葉にあたる。
また下流側においては各照明群が占める面積が上流側に比べて大きいので、苗に十分に光を当たることができ、苗を大きく成長させることができる。
本態様においても、上流側の発光素子の総数が少ないので部品点数が少ない。
本態様の植物栽培システムに関連するさらに他の態様は、上流側においても下流側においても照明装置は複数の発光素子によって構成され、上流側においては1又は複数の発光素子によって構成された照明群が複数配置されたものであり、下流側においては発光素子が全体に分布した構成を有している。
本態様では、照明群が栽培トレイに植えられた苗の位置に合わせて複数配置されているから、照明の光が無駄なく葉にあたる。
また下流側においては、発光素子が全体に分布しているから苗に十分に光を当てることができ、苗を大きく成長させることができる。
ここで各育苗ユニットは、製造工場で製作することができる。
本態様では、各育苗ユニットは、製造工場で製作することを想定している。そして製造工場で製作された育苗ユニットを施工現場に搬入して連結し、植物栽培装置を完成させる。
本態様によると、施工現場における作業が大幅に低減される。そのため本態様の植物栽培装置は、設置工事が簡単である。
また育苗ユニットを取り外して修理を行えば、修理工事が大がかりなものとならない。
また連結する育苗ユニットの数を変えることによって装置の全長や育成期間の変更を行うことができる。
さらに環境調整は、一連の筒状空間内だけで足るので、調整対象の空間が小さく、環境調整に要するエネルギーが少なくて足る。
本態様の植物栽培装置は、害虫が侵入した場合の駆除についても容易である。即ち本態様によると、駆除対象となる空間が小さい上、害虫の成虫や幼虫、卵等がひそみ難いので、害虫が侵入した場合の駆除も容易である。
また、関連する態様は、植物の苗又は種が植えられた複数の栽培トレイと、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させる搬送手段を有し、栽培トレイ上で植物を成長させつつ搬送手段で栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培装置において、複数の育苗ユニットを有し、前記育苗ユニットは両端が開放され周面を覆うことが可能なケースを有し、当該ケースの中に照明装置があり、複数の育苗ユニットのケースが連結されて一連の筒状空間が形成され、前記栽培トレイは、前記ケースで形成される一連の筒状空間に置かれ、前記栽培トレイは搬送手段によってケースを跨いで下流側に移動することができるものであり、上流側に配置された育苗ユニット内における栽培トレイと照明装置の関係と、上流側に配置された育苗ユニット内における栽培トレイと照明装置の関係との間に少なくとも下記のいずれかの相違があることを特徴とする。
(1)上流側においても下流側においても照明装置は複数の発光素子によって構成され、上流側においては発光素子の配置密度が下流側に比べて低く、且つ上流側においては発光素子と栽培トレイとの距離が下流側に比べて近い。
(2)上流側においても下流側においても照明装置は1又は複数の発光素子によって構成された照明群が栽培トレイに植えられた苗の位置に合わせて複数配置されたものであり、下流側においては各照明群が占める面積が上流側に比べて大きい。
(3)上流側においても下流側においても照明装置は複数の発光素子によって構成され、上流側においては1又は複数の発光素子によって構成された照明群が複数配置されたものであり、下流側においては発光素子が全体に分布した状態となっている。
押圧部材を駆動するモータ等がケース内にあってもよい。また押圧部材を駆動するモータ等がケース外にあってもよい。
照明は、ケースの天井部に設けられる場合が多いから、ケースの屋根部分を水冷することが望ましい。
同様の課題を解決するための関連するもう一つの態様は、複数の栽培トレイの植え孔に植物の苗又は種を植え、発光素子を使用して植物に光を当て、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させ、栽培トレイ上で植物を成長させつつ栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培方法において、上流側においては、植え孔の近傍の狭い領域に光を集中的に照射し、下流側においては、上流側よりも広い領域に光を照射することを特徴とする植物栽培方法である。
上記した関連する態様において、上流側においては、少ない数の発光素子を使用し、下流側においては、上流側よりも多くの発光素子を使用することが望ましい。
上記した関連する態様において、上流側においては、植え孔に近い位置から光を照射し、下流側においては上流側よりも植え孔から遠い位置から光を照射することが望ましい。
最初に本実施形態の概要と、特徴部分について説明し、その後に、植物栽培装置(植物栽培システム)の全体構造について説明する。
本実施形態の植物栽培システムでは、各育苗ユニット2内にトレイ設置台12と、搬送装置15と、照明装置16及び給排水設備17が設けられている。育苗ユニット2内のトレイ設置台12には、図1の様に栽培トレイ38が4台づつ設置される。そして筒状空間60内に設置された栽培トレイ38は、一定時間ごとに下流側に送られてゆく。
栽培トレイ38が定位置にあるときの植え孔200と発光素子取り付けエリア202は対応する位置関係にあり、植え孔200の位置に合わせて発光素子取り付けエリア202が配置されている。
より具体的には、各植え孔200の真上の位置に、それぞれ発光素子取り付けエリア202がある。
ここで、発光素子取り付けエリア202に取り付けられる発光素子205の数及び配置には、複数の配列パターンがある。即ち照明群212を構成する発光素子205の数及び発光素子205の配置には、複数の配列パターンがある。
具体的に説明すると、比較的小さな幼苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2は、発光素子取り付けエリア202に取り付けられる発光素子205の数が少ない。またそのレイアウトは広がりが少なく、専有する面積が狭い。即ち各発光素子取り付けエリア202自体が小さく、照明群212が占める面積が狭い。
そのため全体的に観察すると、幼苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2は、発光素子205の総量が少なく、配置密度が低い。
そのため全体的に観察すると、成苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2は、発光素子205の配置密度が高い。
また成苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2における配列パターンは、図3及び図4(c)の様なものであり、多数の発光素子205が2重の同心円状に配列されている。
成苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2における配列パターンとしては、他に図4(d)の様に発光素子205が全体に分布した状態となったものであってもよい。図4(d)のレイアウトでは、発光素子205は照明設置板201に均一に分布している。また列状に分布していたり千鳥状に分布させるレイアウトも考えられる。
即ち幼苗を生育する領域においては、図26(a)の様に小球の発光素子205が使用される。中程度の大きさの苗を生育する領域においては、図26(b)の様に中程度の直径の発光素子205が使用される。成苗を生育する領域においては、図26(c)の様に大径の発光素子205が使用される。
この場合においても、幼苗を生育する領域たる上流側においては発光素子の配置密度(面積密度)が下流側に比べて低く、上流側に向かうにつれて配置密度(面積密度)が高くなる。
図27(a)は、発光素子205を円形に配置したものである。図27(b)は、発光素子205を二重り円形に配置したものである。図27(c)は、発光素子205そのそものがリング状である。
一方、成苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2は、照明設置板201の設置高さが高い。そのため発光素子205と苗保持板41との距離が遠い。
そのため、図2の様に比較的小さい苗を育成する領域に設置される育苗ユニット2では、発光素子205の光は、苗208及びその近傍の狭い領域に集中的に照射される。即ち光の照射領域210は、小さい苗208とその近傍に限られ、他の領域には光は当たらない。
特に本実施形態では、照明設置板201の下面に、集光部材206が設けられており、集光部材206が苗208の上部の全域と、周囲の一部を囲う。そのため光は、より重点的に苗208に照射される。
そのため発光素子205の光は、より広い領域に照射され、大きく育った苗の全体に光が当たる。即ち光の照射領域210は、大きい苗の全域に広がる。また照明設置板201の下面に、集光部材206が設けられており、集光部材206が苗208の上部の全域と、周囲の一部を囲う。そのため光は、より重点的に苗208に照射される。
本発明の実施形態の植物栽培装置(植物栽培システムでもある)は、図8の様に同じ形状、構造の育苗ユニット2を直列に接続して一連の筒状空間を形成し、この筒状空間の中で植物を栽培する。本発明の実施形態では、前記した育苗ユニット2を直列に接続した物が一単位の植物栽培装置1である。そして本実施形態では、前記した一単位の植物栽培装置1が、図5、図6の様に幼苗用架台103a及び成苗用架台103bに複数条設置され、さらに付帯設備が追加されて総合的な植物栽培装置(植物栽培システム)100が構成されている。
以下、両者を区別するために、前者を「単位植物栽培装置1」と称し、後者を「総合植物栽培装置100」と称する。
ケース5は、円弧形状の屋根部6と、底面部10と、これらを繋ぐ縦壁状の側面部7,8を有している。ケース5は、3m前後の長さを有している。ケース5の幅は、1m程度である。ケース5の両端は開放されている。一方の開口を導入開口50と称し、他方を排出側開口51と称する。
屋根部6の峰の部分には管36が設けられている。管36には小孔が複数設けられている。屋根部6の軒の部分には冷却水回収用樋37が形成されている。
ケース5は、有色の樹脂または金属で作られており、点検窓11以外の部分は不透明である。
ケース5の内面には、反射性の塗料が塗布されている。そのためケース5の内面は、太陽光を基準として40パーセント以上の反射率を有している。またケース5の内面は、60パーセント以上の反射率を有することが望ましく、さらに80パーセント以上の反射率を有することが推奨される。
トレイ設置台12は、上に後記する栽培トレイ38を載せた状態で、栽培トレイ38を滑り動かすことができる。
即ちトレイ設置台12は、平板の両端をそれぞれ「コ」の字状に折り曲げたものであり、平板状のベース部12aと、ベース部12aの両端から垂直に立ち上げられた脚部12bと、脚部12bから水平に張り出した載置部14を有している。
また載置部14には、固定側係合突出部18が設けられている。固定側係合突出部18は、一端が図示しないヒンジによってトレイ設置台12の載置部14に揺動可能に固定され他端側が載置部14から外側に突出する様に付勢されている。固定側係合突出部18には、開度を規制する図示しないストッパーがある。そのため固定側係合突出部18は、ヒンジを中心として載置部14を構成する面と片持ち状に傾斜突出した固定側係合突出部18の成す角が30度から60度程度の開度を限界として開き、それ以上には開かない。即ち固定側係合突出部18は他端側がトレイ設置台12の載置部14から突出した状態で傾斜姿勢となっている。固定側係合突出部18は、垂直方向に外力を受けると、載置部14内に沈み、外力が無くなると、再び他端側が載置部14から外側に突出する。固定側係合突出部18は、逆止機能を有する突起である。
移動側係合突出部21には、開度を規制する図示しないストッパーがある。そのため移動側係合突出部21は、ヒンジを中心として押圧部材22の表面を構成する面と、片持ち状に傾斜突出した移動側係合突出部21の成す角が30度から60度程度の開度を限界として開き、それ以上には開かない。即ち移動側係合突出部21は他端側が本体部から突出した状態で傾斜姿勢となっている。
前記した様に、押圧部材22は、索状体23によって連結されているが、搬送装置15の両端の索状体23の端部には、係合リング27が設けられている。
照明装置16の構造は、前記した通りであり、育苗ユニット2の設置位置によって発光素子205の数、配置、高さが異なる。
供給側配管31は、一本の主管33と、主管33から分岐された複数の枝管35によって構成されている。
回収側配管32は、培養液回収用樋46を有している。
容器部40は水が漏らない構造であって上面が開放されたトレーである。容器部40の開口部近傍は、面積がやや大きく作られている。
容器部40の底は、図14の様に凹凸形状が設けられている。即ち容器部40の底には、凸状部42と凹溝部43が平行且つ交互に設けられている。凹溝部43の縦壁部分は、後記する様に係合部45として機能する。
苗保持板41は、複数の開口が設けられた板である。
トレイ設置台12及び搬送装置15は、ケース5内の底の位置に配置されている。また前記した様に、2列の押圧部材連結体20はトレイ設置台12の内側部分にある。
トレイ設置台12は、ケース5内の長手方向に対して交差する方向に僅かに傾斜している。
即ちトレイ設置台12の2列に延びる載置部14は、横方向に僅かに傾斜しており、奥側側面部8よりも通路側側面部7の方が低い。
そのため図13の様にトレイ設置台12に栽培トレイ38を設置すると、栽培トレイ38は横方向に僅かに傾斜する。
また給排水設備17の枝管35は、トレイ設置台12の上に開口している。
給排水設備17の培養液回収用樋46は、通路側側面部7の近傍であって高さ方向には低い位置に取り付けられている。
単位植物栽培装置1は、複数の育苗ユニット2を直列に接続して構成されたものである。複数の育苗ユニット2は照明装置16を除いて同じ形状、構造であり、一方の育苗ユニット2のケース5の排出側開口51に、育苗ユニット2のケース5の導入開口50が接続されている。
本実施形態では、複数の育苗ユニット2は、いずれも照明装置16の発光素子205の数、配置、高さが異なる。
そして本実施形態では、上流側に図4(a)の様な発光素子205数が少なく、且つ照明設置板201の設置高さが低く発光素子205と苗保持板41との距離が近いものが配置される。そして下流にいくに従って発光素子205の数が多く、且つ照明設置板201の設置高さが高く発光素子205と苗保持板41との距離が遠いものが配置される。
実際には、育苗ユニット2のケース5同士を隙間を開けた状態で対向させ、両者の間に接続部材55を装着してケース5同士を接続する。接続部材55は、図8、図9の様にベルトであり、図8、図16の様に幼苗用架台103a及び成苗用架台103bの柱107に一端が固定されている。接続部材55の幅はケース5よりも短い。具体的には30cmから80cm程度である。
接続部材55はベルト状であり、ケース5同士の隙間部分に巻き付けられる。
そして図12の様に隣接する育苗ユニット2の間で、配線や配管等が接続される。
具体的には、給排水設備17の供給側配管31の主管33同士が接続される。屋根部6の冷却水回収用樋37が育苗ユニット2の間で接続される(図示せず)。照明装置16の給電線が育苗ユニット2の間で接続される(図示せず)。
各ケース5内の給排水設備17は、図示しないカプラ等で接続され、一連の給排水ラインが構築されている。即ち供給側配管31の主管33は、その両端が隣接する育苗ユニット2の主管33と接続され、一連の給水ラインが構築されている。
同様に、培養液回収用樋46についても、その両端が隣接する育苗ユニット2の培養液回収用樋46と接続され、一連の排水ラインが構築されている。
(1)培養液の供給路の接続部及び/又は合流部
(2)培養液を供給する主配管から枝配管を分岐する分岐部
(3)培養液の排出路の接続部及び/又は合流部
(4)照明の電気配線の接続部及び/又は合流部
(5)照明の電気配線の主線から各照明に至る分岐部
(6)空調用ダクトの接続部及び/又は合流部
(7)空調用ダクトの分岐部
(8)二酸化炭素配管の接続部及び/又は合流部
(9)二酸化炭素配管の分岐部
(10)バルブ
(11)配分盤
(12)ヒューズ
一連に繋がれた押圧部材連結体20の両端はロール30a,30bに巻き付けられている。
その結果、ケース5内の搬送装置15が接続され、複数のケース5内の搬送装置15が図15の様に一連の搬送手段19を構成する。
ロール30a,30bは図示しないモータによって正逆両方向に回転することができる。ロール30a,30bを回転することにより、押圧部材連結体20が移動し、ケース5内で押圧部材22が直線移動する。
複数の育苗ユニット2のケース5が接続部材55で連結された結果、その内部に一連の筒状空間が形成される。単位植物栽培装置1の両端には何らかの扉や蓋が設置される。そのため筒状空間はほぼ閉塞空間となるが、筒状空間の密閉度はさほど高くはない。
栽培トレイ38は、トレイ設置台12に載置されるが、前記した給排水設備17の枝管35は、栽培トレイ38の上に開口する。そのため枝管35から培養液を排出すると、排出された培養液は全て栽培トレイ38の中に入る。
冷却水供給ラインは、各ケース5内に設置された照明装置16によって筒状空間の内の温度が過度に上昇することを防ぐものであり、管36に設けられた孔から水を放出し、ケース5の屋根部6を冷却する。放出された水は、円弧状の屋根部6を流れ、冷却水回収用樋37に回収される。
単位植物栽培装置1では、一連の筒状空間60の一端側(上流側端部)から栽培トレイ38を挿入する。なお栽培トレイ38には予めレタス等の植物の苗が植えつけられている。本実施形態では、一つの育苗ユニット2のトレイ設置台12に4台の栽培トレイ38が設置される。一つの育苗ユニット2に入れる栽培トレイ38の数は任意であるが、2個から6個程度であることが推奨される。
そして給排水設備17の供給側配管31によって栽培トレイ38に培養液が供給され、オーバーフローした培養液は、培養液回収用樋46に回収される。従って栽培トレイ38内は、常に培養液で満たされる。
また照明装置16によって苗の成長に要する光が供給される。本実施形態では、ケース5の内面には、反射性の塗料が塗布されているから、ケース5の内壁に当たった光も反射して苗に当たる。また本実施形態では、照明設置板201の下面に、集光部材206が設けられており、集光部材206が苗208の上部の全域と、周囲の一部を囲うから、光は、より重点的に苗208に照射される。
そのため、生育に応じて適切な量の光が、苗に照射される。
栽培トレイ38は、前記した様にトレイ設置台12に載置されており、トレイ設置台12の載置部14上を滑り動くことができる。
またトレイ設置台12の載置部14の内側には、搬送装置15の2列の押圧部材連結体20があり、栽培トレイ38の辺部は、図13の様に押圧部材連結体20の上に被さっている。
この状態で、ロール30a,30bを回転させて搬送装置15の押圧部材連結体20を図15(a)の矢印の方向に動作させる。即ち搬送装置15の押圧部材22が、ケース5内で導入開口50側から排出側開口51側に移動する様に図示しないモータを回転する。
そのため、搬送装置15の押圧部材22を、導入開口50側から排出側開口51側に移動させると、移動側係合突出部21の突端部が凹溝部43の縦壁部分(係合部45)と係合し、図15(b)の様に栽培トレイ38を、導入開口50側から排出側開口51側に押し動かす。その結果、栽培トレイ38は当初の育苗ユニット2のトレイ設置台12から下流側に隣接した育苗ユニット2のトレイ設置台12に乗り移り、育苗ユニット2を跨いで移動する。即ち本実施形態では、各ケース5内の搬送装置15が結合された一連の搬送手段19を構成し、搬送手段19によって育苗ユニット2が育苗ユニット2を跨いで下流側に移動する。
本実施形態では、各育苗ユニット2内の栽培トレイ38を一連の搬送手段19によって順次先の育苗ユニット2に送り出す。育苗ユニット2には上流側から新たな栽培トレイ38が搬入される。
その際に、搬送装置15の移動側係合突出部21が、栽培トレイ38の底と衝突するが、移動側係合突出部21は、傾斜姿勢であって傾斜の下側から栽培トレイ38と当接する。移動側係合突出部21の傾斜面が栽培トレイ38と当接するから、傾斜の垂直方向分力によって移動側係合突出部21が下方向に押し下げられる。ここで、移動側係合突出部21は、本体部分から外側に突出する様に付勢されているが、垂直方向に外力を受けると、押圧部材22の本体部24に沈む。
そのため図15(c)(d)の様に移動側係合突出部21は、栽培トレイ38の凸部の下を通過し、新たな栽培トレイ38と移動側係合突出部21は、図15(a)の関係に戻る。
即ち、単位植物栽培装置1の始端に位置する育苗ユニット2に苗を植えつけた栽培トレイ38を挿入し、照明装置16を点灯して苗の葉に光を当て、苗の根から栽培トレイ38の培養液を吸収させて苗を育てる。そして搬送装置15を駆動し、栽培トレイ38を筒状空間60内でゆっくりと移動させる。そして栽培トレイ38が一つの単位植物栽培装置1の終端、あるいは複数の単位植物栽培装置1を通過して終端に至った際には、苗は食用に供される程度に成長しており、栽培トレイ38から収穫されて出荷される。
総合植物栽培装置100は、24条の単位植物栽培装置1と、トレイ搬入装置101と、トレイ入替え装置102と、トレイ搬出装置112と、開閉部材118及びトレイ搬送コンベア140を有している。また空調設備122と二酸化炭素供給設備123を備えている。
24条の単位植物栽培装置1の内訳は、幼苗用育苗ユニット2aで構成される16条の幼苗用単位植物栽培装置1aと、成苗用育苗ユニット2bで構成される8条の成苗用単位植物栽培装置1bである。
幼苗用単位植物栽培装置群105は、16条の幼苗用単位植物栽培装置1aを幼苗用架台103aに2列8段に並べたものであり、成苗用単位植物栽培装置群106は、8条の成苗用単位植物栽培装置1bを成苗用架台103bに2列4段に並べたものである。
トレイ搬送コンベア140は、幼苗用単位植物栽培装置群105及び成苗用単位植物栽培装置群106の上にある。空調設備122と二酸化炭素供給設備123は幼苗用単位植物栽培装置群105及び成苗用単位植物栽培装置群106の下にある。
また給電ケーブル、培養液の流路を構成する外部配管、二酸化炭素の配管、空調用ダクト、信号線等についても幼苗用単位植物栽培装置群105及び成苗用単位植物栽培装置群106の下にある。
(1)給電ケーブル
(2)培養液の流路
(3)二酸化炭素の配管
(4)空調用ダクト
(5)信号線
そのため幼苗用架台103a及び成苗用架台103bは、段数と各段の高さが異なるだけであり、他の構造は同一である。
従って両者を代表して成苗用架台103bについて説明する。
各柱107は複数の高さの位置で連結されている。各柱107はいずれも自立するものである。保持部材108は、柱107に取り付けられており、図16の様に柱107を中心として4エリアの底支持部110a,b,c,dを有している。各底支持部110a,b,c,dは水平である。
成苗用架台103bでは、成苗用単位植物栽培装置1bを2列4段に設置するために、保持部材108が4段に取り付けられている。
各柱107の保持部材108の間隔は、成苗用育苗ユニット2bの高さよりもやや高い。
また各柱107の間隔は、成苗用育苗ユニット2bの長さに等しい。各柱107の保持部材108が取り付けられた各段には、接続部材55が設けられている。
昇降装置115は、図示しないモータによって回転するローラ141に昇降ワイヤー116が巻き付けられたものである。
昇降ワイヤー116には、フォーク部材142が吊り下げられている。フォーク部材142は、側面形状が略「L」型であり、フォークリフトの爪の如く、複数の水平板143が片持ち状に張り出したフォーク部145を有している。
そして延長部144の先端に昇降ワイヤー116が取り付けられている。
昇降ワイヤー116は、フォーク部145が水平姿勢を保つことができる位置に取り付けられている。
巻き取りローラ146a,146bは、ローラ本体にモータが内蔵されたものであり、内部のモータを回転することにより、巻き取りローラ146a,146bが回転する。その結果シート147が移動して開口148の位置が変わる。
そしてユニット設置空間に載置された状態で、隣接する成苗用育苗ユニット2bはケース5同士が隙間を開けて対向され、当該対向部分に接続部材55が装着されている。
即ち成苗用育苗ユニット2bを一つずつフォーク部材142のフォーク部145に載せ、昇降装置115を昇降させると共に昇降装置115をレール111a,111bに沿って走行させ、成苗用育苗ユニット2bを設置すべきユニット設置空間の前に移動させる。このとき、フォーク部145の高さは、柱107に取り付けられた保持部材108よりも高い。
そしてフォーク部材142を押して昇降ワイヤー116を傾斜姿勢とし、フォーク部145を保持部材108の間に入れる。その後、昇降装置115を動作させてフォーク部材142を降下させ、成苗用育苗ユニット2bをフォーク部145から保持部材108に載せ変える。
トレイ搬入装置101、トレイ入替え装置102及びトレイ搬出装置112は、いずれも図示しない昇降チェーン等で昇降台125,126,127を昇降するものである。
昇降台125,126,127にはそれぞれローラコンベア装置130,131,132が搭載されており、動力によって昇降台125,126,127上の栽培トレイ38を搬入及び排出することができる。
また開閉部材118のシート147の開口148を単位植物栽培装置1の端部の位置に合わせることによって単位植物栽培装置1の端部を開放することができる。
即ち本実施形態の総合植物栽培装置100では、図示しない作業エリアで、栽培トレイ38に幼苗を植えつける。
そしてこの状態の栽培トレイ38をトレイ搬入装置101の昇降台125に載せる。本実施形態では、昇降台125にはローラコンベア装置130が搭載されているから、ローラコンベア装置130を起動することによって、外部から栽培トレイ38を昇降台125に引き入れることができる。
いずれの幼苗用単位植物栽培装置1aに栽培トレイ38を挿入するかは予めプログラムされており、トレイ搬入装置101の昇降台125に栽培トレイ38を載置した後の一連の動作は、自動的に実行される。
即ち、昇降台125は自動的に上昇して所定の位置に停止し、シート147が移動して幼苗用単位植物栽培装置1aの端部が開き、ローラコンベア装置130を起動し、栽培トレイ38を幼苗用育苗ユニット2aに導入し、その後に幼苗用単位植物栽培装置1aの端部を閉じる。
即ち幼苗用育苗ユニット2a内の照明装置16を点灯して苗の葉に光を当て、苗の根から栽培トレイ38の培養液を吸収させて苗を育てる。そして搬送装置15を駆動し、栽培トレイ38を筒状空間60内でゆっくりと上流側から下流側に向かって移動させる。即ち栽培トレイ38は、幼苗用育苗ユニット2aを跨いで下流側に順次移動する。そして栽培トレイ38が幼苗用単位植物栽培装置1aの終端に至った際には、苗はケース5の天井近くまで成長している。
そのため、生育に応じて適切な量の光が、苗に照射される。
即ち幼苗用単位植物栽培装置1aの終端の幼苗用育苗ユニット2aの排出側開口51には開閉部材118が設けられており、当該開閉部材118の開口148の位置が移動して幼苗用単位植物栽培装置1aの終端を開いて栽培トレイ38が幼苗用育苗ユニット2aから排出され、トレイ入替え装置102の昇降台126に載置される。
さらにその後、成苗用単位植物栽培装置1bの始端部の成苗用育苗ユニット2bの導入開口50に設けられた開閉部材118によって成苗用単位植物栽培装置1bの始端部が自動的に開き、昇降台126のローラコンベア装置131が起動して栽培トレイ38を成苗用育苗ユニット2bに導入し、その後に成苗用単位植物栽培装置1bの始端部が自動的に閉じる。
そのため、生育に応じて適切な量の光が、苗に照射される。
この一連の動作についても自動的に実行される。
即ち成苗用単位植物栽培装置1bの終端の成苗用育苗ユニット2bの排出側開口51には開閉部材118が設けられており、当該開閉部材118が自動的に動作して成苗用単位植物栽培装置1bの終端を開く。そして栽培トレイ38が成苗用育苗ユニット2bから排出され、トレイ搬出装置112の昇降台127に載置され、昇降台127を降下した後ローラコンベア装置132によって総合植物栽培装置100から排出される。
また単位植物栽培装置1内に害虫が侵入した場合は、一条の単位植物栽培装置1の運転を停止させて害虫駆除を行うことができ、被害が広がらない。
また本実施形態の総合植物栽培装置100では、清浄に保つべき空間が、筒状空間に限定されるから、従来の植物工場の様な厳格な害虫侵入防止措置を講じたり、大がかりな清浄装置を設置する必要はない。
そのため廃工場や倉庫に本実施形態の総合植物栽培装置100を設置して作物を生産することもできる。
また本実施形態の総合植物栽培装置100は、植物を育成させる空間が筒状空間に限定されているから、異なる植物を一つの総合植物栽培装置100で育成することもできる。
また総合植物栽培装置100を移転させる際も同様であり、育苗ユニット2を取り外して搬送し、同様に、架台103も取り外して搬送し、新たな設置場所で総合植物栽培装置100を再構築することができる。
そのため、総合植物栽培装置100を製造するのに要する工事期間や移築期間が短い。そのため遊休工場等に一時的に総合植物栽培装置100を設置し、例えばワンシーズンだけ植物を製造することもできる。
総合植物栽培装置100をリースして遊休地を有効利用するビジネスモデルも考えられる。
またハンドルを差し込み、当該ハンドルを回転させて搬送装置15を駆動するものであってもよい。
図19、図20に示す搬送装置154は、2列の環状体152と両者を駆動する駆動機構を備えている。
環状体152は、ベルト又はチェーンである。環状体152は、複数の移動側係合突出部21を有している。
2列の環状体152は、一定の距離をおいて平行に配置され、二つの駆動側回転体153同士の間に駆動シャフト156が挿通され、二つの従動側回転体155の間に連動シャフト(図示せず)が挿通されている。
駆動シャフト156には図示しないモータが係合しており、駆動シャフト156を正逆両方向に回転させることができる。従って、二つの環状体152は、正逆両方向に回転可能である。
例えば図21、図22の様に、2連回転体160a,160bを使用する。そして2連回転体160a,160bの各一方の回転体に環状体152を懸架する。そして育苗ユニット150の2連回転体160aと、他の育苗ユニット150の2連回転体160bと間をベルトやチェーン等の動力伝達部材161で繋ぐ。
図21、図22に示した実施形態は、隣接するケース5に内蔵された移動機構の間で動力を伝達する動力伝達部材161がある構成である。
以上説明した実施形態では、育苗ユニット2の搬入から搬出までの一連の動作を全て自動制御で行うこととしたが、いくつかの工程または全ての工程を手動で実施してもよい。
この場合のレイアウトは、図23の様であり、幼苗用単位植物栽培装置群105、トレイ入替え装置102、成苗用単位植物栽培装置群106、トレイ搬出装置112及びトレイ搬送コンベア140が地下に設置されている。
そしてトレイ搬入装置101の搬入口135が地上に設けられている。
図23のレイアウトでは、地上で栽培トレイ38に苗を植えて、トレイ搬入装置101で栽培トレイ38を地下に下ろし、単位植物栽培装置1に栽培トレイ38を搬入して苗を成長させる。
即ちトレイ入替え装置102として栽培トレイ38の進行方向を変換可能なものを使用し、進行方向を変えて下流側の単位植物栽培装置1に栽培トレイ38を搬入する。
即ち高さ等の構造や、温度設定、湿度設定、照度、培養液の種類等の筒状空間内の環境が異なる複数の単位植物栽培装置があり、栽培トレイを一つの単位植物栽培装置から他の単位植物栽培装置に載せ変えるトレイ入替え装置を有するものであってもよい。
即ち底支持部110上でケース5を滑らせ、ケース5を筒状空間の軸方向から交差する方向に移動させることによって育苗ユニット2をユニット設置空間に設置してもよい。
即ち棚等に一連のコンベア装置を設置し、複数の栽培トレイをコンベア装置で下流側に搬送する構成の植物栽培装置や植物栽培システムであり、コンベア装置の上部に植物に光を当てるための照明装置が設けられている様な植物栽培装置や植物栽培システムにも本発明を適用することができる。
この場合には、照明装置の発光素子のレイアウトをコンベアの位置によって変更することとなる。
さらに育苗ユニット3は、ケース5内に送風路形成部材65が内蔵されている。
育苗ユニット3は、両端が開放され周面を覆うことが可能なケース5を有している。
図28の様に屋根部6の外周面は、保湿部材240で覆われている。保湿部材240は、不織布等の布やマット等であり、屋根部6の外周面に水の層を薄く形成されるものである。
本実施形態においても、屋根部6の峰の部分には管36が設けられており、管36から放水して屋根部6を冷却することができる。特に本実施形態では、屋根部6の外周面に保湿部材240が設けられているから、屋根部6は常時湿った状態となり、気化熱を奪って屋根部6を冷却する。
従ってLED243が生じる熱は、直接的に屋根部6を構成する金属板に電熱され、外部に放熱される。
本実施形態では、LED243は、微小時間間隔で点滅する様に制御されている。即ち肉眼では、連続して発光している様に感じる程度の間隔で点滅する。
なお本実施形態では、反射板242の外側(栽培トレイ90側)にさらに透明樹脂246が設けられている。透明樹脂246は、反射板242の孔245の部分についても覆い、LED243側に水が侵入することを防いでいる。
具体的には、天面の頂点近傍においてはLED243の配置密度が天面の裾領域に比べて低い。
即ち本実施形態では、照明装置は円弧状に湾曲したケース5内にある。ここで図28(c)のA領域の様に、天面の頂点近傍にあるLED243は、真下に向いて光を照射する。そのため天面の頂点近傍にあるLED243は、栽培トレイ90の中央領域を照らすこととなる。
これに対して図28(c)のB領域の様に、裾の部分に設けられたLED243は斜め方向に光を照射する。そのため裾の部分に設けられたLED243は、栽培トレイ90の端から中央領域にかける領域を照らすこととなる。
そのため屋根部6の内面に発光素子を均一に分布させると、栽培トレイ90の中央領域の光量が辺部に比べて多くなる。そこで本実施形態では、天面の頂点近傍のLED243の単位面積当たりの個数を少なくしている。
これに対して発光部材の高さを変更することができる構成を採用することもできる。例えば苗が小さい場合には、一部又は全部の発光部材の高さを下げて苗に近づける。また苗に照射しにくい位置にある発光部材は消滅又は減光することが望ましい。
1a 幼苗用単位植物栽培装置
1b 成苗用単位植物栽培装置
2,150 育苗ユニット
2a 幼苗用育苗ユニット
2b 成苗用育苗ユニット
5 ケース
15,154 搬送装置
16 照明装置
38 栽培トレイ
41 苗保持板
55,170 接続部材
100 総合植物栽培装置
200 植え孔
202 発光素子取り付けエリア
205 発光素子
206 集光部材
212 照明群
Claims (6)
- 植物の苗又は種が植えられた複数の栽培トレイと、植物に光を当てるための照明装置と、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させ、栽培トレイ上で植物を成長させつつ栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培システムにおいて、
栽培トレイを移動させる栽培トレイの移動経路の最上流から最下流に至る間に、複数の育苗ユニットで構成された植物栽培装置があり、
前記育苗ユニットは、両端が開放され周面を覆うことが可能なケースを有し、当該ケースの中に照明装置があり、
複数の育苗ユニットのケースが連結されて一連の筒状空間が形成され、
前記栽培トレイは、前記ケースで形成される一連の筒状空間に置かれ、
前記栽培トレイはケースを跨いで下流側に移動し、
筒状空間の高さが低い幼苗用の植物栽培装置と、前記幼苗用の植物栽培装置よりも筒状空間の高さが高い成苗用の植物栽培装置を有することを特徴とする植物栽培システム。 - 植物の苗又は種が植えられた複数の栽培トレイと、植物に光を当てるための照明装置と、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させ、栽培トレイ上で植物を成長させつつ栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培システムにおいて、
栽培トレイを移動させる栽培トレイの移動経路の最上流から最下流に至る間に、複数の育苗ユニットで構成された植物栽培装置があり、
前記育苗ユニットは、両端が開放され周面を覆うことが可能なケースを有し、当該ケースの中に照明装置があり、
複数の育苗ユニットのケースが連結されて一連の筒状空間が形成され、
前記栽培トレイは、前記ケースで形成される一連の筒状空間に置かれ、
前記栽培トレイはケースを跨いで下流側に移動し、
構造及び/又は筒状空間内の環境が異なる複数の植物栽培装置があり、栽培トレイを一つの植物栽培装置から他の植物栽培装置に載せ変えるトレイ入替え装置を有することを特徴とする植物栽培システム。 - 構造及び/又は筒状空間内の環境が異なる複数の植物栽培装置があり、栽培トレイを一つの植物栽培装置から他の植物栽培装置に載せ変えるトレイ入替え装置を有することを特徴とする請求項1に記載の植物栽培システム。
- 栽培トレイに植えられた個々の苗に対して光を集める集光部材を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の植物栽培システム。
- 植物の苗又は種が植えられた複数の栽培トレイと、栽培トレイを上流側から下流側に向かって順次移動させる搬送手段を有し、栽培トレイ上で植物を成長させつつ搬送手段で栽培トレイを下流側に移動させる植物栽培装置において、
複数の育苗ユニットを有し、前記育苗ユニットは両端が開放され周面を覆うことが可能なケースを有し、当該ケースの中に照明装置があり、
複数の育苗ユニットのケースが連結されて一連の筒状空間が形成され、
前記栽培トレイは、前記ケースで形成される一連の筒状空間に置かれ、前記栽培トレイは搬送手段によってケースを跨いで下流側に移動することができるものであり、
栽培トレイは天面が円弧状に湾曲したケース内にあり、照明装置は前記天面にあって複数の発光素子によって構成され、
天面の頂点近傍においては発光素子の配置密度が天面の裾領域に比べて低いことを特徴とする植物栽培装置。 - 照明装置は微小時間間隔で点滅するものであることを特徴とする請求項5に記載の植物栽培装置。
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