JP6965156B2

JP6965156B2 - 水耕栽培装置

Info

Publication number: JP6965156B2
Application number: JP2017254259A
Authority: JP
Inventors: 晋康加藤; 雅夫辻
Original assignee: CI Takiron Corp
Current assignee: CI Takiron Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP2019118284A

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適切な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異が生じ、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、当該水耕栽培装置が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、上記問題に鑑みて創作されたものであり、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、各棚の温度差の発生を抑制して内部の温度を略均一にすることができ、栽培物の品質差を低減すると共に、容易に栽培エリアのメンテナンスが行え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、
柱及び梁で構成された略直方体状の構造フレームと、
長尺の水槽である水耕栽培槽と、
植生孔及び通気孔を有する植生プレートと、
四方の側面を覆う側面材と、
天井材と、
照明装置と、
排気口と、
前記排気口に接続される排気装置と、
最下段の前記植生プレートと接地面との間の高さ位置に配設された吸気口と、
を具備して構成されること、
を特徴とする水耕栽培装置を提供する。

また、上記の本発明の水耕栽培装置においては、前記植生プレートの上方に前記照明装置が配設され、下方に前記水耕栽培槽が配設されることにより構成された水耕栽培棚が、前記構造フレーム内で多段かつ多列に配設されることが望ましい。

このような構成を有する本発明の水耕栽培装置では、植物を植生プレートに植生し、照明装置による光の照射で光合成を促進させ、水耕栽培槽に根を挿入することにより養液に浸し、装置内（栽培エリア）で植物を栽培することができる。更に、天井材に設けられた排気装置により、外部の空気を吸気口から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。より具体的には、排気装置によって水耕栽培装置内部の空気が天井材側に上昇し、排気装置を介して外部に排出される。この時、水耕栽培装置内は減圧状態となるため、四方の側面材の下方に設けられた吸気口を介して外部の空気を内部に取り込むことができ、植生プレートの通気孔を通過して各棚を移動することが可能であるため、植生プレートに遮られることなく、天井材側へ容易に上昇させることができる。

更に、構造フレームの四方の側面は全て側面材が配設されているため、空気の移動を下方から上方に強制することができる。各棚の空気を移動させることにより、部分的な滞留を長時間にわたって効果的に抑制することができる。結果、各棚間の空気環境（温度、湿度、炭酸ガス濃度、風量）の差を減少させることにより、各棚間及び各棚内の植物の生育ムラを防止することができる。

また、上記の本発明の水耕栽培装置においては、
前記側面材が柔軟性を有するシート体で形成されることが望ましい。

このような構成を有する本発明の水耕栽培装置では、四方の側面に配設した側面材が柔軟性を有したシート体で形成されているため、排気装置に起因して栽培エリアが減圧状態となり、各側面材が栽培エリア側に吸引されて構造フレームとの隙間を閉鎖する作用が働く。これにより、吸気口以外から栽培エリアに外部の空気が流入することを抑制し、当該空気に起因する各棚間の温度差の発生を好適に防止することができる。更に、側面材の配設態様に一般的なロールスクリーン等の構造を適応すれば、側面材の長さ（接地面に対して垂直方向の長さ）を任意に調整可能となり、側面材と接地面との離間距離を調整して吸気口の幅を容易に変更することができる。また、栽培中に発生したトラブル対応や点検および植生への定期メンテナンス（例えば、植生の下葉処理など）を実行する際、側面材を巻き上げて栽培エリアの所望の位置に容易に介入することができると共に、板状の側面材を用いた場合に必要であった、側面材を構造フレームから取り外し、作業上障害とならない位置に仮置きする必要がなくなった。

また、上記の本発明の水耕栽培装置においては、更に、
前記側面材及び前記天井材が、前記構造用フレームに対向する面に光の反射層を具備することが望ましい。

このような構成を有する本発明の水耕栽培装置では、照明装置から照射された光が天井材及び側面材の反射面に反射及び拡散され、栽培エリア内の植物全体に対して均一に照射することができる。

本発明によれば、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、各棚の温度差の発生を抑制して内部の温度を略均一にすることができ、栽培物の品質差を低減すると共に、容易に栽培エリアのメンテナンスが行える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Ｘ軸（短手方向）、Ｚ軸（縦方向）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Ｙ軸（長手方向）、Ｚ軸（縦方向）の断面図である。図１における植生プレート７の構造を示す図であって、図２（ａ）は植生プレート７の構造を示す平面図であり、図２（ｂ）は植生プレート７の構造を示す側面図である。図１における水耕栽培槽５の構造を示す斜視図である。植生プレート７と水耕栽培槽５との配置関係を示す斜視図である。植生プレート７のスライドを用いた栽培作業例を示す模式図である。本実施形態における水耕栽培装置１内部の空気の流れを示す図であって、図６（ａ）は、本実施形態における水耕栽培装置１全体の空気の流れを示す模式図であり、図６（ｂ）は、側面材９近傍の空気の流れを示す模式図である。側面材９の長さを調整した状態の模式図である。風速測定における測定点位置を示す模式図である。本発明の実施例で用いた別の実施形態に係る水耕栽培装置Ｃの概要を示す図であって、図９（ａ）は、水耕栽培装置ＣにおけるＸ軸（短手方向）の断面図であり、図９（ｂ）は、水耕栽培装置ＣにおけるＹ軸（長手方向）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９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．水耕栽培装置１の概要
図１を用いて、本実施形態におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向に大きさを有する水耕栽培装置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Ｘ軸、Ｚ軸の状況を示す断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態の水耕栽培装置１におけるＹ軸、Ｚ軸の状況を示す断面図である。

本実施形態の水耕栽培装置１は、本体を構成する構造フレーム３の上面に天井材１１を配設し、また四方の側面にシート状の側面材９を配設することにより内部を覆って栽培エリア２１を構成し、更に養液２７と照明装置１３による光を栽培エリア２１に供給して、安定した植物２０１の栽培を可能とするものである。

また、植物２０１を植生する植生プレート７と、天井材１１及び側面材９の内面（栽培柄リア２１側に対向する面）と、には照明装置１３から照射された光を効率よく反射及び拡散させる反射面１９を備えて植物２０１の光合成を高効率化させることができるため、天候及び気温、更に害虫等の種々の影響を殆ど受けることなく、植物２０１の成長を促進させることができる。

また、本実施形態の水耕栽培装置１は、外形が直方体状に形成されて植生プレート７よりも上方の四方の側面が覆われているため、側方からの空気流入がほとんどなく、本来であれば各棚３３が区画に仕切られているため、気流が発生しにくく、照明装置１３から発せられた熱がこもり易いが、植生プレート７に貫通する通気孔３７を配設すると共に、本水耕栽培装置１の上方に排気口を配設することにより、栽培エリア２１内に気流を発生させて栽培エリア２１内の熱の外部放出を容易にし、各段間での温度差の発生を防止することができる。

より具体的には、主として屋内で植物２０１を栽培するための装置であって、当該植物２０１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２１内に取り込み（場合によっては循環させ）、栽培エリア２１内部の温度を略均一にすることができるものである。

２．水耕栽培装置１の構造
＜水耕栽培装置１の構成＞
図１（ａ）及び（ｂ）に示すとおり、本実施形態の水耕栽培装置１は、概ね本水耕栽培装置１の本体部となる構造フレーム３と、植物２０１を保持するための植生プレート７と、植物２０１に養分を含んだ養液２７を供給するための複数個の長尺状の水耕栽培槽５と、植物２０１の光合成を促す照明装置１３と、栽培エリア２１内の空気を排出させるための排気装置１５と、植生プレート７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１７と、を備えて構成されている。

＜構造フレーム３の構造＞
構造フレーム３は、全体としていわば箱状の空間を形成している略直方体の本体部であり、この構造フレーム３に他の部品が載置されることによって本実施形態の水耕栽培装置１が形成されている。構造フレーム３は、所定の間隔で配設された柱３Ａと、柱３Ａ間を長手方向Ｙに繋ぐ長手方向梁３Ｂと、柱３Ａ間を短手方向Ｘに繋ぐ短手方向梁３Ｃと、から構成されている。なお、構造フレーム３のサイズは、栽培する植物２０１の種類や同時栽培数等に応じて決定し、必要となる本数の柱３Ａと、長手方向梁３Ｂ及び短手方向梁３Ｃと、から組み上げて構成することが望ましい。また、柱３Ａと、長手方向梁３Ｂ及び短手方向梁３Ｃと、は例えば鋼管やアングル鋼等を用いることができるが、構造フレーム３のサイズや必要な耐荷重に応じて種々の形状の鋼材を用いることができる。

構造フレーム３には、所定の離間距離を設けて多段の棚３３が設けられており、この棚３３に後述する植生プレート７を配設して植物２０１を栽培することになる。棚３３は、長手方向Ｙに配置される複数本の長手方向梁３Ｂと、長手方向梁３Ｂを所定の間隔で繋ぐ複数本の短手方向梁３Ｃと、から構成された梯子状のフレームである。本実施形態では、上記棚３３を複数載置することで多数の栽培株数に対応可能に構成しているが、単段であってもよい。

＜天井材１１及び側面材９＞
上述のとおり、構造フレーム３の天井となる上面には天井材１１が配設され、四方の側面には側面材９が配設されている。天井材１１は、木材、樹脂又は金属等、種々の材料を用いて形成することができる。また、側面材９は、柔軟性を有し、捲回可能なシート体を用いて形成されており、構造フレーム３の四方の側面上方（天井材１１近傍）に一部を固定し、下方に垂らして配設している。本実施形態では、一般的なロールスクリーンの構造を適応し、四方の側面上方に配設した巻き取り具２９によって側面材９の長さを任意に調整可能としている。

また、天井材１１及び側面材９における内側の面（栽培エリア２１に対向する面）には、光の反射及び拡散可能な反射面１９を備えていることから、後述する照明装置１３か照射された光が栽培エリア２１内で反射し、植物２０１全体に照射できるよう十分に拡散させることができる。

なお、栽培時における側面材９の長さ（接地面２０３に対する垂直方向の長さ）は、支柱３Ｃよりも短くし、接地面２０３と当接させていない。従って、構造フレーム３の四方の側面は下方にスリット状の吸気口３１を有することになり、この吸気口３１を介して栽培エリア２１の内部と外部とを連通しているため、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むことができる。

天井材１１には、栽培エリア２１内と外部とを連通する排気口（図示せず。）が備わっており、更に該排気口に排気装置１５が接続されている。これにより、排気口を介して栽培エリア２１内の空気を外部へ効果的に排気し、栽培エリア２１内において下方から上方に流れる気流を発生させることができる。前記上方に流れる気流が植生プレート７に形成された通気孔３７を通じて通気される結果、栽培エリア２１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。なお、本実施形態では排気口に直接排気装置１５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装置１５を配設したものであってもよい。

＜排気装置１５＞
排気装置１５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２１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、排気装置１５は、栽培エリア２１内の空気の循環効率を高めるため、排気口の位置とは離れた、種々の位置に配設してもよい。

＜ローラ式コンベア１７＞
ローラ式コンベア１７は、各棚３３上で、長手方向Ｙにローラが回転するよう配設された部品であり、後述する植生プレート７の底面側から当接して長手方向Ｙにスライド自在に支持するものである。なお、本実施形態では、上記ローラ式コンベア１７を構造フレーム３の長手方向Ｙにおける一方の端部から他方の端部まで連続して配設している。

＜照明装置１３＞
照明装置１３は、栽培エリア２１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ものであって、種々の光源が使用できるが、エネルギー効率が高く、過剰な放熱を抑えるＬＥＤ光源を用いて構成することが望ましい。本実施形態の照明装置１３は長尺状に形成し、水耕栽培槽５の下方において、短手方向Ｘと略平行に固定されているが、栽培エリア２１の大きさや形状によっては、棚３３を構成する短手方向梁３Ｃの下面に固定して長手方向Ｙと略平行に固定してもよい。

本実施形態の水耕栽培装置１は、植物２０１の光合成に必要な光を上述した照明装置１３により供給している。この照明装置１３は、各棚３３間それぞれに設けられているが、後述する水耕栽培装置１内の空気を装置外に排気することにより、照明装置１３で温められた空気の滞留を防止し、各棚３３及び各場所における温度を均一化することができる。

＜植生プレート７＞
次に、植生プレート７の構造について詳細について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は、植生プレート７の構造を示す図であって、図２（ａ）は植生プレート７の構造を示す平面図であり、図２（ｂ）は植生プレート７の構造を示す側面図である。植生プレート７は、植物２０１の土台となる部品であって、植物２０１を保持しつつ位置決めし、植物２０１の根を後述する水耕栽培槽５内の養液２７に浸すことができる。

植生プレート７は、略四角形で長手方向Ｙの両端部に立上り部３９を具備して形成され、更にプレート表面には貫通孔で構成されて植物２０１を保持する植生孔３５と、空気の移動路となる通気孔３７と、をそれぞれ所定の間隔で所定数設けられている。なお、植生プレート７は、栽培物の種類、栽植密度によって種々の平面形状を採用して形成すればよい。

また、植生プレート７を肉厚に形成して上述の立上り部３９を省略してもよい。このような場合は、通気孔３７を貫通孔として形成する以外にも、植生プレート７の端縁に半円等の切欠きを形成し、他の植生プレート７と突合せた際に通気孔３７を構成して機能させてもよい。

通気孔３７は、植生プレート７全面に対して大きな偏りがないよう所定のピッチで配設された、プレートの表面側と裏面側とを連通する空気の移動路である。通気孔３７を空気が通過する際、植生孔３５に定植された植物の葉の下面に空気が当たり、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、植物の育成を促進する効果が得られる。通気孔３７と植生孔３５の間の距離は栽培する植物２０１にもよるが、なるべく小さくすることが好ましい。

植生孔３５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４１に囲繞された植物２０１を挿通して保持しながら育成するものである。なお、植生孔３５の数は１枚の植生プレート７に対する植物２０１の同時栽培株数によって決定されるものであり、通気孔３７の数は栽培エリア２１の容積及び各棚３３間の容積によって決定されるものである。

なお、図示していないが、植生プレート７の裏面側に溝を設けて機能を向上してもよい。例えばローラ式コンベア１７と当接する位置で長手方向Ｙと並行な溝を形成すれば、植生プレート７を長手方向Ｙにスライドする際のガイドとなり、当該スライドを容易かつ確実に行うことができる。また、後述する水耕栽培槽５の直上の位置に、該水耕栽培槽５を挿入可能な溝を設ければ、確実に植物２０１の根を養液２７に浸すことができる。

なお、本実施形態の水耕栽培用ユニット１においては、多数の植物２０１を栽培するときは、複数個の植生プレート７を、栽培エリア２１内の水耕栽培槽５を継手などで連結長尺化（隣り合う植生プレート７の立上り部３９同士を当接）した水耕栽培槽５の上方に並べて使用することができる。当該植生プレート７同士を突き合わせた状態で、例えばローラ式コンベア１７を回転させつつ長手方向Ｙに移動させることができるため、植物２０１の出し入れは例えば長手方向Ｙの両端となる川上側と川下側の２か所のみでよく、作業性を好適に向上することができる。

このような場合でも、本発明のように植生プレート７に通気孔３７を形成していれば、熱の滞留を緩和することができ、更に排気装置１５により栽培エリア２１内の空気を排気口から排気することができるため、更に熱の滞留と各棚３３間の温度ムラを防止することが可能である。また、植生プレート７と側面材９との隙間が小さいと、当該隙間を通過する空気量が少なくなり、通気孔３７を通過する空気量が増えるため、各棚３３の温度差を抑えて栽培を均一化することができる。

栽培エリア２１の温度、湿度、炭酸ガス濃度を均一にするには各棚３３を通過する通気量を多くすることが好ましい。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１．５〜０．１ｍ／ｍｉｎの風速が好ましく、１．５ｍ／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。このように風速を定範囲内にするためには、排気量に対する各棚３３の開口（通気孔３７）の大きさと位置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、各段の植生プレート７（通気孔３７を除く閉鎖部）の面積に対する開口（通気孔３７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、植物２０１の光合成においてより好ましい風速の０．５〜１．０ｍ／ｍｉｎとするには開口の割合を１６〜９％とすることが望ましい。

＜水耕栽培槽５＞
次に、図３を用いて水耕栽培槽５の構造を詳細に説明する。図３は、水耕栽培槽５の構造を示す斜視図である。図３に示すように、水耕栽培槽５は合成樹脂製の水槽であって、略Ｕ字の断面形状を有した長尺状の水槽である。水耕栽培槽５は、内部に植物２０１の成長を促進させる養液２７を貯留又は循環させて使用するものであるため、両端部に端部壁４３を設けて養液２７が外部へ流出することを防止している。また、水耕栽培槽５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３３を構成する複数の短手方向梁３Ｃの上面に保持されている。

なお、水耕栽培槽５内で養液２７を循環させる場合は、例えば、水耕栽培槽５の長手方向Ｙの両端となる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２７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。そして、水耕栽培槽５に川上側が高くなるように勾配を設ける事が好ましい。なお、養液２７の循環機構はこれに限定されず、栽培の段取りに応じて適宜好適な態様をとることができる。

次に、図４を用いて上述した植生プレート７と水耕栽培槽５との配置関係について詳細に説明する。図４は、植生プレート７と水耕栽培槽５との配置関係を示す斜視図である。植生プレート７と水耕栽培槽５は、図４に示すとおり、植生プレート７が複数の水耕栽培槽５を跨ぐ形で設置されており、複数の植物２０１を一つの植生プレート７によって栽培及び収穫等の作業ができると共に、植生プレート７のサイズが大きい場合でも通気孔３７により植物２０１に新鮮な空気を供給することができる。なお、通気孔３７は、平行に配列された水耕栽培槽５の間の上方に位置するように設ける。また、植生孔３５の下方に水耕栽培槽５が配置されるよう位置関係が調整されているため、各植生孔３５に保持された植物２０１の根が確実に水耕栽培槽５内の養液２７に浸される。

また、植生プレート７及び水耕栽培槽５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、植生プレート７を長手方向Ｙにスライドしても、当該植生プレート７と共に植物２０１を水耕栽培槽５に沿って移動させることができる。

なお、各棚３３の短手方向Ｘ全長に対して必ずしも一枚の植生プレート７を配設する必要はなく、例えば各水耕栽培槽５ごとに複数枚に分割して（セパレート）してもよい。当該構成で用いる植生プレート７は、通気孔３７を孔として設ける手法以外にも、隣接する水耕栽培槽５の隙間を代用することができる。また、各段の植生プレート７を複数枚で構成することにより、当該各棚３３内でも複数種の植物２０１を短手方向Ｘに並べて栽培することが可能となり、植物２０１の種類間で相違する成長速度に応じて植生プレート７を長手方向Ｙにスライドし、最適な栽培作業を行うことができる。

３．水耕栽培装置１を用いた栽培
＜スライド機能を用いた栽培＞
図５は、植生プレート７のスライドを用いた栽培作業例を示す模式図である。ここで用いる水耕栽培装置１は、長手方向Ｙを所定の長さで構成したものであり、これに合わせて水耕栽培槽５を形成し、養液２７や栽培温度などを一括管理し、栽培の均一化、高収率化を図っている。このように水耕栽培装置１を構成した場合、図５に示すとおり、高効率な栽培を行う事ができる。より具体的には、まず、発芽直後等の幼い苗を植生した植生プレート７を水耕栽培装置１の川上側より栽培エリア２１に挿入し、一定期間の成長が完了するまで待機する。次に、新たに幼い苗を植生した別の植生プレート７を川上側から追加しつつ、先に挿入した植生プレート７を押して長手方向Ｙにスライドさせ、追加した苗を一定期間成長させる。上記手順を繰り返すことにより、川上側から川下側にかけて成長度合いの異なる植物２０１が並び、収穫のタイミングで川下側から植生プレート７を回収可能な長さに水耕栽培装置１の長手方向Ｙを設定しておけば、苗の追加（換言すると植生プレート７の追加）と同時に収穫（換言すると植生プレート７の回収）することができる。

＜空気の循環による各棚３３の温度の均一化＞
次に、図６（ａ）及び（ｂ）を用いて、本実施形態における水耕栽培装置１の空気の水耕栽培装置１外への排気を通じた水耕栽培装置１内の換気について詳細に説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における水耕栽培装置１内部の空気の流れを示す図であって、図６（ａ）は、本実施形態における水耕栽培装置１全体の空気の流れを示す模式図であり、図６（ｂ）は、側面材９近傍の空気の流れを示す模式図である。

図６（ａ）に示すとおり、本実施形態の水耕栽培装置１は、天井材１１に設けられた排気装置１５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。より具体的には、排気装置１５のファンが回転することで排気装置１５を介して外部に排出され、排気口部分で負圧になるため、本水耕栽培装置１内部の空気が天井材１１側に引き寄せられて装置内を上昇する。この時、本水耕栽培装置１内は減圧状態となるため、四方の側面材９の下方に設けられた吸気口３１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、植生プレート７は通気孔３７を具備し、前記通気孔３７が平行に配列された複数の水耕栽培槽５の間の上方に位置しているため、通気孔３７により植生プレート７の表面側と裏面側とにおける空気の移動が可能となる。、よって、多段に配置された植生プレート７間における空気は、植生プレート７に遮られることなく、天井材１１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、排気装置１５を作動させて内部における各棚３３間の空気を移動させることにより、部分的な滞留を長時間にわたって効果的に抑制することができる。また、植生プレート７に設けられた通気孔３７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３３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３３間の空気環境（温度、湿度、炭酸ガス濃度、風量）の差を減少させることにより、各棚３３間及び各棚内の植物２０１の生育ムラを防止することができる。

また、本実施形態の水耕栽培装置１は、上述のとおり四方の側面に配設した側面材９が柔軟性を有したシート体で形成されているため、排気装置１５に起因して栽培エリア２１が減圧状態となった際、各側面材９が栽培エリア２１側に吸引されて構造フレーム３との隙間を閉鎖する作用が働く（図６（ｂ）参照）。これにより、吸気口３１以外から栽培エリア２１に外部の空気が流入することをより少なくし、当該空気に起因する各棚３３間の温度差の発生を好適に防止することができる。

更に、図７に示すとおり、本実施形態では側面材９の配設態様に一般的なロールスクリーンの構造を適応しているため、構造フレーム３の四方の側面上方に配設した巻き取り具２９によって側面材９の長さ（接地面２０３に対して垂直方向の長さ）を任意に調整可能である。これにより、側面材９と接地面２０３との離間距離を調整して吸気口３１の幅を容易に変更することができる。また、栽培中に発生したトラブル対応や点検および定期メンテナンス（例えば植生の下葉処理など）を実行する際、側面材９を巻き上げて栽培エリア２１の所望の位置に容易に介入することができる。なお、図７は側面材９の長さを調整した状態の模式図である。

このように、側面材９をシート体で構成することにより、栽培に最適な空気の循環量を容易に調整可能で、更に種々のメンテナンス性の向上にも大きく寄与することができる。植物２０１の栽培環境を同一条件とすることで、育成速度を揃えることが可能となり、出荷する植物２０１の大きさを揃えることができるため、良品率を向上することができる。

ここで、上記の本実施形態の水耕栽培装置１（栽培エリア２１）内における風速の比較を行うべく、以下の実験を行った。

≪実験例１≫
上記構造を有した水耕栽培装置Ａを作製した。より具体的には、側面材９をシート体で形成し、植生プレート７の面積を４．３ｍ²、各棚３３の容積を８ｍ³、棚３３の数を６段、３７Ｗの排気装置１５を６台配設、また各棚３３に２３Ｗの照明装置１３を１６台配設して水耕栽培装置Ａを構成し、実際に植物２０１を植生した植生プレート７を配設し、照明装置１３で光を照射しつつ排気エリア２１内の空気を外部に排出させた。

また、側面材９を板材で形成したこと以外は、上記の水耕栽培装置Ａと同様にして水耕栽培装置Ｂを作製した。

上記の水耕栽培装置Ａ及びＢの各棚３３で、測定位置の異なる５点の風速を測定した。用いた風速測定器具はＣＵＳＴＯＭ社製ＣＷ−６０である。また、具体的な測定位置は、図８に示し、得られた結果を表１に示す。

表１に示すように、側面材９を板材で形成した水耕栽培装置Ｂでは、各棚３３における各測定位置の風速の差異が大きく、最も大きいもので０．５ｍ／ｓｅｃとなった。また、各棚３３間の風速もバラツキが大きく、均一な空気循環であるとは言えない。これに対し、水耕栽培装置Ａでは、各棚３３における各測定位置の風速の差異が小さく、最も大きいもので僅か０．２ｍ／ｓｅｃとなった。また、各棚３３間の風速も大きな差異はなく、総じて近似値であるといえる。また両者での総合平均風速にも大きな差異が生じており、水耕栽培装置Ｂが０．７ｍ／ｓｅｃであるのに対し、水耕栽培装置Ａでは１．０ｍ／ｓｅｃであり、栽培エリア２１を移動する空気の風速が４６％向上していることがわかる。

これは、側面材９の態様に起因したものであり、上述のとおり吸気口３１以外から外部の空気が栽培エリア２１に侵入することを防止したため、気流の方向が下方から上方により限定され、効率よく外部に排気されたためである。栽培エリア２１の空気の循環が促進されることにより、各棚３３及び各棚３３の各部における空気の滞留が解消され、温度差の低減に至ったと考えられる。

ここで、排気装置１５の作動あり及びなし時における上記の水耕栽培装置Ａの各棚３３の温度を計測した。結果を表２に示す。

表２に示すように、排気装置１５作動なしの場合では、６段目が最も高温で２９．３度となり、１段目が最も低温で２３．３度となった。この結果、排気装置１５作動なし時における栽培エリア２１は、各棚３３間で６．０℃の温度差が発生したことがわかる。これに対し、排気装置１５作動ありの場合では、６段目が最も高温で２４．２度となり、１段目が最も低温で２３．１度となった。この結果、排気装置１５作動あり時における栽培エリア２１は、各棚３３間で１．１℃の温度差に収まり、温度ムラが少ないことが確認できた。この温度測定結果からも、水耕栽培装置Ａの吸気位置及び排気位置が固定され、気流の方向を限定して効率よく各棚３３の空気が外部に排気されたことがわかる。

≪実験例２≫
次に、図９に示す構造の水耕栽培装置Ｃ（栽培エリア１０３）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。

図９に示す構造を有する水耕栽培装置Ｃ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１０３に、棚１１３を３５０ｍｍ間隔で３段配置し、各棚１１３には照明装置１０９として（株）東芝製の２３Ｗ型ＬＥＤ電球を４本配置した。水耕栽培槽１０７は、ＰＶＣで構成された給水２０型の水槽を配置し、水耕栽培用プレート１０５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１０５は中央に通気用貫通孔１２７を具備している。また、排気ファン１１１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（ＭＲＥ１８−ＢＨ）を用いて栽培エリア１０３内の空気を外部に排出させた。

排気ファン１１１を作動させないこと以外は、上記の水耕栽培装置Ｃと同様にして、水耕栽培装置Ｄを作製した。

また、水耕栽培用プレート１０５に通気用貫通孔１２７を設けなかったこと以外は、上記の水耕栽培装置Ｃと同様にして、水耕栽培装置Ｅを作製した。

上記の水耕栽培装置Ｃ、Ｄ及びＥの各棚１１３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１１３における照明装置１０９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１０９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３に示す。

表３に示されているように、水耕栽培装置Ｃでは、各棚１１３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１１１を作動させなかった水耕栽培装置Ｄでは、各棚１１３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、水耕栽培装置Ｅでは、排気ファン１１１を作動したため、各棚１１３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１０５に貫通孔１２７を具備しないため、各棚１１３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構造フレーム
３Ａ柱
３Ｂ長手方向梁
３Ｃ短手方向梁
５水耕栽培槽
７植生プレート
９側面材
１１天井材
１３照明装置
１５排気装置
１７ローラ式コンベア
１９反射面
２１栽培エリア
２７養液
２９巻取り具
３１吸気口
３３棚
３５植生孔
３７通気孔
３９立上り部
４１培地
４３端部壁
１０３栽培エリア
１０３Ａ天井板
１０３Ｂ側板
１０３Ｃ支柱
１０５水耕栽培用プレート
１０７水耕栽培槽
１０９照明装置
１１１排気ファン
１１３棚
１１３Ａ長手方向梁
１１３Ｂ短手方向梁
１１５ローラ式コンベア
１１７開口
１１９反射面
１２１植物
１２３養液
１２９培地
１４１レール
２０１植物
２０３接地面
Ｃ水耕栽培装置
Ｘ短手方向
Ｙ長手方向

Claims

柱及び梁で構成された略直方体状の構造フレームと、
長尺の水槽である水耕栽培槽と、
植生孔及び通気孔を有する植生プレートと、
四方の側面を覆う側面材と、
天井材と、
照明装置と、
前記天井材に設けられた排気口と、
前記排気口に接続される排気装置と、
最下段の前記植生プレートと接地面との間の高さ位置に配設された吸気口と、
を具備して構成され、
前記植生プレートの下方に前記水耕栽培槽が配設されることにより構成された水耕栽培棚が、前記構造フレーム内で多段かつ多列に配設され、
前記排気口は最上段の植生プレートより上方に設けられ、
前記側面材で覆われた領域内において、前記通気孔は、前記各段に配設された水耕栽培棚の下方から上方に通過する空気の流路を構成し、
前記側面材で覆われた領域は、その側方において、外の空間と連通しないものであること、
を特徴とする水耕栽培装置。
前記植生プレートの上方に前記照明装置が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。
前記側面材が柔軟性を有するシート体で形成されること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の水耕栽培装置。
前記側面材及び前記天井材が、前記構造用フレームに対向する面に光の反射層を具備すること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水耕栽培装置。