JP7049845B2 - 空気還流システムおよび植物栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物の栽培室内に設置される空気還流システムおよびその空気還流システムを備えた植物栽培装置に関する。

植物を栽培するには、水、栄養分、光のほか、適当な温度や湿度、適量の二酸化炭素、適当な気流速が必要である。従来から、栽培室の天井や壁に空気還流システム、送風機、二酸化炭素注入ノズル等を設置して、温度や湿度、気流速を調整し、適量の二酸化炭素を供給する技術が知られている（特許文献１～４を参照）。

空気還流システム、送風機、二酸化炭素注入ノズル等の近傍では、適切に温度、湿度、二酸化炭素濃度、気流速が調整されるため、これらの値は、ほぼ一定に維持される。しかし、それらから離れた場所では、温度、湿度、二酸化炭素濃度、気流速はいずれも不均一となっている。その結果、それらの近傍と、それらから離れた場所とでは、栽培される植物の品質に大きなばらつきが生じていた。

このような問題を解決するため、本発明者は、先に、栽培室内に栽培棚とともに設置される空気還流システムであって、栽培棚の周囲を閉鎖し、栽培室を２つの空間に仕切る隔壁と、 その隔壁に設けられ一方の空間に存在する空気を吸引し、圧縮して他方の空間へ供給することにより、２つの空間に圧力差を生じさせる空気圧縮手段とを含み、 生じた圧力差により、栽培棚の複数の棚上の各開口部を通して他方の空間から一方の空間へ流れる空気流を各棚上に形成させる空気還流システム、および当該空気還流システムを含む植物栽培装置を開発した。この結果、圧力差により空気流を形成して各棚上の気流速をほぼ均一にすることにより、温度、湿度、ＣＯ_２濃度もほぼ均一にでき、もって栽培室内のどの場所においても、栽培される植物の品質をほぼ均一にできる（特許文献５を参照）。

特開２０１１－１４７３８４号公報 特開２０１０－４５９８９号公報 特開２００４－３２９１３０号公報 特開２００４－２７５１１９号公報 特許第５９８５３４８号公報

しかし、特許文献５に開示される発明にも、さらなる改良が求められている。それは、植物栽培の規模を拡大したときにも隣り合う空間内の圧力差による空気流を確実に生成することである。

本発明は、上記改良の要望に応えるべくなされたものであって、植物栽培規模の大型化にも対応して、隣り合う空間内の圧力差による空気流を確実に生成できる空気還流システムおよび当該システムを備える植物栽培装置を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施の形態に係る空気還流システムは、栽培室内に栽培棚とともに設置される空気還流システムであって、前記栽培棚の周囲を前記栽培棚の各段の棚上の各開口部以外からは空気が流れないように前記各開口部以外を閉鎖し、前記栽培棚の長手方向の位置に配置されて前記栽培室を３つ以上の空間に仕切る隔壁と、前記隔壁のそれぞれに設けられて、前記空間の内の空気吸引空間に存在する空気を吸引し、その吸引された空気を圧縮して前記空気吸引空間に対して前記隔壁を隔てて隣り合う前記空間の内の空気供給空間に供給することにより、前記空気吸引空間と前記空気供給空間との間に圧力差を生じさせる空気圧縮手段と、を含み、前記３つ以上の空間は、前記空気吸引空間の長手方向両側に前記空気供給空間を配置する基本ユニットを有し、前記基本ユニット中の前記空気吸引空間内の前記栽培棚は、各段の棚上の前記開口部から流れてくる空気を前記空気吸引空間の長手方向の途中で前記栽培棚の外に排気可能な主排気口を備え、前記基本ユニットにおいて、前記圧力差により、前記栽培棚の複数の棚上の各開口部を通して前記空気供給空間から前記空気吸引空間へ流れる空気流を前記棚上に形成させ、前記主排気口から前記空気吸引空間に排気された空気の一部または全部を前記空気圧縮手段によって吸引して空気を還流させる。

（２）別の実施の形態に係る空気還流システムは、好ましくは、前記主排気口が前記栽培棚の側壁に形成されており、前記主排気口を部分的に閉鎖する閉鎖板を備える。

（３）別の実施の形態に係る空気還流システムでは、好ましくは、前記閉鎖板は、前記主排気口からの空気の排気量を調節可能に前記主排気口に取り付けられている。

（４）別の実施の形態に係る空気還流システムは、好ましくは、前記空気供給空間内に開口する前記開口部から前記空気吸引空間内の前記主排気口の位置までの間に、前記開口部から流れてきた空気の一部または全部を前記主排気口に至る前に排気可能な副排気口を備える。

（５）別の実施の形態に係る空気還流システムでは、好ましくは、前記副排気口は開閉可能に形成されている。

（６）別の実施の形態に係る空気還流システムは、好ましくは、前記栽培棚における各段の棚上の内部空間に向けて突出可能であって前記棚上を流れる空気の一部を遮蔽可能な遮蔽板を備える。

（７）別の実施の形態に係る空気還流システムは、好ましくは、前記棚上の内部空間内の空気流速を検出するための空気流速検出センサと、前記空気流速検出センサの検出結果に基づき前記遮蔽板の突出量を制御する遮蔽板制御装置と、をさらに備え、前記遮蔽板制御装置は、前記空気流速検出センサの検出を通じて、所定の前記棚上の内部空間を流れる空気が第一流速に達していないと判別した場合には前記遮蔽板の前記内部空間からの突出量を減じ、所定の前記棚上の内部空間を流れる空気が前記第一流速以上の第二流速を超えている場合には前記遮蔽板の前記内部空間からの突出量を増すように制御する。

（８）別の実施の形態に係る空気還流システムは、好ましくは、前記空気吸引空間であって前記栽培棚の外部に備えられる第一気圧検出センサと、前記第一気圧検出センサを備える前記空気吸引空間と前記隔壁を隔てて隣り合う前記空気供給空間であって前記栽培棚の外部に備えられる第二気圧検出センサと、前記第一気圧検出センサにより検出される気圧と前記第二気圧検出センサにより検出される気圧との気圧差に基づき前記空気圧縮手段の出力を制御する空気圧縮制御装置と、をさらに備え、前記空気圧縮制御装置は、前記気圧差が第一気圧差に達していない場合には前記空気圧縮手段の出力を上げ、前記第一気圧差以上の第二気圧差を超えている場合には前記空気圧縮手段の出力を下げるように前記空気圧縮手段を制御する。

（９）一実施の形態に係る植物栽培装置は、前述のいずれかの空気還流システムを含む。

本発明によれば、植物栽培規模の大型化にも対応して、隣り合う空間内の圧力差による空気流を確実に生成できる。

図１は、第１実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置の平面図を示す。 図２は、図１の植物栽培装置のＡ－Ａ線断面図（２Ａ）およびＢ－Ｂ線断面図（２Ｂ）をそれぞれ示す。 図３は、図１の植物栽培装置のＸ－Ｘ線断面図を示す。 図４は、図１の植物栽培装置のＹ－Ｙ線断面図を示す。 図５は、第２実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置の平面図を示す。 図６は、図５の栽培棚の開口部から見た部分正面図であって遮蔽板の突出前後の変化を示す図（６Ａ）および当該遮蔽板を駆動するための制御システムの概略図（６Ｂ）をそれぞれ示す。 図７は、第３実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置の図３と同様のＸ－Ｘ線断面図（７Ａ）および有圧扇の出力を制御するための制御システムの概略図（７Ｂ）をそれぞれ示す。 図８は、図２の主排気口に設けられる閉鎖板の変形例（８Ａ，８Ｂ）、図４の副排気口に設けられる引違い窓に代用可能な回転扉の開閉状況（８Ｃ）および図４の副排気口に設けられる引違い窓に代用可能な３本の開閉式チューブの開閉状況（８Ｄ）をそれぞれ示す。

次に、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置について説明する。第１実施形態およびそれ以降の各実施形態において、空気還流システムは、植物栽培装置に含まれる構成要素である。

図１は、第１実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置の平面図を示す。図２は、図１の植物栽培装置のＡ－Ａ線断面図（２Ａ）およびＢ－Ｂ線断面図（２Ｂ）をそれぞれ示す。図３は、図１の植物栽培装置のＸ－Ｘ線断面図を示す。図４は、図１の植物栽培装置のＹ－Ｙ線断面図を示す。

第１実施形態に係る植物栽培装置１は、ここでは、植物５を栽培する栽培室の全体を意味するが、栽培室内の主要な構成要素を意味しても良い。ここでは、植物栽培装置１に代えて、栽培室１と称することもある。空気還流システムは、栽培室１内の栽培棚２０とともに存在するシステムであり、栽培棚２０の周囲を栽培棚２０の各段の棚上の各開口部２２以外からは空気が流れないように各開口部２２以外を閉鎖し、栽培棚２０の長手方向の位置に配置されて栽培室１を３つの空間に仕切る隔壁１０，１１を備える。なお、栽培室１は、隔壁１０，１１およびさらに追加される１以上の隔壁によって、４つ以上の空間に仕切られていても良い。隔壁１０，１１は、好ましくは、一定の厚さを有する木製、プラスチック樹脂製、金属製の板から作製されている。なお、本願において、栽培室１あるいは栽培棚２０の「長手方向」若しくは「長さ方向」とは、特筆しない限り、隔壁１０から隔壁１１に向かう方向若しくはその逆方向（図１における上下方向）である。また、本願において、「空気」は、一般的な空気の他、当該空気中の酸素や窒素等の成分の一部が多いものあるいは少ないものも含むように広義に解釈される。さらに、「空気」に代えて、植物栽培に支障の無いあるいは有益な気体を用いても良い。

また、空気還流システムは、隔壁１０，１１のそれぞれに設けられて前記３つの空間の内の一方の空間Ｎとして機能する空気吸引空間２に存在する空気を吸引し、その吸引された空気を圧縮して前記一方の空間Ｎ（空気吸引空間２）に対して隔壁１０，１１を隔てて隣り合う他方の空間Ｐとして機能する空気供給空間３，４に供給することにより、空気吸引空間２と空気供給空間３，４との間に圧力差を生じさせる空気圧縮手段を含む。なお、本願において、「圧力差」は「気圧差」と言い換えても良い。空気圧縮手段としては、各実施形態において、有圧扇３０，３１，４０，４１，５０，５１，６０，６１を例示できる。有圧扇３０，３１，４０，４１は、隔壁１０に固定されている。有圧扇５０，５１，６０，６１は、隔壁１１に固定されている。隔壁１０，１１は、有圧扇３０，３１，４０，４１，５０，５１，６０，６１（以後、総称する場合には、「有圧扇３０等」という。）を固定する部分に、空気を流すための貫通孔を備える。空気吸引空間２内の空気は、有圧扇３０等から隔壁１０，１１に形成された当該貫通孔を通して、空気供給空間３，４へと流れる。有圧扇３０等は、好ましくは、複数枚の回転する羽根を有する大型の換気扇であって、空気に圧力をかけて流れを作り、その静圧が２９４～３９２Ｐａのものである。有圧扇３０等は、空気の吸入口を空気吸引空間２に向けて、空気の吐出口を空気供給空間３，４に向けるように、隔壁１０，１１に備えられる。

３つの空間（空気吸引空間２、空気供給空間３，４）は、空気吸引空間２の長手方向両側に空気供給空間３，４を配置する基本ユニットを有する。当該基本ユニット中の空気吸引空間２内の栽培棚２０は、各段の棚上の開口部２２から流れてくる空気を前記長手方向の途中で栽培棚２０の外に排気可能な主排気口２１を備える。空気還流システムは、前記基本ユニットにおいて、空気吸引空間２の気圧と空気供給空間３の気圧との圧力差および空気吸引空間２の気圧と空気供給空間４の気圧との気圧差により栽培棚２０の複数の棚上の各開口部２２を通して空気供給空間３，４から空気吸引空間２へ流れる空気流を棚上に形成させ、主排気口２１から空気吸引空間２に排気された空気の一部または全部を、空気圧縮手段としての有圧扇３０等によって吸引して空気供給空間３，４へと空気を還流させるシステムである。本願の各図において、矢示点線は、空気の流れを意味する。

この実施形態では、栽培棚２０は、栽培室１の長手方向に４列に配置されている。ただし、栽培棚２０の列数は、１～３列あるいは５列以上でも良い。４つの栽培棚２０は、空気供給空間３に開口部２２を突出させ、空気吸引空間２を貫き、空気供給空間４に開口部２２を突出させるように、栽培室１内に配置されている。栽培棚２０は、その長さ方向両端に位置する開口部２２と、空気吸引空間２内に備える主排気口２１とを空間３，４および２にそれぞれ開口させる筒状の多段式栽培棚である。各栽培棚２０は、ここでは、７段の棚を有するが、１～６段あるいは８段以上でも良い。また、栽培棚２０の開口部２２は、この実施形態では、隔壁１０，１１を超えて空気供給空間３，４内に突き出しているが、隔壁１０，１１と同じ面に配置されていて空気供給空間３，４内に突き出していなくても良い。これは、他の実施形態でも同様である。

主排気口２１は、栽培棚２０の空気吸引空間２に配置されている部分（隔壁１０と隔壁１１との間）の長さ方向略中間位置に設けられている。隔壁１０から主排気口２１までの距離と、隔壁１１から主排気口２１までの距離とを略同一にして、栽培室１における２つの空気還流のサイズを略同一にすることで、隔壁１０に取り付けられる有圧扇３０，３１，４０，４１の空気吸引能力と、隔壁１１に取り付けられる有圧扇５０，５１，６０，６１の空気吸引能力とを略同一に設計できるからである。ただし、主排気口２１の位置は、隔壁１０と隔壁１１との間の距離の中間位置に限定されず、隔壁１０若しくは隔壁１１のいずれかに近い位置でも良い。

主排気口２１は、各栽培棚２０の両側壁面に設けられている。この実施形態では、栽培棚２０の各段の両側面に主排気口２１を１つずつ設けている。すなわち、１つの栽培棚２０は、合計１４個の主排気口２１を備える。しかし、主排気口２１は、合計１４個に限定されない。主排気口２１は、各栽培棚２０の長さ方向に２個以上備えられ、あるいは各栽培棚２１の片側の側壁面のみに備えられるようにして、各栽培棚２０において合計１～１４個あるいは１５個以上備えられていても良い。また、主排気口２１は、各栽培棚２０の側壁に限定されず、各栽培棚２０の筒体における別の壁面に配置されていても良い。

図２に示すように、隔壁１０は、栽培室１の天上に近い上方位置であって一方の内側壁に近い位置に、有圧扇３０，３１を上下に並べて備える。また、隔壁１０は、栽培室１の天上に近い上方位置であって前記一方の内側壁と反対側の内側壁に近い位置に、有圧扇４０，４１を上下に並べて備える。同様に、隔壁１１は、栽培室１の天上に近い上方位置であって一方の内側壁に近い位置に、有圧扇５０，５１を上下に並べて備える。また、隔壁１１は、栽培室１の天上に近い上方位置であって前記一方の内側壁と反対側の内側壁に近い位置に、有圧扇６０，６１を上下に並べて備える。ただし、有圧扇３０等の位置および個数は、上述の例示に限定されない。

隔壁１０，１１は、各栽培棚２０同士の間、あるいは栽培棚２０と栽培室１の内側壁との間に、隔壁１０，１１を通過可能な開閉式の１以上の扉７０を備える。扉７０は、通常は閉じられているが、作業者あるいは機械等が隔壁１０，１１を通過する必要が生じたときに開放可能である。ただし、隔壁１０，１１に扉７０を備えなくても良い。隔壁１０，１１は、扉７０が閉じられている通常時には、各開口部２２および有圧扇３０等を除き、空気吸引空間２と空気供給空間３，４との間に空気の流れる流路を形成しないように、栽培室１に設けられている。有圧扇３０等によって空気吸引空間２から空気供給空間３，４に流れ込んだ空気は、空気供給空間３，４から各開口部２２に流れ込む。各開口部２２から各栽培棚２０に流れ込んだ空気は、少なくとも主排気口２１から空気吸引空間２へと流れ、再び、隔壁１０，１１に取り付けられている有圧扇３０等によって空気供給空間３，４に流れる。

栽培棚２０は、各段の棚の下方位置に、植物５に栄養および水分（これらを混合して栽培養液とも称する）を供給可能な栽培トレイ７２を備える。栽培養液としては、植物５の成長に必要とされる窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウム等を含む水溶液を挙げることができる。各物質の濃度は、栽培する植物に応じて適宜決定することができる。また、栽培棚２０は、各段の棚の上方位置に、植物５に光を照射可能な光照射手段の一例であるＬＥＤ７１を備える。ＬＥＤ７１以外の光照射手段として、抵抗発熱式の電球を用いることもできる。栽培棚２０の筒内の上下左右の各内壁は、ＬＥＤ７１からの光を反射させて容易に栽培棚２０の外に漏れないようにするため、好ましくは、反射板となっている。ただし、当該内壁の全面を反射板とする必要は無く、当該内壁の一部を、光透過可能な部位としても良い。

図２（２Ａ）中のＣ領域の拡大図に示すように、栽培棚２０は、７段の骨組み２３を備え、先に説明した反射板による内壁面によって筒状に構成されている。骨組み２３は、例えば、アルミニウム製のアングルによって構成されている。図４に示すように、栽培棚２０は、空気供給空間３，４内に開口する開口部２２から空気吸引空間２内の主排気口２１の位置までの間に、開口部２２から流れてきた空気の一部または全部を主排気口２１に至る前に排気可能な副排気口２４を備えることもできる。副排気口２４は、栽培棚２０の空気供給空間３，４に突出している部分にも備えることができるが、空気吸引空間２に存在する部分に備えることを必須としている。このため、副排気口２４は、栽培棚２０の空気供給空間３，４に突出している部分に備えなくても良い。この実施形態では、副排気口２４は、上下方向に、２段、２段、３段の計３個形成されている。ただし、副排気口２４の上下方向の数や、副排気口２４の占める棚の段数については、特段の制約はない。例えば、栽培棚２０を８段構成として、副排気口２４を棚の上下方向に、３段、２段、３段の計３個形成しても良い。

副排気口２４は、好ましくは、開閉可能に形成されている。具体的には、副排気口２４は、開閉可能な引違い窓２５ａ，２５ｂ（総称して、「引違い窓２５」と称する。）を備える。引違い窓２５は、スライド式に開閉可能な構造を有する。図４に示すように、互いに重ならない方向に引違い窓２５ａ，２５ｂを移動させ、引違い窓２５によって副排気口２４を完全に閉鎖している状態では、栽培棚２０を流れる空気は副排気口２４から空気吸引空間２（あるいは空気供給空間３，４）には流れない。一方、引違い窓２５ａに重なる方向（矢印Ｍの方向）に引違い窓２５ｂを移動させると、副排気口２４は開状態となる。この結果、栽培棚２０を流れる空気の少なくとも一部は、副排気口２４から空気吸引空間２（あるいは空気供給空間３，４）に流れる。

栽培棚２０は、その両側面に複数個の副排気口２４を備えると共に、副排気口２４の一部若しくは全部を開閉可能に構成されている。このため、開口部２２から主排気口２１までの間において開状態とする副排気口２４の位置を変えることにより、栽培棚２０を流れる空気の一部を排気する位置を調節できる。例えば、開口部２２から下流に位置する所定位置から主排気口２１までの間の植物５に送る空気量を少なくしたい場合には、当該所定位置若しくはその少し川上側に位置する副排気口２４を開状態とすれば良い。また、開口部２２から主排気口２１までの間の途中で排気する必要が無い場合には、副排気口２４を開けなければ良い。

栽培棚２０の長さ方向に流れる空気は、ＬＥＤ７１からの光照射に起因する熱の調節に寄与する。植物５の成長に対して熱が大きすぎる場合には、空気流量を多くする必要がある。一方、植物５の成長に対して熱が小さすぎる場合には、空気流量を少なくする必要がある。植物５に与えられる熱の調節は、有圧扇３０等の送風力の調整、ＬＥＤ７１の照射出力などの調節によっても可能であるが、副排気口２４の開閉位置、開閉箇所の数、開閉量などによっても調節可能である。特に、特定の段、あるいは同じ段の特定ゾーンにある植物５に与える熱を少なくしたい場合には、副排気口２４の開閉位置や開閉量の調節を行うのが適している。

図２（２Ｂ）中のＤ領域の拡大図および図４に示すように、栽培棚２０は、その長さ方向の空気吸引空間２の略中間位置に、主排気口２１を備える。主排気口２１は、好ましくは常に開状態の排気口である。ただし、主排気口２１は、副排気口２４と同様、開閉可能に構成されていても良い。主排気口２１は、好ましくは、栽培棚２０の側壁に形成されており、主排気口２１を部分的に閉鎖する閉鎖板２６を備える。閉鎖板２６は、より好ましくは、主排気口２１からの空気の排気量を調節可能に主排気口２１に取り付けられている。閉鎖板２６は、栽培棚２０の側面方向から見て、略Ｖ字状に３分割されている（図４を参照）。閉鎖板２６ａは、その両脇に位置する２つの閉鎖板２６ｂに対して可動に構成されている。また、閉鎖板２６ａは、好ましくは、板面に複数個の貫通孔を備えるパンチング板である。閉鎖板２６ｂは、貫通孔を有していない一般的な板である。

主排気口２１は、その下方辺に、外方向に延びるロッド２８を備える。ロッド２８は、その長さ方向（前記の下方辺から先端に向かう方向）に閉鎖板２６ａの開閉量を調節可能な凹凸２９を備える。凹凸２９は、ロッド２８の長さ方向に繰り返し形成されている。閉鎖板２６ａは、閉鎖板２６ａの上辺に位置する回転軸２７を中心に回動可能に構成されている。このため、閉鎖板２６ａの下端をロッド２８の長さ方向の所望位置に固定したい場合には、回転軸２７を中心に閉鎖板２６ａの回動角を調節して、当該所定位置の凹凸２９に閉鎖板２６ａの下端を固定すれば良い。

なお、閉鎖板２６ａの回動をスムーズにするためには、凹凸２９の深さを、ロッド２８の先端から主排気口２１に向かって徐々に深くなるように形成して、閉鎖板２６ａの下端が弧を描くように回動させるのが好ましい。別の変形例としては、ロッド２８を、主排気口２１の下辺位置からロッド２８の先端に向かって若干上方向に傾斜させても良い。さらなる別の変形例としては、回転軸２７そのものを、閉鎖板２６ａの回動に合わせて上下動可能に構成しても良い。

図４の「Ｏｐｅｎ１」に示すように、閉鎖板２６ａが主排気口２１を閉鎖している状態のときには、栽培棚２０を流れる空気は、閉鎖板２６ａに開けられている貫通孔からのみ排気される。閉鎖板２６ａの開口率は、特段制約されないが、例えば、５０～８０％の範囲、さらには５５～７５％の範囲になるように設計可能である。閉鎖板２６ａが主排気口２１を閉じている状態のときには、閉鎖板２６ａの開口率に応じた分の空気量が外部に排気される。

一方、図４の「Ｏｐｅｎ２」に示すように、閉鎖板２６ａをロッド２８の先端方向（矢印Ｍの方向）に回動させて、閉鎖板２６ｂに対して隙間を生じるように開状態とした場合には、栽培棚２０を流れる空気は、閉鎖板２６ａに形成された貫通孔のみならず、前記隙間からも排気される。このように、閉鎖板２６ａの回動量を調節することによって、栽培棚２０からの空気排気量を調節可能である。この実施形態では、閉鎖板２６は、栽培棚２０の各段に独立して備えられている。このため、同一の栽培棚２０において、各段の単位で空気排気量を調節可能である。

植物５としては、サラダ菜、サニーレタス、リーフレタス、チンゲン菜、小松菜、スイートバジル、ニチニチソウ、トマト、イチゴ、ねぎ等を挙げることができる。なお、これらは、植物５の一例に過ぎない。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置について説明する。第２実施形態において、第１実施形態と共通する構成要素については、同一符号を付して、その重複した説明を省略する。

図５は、第２実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置の平面図を示す。図６は、図５の栽培棚の開口部から見た部分正面図であって遮蔽板の突出前後の変化を示す図（６Ａ）および当該遮蔽板を駆動するための制御システムの概略図（６Ｂ）をそれぞれ示す。

第２実施形態に係る植物栽培装置１ａ（栽培室１ａとも称する）に配置される栽培棚２０は、栽培棚２０の各段の棚上の内部空間に向けて突出可能であって棚上を流れる空気の一部を遮蔽可能な遮蔽板８０を備える。この実施形態では、遮蔽板８０は、栽培棚２０の内部に向けて突出および当該内部から側壁に向けて収納可能に往復可動な板である。また、栽培棚２０は、好ましくは、棚上の内部空間内の空気流速を検出するための空気流速検出センサ８１を備える。第２実施形態における遮蔽板８０および空気流速検出センサ８１は、第１実施形態に存在しない構成要素である。

図５では、栽培室１ａに配置される４つの栽培棚２０の内の３つの栽培棚２０の側壁面に、栽培棚２０の内方に向かって突出および当該内方から側壁面に収納を可能とする一対の遮蔽板８０を対向配置させている。しかし、遮蔽板８０は、全ての栽培棚２０に備えられ、さらには栽培棚２０の長さ方向の任意の位置と数にて備えられても良い。また、遮蔽板８０は、栽培棚２０の両側壁から突出可能な一対の板で構成されていなくとも良く、例えば、栽培棚２０の内部天面から降下およびその逆方向に上昇可能な１枚の板でも良い。

図６（６Ａ）に示すように、遮蔽板８０を栽培棚２０の所定棚上の内部空間に向けて突出させると、その所定棚では、開口部２２からの空気の流入量が減少する。空気供給空間３，４からの空気は、その分だけ、他の棚の開口部２２に多く供給される。すなわち、遮蔽板８０は、所定棚の植物５に供給される空気流量を減らす際に突出される。逆に、所定棚の植物５に供給される空気流量を増やす場合には、遮蔽板８０の突出長さを短くし、若しくは完全に側壁方向に収納される。

図６（６Ｂ）に示すように、栽培室１ａは、空気流速検出センサ８１の検出結果に基づき、遮蔽板８０の突出量を制御する遮蔽板制御装置９０を備える。図６（６Ｂ）では、１つの空気流速検出センサ８１のみを示しているが、２以上を示しても良い。遮蔽板制御装置９０は、空気流速検出センサ８１の検出を通じて、所定の棚上の内部空間を流れる空気が第一流速に達していないと判別した場合には遮蔽板８０の突出量を減じ、所定の棚上の内部空間を流れる空気が第一流速以上の第二流速を超えている場合には遮蔽板８０の内部空間からの突出量を増すように制御する。以下、制御の詳細を説明する。

遮蔽板制御装置９０は、センサ信号受信部９１、モータ駆動信号送信部９２、記憶部９３および空気流量判別部９４を備える。センサ信号受信部９１、モータ駆動信号送信部９２および空気流量判別部９４は、ハードウェアとして、中央処理装置（ＣＰＵ）が処理を行う部分である。ＣＰＵは、例えば、記憶部９３内に格納されているコンピュータプログラムを読みながら、センサ信号受信部９１、モータ駆動信号送信部９２および空気流量判別部９４の各処理を実行する。記憶部９３としては、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭを例示できる。センサ信号受信部９１は、空気流速検出センサ８１と有線若しくは無線で接続されている。モータ駆動信号送信部９２は、モータ８２に信号を送信可能に、モータ８２と有線若しくは無線で接続されている。モータ８２は、ギア等の駆動力伝達機構８３を介して遮蔽板８０に接続されている。遮蔽板８０は、モータ８２の回転に応じて、矢印Ｍの方向に往復可動である。

空気流量判別部９４は、空気流速検出センサ８１からの空気流量を示す信号を受け取ると、当該空気流量が第一流速（Ｆ１）に達しているかどうかを判別して、第一流速（Ｆ１）に達していないと判別した場合には、遮蔽板８０の内部空間からの突出量を所定量だけ減じるようにモータ駆動信号送信部９２に信号を送信する。モータ駆動信号送信部９２は、遮蔽板８０の突出量を所定量だけ減じるに必要な回転数に関する信号をモータ８２に送信する。モータ８２は、当該信号に基づき遮蔽板８０を駆動する。一方、空気流量判別部９４は、当該空気流量が第一流速（Ｆ１）に達しているが第二流速（Ｆ２）には達していないと判別した場合には、モータ駆動信号送信部９２に信号を送信しない。ここで、Ｆ２とＦ１との関係は、Ｆ２＞Ｆ１である。したがって、モータ８２は回転せず、遮蔽板８０は現状の突出量を維持したまま動かない。また、空気流量判別部９４は、当該空気流量が第二流速（Ｆ２）を超えていると判別した場合には、遮蔽板８０の内部空間からの突出量を所定量だけ増すようにモータ駆動信号送信部９２に信号を送信する。モータ駆動信号送信部９２は、遮蔽板８０の突出量を所定量だけ増すに必要な回転数に関する信号をモータ８２に送信する。モータ８２は、当該信号に基づき遮蔽板８０を駆動する。このときのモータ８２の回転方向は、遮蔽板８０の突出量を減じるときと逆方向である。なお、第一流速（Ｆ１）＝第二流速（Ｆ２）としても良い。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置について説明する。第３実施形態において、前述の各実施形態と共通する構成要素については、同一符号を付して、その重複した説明を省略する。

図７は、第３実施形態に係る空気還流システムおよびそれを備える植物栽培装置の図３と同様のＸ－Ｘ線断面図（７Ａ）および有圧扇の出力を制御するための制御システムの概略図（７Ｂ）をそれぞれ示す。

第３実施形態に係る植物栽培装置１ｂ（栽培室１ｂとも称する）は、空気吸引空間２に備えられる第一気圧検出センサ１０１と、空気吸引空間２と隔壁１０，１１を隔てて隣り合う空気供給空間３，４に備えられる第二気圧検出センサ１０２，１０３と、を有する。また、栽培室１ｂは、第一気圧検出センサ１０１により検出される気圧と第二気圧検出センサ１０２，１０３により検出される気圧との気圧差に基づき有圧扇３０等の出力を制御する空気圧縮制御装置１１０を備える。空気圧縮制御装置１１０は、前記の気圧差が第一気圧差に達していない場合には有圧扇３０等の出力を上げ、第一気圧差以上の第二気圧差を超えている場合には有圧扇３０等の出力を下げるように有圧扇３０等を制御する。以下、制御の詳細を説明する。

空気圧縮制御装置１１０は、センサ信号受信部１１１、有圧扇駆動信号送信部１１２，１１３、記憶部１１４および気圧差判別部１１５を備える。センサ信号受信部１１１、有圧扇駆動信号送信部１１２，１１３および気圧差判別部１１５は、ハードウェアとして、中央処理装置（ＣＰＵ）が処理を行う部分である。ＣＰＵは、例えば、記憶部１１４内に格納されているコンピュータプログラムを読みながら、センサ信号受信部１１１、有圧扇駆動信号送信部１１２，１１３および気圧差判別部１１５の各処理を実行する。記憶部１１４としては、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭを例示できる。センサ信号受信部１１１は、第一気圧検出センサ１０１および第二気圧検出センサ１０２，１０３と有線若しくは無線で接続されている。有圧扇駆動信号送信部１１２は、隔壁１０側に取り付けられている有圧扇３０，３１，４０，４１に信号を送信可能に、有圧扇３０，３１，４０，４１と有線若しくは無線で接続されている。また、有圧扇駆動信号送信部１１３は、隔壁１１側に取り付けられている有圧扇５０，５１，６０，６１に信号を送信可能に、有圧扇５０，５１，６０，６１と有線若しくは無線で接続されている。

気圧差判別部１１５は、センサ信号受信部１１１を通じて、第一気圧検出センサ１０１により検出される気圧（Ｐ１）、第二気圧検出センサ１０２により検出される気圧（Ｐ２）および第二気圧検出センサ１０３により検出される気圧（Ｐ３）を受け取ると、空気供給空間３と空気吸引空間２との気圧差（Ｐ２－Ｐ１）および空気供給空間４と空気吸引空間２との気圧差（Ｐ３－Ｐ１）を算出する。ここで、Ｐ２およびＰ３は、Ｐ１より大きい。ただし、これらの気圧差の算出処理は、センサ信号受信部１１１により行われても良い。気圧差判別部１１５は、気圧差（Ｐ２－Ｐ１）が第一気圧差（ΔＰ１）に達しているかどうかを判別して、第一気圧差（ΔＰ１）に達していないと判別した場合には、有圧扇３０，３１，４０，４１の出力を上げる。一方、気圧差判別部１１５は、気圧差（Ｐ２－Ｐ１）が第一気圧差（ΔＰ１）に達しているが第二気圧差（ΔＰ２）には達していないと判別した場合には、有圧扇３０，３１，４０，４１の現状の出力を変えずに維持する。ここで、ΔＰ２とΔＰ１との関係は、ΔＰ２＞ΔＰ１である。また、気圧差判別部１１５は、気圧差（Ｐ２－Ｐ１）が第二気圧差（ΔＰ２）を超えていると判別した場合には、有圧扇３０，３１，４０，４１の出力を低くする。

また、気圧差判別部１１５は、気圧差（Ｐ３－Ｐ１）が第一気圧差（ΔＰ１）に達しているかどうかを判別して、第一気圧差（ΔＰ１）に達していないと判別した場合には、有圧扇５０，５１，６０，６１の出力を上げる。一方、気圧差判別部１１５は、気圧差（Ｐ３－Ｐ１）が第一気圧差（ΔＰ１）に達しているが第二気圧差（ΔＰ２）には達していないと判別した場合には、有圧扇５０，５１，６０，６１の現状の出力を変えずに維持する。また、気圧差判別部１１５は、気圧差（Ｐ３－Ｐ１）が第二気圧差（ΔＰ２）を超えていると判別した場合には、有圧扇５０，５１，６０，６１の出力を低くする。なお、第一気圧差（ΔＰ１）＝第二気圧差（ΔＰ２）としても良い。

（その他の実施形態）
以上のように、本発明の好適な各実施形態について図面を参照しながら説明してきたが、本発明は、上記各実施形態に限定されることなく、種々変更実施可能である。

例えば、本発明に係る植物栽培装置１は、空気吸引空間２を空気供給空間３と空気供給空間４により挟んだ基本ユニットのみではなく、基本ユニットの空気供給空間３あるいは空気供給空間４の先に別の隔壁を挟んで空気吸引空間をさらに接続し、その先に隔壁を挟んで空気供給空間を接続するように、基本ユニットに対して空気吸引空間と空気供給空間とを交互に配置した構成を有していても良い。

また、空気吸引空間２内の各栽培棚２０は、上記各実施形態では、少なくとも主排気口２１を開口した１つの筒状の棚であり、栽培棚２０の長さ方向に両側壁を分断せずに構成されている。しかし、空気吸引空間２内の各栽培棚２０は、主排気口２１の位置で途切れており、隔壁１０からつながる部分と、隔壁１１からつながる部分とに分断されていても良い。その場合、各栽培棚２０の長さ方向両端側にある開口部２２から流れてきた空気は、上記の分断されている位置から空気吸引空間２内に入り、有圧扇３０等に吸引されて空気供給空間３，４に入るようにしても良い。

図８は、図２の主排気口に設けられる閉鎖板の変形例（８Ａ，８Ｂ）、図４の副排気口に設けられる引違い窓に代用可能な回転扉の開閉状況（８Ｃ）および図４の副排気口に設けられる引違い窓に代用可能な３本の開閉式チューブの開閉状況（８Ｄ）をそれぞれ示す。

（８Ａ）は、主排気口２１を覆う図２の閉鎖板２６を上下逆さに取り付けた例を開口部２２の方向から見た状態を示す。このような閉鎖板２６を主排気口２１に配置すると、閉鎖板２６ａの上端を主排気口２１から離す方向に移動することによって、主排気口２１から排気される空気流量を多くすることができる。（８Ｂ）は、（８Ａ）の閉鎖板２６ｂを取り除き、主排気口２１とほぼ同一形状（矩形）の閉鎖板２６ａを主排気口２１に備える例を開口部２２の方向から見た状態を示す。この例では、主排気口２１を正面に見て左右両側には、閉鎖板２６ａの回動する領域を塞ぐように三角形の壁面１２０が備えられている。このため、閉鎖板２６ａを主排気口２１の下辺を中心に回動させた際、栽培棚２０内の空気は、壁面１２０の方向からは外に排気されず、ロッド２８の方向（上方向）および閉鎖板２６ａに形成されている複数の貫通孔から排気される。閉鎖板２６ａを開ける角度を大きくすることによって、ロッド２８側の開口面積も大きくなり、もって空気の排気流量を多くすることができる。

（８Ｃ）は、副排気口２４を、軸１３１を中心に回転可能な回転扉１３０にて開閉可能な例を外側壁の方向および上方から見た各状態を示す。回転扉１３０を例えば矢印Ｒの方向に回転させることによって、副排気口２４の開口面積を変えることができる。（８Ｄ）は、副排気口２４を板１４０によって完全に閉塞して、その閉塞した板１４０に３本の開閉式チューブ１４１，１４２，１４３を貫通させた例を外側壁の方向および上方から見た各状態を示す。開閉式チューブ１４１，１４２，１４３において、その内部を黒塗りしているものは閉じている。（８Ｄ）は、左から右に向かって、開閉式チューブ１４１，１４２，１４３が全て閉じている状態、開閉式チューブ１４１，１４２が閉じていて開閉式チューブ１４３が開いている状態、開閉式チューブ１４１が閉じていて開閉式チューブ１４２，１４３が開いている状態、および開閉式チューブ１４１，１４２，１４３が全て開いている状態をそれぞれ示す。このように、独立して開閉可能な開閉式チューブ１４１，１４２，１４３を採用すると、栽培棚２０の内部から外への漏光を抑制できる。

開閉式チューブ１４１，１４２，１４３は、副排気口２４ではなく、主排気口２１を完全に塞いだ板１４０を貫通するように備えても良い。また、上記の例では、開閉式チューブは、３本であるが、１～２本あるいは４本以上でも良い。開閉式チューブの一部のみを開閉自在な構成とし、他を開状態にしかできない構成としても良い。

先に述べた各実施形態中の構成要素は、互いに組み合わることができない場合を除き、任意に組み合わせることができる。一例を挙げると、第２実施形態に係る栽培室１ａに、第３実施形態に係る栽培室１ｂ内の第一気圧検出センサ１０１、第二気圧検出センサ１０２，１０３および空気圧縮制御装置１１０を備えても良い。

また、上記各実施形態では、閉鎖板２６は、主排気口２１からの空気の排気量を調節可能に主排気口２１に取り付けられているが、空気の排気量を調節不能に主排気口２１に取り付けられていても良い。また、副排気口２４は、必ずしも栽培棚２０に備えていなくとも良い。さらに、副排気口２４は、開閉可能ではなく、常時、開状態でも良い。また、各実施形態に係る空気還流システムは、少なくとも隔壁１０，１１と空気圧縮手段（例えば、有圧扇３０等）と空気吸引空間２と空気供給空間３，４とを含むが、それらに加えて、養液循環タンク、養液循環ポンプ、除湿機、空気中に浮遊する浮遊物を除去するためのＨＥＰＡユニットを備えていても良い。ＨＥＰＡユニットは、空気中から微小の埃や菌を取り除き、空気清浄するためのＨＥＰＡフィルタを含む。ＨＥＰＡフィルタは、定格風量で粒径が０．３μｍの粒子を９９．９７％以上捕集する能力をもつフィルタであって、クリーンルームのメインフィルタとして用いられる。ＨＥＰＡユニットは、ＨＥＰＡフィルタの他、空気を取り込み、ＨＥＰＡフィルタへ向けて送風するためのファン、そのファンにより空気を取り込む際、比較的大きな埃や虫等を除去するためのプレフィルタを備えることができる。また、有圧扇３０等以外の空気圧縮手段として、コンプレッサー、空気砲生成装置などを採用しても良い。

植物栽培装置１，１ａ，１ｂは、植物５を植栽するための栽培トレイが載置される１段または複数段の棚を有する栽培棚２０と、上記の空気還流システムとを含む。ただし、空気還流システムは、栽培棚２０を含めるように解釈しても良い。その場合には、空気還流システムは、植物栽培装置１，１ａ，１ｂと近似する構成、若しくは同一の構成となり得る。

本発明は、植物工場による植物の栽培に用いることができる。

１，１ａ，１ｂ・・・植物栽培装置（栽培室）、２・・・空気吸引空間、３，４・・・空気供給空間、５・・・植物、１０，１１・・・隔壁、２０・・・栽培棚、２１・・・主排気口、２２・・・開口部、２４・・・副排気口、２６，２６ａ，２６ｂ・・・閉鎖板、３０，３１，４０，４１，５０，５１，６０，６１・・・有圧扇（空気圧縮手段の一例）、７２・・・栽培トレイ、８０・・・遮蔽板、８１・・・空気流速検出センサ、９０・・・遮蔽板制御装置、１０１・・・第一気圧検出センサ、１０２，１０３・・・第二気圧検出センサ、１１０・・・空気圧縮制御装置。

Claims (9)

1. 栽培室内に栽培棚とともに設置される空気還流システムであって、
   前記栽培棚の周囲を前記栽培棚の各段の棚上の各開口部以外からは空気が流れないように前記各開口部以外を閉鎖し、前記栽培棚の長手方向の位置に配置されて前記栽培室を３つ以上の空間に仕切る隔壁と、
   前記隔壁のそれぞれに設けられて、前記空間の内の空気吸引空間に存在する空気を吸引し、その吸引された空気を圧縮して、前記空気吸引空間に対して前記隔壁を隔てて隣り合う前記空間の内の空気供給空間に供給することにより、前記空気吸引空間と前記空気供給空間との間に圧力差を生じさせる空気圧縮手段と、
   を含み、
   前記３つ以上の空間は、前記空気吸引空間の長手方向両側に前記空気供給空間を配置する基本ユニットを有し、
   前記開口部は、前記空気供給空間内に開口しており、
   前記基本ユニット中の前記空気吸引空間内の前記栽培棚は、各段の棚上の前記開口部から流れてくる空気を前記空気吸引空間の長手方向の途中で前記栽培棚の外に排気可能な主排気口を備え、
   前記基本ユニットにおいて、前記圧力差により、前記栽培棚の複数の棚上の各開口部を通して前記空気供給空間から前記空気吸引空間へ流れる空気流を前記棚上に形成させ、前記主排気口から前記空気吸引空間に排気された空気の一部または全部を前記空気圧縮手段によって吸引して空気を還流させる空気還流システム。
2. 前記主排気口は、前記栽培棚の側壁に形成されており、前記主排気口を部分的に閉鎖する閉鎖板を備える請求項１に記載の空気還流システム。
3. 前記閉鎖板は、前記主排気口からの空気の排気量を調節可能に前記主排気口に取り付けられている請求項２に記載の空気還流システム。
4. 前記空気供給空間内に開口する前記開口部から前記空気吸引空間内の前記主排気口の位置までの間に、前記開口部から流れてきた空気の一部または全部を前記主排気口に至る前に排気可能な副排気口を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の空気還流システム。
5. 前記副排気口は開閉可能に形成されている請求項４に記載の空気還流システム。
6. 前記栽培棚における各段の棚上の内部空間に向けて突出可能であって前記棚上を流れる空気の一部を遮蔽可能な遮蔽板を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の空気還流システム。
7. 前記棚上の内部空間内の空気流速を検出するための空気流速検出センサと、
   前記空気流速検出センサの検出結果に基づき前記遮蔽板の突出量を制御する遮蔽板制御装置と、
   をさらに備え、
   前記遮蔽板制御装置は、前記空気流速検出センサの検出を通じて、所定の前記棚上の内部空間を流れる空気が第一流速に達していないと判別した場合には前記遮蔽板の前記内部空間からの突出量を減じ、所定の前記棚上の内部空間を流れる空気が前記第一流速以上の第二流速を超えている場合には前記遮蔽板の前記内部空間からの突出量を増すように制御する請求項６に記載の空気還流システム。
8. 前記空気吸引空間であって前記栽培棚の外部に備えられる第一気圧検出センサと、
   前記第一気圧検出センサを備える前記空気吸引空間と前記隔壁を隔てて隣り合う前記空気供給空間であって前記栽培棚の外部に備えられる第二気圧検出センサと、
   前記第一気圧検出センサにより検出される気圧と前記第二気圧検出センサにより検出される気圧との気圧差に基づき前記空気圧縮手段の出力を制御する空気圧縮制御装置と、
   をさらに備え、
   前記空気圧縮制御装置は、前記気圧差が第一気圧差に達していない場合には前記空気圧縮手段の出力を上げ、前記第一気圧差以上の第二気圧差を超えている場合には前記空気圧縮手段の出力を下げるように前記空気圧縮手段を制御する請求項１から７のいずれか１項に記載の空気還流システム。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の空気還流システムを含む植物栽培装置。

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