JP7104936B2 - 植物栽培システム及び植物栽培方法 - Google Patents

Description

本発明は、植物を栽培する植物栽培システム及び植物栽培方法に関する。

従来、室内において、植物の育成環境を調整して、植物の早期栽培が行なわれている。この場合、植物の育成においては、最適な気流速度があることが知られている。そこで、複数の栽培棚に供給される気体の均一性を向上させる植物栽培装置が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の植物栽培装置は、栽培棚と、空気通路と、ダクトと、給気装置とを備える。栽培棚は、複数の段と、長さ方向の両側に設けられた空気流入口及び空気流出口とを含む。空気通路は、空気流出口と空気流入口との間に設けられる。ダクトは、空気通路内に配置され、上下方向に延び、側面から空気流入口に向けて空気を放出する。給気装置は、空気流出口からの空気を吸引してダクトに供給する。

特開２０１６－２０２１１０号公報

上述した特許文献１に記載した植物栽培装置では、栽培棚におけるダクトや空気通路の配置が複雑となる。
また、空調機を施設の上部に設置することもある。この場合、積層させた栽培棚においては、上下段の棚の影響で、空気が停留する領域が生じることがある。そこで、空気を循環させるために、上方に大型の撹拌ファンを設置したり、撹拌ファンを栽培棚毎に設置したりしていた。この場合、植物栽培システムの構造が複雑になり、それに応じた設備投資が必要であった。

上記課題を解決するための植物栽培システムは、植物を育成する栽培棚が配置された育成室と、前記育成室に、給気口を介して、気圧差により給気する陽圧室と、前記給気口において、前記陽圧室から前記栽培棚の上方空間への気流を調整する整流部材とを備えた。

本発明によれば、簡単な設備で、気流速度を一定に制御することができる。

実施形態における植物栽培室の説明図であって、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略正面図。 実施形態における植物栽培室の要部の構成を説明する模式図。

以下、図１及び図２を用いて、植物栽培システム及び植物栽培方法を具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、葉物野菜等の植物Ｐ１を栽培する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態の植物栽培室１０の上面図及び正面図である。図２は、図１（ｂ）の植物栽培室１０の要部を拡大した模式図である。

図１に示すように、植物栽培室１０内に、植物栽培システムとして、育成室１１、陽圧室２０及び陰圧室３０が配置されている。陽圧室２０及び陰圧室３０は、それぞれ、育成室１１の両側に、対向して配置される。育成室１１、陽圧室２０及び陰圧室３０は、天井パネル及び隔壁パネルで囲まれている。育成室１１と陽圧室２０とは、隔壁パネル１５を介して接続されており、育成室１１と陰圧室３０とは、隔壁パネル１６を介して接続されている。

育成室１１には、上下方向に重ねて複数段の栽培棚１２が配置されている。複数段の栽培棚１２は、複数の支柱（図示せず）により支持される。各栽培棚１２には、植物Ｐ１が配置される。例えば、栽培棚１２としては、薄膜水耕（ＮＦＴ）や湛液型水耕（ＤＦＴ）の多段型栽培棚を用いることができる。薄膜水耕は、緩やかな傾斜（例えば斜度１％）をもつ棚上に、植物Ｐ１の栄養分となる養液を薄く少量ずつ流す水耕栽培である。また、湛液型水耕は、溜めた培養液のみで栽培を行なう水耕栽培である。

各栽培棚１２の棚上には、複数の樋（図示せず）が格子状に配置される。樋の上に、複数の栽培トレイが配置される。栽培トレイは、合成樹脂製の平板で構成される。栽培トレイには、一定間隔で複数の孔が形成されている。各孔には、植物Ｐ１が植えられたポリウレタン製の培地が嵌め込まれる。栽培トレイに植栽された植物Ｐ１は、根が栽培トレイの下方に伸び、樋の内部に収納されて、樋内に流れる培養液に浸漬する。

本実施形態では、育成室１１の陰圧室３０側から植物Ｐ１の栽培トレイを育成室１１に配置する。そして、育成室１１の陽圧室２０側から、育成室１１で成長させた植物Ｐ１の栽培トレイを取り出す。栽培トレイを取り出した場合には、栽培棚１２に配置された栽培トレイを、順次、陽圧室２０側に移動させる。この結果、成長した（成長の大きい）植物Ｐ１の栽培トレイが陽圧室２０側に配置される。

更に、栽培トレイが載置される棚の１段上の棚の下面及び天井パネルには、照明装置（図示せず）が取り付けられる。照明装置は、植物Ｐ１の葉に光を照射する。照明装置としては、例えば、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる。

育成室１１の陽圧室２０側の隔壁パネル１５には、各栽培棚１２の高さに対応させて開口部１５ｈが形成されている。この開口部１５ｈは、陽圧室２０から各栽培棚１２に気体が供給される給気口として機能する。これにより、開口部１５ｈを介して、各栽培棚１２の上方空間（植物Ｐ１が位置する空間）が、陽圧室２０に開放されている。そして、隔壁パネル１５の開口部１５ｈには、整流部材４０が設けられる。この整流部材４０の詳細は、後述する。

陽圧室２０の両側壁の上部には、対向するように、給気ファン２１，２２が設けられている。陽圧室２０の上面には、給気ファン２３が設けられている。給気ファン２１～２３は、陽圧室２０内の気圧を高くする（加圧する）。本実施形態では、オフィスから排気される気体等、二酸化炭素の濃度が高い空気（気体）を陽圧室２０に供給する。

陰圧室３０の両側壁の上部には、対向するように、排気ファン３１，３２が設けられている。更に、陰圧室３０の上面には、排気ファン３３が設けられている。排気ファン３１～３３は、陰圧室３０内の気圧を育成室よりも低くする（負圧にする）。更に、育成室１１の陰圧室３０側の隔壁パネル１６には、各栽培棚１２の高さに対応させて開口部（図示せず）が設けられている。この開口部を介して、各栽培棚１２の上方空間（植物Ｐ１が位置する空間）は、陰圧室３０に開放されている。

＜整流部材＞
図２に示すように、隔壁パネル１５の開口部１５ｈには、着脱可能な整流部材４０が嵌め込まれて取り付けられている。

整流部材４０は、気流の向きと気流速度（流速）とを調整する。整流部材４０は、枠４１と、複数のフィン４５とを備えている。各フィン４５は、水平方向に延在した板状部材であって、上下方向に平行に並んでいる。各フィン４５の上端部は、回動可能に枠４１に取り付けられる。更に、整流部材４０には、可変機構部として機能する回動機構部５１が設けられている。この回動機構部５１は、制御部５０に制御され、フィン４５の開放角度（取付角度）を変更することにより、整流部材４０を通過する気流の向きが変更され、この結果、整流部材４０を通過する気体の量が変更されて、整流部材４０から育成室１１に流れる水平方向の流速が変更する。

制御部５０は、育成室１１の各栽培棚１２の陽圧室２０側に配置された流速計Ｍ１に接続されている。流速計Ｍ１は、水平方向の流速を計測する。制御部５０は、各流速計Ｍ１から取得した流速の計測値を取得する。そして、制御部５０は、取得した計測値に基づいて、流速が目標速度となるように、各回動機構部５１を制御する。本実施形態では、目標速度として０．５（ｍ／ｓ）を用いる。

＜作用＞
次に、図１を用いて、上述した植物栽培システムの作用について説明する。
育成室１１に植物トレイを配置して育成を行なう場合、陽圧室２０の給気ファン２１～２３を稼働し、陰圧室の排気ファン３１～３３を稼働する。これにより、陽圧室２０内の圧力が高くなり、陰圧室３０内の圧力が低くなり、育成室１１内の各栽培棚１２の上方空間において、陽圧室２０から陰圧室３０へ気流が生じる。この場合、制御部５０は、流速計Ｍ１からの流速（計測値）に基づいて、回動機構部５１を介して、整流部材４０のフィン４５の開放角度を制御する。

給気ファン２１～２３の近傍では、遠隔領域よりも流速が速くなる。本実施形態では、給気ファン２１～２３が設けられた陽圧室２０の上方の流速が速くなる。そこで、上段の整流部材４０のフィン４５の開放角度を、下段の整流部材４０のフィン４５の開放角度を小さくして、水平方向の流速が遅くなるように調整される。結果として、上下方向の栽培棚１２の隔壁パネル１５付近の流速がほぼ一定になる。

そして、整流部材４０によって調整された流速で、育成室１１内を、陰圧室３０に向かって気流が生じる。そして、陰圧室３０に流れた気体は、排気ファン３１～３３により、陰圧室３０から排出される。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の植物栽培システムは、栽培棚１２を上下方向に複数段配置した育成室１１に対して、開口部１５ｈを介して気圧差により給気する陽圧室２０を設けた。更に、陽圧室２０から各栽培棚１２の上方空間への気流を調整する整流部材４０を開口部１５ｈに設けた。これにより、整流部材４０により、気流を目標の流速（一定）に制御することができる。

（２）本実施形態では、整流部材４０によって、フィン４５の開放角度を変更することにより、気流を一定に制御することができる。
（３）本実施形態では、制御部５０は、流速計Ｍ１が計測した流速に基づいて、整流部材４０の回動機構部５１を制御する。これにより、陽圧室２０及び陰圧室３０内の気流や圧力が変化した場合においても、育成室１１内の流速を一定に調整することができる。

（４）本実施形態では、整流部材４０の各フィン４５の上端部は、回動可能に枠４１に取り付けられる。このため、整流部材４０は、開口部１５ｈの下側から、各栽培棚１２に気流を供給することができるので、植物Ｐ１の葉裏の近傍に気体を供給することができる。

（５）本実施形態では、育成室１１の陽圧室２０側に、より成長した植物Ｐ１の栽培トレイが位置するように、栽培トレイを配置する。これにより、十分に成長した植物Ｐ１を気流の上流側に配置するので、成長途中の植物Ｐ１を気流から保護することもできる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態の植物栽培システムでは、陽圧室２０を、育成室１１と水平に設けた。陽圧室２０の配置は水平方向に限定されない。例えば、陽圧室２０を、育成室１１の下側に設け、植物Ｐ１の下方から上方に向かう気流を生成し、この気流の流速を調節してもよい。この場合、植物Ｐ１の葉裏に、気流を効率的に供給することができる。

・上記実施形態においては、陽圧室２０の上方に、陽圧室２０を加圧するための給気ファン２１～２３を配置した。給気ファンの配置は、陽圧室２０の上方に限られない。例えば、陽圧室２０において、育成室１１に対向する隔壁パネルに給気ファンを設けてもよい。更に、この場合、陰圧室３０においても、育成室１１に対向する側壁に排気ファンを設けてもよい。

・上記実施形態では、制御部５０は、育成室１１に設けた流速計Ｍ１が計測した流速に基づいて、整流部材４０の回動機構部５１を制御する。制御部５０は、陽圧室２０内の流速や陰圧室３０の流速に基づいて制御してもよい。この場合、陽圧室２０や陰圧室３０に流速計を設け、これら流速計が計測した計測値を制御部５０に供給する。

また、育成室１１内に配置した流速計Ｍ１で流速を計測し、この計測値に応じて整流部材４０のフィン４５の開放角度を調整して、固定してもよい。具体的には、植物栽培システムを構築した際に、給気ファン２１～２３や排気ファン３１～３３の位置に応じて、陽圧室２０や育成室１１における通常時の気流速度（流速）を計測する。そして、この通常時の流速に応じて、育成室１１の各栽培棚１２における気流が一定となるように整流部材４０の流速を調整する。

・上記実施形態においては、整流部材４０は、水平方向に延在した複数の板状部材を上下方向に平行に並べた。整流部材４０の構成は、これに限定されない。例えば、複数の孔が設けられた複数の板部材を重ねるように立設させ、板状部材の孔のずれ量を調整することにより、整流部材４０を通過する気体の量を変更させて、水平方向の流速を変更させる構成としてもよい。

・上記実施形態においては、育成室１１の陽圧室２０側の隔壁パネル１５の開口部（給気口）に、整流部材４０を設けた。整流部材４０の設置は、陽圧室２０側の隔壁パネル１５の開口部１５ｈだけに限らない。例えば、整流部材を、育成室１１の陰圧室３０側の隔壁パネル１６に設けてもよい。この場合には、育成室１１の陰圧室３０側の気流も調整することができる。

・上記実施形態においては、栽培トレイが取り出された場合には、順次、栽培トレイを陽圧室２０側に移動させた。ここで、栽培トレイが育成室から取り出された場合には、後続の栽培トレイを、順次に陽圧室２０側に移動させる移動機構を設けてもよい。具体的には、ベルトコンベヤ等の上に、栽培トレイを配置する。そして、栽培トレイを取り出す度に、後続の栽培トレイを陽圧室２０側に移動させるようにベルトコンベヤを稼働する。

Ｍ１…流速計、Ｐ１…植物、１０…植物栽培室、１１…育成室、１２…栽培棚、１５…隔壁パネル、２０…陽圧室、２１，２２，２３…給気ファン、３０…陰圧室、３１，３２，３３…排気ファン、４０…整流部材、４１…枠、４５…フィン、５０…制御部、５１…回動機構部。

Claims (5)

1. 植物を育成する栽培棚が、上下方向に複数段、配置された育成室と、
   前記育成室に、給気口を介して、気圧差により給気する陽圧室と、
   前記給気口において、前記陽圧室から前記栽培棚の上方空間への気流を調整する整流部材とを備え、
   前記整流部材は、前記給気口において、前記陽圧室から、前記栽培棚のそれぞれの上方空間への前記気流を調整することを特徴とする植物栽培システム。
2. 前記整流部材は、前記気流の速度を可変にする可変機構部を備えてい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。
3. 前記可変機構部を制御する制御部を更に設け、
   前記制御部は、前記給気口において、上下方向における前記気流が目標速度になるように、前記可変機構部を制御することを特徴とする請求項２に記載の植物栽培システム。
4. 前記育成室において、前記植物の成長に応じて、前記給気口側に、前記植物を移動させる移動機構を更に備えることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の植物栽培システム。
5. 植物を育成する栽培棚を上下方向に複数段配置した育成室と、
   前記育成室に対して、給気口を介して、気圧差により給気する陽圧室と、
   前記給気口において、前記陽圧室から前記栽培棚の上方空間への気流を調整する整流部材と、
   前記整流部材の前記気流を可変にする可変機構部を制御する制御部とを備えた植物栽培システムにおける植物栽培方法であって、
   前記制御部は、前記給気口において、前記栽培棚のそれぞれの上方空間への前記気流が目標速度になるように、前記可変機構部を制御することを特徴とする植物栽培方法。

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