JP7123779B2 - 植物栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、人工光型の植物工場で用いられる植物栽培装置に関する。

世界的な人口の増加による食料不足や、日本等の先進国における高齢化に伴う農村人口の減少による農作物の生産量の減少等の問題に対する解決策として植物工場が注目されている。
植物工場は、完全人工光型と太陽光利用型の２つの種類に大別される。完全人工光型は、閉鎖環境で太陽光を用いずに人工光源のみで栽培するものであり、太陽光利用型は、温室に近い環境で、太陽光の利用を基本とし、人工光による補光や夏季の高温抑制技術を用いて栽培するものである。

一般的な完全人工光型の植物工場では、閉鎖環境の栽培室内に、各段に人工光源を備える多段式の栽培棚が複数配置され、栽培室の天井や上方に空調装置が取り付けられる。各栽培棚では、人工光源の点灯時には排熱により温度が上昇するので、空調装置により栽培室内の空気を循環させ、温度や湿度が各栽培棚間で均一となるように制御する（特許文献１参照）。
また、植物に供給される養液量を制御するため、養液循環装置が用いられる（特許文献２参照）。

特開２００２－２９１３４９号公報 特開２００５－２１０６５号公報

しかし、従来の植物栽培装置は、空調装置が植物栽培装置全体で共通で、排気側と流入側とが区分されておらず、空調が不十分であった。

本発明は、十分に空調が可能な植物栽培装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために以下のものを提供する。
内部を密閉可能な栽培ユニットを備える人工光型の植物栽培装置であって、前記栽培ユニット内に、植物を栽培する矩形形状の栽培室と、前記栽培室の側面のうちの長手方向に沿った一面側に設けられ、前記栽培室から流出した空気が流れる空気排気室と、前記空気排気室を流れる空気を調整する空調装置と、前記栽培室の上方に設けられ、前記空調装置により調整された空気が流入し、前記栽培室に流入する空気が流れる空気流入室と、を備える植物栽培装置。

前記空調装置は、前記栽培室の前記長手方向の一方の端部に設けられ、前記空気排気室と前記空気流入室とを連結する空調室に配置されていてもよい。

前記空調装置は、前記空気排気室に設けられていてもよい。

前記栽培ユニットは、多段に配置されていることが好ましい。

前記栽培室に供給される液体を循環させる液体循環装置を備え、前記液体循環装置は、液体を前記栽培室へ流入される液体供給路と、前記栽培室から回収された液体を回収する液体回収路と、を有し、前記液体供給路と前記液体回収路とが、前記栽培室の前記一面側に配置されていることが好ましい。

前記栽培室と、前記空気排気室との間に排気ファンが設けられていることが好ましい。

前記空気流入室に、長手方向に空気を送るための送風ファンが設けられていてもよい。

前記空気流入室に、短手方向に空気を送るための送風ファンが設けられていてもよい。

本発明によれば、十分に空調が可能な植物栽培装置を提供することができる。

植物栽培装置１の斜視図である。 植物栽培装置１の構成を示すブロック図である。 栽培室１０と養液循環装置４０との一部を示す部分斜視図である。 １つの栽培容器１１の分解斜視図である。 植物栽培装置１を前側の下方から見た斜視図である。 植物栽培装置１を後側の下方から見た斜視図である。 植物栽培装置１の一部において養液循環装置４０を除いた前側の下方から見た部分斜視図である。 空調装置３４が空気排気室３３に配置された変形形態の植物栽培装置１０１を示す図である。 栽培室１０及び養液貯留タンク４１がそれぞれ２つ設けられた変形形態の植物栽培装置１０２を示す図である。

（植物栽培装置１）
以下、本発明の実施形態の植物栽培装置１について説明する。植物栽培装置１は、人工光型の植物工場で用いられるものであり、生産規模の大きい植物工場に好適に用いられる。図１は、植物栽培装置１の斜視図である。植物栽培装置１は、植物栽培装置１の骨組みとなる枠体２を備え、全体として直方体に形成されている。
植物栽培装置１は、外壁５により内部が開閉可能に密閉され、植物栽培装置１が配置される植物工場の作業室の環境（温度や湿度）から独立した栽培環境を維持可能である。なお、図１においては、一部の外壁５のみ示す。外壁５の素材としては、栽培チャンバ４の外側である作業室の環境の影響を受けにくいように、光不透過性の断熱材を用いることが好ましい。

植物栽培装置１は全体として直方体であり、水平な長手方向に、第１領域１Ａと、第２領域１Ｂと、第３領域１Ｃとに分離されている。そして、植物栽培装置１は、上下方向に所定の間隔で配置された棚板３により多段に区画されて形成されている。なお、第１領域１Ａにおいて段を区切る棚板３ｂは、第２領域１Ｂ及び第３領域１Ｃにおいて段を区切る棚板３ａよりも僅かに低い位置に配置されている。

第１領域１Ａには４段の栽培チャンバ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、第２領域１Ｂには４段の空調室６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、第３領域１Ｃには４段の収納室７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが設けられている。

上から一段目の栽培チャンバ４ａの横には、上から一段目の空調室６ａが位置し、その空調室６ａの横の１つ下の段に、収納室７ａが位置している。この栽培チャンバ４ａと空調室６ａと収納室７ａとで、１つの栽培ユニットＵ１を構成している。上から二段目の栽培チャンバ４ｂの横には、上から二段目の空調室６ｂが位置し、その空調室６ｂの横の１つ下の段に、収納室７ｂが位置している。この栽培チャンバ４ｂと空調室６ｂと収納室７ｂとで、１つの栽培ユニットＵ２を構成している。上から三段目の栽培チャンバ４ｃの横には、上から三段目の空調室６ｃが位置し、その空調室６ｃの横の１つ下の段に、収納室７ｃが位置している。この栽培チャンバ４ｃと空調室６ｃと収納室７ｃとで、１つの栽培ユニットＵ３を構成している。上から四段目の栽培チャンバ４ｄの横には、上から四段目の空調室６ｄが位置し、その空調室６ｄの横の１つ下の段に、収納室７ｄが位置している。この栽培チャンバ４ｄと空調室６ｄと収納室７ｄとで、１つの栽培ユニットＵ４を構成している。

それぞれの栽培ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４は互いに隔離されている。すなわち、空気や養液は栽培ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４をまたいで循環せず、それぞれの栽培チャンバ内で循環する。

以下、各段の栽培ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４のそれぞれに共通する説明は、栽培ユニットＵとして説明する。栽培チャンバ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれに共通する説明は、栽培チャンバ４として説明する。空調室６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのそれぞれに共通する説明は、空調室６として説明する。収納室７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのそれぞれに共通する説明は、収納室７として説明する。

実施形態において、栽培ユニットＵ内において、空気は栽培チャンバ４と空調室６との間を流れるが、収納室７と空調室６との間には壁部が設けられているため、収納室７と空調室６との間を空気は流れない。

図２は植物栽培装置１における１つの栽培ユニットＵの構成を示すブロック図である。栽培ユニットＵは、栽培チャンバ４と、照明装置２０と、空気循環装置３０と、養液循環装置４０とを備える。また、植物栽培装置１は、栽培ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４共通の操作部６１と、制御部６０と、表示部６２とを備える。

（栽培室１０）
栽培チャンバ４は、栽培室１０を含む。図３は、栽培室１０及び養液循環装置４０の一部分を示す部分斜視図である。栽培室１０には、複数の栽培容器１１が並列して配置されている。図４は１つの栽培容器１１の分解斜視図である。

（養液循環装置４０）
養液循環装置４０は、植物の成長に必要な液体である養液を循環する装置である。実施形態においては液体として植物の栽培に必要な栄養素を含む養液が循環するが、これに限らず、水であってもよい。養液循環装置４０は、養液を貯留する養液貯留タンク４１と、一端が養液貯留タンク４１の側面の下部に連結され、養液貯留タンク４１から水平方向に延び、他端が上方に湾曲した、養液供給路としての養液供給管４２と、を備える。

養液循環装置４０はさらに、養液回収路としての養液回収溝４６、養液回収溝４６に対して垂直前側に延びる溝延設部４７、及び溝延設部４７の前端の下方を養液回収溝４６に対して平行に延びる養液回収筒４８と、養液回収タンク４９と、を備える。

図１、２に示すように、養液循環装置４０の養液供給路としての養液供給管４２と、養液回収路としての養液回収溝４６、溝延設部４７、及び養液回収筒４８とは、植物栽培装置１の長手方向に沿った側面のうちの一側に配置されている。以下、この一側を図示するように前側、逆側を後側として説明する。

（養液貯留タンク４１）
養液貯留タンク４１は、上部が開口した、例えば有底断面矩形の容器である。ただし、形状はこれに限らず、上部が開口した有底容器であれば、断面は円形等他の形状であってもよい。
養液貯留タンク４１に収容されている養液は、植物の栽培に必要な栄養素を含み、例えば、養液には、三要素と称される窒素、リン及びカリウム並びにカルシウム等の多量要素、さらに鉄やマグネシウム等の微量要素を成分として含む肥料を含む。

（水位センサ４１ａ）
養液貯留タンク４１内には、水位センサ４１ａが配置されている。水位センサ４１ａは、養液貯留タンク４１に貯留されている養液の液面の位置、例えば養液貯留タンク４１の底面からの高さＨ３を検知するもので、フロート式、超音波式、静電容量式または圧力式のいずれであってもよい。なお、以降、高さを説明する場合、養液貯留タンク４１の底面からの高さとして説明する。水位センサ４１ａにより測定された水位の測定値は、制御部６０に送信される。
なお、水位センサを用いず、養液貯留タンク４１の側面において養液をオーバーフローさせることにより、養液の液位一定に保つようにしてもよい。オーバーフローの排水は、養液回収タンク４９へ戻してもいいし、そのまま排水してもよい。

（養液供給管４２）
養液供給管４２は、実施形態では丸管であるが、これに限らず、他の形状であってもよい。養液供給管４２の一端は養液貯留タンク４１の側面の底側に連結されているが、これに限らず、底面に連結されていてもよい。養液供給管４２は、養液貯留タンク４１から水平に延びる配液管４２ｂと、配液管４２ｂの他端側から、配液管４２ｂに対して約９０度折れ曲がって上方に延びる立ち上がり部４２ｃとを備える。実施形態において配液管４２ｂと立ち上がり部４２ｃとは一本の養液供給管を折り曲げて形成されているが、これ限らず、別々の部材を接合したものであってもよい。

立ち上がり部４２ｃは上部が開口し、内部の溶液を大気側に開放する開放部である。立ち上がり部４２ｃの上端の高さＨ５は、養液貯留タンク４１の壁部の上端の高さＨ４よりも高い。すなわち、立ち上がり部４２ｃは、養液貯留タンク４１よりも上方に延びている。
養液貯留タンク４１内に養液が貯留されたときに、養液貯留タンク４１の上端を超えると溢れ出すので、養液貯留タンク４１の養液の液面の高さＨ３が養液貯留タンク４１の上端の高さＨ４よりも高くなることはない。
したがって、立ち上がり部４２ｃ内の養液の液面の高さＨ２は、養液貯留タンク４１内の養液の液面の高さＨ３以下となる（同じか、圧損がある場合わずかに下回る）ので、立ち上がり部４２ｃの上端から養液が溢れだすことはない。

（吐出口４４）
配液管４２ｂの管壁における、養液貯留タンク４１内の養液の液面の高さＨ３よりも低い位置に、複数の吐出口４４が同じ高さで設けられている。実施形態において複数の吐出口４４は、下方に向って開口している所定径の穴である。吐出口４４のそれぞれには、配液管４２ｂに比べて小径の吐出管４４ａが斜め下方に向って取り付けられている。なお、吐出管４４ａを設けず、吐出口４４から養液が直接吐出される形態であってもよい。

（養液流入プレート４５）
複数の吐出口４４及び吐出管４４ａの下方には、矩形の養液流入プレート４５の前側が配置されている。養液流入プレート４５の後端は、２つの栽培容器１１に跨るようにして２つの栽培容器１１の前側の上部に配置され、それぞれの栽培容器１１に対応する穴４５ａが設けられている。１つの吐出管４４ａから吐出された養液は、養液流入プレート４５を流れて、２つの穴４５ａから、それぞれ対応する栽培容器１１内に流入する。養液流入プレート４５は、植物栽培装置１に対して着脱可能であり、取り外して清掃が可能である。
なお、吐出口４４、吐出管４４ａ及び養液流入プレート４５は、栽培容器１１のそれぞれに１つずつ対応して設けられていてもよい。また、養液流入プレート４５を設けず、吐出管４４ａから、栽培容器１１内に流入させてもよい。

（養液回収溝４６）
養液回収溝４６は、栽培室１０の前側における、後述する栽培容器１１の下部トレイ１３の長穴１３ｅの下方を長手方向に延びる溝である。養液回収溝４６は細長い板状部材の短手方向の両側に側面が設けられた断面コの字状である。養液回収溝４６長手方向の両端は塞がれ、内部には仕切り４６ａが設けられ、実施形態では均等な長さで４つに仕切られている。

（溝延設部４７）
溝延設部４７は、養液回収溝４６の４つに仕切られたそれぞれの部分の下流側の端部から前方に延びている溝であり、養液回収溝４６の４つに仕切られたそれぞれの部分と連通して養液を前方に導き、前端の底部に開口した穴４７ａから流出させる。
なお、これら養液回収溝４６と、溝延設部４７とは、植物栽培装置１に対して着脱可能であり、取り外して清掃が可能である。

（養液回収筒４８）
養液回収筒４８は、溝延設部４７の穴４７ａから流出した養液を受ける開口部４８ａが上方に向って開口した筒部材である。養液回収筒４８は、養液回収タンク４９へと延びている。
これらの養液回収溝４６、溝延設部４７、養液回収筒４８は、養液が流れる上流側から下流側に向ってわずかに傾いていることが好ましい。

（養液回収タンク４９）
養液回収タンク４９は、上部が開口した、例えば有底断面矩形の容器である。ただし、形状はこれに限らず、上部が開口した有底容器であれば、断面は円形等他の形状であってもよい。養液回収タンク４９は、養液回収筒４８の下流端の下方に配置され、養液回収筒４８を流れた養液が回収される。
養液回収タンク４９は、養液貯留タンク４１よりも低い位置に配置されるので、例えば図１、３に示すように養液貯留タンク４１が配置されている段よりも下の段に配置される。

養液回収タンク４９と養液貯留タンク４１との間にはポンプ５０が配置され、養液回収タンク４９内の養液を養液貯留タンク４１へと送水することが可能となっている。ポンプ５０は、遠心ポンプや軸流ポンプ等の所定の方式のポンプであり、養液回収タンク４９に回収された養液を汲み上げて養液貯留タンク４１へと送り、養液を循環させる。ポンプ５０は、制御部６０によって養液貯留タンク４１における養液の液面の高さＨ３が所定の高さとなるように、養液を養液貯留タンク４１に供給するように動作する。

（栽培容器１１）
図４に示すように栽培容器１１は、上部トレイ１２と、下部トレイ１３と、２枚の栽培プレート１４と、２枚の仕切り板１５とを備える。
栽培容器１１は、両側に仕切り板１５が取り付けられた上部トレイ１２を下部トレイ１３の上に重ねた状態で、上部トレイ１２の中に栽培プレート１４をはめ込み、短手方向が栽培室１０の長手方向に沿うように、栽培室１０内に１６枚、水平に配置されている。ただし、１６枚に限定されない。

なお、栽培容器１１の形状は、生産規模の大きい植物工場に好適に用いられるため、長手方向の長さが短手方向の長さに対して２倍以上である長尺な形状であることが好ましい。本実施形態では、短手方向の長さ：長手方向の長さ＝１：５である。ただし、栽培容器１１の大きさ（栽培容器１１に配置される栽培プレート１４の枚数）は、上述の実施形態の大きさに限られない。

（下部トレイ１３）
下部トレイ１３は、長方形の底面１３ａと、その底面１３ａの側辺を囲む、２枚の側壁部１３ｂ、前壁部１３ｃ、後壁部１３ｄとを備える。前壁部１３ｃは後壁部１３ｄより高い。側壁部１３ｂは、前側が高く、後側が低くなる台形形状である。底面１３ａの前側には、長穴１３ｅが設けられている。栽培容器１１が栽培室１０に配置されると、底面１３ａは、前側が後ろ側よりも、角度θ（θは０．５度～１度）で、徐々に低くなる傾斜面となる。
底面１３ａの上面には、底面１３ａの長手方向（前後方向）に沿って、互いに平行なリブ１３ｆが複数立設されている。リブ１３ｆは底面１３ａの長手方向において、断続的に設けられている。底面１３ａを、後述するように後側から前側に養液が流れる場合、養液は、それぞれのリブ１３ｆの間をリブ１３ｆに沿って流れるため、養液が底面１３ａの短手方向の一方に溜まらずに、均一に流れることができる。

（上部トレイ１２）
上部トレイ１２は、下部トレイ１３と同様に長方形の底面１２ａと、その底面１２ａの側辺を囲む、２枚の側壁部１２ｂと、前壁部１２ｃと、後壁部１２ｄとを備える。上部トレイ１２は下部トレイ１３と外径が略同様で、下部トレイ１３の壁部上に、上部トレイ１２の壁部が載置されると下部トレイ１３内に流液空間が確保される。前壁部１２ｃは後壁部１２ｄより高い。側壁部１２ｂは、前側が低く、後側が高くなる台形形状である。
底面１２ａの後側には、長穴１２ｅが設けられている。栽培容器１１が栽培室１０に配置されると、底面１２ａは、前側が後ろ側よりも、角度θ（θは０．５度～１度）で、徐々に高くなる傾斜面となる。
底面１２ａの上面には、底面１３ａと同様に底面１２ａの長手方向（前後方向）に沿って、互いに平行なリブ１２ｆが複数立設されている。リブ１２ｆは底面１３ａの長手方向において、断続的に設けられている。
底面１２ａを、後述するように前側から後側に養液が流れる場合、養液は、それぞれのリブ１２ｆの間を流れるため、養液が底面１２ａの短手方向の一方に溜まらずに、均一に流れることができる。
また、両側の側壁部１２ｂの内面側の前と後に、上下に延びる仕切り板保持溝１２ｇが設けられている。

（仕切り板１５）
仕切り板１５は、その両側の側壁部１２ｂの内面側の前と後に前後に設けられた仕切り板保持溝１２ｇに挿入されて立設されている。仕切り板１５と底面１２ａとは当接せずに、間に隙間が設けられ、養液がその隙間を流れることが可能となっている。仕切り板１５は、植物が成長したときの、他部材との接触を防止するとともに、後述するように栽培室１０と空気排気室３３との間の仕切りとして機能する。

（栽培プレート１４）
栽培プレート１４は、発泡スチロールまたはスポンジ等で製造され、所定間隔で植物栽培穴１４ａが設けられ、その植物栽培穴１４ａに植物が植設される。栽培プレート１４は、上部トレイ１２の仕切り板保持溝１２ｇに仕切り板１５が取り付けられたときに、前後の仕切り板１５の間に配置される大きさで、２枚に分離されている。ただし、１つの上部トレイ１２に配置される栽培プレート１４は、２枚でなくてもよく、１枚でもよく、他の枚数に分割してもよい。

（空気循環装置３０）
図５は植物栽培装置１を前側の下方から見た斜視図である。図６は植物栽培装置１を後側の下方から見た斜視図である。図７は、植物栽培装置１の一部において養液循環装置４０を除いた前側の下方から見た部分斜視図である。
図１、５、６、７に示すように、空気循環装置３０は、排気ファン３２と、空気排気室３３と、空調装置３４と、空気流入室３５とを備える。

（空気排気室３３）
栽培室１０の前側には、前壁３１が設けられている。前壁３１には、長手方向に沿って一定の間隔で設けられた複数の開口部が形成され、その開口部にはそれぞれ排気ファン３２が取り付けられている。前壁３１と前側の外壁５との間には空間が設けられている。その空間は、排気ファン３２から流出した空気が流れる空気排気室３３となっている。
なお、１つの栽培ユニットＵにおいて、前壁３１は栽培室１０の前側の全体を覆っておらず、前壁３１の下部は、配液管４２ｂ等の配置の関係で前壁３１は設けられていない。しかし、栽培室１０に配置された栽培容器１１の仕切り板１５により、栽培室１０と空気排気室３３との間は分離されている。

（空調装置３４）
空調装置３４は、第２領域１Ｂに配置され、空気排気室３３から流れる空気の温度、湿度、二酸化炭素濃度及び空気の流速（流量）を調整する。本実施形態で空調装置３４は、例えば、滅菌、除湿、二酸化炭素濃度の調整を行う。
図６に示す第１領域１Ａと第２領域１Ｂとの間に設けられた側壁３９は、前側の外壁５との間に前後の隙間３９ｂが設けられ、この隙間３９ｂは空気排気室３３と第２領域１Ｂとを連通する空気通路となっている。

（空気流入室３５）
栽培室１０の上部には天井壁３６が設けられ、天井壁３６と棚板３との間には、上下方向に隙間が設けられている。その隙間は、空気が流れて栽培室１０へと流入する空気流入室３５となっている。
側壁３９と棚板３との間に上下方向の隙間３９ａが設けられて、この隙間３９ａは、第２領域１Ｂに配置された空調装置３４を通った空気を空気流入室３５へと流入させる。
さらに、天井壁３６と、後側の外壁５との間には前後に隙間３７が設けられ、この隙間３７は空気流入室３５と栽培室１０とを連通する。

（照明装置２０）
照明装置２０は、栽培室１０の天井壁３６に設けられた人工光源である。本実施形態で照明装置２０は、栽培室１０の長手方向（栽培容器１１の短手方向）に沿うように、複数本が並列配置され、栽培室１０に植設されている植物に光を照射する。照明装置２０としては、消費電力が少なく薄型に構成できるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）が好適に用いられる。また、人工光源として蛍光灯を用いてもよい。照明装置２０は制御部６０によって制御され、操作部６１に設けられたスイッチでＯＮ／ＯＦＦされる。

（配線路７０）
空気排気室３３の排気ファン３２よりも上部の一部は区画されて、長手方向に延びる配線路７０が設けられている。照明装置２０の電気配線２１は、配線路７０内を延びている。配線路７０は制御部６０まで延びている。電気配線２１は、排気ファン３２の電気配線も含む。また、この配線路７０には、二酸化炭素をガスボンベから空調装置３４へ運ぶ配管（図示せず）も配置されている。

（制御部６０）
植物栽培装置１の動作は、制御部６０により制御される。制御部６０は、例えば、汎用のパーソナルコンピュータまたはファクトリーオートメーション用のコンピュータやプログラマブルコントローラ等により構成されている。
操作部６１は、栽培室１０内が所定の栽培環境となるように設定するためのボタンやキーボード等で構成され、栽培室１０の長手方向の一端側の外壁５に配置される。
表示部６２は、栽培室１０において各種センサによりモニタされた測定結果や、操作部６１により設定された所定の栽培環境等を表示するためのもので、液晶パネル等により構成され、栽培室１０の長手方向の一端側の外壁５に配置される。
なお、操作部６１、制御部６０及び表示部６２は、植物栽培装置１と一体で構成することなく、別体で構成してもよい。その場合、操作部、制御部及び表示部を備える制御盤を植物工場の所定箇所に配置し、この制御盤により複数の植物栽培装置１の栽培チャンバ４のそれぞれの栽培環境を集中して管理してもよい。

なお、図示しないが、植物栽培装置１は、栽培容器１１を搬送するための搬送機構を更に備えている。搬送機構は、栽培チャンバ４内に設けられ、栽培チャンバ４の長手方向に栽培容器１１を搬送するための搬送機を備える。また、植物栽培装置１はさらに、栽培容器１１を各段の栽培チャンバ４に設けられたチャンバ開口部から出し入れして上下方向に搬送するための昇降機を有する。

実施形態の植物栽培装置１は以下のように動作する。
（養液循環装置４０の動作）
制御部６０は、水位センサ４１ａから供給される、養液貯留タンク４１に溜められている養液の液面の高さを示す信号により、養液貯留タンク４１における養液の液面が所定の高さとなるように、ポンプ５０による養液貯留タンク４１への養液の供給を制御する。
そうすると、それぞれの段の養液貯留タンク４１に貯留されている養液が、それぞれの段ごとに設けられた、水平に延びる養液供給管４２内に流入する。このとき、１つの養液貯留タンク４１から供給される養液が流れる養液供給管４２は、それぞれの段内のみ延びるので、例えば養液供給管が多段を連続して延びる場合と比べて短くなる。
さらに、養液はポンプにより圧送されている場合と比べて、養液供給管４２内の養液の、上流側と下流側とでの圧力差が小さく、大気に開放している立ち上がり部４２ｃでの養液の液面の高さＨ２は、養液貯留タンク４１における養液の液面の高さＨ３と略等しくなる。

配液管４２ｂ内においては、養液の圧力が略一定であるので、複数の吐出口４４のそれぞれにおいて、養液貯留タンク４１における養液の高さＨ３との水位差により、等圧で養液を吐出することができる。したがって、それぞれの吐出口４４が同径であっても溶液の流量を容易に略一定とすることができる。

また、養液の養液供給管４２内への流入の際に、養液供給管４２内の空気は、管端へと追いやられるが、立ち上がり部４２ｃが大気への開放しているため、養液供給管４２内の空気が管端に溜まることがない。
したがって、養液の養液供給管４２内への流入と同時に、それぞれの吐出口４４において、均一に養液を流出させることができる。

本実施形態によれば、ポンプ５０は養液を汲み上げるために用い、養液供給管４２内への養液の圧送は行わない。ゆえに、植物栽培装置１においてより少ないエネルギーで養液供給が可能となる。

また、制御部６０は、ポンプ５０の動作タイミングを制御し、養液貯留タンク４１における養液の液面の高さＨ３を調整することが可能である。そして、高さＨ３を調整することにより、吐出口４４のそれぞれから単位時間当たりに吐出される養液の量を変えることが可能である。
なお、吐出口４４の内径または吐出管４４ａの内径のうちの小さい方の径を変えることによっても、単位時間当たりに吐出される養液の量を変えることもできる。

吐出管４４ａから吐出された養液は、それぞれ、養液流入プレート４５に流入する。そして、１つの吐出管４４ａから吐出された養液は、養液流入プレート４５を流れて、２つの穴４５ａから、それぞれ対応する栽培容器１１内に流入する。
栽培容器１１に流入した養液は、上部トレイ１２の傾斜した底面１２ａに沿って、前側から後側に流れつつ、栽培プレート１４に植設された植物Ｖによって吸収される。この際、養液は、それぞれのリブ１２ｆの間を流れるため、養液が底面１２ａの短手方向の一方に溜まらずに、均一に流れることができる。
植物Ｖによって吸収されなかった余剰の養液は、上部トレイ１２の長穴１２ｅから、下部トレイ１３上に流出する。下部トレイ１３に流入した養液は、下部トレイ１３の傾斜した底面１３ａに沿って、後側から前側に流れる。この際、養液は、それぞれのリブ１３ｆの間をリブ１３ｆに沿って流れるため、養液が底面１３ａの短手方向の一方に溜まらずに、均一に流れることができる。
そして、養液は、下部トレイ１３の長穴１３ｅから養液回収溝４６へと流出する。これにより、養液が栽培容器１１に滞留することがない。
また、栽培容器１１の前後に仕切り板１５が立設されているため植物Ｖが成長してサイズが大きくなった場合、仕切り板１５は、植物が成長したときの、他部材との接触を防止する。

養液回収溝４６に流出した余剰の養液は、対応する溝延設部４７を通って前方に流れ、穴４７ａから下方の養液回収筒４８内に流入する。そして養液回収筒４８を流れて、養液回収筒４８の下流側から流出して養液回収タンク４９内に回収される。養液回収タンク４９に回収された養液は図示しないセンサによって養液濃度が測定され、制御部によって適宜最適な濃度となるように養液濃度調整が行われる。
水位センサ４１ａによって養液貯留タンク４１内の養液の液面の高さが適宜測定される。制御部６０は、その液面高さを示す信号を基に、養液貯留タンク４１における養液の液面が所定の高さとなるように、ポンプ５０による養液貯留タンク４１への養液の供給を制御する。
養液貯留タンク４１に供給された養液は、再度、養液供給管４２内に流入し、循環される。

（空気循環装置３０の動作）
制御部６０により、排気ファン３２と空調装置３４が作動される、栽培室１０内の空気は、排気ファン３２により空気排気室３３へ流出される。流出された空気は空気排気室３３を通って第２領域１Ｂ内の空調装置３４へ送られる。

不図示の温度センサ、湿度センサ及び二酸化炭素濃度センサが各栽培室１０の所定箇所に取り付けられ、循環中の空気の温度、湿度や二酸化炭素濃度がモニタされる。そして、制御部６０は、植物の周囲の空気の温度や湿度、二酸化炭素や酸素の量等が所定の値となるように、空調装置３４による空調を制御する。
空調装置３４では、温度センサ及び湿度センサの測定結果に応じて温度調整や除湿がなされたのち、二酸化炭素供給装置により、二酸化炭素濃度センサの測定結果に応じて二酸化炭素ボンベ等の二酸化炭素供給源から二酸化炭素が供給される。そして、所定の条件及び所定の流速に調整された空気が、空調装置３４の上方に噴出される。

空調装置３４を通過した空気は、空調装置３４の上部へと送出される。送出された空気は、隙間３９ａを通って空気流入室３５へと流入する。空気流入室３５に流入された空気は、隙間３７を通って空気流入室３５から栽培室１０の後部上方から流入する。
そして、栽培室１０内を通過して、排気ファン３２により空気排気室３３へ流出されて循環する。

（照明装置２０の動作）
制御部６０は、光束や照度、または照射する光の波長の分布等を所定の値とするように、照明装置２０による植物への光の照射を制御する。

（１）以上、本実施形態の植物栽培装置１は、内部を密閉可能な栽培チャンバ４を備える人工光型の植物栽培装置１であって、栽培チャンバ４内に、植物を栽培する栽培室１０と、養液貯留タンク４１に連結され、養液貯留タンク４１内に貯留された養液が栽培室１０へ流れる養液供給路４２と、栽培室１０から回収された養液が養液回収タンク４９へと流れる養液回収路４６，４７，４８と、を有し、養液供給路４２と養液回収路４６，４７，４８とは、栽培室１０の前面側に配置されている。
さらに、排気ファン３２や照明装置２０の電気配線も、全て、植物栽培装置１の前面側に配置されている。

したがって、養液の流れの点検、電気系統の点検等のメンテナンスを行う場合、前側の外壁５を外すだけで作業が可能となる。
これに対して植物栽培装置１の前面だけでなく、背面や側面に養液循環装置４０の配管の一部が配置されている場合、植物栽培装置１のメンテナンスを行う場合、前面以外の外壁５も取り外すことが必要となり、またメンテナンスの時間もかかる。
しかし、実施形態ではメンテナンスを行う場合、前側の外壁５を外すだけでよい。したがってメンテナンスが容易となる。

（２）また、栽培チャンバ４は、多段に配置され、それぞれ密閉可能である。
したがって、栽培チャンバ４ごと独立して最適な栽培環境を設定できるので、植物工場の１つの作業室において栽培条件の異なる植物を栽培することができる。さらに、栽培チャンバ４を密閉式としたことで、植物工場の内部の温度及び湿度に影響されることなく栽培室１０の内部に温度及び湿度を管理できる。よって、植物工場の内部の環境管理条件を緩やかに設定できるので、植物工場をより大型化できる。

また、植物工場において人が作業する作業室に本発明の植物栽培装置１を配置した場合に、栽培チャンバ４内と作業室とは独立した環境とすることができる。よって、従来の植物工場における作業室のように植物と人とを共存させる必要がない。ゆえに、例えば、栽培チャンバ４内の環境を人体にとっては適切とはいえないが、植物にとっては最適な栽培条件とすることができる。

（３）栽培チャンバのそれぞれに均一な養液循環、空気循環が可能である。
したがって、栽培室１０内において場所によらず均一な栽培環境を提供できる。

（４）栽培室１０には栽培容器１１が配置され、栽培容器１１は、底面１３ａ前側に養液流出部である長穴１３ｅが設けられた下部トレイ１３と、底面１２ａの後側に養液流出部である長穴１２ｅが設けられ、下部トレイ１３の上に配置される上部トレイ１２と、上部トレイ１２の内部に収納される栽培プレート１４と、を備え、栽培室１０の長手方向に栽培室１０の短手方向が並ぶようにして配置されたときに、上部トレイ１２の底面１２ａは、前側が後側よりも高くなるように傾斜し、下部トレイ１３の底面１３ａは、後側が前側よりも高くなるように傾斜している。

したがって、栽培容器１１に流入した養液は、上部トレイ１２の傾斜した底面１２ａに沿って、前側から後側に流れることができる。そして、下部トレイ１３に流入した養液は、下部トレイ１３の傾斜した底面１３ａに沿って、後側から前側に流れることができる。ゆえに養液が滞留しない。

また、例えば、長手方向に傾斜をつけて長手方向に養液を流す場合に比べて養液トレイを浅く構成できる。よって、栽培室１０の高さを低くできるので、省スペースとすることができ、同じスペースに配置するならば、栽培室１０の段数を増やすことができるので、単位面積当たりの生産量を増加させることができる。
さらに、養液を所定の流速で流しながら植物を栽培できるので、植物の根に常時新しい養液を接触させ続けられる。よって、植物の成長をより促進でき、植物の生産効率を向上させられる。

（５）栽培容器１１は、上部トレイ１２の一側と他側に立設された仕切り板１５を備える。この仕切り板１５により、植物が成長したときの、他部材との接触が止される。

（６）トレイ１３及び上部トレイ１２の底面には、長手方向に延びる複数のリブ１２ｆ、１３ｆが設けられている。
したがって、栽培容器１１に流入した養液は、上部トレイ１２の傾斜した底面１２ａに沿って流れる際に、養液は、それぞれのリブ１２ｆ、１３ｆの間を流れるため、養液が底面１２ａの短手方向の一方に溜まらずに、均一に流れることができる。

（７）養液貯留タンク４１は養液を大気に開放した状態で貯留可能であり、養液供給路４２には、養液の流れる下流側において、養液貯留タンク４１における養液の液面よりも高い位置において開口し、養液を大気側に開放している開放部である立ち上がり部４２ｃが設けられている。

このため、養液の養液供給管４２内への流入の際に、養液供給管４２内の空気は、管端へと追いやられるが、立ち上がり部４２ｃが大気への開放しているため、養液供給管４２内の空気が管端に溜まることがない。

（８）内部を密閉可能な栽培チャンバ４を備える人工光型の植物栽培装置１であって、栽培チャンバ４内に、植物を栽培する栽培室１０と、栽培室１０の側面のうちの一面側に設けられ、栽培室１０から流出した空気が流れる空気排気室３３と、栽培室１０の上方に設けられ、空気排気室３３から分離された栽培室１０に流入する空気が流れる空気流入室３５と、を有する。

このように栽培チャンバ４内を仕切ることにより、空気排気室３３と、空気が流れる空気流入室３５とを設けたので、空気循環用のダクト等を別途設ける必要がなく、構造がシンプルになり、メンテナンスも容易である。

さらに、空気循環装置３０及び養液循環装置４０により栽培室１０にそれぞれ供給される空気及び養液の流れ方向は、栽培室１０の短手方向に沿っているものとした。
これにより、常に所定の条件に調整された空気及び養液が栽培室１０内の栽培室１０に供給されて、栽培室１０の短手方向に流れて短時間で回収されるので、上流側と下流側の栽培環境の変化を低減することができる。
よって、栽培室１０内の時間による環境変化（温度や湿度の変化）を低減することができる。その結果、植物の生長にとって最適かつ均質な栽培環境が保持され、植物工場の生産性を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、実施形態では養液貯留タンク４１と養液回収タンク４９とを別々に設けたが、これらのタンクを一つにしてもよい。

また、実施形態では、ポンプ５０によって養液回収タンク４９から養液貯留タンク４１へと養液を循環する構成であったが、養液回収タンクを設けずに回収後の養液は排液し、養液貯留タンクだけが設けられている構成であってもよい。

さらに、空気流入室３５に長手方向に空気を送るための送風ファンを設けてもよい。送風ファンを設けることにより、空気流入室３５内において、長手方向における気流の下流側まで空気を循環させることができる。
また、空気流入室３５に隙間３７が設けられている方向である短手方向に空気を送るための送風ファンを設けてもよい。

例えば、栽培容器が上部トレイと下部トレイとを有する構造でなく、１枚のトレイで構成されていてもよい。その場合、例えば１枚のトレイの内部を左右に分離し、一方を養液が前側から後側に流れるように傾斜させ、他方を養液が後側から前側に流すような構成にすることもできる。また、中央部と端部で仕切って、丁字型にトレイを往復して流す構造にすることもできる。
さらに、実施形態においてはトレイに傾斜を設けることにより養液の流れが促進される構造としたが、トレイの底面に傾斜を設けない構造であってもよい。

また、養液貯留タンクは、栽培容器との間で液体が循環するものであれば、流し方に関わらない。実施形態では養液貯留タンクを大気に開放し、大気圧で養液を流す構造であったが、これ限定されず、大気に開放せずにポンプで養液を流すものであってもよい。

本実施形態では、空調装置３４を第２領域１Ｂに配置したが、これに限らず、空調装置３４は空気排気室３３に配置してもよい。図８は、空調装置３４を空気排気室３３に配置した変形形態の植物栽培装置１０１を示した図である。空調装置３４は、例えばそれぞれの栽培ユニットＵの空気排気室３３の中央部における、排気ファン３２との間に空気が流れる隙間が確保された形で、外壁５(図８には図示せず）側に配置されている。
栽培室１０内の空気は、排気ファン３２により空気排気室３３へ流出される。流出された空気は空気排気室３３を通って空調装置３４へ送られる。そして、空調装置３４によって所定の条件及び所定の流速に調整された空気が、空調装置３４の上方に送出される。
送出された空気は、空気流入室３５の前方に設けられた隙間３９ｃを通って空気流入室３５へ前方から流入する。空気流入室３５に流入された空気は、後方に設けられた隙間３７を通って空気流入室３５から栽培室１０の後部上方から流入する。
そして、栽培室１０内を通過して、排気ファン３２により空気排気室３３へ流出されて循環する。

また、実施形態では１つの栽培室１０の長手方向の一方の端部に１つの養液貯留タンク４１と１つの養液回収タンク４９とが配置されている形態について説明した。しかし本発明はこれに限らず、栽培室１０及び養液貯留タンク４１をそれぞれ２つ設け、一方の栽培室１０Ａ、一方の養液貯留タンク４１Ａ、養液回収タンク４９、他方の養液貯留タンク４１Ｂ、他方の栽培室１０Ｂの順に長手方向に沿って配置してもよい。図９はその変形形態の植物栽培装置１０２を示す図である。

さらに、実施形態では１つの栽培ユニットＵのそれぞれが養液貯留タンク４１と養液回収タンク４９を備える形態について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、養液貯留タンクは栽培ユニットごとに設け、養液回収タンクは全ての段の栽培ユニットに共通して１つ設ける構成であってもよい。

Ｕ 栽培ユニット
１ 植物栽培装置
１Ａ 第１領域
１Ｂ 第２領域
１Ｃ 第３領域
４ 栽培チャンバ
５ 外壁
１０ 栽培室
１１ 栽培容器
１２ 上部トレイ
１２ａ 底面
１２ｅ 長穴（養液流出部）
１２ｆ リブ
１３ 下部トレイ
１３ａ 底面
１３ｅ 長穴（養液流出部）
１３ｆ リブ
１４ 栽培プレート
１５ 仕切り板
２０ 照明装置
２１ 電気配線
３０ 空気循環装置
３１ 前壁
３２ 排気ファン
３３ 空気排気室
３４ 空調装置
３５ 空気流入室
３６ 天井壁
３７ 隙間
３９ 側壁
３９ａ 隙間
３９ｂ 隙間
４０ 養液循環装置
４１ 養液貯留タンク（液体貯留タンク）
４２ 養液供給管（液体供給管）
４２ｂ 配液管
４２ｃ 立ち上がり部（開放部）
４５ 養液流入プレート
４６ 養液回収溝
４７ 溝延設部
４８ 養液回収筒
４９ 養液回収タンク（液体回収タンク）
５０ ポンプ
６０ 制御部

Claims (7)

1. 内部を密閉可能な栽培ユニットを備える人工光型の植物栽培装置であって、
   前記栽培ユニット内に、
   植物を栽培する直方体形状の栽培室と、
   前記栽培室の側面のうちの長手方向に沿った一面側に設けられ、前記栽培室から流出した空気が流れる空気排気室と、
   前記空気排気室を流れる空気を調整する空調装置と、
   前記栽培室の上方に設けられ、前記空調装置により調整された空気が流入し、前記栽培室に流入する空気が流れる空気流入室と、
   を備え、
   前記栽培室に供給される液体を循環させる液体循環装置を備え、
   前記液体循環装置は、
   液体を前記栽培室へ流入される液体供給路と、
   前記栽培室から回収された液体を回収する液体回収路と、を有し、
   前記液体供給路と前記液体回収路とが、前記栽培室の前記一面側に配置されている、
   植物栽培装置。
2. 前記空調装置は、前記栽培室の前記長手方向の一方の端部に設けられ、前記空気排気室と前記空気流入室とを連結する空調室に配置されている、
   請求項１に記載の植物栽培装置。
3. 前記空調装置は、前記空気排気室に設けられている、
   請求項１に記載の植物栽培装置。
4. 前記栽培ユニットは、多段に配置されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
5. 前記栽培室と、前記空気排気室との間に排気ファンが設けられている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
6. 前記栽培室の上方に設けられている前記空気流入室に、前記栽培室の前記長手方向と同じ方向に空気を送るための送風ファンが設けられている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
7. 前記栽培室の上方に設けられている前記空気流入室に、前記栽培室の短手方向と同じ方向に空気を送るための送風ファンが設けられている、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
   

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