JP7361523B2 - 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、人工光源を備える栽培チャンバが配置されている。栽培チャンバの内部は、人工光源により照明され、空調装置により空気が横方向に循環され、温度や湿度が所望の値に制御されることで、植物の生長効率が高められている（特許文献１参照）。

特開２００２－２９１３４９号公報

しかし、植物の生長効率が高められると、例えばレタス等の葉菜類において、チップバーンが問題となる。チップバーンとは、急激な成長時のカルシウム不足を原因として発生する野菜の生育障害である。チップバーンが発生した野菜は、新芽の先が茶色く枯れ、商品価値が下がる。

本発明は、チップバーンの発生が抑制された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、内部を密閉可能な栽培チャンバを備える人工光型の植物栽培装置であって、前記栽培チャンバの内部に、植物を栽培する栽培室と、前記栽培室において上から下に流れる気流を発生させる気体循環システムと、を備える植物栽培装置を提供する。

前記栽培室を照明する照明装置を備え、前記気体循環システムは、前記栽培室から空気を排気する排気ファンと、前記栽培室に空気を供給する給気ファンと、前記栽培室の上部を延びるとともに、前記給気ファンより供給された空気を、前記栽培室の上方から下方に向かって噴出させる複数の送風口が設けられた複数の送風パイプと、を有していることが好ましい。

前記気体循環システムは、前記栽培チャンバの内部に設けられた、気体循環室を備え、前記排気ファンは、前記栽培室から前記気体循環室へ空気を排気し、前記給気ファンは、前記気体循環室から前記栽培室に空気を供給することが好ましい。

前記気体循環システムは、前記気体循環室の空気を調整する空調装置をさらに備え、前記排気ファンと、前記空調装置と、前記給気ファンとが、前記栽培室の一面側に配置されていることが好ましい。

前記照明装置と、前記送風パイプとは、同じ高さに配置されていることが好ましい。

前記排気ファンは、前記栽培室における、前記照明装置及び前記送風パイプよりも上部に設けられていることが好ましい。

前記栽培室には、複数の植物栽培穴が設けられた栽培プレートが配置され、前記送風口は、前記植物栽培穴のそれぞれに対応して、前記植物栽培穴の上部に配置されていることが好ましい。

前記栽培室には、栽培容器と、植物が栽培された状態の前記栽培容器の重量を測定する重量測定装置と、が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システムを備え、前記液体循環システムは、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、前記栽培室の一面側に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、チップバーンの発生が抑制された植物栽培装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の植物栽培装置１の、外壁５を一部切り欠いた状態を示す斜視図である。 外壁５の上面５Ｔを取り外した状態の植物栽培装置１の上面図である。 植物栽培装置１の構成を示すブロック図である。 養液循環システム４０の模式図である。 栽培容器１１の分解斜視図である。 植物栽培装置１の気体循環システム３０に関係する部分の部分斜視図である。 植物栽培装置１の搬送機構８０及び重量測定装置７０とを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の植物栽培装置１０１の、外壁５を取り外した状態の概略図である。 本発明の第３実施形態の植物栽培装置２０１の、外壁５を取り外した状態の概略図である。

（第１実施形態）
（植物栽培装置１）
以下、本発明の第１実施形態の植物栽培装置１について説明する。図１は、外壁５を一部切り欠いた状態の植物栽培装置１の斜視図である。図２は、外壁５の上面５Ｔを取り外した状態の植物栽培装置１の上面図である。図３は、植物栽培装置１の構成を示すブロック図である。

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る。植物栽培装置１は、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、下部に下部空間３が設けられ、上部に外壁５に囲まれた栽培チャンバ４が設けられている。以下、図示するように、植物栽培装置１における後述の養液循環室３３Ｆが設けられている側を前、逆側を後、前から見たときの左側を左、右側を右として説明する。

（栽培チャンバ４）
栽培チャンバ４は、外壁５により内部が開閉可能に密閉され、外部に対して隔離されている。すなわち、栽培チャンバ４内の温度、気流、明るさは、外部に対して独立した制御が可能であり、植物栽培装置１が配置される植物工場の作業室の環境から独立した栽培環境を維持可能である。
なお、密閉とは、外壁５で栽培チャンバ４を閉じた場合、空気が外部に流出したり、外気が流入したりせず、虫等の混入も発生しない程度に閉鎖されている状態である。
外壁５の素材としては、外壁５の内部の栽培チャンバ４が外部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。

実施形態の植物栽培装置１の栽培チャンバ４は１段であるが、植物栽培装置１は、栽培チャンバ４を多段に備えてもよく、また１段に複数の栽培チャンバ４を備えてもよい。その場合、栽培チャンバ４ごとに隔離され、内部の温度、気流、明るさを独立して制御可能である。

外壁５で囲まれた栽培チャンバ４の内部には、植物を栽培する栽培室１０が設けられている。実施形態で栽培室１０は、前壁１０Ｆと、右壁１０Ｒと、後壁１０Ｂと、外壁５の左面５Ｌと、外壁５の底面５Ｄと、外壁５の上面５Ｔとで６面が囲まれている。
外壁５の右面５Ｒと栽培室１０の右壁１０Ｒとの間の空間は、気体循環室３３Ｒとなっている。外壁５の前面５Ｆと栽培室１０の前壁１０Ｆとの間の空間は、養液循環室３３Ｆとなっている。
植物栽培装置１は、さらに、養液循環システム４０と、気体循環システム３０と、制御部６０と、操作部６１と、表示部６２と、照明装置２０と、重量測定装置７０とを備える。

（養液循環システム４０）
図４は養液循環システム４０の模式図である。養液循環システム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、他の流体、例えば水であってもよい。
図１、２に示すように、養液循環システム４０は、植物栽培装置１の一側である前側に配置されている。

養液循環システム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。
養液循環システム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と、養液回収タンク４９と、を備える。

養液貯留タンク４１は、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、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、カルシウムと、三要素と称される窒素、リン及びカリウム等の多量要素、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。

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、内部の養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。

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。

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、栽培容器１１の前側の上方に位置し、穴４５ａが設けられている。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、穴４５ａから、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。実施形態において養液流入プレート４５は、後端が前端より下になるように傾斜して配置されている。
なお、養液流入プレート４５を設けず、吐出管４４ａから直接栽培容器１１内に流入させてもよい。

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長手方向の両端は塞がれている。

溝延設部４７は、養液回収溝４６の下流側である右端から前方に延びている溝であり、養液回収溝４６から流れ出た余剰の養液を前方に導き、前端の底部に開口した穴４７ａから下方に延びる養液回収筒４８に流出させる。
なお、これら養液回収溝４６と、溝延設部４７と、養液回収筒４８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。
養液回収溝４６及び溝延設部４７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。
また、これらの養液回収溝４６や溝延設部４７等は、照明装置２０からの光が入射しないように蓋等が被せられ、藻等の発生が抑制されている。

養液回収タンク４９は、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、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の下方に配置され、養液回収筒４８より流れた養液が流入する。
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に示すように、植物栽培装置１の下部の下部空間３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５は栽培容器１１の分解斜視図である。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の左右方向に沿うように、栽培室１０内に４枚（図１参照）、水平に配置されている。ただし、４枚に限定されない。また、栽培容器１１の形状は、実施形態では、短手方向の長さ：長手方向の長さ＝１：５であるが、これに限定されない。

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。
下部トレイ１３の下部には、断面Ｌ字形で、短手方向に延びるローラスライド部１３ｇが設けられている。

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。

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。

（気体循環システム３０）
図６は植物栽培装置１の気体循環システム３０に関係する部分の部分斜視図である。右壁１０Ｒと外壁５の右面５Ｒとの間には気体循環室３３Ｒが設けられている。
栽培室１０の右壁１０Ｒの上部には、前後方向に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３２Ａが取り付けられている。また、外壁５の右面５Ｒには、実施形態ではペルチェ式の冷却器である空調装置３４が取り付けられている。さらに、気体循環室３３Ｒの前よりの下部には給気ファン３２Ｂが取り付けられている。
このように、気体循環システム３０に含まれる排気ファン３２Ａ、空調装置３４、給気ファン３２Ｂが全て気体循環室３３Ｒ側に設けられている。したがって、気体循環システム３０のこれらの部分のメンテナンス等を行う場合、外壁５の右面５を一か所取り外すだけで作業が可能となる。

給気ファン３２Ｂから上方に送風管３１が延びている。送風管３１は上部で約９０°折れ曲がり、右壁１０Ｒに設けられた穴を貫通して栽培室１０内に入り、栽培室１０の前側の上部を左右に延びている。送風管３１の左側の端部は閉じている。

送風管３１から、後方に向かって複数の送風パイプ３１Ａが延び、送風管３１からそれぞれの送風パイプ３１Ａに空気が送られる。送風パイプ３１Ａは、栽培室１０の後端まで延びて端部は閉じている。それぞれの送風パイプ３１Ａは、栽培プレート１４に設けられた植物栽培穴１４ａの前後に並ぶ列に対応してその列の上方を延びている。
また、図３に示すように、それぞれの送風パイプ３１Ａの下側には、送風穴３１Ｂが設けられている。送風穴３１Ｂは、植物栽培穴１４ａの位置に対応しており、実施形態においては１つの植物栽培穴１４ａの上方に１つの送風穴３１Ｂが設けられている。

これらの排気ファン３２Ａ、気体循環室３３Ｒ、空調装置３４、給気ファン３２Ｂ、送風管３１、送風パイプ３１Ａ、送風穴３１Ｂによって気体循環システム３０が構築される。
気体循環システム３０による第１の空気流路として、排気ファン３２Ａによって栽培室１０より気体循環室３３Ｒに空気が排気され、気体循環室３３Ｒに排気された空気は、空調装置３４によって冷却される。冷却された空気は、給気ファン３２Ｂによって栽培室１０内の送風管３１に供給される。送風管３１に供給された空気は、送風管３１を流れて、送風管３１から送風パイプ３１Ａに送られる。送風パイプ３１Ａに送られた空気は、送風穴３１Ｂより下方に噴出される。噴出された空気は、真下の植物Ｖに上から吹き付けられる。
実施形態では空調装置３４としてペルチェ式の冷却器を用いているので、冷却効果のばらつきが小さく、また、空調装置３４が小型である。

（照明装置２０）
照明装置２０は、栽培室１０の上部に配置さ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の前後に延びるように、送風パイプ３１Ａと平行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。
照明装置２０は、栽培室１０の上側であって、送風パイプ３１Ａと略同じ高さに配置され、実施形態では、照明装置２０と送風パイプ３１Ａとは、互いに平行且つ略交互に配置されている。
ただし、これに限定されず、照明装置２０と送風パイプ３１Ａとは、交差するように配置されていてもよい。

実施形態で排気ファン３２Ａは、右壁１０Ｒにおける送風パイプ３１Ａ及び照明装置２０よりも上側に取り付けられている。ただし、排気ファン３２Ａは、右壁１０Ｒの上部以外の、例えば中央部や下部に取り付けられていてもよい。

（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の外壁５に配置される。
表示部６２は、栽培室１０において後述の重量測定装置７０を含む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。

（搬送機構８０、重量測定装置７０）
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８０と、栽培中の植物Ｖの重量を測定する重量測定装置７０とをさらに備えている。図７は植物栽培装置１の搬送機構８０及び重量測定装置７０を示す斜視図であり、搬送機構８０が見えるように、一部切り欠いて示す。

栽培室１０の底面５Ｄ上に、例えばロードセル等の重量測定装置７０が４か所（図中１箇所のみ図示）に設けられている。それらの４つの重量測定装置７０の上に、１枚の矩形の板部材７１が載置されている。重量測定装置７０は、板部材７１の上に載置されたものの重量を測定することができ、測定された重量の情報は制御部６０に送られて、表示部６２によって表示可能である。板部材７１上の前後の縁部には、左右に延びるローラ保持部８１が取り付けられている。ローラ保持部８１上には複数のローラ８２が一列に配置されている。それぞれのローラ８２の回転軸は前後を向いている。ローラ８２の列の上に、前述の下部トレイ１３のローラスライド部１３ｇが載置される。

これによりローラスライド部１３ｇが固定されている下部トレイ１３、すなわち栽培容器１１は、ローラ８２の並ぶ左右方向にスライド可能となる。ゆえに、図１に示す外壁５の左面５Ｌを取り外して、成長した植物Ｖを栽培容器１１ごと栽培室１０の左側から取り出すことができる。

また、植物Ｖが栽培されている栽培容器１１は、ローラ８２及びローラ保持部８１を介して板部材７１上に載置されているので、栽培容器１１ごと植物Ｖの重量を重量測定装置７０によって測定することができる。

実施形態の植物栽培装置１は以下のように動作する。
（照明装置２０）
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行う。

（養液循環システム４０）
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への養液の供給を行う。
養液貯留タンク４１に貯留されている養液が、水平に延びる養液供給管４２内に流入する。
実施形態によると、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が養液貯留タンク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、養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。

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ので、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、穴４５ａから栽培容器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。ゆえに養液が滞留しない。
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により、植物が成長したときの、他部材との接触が防止される。

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。
なお、養液回収筒４８は栽培チャンバ４の密閉性を保つためにＵ字管を用いており、養液回収筒４８から外気等が流入しないようになっている。
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。

実施形態では、養液供給路４２と養液回収路４６，４７，４８とは、栽培室１０の一面側（実施形態では前面側）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システム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。

（気体循環システム３０）
制御部６０により、排気ファン３２Ａが作動されると、気体循環システム３０の第１の空気流路として、栽培室１０内の空気は、排気ファン３２Ａにより気体循環室３３Ｒへ排気される。

不図示の温度センサ、湿度センサが栽培室１０の所定箇所に取り付けられ、流体循環室３３内の空気の温度等をモニタする。制御部６０は、植物の周囲の空気の温度等をもとに、空調装置３４を制御し、流体循環室３３内の空気の温度を適切に調整する。

適切な温度に調整された空気は、給気ファン３２Ｂによって栽培室１０内の送風管３１に供給され、送風管３１より送風パイプ３１Ａに送られる。送風パイプ３１Ａに送られた空気は、送風穴３１Ｂより下方に噴き出される。噴き出された空気は、真下の植物Ｖに上から吹き付けられる。

実施形態では、排気ファン３２Ａや給気ファン３２Ｂを含む気体循環システム３０が、栽培室１０の一面側（実施形態では右面側）の気体循環室３３Ｒ内に配置されている。
したがって、外壁５の右面５Ｒを外すだけで、空気の流れの点検、気体循環システム３０の電気系統の点検等のメンテナンスといった、気体循環システム３０に関連する全ての作業が可能となるのでメンテナンスが容易となる。

また、一般的な植物栽培装置においては、本実施形態と異なり、栽培室１０内に横方向の気流を発生されており、植物には横方向から風が当たる。そうすると、植物の外葉に風が当たって外葉からの水分の蒸散が多くなり、植物の根から吸収された溶液は、外葉に多く送られ、ゆえに、養液に含まれるカルシウムも外側の葉に多く分配される。
しかし、特に、ハクサイ、キャベツ、レタス等のように葉が一枚一枚巻きながら重なり、球状になる結球野菜や、リーフレタスのように葉の巻きがゆるく、完全に結球せず半結球となる半結球野菜は、中央から新しい葉が育っていくが、これらの新しい葉は外葉に覆われている。
したがって、横方向の気流を発生させる一般的な植物発生装置では、中央の葉に風が当たらない。そうすると、中央の新しい葉は、外葉に比べて蒸散が少なくなり、養液が行き渡らないためにカルシウムが不足し、細胞の壊死が生じてチップバーンが生じ、心腐れを招く可能性が高くなる。
特に、植物栽培装置においては、栽培室内の温度や照明、供給される養液、植物の生長を助長するようにコントロールされている。このため、植物栽培装置においては自然状態よりも植物の生長が早まり、中央の葉に十分に養分が行き渡らない可能性がより高くなる。

しかし、実施形態では、植物Ｖの真上から空気を吹き付ける。そうすると、中央部の成長中の新しい葉に風を当てることができ、成長中の葉からの蒸散が促進され、養液が多く供給される。これにより、成長中の葉に十分なカルシウムが供給される。ゆえに成長中の葉の葉先までカルシウムが行き渡り、チップバーンが発生しにくくなる。

また、実施形態において排気ファン３２Ａは、右壁１０Ｒにおける送風パイプ３１Ａ及び照明装置２０よりも上側に取り付けられている。送風パイプ３１Ａの送風穴３１Ｂから、下方に送られた空気は、植物Ｖに吹き付けられた後、上方に方向転換し、照明装置２０の間を通って、照明装置２０よりも上方に上昇して、排気ファン３２Ａによって排気される。
照明装置２０は、照明中に発熱するが、空気が照明装置２０の間を通るので、照明装置２０を冷却することができる。
さらに、照明装置２０と送風パイプ３１Ａとは、略同じ高さに配置されている、したがって、送風パイプ３１Ａによって照明装置２０からの照明が遮られることがない。
また、照明装置２０の冷却は、すでに植物Ｖに吹き付けられた後の空気によって行われ、送風パイプ３１Ａから送風された植物Ｖに吹き付けられる前の空気の、照明装置２０からの発熱による加熱の影響が少ないので、植物Ｖに吹き付ける空気の温度制御が容易である。

（重量測定装置７０）
また、植物Ｖが栽培されている栽培容器１１は、ローラ８２及びローラ保持部８１を介して板部材７１上に載置されているので、栽培容器１１ごと、植物Ｖの重量を重量測定装置７０によって測定することができる。
重量測定装置７０の測定結果は制御部６０に送られて、連続的な重量測定が可能であるので、植物Ｖの生育状態を重量によって管理することができ、適切な収穫時期を把握することができる。

さらに、実施形態の栽培チャンバ４は外部に対して密閉されているので、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チャンバ４（栽培室１０）内の温度及び湿度を管理できる。ゆえに、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。

（変形形態）
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１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。

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。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の植物栽培装置１０１の概略図である。第２実施形態の植物栽培装置１０１は、気体循環システムとして、第１実施形態で説明したような植物Ｖへ上から空気を流す第１の空気流路に加えて、栽培室１０内で横方向に空気を流す第２の空気流路を備える。 なお、それ以外の構成は第１実施形態と同様であるので、同様な部分の説明および図示は省略し、共通する部分には同一の符号を付す。
なお、第１の空気流路における給気ファン３２Ｂは、第１実施形態と同様に右側気体循環室３３Ｒに配置してもよく、また養液循環室３３Ｆに配置してもよい。

第２の空気流路は、栽培室１０の前壁１０Ｆと外壁５の前面５Ｆとの間の養液循環室３３Ｆと、栽培室１０の右壁１０Ｒと外壁５の右面５Ｒとの間の右側気体循環室３３Ｒと、栽培室１０の上壁１０Ｔと外壁５の上面５Ｔとの間の上側気体循環室３３Ｔとの３つの循環室を備える。複数の排気ファン３２Ａは、栽培室１０の前壁１０Ｆに取り付けられている。

養液循環室３３Ｆと右側気体循環室３３Ｒとは連通しており、右側気体循環室３３Ｒと上側気体循環室３３Ｔとは連通している。
栽培室１０の上壁１０Ｔは、後壁１０Ｂと当接するまで延びておらず、上壁１０Ｔと後壁１０Ｂとの間には、上下方向に貫通した隙間Ｓが設けられている。隙間Ｓは、空気が栽培室１０へと流入する空気流入口となっている。
また、右側気体循環室３３Ｒに、植物の周囲の空気の温度、湿度、二酸化炭素や酸素の量等を管理する第２空調装置３４Ｂが配置されている。ただし、第１実施形態と同様に、第２空調装置３４Ｂを備えずに、冷却を行う空調装置３４をのみを備える構成であってもよい。

制御部６０により、排気ファン３２Ａが作動されると、栽培室１０内の空気は、排気ファン３２Ａにより養液循環室３３Ｆへ流出される。流出された空気は右側気体循環室３３Ｒへと流れ、右側気体循環室３３Ｒに配置された空調装置３４Ｂによって空気の温度、湿度、二酸化炭素や酸素の量等が調整され、上側気体循環室３３Ｔへ送られる。上側気体循環室３３Ｔへ送られた空気は、隙間Ｓを通って栽培室１０へと流入する。栽培室１０内で空気は横方向に流れ、排気ファン３２Ａにより養液循環室３３Ｆへ流出されて循環する。

第２実施形態によると、第１実施形態の効果に加えて以下の効果を有する。
第２の空気流路は、第１実施形態のような送風穴３１Ｂのような径の小さな穴を通過しないので、第１の空気よりも大量に空気を循環させることができ、栽培室１０内の空気をより早く循環させることができる。ゆえに、植物の周囲の環境の制御をより迅速に所望の状態に保つことができる。よって、栽培室１０内の環境変化（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。

（第３実施形態）
図９は第３実施形態の植物栽培装置２０１の概略図である。第３実施形態は、栽培室１０内で横方向に空気を流す第２の空気流路の方向が異なる以外は第２実施形態と同様であるので、同様な部分の説明および図示は省略する。

第２の空気流路は、第２実施形態と異なり、栽培室１０の右壁１０Ｒと外壁５の右面５Ｒとの間の右側気体循環室３３Ｒを備えず、空気循環室は、前壁１０Ｆと外壁５の前面５Ｆとの間の養液循環室３３Ｆと、栽培室１０の上壁１０Ｔと外壁５の上面５Ｔとの間の上側気体循環室３３Ｔとの２つの循環室を備える。そして、栽培室１０の前壁１０Ｆに排気ファン３２Ａが取り付けられている。

養液循環室３３Ｆと上側気体循環室３３Ｔとは連通している。また、栽培室１０の上壁１０Ｔは、後壁１０Ｂまで延びておらず、上壁１０Ｔと後壁１０Ｂとの間には、上下方向に貫通した隙間Ｓが設けられている。その隙間Ｓは、空気が栽培室１０へと流入する空気流入口となっている。

（第２の空気流路の空気の流れ）
制御部６０により、排気ファン３２Ａが作動されると、栽培室１０内の空気は、排気ファン３２により養液循環室３３Ｆへ流出される。養液循環室３３Ｆへ流出された空気は空調装置３４Ｂによって空気の温度、湿度、二酸化炭素や酸素の量等が調整されて上側気体循環室３３Ｔへ送られる。

上側気体循環室３３Ｔへ送られた空気は、隙間Ｓを通って栽培室１０へと流入する。栽培室１０内で空気は横方向に流れ、排気ファン３２Ａにより養液循環室３３Ｆへ流出されて循環する。

第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、第２の空気流路は、送風穴３１Ｂのような径の小さな穴を通過しないので、第１の空気よりもより大量の空気を循環させることができ、栽培室１０内の空気をより早く循環させることができる。ゆえに、植物の周囲の環境の制御をより正確且つより迅速に所望の状態に保つことができる。

Ｖ 植物
１，１０１，２０１ 植物栽培装置
４ 栽培チャンバ
５ 外壁
５Ｄ 底面
５Ｆ 前面
５Ｌ 左面
５Ｒ 右面
５Ｔ 上面
１０ 栽培室
１０Ｂ 後壁
１０Ｆ 前壁
１０Ｒ 右壁
１１ 栽培容器
１４ 栽培プレート
１４ａ 植物栽培穴
２０ 照明装置
３０ 気体循環システム
３１ 送風管
３１Ａ 送風パイプ
３１Ｂ 送風穴
３２Ａ 排気ファン
３２Ｂ 給気ファン
３３Ｆ 養液循環室
３３Ｒ 気体循環室
３４ 空調装置
３４Ｂ 第２空調装置
４０ 養液循環システム
４１ 養液貯留タンク
４９ 養液回収タンク
５０ ポンプ
６０ 制御部
７０ 重量測定装置
８０ 搬送機構

Claims (9)

1. 内部を密閉可能な栽培チャンバを備える人工光型の植物栽培装置であって、
   前記栽培チャンバの内部に、
   植物を栽培する栽培室と、
   前記栽培室において気流を発生させる気体循環システムと、
   を備え、
   前記気体循環システムは、
   前記栽培室の上部を延びる複数の送風パイプに設けられた複数の送風口から、前記栽培室の上方から下方に向かって空気を噴出させて、前記栽培室において上から下に向かう第１の空気流路を流れる気流を発生させる機構と、
   前記栽培室の上壁と後壁との間に設けられた、上下方向に貫通した隙間より前記栽培室内に空気を流入させて、前記栽培室において横方向に向かう第２の空気流路を流れる気流を発生させる機構と、を含む植物栽培装置。
2. 前記栽培室を照明する照明装置を備え、
   前記気体循環システムは、
   前記栽培室から空気を排気する排気ファンと、
   前記栽培室に空気を供給する給気ファンと、を有し、
   前記送風パイプには、前記給気ファンより空気が供給される、
   請求項１に記載の植物栽培装置。
3. 前記気体循環システムは、
   前記栽培チャンバの内部に設けられた、気体循環室を備え、
   前記排気ファンは、前記栽培室から前記気体循環室へ空気を排気し、
   前記給気ファンは、前記気体循環室から前記栽培室に空気を供給する、
   請求項２に記載の植物栽培装置。
4. 前記気体循環システムは、
   前記気体循環室の空気を調整する空調装置をさらに備え、
   前記排気ファンと、前記空調装置と、前記給気ファンとが、前記栽培室の一面側に配置されている、
   請求項３に記載の植物栽培装置。
5. 前記照明装置と、前記送風パイプとは、同じ高さに配置されている、
   請求項２から４のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
6. 前記排気ファンは、前記栽培室における、前記照明装置及び前記送風パイプよりも上部に設けられている、
   請求項５に記載の植物栽培装置。
7. 前記栽培室には、複数の植物栽培穴が設けられた栽培プレートが配置され、
   前記送風口は、前記植物栽培穴のそれぞれに対応して、前記植物栽培穴の上部に配置されている、
   請求項２から６のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
8. 前記栽培室には、
   栽培容器と、
   植物が栽培された状態の前記栽培容器の重量を測定する重量測定装置と、が配置されている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
9. 前記栽培室に供給される液体を循環させる液体循環システムを備え、
   前記液体循環システムは、
   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、前記栽培室の一面側に配置されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の植物栽培装置。

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