JPH02276514A - 植物栽培装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、野菜等の植物を人工的に栽培するための植物
栽培装置に関する。

「従来の技術」 本来、野菜等の植物の栽培は、露地栽培によるものが主
流であるが、日射量や雨量との関係によって収穫量の増
減を生じるｔ；めに、常に一定の収穫量を得ることは難
しかった。そこで、近年では野菜などの作物を栽培する
場合、土を使わずに肥料分を水に溶かした養液を用いて
栽培する、いわゆる水耕栽培による方法が採用されてい
る。

二の水耕栽培は、露地栽培における地力の低下あるいは
連作障害や病中害の回避、および栽培の省力自動化、生
産の増強を目的として行なわれるものであり、露地栽培
と比較して生産コストは高いが、養分調整や残根処理が
容易なことから、葉菜類などの野菜及び、果菜類（例え
ばイチビ、トマトなど）を栽培する方法として利用され
ている。

そして、この種の植物栽培装置の研究及び実験用として
、第１０図に示すような、いわゆるグロースチャンバー
とよばれる栽培装置が提供されていた。

この植物栽培装置１は、栽培すべき植物２を収納するた
めの装置本体３と、この装置本体３内に設けられて、前
記植物を照射する照射装置としての複数本の蛍光灯４と
、蛍光灯４の下方に設置されて、植物２を配置する栽培
ベッド５とから概略構成されている。

装置本体３は、断熱材からなる箱形容器であって、その
上面には、蛍光灯収納部３ａが設けられている。そして
、この蛍光灯収納部３＆の上面には、外部に開口するダ
クト３ｂが設けられている。

蛍光灯４は、前記装置本体３内の上方に一定間隔をおい
て複数本設けられている。これら蛍光灯４のそれぞれの
上方には、第１１図に示すように、半円弧状の反射板６
が配置されている。

栽培ペッド５は、吸水性を有する吸水性シートもしくは
吸水性ブロックから形成されている。また、栽培ベッド
５には、植物２のだめの養液供給器７が設けられている
。

この植物栽培装置１を使用する場合には、栽培すべき植
物の種を栽培ベッド５に載置する。そして、この栽培ベ
ッド５に養液供給器７から養液を補給しつつ、蛍光灯４
によって栽培空間内の照射量および栽培空間内の空気温
度を適宜調節しながら植物２の栽培を行う。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、前記の植物栽培装置では、天候等の自然
現象に左右されないで一定の栽培条件を提供することが
可能になったものの、次のような解決すべき課題を生じ
ることとなった。

■照射装置としての蛍光灯４から照射された光は、その
上方に反射板６が配置されているにも拘わらず、第１１
図の図中矢印に示すように、栽培ベッド５に到達しない
光も多く、エネルギの無駄である。

■蛍光灯４から照射された光による光強度は、第１２図
に示すように、栽培ベッド５の中央部で大きく、栽培ベ
ッド５の端部へ向かうにしたがって小さくなるために、
栽培ベッド５の中央部に位置する植物２の成飛が早く、
栽培ベッド５の端部に位置する植物２の成長が遅くなる
。よって播種の時期が同じでも、成長速度の違いにより
、植物２の均一な大きさの植物が生産されない。

■互いに隣合う植物との間において、それぞれの葉が重
なり合わないように間隔を保つために、第１４図に示す
ように、全照射面積４＆に対して、植物が栽培される面
積４ｂが小さくなり、照射された光に無駄が生じる。

■照射装置として一般に用いられる蛍光灯の出力は、蛍
光灯の表面温度が約４０’０の時に最大となるが、前記
第１Ｏ図に示した照明方法では、たとえば栽培空間を１
５℃に制御すると、蛍光灯の表面温度が４０℃より低く
なり光束が少なくなる。

■第１５図に示すように、一般に蛍光灯４のエネルギー
変換率は、入力電力の７５％が熱損失となり、この熱量
が全て冷房負荷となる。そして、前記シングルシェル形
等による熱除去の方法では、栽培空間の空気を使って照
明の発熱を除去するため、冷房負荷が軽減されない場合
があって効率的でなかった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、栽
培ベッドに照射する光および栽培ベッドに達した光を有
効に利用することができ、また、照射装置の光の照射に
よって発生する熱を有効に除去することのできる植物栽
培装置を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 そこで、本発明の植物栽培装置は、栽培すべき植物を収
納する装置本体と、この装置本体内に設けられて植物を
栽培する栽培ベッドと、その植物に光を照射する照射装
置とを備え、前記装置本体に、空調手段を設け、前記照
射装置の下方に当該照射装置からの光を前記栽培ベッド
へ集光する集光手段を設け、前記栽培ベッドに前記植物
を１株毎に区画する凹所を設け、かつ該凹所の内面に前
記照射装置からの光を凹所内の植物に向けて反射させる
反射面を設けた構成とした。

「作用」 本発明の植物栽培装置によって植物を栽培するには、装
置本体内に設けられた栽培ベッドの凹所内に栽培すべき
植物を載置する。必要量の植物を載置したら、植物の光
合成に必要な光を与えるべ二ノ く照射装置を作動させて光を照射する。需射装置によっ
て照射された光は、照射装置の下方に設けられた集光手
段を透過する際に集光させられる。

集光手段によって集光させられた光は、栽培ベッド上の
植物を選択的に照射する。そして、植物を照射しないで
栽培ベッドに達した光は、栽培ベッドに形成された凹所
に達するとともに、凹所内に形成された反射面によって
反射させられる。このようにして、照射装置から照射さ
れて集光手段を透過した直接光と、栽培ベッドの反射面
からの反射光とによって、凹所内の植物を照射する。

また、照射装置の光の照射によって装置本体内の温度が
上昇したら、装置本体に設けられた空調手段を作動させ
る。空調手段を作動させることによって、装置本体内の
温度の上昇した空気を空調機へ戻したり、空調された空
気を栽培空間に供給することができる。

「実施例」 以下、本発明の植物栽培装置の一実施例を図面を参照し
て説明する。

本発明の植物栽培装置１０は、第１図に示すように、栽
培すべき植物を収納する装置本体３と、この装置本体内
に設けられて植物を栽培する栽培ベッド５と、その植物
に光を照射する照射装置としての複数本の蛍光灯４とを
備え、前記装置本体３に、空調手段としての外気導入ダ
クト１１、外気排出ダクト１２、空調用吸気ダクト１３
および空調用排気ダクト１４を設け、当該蛍光灯４から
の光を前記栽培ベッド５に集光する集光手段としての７
レネルレンズ１５を前記蛍光灯４の下方に設け、前記栽
培ベッド５に前記植物を１株毎に区画する凹所５ｍを設
け、かつ該凹所５１の内面に前記蛍光灯４からの光を凹
所５ａ内の植物に向けて反射させる反射面１６を設けた
構成となっている。

装置本体３は、第１図に示すように、断熱材から構成さ
れる箱形の容器であって、その上面には外部に開口する
外気導入ダクト１１が２つ設けられている。また、装置
本体３の側面のうち、前記フレネルレンズ１５よりも上
方には、外部に開口する外気排出ダクト１２が２つ設け
られている。

さらに、装置本体３の側面のうち、前記フレネルレンズ
１５の下方の一方の側面には、外部に開口する空調用吸
気ダクト１３が設けられ、他方の側面には外部に開口す
る空調用排気ダクト１４が設けられている。

栽培ベッド５は、吸水性を有するシートが底面に敷かれ
ており、前記装置本体３内の下面に配置されている。ま
た、栽培ベッド５の上面は、第１図ないし第５図に示す
ように、長芋方向および幅方向に等間隔に区画され、そ
れぞれの区画内には凹所５ａが形成されている。これら
凹所５１の底面には、植物が養液を吸収するための開口
部が形成されている。また、これらの凹所５！の内面に
は、第２図および第３図（ｂ）に示すように、凹所の中
心やや上方へ向って傾斜する反射面１６が設けられてい
る。

照射装置としての蛍光灯４は、第６図に示すように、下
面に開口する箱部材１７の内面に複数本配置されており
、第１図、第６図および第７図に示すように、中心部に
向かうにしたがって疎の状態に、中心部から離れるにし
たがって密の状態になるように配置されている。

箱部材１７の内面は、蛍光灯４からの光の反射率を高め
るために白色に着色され、箱部材１７の下面は、集光手
段としてのフレネルレンズ１５によって覆われている。

集光手段としてのフレネルレンズ１５は、縦方向および
横方向に等間隔に区画′され、それぞれの区画内に渦を
巻いたプラスチック製のレンズが形成されたものであっ
て、前記蛍光灯４のやや下方で、かつ前記栽培ペッド５
に対して平行に設けられている。

前記栽培ベッド５の下面には、その全体に互って養液供
給手段が配設されている。この養液供給手段は、装置本
体３の下面に沿って貫通する複数本の管体１８から構成
されており、その端部には装置本体３の外部に開口する
開口部１８１が形成されている。さらに、これら管体１
８の側面には、前記開口部１８！から供給された養液を
栽培ベッド５内に流出するだめの孔（図示時）が複数個
形成されている。

次に、本実施例の植物栽培装置ＩＯの一使用例を説明す
る。

まず、装置本体３内に設けられた栽培ベッド５の凹所５
１内に栽培すべき植物２を載置する。必要量の植物２を
載置したら、植物２の光合成に必要な光を与えるべく蛍
光灯４を点灯させて光を照射する。蛍光灯４によって照
射された光は、第７図に示すように、蛍光灯４の下方に
設けられたフレネルレンズ１５を透過する際に集光させ
られる。

７レネルレンズ１５によって集光させられた光は、栽培
ベッド５上の植物２を選択的に照射する。

そして、植物２を照射しないで栽培ベッド５に形成され
た凹所５ａに達した光は、第４図の矢印で示すように凹
所５１内に形成された反射面１６によって反射させられ
る。

このようにして、蛍光灯４から照射されてフレネルレン
ズ１５を透過した直接光と、栽培ペッド５の反射面１６
からの反射光とによって、凹所５１内の植物２を照射す
る。

また、蛍光灯４の光の照射によって装置本体３内の温度
が上昇したら、装置本体３に設けられたそれぞれのダク
トを作動させる。ここで、装置本体３内で、７レネルレ
ンズ１５の上方の熱を除去するには、外気導入ダクト１
１および外気排出ダク１−１２を作動させて熱を除去し
、装置本体３内で、７レネルレンズ１５の下方、いわゆ
る栽培空間の熱を除去するには、空調用吸気ダクト１３
および空調用排気ダクト１４を作動させて熱を除去する
。

さらに、必要に応じて、養液供給手段から植物２に養液
を供給して植物２の栄養管理を行う。

このような構成および作用からなる植物栽培装置１０に
よれば、前記従来の植物栽培装置と比較して第８図およ
び第９図に示すような効果を得ることができる。

第８図（鼻）ないしｌｓ図（ｅ）は、栽培面位置と栽培
面光強度および栽培植物の成長速度との関係図であって
、第８図（穐）は栽培面位置を示す図、第８図（ｂ）は
栽培面位置と栽培面光強度との関係を示す図で、栽培面
位置を横軸に、栽培面光強度と縦軸にとり、従来の照明
方法による栽培面光強度のグラフを破線で、本実施例の
照明方法による栽培面光強度のグラフを実線で示すもの
とする。

また、第８図（ｃ）は栽培面位置と栽培植物の成長速度
との関係を示す図であり、栽培面位置を横軸に、栽培植
物の成長速度を縦軸にとり、従来の照明方法による成、
景速度のグラフを破線で、本実施例による成長速度のグ
ラフを実線で示すものとする。

さらに、第９図は栽培面に対する光強度分布を示す図で
ある。

第８図（畠）において、栽培面位置を横軸で、従来およ
び本実施例の照射装置を符号Ａで示すものとする。

第８図（ｂ）および準９図（ｂ）から明らかなように、
従来の照明方法では、栽培面位置の中心に向かうにした
がって光強度が強くなっていく。これに対し、本実施例
の照明方法では、第８図（ｂ）および第９図（１）から
も明らかなように、栽培面のいかなる位置においても均
等な光強度を得ることができる。

そして、前記栽培面光強度の分布状態となることによっ
て植物の成長速度は以下のようになった。

第８図（Ｃ）より明らかなように、従来の照明方法では
、栽培面位置の中心に向かうにしたがって光強度が強い
分だけ成長速度が早く、縁部に向かうにしたがって光強
度が小さい分だけ成長速度が遅くなる。よって、同一の
栽培装置内にある植物の大きさが不均一となってしまう
。これに対して、本実施例の照明方法では、栽培面のい
かなる位置においても等しい光強度を得られ、均一な成
長速度となるために、植物の大きさが均一となり、栽培
植物の安定した収穫をすることができる。

また、前記記載の照明効果にについて、本願出願人の実
験により、以下に示すようなデータ結果を得た。

集光手段として、フレネルレンズを使用した場合、照度
換算で約１．８〜２．０倍の照度を得ることができると
いうデータを実験により得た。

また、７レネルレンズを使用しないで、栽培ベッドの凹
所による照射効果について、下表に示す結果を得た。

このデータにより明らかなように、反射面を取り付けｔ
；栽培ベッドを用いることによって、栽培ベッドに照射
させられる光強度を照度換算で２゜４〜２．６倍にする
ことができる。

さらに、フレネルレンズと栽培ベッド上の凹所とによる
相乗効果について以下の実験データを得ｔ；。

この実験データより明らかなように、フレネルレンズと
栽培ベッドの凹所との相乗効果によって、従来と比較し
て３．５〜３．６＠の光強度を得ることができる。

これらの実験データにより、照明に係わる電力量を従来
の１／４程度に削減した植物栽培が可能である。

さらに、蛍光灯４の照射によって装置本体３内で、かつ
７レネルレンズ１５の上方の温度が上昇したら、外気導
入ダクト１１および外気排出ダクト１２を作動させて熱
を除去する。この方法によれば、蛍光灯４の発熱による
余剰な熱を栽培空間に同等影響を与えることなく容易に
除去することができる。

なお、本発明の植物栽培装置は、前記実施例のみに限ら
れるものではなく、他の変形例も可能である。たとえば
、この植物栽培装置に加温、加湿及び冷房器を設けると
ともに、栽培空間のａ湿度を自動制御するための制御手
段を設けても良い。

この制御手段は、温湿度検知手段を備え、これら検知手
段が栽培空間の温湿度を検知し、その検知信号を前記制
御手段に送るとともに、栽培すべき植物の成長に最も適
した温湿度に栽培空間を維持すべく照明装置および加温
、加湿及び冷房器を制御するものである。

「発明の効果」 本発明の植物栽培装置は、栽培すべき植物を収納する装
置本体と、この装置本体内に設けられて植物を栽培する
栽培ベッドと、その植物に光を照射する照射装置とを備
え、前記装置本体に、空調手段を設け、前記照射装置の
下方に当該照射装置からの光を前記栽培ベッドに集光す
る集光手段を設け、前記栽培ベッドに前記植物を１株毎
に区画する凹所を設け、かつ該凹所の内面に前記照射装
置からの光を凹所内の植物に向けて反射させる反射面を
設けた構成としたので以下のような効果を奏することが
できる。

照射装置によって照射された光の光強度は、栽培ベッド
のいかなる位置においても均一となる。

このために植種の時期や養液の供給を均等にすれば植物
の成長速度は等しくなり、同一の大きさの植物を得るこ
とが可能になり、安定した収穫を得ることが可能になる
。

また、照射装置から照射される光は、集光手段によって
集光され、栽培ベッド上を無駄なく選択的に照射するこ
とができる。

照射手段による発熱が大きい場合であっても、装置本体
に設けられた換気手段を作動させ、外気との熱交換を行
うことによって、前記発熱によって生じた余剰熱を容易
に除去することができる。

このように、栽培ベッドに照射する光および栽培ベッド
に達した光を有効に利用することができ、また、照射装
置の光の照射によって発生する熱を有効に除去すること
のできる

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１因は植物栽培装置を示す斜視図、第２図は栽培
ベッドの凹所を示す斜視図、第３図（１）は第２（！Ｉ
における平面図、第３図（１１）は第４図における側断
面図、第４図は栽培ベッドの側断面図、第５図は第４図
における平面図、第６図は照射装置としての蛍光灯を示
す斜視図、第７図は照射装置からの照射状態を示す状態
図、第８図（１）ないし第８図（ｃ）は栽培面位置と栽
培面光強度および栽培植物の成長速度との関係図、第９
図は栽培面に対する光強度分布を示す図である。 第１Ｏ図ないし第１４図は、従来の植物栽培装置の一例
を示す図であって、第１０図は従来の植物装置の斜視図
、第１１図は照射手段の拡大側面図、第１２１１は栽培
装置内の水平面位置と光強度との関係を示す図、第１３
図は栽培面に対する照射面を示す平面図、第１４図は蛍
光灯のエネルギ変換率を示す図である。 凹所、 反射板、 養液供給器、 ・・・外気導入ダクト、 ・・・外気排出ダクト、 ・・・空調用吸気ダクト、 ・・・空調用排気ダクト、 ・・・　フレネルレンズ（集光手段）、・・・反射面。 出酬人 清水建設株式会社 ５　！　・・・　・・・ ６　　・・・　・・・ ７　　・・・　・・・ １１　　・・・ ｌ　２　　・・・ １３　・・・ １４　　・・・ ｌ　５　　・・・ ｌ　６　・・・ １％　１０ ２　　・・・　・・・ ３　　・・・　・・・ ４　　・・・　・・・ ５　　・・・　・・・ 植物栽培装置、 植物、 装置本体、 蛍光灯（照射装置）、 栽培ベッド、 第４ 図 （ｔ）１ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 栽培すべき植物を収納する装置本体と、この装置本体内
   に設けられて植物を栽培する栽培ベッドと、その植物に
   光を照射する照射装置とを備えた植物栽培装置であって
   、前記装置本体に、空調手段を設け、前記照射装置の下
   方に当該照射装置からの光を前記栽培ベッドに集光する
   集光手段を設け、前記栽培ベッドに前記植物を１株毎に
   区画する凹所を設け、かつ該凹所の内面に前記照射装置
   からの光を凹所内の植物に向けて反射させる反射面を設
   けた構成からなることを特徴とする植物栽培装置。