JPWO2018020935A1

JPWO2018020935A1 - 水耕栽培装置及び水耕栽培方法

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Publication number: JPWO2018020935A1
Application number: JP2018529451A
Authority: JP
Inventors: 英里香安部; 宏矢野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2019-05-16
Also published as: WO2018020935A1; EP3491911A4; KR20190022775A; EP3491911A1; CN109561660A; US20190261587A1

Abstract

水耕栽培装置（１００）は、植物（１１）を育成する育成槽（１）と、風を供給する送風部（３）と、送風部（３）から送られた風を植物（１１）へと誘導する送風配管（４）と、を有し、送風配管（４）は、それぞれが同一仮想線に沿って延びる第一配管（４ａ）および第二配管（４ｂ）とを備え、第一配管（４ａ）及び第二配管（４ｂ）は、それぞれの管長手方向に複数の送風孔（４１）が設けられ、送風孔（４１）から植物（１１）へ風を供給し、送風部（３）は、第一配管（４ａ）内の風の向きと第二配管（４ｂ）内の風の向きとが互いに対向するように風を供給する。

Description

本発明は、土を使わず、植物の根を水に浸して栽培を行う、いわゆる水耕栽培装置及び水耕栽培方法に関する。

従来から、水耕栽培において、植物全体に均一な空気を与え、植物の成長を促進する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、植物の上方と下方とに空気を送り込み、通風部を用いて室内の空気を循環させる技術が開示されている。

特開２０１２−００００２８号公報

しかしながら、上記従来の植物栽培施設では、空気が送り込まれる方向は一方向のみであるので、施設の大きさによっては、空気が施設全体に送風されず、空気の循環が滞ってしまう場合がある。そのため、植物全体に均一な空気を与えることができず、施設内の植物の配置位置によっては、植物の成長の早さが異なってしまう恐れがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。その目的は、設備の大きさに関わらず、均一に空気を送り込むことにより、植物の配置位置によらず、複数の植物の成長の度合いの均一さを向上させる水耕栽培装置及び水耕栽培方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る水耕栽培装置の一態様は、植物を育成する育成槽と、風を供給する送風部と、前記送風部から送られた前記風を前記植物へと誘導する送風配管と、を有し、前記送風配管は、それぞれが同一仮想線に沿って延びる第一配管および第二配管とを備え、前記第一配管及び前記第二配管は、それぞれの管長手方向に複数の送風孔が設けられ、前記送風孔から前記植物へ風を供給し、前記送風部は、前記第一配管内の前記風の向きと前記第二の配管内の前記風の向きとが互いに対向するように、前記風を供給する。

また、本発明に係る水耕栽培方法の一態様は、植物を育成する育成槽と、風を供給する送風部と、前記送風部から送られた風を前記植物へと誘導する送風配管と、を有し、前記送風配管は、それぞれが同一仮想線に沿って延びる第一配管および第二配管とを備え、前記第一配管及び前記第二配管は、それぞれの管長手方向に複数の送風孔が設けられ、前記植物に対して前記送風部が前記風を供給する水耕栽培装置を用いた水耕栽培方法であり、前記第一配管内の前記風の向きと前記第二配管内の前記風の向きとが互いに対向するように、前記送風部が前記植物へ前記風を誘導する工程を含む。

本発明の水耕栽培装置及び水耕栽培方法によれば、植物全体に均一に空気を送り込むことができ、植物の配置位置によらず、複数の植物の成長の度合いの均一さを向上させることができる。

本発明の実施の形態における水耕栽培装置１００の全体概要を示す断面図である。同水耕栽培装置１００の要部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の水耕栽培装置１００を説明する。

水耕栽培装置１００は、植物１１の育成のために土を使わない水耕栽培を行う。
［水耕栽培装置によって栽培される植物］
本実施の形態の水耕栽培装置１００を用いて栽培される植物１１の例として、オタネニンジン（高麗人参または朝鮮人参）等の根菜類が挙げられる。ただし、水耕栽培装置１００によって栽培され得る植物は、これに限定されるものではない。

本実施の形態の水耕栽培装置１００は、宿根草の水耕栽培に適している。宿根草は、多年生の植物１１のうち、生育に適さない時期（多くの場合冬であるが、夏のこともある）には地上部が枯れてしまうが、その時期をすぎると発芽して再び生育を始めるものをいう。
［本実施の形態における水耕栽培装置の構造］
図面を参照して、本実施の形態の水耕栽培装置１００を説明する。
図１及び図２に示されるように、実施の形態の水耕栽培装置１００は、筐体２００内に設置されている。筐体２００は、例えばコンテナや小屋のような内部空間を構成するものである。筐体２００には、扉（図示せず）が設けられ、栽培者は、その扉を開閉することにより、筐体２００に入ることができる。筐体２００内の空間が水耕栽培装置１００の地上空間Ｂを構成している。

本実施の形態の水耕栽培装置１００は、育成槽１、光照明部２、送風部３、送風配管４及び送風制御部５を備える。

育成槽１は、筐体２００内に複数設けられ、その上部の一部が開口した槽であり、図２に示すように、栽培部１３、地表面部１６及び噴霧部１８を有している。

栽培部１３は、箱型の形状を有しており、その底部には、水または養液１２が貯留されている。栽培部１３は、水または養液１２を排出するための排出配管１５を備える。栽培部１３の側壁には供給配管１４が接続されており、この供給配管１４から、常時植物１１が水または養液１２に浸漬されるように、水または養液１２が供給される。地表面部１６は、水耕栽培用の培地１７が挿入され得る貫通孔を有する板状部材である。そして、この地表面部１６は、栽培部１３の上方の開口部を覆うように栽培部１３に取り付けられている。植物１１は、地表面部１６の貫通孔に培地１７を介して保持され、栽培部１３内の水または養液１２の上方に配置される。

地表面部１６に設けられた培地１７は、植物１１の地下部を囲むように配置され、浸透した水分を保持し得るスポンジ等により構成されている。培地１７は、植物１１の周囲に円筒状に形成されている。植物１１は、植物１１とスポンジとの間に生じる摩擦力によって支持されている。培地１７を構成するスポンジは、成長していく植物１１の大きさに応じて弾性変形することができる。

地表面部１６は、植物１１の地下部が成長する地下空間Ａと植物１１の地上部が成長する地上空間Ｂとを仕切っている。地表面部１６は、板状の部材であるが、水または養液１２の上方に植物１１を位置付けるように、水耕栽培用の培地１７を保持することができるものであれば、地表面部１６の形状はいかなるものであってもよい。地表面部１６は、軽量化の観点から、たとえば、発砲スチロール等の材料により構成されていることが好ましい。

栽培部１３及び地表面部１６により、植物１１の地下部が成長する地下空間Ａを内包する筐体が構成される。地下空間Ａは、植物１１の根が浸るように水または養液１２を貯留し、地上空間Ｂから分離されている。そのため、地下空間Ａ内と地上空間Ｂ内との雰囲気の出入りは概ね抑制されている。

噴霧部１８は、地下空間Ａ内に位置しており、栽培部１３内において植物１１にミスト状の水または養液１２を噴霧する。噴霧部１８は、液体供給配管（図示せず）と接続されている。噴霧部１８は、液体供給配管から供給された水または養液１２を噴射することで、植物１１に水または養液１２を供給する。噴霧部１８は、制御部（図示せず）によって制御される。噴霧方式としては、高気圧気体を使用した霧吹き方式や、超音波ミストなどが挙げられる。さらに、噴霧方式は、２流体方式のミストによるものが望ましいが、１流体方式のミスト方式でもよく、植物に水または養液１２を供給できるものであれば、その形態は問わない。

噴霧部１８は、栽培部１３の内壁同士の間に水平に延びるように設けられた細い板状の取付部１９に設けられる。なお、取付部１９は、噴霧部１８が植物１１の主根に水または養液１２を供給できれば栽培部１３のいかなる高さ位置に設けられていてもよい。取付部１９には、一又は複数の噴霧部１８が取り付けられる。

光照明部２は、地上空間Ｂの植物１１の上方に設けられており、光を照射する。植物１１の葉は、水耕栽培用の培地１７から上方に突出しているため、光照射部からの光を受けて、光合成を行うことができる。本実施の形態においては、光照明部２は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）
からなるが、光源であれば、蛍光灯であってもよい。

送風部３は、送風配管４を通じて地上空間Ｂに風を供給する。送風部３は、例えば、空調ファンやブロアなどがあり、筐体２００外部の周辺の空気を導入できるものであってもよい。送風部３が送風制御部５によって制御されることで、送風配管４に風が供給される。本実施の形態において、風は二酸化炭素を含む大気中の空気であるとする。

また、送風部３は、さらに二酸化炭素供給部８を備えていてもよい。送風部３が二酸化炭素供給部８を備えることで、より植物１１の光合成に有用な空気を供給し、植物１１の成長を促進させることができる。

送風配管４は、第一配管４ａ及び第二配管４ｂを備え、それぞれの一端が送風部３に接続され、地上空間Ｂ内に空気を誘導する２つの筒状の部材である。送風配管４には所定の間隔で複数の送風孔４１が設けられる。送風制御部５によって送風部３から送風配管４に送り込まれる空気が制御され、送り込まれた空気は、送風孔４１を通って地上空間Ｂ内及び植物１１に供給される。送風孔４１は、送風配管４の長手方向に所定の間隔で設けられている。送風配管４の第一配管４ａ及び第二配管４ｂのそれぞれの他端は、開放されていて空気が流出してもよい。また、第一配管４ａ及び第二配管４ｂのそれぞれの他端は、逆に空気が漏れないように蓋などが設けられていてもよい。また、送風孔４１の孔の向く方向は、本実施の形態においては、植物１１が伸長する方向に対して略垂直に延びるように図示されているが、植物１１が設けられた地上空間Ｂに供給できるものであれば、それに限られない。

第一配管４ａ及び第二配管４ｂは、育成槽１上方の地上空間Ｂ内において相互に略平行となるように設けられている。言い換えると、第一配管４ａ及び第二配管４ｂは、それぞれが同一仮想線に沿って延びるように配置されている。第一配管４ａは、育成槽１から第二配管４ｂよりも遠方に位置付けられるように第二配管４ｂよりも上方側に配置される。このとき、第一配管４ａは光照明部２の近傍に設けられることが好ましい。また、第二配管４ｂは育成槽１の近傍に設けられることが好ましい。

送風制御部５は、送風部３又は送風配管４に設けられ、第一配管４ａと第二配管４ｂの送風パラメータを制御する。送風制御部５は、例えば、第一配管４ａ及び第二配管４ｂに所定の間隔で設けられたバルブや風量計の値を調整することにより、送風部３の送風配管４へ送り込む空気の送風量を調整するものである。送風量の調整は、自動であっても、手動であってもよい。送風制御部５は、植物１１の成長状況や地上温度検出部６によって検出された地上温度に応じて、送風部３から送風配管４に供給する風の送風パラメータを適切な範囲に制御する。送風パラメータとしては、風量、風速及び風圧などが挙げられる。

本実施の形態において、送風部３は、例えば２つの送風部３ａ、３ｂに分けられており、筐体２００の天井付近に設けられている。送風部３ａ、３ｂの間には、３つの育成槽１が一列に配置される。送風部３ａに第一配管４ａが、送風部３ｂに第二配管４ｂがそれぞれ取り付けられ、送風配管４の長手方向は、育成槽１の並ぶ列方向と同じ方向となるように配置される。

第一配管４ａは、第二配管４ｂよりも筐体２００の天井側に配置されるように設けられ、第一配管４ａは光照明部２近傍に配置される。第二配管４ｂは育成槽１の第一配管４ａよりも上方側に第一配管４ａに対して平行に配置される。送風孔４１は、第一配管４ａ及び第二配管４ｂの長手方向に等間隔に複数、たとえば、９個設けられる。送風制御部５は、第一配管４ａ及び第二配管４ｂに設けられたバルブであり、風量、風速または風圧を手動または自動で調整することにより、それぞれの配管に最適な送風パラメータが設定される。送風パラメータは、育成槽１ごとに調整できることが好ましい。バルブは、第一配管４ａ及び第二配管４ｂに育成槽１と同数設けられる。

また、地上空間Ｂには、地上温度検出部６が設けられていてもよい。地上温度検出部６は、地上空間Ｂの雰囲気の温度および湿度を検出し、検出された温度および湿度の情報に応じて送風パラメータが調整される。地上温度検出部６は、例えば、地表面部１６の上面に設けられたセンサである。地上温度検出部６の設置位置は、本実施の形態に限られず、地上空間Ｂ内であれば、植物１１自体であってもよく、また地表面部１６の上面及び植物１１に組み合わされて設けられていてもよい。

また、育成槽１の上方近傍に設けられる送風配管４（例えば、第二配管４ｂ）には、二酸化炭素供給部８が設けられていてもよい。二酸化炭素供給部８によって、植物１１に二酸化炭素を供給することで、光合成を促進させることができる。

なお、筐体２００内にはエアーコンディショナーなどの空調機器７が設けられていることが好ましい。空調機器７によって、筐体２００内の地上空間Ｂの湿度及び温度が一定に保たれる。

なお、地表面部１６と栽培部１３とは、光が地下空間Ａに照射されることを抑制しながら、噴霧部１８によって植物１１に水または養液１２を供給することができるように構成されていれば、いかなる形態を有していてもよい。

なお、送風部３及び送風配管４の形態は、地上空間Ｂ内に空気を均一に供給できるものであれば、本実施の形態に限られるものではない。送風配管４に設けられた送風孔４１や送風制御部５も同様に、地上空間Ｂ内の植物１１の近傍及び光照明部２の近傍に空気を供給できるものであれば、個数や形状は本実施の形態に限定されるものではない。送風孔４１や送風制御部５は、育成槽１ごとに設けられることが好ましい。

なお、育成槽１は、筐体２００内に複数並べて配置する構成としたが、送風配管４の列方向に沿って並べられるものであれば、並べる個数は本実施の形態の個数に限られるものではない。
［本実施の形態における水耕栽培装置の方法及び作用］
上述の構成により、本実施の形態では、以下のような方法及び作用で植物１１に空気が供給され、植物１１に対して最適な空気を送ることができる。

本実施の形態において、空気は、送風部３から第一配管４ａ及び第二配管４ｂを通じて送風孔４１へ供給され、さらに、送風孔４１から地上空間Ｂ内へ供給される。第一配管４ａ及び第二配管４ｂを用いることにより、送風部３から送り込まれる空気が地上空間Ｂ全体において拡散するのを抑制し、遠方の育成槽１まで空気を集中的に送り込むことができる。

また、植物１１を育成する育成槽１の列方向に対して、第一配管４ａへ送り込む空気と第二配管４ｂ内へ送り込む空気の風向きがが互いに対向するように、言い換えると、略逆向きとなるように空気を供給する。

送風配管４を流れる空気の送風パラメータは、送風部３から遠くなるほど小さくなる。具体的には、図１の左右方向において、第一配管４ａを流れる空気に関しては右側に向かうほど送風パラメータは小さくなる。第二配管４ｂを流れる空気に関しては左側に向かうほど送風パラメータは小さくなる。そのため、図１および図２において、第一配管４ａの送風パラメータと第二配管４ｂの送風パラメータとの合計値が左右対称である。それにより、第一配管４ａおよび第二配管４ｂに沿った方向において均一な送風パラメータで地上空間Ｂに空気を送り込むことができる。すなわち、風向きを対向方向、すなわち、略逆向きとすることにより、第一配管４ａと第二配管４ｂとの双方から地上空間Ｂ内へ送り込む空気の送風パラメータの合計値は、第一配管４ａおよび第二配管４ｂに沿った方向において、一定となる。その結果、育成槽１の配置位置による空気の供給ムラの発生を抑制することができる。なお、図１および図２において、左右対称とは、互いに平行な第一配管４ａおよび第二配管４ｂに垂直な仮想面を対称面として、前述の２つの送風パラメータの合計値が鏡面対称であることを意味する。

また、第一配管４ａと第二配管４ｂとのそれぞれにおいて送風パラメータを調整できる構成とすることによって、地上空間Ｂへ送り込む空気を植物の成長の度合いに応じて調整することができる。

また、第一配管４ａの送風パラメータを第二配管４ｂの送風パラメータより大きくすることで、光照明部２の近傍で発生する熱を地上空間Ｂ内において撹拌することができる。その結果、地上空間Ｂ内の温度および湿度を一定、すなわち均一に保つことができる。第二配管４ｂの送風パラメータを第一配管４ａよりも小さくすることで、地上空間Ｂへ送り込まれる空気によって植物１１に与えるストレスを低減することができる。このように、送風パラメータを育成環境に応じて調整できることにより、植物１１の成長に最適な温度および湿度に調整でき、良好な育成環境を作ることができる。

さらに、送風配管４は二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部８を備えることにより、空気中の二酸化炭素濃度を調整してその調整された空気を地上空間Ｂへ供給できることが好ましい。

なお、第一配管４ａ及び第二配管４ｂの送風パラメータの合計値が略左右対称となるものであれば、送風配管４の構成は本実施の形態に限られるものではない。なお、ここでも、左右対称とは、互いに平行な第一配管４ａおよび第二配管４ｂに垂直な仮想面を対称面として、前述の２つの送風パラメータの合計値が鏡面対称であることを意味する。
［効果など］
以上より、本実施の形態における水耕栽培装置１００は、植物１１を育成する育成槽１と、風を供給する送風部３と、送風部３から送られた風を植物１１へと誘導する送風配管４と、を有している。送風配管４は、相互に略平行となる第一配管４ａと、第二配管４ｂとを備えている。第一配管４ａ及び第二配管４ｂは、それぞれの管長手方向に複数の送風孔４１が設けられ、送風孔４１から植物１１へ風を供給する。送風部３は、第一配管４ａ内の風の向きと第二配管４ｂ内の風の向きとを略逆向きに風を供給する。

これにより、送風配管４を通じて、設備の広さに関わらず空気を育成槽１に流入させることができる。また、略逆向きの方向から空気を流入させることで、地上空間Ｂ内へ空気をムラなく均一に供給することができ、植物１１の配置位置によらず、成長の度合いの均一さを向上させることができる。

また、第一配管４ａ及び第二配管４ｂへ送る風の風量、風速、および風圧の少なくともいずれかひとつの送風パラメータを制御する送風制御部５をさらに備えることが好ましい。

これにより、植物１１周囲の温度および湿度や植物１１の成長状況に応じて、空気の供給を調節することができ、最適な空気環境で栽培を行うことができる。

また、第一配管４ａは、育成槽１から第二配管４ｂよりも遠方に位置付けられるように第二配管４ｂよりも上方側に設けられている。また、第一配管４ａにおける送風パラメータは、第二配管４ｂにおけるそれぞれの送風パラメータよりも大きい値であることが好ましい。これにより、植物１１にストレスを与えずに地上空間Ｂ内に空気を供給することができるので、良好な環境で植物１１を育成することができる。

また、送風配管４は二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部８を更に備えることが好ましい。これにより、植物１１の光合成に有用な空気を供給し、植物１１の成長を促進させることができる。

上記をまとめると、本実施の形態における水耕栽培装置１００は、植物１１を育成する育成槽１と、風を供給する送風部３と、送風部３から送られた風を植物１１へと誘導する送風配管４と、を有している。送風配管４は、相互に略平行となる第一配管４ａと、第二配管４ｂとを備え、第一配管４ａ及び第二配管４ｂは、それぞれの管長手方向に複数の送風孔４１が設けられ、植物１１に対して送風部３が風を供給する。

本実施の形態の水耕栽培方法は、第一配管４ａ内の風の向きと第二配管４ｂ内の風の向きとを略逆向きにして、送風部３が植物１１へ風を誘導する工程を含む。これにより、地上空間Ｂの広さに関わらず、地上空間Ｂ全体へ空気を流入させることができる。また、空気が地上空間Ｂ全体へ均一に供給され、温度、湿度及び二酸化炭素濃度を一定、すなわち地上空間Ｂ全体で均一にすることができる。また、植物１１の配置位置によらず、植物１１の成長の度合いの均一さを向上させることができる。
［変形例］
以上、本発明に係る水耕栽培装置１００について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態において、第一配管４ａ及び第二配管４ｂに設けられる複数の送風孔４１は、それぞれの管の長手方向に等間隔に並べて設けられるものとした。しかしながら、複数の送風孔４１は、不揃いに、すなわち、等間隔ではない状態で第一配管４ａ及び第二配管４ｂのそれぞれに設けられていてもよい。このとき、第一配管４ａ及び第二配管４ｂとは、図１および図２において、左右対称の形状である。また、送風部３から送られてきた空気の送風パラメータの第一配管４ａ及び第二配管４ｂの合計値も、図１および図２において、略左右対称であることが好ましい。なお、図１および図２において、左右対称とは、互いに平行な第一配管４ａおよび第二配管４ｂに垂直な仮想面を対称面として、第一配管４ａ及び第二配管４ｂが鏡面対称であることを意味する。また、図１および図２において、左右対称とは、互いに平行な第一配管４ａおよび第二配管４ｂに垂直な仮想面を対称面として、前述の２つの送風パラメータの合計値が鏡面対称であることを意味する。

また、上記実施の形態において、複数の育成槽１は、図中の横方向に並べられるものとしたが、植物１１が光照明部２から光を受けて光合成できるのであれば、棚などを用いて縦方向に並べて設けられていてもよい。このとき、送風配管４は、育成槽１の並べられた縦方向に略平行に設けられる。これにより、縦方向に長い施設であっても、施設内へ均一に風を供給することができる。

その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わされることで実現される形態も本発明に含まれる。

１００水耕栽培装置
１育成槽
３、３ａ、３ｂ送風部
４送風配管
４ａ第一配管
４ｂ第二配管
５送風制御部

Claims

植物を育成する育成槽と、
風を供給する送風部と、
前記送風部から送られた前記風を前記植物へと誘導する送風配管と、
を有し、
前記送風配管は、それぞれが同一仮想線に沿って延びる第一配管および第二配管と、を備え、
前記第一配管及び前記第二配管は、それぞれの管長手方向に複数の送風孔が設けられ、前記送風孔から前記植物へ前記風を供給し、
前記送風部は、前記第一配管内の前記風の向きと前記第二配管内の前記風の向きとが互いに対向するように、前記風を供給する水耕栽培装置。
前記第一配管及び前記第二配管へ送る前記風の風量、風速、および風圧の少なくともいずれかひとつの送風パラメータを制御する送風制御部をさらに備えた請求項１に記載の水耕栽培装置。
前記第一配管は、前記育成槽から前記第二配管よりも遠方に配置されるように前記第二配管よりも上方側に設けられ、
前記第一配管における送風パラメータは、前記第二配管における送風パラメータよりも大きい値である請求項１または２に記載の水耕栽培装置。
前記送風配管は前記風に含まれるように二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部をさらに備えた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水耕栽培装置。
前記第一配管と、前記第二配管とが平行に配置され、前記第一配管内の前記風の向きと前記第二配管内の前記風の向きとが逆向きである請求項１〜４のいずれかに記載の水耕栽培装置。
植物を育成する育成槽と、
風を供給する送風部と、
前記送風部から送られた風を前記植物へと誘導する送風配管と、
を有し、
前記送風配管は、それぞれが同一仮想線に沿って延びる第一配管と、第二配管とを備え、
前記第一配管及び前記第二配管は、それぞれの管長手方向に複数の送風孔が設けられ、前記植物に対して前記送風部が前記風を供給する水耕栽培装置を用いた水耕栽培方法であり、
前記第一配管内の前記風の向きと前記第二配管内の前記風の向きとが互いに対向するように、前記送風部が前記植物へ前記風を誘導する工程を含む水耕栽培方法。