WO2013136459A1

WO2013136459A1 - 植物栽培装置

Info

Publication number: WO2013136459A1
Application number: PCT/JP2012/056498
Authority: WO
Inventors: 池内博; 大西憲男; 平松弘樹; 片岡大輔; 彦坂陽介
Original assignee: 株式会社いけうち
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-19
Also published as: JPWO2013136459A1; JP5792888B2

Abstract

　植物栽培装置において、供給する養液や水の使用量を低減する。栽培植物の根部が下垂する中空の栽培ボックス内に、養液をレーザー法での測定値で平均粒子径５～１０μｍの霧として噴霧すると共に噴霧量が２～３リッター／時間であるノズルを備え、前記栽培ボックスの内容積がノズル１個当たり最大６ｍ^３の割合となるように、該栽培ボックスの形状に応じて前記ノズルの個数および配置位置を設定し、かつ、該ノズルから噴霧で前記栽培ボックス内の湿度が９５％以上１００％以下となるように前記ノズルの制御装置を備えている。

Description

植物栽培装置

　本発明は植物栽培装置に関し、詳しくは、ノズルより養液を栽培植物の根圏に噴霧する霧栽培において、最適ノズルから最適条件で噴霧するものである。

　植物栽培装置は従来より多数提案されており、そのうちで、特開２００８－１０４３７７号公報等で提案されている霧栽培方法は、栽培植物に養液を含む霧を噴霧している。この種の霧栽培方法は、養液の吸収率を高め、生育を早めることができると共に、自動化、省力化ができる等の利点がある。

特開２００８－１０４３７７号公報

　しかしながら、前記特許文献１の霧栽培では、加湿器を用いて養液を含む霧を発生させている。この加湿器から発生する微細な霧の量が余りにも少量であるため、趣味の園芸の域にとどまり、実営業には不適である。

　霧栽培方法ではノズルから養液を噴霧しているが、噴霧した養液の粒径が大きいと液滴として落下しやすく、植物の根圏空間に滞留する時間が短くなり、養液の吸収率が悪くなる。よって、養液の粒径を小さくして、平均粒径が１０μｍ以下のドライフォグとすると、滞留時間が長くなり、植物への養液吸収率を高めることができ、その分、養液コストを下げることができる。

　しかしながら、噴霧する粒径を１０μｍ以下と微細化すると、ノズル内部に設けるオリフィスを小径化する必要があるため、ノズルは構造的に目詰りが発生しやすくなる。特に、液肥を希釈した養液は粘性が増すため目詰まりが発生しやすい。ノズルに目詰まりが発生して養液の供給が中断または所要量より少なくなると植物の成長に直ちに影響を及ぼすこととなる。かつ、ノズルに目詰まりが発生していないか常時監視してメンテナンスする必要があり、作業手数がかかる問題がある。

　さらに、一般的に、ノズルから噴射する噴霧の粒径が微細化すればするほど発生する噴霧量は激減する。特に、粒径が５μｍ未満のドライフォグを噴霧するノズルは、通常、時間当たりの噴霧量が極端に少なくなる。養液の噴霧量は植物の成長に直接的に影響を及ぼし、１個のノズルで栽培できる植物の本数が激減することになる。かつ、植物が必要とする養液量は成長に伴って増加し、植物の本数が増えれば増える程、大量の噴霧が要求される。よって、植物栽培に粒径が５μｍ未満のドライフォグを噴霧するノズルを用いると多数個のノズルが必要となり、設備及び運営コストが高くなり営農が不可能になる問題がある。

　前記のように、霧栽培において平均粒径が１０μｍ以下のドライフォグを噴射するノズルを用いると、噴射されて養液を含む微粒子の滞留時間を長くでき、植物への吸収率を高めて肥料コストを低減でき、かつ、落下する液滴が少ないため排水処理も必要でない利点がある。しかしながら、該ドライフォグを噴射するノズルでは目詰まりが発生しやすいためメンテナンスの手間がかかり、ランニングコストが高くなる問題がある。特に、平均粒径を５μｍ未満とすると噴霧量が極端に少なくなるため、必要とするノズルの個数が増加し、設備コストおよびランニングコストが高くなる問題がある。

　本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、霧栽培において、栽培植物にとって適切な条件でノズルから養液を供給できるようにして、植物栽培装置を用いて営農を可能とすることを課題としている。

　前記課題を解決するため、本発明は、栽培植物の根部が下垂する中空の栽培ボックス内に、養液をレーザー法での測定値で平均粒子径５～１０μｍの霧として噴霧すると共に噴霧量が２～３リッター／時間であるノズルを備え、
　前記栽培ボックスの内容積がノズル１個当たり最大６ｍ³の割合となるように、該栽培ボックスの形状に応じて前記ノズルの個数および配置位置を設定し、かつ、該ノズルから噴霧で前記栽培ボックス内の湿度が９５％以上１００％以下となるように前記ノズルを制御する制御装置を備えていることを特徴とする植物栽培装置を提供している。

　前記のように、本発明で用いるノズルは養液を平均粒子径５～１０μｍのドライフォグとして噴霧できるノズルを用いている。
　前記平均粒子径はレーザー回折法を用い、ノズルの噴口から３０ｃｍの位置で測定している。
　平均粒径を１０μｍ以下としているのは、ドライフォグの養液の霧の滞留時間を増加させて栽培ボックス内を近飽和状態にできることによる。平均粒径が１０μｍを越えると、容易に落下し、かつ粒子同士の付着凝塊作用もあって粒子径が肥大化して落下が促進され、霧粒として空中浮遊が困難となる。これに対して、粒子径が小さくなればなる程、即ち、１０μｍ以下のドライフォグとすれば、湿度を湿度９５％以上に維持できる空間を広げることができる。
　一方、平均粒径の下限を５μｍ以上としているのは、５μｍ未満のノズルは目詰まりが発生しやすくなり、かつ、１個のノズルからの噴霧量が極端に少なくなるため栽培ボックス内におけるノズル１個当たりの容積が小さくなる。よって、栽培ボックスに設置する必要なノズルの個数が増加し、設備コストおよびランニングコストが増加する。

　また、前記ドライフォグを噴霧するノズルは、平均粒子径５～１０μｍのドライフォグを２～３リッター／時間の噴霧量で噴射できるノズルとしている。該噴霧量でドライフォグを噴霧することにより、ノズル１個当たりの容積を最大６ｍ³まで広げることができる。言い換えれば、６ｍ³の空間あたり１個のノズルを設置すると、該ノズルからのドライフォグにより該空間内を湿度９５～１００％とすることができ、前記設定空間に植え付けた栽培植物の根に十分に養液を供給することができる。前記湿度は９７％以上として良く、また、栽培植物の成長に応じて設定湿度を９７％以上に変化させてもよい。
　前記ノズル１個あたりの容積が最大６ｍ³であることは、ノズルから噴霧する霧の流速は０．２ｍ／ｓ以上が必要で、該流速未満であると植物が大きく成長しないことが知見したことによる。６ｍ³を越えると、ノズルから噴射される霧の流速は０．２ｍ／ｓを下回ることから、前記ノズル１個当たりの容積を最大６ｍ³としている。

　前記制御装置は、ノズルからの霧の噴霧量および流速と、栽培ボックスの容積と、前記栽培ボックス内の湿度との相関関係を予め測定したデータに基づいて、栽培ボックス内の湿度が９５％以上１００％以下となるようにノズルからの噴霧量を設定してノズルを制御している。

　ノズルから噴霧する養液でボックス内部を９５％以上とすると、該ボックス内部に垂下する栽培植物の根に常時養液を供給して栽培植物の成長を促進できる。その結果、栽培植物の収穫回数が増加し、営農用の植物栽培装置として有効となる。

　本発明の植物栽培装置は営農用を対象としているため、最も経済的と判断できる栽培ボックスとして例えば長さ６ｍ、巾１ｍ、高さ０．４ｍの大型栽培ボックスが好適に用いられる。この大型の栽培ボックスの中空内に平均粒子径が５～１０μｍのドライフォグを均等に充満させて湿度９５％以上とし、かつ、該９５％以上を保持できるように、前記噴霧量が２～３リッター／時間のノズルを用いており、該ノズルを用いることでノズルの設置個数を低減できる。

　前記ノズルとして二流体ノズルを用い、ノズル本体の気体供給路および液体供給路にはいずれも供給路の途中に流路断面積を縮小したオリフィスを設けず、噴口側に向けて流路断面積を縮小して流体圧を高め、かつ、該気体供給路と液体供給路をノズル本体先端に開口する混合流体噴射穴（噴口）に面した気液混合部で合流させ、かつ、
　前記ノズル本体の先端側の外面から１本のＪ形状の衝突用ピンを突設し、該衝突用ピンは軸線方向に延在する脚部と、該脚部の先端から前記混合流体噴射穴に向けて折り返す衝突部を備え、該衝突部に前記混合流体噴射穴から噴射する混合流体が衝突して超音波が発生し、該超音波で衝突した液滴が微粒化される超音波二流体ノズルを駆動源としている。

　本発明の植物栽培装置で用いる前記二流体ノズルは養液と空気と混合した霧の平均粒子径を５～１０μｍに小さくできるとともに噴霧量を２～３リッター／時間と多くできる。また、該二流体ノズルを前記のようにオリフィスを設けていない構造とすることで、目詰まりが発生しにくい構造となり、かつ、ノズル本体から噴射した霧を衝突用ピンで衝突させることで平均粒径を５～１０μｍのドライフォグとすることができる。

　即ち、本発明の前記二流体ノズルでは、気体供給路および液体供給路の途中に流路断面積を小さくしたオリフィスを設ける代わりに、ノズルの噴口に面する気液混合部に向けて流路断面積を縮小しているため、流体圧を次第に高めることができる。このように、流路に横断的なオリフィスを設けていないため、オリフィスを挟む流路が拡大せず、乱流が発生する部分がない。その結果、気体供給路および液体供給路の内周面に流体中の異物が付着し、それが堆積して目詰まりが発生するのを低減、防止できる。

　さらに、前記二流体ノズルは衝突用ピンをノズルから突設しているため、ノズルの噴口から噴射する混合流体を衝突用ピンの衝突面に衝突させて、超音波振動を発生させ、噴射された液滴を微細化することができる。このように、ノズルから噴射した液滴をさらに微細化することにより、噴霧中の粗大粒子の微細化能力を高めることができる。
　前記衝突用ピンの脚部の軸直角断面形状は、前記ノズルの中心軸線方向に向けて収斂する流線形状または三角形とし、該衝突用ピンの折り返した先端に向けて拡径した形状としていることが好ましい。前記構成とすると、衝突用ピンの脚部および衝突部に液滴が付着するのを低減、防止できる。

　本発明の植物栽培装置で用いる前記制御装置は、前記ノズルからの霧の噴霧量および流速と、前記栽培ボックスの容積と、前記栽培ボックス内の湿度との相関関係を予め測定したデータに基づいて、前記栽培ボックス内を前記湿度範囲となるように霧噴霧量を設定して供給するものであり、
　かつ、前記栽培ボックスの長手方向の一端側の内面に前記ノズルを設置して他端側に向けて噴射させ、該噴射により栽培植物の根部に揺動を与え、かつ、前記一端側から他端側にかけて上向きに傾斜させた傾斜板を栽培ボックスの内面と隙間をあけて配置していることが好ましい。

　また、栽培ボックスには、前記ノズル設置側と対向する他端側の内面にファンを設置し、前記ノズルからの噴霧が傾斜板の上面に沿って他端へと流通した後に他端で下向きに向きをかえて前記傾斜板の下面に沿って循環させる構成としていることが好ましい。
　即ち、栽培ボックスが大型ボックスであると、ボックス内部で霧を均等に充満させるには噴霧する霧に所要の流速を付与する必要がある。よって、栽培ボックスが大型であると、ファンを設置して霧に所要の流速を付与して測定している。なお、栽培ボックスが比較的小型で供給する霧の流速で栽培ボックス内に霧を均等に充満されることができれば、ファンは必須ではない。また、栽培ボックスが大型であっても、ノズルの設置個数を増やすとファンは必須ではない。

　前記栽培ボックスの上面開口を、栽培植物の根部と地上部との境界をフロート支持する支持材で閉鎖して前記中空部を形成している。
　前記ノズルからの噴霧は間欠的または連続的に自動または手動のオン・オフの切り替え操作で行う構成としていることが好ましい。
　さらに、前記栽培ボックスの底部に滞留した養液の残留を養液槽に回収し、新しい養液と混合して再噴霧養液としていることが好ましい。

　本発明の植物栽培装置では、サラダナ、リーフレタス、ベビーリーフ、ミズナ、大葉、ケーキキャベツ、ハーブ、バジルなどの葉菜、トマト、イチゴ、メロン、マンゴーなどの果菜、ジャガイモ、ラディッシュなどの根菜、豆、粟、麦、稲等の穀物等の栽培が可能であり、花卉類を栽培することもできる。

　本発明の植物栽培装置では、栽培植物の根部を垂れ下げる栽培ボックスの中空部内に、平均粒径が５～１０μｍのドライフォグを２～３リッター／時間の噴霧量で噴霧できるノズルを用いて霧栽培を行うため、栽培ボックス内でのノズル１個当たりの容積を最大６ｍ³まで大きくしながら、湿度９５％の状態に保持できる。よって、密植や連作が可能なため、栽培植物を大量かつ迅速に生育でき、営農用の栽培装置として好適に用いることができる。

（Ａ）は本発明の実施形態の植物栽培装置の栽培ボックスの一例を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線の拡大断面図である。植物栽培装置の全体の斜視図である。前記栽培ボックスの表面に配置して栽培植物を支持する支持材を示す平面図である。栽培ボックスと霧供給装置の関係を示す図面である。前記栽培ボックス内に設置するノズルを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。（Ａ）は図５（Ｂ）のＡ－Ａ線断面図、（Ｂ）は図５（Ｂ）のＢ－Ｂ線断面図である。（Ａ）～（Ｃ）は測定条件を変えて測定した結果を示す表である。前記測定試験の結果を示すグラフである。

　以下、本発明の植物栽培装置の実施形態を図面を参照して説明する。
　植物栽培装置は図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、上面開口の直方体状の栽培ボックス１を備えている。各栽培ボックス１の大きさは多数の栽培植物Ｐを長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗに一定間隔をあけて栽培できる大きさとしている。本実施形態の栽培ボックス１は、長さＬが６ｍ、幅Ｗが１ｍ、高さＨが０．４ｍであり、よって、栽培ボックス１の中空部の容積は２．４ｍ³である。

　複数の栽培ボックス１は図２に示すように、搭載用フレーム１０に上下複数段に搭載して１つのユニットＵとし、植物工場内、ビニールハウス、あるいは屋外に複数ユニットを設置している。なお、家庭で庭やベランダに設置してもよい。

　栽培ボックス１の上面開口１ｈを支持材２で閉鎖し、栽培ボックス１の内部に略密閉された中空部３を形成している。支持材２は発泡スチロールからなる基板２０と、該基板２０の上面に固着する遮熱板２１からなる。図３に示すように、前記支持材２に植付穴２２を所要間隔をあけて千鳥配置状に設け、該植付穴２２に図１（Ｂ）に示すように、栽培植物Ｐを植え付けたスポンジ材４を押し込んで支持材２で支持し、中空部３内に支持材２でフロート支持された栽培植物Ｐの根部Ｐｒを垂れ下げている。本実施形態では１台の栽培ボックス１の支持材２に植付穴２２を１６８個設け、１６８株植えるようにしている。
　支持材２に予め設ける植付穴２２は、植物の種類、同一種類でも成長時の大きさに応じて、長さ方向Ｌと幅方向Ｗの配列を変えて、植付穴２２の間隔を相違させている。

　前記栽培ボックス１の容積が２．４ｍ³の中空部３を囲む図１中で左側壁１ｂの内面の幅方向Ｗの略中央位置に、１個の噴霧用のノズル５を取り付けている。該ノズル５は図５および図６に示す二流体ノズルとし、肥料を水により所要倍率で希釈した養液を空気と混合して平均粒径５～１０μｍのドライフォグの霧Ｍを噴霧できるスプレーノズルである。

　前記ノズル５は圧力空気供給管７ｂとサクションチューブからなる養液供給管７ａを接続している。圧力空気供給管７ｂから導入する空気により養液供給管７ａから養液を吸引し、ノズル本体５ａの内部で混合し、ノズル本体５ａの先端に設けた噴口５ｂから噴射している。該噴口５ｂと対向位置の外部に噴口からの噴霧が衝突して超音波振動を発生させる衝突用ピン５１からなる外部衝突部材を有する構成とし、超音波振動で粒子をより微細化している。該二流体ノズル５は２～３リッター／時間で平均粒子径５～１０μｍの超微細な霧の噴霧が行えるノズルである。

　本発明で用いる前記ノズル５の構造を図５（Ｂ）および図６（Ａ）（Ｂ）に基づいて詳述する。
　ノズル５は中心軸線Ｏを軸線とする内筒５２と外筒５３を備え、内筒５２の中空部を気体供給路５４とし、内筒５２と外筒５３の間に液体供給路５５を設けている。
　内筒５２の一端開口を気体供給路５４の流入口とし、他端に気体噴射穴５４ｂを設けている。図５（Ｂ）に示すように、気体供給路５４では、流入口から気体噴射穴５４ｂにむけて流路断面積を減少し、所要圧力で流入する空気Ａの圧力を高めているが、気体噴射穴５４ｂに達するまでの気体供給路５４にオリフィスを設けていない。

　前記内筒５２と外筒５３との間に設ける液体供給路５５に外筒５３の外周面に開口した流入口５５ｃから、肥料を水により希釈した養液からなる液体Ｑを導入している。該環状の液体流路５５の軸直角方向の流路断面積は、先端側の気液混合部５８に向けて漸次縮小させ、該液体供給路５５の流路途中にもオリフィスを設けていない。なお、液体の流入口を外筒外周面に設けず、外筒の軸線方向の先端に設けてもよい。

　前記外筒５３の先端中央に混合流体噴射穴からなる噴口５ｂを設けている。該噴口５ｂの中心線と前記気体噴射穴５４ｂとを中心軸線Ｏ上に位置させている。この噴口５ｂと気体噴射穴５４ｂとの間に軸線方向に所要の寸法をあけ、この空間部分を前記気液混合部５８としている。

　前記気液混合部５８の中心に、気体噴射穴５４ｂより空気Ａが噴射されると共に、該噴射される空気Ａにより、外周の液体流路５５より液体Ｑを効率よく吸引させるようにしている。このように、空気Ａと液体Ｑを気液混合部５８内で衝突混合し、混合流体を噴口５ｂより外部に噴射している。

　さらに、前記　外筒５３の先端側の外面から１本のＪ形状の衝突用ピン５１を突設し、該衝突用ピン５１に噴口５ｂから噴射する混合流体を反発させた混合流体と噴射混合流体を衝突させて超音波振動を発生させ、該超音波振動により噴射する混合流体の液滴を更に微細化している。

　前記衝突用ピン５１は、外筒５３の先端中央に設ける噴口５ｂを囲む外周位置から突設している。
　衝突用ピン５１は軸線方向に延在する脚部５１ａと、脚部５１ａの先端から湾曲して噴口５ｂに向けて折り返す衝突部５１ｂを備え、図６（Ｂ）に示すように、衝突部５１ｂの先端はフラットな衝突面５１ｃとしている。該衝突部５１ｂの中心はノズル中心軸線Ｏ上に位置し、噴口５ｂと同一軸上に配置すると共に該噴口５ｂとの間に所要寸法をあけている。この寸法は、噴口５ｂから噴射する混合流体が衝突部５１ｂの衝突面５１ｃに衝突して超音波を発生させ、該超音波で衝突した液滴が微粒化できる寸法としている。

　また、衝突用ピンの脚部５１ａの軸直角断面形状は、図６（Ａ）に示すように、ノズル中心軸線Ｏの方向に向けて収斂するように傾斜させた三角形状としている。該傾斜角度は３５度以下とすることが好ましい。このように、液滴が飛散してくる側を収斂した形状とすることで脚部５１ａに液滴が付着しにくいようにし、また、液滴が付着しても背面側へとスムーズに流れていくようにしている。

　さらに、衝突用ピンの脚部５１ａから折り返し状に設ける衝突部５１ｂは図６（Ｂ）に示すように、衝突面５１ｃに向けて拡径した形状とし、該先端衝突面５１ｃを平坦なフラット面としている。
　前記のように、衝突部５１ｂは先端の衝突面５１ｃに向けて拡径することで、衝突面５１ｃに衝突した液滴が衝突部５１ｂの外周面に付着しにくくしている。また、衝突面５１ｃを大きくすることで、噴口５ｂから噴射する混合流体中の粗大な液滴をできるだけ衝突させて微細化している。　

　図４に示すように、栽培ボックス１の側壁１ｂに取り付ける前記ノズル５から対向する側壁１ｃに向けてドライフォグを噴霧し、これにより栽培ボックス１の左右両側壁１ｂと１ｃとの間に配列した栽培植物Ｐの根部Ｐｒにドライフォグを直接に吹き付け、根部Ｐｒを揺らせると共に養液の液滴を根部Ｐｒに接触させて養液を吸収させている。

　また、栽培ボックス１の中空部３内の下部に、図１および図４に示すように、ノズル５の設置側の側壁１ｂ側のノズル５の下部から側壁１ｃ側に向けて上向きに傾斜する傾斜板８を配置している。傾斜板８の長さは栽培ボックス１の長さＬより若干短くし、傾斜板８の長さ方向の両端と栽培ボックス１の側壁１ｂ、１ｃの内面との間にそれぞれ循環流発生用の隙間９Ａ、９Ｂを設けている。これにより、ノズル５から噴射するドライフォグの霧Ｍが傾斜板８の上面に沿って流れた後に循環流発生用の隙間９Ａを通って傾斜板８の下面側へと流れ、循環流発生用の隙間９Ｂから傾斜板８の上面側へと流れ、傾斜板８を挟んで循環できるようにしている。

　さらに、前記側壁１ｃ側で且つ前記傾斜板８の下部にファン１１を設置し、傾斜板８の上方を流れる霧Ｍを下方側へ還流させ、霧Ｍが傾斜板８を囲んで栽培ボックス内を循環するようにしている。かつ、この栽培ボックス１内を循環する霧Ｍに所要の流速、本実施形態では０．７ｍ／ｓ以上の流速を付与している。

　前記ノズル５からの噴霧の開始および停止は、栽培ボックス１の外部に配置した制御装置で自動的に行い、前記圧力空気供給管７ｂへの空気の供給と停止を図３に示すように、電磁開閉弁４３を開閉して行っている。
　詳細には、コンプレッサー４２にエアータンク４６を介在させて接続した配管４５と前記圧力空気供給管７ｂとを電磁開閉弁４３を介して接続し、該電磁開閉弁４３を制御装置８１からの信号で間欠的に開閉している。
　養液供給側では、液肥タンク４７にポンプ４８を介在させて接続した配管４９を供給液タンク３０の内に配置したフロート弁３１と接続している。供給液タンク３０内のフロート弁３１は供給液タンク３０内に貯溜する養液に浮上させ、設定量以下となるとポンプ４８を駆動して配管４９から養液を供給液タンク３０に供給するようにしている。

　さらに、栽培ボックス１に設けた排液口３４から栽培ボックス１内で結露した養液を排出し、該排出した養液を供給液タンク３０で受け止めて回収している。該供給液タンク３０に前記養液供給管７ａとなるサクションチューブを垂下し、その下端にストレーナ３２を取り付け、ノズル５内を流れる空気で養液をストレーナ３２を通して吸い上げている。

　前記のように、電磁開閉弁４３をオン・オフ制御し、または、コンプレッサー４２をオン・オフにして、ノズル５からの噴霧を開始および所要時間後に停止して、栽培ボックス１内の湿度を９５％以上１００％以下の範囲で設定した湿度となるように保持している。

　前記ノズル５からの噴霧量は、栽培ボックスの容積、噴霧量、噴霧速度および栽培ボックス内の湿度の相関関係を予め測定しておき、該測定したデータに基づいて、栽培ボックス１内の湿度を９５％以上１００％以下となるに必要な前記ノズル５からの１日の噴霧量を求めている。この求めた噴霧量に応じて、前記制御装置８１から電磁開閉弁４３に開閉信号を送付して、間欠噴霧または連続噴霧を行っている。

　「栽培ボックスの長さ、ファン台数、温度、湿度、流速の相関関係の測定試験」
　栽培ボックス１として、長さＬを９ｍとし、幅Ｗを１ｍ、高さＨを０．４ｍで容積が３．６ｍ³の試験用栽培ボックスを用いた。該栽培ボックス１内の長さ方向の一端内面にノズル５を設置し、他端側にファン１１を設置した。ノズル５は、平均粒子径５～１０μｍの霧を２．４リッター／時間とし噴霧できる能力を有するものである。

　測定条件は、図７の表（Ａ）～（Ｃ）に示す条件１～３に変えて行った。各条件１～３はファンの設置台数を変えた。ノズル５から噴霧量２．４リットル／時間で連続噴霧した。

　前記測定実験による栽培ボックス１内の湿度変化を図８に示す。噴霧を連続噴霧して、噴霧量を２．４リッター／時間としたため、ノズル位置から５．４ｍ位置での湿度を９９％および９８％に出来ると共に、９ｍの位置での湿度を９７％以上にできた。
　かつ、ファンの設置台数を増加するとボックス内の湿度を高めることができることがわかった。
　よって、栽培ボックス１の長さを９ｍで、容積が３．６ｍ³の中空部に、１個のノズルからの噴霧量を２．４リッター／時間とすると、栽培ボックス１内の湿度を確実に９７％以上とすることができることが確認できた。

　前記構成とした植物栽培装置では、栽培ボックス１の上面開口を支持材２で閉鎖して、中空部３を略密閉し、該中空部３の上方に配置する支持材２に長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗに一定間隔をあけて設けた植付穴２２に栽培植物Ｐを植え付けたスポンジを嵌合し、該栽培植物Ｐの根部Ｐｒを中空部３内に上方から垂れ下がった状態としている。
　２．４ｍ³の容積の中空部３内に、ノズル５から２～３リッター／時間で養液を供給することで中空部３内を湿度９５％以上１００％以下に保持している。
　詳細には、ノズル５から噴射する霧Ｍの噴射圧およびファン１１から供給する風により０．７ｍ／ｓ以上の速度で霧Ｍを、傾斜板８の上面側に沿ってノズル５の設置側の側壁１ｂから対向する側壁１ｃ側へと流し、ついで、ファン１１で吸引されて、傾斜板８の下面側で側壁１ｃ側から側壁１ｂ側へと流している。このように、中空部３内で霧Ｍを滞留させずに循環流として、栽培植物Ｐの根部Ｐｒを揺らせながら霧Ｍを接触させて、養液を根部Ｐｒに吸収させている。

　特に、ノズル５から噴霧の平均粒子径を５～１０μｍの超微細な霧であるドライフォグとしているため、水滴として凝集して落下するのを防止でき、大型の栽培ボックス１内を湿度９５％以上１００％以下の近飽和状態に保持することができる。このように微細化した養液の霧とすることで、栽培植物が養液を吸着しやすくし、同時に空中の酸素、窒素の触取も容易に行えるようにしている。かつ、近飽和状態を維持することができるため、栽培植物が常時養液を吸着することで、栽培植物の成長を促進させて経済的な営農を可能にしている。
　かつ、中空部内に養液を含む霧を充満させることで、養液を無駄なく植物に吸収させることができるため、肥料および水の供給量を低減でき、密植栽培や連作を忌避する植物の栽培も可能にでき、コストの低減を図ることができる。かつ、養液や水の貯留設備、配管設備を簡素化でき、設備コストも低減できる。

　特に、前記二流体用のノズル５は、気体供給路５４は流入口から気体噴射穴５４ｂに達するまでオリフィスを設けていないため、目詰まりの発生を防止できるとともに、乱流が発生せず、かつ、気体供給路５４に面した角部もないため、圧力空気Ａに含まれる異物が気体供給路５４の内周面や角部に付着するのを防止できる。よって、気体供給路５４に目詰まりが発生するのを低減、防止できる。
　液体供給路５５側も同様で流入口５５ｃから気液混合部５８に達するまで、オリフィスを設けていないため、液体Ｑは気液混合部５８に達するまで乱流は発生しない。よって、液体Ｑに含まれる異物が液体供給路５５を囲む内周面に付着して目詰まりが発生するのを低減、防止できる。

　また、気液混合部５８へ向けて液体流路５５および気体供給路５４ともに流路断面積を漸次縮小しているため、液圧を漸次高めることができる。すなわち、流路に横断的に設けるオリフィスを設けていないが、オリフィスと同様に圧力を高める機能を備える。かつ、気液混合部５８の中央に噴射する空気Ａによる吸引力が液体Ｑに作用し、液体Ｑを気液混合部８に高速で流入させて空気Ａと衝突混合させ、これにより液滴の微粒化を図ることができる。

　さらにまた、ノズル５では、衝突用ピン５１を突設して噴射する気液混合流体を衝突させて超音波振動を発生させ、この超音波振動で液滴を微細化している。かつ、衝突用ピン５１自体に液滴が付着しないようにしているため、衝突用ピン５１に付着した液滴が、そのまま吹き飛ばされて粗大粒子が噴霧される不具合の発生を防止できる。
　このように、超音波振動で噴射する液滴を微細化しているため、粗大粒子が噴霧されず、粗大粒子の噴霧による効率悪化を防止できる。

　本発明は前記実施形態に限定されず、栽培ボックス１の容積を増大する場合、ノズル５の設置個数、ファン１１の設置個数を増加させ、栽培ボックス１内の湿度が９５％以上に保持できるようにしている。
　栽培ボックス１の長さが大となると、長さ方向の中間位置の両側壁または上面に下流側に向けて噴霧するノズル５を配置している。いずれの場合も、栽培ボックス１内の中空部に、容積６ｍ³当たり１個のノズル５を設置している。

　また、栽培ボックス１の上面開口を塞ぐように被せる支持材２に設ける植付穴２２は植物の種類や成長時の大きさに応じて配置を変えたり、間隔を変えることが好ましい。
　さらに、栽培植物を植え付ける栽培ボックスの上面の形状を三角形状、両側に階段を設けた形状としてもよい。このように、高低差を設けると栽培植物に均等な光量（屋外栽培やビニルハウス内では太陽光、植物工場内では照明光）を付与することができる。

　さらに、本発明で用いる二流体ノズルは、前記図５および図６に示すノズルに限定されず、目詰まりが発生しやすいオリフィスをノズル本体内の流路に設ける代わりに流路を噴射側に向けて次第に縮小して流体圧を高め、かつ、噴口から噴射した噴霧を衝突用ピンに衝突させて微細化する構成であれば好適に用いられる。

　１　栽培ボックス
　２　支持材
　５　ノズル
　８　傾斜板
２２　植付穴
　８１　制御装置
　Ｐ　栽培植物
　Ｐｒ　根部
　Ｍ　養液を含む霧

Claims

　栽培植物の根部が下垂する中空の栽培ボックス内に、養液をレーザー法での測定値で平均粒子径５～１０μｍの霧として噴霧すると共に噴霧量が２～３リッター／時間であるノズルを備え、
　前記栽培ボックスの内容積がノズル１個当たり最大６ｍ³の割合となるように、該栽培ボックスの形状に応じて前記ノズルの個数および配置位置を設定し、かつ、該ノズルから噴霧で前記栽培ボックス内の湿度が９５％以上１００％以下となるように前記ノズルを制御する制御装置を備えていることを特徴とする植物栽培装置。
　前記ノズルとして二流体ノズルを用い、該二流体ノズルはノズル本体の気体供給路および液体供給路にはいずれも供給路途中に流路断面積を縮小したオリフィスを設けず、噴射噴側に向けて流路断面積を縮小して流体圧を高め、かつ、該気体供給路と液体供給路をノズル本体の先端に開口する混合流体噴射穴に面する気液混合部で合流させ、かつ、
　前記ノズル本体の先端側の外面から１本のＪ形状の衝突用ピンを突設し、該衝突用ピンは軸線方向に延在する脚部と、該脚部の先端から前記混合流体噴射穴に向けて折り返す衝突部を備え、該衝突部に前記混合流体噴射穴から噴射する混合流体が衝突して超音波が発生し、該超音波で衝突した液滴が微粒化される超音波二流体ノズルを駆動源とする項１に記載の植物栽培装置。
　前記制御装置は、前記ノズルからの霧の噴霧量および流速と、前記栽培ボックスの容積と、前記栽培ボックス内の湿度との相関関係を予め測定したデータに基づいて、前記栽培ボックス内を前記湿度範囲となるように霧噴霧量を設定して供給するものであり、
　かつ、前記栽培ボックスの長手方向の一端側の内面に前記ノズルを設置して他端側に向けて噴射させ、該噴射により栽培植物の根部に揺動を与え、かつ、前記一端側から他端側にかけて上向きに傾斜させた傾斜板を栽培ボックスの内面と隙間をあけて配置している請求項１または請求項２に記載の植物栽培装置。
　前記栽培ボックス内には、前記ノズルを設置側と対向する他端側の内面にファンを設置し、前記ノズルからの噴霧が傾斜板の上面に沿って他端へと流通した後に他端で下向きに向きをかえて前記傾斜板の下面に沿って循環させる構成としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の植物栽培装置。