WO2015037163A1 - 水耕栽培装置及び水耕栽培方法 - Google Patents

Abstract

　水耕栽培装置(1)は、地上部(A)で合成した養分を地下部(B)に蓄積する植物(100)を育成するために地下部(B)に潅水する。水耕栽培装置(1)は、略密閉状態で地下部(B)を収容する空間部(20)と、地下部(B)又は地下部(B)周辺における空間部(20)の水分量を検知するセンサ部(14)と、空間部(20)に外気を導入し、空間部(20)内の温度及び湿度を制御する空調ファン(41)と、外気量又は外気導入時間を調整するように空調ファン(41)を駆動させてセンサ部(14)により検知される水分量を制御する制御部(3)とを備える。

Description

水耕栽培装置及び水耕栽培方法

　本発明は、植物体を育成する水耕栽培装置及び水耕栽培方法に関する。

　土を使わずに植物の根（地下部）を水に浸して植物栽培を行う水耕栽培の開発が進められている。特に根物作物の場合、水耕栽培による育成を良好とするためには、根部の雰囲気条件が重要な要素となる。例えば、根部における高湿により病害を招く場合もあれば、適切な湿度管理により根毛の発達が促進される場合もある。

　水耕栽培に関する技術としては、下記の特許文献１、２が知られている。

　特許文献１には、高湿条件下を実現することにより発根を迅速に促進する方法が記載されている。特許文献２には、根保持部近傍に設けた結露センサの信号により霧化部及び空気制御部を制御して、根近傍の水分を十分な量に保持することが記載されている。

　しかしながら、上述した特許文献１、２に記載された技術は、水耕栽培装置において植物の地下部における環境条件について言及していない。

　また、特許文献１、２に記載された技術は、植物の育成環境として高湿条件とすることが望ましいことが記載されている。したがって、育成環境として高湿状態が望ましくない植物体を育成することに応用することができない。

　そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものである。本発明は、植物の地下部における環境をより良好とすることができる水耕栽培装置及び水耕栽培方法を提供することを目的とする。

特開２０１０－１１０２２５号公報 特開平３－１５３２３号公報

　本発明の第１の態様に係る水耕栽培装置は、地上部で合成した養分を地下部に蓄積する植物を育成するために前記地下部に潅水する水耕栽培装置であって、略密閉状態で前記地下部を収容する空間部と、前記地下部又は前記地下部周辺における前記空間部の水分量を検知するセンサ部と、前記空間部に外気を導入する外気導入部と、前記空間部内の温度及び湿度を制御する空調部と、前記外気導入部から導入する外気量又は外気導入時間を調整するように前記空調部を駆動させて前記センサ部により検知される水分量を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

　本発明の第２の態様に係る水耕栽培装置は、上記第１の態様の水耕栽培装置であって、前記制御部は、前記センサ部により検知した前記水分量が第１所定値になった場合には、前記空調部を駆動させて、前記第１所定値よりも少ない第２所定値になるまで前記外気導入部から前記空間部に導入する外気量又は外気導入時間を調整することを特徴とする。

　本発明の第３の態様に係る水耕栽培装置は、上記第１又は第２態様の水耕栽培装置であって、前記外気導入部は、前記空間部に設けた開口部を備えることを特徴とする。

　本発明の第４の態様に係る水耕栽培方法は、地上部で合成した養分を地下部に蓄積する植物を育成するために前記地下部に潅水する水耕栽培方法であって、前記地下部を栽培するために略密閉状態で前記地下部を収容する空間部において、前記地下部又は前記地下部周辺の水分量を検知し、前記空間部に外気を導入する外気導入部から導入する外気量又は外気導入時間を調整して、前記水分量を制御することを特徴とする。

本発明の実施形態として示す水耕栽培装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態として示す水耕栽培装置の他の構成を示す断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

　本発明を適用した水耕栽培装置１は、例えば図１乃至図３に示すように構成されている。この水耕栽培装置１は、植物体１００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１は、植物体１００の根１０１、１０２（地下部Ｂ）に液体を供給して、植物体１００を栽培する。本実施形態として示す水耕栽培装置１は、地上部Ａで合成した養分を地下部Ｂに蓄積する植物、例えば根物作物を育成するものについて説明する。この根物作物としては、例えば図１に示す植物体１００としてのオタネニンジン（朝鮮人参、高麗人参）が挙げられる。この植物体１００において、本実施形態では、例えばオタネニンジンを示すが、これに限定したものではない。また、本実施形態では植物体１００に液体を供給するものについて説明するが、当該液体としては、水や水に栄養分を加えた培養液を含む。

　図１に示す水耕栽培装置１は、主根１０１と側根１０２とを有する植物体１００を育成する。水耕栽培装置１は、支持部１１（１１ａ，１１ｂ）と、主根潅水部（１２、１３）と、側根潅水部（３０、３１、３２、３３）と、制御部３とを有する。

　支持部１１は、植物体１００を支持する。この支持部１１は、蓋部１１ａと貫通部１１ｂとを有する。この支持部１１は、植物体１００の主根１０１を側部から支持する。図１の水耕栽培装置１において、支持部１１は、例えば蓋部１１ａの中心位置に貫通部１１ｂを持つ円柱状のスポンジが使用可能である。これにより支持部１１は、スポンジと植物体１００の摩擦力で植物体１００を支持する。

　なお、植物体１００を支持できるものであれば、地上部をひも状のもので吊るなど、支持部１１の手段は問わない。なお、この蓋部１１ａには、複数の貫通部１１ｂが設けられていてもよい。

　支持部１１によって支持されている植物体１００は、主根１０１の上端が蓋部１１ａから露出している。主根１０１の上端からは、上方に向けて植物体１００の茎及び葉１０３が延びている。水耕栽培装置１の上方には光源２が設けられている。この光源２は、例えば複数のＬＥＤからなる。茎及び葉１０３は、光源２から発せられた光Ｌを受けて光合成を行うことが可能となる。

　この支持部１１は、栽培槽３０の上方に支持部１１を配置している。この支持部１１は、植物体１００の主根１０１を貫通部１１ｂによって支持している。これにより、水耕栽培装置１は、地下部Ｂを栽培するために略密閉して地下部Ｂを収容する空間部２０を形成している。

　主根潅水部は、栽培槽３０内の空間部２０に向けて主根１０１に霧状に液体（ミスト）１３ａを噴霧することにより主根１０１（地下部Ｂ）への潅水を行う。主根潅水部は、取付部１２、及び、噴霧部１３を有する。

　取付部１２は、栽培槽３０の内壁に設けられる。例えば取付部１２は、栽培槽３０の四方端から中央に向けて液体１３ａを噴霧する構成であってもよい。また、取付部１２は、噴霧部１３が主根１０１に液体１３ａを供給できれば栽培槽３０における任意の高さ位置に設けられていればよい。取付部１２には、一又は複数の噴霧部１３が取り付けられる。

　噴霧部１３は、霧状の液体１３ａを噴霧する。噴霧部１３は、図示しない液体供給配管と接続されている。噴霧部１３は液体供給配管から供給された液体１３ａを霧状（ミスト状）にして、ノズル部から噴射する。

　この噴霧方式としては、高圧気体を使用した霧吹きタイプや、超音波ミストなどが挙げられる。さらに、２流体方式のミストによるものが望ましいが、１流体方式のミストでもよい。さらにそれ以外のＮＦＴ、ＤＦＴによるものでも構わない。なお、潅水をＮＦＴ、ＤＦＴにより行う場合、必ずしも空間部２０を略密閉系にする必要はないが、地下部Ｂの状態の安定化のために略密閉系とすることが望ましい。

　さらに、空間部２０には、水分量を検知するセンサ部１４が設けられている。本実施形態において、センサ部１４は、支持部１１の地下部Ｂ側に取り付けられている。なお、センサ部１４は、空間部２０内の壁面、床面、天井面（支持部１１の底面）に設けられていてもよい。さらに、センサ部１４は、空間部２０内、支持部１１、又は、植物体１００自身の少なくとも一つに設けられていればよい。すなわち、センサ部１４は、地下部Ｂ又は地下部Ｂ周辺における空間部２０の水分量を検知できればよい。センサ部１４によって検出された水分量は、制御部３に供給される。

　さらに、栽培槽３０には、空調ファン４１が設置されている。空調ファン４１は、栽培槽３０における空間部２０に空気を導入する（空気導入部）。さらに、空調ファン４１は、制御部３によって制御される。これにより、空調ファン４１は、空間部２０内の温度及び湿度を制御する空調部としても機能する。

　なお、図１は空調ファン４１を備えた一例を示したが、これに限るものではない。例えば、図１に示すように単純に空間部２０の周辺の外気を導入してもよく、コンプレッサとエアドライヤなどを用いて、ドライエアを空間部２０に供給してもよい。

　制御部３は、水耕栽培装置１によって植物体１００を栽培するための制御を実施する。制御部３は、例えば、水耕栽培装置１に付属した制御機器であってもよい。また、制御部３は、ユーザのパーソナルコンピュータや携帯端末等であってもよい。更に、制御部３は、単一の水耕栽培装置１及び光源２のみならず、多数の水耕栽培装置１及び光源２と接続されていてもよい。

　制御部３は、予めメモリに各噴霧部１３の噴霧間隔及び噴霧時間を表すデータを記憶している。そして制御部３は、図示しないタイマによって計時されている時刻に基づいて噴霧間隔となったことを判定する。これに応じ、制御部３は、予め設定されている噴霧時間に亘って各噴霧部１３から噴霧を行わせる。これにより、制御部３は、所望の噴霧部１３から、所定の噴霧間隔、噴霧時間に亘り、液体１３ａを主根１０１に与えることができる。

　側根潅水部は、側根１０２を液体１１０に浸すことにより側根１０２への潅水を行う。側根潅水部は、栽培槽３０、液体導入流路３１、液体排出流路３２、及び、循環ポンプ３３を有する。

　栽培槽３０には、液体導入流路３１から導入された液体３１ａを蓄える。栽培槽３０は、主根１０１から伸びる側根１０２を浸す容量以上の液体１１０を蓄える。また、栽培槽３０は、側根１０２への潅水を行う液体面が主根１０１の下端よりも下方に位置するよう液体１１０の容量が調整されている。これにより液体面が主根１０１へ触れてしまうことによる細根の発生及び主根１０１の腐敗などを抑制する。

　液体導入流路３１には、側根１０２を浸している液体１１０を循環させる循環部としての循環ポンプ３３が接続されている。この循環ポンプ３３は、制御部３の制御に応じて回転数が調整される。循環ポンプ３３の回転数を調整することにより、液体導入流路３１から栽培槽３０に導入される液体３１ａの量及び液体排出流路３２から排出される液体３２ａの量を調整できる。

　これにより、栽培槽３０における液体１１０の循環量が調整される。この循環量は、主根潅水部によって主根１０１に潅水を行う量よりも多くするよう調整される。これにより、水耕栽培装置１は、主根１０１へ供給する液体量よりも多い液体量によって側根１０２への潅水を行う。なお、栽培槽３０の液体１１０を循環させる構成としては、循環ポンプ３３のみならず、栽培槽３０を傾ける手段などであってもよい。

　更に、制御部３は、光源２と接続されている。光源２は、制御部３によって地上部Ａに対する照射時間等が調整される。

　更に、制御部３は、空間部２０における物理量（温度、湿度（水分量）を含む）を適切な範囲に制御する。このために、制御部３は、外気導入部(センサ部１４)から導入する外気量又は外気導入時間を調整する。このために、制御部３は、空調部（センサ部１４）を駆動させる。これにより、制御部３は、センサ部１４により検知される水分量を制御する。

　水分量の制御のための外気量又は外気導入時間は、栽培する植物体１００の種類等によって異なる。具体的には、植物体１００によって必要な噴霧部１３による潅水量が異なり、さらに、植物体１００が育成するために適切な地下部Ｂ又は地下部Ｂ周囲の水分量が異なる。

　したがって、制御部３は、予め設定された植物体１００への潅水量、適切な水分量によって外気量及び外気導入時間を制御する。これにより、制御部３は、センサ部１４を駆動させて、空間部２０内を適切な水分量に調整する。

　以上のように、この水耕栽培装置１は、地上部Ａで合成した養分を地下部Ｂに蓄積する植物体１００において地下部Ｂに潅水する。そして、水耕栽培装置１は、空間部２０によって、地下部Ｂを栽培するために略密閉状態で地下部Ｂを収容する。その状態で、センサ部１４によって、水耕栽培装置１は、地下部Ｂ又は地下部Ｂ周辺における空間部２０の水分量を検知する。さらに水耕栽培装置１は、空調ファン４１を備えることによって、空間部２０に外気を導入する外気導入部と、空間部２０内の温度及び湿度を制御する空調部とを有する。水耕栽培装置１は、外気導入部から導入する外気量又は外気導入時間を調整するように空調ファン４１を駆動させてセンサ部１４により検知される水分量を制御する。

　これにより、水耕栽培装置１は、植物体１００の地下部Ｂにおける環境をより良好とすることができる。例えば、水耕栽培装置１は、支持部１１によって空間部２０が略密閉状態であっても、空間部２０における湿度が高まることを抑制できる。これにより、地下部Ｂ及び地下部Ｂの周囲が過湿状態になることを抑制できる。

　さらに、水耕栽培装置１は、空間部２０内の空調のために空調ファン４１を設けている。これにより水耕栽培装置１は、効率的に空間部２０における過湿状態を抑制できる。

　上述した水耕栽培装置１において、制御部３は、空間部２０における水分量を所定量を超えないように制御することが望ましい。このために、制御部３は、センサ部１４により検知した水分量が第１所定値になったか否かを判定する。制御部３は、センサ部１４により検知した水分量が第１所定値になった場合に、空調ファン４１を駆動させる。制御部３は、センサ部１４により検出した水分量が、第１所定値よりも少ない第２所定値になったかを判定する。制御部３は、センサ部１４により検出した水分量が第２所定値となるまで空調ファン４１から導入する外気量又は外気導入時間を調整する。

　この第１所定値は、植物体１００を育成するときにおいて、植物体１００にとって過湿状態となることを防ぐための空間部２０の水分量である。第２所定値は、植物体１００を育成するために好ましい空間部２０の水分量である。この第１所定値及び第２所定値は、植物体１００ごとによって異なる。したがって、水耕栽培装置１は、例えば植物体１００の育成者の操作等によって、植物体１００に応じた第１所定値及び第２所定値が設定される。

　なお、制御部３は、噴霧部１３による潅水を停止しているタイミングで空調ファン４１を駆動させて外気を導入することが望ましい。これにより、水耕栽培装置１は、植物体１００への潅水状態を安定させることができる。すなわち、外気が空間部２０に導入されることによってミスト状の液体１３ａが飛散することを抑制できる。

　さらに、水耕栽培装置１は、シャッタ機構を設けてもよい。このシャッタ機構は、ミスト状の液体１３ａが飛散することを抑制するため、外気が直接液体１３ａや地下部Ｂに当たることを遮るように構成される。これにより、空調ファン４１を駆動させることによる空間部２０内の外気の流出を抑制することができる。

　このような水耕栽培装置１によれば、空間部２０内の水分量が第１所定値となった場合に第２所定値となるよう制御できる。これにより、この水耕栽培装置１は、制御部３の制御によって空間部２０の水分量が第２所定値となるように空調ファン４１を制御できる。したがって、この水耕栽培装置１によれば、空間部２０内が過湿状態なることを精度良く抑制することができる。

　さらに、この水耕栽培装置１において、図２に示すように、空間部２０に開口部４２を設けていてもよい。この開口部４２は、空間部２０の壁面に設けられている。なお、開口部４２は、空間部２０の壁面に限らず、支持部１１に設けられていてもよい。

　このような水耕栽培装置１は、開口部４２から、空間部２０内の水分を含む空気を空間部２０の外に排気する。開口部４２は、自然に空間部２０から水分を排出することができる。したがって、この水耕栽培装置１によれば、空間部２０における水分量が過多となることを抑制できる。

　なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

　特願2013-189512号（出願日：2013年9月12日）の全内容は、ここに援用される。

　本発明によれば、地下部を収容している空間部に外気を導入するので、植物の地下部における環境をより良好とすることができる。

　Ａ　地上部
　Ｂ　地下部
　１　水耕栽培装置
　３　制御部
　１４　センサ部
　２０　空間部
　４１　空調ファン
　４２　開口部
　１００　植物体

Claims (4)

1. 　地上部で合成した養分を地下部に蓄積する植物を育成するために前記地下部に潅水する水耕栽培装置であって、
   　略密閉状態で前記地下部を収容する空間部と、
   　前記地下部又は前記地下部周辺における前記空間部の水分量を検知するセンサ部と、
   　前記空間部に外気を導入する外気導入部と、
   　前記空間部内の温度及び湿度を制御する空調部と、
   　前記外気導入部から導入する外気量又は外気導入時間を調整するように前記空調部を駆動させて前記センサ部により検知される水分量を制御する制御部と
   　を備えることを特徴とする水耕栽培装置。
2. 　前記制御部は、前記センサ部により検知した前記水分量が第１所定値になった場合には、前記空調部を駆動させて、前記第１所定値よりも少ない第２所定値になるまで前記外気導入部から前記空間部に導入する外気量又は外気導入時間を調整することを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 　前記外気導入部は、前記空間部に設けた開口部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水耕栽培装置。
4. 　地上部で合成した養分を地下部に蓄積する植物を育成するために前記地下部に潅水する水耕栽培方法であって、
   　前記地下部を栽培するために略密閉状態で前記地下部を収容する空間部において、前記地下部又は前記地下部周辺の水分量を検知し、
   　前記空間部に外気を導入する外気導入部から導入する外気量又は外気導入時間を調整して、前記水分量を制御すること
   　を特徴とする水耕栽培方法。

Images