WO2015037164A1

WO2015037164A1 - 水耕栽培装置

Info

Publication number: WO2015037164A1
Application number: PCT/JP2014/001137
Authority: WO
Inventors: 宏矢野; あゆみ酒井; さやか加藤
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-03-19
Also published as: EP3045036A4; US20160198652A1; KR20160031013A; JP2015053905A; CN105472976A; EP3045036A1; CN105472976B; EP3045036B1; JP5608799B1; US9992940B2; KR101746358B1

Abstract

　電力を利用して植物体に潅水を行う第１噴霧部(13A)と、水道圧を利用して植物体に潅水を行う第２噴霧部(13B)と、第１噴霧部(13A)によって植物体に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する検知部(52)と、第２噴霧部(13B)を制御する制御部(51)とを有し、制御部(51)は、検知部(52)により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、水道水用開閉弁(72)及び排水用開閉弁(81)を閉状態から開状態に切り替え、第２噴霧部(13B)により植物体に潅水を行う。

Description

水耕栽培装置

　本発明は、植物体を育成する水耕栽培装置に関する。

　空間が閉鎖された閉鎖系の環境制御下において植物の栽培を行う人工光型植物栽培工場の開発が進められている。このような人工光型植物栽培工場では、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方式が主流となっている。

　この水耕栽培方式において、水の循環、照明などの主要な機能の動力源は、主に電力となっている。したがって、短時間の停電であっても植物体に与える影響が大きく、水耕栽培における課題となっている。

　このような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、栽培液溜まりを設けた水耕栽培用ベッドが記載されている。特許文献２には、水の循環が停止した場合に栽培液に酸素を供給する酸素曝気装置が記載されている。

　特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、液体が常時水に浸漬している植物体の部分に潅水することについて考慮されているのみである。例えばミストによって植物体に潅水する水耕栽培において、電力供給が停止した場合については考慮されていない。したがって、ミストが停止すると、植物体の育成について影響を与える可能性がある。

　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。本発明の目的は、電力供給が停止した場合であっても植物体への潅水を維持することができる水耕栽培装置を提供することを目的とする。

特開平8-336337号公報実開昭63-85063号公報

　本発明の第１の態様に係る水耕栽培装置は、栽培槽に支持した植物体に潅水を行う水耕栽培装置であって、電力を利用して前記植物体に潅水を行う第１潅水手段と、水道圧を利用して前記植物体に潅水を行う第２潅水手段と、前記第１潅水手段によって前記植物体に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する電力供給検知手段と、前記第２潅水手段を制御する制御手段とを有し、前記第２潅水手段は、前記水道圧によって供給されて前記植物体に潅水を行うための第１流路に設けられた第１流路開閉部と、前記植物体に潅水された水を外部に排出する第２流路に設けられた第２流路開閉部とを有し、前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第１流路開閉部及び前記第２流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第２潅水手段により前記植物体に潅水を行うことを特徴とする。

　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、前記第１流路に養液を供給する第３流路に設けられた第３流路開閉部を有し、前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第３流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第２潅水手段により養液を含む水を潅水させ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２の態様の水耕栽培装置であって、前記第１流路開閉部、前記第２流路開閉部、前記第３流路開閉部の少なくとも一つが、前記電力供給検知手段と一体化されて構成されてい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装置は、上記第３の態様の水耕栽培装置であって、前記第１流路開閉部、前記第２流路開閉部、前記第３流路開閉部の少なくとも一つが、内蔵型バッテリにより動作するタイマ手段を備え、前記タイマ手段により計時している時刻情報に基づいて前記水道圧によって供給する水又は前記養液を制限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ものである。

　水耕栽培装置１は、植物体１００の主根１０１、側根１０２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、植物体１００として、地上部で合成した養分を地下部に蓄積する植物、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が挙げられる。

　図１に示す水耕栽培装置１は、養液１１０を蓄える栽培槽３０を備える。水耕栽培装置１は、栽培槽３０に植物体１００の主根１０１を支持する支持部１１を有する。水耕栽培装置１は、植物体１００を支持した状態で、植物体１００の主根１０１及び側根１０２に潅水を行う。

　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の上方には照明部２が設けられている。この照明部２は、例えば複数のＬＥＤからなる。茎及び葉１０３は、照明部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。

　植物体１００を支持した状態で、植物体１００の側根１０２は、栽培槽３０の底部に蓄えられた養液１１０に浸漬される。これにより、水耕栽培装置１は、側根１０２を潅水する。

　栽培槽３０には、栽培槽３０における所定の高さに開口が設けられた配管３２が設けられている。養液１１０は、所定高さの水量となると配管３２から貯留漕３１に排出される。この貯留漕３１に貯留された養液１１１は、養液供給ポンプ４１によって取り出される。

　養液供給ポンプ４１は、電源６１から供給される電力を消費して駆動する。養液供給ポンプ４１は、駆動することによって貯留漕３１の養液１１１を配管４２を介して引き込む。養液供給ポンプ４１は、所定の圧力で、配管４３を介して第１噴霧部１３Ａ側に養液１１１を吐出する。

　第１噴霧部１３Ａは、植物体１００の主根１０１に向けて潅水する。具体的には、第１噴霧部１３Ａは、配管４３から供給された養液１１１を霧状（ミスト状）にして、ノズル部から養液１３ａを噴射する。なお、第１噴霧部１３Ａは主根１０１に対して養液を滴下するものであってもよい。

　第１噴霧部１３Ａは、図１においては単一であるが、複数であってもよい。例えば、第１噴霧部１３Ａは、栽培槽３０の四方端から中央に向けて養液１３ａを噴霧する構成であってもよい。また、第１噴霧部１３Ａは、主根１０１に養液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。

　第１噴霧部１３Ａ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。さらにそれ以外の薄膜水耕 (NFT)、湛液型水耕 (DFT)によるものでも構わない。すなわち、潅水を行う栽培方式はこれに限定されない。

　このような水耕栽培装置１は、電源６１からの電力供給が遮断されていない通常栽培時において、電源６１の電力を利用して植物体１００の主根１０１及び側根１０２に潅水を行う。これにより、第１噴霧部１３Ａからミスト状になって噴霧された養液１３ａは、主根１０１に吹き付けられ、余分な養液１３ａが栽培槽３０の底に落ちる。栽培槽３０に蓄えられた養液１１０は、配管３２を介して貯留漕３１に蓄積される。この蓄積された養液１１１は、養液供給ポンプ４１によって再度第１噴霧部１３Ａに供給される。

　なお、この通常栽培時において、水道水用開閉弁７２は閉止状態である。また、通常栽培時において、緊急潅水手段としての第２噴霧部１３Ｂは動作していない。

　さらに、水耕栽培装置１は、電力供給検知手段として検知部５２を有する。検知部５２は、第１噴霧部１３Ａ（第１潅水手段）によって植物体１００に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する。具体的には、検知部５２は、電源６１から養液供給ポンプ４１等に供給している電力に対応した電圧値や電流値を検知する。この検知部５２により検知された電力供給の状態は、制御部５１によって読みとられる。

　さらに、水耕栽培装置１は、電源６１からの電力供給が遮断された緊急時において植物体１００に対して潅水する構成を有している。この構成として、水耕栽培装置１は、第２噴霧部１３Ｂ、水道栓７１、水道水用開閉弁７２、配管７３、７４を備える。さらに、水耕栽培装置１は、排水用開閉弁８１、配管８２、配管８３を備える。

　第２噴霧部１３Ｂは、水道栓７１、水道水用開閉弁７２、配管７３、配管７４に接続されている。配管７３は、水道栓７１から水道水の圧力が印加されている。通常栽培時において、水道水用開閉弁７２は閉状態となっている。これにより、通常栽培時には、第２噴霧部１３Ｂから水道水１３ｂは噴霧されない。

　電源６１からの電力供給が遮断された緊急時において、水道水用開閉弁７２は、閉状態から開状態に切り替えられる。これにより、水道水は、水道栓７１から、配管７３、水道水用開閉弁７２、配管７４を介して第２噴霧部１３Ｂに供給される。

　第２噴霧部１３Ｂは、配管７４から供給された水道水を、植物体１００の主根１０１に潅水する。具体的には、第２噴霧部１３Ｂは、配管７４から供給された水道水を霧状（ミスト状）にして、ノズル部から水道水１３ｂを噴射する。なお、第２噴霧部１３Ｂは、水道圧のみで実施可能な潅水であればよい。例えば、ミスト法でも点適法でもその他の潅水方法でも方式は問わない。

　第２噴霧部１３Ｂから噴射された水道水１３ｂは、栽培槽３０における底部に蓄積される。この蓄積した液体を排出するため、排水用開閉弁８１は、開状態に切り替えられる。排水用開閉弁８１が開状態となると、配管８２における上端部の開口から配管８２、排水用開閉弁８１及び配管８３を介して、貯留した液体が排出可能となる。

　上述したように、制御部５１は、水道圧を利用して植物体１００に潅水を行う第２潅水手段（第２噴霧部１３Ｂ）を制御する。制御部５１は、検知部５２により検知している電力供給の状態によって電力供給が遮断するか否かを判定する。制御部５１は、電源６１から各部に供給している電力が低下した場合、電力供給が遮断すると判断する。

　電力供給が遮断する場合、制御部５１は、水道水用開閉弁７２及び排水用開閉弁８１は開状態とする。これにより第２噴霧部１３Ｂからの水道水１３ｂを噴射させ、栽培槽３０の底に蓄えた養液１１０の一部を排出する。

　以上のように、水耕栽培装置１は、栽培槽３０に支持した植物体１００に潅水を行う。この水耕栽培装置１は、電力を利用して植物体１００に潅水を行う第１潅水手段（第１噴霧部１３Ａ）を有する。さらに、水耕栽培装置１は、水道圧を利用して植物体１００に潅水を行う第２潅水手段（第２噴霧部１３Ｂ）を有する。

　さらに、水耕栽培装置１は、第１潅水手段によって植物体１００に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する電力供給検知手段（検知部５２）を有する。さらに、水耕栽培装置１は、第２潅水手段を制御する制御手段（制御部５１）を有する。

　この水耕栽培装置１において、第２潅水手段は、水道圧によって供給されて植物体１００に潅水を行うための第１流路（配管７３、配管７４）に設けられた第１流路開閉部（水道水用開閉弁７２）を有する。さらに、第２潅水手段は、植物体１００に潅水された水を外部に排出する第２流路（配管８２、配管８３）に設けられた第２流路開閉部（排水用開閉弁８１）を有する。

　さらに、水耕栽培装置１において、制御手段は、電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、第１流路開閉部及び第２流路開閉部を閉状態から開状態に切り替える。これにより、水耕栽培装置１は、第２潅水手段により植物体１００に潅水を行う。

　したがって、この水耕栽培装置１によれば、電力供給が停止した場合であっても植物体１００への潅水を維持することができる。例えば停電などで電力供給が遮断された場合、養液供給、照明部２などが停止し、栽培に悪影響を及ぼす。しかし、この水耕栽培装置１によれば、水分の供給を維持でき、栽培不良を抑制できる。さらに、水耕栽培装置１によれば、簡便な構成で電力供給遮断時の栽培不良を抑制できる。

　上述した水耕栽培装置１において、電力供給が遮断した時に潅水される水は、通常の水道水である。水道水は液体肥料を含有しておらず植物体１００にとって最適なものとはいえない。そこで、上述した水耕栽培装置１は、図２に示すように、配管７４に養液を供給するように構成されていることが望ましい。

　この水耕栽培装置１は、図１に示した水耕栽培装置１に加え、養液貯留部９１、養液用開閉弁９２、配管９３を有する。さらに、水耕栽培装置１は、養液貯留部９４、養液用開閉弁９５、配管９６を有する。養液貯留部９１及び養液貯留部９４は、予め所定量の養液が蓄えられている。

　この水耕栽培装置１は、電力供給が遮断された場合に、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５を閉状態から開状態に切り替える。すると、養液貯留部９１及び養液貯留部９４に蓄積された養液は、配管７４に流入する。これにより、配管７４に流入した養液は、水道水と混合して第２噴霧部１３Ｂに供給される。

　このように、水耕栽培装置１は、第１流路（配管７４）に養液を供給する第３流路（配管９３、配管９６）に設けられた第３流路開閉部（養液用開閉弁９２、養液用開閉弁９５）を有する。

　制御手段(制御部５１)は、電力供給検知手段（検知部５２）により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、第３流路開閉部を閉状態から開状態に切り替える。これにより、水耕栽培装置１は、第２潅水手段（第２噴霧部１３Ｂ）により養液を含む水を潅水させる。

　したがって、この水耕栽培装置１によれば、電力供給が遮断した場合であっても、養液を含む水道水を植物体１００に与えることができる。これにより、水耕栽培装置１によれば、栽培不良をさらに抑制できる。

　さらに、上述した水耕栽培装置１は、第１流路開閉部（水道水用開閉弁７２）、第２流路開閉部（排水用開閉弁８１）、第３流路開閉部（養液用開閉弁９２、養液用開閉弁９５）の少なくとも一つが、検知部５２と一体化されて構成されていてもよい。

　水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５は、電源６１から供給された電力が供給される。水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５は、供給された電力を消費して、アクチュエータにより動力を発生させて弁を開閉する。

　この水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５の少なくとも一つに設けられた検知部５２は、電源６１からアクチュエータに供給される電力供給の状態を監視する。この検知部５２によって電力供給の状態を監視して、電力供給が遮断されると判断した場合に、制御部５１は、水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５を開状態に制御する。

　このように、この水耕栽培装置１は、水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５の少なくとも一つを、検知部５２と一体化する。これにより、水耕栽培装置１は、上述した水耕栽培装置１と同様に、電力供給が遮断した時に各弁を開状態に制御して、植物体への潅水を維持することができる。

　さらに、水耕栽培装置１は、水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５の少なくとも一つが、タイマ手段(53)を備えていることが望ましい。このタイマ手段は、内蔵型バッテリにより動作する。

　水耕栽培装置１は、電力供給が遮断時において、タイマ手段(53)により計時している時刻情報に基づいて水道圧によって供給する水又は養液を制限する。具体的には、水耕栽培装置１は、タイマ手段(53)により予め所望の潅水実施時間、不実施時間を設定する。

　これにより、水耕栽培装置１は、電力供給が遮断された場合であっても、潅水実施時間、不実施時間を設けることができる。したがって、この水耕栽培装置１によれば、所望の潅水を行うことができ、潅水量が過剰となることを抑制できる。

　さらに、水耕栽培装置１は、タイマ手段(53)を、水道水用開閉弁７２のみに設けてもよい。さらに、水耕栽培装置１は、タイマ手段を、水道水用開閉弁７２に加えて、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５に設けてもよい。水耕栽培装置１は、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５が開状態となる時間、間隔を所望の値に設定できる。これにより、水道水のみならず、水道水における養液の濃度を最適化することができる。

　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。

　例えば、上述した水耕栽培装置１において、水道水用開閉弁７２、排水用開閉弁８１、養液用開閉弁９２及び養液用開閉弁９５は、例えばノーマルオープン型の電磁弁により構成してもよい。すなわち、各弁７２、８１、９２、９５は、非通電時には「開」状態を保ち、励磁（通電）時に閉じる。これにより、制御部５１は、通常栽培時には各弁７２、８１、９２、９５を閉状態に制御する。一方で、電力供給が遮断時には、各弁７２、８１、９２、９５は開状態に切り替えられる。

　特願2013-189513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、電力供給が停止した場合であっても植物体への潅水を維持することができる。

　１　水耕栽培装置
　３　制御部
　１３Ａ　第１噴霧部
　１３Ｂ　第２噴霧部
　３０　栽培槽
　３１　貯留漕
　４１　養液供給ポンプ
　５１　制御部
　５２　検知部
　７１　水道栓
　７２　水道水用開閉弁
　８１　排水用開閉弁
　９１、９４　養液貯留部
　９２、９５　養液用開閉弁
　９６　配管

Claims

　栽培槽に支持した植物体に潅水を行う水耕栽培装置であって、
　電力を利用して前記植物体に潅水を行う第１潅水手段と、
　水道圧を利用して前記植物体に潅水を行う第２潅水手段と、
　前記第１潅水手段によって前記植物体に潅水を行うために必要な電力供給の状態を検知する電力供給検知手段と、
　前記第２潅水手段を制御する制御手段とを有し、
　前記第２潅水手段は、前記水道圧によって供給されて前記植物体に潅水を行うための第１流路に設けられた第１流路開閉部と、前記植物体に潅水された水を外部に排出する第２流路に設けられた第２流路開閉部とを有し、
　前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第１流路開閉部及び前記第２流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第２潅水手段により前記植物体に潅水を行うことを特徴とする水耕栽培装置。
　前記第１流路に養液を供給する第３流路に設けられた第３流路開閉部を有し、
　前記制御手段は、前記電力供給検知手段により検知された電力供給の状態に基づいて電力供給が停止すると判断した場合に、前記第３流路開閉部を閉状態から開状態に切り替え、前記第２潅水手段により養液を含む水を潅水させることを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
　前記第１流路開閉部、前記第２流路開閉部、前記第３流路開閉部の少なくとも一つが、前記電力供給検知手段と一体化されて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の水耕栽培装置。
　前記第１流路開閉部、前記第２流路開閉部、前記第３流路開閉部の少なくとも一つが、内蔵型バッテリにより動作するタイマ手段を備え、前記タイマ手段により計時している時刻情報に基づいて前記水道圧によって供給する水又は前記養液を制限することを特徴とする請求項３に記載の水耕栽培装置。