WO2015107697A1

WO2015107697A1 - 植物栽培装置

Info

Publication number: WO2015107697A1
Application number: PCT/JP2014/051001
Authority: WO
Inventors: 茂治嶋村
Original assignee: 株式会社みらい
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2015-07-23
Also published as: TW201534210A

Abstract

　植物栽培装置は、温室の内部で植物を栽培する。温室の内部に、樋状の栽培ベッドと、栽培ベッドの内部に水を供給する給水部とが設けられる。栽培ベッドは、長手方向の一方の端部に排水口が設けられた栽培ベッド本体と、栽培ベッド本体の側面を覆う側面部の断熱塗料とを備える。断熱塗料により、例えば栽培ベッドの一部に太陽光が当たっている場合に、その部分が局所的に温度上昇することを防ぎ、栽培ベッドの長手方向の温度分布をより均一にすることができる。

Description

植物栽培装置

　本発明は、温室内で植物を栽培する技術に関する。

　温室（ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ）内において、地面に直接に植物を植えるのではなく、樹脂等で形成された樋状の栽培ベッドを載置し、その栽培ベッド内で植物の生育を行う技術が知られている。栽培ベッドは、地面に比べて、温度や水分などの生育環境の制御に適しているという利点がある。特許文献１は、栽培ベッドを用いた技術の一例である。特許文献２については後述する。

特開２０１１－１６０６８８号公報国際公開第２００６／１０４２９０号

　温室において植物は、太陽光を利用して生育する。しかしながら、太陽光は温室内部に均一に照射される訳ではないため、温室内の環境に、場所による不均一性が生じる。温室内の場所によって日当たりは異なる。更に、時刻及び季節に応じて太陽の位置が異なるために、温室内には時刻や季節に応じて変化する日射分布・気温分布が生じる。

　本願の発明者は、このような温室栽培における環境の不均一性を抑制し、温室内の植物をより均一に生育させる技術の開発を進めている。特に、典型的な栽培ベッドは１０～５０メートル程度の樋状をしているため、長手方向に温度や水分などが不均一になり易い。栽培ベッドの長手方向に植物の生育環境を均一化する技術が望まれる。

　本発明の一側面において、植物栽培装置は、温室の内部で植物を栽培する。植物栽培装置は、温室の内部に配置される樋状の栽培ベッドと、栽培ベッドの内部に水を供給する給水部とを備える。栽培ベッドは、長手方向の一方の端部に排水口が設けられた栽培ベッド本体と、栽培ベッド本体の側面を覆う側面部の断熱塗料とを備える。

　断熱塗料により、例えば栽培ベッドの一部に太陽光が当たっている場合に、その部分が局所的に温度上昇することを防ぎ、栽培ベッドの長手方向の温度分布をより均一にすることができる。

　本発明により、栽培ベッドを用いた温室栽培において、植物がより均一に生育することを可能とする技術が提供される。

　本発明に関する上述の及びその他の目的、利点、特徴は、いくつかの実施形態に関して、添付図面と併せて以下の記載から更に明らかとなるであろう。その添付図面には下記のものが含まれる。
図１は、植物栽培装置の断面図である。図２は、植物栽培装置の上面図である。図３は、栽培ベッドの側面図である。図４は、栽培ベッドの側面図である。図５は、栽培ベッドの側面図である。図６は、栽培ベッドの上面図である。図７は、栽培ベッドの上面図である。図８は、栽培ベッドの側面図である。図９は、栽培ベッドの側面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る植物栽培装置１を示す。図中にｘｙ平面を水平方向としｚ軸を鉛直方向とする座標系を示しており、図１はその座標系におけるｙｚ断面を示す。植物栽培装置１は、地面２の上に設置されたルーフ４を備える。ルーフ４の内部は、ほぼ外部の大気と遮断された閉鎖空間である温室５である。ルーフ４は、ポリカーボネートなどの透明又は半透明の素材で形成され、太陽３の光及び熱がルーフ４を通って温室５に到達する。

　温室５内の地面２の上に支持部６が設置される。支持部６によって、地面２から所定の高さに栽培ベッド（ｃｕｌｔｕｒｅ　ｂｅｄ）７が支持される。栽培ベッド７の下側の地面２との間に、下部空間８が形成される。下部空間８には、栽培ベッド７の温度を保つために内部に暖められた水が流れる温湯管が配置されることがある。

　図２は、植物栽培装置１の上面図である。栽培ベッド７は、図のｘ軸方向を長手方向とする樋状（ｇｕｔｔｅｒ）の形状を有する。温室５の内部に、複数の栽培ベッド７が互いに平行に配置される。温室５の内部には更に、ポンプ１２が設置される。ポンプ１２と各栽培ベッド７とは、給水配管１０及び排水配管１１で接続される。ポンプ１２と給水配管１０によって、栽培ベッド７に給水する機構である給水部が構成される。ポンプ１２と排水配管１１によって、栽培ベッド７から排水する機構である排水部が構成される。

　図３は、栽培ベッド７の長手方向（ｘ軸）に垂直な面（ｙｚ平面）を示す断面図である。複数の栽培ベッド７は、底面と側面とからなる樋状の形状を有する。図３においては、左右の側面の外側面Ｓ１と内側面Ｓ２、及び底面の外側面Ｓ３と内側面Ｓ４が示されている。栽培ベッド７の内部に、栽培ベッド７の長手方向に延長する給水配管２１が設置される。給水配管２１の上に、保水シート（ｗａｔｅｒ　ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　ｓｈｅｅｔ、ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｈｅｅｔ）２０が載置される。保水シート２０は、例えば不織布によって形成され、給水配管２１から供給される水を吸収して保持する。

　保水シート２０の上に、防根シート（ｒｏｏｔ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｓｈｅｅｔ）２２が敷かれる。保水シート２０よりも上側において、栽培ベッド７の内側面Ｓ２は、防根シート２２で覆われる。防根シート２２の上側に、植物が植えられる土壌である培地（ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｓｏｉｌ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｍｅｄｉｕｍ）２３が載置される。防根シート２２は、保水シート２０が保持する水分を通す透水性を有するが、培地２３に植えられた植物の根が防根シート２２の外側に出ることを妨げる。

　図３においては、給水配管２１は保水シート２０の下に配置されているが、それ以外の場所に配置してもよい。例えば、防根シート２２の内側（上側）の底部に配置し、その上に培地２３を載置してもよい。

　図４は、他の実施形態における栽培ベッド７ａを示す。この実施形態においては、栽培ベッド７の内部に最初にマルチフィルム（ｍｕｌｃｈｉｎｇ　ｆｉｌｍ）２４が敷かれる。マルチフィルム２４の上に、給水配管２１、保水シート２０、防根シート２２、培地２３が図３の実施形態と同じ順に載置される。

　栽培ベッド本体２５の側面の外側面Ｓ１に断熱塗料２６が塗布される。栽培ベッド本体２５の底面の外側面Ｓ３にも断熱塗料２７が塗布される。更に、栽培ベッド本体２５の側面の内側面Ｓ２や底面の内側面Ｓ４に断熱塗料を塗布してもよい。

　断熱塗料２６、２７としては、塗布され乾燥した後の状態で高い断熱性を発揮する材料を用いることが望ましい。そのような塗料の一例として、セラミック断熱塗料が知られている。セラミック断熱塗料においては、水性塗料などの溶剤にセラミックの微粒子（例示：直径１０～１００μｍ）の粉末が混入されている。個々の微粒子は中空の内部空間を有し、その内部空間は真空（減圧雰囲気）であることが望ましい。このような断熱塗料は、塗布され乾燥した状態で、セラミックの微粒子が密集した層を塗膜中に形成する。この層は、外部からの熱を反射する反射性能と、熱が膜厚方向に伝導することを妨げる断熱性能が高い。このようなセラミック断熱塗料の一例として、株式会社エクセラの商品名「ＰＥＮＴＡ　ＧＵＡＲＤ（ペンタガード）」が挙げられる。本願発明者らは、このようなセラミック断熱塗料を使用することにより、特に良好な効果を得ている。

　断熱塗料２６、２７の他の例として、水性塗料などの溶剤に金属酸化物粒子を配合した断熱塗料が挙げられる。特許文献２には、そのような断熱塗料の具体例が記載されている。この文献には、球状金属酸化物粒子を含む無機物粒子が配合された水系塗料組成物が記載されている。金属酸化物粒子としては、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム（特にケイ素を用いたシリカ）などの金属の酸化物を材料とし、真球度が０．７以上、比表面積が３０ｍ^２／ｇ以下のものが例示されている。無機物粒子以外の不揮発分の質量を１００質量部とした場合に、該無機物粒子の含有量は６０質量部以上であることが望ましいとされている。この例のような多数の金属酸化物微粒子を配合した断熱塗料によっても、高い断熱効果を得ることができ、断熱塗料２６、２７として用いるのに好適である。

　更に他の例として、ｎ－ｔｅｃｈ株式会社の「Ｂｌｕｅ　ｏｎ　Ｔｅｃｈ　ｎｅｗ　ＳＰ」（製品名）のような塗料も採用することができる。この塗料では、上記セラミック断熱塗料のようなセラミック微粒子ではなく、粒径１～４マイクロメートルの不整形シリカを配合（複合金属イオン溶液に施す）することによって、遮熱効果を得る。このような塗料も、断熱塗料２６、２７として採用できる。

　栽培ベッド７を用いた温室栽培においては、特に冬季などに地面２の温度が低いとき、地面２からの冷気が支持部６や下部空間８を通って栽培ベッド７内に伝わることを防ぐことが求められる。従って、栽培ベッド７の底面の外側面Ｓ３に断熱塗料を塗布することが効果的である。

　断熱塗料２６、２７としては、面内方向、すなわち断熱塗料２６、２７の厚さ方向に垂直な方向に比較的高い熱伝導率を有する材料を用いることが望ましい。このような材料を用いると、栽培ベッド７の長手方向の熱勾配を断熱塗料２６、２７による熱伝導で均一化し、栽培ベッド７内での植物の生育条件を均一化することができる。セラミック断熱塗料の中には、塗布され乾燥した状態において、セラミックの微粒子が面内方向に並んで薄膜を形成し、面直方向にセラミック薄膜とセラミック微粒子を含まない層からなる層状を形成する塗料がある。このようなセラミック断熱塗料は、面内方向において熱伝導がセラミック微粒子によって妨げられる程度が小さいため、比較的熱伝導率が高く、断熱塗料２６、２７として用いるのに適している。より好ましくは、断熱塗料２２は面内方向の熱伝導率が栽培ベッド本体２５よりも大きい材料である。

　温室５においては、例えば太陽光が栽培ベッド７の側面の一部に入射し、その部分の温度が局所的に上昇することにより、栽培ベッド７の長手方向に温度の不均一性が生じる場合がある。栽培ベッド７の内部の水分は、数時間程度の時間を掛けてゆっくりと排水されるため、温度の不均一分布が生じると、例えば日の当たっている場所だけ、水を含んだ培地２３の温度がかなり高くなるなどして、生育環境が不均一になる場合がある。

　断熱塗料２６を塗布することにより、そのような入射太陽光による温度上昇を抑制することができる。更に、面内方向に熱伝導率の高い断熱塗料２６を用いることにより、栽培ベッド７の長手方向に速やかに熱を拡散し、温度分布を均一化することができる。従って、特に栽培ベッド７の側面の外側面Ｓ１や内側面Ｓ２に、面内方向に熱伝導率の高い断熱塗料２６を用いることが望ましい。

　本実施形態においては断熱塗料２６、２７を用いているが、一般的に断熱材として、発泡スチロールが用いられている。しかしながら、発泡スチロールは、温室５のような太陽光に曝される環境に弱く、例えば紫外線を長期間受けることによって劣化し、交換の必要が生じる。栽培ベッド７の周りを発泡スチロール等の断熱材で覆わずに、セラミック断熱塗料などの断熱塗料２６、２７を塗布することにより、長期間の使用でも劣化しにくく、メンテナンスの手間が小さい栽培ベッド７を実現することができる。

　図５と図６は、栽培ベッド７の内部に配置された給水配管２１について説明するための図である。保水シート２０、防根シート２２、培地２３、マルチフィルム２４は省略して描かれている。図５はｙ軸方向から見た断面図であり、図６はｚ軸方向上側から見た上面図である。

　栽培ベッド７は、樋状の栽培ベッド壁面３２の長手方向の両端に一対の栽培ベッド端部３１が取り付けられることで形成される。栽培ベッド７の一方（図ではｘ軸負方向）の端部付近の底面に、排水口２８が形成される。栽培ベッド７は、排水口２８が設けられる側の端部がやや低い位置となるように、長手方向に傾斜して設置される。

　給水配管２１としては、栽培ベッド７の長手方向に延長した管状の形状を有し、延長方向に並んだ多数の穴３０を有するピッコロチューブなどの穴空き配管が用いられる。給水配管２１の一端（図６の例ではｘ軸負方向の端部）は、ポンプ１２からの水を供給する給水配管１０に接続される。排水口２８は、ポンプ１２に水を回収する排水配管１１に接続される。

　ポンプ１２は、一定のインターバルで給水配管１０に水を所定時間、供給する。その水は給水配管３０に供給され、多数の穴３０から水流３３となって栽培ベッド７の内部に供給される。その水は、ある程度の時間（数時間～１日程度のオーダー）、保水シート２０に保持される。栽培ベッド７の内部の水は、栽培ベッド７がｘ軸方向に傾斜して設置されていることによって自然に流下し、緩やかな水流３４となって、徐々に排水口２８から排水される。

　給水配管３０として、典型的には、穴３０が一定の密度で並んだ均等配列のピッコロチューブを用いることが考えられる。ところが、本願の発明者がそのような均等配列のピッコロチューブを図３、図４等の構成を有する栽培ベッド７に配置して使用してみると、排水口２８に近い部分において、水が過剰に溜まる場合があった。この現象は、栽培ベッド７全体の水が水流３４となって排水される途中で、排水口２８付近に溜まるためであると考えられる。このような現象は、栽培ベッド７の長手方向に生育環境を均一化する上で好ましく無い。

　このような現象が起きる場合には、穴３０の配置が不均一な給水配管２１を用いることで、給水ベッド７の内部の水の分布を均一に近づけることができる。具体的には、排水口２８に近いほど穴３０の密度が小さくなる給水配管２１を用いる。図６の例では、排水口２８に近い第１領域３６において、排水口から遠い第２領域３５よりも穴３０の密度が小さくなっている。

　より正確に、穴３０の不均一配置について説明する。給水配管２１の延長方向に見て、一定の長さに含まれる穴３０の開口面積の合計を、開口密度ｄ（単位：面積／長さ）と呼ぶことにする。例えば、ある箇所における長さ１ｍの給水配管を見たときに、開口面積１平方センチメートルの穴が１００個開いていたとすると、開口密度ｄは１ｃｍ^２×１００個／１ｍ＝１００ｃｍ^２／ｍである。このような開口密度ｄを、排水口２８に近い領域ほど小さい値となるように穴３０の位置及び大きさを調整することにより、栽培ベッド７内の水の不均一分布を抑制することができる。

　図７は、他の実施形態の栽培ベッド７ｂにおける給水配管２１の穴３０の分布を示す。この場合、給水配管２１のｘ軸負方向に接続された給水配管１０から水が供給される点では図６と同様だが、排水口２８は図６と反対に、ｘ軸正方向の端部の底面に設けられる。栽培ベッド７ｂは、その底部がｘ軸正方向にやや低くなるように設置される。その結果、給水配管２１の穴３０から栽培ベッド７ｂの内部に供給された水は、ｘ軸正方向に向かう緩やかな水流３４となって排水される。

　このような場合にも、排水口２８に近い第１領域３６において、排水口２８から遠い第２領域３５よりも穴３０の開口密度が小さくなる給水配管２１を用いることにより、給水ベッド７ｂの内部の水の不均一分布を抑制することができる。

　以上で説明したように、断熱塗料２６、２７や、給水配管２１の穴３０の不均一分布により、温室５における栽培ベッド７、７ａ、７ｂの生育環境を均一化することができる。このような効果は、培地２３を用いた栽培のみでなく、水耕栽培の場合でも得ることができる。

　図８、図９は、本願発明の他の実施形態における栽培ベッド７ｃを示す。図８は、栽培ベッド７ｃの長手方向に中間付近の断面図である。図８は、栽培ベッド７ｃの底面に排水口２８が設けられた付近の断面図である。栽培ベッド７ｃの内部に給水配管２１が設置される。この場合、ポンプ１２から給水配管１０を介して、植物の成長に有用な肥料塩などを混ぜた水溶液である培養液が給水配管２１に供給される。図５、図６の場合と同様に、給水配管２１の穴３０から栽培ベッド７ｃの内部に培養液が供給され、排水口２８から排水される。但し、このような水耕栽培の場合には、図５、図６を参照して説明したような水の不均一分布の問題が生じないため、給水配管２１の穴３０の分布は均一でもよい。

　以上、いくつかの実施形態によって本発明を説明したが、これらの実施の諸形態は単に発明を説明するために挙げられたものであり、請求の範囲の内容を限定するために参照されるべきでない。以上に説明した実施形態は、本発明の範囲内で様々に変更することができる。例えば、以上の実施形態を矛盾の無い範囲で任意に組み合わせたものも、本発明の実施形態に含まれる。

Claims

　温室の内部で植物を栽培する植物栽培装置であって、
　前記温室の内部に配置される樋状の栽培ベッドと、
　前記栽培ベッドの内部に水を供給する給水部とを具備し、
　前記栽培ベッドは、
　長手方向の一方の端部に排水口が設けられた栽培ベッド本体と、
　前記栽培ベッド本体の側面を覆う側面部の断熱塗料と
　を具備する
　植物栽培装置。
　請求項１に記載された植物栽培装置であって、
　更に、前記栽培ベッド本体の底面を覆う底面部の断熱塗料を具備する
　植物栽培装置。
　請求項１又は２に記載された植物栽培装置であって、
　更に、前記栽培ベッドの内部に載置され、前記給水部により供給された水を保持する保水部と、
　前記保水部の上に載置され、植物の根を保持する培地と
　を具備する植物栽培装置。
　請求項１から３のいずれかに記載された植物栽培装置であって、
　前記給水部は、前記栽培ベッドの内部で前記長手方向に延長し、複数の給水穴が設けられた給水配管を具備し、
　前記給水配管の前記一方の端部に近い第１領域における前記複数の給水穴の密度は、前記長手方向の他方の端部に近い第２領域における前記複数の給水穴の密度よりも小さい
　植物栽培装置。