JP4834761B2

JP4834761B2 - 植物栽培装置

Info

Publication number: JP4834761B2
Application number: JP2009195921A
Authority: JP
Inventors: 勇清水
Original assignee: 株式会社アグリカルシステム
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: JP2011045282A

Description

本発明は、植物が栽培されるパネルに光源から光を照射すると共に、当該パネルが設置された室内の温度調整がされる植物栽培装置に関する。

近年、屋内において農作物などの植物の栽培が行われている。屋内において植物を栽培する施設は植物工場と称される。植物工場は、植物の栽培において天候や害虫、日照時間、大気汚染等の外的要因による影響を受けにくい。このメリットの一つとして、害虫を駆除する農薬の散布が不要であることが挙げられる。植物工場において、床面積あたりの収穫量を向上させるために、植物を栽培するパネルが上下方向に多段式に設けらた構成が公知である（特許文献１，２，３）。

植物工場においては、光源として、蛍光灯などの人工光源が太陽光の代わりとして用いられる。人工光源では、光量や照射時間などの調整が容易である、日照時間や天候に拘わらず、計画的に植物を育成することができる。また、人工光源として、発光効率の良い光半導体を用いた装置が公知である（特許文献４）。

再公表特許国際公開番号ＷＯ００／４４２２０号特開２００８−９２８５９号公報特開２００７−２８９１２５号公報特開平９−９８６６５号公報

前述された植物工場では、単位面積当たりの収穫量の向上や、人工光源からの照射効率の向上を目的として、植物を栽培するパネルに光源を近接させることがある。しかし、植物に光源が近設されると、光源が発する熱によって、植物に葉焼けや葉枯れなどが生じ得る。このような葉焼けや葉枯れによって、植物の生長を阻害されるという問題が生じたり、見た目が悪くなって商品価値が低下するという問題が生じたりする。

また、植物工場では、室内の温度を調整するために空調装置が設定されているが、多段式のパネルが密集して設定されると、空調装置で温度調節された空気が各パネルに均等に流れ込まず、例えば天井側のパネルと床側のパネルとで温度差が生じる。その結果、天井側のパネルと床側のパネルとで植物の育成速度に差が生じて、計画的な植物の栽培が困難になる。また、空気の流れの悪いパネルでは、植物への二酸化炭素の供給が低下して、植物の生長が阻害されることも想定される。

また、植物工場では、液肥がミストとして植物に噴霧される。この液肥は、例えば、酸化マグネシウム、酸化カリウム等の金属酸化物や、リン化合物等など、伝導率が高い物質を多く含む。ミストとして噴霧された液肥が光源に付着すると、光源の発光効率を低下させるという問題が生じる。

本発明は、前述された問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、植物が栽培されるパネルに対して、光源から光を均等かつ十分に照射し、かつ各パネルの温度を均一に調整することができる手段を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ミストとして噴霧された液肥が光源の性能を低下することを防止する手段を提供することにある。

(1) 本発明に係る植物栽培装置は、植物栽培用のパネルと、上記パネルが設置された室内の温度を調整する空調機構と、上記パネルに対向された支持部材と、上記支持部材に支持されて上記パネルに対向された光源と、上記支持部材において上記光源に沿って形成されたスリットを通じて、上記空調装置からの空気を上記パネルへ送風する送風機構と、を具備する。

パネルに対向された光源からは光が照射される。また、支持部材のスリットから送風された空気は、光源周りを通ってパネルに到達する。発光により発熱した光源は、スリットから送風された空気によって冷却される。

(2) 上記植物栽培装置は、上記光源を水密に覆う透光性のカバーを更に具備するものであってもよい。

これにより、ミストとして噴霧された液肥が光源に付着しないので、液肥によって光源の性能が低下することが防止される。

(3) 上記光源としては、例えばＬＥＤや蛍光灯などが挙げられる。多種の植物の栽培に適した温度と、光源の発光効率とを考慮すると、上記光源が冷陰極蛍光管であることが好ましい。

(4) 上記パネルが上下方向に列をなして配置されていてもよい。

室内に複数のパネルが上下方向へ列設されることによって、単位面積当たりの植物の収穫量が向上される。

(5) 上記光源が複数並んで配置されて、当該各光源に対応して上記スリットが複数設けられていてもよい。

本発明によれば、支持部材のスリットから送風された空気が、光源周りを通ってパネルに到達するので、発光により発熱した光源がスリットから送風された空気によって冷却される。これにより、光源から光を均等かつ十分に照射し、かつ各パネルの温度を均一に調整することができる。

図１は、本発明の一実施形態である植物栽培装置１０の概念を模式的に現した図である。図２は、支持ユニット３０及び光源ユニット２０の斜視図である。図３は、支持ユニット３０及び光源ユニット２０の拡大斜視図である。図４は、支持ユニット３０及び光源ユニット２０の部分正面図である。図５は、図４における矢視Ｖ−Ｖで切断した断面図である。図６は、光源ユニット２０の部分斜視図である。図７は、光源ユニット２０の部分分解斜視図である。図８は、光源ユニット２０の部分分解斜視図である。

以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される各実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態を適宜変更できることは言うまでもない。

［植物栽培装置１０の概略］
植物栽培装置１０は、室内１１に設けられた植物栽培用のパネル１２と、光源ユニット２０を有する支持ユニット３０と、室内１１の温度調整を行う空調装置４０と、空調装置４０から支持ユニット３０へ送風する送風機構５０とを備える。植物栽培装置１０の特徴とするところは、空調装置４０から支持ユニット３０へ送風された空気が光源ユニット２０の周囲を通過してパネル１２に到達するところにある。

［室内１１］
室内１１は、農作物などの植物を栽培するために、外部空間と壁や屋根などで仕切られた空間であり、土地に定着された建築物の内部空間である。室内１１の大きさは特に限定されないが、複数のパネル１２及び支持ユニット３０が設置可能である。また、室内１１は、必ずしも密閉された空間である必要はなく、窓や扉などが閉鎖されることによって、空調装置４０において所望の室温に調整可能な程度に密閉可能である。

［パネル１２］
図１に示されるように、パネル１２は、水耕栽培される植物１３を支持して育成することが可能な平板である。この平板１２の表裏面のうちの一方の面側において植物１３が育成される。本実施形態では、植物１３が育成される側の平面が表面と称される。パネル１２は、この表面がほぼ鉛直方向へ拡がるように配置されている。また、同様に表面が鉛直方向となるように配置された複数のパネル１２が、上下方向へ列をなして配置されている。パネル１２が上下方向へ列設されることによって、室内１１の床面積あたりに設置可能なパネル１２の数が増えて、植物１３の収穫量が向上される。勿論、パネル１２は、水平方向へも一列に配置されてもよい。植物の育成方法としては、例えば、植物１３の根を、パネル１２に沿って配置された水を保持可能な部材に植える方法や、そのような部材を用いずにパネル１２に複数の孔を穿ち、その孔に植物１３を挿入して固定する方法などがある。各パネル１２に植えられた植物１３は、後述される光源ユニット２０へ向かってほぼ水平方向へ育成される。なお、本実施形態では、各パネル１２の表裏面が鉛直方向へ拡がるように配置されているが、各パネル１２の表裏面が水平方向へ拡がるように配置されて、複数のパネル１２が上下方向へ多段に構成されてもよい。

［支持ユニット３０］
図２に示されるように、支持ユニット３０は、内部空間を有する直方体である。支持ユニット３０において上下方向へ拡がる側壁が支持部材３１である。支持部材３１は、上下方向に並べられた複数のパネル１２と同等の高さであり、パネル１２の水平方向の長さと同等の幅である。つまり、支持部材３１は、上下方向に並べられたパネル１２の全体と対向し得る平板である。支持部材３１には光源ユニット２０が設けられている。光源ユニット２０の構成は後述されるが、各光源ユニット２０は、支持ユニット３０の表面に沿って上下方向へ延設されており、支持部材３１の幅とほぼ同等の長さを有する。このような各光源ユニット２０が、水平方向に複数列に並べられている。各光源ユニット２０の数は特に限定されないが、各パネル１２それぞれに光を照射可能に配置されている。

支持部材３１は、光源ユニット２０に対応するスリット３３を有する。スリット３３は、光源ユニット２０に沿って上下方向へ延出されている。スリット３３の水平方向の幅は特に限定されないが、光源ユニット２０周りに送風するに適した幅に設定されている。側面の二枚の支持部材３１の間は中空の内部空間であり、この内部空間へ送風された空気がスリット３３から対応する光源ユニット２０へ向かって吹き出される。

［光源ユニット２０］
図６及び図８に示されるように、光源ユニット２０は、光源２１、端子２２、カバー２３、オーリング２４及びキャップ２５を有する。光源２１は、ガラス管２８を有する冷陰極蛍光管である。このガラス管２８の内壁に蛍光顔料が塗布されており、ガラス管２８の内部に水銀のガスと希ガスとが封入されている。ガラス管２８の長手方向の両端に設けられた両極に電圧が印加されると、ガラス管２８の内部でプラズマ放電が起こり、ガラス管２８の内壁に塗布された蛍光顔料が発光する。冷陰極蛍光管は、発光するときの表面温度が約３８℃であり、比較的冷たい空気がスリット３３から吹き出されて冷却されても、安定して発光するという利点がある。

光源２１の両端には端子２２が配設されている。端子２２は一般的に使用されているソケットである。端子２２には配線２６が接続されており、この配線２６を通じて光源２１へ外部電源から電気が供給される。

光源２１及び端子２２は筒状のカバー２３で覆われている。カバー２３は、アクリル樹脂、ポリカ−ボネイト又はガラス等からなる透光性を有する素材からなる円筒である。カバー２３と端子２２との間には、オーリング２４が配置されており、このオーリング２４を介在させてキャップ２５が設けられている。図８は、オーリング２４が端子２２に嵌め込まれた状態を示した図である。オーリング２４によって、カバー２３とキャップ２５との間が水密にシールされる。キャップ２５は、カバー２３の両端と、端子２２と末端配線２６との接続部分２７とを覆い、且つ接続部分２７を絶縁する。キャップ２５は、液肥中の水分や塩などの導電材料である金属を腐食する物質が接続部分２７に付着することを防ぐ。

図３から図５に示されるように、支持部材３１の両端付近には、水平方向へ延びる長手形状の部材である固定部材３２がそれぞれ設けられている。固定部材３２には、水平方向に所定の間隔で、複数の支持部３４がそれぞれ設けられている。支持部３４の先端は、リング形状をなしており、そのリング形状の内側に光源ユニット２０が挿通されて、光源ユニット２０が支持ユニット３０に支持されている。

［空調装置４０］
図１に示されるように、空調装置４０は、排気部４１、ダクト４２及び冷却装置４３を備える。排気部４１は室内１１の天井に設けられている。排気部４１によって、室内１１の上側へ上る暖かい空気がダクト４２へ送られる。ダクト４２は、冷却装置４３と接続されている。冷却装置４３は、エア・コンディショナーであり、空気冷却又は加温する。冷却装置４３はダクト５１と接続されている。ダクト５１は、室内１１の床から支持ユニット３０の内部空間へ通じている。

［送風機構５０］
送風機構５０は、支持ユニット３０のスリット３３から光源ユニット２０へ向かって、空調装置４０からの空気を送り出すものである。送風機構５０は、ダクト５１内に設けられた回転羽根であり、モータなどから駆動力が供給されて回転することによって、ダクト５１内においてスリット３３側へ向かう空気の流れを発生させる。なお、送風機構５０は、空調装置４０によって実現されてもよい。

［ミスト噴霧器１５］
図１に示されるように、パネル１２は、植物が栽培される表面が外側を向くようにして、裏面側が背中合わせに対向するように室内１１に配置されている。そして、光源ユニット２０及び支持ユニット３０が、各パネル１２の表面側にそれぞれ配置されている。パネル１２の裏面側に挟まれた空間には、植物１３に水や液肥を与えるためのミスト噴霧器１５が設けられている。

［植物栽培装置１０の動作］
パネル１２には、栽培すべき植物１３が植えられる。植物１３は、全てのパネル１２に同時に植えられる必要はなく、収穫時期などを考慮して各パネル１２に選択的に植えられてもよい。光源ユニット２０には、所定の時期に電力が供給されて光源２１が発光される。この光源２１からの光を受けて植物１３が栽培される。また、ミスト噴霧器１５から水や液肥がミストとして噴霧される。

室内１１の温度は、空調装置４０によって調整される。一般に、太陽光などの外部要因や光源２１の発熱などによって室内１１の温度は、植物１３を栽培するに適した温度より高くなることが多い。したがって、空調装置４０によって室内１１の空気が冷却される。

室内１１において暖まった空気は、室内１１の天井側へ移動して排気部４１からダクト４２へ排出される。そして、その暖まった空気が冷却装置４３によって所定の温度に冷却され、その冷気が送風機構５０によりダクト５１を通じて支持ユニット３０のスリット３３から送風される。

スリット３３から送風された冷気は、光源ユニット２０に吹き付けられる。吹き付けられた冷気は、光源ユニット２０の周りを流れてパネル１２へ向かう（図１における矢印５４参照）。スリット３３から吹き出される冷気は、約１５℃程度である。光源２１は発光により約３８℃程度になるが、冷気が光源ユニット２０の周りを流れるときに、光源２１から発せられた熱を奪う。これにより、光源２１は約３０℃程度に冷却される。３０℃は冷陰極蛍光管において、最も冷陰極蛍光管効率のよい温度である。よって、光源２１は、印加される電圧に対して最適な発光効率で発光する。

一方、光源ユニット２０の周りを流れた冷気は、約２２℃程度まで暖められる。この約２２℃の冷気は、パネル１２上の植物１３へ吹きつけられる。植物１３の育成において、約２２℃の温度は最適である。

［本実施形態の効果］
前述されたように、支持部材３１のスリット３３から送風された冷気が、光源ユニット２０周りを通ってパネル１２に到達するので、発光により発熱した光源２１がスリット３３から送風された冷気によって冷却される。これにより、光源ユニット２０とパネル１２との距離を狭めても植物１３に悪影響を与えることがなく、室内１１においてパネル１２と支持ユニット３０を近距離に設置して、床面積当たりの植物１３の収穫率を向上させることができる。

また、光源２１がカバー２３によって水密に覆われているので、ミストとして噴霧された液肥が光源２１に付着しない。これにより、液肥によって光源２１の性能が低下することが防止される。

また、支持部材３１が光源２１から照射される光を反射するので、光源２１からの光が効率よくパネル１２に照射される。また、室内１１に列設された複数のパネル１２に対して、光源２１から照射された光が、支持部材３１に反射されてパネル１２へ再び到達するので効率よくパネル１２に光を照射することができる。

また、支持部材３１において複数の光源ユニット２０が水平方向に列をなして配置され、各光源ユニット２０に対応してスリット３３が複数設けられているので、パネル１２に対して、光源２１から光を均等かつ十分に照射し、かつパネル１２の温度を均一に調整することができる。

［変形例］
なお、本実施形態では、光源２１が、その長手方向が上下方向へ延びるように配設され、光源２１に対応するスリット３３も上下方向へ延びるように形成されているが、光源２１及びスリット３３が延出される方向は限定されず、例えば、光源２１が、その長手方向が水平方向へ延びるように配設され、スリット３３も水平方向へ延びるように形成されてもよい。

また、スリット３３は、必ずしも１本の光源２１に対応した長さを有する必要はなく、例えば、複数本の光源２１に対して１つのスリット３３が形成されていてもよく、また、１本の光源２１に対して、光源２１の長さより短い複数のスリット３３が配置されていてもよい。

また、支持ユニット３０の内部空間における冷気の流路の形状は特に限定されず、本実施形態のように、支持ユニット３０の側面の開口から送風された冷気が複数のスリット３３へ流れるような一体的な流路であっても、各スリット３３に対して個別の流路が形成されていてもよい。また、空調装置４０から支持ユニット３０への冷気の流路の形状も特に限定されない。

１０・・・植物栽培装置
１１・・・室内
１２・・・パネル
１３・・・植物
１５・・・ミスト噴霧器
２０・・・光源ユニット
３０・・・支持ユニット
４０・・・空調装置
４１・・・吸気装置
４２・・・ダクト
４３・・・冷却装置
５０・・・送風機構
５１・・・ダクト
５４・・・矢印

Claims

植物栽培用のパネルと、
上記パネルが設置された室内の温度を調整する空調機構と、
上記パネルに対向された支持部材と、
上記支持部材に支持されて上記パネルに対向された光源と、
上記支持部材において上記光源に沿って形成されたスリットを通じて、上記空調装置からの空気を上記パネルへ送風する送風機構と、を具備する植物栽培装置。
上記光源を水密に覆う透光性のカバーを更に具備する請求項１に記載の植物栽培装置。
上記光源が冷陰極蛍光管である請求項１又は２に記載の植物栽培装置。
上記パネルが上下方向に列をなして配置された請求項１から３のいずれかに記載植物栽培装置。
上記光源が複数並んで配置されて、当該各光源に対応して上記スリットが複数設けられた請求項１から４のいずれかに記載の植物栽培装置。