植物栽培システムおよび植物栽培プラント
【課題】 様々な種類の植物に幅広く適用が可能であるとともに、雑菌等の繁殖を抑え、植物の成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができる植物栽培システムを提供する。
【解決手段】 植物栽培システム２は、上下複数段に配設保持される栽培ベッド４０と、栽培植物Ｐの成長に応じて上下に移動させられる人工光源８０と、空気通路８７に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置８４と、を備えている。栽培ベッド４０は、栽培槽７２と、栽培槽７２の上部に嵌着され養液Ａの流路７６を形成するとともに、流路７６に向けて植物根Ｐ’が露出するようにして栽培植物Ｐを植付状態とする植付パネル７３と、から構成されている。植物栽培システム２では、栽培ベッド４０に供給される養液Ａが、流路７６を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、養液Ａが、流路７６に間欠的に流入するように制御されている。
【解決手段】 植物栽培システム２は、上下複数段に配設保持される栽培ベッド４０と、栽培植物Ｐの成長に応じて上下に移動させられる人工光源８０と、空気通路８７に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置８４と、を備えている。栽培ベッド４０は、栽培槽７２と、栽培槽７２の上部に嵌着され養液Ａの流路７６を形成するとともに、流路７６に向けて植物根Ｐ’が露出するようにして栽培植物Ｐを植付状態とする植付パネル７３と、から構成されている。植物栽培システム２では、栽培ベッド４０に供給される養液Ａが、流路７６を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、養液Ａが、流路７６に間欠的に流入するように制御されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、野菜等の植物を水耕栽培するための植物栽培技術に関し、特に栽培ベッドを上下複数段に設けてなる多段棚式の植物栽培システムおよび植物栽培プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、野菜等の植物を水耕栽培するシステムとして、栽培床を略垂直に設け、栽培床の裏側に露出する植物根に養液を噴霧するようにした植物栽培システムがある（例えば、特許文献１）。この植物栽培システムを用いれば、狭小な土地であっても、生産効率を格段に向上させることが可能となる。
【０００３】
しかしながら、上記の植物栽培システムでは、植物の植付姿勢に制約が生じるため、植物の種類（例えばキャベツ等）によっては、栽培が困難なものがあることが明らかとなっている。
これに対して、栽培ベッドを上下複数段に設けてなる多段棚式の植物栽培システムが知られている。このような植物栽培システムであれば、植物の植付姿勢にも無理がないことから、植物の種類を問わず比較的効率よく生産をおこなうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の多段棚式の植物栽培システムによれば、栽培ベッドの下部に養液を長期間プール状に貯留し、この養液に植物根を浸して栄養分を吸収させるタイプのものが多かったため、貯留した養液中に雑菌が繁殖し易く、植物の成長が妨げられるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、様々な種類の植物に幅広く適用が可能であるとともに、雑菌等の繁殖を抑え、植物の成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができる植物栽培システムおよび植物栽培プラントを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の植物栽培システムは、栽培植物が植え付けられ、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持される栽培ベッドと、各栽培ベッドの上方に設けられ、栽培植物の成長に応じて上下に移動させられる人工光源と、送風口または送風ファンを有し、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置と、を備えた植物栽培システムであって、該栽培ベッドが、上部開放箱型の栽培槽と、該栽培槽の上部に嵌着され、該栽培槽の底面との間に、養液の流路を形成するとともに、該流路に向けて植物根が露出するようにして栽培植物を植付状態とする植付パネルと、から構成され、該栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、該養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されていることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該栽培ベッドに供給される該養液を貯留するとともに、該養液の濃度、容量、温度を一定の値に保持できる自動管理手段を有する供給タンクと、該栽培ベッドから排出された該養液を回収するための戻り液タンクと、該供給タンクと該戻り液タンクとの間に介設され、該戻り液タンクから該供給タンクに移される該養液のろ過および殺菌をおこなうためのろ過装置およびオゾン発生器を含む殺菌装置と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該栽培ベッドと並行して上部に設けられ、該栽培ベッドと同程度の面積を有する天井部を有しており、該天井部は栽培植物の成長に応じて上下に移動させられ、該天井部に該人工光源が設けられていることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該空調装置は、該人工光源と連動して上下に移動させられるとともに、該栽培ベッドに植え付けられる栽培植物および該人工光源に向けて、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を噴き出す噴出口を有していることを要旨とする。
【００１１】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該流路の下流側に、上部空間が開放された溢流堰が形成され、該溢流堰の下部には、養液の供給を停止した際に流路の養液をすべて排出するための小孔が設けられていることを要旨とする。
【００１２】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部からなる育成パネルであって、前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は育成パネル高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態とした育成パネルを用いることを要旨とする。
【００１３】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、植物栽培システムの稼動状況を表示するための表示部と、該植物栽培システムを構成する機器や装置の作動状態を監視できる監視手段と、該植物栽培システムを構成する機器や装置を操作できる操作手段と、を備えることにより、該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能とし、及び／又は、該植物栽培システムをネットワーク回線に接続し、遠隔地にある端末を該ネットワーク回線と接続することにより、端末を用いて遠隔から該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能としたことを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の植物栽培プラントは、先に述べた植物栽培システムが設けられてなり、太陽光が遮断され、断熱性を有する屋根および外壁体にて覆われるとともに、該屋根には屋上緑化が施されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の植物栽培システムおよび植物栽培プラントによれば、栽培ベッドが、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持されていることから、少ない面積において、苗床を多く作ることが可能であり、かつ、様々な種類の植物に幅広く適用することができる。
【００１６】
また、栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されることから、一度使った養液を廃棄する必要がなく、栽培に必要な養液の量を最小限に抑制することが可能である。そして、養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されていることから、栽培植物の根が養液に浸った状態と浸っていない状態とを一定時間ごとに変化させることが可能であり、これにより栽培植物の根を刺激して、根がより多くの養液を吸収する状態にすることができる。さらに、雑菌等の繁殖を抑えることができる。
さらに、植付パネルを表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部から構成し、前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は植付パネルの高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態としたことにより、孔部に挿入する培地の水はけがよくなり、培地が空気にさらされることで植物の成長をはやめ、また、短時間で、培地に養液を供給し、又は培地から養液を排出することができる。
【００１７】
また、上下に移動させられる人工光源、あるいは人工光源が設けられた天井部を有することから、植物の成長にあわせて植物から人工光源までの位置を常に一定距離に保つことができ、最も植物の生育に好ましい量の人工光を常時照射することができる。これにより、栽培植物の成長が促進される。
【００１８】
また、空調装置により、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込むことにより、人工光源から発せられる熱を取り除き、栽培植物の周囲の温度や湿度等を、生育に最も適した状態にすることができる。さらに、空調装置を、筒状の形状とし、該栽培ベッドの長辺側に沿って一方に近接して、上下に移動可能な該天井部に固着して設置することで、天井部の昇降動作に連動して昇降し、天井部がどのような位置にあっても、常に天井部の真下部分に低温の空気を吹き付けることが可能となり、人工光源から発せられる熱をより確実に除去することができる。
【００１９】
また、本発明の植物栽培プラントおよび植物栽培システムをコンピュータで制御することにより、各システムを構成する機器や装置を外部のモニターから全体監視および操作することができ、実際に植物を栽培している部屋内に入る必要がなくなり、目視による装置の監視や手動による機器の操作を行う手間を省くことができる。さらには、遠隔から植物栽培プラントを全体監視および操作することを可能としたことで、実際に植物栽培プラントが設置される建物内に人がいなくとも、栽培を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る植物栽培プラントの平面図である。
【図２】実施形態に係る植物栽培プラントの断面図である。
【図３】実施形態に係る植物栽培システムの構成図である。
【図４】栽培ベッドを示す一部破断拡大図である。
【図５】溢流堰を設けた栽培ベッドを示す一部破断拡大図である。
【図６】（ａ）実施形態に係る植物栽培システムを構成する駆動部を示す平面図、（ｂ）同正面断面図である。
【図７】実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す一部破断拡大図である。
【図８】実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す側面断面図である。
【図９】（ａ）育苗用の植付パネルを示す平面図、（ｂ）同正面図である。
【図１０】（ａ）育成用の植付パネルを示す平面図、（ｂ）同正面図である。
【図１１】モニターに表示されるシステムの監視画面である。
【図１２Ａ】モニターに表示されるメインメニュー画面である。
【図１２Ｂ】モニターに表示される運転操作メニュー画面である。
【図１２Ｃ】モニターに表示される弁手動操作画面である。
【図１２Ｄ】モニターに表示される育成室・棚温度設定画面である。
【図１２Ｅ】モニターに表示される設定メニュー画面である。
【図１２Ｆ】モニターに表示される監視メニュー画面である。
【図１２Ｇ】モニターに表示される履歴メニュー画面である。
【図１２Ｈ】モニターに表示される管理者メニュー画面である。
【図１３】（ａ）実施形態に係る植物栽培システムを構成する別の駆動部を示す正面図、（ｂ）同平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態として第１の実施例、第２の実施例および第３の実施例につき、説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の第１の実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１、図２は実施形態に係る植物栽培プラント１の平面図および断面図、図３は植物栽培プラント１が備える植物栽培システム２の構成図、図６は実施形態に係る植物栽培システムを構成する駆動部を示す図、図１３は実施形態に係る植物栽培システムを構成する別の駆動部を示す図である。
【００２３】
図１、図２に示すように、植物栽培プラント１は比較的大型の平屋建てをなし、育成室１０、育苗室１１および機械室１２を備えて構成されている。機械室１２は、後述する植物栽培システム２を稼動させるポンプＰ１〜Ｐ５などの各種機器や分電盤、制御盤・動力盤を格納するものである。
植物栽培プラント１には、この他に、収穫した栽培植物の出荷準備や用具の洗浄等をおこなうための出荷・洗浄室１４、育成室１０や育苗室１１をモニタリングする中央監視設備が設置される管理室１５、作業員等のロッカー室１６が適宜設けられている。また、屋外には、空調室外機２２や後述する植物栽培システム２の一部をなす供給タンク４４、戻り液タンク４５、冷温水槽６７、ヒートポンプチラー６８が配設されている。
【００２４】
植物栽培プラント１は、断熱材や断熱塗料等によって断熱性を有する屋根１８および外壁体１９にて覆われているとともに、少なくとも育成室１０、育苗室１１については太陽光を完全に遮断できる構造を有している。また、図２に示すように、屋根１８には屋上緑化２０が施されている。このような構成により、熱負荷の軽減が図られ、効率的な生産が可能となる。
【００２５】
育成室１０および育苗室１１には、それぞれ育成棚３０および育苗棚３１が複数列をなして配設されている。育成棚３０および育苗棚３１は、所定の栽培ベッドがそれぞれ上下複数段に亘って設けられたものである。
育苗棚３１で育成された苗が、育成棚３０に移し替えられ、その後栽培植物Ｐとして育成される。なお、図２に示すように、育成室１０および育苗室１１は半地下状に掘り下げられ、フロアレベルから下方が配管・配線スペース３２として構成されている。
育成室１０および育苗室１１は密閉可能な構造を有しており、各室には空調機３４、３５、３６が適宜設置されている。これにより、育成室１０および育苗室１１の温度や湿度が、年間を通して植物の生育に最適な一定範囲に調整されている。
【００２６】
植物栽培プラント１は、図３に示す如くの植物栽培システム２が設けられてなる。植物栽培システム２は、図３に示すように、主として栽培ベッド４０、給液管４１、排液管４２、供給タンク４４、戻り液タンク４５、ろ過装置４７、殺菌装置４８などから構成されている。栽培ベッド４０は、特に育成室１０の育成棚３０に設けられているが、育苗室１１の育苗棚３１にも同様の栽培ベッドが配設され、同様のシステムによって、育苗のための養液が循環供給されているものである。
なお、植物栽培システム２には、電磁弁や逆流を防止する逆止弁、さらに排液を再利用しない場合にそのまま排出する排出手段等が必要に応じて各所に適宜設けられるものとする。
【００２７】
図３に示すように、植物栽培システム２では、供給タンク４４に貯留される養液Ａが、供給ポンプＰ１によってポンプアップされ、給液管４１を介して各栽培ベッド４０に供給される。養液Ａとしては、液肥を希釈したものが用いられる。
各栽培ベッド４０から排出された養液Ａは、排液管４２を介して、土間地下に埋設されるポンプ槽５０に収集されたのち、汲み上げポンプＰ２によってポンプアップされ、戻り液タンク４５に回収される。ポンプ槽５０と戻り液タンク４５との間には、ゴミ取りカゴ５２が介設されており、ここで汚泥等の大きなゴミが取り除かれる。
【００２８】
戻り液タンク４５に運ばれた養液Ａは、戻り液ポンプＰ３によってポンプアップされ、ろ過装置４７および殺菌装置４８を通過して、再び供給タンク４４に貯留される。ろ過装置４７は、フィルター５４によって形成されており、ここで小さなゴミまで取り除くことができる。殺菌装置４８は、オゾン発生器５５を備えており、オゾン発生器５５によって発生させたオゾンを、戻り液タンク４５から供給タンク４４に移される養液Ａに混入攪拌して殺菌処理する機能を有している。
【００２９】
供給タンク４４には、養液Ａの濃度および容量を一定の値に保持する自動管理手段としての濃度センサー５７および液位置センサー５８が設けられている。図中６０はコントローラであり、濃度センサー５７および液位置センサー５８からの入力信号に基づき、原液注入ポンプＰ４を適宜駆動させるようになっている。原液注入ポンプＰ４の駆動に伴って、原液タンク６２の原液Ｂが供給タンク４４に供給されるとともに、必要によって井水Ｗが混合攪拌されることにより、供給タンク４４内で所定の養液Ａが新たに調合される。
【００３０】
供給タンク４４には、養液Ａの温度を一定の値に保持する自動管理手段としての温度センサー５９も設けられている。温度センサー５９が検出した信号は同様にコントローラ６０に入力され、循環ポンプＰ５を駆動させる。循環ポンプＰ５は、供給タンク４４内の養液Ａをポンプアップし、冷温装置６５を介して適温とされた養液Ａが、供給タンク４４へと戻される。冷温装置６５は、熱交換器６６、冷温水槽６７、冷温水ポンプＰ６、ヒートポンプチラー６８とから構成されるものである。
このようにして、供給タンク４４に貯留される養液Ａが、栽培植物Ｐの生育に最良のものとなるように常時保たれている。
【００３１】
次に、栽培ベッド４０及び植付パネル７３について、図４、図５、図９、図１０を参照してさらに説明する。図４は、育成室１０の育成棚３０に設けられる栽培ベッド４０を示す一部破断拡大図、図５は溢流堰を設けた栽培ベッドを示す一部破断拡大図、図９は育苗用の植付パネルを示す図、図１０は育成用の植付パネルを示す図である。
【００３２】
図４に示すように、育成棚３０が、直方体枠組み状に剛構成された架台７０において、所定間隔で上下複数段に配設保持される栽培ベッド４０を備えて構成されている。各栽培ベッド４０は、ブラケットやアングルピース等の保持手段（図示せず）を介して、架台７０の縦部材に略水平に固設されている。
栽培ベッド４０の段数は、植物の種類等によっても異なるが、３〜９段程度とするのが作業性や生産効率の点から好ましい。
【００３３】
栽培ベッド４０は、平面視９５０ｍｍ×２６００ｍｍの矩形板状をなし、上部開放箱型の栽培槽７２と、栽培槽７２の上部に嵌着される植付パネル７３とから構成されている。栽培槽７２の底面７５と植付パネル７３との間には、養液Ａの流路７６が形成されている。そして、給液管４１から分岐管４１ａを介して供給される養液Ａが、植付パネル７３の所定位置に穿設された給液口７３ａから栽培ベッド４０に流入し、この流路７６を連続的に通過して、栽培槽７２の底面７５の所定位置に接続される排液口７５ａおよび分岐管４２ａを介して、排液管４２へと流下排出されるようになっている。
【００３４】
植付パネル７３には、栽培植物Ｐを植付状態とするためのポット７８を支持するポット受孔７９が適宜の間隔で多数穿設されている。ポット７８は、底部が開放且つ先端部がカットされた逆円錐形で、栽培植物Ｐの苗を培土とともに収容して栽培するための容器である。栽培植物Ｐは、植物根Ｐ’が、ポット７８を貫通して、植付パネル７３の下方に露出するようにして配設される。
【００３５】
また、種の状態から苗の状態になるまで栽培する育苗用と、苗の状態から収穫できる状態になるまで栽培する育成用との二種類の植付パネル７３を用いると、より好ましい。育苗用植付パネル７３ａは、図９（ａ）（ｂ）に示すとおり、表面にポット受孔７９ａを多数有する平板であり、四隅と、横辺の中間部に、平板を高い位置で地面から支えるための脚部７７が設けられている。また、ポット受孔７９ａは、上下ともに開放された逆円錐台形となっている。育苗用植付パネルの高さは約５ｃｍであり、ポット受孔の深さは約３ｃｍであることから、育苗用植付パネルは、ポット受孔の下端が植付パネルの高さの略中間に位置するよう、ポット受孔を吊り下げた状態となっている。
育成用植付パネル７３ｂは、図１０（ａ）（ｂ）に示すとおり、育苗用植付パネル７３ａよりも、配置されるポット受孔の数が少なくなっている。その他の構成は、育苗用植付パネル７３ａと同様である。
【００３６】
育苗用植付パネル７３ａを用いる場合、ポット受孔７９ａに、栽培植物Ｐの種を植えた逆円錐形のウレタン等を培地として挿入する。そして、この育苗用植付パネルを栽培槽７２に嵌着し、栽培する。流路７６に養液Ａを供給することにより、植付パネル７３ａの下部空間を養液Ａが流れることになるが、ポット受孔７９ａの底部から１ｃｍ乃至１．５ｃｍ程度養液Ａが浸る程度となることが好ましい。ポット受孔７９ａの底部は開放されているため、底部に１ｃｍ程度養液Ａが浸ると、毛細管現象により、培地となるウレタン等の下部から上部まで短時間で養液Ａが行き渡る。これにより、培地の上部に植え付けた栽培植物Ｐの種にも、十分に養分が行き渡ることとなる。また、流路７６への養液Ａの供給を停止し、養液Ａをすべて排出した場合、ポット受孔７９ａの底部が植付パネル７３ａの底部よりも上位に設けられ、ポット受孔７９ａの底部が開放されていること、及び培地に水はけのよいウレタン等を用いることから、培地から、養液Ａが短時間で排出される。このような構成により、栽培植物Ｐの種を植えた培地に養液Ａを供給し、又は培地から養液Ａを排出する作業を迅速に行うことが可能となる。
上記育苗用植付パネル７３ａを用いて栽培植物Ｐを種の状態から育苗し、苗の状態になると、ポット受孔７９ａから培地を育成用植付パネル７３ｂに植え替える。育苗用植付パネル７３ａと育成用植付パネル７３ｂとは、ポット受孔の直径及び深さが略等しいため、培地はどちらにも容易に挿入できる。そして、育苗用植付パネル７３ａを栽培槽７２から取り外し、該育成用植付パネル７３ｂを栽培槽７２に嵌着する。もちろん、あらかじめ植付パネルが嵌着されていない栽培槽を用意しておき、この栽培槽を用いてもよい。このように、二種類の植付パネルを用いることにより、苗の状態までは育苗用植付パネル７３ａを用いることで、より少ない植付パネル数で育成することができ、栽培に要される養液や照明を抑制できるため、経済的かつ効率よく栽培できる。また、育成用植付パネル７３ｂは、ポット受孔間の配置間隔が広いため、育成用植付パネル７３ｂへと移すことにより、栽培植物Ｐが苗の状態からさらに成長しても、互いに接触することなく、育成が阻害されることはない。
【００３７】
排液口７５ａは、入口側よりも出口側が窄んだ漏斗状に形成されており、電磁弁４１ｂによって養液Ａの流入量や流入スピードを調整することで、流路７６内を養液Ａで略一杯に満たし、流路７６に向けて露出した植物根Ｐ’が流路７６を通過する養液Ａに接触して、養液Ａ中の栄養分を十分に吸収できるようになされている。
【００３８】
また、養液Ａは、電磁弁４１ｂを介して、流路７６に間欠的に流入するように制御されている。養液Ａの供給を一定時間ごとにストップし、植物根Ｐ’に養液Ａと空気を交互に触れさせることで栽培植物Ｐの成長をさらに促進することができる。そのため、植付パネル７３に空気を取り込むための多数の透孔を設けたり、植付パネル７３自体をメッシュ状に形成すればより好ましい。
【００３９】
なお、栽培槽７２における流路７６の下流側に上部空間が開放された溢流堰９１を形成し、養液Ａが所定量になると堰を超えて、排液管４２へと流出するような構成とすることもできる（図５）。この場合、溢流堰の下部に、排液用の小孔９２を適所に設け、養液Ａの供給を止めたときに、栽培槽７２内の養液Ａを残らず排液管へと排出できるようにする。また、溢流堰９１の内側に、電磁弁に接続した排液口７５ａを設けておき、栽培槽７２内の養液Ａを残らず排液管４２へと排出できるようにしてもよい。養液Ａを排出し、植物根Ｐ’に空気を触れさせることで、植物根Ｐ’が刺激を受け、次に流入してくる養液Ａを活発に吸い上げる。これによって、栽培植物Ｐの成長が促進される。
また、植付パネル７３を固定しておき、養液Ａの満ちた栽培槽７２を上下させる構成とすることもできる。
【００４０】
栽培植物Ｐとしては、野菜や果物など様々な種類の植物が対象となる。特に流路７６内の養液Ａが常に新鮮な状態に保たれることから、生姜も好適に採用され得る。
【００４１】
図４に示すように、各栽培ベッド４０の上方には、それぞれ栽培植物Ｐを照射するための人工光源８０が付設されている。人工光源８０は、手動または自動の走行装置８１を介して、栽培ベッド４０に対して上下移動自在に構成されている。
人工光源８０は、栽培植物Ｐの成長に応じて上下移動させられる。光の強度や量が不足すると栽培植物Ｐの成長が遅れ、逆に過剰であると栽培植物Ｐに焼け等が生じる結果となる。上記人工光源８０の構成によれば、人工光源８０と栽培植物Ｐとの間の距離が常に適正（通常１０〜２０ｃｍ程度）に保たれ、栽培植物Ｐの成長を促進することが可能となる。
【００４２】
さらに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、各栽培ベッド４０の上方に天井部１１５を、天井部１１５の上方に駆動部１１８を設け、駆動部の作用により天井部を上下に移動可能としてもよい。天井部１１５は、栽培ベッド４０に並行してその上部に設けられており、栽培ベッド４０と同程度の面積を有する。駆動部１１８は、薄い箱型の形状で栽培ベッド４０とは略水平に固着保持されており、主として軸ボルト１００と、左右一対のアーム１０１ａ，１０１ｂとが内部に配置されている。
軸ボルト１００は、全長にわたって螺子が刻設されたものであり、図６（ａ）（ｂ）に示すように、駆動部１１８の略中央位置に前後に延在して設けられている。アーム１０１ａ，１０１ｂは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、左右対称のくの字状に形成されており、従動部１０２ａ，１０２ｂを介してそれぞれ開閉自在となされている。アーム１０１ａ，１０１ｂの先端部には、螺合部１０４，１０４が、アーム１０１ａ，１０１ｂに対して回動自在に接続されている。そして、この螺合部１０４，１０４を介して、アーム１０１ａ，１０１ｂが平面視菱形状となるように、軸ボルト１００に螺合されている。
【００４３】
軸ボルト１００の前端には、所定の操作孔１０６が露呈して連接されており、操作ハンドル１０９（図６（ｂ））の先端を操作孔１０６に差し込むことによって、軸ボルト１００を正逆廻りに容易に回転させることができる。
上記螺合部１０４，１０４は、互いに逆向きの螺子が切られており、軸ボルト１００の回転に伴って、螺合部１０４，１０４が、軸ボルト１００に沿って互いに近づいたり離れたりして前後対称の移動をおこなう。これに従って、螺合部１０４，１０４に接続されるアーム１０１ａ，１０１ｂが左右方向に伸縮する。つまり、アーム１０１ａ，１０１ｂがそれぞれ開き角度を大小変化させながら、従動部１０２ａ，１０２ｂが軸ボルト１００に略直行して互いに近づいたり離れたりして、左右対称の移動を行う。そして、天井部１１５の四隅近傍が、ワイヤー等の吊設部材１１０を介して従動部１０２ａ，１０２ｂに連結されていることから、従動部１０２ａ，１０２ｂの上記移動に連係して、天井部１１５が上下に移動可能となるものである。
【００４４】
また、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、駆動部１１８は、主に軸ボルト１００と、左右対となる各２個１組で配置されるの内側滑車１０７ａ，１０７ｂ、及び外側滑車１０８ａ，１０８ｂとからなる構成としてもよい。
軸ボルト１００は全長にわたって螺子が刻設されたものであり、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、駆動部１１８の略中央に前後して延在して設けられている。内側滑車１０７ａ，１０７ｂは、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、螺合部１０４，１０４と線で結んだ場合に平面視菱形状となるよう、左右にそれぞれ、近接して２個ずつ駆動部１１８に固定して設けられている。外側滑車１０８ａ，１０８ｂは、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、内側滑車１０７ａ，１０７ｂから軸ボルト１００と垂直方向外側に、近接して２個ずつ駆動部１１８に固定して設けられている。
そして、１つの螺合部１０４には左右に１本ずつワイヤー等の吊設部材７０が着設されており、各吊設部材７０は、内側滑車１０７ａ，１０７ｂ及び外側滑車１０８ａ，１０８ｂを介して、それぞれ駆動部１１８の該螺合部側の四隅へと延伸される。もう一方の螺合部１０４からも同様に左右に１本ずつ吊設部材７０が内側滑車１０７ａ，１０７ｂ及び外側滑車１０８ａ，１０８ｂを介して四隅へと延伸される。そして、駆動部１１８の四隅には開口部が設けられており、それぞれの吊設部材７０は該開口部を遊貫して、天井部１１５へと連結される。
【００４５】
軸ボルト１００の前端には、所定の操作孔１０６が露呈して連接されており、操作ハンドル１０９の先端を操作孔１０６に差し込むことによって、軸ボルト１００を正逆廻りに容易に回転させることができる。
上記螺合部１０４，１０４は、互いに逆向きの螺子が切られており、軸ボルト１００の回転に伴って、螺合部１０４，１０４が、軸ボルト１００に沿って互いに近づいたり離れたりして前後対称の移動をおこなう。これに従って、螺合部１０４，１０４から内側滑車１０７ａ，１０７ｂまでの吊設部材７０の距離が長短に変化する。つまり、螺合部が軸ボルト上中央に近づけば近づくほど内側滑車との距離は短くなるし、逆に離れれば離れるほど内側滑車との距離は長くなる。各吊設部材７０自体の長さは変化しないため、螺合部１０４，１０４の近づいたり離れたりする前後対称の移動に連係して、螺合部１０４，１０４から内側滑車１０７ａ，１０７ｂまでの吊設部材７０の長さが長短変動し、よって、天井部１１５が上下に移動可能となるものである。
上記構成により、人工光源８０と栽培植物Ｐとの間の距離を常に栽培植物Ｐの成育に最も適した距離に保つことが可能となる。
【００４６】
人工光源８０としては、栽培植物Ｐの成長にとって好ましい波長域となるように、蛍光灯、高圧ナトリウムランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ、冷陰極ランプ、ＬＥＤ等を単独でまたは複数組み合わせて用いることができる。ＬＥＤを用いる場合には、例えば植付パネル７３と略同面積の天井板を走行装置８１によって上下移動自在に設け、この天井板に適宜間隔でＬＥＤを埋設するようにしてもよい。
【００４７】
また、図４に示すように、各栽培ベッド４０は、空調装置８４を備えている。空調装置８４では、栽培ベッド４０の短辺上部の一方側に送風口８５、他方側に排気ファン８６が設けられており、栽培ベッド４０の上方において一方側から他方側に循環する空気通路８７が形成されている。送風口８５は、上記空調機３４から延出するダクト３４ａの吹出し口に適宜接続されるとともに、排気ファン８６は、上記空調機３５から延出するダクト３５ａの吸込み口に適宜接続されている（図２参照）。送風口８５に替えて、送風ファンを設けるようにしてもよい。
【００４８】
このような空調装置８４により、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を、各栽培ベッド４０の栽培植物Ｐに確実に供給することが可能となる。空調効果を高めるために、育成棚３０の架台７０を断熱パネル等によって被覆する構成としてもよい。
【００４９】
また、空調装置８４は、人工光源８０の熱を除去する働きもなす。人工光源８０には、上記した如く栽培植物Ｐの成長に応じて上下動し、栽培植物Ｐに対する距離を調節できる走行装置８１が付設されている。上記送風口８５や排気ファン８６を、この走行装置８１の動作に伴って上下動するように構成し、常に人工光源８０近辺に向かって冷風を吹き付けて冷却するようにしてもよい。これにより、人工光源８０付近に熱が滞り、栽培植物Ｐの成長に悪影響が生じるのを確実に防止することが可能となる。送風口８５に替えて送風ファンを用いてもよいことは上述のとおりである。
冷却後の空気は、育成室１０内に拡散させ、育成室１０の空気と混同させて空調機で冷やし、これを循環させるようにしてもよい。
【００５０】
以上、説明した如くの植物栽培プラント１および植物栽培システム２によれば、栽培ベッド４０の流路７６に供給される養液Ａが、流路７６を連続的に通過して排出され、ろ過装置４７や殺菌装置４８、さらに自動管理手段を有する供給タンク４４などを経由した後に循環して再利用されるものであるため、常に一定の新鮮な養液Ａを栽培植物Ｐに供給することができ、栽培槽７２の流路７６内に雑菌等が繁殖するおそれが低い。また、人工光源８０や空調装置８４などの所定構成とも相俟って、栽培植物Ｐの成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができるものである。
【実施例２】
【００５１】
本発明の第２の実施例について、図面を参照しつつ説明する。第２の実施例は、実施例１における空調装置とは別構成の空調装置を用いるものである。図７は、実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す一部破断拡大図であり、図８は、実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す側面断面図である。
図７、図８に示すとおり、第２の実施例に係る空調装置１１６の形状は、栽培ベッド４０の長辺の長さに略相当する全長を有する筒状であり、天井の一方の長辺側に沿って近接して設けることを特徴とする。
空調装置１１６は、上下方向に移動可能な天井部１１５に吊り下げて設け、天井部の昇降動作に連動して空調装置１１６も昇降することとする。固着手段としては、例えば、図８に示すとおり、バンド状の取付金具１３３を用いることが考えられる。空調装置１１６は、伸縮自在のフレキシブルダクト１３１および分岐ダクト１３２を介して、架台７０に近接して設けられた空調装置用ダクト１３０に接続されている。空調装置用ダクト１３０は、上記空調機３４から延出するダクト３４ａの吹出し口に接続されることとしてもよいし、別の空気発生源から空気を取り込むこととしてもよい。
空調装置１１６のやや上部所定の位置には、多数の噴出口１３５ａ，１３５ｂが、千鳥状の上下二段に設けられている。そして、下側の噴出口１３５ａから、栽培ベッド４０に植え付けられている栽培植物Ｐに向けて、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気が噴出される。
【００５２】
また、図８に示すように、上側の噴出口１３５ｂからは、人工光源８０に向けても、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気が噴出される。これにより、人工光源８０から生じた熱を取り除き、栽培ベッド４０の上部空間の温度を低温に保つことが可能となる。植物の種類によっても異なるが、栽培植物Ｐが生育する上で理想となる温度は、およそ１５℃から２０℃である。一方、人工光源８０と栽培植物Ｐとの距離は約１０ｃｍ〜２０ｃｍと短く、かつ、人工光源８０近辺は約６０℃と高温になるため、熱を除去する工夫がなければ、栽培植物Ｐの周辺は高温になってしまう。さらに、本発明の栽培ベッド４０は上下複数段で構成されており、下段の人工光源８０から発生した熱は上昇するため、上段の栽培ベッド４０の周囲は、より高温になってしまう。仮に栽培ベッドが５段で構成される場合、最下段と最上段の栽培ベッド４０周囲の温度を比較した場合、最上段のほうが、およそ１０℃近くも高温となる。
天井部１１５の昇降動作に連動して空調装置１１６も昇降する構成とすると、天井部１１５の上下位置に関係なく、いつでも上側の噴出口１３５ｂからは、人工光源８０に向けて、１５℃前後の低温の空気が噴出される。これにより、人工光源８０付近あるいは真下に停滞する熱を拡散させ、人工光源８０自体も冷却することで、栽培ベッドの周囲（特に上部空間）の温度の上昇をより確実に抑制し、栽培植物Ｐの生育に悪影響が生じるのを防止することができるのである。
【００５３】
なお、栽培ベッド４０の上部空間の温度等を計測するセンサーを、各段ごとに設けてもよい。育成ベッド４０は、下段の育成光源８０の熱が上昇し加わることにより、上段ほど高温になる傾向にある。そこで、各段の栽培ベッド４０ごとに温度を計測し、高温の段ほど多量の空気あるいは冷たい空気が噴出されるようにすると、各段の栽培ベッド４０周囲の温度を一定に保つことが可能となる。また、噴出口１３５ａ，１３５ｂとしてノズルを用いる場合には、噴出される空気を分散させ易くなり、噴出口１３５ａ，１３５ｂの配設数を低減できる。
【００５４】
また、天井部１１５の下面には、図８に示すように、傾斜壁面１２２、１２２を有する凹部１２３が、栽培ベッド４０に略等しい左右幅で、且つ長辺に略並行して２列に形成されることとしてもよい。そして、この凹部１２３に、人工光源８０が配設されるとともに、少なくとも上記傾斜壁面１２２が、反射性を有する材料によって形成されることとしてもよい。傾斜壁面１２２の傾斜角度は、人工光源８０の光を反射させたい方向に応じて適宜設定し得るものであるが、おおむね３０度から４５度前後が好ましい。このような構成により、狭小な空間であっても、人工光源８０による光を拡散させることなく、非常に効率よく集中的に栽培植物Ｐに与えることが可能となる。例えば人工光源８０として蛍光灯を使用する場合には、光量が約１．３倍から１．４倍に増加する。しかも、上記天井部１１５の構造によれば、凹部１２３内の熱が、工夫した空調装置により冷却されることで逃げ易いため、空調負荷の低減にもなる。
【実施例３】
【００５５】
本発明の第３の実施例について図面を参照しつつ説明する。第３の実施例は、植物栽培プラント１及び植物栽培システム２の全体監視及び全体操作に関するものであり、さらには、遠隔からの全体監視及び全体操作に関するものである。図１１はモニターに表示されるシステムの監視画面であり、図１２Ａから図１２Ｈは、モニター操作を行った際にモニターに表示される所定の画面である。
本発明の植物栽培プラント１及び植物栽培システム２は、すべて機械室１２に設置されているコンピュータによって制御されており、管理室１５あるいはその近辺に設置される小型モニターによって、全体監視及び全体操作が可能になっている。
小型モニターには、通常、図１のようにシステム全体を監視する「全体監視画面」が表示されている。この画面では、主に、各段の栽培ベッド４０の温度、供給タンク４４の温度等、戻り液タンク４５の温度、養液のヒートポンプチラー６８通過前後の温度、室内外の温度や湿度等、植物栽培システム２を稼動させる上で重要な情報を確認することができる。
また、小型モニターは、タッチパネル式となっており、画面に触れることで、各種のシステム操作が可能となる。例えば、植物栽培システムは自動モードと手動モードとの切り替えが可能であり、通常は自動モードにしておくことで、植物栽培プラント１における植物の栽培に最も適した環境が維持されることとなる。また、各段の栽培ベッドごとに異なる植物を栽培するため、各段ごとに異なる温度・湿度設定にしたい場合や、なんらかの事情により自動モードでは植物の栽培に支障が生じる場合は、手動モードにすることにより、不都合な部分のシステム操作を個別に行うことが可能となる。
【００５６】
さらに、あらかじめ育成する野菜の種類ごとに最も適した養液量や照明の量、あるいは空調装置から噴出される空気の温度や湿度等の各設定をコンピュータの記憶部に記憶させておき、特定の設定データを読み出すことで、あらかじめ記憶させた各設定を選択的に再現することができる。そして自動モードにしておくと、人間がシステムを操作しなくとも、自動的に選択した設定が維持されることとなる。これにより、栽培する植物に適した設定データを選択し、あとは自動モードにしておくだけで、その植物に適した環境が人の手を介さずとも維持されるのである。
以下、小型モニターを用いた植物栽培システム２の操作方法の一例を、図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて説明する。ここでは、所定の栽培ベッド４０への養液の供給あるいは停止を手動で行うこととする。まず、図１１の「全体監視画面」において、下側の各種パネルボタンから「メインメニュー」ボタンを押すことで、図１２Ａの「メインメニュー画面」に画面が切り替わる。次に、各システムを操作する場合は、「メインメニュー画面」において、「運転操作画面」のボタンを押すことにより、図１２Ｂの「運転操作メニュー」画面に切り替わる。続いて、「弁手動操作（トレー２）」ボタンを押すことで、「手動操作（育成２トレー用弁）」画面（図１２Ｃ）に切り替わり、この画面上で、所定の栽培ベッドに養液Ａを供給あるいは停止するための電磁弁の開閉が可能となる。また、電磁弁の開閉は、栽培ベッド各段ごとに可能であるため、１段目は養液Ａを供給して、２段目は供給を停止する、といった制御も行える。なお、各種画面の下側の各種パネルボタンから「メインメニュー」ボタンを押すことで、「メインメニュー画面」に戻る。
【００５７】
換気・給気システムの手動操作や各タンク、照明の手動操作といった運転操作のほかにも、「設定メニュー」画面（図１２Ｅ）から所定の画面へ進むことで、温度設定やＣＯ２の濃度設定、作物管理設定等が可能であるし、「監視メニュー」画面（図１２Ｆ）から所定の画面へ進むことで、電力の監視やＣＯ２の監視、前月実績の確認等が可能である。また、「履歴メニュー」画面（図１２Ｇ）から所定の画面へ進むことで、運転履歴や故障履歴を確認でき、「管理者メニュー」画面（図１２Ｈ）から所定の画面へ進むことで、時刻の修正や機器状態の確認が可能である。例えば、「メインメニュー画面」（図１２Ａ）から「設定画面」、「育成室・棚温度設定」とたどることで、図１２Ｄの「育成室・棚温度設定」画面が表示される。この画面上で、育成室の温度や育成棚の温度等を調整することができる。
植物栽培プラント１及び植物栽培システム２をコンピュータ制御とし、システムの稼動状態をモニターで監視可能とし、さらにシステムをモニター上で操作可能としたことにより、育成室１０の内部の状況をモニター上で容易に把握でき、育成室１０内に入ることなく各種弁やタンク、照明装置をモニター上で操作できるため、植物の栽培に際し、人的負担が軽減される。
【００５８】
また、植物栽培プラント１及び植物栽培システム２を制御するためのコンピュータをインターネット回線や専用回線等のネットワーク回線に接続することで、これらの回線に接続したパーソナルコンピュータやＰＤＡ、携帯電話等の端末からの監視・操作を行うことができる。モニター画面を有する端末を用いることが好ましく、端末のモニター上に、管理室１５等に設置された小型モニターに表示される画面と同じ画面を表示させることにより、各種操作が簡便に可能となる。この場合、タッチパネル式でなくとも、端末が十字ボタンや決定ボタンを具備していると、これらのボタンで画面上のアイコンを選択及び決定することにより、各種の操作が可能である。
このような構成により、建物内の別室や建物外の施設等の遠隔から、植物栽培プラント１及び植物栽培システム２を全体監視・操作でき、育成室１０、機械室１２、管理室１５近辺、さらには植物栽培プラントが設置される建物内に人が常駐しなくとも、植物の栽培を継続して行うことができる。また、植物栽培システムに異常が生じた際にも、端末を通して異常を感知し、その場で端末により植物栽培システムを操作できるため、システムの誤作動等の異常にも遠隔から容易に対応することができる。
【００５９】
なお、上記各実施形態の記述は、本発明をこれに限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更等が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、様々な種類の植物に幅広く適用が可能であるとともに、雑菌等の繁殖を抑え、植物の成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができる植物栽培システムおよび植物栽培プラントを提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００６１】
１ 植物栽培プラント
２ 植物栽培システム
１０ 育成室
１１ 育苗室
１２ 機械室
１８ 屋根
１９ 外壁体
２０ 屋上緑化
３０ 育成棚
３１ 育苗棚
３４、３５ 空調機
４０ 栽培ベッド
４４ 供給タンク
４５ 戻り液タンク
４７ ろ過装置
４８ 殺菌装置
５５ オゾン発生器
５７ 液濃度センサー
５８ 液位置センサー
５９ 液温度センサー
７２ 栽培槽
７３ 植付パネル
７３ａ 育苗用植付パネル
７３ｂ 育成用植付パネル
７６ 流路
７９，７９ａ，７９ｂ ポット受孔
８０ 人工光源
８１ 走行装置
８４ 空調装置
８５ 送風口
８６ 排気ファン
８７ 空気通路
９１ 溢流堰
９２ 小孔
１００ 軸ボルト
１０１ａ，１０１ｂ アーム
１０７ａ，１０７ｂ 内側滑車
１０８ａ，１０８ｂ 外側滑車
１１０ 吊設部材
１１５ 天井部
１１６ 空調装置
１１８ 駆動部
Ａ 養液
Ｐ 栽培植物
Ｐ’ 植物根
【技術分野】
【０００１】
本発明は、野菜等の植物を水耕栽培するための植物栽培技術に関し、特に栽培ベッドを上下複数段に設けてなる多段棚式の植物栽培システムおよび植物栽培プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、野菜等の植物を水耕栽培するシステムとして、栽培床を略垂直に設け、栽培床の裏側に露出する植物根に養液を噴霧するようにした植物栽培システムがある（例えば、特許文献１）。この植物栽培システムを用いれば、狭小な土地であっても、生産効率を格段に向上させることが可能となる。
【０００３】
しかしながら、上記の植物栽培システムでは、植物の植付姿勢に制約が生じるため、植物の種類（例えばキャベツ等）によっては、栽培が困難なものがあることが明らかとなっている。
これに対して、栽培ベッドを上下複数段に設けてなる多段棚式の植物栽培システムが知られている。このような植物栽培システムであれば、植物の植付姿勢にも無理がないことから、植物の種類を問わず比較的効率よく生産をおこなうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の多段棚式の植物栽培システムによれば、栽培ベッドの下部に養液を長期間プール状に貯留し、この養液に植物根を浸して栄養分を吸収させるタイプのものが多かったため、貯留した養液中に雑菌が繁殖し易く、植物の成長が妨げられるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、様々な種類の植物に幅広く適用が可能であるとともに、雑菌等の繁殖を抑え、植物の成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができる植物栽培システムおよび植物栽培プラントを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の植物栽培システムは、栽培植物が植え付けられ、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持される栽培ベッドと、各栽培ベッドの上方に設けられ、栽培植物の成長に応じて上下に移動させられる人工光源と、送風口または送風ファンを有し、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置と、を備えた植物栽培システムであって、該栽培ベッドが、上部開放箱型の栽培槽と、該栽培槽の上部に嵌着され、該栽培槽の底面との間に、養液の流路を形成するとともに、該流路に向けて植物根が露出するようにして栽培植物を植付状態とする植付パネルと、から構成され、該栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、該養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されていることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該栽培ベッドに供給される該養液を貯留するとともに、該養液の濃度、容量、温度を一定の値に保持できる自動管理手段を有する供給タンクと、該栽培ベッドから排出された該養液を回収するための戻り液タンクと、該供給タンクと該戻り液タンクとの間に介設され、該戻り液タンクから該供給タンクに移される該養液のろ過および殺菌をおこなうためのろ過装置およびオゾン発生器を含む殺菌装置と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該栽培ベッドと並行して上部に設けられ、該栽培ベッドと同程度の面積を有する天井部を有しており、該天井部は栽培植物の成長に応じて上下に移動させられ、該天井部に該人工光源が設けられていることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該空調装置は、該人工光源と連動して上下に移動させられるとともに、該栽培ベッドに植え付けられる栽培植物および該人工光源に向けて、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を噴き出す噴出口を有していることを要旨とする。
【００１１】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、該流路の下流側に、上部空間が開放された溢流堰が形成され、該溢流堰の下部には、養液の供給を停止した際に流路の養液をすべて排出するための小孔が設けられていることを要旨とする。
【００１２】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部からなる育成パネルであって、前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は育成パネル高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態とした育成パネルを用いることを要旨とする。
【００１３】
また、本発明の植物栽培システムは、さらには、植物栽培システムの稼動状況を表示するための表示部と、該植物栽培システムを構成する機器や装置の作動状態を監視できる監視手段と、該植物栽培システムを構成する機器や装置を操作できる操作手段と、を備えることにより、該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能とし、及び／又は、該植物栽培システムをネットワーク回線に接続し、遠隔地にある端末を該ネットワーク回線と接続することにより、端末を用いて遠隔から該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能としたことを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の植物栽培プラントは、先に述べた植物栽培システムが設けられてなり、太陽光が遮断され、断熱性を有する屋根および外壁体にて覆われるとともに、該屋根には屋上緑化が施されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の植物栽培システムおよび植物栽培プラントによれば、栽培ベッドが、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持されていることから、少ない面積において、苗床を多く作ることが可能であり、かつ、様々な種類の植物に幅広く適用することができる。
【００１６】
また、栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されることから、一度使った養液を廃棄する必要がなく、栽培に必要な養液の量を最小限に抑制することが可能である。そして、養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されていることから、栽培植物の根が養液に浸った状態と浸っていない状態とを一定時間ごとに変化させることが可能であり、これにより栽培植物の根を刺激して、根がより多くの養液を吸収する状態にすることができる。さらに、雑菌等の繁殖を抑えることができる。
さらに、植付パネルを表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部から構成し、前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は植付パネルの高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態としたことにより、孔部に挿入する培地の水はけがよくなり、培地が空気にさらされることで植物の成長をはやめ、また、短時間で、培地に養液を供給し、又は培地から養液を排出することができる。
【００１７】
また、上下に移動させられる人工光源、あるいは人工光源が設けられた天井部を有することから、植物の成長にあわせて植物から人工光源までの位置を常に一定距離に保つことができ、最も植物の生育に好ましい量の人工光を常時照射することができる。これにより、栽培植物の成長が促進される。
【００１８】
また、空調装置により、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込むことにより、人工光源から発せられる熱を取り除き、栽培植物の周囲の温度や湿度等を、生育に最も適した状態にすることができる。さらに、空調装置を、筒状の形状とし、該栽培ベッドの長辺側に沿って一方に近接して、上下に移動可能な該天井部に固着して設置することで、天井部の昇降動作に連動して昇降し、天井部がどのような位置にあっても、常に天井部の真下部分に低温の空気を吹き付けることが可能となり、人工光源から発せられる熱をより確実に除去することができる。
【００１９】
また、本発明の植物栽培プラントおよび植物栽培システムをコンピュータで制御することにより、各システムを構成する機器や装置を外部のモニターから全体監視および操作することができ、実際に植物を栽培している部屋内に入る必要がなくなり、目視による装置の監視や手動による機器の操作を行う手間を省くことができる。さらには、遠隔から植物栽培プラントを全体監視および操作することを可能としたことで、実際に植物栽培プラントが設置される建物内に人がいなくとも、栽培を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る植物栽培プラントの平面図である。
【図２】実施形態に係る植物栽培プラントの断面図である。
【図３】実施形態に係る植物栽培システムの構成図である。
【図４】栽培ベッドを示す一部破断拡大図である。
【図５】溢流堰を設けた栽培ベッドを示す一部破断拡大図である。
【図６】（ａ）実施形態に係る植物栽培システムを構成する駆動部を示す平面図、（ｂ）同正面断面図である。
【図７】実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す一部破断拡大図である。
【図８】実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す側面断面図である。
【図９】（ａ）育苗用の植付パネルを示す平面図、（ｂ）同正面図である。
【図１０】（ａ）育成用の植付パネルを示す平面図、（ｂ）同正面図である。
【図１１】モニターに表示されるシステムの監視画面である。
【図１２Ａ】モニターに表示されるメインメニュー画面である。
【図１２Ｂ】モニターに表示される運転操作メニュー画面である。
【図１２Ｃ】モニターに表示される弁手動操作画面である。
【図１２Ｄ】モニターに表示される育成室・棚温度設定画面である。
【図１２Ｅ】モニターに表示される設定メニュー画面である。
【図１２Ｆ】モニターに表示される監視メニュー画面である。
【図１２Ｇ】モニターに表示される履歴メニュー画面である。
【図１２Ｈ】モニターに表示される管理者メニュー画面である。
【図１３】（ａ）実施形態に係る植物栽培システムを構成する別の駆動部を示す正面図、（ｂ）同平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態として第１の実施例、第２の実施例および第３の実施例につき、説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の第１の実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１、図２は実施形態に係る植物栽培プラント１の平面図および断面図、図３は植物栽培プラント１が備える植物栽培システム２の構成図、図６は実施形態に係る植物栽培システムを構成する駆動部を示す図、図１３は実施形態に係る植物栽培システムを構成する別の駆動部を示す図である。
【００２３】
図１、図２に示すように、植物栽培プラント１は比較的大型の平屋建てをなし、育成室１０、育苗室１１および機械室１２を備えて構成されている。機械室１２は、後述する植物栽培システム２を稼動させるポンプＰ１〜Ｐ５などの各種機器や分電盤、制御盤・動力盤を格納するものである。
植物栽培プラント１には、この他に、収穫した栽培植物の出荷準備や用具の洗浄等をおこなうための出荷・洗浄室１４、育成室１０や育苗室１１をモニタリングする中央監視設備が設置される管理室１５、作業員等のロッカー室１６が適宜設けられている。また、屋外には、空調室外機２２や後述する植物栽培システム２の一部をなす供給タンク４４、戻り液タンク４５、冷温水槽６７、ヒートポンプチラー６８が配設されている。
【００２４】
植物栽培プラント１は、断熱材や断熱塗料等によって断熱性を有する屋根１８および外壁体１９にて覆われているとともに、少なくとも育成室１０、育苗室１１については太陽光を完全に遮断できる構造を有している。また、図２に示すように、屋根１８には屋上緑化２０が施されている。このような構成により、熱負荷の軽減が図られ、効率的な生産が可能となる。
【００２５】
育成室１０および育苗室１１には、それぞれ育成棚３０および育苗棚３１が複数列をなして配設されている。育成棚３０および育苗棚３１は、所定の栽培ベッドがそれぞれ上下複数段に亘って設けられたものである。
育苗棚３１で育成された苗が、育成棚３０に移し替えられ、その後栽培植物Ｐとして育成される。なお、図２に示すように、育成室１０および育苗室１１は半地下状に掘り下げられ、フロアレベルから下方が配管・配線スペース３２として構成されている。
育成室１０および育苗室１１は密閉可能な構造を有しており、各室には空調機３４、３５、３６が適宜設置されている。これにより、育成室１０および育苗室１１の温度や湿度が、年間を通して植物の生育に最適な一定範囲に調整されている。
【００２６】
植物栽培プラント１は、図３に示す如くの植物栽培システム２が設けられてなる。植物栽培システム２は、図３に示すように、主として栽培ベッド４０、給液管４１、排液管４２、供給タンク４４、戻り液タンク４５、ろ過装置４７、殺菌装置４８などから構成されている。栽培ベッド４０は、特に育成室１０の育成棚３０に設けられているが、育苗室１１の育苗棚３１にも同様の栽培ベッドが配設され、同様のシステムによって、育苗のための養液が循環供給されているものである。
なお、植物栽培システム２には、電磁弁や逆流を防止する逆止弁、さらに排液を再利用しない場合にそのまま排出する排出手段等が必要に応じて各所に適宜設けられるものとする。
【００２７】
図３に示すように、植物栽培システム２では、供給タンク４４に貯留される養液Ａが、供給ポンプＰ１によってポンプアップされ、給液管４１を介して各栽培ベッド４０に供給される。養液Ａとしては、液肥を希釈したものが用いられる。
各栽培ベッド４０から排出された養液Ａは、排液管４２を介して、土間地下に埋設されるポンプ槽５０に収集されたのち、汲み上げポンプＰ２によってポンプアップされ、戻り液タンク４５に回収される。ポンプ槽５０と戻り液タンク４５との間には、ゴミ取りカゴ５２が介設されており、ここで汚泥等の大きなゴミが取り除かれる。
【００２８】
戻り液タンク４５に運ばれた養液Ａは、戻り液ポンプＰ３によってポンプアップされ、ろ過装置４７および殺菌装置４８を通過して、再び供給タンク４４に貯留される。ろ過装置４７は、フィルター５４によって形成されており、ここで小さなゴミまで取り除くことができる。殺菌装置４８は、オゾン発生器５５を備えており、オゾン発生器５５によって発生させたオゾンを、戻り液タンク４５から供給タンク４４に移される養液Ａに混入攪拌して殺菌処理する機能を有している。
【００２９】
供給タンク４４には、養液Ａの濃度および容量を一定の値に保持する自動管理手段としての濃度センサー５７および液位置センサー５８が設けられている。図中６０はコントローラであり、濃度センサー５７および液位置センサー５８からの入力信号に基づき、原液注入ポンプＰ４を適宜駆動させるようになっている。原液注入ポンプＰ４の駆動に伴って、原液タンク６２の原液Ｂが供給タンク４４に供給されるとともに、必要によって井水Ｗが混合攪拌されることにより、供給タンク４４内で所定の養液Ａが新たに調合される。
【００３０】
供給タンク４４には、養液Ａの温度を一定の値に保持する自動管理手段としての温度センサー５９も設けられている。温度センサー５９が検出した信号は同様にコントローラ６０に入力され、循環ポンプＰ５を駆動させる。循環ポンプＰ５は、供給タンク４４内の養液Ａをポンプアップし、冷温装置６５を介して適温とされた養液Ａが、供給タンク４４へと戻される。冷温装置６５は、熱交換器６６、冷温水槽６７、冷温水ポンプＰ６、ヒートポンプチラー６８とから構成されるものである。
このようにして、供給タンク４４に貯留される養液Ａが、栽培植物Ｐの生育に最良のものとなるように常時保たれている。
【００３１】
次に、栽培ベッド４０及び植付パネル７３について、図４、図５、図９、図１０を参照してさらに説明する。図４は、育成室１０の育成棚３０に設けられる栽培ベッド４０を示す一部破断拡大図、図５は溢流堰を設けた栽培ベッドを示す一部破断拡大図、図９は育苗用の植付パネルを示す図、図１０は育成用の植付パネルを示す図である。
【００３２】
図４に示すように、育成棚３０が、直方体枠組み状に剛構成された架台７０において、所定間隔で上下複数段に配設保持される栽培ベッド４０を備えて構成されている。各栽培ベッド４０は、ブラケットやアングルピース等の保持手段（図示せず）を介して、架台７０の縦部材に略水平に固設されている。
栽培ベッド４０の段数は、植物の種類等によっても異なるが、３〜９段程度とするのが作業性や生産効率の点から好ましい。
【００３３】
栽培ベッド４０は、平面視９５０ｍｍ×２６００ｍｍの矩形板状をなし、上部開放箱型の栽培槽７２と、栽培槽７２の上部に嵌着される植付パネル７３とから構成されている。栽培槽７２の底面７５と植付パネル７３との間には、養液Ａの流路７６が形成されている。そして、給液管４１から分岐管４１ａを介して供給される養液Ａが、植付パネル７３の所定位置に穿設された給液口７３ａから栽培ベッド４０に流入し、この流路７６を連続的に通過して、栽培槽７２の底面７５の所定位置に接続される排液口７５ａおよび分岐管４２ａを介して、排液管４２へと流下排出されるようになっている。
【００３４】
植付パネル７３には、栽培植物Ｐを植付状態とするためのポット７８を支持するポット受孔７９が適宜の間隔で多数穿設されている。ポット７８は、底部が開放且つ先端部がカットされた逆円錐形で、栽培植物Ｐの苗を培土とともに収容して栽培するための容器である。栽培植物Ｐは、植物根Ｐ’が、ポット７８を貫通して、植付パネル７３の下方に露出するようにして配設される。
【００３５】
また、種の状態から苗の状態になるまで栽培する育苗用と、苗の状態から収穫できる状態になるまで栽培する育成用との二種類の植付パネル７３を用いると、より好ましい。育苗用植付パネル７３ａは、図９（ａ）（ｂ）に示すとおり、表面にポット受孔７９ａを多数有する平板であり、四隅と、横辺の中間部に、平板を高い位置で地面から支えるための脚部７７が設けられている。また、ポット受孔７９ａは、上下ともに開放された逆円錐台形となっている。育苗用植付パネルの高さは約５ｃｍであり、ポット受孔の深さは約３ｃｍであることから、育苗用植付パネルは、ポット受孔の下端が植付パネルの高さの略中間に位置するよう、ポット受孔を吊り下げた状態となっている。
育成用植付パネル７３ｂは、図１０（ａ）（ｂ）に示すとおり、育苗用植付パネル７３ａよりも、配置されるポット受孔の数が少なくなっている。その他の構成は、育苗用植付パネル７３ａと同様である。
【００３６】
育苗用植付パネル７３ａを用いる場合、ポット受孔７９ａに、栽培植物Ｐの種を植えた逆円錐形のウレタン等を培地として挿入する。そして、この育苗用植付パネルを栽培槽７２に嵌着し、栽培する。流路７６に養液Ａを供給することにより、植付パネル７３ａの下部空間を養液Ａが流れることになるが、ポット受孔７９ａの底部から１ｃｍ乃至１．５ｃｍ程度養液Ａが浸る程度となることが好ましい。ポット受孔７９ａの底部は開放されているため、底部に１ｃｍ程度養液Ａが浸ると、毛細管現象により、培地となるウレタン等の下部から上部まで短時間で養液Ａが行き渡る。これにより、培地の上部に植え付けた栽培植物Ｐの種にも、十分に養分が行き渡ることとなる。また、流路７６への養液Ａの供給を停止し、養液Ａをすべて排出した場合、ポット受孔７９ａの底部が植付パネル７３ａの底部よりも上位に設けられ、ポット受孔７９ａの底部が開放されていること、及び培地に水はけのよいウレタン等を用いることから、培地から、養液Ａが短時間で排出される。このような構成により、栽培植物Ｐの種を植えた培地に養液Ａを供給し、又は培地から養液Ａを排出する作業を迅速に行うことが可能となる。
上記育苗用植付パネル７３ａを用いて栽培植物Ｐを種の状態から育苗し、苗の状態になると、ポット受孔７９ａから培地を育成用植付パネル７３ｂに植え替える。育苗用植付パネル７３ａと育成用植付パネル７３ｂとは、ポット受孔の直径及び深さが略等しいため、培地はどちらにも容易に挿入できる。そして、育苗用植付パネル７３ａを栽培槽７２から取り外し、該育成用植付パネル７３ｂを栽培槽７２に嵌着する。もちろん、あらかじめ植付パネルが嵌着されていない栽培槽を用意しておき、この栽培槽を用いてもよい。このように、二種類の植付パネルを用いることにより、苗の状態までは育苗用植付パネル７３ａを用いることで、より少ない植付パネル数で育成することができ、栽培に要される養液や照明を抑制できるため、経済的かつ効率よく栽培できる。また、育成用植付パネル７３ｂは、ポット受孔間の配置間隔が広いため、育成用植付パネル７３ｂへと移すことにより、栽培植物Ｐが苗の状態からさらに成長しても、互いに接触することなく、育成が阻害されることはない。
【００３７】
排液口７５ａは、入口側よりも出口側が窄んだ漏斗状に形成されており、電磁弁４１ｂによって養液Ａの流入量や流入スピードを調整することで、流路７６内を養液Ａで略一杯に満たし、流路７６に向けて露出した植物根Ｐ’が流路７６を通過する養液Ａに接触して、養液Ａ中の栄養分を十分に吸収できるようになされている。
【００３８】
また、養液Ａは、電磁弁４１ｂを介して、流路７６に間欠的に流入するように制御されている。養液Ａの供給を一定時間ごとにストップし、植物根Ｐ’に養液Ａと空気を交互に触れさせることで栽培植物Ｐの成長をさらに促進することができる。そのため、植付パネル７３に空気を取り込むための多数の透孔を設けたり、植付パネル７３自体をメッシュ状に形成すればより好ましい。
【００３９】
なお、栽培槽７２における流路７６の下流側に上部空間が開放された溢流堰９１を形成し、養液Ａが所定量になると堰を超えて、排液管４２へと流出するような構成とすることもできる（図５）。この場合、溢流堰の下部に、排液用の小孔９２を適所に設け、養液Ａの供給を止めたときに、栽培槽７２内の養液Ａを残らず排液管へと排出できるようにする。また、溢流堰９１の内側に、電磁弁に接続した排液口７５ａを設けておき、栽培槽７２内の養液Ａを残らず排液管４２へと排出できるようにしてもよい。養液Ａを排出し、植物根Ｐ’に空気を触れさせることで、植物根Ｐ’が刺激を受け、次に流入してくる養液Ａを活発に吸い上げる。これによって、栽培植物Ｐの成長が促進される。
また、植付パネル７３を固定しておき、養液Ａの満ちた栽培槽７２を上下させる構成とすることもできる。
【００４０】
栽培植物Ｐとしては、野菜や果物など様々な種類の植物が対象となる。特に流路７６内の養液Ａが常に新鮮な状態に保たれることから、生姜も好適に採用され得る。
【００４１】
図４に示すように、各栽培ベッド４０の上方には、それぞれ栽培植物Ｐを照射するための人工光源８０が付設されている。人工光源８０は、手動または自動の走行装置８１を介して、栽培ベッド４０に対して上下移動自在に構成されている。
人工光源８０は、栽培植物Ｐの成長に応じて上下移動させられる。光の強度や量が不足すると栽培植物Ｐの成長が遅れ、逆に過剰であると栽培植物Ｐに焼け等が生じる結果となる。上記人工光源８０の構成によれば、人工光源８０と栽培植物Ｐとの間の距離が常に適正（通常１０〜２０ｃｍ程度）に保たれ、栽培植物Ｐの成長を促進することが可能となる。
【００４２】
さらに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、各栽培ベッド４０の上方に天井部１１５を、天井部１１５の上方に駆動部１１８を設け、駆動部の作用により天井部を上下に移動可能としてもよい。天井部１１５は、栽培ベッド４０に並行してその上部に設けられており、栽培ベッド４０と同程度の面積を有する。駆動部１１８は、薄い箱型の形状で栽培ベッド４０とは略水平に固着保持されており、主として軸ボルト１００と、左右一対のアーム１０１ａ，１０１ｂとが内部に配置されている。
軸ボルト１００は、全長にわたって螺子が刻設されたものであり、図６（ａ）（ｂ）に示すように、駆動部１１８の略中央位置に前後に延在して設けられている。アーム１０１ａ，１０１ｂは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、左右対称のくの字状に形成されており、従動部１０２ａ，１０２ｂを介してそれぞれ開閉自在となされている。アーム１０１ａ，１０１ｂの先端部には、螺合部１０４，１０４が、アーム１０１ａ，１０１ｂに対して回動自在に接続されている。そして、この螺合部１０４，１０４を介して、アーム１０１ａ，１０１ｂが平面視菱形状となるように、軸ボルト１００に螺合されている。
【００４３】
軸ボルト１００の前端には、所定の操作孔１０６が露呈して連接されており、操作ハンドル１０９（図６（ｂ））の先端を操作孔１０６に差し込むことによって、軸ボルト１００を正逆廻りに容易に回転させることができる。
上記螺合部１０４，１０４は、互いに逆向きの螺子が切られており、軸ボルト１００の回転に伴って、螺合部１０４，１０４が、軸ボルト１００に沿って互いに近づいたり離れたりして前後対称の移動をおこなう。これに従って、螺合部１０４，１０４に接続されるアーム１０１ａ，１０１ｂが左右方向に伸縮する。つまり、アーム１０１ａ，１０１ｂがそれぞれ開き角度を大小変化させながら、従動部１０２ａ，１０２ｂが軸ボルト１００に略直行して互いに近づいたり離れたりして、左右対称の移動を行う。そして、天井部１１５の四隅近傍が、ワイヤー等の吊設部材１１０を介して従動部１０２ａ，１０２ｂに連結されていることから、従動部１０２ａ，１０２ｂの上記移動に連係して、天井部１１５が上下に移動可能となるものである。
【００４４】
また、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、駆動部１１８は、主に軸ボルト１００と、左右対となる各２個１組で配置されるの内側滑車１０７ａ，１０７ｂ、及び外側滑車１０８ａ，１０８ｂとからなる構成としてもよい。
軸ボルト１００は全長にわたって螺子が刻設されたものであり、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、駆動部１１８の略中央に前後して延在して設けられている。内側滑車１０７ａ，１０７ｂは、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、螺合部１０４，１０４と線で結んだ場合に平面視菱形状となるよう、左右にそれぞれ、近接して２個ずつ駆動部１１８に固定して設けられている。外側滑車１０８ａ，１０８ｂは、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、内側滑車１０７ａ，１０７ｂから軸ボルト１００と垂直方向外側に、近接して２個ずつ駆動部１１８に固定して設けられている。
そして、１つの螺合部１０４には左右に１本ずつワイヤー等の吊設部材７０が着設されており、各吊設部材７０は、内側滑車１０７ａ，１０７ｂ及び外側滑車１０８ａ，１０８ｂを介して、それぞれ駆動部１１８の該螺合部側の四隅へと延伸される。もう一方の螺合部１０４からも同様に左右に１本ずつ吊設部材７０が内側滑車１０７ａ，１０７ｂ及び外側滑車１０８ａ，１０８ｂを介して四隅へと延伸される。そして、駆動部１１８の四隅には開口部が設けられており、それぞれの吊設部材７０は該開口部を遊貫して、天井部１１５へと連結される。
【００４５】
軸ボルト１００の前端には、所定の操作孔１０６が露呈して連接されており、操作ハンドル１０９の先端を操作孔１０６に差し込むことによって、軸ボルト１００を正逆廻りに容易に回転させることができる。
上記螺合部１０４，１０４は、互いに逆向きの螺子が切られており、軸ボルト１００の回転に伴って、螺合部１０４，１０４が、軸ボルト１００に沿って互いに近づいたり離れたりして前後対称の移動をおこなう。これに従って、螺合部１０４，１０４から内側滑車１０７ａ，１０７ｂまでの吊設部材７０の距離が長短に変化する。つまり、螺合部が軸ボルト上中央に近づけば近づくほど内側滑車との距離は短くなるし、逆に離れれば離れるほど内側滑車との距離は長くなる。各吊設部材７０自体の長さは変化しないため、螺合部１０４，１０４の近づいたり離れたりする前後対称の移動に連係して、螺合部１０４，１０４から内側滑車１０７ａ，１０７ｂまでの吊設部材７０の長さが長短変動し、よって、天井部１１５が上下に移動可能となるものである。
上記構成により、人工光源８０と栽培植物Ｐとの間の距離を常に栽培植物Ｐの成育に最も適した距離に保つことが可能となる。
【００４６】
人工光源８０としては、栽培植物Ｐの成長にとって好ましい波長域となるように、蛍光灯、高圧ナトリウムランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ、冷陰極ランプ、ＬＥＤ等を単独でまたは複数組み合わせて用いることができる。ＬＥＤを用いる場合には、例えば植付パネル７３と略同面積の天井板を走行装置８１によって上下移動自在に設け、この天井板に適宜間隔でＬＥＤを埋設するようにしてもよい。
【００４７】
また、図４に示すように、各栽培ベッド４０は、空調装置８４を備えている。空調装置８４では、栽培ベッド４０の短辺上部の一方側に送風口８５、他方側に排気ファン８６が設けられており、栽培ベッド４０の上方において一方側から他方側に循環する空気通路８７が形成されている。送風口８５は、上記空調機３４から延出するダクト３４ａの吹出し口に適宜接続されるとともに、排気ファン８６は、上記空調機３５から延出するダクト３５ａの吸込み口に適宜接続されている（図２参照）。送風口８５に替えて、送風ファンを設けるようにしてもよい。
【００４８】
このような空調装置８４により、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を、各栽培ベッド４０の栽培植物Ｐに確実に供給することが可能となる。空調効果を高めるために、育成棚３０の架台７０を断熱パネル等によって被覆する構成としてもよい。
【００４９】
また、空調装置８４は、人工光源８０の熱を除去する働きもなす。人工光源８０には、上記した如く栽培植物Ｐの成長に応じて上下動し、栽培植物Ｐに対する距離を調節できる走行装置８１が付設されている。上記送風口８５や排気ファン８６を、この走行装置８１の動作に伴って上下動するように構成し、常に人工光源８０近辺に向かって冷風を吹き付けて冷却するようにしてもよい。これにより、人工光源８０付近に熱が滞り、栽培植物Ｐの成長に悪影響が生じるのを確実に防止することが可能となる。送風口８５に替えて送風ファンを用いてもよいことは上述のとおりである。
冷却後の空気は、育成室１０内に拡散させ、育成室１０の空気と混同させて空調機で冷やし、これを循環させるようにしてもよい。
【００５０】
以上、説明した如くの植物栽培プラント１および植物栽培システム２によれば、栽培ベッド４０の流路７６に供給される養液Ａが、流路７６を連続的に通過して排出され、ろ過装置４７や殺菌装置４８、さらに自動管理手段を有する供給タンク４４などを経由した後に循環して再利用されるものであるため、常に一定の新鮮な養液Ａを栽培植物Ｐに供給することができ、栽培槽７２の流路７６内に雑菌等が繁殖するおそれが低い。また、人工光源８０や空調装置８４などの所定構成とも相俟って、栽培植物Ｐの成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができるものである。
【実施例２】
【００５１】
本発明の第２の実施例について、図面を参照しつつ説明する。第２の実施例は、実施例１における空調装置とは別構成の空調装置を用いるものである。図７は、実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す一部破断拡大図であり、図８は、実施例２に係る空調装置を備えた栽培ベッドを示す側面断面図である。
図７、図８に示すとおり、第２の実施例に係る空調装置１１６の形状は、栽培ベッド４０の長辺の長さに略相当する全長を有する筒状であり、天井の一方の長辺側に沿って近接して設けることを特徴とする。
空調装置１１６は、上下方向に移動可能な天井部１１５に吊り下げて設け、天井部の昇降動作に連動して空調装置１１６も昇降することとする。固着手段としては、例えば、図８に示すとおり、バンド状の取付金具１３３を用いることが考えられる。空調装置１１６は、伸縮自在のフレキシブルダクト１３１および分岐ダクト１３２を介して、架台７０に近接して設けられた空調装置用ダクト１３０に接続されている。空調装置用ダクト１３０は、上記空調機３４から延出するダクト３４ａの吹出し口に接続されることとしてもよいし、別の空気発生源から空気を取り込むこととしてもよい。
空調装置１１６のやや上部所定の位置には、多数の噴出口１３５ａ，１３５ｂが、千鳥状の上下二段に設けられている。そして、下側の噴出口１３５ａから、栽培ベッド４０に植え付けられている栽培植物Ｐに向けて、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気が噴出される。
【００５２】
また、図８に示すように、上側の噴出口１３５ｂからは、人工光源８０に向けても、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気が噴出される。これにより、人工光源８０から生じた熱を取り除き、栽培ベッド４０の上部空間の温度を低温に保つことが可能となる。植物の種類によっても異なるが、栽培植物Ｐが生育する上で理想となる温度は、およそ１５℃から２０℃である。一方、人工光源８０と栽培植物Ｐとの距離は約１０ｃｍ〜２０ｃｍと短く、かつ、人工光源８０近辺は約６０℃と高温になるため、熱を除去する工夫がなければ、栽培植物Ｐの周辺は高温になってしまう。さらに、本発明の栽培ベッド４０は上下複数段で構成されており、下段の人工光源８０から発生した熱は上昇するため、上段の栽培ベッド４０の周囲は、より高温になってしまう。仮に栽培ベッドが５段で構成される場合、最下段と最上段の栽培ベッド４０周囲の温度を比較した場合、最上段のほうが、およそ１０℃近くも高温となる。
天井部１１５の昇降動作に連動して空調装置１１６も昇降する構成とすると、天井部１１５の上下位置に関係なく、いつでも上側の噴出口１３５ｂからは、人工光源８０に向けて、１５℃前後の低温の空気が噴出される。これにより、人工光源８０付近あるいは真下に停滞する熱を拡散させ、人工光源８０自体も冷却することで、栽培ベッドの周囲（特に上部空間）の温度の上昇をより確実に抑制し、栽培植物Ｐの生育に悪影響が生じるのを防止することができるのである。
【００５３】
なお、栽培ベッド４０の上部空間の温度等を計測するセンサーを、各段ごとに設けてもよい。育成ベッド４０は、下段の育成光源８０の熱が上昇し加わることにより、上段ほど高温になる傾向にある。そこで、各段の栽培ベッド４０ごとに温度を計測し、高温の段ほど多量の空気あるいは冷たい空気が噴出されるようにすると、各段の栽培ベッド４０周囲の温度を一定に保つことが可能となる。また、噴出口１３５ａ，１３５ｂとしてノズルを用いる場合には、噴出される空気を分散させ易くなり、噴出口１３５ａ，１３５ｂの配設数を低減できる。
【００５４】
また、天井部１１５の下面には、図８に示すように、傾斜壁面１２２、１２２を有する凹部１２３が、栽培ベッド４０に略等しい左右幅で、且つ長辺に略並行して２列に形成されることとしてもよい。そして、この凹部１２３に、人工光源８０が配設されるとともに、少なくとも上記傾斜壁面１２２が、反射性を有する材料によって形成されることとしてもよい。傾斜壁面１２２の傾斜角度は、人工光源８０の光を反射させたい方向に応じて適宜設定し得るものであるが、おおむね３０度から４５度前後が好ましい。このような構成により、狭小な空間であっても、人工光源８０による光を拡散させることなく、非常に効率よく集中的に栽培植物Ｐに与えることが可能となる。例えば人工光源８０として蛍光灯を使用する場合には、光量が約１．３倍から１．４倍に増加する。しかも、上記天井部１１５の構造によれば、凹部１２３内の熱が、工夫した空調装置により冷却されることで逃げ易いため、空調負荷の低減にもなる。
【実施例３】
【００５５】
本発明の第３の実施例について図面を参照しつつ説明する。第３の実施例は、植物栽培プラント１及び植物栽培システム２の全体監視及び全体操作に関するものであり、さらには、遠隔からの全体監視及び全体操作に関するものである。図１１はモニターに表示されるシステムの監視画面であり、図１２Ａから図１２Ｈは、モニター操作を行った際にモニターに表示される所定の画面である。
本発明の植物栽培プラント１及び植物栽培システム２は、すべて機械室１２に設置されているコンピュータによって制御されており、管理室１５あるいはその近辺に設置される小型モニターによって、全体監視及び全体操作が可能になっている。
小型モニターには、通常、図１のようにシステム全体を監視する「全体監視画面」が表示されている。この画面では、主に、各段の栽培ベッド４０の温度、供給タンク４４の温度等、戻り液タンク４５の温度、養液のヒートポンプチラー６８通過前後の温度、室内外の温度や湿度等、植物栽培システム２を稼動させる上で重要な情報を確認することができる。
また、小型モニターは、タッチパネル式となっており、画面に触れることで、各種のシステム操作が可能となる。例えば、植物栽培システムは自動モードと手動モードとの切り替えが可能であり、通常は自動モードにしておくことで、植物栽培プラント１における植物の栽培に最も適した環境が維持されることとなる。また、各段の栽培ベッドごとに異なる植物を栽培するため、各段ごとに異なる温度・湿度設定にしたい場合や、なんらかの事情により自動モードでは植物の栽培に支障が生じる場合は、手動モードにすることにより、不都合な部分のシステム操作を個別に行うことが可能となる。
【００５６】
さらに、あらかじめ育成する野菜の種類ごとに最も適した養液量や照明の量、あるいは空調装置から噴出される空気の温度や湿度等の各設定をコンピュータの記憶部に記憶させておき、特定の設定データを読み出すことで、あらかじめ記憶させた各設定を選択的に再現することができる。そして自動モードにしておくと、人間がシステムを操作しなくとも、自動的に選択した設定が維持されることとなる。これにより、栽培する植物に適した設定データを選択し、あとは自動モードにしておくだけで、その植物に適した環境が人の手を介さずとも維持されるのである。
以下、小型モニターを用いた植物栽培システム２の操作方法の一例を、図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて説明する。ここでは、所定の栽培ベッド４０への養液の供給あるいは停止を手動で行うこととする。まず、図１１の「全体監視画面」において、下側の各種パネルボタンから「メインメニュー」ボタンを押すことで、図１２Ａの「メインメニュー画面」に画面が切り替わる。次に、各システムを操作する場合は、「メインメニュー画面」において、「運転操作画面」のボタンを押すことにより、図１２Ｂの「運転操作メニュー」画面に切り替わる。続いて、「弁手動操作（トレー２）」ボタンを押すことで、「手動操作（育成２トレー用弁）」画面（図１２Ｃ）に切り替わり、この画面上で、所定の栽培ベッドに養液Ａを供給あるいは停止するための電磁弁の開閉が可能となる。また、電磁弁の開閉は、栽培ベッド各段ごとに可能であるため、１段目は養液Ａを供給して、２段目は供給を停止する、といった制御も行える。なお、各種画面の下側の各種パネルボタンから「メインメニュー」ボタンを押すことで、「メインメニュー画面」に戻る。
【００５７】
換気・給気システムの手動操作や各タンク、照明の手動操作といった運転操作のほかにも、「設定メニュー」画面（図１２Ｅ）から所定の画面へ進むことで、温度設定やＣＯ２の濃度設定、作物管理設定等が可能であるし、「監視メニュー」画面（図１２Ｆ）から所定の画面へ進むことで、電力の監視やＣＯ２の監視、前月実績の確認等が可能である。また、「履歴メニュー」画面（図１２Ｇ）から所定の画面へ進むことで、運転履歴や故障履歴を確認でき、「管理者メニュー」画面（図１２Ｈ）から所定の画面へ進むことで、時刻の修正や機器状態の確認が可能である。例えば、「メインメニュー画面」（図１２Ａ）から「設定画面」、「育成室・棚温度設定」とたどることで、図１２Ｄの「育成室・棚温度設定」画面が表示される。この画面上で、育成室の温度や育成棚の温度等を調整することができる。
植物栽培プラント１及び植物栽培システム２をコンピュータ制御とし、システムの稼動状態をモニターで監視可能とし、さらにシステムをモニター上で操作可能としたことにより、育成室１０の内部の状況をモニター上で容易に把握でき、育成室１０内に入ることなく各種弁やタンク、照明装置をモニター上で操作できるため、植物の栽培に際し、人的負担が軽減される。
【００５８】
また、植物栽培プラント１及び植物栽培システム２を制御するためのコンピュータをインターネット回線や専用回線等のネットワーク回線に接続することで、これらの回線に接続したパーソナルコンピュータやＰＤＡ、携帯電話等の端末からの監視・操作を行うことができる。モニター画面を有する端末を用いることが好ましく、端末のモニター上に、管理室１５等に設置された小型モニターに表示される画面と同じ画面を表示させることにより、各種操作が簡便に可能となる。この場合、タッチパネル式でなくとも、端末が十字ボタンや決定ボタンを具備していると、これらのボタンで画面上のアイコンを選択及び決定することにより、各種の操作が可能である。
このような構成により、建物内の別室や建物外の施設等の遠隔から、植物栽培プラント１及び植物栽培システム２を全体監視・操作でき、育成室１０、機械室１２、管理室１５近辺、さらには植物栽培プラントが設置される建物内に人が常駐しなくとも、植物の栽培を継続して行うことができる。また、植物栽培システムに異常が生じた際にも、端末を通して異常を感知し、その場で端末により植物栽培システムを操作できるため、システムの誤作動等の異常にも遠隔から容易に対応することができる。
【００５９】
なお、上記各実施形態の記述は、本発明をこれに限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更等が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、様々な種類の植物に幅広く適用が可能であるとともに、雑菌等の繁殖を抑え、植物の成長を促進して効率良く栽培をおこなうことができる植物栽培システムおよび植物栽培プラントを提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００６１】
１ 植物栽培プラント
２ 植物栽培システム
１０ 育成室
１１ 育苗室
１２ 機械室
１８ 屋根
１９ 外壁体
２０ 屋上緑化
３０ 育成棚
３１ 育苗棚
３４、３５ 空調機
４０ 栽培ベッド
４４ 供給タンク
４５ 戻り液タンク
４７ ろ過装置
４８ 殺菌装置
５５ オゾン発生器
５７ 液濃度センサー
５８ 液位置センサー
５９ 液温度センサー
７２ 栽培槽
７３ 植付パネル
７３ａ 育苗用植付パネル
７３ｂ 育成用植付パネル
７６ 流路
７９，７９ａ，７９ｂ ポット受孔
８０ 人工光源
８１ 走行装置
８４ 空調装置
８５ 送風口
８６ 排気ファン
８７ 空気通路
９１ 溢流堰
９２ 小孔
１００ 軸ボルト
１０１ａ，１０１ｂ アーム
１０７ａ，１０７ｂ 内側滑車
１０８ａ，１０８ｂ 外側滑車
１１０ 吊設部材
１１５ 天井部
１１６ 空調装置
１１８ 駆動部
Ａ 養液
Ｐ 栽培植物
Ｐ’ 植物根
【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培植物が植え付けられ、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持される栽培ベッドと、
各栽培ベッドの上方に設けられ、栽培植物の成長に応じて上下に移動させられる人工光源と、
送風口または送風ファンを有し、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置と、を備えた植物栽培システムであって、
該栽培ベッドが、
上部開放箱型の栽培槽と、
該栽培槽の上部に嵌着され、該栽培槽の底面との間に、養液の流路を形成するとともに、該流路に向けて植物根が露出するようにして栽培植物を植付状態とする植付パネルと、から構成され、
該栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、該養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されている植物栽培システム。
【請求項２】
該栽培ベッドに供給される該養液を貯留するとともに、該養液の濃度、容量、温度を一定の値に保持できる自動管理手段を有する供給タンクと、
該栽培ベッドから排出された該養液を回収するための戻り液タンクと、
該供給タンクと該戻り液タンクとの間に介設され、該戻り液タンクから該供給タンクに移される該養液のろ過および殺菌をおこなうためのろ過装置およびオゾン発生器を含む殺菌装置と、を備えた請求項１に記載の植物栽培システム。
【請求項３】
該栽培ベッドと並行して上部に設けられ、該栽培ベッドと同程度の面積を有する天井部を有しており、
該天井部は栽培植物の成長に応じて上下に移動させられ、
該天井部に該人工光源が設けられていることを特徴とする、
請求項１または請求項２に記載の植物栽培システム。
【請求項４】
該空調装置は、該人工光源と連動して上下に移動させられるとともに、
該栽培ベッドに植え付けられる栽培植物および該人工光源に向けて、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を噴き出す噴出口を有していることを特徴とする、
請求項３記載の植物栽培システム。
【請求項５】
該流路の下流側に、上部空間が開放された溢流堰が形成され、
該溢流堰の下部には、養液の供給を停止した際に流路の養液をすべて排出するための小孔が設けられていることを特徴とする、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の植物栽培システム。
【請求項６】
表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部からなる植付パネルであって、
前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は植付パネルの高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態とした植付パネルを用いることを特徴とする、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の植物栽培システム。
【請求項７】
植物栽培システムの稼動状況を表示するための表示部と、
該植物栽培システムを構成する機器や装置の作動状態を監視できる監視手段と、
該植物栽培システムを構成する機器や装置を操作できる操作手段と、
を備えることにより、
該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能とし、
及び／又は
該植物栽培システムをネットワーク回線に接続し、遠隔地にある端末を該ネットワーク回線と接続することにより、端末を用いて遠隔から該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能としたことを特徴とする、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の植物栽培システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の植物栽培システムが設けられてなり、
太陽光が遮断され、断熱性を有する屋根および外壁体にて覆われるとともに、該屋根には屋上緑化が施されている植物栽培プラント。
【請求項１】
栽培植物が植え付けられ、上下複数段に、且つそれぞれ略水平をなして配設保持される栽培ベッドと、
各栽培ベッドの上方に設けられ、栽培植物の成長に応じて上下に移動させられる人工光源と、
送風口または送風ファンを有し、各栽培ベッドの一方側から他方側に向かって形成される空気通路に、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を順次送り込む空調装置と、を備えた植物栽培システムであって、
該栽培ベッドが、
上部開放箱型の栽培槽と、
該栽培槽の上部に嵌着され、該栽培槽の底面との間に、養液の流路を形成するとともに、該流路に向けて植物根が露出するようにして栽培植物を植付状態とする植付パネルと、から構成され、
該栽培ベッドに供給される養液が、該流路を連続的に通過して排出された後に循環して再利用されるとともに、該養液が、該流路に間欠的に流入するように制御されている植物栽培システム。
【請求項２】
該栽培ベッドに供給される該養液を貯留するとともに、該養液の濃度、容量、温度を一定の値に保持できる自動管理手段を有する供給タンクと、
該栽培ベッドから排出された該養液を回収するための戻り液タンクと、
該供給タンクと該戻り液タンクとの間に介設され、該戻り液タンクから該供給タンクに移される該養液のろ過および殺菌をおこなうためのろ過装置およびオゾン発生器を含む殺菌装置と、を備えた請求項１に記載の植物栽培システム。
【請求項３】
該栽培ベッドと並行して上部に設けられ、該栽培ベッドと同程度の面積を有する天井部を有しており、
該天井部は栽培植物の成長に応じて上下に移動させられ、
該天井部に該人工光源が設けられていることを特徴とする、
請求項１または請求項２に記載の植物栽培システム。
【請求項４】
該空調装置は、該人工光源と連動して上下に移動させられるとともに、
該栽培ベッドに植え付けられる栽培植物および該人工光源に向けて、温度、湿度、ＣＯ２濃度等が調整された空気を噴き出す噴出口を有していることを特徴とする、
請求項３記載の植物栽培システム。
【請求項５】
該流路の下流側に、上部空間が開放された溢流堰が形成され、
該溢流堰の下部には、養液の供給を停止した際に流路の養液をすべて排出するための小孔が設けられていることを特徴とする、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の植物栽培システム。
【請求項６】
表面に多数の孔部を有する方形板と、該方形板を地面から支えるための脚部からなる植付パネルであって、
前記孔部は、上下ともに開放された逆円錐台形で、下端は植付パネルの高さの略中間に位置するよう吊り下げた状態とした植付パネルを用いることを特徴とする、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の植物栽培システム。
【請求項７】
植物栽培システムの稼動状況を表示するための表示部と、
該植物栽培システムを構成する機器や装置の作動状態を監視できる監視手段と、
該植物栽培システムを構成する機器や装置を操作できる操作手段と、
を備えることにより、
該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能とし、
及び／又は
該植物栽培システムをネットワーク回線に接続し、遠隔地にある端末を該ネットワーク回線と接続することにより、端末を用いて遠隔から該植物栽培システムを構成する機器や装置の全体監視及び操作を可能としたことを特徴とする、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の植物栽培システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の植物栽培システムが設けられてなり、
太陽光が遮断され、断熱性を有する屋根および外壁体にて覆われるとともに、該屋根には屋上緑化が施されている植物栽培プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１２Ｈ】
【図１３】
【図１２Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１２Ｈ】
【図１３】
【図１２Ｄ】
【公開番号】特開２０１０−８８４２５（Ｐ２０１０−８８４２５Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８６８９５（Ｐ２００９−１８６８９５）
【出願日】平成２１年８月１１日（２００９．８．１１）
【出願人】（５０８２７５５３７）日本グリーンファーム株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１１日（２００９．８．１１）
【出願人】（５０８２７５５３７）日本グリーンファーム株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]