(57)【要約】【課題】それぞれの吐出口からの養液の養液吐出量の均一化が容易な液体供給装置を提供する。【解決手段】水平方向に並列して複数配置された植物Ｖの栽培容器２０のそれぞれに、植物栽培用の液体を供給する液体供給装置１において、前記液体を供給可能で、供給された前記液体を、大気に開放した状態で貯留可能な液体貯留部２と、前記液体が流入される個所よりも下流側において、前記液体貯留部２における前記液体の液面よりも高い位置において開口し、前記液体を大気側に開放する開放部３ｃと、前記液体が流入される個所と前記開放部３ｃとの間において、前記液体を前記栽培容器２０のそれぞれに吐出する複数の吐出口４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に並列して複数配置された植物の栽培容器のそれぞれに、植物栽培用の液体を供給する液体供給装置において、
前記液体を供給可能で、供給された前記液体を、大気に開放した状態で貯留可能な液体貯留部と、
前記液体が流入される個所よりも下流側において、前記液体貯留部における前記液体の液面よりも高い位置において開口し、前記液体を大気側に開放する開放部と、
前記液体が流入される個所と前記開放部との間において、前記液体を前記栽培容器のそれぞれに吐出する複数の吐出口と、
を備える液体供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体供給装置において、
前記液体貯留部と、
前記開放部とが、水平に延びる配液管で連結され、
前記吐出口は、前記配液管に設けられている、
液体供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液体供給装置において、
前記開放部は、前記配液管から連結して上方に延びる立ち上がり部である、
液体供給装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の液体供給装置において、
前記吐出口のそれぞれには、吐出管が設けられている、
液体供給装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の液体供給装置において、
前記液体貯留部における前記液面の高さを一定に保つ液位制御部を備える、
液体供給装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の液体供給装置において、
前記液体貯留部における前記液面の高さを検出するセンサが設けられている、
液体供給装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液体供給装置において、
前記液体貯留部に前記液体を供給する液体送出部と、
前記センサにより検出された前記液面の高さを示す信号を受信し、前記受信された信号に基づいて、前記液体送出部を作動させ、前記液体貯留部における前記液面の高さを制御可能な制御部と、を備える、
液体供給装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液体供給装置において、
前記液体送出部は、前記吐出口から吐出されて前記栽培容器によって吸収されなかった余剰液体を回収する液体回収容器から、前記液体を汲み上げて前記液体貯留部に前記液体を給水する、
液体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば養液といった植物栽培用の液体を植物に供給する液体供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的な人口の増加による食料不足や、日本等の先進国における高齢化に伴う農村人口の減少による農作物の生産量の減少等の問題に対する解決策として植物工場が注目されている。このような植物工場においては、植物に供給される養液量を制御するため、循環方式の養液供給装置が用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来技術の養液供給装置は、壁材に添って設けられる柱材に多段のブラケットを設け、その多段のブラケットのそれぞれに、植物を栽培するベッドが配置されている。養液は、ポンプによって多段配置されたベッドの上方に汲み上げられ、各段に対応する位置において供給管から水平方向に延びる分岐管へと分岐される。同じ段に配置されている複数のベッドには、その段を延びる分岐管に接続されたホースの先端に取り付けられたノズルより養液が吐出される。この際、上段のノズル径が最も大きく、中段、下段にいくにつれて小さくすることにより、流入量を均等としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、一つのポンプで養液が圧送される配管が長いので、下流側での圧力損失の影響が大きい。さらに、分岐管の管端は閉じているので、管端に空気が溜まる。このため、それぞれの吐出口からの養液の吐出量を均一にするのが容易ではない。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、それぞれの吐出口からの養液の養液吐出量の均一化が容易な液体供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、水平方向に並列して複数配置された植物の栽培容器のそれぞれに、植物栽培用の液体を供給する液体供給装置において、前記液体を供給可能で、供給された前記液体を、大気に開放した状態で貯留可能な液体貯留部と、前記液体が流入される個所よりも下流側において、前記液体貯留部における前記液体の液面よりも高い位置において開口し、前記液体を大気側に開放する開放部と、前記液体が流入される個所と前記開放部との間において、前記液体を前記栽培容器のそれぞれに吐出する複数の吐出口と、を備える液体供給装置を提供する。
【０００８】
前記液体供給装置は、前記液体貯留部と、前記開放部とが、水平に延びる配液管で連結され、前記吐出口は、前記配液管に設けられていてもよい。
【０００９】
前記開放部は、前記配液管から連結して上方に延びる立ち上がり部であってもよい。
【００１０】
前記吐出口のそれぞれには、吐出管が設けられていてもよい。
【００１１】
前記液体貯留部における前記液面の高さを一定に保つ液位制御部を備えてもよい。
【００１２】
前記液体貯留部における前記液面の高さを検出するセンサが設けられていてもよい。
【００１３】
前記液体貯留部に前記液体を供給する液体送出部と、
前記センサにより検出された前記液面の高さを示す信号を受信し、前記受信された信号に基づいて、前記液体送出部を作動させ、前記液体貯留部における前記液面の高さを制御可能な制御部と、を備えてもよい。
【００１４】
前記液体送出部は、前記吐出口から吐出されて前記栽培容器によって吸収されなかった余剰液体を回収する液体回収容器から、前記液体を汲み上げて前記液体貯留部に前記液体を給水してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多くの植物に養液を供給する場合、少ないエネルギーで養液を供給することができる液体供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】液体供給装置１を含む植物栽培装置１００の部分概略斜視図である。
【図２】液体供給装置１を複数備える植物栽培装置１００の概略斜視図である。
【図３】栽培容器２０の分解斜視図である。
【図４】制御部２００の構成を示す図である。
【図５】本発明の液体供給装置１の変形形態を、上述の実施形態とともに説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の液体供給装置１の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態の液体供給装置１を含む植物栽培装置１００の部分概略斜視図である。図２は、液体供給装置１を複数備える植物栽培装置１００の概略斜視図である。
実施形態の液体供給装置１は、例えば屋内において、植物栽培装置１００に植設されるレタスなどの植物Ｖへ養液を供給する装置である。ただし、養液に限らず、養分を含まない水を供給するものであってもよい。
【００１８】
液体供給装置１は、養液を貯留する液体貯留部２と、一端が液体貯留部２の側面の下部に連結され、液体貯留部２から水平方向に延び、他端が上方に湾曲した管状部材３と、を備える。
【００１９】
（液体貯留部２）
液体貯留部２は、上部が開口した、例えば有底断面矩形の容器である。ただし、形状はこれに限らず、上部が開口した有底容器であれば、断面は円形等他の形状であってもよい。
液体貯留部２に収容されている養液は、植物の栽培に必要な栄養素を含み、例えば、養液には、三要素と称される窒素、リンおよびカリウム並びにカルシウムなどの多量要素、さらに鉄やマグネシウムなどの微量要素を成分として含む肥料を含む。
【００２０】
（水位センサ８）
液体貯留部２内には、水位センサ８が配置されている。水位センサ８は、液体貯留部２に貯留されている養液の液面の位置、例えば液体貯留部２の底面からの高さＨ１を検知するもので、フロート式、超音波式、静電容量式または圧力式のいずれであってもよい。なお、以降、高さを説明する場合、液体貯留部２の底面からの高さとして説明する。
【００２１】
（管状部材３）
管状部材３は、実施形態では丸管であるが、これに限らず、他の形状の管であってもよい。管状部材３の一端は液体貯留部２の側面の底側に連結される接続部３ａである。管状部材３は、接続部３ａから水平に延びる配液管３ｂと、配液管３ｂの他端側から、配液管３ｂに対して約９０度折れ曲がって上方に延びる立ち上がり部３ｃとを備える。実施形態において配液管３ｂと立ち上がり部３ｃとは一本の管状部材を折り曲げて形成されているが、これ限らず、別々の部材を接合したものであってもよい。
【００２２】
立ち上がり部３ｃは上部が開口し、内部の溶液を大気側に開放する開放部である。立ち上がり部３ｃの上端の高さＨ３は、液体貯留部２の壁部の上端の高さＨ４よりも高い。すなわち、立ち上がり部３ｃは、液体貯留部２よりも上方に延びている。
液体貯留部２内に養液が貯留されたときに、液体貯留部２の上端を超えると溢れ出すので、液体貯留部２の養液の液面の高さＨ１が液体貯留部２の上端の高さＨ４よりも高くなることはない。
従って、立ち上がり部３ｃ内の養液の液面の高さＨ５は、液体貯留部２内の養液の液面の高さＨ１以下となる（同じか、圧損がある場合わずかに下回る）ので、立ち上がり部３ｃの上端から養液が溢れだすことはない。
【００２３】
（吐出口４）
配液管３ｂの管壁における、液体貯留部２内の養液の液面の高さＨ１よりも低い高さＨ２の位置に、複数の吐出口４が同じ高さで設けられている。また、実施形態において複数の吐出口４は、配液管３ｂの管壁の最も低い位置に、下方に向って開口している所定径の孔である。吐出口４のそれぞれには、配液管３ｂに比べて小径の吐出管４ａが下方に向って取り付けられている。なお、吐出管４ａを設けず、吐出口４から養液が直接吐出される形態であってもよい。
実施形態において複数の吐出口４及び吐出管４ａは、後述する栽培容器２０の液体流入部２３のそれぞれに対応して均等に設けられている。実施形態で吐出口４及び吐出管４ａは、１つの栽培容器２０に１つずつ設けられているが、これに限らず、１つの栽培容器２０に対して複数設けられていてもよい。
【００２４】
液体供給装置１はさらに、液体回収用の樋部５および液体回収容器６を備える。
（樋部５）
樋部５は、細長い板状部材の短手方向の両側に側面が設けられた断面コの字状の部材で、長手方向の一端は壁部が設けられているが、他端は開口した樋部開口部５ａとなっている。
樋部５は、後述する栽培容器２０のトレイ開口部２２ａ側の下方を、配液管３ｂと平行に水平方向に延びるように配置され、栽培容器２０のそれぞれのトレイ開口部２２ａから流れ出る養液を受けて他端の開口から液体回収容器６へと流し出す。樋部５は、養液が流れる上流側の一端側から、液体回収容器６側の他端に向ってわずかに傾いていることが好ましい。
【００２５】
（液体回収容器６）
液体回収容器６は、上部が開口した、例えば有底断面矩形の容器である。ただし、形状はこれに限らず、上部が開口した有底容器であれば、断面は円形等他の形状であってもよい。液体回収容器６は、樋部開口部５ａの下方に配置され、樋部５を流れて樋部開口部５ａから流出した養液が回収される。
液体回収容器６は、液体貯留部２よりも低い位置に配置されるので、例えば図２において示すように液体貯留部２が配置されている段の下の段に配置される。
【００２６】
液体回収容器６と液体貯留部２との間には液体送出部７が取り付けられ、液体回収容器６内の養液を液体貯留部２へと送水することが可能となっている。液体送出部７は、遠心ポンプや軸流ポンプなどの所定の方式のポンプであり、液体回収容器６に回収された養液を汲み上げて液体貯留部２へと送り、養液を循環させる。液体送出部７は、液体貯留部２における養液の液面の高さＨ１が所定の高さとなるように、養液を液体貯留部２に供給する。
【００２７】
図２に示すように植物栽培装置１００は、直方体を形成する枠部１０１を備える。枠部１０１により形成された直方体の内部は、上下方向に所定の間隔で配置された棚板１０２により多段の栽培室１０３に区画されている。区画された栽培室のそれぞれに液体供給装置１が配置される。
なお、図２では、４段の栽培室１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄを備える例について説明するが、これに限らず、栽培室の数は、それ以上でも以下でもよい。
【００２８】
植物栽培装置１００は、植物の成長に必要な養水分を、液肥として与える、いわゆる養液栽培を行う。また、植物栽培装置１００は、植物の成長に必要な光を照射する。さらに、植物栽培装置１００は、植物の周囲の温度や湿度、二酸化炭素や酸素の量などの雰囲気を制御し、管理する。
【００２９】
栽培室１０３にはそれぞれ、液体供給装置１と、複数の栽培容器２０と、複数の照明装置１０４と、空調装置１０５（図４に図示）が設けられ、栽培室ごとに、光、水および雰囲気が制御され、管理される。
【００３０】
（栽培容器２０）
それぞれの栽培室１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは実施形態において同様であるので、特に区別する必要がない場合、まとめて栽培室１０３として説明する。
栽培室１０３には複数の栽培容器２０が配置されている。複数の栽培容器２０は、それぞれ同形であり、水平方向に、配液管３ｂと平行な方向に整列して配置されている。図３は１つの栽培容器２０の分解斜視図である。
栽培容器２０は、栽培プレート２１と、液受けトレイ２２と、栽培プレート２１の上部に取り付けられた液体流入部２３を備える。
【００３１】
液体流入部２３は、図１に示すように吐出管４ａから流出した養液を受けて、栽培容器２０上に流す部材で、矩形の底板２３ｅの３方向に側面２３ａ、２３ｂ、２３ｃが設けられ、１方向が開口部２３ｄとなっている箱型容器である。
液体流入部２３は、開口部２３ｄが栽培プレート２１の上部に位置し、開口部２３ｄに対向する側面２３ｂは、栽培プレート２１よりも外側に位置するように、栽培プレート２１上に配置される。底板２３ｅは、開口部２３ｄが側面２３ｂよりも僅かに低くなるように、傾いていることが好ましい。
なお液体流入部２３を備えず、栽培プレート２１に直接、養液を吐出させてもよい。
【００３２】
栽培プレート２１は、栽培床部材２１ａと、その栽培床部材２１ａの３側面及び底面を覆う有底の枠部材２１ｂとを備える。
栽培床部材２１ａは、スポンジまたは発泡スチロールなどで製造されて所定間隔で穴が設けられ、その穴に植物が植設される。
枠部材２１ｂは、栽培床部材２１ａの３側面を覆うが、短手方向における、配液管３ｂが設けられている側と反対側の側面は覆わず、開口部２１ｃとなっている。枠部材２１ｂの底面は開口部２１ｃ側が下方になるように、所定の角度（例えば、１度程度）で傾斜した傾斜面となっている。
【００３３】
液受けトレイ２２は、栽培プレート２１を内部に収納可能な大きさで、栽培プレート２１の３側面及び底面を覆う有底容器である。液受けトレイ２２は、栽培プレート２１の３側面を覆うが、短手方向における、配液管３ｂが設けられている側の側面は覆わず、トレイ開口部２２ａとなっている。液受けトレイ２２の底面はトレイ開口部２２ａ側が下方になるように、所定の角度（例えば、１度程度）で傾斜した傾斜面となっている。
【００３４】
（照明装置）
照明装置１０４は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）照明装置などであり、それぞれの栽培室１０３の上方に配置され、栽培容器２０に植設されている植物に光を照射する。なお、図２において照明装置１０４は最上段の栽培室１０３ｄに設けられているもののみ点線で図示するが、全ての栽培室１０３の上方に配置されている。
【００３５】
植物栽培装置１００の動作は、制御部２００により制御される。
図４は、制御部２００の構成を示す図である。制御部２００は、例えば、汎用のパーソナルコンピュータまたはファクトリーオートメーション用のコンピュータやプログラマブルコントローラなどにより構成される。
【００３６】
制御部２００は、液位制御部２０１と、照明制御部２０２と、空調制御部２０３とを備える。
液位制御部２０１は、水位センサ８から供給される、液体貯留部２に溜められている養液の液面の高さを示す信号により、液体貯留部２における養液の液面が所定の高さとなるように、液体送出部７による液体貯留部２への養液の供給を制御する。
照明制御部２０２は、光束や照度、または照射する光の波長の分布などを所定の値とするように、照明装置１３による植物への光の照射を制御する。
空調制御部２０３は、植物の周囲の空気の温度や湿度、二酸化炭素や酸素の量などが
所定の値となるように、空調装置１０５による空調を制御する。
【００３７】
（動作）
実施形態の液体供給装置１は以下のように動作する。
まず、それぞれの段の液体貯留部２に貯留されている養液が、それぞれの段ごとに設けられた、水平に延びる管状部材３内に流入する。このとき、一つの液体貯留部２から供給される養液が流れる配管部材３は、それぞれの段内のみ延びるので、例えば配管部材が多段を連続して延びる場合と比べて短くなる。
さらに、養液はポンプにより圧送されている場合と比べて、配管部材３内の養液の、上流側と下流側とでの圧力差が小さく、大気に開放している立ち上がり部３ｃでの養液の液面の高さＨ５は、液体貯留部２における養液の液面の高さＨ１と略等しくなる。
【００３８】
配液管３ｂ内においては、養液の圧力が略一定であるので、複数の吐出口４のそれぞれにおいて、液体貯留部２における養液の高さＨ１との水位差により、等圧で養液を吐出することができる。したがって、それぞれの吐出口４が同径であっても溶液の流量を容易に略一定とすることができる。
【００３９】
また、養液の管状部材３内への流入の際に、管状部材３内の空気は、管端へと追いやられるが、立ち上がり部３ｃが大気への開放しているため、管状部材３内の空気が管端に溜まることがない。
したがって、養液の管状部材３内への流入と同時に、それぞれの吐出口４において、均一に養液を流出させることができる。
【００４０】
本実施形態によれば、ポンプは養液を汲み上げるために用い、管状部材３内への養液の圧送は行わない。ゆえに、液体供給装置１においてより少ないエネルギーで養液供給が可能となる。
【００４１】
また、制御部２００の液位制御部２０１により、液体送出部７の動作タイミングを制御し、液体貯留部２における養液の液面の高さＨ１を調整することが可能である。そして、高さＨ１を調整することにより、吐出口４のそれぞれから単位時間当たりに吐出される養液の量を変えることが可能である。
なお、吐出口４の内径または吐出管４ａの内径のうちの小さい方の径を変えることによっても、単位時間当たりに吐出される養液の量を変えることもできる。
【００４２】
図３に矢印で示すように、吐出管４ａから吐出された養液は、それぞれ、液体流入部２３に流入し、液体流入部２３の開口部２３ｄから、下部に位置する栽培床部材２１ａの配液管３ｂ側の上面に流出する。その後、養液は、開口部２１ｃ側に向って枠部材２１ｂの傾斜した底面に沿って流れつつ、栽培床部材２１ａに植設された植物Ｖ（図３には図示せず）によって吸収される。そして、植物Ｖによって吸収されなかった余剰の養液は、枠部材２１ｂの開口部２１ｃから液受けトレイ２２の配液管３ｂと逆側に流出する。さらに、養液は、液受けトレイ２２の傾斜した底面に沿って、トレイ開口部２２ａ側へと流れ、樋部５に流出する。これにより、養液が栽培容器２０に滞留することがない。
流出した余剰の養液は、樋部５を流れて、樋部５の下流側の樋部開口部５ａから流出して液体回収容器６内に回収される。
液位制御部２０１は水位センサ８から供給される、液体貯留部２に溜められている養液の液面の高さを示す信号により、液体貯留部２における養液の液面が所定の高さとなるように、液体送出部７による液体貯留部２への養液の供給を制御する。
液体貯留部２に供給された養液は、再度、管状部材３内に流入し、養液は循環される。
【００４３】
（変形形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、図５は、本発明の液体供給装置１の変形形態を、上述の実施形態とともに説明する図である。
【００４４】
図５（ａ）は実施形態の液体供給装置１の模式図である。上述したように、図中右側の液体貯留部２は、高さと、水平断面の縦横の長さとの差が少ない（アスペクト比が小さい）タンク状容器である。一方、図中左側の立ち上がり部３ｃは管状部材である。すなわち、立ち上がり部３ｃの水平断面の径は、立ち上がり部３ｃの高さに比べてかなり小さい（アスペクト比が大きい）。
そして、液体貯留部２と立ち上がり部３ｃとの間は、立ち上がり部３ｃと同じ径の管状部材である配液管３ｂが延び、配液管３ｂの下部に吐出口４が設けられている。
【００４５】
図５（ｂ）は、第１変形形態の液体供給装置１Ａの模式図である。図示するように、液体供給装置１Ａは、液体貯留部２Ａが、立ち上がり部と配液管と一体となったタンク状容器であり、このタンク状容器の下部に吐出口４Ａが設けられている。この場合であっても、実施形態と同様の効果を有する。
【００４６】
図５（ｃ）は、第２変形形態の液体供給装置１Ｂの部分模式図である。上述の実施形態と立ち上がり部３ｃ’以外同様である。第２変形形態は、立ち上がり部３ｃ’が管状部材ではなく、実施形態の液体貯留部２と同様のタンク状容器である点が異なる。この場合であっても、実施形態と同様の効果を有する。
【００４７】
図５（ｄ）は、第２変形形態の液体供給装置１Ｃの部分模式図である。上述の実施形態と液体貯留部２’以外同様である。第２変形形態は、液体貯留部２’がタンク状容器ではなく、実施形態の立ち上がり部３ｃと同様の同じ管状部材である点が異なる。この場合であっても、実施形態と同様の効果を有する。
【００４８】
図５（ｅ）は、第３変形形態の液体供給装置１Ｃの部分模式図である。上述の実施形態と配液管３ｂ’以外同様である。第３変形形態では、配液管３ｂ’の途中に、実施形態の立ち上がり部３ｃと同様の中間立ち上がり部３ｃ’’が設けられている点が異なる。この場合であっても、実施形態と同様の効果を有する。
【００４９】
図５（ｆ）は、第４変形形態の液体供給装置１Ｄの部分模式図である。上述の実施形態と配液管３ｂ’’以外同様である。第４変形形態では、配液管３ｂ’’の途中に、実施形態の液体貯留部２と同様の第２液体貯留部２’’が設けられている点が異なる。この場合であっても、実施形態と同様の効果を有する。
【００５０】
さらに、実施形態では、液位制御部２０１の制御により、液体送出部７の動作タイミングを制御することにより、液体貯留部２における養液の液面の高さＨ１を調整したが、これに限らず、液体貯留部２において養液をオーバフローさせることにより、養液の液位一定に保つようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
Ｖ    植物
１    液体供給装置
２    液体貯留部
３    管状部材
３ａ    接続部
３ｂ    配液管
３ｃ    上がり部
４    吐出口
４Ａ    吐出口
４ａ    吐出管
５    樋部
５ａ    樋部開口部
６    液体回収容器
７    液体送出部
８    水位センサ
１３    照明装置
２０    栽培容器
２１    栽培プレート
２２    トレイ
２２ａ    トレイ開口部
２３    液体流入部
２３ｄ    開口部
２３ｅ    底板
１００    植物栽培装置
１０３    栽培室
１０４    照明装置
１０５    空調装置
２００    制御部
２０１    液位制御部
２０２    照明制御部
２０３    空調制御部
【図１】
2020068697.tif 000003
【図２】
2020068697.tif 000004
【図３】
2020068697.tif 000005
【図４】
2020068697.tif 000006
【図５】
2020068697.tif 000007