(57)【要約】      （修正有）【課題】光合成の効率化だけではなく、水耕栽培において最適な温度条件を達成することをも含めたトータルな観点からの電気消費量の低減を目的とした水耕栽培システムを提供する。【解決手段】水槽と、水槽に水を循環させるための循環機構と、水槽面に設けられた栽培領域と、栽培領域の上部に設けられた天板と、天板の下方に設けられた人工光源と、栽培領域と人工光源とを含む領域の側面を覆う側面シート部６ａ、６ｂとを備え、側面シート部６ａ、６ｂは内側に反射部材が設けられ、且つ側面シート部６ａ、６ｂを貫通するスリット７ａ、７ｂが設けられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽と、
水槽に水を循環させるための循環機構と、
上記水槽面上に設けられた栽培領域と、
当該栽培領域の上部に設けられた天板と、
当該天板の下方に設けられた人工光源と、
上記栽培領域と上記人工光源とを含む領域の側面を覆う側面シート部と
を備え、
上記側面シート部は内側に反射部材が設けられ、且つ当該側面シート部を貫通するスリットが設けられた
ことを特徴とする水耕栽培システム。
【請求項２】
上記スリットは切れ目である
ことを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
上記循環機構を構成する循環タンクは床面に接して横置きとした
ことを特徴とする請求項１または２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
上記スリットは、上記側面シート部の下方と上方に設けられた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
上記スリットは、上記側面シート部の下方に設けられ、
上記天板に通気口が設けられた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
上記循環機構を構成する循環タンクの容量は、上記水槽の容量の２５％以上である
ことを特徴とする請求項１からの５のいずれかに記載の水耕栽培システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培システムに関するものであり、特に、省電力化を目的としたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工光源を用いた植物工場等の水耕栽培は、気象の影響を受けにくく、また、健康に良い成分を多量に含んだ高機能野菜の栽培にも好適である。
しかし、人工光源を用いるため電気消費量が大きく、太陽光を用いた栽培に比べて生産コストの点で課題がある。
【０００３】
水耕栽培ではないが、このような課題を解決するため、人工光源の利用効率を向上させる植物栽培装置が提案されている。この装置は、植物が植えられる栽培ベッドの側方に、植物の側葉に照明装置からの光を反射させて供給可能な光反射部材が設けられている。特に、光反射部材の上端部が、照明装置を構成する光源ランプ中、最下部に位置する光源ランプの高さよりも低くなるように設けられており、光反射部材の上端部の上方に形成される隙間が空気の流れを許容する通気部となっている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６７１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水耕栽培において適正な水温は２２〜２５℃程度である。一方、葉や茎が成長する気相は水温よりも３℃程度高いことが望ましく、これらの温度条件において、野菜等の植物は最も健全に成長する。したがって、電気消費量の低減のためには、こういった温度条件を達成するための効率化も考慮する必要がある。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、光合成の効率化だけではなく、水耕栽培において最適な温度条件を達成することをも含めたトータルな観点からの電気消費量の低減を目的とした水耕栽培システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水耕栽培システムは、水槽と、水槽に水を循環させるための循環機構と、上記水槽面に設けられた栽培領域と、当該栽培領域の上部に設けられた天板と、当該天板の下方に設けられた人工光源と、上記栽培領域と上記人工光源とを含む領域の側面を覆う側面シート部とを備え、上記側面シート部は内側に反射部材が設けられ、且つ当該側面シート部を貫通するスリットが設けられたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る水耕栽培システムは、上記スリットが切れ目であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る水耕栽培システムは、上記循環機構を構成する循環タンクが床面に接して横置きとしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る水耕栽培システムは、上記スリットが、上記側面シート部の下方と上方に設けられたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る水耕栽培システムは、上記スリットが、上記側面シート部の下方に設けられ、上記天板に通気口が設けられたことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る水耕栽培システムは、上記循環機構を構成する循環タンクの容量が、上記水槽の容量の２５％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る水耕栽培システムは上記のように構成されているので、人工光源からの光を効率よく植物に照射し、且つ人工光源からの光を栽培領域の気相の温度上昇のためにも利用可能であり、トータルな観点からの電気消費量の低減を行うことができる。
【００１４】
また、栽培領域から熱の逃げを最小限に抑え、且つ植物から蒸散される大量の水分を外部や効率よく放出することで、栽培領域の気相の温度及び湿度を最適に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部を取り付ける前の状態である。
【図２】本発明に係る水耕栽培システムの水槽部の内部説明図である。
【図３】本発明に係る水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部を取り付けた状態である。
【図４】本発明に係る水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部に縦向きのスリットを設けた状態である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部に横向きのスリットを設けた状態である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部に横向きのスリットを上下に設けた状態である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部に横向きのスリットを設け、天板に通気口を設けた状態である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る水耕栽培システムの構成およびその使用方法等に関して、以下において、図面を用いて説明する。なお、以下の説明は本発明に関する良好な一例を開示するものであり、本発明が当該実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
＜構成＞
図１から図３を用いて、本実施の形態の水耕栽培システムの構成を説明する。
図１は、水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部を取り付ける前の状態である。また、図２は、水耕栽培システムの水槽部の内部説明図である。さらに、図３は、水耕栽培システムの全体斜視図であり、側面シート部を取り付けた状態であり、図４はスリットを設けた図である。
【００１８】
図３、図４に示すように、本発明に係る水耕栽培システムは、水槽部１と、水槽部１上に設けられた栽培領域と、栽培領域の上部に設けられた天板４と、天板４の下方に設けられた人工光源５と、栽培領域と人工光源５とを含む領域を略密閉状態にするために、その領域の側面を覆う側面シート部６ａ、６ｂとを備え、側面シート部６ａ、６ｂは内側に反射部材が設けられ、且つ側面シート部を貫通するスリット７ａ、７ｂが設けられたことを特徴とするものである。
【００１９】
ここで水槽部１は、図２に示すように、水槽１ａと、水槽１ａに水を循環させるための循環機構１ｂ、１ｃ等から構成されている。図１に示すように、水槽１ａの上面には、栽培プレート２が配置され、栽培プレート２に開けられた穴に植物１００を挿入する形態で栽培を行う。植物１００の葉や茎は、栽培プレート２上の気相で生育し、根は水槽１ａ内で生育する。
【００２０】
図２に示すように、循環機構は、１ｂ、１ｃは循環タンク１ｂとポンプ１ｃ等から構成される。循環機構は、水と液肥を混合する機構を有しても良い。また、ポンプ１ｃは流速をコントロールする機構を有しても良い。
循環タンク１ｂの水は、ポンプ１ｃにより水槽１ａに送られ、そして循環タンク１ｂに還流されることで、循環する。
【００２１】
循環タンク１ｂは、床面に接して横置きとする構成が良い。床面にできるだけ大きな面積を設置することで、床面との熱伝導を良好に行うことができる。なお、水槽１ａと循環タンク１ｂは、熱的にはほぼ独立した状態にあり、熱伝導率は小さい。また、循環タンク１ｂの容量は、水槽１ａの容量の２５％以上であることが望ましい。
【００２２】
図１に示すように、栽培領域は栽培用プレート２から天板に至る気相領域全体である。栽培領域の上部に設けられた天板４は、例えば、アングル等からなるフレーム３に固定されている。そして、天板４の下方には、人工光源５が設けられている。人工光源５としては、光への変換効率が高いＬＥＤや蛍光灯が良い。
【００２３】
図３に示すように、栽培時には、栽培領域の４側面を側面シート部６ａ、６ｂで閉じて、略密閉状態とする。側面シート部６ａは長辺方向の２側面を覆い、側面シート部６ｂは短辺方向の２側面を覆う。側面シート部６ａ、６ｂは、通気性のないシート材が良い。そして、その内面には反射部材が設けられている。反射部材は、アルミ等のシート部材を貼着しても良いし、側面シート部６ａ、６ｂに反射膜を蒸着等でコーティングしても良い。
なお、図３においては、説明上、側面シート部６ａ、６ｂを通して内部が見えるように表現しているが、実際には側面シート部６ａ、６ｂの内側には反射部材があるため、外部から内部は見えない。
【００２４】
図４は、側面シート部６ａ、６ｂに、この側面シート部６ａ、６ｂを貫通する縦向きのスリット７ａ、７ｂを設けた状態を示している。スリット７ａ、７ｂは、図４に示すように、大体等間隔に設けるのが良い。スリット幅は、例えば数ｍｍ程度である。
なお、幅のあるスリットではなく、ほとんど幅の無い切れ目であっても良い。ナイフ等で入れた切込等である。
【００２５】
＜動作＞
次に、動作について説明する。
人工光源５からの光は、上部から直接植物１００に照射されるだけではなく、側面シート部６ａ、６ｂの内側に設けられた反射部材によって反射し、斜め方向からも植物１００に照射される。したがって、重なった下側の葉にも光が当たり、光合成が効率良く行われる。
【００２６】
人工光源５からの光は植物１００や栽培用プレート２に吸収され熱エネルギーとなる。側面シート部６ａ、６ｂにより略密閉状態であるため、この熱エネルギーは、気相の温度や水槽１ａ内の水温を効率良く上昇させる。水よりも熱容量が小さい空気の方が大きく温度が上昇するため、水温よりも気相の温度が高くなる。水耕栽培においては、水温よりも気相の温度が数℃高い状態が、最も植物が良好に成長する状態である。この理想的な状態を人工光源５の光エネルギーを利用して作り出すことができる。すなわち、人工光源５の光エネルギーを最大限、そして無駄なく利用することができる。
なお、栽培領域の４側面を側面シート部６ａ、６ｂで閉じて略密閉状態とすることが、気相温度の上昇について最も効果があるが、必ずしもすべての側面を閉じる必要はない。例えば、近年、水耕栽培システムに用いる水槽は長尺化が進み、２０ｍもの長さの水槽を用いることがある。そのような水槽を用いる場合、短辺方向の１側面だけを開けておいたとしても、全体としては十分な温度上昇効果が得られる。
【００２７】
一方、成長期にある植物は、大量の水を吸い上げ、そして蒸散する。例えば、１株当たり、一日に３０ｍｌから２００ｍｌという大量の水を蒸散する。気相に蒸散された水蒸気は、スリット７ａ、７ｂから外部に放出される。
【００２８】
植物１００や栽培用プレート２の近傍は、人工光源５の光を吸収するため、温度が高く、気圧が低い。そのため、スリット７ａ、７ｂの下方から外部から空気を取り込み、スリット７ａ、７ｂの上方から外部に空気が放出される。このような空気の流れが気相に生じ、その空気の流れにより、蒸散された水蒸気は外部に放出される。
このように、スリット７ａ、７ｂにより、気相の湿度は適切な湿度に維持される。
【００２９】
以上のように、栽培領域の気相の温度と湿度、および、水槽１ａの水温がすべて適切な値に維持され、植物は健全に成長することができる。
さらに、気相に生じる空気の流れは、植物の葉や茎を揺らすため、適度な刺激が植物に与えられ、さらに成長を促すことができる。
【００３０】
なお、水槽１ａの水温は、植物にも依るが、かなり厳格なコントロールが必要である。例えば、２０℃から２５℃程度の狭い範囲にコントロールしなければならない。したがって、人工光源５の光から変換された熱エネルギーにより、水温が適正範囲を越えて上昇する危険性がある。しかし、本実施の形態においては、水槽部１を、水槽１ａと、水槽１ａに水を循環させるための循環機構１ｂ、１ｃ等から構成することで、水温をできるだけ一定に維持し、大きな温度上昇を抑制することができる。
【００３１】
特に、図２に示すように、循環タンク１ｂを床面に接した横置きとすることで、循環タンク１ｂと床面との熱伝導を良好にすることが可能となり、循環タンク１ｂ内の水温を一定に維持できる。
また、循環タンク１ｂの容量を水槽１ａの容量の２５％以上とすることでも、循環水の温度上昇を十分に抑制することが可能であり、結果として水槽１ａの水温の過度な上昇を抑制できる。
【００３２】
（実施例）
側面シート部６ａに３本の縦向けの切れ目を、側面シート部６ｂに１本の縦向けの切れ目をナイフで入れた場合、１２時間の光照射をおこなった後も、栽培用プレート２の上面は乾燥した状態であった。
【００３３】
一方、側面シート部６ａ６ｂに切れ目等のスリットを設けない場合、１２時間の光照射をおこなった後の栽培用プレート２の上面は、全面が大きな水滴で濡れた状態であった。
以上のように、ナイフで入れた切れ目であっても、気相の湿度上昇を防止する顕著な効果があることを確認できた。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１においては、側面シート部６ａ、６ｂに、この側面シート部６ａ、６ｂを貫通する縦向きのスリット７ａ、７ｂを設けた。本実施の形態２においては、横向きのスリット７ａ、７ｂを設けるいくつかの例について説明する。
【００３５】
図５は、側面シート部６ａ、６ｂに横向きのスリット８ａ、８ｂを設けた状態を示している。スリットは、いずれもナイフで形成した切れ目である。このように、横向きのスリット８ａ、８ｂを設けた場合にも、スリットを設けない場合に比べて、格段の湿度低減効果があった。
【００３６】
図６は、側面シート部６ａ、６ｂに、上下２段の横向きのスリット８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂを設けた状態を示している。スリットは、いずれもナイフで形成した切れ目である。このように、上下２段の横向きのスリットを設けた場合には、図５のように、１段だけ横向きのスリットを設けた場合に比べて、湿度低減効果は大きかった。
【００３７】
図７は、図５と同様に側面シート部６ａ、６ｂに横向きのスリット８ａ、８ｂを設け、さらに、天板４に通気口１０を設けた状態を示している。この場合も、図５のように、１段だけ横向きのスリットを設けた場合に比べて、湿度低減効果は大きかった。
【００３８】
＜本発明のまとめ＞
以上、実施の形態１および２で説明した水耕栽培システムについて、概要をまとめる。
人工光源を用いた水耕栽培は、従来から行われている土耕栽培に比べて、多くの長所、優位性を有するものの、製造コストの点で課題があった。人工光源のエネルギーコストがその主因である。
【００３９】
この課題を解決するため、人工光源のエネルギーコストを上昇させている要因について検討を行った。これまでは、人工光源から照射される光が光合成に十分に寄与していないことは認識されていた。しかし、本発明においては、人工光源から照射される光が栽培領域の気相の温度を上昇させることにも寄与していないことを明らかにし、この２つの要因を同時に解決する水耕栽培システムを発明するに至った。
【００４０】
すなわち、本発明においては、人工光源から照射される光の光合成への寄与を増大させるとともに、栽培領域の気相の温度上昇への寄与も増大させることを可能とした。具体的には、人工光源から照射される光の入射角度の多様化、気相温度と水温との適切な温度差の実現、さらに、栽培領域における空気流による植物への適切な刺激の付与により、植物の効率的な栽培を行えるようになった。
【００４１】
また、水槽に水を循環させるための循環機構を有することで、さらには循環タンクの形態や置き方、あるいは容量を最適化することで、人工光源から照射される光による過度な水温上昇を抑制することが可能となり、良好な水温条件を維持することを達成できた。
【００４２】
側面シート部に設けるスリットに関しては、幅広のスリットは不要であり、ナイフで切れ目を入れることでも、十分な湿度低減効果があることを確認した。したがって、略密閉状態をある程度維持しつつ、湿度の上昇を抑制できる。
【００４３】
なお、天板等にＣＣＤ等の撮像装置を設け、植物の成長状況をリアルタイムで監視する装置も検討されている。植物の成長状況に応じて、照射光の強さや液肥の成分を自動でコントロールし、植物の生育に最適な環境を自動で設定しようとする試みである。
ＣＣＤ等の撮像装置で植物の詳細な様子を捉えるためには、いくつかの条件が必要である。まず、外からの光が差し込んだり、近傍を作業者が通過することで、栽培領域の明暗等が変化すると、撮像画像が変化し、植物の細かな状況を捉えることができない。そのため、栽培領域を囲み、外からの光等を遮断することが必要であった。また、撮像装置のレンズ等に曇りが生じないために、低湿度に保つことが必要であった。
本発明に係る水耕栽培システムは、これらの条件を満足させる最適なものであり、栽培の自動化に適したシステムでもある。特に、スリットを切れ目とすることで、外からの光をシャットアウトしつつ、湿度をコントロールできる。
【００４４】
スリットの設け方に関しては、下方から上方への空気の流れが生じる図４、図６、あるいは図７の構成が、特に優れた湿度低減効果を示すことも確認できた。
【００４５】
なお、側面シートは、内部の清掃等行う際には取り外す必要がある。そこで、簡単に着脱できたり、巻き上げられる機構等を設けて、内部作業時の着脱等を容易にする工夫をしても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１  水槽部
２  栽培用プレート
３  フレーム
４  天板
５  照明
６ａ、６ｂ  側面シート部
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ  スリット
１０  通気口
１００  植物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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