(57)【要約】【課題】  高価な装置や機器を必要とせず、簡便な装置構成で、比較的長時間の連続運転が可能な植物工場とその運転方法を提供することを課題とする。【解決手段】  少なくとも１つの栽培ベッドと、養液タンクと、養液タンクと栽培ベッド間を接続する養液供給管路と、栽培ベッドと養液タンク間を接続する養液戻り管路と、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させるポンプとを備えた植物工場であって、養液タンクに水を補給する水補給装置と、設定された単位時間当たりの流量で養液タンクに液体肥料を補給する少なくとも１つの液体肥料補給装置とを有している植物工場とその運転方法を提供することによって、上記の課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの栽培ベッドと、養液タンクと、養液タンクと栽培ベッド間を接続する養液供給管路と、栽培ベッドと養液タンク間を接続する養液戻り管路と、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させるポンプとを備えた植物工場であって、養液タンクに水を補給する水補給装置と、設定された単位時間当たりの流量で養液タンクに液体肥料を補給する少なくとも１つの液体肥料補給装置とを有している植物工場。
【請求項２】
液体肥料補給装置が、液体肥料の一時貯留容器と、一端が一時貯留容器に接続され他端が養液タンク上に開口し、一時貯留容器から養液タンクに重力によって液体肥料を供給する液体肥料供給管と、液体肥料供給管に設けられたコックと、一時貯留容器に貯留する液体肥料の液面高さが一定に保たれるように一時貯留容器に液体肥料を供給する液体肥料供給装置とを備えている請求項１記載の植物工場。
【請求項３】
栽培ベッド内、養液戻り管路内、又は養液タンク内に、麦飯石及び／又はサンゴ粒を含む水質浄化体を配置している請求項１又は２記載の植物工場。
【請求項４】
少なくとも１つの栽培ベッドと養液タンクとを有し、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させて栽培ベッド内で植物を育成する植物工場の運転方法であって、当該植物工場を単位時間運転したときに養液タンク内に補給しなければならない液体肥料の量を液体肥料の種類ごとに予め求めておき、当該求められた単位時間当たりの補給量に相当する量の液体肥料を、設定された単位時間当たりの流量で液体肥料を供給する液体肥料補給装置を用いて養液タンクに補給する植物工場の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物工場とその運転方法に関し、詳細には、高価な装置や機器を必要とせず、簡便な装置構成で、比較的長時間の連続運転が可能な植物工場とその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
閉鎖系又は半閉鎖系の施設内で養液栽培によって植物を育成する植物栽培システムが近年注目を浴びている。このシステムは植物工場とも呼ばれ、例えば、特許文献１、２には、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させて植物を育成する植物工場が提案されている。
【０００３】
しかし、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させると、植物による吸収や蒸発によって、養液量や養液組成は刻々と変化する。したがって、植物工場を連続して運転するには、減少した分の肥料や水を養液タンク内に補給して、養液の組成や量が植物栽培に最適な一定の状態に保たれるようにする必要がある。このため、省力化を目指す従来の植物工場においては、養液タンク内の養液の電気伝導度やｐＨを測定して、それらの値が予め好適値として設定されている一定値に維持されるように、新しい養液や肥料を自動的に養液タンク内に補給するとともに、液面センサを用いて、養液タンク内の養液量が常に一定量となるように自動的に水を補給することが行われている。
【０００４】
これら従来の植物工場は、省力化という観点からは確かに満足のできるものではあるが、液面センサや電気伝導度計、ｐＨセンサといったセンサ類や、それらセンサ類からの信号に基づいて、養液タンクに補給する水や複数種類の液体肥料の量を制御する制御装置を必要とし、システムとして非常に高価で複雑なものとなってしまうという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１０６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２４７３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来の植物工場の欠点を解決するために為されたもので、高価な装置や機器を必要とせず、簡便な装置構成で、比較的長時間の連続運転が可能な植物工場とその運転方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、育成する植物の種類や生育ステージ及び栽培ベッドの規模等が一定であれば、単位時間当たりで補給が必要となる肥料の量も肥料の種類ごとに一定であり、単位時間当たり予め求めた一定量の液体肥料を補給すれば、必ずしも高価なセンサ類や制御装置を用いなくても植物工場を比較的長時間にわたって連続運転することが可能であることを見出して、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、少なくとも１つの栽培ベッドと、養液タンクと、養液タンクと栽培ベッド間を接続する養液供給管路と、栽培ベッドと養液タンク間を接続する養液戻り管路と、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させるポンプとを備えた植物工場であって、養液タンクに水を補給する水補給装置と、設定された単位時間当たりの流量で養液タンクに液体肥料を補給する少なくとも１つの液体肥料補給装置とを有している植物工場を提供することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
また、本発明は、少なくとも１つの栽培ベッドと養液タンクとを有し、栽培ベッドと養液タンクとの間で養液を循環させて栽培ベッド内で植物を育成する植物工場の運転方法であって、当該植物工場を単位時間運転したときに養液タンク内に補給しなければならない液体肥料の量を液体肥料の種類ごとに予め求めておき、当該求められた単位時間当たりの補給量に相当する量の液体肥料を、設定された単位時間当たりの流量で液体肥料を供給する液体肥料補給装置を用いて養液タンクに補給する植物工場の運転方法を提供することによって、上記の課題を解決するものである。
【００１０】
このように本発明の植物工場及びその運転方法においては、設定された単位時間当たりの流量で液体肥料を供給する液体肥料補給装置を用いて、予め求められた単位時間当たりの必要補給量に相当する量だけ、各種液体肥料を養液タンクに補給すれば良く、電気伝導度計やｐＨセンサといったセンサ類や、それらセンサ類からの信号に基づいて液体肥料の補給量を制御する制御装置を必要としない。
【００１１】
本発明で用いられる液体肥料補給装置は、その好ましい一態様において、液体肥料の一時貯留容器と、一端が一時貯留容器に接続され他端が養液タンク上に開口し、一時貯留容器から養液タンクに重力によって液体肥料を供給する液体肥料供給管と、液体肥料供給管に設けられたコックと、一時貯留容器に貯留する液体肥料の液面高さが一定に保たれるように一時貯留容器に液体肥料を供給する液体肥料供給装置とを備えている。上記コックの開度を調節することによって、一時貯留容器から養液タンク内に落下する単位時間当たりの液体肥料の量を調節することができる。
【００１２】
また、本発明の植物工場は、栽培ベッド内、養液戻り管路内、又は養液タンク内に、麦飯石及び／又はサンゴ粒を含む水質浄化体を配置しているのが好ましい。麦飯石やサンゴ粒は、養液の水質浄化に寄与することは勿論、麦飯石からはミネラル分が溶出し、養液に混ざるので、植物の育成に寄与することになる。因みに、麦飯石やサンゴ粒を含む水質浄化体を配置する場合には、それらから溶出又は吸収されるミネラル分が存在するので、それらを配置した状態で、当該植物工場における液体肥料の単位時間当たりの必要補給量を予め求めておくことになるのは勿論である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の植物工場及びその運転方法によれば、センサ類や制御装置などの高価な機器や装置を用いることなく、安価で簡便な構成で、植物工場を比較的長時間、例えば２４時間程度の時間、自動運転することが可能となる。また、本発明の植物工場及びその運転方法によれば、養液量やその組成の維持に要する設備が簡単なものとなるので、故障が少なく、使用エネルギーも大幅に削減できるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の植物工場の一例を示す概念図である。
【図２】液体肥料補給装置の拡大図である。
【図３】液体肥料補給装置の拡大図である。
【図４】水補給装置の拡大図である。
【図５】水補給装置の他の例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。
【００１６】
図１は、本発明の植物工場の一例を示す概念図である。図１において、１は本発明の植物工場であり、２ａ、２ｂ、２ｃは栽培ベッド、３は養液タンクである。４は養液供給管、５はポンプ、６ａ、６ｂ、６ｃは開閉弁であり、ポンプ５を駆動することによって、養液Ｎは、養液タンク３内から栽培ベッド２ａ、２ｂ、２ｃに供給される。なお、栽培ベッド２ａ、２ｂ、２ｃの数が図示した３個に限られないことはいうまでもない。
【００１７】
７ａ、７ｂ、７ｃはオーバーフロー型の排水口であり、栽培ベッド２ａ、２ｂ、２ｃ内の養液の液面が排水口７ａ、７ｂ、７ｃの位置よりも高くなると、養液Ｎの一部は、オーバーフローして排水口７ａ、７ｂ、７ｃへと流れ込み、養液戻り管８を通って養液タンク３に戻ることになる。このようにして養液Ｎは、養液タンク３と栽培ベッド２ａ、２ｂ、２ｃ間を循環する。９ａ、９ｂ、９ｃは照明装置であり、照明装置９ａ、９ｂ、９ｃとしては、例えば、蛍光ランプ、ＬＥＤなど、植物工場で通常使用される適宜の照明器具を用いることができる。
【００１８】
１０は養液戻り管８の途中に設けられたフィルターである。フィルター１０内には、ゴミや固形物を取り除く通常のフィルター材とともに、例えば、麦飯石若しくはサンゴ粒、又はその両者を水質浄化体として充填しておくことができる。麦飯石やサンゴ粒は、水質浄化に効果があるとともに、麦飯石からはミネラル分が溶出し、養液内に溶け込むことになるので、ミネラル補給となり、植物の育成効果の増大にも寄与することになる。これにより、化学肥料だけでは賄えないミネラル分の補給も行うことができるという利点が得られる。また、麦飯石は、水分子のクラスターを小さくして、生体細胞に好影響を与える効果があるともいわれているので、植物の育成には好都合である。これら麦飯石やサンゴ粒は、栽培ベッド２ａ、２ｂ、２ｃ内、若しくは養液タンク３内、又はその両者内に配置しても良く、いずれの場合であっても水質浄化効果とミネラル補給効果が期待できる。
【００１９】
１１は水補給装置であり、蒸発や植物による吸収によって減少した水を養液タンク３内に補給する。なお、Ｗは水を表している。水補給装置１１の詳細については後述するが、本例における水補給装置１１は、内部に水を入れたビン状の容器を、その開口部を下にして倒立させただけの簡単なものである。
【００２０】
１２ａ、１２ｂ、１２ｃは液体肥料補給装置であり、液体肥料α、β、γのそれぞれに対応して１つずつ設けられている。なお、養液タンク３に補給される液体肥料の種類は図示したα、β、γの３種類に限られない。２種類以下であっても良いし、４種類以上であっても良い。因みに、液体肥料としては、例えば、肥料の３要素とされる窒素、リン酸、カリをそれぞれ含んだ液体肥料を用いれば良く、さらには、石灰やマグネシウムなどを含んだ液体肥料を用いることができる。
【００２１】
液体肥料補給装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、液体肥料の一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、一端が一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃのそれぞれに接続され、他端が養液タンク３上に開口している液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃのそれぞれに設けられたコック１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、一時貯留容器に貯留する液体肥料の液面高さが一定に保たれるように一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃに液体肥料α、β、γを供給する液体肥料供給装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃとを備えている。本例における液体肥料供給装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、水補給装置１１と同様に、内部に液体肥料α、β、又はγを入れたビン状の容器を、その開口部を下にして倒立させただけの簡単なものである。
【００２２】
コック１５ａ、１５ｂ、１５ｃを開くと、一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃに貯留されている液体肥料α、β、γは、重力により、液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通って、養液タンク３内に滴滴と落下する。液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通って、養液タンク３内に補給される単位時間当たりの液体肥料の量は、コック１５ａ、１５ｂ、１５ｃの開度を調節し、例えば、滴滴落下する液体肥料の単位時間当たりの滴数を調節することによって調節できる。
【００２３】
なお、コック１５ａ、１５ｂ、１５ｃの開度が同じでも、その上部にある一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ内の液面高さが変わると、単位時間当たりの落下滴数も変わるが、一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃに貯留する液体肥料の液面高さは、一時貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃに液体肥料α、β、γを供給する液体肥料供給装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって一定に保たれているので、液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃから養液タンク３内に液体肥料α、β、γの補給を続けても、コック１５ａ、１５ｂ、１５ｃを通って、養液タンク３内に落下する液体肥料α、β、γの単位時間当たりの滴数は変わらない。したがって、液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃに設けられたコック１５ａ、１５ｂ、１５ｃの開度を調節するという極めて簡単な機構でありながら、単位時間当たり一定量の液体肥料を養液タンク３内に補給することが可能となる。
【００２４】
１７は撹拌棒であり、１８は撹拌棒１７を回転させる電動機、１９は空気吹き込み管であり、２０は空気吹き込み管１９に空気を送るポンプである。これらの装置は、必ずしも必要なものではないが、養液タンク３内に補給される液体肥料α、β、γや水Ｗと、当初から存在する養液Ｎとを速やかに混合して、均一な養液Ｎを得るためには設けるのが好ましい。特に、図に示すように、空気吹き込み管１９を、液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの直下に位置させる場合には、空気吹き込み管１９から吹き込まれる空気の泡によって、液体肥料供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃから滴滴と養液タンク３内に落下する液体肥料α、β、γと養液Ｎとの混合がより速やかに行われるので、好ましい。
【００２５】
図２は、液体肥料補給装置１２ａの拡大図である。図に示すとおり、液体肥料供給装置１６ａは、内部に液体肥料αを入れたビン状の容器を、その開口部を下にして一時貯留容器１３ａ内に倒立させただけの簡単なものである。ｈは、一時貯留容器１３ａ内の液体肥料αの液面高さであり、この液面高さｈは、一時貯留容器１３ａの底面から液体肥料供給装置１６ａの下部開口までの高さと一致している。
【００２６】
この状態から、コック１５ａを開にして、一時貯留容器１３ａに貯留されていた液体肥料αを養液Ｎ内に滴滴と落下させると、図３に示すように、一時貯留容器１３ａ内の液体肥料αの液面高さは当初の高さｈよりも低くなる。しかし、液体肥料αの液面高さがｈよりも低くなると、液体肥料供給装置１６ａの下部開口と液体肥料αの液面との間に間隙が生じ、その間隙から外部の空気が液体肥料供給装置１６ａ内に浸入するので、液体肥料供給装置１６ａ内の液体肥料αが一時貯留容器１３ａ内に落下し、一時貯留容器１３ａ内の液体肥料αの液面は再び当初の高さｈまで上昇する。液体肥料αの液面がｈまで上昇すると、外部から液体肥料供給装置１６ａ内への空気の浸入が停止するので、液体肥料供給装置１６ａから一時貯留容器１３ａへの液体肥料αの落下も停止する。
【００２７】
一時貯留容器１３ａに貯留されていた液体肥料αが養液Ｎ内に落下するに伴い、以上のような動作が繰り返され、一時貯留容器１３ａ内の液体肥料αの液面高さは常に一定の高さｈに保たれることになる。一時貯留容器１３ａ内における液体肥料αの高さが常に一定に保たれているので、コック１５ａの部分に掛かる液圧も一定であり、コック１５ａの開度を一旦調節しておけば、その後も、液体肥料供給管１４ａから養液Ｎ内に落下する液体肥料αの単位時間当たりの量に変化はなく、常に一定に保たれることになる。なお、以上は、液体肥料補給装置１２ａと液体肥料αについて説明したが、液体肥料補給装置１２ｂ、１２ｃや、液体肥料β、γについても同様である。
【００２８】
図４は水補給装置１１の拡大図である。図に示すとおり、水補給装置１１は、内部に水Ｗを入れたビン状の容器を、その開口部を下にして養液タンク３内に倒立させただけの簡単なものである。Ｈは、養液タンク３内の養液Ｎの液面高さであり、この液面高さＨは、養液タンク３の底面から水補給装置１１の下部開口までの高さと一致している。
【００２９】
養液タンク３内の養液Ｎの量が減り、液面Ｈが低下すると、先に液体肥料補給装置１２ａについて説明したのと同様に、水補給装置１１の下部開口と養液Ｎの液面との間に間隙が生じ、その間隙から外部の空気が水補給装置１１内に浸入するので、水補給装置１１内の水Ｗが養液タンク３内に落下し、養液タンク３内の養液Ｎの液面は再び当初の高さＨまで上昇する。養液Ｎの液面がＨまで上昇すると、外部から水補給装置１１内への空気の浸入が停止するので、水補給装置１１から養液タンク３への水Ｗの落下も停止する。このような動作を繰り返すことにより、養液タンク３内の養液Ｎの液面高さは常に一定に保たれることになる。
【００３０】
なお、水補給装置１１に収容される水Ｗには、適宜の液体肥料の１種又は２種以上を混合しても良い。水Ｗに予め１種又は２種以上の適宜の液体肥料を混合して、所定の濃度としておく場合には、水補給装置１１からの液体肥料入りの水Ｗの補給でもって、必要な液体肥料の補給をまかなうことができるので、上述した液体肥料補給装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうちの１つ若しくは２つ以上は不要となり、極端な場合には、液体肥料補給装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃは設ける必要がない。
【００３１】
図５は、水補給装置１１の他の例を示す図である。本例において、水補給装置１１には、水補給装置１１の外部と、水補給装置１１の上部空間との間を連絡する空気管２１が設けられている。養液タンク３の底面から空気管２１の下部開口面までの高さは、養液タンク３内の養液Ｎの液面高さＨと一致しており、養液タンク３の底面から水補給装置１１の下部開口までの高さはＨよりも若干短く設定されている。
【００３２】
養液タンク３内の養液Ｎの液面高さがＨよりも低くなると、外部の空気は、空気管２１を通って水補給装置１１の上部空間へと浸入し、その分、水Ｗが養液タンク３内に補給される。水Ｗの補給を受け養液タンク３内の養液Ｎの液面が再びＨまで上昇すると、空気の浸入も止まり、養液タンク３への水Ｗの補給も停止する。このように、下部開口とは別に空気管２１を備える場合には、空気の浸入路と水Ｗの流出路とが別になるので、図４に示す場合に比べて、水補給装置１１内での水Ｗと空気の置換がよりスムースに行われ、養液タンク３への水の補給をより安定かつスムースに行うことができるという利点が得られる。
【００３３】
なお、図５に示す水補給装置１１に収容される水Ｗの中にも、上述したと同様に、適宜の液体肥料の１種又は２種以上を所定の濃度となるように予め混合しておいて、水と液体肥料とを同時に養液タンク３内に補給するようにしても良い。
【００３４】
また、液体肥料供給装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃにも、上述した水補給装置１１におけると同様に、下部開口とは別に、液体肥料供給装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの上部空間と外部との間を連絡する空気管を設ける場合には、位置値貯留容器１３ａ、１３ｂ、１３ｃへの液体肥料α、β、γの供給がよりスムースに安定して行われるという利点が得られる。
【００３５】
本発明の植物工場１を運転するには、まず、植物の種類や生育ステージ又は栽培ベッドの規模を設定し、その設定した状況下で実際に植物工場を運転して、循環して養液タンクに戻ってくる養液の組成を電気伝導度計、ｐＨ計、又はその他の適宜の分析、計測手段を用いて計測し、養液の組成を当初の最適組成に戻すのに必要な単位時間当たりの液体肥料の補給量を液体肥料ごとに求める。液体肥料ごとに単位時間当たりの必要補給量が求まると、液体肥料補給装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃのコック１５ａ、１５ｂ、１５ｃの開度を調節して、単位時間当たり、求められた補給量に相当する液体肥料が養液タンク３内に落下するようにして、植物工場１の運転を開始すれば良い。
【００３６】
当初、一時的には、養液の組成等を計測することが必要ではあるが、その後は、種々のセンサ類や制御装置を用いることなく、本発明の植物工場１を連続運転することができる。栽培ベッドの規模等にも依るが、例えば、２４時間を単位にして各液体肥料の必要補給量を求めておいて、その必要補給量だけの各液体肥料が２４時間かけて滴滴と養液タンク３内に落下するようにコック１５ａ、１５ｂ、１５ｃの開度を調整しておけば、作業者は一日に１回、水補給装置１１内の水や、液体肥料補給装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ内の液体肥料の補給を行えば良く、植物工場１を２４時間を一周期として、連続して、実質的に無人で運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明の植物工場とその運転方法によれば、簡便な装置で養液組成を常に最適状態に保つことができるので、省力化、省エネルギーであることは勿論、設備費用の低減にも有効で、植物工場の普及に及ぼす影響は大きく、その産業界にもたらす利便性には格別のものがある。
【符号の説明】
【００３８】
１            植物工場
２ａ、２ｂ、２ｃ    栽培ベッド
３            養液タンク
４            養液供給管
５、２０      ポンプ
６ａ、６ｂ、６ｃ    開閉弁
７ａ、７ｂ、７ｃ    排水口
８            養液戻り管
９ａ、９ｂ、９ｃ    照明装置
１０            フィルター
１１            水補給装置
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ    液体肥料補給装置
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ    一時貯留容器
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ    液体肥料供給管
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ    コック
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ    液体肥料供給装置
１７            撹拌棒
１８            電動機
１９            空気吹き込み管
２１            空気管
Ｎ            養液
Ｗ            水
α、β、γ    液体肥料
【図１】
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【図２】
2011092161.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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