(57)【要約】【課題】レタスなとの無農薬野菜をより効率的且つ低コストで経済的に生育させることができるような波長特性を持たせた電球形蛍光ランプを使用した立体多段式植物栽培装置を提供する。【解決手段】栽培架台１０には、複数の栽培ベッド１２が立体的に多段配置されている。栽培ベッド１２の上方には、電球形蛍光ランプ１６と反射板２０とが一体になった光源が等間隔で配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視において互いに重なるように高さ方向に多段配置された複数の栽培ベッドと、
前記栽培ベッドの夫々の上面に向けて光を照射するように前記栽培ベッドの夫々の上方に配置された複数の電球形蛍光ランプとを有し、
前記電球形蛍光ランプの各々が、６５０〜６６０ｎｍの赤色波長域に１つの発光ピークを有していることを特徴とする立体多段式植物栽培装置。
【請求項２】
前記電球形蛍光ランプの各々において、６５０〜６６０ｎｍの赤色波長域の光エネルギーが全体の光エネルギーの２０〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載の立体多段式植物栽培装置。
【請求項３】
前記電球形蛍光ランプの各々が、その電球形蛍光ランプの発光強度を連続的に制御するためのインバータを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体多段式植物栽培装置。
【請求項４】
複数の前記電球形蛍光ランプごとに１個の反射板が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体多段式植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、太陽光を完全に遮断した人工環境下で植物栽培を行う、いわゆる完全制御型植物工場に適用して好適な立体多段式植物栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の地球環境異変に起因する天候不順により、露地での野菜栽培などが不安定になり、野菜価格の高騰などが毎年のように発生している。そこで、野菜などを周年計画的に安定生産するための栽培手段として、完全制御型植物工場が注目されている。完全制御型植物工場では、太陽光を完全に遮断した建物内で温度・湿度・炭酸ガス濃度などを制御し、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプ、蛍光ランプなどを太陽光に代わる人工光源として利用している。最近では、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）を光源とした完全制御型植物栽培工場も開発が行われている。
【０００３】
完全制御型植物栽培工場では、複数の栽培ベッドを、ランプからの発熱の影響が少ない蛍光ランプやＬＥＤと共に立体的に多段に配置して、栽培空間を有効活用することで、敷地面積当たりの栽培密度・効率を向上させる方法が多く採用されている。
【０００４】
一方、特許文献１及び２には、動植物の育成用若しくは観賞用の照明手段として、消費電力の少ない電球形蛍光ランプを用いることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７６９１９号公報
【特許文献２】特開２００１−６９８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に植物の栽培においては、４００〜７００ｎｍの可視光域の光が必要であり、光合成のピークは４５０ｎｍ付近と６６０ｎｍ付近にあると考えられている。ところが、通常の蛍光ランプは、植物の育成に最も有効な、その４５０ｎｍ付近及び６６０ｎｍ付近の波長が欠けているという欠点がある。また、例えば、リーフ系レタス類などを完全制御型植物工場で栽培する場合、栽培に適した光強度は１００〜２００μmol/ｍ２/ｓ程度である。ところが、光源として直管形蛍光ランプを使用する場合には、例えば、６００ｃｍ×１３０ｃｍの栽培面積に対して４０Ｗの直管形蛍光ランプが４本、約１６０Ｗの電気量が必要となり、消費電力の多さが問題となる。さらに、野菜の育成に必要な光量を調節するためには、インバータを搭載した安定器を採用する必要があり、光源の設備費も高いものになる。
【０００７】
特許文献１及び２に開示されているような電球形蛍光ランプは、比較的安価で、低消費電力、長寿命、且つ近接で強い光量が得られるという特長を持っているが、通常の電球形蛍光ランプは、上述した６６０ｎｍ付近の波長が欠けているという欠点がある。
【０００８】
一方、ＬＥＤは、任意の波長にピークを持つ光源を作り出すことが比較的容易に可能で、６６０ｎｍ付近に波長ピークを持つ光源を供給することができる。しかしながら、ランプ、即ち、素子１個の光強度が蛍光ランプよりも小さく、例えば、１００μmol/ｍ２/ｓ以上の光強度を得るためには、蛍光ランプと比較して、より多くのＬＥＤが必要であり、結果として、その総電力量が多くなってしまう。また、何よりも、光源の設備費が、蛍光ランプを利用する場合と比較して、１０倍以上も高くなってしまう。これらが、生産された野菜の原価を大きく押し上げる要因となる。
【０００９】
本発明の目的は、例えば、完全制御型植物工場において、低い光源コスト（イニシャルコスト及びランニングコスト）で植物を栽培することができる立体多段式植物栽培装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
本発明による立体多段式植物栽培装置は、平面視において互いに重なるように高さ方向に多段配置された複数の栽培ベッドと、前記栽培ベッドの夫々の上面に向けて光を照射するように前記栽培ベッドの夫々の上方に配置された複数の電球形蛍光ランプとを有し、前記電球形蛍光ランプの各々が、６５０〜６６０ｎｍの赤色波長域に１つの発光ピークを有している。
【００１１】
この構成によると、比較的安価で、低消費電力、長寿命、且つ近接で強い光量が得られる電球形蛍光ランプに、植物の生育に最も有効な６６０ｎｍ付近の波長域の発光ピークを持たせ、これを、例えば、完全制御型植物工場における立体多段式植物栽培装置に用いることで、光利用効率及び光合成効率をより高めた植物栽培を行うことができる。これにより、従来、ＬＥＤや蛍光ランプ単独の光では困難であった、植物の形態や光利用効率の向上が可能で、且つ完全制御型植物工場による野菜の供給を低い光源コストで実現することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、前記電球形蛍光ランプの各々において、６５０〜６６０ｎｍの赤色波長域の光エネルギーが全体の光エネルギーの２０〜３０％であるのが好ましい。これにより、植物の生育効果をより高めることができる。
【００１３】
また、前記電球形蛍光ランプの各々が、その電球形蛍光ランプの発光強度を連続的に制御するためのインバータを備えているのが好ましい。これにより、例えば、調光装置と組み合わせることによって、容易に光強度を自在に変えることができるようになり、栽培植物の生育状態に合わせて必要な光量の光を植物に照射することができる。
【００１４】
また、本発明においては、複数の前記電球形蛍光ランプごとに１個の反射板が一体的に設けられても良い。この場合には、植物へのより均一な光照射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１に、本発明の一実施の形態に係る立体多段式植物栽培装置を備えた完全制御型植物工場の概略的な全体構成を示す。完全制御型植物工場１は、建造物内の１フロアに設けられたものであって、栽培室２と、機械室３と、出荷・作業室４と、管理室５と、倉庫６とから構成されている。出荷・作業室４には、植物工場１の出入り口１aが設けられている。
【００１７】
栽培室２には、スチール製又はアルミ製の栽培架台１０が、例えば、６列に配列されている。栽培室２の床から天井までの距離は約２．５ｍである。栽培架台１０は、幅が約１．３ｍで、長さは２ｍ程度から、最長で、例えば、３０ｍ程度まで延ばすことができる。栽培室２内の温度及び湿度は、空調機２aによって、植物の生育に最適なものに調整されている。機械室３内には、制御盤、潅水装置、発芽・育苗装置、保冷庫などが設置されている。
【００１８】
栽培架台１０には、その斜視図である図２に示すように、平面視において互いに重なるように栽培ベッド１２が４段に配置されている。栽培ベッド１２が配置された棚段の間隔は約０．５ｍである。なお、栽培室２の天井がより高い場合には、棚段を８〜１２段にすることも可能である。栽培ベッド１２は、発泡スチロール製の成形品で、軽く、断熱性に富み、且つ適当な強度が保たれている。従って、上方向に何段にでも積み上げることが可能である。また、発泡スチロール製とすることで、断熱効果と、後述するランプからの熱の影響を少なくする効果とがある。栽培ベッド１２は、その拡大斜視図及び横断面図である図３（a）及び図３（ｂ）に示すように、ほぼコ字状の横断面を有していて、約２０〜３０ｃｍの深さの凹部１２aが、栽培ベッド１２の長手方向に沿って設けられている。凹部１２a内には、凹部１２aとほぼ同じ高さを有していると共に、幅が約６０ｃｍで長さが約１２０ｃｍの上方開放箱形の栽培コンテナ１７が、栽培ベッド１２の長手方向に沿って複数配列されている。隣接する栽培コンテナ１７同士は、数ｃｍ程度離隔している。栽培コンテナ１７内には、培地１８が保持されている。
【００１９】
凹部１２aの底面には、栽培ベッド１２の長手方向に延びた給水溝１２ｂが設けられている。給水溝１２ｂには、不織布からなる給水シート１９の一部が浸漬されている。給水シート１９は、栽培コンテナ１７の底部に設けられた不図示のスリットを通って培地１８内にまで延びており、培地１８の底面付近において、そのほぼ全域に亘って底面と並行に広がっている。これにより、培地１８の乾燥度に応じて給水することが可能となって、特に水分管理が生育に影響するような作物の栽培の場合に効果的である。
【００２０】
図４に、栽培架台１０を図２の矢印Ａ方向から見た模式的な側面図を示す。図４に示すように、栽培架台１０の下方には、水タンク２１が配置されている。水タンク２１には、機械室３内の灌水装置から、適宜、水が補給される。水タンク２１から排出された水は、ポンプ２２によって、給水管２３に送られる。給水管２３内の水は、各栽培ベッド１２の凹部１２aの、図中、右端に供給される。凹部１２aの右端に供給された水は、凹部１２a内を左方に向かって流れる。そして、凹部１２aの左端から排出された水は、排水管２４から排出されて、水タンク２１に戻される。
【００２１】
上述したように、給水溝１２ｂ内には給水シート１９の一部が浸漬されているので、給水溝１２ｂ内の水は、毛管現象によって給水シート１９に吸い上げられる。そのため、給水シート１９から培地１８に常に適度な水が与えられることになる。
【００２２】
図４に示した例では、水タンク２１、ポンプ２２、給水管２３、及び排水管２４からなる循環経路が、栽培架台１０上の全ての栽培コンテナ１７に共通であるが、例えば、栽培架台１０が長いような場合には、上記のような循環経路を、１個〜数個の栽培コンテナ１７ごとに設けても良い。その場合には、例えば、万が一の病害などの蔓延を抑制することができる。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、各培地１８には、土壌水分センサ２５が挿入されている。土壌水分センサ２５は、培地１８の乾き度合いを測定する。この土壌水分センサ２５からの出力信号に基づいて、ポンプ２２のオン・オフ、又は、給水管２３に設けられた不図示の電磁弁の開閉を制御することによって、培地１８が常に所望の水分量を含むように管理をすることができる。
【００２４】
次に、各培地１８にて栽培されている植物に光を照射するための光源について説明する。図５は、栽培架台１０における光源の配置を示す模式的な平面図である。図６は、栽培架台１０を図２の矢印Ｂ方向から見た模式的な正面図である。図２及び図４〜図６に示すように、各栽培ベッド１２の上方には、多数の電球形蛍光ランプ１６が、栽培架台１０の長手方向に沿って等間隔で２列に配列されている。電球形蛍光ランプ１６は、栽培架台の大きさによっては、１列若しくは３列以上に配列されても良い。また、図示の例では、電球形蛍光ランプ１６は、栽培架台１０の各棚段の天井部に水平方向に配列されて取り付けられているが、各棚段の側面部に取り付けられても良い。各電球形蛍光ランプ１６には、下方の栽培ベッド１２に均一に無駄なく光を照射するための反射板２０が設けられている。反射板２０は、各電球形蛍光ランプ１６ごとに一体型に設け、取り付けや取り外しも容易な構造としている。
【００２５】
各電球形蛍光ランプ１６は、８〜１３Ｗ程度の出力を持ち、且つ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、及び６２０ｎｍに夫々ピーク波長を持つ３波長発光タイプのものに、例えば、封入ガスの組成を調整して、６５０〜６６０ｎｍの赤色波長ピークを付加したものである。このとき、６５０〜６６０ｎｍの赤色波長域の光エネルギーを、全体の光エネルギーに対し２０〜３０％程度に調整する。各電球形蛍光ランプ１６と植物体との距離は、１０〜２０ｃｍ程度とし、植物体にできるだけ均一に光が照射されるようにする。また、このときの光強度は、１５０〜２００μmol/ｍ２/ｓ程度とする。
【００２６】
各電球形蛍光ランプ１６には、インバータ（安定器）が一体的に組み込まれており、調光装置と組み合わせることで、光強度を容易に且つ連続的に自在に変えることができるようになっている。これにより、栽培植物の生育状態に合わせて、必要な光量を植物に照射することができる。
【００２７】
図２に示すように、各電球形蛍光ランプ１６には、ランプの点灯・消灯を自動的に行うオンオフタイマー３１、及び、ランプの光強度を制御することができる調光スイッチ３２が設けられている。
【００２８】
上述した電球形蛍光ランプ１６の制御系及び水の循環系（水タンク２１、ポンプ２２等）は、各栽培架台１０ごとに独立して設けられており、これにより、栽培装置である各栽培架台１０を１台づつ独立して運転できるようになっている。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものでは決してなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を上述の実施形態に施すことが可能である。
【００３０】
例えば、上述の実施の形態においては、各電球形蛍光ランプ１６に夫々一体的に反射板２０を設けているが、図７に示すように、複数の電球形蛍光ランプ１６ごとに一体的に反射板４０を設けても良い。これにより、栽培植物へのより均一な光照射を行うことができる。
【００３１】
また、上述の実施の形態のような培地１８を用いず、栽培ベッド１２内に直接養液を流して、栽培を行うこともできる。この場合には、水タンク２１に、水の代わりに養液を供給し、この養液を、ポンプ２２によって循環させる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る完全制御型植物工場の概略斜視図である。
【図２】図１の完全制御型植物工場内に設けられた栽培架台の斜視図である。
【図３】図２の栽培架台上に支持された栽培ベッドの拡大斜視図及び横断面図である。
【図４】図２の栽培架台を図２の矢印Ａ方向から見た模式的な側面図である。
【図５】図２の栽培架台における光源の配置を示す模式的な平面図である。
【図６】図２の栽培架台を図２の矢印Ｂ方向から見た模式的な正面図である。
【図７】本発明に係る光源部の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  完全制御型植物工場
２  栽培室
３  機械室
４  出荷・作業室
５  管理室
６  倉庫
１０  栽培架台
１２  栽培ベッド
１６  電球形蛍光ランプ
１７  栽培コンテナ
１８  培地
２０  反射板
２１  水タンク
２２  ポンプ
２３  給水管
２４  排水管
３１  オンオフタイマー
３２  調光スイッチ
４０  反射板
【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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