(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床、側壁、及び天井を有する部屋内に、栽培棚、及び空調装置を備え、該空調装置の吹出部が、部屋内全体の空気調整を行えるように部屋の側壁面に設置され、該空調の吸込部が該側壁面と向かい合う側壁面に設置される、植物栽培設備であって、該栽培棚が、
植物を保持する保持容器、照明装置、及び該保持容器を載置可能な支持面と、支持面に対向する面であって該保持容器の上方に照明装置を設置可能な天井面とを、高さ方向に複数段有する支持構造体、を備え、
保持容器の上端面から直上の該天井面までの距離を棚間有効高さ（Ｈ）、支持構造体に載置された保持容器における送風方向と平行な方向の距離を式（２）から求められる有効棚幅（Ｄ）とした場合に、棚間有効高さ（Ｈ）と有効棚幅（Ｄ）から以下の式（１）により求められるΔＴの値が、１０℃以下であることを特徴とする、植物栽培設備。
【数１】
0006741064.tif 000026
（式（１）中、
ΔＴ：有効棚幅Ｄの区間における棚間下部の正味の気温上昇分［℃］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]、
Δｔｊ：栽培棚中に設けられた空気流入出口のうち端部空気流入口から送風方向へ１から順番に数えてｊ番目の空気流入出口における気温降下分［℃］、
Ｑ’：照明装置による入熱量比、
Ｖ：棚間への空気流入風速［ｍ／ｓ］、
Ｈ：棚間有効高さ［ｍｍ］を意味する。）
【数２】
0006741064.tif 000027
（式（２）中、
Ｄ：有効棚幅［ｍ］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]を意味する。）
【請求項２】
送風方向における空気流入出口間の長さ（Ｌｉ）が２ｍ以上である、請求項１に記載の植物栽培設備。
【請求項３】
有効棚幅（Ｄ）が１５ｍ以上である、請求項１または２に記載の植物栽培設備。
【請求項４】
端部以外の空気流入出口の数（ｂ）が１以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の植物栽培設備。
【請求項５】
前記照明装置が蛍光灯である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の植物栽培設備。
【請求項６】
前記照明装置がＬＥＤである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の植物栽培設備。
【請求項７】
前記植物が、タンパク質合成用植物である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の植物栽培設備。
【請求項８】
更に、前記空調装置の吹出部が、前記該栽培棚の棚間毎の空気調整を行えるように栽培棚側面に設置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の植物栽培設備。
【請求項９】
前記栽培棚が複数台配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の植物栽培設備。
【請求項１０】
空調装置により調整された空気が送風される空間で植物を栽培するために用いられる栽培棚において、該栽培棚が植物を保持する保持容器、照明装置、及び該保持容器を載置可能な支持面と、支持面に対向する面であって該保持容器の上方に照明装置を設置可能な天井面とを、高さ方向に複数段有する支持構造体、を備え、
保持容器の上端面から直上の該天井面までの距離を棚間有効高さ（Ｈ）、支持構造体に載置された保持容器における送風方向と平行な方向の距離を式（２）から求められる有効棚幅（Ｄ）とした場合に、棚間有効高さ（Ｈ）と有効棚幅（Ｄ）から以下の式（１）により求められるΔＴの値が、１０℃以下であることを特徴とする、栽培棚。
【数３】
0006741064.tif 000028
（式（１）中、
ΔＴ：有効棚幅Ｄの区間における棚間下部の正味の気温上昇分［℃］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]、
Δｔｊ：栽培棚中に設けられた空気流入出口のうち端部空気流入口から送風方向へ１から順番に数えてｊ番目の空気流入出口における気温降下分［℃］、
Ｑ’：照明装置による入熱量比、
Ｖ：棚間への空気流入風速［ｍ／ｓ］、
Ｈ：棚間有効高さ［ｍｍ］を意味する。）
【数４】
0006741064.tif 000029
（式（２）中、
Ｄ：有効棚幅［ｍ］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]を意味する。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間効率を高め、且つ植物に適した生育条件を提供可能な栽培棚、及び該栽培棚を備える植物栽培設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物の工業的生産の手段として、植物工場が注目されており、植物を栽培するための栽培棚についても種々提案されている。従来、植物工場で用いられている栽培棚は、植物が植設される栽培槽が多段に設けられると共に、各段の栽培槽の上方位置に植物に向けて光を照射することが可能な照明装置が設置されたものである。
従来の栽培用の照明装置としては、蛍光灯やＬＥＤ等が用いられているが、照明装置の表面温度は高温となることが問題であり、照明装置を植物から十分に離して熱の影響をなくす必要があるが、植物から照明装置を離しすぎると、植物への光量が落ちて成長に影響が出ることから、一定の照射距離を保つ必要がある。【０００３】
このような問題に鑑みて、種々の栽培棚が提案されている。
特許文献１には、植物の成長に応じて上下に移動させられる人工光源を備え、各段に空調設備が設けられている多段の栽培棚が開示されている。
特許文献２には、照明装置が上下動自在に設けられた栽培棚が記載されており、生育する植物の背丈に応じて適正照射距離を保つことが開示されている。また、この栽培棚の側面には各段に空調空気を吹き出す風袋が設けられている。【０００４】
特許文献３には、照明装置と送風機構を備える昇降台を備える栽培棚が開示されており、照明装置および送風機構を常に植物に極力近づいた状態に設定することで植物の栽培効率が大幅に向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８８４２５号公報
【特許文献２】特開２０１３−４４号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０５９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らが多段の栽培棚で植物栽培を試みたところ、空調装置により調整された空気が送風される空間で植物を栽培する際に、植物が配置される棚間において送風方向に不均一な温度分布が生じることが見出された。
一方で、植物工場で多段型の栽培棚を用いて工業的生産を検討する際には、スペース効率を高めるために、各段の棚間高さは可能な限り低くして段数を多くし、一台の栽培棚の棚幅は可能な限り広くしたいとの要請がある。しかしながら、棚間高さを低くしすぎたり、棚幅を広げ過ぎたりすると、照明装置から発生する熱により植物周辺の空気が温められ、高温となりすぎて植物の栽培に支障が生じる。特に、棚幅を広げて栽培棚のスケールアップを検討した場合には、送風方向の不均一な温度分布による影響が顕著となり、問題となる可能性が高い。【０００７】
特許文献１〜３では、いずれも照明装置による熱の影響を低減する方法について検討しているものの、棚面に平行方向、特に植物周辺の送風方向に不均一な温度分布については一切考慮されていない。また、栽培棚のスケールアップ検討における、照明装置の熱の影響についても一切検討されていない。
本発明の課題は、送風方向に不均一な温度分布を考慮して、植物周辺の気温を栽培最適範囲に維持することが可能な栽培棚を提供することである。特に、従来の栽培棚よりもスケールアップして、植物工場におけるスペース効率を高めることが可能な栽培棚を提供できることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、棚間有効高さ（Ｈ）と有効棚幅（Ｄ）が特定の関係式を満たすように設計された栽培棚及び該栽培棚を備えた植物栽培設備であれば、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］
床、側壁、及び天井を有する部屋内に、栽培棚、及び空調装置を備え、該空調装置の吹出部が、部屋内全体の空気調整を行えるように部屋の側壁面に設置され、該空調の吸込部が該側壁面と向かい合う側壁面に設置される、植物栽培設備であって、該栽培棚が、
植物を保持する保持容器、照明装置、及び該保持容器を載置可能な支持面と、支持面に対向する面であって該保持容器の上方に照明装置を設置可能な天井面とを、高さ方向に複数段有する支持構造体、を備え、
保持容器の上端面から直上の該天井面までの距離を棚間有効高さ（Ｈ）、支持構造体に載置された保持容器における送風方向と平行な方向の距離を式（２）から求められる有効棚幅（Ｄ）とした場合に、棚間有効高さ（Ｈ）と有効棚幅（Ｄ）から以下の式（１）により求められるΔＴの値が、１０℃以下であることを特徴とする、植物栽培設備。
【数１】
0006741064.tif 000002
（式（１）中、
ΔＴ：有効棚幅Ｄの区間における棚間下部の正味の気温上昇分［℃］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]、
Δｔｊ：栽培棚中に設けられた空気流入出口のうち端部空気流入口から送風方向へ１から順番に数えてｊ番目の空気流入出口における気温降下分［℃］、
Ｑ’：照明装置による入熱量比、
Ｖ：棚間への空気流入風速［ｍ／ｓ］、
Ｈ：棚間有効高さ［ｍｍ］を意味する。）
【数２】
0006741064.tif 000003
（式（２）中、
Ｄ：有効棚幅［ｍ］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]を意味する。）
［２］
送風方向における空気流入出口間の長さ（Ｌｉ）が２ｍ以上である、上記［１］に記載の植物栽培設備。
［３］
有効棚幅（Ｄ）が１５ｍ以上である、上記［１］または［２］に記載の植物栽培設備。
［４］
端部以外の空気流入出口の数（ｂ）が１以上である、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の植物栽培設備。
［５］
前記照明装置が蛍光灯である、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の植物栽培設備。
［６］
前記照明装置がＬＥＤである、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の植物栽培設備。
［７］
前記植物が、タンパク質合成用植物である、上記［１］〜［６］のいずれかに記載の植物栽培設備。
［８］
更に、前記空調装置の吹出部が、前記該栽培棚の棚間毎の空気調整を行えるように栽培棚側面に設置される、上記［１］〜［７］のいずれかに記載の植物栽培設備。
［９］
前記栽培棚が複数台配置されている、上記［１］〜［８］のいずれかに記載の植物栽培設備。
［１０］
空調装置により調整された空気が送風される空間で植物を栽培するために用いられる栽培棚において、該栽培棚が植物を保持する保持容器、照明装置、及び該保持容器を載置可能な支持面と、支持面に対向する面であって該保持容器の上方に照明装置を設置可能な天井面とを、高さ方向に複数段有する支持構造体、を備え、
保持容器の上端面から直上の該天井面までの距離を棚間有効高さ（Ｈ）、支持構造体に載置された保持容器おける送風方向と平行な方向の距離を式（２）から求められる有効棚幅（Ｄ）とした場合に、棚間有効高さ（Ｈ）と有効棚幅（Ｄ）から以下の式（１）により求められるΔＴの値が、１０℃以下であることを特徴とする、栽培棚。
【数３】
0006741064.tif 000004
（式（１）中、
ΔＴ：有効棚幅Ｄの区間における棚間下部の正味の気温上昇分［℃］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]、
Δｔｊ：栽培棚中に設けられた空気流入出口のうち端部空気流入口から送風方向へ１から順番に数えてｊ番目の空気流入出口における気温降下分［℃］、
Ｑ’：照明装置による入熱量比、
Ｖ：棚間への空気流入風速［ｍ／ｓ］、
Ｈ：棚間有効高さ［ｍｍ］を意味する。）
【数４】
0006741064.tif 000005
（式（２）中、
Ｄ：有効棚幅［ｍ］、
ｂ：端部以外の空気流入出口の数、
Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]を意味する。）
［１１］
送風方向における空気流入出口間の長さ（Ｌｉ）が２ｍ以上である、上記［１０］に記載の栽培棚。
［１２］
有効棚幅（Ｄ）が１５ｍ以上である、上記［１０］または［１１］に記載の栽培棚。
［１３］
前記照明装置が蛍光灯である、上記［１０］〜［１２］のいずれかに記載の栽培棚。
［１４］
前記照明装置がＬＥＤである、上記［１０］〜［１２］のいずれかに記載の栽培棚。
［１５］
床、側壁、及び天井を有する部屋内に、上記［１０］〜［１４］のいずれかに記載の栽培棚、及び空調装置を備え、
該空調装置の吹出部が、該栽培棚の棚間毎の空気調整を行えるように栽培棚側面に設置される、植物栽培設備。
［１６］
前記栽培棚が複数台配置されている、上記［１５］に記載の植物栽培設備。
【発明の効果】
【０００９】
本発明で用いられる栽培棚であれば、送風方向に不均一な温度分布がある場合でも、植物周辺の気温を栽培最適範囲に維持した状態で植物を栽培可能であり、安定して高品質な植物を工業的に生産することができる。さらに、植物周辺の気温を栽培最適範囲に維持しつつ、従来よりもスケールアップした栽培棚を提供できることから、植物工場のスペース効率を向上させ、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る栽培棚の斜視図であり、（ｂ）は断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る栽培棚の一段の断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る栽培棚の一段の部分構造の断面模式図であり、（ａ）は吸気口側、（ｂ）は排気口側の断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る栽培棚の部分構造の断面模式図および平面模式図である。
【図５】シミュレーション例の結果を示す栽培棚の断面模式図である。
【図６】棚間下部の気温上昇分（ΔＴ）の値をプロットしたグラフである。
【図７】本発明の実施の形態における、空気流入出口とΔＴの関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、説明に用いる図面は、いずれも本発明に係る生物育成設備又はその構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、図面を用いた説明に用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
【００１２】
本発明で用いられる栽培棚１０は、空調装置により調整された空気が送風される空間で植物を栽培するために用いられる栽培棚であって、植物を保持する保持容器１１、照明装置１２、及び該保持容器１１を載置可能な支持面１３２と、支持面に対向する面であって該保持容器１１の上方に照明装置を設置可能な天井面１３３とを高さ方向に複数段有する支持構造体１３、を備える。
【００１３】
図１は、支持構造体１３が、部屋１５内に設置されている。支持構造体１３は、柱１３１、及び支持面１３２と天井面１３３とを高さ方向に複数段備える構造を有している。支持面１３２は保持容器１１を載置するための面であり、図１において支持構造体１３の支持面１３２は、柱１３１及び板状部材により構成されるが、柱１３１のみにより構成されてもよい。この場合、保持容器１１と柱１３１とが直接固定され得る。一方、天井面１３３は支持面１３２に載置される保持容器１１の上方に照明装置を設置可能な面であり、支持面１３２と対向する。
【００１４】
図１において支持構造体１３の天井面１３３は、柱１３１の下方に板状部材を配置して構成されるが、柱１３１のみにより構成されてもよい。その場合、照明装置１２と柱１３１とが直接固定され得る。
保持容器１１を載置して植物を栽培する空間は、支持面１３２から天井面１３３までの棚間１４である。棚間１４は、支持面１３２及び天井面１３３を構成する柱１３１や板状部材等からなる仕切部材１３４を高さ方向に複数段備えることにより構成される。
【００１５】
図１（ａ）は部屋１５内に配置された複数の栽培棚１０の斜視図である。栽培棚１０の長手方向をｙ方向、短手方向をｘ方向、高さ方向をｚ方向とした場合、ｘ方向に複数の栽培棚を配置する。この際、空調装置により調整された空気の送風方向は、ｘ方向と一致するものとする。実施形態における送風方向は、これに限定されるものではなく、ｙ方向またはｘ方向、ｙ方向と交差する方向であってもよいが、ｚ方向と略垂直な方向であることが好ましく、本発明の効果が顕著になることから、ｘ方向と一致することが好ましい。
【００１６】
図１（ｂ）は部屋１５内に配置された複数の栽培棚１０のｙ方向断面模式図である。各段の支持面１３２に載置された保持容器１１の上方に、複数の照明装置１２を備える。照明装置１２は、天井面１３３に設置される。なお、本明細書の図面において、白抜き矢印は、空調装置により調整された空気が送風される送風方向を示す。
支持構造体１３に載置された保持容器１１における送風方向と平行な方向の距離は有効棚幅でありＤ１〜Ｄ５で示される。図１（ｂ）においては、部屋１５の一方の側壁に設置された空調装置の吹出部１６から、向かい合うもう一方の側壁に設置された空調装置の吸込部１７へ向けて、一方向で送風されており、送風方向がｘ方向と一致する。なお、部屋内に空調装置を備えるとは、空調装置の吹出部１６と吸込部１７が部屋１５に配置されていることを意味し、部屋内部の空調が可能であれば、空調装置を構成する部材のうち吹出部１６と吸込部１７以外は部屋内に配置しても、部屋外に配置してもよい。
【００１７】
各栽培棚が互いに熱の影響を受けない程度に十分な距離を保って配置されている場合は、各栽培棚１０の短手方向に一致する保持容器１１の長さＤ１〜Ｄ５がそれぞれ有効棚幅Ｄとなる。ここで、各栽培棚間の距離をＷで示した場合、Ｗが２ｍ以上の場合には、最初の栽培棚を通過した空気が次の栽培棚に到達する前に十分に拡散混合されるため、各栽培棚が互いに熱の影響を受けないと考えられる。
【００１８】
一方、Ｗが２ｍ未満の場合には最初の栽培棚を通過した空気が、その温度を保ったまま次の栽培棚へ到達すると考えられるので、複数の栽培棚は連結して配置されている場合と同等であると考えられる。よって、各栽培棚１０の短手方向に一致する保持容器１１の長さＤ１〜Ｄ５の総和が有効棚幅Ｄとなる。
図２は、栽培棚１０における１段分の棚間１４のｙ方向断面模式図である。また、図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれ、棚間１４の端部の拡大図である。
【００１９】
図２に示す通り、栽培棚１０の支持面１３２上に載置された保持容器１１は、支持面の幅と同一幅、又はそれより小さい幅を有することが好ましい。図２においては送風方向がｘ方向と一致し、有効棚幅Ｄは保持容器１１の幅と一致する。
図３（ａ）、図３（ｂ）には、図２と同様に天井面１３３に照明装置１２が設置される。該照明装置１２は保持容器１１の上方に配置され、照明装置１２が発した光が保持容器１１の中に存在する植物に適切に照射される。
【００２０】
図３（ａ）では、部屋の送風方向上流である吹出部側の栽培棚１０端部を示す。棚間１４に設置される保持容器１１は植物及び養液などを保持するために深さを有するが、この深さ方向の上端部を繋いで構成される面を保持容器の上端面とし、該上端面から直上の天井面１３３までの距離が棚間有効高さＨである。植物が成長する際は、棚間有効高さＨの範囲で上方に伸長する。
【００２１】
各棚間１４において、空調装置により調整された空気を取り込むための開口部を端部空気流入口１８とし、空調装置により調整された空気が流出するための開口部を端部空気流出口１９とする。つまり、図２の栽培棚においては棚間１４の左右両端に開口部が存在するが、該開口部のうち、図３（ａ）で示される送風方向上流側の開口部が端部空気流入口１８であり、図３（ｂ）で示される送風方向下流側の開口部が端部空気流出口１９である。
【００２２】
図２においては、端部空気流入口１８から端部空気流出口１９までの距離はＬ１で表され、有効棚幅Ｄと一致する。また、栽培棚間の距離Ｗが２ｍ未満で複数の栽培棚１０が配置される場合には、最初の栽培棚を通過した空気がその温度を保ったまま次の栽培棚へ到達すると考えられるので、複数の栽培棚は連結して配置されている場合と同等であり、空調装置の吹出部１６に最も近い栽培棚の開口部を端部空気流入口１８、吸込部１７に最も近い栽培棚の開口部を端部空気流出口１９と考えればよく、端部空気流入口１８から端部空気流出口１９までの距離Ｌは、有効棚幅Ｄと一致する。なお、空気流入口および空気流出口をまとめて指す場合に、空気流入出口と称する場合がある。また、Ｄ＝Ｌの場合のＬは後述のＬ１のみの場合と一致する。
【００２３】
端部空気流入口１８および端部空気流出口１９を除いて栽培棚中へ積極的に空気を流入出させない場合には、後述するように、棚間下部の領域の温度は送風方向に上昇していくが、栽培棚中へ、端部空気流入口１８および端部空気流出口１９以外の箇所に空気流入出口を設けて、積極的に空気を流入出させる場合には、棚間下部の領域温度が、短時間における振動幅の域を越えて送風方向に低下することがある。このような場合には、送風方向において、端部空気流入口１８から次の空気流入出口までの距離、栽培棚中に設けられた空気流入出口から次の空気流入出口までの距離、または、栽培棚中に設けられた空気流入出口から端部空気流出口１９までの距離、がそれぞれＬｉで表される。なお、Ｌｉは、端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離を意味する。例えば、図７では横軸が有効棚幅Ｄを示し、栽培棚中に２か所の空気流入出口を有している場合における温度変化（ΔＴ）を縦軸に模式的に示したイメージ図である。この場合、端部空気流入口が図面左側となるので、Ｌは左から順にＬ１、Ｌ２、Ｌ３と設定される。
【００２４】
このように栽培棚中および栽培棚間において、棚間下部の領域温度が、短時間における振動幅の域を越えて送風方向に低下する一例としては、栽培棚間または栽培棚中に給気配管２０などを設け冷風を流入させた場合が挙げられる。なお、栽培棚間または栽培棚中の空気流入出口は空気流出と空気流入を同時に行うことができるものであっても、別々に行うものであってもよい。
【００２５】
例えば、図４（ａ）では、栽培棚１０の各段の有効棚幅Ｄの方向に空調装置により調整された空気が通るための給気配管２０が設置されており、給気配管２０に設けられた複数の開口が、それぞれ空気流入出口２１となる。また、図４（ｂ）では、栽培棚間に空調装置により調整された空気が通るための給気配管２０が、栽培棚１０の高さ方向に伸びるように設置されており、給気配管２０に設けられた複数の開口が、それぞれ空気流入出口２１となる。
【００２６】
一つの栽培棚に複数の空気流入出口がある場合、または栽培棚間の距離Ｗが２ｍ未満の複数台の栽培棚間に空気流入出口がある場合には、空気が流れる方向において、一つの空気流入出口から次の空気流入出口となるそれぞれの開口間の距離がＬｉで表される。なお、給気配管２０に存在する空気流入出口２１については、空気流入出口の中心を基準として距離を測ればよい。
【００２７】
本発明者らが多段の栽培棚で植物栽培を試みたところ、空調装置により調整された空気が送風される空間で植物を栽培する際に、植物が配置される棚間１４において送風方向に不均一な温度分布が生じることが見出された。
これは、各棚間１４の上方に設置されている照明装置１２から発生した熱が下方に拡散すること、および照明装置からの放射によって温められた支持面１３２からの伝熱により植物周辺の気温が上昇する際に、空調装置により調整された空気が一方向から送風されることが原因であると考えられる。
【００２８】
図５は、棚間有効高さＨが３００ｍｍの場合における温度分布をシミュレーションした結果を示した図である。送風される気流の端部空気流入口１８に近い方の棚端では、送風される空気が照明装置１２からの放射によって温められた支持面１３２からの伝熱に曝される距離が短いため、また照明装置１２から発生した熱が下方に拡散しきっていないため、植物付近での気温が低くなる。一方、端部空気流出口１９へ近づくほど照明装置からの放射によって温められた支持面１３２からの伝熱に曝される距離が長くなるため、また照明装置から発生した熱が下方に拡散してくるため、植物付近での気温が上昇する傾向がある。
【００２９】
図５に示されるように、２７．９℃に調整された空気を送風した場合、端部空気流入口１８に近い方の棚端では植物付近の温度は２７．９℃に保たれているが、端部空気流出口１９へ近づくほど植物付近の温度は２９．９℃〜３１．９℃へ上昇している。
本発明者らの検討により、上述のような送風方向に不均一な植物付近の温度分布は、特に栽培棚のスケールアップにより有効棚幅Ｄを広くする場合には、棚間１４のスペース効率と温度調整とのバランスを取る際に特に問題となることを見出した。このため、従来知られている栽培棚の単なるスケールアップでは、棚間１４のスペース効率と温度調整とのバランスが取れた、生産性の高い設備を提供することはできない。
【００３０】
本発明で用いられる栽培棚は、保持容器の上端面から直上の該天井面までの距離を棚間有効高さ（Ｈ）、支持構造体に載置された保持容器における送風方向と平行な方向の距離を式（２）から求められる有効棚幅（Ｄ）とした場合に、棚間有効高さ（Ｈ）および有効棚幅（Ｄ）から以下の式（１）により求められるΔＴの値が、１０℃以下であることを特徴とする。この関係式を満たすことにより、送風方向に不均一な植物付近の温度分布がある場合でも植物の成長に支障がない範囲とすることができ、かつ、棚間１４をなるべく小さくすることによってスペース効率を高めることが可能である。このバランスにより生産性の高い設備を提供することが可能となった。
【００３１】
【数５】
0006741064.tif 000006
【００３２】
なお、式（１）中、ΔＴ：有効棚幅Ｄの区間における棚間下部の正味の気温上昇分［℃］、ｂ：端部以外の空気流入出口の数、Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]、Δｔｊ：栽培棚中に設けられた空気流入出口のうち端部空気流入口から送風方向へ１から順番に数えてｊ番目の空気流入出口における気温降下分［℃］、Ｑ’：照明装置による入熱量比、Ｖ：棚間への空気流入風速［ｍ／ｓ］、Ｈ：棚間有効高さ［ｍｍ］を意味する。
ここで、棚間下部とは、栽培を想定している植物の完熟成長した際の草丈の高さ範囲を意味する。空間効率を高める観点から、棚間有効高さの下部１／４以上であることが好ましく、より好ましくは１／３以上であり、更に好ましくは１／２以上であって、２／３以下であれば照明装置からの熱の影響を直接受けにくいため本式の適用が好ましい。なお、完熟成長とは、野菜それぞれの品種において、栽培時間を延ばしてもそれ以上大きくならない植物固有の最大葉丈に達した状態をいう。
【００３３】
【数６】
0006741064.tif 000007
なお、式（２）中、Ｄ：有効棚幅［ｍ］、ｂ：端部以外の空気流入出口の数、Ｌｉ：端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離[ｍ]を意味する。
ここで、上記式（１）は栽培棚中に設けられた端部以外の空気流入出口の有無で、２種類の式に場合分けされる。
空気流入出口を端部のみに設け、ｂ＝０であって式（２）がＤ＝Ｌ１（Ｌ）の場合には、下記式（１−１）を適用すればよい。
【００３４】
【数７】
0006741064.tif 000008
【００３５】
一方、栽培棚中に端部以外の空気流入出口を１つ以上設け、ｂ≧１であってＤ＝Ｌ１＋Ｌ２・・・＋Ｌｉである場合には、下記式（１−２）を適用すればよい。
【００３６】
【数８】
0006741064.tif 000009
【００３７】
以下、上記式（１）、（２）の各パラメータについて説明する。
Ｄは栽培棚の有効棚幅を表し、具体的には支持構造体に載置された保持容器における送風方向と平行な方向の距離である。上述の通り、栽培棚が複数台配置されている場合に、栽培棚間の距離が２ｍ未満である場合には、各栽培棚の棚幅に相当する長さの総和をＤとする。Ｄは一般的な栽培棚として好ましくは１ｍ以上、より好ましくは５ｍ以上、更に好ましくは１０ｍ以上、それより好ましくは１５ｍ以上、特に好ましくは２５ｍ以上であり、空調効率の観点から、好ましくは５００ｍ以下、より好ましくは４００ｍ以下、更に好ましくは３００ｍ以下、それより好ましくは２００ｍ以下、特に好ましくは１００ｍ以下である。
【００３８】
Ｌｉは植物周辺の送風方向への温度上昇区間を表し、具体的には送風方向における空気流入出口間の距離である。よって、調整された空気が送風される箇所から連続的な温度分布を生じ得る範囲と言える。なお、Ｌｉは、端部空気流入口から送風方向へ、１から順番に数えてｉ番目の空気流入出口間の距離を意味する。
また、ｂは栽培棚内部で送風方向に上昇していく植物周辺温度が不連続に低下する回数を表し、具体的には栽培棚中に設けられた端部以外の空気流入出口の数である。よって、上述の通り、栽培棚の途中に植物周辺温度が送風方向に不連続に低下する箇所がない場合にはｂは０となり、ＤとＬ１は一致する。一方で、栽培棚の途中、または栽培棚間に植物周辺温度が送風方向に不連続に低下する箇所がある場合には、ｂが１以上となり、Ｄの中で連続的な温度分布を生じ得る範囲（Ｌｉ）が複数存在することとなる。ｂが１以上となる例としては、栽培棚間の空気が冷却されている場合、栽培棚の途中で別途吸排気を行う場合、などがある。
【００３９】
ここで、栽培棚中に設けられた空気流入出口での植物周辺温度の気温降下分はΔｔｊで表される。なお、Δｔｊは、栽培棚中に設けられた空気流入出口のうち端部空気流入口から送風方向へ１から順番に数えてｊ番目の空気流入出口における気温降下分を意味する。例えば、図７では栽培棚中に２か所の空気流入出口を有しているので、図面左側から順に数えて、それぞれΔｔ１、Δｔ２で示される。Δｔｊは、１〜ｊの間で各々異なっていても、同一であってもよい。また、Δｔｊはそれぞれの空気流入出口において、端部空気流入口と同一の温度にまで低下させていてもよいし、それよりも高い温度までしか低下していなくてもよい。有効棚幅Ｄを大きくできることから、Δｔｊはそれぞれの空気流入出口において端部空気流入口と同一の温度にまで低下させる温度であることが好ましい。
△ｔｊは、棚間下部内の温度測定点Ａｊ（以下、Ａｊという）における温度と、棚間下部内の温度測定点Ｂｊ（以下、Ｂｊという）における温度との差として求めることができる。なお、該Ａｊ及びＢｊは、各々棚間下部内において、ｘ方向、y方向及びｚ方向の３方向における位置を定めることにより決まる。該Ａｊのｘ方向の位置は、ｊ番目の空気流入出口の中心から（ｊ−１)番目の空気流入出口の方向に１００ｍｍの距離の位置とし、ｊ番目の空気流入出口の中心と（ｊ−１）番目の空気流入出口の中心との距離の１／２の距離が１００ｍｍに満たない場合には、ｊ番目の空気流入出口の中心と（ｊ−１）番目の空気流入出口の中心との中間に相当する位置とする。ここで、０番目の空気流入出口は端部空気流入口と一致する。該Ａｊのｙ方向の位置は、栽培棚のｙ方向（長手方向）長さの１／２の長さの位置とし、ｚ方向の位置は、保持容器の上端面からの位置であって、棚間下部内であれば任意の位置でよい。該Ｂｊのｘ方向の位置は、ｊ番目の空気流入出口の中心から（ｊ＋１)番目の空気流入出口の方向に１００ｍｍの距離の位置とし、ｊ番目の空気流入出口の中心と（ｊ＋１）番目の空気流入出口の中心との距離の１／２の距離が１００ｍｍに満たない場合には、ｊ番目の空気流入出口の中心と（ｊ＋１）番目の空気流入出口の中心との中間に相当する位置とする。ここで、ｊ＋１番目の空気流入出口は端部空気流出口と一致する。また、該Ｂｊのｙ方向の位置は、栽培棚のｙ方向（長手方向）長さの１／２の長さの位置とし、該Ｂｊのｚ方向の位置は該Ａｊのｚ方向の位置と等しい位置とする。さらに、ｂが２以上の場合、各温度測定点Ａ１、・・・及びＡｂとＢ１、・・・・及びＢｂにおけるｚ方向の位置は全て等しい。
Ｌｉは、本発明の効果を顕著に示すことから０．１ｍ以上、好ましくは１ｍ以上、より好ましくは２ｍ以上、更に好ましくは３ｍ以上、それより好ましくは４ｍ以上、特に好ましくは５ｍ以上であって、植物周辺の送風方向の温度分布を好ましい範囲に保つという観点から好ましくは２００ｍ以下、より好ましくは１００ｍ以下、更に好ましくは８０ｍ以下、それより好ましくは５０ｍ以下、特に好ましくは３０ｍ以下である。
【００４０】
Ｈは植物を栽培する各段における有効高さを表し、具体的には保持容器の上端面から直上の該天井面までの距離が棚間有効高さである。Ｈは、栽培する植物の種類に応じて適宜好ましい範囲を設定することができるが、１００ｍｍ〜１０００ｍｍであることが好ましい。
Ｑ’は照明装置による入熱量比であり、Ｑ‘＝Ｑ／１９７Ｗ／ｍで求められる。ここで、Ｑは照明装置からの発熱量であり、用いる照明装置によって好ましい範囲が異なるが、通常、４００Ｗ／ｍ以下とすることが好ましい。Ｑは、以下の式（３）を用いて決定すればよい。
【００４１】
Ｑ［Ｗ／ｍ］＝（照明の出力［Ｗ］）÷（照明の長尺［ｍ］）÷（ｘ方向の照明配置ピッチ［ｍｍ］）×１０００ｍｍ ・・・（３）
例えば、図５において、長さ１．４ｍ、２７Ｗの蛍光灯を１００ｍｍピッチで図５中のｘ方向に等間隔に配置する場合には、Ｑは１９３Ｗ／ｍとなり、長さ１．４ｍ、５４Ｗ蛍光灯を１００ｍｍピッチで図５中のｘ方向に等間隔に配置する場合には、Ｑは３８６Ｗ／ｍとなり、長さ１．４ｍ、１０ＷのＬＥＤ照明を１００ｍｍピッチで図５中のｘ方向に等間隔に配置する場合には、Ｑは７１Ｗ／ｍとなる。
【００４２】
Ｖは棚間へ送風される空気の空気流入口における風速である。Ｖは、植物付近の温度上昇を小さくできることから好ましくは０．０５ｍ／ｓ以上、より好ましくは０．１ｍ／ｓ以上であって、空調装置の運転コストの面から好ましくは４．０ｍ／ｓ以下、より好ましくは２．０ｍ／ｓ以下である。
ΔＴは、Ｄの区間における棚間下部の正味の気温上昇分である。ΔＴは、１０℃以下とする必要があり、植物の生育環境の面から好ましくは８℃以下、より好ましくは６℃以下、更に好ましくは４℃以下、それより好ましくは２℃以下、特に好ましくは１℃以下である。
【００４３】
温度制御を厳密に行うため、具体的には、上記好ましい範囲内での温度制御を行うためには、吹出口から供給された調和空気が栽培棚に達する際の風速は０．２ｍ／ｓ以上、好ましくは０．３ｍ／ｓ以上、より好ましくは０．５ｍ／ｓ以上であって、通常２．０ｍ／ｓ以下、好ましくは１．８ｍ／ｓ以下、より好ましくは１．５ｍ／ｓ以下である。上記下限以上であることにより、栽培棚の雰囲気を適切に制御でき、上限以下であると風により栽培が阻害される可能性を低減できる。
【００４４】
１．部屋１５
部屋は、栽培棚を収納し、植物の育成環境を所定の条件幅に管理するために用いられる。床、側壁、及び天井を有し、栽培棚を収納して、その周囲に作業のために必要な空間が用意されていればよく、植物栽培のために制御すべき空間を最小限にするのが好ましい。
一方、本発明は植物を工業的に栽培する設備として好適に用いることができるものであり、部屋の一辺の長さが通常２ｍ以上、好ましくは３ｍ以上、より好ましくは４ｍ以上であり、通常３０ｍ以下、好ましくは２０ｍ以下、より好ましくは１０ｍ以下である。また、天井の高さは通常２ｍ以上、好ましくは２．５ｍ以上、より好ましくは３ｍ以上であり、通常２０ｍ以下、好ましくは１５ｍ以下、より好ましくは１０ｍ以下である。
【００４５】
上記下限以上であることにより、植物を効率的に栽培することができ、上記上限以下であることにより、部屋内部の状態を制御しやすくなる。部屋内の高さが高くなると温度制御が難しくなるため、必要とされる温度制御の厳密さにより高さを設定することができるが、たとえば、目標とする温度に対して±２℃程度で制御する場合には、１０ｍ以下が好ましい。但し、サイトの外気条件や、照明装置などの室内の熱源の量によっても変化する。部屋の外気条件により、側壁面や屋根を任意に断熱してもよい。断熱するために４０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の厚さの断熱材を使用することが望ましい。
【００４６】
部屋内において栽培棚は、１つのみ存在してもよく、複数台が存在してもよい。複数台の栽培棚を配置する場合には、複数の栽培棚はその長辺で隣接するように配置されていることが好ましい。
部屋の側壁、天井および床としては、植物を育成するための環境温度や環境湿度に好適な材質、特に水分で容易に腐食しない材質を使用し、表面にホコリや汚れ、カビ等が付着するのを防止するため、平滑な形状を有するものが好ましく、仮にそれらが付着した際は、水等を用いた拭き取り清浄ができるよう耐水材料を用いるのが好ましい。特に床には、その清浄に便利となるよう、汚水を排水するための排水枡や排水口が好ましく設置される。その際、排水が不適切な漏洩を起こさないように、開口部には流れ止めが適宜設けられる。建屋の内側壁、天井および床の表面は、必要な機能を備えさせるため、適宜表面処理を施してもよい。
【００４７】
植物栽培環境を管理する必要上、部屋内部の気圧を大気圧より高くあるいは低く維持する場合は、部屋の気密性が高いことが同様に好ましい。部屋に開口部を備えた建具が具備されている場合は、その建具の開口部の気密性に特に留意すべきである。また、植物が遺伝子工学的操作を要するもの、例えばタンパク質合成用植物を扱うときは、部屋は栽培棚を含む空間を閉鎖系にし得る建物が好ましい。
以上の要件から、部屋の天井および側壁材の好ましい材質としては、断熱機能を有するパネルや化粧ケイカル板等が、また床材には硬質ウレタン材等が特に好適に用いられる。
【００４８】
２．栽培棚１０
２．１  保持容器１１
保持容器は、植物を栽培および／または保持するためのものである。必要に応じて水を保持および／または排出する機能を有する。
形状は任意であるが、植物栽培設備に要する空間の効率を上げるために、保持容器を狭い間隔で垂直に積み上げたいことから、水平方向に比較的薄いトレー状の形状が好ましく用いられる。
保持される植物は特に限定されないが、特に葉部の多い植物に好適に用いられる。とりわけ、比較的厳格で狭い管理幅内での管理を要求する医薬、創薬、食品、健康用の植物、遺伝子組み換え技術を用いる植物、タンパク質合成用植物、中でもその実施の実績が蓄積された葉物野菜、シロイヌナズナ、タバコ等の植物の育成に好適に用いられる。
【００４９】
底面の形状、すなわち水平方向の形状は特に限定されず、円、楕円および／または多角形のいずれでもよいが、空間使用の効率の点で四角形が好ましい。
該保持容器には、植物を保持または固定するための区画や把持部分等、水を供給するための流水路、給水部、排水部等の構造を適宜付与してもよい。
該保持容器の材質に特に制限はないが、通常ＡＢＳ、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、アクリロニトリルスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、発泡スチロール等の樹脂材料およびそのアロイやフィラー複合材料、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミ鋼等の金属材料、木材、ガラス材等が用いられる。中でも、生物の育成に影響を及ぼす成分が発生しにくい点で、樹脂材料が好ましい。
該保持容器は、空調効率を向上させるためにも、必要最小限の容量とすべきであり、かつ空調の気流に有利となるような形状が好ましく、かつ該保持容器は規則正しく配置するのが好ましい。
【００５０】
２．２  照明装置１２
植物の栽培には光が必要であることから、栽培棚には照明装置が設けられる。植物の栽培に光が必要な場合の具体例としては、植物が所期の期間生命を維持するため、もしくは植物の育成を促進するために、明暗期を要する場合や、生物ホルモンを刺激して所期の形状や方向に成長させたい場合、光合成のための光エネルギーを要する場合等が挙げられる。
【００５１】
照明装置の具体的設置方法としては、保持容器の上部に存在する別の保持容器の下面や支持構造体を構成する載置部材の下面からなる天井面に、直接もしくは固定部材を介してネジ止め、ボルト止め、溶接、接着等の手法で固定する方法や、支持構造体に前記手法によって嵌合部もしくは凹凸部を付与した照明装置用固定部材を固定し、その固定部材に、該嵌合部もしくは凹凸部に嵌合して位置が変動しないように照明装置を乗せて固定する方法等が挙げられる。その際、栽培される植物に対して光が無駄なく、均等照射されるように配置するのが好ましい。照明装置から発光する光を植物に適切に照射する目的で、反射板を用いることができる。反射板は通常照明装置の発光部の背面に配置され、植物への照射に用いにくい方向に発する光を好ましい方向に反射させる機能を持つ。反射板は、反射率が高い表面状態および／または色のものであれば特に制限はないが、平滑な表面の白色もしくは乳白色の金属板やプラスチック板が通常用いられる。反射板は、例えば後述の支持構造体に固定される。
【００５２】
照明装置は目的を達成できる限り制限されず、公知の照明装置を使用することができる。
照明装置の種類の具体例としては、ナトリウム灯、水銀灯、蛍光灯、メタルハライドランプ、紫外線ランプ、赤外線ランプ、遠赤外線ランプ、マイクロ波照射装置、ＬＥＤ、エレクトロルミネセンス、ネオン灯等が挙げられる。中でも、発光効率の高い蛍光灯およびＬＥＤが好ましい。照明装置から植物に向けて発する熱が少ないという面ではＬＥＤが好ましい。
【００５３】
照明装置の形態の具体例としては、設置する空間を節約して空気調和の効率を高めるため、円筒状もしくは平板状の透明または半透明のケースに、発光部を収納または封入したものが用いられる。その水平方向の大きさの上限は通常３ｍ以下、好ましくは２ｍ以下、より好ましくは１．５ｍ以下であり、下限は３０ｃｍ以上、好ましくは５０ｃｍ以上、より好ましくは１ｍ以上である。この大きさが大きすぎると、設置工事が困難になるため好ましくない。逆に小さすぎると、光の照射ムラが生じやすくなり、かつ照明設備に要する電気配線が複雑になるため好ましくない。
照明設備の電気接続部をキャップで覆う等の方法で防水仕様を施してもよい。
植物の栽培環境の適切な制御を妨げないように、照明装置は、発光効率が高く、発熱の小さいものが好ましく用いられる。
【００５４】
２．３  支持構造体１３
支持構造体は、保持容器を垂直方向に複数支持するために用いられる。前記支持は、固定でも載置でもよい。
固定の場合の方法は、支持構造体と保持容器とが必要な強度で固定されていれば特に限定されない。保持容器と支持構造体との間で直接もしくは接続部材を介して固定される。具体的には、ネジ止め、ボルト止め、溶接、接着等が挙げられる。支持構造体と保持容器との固定は、保持容器の側面で行っても底面で行ってもよい。
接続部材を介して固定される場合、接続部材は支持構造体と保持容器の側面との間に設置してもよいし、支持構造体と保持容器の底面との間に設置してもよい。支持構造体と保持容器の底面との間に設置する場合は、後述の載置部材の上面に、保持容器を直接または間接的に設置する方法が挙げられる。
【００５５】
支持構造体の形状に特に制限はないが、角柱状もしくは棒状の材料よりなる柱が好ましく用いられる。
支持が、保持容器の支持構造体への載置による場合、該支持構造体は、角柱状もしくは棒状の材料よりなる柱に、保持容器を載置できる部材（以下、載置部材ともいう）を、垂直方向に複数固定したものから構成され、該部材の上に保持容器が載置される。
【００５６】
垂直方向に複数の載置部材を有し、これらの載置部材のそれぞれに保持容器を置くことで、保持容器が垂直方向に多段に積み重ねられる。該載置部材はその上面に、保持容器を整列させるための部材を設置してもよい。該部材としては、レール等が例示される。
支持が載置の場合、保持容器を支持構造体と独立して取り扱えるため、保持容器を別の場所から支持構造体に搬入でき、また、支持構造体から別の場所に搬出できる点で好ましい。
【００５７】
保持容器を支持構造体から搬入および搬出しやすくするためには、載置部材がコロ、レール、ベルト等を含むのが好ましい。保持容器に搬入および搬出の方向に力を加えるだけで移動できる構造にすることで、作業効率を向上することができる。
また、栽培棚は保持容器を複数段で有することが好ましく、例えば５段以上、１０段以上、１５段以上、２０段以上とすることができる。
【００５８】
支持構造体および載置部材の材質に特に制限はないが、高い強度を有する点で、木材もしくは炭素鋼やステンレス鋼、アルミ鋼などの金属材料が好ましく用いられるが、より安定で設置精度の高い金属材料がより好ましい。生物育成に水を使用する場合は、腐食しにくい金属材料、例えばステンレス鋼やアルミ鋼およびそれらの合金材料が好ましい。腐食を防止する目的で、金属材料に適宜コーティングや不動態化処理、メッキ処理等を施したものを用いることもできる。
【００５９】
３．空調装置
部屋１５は、栽培棚１０を含む空間の、温度、湿度、清浄度、酸素濃度、および二酸化炭素濃度からなる群から選択される１種以上を制御しうる空調装置を備える。空調装置としては公知の設備を使用できる。
本発明においては、植物の好ましい栽培環境を効果的に実現するための空調装置として、一般的な空調設備を用いることができ、それは通常、空気中の塵埃や微生物類を除去する機能を有するフィルタ、空気を搬送するための送風機、ならびに、空気を冷却、加熱および／または調湿するための熱交換器、加湿器および／または除湿機、よりなる空調装置、および空気を所望の空間に搬送するための搬送経路となるダクト設備により構成される。
【００６０】
植物を適切に栽培するために酸素や二酸化炭素等の濃度を制御する必要があるため、それらの気体をダクト設備内部、例えば吹出部１６から部屋内へ供給することで、所望の空間におけるそれらの気体濃度の均一化を図ることができる。
部屋全体の空気調整を行う場合には、部屋の側壁面に空調装置の吹出部が設置されることが好ましい。この場合、最小の設備で空間全体を効率的に空気調整することができる。一方、栽培棚の棚間毎に空気調整を行う場合には、栽培棚側面に空調装置の吹出部が設置されることが好ましい。栽培棚間毎に設置される空調装置の吹出部としては、羽根車、電動機、ケーシングおよび整風器からなる送風機などの吹出部が挙げられる。
この場合、植物付近の空気調整を厳密に行うことができる傾向にある。
【００６１】
空気調整の条件は、特にタンパク質合成用植物を育成する際に重要である。
以下、タンパク質合成用植物など、厳密な栽培環境を要求される際の空気調整の条件について詳述する。
一般の、例えば食用や鑑賞用の植物であれば、その目的を達成できればよいため、温度に対する許容範囲は広く、例えば温度がΔ２０℃程度まで許容しうる。
【００６２】
しかし、タンパク質合成用植物が合成するタンパク質の量は、育成条件、すなわち本発明で用いられる栽培棚の保持容器周辺の雰囲気によって、大幅に変化しうる。これは、例えば、J.F.Buyel, R. Fischer “Predictive Models for Transient Protein Expression in Tobacco(Nicotiana tabacum L.) Can Optimize Process Time, Yield, and Downstream Costs”, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 109, No.10, October, 2012に等により知られている。上記論文によれば、温度が５℃変化しただけで合成するタンパク質の量が１／３程度にまで低下する例が示されている。
【００６３】
従って、タンパク質合成用植物は最適温度に対して、通常、Δ１０℃（±５℃）以内、好ましくはΔ８℃（±４℃）以内、より好ましくはΔ６℃（±３℃）以内、更に好ましくはΔ５℃（±２．５℃）以内、それより好ましくはΔ４℃（±２℃）以内、それより好ましくはΔ２℃（±１℃）以内、特に好ましくはΔ１℃（±０．５℃）以内に制御するのが好ましい。上記範囲に制御することにより、所望のタンパク質を、植物栽培設備全体として効率的に合成することができる。すなわち、本発明の植物栽培設備は、適切な空気調整条件を設定しやすくするものであり、厳密な温度制御が必要とされるタンパク質合成用植物の栽培を行うのに適したものである。なお、タンパク質合成用植物に適しているものではあるが、温度などの厳密な栽培環境制御が求められる食用や鑑賞用の植物への適用について、当然妨げられるものではない。
【００６４】
吹出部の大きさは、上記条件を実現できれば限定されないが、吹出部の長径が通常５ｃｍ以上、好ましくは１０ｃｍ以上より好ましくは２０ｃｍ以上であり、通常１０ｍ以下、好ましくは５ｍ以下、より好ましくは３ｍ以下、更に好ましくは２ｍ以下である。
吹出部の形状は、面吹出し、縦方向または／および横方向に羽根を設けた格子板のもの（ユニバーサルタイプ）、または吹出面に多孔板をとりつけたパネル形のものが好適に用いられ、点吹き出しのもの（ノズルタイプ、空気誘因を利用した円錐状のもの（アネモ型・パン型））、線吹き出しのもの（スロット型）なども用いることができる。
【実施例】
【００６５】
栽培棚内送風方向の温度分布を明らかにするために、栽培棚内の気流および熱流の二次元有限体積法シミュレーションを実施した。
本実施例で用いた二次元有限体積法シミュレーションが栽培棚内送風方向の温度分布を精度良く再現することは、発明者らが実施した植物工場栽培室内の三次元有限体積法シミュレーション結果と同栽培室内温度分布の実測結果が極めて良く一致している事実により保証されている。【００６６】
図２および図３は、本発明の一実施形態にかかる栽培棚のモデル化の一例であり、このモデルは多段栽培棚のある一段を表現している。本実施例は図２、３の通りモデル化された栽培棚におけるシミュレーションである。なお、空気流入出口は端部にのみ存在するので、Ｄ＝Ｌ１（Ｌ）である。
照明装置１２は熱源となっており、ｘ方向への送風によって栽培棚内部では照明装置１２由来の熱流が生じる。照明装置１２の形状は、必ずしも円形である必要はなく、その形状は問わない。【００６７】
＜シミュレーションのパラメータ＞
栽培棚送風方向の任意の位置における棚間下部の気温上昇分（ΔＴ）［℃］は、
栽培棚入口送風方向の風速：風速（Ｖ）［ｍ／ｓ］、
栽培棚内部の熱源による送風方向毎の入熱量：入熱量（Ｑ）［Ｗ／ｍ］、
栽培棚一段分の高さ：棚間有効高さ（Ｈ）［ｍｍ］、及び
栽培棚内における熱源が設置された区間の送風方向の長さ：有効棚幅（Ｄ）［ｍ］
の４つのパラメータによって決定される。【００６８】
本実施例では、規格化のために栽培棚および照明装置は、ｙ方向に１．４ｍであると仮定しているが、栽培棚および照明装置のｙ方向の長さは，本実施例およびそこから導かれる結果になんら影響を与えない．
＜シミュレーション結果＞
モデル化した栽培棚において、上述の４つのパラメータを以下の通りに設定した場合について、二次元有限体積法シミュレーションを実施した。シミュレーションの結果、得られたそれぞれの植物付近（棚間下部）の気温上昇分（ΔＴ）の値を表１〜１５に示す。なお、本結果におけるΔＴの値は、棚間下部を保持容器の上端から８０ｍｍ（棚間有効高さの１／５〜４／５）の高さとして算出した。【００６９】
風速（Ｖ）：０．２、０．４、０．６、０．８、１．０［ｍ／ｓ］
入熱量（Ｑ）：９８．３、１９７、３９３［Ｗ／ｍ］
棚間有効高さ（Ｈ）：１００、２００、３００、４００［ｍｍ］
有効棚幅（Ｄ）：０．０、１．０、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０、８．０、９．０［ｍ］【００７０】
【表１】
0006741064.tif 000010
【００７１】
【表２】
0006741064.tif 000011
【００７２】
【表３】
0006741064.tif 000012
【００７３】
【表４】
0006741064.tif 000013
【００７４】
【表５】
0006741064.tif 000014
【００７５】
【表６】
0006741064.tif 000015
【００７６】
【表７】
0006741064.tif 000016
【００７７】
【表８】
0006741064.tif 000017
【００７８】
【表９】
0006741064.tif 000018
【００７９】
【表１０】
0006741064.tif 000019
【００８０】
【表１１】
0006741064.tif 000020
【００８１】
【表１２】
0006741064.tif 000021
【００８２】
【表１３】
0006741064.tif 000022
【００８３】
【表１４】
0006741064.tif 000023
【００８４】
【表１５】
0006741064.tif 000024
【００８５】
また、実施結果の一例として、
風速（Ｖ）を０．４  ｍ／ｓ、
入熱量（Ｑ）を１９７  Ｗ／ｍ、
棚間有効高さ（Ｈ）を３００  ｍｍ
として得られた栽培棚内温度分布のコンター図が図５である。図５から、熱伝導、移流、対流によって栽培棚入口から送風方向に徐々に栽培棚内の温度が上昇していっている様子が分かる。【００８６】
＜最適な栽培棚構成に関する式＞
栽培棚内に配置される植物周辺の気温を、栽培最適範囲に維持可能な栽培棚の棚間有効高さ（Ｈ）および有効棚幅（Ｄ）は、本二次元有限体積法シミュレーションの実施結果に、最小二乗法でフィッティングすることで得られた式（４）を用いて決定できる。【００８７】
【数９】
0006741064.tif 000025
【００８８】
ここで、
α＝７１０．８Ｋ・ｍ／ｓ、
ｎ＝１．３、
０．２ｍ／ｓ≦風速（Ｖ）≦１．０  ｍ／ｓ、
０．５≦入熱量比（Ｑ’）＝入熱量（Ｑ）／１９７Ｗ／ｍ）≦２．０、
１００ｍｍ≦棚間有効高さ（Ｈ）≦４００ｍｍ、
０．０ｍ≦有効棚幅（Ｄ）、
である。【００８９】
＜栽培棚構成の決定＞
図６に、風速（Ｖ）を０．４ｍ／ｓ、入熱量（Ｑ）を１９７Ｗ／ｍ、棚間有効高さ（Ｈ）を４００ｍｍとして式（３）から得られた、各段の有効棚幅（Ｄ）における棚間下部の気温上昇分（ΔＴ）の値をプロットしたグラフを示す。
図６の条件において、仮に栽培棚内の好ましい温度分布幅が４．０℃であるとすると、図６中の網掛け範囲の棚間有効高さ（Ｈ）および有効棚幅（Ｄ）を有する栽培棚が、植物周辺の気温を栽培最適範囲に維持可能な栽培棚である。【００９０】
前述の通り、式（４）を用いることで、植物周辺の気温を栽培最適範囲に維持可能な棚間有効高さ（Ｈ）及び有効棚幅（Ｄ）を有する棚栽培を簡便に決定することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  栽培棚
１１  保持容器
１１１  上端面
１２  照明装置
１３  支持構造体
１３１  柱
１３２  支持面
１３３  天井面
１３４  仕切部材
１４  棚間
１５  部屋
１６  吹出部
１７  吸込部
１８  端部空気流入口
１９  端部空気流出口
２０  給気配管
２１  空気流入出口
２１１  空気流入出口から吹き出す気流
【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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