(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に複数段配列された栽培棚と、最下段の前記栽培棚から最上段の前記栽培棚に養液を送給するポンプとを備え、最上段の前記栽培棚から順次下段の前記栽培棚に養液が流下して供給される植物栽培装置において、養液を撹拌して養液濃度を調整するとともに前記栽培棚の間の流路に設けられて上段の前記栽培棚から養液が流入して下段の前記栽培棚に養液が流出する撹拌槽と、最下段の前記栽培棚に給水する給水部と備えている植物栽培装置。
【請求項２】
前記撹拌槽は、養液の原料を投入して濃度調整を行う請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記給水部は、最下段の前記栽培棚の養液を所定の水位に維持するように給水する請求項１又は２に記載の植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下方向に複数段配列された栽培棚に養液を供給して植物を栽培する植物栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、安全及び安心な食物への関心の高まりに伴い、農薬を使用せずに農作物等の植物の栽培を室内で行う植物工場が注目されてきている。植物工場では、人工光源を用いて植物に光を照射するとともに肥料を必要に応じて投与し、栽培室内の温度及び湿度等を制御して植物の生育に最適な環境を人工的に実現することで、害虫の影響を受けず天候にも左右されることなく安定した品質の植物を生育することができるようになる。
【０００３】
こうした植物栽培装置では、植物を栽培する栽培トレイを上下方向に複数段配列してスペースの効率化を図ることが行われている。例えば、特許文献１では、植物を載置する載置棚を上下方向に複数段設け、最下段の載置棚の下方に養液タンクを配置してポンプにより最上段の載置棚に送液し、最上段の載置棚から連結パイプにより順次下段の載置棚に養液を自然落下により供給して溶液タンクに戻すことで養液を循環させるようにした植物栽培装置が記載されている。また、特許文献２では、養液タンクの上方に配置された複数段の栽培トレイに対して、養液タンクからポンプにより養液を汲み上げて最上段の栽培トレイに送給し、最上段の栽培トレイから下段の栽培トレイに循環パイプを通して養液を循環させるようにした植物栽培装置が記載されている。また、特許文献３では、上下方向に複数段設けられた植物育成槽に対して、最上段の植物育成槽に養液タンクからポンプにより養液を送給し、最上段の植物育成槽から配管を介して下段の植物育成槽に養液を循環させる植物育成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０９０５７３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１１０３９号公報
【特許文献３】特許第５５３５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の植物栽培装置では、養液タンクを栽培棚の下方に配置し、養液タンクからポンプにより養液を最上段の栽培棚に送給して順次下段の栽培棚に養液を流下させていき、養液タンクに養液を戻して循環させるようにしている。そのため、最下部に養液タンクを配置することが必要となり、その上方に配置する栽培棚は、その分高い位置に設定される。栽培棚で栽培される植物の管理は、一般に作業員が行うため、作業員の届く高さまで栽培棚を配置することになり、栽培棚を配置する段数に制約がある。
【０００６】
また、栽培棚で栽培する植物の株数を増加させるためには、栽培棚を栽培面積を拡張することが必要となるが、栽培棚の拡張に合わせて養液タンクの容量も大きくする必要がある。栽培棚の下方に配置した状態で養液タンクの容量を大きくする場合、養液タンクを水平方向に拡げるように大きくしなければならなくなり、養液タンク内の養液の濃度が不均一になりやすくなる。そのため、栽培棚を拡張する場合にも制約が生じるようになる。養液タンクの設置場所を栽培棚の下方から外すことも考えられるが、床下に配置したり、栽培棚から離れた場所に設置することは、コスト負担が大きく設置スペースが必要となって現実的ではない。
【０００７】
また、栽培棚を上下方向に複数段配置して最上段から養液を流下させるようにしているため、停電時にポンプが停止した場合に、栽培棚から流下してくる養液を養液タンクで貯留して溢れないようにする必要がある。そのため、停電時に流入する養液量を勘案して養液タンク内の養液の水位を調整しなければならず、養液タンク内に駐留可能な養液量に制約がある。
【０００８】
そこで、本発明は、こうした従来の植物栽培装置の課題を鑑みて、栽培棚のレイアウトを容易に変更することができるとともに養液を所定の濃度に速やかに調整することが可能な植物栽培装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る植物栽培装置は、上下方向に複数段配列された栽培棚と、最下段の前記栽培棚から最上段の前記栽培棚に養液を送給するポンプとを備え、最上段の前記栽培棚から順次下段の前記栽培棚に養液が流下して供給される植物栽培装置において、養液を撹拌して養液濃度を調整するとともに前記栽培棚の間の流路に設けられて上段の前記栽培棚から養液が流入して下段の前記栽培棚に養液が流出する撹拌槽と、最下段の前記栽培棚に給水する給水部と備えている。さらに、前記撹拌槽は、養液の原料を投入して濃度調整を行う。さらに、前記給水部は、最下段の前記栽培棚の養液を所定の水位に維持するように給水する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記のような構成を備えることで、最下段の栽培棚を養液の貯留槽としているので、栽培棚のレイアウトを容易に変更することができ、撹拌槽を記栽培棚の間の流路に設けることで養液濃度を調整可能な容量に設定することが可能となって養液を所定の濃度に速やかに調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施形態に関する概略構成図である。
【図２】植物栽培装置の養液の流路に関する説明図である。
【図３】図１に示す植物栽培装置の変形例に関する概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて詳しく説明する。図１は、本発明に係る実施形態に関する概略構成図である。植物栽培装置は、直方体状に枠部材を組み付けて構成された支持枠体１に、上下方向に配列された４段の栽培棚２〜５を備えており、最下段の栽培棚５は、床面上に配置されている。栽培棚２〜５は、所定の深さの液槽状に形成されており、平面視矩形状で支持枠体１の横枠１ａに取付固定されている。支持枠体１の長手方向の一方の側には、養液を撹拌して溶液濃度を調整する撹拌槽２０が配置されており、撹拌槽２０は、上段の栽培棚から養液が流入するとともに下段の栽培棚に養液が流出するように配管されている。撹拌槽２０の下方には、養液を送給するポンプ１０が配置されている。ポンプ１０は、最下段の栽培棚５から最上段の栽培棚２に養液を送給するようになっており、送給された養液は、栽培棚２→栽培棚３→撹拌槽２０→栽培棚４→栽培棚５の順に流下して循環するようになっている。そして、最下段の栽培棚５には、外部より水が補給されるようになっており、撹拌槽２０には、養液の成分である肥料やｐＨ調整剤等が適宜投入されて濃度調整が行われる。
【００１３】
栽培棚２〜５の内側には、養液が貯留するようになっており、養液の水面上には、複数枚の栽培トレイ６が水平方向（図１の左右方向）に配列されている。栽培トレイ６は、平面視矩形状に形成されており、配列方向に沿う両辺部が栽培棚の両側縁部に係止する係止部となっている。そのため、栽培トレイ６は、栽培棚の上縁部に対して取り外し可能に配列される。栽培トレイ６は、養液の水面と対向する基板部に植物を支持する複数の筒状部材が上下方向に貫通するように設けられている。筒状部材内には、培地物質が取り付けられており、培地物質に養液が吸収されて供給されるようになっている。各栽培棚の上方には、照明装置７が取り付けられており、照明装置７は、下方に配列された栽培トレイ６に向かって光を照射するように設定されている。
【００１４】
栽培トレイ６に取り付けられた培地物質に植物の種付けを行うことで、上方からの光の照射と下方からの養液の供給により植物の発芽及び成長が促されて植物栽培がおこなわれるようになる。そして、植物の収穫の際には、栽培トレイ６を栽培棚から取り外して収穫作業を容易に行うことができる。
【００１５】
最上段の栽培棚２には、長手方向の一方の側の隅部において、ポンプ１０に接続する供給管１１の給液口が配置されており、ポンプ１０から送給された養液が供給管１１を通って流入するようになっている。また、長手方向の他方の側の隅部には、直管状の流出管１２が底面に取付固定されており、流出管１２の上端開口から養液が溢れて流出管１２を通り、下方の栽培棚３の隅部に流出するようになっている。そのため、栽培棚２内には、流出管１２の上端開口の高さまで養液が貯留されるようになり、常時一定の水位が維持されるようになっている。流出管１２の上端開口の高さを調整して栽培トレイ６に取り付けられる培地物質に養液が接触する水位とすることで、養液が培地物質に常時供給されるようになる。そして、栽培棚２内では、水位が維持された状態で養液が長手方向の一方の側から他方の側に常時流れるようになり、栽培トレイ６で栽培される植物の根に養液が滞留することなく供給されるようになる。
【００１６】
栽培棚２の下段に配置された栽培棚３には、長手方向の一方の側の隅部に、直管状の流出管１３が底面に取付固定されており、流出管１３の上端開口から養液が溢れて流出管１３を通り、撹拌槽２０内に流出するようになっている。栽培棚３の長手方向の他方の側には、上述したように、流出管１２から養液が流下してくるため、栽培棚３内には、流出管１３の上端開口の高さまで養液が貯留されるようになり、栽培棚２と同様に一定の水位が維持されるとともに養液が滞留することなく流れるようになる。
【００１７】
撹拌槽２０は、支持枠体１の側部に配置されており、縦長の容器状に形成されている。撹拌槽２０内には、養液が貯留されており、養液の成分となる肥料、ｐＨ調整剤等の原料が適宜投入されて濃度調整が行われる。濃度調整については、例えば、肥料、ｐＨ調整剤等はそれぞれ別の容器に収容しておき、定量ポンプにより適量を撹拌槽２０内に投入するようにすればよい。この場合、撹拌槽２０内の溶液濃度を検知する濃度検知センサからの検知信号に基づいてコントローラにより定量ポンプを動作制御することで、常時養液濃度を所定の値に調整することができる。撹拌槽２０の内部には、撹拌器２１が取り付けられており、撹拌槽２０の上部に固定されたモータを回転駆動することで、内部のスクリュー部材が回転して撹拌動作を行う。スクリュー部材の撹拌動作により養液が上下方向に流動して撹拌槽２０の内部全体に対流が生じるようになり、撹拌槽２０内の養液濃度が速やかに均一とすることができる。
【００１８】
撹拌槽２０には、上部から流出管１３の下端開口が挿入されており、側部には流出管１４が接続されている。流出管１４は、栽培棚３の下段に配置された栽培棚４の上方に延設されており、流出管１４の下端開口から撹拌槽２０内の養液が栽培棚４の長手方向の一方の側に流出するようになっている。そのため、撹拌槽２０内の養液は、流出管１４が接続する開口部分から流出して、水位が開口部分までの高さに設定されるようになる。この場合、流出管１４の内径を流出管１３の内径よりも大きくなるように設定しておくことで、撹拌槽２０内の養液をスムーズに流通させて所定の水位に維持することができる。
【００１９】
栽培棚４には、長手方向の他方の側の隅部に、直管状の流出管１５が底面に取付固定されており、流出管１５の上端開口から養液が溢れて流出管１５を通り、下方の栽培棚５の隅部に流出するようになっている。栽培棚４の長手方向の一方の側には、上述したように、撹拌槽２０から流出管１４を通り養液が流下してくるため、栽培棚４内には、流出管１５の上端開口の高さまで養液が貯留されるようになり、栽培棚２と同様に一定の水位が維持されるとともに養液が滞留することなく流れるようになる。
【００２０】
栽培棚５には、長手方向の一方の側の隅部に、ポンプ１０に接続する吸引管１６が底面に取付固定されている。また、植物栽培装置に給水する給水部として、図示せぬ外部水源に接続する給水管１７が設けられており、給水管１７から栽培棚５に給水が行われる。給水管１７は、給水口が栽培棚５の上方に配置されており、給水管１７の給水口部分には、止水器１８が取り付けられている。給水管１７は、水道等の外部水源に接続されており、栽培棚５に常時給水することが可能となっている。止水器１８は、栽培棚５内の養液の水面に配置された浮子を備えており、浮子に連結した連結部材により給水管１７内に設けた止水弁を動作させるようになっている。そして、養液の水位の上昇に連動して浮子が上昇すると、止水弁が動作して給水管１７の給水を停止する。そのため、栽培棚５内の養液は、止水器１８の動作により一定の水位に維持される。また、栽培棚５の長手方向の他方の側には、上述したように、栽培棚４から流出管１５を通り養液が流下してくるため、一方の側においてポンプ１０により養液が吸引されることで、栽培棚５内には、養液が滞留することなく流れるようになる。
【００２１】
図２は、植物栽培装置の養液の流路に関する説明図である。ポンプ１０により栽培棚５から栽培棚２に送給された養液は、栽培棚２内を長手方向に流れて流出管１２を通り下段の栽培棚３に流下する。栽培棚３に流下した養液は、栽培棚３内を長手方向に流れて流出管１３を通り撹拌槽２０内に流入し、濃度が調整された養液が流出管１４を通り栽培棚４に流出する。栽培棚４内に流入した養液は、栽培棚４内を長手方向に流れて流出管１５を通り下段の栽培棚５に流下する。栽培棚５に流下した養液は、栽培棚５内に貯留され、ポンプ１０の吸引により長手方向に流れていく。栽培棚５内の養液の水位が低下した場合には、止水器１８が開いて外部より水が供給されて所定の水位が維持されるようになる。
【００２２】
最下段の栽培棚５では、所定の水位が維持されるように外部より水が補充されており、貯留槽として機能している。そのため、植物により養液が吸収されて減少した場合に栽培棚５において水が常時補給されるようになる。また、停電等によりポンプが停止した場合には、上段の栽培棚２〜４及び撹拌槽２０よりオーバーフローした養液が流下してくるようになるが、栽培棚５は、栽培棚２〜４と同じ容量を備えているため、オーバーフローした養液を貯留することができ、栽培棚５から溢れることはない。そして、最下段の栽培棚５を床面に設置することができるので、従来に比べて栽培棚の段数を増加させることが可能で、栽培棚の高さも低く設定することができる。
【００２３】
撹拌槽２０は、最上段の栽培棚２から順次下段の栽培棚に養液が流下していく栽培棚の間の流路に設けられており、上段の栽培棚から養液が流入して下段の栽培棚に養液が流出するようになっている。撹拌槽２０は、養液の濃度調整を行うことが可能な容量を備えていればよく、縦長構造とすることで、内部の養液を撹拌しやすくなっている。そのため、肥料やｐＨ調整剤等を撹拌槽２０に投入した際に、養液の撹拌動作により速やかに均一な濃度に設定することができ、所定濃度に調整した養液を栽培棚に常時供給することが可能となる。
【００２４】
このように、最下段の栽培棚を養液の貯留槽とし、養液の濃度を調整する撹拌槽を別に設けることで、栽培棚を拡張して容量を大きくする場合には、最下段の栽培棚５も拡張して大きくなるため、栽培棚が拡張しても養液のオーバーフローを確実に防止することができる。そして、最下段の栽培棚がオーバーフローしない範囲内で栽培棚の段数を増加させることも可能となる。また、栽培棚の拡張等のレイアウト変更に合わせて撹拌槽２０の容量を大きくするといった設計変更は不要となり、設置スペースに合わせて植物栽培装置のレイアウトを適時変更することができ、設計の自由度が格段に向上する。この例では、撹拌槽２０を縦長構造としその下方にポンプ１０を配置することで、装置のコンパクト化を図ることも可能となっている。
【００２５】
植物栽培装置を清掃する場合には、栽培棚５の底面に接続された排水管より排水することで、栽培棚全体からスムーズに排水することができる。また、排水後に栽培棚全体に養液を供給する場合には、栽培棚５に外部から給水してポンプ１０により栽培棚２に水を送給していくことで、栽培棚全体に水を行き渡らせ、水を循環させながら撹拌槽２０において養液を投入して濃度調整を行い、所定の濃度の養液を栽培棚全体に供給することができる。
【００２６】
図３は、図１に示す植物栽培装置の変形例に関する概略構成図である。この例では、複数段の栽培棚２ａ〜５ａを支持する支持枠体１ａ及び複数段の栽培棚２ｂ〜５ｂを支持する支持枠体１ｂの間に撹拌槽２０及びポンプ１０を設置している。２つの支持枠体の各段の栽培棚の高さは、互いに同じ高さとなるように設定されている。図１に示す複数段の栽培棚を支持する支持枠体１と同様の構成のものを２つ平行に配列しており、図３では、栽培棚の長手方向に沿ってみた構成図となっている。
【００２７】
栽培棚５ａ及び５ｂの底面にそれぞれ接続された吸引管１６ａ及び１６ｂは合流してポンプ１０に接続されている。栽培棚５ａ及び５ｂの底面には２箇所の排出口が形成されており、吸引管１６ａ及び１６ｂは、それぞれ２箇所の排出口に接続されている。そのため、一方の排出口が詰まった場合でも他方の排出口から養液が吸引されるようになる。ポンプ１０から養液を送給する供給管１１は、栽培棚２ａ及び２ｂの上方で供給管１１ａ及び１１ｂに分岐している。そして、供給管１１ａは栽培棚２ａに延設されて養液を供給し、供給管１１ｂは栽培棚２ｂに延設されて養液を供給するようになっている。
【００２８】
栽培棚２ａ及び２ｂの底面には、それぞれ２本の流出管１２ａ及び１２ｂが取り付けられており、栽培棚２ａ及び２ｂに供給された養液は内部を流れて２本の流出管を通り栽培棚３ａ及び３ｂにそれぞれ流下していくようになっている。そのため、一方の流出管が詰まった場合でも他方の流出管から養液が流下して栽培棚から養液が溢れないようにすることができる。
【００２９】
栽培棚３ａ及び３ｂの底面には、詰り防止のため２箇所の流出口が形成されており、流出管１３ａ及び１３ｂは、それぞれ２箇所の流出口に取り付けられている。栽培棚２ａ及び２ｂからそれぞれ流下した養液は栽培棚３ａ及び３ｂ内を流れて流出管１３ａ及び１３ｂを通り撹拌槽２０に流出するようになっている。そして、撹拌槽２０内で濃度調整された養液は、流出管１４ａ及び１４ｂを通りそれぞれ栽培棚４ａ及び４ｂに流入するようになっている。
【００３０】
栽培棚４ａ及び４ｂの底面には、詰り防止のためそれぞれ２本の流出管１５ａ及び１５ｂが取り付けられており、栽培棚３ａ及び３ｂから流下した養液は内部を流れて２本の流出管を通り栽培棚５ａ及び５ｂにそれぞれ流下していくようになっている。
【００３１】
栽培棚５ａには、外部の水源に接続する給水管１７が延設されており、給水管１７には、上述した実施形態と同様に、止水器が取り付けられている。そのため、栽培棚５ａ内の養液が所定の水位が維持されるように、給水管１７から適宜給水されるようになっている。また、栽培棚５ａ及び５ｂの間には、直管状の連結管８が接続されており、栽培棚５ａ及び５ｂとの間に水位差が生じた場合には、水位差に応じて連結管８を通して養液が流通し、栽培棚５ａ及び５ｂの間の水位差が生じないようになっている。また、栽培棚５ａ及び５ｂには、オーバーフローを防止するため排水管１９ａ及び１９ｂがそれぞれ接続されており、排水管１９ａ及び１９ｂは合流して外部の排水設備に連通している。栽培棚５ａ及び５ｂにおいて養液の水面が所定の水位以上に上昇すると、排水管１９ａ及び１９ｂを通して養液が排水されてオーバーフローしないようになっている。
【００３２】
以上のように構成することで、１つの撹拌槽及び１つのポンプにより多くの栽培棚に対して養液を循環させることが可能となり、また支持枠体の間の作業スペースに撹拌槽及びポンプ配置することができるため設置スペースのコンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、サラダ菜、わさび、レタス、もやし、かいわれだいこん、いちご、ハーブ類等の食用植物、菊、パンジー等の観賞用植物を栽培する植物栽培装置に好適である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・支持枠体、２〜５・・・栽培棚、６・・・栽培トレイ、１０・・・ポンプ、１１・・・供給管、１２〜１５・・・流出管、１６・・・吸引管、１７・・・給水管、１８・・・止水器、１９・・・排水管、２０・・・撹拌槽、２１・・・撹拌器
【図１】
0006431806.tif 000002
【図２】
0006431806.tif 000003
【図３】
0006431806.tif 000004