| 【発明の名称】 |
栽培施設 |
| 【発明者】 |
【氏名】黒田 哲生
【氏名】大塚 秀光
【氏名】神谷 一郎
【氏名】楢崎 祐三
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| 【要約】 |
【課題】少ないエネルギーで作物を適切な温度に維持でき、しかも培養液の点滴量も少なくできて、施設の温度保持のためおよび栽培のための熱エネルギーを最小化できる栽培施設を提供する。
【解決手段】栽培床の培地として多孔質の固形培地を用い、培養液を滴下して作物の栽培を行う栽培施設であって、栽培床の底部もしくは内部に培地の温度を加熱もしくは冷却する伝熱装置を備え、それにより直接培地を加熱もしくは冷却するようにしたことを特徴とする栽培施設。培地として軽石を用いるのが好ましい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 栽培床の培地として多孔質の固形培地を用い、培養液を滴下して作物の栽培を行う栽培施設であって、栽培床の底部もしくは内部に培地の温度を加熱もしくは冷却する伝熱装置を備え、それにより直接培地を加熱もしくは冷却するようにしたことを特徴とする栽培施設。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、野菜や花きなどの作物を栽培するための栽培施設に関し、特に、少ないエネルギーで作物を適正な温度に維持できる栽培施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】温室やビニールハウスなどを用いる施設栽培においては、作物の生育環境を整えるために、培地をガラス板やシート状又は板状のビニール樹脂材で覆うことで、施設内の温度を適正に維持したり、降雨や風の影響をなくしている。さらに、高級な作物の施設栽培では、施設内の温度を常時適正に保つため、加熱ヒーターや冷却器を備えているのもある。
【０００３】施設内の温度の調整手段としては、石油またはガスを燃焼して、その高温の排ガスを直接施設内へ導入するものや、施設の内壁に沿って放熱器を設けるものが一般的であった。また、特殊な例として、水耕栽培の場合のように、多量の培養液を作物に循環供給する栽培形態では、培養液の循環量が大きいことから、培養液の温度を調整することにより施設の温度を制御することも行われている。
【０００４】このような施設栽培は、自然の栽培環境に比べて栽培環境をその作物の成長に最も適した条件に維持しやすく、季節を問わず希望する作物を栽培し、収穫できることから、日本のように四季があり、周年の気象変動の大きな地域では、安定した野菜類の供給手段として優れ、露地栽培からの作物の供給が減少する端境期に出荷できるために、収穫した野菜の単価も高く、また栽培環境が適正に保たれていることから生産性も高い。このため、露地栽培の収入を上回る額の燃料を消費してまでも施設の温度を保持するような栽培が行われることもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の施設栽培における、床面に沿って伝熱パネルを施設内に設置したり、直接熱風を吹き込むことにより加熱、冷却を行うという施設内の温度調整の方式では、かなり大きい熱エネルギーを要するものであり、それによりコストも高いものである。このような施設では、施設内の温度は外気の温度とはかなりの差があり、このため、外壁であるガラス板やビニール樹脂シートの表面で外気と室内空気との間で熱交換が行われる。
【０００６】従来のように、培地の表面の上方におかれた加熱器からもたらされる空気の温度は、加熱の場合は希望する施設内温度よりはやや高いものとなり、また、冷却の場合にはやや低いものとなる。このことは、換言すれば、局部的に高温または低温の空気が加熱器・冷却器からもたらされ、その空気は直接施設を覆うガラス板やビニール樹脂シートに接することから、それらを介して外気との間で多量の熱交換が行われることになる。しかも、施設では内部の温度をなるべく均一になるように送風機で攪拌しているから、熱交換が一層助長されるという状態になっている。このため、従来の施設栽培では、施設の温度を調整するために多量のエネルギーを必要とした。
【０００７】また、大量の培養液を循環させる施設では、培養液の廃棄に際して多量の汚濁液を周辺に排出するため好ましいものではなかった。さらに、培養液を循環させると、作業工程が増えてしまう。その理由のひとつは、循環させると菌も繁殖しやすいので殺菌作業が必要である。もうひとつは、培養液の成分バランスが作物に吸収されることによりくずれてくるので、培養液の調整作業が必要になってくる。作業工程が増えれば費用がかかるという問題点もあった。
【０００８】さらに、栽培施設内の温度を均一化したり、熱エネルギーの節減を図るために、熱風や冷風を送風機等で栽培施設内に吹き付け、循環させたりすると、その風のために、特に吹き出し口付近で、肝腎の作物が損傷したり、成長が阻害されたり、形や姿が変形する等の被害をこうむりがちであるという問題点も生じることがあった。
【０００９】本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、より少ないエネルギーで作物を適正な温度に維持でき、しかも培養液の点滴量も少なくできて、施設の温度保持エネルギーおよび栽培エネルギーを最小化できる栽培施設を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目的を達成するために鋭意検討を行い、栽培床の培地を底部もしくは内部から直接加熱もしくは冷却することにより、上記の課題の全てを解消できることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】すなわち、本発明は、従来の栽培施設に比べて温度調整のためのエネルギーを節約するためのものであり、次の構成からなるものである。
（１）栽培床の培地として多孔質の固形培地を用い、培養液を滴下して作物の栽培を行う栽培施設であって、栽培床の底部もしくは内部に培地の温度を加熱もしくは冷却する伝熱装置を備え、それにより直接培地を加熱もしくは冷却するようにしたことを特徴とする栽培施設。
【００１２】本発明においては、栽培施設がガラスやビニール樹脂シートで覆われていないものでもよいが、外部の温度が作物の好適栽培温度と差が大きい場合には、ガラスやビニール樹脂シートで覆われているものとすることが好ましい。また、栽培床の底部もしくは内部に設ける伝熱装置には各種の加熱装置、或いは冷却装置が使用できる。伝熱装置に使用できるエネルギーとしては、各種の熱源（冷却を含めて）を使用することができるが、なるべくコストが低いものを使用することが好ましい。そのようなものとしてエネルギー密度の低いものを使用することができ、例えば、暖房の余熱、集落廃水処理での温度の少し高い処理水、温泉などを使用するとコストを低く抑えることができる。伝熱装置を栽培床の底部に設ける場合には、底部の下に断熱用のマットを敷き、そのマットの上に伝熱装置を設けるようにするなどの手段を取ることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の具体的態様を図面に基づいて説明する。図１は本発明の栽培施設を例示する模式図である。ガラス板又はビニール樹脂シートなどの外覆１内に、多数の支柱２によって隔離トレー３が支持され、この隔離トレー３内にはシラスのような軽石を主成分とする培地４が充填され、隔離床を形成している。隔離トレー３内の培地４の内部には、伝熱具である伝熱パイプ５が挿入され、伝熱パイプ内５には熱源６から加温もしくは冷却されたブラインが循環されて、隔離床の温度を加熱または冷却する。隔離床の培地４には、培養液供給装置７から成分と濃度が調整された培養液が、導水管８と、導水管８に多数設けられたマニフォールド９、およびマニフォールド９に接続されたビニール樹脂製のホースからなる滴下チューブ１０とにより滴下供給されるようになっている。このような滴下式の施設栽培では、培養液の滴下量が少なく、肥培管理のためのエネルギーが少ない。
【００１４】また、この栽培施設では隔離床の培地４としては、シラスのような軽石を主成分とするものを用いることが好ましいが、シラスのようなな軽石は保肥能力が低いので、比較的短いサイクルで培養液を滴下供給しなければならない。しかし、全体として培養液の滴下量は、培地の表面蒸発と作物の表面蒸発に見合う量であり、極めて少なくてすむ。なお、培地用の材料としては、園芸用土壌代替物として知られているバーミキュライト、土壌混合物として知られているパーライトなどの無機発泡体も考えられるが、強度、作物の保持に必要な比重が小さ過ぎる、強度的に軽石に較べて弱い等の点で軽石ほど好ましい材料でない。更に、連続気泡型の発泡プラスチック、例えば、ウレタンフォーム等も使用できるが、有機物であるため、高価であるばかりでなく、耐久性の点からも軽石に較べ劣り、軽石が最も好ましい材料である。隔離床の培地４は、保水量が少ない状態としたものは、比熱が小さいためその温度を上下するために必要な熱量が少なくてすむので、伝熱装置から加える熱エネルギーが少なくてよく、制御が簡単になる。
【００１５】さらに、培地４は、軽石の場合には粒径１〜５．６ｍｍ程度のものを用いることが好ましく、この場合培地粒子間の空隙も一般の露地における土壌の空隙よりも大きなものとなっている。しかも、上記のように培養液の滴下量は蒸発に見合う量とすれば、培地は常に乾燥気味に維持されるため、根腐れのおそれが全くないばかりでなく、余剰培養液がほとんど出ず、余剰培養液の排出による栽培施設周辺地区の環境汚染の心配も全く生じない。
【００１６】図１で、培地４内に挿入された伝熱パイプ５からの冷気もしくは暖気は、伝熱さらに主として気流による対流によって隔離床全体に伝わる。加熱または冷却のための熱媒としては、温水、冷水などを用いることができ、加熱または冷却手段としては、電気、蒸気など多様なものが利用できる。例えば、設置地域の地下水を利用することもでき、また、隣接した位置に焼却炉などの燃焼設備があれば、排ガスを利用することもできる。
【００１７】ガラス板やビニル樹脂シートの外覆を有する栽培設備で最も簡単な伝熱手段をを用いてエネルギー節約を行い得る手段を考えた場合、培養液を滴下する形態の栽培においては、培養液を介して熱を伝える方式を検討すると、培養液に同伴して培地にもたらされる熱エネルギーは小さなものであるから、培養液供給で施設内の温度を適正に維持できるものではなく、外気の温度の影響を防ぐには培養液以外の熱源による温度調整が必要となる。しかして、本発明では、凡そ１〜５．６ｍｍの粒径の軽石を培地とした施設栽培の加熱または冷却に、加熱または冷却媒体を培地中に挿入して施設の温度管理を行った場合には、施設内における発熱もしくは冷却源が隔離床となり、作物に最も近い場所であるばかりでなく外気と離れたところに位置するために、外覆における施設内外の熱交換量が最小になり、しかも、培地粒子の空隙が大きいことから、対流による加熱または冷却が速やかに実施され、培養液の点滴量が少ないことに併せて、施設の温度保持エネルギーおよび栽培エネルギーが最小になる効果を有するものである。
【００１８】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する。ただし本発明は、この実施例のみに限定されるものではない。
【００１９】実施例１沖縄県において、夏場にホウレンソウの栽培を行う際に、本発明による培地冷却と比較のための培地非冷却の比較栽培を行った。栽培ベッドは、雨などの天候の影響を受けないようにするために温室内に設置したが、環境の温度が外気と同じになるように外気と連通させた。
栽培ベッドの周囲温度：１日の最高温度３３．５℃ 最低温度２３．５℃ 平均温度約２８℃ （いずれも栽培期間のある１日の測定を示す、以下同様）
栽培ベッドの周囲温度である温室内の温度は、日射量と大きく関連があるので、温室内に日射計を設置して日射量を測定したが、場所が沖縄県である関係で、高い日射量があり、特に午前１１時から午前１２時にかけて高い日射量が測定された。
【００２０】（培地冷却による栽培）栽培条件を下記に示す。
１．培地 粒径１〜５．６ｍｍの軽石２．培地温度 深さ２ｃｍでの培地制御温度を２０℃に設定 実際の観測培地温度：１日の最高温度２５℃ 日中の平均温度約１９℃ （上記の培地温度の制御により最高温度をホウレンソウの 育成に障害を起こす２５℃より下に抑えることができた）
３．育苗方法 セルトレーにて育苗４．定植数 冷却装置付き栽培ベッドに１７２苗を定植 栽培ベッドの深さ２ｃｍのところに冷却管を配置し、冷凍機 で冷却した冷却水を通すことにより冷却を行った。
５．灌水方法 培養液を点滴掛流し、最適灌水にて廃液はでない。
６．栽培面積 ２ｍ2 ７．栽培品種 ホウレンソウ夏用品種８．栽培歴 ２０００年９月７日播種 （１０日後）→ ２０００年９月１７日定植 （２７日後）→ ２０００年１０月１４日収穫９．収穫量 １０４４ｇ／ｍ2 【００２１】比較例１（培地非冷却による栽培）栽培条件を下記に示す。
１．培地 粒径１〜５．６ｍｍの軽石２．培地温度 培地非冷却、深さ２ｃｍでの培地温度を測定した 実際の観測培地温度：１日の最高温度３４℃ 日中の平均温度約２９℃３．育苗方法 セルトレーにて育苗４．定植数 栽培ベッドに１７２苗を定植５．灌水方法 培養液を点滴掛流し、最適灌水にて廃液はでない。
６．栽培面積 ２ｍ2 ７．栽培品種 ホウレンソウ夏用品種８．栽培歴 ２０００年９月７日播種 （１０日後）→ ２０００年９月１７日定植 （２７日後）→ ２０００年１０月１４日収穫９．収穫量 ５８５ｇ／ｍ2 【００２２】実施例１及び比較例１の収穫量の比較により、夏場の培地冷却ホウレンソウ栽培が有効であることが判明した。ホウレンソウの地上部においては同条件であるが、地下部の栽培温度の違いにより収穫量に歴然とした差が出た。培地非冷却に対し、培地冷却の栽培では、収穫量が約８０％アップである。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、栽培設備において、施設内の温度を適正に維持するために必要な熱エネルギーは小さなもので済むため、熱エネルギーのコストが安くなる。施設栽培の加熱または冷却に、加熱または冷却媒体を通す伝熱装置を培地中に挿入して施設の温度管理を行うことにより、施設内における発熱もしくは冷却源が隔離床にあることになり、作物に最も近い場所であるばかりでなく外気と離れたところに位置するために、外覆における施設内外の熱交換量が最小になり、熱が有効に使われる。しかも、培地として軽石を用いた場合には、断熱効果が大きく、伝熱装置により与えられた熱が逃げにくいために、熱効率がよい。また、培地粒子として粒径の大きなものを用いる場合には、培地粒子の空隙が大きいことから、対流による加熱または冷却が速やかに実施される。また、培養液を滴下する栽培方式を採用しているので、培養液の点滴量が少ないことにより、培地内の水分の温度を上げるに要する熱量が少ないため、施設の温度保持のため及び栽培のための熱エネルギーが最小になる効果を有する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２３９
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月２０日（２０００．１２．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０５６４７
【弁理士】
【氏名又は名称】小栗 昌平 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２３８５４８（Ｐ２００１−２３８５４８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月４日（２００１．９．４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３８７２３１（Ｐ２０００−３８７２３１） |
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