特開 2025-1809 栽培装置および栽培方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001809

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】栽培装置および栽培方法

(51)【国際特許分類】

   A01G 31/00 20180101AFI20241226BHJP

【ＦＩ】

A01G31/00 617

A01G31/00 612

A01G31/00 601B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101509

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003285

【氏名又は名称】千代田化工建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷川 直樹

(72)【発明者】

【氏名】永瀬 睦

【テーマコード（参考）】

2B314

【Ｆターム（参考）】

2B314MA33

2B314MA39

2B314MA42

2B314NC06

2B314NC49

2B314PA02

2B314PA17

2B314PB15

2B314PB43

2B314PB54

2B314PC04

2B314PC22

2B314PD21

2B314PD45

2B314PD47

2B314PD51

2B314PD52

2B314PD54

2B314PD66

(57)【要約】

【課題】植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、培地への根の侵入を防止する。
【解決手段】栽培装置１は、植物２が成長可能なスペースを画定し、酸素および二酸化炭素を含むガスが満たされる栽培容器３と、栽培容器３内の下部に設置された固形培地１１と、固形培地１１に供給される水を貯留する貯水タンク５１と、固形培地１１に供給される養液を貯留する養液タンク７１と、固形培地１１の上面に重なるように配置されたメッシュシート１２と、を備え、メッシュシート１２の目開きの平均は１０μｍ以下であり、メッシュシート１２上に植物の植え付け部が設けられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物を栽培するための栽培装置であって、
前記植物が成長可能なスペースを画定し、酸素および二酸化炭素を含むガスが満たされる栽培容器と、
前記栽培容器内の下部に設置された固形培地と、
前記固形培地に供給される水を貯留する貯水タンクと、
前記固形培地に供給される養液を貯留する養液タンクと、
前記固形培地の上面に重なるように設置されたメッシュシートと、
を備え、
前記メッシュシートの目開きの平均は１０μｍ以下であり、
前記メッシュシート上に前記植物の植え付け部が設けられる、栽培装置。

【請求項2】

前記栽培容器における前記固形培地の上方に設けられた熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水性部材と、
前記熱伝導部材を冷却する冷却装置と、
前記吸水性部材に吸収された水を前記貯水タンクに回収するための水回収チューブと、
を更に備える、請求項１に記載の栽培装置。

【請求項3】

前記栽培容器に設けられ、前記熱伝導部材に向けて前記栽培容器内の前記ガスを送風する内部ファンを更に備える、請求項２に記載の栽培装置。

【請求項4】

前記吸水性部材は、重ねられた複数の吸水性シートを含み、
前記水回収チューブの先端部は、前記複数の吸水性シートのうち互いに隣接する一対の吸水性シートの間に挟み込まれるように配置される、請求項２に記載の栽培装置。

【請求項5】

前記水回収チューブの先端部には、吸水性のキャップ部材が取り付けられ、
前記キャップ部材は、前記吸水性部材に当接するように配置される、請求項２または請求項４に記載の栽培装置。

【請求項6】

前記熱伝導部材は、複数のフィンを有するヒートシンクを含み、
前記吸水性部材は、吸水性シートを含み、
前記吸水性シートは、前記複数のフィンが貫通した状態で前記ヒートシンクに取り付けられる、請求項２に記載の栽培装置。

【請求項7】

前記冷却装置は、冷却面および加熱面を有するペルチェ素子を含み、
前記ヒートシンクは、前記ペルチェ素子の前記冷却面に当接する、請求項６に記載の栽培装置。

【請求項8】

前記水回収チューブには、気液分離器が設けられ、
前記気液分離器によって分離された水が前記貯水タンクに供給される、請求項２に記載の栽培装置。

【請求項9】

前記栽培容器の上部に設置された照明装置と、
前記メッシュシートの上方を覆うように設けられた反射シートと、
を更に備える、請求項１に記載の栽培装置。

【請求項10】

前記メッシュシートの上面に設置された含水率センサと、
前記貯水タンクの水を前記固形培地に供給するための水供給チューブと、
前記水供給チューブによって前記貯水タンクの水を送るための水供給ポンプと、
前記含水率センサの検出結果に基づき、前記水供給ポンプの動作を制御する水供給ポンプ制御装置と、
を更に備える、請求項１に記載の栽培装置。

【請求項11】

前記固形培地に設置された電気伝導率センサと、
前記養液タンクの養液を前記固形培地に供給するための養液供給チューブと、
前記養液供給チューブによって前記養液タンクの養液を送るための養液供給ポンプと、
前記電気伝導率センサの検出結果に基づき、前記養液供給ポンプの動作を制御する養液供給ポンプ制御装置と、
を更に備える、請求項１に記載の栽培装置。

【請求項12】

第１のメッシュシートである前記メッシュシートの上方に設置された第２のメッシュシートを更に備え、
前記第２のメッシュシートの目開きの平均は１０μｍ以下であり、
前記第１のメッシュシートおよび前記第２のメッシュシートの間に前記植物の植え付け部が設けられる、請求項１に記載の栽培装置。

【請求項13】

植物を栽培するための栽培装置を用いた栽培方法であって、
前記栽培装置は、
前記植物が成長可能なスペースを画定し、酸素および二酸化炭素を含むガスが満たされる栽培容器と、
前記栽培容器内の下部に設置された固形培地と、
前記固形培地に供給される水を貯留する貯水タンクと、
前記固形培地に供給される養液を貯留する養液タンクと、
前記固形培地の上面に重なるように設置されたメッシュシートと、
を備え、
前記メッシュシートの目開きの平均は１０μｍ以下であり、
前記メッシュシート上に前記植物が植え付けられる、栽培方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、野菜等の植物を栽培するための栽培装置および栽培方法に関する。

【背景技術】

【0002】

土を使用することなく植物を栽培する水耕栽培は、栽培される植物の根から栄養素が吸収される効率が高く、また、病害虫の発生が少ないなどの利点がある。水耕栽培は、屋内における植物の栽培や、都市部での農業のような比較的限られたスペースにおける植物の栽培に適している。

【0003】

従来、水耕栽培用の装置として、植物を植え付ける切目が貫通形成された培地と、養液タンクに貯留された養液の上方に培地を支持するフロートと、養液を培地に供給する毛細管給水体とを備え、毛細管給水体は、上端が切目に挿入された状態で培地に垂下されるものが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－２２３４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来技術では、所定の重力が作用する地上での植物の栽培を前提としているため、水耕栽培装置における液体（すなわち、養液や水）は、重力の作用によって装置下部に留まり、その液面の制御も容易である。

【0006】

一方、宇宙空間のような微小重力環境において植物の栽培を行う場合、地上のような重力は作用しないため、水耕栽培装置において液体を適切に配置する（例えば、装置下部に留まらせる）ことは容易ではない。そのため、微小重力環境では、植物の根に対して養液や水を適切に供給することが難しくなる。また、微小重力環境では、養液や水が植物の根の周辺に留まることにより、液中の酸素の欠乏による根腐れ等が生じ得る。

【0007】

そこで、吸水性の培地を用いて液体を所望の位置に留めることが考えられるが、その場合でも液体の偏り（すなわち、根の周辺における養液や水の偏在）が生じると、酸素の欠乏による根腐れ等を防止できない。また、培地に植物の根が侵入すると、培地を再利用することが難しくなる。特に、宇宙空間のように栽培用の資材の供給が容易でない場所では、培地等の資材を繰り返し利用できることが望ましい。

【0008】

本発明は、以上の背景に鑑み、植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、培地への根の侵入を防止することができる栽培装置および栽培方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、植物（２）を栽培するための栽培装置（１）であって、前記植物が成長可能なスペースを画定し、酸素および二酸化炭素を含むガスが満たされる栽培容器（３）と、前記栽培容器内の下部に設置された固形培地（１１）と、前記固形培地に供給される水を貯留する貯水タンク（５１）と、前記固形培地に供給される養液を貯留する養液タンク（７１）と、前記固形培地の上面に重なるように設置されたメッシュシート（１２）と、を備え、前記メッシュシートの目開きの平均は１０μｍ以下であり、前記メッシュシート上に前記植物の植え付け部が設けられる構成とする。

【0010】

この態様によれば、植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、メッシュシートによって培地への根の侵入を防止することができる。

【0011】

上記の態様において、前記栽培容器における前記固形培地の上方に設けられた熱伝導部材（３２）と、前記熱伝導部材の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水性部材（３５、３６）と、前記熱伝導部材を冷却する冷却装置（３１）と、前記吸水性部材に吸収された水を前記貯水タンクに回収するための水回収チューブ（４１）と、を更に備えるとよい。

【0012】

この態様によれば、植物の蒸散等によって栽培容器内のガスに拡散された水分を貯水タンクに回収し、それを固形培地に供給する（すなわち、栽培容器内の水をリサイクルする）ことができる。

【0013】

上記の態様において、前記栽培容器に設けられ、前記熱伝導部材に向けて前記栽培容器内の前記ガスを送風する内部ファン（２６）を更に備えるとよい。

【0014】

この態様によれば、植物の蒸散等によって栽培容器内のガスに拡散された水分を、より効果的に貯水タンクに回収することができる。

【0015】

上記の態様において、前記吸水性部材は、重ねられた複数の吸水性シート（３５、３６）を含み、前記水回収チューブの先端部（４１Ａ）は、前記複数の吸水性シートのうち互いに隣接する一対の吸水性シート（３５、３６）の間に挟み込まれるように配置されるとよい。

【0016】

この態様によれば、吸水性部材に吸収された水を水回収チューブによって安定的に回収することができる。

【0017】

上記の態様において、前記水回収チューブの先端部には、吸水性のキャップ部材（４２）が取り付けられ、前記キャップ部材は、前記吸水性部材に当接するように配置されるとよい。

【0018】

この態様によれば、吸水性部材に吸収された水を水回収チューブの先端部から安定的に吸い出することができる。

【0019】

上記の態様において、前記熱伝導部材は、複数のフィンを有するヒートシンク（３２Ｂ）を含み、前記吸水性部材は、吸水性シート（３５、３６）を含み、前記吸水性シートは、前記複数のフィンが貫通した状態で前記ヒートシンクに取り付けられるとよい。

【0020】

この態様によれば、植物の蒸散等によって栽培容器内のガスに拡散された水分を、簡易な構成により凝縮させ、それを回収することができる。

【0021】

上記の態様において、前記冷却装置は、冷却面（３１Ａ）および加熱面（３１Ｂ）を有するペルチェ素子（３１）を含み、前記ヒートシンクは、前記ペルチェ素子の前記冷却面に当接するとよい。

【0022】

この態様によれば、植物の蒸散等によって栽培容器内のガスに拡散された水分を、簡易な構成により凝縮させることができる。

【0023】

上記の態様において、前記水回収チューブには、気液分離器（５４）が設けられ、前記気液分離器によって分離された水が前記貯水タンクに供給されるとよい。

【0024】

この態様によれば、貯水タンクに回収される水にガスが混入することを効果的に防止することができる。

【0025】

上記の態様において、前記栽培容器の上部に設置された照明装置（２１）と、前記メッシュシートの上方を覆うように設けられた反射シート（２２）と、を更に備えるとよい。

【0026】

この態様によれば、屋内等の太陽光を利用できない環境においても照明装置によって植物に光を照射することができ、また、反射シートにより根に光が照射されることを防止することができる。また、根に光が照射されないことで、藻類の増殖を抑えて、植物の成長を妨げないという効果も得られる。

【0027】

上記の態様において、前記メッシュシートの上面に設置された含水率センサ（１７）と、前記貯水タンクの水を前記固形培地に供給するための水供給チューブ（６７）と、前記水供給チューブによって前記貯水タンクの水を送るための水供給ポンプ（６８）と、前記含水率センサの検出結果に基づき、前記水供給ポンプの動作を制御する水供給ポンプ制御装置（８５）と、を更に備えるとよい。

【0028】

この態様によれば、植物に対して水を適切に供給することができる。

【0029】

上記の態様において、前記固形培地に設置された電気伝導率センサ（１６）と、前記養液タンクの養液を前記固形培地に供給するための養液供給チューブ（７２）と、前記養液供給チューブによって前記養液タンクの養液を送るための養液供給ポンプ（７３）と、前記電気伝導率センサの検出結果に基づき、前記養液供給ポンプの動作を制御する養液供給ポンプ制御装置（８５）と、を更に備えるとよい。

【0030】

この態様によれば、植物の根に対して養液を適切に供給することができる。

【0031】

上記の態様において、第１のメッシュシート（１１２Ａ）である前記メッシュシートの上方に設置された第２のメッシュシート（１１２Ｂ）を更に備え、前記第２のメッシュシートの目開きの平均は１０μｍ以下であり、前記第１のメッシュシートおよび前記第２のメッシュシートの間に前記植物の植え付け部が設けられるとよい。

【0032】

この態様によれば、植物が根菜類であっても、植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、第１メッシュシートによって培地への根の侵入を防止することができ、また、第１のメッシュシート及び第２メッシュシートによって、根域（すなわち、根の拡がり）を適切な範囲に制限することができる。

【0033】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、植物（２）を栽培するための栽培装置（１）を用いた栽培方法であって、前記栽培装置は、前記植物が成長可能なスペースを画定し、酸素および二酸化炭素を含むガスが満たされる栽培容器（３）と、前記栽培容器内の下部に設置された固形培地（１１）と、前記固形培地に供給される水を貯留する貯水タンク（５１）と、前記固形培地に供給される養液を貯留する養液タンク（７１）と、前記固形培地の上面に重なるように設置されたメッシュシート（１２）と、を備え、前記メッシュシートの目開きの平均は１０μｍ以下であり、前記メッシュシート上に前記植物が植え付けられる構成とする。

【0034】

この態様によれば、植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、メッシュシートによって培地への根の侵入を防止することができる。

【発明の効果】

【0035】

以上の態様によれば、植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、培地への根の侵入を防止することができることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】第１実施形態に係る栽培装置の全体構成を示す模式図

【図2】図１に示した種苗保持具の構成例を示す説明図

【図3】図１に示した水耕栽培装置における水回収装置の詳細を示す部分断面図

【図4】図１に示した水耕栽培装置における水回収装置の詳細を示す分解斜視図

【図5】図１に示した水回収用チューブの先端部を示す断面図

【図6】図１に示した気液分離器の概略構成を示す断面図

【図7】根の廃棄方法を示す説明図

【図8】第２実施形態に係る栽培装置の全体構成を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、図面を参照して、実施形態に係る栽培装置および栽培方法について説明する。

【0038】

（第１実施形態）
図１に示すように、栽培装置１は、複数の植物２が成長可能なスペースを画定する栽培容器３を備える。栽培容器３は、略直方体形状をなし、上壁５、下壁６、左壁７、右壁８、前壁９、及び後壁（図示せず）を含む。栽培容器３は、主として合成樹脂製の部材によって構成されるが、これに限らず他の材質（例えば、金属製の部材）が用いられてもよい。栽培容器３の形状は、略直方体形状に限定されず、他の形状（例えば、円柱形状や多角柱形状など）であってもよい。

【0039】

栽培装置１で栽培される植物２は、特に限定されないが、栽培装置１では、例えば、野菜、果物、草、木、藻類、コケ類、及び花（観賞用、食用花含む）といった植物を栽培することが可能である。植物２としては、葉物野菜、根菜類、及び花がより好ましく、特にリーフレタス、ハーブ、トマト、及び花などの栽培に栽培装置１を好適に用いることができる。図１では、植物２として２株の野菜を示しているが、栽培容器３で栽培される植物２の数は、栽培密度を考慮して適宜変更することが可能である。

【0040】

栽培容器３の内部スペースは、空気と同様の組成を有するガスによって満たされる。そのガスには、適切な濃度の酸素および二酸化炭素が少なくとも含まれる。栽培容器３は、その内部環境を急激に変動させないように適度の気密性を有する。ただし、栽培容器３は、完全に密封される必要はない。また、栽培容器３の内部の温度は、図示しない温度調節器によって植物２の生育適温（例えば、１５～３０℃）に調整される。

【0041】

なお、本明細書で用いる栽培装置１に関する上下、前後、及び左右の方向は、説明の便宜上定められたものである。例えば、栽培装置１が、宇宙空間等の微小重力環境において使用される場合には、本明細書に記載された方向には限定されない。

【0042】

栽培容器３内の下部（ここでは、下壁６の上面）には、固形培地１１が設置されている。固形培地１１は、略直方体形状をなすロックウールを含む。ロックウールは、微生物等を含まない人造鉱物繊維であるため、固形培地１１として好適である。ただし、固形培地１１としては、他の公知の材料が用いられてもよい。

【0043】

栽培容器３には、固形培地１１の上面に重なるようにメッシュシート１２が設置されている。メッシュシート１２は、概ね水平方向に拡がるように配置される。メッシュシート１２は、公知の手法により親水性を付与された親水性プラスチックの糸を織り込む（例えば、平織や綾織とする）ことにより形成される。親水性プラスチックの糸の線径は、５０μｍ以下とするとよい。平面視において、メッシュシート１２には、略矩形をなす複数の開口が格子状に形成される。メッシュシート１２の目開きの平均は、１０μｍ以下とするとよい。また、メッシュシート１２は、円形または不定形の複数の開口を有してもよく、その場合、それらの開口の円相当径の平均を１０μｍ以下とするとよい。

【0044】

植物２の根２Ａの太さは、その種類、生育環境、及び成長段階などによっても異なるが、メッシュシート１２の目開き（または開口の円相当径）は、根２Ａにおける根毛の径（例えば、１０～１５μｍ）以下に設定されるとよい。これにより、植物２の根２Ａがメッシュシート１２を貫通して固形培地１１内に侵入することを防止することができる。

【0045】

メッシュシート１２の開口の大きさを適切に調整する（例えば、１０μｍ以下とする）ことにより、メッシュシート１２に毛細管現象を生じさせる（すなわち、毛細管現象を有するメッシュシート１２を形成する）ことができる。これにより、メッシュシート１２は、下方の固形培地１１から毛細管現象により養液や水を吸い上げ、それを植物２の根２Ａに供給することができる。このような構成により、栽培装置１では、植物２の根２Ａの周辺に養液や水が滞留することはなく、酸素の欠乏による根腐れ等が生じ得ることを防止できる。

【0046】

栽培容器３において、メッシュシート１２の上面には、各植物２の種苗を植え付ける（すなわち、種植えまたは苗の定植を行う）ための植え付け部が設けられる。本実施形態では、各植物２の植え付け部として、種植え用の種苗保持具１５が用いられる。各種植え用の種苗保持具１５は、種又は苗の位置を固定する機能を有する。なお、種苗保持具１５は、固形培地１１と同じ材料によって形成されてもよい。ここでは、各種植え用の種苗保持具１５は、各辺が１５ｍｍの長さを有するキューブ状をなす。なお、各植物２の植え付け部は、メッシュシート１２の上面において各植物に割り当てられた植え付け位置であってもよい（すなわち、種植え用の種苗保持具１５が省略されてもよい。）。その場合、各植物２の種または苗は、メッシュシート１２の上面においてそれらに割り当てられた植え付け位置にそれぞれ配置される。

【0047】

種苗保持具１５は、例えば図２に示すように、上層１５Ａ、下層１５Ｂ、及びそれらの間に介在する接着層１５Ｃを含む。ここでは、上層１５Ａは毛細管現象を持たない合成スポンジ（例えば、ポリウレタン等の合成樹脂を含む）により形成される。また、下層１５Ｂは毛細管現象を持つロックウールにより形成される。接着層１５Ｃには、水に溶出し難い公知の接着剤が用いられる。

【0048】

上層１５Ａの内部には、漏斗状の凹み１１５が形成されている。凹み１１５は、すり鉢状（すなわち、逆円錐台状）をなす上部スペース１１５Ａと、それに連なる円柱状をなす下部スペース１１５Ｂとを含む。下部スペース１１５Ｂの内径は、植物の種Ｓの外径（例えば、最小径）と同一又は僅かに小さくに設定されるとよい。植物の種Ｓは、凹み１１５の上部スペース１１５Ａから投入され、その下部スペース１１５Ｂ内に収まる。これにより、植物の種Ｓは、下層１５Ｂの上面に載置された状態となる。

【0049】

種が植え付けられた種苗保持具１５は、反射シート２２に開けたΦ２０mm程度の孔の中に挿入され、底面がメッシュシート１２に接するまで押し込まれ、合成スポンジの反力で反射シート２２に保持される（図１参照）。

【0050】

上記の通り種苗保持具１５を構成させることで、照明装置２１からの光を合成スポンジからなる上層１５Ａで遮断してロックウールからなる下層１５Ｂ上で藻類が増殖することを防ぐことができ、また、メッシュシート１２を介して毛細管現象を持つロックウールからなる下層１５Ｂに養液を吸収させ、種や根に養液を供給することができる。

【0051】

固形培地１１内の適所には、ＥＣセンサ１６（すなわち、電気伝導率センサ）が設置されている。ＥＣセンサ１６は、固形培地１１に浸透した液体の電気伝導度を測定することが可能である。ＥＣセンサ１６の測定結果に基づき、固形培地１１に対する養液の供給（すなわち、固形培地１１における肥料濃度）が制御される。なお、ＥＣセンサ１６は、温度や体積水分率を測定する機能を有してもよい。

【0052】

メッシュシート１２の上面には、含水率センサ１７が設置されている。含水率センサ１７は、メッシュシート１２（延いては固形培地１１）の水分量を測定することが可能である。含水率センサ１７の測定結果に基づき、固形培地１１に対する水の供給が制御される。

【0053】

栽培容器３内の右壁８には、ＣＯ_２センサ１８が設置されている。ＣＯ_２センサ１８は、栽培容器３内のガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定することが可能である。ＣＯ_２センサ１８の測定結果に基づき、栽培容器３内のガスに対する二酸化炭素の供給が制御される。栽培容器３内のガスの二酸化炭素濃度を適切に調節することで、植物２の収穫量や品質を向上させることができる。

【0054】

栽培容器３内の上部（ここでは、上壁５の下面）には、太陽光に加えて（または、太陽光に代えて）植物２に光を照射するための照明装置２１が設置されている。照明装置２１は、植物２の光合成に必要な波長を有する光を発する光源（例えば、ＬＥＤ）を有する。なお、照明装置２１は、栽培容器３の外に設置されてもよい。その場合、照明装置２１からの光は、栽培容器３に設けられた光透過性の壁を通して植物２に照射され得る。

【0055】

栽培容器３には、メッシュシート１２の上方を覆うように反射シート２２が設けられている。反射シート２２は、メッシュシート１２に対して所定の間隔をおいて（すなわち、メッシュシート１２との間にガス層が形成された状態で）、メッシュシート１２と概ね平行に配置される。反射シート２２の少なくとも上面は、光の反射率の高い材料（例えば、金属や樹脂）によって形成される。照明装置２１からの光は、反射シート２２の上面で反射されることにより、植物２の成長に必要な光が有効利用される。なお、栽培容器３の内面（例えば、左壁７、右壁８、前壁９、及び後壁の内面）は、反射シート２２と同様に高い光反射率を有するとよい。

【0056】

また、反射シート２２において、植え付け部（ここでは、種植え用の種苗保持具１５）に対応する位置には、植物２の成長（すなわち、上方への伸長）を許容するための貫通孔２２Ａが形成されている。本実施形態では、各種苗保持具１５は、対応する貫通孔２２Ａに嵌め込まれた状態で支持される。

【0057】

栽培容器３には、容器内のガス中の水分を凝縮させることにより、水を回収する水回収装置２５が設けられている。本実施形態では、水回収装置２５は、植物２や固形培地１１の上方（ここでは、照明装置２１と反射シート２２との間のスペース）に配置され、栽培容器３の前壁９に取り付けられている。また、栽培容器３には、水回収装置２５に向けて栽培容器３内のガスを送風する内部ファン２６が設置されている。本実施形態では、内部ファン２６は、栽培容器３の左壁７に取り付けられている。水回収装置２５は、植物２の蒸散等によって栽培容器３内のガスに拡散された水分を、内部ファン２６の送風によってより効果的に回収することが可能となる。

【0058】

水回収装置２５は、図３および図４にも示すように、略平板状をなすペルチェ素子３１（冷却装置の一例）と、内側ヒートシンク３２（熱伝導部材の一例）および外側ヒートシンク３３と、外側ヒートシンク３３に取り付けられた外部ファン３４とを含む。

【0059】

ペルチェ素子３１は、前壁９に形成された矩形の開口９Ａに嵌め込まれた状態で固定される。ペルチェ素子３１において、通電によって冷却される冷却面３１Ａ（すなわち、内面）には、内側ヒートシンク３２のベース３２Ａの底面（すなわち、前面）が熱伝達可能な態様で当接する。また、ペルチェ素子３１において、通電によって加熱される加熱面３１Ｂ（すなわち、外面）には、外側ヒートシンク３３のベース３３Ａの底面（すなわち、後面）が熱伝達可能な態様で当接する。なお、冷却面３１Ａとベース３２Ａの底面との間および加熱面３１Ｂとベース３３Ａの底面との間には、他の公知の熱伝導部材（例えば、熱伝導用グリス）を介在させてもよい。

【0060】

内側ヒートシンク３２は、ペルチェ素子３１の内側に取り付けられる。内側ヒートシンク３２は、ベース３２Ａと、ベース３２Ａの後面から後方（すなわち、栽培容器３の内側）に向けて突設された複数のフィン３２Ｂとを有する。複数のフィン３２Ｂは、互いに所定の間隔を置いて配置されている。内側ヒートシンク３２は、ペルチェ素子３１による冷却（すなわち、冷却面３１Ａへの放熱）によって、栽培容器３内のガスに含まれる水分が凝縮（すなわち、結露）する温度まで冷却される。

【0061】

また、水回収装置２５は、内側ヒートシンク３２の一部（ここでは、後面）を覆うように設けられた吸水性シート３５、３６（吸水性部材の一例）を含む。吸水性シート３５、３６は、前後方向に重なるように配置され、図３に示すように、それぞれ複数のフィン３２Ｂが貫通した状態で内側ヒートシンク３２に取り付けられている。つまり、吸水性シート３５、３６には、内側ヒートシンク３２の対応するフィン３２Ｂがそれぞれ貫通する貫通孔３５Ａ、３６Ａがそれぞれ形成される。吸水性シート３５、３６は、前後方向から見て、少なくとも内側ヒートシンク３２のベース３２Ａの後面と同一か、またはそれよりも大きなサイズを有するとよい。

【0062】

吸水性シート３５、３６は、特に限定されないが、例えば合成繊維によって形成される。吸水性シート３５、３６としては、例えば、極細の合成繊維（例えば、８μｍ以下の直径を有する繊維）から構成されたマイクロファイバーを用いることができる。吸水性シート３５、３６の枚数は、適宜変更可能である。

【0063】

外側ヒートシンク３３は、ペルチェ素子３１の外側に取り付けられる。外側ヒートシンク３３は、ベース３３Ａと、ベース３３Ａの前面から前方（すなわち、栽培容器３の外側）に向けて突設された複数のフィン３３Ｂとを有する。複数のフィン３３Ｂは、互いに所定の間隔を置いて配置されている。

【0064】

外部ファン３４は、外側ヒートシンク３３の後部（すなわち、フィン３３Ｂの先端部）に取り付けられ、フィン３３Ｂに向けて外気（すなわち、栽培容器３の外部のガス）を送風する。この送風により、外側ヒートシンク３３の温度が過度に上昇することが回避される。

【0065】

水回収装置２５には、吸水性シート３５、３６に吸収された水を、後に詳述する貯水タンク５１に回収するための水回収チューブ４１が付設される。図３に示すように、水回収チューブ４１の先端部４１Ａは、互いに隣接する（ここでは、前後方向に重なる）一対の吸水性シート３５、３６の間に挟み込まれるように配置される。これにより、吸水性シート３５、３６に吸収された水を水回収チューブによって安定的に回収することができる。

【0066】

図５に示すように、水回収チューブ４１の先端部には、吸水性のキャップ部材４２が取り付けられる。キャップ部材４２は、有底の円筒状をなし、毛細管現象を有する素材（プラスチック繊維、スポンジ、ロックウール、軽石、セラミック、マイクロファイバー、及びその他無機素材等）によって形成されることが好ましい。これにより、水を吸収しつつ、カビの発生を抑制し植物の生育に好適な環境を維持することができる。ただし、本実施形態では、キャップ部材４２は、吸水性シート３５、３６と同一の部材（ここでは、マイクロファイバー）によって形成されている。キャップ部材４２の形状は、少なくとも水回収チューブ４１の先端（すなわち、上流端）の開口を覆うことが可能な限り、種々の変更が可能である。水回収チューブ４１は、キャップ部材４２が取り付けられた状態で、吸水性シート３５、３６の間に配置される。なお、キャップ部材４２は、少なくとも吸水性シート３５、３６に当接した状態であればよい。これにより、吸水性シート３５、３６に吸収された水を水回収チューブ４１の先端から安定的に吸い出することができる。なお、水回収装置２５が、１枚の吸水性シートのみを含む場合には、当該吸水性シートの一部（例えば、縁部）を水回収チューブ４１の先端部４１Ａ（ここでは、キャップ部材４２）の周囲に巻き付けた構成とすることができる。

【0067】

栽培装置１は、栽培容器３（ここでは、右壁８の外面側）に取り付けられた装置収容ケース４５（図１参照）を有する。装置収容ケース４５は、植物２の栽培に必要な機器（電子機器を含む）や器具などを収容可能である。

【0068】

装置収容ケース４５には、固形培地１１に供給される水を貯留する貯水タンク５１が収容される。貯水タンク５１には、水回収チューブ４１の後端（すなわち、下流端）が接続されている。これにより、吸水性シート３５、３６から水回収チューブ４１によって吸い上げられた水が、貯水タンク５１に回収される。

【0069】

装置収容ケース４５において、水回収チューブ４１の中間部には、水回収ポンプ５３が設置されている。水回収ポンプ５３は、水回収チューブ４１内の水を貯水タンク５１に向けて移送する。また、水回収チューブ４１における水回収ポンプ５３の下流側には、気液分離器５４が設置されている。気液分離器５４は、水回収チューブ４１内のガスと水とを気液分離し、分離した水のみを貯水タンク５１に送る。

【0070】

気液分離器５４は、図６に示すように、筐体６１と、筐体６１内に設置された親水フィルタ６２および疎水フィルタ６３とを有する。図７中に矢印で示すように、水回収チューブ４１の上流部４１Ｂを流れる流体（水およびガスを含む）は、筐体６１の入口部６１Ａから筐体６１内の親水フィルタ６２および疎水フィルタ６３の間に導入される。筐体６１内に導入された流体に含まれる水は、親水フィルタ６２を通過して、筐体６１の出口部６１Ｂから水回収チューブ４１の下流部４１Ｃに排出される。一方、流体に含まれるガスは、疎水フィルタ６３を通過して、筐体６１のガス排出部６６から外部に排出（すなわち、排気）される。

【0071】

また、貯水タンク５１には、貯留された水を固形培地１１に供給するための水供給チューブ６７（図１参照）の上流端が接続されている。水供給チューブ６７の下流部は、右壁８を貫通してその先端（すなわち、下流端）が固形培地１１に接続されている。水供給チューブ６７の中間部には、水供給ポンプ６８が設置されている。水供給ポンプ６８は、貯水タンク５１内の水を固形培地１１に向けて移送する。水供給ポンプ６８の動作は、含水率センサ１７の測定結果（すなわち、検出値）に基づき制御される。

【0072】

装置収容ケース４５には、固形培地１１に供給される養液を貯留する養液タンク７１が収容される。養液タンク７１には、養液供給チューブ７２の上流端が接続されている。養液供給チューブ７２の下流部は、右壁８を貫通してその先端（すなわち、下流端）が固形培地１１に接続されている。養液供給チューブ７２の中間部には、養液供給ポンプ７３が設置されている。養液供給ポンプ７３は、養液タンク７１内の養液を固形培地１１に向けて移送する。養液供給ポンプ７３の動作は、ＥＣセンサ１６の測定結果（すなわち、検出値）に基づき制御される。

【0073】

固形培地１１に供給される養液としては、水耕栽培等に用いられる公知の養液を用いることができる。

【0074】

装置収容ケース４５には、栽培容器３に二酸化炭素を供給するためのＣＯ_２ボンベ８１が収容される。ＣＯ_２ボンベ８１には、ＣＯ_２供給チューブ８２の上流端が接続されている。ＣＯ_２供給チューブ８２の下流部は、右壁８を貫通してその先端（すなわち、下流端）が栽培容器３内に位置する。ＣＯ_２供給チューブ８２には、ＣＯ_２の流量を調整するためのバルブ８３が設置されている。バルブ８３の動作は、ＣＯ_２センサ１８の測定結果（すなわち、検出値）に基づき制御される。

【0075】

装置収容ケース４５には、植物２の栽培を制御するための制御装置８５（水供給ポンプ制御装置、養液供給ポンプ制御装置の一例）が収容される。制御装置８５は、ＥＣセンサ１６、含水率センサ１７、及びＣＯ_２センサ１８による測定結果を取得することにより、水回収ポンプ５３、水供給ポンプ６８、養液供給ポンプ７３、及びバルブ８３などの動作を制御することができる。また、内部ファン２６、外部ファン３４、及びペルチェ素子３１の動作が、制御装置８５によって制御されてもよい。また、栽培装置１では、それら複数の制御対象に対して個別に制御装置が設けられてもよい。

【0076】

上記栽培装置１では、植物２による蒸散や、固形培地１１及びメッシュシート１２からの蒸発などによってガス中に拡散した水分によって、栽培容器３内の湿度が徐々に上昇する。そこで、水回収装置２５では、ペルチェ素子３１によって内側ヒートシンク３２を冷却することにより、ガスに含まれる水分を内側ヒートシンク３２の表面に凝縮させ、さらにその凝縮した水を吸水性シート３５、３６に吸収させる。吸水性シート３５、３６に吸収された水は、水回収チューブ４１によって吸い出され、気液分離器５４において水に混入したガスが取り除かれた後、貯水タンク５１に移送される。貯水タンク５１に回収された水は、再び固形培地１１に供給される。

【0077】

このような構成により、栽培装置１では、ガス中に拡散した水分を有効にリサイクルすることができ、貯水タンク５１への水の補給量を軽減することが可能である。

【0078】

また、栽培装置１において、所定の栽培期間が経過した植物２は収穫される。植物２の収穫では、例えば図７（Ａ）に示すように、植物２の葉や茎などの可食部が根２Ａと分離された後、図７（Ｂ）に示すように、根２Ａがそれぞれメッシュシート１２から分離されて廃棄される。これにより、栽培装置１では、固形培地１１を次の植物の栽培に再利用することが可能である。

【0079】

（第２実施形態）
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る栽培装置１について説明する。図８では、第１実施形態に係る栽培装置１と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、第２実施形態に関し、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様とする。

【0080】

第２実施形態に係る栽培容器３では、植物２として、従来の水耕栽培には適さない根菜（例えば、ジャガイモ、里芋、山芋、蓮根、人参、大根、及びごぼうなど）を栽培することが可能である。

【0081】

図８に示すように、第２実施形態に係る栽培装置１には、固形培地１１の上面に重なるように第１のメッシュシート１１２Ａが設置されている。さらに、栽培装置１には、第１のメッシュシート１１２Ａの上面に重なるように第２のメッシュシート１１２Ｂが設置されている。第１のメッシュシート１１２Ａおよび第２のメッシュシート１１２Ｂは、上述のメッシュシート１２と同様の構成を有する。

【0082】

また、第２実施形態に係る栽培装置１では、第２のメッシュシート１１２Ｂと反射シート２２との間のスペースに合成樹脂製のスポンジ１２３が設置されてもよい。スポンジ１２３において、植え付け部に対応する位置には、植物２の成長（すなわち、上方への伸長）を許容するための貫通孔１２３Ａが形成されている。貫通孔１２３Ａは、平面視において反射シート２２の貫通孔２２Ａと重なる位置に配置される。

【0083】

上記構成を有する栽培装置１では、植物２としての根菜の地下茎１０２Ａ等は、第１のメッシュシート１１２Ａおよび第２のメッシュシート１１２Ｂの間で成長し、その成長に応じて第１のメッシュシート１１２Ａと第２のメッシュシート１１２Ｂとの間隙が拡がる。このとき、地下茎１０２Ａを含む根２Ａは、養液や水を含む第１のメッシュシート１１２Ａおよび第２のメッシュシート１１２Ｂで囲まれるため、植物２に対して養液や水が適切に供給される。なお、第２のメッシュシート１１２Ｂと反射シート２２との間のスペースにスポンジ１２３を設置することにより、第１のメッシュシート１１２Ａおよび第２のメッシュシート１１２Ｂを植物２の根２Ａに密着させた状態を容易に維持することができるという利点がある。

【0084】

このような栽培装置１及びそれを用いた栽培方法によれば、植物の根に対して養液、水、及び酸素を適切に供給しつつ、培地への根の侵入を防止することができる。また、栽培装置１及びそれを用いた栽培方法は、屋内における植物の栽培や、都市部での農業のような比較的限られたスペースにおける植物の栽培に用いることができる。特に、栽培装置１及びそれを用いた栽培方法は、宇宙空間のような微小重力環境において植物を栽培するのに適する。

【実施例0085】

（実施例）
実施例として、上述の第１実施形態に係る栽培装置１（図１参照）と概ね同様の構成を有する栽培装置を用いて植物（ここでは、４株のフリルレタス）を育成し、その成長の度合を評価した。

【0086】

実施例の栽培装置では、縦３５８ｍｍ、横４００ｍｍ、及び高さ１００ｍｍのサイズの外形を有する栽培容器を使用した。栽培容器の下部には、固形培地として厚さ２０ｍｍのロックウール（以下、「ロックウール培地」という。）を敷き詰めた。また、ロックウール培地の上にメッシュシートを載置し、更に、その上方に厚さ１０ｍｍの空気層ができるように反射シートを設置した。反射シートにおいて、各フリルレタスの植え付け部に対応する位置には、それぞれ直径２０ｍｍの貫通孔を形成した。各貫通孔の中には、種植え用の種苗保持具として、各辺の長さが１５ｍｍのロックウール（以下、「キューブ状ロックウール」という。）をそれぞれ設置した。各キューブ状ロックウール内には、それぞれフリルレタスの種子を入れた。メッシュシートの上面には含水率センサを設置し、これによりメッシュシートの水分を測定しつつ、水分が不足する場合は水供給ポンプが作動して、貯水タンクから水が自動で供給されるようにした。また、ロックウール内にＥＣセンサを設置し、ロックウール培地内上の肥料濃度を測定しつつ、肥料が不足する場合は、養液タンクから手動で養液を供給した。

【0087】

養液としては、大塚Ａ処方２倍希釈液（ＯＡＴアグリオ株式会社製、ＯＡＴハウス１号のＡ処方の２倍希釈液）を用いた。

【0088】

実施例の栽培容器内の環境条件は、以下の通りである。
・温度：２３～２４℃
・湿度：６０±２０％
・ＣＯ_２濃度：４００～５００ｐｐｍ
・光強度（光合成光量子束密度）：２００μｍｏｌ・ｍ^２／ｓ
・風速：約０．５ｍ／ｓ
・栽培期間：４５日間

【0089】

（比較例１）ロックウール栽培
比較例１として、上記実施例と同様の栽培装置において、メッシュシートを用いずに固形培地のみを設置して植物を育成し、その成長の度合を評価した。ロックウール培地の底面から養液が染み出す程度まで養液を充填した。ロックウール培地の体積水分率は５０～６０％程度であった。比較例１における栽培容器内の環境条件は、上述の実施例の場合と同様である。

【0090】

（比較例２）エアレーション栽培
比較例２として、上記実施例と同様の栽培装置において、メッシュシート、反射シート、及び固形培地を用いずに、エアレーション栽培（水耕栽培）により植物を育成し、その成長の度合を評価した。比較例２では、栽培容器の上壁において、各フリルレタスの植え付け部に対応する位置にそれぞれ直径２０ｍｍの貫通孔を形成した。各貫通孔の中には、種植え用の種苗保持具として、各辺の長さが１５ｍｍのキューブ状のポリウレタンスポンジをそれぞれ設置した。各ポリウレタンスポンジ内には、それぞれフリルレタスの種子を入れた。各ポリウレタンスポンジは、その少なくとも下部が養液の液面に接するか、または液中に浸るように配置した。エアーポンプを用いてエアレーションを実施し、溶液中の溶存酸素量を適切に調整した。比較例２における栽培容器内の環境条件は、上述の実施例の場合と同様である。

【0091】

なお、比較例１のロックウール栽培、比較例２のエアレーション栽培については、従来、地上におけるフリルレタス等の栽培に用いられている栽培方法である。一方、比較例１、２の栽培方法は、所定の重力が作用する地上での植物の栽培を前提としているため、宇宙空間などの微小重力下で採用することは難しい。

【0092】

上述の実施例、比較例１、及び比較例２について、フリルレタスの栽培結果を表１に示す。

【0093】

【表1】

【0094】

フリルレタスの栽培結果によれば、実施例、比較例１、及び比較例２のいずれの栽培方法でも問題なくフリルレタスの成長を確認ができた。各株（Ｎｏ．１～４）の収穫直後の重量（ＦＷｇ）には、ばらつきはあるものの、それらの合計重量にはほとんど差は見られなかった。結果として、実施例による栽培装置および栽培方法は、従来、地上におけるフリルレタス等の栽培に用いられている栽培方法と同様にフリルレタスの栽培に適していることを確認できた。

【0095】

以上で具体的な実施例を含めた実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態や変形例に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。上述の実施形態（各実施例を含む）に示した栽培装置および栽培方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも当業者であれば本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

【符号の説明】

【0096】

１ ：栽培装置
２ ：植物
２Ａ ：根
３ ：栽培容器
１１ ：固形培地
１２ ：メッシュシート
１５ ：種苗保持具
１６ ：ＥＣセンサ
１７ ：含水率センサ
１８ ：ＣＯ_２センサ
２１ ：照明装置
２２ ：反射シート
２５ ：水回収装置
２６ ：内部ファン
３１ ：ペルチェ素子
３２ ：内側ヒートシンク
３２Ａ ：ベース
３２Ｂ ：フィン
３３ ：外側ヒートシンク
３３Ａ ：ベース
３３Ｂ ：フィン
３４ ：外部ファン
３５ ：吸水性シート
３６ ：吸水性シート
４１ ：水回収チューブ
４１Ａ ：水回収チューブの先端部
４２ ：キャップ部材
４５ ：装置収容ケース
５１ ：貯水タンク
５３ ：水回収ポンプ
５４ ：気液分離器
６２ ：親水フィルタ
６３ ：疎水フィルタ
６６ ：ガス排出部
６７ ：水供給チューブ
６８ ：水供給ポンプ
７１ ：養液タンク
７２ ：養液供給チューブ
７３ ：養液供給ポンプ
８１ ：ＣＯ_２ボンベ
８２ ：ＣＯ_２供給チューブ
８５ ：制御装置
１０２Ａ：地下茎
１１２Ａ：第１のメッシュシート
１１２Ｂ：第２のメッシュシート
１２３ ：スポンジ
１２３Ａ：貫通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】