特許 7502919 植物培養装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-11

(45)【発行日】2024-06-19

(54)【発明の名称】植物培養装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/02 20060101AFI20240612BHJP

【ＦＩ】

A01G7/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020123863

(22)【出願日】2020-07-20

(65)【公開番号】P2021153568

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】P 2020054481

(32)【優先日】2020-03-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】514231295

【氏名又は名称】株式会社テヌート

(73)【特許権者】

【識別番号】513144453

【氏名又は名称】藤原 慶太

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100200942

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 高史

(72)【発明者】

【氏名】藤原 慶太

【審査官】大澤 元成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０４３７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４３０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１３２５５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－０３４８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１１０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７４８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１３３０５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１４８４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－７９６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０５６２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ ７／０２

Ａ０１Ｇ ３３／００ー３３／０２

Ｃ１２Ｎ １／００－ ７／０８

Ｃ１２Ｍ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭酸ガスの供給源である炭酸ガス供給部と、炭酸ガスの供給を制御する供給制御部と、藻類を収容して培養する培養タンクと、炭酸ガスを藻類に施用する気体施用部とを備えた藻類培養装置であって、
前記培養タンク内において培養液が満たされていない気体充満部分に放出された炭酸ガスを回収し、回収した炭酸ガスを再度施用可能とする再利用部と、
前記気体充満部分の炭酸ガスの濃度を検出する施用気体漏洩監視センサとを備え、
前記気体施用部は、前記炭酸ガス供給部または前記再利用部から供給された炭酸ガスを、前記培養タンクの培養液中に配設された管状パイプから排出可能に構成され、
前記施用気体漏洩監視センサの検出値が所定値以上となると、前記再利用部により前記気体充満部分に放出された炭酸ガスを回収し、これを再び前記気体施用部に循環させて前記培養タンク内の培養液中に施用することを特徴とする藻類培養装置。

【請求項2】

前記培養タンク内の培養液の液面下方に設けられ、培養液の水素イオン濃度を検出するｐＨセンサを備え、
前記供給制御部は、前記ｐＨセンサの検出値が目標値以上となると、培養液中に炭酸ガスを施用するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の藻類培養装置。

【請求項3】

前記再利用部は、前記培養タンク内から回収した炭酸ガスと空気の混合気体を、回収気体として貯蔵する回収気体貯蔵部を備え、
前記藻類培養装置は、前記回収気体貯蔵部に貯蔵された回収気体が空でないか検出する圧力センサと、
前記回収気体貯蔵部に貯蔵された回収気体における炭酸ガスの濃度を検出する回収気体濃度検出センサを備え、
前記供給制御部は、前記圧力センサ及び前記回収気体濃度検出センサの検出値を取得し、前記回収気体貯蔵部に貯蔵された回収気体が空でなく、かつ、回収気体の炭酸ガスの濃度が基準値以上であるとき、前記気体施用部へ炭酸ガスを供給する供給元を、前記炭酸ガス供給部から前記再利用部に切換え、前記再利用部の回収気体を培養液中に施用することを特徴とする請求項２に記載の藻類培養装置。

【請求項4】

前記施用気体漏洩監視センサは、湿気を除去する湿気除去手段を介して前記気体充満部分と連通する測定部屋に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の藻類培養装置。

【請求項5】

前記湿気除去手段が、内部に所定の広さを有する冷却用の密閉空間を有し、回収した炭酸ガスを冷却する冷却部屋であり、
前記冷却部屋は、前記培養タンクに隣接するよう配設され、前記培養タンク内の培養液の冷気の伝達を受けるよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の藻類培養装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物を培養する植物培養装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１の図８に従来技術として開示された植物培養装置は、植物として藻類を培養するものであり、藻類と共に培養液を収容した培養タンク内に、培養液中に沈めるようにしてポーラスパイプを配設し、このポーラスパイプから施用気体として炭酸ガスを培養液中に送り込んで藻類に施用する。そして、施用気体が藻類に吸収されずに培養液の液面上に漏れ出すと、培養タンク内部の上方に配設された施用気体漏洩監視センサによって、施用気体の濃度の上昇を検知して、施用気体の供給を停止するよう構成されている。これにより、施用気体を有効に使用しながら藻類を培養することが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－４３７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の植物培養装置は、藻類に吸収されずに培養液の液面上に漏れ出した施用気体を有効活用することなく大気中に放出することで、施用気体の無駄が生じていた。そのため、施用気体の施用効率について改善の余地が存在していた。

【0005】

そこで、本発明は、施用気体の施用効率を従来よりも向上するようにした植物培養装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
施用気体の供給源である施用気体供給部と、施用気体の供給を制御する供給制御部と、植物を収容して培養する培養タンクと、施用気体を植物に施用する気体施用部とを備えた植物培養装置であって、
前記培養タンク内において培養液が満たされていない気体充満部分に放出された施用気体を回収し、回収した施用気体を再度施用可能とする再利用部と、
前記気体充満部分の施用気体の濃度を検出する施用気体漏洩監視センサとを備え、
前記気体施用部は、前記施用気体供給部から施用気体の供給を受け、前記培養タンクの培養液中に配設された管状パイプから施用気体を排出可能に構成され、
前記施用気体漏洩監視センサの検出値が所定値以上となると、前記再利用部により前記気体充満部分に放出された施用気体を回収し、これを再び前記気体施用部に循環させて前記培養タンク内の培養液中に施用することを特徴とする。

【0007】

上記第１の発明によれば、気体充満部分に放出された施用気体を回収し、これを再び前記気体施用部に循環させて培養タンク内の培養液中に施用するよう構成されているため、施用気体の無駄を抑え、施用気体の施用効率を従来よりも向上することができる。

【0008】

第２の発明は、上記第１の発明において、前記培養タンク内の培養液の液面下方に設けられ、培養液の水素イオン濃度を検出するｐＨセンサを備え、
前記供給制御部は、前記ｐＨセンサの検出値が目標値以上となると、培養液中に施用気体を施用するよう制御することを特徴とする。

【0009】

上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、ｐＨセンサの検出値（ｐＨ値）が目標値よりも大きいときに、施用気体の施用を開始することで、培養液のｐＨ値を植物の生育や施肥に適した値（目標値）まで低下させ、植物の生育を促進できる。

【0010】

第３の発明は、上記第２の発明において、
前記再利用部は、回収した施用気体を貯蔵する回収気体貯蔵部を備え、
前記植物培養装置は、前記回収気体貯蔵部に貯蔵された回収気体が空でないか検出する圧力センサと、
前記回収気体貯蔵部に貯蔵された回収気体における施用気体の濃度を検出する回収気体濃度検出センサを備え、
前記前記供給制御部は、前記圧力センサ及び前記回収気体濃度検出センサの検出値を取得し、前記回収気体貯蔵部に貯蔵された回収気体が空でなく、かつ、回収気体の施用気体の濃度が基準値以上であるとき、施用気体に代えて、再利用部の回収気体を培養液中に施用することを特徴とする。

【0011】

上記第３の発明によれば、上記第２の発明の効果に加え、回収気体が再利用部に貯蔵されて利用可能な場合は、施用気体に代えて、回収気体を優先して施用することで、藻類に吸収されずに培養液の液面上に漏れ出した施用気体を優先的に再利用できるため、施用気体の施用効率をより良好に向上できるためである。

【0012】

第４の発明は、上記第１の発明において、前記施用気体漏洩監視センサは、湿気を除去する湿気除去手段を介して前記気体充満部分と連通する測定部屋に配設されたことを特徴とする。

【0013】

上記第４の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、施用気体漏洩監視センサを、湿度が低く、かつ、培養液の蒸気に晒されない箇所に配設することができるため、センサ素子の故障や劣化進行を防止でき、かつ、気体充満部分内の施用気体の濃度を良好に検出することができる。

【0014】

第５の発明は、上記第２の発明において前記湿気除去手段が、内部に所定の広さを有する冷却用の密閉空間を有し、回収した施用気体を冷却する冷却部屋であり、
前記冷却部屋は、前記培養タンクに隣接するよう配設され、前記培養タンク内の培養液の冷気の伝達を受けるよう構成されたことを特徴とする。

【0015】

上記第５の発明によれば、上記第４の発明の効果に加え、回収気体の湿気の除去を省エネルギーで行うことが可能である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、炭酸ガスの施用効率を従来よりも向上することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施形態に係る植物培養装置の概略構成図である。

【図2】図２は、供給制御部による施用気体の供給に係る制御の流れを示すフローチャートの一例である。

【図3】図３は、図２における施用気体供給制御のフローチャートの一例である。

【図4】図４は、別の実施形態に係る植物培養装置１の概略構成図である。

【図5】図５は、さらに別の実施形態に係る植物培養装置１の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態につき、詳細に説明を加える。なお、植物として藻類を培養する例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、藻類以外の培養も可能である。

【0019】

［第１実施形態］
図１は、本発明の好ましい実施形態に係る植物培養装置１の概略構成図である。
図１に示されるように、植物培養装置１は、施用気体の供給源である施用気体供給部Ａと、空気の供給源である空気供給部Ｂと、施用気体の供給を制御する供給制御部Ｃと、植物を収容して培養する培養タンクＴと、施用気体を植物に施用する気体施用部Ｄと、培養タンクＴ内に漏洩した炭酸ガスを回収して再利用する再利用部Ｒと、を備えている。ここで、「施用気体」とは、培養を目的として植物に施用される気体を指し、本実施形態においては、炭酸ガスのことをいう。しかしながら、「施用気体」は、炭酸ガスに限定されず、植物に吸収されて、生育を促進する効果を有する気体であればよい。

【0020】

次に、植物培養装置１の各構成について、詳細を以下に説明する。
施用気体供給部Ａは、気体施用部Ｄに施用気体を供給する機能を果たし、圧縮された施用気体（炭酸ガス）を貯蔵した炭酸ガスボンベａ１が、供給制御部Ｃに配管接続されて構成されている。

【0021】

空気供給部Ｂは、気体施用部Ｄに空気を供給する機能を果たし、圧縮された空気を貯蔵可能な空気ボンベｂ１と、取り入れた空気を圧縮して空気ボンベｂ１に貯蔵するコンプレッサｂ２とを備え、空気ボンベｂ１が、供給切換部Ｐに配管接続されて構成されている。

【0022】

供給切換部Ｐは、施用気体の流通状態を切換える機能を果たし、施用気体供給部Ａ及び空気供給部Ｂと気体施用部Ｄを接続する配管上に介装された電磁三方弁ｐ１により構成されている。ここで、流通状態とは、施用気体が流通している状態と、施用気体が流通していない状態とを含むものである。

【0023】

電磁三方弁ｐ１は、電気的に制御可能なアクチュエータやボールバルブ等の機構を備え、各ポートの連通・遮断を切換え可能な電磁弁である。この電磁三方弁ｐ１は、後述する供給制御部Ｃから出力される制御信号に基づいて、「第１ポートｐ１１及び第３ポートｐ１３流通状態」、「第２ポートｐ１２及び第３ポートｐ１３流通状態」、「遮断状態」のいずれかに切換えることが可能となっている。

【0024】

「第１ポートｐ１１及び第３ポートｐ１３流通状態」においては、第１ポートｐ１１に配管接続された炭酸ガスボンベａ１から、第３ポートｐ１３に配管接続された気体施用部Ｄに施用気体が供給され、「第２ポートｐ１２及び第３ポートｐ１３流通状態」においては、第２ポートｐ１２に接続された空気ボンベｂ１から、第３ポートｐ１３に配管接続された気体施用部Ｄに空気が供給され、「遮断状態」においては、気体施用部Ｄへの施用気体の供給が停止される。

【0025】

培養タンクＴは、培養する植物及び培養液を収容する機能を果たし、液体を貯留可能な気密性を有する容器で構成され、その内部に植物と共に培養液が収容される。この培養タンクＴ上部には、培養タンクＴの内外を連通する、施用気体導入口ｔ１及び施用気体回収口ｔ２が設けられている。また、培養タンクＴ内部には、培養液の液面の基準位置ｈより上方に、施用気体の濃度を検出可能なセンサである施用気体漏洩監視センサｓ１が配設され、基準位置ｈより下方（培養液中）に、培養液のｐＨを検出可能なセンサであるｐＨセンサｓ２が配設されている。

【0026】

気体施用部Ｄは、施用気体を培養液中に排出して植物に施用する機能を果たし、培養タンクＴ内に施用気体を導入する施用気体導入管ｄ１と、培養タンクＴ内の培養液中に配設され、施用気体導入管ｄ１に送られた施用気体を排出するポーラスパイプｄ２を有する。施用気体導入管ｄ１の一端（始端）は、電磁三方弁ｐ１の第３ポートｐ１３と接続され、中途部が施用気体導入口ｔ１に挿通され、他端（終端）は、ポーラスパイプｄ２と接続されている。なお、気体施用部Ｄは、空気供給部Ｂから空気の供給を受け、施用気体の同様の要領で、培養液中に空気を排出して供給することも可能となっている。

【0027】

ポーラスパイプｄ２は、全周に亘り多数の微細な孔が形成された管状体であり、管内に送気された施用気体（あるいは、空気）を全体から均一に排出可能となっている。このポーラスパイプｄ２は、培養タンクＴ内に配設され、錘等の固定手段により、培養タンクＴ内に貯留された培養液の液面の基準位置ｈより下方に固定される。これにより、ポーラスパイプｄ２は、培養タンクＴ内の培養液に沈み込んだ状態で、施用気体を培養液中に排出して、植物に施用することが可能となっている。

【0028】

再利用部Ｒは、培養タンクＴ内の培養液が満たされていない気体充満部分ｔ３に放出された施用気体を回収し、回収した施用気体を再度施用可能とする機能を果たす。再利用部Ｒは、施用気体を回収する回収部ｒ１と、回収した施用気体（以下、回収気体という。）を気体施用部Ｄに供給可能に貯蔵する回収気体貯蔵部ｒ２と、気体施用部Ｄに供給する回収気体の流通状態の切換えを行う第２供給切換部Ｑとを備えている。

【0029】

回収部ｒ１は、施用気体回収管ｒ１１と、ブロワｒ１２とを備える。施用気体回収管ｒ１１は、一端（始端）が、培養タンクＴ内の気体充満部分ｔ３に臨むように配設され、他端（終端）が、回収気体貯蔵部ｒ２に配管接続され、中途部に、ブロワｒ１２が設けられている。これにより、ブロワｒ１２が駆動すると、気体充満部分ｔ３に存在する気体が、回収気体貯蔵タンクｒ２１へと送り込まれる（すなわち、回収する）仕組みとなっている。なお、ブロワｒ１２の駆動は、後述する供給制御部Ｃから出力される制御信号に基づいて制御される。

【0030】

回収気体貯蔵部ｒ２は、回収気体を貯蔵する回収気体貯蔵タンクｒ２１と、取り入れた回収気体を圧縮して回収気体貯蔵タンクに貯蔵するコンプレッサｒ２２とを備え、ブロワｒ１２の駆動により気体充満部分ｔ３から施用気体回収管ｒ１１を介して送り込まれた気体（すなわち、回収気体）は、圧縮されて回収気体貯蔵タンクｒ２１に貯蔵される。

【0031】

また、回収気体貯蔵タンクｒ２１は、第２供給切換部Ｑと配管接続されており、回収気体貯蔵タンクｒ２１と第２供給切換部Ｑとの間には、回収気体を一時的に貯留するために一定の容量を有するバッファタンクｒ２３が介設され、急激な圧力変化に対応可能となっている。

【0032】

なお、本実施の形態において、回収気体は、主に、施用気体である炭酸ガスと空気の混合気体で構成される。ここで、回収気体貯蔵タンクｒ２１内の回収気体における施用気体（炭酸ガス）の濃度は、回収気体濃度検出センサｓ３により検出可能となっている。これにより、後述する供給制御部Ｃは、この回収気体濃度検出センサｓ３の検出値（以下、回収気体ＣＯ_２値という。）を取得して、回収気体貯蔵タンクｒ２１から第２供給切換部Ｑに送り込まれる回収気体の施用気体（炭酸ガス）の濃度を判断可能となっている。

【0033】

さらに、回収気体貯蔵タンクｒ２１内の圧力は、圧力センサｓ４により検出可能となっている。これにより、後述する供給制御部Ｃは、圧力センサｓ４の検出値を取得して、回収気体貯蔵タンクｒ２１内に貯蔵された回収気体が空であるか否かを判断可能となっている。

【0034】

なお、この回収気体濃度検出センサｓ３及び圧力センサｓ４は、回収気体貯蔵タンクｒ２１に設けられていてもよく、また、回収気体貯蔵タンクｒ２１と第２供給切換部Ｑとを接続する流路に設けられていてもよいが、本実施の形態においては、回収気体貯蔵タンクｒ２１に設けられている。

【0035】

第２供給切換部Ｑは、気体施用部Ｄに供給する回収気体の流通状態を切換える機能を果たし、回収気体貯蔵部ｒ２と気体施用部Ｄを接続する配管上に介装された電磁開閉弁ｑ１により構成されている。

【0036】

電磁開閉弁ｑ１は、後述する供給制御部Ｃから出力される制御信号に基づいて、開閉弁を作動させ、連通・遮断を切換え可能な電磁弁である。電磁開閉弁ｑ１の流入側には、回収気体貯蔵タンクｒ２１が接続され、流出側には、逆止弁（図示せず）を介し、気体施用部Ｄの施用気体導入管ｄ１が接続されている。

【0037】

供給制御部Ｃは、施用気体及び回収気体の供給を制御する機能を果たし、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成された制御装置である。供給制御部Ｃは、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、供給制御部Ｃと電気的に接続された、電磁三方弁ｐ１、ブロワｒ１２、電磁開閉弁ｑ１に制御信号を出力して各装置の動作を制御する。また、供給制御部Ｃは、施用気体遅漏センサｓ１、ｐＨセンサｓ２、回収気体濃度検出センサｓ３、圧力センサｓ４と有線あるいは無線により接続されて各センサの検出値を取得可能に構成されている。

【0038】

次に、供給制御部Ｃによる施用気体の供給に係る制御について説明する。
供給制御部Ｃは、施用気体の施用を開始する制御（第１の制御）、施用気体の施用を停止する制御（第２の制御）、施用気体を回収する制御（第３の制御）、回収気体の施用を開始する制御（第４の制御）、回収気体の施用を停止する制御（第５の制御）、空気の施用を開始する制御（第６の制御）を順不同で実行可能に構成されている。

【0039】

まず、「第１の制御」について説明する。「第１の制御」は、植物が光合成を行っているとき、または、培養液のｐＨ値が目標値よりも大きいとき、培養液中に施用気体を施用する制御である。なお、目標値とは、植物の生育や施肥に適した培養液のｐＨ値をいい、ユーザが植物の種類に応じて任意の値を設定することができる。

【0040】

「第１の制御」において、供給制御部Ｃは、所定の条件（以下、施用気体施用開始条件という。）を充足すると、施用気体の施用を開始するよう制御する。具体的には、供給切換部Ｐを「第１ポートｐ１１及び第３ポートｐ１３流通状態」に制御して、気体施用部Ｄから培養液中に施用気体の施用を開始する。なお、このとき、供給制御部Ｃは、単位時間あたりに一定量（植物が光合成時に培養タンクＴ内の培養液にすべて溶ける量）の施用気体が施用されるよう制御する。

【0041】

施用気体施用開始条件は、例えば、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）が目標値よりも大きいこと、または、日昇時間となったこと、を条件として設定することができる。ここで、供給制御部Ｃは、所定の時間間隔で、ｐＨセンサｓ２の検出値を取得することでｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）が目標値よりも大きいか判断するよう構成できる。また、供給制御部Ｃは、図示しないタイマー等の計時手段により時間の情報を取得することで、日昇時間となったことを判断するよう構成できる。なお、後述する日没時間となったことを判断する場合も同様である。

【0042】

このように、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）が目標値よりも大きいときに、施用気体の施用を開始することで、培養液のｐＨ値を植物の生育や施肥に適した値（目標値）まで低下させ、植物の生育を促進できる。また、日昇時間となったときに、施用気体の施用を開始することで、植物が光合成を開始するタイミングで、施用気体の施用を開始し、植物の光合成を促進できる。

【0043】

次に、「第２の制御」について説明する。「第２の制御」は、植物の光合成が行われなくなったときに施用気体の施用を停止する制御である。

【0044】

「第２の制御」において、供給制御部Ｃは、「第１の制御」実行後、所定の条件（以下、施用気体施用停止条件という。）を充足すると、施用気体の施用を停止するよう制御する。具体的には、供給切換部Ｐを「遮断状態」に制御して、気体施用部Ｄに対し施用気体の供給を停止するよう制御する。

【0045】

施用気体施用停止条件は、例えば、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）が目標値以下である、または、日没時間となったこと、あるいは、施用気体漏洩監視センサが施用気体の濃度の上昇を検知したこと（例えば、４００ｐｐｍ以上）を条件として設定することができる。ここで、供給制御部Ｃは、所定の時間間隔で、ｐＨセンサｓ２の検出値を取得してｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）が目標値以下であるか判断するよう構成できる。

【0046】

なお、施用気体漏洩監視センサｓ１が施用気体の濃度の上昇を検知したこと、とは、施用気体漏洩監視センサｓ１の検出値（以下、漏洩ＣＯ_２値という。）が所定値（例えば、４００ｐｐｍ）以上に上昇したことをいい、供給制御部Ｃは、所定の時間間隔で、漏洩ＣＯ_２値を取得し、施用気体漏洩監視センサｓ１が施用気体の濃度の上昇を検知したことを判断できる。

【0047】

このように、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）が目標値以下であるときに、施用気体の施用を停止することで、培養液のｐＨ値を植物の施肥及び生育に適した値に維持することができる。また、日没時間となったとき、あるいは、施用気体漏洩監視センサｓ１が施用気体の濃度の上昇を検知したときに、施用気体の施用を停止することで、植物の光合成が行われていないときに、施用気体の施用を停止して、施用気体の無駄を抑えることができる。

【0048】

次に、「第３の制御」について説明する。「第３の制御」は、植物に吸収されずに気体充満部分ｔ３に漏れ出した施用気体を回収する制御である。この「第３の制御」において、供給制御部Ｃは、所定の条件（以下、施用気体回収条件という。）を充足すると、施用気体を回収するよう制御する。具体的には、ブロワｒ１２を駆動して、気体充満部分ｔ３の気体を回収気体貯蔵タンクｒ２１へと送風することで回収し、これをコンプレッサｒ２２で圧縮して回収気体として回収気体貯蔵タンクｒ２１に貯蔵するよう制御する。

【0049】

施用気体回収条件は、例えば、「第２の制御」が実行されたことを条件として設定することができる。このように、「第２の制御」実行後に施用気体を回収するよう制御することで、植物に吸収されず気体充満部分ｔ３に漏洩した施用気体を良好に回収することができる。

【0050】

次に、「第４の制御」について説明する。「第４の制御」は、「第３の制御」の制御によって回収した回収気体を施用する制御である。この「第４の制御」において、供給制御部Ｃは、所定の条件（以下、回収気体施用開始条件という。）を充足すると、回収気体の施用を開始するよう制御する。具体的には、第２供給切換部Ｑの電磁開閉弁ｑ１を連通するよう制御して、回収気体の施用を開始する。なお、このとき、気体供給部Ｃは、回収気体濃度検出センサｓ３から回収気体ＣＯ_２値を取得することにより、単位時間あたりに一定量（植物が光合成時に培養タンクＴ内の培養液にすべて溶ける量）の施用気体が施用されるよう制御する。

【0051】

回収気体施用条件は、例えば、施用気体施用開始条件を充足し、かつ、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空でなく、かつ、回収気体の施用気体の濃度が基準値（例えば、４００ｐｐｍ）以上であることを条件として設定することができる。

【0052】

ここで、供給制御部Ｃは、圧力センサｓ４の検出値を取得して回収気体貯蔵タンクｒ２１が空でないことを判断でき、回収気体濃度検出センサｓ３から回収気体ＣＯ_２値を取得して回収気体の施用気体の濃度が基準値以上であることを判断するよう構成できる。このように、回収気体の炭酸ガス濃度が基準値以上であることを条件として、回収気体を施用することで、回収気体の施用の実効性を確保することができる。すなわち、施用する回収気体の施用気体の濃度が低すぎると、回収気体を施用しても培養液のｐＨ値は上昇せず、また、植物の光合成を促進することが難しいためである。この「第４の制御」により、回収気体を植物に施用することで、植物に吸収されずに培養液の液面上に漏れ出した施用気体を有効活用し、施用気体の施用効率を向上できる。

【0053】

なお、供給制御部Ｃは、施用気体施用開始条件及び回収気体施用条件が同時に充足された場合、「第１の制御」よりも「第４の制御」を優先して実行するように構成されることが望ましい。これにより、植物が光合成を行っているときに、回収気体を優先して施用することで、藻類に吸収されずに培養液の液面上に漏れ出した施用気体を優先的に再利用することができ、その結果、施用気体の施用効率をより良好に向上できるためである。

【0054】

次に、「第５の制御」について説明する。「第５の制御」は、「第４の制御」を実行後、植物の光合成が行われなくなったときに回収気体の施用を停止する制御である。 「第５の制御」において、供給制御部Ｃは、「第４の制御」実行後、所定の条件（以下、回収気体施用停止条件という。）を充足すると、回収気体の施用を停止するよう制御する。具体的には、第２供給切換部Ｑの電磁開閉弁ｑ１を遮断するよう制御して、回収気体の施用を停止するよう制御する。これにより、植物の光合成が行われていないときに、回収気体の施用を停止して、回収気体の無駄を抑え、その結果、施用気体の無駄を抑えることができる。

【0055】

なお、回収気体施用停止条件は、例えば、施用気体施用停止条件と同様の条件を設定することが可能である。

【0056】

次に、「第６の制御」について説明する。「第６の制御」は、植物に空気を供給する制御である。この「第６の制御」において、供給制御部Ｃは、、所定の条件（以下、空気供給条件という。）を充足すると、空気の供給を開始するよう制御する。具体的には、供給切換部Ｐを「第２ポートｐ１２及び第３ポートｐ１３流通状態」に制御して、培養液中に空気を供給するよう制御する。

【0057】

空気供施用開始条件は、例えば、「第３の制御」が実行されたこと、または、「第５の制御」が実行されたこと、あるいは、日没時間となったこと、を条件として設定することができる。この「第５の制御」により、植物の光合成が行われていないとき、培養液中に空気を供給することで、植物の呼吸を促進し、その結果、植物の生育を促進できる。

【0058】

次に、図２及び図３を用いて、供給制御部Ｃによる施用気体の供給に係る制御の一例を説明する。図２は、供給制御部Ｃによる施用気体の供給に係る制御の流れを示すフローチャートの一例であり、図３は、図２における施用気体供給制御のフローチャートの一例である。なお、供給制御部Ｃには、ユーザによる所定の設定操作によって、植物の生育に適した培養液のｐＨ値（目標値）が予め記憶されているものとする。

【0059】

植物培養装置１に設けられたＯＮ／ＯＦＦスイッチ（図示せず）の操作により、スイッチＯＮされると、図２に示されるように、供給制御部Ｃは、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）を取得する（＃１０１ステップ）。次に、取得したｐＨ値が目標値よりも大きいか否かを判断する（＃１０２ステップ）。

【0060】

取得したＰＨ値が目標値よりも大きい場合、供給制御部Ｃは、施用気体の供給に係る施用気体供給制御を開始する（＃１０３ステップ）。

【0061】

施用気体供給制御が開始されると、図３に示されるように、供給制御部Ｃは、圧力センサｓ３の検出値を取得し（＃２０２ステップ）、これにより、、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空でないか判断する（＃２０３ステップ）。さらに、回収気体濃度検出センサｓ３から回収気体ＣＯ_２値を取得し、回収気体ＣＯ_２値が基準値（例えば、４００ｐｐｍ）以上であるか判断する（＃２０４ステップ）。

【0062】

次に、供給制御部Ｃは、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空でなく、かつ、回収気体ＣＯ_２値が基準値以上であるとき、再利用部Ｒにより回収気体を施用開始する（＃２０５ステップ）。具体的には、第２供給切換部Ｑの電磁開閉弁ｑ１を連通するよう制御して、回収気体の施用を開始する（「第４の制御」）。

【0063】

一方、供給制御部Ｃは、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空である、または、回収気体ＣＯ_２値が基準値以上でないとき、施用気体供給部Ａにより施用気体を施用開始する（＃２１１ステップ）。具体的には、供給切換部Ｐを「第１ポートｐ１１及び第３ポートｐ１３流通状態」に制御して、気体施用部Ｄから培養液中に施用気体の施用を開始する（「第１の制御」）。これにより、回収気体を優先して施用し、施用気体の施用効率をより良好に向上できる。

【0064】

再利用部Ｒにより回収気体を施用開始すると（＃２０５ステップ）、気体供給部Ｃは、施用気体漏洩監視センサｓ１の検出値（以下、漏洩ＣＯ_２値という。）を取得し（＃２０６ステップ）、漏洩ＣＯ_２値が、所定値（例えば、４００ｐｐｍ）であるか判断する（＃２０７ステップ）。漏洩ＣＯ_２値が所定値以下の場合、植物が光合成を行っている状態と考えられるため、回収気体の施用を継続しつつ、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空となっていないか判断するため、＃２０２ステップに戻る。

【0065】

漏洩ＣＯ_２値が所定値より大きい場合、植物が光合成を行っておらず、施用気体が培養液の外に漏れ出し、気体充満部分ｔ３に充満した状態と考えられる。そこで、次に、気体供給部Ｃは、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）を取得し（＃２０８ステップ）し、取得したＰＨ値が目標値以下であるとき（＃２０９ステップでＹｅｓ）、再利用部Ｒによる回収気体の施用を停止する（＃２１０ステップ）。具体的には、第２供給切換部Ｑの電磁開閉弁ｑ１を遮断するよう制御して、回収気体の施用を停止するよう制御する（「第５の制御」）。

【0066】

一方、施用気体供給部Ａにより施用気体を施用開始すると（＃２１１ステップ）、気体供給部Ｃは、施用気体漏洩監視センサｓ１から漏洩ＣＯ_２値を取得し（＃２１２ステップ）、漏洩ＣＯ_２値が、所定値（例えば、４００ｐｐｍ）であるか判断する（＃２１３ステップ）。漏洩ＣＯ_２値が所定値以下の場合、植物が光合成を行っている状態と考えられるため、施用気体の施用を継続しつつ、＃２１１ステップに戻る。

【0067】

漏洩ＣＯ_２値が所定値より大きい場合、植物が光合成を行っておらず、炭酸ガスが培養液の外に漏れ出し、気体充満部分ｔ３に充満した状態と考えられる。そこで、次に、気体供給部Ｃは、ｐＨセンサｓ２の検出値（ｐＨ値）を取得し（＃２１４ステップ）し、取得したＰＨ値が目標値以下であるとき（＃２１５ステップでＹｅｓ）、施用気体供給部Ａによる回収気体の施用を停止する（＃２１６ステップ）。具体的には、具体的には、供給切換部Ｐを「遮断状態」に制御して、気体施用部Ｄに対し施用気体の供給を停止するよう制御する（「第２の制御」）。

【0068】

再利用部Ｒによる回収気体の施用を停止した後（＃２１０ステップ）、または、施用気体供給部Ａによる回収気体の施用を停止した後（＃２１６ステップ）、図２に戻り、供給制御部Ｃは、再利用部Ｒにより、漏洩した施用気体を回収するよう制御する（＃１０４ステップ）。具体的には、ブロワｒ１２を駆動して、気体充満部分ｔ３の気体を回収気体貯蔵タンクｒ２１へと送風することで回収し、これをコンプレッサｒ２２で圧縮して回収気体として回収気体貯蔵タンクｒ２１に貯蔵するよう制御する（「第２の制御」）。

【0069】

次に、空気供給部Ｂから空気を施用するよう制御する（＃１０５ステップ）。具体的には、供給切換部Ｐを「第２ポートｐ１２及び第３ポートｐ１３流通状態」に制御して、培養液中に空気を施用するよう制御する（「第６の制御」）。なお、＃１０５ステップによって開始された空気の供給を停止する条件として、例えば、所定の時間が経過したこと、または、スイッチＯＦＦとなったこと、あるいは、再び施用気体供給制御が開始されたこと、等を条件として設定することができる。

【0070】

＃１０５ステップの後、供給制御部Ｃは、スイッチＯＦＦとなったか判断し、スイッチＯＦＦの場合、処理を終了し、スイッチＯＦＦでない場合、＃１０１ステップに戻る（＃１０６ステップ）。

【0071】

以上のように、本発明に係る植物培養装置１は、気体施用部Ｄが施用気体供給部Ａから施用気体の供給を受け、培養タンクＴの培養液中に配設されたポーラスパイプｄ２から施用気体を排出して施用可能に構成され、さらに、施用気体漏洩監視センサｓ１の検出値が所定値以上となると、再利用部Ｒにより前記気体充満部分ｔ３に放出された施用気体を回収し、これを再び前記気体施用部Ｄに循環させて培養タンクＴ内の培養液中に施用するよう構成されているため、施用気体の無駄を抑え、施用気体の施用効率を従来よりも向上することができる。

【0072】

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0073】

例えば、図２のフローチャートにおいて、＃１０５ステップを省略し、空気供給部Ｂによる空気の施用を省略してもよい。

【0074】

また、図３のフローチャートにおいて、供給制御部Ｃは、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空でなく、かつ、回収気体ＣＯ_２値が基準値以上であるとき、再利用部Ｒにより回収気体を施用開始する（＃２０５ステップ）よう構成し、回収気体貯蔵タンクｒ２１が空である、または、回収気体ＣＯ_２値が基準値以上でないとき、施用気体供給部Ａにより施用気体を施用開始する（＃２１１ステップ）よう構成したが、これに限らず、まず再利用部Ｒにより回収気体を施用開始するよう構成し、その後所定の時間に亘って、施用気体漏洩監視センサｓ１及びｐＨセンサｓ２の検出値が変動しなかった場合に、施用気体供給部Ａにより施用気体を施用開始するよう構成してもよい。これにより、回収気体濃度検出センサｓ３及び圧力センサｓ４を用いず、より簡易な構成で、施用気体供給部Ａにより施用気体を施用させる条件を設定することができる。

【0075】

また、図１の再利用部Ｒの構成において、電磁開閉弁ｑ１の流出側の配管を施用気体導入管ｄ１と接続して、回収気体を気体施用部Ｄのポーラスパイプｄ２から施用するよう構成したが、これに限られず、別途、回収気体を培養液中に排出するためのポーラスパイプを設け、この別途設けたポーラスパイプと電磁開閉弁ｑ１の流出側の配管を接続して、回収気体を施用するように構成してもよい。これにより、施用気体供給部Ａによる施用気体の施用と、再利用部Ｒによる回収気体の施用を同時に行うことができ、より迅速に培養液のｐＨ値を低下させることが可能となる。

【0076】

［第２実施形態］
図４は、別の実施形態に係る植物培養装置１の概略構成図である。
次に、第２実施形態について説明するが、上述の第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。上述の第１実施形態においては、施用気体漏洩監視センサｓ１は、培養タンクＴ内部において、培養液の液面の基準位置ｈより上方の位置に配設するよう構成されている。これにより、施用気体の漏洩を迅速に検出することができる。

【0077】

一方で、培養タンクＴ内部は、湿度が高く、さらに、施用気体として炭酸ガスが供給された培養液が蒸発すると、弱酸性の蒸気に施用気体漏洩監視センサｓ１が晒されることとなり、精密機械であるセンサ素子の故障や劣化進行の原因となることがある。したがって、保守の観点からは、施用気体漏洩監視センサｓ１は、湿度が低く、かつ、培養液の蒸気に晒されない箇所に配設されることが望ましい。

【0078】

そこで、第２実施形態における施用気体漏洩監視センサｓ１は、湿気を除去するウォータセパレータｒ１４を介して気体充満部分ｔ３と連通する測定部屋ｒ１５に配設されている。

【0079】

ウォータセパレータｒ１４は、取り込んだ気体中の水分を除去する機能を有する公知の装置であり、流入側の一端が培養タンクＴ内部の気体充満部分ｔ３と連通する施用気体回収管ｒ１１と接続され、流出側の他端が、中継用の施用気体回収管ｒ１１を介し、後述する測定部屋ｒ１５と連通されている。なお、ウォータセパレータｒ１４の構成としては、気体中の水分を除去できるものであれば特に限定されず、ドレントラップ、ミストセパレータ、ウォータセパレータ、加熱式ドライアー、及び活性炭式のエアードライアー等が挙げられる。

【0080】

測定部屋ｒ１５は、内部に所定の広さを有する測定用の密閉空間を有し、この密閉空間内に施用気体漏洩監視センサｓ１が配設されている。施用気体回収管ｒ１１を介して、測定部屋ｒ１５の流入側は、ウォータセパレータｒ１４と連通され、流出側は、ブロワｒ１２と連通されており、測定用の密閉空間内に気体充満部分ｔ３内の回収気体を導入可能となっている。なお、ブロワｒ１２は、測定部屋ｒ１５内に気体充満部分ｔ３内の回収気体を良好に導入するため、所定の時間間隔で、間欠的に駆動するよう構成されてもよい。

【0081】

このような構成により、気体充満部分ｔ３内の回収気体が、ウォータセパレータｒ１４に流入し、ウォータセパレータｒ１４によって水分が除去され、測定部屋ｒ１５内に流れ込むように構成されている。その結果、施用気体漏洩監視センサｓ１を、湿度が低く、かつ、培養液の蒸気に晒されない箇所に配設することができるため、センサ素子の故障や劣化進行を防止でき、かつ、気体充満部分ｔ３内の施用気体の濃度を良好に検出することができる。

【0082】

［第３実施形態］
図５は、別の実施形態に係る植物培養装置１の概略構成図である。
次に、第３実施形態について説明するが、上述の第１実施形態及び第２実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。上述の第２実施形態においては、水分除去手段として、ウォータセパレータｒ１４を用いたが、第３実施形態は、ウォータセパレータｒ１４の代わりに、回収気体を冷却して湿気を除去する冷却部屋ｒ１４´を設けたものである。

【0083】

この冷却部屋ｒ１４´は、内部に所定の広さを有する冷却用の密閉空間を有し、図５に示されるように、培養タンクＴに隣接して設けられており、中施用気体回収管ｒ１１を介して、流入側は、培養タンクＴ内部の気体充満部分ｔ３と連通し、流出側は、測定部屋ｒ１５と連通されている。

【0084】

このように構成された冷却部屋ｒ１４´は、培養タンクＴに隣接（外壁同士を接触）させて設けられたことにより、培養タンクＴ内の培養液の冷気の伝達を受け、その結果、施用気体回収管ｒ１１を介して、気体充満部分ｔ３内から導入された回収気体を冷却用の密閉空間で冷却し、冷却用の密閉空間内で結露を発生させて、回収気体の湿気の除去を省エネルギーで行うことが可能となっている。次に、湿気を除去した回収気体を測定部屋ｒ１５へと送り出すよう構成されている。なお、冷却用の密閉空間内に培養タンクＴやその他の機器等との間で熱交換を行う冷媒熱交換器が設けられてもよい。

【符号の説明】

【0085】

１ 植物培養装置
Ａ 施用気体供給部
ａ１ 炭酸ガスボンベ
Ｂ 空気供給部
ｂ１ 空気ボンベ
ｂ２ コンプレッサ
Ｃ 供給制御部
Ｄ 気体施用部
ｄ１ 施用気体導入管
ｄ２ ポーラスパイプ
Ｐ 供給切換部
ｐ１ 電磁三方弁
Ｔ 培養タンク
ｔ１ 施用気体導入口
ｔ２ 施用気体回収口
ｔ３ 気体充満部分
Ｑ 第２供給切換部
ｑ１ 電磁開閉弁
Ｒ 再利用部
ｒ１ 回収部
ｒ１１ 施用気体回収管
ｒ１２ ブロワ
ｒ１４ ウォータセパレータ
ｒ１４´ 冷却部屋
ｒ１５ 測定部屋
ｒ２ 回収気体貯蔵部
ｒ２１ 回収気体貯蔵タンク
ｒ２２ コンプレッサ
ｒ２３ バッファタンク
ｓ１ 施用気体漏洩監視センサ
ｓ２ ｐＨセンサ
ｓ３ 回収気体濃度検出センサ
ｓ４ 圧力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】