培養土均熱システム

【課題】培養土中に植えた農作物の成長を促進するために農作物の下側にヒーターを配置し、培養土を温める方法において、より培養土の温度を均一化することで農作物の生育にばらつきなく、不良品の少ない、高い品質の農作物の生産を図る。
【解決手段】農作物を植えた培養土の下側にヒータを配置して農作物の育成を促進する方法において、ヒータの近傍に熱伝導性のカーポングラファイトシートをほぼ水平に敷設し、前記ヒータの熱の横方向における均一化を実現する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作物の成長促進の方法において土中にヒーターを配置して農作物の根の近傍を暖め、農作物の生長を促進する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
農作物を短期間で成長させる技術や、季節をずらし農作物を栽培する技術は、農業の効率化と付加価値の増加をもたらす。特に収穫時期をずらし、市場への出荷時期をずらずことができれば、市場に対し通常より高い価格で販売が可能となる。これらを可能とする中心的な技術は品種改良や生育環境を人工的に変えることである。生育環境を変える方法の代表的なものはビニールハウス栽培で、ビニールハウス内の雰囲気温度のコントロールや土中にヒーターを設置し、土中の温度をコントロールすることで農作物の生育をコントロールする。
【０００３】
本発明が適用される土中にヒーターを配置し土中の温度をコントロールする方法は、土中に種を植え、これを生育し農作物の苗を短期間で得る方法には特に有効である。また冬期や寒冷地での農作物の栽培においては外気ばかりでなく土中も低温となり、農作物が枯死する等、農作物に多大な影響を及ぼすことから、外気（ビニールハウス内雰囲気）ばかりでなく土中の温度をコントロールすることは重要である。
【０００４】
例えば図１にビニールハウス内で農作物を育成する例を示す。ビニールシート１で覆われた中で土４を耕し畝状２とし、ビニールハウスの雰囲気温度をコントロールすると共に農作物５の下には培養土３を温めるシーズヒーター６が配置され、その下にはシーズヒーター６の熱が農作物５に対して集中し、下側に熱が拡散しないように、シーズヒーター６の下側には厚み２０〜３０ｍｍの板状の断熱材７がほぼ水平に埋設される。シーズヒータ６に通電することによって培養土３の温度を２０〜３０℃に制御し、培養土３に植えられた農作物５の育成を促進する。これにより例えば唐辛子の苗を種から育成する場合においてはビニールハウス内で雰囲気温度のみをコントロールした場合に比べ、苗の生長が３倍に促進される。しかし、土は一般に熱伝導率が低いため、シーズヒーター等の線状をなすヒータ６を間隔をおいて埋設した場合には、シーズヒータ６の周囲の部分の土中温度が他の部分より高くなるため、その結果、温度の分布のばらつきにより農作物の生長に差が生じ、農作物の品質が低下する。その結果、例えば苗の生産においては苗の丈が異なってくるため、その後の機械による自動植え作業ができない短いものや長いものが発生する不具合が生じる。
【０００５】
また、図１の方法に温度分布を改善するため、図２のような苗床容器を用いて生育を行う方法が提案されている。これは合成樹脂成形体から成る苗床容器８を用いてその中に種状態の農作物５を植え、この苗床容器８の下側に籾殻９を２０ｍｍ〜３０ｍｍの厚みで敷き、その下に間隔をおいて配置されたシーズヒータ６を配置する。ヒーターの熱は籾殻９の中の空気の対流により温度を均一化するのであるが、水平方向への空気の移動が足りず必ずしも十分な温度の均一化が得られない。そのため苗床容器を生育期間の間に何度も移動、場所の入れ替えを行う等、生育期間全体を通して同じ成長となるように対策を行う必要があった。
【０００６】
特開２００８−２５３１８６号公報（特許文献１）には、四季や日々の環境温度差に影響されることなく、所望する農作物の育成を均一に促進できるようにするための農作物栽坊装置及び栽培方法を提供するものであって、栽培場に設置された加熱手段と、加熱手段の上方に配置された栽培用ポットとを備え、カロ熱手段と栽培用ポットとの間に均熱用空間を設けてなり、該均熱用空間は、栽培用ポットを支持する支持部材と、該支持部材を囲む部材を支持部材と栽培用ポットとの間に設けて構成している。
このような祷成は、均熱用空間を栽培用ポットと支持部材との間に配置しなければならず、熱効率が悪化するとともに、とくに高さ方向の空間を要する欠点がある。また均熱用空間を形成するための構造体を予め用意しなければならず、これによって設備が大掛かりに成る欠点を有している。
【０００７】
特開２００９−８２号公報（特許文献２）には、野菜など農作物の育成に温室が使用されているが、そのために供給されるエネルギーは大きく、原油の高騰に伴い省エネルギー化が要望されるようになったことに鑑みて、温室内で生育する農作物の根が伸展している近傍、すなわち培地の要部を集中的に加温しようとするもので、その概要は、農場にスリットアンテナ付き導波管を埋股し、その一端にマイクロ波発信機を接続してその導波管内にマグネトロンを送信し、このマグネトロンは上記スリットアンテナから漏洩してその周りに予め被覆しておいた誘電素材および土壌に当たりこれらを加温することになる。この農作物の培地を加温するためにこの発明においては、導波管にプラスチックパイプを利用するなどによる経済性と、培地に例えば電気炉中に発生する酸化スラグを強制酸化などにより誘電率を大きくした破砕物（誘電素材）等を利用することにより熱効率の向上を図るようにしている。
このようなマイクロ波を用いる加熱は、マイクロ波発信機と導波管とを用意しなければならず、特殊な装置を必要とする欠点がある。またこのような装置が高価であることから、コストが増大する欠点がある。
【０００８】
特開２００９−７２２０２号公報（特許文献３）には、農圃などの土壌を加温することによる農作物の栽培・育成を効率よく行え、また夏期には太陽熱と併用して土壌の熱消毒を行える、蓄熱性に富み、放熱面積が大きく、傾斜地でも十分適用できる温熱管を採用した農園土壌の加熱装置であって、農園の土壌温度を上昇させる加熱装潰が、土壌中に埋設され、かつ、電熱ヒータと、この電熱ヒータを取り囲んで配される砂鉄から成る蓄熱体を充填した温熱管から構成され、温熱管の直径が３０〜１５０ｍｍの範囲内であり、また、温熱管内の所定位置の蓄熱体温度を設定温度範囲内に制御する電熱ヒータの加熱制御装置を備えている。このような農業土壌の加熱装置は、蕾熱手段として砂鉄を用いるために、土壌中に砂鉄が混入することになり、これによって土壌汚染を発生させたり、あるいはまたその後に育成する作物の種類が限定される等の不都合を生ずる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２５３１８６公報
【特許文献２】特開２００９−８２号公報
【特許文献３】特開２００９−７２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
木願発明の課題は、主に水平方向における土中の温度の均一化を図ることで、農作物の育成のための環境温度を安定させ、作付けされた農作物の生育にばらつきなく、生育を促進する方法を提供するものである。
また本願発明の別の課題は、大掛かりな設備を必要とせず、簡易に熱の均一化を図ることで、農作業の従事者、業者が容易に設置可能な育成の促進方法を提供することである。
また本願発明のさらに別の課題は、土壌中に特別な物質を加えることなく、これによって土壌の変質や汚染が発生しない農作物の生育の促進方法を提供することである．
本願発明のさらに別の課題は、設備が安価で、コスト的に極めて有利な農作物の生育の促進方法を提供することである。本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の主要な発明は、農作物を植えた培養土の下側にヒータを配置して農作物の育成を促進する方法において、農作物の根の下側にあって前記ヒータの近傍に熱伝導性のカーポングラファイトシートをほぼ水平に敷設し、前記ヒータの熱の横方向における均一化を図ることを特徴とする培養土均熱システムに関するものである。
ここで、前記カーポングラファイトシートが天然黒鉛を圧延してシート状に成形したシートやポリイミド等のプラスチックフィルムを真空または不活性雰囲気中で焼成したものである。なお農作業環境は湿気を伴うことから、外表面に耐水性フィルムが接合されてよい。
また前記カーポングラファイトシートの熱伝導率は１００〜１６００Ｗ／ｍｋ（ワット／メーターケルピン）を使用する。また前記シーズヒーターの熱が土中下側に広がらず、ヒーター上部の農作物の根に集中するようにシーズヒータの下側に断熱材が配置されたものはさらに有効である。
また苗の生育において苗床容器を使用する場合には熱伝導性グラファイトシートの上部に苗床容器が置かれ、その中に培養土が満たされ農作物が植えられる。
【発明の効果】
【００１２】
本願の主要な発明は、農作物が植えられた培養土の下側にヒータを配置して培養土の温度を上昇し、農作物の育成を促進する方法において、ヒータの近傍であって農作物の根の下側に熱伝導性のカーボングラファイトシートをほぼ水平に敷設し、ヒータの熱を横方向へ分散させ、培養土の温度を水平方向に均一化したものである。このような育成の成促進方法においては、ヒータ近傍にほぼ水平にカーポングラプァイトシートを敷設するだけであるから、人手をほとんど要さない。また天然の黒鉛を圧延した熱伝導性カーボングラファイトシートは非常に安価で、安価に設備の設置が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の土中にシーズヒーターを配置して農作物の根の近傍を暖め、農作物の生長を促進する培養土加熱方法を示す要部縦断面図である。
【図２】苗床容器を用いて生育を行う方法において、シーズヒーターと籾殻を組み合わせて農作物の根の近傍を暖め、農作物の生長を促進する従来の培養土加熱方法を示す要部縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る培養土均熱システムを示す要部縦断メンズである。
【図４】カーボングラファイトシートを防水材で覆った状態の断面図である。
【図５】カーボングラファイトシートに防水シートを貼った状態の断面図である。
【図６】カーボングラファイトシートの端部を防水シートで貼り合わせた状態の断面図である。
【図７】カーボングラファイトシートの上下に防水シートを配置した状態の断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に空気対流層を加えた状態の断面図である。
【図９】本発明に加える空気対流層が波板段ボール構造の場合の斜視図である。
【図１０】従来の培養土加熱方法の温度分布を示したグラフである。
【図１１】本発明における培養土温度分布の違いを示したグラフである。
【図１２】苗床容器の縦断図である。
【図１３】苗床容器を使用した本発明の実施の形態の断面図である。
【図１４】従来の籾殻の培養土加熱方法を単一のシーズヒーターにより評価する方法の断面図である。
【図１５】本発明の培養土加熱方法を単一のシーズヒーターにより評価する方法の断面図である。
【図１６】図１４の温度分布測定結果を表すグラフである。
【図１７】図１５の温度分布測定結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図３は培養土均熱システムを断面図によって示したものであって、この実施の形態は、耕して盛り土をした土４により畝を形成する。農作物を植える盛り土部分は培養土３である。培養土３の下側の部分に発泡性樹脂あるいは発泡性セラミック等によって形成された板状の断熱材７を配置する。そして断熱材７の上には、シーズヒータ６を所定の間隔を置いて複数本配置する。さらにシーズヒータ６の近傍には、カーポングラブァイトシート１０をほぼ水平に配置する。そして上記カーポングラプァイトシート１０の上部の培養土３に種を撒くか、農作物の苗を植えて育成する。
【００１５】
ここで培養土３は、通常の農作物の育成に用いられる培養土と同様の土であって肥料等が適宜混入されたものである。なお培養土３については、各種の農作物に応じてそれぞれの農作物に最適なものが用いられることが好適である。
【００１６】
農作物５にシーズヒーター６の熱が集中するようにシーズヒーター６の下側に埋設される断熱材７は、例えば厚さが２０〜３０ｍｍの安価な発泡ポリスチレン樹脂の板あるいはセラミック製の発泡ボード等が用いられる。板状の断熱材７は土中下方向への熱の放散を防ぐことによって、シーズヒータ６からの熱を上側に位置する農作物に集中させ熱効率を高めるものである。シーズヒータ６は、一般に金属系抵抗発熱体をコイル状や面状にしたもので、防水、絶縁のため樹脂系またはゴム系材料で被服されたものである。例えば前記のシーズヒータ６が、上述の断熱材７の上部に培養土３から成る畝の長さ方向に沿って配列される。なお発熱体としては、必ずしも金属系の線状のヒータを用いるばかりでなく、面状ヒーターや他の発熱体を用いたヒータ、例えばセラミックヒータ、石英ヒータ、電磁誘導ヒータ等各種のヒータに代えることができる。
【００１７】
次に上記シーズヒータ６からの熱を横方向に均一放散化するためのカーポングラファイトシート１０について説明する。一般に炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）、および無定形炭索の形態で安定に存在する。この内とくにグラファイトは黒色不透明であって六方晶系の結晶構造を有し、電気および熱の良導体である。
このようなグラファイトは天然に存在する。そしてこのような天然のグラファイトを選別、純度を高め圧延することによってグラファイトシートが得られる。またアクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂やポリイミド等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。
【００１８】
ここでは主に安価な天然に存在する黒鉛を圧延してシート状に成形したグラファイトシートが用いられる。このような安価なクラファイトシートは、天然鱗状黒鉛等の原料を浮遊選鉱し、さらに薬品処理を行なった後に膨潤化処理を行なう。膨潤化処理は、炉内においてバーナで高温急加熱を行なうことにより達成される。そしてこの後にロール圧延を行なって成形する。これによってシート状のグラファイトシートが得られる。
【００１９】
このようなカーポングラブァイトシートを用いて農業用の熱伝導性グラファイトシートとして使用するするに当たっては、雨や高湿度環境下において吸水すると性能が低下することがあるため、図４に示すように防水性の材料１１によって覆うのが有効である。この材料１１は樹脂やゴム等からなるフィルムやシートであり、塩ビやポリエステルやポリプロピレンやブチルゴム、天然ゴムやその他の樹脂、ゴム等からなる。またそれらに防水性の金属を貼り合わせたもの例えばアルミシートを貼り合わせたり、それらの上にアルミを蒸着したものも有効である。材料１１は図５のようにグラファイトシートに直接、糊で接合したり、熱を加えてそれ自身を溶かしラミネートする場合である。また図６に示すように防水性のフィルム等をグラファイトシートにラミネートする場合においてグラファイトの端からの水分の侵入を防ぐため端を上下のフィルムが直接張り合わされた構造とすることにより完全に水の侵入を防ぐようにしたり、図３のように袋状に包む場合や図７の場合のように簡易的にグラファイトシートの上下に配置するだけの場合がある。こうすることでグラファイトシート１０に対し防水が図られる。
【００２０】
次に図３を改良する方法としてまた図８のようにグラファイトシートの上下に空気の対流する層を設けることにより、熱をより拡散させる方法も有効であう。この拡散層には単に空間を有するパネルをスペーサーとして置いて空間を形成する方法や安価な材料としてエアーキャップなどを配置する方法や図９のようなプラスチックの段ボール構造のパネルをセルの空間方向がシーズヒーターと垂直で水平をなすように配置されたものがある。
次に図３に示す構成の育成促進のメカニズムを説明する。シーズヒータ６に通電を行なうことによって、シーズヒーター６が発熱する。下方に断熱材７が配されているために、シーズヒータ６からの熱は上方に伝達され、シーズヒーターの近傍にほぼ水平に配置されたカーボングラファイトシート１０に至る。カーポングラファイトシート１０はシーズヒータ６からの熱を横方向に伝達することになり、これによって培養土３における横方向の熱の均一化を図られる。従って培養土３に植えられた農作物５は、温度のばらつきがなくなり均一に育成される。
【００２１】
図１０と図１１はグラファイトシートがない場合とある場合の違いについて培養土のシーズヒーター線に垂直をなす水平方向の温度分布を示したものである。
図１０のグラファイトシートがないもの場合に対し、図１１のグラファイトシートがある場合は温度の均一化が実現できる。
【００２２】
次に別の実施の形態を図１２〜図１３によって説明する。この実施の形態は、農作物の苗を生育するに当たり、図１２の苗床容器１４を用いたものである。苗床容器１４は、塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂、その他の樹脂からなりトレー状の容器であって、例えば横方向、縦方向に区画された凹部１５を備えており、これらの凹部１５内にそれぞれ培養土を充填して農作物を育成させるようにしたものである。
このような苗床容器１４を用いた育苗促進方法は、図１３に示されるように、断熱材７の上部にシーズヒータ６を配設する。そしてシーズヒータ６の近傍に、カーボングラファイトシート１０を敷設する。そしてカーポングラブァイトシート１０の上側には、図８で示されるものと同等の空気の対流する層１２を設ける。カーボングラフアイトシート１１によって横方向に均一化された熱が空気の対流する層１２でさらに熱が拡散され苗床容器１３の底部側に伝達するものである。従って苗床容器１４によって区画された培養土３が均一に加熱保温されることになる。従って、区画された培養土３に植えられた苗５を平均的に育成を促進させることが可能になる。
【００２３】
次に図１４に現在実施されている図３に示した籾殻を使用した方法に基づく単一のシーズヒーターに対する熱の伝わり具合を試験した結果を示す。また比較のため図１５にグラファイトシートを使用した図７に示した方法に基づく単一のシーズヒーターに対する熱の伝わり具合を試験した結果を示す。苗床容器１４の横方向のほぼ中央部をその下側を貫通するようにシーズヒータ６を配設し、図１４で示すように苗床容器１３とシーズヒーター６の間に籾殻９を厚さ３０ｍｍで配置した。また図１５で示すように苗床容器１３とシーズヒーター６の間にグラファイトシート１０を配置した。これらを非接触により物質表面の温度が測定できるサーモグラフ装置を用いて測定した。図１６は図１４の装置装置の苗床容器の白の波線上の温度分布のデータを示している。図１７は図１５の試験装置の苗床容器の白の波線上の温度分布のデータを示している。試験結果から明らかなように図１４に示す方法に対し図１５に示す方法の方がシーズヒーターの熱をより遠くまで伝え、その結果温度が均一化することがわかる。なお測定はサーモグラフ装置を苗床容器の上側から苗床容器の底の凹部の温度を測定した。グラフにおいて全体の大きな温度曲線の中で同じ間隔で繰り返し現れる狭い大きな谷は苗床容器を区分する壁の頂上部分の温度である。苗床容器は樹脂からなり、この区分する壁は高さが４０ｍｍあるため苗床容器の底の熱が伝わりにくい。
【００２４】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態におけるカーボングラファイトシート１０の厚さや、包囲する耐水性フイルム１１の構成等については、各種の変更が可能である。またここでは、培養土３あるいは苗床容器１４によって育成される農作物５については、植物全般に適用でき、例えば花等の観葉植物や米等の穀物、様々な農作物に広く適用される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本願発明は、農作物の根の部分を加熱するために、培養土の下側にヒータを配置するようにした農作物の育成促進方法として広く利用することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１ビニールシート
２土を耕して畝状としたもの
３培養土
４土中
５農作物
６シーズヒーター
７断熱材
８苗床容器
９籾殻
１０グラファイトシート
１１防水シート
１２空気対流層
１３波板段ボール構造
１４苗床容器
１５苗床容器凹部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養土の下側にヒーターを配置し、培養土の温度を上げて農作物の成長を促進する方法において、ヒーターの熱を水平方向に分散し、培養土の温度をより均一化するためにヒーターの近傍に熱伝導性のカーボングラファイトシートをほぼ水平に敷設した培養土均熱システム。
【請求項２】
苗床容器の中に培養土を入れてそこに種を植えて苗を生育する方法において苗床容器の下側にヒーターを配置し、ヒーターの近傍に熱伝導性のカーボングラファイトを配置した培養土均熱システム。
【請求項３】
カーボングラファイトシートの主成分がカーボンで、９０重量％以上のカーボンからなり、厚みが０．１〜１ｍｍ、熱伝導率が１００〜１６００Ｗ／ｍｋのものを使用した請求項１または請求項２に記載の培養土均熱システム。
【請求項４】
土中に施設したヒーターの熱が土中下方部に放熱することを防止するため、ヒーターの下側に断熱材を配置した請求項１または請求項２記載の培養土均熱システム。
【請求項５】
カーボングラファイトシートが天然黒鉛を圧延してシート状に成形したものを使用したことを特徴とする請求項１または、請求項２の培養土均熱システム。
【請求項６】
カーボングラファイトシートの防水性向上のため防水性フィルムで覆ったカーボングラファイトシートを使用した請求項１または請求項２の培養土均熱システム。
【請求項７】
カーボングラファイトシートの水平方向の熱拡散性を向上するため、カーボングラファイトシートの近傍に空気の対流層を設けた請求項１または請求項２の培養土均熱システム。

【図１】