JP2002142582A - 水耕栽培酸素供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０μｍ程度のマイクロバブルにより溶液中
の溶存酸素を増加させて、植物の毛根からの養分と酸素
の吸入を促進することのできる水耕栽培酸素供給システ
ムを提供する。 【解決手段】 加圧液体と気体との導入部と円筒状の気
泡発生空間を有し、前記導入部内に、前記気泡発生空間
に開口する加圧液体導入孔と気体導入孔を形成し、前記
加圧液体導入孔を前記導入部の端面に開口し、前記気体
導入孔を前記導入部の側面に開口したマイクロバブル発
生ノズル１０と、栽培作物６２を植え付けた定植パネル
６１を備えた栽培ベッド６０と、この栽培ベッド６０に
養液を供給するパイプ１５と、このパイプ１５の途中ま
たは先端に取り付けた前記マイクロバブル発生ノズル１
０に養液を圧送するポンプ５０とを備えた水耕栽培酸素
供給システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水耕栽培において
栽培ベッド養液中の溶存酸素量を増加させて栽培作物の
生育を早める水耕栽培酸素供給システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の植物栽培方法に特開平１１−００
００６６号公報に記載されたものがある。これは、肥料
成分を含有する培養液に植物の根を浸し、植物の栽培期
間中継続的に培養液中に炭酸ガス濃度の高い空気をポン
プにより強制的に吹き込みながら植物を育成する人工光
源を用いた植物栽培方法において、常時植物の根を根元
まで十分に上記培養液に浸した構造を採用している。上
記炭酸ガス濃度の高い空気は栽培植物の直下近辺から気
泡を発生させることにより与えられる。

【０００３】特開２０００−２６６７２４号公報には、
地中に埋めた複数の栽培容器に溶液供給装置から個別に
溶液を供給すると共に、各栽培容器の底の方に空気貯溜
部を設けてそこに空気を供給し、空気貯溜部の下方に溜
まった空気（酸素）を溶液に溶かし込む水耕栽培システ
ムが開示されている。

【０００４】さらに特開２０００−２３６７６２号公報
には、水耕栽培における培養液に、微細にして大量のマ
イクロバブルを効率よく混合して、溶存酸素量の多い培
養液を安定して連続供給できる水耕栽培システムが開示
されている。そのマイクロバブル発生器は、外形が略漏
斗状をなす円錐容体の一方にマイクロバブル培養液の吐
出口を設け、その対向側には中央に空気吸入口を有する
漏斗壁を取り付けてマイクロバブル発生器を形成し、さ
らに円錐容体の漏斗壁側周部には、対向する２箇所に円
錐容体内壁に沿う角度に培養液の流入管を形成した気液
混合装置を、栽培槽に環流連結した経路管にポンプと共
に介在させたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前掲の
特開平１１−００００６６号公報に記載された植物栽培
方法においては、養液中に空気を送り込むため溶解効率
が悪いという問題があった。また、特開２０００−２６
６７２４号公報に開示された水耕栽培システムにおいて
は、養液中に空気を溜めて溶かし込むため、時間がかか
り効率が悪いという問題があった。さらに特開２０００
−２３６７６２号公報においては、１０μｍ程度のマイ
クロバブル発生が困難という問題があった。

【０００６】本発明者の知見によれば、溶液中の溶存酸
素を増加させるには、１０μｍ程度のマイクロバブル
（微細気泡）が最も有効である。また、補給水が水道水
の場合、残留塩素を除去するために、汲み置きまたは中
和のためのチオ硫酸ソーダの添加が必要であるが、マイ
クロバブルは脱塩素効果があることを見出した。そこで
本発明が解決しようとする課題は、１０μｍ程度のマイ
クロバブルにより溶液中の溶存酸素を増加させて、植物
の毛根からの養分と酸素の吸入を促進することのできる
水耕栽培酸素供給システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の水耕栽培酸素供給システムは、加圧液体と
気体との導入部と円筒状の気泡発生空間を有し、前記導
入部内に、前記気泡発生空間に開口する加圧液体導入孔
と気体導入孔を形成し、前記加圧液体導入孔を前記導入
部の端面に開口し、前記気体導入孔を前記導入部の側面
に開口したマイクロバブル発生ノズルと、栽培作物を植
え付けた定植パネルを備えた栽培ベッドと、この栽培ベ
ッドに養液を供給するパイプと、このパイプの途中また
は先端に取り付けた前記マイクロバブル発生ノズルに養
液を圧送するポンプとを備えたものである。本発明の第
２の水耕栽培酸素供給システムは、栽培ベッドとは別に
設けた養液タンクに、マイクロバブル発生ノズルを設
け、この養液タンク内で発生させたマイクロバブルを含
む養液を前記栽培ベッドに供給するパイプ及びポンプを
設けたものである。本発明の第３の水耕栽培酸素供給シ
ステムは、補給水を貯留する処理タンクにマイクロバブ
ル発生ノズルを設け、このマイクロバブル発生ノズルか
ら発生したマイクロバブルにより曝気及び塩素除去さ
れ、かつ溶存酸素を富化された補給水を栽培ベッドに供
給する補給水供給管を設けたものである。これらの水耕
栽培酸素供給システムにおいて、栽培ベッドに配置した
パイプに、複数のマイクロバブル発生ノズルを所定間隔
を置いて設置することができる。また、これらの水耕栽
培酸素供給システムにおいて、ポンプの上流側のパイプ
にマイクロバブル発生ノズルを、下流側に、加圧液体の
導入部に複数の加圧液体導入孔を穿設し、前記複数の加
圧液体導入孔の吐出側開口を、前記導入部の吐出側に形
成した共通の気泡粉砕空間に連通させた気泡粉砕ノズル
を取り付けた構成とすることができる。さらに、これら
の水耕栽培酸素供給システムにおいて、マイクロバブル
発生ノズルの気泡発生空間形成用筒体と接続管との間
に、外部からの搬送物を導入する少なくとも１個の搬送
物導入孔を設けた搬送物導入筒を連結した構成とするこ
とができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、マイクロバブル発生ノズル１０の
構造を示す。同図（ａ）は上面の加圧液体流入側から見
た導入部１の形態を、（ｂ）は縦断面を、（ｃ）は下面
の気泡吐出口側から見た図、（ｄ）は（ｃ）の拡大図，
（ｅ）は気泡発生空間形成用筒体内部の拡大断面図であ
る。

【０００９】同図（ｂ）に示すように、ノズル１０は、
加圧液体と気体との導入部１と、気泡発生空間２を有す
る。図においては、導入部１と気泡発生空間２を形成し
た気泡発生空間形成用筒体３は別体に形成し、それぞれ
を嵌合して一体化した構造を示しているが、当初から一
体に形成することもできる。

【００１０】この導入部１内には、その上面に開口する
加圧液体導入孔４を形成し、導入部１の下に形成した気
泡発生空間２に開口している。この加圧液体導入孔４
は、円、楕円もしくは導入部１の上面を底面とする円錐
台または楕円錘台の形状をなし、径の大きさと数は、こ
のノズルの用途と加圧液体の種類によっても異なるが、
同図（ａ）に示すように、端面に対し、気泡発生空間２
の開口断面積が１０〜４０％になる程度の複数本（この
場合は３個）を端面でそれぞれが点対称位置になるよう
に開口し、導入部１内を貫通し、気泡発生空間２に開口
している。また加圧液体導入孔４の流入側開口の周囲４
ａは、流入する液体の流れを円滑にするため、アールを
取っている。５は気体導入孔を示す。

【００１１】この気体導入孔５は、側面の気体導入管接
続部６から導入部１の気体導入孔５に挿入された気体導
入管７によって形成され、気泡発生空間２に放射状また
は中央に１個（この場合は中央に１個、放射状に３個の
計４個）開口させるとともに、気体導入管７に気体導入
量調整弁８が取り付けられている。

【００１２】なお、１１は気体導入孔５内部を掃除する
場合必要とされる孔を塞ぐための気体導入孔メクラビ
ス、１２は気泡発生空間形成用筒体３内面に形成され
た、加圧液体導入孔４に連通する円弧状の加圧液体誘導
溝、１３は気泡発生空間形成用筒体３の端部に形成され
た接合用凸部、１４は導入部１と気泡発生空間形成用筒
体３とを接合する接合用止具、１５は導入部１を流体流
路に接続するための接続管、１９は導入部１に接続され
る下流側接続管である。

【００１３】加圧液体導入孔４の気泡吐出側の気泡発生
空間形成用筒体３の内壁は、直線加工でもよいが、図１
（ｅ）に示すように下流側が広くなる段及び下流側に山
が偏倚しているタップを形成することによって気泡の微
細化を促進することができる。

【００１４】図２は、気泡粉砕ノズル２０の実施例を示
すもので、導入部２１に加圧液体導入孔２２を穿設した
ものである。加圧液体導入孔２２の流入側の周面２２ａ
はアールをとっている。導入部２１の加圧液体導入孔２
２は、気泡発生空間２４側で共通の気泡粉砕空間２４に
放出される。加圧液体導入孔２２の導入部２１内部の気
泡粉砕管２３は、図２（ｅ）に示すように、内壁に、吐
出側に行くにつれて不連続的に大径となる複数の段を持
つ。また、内壁に、山が下流側に偏倚しているタップを
形成している。

【００１５】この気泡粉砕ノズル２０では、加圧液体導
入孔２２から気泡粉砕管２３を通して気泡粉砕空間２４
に直接加圧液体を吐出させ、気泡粉砕管２３における不
連続的に大径となる段と、山が下流側に偏倚しているタ
ップ及び気泡粉砕空間２４の複合化したキャビテーショ
ン作用により、加圧液体に含まれる数１００μｍの気泡
を１０μｍ程度に微細化してマイクロバブルとして吐出
する。

【００１６】図３は、搬送物導入筒３０の構造を示す。
この搬送物導入筒３０は、図１のマイクロバブル発生ノ
ズル１０の気泡発生空間形成用筒体３に接続され、１個
もしくは複数個（この場合は３個）の搬送物導入孔３３
と搬入物導入管接続部３２により搬送物導入管３４に接
続されている。この実施例では、気泡発生空間形成用筒
体３と連結することにより、接続管端末に微細気泡と導
入物、例えば養分、ＰＨ調整液を均一に混合し搬送する
ことができる。

【００１７】このマイクロバブル発生ノズル１０、気泡
粉砕ノズル２０、搬送物導入筒３０を水耕栽培酸素供給
システムに採用することにより、気泡径が均一で溶存効
率が高いマイクロバブルを含む養液を植物に供給し、植
物の成長に必要な養分、酸素を十分に供給することがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
４は本発明の第１実施例に係る水耕栽培酸素供給システ
ム４０ａを示すものである。

【００１９】図４において、６０は栽培ベッド、６１は
定植パネル、６２は栽培作物である。栽培ベッド６０の
外部には、循環パイプ１５が設置されており、その一端
は栽培ベッド６０の上流側、他端は下流側に取り付けら
れ、溶液はポンプ５０によって栽培ベッド６０、循環パ
イプ１５を循環するように構成されている。循環パイプ
１５の先端には、マイクロバブル発生ノズル１０が設け
られ、循環パイプ１５から圧送される溶液に気体導入管
７から取り入れられる空気をマイクロバブルとして混入
し、栽培ベッド６０内に供給する。発生させる気泡径
は、気体導入量調整弁８によって調整することができ
る。また、栽培ベッド６０における溶液の流速は、ポン
プ５０の出力を調整したり、バルブ５１の開度を調整す
ることで行う。このポンプ５０は、水耕栽培で通常使用
される養液循環ポンプを用いるが、別系統として新たに
設置することも可能である。

【００２０】この第１実施例においては、栽培ベッド６
０の上流側でマイクロバブル発生ノズル１０から吐出さ
れたマイクロバブルは、溶液の流れとともに下流側に送
られる際に養液中に溶解もしくは気泡の状態で、定植パ
ネル６１に植えられた栽培作物６２の毛根の周囲に接触
付着し、毛根から溶液と共に酸素が吸い上げられる。

【００２１】図５は本発明の第２実施例に係る水耕栽培
酸素供給システム４０ｂを示すものである。この第２実
施例では、循環パイプ１５を栽培ベッド６０の底部にそ
の長手方向に沿って延出し、複数のマイクロバブル発生
ノズル１０を所定間隔で循環パイプ１５に取り付けたも
のである。本例では、各マイクロバブル発生ノズル１０
毎にバルブ５２を設け、吐出量の調整を行うことができ
るようにしている。この第２実施例においては、栽培ベ
ッド６０の長さが長い場合でも、マイクロバブルの拡散
を長手方向に平均化することができる。

【００２２】図６は本発明の第３実施例に係る水耕栽培
酸素供給システム４０ｃを示すものである。この実施例
では、栽培ベッド６０とは別に設けた養液タンク６５に
循環パイプ１５の中途部を接続し、この養液タンク６５
に補助循環パイプ１５’を設け、補助ポンプ５０’で養
液を循環させ、補助循環パイプ１５’の吐出側にマイク
ロバブル発生ノズル１０を設けたものである。本実施例
では、養液タンク６５内においてマイクロバブルを発生
させ、溶存酸素の豊富な養液をポンプ５０により吸い上
げて栽培ベッド６０に送る。この場合補助ポンプ５０’
は養液コントロールのために通常使用される定量ポンプ
を用いるが、別系統として新たに設置することも可能で
ある。

【００２３】図７は第３実施例の変形である本発明の水
耕栽培酸素供給システム４０ｄを示すものである。この
第４実施例では、第３実施例の補助循環パイプ１５’、
補助ポンプ５０’を使用せず、循環パイプ１５の吐出部
にマイクロバブル発生ノズル１０を取り付けている。こ
れは、通常養液タンク６５は栽培ベッド６０よりも低い
場所、例えば地下に埋設されているので、その圧力差を
利用してマイクロバブル発生ノズル１０に栽培ベッド６
０からの養液を圧送し、マイクロバブルを発生させるよ
うにしている。

【００２４】図８はさらに第３実施例の変形である本発
明の第５実施例に係る水耕栽培酸素供給システム４０ｅ
を示すものである。本実施例では、補助ポンプ５０’の
入り側の補助循環パイプ１５’にマイクロバブル発生ノ
ズル１０を接続し、補助ポンプ５０’の出側に気泡粉砕
ノズル２０を取り付けることにより、一旦マイクロバブ
ル発生ノズル１０で発生させたマイクロバブルを気泡粉
砕ノズル２０のキャビテーション作用によりさらに微細
化するものである。この場合も、図６の第３実施例同様
に、補助ポンプ５０’は養液コントロールのために通常
設置される定量ポンプを併用することができる。

【００２５】図９は本発明の第６実施例の水耕栽培酸素
供給システム４０ｆを示すものである。この実施例で
は、補給水の処理タンク８１を設け、循環パイプ１５と
ポンプ５０で処理タンク８１内の水を循環させると共
に、マイクロバブル発生ノズル１０と気泡粉砕ノズル２
０を取り付けて微細なマイクロバブルを処理タンク８１
内に発生させる。このマイクロバブルの発生により補給
水の曝気と脱塩素が行われる。曝気と脱塩素が行われ、
溶存酸素が豊富になった補給水は電磁弁７４、補給水供
給本管９１、補給水供給ホース９２を通って栽培ベッド
６０内に供給される。この第６実施例において、栽培ベ
ッド６０に液面計７２を取り付け、計装配線７１により
液面レベル信号を制御盤７０に送り、電磁弁７４を制御
することにより、補給水量供給の自動化を図ることがで
きる。

【００２６】なお、直接は図示しないが、各実施例にお
いて、マイクロバブル発生ノズル１０の気泡発生空間形
成用筒体３に図３に示す搬送物導入筒３０を連結するこ
とにより、接続管端末に微細気泡と導入物、例えば養
分、ＰＨ調整液を均一に混合し搬送することができる。

【００２７】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば下記の
効果を奏する。 （１）本発明のマイクロバブル発生ノズルを使用するこ
とにより、１０μｍ程度のマイクロバブルを養液や補給
水に溶存させ、植物の毛根から養分と酸素の吸入を促進
させて、植物の栽培を効率的にすることができる。 （２）マイクロバブルは浮上速度が極めて遅いので、ベ
ッド全体に満遍なく行き渡り、高効率で溶解する。 （３）補給水曝気及び塩素除去タンクにより、塩素を除
去した酸素飽和水を作ることができる。これにより、補
給水が水道水の場合、汲み置きまたは中和のために必要
であったチオ硫酸ソーダの添加が不要となる。 （４）補給水供給管により各々の栽培作物に確実に処理
水を送ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に使用するマイクロバブル発生ノズル
の実施例の構造を示すもので、（ａ）は上面の加圧液体
流入側から見た導入部の形態を、（ｂ）は縦断面を、
（ｃ）は下面の気泡吐出口側から見た図、（ｄ）は
（ｃ）の拡大図，（ｅ）は気泡発生空間形成用筒体内部
の拡大断面図である。

【図２】 本発明に使用する気泡粉砕ノズルの実施例の
構造を示すもので、（ａ）は上面の加圧液体流入側から
見た導入部の形態を、（ｂ）は縦断面を、（ｃ）は下面
の気泡吐出口側から見た図、（ｄ）は（ｃ）の拡大図，
（ｅ）は気液分離管内部の拡大断面図である。

【図３】 本発明に使用する搬送物導入筒の実施例の構
造を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図
である。

【図４】 本発明の水耕栽培酸素供給システムの第１実
施例を示す概略構成図である。

【図５】 本発明の水耕栽培酸素供給システムの第２実
施例を示す概略構成図である。

【図６】 本発明の水耕栽培酸素供給システムの第３実
施例を示す概略構成図である。

【図７】 本発明の水耕栽培酸素供給システムの第４実
施例を示す概略構成図である。

【図８】 本発明の水耕栽培酸素供給システムの第５実
施例を示す概略構成図である。

【図９】 本発明の水耕栽培酸素供給システムの第６実
施例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ マイクロバブル発生ノズル １ 導入部、２ 気泡発生空間、３ 気泡発生空間形成
用筒体、４ 加圧液体導入孔、５ 気体導入孔、６ 気
体導入管接続部、７ 気体導入管、８ 気体導入量調整
弁 １１ 気体導入孔メクラビス、１２ 加圧液体誘導孔、
１３ 接合用凸部、１４接合用止具、１５，１９ 接続
管 ２０ 気泡粉砕ノズル ２１ 導入部、２２ 加圧気液導入孔、２３ 気泡粉砕
管、２４ 気泡粉砕空間、２５ 気泡粉砕空間形成用筒
体 ３０ 搬送物導入筒 ３１ 乱流防止ツバ、３２ 搬送物導入管接続部、３３
搬送物導入孔、３４搬送物導入管 ４０ 水耕栽培酸素供給システム ５０ ポンプ、５１，５２ バルブ ５０’補助ポンプ、５１’ 補助バルブ ６０ 栽培ベッド ６１ 定植パネル、６２ 栽培作物 ７０ 制御盤 ７１ 計装配線 ７２ 液面レベルセンサ ７４ 電磁弁 ８１ 処理タンク ８２ ボールタップ ８３ 補給水管、９１ 補給水供給本管、９２ 補給水
供給ホース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧液体と気体との導入部と円筒状の気
   泡発生空間を有し、前記導入部内に、前記気泡発生空間
   に開口する加圧液体導入孔と気体導入孔を形成し、前記
   加圧液体導入孔を前記導入部の端面に開口し、前記気体
   導入孔を前記導入部の側面に開口したマイクロバブル発
   生ノズルと、栽培作物を植え付けた定植パネルを備えた
   栽培ベッドと、この栽培ベッドに養液を供給するパイプ
   と、このパイプの途中または先端に取り付けた前記マイ
   クロバブル発生ノズルに養液を圧送するポンプとを備え
   たことを特徴とする水耕栽培酸素供給システム。
2. 【請求項２】 栽培ベッドに配置したパイプに、複数の
   マイクロバブル発生ノズルを所定間隔を置いて設置した
   請求項１記載の水耕栽培酸素供給システム。
3. 【請求項３】 栽培ベッドとは別に設けた養液タンク
   に、マイクロバブル発生ノズルを設け、この養液タンク
   内で発生させたマイクロバブルを含む養液を前記栽培ベ
   ッドに供給するパイプ及びポンプを設けたことを特徴と
   する水耕栽培酸素供給システム。
4. 【請求項４】 補給水を貯留する処理タンクにマイクロ
   バブル発生ノズルを設け、このマイクロバブル発生ノズ
   ルから発生したマイクロバブルにより曝気及び塩素除去
   され、かつ溶存酸素を富化された補給水を栽培ベッドに
   供給する補給水供給管を設けたことを特徴とする水耕栽
   培酸素供給システム。
5. 【請求項５】 ポンプの上流側のパイプにマイクロバブ
   ル発生ノズルを、下流側に、加圧液体の導入部に複数の
   加圧液体導入孔を穿設し、前記複数の加圧液体導入孔の
   吐出側開口を、前記導入部の吐出側に形成した共通の気
   泡粉砕空間に連通させた気泡粉砕ノズルを取り付けたこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の
   水耕栽培酸素供給システム。
6. 【請求項６】 マイクロバブル発生ノズルの気泡発生空
   間形成用筒体と接続管との間に、外部からの搬送物を導
   入する少なくとも１個の搬送物導入孔を設けた搬送物導
   入筒を連結したことを特徴とする請求項１から５のいず
   れかの項に記載の水耕栽培酸素供給システム。