JP2006197843A - 水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
構造が簡易で装置全体のコストを抑えることができ、また設置面積あたりの収量を増やし、作業労働効率を高めることが可能な水耕栽培装置を提供することにある。
【解決手段】
ＪＩＳ規格で定められる建材である雨樋を複数本並列に並べた流路部と、流路部を保持する脚部と、雨樋に養液を供給する給水部と、雨樋から養液を排出させる排水部と、雨樋の上に載置され、植物を植栽する穴を有する板状の栽培パネルとを備え、雨樋内に養液を流通させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、植物を育成する水耕栽培装置に関する。

従来の水耕栽培装置には各種の構造が使用されているが、何らかの培地材料などを使用し養液を供給するものと、培地を使用せずに養液のみで栽培するものとがある。後者では、養液を栽培台に供給する装置と、植物を保持するための複数の穴を開けたパネルを該栽培台に載置し、該穴に植物を挿入して保持させる装置とが組み合わされる。本発明はこの方式に属する。養液を供給する装置の構造については、養液を満たした容器に栽培パネルを浮かべる湛水型と、液を蓄溜しないで養液を栽培床底面に流通させ、その上部に栽培パネルを別途支持してその根部を養液に浸すようになされるＮＦＴ方式とがある。
尚、この先行技術は、文献公知に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

上記の水耕栽培方式の共通の欠点としては、必要とする全体の養液の水量が多くなることである。したがって、養液タンクの大きいものを準備せねばならない。また、余分の水藻の発生も増えるし、大量の養液の消毒、加熱再生などに多くのコストが必要になる。

また、ＮＦＴ方式は湛水型よりも水深が浅いために、単位面積あたりの所要水量は比較的少ないが、それでも実用的規模では栽培面積が広いので、やはり全体の総水量は少なくはないため、保持する構造には十分な強度が求められ、装置全体のコストを抑えることが困難である。特に工場の立地面積を減らして栽培を効率化するために、立体的に栽培パネルを多層構造化しようとする場合、その分さらに必要養液量が多いので、全段にわたって重量が増加し、構造体の構成が重くかつ高価になってしまう欠点がある。

また、従来方法では栽培パネルが養液に接する機会が多くて、水藻が付着して汚れやすく、パネルの耐用寿命が短くなり、また収穫のたびにパネルの洗浄を必要とすることなどの問題がある。

以上の欠点を避けるために、ＮＦＴ方式の一種として養液通路を並行する複数の流路のみとし、その流路上に配置した植物の根をこの通路内に浸漬することも行われている。この養液通路として従来多くなされている手段は、並行する凹凸を設けた波型の耐水構造板を作成するか、個別の凹型流路を作りこれを適当な間隔で並列に締結結合するものであった。この場合は、それぞれ特製の装置部品を使用するので装置の製作コストないし重量に問題があり、必ずしも普及するものではなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、構造が簡易で装置全体のコストを抑えることができ、また設置面積あたりの収量を増やし、作業労働効率を高めることが可能な水耕栽培装置を提供することにある。

請求項１記載の水耕栽培装置は、ＪＩＳ規格で定められる建材である雨樋を複数本並列に並べた流路部と、流路部を保持する脚部と、雨樋に養液を供給する給水部と、雨樋から養液を排出させる排水部と、雨樋の上に載置され、植物を植栽する穴を有する板状の栽培パネルとを備え、雨樋内に養液を流通させることを特徴とする。

請求項２記載の水耕栽培装置は、流路部を上下に複数段設け、上段の流路部から下段の流路部に向かって養液を流通させることを特徴とする。

請求項３記載の水耕栽培装置は、雨樋毎に異なる給水部を設け、養液を流通させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、軽く耐久性にすぐれた建材であり、品質が保証され、大量に使用されるので価格が安く、ＪＩＳ規格で定められる半円状の底面を有する雨樋を複数本並列に並べて流路部としていることから、装置全体が軽く養液の水量が少なくてすむことから、構造が簡易で装置全体のコストを抑えることができる。

請求項２の発明によれば、流路部を上下に複数段設けていることから、１つの装置で栽培面積を広く確保することができ、設置面積あたりの収量を増やし、作業労働効率を高めることが可能である。

請求項３の発明によれば、雨樋毎に異なる給水部を設け、養液を流通させることから、養液成分の異なる栽培環境を容易に構築することができる。

本実施の形態の水耕栽培装置は、養液を蓄溜しないで流通させ、植物の根部を養液に浸すようになされるＮＦＴ方式の水耕栽培装置の一種である。

図１は、本発明に係る水耕栽培装置の第１の実施例を示す説明図である。図において、水耕栽培装置１は、雨樋１０を複数本並列に並べた流路部と、雨樋１０を保持する脚部１５と、雨樋１０に養液を供給する給水部２０と、雨樋１０から養液を排出させる排水部２５と、栽培植物を保持する栽培パネル５とから構成されている。尚、給液用のポンプや、排液を戻して循環させるための養液タンク等は図示を省略した。

流路部を構成する雨樋１０には、市販の建築に通常用いられるＪＩＳ規格で定められる建材の雨樋を使用する。市販の住宅建築用の建材としての雨樋１０は、もっとも一般的に使用されるものでＪＩＳ規格品（Ａ−５７０６）である。雨樋１０の横幅は１１５ｍｍ程度であり、その長さは、一般に市販される任意の長さである。この雨樋１０の複数本を必要な長さになるように直列に連結接続しておき、さらに並列に複数本並べ、横方向に門状の連結具１３を介して相互に機械的に連結することで、複数の並行した流路を持つ平面的な構造体を構成させる。尚、雨樋１０は、起立する支柱から横方向に伸びる横架材を有する脚部１５に載置され保持されている。尚、脚部１５の形状は、図１に示すものに限られず、雨樋１０を保持可能なものであればよい。

給水部２０は、パイプ状で、雨樋１０と直交するように雨樋１０の封止された一端（図１では奥側）付近の上方に設けられている。そして、給水部２０の一端が、図示されないポンプにより養液タンクに連結されている。また、給水部２０の各雨樋１０の上方には、穴２０ａが穿設され、ここから養液が各雨樋１０の上流側に供給される。このような給水の方法は公知でもあり、また、これ以外に種々の構造をとることができるので、図１の構造に拘わるものではない。

排水部２５は、雨樋１０の下流側の端部の下、すなわち雨樋１０の開放された他端（図１では手前側）の下に設けられている。具体的な排出部２５の構造は、雨樋１０に直交して雨樋２５ａが設けられ、雨樋２５ａの一端付近に、雨樋２５ａから養液を下方向に導く集水器２５ｂが設けられている。これを経た排液は、図示しない原液タンクに導かれる。これらの集水器２５ｂは、ＪＩＳ規格品である。

栽培パネル５は板状で、植物を植栽する穴５ａを有している。植物の配置間隔が雨樋１０の並列間隔と一致するように穴５ａの位置を決めて、栽培パネル５を市販品のうちから選定又は製作する。穴５ａに植物を挿し込んで保持するようにする。また、栽培パネル５の大きさは、雨樋１０の上に栽培パネル５を載置可能な大きさである。そして、実際に、植物を穴５ａに保持した状態で、雨樋１０に載置される。または、載置した状態で植物を挿入する。尚、この他に、栽培パネル５の上方に植物に光を当てる照明器具が設けられているが、図１では記載を省略している。

水耕栽培装置１を組みあげて、実際の栽培実験を行った。雨樋１０を並べて組むと、横幅１メートル当たり８本ないし９本を並べることになる。装置全体の幅は、取り扱いの容易さから全幅を２メートルとした。長さは適当であるが、たとえば１０メートル程度を単位とした。栽培パネル５は複数の発泡ポリスチロール板をその大きさに適合するように組み合わせ、穴５ａを穿設して用いた。植物の例としてサラダ菜を選び、これを苗箱にて発芽させ２０日間育苗の後、栽培パネル５に定植し、これを雨樋１０の上に載置した。小型の高圧ナトリウムランプをもちいて照明し、栽培空間を白色反射壁で囲った。標準の栽培環境、（養液濃度はＥＣ２．０ミリモー、温度２２度）にて１０日間栽培したところ、生体重量は１株当たり平均１００グラム以上となり、従来の水耕栽培装置における場合と同等ないしそれ以上の成績を示した。

以上の説明をまとめると、従来の水耕栽培装置は、湛水型あるいはＮＦＴ方式と呼ばれる方式であり、このうちＮＦＴ方式は水深が比較的に浅いために、湛水型よりも水量が少なくてすむものではあるが、それでも通常は数センチメートル程度の水深を持っている。この養液は、植物の根部以外にも栽培ベッド全面積にわたって平均に満たされるので、全養液量が多くなり、結果として全体の水量が増す。本実施例の水耕栽培装置１の場合には、根が浸っている雨樋１０の凹底部分にのみ養液を流す。しかも凹部は半円形の断面を持ち、その底の部分のみを養液が流れるので水流の横幅が少なく、栽培ベッドの全面積相当に養液を満たすわけでないので、必要な水量はＮＦＴ方式に比べてもさらに桁違いに少なくて済む。また、前記凹凸構造と比較しても、半円形断面のために水量はもっとも少なくて済む。

ＮＦＴ方式のように水深が浅い場合、栽培ベッドの全面の広い範囲にわたって、部分的にも養液が行き渡らない心配を防ぐために、水槽の水平度を一定に保つことは重要である。この心配のために平均の水深をあまり浅くできない。また、重量負荷によって長年にわたる水槽の不同沈下を防ぐための工場の床工事のコストも高くなる。これに比して実施例の水耕栽培装置１では、各雨樋１０は独立しているため、雨樋１０に直交する方向での不同沈下には悪影響を受けないので、流路方向にのみ水平度の保持は容易で、全体の建設コストは安くなる。本実施例の水耕栽培装置１における軽い構造は、床の不同沈下を容易に防ぎ、建設コストを安く抑えることができる。また、前記凹凸構造でも、上記直交方向の傾きによってそれぞれの底部が水平なため、流通する水深に片寄りが生じやすい欠点が残っている。

養液量の数字例としては、典型的な湛水型では栽培面積の平方メートル当たり１００リットル、ＮＦＴ方式では平方メートルあたり２０リットルの程度である。本実施例の水耕栽培装置１では、平方メートル当たり３リットル以下の程度となる。総面積３００平方メートルの標準的な植物工場の貯液タンクの容量で比較するなら、たとえば湛水型では数トンないし１０トン程度、ＮＦＴ式でも２トン以上が必要であったのに比べ、本実施例のタンク容量は０．５トン程度以下で済む。

全体の総必要水量は、流速にも依存する。水量が多いときに流速を早くすると給水排水部分の太さを大きく作らねばならないので、流速は一般に遅くせざるを得ない。たとえば毎秒１センチメートル程度以下である。本実施例の水耕栽培装置１では、雨樋１０の流通全断面積が小さいので、流速を早くしても給水排水系統に負担がかからない。さらに必要によっては流速を上記例の数倍以上に早くもできるので、全体の総水量を少なくすることが可能となる。流速を早くする手段は、わずかに勾配を持たせることで、通常は１パーセント以下の程度で十分である。これに比し、従来の湛水型やＮＦＴ方式では勾配を持たせることは、その構造からして基本的に不可能であった。すなわち、ある程度の水深が保たれている以上、僅かな勾配では流速を速くすることができず、流速が速くなるためには、装置の全長からみると、著しい高低差が必要になってしまう。これに対し、本発明では、流速が速ければタンクを小型に、占有面積を小さく、ポンプは小さくて済み、また構造体の許容耐荷重を軽く、簡単に安くする構築することができる。養液の保守点検ないし交換も容易となる。このとき、養液量が少なくとも、これが停滞せずに流れているので、液体の単位体積あたりの空気に触れる表面積が大きく、溶解酸素量をかえって多くできる利点がある。養液の循環経路中において、雑菌の加熱消毒ないし濾過を行う装置を介在させるのであるが、養液総量が少ないので、それらの装置は小型化でき、必要な運転電力の低下、装置の保守の簡単化などにおいても本発明の利点は大きい。

本実施例の水耕栽培装置１では、市販の例えば雨樋１０及び集水器２５ｂ等の建築用ＪＩＳ規格部品類を組み合わせて採用することで、安価に装置本体のほとんどを構成することができる。雨樋１０は、単価が安く入手が容易であることに加え、耐久性が高く、品質不良の心配が少ない。また端部（とまり）、接続（継手）、曲がり、集水器などの各種の水流制御部品が標準化されて揃っている。そして、植物を栽培するのに適した配置間隔を設定するに適当な寸法を持っている。

尚、図１の雨樋１０には、１つの給水部２０により同一の養液を供給しているが、必要により、隣接する雨樋１０といえども複数の独立した給水系統からそれぞれ別に養液を給水して流し、別々に循環する複合流路装置とすることもできる。こうすることにより、植物を隣接して定植配置し、養液成分の異なる栽培成長過程を詳しく観察比較することができるので、技術研究開発に便利である。この場合に、更に必要により、栽培パネル５を成長途中でいったん引き上げて、隣接する雨樋１０に平行移動させて再び載置することにより、養液成分を瞬時に切り替えて栽培を続行することができる。このように、養液成分の異なる栽培環境を容易に構築することができる。

栽培パネル５について述べると、栽培パネルは５は雨樋１０の上に直接に載置される。従来の場合には、湛水型では養液に浮かべるので、パネルに水藻が付着して、収穫後の洗いが不可欠であった。ＮＦＴ方式においてもパネルは養液の面と近接しており、汚れることは避けられない。本実施例の水耕栽培装置１の場合には、栽培パネル５が養液に触れることがなく、溶液中に発生する水藻が付着することもないから、収穫後の栽培パネル５の掃除が不要となる。栽培パネル５が自己を支持するための枠を持つ場合には、その枠が雨樋１０の上に直接に載置される。雨樋１０側で栽培パネル５を支持するための特別な支持用の中間スペーサーを設ける必要がない。

従来の方式においても、特にＮＦＴ方式では、栽培パネルを養液面から離れるように空隙をおいて保持する場合がある。植物の根部はすべてが水中に没せずに空中に露出する部分を有するので、これは空中酸素を吸収するために望ましい構造であるが、当然栽培パネルは養液プールとは離れるので、養液部分とは別の枠組みで支える必要がある。しかしながら、本実施例の水耕栽培装置１では、養液は雨樋１０の底だけを流れるので、栽培パネル５を直接に雨樋１０の上に直接載置するが、それでも水面は栽培パネル５底面とは必ず離れていて、その空隙を自動的に設定される。結果として上記スペーサーや別の枠組みは必要でなく、水量も少なく、構造が簡素になり、構造体の重量を軽くすることができる。また、定植や収穫作業は、栽培パネル５を取外したり載置することが簡単であるために、従来型よりも簡易で作業効率が向上する。

図２は、本発明に係る水耕栽培装置の第２の実施例を示す説明図である。図３は、同水耕栽培装置の縦断面を示す説明図である。図において、水耕栽培装置２は、図２は、図１の水耕栽培装置１を単位として、これを多段化した例の説明図である。以下、図２及び図３により説明する。雨樋１１，１２は、実施例１と同一の素材を使用し、両端が封止されている。この端部（とまり）も標準品である。雨樋１１，１２は、実施例１の雨樋１０と同様に、複数本が並列に並べられ、互いが連結具１３で連結されて、流路部が構成されている。ここで、雨樋１１が上段となる単位で、雨樋１２が下段となる単位である。そして、雨樋１１の一端付近の上方に、実施例１と同様の給水部２０が設けられている。また、それぞれの雨樋１１の他端（図２の手前側）には、集水器２６ｂからなる排水部２６が設けられている。この集水器２６ｂも標準品である。雨樋１１の凹部底面１１ａを流通した養液は、穴１１ｂを通って、排水部２６を介して、下段の雨樋１２に流れる。排水部２６が養液を落とし込む雨樋１２の位置は、雨樋１２の一端付近（図２では手前側）であり、他端付近（図２では奥側）にも、排水部２６と同様な排水部２７が設けられている。排液は、図示しない原液タンクに導かれる。

また、図２では記載を省略しているが、図３のように雨樋１１及び雨樋１２の上には、実施例１の栽培パネル５と同様な穴６ａを有する栽培パネル６が載置されている。さらに、図２では記載を省略しているが、栽培パネル６の上方には、それぞれ照明器具８が設けられ、植物に光を照射する。照明器具８としては、例えば、高圧ナトリウムランプ、蛍光灯、発光ダイオード等である。照明器具８のそれぞれに適当な反射傘を付設することも可能である。

図に示すように、基本の流路部の構造を単位の１段として、これを適当に選ばれた高さごとに上下の間隔をあけて多段に立体的に配置構築したもので、図では２段に構築されているが、２段に限られず複数段にすることができる。また、雨樋１１，１２の重量が軽いので比較的簡単な構造で済み、組み立て容易である。尚、各段の間隔は、栽培する植物によって異なり、植物の成長予定高さによって決められる。

実際に、本実施例の水耕栽培装置２は、脚部１６に細い軽量アングルを用いて構築した。各段の全重量は、栽培中の植物と照明装置８、養液を含めて、平方メートルあたり約５キログラムとなった。したがって、水耕栽培装置２の耐荷重量は少なく、多段の全体をきわめて軽く構成できる。実際には、各段の上下の間隔を７０センチメートルとして上下に並べて２段とし、その壁面の周囲を白色発泡ポリスチロール板で囲った。実施例１と同様な栽培条件で、２段およびさらに多段の構造体の場合についても栽培実験を行ったところ、実施例１の場合とほぼ同様の結果を得た。

このように、本実施例の水耕栽培装置２によれば、流路部を上下に複数段設けていることで、１つの装置で栽培面積を広く確保することができ、設置床面積あたりの収量を増やし、工場投資効率を有利とし、作業労働効率を高めることが可能である。また、多段にした場合においても養液の総水量が少ないことから、脚部１６を強固に構築する必要がなく、また設置場所の床の沈下を防ぐことが容易で、建設コストを安く抑えることができる。

本発明は、軽く耐久性にすぐれた建材であり、半円状の底面を有するＪＩＳ規格品の雨樋を複数本並列に並べて流路部としていることから、装置全体が軽く養液の水量が少なくてすむことから、構造が簡易で装置全体のコストを抑えることができ、水耕栽培装置として有効である。

本発明に係る水耕栽培装置の第１の実施例を示す説明図である。 本発明に係る水耕栽培装置の第２の実施例を示す説明図である。 同水耕栽培装置の縦断面を示す説明図である。

符号の説明

１，２・・・・・水耕栽培装置
５，６・・・・・栽培パネル
８・・・・・・・照明器具
１０〜１２・・・雨樋
１３・・・・・・連結具
１５，１６・・・支持脚
２０・・・・・・給水部
２５〜２７・・・排水部

Claims (3)

1. ＪＩＳ規格で定められる建材である雨樋を複数本並列に並べた流路部と、
   該流路部を保持する脚部と、
   該雨樋に養液を供給する給水部と、
   該雨樋から該養液を排出させる排水部と、
   該雨樋の上に載置され、植物を植栽する孔を有する板状の栽培パネルとを備え、
   該雨樋内に該養液を流通させることを特徴とする水耕栽培装置。
2. 前記流路部を上下に複数段設け、
   上段の該流路部から下段の該流路部に向かって前記養液を流通させることを特徴とする請求項１記載の水耕栽培装置。
3. 前記雨樋毎に異なる前記給水部を設け、前記養液を流通させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水耕栽培装置。

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