図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水耕栽培装置１の構成を示す図である。水耕栽培装置１は、定植水槽２、気体溶解部３、照明部５１、照明部昇降機構５２、反射板５３および温度センサ６を備え、また、気体溶解部３を制御する制御部７を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hydroponic cultivation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The hydroponic cultivation apparatus 1 includes a fixed planting water tank 2, a gas dissolving unit 3, an illumination unit 51, an illumination unit lifting mechanism 52, a reflector 53, and a temperature sensor 6, and a control unit 7 that controls the gas dissolving unit 3. .
気体溶解部３は、第１循環路３０により接続される複数の構成を備え、液体を第１循環路３０において循環させつつ、大気圧よりも圧力が高い状態（以下、「加圧環境」という。）にて当該液体に気体を溶解させる。本実施の形態では、気体溶解部３により、水耕栽培用の培養液に空気中の酸素を加圧環境下にて溶解させることにより溶存酸素濃度が高い培養液が生成される。
The gas dissolving unit 3 includes a plurality of components connected by the first circulation path 30, and circulates the liquid in the first circulation path 30, while the pressure is higher than the atmospheric pressure (hereinafter referred to as “pressurized environment”). .) Gas is dissolved in the liquid. In the present embodiment, the gas dissolving unit 3 generates a culture solution having a high dissolved oxygen concentration by dissolving oxygen in the air in a culture solution for hydroponics under a pressurized environment.
気体溶解部３は、第１循環路３０上に設けられる加圧溶解部３１および貯溜部である貯溜タンク３６を備える。加圧溶解部３１は、加圧環境下にて液体に気体を溶解させる。貯溜タンク３６は、加圧溶解部３１の後述する混合容器３２から排出路３０１を介して排出される液体の少なくとも一部を一時的に貯溜するバッファ部である。貯溜タンク３６に貯溜された液体の一部は、第１還流路３０２を介して加圧溶解部３１へと戻される。第１還流路３０２上には、貯溜タンク３６から加圧溶解部３１へと液体を送出する第１ポンプ３７１が設けられる。排出路３０１および第１還流路３０２はそれぞれ、第１循環路３０の一部である。
The gas dissolving unit 3 includes a pressurized dissolving unit 31 provided on the first circulation path 30 and a storage tank 36 which is a storage unit. The pressure dissolution unit 31 dissolves a gas in a liquid under a pressure environment. The storage tank 36 is a buffer unit that temporarily stores at least a part of the liquid discharged from a mixing container 32 (described later) of the pressurized dissolution unit 31 through the discharge path 301. Part of the liquid stored in the storage tank 36 is returned to the pressurized dissolution unit 31 via the first reflux path 302. On the first reflux path 302, a first pump 371 is provided for sending liquid from the storage tank 36 to the pressure dissolution unit 31. Each of the discharge path 301 and the first return path 302 is a part of the first circulation path 30.
水耕栽培装置１では、貯溜タンク３６において、貯溜タンク３６内の液体、すなわち、培養液９１の栄養分の濃度や酸素の溶解量等の管理が行われる。貯溜タンク３６と定植水槽２とは供給路３８１にて接続されており、供給路３８１上には、貯溜タンク３６内の培養液９１を定植水槽２に送出する第２ポンプ３７２が設けられる。定植水槽２は、貯溜タンク３６から供給される気体溶解部３にて生成された培養液９１を貯溜する。図１では、図の理解を容易にするために、貯溜タンク３６の内部を細い実線にて描いている。
In the hydroponic cultivation apparatus 1, the storage tank 36 manages the liquid in the storage tank 36, that is, the concentration of nutrients in the culture solution 91 and the dissolved amount of oxygen. The storage tank 36 and the fixed planting water tank 2 are connected by a supply path 381, and a second pump 372 for sending the culture solution 91 in the storage tank 36 to the fixed planting water tank 2 is provided on the supply path 381. The fixed planting water tank 2 stores the culture solution 91 generated in the gas dissolving unit 3 supplied from the storage tank 36. In FIG. 1, in order to facilitate understanding of the drawing, the inside of the storage tank 36 is drawn by a thin solid line.
定植水槽２は、平面視において略矩形状、かつ、上部が開口した浅底の箱形であり、基台２５上に載置される。定植水槽２では、複数の苗植え込みが設けられた発泡スチロール製の定植板８１が培養液９１の液面に浮かべられ、定植板８１の各苗植え込みにレタス等の植物が植え付けられることにより、当該植物が培養液９１上に定植される。定植水槽２には温度センサ６が設けられ、定植水槽２内の培養液９１の温度が温度センサ６により測定されて制御部７へと出力される。
The planting water tank 2 has a substantially rectangular shape in a plan view and a shallow box shape with an open top, and is placed on the base 25. In the fixed planting tank 2, a styrofoam fixed planting plate 81 in which a plurality of seedlings are planted is floated on the surface of the culture solution 91, and plants such as lettuce are planted in each seedling planting of the planting plate 81. Are planted on the culture medium 91. The fixed water tank 2 is provided with a temperature sensor 6, and the temperature of the culture solution 91 in the fixed water tank 2 is measured by the temperature sensor 6 and output to the control unit 7.
定植水槽２の底面側には、上方に突出するとともに上端部に開口部を有する排液部２１が設けられる。定植水槽２には、貯溜タンク３６から供給路３８１を介して連続的に所定流量の培養液９１が供給されており、定植水槽２内の培養液９１は、排液部２１の開口部に達すると、排液部２１に溢れ込むようにして定植水槽２外へと排出される。このため、定植水槽２内の培養液９１の液面は、当該排液部２１の開口部の上下方向の位置にほぼ等しい位置にて維持される。定植水槽２から排出された培養液９１は、第２還流路３８２を介して貯溜タンク３６へと戻される。水耕栽培装置１では、供給路３８１および第２還流路３８２はそれぞれ、貯溜タンク３６から定植水槽２へと培養液９１を供給し、定植水槽２から貯溜タンク３６へと培養液９１を戻す第２循環路３８の一部である。
On the bottom surface side of the fixed planting water tank 2, a drainage part 21 that protrudes upward and has an opening at the upper end is provided. The fixed culture tank 2 is continuously supplied with a predetermined flow rate of the culture medium 91 from the storage tank 36 via the supply path 381, and the culture liquid 91 in the fixed plant tank 2 reaches the opening of the drainage section 21. Then, it is discharged out of the fixed planting water tank 2 so as to overflow into the drainage part 21. For this reason, the liquid level of the culture solution 91 in the fixed planting water tank 2 is maintained at a position substantially equal to the vertical position of the opening of the drainage part 21. The culture solution 91 discharged from the fixed planting tank 2 is returned to the storage tank 36 via the second reflux path 382. In the hydroponic cultivation apparatus 1, the supply path 381 and the second return path 382 supply the culture solution 91 from the storage tank 36 to the fixed planting tank 2 and return the culture solution 91 from the fixed planting tank 2 to the storage tank 36. 2 is a part of the circulation path 38.
照明部５１は、定植水槽２の上方に配置され、定植水槽２に向けて光を照射する。照明部昇降機構５２は、複数の支柱５２１、複数の滑車５２２、複数の錘５２３、複数の接続線であるワイヤ５２４を備える。本実施の形態では、４本の支柱５２１、４つの滑車５２２および４本のワイヤ５２４が、定植水槽２の周囲において定植水槽２の４つの角部近傍に配置される。４本の支柱５２１には、定植水槽２の周囲を囲むように４枚の反射板５３が取り付けられる。図１では、図の理解を容易にするために、図中の左右の反射板５３のみを図示しており、図中の手前側および奥側の反射板５３の図示を省略している（図２においても同様）。水耕栽培装置１では、４枚の反射板５３により、照明部５１からの光が定植水槽２に向けて反射される。これにより、定植水槽２に定植された植物に照射される光量が増大するため、植物の成長がさらに促進される。
The illumination part 51 is arrange | positioned above the planting water tank 2, and irradiates light toward the planting water tank 2. As shown in FIG. The illumination unit lifting mechanism 52 includes a plurality of support columns 521, a plurality of pulleys 522, a plurality of weights 523, and a plurality of wires 524 that are connection lines. In the present embodiment, four support columns 521, four pulleys 522, and four wires 524 are arranged in the vicinity of the four corners of the fixed planting tank 2 around the fixed planting tank 2. Four reflecting plates 53 are attached to the four support columns 521 so as to surround the fixed planting water tank 2. In FIG. 1, only the left and right reflecting plates 53 in the drawing are shown in order to facilitate understanding of the drawing, and the front and back reflecting plates 53 in the drawing are omitted (see FIG. 1). The same applies to 2). In the hydroponic cultivation apparatus 1, the light from the illumination unit 51 is reflected toward the fixed planting water tank 2 by the four reflectors 53. Thereby, since the light quantity irradiated to the plant planted by the fixed planting tank 2 increases, the growth of a plant is further accelerated | stimulated.
図２は、１本の支柱５２１近傍を拡大して示す図である。複数の支柱５２１は、上下方向に延びる略円筒状であり、支柱５２１の上端部は定植水槽２および照明部５１よりも上方に位置する。滑車５２２は、照明部５１よりも上方において支柱５２１の上端部に固定され、滑車５２２に掛けられたワイヤ５２４の両端は、照明部５１および錘５２３に固定される。換言すれば、照明部５１と複数の錘５２３とは、複数の滑車５２２により支持された複数のワイヤ５２４を介して接続される。錘５２３は略円柱状であり、支柱５２１の内部にて昇降可能に吊り下げられて配置される。他の支柱５２１、滑車５２２、錘５２３およびワイヤ５２４の構造も、上述の構造と同様である。４つの錘５２３の合計重量は、照明部５１の重量に略等しい。なお、ワイヤ５２４に代えて、他の線上部材やチェーン等が錘５２３と照明部５１とを接続する接続線として利用されてもよい。支柱５２１は筒状であればよく、その長手方向に垂直な断面形状は、例えば矩形であってもよい。また、筒状の支柱５２１により内部の錘５２３がおよそ囲まれていればよく、例えば、支柱５２１の長手方向に垂直な断面形状は、略Ｃ字状であってもよい。
FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of one column 521. The plurality of support columns 521 have a substantially cylindrical shape extending in the up-down direction, and the upper ends of the support columns 521 are located above the planting water tank 2 and the illumination unit 51. The pulley 522 is fixed to the upper end of the column 521 above the illumination unit 51, and both ends of the wire 524 hung on the pulley 522 are fixed to the illumination unit 51 and the weight 523. In other words, the illumination unit 51 and the plurality of weights 523 are connected via the plurality of wires 524 supported by the plurality of pulleys 522. The weight 523 has a substantially cylindrical shape, and is suspended and arranged so as to be lifted and lowered inside the column 521. The structures of the other columns 521, pulleys 522, weights 523, and wires 524 are the same as those described above. The total weight of the four weights 523 is substantially equal to the weight of the illumination unit 51. Instead of the wire 524, another linear member, a chain, or the like may be used as a connection line that connects the weight 523 and the illumination unit 51. The column 521 may be cylindrical, and the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction may be, for example, a rectangle. Further, it is only necessary that the inner weight 523 is substantially surrounded by the cylindrical support column 521. For example, the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the support column 521 may be substantially C-shaped.
図３は、照明部５１の底面図である。図３に示すように、照明部５１は、水平な配列方向に配列される棒状または板状の複数の照明ユニット５１１、および、複数の照明ユニット５１１を支持する２本の照明ユニット支持部５１２を備える。複数の照明ユニット５１１は、水平かつ上記配列方向に垂直な方向に互いに平行に延びる。以下の説明では、照明ユニット５１１が延びる方向を「ユニット長手方向」と呼び、複数の照明ユニット５１１の配列方向を「ユニット配列方向」という。
FIG. 3 is a bottom view of the illumination unit 51. As shown in FIG. 3, the illumination unit 51 includes a plurality of bar-shaped or plate-shaped illumination units 511 arranged in a horizontal arrangement direction, and two illumination unit support units 512 that support the plurality of illumination units 511. Prepare. The plurality of illumination units 511 extend parallel to each other in a direction that is horizontal and perpendicular to the arrangement direction. In the following description, the direction in which the illumination units 511 extend is referred to as “unit longitudinal direction”, and the arrangement direction of the plurality of illumination units 511 is referred to as “unit arrangement direction”.
各照明ユニット支持部５１２は、ユニット配列方向に延びる棒状部材であり、照明ユニット支持部５１２の両端は照明用フレーム５１４に固定される。各照明ユニット５１１は、図１に示すように、２本の照明ユニット支持部５１２に吊り下げ具５１６を利用して吊り下げられる。図３に示す複数の照明ユニット５１１は、２本の照明ユニット支持部５１２に沿ってユニット配列方向に個別にスライド可能である。このため、定植水槽２（図１参照）にマトリクス状に定植された複数の植物のユニット配列方向の間隔に合わせて、複数の照明ユニット５１１をユニット配列方向の適切な位置に配置することができる。
Each illumination unit support 512 is a rod-like member extending in the unit arrangement direction, and both ends of the illumination unit support 512 are fixed to the illumination frame 514. As shown in FIG. 1, each lighting unit 511 is suspended by two lighting unit support parts 512 using a hanging tool 516. The plurality of lighting units 511 shown in FIG. 3 can be individually slid along the two lighting unit support portions 512 in the unit arrangement direction. For this reason, according to the space | interval of the unit arrangement direction of the several plant planted by the fixed planting water tank 2 (refer FIG. 1) in the matrix form, the some lighting unit 511 can be arrange | positioned in the appropriate position of a unit arrangement direction. .
各照明ユニット５１１には、複数の光源５１３がユニット長手方向に平行な略直線状に取り付けられる。本実施の形態では、光源５１３として電源からの定電流にて駆動される白色ＬＥＤが利用される。複数の光源５１３の電源は、照明用フレーム５１４上等に配置され、光源５１３よりも定植水槽２から上方に離間している。このため、光源５１３および電源から発生する熱が、定植水槽２内の培養液９１の温度や定植水槽２に定植されている植物に与える影響を抑制することができる。
A plurality of light sources 513 are attached to each illumination unit 511 in a substantially straight line parallel to the unit longitudinal direction. In the present embodiment, a white LED driven by a constant current from a power source is used as the light source 513. The power sources of the plurality of light sources 513 are arranged on the illumination frame 514 and the like, and are spaced apart from the fixed planting tank 2 above the light source 513. For this reason, the heat which generate | occur | produces from the light source 513 and a power supply can suppress the influence which it has on the temperature of the culture solution 91 in the fixed planting water tank 2, and the plant planted in the fixed planting water tank 2. FIG.
図２および図３に示すように、照明用フレーム５１４の４つの角部には、上下方向に延びる４本の円筒部材５１５が設けられる。４本の円筒部材５１５には、図２に示すように、照明部昇降機構５２の４本の支柱５２１が挿入され、各円筒部材５１５は、支柱５２１に沿って上下方向にスライド可能である。換言すれば、照明部５１の複数の円筒部材５１５は、複数の支柱５２１に沿って上下方向にスライドする複数の上下スライド部である。照明部５１は、複数の円筒部材５１５を介して、照明部昇降機構５２の複数の支柱５２１に昇降可能に取り付けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, four cylindrical members 515 extending in the vertical direction are provided at the four corners of the illumination frame 514. As shown in FIG. 2, the four support columns 521 of the illumination unit lifting mechanism 52 are inserted into the four cylindrical members 515, and each cylindrical member 515 can be slid in the vertical direction along the support columns 521. In other words, the plurality of cylindrical members 515 of the illumination unit 51 are a plurality of vertical slide units that slide in the vertical direction along the plurality of columns 521. The illuminating unit 51 is attached to a plurality of support columns 521 of the illuminating unit elevating mechanism 52 through a plurality of cylindrical members 515 so as to be able to be moved up and down.
上述のように、照明部５１の重量は、４つの錘５２３の合計重量に略等しいため、照明部５１の上下方向の位置は、大きな力を加えない限り維持される。照明部５１を昇降させる際には、照明部５１に上向きまたは下向きの力を加えることにより、照明部５１が４本の支柱５２１に沿って上下方向にスライドする。すなわち、支柱５２１は、照明部５１の昇降の際のガイドの役割を果たす。
As described above, since the weight of the illumination unit 51 is substantially equal to the total weight of the four weights 523, the vertical position of the illumination unit 51 is maintained unless a large force is applied. When raising or lowering the illumination unit 51, the illumination unit 51 slides in the vertical direction along the four columns 521 by applying an upward or downward force to the illumination unit 51. That is, the column 521 serves as a guide when the lighting unit 51 is raised and lowered.
水耕栽培装置１では、複数の支柱５２１、複数の滑車５２２、複数の錘５２３、並びに、複数のワイヤ５２４により、照明部５１を簡単な機構にて昇降することができる。その結果、定植水槽２に定植された植物の成長に合わせて、植物と照明部５１との距離を適切に調整することができる。また、複数の錘５２３が複数の支柱５２１の内部にそれぞれ配置されるため、錘５２３が作業の邪魔になってしまうことが防止される。さらに、照明部５１が、上下スライド部である複数の円筒部材５１５を介して複数の支柱５２１に取り付けられることにより、照明部５１を滑らかに上下方向に移動させることができる。
In the hydroponic cultivation apparatus 1, the illumination unit 51 can be moved up and down by a simple mechanism using the plurality of columns 521, the plurality of pulleys 522, the plurality of weights 523, and the plurality of wires 524. As a result, it is possible to appropriately adjust the distance between the plant and the illumination unit 51 in accordance with the growth of the plant that has been planted in the planting water tank 2. Further, since the plurality of weights 523 are respectively disposed inside the plurality of columns 521, the weight 523 is prevented from interfering with work. Furthermore, the illuminating unit 51 can be smoothly moved in the vertical direction by attaching the illuminating unit 51 to the plurality of support columns 521 via the plurality of cylindrical members 515 that are the upper and lower slide units.
水耕栽培装置１では、照明部５１の意図しない昇降を確実に防止するために、照明部５１の昇降時以外のときは、円筒部材５１５の上下において支柱５２１にストッパ５２５が取り付けられる。また、照明部５１が支柱５２１の上端部近傍まで上昇した状態であっても、錘５２３は、支柱５２１内に収容された状態で、床よりも上方に位置する。これにより、照明部５１を上方に位置させた状態においても、錘５２３が作業の邪魔になってしまうことが防止される。なお、ストッパ５２５を取り外した際に、照明部５１の意図しない下降を確実に防止するために、複数の錘５２３の合計重量が、照明部５１の重量よりもある程度重くされてもよい。また、照明部５１を定植水槽２の側方まで延在させてもよい。これによって、葉の裏側にも光を照射して葉の裏側に隠れている特定波長の光を嫌う害虫を駆除したり、定植水槽２を透明にして水中の植物の栽培にも適用したりしてもよい。
In the hydroponic cultivation apparatus 1, a stopper 525 is attached to the support column 521 at the top and bottom of the cylindrical member 515 at times other than when the lighting unit 51 is lifted to reliably prevent the lighting unit 51 from unintentionally lifting. Even when the illumination unit 51 is raised to the vicinity of the upper end of the support column 521, the weight 523 is accommodated in the support column 521 and positioned above the floor. This prevents the weight 523 from interfering with work even when the illumination unit 51 is positioned upward. When the stopper 525 is removed, the total weight of the plurality of weights 523 may be made somewhat heavier than the weight of the illumination unit 51 in order to reliably prevent the illumination unit 51 from unintentionally descending. Moreover, you may extend the illumination part 51 to the side of the fixed planting water tank 2. FIG. In this way, the back side of the leaf is irradiated with light to eliminate pests that hate the light of a specific wavelength hidden on the back side of the leaf, or the planting tank 2 can be made transparent and applied to the cultivation of underwater plants. May be.
図４は、加圧溶解部３１の構成を示す図であり、加圧溶解部３１の一部の構成を断面にて描く。加圧溶解部３１は、混合容器３２、混合容器３２に取り付けられる液体噴射部３３および気体供給部３４、並びに、混合容器３２に接続される排出路３０１上に設けられる減圧ノズル３５を備える。混合容器３２は、上下方向に積層される第１流路３２１および第２流路３２２を備える。第２流路３２２は、第１流路３２１の下方に位置する。第１流路３２１および第２流路３２２は、水平方向に延びる管路であり、長手方向に垂直な断面は略矩形である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the pressure dissolving unit 31, and a part of the configuration of the pressure dissolving unit 31 is drawn in a cross section. The pressure dissolution unit 31 includes a mixing container 32, a liquid ejecting unit 33 and a gas supply unit 34 attached to the mixing container 32, and a decompression nozzle 35 provided on a discharge path 301 connected to the mixing container 32. The mixing container 32 includes a first channel 321 and a second channel 322 that are stacked in the vertical direction. The second flow path 322 is located below the first flow path 321. The 1st flow path 321 and the 2nd flow path 322 are the pipe lines extended in a horizontal direction, and the cross section perpendicular | vertical to a longitudinal direction is a substantially rectangular shape.
混合容器３２の第１流路３２１の上部には、気体供給部３４が接続される。気体供給部３４は、気体供給路３４１、逆止弁３４２、バルブ３４３、電磁弁３４４、気体タンク３４５およびコンプレッサ３４６を備える。気体供給路３４１は混合容器３２の第１流路３２１の上部に接続されており、逆止弁３４２、バルブ３４３、電磁弁３４４、気体タンク３４５およびコンプレッサ３４６は、気体供給路３４１上に混合容器３２側から順に設けられる。加圧溶解部３１では、気体供給部３４の電磁弁３４４が制御されることにより、混合容器３２内への気体の供給が開始、または、停止される。本実施の形態では、気体供給部３４により空気が混合容器３２内に供給される。空気は、溶解度が異なる窒素（Ｎ２）および酸素（Ｏ２）を主に含む混合気体であり、酸素の溶解度は、窒素の溶解度の２倍以上である。なお、気体供給部３４では、気体タンク３４５およびコンプレッサ３４６に代えて、例えば、ボンベ等から気体供給路３４１に気体が供給されてもよい。
A gas supply unit 34 is connected to the upper part of the first flow path 321 of the mixing container 32. The gas supply unit 34 includes a gas supply path 341, a check valve 342, a valve 343, an electromagnetic valve 344, a gas tank 345, and a compressor 346. The gas supply path 341 is connected to the upper part of the first flow path 321 of the mixing container 32, and the check valve 342, valve 343, electromagnetic valve 344, gas tank 345 and compressor 346 are mixed on the gas supply path 341. They are provided in order from the 32 side. In the pressure dissolution unit 31, the supply of gas into the mixing container 32 is started or stopped by controlling the electromagnetic valve 344 of the gas supply unit 34. In the present embodiment, air is supplied into the mixing container 32 by the gas supply unit 34. Air is a mixed gas mainly containing nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) having different solubilities, and the solubility of oxygen is at least twice that of nitrogen. In the gas supply unit 34, instead of the gas tank 345 and the compressor 346, for example, gas may be supplied to the gas supply path 341 from a cylinder or the like.
液体噴射部３３は、液体噴射ノズル３３１、および、既述の第１ポンプ３７１を備え、混合容器３２内に培養液９１を噴射する。液体噴射ノズル３３１は、第１流路３２１の上流側の端部（すなわち、図１中の左側の端部）において、混合容器３２の側面に取り付けられる。第１ポンプ３７１により、貯溜タンク３６から液体噴射ノズル３３１へと送出された培養液９１は、液体噴射ノズル３３１から混合容器３２内へと噴射される。混合容器３２内には、気体供給部３４により、予め空気が充填されており、培養液９１の噴射が行われる際には、気体供給部３４からの空気の供給は停止されている。
The liquid ejecting unit 33 includes a liquid ejecting nozzle 331 and the first pump 371 described above, and ejects the culture solution 91 into the mixing container 32. The liquid ejection nozzle 331 is attached to the side surface of the mixing container 32 at the upstream end of the first flow path 321 (that is, the left end in FIG. 1). The culture liquid 91 sent from the storage tank 36 to the liquid jet nozzle 331 by the first pump 371 is jetted from the liquid jet nozzle 331 into the mixing container 32. The mixing container 32 is filled with air in advance by the gas supply unit 34, and supply of air from the gas supply unit 34 is stopped when the culture solution 91 is jetted.
液体噴射ノズル３３１からの培養液９１は、第１流路３２１内の培養液９１の液面とおよそ同じ高さから噴射され、噴射された直後に第１流路３２１を図１中の右側に向かって流れる培養液９１に直接衝突し、共に加圧環境下にて第１流路３２１の下流側へと流れる。図４では、混合容器３２中の培養液９１に平行斜線を付す。第１流路３２１の下流側の端部（すなわち、図４中の右側の端部）の下面には、略円形の開口３２１ａが設けられており、第１流路３２１を流れる培養液９１は、第１流路３２１の下方に位置する第２流路３２２へと開口３２１ａを介して流入する。
The culture fluid 91 from the liquid ejection nozzle 331 is ejected from approximately the same height as the liquid level of the culture fluid 91 in the first channel 321, and immediately after the ejection, the first channel 321 is moved to the right side in FIG. It directly collides with the culture medium 91 that flows toward it, and both flow to the downstream side of the first flow path 321 under a pressurized environment. In FIG. 4, parallel oblique lines are given to the culture solution 91 in the mixing container 32. A substantially circular opening 321a is provided on the lower surface of the downstream end of the first channel 321 (that is, the right end in FIG. 4), and the culture solution 91 flowing through the first channel 321 is Then, it flows into the second flow path 322 located below the first flow path 321 through the opening 321a.
第２流路３２２では、第１流路３２１から流入した培養液９１が、図１中の右側から左側へと加圧環境下にて流れ、第２流路３２２の下流側の端部の側面に接続された排出路３０１へと排出される。第２流路３２２の下流側の端部の上面には、貫通孔３２２ａが設けられており、第２流路３２２内に充満する培養液９１の上部に存在する気泡が貫通孔３２２ａを介して第１流路３２１へと戻される。
In the second channel 322, the culture solution 91 that has flowed in from the first channel 321 flows from the right side to the left side in FIG. 1 in a pressurized environment, and the side surface of the downstream end of the second channel 322. Is discharged to the discharge path 301 connected to the. A through-hole 322a is provided on the upper surface of the downstream end of the second flow path 322, and bubbles existing above the culture solution 91 filling the second flow path 322 pass through the through-hole 322a. It returns to the 1st flow path 321.
排出路３０１の先端部には、絞り部である減圧ノズル３５が設けられ、減圧ノズル３５の先端は貯溜タンク３６の側面に接続される。気体溶解部３では、混合容器３２から排出された培養液９１は、減圧ノズル３５を通過して貯溜タンク３６に排出される。培養液９１が減圧ノズル３５を通過することにより、混合容器３２内は加圧環境とされる。本実施の形態では、混合容器３２内の圧力は約１３０ｋＰａ（キロパスカル）である。なお、減圧ノズル３５は、排出路３０１上に設けられるのであれば、必ずしも排出路３０１の先端部に設けられる必要はなく、例えば、排出路３０１の中央や排出路３０１の混合容器３２側の端部に設けられてもよい。また、減圧ノズル３５に代えて、固定絞りや可変絞り、バルブ等が絞り部として利用されてもよい。
A pressure reducing nozzle 35, which is a throttling portion, is provided at the tip of the discharge path 301, and the tip of the pressure reducing nozzle 35 is connected to the side surface of the storage tank 36. In the gas dissolving unit 3, the culture solution 91 discharged from the mixing container 32 passes through the decompression nozzle 35 and is discharged to the storage tank 36. As the culture solution 91 passes through the vacuum nozzle 35, the inside of the mixing container 32 is brought into a pressurized environment. In the present embodiment, the pressure in the mixing container 32 is about 130 kPa (kilopascal). In addition, if the pressure reduction nozzle 35 is provided on the discharge path 301, it does not necessarily need to be provided at the front-end | tip part of the discharge path 301, for example, the center of the discharge path 301 or the end of the discharge path 301 on the mixing container 32 side. It may be provided in the part. Further, instead of the pressure reducing nozzle 35, a fixed throttle, a variable throttle, a valve or the like may be used as the throttle unit.
次に、水耕栽培装置１における培養液９１の生成の流れについて、図５を参照しつつ説明する。水耕栽培装置１では、まず、制御部７により図４に示す液体噴射部３３の第１ポンプ３７１が制御されることにより、内部に培養液９１が存在せず、かつ、空気が充填された状態の混合容器３２内に、液体噴射ノズル３３１から培養液９１の噴射が開始される。このとき、気体供給部３４から混合容器３２内への空気の供給は停止されている。液体噴射ノズル３３１からの培養液９１は、混合容器３２の第１流路３２１および第２流路３２２を流れ、排出路３０１および減圧ノズル３５を介して貯溜タンク３６へと排出される。加圧溶解部３１では、培養液９１が減圧ノズル３５を通過することにより、混合容器３２内が加圧環境となる。
Next, the flow of production of the culture solution 91 in the hydroponic cultivation apparatus 1 will be described with reference to FIG. In the hydroponic cultivation apparatus 1, first, the control unit 7 controls the first pump 371 of the liquid ejecting unit 33 shown in FIG. 4, so that the culture solution 91 does not exist inside and is filled with air. In the mixing container 32 in the state, the injection of the culture solution 91 from the liquid injection nozzle 331 is started. At this time, the supply of air from the gas supply unit 34 into the mixing container 32 is stopped. The culture solution 91 from the liquid injection nozzle 331 flows through the first flow path 321 and the second flow path 322 of the mixing container 32, and is discharged to the storage tank 36 through the discharge path 301 and the decompression nozzle 35. In the pressurization / dissolution unit 31, the culture solution 91 passes through the vacuum nozzle 35, whereby the inside of the mixing container 32 becomes a pressurization environment.
そして、液体噴射ノズル３３１からの培養液９１の噴射が継続され、空気が充填された加圧環境下の混合容器３２内を培養液９１が流れる間に、混合容器３２内の空気が培養液９１に加圧溶解する（ステップＳ１１）。上述のように、酸素の溶解度は窒素の溶解度の２倍以上であるため、培養液９１に溶解する窒素に対する酸素の割合は、空気中の窒素に対する酸素の割合よりも大きい。混合容器３２から貯溜タンク３６へと排出される培養液９１には、酸素が過飽和状態にて溶解している。
And while the injection of the culture solution 91 from the liquid injection nozzle 331 is continued and the culture solution 91 flows through the mixing vessel 32 in a pressurized environment filled with air, the air in the mixing vessel 32 is changed to the culture solution 91. (Step S11). As described above, since the solubility of oxygen is more than twice that of nitrogen, the ratio of oxygen to nitrogen dissolved in the culture solution 91 is larger than the ratio of oxygen to nitrogen in the air. In the culture solution 91 discharged from the mixing container 32 to the storage tank 36, oxygen is dissolved in a supersaturated state.
混合容器３２から排出された培養液９１は貯溜タンク３６にて一時的に貯溜され、その一部は、供給路３８１を介して定植水槽２へと供給され、第２還流路３８２を介して貯溜タンク３６へと戻される。また、他の一部は、第１還流路３０２を介して液体噴射ノズル３３１へと戻され、液体噴射ノズル３３１から混合容器３２内へと噴射される。気体溶解部３では、制御部７により、液体噴射ノズル３３１からの培養液９１の噴射時間や噴射量が記録されており、所定時間または所定量の培養液９１が噴射された後に、第１ポンプ３７１が制御されることにより、液体噴射ノズル３３１からの培養液９１の噴射が停止される（ステップＳ１２）。上述のように、酸素は窒素に比べて培養液９１に溶けやすいため、混合容器３２内の空気は、通常の大気よりも酸素の割合が少ない状態となっている。
The culture solution 91 discharged from the mixing container 32 is temporarily stored in the storage tank 36, a part of which is supplied to the fixed planting tank 2 through the supply path 381 and stored through the second reflux path 382. It is returned to the tank 36. The other part is returned to the liquid jet nozzle 331 via the first reflux path 302 and jetted from the liquid jet nozzle 331 into the mixing container 32. In the gas dissolving unit 3, the control unit 7 records the spraying time and the spray amount of the culture solution 91 from the liquid spray nozzle 331, and after the predetermined time or the predetermined amount of the culture solution 91 is sprayed, the first pump By controlling 371, the injection of the culture solution 91 from the liquid injection nozzle 331 is stopped (step S12). As described above, since oxygen is more easily dissolved in the culture solution 91 than nitrogen, the air in the mixing container 32 is in a state where the proportion of oxygen is smaller than that in the normal atmosphere.
続いて、制御部７により気体供給部３４の電磁弁３４４が制御されることにより、混合容器３２内への空気の供給が開始される。加圧溶解部３１では、空気の供給が所定時間継続されることにより、混合容器３２内に残存する空気（すなわち、通常の大気よりも酸素濃度が低い空気）および培養液９１が、混合容器３２から排出路３０１を介して貯溜タンク３６へと排出される。また、混合容器３２内には、混合容器３２外部の新たな空気が充填され、混合容器３２内の酸素濃度は、通常の大気の酸素濃度と同等となる（ステップＳ１３）。その後、制御部７により電磁弁３４４が制御されることにより、気体供給部３４から混合容器３２内への空気の供給が停止される（ステップＳ１４）。
Subsequently, the control unit 7 controls the electromagnetic valve 344 of the gas supply unit 34 to start supplying air into the mixing container 32. In the pressure dissolution unit 31, the supply of air is continued for a predetermined time, so that the air remaining in the mixing container 32 (that is, air having a lower oxygen concentration than the normal atmosphere) and the culture solution 91 are mixed with the mixing container 32. Is discharged to the storage tank 36 through the discharge path 301. Further, the mixing container 32 is filled with new air outside the mixing container 32, and the oxygen concentration in the mixing container 32 becomes equal to the oxygen concentration in the normal atmosphere (step S13). Thereafter, the electromagnetic valve 344 is controlled by the control unit 7, whereby the supply of air from the gas supply unit 34 into the mixing container 32 is stopped (step S14).
そして、ステップＳ１１に戻って、排出路３０１から貯溜タンク３６へと排出された培養液９１の一部が液体噴射ノズル３３１へと戻され、混合容器３２内への培養液９１の噴射が再度開始される。水耕栽培装置１では、ステップＳ１１〜Ｓ１４が繰り返されることにより、溶存酸素濃度が高い培養液９１を効率良く生成することができる。本実施の形態では、貯溜タンク３６に貯溜される培養液９１には、大気圧下における培養液に対する酸素の溶解度の約１．５倍の酸素が溶解している。また、通常の空気を利用して溶存酸素濃度が高い培養液９１を容易に生成することができる。
Then, returning to step S11, a part of the culture solution 91 discharged from the discharge path 301 to the storage tank 36 is returned to the liquid injection nozzle 331, and the injection of the culture solution 91 into the mixing container 32 is started again. Is done. In the hydroponic cultivation apparatus 1, the culture solution 91 having a high dissolved oxygen concentration can be efficiently generated by repeating steps S11 to S14. In the present embodiment, the culture solution 91 stored in the storage tank 36 is dissolved with about 1.5 times the oxygen solubility in the culture solution under atmospheric pressure. Moreover, the culture solution 91 with a high dissolved oxygen concentration can be easily generated using normal air.
混合容器３２から排出された培養液９１は貯溜タンク３６に貯溜され、貯溜タンク３６から図１に示す定植水槽２に供給される。貯溜タンク３６において、溶存酸素濃度が高い培養液９１を一時的に貯溜することにより、混合容器３２からの培養液９１の排出量を定植水槽２への培養液９１の供給量に合わせる必要がないため、加圧溶解部３１の設計の自由度を向上することができる。また、定植水槽２においても、培養液９１中の溶存酸素濃度は十分に高い状態で維持されるため、定植水槽２に定植される植物の成長が促進される。
The culture solution 91 discharged from the mixing container 32 is stored in the storage tank 36 and supplied from the storage tank 36 to the fixed planting tank 2 shown in FIG. By temporarily storing the culture solution 91 having a high dissolved oxygen concentration in the storage tank 36, it is not necessary to match the discharge amount of the culture solution 91 from the mixing container 32 to the supply amount of the culture solution 91 to the fixed planting water tank 2. Therefore, the degree of freedom in designing the pressure dissolving unit 31 can be improved. Moreover, since the dissolved oxygen concentration in the culture solution 91 is maintained in a sufficiently high state also in the fixed planting water tank 2, the growth of the plants planted in the fixed water tank 2 is promoted.
水耕栽培装置１では、定植水槽２へと供給された培養液９１を第２循環路３８を介して貯溜タンク３６へと戻すことにより、培養液９１を効率良く使用することができる。さらに、通常の培養液よりも溶存酸素濃度が高い培養液９１を貯溜タンク３６を介して混合容器３２へと戻すことになるため、混合容器３２において、培養液９１の溶存酸素濃度を所望の濃度まで迅速に上昇させることができる。
In the hydroponic cultivation apparatus 1, the culture solution 91 can be used efficiently by returning the culture solution 91 supplied to the fixed planting water tank 2 to the storage tank 36 via the second circulation path 38. Furthermore, since the culture solution 91 having a higher dissolved oxygen concentration than the normal culture solution is returned to the mixing vessel 32 via the storage tank 36, the dissolved oxygen concentration of the culture solution 91 is set to a desired concentration in the mixing vessel 32. Can be raised quickly.
加圧溶解部３１では、混合容器３２が上下方向に積層される第１流路３２１および第２流路３２２（図４参照）を備えることにより、培養液９１に十分な量の酸素を溶解させるための流路長を確保しつつ混合容器３２を小型化することができる。なお、第１流路３２１および第２流路３２２は、必ずしも上下方向に積層される必要はなく、各流路における混合流体の流れる方向が同じになるように、階段状に配置されてもよい。また、流路の数も２つには限定されず、様々に変更されてよい。
In the pressure dissolution unit 31, a sufficient amount of oxygen is dissolved in the culture solution 91 by including the first channel 321 and the second channel 322 (see FIG. 4) in which the mixing container 32 is stacked in the vertical direction. Therefore, the mixing container 32 can be reduced in size while ensuring a flow path length for the purpose. Note that the first flow path 321 and the second flow path 322 do not necessarily have to be stacked in the vertical direction, and may be arranged stepwise so that the mixed fluid flows in the same flow path in the same flow path. . Further, the number of flow paths is not limited to two, and may be variously changed.
水耕栽培装置１では、加圧溶解部３１において、加圧環境下にて培養液９１の噴射が行われることにより、培養液９１の温度が上昇する。一方、植物の成長を促進させるという観点からは、植物の定植初期は高温（レタスの場合であれば、２５〜２８℃）の培養液９１が供給されることが好ましく、生育後半は低温（レタスの場合であれば、１５℃〜２０℃）の培養液９１が供給されることが好ましい。
In the hydroponic cultivation apparatus 1, the temperature of the culture solution 91 is increased by spraying the culture solution 91 in a pressurized environment in the pressure dissolution unit 31. On the other hand, from the viewpoint of promoting the growth of the plant, it is preferable to supply the culture solution 91 at a high temperature (25 to 28 ° C. in the case of lettuce) at the initial stage of planting, and a low temperature (lettuce in the latter half of the growth). In this case, it is preferable that the culture solution 91 at 15 ° C. to 20 ° C. is supplied.
そこで、水耕栽培装置１では、定植水槽２に設けられた温度センサ６により、定植水槽２内の培養液９１の温度が測定されて制御部７へと出力され、制御部７により、温度センサ６からの出力に基づいて気体溶解部３の稼動率が変更される。具体的には、温度センサ６から出力される温度が所望の設定温度よりも低い場合、培養液９１の温度を上昇させるために、気体溶解部３においてステップＳ１１〜Ｓ１４が連続的に繰り返される。すなわち、気体溶解部３が連続的に稼働され、気体溶解部３の稼動率が１００％とされる。
Therefore, in the hydroponic cultivation apparatus 1, the temperature sensor 6 provided in the fixed planting water tank 2 measures the temperature of the culture solution 91 in the fixed planting water tank 2 and outputs the temperature to the control unit 7. Based on the output from 6, the operating rate of the gas dissolving part 3 is changed. Specifically, when the temperature output from the temperature sensor 6 is lower than a desired set temperature, steps S11 to S14 are continuously repeated in the gas dissolving unit 3 in order to increase the temperature of the culture solution 91. That is, the gas dissolving part 3 is continuously operated, and the operating rate of the gas dissolving part 3 is set to 100%.
また、温度センサ６から出力される温度が所望の設定温度よりも高い場合、培養液９１の温度を低下させるために、気体溶解部３においてステップＳ１４とステップＳ１１との間に所定の待機時間が設けられる。例えば、気体溶解部３を５分間稼働させた後、５分間停止することが繰り返される。換言すれば、水耕栽培装置１では、気体溶解部３が間欠的に稼働され、稼動率は１００％未満（例えば、５０％）とされる。このように、気体溶解部３の稼動率が変更されることにより、加熱装置や冷却装置を利用することなく、あるいは、加熱装置や冷却装置の使用を抑制しつつ、培養液９１の温度を容易に制御することができる。また、貯溜タンク３６内の培養液９１の温度を容易に均一とすることができるため、定植水槽２に供給される培養液９１の温度を一定に維持することができる。水耕栽培装置１では、定植水槽２内の培養液９１の温度を植物の生育状態に合わせて適切に制御することにより、植物の成長を促進することができる。
In addition, when the temperature output from the temperature sensor 6 is higher than the desired set temperature, a predetermined waiting time is set between the step S14 and the step S11 in the gas dissolving unit 3 in order to reduce the temperature of the culture solution 91. Provided. For example, after the gas dissolving unit 3 is operated for 5 minutes, it is repeatedly stopped for 5 minutes. In other words, in the hydroponic cultivation apparatus 1, the gas dissolving part 3 is intermittently operated, and the operation rate is less than 100% (for example, 50%). In this way, by changing the operating rate of the gas dissolving unit 3, the temperature of the culture medium 91 can be easily increased without using a heating device or a cooling device or while suppressing the use of the heating device or the cooling device. Can be controlled. Moreover, since the temperature of the culture solution 91 in the storage tank 36 can be made uniform easily, the temperature of the culture solution 91 supplied to the fixed planting water tank 2 can be kept constant. In the hydroponic cultivation apparatus 1, the growth of the plant can be promoted by appropriately controlling the temperature of the culture solution 91 in the fixed planting water tank 2 according to the growth state of the plant.
なお、気体溶解部３の稼動率の変更は、必ずしも気体溶解部３の連続稼働と間欠稼働の切替により行われる必要はなく、例えば、気体溶解部３を連続稼働した状態で、制御部７により第１ポンプ３７１の出力が制御されることにより、液体噴射ノズル３３１からの培養液９１の噴射量、すなわち、混合容器３２から貯溜タンク３６に排出される培養液９１の量が変更されることにより行われてもよい。
Note that the change of the operating rate of the gas dissolving unit 3 is not necessarily performed by switching between the continuous operation and the intermittent operation of the gas dissolving unit 3, for example, by the control unit 7 while the gas dissolving unit 3 is continuously operated. By controlling the output of the first pump 371, the injection amount of the culture solution 91 from the liquid injection nozzle 331, that is, the amount of the culture solution 91 discharged from the mixing container 32 to the storage tank 36 is changed. It may be done.
水耕栽培装置１では、温度センサ６が定植水槽２に設けられることにより、定植水槽２内の培養液９１の温度の制御を正確に行うことができる。なお、温度センサ６は、定植水槽２以外の部位、例えば、貯溜タンク３６に設けられてもよい。この場合、貯溜タンク３６内の培養液９１の温度と定植水槽２内の培養液９１の温度との関係を予め把握しておき、定植水槽２内の培養液９１が所望の温度となるように、貯溜タンク３６内の培養液９１の温度が制御される。
In the hydroponic cultivation device 1, the temperature sensor 6 is provided in the fixed planting water tank 2, whereby the temperature of the culture solution 91 in the fixed planting water tank 2 can be accurately controlled. In addition, the temperature sensor 6 may be provided in parts other than the fixed planting water tank 2, for example, the storage tank 36. In this case, the relationship between the temperature of the culture solution 91 in the storage tank 36 and the temperature of the culture solution 91 in the fixed planting tank 2 is grasped in advance so that the culture solution 91 in the fixed planting tank 2 has a desired temperature. The temperature of the culture solution 91 in the storage tank 36 is controlled.
図６は、減圧ノズルの他の例を示す断面図である。図６に示す減圧ノズル３５ａは、混合容器３２から排出された溶存酸素濃度が高い培養液を、貯溜タンク３６に貯溜されている培養液９１（図４参照）中に噴出することにより、貯溜タンク３６の培養液９１中に酸素等の微細気泡（直径が１μｍ未満の微細気泡であるナノバブル）を生成する微細気泡生成ノズルである。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the decompression nozzle. The decompression nozzle 35a shown in FIG. 6 ejects the culture solution having a high dissolved oxygen concentration discharged from the mixing container 32 into the culture solution 91 (see FIG. 4) stored in the storage tank 36, thereby allowing the storage tank It is a fine bubble generating nozzle that generates fine bubbles such as oxygen (nanobubbles having a diameter of less than 1 μm) in 36 culture solutions 91.
減圧ノズル３５ａは、排出路３０１から培養液が流入する培養液流入口３５１、および、貯溜タンク３６に向かって開口する培養液噴出口３５２を備える。培養液流入口３５１および培養液噴出口３５２はそれぞれ略円形であり、培養液流入口３５１から培養液噴出口３５２に向かうノズル流路３５０の流路断面も略円形である。
The decompression nozzle 35 a includes a culture solution inlet 351 through which the culture solution flows from the discharge path 301, and a culture solution outlet 352 that opens toward the storage tank 36. The culture fluid inlet 351 and the culture fluid outlet 352 are each substantially circular, and the cross section of the nozzle channel 350 from the culture fluid inlet 351 to the culture fluid outlet 352 is also substantially circular.
減圧ノズル３５ａは、培養液流入口３５１から培養液噴出口３５２に向かって順に連続して配置される導入部３５３、テーパ部３５４および喉部３５５を備える。導入部３５３では、流路面積は、ノズル流路３５０の中心軸Ｊ１方向の各位置においてほぼ一定である。テーパ部３５４では、培養液の流れる方向に向かって（すなわち、下流側に向かって）流路面積が漸次減少する。テーパ部３５４の内面は、ノズル流路３５０の中心軸Ｊ１を中心とする略円錐面の一部である。当該中心軸Ｊ１を含む断面において、テーパ部３５４の内面の成す角度αは、１０°以上９０°以下であることが好ましい。
The decompression nozzle 35 a includes an introduction part 353, a taper part 354, and a throat part 355 that are sequentially arranged from the culture solution inlet 351 toward the culture solution outlet 352. In the introduction part 353, the flow path area is substantially constant at each position in the direction of the central axis J1 of the nozzle flow path 350. In the taper portion 354, the channel area gradually decreases in the direction in which the culture solution flows (that is, toward the downstream side). The inner surface of the tapered portion 354 is a part of a substantially conical surface with the central axis J1 of the nozzle channel 350 as the center. In the cross section including the central axis J1, the angle α formed by the inner surface of the tapered portion 354 is preferably 10 ° or more and 90 ° or less.
喉部３５５は、テーパ部３５４と培養液噴出口３５２とを連絡する。喉部３５５の内面は略円筒面であり、喉部３５５では、流路面積はほぼ一定である。喉部３５５における流路断面の直径は、ノズル流路３５０において最も小さく、喉部３５５の流路面積は、ノズル流路３５０において最も小さい。喉部３５５の長さは、好ましくは、喉部３５５の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、より好ましくは、１．５倍以上２倍以下である。なお、ノズル流路３５０では、喉部３５５において流路面積が僅かに変化する場合であっても、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が喉部３５５と捉えられる。
The throat part 355 communicates the taper part 354 and the culture solution spout 352. The inner surface of the throat 355 is a substantially cylindrical surface, and the flow path area is substantially constant in the throat 355. The diameter of the cross section of the flow path in the throat 355 is the smallest in the nozzle flow path 350, and the flow area of the throat 355 is the smallest in the nozzle flow path 350. The length of the throat 355 is preferably 1.1 to 10 times the diameter of the throat 355, and more preferably 1.5 to 2 times. In the nozzle channel 350, even if the channel area slightly changes in the throat 355, the entire portion having the smallest channel area is regarded as the throat 355.
減圧ノズル３５ａは、また、喉部３５５に連続して設けられ、培養液噴出口３５２の周囲を培養液噴出口３５２から離間して囲む拡大部３５７、および、拡大部３５７の端部に設けられた拡大部開口３５８を備える。培養液噴出口３５２と拡大部開口３５８との間の流路３５９は、培養液噴出口３５２の外部に設けられた流路であり、以下、「外部流路３５９」という。外部流路３５９の流路断面および拡大部開口３５８は略円形であり、外部流路３５９の流路面積はほぼ一定である。外部流路３５９の直径は、喉部３５５の直径（すなわち、培養液噴出口３５２の直径）よりも大きい。以下の説明では、拡大部３５７の内周面の培養液噴出口３５２側のエッジと培養液噴出口３５２のエッジとの間の円環状の面を、「噴出口端面３５２１」という。本実施の形態では、ノズル流路３５０および外部流路３５９の中心軸Ｊ１と噴出口端面３５２１との成す角度は約９０°である。また、外部流路３５９の直径は１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、外部流路３５９の長さは、外部流路３５９の直径におよそ等しい。減圧ノズル３５ａでは、培養液流入口３５１とは反対側の端部に、凹部である外部流路３５９が形成され、当該凹部の底部に、当該底部よりも小さい開口である培養液噴出口３５２が形成されている、と捉えられる。拡大部３５７では、培養液噴出口３５２と貯溜タンク３６との間における流路面積が拡大される。
The decompression nozzle 35a is also provided continuously with the throat 355, and is provided at the end of the enlarged portion 357 and the enlarged portion 357 surrounding the culture fluid outlet 352 so as to be separated from the culture fluid outlet 352. The enlarged portion opening 358 is provided. A flow path 359 between the culture liquid jet 352 and the enlarged portion opening 358 is a flow path provided outside the culture liquid jet 352, and is hereinafter referred to as an “external flow path 359”. The channel cross section of the external channel 359 and the enlarged portion opening 358 are substantially circular, and the channel area of the external channel 359 is substantially constant. The diameter of the external flow path 359 is larger than the diameter of the throat 355 (that is, the diameter of the culture liquid ejection port 352). In the following description, the annular surface between the edge of the inner peripheral surface of the enlarged portion 357 on the side of the culture liquid outlet 352 and the edge of the culture liquid outlet 352 is referred to as “an outlet end face 3521”. In the present embodiment, the angle formed by the central axis J1 of the nozzle flow path 350 and the external flow path 359 and the jet end face 3521 is about 90 °. The diameter of the external channel 359 is 10 mm to 20 mm, and the length of the external channel 359 is approximately equal to the diameter of the external channel 359. In the decompression nozzle 35a, an external flow channel 359 that is a recess is formed at the end opposite to the culture fluid inlet 351, and a culture fluid outlet 352 that is an opening smaller than the bottom is formed at the bottom of the recess. Perceived to be formed. In the enlargement part 357, the flow path area between the culture solution outlet 352 and the storage tank 36 is enlarged.
減圧ノズル３５ａでは、培養液流入口３５１からノズル流路３５０に流入した培養液が、テーパ部３５４において徐々に加速されつつ喉部３５５へと流れ、喉部３５５を通過して培養液噴出口３５２から噴流として噴出される。喉部３５５における培養液の流速は、好ましくは秒速１０ｍ〜３０ｍであり、本実施の形態では、秒速約２０ｍである。喉部３５５では、培養液の静圧が低下するため、培養液中の酸素等の気体が微細気泡として液中に析出する。微細気泡は、培養液と共に拡大部３５７の外部流路３５９を通過して、貯溜タンク３６中の培養液９１中へと拡散する。減圧ノズル３５ａでは、培養液が外部流路３５９を通過する間にも、微細気泡の析出が生じる。減圧ノズル３５ａにて生成される微細気泡は、直径が１μｍ未満のいわゆるナノバブルである。なお、減圧ノズル３５ａからの培養液および微細気泡の噴出が停止されている場合、外部流路３５９は培養液９１により満たされる。
In the decompression nozzle 35 a, the culture fluid that has flowed into the nozzle flow path 350 from the culture fluid inlet 351 flows to the throat 355 while being gradually accelerated in the tapered portion 354, passes through the throat 355, and passes through the throat 355. Is ejected as a jet. The flow rate of the culture solution in the throat 355 is preferably 10 m to 30 m per second, and in this embodiment is about 20 m per second. In the throat part 355, since the static pressure of the culture solution is lowered, a gas such as oxygen in the culture solution is deposited in the solution as fine bubbles. The fine bubbles pass through the external flow path 359 of the enlarged portion 357 together with the culture solution and diffuse into the culture solution 91 in the storage tank 36. In the decompression nozzle 35a, fine bubbles are deposited even while the culture solution passes through the external flow path 359. The fine bubbles generated by the pressure reducing nozzle 35a are so-called nano bubbles having a diameter of less than 1 μm. In addition, when the ejection of the culture solution and the fine bubbles from the decompression nozzle 35a is stopped, the external channel 359 is filled with the culture solution 91.
このように、減圧ノズル３５ａにより、第１循環路３０を循環する培養液９１を貯溜タンク３６の培養液９１中に噴出することにより、酸素等の微細気泡、特に、直径が１μｍ未満の微細気泡（ナノバブル）を安定して大量に生成することができる。そして、酸素の微細気泡を含んだ培養液９１を定植水槽２に供給することにより、定植水槽２に定植された植物の成長を促進することができる。また、減圧ノズル３５ａでは、加圧液噴出口３５２の周囲を囲む拡大部３５７が設けられることにより、貯溜タンク３６内における培養液９１の流れが、加圧液噴出口３５２から噴出された直後の培養液に対して影響を与えることを抑制することができる。これにより、加圧液噴出口３５２からの噴出直後の培養液においても、ナノバブルの析出が安定して行われるため、ナノバブルをより安定して大量に生成することができる。なお、減圧ノズル３５ａにより、直径が１μｍ以上１ｍｍ未満の微細気泡（いわゆる、マイクロバブル）が生成されてもよい。
In this way, by blowing out the culture solution 91 circulating through the first circulation path 30 into the culture solution 91 of the storage tank 36 by the decompression nozzle 35a, fine bubbles such as oxygen, in particular, fine bubbles having a diameter of less than 1 μm. (Nano bubbles) can be stably produced in large quantities. And the growth of the plant planted by the fixed planting tank 2 can be accelerated | stimulated by supplying the culture solution 91 containing the fine bubble of oxygen to the fixed planting tank 2. FIG. Further, in the decompression nozzle 35a, an enlarged portion 357 surrounding the periphery of the pressurized liquid ejection port 352 is provided, so that the flow of the culture solution 91 in the storage tank 36 is immediately after being ejected from the pressurized liquid ejection port 352. The influence on the culture solution can be suppressed. Thereby, also in the culture solution immediately after ejection from the pressurized liquid ejection port 352, the deposition of nanobubbles is performed stably, so that a large amount of nanobubbles can be generated more stably. Note that fine bubbles (so-called microbubbles) having a diameter of 1 μm or more and less than 1 mm may be generated by the decompression nozzle 35a.
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水耕栽培装置１ａについて説明する。図７は、水耕栽培装置１ａの構成を示す図である。水耕栽培装置１ａでは、図１に示す水耕栽培装置１から貯溜タンク３６が省略される。その他の構成は、図１に示す水耕栽培装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
Next, the hydroponic cultivation apparatus 1a according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the hydroponic cultivation apparatus 1a. In the hydroponic cultivation apparatus 1a, the storage tank 36 is omitted from the hydroponic cultivation apparatus 1 shown in FIG. The other configuration is the same as that of the hydroponic cultivation apparatus 1 shown in FIG. 1, and the same reference numerals are given to the corresponding configurations in the following description.
図７に示す水耕栽培装置１ａでは、混合容器３２から排出された培養液９１が、排出路３０１を介して定植水槽２に供給されて貯溜される。定植水槽２の排液部２１から排出された培養液９１は、ポンプ３７１ａにより、還流路３８２ａを介して加圧溶解部３１の液体噴射ノズル３３１へと戻される。排出路３０１および還流路３８２ａはそれぞれ、培養液９１が循環する循環路３０ａの一部であり、定植水槽２は、混合容器３２から排出される培養液９１を循環路３０ａ上にて貯溜する貯溜部の役割を果たす。
In the hydroponic cultivation apparatus 1 a shown in FIG. 7, the culture solution 91 discharged from the mixing container 32 is supplied to the fixed planting water tank 2 through the discharge path 301 and stored. The culture solution 91 discharged from the drainage unit 21 of the fixed planting tank 2 is returned to the liquid jet nozzle 331 of the pressure dissolution unit 31 via the reflux path 382a by the pump 371a. Each of the discharge path 301 and the reflux path 382a is a part of the circulation path 30a in which the culture solution 91 circulates, and the fixed planting water tank 2 stores the culture solution 91 discharged from the mixing container 32 on the circulation path 30a. Play the role of department.
水耕栽培装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、図５に示すステップＳ１１〜Ｓ１４が繰り返されることにより、溶存酸素濃度が高い培養液９１を効率良く生成することができる。また、定植水槽２に設けられた温度センサ６により、定植水槽２内の培養液９１の温度が測定されて制御部７へと出力され、制御部７により、温度センサ６からの出力に基づいて気体溶解部３の稼動率が変更される。これにより、培養液９１の温度を容易に制御することができる。
In the hydroponic cultivation apparatus 1a, similarly to the first embodiment, the culture solution 91 having a high dissolved oxygen concentration can be efficiently generated by repeating steps S11 to S14 shown in FIG. Further, the temperature sensor 6 provided in the fixed planting water tank 2 measures the temperature of the culture solution 91 in the fixed planting water tank 2 and outputs it to the control unit 7, and the control unit 7 based on the output from the temperature sensor 6. The operating rate of the gas dissolving part 3 is changed. Thereby, the temperature of the culture solution 91 can be easily controlled.
水耕栽培装置１ａでは、貯溜タンク３６を省略することにより、水耕栽培装置１ａの構成を簡素化することができる。一方、第１の実施の形態に係る水耕栽培装置１では、貯溜タンク３６において培養液９１の栄養分の濃度や酸素の溶解量等を容易に管理することができ、定植水槽２に供給される培養液９１の状態を容易に所望の状態とすることができる。
In the hydroponic cultivation apparatus 1a, the configuration of the hydroponic cultivation apparatus 1a can be simplified by omitting the storage tank 36. On the other hand, in the hydroponic cultivation apparatus 1 according to the first embodiment, the nutrient concentration of the culture solution 91, the dissolved amount of oxygen, and the like can be easily managed in the storage tank 36, and supplied to the fixed planting water tank 2. The state of the culture solution 91 can be easily changed to a desired state.
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible.
例えば、光源５１３として、ＬＥＤ以外の様々なものが利用されてよい。照明部５１では、必ずしも複数の照明ユニット５１１がユニット配列方向にスライド可能に設けられる必要はなく、例えば、複数の照明ユニット５１１が等ピッチにて固定されていてもよく、単一の照明ユニット５１１が設けられてもよい。
For example, various light sources other than LEDs may be used as the light source 513. In the illumination unit 51, the plurality of illumination units 511 are not necessarily provided so as to be slidable in the unit arrangement direction. For example, the plurality of illumination units 511 may be fixed at an equal pitch. May be provided.
照明部５１は、必ずしも複数の支柱５２１に取り付けられる必要はなく、例えば、他のガイド部材に沿って上下にスライド可能とされてよい。
The illumination unit 51 is not necessarily attached to the plurality of support columns 521, and may be slidable up and down along other guide members, for example.
上述の照明部５１および照明部昇降機構５２に係る構造は、水耕栽培装置以外の栽培装置に利用されてよい。例えば、植物栽培用の栽培装置の１つであるハウスにおいて、照明部５１が、植物が定植された定植部の上方に配置され、植物の成長に合わせて照明部昇降機構５２により照明部５１が昇降されてもよい。
The structure which concerns on the above-mentioned illumination part 51 and the illumination part raising / lowering mechanism 52 may be utilized for cultivation apparatuses other than a hydroponic cultivation apparatus. For example, in a house that is one of the cultivation apparatuses for plant cultivation, the illumination unit 51 is disposed above the planting unit where the plant is planted, and the illumination unit 51 is moved by the illumination unit lifting mechanism 52 in accordance with the growth of the plant. It may be raised and lowered.
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
The configurations in the above embodiment and each modification may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
