JP2013541949A

JP2013541949A - 多層植物栽培構造体用灌排水装置

Info

Publication number: JP2013541949A
Application number: JP2013530492A
Authority: JP
Inventors: ジョン・レスリー
Original assignee: ヴァーティカル・ファーム・システムズ・プロプライエタリィ・リミテッド
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-11-21
Also published as: AU2011308079A1; BR112013007549A2; KR20130121821A; CN103153040A; EP2621260A1; WO2012040776A1; SG188520A1; CA2812144A1; US20130247462A1

Abstract

多層植物栽培構造体用灌排水装置であって、該装置は、灌水中、一連の放水口からの水を、冠水トレイの開口部を通して噴霧し、それにより選択水位まで充填し、その水位で、放水口を通して連続して噴霧水を供給し、且つ冠水トレイの堰縁部を経て溢出分を排水することによって維持し、排水中に、放水口への給水を終了することで、冠水トレイの開口部中に水を噴霧させず、それにより冠水トレイの開口部を通して水を流出可能にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、多くの事例で、縦型農場システムと一般的に呼ばれる多層植物栽培構造体に関する。

特に、本発明は、多層植物栽培構造体自体の列内で各トレイに同時且つ正確な冠排水を提供するように適合したかかるシステムから想像するであろう複雑な流量制御弁及び機構を必要とせずに、多層植物栽培構造体を構成する全ての個別なトレイに対して、有効な灌水と排水を同時且つ正確に提供できる多層植物栽培構造体のための極めてユニークで有効な灌排水装置に関する。

人口増加が継続し、耕地劣化が広がり、気候変動が加速し、水利用性が予測不能となり、人々が農村環境より都市で居住、労働する傾向が定着した結果、食物栽培に対する圧力が世界中で高まっている。

これらの問題は、現在、植物栽培にこれまで使用してきた方法や技術に関して、大幅な変革を要求している。この分野で最も有望な開発の１つが、植物の密閉環境栽培である。

環境制御した農作は元々、単層温室環境で用いられており、近年更に工夫された、高度な低エネルギ照明を使用する多層栽培には、多くの利点がある。

しかし、多層植物栽培を行う際に、特に、作物自体への接近を制限せずに、或いは付随するメンテナンス費用や不所望な故障モードを伴う機械部品又はサーボ電動部品を多数使用する必要なしに、作物へ正確に規則的に灌水するための要件に関する、特定の設計課題が存在する。

多層植物栽培構造体となるこれらの縦型農作システムに関連する更なる課題としては、必然的に高密度になる植物栽培環境を、有害な藻類及び／又は細菌が栽培環境全体に侵入又は繁殖するのを防ぐように、最高の清浄度にしなければならない要件があり、かかる要件や安全基準が達成されなければ、深刻な財政的な結果に繋がる可能性があり、人間に致命的な影響を与える可能性さえもある。

そのために、こうした多層植物栽培構造体のための灌水、及び実際には排水装置が、最も重要となるが、上述したように、該構造体を制御する能力を、費用、メンテナンス、一貫性、効率、再現性を維持しようとする場合には、多層植物栽培構造体を構成する各トレイに適切な灌排水を提供するために考案される必要がある複雑な灌水レギュレータ、遮断弁、及びそれらに関連する機械部品及び／又はサーボ電動部品なしに、灌排水を行なうべく提供可能にしなければならない。

そのために、本発明の目的は、以上述べた課題の少なくとも幾つかを解消できる、又は従来の多層植物栽培構造ユニットで使用される既存の灌排水装置の有用な代替手段を、公に少なくとも提供できる多層植物栽培構造体用灌排水装置を提供することである。

従って、本発明の一形態では、多層植物栽培構造体用灌排水装置であって、該装置は、
給水網配管であって、一連の放水口を含む該給水網配管と、
上記多層植物栽培構造体の一層当たりに、少なくとも１つの水受け、貯水及び／又は冠水トレイとを含み、
多層植物栽培構造体の各層の各冠水トレイは、溢水位装置を含み、それにより冠水トレイに導入される水が、所望する事前に選択した水位を超えられないようにするが、冠水トレイ内の水位が上記設定した又は所望する水位を超えないように、水が肩部及び／又は堰縁部を越えて流れるようにして、これを行い、
上記冠水トレイは、流水をそれを通して導入及び通過又は排水してもよい開口部を更に含み、
上記放水口を、給水網配管に給水する際に、水を遠方から上記冠水トレイ開口部中に噴射、噴霧、発射及び／又は流入するようにし、
灌水が多層植物栽培構造体内で必要になると、給水網配管を通した強制的又は圧送による放水が、一連の放水口から、冠水トレイの開口部の方向に噴射し、それにより必要な水位まで冠水トレイを充填するために、上記開口部を通して水を流すようにし、冠水トレイ内の水位が所望する又は選択した水位に到達すると、この水位を、冠水トレイの開口部を通して給水網配管の放水口から連続的に給水することで、維持する一方、それと同時に、所望する又は選択した水位に到達すると、給水網配管からの追加配水を、冠水トレイの溢出肩部及び／又は堰縁部から排水又は放水する分と見なし、
冠水トレイから排水が必要になると、放水口への給水を、給水網配管からの水の供給を解くことによって終了して、冠水トレイの開口部を通して水を流出可能に構成する装置を、提供する。

当業者であれば、本発明に極めてユニークな点は、多層植物栽培構造体を構成する各冠水トレイに連続して正確に冠水、又はから排水するその能力であることが、本発明に関する広範な記載から直ぐに分かるであろう。

一連の放水口を冠水トレイの開口部と対応可能又は位置合わせ可能にする、単純だが独特に構成した給水網配管があるので、水を多層植物栽培構造体に導入する必要があると、給水網配管の一部である各放水口を通して同時に、導入を行える。

水を、給水網配管の放水口から、各冠水トレイの開口部中へと噴射、噴霧、発射及び／又は流すので、これは効果的に上記開口部を遮断し、従って、開口部への上記噴射が進行中は、同時に冠水トレイの同じ開口部から排水できなくなる。

有利には、最適な植物灌水に必要な浸積時間を維持するために、冠水トレイ内の所望する水位に到達すると、水を導入する先である冠水トレイ内で開口部を遮断又は閉鎖する必要がある給水の遮断よりはむしろ、水を、依然として、冠水トレイ中へと指向させ、その連続した給水を、冠水トレイ内の溢水位装置によって妨げ、それにより単に過剰な水を溢出させるものと考えて、冠水トレイから流出させる。

各冠水トレイを、略同じ寸法で構成するので、他のトレイより深く受水したり、長期間灌水されたりするトレイは存在しない。給水網配管から水の供給を解くと、全ての放水口が、冠水トレイの開口部中に噴射、噴霧又は発射する能力を持たなくなり、その結果、それに従い、開口部を同程度の直径とすると、全冠水トレイが同時に、同じ速度で排水し始める。

好適には、放水口を筒状ノズルとする。

こうした装置の利点は、筒状ノズルを有することで、ノズルの直径と長さがノズルを通る流れの方向、角度、流量に影響を与えることができ、それにより冠水トレイの開口部を保持する圧力に影響を与えて、灌水や水位の維持がシステムに必要な場合に、水が上記開口部を通り外に排水されないようにできる点である。

好適には、開口部は、選択可能な直径とする。

こうした装置の利点は、ノズルの設計から、冠水トレイへの給水を、流速及び圧力等を通して制御可能にすることによって、好適な充填回数を、より一貫して提供できる点である。

それと同時に、冠水トレイの開口部に関して適切な直径を選択することによって、開口部の選択した直径からの流量が、各個別の冠水トレイを排水するのにかかる時間に関係してくる。

有利には、冠水トレイへの給水、冠水トレイ内の水を必要な水位に維持、最終的に冠水トレイの開口部を通して流出する際の排水は、各冠水トレイの個々の水弁制御なしで全て達成される。

ノズルと開口部のこうした特殊な構造装置は、多層植物栽培構造体のための適切な灌排水に必要なあらゆる制御を提供する。

好適には、各冠水トレイの溢水位装置の肩部又はシュートは、排水する、或いは隣接する下の層にある冠水トレイに接続したシュート中に流水する。

好適には、冠水トレイの開口部を、該開口部から流出する水が、上記モジュール化シュートに流入するように配置可能にする。

こうした装置の利点は、モジュール化シュートが、多層植物栽培ユニットを構成するために１層を他層上に構築するので、それ自体の相互接続した排水網を構成できる点である。

好適には、シュートの先端に、内方に先細で、放水口のノズルが通過できる開口部と同程度の寸法の延出肩部で終端する開口部を設ける。

好適には、各冠水トレイは、その上に載置するように適合した植物トレイを有する。

好適には、植物トレイは、一連のスロット、スリット、穴等を含み、それにより冠水トレイ中の水が、植物、土、基材、苗、苗木等と相互係合できるようにする。

とりわけ、本発明は、以下の利点と配慮（ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ）を提供する。

グループ当たり無制限な数のトレイを灌水。１グループの高さ及び長さに関する制限は、必要な配管系内のポンプ能力と流体摩擦損失によってのみ決まる。

栽培用トレイのグループ当たり１つのポンプ及び水流制御弁。多数のトレイに対して多数の電磁弁とする、又は各トレイへのかなり多くの取外可能な配管と直接の機械的接合体とする代り。

グループの全トレイを同時、正確、同等に冠排水。どの冠水トレイも、他のトレイより深く受水したり、長期間灌水したりできない。

グループ全体に亘り所望する期間冠水状態を保つ能力。各冠水トレイ中に噴射した栄養物が、予め設定した最適な植物の灌水に必要な深さに到達すると、余分な水が冠水トレイの堰縁を越えて零れ、トレイの各層間にある排水シュートによって回収されて、栄養物容器に戻る。

冠水サイクル間隔の総合制御。１日当たりの冠水サイクル数を、異なる作物種に適するように、また、植物成長サイクル中に成長の異なる段階に適するように、無限に変えることができる。

機械的、電気的又は配管接合体を係脱又は取外する必要なく、掃除、植栽、又は収穫するためにシステムからトレイを容易に除去。噴射及び入口の設計は、栽培トレイが、各トレイをラッキングシステムに挿入すると、自動的に自分の位置を調整するので、該栽培トレイに対して機械的に取着せずに済むようになっている。

栽培トレイと灌水トレイを結合ユニットとして設計することにより、安全で無菌の生育環境の維持。このやり方により、両トレイを単一ユニットとして、効果的に掃除、播種又は収穫するためにシステムから取外できる。冠水トレイを常時栽培トレイの下にすることで、トレイを施設内で移動する際に、栽培トレイから栄養物が絶えず漏出しなくなり、冠水タンクを容易に掃除できない固定構造体とする通常の冠排水システムとは対照的に、冠水トレイを効率的に掃除し、殺菌もできる。

栽培トレイで個々の冠水トレイを必須な育成光から常に完全に被覆することで、光合成成長のための光に一般的に左右される、不所望な栄養物を消費する藻類や細菌の成長を、大幅に阻害できる。

全ての栄養給水を、濾過、殺菌、栄養調節のために中央容器に戻す自動重力駆動による再循環。

栄養物や有機物質が、どのトレイからも直接次の下にあるトレイには流入しない。

冠水サイクル中に発生するベンチュリ効果により強制的に、冠水トレイに入る栄養物を曝気して、最適成長率に不可欠な植物根の酸素レベルを高める。この作用は、栄養物噴射の直径及び流速と冠水トレイの入口の直径及び機械特性との間で決まる比率によるものである。

次に、本発明について更に詳細に説明するために、好適実施形態を、添付図の助けを借りて本明細書に提示する。

それでもなお、好適実施形態は、本発明の完全な実施形態を示すためにのみ提示するもので、その殆どで記述した全特徴は、上記に発明の概要で記述した本発明の不可欠な態様を伴い、任意である点に、留意されたい。

給水網配管装置を含む多層植物栽培構造体、及び該構造体を構成する各冠水トレイとの関係の斜視図である。放水口のノズルと、冠水トレイの開口部との構成又は配置構造（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）との相互関係を、部分的に切取り、拡大した斜視図である。図２に提示したものと同様な側面図である。構造体内での層位置に関係なく、排水及び／又は溢水が多層植物栽培構造体の排水網内で下方に移動できる手段を相互接続して提供するモジュール化排水シュートと関連する特徴について説明する斜視図である。本発明の好適実施形態において、対応する冠水トレイ内に載置するのに利用可能な植物トレイの種類の代表的な斜視図を示す。本発明の好適実施形態において、対応する冠水トレイ内に載置するのに利用可能な植物トレイの種類の代表的な斜視図を示す。本発明の好適実施形態において、対応する冠水トレイ内に載置するのに利用可能な植物トレイの種類の代表的な斜視図を示す。

次に、より詳細に図面について言及するが、図１では、概して、参照番号（１０）として、多層植物栽培構造体について、示している。

多層植物栽培構造体（１０）は、本装置に骨組本体構造支持体を提供する主な縦垂直支持体（１２）及び水平若しくは横プラットホーム（１４）を含む。

多層植物栽培構造体を、概して（２１）として示す６列にまで分割し、図１で示す実施形態では、概して（２３）として示す８段があり、各段は、６つの個別な冠水トレイ（１６）を有しており、該冠水トレイ内には、対応する植物トレイ（１８）が載置してある。

給水網配管を、一連の導管（２０）から構成しており、本好適実施形態では、該導管は、多層植物栽培構造体（１０）を構成する列（２１）其々に、調整制御弁又は流量調整弁（２２）を含む。

当業者であれば理解できるように、列、段、対応する給水網配管の実際の数は、単に、このユニットを運転する必要がある場所で利用可能な空間や、照明等を含む環境条件次第となる。

給水網配管（２０）と連動して動作するのは、一連の相互接続したモジュール化シュート（ｍｏｄｕｌａｔｅｄｃｈｕｔｅ）（２４）であり、該シュートは、各冠水トレイ（１６）から溢れる水を受容するために、及び流出中に冠水トレイの開口部から意図的に排水する場合に、排水機構を提供する。

排水網（２４）を形成する相互接続したモジュール化シュートの構造及び機能については、図４と関連して、より詳細に記述する。

図２及び図３では、拡大図により、給水網配管の垂直導管（２０）が、水が当該特定導管（２０）中に圧送されると放水口として機能する一連のノズル（２６）を、どのように含むかについて、説明できる。

放水口ノズル（２６）を、水がノズルから噴射、噴霧又は流出される際に、冠水トレイ（１６）の開口部（３４）中に直接流入できるように、位置合わせする。

本発明について概説する際にこれまで述べたように、冠水トレイ（１６）の開口部（３４）を通して、水が噴霧されると、肩部（３２）を、冠水トレイ（１６）の全設計の一部として構成しているため、水位が溢水位（３２）に達するまで冠水トレイ（１６）内で上昇し続けられる、即ち、更なる水がノズル（２６）から冠水トレイ（１６）中に噴射されるにつれ、水が溢れて、図４でより詳細に記述するユニークな設計構成を有する相互接続したモジュール化シュート（２４）を通り、排水装置に入る。

図２及び図３から分かるように、本実施形態では、植物トレイ（１８）は、一連の凹筒型の円錐部（３５）を含み、該円錐部は、一連の穴（３０）を有し、該穴により、水が、これらの円錐形凹部（３５）内の概して（２８）として示した基材と相互作用可能になる。

そのために、設定水位を、本装置内に維持する必要がある場合に、余分な水は、単に肩部（３２）から溢れて、組込んだ相互接続したモジュール化シュート（２４）によって提供される排水網を通して、外に出されるので、該トレイ内の水位が所望する水位を超えない限り、水がノズル（２６）を通して冠水トレイへ連続的に供給されるので、開口部（３４）を閉止する必要はない。

図４は、どのようにして排水網を、給水網配管と関連する排水構造体を構築するモジュール化シュート（２４）を相互接続して確立するかを示している。

突条（３８）の上端は、上方に隣接するモジュール化シュート（２４）の傾斜排水部（４０）と、それ自体を位置合わせするためだけでなく、ノズル（２６）を、それを通して挿入するように適合する肩延出部（３６）を被覆するために、広幅とする。

また、横タブ（３６）により間隙を設けて、溢出分が横タブを通過して流入可能にするが、図４の矢印（４２）で示すように、多層植物栽培構造体内の高段にある冠水トレイから来る水を、モジュール化シュート（２４）其々を相互接続することによって、構造体を通り下まで排水できる。

図５ａ、図５ｂ、図５ｃでは、冠水トレイ上に載置するように適合した植物トレイに利用可能な、様々な異なる実施形態を、単に示しただけである。これらの実施形態は、当業者が気付くであろう遥かに広い範囲の選択が、植物栽培技術者（ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｓｔ）に利用可能になるように、示されている。

図５ａでは、植物トレイ（６２）は、一連の凹四面体型（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ−ｔｙｐｅ）の突条又は穴（６４）を含み、該植物トレイ（６２）は、冠水トレイ（６６）上に載置され、該冠水トレイ（６６）は、開口部（６７）を含み、冠水トレイ（６６）内の所望する水位に達すると、水を、開口部（６７）を通して溢出縁部（６５）に沿って噴射可能にしている。

図５ｂでは、植物トレイを、冠水トレイ（７２）上に載置する（６８）として記載している。図５ｂのこの実施形態における植物トレイ（６８）は、一連の凹突条（７０）を含み、冠水トレイ（７２）は、水をそれを通して、必要な溢出縁部（７１）に沿って、冠水トレイ（７２）に噴射する開口部（７３）を含み、それにより該冠水トレイ（７２）内で所望する水位を達成すると、水を流出できるようにしている。

図５ｃでは、主な凹部（７６）を有する植物トレイ（７４）を示しており、該植物トレイ（７４）は、冠水トレイ（７８）内に載置され、該冠水トレイは、水をそこから溢出縁部（８０）に沿って噴射する開口部（８２）を含み、それにより冠水トレイ（７８）内の所望する水位に到達すると、水をそこから溢出縁部（８０）から流出するようにしてもよい。

Claims

多層植物栽培構造体用灌排水装置であって、該装置は、
給水網配管であって、一連の放水口を含む前記給水網配管と、
前記多層植物栽培構造体の層毎に、少なくとも１つの冠水トレイとを含み、
各冠水トレイは、溢水位装置を含み、それにより前記冠水トレイに導入される水が、選択した水位を超えられないようにするが、前記選択した水位に到達すると、水が堰縁部を越えて流れるようにしてこれを行い、
各冠水トレイは、それを通して受水又は排水してもよい開口部を更に含み、
前記放水口を、前記給水網配管に給水する際に、水を遠方から前記冠水トレイ開口部中に噴霧するようにして、
前記一連の放水口から噴霧水を灌水中に、前記冠水トレイの開口部を通る水で、前記選択水位まで前記冠水トレイを充填し、前記冠水トレイ内の水位が前記選択水位に到達すると、該水位を、前記冠水トレイの前記開口部を通して前記給水網配管の放水口から連続的に給水することで、維持する一方、それと同時に、選択した水位に到達した前記給水網配管からの追加配水を、前記冠水トレイの前記溢出堰縁部から排水又は放水する分と見なし、
各冠水トレイから排水が必要になると、前記放水口へ給水を、前記給水網配管からの水の供給を解き、それにより前記冠水トレイの前記開口部中に噴霧される水を停止することによって終了して、前記冠水トレイの前記開口部を通して水を流出可能に構成する、灌排水装置。
前記放水口を、筒状ノズルとする、請求項１に記載の灌排水装置。
前記開口部は、選択可能な直径で設ける、請求項１又は２に記載の灌排水装置。
前記堰縁部を越えた前記冠水トレイからの溢水を、下に隣接する層にある冠水トレイに接続したモジュール化シュート中に排水するように、整える、請求項１、２又は３に記載の灌排水装置。
前記冠水トレイの前記開口部を、該開口部から流出する水が前記モジュール化シュートに流入するように、配置可能にする、請求項４に記載の灌排水装置。
前記モジュール化シュートの先端に、内方に先細で、前記放水口の前記ノズルが通過できる開口と同程度の寸法の延出肩部で終端する前記開口を設ける、請求項５に記載の灌排水装置。
各冠水トレイは、該トレイ上に載置するように適合する植物トレイを有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の灌排水装置。
前記植物トレイは、一連のスロット、スリット、及び／又は穴を含み、それにより前記冠水トレイ内部の水が、前記植物トレイに収容した植物、土、基材、苗、苗木と相互係合できるようにする、請求項６に記載の灌排水装置。
グループ化した植物トレイ毎に単一のポンプ及び水流制御弁を更に含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の灌排水装置。
前記冠水トレイ及び植物トレイを、機械的、電気的又は配管接合体を係脱又は除去する必要なく、掃除、植栽、収穫するために前記装置から除去するように適合する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の灌排水装置。
前記植物トレイ及び冠水トレイを、両トレイを単一ユニットとして、効果的に掃除、播種又は収穫するために前記装置から取外可能にするような結合ユニットとする、請求項９に記載の灌排水装置。