JP2014033673A - 水耕システム - Google Patents

Abstract

【課題】水槽モジュール、この水槽モジュールの横により低い高さに位置する庭モジュール、及び貯水池モジュールを備えた水耕システムを提供する。
【解決手段】水槽モジュールは一般にキャビネット等の支持構造体上に設置される。庭モジュールは一般に水槽モジュールの近傍、前面、横又は一様にその周りに支持構造体上に設置される。庭モジュールは一般に陸生及び/又は半水生植物を支持する。貯水池モジュールは典型的にポンプ等の設備を有する支持構造体の内側に設置される。この水耕システムは水槽モジュールからの廃水が、植物に注水すると共に、水に含まれる老棄物のうちの少なくとも幾つかを摂取する植物によって少なくとも部分的にろ過される庭モジュールに流れ込むように一般に設計される。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に水耕装置及びシステムに関する。水耕装置及びシステムは一般に比較的共生環境において伝統的水産養殖（タンク中の魚、ザリガニ、カタツムリ又はクルマエビ等の育成用水生種）に水耕栽培（水中の栽培用植物）を組み合わせるものである。

水耕法は、植物栽培と水生種の成長との共生融合にかかわる。水耕システムは、植物種用の栄養物としての水生種老廃物を使用することに基づいている。水生種の栄養豊かな廃物を利用する際に、植物は循環水を多少浄化して、水生種が適切に生存するようにしている。

水耕システムは既知ではあるが、従来技術のシステムは一般に業務用、例えば、テラピア及びレタスの栽培用に設計されている。

システムの中には未だ屋外住宅用途向けに設計されてきたものもあり、太陽光を光源として使用している。

更に、また別のシステムは屋内住宅用途向けに設計されてきている。こういったシステムは一般に調度品として使用されると共に、通常は、地表面上の水槽をこの水槽上の庭と組み合わせている。しかしながら、こういったシステムにおける幾つかの問題は、保守を行うために、トップ位置にある構成要素には手が届くのが困難となり、かつ、地表面に水槽を配置することは、それが通常の魅力に欠ける設置になることから、一般には望まれていないことである。

従って、屋内用途向けに適切に設計されると共に、前述した欠点のうちの少なくとも幾つかを軽減するようにして一般に設計された水耕システムが必要とされている。

従って、本発明の原理による水耕システムは、水槽モジュールの横に、庭モジュールをより低い高さに位置するシステムを設けることによって、一般に前述の欠点のうちの少なくとも幾つかを軽減する。

特に、本発明の原理による水耕システムは一般に三つの主要なモジュール、即ち、水槽モジュール、庭モジュール、及び貯水池モジュールを具備しており、これら３つの主要モジュールは水配管システムを介して相互接続されている。

水槽モジュールは一般に、これらに限定されるものではないが、魚及び/又は甲殻類を含む任意の適切な水生種を収納し維持するように設計されている。水槽モジュールは通常は、目の高さにより近く水槽モジュールを持ち上げるために、支持構造体（例えば、キャビネット又は同様の調度品）上に取り付けられるように構成される。当然のことながら、水槽は家庭では視覚的に魅力的な調度品であることが多いため、水槽モジュールをより高い高さに有することが一般に望ましい。

水槽モジュールの水位線に比して少なくとも低い高さに位置する庭モジュールは一般的に、陸生及び/又は半水生の植物種を支持するように構成される。この意味で、庭モジュールは通常は適切な多孔質基板材料から成る基板を含む１つ以上の苗床を具備している。

庭モジュールの苗床は通常は水槽モジュールの１つ以上の側に近接又は隣接して位置している。水槽モジュールの形状に応じて、苗床は恐らくは部分的に又は実に完全に水槽モジュールを囲むことができよう。庭モジュールはまた、例えば、水槽モジュールの両側に１つずつ、幾つかの苗床を具備することができよう。

庭モジュールは、水槽モジュールから流れ出る廃水（又は返流水）を受けるように更に構成されている。この意味で、廃水は（例えば、ポンプによって）能動的に又は（例えば、重力によって）受動的に或いは双方の組合せによって水槽モジュールから庭モジュールへと流れることができよう。魚の排泄物、食べ物のかす、及び他の流出物（以下、一般に廃物と称する）を一般に含む廃水は、庭モジュールの苗床に位置する植物に水を与え、更に植物に対して栄養物を与える。当然のことながら、廃水から老廃物の少なくとも一部分を摂取することによって、植物は水のろ過や水の老廃物の内容物の低減に能動的に貢献する。

貯水池モジュールとしては、典型的に水槽モジュールの水位に比して低い高さに位置すると共に、典型的には庭モジュールに比しても低い高さに位置している。貯水池モジュールは庭モジュールの過剰な水を受けるように設計されている。貯水池モジュールはまた通常は更に水を処理するように構成されている。この付加的処理は典型的には水のろ過、水の過熱/冷却、及び水を水槽モジュールに送り返すことを更に含んでいる。

当然のことながら、３つのモジュールとこれらを流体的に相互接続する水配管システムとを含む、本発明の原理による水耕システムはほとんど閉じた水循環ループを形成する。このほとんど閉じた水循環ループでは、水が植物を活性化し、少なくとも部分的にはこれらの植物によってろ過される庭モジュールに水槽モジュールから水が注がれ込み、次いで、（及び/又は必要に応じて）水が更に処理されている貯水池モジュールに庭モジュールから水が流れ、次いで、水槽モジュールへと水が送り返される。

そのように、本発明の原理による水耕システムは一般に過渡状態又は実質的に定常状態の何れかにあることとなる。

水耕システムが過渡状態にあるとき、即ち、水槽モジュールにおいて有意な変化があるとき（例えば、魚が追加又は除去される）、庭モジュールにおいて有意な変化があるとき（例えば、植物が成長しているか、追加されるか又は除去される）、又はその双方において有意な変化があるとき、植物が殆どの廃物を水槽モジュールから流れ出る水から摂取する平衡にシステムが達する間、種々のモジュール間に循環する水は付加的な処理（例えば、ろ過作用、化学的処理等）を必要として、水の廃物の内容物を適切な高さに下げることがある。

システムが平衡に達するとき、水槽モジュール、庭モジュール、又は双方において有意な変化が何ら生じなければ、水耕システムはほとんど定常状態に達する。水耕システムが定常状態にあるとき、庭モジュールの植物は一般に水槽モジュールから流れ出る水から殆どの廃物を除去する。

水耕システムが定常状態にあるとき、水槽モジュールでは水分変化が著しく小さい。

典型的な更なる非限定的な各実施例では、庭モジュールは、空気（例えば、酸素）を植物の根本や基板に与えるために、定期的に各苗床の水を排水するベル・サイフォンを備えている。こういった各実施例では、このベル・サイフォンのカバーには、ベル・サイフォンが各苗床から排水するときの吸気音を低減するために小さい開口部（例えば、ピンホール）を設けることができよう。

典型的なまた別の非限定的な各実施例では、水耕システムは、魚及び/又は植物の必要に応じて水の特性及び/又は内容物を制限し、変化させ及び/又は調節するために、モジュール及び/又は配管システムの種々の位置に集積することができる付加的な水処理設備及び装置（例えば、各フィルタ、各バブラー、各スキマー、各サイフォン等）を更に備えている。

典型的なまた別の非限定的な各実施例では、水耕システムは、水槽モジュールに位置する水生種及び庭モジュールに位置する植物種の双方に適切な光を与えるように構成された照明システムを更に備えている。

典型的なまた別の非限定的な各実施例では、水耕システムは淡水の水耕システムである。更に、幾つかの実施例では、水耕システムは塩水の水耕システムであることができよう。

本発明の原理によれば、水槽モジュールの横に或いはその周囲により低い高さで庭モジュールの各苗床を有することによって、幾つかの利益を得ることができる。例えば、庭モジュールが水槽モジュールの最上部に位置する従来技術の各システムとは対照的に、こういった水耕システムにおいて、水槽モジュール及び庭モジュール双方は一般により視覚的に魅力があるものとなろう。また、苗床又は各苗床の寸法は水槽モジュールの領域の寸法に限定されることはなく、水槽モジュールの面積に比して大きな面積を有する苗床又は各苗床を設置することができるようにする。更にまた、魚、植物、及び種々の設備に対するアクセスが一般により容易である。

また、本発明による水耕システムが屋内に設置される場合、付加的利益は、屋内環境によって与えられる温度制御である。そのように、温度に対する相対的一貫性は典型的に居住空間の屋内温度によって左右される。更に、屋内設置は一般に、害を与える昆虫のない環境を提供する。

従って、水槽モジュールより低く、かつ、その横に庭モジュールを有することによって、植物の根が庭モジュールの内部に伸びた状態で水槽モジュールの上方に庭モジュールが位置していた幾つかの従来技術のシステムの制限を少なくとも軽減することとなる。

本発明の原理による水耕システムの隣り合わせの構成はまた、（植物及び魚の）双方の生活環境を分離することによって、一般に水槽モジュール及び庭モジュール双方を視覚的に表示することがより良好になる。

本発明の他の及び更なる態様及び長所は、ほぼ説明される例示的実施例を理解すると直ちに明瞭となるか、又は添付の特許請求の範囲において示されることとなり、本願では言及しない種々の長所は実際問題として本発明を採用すると直ちに当業者によって思い付くこととなろう。

本発明の上記及び他の態様、特徴、及び利点は、添付図面を参照して以下の説明からより容易に明瞭となろう。

本発明の原理による水耕システムの一実施例の概略図である。 図１の水耕システムのベル・サイフォン領域の詳細な概略図である。 本発明の原理による水耕システムが特に半水生種に対して構成されてなる、このシステムの別の実施例の概略図である。

以下において、新規な水耕システムを説明する。本発明を特定の各実施例に関して説明するが、本願で説明する各実施例は単に一例としてのものであり、本発明の範囲はこれによって限定されることを意図するものではないことが理解される。

図１について説明すると、本発明の原理による水耕システム１００の実施例の機能図が図示されている。この水耕システム１００は一般に水槽モジュール１５、庭モジュール１、及び貯水池モジュール６を備えている。明瞭化のために、幾つかの構造体（例えば、水槽モジュール下方の支持構造体）が省かれたことが理解される。

これら３つのモジュールは、水槽モジュール１５及び庭モジュール１間の第１の排水管１３、庭モジュール１及び貯水池モジュール６間の第２の排水管３、及び貯水池モジュール６及び水槽モジュール１５間のリターン管１１を含む種々の暗渠（例えば、管）を通して流体的に更に相互に接続されている。各モジュール及びこれらを接続する種々の暗渠（又は管）は、水が各モジュール間を循環する水循環ループを形成することが十分理解される。

当然のことながら、水耕システム１００の本実施例は各管のうちの１つの管のみを備えるが、他の各実施例は各管のうちの１つ以上の管を備えることができよう。例えば、水耕システム１００の一実施例は、水槽モジュール１５の両側に１つずつ、２つの個別の庭モジュール６を備えることができよう。こういった実施例では、２つの第１の排水管１３及び２つの第２の排水管３があろう。

本実施例において、図１を参照すると、水槽モジュール１５は一般に、これらに限定されるものではないが、魚及び/又は甲殻類を含む任意の適切な水生種を収納し支持するように設計された透明な貯水槽４７を備えている。水槽モジュール１５はまた、第１の排水管１３に接続された排水チューブ１６を備えている。この排水チューブ１６は一般に、水槽モジュール１５からの廃水、即ち、老廃物２９（例えば、動物の排泄物、食べ物のかす、泥等）を含んだ水を連続的に排出すると共に、水槽モジュール１５及び庭モジュール１の間であって水槽運転水位１７の下方に伸長する第１の排出管１３を通して、重力によってこの水を庭モジュール１へと排水するように構成される。

本実施例では、排水チューブ１６は第１の排水管１３に接続されたスタンド・チューブ１６である。他の各実施例では、排水チューブ１６は異なって（例えば、水槽モジュール１５の各パネルのうちの１つに取り付けられたチューブとして）構成することができよう。

水槽モジュール１５はまた、第１の排水管１３にも接続されたスキマー２６を備えている。このスキマー２６は一般に、水槽モジュール１５に位置する水の最上層を連続的に収集すると共に、これを第１の排水管１３を通して庭モジュール１５へと移動させるように構成される。とりわけ、この最上層は一般に泡や他の浮いている老廃物２９を含んでいる。当然のことながら、スキマー２６は通常は、その頂部開口４８が実質的に水槽モジュール１５の運転水位１７と同じ高さに位置するようにして貯水槽４７に位置決めされている。

本実施例では、第１の排水管１３は廃水を空気と混ぜるように廃水の流れを遮断するために内部に伸長する各突起を備えている。

第１の排水管１３、排水チューブ１６、及びスキマー２６は一般に水槽モジュール返流水システム３０を形成する。

本実施例において、排水チューブ１６は運転水位線１７の上方に伸長するように構成された上端開口２５を備えている。この開口２５は、底部排水管１６及びスキマー２６双方が詰まった場合に水槽モジュール１５がオーバーフローを起こすのを防ぐために追加することができる。こういった開口２５は通常は、フェイルセーフ機構として働き、水がオーバーフロー開口２５に達して第１の排水管１３に排水して戻されるまで上昇して、水が水槽モジュール１５の外部に溢れ出るのを避けるようになっている。当然のことながら、他の各実施例では、排水チューブ１６はこういったオーバーフロー開口２５を有し得ないこととなろう。

図１に示すように、水耕システム１００の本実施例では、水槽モジュール１５から庭モジュール１に水を運ぶ第１の排水管１３はフィルタ１２を備えている。このフィルタ１２は一般に、廃水に含まれる老廃物２９の少なくとも一部、典型的には最大の老廃物を除去するように構成されている。更に、他の各実施例では、このフィルタ１２は、例えば、廃水の廃物の内容物がそれほど重要でなければ、或いは、老廃物２９がより小さければ存在し得ないであろう。

庭モジュール１としては、廃水が水槽モジュール１５から庭モジュール１に自然に（例えば、重力によって）流れるようにして庭モジュール１は水槽モジュール１５の運転水位１７の下方に位置する。本実施例では、庭モジュール１はまた水槽モジュール１５に実質的に隣接して位置している。

庭モジュール１は一般に、おのおのが陸生及び/又は半水生植物２３を支持するように構成された１つ以上の苗床４９を備えている。図１において、明瞭化のために１つの苗床４９のみが示されている。植物２３を適正に支持するために、苗床４９は基板２４を備えている。本実施例では、この基板２４は、例えば、セラミックビーズ、焼結したガラス・ビーズが又はテラコッタ・ビーズ等の多孔質材料から成る種々の寸法のビーズから作られている。他の各基板も使用することができるが、種々の寸法のビーズから成る基板２４によって、植物２３の根本２７に対して適切な支持を与えながら、基板２４を通して水が流れることができるようになっている。また、以下において最良に理解されることとなるが、多孔質材料から成る基板によって一般に、有益なバクテリアが基板上で成長できるようにする。

庭モジュール１を通して流れる水が最終的に出て行って貯水池モジュール６へと流れることができるようにするために、庭モジュール１は第２の排水管３に接続された排水システムを備えている。本実施例において、この排水システムはベル・サイフォン３８である。このベル・サイフォン３８は、図１に示すように貯水池モジュール６に流体的に接続された第２の排水管３の上端開口４１（図２参照）に取り付けられたキャップ２を備えている。

ベル・サイフォン３８は、植物２３の根本２７に空気を含ませると共に、基板２４上で成長するバクテリアに酸素を送り込むために、苗床４９から自動的に、定期的に、かつ実質的に排水するように構成されている。この意味で、図１にまた図２にも示すように、ベル・サイフォン３８は、苗床４９における水位が第１の（例えば、高い）高さ４に達するときに苗床４９を活性化し水を抜くこととなる。第１の高さ４は一般に第２の排水管３の上端開口４１の高さに相当する。排水管３の開口４１の内部に十分な速度で注水が開始されるとき、サイフォンの働きによって、庭モジュール１から水を抜くことに関与し開始することとなる。ベル・サイフォン３８が起動すると、苗床４９の水位が第２の（例えば、低い）高さ５に達するまで、ベル・サイフォン３８は苗床４９から水を引くことになる。第２の高さは、当然のことながら、第１の高さ４に比して低く、かつ、一般にベル・サイフォン３８のキャップ２の下方開口４２の高さに相当する。当然のことながら、苗床４９における第１及び第２の水位は一般にベル・サイフォン３８の構成によって決定される。

他の各実施例では、庭モジュール１の排水システムはベル・サイフォン３８とは異なり得るが、ベル・サイフォン３８が他の各排水システムがもたらし得ない利益をもたらすことがそのまま維持される。例えば、ベル・サイフォン３８は苗床中の水位が定期的に下がって、植物２３の根本２７及び基板２４上で成長するバクテリアを外気に晒すと共に、これらにより多くの酸素を与えることができるようにする。

追加的に図２について説明すると、本実施例では、ベル・サイフォン・カバー２には少なくとも１つの小さい開口部３９（例えば、ピンホール）が設けられている。カバー２（標準的なベル・サイフォンでは、カバーは封止されている）の頂面４０を通して開口部３９を置くことによって、サイフォンの引き抜き動作の際に空気はこの開口部３９を通してサイフォン・チャンバー４３の内部にゆっくりと次第に導かれることとなる。このことにより、サイフォン動作をゆっくりと完全にかつ静かに消失させるまで、より多くの空気がサイフォン・チャンバー４３をいっぱいに満たすにつれて、サイフォンの引抜き動作が消失されることとなる。（サイフォンのカバーから低い水位線に伸長する側面吸気管を有するベル・サイフォンを始めとする）最も従来的なベル・サイフォンのようにカバー４２の底部開口からチャンバー４３の内部へと、またチャンバーの内部に吹き込む空気が無いために、開口部３９は雑音を低減する。当然のことながら、水耕システム１００は一般に、人々がいる住宅地域及び/又は商業地域（例えば、ブティック、レストラン等）での使用が意図されているので、迷惑な吸気音を低減することが一般に望ましい。更に、水耕システム１００が既に騒がしい環境で使用されるべきものであれば、キャップ２の開口部３９は無くてもよい。

開口部３９はまた、庭モジュール１内部の第１の水位４及び第２の水位５の間の水位でサイフォン動作の消失を有するように較正することができよう。より大きな開口部３９を有することによって、サイフォン動作が次第に消失するまでより多くの空気がサイフォン・チャンバー４３に入り込むにつれて、サイフォン動作はより少ない時間で遮断されることとなる。最適には、この水耕システムにとって、開口部３９はより小さく較正する必要があり、それ故水が全苗床４９で、又は、吸水が起こるカバー４２の底部開口で水が排水されるようになる。これは、この開口４２を通して空気がサイフォン・チャンバー４３に入り込んで吸気音を起こす前の最も低い（又は最大の）排水高さでもある。

本実施例では、植物の根本２７に酸素を送り込むためには水位変動は望ましいが、異なる植物種では固定量の水が維持されることを必要とした方が好都合であり得よう。そのように、水位が変化しないままに（即ち、第１の水位４に）維持するために、カバー２は恐らくは除去することができよう。従って、カバー２を除去することによって、第２の排水管を通して貯水池モジュール６へと過剰な水が放出されることとなる。

図１に戻って説明すると、貯水池モジュール６は通常は庭モジュール１の下方の高さに位置している。このことによって、庭モジュール１から排水される水が第２の排水管３を通して自然に（例えば、重力によって）貯水池モジュール６へと流れ込むことができるようにする。

貯水池モジュール６は一般に水耕システム１００からの過剰な水を保持すると共に、水循環ループにおいて水の循環を維持するためにこの水を水槽モジュール１５へと送り返すように構成されている。この意味で、貯水池モジュール６は一般に、リターン管１１に接続された少なくともポンプ１０を備えている。ポンプ１０は貯水池モジュール６に保持された水を、管１１を通して水槽モジュール１５に送り返す。

貯水池モジュール６はまた一般に、必要に応じて、水を水槽モジュール１５に戻す前に、この水を更に処理するように構成されている。例えば、本実施例では、貯水池モジュール６は第２の排水管３の端に取り付けられたフィルタ７及び貯水池モジュール６に位置する温水器（又は冷却器）９を備えている。当然のことながら、他の各実施例では、こういった構成要素が必要でなければ、付加的フィルタ７及び/又は温水器（又は冷却器）９は無くてもよい。別の他の各実施例では、これらに限定されるものではないが、スキマー、バブラー、二酸化炭素拡散器、（ある一定の水位８を維持する）自動トップ・オフ、水位指示器、紫外線滅菌器等の付加的な水処理構成要素があり得よう。

更に、本実施例では、フィルタ７は一般に、庭モジュール１を通過した老廃物２９の少なくとも一部分をろ過して取り除くように構成されている。この意味で、ベル・サイフォン３８を通して苗床４９から比較的高速度で水が放出される場合、苗床４９からの蓄積された粒子はベル・サイフォン３８を通して引き抜かれ、貯水池モジュール６へと排出されることとなる。こうして、フィルタ７は粒子が水槽モジュール１５に入る前にこれらの粒子をろ過して除去することとなる。従って、フィルタ７は粒子が水槽モジュール１５へと送り返されるのを防止する。当然のことながら、魚だけでなくより良好な視覚的鑑賞にとっても清浄水を有することが望ましい。

温水器９としては、水槽モジュール１５で生きている水生種及び庭モジュール１で生きている植物種に適した温度に水を加熱するように構成される。当然のことながら、水耕システム１００が既に高温環境で使用されるべきであれば、水槽モジュール１５で生きている水生種及び庭モジュール１で生きている植物種に適した温度に水を冷却する冷却器で温水器９を置換することができよう。図には示していないが、必要に応じて水の温度を検知すると共に、温水器（又は冷水器）９をオン又はオフにするために、温度センサが一般に貯水池モジュール６又は水槽モジュール１５に設置される。

前述したように、貯水池モジュール６のポンプ１０はリターン管１１を通して水槽モジュール１５に水を送り返すように構成される。

本実施例では、リターン管１１には制動領域４５、４６が設けられている。これらの制動領域４５、４６は、ポンプ１０の始動の際に水の速度を低減すると共に、水がリターン管１１の最上端で放出されるのを防止する水ダンパー領域を与える。これらの制動領域４５、４６は、リターン管１１の公称内部断面積に比して大きな内部断面積を有する各領域である。リターン管１１に上がって来る水がこれらの領域に交差するとき、水流は速度を落とすと共に、水は拡大領域をいっぱいに満たす。リターン管１１のこれらの制動領域４５、４６は、図１に示すように、リターン管１１に沿った任意の高さに位置決めすることができる。当然のことながら、これら２つの制動領域４５、４６が示されているが、一方の制動領域４５又は４６のみが典型的に水ダンパーを与えるのに必要である。

当然のことながら、リターン管１１の正確な構成に応じて、リターン管１１には、異なる構成を有する制動領域４５、４６が設けられるか、又は制動領域４５、４６を一緒に有していないことが可能となろう。

本実施例では、リターン管１１の最上端は、たらい５０を備えた滝構造体１９に流体的に接続されている。この滝構造体１９は、水がたらい５０にいっぱいになり過ぎるとき（水が図１の水位２０に達するとき）水槽モジュール１５に水を落とし込むように構成されている。殆どの従来技術の各システムは空気ポンプ又は他の型式の通気装置を使用するが、本実施例では、落下する水が水中に気泡を自然に生成するにつれて滝２１は水に通気し、こうして水槽モジュール１５の水に酸素を送り込む。連続的に酸素を送り込むことによって、水槽老廃物が植物栄養素へと壊される原因となる魚、植物、及びバクテリアに酸素が送り込まれる。滝構造体１９は別の方法で構成することができるが、水槽モジュール１５へと落下する返し水を有することが有益であることはそのままである。

特に、本実施例では、滝２１が水槽モジュール１５に一定の水流を与えるように、ポンプ１０が連続的に機能する。

また、その構成に応じて、滝構造体１９は、聴覚的に、視覚的に、かつ、審美的に心地良い環境を与えることができる。この意味で、本実施例では、リターン管１１は滝構造体１９との接続部において制動領域４５を備えている。制動領域４５が滝構造体１９の直下に位置決めされる場合、制動領域４５によって滝構造体１９の内部により大きなポート開口が与えられる。このより大きなポートは、水槽又は滝に対する装飾的特徴として置かれるべきカットした花４４にとって花瓶ホルダーという目的に適うことができる。貯水池６からポンプでくみ上げられている水が連続した水流を花に与えることによって、花の茎のカット領域が早く腐敗することを回避すると共に、移動しないか又は補充なしの水を有する従来の花瓶からの停滞水に比して、カットした花の寿命を一般に長くすることとなる。

前述したように、３つのモジュール及びこれらを相互接続する種々の管（又は暗渠）は、水が水槽モジュール１５から庭モジュール１に流れ、次いで、庭モジュール１から貯水池モジュール６に、次いで、貯水池モジュール６から水槽モジュール１５に還流する水循環ループを形成する。

本発明の原理によれば、この水循環ループは、水槽モジュール１５の老廃物２９が庭モジュール１で成長する植物２３（及びバクテリア）によって処理され摂取できるようにする。庭モジュール１で成長する植物２３（及びバクテリア）が老廃物２９を摂取するにつれて、水は実質的に浄化されると共に、水耕システムでは、水分変化が相当少なくて済む。

従って、使用に当たって、水槽モジュール１５は、これらに限定されるものではないが、例えば、魚、甲殻類及び/又は軟体動物等の水生動物種を収納し支持することとなる。これらの老廃物２９プラス、例えば、食べ物のかす等の任意の他の老廃物２９は表面に浮くか又は沈むこととなる。

この点で、排水チューブ１６は、スキマー２６が水の最上層を収集する間、落ちてくる食べ物のかす及び魚老廃物２９を捕獲することとなる。最上層は任意の浮いているかす（例えば、泡、油等）の他に浮いている老廃物２９を含んでいる。

排水チューブ１６及びスキマー２６によって収集された老廃物２９は、第１の排水管１３を通して庭モジュール１５へと流れる。本実施例では、フィルタ１２は老廃物２９の少なくとも一部分をろ過して取り除く。特に、庭モジュール１に水が入るのに先立って機械的フィルタ１２を組み込むことによって、より大きな廃物くず２９が好気性バクテリアが成長する植物基板２４に入る前に、このより大きな廃物くず２９を捕獲することができる。

老廃物２９を含む水が庭モジュール１に達するにつれて、水は植物２３の根本２７に注ぐ。また、老廃物２９の少なくとも一部分は基板２４に捕獲されることとなり、その中で成長するバクテリアが壊されるか及び/又は植物２３によって栄養素として摂取することができる小さな成分において、これらを代謝できるようにする。他の老廃物２９は植物２３によって直接摂取することができよう。当然のことながら、植物２３が老廃物２９を摂取するにつれて、これらの老廃物２９は水から除去され、水が有効に浄化される。

例えば、水槽モジュール１５によって発生される主要な老廃物２９のうちの１つはアンモニアである。アンモニアは水生種にとっては有害であるが、植物２３にとって必須栄養素である窒素のもとである。そのように、アンモニアの破壊にとって重要なバクテリアは、魚廃物及びたっぷり与えられたものを餌にすると共に、植物２３にとって必要な栄養素を与えることとなる。次いで、植物２３が水中に存在するアンモニアを摂取するにつれて、植物２３は水生種１２にとって有害な物質を除去することとなる。

この点で、従来技術のシステムにおけるように水槽モジュール１５全体に亘る代わりに水槽モジュール１５の横に取り付けられた庭モジュール１を有するという主要な利益の１つが、水槽モジュール１５の面積によって制限されることなく水槽モジュール１５の寸法（例えば、体積）に合わせて庭モジュール１の寸法を調整することができるということに留意することが重要である。こうして、水槽モジュール１５の殆どの老廃物２９を摂取するのに十分な植物２３があるように必要なだけ大きく庭モジュール１を設計することができる。

（水槽モジュール１５から来る廃水の流入のために）苗床４９の水位が第１の水位４に上昇するにつれて、ベル・サイフォン３８は水を活動的にして第２の（例えば、低い）水位５に排水する。水位が第２の水位５に降下するにつれて、植物２３の根本２７及び基板上で成長するバクテリアが外部にさらされることとなり、それらの爆気を可能とする。

ベル・サイフォン３８が作動するとき、ベル・サイフォン３８は第２の排気管３を通して貯水池モジュール６に水を排出する。本実施例では、庭モジュール１によって捕獲されてはいないであろう老廃物２９を除去するために、この水はフィルタ７を通過することとなる。

貯水池モジュール６に蓄積されてきた水は、水槽モジュール１５に生きている水生種の必要性に応じて、加熱又は冷却される場合がある。次いで、ポンプ１０及びリターン管１１によって水は水槽モジュール１５に送り返される。

水槽モジュール１５に生きている水生種及び庭モジュール１に生きている植物及びバクテリア種の動的性質に起因して、水耕システム１００は過渡状態にあるか又は実質的に定常状態にあると思われる。

水耕システム１００が過渡状態にあるとき、即ち、水槽モジュール１５に重大な変化（例えば、水生種が追加されるか又は除去される）がある場合、庭モジュール１に重大な変化（例えば、植物２３が成長しているか、追加されるか又は除去される）がある場合、又は双方がある場合、植物２３が水槽モジュール１５から流れ出る水からの殆どの廃物を摂取する平衡にシステムが達する間、水の廃物の内容物を適切な高さに下げるために、種々のモジュール間を循環する水に付加的処理（例えば、ろ過作用、化学的処理等）を必要とする場合がある。

システム１００が平衡に達するとき、水槽モジュール１５、庭モジュール１又は双方に何ら重大な変化が生じなければ、水耕システム１００は実質的に定常の状態に達する。水耕システム１００が定常状態にあるとき、庭モジュール１で成長する植物２３(及びバクテリア)は一般に水槽モジュール１５から流れ出る水から殆どの廃物を除去し、摂取する。

水耕システム１００が定常状態にあるとき、水槽モジュール１５では水分変化は相当少なくなくて済む。

図１について説明すると、水耕システム１００は典型的に第３の排水管１４と、プライミング手押しポンプ２２と、水槽モジュール１５の底に見つかる廃物及び他のくず２９を除去するのに一般に使用されるクリーニング管又はチューブ１８とを備えた水槽クリーニング・システム２８を更に備えることができよう。

本実施例では、水槽サイフォン・システム２８は適切なコネクタ及び/又は弁を介して第１の排水管１３に永久的又は一時的に接続することができ、魚にとって有害な水槽廃物及びくず２９を直接庭モジュール１に再利用するようになっている。この場合、廃物は植物２３にとっての栄養素として使用されよう。この機能は庭モジュール１が水槽モジュール１５の動作水位１７に比して低い場所で主として達成可能である。特に、殆どの水槽環境では、不要で過剰に送り込まれるくずは水槽の底に沈むこととなり、ろ過システムを通過することはない。こういった廃物の増加は魚にとって有害であり、周期的に除去する必要がある。クリーニング・システム２８を使用することによって、水槽モジュール１５から増加した廃物を除去しながら水をリサイクルし、庭モジュール１の植物２３に水を注ぐこととなる。従って、水槽モジュール１５の保守は、水分変化が相当少なくて済むのと同程度に、十分に容易である。

他の各実施例において、クリーニング・システム２８は恐らくは庭モジュール１に直接接続することができよう。

特に、サイフォン・クリーニング・システム２８は、水槽モジュール１５が庭モジュール１に比して高く位置している場合にのみ働くこととなる。この意味で、殆どの従来技術のシステムでは、苗床は水槽の最上部に位置して、水槽から苗床へと廃水をくみ上げるサイフォン・クリーニング・システムを直接使用することを不可能にしている。こういった従来技術のシステムでは、苗床を活性化する廃水を使用することによって、サイフォン・クリーニング・システムから水槽に比して低い位置に置かれたバケツに水を放出し、次いで、この水を苗床に注ぐといった付加的な操作ステップが必要とされる。

図３について説明すると、本発明の原理による水耕システム２００の別の実施例が示されており、この別の実施例では、このシステム２００は水中で成長する半水生植物種又は植物（例えば、レタス）向けに設計されている。この実施例は一般に水槽モジュール１１５、貯水池モジュール１１６、及びポンプ１１０を備えている。

図３に示すシステム２００では、水循環システム１３５は典型的には第１の排水管１１３を通して水槽モジュール１１５のオーバーフローした水を排水チューブ１３６及び/又はスキマー１３７に移す。第１の排水管１１３では、オーバーフローした水は典型的には貯水池モジュール１１６の内側に位置するフィルタ１０７を通過する。貯水池モジュール１１６の底のポンプ１１０は、リターン管１１１を通して水を移動させることとなろう。滝１２１として均等に水槽モジュール１１５に流れ込むようにするために、一般に水槽モジュール１１５の上方に位置するたらい１１９を水がいっぱいに満たすこととなる。本実施例では、浄化した水を滝１２１を用いて水槽モジュール１１５に返すようにしているが、水槽モジュール１１５内部の水を返すのに簡単なリターン管を使用することもできよう。

図３の実施例では、図１の実施例におけるような庭モジュールはない。そのようにして、植物１２３は貯水池モジュール１１６中に直接成長する。図３では、３つの成長方法が示されている。第１の方法では、基板１２４及び植物１２３と接触できるように、貯水池モジュール１１６からの水が内部に浸透できるようにする穴のあいた植物バスケット１３１中で植物１２３は成長する。第２の方法では、植物１３０は貯水池モジュール１１６の内部で直接成長する。第３の方法では、植物１３２は、貯水池モジュール１１６中ではあるが、貯水池モジュール１１６の底に位置する基板１２４上に直接成長する。貯水池モジュール１１６内での植物成長に関する３つの方法のみが図３の実施例に開示されているが、３つ以上又は３つ以下の方法を使用することができよう。以上に概説した異なる方法の共通の特徴は、貯水池モジュール１１６が水槽モジュール１１５の運転水位に比して実質的に低い高さに位置付けられていると言うことである。

水耕システム１００として、水耕システム２００は適切な弁又はコネクタ１１４を介して一時的に又は永久的に第１の排水管１１３に接続することができる手動式サイフォン・クリーニング・システム１３３を備えることもできる。

水生種及び過剰な供給からの廃物は植物にとって主要な食糧源であることと、植物系を通して廃物を循環させることは象徴的関係にとって有益であることと、が水耕法的に十分理解される。魚を汚染しないようにするために廃物を完全に除去しなければならない従来の水槽システムとは逆に、水耕システムは収穫をより良好にすると共に保守を減らす上で各構成要素の使用を最適化するものである。

当然のことながら、本発明の原理による水耕システムはタイマー制御式成長照明システム３４、１３４で補うことができる。こういった照明システム３４、１３４は庭モジュールの上方に位置すると共に、水耕システムが低い照明環境に位置することができるようにするであろう。殆どの従来技術の水耕システムは一体式人工照明システム３４、１３４を有していない。こういった照明システム３４、１３４が欠落していることによって、低い照明領域に水耕システムを設置することが阻まれることになる。また、タイマー制御式照明システムによって一年中幾つかの作物が収穫できるようになる。幾つかの作物を一年を通して収穫することは、自然光が季節に従って変化する変動気候では通常達成することはできない。

以上、本発明の例示的かつ目下の好ましい実施例を詳細に説明してきたが、発明力のある概念を別の方法で多様に実施し採用し得ると共に、添付の特許請求の範囲は従来技術によって制限される範囲を除いて、こういった変更を含むと解釈されることを意図したものであることは言うまでもない。
［関連出願に対するクロス・リファレンス］
本出願は「水耕システム」と題し、２０１２年８月８日付けで米国特許商標局に出願された米国特許仮出願第６１/６８０,８１２号、及び「水耕システム」と題し、２０１３年１月２４日付けで米国特許商標局に出願された米国特許仮出願第６１/７５６,２３４号の優先権の利益を権利主張するものである。双方の優先権出願の内容は参照によって本願に組み込まれる。

１ 庭モジュール
２ キャップ
３ 第２の排水管
４ 第１の水位
５、１１５ 第２の水位
６、１１６ 貯水池モジュール
７、１２、１０７ フィルタ
８ ある一定の水位
９ 温水器
１０、１１０ ポンプ
１１、１１１ リターン管
１３、１１３ 第１の排水管
１４ 第３の排水管
１５、１１５ 水槽モジュール
１６ 排水チューブ
１７ 水槽運転水位
１８ クリーニング管
１９ 滝構造体
２０ 水位
２２ プライミング手押しポンプ
２３、１２３ 植物
２４、１２４ 基板
２５ 上端開口
２６、１３７ スキマー
２７ 根本
２８ 水槽クリーニング・システム
２９ 老廃物
３０ 水槽モジュール返流水システム
３４、１３４ 照明システム
３８ ベル・サイフォン
３９ 開口部
４０ 上面
４１ 上端開口
４２ カバー
４３ サイフォン・チャンバー
４４ カットした花
４５、４６ 制動領域
４７ 貯水槽
４８ 頂部開口
４９ 苗床
５０、１１９ たらい
１００、２００ 水耕システム
１１０ ポンプ
１１４ 弁又はコネクタ
１２１ 滝
１３１ 穴のあいた植物バスケット
１３３ 手動式サイフォン・クリーニング・システム
１３５ 水循環システム
１３６ 排水チューブ

Claims (26)

1. a)水生種を収納し支持するように構成されると共に、水を保持するように構成された水槽モジュールと、
   b)植物種を支持するように構成された庭モジュールであって、前記水槽モジュールの水位に比して低い高さに位置し、前記水槽モジュールからの廃水を受けるように前記水槽モジュールと流体連通し、前記廃水は廃棄物を含んでなる前記庭モジュールと、
   c)水を保持するように構成された貯水池モジュールであって、前記庭モジュールに比して低い高さに位置し、前記庭モジュールからの水を受けるように前記庭モジュールと流体連通し、かつ、ポンプを備えると共に前記水槽モジュールに水を送り返すように前記水槽モジュールと流体連通してなる前記貯水池モジュールと、を具備し、
   前記庭モジュールに位置する前記植物は前記廃水に含まれる前記老廃物の少なくとも一部分を摂取する水耕システム。
2. 請求項１に記載の水耕システムにおいて、前記水槽モジュールは少なくとも１つの第１の排水を通して前記庭モジュールと流体連通している前記水耕システム。
3. 請求項２に記載の水耕システムにおいて、前記水槽モジュールは前記少なくとも１つの第１の排水に接続した少なくとも１つのスキマーを備えている前記水耕システム。
4. 請求項２又は３に記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つの第１の排水暗渠は前記少なくとも１つの第１の排水暗渠に流体的に取り付けられた少なくとも１つのフィルタを備え、該少なくとも１つのフィルタは前記廃水に含まれる前記老廃物の少なくとも一部分を除去するように構成されてなる前記水耕システム。
5. 請求項２から４の何れかに記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つの第１の排水は廃水と空気とを混合させるように前記廃水の流れを遮断するために内側に伸長する突起を備えている前記水耕システム。
6. 請求項１に記載の水耕システムにおいて、前記庭モジュールは少なくとも１つの第２の排水を通して前記貯水池モジュールと流体連通している前記水耕システム。
7. 請求項６に記載の水耕システムにおいて、前記庭モジュールは前記少なくとも１つの第２の排水と流体的に接続されると共に、前記庭モジュールに含まれる前記水の少なくとも一部分を前記貯水池モジュールに定期的に排水するように構成された少なくとも１つの排水システムを備えている前記水耕システム。
8. 請求項７に記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つの排水システムは少なくとも１つのベル・サイフォンである前記水耕システム。
9. 請求項８に記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つのベル・サイフォンは、前記水が第１の高さに達するときに前記庭モジュールに含まれる水を排水することを開始すると共に、前記水が前記第１の高さに比して低い第２の高さに達するときに前記庭モジュールに含まれる水を排水することを停止する前記水耕システム。
10. 請求項９に記載の水耕システムにおいて、前記ベル・サイフォンはキャップを備えている前記水耕システム。
11. 請求項１０に記載の水耕システムにおいて、前記キャップは前記第１の高さの上方に位置する少なくとも１つの開口部を備え、該少なくとも１つの開口部は前記ベル・サイフォンが前記水を排出するときに前記ベル・サイフォンに空気を流れ込むことができるように構成されてなる前記水耕システム。
12. 請求項６から１１の何れかに記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つの第２の排水は前記少なくとも１つの第２の排水暗渠に流体的に取り付けられた少なくとも１つのフィルタを備え、該少なくとも１つのフィルタは前記水に含まれる前記老廃物の少なくとも一部分を除去するように構成されてなる前記水耕システム。
13. 請求項１に記載の水耕システムにおいて、前記貯水池モジュールは少なくとも１つのリターンを通して前記水槽モジュールと流体連通しており、前記少なくとも１つのリターンは、前記ポンプに流体的に接続されてなる前記水耕システム。
14. 請求項１３に記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つのリターン暗渠は公称的内部断面を有すると共に、前記公称的内部断面に比して大きな内部断面を有する少なくとも１つの制動領域を備えている前記水耕システム。
15. 請求項１４に記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つのリターン暗渠は複数の制動領域を備えている前記水耕システム。
16. 請求項１３から１５の何れかに記載の水耕システムにおいて、前記少なくとも１つのリターン暗渠の先端は、前記少なくとも１つのリターン暗渠に存在する水が前記水槽モジュールに落ち込むように構成されている前記水耕システム。
17. 請求項１に記載の水耕システムにおいて、前記庭モジュールは少なくとも１つの苗床を備え、該少なくとも１つの苗床は前記植物を支持する基板を備えてなる前記水耕システム。
18. 請求項１７に記載の水耕システムにおいて、前記基板は多孔質材料のビーズを備えている前記水耕システム。
19. 請求項１に記載の水耕システムにおいて、前記貯水池モジュールは前記貯水池中の前記水を加熱する加熱システムを備えている前記水耕システム。
20. 請求項１に記載の水耕システムにおいて、前記貯水池モジュールは前記貯水池中の前記水を冷却する冷却システムを備えている前記水耕システム。
21. 請求項１から２０の何れかに記載の水耕システムにおいて、前記庭モジュールと流体的に連通する手動式クリーニング・システムを更に具備する前記水耕システム。
22. 請求項２１に記載の水耕システムにおいて、前記手動式クリーニング・システムはサイフォンを備えている前記水耕システム。
23. 請求項１から２２の何れかに記載の水耕システムにおいて、前記水生種及び前記植物に対して適切な光源を与えるように構成された照明システムを更に具備する前記水耕システム。
24. 請求項１から２３の何れかに記載の水耕システムにおいて、前記水生種は魚を備えている前記水耕システム。
25. a)水生種を収納し支持するように構成されると共に、水を保持するように構成された水槽モジュールと、
    b)植物種を支持するように構成された庭モジュールであって、前記水槽モジュールに実質的に隣接して位置すると共に前記水槽モジュールの水位に比して低い高さに位置し、前記水槽モジュールからの廃水を受けるように少なくとも１つの第１の排水暗渠を通して前記水槽モジュールと流体連通し、前記廃水は老廃物を含んでなる前記庭モジュールと、
    c)水を保持するように構成された貯水池モジュールであって、前記庭モジュールに比して低い高さに位置し、前記庭モジュールからの水を受けるように少なくとも１つの第２の排水暗渠を通して前記庭モジュールと流体連通し、少なくとも１つのリターン暗渠を通して前記水槽モジュールと流体連通し、前記水槽モジュールに水を送り返すように前記少なくとも１つのリターン暗渠と流体的に接続されたポンプを備えてなる前記貯水池モジュールと、を具備し、
    前記水槽モジュール、前記庭モジュール、前記貯水池モジュール、前記少なくとも１つの第１の排水暗渠、前記少なくとも１つの第２の排水暗渠、及び前記少なくとも１つのリターン暗渠が水循環ループを形成し、かつ、
    前記庭モジュールに位置する前記植物は前記廃水中に含まれる前記老廃物の少なくとも一部を摂取する水耕システム。
26. a)水生種を収納し支持するように構成された水槽モジュールと、
    b)植物種を支持するように構成された庭モジュールであって、前記水槽モジュールに実質的に隣接して位置すると共に前記水槽モジュールの水位に比して低い高さに位置し、前記水槽モジュールからの老廃物を含んだ廃水を受けるように少なくとも１つの第１の排水暗渠を通して前記水槽モジュールと流体連通し、少なくとも１つのリターン暗渠を通して前記水槽モジュールと流体連通し、前記水槽モジュールに水を送り返すように前記少なくとも１つのリターン暗渠に流体的に接続されたポンプを備えてなる前記庭モジュールと、を具備し、
    前記水槽モジュール、前記庭モジュール、前記少なくとも１つの排水暗渠、及び前記少なくとも１つのリターン暗渠が水循環ループを形成し、かつ、
    前記庭モジュールに位置する前記植物は前記廃水中に含まれる前記老廃物の少なくとも一部を摂取する水耕システム。