JP2016082900A - 多層のアクアポニックスシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、多層の栽培用アクアポニックスシステム、及び、屋内用縦型農法に適したアクアポニックス栽培方法を提供する【解決手段】 下記(i)-(v)を含む、縦型栽培のための多層アクアポニックスシステム；(i) 最下層に位置し地面に接触する魚飼育用水槽、(ii) 各層の裏板部材平面にほぼ垂直方向に、一種以上の植物が成長できるようにサポートするための少なくとも一層のグローベッド、(iii) 少なくとも一層のグローベッドの上に配された、少なくとも一個のLEDグローライト固定具からなるグローライトシステム、(iv) 水循環ループを形成する給水システム、及び、(v) 電源のいらないエアレーションシステム。【選択図】図１

Description

発明分野

この発明は、持続可能な農業のためのアクアポニックス栽培分野に関する。

縦型農法を用いる屋内水栽培システムは多々あるが、有機野菜は作物を作るために化学栄養素を必要とするから、水栽培によって有機野菜を育てることはできない。また、その排水構造から、これらの水栽培システムをアクアポニックスとして使用することはできない。更に、エアポンプやタイマーが、排水及び/または水の流出を調節するのに必要である。
省エネルギーの観点から、排水調節のためのエアポンプ及び/又はタイマーを必要とすることなく、ベルサイフォンによって作られる相当量の強い水流によって、排水中に十分な酸素を提供し良好なエアレーションを生むシステムを有することが望ましい。いいかえれば、各層の排水システムとして複合的にベルサイフォンを利用することによって、排水及び/又は水の流出を調節するためのいかなる電源装置及び/又はタイマーも無しに、縦型栽培が可能になる。
アクアポニックス農業従事者は、伝統的に単一層のグローベッドにベルサイフォンを利用しているが、未だに、野菜の根（ハイドロトンやブラックシンダーのような生育培地の中の）及び魚の両方に十分なエアレーションが供給されないという技術的問題が存在する。
本発明は、主として、多層のアクアポニックスシステム及び方法を用いて縦型栽培をなす。先行発明を本発明と比較し、以下に記述する。
米国特許公開番号US20130047508A1は、ひとつのフレーム、保水及び支持植物のための生育培地を保持するための少なくとも一個の容器を支えるのに適した、少なくとも１個のトレイを有するモジュール式アクアポニックス組立品を開示している。要するに、該米国特許は、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムの態様を提供している。
上記発明は、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムの実施態様を提供している。しかしながら、上記発明はグローライトの選択に関連するいかなる情報も提供していないし、LEDグローライトの使用や、ベルサイフォンが作る空気と接触して適切なエアレーションを付与する強い水流への言及もない。また、上記特許の層構造は、本発明の多層構造とは異なる。
本発明は、多層の栽培グローベッドにLEDグローライトを備え、少なくとも一個のベルサイフォンを縦型構造に配置し、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを送る強い水流を作り出す。
米国特許公開番号US20140041594A1は、水槽モジュール、園芸用モジュール、及び貯留槽モジュールを開示している。全体として、該システムは、水槽モジュールからの廃水を園芸用モジュールに流し、その中で植物が水を得て、少なくともその水の一部をろ過し、少なくとも水中に含まれる老廃物の一部を消費するように、通常設計されている。要するに、この発明は、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムの実施態様を提供している。園芸用モジュールは、水槽モジュールの水位よりも低い位置に設置される。
しかしながら、上記発明はLEDグローライトを備えるかわりに、自然光を光源として利用する。また上記発明は、植物のグローベッドが魚飼育用水槽の上部に位置するようなアクアポニックスシステムを開示していないし、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを付与するベルサイフォンを利用してもいない。さらに、上記特許は、閉ループシステムにおいて、十分なエアレーションを提供するという技術的問題を解決していない。
本発明のアクアポニック栽培システム及び方法では、多層の植物グローベッドが魚飼育用水槽の上部に設置されている。本発明では、魚飼育用水槽に単独で排出される最下層のグローベッドの水を除き、全ての層から流れてくる水が一緒になって魚飼育用水槽に排出される。
米国特許公開番号US20130160363は、縦型アクアポニック菜園に使用する多層式生育培地からなる、育成する植物及び空気と水をろ過するための閉ループの縦型園芸用システムを提供する。
しかしながら、上記特許の食物生産システムは、いかなる排水システムも応用していないし、ベルサイフォン排水システムも多層グローベッドも提供していない。また、上記特許は、光源としてLEDを使用することも開示していない。さらに、上記特許は、多層式生育培地で用いられる層の数について明記していない。同様に上記特許は、閉ループシステムにおいて十分なエアレーションを提供するという技術的問題を解決していない。
本発明は、多層の栽培グローベッドにLEDグローライトを備える。各層のグローベッドは専用の排水スタンドパイプを有し、それが、溢れる水を排水パイプに導き、最終的には魚飼育用水槽に導く。具体的には、グローベッドから溢れた水は、ベルサイフォンを通して排出され、強い水流がベルサイフォンによって作られ、それによって、適切なエアレーションが魚飼育用水槽に送られる。
米国特許公開番号US20140047767は、アクアポニックスシステム及び方法を提供する。それは、水生動物のための水槽、植物育成装置、バイオフィルター及び生物学的な廃棄物消化ユニットを含むアクアポニックスシステムを提供している。植物栄養素は植物育成装置に送られ、少なくとも水の一部は水槽に戻される。
しかしながら、上記発明は、多層栽培グローベッドに、LEDグローライトを備えていない。上記発明はまた、各グローベッドから溢れる水を排水管へと導き、最終的には魚飼育用水槽に導く専用の排水スタンドパイプを持たない。具体的には、該発明は、その排水システムにおいて、ベルサイフォンを使用することに言及しなかった。
本発明は、多層の栽培グローベッドに、LEDグローライトを備える。各グローベッドは、溢れた水を排水管へと導き、最終的には魚飼育用水槽に導く、自分の排水スタンドパイプを有する。具体的には、グローベッドから溢れる水は、ベルサイフォンを通して排出され、強い水流がベルサイフォンによって作られ、それによって、適切なエアレーションが魚飼育用水槽に送られる。これが、省エネ、カーボンフリーで環境に優しいエアレーションシステムとなる。
米国特許公開番号US20130098303は、代替水産養殖飼料を用いる、持続可能なアクアポニックスシステム及び方法を提供する。この特許は、縦型アクアポニックスシステムを提供するが、魚飼育用水槽のかわりに、開け放たれた自然の、既存の池または湖の生態系から水を引く。ベルサイフォンもまたこの発明に含まれるが、単に排水の役割をしているだけである。この発明は、様々な水中植物や水辺の植物及び家庭用植物を用いるような、代替エアレーション法に依拠している。
本発明においては、水中エアレーションは、ベルサイフォンによって作られる強い水流によって達成される。しかしながら、隣りあったり並んだりした水路を導入することによって、上記特許の水の場合には、小粒の砂利または膨張シェール（hadite）を通して、水路の長辺を超えて隣接した魚水路の長辺に落下し得る。このプロセスは、アンモニアのアボリック（abolic)除去と同時に酸素を供給し、水がシステム最大のグローベッドに流れ込んで空になるまで、水路から水路へのサイクルを繰り返す。明らかに、上記特許出願と本発明は、共に、魚飼育用水槽/魚用池に通気するために水流を利用する。本発明は、縦型構造一個について少なくとも一個という単純で複合的なベルサイフォンの使用によってエアレーションを達成するが、上記特許は、小粒の砂利または膨張シェール（hadite）を有する水路の導入によりエアレーションを達成する。

本発明は、栽培用多層アクアポニックスシステムを提供する。本発明はまた、屋内用縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法を開示する。

[要約]
多層のアクアポニックスシステム及び方法
本発明は、多層のアクアポニックスシステム及び屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法の両方を提供する。
システム全体は、以下の構成要素からなる。即ち、(1)魚飼育用水槽108、(2)水中ポンプ100、(3)グローベッドへの給水管101、(4) グローベッド109、(5)「ベルサイフォン」103、(6) スタンドパイプ102、(7)排水パイプ104、(8)上層排水パイプ105、(9)最下層排水パイプ106、(10) LEDグローライト107で、これらはグローベッドの各層に取りつけられている。

多層のアクアポニックスシステムのアクアポニックス栽培方法は、最下位に位置する魚飼育用水槽から植物グローベッドの各層へ、（給水管を通して）水を排水するための水中ポンプの使用を含む。あるグローベッドの中の水がベルサイフォンのスタンドパイプの高さまでいっぱいになると、水は自動的に排水パイプに流れ出て、魚飼育用水槽まで循環して戻る。縦型構造に少なくとも一個のベルサイフォンを配置して得られる強い水流は、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを生じさせ、エアレーションシステムにおける電力を節約するので炭素を排出しない。

図

本発明の更なる態様は、以下の添付図面と併せて、実施態様の詳細な説明を再検討することによって、より簡単に理解されるであろう：
〔図１〕 多層のアクアポニックスシステム、その構成要素、及び屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法を説明する図

[発明の詳細な説明]
１．発明が解決しようとする課題
本発明は、多層アクアポニックスシステム、及び、屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法の両方を提供する。
このようなアクアポニックスシステムにおいて、エアレーション及び酸素含有量は、魚を飼育する際の重要な要素となり得る。本発明における、多層アクアポニックスシステムは、電力を消費しない適切なエアレーションシステムによって水槽へ供給された水に対する酸素の添加を改善するよう設計されるので、環境に優しい。

２．技術的説明
多層のアクアポニックスシステムに関する本発明は、共生環境で、従来の水産養殖を水耕栽培と結合する食糧生産システムを提供する。アクアポニックスは、除草剤、殺虫剤、或いはその他の化学薬品を一切用いないので、作り出される魚及び野菜は、１００パーセント天然で有機的である。

２．１ 多層のアクアポニックスシステム
図１は、多層のアクアポニックスシステムの説明図であり、屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法を説明している。

図１を参照すると、システム全体は、以下の構成要素からなる。即ち、(1)魚飼育用水槽108、(2)水中ポンプ100、(3)グローベッドへの給水管101、(4) グローベッド109、 (5)「ベルサイフォン」103、(6) スタンドパイプ102、(7)排水パイプ104、(8)上層排水パイプ105、(9)最下層の排水パイプ106、及び、グローベッドの各層に取りつけられている(10)LEDグローライト107である。該システムの応用は、以下のアクアポニックス栽培方法によって説明される。

図１を参照すると、この多層アクアポニックスシステムの可能な実施態様の一つにおける図１のダイアグラムには５つの層があり、魚飼育用水槽108からなる、最下層に位置する地面と接触する1つの層と、植物グローベッド109である４つの層がその上にある。多層アクアポニックスシステムにおけるグローベッドの層の数は、1層かそれ以上である。水中ポンプ100は、魚飼育用水槽内に設置され、魚飼育用水槽内の水源から水を汲み上げるよう設定されている。グローベッドへの給水管101は垂直に立ち上がって連結し、水中ポンプ100によって汲み上げられた水を、グローベッド101の各層へ運ぶ。

多層のアクアポニックスシステムは、更に、水循環ループを形成して魚飼育用水槽から少なくともひとつのグローベッドを介して魚飼育用水槽へ戻す、水循環システムを構成する。

このような水循環ループは、継続的なシステム内で、システム中の水を汲み上げ再循環させることが必要な、アクアポニックスシステムの再循環を形成する。

さらに、多層アクアポニックスシステムは、フレームによって水支持体を支持するために採用された少なくとも１個のトレイを含むことができ、該トレイはさらに、支えている植物用の生育培地を維持するための少なくとも一個の容器を支持するために採用されてもよい。

図１を参照すると、グローベッド109の各層は、各層の裏板部材の平面にほぼ垂直方向に一種以上の植物の成長をサポートし、排水システムを通して植物の根に水を分配する。

グローベッド109の各層には、栽培のために水が供給されるように給水管101を取りつける。各層は、栽培用光源としてのLEDグローライト107を有する。照明固定具は、少なくとも一つの層の上方にあるアクアポニックスシステム内に配置される。

魚飼育用水槽及びグローベッドの各層の側面に沿って配置された排水システムを有するグローベッドの各層は、自動的に定期的に実質的に水と空気を魚飼育用水槽に供給するよう設定されたベルサイフォン103を有するスタンドパイプ102及び排水パイプ104から構成される。グローベッドの各層は、魚飼育用水槽の側面に配置されたベルサイフォンを有する。

好ましい実施態様においては、図１で示されるように、多層のアクアポニックスシステムにおけるこのようなベルサイフォンは、互いに垂直になるように配置することができる。更に、各ベルサイフォンは垂直に配置された共通の排水管に別々に連結され、グローベッドの各層から溢れた水は、排水システムを介してこのような共通の送水管を通って魚飼育用水槽に排水される。

好ましい実施態様では、魚飼育用水槽のすぐ上にあるグローベッドを除く全層のグローベッドにあるベルサイフォンは、垂直に配置された共通の排水パイプに連結され、魚飼育用水槽のすぐ上にあるグローベッドにあるベルサイフォンは、もう一つの排水パイプに連結される。このように、魚飼育用水槽のすぐ上にある、即ち、最下層にあるグローベッドを除いた他のグローベッドのすべての層から排出される水は、上層の排水パイプ105、即ち、垂直に配置された共通の排水パイプを通って、一緒に排水される。前述した垂直に配置されたベルサイフォンによって、グローベッドのすべての層からの水を共通の送水管が排水するので、このような共通の送水管は比較的強い水流で排水し、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを付与する。魚飼育用水槽のすぐ上にあるグローベッドから排水される水は、魚飼育用水槽に単独で流れ込み、最下層の排水パイプ106を通って水源に戻る。最下層から排水される水は、魚飼育用水槽に流れ込む前に共通の排水パイプに排水されることはない。したがって、このような最下層の排水パイプは、より短く配す事ができる。最下層に配置される配水管をより短く使用することは、魚飼育用水槽の同じ水量に対して、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの必要とする高さがより低くなり、このシステム全体のスペースを節約することができる事を意味する。更に、より短いパイプ使用することは、短めの給水管による最下層のグローベッドへの送水及びグローベッドの上層への送水を可能とし、グローベッドへ水を汲み上げる電力を節約する。

２.２ システムの構成要素の規模及び寸法
図１に関して、4層のグローベッド及び一つの魚飼育用水槽を有する、好ましい実施態様のシステムの高さは2500mmとなろう。

好ましくは、グローベッド109の各層の高さは100mmあれば良く、LEDグローライト107の高さは50mmあれば良い。グローベッド109の幅は1500mmあれば良く、魚飼育用水槽の幅もまた1500mmあれば良い。幅と長さの両方ともさまざまであって良いが、定まった形状の範囲に、より多数のシステムを配置できるように、幅と長さを標準化するのが好ましい実施態様である。グローベッドとLEDグローライト間のスペースの高さ（LEDグローライトの高さを含む）は、300mmあれば良い。

グローベッドの最下層から地面、即ち魚飼育用水槽の底、までの高さは、900mmあれば良い。あるいは、最下層のグローベッドから魚飼育用水槽の底までの高さは、900mm以上であっても良い。

システム及びシステム内の各層の高さは、電源なしでも、魚飼育用水槽に充分なエアレーションをもたらすように計算される。あるいは、魚飼育用水槽は、幅（または長さ）を増大させて体積のより大きいものを配置しても良い。そうすると、下向きの水によってもたらされるより強い水流による酸素を、より必要とするだろう。好ましい実施態様では、層の数を増やす及び/または（各グローベッドに取り付けられる）各ベルサイフォン間の距離を伸ばして、水が流入し共通の送水管を通って下向きに流れる高さを増やす事により、より大きなエアレーションが達成される。下に流れる水の高さを高くするほど、水流がより強くなり、エアレーションも大きくなる。
さらなる実施態様では、より大きい魚飼育用水槽を配置して魚飼育用水槽の体積を増やすことができ、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの高さを増大させることができる。

2.3 アクアポニック栽培法
アクアポニック栽培法について、以下に図１を用いて説明する：魚飼育用水槽からの水は、給水管101を通って水中ポンプ100によって抜かれ、植物グローベッド109の各層に配水される。ある特定のグローベッドにおける水位がスタンドパイプ102の高さに達すると、過剰な水またはあふれ出る水は自動的に排水パイプ104に排水され、魚飼育用水槽108に循環して戻る。可能な実施態様の一つでは、上方の3層からあふれた水は、上層の排水パイプ105を通り、垂直に配置された共通の排水パイプを通って一緒に排水される。一方、最下層からあふれた水は、最下層排水パイプ106を通って、魚飼育用水槽へと個別に排水される。

さらに、排水パイプ104に入る前に、水は、排水システムによってグローベッドの各層からあふれた水を自動的に共通の排水パイプに排水するベルサイフォン103を通り抜ける。垂直に一列に並んで配置され共通の排水パイプに連結されたベルサイフォンによって排水に給気し、魚飼育用の水槽へと戻される。その結果、ベルサイフォンによって作られる強い水流は、魚飼育用水槽に入る前の排水に適切に給気する。言い換えると、各層の排水システム内のベルサイフォン103は、排水を魚飼育用水槽に戻す前に給気する。各層はそれぞれ、排水するために独自のスタンドパイプ102（ベルサイフォン103を含む）を有している。

3. 技術的効果または改良点
エネルギー節約の観点から、本発明におけるベルサイフォンによって作られる多量の強い水流は、排水を調節するエアポンプ及び/またはタイマーを用いることなく、排水中に、より多くの酸素を含んだ良好なエアレーションを供給する。言い換えれば、各層の排水システムにベルサイフォンを重複して使用することにより、排水及び/またはあふれる水をコントロールするいかなる電源装置及び/またはタイマーも要せずに、縦型栽培が可能になる。システムの稼動に対する最小限の監視が実現される。使用電力がより少ないので、低炭素でより環境にやさしい。

アクアポニック栽培の観点から、本発明はベルサイフォンを使用することによって、野菜の根と、各グローベッドと魚飼育用水槽の底に平らに敷かれたハイドロトンまたはブラックシンダーであってもよい、植物の生育培地/グローベッドに、充分なエアレーションを供給することができる。したがって、本発明によって、100パーセント有機的環境が達成される。さらに、本発明は、LEDグローライトを使用することによって、アクアポニック栽培環境の制御を改善する。このように、気象の影響を受けずに1年中栽培することが可能であり、生産量をより正確に予測し保証することができる。

収穫できる生産量の観点から、本発明は面積あたりの穀物収穫量の生産性を増やすだろう。例示されるように、多層構造は、水平方向よりむしろ縦方向に、より多くの植物を栽培するための所与の面積を使用することを可能とし、より多くの空き領域を利用する。

この発明は、持続可能な農業のためのアクアポニックス栽培分野に関する。

縦型農法を用いる屋内水栽培システムは多々あるが、有機野菜は作物を作るために化学栄養素を必要とするから、水栽培によって有機野菜を育てることはできない。また、その排水構造から、これらの水栽培システムをアクアポニックスとして使用することはできない。更に、エアポンプやタイマーが、排水及び/または水の流出を調節するのに必要である。

省エネルギーの観点から、排水調節のためのエアポンプ及び/又はタイマーを必要とすることなく、ベルサイフォンによって作られる相当量の強い水流によって、排水中に十分な酸素を提供し良好なエアレーションを生むシステムを有することが望ましい。いいかえれば、各層の排水システムとして複合的にベルサイフォンを利用することによって、排水及び/又は水の流出を調節するためのいかなる電源装置及び/又はタイマーも無しに、縦型栽培が可能になる。

アクアポニックス農業従事者は、伝統的に単一層のグローベッドにベルサイフォンを利用しているが、未だに、野菜の根（ハイドロトンやブラックシンダーのような生育培地の中の）及び魚の両方に十分なエアレーションが供給されないという技術的問題が存在する。
本発明は、主として、多層のアクアポニックスシステム及び方法を用いて縦型栽培をなす。先行発明を本発明と比較し、以下に記述する。

従来、ひとつのフレーム、保水及び支持植物のための生育培地を保持するための少なくとも一個の容器を支えるのに適した、少なくとも１個のトレイを有するモジュール式アクアポニックス組立品は既に開示されている（特許文献１）。該特許は、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムの態様を提供している。

しかしながら上記発明は、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムの実施態様を提供しているものの、グローライトの選択に関連するいかなる情報も提供しておらず、LEDグローライトの使用や、ベルサイフォンが作る空気と接触して適切なエアレーションを付与する、強い水流に関する言及もない。また、上記特許の層構造は、本発明の多層構造とは異なる。
本発明は、多層の栽培グローベッドにLEDグローライトを備え、少なくとも一個のベルサイフォンを縦型構造に配置し、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを送る強い水流を作り出す。

また、水槽モジュール、園芸用モジュール、及び貯留槽モジュールを有するシステムも既に知られている（特許文献２）。該システムは、水槽モジュールからの廃水を園芸用モジュールに流し、その中で植物が水を得て、少なくともその水の一部をろ過し、少なくとも水中に含まれる老廃物の一部を消費するように、全体として、通常設計されている。要するに、この発明は、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムの実施態様を提供している。この発明では、園芸用モジュールは、水槽モジュールの水位よりも低い位置に設置される。

しかしながら、上記発明はLEDグローライトを備えるかわりに、自然光を光源として利用する。また上記発明は、植物のグローベッドが魚飼育用水槽の上部に位置するようなアクアポニックスシステムを開示していないだけでなく、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを付与するベルサイフォンを利用してもいない。さらに、上記特許は、閉ループシステムにおいて、十分なエアレーションを提供するという技術的問題を解決していない。
本発明のアクアポニック栽培システム及び方法では、多層の植物グローベッドが魚飼育用水槽の上部に設置されている。本発明では、魚飼育用水槽に単独で排出される最下層のグローベッドの水を除き、全ての層から流れてくる水が一緒になって魚飼育用水槽に排出される。

更に、縦型アクアポニック菜園に使用する多層式生育培地からなる、育成する植物及び空気と水をろ過するための閉ループの縦型園芸用システムも既に知られている（特許文献３）。しかしながら、上記特許の食物生産システムは、いかなる排水システムも応用していない上、ベルサイフォン排水システムも多層グローベッドも提供していない。また、上記特許は、光源としてLEDを使用することも開示していない。さらに、上記特許は、多層式生育培地で用いられる層の数について明記していない。同様に上記特許は、閉ループシステムにおいて十分なエアレーションを提供するという技術的問題を解決していない。
本発明は、多層の栽培グローベッドにLEDグローライトを備える。各層のグローベッドは専用の排水スタンドパイプを有し、それが、溢れる水を排水パイプに導き、最終的には魚飼育用水槽に導く。具体的には、グローベッドから溢れた水は、ベルサイフォンを通して排出され、強い水流がベルサイフォンによって作られ、それによって、適切なエアレーションが魚飼育用水槽に送られる。

また、水生動物のための水槽、植物育成装置、バイオフィルター及び生物学的な廃棄物消化ユニットを含むアクアポニックスシステム及び方法も既に知られている（特許文献4）。上記発明においては、植物栄養素が植物育成装置に送られ、少なくとも水の一部が水槽に戻されるが、多層栽培グローベッドに、LEDグローライトを備えていない。上記発明はまた、各グローベッドから溢れる水を排水管へと導き、最終的には魚飼育用水槽に導く専用の排水スタンドパイプを持たない。具体的には、該発明は、その排水システムにおいて、ベルサイフォンを使用することに言及しなかった。
本発明は、多層の栽培グローベッドに、LEDグローライトを備える。各グローベッドは、溢れた水を排水管へと導き、最終的には魚飼育用水槽に導く、自分の排水スタンドパイプを有する。具体的には、グローベッドから溢れる水は、ベルサイフォンを通して排出され、強い水流がベルサイフォンによって作られ、それによって、適切なエアレーションが魚飼育用水槽に送られる。これが、省エネ、カーボンフリーで環境に優しいエアレーションシステムとなる。

更に、代替水産養殖飼料を用いる、持続可能なアクアポニックスシステム及び方法も既に知られている（特許文献5）。この特許は、縦型アクアポニックスシステムを提供するが、魚飼育用水槽のかわりに、開け放たれた自然の、既存の池または湖の生態系から水を引く。ベルサイフォンもまたこの発明に含まれるが、単に排水の役割をしているだけである。この発明は、様々な水中植物や水辺の植物及び家庭用植物を用いるような、代替エアレーション法に依拠している。

しかしながら、隣りあったり並んだりした水路を導入することによって、上記特許の水の場合には、小粒の砂利または膨張シェール（hadite）を通して、水路の長辺を超えて隣接した魚水路の長辺に落下し得る。このプロセスは、アンモニアのアボリック（abolic)除去と同時に酸素を供給し、水がシステム最大のグローベッドに流れ込んで空になるまで、水路から水路へのサイクルを繰り返す。上記特許では、小粒の砂利または膨張シェール（hadite）を有する水路の導入によりエアレーションが達成される。

米国特許公開番号US20130047508A1 米国特許公開番号US20140041594A1 米国特許公開番号US20130160363 米国特許公開番号US20140047767 米国特許公開番号US20130098303

本発明においては、水中エアレーションは、ベルサイフォンによって作られる強い水流によって達成される。明らかに、上記特許出願と本発明は、共に、魚飼育用水槽/魚用池に通気するために水流を利用する。本発明は、縦型構造一個について少なくとも一個という単純で複合的なベルサイフォンの使用によってエアレーションを達成する。

本発明は、栽培用多層アクアポニックスシステムを提供する。本発明はまた、屋内用縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法を開示する。
本発明は、多層のアクアポニックスシステム及び屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法の両方を提供する。

システム全体は、以下の構成要素からなる。即ち、(1)魚飼育用水槽108、(2)水中ポンプ100、(3)グローベッドへの給水管101、(4) グローベッド109、(5)「ベルサイフォン」103、(6) スタンドパイプ102、(7)排水パイプ104、(8)上層排水パイプ105、(9)最下層排水パイプ106、(10) LEDグローライト107で、これらはグローベッドの各層に取りつけられている。

多層のアクアポニックスシステムのアクアポニックス栽培方法は、最下位に位置する魚飼育用水槽から植物グローベッドの各層へ、（給水管を通して）水を排水するための水中ポンプの使用を含む。あるグローベッドの中の水がベルサイフォンのスタンドパイプの高さまでいっぱいになると、水は自動的に排水パイプに流れ出て、魚飼育用水槽まで循環して戻る。縦型構造に少なくとも一個のベルサイフォンを配置して得られる強い水流は、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを生じさせ、エアレーションシステムにおける電力を節約するので炭素を排出しない。

本発明の更なる態様は、以下の添付図面と併せて、実施態様の詳細な説明を再検討することによって、より簡単に理解されるであろう：
多層のアクアポニックスシステム、その構成要素、及び屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法を説明する図

本発明は、多層アクアポニックスシステム、及び、屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法の両方を提供する。
このようなアクアポニックスシステムにおいて、エアレーション及び酸素含有量は、魚を飼育する際の重要な要素となり得る。本発明における、多層アクアポニックスシステムは、電力を消費しない適切なエアレーションシステムによって水槽へ供給された水に対する酸素の添加を改善するよう設計されるので、環境に優しい。

多層のアクアポニックスシステムに関する本発明は、共生環境で、従来の水産養殖を水耕栽培と結合する食糧生産システムを提供する。アクアポニックスは、除草剤、殺虫剤、或いはその他の化学薬品を一切用いないので、作り出される魚及び野菜は、１００パーセント天然で有機的である。

＜１． 多層のアクアポニックスシステム＞
図１は、多層のアクアポニックスシステムの説明図であり、屋内縦型農法におけるアクアポニックス栽培方法を説明している。
図１を参照すると、システム全体は、以下の構成要素からなる。即ち、(1)魚飼育用水槽108、(2)水中ポンプ100、(3)グローベッドへの給水管101、(4) グローベッド109、 (5)「ベルサイフォン」103、(6) スタンドパイプ102、(7)排水パイプ104、(8)上層排水パイプ105、(9)最下層の排水パイプ106、及び、グローベッドの各層に取りつけられている(10)LEDグローライト107である。該システムの応用は、以下のアクアポニックス栽培方法によって説明される。

図１を参照すると、この多層アクアポニックスシステムの可能な実施態様の一つにおける図１のダイアグラムには５つの層があり、魚飼育用水槽108からなる、最下層に位置する地面と接触する1つの層と、植物グローベッド109である４つの層がその上にある。多層アクアポニックスシステムにおけるグローベッドの層の数は、1層かそれ以上である。水中ポンプ100は、魚飼育用水槽内に設置され、魚飼育用水槽内の水源から水を汲み上げるよう設定されている。グローベッドへの給水管101は垂直に立ち上がって連結し、水中ポンプ100によって汲み上げられた水を、グローベッド101の各層へ運ぶ。

多層のアクアポニックスシステムは、更に、水循環ループを形成して魚飼育用水槽から少なくともひとつのグローベッドを介して魚飼育用水槽へ戻す、水循環システムを構成する。

このような水循環ループは、継続的なシステム内で、システム中の水を汲み上げ再循環させることが必要な、アクアポニックスシステムの再循環を形成する。

さらに、多層アクアポニックスシステムは、フレームによって水支持体を支持するために採用された少なくとも１個のトレイを含むことができ、該トレイはさらに、支えている植物用の生育培地を維持するための少なくとも一個の容器を支持するために採用されてもよい。

図１を参照すると、グローベッド109の各層は、各層の裏板部材の平面にほぼ垂直方向に一種以上の植物の成長をサポートし、排水システムを通して植物の根に水を分配する。

グローベッド109の各層には、栽培のために水が供給されるように給水管101を取りつける。各層は、栽培用光源としてのLEDグローライト107を有する。照明固定具は、少なくとも一つの層の上方にあるアクアポニックスシステム内に配置される。

魚飼育用水槽及びグローベッドの各層の側面に沿って配置された排水システムを有するグローベッドの各層は、自動的に定期的に実質的に水と空気を魚飼育用水槽に供給するよう設定されたベルサイフォン103を有するスタンドパイプ102及び排水パイプ104から構成される。グローベッドの各層は、魚飼育用水槽の側面に配置されたベルサイフォンを有する。

好ましい実施態様においては、図１で示されるように、多層のアクアポニックスシステムにおけるこのようなベルサイフォンは、互いに垂直になるように配置することができる。更に、各ベルサイフォンは垂直に配置された共通の排水管に別々に連結され、グローベッドの各層から溢れた水は、排水システムを介してこのような共通の送水管を通って魚飼育用水槽に排水される。

好ましい実施態様では、魚飼育用水槽のすぐ上にあるグローベッドを除く全層のグローベッドにあるベルサイフォンは、垂直に配置された共通の排水パイプに連結され、魚飼育用水槽のすぐ上にあるグローベッドにあるベルサイフォンは、もう一つの排水パイプに連結される。このように、魚飼育用水槽のすぐ上にある、即ち、最下層にあるグローベッドを除いた、他のグローベッドのすべての層から排出される水は、上層の排水パイプ105、即ち、垂直に配置された共通の排水パイプを通って、一緒に排水される。

前述した垂直に配置されたベルサイフォンによって、グローベッドのすべての層からの水を共通の送水管が排水するので、このような共通の送水管は比較的強い水流で排水し、魚飼育用水槽に適切なエアレーションを付与する。魚飼育用水槽のすぐ上にあるグローベッドから排水される水は、魚飼育用水槽に単独で流れ込み、最下層の排水パイプ106を通って水源に戻る。

最下層から排水される水は、魚飼育用水槽に流れ込む前に共通の排水パイプに排水されることはない。したがって、このような最下層の排水パイプは、より短く配す事ができる。最下層に配置される配水管をより短く使用することは、魚飼育用水槽の同じ水量に対して、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの必要とする高さがより低くなり、このシステム全体のスペースを節約することができる事を意味する。更に、より短いパイプ使用することは、短めの給水管による最下層のグローベッドへの送水及びグローベッドの上層への送水を可能とし、グローベッドへ水を汲み上げる電力を節約する。

＜２． システムの構成要素の規模及び寸法＞
図１に関して、4層のグローベッド及び一つの魚飼育用水槽を有する、好ましい実施態様のシステムの高さは2500mmとなろう。
好ましくは、グローベッド109の各層の高さは100mmあれば良く、LEDグローライト107の高さは50mmあれば良い。グローベッド109の幅は1500mmあれば良く、魚飼育用水槽の幅もまた1500mmあれば良い。幅と長さの両方ともさまざまであって良いが、定まった形状の範囲に、より多数のシステムを配置できるように、幅と長さを標準化するのが好ましい実施態様である。グローベッドとLEDグローライト間のスペースの高さ（LEDグローライトの高さを含む）は、300mmあれば良い。

グローベッドの最下層から地面、即ち魚飼育用水槽の底、までの高さは、900mmあれば良い。あるいは、最下層のグローベッドから魚飼育用水槽の底までの高さは、900mm以上であっても良い。

システム及びシステム内の各層の高さは、電源なしでも、魚飼育用水槽に充分なエアレーションをもたらすように計算される。あるいは、魚飼育用水槽は、幅（または長さ）を増大させて体積のより大きいものを配置しても良い。そうすると、下向きの水によってもたらされるより強い水流による酸素を、より必要とするだろう。好ましい実施態様では、層の数を増やす及び/または（各グローベッドに取り付けられる）各ベルサイフォン間の距離を伸ばして、水が流入し共通の送水管を通って下向きに流れる高さを増やす事により、より大きなエアレーションが達成される。下に流れる水の高さを高くするほど、水流がより強くなり、エアレーションも大きくなる。

さらなる実施態様では、より大きい魚飼育用水槽を配置して魚飼育用水槽の体積を増やすことができ、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの高さを増大させることができる。

＜3． アクアポニック栽培法＞
アクアポニック栽培法について、以下に図１を用いて説明する：魚飼育用水槽からの水は、給水管101を通って水中ポンプ100によって抜かれ、植物グローベッド109の各層に配水される。ある特定のグローベッドにおける水位がスタンドパイプ102の高さに達すると、過剰な水またはあふれ出る水は自動的に排水パイプ104に排水され、魚飼育用水槽108に循環して戻る。

可能な実施態様の一つでは、上方の3層からあふれた水は、上層の排水パイプ105を通り、垂直に配置された共通の排水パイプを通って一緒に排水される。一方、最下層からあふれた水は、最下層排水パイプ106を通って、魚飼育用水槽へと個別に排水される。

さらに、排水パイプ104に入る前に、水は、排水システムによってグローベッドの各層からあふれた水を自動的に共通の排水パイプに排水するベルサイフォン103を通り抜ける。垂直に一列に並んで配置され共通の排水パイプに連結されたベルサイフォンによって排水に給気し、魚飼育用の水槽へと戻される。その結果、ベルサイフォンによって作られる強い水流は、魚飼育用水槽に入る前の排水に適切に給気する。言い換えると、各層の排水システム内のベルサイフォン103は、排水を魚飼育用水槽に戻す前に給気する。各層はそれぞれ、排水するために独自のスタンドパイプ102（ベルサイフォン103を含む）を有している。

＜４. 技術的効果または改良点＞
エネルギー節約の観点から、本発明におけるベルサイフォンによって作られる多量の強い水流は、排水を調節するエアポンプ及び/またはタイマーを用いることなく、排水中に、より多くの酸素を含んだ良好なエアレーションを供給する。言い換えれば、各層の排水システムにベルサイフォンを重複して使用することにより、排水及び/またはあふれる水をコントロールするいかなる電源装置及び/またはタイマーも要せずに、縦型栽培が可能になる。システムの稼動に対する最小限の監視が実現される。使用電力がより少ないので、低炭素でより環境にやさしい。

アクアポニック栽培の観点から、本発明はベルサイフォンを使用することによって、野菜の根と、各グローベッドと魚飼育用水槽の底に平らに敷かれたハイドロトンまたはブラックシンダーであってもよい、植物の生育培地/グローベッドに、充分なエアレーションを供給することができる。したがって、本発明によって、100パーセント有機的環境が達成される。

さらに、本発明は、LEDグローライトを使用することによって、アクアポニック栽培環境の制御を改善する。このように、気象の影響を受けずに1年中栽培することが可能であり、生産量をより正確に予測し保証することができる。

収穫できる生産量の観点から、本発明は面積あたりの穀物収穫量の生産性を増やすだろう。例示されるように、多層構造は、水平方向よりむしろ縦方向に、より多くの植物を栽培するための所与の面積を使用することを可能とし、より多くの空き領域を利用する。

100 水中ポンプ
101 グローベッドへの給水管
102 スタンドパイプ
103 ベルサイフォン
104 排水パイプ
105 上層排水パイプ
106 最下層排水パイプ
107 LEDグローライト
108 魚飼育用水槽
109 グローベッド

Claims (15)

1. 下記(i)-(v)を含む、縦型栽培のための多層アクアポニックスシステム；
   (i) 最下層に位置し地面に接触する魚飼育用水槽、
   (ii) 各層の裏板部材平面にほぼ垂直方向に、一種以上の植物が成長できるよう
   にサポートするための少なくとも一層のグローベッド、
   (iii) 少なくとも一層のグローベッドの上に配された、少なくとも一個のLEDグローライト固定具からなるグローライトシステム、
   (iv) 水循環ループを形成する給水システム、及び、
   (v) 電源のいらないエアレーションシステム。
2. 多層のアクアポニックスシステムにおけるグローベッドが、水担体をフレームで維持するために適合されたトレイであって、支えている植物用の生育媒体を保つための少なくとも一個の容器を支えるのに適したトレイからなる、請求項１に記載されたシステム。
3. 多層のアクアポニックスシステムにおける生育媒体が、ハイドロトン、ブラックシンダーまたはある量のハイドロトンとある量のブラックシンダーのブレンドからなる、請求項2に記載されたシステム。
4. 多層のアクアポニックスシステムにおける給水システムが、水循環ループを形成するように配置され、更に下記(i) 〜(iii)を含む、請求項１に記載されたシステム；
   (i) 魚飼育用水槽内部に配置され、魚飼育用水槽内の水源から水を汲み上げるように設定された水中ポンプ；
   (ii) グローベッドの各層を連結して、水中ポンプによって汲み上げられた水を植物の根に運ぶために、魚飼育用水槽及びグローベッドの各層の同一サイドに沿って、縦に配置され垂直に立ち上がっている給水管；
   (iii) グローベッドの各層を連結して、あふれる水を集め魚飼育用水槽へと流し込むために、魚飼育用の水槽及びグローベッドの各層のもう一方の同一サイドに沿って垂直に配置された、もう一つの垂直な排水パイプ。
5. 多層のアクアポニックスシステムにおける、前記電源のいらないエアレーションシステムが、さらに下記のものを含む、請求項１に記載されたシステム：
   (i) グローベッドの各層内部に配置され、あふれる水を集めるために設計されたスタンドパイプ；
   (ii) 各スタンドパイプ内に配置され、排水パイプに連結し、所定の一定間隔で自動的に、魚飼育用水槽に向かう水を十分に能率化するために設計されたベルサイフォン。
6. 多層のアクアポニックスシステム中のエアレーションシステムにおける少なくとも一個のベルサイフォンが、他のベルサイフォンに対して垂直に整列し、垂直に配置された共通の排水パイプに連結される、請求項5に記載されたシステム。
7. 魚飼育用水槽の直ぐ上のグローベッド以外の、各層のグローベッドに配置されたベルサイフォンが、垂直に配置された共通の排水パイプに連結されると共に、魚飼育用水槽の直ぐ上のグローベッドからのベルサイフォンはもう一つの排水パイプに連結されている、請求項5に記載されたシステム。
8. グローベッドの各層の高さが100mm、LEDグローライトの高さが50mm、グローベッドとLEDグローライトとの間のスペースの高さ（LEDグローライトの高さを含む）が300mmである、請求項1、2、3、4、5、6または7に記載されたシステム。
9. 魚飼育用水槽及びグローベッドの各層の幅が1500mmである、請求項8に記載されたシステム。
10. グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの高さが900mmであり、４層のグローベッドをいれたシステム全体の高さが2500mmである、請求項8または9に記載されたシステム。
11. 魚飼育用水槽の幅が1500mm以上で、グローベッドの最下層が魚飼育用水槽まで更に距離があるように配置され、したがって、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの高さが900mm以上であり、システム全体の高さが2500mm以上である、請求項8に記載されたシステム。
12. 魚飼育用水槽の幅が1500mm以上、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの高さが900mmであり、４層以上のグローベッドが配置され、システム全体の高さが2500mm以上である、請求項8に記載されたシステム。
13. 以下のステップを含むアクアポニック栽培法：
    (i) 魚飼育用水槽からグローベッドの少なくとも１層に水を排出させるための水中ポンプを配置する；
    (ii) 前記排出水を、給水管を通して運びグローベッドの少なくとも１層に分配する；
    (iii) 互いが縦に一直線になるように配置される少なくとも１個のベルサイフォンによって排水されるグローベッドの各層からあふれた水が、垂直に配置された共通の排水パイプを通って魚飼育用の水槽に自動的に排水され、最下層の水は、最下層の排水パイプを通って単独で魚飼育用の水槽に排水される；
    (iv) 魚飼育用水槽に強い水流を送り給気する；
    (v) 魚飼育用水槽の水を循環させて上層のグローベッドへ戻す；
    (vi) グローベッドの底に、ハイドロトン又はブラックシンダー若しくはそれらの組み合わせを敷く；
    (vii) 少なくとも一層のグローベッド上部にLEDを配置する；
14. 魚飼育用水槽の体積を増やし、少なくとも一層以上のグローベッドを更に配置し、システム全体の全高を増やすという更なるステップを含む、請求項１３に記載された方法。
15. 魚飼育用水槽の体積を増やし、より大きい魚飼育用水槽を配置し、グローベッドの最下層から魚飼育用水槽の底までの高さを増やすという更なるステップを含む、請求項１３に記載された方法。