JP5357954B2 - 水耕栽培槽 - Google Patents

Description

本発明は、循環型、または一部循環型方式の水耕栽培槽（以下、単に栽培槽と言うこともある）に関する。水耕栽培する植物には、主にトマト、胡瓜、メロン、西瓜等の果菜類や豆類、穀類、花類、樹木等があり、縦型栽培、及び棚式栽培で根の生育を向上させる。

栽培槽本体、および培地を下側に取り付けられ、栽培槽本体に載置される上蓋からなる。従来例の一般的な栽培槽は、栽培槽上蓋に配置、配列した培地に液肥槽から給水し、一定の水位を保つように排水して、培地に蒔いた植物を生育させているが、培地への給水は栽培槽本体の周囲壁に隣接して栽培槽本体より上方に配管した給水筒を介して栽培槽本体内に落下させて行い（落下方式）、培地の排水は、給水筒からの液肥が培地の下方を通り排水口に配置した１つの水位調節器から排水するように、給水筒とは対称位置（対面または対角）にある排水部の排水口に配置した１つの水位調節器を通して行っている。

なお、培地の排水を培地の下から行うものもある（特開２００６−１０９８２７号公報）。

特開２００６−１０９８２７号公報

なお、前者の従来例での解決すべき課題を図８〜図１０に示す従来例の構造とともに説明する。図８は上蓋を省略して示す栽培槽本体の平面図（上図）および正面図（下図）である。図８に示すように、上蓋（図示省略）の中心部下側に固定された培地１０２が栽培槽本体１００の中心部には位置決めされるように、上蓋が栽培槽本体１００の周囲壁１００ａに載置されている。栽培槽本体１００の周囲壁１００ａ（ここでは、正四角形の例を示すが、長方形、円形、多角形等の種々の形状のものがある）のコーナー（隅）に隣接した給水筒１０４が配置されており、この給水筒１０４から液肥が上方より供給される。供給された液肥は矢印で示すように、培地の下方や脇を通り、給水筒１０４とは反対側の対称位置に配置された水位調節器１０６に向かって流れ、水位調節器１０６の排水口１０８を通って排水される。水位調節器１０６により栽培槽本体１００内の液肥の水位が調節される。

従来例の栽培槽は前述の構造であるので、給水筒付近で液肥が落下するため、乱流が発生する。この乱流の波動が強いために根の生育が難しい。また、最上流域であるため根の生育が大幅に遅れる。このため、短期間の栽培では生育効率が悪く大きな課題となっていた。また、栽培初期（育苗期、中期へ向けての生長段階）には給水筒へ向って根が生長することはない。栽培後期（特に一年草の場合等）には他に行き場のなくなった根が給水部付近に接近してくるが、波動や衝撃波のストレスを受け生長が阻害される。

図９は、栽培槽内で生育される植物の初期状態を示す平面図である。図９に示すように、根２００は、流れに沿って排水口にある水位調節器１０６に向かって大きく延びるが、流れに逆らう方向である給水筒１０４に向かってはほとんど延びることはできない。

植物が前述のように生育するので、培地に蒔いた植物の種から生育しつつある根は、給水筒から排水口に向かって一方向に流れる水流に従って生長し、液肥排水口に届いてしまい、また偏った生長となる。排水口に到達した根はオーバーフロー部から内部に入り込み排水口を詰まらせる。根が排水口を閉めてしまう結果、液肥が栽培槽本体から溢れ出すこともある。このことを防止するためには、頻繁に排水口に入り込んだ根を引き出さねばならず、手間のかかる作業となる。頻繁に根に人の手が触れることになり、植物にストレスを与えるために生育障害に至ることもある。

また、水位調節部の排水口が栽培槽の中の偏った位置にあるため、栽培槽本体が僅かでも傾斜して設置されると、外部に液肥が流れ出す恐れがあるため、設置時に水平度を正確にする必要がある。特に、地面が土の温室でシート等を敷き、水耕栽培装置を設置していることが多いが、水平精度を継続して確保するのが困難なことが多くある。この水平精度調節の手間を短縮または割愛できる水耕栽培装置が求められていた。たとえ水平度を確保しても、地震等による振動で液肥が流出することが多い。

図１０は、栽培槽内で生育される植物の栽培中期、後期（一年草の場合）の問題点を示す平面図である。図１０に示すように、根２００は、栽培槽の中心部付近で密集して生育し、水位調節器１０６に向かって大きく延びて排水口に入り込む恐れがあり、給水筒１０４に向かってはほとんど延びることはできない。

前述のように、根が生長するにつれ、培地のある中心部は繁茂してくる。給水口からの流れは抵抗の少ない流路を通るため、根の抵抗を避けて迂回して排水口に向かう。このため、根の中心部には流れが行き渡らなくなり、養分の供給不足、代謝不良、老廃物の堆積等が進み発育不全となり易い。さらに嫌気性菌や病原菌が流れが停滞している中心部に繁殖しやすく、生長障害が生じやすい。栽培中期以降は植物が大きく生長するため、循環する液肥量を増やさなければならないが、前述の問題を解決し、リスクを軽減させることが必要となる。

また、後者の従来例では、真っ直ぐに排水口に向い生長するため短期間で排水口に根が入り込み塞いでしまったり、根の生長が大きく偏ってしまう等の問題がある。

本発明の水耕栽培槽は、栽培槽本体および栽培槽本体に載置される上蓋からなる水耕栽培槽において、栽培槽本体のほぼ中心部に配置され、下方から液肥を供給するように設けられた給水部と、該栽培槽本体に載置される上蓋のほぼ中心領域に配置された少なくとも１つの培地と、液肥を排水するように栽培槽本体の周囲壁に隣接して設けられた複数の排水部の水位調節排水パイプと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前述の課題を解決するとともに、根を広範囲に迅速に生長させることができる水耕栽培槽が得られる。この結果、栽培の基本となる根の生長が促進されるため、地上部の葉、茎、花、実も速く大きく良質に育てる事ができる。

本発明の栽培槽を用いた栽培システム全体を示す図である。 本発明の栽培槽を用いた他の実施例の栽培システム全体を示す図である。 本発明の栽培槽の栽培槽本体および上蓋の平面図（上図）および正面図（下図）である。 本発明の栽培槽で用いる上蓋の平面図（上図）および正面図（下図）である。 本発明の栽培槽で用いる他の実施例の上蓋の平面図（上図）および正面図（下図）である。 本発明の栽培槽の内部の水の流れを説明するための図である。 本発明の栽培槽の内部の水の流れを説明するための図である。 従来例の栽培槽の基本構造を示す図である。 従来例の栽培槽内で生育される植物の初期状態を示す平面図である。 従来例の栽培槽内で生育される植物の最終状態を示す平面図である。

本発明の水耕栽培槽は、栽培槽本体および栽培槽本体に載置される上蓋からなる水耕栽培槽からなる。給水部が栽培槽本体のほぼ中心部に配置され、下方から液肥を供給するように設けられ、少なくとも１つの培地が栽培槽本体に載置される上蓋のほぼ中心領域に配置され、複数の排水部の水位調節排水パイプが液肥を排水するように栽培槽本体の周囲壁に隣接して設けられている。

最初に、図１を参照して、本発明の栽培槽を用いた実施例１の栽培システム全体を説明する。栽培システムには、植物の生育に適した液肥を調合して作成し、溜めておく液肥槽４０が設けられている。液肥槽４０には種類の異なる液肥を供給する液肥供給装置４２、４４から液肥が供給される。それぞれの液肥供給装置４２、４４供給される量は、ｐｈ制御装置４６、４８による液肥のｐｈ値の監視によって行われる。液肥槽４０には、液肥を冷却するための冷却用チラー２０、液肥を加熱するための加熱用ヒーター２２が設けられており、液肥の水温が調節される。また、液肥の減量に伴って給水を行う給水装置が設けられている。

液肥は液肥供給ポンプ２４によって液肥槽４０から吐出され、配管２６を通して栽培槽３０に供給される。栽培槽からの液肥の排水は配管２８を通して行われ，液肥槽４０に戻されて再利用される。

栽培槽３０は一例として台車（レベル調整機能・固定機能付き）３２に載せられており、また、栽培槽３０には、詳細には後述するが、給水口、水位調節器、排水口が設けられている。

図２は、実施例２の栽培システム全体の概略図である。実施例１では、液肥槽４０、栽培槽３０、液肥供給ポンプ２４は独立して配置されているが、この実施例２では、栽培槽３０の下側に液肥槽４０が配置されて一体構造となっており、液肥供給ポンプ２４は液肥槽４０に配置され、栽培槽３０と液肥槽４０の上下間で液肥の供給、排水が行われ、不足した液肥が液肥供給装置（図示せず）によって補われる。

図３は、前述した栽培システムで用いられる本発明の水耕栽培槽を示す図である。栽培槽３０は、栽培槽本体１とその栽培槽本体に載置される上蓋８からなる。栽培槽３０は断熱材６と本体内壁シール（例えば、金属板、樹脂板、ビニール膜等）とからなる周囲壁３０ａおよび底面部分３０ｂから構成された外部構造（箱体）を有する。この実施例では正四角形状に形成されている。栽培槽３０の形状は、長方形、多角形、円形等の任意の形状でよく、正四角形に限定されるものではない。

栽培槽本体１には、底面部分３０ａの中心位置に固定された液肥導入部２と液肥導入部２を中心にして溶接、ネジ止め、接着等により固定された整流構造３が設けられており、液肥導入部２を通して導入された液肥は整流構造３により栽培槽内低層から水平方向に分岐噴射される。栽培槽本体が正四角形の場合、整流構造３は、周囲壁３０ａの４つの各壁の中央に向かうように４方向に分岐されるものが好ましい。また、栽培槽本体１は、周囲壁３０ａのコーナー（隅）には底面中心から同距離の位置に排水部１５を設けており、排水部１５には水位調節排水パイプ（液肥レベル調節排水パイプ）４が設置されている。水位調節排水パイプ４によって栽培槽本体１内の液肥の水位が調節され、調整された水位に液肥が保たれる。また、水位調節排水パイプ４の下端は液肥導入部配管接続部となっている。

次に、上蓋の平面図を示す図４も参照して上蓋を説明する。上蓋８は、中央位置に培地ケース装着用穴１２が形成されており、培地ケース装着用穴１２に培地１３（ケース付き）１３が配置されている。また、水位調節排水パイプ４の上方にあたる上蓋８の４隅には水位調節用点検口（液肥レベル調節用点検口）１１が設けられており、点検口１１は水位調節用点検口上蓋（液肥レベル調節部点検口上蓋）１０によって蓋されている。

栽培槽本体１に上蓋８を載置すると、図７に示すように、上蓋８に配置された培地１３が栽培槽本体１の液肥導入部２の上方、すなわち、整流構造３の上方に位置するようになる。

前述の実施例１〜３では、１つの培地が上蓋８の中央に配置されるものであるが、上蓋８に配置される培地は必ずしも１つに限られない。整流構造３付近の領域内に、複数の培地（例えば、４つの培地）を栽培槽本体１の中心から等距離で、且つ隣接する培地間の距離が等間隔になるように配置してもよい。

図５に示すように、上蓋に根の状態を確認するための点検穴１７および点検穴１７を蓋する蓋１８を設けてもよい。

ここで、栽培槽本体１、栽培槽本体に設置される水位調節排水パイプ４、および整流構造３の関係について説明する。上部から見た栽培槽本体の形状が多角形（例えば、正四角形、矩形等）の場合、水位調節排水パイプは栽培槽本体のコーナーの底面部分に設置される。例えば、栽培槽本体が正四角形、矩形の場合、４隅の各コーナーにそれぞれ設置される。また、例えば、栽培槽本体が三角形、５角形の場合には、３隅のコーナー、５隅のコーナーにそれぞれ設置される。栽培槽本体が円形や楕円形の場合、水位調節排水パイプは整流構造の中心位置から左右上下対称位置で整流構造から同距離の位置に設置されることが好ましい。

次に、図６および図７を参照して、例として栽培槽が正四角形の場合の本発明の栽培槽の内部の水流について説明する。図６は栽培槽の上面から見た水流を示し、図７は栽培槽の側面から見た水流を示す。本発明は栽培槽の中心部から四方向に向かう流れに乗せて根の生育を行うことにより、大幅な生育速度で丈夫な根を育て、植物全体を効率良く短期間に強く大きく生長させることを意図したものである。

図６および図７に示すように、液肥導入部より整流構造の内部に流入した液肥は、栽培槽の四方向に分岐され、低層（底面に近い位置）から壁面中央部ｃに向けて噴射される。噴流体は摩擦抵抗の少ない中心の流れａが最も速度が速く、周辺の流れｂを巻き込み速度を減じながら壁面中央部ｃに到達すると、壁の大きな抵抗を受け、やや中層に向かって上昇しながら左右ニ方向に分離する。この流れが四方向で同時に発生する。流れが四隅の方向へ近づいて行くと、流路の抵抗や壁面の抵抗が大きくなる四隅のコーナーの抵抗を受け、壁面から離れ、中心方向（内側）に向けて曲っていく流れｄとなる（この段階では一部の流れは排水部に向けて上昇するが量は比較的少ない）。

一方、流れａから始まる流れは、強い内層流に比べ、流れのない個所の水の抵抗を受ける外層流と壁面ｃ付近で９０°方向に曲がる流れの作用により、剥離して渦（カルマン渦）ｇを形成する。流れの強さにより渦の大きさや力は異なるが、遅い領域では小さな渦が次々と発生し不規則に移動している。また、全体の流れが定常的に安定するとゆっくりと回転する大きな渦ｇも生じてくる。この渦の効果からも流れｄが内側方向に湾曲する力を得ることができる。

流れｄの流れは反対方向からくる流れｄの流れに当たり衝突する。この抵抗で更に上層方向に上り水位調節排水パイプの上部に向かい排水される流れｈと、抵抗の少ない上層を内側に向かう流れｅとに分かれる。流れｅは栽培槽本体の底面中心方向に戻り、再び誘導流となり上層を流れる。この上層の流れは四隅のコーナー付近に設置された水位調節排水パイプの上部から排水され易い流れｈとなる。また、不規則に発生し、浮遊するする大小のカルマン流は適度の揺らぎを発生させるマッサージ効果や、流れの偏りを防止する役割とを合わせもっている。根は流れに乗って生長し、穏やかな揺らぎを受けながら回転流にも乗り、四隅にある水位調節排水パイプに到達するのを遅らせ、発育が盛んな栽培初期と中期に速く、大きく、長く根を生長させることができる。

３０ 水耕栽培槽
１ 栽培槽本体
２ 液肥導入部
３ 整流構造
４ 水位調節排水パイプ
５ 本体内壁シール
６ 断熱材
７ 外部構造
８ 上蓋
９ 上蓋断熱構造
１０ 水位調節部点検口上蓋
１１ 水位調節用点検口
１２ 培地ケース装着用穴
１３ 培地
１４ 水位調節排水パイプ
１５ 排水部
１６ 液肥導入配管接続部

Claims (6)

1. 栽培槽本体および栽培槽本体に載置される上蓋からなる水耕栽培槽において、
   栽培槽本体のほぼ中心部に配置され、下方から液肥を供給するように設けられた給水部と、
   該栽培槽本体に載置される上蓋のほぼ中心領域に配置された少なくとも１つの培地と、
   液肥を排水するように栽培槽本体の周囲壁に隣接して設けられた複数の排水部の水位調節排水パイプと、
   を有することを特徴とする水耕栽培槽。
2. 請求項１記載の水耕栽培槽において、前記培地は、前記給水部の上方にくるように上蓋に配置された１つの培地であり、または、前記給水部の上方から外方に向かってほぼ等距離に配置された複数の培地であり、または、前記給水部の上方にくるように上蓋に配置された１つの培地と前記給水部の上方から外方に向かってほぼ等距離に配置された複数の培地であることを特徴とする水耕栽培槽。
3. 請求項１記載の水耕栽培槽において、前記栽培槽本体が多角形状である場合、前記排水部の複数箇所の水位調節排水パイプが周囲壁のコーナー付近に設けられていることを特徴とする水耕栽培槽。
4. 請求項１記載の水耕栽培槽において、前記栽培槽本体が円形または楕円形状である場合、
   前記排水部の水位調節排水パイプが栽培槽の中心位置より左右対称の位置で中心から同距離に設けられていることを特徴とする水耕栽培槽。
5. 請求項１記載の水耕栽培槽において、前記給水部が複数の水平方向に液肥を供給するための整流構造となっていることを特徴とする水耕栽培槽。
6. 請求項５記載の水耕栽培槽において、前記栽培槽本体が多角形状である場合、前記整流構造は周囲壁の各壁の長さの中心に向けて液肥を噴射する構造であることを特徴とする水耕栽培槽。