JP6612536B2 - 植物の養液栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物を植え付けしている培地に養液を供給して植物を生育させる植物の養液栽培装置に関する。

植物を養液栽培する装置は開発されている。（特許文献１参照）
この公報に記載される栽培装置を図８に示す。この装置は、養液８０を充填しているトレイ８１に所定の厚さのロックウール８２を敷き、ロックウール８２の上に防根シート８３を積層して、防根シート８３の上に培地８４を積層する。トレイ８１の養液８０は、ロックウール８２の下部を浸漬して、防根シート８３を浸漬しないレベルにコントロールされる。

この公報に記載される栽培装置は、トレイ内にロックウールを敷いて、養液をロックウールに浸透させるので、トレイに充填している全ての養液を植物の栽培に最適な状態に保持するのが難しい。このため、培地に植え付けしている全ての植物を理想的な環境で生育できない欠点がある。それは、トレイ内で養液を自由に流動できないからである。

また、以上の養液栽培装置は、ロックウールから培地に養液を供給するので、培地に均一に水分を補給するために多量のロックウールや椰子柄などの培地を使用する必要がある。ロックウールは、一定の期間経過すると交換する必要があるが、交換のために廃棄されたロックウールは田畑に廃棄される。無機繊維のロックウールは有機物のように腐蝕によって消失されず、飛散して公害の原因となっている。椰子柄は、ロックウールよりも頻繁に交換する必要があるので、培地のランニングコストが高くなると共に、多量の椰子柄が培地の廃棄物として田畑に捨てられている。

本発明者は、ロックウールを使用しない養液栽培装置として、図９に示す養液栽培装置を開発して実用化している。（特許文献２参照）
この図の養液栽培装置は、植物を生育させる培地９４と、この培地９４の下にあって、培地９４に植え付けされる植物の根が通過するのを阻止して水を通過させる防根シート９３と、この防根シート９３の下に積層されて、培地９４に水を供給する吸水シート９５と、この吸水シート９５の下に積層している下地フィルム９２と、さらに下地フィルム９２の下に積層されて、培地９４を載せる基礎プレート９１とを備える。基礎プレート９１は、プラスチックを発泡成形したものであって、両側縁に沿って上方に突出する一対の側壁９６を一体的に成形して設けている。さらに、基礎プレート９１は、一対の側壁９６から内側に離れた位置に、側壁９６に沿って一対の側溝９７を設けており、さらに側壁９６と側溝９７との間の上面を、側溝９７に向かって下り勾配に傾斜させてなる傾斜面９８としている。この養液栽培装置は、培地９４に供給されて培地９４を透過する廃液を、側溝９７に向かって流し、側溝９７から基礎プレート９１の外部に排水する。

図９の栽培装置は、ロックウールを使用しないので、ロックウールが田畑に廃棄される弊害は解消できるが、培地を少なくできない。散水して養液を均一には培地に供給できず、培地全体を理想的な水分環境にできず、植え付けられた全ての植物を好ましい状態で生育できなくなるからである。このため、培地の使用量が多くなってランニングコストを低減できない欠点がある。

特開平１１−３１８２４４号公報 特開２００６−３４５７８３号公報

本発明は、以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、多量のロックウールを使用することなく、さらに少量の培地でもって植物を理想的な環境で生育できる養液栽培による植物の栽培装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明の植物の養液栽培装置は、周壁３Ａの内側に養液２０を充填してなる上方開口の養液室３０を有するトレイ３と、トレイ３の養液室３０に配置してなる水平台３１と、この水平台３１の上に積層されてトレイ３内の養液２０を吸水する吸水シート３６と、この吸水シート３６の上に積層されて植物Ｓの根の通過を阻止して水を透過させる防根シート３７と、この防根シート３７を透過する養液２０を吸水する拡散給水シート３８と、この拡散給水シート３８の上に載せられて植物Ｓが植え付けられる培地３９と、トレイ３に充填している養液２０の液面レベルと水平台３１との相対位置をコントロールして、吸水シート３６をトレイ３に充填してなる養液２０に接触させて、トレイ３の養液２０を吸水シート３６に移行させる相対位置に調整する調整機構４と、トレイ３に養液２０を供給する養液供給器１を備える。養液供給器１は、トレイ３の上方に配置してなる注液管２４を有し、注液管２４から培地３９に養液２０を供給して、培地３９に供給する養液２０を、拡散給水シート３８と防根シート３７と吸水シート３６とに通過させてトレイ３に供給し、拡散給水シート３８は、繊維を方向性なく立体的に集合している不織布であって、培地３９は拡散給水シート３８の上であって植物Ｓを植え付けする部分に載せられて、拡散給水シート３８は培地３９が載せられない領域を露出部としている。養液栽培装置は、調整機構４でもって、トレイ３の液面レベルと水平台３１との相対位置が調整されて、養液２０が吸水シート３６に供給され、吸水シート３６が防根シート３７を通過して養液２０を拡散給水シート３８に供給し、拡散給水シート３８が培地３９に養液２０を供給して、培地３９に植え付けされた植物Ｓに養液２０を供給する。

以上の養液栽培装置は、多量のロックウールを使用することなく、さらに少量の培地に均一に養液を供給して全ての植物を理想的な環境で生育できる特徴がある。それは、以上の養液栽培装置が、養液を充填しているトレイに水平台を配設し、この水平台の上に、吸水シートと防根シートと拡散給水シートとを積層している積層シートを載せて、調整機構でもって、トレイに充填している養液の液面レベルと水平台との相対位置をコントロールして、養液を吸水シートに移行し、吸水シートから防根シートを透過して拡散給水シートに供給して、拡散給水シートが培地に養液を供給するからである。この構造の養液栽培装置は、トレイに多量の養液を充填して、調整機構で水平台と液面レベルとの相対位置を調整して、養液を吸水シートに均一に供給でき、さらに、吸水シートの養液を防根シートを介して拡散給水シートに均一に供給できる。拡散給水シートに均一に新鮮な養液を供給できるので、拡散給水シートの上に載せた培地には理想的な状態で養液が供給される。培地に均一に新鮮な養液が供給されるので、培地を少なくしてここに植え付けしている植物を理想的な環境で生育できる。

本発明の植物の養液栽培装置は、調整機構４が、トレイ３に充填される養液２０を所定の液面レベルに調整して、吸水シート３６に養液２０を供給できる位置に配置することができる。
以上の養液栽培装置は、植物が生育して重量が変化しても、養液の液面レベルと水平台との相対位置を理想的な位置に配置できる。このため、トレイの養液を常に好ましい状態で吸水シートに供給し、吸水シートから拡散給水シートを介して培地に供給できる。このため、培地には常に理想的な状態で養液を供給して植物を生育できる。

本発明の植物の養液栽培装置は、調整機構４を、水平台３１を養液２０に浮かせるフロート４１として、フロート４１が水平台３１を養液２０に浮かせて、上に載せてなる吸水シート３６に養液２０を供給できる位置に配置することができる。
以上の養液栽培装置は、水平台をフロートで養液に浮かせて、養液の液面レベルと水平台との相対位置を調整するので、極めて簡単な機構で養液の液面レベルと水平台との相対位置を調整して、養液を吸水シートに供給できる。

本発明の植物の養液栽培装置は、拡散給水シート３８の上に、所定の間隔で点在して培地３９を供給して、各培地３９に植物Ｓを植え付けすることができる。
以上の養液栽培装置は、培地の使用量を特に少なくして、植物を栽培できる。それは、植物を植え付けする部分に限って局部的に培地を配置して植物を生育させるからである。

本発明の植物の養液栽培装置は、水平台３１が上面を凹凸面として、凹凸面に吸水シート３６を載せることができる。
以上の養液栽培装置は、吸水シートの下で養液をスムーズに循環させて、養液を均一に吸水シートに供給できる特徴がある。それは、水平台の上面に設けている凹凸面によって、吸水シートと水平台との間に養液を通過できる隙間ができるからである。

本発明の植物の養液栽培装置は、水平台３１を発泡スチロール製とすることができる。
以上の養液栽培装置は、水平台を安価に多量生産できる特徴がある。

本発明の植物の養液栽培装置は、拡散給水シート３８と吸水シート３６を、親水性の繊維を立体的に集合してなる不織布とすることができる。

本発明の植物の養液栽培装置は、トレイ３に養液２０を供給する養液供給器１を備え、この養液供給器１が、トレイ３の上方に配置してなる注液管２４を有し、注液管２４から培地３９に養液２０を供給して、培地３９に供給される養液２０を、拡散給水シート３８と防根シート３７と吸水シート３６とに通過させてトレイ３に供給する。

本発明の植物の養液栽培装置は、トレイ３から排出される排出液２１から固形物と細菌とをろ過する濾過膜５０と、この濾過膜５０に排出液２１を供給する循環ポンプ７とを備える濾過器５を有し、この濾過器５で固形物と細菌の除去された濾過養液２２をトレイ３に循環させることができる。
以上の養液栽培装置は、トレイの養液を清澄で細菌の少ない状態に保持できるので、培地には清澄で細菌の少ない養液を供給できる。このため、植物を細菌による弊害を防止してより好ましい環境で生育できる特徴がある。

本発明の植物の養液栽培装置は、濾過器５が、排出液２１から固形物と細菌とを除去して肥料成分を除去しないろ過膜５０を備え、このろ過膜５０で濾過された濾過養液２２に肥料成分を添加する肥料添加装置１６を有することができる。
以上の養液栽培装置は、循環する養液に肥料成分を添加するので、トレイ内の養液の肥料濃度を均一に保持し、トレイの養液を培地に供給することで、培地に植え付けしている植物には、常に理想的な濃度で肥料を供給して生育できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる植物の養液栽培装置の概略断面斜視図である。 図１に示す養液栽培装置の拡大横断面図である。 本発明の一実施例に植物の養液栽培装置のブロック図である。 本発明の他の実施例にかかる植物の養液栽培装置の拡大横断面図である。 本発明の他の実施例に植物の養液栽培装置のブロック図である。 本発明の他の実施例にかかる植物の養液栽培装置の拡大横断面図である。 本発明の他の実施例に植物の養液栽培装置のブロック図である。 従来の養液栽培装置の一例を示す断面図である。 従来の養液栽培装置の他の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための植物の養液栽培装置を例示するものであって、本発明は植物の養液栽培装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１と図２に示す植物の養液栽培装置は、周壁３Ａの内側に養液２０を充填する上方開口の養液室３０を有するトレイ３と、トレイ３の養液室３０に配置している水平台３１と、この水平台３１の上に積層されてトレイ３内の養液２０を吸水する吸水シート３６と、この吸水シート３６の上に積層されて植物Ｓの根の通過を阻止して水を透過させる防根シート３７と、この防根シート３７を透過する養液２０を吸水する拡散給水シート３８と、この拡散給水シート３８の上に載せられて植物Ｓが植え付けられる培地３９と、トレイ３に充填している養液２０の液面レベルと水平台３１との相対位置をコントロールして、吸水シート３６をトレイ３に充填している養液２０に接触させて、トレイ３の養液２０を吸水シート３６に移行させる相対位置に調整する調整機構４を備える。

以上の養液栽培装置は、調整機構４でトレイ３の液面レベルと水平台３１との相対位置を調整する。調整機構４は、吸水シート３６の下部を養液２０に接触させるように、液面レベルを調整し、あるいは水平台３１の上下位置を調整する。下部が養液２０に接触する吸水シート３６は、トレイ３の養液２０を吸水する。養液２０を給水した吸水シート３６は、養液２０を防根シート３７に通過させて拡散給水シート３８に移行させる。養液２０の移行された拡散給水シート３８は、上に載せている培地３９に養液２０を供給して、培地３９で植物Ｓを生育させる。

図１と図２に示すトレイ３は、両端を閉塞している溝形で周囲に周壁３Ａを設けて、周壁３Ａの内側に養液室３０を設けている。溝形のトレイ３は、横幅を３０ｃｍ〜５０ｃｍ、周壁３Ａの高さである深さを５ｃｍ〜２０ｃｍとして、養液２０の液面レベルを底面から５ｃｍ〜１０ｃｍとして充填している。

トレイ３は、プラスチック製あるいは金属板とすることができる。プラスチック製のトレイ３は、発泡スチロールを成型して製作することができる。発泡スチロールなどの硬質の発泡プラスチック製のトレイ３は、内面に非透水シート（図示せず）を敷いて水漏れしないようにできる。非透水シートは、水を透過させないプラスチックフィルムである。プラスチックフィルムの非透水シートは、ポリエチレンフィルムが適している。ただ、この非透水シートには、塩化ビニルフィルムも使用できる。内面を非透水シートでコートするトレイ３は、金属やプラスチックで枠組して、防水構造とする必要がなく、安価に製造できる。

水平台３１は、上下面を水平面内に配置して、上面に吸水シート３６と防根シート３７と拡散給水シート３８とを積層して載せている。図２の水平台３１は、上面に所定のピッチで凸部３２を設けて凹凸面としている。凸部３２は、上面を同一平面に配置して、吸水シート３６と防根シート３７と拡散給水シート３８とを積層してなる積層シート３５を上面に載せて水平姿勢に支持している。凸部３２は、高さとピッチを数ｃｍとして、凸部３２の間に養液２０を流入させる。凸部３２の間に流入する養液２０は吸水シート３６の下面に接触する。この構造の水平台３１は、凸部３２の間に流入する養液２０を効果的に吸水シート３６に移行できる。図示しないが、水平台は、下面を凹凸面として、下面とトレイの底面との間に養液を通過できる隙間を設けることもできる。水平台は、上面を平面状として、凹凸のない上面に積層シートを積層して、吸水シートに養液を移行させることもできる。さらに水平台は、上面と下面を平面状とすることもできる。

水平台３１は、発泡スチロール等、硬質の発泡プラスチックで製作される。硬質の発泡プラスチックで製作された水平台３１は、例えば、厚さを１ｃｍ以上として上に載せる積層シート３５と培地３９に植え付けられる植物Ｓの荷重に耐える強度とする。水平台３１は、拡散給水シート３８に載せている培地３９に植物Ｓを植え付けし、この植物Ｓを生育させる状態で、積層シート３５を水平姿勢に保持して、吸水シート３６に均一に養液２０を供給する。植物Ｓは、拡散給水シート３８の上に載せている培地３９に植え付けられて生育するが、生育すると重くなる。積層シート３５の上面に点在して植え付けられる多数の植物Ｓは、全ての植物Ｓが同じように生育することはなく、生育するに従って重量がアンバランスになる。硬質の発泡プラスチックの水平台３１は、軽くて充分な曲げ強度を実現するので、植物Ｓが生育して重量がアンバランスになっても、積層シート３５を水平姿勢に保持できる特徴がある。ただ、水平台は、必ずしも硬質の発泡プラスチックとする必要はなく、たとえば、木製や金属製とすることもできる。

吸水シート３６は、水平台３１の上面に載せられて、養液２０を吸収する。吸水シート３６は、トレイ３の養液２０を吸収し、防根シート３７を透過させて拡散給水シート３８に供給する。吸水シート３６は、厚さを１ｍｍ〜１．５ｍｍとする親水性の不織布が適している。養液栽培装置は、調整機構４でもって、トレイ３の液面レベルと水平台３１との相対位置を調整して、吸水シート３６を養液２０に接触させるので、吸水シート３６には薄いシートが使用できる。ただし、吸水シート３６には、親水性の繊維を方向性なく立体的に集合している保水マット、繊維を方向性なく集合して繊維を交点で結合している不織布、所定の厚さのロックウール、織布、耐水性のある紙等も使用できる。吸水シート３６は、トレイ３の養液２０を吸収し、吸収する養液２０を防根シート３７に透過させて、拡散給水シート３８から培地３９に供給して、培地３９の過乾燥を防止しながら植物Ｓを培地３９で生育させる。

防根シート３７は、すでに市販されているものを使用する。防根シート３７は、細繊維を立体的に集合した不織布が使用できる。また、微細な貫通孔を無数に設けているプラスチックフィルムも防根シート３７として使用できる。さらに、防根シート３７は、水を透過させて植物Ｓの根が成長して通過するのを阻止できる全てのシートを使用することができる。

防根シート３７は、拡散給水シート３８の下に積層されて、拡散給水シート３８に載せている培地３９に植え付けしている植物Ｓの根が通過するのを阻止する。図の防根シート３７は、拡散給水シート３８と吸水シート３６との間に配設されており、培地３９に植え付けしている植物Ｓの根が伸びて、吸水シート３６や水平台３１の溝に侵入するのを阻止する。植物Ｓの根が吸水シート３６や水平台３１の溝に侵入すると、植物Ｓを植え替えするときに、吸水シート３６を交換する必要があるが、根が吸水シート３６に侵入しないと、吸水シート３６を交換することなく、拡散給水シート３８と培地３９とを交換できる。また、根が養液２０に接触して病気になるのを防止できる効果もある。防根シート３７は、吸水シート３６と拡散給水シート３８との全面に積層される。ただ、拡散給水シート３８の一部に培地３９を載せて植物Ｓを生育させる場合、必ずしも拡散給水シート３８の下面全体に防根シート３７を積層する必要はない。

拡散給水シート３８は、吸水シート３６から防根シート３７を透過する養液２０を吸水し、また、上から供給される養液２０を吸水し、上に載せられる培地３９に拡散して均一に供給する。拡散給水シート３８は、吸水シート３６から、あるいは上から養液２０が供給されるので吸水シート３６と同じように、親水性の繊維を方向性なく立体的に集合している不織布が使用される。拡散給水シート３８は、たとえば厚さを、１ｍｍ以上であって３ｍｍ以下とする不織布が使用される。

培地３９は、供給される水分を保水する保水性と、過剰な水分を排水する排水性とが要求される。図１と図２の培地３９は、拡散給水シート３８の上であって植物Ｓを植え付けする部分に、局部的に点在するように載せている。培地３９は、拡散給水シート３８の上面において、植物Ｓを植え付けする部分に厚く、他の部分に薄く載せて植物Ｓを生育することもできる。また、拡散給水シートの上に所定の幅で畝状に培地を載せて、所定の間隔で植物Ｓを植え付けすることもできる。培地３９は椰子柄やバーク等が適している。これ等の培地３９は低コストで保水性と通水性に優れるので、ミョウガ、トマト、イチゴ、キュウリなど種々の植物Ｓの生育に最適である。また、これ等の培地３９は、図１に示すように、拡散給水シート３８の上に局部的に点在して載せることができ、また、部分的に厚く、あるいは薄く載せることもでき、さらに畝状に載せることもできるので、植物Ｓの生育に最適な形状で拡散給水シート３８の上に載せることができる。椰子柄又はバークを培地３９に使用する養液栽培装置は、たとえば、頂上部分の高さを３ｃｍ〜８ｃｍ、裾部の直径を２０ｃｍ〜３０ｃｍとする山形に培地３９を載せて、ミョウガを植え付けして生育できる。

ただし、本発明の培地３９の材質を椰子柄やバークに特定するものではない。したがって、培地３９には、現在使用され、あるいはこれから開発される他の培地、たとえば、有機物や無機物を単独であるいは混合して保水性と通水性を実現する他の全ての培地を使用できる。

以上の養液栽培装置は、トレイ３内の液面レベルと水平台３１との相対位置をコントロールして、トレイ３内の養液２０を吸水シート３６に供給し、吸水シート３６から拡散給水シート３８を介して培地３９に供給する。このことを実現するために、トレイ３に充填している養液２０の液面レベルと水平台３１との相対位置をコントロールして、吸水シート３６をトレイ３の養液２０に接触させて、養液２０をトレイ３から吸水シート３６に移行させる相対位置に調整する調整機構４を備えている。

図２と図３に示す養液栽培装置の調整機構４は、上下に移動しないように水平台３１をトレイ３の一定の位置に配置し、トレイ３に充填している養液２０の液面レベルを一定にコントロールして、養液２０の液面レベルと水平台３１との相対位置を調整する。調整機構４は、液面レベルをコントロールして、吸水シート３６を養液２０に接触する位置に配置する。液面レベルと水平台３１との相対位置をこの位置に調整して、水平台３１に載せている吸水シート３６を養液２０に接触させて、養液２０を吸水シート３６に供給する。水平台３１は、トレイ３の底に載せられて、上面を水平面内に配置する。図２の水平台３１は、下面に複数の脚部３３を設けており、脚部３３をトレイ３の底板３Ｂの上に載せて、上面を水平面内に配置する。

調整機構４は、トレイ３の液面レベルを一定に保持する排出パイプ４０を備える。排出パイプ４０は、底板３Ｂを貫通して上下方向に延びる姿勢に固定されて、上端の開口部を養液２０の液面レベルに配置している。排出パイプ４０は、上端の開口部から養液２０を排水して、液面レベルを一定に保持する。この調整機構４は簡単な構造で液面レベルと水平台３１との相対位置を調整できる。また、培地３９で植物Ｓが生育して重くなっても、水平台３１を一定の上下位置に配置できるので、植物Ｓが生育する状態においても、液面レベルと水平台３１との相対位置、すなわた、吸水シート３６と液面レベルとの相対位置を一定に保持して、養液２０を吸水シート３６に供給できる特徴がある。

図４と図５に示す養液栽培装置の調整機構４は、水平台３１を養液２０に浮かせるフロート４１とし、フロート４１の水平台３１を養液２０に浮かせて、液面レベルと水平台３１との相対位置を調整して、水平台３１の上に載せている吸水シート３６を養液２０に接触させて養液２０が供給される位置に配置する。この調整機構４は、水平台３１を養液２０に浮かせて、養液２０の液面レベルと水平台３１との相対位置を調整するので、養液２０の液面レベルをコントロールすることなく、養液２０の液面レベルと水平台３１との相対位置を調整できる。また、水平台３１をフロート４１で養液２０に浮かせて相対位置をコントロールするので、水平台３１を常に水平姿勢に保持して、液面レベルとの相対位置を調整できる特徴がある。

図４に示す養液栽培装置は、水平台３１を発泡プラスチック等の密度が１よりも小さい部材で形成して、水平台３１全体をフロート４１としている。このフロートは、水平台３１全体に作用する荷重と水平台３１に作用する浮力とをバランスして、液面レベルに対する水平台３１の相対位置を調整している。ただ、水平台は、別部材からなるフロートを内部や周囲に備えることもできる。この構造は、水平台の内部や周囲に配置されるフロートの容積や位置、個数等を調整して、液面レベルに対する水平台の相対位置を調整することができる。

図６と図７に示す調整機構４は、トレイ３に充填している養液２０の液面レベルを変動して、吸水シート３６を養液２０に接触させて、養液２０を吸水シート３６に供給する給水タイミングと、吸水シート３６を養液２０から離して養液２０を吸水シート３６に供給しない非給水タイミングとして、吸水シート３６に供給する養液量をコントロールする。この養液栽培装置は、調整機構４で液面レベルと水平台３１との相対位置を調整して、トレイ３内の養液２０を吸水シート３６に供給するが、常に連続して養液２０を吸水シート３６に供給する必要はなく、養液２０を吸水シート３６に供給するタイミングと、供給しないタイミングを設けて、養液２０を吸水シート３６に供給することもできるからである。この調整機構４は、給水タイミングと非給水タイミングとの時間比率をコントロールして、吸水シート３６から拡散給水シート３８に供給する養液量をコントロールできる。

この調整機構４は、トレイ３の液面レベルを検出するレベルセンサ４２と、トレイ３の排出口４３に連結している排出パイプ４０に連結している開閉弁４４と、開閉弁４４を開閉する制御回路４５とを備える。制御回路４５は開閉弁４４と給水機構８を制御して、給水タイミングにおいては養液２０を吸水シート３６に供給し、非給水タイミングでは養液２０を吸水シート３６に供給しない。制御回路４５は、給水タイミングにおいては、開閉弁４４を閉じ、給水機構８の給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａを運転して、トレイ３内の液面レベルを吸水シート３６を養液２０に接触させる位置にコントロールする。制御回路４５はレベルセンサ４２でトレイ３内の液面レベルを検出して、給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａの運転を制御し、養液２０の液面レベルが吸水シート３６に接触する位置まで上昇したことをレベルセンサ４２が検出する、給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａの運転を停止する。また、非給水タイミングにおいては、給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａの運転を停止して、開閉弁４４を開いてトレイ３内の養液２０を排水する。このタイミングにおいても、養液２０が吸水シート３６に接触しない位置に低下したことをレベルセンサ４２で検出すると、開閉弁４４を閉じて液面レベルを所定の位置に停止する。

図３、図５、及び図７の養液栽培装置は、トレイ３に養液２０を供給する養液供給器１を備える。養液供給器１は、トレイ３から排水される排出液２１を蓄える排液タンク６と、この排液タンク６の排出液２１を濾過する濾過器５と、排液タンク６の排出液２１を濾過器５に供給する循環ポンプ７と、濾過器５で濾過された濾過養液２２に原水と肥料とを添加して調整養液２３とする添加器２と、調整養液２３をトレイ３に供給する給水機構８と、この給水機構８で移送される調整養液２３をトレイ３に供給する注液管２４とを備える。濾過器５は、排出液２１を濾過膜５０に透過させて、有機浮遊物と細菌とを分離して、肥料成分を分離しない濾過養液２２とする。

トレイ３から排出される排出液２１は、培地３９を透過して有機浮遊物と細菌と肥料成分とを含んでいる。この排出液２１は、排液タンク６に一時的に蓄えられる。ここに蓄えられる排出液２１は、循環ポンプ７で濾過器５に供給される。循環ポンプ７は、排出液２１を０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力に加圧して濾過器５に供給して、濾過膜５０に透過させる。濾過膜５０は空隙が小さいと圧力損失が大きくなる。したがって、循環ポンプ７は、濾過膜５０の空隙によって最適な圧力で排出液２１を濾過器５に供給する。

濾過器５は、排出液２１を透過させる濾過膜５０を備える。濾過膜５０は、有機浮遊物と細菌とを透過させずに、肥料成分を透過させる微細な空隙を有する。この濾過膜５０は、排出液２１を透過させて、有機浮遊物と細菌を除去して、肥料成分を除去しない濾過養液２２とする。有機浮遊物は１μｍよりも大きく、細菌は０．１μｍよりも大きく、溶解した肥料成分は０．００１μｍよりも小さい。したがって、濾過膜５０は、空隙を０．００１μｍ〜０．１μｍとして、有機浮遊物と細菌とを透過させずに除去して、溶解している肥料成分を透過させる。ちなみに、有機浮遊物は１μｍよりも大きく、大腸菌やＯ１５７菌は約５μｍよりも大きく、緑膿菌は約０．５μｍよりも大きいので、有機浮遊物と細菌は、空隙を０．００１μｍ〜０．１μｍとする濾過膜５０で除去される。水に溶解している肥料成分は、０．０００５μｍ〜０．０００８μｍの範囲にあるので、０．００１μｍ〜０．１μｍの濾過膜５０を透過する。濾過膜５０は、有機浮遊物と細菌を除去して、肥料成分を透過させる範囲において、空隙を小さくして除去物の大きさをコントロールできる。空隙を０．１μｍとする濾過膜５０は、有機浮遊物に加えて、インフルエンザウイルス、緑膿菌、一般細菌、コレラチフス菌、大腸菌、Ｏ１５７菌等の細菌を除去できる。空隙を０．００１μｍとする濾過膜５０は、以上の細菌に加えて、０．０１μｍよりも大きいエイズウイルスや、発ガン物質であるトリハロメタン、ダイオキシン、ヒ素、トリクロロエチレンなども除去できる。

ところで、濾過膜５０は、空隙を完全に一定な大きさにコントロールするのが極めて難しい。したがって、平均的な空隙の大きさを、たとえば０．００１μｍとする濾過膜５０は、０．００１μｍよりも大きく、また小さい空隙も分布する。このため、この濾過膜５０を使用して得られる濾過養液２２は、有機浮遊物をほぼ１００％分離するものであっても、細菌の一部が透過して完全に無菌な濾過養液２２にはならない。ただ、トレイ３に循環させる養液２０は完全な無菌状態とする必要はなく、植物Ｓの栽培に病害を与えない程度に細菌を除去して使用できる。濾過養液２２に含まれる細菌数は、濾過膜５０の空隙が大きくなるにしたがって多くなる。このため、濾過膜５０は要求される細菌濃度と、ろ過効率とを考慮して最適な空隙に設定される。とくに、後述するように、濾過養液２２を処理タンク１０に蓄えて金属イオンで殺菌する装置にあっては、濾過膜５０の空隙を大きくして、濾過養液２２の細菌濃度を高くしても使用できる。

濾過器５は、排出液２１を濾過膜５０に透過させて、有機浮遊物と細菌を分離して肥料成分を分離しない濾過養液２２と、有機浮遊物と細菌を含む排出液２１とに分離する。濾過膜５０を透過する濾過養液２０は、再びトレイ３に循環される。濾過膜５０を透過した濾過養液２２は、処理タンク１０に一時蓄えられる。濾過膜５０を透過しない排出液２１は、廃液として直ちに外部に廃棄することもできるが、好ましくは、再び排出液２１として排液タンク６に循環させる。このように、濾過膜５０を透過しない排出液２１が繰り返し排液タンク６に供給されると、排液タンク６に蓄えられた排出液２１中の有機浮遊物や細菌の濃度が高くなる。このため、排液タンク６内の排出液２１に含まれる有機浮遊物や細菌の濃度がある程度高くなると、濾過膜５０を透過しない排出液２１を廃液として外部に廃棄する。これにより、排出液２１中に含まれる有機浮遊物や細菌等の不要物をより濃縮させた状態として、外部に廃棄される廃液の量を低減しながら、効率よく廃棄できる。

図の養液供給器１は、処理タンク１０に金属イオン発生装置１１を連結している。金属イオン発生装置１１は、処理タンク１０の濾過養液２２に金属イオンを添加する。金属イオンは、処理タンク１０に蓄えられる濾過養液２２を殺菌して、細菌の繁殖を防止する金属イオンであって、銅イオンや銀イオンである。金属イオン発生装置１１は、銅イオンと銀イオンのいずれかを濾過養液２２に添加する。ただ、銅イオンと銀イオンの両方を添加することもできる。金属イオンの添加量は、処理タンク１０の濾過養液２２の金属イオン濃度を、たとえば、０．０００００１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍ、好ましくは０．００１ｐｐｍ〜０．１ｐｐｍとする。

金属イオン発生装置１１は、図３、図５、及び図７に示すように、原水の通路に一対の電極１２を対向して配置し、プラス側の電極１２に銅や銀の金属電極１２Ａを使用して、一対の電極１２に直流電源１３を接続している。この金属イオン発生装置１１は、金属電極１２Ａの銅や銀をイオン化して原水に供給する。原水の金属イオンは処理タンク１０に供給される。金属イオン発生装置１１は、電極１２に通電する電流で金属イオンの発生量をコントロールする。一対の電極１２に流れる電流に比例して、原水中にイオン化して放出される金属イオン量が増加するからである。図の金属イオン発生装置１１は、原水中に金属イオンを放出して、処理タンク１０に供給するが、金属イオン発生装置は、一対の電極を処理タンクに配置して、処理タンクに直接に金属イオンを放出することもできる。処理タンクの濾過養液を金属イオンで殺菌する装置は、濾過養液をより効果的に殺菌できる。

図３、図５、及び図７の装置は、濾過器５でろ過して得られる濾過養液２２を処理タンク１０に蓄える。この装置は、排液タンク６の排出液２１を連続的にろ過して処理タンク１０に蓄えて、必要なタイミングで処理タンク１０からトレイ３に供給するので、濾過器５の単位時間当たりの処理量を少なくできる。時間をかけて排出液２１をろ過して処理タンク１０に蓄えて、一時にトレイ３に供給できるからである。ただ、本発明の装置は、必ずしも処理タンクを設けることなく、濾過器の単位時間の処理能力を大きくし、濾過器で得られる濾過養液を処理タンクに蓄えることなく、これに肥料を添加してトレイに供給することもできる。

処理タンク１０の濾過養液２２は給水ポンプ１４で注液管２４に供給される。給水ポンプ１４で注液管２４に供給される濾過養液２２には、肥料濃度を調整する肥料の添加器２でもって、原水と肥料と微量成分が添加され、調整養液２３となってトレイ３に供給される。肥料の添加器２は、濾過養液２２に原水を供給する原水混合装置１５と、原水混合装置１５で原水の添加された混合水に肥料を添加する肥料添加装置１６と、さらに混合水に肥料の微量成分を添加する微量成分添加装置１７とを備える。

図１の原水混合装置１５は、地下水を吸い上げてトレイ３に供給する原水ポンプ１５Ａを備える。この原水ポンプ１５Ａは、原水である地下水を所定の流量でトレイ３に供給する。ただし、原水混合装置は、図示しないが、所定量の原水を蓄える原水タンクと、この原水タンクの原水を吸入して、培地に供給する原水ポンプとで構成することもできる。この原水タンクは、一度にトレイに供給する水量の原水を蓄える。

肥料添加装置１６は、原水混合装置１５から供給される原水と、給水ポンプ１４から供給される濾過養液２２を混合している混合水に、所定の肥料を添加して調整養液２３とする。この肥料添加装置１６は、混合水に液肥２６を添加する。肥料添加装置１６は、肥料の水溶液である液肥２６を蓄える液肥タンク１６Ａと、この液肥タンク１６Ａから液肥２６を吸入して混合水に添加する添加ポンプ１６Ｂとを備える。肥料添加装置１６は、混合水の肥料濃度が設定値となるように液肥２６を添加する。肥料添加装置１６は、混合水に添加する液肥量をコントロールして混合水の肥料濃度を調整する。図３、図５、及び図７の肥料添加装置１６は、液肥２６の添加された養液２０の肥料濃度を濃度センサ１８で検出しながら肥料の添加量を制御する。この肥料添加装置１６は、濃度センサ１８に養液２０の電気伝導度を検出するセンサを使用する。濃度センサ１８は、養液２０の肥料濃度を検出し、検出された肥料濃度で添加ポンプ１６Ｂの流量を制御して、養液２０の肥料濃度を所定の範囲にコントロールする。

微量成分添加装置１７は、肥料を添加した養液２０に、さらに、植物Ｓの栽培に必要な種々の微量成分、たとえば金属元素等を添加して調整養液２３とする。この微量成分添加装置１７は、微量成分を含有する微量成分含有溶液２７を蓄える溶液タンク１７Ａと、この溶液タンク１７Ａに蓄えられる微量成分含有溶液２７を養液２０に添加する添加ポンプ１７Ｂとを備える。

調整養液２３は、給水機構８でトレイ３に供給される。図３、図５、及び図７の養液栽培装置は、給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａを運転して調整養液２３をトレイ３に供給する。したがって、この図の養液栽培装置は、給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａを給水機構８として調整養液２３をトレイ３に供給する。

以上の養液栽培装置は、以下のようにして植物Ｓを生育させる。
［培地３９への養液供給］
調整機構４がトレイ３の液面レベルをコントロールし、あるいは水平台３１を養液２０に浮かせて水平台３１の位置をコントロールして、液面レベルと水平台３１との相対位置をコントロールして、水平台３１に載せている吸水シート３６を養液２０に接触させる。この状態で、トレイ３の養液２０は吸水シート３６に供給され、吸水シート３６の養液２０は防根シート３７を介して拡散給水シート３８に供給され、拡散給水シート３８の養液２０は培地３９に供給されて、培地３９の植物Ｓを生育させる。図３の養液栽培装置は、注液管２４から養液２０が供給されるが、注液管２４から散水される養液２０は、培地３９と拡散給水シート３８に供給され、拡散給水シート３８を透過し、さらに防根シート３７と吸水シート３６を通過してトレイ３に供給される。注液管２４が養液２０の散水を停止する状態で、トレイ３の養液２０は、吸水シート３６、防根シート３７、拡散給水シート３８を通過して培地３９に供給されて植物Ｓを生育させる。トレイ３に養液２０が供給されると、調整機構４は液面レベルと水平台３１との相対位置をコントロールする。調整機構４にコントロールされて、吸水シート３６は常に養液２０に接触して、トレイ３内の養液２０を吸水し、吸水した養液２０を防根シート３７を介して拡散給水シート３８に供給する。

［トレイ３内の養液２０の排出］
トレイ３内の養液２０は排液タンク６に排出される。調整機構４が養液２０の液面レベルを一定の保持する装置においては、トレイ３に養液２０が供給されると養液２０を排出して液面レベルを一定に保持する。水平台３１を養液２０に浮かせる調整機構４の装置は、養液２０の液面レベルを一定に保持することなく、所定の範囲で上下に移動させるように養液２０を排液タンクに排出させる。

排液タンク６の排出液２１は、循環ポンプ７で濾過器５に供給される。濾過器５は、濾過膜５０に排出液２１を透過させて有機浮遊物と細菌を除去して肥料成分を分離しない濾過養液２２とする。図３、図５、及び図７の養液栽培装置は、この工程において、トレイ３から排水される排出液２１を、一時的に排液タンク６に蓄える。排液タンク６に蓄えられた排出液２１は、循環ポンプ７で濾過器５に供給され、濾過膜５０を透過して肥料成分を含み、有機浮遊物と細菌の分離された濾過養液２２となる。濾過養液２２は処理タンク１０に蓄えられる。

［排出された養液２０の殺菌］
処理タンク１０の濾過養液２２に、金属イオンが添加される。金属イオンは、銀イオン又は銅イオン、あるいは金属イオンと銅イオンの両方である。処理タンク１０の濾過養液２２は、銀イオンにあってはイオン濃度を、たとえば０．０５ｐｐｍとし、銅イオンにあってはイオン濃度をたとえば０．０８ｐｐｍとして、処理タンク１０の濾過養液２２を殺菌状態として細菌の繁殖を防止できる。

［肥料濃度の調整］
処理タンク１０の濾過養液２２に原水を添加する。循環される養液２０は、一部が植物Ｓに供給され、一部が気化して失われ、さらに一部が濾過器５で濾過して除去されて減少するので、減少した水量を原水として添加する。濾過養液２２に減衰を添加された混合水に、肥料添加装置１６でもって所定量の液肥２６が添加される。液肥２６は、濃度センサ１８で養液２０の肥料濃度を検出しながら、設定された濃度となるように添加される。さらに、図の装置は、微量成分添加装置１７でもって、微量成分も添加する。

［養液２０のトレイ３への供給］
肥料成分の添加された調整養液２３は給水ポンプ１４と原水ポンプ１５Ａを介して注液管２４に供給されて、トレイ３に散水して供給される。

本発明は、培地に養液を供給して植物を生育する装置であって、少量の培地で種々の植物を効率よく栽培することで、培地のランニングコストを低減し、また培地の廃棄量を少なくすることで、農地の培地廃棄による環境の悪化を防止する農業として有効に利用できる。

１…養液供給器
２…添加器
３…トレイ
３Ａ…周壁
３Ｂ…底板
４…調整機構
５…濾過器
６…排液タンク
７…循環ポンプ
８…給水機構
１０…処理タンク
１１…金属イオン発生装置
１２…電極
１２Ａ…金属電極
１３…直流電源
１４…給水ポンプ
１５…原水混合装置
１５Ａ…原水ポンプ
１６…肥料添加装置
１６Ａ…液肥タンク
１６Ｂ…添加ポンプ
１７…微量成分添加装置
１７Ａ…溶液タンク
１７Ｂ…添加ポンプ
１８…濃度センサ
２０…養液
２１…排出液
２２…濾過養液
２３…調整養液
２４…注液管
２６…液肥
２７…微量成分含有溶液
３０…養液室
３１…水平台
３２…凸部
３３…脚部
３５…積層シート
３６…吸水シート
３７…防根シート
３８…拡散給水シート
３９…培地
４０…排出パイプ
４１…フロート
４２…レベルセンサ
４３…排水口
４４…開閉弁
４５…制御回路
５０…濾過膜
８０…養液
８１…トレイ
８２…ロックウール
８３…防根シート
８４…培地
９１…基礎プレート
９２…下地フィルム
９３…防根シート
９４…培地
９５…吸水シート
９６…側壁
９７…側溝
９８…傾斜面
Ｓ…植物

Claims (10)

1. 周壁(3A)の内側に養液(20)を充填してなる上方開口の養液室(30)を有するトレイ(3)と、前記トレイ(3)の養液室(30)に配置してなる水平台(31)と、この水平台(31)の上に積層されて前記トレイ(3)内の養液(20)を吸水する吸水シート(36)と、この吸水シート(36)の上に積層されて植物(S)の根の通過を阻止して水を透過させる防根シート(37)と、この防根シート(37)を透過する養液(20)を吸収する拡散給水シート(38)と、この拡散給水シート(38)の上に載せられて植物(S)が植え付けられる培地(39)と、前記トレイ(3)に充填している養液(20)の液面レベルと前記水平台(31)との相対位置をコントロールして、前記吸水シート(36)を前記トレイ(3)に充填してなる養液(20)に接触させて、前記トレイ(3)の養液(20)を前記吸水シート(36)に移行させる相対位置に調整する調整機構(4)と、前記トレイ(3)に養液(20)を供給する養液供給器(1)を備え、
   前記養液供給器(1)が、前記トレイ(3)の上方に配置してなる注液管(24)を有し、前記注液管(24)から前記培地(39)に養液(20)を供給して、前記培地(39)に供給される養液(20)が、前記拡散給水シート(38)と前記防根シート(37)と前記吸水シート(36)とを通過してトレイ(3)に供給され、
   前記拡散給水シート(38)は、繊維を方向性なく立体的に集合している不織布で、
   前記培地(39)が前記拡散給水シート(38)の上であって植物Ｓを植え付けする部分に載せられて、
   前記拡散給水シート(38)は前記培地(39)が載せられない領域を露出部としており、
   前記調整機構(4)でもって、前記トレイ(3)の液面レベルと前記水平台(31)との相対位置が調整されて、前記養液(20)が吸水シート(36)に供給され、前記吸水シート(36)が前記防根シート(37)を通過して養液(20)を前記拡散給水シート(38)に供給し、前記拡散給水シート(38)が前記培地(39)に養液(20)を供給して、前記培地(39)に植え付けされた植物(S)に養液(20)を供給するようにしてなることを特徴とする植物の養液栽培装置。
2. 請求項１に記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記調整機構(4)が、前記トレイ(3)に充填される養液(20)を所定の液面レベルに調整して、前記吸水シート(36)に養液(20)を供給できる位置に配置することを特徴とする植物の養液栽培装置。
3. 請求項１に記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記調整機構(4)が、前記水平台(31)を養液(20)に浮かせるフロート(41)で、前記フロート(41)が前記水平台(31)を養液(20)に浮かせて、上に載せてなる前記吸水シート(36)を養液(20)を供給できる位置に配置することを特徴とする植物の養液栽培装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記拡散給水シート(38)の上に、所定の間隔で点在して培地(39)が供給されて、各培地(39)に植物(S)を植え付けしてなることを特徴とする植物の養液栽培装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記水平台(31)が上面を凹凸面として、凹凸面に前記吸水シート(36)を載せてなることを特徴とする植物の養液栽培装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記水平台(31)が発泡スチロール製である植物の養液栽培装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記拡散給水シート(38)と前記吸水シート(36)を、親水性の繊維を立体的に集合してなる不織布としてなる植物の養液栽培装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記トレイ(3)の上方に、養液(20)を前記トレイ(3)に供給する養液供給器(1)を有し、
   前記養液供給器(1)が前記培地(39)に養液(20)を供給して、前記培地(39)に供給される養液(20)が、前記拡散給水シート(38)と前記防根シート(37)と前記吸水シート(36)とを通過して前記トレイ(3)に供給されるようにしてなる植物の養液栽培装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載される植物の養液栽培装置であって、
   前記トレイ(3)から排出される排出液(21)から固形物と細菌とをろ過する濾過膜(50)と、前記濾過膜(50)に前記排出液(21)を供給する循環ポンプ(7)とを備える濾過器(5)を有し、
   前記濾過器(5)で固形物と細菌の除去された濾過養液(22)を前記トレイ(3)に循環するようにしてなる植物の養液栽培装置。
10. 請求項９に記載される植物の養液栽培装置であって、
    前記濾過器(5)が、前記排出液(21)から固形物と細菌とを除去して肥料成分を除去しないろ過膜(50)を備え、このろ過膜(50)で濾過された濾過養液(22)に肥料成分を添加する肥料添加装置(16)を有することを特徴とする植物の養液栽培装置。

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