JPWO2018193784A1 - 水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

水耕栽培装置(１００)は、養液(５０)が流れる流路を構成する栽培槽(１０６)と、養液(５０)を貯留する養液槽(１０８)と、養液槽(１０８から栽培槽(１０６)へ養液(５０)を導く供給流路(１０９)と、栽培槽(１０６)から養液槽(１０８)へ養液(５０)を導く排出流路(１１０)と、供給流路(１０９)および排出流路(１１０)を経由して養液槽(１０８)と栽培槽(１０６)との間で養液(５０)を循環させるポンプ(１０７)と、栽培槽(１０６)内に設けられ、栽培槽(１０６)から排出流路(１１０)へ流れ出る養液(５０)から所定の異物を除去する排出フィルタ(２０２)と、を備え、排出フィルタ(２０２)は、目詰まりした場合に、栽培槽(１０６)内の養液(５０)の液面が所定の高さ位置よりも上側に位置まで上昇することを抑制する機能を有する。

Description

本発明は、土壌を使用することなく、植物を栽培する水耕栽培装置に関する。

従来から、養液を貯留する養液槽から植物を栽培する栽培槽へ養液を供給し、植物の根から養液を吸収させることにより植物に養分を与える水耕栽培装置の開発が行われている。このような水耕栽培装置においては、栽培槽と養液槽との間でポンプを用いて養液を循環させている（特許文献１参照）。

実用新案登録第３１８２７７５号

上記した従来の水耕栽培装置においては、植物から落下した古い組織等の異物が栽培槽内に残存する。この異物が栽培槽から排出流路へ流れ込むと、排出流路が詰まる等の弊害が生じる。そのため、栽培槽から排出流路へ流れ込む養液から異物を除去する排出フィルタを栽培槽内に設けることが考えられる。しかしながら、排出フィルタに目詰まりが生じるおそれがある。排出フィルタに目詰まりが生じると、栽培槽内の養液の液面の高さが上昇する。それにより、栽培槽内で育成されている植物が養液に接触してしまう場合もある。この場合、植物に腐敗が生じるおそれがある。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、栽培槽内の排出フィルタに目詰まりが生じても、養液の液面の上昇を植物に悪影響を与えない程度に抑制することができる水耕栽培装置を提供することである。

本発明の一態様に係る水耕栽培装置は、養液が流れる流路を構成する栽培槽と、前記養液を貯留する養液槽と、前記養液槽から前記栽培槽へ前記養液を導く供給流路と、前記栽培槽から前記養液槽へ前記養液を導く排出流路と、前記供給流路および前記排出流路を経由して前記養液槽と前記栽培槽との間で前記養液を循環させるポンプと、前記栽培槽内に設けられ、前記栽培槽から前記排出流路へ流れ出る前記養液から異物を除去する排出フィルタと、を備え、前記排出フィルタは、目詰まりした場合に、前記栽培槽内の前記養液の液面が所定の高さ位置よりも上側の位置まで上昇することを抑制する機能を有する。

本発明によれば、栽培槽内の排出フィルタに目詰まりが生じても、養液の液面の上昇を植物に悪影響を与えない程度に抑制することができる。

本発明の実施の形態の水耕栽培装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態の排出フィルタおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態の他の例の排出フィルタおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態のさらに他の例の排出フィルタおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態のさらに他の例の排出フィルタおよびその周辺の構成を示す横断面図である。 本発明の実施の形態の排出フィルタおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態の流入フィルタおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 本発明のその他の実施の形態の水耕栽培装置の全体構成を示す縦断面図である。

以下、図面を参照しながら、実施の形態の水耕栽培装置を説明する。

各実施の形態において、同一の参照符号が付されている部位は、同一の機能を有するものとする。したがって、特に必要がなければ、同一参照符号が付された部位の機能の説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１に示されるように、本実施の形態の水耕栽培装置１００は、多段式のラック２００を備えている。多段式のラック２００のそれぞれの段には、栽培槽１０６が載置されている。本実施の形態の水耕栽培装置１００は、土壌を使用せずに植物１０を栽培する。植物１０は、根菜類の一例のジャガイモであるものとする。植物１０は、塊茎１１と、塊茎１１から延びる主茎１２と、主茎１２の地下部から延びる根１３と、主茎１２の地上部に形成された葉１４と、を有している。

水耕栽培装置１００は、電源ボックス３００の電源を利用して、照明部１０１に光を植物１０へ照射させ、また、後述されるポンプ１０７を駆動する。植物１０の葉１４は、照明部１０１から照射された光によって光合成を行う。照明部１０１と植物１０との間には、照明部１０１の熱による悪影響を抑制しながら、照明部１０１の光を透過させる透明の熱抑制板（図示せず）が設けられていることが好ましい。

さらに、水耕栽培装置１００は、地上空間１０２において、植物１０の主茎１２の地上部の高さのほぼ中間の位置を横切るように、ラック２００の縦桟に固定された横バー１５０と横バー１５０に沿って水平方向に延びる中間照明部１５１とを備えている。ラック２００と横バー１５０とはアルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成されている。そのため、中間照明部１５１が発した熱は、横バー１５０からラック２００へ伝導される。したがって、中間照明部１５１が発する光に基づく植物１０の光合成の促進を実現しながら、中間照明部１５１が発する熱を外部へ拡散させることができる。その結果、中間照明部１５１が発する熱が植物１０へ与える悪影響を抑制して、植物１０の成長を促進させることができる。

水耕栽培装置１００は、栽培槽１０６を備えている。植物１０が栽培されているときは、栽培槽１０６は、その内部に養液５０を貯留している。植物１０の塊茎１１は、網目状の保持部１０５によって保持されており、植物１０の根１３は、保持部１０５の網目を通過して養液５０まで至っている。ただし、保持部１０５は、板状部の一部に根１３が通過する多数の貫通孔を有するものであってもよい。この構成によれば、植物１０は、養液５０を吸収して成長することができる。養液５０はポンプ１０７によって供給流路１０９を経由して複数の栽培槽１０６のそれぞれに供給される。

栽培槽１０６は、その上端開口の近傍に取り付けられた仕切部１０３を備えている。仕切部１０３は、植物１０の地上部が成長する地上空間１０２と、植物１０の地下部が成長する地下空間１０４とを区分している。地下空間１０４は、仕切部１０３と栽培槽１０６とによって囲まれている。一方、地上空間１０２は開放されており、植物１０の葉１４は、ラック２００の棚の下面に設けられた照明部１０１および横バー１５０の下面に設けられた中間照明部１５１から発せられた光を受けて、光合成を行う。

水耕栽培装置１００は、栽培槽１０６、養液槽１０８、供給流路１０９、排出流路１１０、ポンプ１０７、および養液量調節部１２０を備えている。養液量調節部１２０は、本実施の形態では、流量を一定に維持する弁である。なお、図１では、２つの栽培槽１０６が上下方向に並べられている例が示されているが、３以上の栽培槽１０６が上下方向に並べられてもよい。

本実施の形態においては、複数の栽培槽１０６は、異なる高さ位置に設けられている。複数の栽培槽１０６のそれぞれは、養液５０が流れる流路の一部を構成している。養液槽１０８は、栽培槽１０６に供給される養液５０を貯留している。供給流路１０９は、養液槽１０８から複数の栽培槽１０６のそれぞれへ養液５０を導く。排出流路１１０は、複数の栽培槽１０６のそれぞれから養液槽１０８へ養液５０を導く。複数の栽培槽１０６のから排出流路１１０へ至る流路のそれぞれに排出フィルタ２０２が設けられている。排出流路１１０から養液槽１０８へ至る流路に流入フィルタ３０１が設けられている。

ポンプ１０７は、養液槽１０８内に設けられ、養液槽１０８と複数の栽培槽１０６のそれぞれとの間で、供給流路１０９および排出流路１１０を経由して、養液５０を循環させる。複数の養液量調節部１２０のそれぞれは、供給流路１０９の幹流路１０９ａから分岐した複数の枝流路１０９ｂのそれぞれに設けられ、枝流路１０９ｂを流れる養液５０の流量を調節する。つまり、複数の養液量調節部１２０は、複数の枝流路１０９ｂに１対１対応で設けられている。複数の養液量調節部１２０は、複数の枝流路１０９ｂを流れる量同士が同一にするバルブである。排出流路１１０においては、栽培槽１０６から排出された養液５０が、複数の枝管１１０ａを流れ、その後、幹管１１０ｂで合流する。養液５０は、排出流路１１０の幹管１１０ｂから養液槽１０８へ流れ込む。

そのため、複数の栽培槽１０６の高さ位置が異なっていることに起因して複数の枝流路１０９ｂのそれぞれを流れる養液５０に生じる圧力同士の間に差が生じても、単位時間あたりにほぼ同一の量の養液５０を複数の栽培槽１０６へ供給することができる。ただし、複数の養液量調節部１２０は、複数の栽培槽１０６での植物１０の栽培に適しているのであれば、複数の栽培槽１０６のそれぞれへ供給される養液５０の流量を異なるように調整してもよい。つまり、複数の養液量調節部１２０は、複数の栽培槽１０６のそれぞれへ供給される養液５０の流量が複数の栽培槽１０６の高さに依存して決定されてしまうことを防止できるものであれば、いかなるものであってもよい。言い換えると、複数の養液量調節部１２０は、複数の栽培槽１０６のそれぞれへ流れ込む養液５０の流量をどのような態様で調整してもよい。

図２に示されるように、栽培槽１０６は、養液５０が流れる流路を構成し、養液５０を排出する排出口１１０Ｘを有する。排出口１１０Ｘから排出流路１１０へ養液５０が流れ込む。排出口１１０Ｘの上流には、排出フィルタ２０２が設けられている。

排出フィルタ２０２は、目詰まりした場合に、栽培槽１０６内の養液５０の液面が所定の高さ位置よりも上側の位置まで上昇することを抑制する機能を有する。所定の高さ位置は、養液５０が、栽培槽１０６内の植物１０に悪影響を与えない程度の高さ位置である。所定の高さ位置は、たとえば、養液５０の液面が塊茎１１および塊茎１１から延びる地下茎に新たに形成された塊茎（図示せず）に接触しない程度の高さ位置であってもよい。所定の高さ位置は、たとえば、保持部１０５からある程度の距離だけ下方の位置であってもよい。なお、所定の高さ位置の基準位置は、本実施の形態においては、栽培槽１０６の底面の位置である。

排出フィルタ２０２は、本実施の形態においては、上下方向に延びる膜構造である。排出フィルタ２０２と排出口１１０Ｘとの間の位置２０２ａには、養液５０が排出流路１１０へ流れ込むように、フィルタが存在しない。

図２および図３から分かるように、本実施の形態においては、排出口１１０Ｘが栽培槽１０６の内側面に設けられているため、排出フィルタ２０２は、栽培槽１０６の対向する内側面同士を接続する平板状の壁のように設置されている。本実施の形態においては、排出フィルタ２０２は、栽培槽１０６の底面から上方へ延びるように配置されている。

ただし、図４に示されるように、排出フィルタ２０２は、円筒の周面を中心軸に沿った平面で切った形状を有していてもよい。図示されていないが、上下方向に延びる膜構造としての排出フィルタ２０２は、角筒の周面を角筒が延びる方向に沿った平面で切った形状を有していてもよい。

また、図５および図６に示されるように、排出口１１０Ｘが栽培槽１０６の底面に設けられ、枝管１１０ａが栽培槽１０６の下側面から下方に延びるように設けられている場合には、上下方向に延びる膜構造としての排出フィルタ２０２は、円筒構造であってもよい。図５および図６に示される栽培槽１０６および枝管１１０ａを有する構造において、排出フィルタ２０２は、角筒の周面に沿った形状を有していてもよい。

つまり、排出フィルタ２０２を構成する上下方向に延びる膜構造は、排出フィルタ２０２が目詰まりした場合には、養液５０が膜構造の上端を乗り越えて、排出流路１１０へ流れ込む形状を有していれば、いかなるものであってもよい。養液５０は、排出フィルタ２０２の植物１０の根の側から排出フィルタ２０２を経由して排出フィルタ２０２の排出口１１０Ｘの側へ流れ込む。排出フィルタ２０２は、栽培槽１０６から排出流路１１０へ流れ込む養液５０から所定の異物を除去する。

そのため、排出フィルタ２０２が目詰まりしても、破線矢印で示されるように、排出フィルタ２０２と排出口１１０Ｘとの間の位置２０２ａから排出流路１１０へ養液５０が流れ込む。それにより、排出フィルタ２０２の上端よりも上方に養液５０が上昇することが抑制される。したがって、排出フィルタ２０２と排出口１１０Ｘとの間の位置２０２ａよりも高い位置にある保持部１０５上で栽培されている塊茎１１が養液５０に浸ることはない。したがって、養液５０に長時間塊茎１１が浸っていることに起因した塊茎１１の腐敗が抑制される。

図７に示されるように、水耕栽培装置１００は、栽培槽１０６、養液槽１０８および流入フィルタ３０１を備えている。養液槽１０８は、排出流路１１０を流れる養液５０を流入させる流入口１１０Ｙを有する。流入フィルタ３０１は、流入口１１０Ｙから養液槽１０８内へ流れ込む養液５０が通過する位置に設けられている。流入フィルタ３０１は、養液５０から前述の排出フィルタ２０２によって除去される所定の異物よりも小さな特定の異物を除去する。つまり、流入フィルタ３０１は、排出フィルタ２０２より小さい網目を有しており、排出フィルタ２０２によって除去され得ない小さな特定の異物を除去することができる。

本実施の形態においては、流入フィルタ３０１は、流路を完全に塞ぐように設けられているが、養液５０を通過させる。流入フィルタ３０１は、通常使用されているフィルタであり、養液５０が流れる方向に垂直な平面に沿って設けられた平面膜構造を有している。しかしながら、流入フィルタ３０１が流路を完全に塞ぐように設けられているのであれば、流入フィルタ３０１の形状および配置等はいかなるものであってもよい。

そのため、流入フィルタ３０１によって排出フィルタ２０２では除去できない小さな特定の異物が養液槽１０８へ流れ込むおそれを低減することができる。また、排出フィルタ２０２の目詰まりに起因して栽培槽１０６の中で養液５０の液面が保持部１０５上の塊茎１１に接触する程度にまで上昇するおそれを低減することができる。

排出フィルタ２０２は、流入フィルタ３０１に比較して目が粗いため、詰まりにくい。したがって、排出フィルタ２０２に比較して流入フィルタ３０１を高い頻度で交換すれば、排出フィルタ２０２の目詰まりに起因して栽培槽１０６の中で養液５０が植物１０に接触する高さ位置まで上昇することを防止することができる可能性が高まる。これによれば、複数の栽培槽１０６にそれぞれ複数の排出フィルタ２０２が設けられているが、１つの養液槽１０８に１つの流入フィルタ３０１のみが設けられているため、水耕栽培装置全体でのフィルタ交換のための負担が軽減される。

（実施の形態２）
本実施の形態の水耕栽培装置１００は、図８に示されるように、養液５０が、１つの養液槽１０８と１つの栽培槽１０６との間で、１つの排出流路１１００と１つの供給流路１０９０とを経由して循環するものである。養液量調節部１２０は、供給流路１０９０に設けられている。本実施の形態のラック２００は、実施の形態１のラック２００と比較して、１段少ない。このような水耕栽培装置１００においても、栽培槽１０６および養液槽１０８内には、それぞれ、実施の形態１の排出フィルタ２０２および流入フィルタ３０１が設けられている。そのため、上記の実施の形態１の水耕栽培装置１００の排出フィルタ２０２および流入フィルタ３０１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

以下、実施の形態の水耕栽培装置１００の特徴的構成およびそれにより得られる効果を述べる。

水耕栽培装置１００は、栽培槽１０６、養液槽１０８、供給流路１０９、排出流路１１０、ポンプ１０７、および排出フィルタ２０２を備えている。栽培槽１０６は、養液５０が流れる流路を構成する。養液槽１０８は、養液５０を貯留する。供給流路１０９は、養液槽１０８から栽培槽１０６へ養液５０を導く。排出流路１１０は、栽培槽１０６から養液槽１０８へ養液５０を導く。ポンプ１０７は、供給流路１０９および排出流路１１０を経由して養液槽１０８と栽培槽１０６との間で養液５０を循環させる。排出フィルタ２０２は、栽培槽１０６内に設けられ、栽培槽１０６から排出流路１１０へ流れ出る養液５０から所定の異物を除去する。排出フィルタ２０２は、目詰まりした場合に、栽培槽１０６内の養液５０の液面が所定の高さ位置よりも上側の位置まで上昇することを抑制する機能を有する。

上記の構成によれば、栽培槽１０６内の排出フィルタ２０２に目詰まりが生じても、養液５０の液面の上昇を植物１０に悪影響を与えない程度に抑制することができる。

（２） 排出フィルタ２０２は、養液５０の高さ方向に延びる膜構造であり、養液５０が膜構造の上端を乗り越えて排出流路１１０へ流れ込むように配置されていてもよい。

これによれば、簡単な構成で、栽培槽１０６内の養液５０の液面が所定の高さ位置よりも上側の位置まで上昇することを抑制する
（３） 水耕栽培装置１００は、養液槽１０８内に設けられ、排出流路１１０から養液槽１０８へ流れ込む養液５０から所定の異物よりも小さな特定の異物を除去する流入フィルタ３０１をさらに備えていることが好ましい。

これによれば、流入フィルタ３０１によって排出フィルタ２０２では除去できない小さな異物が養液槽１０８へ流れ込むおそれを低減することができる。

（４） 栽培槽１０６は、互いに異なる高さ位置に設けられた複数の栽培槽１０６であってもよい。供給流路１０９は、養液槽１０８から複数の栽培槽１０６のそれぞれへ養液５０を導くように、幹流路１０９ａと幹流路１０９ａから分岐した複数の枝流路１０９ｂとを有していてもよい。複数の枝流路１０９ｂには、それぞれ、複数の栽培槽１０６のそれぞれへ流れ込む養液５０の流量を調節する複数の養液量調節部１２０が設けられていてもよい。これによれば、上下方向に並べられた複数の栽培槽１０６のそれぞれへ供給される養液５０の量がそれぞれの栽培槽１０６の高さに依存することに起因して生じる弊害を避けることができる。

（５） 複数の養液量調節部１２０は、複数の栽培槽１０６のそれぞれへ流れ込む養液の流量同士を同一にすることが好ましい。これによれば、複数の栽培槽１０６の高さ位置が異なっていることに起因して複数の枝流路１０９ｂのそれぞれを流れる養液５０に生じる圧力同士の間に差が生じても、単位時間あたりにほぼ同一の量の養液５０を複数の栽培槽１０６へ供給することができる。

本出願は、２０１７年４月２１日に出願された日本出願の特願２０１７−０８４４００号に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を参照によって援用するものである。

５０ 養液
１００ 水耕栽培装置
１０６ 栽培槽
１０７ ポンプ
１０８ 養液槽
１０９，１０９０ 供給流路
１０９ａ 幹流路
１０９ｂ 枝流路
１１０，１１００ 排出流路
１２０ 養液量調節部
２０２ 排出フィルタ
３０１ 流入フィルタ

Claims (5)

1. 養液が流れる流路を構成する栽培槽と、
   前記養液を貯留する養液槽と、
   前記養液槽から前記栽培槽へ前記養液を導く供給流路と、
   前記栽培槽から前記養液槽へ前記養液を導く排出流路と、
   前記供給流路および前記排出流路を経由して前記養液槽と前記栽培槽との間で前記養液を循環させるポンプと、
   前記栽培槽内に設けられ、前記栽培槽から前記排出流路へ流れ出る前記養液から所定の異物を除去する排出フィルタと、を備え
   前記排出フィルタは、目詰まりした場合に、前記栽培槽内の前記養液の液面が所定の高さ位置よりも上側の位置まで上昇することを抑制する機能を有する、水耕栽培装置。
2. 前記排出フィルタは、前記養液の高さ方向に延びる膜構造であり、前記養液が前記膜構造の上端を乗り越えて前記排出流路へ流れ込むように配置されている、請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 前記養液槽内に設けられ、前記排出流路から前記養液槽へ流れ込む前記養液から前記所定の異物よりも小さな特定の異物を除去する流入フィルタをさらに備えた、請求項１または２に記載の水耕栽培装置。
4. 前記栽培槽は、互いに異なる高さ位置に設けられた複数の栽培槽であり、
   前記供給流路は、前記養液槽から前記複数の栽培槽のそれぞれへ前記養液を導くように、幹流路と前記幹流路から分岐した複数の枝流路とを有し、
   前記複数の枝流路には、それぞれ、前記複数の栽培槽のそれぞれへ流れ込む前記養液の流量を調節する複数の養液量調節部が設けられた、請求項１〜３のいずれかに記載の水耕栽培装置。
5. 前記複数の養液量調節部は、前記複数の栽培槽のそれぞれへ流れ込む前記養液の流量を同一にする、請求項４に記載の水耕栽培装置。

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