(57)【要約】【課題】操作がシンプルで、信頼性が高く、メンテナンス性に優れ、かつ温度制御効率も良い水耕栽培装置を提供する。【解決手段】培養液を溜めるための着脱可能な水槽と、保水性を有する複数の多孔質部材と、前記多孔質部材を、少なくとも前記水槽に溜めた前記培養液に接触する位置に、着脱可能に取り付けることが可能な取付穴を複数有する断熱性・遮光性を有する保持部材と、前記水槽の外周部に設置された断熱性・遮光性を有する容器と、前記水槽の側部に設置された電子冷却装置と、前記電子冷却装置から前記水槽の底面に延びる伝熱板と、を有する水耕栽培装置。【選択図】図１
2014023497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液を溜めるための着脱可能な水槽と、
保水性を有する複数の多孔質部材と、
前記多孔質部材を、少なくとも前記水槽に溜めた前記培養液に接触する位置に、着脱可能に取り付けることが可能な取付穴を複数有する断熱性・遮光性を有する保持部材と、
前記水槽の外周部に設置された断熱性・遮光性を有する容器と、
前記水槽の側部に設置された電子冷却装置と、
前記電子冷却装置から前記水槽の底面に延びる伝熱板と、
を有する水耕栽培装置。
【請求項２】
前記伝熱板が、プレート状ヒートパイプである請求項１に記載の水耕栽培装置。
【請求項３】
前記プレート状ヒートパイプがヒートレーンである請求項３に記載の水耕栽培装置。
【請求項４】
周囲温度を検知する温度センサーと、
周囲温度が、水温が１５℃以下となるになる温度となったときに、前記電子冷却装置の極性を切り替えて加温制御を行う制御装置と、
を有する請求項１〜３のうちのいずれかに記載の水耕栽培装置。
【請求項５】
前記水耕栽培装置を収容する筐体と、
前記電子冷却装置の放熱側に設置された放熱ファンと、
前記放熱ファンの吸気側又は排気側の流路と連通し、前記筐体内の空気を前記筐体外に排出可能な排出口と、
を有する請求項１〜４のうちのいずれかに記載の水耕栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液により植物を栽培する水耕栽培装置に関する
【背景技術】
【０００２】
従来から、植物の栽培方法として、培養液を用いて植物を栽培する、いわゆる水耕栽培が知られており、自然の条件や天候に左右されず、室内でも簡単に栽培ができるように、人工照明を用い、更には家庭内で気軽に水耕栽培が楽しめるように工夫をした水耕栽培装置も提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１（特開２００７−６８６２号公報）においては、省スペースで家庭に設置するのに適し、かつ、一つの容器内で多品種の植物を育成可能な水耕栽培装置が提案されている（特許文献１、要約）。
【０００４】
具体的には、「培養液を溜める水槽と、該水槽内に溜められた培養液の温度を制御する制御装置とを備え、該培養液により植物を栽培可能な水耕栽培装置であって、吸水性を有する複数の多孔質部材と、前記複数の多孔質部材をそれぞれ着脱可能に収容する複数の容器と、前記多孔質部材と前記容器とをそれぞれ着脱可能に取り付けることが可能な取り付け位置を複数有する保持部材と、を備え、前記保持部材は、前記容器の底部が前記制御装置により温度制御されている培養液に浸るように、該容器を保持することが可能であることを特徴とする水耕栽培装置。」が提案されている（特許文献１、請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の水耕栽培装置では、発芽から育成までを一台の水耕栽培装置を使って行うために、過剰で複雑な操作をしなければならないという問題があり、また、温度調整装置２２８が水槽の底面側に取り付けられており、基台となる筐体に水槽が一体化されているため（特許文献１、図２）、最も汚れの溜まり易い水槽を簡単には洗浄又は交換できず、メンテナンスの点でも問題がある。
【０００７】
上記特許文献１では、水槽を分離型にもできるとされているが、その場合、下部にある温度調整装置等が、水槽からの水漏れ等で故障したり漏電したりする可能性が高くなり信頼性に問題がある。また、上記特許文献１に記載の水耕栽培装置では、水槽の下面にアルミブロック２２３を介してペルチェモジュール２２４とファン２２５が取り付けられていることから、冷却動作によりアルミブロックに結露し、結露水が下方に垂れて故障や漏電を誘引する可能性があり、この点からも信頼性に問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、これらの問題を解決し、操作がシンプルで、信頼性が高く、メンテナンス性に優れ、かつ温度制御効率も良い水耕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】
【０００９】
上記の課題を解決すべく、本発明者が鋭意検討した結果、以下のような構成を有する水耕栽培装置であれば、操作がシンプルで、信頼性が高く、メンテナンス性に優れ、かつ温度制御効率も良いことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、
培養液を溜めるための着脱可能な水槽と、
保水性を有する複数の多孔質部材と、
前記多孔質部材を、少なくとも前記水槽に溜めた前記培養液に接触する位置に、着脱可能に取り付けることが可能な取付穴を複数有する断熱性・遮光性を有する保持部材と、
前記水槽の外周部に設置された断熱性・遮光性を有する容器と、
前記水槽の側部に設置された電子冷却装置と、
前記電子冷却装置から前記水槽の底面に延びる伝熱板と、
を有する水耕栽培装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成を有する本発明に係る水耕栽培装置によれば、水槽に水又は培養液を入れ、その上に培地となる多孔質部材を水又は培養液を十分に含ませてから設置し、その上に種を乗せ、その上に水にぬらした新聞紙を置き、水槽の上から箱をかぶせて遮光し、室温でそのまま２〜３日間放置することで、種から芽を出させることができる。そして、この発芽させた苗をそのまま育成することができるため、溶液管理においては水及び肥料の条件だけを決定すればよく、そのため、専用の発芽容器等は不要であり、シンプルな操作で育成が可能である。
【００１２】
また、本発明に係る水耕栽培装置においては、電子冷却装置を水槽の側部に設置しているため、高さ方向のスペースを大きく取らず、水耕栽培装置の２段積み等の積層仕様が可能となり、また、水槽の液漏れによる故障の心配がなく信頼性が高い。更に、本発明に係る水耕栽培装置においては、水槽を簡単に脱着できるので、洗浄や新品への交換が容易であり、家庭でのメンテナンスが簡単である。
【００１３】
ここで、従来、ラックなどの扉で閉じられた系で、人工照明を用いて水耕栽培をする場合、照明の発熱により庫内温度が上昇し、水温が３０℃以上に上昇して植物が枯れるという問題があり、ラック内の空調をさまざまに工夫する取り組みがなされてきたが、ラック内の空気を冷却するだけでは照明の輻射熱による水温の上昇は防げず、空調の為に多大な電力を消費する問題があった。
【００１４】
これに対し、本発明に係る水耕栽培装置においては、水槽の周囲だけでなく、培地となる多孔質部材を保持する保持部材も断熱性を有するため、水槽全体が断熱された状態となっており、このため、培養液の温度調整は、非常に少ない電力で制御が可能である。加えて、温調制御に使用する放熱ファンの吸排気の経路を活用して、照明によって上昇した庫内の空気温度を換気し、温度上昇もあわせて低減することができる。そのため、本発明に係る水耕栽培装置は温度制御効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の水耕栽培装置の構造を示す一部を透明にした側面図である。
【図２】図1に示す水耕栽培装置１の主要部の分解斜視図である。
【図３】図1に示す水耕栽培装置１の主要部の斜視図である。
【図４】図1に示す水耕栽培装置１の主要部の別の方向からみた一部分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の水耕栽培装置の一実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。また、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために、必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の水耕栽培装置の構造を示す一部を透明にした側面図であり、図２は、図1に示す水耕栽培装置１の主要部Ａの分解斜視図である。また、図３は、図1に示す水耕栽培装置１の主要部Ａの斜視図であり、図４は、図1に示す水耕栽培装置１の主要部Ａの別の方向からみた一部分解斜視図である。
【００１８】
本実施形態の水耕栽培装置１は、図１に示すように、概ね、水耕栽培装置の主要部Ａと、当該主要部Ａを着脱可能に収容する筐体であるラックＢと、で構成されている。ラックＢの形態は特に問わないが、主要部Ａ、とりわけ主要部Ａのうちの水槽２を着脱可能であればいかなる形態を有していてもよい。
【００１９】
主要部Ａは、主として、図１及び図２に示すように、ラックＢから着脱可能な培養液を溜めるための水槽２と、保水性を有する複数の多孔質部材４と、多孔質部材４を、少なくとも水槽２に溜めた培養液に接触する位置に、着脱可能に取り付けることが可能な取付穴６ａを複数有する断熱性・遮光性を有する保持部材６と、水槽２の外周部に設置された断熱性・遮光性を有する容器８と、水槽２の側部に設置された電子冷却装置１０と、電子冷却装置１０から水槽２の底面に延びる伝熱板１２と、を有する。
【００２０】
水槽２は、図２に示すように、深さを有し上側が開口した略矩形のトレイ状の容器で構成されており、ここに培養液を溜めることができる。かかる水槽２は、従来公知の材料で形成することができ、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、スチロール樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂等の樹脂で形成されているのが好ましい。なお、水槽２の底部には、図１のみに示すように、排水のために設けられたドレン管に排水プラグ２ａを取り付けておくとよい。
【００２１】
多孔質部材４は、保水性を有するスポンジ等で形成されており、ここに発芽した種が配置されている。この多孔質部材４は、例えば、スポンジ状ポリウレタンやロックウール等の親水性を有する材料で形成することができる。また、多孔質部材４は、種々の形状をとり得るが、本実施形態においては略円柱形状である。
【００２２】
なお、育成期においては、多孔質部材４においては、発芽した植物の茎を除いて、多孔質部材４の周囲を遮光性のあるシートで覆うのが、藻の発生を抑制することができるという観点から、好ましい。
【００２３】
水槽２の上面の開口を覆うように配置される蓋状の保持部材６は、断熱性及び遮光性を有し、多孔質部材４を、少なくとも水槽２に溜めた培養液に接触する位置に、着脱可能に取り付けることが可能な取付穴６ａを複数有する。
【００２４】
即ち、保持部材６は、培養液を断熱し、培地である多孔質部材４を支持する役割を果たすものであり、隣接する取付穴６ａの間隔は、植物の生育に合わせて決定すればよい。このような保持部材６は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチロール樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂等の樹脂等の材料で形成することができる。保持部材６は、これらの材料の発泡体で形成されていてもよい。なお、図示しないが、保持部材６には、水槽２内の培養液の水位を検知するためのフロートを取り付けてもよい。
【００２５】
取付穴６ａの形状及び寸法は、多孔質部材４の形状及び寸法に応じて種々の形状をとり得る。本実施形態においては、多孔質部材４は略円柱形状であり、取付穴６ａは略円形状である。また、多孔質部材４の幅（径）に比べて、取付穴６ａの幅（径）は小さく設計されている。なお、取付穴６ａの一部には、培養液の供給のためにめくら蓋（栓）６ｂを取り付けてもよい。
【００２６】
上記のような水槽２は、その下側に位置して水槽２の外周部（側面及び下面）を覆う容器８に着脱可能に収容されている。容器８は断熱性及び遮光性を有するものであり、水槽２よりもやや高く、上側が開口しかつ一方の短辺側の側面に開口を有する略矩形のトレイ状の容器で構成されている。かかる容器８は、例えば、スチロール樹脂やウレタン樹脂等の樹脂の発泡体等の材料で形成されているのが好ましい。前記樹脂は熱可塑性であっても熱硬化性であってもよい。
【００２７】
電子冷却装置１０は、従来公知の冷却及び加熱が可能なペルチェモジュールであればよく、本実施形態においては、ペルチェ素子１０ａと複数のフィンを有しかつペルチェ素子１０ａに取り付けられたアルミニウム製のブロック１０ｂとを有するペルチェモジュールで構成されている。
【００２８】
そして、この電子冷却装置１０は、一方の面側（図１における右側）が断熱材１８（図２の断熱材１８ａ及び１８ｂ）に覆われ、反対の面側（図１における左側）が断熱材で構成されたカバー部材２２で覆われている。カバー部材２２の外面には、後述するように、制御装置１４が設置されている。断熱材１８は、例えば、スチロール樹脂やウレタン樹脂等の樹脂の発泡体等の材料で形成されていればよい。前記樹脂は熱可塑性であっても熱硬化性であってもよい。
【００２９】
伝熱板１２は、ヒートレーン等の略Ｌ字状のプレート状ヒートパイプで構成されており、伝熱板１２と水槽２との間には、例えばアルミニウム製の略矩形状の冷却板１２ａが配置されている。ヒートレーンは蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプであり、熱容量が小さく伝熱性が非常に高いため、離れた位置でも生じる温度差が少なく良好な伝熱が可能であり、好ましい。
【００３０】
冷却板１２ａは、伝熱効率を良くするために、伝熱板１２に面接触するとともに水槽２の下面にも面接触している。冷却板１２ａの大きさ（面積）は、水槽２の底面積の１／２程度以上であるのが好ましい。伝熱板１２は、例えば、ヒートパイプや細孔トンネル型プレート状ヒートパイプ等の材料で形成されていればよく、冷却板１２ａは、アルミニウムの他、例えば、熱伝導性の良い銅や黒鉛シート等の材料で形成されていてもよい。
【００３１】
上記のようなプレート状ヒートパイプ等の伝熱板１２は、水槽２の外側底面に設置されるが、水槽２の底面積の１／２程度の大きさの冷却板１２ａと接続されていることから、この冷却板１２ａは水槽２の底面積の半分以上で面接触するため、底面全体を均質に冷却でき、培養液の温度分布は非常に少ない状態となっていて、場所による生育不良が起こりにくい。
【００３２】
伝熱板１２は、そのＬ字状の起上り部分において、固定板２０ａ及び２０ｂで挟持されるとともに、電子冷却装置１０のペルチェ素子１０ａ側に取り付けられている。これにより、電子冷却装置１０と水槽２内の培養液との間の熱交換を効率良く実施することができる。固定板２０ａ及び２０ｂは、例えば、アルミニウムや銅等の材料で形成されていればよい。
【００３３】
更に、主要部Ａは、水槽２の下側の周囲温度を検知することによって水槽２内の培養液の温度を測定するサーミスタからなる温度センサー１６と、温度センサー１６に接続されており、周囲温度が水温が特定温度（例えば１５℃以下）となる温度となったときに、電子冷却装置１０の極性を切り替えて加温制御を行う制御装置１４と、を有している。制御装置１４は、電子冷却装置１０のカバー部材２２の外面に断熱材１４ａを介して設置されている。
【００３４】
また、電子冷却装置１０の放熱側には放熱ファン２４が設置されており、放熱ファン２４の吸気側又は排気側の流路と連通し、ラックＢ内の空気をラックＢ外に排出可能な排出口（図示せず）が設けられている。
【００３５】
ここで、図１に戻ると、ラックＢには、収容した主要部Ａの多孔質部材４に配置されている植物に光を照射する照明器具３０と、照明器具３０からの照射光を、主要部Ａの多孔質部材４に配置された植物に導くための反射板３２と、照明器具３０のオン・オフを制御するタイマー３４と、ラックＢ内に空気を取り込む吸気口３６と、ラックＢ内の空気を排出する排出口（図示せず）と、が設けられている。
【００３６】
照明器具３０は、ラックＢの内部上面に設けられており、多孔質部材４に配置された植物の育成を促進する照明である。照明器具３０としては、例えば、昼白色蛍光灯や種々のＬＥＤ光源を用いたＬＥＤ照明器具等を用いることができるが、例えば、指向性の強いＬＥＤ光源を用いたＬＥＤ照明器具を用いて、植物のエリアに光を集中させるのが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態の水耕栽培装置１においては、ラックＢの内部上面に設けられているＬＥＤ照明器具３０の水平方向又は上方に拡散した光を、反射して下方の主要部Ａの多孔質部材４に配置された植物に集まるように導くための反射板３２が設けられている。図示しないが、ラックＢの内部には、外部に逃げるＬＥＤ照明器具３０からの光を遮蔽し、植物に効果的に反射するための遮蔽板を設けてもよい。
【００３８】
そして、ＬＥＤ照明器具３０には、ＬＥＤ照明器具３０のオン（点灯）・オフ（消灯）を制御するタイマー３４が接続されており、制御装置１４により制御される。タイマー３４は、例えば、自然界における植物の育成状態に近い昼と夜の環境を作る（夜間休ませる）という理由から、ＬＥＤ照明器具３０のオン・オフを断続的に繰り返すものであるのが好ましい。
【００３９】
また、ラックＢには、内部の照明発熱を逃がすための、吸気口３６及び排気口（図示せず。）が設けられている。ラックＢ内においては、吸気口３６から排気口にむけて空気の流れが形成されて対流による効果で排熱できるように、吸気口３６を上側に設け、排気口を下側に設けるのが好ましい。
【００４０】
更に、本実施形態の水耕栽培装置１は、水槽２内の培養液内に空気を送り込むエアーポンプ３８と、エアーポンプ３８から供給された空気を培養液内に分散させて供給する散気管４０と、を有している。なお、図示しないが、エアーポンプ３８は、培養液内に供給する空気を吸気する際に、外気からの浮遊菌をろ過するヘパフィルターを有しているのが好ましい。
【００４１】
なお、制御装置１４、照明用タイマー３４及びエアーポンプ３８は、端子台４２を介してＡＣコード４４に接続されている。
【００４２】
以上のような構成を有する本実施形態の水耕栽培装置１によれば、水槽２に水又は培養液を入れ、その上に培地となる多孔質部材４を水又は培養液を十分に含ませてから設置し、その上に種を乗せ、その上に水にぬらした新聞紙を置き、水槽２の上から箱をかぶせて遮光し、室温でそのまま２〜３日間放置することで、種から芽を出させることができる。そして、この発芽させた苗をそのまま育成することができるため、溶液管理においては水及び肥料の条件だけを決定すればよく、そのため、専用の発芽容器等は不要であり、シンプルな操作で育成が可能である。
【００４３】
また、本実施形態の水耕栽培装置１においては、電子冷却装置１０を水槽２の側部に設置しているため、高さ方向のスペースを大きく取らず、水耕栽培装置１の２段積み等の積層仕様が可能となり、また、水槽の液漏れによる故障の心配がなく信頼性が高い。
【００４４】
また、本実施形態の水耕栽培装置１においては、水槽２を簡単に脱着できるので、洗浄や新品への交換が容易であり、家庭でのメンテナンスが簡単である。
【００４５】
更に、本実施形態の水耕栽培装置１においては、水槽２の周囲だけでなく、培地となる多孔質部材４を保持する保持部材６も断熱性を有するため、水槽２全体が断熱された状態となっており、このため、培養液の温度調整は、非常に少ない電力で制御が可能である。加えて、温調制御に使用する放熱ファン２４の吸排気の経路を活用して、照明によって上昇したラックＢ内の空気温度を換気し、温度上昇もあわせて低減することができる。そのため、本実施形態の水耕栽培装置１は温度制御効率に優れる。
【００４６】
以上、本発明の水耕栽培装置の一実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成要件を備えていれば種々の設計変更が可能であり、かかる設計変更後の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・水耕栽培装置、
Ａ・・・主要部、
Ｂ・・・ラック、
２・・・水槽、
２ａ・・・排水プラグ、
４・・・多孔質部材、
６・・・保持部材、
６ｂ・・・めくら栓、
８・・・容器、
１０・・・電子冷却装置、
１２・・・伝熱板、
１２ａ・・・冷却板、
１４・・・制御装置、
１６・・・温度センサー、
１８、１８ａ、１８ｂ・・・断熱材、
２０、２０ａ、２０ｂ・・・固定板、
２２・・・カバー部材、
２４・・・放熱ファン、
３０・・・照射器具、
３２・・・反射板、
３４・・・照明用タイマー、
３６・・・吸気口、
３８・・・エアーポンプ、
４０・・・散気管、
４２・・・端子台。
【図１】
2014023497.tif 000003
【図２】
2014023497.tif 000004
【図３】
2014023497.tif 000005
【図４】
2014023497.tif 000006