(57)【要約】本発明は植物を生育するための栽培槽（１９）と水槽（３０）と集熱部（５６）とを備える植物栽培装置（９９）である。水槽（３０）は栽培槽（１９）に灌水路（３８）を介して栽培水を供給する。水槽（３０）はさらに栽培槽（１９）から引水管（３６）を介して栽培水を吸引する。集熱部（５６）は水槽（３０）の上部に連通する空気貯留部（５７）を有する。集熱部（５６）は太陽光（９３）を受けて空気貯留部（５７）内で暖められた空気の圧力で水槽（３０）内の水面を押す。水槽（３０）は空気によって押された栽培水を、灌水路（３８）を通じて栽培槽（１９）内に配置された培地材（９０）に上方から給水する。集熱部（５６）は暖められた空気が太陽光（９３）の減少により冷やされることで水槽（３０）内の水面を引き上げる。水槽（３０）は栽培水の引き上げに応じて栽培槽（１９）の底部（２０）から引水管（３６）を通じて栽培水を吸引する。
2016185646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を生育するための栽培槽と、
前記栽培槽に灌水路を介して栽培水を供給するとともに、前記栽培槽から引水管を介して栽培水を吸引するための水槽と、
前記水槽の上部に連通する空気貯留部を有する集熱部と、
を備える植物栽培装置であって、
前記集熱部は、太陽光を受けて前記空気貯留部内で暖められた空気の圧力で前記水槽内の水面を押し、
前記水槽は、前記空気によって押された前記栽培水を、前記灌水路を通じて前記栽培槽内に配置された培地材に上方から給水し、
前記集熱部は、暖められた前記空気が前記太陽光の減少により冷やされることで前記水槽内の前記水面を引き上げ、
前記水槽は、前記栽培水の引き上げに応じて前記栽培槽の底部から前記引水管を通じて前記栽培水を吸引する、
植物栽培装置。
【請求項２】
前記水槽から前記栽培槽に供給される前記栽培水の逆流を防止する吐出用逆止弁と、
前記栽培槽から前記水槽に吸引される前記栽培水の逆流を防止する吸引用逆止弁と、
をさらに備え、
前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、下方に向かって細くなる錐体形状を有するとともに前記栽培水より比重の大きい弁体と、前記弁体の形状に対応して下方に向かって細くなる漏斗形状を有する弁座と、を有し、
前記吸引用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが重力によって面で接するとともに、前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を上回ることによって密着することで前記引水管が閉鎖され、
前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を上回ることによって前記吐出用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが離間することで、前記灌水路が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水は、前記灌水路を通じて前記栽培槽に送られ、
重力によって前記吐出用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが面で接するとともに、前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を下回ることによって密着することで前記灌水路が閉鎖され、
前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を下回ることによって前記吸引用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが離間することで、前記引水管が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水の引き上げに応じて前記引水管を通じて前記栽培槽から前記栽培水は送られる、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、前記水槽外に位置し、前記灌水路及び前記引水管に対して着脱自在である、
請求項２に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、カバー及び基部をさらに有し、
前記基部は前記弁座を有し、
前記弁体は前記カバー及び前記弁座との間に配置され、
前記カバー及び前記基部にはネジが切られており、
前記カバーのネジが前記基部のネジに着脱自在に嵌め合わせられる、
請求項２又は３に記載の植物栽培装置。
【請求項５】
前記栽培槽の前記底部に配置された濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する補水器をさらに備え、
前記補水器は、
前記栽培水を貯留する補水槽と、
前記濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する吸引圧力部と、
前記補水槽に貯留された前記栽培水を前記吸引圧力部の上部空間内に送る補水管と、
を有し、
前記吸引圧力部が前記栽培水を補給することで生じる前記吸引圧力部内の水面の低下により前記補水槽内の前記栽培水が前記吸引圧力部の上部空間内に送られる、
請求項１〜４のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項６】
前記吸引圧力部は、前記栽培槽に対して別体である、
請求項５に記載の植物栽培装置。
【請求項７】
前記吸引圧力部と前記栽培槽とは壁を共通にして一体化されており、
前記濾過材は、前記吸引圧力部の底部まで延在している、
請求項５に記載の植物栽培装置。
【請求項８】
前記補水槽は、一方の前記補水槽と他方の前記補水槽との間で水位差が生じるように階段状に複数配置されており、
上段側の前記補水槽には、下段側の前記補水槽に対して上段側の前記補水槽内の前記栽培水を供給する給水手段が設けられている、
請求項５〜７のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項９】
前記補水器は前記補水管に設けられた調節器をさらに有し、
前記調節器は前記補水管内の前記栽培水の流量を調節する、
請求項５〜８のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項１０】
前記栽培槽は、さらに前記栽培槽内に配置されるとともに培地材を支持する支持器を有し、
前記支持器は、上方又は下方に向かって細くなる漏斗形状を有することで、前記濾過材と前記培地材の底部との間に空間を形成する、
請求項５〜９のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項１１】
二以上の前記栽培槽と、
前記二以上の前記栽培槽に連通する一の前記集熱部と、
前記集熱部及び前記水槽を連通するとともに前記集熱部で暖められた前記空気の圧力が前記水槽に伝搬するとともに前記集熱部で冷やされた前記空気の圧力が前記水槽に伝搬する送気管と、をさらに備え、
前記集熱部は、前記送気管を通じて、暖められた前記空気の前記圧力の変化を前記水槽に伝えることで、暖められた前記空気の圧力で前記水槽内の前記水面を押し、
前記集熱部は、前記送気管を通じて、冷やされた前記空気の前記圧力の変化を前記水槽に伝えることで、冷やされた前記空気の圧力で前記水槽内の前記水面を引き上げる、
請求項１〜１０のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項１２】
前記集熱部は、前記空気貯留部内に位置する集熱体を有する、
請求項１〜１１のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項１３】
前記培地材は、上方に向かって細くなる錐体形状を有し、
前記培地材が前記栽培水に浮かんでいる時に、前記培地材は、前記錐体形状の先端が水面上に現れる向きに復原性を有し、
前記先端には、前記植物の種子が埋め込まれる種子収容部を有し、
前記培地材は、前記栽培水に浸漬されると膨張する、
請求項１〜１２のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項１４】
前記栽培槽の前記底部に配置された濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する補水器をさらに備え、
前記補水器は、
前記栽培水を貯留する補水槽と、
前記濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する貯水部と、
前記貯水部に連通するとともに、前記貯水部よりも高い位置に位置することで重力により前記貯水部に前記栽培水を送る吸引圧力部と、
前記補水槽に貯留された前記栽培水を前記吸引圧力部の上部空間内に送る補水管と、
を有し、
前記吸引圧力部が前記栽培水を補給することで生じる前記吸引圧力部内の水面の低下により前記補水槽内の前記栽培水が前記吸引圧力部の上部空間内に送られる、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項１５】
前記水槽から前記栽培槽に供給される前記栽培水の逆流を防止する吐出用逆止弁と、
前記栽培槽から前記水槽に吸引される前記栽培水の逆流を防止する吸引用逆止弁と、
吐出用逆止弁と吸引用逆止弁とを接続する接続管と、
前記接続管の中間部と、前記水槽とを接続する導水管と、
をさらに備え、
前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吸引用逆止弁が閉じることで前記引水管が閉鎖され、
前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吐出用逆止弁が開くことで前記灌水路が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水は、前記灌水路を通じて前記栽培槽に送られ、
前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吐出用逆止弁が閉じることで前記灌水路が閉鎖され、
前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吸引用逆止弁が開くことで前記引水管が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水の引き上げに応じて前記引水管を通じて前記栽培槽から前記栽培水は送られる、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項１６】
前記水槽から前記栽培槽に供給される前記栽培水の逆流を防止する吐出用逆止弁と、
前記栽培槽から前記水槽に吸引される前記栽培水の逆流を防止する吸引用逆止弁と、
をさらに備え、
前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、可撓性のあるくちばし部を有する弁体からなり、
前記くちばし部は、前記くちばし部の先端にある上辺にスリット及び切欠き部を有し、
前記スリットは前記上辺の中央に位置する前記切欠き部にのみ設けられており、
前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吸引用逆止弁の前記スリットが閉じることで前記引水管が閉鎖され、
前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吐出用逆止弁の前記スリットが開くことで前記灌水路が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水は、前記灌水路を通じて前記栽培槽に送られ、
前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吐出用逆止弁の前記スリットが閉じることで前記灌水路が閉鎖され、
前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吸引用逆止弁の前記スリットが開くことで前記引水管が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水の引き上げに応じて前記引水管を通じて前記栽培槽から前記栽培水は送られる、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項１７】
二以上の前記栽培槽を備え、
前記灌水路は、分岐を有する管であるとともに、分岐することで前記二以上の栽培槽のそれぞれに水を分配し、
前記灌水路の前記栽培槽側の吐出口にはスポンジが装着されている、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項１８】
前記栽培槽の前記底部に配置された濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する補水器をさらに備え、
前記補水器は、
前記栽培水を貯留する補水槽と、
前記濾過材を経由して前記栽培槽へ前記栽培水を送る吸引圧力部と、
前記補水槽に貯留された前記栽培水を前記吸引圧力部の上部空間内に送る補水管と、
を有し、
前記吸引圧力部が前記栽培水を補給することで生じる前記吸引圧力部内の水面の低下により前記補水槽内の前記栽培水が前記吸引圧力部の上部空間内に送られ、
前記補水槽に連通するとともに、前記栽培水を前記補水器に供給する給水器をさらに備え、
前記給水器は、ボールタップを有する、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項１９】
他の前記補水器をさらに備え、
前記他の補水器の前記補水槽は、前記給水器に連通する前記補水槽を介して、間接的に前記給水器に連通している、
請求項１８に記載の植物栽培装置。
【請求項２０】
前記培地材は、肥料成分を含有するゲル粒子を有する、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は灌水ポンプにて植物に灌水する植物栽培装置を開示している。かかる植物栽培装置は動力供給装置をさらに備える。動力供給装置は風や太陽光を電力に変換し、かつかかる電力を灌水ポンプに供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１００４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明により、植物栽培装置の維持管理に必要な電力を軽減することができる。しかしながらかかる植物栽培装置は動力供給装置を制御するための電力を別途必要としている。また当該植物栽培装置で植物を栽培する際には、植物の管理のみならず、電子機器である動力供給装置の管理も必要である。このためユーザーの負担が大きい。【０００５】
本発明は植物栽培装置において外部電力及び電気制御への依存性を低下させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明の一態様にかかる植物栽培装置は植物を生育するための栽培槽と、太陽熱ポンプ系とを備える。太陽熱ポンプ系は前記栽培槽に灌水路を介して栽培水を供給する水槽を備える。前記水槽は前記栽培槽から引水管を介して栽培水を吸引するための水槽でもある。太陽熱ポンプ系はさらに前記水槽の上部に連通する空気貯留部を有する集熱部を備える。前記集熱部は、太陽光を受けて前記空気貯留部内で暖められた前記空気の圧力で前記水槽内の水面を押す。前記水槽は、前記空気によって押された前記栽培水を培地材に給水する。前記水槽は、前記灌水路を通じてかかる給水をする。前記水槽は、前記栽培槽内に配置された培地材の上方から給水する。前記集熱部はさらに、前記水槽内の前記水面を引き上げる。かかる水面の引き上げは暖められた前記空気が前記太陽光の減少により冷やされることで行われる。前記水槽はさらに、前記栽培槽の底部から前記引水管を通じて前記栽培水を吸引する。かかる吸引は前記栽培水の引き上げに応じて行われる。【０００７】
［２］太陽熱ポンプ系は、前記水槽から前記栽培槽に供給される前記栽培水の逆流を防止する吐出用逆止弁をさらに備えることが好ましい。太陽熱ポンプ系は、前記栽培槽から前記水槽に吸引される前記栽培水の逆流を防止する吸引用逆止弁をさらに備えることが好ましい。前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、前記栽培水より比重の大きい弁体を有することが好ましい。かかる弁体は下方に向かって細くなる錐体形状を有することが好ましい。これらの逆止弁はさらに、漏斗形状を有する弁座を有することが好ましい。かかる漏斗形状は前記弁体の形状に対応して下方に向かって細くなる形状であることが好ましい。【０００８】
また前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を上回ることが好ましい。これによって前記吐出用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが離間することが好ましい。そして、これによって前記灌水路が開放されることが好ましい。一方、重力によって前記吸引用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが面で接するとともに、前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を上回ることによって密着することで前記引水管が閉鎖されることが好ましい。以上の結果、前記水槽内の前記栽培水は、前記灌水路を通じて前記栽培槽に送られることが好ましい。前記集熱部に前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を下回ることが好ましい。これによって前記吸引用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが離間することが好ましい。そして、これによって前記引水管が開放されることが好ましい。一方、重力によって前記吐出用逆止弁の前記弁体と前記弁座とが面で接するとともに、前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を下回ることによって密着することで前記灌水路が閉鎖されることが好ましい。以上の結果、前記水槽内の前記栽培水の引き上げに応じて前記引水管を通じて前記栽培槽から前記栽培水は送られることが好ましい。【０００９】
［３］前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、前記水槽外に位置することが好ましい。これらの逆止弁はさらに、前記灌水路及び前記引水管に対して着脱自在であることが好ましい。【００１０】
［４］前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、カバー及び基部をさらに有することが好ましい。前記基部は前記弁座を有することが好ましい。前記弁体は前記カバー及び前記弁座との間に配置されることが好ましい。前記カバー及び前記基部にはネジが切られていることが好ましい。前記カバーのネジが前記基部のネジに着脱自在に嵌め合わせられることが好ましい。【００１１】
［５］植物栽培装置は前記栽培槽へ前記栽培水を補給する補水器をさらに備えることが好ましい。かかる補給は前記栽培槽の前記底部に配置された濾過材を介して行われることが好ましい。前記補水器は、前記栽培水を貯留する補水槽を有することが好ましい。前記補水器はさらに、前記濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する吸引圧力部を有することが好ましい。前記補水器はさらに、前記補水槽に貯留された前記栽培水を前記吸引圧力部の上部空間内に送る補水管を有することが好ましい。前記吸引圧力部が前記栽培水を補給することで前記吸引圧力部内の水面の低下が生じることが好ましい。これにより前記補水槽内の前記栽培水が前記吸引圧力部の上部空間内に送られることが好ましい。【００１２】
［６］前記吸引圧力部は、前記栽培槽に対して別体であることが好ましい。【００１３】
［７］あるいは前記吸引圧力部と前記栽培槽とは壁を共通にして一体化されていることが好ましい。かかる場合、前記濾過材は、前記吸引圧力部の底部まで延在していることが好ましい。【００１４】
［８］前記補水槽は、階段状に複数配置されていることが好ましい。このとき一方の前記補水槽と他方の前記補水槽との間で水位差が生じるように補水槽が配置されていることが好ましい。上段側の前記補水槽には、給水手段が設けられていることが好ましい。かかる給水手段は、下段側の前記補水槽に対して上段側の前記補水槽内の前記栽培水を供給することが好ましい。【００１５】
［９］前記補水器は前記補水管に設けられた調節器をさらに有することが好ましい。前記調節器は前記補水管内の前記栽培水の流量を調節することが好ましい。【００１６】
［１０］前記栽培槽はさらに、培地材を支持する支持器を有することが好ましい。前記支持器は、さらに前記栽培槽内に配置されることが好ましい。前記支持器は、上方又は下方に向かって細くなる漏斗形状を有することが好ましい。かかる支持器は、かかる漏斗形状により前記濾過材と前記培地材の底部との間に空間を形成することが好ましい。【００１７】
［１１］植物栽培装置はさらに、二以上の前記栽培槽を備えることが好ましい。植物栽培装置はさらに、前記二以上の前記栽培槽に連通する一の前記集熱部を備えることが好ましい。植物栽培装置はさらに、前記集熱部及び前記水槽を連通する送気管を備えることが好ましい。送気管では前記集熱部で暖められた前記空気の圧力が前記水槽に伝搬することが好ましい。送気管ではさらに前記集熱部で冷やされた前記空気の圧力が前記水槽に伝搬することが好ましい。前記集熱部は、前記送気管を通じて、暖められた前記空気の前記圧力の変化を前記水槽に伝えることが好ましい。これによって、前記集熱部は、暖められた前記空気の圧力で前記水槽内の前記水面を押すことが好ましい。前記集熱部は、前記送気管を通じて、冷やされた前記空気の前記圧力の変化を前記水槽に伝えることが好ましい。これによって、前記集熱部は、冷やされた前記空気の圧力で前記水槽内の前記水面を引き上げることが好ましい。【００１８】
［１２］前記集熱部は、前記空気貯留部内に位置する集熱体を有することが好ましい。【００１９】
［１３］前記培地材は、上方に向かって細くなる錐体形状を有することが好ましい。前記培地材が前記栽培水に浮かんでいる時に、前記培地材は、前記錐体形状の先端が水面上に現れる向きに復原性を有することが好ましい。前記培地材は、前記先端に、前記植物の種子が埋め込まれる種子収容部を有することが好ましい。前記培地材は、前記栽培水に浸漬されると膨張することが好ましい。【００２０】
［１４］植物栽培装置は、前記栽培槽の前記底部に配置された濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する補水器をさらに備えることが好ましい。前記補水器は、前記栽培水を貯留する補水槽と、前記濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する貯水部と、前記貯水部に連通するとともに、前記貯水部よりも高い位置に位置することで重力により前記貯水部に前記栽培水を送る吸引圧力部と、前記補水槽に貯留された前記栽培水を前記吸引圧力部の上部空間内に送る補水管と、を有することが好ましい。前記吸引圧力部が前記栽培水を補給することで生じる前記吸引圧力部内の水面の低下により前記補水槽内の前記栽培水が前記吸引圧力部の上部空間内に送られることが好ましい。【００２１】
［１５］植物栽培装置は、前記水槽から前記栽培槽に供給される前記栽培水の逆流を防止する吐出用逆止弁と、前記栽培槽から前記水槽に吸引される前記栽培水の逆流を防止する吸引用逆止弁と、吐出用逆止弁と吸引用逆止弁とを接続する接続管と、前記接続管の中間部と、前記水槽とを接続する導水管と、をさらに備えることが好ましい。【００２２】
また前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吸引用逆止弁が閉じることで前記引水管が閉鎖されることが好ましい。前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吐出用逆止弁が開くことで前記灌水路が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水は、前記灌水路を通じて前記栽培槽に送られることが好ましい。前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吐出用逆止弁が閉じることで前記灌水路が閉鎖されることが好ましい。前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吸引用逆止弁が開くことで前記引水管が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水の引き上げに応じて前記引水管を通じて前記栽培槽から前記栽培水は送られることが好ましい。【００２３】
［１６］植物栽培装置は、前記水槽から前記栽培槽に供給される前記栽培水の逆流を防止する吐出用逆止弁と、前記栽培槽から前記水槽に吸引される前記栽培水の逆流を防止する吸引用逆止弁と、をさらに備えることが好ましい。前記吐出用逆止弁及び前記吸引用逆止弁は、可撓性のあるくちばし部を有する弁体からなることが好ましい。前記くちばし部は、前記くちばし部の先端にある上辺にスリット及び切欠き部を有することが好ましい。前記スリットは前記上辺の中央に位置する前記切欠き部にのみ設けられていることが好ましい。【００２４】
また前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吸引用逆止弁の前記スリットが閉じることで前記引水管が閉鎖されることが好ましい。前記集熱部により前記水面を押された前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を上回ることによって、前記吐出用逆止弁の前記スリットが開くことで前記灌水路が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水は、前記灌水路を通じて前記栽培槽に送られることが好ましい。前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記灌水路内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吐出用逆止弁の前記スリットが閉じることで前記灌水路が閉鎖されることが好ましい。前記集熱部により前記水面を引き上げられた前記水槽内の前記栽培水の圧力が前記引水管内の前記栽培水の圧力を下回ることによって、前記吸引用逆止弁の前記スリットが開くことで前記引水管が開放され、その結果、前記水槽内の前記栽培水の引き上げに応じて前記引水管を通じて前記栽培槽から前記栽培水は送られることが好ましい。【００２５】
［１７］植物栽培装置は、二以上の前記栽培槽を備えることが好ましい。前記灌水路は、分岐を有する管であるとともに、分岐することで前記二以上の栽培槽のそれぞれに水を分配することが好ましい。前記灌水路の前記栽培槽側の吐出口にはスポンジが装着されていることが好ましい。【００２６】
［１８］植物栽培装置は、前記栽培槽の前記底部に配置された濾過材を介して前記栽培槽へ前記栽培水を補給する補水器を備えることが好ましい。前記補水器は、前記栽培水を貯留する補水槽と、前記濾過材を経由して前記栽培槽へ前記栽培水を送る吸引圧力部と、前記補水槽に貯留された前記栽培水を前記吸引圧力部の上部空間内に送る補水管と、を有することが好ましい。前記吸引圧力部が前記栽培水を補給することで生じる前記吸引圧力部内の水面の低下により前記補水槽内の前記栽培水が前記吸引圧力部の上部空間内に送られることが好ましい。植物栽培装置は、前記補水槽に連通するとともに、前記栽培水を前記補水器に供給する給水器をさらに備えることが好ましい。前記給水器は、ボールタップを有することが好ましい。【００２７】
［１９］植物栽培装置は、他の前記補水器をさらに備えることが好ましい。前記他の補水器の前記補水槽は、前記給水器に連通する前記補水槽を介して、間接的に前記給水器に連通していることが好ましい。【００２８】
［２０］前記培地材は、肥料成分を含有するゲル粒子を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により植物栽培装置において電力及び電気制御への依存性を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態にかかる植物栽培装置の端面図である。
【図２】実施例１にかかる植物栽培装置の端面図である。
【図３】実施例１にかかる逆止弁の組立図である。
【図４】実施例２にかかる植物栽培装置の模式図である。
【図５】実施例２にかかる植物栽培装置の透視図である。
【図６】実施例２にかかるポンプの吐出動作の模式図である。
【図７】実施例２にかかるポンプの吸引動作の模式図である。
【図８】実施例２にかかる補水器の動作の模式図である。
【図９】実施例２の変形にかかる補水槽の側面図である。
【図１０】実施例２の変形にかかる培地材の支持器の模式図である。
【図１１】実施例２の変形にかかる培地材の膨張過程の模式図である。
【図１２】実施例３にかかる二槽式装置の透視図である。
【図１３】実施例４にかかる多槽式装置の透視図である。
【図１４】実施例５及び６にかかる植物栽培装置の模式図である。
【図１５】実施例７にかかる逆止弁の透視図である。
【図１６】実施例７にかかる逆止弁対の端面図である。
【図１７】実施例７にかかる逆止弁対の端面図である。
【図１８】参考例にかかる逆止弁の模式図である。
【図１９】実施例８にかかる植物栽培装置の模式図である。
【図２０】実施例８にかかる灌水路の端面図である。
【図２１】実施例９にかかる灌水路の部分断面図である。
【図２２】実施例１０にかかる植物栽培装置の模式図である。
【図２３】実施例１１にかかる培地材の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
各図面を参照しつつ本発明の実施形態及び実施例を説明する。各図において同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。各図中の端面において一部のハッチングは図を見やすくするため省略されている。
【００３２】
図１は実施形態にかかる植物栽培装置である装置９９を示す。図中、導水管３７と引水管３６との交差箇所は記載を簡略化している。装置９９は栽培槽１９と太陽熱ポンプ系３２を備える。太陽熱ポンプ系３２は水槽３０を備える。水槽３０は栽培槽１９に灌水路３８を介して栽培水を供給する。水槽３０は栽培槽１９から引水管３６を介して栽培水を吸引する。
【００３３】
本明細書において栽培水には栽培養液が包含される。本明細書において栽培養液は所望のイオン、ミネラル及びその他養分を添加した水であって、植物が根からかかる栽培養液を吸収したときに植物の生育に適するもの表す。本明細書において栽培水にはこれらの養分を実質的に含まない水が包含される。以下、本明細書においては特に言及しない限り、栽培水を単に「水」と表記する場合がある。
【００３４】
図１に示す太陽熱ポンプ系３２はさらに集熱部５６を備える。集熱部５６は空気貯留部５７を有する。空気貯留部５７は水槽３０の上部に連通する。集熱部５６は、空気の圧力で水槽３０内の水面を押す。かかる空気の圧力は、太陽光すなわち日照９３を受けた集熱部５６が空気貯留部５７内の空気を暖めることで生じる。
【００３５】
図１に示す水槽３０は、上記空気によって押された水を培地材９０に給水する。水槽３０は、灌水路３８を通じてかかる給水をする。水槽３０は、栽培槽１９内に配置された培地材９０の上方から給水する。
【００３６】
図１に示す集熱部５６はさらに、水槽３０内の水面を引き上げる。かかる水面の引き上げは暖められた空気が日照９３の減少により冷やされることで行われる。水槽３０はさらに、栽培槽１９の底部から引水管３６を通じて水を吸引する。かかる吸引は上記の水の引き上げに応じて行われる。
【００３７】
図１に示すように太陽熱ポンプ系３２は系外から水を吸引し、かつ系内で水を揚げ、かつ系外へ水を吐出する。太陽熱ポンプ系３２はかかる水の移動に必要なエネルギーを集熱部５６で得る。太陽熱ポンプ系３２は電動ポンプを備えないことが好ましい。
【００３８】
図１に示す太陽熱ポンプ系３２は、水槽３０から栽培槽１９に供給される水の逆流を防止する吐出用逆止弁４３をさらに備える。太陽熱ポンプ系３２は、栽培槽１９から水槽３０に吸引される水の逆流を防止する吸引用逆止弁４１をさらに備える。
【００３９】
図１に示す装置９９では実質的に灌水に人手を要しない。上述の通り日照の周期によって灌水することができるからである。また装置９９を用いることで、一般的な水耕栽培に係る方法よりも低コストで植物を生育することができる。なぜなら装置９９は電力や電子制御への依存性が水耕栽培に必要な装置よりも低下しているか、ほとんどないからである。
【実施例１】
【００４０】
図２は実施例１にかかる装置１００の端面図である。図中、導水管３７と引水管３６との交差箇所は記載を簡略化している。装置１００は水循環型の植物栽培装置である。装置１００は栽培槽１９、ポンプ２９及び補水器５９を備える。水は後述するように栽培槽１９及びポンプ２９の間で循環する。【００４１】
図２に示す栽培槽１９は底部２０と上面開口２１とを有する。栽培槽１９は壁として胴体２３を有する。胴体２３は底部２０から上面開口２１まで延在している。胴体２３は好ましくは円筒である。栽培槽１９の内腔２４は主に胴体２３の中心の空洞からなる。【００４２】
図２に示す栽培槽１９は支持器２７を備える。支持器２７は培地材９０を支持する。培地材９０の詳細は後述する。支持器２７は内腔２４に配置される。支持器２７は上面開口２１よりも底部２０に近い側に配置されることが好ましい。かかる態様により栽培槽１９はより大きな培地材９０を収容することができる。【００４３】
図２に示す濾過材２５は底部２０に配置される。濾過材２５は内腔２４及び引水管３６の間に介在する。濾過材２５はゼオライトを初めとする多孔質であることが好ましい。濾過材２５は不図示の網袋に包装されていることが好ましい。濾過材２５の上面２２は内腔２４に面する。支持器２７に上面２２を押さえ付けさせることで、濾過材２５を底部２０に固定してもよい。【００４４】
図２に示すポンプ２９はポンプ室３９及び逆止弁対４０を有する。逆止弁対４０は吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３を有する。吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３のうち少なくともいずれか一方は重力式逆止弁であることが好ましい。吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３はバネ式逆止弁でもよい。【００４５】
図２に示す吸引用逆止弁４１は水槽３０の内腔３１から、栽培槽１９を経由せずに、引水管３６へ向かう水流の発生を止める。吐出用逆止弁４３は内腔３１から、栽培槽１９を経由せずに、灌水路３８へ向かう水流の発生を止める。水流が吸引用逆止弁４１、水槽３０及び吐出用逆止弁４３の順に通過するように、これら吸引用逆止弁４１、水槽３０及び吐出用逆止弁４３が配置される。【００４６】
図２に示す吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３のうち少なくともいずれか一方はポンプ室３９外に配置される。吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３の両方がポンプ室３９外に配置されることが好ましい。さらに吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３は互いに結合していることが好ましい。かかる逆止弁対４０は交換が容易である。【００４７】
図２に示す逆止弁対４０は逆止弁群であってもよい。かかる逆止弁群は吸引用逆止弁４１を複数備えてもよい。かかる逆止弁群は吐出用逆止弁４３を複数備えてもよい。【００４８】
図３は逆止弁対４０の一例の組立図である。吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３の構造は図に示すように同一であってもよい。組立前の吸引用逆止弁４１の端面が図の右側に表されている。組立後の吐出用逆止弁４３の端面が図の左側に表されている。上下には逆止弁対４０に接続する管のそれぞれの端部の側面が表されている。【００４９】
図３に示す逆止弁対４０は基部４２、弁体４４ａ，ｂ及びカバー４６ａ，ｂを備える。基部４２は弁座４５ａ，ｂ、リング４７ａ，ｂ及び継手４８ａ，ｂを備える。吸引用逆止弁４１の弁座４５ａ及びリング４７ａは基部４２の上面に形成されている。吐出用逆止弁４３の弁座４５ｂ及びリング４７ｂは基部４２の上面に形成されている。リング４７ａ，ｂは弁座４５ａ，ｂをそれぞれ取り囲む。【００５０】
図３に示す吸引用逆止弁４１の継手４８ａ及び吐出用逆止弁４３の継手４８ｂは基部４２の下面に形成されている。継手４８ａ，ｂは弁座４５ａ，ｂにそれぞれ連通している。弁座４５ａ，ｂは下方に向かって細くなる漏斗形状を有する。【００５１】
図３に示す基部４２にはネジが切られている。かかるネジはリング４７ａ，ｂの有する外表面には切られたネジであることが好ましい。弁体４４ａ，ｂは下方に向かって細くなる錐体形状を有する。弁体４４ａ，ｂの比重は栽培水の比重より大きい。弁体４４ａ，ｂの比重は純水の比重より大きいことが好ましい。弁体４４ａの錐体形状の外表面と弁座４５ａの漏斗形状の内表面とは隙間なく接することが好ましい。【００５２】
図３に示す逆止弁対４０を組み立てる際は、弁体４４ａ，ｂをカバー４６ａ，ｂ及び弁座４５ａ，ｂとの間にそれぞれ配置する。リング４７ａ，ｂの中心を通して、弁体４４ａ，ｂを弁座４５ａ，ｂに収容する。カバー４６ａ，ｂの内表面にはネジが切られている。したがってカバー４６ａ，ｂのネジをリング４７ａ，ｂのネジに嵌め合わせる。【００５３】
上述のネジにより、図３に示すカバー４６ａ，ｂはリング４７ａ，ｂとは着脱自在に嵌め合わせられる。このため吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３は効率的に生産することができる。またネジを緩めればカバー４６ａ，ｂを基部４２から取り外すことができる。したがって弁体４４ａ，ｂ及び弁座４５ａ，ｂの洗浄を行うことができる。【００５４】
図３に示す矢印は逆止弁対４０に出入りする水流８３及び８４の方向を表す。吸引用逆止弁４１側において導水管３５はカバー４６ａに接続する。カバー４６ａから導水管３５に向かって水が送られる。引水管３６は継手４８ａに接続する。引水管３６から継手４８ａに向かって水が送られる。したがって図２に示す引水管３６から水槽３０に向かう水流８４が生じ、水が栽培槽１９に吸引される。【００５５】
図３に示す水流８４とは逆方向に水が流れようとすると弁体４４ａが弁座４５ａに面で接して水をせき止める。水が流れようとしない場合でも重力で沈降した弁体４４ａが弁座４５ａに面で接し水をせき止める。さらに集熱部により水面を押された水槽内の栽培水の圧力が引水管３６内の栽培水の圧力を上回ることによって弁体４４ａと弁座４５ａとが互いに密着する。弁体４４ａと弁座４５ａとが密着すると水槽３０から引水管３６への水の漏れが防止される。【００５６】
図３に示す吐出用逆止弁４３側において導水管３７は継手４８ｂに接続する。導水管３７から継手４８ｂに向かって水が送られる。灌水路３８を構成する管はカバー４６ｂに接続する。カバー４６ｂから灌水路３８に向かって水が送られる。したがって図２に示す水槽３０から灌水路３８に向う水流８３が生じ、水が栽培槽１９に吐出される。【００５７】
図３に示す水流８３とは逆方向に水が流れようとすると弁体４４ｂが弁座４５ｂに面で接して水をせき止める。水が流れようとしない場合でも重力で沈降した弁体４４ｂが弁座４５ｂに面で接し水をせき止める。さらに集熱部により水面を引き上げられた水槽内の栽培水の圧力が灌水路３８内の栽培水の圧力を下回ることによって弁体４４ｂと弁座４５ｂとが互いに密着する。弁体４４ｂと弁座４５ｂとが密着すると灌水路３８から水槽３０への水の漏れが防止される。【００５８】
図３に示す吐出用逆止弁４３は導水管３７及び灌水路３８に対して着脱自在である。吸引用逆止弁４１は導水管３５及び引水管３６に対して着脱自在である。したがって吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３は交換容易である。吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３が別体であれば、吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３はそれぞれ個別に交換することも出来る。【００５９】
図２に戻る。図２に示すポンプ室３９は水槽３０及び空気槽５０を有する。水槽３０は気密栓３３及び送気管５３を有する。水槽３０の内腔３１と空気槽５０の内腔５１とは送気管５３を介して連通している。図２に示す内腔３１と内腔５１とは送気管５３を介さずに繋がっていてもよく、例えば一塊の空間になっていてもよい。かかる例は上述した図１に表されている。【００６０】
図２に示す水槽３０は吸引用逆止弁４１及び吐出用逆止弁４３に接続されている。ポンプ２９は上述した導水管３５，３７を備える。導水管３５の一方端は吸引用逆止弁４１の吐出側に接続する。導水管３７の一方端は吐出用逆止弁４３の吸引側に接続する。導水管３５，３７の他方端は内腔３１に接続する。【００６１】
図２に示す空気槽５０は図１に示す集熱部５６と同等の働きをする。空気槽５０は集熱面５２を有する。集熱面５２は太陽熱の集熱面である。集熱面５２は太陽熱を吸収することで内腔５１に熱を放出することができる。集熱面５２は空気槽の外表面に位置してもよい。太陽熱は太陽光線又は太陽の熱線として集熱面に到達する。これらを以下単に太陽熱という。【００６２】
図２に示す空気槽５０は容器５４及び集熱体５５を有する。容器５４は図１に示した空気貯留部５７と同等の働きをする。容器５４の内腔は内腔５１である。集熱体５５は集熱面５２を有する。集熱体５５は内腔５１に位置する。このとき容器５４の一部又は全部は透明である。集熱体５５は内腔５１中の空気と接する。このため空気槽５０は空気槽５０内の空気を効率的に暖めることができる。【００６３】
図２に示す容器５４が透明であるならば集熱面５２は容器５４の内表面に位置してもよい（不図示）。また集熱面５２は容器５４の外表面に位置してもよい（不図示）。このとき集熱面５２は透明の容器５４を透過した太陽熱、太陽光線又は太陽の熱線を受けもよい。【００６４】
図２に示す装置１００は上述した引水管３６と灌水路３８とを備える。引水管３６は栽培槽１９の底部２０及びポンプ２９の吸引用逆止弁４１を接続する。引水管３６は吸引用逆止弁４１の吸引側に接続する。【００６５】
図２に示す灌水路３８はポンプ２９の吐出用逆止弁４３から栽培槽１９の上面開口２１上に至るまで引き延されている。灌水路３８は吐出用逆止弁４３の吐出側に接続する。灌水路３８は吐出用逆止弁４３から内腔２４に至るまで引き延されていてもよい。ポンプ室３９は気密栓３３及び逆止弁対４０を閉じることで気密される。【００６６】
図２に示す補水器５９は栽培槽１９の底部２０と接続する。補水器５９は栽培槽１９へ水を補給する。補水器５９は補水槽６０及び吸引圧力槽７０を有する。吸引圧力槽７０は吸引圧力部を構成している。補水槽６０は補充口６３、排水管６５及び水位計６７を備える。排水管６５にはコックが設けられている。【００６７】
図２に示す吸引圧力槽７０は外殻７２及び気密栓７３を有する。吸引圧力槽７０は吸引圧力室７１を有する。吸引圧力室７１は外殻７２で囲まれている。吸引圧力室７１は水を注入して気密栓７３を閉じることで気密を保つことができる。【００６８】
図２に示す補水器５９はさらに補水管７５を有する。補水管７５は補水槽６０の内腔６１及び吸引圧力室７１を接続する。補水管７５は吸引圧力室７１の頂部又はその近傍に接続することが好ましい。補水管７５は補水槽６０に貯留された水を吸引圧力槽７０の上部空間内に送ることが好ましい。濾過材２５は栽培槽１９の内腔２４及び吸引圧力室７１の間に介在する。吸引圧力槽７０は濾過材２５を介して栽培槽１９へ水の補給を行う。【００６９】
図２に示す補水器５９はさらに調節器７８を有する。調節器７８は補水管７５に設けられている。調節器７８内の水の流路の断面積は調節器７８を操作することで任意に変更することができる。このため調節器７８は補水管７５内の栽培水の流量を調節することができる。調節器７８はバルブ又はコックでもよい。栽培水の流量を調節することで植物の種類や外部環境に応じて栽培槽１９内の水位を最適なものとすることができる。【００７０】
調節器７８の設けられた箇所の補水管７５は可撓性を有していてもよい。補水管７５はエラストマー製でもよい。かかる場合、調節器７８はクランプでもよい。クランプはローラークランプが好ましい。ローラークランプは補水管７５を押し潰して補水管７５の内腔の断面を任意の大きさにすることができる。このためローラークランプは調節器７８として補水管７５内の栽培水の流量を調節することができる。【００７１】
図２に示す補水器５９は調節器７８を有していなくともよい。かかる場合、補水管７５の内腔の断面積を適切な大きさとする必要がある。例えば補水管７５の内腔の断面積を灌水路３８の内腔の断面積よりも小さくしてもよい。【００７２】
図２に示す吸引圧力槽７０は栽培槽１９と別体になっている。このため装置１００はさらに給水管７７を備えてもよい。給水管７７は栽培槽１９の底部２０及び吸引圧力室７１を接続する。下記実施例に示すように吸引圧力槽７０は栽培槽１９と一体になっていてもよい。
【実施例２】
【００７３】
図４は実施例２にかかる植物栽培装置である装置１０１の模式図である。装置１０１では吸引圧力槽７０内に栽培槽１９が位置する。栽培槽１９の胴体２３は吸引圧力室７１の壁の一部を構成している。言い換えれば吸引圧力槽７０と栽培槽１９とは壁を共通にして一体化されている。吸引圧力室７１が栽培槽１９の側方を取り囲んでいてもよい。【００７４】
図４に示す濾過材２５は吸引圧力室７１の底部まで延在している。このため本実施例では図１に示す給水管７７が撤去されている。換言すれば補水器５９は濾過材２５を介して栽培槽１９に接続されている。吸引圧力槽７０は外殻７２を有する。外殻７２、胴体２３及び濾過材２５で取り囲まれた空間が吸引圧力室７１となっている。【００７５】
図４に示す装置１０１において逆止弁対４０は水槽３０内に配置されている。したがって図１に示した導水管３５，３７は省略してもよい。装置１０１において栽培槽１９、水槽３０、吸引圧力槽７０及び補水槽６０は一体化されている。空気槽５０のみがこれらとは別体となっている。空気槽５０は日照を受ける必要があるため装置１０１の外側に設けることが好ましい。【００７６】
図５は装置１０１の透視図である。一部の部材は省略されている。空気槽５０以外の各部材は栽培槽１９を取り囲むように一体化されている。装置１０１は図１に示す装置１００より体積を小さくすることが容易である。このため、植物栽培装置の単位で運搬及び設置をすることができる。【００７７】
図４に示すポンプ室３９が送気管５３を備えることで、空気槽５０は水槽３０とは別体とすることができる。このため図５に示すように空気槽５０は日照９３を受けやすい位置に設置することが容易である。例えば平面上において空気槽５０をそれ以外の部材とは離隔して配置してもよい。送気管５３は図５に示すように９０度以上湾曲していてもよい。また送気管５３はかかる湾曲を可能にする可撓性を有してもよい。【００７８】
図４，５に示す装置１０１を用いて植物を栽培する方法を以下に示す。まず図４に示すように水槽３０及び栽培槽１９に水を注入する。図中の細かい横線で影が付けてある部分は水の存在を表す。他の図において同様である。水槽３０に水を注入する際は気密栓３３を開放する。開放した気密栓３３より内腔３１に水を注入する。その後、気密栓３３を閉塞してポンプ室３９内を気密にする。【００７９】
図４に示す培地材９０は、その使用前において図５に示すように吸水性圧縮材を含有する培地材９０であることが好ましい。吸水性圧縮材は天然材料を乾燥させてなるものでもよい。吸水性圧縮材は水に浸漬されることで、水を吸収し膨張することが好ましい。【００８０】
吸水性圧縮材の材質は特に限定されない。材質は保水性、通気性、通水性及び膨張の効率の高さの観点から選択されることが好ましい。かかる観点からは材質として繊維質が挙げられる。繊維質としては植物繊維や、ロックウール等の鉱物繊維が挙げられる。一方、吸水性圧縮材の材質は植物性堆肥でもよい。植物性堆肥は例えば熟成の進んでいない植物繊維に比べて培地材９０中の窒素欠乏を起こしにくいという利点を有する。これは植物性堆肥では繊維質がよく分解されていることによる。【００８１】
図５に示す培地材９０は乾燥されているため軽量かつ保管が容易である。培地材９０はさらに圧縮されているため輸送が容易である。したがって培地材９０は本実施例にかかる植物の栽培方法に好適な組成にて予め製造し、必要に応じて保管し、栽培地に輸送し、栽培地にて開封することが好ましい。【００８２】
図５に示すように使用前の培地材９０はカプセル８９に収容されていることが好ましい。カプセル８９は培地材９０の包装材として機能する。カプセル８９で包装することにより、好適な吸水性圧縮材を入手できない地域においても本方法を実施することを促進する。【００８３】
図５に示すように培地材９０をカプセル８９から取り出す。培地材９０は圧縮されて体積が小さくなっている。このため培地材９０は栽培槽１９の上面開口から栽培槽１９の内腔に対して容易に挿入することができる。培地材９０は吸水性圧縮材であるため水に浸漬すると図４に示すように体積が増大する。植物の栽培に際しては培地材９０が栽培槽１９の内壁面に押し当たるまで培地材を膨張させる。【００８４】
図４に戻る。図４に示す培地材９０の上面に所望の植物の種子９１を播種する。培地材９０上には一又は二以上の種子９１を播種することができる。種子９１の上に培地材９０と同組成の培地材、土又はその他の培地材を被せてもよい。培地材９０の上面で植物を栽培する。【００８５】
図４に示す種子９１に代えて所望の植物の株、苗、挿し穂、球根及びその他の植物組織を植えてもよい。植物は野菜でも果物でもよい。野菜は根菜、葉菜、茎菜、花菜及び果菜のいずれでもよい。果菜の例はトマト、キュウリ、ナスであるがこれに限定されない。【００８６】
図５に示す集熱面５２に日照９３を当てる。空気槽５０又は装置１０１を日照９３の下に設置することでこれを行ってもよい。集熱面５２は上述の通り太陽熱を受ける。昼間において集熱面５２が日照９３を受けて集熱する。夜間において集熱面５２は日照９３を受けないため集熱しない。したがって集熱面５２による集熱は日周変動する。かかる集熱の日周変動は、緯度又は気象条件の影響を受けるものの、人為的な動力を必要とすることなく持続する。【００８７】
図６はポンプ２９の吐出動作の模式図である。図中において補水器の一部にあたる補水槽は省略されている。図は昼間における装置１０１を示す。昼間において日照９３が集熱面５２に到達すると集熱面５２は太陽熱を受ける。【００８８】
図６に示す集熱体５５は集熱面５２で受けた熱エネルギーを周囲の空気に受け渡す。熱エネルギーにより内腔５１にある空気は温度が上昇し、かつ圧力が高まる。このとき容器５４は容器５４内外の気圧差によって著しい変形をしない。このため日照９３を受ける前より空気槽５０内で気圧上昇８１が生じる。【００８９】
図６に示す通り水槽３０には水が注入されている。気圧上昇８１は送気管５３を通じて水槽３０に伝搬する。水槽３０中では水面を押し下げようとする圧力８５が作用する。言い換えれば空気槽５０により水面を押された水槽３０内の水の圧力が灌水路３８内の水の圧力を上回る。【００９０】
したがって図６に示す圧力８５が水に作用すると、弁体４４ｂが押し上がる。このため弁体４４ｂと弁座４５ｂとの間の密着は解消する。さらに弁体４４ｂと弁座４５ｂとが離間する。さらに吐出用逆止弁４３に上向きの水流８３が発生する。言い換えれば灌水路３８が開放される。【００９１】
一方、図６に示す吸引用逆止弁４１においても下向きに水が流れようとする。しかしながら弁体４４ａが弁座４５ａに密着しているので水はせき止められる。言い換えれば引水管３６が閉鎖される。このため専ら水流８３が発生しポンプ２９は所望の吐出動作をすることができる。言い換えれば、水槽３０内の水は、灌水路３８を通じて栽培槽１９に送られる。また引水管３６には水流が生じない。【００９２】
図６に示す弁体４４ｂが押し上がると水流８３は灌水路３８まで到達する。最終的に水槽３０内の水は灌水路３８の末端から流れ出て栽培槽１９の上面開口２１上に落下する。水はそのまま培地材９０の上面に降り注ぐ。また水は外気に触れるので、水に酸素が溶け込む。【００９３】
図６に示す苗９２は図４に示す種子９１が発芽し成長したものである。水槽３０内の水は灌水路３８を通じて培地材９０に灌水される。苗９２の根は培地材から水を吸収する。したがって昼間において苗９２は日照９３を受けながら活発に蒸散することができる。【００９４】
上述の通り図６に示す装置１０１は苗９２の生育を促進することができる。装置１０１はかかる機能を電力供給や電子制御を受けない状態でも発揮することができる。【００９５】
一方、図６に示す水流８３が生じると水槽３０内の水が減少する。このため空気槽５０及び水槽３０内の空気の体積が増大する。空気の体積が増大すると気圧上昇８１は小さくなり、圧力８５が減少する。【００９６】
図６に示す圧力８５が減少するとやがて圧力８５が大気圧、揚程分の圧力並びに吐出用逆止弁４３の圧力損失及び灌水路３８の圧力損失と拮抗する。これにより水流８３が停止すると弁体４４ｂは重力で沈降し弁座４５ｂに面で接する。したがって水流８３と逆向きの水流の発生が防止される。【００９７】
図７はポンプ２９の吸引動作の模式図である。図中において補水器の一部にあたる補水槽は省略されている。図は夜間における装置１０１を示す。夜間において集熱面５２は太陽熱を受けない。大気が集熱面５２より低温であれば大気に向かって放射熱９４が放出される。【００９８】
図７に示す集熱面５２から熱を放出した集熱体５５は冷却される。集熱体５５は内腔５１にある空気から熱エネルギーを奪う。内腔５１の空気は温度が低下し、かつ圧力が低下する。このため日照９３を受ける前より空気槽５０内で気圧低下８２が生じる。【００９９】
図７に示す通り水槽３０には水が注入されている。気圧低下８２は送気管５３を通じて水槽３０に伝搬する。水槽３０中では水面を引き上げようとする圧力８６が作用する。言い換えれば空気槽５０に水面を引き上げられた水槽３０内の水の圧力が引水管３６内の前記栽培水の圧力を下回る。【０１００】
したがって図７に示す圧力８６が水に作用すると、弁体４４ａが押し上がる。さらに弁体４４ａと弁座４５ａとの間の密着は解消する。さらに弁体４４ａと弁座４５ｂとが離間する。このため吸引用逆止弁４１に上向きの水流８４が発生する。言い換えれば引水管３６が開放される。【０１０１】
一方、図７に示す吐出用逆止弁４３においても下向きに水が流れようとする。しかしながら弁体４４ｂが弁座４５ｂに密着しているので水はせき止められる。言い換えれば灌水路３８が閉鎖される。このため専ら水流８４が発生しポンプ２９は所望の吸引動作をすることができる。言い換えれば水槽３０内の水の引き上げに応じ、引水管３６を通じて栽培槽１９から水が送られる。また灌水路３８には水流が生じない。【０１０２】
図７に示す弁体４４ａが押し上がると水流８４は引水管３６まで繋がる。引水管３６には底部２０を通じて培地材９０から水が引き込まれる。培地材９０内の水は重力又は毛細管現象により底部２０へ向かって移動する。なお上述の通り夜間は灌水路３８には水流が生じないので水は水槽３０から栽培槽１９に供給されない。【０１０３】
図７に示すように上述の通り水が吸い取られた培地材９０内には上面開口２１より外気８７が供給される。培地材９０内は好気的条件となり培地材９０中の微生物の硝化作用を促進する。また水は底部２０に位置する濾過材２５を通過する。濾過材２５は水から老廃物を濾し取り、水を浄化する。濾過材２５は水に対してイオン交換をしてもよい。【０１０４】
上述の通り図７に示す装置１０１は培地材９０内の土壌環境を改善することができる。装置１０１はかかる機能を電力供給や電子制御を受けない状態でも発揮することができる。【０１０５】
一方、図７に示す水流８４が生じると水槽３０内の水が増加する。このためポンプ室３９内の空気の体積が減少する。空気の体積が増大すると気圧低下８２は小さくなり、圧力８６が減少する。【０１０６】
図７に示す圧力８６が減少するとやがて圧力８６が大気圧、揚程分の圧力並びに吸引用逆止弁４１の圧力損失及び引水管３６の圧力損失と拮抗する。これにより水流８４が停止すると弁体４４ａは重力で沈降し弁座４５ａに面で接する。したがって水流８４と逆向きの水流の発生が防止される。【０１０７】
図６及び７に示すようにポンプ２９は周期的に水槽３０から栽培槽１９への給水と栽培槽１９から水槽３０への受水を繰り返す。このため装置１０１は水循環型の植物栽培装置として機能する。かかる周期的な給水と受水は集熱面５２による集熱の日周変動に依拠している。このため装置１０１はかかる水循環機能を電力供給や電子制御を受けない状態でも発揮することができる。【０１０８】
なお夜間だけではなく雲によって日が陰る場合も図７に示すポンプ２９は吸引動作を行う場合がある。雲によって日が陰るときも苗９２の蒸散は不活発になっている。このため培地材９０中の水分は日照時よりも少なくてよい。したがって装置１０１は日照量に合わせて培地材９０の含水量を制御するのにも適する。【０１０９】
つぎに図８を用いて補水器５９の給水動作を説明する。図８中においてポンプ及びこれに接続する部材は省略されている。【０１１０】
まず図８に示す補水器５９の意義を説明する。図６に示したように苗９２は培地材９０中の水を吸い、蒸散して大気に水分を放出する。したがって図６，７に示す栽培槽１９及びポンプ２９からなる循環系からは水が失われる。【０１１１】
図４に示すように種子９１の播種時に補水槽６０には水を注入する。さらに吸引圧力室７１内を気密にする。補水器５９は補水槽６０の水を上記循環系に補充し続ける。水の補充期間はポンプ２９による給水と受水の一日の周期よりも長い。【０１１２】
図８に示す株９５は図６に示す苗９２が成長したものである。図４に示す種子９１が図８に示す株９５になり、かつ株９５が結実し収穫できるようになるまで補水器５９が循環系に水を補充するのが好ましい。かかる期間を栽培期間と呼ぶものとする。栽培期間における水の消費は水位低下６８として現れる。【０１１３】
図８に示す補水槽６０の内腔６１の水位は栽培槽１９の内腔２４の水位よりも高い。かかる水位差２６により補水槽６０の水は栽培槽１９に向かって流れようとする。これは所定の水圧又は水圧差が生じていることを表す。かかる水圧又は水圧差を「圧力損」と呼ぶものとする。補水槽６０及び栽培槽１９との間の圧力損は吸引圧力室７１を通じて間接的に伝達される。【０１１４】
図８に示す吸引圧力室７１は上述の通り気密されている。吸引圧力槽７０が栽培槽１９に水を補給することで吸引圧力室７１の水面の低下が生じる。吸引圧力室７１の水面が低下すると空気７４の体積は膨張する。この時、空気７４の圧力は低下する。【０１１５】
図８に示す空気７４の圧力が低下すると吸引圧力室７１に面する補水管７５の開口７６には吸引圧がかかる。したがって補水管７５内の水は開口７６より吸引圧力室７１に進入する。言い換えれば補水槽６０内の水が吸引圧力槽７０の上部空間内に送られる。かかる水は吸引圧力室７１内の水面に落ちる。このため低下した水面が回復する。したがって空気７４の体積は元に戻る。このため空気７４の気圧は回復する。【０１１６】
また図８に示す補水管７５内の水が開口７６より吸引圧力室７１に進入すると空気７４の体積は収縮する。この時、空気７４の気圧は上昇する。したがって吸引圧力室７１に面する濾過材２５には水圧がかかる。または濾過材２５の吸引圧力室７１側と栽培槽１９側とで水圧差が生じる。濾過材２５には圧力損失があるためかかる圧力差の全てが栽培槽１９側に伝わるわけではない。このため、濾過材２５が無い場合よりもゆっくりと吸引圧力室７１から栽培槽１９に向かって水が流れる。【０１１７】
図８に示す吸引圧力室７１の動作は人為的な制御を必要とすることなく連続的に、又は断続的に行われる。すなわち上記圧力損の効果によって補水槽６０から栽培槽１９に向かって水が連続的に、又は断続的に移動する。また株９５からの蒸散や培地材９０の上面の乾燥によって失われた分、水は補水槽６０から栽培槽１９に対して適時に補充される。【０１１８】
図８に補水槽６０から栽培槽１９に向かう水の流量は調節器７８で調節できる。図７に示すように引水管３６には底部２０を通じて培地材９０から水が引き込まれる。しかしながら、補水槽６０から栽培槽１９に向かう水の流量が過大であると、培地材９０に対して水が補給されるため、培地材９０から水が吸い取られないことになる。【０１１９】
一方図６に示すように、灌水路３８からは培地材９０の含水量と無関係に水が供給される。このため、図８に示す培地材９０に供給される水の総量が過大となる場合がある。一方、調節器７８は培地材９０に供給される水の総量を制御するのに役立つ。【０１２０】
図６，７に示す通り、栽培槽１９内の水位は一日周期で変化する。したがって、圧力損は一日周期で変化する。水位差２６を栽培槽１９内の一日の平均水位と補水槽６０の水位の差と考えてもよい。このとき圧力損は栽培期間にわたって一定を保つ。【０１２１】
例えば図８に示す補水槽６０において水位低下６８が現れれば、栽培槽１９内の平均水位も低下する。栽培槽１９内の平均水位が低下すれば株９５は培地材９０の深く根を伸ばすようになる。このとき根が濾過材２５にまで達してもよい。あるいは根が濾過材２５を突き抜けてもよい。株９５が培地材９０内に長く根を伸ばすことでより、株９５は養分を吸収しやすくなる。【０１２２】
図８に示す補水器５９における上記水の流れは極めて逆流しにくい。なぜなら所定の体積を有する空気７４が開口７６と吸引圧力室７１の水面とを隔てているからである。さらに開口７６が吸引圧力室７１の水面よりも小さいことがこれに関与している。すなわちパスカルの原理に基づけば、補水管７５の内の水を吸引圧力室７１側から押して逆流させるために必要な力は、吸引圧力室７１の水面を押し下げるのに必要な力よりもはるかに大きいことによる。【０１２３】
以上、図４−８を用いて、本実施例にかかる植物栽培方法を説明した。植物を栽培する上でかかる方法は以下の利点を有する。以下の利点は他の実施形態又は実施例に係る装置を用いた場合でもこれを享受することができる。【０１２４】
まず本実施例に係る方法では有機肥料を用いることができる。これは一般的な水耕栽培にはない利点である。有機肥料は有害な微生物も含めて大量の微生物を含有しており、水耕栽培で用いるのは困難である。一方本実施例に係る方法では、周期的に培地材に空気を導入するので培地材中の微生物のバランスを植物の育成に好適な状態で保つことができる。【０１２５】
また土壌中に植物の病原体や害虫がいたとしても、本実施例に係る方法で育てられた植物はその影響を受けることが少ない。栽培槽が地面から隔離されているからである。これは土耕栽培と比較した場合に利点となる。【０１２６】
本実施例にかかる方法は株１個で実施しても何ら高コストではない。なぜなら本実施例では、電子制御を用いなくても日中の灌水による植物の育成と、土壌環境の改善と、栽培期間に渡る水の連続的な補充とを実現できるからである。【０１２７】
一般的な水耕栽培においても株１個から栽培可能であるが産業利用の観点から現実的ではない。一般的な水耕栽培においては電子制御や有害菌の抑制にかかるコストが発生する。またかかるコストが全体的な栽培コストに占める割合を低下させることが事実上必須である。かかるコスト低減を実現するには栽培規模を大きくする以外に現実的な方法は見出されていない。【０１２８】
図９は装置の変形例にかかる補水槽６２ａ−ｃの側面図である。補水槽６２ａ−ｃの構造は以下に述べる以外、上述の補水槽６０と同等である。かかる変形において植物栽培装置は栽培槽及び補水器の組を二以上有する。各組には補水槽６２ａ−ｃが含まれる。【０１２９】
図９に示す補水槽６２ａ−ｃは階段状の基部６９に配置されている。補水槽６２ａ−ｃは上から順に並ぶ。補水槽６２ａ−ｃは、階段状に複数配置されている。一方の補水槽と他方の補水槽との間で水位差が生じるように補水槽が配置されていることが好ましい。【０１３０】
図９に示すようにかかる装置は上述した排水管６５に代えて、一又は二以上の給水路を備える。本変形において装置は給水路６４ａ−ｃを備える。給水路６４ｂ，ｃはそれぞれ補水槽６２ａ，ｂの有する側面に接続する。【０１３１】
図９に示す各給水路６４ａ−ｃは一の組に含まれる補水槽の側面から他の組に含まれる補水槽の有する上面開口上に至る。すなわち給水路６４ｂ，ｃはそれぞれ補水槽６２ａ，ｂの側面から補水槽６２ｂ，ｃ上面開口上に至る。補水槽６２ａ−ｃの側面には排出口６６ａ−ｃが備わる。給水路６４ｂ，ｃはそれぞれ排出口６６ａ，ｂに接続してもよい。【０１３２】
本変形例では上段側の補水槽に、給水手段として給水路６４ａ−ｃが設けられている。かかる給水路６４ａ−ｃは、下段側の補水槽に対して上段側の補水槽内の前記水を供給する。本変形例では最も上に配置されている補水槽に行うことで全ての補水槽に水を充填することができる。【０１３３】
図１０は装置の変形例にかかる栽培槽１８ａ，ｂの模式図である。栽培槽１８ａ，ｂの構造は以下に述べる以外、上述の栽培槽１９と同等である。栽培槽１８ａ，ｂはそれぞれ支持器２８ａ，ｂを有する。支持器２８ａは下方に向かって細くなる漏斗形状を有する、支持器２８ａは下方に向かって細くなる漏斗形状を有する。【０１３４】
図３に示す栽培槽１９においては培地材９０と濾過材２５の上面２２との間の空間が小さい。このため栽培槽１９に灌水すると栽培槽１９はすぐに水で満たされる。これに対して図１０に示す支持器２８ａ，ｂは漏斗形状により濾過材２５と培地材９０の底部との間に空間を形成することができる。【０１３５】
図１０に示す栽培槽１８ａ，ｂにおいては培地材９０と濾過材２５の上面２２との間の空間が図３に示す栽培槽１９に比べて大きい。このため栽培槽１８ａ，ｂに灌水しても栽培槽１８ａ，ｂはすぐには水で満たされない。すなわち支持器２８ａ，ｂの形状は水位の上昇に対して緩衝的に働く。【０１３６】
図１０に示す支持器２８ａと嵌め合わせることができるように、水に浸漬する前の培地材９０の下面を上方に向かって細くなる漏斗形状としてもよい。また支持器２８ｂと嵌め合わせることができるように、水に浸漬する前の培地材９０の下面を下方に向かって細くなる錐体形状としてもよい。【０１３７】
図１１は方法の変形例にかかる培地材の膨張過程の模式図である。吸水性圧縮材である培地材９６ａを水に浸漬して、所定の膨張過程に係る培地材９６ｂ−ｄを経て、培地材９６ｅを得る。【０１３８】
図１１に示す培地材９６ａは上部９７ａ及び下部９７ｂを有する。下部９７ｂは平らな底面を有する。上部９７ａは上方に向かって細くなる錐体形状を有する。したがって水に浮いた培地材９６ａは復原性を有する。すなわち培地材９６ａにおいて錐体形状を有する上部９７ａの先端が水面上に現れる。【０１３９】
図１１に示す培地材９６ａは種子収容部９８を有する。上部９７ａの先端は種子収容部９８となっている。種子収容部９８の材質は培地材９６ａの本体の材質よりも保水性が高い。このため、種子の発芽や幼苗への灌水に好適である。【０１４０】
図１１に示す種子収容部９８の材質の粒度は培地材９６ａの本体の材質の粒度よりも小さいことが好ましい。種子収容部９８は培地材９６ａの本体よりも粘土質を多く含むことが好ましい。かかる態様により種子収容部９８は好適な保水性を有する。【０１４１】
図１１に示す種子収容部９８に植物の種子９１が埋め込まれている。したがって種子９１は水没しにくい。また培地材９６ａ−ｅは転倒しにくい。また種子９１が培地材９６ｅよりも下になることは少ない。【０１４２】
図１１に示す培地材９６ａは錐体形状を有する。このため培地材９６ａが膨張し培地材９６ｅになっても、種子収容部９８は培地材中のいわゆる尾根又は盛り土部に位置する。このため植物の栽培中において種子収容部９８からの水の排出８８は効率的に行われる。
【実施例３】
【０１４３】
図１２は実施例３にかかる二槽式の装置１０２の透視図である。以下、装置１０２と図５に示す装置１０１との相違点を中心に説明する。二個の栽培槽１７ａ，ｂを備える。灌水路３８は栽培槽１７ａ，ｂの上面開口に達している。【０１４４】
図１２に示す装置１０２は一のポンプを有する。かかるポンプは一の空気槽５０を備える。装置１０２のポンプは、一個又は二個の水槽を有する。かかる水槽は一の空気槽５０と接続する。装置１０２は装置１０１よりもスペース効率に優れる。
【実施例４】
【０１４５】
図１３は実施例にかかる多槽式の装置１０３ａ−ｃの透視図である。以下、装置１０３ａ−ｃと図５に示す装置１０１と、図９に示す装置１０２との相違点を中心に説明する。装置１０３ａは三個以上の栽培槽を備える。【０１４６】
一例として図１３に示す装置１０３ａは栽培槽１７ａ−ｆを備える。装置１０３ａは一のポンプを有する。かかるポンプは一の空気槽５０を備える。装置１０３のポンプは、一個又は二個以上の水槽を有する。かかる水槽は一の空気槽５０と接続する。装置１０３ｂ，ｃは装置１０３ａと同等の構造を有する。【０１４７】
図１３に示す装置１０３ａ−ｃと同等の装置は用地の面積が許す限り数多く配置することができる。一方で植物を栽培するための水はかかる用地全面に毎日供給する必要はない。装置１０３ａ−ｃ及びその他の装置の有する補水槽を１回水で満たすだけで十分に植物を育成することができる。必要に応じて補水槽に水を補充してもよい。【０１４８】
図１３に示す装置１０３ａ−ｃを用いて植物を育てた場合、用地に直接植物を植えて育てる場合よりも水は少なくて済む。なぜなら装置１０３ａ−ｃ中の水は用地に地下水として浸みこむことがほとんどないからである。またこれは装置１０３ａ−ｃで循環させる水に農薬を添加した場合であっても、農薬による土壌汚染を起こしにくいことも表している。上述の他の装置を用いた場合において同様である。
【実施例５】
【０１４９】
図１４に示す装置１０５は、実施例５及び６にかかる植物栽培装置である。装置１０５は、実施例１及び２における補水器５９（図２及び４）に換えて補水器１１９を有する。補水器１１９は以下の点を除き補水器５９と同等の構成を有する。補水器１１９は、貯水部１３０をさらに有する。貯水部１３０は濾過材２５と接続する。貯水部１３０は濾過材２５を介して栽培槽１９へ水を補給する。【０１５０】
図１４に示す補水器１１９は吸引圧力部１２０及び給水管１２７を有する。吸引圧力部１２０は以下の点を除き実施例１及び２における吸引圧力部７０（図２及び４）と同等の構成を有する。吸引圧力部１２０は給水管１２７を介して貯水部１３０に連通する。吸引圧力部１２０は補水槽６０と一体に形成することができる。【０１５１】
図１４に示す吸引圧力部１２０は貯水部１３０よりも高い位置に位置する。したがって吸引圧力部１２０は重力により貯水部１３０に水を送ることができる。吸引圧力部１２０の底面１３１は貯水部１３０の上面１３２よりも高い位置にあることが好ましい。吸引圧力部１２０は補水槽６０の上部に配置することができる。吸引圧力部１２０は、貯水部１３０を経由して、濾過材２５に水を送る。【０１５２】
図１４中では貯水部１３０と栽培槽１９とは一体として形成されている。貯水部１３０と栽培槽１９とは胴体２３の壁で仕切られている。貯水部１３０と栽培槽１９とは別体として形成されていてもよい。この場合、貯水部１３０と濾過材２５とを他の給水管で接続してもよい。【０１５３】
図１４に示す吸引圧力部１２０内には吸引圧力室１２１がある。吸引圧力室１２１は、以下の点を除き実施例１及び２における吸引圧力室７１（図２、４及び８）と同等である。吸引圧力室１２１は給水管１２７を介して貯水部１３０の内腔と連通している。【０１５４】
図１４に示す給水管１２７の一端は吸引圧力室１２１に接続している。給水管１２７の他端は貯水部１３０の内腔に位置する。かかる他端は多孔材１２９で覆われている。給水管１２７には調節器１２８が取り付けられている。調節器１２８の構成は、実施例１及び２における調節器７８（図２及び４）の構成と同等のものとすることができる。
【実施例６】
【０１５５】
図１４にはさらに実施例６にかかる太陽熱ポンプ系の構成についても示されている。装置１０５では、逆止弁対４０と水槽３０とを接続するための管の構成が以下の点で実施例１及び２と異なる。装置１０５は、接続管１３４及び導水管１３５を備える。接続管１３４は吸引用逆止弁４１と吐出用逆止弁４３との間に設けられている。接続管１３４は吸引用逆止弁４１と吐出用逆止弁４３とを接続する。【０１５６】
図１４に示す接続管１３４の中間部には導水管１３５の一端が接続している。導水管１３５の他端は水槽３０に接続している。導水管１３５は実施例１及び２における導水管３５及び３７の働きを併せ持つ。すなわち灌水時は導水管１３５が水槽３０から接続管１３４に向かって水を送る。引水時は導水管１３５が接続管１３４から水槽３０に向かって水を送る。【０１５７】
図１４に示すように、集熱部として機能する空気槽５０により水面を押された水槽３０内の水の圧力の変化は、導水管１３５及び接続管１３４の中を伝わる。水槽３０内の水の圧力と等しい接続管１３４内の水の圧力が引水管３６内の水の圧力を上回ることによって、吸引用逆止弁４１が閉じる。このため引水管３６が閉鎖される。【０１５８】
図１４に示すように、水槽３０内の水の圧力と等しい接続管１３４内の水の圧力が灌水路３８内の水の圧力を上回ることによって、吐出用逆止弁４３が開く。このため灌水路３８が開放される。その結果、水槽３０内の水は、灌水路３８を通じて栽培槽１９に送られる。【０１５９】
図１４に示すように、集熱部として機能する空気槽５０により水面を引き上げられた水槽３０内の水の圧力の変化は、導水管１３５及び接続管１３４の中を伝わる。水槽３０内の水の圧力と等しい接続管１３４内の水の圧力が灌水路３８内の水の圧力を下回ることによって、吐出用逆止弁４３が閉じる。このため灌水路３８が閉鎖される。【０１６０】
図１４に示すように、水槽３０内の水の圧力と等しい接続管１３４内の水の圧力が引水管３６内の水の圧力を下回ることによって、吸引用逆止弁４１が開く。このため引水管３６が開放される。その結果、水槽３０内の水の引き上げに応じて引水管３６を通じて栽培槽１９から水槽３０に水が送られる。
【実施例７】
【０１６１】
図１５には実施例７に係る逆止弁が示されている。本実施例では、実施例１及び２で用いた吸引用逆止弁４１（図３）に換えて、図１５に示すダックビル型又はくちばし型の吸引用逆止弁１４１ａを用いる。吸引用逆止弁１４１ａの弁体はくちばし部を構成する２枚の弁膜１４４ａ，ｂを有する。くちばし部は弁膜１４４ａ，ｂを含んだ漏斗形状を成している。くちばし部の下側には基部１４７ａが備わる。基部１４７ａは溝１４８ａを有する。【０１６２】
図１５に示す弁膜１４４ａ，ｂは可撓性を有する。弁膜１４４ａ，ｂはゴムで形成されていることが好ましい。弁膜１４４ａ，ｂは弁体の内側に向かって湾曲していることが好ましい。かかる構成により、弁膜１４４ａ，ｂの先端は互いに密着しやすくなる。【０１６３】
図１５に示す吸引用逆止弁１４１ａの弁体は、スリット１４５ａ及び切欠き部１４６ａを有する。スリット１４５ａ及び切欠き部１４６ａはともに、弁膜１４４ａ，ｂによって構成されるくちばし部の先端にある上辺に位置する。切欠き部１４６ａは上辺の中央に位置する。上辺の両端は弧を描くように面取りがされている。スリット１４５ａは切欠き部１４６ａにのみ設けられている。切欠き部１４６ａは弧の形状を有することが好ましい。【０１６４】
図１６及び１７は実施例７にかかる逆止弁対１４０を示す。逆止弁対１４０は吸引用逆止弁１４１ａ及び吐出用逆止弁１４３ａを有する。吐出用逆止弁１４３ａは吸引用逆止弁１４１ａと同様の構成を有する。【０１６５】
図１６及び１７に示す筐体１４２は逆止弁対１４０をポンプ内の所定の位置に配置するために用いる。筐体１４２は開口１３９ａ−ｃを有する。開口１３９ａは筐体１４２の一端に、開口１３９ｂは他端にそれぞれ設けられている。開口１３９ｃは筐体１４２の胴部に設けられている。筐体１４２の胴部は実施例６における接続管１３４（図１４）として機能する。逆止弁対１４０及び筐体１４２はこれらを一体として交換することができる。【０１６６】
図１６及び１７に示す吸引用逆止弁１４１ａ及び吐出用逆止弁１４３ａは筐体１４２の内腔に取り付けられている。吸引用逆止弁１４１ａのくちばし部は筐体１４２の中央を向いている。吸引用逆止弁１４１ａのくちばし部は開口１３９ｂを向いている。【０１６７】
図１６及び１７に示す筐体１４２はその内腔に凸部１４９ａ，ｂを有する。溝１４８ａは凸部１４９ａに嵌め合わされる。吐出用逆止弁１４３ａの溝１４８ｂは凸部１４９ｂに嵌め合わされる。基部１４７ａと吐出用逆止弁１４３ａの基部１４７ｂとは、これらの凸部に密着することで水を漏らさないようにしている。【０１６８】
図１６及び１７中の吸引用逆止弁１４１ａ及び吐出用逆止弁１４３ａの形状は、水圧が均衡している時、または水圧が負荷されていないときのこれらの形状を表す（以下、静止状態という。）。かかる状態においてスリット１４５ａ及び吐出用逆止弁１４３ａのスリット１４５ｂは閉じていることが好ましい。【０１６９】
図１６及び１７に示すように吸引用逆止弁１４１ａの弁膜１４４ａ，ｂは先端に行くほど薄くなることが好ましい。かかる構成により、弁膜１４４ａ，ｂの先端は互いに密着しやすくなる。吐出用逆止弁１４３ａの弁膜において同様である。【０１７０】
図１６においては、集熱部により水面を押された水槽内の水の圧力が引水管及び灌水路内の水の圧力を上回っている。すなわち、筐体１４２の胴部の水圧が相対的に高まる。このとき吸引用逆止弁１４１ａのくちばし部の先端は、吸引用逆止弁１４１ｂとして示すように鋭角に変形する。したがって、スリット１４５ａは静止状態よりも強く密着するように閉じられる。このため、開口１３９ａに接続する引水管が閉鎖される。【０１７１】
また図１６に示す吐出用逆止弁１４３ａのくちばし部の先端は、吐出用逆止弁１４３ｂとして示すように丸く膨らむ。したがって、スリット１４５ｂは切り欠き部１４６ｂの形状に合わせて開く。切り欠き部１４６ｂが弧の形状をしていることで楕円形の断面を有する孔が形成される。このため、開口１３９ｂに接続する灌水路が開放される。その結果、水槽内の水は、開口１３９ｃ、開口１３９ｂ及び灌水路を経由して栽培槽に送られる。【０１７２】
図１７においては、集熱部により水面を押された水槽内の水の圧力が引水管及び灌水路内の水の圧力を下回っている。すなわち、筐体１４２の胴部の水圧が相対的に低くなる。このとき吐出用逆止弁１４３ａのくちばし部の先端は、吐出用逆止弁１４３ｃとして示すように鋭角に変形する。したがって、スリット１４５ｂは静止状態よりも強く密着するように閉じられる。このため、開口１３９ｂに接続する灌水路が閉鎖される。【０１７３】
また図１７に示す吸引用逆止弁１４１ａのくちばし部の先端は、吸引用逆止弁１４１ｃとして示すように丸く膨らむ。したがって、スリット１４５ａは切り欠き部１４６ａの弧の形状に合わせて開く。切り欠き部１４６ａが弧の形状をしていることで楕円形の断面を有する孔が形成される。このため、開口１３９ａに接続する引水管が開放される。その結果、水槽内の水の引き上げに応じ、引水管、開口１３９ａ及び開口１３９ｃを経由して栽培槽から水槽に水が送られる。【０１７４】
図１８は参考例にかかる逆止弁１９１を模式的に示す。逆止弁１９１はくちばし部を構成する弁膜１９４ａ，ｂを有する。弁膜１９４ａ，ｂの上辺は直線的である。弁膜１９４ａ，ｂの先端に突合せ面１９６a，ｂが形成されている。逆止弁１９１の有するスリット１９５は突合せ面１９６a，ｂで構成されている。【０１７５】
図１８中に示す突合せ面１９６ａ，ｂは密着している。これに合わせて、スリット１９５はくちばし部１９４の上辺に広く形成される。しかしながら、水は、突合せ面１９６ａ，ｂの間を漏れ出るように通過する。このため、水圧の圧力損が大きい。特に、くちばし形状の外側からの吸引圧によってスリット１９５が開放することは積極的に想定されていないことから、引水の際に開口しにくい。【０１７６】
上記参考例に比べて、本実施例の逆止弁は弧の形状を有する切欠き部を有する点で特徴がある。このため、スリットが開くときには、逆止弁の上辺に大きな孔が生じる。また、くちばし部を構成する弁膜が湾曲し、さらに先端ほど薄くなっている。このためスリット閉じるときには、切り欠き部周辺において弁膜が互いに密着し上記孔を閉鎖する。このため、開孔時と閉孔時との間で水流に対する抵抗の大きさが著しく変化する。【０１７７】
本実施例の逆止弁は、くちばし部の外側の圧力が下がって開く場合も、くちばし部の内側の圧力が上がって開く場合も、くちばし部の外側の圧力が上がって閉じる場合も、くちばし部の内側の圧力が下がって閉じる場合も、いずれも応答が速やかであり、また均等に動作する。したがって、吸引用逆止弁と吐出用逆止弁とで同一構造の逆止弁を好適に用いることができる。【０１７８】
本実施例のダックビル型の逆止弁は実施例１及び２に記載の重力式逆止弁に比べて開閉の精度に優れる。言い換えると、弁体等の加工精度に依存せずに高い開閉の精度を発揮することができる。さらに異物が逆止弁に挟まっても開閉の精度を保つことができる。このため、例えば水槽３０に硝化菌床を導入した場合にも適する。また重力を利用しないので灌水時と引水時との間で開閉のバラツキを生じない。また重力を利用しないので、開閉の精度が逆止弁の取り付けの精度に依存しない。また樹脂又はゴムの成形品として簡便に製造することができる。なお太陽熱ポンプ系が正常に動作する限り、逆止弁の種類又は構造は制限されない。すなわち重力式逆止弁もダックビル型逆止弁も好適に使用できる。
【実施例８】
【０１７９】
図１９は実施例８にかかる植物栽培装置である装置１０６を示す。装置１０６は二以上の栽培槽を備える。図中では装置１０６が３個の栽培槽１５５ａ−ｃを備える。栽培槽１５５ａ−ｃの個別の構成は実施例１及び２に記載の栽培槽１９（図２及び４）と同等である。【０１８０】
図１９に示す装置１０６は灌水路１５０ａを備える。灌水路１５０ａは実施例１及び２における灌水路３８（図２及び４）の特徴に加えて以下の特徴を有する。灌水路１５０ａは分配器１５２を有する管である。分配器１５２には主経路１５１と３本の分岐経路１５３ａ−ｃが接続している。灌水路１５０ａを流れる水は分配器で分岐する。【０１８１】
図１９に示す分岐経路１５３ａ−ｃは栽培槽１５５ａ−ｃの有するそれぞれの培地材に向かう。灌水路１５０は分岐することで栽培槽１５５ａ−ｃのそれぞれに水を分配する。灌水路１５０ａにより、１個の太陽熱ポンプ系で複数個の栽培槽に水を供給することができる。本実施例は比較的小さい栽培槽を複数個使用したい時に適する。
【実施例９】
【０１８２】
図２０に上記実施例８の灌水路１５０ａの切断端面を示す。上述の通り、灌水路１５０ａには水が流れない時間がある。したがって分配器１５２中に残された水は不規則な形状の水溜まり又は水滴となる。水の表面張力が強いことから、この水溜まりは次の灌水時の水の流れに偏りを生じる。このため、分岐経路１５３ａ−ｃごとに均一な量の水を分配することが難しい場合がある。【０１８３】
図２１は実施例９にかかる灌水路１５０ｂを示す。灌水路１５０ｂは灌水路１５０ａ（図２０）と以下の点が異なる。灌水路１５０ｂの分岐経路１５３ａ−ｃの栽培槽側の吐出口１５４ａ−ｃには、スポンジ１５７ａ−ｃが装着されている。具体的には吐出口１５４ａ−ｃの断面よりも大きい断面を有する貯水室１５６ａ−ｃが設けられている。そして貯水室１５６ａ−ｃのそれぞれにスポンジ１５７ａ−ｃが配置されている。【０１８４】
図２１に示すに貯水室１５６ｃの断面には、スポンジ１５７ｃが現れている。水を含んだスポンジ１５７ｃが栓となることで、分配器１５２を含む灌水路１５０内は常に水で満たされる。このため分配器１５２における水たまりの発生が防止される。このため灌水路１５０ｂは水を分岐経路１５３ａ−ｃに均等に分配することに適する。スポンジ１５７ａ−ｃは、太陽熱ポンプ系の生じる圧力に与える損失が小さい。このため、水の総流量に与える影響が小さい。
【実施例１０】
【０１８５】
図２２は実施例１０にかかる植物栽培装置である装置１０７を示す。装置１０７は給水器１６０を備える。給水器１６０は補水器の備える補水槽１６２ａにドレン１６４ａを介して連通している。補水槽１６２ａは実施例１、２及び５に示す補水槽６０（図２，４及び１４）と同等である。【０１８６】
図２２に示す給水器１６０はボールタップ１６１を有する。ボールタップ１６１は水道１５９と接続されている。給水器１６０は補水槽１６２ａ内の水位をボールタップ１６１によって一定に保つことができる。【０１８７】
図２２に示す装置１０７は他の補水器をさらに備える。他の補水器は補水槽１６２ｂを備える。補水槽１６２ｂは補水槽１６２ａにドレン１６４ｂを介して連通している。すなわち、補水槽１６２ｂは補水槽１６２ａを介して、間接的に給水器１６０に連通している。これにより、１個の給水器１６０で複数の補水槽１６２ａ，ｂに水を与えるとともに、それらの水位を一定に保つことができる。また、さらにドレン１６４ｃを初めとする他のドレンを用いて補水槽を連鎖的接続することができる。このため、補水槽を間接的に給水器に連通させる本実施例の手法は植物栽培装置の大規模化に適する。
【実施例１１】
【０１８８】
図２３は培地材１６６を示す。培地材１６６はゲル粒子１６７を有する。ゲル粒子１６７は肥料成分を含有する。ゲル粒子１６７は培地材１６６中に分散している。ゲル粒子は肥料成分を穏やかに長期間にわたって放出する。肥料成分としては窒素やカリなどが含まれる。ゲル粒子はゼラチンからなることが好ましい。【０１８９】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【０１９０】
１７ａ−ｆ  栽培槽、１８ａ，ｂ  栽培槽、１９  栽培槽、２０  底部、２１  上面開口、２２  上面、２３  胴体、２４  内腔、２５  濾過材、２６  水位差、２７  支持器、２８ａ，ｂ  支持器、２９  ポンプ、３０  水槽、３１  内腔、３２  太陽熱ポンプ系、３３  気密栓、３５  導水管、３６  引水管、３７  導水管、３８  灌水路、３９  ポンプ室、４０  逆止弁対、４１  吸引用逆止弁、４２  基部、４３  吐出用逆止弁、４４ａ，ｂ  弁体、４５ａ，ｂ  弁座、４６ａ，ｂ  カバー、４７ａ，ｂ  リング、４８ａ，ｂ  継手、５０  空気槽、５１  内腔、５２  集熱面、５３  送気管、５４  容器、５５  集熱体、５６  集熱部、５７  空気貯留部、５９  補水器、６０  補水槽、６１  内腔、６２ａ−ｃ  補水槽、６３  補充口、６４ａ−ｃ  給水路、６５  排水管、６６ａ−ｃ  排出口、６７  水位計、６８  水位低下、６９  基部、７０  吸引圧力槽、７１  吸引圧力室、７２  外殻、７３  気密栓、７４  空気、７５  補水管、７６  開口、７７  給水管、７８  調節器、８１  気圧上昇、８２  気圧低下、８３，８４  水流、８５，８６  圧力、８７  外気、８８  排出、８９  カプセル、９０  培地材、９１  種子、９２  苗、９３  日照、９４  放射熱、９５  株、９６ａ−ｅ  培地材、９７ａ  上部、９７ｂ  下部、９８  種子収容部、９９，１００−１０２，１０３ａ−ｃ  装置、１０５−１０７  装置、１１９  補水器、１２０  吸引圧力部、１２１  吸引圧力室、１２７  給水管、１２８  調節器、１２９  多孔材、１３０  貯水部、１３１  底面、１３２  上面、１３４  接続管、１３５  導水管、１３５  及び導水管、１３９ａ−ｃ  開口、１４０  逆止弁対、１４１ａ−ｃ  吸引用逆止弁、１４２  筐体、１４３ａ−ｃ  吐出用逆止弁、１４４ａ，ｂ  弁膜、１４５ａ，ｂ  スリット、１４６ａ，ｂ  切欠き部、１４７ａ，ｂ  基部、１４８ａ，ｂ  溝、１４９ａ，ｂ  凸部、１５０  灌水路、１５１  主経路、１５２  分配器、１５３ａ−ｃ  分岐経路、１５４ａ−ｃ  吐出口、１５５ａ−ｃ  栽培槽、１５６ａ−ｃ  貯水室、１５７ａ−ｃ  スポンジ、１５９  水道、１６０  給水器、１６１  ボールタップ、１６２ａ，ｂ  補水槽、１６４ａ−ｃ  ドレン、１６６  培地材、１６７  ゲル粒子、１９１  逆止弁、１９４  部、１９４ａ，ｂ  弁膜、１９５  スリット、１９６ａ，ｂ  突合せ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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