(57)【要約】【課題】取り扱いが容易で、定期的なメンテナンスなどが不要であり、耐久性に優れ、植物の生育状態を活性化することのできる水耕栽培装置を提供する。【解決手段】水耕栽培装置１は、培養液２を収容可能な長方形箱体状の栽培槽３と、栽培槽３内に収容された培養液２を栽培槽３内で循環方向４に循環させるため栽培槽３内に区画壁５を設けて形成された培養液循環経路６と、培養液２に浸漬した状態で培養液循環経路６の一部に配置され培養液２の循環方向４へ微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａを放出する機能を有する微細気泡発生器７と、栽培槽３内の培養液２をホース１１を通じて吸い込んで微細気泡発生器７へ送給する電動式の送液ポンプ８と、大気中の空気を微細気泡発生器７の空気導入口２２へ供給する空気導入路１５とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液を収容可能な箱体状の栽培槽と、前記栽培槽内に収容された培養液を前記栽培槽内で一定方向に循環させるため前記栽培槽内に形成された培養液循環経路と、前記培養液に浸漬した状態で前記培養液循環経路の一部に配置され前記培養液の循環方向へ微細気泡を含む培養液を放出する機能を有する微細気泡発生器と、前記栽培槽内の培養液を吸い込んで前記微細気泡発生器へ送給する送液ポンプと、大気中の空気を前記微細気泡発生器の空気導入口へ供給する空気導入路とを備えた水耕栽培装置であって、
前記微細気泡発生器が、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室の周面の接線方向から前記筒状旋回室の周面に開設された液体導入口と、前記筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、前記筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有するものであることを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】
前記微細気泡発生器の液体導入口の開口面積を前記流体放出口の開口面積より大とした請求項１記載の水耕栽培装置。
【請求項３】
前記微細気泡発生器の周囲に、前記培養液を循環方向へ誘導するための誘導部材を設けた請求項１または２記載の水耕栽培装置。
【請求項４】
前記空気導入口を、前記筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、前記筒状旋回室の周面と前記空気導入口との間に凹曲面を設けた請求項１〜３のいずれかに記載の水耕栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、栽培槽内に収容した培養液を介して養分を供給しながら農作物などの各種植物を栽培する水耕栽培装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水耕栽培装置において使用されている培養液中の溶存酸素濃度が低下すると、植物の生育状態が悪化することが知られている。そこで、培養液に微細気泡を供給して溶存酸素濃度を高めることによって植物の生育状態を活性化することのできる水耕栽培装置が開発されている。
【０００３】
このような水耕栽培装置としては、加圧液体と気体との導入部と円筒状の気泡発生空間を有し、導入部内に、気泡発生空間に開口する加圧液体導入孔と気体導入孔を形成し、加圧液体導入孔を導入部の端面に開口し、気体導入孔を導入部の側面に開口したマイクロバブル発生ノズルを用いて培養液中へ微細気泡を供給するもの（例えば、特許文献１参照。）、あるいは、略漏斗状を成す円錐容体の絞り側に吐出口を設け、対向側には中央に空気吸入口を有する漏斗壁を形成したマイクロバブル発生器の周部に複数の流入管を形成した気液混合装置を用いて培養液中へ微細気泡を供給するもの（例えば、特許文献２参照。）などがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４２５８２号公報（第４−５頁、第１図、第４図）
【特許文献２】
特開２０００−２３６７６２号公報（第３−４頁、第１図、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された水耕栽培酸素供給システムを構成するマイクロバブル発生ノズルは、水と空気とを導入してマイクロバブルを発生させる機構として、内径が小さく、変曲部や凹凸部を有する複雑な流路が内蔵されているため、実際に稼働させた場合、培養液中の異物や空気中の塵埃などが経路に詰まるなどのトラブルが発生する可能性が高い。このようなトラブルを回避するには、フィルタを設置して定期的なメンテナンスを行うことが必要であるため、面倒である。
【０００６】
特許文献２に記載されたマイクロバブル水耕栽培システムを構成する漏斗形状の気液混合装置の場合、比較的簡単な構造であり、細かな流路も少ないので、培養液中の異物などが詰まる可能性は低い。しかしながら、水平面などに載置しただけでは安定保持し難い形状であるため、実際に使用する場合は、様々な保持部材を必要とし、構造の複雑化を招きやすい。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、取り扱いが容易で、定期的なメンテナンスなどが不要であり、耐久性に優れ、植物の生育状態を活性化することのできる水耕栽培装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の水耕栽培装置は、培養液を収容可能な箱体状の栽培槽と、栽培槽内に収容された培養液を栽培槽内で一定方向に循環させるため栽培槽内に形成された培養液循環経路と、培養液に浸漬した状態で培養液循環経路の一部に配置され培養液の循環方向へ微細気泡を含む培養液を放出する機能を有する微細気泡発生器と、栽培槽内の培養液を吸い込んで微細気泡発生器へ送給する送液ポンプと、大気中の空気を微細気泡発生器の空気導入口へ供給する空気導入路とを備えた水耕栽培装置であって、微細気泡発生器が、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室の周面に開設された液体導入口と、筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有するものであることを特徴とする。
【０００９】
このような構成において、液送ポンプを作動させると、栽培槽内から吸い込まれた培養液が液体導入口を経由して接線方向から筒状空間内へ流入し筒状旋回室内に旋回流が発生し、この旋回流のほぼ中心軸に沿って略円筒状の負圧空洞部が出現する。この負圧空洞部の一方の端部は筒状旋回室の一方の隔壁にある空気導入口付近に位置するとともに、負圧空洞部の他方の端部は筒状旋回室の他方の隔壁にある流体放出口付近に位置する。そして、この負圧空洞部の負圧によって空気導入口付近に負圧が生じ、この負圧に起因する吸引力により空気導入路を経由して吸引された大気中の空気が空気導入口から筒状旋回室内の負圧空洞部内へ流入し、筒状旋回室内に導入された培養液とともに旋回流を形成する。
【００１０】
負圧空洞部内へ流入した空気は、筒状旋回室内に発生している旋回流に連行され流体放出口から放出される。このとき、負圧空洞部の流体放出口側の端部において旋回流によってねじ切られて微細気泡となり、旋回流を形成する培養液とともに流体放出口から微細気泡混じりの培養液となって栽培槽中へ放出される。
【００１１】
このように微細気泡発生器から微細気泡混じり培養液を放出することにより栽培槽内の培養液中に酸素や窒素などの気体を溶解させることができる。これらの微細気泡混じりの培養液は培養液の循環方向へ放出されるため、酸素などの溶存濃度の高い培養液が栽培槽全体をムラなく循環することとなり、これによって植物の生育状態を活性化することができる。
【００１２】
また、微細気泡発生器の筒状旋回室内に出現する負圧空洞部の一方の端部から空気を導入しながら他方の端部の延長方向に向かって微細気泡含有水を放出するので、この負圧空洞部は筒状旋回室の中心軸付近に安定的に存在し続ける。さらに、負圧空洞部の両端もそれぞれ空気導入口付近および流体放出口付近に安定的に位置して壁面などに接触することがないので、微細気泡発生器内にキャビテーション・エロージョンが発生せず、耐久性に優れている。微細気泡発生器は、筒状旋回室に液体導入口、空気導入口および流体放出口を開設した簡素な構造であるため取り扱いは容易であり、培養液中や空気中の異物が詰まりやすい細かな流路もないので、定期的なメンテナンスも不要である。
【００１３】
ここで、前記微細気泡発生器の液体導入口の開口面積を流体放出口の開口面積より大とすることが望ましい。このような構成とすれば、筒状旋回室内へ送給される培養液の入り口より微細気泡混じりの培養液の出口の方が小さくなるため、液送ポンプによって送給される培養液の圧力によって筒状旋回室内の液圧が高まる。これによって、流体放出口から放出される微細気泡混じりの培養液の流勢が増大するため、栽培槽内に強い循環流を形成することができ、培養液の循環性が向上する。
【００１４】
ここで、前記微細気泡発生器の周囲に、前記培養液を循環方向へ誘導するための誘導部材を設けることが望ましい。このような誘導部材を設ければ、流体放出口から放出される微細気泡混じりの培養液の流れが循環方向へ一本化され、この流れに連行される随伴流が微細気泡発生器の下流域に発生するため、栽培槽内における培養液の循環性を向上させることができる。また、前記随伴流が発生することにより、流体放出口から放出される微細気泡混じりの培養液の流速が比較的弱い場合であっても、栽培槽内の循環流を安定的に維持することができる。このため、液送能力が比較的小さい液送ポンプであっても培養液の循環不良が発生せず、消費エネルギの抑制を図ることができる。
【００１５】
また、微細気泡発生器の空気導入口を、筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室の周面と前記空気導入口との間に凹曲面を設けることが望ましい。このような構成とすれば、筒状旋回室内に形成される負圧空洞部の一方の端部は流体放出口に位置し、他方の端部は筒状旋回室内側に突出した空気導入口に安定的に位置するようになる。このため、負圧空洞部の空気導入口側の端部が不安定に移動して筒状旋回室の隔壁にキャビテーション・エロージョンが生じることがなくなり、耐久性の向上に有効である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態である水耕栽培装置を示す平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１７】
図１，図２に示すように、本実施形態の水耕栽培装置１は、培養液２を収容可能な長方形箱体状の栽培槽３と、栽培槽３内に収容された培養液２を栽培槽３内で循環方向４に循環させるため栽培槽３内に区画壁５を設けて形成された培養液循環経路６と、培養液２に浸漬した状態で培養液循環経路６の一部に配置され培養液２の循環方向４へ微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａを放出する機能を有する微細気泡発生器７と、栽培槽３内の培養液２をホース１１を通じて吸い込んで微細気泡発生器７へ送給する電動式の送液ポンプ８と、大気中の空気を微細気泡発生器７の空気導入口２２へ供給する空気導入路１５とを備えている。ホース１１の先端および空気導入路１５の先端にはそれぞれ異物の侵入を防止するためのフィルタ１１ａ，１５ａが取り付けられている。
【００１８】
また、微細気泡発生器７の両側には、培養液２を循環方向４へ誘導するための垂直壁体状の誘導部材１３が設けられ、培養液循環経路６の上面には栽培用パネル９が着脱可能に配置され、この栽培用パネル９に植物１０が定植されている。植物１０は、栽培用パネル９の内部やその下側へ根を伸ばして培養液２中の水分や栄養分などを吸収することよって生育する。なお、栽培用パネル９の構造や配置形態などは、図示の内容に限定しないので、植物１０の種類やその他の栽培条件などに応じて適宜設定することができる。
【００１９】
ここで、図３〜６を参照して、水耕栽培装置１を構成する微細気泡発生器７について説明する。微細気泡発生器７は、中心軸１９ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室１９と、筒状旋回室１９の周面１９ａ接線方向から筒状旋回室１９内に培養液２を導入するため筒状旋回室１９の周面に開設された液体導入口２０と、筒状旋回室１９内へ空気を供給するため筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ方向の一方の隔壁２１の中心に開設された空気導入口２２と、筒状旋回室１９から流体を放出するため筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ方向の他方の隔壁２３の中心に開設された流体放出口２４とを有している。液体導入口２０と送液ポンプ８との間には培養液送給管１４が配管されている。
【００２０】
図１，図２に示す状態において送液ポンプ８を稼働させると、栽培槽３内からホース１１を通じて吸い込まれた培養液２が培養液送給管１４を経由して液体導入口２０から筒状旋回室１９内へ流入し、図４に示すように筒状旋回室１９内に旋回流Ｒが発生する。そして、図６に示すように、この旋回流Ｒのほぼ中心軸に沿って円筒状の負圧空洞部Ｖが出現し、この負圧空洞部Ｖの一方は筒状旋回室１９の隔壁２１にある空気導入口２２付近に位置するとともに負圧空洞部Ｖの他方は筒状旋回室１９の隔壁２３にある流体放出口２４付近に位置し、流体放出口２４付近に位置する負圧空洞部Ｖの端部は括れた状態となる。
【００２１】
筒状旋回室１９に出現する負圧空洞部Ｖの負圧によって空気導入口２２付近にも負圧が生じるため、この負圧に起因する吸引力により空気導入路１５を経由して大気中から吸引された空気が空気導入口２２から筒状旋回室１９内の負圧空洞部Ｖ内へ連続的に流入し、筒状旋回室１９内に導入された培養液２とともに旋回流Ｒを形成する。
【００２２】
負圧空洞部Ｖ内へ流入した空気は、筒状旋回室１９内に発生している旋回流Ｒに連行され流体放出口２４から放出される。このとき、負圧空洞部Ｖの流体放出口２４側の端部において旋回流Ｒによってねじ切られて微細気泡ＭＢとなり、旋回流Ｒを形成する水とともに流体放出口２４から微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａとなって流体放出口２４から栽培槽３の培養液循環経路６内へ放出される。
【００２３】
このように微細気泡発生器７から微細気泡ＭＢ混じり培養液２ａを放出することにより栽培槽３内に収容されている培養液２中に酸素や窒素などを供給、溶解させることができる。これらの微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａは培養液２の循環方向４へ放出されるため、酸素などの溶存濃度の高い培養液２ａが栽培槽３全体をムラなく循環することとなり、これによって植物１０の生育状態を活性化することができる。
【００２４】
一方、微細気泡発生器７の内部においては、その筒状旋回室１９内に出現する負圧空洞部Ｖの一方の端部から空気を導入しながら他方の端部の延長方向に向かって微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａを放出する。このため、この負圧空洞部Ｖは筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ付近に安定的に存在し続け、その両端もそれぞれ空気導入口２２付近および流体放出口２４付近に安定的に位置する。したがって、負圧空洞部Ｖが筒状旋回室１９の内壁面などに接触することがないので、微細気泡発生器７内にキャビテーション・エロージョンが発生せず、優れた耐久性を発揮する。
【００２５】
また、微細気泡発生器７は、筒状旋回室１９に液体導入口２０、空気導入口２２および流体放出口２４を開設した簡素な構造であるため、取り扱いは容易であり、培養液２や空気に伴って流入した異物が詰まりやすい細かな流路もないので、定期的なメンテナンスも不要である。
【００２６】
また、図５に示すように、筒状旋回室１９の隔壁２１に開設された空気導入口２２を、筒状旋回室１９の中心軸１９ｃに沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室１９の周面１９ａと空気導入口２２との間に滑らかに連続した凹曲面２６を設けている。このため、図６に示すように、筒状旋回室１９内に形成される負圧空洞部Ｖの上方の端部から空気が導入され、下方の端部の延長方向に向かって微細気泡ＭＢを含有する培養液２ａを放出する。したがって、負圧空洞部Ｖは筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ付近に安定的に存在し続け、その両端部も流体放出口２４付近および空気導入口２２付近に安定的に位置する。
【００２７】
このように、空気導入口２２を筒状旋回室１９の内側へ突出させて配置するとともに凹曲面２６を設けたことによっても負圧空洞部Ｖの空気導入口２２側の端部が不安定に移動するのを防止するという作用が得られる。このため、筒状旋回室１９の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じることもなくなり、優れた耐久性を発揮する。
【００２８】
また、図３〜図６を見ると分かるように、微細気泡発生器７においては、液体導入口２０の開口面積を流体放出口２４の開口面積より大としているため、筒状旋回室１９内へ送給される培養液２の入り口よりも微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａの出口の方が小さくなる。したがって、液送ポンプ８によって送給される培養液２の圧力によって筒状旋回室１９内の液圧が高まり、流体放出口２４から放出される微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａの流勢が増大するため、栽培槽３内に強い循環流を形成することができ、培養液２の循環性が向上する。
【００２９】
さらに、本実施形態では微細気泡発生器７の両側に、培養液２を循環方向４へ誘導するための誘導部材１３を設けているため、流体放出口２４から放出される微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａの流れが循環方向４へ一本化される。そして、この流れに連行される随伴流が微細気泡発生器７の下流域に発生するため、栽培槽３内における培養液２の循環性が向上する。また、前記随伴流が発生することにより、流体放出口２４から放出される微細気泡ＭＢ混じりの培養液２ａの流速が比較的弱くても栽培槽３内の循環流を維持することができる。このため、送液ポンプ８の送液能力が比較的小さくも培養液２の循環不良が発生せず、消費エネルギの抑制を図ることができる。
【００３０】
なお、本発明の水耕栽培装置は図１〜図６に示す実施の形態に限定するものではないので、栽培槽に収容された培養液を循環させながら植物栽培を行う方式の水耕栽培装置として広く活用することが可能であり、栽培槽の形状・サイズ、培養液循環経路の配置形態、栽培用パネルの設置形態などは栽培条件などに応じて任意に設定することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００３２】
（１）箱体状の栽培槽と、栽培槽内に形成された培養液循環経路と、培養液に浸漬状態で培養液循環経路に配置された微細気泡発生器と、栽培槽内の培養液を微細気泡発生器へ送給する送液ポンプと、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を供給する空気導入路とを備えた水耕栽培装置において、微細気泡発生器が、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室の周面に開設された液体導入口と、筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有するものであることにより、この微細気泡発生器から微細気泡混じり培養液を放出することで、酸素などの溶存濃度の高い培養液が栽培槽全体をムラなく循環することとなるため、植物の生育状態を活性化することができ、キャビテーション・エロージョンが発生しないので耐久性に優れ、簡素な構造であって異物が詰まりやすい細かな流路もないので、取り扱いは容易で、定期的なメンテナンスも不要である。
【００３３】
（２）前記微細気泡発生器の液体導入口の開口面積を流体放出口の開口面積より大とすることにより、流体放出口から放出される微細気泡混じりの培養液の流勢を増大させることができるため、栽培槽内に強い循環流を形成され、培養液の循環性が向上する。
【００３４】
（３）前記微細気泡発生器の周囲に、前記培養液を循環方向へ誘導するための誘導部材を設けることにより、流体放出口から放出される微細気泡混じりの培養液の流れが循環方向へ一本化され、この流れに連行される随伴流が下流域に発生するため、栽培槽内の培養液の循環性が向上し、液送能力が比較的小さい液送ポンプで稼働可能となるため、消費エネルギの抑制を図ることができる。
【００３５】
（４）微細気泡発生器の空気導入口を、筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室の周面と前記空気導入口との間に凹曲面を設けることにより、筒状旋回室内に形成される負圧空洞部の両端部を安定させることができるため、筒状旋回室の隔壁にキャビテーション・エロージョンが生じるのを防止することができ、耐久性の向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である水耕栽培装置を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す水耕栽培装置を構成する微細気泡発生器の斜視図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図３に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む平面における断面図である。
【図６】図３に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１  水耕栽培装置
２，２ａ  培養液
３  栽培槽
４  循環方向
５  区画壁
６  培養液循環経路
７  微細気泡発生器
８  送液ポンプ
９  栽培用パネル
１０  植物
１１  ホース
１１ａ，１５ａ  フィルタ
１３  誘導部材
１４  培養液送給管
１９  筒状旋回室
１９ａ  周面
１９ｃ  中心軸
２０  液体導入口
２１，２３  隔壁
２２  空気導入口
２４  流体放出口
２６  凹面部
ＭＢ  微細気泡
Ｖ  負圧空洞部
【図１】
2004321009.tif 000003
【図２】
2004321009.tif 000004
【図３】
2004321009.tif 000005
【図４】
2004321009.tif 000006
【図５】
2004321009.tif 000007
【図６】
2004321009.tif 000008