(57)【要約】【課題】  溶解ガスの利用率が向上し、エネルギー効率が上昇された水耕栽培システムを実現する。【解決手段】  培養液に所定の気体を供給する水耕栽培システムにおいて、  使用する培養液に所定の気体を溶解する溶解手段を内在した密閉式のタンクを具備したことを特徴とする水耕栽培システムである。【選択図】                    図１
2007075054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液に所定の気体を供給する水耕栽培システムにおいて、
使用する培養液に所定の気体を溶解する溶解手段を内在した密閉式のタンク
を具備したことを特徴とする水耕栽培システム。
【請求項２】
前記タンク内の未溶解ガスを前記溶解手段の前段に還流させる還流手段
を具備したことを特徴とする請求項１記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記還流手段は、前記タンクに一端が接続され他端が前記溶解手段の前段に接続された配管
を具備したことを特徴とする請求項２記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記タンク内ガスの所定の気体の濃度低下時に未溶解ガスをタンク外に放出する放出手段
を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記放出手段は、前記タンクに一端が接続され他端が大気開放された放出パイプと、
この放出パイプの途中に設けられた大気開放弁と
を具備したことを特徴とする請求項４記載の水耕栽培システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体溶解装置が利用された水耕栽培システムに関するものである。
更に、詳述すれば、溶解ガスの利用率が向上し、エネルギー効率が上昇された水耕栽培システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水耕栽培システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４２５８２号公報
【特許文献２】特開２００２−２９１３５８号公報
【０００４】
植物の根が養分と水分を吸収すると云う機能を果たす為には、酸素を吸収して呼吸する必要がある。
水耕栽培では栽培作物の根は基本的には水中にある爲、培養液中に溶けている酸素から吸収する。
【０００５】
培養液中の溶存酸素濃度の低下は、根腐れや育成速度の低下の要因となる。
培養液の水温が上昇すると作物の育成も活発になり、それと共に根の酸素吸収も活発化する。然し乍ら、水温が上昇すると飽和溶存酸素濃度は低下する爲、培養液には積極的に酸素を溶解する機構が必要となる。
【０００６】
この時使用されるのが、図７に示す如く、培養液中で散気板（管）から気泡を放出する方法や、図８に示す如く、培養液を循環させるポンプを利用して空気を巻き込む方法がある。
なお、図では、定植パネルや栽培作物・培養液の濃度調整機構等は、説明を簡単化する爲に図示していない。
【０００７】
図７は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、培養液中で散気板（管）から気泡を放出する実施例である。
図において、栽培槽１には培養液２が満たされ、散気板３が配置されている。
ポンプ４は空気５を散気板３に供給する。
ポンプ６は、栽培槽１から培養液２を吸入し、吸入した培養液２を栽培槽１に返して、培養液２を循環させる。
【０００８】
図８は従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図で、培養液を循環させるポンプを利用して空気を巻き込む実施例である。
図において、栽培槽１には培養液２が満たされている。
ポンプ１１は、栽培槽１から培養液２を吸入し、エジェクタ１２、ラインミキサ１３を介して、吸入した培養液２を栽培槽１に返して、培養液２を循環させる。
空気５は、エジェクタ１２に供給される。
【０００９】
なお、空気を巻き込む方法では、比較的小流量のポンプを使用する場合は、エジェクタ１２を使用せずポンプの吸い込み側に空気を自吸させ（キャビテーションを生じさせない範囲の流量で使用）、ポンプの羽根車（インペラ）により気泡を破砕させて微細気泡にして溶解させる。この場合はラインミキサ１３を使用しないことが多い。
【００１０】
所で、従来は、一般的に空気を使用して溶存酸素濃度を高めていたが、より多くの酸素を培養液中に溶解する爲、「酸素富化ガス」を使用することも提案されており（特開２００２−２９１３５８）、その中で、溶存酸素濃度の高い培養液の方が育成が良いと云うデータが示されている。
酸素富化ガスは、空気中の酸素濃度２０．９％よりも酸素濃度を高めたガスで、酸素富化膜（酸素約３０％）、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（酸素約９０〜９５％）、酸素ボンベ（ほゞ１００％）などを使用して得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図７、図８の装置においては、以下の間題点がある。
図７、図８従来例では、空気を使用することを前提としている爲、培養液に溶解しなかった気泡は、大気中に気散（散逸）していた。
微細気泡やマイクロバブルと呼ばれる気泡径の小さな泡に関しても、水中での浮遊時間は長いものの、最終的には大気中に気散している。
【００１２】
然し乍ら、酸素富化ガスを使用する場合は、未溶解の気泡を大気中に気散させてしまうことは、酸素富化ガスを作り出したエネルギーを無駄にすることになる。
従って、未溶解のガスを回収する必要がある。
栽培槽１を囲い、未溶解ガスを回収して、再度溶解すればよいが、経済的には得策ではない。
【００１３】
また、栽培槽１で曝気を行うのではなく、貯液タンクにて曝気を行うことも考案されているが（例えば、特開２００２−１４２５８２）、溶解ガスは空気である爲、未溶解ガスを再度溶解に利用すると云う考え方は示されていなかった。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、水耕栽培に於いて、培養液中の溶存酸素濃度を高める爲に酸素富化ガスを使用する場合に、未溶解のガスを大気中に気散させず、更に再度溶解に使用することにより、酸素富化ガスの使用効率を高めて経済性の向上を図る水耕栽培システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の水耕栽培システムにおいては、
培養液に所定の気体を供給する水耕栽培システムにおいて、使用する培養液に所定の気体を溶解する溶解手段を内在した密閉式のタンクを具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２の水耕栽培システムにおいては、請求項１記載の水耕栽培システムにおいて、
前記タンク内の未溶解ガスを前記溶解手段の前段に還流させる還流手段を具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３の水耕栽培システムにおいては、請求項２記載の水耕栽培システムにおいて、
前記還流手段は、前記タンクに一端が接続され他端が前記溶解手段の前段に接続された配管を具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４の水耕栽培システムにおいては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水耕栽培システムにおいて、
前記タンク内ガスの所定の気体の濃度低下時に未溶解ガスをタンク外に放出する放出手段を具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項５の水耕栽培システムにおいては、請求項４記載の水耕栽培システムにおいて、
前記放出手段は、前記タンクに一端が接続され他端が大気開放された放出パイプと、この放出パイプの途中に設けられた大気開放弁とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
タンク内に気体の溶解手段を配置し、更に気液分離を行う爲に、未溶解ガスが無駄に大気中に気散することが無くなった水耕栽培システムが得られる。
【００２１】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
タンク内の未溶解ガスを溶解手段の前段に還流させて再供給する爲にガスの利用率が向上し、エネルギー効率が上昇された水耕栽培システムが得られる。
【００２２】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
還流手段は、タンクに一端が接続され他端が溶解手段の前段に接続された配管が設けられた簡単な構造であるので、安価な水耕栽培システムが得られる。
【００２３】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
タンク内ガスの所定の気体の濃度低下時に未溶解ガスをタンク外に放出する放出手段が設けられたので、タンク内ガスの所定の気体の濃度低下を防ぐことにより、培養液中の所定気体の溶存濃度低下を防止することが出来る水耕栽培システムが得られる。
【００２４】
本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
放出手段は、タンクに一端が接続され他端が大気開放された放出パイプと、放出パイプの途中に設けられた大気開放弁とが設けられた簡単な構造であるので、安価な水耕栽培システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部構成説明図である。
図において、図７、図８と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図７、図８との相違部分のみ説明する。
【００２６】
図１において、ポンプ２１は、栽培槽１から培養液２を吸入し、タンク２２に培養液２を送る。
酸化富化ガス２３は、ポンプ２１とタンク２２との間に調節弁２４を介して導入される。
タンク２２は、溶解機構２２１を内蔵し、ポンプ２１からの培養液２が導入され、調節弁２５を介して栽培槽１に培養液２が送られる。
【００２７】
放出手段２２２は、タンク２２内ガスの酸素濃度低下時に未溶解ガスをタンク２２外に放出する。
この場合は、放出手段２２２は、タンク２２に一端が接続され、他端が大気開放された放出パイプ２２２１と、放出パイプ２２２１の途中に設けられた大気開放弁２２２２とを有する。
【００２８】
なお、ポンプ２１とタンク２２との間に、溶解機構が設けられても良い。
この溶解機構は、培養液２に酸化富化ガス２３を溶解する機構で、例えば、ラインミキサ等が使用される。
【００２９】
なお、タンク２２としては、例えば、図２に示す装置が使用される。
図２において、２２は気密に加工された溶解タンクであり、酸素を溶解すべき培養液２が、例えば８分目程度注入されている。
この溶解タンク２２の近傍には図では省略するが酸素などを供給するためのポンプや気体ボンベ、ガス発生装置などの気体供給手段が配置されている。
【００３０】
２２３はノズルであり、溶解タンク２２の天井付近に水面に対して直角方向に設けられ、上方から水面に出射するように配置されている。
２１は培養液２の供給手段として機能するポンプであり、例えば、逆止弁２２４を介して栽培槽１から培養液２を汲み上げて、ノズル２２３から溶解タンク２２内に培養液２を供給する。
【００３１】
２５は調節弁であり、通常は開とされて溶解タンク２２内で酸化富化ガス２３が溶解された培養液２を栽培槽１に放出するが、溶解タンク２２内の培養液２が所定レベル位置以下になった場合は、開閉度を調節して水位を調整したり、気体調節弁２２５を閉として気体の供給を停止させることによって水位調整を行なう。
【００３２】
なお、図では省略するが溶解タンク２２には溶解タンク２２内の培養液２の水位を測定するためのレベル計や溶解タンク２２内の圧力を測定するための圧力計が取付けられている。
ノズル２２３の出射方向の真下に、略水平に邪魔板２２６が配置されている。
即ち、この場合は、ノズル２２３と邪魔板２２６とにより溶解機構２２１が構成される。
【００３３】
２３は酸化富化ガスで、培養液２を供給するポンプ２１とタンク２２の途中の配管に、ガスの圧力によって供給される。
エジェクタ２２７は、ポンプ２1と溶解タンク２２との間に設けられている。
なお、エジェクタ２２７は、無くても良い。
【００３４】
タンク２２の上部に形成される気相の圧力が高いと水位が下降し、水は予め設定した水位以下になるが、その場合は所定の圧力レベルになるように気体調節弁２２５で気体の圧力を調節したり、調節弁２５を調節して水位を制御する。
【００３５】
また、液位を制御する方法として以下のものがある。
酸素富化ガスの供給を停止する。但し、吐出水の溶存酸素濃度は低下する。
未溶解ガスを大気放出する。この場合は、気相の酸素濃度低下の爲の大気開放と兼用することが出来る。
【００３６】
以上の構成において、タンク２２内で酸素富化ガス２３を溶解している。これにより未溶解ガスを気散させてしまうことを防止している。
タンク外に水に含まれる気泡を排出すると結局は気散してしまうことから、タンク２２内では気液の分離も行われており、タンク２２からの吐出酸素溶解水は、殆ど気泡を含まない様に制御する。気泡が微細すぎると気液の分離が上手く行かずにタンク２２外へ多量の気泡が流出してしまう。（これを防止するにはタンク２２内の滞留時間を長くすれば良いが現実的ではない。）
【００３７】
酸素の溶解が進むにつれ、タンク２２内の気相中の酸素濃度は低下する。また、培養液２中に溶解していた酸素以外のガス（窒素や炭酸ガス等）がタンク２２内の気相中に放出されることから、更に酸素濃度の低下を生ずる。
従って、タンク２２内の酸素濃度が或る値以下になると、吐出される酸素溶解水の溶存酸素濃度が低下し、効率も低下する爲、タンク２２内のガスを大気開放弁２２８により大気開放し、タンク２２内の酸素濃度を上げる必要がある。
【００３８】
この大気開放は、タンク２２内の気相中の酸素濃度を測定して行う、吐出酸素溶解水の溶存酸素濃度を測定して行う、タンク内の液位を測定して行う、定期的に行う、ことが考えられる。
また、酸素富化ガス２３は、ガスの圧力を利用して注入しているが、エジェクタを用いて導入しても良いし、ポンプ２１の吸引側に自吸させても良い。（比較的小さなポンプの場合で、キャビテーションを起こさない流量範囲で可能。）
【００３９】
酸素富化ガス２３を含んだ培養液２はノズル２２３から勢いよく水面に叩き付けられ、邪魔板２２６上部の水に多くの泡を発生させる。
【００４０】
また、ノズル２２３から噴出し勢い良く水面に叩き付けられた培養液２は邪魔板２２６にぶつかり、飛沫も多く発生させ、酸素富化ガス２３の溶解が促進される。
従って、効率良く溶解が行われる様に、邪魔板２２６の設置水深が確保される様に液位を制御している。
【００４１】
この結果、タンク２２内に気体の溶解手段２２１を配置し、更に気液分離を行う爲に、未溶解ガスが無駄に大気中に気散することが無くなった水耕栽培システムが得られる。
タンク２２内ガスの酸素濃度低下時に未溶解ガスをタンク２２外に放出する放出手段２２８が設けられたので、タンク２２内ガスの酸素濃度低下を防ぐことにより、培養液２中の溶存酸素濃度低下を防止することが出来る水耕栽培システムが得られる。
【００４２】
放出手段２２２は、タンク２２に一端が接続され他端が大気開放された放出パイプ２２２１と、放出パイプの途中に設けられた大気開放弁２２２２とを有する簡単な構造であるので、安価な水耕栽培システムが得られる。
【００４３】
図３は、本発明の他の実施例の要部構成説明図、図４は図３の要部構成説明図である。
本実施例においては、タンク２２内の未溶解ガスを、溶解機構３２の前段に還流させる還流手段３１が設けられている。
【００４４】
この場合は、還流手段３１は、タンク２２に一端が接続され他端がタンク２２の前段に接続された配管３１１と、この配管３１１の途中に設けられた調節弁３１２とを有する。
図４において、この場合は、邪魔板は凹型邪魔板３２１が使用され、ノズル２２３と溶解機構３２を構成している。
【００４５】
以上の構成において、図３では未溶解のガスを還流して再利用を図ることにより、酸素富化ガス２３の利用効率を向上させている。
この場合は、タンク２２内の圧力とポンプ２１の吐出圧との関係から、酸素富化ガス２３はエジェクタ２２７を用いて導入するか、ポンプ２１の吸引側に自吸させることになる。
【００４６】
図４において、未溶解ガスを還流させただけでなく、邪魔板３２の形に工夫を加え邪魔板３２上の液位が変動しないようにし、更に、凹型邪魔板３２から越流した培養液２が液面に滝の様に降り注げば、その部分でも溶解が進むことを期待したものである。
なお、還流ガスを再度利用する爲に酸素富化ガス２３はエジェクタ２２７を使用して供給している。
【００４７】
この結果、タンク２２内の未溶解ガスをタンク２２の前段に還流させて再供給する爲に、酸素ガスの利用率が向上し、エネルギー効率が上昇された水耕栽培システムが得られる。
還流手段３１は、タンク２２に一端が接続され、他端が溶解機構３２の前段に接続された配管３１１が設けられた簡単な構造であるので、安価な水耕栽培システムが得られる。
【００４８】
図５は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、酸素富化ガス２３を調節弁２４を介してタンク２２に直接に供給するようにした例である。
【００４９】
図６は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、酸素富化ガス２３を調節弁２４を介してタンク２２に直接に供給すると共に、タンク２２に一端が接続され他端が溶解機構３２の前段に接続された配管３１１と、この配管３１１の途中に設けられた調節弁３１２とを有する還流手段３１が設けられた例である。
【００５０】
なお、前述の実施例においては、酸素（富化）ガスについて、説明したが、これに限ることはなく、例えば、殺菌作用のあるオゾンガスやｐＨ調整用の炭酸ガスであっても良く、要するに、上記の如き所定の気体であれば良い。
【００５１】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の要部構成説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図４】図３の要部構成説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】従来から一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図８】従来から一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１        栽培槽
２        培養液
３        散気板
４        ポンプ
５        空気
６        ポンプ
１１      ポンプ
１２      エジェクタ
１３      ラインミキサ
２１      ポンプ
２２      タンク
２２１    溶解機構
２２２    放出手段
２２２１  放出パイプ
２２２２  大気開放弁
２２３    ノズル
２２４    逆止弁
２２５    気体調節弁
２２６    邪魔板
２２７    エジェクタ
２３      酸素富化ガス
２４      調節弁
２５      調節弁
３１      還流手段
３１１    配管
３１２    調節弁
３２      溶解機構
３２１    凹型邪魔板
【図１】
2007075054.tif 000003
【図２】
2007075054.tif 000004
【図３】
2007075054.tif 000005
【図４】
2007075054.tif 000006
【図５】
2007075054.tif 000007
【図６】
2007075054.tif 000008
【図７】
2007075054.tif 000009
【図８】
2007075054.tif 000010