(57)【要約】【課題】外部の動力を必要とすることなく十分な量の酸素を溶存させることが可能な水耕栽培装置の提供。【解決手段】水耕栽培装置１は、貯水タンク２と、混合部３と、水耕栽培槽５と、循環ポンプ７と、を備える。混合部３は、円筒部材３１と、円筒部材の内径よりも小さい径の底面と側面とを有する少なくとも１つの略円錐状突起部材３３と、円筒部材の外部から気体を導入する気体導入部３７と、を有する。円筒部材３１の内部には、底面３３１が円筒部材３１の軸方向Ｄ１下流側に位置するように略円錐状突起部材３３の側面３３３の一部が着設されており、略円錐状突起部材３３の底面近傍において円筒部材３１に気体導入部３７が設けられており、円筒部材３１と略円錐状突起部材３３との隙間を通過した流体に気体導入部３７を介して吸引される空気が混合されるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水耕栽培装置であって、
貯水タンクと、
前記貯水タンクから供給される水に、酸素及び肥料の少なくとも一方を混合させる混合部と、
前記混合部によって混合された混合液を用いて植物を栽培する水耕栽培槽と、
前記水耕栽培装置内の液体を循環させる少なくとも１つの循環ポンプと、
を備え、
前記混合部は、
円筒部材と、
前記円筒部材の内径よりも小さい径の底面と側面とを有する少なくとも１つの略円錐状突起部材と、
前記円筒部材の外部から気体を導入する気体導入部と、
を有し、
前記略円錐状突起部材は、前記底面が前記円筒部材の軸方向下流側に位置するように前記円筒部材内部に配置され、
前記略円錐状突起部材の前記側面の一部は、前記円筒部材の内壁の一部と接着しており、
前記円筒部材と前記略円錐状突起部材との間であって互いに接着されていない部分には、隙間が形成されており、
前記気体導入部は、前記略円錐状突起部材の底面近傍において前記円筒部材に設けられていることを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】
前記混合部は、前記隙間を通過した液体を受ける流体受け部材をさらに備え、
前記流体受け部材は、前記略円錐状突起部材の下流側に隣接して配置され、
前記流体受け部材の前記円筒部材における径方向長さは、前記略円錐状突起部材の径方向長さを超えない程度に下流側に行くほど長くなることを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
【請求項３】
前記混合部は、前記円筒部材を流れる流体の向きを変更する舵部材をさらに備え、
前記舵部材は、前記略円錐状突起部材の前記側面のうち、前記円筒部材の前記内壁の一部に接着されていない部分であって前記底面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水耕栽培装置。
【請求項４】
前記混合部の前記円筒部材において、１組の前記略円錐状突起部材及び前記気体導入部が前記円筒部材の軸方向において所定の間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項１から３のうち何れかに記載の水耕栽培装置。
【請求項５】
前記気体導入部近傍に肥料を注入する肥料導入部をさらに設けることを特徴とする請求項１から４のうち何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、水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、育成対象物間に生じる発育速度及び発育の良さの差異を低減する水耕栽培装置が提案されている（例えば、特許文献１）。斯かる装置では、保持用部材１により保持されている育成対象物５が、水が供給される位置と供給されない位置との間を移動するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０６５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、育成対象物（植物）に供給される水の酸素含有量に改善の余地がある。
【０００５】
そこで本発明は、外部の動力を必要とすることなく、十分な量の酸素を溶存させることが可能な水耕栽培装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、水耕栽培装置であって、貯水タンクと、前記貯水タンクから供給される水に、酸素及び肥料の少なくとも一方を混合させる混合部と、前記混合部によって混合された混合液を用いて植物を栽培する水耕栽培槽と、前記水耕栽培装置内の液体を循環させる少なくとも１つの循環ポンプと、を備え、前記混合部は、円筒部材と、前記円筒部材の内径よりも小さい径の底面と側面とを有する少なくとも１つの略円錐状突起部材と、前記円筒部材の外部から気体を導入する気体導入部と、を有し、前記略円錐状突起部材は、前記底面が前記円筒部材の軸方向下流側に位置するように前記円筒部材内部に配置され、前記略円錐状突起部材の前記側面の一部は、前記円筒部材の内壁の一部と接着しており、前記円筒部材と前記略円錐状突起部材との間であって互いに接着されていない部分には、隙間が形成されており、前記気体導入部は、前記略円錐状突起部材の底面近傍において前記円筒部材に設けられていることを特徴とする水耕栽培装置を提供している。
【０００７】
また、前記混合部は、前記隙間を通過した液体を受ける流体受け部材をさらに備え、前記流体受け部材は、前記略円錐状突起部材の下流側に隣接して配置され、前記流体受け部材の前記円筒部材における径方向長さは、前記略円錐状突起部材の径方向長さを超えない程度に下流側に行くほど長くなることが好ましい。
【０００８】
また、前記混合部は、前記円筒部材を流れる流体の向きを変更する舵部材をさらに備え、前記舵部材は、前記略円錐状突起部材の前記側面のうち、前記円筒部材の前記内壁の一部に接着されていない部分であって前記底面の近傍に設けられていることが好ましい。
【０００９】
また、前記混合部の前記円筒部材において、１組の前記略円錐状突起部材及び前記気体導入部が前記円筒部材の軸方向において所定の間隔で複数配置されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記気体導入部近傍に肥料を注入する肥料導入部をさらに設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、混合部内の隙間を通過する流水によって生じる負圧を利用して外部の空気を導入し、流水が起こす乱流によって空気を流水中に均一に混合させることができるため、水耕栽培槽に供給する液体に、外部の動力を必要とすることなく十分な量の酸素を溶存させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による水耕栽培装置を示す概念図。
【図２】混合部の一例を示す軸方向断面図。
【図３】図２のＩＩＩ矢視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜１．構成＞
本発明の実施形態による水耕栽培装置について図１乃至図３に基づき説明する。
【００１４】
図１に示すように、水耕栽培装置１は、貯水タンク２と、混合部３と、水耕栽培漕５と、循環ポンプ７と、を備えている。
【００１５】
貯水タンク２は、一定量の水を一旦貯留することができる容器である。貯水タンク２から随時水が供給されることにより、水耕栽培装置１全体に水がまんべんなく行き渡るようになっている。
【００１６】
混合部３は、貯水タンク２から供給される水に、酸素及び肥料の少なくとも一方を混合させる装置である（後に詳述する。）。投入する酸素及び肥料の量は、植物の種類や育成状況に応じて適宜調整される。
【００１７】
水耕栽培漕５は、栽培対象の植物を水耕栽培するための幅広の水槽のことであり、上部が開口している。水耕栽培漕５は、一定の深さの液体で満たされている。この液体は、混合部３から供給される混合液である。水耕栽培漕５には、栽培したい植物の種子や苗を保持することが可能な複数のパレット５１が、流水を妨げない状態で適当な間隔で載置されている。
【００１８】
循環ポンプ７は、水耕栽培装置１内の液体を循環させるポンプである。図１では水耕栽培漕５から流れてくる液体を貯水タンク２に戻すのに用いられているが、これに限定されない。より強力に、又はより均一な流速で循環させるために、循環ポンプ７を水耕栽培装置１の経路内に複数配置してもよい。
【００１９】
以下、図２及び図３を参照しながら、混合部３について詳述する。混合部３は、管状の円筒部材３１と、略円錐状突起部材３３と、円筒部材３１の外部から気体を導入する気体導入部３７と、流体受け部材４１と、舵４３と、を有している。
【００２０】
略円錐状突起部材３３は、円筒部材３１の内側に着設される略円錐状の突起部材である。略円錐とは、円錐、楕円錐、及びこれらに準じる形状を含む概念のことをいう。本実施形態では、円筒部材の内壁との接地面積が大きい程強度が増すという観点から、図３で示すように、楕円錐を採用している。略円錐状突起部材３３は、円筒部材３１内に収まるよう、円筒部材３１の内径よりも小さい直径の底面を有する。
【００２１】
図２及び図３で示すように、略円錐状突起部材３３は、底面３３１が円筒部材３１の軸方向Ｄ１下流側に位置するように円筒部材３１内部に配置される。ここでは、底面３３１は、円錐頂点に向けて凸となるような曲面で構成されている。一方、略円錐状突起部材３３の側面３３３の一部は、円筒部材３１の内壁の一部と接着されており、円筒部材３１と略円錐状突起部材３３との間であって互いに接着されていない部分には、隙間４５が形成されている。隙間４５のうち、円筒部材３１の内壁と円錐状突起部材３３の底面３３１外周との距離が最も長い部分を、以下「最長部４５１」という。
【００２２】
気体導入部３７は、外部から円筒部材３１内に気体を導入可能な構造を有するストロー状の部材であり、円筒部材３１の径よりも径の小さい管である。気体導入部３７は、最長部４５１近傍において円筒部材３１に設けられている。気体導入部３７は、最長部４５１の軸方向Ｄ１上流側又は下流側、若しくは最長部４５１の位置のいずれの位置に設けられていてもよい。最長部４５１の位置では、円筒部材３１の中での流体の速度が最大となり、生じる負圧が最大となることから、気体の吸引力も最大となる。本実施形態では、図２に示すように、最長部４５１の位置に設けられている。
【００２３】
また、図２に示すように、気体導入部３７は、円筒部材３１を貫通して円筒部材３１の内部に突出していてもよいし、突出しないように設けられていてもよい。
【００２４】
また、気体導入部３７近傍には、肥料を注入するための肥料導入部３８がさらに設けられている。肥料導入部３８の構造及び取付け方法は、気体導入部３７と同様である。
【００２５】
流体受け部材４１は、隙間４５を通過した液体を受けて、流体の向きを変更する部材である。流体受け部材４１は、略円錐状突起部材３３の軸方向Ｄ１下流側において、略円錐状突起部材３３の円筒部材３１と接着している部分に隣接して配置されている。流体受け部材４１の円筒部材３１と接着している部分を底面としたとき、流体受け部材４１の円筒部材３１における径方向Ｄ２の高さは、略円錐状突起部材３３の径方向Ｄ２の高さを超えない程度に下流側に行くほど高くなることが好ましい。
【００２６】
舵部材４３は、最長部４５１近傍を通過する流体の向きを変更するものである。舵部材４３は、略円錐状突起部材３３の側面３３３上であって最長部４５１近傍に設けられている。舵部材４３は、略円錐状突起部材３３上の隙間４５近傍に一定間隔で複数設けられていてもよい。
【００２７】
本実施形態では、図２及び図３に示すような混合部３が、軸方向Ｄ１に複数個設けられている。
【００２８】
＜２．動作＞
以下、水耕栽培装置１内の液体循環の動作を説明する。まず、貯水タンク２から供給される水は、混合部３の円筒部材３１の最上流端に導入される。導入された水は、円錐状突起部材３５に到達すると、円錐状突起部材３５の側面３３３に沿って底面３３１に向かって流れる。このとき、底面３３１に向かって進むにしたがって、流路は狭まり、水の流速が一挙に増加する。底面３３１に到達した水は、最大流速で円筒部材３１と略円錐状突起部材３３との隙間４５を通過する。
【００２９】
これと同時に発生する負圧により、最長部４５１の位置に設けられた気体導入部３７から円筒部材３１外部の空気が流入し、また肥料導入部３８からは肥料が導入される。隙間４５を通過した水は一挙に拡散して乱流の渦構造を発生させると、気体導入部３７から吸引された空気と肥料導入部３８から導入された肥料とが水と均一に混合する。
【００３０】
空気と肥料と水とが混合された液体は、水耕栽培槽５へ送られる。液体中には空気が十分に且つ均一に混合されているため、酸素が十分に溶存している。そのため、水耕栽培する植物の根が呼吸することが可能となり、根腐れを防止することができる。また、肥料も水に均一に混合させることで、水耕栽培する植物を均一に成長させることが可能となる。
【００３１】
水耕栽培槽５を通過し、酸素濃度の低下した液体は、循環ポンプ７によって貯水タンク２へと戻され、その後、新しい水と共に再び混合部３へと投入される。
【００３２】
上述した本実施形態の水耕栽培装置１では、特に混合部３における液体は高速で流れており、内部圧力も高い。したがって、円筒部材３１、略円錐状突起部材３５、気体導入部３７、肥料導入部３８、流体受け部材４１、及び舵部材４３を含む混合部３の材質は、特に限定されないが、疲労に耐えうる強度及び製造の容易性の観点から、金属製であることが好ましい。
【００３３】
＜３．効果＞
本実施形態では、混合部３内の隙間４５を通過する流水によって生じる負圧を利用して外部の空気を導入し、流水が起こす乱流によって空気を流水中に均一に混合させることができるため、外部の動力を必要とすることなく十分な量の酸素を溶存させることができる。
【００３４】
また、混合部３には、流体受け部材４１が設けられているため、乱流によって酸素を溶存させた液体の流れを整えて速やかに層流に戻すことができる。
【００３５】
また、混合部３には、舵部材４３が設けられているため、隙間４５の最長部４５１近傍を通過する流体の向きを変更することができる。これにより、空気の吸引量の調節が可能となる。
【００３６】
また、本実施形態では、混合部３が貯水タンク２と水耕栽培槽５との間に複数個設けられていることから、液体中に酸素が飽和状態になるまで空気を繰り返し混合することができる。
【００３７】
さらに、混合部３には、気体導入部３７と並列して肥料導入部３８が設けられているため、また、空気と同時に肥料も導入し混合することができる。
【００３８】
＜４．変形例＞
上記実施形態では、混合部３を貯水タンク２と水耕栽培槽５との間に複数個設けた場合を例示したが、これに限定されず、混合部３を単独で用いてもよい。また、混合部３に流体受け部材４１及び舵部材４３を設けたが、これらを必ずしも含まない混合部３であってもよい。さらに、肥料導入部３８がない混合部３であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように本発明にかかる構成は、流水が生じる負圧を利用して酸素を溶存させる水耕栽培装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００４０】
１  水耕栽培装置、２  貯水タンク、３  混合部、５  水耕栽培槽、７  循環ポンプ
３１  円筒部材、３３  略円錐状突起部材、３７  気体導入部、３８  肥料導入部
４１流体受け部材、４３  舵部材、４５  隙間、５１  パレット
３３１  底面、３３３  側面、４５１  最長部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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