(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
養分貯蔵器と、
複数の栽培タンクと、
前記養分貯蔵器から前記栽培タンクに養分を供給するための養分供給システムであって、各栽培タンク内に延在する養分供給ラインを含む養分供給システムと、
養分を前記栽培タンクから前記養分貯蔵器に戻すための養分戻りシステムであって、各栽培タンク内に延在する養分戻りラインを含み、各養分戻りラインは、関連する前記栽培タンク内に、望ましい養分レベルに、下端を有する、養分戻りシステムと、
複数の養分通気及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイスと、
を備えた水耕栽培養分循環システムであって、
前記各ＮＡＦＣデバイスは、前記養分供給ラインと、前記関連する栽培タンクの一つの前記養分戻りラインと関連し、
前記各ＮＡＦＣデバイスは、
前記養分供給システムが接続される養分供給取入口と、
前記関連する養分戻りラインが接続される空気取入口であって、
前記空気取入口が、前記関連する栽培タンク内の前記養分が前記関連する養分戻りラインの前記下端より下にある場合、空気を受け取り、
前記関連する栽培タンク内の前記養分が前記関連する養分戻りラインの前記下端より上にある場合、養分を受け取る、空気取入口と、
前記養分供給取入口と流体連通しているノズルと、
前記ノズル及び前記空気取入口と流体連通している混合室と、
前記混合室と流体連通しており、且つ前記ノズルと整列されているレシーバポートと、
前記関連する養分供給ラインが接続され、前記レシーバポートと流体連通している栽培タンク供給出口と、
前記栽培タンク供給出口を囲み、前記混合室と流体連通している迂回室と、を含む、
水耕栽培養分循環システム。
【請求項２】
養分貯蔵器と、
複数の栽培タンクと、
前記養分貯蔵器から前記栽培タンクに養分を供給するための養分供給システムであって、各栽培タンク内に延在する養分供給ラインを含み、前記養分貯蔵器内のポンプ及びマニホールドを含み、前記マニホールドが前記ポンプに接続される、養分供給システムと、
養分を前記栽培タンクから前記養分貯蔵器に戻すための養分戻りシステムであって、各栽培タンク内に延在する養分戻りラインを含む養分戻りシステムと、
複数の養分通気及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイスと、
を備えた水耕栽培養分循環システムであって、
前記各ＮＡＦＣデバイスは、
前記関連する養分供給システムが接続される養分供給取入口と、
前記関連する養分戻りラインが接続される空気取入口と、
前記養分供給取入口と流体連通しているノズルと、
前記ノズル及び前記空気取入口と流体連通している混合室と、
前記混合室と流体連通しており、且つ前記ノズルと整列されているレシーバポートと、
前記関連する養分供給ラインが接続され、前記レシーバポートと流体連通している栽培タンク供給出口と、
前記栽培タンク供給出口を囲み、前記混合室と流体連通している迂回室であって、前記貯蔵タンク内への出口を含む、迂回室とを含む、
水耕栽培養分循環システム。
【請求項３】
前記ＮＡＦＣデバイスは、前記ＮＡＦＣデバイスを前記養分供給システムに接続するための複数の迅速接続型連結器をさらに含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
各養分戻りラインは、前記下端の垂直位置を調整するように適合された機構を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
養分貯蔵器と、
複数の栽培タンクと、
前記養分貯蔵器から前記栽培タンクに養分を供給するための養分供給システムであって、各栽培タンク内に延在する養分供給ラインを含む養分供給システムと、
養分を前記栽培タンクから前記養分貯蔵器に戻すための養分戻りシステムであって、各栽培タンク内に延在する養分戻りラインを含む養分戻りシステムと、
各栽培タンク内に延在する空気供給ラインと、
複数の水耕栽培養分通気デバイスと、
を備えた水耕栽培養分循環システムであって、
前記各水耕栽培養分通気デバイスが、前記栽培タンクの一つの中にあり、
前記各水耕栽培養分通気デバイスが、
前記関連する養分供給ラインと接続される養分供給取入口と、
前記関連する空気供給ラインと接続される空気取入口と、
前記養分供給取入口と流体連通しているノズルと、
前記ノズル及び前記空気取入口と流体連通している混合室と、
前記混合室と流体連通している出口とを含む、
水耕栽培養分循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培、より具体的には水耕栽培養分循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水耕栽培は、水と溶解ミネラル及び／又は有機養分との溶液を使用して、土なしで植物を育てる方法である。根のみが養液に浸される。場合により、根の先端のみが浸される。土壌養分が植物にとって利用可能でないため、必要な養分の全てが養液において正しい比率で追加及び維持されることが極めて重要である。水耕栽培養液は、養分濃度、酸素濃度、ｐＨ及び温度が望ましい範囲内にあることを確実にするために監視されなければならない。
【０００３】
水耕栽培システムは、愛好家及び栽培業者によって広く使用されている。栽培者は、養分を使用可能にし、且つ植物にとって適切な養分混合物を維持するためにいくつかの技術を用いる。
【０００４】
製造に関する要求が限られている愛好家は、根のみが溶液内に延在した状態で植物が養液のタンクの上に支持される静的なシステムを使用することができる。これらのシステムでは、根が連続的に浸されていることを確実にするため、蒸散及び蒸発に対する水損失に取って代わるための水が追加されなければならない。植物は、根がわずか数時間にわたって溶液の外に出ている場合に死滅し得る。各栽培タンクにおける養分混合比、ｐＨ及び温度は、養分が植物によって消費されるにつれて、且つ養分濃度が水位変化に起因して変わるにつれて監視及び調整されなければならない。さらに、植物の根は、酸素を利用できなければならない。植物のニーズに応えるために溶液が十分な酸素を吸収するように、空気で養液を泡立てることが一般的に行われている。水槽において使用されるものと同じ空気ポンプ及びエアストーンがこの目的のために使用される。
【０００５】
より大きい作物を育てるためのより効率的な方法を求めて、ポンプを使用して複数の栽培タンクに送達される養液の集中型貯蔵器を使用することは、栽培業者及び愛好家にとって一般的である。これらのタイプのシステムは、「再循環システム」と呼ばれる。これらのシステムは、大きい作物を栽培するために、静的なシステムよりも実用的である。なぜなら、養液は、各栽培タンクにおいてではなく単一の位置において監視及び維持され得るからである。
【０００６】
再循環システムの１つのタイプにおいて、各栽培タンクからの溶液は、重力戻りパイプラインを通して貯蔵器に戻される。自動満タン維持弁（keep-full valve）は、貯蔵レベルが低下するにつれて水を貯蔵器に追加することにより、貯蔵レベルを維持する。貯蔵器の養液を監視及び調整することにより、適切な養分混合物、ｐＨ及び温度がネットワークにおける栽培タンクの全てについて維持され得る。栽培タンクは、依然として通気を必要とする。通気は、典型的には、大型の空気ポンプによって提供される。この空気ポンプは、空気が各栽培タンクに送達され得るように分配マニホールドに供給する。これらのシステムは、重力戻りラインが使用され得るように、栽培タンクが貯蔵器のレベルより上に位置することを必要とする。
【０００７】
再循環システムの別のタイプにおいて、複数の栽培タンク及び貯蔵器は、全て同じレベルにある。栽培ポットは、それらが全て養分貯蔵器におけるのと同じ液体レベルを有するように全て共通の排水ラインに接続される。貯蔵器におけるポンプは、新鮮な養分を連続的に供給するために養液を各栽培ポットに送達する。空気は、各栽培タンクにおけるエアストーンを備えた空気ポンプによって供給される。排水管のサイズは、栽培タンクの全てで共通のレベルが維持されることを確実にするために、且つ活動的な根が栽培タンクの排水溝に詰まらないことを確実にするために概して大きい。
【０００８】
栽培タンクと同じレベルの共通の貯蔵器に底部で接続された複数の栽培タンクを使用するシステムは、全て貯蔵器及び互いに同じ液体レベルで動作しなければならない。これは、異なる植物及び根の成長の問題に対応するため、又は栽培タンクを異なる高さに位置付けるために段になったベンチを使用するため、個々の栽培タンクのレベルを調整することが望ましい場合には理想的ではない。ディープウォーターカルチャーとして既知の水耕栽培方法は、これらのシステムで多くの場合に使用される。植物は、根の一部のみが溶液に浸された状態で養液の上に位置する。栽培タンクは、１つ又は複数の植物を有し得る。これらのシステムは、根が異なる養分レベルを必要とする場合又は栽培タンクが異なる高さにある場合に好適ではない。
【０００９】
再循環システムの特定の態様は、理想的と言えない。排水配管システムは、貯蔵器を各栽培タンクと直接接続しなければならない。これにより、栽培タンクの重力排水口が排水ラインと接続するための漏れ止めジョイントが必要となる。特に、栽培タンクが貯蔵器に対して高いところにあるシステムでは、この漏れ止めジョイントは、パイプ及びジョイントの複雑な３次元ネットワークになる可能性がある。それにより、設備費用が増大し、修正が厄介となる。パイプラインを再構成することは、運転の停止を必要とする。これは、潜在的に根を空気に露出させたままにする。パイプラインを再構成することは、かなり時間がかかる可能性もある。これは、植物が損傷を受けるリスクを高める。
【００１０】
通気も問題を呈する。通気は、空気ポンプ及びラインを必要とする。これは、コストを増大させる。送気管は、全ての栽培タンクに送られなければならない。これは、ネットワークのコスト及び複雑さを増大させる。
【００１１】
特定のタイプの栽培タンクに関する他の問題もある。ネットフィルム技術（Net Film Technique）（ＮＦＴ）として既知の水耕栽培システムを用いる栽培タンクは、溝型タンクの底部で一端から他端に流れる液状養分の薄いフィルムを使用する。このタイプの栽培タンクは、例えば、商業的な野菜及びハーブ事業で広く使用されている。多くの植物は、溝の長さに沿って並んで成長し得る。植物は、溝のカバーの穴に位置する。それらの根の先端は、流れている養分の薄い層によって湿らされている。このようなタンクには２つの基本的な問題がある。第１に、これらのタンクにおける重力排水は、電力中断又はポンプ故障の際に全ての養液が迅速に流れ出ることを可能にし得る。これは、作物全体の損失という結果になり得る。第２に、これらのタンクは、多くの場合、かなり長いため、養分のフローは、著しい根の成長によって制限され得る。植物が慎重に監視されない場合、この問題は、かなりの損傷が起こるまで発見されないことがあり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、水耕栽培養分通気及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイス及びシステムを提供する。これらのデバイス及びシステムの両方は、養液のフローに通気し且つそれを制御する。
【００１３】
ＮＡＦＣデバイスは、可動部品を有さない。ＮＡＦＣデバイスは、養分供給取入口と、栽培タンク戻り取入口と、養分供給取入口と連通しているノズルと、ノズル及び栽培タンク戻り取入口の両方と流体連通している混合室と、混合室と流体連通しており、且つノズルと整列されている出口ポートと、出口ポートと流体連通している栽培タンク供給出口とを含む。養分貯蔵器からの養分は、養分供給取入口に流入し、ノズルを通して、混合室に流入する。栽培タンク排水ラインからの養分及び／又は空気は、栽培タンク戻り取入口を通して且つ混合室内に引き出される。２つの養分フロー及び／又は空気は、混合室内で混合される。混合物の一部は、栽培タンク供給出口を介した栽培タンクへの送達のために出口ポート内に向けられる。
【００１４】
ＮＡＦＣシステムは、各栽培タンクへの各養分供給ライン内にＮＡＦＣデバイスを含む。より具体的には、このシステムは、養分貯蔵器と、複数の栽培タンクと、貯蔵器から栽培タンクに養分を供給するための養分供給システムと、養分を栽培タンクから養分貯蔵器に戻すための養分戻りシステムと、複数のＮＡＦＣデバイスとを含む。各ＮＡＦＣデバイスは、栽培タンクの１つへの養分供給ラインの１つ内にある。
【００１５】
代替的実施形態において、ＮＡＦＣデバイスは、水耕栽培養分通気装置（すなわちフロー制御機能なし）として使用され得る。
【００１６】
本発明は、水耕栽培システムの効率をかなり向上させる。養液は、混合され、通気され、且つ養分貯蔵器から複数の栽培タンクに循環され得る。各栽培タンクにおける養分レベルは、他の栽培タンクから独立して制御又は調整され得る。本発明は、共通の排水ラインの必要性もなくし、安全及び配管設備のフレキシビリティを向上させ、且つコストを低減させる。本発明は、養分循環のための栽培タンクにおける穴及び漏れ止め接続部の必要性もなくす。さらに、本発明は、空気ポンプの必要性をなくし、システム構成要素及び設備コストを低減させる。
【００１７】
本発明のこれら及び他の利点及び特徴は、本実施形態及び図面の説明を参照することにより、より詳細に理解及び認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を具現化するタイプＩ水耕栽培養分循環システムの斜視図である。
【図２】本発明を具現化するタイプＩＩ水耕栽培養分循環システムの斜視図である。
【図３】タイプＩシステムで使用されるポンプ及びマニホールドの斜視図である。
【図４】本発明を具現化する養分通気及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイスの立面図である。
【図５】ＮＡＦＣデバイスの分解断面図である。
【図６】運転の第１モードにおけるＮＡＦＣデバイスの断面図である。
【図７】運転の第２モードにおけるＮＡＦＣデバイスの断面図である。
【図８】追加的にチェックバルブを含む、ＮＡＦＣデバイスの通気装置部分の断面図である。
【図９】栽培タンクのための養分供給ライン及び養分戻りラインの斜視図である。
【図１０】図９と同様であるが、戻りライン上のフィルタが異なる斜視図である。
【図１１】図９における円ＸＩ内の領域の斜視分解図である。
【図１２】ＮＡＦＣデバイスの代替的実施形態の立面図である。
【図１３】ＮＡＦＣデバイスの代替的実施形態の断面図である。
【図１４】養分供給ライン及び養分排水ラインの両方に接続されたＮＡＦＣデバイスの代替的実施形態の斜視図である。
【図１５】本発明を具現化する栽培タンク通気装置組立体の斜視図である。
【図１６】通気装置２２内の養分フローの概略図である。
【図１７】養分フロー、気流及び養分圧力間の関係を示すグラフである。
【図１８】ＮＡＦＣデバイスの第２の代替的実施形態を含むサドル接続組立体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明において定められるか又は図面に示される動作の詳細又は構造の詳細及び構成要素の配置構成に限定されないことを理解されたい。本発明は、様々な他の実施形態で実装され得、且つ本明細書において明確に開示されていない代替的方法で実践又は実施され得る。
【００２０】
加えて、本明細書で使用する語句及び用語法は、説明することを目的とするものであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。「包含する」及び「含む」並びにその変化形の使用は、その後に挙げられた品目及びその均等物並びに追加的な品目及びその均等物を包含する。さらに、列挙が様々な実施形態の説明で使用され得る。別段の明記がなければ、列挙の使用は、本発明を任意の特定の順番又は数の構成要素に限定するものとして解釈されるべきではない。列挙の使用は、列挙されたステップ若しくは構成要素と共に又は列挙されたステップ若しくは構成要素に組み合わされ得る任意の追加的なステップ又は構成要素を本発明の範囲から除外すると解釈されるべきでもない。「Ｘ、Ｙ及びＺの少なくとも１つ」としての請求項要素へのいずれの言及も、Ｘ、Ｙ又はＺの任意の１つ又は複数を個別に、並びにＸ、Ｙ及びＺの任意の１つ又は複数の任意の組合せ、例えばＸ、Ｙ、Ｚ；Ｘ、Ｙ；Ｘ、Ｚ；及びＹ、Ｚを含むことを意味する。
【００２１】
方向を示す用語、例えば「垂直」、「水平」、「最上部」、「底部」、「上部」、「下部」、「内側」、「内部」、「外側」及び「外部」は、図示された実施形態の向きに基づいて本発明を説明することを支援するために使用される。方向を示す用語の使用は、本発明をいずれの特定の向きにも限定すると解釈されるべきではない。
【００２２】
水耕栽培養分通気装置及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイスの実施形態は、図において示され、且つ１０及び３１０で指定されている。ＮＡＦＣデバイスが詳細に説明される前に、ＮＡＦＣデバイスは、２つのタイプの水耕栽培設備で使用され得ることが述べられる。「タイプＩ」設備は、養分貯蔵器に近接して配列された栽培タンクを含む。このタイプのシステムでは、ＮＡＦＣデバイス１０は、貯蔵器ポンプに接続されたマニホールドに装着される。「タイプＩＩ」設備は、栽培タンクから離れた養分貯蔵器を含む。このタイプのシステムでは、ＮＡＦＣデバイス３１０は、１つのＮＡＦＣデバイスが各栽培タンクの近くに位置する状態でシステム全体にわたって分配される。
【００２３】
Ｉ．タイプＩ水耕栽培システム
タイプＩシステムは、図１に示され、且つ全体として１００で指定されている。システム１００は、養分貯蔵器１０２と、複数の栽培タンク１０４とを含む。６つの栽培タンク１０４が図示されている。しかし、システム１００は、より多い又はより少ない数の栽培タンクを含み得る。システム１００は、図３により詳細に示された水中ポンプ１０６及びマニホールド１０８をさらに含む。ポンプ１０６及びマニホールド１０８は、養分貯蔵器１０２に沈められる。ＮＡＦＣデバイス１０は、マニホールド１０８の各出口に装着される。
【００２４】
栽培タンク１０４は、植物のサイズ及び数が異なり得、異なる高さに位置し得、且つ異なる液体レベルで動作し得る。栽培タンク１０４は、異なる水耕栽培技術、例えばディープウォーターカルチャー又はネットフィルム技術、並びに養分貯蔵器の状態に合致するある量の養液を維持することが望ましい場合には任意の他の技術を個別に用いることができる。栽培タンク１０４は、共通の排水ラインによって互いに接続されない。分かりやすくするために、バケツカバー、ネットポット及び／又は他の付属品は、栽培タンク１０４と併せて図示されない。しかし、そのような構成要素及び付属品の使用は、当業者に知られた従来のものであろう。
【００２５】
ＩＩ．タイプＩ養分通気装置及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイス
ＮＡＦＣデバイス１０は、タイプＩシステム１００と併せて説明される。各ＮＡＦＣデバイス１０は、ＮＡＦＣ組立体１２の一部である。ＮＡＦＣ組立体１２は、供給ホース又はライン１４と、戻りホース又はライン１６とをさらに含む。
【００２６】
ＮＡＦＣ組立体１２は、ＮＡＦＣ組立体が接続される栽培タンク１０４に対し、独立した循環、通気及びレベル制御を提供する。ＮＡＦＣ組立体１２は、栽培タンク１０４の底部へと栽培タンクカバー（図示せず）の穴を通過する供給ホース１４（図９も参照されたい）を通して新鮮な養分及び通気を送達する。栽培タンク１０４における養分のレベルが上昇すると、ＮＡＦＣ組立体１２は、養分の表面から液体を引き出し、引き出された養分を、戻りホース１６を通して貯蔵器１０２に戻す。戻りホース１６も栽培タンクカバーの穴に設置されている。養分のレベルは、栽培タンク１０４内において、戻りホース１６の下端１８で維持される。養分のレベルは、戻りホース１４の下端１８を移動させることにより、望ましいレベルに容易に調整され得る。
【００２７】
供給ホース１４及び戻りホース１６は、栽培タンク１０４の最上部の上に延在し、且つクリップ２０によって適所に固定される。このクリップ２０は、同様に、栽培タンクのリムに取り外し可能に固定可能である。そのため、栽培タンクにおいて穴が必要とされない。この配置構成は、漏れがないこと、及び栽培タンク１０４がダウンタイム又は配管設備費用なしに必要に応じて再配置され得ることを確実にする。栽培タンク１０４の底部に導入される到来する養分は、新鮮ではない養分を持ち上げる。そのため、新鮮でない養分は、取り除かれ且つ養分貯蔵器１０２に戻され得る。このようにして、各栽培タンク１０４内の養分は、循環され、且つ養分貯蔵器１０２における養分と同じ状態で維持される。
【００２８】
さらに、ＮＡＦＣ組立体１０は、固有の通気特徴部を有する。この固有の通気特徴部は、養分貯蔵器１０２における養分に通気する。この固有の通気特徴部は、養液が栽培タンク１０４に流れるときに空気及び溶液も混合する。これにより、個別の空気ポンプの必要性がなくなる。
【００２９】
ＮＡＦＣデバイス１０は、図４〜７に示されている。ＮＡＦＣデバイス１０は、可動部品のない多機能の流体デバイスである。ＮＡＦＣデバイス１０は、通気装置２２と、レシーバ２４とを含む。レシーバ２４は、通気装置２２内に密に受け入れられ且つ固定される。通気装置２２は、養分及び空気をそれぞれ受け入れるための養分入口２６及び空気入口２８を含む。通気装置２２は、ノズル３０と、混合室３８とをさらに含む。ノズル２４は、レシーバポート３２と、出口３４とを含む。レシーバポート３２は、ノズル３０と整列されている。
【００３０】
図６〜７に示されるように、養分入口２６は、マニホールド１０８に接続される。栽培タンク戻りホース１６は、空気入口２８に接続される。また、栽培タンク供給ホース１４は、出口３４に接続される。
【００３１】
図６に示されるように、入口２６でのポンプ圧力下において、養液の高速ジェットがノズル３０を出て混合室３８に入る。栽培タンク戻りホース１６の端部１８が栽培タンク１０４における液体レベルより上にある運転の第１モードでは、空気は、混合室３８における養分ジェットを囲む領域に吸い込まれる。これにより、養分ジェットが、直線の経路で移動し、且つレシーバポート３２に衝突するまとまったジェットのままであることが可能になる。液体ジェット及びいくらかの空気の両方がレシーバポート３２に入る。この流体の混合物は、栽培タンク供給ホース１４によって栽培タンク１０４に搬送される。栽培タンク１０４への移動中、空気及び液体が混ざる。また、酸素が養液に吸収される。養分ジェットに吸い込まれた空気の一部は、レシーバ３２を迂回し、且つ迂回出口４３を通して迂回室４１に且つ貯蔵器１０２に流入する。このようにして、ＮＡＦＣデバイス１０は、貯蔵器１０２内及び栽培タンク１０４内の養分に通気する。
【００３２】
図７は、栽培タンク１０４における養分レベルが、栽培タンク１０４内の栽培タンク戻りホース１６の端部１８より上に上昇するときの第２モードでのＮＡＦＣデバイス１０の運転を示す。養液は、次いで、栽培タンク戻りホース１６を通して且つＮＡＦＣデバイス１０内に吸い込まれ且つ引き戻される。ここで、その養液は、混合室３８における養分ジェットと混ざる。これにより、養分ジェットが広がり、且つ養分ジェットを囲む曲線状の壁４０に接触する。養分ジェットは、コアンダ効果又は壁に付着する効果によって偏向され、レシーバポート３２から離れて進路変更される。栽培タンクへのフローは、減少するか又はさらに完全に停止される。そのため、栽培タンク戻りホース１６における液体のフローは、空気が再び吸い込まれ、且つ充填の別のサイクルが開始されるポイントである、ホースの端部１８に、栽培タンクレベルを再び低下させる。
【００３３】
ＮＡＦＣデバイス１０は、ポンプが動作する限り継続して、図６に示されたモードと、図７に示されたモードとの間で反復する。これは、栽培タンク戻りホース１６の端部１８で栽培タンクにおけるレベルを維持し、且つまた通気された養分を循環させる。栽培タンク養分の所与の容積のための完全な回転時間(turnover time)は、ＮＡＦＣデバイスのノズル直径及びポンプ圧力の選択によって制御され得る。例えば、０．０８２インチのノズル直径及び６ｐｓｉのポンプ圧力を備えたＮＡＦＣデバイス１０は、５ガロンの栽培タンクにおける養液を１時間に２回循環させる。ポンプは、連続的に又はタイマーで作動され得る。
【００３４】
ＮＡＦＣデバイス１０内での養分流の通気は、図１６に概略的に示されている。養分Ｎが取入ポート２６を通してデバイスに入り、ノズル３０を通過してジェットを作り出す。ジェットは、取入ポート２８を通して受け取られた空気と混じり、通気された養分Ｎ’がもたらされる。
【００３５】
図１７は、様々な養分ヘッド圧でＮＡＦＣデバイス１０を通る養分フロー及び気流を示すグラフである。養分フローは、およそ１０Ｆｔの養分ヘッド圧未満では気流を上回る。また、養分フローは、その養分ヘッド圧より上では気流を下回る。
【００３６】
栽培タンク供給ホースの端部が水面下にあるため、ポンプがオフのときに空気をホースに導入するためのサイホン防止手段が提供される。サイホン防止手段は、図１１に示されるように、ホースの、養分レベルより上の側における小さい穴４２であり得る。
【００３７】
さらに、ポンプが止まると、栽培タンク戻りホース１６がその端部１８で潜在的に水面下にあり得るため、栽培タンク養分レベルが養分貯蔵器レベルより低い場合、養分タンクの内容物が栽培タンク内に吸い上げられることを防止するためのチェックバルブ４４が取入ポート２８に配置され得る。ポンプが止まるときに栽培タンク養分レベルが養分貯蔵器レベルより上にある場合、栽培タンク養分レベルは、栽培タンクにおけるホース１６の端部１８の垂直位置であるセットポイントに下がる。チェックバルブ４４は、好ましくは、ダックビル(duckbill)である。しかし、他のチェックバルブも使用され得る。栽培タンクからの養分の吸引が最速で生じ得るように低い開口部差圧が好ましい。
【００３８】
図９及び１０は、栽培タンク１０４でのホース１４及び１６の装着を示す。ブラケット２０は、栽培タンク１０４のリム４６に装着し、且つホースを栽培タンク内の下方に向かわせる。供給ホース１４は、低いレベル（上述のとおり）に延在する。端部１９は、好ましくは、栽培タンク１０４の水平方向における中央近辺に位置付けられる。そのため、養分及び空気は、栽培タンクの下方部分の中間の近くに導入される。
【００３９】
図９に示されるように、戻りホース１６の端部１８は、フィルタ４６を含み、このフィルタは、根がホース１６に入り、潜在的にホースを閉塞させることを防ぐ。フィルタ４６は、好ましくは、多孔性プラスチック材料である。多孔性プラスチック材料は、メッシュ又はスクリーンよりも好ましい。なぜなら、根は、それらのタイプのフィルタの開口を貫通し得るからである。端部１８及びフィルタ４６が栽培タンク１０４にとって望ましい養液レベルで配置され得るように、戻りホース１６は、ブラケット２０内で摺動され得る。望ましい養分レベルは、植木鉢サイズにより異なり得、且つまた根が生育するにつれて変化し得る。場合により、根が成長するにつれて、レベルは、より下に設定される。それにより、根の主要部が酸素吸収を向上させるために空気に露出され得る一方、根の先端が水面下のままとなる。好ましくは、戻りホース１６は、養液レベルの深さを示す目盛りが付けられている。本システムは、液体レベルを戻りホース１６の端部１８の位置で正確に保持する。
【００４０】
図１０は、図９に示されたフィルタ４６の代わりに使用され得る管状フィルタ又はイコライザーチューブ４６ａを示す。戻りホース１６は、その下端１８がレベルセットポイントにある状態で管状フィルタ４６ａの内側に位置する。管状フィルタ４６ａの内径は、戻りホース１６の外径より大きい。管状フィルタ４６ａの多孔性のため、管状フィルタの内側の液体レベルが栽培タンクレベルと等しくなることができる。管状フィルタ４６ａは、より長いフィルタ寿命のために、増加したフィルタ面積を提供する。
【００４１】
ＩＩＩ．タイプＩＩ水耕栽培システム
タイプＩＩシステムは、図２に示され、且つ全体として２００で指定されている。システム２００は、養分貯蔵器２０２と、複数の栽培タンク２０４とを含む。養分貯蔵器２０２内の養液は、圧力パイプ２１０及び戻りパイプ２１２のネットワークにより、栽培タンク２０４に分配される。圧力パイプ２１０及び戻り２１２は、各ＮＡＦＣデバイス１０がシステムの運転を中断することなく、パイプに嵌め込まれ得るか又はパイプから取り外され得るように、各栽培タンク位置に迅速脱着器を取り付けられ得る。貯蔵器２０２及び栽培タンク２０４は、それぞれ貯蔵器１０２及び栽培タンク１０４と同様であるか又は異なり得る。
【００４２】
ＩＶ．タイプＩＩ養分通気装置及びフロー制御（ＮＡＦＣ）デバイス
図１２及び１３は、タイプＩＩ水耕栽培システムのためのＮＡＦＣデバイス３１０を示す。ＮＡＦＣデバイス３１０は、通気装置３２２と、レシーバ３２４とを含む。
【００４３】
通気装置３２２は、前述の通気装置２２に構造的及び機能的に非常に類似している。通気装置２２の要素に対応する通気装置３２２の要素は、数字「３」が前に付く対応する数字によって特定される。したがって、入口ポート３２６は、入口ポート２６に対応するなどである。通気装置３２２と通気装置２２との間の主な違いは、入口ポート３２６が、嵌まり合うねじ付き構成要素を受けるようにねじ山が付けられていることである。
【００４４】
レシーバ３２４は、前述の通気装置２２に機能的に非常に類似している。レシーバ２４の要素に対応するレシーバ３２４の要素は、数字「３」が前に付く対応する数字によって特定される。したがって、レシーバポート３３２は、レシーバポート３２に対応するなどである。レシーバ３２４とレシーバ２４との間の２つの違いは、（ａ）栽培タンク供給ラインポート３３４がＮＡＦＣデバイス３１０から横方向に延在すること、及び（ｂ）出口３３５が外部継手３３７を含むことである。
【００４５】
図１４は、ＮＡＦＣデバイス３１０のタイプＩＩシステム２００への包含を示す。圧力ライン２１０は、遮断バルブ（可視ではない）を有する迅速連結器２０８と共に、各栽培タンク２０４にＴ字部(tee)２０６を備えている。同様に、排水ライン２１２は、遮断バルブ（可視ではない）を有する迅速連結器と共に、Ｔ字部２１４を備えている。これらの構成要素の全ては、当業者によく知られている技術を使用して、流体的に且つ固定して相互連結される。
【００４６】
これらの弁により、ポンプを止めることなく、ＮＡＦＣユニット３１０を設置でき、かつ取り除くことができる。これは、システムの運転を中断することなく、個々の栽培ステーションで、修正及び補修が実施されることを可能にする。排水ラインは、貯蔵器ヘッド圧の養液で常に満たされる。チェックバルブは、ＮＡＦＣデバイス３１０が設置されていないときに養分が漏れ出すことを防止する。
【００４７】
好ましくは、ＮＡＦＣデバイス３１０は、迅速接続型雄継手を備えている。ＮＡＦＣを加圧ライン内に設置するとき、ＮＡＦＣ栽培タンク接続部が第１に作られる。次いで、ＮＡＦＣ出口が排水ラインに接続される。次いで、ＮＡＦＣ入口継手が迅速連結器に挿入される。この迅速連結器が遮断バルブを開き、運転が始まる。ＮＡＦＣデバイス３１０を除去する場合、迅速連結器は、第１に加圧ラインから分離される。次いで、ＮＡＦＣデバイスは、排水連結器及び栽培タンクチューブから分離される。
【００４８】
図１８は、タイプＩＩシステム２００におけるＮＡＦＣデバイス３１０を接続するための図１４に示された配置構成に対する代替的実施形態を示す。図１８の設計は、養分供給ライン２１０及び養分排水ライン２１２に取り付けられ得るパイプサドル５１０を組み入れている。サドル５１０は、ＮＡＦＣデバイス３１０をそれぞれライン２１０及び２１２に接続するために、スプリンクラーシステムのスナップ式セルフタッピングティー(tee)５１２及び５１４を含む。セルフタッピング工具は、サドル５１０に組み込まれることから、Ｔ字部５１２及び５１４は、設備労力を単純化し且つ減少させる。サドル５１０は、排水管なしに既存のパイプルート(pipe run)に追加され得る。１つの好適なサドルは、地下スプリンクラーシステムで使用するためにＫｉｎｇ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓによって製造及び販売されているものである。
【００４９】
Ｖ．高効率通気装置
多くの水耕栽培者は、自らの再循環システムにおける通気を向上させたいと考えている。空気ポンプ、エアストーン及び関連する送気管は、補修管理を必要とし、十分な酸素を植物の根に常に提供するとは限らない。したがって、多くの既存の水耕栽培再循環システムにおいて通気を向上させる必要がある。
【００５０】
通気のための空気ポンプに対する代替形態が存在する。しかし、これらの代替形態は、多タンク再循環システムで使用される場合問題を引き起こす。ベンチュリを備えたポンプは、空気を吸引し、且つその空気を養分と混合する。これらのポンプは、個々の養液を循環させるために各栽培タンクに接続するには大き過ぎ且つ費用がかかり過ぎる。養分通気及び循環を高めるために大型の単一ベンチュリポンプが使用される場合、そのようなポンプは、栽培タンク排水容量を超えて流量を増加させ得るか、又はフローが限定されている場合に十分な酸素を提供しないことがある。５００ＧＰＨ〜７５０ＧＰＨ以上で動作するように設計された海洋ライブウェル及びベイトウェルのために使用される通気装置もある。これらの海洋通気装置は、個々の栽培タンク養分をそれら自体のポンプで循環させるには非現実的であり、各栽培タンクに装着され、且つシステムポンプによって供給される場合に問題となるであろう。十分な空気を提供するのに十分に高い流量において、栽培タンク内へのフローは、排水容量を超え、養分レベルが一様でなくなる原因となり、かつ潜在的にさらなる溢水の原因となるであろう。
【００５１】
ＮＡＦＣは、この状況にとって理想的な構成及び運転のモードを有する。レシーバ２４が通気装置２２に設置されない場合、ＮＡＦＣデバイスは、高い効率、低い液体流量の通気装置として動作し得る。このモードで構成され、ＮＡＦＣ−Ａとして指定されると、通気装置２２は、各栽培タンクに装着され得、且つ中央再循環ポンプによって供給され得る。個々の通気装置２２は、比較的低い流量を有する。そのため、栽培タンク容量は、超過されない。しかしながら、通気装置２２は、高速液体ジェットを生成する。この高速液体ジェットは、ジェット内への空気の強い吸引を作り出す。吸引効果の強さは、ＮＡＦＣ−Ａによって作り出されたバキュームヘッドの強さを、他の通気装置と、その正常な運転流量で比較することによって反映される。１０Ｆｔ．のヘッドで動作する通気装置２２は、０．６５ＧＰＭ又は３９ＧＰＨの液体流量をもたらす。これは、典型的な６ガロンの栽培タンク排水システムのための管理可能な流量である。この通気装置は、４ガロンの養分で満たされたタンクについて６分に１回の回転率(turnover rateを生じる。
【００５２】
図１５は、ＮＡＦＣ−Ａ通気装置４２２を組み込む栽培タンク通気装置組立体４００の一実施形態を示す。組立体４００は、通気装置４２２と、空気供給パイプ４０２と、養分入口ポート４２６と、排出チューブ４０４と、Ｕ４０６とを含む。養分は、取入ポート４２６を通して受け取られる。養分は、上述のとおり通気される通気装置４２２を通して流れる。通気された養液は、Ｕ４０６を通して栽培タンク（図１５には示されず）内に排出するためにチューブ４０４内に出力される。Ｕ４０６は、通気装置組立体４００が栽培タンクのリムに装着されることを可能にする。
【００５３】
ＶＩ．結論
ＮＡＦＣデバイスは、水耕栽培養分循環システムの性能を向上させるための固有の特徴を提供する。本デバイスは、空気ポンプ、エアストーン及び空気チューブ配管設備を必要とせずに養液に通気する。本デバイスは、重力排水管又は栽培タンクと養分貯蔵器とを接続する共通の排水ラインなしに、通気された養液を循環させる。本デバイスは、機械又は電気弁の必要性なしに、個々の栽培タンクに調整可能なレベル制御を提供する。本デバイスは、栽培タンクの排水穴を必要とせずに栽培タンクを空にすることができる。本デバイスは、栽培タンクが個々の高さで装着されることを可能にする。本デバイスは、異なるサイズの栽培タンクが同じ養分貯蔵器から供給を受けることを可能にする。本デバイスは、適切なサイズにされると、栽培タンク養液の急速な循環（すなわち回転）を提供する。本デバイスは、連続的な又は指定時刻に作動するポンプ運転と連動し得る。本デバイスは、最も一般的なタイプの既存の水耕栽培システムと共に使用され得る。本デバイスは、ネットワークにおける個々の栽培タンクが、ネットワークにおける他のタンクの運転を中断することなく補修される（すなわち移動される、空にされる、清掃される、再移植されるなど）ことを可能にする。
【００５４】
この通気装置バージョン（すなわちＮＡＦＣ−Ａデバイス）は、システムの既存の排水容量を超えることなく個々の栽培タンクに高度な通気をもたらす。
【００５５】
上記の説明は、本発明の本実施形態のものである。様々な変更形態及び変形形態は、均等論を含む特許法の原則に従って解釈されることになる添付の請求項に規定された本発明の趣旨及びより広い態様から逸脱することなしになされ得る。
【００５６】
本開示は、例示的なものであり、本発明の全ての実施形態の徹底的な説明として、又はこれらの実施形態に関連して図示又は説明された特定の要素に請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。例えば且つ非限定的に、説明された本発明の個々の要素のいずれも、実質的に同様の機能性を提供するか又は他の方法で十分な動作を提供する代替的要素に取って代わられ得る。これは、例えば、現在知られている代替的要素、例えば当業者に現在知られているであろうもの及び将来開発され得る代替的要素、例えば当業者が開発時に代替形態と認識し得るものを含む。
【００５７】
さらに、開示された実施形態は、同時に説明されると共に一群の恩恵を共同で提供し得る複数の特徴を含む。本発明は、発行済み請求項において別段の明確な定めがある場合を除き、これらの特徴の全てを含むか又は述べられた恩恵の全てを提供する実施形態のみに限定されない。例えば、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その」又は「前記」を使用した、単数での請求項要素への言及のいずれも、その要素を単数に限定するものとして解釈されるものではない。
【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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