JP7081866B2 - 水耕栽培槽および排水部品 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培槽の排水部品に関する。

畑作のような土壌を用いた食物（野菜や果物）の栽培は、天候に恵まれれば水や肥料を適切に与えることで特別な設備が不要である。一方、一般的な畑作では、土壌菌による病気、害虫による食害、天候不順による生育不良等、様々な要因により安定的に食物を栽培することは容易ではない。

近年、様々な植物の栽培を安定して行う技術として水耕栽培が注目されている。水耕栽培は土壌を用いずにハウス内で行われることが一般的であり、病気や害虫から植物を守ることが比較的容易である。また、水耕栽培時の生育温度や水やりの管理も容易である。一方、水耕栽培においては液肥を安定して植物に供給すること、植物への給水と栽培槽からの排水を適切に行うことが必要であり、これらが適切に行われないと根の生育に支障が生ずる場合がある。

そこで、栽培槽本体のほぼ中心部に配置され、下方から液肥を供給するように設けられた給水部と、液肥を排水するように栽培槽本体の周囲壁に隣接して設けられた複数の水位調節排水パイプと、を有する水耕栽培槽が考案されている（特許文献１参照）。

特許第５３５７９５４号公報

上述の水耕栽培槽は、根を広範囲に迅速に生長させることにより、地上部の葉、茎、花、実を速く大きく良質に育てることができる。しかしながら、根は流れに沿って排水口に向かって真っすぐに生長する傾向があるため、排水口に到達した根が排水口を塞いでしまうおそれがある。根が排水口を塞いでしまうと、液肥が栽培槽本体からあふれ出すことになる。このことを防止するためには、頻繁に排水口に入り込んだ根を引き出さねばならず、根が切れてしまわないような注意が必要であり、手間のかかる作業となる。また、頻繁に人の手が根に触れることになり、植物にストレスを与えたり、雑菌が繁殖したりすることで、生育障害に至ることもある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、生長した根が排水口に入り込みにくくなる新たな排水構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の水耕栽培槽は、培地の少なくとも一部が浸かるように液体肥料が満たされる浸漬部と、浸漬部に液体肥料を供給する供給部と、浸漬部に供給された液体肥料が排出される排出部と、を備える。排出部は、浸漬部の底面よりも上方に形成された排水口と、排水口と供給部との間に排水口を取り囲むように形成された遮水壁と、液体肥料が遮水壁を迂回して排水口に誘導される誘導路と、を有する。

この態様によると、供給部から排出部へ向かう液体肥料の流れが遮水壁によって迂回するため、液体肥料の流れに沿って培地から伸びる根が真っすぐ排水口に入り込みにくくなる。

遮水壁は、供給部から見て排水口よりも遠い領域まで形成されていてもよい。これにより、仮に根が排水口に向かって伸びようとすると、遮水壁を迂回する際にそれまでと反対方向に伸びなければならなくなる。そのため、培地から伸びた根は、排水口に入り込みにくくなる。また、培地から伸びた根が排水口に入るまでの距離が長くなるため、栽培開始から排水口に根が入り込むまでの期間を長くできる。

誘導路は、遮水壁を迂回した液体肥料が排水口に向かって流れる平坦面であり、平坦面は、供給部から見て排水口よりも遠い側に向かって伸びていてもよい。これにより、根が遮水壁を迂回して排水口に向かって伸びても、根が平坦面の上を伸びている段階で発見し易いので、根が排水口に入り込む前に根を排水口から離すことができる。

遮水壁は、供給部と排水口との間にある第１の壁の高さが、第１の壁の両側にある第２の壁の高さよりも高い。これにより、供給部から排水口へ直線的に伸びる根が第１の壁を乗り越えにくくできる。また、第２の壁よりも壁の高さが高い第１の壁をつまんで上下することで、排水口の高さの調整が容易となる。

本発明の別の態様は、排水部品である。この排水部品は、培地の少なくとも一部が浸かるように液体肥料が満たされる浸漬部から液体肥料を排出するために用いられる排水部品である。排水部品は、浸漬部の底面よりも上方に位置し、該浸漬部に供給された液体肥料が排出される排水口と、排水口を取り囲むように形成された遮水壁と、液体肥料が遮水壁を迂回して排水口に誘導される誘導路と、を有する。

この態様によると、排水口へ向かう液体肥料の流れが遮水壁によって迂回するため、液体肥料の流れに沿って培地から伸びる根が真っすぐ排水口に入り込みにくくなる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、生長した根が排水口に入り込みにくくなる。

本実施の形態に係る水耕栽培槽を含む栽培システムの概略構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る栽培槽を構成する栽培槽本体の上面図である。 本実施の形態に係る栽培槽を構成する上蓋の上面図である。 本実施の形態に係る栽培槽の分解断面図である。 本実施の形態に係る排水部品の上面図である。 本実施の形態に係る排水部品の側面図である。 図５に示す排水部品のＡ－Ａ断面図である。 図８（ａ）～図８（ｃ）は、本実施の形態の変形例に係る排水部品の排水誘導部の上面図である。 本実施の形態の変形例に係る栽培槽を構成する栽培槽本体の上面図である。

以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（栽培システム）
本発明のある態様は、循環型、または一部循環型方式の水耕栽培槽（以下、単に「栽培槽」と称することがある。）を備えた栽培システムに関する。水耕栽培の対象となる植物には、主にトマト、胡瓜、メロン、西瓜等の果菜類や豆類、穀類、花類、樹木等があり、縦型栽培や棚式栽培で根の生育を向上させる。

図１は、本実施の形態に係る水耕栽培槽を含む栽培システムの概略構成を示す模式図である。栽培システム１０は、植物の生育に適した液体肥料（以下、適宜「液肥」と称する。）Ｌを調合して作成し、溜めておく液肥槽１２と、液肥槽１２における液肥の温度を調整するためのヒーターやチラーからなる液温調整部１４と、栽培槽１６と、栽培槽１６へ液肥を供給するポンプ１８と、を備える。

液肥Ｌはポンプ１８によって液肥槽１２から吐出され、配管２０を経由して栽培槽１６に供給される。栽培槽１６から排出された液肥Ｌは、配管２２を経由して液肥槽１２に戻されて再利用される。栽培槽１６は、例えば台車２３に載せられており、詳しくは後述する供給部２４、浸漬部２６、排出部２８が設けられている。

図２は、本実施の形態に係る栽培槽を構成する栽培槽本体の上面図である。図３は、本実施の形態に係る栽培槽を構成する上蓋の上面図である。図４は、本実施の形態に係る栽培槽の分解断面図である。

図２乃至図４に示すように、栽培槽１６は、栽培槽本体３０と、栽培槽本体３０の上面を覆うように載置される上蓋３２と、を備える。栽培槽本体３０は、トレイ状の容器であり、培地３４の少なくとも一部が浸かるように液肥Ｌが満たされる浸漬部２６と、浸漬部２６に液肥Ｌを供給する供給部２４と、浸漬部２６に供給された液肥Ｌが排出される複数の排出部２８と、を備える。

栽培槽本体３０は、断熱材と本体内壁シール（例えば、金属板、樹脂板、ビニール膜等）とからなる周囲壁３０ａおよび底面部分３０ｂから構成された外部構造（箱体）を有する。本実施の形態に係る栽培槽本体３０は、形状が正四角形であるが、長方形、多角形、円形等の任意の形状であってもよい。なお、対称性の高い形状の方が根が等方的に広がるため好ましい。

供給部２４には、底面部分３０ｂの中心位置に固定された液肥導入部３６と、液肥導入部３６を中心にして溶接、ネジ止め、接着等により固定された整流構造３８と、が設けられている。液肥導入部３６を通して導入された液肥Ｌは、整流構造３８により浸漬部２６の底部近傍から水平方向に分岐噴射される。

栽培槽本体３０が正四角形の場合、整流構造３８は、周囲壁３０ａの４つの各壁の中央に向かうように４方向に分岐されるものが好ましい。また、栽培槽本体３０は、液肥導入部３６から等距離となる周囲壁３０ａの四隅の位置に、排出部２８が設けられている。排出部２８には水位調節排水パイプ（液肥レベル調節排水パイプ）となる排水部品４０が設置されている。排水部品４０によって栽培槽本体３０内の液肥Ｌの水位が調節され、調整された水位に液肥Ｌが保たれる。

上蓋３２は、図３に示すように、栽培槽本体３０と同様に正四角形であり、培地３４を装着する装着用穴４２が中央位置に形成されている。装着用穴４２の深さは、培地３４を装着した状態で培地の少なくとも一部が浸漬部２６に満たされた液肥Ｌに浸かるように設定されている。また、排水部品４０によって調整される液肥Ｌの水位Ｗも、培地３４が液肥Ｌに浸かるように設定されている。

また、上蓋３２は、排水部品４０の上方にあたる四隅に、水位調節用（液肥レベル調節用）の点検口４４が設けられている。点検を行わない場合は、点検口４４は、取り外し可能な点検口蓋４６によって覆われている。栽培槽本体３０に上蓋３２を載置すると、図４に示すように、上蓋３２に配置された培地１３が栽培槽本体３０の液肥導入部３６の上方、すなわち、整流構造３８の上方に位置するようになる。

（排水部品）
次に、本実施の形態に係る排水部品４０について詳述する。図５は、本実施の形態に係る排水部品の上面図である。図６は、本実施の形態に係る排水部品の側面図である。図７は、図５に示す排水部品のＡ－Ａ断面図である。

排水部品４０は、図７に示す底面部分３０ｂに形成された挿入穴４８にＯリングといった封止部品５０を装着して挿入される。図６や図７に示すように、排水部品４０は、封止部品５０を介して挿入穴４８に挿入されて固定される筒状のスライド部５２を有する。スライド部５２は、配管２２と繋がる開口部５４が形成されている。また、スライド部５２の上部には扇形の排水誘導部５６が設けられている。

排水誘導部５６は、浸漬部２６の底面２６ａよりも上方に形成された排水口５８と、排水口５８を取り囲むように形成された遮水壁６０と、液肥Ｌが遮水壁６０を迂回して排水口５８に誘導される誘導路６２と、を有する。遮水壁６０は、図２に示すように、排水口５８と供給部２４との間であって、排水口５８と供給部２４とを結んだ直線上に位置している。

これにより、図２や図６に示すように、供給部２４から排出部２８へ向かう液肥Ｌの流れＦが遮水壁６０によって迂回するため、液体肥料の流れに沿って培地３４から伸びる根Ｒが真っすぐ（あるいは最短距離で）排水口５８に入り込みにくくなる。

遮水壁６０は、図２や図５に示すように、供給部２４から見て排水口５８よりも遠い領域まで形成されている。これにより、仮に根Ｒが排水口５８に向かって伸びようとすると、遮水壁６０を迂回する際にそれまでと反対方向に伸びなければならなくなる（図６参照）。加えて、根Ｒは、平坦な誘導路６２のうち遮水壁６０が設けられていない縁部６２ａで折り返されるように伸びなければ排水口５８に向かうことができない。

したがって、本実施の形態に係る遮水壁６０を有する排水誘導部５６においては、培地３４から伸びた根Ｒが排水口に入り込みにくくなる。また、培地３４から伸びた根Ｒが排水口５８に入るまでの距離が長くなるため、栽培開始から排水口５８に根が入り込むまでの期間を長くできる。なお、本実施の形態に係る排水誘導部５６は、縁部６２ａに円弧状の切り欠き６２ｃが形成されている。これにより、供給部２４から栽培槽本体３０の四隅で滞留しやすい液肥Ｌを排水口５８に導きやすくなる。

前述のように、誘導路６２は、遮水壁６０を迂回した液肥Ｌが排水口５８に向かって流れる平坦面６２ｂである。平坦面６２ｂは、供給部２４から見て排水口５８よりも遠い側に向かって伸びていてもよい。これにより、根Ｒが遮水壁６０を迂回して排水口５８に向かって伸びても排水口５８に入り込むまでにある程度の期間がかかるため、その期間内に点検口蓋４６を開いて点検口４４から排水部品４０を観察することで、根Ｒが平坦面６２ｂの上を伸びている段階で発見し易い。その結果、根Ｒが排水口５８に入り込む前に根Ｒを排水口５８から離すことができる。

遮水壁６０は、図５乃至図７に示すように、供給部２４と排水口５８との間にある第１の壁６０ａの高さｈ１（排水口５８からの高さ）が、第１の壁６０ａの両側にある第２の壁６０ｂの高さｈ２よりも高い。これにより、供給部２４から排水口５８へ直線的に伸びる根Ｒが遮水壁６０の第１の壁６０ａを乗り越えにくくできる。また、第２の壁６０ｂよりも壁の高さが高い第１の壁６０ａの上部をつまんで上下することで、排水口５８の高さの調整が容易となる。

上述のように、本実施の形態に係る栽培槽本体３０は、底面部分３０ｂの中央部に設けられた供給部２４から液肥Ｌが供給され、浸漬部２６の四隅に設けられた排出部２８から液肥Ｌが排出される。液肥Ｌの供給部２４と排出部２８とがこのような配置である栽培槽本体３０は、浸漬部２６の中央部から最も離れた位置であり、最も流れの抵抗の大きい四隅角部へ流れを集めることで、対流を良好に維持することを意図している。

しかしながら、浸漬部２６の四隅は液肥Ｌが滞留しやすく、四隅の底部に排出穴を設けただけだと、液肥Ｌがスムーズに排出されにくい。そこで、本実施の形態に係る栽培槽本体３０は、排水部品４０を用いることで、液肥Ｌの滞留の問題を改善できる。具体的には、排水部品４０は、扇形の平坦面６８が排水口５８よりも四隅角部に接近しているため、最も流れの弱い（滞留しやすい）角部近傍から液肥Ｌを集水しやすい。これにより、従来では構造的、スペース的に配水管を取り付けることが困難な四隅角部からの効率的な集水も可能となる。

特に、排水口５８への集水が、供給部２４側からではなく、排水部品の遮水壁を回り込むように浸漬部２６の四隅角部から行われることで、浸漬部２６における液肥の対流が良好になる。加えて、排水部品４０の切り欠き６２ｃは、四隅角部から排水口５８へ向かう水の流れに対する抵抗を低減する効果がある。その結果、四隅角部から排水口５８へ向かう液肥Ｌが縁部６２ａの抵抗で平坦面６２ｂに向かわずに、排水部品４０の遮水壁６０の外側に向かうことを抑制し、液肥Ｌが平坦面６８を経由して円滑に排水口５８に向かうようになる。このように、液肥Ｌが滞留しがちで流れが弱い四隅角部から排水口５８へ向かう対流を強制的に作り出すことで、矩形の浸漬部２６全体にわたって偏りやムラの少ない対流が実現できる。

（変形例）
図８（ａ）～図８（ｃ）は、本実施の形態の変形例に係る排水部品の排水誘導部の上面図である。以下では、図５に示す排水誘導部５６と異なる点を主として説明する。図８（ａ）に示す排水誘導部６６は、前述の排水誘導部５６と比較して、平坦面６８の縁部６８ａが円弧状ではなく直線である。また、縁部６８ａ以外の平坦面６８の外周部は全て外周壁７０で囲まれている。これにより、根Ｒは、縁部６８ａ以外から排水口５８に向かって伸びにくくなる。

図８（ｂ）に示す排水誘導部７２は、前述の排水誘導部５６と比較して、穴７４が平坦面６８に形成されている点が異なる。穴７４には、例えば、液肥の温度を測る温度センサー、液肥の水位を測る水位センサー、液肥の濃度を測る濃度センサー等が挿入される。また、穴７４は、溢れた液体肥料Ｌが通過する流路としても用いられる。

図８（ｃ）に示す排水誘導部７６は、前述の排水誘導部５６と比較して、平坦面６８の上に邪魔板７８が設けられている。邪魔板７８は、根Ｒが仮に縁部６８ａから平坦面６８に載り上がっても、根Ｒが排水口５８に向かって真っすぐ伸びないようにするためのものであり、根Ｒが排水口５８に入り込む前に平坦面６８上で滞留する時間を長くできる。

図９は、本実施の形態の変形例に係る栽培槽を構成する栽培槽本体の上面図である。なお、図９に示す栽培槽本体８０は、前述の栽培槽本体３０と基本的な構成は同じであるが、全体の形状が長方形である点、供給部２４を複数備えている点、複数種の排水部品を備えている点が特徴部分である。なお、図９は、長方形の栽培槽本体８０の長手方向の一方の端部を省略して図示している。

栽培槽本体８０は、長方形の周囲壁８０ａおよび底面部分８０ｂから構成された箱体を有する。底面部分８０ｂには周囲壁８０ａの長手方向に沿って複数の供給部２４が配置されており、四隅には前述の排水部品４０が配置されている。また、周囲壁８０ａのうち、長手方向に平行な壁８０ａ１に対向するように、図８（ａ）に示したような排水部品８２が複数配置されている。直線の縁部６８ａは、壁８０ａ１に対してほぼ平行であり、供給部２４から供給される液肥Ｌの流れが縁部６８ａでの抵抗によって排水部品８２の排水口５８に向かいにくくなることが低減される。

このように、生産性の向上や設備の低コスト化のために、長方形の栽培槽本体８０のように大型化した場合、四隅しか排出口がないと、液肥Ｌを浸漬部２６の隅々に均一に供給することが困難である。そこで、栽培槽本体８０には長方形の四隅に排水部品４０を設けるだけでなく、長方形の辺に対向する部分に複数の排水部品８２を設けている。これにより、栽培槽本体８０の長辺が短辺に対して非常に長い場合であっても、液肥Ｌを浸漬部２６の隅々に供給することができ、根が等方的に成長しやすくなり、植物の良好な生育が期待できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

本発明は、水耕栽培槽に利用できる。

１０ 栽培システム、 １２ 液肥槽、 １３ 培地、 １６ 栽培槽、 ２０，２２ 配管、 ２４ 供給部、 ２６ 浸漬部、 ２８ 排出部、 ３０ 栽培槽本体、 ３２ 上蓋、 ３４ 培地、 ４０ 排水部品、 ４８ 挿入穴、 ５２ スライド部、 ５４ 開口部、 ５６ 排水誘導部、 ５８ 排水口、 ６０ 遮水壁、 ６０ａ 第１の壁、 ６０ｂ 第２の壁、 ６２ 誘導路、 ６２ａ 縁部、 ６２ｂ 平坦面。

Claims (5)

1. 培地の少なくとも一部が浸かるように液体肥料が満たされる浸漬部と、前記浸漬部に液体肥料を供給する供給部と、前記浸漬部に供給された液体肥料が排出される排出部と、を備え、
   前記排出部は、前記浸漬部の底面よりも上方に形成された排水口と、前記排水口と前記供給部との間に前記排水口を取り囲むように形成された遮水壁と、液体肥料が前記遮水壁を迂回して前記排水口に誘導される誘導路と、を有し、
   前記誘導路は、平坦面であることを特徴とする水耕栽培槽。
2. 前記遮水壁は、前記供給部から見て前記排水口よりも遠い領域まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培槽。
3. 培地の少なくとも一部が浸かるように液体肥料が満たされる浸漬部と、前記浸漬部に液体肥料を供給する供給部と、前記浸漬部に供給された液体肥料が排出される排出部と、を備え、
   前記排出部は、前記浸漬部の底面よりも上方に形成された排水口と、前記排水口と前記供給部との間に前記排水口を取り囲むように形成された遮水壁と、液体肥料が前記遮水壁を迂回して前記排水口に誘導される誘導路と、を有し、
   前記誘導路は、前記遮水壁を迂回した液体肥料が前記排水口に向かって流れる平坦面であり、
   前記平坦面は、前記供給部から見て前記排水口よりも遠い側に向かって伸びていることを特徴とする水耕栽培槽。
4. 培地の少なくとも一部が浸かるように液体肥料が満たされる浸漬部と、前記浸漬部に液体肥料を供給する供給部と、前記浸漬部に供給された液体肥料が排出される排出部と、を備え、
   前記排出部は、前記浸漬部の底面よりも上方に形成された排水口と、前記排水口と前記供給部との間に前記排水口を取り囲むように形成された遮水壁と、液体肥料が前記遮水壁を迂回して前記排水口に誘導される誘導路と、を有し、
   前記遮水壁は、前記供給部と前記排水口との間にある第１の壁の高さが、第１の壁の両側にある第２の壁の高さよりも高いことを特徴とする水耕栽培槽。
5. 培地の少なくとも一部が浸かるように液体肥料が満たされる浸漬部から液体肥料を排出するために用いられる排水部品であって、
   前記排水部品は、前記浸漬部の底面よりも上方に位置し、該浸漬部に供給された液体肥料が排出される排水口と、前記排水口を取り囲むように形成された遮水壁と、液体肥料が前記遮水壁を迂回して前記排水口に誘導される誘導路と、を有し、
   前記誘導路は、前記遮水壁と前記排水口とをつなぐ平坦面であることを特徴とする排水部品。

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