水耕栽培プラント
【課題】養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラントを提供する。
【解決手段】養液で植物を水耕栽培する栽培ベッド２に循環する養液ループと、殺菌効果を有するガスを養液ループに供給するガス供給源３と、養液ループにあって、養液とガス供給源３から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽４と、を有し、殺菌槽４に接続され、加圧手段を有して、ガス供給源３から供給されたガスを殺菌槽４に注入するガス注入装置と、殺菌槽４の上部空間とガス注入装置のガス導入部とを連通させて、殺菌槽４において養液中から離脱したガスを再利用させるガス回収管８と、殺菌槽４の内部圧力を、所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段と、を備えた構成とした。
【解決手段】養液で植物を水耕栽培する栽培ベッド２に循環する養液ループと、殺菌効果を有するガスを養液ループに供給するガス供給源３と、養液ループにあって、養液とガス供給源３から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽４と、を有し、殺菌槽４に接続され、加圧手段を有して、ガス供給源３から供給されたガスを殺菌槽４に注入するガス注入装置と、殺菌槽４の上部空間とガス注入装置のガス導入部とを連通させて、殺菌槽４において養液中から離脱したガスを再利用させるガス回収管８と、殺菌槽４の内部圧力を、所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段と、を備えた構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウス、植物工場等の水耕栽培プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、土を用いず栄養源を養液で供給して作物を栽培する水耕栽培プラントでは、作物の根に養液が連続的、あるいは間歇的に供給される。このうち、主として養液が連続的に循環供給される方式では、水生菌等の病原菌による根腐れ病や立枯病が一旦発生すると、循環する養液によって病害がプラント全体に蔓延する問題があった。
【０００３】
そこで、従来では、養液によって病害がプラント全体に蔓延するのを防止するために、紫外線照射や加熱方式、オゾン処理等によって養液を殺菌していた（非特許文献１参照）。
また、その他に養液を殺菌する方式として、殺菌効果を有するガスを利用するものがある（例えば、非特許文献２参照）。この方式では、熱機関や発電プラントの燃焼ガス等の利用によって容易に入手できる二酸化炭素ガスを用いるものが知られている。
【０００４】
また、養液を殺菌する方式として、マイクロバブル発生装置を用い、オゾンマイクロバブルを養液槽に注入するとともに、その後に生物活性炭処理を行って養液中の有機物と老廃物を分解するものがある（例えば、特許文献１参照）。
ここで、マイクロバブル生成装置としては、例えば、ポンプと減圧ノズル、およびガス回収ループから構成される加圧溶解方式の生成装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、養液にオゾンを注入する殺菌槽と、その後段にオゾン分解槽とを設け、オゾン酸化後に養液に残る溶存オゾンを、オゾン分解槽において空気を吹き込むことにより分解するものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０６４４８号公報
【特許文献２】特許第４２０１０４２号公報
【特許文献３】特開２００１−１５７５２４号公報
【非特許文献１】「養液栽培の病害と対策」、社団法人農山漁村文化協会、１０７−１４２頁、２００９年
【非特許文献２】「低圧条件での二酸化炭素を用いた革命的食品殺菌法の開発」、財団法人浦上食品・食文化振興財団研究報告書、∨ｏｌ．１６、１５０−１５８頁、２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した非特許文献１に記載の紫外線処理では、養液中の残渣や固体粒子によって光線が遮断されと殺菌効果が低下するという問題があった。
また、加熱方式では、加熱にコストがかかるとともに、養液温度が上昇するという問題があった。
また、オゾン処理では高い殺菌力が得られることとなるが、設備にコストがかかるとともに、電力費等の運転コストが嵩むとともに、養液に溶存したオゾンが循環して栽培ベッドに達すると、作物の根が酸化作用で傷むという問題があった。
その他に、オゾン処理では、養液中の微量元素として必須の鉄やマンガンが酸化され、不溶化して沈殿するため、これらの元素を追肥する必要があった。
【０００７】
また、前記した非特許文献２に記載の二酸化炭素ガスを用いる方式では、殺菌効果を得るために養液を高圧状態に保つ必要があり、その動力に要する運転コストが嵩むという問題があった。
また、殺菌に用いた後、養液から二酸化炭素ガスが離脱し、これが大気中に放出されることとなるが、地球温暖化による環境破壊を防止するためには、温室効果ガスである二酸化炭素ガスの放出量を減らさなければならない。
【０００８】
また、非特許文献２に示された方法では、バッチ方式の処理法であり、実際の水耕栽培プラントに適用する際には、養液の循環ループ上で連続処理できる装置が必要である。
また、特許文献１に記載のオゾンマイクロバブル処理では、オゾン処理に要する装置コスト、運転コストが高いとともに、後段の生物活性炭に存在する微生物が溶液中に流出して栽培ベッドに到達すると、微生物由来の病原菌が発生する可能性もある。
【０００９】
また、オゾン処理によって鉄やマンガン等の微量元素が不溶化し沈殿し、養液の肥料バランスが変化するため、追肥を行う必要が生じる。
特許文献３に記載のオゾン処理では、オゾン処理に要する装置コスト、運転コストが高いとともに、オゾン処理直後に鉄やマンガンが酸化されるため、オゾン分解槽に到達する前に微量元素の一部が不溶化し沈殿する可能性がある。
【００１０】
このような観点から、本発明は、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するための手段として本発明の水耕栽培プラントは、養液で植物を水耕栽培する栽培ベッドと、前記養液を前記栽培ベッドに循環する養液ループと、殺菌効果を有するガスを前記養液ループに供給するガス供給源と、前記養液ループにあって、前記養液と前記ガス供給源から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽と、を有する水耕栽培プラントであって、前記殺菌槽に接続され、加圧手段を有して、前記ガス供給源から供給されたガスを前記殺菌槽に注入するガス注入装置と、前記殺菌槽の上部空間と前記ガス注入装置のガス導入部とを連通させて、前記殺菌槽において前記養液中から離脱したガスを再利用させるガス回収管と、前記殺菌槽の内部圧力を、所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段と、を備えたことを特徴とする。この水耕栽培プラントによれば、殺菌効果を有するガスを用いた養液の殺菌において殺菌槽を高圧に保って連続的に殺菌が可能である。また、殺菌槽から排出されたガスを再利用できる。これによって、ガス供給源からのガスの使用量が減少するため水耕栽培プラントの運転コストを低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラントが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の水耕栽培プラントの第１実施形態を図１を参照して詳細に説明する。
本実施形態の水耕栽培プラント１は、栽培ベッド２と、養液（栽培のための養分を含んだ水）を栽培ベッド２に循環するための養液ループを構成する配管２ａ〜２ｄと、殺菌効果を有するガスを養液ループに供給するガス供給源３と、養液ループにあって、養液とガス供給源３から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽４と、を有する。
養液ループ上には、前記した栽培ベッド２、殺菌槽４のほか、殺菌槽４の下流側に気水分離槽５が設けられている。
そして、殺菌槽４には、ガス供給源３から供給されたガスを殺菌槽４に注入するガス注入装置としてのマイクロバブル生成装置６が接続されている。
【００１５】
栽培ベッド２は、所定の幅と長さを有しており、例えば、作物が発泡スチロールパネル等で固定され、作物の根が循環する培養液に浸かっているものである。栽培ベッド２の上方には、照明装置２’が設置されている。
【００１６】
ガス供給源３には、殺菌効果を有するガスとして二酸化炭素ガスを養液ループに供給することが可能な二酸化炭素ガス供給タンクが設置されている。二酸化炭素ガスは、ガス供給源３から供給管３ａを通じてマイクロバブル生成装置６に至る導入路としての導入管７に供給される。なお、二酸化炭素ガスは、工業用に生産されたガスの他に、熱機関や発電プラントの燃焼ガス等を供給して利用することもできる。
ちなみに、二酸化炭素は、植物の光合成に必要なガスであるので、二酸化炭素濃度が高濃度であっても植物に悪い影響を与えることはない。
【００１７】
殺菌槽４は、養液ループ上を循環する養液を殺菌するための槽であり、マイクロバブル生成装置６から注入された二酸化炭素ガスによるマイクロバブルで槽内の養液を殺菌する。殺菌槽４内には、マイクロバブルと養液との接触時間を確保するための仕切板４ａが設けられている。
殺菌槽４には、上流側となる栽培ベッド２側との間に配管２ａが接続されており、この配管２ａ上に設置されたポンプ１０を通じて、上流側から養液が流入するようになっている。つまり、上流側の養液は、ポンプ１０で加圧されて殺菌槽４に供給されるようになっている。
【００１８】
また、殺菌槽４の養液は、配管２ｂを通じて下流側の気水分離槽５に流出するようになっている。配管２ｂには、減圧作用を有する流動抵抗体として動力回収装置１１が設けられている。動力回収装置１１は、例えばペルトン水車方式の回収機構を採用することができる。このような動力回収装置１１は、上流側のポンプ１０に直結してもよいし、また、電磁気力に変換して、間接的にポンプ１０に動力を伝達するように構成してもよい。このような動力回収装置１１を用いることにより、ポンプ１０の所要動力を軽減することができる。
【００１９】
また、殺菌槽４の上部空間には、ガス回収路として機能するガス回収管８が接続されている。ガス回収管８の端部は、マイクロバブル生成装置６に至る導入管７の途中に接続されている。これにより、殺菌槽４内にて養液を殺菌した後の未溶解分の二酸化炭素ガスは、養液の水面から離脱した後にガス回収管８を通じてマイクロバブル生成装置６に供給され、再利用される。ガス回収管８の途中には、殺菌槽４内の液位の下降上昇に対応して開閉するエアベント９が設けられている。
【００２０】
本実施形態では、ポンプ１０の吐出圧と、配管２ｂの動力回収装置１１の流動抵抗によって、殺菌槽４の内部圧力が実質的に所定の殺菌効果を有する圧力状態に保持されるようになっている。つまり、ポンプ１０で加圧された養液は殺菌槽４内で所定の加圧状態に保持されるようになっている。
ここで、ポンプ１０による所定の加圧状態は、望ましくは１．０ＭＰａ以上とすることができる。これによって、前記した非特許文献２に示されるように、二酸化炭素ガスの殺菌作用を高めることが可能となる。
なお、加圧された養液は、殺菌槽４内で加圧状態に保持された後、動力回収装置１１の下流側で低圧状態に戻されることとなる。
本実施形態では、ポンプ１０、動力回収装置１１からなる、請求の範囲にいう圧力保持手段を有する。
【００２１】
気水分離槽５は、殺菌槽４から栽培ベッド２に連通する側の養液ループにおける配管２ｂの途中に設けられており、動力回収装置１１の下流側にあることから、動力回収装置１１を通過した後に減圧発泡した二酸化炭素ガスを養液から分離するようになっている。
気水分離槽５は、気水の分離を容易にするため、図では仕切板を用いて上昇流部と下降流部とを分離した構造を示している。
【００２２】
気水分離槽５で分離されて回収された二酸化炭素ガスは、導入管７を通じてマイクロバブル生成装置６に供給され、再利用される。なお、導入管７における気水分離槽５の近傍には、第１のブロワ１２が設けられており、これによって気水分離槽５で分離した二酸化炭素ガスは、第１のブロワ１２によってマイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃに加圧状態で導入されるようになっている。
このとき、第１のブロワ１２の吸込圧を利用して、気水分離槽５内が負圧状態に保持される。これによって、気水分離槽５内の二酸化炭素ガスの飽和圧力が低下され、発泡が促進されて、養液内における二酸化炭素ガスの溶存濃度が低下されるようになる。
【００２３】
マイクロバブル生成装置６は、ポンプ６ａと減圧ノズル６ｂとを用いる加圧溶解方式を備えて構成されており、殺菌槽４内の養液をポンプ６ａで加圧した後、減圧ノズル６ｂで減圧発泡して二酸化炭素ガスのマイクロバブルを生成し、これを殺菌槽４に注入するようになっている。
マイクロバブル生成装置６には、主として導入管７を通じてガス供給源３から供給された二酸化炭素ガスによりマイクロバブルを生成するが、ガス回収管８を通じて回収された二酸化炭素ガスや、気水分離槽５から導入管７を通じて回収された二酸化炭素ガスを再利用してマイクロバブルを生成するようになっている。
なお、マイクロバブルの生成方式は、前記した加圧溶解方式の他に旋回型等の他方式を用いてもよい。
【００２４】
ここで、ガス供給源３と導入管７とを接続する供給管３ａには、二酸化炭素ガスの流量を調整する流量調整手段としての流量調整弁２０ａが設けられている。
流量調整弁２０ａは、制御手段２０によって弁の開閉が制御されるようになっており、制御手段２０には、導入管７に設けられた流量計１３からの信号が入力されるようになっている。
制御手段２０は、流量計１３からの信号に基づいて、ガス供給源３からマイクロバブル生成装置６へ供給される二酸化炭素ガスの流量が所定の流量になるように流量調整弁２０ａを開閉制御する。
具体的に、制御手段２０は、ガス供給源３から供給された二酸化炭素ガスと、殺菌槽４からガス回収管８を通じて導入管７に流入した二酸化炭素ガスと、気水分離槽５から導入管７に流入した二酸化炭素ガスとを合計した二酸化炭素ガスの流量が、所定の流量となるように、流量計１３からの信号に基づいて、流量調整弁２０ａを開閉制御する。つまり、二酸化炭素ガスの流量が所定の流量よりも小さいときには、流量調整弁２０ａを開く側に制御し、二酸化炭素ガスの流量が所定の流量よりも大きいときには、流量調整弁２０ａを閉じる側に制御してガス供給源３から供給される二酸化炭素ガスを絞る。これにより、ガス供給源３から供給される二酸化炭素ガスの消費を抑えてコストの削減を図ることができる。
なお、制御手段２０の制御によらず、流量調整弁２０ａを手動で開閉制御してもよい。
【００２５】
また、導入管７には、流量計１３のほか、第２の加圧手段としての第２のブロワ１４が設けられている。第２のブロワ１４は、導入管７における供給管３ａとガス回収管８との合流地点Ｇよりも下流側に設けられている。したがって、第２のブロワ１４は、気水分離槽５で回収された二酸化炭素ガスのほか、ガス供給源３からの二酸化炭素ガス、および殺菌槽４から回収された二酸化炭素ガスを、マイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃに加圧状態で導入するようになっている。
【００２６】
なお、養液ループは、配管２ｃと配管２ｄとの接続部分に三方弁２１が設けられており、また、配管２ｄと配管２ａとの接続部分に三方弁２２が設けられている。そして三方弁２１と三方弁２２との間が短絡配管２３で接続されている。これによって、三方弁２１および三方弁２２を切り換えることによって、栽培ベッド２を迂回して短絡配管２３に養液を通流させる短絡ループとすることができる。
なお、配管２ａには、養液を貯めておくためのアキュームレータ１５が設けられている。
【００２７】
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）殺菌槽４の内部圧力を、実質的に所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段を備えているので、循環利用する養液の殺菌処理効率を高めることができ連続的な殺菌が可能である。したがって、養液によって病害がプラント全体に蔓延するのを好適に防止することができる。
（２）栽培ベッド２から殺菌槽４に連通する養液ループの配管２ａに設けられたポンプ１０を利用して、殺菌槽４の内部圧力を上昇させることができるので、別途、専用の加圧手段を設ける必要がなく、設備コストを可及的に低減することができる。
（３）また、流動体抵抗が動力回収装置１１であり、殺菌槽４の内部圧力を上昇させるための構成が簡単であり、設備コストを可及的に低減することができる。しかも、動力回収装置１１で回収した動力をポンプ１０の補助動力に利用することができるので、ポンプ１０の所要動力を軽減することができる。これにより、使用電力を削減して運転コストの低減を図ることができる。
また、動力回収装置１１で回収した動力を第１のブロワ１２や第２のブロワ１４の補助動力として利用することもできる。
（４）殺菌槽４内にて養液を殺菌した後の未溶解分の二酸化炭素ガスをマイクロバブルの生成に再利用することができるとともに、気水分離槽５から分離された二酸化炭素ガスをマイクロバブルの生成に再利用することができ、ガス供給源３から供給される二酸化炭素ガスの使用量を低減して運転コストの低減を図ることができる。
また、二酸化炭素ガスを再利用することによって、環境への二酸化炭素ガスの排出量を減らすことが可能であり、温暖化ガスの排出量を削減することによって環境負荷が軽減される。
（５）マイクロバブル生成装置６を用いて殺菌槽４に二酸化炭素ガスによるマイクロバブルが生成されるので、二酸化炭素ガスの溶解効率が増加し、養液の殺菌性能を高めることができる。
（６）殺菌槽４の上部空間の二酸化炭素ガスの排出にエアベント９を用いることにより、殺菌槽４の水位を一定に維持することができ、これによって養液殺菌効果の信頼性が向上する。
（７）導入管７における気水分離槽５の近傍には、第１のブロワ１２が設けられているので、気水分離槽５から分離して回収した二酸化炭素ガスをマイクロバブル生成装置６に加圧状態で導入することができ、二酸化炭素ガスの圧力と流量が一定に保たれ、安定にマイクロバブルを生成できるので、養液殺菌効果の信頼性が向上する。
（８）第１のブロワ１２の吸込圧を利用して、気水分離槽５内が負圧状態に保持されるので、気水分離槽５内の二酸化炭素ガスの飽和圧力が低下され、発泡が促進されて、養液内における二酸化炭素ガスの溶存濃度が低下されるようになる。これにより、栽培ベッド２側に二酸化炭素ガスを含んだ養液が供給されにくくなって植物の根を傷める現象を防止できるので、養液殺菌効果の信頼性が向上する。
（９）導入管７における第２のブロワ１４は、導入管７における供給管３ａとガス回収管８との合流地点Ｇよりも下流側に設けられているので、気水分離槽５で回収された二酸化炭素ガスのほか、ガス供給源３からの二酸化炭素ガス、および殺菌槽４から回収された二酸化炭素ガスを、マイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃに加圧状態で導入することができる。したがって、二酸化炭素ガスのスムーズな流れを実現して二酸化炭素ガスの確実な再利用を実現することができる。
（１０）制御手段２０によって、マイクロバブル生成装置６へのガス供給流量が所定の量（一定）となるように流量調整弁２０ａが制御されるようになっているので、回収される二酸化炭素ガスの量によって、過不足なくガス供給源３から二酸化炭素ガスが供給されるようになり、これにより、ガス供給源３からの二酸化炭素ガスの補充量を最適化でき、過消費を好適に抑えて運転コストの低減を図ることができる。
（１１）養液の殺菌運転を間歇的に実施する場合は、三方弁２１と三方弁２２を切り替え、養液ループを短絡配管２３に短絡する。これにより、さらに使用電力を削減して運転コストの低減を図ることができるとともに、二酸化炭素ガスの使用量が減少して、養液の殺菌に係る経済性が向上するようになる。
【００２８】
図２，図３は第１実施形態の水耕栽培プラント１の変形例であり、図２では、マイクロバブル生成装置６の導入管７における供給管３ａとガス回収管８との合流地点Ｇにバッファタンク１６が設けられている。
この水耕栽培プラント１によれば、バッファタンク１６の気体への緩衝効果により、殺菌槽４と気水分離槽５からの二酸化炭素ガスの流量の変動が緩和されるので、マイクロバブル生成装置６への二酸化炭素ガスの供給の圧力と流量が一定に保たれるようになり、より安定したマイクロバブルの生成が可能となる。したがって、養液殺菌効果の信頼性がより向上する。
【００２９】
図３の水耕栽培プラント１では、導入管７と、供給管３ａと、ガス回収管８と、がそれぞれ独立してマイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃ，６ｄ，６ｅに接続されている。この場合、導入管７には、第１のブロワ１２と流量計１３とが設けられ、供給管３ａには、流量計１３ｂが設けられ、ガス回収管８には、第２のブロワ１４と流量計１３ａとが設けられている。各流量計１３，１３ｂ，１３ａにおける計測値は、制御手段２０に入力され、トータルの供給流量が所定の流量（一定）となるように、これらの計測値に基づいて制御手段２０が流量調整弁２０ａを制御するようになっている。
【００３０】
（第２実施形態）
図４に第２実施形態の水耕栽培プラント１を示す。本実施形態の水耕栽培プラント１が前記第１実施形態と異なるところは、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を図１に示した動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
背圧弁３０は、一次側圧力（上流側の圧力）が設定値以上になると、内部に備わる弁が開状態になり、二次側（下流側）に流体を流す機能を有する。これによって、殺菌槽４の上流側の配管２ａに設けられたポンプ１０で殺菌槽４を加圧しつつ、殺菌槽４の下流側の配管２ｂに設けられた背圧弁３０で、殺菌槽４の内部圧力一定に保つことができる。
【００３１】
本実施形態においても、前記した第１実施形態と同様に、養液の二酸化炭素ガス殺菌において、殺菌槽４を高圧に保って連続的に殺菌が可能であるとともに、動力回収機構を用いないため、水耕栽培プラント１の設備コストを低減することができる。
【００３２】
（第３実施形態）
図５に第３実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、図１の水耕栽培プラント１において、ポンプ１０に回転数を制御するインバータ４２が取り付けられるとともに、殺菌槽４に圧力伝送器４１が取り付けられ、さらに、圧力伝送器４１の信号を入力信号としてインバータ４２に回転数制御信号を出力する制御器４０が設けられている。
【００３３】
この水耕栽培プラント１では、圧力伝送器４１の計測信号を基に、殺菌槽４内の圧力が設定値を維持するように、制御器４０からインバータ４２にポンプ１０の回転数を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ１０で加圧されつつ一定に保持されるようになる。
したがって、前記第１実施形態と同様に、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラント１が得られる。
【００３４】
図６は図５の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いられる流動抵抗体としての動力回収装置１１に代えて、弁４３を用いている。この水耕栽培プラント１においても、圧力伝送器４１の計測信号を基に、殺菌槽４内の圧力が設定値を維持するように、制御器４０からインバータ４２にポンプ１０の回転数を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ１０で加圧されつつ一定に保持されるようになり、弁４３を用いた簡易な構造で、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラント１が得られる。
【００３５】
図７は図５の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いられる流動抵抗体としての動力回収装置１１に代えて、流量調整弁４５を用いており、さらに流量調整弁４５の下流側に流量計４６を設けている。また、流量計４６の信号を入力信号とし、流量調整弁４５に弁開度制御信号を出力する制御器４４を設けている。
【００３６】
この水耕栽培プラント１では、圧力伝送器４１の計測信号を基に、殺菌槽４内の圧力が設定値を維持するように、制御器４０からインバータ４２にポンプ１０の回転数を制御する信号が出力される。そして、これと並行して、流量計４６の計測信号を基に、殺菌槽４から養液ループ上に流出する養液の流量が設定値を維持するように、制御器４４から流量調整弁４５に弁開度を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ１０で加圧されつつ一定に保持されるようになり、養液の処理流量を一定に保つことができる。
【００３７】
本実施形態においても、前記した第１実施形態と同様に、養液の二酸化炭素ガス殺菌において、殺菌槽４を高圧に保って連続的に殺菌が可能であるとともに、動力回収機構を用いないため、水耕栽培プラント１の設備コストを低減することができる。
【００３８】
（第４実施形態）
図８に第４実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、ポンプ１０を削除して、養液ループの配管２ａにマイクロバブル生成装置６を介設してマイクロバブル生成装置６のポンプ６ａを加圧用として利用している。
本実施形態では、、マイクロバブル生成の圧力に相当する圧力差（０．１５ＭＰａ以上）が殺菌槽４内にて得られるように、動力回収装置１１の圧力損失が調整されている。
【００３９】
この水耕栽培プラント１では、マイクロバブル生成装置６のポンプ６ａを加圧用として利用しているので、運転コストと設備コストを低減することができる。
【００４０】
図９は図８の水耕栽培プラント１の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を図８に示した動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
このような構成とすることによっても、殺菌槽４の上流側の配管２ａに設けられたマイクロバブル生成装置６のポンプ６ａで殺菌槽４を加圧しつつ、殺菌槽４の下流側の配管２ｂに設けられた背圧弁３０で、殺菌槽４の内部圧力一定に保つことができる。
なお、殺菌槽４内の最大圧力は、背圧弁３０によって一定値に設定されるため、ポンプ６ａによる圧力と背圧弁３０の設定圧力の差が、マイクロバブル生成の最低圧力（好ましくは０．１５ＭＰａ）以上になるように、運転特性図からポンプ６ａを選定する。
【００４１】
この水耕栽培プラント１では、動力回収機構を用いないため、水耕栽培プラント１の設備コストを低減することができる。
【００４２】
図１０は図９の水耕栽培プラント１の変形例であり、ポンプ６ａの回転速度を制御するインバータ４８を取り付け、ポンプ６ａの吐出側に圧力伝送器４９が取り付けられている。そして、圧力伝送器４９の信号を入力信号とし、インバータ４８に回転数制御信号を出力する制御器４７が設けられている。
【００４３】
この水耕栽培プラント１では、圧力伝送器４９の計測信号を基に、ポンプ６ａの吐出圧力と背圧弁３０の設定圧力の差がマイクロバブル生成の最低圧力（好ましくは０．１５ＭＰａ）以上になるように、制御器４７からインバータ４８にポンプ６ａの回転数を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ６ａで加圧されつつ一定に保持されるようになる。
したがって、この水耕栽培プラント１においても同様に、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラント１が得られる。
【００４４】
（第５実施形態）
図１１に第５実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、殺菌槽４におけるガス注入装置として散気管５０を用いている。
散気管５０は殺菌槽４内に設けられており、この散気管５０には導入管７が接続されている。導入管７を通じて供給された二酸化炭素ガスは、散気管３９を介して殺菌槽４内の高圧の養液に吹き込まれる。
【００４５】
この水耕栽培プラント１では、マイクロバブル生成装置６を用いたものより溶解効率は低くなるが、ガス回収管８によって未溶解ガスが回収され、再度散気管５０から吹き込まれることとなるため、従来の散気管方式のものと比較して高い溶解効率が得られる。これによって、従来と比較して、殺菌性能を向上することができる。また、マイクロバブル生成装置を配置していないので、設備コストの低減を図ることができる。
【００４６】
図１２は図１１の水耕栽培プラント１の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
この水耕栽培プラント１によれば、動力回収機構を用いないため、設備コストを低減することができる。
【００４７】
（第６実施形態）
図１３に第６実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、養液ループ上の配管２ａにおいて、ポンプ１０の上流側にオゾン接触槽４’を設けている。
オゾン接触槽４’は、オゾンガスの接触時間を確保するため、内部に仕切板４ａ’を有している。オゾン接触槽４’には、マイクロバブル生成装置６’が接続され、オゾン発生装置３’から流量調整弁２０ａ’と流量計１３’を通り、オゾンガスがマイクロバブル生成装置６’に供給される。オゾン接触槽４’内で未溶解の排オゾンガスは、オゾン接触槽４’の上部空間から排オゾン処理装置２５に排出され、分解処理される。
【００４８】
養液はオゾン接触槽４’でオゾンマイクロバブルによって殺菌処理されるが、鉄やマンガン等の微量元素は、酸化されて不溶化し、沈殿を生じる。このように鉄やマンガン等の微量元素の沈殿物を含む養液は、ポンプ１０で加圧されて、殺菌槽４に流入する。殺菌槽４では、二酸化炭素ガスのマイクロバブルが注入され、その高い溶解効率によって溶存二酸化炭素濃度が増加する。このため水素イオンが増加し、ｐＨが低下する。
このように低いｐＨ環境では、例えば、二酸化マンガンは水素イオンを受け取って還元されるため、可溶化する。さらに、二酸化炭素ガスの殺菌作用によって、オゾン殺菌後の養液をさらに殺菌することができる。
【００４９】
また、オゾン接触槽４’でオゾンマイクロバブルによって殺菌処理された後に養液に溶存オゾンが残留する場合においても、殺菌槽４で二酸化炭素ガスをパージされるので溶存オゾンの気相への移行が促進され、養液の溶存オゾンを除去することができる。
【００５０】
本実施形態によれば、前記第１実施形態で説明した作用効果に加えて、養液のオゾン殺菌に対してその下流に二酸化炭素殺菌を組み合わせることにより、養液の殺菌性能をより高めることができる。
また、養液への追肥量が減るために、水耕栽培プラント１の運転コストを低減できる。
【００５１】
図１４は図１３の水耕栽培プラント１の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
この水耕栽培プラント１によれば、動力回収機構を用いないため、設備コストを低減することができる。
【００５２】
なお、オゾン接触槽４’や殺菌槽４は、適宜複数設けてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 水耕栽培プラント
２ 栽培ベッド
２ａ〜２ｄ 配管（養液ループ）
３ ガス供給源
４ 殺菌槽
５ 気水分離槽
６ マイクロバブル生成装置（ガス注入装置）
６ａ ポンプ（圧力保持手段）
６ｂ 減圧ノズル
６ｃ ガス導入部
７ 導入管
８ ガス回収管
９ エアベント
１０ ポンプ（圧力保持手段）
１１ 動力回収装置（流動抵抗体、圧力保持手段）
１２ 第１のブロワ（第１の加圧手段）
１３ 流量計
１３ａ 流量計
１３ｂ 流量計
１４ 第２のブロワ（第２の加圧手段）
１５ アキュームレータ
１６ バッファタンク
２０ 制御手段
２０ａ 流量調整弁（流量調整手段）
３０ 背圧弁（流動抵抗体、圧力保持手段）
３９ 散気管
４３ 弁（流動抵抗体、圧力保持手段）
４５ 流量調整弁（流動抵抗体、圧力保持手段）
５０ 散気管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウス、植物工場等の水耕栽培プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、土を用いず栄養源を養液で供給して作物を栽培する水耕栽培プラントでは、作物の根に養液が連続的、あるいは間歇的に供給される。このうち、主として養液が連続的に循環供給される方式では、水生菌等の病原菌による根腐れ病や立枯病が一旦発生すると、循環する養液によって病害がプラント全体に蔓延する問題があった。
【０００３】
そこで、従来では、養液によって病害がプラント全体に蔓延するのを防止するために、紫外線照射や加熱方式、オゾン処理等によって養液を殺菌していた（非特許文献１参照）。
また、その他に養液を殺菌する方式として、殺菌効果を有するガスを利用するものがある（例えば、非特許文献２参照）。この方式では、熱機関や発電プラントの燃焼ガス等の利用によって容易に入手できる二酸化炭素ガスを用いるものが知られている。
【０００４】
また、養液を殺菌する方式として、マイクロバブル発生装置を用い、オゾンマイクロバブルを養液槽に注入するとともに、その後に生物活性炭処理を行って養液中の有機物と老廃物を分解するものがある（例えば、特許文献１参照）。
ここで、マイクロバブル生成装置としては、例えば、ポンプと減圧ノズル、およびガス回収ループから構成される加圧溶解方式の生成装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、養液にオゾンを注入する殺菌槽と、その後段にオゾン分解槽とを設け、オゾン酸化後に養液に残る溶存オゾンを、オゾン分解槽において空気を吹き込むことにより分解するものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０６４４８号公報
【特許文献２】特許第４２０１０４２号公報
【特許文献３】特開２００１−１５７５２４号公報
【非特許文献１】「養液栽培の病害と対策」、社団法人農山漁村文化協会、１０７−１４２頁、２００９年
【非特許文献２】「低圧条件での二酸化炭素を用いた革命的食品殺菌法の開発」、財団法人浦上食品・食文化振興財団研究報告書、∨ｏｌ．１６、１５０−１５８頁、２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した非特許文献１に記載の紫外線処理では、養液中の残渣や固体粒子によって光線が遮断されと殺菌効果が低下するという問題があった。
また、加熱方式では、加熱にコストがかかるとともに、養液温度が上昇するという問題があった。
また、オゾン処理では高い殺菌力が得られることとなるが、設備にコストがかかるとともに、電力費等の運転コストが嵩むとともに、養液に溶存したオゾンが循環して栽培ベッドに達すると、作物の根が酸化作用で傷むという問題があった。
その他に、オゾン処理では、養液中の微量元素として必須の鉄やマンガンが酸化され、不溶化して沈殿するため、これらの元素を追肥する必要があった。
【０００７】
また、前記した非特許文献２に記載の二酸化炭素ガスを用いる方式では、殺菌効果を得るために養液を高圧状態に保つ必要があり、その動力に要する運転コストが嵩むという問題があった。
また、殺菌に用いた後、養液から二酸化炭素ガスが離脱し、これが大気中に放出されることとなるが、地球温暖化による環境破壊を防止するためには、温室効果ガスである二酸化炭素ガスの放出量を減らさなければならない。
【０００８】
また、非特許文献２に示された方法では、バッチ方式の処理法であり、実際の水耕栽培プラントに適用する際には、養液の循環ループ上で連続処理できる装置が必要である。
また、特許文献１に記載のオゾンマイクロバブル処理では、オゾン処理に要する装置コスト、運転コストが高いとともに、後段の生物活性炭に存在する微生物が溶液中に流出して栽培ベッドに到達すると、微生物由来の病原菌が発生する可能性もある。
【０００９】
また、オゾン処理によって鉄やマンガン等の微量元素が不溶化し沈殿し、養液の肥料バランスが変化するため、追肥を行う必要が生じる。
特許文献３に記載のオゾン処理では、オゾン処理に要する装置コスト、運転コストが高いとともに、オゾン処理直後に鉄やマンガンが酸化されるため、オゾン分解槽に到達する前に微量元素の一部が不溶化し沈殿する可能性がある。
【００１０】
このような観点から、本発明は、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するための手段として本発明の水耕栽培プラントは、養液で植物を水耕栽培する栽培ベッドと、前記養液を前記栽培ベッドに循環する養液ループと、殺菌効果を有するガスを前記養液ループに供給するガス供給源と、前記養液ループにあって、前記養液と前記ガス供給源から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽と、を有する水耕栽培プラントであって、前記殺菌槽に接続され、加圧手段を有して、前記ガス供給源から供給されたガスを前記殺菌槽に注入するガス注入装置と、前記殺菌槽の上部空間と前記ガス注入装置のガス導入部とを連通させて、前記殺菌槽において前記養液中から離脱したガスを再利用させるガス回収管と、前記殺菌槽の内部圧力を、所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段と、を備えたことを特徴とする。この水耕栽培プラントによれば、殺菌効果を有するガスを用いた養液の殺菌において殺菌槽を高圧に保って連続的に殺菌が可能である。また、殺菌槽から排出されたガスを再利用できる。これによって、ガス供給源からのガスの使用量が減少するため水耕栽培プラントの運転コストを低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラントが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る水耕栽培プラントを示した構成図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る水耕栽培プラントの変形例を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の水耕栽培プラントの第１実施形態を図１を参照して詳細に説明する。
本実施形態の水耕栽培プラント１は、栽培ベッド２と、養液（栽培のための養分を含んだ水）を栽培ベッド２に循環するための養液ループを構成する配管２ａ〜２ｄと、殺菌効果を有するガスを養液ループに供給するガス供給源３と、養液ループにあって、養液とガス供給源３から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽４と、を有する。
養液ループ上には、前記した栽培ベッド２、殺菌槽４のほか、殺菌槽４の下流側に気水分離槽５が設けられている。
そして、殺菌槽４には、ガス供給源３から供給されたガスを殺菌槽４に注入するガス注入装置としてのマイクロバブル生成装置６が接続されている。
【００１５】
栽培ベッド２は、所定の幅と長さを有しており、例えば、作物が発泡スチロールパネル等で固定され、作物の根が循環する培養液に浸かっているものである。栽培ベッド２の上方には、照明装置２’が設置されている。
【００１６】
ガス供給源３には、殺菌効果を有するガスとして二酸化炭素ガスを養液ループに供給することが可能な二酸化炭素ガス供給タンクが設置されている。二酸化炭素ガスは、ガス供給源３から供給管３ａを通じてマイクロバブル生成装置６に至る導入路としての導入管７に供給される。なお、二酸化炭素ガスは、工業用に生産されたガスの他に、熱機関や発電プラントの燃焼ガス等を供給して利用することもできる。
ちなみに、二酸化炭素は、植物の光合成に必要なガスであるので、二酸化炭素濃度が高濃度であっても植物に悪い影響を与えることはない。
【００１７】
殺菌槽４は、養液ループ上を循環する養液を殺菌するための槽であり、マイクロバブル生成装置６から注入された二酸化炭素ガスによるマイクロバブルで槽内の養液を殺菌する。殺菌槽４内には、マイクロバブルと養液との接触時間を確保するための仕切板４ａが設けられている。
殺菌槽４には、上流側となる栽培ベッド２側との間に配管２ａが接続されており、この配管２ａ上に設置されたポンプ１０を通じて、上流側から養液が流入するようになっている。つまり、上流側の養液は、ポンプ１０で加圧されて殺菌槽４に供給されるようになっている。
【００１８】
また、殺菌槽４の養液は、配管２ｂを通じて下流側の気水分離槽５に流出するようになっている。配管２ｂには、減圧作用を有する流動抵抗体として動力回収装置１１が設けられている。動力回収装置１１は、例えばペルトン水車方式の回収機構を採用することができる。このような動力回収装置１１は、上流側のポンプ１０に直結してもよいし、また、電磁気力に変換して、間接的にポンプ１０に動力を伝達するように構成してもよい。このような動力回収装置１１を用いることにより、ポンプ１０の所要動力を軽減することができる。
【００１９】
また、殺菌槽４の上部空間には、ガス回収路として機能するガス回収管８が接続されている。ガス回収管８の端部は、マイクロバブル生成装置６に至る導入管７の途中に接続されている。これにより、殺菌槽４内にて養液を殺菌した後の未溶解分の二酸化炭素ガスは、養液の水面から離脱した後にガス回収管８を通じてマイクロバブル生成装置６に供給され、再利用される。ガス回収管８の途中には、殺菌槽４内の液位の下降上昇に対応して開閉するエアベント９が設けられている。
【００２０】
本実施形態では、ポンプ１０の吐出圧と、配管２ｂの動力回収装置１１の流動抵抗によって、殺菌槽４の内部圧力が実質的に所定の殺菌効果を有する圧力状態に保持されるようになっている。つまり、ポンプ１０で加圧された養液は殺菌槽４内で所定の加圧状態に保持されるようになっている。
ここで、ポンプ１０による所定の加圧状態は、望ましくは１．０ＭＰａ以上とすることができる。これによって、前記した非特許文献２に示されるように、二酸化炭素ガスの殺菌作用を高めることが可能となる。
なお、加圧された養液は、殺菌槽４内で加圧状態に保持された後、動力回収装置１１の下流側で低圧状態に戻されることとなる。
本実施形態では、ポンプ１０、動力回収装置１１からなる、請求の範囲にいう圧力保持手段を有する。
【００２１】
気水分離槽５は、殺菌槽４から栽培ベッド２に連通する側の養液ループにおける配管２ｂの途中に設けられており、動力回収装置１１の下流側にあることから、動力回収装置１１を通過した後に減圧発泡した二酸化炭素ガスを養液から分離するようになっている。
気水分離槽５は、気水の分離を容易にするため、図では仕切板を用いて上昇流部と下降流部とを分離した構造を示している。
【００２２】
気水分離槽５で分離されて回収された二酸化炭素ガスは、導入管７を通じてマイクロバブル生成装置６に供給され、再利用される。なお、導入管７における気水分離槽５の近傍には、第１のブロワ１２が設けられており、これによって気水分離槽５で分離した二酸化炭素ガスは、第１のブロワ１２によってマイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃに加圧状態で導入されるようになっている。
このとき、第１のブロワ１２の吸込圧を利用して、気水分離槽５内が負圧状態に保持される。これによって、気水分離槽５内の二酸化炭素ガスの飽和圧力が低下され、発泡が促進されて、養液内における二酸化炭素ガスの溶存濃度が低下されるようになる。
【００２３】
マイクロバブル生成装置６は、ポンプ６ａと減圧ノズル６ｂとを用いる加圧溶解方式を備えて構成されており、殺菌槽４内の養液をポンプ６ａで加圧した後、減圧ノズル６ｂで減圧発泡して二酸化炭素ガスのマイクロバブルを生成し、これを殺菌槽４に注入するようになっている。
マイクロバブル生成装置６には、主として導入管７を通じてガス供給源３から供給された二酸化炭素ガスによりマイクロバブルを生成するが、ガス回収管８を通じて回収された二酸化炭素ガスや、気水分離槽５から導入管７を通じて回収された二酸化炭素ガスを再利用してマイクロバブルを生成するようになっている。
なお、マイクロバブルの生成方式は、前記した加圧溶解方式の他に旋回型等の他方式を用いてもよい。
【００２４】
ここで、ガス供給源３と導入管７とを接続する供給管３ａには、二酸化炭素ガスの流量を調整する流量調整手段としての流量調整弁２０ａが設けられている。
流量調整弁２０ａは、制御手段２０によって弁の開閉が制御されるようになっており、制御手段２０には、導入管７に設けられた流量計１３からの信号が入力されるようになっている。
制御手段２０は、流量計１３からの信号に基づいて、ガス供給源３からマイクロバブル生成装置６へ供給される二酸化炭素ガスの流量が所定の流量になるように流量調整弁２０ａを開閉制御する。
具体的に、制御手段２０は、ガス供給源３から供給された二酸化炭素ガスと、殺菌槽４からガス回収管８を通じて導入管７に流入した二酸化炭素ガスと、気水分離槽５から導入管７に流入した二酸化炭素ガスとを合計した二酸化炭素ガスの流量が、所定の流量となるように、流量計１３からの信号に基づいて、流量調整弁２０ａを開閉制御する。つまり、二酸化炭素ガスの流量が所定の流量よりも小さいときには、流量調整弁２０ａを開く側に制御し、二酸化炭素ガスの流量が所定の流量よりも大きいときには、流量調整弁２０ａを閉じる側に制御してガス供給源３から供給される二酸化炭素ガスを絞る。これにより、ガス供給源３から供給される二酸化炭素ガスの消費を抑えてコストの削減を図ることができる。
なお、制御手段２０の制御によらず、流量調整弁２０ａを手動で開閉制御してもよい。
【００２５】
また、導入管７には、流量計１３のほか、第２の加圧手段としての第２のブロワ１４が設けられている。第２のブロワ１４は、導入管７における供給管３ａとガス回収管８との合流地点Ｇよりも下流側に設けられている。したがって、第２のブロワ１４は、気水分離槽５で回収された二酸化炭素ガスのほか、ガス供給源３からの二酸化炭素ガス、および殺菌槽４から回収された二酸化炭素ガスを、マイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃに加圧状態で導入するようになっている。
【００２６】
なお、養液ループは、配管２ｃと配管２ｄとの接続部分に三方弁２１が設けられており、また、配管２ｄと配管２ａとの接続部分に三方弁２２が設けられている。そして三方弁２１と三方弁２２との間が短絡配管２３で接続されている。これによって、三方弁２１および三方弁２２を切り換えることによって、栽培ベッド２を迂回して短絡配管２３に養液を通流させる短絡ループとすることができる。
なお、配管２ａには、養液を貯めておくためのアキュームレータ１５が設けられている。
【００２７】
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）殺菌槽４の内部圧力を、実質的に所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段を備えているので、循環利用する養液の殺菌処理効率を高めることができ連続的な殺菌が可能である。したがって、養液によって病害がプラント全体に蔓延するのを好適に防止することができる。
（２）栽培ベッド２から殺菌槽４に連通する養液ループの配管２ａに設けられたポンプ１０を利用して、殺菌槽４の内部圧力を上昇させることができるので、別途、専用の加圧手段を設ける必要がなく、設備コストを可及的に低減することができる。
（３）また、流動体抵抗が動力回収装置１１であり、殺菌槽４の内部圧力を上昇させるための構成が簡単であり、設備コストを可及的に低減することができる。しかも、動力回収装置１１で回収した動力をポンプ１０の補助動力に利用することができるので、ポンプ１０の所要動力を軽減することができる。これにより、使用電力を削減して運転コストの低減を図ることができる。
また、動力回収装置１１で回収した動力を第１のブロワ１２や第２のブロワ１４の補助動力として利用することもできる。
（４）殺菌槽４内にて養液を殺菌した後の未溶解分の二酸化炭素ガスをマイクロバブルの生成に再利用することができるとともに、気水分離槽５から分離された二酸化炭素ガスをマイクロバブルの生成に再利用することができ、ガス供給源３から供給される二酸化炭素ガスの使用量を低減して運転コストの低減を図ることができる。
また、二酸化炭素ガスを再利用することによって、環境への二酸化炭素ガスの排出量を減らすことが可能であり、温暖化ガスの排出量を削減することによって環境負荷が軽減される。
（５）マイクロバブル生成装置６を用いて殺菌槽４に二酸化炭素ガスによるマイクロバブルが生成されるので、二酸化炭素ガスの溶解効率が増加し、養液の殺菌性能を高めることができる。
（６）殺菌槽４の上部空間の二酸化炭素ガスの排出にエアベント９を用いることにより、殺菌槽４の水位を一定に維持することができ、これによって養液殺菌効果の信頼性が向上する。
（７）導入管７における気水分離槽５の近傍には、第１のブロワ１２が設けられているので、気水分離槽５から分離して回収した二酸化炭素ガスをマイクロバブル生成装置６に加圧状態で導入することができ、二酸化炭素ガスの圧力と流量が一定に保たれ、安定にマイクロバブルを生成できるので、養液殺菌効果の信頼性が向上する。
（８）第１のブロワ１２の吸込圧を利用して、気水分離槽５内が負圧状態に保持されるので、気水分離槽５内の二酸化炭素ガスの飽和圧力が低下され、発泡が促進されて、養液内における二酸化炭素ガスの溶存濃度が低下されるようになる。これにより、栽培ベッド２側に二酸化炭素ガスを含んだ養液が供給されにくくなって植物の根を傷める現象を防止できるので、養液殺菌効果の信頼性が向上する。
（９）導入管７における第２のブロワ１４は、導入管７における供給管３ａとガス回収管８との合流地点Ｇよりも下流側に設けられているので、気水分離槽５で回収された二酸化炭素ガスのほか、ガス供給源３からの二酸化炭素ガス、および殺菌槽４から回収された二酸化炭素ガスを、マイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃに加圧状態で導入することができる。したがって、二酸化炭素ガスのスムーズな流れを実現して二酸化炭素ガスの確実な再利用を実現することができる。
（１０）制御手段２０によって、マイクロバブル生成装置６へのガス供給流量が所定の量（一定）となるように流量調整弁２０ａが制御されるようになっているので、回収される二酸化炭素ガスの量によって、過不足なくガス供給源３から二酸化炭素ガスが供給されるようになり、これにより、ガス供給源３からの二酸化炭素ガスの補充量を最適化でき、過消費を好適に抑えて運転コストの低減を図ることができる。
（１１）養液の殺菌運転を間歇的に実施する場合は、三方弁２１と三方弁２２を切り替え、養液ループを短絡配管２３に短絡する。これにより、さらに使用電力を削減して運転コストの低減を図ることができるとともに、二酸化炭素ガスの使用量が減少して、養液の殺菌に係る経済性が向上するようになる。
【００２８】
図２，図３は第１実施形態の水耕栽培プラント１の変形例であり、図２では、マイクロバブル生成装置６の導入管７における供給管３ａとガス回収管８との合流地点Ｇにバッファタンク１６が設けられている。
この水耕栽培プラント１によれば、バッファタンク１６の気体への緩衝効果により、殺菌槽４と気水分離槽５からの二酸化炭素ガスの流量の変動が緩和されるので、マイクロバブル生成装置６への二酸化炭素ガスの供給の圧力と流量が一定に保たれるようになり、より安定したマイクロバブルの生成が可能となる。したがって、養液殺菌効果の信頼性がより向上する。
【００２９】
図３の水耕栽培プラント１では、導入管７と、供給管３ａと、ガス回収管８と、がそれぞれ独立してマイクロバブル生成装置６のガス導入部６ｃ，６ｄ，６ｅに接続されている。この場合、導入管７には、第１のブロワ１２と流量計１３とが設けられ、供給管３ａには、流量計１３ｂが設けられ、ガス回収管８には、第２のブロワ１４と流量計１３ａとが設けられている。各流量計１３，１３ｂ，１３ａにおける計測値は、制御手段２０に入力され、トータルの供給流量が所定の流量（一定）となるように、これらの計測値に基づいて制御手段２０が流量調整弁２０ａを制御するようになっている。
【００３０】
（第２実施形態）
図４に第２実施形態の水耕栽培プラント１を示す。本実施形態の水耕栽培プラント１が前記第１実施形態と異なるところは、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を図１に示した動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
背圧弁３０は、一次側圧力（上流側の圧力）が設定値以上になると、内部に備わる弁が開状態になり、二次側（下流側）に流体を流す機能を有する。これによって、殺菌槽４の上流側の配管２ａに設けられたポンプ１０で殺菌槽４を加圧しつつ、殺菌槽４の下流側の配管２ｂに設けられた背圧弁３０で、殺菌槽４の内部圧力一定に保つことができる。
【００３１】
本実施形態においても、前記した第１実施形態と同様に、養液の二酸化炭素ガス殺菌において、殺菌槽４を高圧に保って連続的に殺菌が可能であるとともに、動力回収機構を用いないため、水耕栽培プラント１の設備コストを低減することができる。
【００３２】
（第３実施形態）
図５に第３実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、図１の水耕栽培プラント１において、ポンプ１０に回転数を制御するインバータ４２が取り付けられるとともに、殺菌槽４に圧力伝送器４１が取り付けられ、さらに、圧力伝送器４１の信号を入力信号としてインバータ４２に回転数制御信号を出力する制御器４０が設けられている。
【００３３】
この水耕栽培プラント１では、圧力伝送器４１の計測信号を基に、殺菌槽４内の圧力が設定値を維持するように、制御器４０からインバータ４２にポンプ１０の回転数を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ１０で加圧されつつ一定に保持されるようになる。
したがって、前記第１実施形態と同様に、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラント１が得られる。
【００３４】
図６は図５の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いられる流動抵抗体としての動力回収装置１１に代えて、弁４３を用いている。この水耕栽培プラント１においても、圧力伝送器４１の計測信号を基に、殺菌槽４内の圧力が設定値を維持するように、制御器４０からインバータ４２にポンプ１０の回転数を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ１０で加圧されつつ一定に保持されるようになり、弁４３を用いた簡易な構造で、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラント１が得られる。
【００３５】
図７は図５の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いられる流動抵抗体としての動力回収装置１１に代えて、流量調整弁４５を用いており、さらに流量調整弁４５の下流側に流量計４６を設けている。また、流量計４６の信号を入力信号とし、流量調整弁４５に弁開度制御信号を出力する制御器４４を設けている。
【００３６】
この水耕栽培プラント１では、圧力伝送器４１の計測信号を基に、殺菌槽４内の圧力が設定値を維持するように、制御器４０からインバータ４２にポンプ１０の回転数を制御する信号が出力される。そして、これと並行して、流量計４６の計測信号を基に、殺菌槽４から養液ループ上に流出する養液の流量が設定値を維持するように、制御器４４から流量調整弁４５に弁開度を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ１０で加圧されつつ一定に保持されるようになり、養液の処理流量を一定に保つことができる。
【００３７】
本実施形態においても、前記した第１実施形態と同様に、養液の二酸化炭素ガス殺菌において、殺菌槽４を高圧に保って連続的に殺菌が可能であるとともに、動力回収機構を用いないため、水耕栽培プラント１の設備コストを低減することができる。
【００３８】
（第４実施形態）
図８に第４実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、ポンプ１０を削除して、養液ループの配管２ａにマイクロバブル生成装置６を介設してマイクロバブル生成装置６のポンプ６ａを加圧用として利用している。
本実施形態では、、マイクロバブル生成の圧力に相当する圧力差（０．１５ＭＰａ以上）が殺菌槽４内にて得られるように、動力回収装置１１の圧力損失が調整されている。
【００３９】
この水耕栽培プラント１では、マイクロバブル生成装置６のポンプ６ａを加圧用として利用しているので、運転コストと設備コストを低減することができる。
【００４０】
図９は図８の水耕栽培プラント１の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を図８に示した動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
このような構成とすることによっても、殺菌槽４の上流側の配管２ａに設けられたマイクロバブル生成装置６のポンプ６ａで殺菌槽４を加圧しつつ、殺菌槽４の下流側の配管２ｂに設けられた背圧弁３０で、殺菌槽４の内部圧力一定に保つことができる。
なお、殺菌槽４内の最大圧力は、背圧弁３０によって一定値に設定されるため、ポンプ６ａによる圧力と背圧弁３０の設定圧力の差が、マイクロバブル生成の最低圧力（好ましくは０．１５ＭＰａ）以上になるように、運転特性図からポンプ６ａを選定する。
【００４１】
この水耕栽培プラント１では、動力回収機構を用いないため、水耕栽培プラント１の設備コストを低減することができる。
【００４２】
図１０は図９の水耕栽培プラント１の変形例であり、ポンプ６ａの回転速度を制御するインバータ４８を取り付け、ポンプ６ａの吐出側に圧力伝送器４９が取り付けられている。そして、圧力伝送器４９の信号を入力信号とし、インバータ４８に回転数制御信号を出力する制御器４７が設けられている。
【００４３】
この水耕栽培プラント１では、圧力伝送器４９の計測信号を基に、ポンプ６ａの吐出圧力と背圧弁３０の設定圧力の差がマイクロバブル生成の最低圧力（好ましくは０．１５ＭＰａ）以上になるように、制御器４７からインバータ４８にポンプ６ａの回転数を制御する信号が出力される。これによって、殺菌槽４の圧力がポンプ６ａで加圧されつつ一定に保持されるようになる。
したがって、この水耕栽培プラント１においても同様に、養液の殺菌処理効率を高めることができ、養液殺菌効果の信頼性が向上された水耕栽培プラント１が得られる。
【００４４】
（第５実施形態）
図１１に第５実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、殺菌槽４におけるガス注入装置として散気管５０を用いている。
散気管５０は殺菌槽４内に設けられており、この散気管５０には導入管７が接続されている。導入管７を通じて供給された二酸化炭素ガスは、散気管３９を介して殺菌槽４内の高圧の養液に吹き込まれる。
【００４５】
この水耕栽培プラント１では、マイクロバブル生成装置６を用いたものより溶解効率は低くなるが、ガス回収管８によって未溶解ガスが回収され、再度散気管５０から吹き込まれることとなるため、従来の散気管方式のものと比較して高い溶解効率が得られる。これによって、従来と比較して、殺菌性能を向上することができる。また、マイクロバブル生成装置を配置していないので、設備コストの低減を図ることができる。
【００４６】
図１２は図１１の水耕栽培プラント１の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
この水耕栽培プラント１によれば、動力回収機構を用いないため、設備コストを低減することができる。
【００４７】
（第６実施形態）
図１３に第６実施形態の水耕栽培プラント１を示す。この水耕栽培プラント１では、養液ループ上の配管２ａにおいて、ポンプ１０の上流側にオゾン接触槽４’を設けている。
オゾン接触槽４’は、オゾンガスの接触時間を確保するため、内部に仕切板４ａ’を有している。オゾン接触槽４’には、マイクロバブル生成装置６’が接続され、オゾン発生装置３’から流量調整弁２０ａ’と流量計１３’を通り、オゾンガスがマイクロバブル生成装置６’に供給される。オゾン接触槽４’内で未溶解の排オゾンガスは、オゾン接触槽４’の上部空間から排オゾン処理装置２５に排出され、分解処理される。
【００４８】
養液はオゾン接触槽４’でオゾンマイクロバブルによって殺菌処理されるが、鉄やマンガン等の微量元素は、酸化されて不溶化し、沈殿を生じる。このように鉄やマンガン等の微量元素の沈殿物を含む養液は、ポンプ１０で加圧されて、殺菌槽４に流入する。殺菌槽４では、二酸化炭素ガスのマイクロバブルが注入され、その高い溶解効率によって溶存二酸化炭素濃度が増加する。このため水素イオンが増加し、ｐＨが低下する。
このように低いｐＨ環境では、例えば、二酸化マンガンは水素イオンを受け取って還元されるため、可溶化する。さらに、二酸化炭素ガスの殺菌作用によって、オゾン殺菌後の養液をさらに殺菌することができる。
【００４９】
また、オゾン接触槽４’でオゾンマイクロバブルによって殺菌処理された後に養液に溶存オゾンが残留する場合においても、殺菌槽４で二酸化炭素ガスをパージされるので溶存オゾンの気相への移行が促進され、養液の溶存オゾンを除去することができる。
【００５０】
本実施形態によれば、前記第１実施形態で説明した作用効果に加えて、養液のオゾン殺菌に対してその下流に二酸化炭素殺菌を組み合わせることにより、養液の殺菌性能をより高めることができる。
また、養液への追肥量が減るために、水耕栽培プラント１の運転コストを低減できる。
【００５１】
図１４は図１３の水耕栽培プラント１の変形例であり、殺菌槽４の減圧に用いる流動抵抗体を動力回収装置１１から背圧弁３０に代えた点にある。
この水耕栽培プラント１によれば、動力回収機構を用いないため、設備コストを低減することができる。
【００５２】
なお、オゾン接触槽４’や殺菌槽４は、適宜複数設けてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 水耕栽培プラント
２ 栽培ベッド
２ａ〜２ｄ 配管（養液ループ）
３ ガス供給源
４ 殺菌槽
５ 気水分離槽
６ マイクロバブル生成装置（ガス注入装置）
６ａ ポンプ（圧力保持手段）
６ｂ 減圧ノズル
６ｃ ガス導入部
７ 導入管
８ ガス回収管
９ エアベント
１０ ポンプ（圧力保持手段）
１１ 動力回収装置（流動抵抗体、圧力保持手段）
１２ 第１のブロワ（第１の加圧手段）
１３ 流量計
１３ａ 流量計
１３ｂ 流量計
１４ 第２のブロワ（第２の加圧手段）
１５ アキュームレータ
１６ バッファタンク
２０ 制御手段
２０ａ 流量調整弁（流量調整手段）
３０ 背圧弁（流動抵抗体、圧力保持手段）
３９ 散気管
４３ 弁（流動抵抗体、圧力保持手段）
４５ 流量調整弁（流動抵抗体、圧力保持手段）
５０ 散気管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液で植物を水耕栽培する栽培ベッドと、前記養液を前記栽培ベッドに循環する養液ループと、殺菌効果を有するガスを前記養液ループに供給するガス供給源と、前記養液ループにあって、前記養液と前記ガス供給源から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽と、を有する水耕栽培プラントであって、
前記殺菌槽に接続され、加圧手段を有して、前記ガス供給源から供給されたガスを前記殺菌槽に注入するガス注入装置と、
前記殺菌槽の上部空間と前記ガス注入装置のガス導入部とを連通させて、前記殺菌槽において前記養液中から離脱したガスを再利用させるガス回収管と、
前記殺菌槽の内部圧力を、所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段と、を備えたことを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項２】
請求項１に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記ガス注入装置が、前記ガス供給源から供給されたガスによりマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成装置であり、
前記マイクロバブル生成装置は、前記養液中から離脱したガスを、前記ガス回収管を通じて導入し、前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入して再利用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項３】
請求項２に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記圧力保持手段は、
前記栽培ベッドから前記殺菌槽に連通する側の前記養液ループに設けられたポンプと、
前記殺菌槽から前記栽培ベッドに連通する側の前記養液ループに設けられた流動抵抗体と、を備え、
前記ポンプの吐出圧および前記流動抵抗体の流動抵抗により、前記殺菌槽の内部圧力を、実質的に所定の殺菌効果を有する状態に保持することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項４】
請求項２に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記マイクロバブル生成装置は、
ポンプと減圧ノズルとを有する加圧溶解方式で構成されて、前記栽培ベッドから前記殺菌槽に連通する側の前記養液ループ上に設けられており、
前記養液ループ内の養液に前記ガスを混合し、当該ガスの混合された養液を前記ポンプで加圧した後、前記減圧ノズルで減圧して前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入するように構成されており、
前記殺菌槽から前記栽培ベッドに連通する側の前記養液ループに設けられた流動抵抗体を備え、
前記ポンプの吐出圧および前記流動抵抗体の流動抵抗により、前記殺菌槽の内部圧力を、実質的に所定の殺菌効果を有する状態に保持することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記流動抵抗体は、水車型の動力回収装置を有しており、回収した動力を前記ポンプの補助動力に使用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記殺菌槽内の液位の下降上昇に対応して開閉するエアベントを設けたことを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項７】
請求項３または請求項４に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記殺菌槽から前記栽培ベッドに連通する側の前記養液ループにおける前記流動抵抗体の下流に設けられ、前記流動抵抗体を通過した後に減圧発泡したガスを分離する気水分離槽と、
前記気水分離槽の上部空間と前記マイクロバブル生成装置のガス導入部とを少なくとも連通する導入管と、
前記導入管に設けられた第１の加圧手段と、を備え、
前記マイクロバブル生成装置は、前記気水分離槽で分離したガスを、前記導入管を通じて前記第１の加圧手段により加圧状態で導入し、前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入して再利用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項８】
請求項７に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記導入管にさらに設けられ、前記ガス供給源から供給されたガスと前記ガス回収管を通じて供給されたガスとを少なくとも加圧する第２の加圧手段を備え、
前記マイクロバブル生成装置は、前記気水分離槽で分離したガスに加え、前記導入管を通じて前記第２の加圧手段により加圧状態で導入し、前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入して再利用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項９】
請求項７に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記気水分離槽内は、前記第１の加圧手段による吸込圧により負圧状態に保たれるようになっており、
前記気水分離槽内が負圧状態に保たれることによって、前記気水分離槽内のガスの飽和圧力を低下させて発泡を促進し、前記養液に混合されたガスの溶存濃度を低下させることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記マイクロバブル生成装置に通じる前記導入管に設けた流量計と、
前記ガス供給源側に設けられ、当該ガス供給源側から供給されるガスの流量を調整する流量調整手段と、
前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記流量計からの信号に基づいて、前記ガス供給源側から前記マイクロバブル生成装置へ供給されるガスの流量が所定の流量になるように前記流量調整手段を制御することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１１】
請求項８に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記導入管における前記第２の加圧手段の上流側には、バッファタンクが設けられており、
前記バッファタンクには、前記ガス供給源から供給されたガス、前記ガス回収管を通じて供給されたガスおよび前記気水分離槽で分離したガスが導入されることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記ガス供給源から供給されるガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記殺菌槽は、直列に複数段設けられており、複数段の前記殺菌槽のうち、前段側となる少なくとも一つの前記殺菌槽には、ガスとしてオゾンガスが用いられ、その後段側となる少なくとも一つの前記殺菌槽には、ガスとして二酸化炭素ガスが用いられていることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１】
養液で植物を水耕栽培する栽培ベッドと、前記養液を前記栽培ベッドに循環する養液ループと、殺菌効果を有するガスを前記養液ループに供給するガス供給源と、前記養液ループにあって、前記養液と前記ガス供給源から供給されたガスとを気液混合する殺菌槽と、を有する水耕栽培プラントであって、
前記殺菌槽に接続され、加圧手段を有して、前記ガス供給源から供給されたガスを前記殺菌槽に注入するガス注入装置と、
前記殺菌槽の上部空間と前記ガス注入装置のガス導入部とを連通させて、前記殺菌槽において前記養液中から離脱したガスを再利用させるガス回収管と、
前記殺菌槽の内部圧力を、所定の殺菌効果を有する状態に保持する圧力保持手段と、を備えたことを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項２】
請求項１に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記ガス注入装置が、前記ガス供給源から供給されたガスによりマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成装置であり、
前記マイクロバブル生成装置は、前記養液中から離脱したガスを、前記ガス回収管を通じて導入し、前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入して再利用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項３】
請求項２に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記圧力保持手段は、
前記栽培ベッドから前記殺菌槽に連通する側の前記養液ループに設けられたポンプと、
前記殺菌槽から前記栽培ベッドに連通する側の前記養液ループに設けられた流動抵抗体と、を備え、
前記ポンプの吐出圧および前記流動抵抗体の流動抵抗により、前記殺菌槽の内部圧力を、実質的に所定の殺菌効果を有する状態に保持することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項４】
請求項２に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記マイクロバブル生成装置は、
ポンプと減圧ノズルとを有する加圧溶解方式で構成されて、前記栽培ベッドから前記殺菌槽に連通する側の前記養液ループ上に設けられており、
前記養液ループ内の養液に前記ガスを混合し、当該ガスの混合された養液を前記ポンプで加圧した後、前記減圧ノズルで減圧して前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入するように構成されており、
前記殺菌槽から前記栽培ベッドに連通する側の前記養液ループに設けられた流動抵抗体を備え、
前記ポンプの吐出圧および前記流動抵抗体の流動抵抗により、前記殺菌槽の内部圧力を、実質的に所定の殺菌効果を有する状態に保持することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記流動抵抗体は、水車型の動力回収装置を有しており、回収した動力を前記ポンプの補助動力に使用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記殺菌槽内の液位の下降上昇に対応して開閉するエアベントを設けたことを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項７】
請求項３または請求項４に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記殺菌槽から前記栽培ベッドに連通する側の前記養液ループにおける前記流動抵抗体の下流に設けられ、前記流動抵抗体を通過した後に減圧発泡したガスを分離する気水分離槽と、
前記気水分離槽の上部空間と前記マイクロバブル生成装置のガス導入部とを少なくとも連通する導入管と、
前記導入管に設けられた第１の加圧手段と、を備え、
前記マイクロバブル生成装置は、前記気水分離槽で分離したガスを、前記導入管を通じて前記第１の加圧手段により加圧状態で導入し、前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入して再利用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項８】
請求項７に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記導入管にさらに設けられ、前記ガス供給源から供給されたガスと前記ガス回収管を通じて供給されたガスとを少なくとも加圧する第２の加圧手段を備え、
前記マイクロバブル生成装置は、前記気水分離槽で分離したガスに加え、前記導入管を通じて前記第２の加圧手段により加圧状態で導入し、前記殺菌槽にマイクロバブル状態で注入して再利用することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項９】
請求項７に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記気水分離槽内は、前記第１の加圧手段による吸込圧により負圧状態に保たれるようになっており、
前記気水分離槽内が負圧状態に保たれることによって、前記気水分離槽内のガスの飽和圧力を低下させて発泡を促進し、前記養液に混合されたガスの溶存濃度を低下させることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記マイクロバブル生成装置に通じる前記導入管に設けた流量計と、
前記ガス供給源側に設けられ、当該ガス供給源側から供給されるガスの流量を調整する流量調整手段と、
前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記流量計からの信号に基づいて、前記ガス供給源側から前記マイクロバブル生成装置へ供給されるガスの流量が所定の流量になるように前記流量調整手段を制御することを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１１】
請求項８に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記導入管における前記第２の加圧手段の上流側には、バッファタンクが設けられており、
前記バッファタンクには、前記ガス供給源から供給されたガス、前記ガス回収管を通じて供給されたガスおよび前記気水分離槽で分離したガスが導入されることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記ガス供給源から供給されるガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする水耕栽培プラント。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の水耕栽培プラントにおいて、
前記殺菌槽は、直列に複数段設けられており、複数段の前記殺菌槽のうち、前段側となる少なくとも一つの前記殺菌槽には、ガスとしてオゾンガスが用いられ、その後段側となる少なくとも一つの前記殺菌槽には、ガスとして二酸化炭素ガスが用いられていることを特徴とする水耕栽培プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２１１９１５（Ｐ２０１１−２１１９１５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０６２７（Ｐ２０１０−８０６２７）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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