水耕栽培装置
【課題】水耕栽培装置における冷房又は暖房を安価な電気代で行なう。
【解決手段】水耕栽培装置１には蓄熱槽６を設けておき、該蓄熱槽６の熱媒体５は熱媒体温度調節装置７によって冷却又は加熱できるようにする。該熱媒体温度調節装置７の駆動を夜間電力で行い、夏期の日中の冷房や冬期の明け方の暖房を前記蓄熱槽６を利用して行なった場合には、電気代を安価にすることができる。また、図示の水耕栽培装置１では、蓄熱槽６は、植物３を栽培する栽培槽４に近接するように配置されているので、植物３を冷房又は暖房する際の熱損失を小さくすることができ、冷暖房効率を高めることができる。さらに、蓄熱槽６は栽培槽４の下方に隠れるように配置されているので、植物３の世話をする際に蓄熱槽６が邪魔になりにくい。
【解決手段】水耕栽培装置１には蓄熱槽６を設けておき、該蓄熱槽６の熱媒体５は熱媒体温度調節装置７によって冷却又は加熱できるようにする。該熱媒体温度調節装置７の駆動を夜間電力で行い、夏期の日中の冷房や冬期の明け方の暖房を前記蓄熱槽６を利用して行なった場合には、電気代を安価にすることができる。また、図示の水耕栽培装置１では、蓄熱槽６は、植物３を栽培する栽培槽４に近接するように配置されているので、植物３を冷房又は暖房する際の熱損失を小さくすることができ、冷暖房効率を高めることができる。さらに、蓄熱槽６は栽培槽４の下方に隠れるように配置されているので、植物３の世話をする際に蓄熱槽６が邪魔になりにくい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の水耕栽培を行なう水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風雨等の影響を排除して植物の生育環境を整えるために植物栽培用のハウスが使用されている。
【０００３】
このような植物栽培用ハウスは、多くの場合、壁や屋根が透明部材（アクリル板やガラス板やビニールフィルム等）で作られていていて太陽光を取り込めるようになっているが、夏期はハウス内の温度が異常に上昇してしまい、栽培している植物に各種の障害（例えば、葉焼け等）が発生するので好ましく無い。そこで、ハウス内温度を下げるため、以下のような種々の方法が取られていた。
(1) 外気を取り込むことによりハウス内温度の上昇を抑える方法（例えば、特許文献１参照）
(2) ハウス内に水を噴霧して、その水が蒸発するときの気化熱を利用してハウス内温度の上昇を抑える方法（例えば、特許文献２参照）
(3) エアコン等でハウス内を冷房する方法（例えば、特許文献３参照）
【０００４】
また、上述の植物栽培用ハウスでは、冬期に温度が下がり過ぎる場合には電熱ヒータ等による暖房が行なわれたりもしていた（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−４５８７０号公報
【特許文献２】特開２０００−８３４９０号公報
【特許文献３】特開平９−２１０４３５号公報
【特許文献４】特開２００１−２４８９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記(1) (2) のように、外気を取り込んだり水を噴霧したりする方法では必ずしも十分な冷却効果は得られなかった。特に、外部から完全に遮断されるタイプの栽培用ハウスではそもそも外気を取り込んで冷却する方法（上記(1)
参照）を利用することはできず、また、気化熱利用の冷却（上記(2) 参照）も困難であった。
【０００６】
さらに、電気を使ってハウス内の冷暖房を行なう場合（上記(3) 及び特許文献４参照）、電気代が高すぎると採算が取れなくなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の種々の課題を解決する水耕栽培装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、養液（２）を溜めて植物（３）の栽培を行なうことのできる栽培槽（４）と、
該栽培槽（４）の下方に配置されると共に熱媒体（５）を収容可能な蓄熱槽（６）と、
該蓄熱槽（６）に収容される熱媒体（５）を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置（７）と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記熱媒体（５）と前記養液（２）との間の熱伝達を許容した状態で該熱媒体（５）と該養液（２）とを仕切るように配置される仕切り部材（１１）、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、図２及び図３に例示するように、前記蓄熱槽（６）の内部に開口されて熱媒体（５）を取り込む媒体取込み管（９０）と、該媒体取込み管（９０）に連結された状態で前記蓄熱槽（６）の外部に配置されて該媒体取込み管（９０）で取り込まれた熱媒体（５）を利用した熱交換を行なう熱交換部（９１）と、該熱交換部（９１）に連結されると共に前記蓄熱槽（６）の内部に開口されて前記取り込まれた熱媒体（５）を戻す媒体戻し管（９２）とにより構成され、前記栽培槽（４）にて栽培される植物（３）の冷房又は暖房を行なう熱交換装置（９）、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記蓄熱槽（６）は、前記媒体取込み管（９０）が開口されている領域（図３の符号Ｂ１参照）と前記媒体戻し管（９２）が開口されている領域（図３の符号Ｂ２参照）とを仕切ることにより両領域（Ｂ１，Ｂ２）の温度差を維持する隔壁（１０）を有することを特徴とする。
【００１２】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、前記蓄熱槽による冷房や暖房を行なって植物を適正な温度に保持することができる。ここで、熱媒体温度調節装置による熱媒体の冷却や加熱は、電気料金の安い夜間に行なうことができるので、電気代を安く抑えることができる。また、本発明のように、蓄熱槽に収容されている熱媒体を利用して栽培槽や植物の冷房や暖房を行なう場合、蓄熱槽と栽培槽との間の距離が離れていると熱損失が大きくなり、冷暖房効率が落ちてしまうという問題があるが、本発明においては、蓄熱槽と栽培槽とが隣接配置されていてそれらの間の距離が小さいので、冷暖房効率の低下を最小限に抑えることができる。さらに、本発明によれば、蓄熱槽は栽培槽の下方に配置されているので、植物の世話をする作業者の邪魔になりにくい。また、この蓄熱槽は栽培槽の架台としての役割も果たすことになり、栽培槽の位置を高くして植物の世話に最適な高さにすることができると共に、別途架台を構築する必要が無くコストの削減等を図ることができる。さらに、本発明によれば、栽培槽は蓄熱槽の上側であって太陽光が照射される位置に配置されているので植物の生育にとって好ましいし、逆に、蓄熱槽は栽培槽の下側であって太陽光の照射が少ない位置に配置されているので、太陽光照射による熱媒体の温度上昇を極力抑えることができ、夏場の冷房効率の低下を抑えることができる。また、栽培槽と蓄熱槽とを（本発明のように上下に配置しないで）離間した位置に別々に設置した場合には作業スペース（蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペース、及び植物の世話等を行なう作業スペース）を別々に設けなければならず、植物栽培用ハウスの内部容積が大きくなって温度管理が困難になってしまうが、本発明の場合には、前記栽培槽と前記蓄熱槽とが上下に重なるように配置されるので、それらの周囲のスペースを有効に利用でき（つまり、それらの周囲のスペースを、蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペースとして利用できると共に、植物の世話等を行なう作業スペースとしても利用でき）、結果的に、植物栽培用ハウスの内部容積を小さくでき、温度管理が容易になる。さらに、上述の熱媒体は前記熱媒体温度調節装置によって冷却又は加熱される過程で汚染されるおそれがあるが、本発明に係る水耕栽培装置は栽培槽と蓄熱槽とが別々に設けられているので、該汚染された熱媒体が栽培槽に混入されることは無く、植物が汚染されることを回避できる。また、複数の栽培槽の冷暖房を１つの蓄熱槽で行なう場合には、（該蓄熱槽による冷房又は暖房を行なっている季節においては）それら複数の栽培槽全ての植物の栽培が終了するまでは蓄熱槽の掃除を行なうことができないが、本発明によれば、１つの栽培槽の冷暖房を１つの蓄熱槽で行なうことができるので、１つの栽培槽にて植物の栽培が終了しさえすれば該蓄熱槽の掃除を行なうことができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、熱媒体と養液との間の熱伝達を許容する材料で仕切り部材を構成した場合には、熱媒体によって養液を冷却又は加熱することができ、植物の根の部分を適温に保持することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、熱交換装置を利用して植物の温度調整を行なうことができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、前記熱交換装置の冷暖房効率を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１乃至図４に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の一例を示す垂直断面図であり、図２は、該水耕栽培装置の構成の一例を模式的に示す斜視図であり、図３は、蓄熱槽等の構成の一例を示す水平断面図であり、図４は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の他の例を示す垂直断面図である。
【００１８】
本発明に係る水耕栽培装置は、図１に符号１で例示するものであって、養液２を溜めて植物３の栽培を行なうことのできる栽培槽４と、該栽培槽４の下方に配置されると共に熱媒体５を収容可能な蓄熱槽６と、該蓄熱槽６に収容される熱媒体５を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置７と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る水耕栽培装置１は、熱媒体５を有する蓄熱槽６と、該熱媒体５を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置７と、を備えているので、該蓄熱槽６による冷房や暖房を行なって植物を適正な温度に保持することができる。ここで、熱媒体温度調節装置７による熱媒体５の冷却や加熱は、電気料金の安い夜間に行なうことができるので、電気代を安く抑えることができる。また、本発明のように、蓄熱槽６に収容されている熱媒体５を利用して栽培槽４や植物３の冷房や暖房を行なう場合、蓄熱槽６と栽培槽４との間の距離が離れていると熱損失が大きくなり、冷暖房効率が落ちてしまうという問題があるが、本発明においては、蓄熱槽６と栽培槽４とが隣接配置されていてそれらの間の距離が小さいので、冷暖房効率の低下を最小限に抑えることができる。さらに、本発明によれば、蓄熱槽６は栽培槽４の下方に配置されているので、植物の世話をする作業者の邪魔になりにくい。また、この蓄熱槽６は栽培槽４の架台としての役割も果たすことになり、栽培槽４の位置を高くして植物の世話に最適な高さにすることができると共に、別途架台を構築する必要が無くコストの削減等を図ることができる。さらに、本発明によれば、栽培槽４は蓄熱槽６の上側であって太陽光が照射される位置に配置されているので植物の生育にとって好ましいし、逆に、蓄熱槽６は栽培槽４の下側であって太陽光の照射が少ない位置に配置されているので、太陽光照射による熱媒体の温度上昇を極力抑えることができ、夏場の冷房効率の低下を抑えることができる。また、栽培槽と蓄熱槽とを（本発明のように上下に配置しないで）離間した位置に別々に（つまり、上下に重ならないように）設置した場合には作業スペース（蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペース、及び植物の世話等を行なう作業スペース）を別々に設けなければならず、植物栽培用ハウスの内部容積が大きくなって温度管理が困難になってしまうが、本発明の場合には、前記栽培槽４と前記蓄熱槽６とが上下に重なるように配置されるので、それらの周囲のスペースを有効に利用でき（つまり、それらの周囲のスペースを、蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペースとして利用できると共に、植物の世話等を行なう作業スペースとしても利用でき）、結果的に、植物栽培用ハウスの内部容積を小さくでき、温度管理が容易になる。さらに、上述の熱媒体は前記熱媒体温度調節装置７によって冷却又は加熱される過程で汚染されるおそれがあるが、本発明に係る水耕栽培装置は栽培槽４と蓄熱槽６とが別々に設けられているので、該汚染された熱媒体が栽培槽に混入されることは無く、植物が汚染されることを回避できる。また、複数の栽培槽の冷暖房を１つの蓄熱槽で行なう場合には、（該蓄熱槽による冷房又は暖房を行なっている季節においては）それら複数の栽培槽全ての植物の栽培が終了するまでは蓄熱槽の掃除を行なうことができないが、本発明によれば、１つの栽培槽４の冷暖房を１つの蓄熱槽６で行なうことができるので、１つの栽培槽４にて植物の栽培が終了しさえすれば該蓄熱槽６の掃除を行なうことができる。
【００２０】
ところで、上述の熱媒体５としては水等の液体を用いると良い。また、熱媒体温度調節装置７としては、
・ 一般的なスクリュー型冷凍機や、ターボ型冷凍機や、空冷あるいは水冷のヒートポンプチラーなどの冷却機器、
・ 或いは、電熱器等の加熱機器
・ 冷却及び加熱の両方が可能な電気機器
などを挙げることができる。
【００２１】
さらに、上述の蓄熱槽６には、図２に例示するように、前記栽培槽４にて栽培される植物の冷房又は暖房を行なって適正な温度に保持するための熱交換装置９を連結しておくと良い。この熱交換装置９は、前記蓄熱槽６の内部に開口されて熱媒体５を取り込む媒体取込み管９０と、該媒体取込み管９０に連結された状態で前記蓄熱槽６の外部に配置されて該媒体取込み管９０で取り込まれた熱媒体５を利用した熱交換を行なう熱交換部（例えば、空調用コイル）９１と、該熱交換部９１に連結されると共に前記蓄熱槽６の内部に開口されて前記取り込まれた熱媒体５を戻す媒体戻し管９２と、により構成すると良い。この熱交換部９１により適温に冷却又は加熱した空気を不図示のダクトで植物に吹き付け、植物の温度調整を行なうようにすると良い。なお、この熱交換装置９は図２では１つのみ配置されているが、図３に示すように複数配置するようにしても良い。
【００２２】
また、上述の蓄熱槽６に隔壁１０を設けておき、前記媒体取込み管９０が開口されている領域（図３の符号Ｂ１参照）と前記媒体戻し管９２が開口されている領域（図３の符号Ｂ２参照）とを仕切るようにすると良い。これにより、
・ 植物を冷房する際には、媒体取込み管９０から取り込まれる低温の熱媒体５が、媒体戻し管９２から戻されてきた高温の熱媒体５によって加熱されることが抑制され、
・ 植物を暖房する際には、媒体取込み管９０から取り込まれる高温の熱媒体５が、熱媒体戻し管９２から戻されてきた低温の熱媒体５によって冷却されることが抑制され、
冷房効率の低下や暖房効率の低下を抑えることができる。このとき、前記領域Ｂ１から前記領域Ｂ２にかけて前記蓄熱槽６の熱媒体５がゆっくりと流れるようにしておくと（矢印Ａ参照）、下流側の領域Ｂ２から上流側の領域Ｂ１への熱伝達がより一層行なわれにくくなり、前記媒体取込み管９０から取り込まれる熱媒体５の温度を略一定に保持することができる。なお、媒体取込み管９０や媒体戻し管９２の開口位置及び配置位置は、当然ながら、図示のものに限定されない。
【００２３】
ところで、上述の栽培槽４と蓄熱槽６とは、必要に応じて上下に離間した状態で配置しても良いが、近接した状態に配置しても良い。後者の場合（つまり、栽培槽４と蓄熱槽６とを近接した状態に配置する場合）、熱媒体と養液とを仕切る仕切り部材（図１の符号１１参照）を、前記熱媒体５と前記養液２との間の熱伝達を許容する材料で構成しておいて、前記熱交換装置９によらずに熱媒体５によって直接的に養液２の冷却又は加熱を行なうようにしても良い。これにより、植物の根を適温に保持することができる。また、そのようにすれば、上述の熱媒体温度調節装置７を駆動した場合に蓄熱槽内の熱媒体５だけでなく栽培槽内の養液２までもが冷却（又は加熱）されることとなり、該栽培槽４がサブ蓄熱槽としての機能することとなって冷房能力（又は暖房能力）が向上されるので、その点でも好ましい。以下、その具体的構造の一例について図４に沿って説明する。
【００２４】
図４の符号２０は、コンクリート等で構成された水槽を示し、符号２１は、水槽２０の底面及び側面に沿うように配置されたフィルム（例えば、水密性に富む樹脂薄膜）を示し、符号２２は、水槽２０を上下の２層に分断するように配置される仕切り部材を示す。この仕切り部材２２の下方には熱媒体５が入れられて蓄熱槽が構成されており、仕切り部材２２の上方には養液２が入れられて栽培槽が構成されている。なお、符号１２は、養液２に浮かべられた発泡スチロールを示し、符号３は、該発泡スチロール１２に定植された植物を示す。図４に示すように構成すれば、フィルム２１や仕切り部材２２等を新しいものに交換すれば水槽のほとんどの汚れを除去でき、清掃作業が簡単になるという効果が得られる。なお、フィルム２１を樹脂薄膜で形成する場合には穴等を穿設しない方が好ましいので、水槽２０への固定は、クリップ等を利用して樹脂薄膜を傷つけないようにして行なうと良い。
【００２５】
図４に示す水耕栽培装置に熱媒体５や養液２を入れる手順は以下の通りである。すなわち、
・ 水槽２０の内面にフィルム２１を貼る。
・ 熱媒体５を所定の高さまで入れる。
・ 仕切り部材２２を図示のように入れる。このとき、仕切り部材２２と熱媒体５との間の空気を抜くようにする。
・ 仕切り部材２２の上側に養液２を所定高さまで注入する。
【００２６】
ところで、上述の蓄熱槽６には、熱媒体５の量（熱媒体の液面高さ）を略一定に保つための熱媒体量調整装置（図１の符号３０参照）を連結しておくと良い。蓄熱槽６の側には熱媒体６の量（具体的には、液面高さ）を検知するセンサ（不図示）を配置しておき、熱媒体量調整装置３０と蓄熱槽６とはパイプ３１で連結しておき、該センサからの信号に基づいて該熱媒体量調整装置３０を駆動し、パイプ３１を介して蓄熱槽６との間で熱媒体５の出し入れを行なうようにすると良い。このような熱媒体量調整装置３０にて熱媒体５の高さを略一定に保持するようにした場合には、上述の仕切り部材１１の変形や破断を防止することができる。前記センサとしては、公知の電極式センサや水位計などを挙げることができる。また、公知のボールタップを使って熱媒体５の補給（又は排出）を行なうようにしても良い。熱媒体５を蓄熱槽６から排出したい場合、ポンプ等で強制的に排出しても良いが、栓（不図示）を抜くだけでも良い。さらに、該蓄熱槽６に連通されると共に開放水面を有する小水槽（不図示）を蓄熱槽６の外部に設置しておいて、熱媒体５の排出を該小水槽から行なっても良い。
【００２７】
以下、その他の説明を行なう。
【００２８】
上述の水耕栽培装置１は、コンクリートやコンクリートブロックや鋼板や樹脂（例えば、ＦＲＰ）で適宜補強しておき、１ｍ程度の深さの液圧にも耐え得るようにしておくと良い。
【００２９】
図１では、養液２に発泡スチロール１２を浮かべて使用したが、もちろんこれに限られるものではなく、他の方法で植物の栽培を行なっても良い。例えば、ロックウールを使用して植物を栽培するようにしても、植物の根に養液を散布する方式で栽培するようにしても良い。また、栽培する植物としては、軟弱葉菜等の野菜や、野菜以外の植物を挙げることができる。
【００３０】
養液２は、水耕栽培装置１に注入する前に（該装置の外部で）製造しておくと良い。水耕栽培装置１に注入した養液２は不図示の循環管路により循環させるようにし、循環させる際に濃度や溶存酸素量が一定になるように制御すると良い。また、養液２を排水できるようにしておいて、養液２の液面高さを調整できるようにしておいても良い。
【００３１】
水耕栽培装置１の下面と地面との間には、漏液を受けるための部材（以下、“底板”とする）を配置しておくと良い（図１の符号１３参照）。この底板１３は、コンクリート等の材料で桶状に構成しても良いが、地面（正確には、水耕栽培装置１を設置する部分の地面）にコンクリートを打設し、そのコンクリート表面を覆うように防水膜（不図示）を配置して構成しても良い。その防水膜の縁（好ましくは、縁全て）は水耕栽培装置１に取り付けるようにして、該縁がコンクリート面よりも高く支持されて漏液が防水膜外に流出しないようにすると良い。
【００３２】
蓄熱槽６の保温効果を高めるため、蓄熱槽６を構成する部材自体を断熱性に富む材料で構成したり、蓄熱槽６を構成する部材の内面及び／又は外面に断熱材を貼り付けたりすると良いが、蓄熱槽６を地面に埋設することによって地面自体の蓄熱性能を利用するようにしても良い。
【００３３】
なお、上述の仕切り部材１１，２２は、熱媒体５から養液２への熱伝達を促進したい場合には金属薄膜や樹脂薄膜（例えば、ポリ塩化ビニル）にて形成すると良く、該熱伝達を促進する必要が無い場合にはＦＲＰ等にて形成すると良い。樹脂薄膜を用いる場合には、樹脂薄膜の下面を何らかの部材（例えば、金網等の格子状部材）で支持するようにすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の一例を示す垂直断面図である。
【図２】図２は、該水耕栽培装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、蓄熱槽等の構成の一例を示す水平断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の他の例を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２ 養液
３ 植物
４ 栽培槽
５ 熱媒体
６ 蓄熱槽
７ 熱媒体温度調節装置
９ 熱交換装置
１０ 隔壁
１１ 仕切り部材
９０ 媒体取込み管
９１ 熱交換部
９２ 媒体戻し管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の水耕栽培を行なう水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風雨等の影響を排除して植物の生育環境を整えるために植物栽培用のハウスが使用されている。
【０００３】
このような植物栽培用ハウスは、多くの場合、壁や屋根が透明部材（アクリル板やガラス板やビニールフィルム等）で作られていていて太陽光を取り込めるようになっているが、夏期はハウス内の温度が異常に上昇してしまい、栽培している植物に各種の障害（例えば、葉焼け等）が発生するので好ましく無い。そこで、ハウス内温度を下げるため、以下のような種々の方法が取られていた。
(1) 外気を取り込むことによりハウス内温度の上昇を抑える方法（例えば、特許文献１参照）
(2) ハウス内に水を噴霧して、その水が蒸発するときの気化熱を利用してハウス内温度の上昇を抑える方法（例えば、特許文献２参照）
(3) エアコン等でハウス内を冷房する方法（例えば、特許文献３参照）
【０００４】
また、上述の植物栽培用ハウスでは、冬期に温度が下がり過ぎる場合には電熱ヒータ等による暖房が行なわれたりもしていた（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−４５８７０号公報
【特許文献２】特開２０００−８３４９０号公報
【特許文献３】特開平９−２１０４３５号公報
【特許文献４】特開２００１−２４８９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記(1) (2) のように、外気を取り込んだり水を噴霧したりする方法では必ずしも十分な冷却効果は得られなかった。特に、外部から完全に遮断されるタイプの栽培用ハウスではそもそも外気を取り込んで冷却する方法（上記(1)
参照）を利用することはできず、また、気化熱利用の冷却（上記(2) 参照）も困難であった。
【０００６】
さらに、電気を使ってハウス内の冷暖房を行なう場合（上記(3) 及び特許文献４参照）、電気代が高すぎると採算が取れなくなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の種々の課題を解決する水耕栽培装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、養液（２）を溜めて植物（３）の栽培を行なうことのできる栽培槽（４）と、
該栽培槽（４）の下方に配置されると共に熱媒体（５）を収容可能な蓄熱槽（６）と、
該蓄熱槽（６）に収容される熱媒体（５）を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置（７）と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記熱媒体（５）と前記養液（２）との間の熱伝達を許容した状態で該熱媒体（５）と該養液（２）とを仕切るように配置される仕切り部材（１１）、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、図２及び図３に例示するように、前記蓄熱槽（６）の内部に開口されて熱媒体（５）を取り込む媒体取込み管（９０）と、該媒体取込み管（９０）に連結された状態で前記蓄熱槽（６）の外部に配置されて該媒体取込み管（９０）で取り込まれた熱媒体（５）を利用した熱交換を行なう熱交換部（９１）と、該熱交換部（９１）に連結されると共に前記蓄熱槽（６）の内部に開口されて前記取り込まれた熱媒体（５）を戻す媒体戻し管（９２）とにより構成され、前記栽培槽（４）にて栽培される植物（３）の冷房又は暖房を行なう熱交換装置（９）、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記蓄熱槽（６）は、前記媒体取込み管（９０）が開口されている領域（図３の符号Ｂ１参照）と前記媒体戻し管（９２）が開口されている領域（図３の符号Ｂ２参照）とを仕切ることにより両領域（Ｂ１，Ｂ２）の温度差を維持する隔壁（１０）を有することを特徴とする。
【００１２】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、前記蓄熱槽による冷房や暖房を行なって植物を適正な温度に保持することができる。ここで、熱媒体温度調節装置による熱媒体の冷却や加熱は、電気料金の安い夜間に行なうことができるので、電気代を安く抑えることができる。また、本発明のように、蓄熱槽に収容されている熱媒体を利用して栽培槽や植物の冷房や暖房を行なう場合、蓄熱槽と栽培槽との間の距離が離れていると熱損失が大きくなり、冷暖房効率が落ちてしまうという問題があるが、本発明においては、蓄熱槽と栽培槽とが隣接配置されていてそれらの間の距離が小さいので、冷暖房効率の低下を最小限に抑えることができる。さらに、本発明によれば、蓄熱槽は栽培槽の下方に配置されているので、植物の世話をする作業者の邪魔になりにくい。また、この蓄熱槽は栽培槽の架台としての役割も果たすことになり、栽培槽の位置を高くして植物の世話に最適な高さにすることができると共に、別途架台を構築する必要が無くコストの削減等を図ることができる。さらに、本発明によれば、栽培槽は蓄熱槽の上側であって太陽光が照射される位置に配置されているので植物の生育にとって好ましいし、逆に、蓄熱槽は栽培槽の下側であって太陽光の照射が少ない位置に配置されているので、太陽光照射による熱媒体の温度上昇を極力抑えることができ、夏場の冷房効率の低下を抑えることができる。また、栽培槽と蓄熱槽とを（本発明のように上下に配置しないで）離間した位置に別々に設置した場合には作業スペース（蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペース、及び植物の世話等を行なう作業スペース）を別々に設けなければならず、植物栽培用ハウスの内部容積が大きくなって温度管理が困難になってしまうが、本発明の場合には、前記栽培槽と前記蓄熱槽とが上下に重なるように配置されるので、それらの周囲のスペースを有効に利用でき（つまり、それらの周囲のスペースを、蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペースとして利用できると共に、植物の世話等を行なう作業スペースとしても利用でき）、結果的に、植物栽培用ハウスの内部容積を小さくでき、温度管理が容易になる。さらに、上述の熱媒体は前記熱媒体温度調節装置によって冷却又は加熱される過程で汚染されるおそれがあるが、本発明に係る水耕栽培装置は栽培槽と蓄熱槽とが別々に設けられているので、該汚染された熱媒体が栽培槽に混入されることは無く、植物が汚染されることを回避できる。また、複数の栽培槽の冷暖房を１つの蓄熱槽で行なう場合には、（該蓄熱槽による冷房又は暖房を行なっている季節においては）それら複数の栽培槽全ての植物の栽培が終了するまでは蓄熱槽の掃除を行なうことができないが、本発明によれば、１つの栽培槽の冷暖房を１つの蓄熱槽で行なうことができるので、１つの栽培槽にて植物の栽培が終了しさえすれば該蓄熱槽の掃除を行なうことができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、熱媒体と養液との間の熱伝達を許容する材料で仕切り部材を構成した場合には、熱媒体によって養液を冷却又は加熱することができ、植物の根の部分を適温に保持することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、熱交換装置を利用して植物の温度調整を行なうことができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、前記熱交換装置の冷暖房効率を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１乃至図４に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の一例を示す垂直断面図であり、図２は、該水耕栽培装置の構成の一例を模式的に示す斜視図であり、図３は、蓄熱槽等の構成の一例を示す水平断面図であり、図４は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の他の例を示す垂直断面図である。
【００１８】
本発明に係る水耕栽培装置は、図１に符号１で例示するものであって、養液２を溜めて植物３の栽培を行なうことのできる栽培槽４と、該栽培槽４の下方に配置されると共に熱媒体５を収容可能な蓄熱槽６と、該蓄熱槽６に収容される熱媒体５を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置７と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る水耕栽培装置１は、熱媒体５を有する蓄熱槽６と、該熱媒体５を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置７と、を備えているので、該蓄熱槽６による冷房や暖房を行なって植物を適正な温度に保持することができる。ここで、熱媒体温度調節装置７による熱媒体５の冷却や加熱は、電気料金の安い夜間に行なうことができるので、電気代を安く抑えることができる。また、本発明のように、蓄熱槽６に収容されている熱媒体５を利用して栽培槽４や植物３の冷房や暖房を行なう場合、蓄熱槽６と栽培槽４との間の距離が離れていると熱損失が大きくなり、冷暖房効率が落ちてしまうという問題があるが、本発明においては、蓄熱槽６と栽培槽４とが隣接配置されていてそれらの間の距離が小さいので、冷暖房効率の低下を最小限に抑えることができる。さらに、本発明によれば、蓄熱槽６は栽培槽４の下方に配置されているので、植物の世話をする作業者の邪魔になりにくい。また、この蓄熱槽６は栽培槽４の架台としての役割も果たすことになり、栽培槽４の位置を高くして植物の世話に最適な高さにすることができると共に、別途架台を構築する必要が無くコストの削減等を図ることができる。さらに、本発明によれば、栽培槽４は蓄熱槽６の上側であって太陽光が照射される位置に配置されているので植物の生育にとって好ましいし、逆に、蓄熱槽６は栽培槽４の下側であって太陽光の照射が少ない位置に配置されているので、太陽光照射による熱媒体の温度上昇を極力抑えることができ、夏場の冷房効率の低下を抑えることができる。また、栽培槽と蓄熱槽とを（本発明のように上下に配置しないで）離間した位置に別々に（つまり、上下に重ならないように）設置した場合には作業スペース（蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペース、及び植物の世話等を行なう作業スペース）を別々に設けなければならず、植物栽培用ハウスの内部容積が大きくなって温度管理が困難になってしまうが、本発明の場合には、前記栽培槽４と前記蓄熱槽６とが上下に重なるように配置されるので、それらの周囲のスペースを有効に利用でき（つまり、それらの周囲のスペースを、蓄熱槽のメンテナンスを行なうための作業スペースとして利用できると共に、植物の世話等を行なう作業スペースとしても利用でき）、結果的に、植物栽培用ハウスの内部容積を小さくでき、温度管理が容易になる。さらに、上述の熱媒体は前記熱媒体温度調節装置７によって冷却又は加熱される過程で汚染されるおそれがあるが、本発明に係る水耕栽培装置は栽培槽４と蓄熱槽６とが別々に設けられているので、該汚染された熱媒体が栽培槽に混入されることは無く、植物が汚染されることを回避できる。また、複数の栽培槽の冷暖房を１つの蓄熱槽で行なう場合には、（該蓄熱槽による冷房又は暖房を行なっている季節においては）それら複数の栽培槽全ての植物の栽培が終了するまでは蓄熱槽の掃除を行なうことができないが、本発明によれば、１つの栽培槽４の冷暖房を１つの蓄熱槽６で行なうことができるので、１つの栽培槽４にて植物の栽培が終了しさえすれば該蓄熱槽６の掃除を行なうことができる。
【００２０】
ところで、上述の熱媒体５としては水等の液体を用いると良い。また、熱媒体温度調節装置７としては、
・ 一般的なスクリュー型冷凍機や、ターボ型冷凍機や、空冷あるいは水冷のヒートポンプチラーなどの冷却機器、
・ 或いは、電熱器等の加熱機器
・ 冷却及び加熱の両方が可能な電気機器
などを挙げることができる。
【００２１】
さらに、上述の蓄熱槽６には、図２に例示するように、前記栽培槽４にて栽培される植物の冷房又は暖房を行なって適正な温度に保持するための熱交換装置９を連結しておくと良い。この熱交換装置９は、前記蓄熱槽６の内部に開口されて熱媒体５を取り込む媒体取込み管９０と、該媒体取込み管９０に連結された状態で前記蓄熱槽６の外部に配置されて該媒体取込み管９０で取り込まれた熱媒体５を利用した熱交換を行なう熱交換部（例えば、空調用コイル）９１と、該熱交換部９１に連結されると共に前記蓄熱槽６の内部に開口されて前記取り込まれた熱媒体５を戻す媒体戻し管９２と、により構成すると良い。この熱交換部９１により適温に冷却又は加熱した空気を不図示のダクトで植物に吹き付け、植物の温度調整を行なうようにすると良い。なお、この熱交換装置９は図２では１つのみ配置されているが、図３に示すように複数配置するようにしても良い。
【００２２】
また、上述の蓄熱槽６に隔壁１０を設けておき、前記媒体取込み管９０が開口されている領域（図３の符号Ｂ１参照）と前記媒体戻し管９２が開口されている領域（図３の符号Ｂ２参照）とを仕切るようにすると良い。これにより、
・ 植物を冷房する際には、媒体取込み管９０から取り込まれる低温の熱媒体５が、媒体戻し管９２から戻されてきた高温の熱媒体５によって加熱されることが抑制され、
・ 植物を暖房する際には、媒体取込み管９０から取り込まれる高温の熱媒体５が、熱媒体戻し管９２から戻されてきた低温の熱媒体５によって冷却されることが抑制され、
冷房効率の低下や暖房効率の低下を抑えることができる。このとき、前記領域Ｂ１から前記領域Ｂ２にかけて前記蓄熱槽６の熱媒体５がゆっくりと流れるようにしておくと（矢印Ａ参照）、下流側の領域Ｂ２から上流側の領域Ｂ１への熱伝達がより一層行なわれにくくなり、前記媒体取込み管９０から取り込まれる熱媒体５の温度を略一定に保持することができる。なお、媒体取込み管９０や媒体戻し管９２の開口位置及び配置位置は、当然ながら、図示のものに限定されない。
【００２３】
ところで、上述の栽培槽４と蓄熱槽６とは、必要に応じて上下に離間した状態で配置しても良いが、近接した状態に配置しても良い。後者の場合（つまり、栽培槽４と蓄熱槽６とを近接した状態に配置する場合）、熱媒体と養液とを仕切る仕切り部材（図１の符号１１参照）を、前記熱媒体５と前記養液２との間の熱伝達を許容する材料で構成しておいて、前記熱交換装置９によらずに熱媒体５によって直接的に養液２の冷却又は加熱を行なうようにしても良い。これにより、植物の根を適温に保持することができる。また、そのようにすれば、上述の熱媒体温度調節装置７を駆動した場合に蓄熱槽内の熱媒体５だけでなく栽培槽内の養液２までもが冷却（又は加熱）されることとなり、該栽培槽４がサブ蓄熱槽としての機能することとなって冷房能力（又は暖房能力）が向上されるので、その点でも好ましい。以下、その具体的構造の一例について図４に沿って説明する。
【００２４】
図４の符号２０は、コンクリート等で構成された水槽を示し、符号２１は、水槽２０の底面及び側面に沿うように配置されたフィルム（例えば、水密性に富む樹脂薄膜）を示し、符号２２は、水槽２０を上下の２層に分断するように配置される仕切り部材を示す。この仕切り部材２２の下方には熱媒体５が入れられて蓄熱槽が構成されており、仕切り部材２２の上方には養液２が入れられて栽培槽が構成されている。なお、符号１２は、養液２に浮かべられた発泡スチロールを示し、符号３は、該発泡スチロール１２に定植された植物を示す。図４に示すように構成すれば、フィルム２１や仕切り部材２２等を新しいものに交換すれば水槽のほとんどの汚れを除去でき、清掃作業が簡単になるという効果が得られる。なお、フィルム２１を樹脂薄膜で形成する場合には穴等を穿設しない方が好ましいので、水槽２０への固定は、クリップ等を利用して樹脂薄膜を傷つけないようにして行なうと良い。
【００２５】
図４に示す水耕栽培装置に熱媒体５や養液２を入れる手順は以下の通りである。すなわち、
・ 水槽２０の内面にフィルム２１を貼る。
・ 熱媒体５を所定の高さまで入れる。
・ 仕切り部材２２を図示のように入れる。このとき、仕切り部材２２と熱媒体５との間の空気を抜くようにする。
・ 仕切り部材２２の上側に養液２を所定高さまで注入する。
【００２６】
ところで、上述の蓄熱槽６には、熱媒体５の量（熱媒体の液面高さ）を略一定に保つための熱媒体量調整装置（図１の符号３０参照）を連結しておくと良い。蓄熱槽６の側には熱媒体６の量（具体的には、液面高さ）を検知するセンサ（不図示）を配置しておき、熱媒体量調整装置３０と蓄熱槽６とはパイプ３１で連結しておき、該センサからの信号に基づいて該熱媒体量調整装置３０を駆動し、パイプ３１を介して蓄熱槽６との間で熱媒体５の出し入れを行なうようにすると良い。このような熱媒体量調整装置３０にて熱媒体５の高さを略一定に保持するようにした場合には、上述の仕切り部材１１の変形や破断を防止することができる。前記センサとしては、公知の電極式センサや水位計などを挙げることができる。また、公知のボールタップを使って熱媒体５の補給（又は排出）を行なうようにしても良い。熱媒体５を蓄熱槽６から排出したい場合、ポンプ等で強制的に排出しても良いが、栓（不図示）を抜くだけでも良い。さらに、該蓄熱槽６に連通されると共に開放水面を有する小水槽（不図示）を蓄熱槽６の外部に設置しておいて、熱媒体５の排出を該小水槽から行なっても良い。
【００２７】
以下、その他の説明を行なう。
【００２８】
上述の水耕栽培装置１は、コンクリートやコンクリートブロックや鋼板や樹脂（例えば、ＦＲＰ）で適宜補強しておき、１ｍ程度の深さの液圧にも耐え得るようにしておくと良い。
【００２９】
図１では、養液２に発泡スチロール１２を浮かべて使用したが、もちろんこれに限られるものではなく、他の方法で植物の栽培を行なっても良い。例えば、ロックウールを使用して植物を栽培するようにしても、植物の根に養液を散布する方式で栽培するようにしても良い。また、栽培する植物としては、軟弱葉菜等の野菜や、野菜以外の植物を挙げることができる。
【００３０】
養液２は、水耕栽培装置１に注入する前に（該装置の外部で）製造しておくと良い。水耕栽培装置１に注入した養液２は不図示の循環管路により循環させるようにし、循環させる際に濃度や溶存酸素量が一定になるように制御すると良い。また、養液２を排水できるようにしておいて、養液２の液面高さを調整できるようにしておいても良い。
【００３１】
水耕栽培装置１の下面と地面との間には、漏液を受けるための部材（以下、“底板”とする）を配置しておくと良い（図１の符号１３参照）。この底板１３は、コンクリート等の材料で桶状に構成しても良いが、地面（正確には、水耕栽培装置１を設置する部分の地面）にコンクリートを打設し、そのコンクリート表面を覆うように防水膜（不図示）を配置して構成しても良い。その防水膜の縁（好ましくは、縁全て）は水耕栽培装置１に取り付けるようにして、該縁がコンクリート面よりも高く支持されて漏液が防水膜外に流出しないようにすると良い。
【００３２】
蓄熱槽６の保温効果を高めるため、蓄熱槽６を構成する部材自体を断熱性に富む材料で構成したり、蓄熱槽６を構成する部材の内面及び／又は外面に断熱材を貼り付けたりすると良いが、蓄熱槽６を地面に埋設することによって地面自体の蓄熱性能を利用するようにしても良い。
【００３３】
なお、上述の仕切り部材１１，２２は、熱媒体５から養液２への熱伝達を促進したい場合には金属薄膜や樹脂薄膜（例えば、ポリ塩化ビニル）にて形成すると良く、該熱伝達を促進する必要が無い場合にはＦＲＰ等にて形成すると良い。樹脂薄膜を用いる場合には、樹脂薄膜の下面を何らかの部材（例えば、金網等の格子状部材）で支持するようにすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の一例を示す垂直断面図である。
【図２】図２は、該水耕栽培装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、蓄熱槽等の構成の一例を示す水平断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る水耕栽培装置の構成の他の例を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２ 養液
３ 植物
４ 栽培槽
５ 熱媒体
６ 蓄熱槽
７ 熱媒体温度調節装置
９ 熱交換装置
１０ 隔壁
１１ 仕切り部材
９０ 媒体取込み管
９１ 熱交換部
９２ 媒体戻し管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液を溜めて植物の栽培を行なうことのできる栽培槽と、
該栽培槽の下方に配置されると共に熱媒体を収容可能な蓄熱槽と、
該蓄熱槽に収容される熱媒体を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置と、
を備えたことを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】
前記熱媒体と前記養液との間の熱伝達を許容した状態で該熱媒体と該養液とを仕切るように配置される仕切り部材、
を備えた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】
前記蓄熱槽の内部に開口されて熱媒体を取り込む媒体取込み管と、該媒体取込み管に連結された状態で前記蓄熱槽の外部に配置されて該媒体取込み管で取り込まれた熱媒体を利用した熱交換を行なう熱交換部と、該熱交換部に連結されると共に前記蓄熱槽の内部に開口されて前記取り込まれた熱媒体を戻す媒体戻し管とにより構成され、前記栽培槽にて栽培される植物の冷房又は暖房を行なう熱交換装置、
を備えた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】
前記蓄熱槽は、前記媒体取込み管が開口されている領域と前記媒体戻し管が開口されている領域とを仕切ることにより両領域の温度差を維持する隔壁を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の水耕栽培装置。
【請求項１】
養液を溜めて植物の栽培を行なうことのできる栽培槽と、
該栽培槽の下方に配置されると共に熱媒体を収容可能な蓄熱槽と、
該蓄熱槽に収容される熱媒体を冷却又は加熱する熱媒体温度調節装置と、
を備えたことを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】
前記熱媒体と前記養液との間の熱伝達を許容した状態で該熱媒体と該養液とを仕切るように配置される仕切り部材、
を備えた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】
前記蓄熱槽の内部に開口されて熱媒体を取り込む媒体取込み管と、該媒体取込み管に連結された状態で前記蓄熱槽の外部に配置されて該媒体取込み管で取り込まれた熱媒体を利用した熱交換を行なう熱交換部と、該熱交換部に連結されると共に前記蓄熱槽の内部に開口されて前記取り込まれた熱媒体を戻す媒体戻し管とにより構成され、前記栽培槽にて栽培される植物の冷房又は暖房を行なう熱交換装置、
を備えた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】
前記蓄熱槽は、前記媒体取込み管が開口されている領域と前記媒体戻し管が開口されている領域とを仕切ることにより両領域の温度差を維持する隔壁を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の水耕栽培装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２０７４０１（Ｐ２００９−２０７４０１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２８６９（Ｐ２００８−５２８６９）
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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