水耕栽培装置
【課題】クラスタ破壊によって生じたクラスタ破壊水の再結合を抑制し、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減を通して環境保全に資することのできる水耕栽培装置を提供すること。
【解決手段】超音波霧化装置１は、液肥を霧化する。この超音波霧化装置１は、霧化液肥の発生領域であるチャンバ１０２の内部に磁界を印加するマグネット１１、または、電界を印加する電極を有する。
【解決手段】超音波霧化装置１は、液肥を霧化する。この超音波霧化装置１は、霧化液肥の発生領域であるチャンバ１０２の内部に磁界を印加するマグネット１１、または、電界を印加する電極を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラスタ破壊水を安定的に多量に含む霧化液肥を、植物の根に供給して育成する水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品の偽装表示問題など、食品の安全性に対する問題が顕在化し、食品関連産業においては、食の安全性問題への取組が、以前にもましてその重要性を増している。こうした事情を背景に、家庭内で、短期間に、無農薬・メンテナンスフリーで野菜を育成し、フレッシュな野菜を食卓に供し得る水耕栽培装置が注目されている。そのような水耕栽培装置として、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示された装置が知られている。
【０００３】
まず、特許文献１に開示された装置は、植物を植える床材を満たした多孔性ポットを載置台に挿入し、その下方空間に貯液部とその底部に設けた超音波振動子よりなる霧化装置を設けた構成となっている。
【０００４】
次に、特許文献２に開示された装置は、植物保持体によって塞いだ水槽に滴下管を配置し、滴下管に設けられた細孔から振動子の上に液肥を滴下させる。そして、液肥の滴下を検出して振動子を振動させ、液肥を噴霧させる構成となっている。
【０００５】
ところで、特許文献１、２に記載された装置は、上に見られるように、何れも、液肥に超音波振動を与えてミスト化する霧化装置を含んでいる。その目的は、水溶液である液肥をミスト化することにより、根の液肥吸収効率を高めようとするものである
根の液肥吸収効率が高くなると、植物の成長速度が促進され、短期間で収穫できるようになる。そして、このことは、１収穫当たりの消費エネルギーが少なくて済むことを意味し、ＣＯ2排出量低減に資することになるから、グローバルな規模で問題とされている環境保全を図る上に極めて重要な技術の一つである。
【０００６】
この場合、根の液肥吸収効率を上げるためには、できるだけ微粒子化された液肥粒子を、根に供給することが必要である。理想的には、単にミスト化するのではなく、巨大な水のクラスタを破壊し、より小さなクラスタ（クラスタ破壊水と称する）の形態で根に供給することが望ましい。
【０００７】
しかし、従来のこの種装置で適用されているミスト化は、原理的には、水に加えられた超音波振動による振動エネルギが、水と空気との界面における表面張力などの力より大きくなり、脱出速度以上になったときに、水がミストとなって界面から飛び出す現象を利用している。ミストの最小粒径は３μｍ程度と考えられ、クラスタ破壊水よりも２桁程度大きい。勿論、界面から飛び出すミストの中には、クラスタ破壊水も含まれると考えられるが、クラスタ破壊水は、長時間安定して存在し得るものではなく、非常に動的な構造をし、再結合してより大きなクラスタとなる。従来のこの種装置では、クラスタ破壊水の再結合を抑制する手段は、全く考慮されていない。
【０００８】
このため、従来のこの種装置では、液肥吸収効率の改善に限度があり、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減による環境保全に資するには不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１１６３７９号公報
【特許文献２】特開平６−１６９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、クラスタ破壊水の再結合を抑制し、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減を通して環境保全に資することのできる水耕栽培装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る水耕栽培装置は、液肥を霧化する超音波霧化装置を含む。前記超音波霧化装置は、霧化液肥に磁界を印加するマグネット、または、電界を印加する電極を有する。本発明において、液肥とは、水を溶媒とし、これに溶質である肥料成分を溶かし込んだものをいい、霧化液肥とは、霧化状態にある液肥をいう。
【００１２】
本発明に係る水耕栽培装置は、超音波霧化装置を含んでいるから、水溶液である液肥を霧化することができる。霧化液肥は、液肥の溶媒である水のクラスタに、超音波励振によってクラスタ破壊を生じさせたクラスタ破壊水を含んでいる。クラスタ破壊水は、従来の水耕栽培装置に見られる霧化液肥と対比して、極めて微小なものである。このことは、霧化液肥は、目視によってその存在を確認できるものであるが、クラスタ破壊水は、その微小さゆえに、目視によって確認することは不可能である点からも理解できよう。ただ、クラスタ破壊水は、長時間安定して存在し得るものではなく、再結合してより大きなクラスタとなる。従来のこの種の水耕栽培装置では、クラスタ破壊水の再結合を抑制する手段は、全く考慮外であって、一旦、生成されたクラスタ破壊水が、再結合して巨大なクラスタとなってしまっていた。
【００１３】
この問題を解決する手段として、本発明では、超音波霧化装置は、霧化液肥に磁界を印加するマグネット、または、電界を印加する電極を備える。このような構成であれば、霧化液肥に含まれるクラスタ破壊水が、磁界または電界の作用を受けて、一方向に配向し、再結合を生じにくくなる。この結果、従来の水耕栽培装置におけるミストと比較して、極めて微小なクラスタ破壊水を根育成部に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、ＣＯ2排出量の低減を図り、グローバルな規模で問題とされている環境保全に資することができる。
【００１４】
好ましくは、本発明に係る水耕栽培装置は、戻り路を含んでおり、この戻り路は、根育成部から超音波霧化装置へ到る経路を構成する。従って、超音波霧化装置で発生した霧化液肥のうち、植物に利用されなかった液肥は、根育成部から戻り路を経由して超音波霧化装置に戻されるから、霧化液肥が周囲に漏洩しない。このため、霧化液肥が外部に漏洩することによる環境汚染を招くことがない。
【００１５】
しかも、霧化液肥が周囲に漏洩しないから、室内栽培の場合でも、室内の住環境を破壊することがなく、身体に対する安全を確保し、健康被害を回避することができる。また、超音波霧化装置に液肥を供給する手段として、交換可能な液肥ボトルを組み合わせることも容易であり、いわゆる「使いきり型」とし、劣化した液肥の廃棄処分による環境汚染を回避することができる。
【００１６】
更に、液肥が無駄に消費されることがなくなるから、液肥の時間的な補給スパンが長くなり、メンテナンスが容易になる。
【００１７】
また、本発明に係る水耕栽培装置は、植物の根に対して、クラスタ破壊水を多量に含む霧化液肥を、安定的に供給するものであるから、その供給量をコントロールすることによって、多量の水を嫌う植物や、ランなどの高付加価値植物の育成にも適用できる。しかも、超音波霧化装置、根育成部及び戻り路などを備えるだけの簡単な系であるから、未経験者でも、植物を個人的に栽培しえるし、野菜などの植物を、家庭内で、短期間に、メンテナンスフリーで育成し得る。このため、個人的に、食の安全を確保することができる。
【００１８】
本発明にかかる水耕栽培装置は、好ましくは、酸素を含む気体を、戻り路に備えられた送風機をとおして、戻り路に供給する供給路を有する。この構成によれば、酸素を含む気体を、送風機によって超音波霧化装置に送り、超音波霧化装置から放出される霧化液肥に強制的な送風作用を与えると共に、酸素を補給することができる。このため、植物の根の呼吸によって消費される酸素が補われ、その成長が促されることになる。
【００１９】
好ましくは、エア・ポンプなどを用いて、酸素を含む気体を供給する供給路の圧力を高める。こうすることにより、戻り路に適切な圧力勾配を持たせることができる。この圧力勾配は、具体的には供給路の圧力が最も高く、送風機の出口側圧力が最も低くなる勾配である。送風機の出口側圧力は、大気圧よりも高くなる。このような圧力勾配を持たせることにより、全体の循環路内への細菌等の侵入を抑制することができる。
【００２０】
本発明に係る水耕栽培装置は、若干の構造的変更を加えて、美容分野に適用することもできる。美容の分野への適用においては、ヘアケアや肌の手入れなどに用いられる。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたように、本発明によれば、クラスタ破壊水の再結合を抑制し、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減などを通して環境保全に資することのできる水耕栽培装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る水耕栽培装置の構成を分解して示す図である。
【図２】本発明に係る水耕栽培装置の使用状態における構成を示す図である。
【図３】図２に示した水耕栽培装置のブロック図である。
【図４】図２に示した水耕栽培装置に用いられている超音波霧化装置を拡大して示す図である。
【図５】水（液体）のクラスタと、クラスタ破壊と、磁界（電界）印加とを模式的に示す図である。
【図６】本発明に係る水耕栽培装置の別の例を示す図である。
【図７】図６に示した水耕栽培装置に用いられている超音波霧化装置を拡大して示す図である。
【図８】本発明に係る水耕栽培装置の別の例を示す図である。
【図９】図８に示した水耕栽培装置に用いられている植物保持システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
図１〜図３を参照すると、本発明に係る水耕栽培装置は、超音波霧化装置１と、根育成部２と、戻り路３とを含む。超音波霧化装置１及び戻り路３は、プラスチック材料等の適当な材料を用いて形成されたケース部材４の内部に配置されており、根育成部２は、ケース部材４の上側（図において）に着脱可能に組み合わせることによって構成されている。
【００２４】
超音波霧化装置１は、外部から供給された液肥Ｌｑを霧化する。超音波霧化装置１は、圧電振動子を用いた超音波励振ユニット１０１を含むことが好ましい。超音波励振ユニット１０１は、超音波霧化装置１を構成するチャンバ１０２の底部など、適当な位置に配置される。チャンバ１０２は、全体として筒状であって、下半部が液漏れのない完全封液構造で、中間部に通気孔１０４を開口させた構造となっている。液肥Ｌｑは、チャンバ１０２の下半部に収納されている。超音波霧化装置１のチャンバ１０２の内部には、液肥Ｌｑの液面レベルを検知するセンサ１０３が配置され、チャンバ１０２の出口部には吹上液カバー１０５が配置されている。
【００２５】
更に、超音波霧化装置１には、霧化液肥の発生領域に磁界を印加するマグネット１１が備えられている。マグネット１１は、図示実施例では、環状のものであって、霧化液肥の発生領域となるチャンバ１０２の外側に嵌めこんだ状態で配置されている。マグネット１１の着磁方向は、例えば、図において、上下に磁極Ｎ、Ｓが生じるようなものである。
【００２６】
超音波霧化装置１に液肥Ｌｑを供給する手段として、ケース部材４の外部側壁などの適当な位置に受け部６１が設けられており、この受け部６１に液肥Ｌｑを収納した液肥ボトル６２が着脱自在に装着される。液肥ボトル６２は、好ましくは、いわゆるペットボトルと同じキャップスクリューを持つ。こうすることにより、市販のペットボトルを利用して液肥Ｌｑを貯留し、かつ、供給することができる。
【００２７】
受け部６１と超音波霧化装置１との間には、適当な部材で構成された液肥供給路６３が接続されており、液肥ボトル６２の内部の液肥Ｌｑが液肥供給路６３をとおして、超音波霧化装置１に供給される。液肥供給路６３は、超音波霧化装置１を構成するチャンバ１０２の下半部の中間位置において開口している。液肥供給路６３の内部には、突片６４が突設されており、この突片６４によって超音波霧化装置１の液面変動による影響を遮断するようになっている。
【００２８】
更に、超音波励振ユニット１０１の動作発熱に伴う液肥温度上昇を抑えるた目的で、ヒートパイプ１０６が付設されている。ヒートパイプ１０６は、一端が液肥Ｌｑの内部に差し込まれ、他端が、ケース部材４の外部に導かれ、ケース外部４に備えられたヒートシンク１０７によって終端されている。ヒートパイプ１０６は、ウィックタイプの必要はない。落差タイプとし、動作温度範囲を１５℃〜３０℃とすることができる。図示実施例では、ヒートパイプ１０６は、液肥供給路６３の内部を通っており、液肥供給路６３の内部でも液肥の温度を集熱するようになっている。
【００２９】
図示はされていないが、液肥Ｌｑの過熱を防止するための温度センサ及びこれらのセンサによって検知された信号に基づいて、液面及び温度を制御する制御システムを備えることが好ましい。
【００３０】
根育成部２は、超音波霧化装置１から霧化液肥Ｍ１の供給を受け、供給された霧化液肥Ｍ１を、植物Ｐの根Ｒに供給する区画である。霧化液肥には、液肥Ｌｑの溶媒である水のクラスタを、超音波励振によって破壊して得られたクラスタ破壊水が多量に含まれている。根育成部２は、この実施例では、ケース部材４の上側に組み合わされた蓋部材５と、植物ホルダ７とによって画定された空間である。
【００３１】
蓋部材５は、ケース部材４の外形に適合する外形を持ち、ケース部材４と組み合わされる下側が開口されていて、上側に上面板５２を有する。上面板５２の中央部には、植物ホルダ７を挿入する孔５１が設けられている。
【００３２】
植物ホルダ７は、孔５１を通して蓋部材５の内部に挿入され、上面板５２によって着脱可能に支持されるものであって、多孔板７１と、棒状の支持体７３と、支持面板７４と、茎ホルダ７５とを含んでいる。
【００３３】
多孔板７１は、適当な位置に霧化液肥流通孔７２を有していて、例えば、棒状の支持体２３によって、支持面板７４に吊り下げられている。多孔板７１の上面には、植物Ｐの根Ｒを支える根保持ユニット８が配置される。根保持ユニット８は、吸水性の樹脂糸メッシュであって、ポリ乳酸などの生分解可能なシート材料を用い、これに谷折、山折を施した錐体状のものを使用することが好ましい。根保持ユニット８を生分解可能な材料によって構成した場合、使い捨てにしても、環境汚染を招くことがない。このほか、不織布や、濾紙などを用いてもよい。
【００３４】
多孔板７１と間隔を隔てて対向する支持面板７４の略中央部には、植物Ｐの茎Ｑを通過させる茎ホルダ７５が設けられている。従って、植物Ｐは、根保持ユニット８によって根Ｒが支持されると共に、茎ホルダ７５の部分で茎Ｑが支持され、安定することになる。
【００３５】
多孔板７１の平面積は、蓋部材５の孔５１の面積よりも小さいが、支持面板７４の平面積は蓋部材５の孔５１の面積よりも大きい。したがって、植物ホルダ７を、孔５１を通して蓋部材５の内部に矢印Ｆ２で示す方向（図１参照）に挿入し、支持面板７４を、矢印Ｆ１で示す方向またはその逆方向に操作することにより、植物ホルダ７を、上面板５２に対して着脱することができる。
【００３６】
根Ｒは、植生が育つに従って拡大し、密集する。上部植生が過大化した場合、保持システム(茎ホルダ)ごと他のチャンバに移植可能とすることが好ましい。植物ホルダ７として、1本育成用のみならず、多数本同時育成用とし、これらを同一の水耕栽培装置で交換可能としてもよい。或いは、多数本同時育成用として、大型化してもよい。
【００３７】
戻り路３は、根育成部２から超音波霧化装置１へ到る経路を構成する。戻り路３は、一種の管路であって、一端が根育成部２に開口し、他端が超音波霧化装置１に開口している。戻り路３には、送風機１４が内蔵されている。
【００３８】
送風機１４は、超音波霧化装置１に向けて送風する。送風機１４としては、シロッコ・ファンが適している。シロッコ・ファンの場合は、ファン部１４１とモータ部１４２が分離されているため、ファン軸部については、僅かな回転シールを施すだけで、霧化液肥の侵入を抑制できる。また、シロッコ・ファンは、吸入部と吐出部とが直交するから、送風された霧化液肥がモータ部１４２に直接かからない配置をとることができる。図示実施例の送風機１４では、回転軸の両側に吸込口を有するシロッコ・ファンであり、軸方向が上下方向に一致する関係で、戻り路３の内部に配置されている。下側を向く吸込口の一方は、戻り路３を構成する管路をとおして根育成部２に連なる。
【００３９】
更に、図示実施例では、酸素富化膜９を含んでいる。酸素富化膜９は、その出口側が送風機１４の吸込口の他方に連なっている。酸素富化膜９の具体的な構造及びは位置に関しては、種々の態様がありえる。この実施の形態では、酸素富化膜９は、その入口側に当たる第１室３１と、出口側に当たる第２室３２との間に、第１室３１の内圧Ｐ１が、第２室３２の内圧Ｐ２よりも高くなる圧力勾配を持たせてある。この圧力勾配により、空気成分のうちの酸素が、窒素よりも速く酸素富化膜９に溶け込むため、酸素富化膜９の出口側における第２室３２の酸素量が多くなる。酸素富化膜９は、上述した酸素の富化と共に、防塵・防菌の作用を奏する。
【００４０】
酸素富化膜９に上述した圧力勾配を持たせる手段として、この実施例では、エア・ポンプ（ダイアフラム・ポンプ）１２をケース部材４の内部または外部に配置し、エア・ポンプ１２の吐出圧を背圧として、酸素富化膜９の入口側に相当する第１室３１内に印加するようになっている。エア・ポンプ１２の前段、つまり、空気取入口側に、防塵・防菌のためのフィルタ１３を設けることもできる。
【００４１】
酸素富化膜９を通過した酸素富化気体は、シロッコ・ファンのモータ部１４２のある第２室３２から吸引され、ファン部１４１の送風作用により、戻り路３の一部である第３室３３に送り込まれる。図示のシロッコ・ファンは、回転軸の両側に吸込口を有するから、酸素富化気体Ｍ３が吸引される方向とは反対側の軸方向から、戻り路３を通過してきた気体Ｍ２が吸引され、酸素富化気体Ｍ３と共に気体Ｍ４として第３室３３から超音波霧化装置１に送風される。シロッコ・ファンのモータ部１４２は、第２室３２の内部に配置されているから、モータ部１４２が霧化液肥に曝されることがない。
【００４２】
もっとも、酸素富化膜９を備えることは必須ではない。酸素富化膜９を除いて、エア・ポンプ１２を備えるだけの構成であってもよい。
【００４３】
第３室３３の内部には、殺菌灯１５が配置されており、循環する気体に混入することのあるカビ、藻、細菌を除去するようになっている。殺菌灯１５としては、紫外線領域の波長を出す水銀灯またはＵＶ−ＬＥＤを用いることができる。もっとも、殺菌灯１５を備えるかどうかは、選択的事項である。
【００４４】
更に、植物Ｐに対して、簡易温室又は防虫カバーとしての小型簡易ビニール・ハウスを付設することもできる。ビニール・ハウスの内部または外部に、自然光に近い照明光を照射する育成用照明灯を備えてもよい。
【００４５】
また、植物Ｐの成長にとっても、また、液肥液面検出においても、水耕栽培装置が水平をたもっていることが必要である。そこで、好ましくは、液肥Ｌｑの液面を平行に保つための簡易水準器６５を付加する。
【００４６】
図３を参照すると、コントロール・ユニット１６が示されている。コントロール・ユニット１６は、機能レベルの低いマイコンユニットで構成することができる。コントロール・ユニット１６における制御項目は、例えば、次のようなものである。
（ａ）圧電振動子のオン、オフ制御と、そのデューティ比の制御
（ｂ）送風機１４のオン、オフ制御
（ｃ）育成用照明灯、殺菌灯１５のオン、オフ制御
（ｄ）エア・ポンプ１２のオン、オフ制御
（ｅ）内部メモリによるプログラムデータの蓄積
【００４７】
実際の製品化に当たっては、更に、次のような構成を付加することが望ましい。
（１）表示部
基本は時間表示で数値の表示またはドット・マトリックスを用いれば、植生名の表示も可能である。省エネを特徴として出すためには、保持電力のいらない電子ぺ一パの使用も考えられる。
（２）プログラムカード
多くの実験によるデータを蓄積し、カードの種類を増やして行くことが好ましい。ユーザの使用実験結果をフィードバックさせるユーザ参加ビジネスモデル・システムの構築も有用である。
（３）電源ユニット
基本的には外部ＤＣ電源を利用する。消費電力が少なければ、２次電池や電気二重層のキャパシタの使用も考えられ、植物運搬用にコードレス使用ができる可能性がある。基本電圧はＵＳＢ電源の５Ｖから一般的な１２Ｖまで、最大でも２４ＶのＤＣ電源を用いることができる。
（４）液滴の回収
循環される霧化液肥の凝集した液滴は圧電振動子部分に集中させ、全ての液肥Ｌｑを回収出来るように、チャンバ２の多孔板７１、ファン部分等は圧電振動子を最下部基点とした勾配を付けるが好ましい。
【００４８】
次に、図２及び図３に図示された水耕栽培装置について、その作用及び効果について説明する。まず、コントロール・ユニット１６による制御の下で、超音波霧化装置１に含まれている超音波励振ユニット１０１を、適当な超音波振動を生じるように励振することにより、液肥ボトル６２から液肥供給路６３を経由して供給されたチャンバ１０２の液肥Ｌｑを霧化する。霧化された霧化液肥Ｍ１は、チャンバ１０２の上部開口部、及び、多孔板７１に開けられた霧化液肥流通孔７２を通って、根保持ユニット８の内側に供給される。霧化液肥Ｍ１は、更に、根保持ユニット８の内面から外面に漏出し、外面に沿って延びる根Ｒによって吸収されることになる。根Ｒに利用されなかった霧化液肥は、根育成部２から戻り路３を経由して超音波霧化装置１に戻される。
【００４９】
霧化液肥Ｍ１には、液肥Ｌｑの液面の近くでは、多量のクラスタ破壊水が含まれている。ただ、前にも述べたように、クラスタ破壊水は、長時間安定して存在し得るものではなく、再結合してより大きなクラスタとなる。従来のこの種装置では、クラスタ破壊水の再結合を抑制する手段は、全く考慮されておらず、一旦、生成されたクラスタ破壊水が、再結合して巨大なクラスタとなってしまっていた。
【００５０】
この問題を解決する手段として、本発明では、超音波霧化装置１に、霧化液肥の発生領域に磁界を印加するマグネット１１を付設してある。このような構成であれば、クラスタ破壊水が、マグネット１１の生じる磁界の作用を受けて、一方向に配向し、再結合を生じにくくなる。この結果、多くのクラスタ破壊水を含む霧化液肥Ｍ１を根育成部２に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、CO2排出量の低減を図り、グローバルな規模で問題とされている環境保全に資することができる。この点について、図５を参照して、更に説明する。
【００５１】
液体の水は、水素結合によりクラスタを形成している（図５（ａ）参照）代表的な物質であり、液肥Ｌｑの霧化は、水のクラスタを、超音波振動ユニット１０１の超音波振動によって破壊（図５（ｂ）の×印参照）することによって得られる。クラスタとは、２個以上の分子又は原子がファンデルワールス力や水素結合などの比較的に弱い相互作用で集合したものをいう。
【００５２】
ただ、水のクラスタは、長時間安定して存在しているものではなく、１ps(１０−１２秒)のオーダーで生まれたり壊れたりしているといわれている。つまり、非常に動的な構造をしている。このことは、超音波振動によるクラスタ破壊によって生成されたクラスタ破壊水も、長時間安定して存在しているものではなく、再結合して大きなクラスタとなることを意味する。
【００５３】
一般に、原子が電子を引き付ける力は、元素の種類によって異なる。電子を引き付ける目安に電気陰性度があり、電気陰性が大きいほど電子を引き付ける力が大きいことになる。Paulingによると酸素Ｏの電気陰性度は大きくて、水素Ｈの電気陰性度は小さい。このため、クラスタ破壊水のＯ─Ｈ結合は、完全に中性、すなわち完全な共有結合ではなく、電子が酸素Ｏの側に偏った
Ｏδ-─Ｈδ+
の構造となる。このために、クラスタ破壊水は、水素結合を作りやすく、クラスタ破壊を生じさせた後も、水素結合によって再結合してクラスタを作ってしまうのである。
【００５４】
超音波霧化装置１において、霧化液肥の発生領域を有するチャンバ１０２に、磁界を印加するマグネット１１を付設してあれば、クラスタ破壊によって生じたクラスタ破壊水（図５（ｂ）参照）が、マグネット１１の生じる磁界の作用を受けて、一方向に配向（図５（ｃ）参照）し、再結合を生じにくくなる。この結果、この結果、多くのクラスタ破壊水を含む霧化液肥を根育成部２に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、ＣＯ２排出量の低減を図り、環境保全に資することができる。
【００５５】
もっとも、図５は、水クラスタ及びクラスタ破壊を説明するものであって、クラスタ破壊によって水分子が生成することを示すものではない。実際には、クラスタ破壊によっては、水分子は生じず、幾つかの水素結合を持つ小さなクラスタ破壊水となると推測される。
【００５６】
図示の水耕栽培装置は、戻り路３を含んでおり、この戻り路３は、根育成部２から超音波霧化装置１へ到る経路を構成する。従って、超音波霧化装置１で発生した霧化液肥Ｍ１のうち、植物Ｐに利用されなかった霧化液肥などの気体Ｍ２、Ｍ４は、根育成部２から、戻り路３を経由して、超音波霧化装置１に戻されるから、霧化液肥が周囲に漏洩しない。このため、霧化液肥Ｍ１が外部に漏洩することによる環境汚染を招くことがない。
【００５７】
しかも、霧化液肥Ｍ１が周囲に漏洩しないから、室内栽培の場合でも、室内の住環境を破壊することがなく、健康被害を回避することができる。また、液肥が無駄に消費されることがなくなるから、液肥の時間的な補給スパンが長くなり、メンテナンスが容易になる。
【００５８】
植物Ｐに対する霧化液肥の供給により、液肥ボトル６２の液肥が減少してゆき、空の状態になったときは、新しい液肥ボトル６２と交換する。液肥ボトル６２の、いわゆる「使いきり型」となるので、劣化した液肥の廃棄処分が不要であり、液肥廃棄による環境汚染を招くことがない。
【００５９】
更に、酸素富化膜９を備えた実施の形態では、酸素リッチとなった気体Ｍ３を、送風機１４によって気体Ｍ４として超音波霧化装置１に送り、超音波霧化装置１から放出される霧化液肥Ｍ１に強制的な送風作用を与えると共に、酸素を補給することができる。このため、植物Ｐの根Ｒの呼吸によって消費された酸素が補われ、その成長が促されることになる。酸素富化膜９を省略し、エア・ポンプ１２を備える構成の場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００６０】
上記説明から明らかなように、本発明に係る水耕栽培装置は、植物Ｐの根Ｒに対して、制御されたクラスタ破壊水を供給するものであるから、多量の水を嫌う植物Ｐや、ランなど、高付加価値の植物Ｐの育成にも適用できる。しかも、超音波霧化装置１、根育成部２及び戻り路３などを備えるだけの簡単な系であるから、未経験者でも、個人的に植物Ｐを栽培し得るし、野菜などの植物Ｐを、家庭内で、短期間に、メンテナンスフリーで育成し得る。
【００６１】
図２及び図３に示した実施の形態では、エア・ポンプ１２などを用いて、酸素富化膜９の背圧を高めてある。こうすることにより、酸素富化膜９に背圧を印加する第１室３１の圧力Ｐ１が最も高く、次に、酸素富化膜９の出口側となる第２室３２の圧力Ｐ２が高く、送風機１４の出口側となる第３室３３の圧力Ｐ３が圧力Ｐ２よりも低く、かつ、大気圧Ｐ０よりも高くなる圧力勾配をつけることにより、戻り路３内への細菌の侵入を抑制することができる。これにより、植物Ｐが病気に罹患するのを防止することができる。酸素富化膜９を省略し、エア・ポンプ１２を備える構成の場合も、同様の圧力勾配を持たせることができる。
【実施例２】
【００６２】
本発明に係る水耕栽培装置の第２の実施例である図６及び図７において、図２及び図３に現れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は、これを省略する。この実施例の特徴は、超音波霧化装置１が、霧化液肥発生領域に電界を印加する電極１２２、１０６を有することである。図７を参照すると、電極１２２、１０６に対しては、電極１２２が陽極となり、電極１０６が陰極となるように、直流電源１２１から直流電圧が印加される。電極１２２は、網目状または多孔状とし、液肥Ｌｑの液面から距離をおいて、チャンバ１０２の内部を横切るように配置されている。電極１０６は、この実施例では、導電性のあるヒートパイプ１０６を利用している。もっとも、ヒートパイプ１０６から独立して、液肥Ｌｑの内部に専用の電極を設けてもよい。
【００６３】
この実施例の場合は、クラスタ破壊によって生じたクラスタ破壊水（図５（ｂ）参照）が、電極１２２ー１０６の間に生じる電界の作用を受けて、一方向に配向（図５（ｃ）参照）し、再結合を生じにくくなる。この結果、この結果、多くのクラスタ破壊水を含む霧化液肥を根育成部２に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、ＣＯ２排出量の低減を図り、環境保全に資することができる。
【実施例３】
【００６４】
本発明に係る水耕栽培装置の第３の実施例である図８及び図９において、図１乃至図４に現れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は、これを省略する。
【００６５】
この実施例の一つの特徴は、植物保持システム１９を付設した点にある。植物保持システム１９は、植物Ｐの周りの複数箇所、例えば４箇所に等配して配置された棒状の支持体１９１〜１９４を含み、対角関係にある２組の支持体（１９１、１９３）、（１９２、１９４）の間で平行に往復するように、糸１９５を巻き回し、往糸Ｔ１及び復糸Ｔ２の間に植物Ｐの茎Ｑを位置させる。これにより、植物Ｐの茎Ｑは、２組の往糸Ｔ１及び復糸Ｔ２が交差する中央部分で、十字状に保持されることになる。植物Ｐの成長点はその先端にあり、茎Ｑは太るのみであるから、上述した植物保持システム１９によれば、植物Ｐが、成長の過程で曲がることがなくなり、ほぼ真直ぐに育ち、品質のよい植物を収穫することができる。
【００６６】
茎Ｑの部分が太っても、それに対しては、２組の往糸Ｔ１及び復糸Ｔ２が柔軟に対応し、茎Ｑの成長（太り）の妨げになることはない。糸１９５としては、ナイロン釣り糸などを用いることができる。また、糸１９５は、一筆書き状に引き回し、その始点と終点とを、支持体１９１〜１９４の何れかに、例えば釣具の糸止め具などを用いて掛け止めることが好ましい。
【００６７】
更に、図８に示す実施例では、太陽電池１０を有する。この太陽電池１０は、水耕栽培装置において必要とされる電力を賄う。このような構成であれば、低炭酸ガスの環境を実現できる他、洋上船、宇宙船、山小屋など、電力の得られ難い場所で、生鮮野菜の得にくい環境においても、植物を栽培し、供給することができる。しかも、太陽電池１０であれば、太陽に連動して植物Ｐの光合成に見合った駆動・制御を実行し得る水耕栽培装置を実現することができる。
【００６８】
本発明に係る水耕栽培装置は、若干の構造的変更を加えて、美容の分野に適用することもできる。美容の分野への適用において、霧化液肥は、ヘアケアや肌の手入れなどに用いられる。この場合も、酸素富化膜９の存在により、霧化液肥の酸素濃度を高め、リフレッシュ効果、ストレス解消効果、肌や頭皮細胞の新陳代謝向上効果などを得ることができる。
【００６９】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 超音波霧化装置
２ 根育成部
３ 戻り路
１１ マグネット
１２２、１０６ 電極
１４ 送風機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラスタ破壊水を安定的に多量に含む霧化液肥を、植物の根に供給して育成する水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品の偽装表示問題など、食品の安全性に対する問題が顕在化し、食品関連産業においては、食の安全性問題への取組が、以前にもましてその重要性を増している。こうした事情を背景に、家庭内で、短期間に、無農薬・メンテナンスフリーで野菜を育成し、フレッシュな野菜を食卓に供し得る水耕栽培装置が注目されている。そのような水耕栽培装置として、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示された装置が知られている。
【０００３】
まず、特許文献１に開示された装置は、植物を植える床材を満たした多孔性ポットを載置台に挿入し、その下方空間に貯液部とその底部に設けた超音波振動子よりなる霧化装置を設けた構成となっている。
【０００４】
次に、特許文献２に開示された装置は、植物保持体によって塞いだ水槽に滴下管を配置し、滴下管に設けられた細孔から振動子の上に液肥を滴下させる。そして、液肥の滴下を検出して振動子を振動させ、液肥を噴霧させる構成となっている。
【０００５】
ところで、特許文献１、２に記載された装置は、上に見られるように、何れも、液肥に超音波振動を与えてミスト化する霧化装置を含んでいる。その目的は、水溶液である液肥をミスト化することにより、根の液肥吸収効率を高めようとするものである
根の液肥吸収効率が高くなると、植物の成長速度が促進され、短期間で収穫できるようになる。そして、このことは、１収穫当たりの消費エネルギーが少なくて済むことを意味し、ＣＯ2排出量低減に資することになるから、グローバルな規模で問題とされている環境保全を図る上に極めて重要な技術の一つである。
【０００６】
この場合、根の液肥吸収効率を上げるためには、できるだけ微粒子化された液肥粒子を、根に供給することが必要である。理想的には、単にミスト化するのではなく、巨大な水のクラスタを破壊し、より小さなクラスタ（クラスタ破壊水と称する）の形態で根に供給することが望ましい。
【０００７】
しかし、従来のこの種装置で適用されているミスト化は、原理的には、水に加えられた超音波振動による振動エネルギが、水と空気との界面における表面張力などの力より大きくなり、脱出速度以上になったときに、水がミストとなって界面から飛び出す現象を利用している。ミストの最小粒径は３μｍ程度と考えられ、クラスタ破壊水よりも２桁程度大きい。勿論、界面から飛び出すミストの中には、クラスタ破壊水も含まれると考えられるが、クラスタ破壊水は、長時間安定して存在し得るものではなく、非常に動的な構造をし、再結合してより大きなクラスタとなる。従来のこの種装置では、クラスタ破壊水の再結合を抑制する手段は、全く考慮されていない。
【０００８】
このため、従来のこの種装置では、液肥吸収効率の改善に限度があり、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減による環境保全に資するには不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１１６３７９号公報
【特許文献２】特開平６−１６９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、クラスタ破壊水の再結合を抑制し、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減を通して環境保全に資することのできる水耕栽培装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る水耕栽培装置は、液肥を霧化する超音波霧化装置を含む。前記超音波霧化装置は、霧化液肥に磁界を印加するマグネット、または、電界を印加する電極を有する。本発明において、液肥とは、水を溶媒とし、これに溶質である肥料成分を溶かし込んだものをいい、霧化液肥とは、霧化状態にある液肥をいう。
【００１２】
本発明に係る水耕栽培装置は、超音波霧化装置を含んでいるから、水溶液である液肥を霧化することができる。霧化液肥は、液肥の溶媒である水のクラスタに、超音波励振によってクラスタ破壊を生じさせたクラスタ破壊水を含んでいる。クラスタ破壊水は、従来の水耕栽培装置に見られる霧化液肥と対比して、極めて微小なものである。このことは、霧化液肥は、目視によってその存在を確認できるものであるが、クラスタ破壊水は、その微小さゆえに、目視によって確認することは不可能である点からも理解できよう。ただ、クラスタ破壊水は、長時間安定して存在し得るものではなく、再結合してより大きなクラスタとなる。従来のこの種の水耕栽培装置では、クラスタ破壊水の再結合を抑制する手段は、全く考慮外であって、一旦、生成されたクラスタ破壊水が、再結合して巨大なクラスタとなってしまっていた。
【００１３】
この問題を解決する手段として、本発明では、超音波霧化装置は、霧化液肥に磁界を印加するマグネット、または、電界を印加する電極を備える。このような構成であれば、霧化液肥に含まれるクラスタ破壊水が、磁界または電界の作用を受けて、一方向に配向し、再結合を生じにくくなる。この結果、従来の水耕栽培装置におけるミストと比較して、極めて微小なクラスタ破壊水を根育成部に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、ＣＯ2排出量の低減を図り、グローバルな規模で問題とされている環境保全に資することができる。
【００１４】
好ましくは、本発明に係る水耕栽培装置は、戻り路を含んでおり、この戻り路は、根育成部から超音波霧化装置へ到る経路を構成する。従って、超音波霧化装置で発生した霧化液肥のうち、植物に利用されなかった液肥は、根育成部から戻り路を経由して超音波霧化装置に戻されるから、霧化液肥が周囲に漏洩しない。このため、霧化液肥が外部に漏洩することによる環境汚染を招くことがない。
【００１５】
しかも、霧化液肥が周囲に漏洩しないから、室内栽培の場合でも、室内の住環境を破壊することがなく、身体に対する安全を確保し、健康被害を回避することができる。また、超音波霧化装置に液肥を供給する手段として、交換可能な液肥ボトルを組み合わせることも容易であり、いわゆる「使いきり型」とし、劣化した液肥の廃棄処分による環境汚染を回避することができる。
【００１６】
更に、液肥が無駄に消費されることがなくなるから、液肥の時間的な補給スパンが長くなり、メンテナンスが容易になる。
【００１７】
また、本発明に係る水耕栽培装置は、植物の根に対して、クラスタ破壊水を多量に含む霧化液肥を、安定的に供給するものであるから、その供給量をコントロールすることによって、多量の水を嫌う植物や、ランなどの高付加価値植物の育成にも適用できる。しかも、超音波霧化装置、根育成部及び戻り路などを備えるだけの簡単な系であるから、未経験者でも、植物を個人的に栽培しえるし、野菜などの植物を、家庭内で、短期間に、メンテナンスフリーで育成し得る。このため、個人的に、食の安全を確保することができる。
【００１８】
本発明にかかる水耕栽培装置は、好ましくは、酸素を含む気体を、戻り路に備えられた送風機をとおして、戻り路に供給する供給路を有する。この構成によれば、酸素を含む気体を、送風機によって超音波霧化装置に送り、超音波霧化装置から放出される霧化液肥に強制的な送風作用を与えると共に、酸素を補給することができる。このため、植物の根の呼吸によって消費される酸素が補われ、その成長が促されることになる。
【００１９】
好ましくは、エア・ポンプなどを用いて、酸素を含む気体を供給する供給路の圧力を高める。こうすることにより、戻り路に適切な圧力勾配を持たせることができる。この圧力勾配は、具体的には供給路の圧力が最も高く、送風機の出口側圧力が最も低くなる勾配である。送風機の出口側圧力は、大気圧よりも高くなる。このような圧力勾配を持たせることにより、全体の循環路内への細菌等の侵入を抑制することができる。
【００２０】
本発明に係る水耕栽培装置は、若干の構造的変更を加えて、美容分野に適用することもできる。美容の分野への適用においては、ヘアケアや肌の手入れなどに用いられる。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたように、本発明によれば、クラスタ破壊水の再結合を抑制し、省エネルギー、ＣＯ2排出量低減などを通して環境保全に資することのできる水耕栽培装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る水耕栽培装置の構成を分解して示す図である。
【図２】本発明に係る水耕栽培装置の使用状態における構成を示す図である。
【図３】図２に示した水耕栽培装置のブロック図である。
【図４】図２に示した水耕栽培装置に用いられている超音波霧化装置を拡大して示す図である。
【図５】水（液体）のクラスタと、クラスタ破壊と、磁界（電界）印加とを模式的に示す図である。
【図６】本発明に係る水耕栽培装置の別の例を示す図である。
【図７】図６に示した水耕栽培装置に用いられている超音波霧化装置を拡大して示す図である。
【図８】本発明に係る水耕栽培装置の別の例を示す図である。
【図９】図８に示した水耕栽培装置に用いられている植物保持システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
図１〜図３を参照すると、本発明に係る水耕栽培装置は、超音波霧化装置１と、根育成部２と、戻り路３とを含む。超音波霧化装置１及び戻り路３は、プラスチック材料等の適当な材料を用いて形成されたケース部材４の内部に配置されており、根育成部２は、ケース部材４の上側（図において）に着脱可能に組み合わせることによって構成されている。
【００２４】
超音波霧化装置１は、外部から供給された液肥Ｌｑを霧化する。超音波霧化装置１は、圧電振動子を用いた超音波励振ユニット１０１を含むことが好ましい。超音波励振ユニット１０１は、超音波霧化装置１を構成するチャンバ１０２の底部など、適当な位置に配置される。チャンバ１０２は、全体として筒状であって、下半部が液漏れのない完全封液構造で、中間部に通気孔１０４を開口させた構造となっている。液肥Ｌｑは、チャンバ１０２の下半部に収納されている。超音波霧化装置１のチャンバ１０２の内部には、液肥Ｌｑの液面レベルを検知するセンサ１０３が配置され、チャンバ１０２の出口部には吹上液カバー１０５が配置されている。
【００２５】
更に、超音波霧化装置１には、霧化液肥の発生領域に磁界を印加するマグネット１１が備えられている。マグネット１１は、図示実施例では、環状のものであって、霧化液肥の発生領域となるチャンバ１０２の外側に嵌めこんだ状態で配置されている。マグネット１１の着磁方向は、例えば、図において、上下に磁極Ｎ、Ｓが生じるようなものである。
【００２６】
超音波霧化装置１に液肥Ｌｑを供給する手段として、ケース部材４の外部側壁などの適当な位置に受け部６１が設けられており、この受け部６１に液肥Ｌｑを収納した液肥ボトル６２が着脱自在に装着される。液肥ボトル６２は、好ましくは、いわゆるペットボトルと同じキャップスクリューを持つ。こうすることにより、市販のペットボトルを利用して液肥Ｌｑを貯留し、かつ、供給することができる。
【００２７】
受け部６１と超音波霧化装置１との間には、適当な部材で構成された液肥供給路６３が接続されており、液肥ボトル６２の内部の液肥Ｌｑが液肥供給路６３をとおして、超音波霧化装置１に供給される。液肥供給路６３は、超音波霧化装置１を構成するチャンバ１０２の下半部の中間位置において開口している。液肥供給路６３の内部には、突片６４が突設されており、この突片６４によって超音波霧化装置１の液面変動による影響を遮断するようになっている。
【００２８】
更に、超音波励振ユニット１０１の動作発熱に伴う液肥温度上昇を抑えるた目的で、ヒートパイプ１０６が付設されている。ヒートパイプ１０６は、一端が液肥Ｌｑの内部に差し込まれ、他端が、ケース部材４の外部に導かれ、ケース外部４に備えられたヒートシンク１０７によって終端されている。ヒートパイプ１０６は、ウィックタイプの必要はない。落差タイプとし、動作温度範囲を１５℃〜３０℃とすることができる。図示実施例では、ヒートパイプ１０６は、液肥供給路６３の内部を通っており、液肥供給路６３の内部でも液肥の温度を集熱するようになっている。
【００２９】
図示はされていないが、液肥Ｌｑの過熱を防止するための温度センサ及びこれらのセンサによって検知された信号に基づいて、液面及び温度を制御する制御システムを備えることが好ましい。
【００３０】
根育成部２は、超音波霧化装置１から霧化液肥Ｍ１の供給を受け、供給された霧化液肥Ｍ１を、植物Ｐの根Ｒに供給する区画である。霧化液肥には、液肥Ｌｑの溶媒である水のクラスタを、超音波励振によって破壊して得られたクラスタ破壊水が多量に含まれている。根育成部２は、この実施例では、ケース部材４の上側に組み合わされた蓋部材５と、植物ホルダ７とによって画定された空間である。
【００３１】
蓋部材５は、ケース部材４の外形に適合する外形を持ち、ケース部材４と組み合わされる下側が開口されていて、上側に上面板５２を有する。上面板５２の中央部には、植物ホルダ７を挿入する孔５１が設けられている。
【００３２】
植物ホルダ７は、孔５１を通して蓋部材５の内部に挿入され、上面板５２によって着脱可能に支持されるものであって、多孔板７１と、棒状の支持体７３と、支持面板７４と、茎ホルダ７５とを含んでいる。
【００３３】
多孔板７１は、適当な位置に霧化液肥流通孔７２を有していて、例えば、棒状の支持体２３によって、支持面板７４に吊り下げられている。多孔板７１の上面には、植物Ｐの根Ｒを支える根保持ユニット８が配置される。根保持ユニット８は、吸水性の樹脂糸メッシュであって、ポリ乳酸などの生分解可能なシート材料を用い、これに谷折、山折を施した錐体状のものを使用することが好ましい。根保持ユニット８を生分解可能な材料によって構成した場合、使い捨てにしても、環境汚染を招くことがない。このほか、不織布や、濾紙などを用いてもよい。
【００３４】
多孔板７１と間隔を隔てて対向する支持面板７４の略中央部には、植物Ｐの茎Ｑを通過させる茎ホルダ７５が設けられている。従って、植物Ｐは、根保持ユニット８によって根Ｒが支持されると共に、茎ホルダ７５の部分で茎Ｑが支持され、安定することになる。
【００３５】
多孔板７１の平面積は、蓋部材５の孔５１の面積よりも小さいが、支持面板７４の平面積は蓋部材５の孔５１の面積よりも大きい。したがって、植物ホルダ７を、孔５１を通して蓋部材５の内部に矢印Ｆ２で示す方向（図１参照）に挿入し、支持面板７４を、矢印Ｆ１で示す方向またはその逆方向に操作することにより、植物ホルダ７を、上面板５２に対して着脱することができる。
【００３６】
根Ｒは、植生が育つに従って拡大し、密集する。上部植生が過大化した場合、保持システム(茎ホルダ)ごと他のチャンバに移植可能とすることが好ましい。植物ホルダ７として、1本育成用のみならず、多数本同時育成用とし、これらを同一の水耕栽培装置で交換可能としてもよい。或いは、多数本同時育成用として、大型化してもよい。
【００３７】
戻り路３は、根育成部２から超音波霧化装置１へ到る経路を構成する。戻り路３は、一種の管路であって、一端が根育成部２に開口し、他端が超音波霧化装置１に開口している。戻り路３には、送風機１４が内蔵されている。
【００３８】
送風機１４は、超音波霧化装置１に向けて送風する。送風機１４としては、シロッコ・ファンが適している。シロッコ・ファンの場合は、ファン部１４１とモータ部１４２が分離されているため、ファン軸部については、僅かな回転シールを施すだけで、霧化液肥の侵入を抑制できる。また、シロッコ・ファンは、吸入部と吐出部とが直交するから、送風された霧化液肥がモータ部１４２に直接かからない配置をとることができる。図示実施例の送風機１４では、回転軸の両側に吸込口を有するシロッコ・ファンであり、軸方向が上下方向に一致する関係で、戻り路３の内部に配置されている。下側を向く吸込口の一方は、戻り路３を構成する管路をとおして根育成部２に連なる。
【００３９】
更に、図示実施例では、酸素富化膜９を含んでいる。酸素富化膜９は、その出口側が送風機１４の吸込口の他方に連なっている。酸素富化膜９の具体的な構造及びは位置に関しては、種々の態様がありえる。この実施の形態では、酸素富化膜９は、その入口側に当たる第１室３１と、出口側に当たる第２室３２との間に、第１室３１の内圧Ｐ１が、第２室３２の内圧Ｐ２よりも高くなる圧力勾配を持たせてある。この圧力勾配により、空気成分のうちの酸素が、窒素よりも速く酸素富化膜９に溶け込むため、酸素富化膜９の出口側における第２室３２の酸素量が多くなる。酸素富化膜９は、上述した酸素の富化と共に、防塵・防菌の作用を奏する。
【００４０】
酸素富化膜９に上述した圧力勾配を持たせる手段として、この実施例では、エア・ポンプ（ダイアフラム・ポンプ）１２をケース部材４の内部または外部に配置し、エア・ポンプ１２の吐出圧を背圧として、酸素富化膜９の入口側に相当する第１室３１内に印加するようになっている。エア・ポンプ１２の前段、つまり、空気取入口側に、防塵・防菌のためのフィルタ１３を設けることもできる。
【００４１】
酸素富化膜９を通過した酸素富化気体は、シロッコ・ファンのモータ部１４２のある第２室３２から吸引され、ファン部１４１の送風作用により、戻り路３の一部である第３室３３に送り込まれる。図示のシロッコ・ファンは、回転軸の両側に吸込口を有するから、酸素富化気体Ｍ３が吸引される方向とは反対側の軸方向から、戻り路３を通過してきた気体Ｍ２が吸引され、酸素富化気体Ｍ３と共に気体Ｍ４として第３室３３から超音波霧化装置１に送風される。シロッコ・ファンのモータ部１４２は、第２室３２の内部に配置されているから、モータ部１４２が霧化液肥に曝されることがない。
【００４２】
もっとも、酸素富化膜９を備えることは必須ではない。酸素富化膜９を除いて、エア・ポンプ１２を備えるだけの構成であってもよい。
【００４３】
第３室３３の内部には、殺菌灯１５が配置されており、循環する気体に混入することのあるカビ、藻、細菌を除去するようになっている。殺菌灯１５としては、紫外線領域の波長を出す水銀灯またはＵＶ−ＬＥＤを用いることができる。もっとも、殺菌灯１５を備えるかどうかは、選択的事項である。
【００４４】
更に、植物Ｐに対して、簡易温室又は防虫カバーとしての小型簡易ビニール・ハウスを付設することもできる。ビニール・ハウスの内部または外部に、自然光に近い照明光を照射する育成用照明灯を備えてもよい。
【００４５】
また、植物Ｐの成長にとっても、また、液肥液面検出においても、水耕栽培装置が水平をたもっていることが必要である。そこで、好ましくは、液肥Ｌｑの液面を平行に保つための簡易水準器６５を付加する。
【００４６】
図３を参照すると、コントロール・ユニット１６が示されている。コントロール・ユニット１６は、機能レベルの低いマイコンユニットで構成することができる。コントロール・ユニット１６における制御項目は、例えば、次のようなものである。
（ａ）圧電振動子のオン、オフ制御と、そのデューティ比の制御
（ｂ）送風機１４のオン、オフ制御
（ｃ）育成用照明灯、殺菌灯１５のオン、オフ制御
（ｄ）エア・ポンプ１２のオン、オフ制御
（ｅ）内部メモリによるプログラムデータの蓄積
【００４７】
実際の製品化に当たっては、更に、次のような構成を付加することが望ましい。
（１）表示部
基本は時間表示で数値の表示またはドット・マトリックスを用いれば、植生名の表示も可能である。省エネを特徴として出すためには、保持電力のいらない電子ぺ一パの使用も考えられる。
（２）プログラムカード
多くの実験によるデータを蓄積し、カードの種類を増やして行くことが好ましい。ユーザの使用実験結果をフィードバックさせるユーザ参加ビジネスモデル・システムの構築も有用である。
（３）電源ユニット
基本的には外部ＤＣ電源を利用する。消費電力が少なければ、２次電池や電気二重層のキャパシタの使用も考えられ、植物運搬用にコードレス使用ができる可能性がある。基本電圧はＵＳＢ電源の５Ｖから一般的な１２Ｖまで、最大でも２４ＶのＤＣ電源を用いることができる。
（４）液滴の回収
循環される霧化液肥の凝集した液滴は圧電振動子部分に集中させ、全ての液肥Ｌｑを回収出来るように、チャンバ２の多孔板７１、ファン部分等は圧電振動子を最下部基点とした勾配を付けるが好ましい。
【００４８】
次に、図２及び図３に図示された水耕栽培装置について、その作用及び効果について説明する。まず、コントロール・ユニット１６による制御の下で、超音波霧化装置１に含まれている超音波励振ユニット１０１を、適当な超音波振動を生じるように励振することにより、液肥ボトル６２から液肥供給路６３を経由して供給されたチャンバ１０２の液肥Ｌｑを霧化する。霧化された霧化液肥Ｍ１は、チャンバ１０２の上部開口部、及び、多孔板７１に開けられた霧化液肥流通孔７２を通って、根保持ユニット８の内側に供給される。霧化液肥Ｍ１は、更に、根保持ユニット８の内面から外面に漏出し、外面に沿って延びる根Ｒによって吸収されることになる。根Ｒに利用されなかった霧化液肥は、根育成部２から戻り路３を経由して超音波霧化装置１に戻される。
【００４９】
霧化液肥Ｍ１には、液肥Ｌｑの液面の近くでは、多量のクラスタ破壊水が含まれている。ただ、前にも述べたように、クラスタ破壊水は、長時間安定して存在し得るものではなく、再結合してより大きなクラスタとなる。従来のこの種装置では、クラスタ破壊水の再結合を抑制する手段は、全く考慮されておらず、一旦、生成されたクラスタ破壊水が、再結合して巨大なクラスタとなってしまっていた。
【００５０】
この問題を解決する手段として、本発明では、超音波霧化装置１に、霧化液肥の発生領域に磁界を印加するマグネット１１を付設してある。このような構成であれば、クラスタ破壊水が、マグネット１１の生じる磁界の作用を受けて、一方向に配向し、再結合を生じにくくなる。この結果、多くのクラスタ破壊水を含む霧化液肥Ｍ１を根育成部２に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、CO2排出量の低減を図り、グローバルな規模で問題とされている環境保全に資することができる。この点について、図５を参照して、更に説明する。
【００５１】
液体の水は、水素結合によりクラスタを形成している（図５（ａ）参照）代表的な物質であり、液肥Ｌｑの霧化は、水のクラスタを、超音波振動ユニット１０１の超音波振動によって破壊（図５（ｂ）の×印参照）することによって得られる。クラスタとは、２個以上の分子又は原子がファンデルワールス力や水素結合などの比較的に弱い相互作用で集合したものをいう。
【００５２】
ただ、水のクラスタは、長時間安定して存在しているものではなく、１ps(１０−１２秒)のオーダーで生まれたり壊れたりしているといわれている。つまり、非常に動的な構造をしている。このことは、超音波振動によるクラスタ破壊によって生成されたクラスタ破壊水も、長時間安定して存在しているものではなく、再結合して大きなクラスタとなることを意味する。
【００５３】
一般に、原子が電子を引き付ける力は、元素の種類によって異なる。電子を引き付ける目安に電気陰性度があり、電気陰性が大きいほど電子を引き付ける力が大きいことになる。Paulingによると酸素Ｏの電気陰性度は大きくて、水素Ｈの電気陰性度は小さい。このため、クラスタ破壊水のＯ─Ｈ結合は、完全に中性、すなわち完全な共有結合ではなく、電子が酸素Ｏの側に偏った
Ｏδ-─Ｈδ+
の構造となる。このために、クラスタ破壊水は、水素結合を作りやすく、クラスタ破壊を生じさせた後も、水素結合によって再結合してクラスタを作ってしまうのである。
【００５４】
超音波霧化装置１において、霧化液肥の発生領域を有するチャンバ１０２に、磁界を印加するマグネット１１を付設してあれば、クラスタ破壊によって生じたクラスタ破壊水（図５（ｂ）参照）が、マグネット１１の生じる磁界の作用を受けて、一方向に配向（図５（ｃ）参照）し、再結合を生じにくくなる。この結果、この結果、多くのクラスタ破壊水を含む霧化液肥を根育成部２に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、ＣＯ２排出量の低減を図り、環境保全に資することができる。
【００５５】
もっとも、図５は、水クラスタ及びクラスタ破壊を説明するものであって、クラスタ破壊によって水分子が生成することを示すものではない。実際には、クラスタ破壊によっては、水分子は生じず、幾つかの水素結合を持つ小さなクラスタ破壊水となると推測される。
【００５６】
図示の水耕栽培装置は、戻り路３を含んでおり、この戻り路３は、根育成部２から超音波霧化装置１へ到る経路を構成する。従って、超音波霧化装置１で発生した霧化液肥Ｍ１のうち、植物Ｐに利用されなかった霧化液肥などの気体Ｍ２、Ｍ４は、根育成部２から、戻り路３を経由して、超音波霧化装置１に戻されるから、霧化液肥が周囲に漏洩しない。このため、霧化液肥Ｍ１が外部に漏洩することによる環境汚染を招くことがない。
【００５７】
しかも、霧化液肥Ｍ１が周囲に漏洩しないから、室内栽培の場合でも、室内の住環境を破壊することがなく、健康被害を回避することができる。また、液肥が無駄に消費されることがなくなるから、液肥の時間的な補給スパンが長くなり、メンテナンスが容易になる。
【００５８】
植物Ｐに対する霧化液肥の供給により、液肥ボトル６２の液肥が減少してゆき、空の状態になったときは、新しい液肥ボトル６２と交換する。液肥ボトル６２の、いわゆる「使いきり型」となるので、劣化した液肥の廃棄処分が不要であり、液肥廃棄による環境汚染を招くことがない。
【００５９】
更に、酸素富化膜９を備えた実施の形態では、酸素リッチとなった気体Ｍ３を、送風機１４によって気体Ｍ４として超音波霧化装置１に送り、超音波霧化装置１から放出される霧化液肥Ｍ１に強制的な送風作用を与えると共に、酸素を補給することができる。このため、植物Ｐの根Ｒの呼吸によって消費された酸素が補われ、その成長が促されることになる。酸素富化膜９を省略し、エア・ポンプ１２を備える構成の場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００６０】
上記説明から明らかなように、本発明に係る水耕栽培装置は、植物Ｐの根Ｒに対して、制御されたクラスタ破壊水を供給するものであるから、多量の水を嫌う植物Ｐや、ランなど、高付加価値の植物Ｐの育成にも適用できる。しかも、超音波霧化装置１、根育成部２及び戻り路３などを備えるだけの簡単な系であるから、未経験者でも、個人的に植物Ｐを栽培し得るし、野菜などの植物Ｐを、家庭内で、短期間に、メンテナンスフリーで育成し得る。
【００６１】
図２及び図３に示した実施の形態では、エア・ポンプ１２などを用いて、酸素富化膜９の背圧を高めてある。こうすることにより、酸素富化膜９に背圧を印加する第１室３１の圧力Ｐ１が最も高く、次に、酸素富化膜９の出口側となる第２室３２の圧力Ｐ２が高く、送風機１４の出口側となる第３室３３の圧力Ｐ３が圧力Ｐ２よりも低く、かつ、大気圧Ｐ０よりも高くなる圧力勾配をつけることにより、戻り路３内への細菌の侵入を抑制することができる。これにより、植物Ｐが病気に罹患するのを防止することができる。酸素富化膜９を省略し、エア・ポンプ１２を備える構成の場合も、同様の圧力勾配を持たせることができる。
【実施例２】
【００６２】
本発明に係る水耕栽培装置の第２の実施例である図６及び図７において、図２及び図３に現れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は、これを省略する。この実施例の特徴は、超音波霧化装置１が、霧化液肥発生領域に電界を印加する電極１２２、１０６を有することである。図７を参照すると、電極１２２、１０６に対しては、電極１２２が陽極となり、電極１０６が陰極となるように、直流電源１２１から直流電圧が印加される。電極１２２は、網目状または多孔状とし、液肥Ｌｑの液面から距離をおいて、チャンバ１０２の内部を横切るように配置されている。電極１０６は、この実施例では、導電性のあるヒートパイプ１０６を利用している。もっとも、ヒートパイプ１０６から独立して、液肥Ｌｑの内部に専用の電極を設けてもよい。
【００６３】
この実施例の場合は、クラスタ破壊によって生じたクラスタ破壊水（図５（ｂ）参照）が、電極１２２ー１０６の間に生じる電界の作用を受けて、一方向に配向（図５（ｃ）参照）し、再結合を生じにくくなる。この結果、この結果、多くのクラスタ破壊水を含む霧化液肥を根育成部２に供給して液肥吸収効率を高め、１収穫当たりの消費エネルギーの低減、及び、ＣＯ２排出量の低減を図り、環境保全に資することができる。
【実施例３】
【００６４】
本発明に係る水耕栽培装置の第３の実施例である図８及び図９において、図１乃至図４に現れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は、これを省略する。
【００６５】
この実施例の一つの特徴は、植物保持システム１９を付設した点にある。植物保持システム１９は、植物Ｐの周りの複数箇所、例えば４箇所に等配して配置された棒状の支持体１９１〜１９４を含み、対角関係にある２組の支持体（１９１、１９３）、（１９２、１９４）の間で平行に往復するように、糸１９５を巻き回し、往糸Ｔ１及び復糸Ｔ２の間に植物Ｐの茎Ｑを位置させる。これにより、植物Ｐの茎Ｑは、２組の往糸Ｔ１及び復糸Ｔ２が交差する中央部分で、十字状に保持されることになる。植物Ｐの成長点はその先端にあり、茎Ｑは太るのみであるから、上述した植物保持システム１９によれば、植物Ｐが、成長の過程で曲がることがなくなり、ほぼ真直ぐに育ち、品質のよい植物を収穫することができる。
【００６６】
茎Ｑの部分が太っても、それに対しては、２組の往糸Ｔ１及び復糸Ｔ２が柔軟に対応し、茎Ｑの成長（太り）の妨げになることはない。糸１９５としては、ナイロン釣り糸などを用いることができる。また、糸１９５は、一筆書き状に引き回し、その始点と終点とを、支持体１９１〜１９４の何れかに、例えば釣具の糸止め具などを用いて掛け止めることが好ましい。
【００６７】
更に、図８に示す実施例では、太陽電池１０を有する。この太陽電池１０は、水耕栽培装置において必要とされる電力を賄う。このような構成であれば、低炭酸ガスの環境を実現できる他、洋上船、宇宙船、山小屋など、電力の得られ難い場所で、生鮮野菜の得にくい環境においても、植物を栽培し、供給することができる。しかも、太陽電池１０であれば、太陽に連動して植物Ｐの光合成に見合った駆動・制御を実行し得る水耕栽培装置を実現することができる。
【００６８】
本発明に係る水耕栽培装置は、若干の構造的変更を加えて、美容の分野に適用することもできる。美容の分野への適用において、霧化液肥は、ヘアケアや肌の手入れなどに用いられる。この場合も、酸素富化膜９の存在により、霧化液肥の酸素濃度を高め、リフレッシュ効果、ストレス解消効果、肌や頭皮細胞の新陳代謝向上効果などを得ることができる。
【００６９】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 超音波霧化装置
２ 根育成部
３ 戻り路
１１ マグネット
１２２、１０６ 電極
１４ 送風機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液肥を霧化する超音波霧化装置を含む水耕栽培装置であって、前記超音波霧化装置は、霧化液肥に磁界を印加するマグネット、または、電界を印加する電極を有する。
【請求項２】
請求項１に記載された水耕栽培装置であって、根育成部と、戻り路とを含み、
前記根育成部は、植物の根が、前記磁界または電界の印加を受けた後の霧化液肥に曝される区画であり、
前記戻り路は、送風機を含み、前記根育成部から前記超音波霧化装置へ到る経路を構成し、前記送風機は前記超音波霧化装置に向けて送風する。
【請求項３】
請求項２に記載された水耕栽培装置であって、酸素を含む気体を、前記送風機をとおして、前記戻り路に供給する供給路を有する。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された水耕栽培装置であって、前記送風機は、回転軸の両側に吸込口を有するシロッコ・ファンであり、前記吸込口の一方は、前記根育成部に連なり、前記吸込口の他方は、前記供給路に連なる。
【請求項１】
液肥を霧化する超音波霧化装置を含む水耕栽培装置であって、前記超音波霧化装置は、霧化液肥に磁界を印加するマグネット、または、電界を印加する電極を有する。
【請求項２】
請求項１に記載された水耕栽培装置であって、根育成部と、戻り路とを含み、
前記根育成部は、植物の根が、前記磁界または電界の印加を受けた後の霧化液肥に曝される区画であり、
前記戻り路は、送風機を含み、前記根育成部から前記超音波霧化装置へ到る経路を構成し、前記送風機は前記超音波霧化装置に向けて送風する。
【請求項３】
請求項２に記載された水耕栽培装置であって、酸素を含む気体を、前記送風機をとおして、前記戻り路に供給する供給路を有する。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された水耕栽培装置であって、前記送風機は、回転軸の両側に吸込口を有するシロッコ・ファンであり、前記吸込口の一方は、前記根育成部に連なり、前記吸込口の他方は、前記供給路に連なる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２５９３８９（Ｐ２０１０−２５９３８９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１３６５８（Ｐ２００９−１１３６５８）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（５０２０８０９１１）有限会社マジマ研究所 (3)
【出願人】（５０９１２９８６４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（５０２０８０９１１）有限会社マジマ研究所 (3)
【出願人】（５０９１２９８６４）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]