水耕栽培装置及水耕栽培方法与流程

本发明涉及一种水耕栽培装置及水耕栽培方法，尤其是涉及一种可利用装置本身的构造，将储留在栽培槽的液体排出到外部的水耕栽培装置及水耕栽培方法。

背景技术：

已知有一种不利用土壤、仅以含有培育植物所需营养成分的培养液来栽培植物的装置(水耕栽培装置)。

一般而言，现有的水耕栽培装置为了培育植物，会使培养液定期地流入栽培槽，并且随着该培养液的流入，会使已储留在栽培槽的培养液从水位调节用的溢流管排出。

然而，来自外部的灰尘和污垢(以下称为“尘垢”)容易进入栽培槽中，而该进入的尘垢除了漂浮在水面上之外，通常还会混合在培养液中，并且沉积在栽培槽的底部。尤其，沉积在栽培槽底部的尘垢，会在植物从根部吸收培养液时造成妨碍，是造成根腐等问题的原因。

此外，在栽培槽培育植物的过程中，在培养液中容易产生微藻和细菌(以下称为“杂菌”)，而该杂菌也会和尘垢一起沉积在栽培槽的底部。而且，这些杂菌也是造成植物病害的要因之一，必须尽快去除。

专利参考文献1所记载的水耕栽培装置，虽然可以较简单地从溢流管排出漂浮在培养液水面上的尘垢，但是，依然存在难以去除沉积在栽培槽底部的尘垢和杂菌(以下称为“尘菌等”)的问题。

于是，开发了一种在栽培槽中设置略J字状的排水管(虹吸管)的技术，排水管具有朝向栽培槽底部开口的进水口(专利文献2)。

根据这项技术，可使预定量的培养液流入栽培槽而发生虹吸现象，因此，能够通过排出管使沉积在栽培槽底部的尘菌等排出到栽培槽的外部。

专利文献1:日本特开2006-262750号公报

专利文献2:日本特开2004-073003号公报

但是，专利文献2所记载的水耕栽培装置在虹吸现象发生时，主要是使存在于进水口下方的培养液朝向该进水口，也就是说，使其产生直线的水流。并且，专利文献2所记载的水耕栽培装置中作为使虹吸现象发生部件的排出管所形成的不过是非常单纯的管状，因此，在虹吸现象发生时，不会产生太大的吸力。

因此，专利文献2所记载的水耕栽培装置虽然可有效的去除存在于进水口正下方的尘菌等，但却无法完全去除存在于远离进水口正下方位置的尘菌等。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述情况开发而成的，其目的在于提供一种可有效去除栽培槽内的尘垢及杂菌的水耕栽培装置及水耕栽培方法。

为了达成上述目的，本发明提供一种水耕栽培装置，其具备:栽培槽，储留液体以培育植物；以及排出构件，将储留于所述栽培槽的所述液体从所述栽培槽排出，其特征在于，所述排出构件具备：第一排液部，其为管状且从上下方向贯穿所述栽培槽的底部；第二排液部，连结所述第一排液部的上端部，形成为从所述上端部朝上方扩径的漏斗状；入液孔，形成于所述第二排液部的周壁部，可使储留在所述栽培槽的所述液体流入所述第二排液部的内侧；突出部，其在所述入液孔的下方具有从所述第二排液部的周壁部的内面沿所述第二排液部的周向突出的突出面，使经由所述入液孔流入所述第二排液部内侧的所述液体产生回流；以及盖体，其形成为碗状，在由上方分别覆盖所述第一排液部及所述第二排液部的状态下，使储留在所述栽培槽的所述液体经由所述入液孔流入所述第二排液部的内侧。

另外，为了达成上述目的，本发明提供一种水耕栽培方法，其使用水耕栽培装置，所述水耕栽培装置具备储留液体以培育植物的栽培槽，以及将储留于所述栽培槽的所述液体从所述栽培槽排出的排出构件，其特征在于，所述排出构件具有：第一排液部，其为管状且从上下方向贯穿所述栽培槽的底部；第二排液部，连结所述第一排液部的上端部，形成为从所述上端部朝上方扩径的漏斗状；入液孔，形成于所述第二排液部的周壁部，可使储留在所述栽培槽的所述液体流入所述第二排液部的内侧；突出部，其在所述入液孔的下方具有从所述第二排液部的周壁部的内面沿所述第二排液部的周向突出的突出面，使经由所述入液孔流入所述第二排液部内侧的所述液体产生回流；以及盖体，其形成为碗状，在由上方分别覆盖所述第一排液部及所述第二排液部的状态下，使储留在所述栽培槽的所述液体经由所述入液孔流入所述第二排液部的内侧，其中，所述水耕栽培方法包括：直到所述栽培槽中发生虹吸现象为止，使所述液体流入所述栽培槽。

在上述结构中，设于栽培槽的排出构件具备管状的第一排液部、具有可让液体流入的入液孔且与第一排液部连结的漏斗状的第二排液部、以及在由上方分别覆盖第一排液部及第二排液部的状态下，使储留在栽培槽的液体流入第二排液部内侧的盖体。

因此，在本发明中，一旦流入栽培槽的液体的水位到达阻塞第二排液部的入液孔的高度、且第一排液部及第二排液部成为被液体充满的状态，则会发生虹吸现象，储留在栽培槽的液体将会经由第二排液部以及第一排液部排出。此外，这样的液体排出会持续进行，直到水位低于盖体的下端部(开口端部)，在液体中混入空气为止。

另外，在上述的结构中，第二排液部形成为朝上方扩径(向下方逐渐变细)的漏斗状，其内面上形成有使液体产生回流的突出部。因此，经由入液孔流入第二排液部的液体，首先会被突出部强制转换成涡状水流，再经由形成为朝水流方向逐渐变细形状(所谓的文丘里管形状)的第二排液部流入第一排液部。也就是说，在上述结构中，通过具有突出部的第二排液部，可大幅提高培养液的流速，因此，其结果必然会提高虹吸现象的吸力。

另外，在上述结构中，突出部一旦在第二排液部内侧产生涡状的水流，则其水流会顺着第一排液部及第二排液部与盖体之间、以及盖体的周围流下。也就是说，在上述结构中，通过在盖体周围产生涡状水流，可使沉积在栽培槽底部的尘菌等顺利地扩散。

如此一来，根据本发明，可在使沉积于栽培槽底部的尘菌等顺利扩散的状态下，以强大的吸力将其吸入至排出构件中，因此，可有效地去除这些尘菌等。

如上所述，依据本发明的水耕栽培装置及水耕栽培方法，能以较简单的结构，有效地去除栽培槽内的尘垢和杂菌。

附图说明

图1为显示本发明的水耕栽培装置的一例的示意图。

图2为显示水耕栽培装置中排出构件的部分构造示意图。

图3为显示排出构件的构造示意图。

图4为用于说明排出构件的液体的水流示意图。

图5为显示排出构件的部分构造的另一实施形态的示意图。

图6为显示水耕栽培装置的另一实施形态的示意图。

图7为显示水耕栽培装置的又一实施形态的示意图。

符号说明

10、20、30 水耕栽培装置

11 培养液槽

12、12a 栽培槽

121 底面

122 贯通孔

123 凹部

13 供液管

14 排出构件

141、141a 第一排液部

142 第二排液部

142a 圆锥筒部

142b 圆柱筒部

1421、1421a 上端部

1422 周壁部

143 入液孔

144 突出部

144a 突出面

145 盖体

15 排出管

H 间隙

F1、F2 水流

具体实施方式

为了能更深入了解解决本发明课题的手段及发明效果，以下将于本发明的实施形态中参考附图详细说明本发明的技术特征。而实施形态及附图所示的结构，并非用于限制本发明。

参照附图说明本发明的实施形态如下。

首先，说明本发明的水耕栽培装置。

图1为显示本发明的一实施形态的水耕栽培装置10的构造示意图。如图1所示，水耕栽培装置10具备培养液槽11、栽培槽12、供液管13、排出构件14及排出管15。此外，上述水耕栽培装置10、栽培槽12及排出构件14分别相当于权利要求书中所记载的“水耕栽培装置”、“栽培槽”及“排出构件”。

培养液槽11用来储留含有培育植物所需营养成分的培养液。储留在培养液槽11中的培养液，通常会通过泵(图未示)等装置，经由供液管13供给至栽培槽12。而如后所述，储留在栽培槽12的培养液将会经由排出管15供给至培养液槽11。如此一来，在本实施形态中，培养液会在水耕栽培装置10内循环。此外，在本实施形态中，储留在栽培槽12中的液体为培养液，但也可以为其他液体，例如水(未含有培育植物所需营养成分)。另外，于本实施形态中，培养液是经由培养液槽11、供液管13及排出管15供给至栽培槽12，但是亦可不使用培养液槽11等，例如可使用手动的方式将培养液供给至栽培槽12。

栽培槽12通过培养液槽11所供给的培养液来培育莴苣等植物。于本实施形态中，为上面开放的略长方形的箱状容器。在栽培槽12的预定位置连接供液管13的一端13a，而由培养液槽11供给的培养液经由供液管13移送至栽培槽12中。在此，供液管13的一端13a可以配置为从栽培槽12的侧面开设的贯通孔插入栽培槽12，亦可配置为从栽培槽12开放的上面进入栽培槽12中。此外，供液管13的另一端13b连接培养液槽11。另外，栽培槽12的预定位置内设有排出构件14，在另一端的栽培槽12的底面121开设有如后所述的贯通孔122，其可让排出构件14的第二排液部142贯通。

排出构件14设于栽培槽12内，其用于排出储留在栽培槽12的培养液。此排出构件14是根据钟式虹吸的动作原理所构成的，用以发生虹吸现象。

图2中显示排出构件14的部分结构的前视图及俯视图。如图2所示，排出构件14是由第一排液部141、第二排液部142、入液孔143、突出部144及盖体145(参照图3)所构成。此外，上述第一排液部141、第二排液部142、入液孔143、突出部144及盖体145分别相当于权利要求书中的“第一排液部”、“第二排液部”、“入液孔”、“突出部”及“盖体”。

第一排液部141为铅直管件，经由栽培槽12的贯通孔122(参照图1)由栽培槽12的底面121露出至外部。

第二排液部142连结第一排液部141的上端部。如图2(a)及(b)所示，第二排液部142可形成为从第一排液部141的上端部朝上方扩径的漏斗状(圆锥筒部142a)。另外，如图2(c)所示，可在形成为从第一排液部141的上端部朝上方扩径的漏斗状的中空圆锥台状的圆锥筒部142a中再形成圆柱筒部142b。另外，第二排液部142的上端部1421(或1421a)被板材等封闭，为非开放面。此外，在第二排液部142安装有盖体145的状态下，上端部1421(或1421a)被盖体145封闭时(参照图3(b))，上端部1421(或1421a)也可不被板材等封闭。为此结构时，可以取下盖体145，从上方清扫第二排液部14(第一排液部141)的内侧。

入液孔143形成于第二排液部142的周壁部1422上，也可如图2(a)所示，形成于圆锥筒部142a的周壁部1422上，亦可如图2(c)所示，形成于圆柱筒部142b上。栽培槽12内的水位上升直到阻塞入液孔143的水位(发生虹吸现象的水位)为止，并且，第一排液部141及第二排液部142一旦成为充满培养液的状态，储留在栽培槽12的培养液即经由入液孔143流入第二排液部142的内侧。意即，发生了虹吸现象。此外，上述周壁部1422相当于权利要求书中所记载的“周壁部”。

另外，为了让排出构件14中的虹吸现象顺利发生，关键在于必须使入液量与出液量相等。于是，调整入液孔143的数量及直径，以使进入排出构件14的入液量与来自排出构件14的出液量相等。换言之，将入液孔143的总直径设计为与第一排液部141的直径相同。

此外，对入液孔143的形状并无特别的限定。

如图3及图4所示，突出部144形成为板状，在入液孔143的下方，从第二排液部142的周壁部1422的内面沿该第二排液部142的周向突设。突出部144使经由入液孔143流入第二排液部142内侧的培养液产生回流。对突出部144的数量并无特别限定，在本实施形态中设有两个。此外，突出部144若设有从第二排液部142的周壁部1422的内面沿该第二排液部142的周向突出的突出面144a，其可不形成为板状，可形成例如图5所示的俯视剖面为略L字形的形状。

如图3所示，盖体145形成为碗状，由上方分别覆盖第一排液部141及第二排液部142。盖体145在分别由上方覆盖第一排液部141及第二排液部142的状态下，可使储留在栽培槽12的培养液经由入液孔143流入第二排液部142的内侧。意即，在盖体145的底部与栽培槽12的底面121之间形成有流入培养液的间隙H(参照图1)。

图3显示将盖体145覆盖于第一排液部141及第二排液部142的状态。盖体145可如图3(a)所示，与第二排液部142的上端部1421相隔一间隔并覆盖于其上，亦可如图3(b)所示，接触第二排液部142的上端部1421并覆盖于其上。使盖体145与第二排液部142的上端部1421接触并覆盖于其上时，可使第二排液部142的上端部1421形成为开放面。换言之，储留于栽培槽12的培养液可设计为不是经由第二排液部142的上端部1421，而是经由入液孔143流入第二排液部142的内侧。

如图1所示，排出管15的一端15a及另一端15b分别与第一排液部141的下端部及培养液槽11连接，用于将栽培槽12的培养液(此时为含有尘垢和杂菌的液体)回收至培养液槽11。当然，在必须对从栽培槽12排出的培养液进行去除尘垢和杂菌的处理时，也可以不将从栽培槽12排出的培养液直接回收至培养液槽11。例如，可准备如回收槽(未图示)的容器，并使排出管15的两端分别连接第一排液部141的下端部及回收槽。

以下针对使用本发明的水耕栽培装置栽培植物的水耕栽培方法进行说明。尤其，针对本发明的特点，即培养液槽与栽培槽之间所进行的培养液的循环进行说明。此外，关于植物幼苗的植入方法、LED等的人工照射光源装置、以及对从栽培槽回收的培养液进行的去除尘垢和杂菌处理皆与现有技术相同，因此在本说明书中不再说明。

首先，驱动泵(未图示)，将培养液从培养液槽11经由供液管13供给至栽培槽12。藉此，在栽培槽12的内部储留培养液。

接着，流入栽培槽12内部的培养液亦流入配置于栽培槽12内部的排出构件14。如图1至图4所示，培养液会从盖体145的下端部(开口端部)与栽培槽12的底面121之间的间隙H流入。

然后，储留于栽培槽12内部的培养液到达阻塞排出构件14的入液孔143的高度、且第一排液部141及第二排液部142成为被培养液充满的状态时，则排出构件14会发生虹吸现象，并且泵的驱动会停止，而来自培养液槽11的培养液的供给也会停止。

在这个情况下，通过虹吸现象，栽培槽12内的培养液从排出构件14的入液孔143吸入，经由排出管15排出至培养液槽11(或回收槽)。

在此，参照图4(a)及(b)，说明排出构件14内部的培养液的水流。

如图4(a)及(b)所示，培养液一旦从入液孔143流入第二排液部142的内侧，则首先会沿形成为朝上方扩径(向下方逐渐变细)的漏斗状的第二排液部142的内面，朝第一排液部141(第二排液部142的轴向中心部)流下。之后，流下的培养液流过突出部144的突出面144a上，该培养液则通过使液体产生回流的突出部144(突出面144a)而被强制转换为涡状水流F1，沿着漏斗状的第二排液部142的内面，高速且保持涡状地进入第一排液部141。此时，在第二排液部142与第一排液部141之间会产生文丘里效应。

由此，于第二排液部142的内侧产生的涡状水流F1会顺着第一排液部141及第二排液部142与盖体145之间以及盖体145的周围流下。因此，在盖体145的周围也会产生涡状水流F2，藉此，沉积在栽培槽12底部的尘菌等可顺利地扩散，并通过排出构件14的强大吸力从入液孔143吸入(参照图4(a))。

并且，流过第一排液部141内的培养液及从第一排液部141排出的培养液的水流方向的中心部成为压力较高的状态。换言之，通过使液体产生回流的突出部144以及在第二排液部142与第一排液部141之间所产生的文丘里效应，排出构件14的内部会产生涡流效应。由此，从栽培槽12排出的细菌和微藻等的杂菌可通过具有较高压力且高速的涡状水流而分解等。

接着，培养液由排出构件14排出，栽培槽12内部的水位一旦比盖体145的下端部(开口端部)低，且成为由间隙H会流入空气的水位，则虹吸现象停止，结束排出构件14的栽培槽12内部的培养液的排出。如此一来，能对植物供给成长所需的培养液，并且能有效地除去沉积于栽培槽12内部的尘菌等。

此外，残留在栽培槽12内部的培养液的最终水位会下降到盖体145的下端部，因此，栽培槽12中会储留大约是间隙H高度的水量。因此，通过调整盖体145的下端部与栽培槽12的底面121之间的间隙H，可以决定储留在栽培槽12中的培养液量(水位)，以保持培育植物的根部的最佳环境。

以下参照图6，说明本发明的水耕栽培装置的另一实施形态。图6为显示本发明的另一实施形态的水耕栽培装置20的构造示意图。如图所示，相较于水耕栽培装置10的构造，水耕栽培装置20增加了一段栽培槽。即，在栽培槽12的下方又设置了可储留培养液的栽培槽12a。此外，上述栽培槽12a相当于权利要求书中所记载的“第二栽培槽”。

详细而言，在水耕栽培装置20中，配置于上段的栽培槽12内部的排出构件14的第一排液部141的下端部延伸至下段的栽培槽12a内侧的位置。另外，在下段的栽培槽12a的内部配置了其他的排出构件14a，其位于来自上方的排出构件14的第一排液部141的下端部延伸进入的端部的相反侧。另外，排出构件14a的第一排液部141a与排出构件14的第一排液部141相同，经由排出管15连接至培养液槽11(或回收槽)。此外，水耕栽培装置20的其他结构与水耕栽培装置10的对应结构相同，在此不再说明。

根据水耕栽培装置20的结构，流入排出构件14的第二排出部142的培养液(此时为含有尘垢和杂菌的液体)如之前的实施形态中所做的说明，高速且保持涡状地进入管状的第一排液部141。由此，流过该第一排液部141内的培养液及从第一排液部141排出的培养液的水流方向的中心部成为压力较高的状态。

因此，从栽培槽12排出的细菌和微藻等的杂菌可通过具有较高压力且高速的涡状水流而分解等，可使流入栽培槽12a的培养液成为较乾净的状态。藉此，可抑制栽培槽12a中细菌和微藻类等杂菌的发生。

另外，根据水耕栽培装置20的结构，从第一排液部141排出的培养液为高速且涡状的水流，因此，可迅速地洗净吸附于栽培槽12a的污染物质(例如枯根的渣滓，即残渣和分泌物等)。

使用水耕栽培装置20进行水耕栽培时，与使用水耕栽培装置10的情况相同，由培养液槽11供给培养液至栽培槽12，当培养液储留到一定的水位时，通过排出构件14的虹吸现象，将栽培槽12内部的培养液排出至栽培槽12a。接着，栽培槽12a内部的培养液储留到一定水位时，通过排出构件14a的虹吸现象，将栽培槽12a内部的培养液排出至培养液槽11(或回收槽)。

以下参照图7，说明本发明的水耕栽培装置的另一实施形态。图7为显示本发明的又一实施形态的水耕栽培装置30的构造示意图。如图所示，相较于水耕栽培装置20的构造，水耕栽培装置30在栽培槽12a的底部形成有在第一排液部141的轴向的延长线上的位置向下凹的凹部123。此外，上述凹部123相当于权利要求书中所记载的“凹部”。

根据水耕栽培装置30的结构，从第一排液部141排出的培养液会如同向瀑布潭流下的瀑布一般，强烈拍击积存于栽培槽12a所形成的凹部123中的培养液。由此，在凹部123会产生从第一排液部141排出的培养液潜至底部的逆流，而增加储留于栽培槽12a的培养液的溶氧量(DO)。因此，除了可维持水耕栽培装置30的湿度之外，还能使储留于栽培槽12a的培养液成为适合植物生长的水质。

如图6及图7所示，本发明的水耕栽培装置也适用于具有多段栽培槽的情况。另外，栽培槽设置为多段时，仅提供培养液至最上段的栽培槽，可通过本发明的排出构件的动作，将培养液供给至全段的栽培槽。由此，与现有的分别将培养液供给至各段的装置相比，可大幅减少将培养液供给至本发明的水耕栽培装置时的整个装置的重量，藉此可确保装置的安全性。

此外，于水耕栽培中，流入栽培槽的培养液一旦高速流动，则水压变高，对根部的渗透压也会随之升高，而根部对培养液的吸收力也会变高。由此，现有的方式是通过吸水泵达到高速流动的效果，但是根据本发明，培养液可通过排出构件被高速吸入及排出，因此，无须设置额外如吸水泵等的辅助装置，可节约能源。

本发明不为上述各实施形态所限，在权利要求书中当可做各种变更。另外，适当组合于不同形态例中揭露的技术手段所得的实施形态，均属于本发明的技术范畴。

依据本发明，能以较简单的结构，有效地去除栽培槽内的尘垢及杂菌，因此，可利用于水耕栽培装置，用以培育适合水耕栽培的植物。