JP3140002B2 - 水耕栽培用の給液装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水耕栽培される植
物に、水に肥料を添加して供給する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水耕栽培される植物は、培地に水が供給
される。培地が過乾燥な状態になると植物が枯れてしま
うからである。培地に供給される水に、肥料を添加して
供給している。図１は、水耕栽培に使用される給液装置
の概略図である。この図に示す装置は、貯水タンク６の
水を給水ポンプ７で一定の圧力に加圧して混合機１に供
給する。混合機１には、肥料供給ポンプ９も連結してい
る。肥料供給ポンプ９は、液肥を混合機１に供給し、給
水ポンプ７は水を混合機１に供給する。混合機１は、水
に液肥を混合して排出し、排出される水が植物に供給さ
れる。混合機１は、図２の断面図に示すように、太い筒
の一端に給水口４を開口して、他端に排出口２４を開口
している。液肥を供給する給液口５は、給水口４の近傍
に開口している。この混合機１は、給水口４から供給さ
れる水に、給液口５から供給される液肥を添加し、水が
混合ケース２を流れる途中で、液肥を分散させて、排出
口２４から排出される。したがって、排出口２４から排
出される水には、液肥が添加されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は図２に示す混合機１では、水に均一に液肥を分散させ
て、排出口２４から排出するのが極めて難しい。とく
に、肥料供給ポンプ９に、ピストンで液肥を押し出すパ
ルスポンプ等を使用すると、液肥は連続して均一には供
給されずに、脈動する状態で供給される。混合ケース２
内は、給水口４から排出口２４に向かって、水を撹拌し
ない状態で流動させるので、途中に液肥が脈動する状態
で、あるいは、断続的に供給されると、混合ケース２を
流動している水には、流動方向に、液肥の濃い部分と薄
い部分とができて、濃度むらができる。濃度むらは、混
合ケースを太く長くすることによって、多少は少なくで
きるが、太くて長い混合ケースであっても、水の流動方
向に液肥の濃度むらができるのを原理的には解消できな
い。また、太く長い混合ケースは、混合機の外形を著し
く大きくする欠点もある。

【０００４】濃度むらのある液体を水耕栽培の培地に供
給することは、植物にとって理想的な環境とはならず、
植物をより好ましい環境で生育させるために、培地に供
給する液体には、肥料を均一に分散させて供給すること
が大切である。

【０００５】本発明は、このような目的を達成するため
に開発されたもので、本発明の重要な目的は、極めて簡
単な構造で、水に肥料を均一に分散させて植物に供給で
きる水耕栽培用の給液装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の水耕栽培用の給
液装置は、水に液肥を混合して、液肥の混合水を植物に
供給している水耕栽培用の給液装置を改良したものであ
る。本発明の給液装置は、水に液肥を混合する混合機１
が、混合ケース２と、この混合ケース２に先端の挿入部
３ａが挿入された排出管３とを備える。混合ケース２
は、水を供給する給水口４と、液肥を供給する給液口５
とを開口しており、給水口４から供給される水に、給液
口５から供給される液肥を添加して排出管３から排出し
ている。排出管３は、給水口４と反対側の端面の中央か
ら、混合ケース２の内部に先端部を挿入する状態で水密
に連結されて、混合ケース２の内部に挿入された挿入部
３ａを、給水口４に向かって延長すると共に、先端縁を
閉塞して、水が流動される方向に離して複数の小孔３Ａ
を開口している。混合ケース２は細長い筒状で、この混
合ケース２の一端に給水口４と給液口５とを開口すると
共に、給液口５を混合ケース２の側面または端面に開口
しており、混合ケース２の他端には、挿入部３ａを給水
口４に向かって延長している排出管３を連結している。
給水口４は混合ケース２の端面の中央に開口している。
給液装置は、給水口４から供給された水と、給液口５か
ら供給された液肥とを、複数の小孔３Ａから排出管３に
流入させて、排出管３から排出して植物に供給してい
る。

【０００７】さらに、本発明の水耕栽培用の給液装置
は、混合機１の混合ケース２を細長い筒状としており、
混合ケース２の一端に給水口４と給液口５とを開口し
て、混合ケース２の他端に、給水口４に向かって延長さ
れた排出管３を連結している。

【０００８】さらに、本発明の請求項３に記載される水
耕栽培用の給液装置は、排出管３の挿入部３ａに複数に
設けている小孔３Ａの総開口面積を、給水口４の開口面
積とほぼ等しくしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための水耕栽培用の給液装置を
例示するものであって、本発明は給液装置を下記のもの
に特定しない。

【００１０】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。

【００１１】図３に示す水耕栽培用の給液装置は、植物
に供給する水を蓄えている貯水タンク６と、この貯水タ
ンク６の水を混合機１に供給する給水ポンプ７と、給水
ポンプ７の排出側の圧力を一定に保持する圧力調整弁１
０と、肥料である液肥を蓄えている原液タンク８と、こ
の原液タンク８の液肥を混合機１に供給する肥料供給ポ
ンプ９と、肥料供給ポンプ９から供給される液肥を給水
ポンプ７から供給される水に均一に混合する混合機１
と、混合機１に液肥と水を供給する肥料供給ポンプ９と
給水ポンプ７の運転を制御するコントローラー１１と、
コントローラー１１に接続している日射センサー１２
と、混合機１から排出される液体の肥料濃度を検出する
濃度センサー１３と、濃度センサー１３の出力側に接続
された開閉弁１４とを備えている。

【００１２】貯水タンク６は水源に連結されており、常
に一定量の水を貯えている。貯水タンク６は、給水ポン
プ７を介して混合機１に連結されている。給水ポンプ７
は、貯水タンク６の水を混合機１に供給する。貯水タン
ク６の排出側であって給水ポンプ７の供給側には、スト
レーナ１５を配設している。ストレーナ１５は、貯水タ
ンク６から排出される水に含まれる異物等を、内蔵する
フィルターで濾過して除去する。さらに、給水ポンプ７
の排出側は、配管を分岐してバイパス路１６を設けて、
圧力調整弁１０を介して貯水タンク６に還流している。
圧力調整弁１０は、給水ポンプ７の排出側の水圧を所定
の圧力に保持して、混合機１に供給される水の流量を調
整している。

【００１３】原液タンク８は、肥料である液肥を蓄えて
いる。原液タンク８は、肥料供給ポンプ９を介して混合
機１に連結されている。肥料供給ポンプ９は、原液タン
ク８の液肥を、混合機１に供給する。肥料供給ポンプ９
は、たとえば、ピストンで液肥を押し出すパルスポンプ
等を使用する。このポンプは、簡単な構造で一定量の液
肥を供給できると共に、構造が簡単で優れた耐久性があ
る。ただ、本発明の水耕栽培用の給液装置は、肥料供給
ポンプをパルスポンプに特定しない。肥料供給ポンプに
は、液肥を供給できる全ての液体ポンプが使用できる。

【００１４】図に示す給液装置は、２基の原液タンク８
を備え、２台の肥料供給ポンプ９を使用して混合機１に
液肥を供給している。この構造の給液装置は、たとえ
ば、２基の原液タンク８に異なる種類の液肥を供給し、
２種類の液肥を混合させて水に添加できる特長がある。
液肥の種類や混合比は、栽培される植物の種類や栽培環
境等によって種々の変更がなされて最適値に設定され
る。ただ、原液タンクと肥料供給ポンプは、それぞれ１
基とすることも、３基以上とすることもできる。

【００１５】混合機１は、貯水タンク６から供給された
水と、原液タンク８から供給された液肥とを混合する混
合ケース２と、この混合ケース２に先端の挿入部３ａが
挿入されると共に、液肥が混合された混合水を排出する
排出管３とを備える。

【００１６】混合ケース２は、水密に閉塞されたケース
で、細長い筒状に成形されている。図４に示す混合ケー
ス２は、細長い円筒状に成形している。ただ、混合ケー
スは、角筒状とすることもできる。混合ケース２は、一
端に給水口４と給液口５とを開口しており、他端に、給
水口４に向かって挿入部を３ａが延長された排出管３を
連結している。

【００１７】給水口４は、円筒状の混合ケース２の端面
の中央に開口されている。給水口４は、配管を介して給
水ポンプ７に連結されており、ここから貯水タンク６の
水が混合ケース２内に供給されている。

【００１８】給液口５は、混合ケース２の給水口４を設
けた側の端部に開口されている。給液口５は、円筒状の
混合ケース２の側面であって、端面の近傍に開口されて
いる。ただ、給液口は、端面に開口することもできる。
図に示す混合ケース２は、２基の原液タンク８に連結さ
れる２つの給液口５を、互いに対向する位置に配設して
いる。これらの給液口５は、配管を介して肥料供給ポン
プ９に連結されており、ここから原液タンク８の液肥が
混合ケース２内に供給されて、給水口４から供給される
水に添加される。

【００１９】排出管３は、混合ケース２よりも外径が小
さくて、内径が給水口４とほぼ等しいパイプである。排
出管３は、給水口４と反対側の端面の中央から、混合ケ
ース２の内部に先端部を挿入する状態で水密に連結され
ている。排出管３は、混合ケース２の内部に挿入された
挿入部３ａを、給水口４に向かって延長して、すなわ
ち、給水口４から供給された水が流動する方向に延長し
て配設している。

【００２０】さらに、排出管３は、混合ケース２に挿入
された挿入部３ａの先端縁を閉塞すると共に、挿入部３
ａの側面を貫通して複数の小孔３Ａを開口している。混
合ケース２内で混合された混合水を流入させて排出する
ためである。排出管３は、混合ケース２内に配設された
挿入部３ａに開口された複数の小孔３Ａから、液肥の混
合された水である混合水を流入させている。さらに、排
出管３は、後端を混合ケース２の外部に引き出してお
り、ここから排出管３内に流入された混合水を排出して
いる。

【００２１】排出管３の挿入部３ａの長さは、液肥を均
一に混合できる長さとする。挿入部３ａを長くして多数
の小孔３Ａを開口すると、液肥をより均一に水に混合で
きるが、混合機１が長くなって大きくなる。挿入部３ａ
が短すぎると、小孔３Ａの数や間隔に制限を受けて、排
出管３に流入される液肥の濃度むらを解消するのが難し
くなる。挿入部３ａは、複数の小孔３Ａから濃度差のあ
る水を流入させて、排出管３の内部で、複数部分から流
入される液肥の濃い水と薄い水とを混合することで、液
肥の濃度を均一にして排出管３から排出する。したがっ
て、挿入部３ａの長さは、複数の小孔３Ａから水を流入
させて、液肥の濃度差を均一にできる長さとする。

【００２２】排出管３の挿入部３ａに設けられる複数の
小孔３Ａは、水が流動される方向に離して開口される。
図４に示す挿入部３ａは、複数の小孔３Ａを、水が流動
する方向に等間隔で離して開口している。このように、
水の流動方向に離して複数の小孔３Ａを開口した挿入部
３ａは、濃度むらのある混合水が排出管３の内部で混合
して、均一な濃度に調整して排出される。それは、混合
水の濃度が、水の流動方向に沿って異なっているからで
ある。この構造の挿入部３ａは、脈動して供給される液
肥によって混合水に濃度むらができても、それぞれの小
孔３Ａから濃度の異なる混合水が流入されるので、排出
される混合水全体の濃度を均一にすることができる。

【００２３】排出管３の挿入部３ａに設けられる複数の
小孔３Ａの大きさは、好ましくは、排出管３の内径に対
して充分に小さくする。小孔３Ａの開口面積が排出管３
の太さに対して大き過ぎると、濃度むらのある混合水が
一度に多量に流入するからである。挿入部３ａに設けら
れる小孔３Ａの大きさは、排出管３の太さに対して、た
とえば、１／１０以下として、排出される混合水の濃度
を理想の状態で均一にできる。

【００２４】さらに、排出管３の挿入部３ａは、好まし
くは、図５の断面図に示すように、全周に複数の小孔３
Ａを開口する。挿入部３ａに、混合ケース２内の多数部
分から混合水を流入させるためである。このように、挿
入部３ａの全周に多数の小孔３Ａを開口する排出管３
は、箇々の小孔３Ａの大きさを小さくして、濃度むらの
ある混合水を均一に混合して排出できる特長がある。

【００２５】水の流動方向に離して開口する複数の小孔
３Ａは、それぞれの小孔３Ａから混合水を流入させて、
液肥の濃度を均一にできる個数とする。小孔３Ａの最小
の個数は２個である。２個の小孔は、混合ケース内を流
動する混合水の液肥の濃度差が、最も濃くなる部分と薄
くなる部分との間隔に調整して、挿入部３ａに開口され
る。ただし、小孔３Ａは、水の流動方向に離されて、好
ましくは３〜１０個、さらに好ましくは４〜８個、最適
には、５個以上に開口される。

【００２６】さらに、排出管３の挿入部３ａに開口され
る複数の小孔３Ａの総開口面積は、好ましくは、給水口
４の開口面積とほぼ等しくする。たとえば、図３ないし
図５に示す排出管３は、水の流動方向に離して挿入部３
ａの全周に２０個の小孔３Ａを開口している。したがっ
て、この排出管３は、１個の小孔３Ａの開口面積を、給
水口４の開口面積の約１／２０の大きさにする。このよ
うに、小孔３Ａの総開口面積と給水口４の開口面積とが
等しい混合機１は、全ての小孔３Ａから排出管３に流入
する混合水の流量をほぼ等しくして、液肥の濃度差をよ
り均一にできる特長がある。

【００２７】さらに、排出管３の挿入部３ａには、必ず
しも、複数の小孔３Ａを全て等間隔で規則正しく開口す
る必要はない。図６に示すように、複数の小孔３Ａを挿
入部３ａにランダムに開口することもできる。ただし、
この構造の挿入部３ａは、複数の小孔３Ａを、局部的に
集中して開口するのではなくて、水の流動方向にわたっ
て均等にむらなく開口するのがよい。それは、濃度むら
のある混合水を均一に流入させるためである。

【００２８】さらに、排出管は、図示しないが、挿入部
の全体あるいは一部に、多孔質な素材を使用して、これ
らの孔から混合水を流入させて排出することもできる。
挿入部の全体を多孔質な素材とする排出管は、たとえ
ば、フィルター等を筒状に成形して、挿入部の全体を多
孔質な構造とする。また、挿入部の一部に多孔質な素材
を使用する排出管は、混合ケースに挿入された挿入部
に、多孔質なフィルター等を、水の流動方向に離して、
あるいは、水の流動方向に延長して配設して部分的に多
孔質な構造とする。これ等の構造の排出管も、水の流動
方向に配設される多孔質な無数の孔から、濃度差のある
混合水を流入させて、排出管の内部で混合して、均一な
濃度に調整して排出できる。

【００２９】コントローラー１１は、混合機１に水を供
給する給水ポンプ７と、液肥を供給する肥料供給ポンプ
９の運転を制御する。コントローラー１１は、たとえ
ば、植物に混合水を供給するときに給水ポンプ７と肥料
供給ポンプ９を駆動する。混合水の供給量は、植物の種
類や環境に応じて最適値に設定される。植物に所定の量
の混合水が供給されると、コントローラー１１は、給水
ポンプ７と肥料供給ポンプ９を停止させて、混合水の供
給を終了する。

【００３０】さらに、コントローラー１１は、混合機１
から排出される混合水の肥料濃度に応じて肥料供給ポン
プ９の運転を制御する。混合水の肥料濃度は、たとえ
ば、混合機１の排出側に配設された濃度センサー１３で
検出される。コントローラー１１は、混合機１から排出
される混合水の肥料濃度が低いとき、肥料供給ポンプ９
を駆動させて、水に添加する液肥の量を多くする。肥料
供給ポンプ９にパルスポンプを使用する場合は、ポンプ
の駆動周期を短くして単位時間当りの供給回数を多くす
る。逆に、混合液の肥料濃度が高いときには、肥料供給
ポンプ９の運転を抑制して、水に添加する液肥の量を少
なくする。

【００３１】日射センサー１２は、照射される太陽光の
強さを測定して、その情報をコントローラー１１に伝達
する。コントローラー１１は、日射センサー１２から入
力されるデータに基づいて、植物に供給する混合水の量
と供給周期および供給回数等を演算して決定する。天気
が良い日は、太陽の照射量が多く、それに伴って植物の
蒸散量も多くなる。したがって、コントローラー１１
は、晴天の日には、植物に混合水を供給する回数を多く
して、培地が乾燥するのを防止すると共に、多量の肥料
を効率よく植物に吸収させる。逆に、天気の悪い日に
は、植物の蒸散量が少ないので、植物に供給する混合水
の量を制限して、培地の湿度が高くなるのを防止して根
腐れ等の発生を阻止する。

【００３２】濃度センサー１３は、混合機１の排出側に
配設されており、混合機１から排出される混合液の肥料
濃度を検出して、そのデータをコントローラー１１に伝
達する。濃度センサー１３は、たとえば、混合水の電気
伝導度を測定して、混合水の液肥濃度を検出する。コン
トローラー１１は、濃度センサー１３から入力される数
値に基づいて給水ポンプ７と肥料供給ポンプ９とを制御
して、混合水の肥料濃度を最適値に調整する。

【００３３】さらに、図３に示す給液装置は、濃度セン
サー１３の排出側に流量計１７を配設している。流量計
１７は、混合機１から排出される混合水の流量を測定し
て表示する。流量計１７を備える給液装置は、植物に供
給される混合水が、適正な流量で排出されているかどう
かを簡単に確認できる特長がある。

【００３４】図に示す流量計１７は、上下に延長して配
設された透明パイプ１８と、この透明パイプ１８の内側
を上下に移動する浮沈子１９で構成している。透明パイ
プ１８は、下端を供給側に、上端を排出側に連結してお
り、下方から上方に向かって水が流動するように構成し
ている。浮沈子１９は、下部をテーパー状に成形すると
共に、重りを内蔵してパイプ内を上下方向に移動できる
ようにしている。この流量計１７は、水が流動していな
いときには、浮沈子１９に内蔵される重りの自重で沈
み、水の流量に応じて、浮沈子１９が透明パイプ１８内
を上昇する構造となっている。この構造の流量計１７
は、極めて簡単な構造で、しかも安価に製造して、水の
流量を測定できる特長がある。ただ、流量計には、水の
流量を測定できる他の全ての構造のものを使用すること
ができる。

【００３５】流量計１７を通過した混合水は、パイプや
ホースである配管２０を介して水耕栽培用の栽培ベッド
２１に供給される。図３に示す給液装置は、複数の栽培
ベッド２１に混合水を供給できるように配管を分岐して
おり、分岐された各々の配管２０を開閉弁１４である電
磁弁を介して栽培ベッド２１に連結している。これ等の
開閉弁１４は、コントローラー１１に制御されており、
各栽培ベッド２１に供給される水量を調整している。複
数の栽培ベッド２１は、栽培される植物に応じて、開閉
弁１４がコントローラー１１で制御されて、適量の混合
水が供給される。

【００３６】栽培ベッド２１は、供給された混合水を培
地２２に散布する給液管２３を配設している。給液管２
３は、混合水を培地２２に均一に散布できるように、無
数の穴を設けている。給液装置から供給された混合水
は、給液管２３から培地２２に散布されて、栽培ベッド
２１に植えられた植物に供給される。

【００３７】

【発明の効果】本発明の水耕栽培用の給液装置は、極め
て簡単な構造で、水に肥料を均一に分散させて植物に供
給できる特長がある。それは、本発明の水耕栽培用の給
液装置が、水に液肥を混合する混合機を、混合ケース内
に排出管の先端を挿入した独特の構造としており、排出
管の挿入部を、給水口から供給された水が流動する方向
に延長して配設すると共に、挿入部には水の流動方向に
離して複数の小孔を開口し、液肥の混合された水をこれ
らの小孔から排出管に流入させて排出しているからであ
る。この混合機は、排出管の挿入部に、水の流動方向に
離して複数の小孔を開口しているので、それぞれの小孔
から流入される濃度むらのある混合水が、排出管の内部
で混合されて、均一な濃度に調整されて排出される。と
くに、混合水の肥料濃度は、水の流動方向に沿って異な
っているので、水の流動方向に離して開口された複数の
小孔からは、濃度の異なる混合水が流入して、排出され
る混合水全体の濃度を均一にすることができる。したが
って、本発明の水耕栽培用の給液装置は、極めて簡単な
構造で、水に液肥を均一に分散させて所定の濃度で植物
に供給できる特長がある。

【００３８】とくに、本発明の給液装置の特筆すべき特
長は、液肥を脈動する状態で供給しても、混合水の液肥
の濃度むらを少なくできることである。このことは、高
価なポンプを使用することなく、簡単で安価なポンプを
使用して、装置全体を低コストに製造して、しかも、混
合機の外形を大きくすることなく混合水の濃度むらを極
減できる特長が実現できる。

【００３９】ちなみに、従来の給液装置における混合水
の濃度むらを、電気伝導度を検出する濃度センサーで測
定すると、１．０ｍＳ／ｍを基準として、±０．０５ｍ
Ｓ／ｍであったが、本発明の給液装置における濃度むら
を測定すると、１．０ｍＳ／ｍを基準として、±０．０
３ｍＳ／ｍ以内と濃度むらを極減することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の水耕栽培用の給液装置の概略図

【図２】図１に示す給液装置の混合機の断面図

【図３】本発明の実施例の水耕栽培用の給液装置の概略
図

【図４】図３に示す給液装置の混合機の一部断面斜視図

【図５】図４に示す混合機の横断面図

【図６】混合機の排出管の他の一例を示す一部断面斜視
図

【符号の説明】

１…混合機 ２…混合ケース ３…排出管 ３ａ…挿入部 ３Ａ…小孔 ４…給水口 ５…給液口 ６…貯水タンク ７…給水ポンプ ８…原液タンク ９…肥料供給ポンプ １０…圧力調整弁 １１…コントローラー １２…日射センサー １３…濃度センサー １４…開閉弁 １５…ストレーナ １６…バイパス路 １７…流量計 １８…透明パイプ １９…浮沈子 ２０…配管 ２１…栽培ベッド ２２…培地 ２３…給液管 ２４…排出口

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水に液肥を混合して、液肥の混合水を植
   物に供給する水耕栽培用の給液装置において、 水に液肥を混合する混合機(1)が、混合ケース(2)と、こ
   の混合ケース(2)に先端の挿入部(3a)を挿入している排
   出管(3)とを備えており、 混合ケース(2)は、水を供給する給水口(4)と、液肥を供
   給する給液口(5)とを開口しており、給水口(4)から供給
   される水に、給液口(5)から供給される液肥が添加され
   て、排出管(3)から排出されるように構成されており、 さらに、排出管(3)は、給水口(4)と反対側の端面の中央
   から、混合ケース(2)の内部に先端部を挿入する状態で
   水密に連結されて、混合ケース(2)の内部に挿入された
   挿入部(3a)を、給水口(4)に向かって延長すると共に、
   先端縁を閉塞して、水が流動される方向に離されて複数
   の小孔(3A)を開口しており、 さらにまた、混合ケース(2)を細長い筒状として、この
   混合ケース(2)の一端に給水口(4)と給液口(5)とを開口
   すると共に、給液口(5)を混合ケース(2)の側面または端
   面に開口しており、混合ケース(2)の他端には、挿入部
   (3a)を給水口(4)に向かって延長してなる排出管(3)を連
   結しており、給水口(4)を混合ケース(2)の端面の中央に
   開口して、給水口(4)から供給された水と、給液口(5)か
   ら供給された液肥とが、複数の小孔(3A)から排出管(3)
   に流入されて排出管(3)から排出して植物に供給される
   ように構成されてなることを特徴とする水耕栽培用の給
   液装置。
2. 【請求項２】 ２つの給液口(5)を、互いに対向する位
   置に配設している請求項１に記載される水耕栽培用の給
   液装置。
3. 【請求項３】 排出管(3)の挿入部(3a)に複数に設けて
   いる小孔(3A)の総開口面積が、給水口(4)の開口面積に
   ほぼ等しい請求項１に記載される水耕栽培用の給液装
   置。