JP5569776B2

JP5569776B2 - 養液栽培装置

Info

Publication number: JP5569776B2
Application number: JP2010025610A
Authority: JP
Inventors: 裕史谷口; 宏行秋田; 正一中原; 一朗森
Original assignee: IBARAKI PREFECTURAL GOVERNMENT; MITSUBISHI NOUKI KABUSHIKI KAISHA; Hazama Ando Corp
Current assignee: IBARAKI PREFECTURAL GOVERNMENT; MITSUBISHI NOUKI KABUSHIKI KAISHA; Hazama Ando Corp
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: JP2011160702A

Description

本発明は、毛管水耕栽培技術（マット給液）を利用した養液栽培装置に関する。

従前、この種の養液栽培装置が特許文献１により提案されている。この装置は、植物体に供給する液肥を収容する一対の液肥槽、及び液肥槽に収容された液肥を毛細管現象により汲み上る給液マットとを備え、給液マット上に植物体を少なくとも１列以上並べて配置し、植物体の列の両側に各液肥槽を設置して、一方の液肥槽から液肥を給液マットを通して他方の液肥槽へ移動させることにより、給液マットから植物体の根系に液肥を供給するようになっている。

しかしながら、このような毛管水耕栽培では、水の毛細管現象によって吸い上げられ給液マット上を移動する液肥の移動速度は極めて遅く、植物を栽培する給液マット上を液肥が移動している間に、液肥の組成や濃度が変化してしまうため、植物を均一に生育させることが困難であった。この場合、植物体を均一に生育させるには、植物体を給液マット上のどこに置いても植物体の根系に均一に液肥を供給することが必要であるが、上記の装置では、給液マット全体の液肥の状態を同時に一定化することは困難であった。

そこで、本願発明者は、このような毛管水耕栽培において、植物が吸収できる液肥の状態を給液マットの上のどこでも均一にし得る、新たな装置を創案し、これを特許文献２により提案した。この装置では、植物体に供給する液肥を収容する一対の液肥槽、及び液肥槽に収容された液肥を毛細管現象により汲み上る給液マットと、液肥槽に液肥を供給する液肥装置とを備え、さらに、両側の液肥槽と液肥装置との間に、各液肥槽の中の液肥に水位差を与えるとともに各液肥槽の水位の高低を交互に切り替える手段を備え、当該手段により、給液マットが、栽培ポットに植生した植物体の列の片側一方から液肥を供給し、その列の片側他方へと液肥を移動させながら植物体の根系に液肥を供給するとともに、この給液マットの液肥の流れを交互に逆方向に切り替えるようになっている。このようにして給液マット上に栽培ポットを配置することにより、給液マットの位置に係わらず、植物体の根系に均一に液肥を供給することができ、植物体を均一に生育することができる。

特開平０５−３０８８６４号公報特許第４１９５７１２号公報

ところで、上記文献２の養液栽培装置を実用化するに当たり、同装置を農業用地や作物栽培工場などの屋内施設に設置することになるが、この場合、給液マットを同じ高さの水平面上に敷設する必要があり、多少の誤差があってもいけないため、この養液栽培装置により圃場となる農業用地が高さの異なる複数の地盤からなっていたり屋内施設が多段式のブロックになっていたりすると、高さの異なる箇所ごとに養液栽培装置を設置し、併せて養液栽培装置ごとに液肥槽に液肥を供給するための液肥装置を設置しなければならない。この場合、液肥装置は液肥を作成する機能と液肥を各液肥槽に送給する機能の２機能を具備する必要があるため、装置は大型化し、また、圃場の数だけ必要になるために、全体として、液肥装置の部品点数及びその組み立て、さらに装置の圃場への設置に必要な工数は増加し、製造及び設置に要するコストは増大せざるを得ず、このため、農業分野で適用できるようなコストを実現することは極めて難しい。また、圃場の数だけ液肥装置を設置して、圃場ごとに液肥を作成するのも非効率であり、この点も検討する必要がある。
また、上記文献２の養液栽培装置を用いて毛管水耕栽培を行うには、栽培に使用する液肥を精度よく作成すること、作成した液肥を所定の方法、すなわち、液肥の排液、供給、循環、休止のサイクルで圃場の栽培物に供給すること、さらに均等な高さの圃場に適用すること、などが求められるが、特に、養液栽培経験が少ない農業従事者、農業への新規参入者、農業に精通していない者にとって、その求めに応じることは極めて困難である。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の養液栽培装置において、特に液肥装置を簡単な装置構成にして、液肥装置の部品点数及びその組み立て工数、さらに液肥装置の圃場への設置工数を軽減して、装置全体の製造及び設置に要するコストの低減を図ること、また、圃場ごとに液肥装置を設置して液肥を作成することを不要とすること、さらに、養液栽培経験が少ない農業従事者、農業への新規参入者、農業に精通していない者でも特許文献２の発明に基づく毛管水耕栽培の実用化を図ることなど、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、植物体に供給する液肥を収容する一対の液肥槽及び前記液肥槽に収容された液肥を毛細管現象により汲み上る給液マットを有する圃場と、前記液肥槽に液肥を供給する液肥装置とを備え、前記圃場の給液マット上に植物体を少なくとも１列以上並べて配置し、前記植物体の列の両側に前記各液肥槽を設置して、前記一方の液肥槽から液肥を前記給液マットを通して前記他方の液肥槽へ移動させることにより、前記給液マットから前記植物体の根系に液肥を供給する養液栽培装置において、前記液肥装置は、前記液肥を作成する液肥作成装置と、前記液肥作成装置により作成された液肥を前記液肥槽に送給する液肥送給装置とを備え、前記液肥作成装置と前記液肥送給装置はそれぞれ分離独立して構成され、前記液肥送給装置は、前記液肥作成装置で作成された液肥を貯留する液肥貯留部と、前記液肥貯留部により貯留された液肥を前記圃場の液肥槽に送給する液肥送給部と、これら各部を制御する制御手段とを有し、高さが異なる圃場ごとに当該圃場の広さに応じて１機又は複数機ずつ設置され、当該圃場ごとに、当該液肥送給装置の液肥送給部と前記液肥槽との間が弁、ポンプを含む配管系により接続されるとともに、前記液肥槽に当該液肥槽に収容される液肥の水位を感知するセンサが設けられて、前記センサによる前記液肥槽の液肥の水位の感知に基いて前記制御手段により前記弁、ポンプが制御されることにより、前記液肥送給部から前記液肥槽への液肥の送り出しがコントロールされ、前記液肥作成装置は、液肥を作るための原液を作成する原液作成部と、前記原液作成部により作成された原液を貯留する原液貯留部と、前記原液貯留部に貯留された原液から液肥を作成し貯留する液肥作成部と、これら各部を制御する制御手段とを有し、複数の圃場ごとに当該各圃場共通の液肥作成源として１機又は複数機ずつ設置され、当該共通の液肥作成装置の液肥作成部に対して当該各圃場の前記液肥送給装置の前記液肥貯留部が、弁、ポンプを含む共通の配管系により接続されるとともに、前記液肥貯留部に当該液肥貯留部に貯留される液肥の液面を検出するセンサが設けられて、前記各センサによる前記各液肥貯留部の液肥の液面の検出に基いて前記制御手段により前記弁、ポンプが制御されることにより、前記液肥作成部から前記各液肥送給装置の液肥貯留部への液肥の送り出しがコントロールされる、ことを要旨とする。
なお、ここで原液とは、高濃度の液肥をいい、粉末状の肥料を水で溶解して作成する。作物栽培に使用する液肥は原液を原水（井戸水、水道水など）で希釈して作成する。

また、この養液栽培装置は各部が次のように具体化されることが好ましい。
（１）液肥作成装置は原液を計量するための容積計量式の原液計量部を併せて有する。
（２）液肥送給装置は各液肥槽の中の液肥に水位差を与えるとともに各液肥槽の水位の高低を交互に切り替える手段を有する。
（３）液肥送給装置は液肥槽の中の液肥を攪拌する手段を併せて有する。

本発明の養液栽培装置では、上記の構成により、液肥装置は、液肥を作成する液肥作成装置と、液肥作成装置により作成された液肥を液肥槽に送給する液肥送給装置とを備え、液肥作成装置と液肥送給装置はそれぞれ分離独立して構成され、液肥送給装置は、液肥作成装置で作成された液肥を貯留する液肥貯留部と、液肥貯留部により貯留された液肥を圃場の液肥槽に送給する液肥送給部と、これら各部を制御する制御手段とを有し、高さが異なる圃場ごとに当該圃場の広さに応じて１機又は複数機ずつ設置されて、当該圃場ごとに、当該液肥送給装置の液肥送給部と液肥槽との間が弁、ポンプを含む配管系により接続され、液肥作成装置は、液肥を作るための原液を作成する原液作成部と、原液作成部により作成された原液を貯留する原液貯留部と、原液貯留部に貯留された原液から液肥を作成し貯留する液肥作成部と、これら各部を制御する制御手段とを有し、複数の圃場ごとに当該各圃場に共通の液肥作成源として１機又は（液肥送給装置よりも少ない）複数機ずつ設置され、当該共通の液肥作成装置の液肥作成部に対して当該各圃場の液肥送給装置の液肥貯留部が、弁、ポンプを含む共通の配管系により接続されるので、特に液肥装置を液肥作成装置を分離した分だけ簡単な装置構成にして、液肥装置の部品点数及びその組み立て工数、さらに液肥装置の圃場への設置工数を軽減することができ、装置全体の製造及び設置に要するコストを大幅に低減して、農業分野で適用し得るコストを実現することができ、さらに、複数の圃場に共通の液肥作成装置で液肥を作成し、当該各圃場の各液肥送給装置を介して液肥槽に送給するので、圃場ごとに液肥作成装置を設置して液肥を作成することを不要として、作業効率の向上を図ることができる、という格別な効果を奏する。
そして、この養液栽培装置では、液肥作成装置により、栽培に使用する液肥を精度よく作成することができ、液肥送給装置により、作成した液肥を所定の方法、すなわち、液肥の排液、供給、循環、休止のサイクルで圃場の栽培物に供給することができ、さらに、１機又は複数機の液肥送給装置と１機又は（液肥送給装置よりも少ない）複数機の液肥作成装置の様々な組み合わせにより、異なる高さの圃場に効率的に適用することができるので、養液栽培経験が少ない農業従事者、農業への新規参入者、農業に精通していない者などでも、特許文献２の発明に基づく毛管水耕栽培の実用化を図ることができる、という格別な効果を奏する。
さらに、この養液栽培装置では、上記の構成により、高さが異なる複数の圃場ごとに設置された共通の液肥作成装置の液肥作成部に対して当該各圃場の液肥送給装置の液肥貯留部が、弁、ポンプを含む共通の配管系により接続されるとともに、液肥貯留部に当該液肥貯留部に貯留される液肥の液面を検出するセンサが設けられて、各センサによる各液肥貯留部の液肥の液面の検出に基いて制御手段により弁、ポンプが制御されることにより、液肥作成部から各液肥送給装置の液肥貯留部への液肥の送り出しがコントロールされるので、各圃場ごとに、液肥貯留部に一定量の液肥が貯留されている場合、液肥作成装置で作成された液肥を、各液肥貯留部の一定量の液肥が減少するごとに各液肥貯留部に送り出すことができ、各液肥貯留部に常に一定量の液肥をストックすることができ、また、当該圃場ごとに、当該液肥送給装置の液肥送給部と液肥槽との間が弁、ポンプを含む配管系により接続されるとともに、液肥槽に当該液肥槽に収容される液肥の水位を感知するセンサが設けられて、センサによる液肥槽の液肥の水位の感知に基いて制御手段により弁、ポンプが制御されることにより、液肥送給部から液肥槽への液肥の送り出しがコントロールされるので、液肥槽の液肥が植物体による液肥の吸収などによって減少し、不足する場合に、各液肥貯留部から新たな液肥を液肥槽に送り、補給することができる、という各別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態における養液栽培装置全体の構成を示す側面図（ａ）同養液栽培装置の特に液肥作成装置の構成を示す拡大平面図（ｂ）同一方の拡大側面図（ｃ）同他方の拡大側面図同養液栽培装置の特に液肥作成装置の具体的な構成を拡大して示す図同養液栽培装置の特に液肥送給装置の構成を示す拡大側面図同養液栽培装置の特に制御盤の動作プログラムの一例（原液タンクのＡ原液を計量タンクで計量し、液肥作成貯留タンクに投入するまでの流れ）を示す流れ図同養液栽培装置の特に制御盤の動作プログラムの一例（液肥作成貯留タンクで液肥を作成し、液肥タンクへ供給するまでの流れ）を示す流れ図同養液栽培装置の特に制御盤の動作プログラムの一例（液肥送給ユニットによる液肥の排液、給液、循環、休止のサイクルの流れ）を示す流れ図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１に養液栽培装置全体を示し、図２乃至図４にその要部を示している。図１に示すように、養液栽培装置１は、レタスその他の各種の野菜（植物体）を栽培する複数の圃場２と、これらの圃場２に液肥を供給する液肥装置３とにより構成される。

圃場２はそれぞれ、農業用地などに設置される栽培ベッド２１と、この栽培ベッド２１の両側に設置され、野菜に供給するための液肥を収容する一対の液肥槽２２、２３と、この栽培ベッド２１の上に敷設され、給液側の液肥槽２２又は２３に収容された液肥を毛細管現象により汲み上げ、野菜に供給するための給液マット２４とを備える。

この場合、栽培ベッド２１はレタスその他の各種の野菜の栽培に適した所定の長さ及び高さを有する長いテーブルになっている。各液肥槽２２、２３は所定量の液肥を収容可能な樋（横樋）構造の長い容器で、各々、栽培ベッド２１の両側に栽培ベッド２１の天面と同じ高さに設置される。これらの液肥槽２２、２３には液肥の水位を感知するための水位センサがそれぞれ配設される。この場合、各液肥槽２２、２３の奥側の上流側に下限センサが設置され、手前側の下流側に上限センサが設置される。給液マット２４は親水性を有する不織布などからなるマットで、栽培ベッド２１の天面よりも少し大きく形成され、栽培ベッド２１の天面に敷設される。そして、給液マット２４の両側が栽培ベッド２１両側の各液肥槽２２、２３に垂らされる。

液肥装置３は、液肥を作成する液肥作成装置４と、液肥作成装置４により作成された液肥を液肥槽２２又は２３に送給する液肥送給装置５とを備え、これら液肥作成装置４と液肥送給装置５はそれぞれ分離独立して構成される。

液肥作成装置４は、図２に示すように、液肥を作るための原液を作成する原液作成部４１と、原液作成部４１により作成された原液を貯留する原液貯留部４２と、原液を計量するための原液計量部４３と、原液貯留部４２に貯留された原液から液肥を作成し貯留する液肥作成部４４と、これら各部を接続する複数の配管及び各種の弁、ポンプ及びセンサと、これら各部、各種の弁、ポンプ及びセンサを制御する制御盤４８と、を備える。
なお、ここで原液とは、高濃度の液肥をいい、粉末状の肥料を水で溶解して作成する。作物栽培に使用する液肥は原液を原水（井戸水、水道水など）で希釈して作成する。

原液作成部４１は、図３に示すように、原液を作成するための原液作成タンク４１０と、このタンク４１０内に水を注入するための水道設備４５とからなる。この場合、原液作成タンク４１０は上部に水の注入口４１１を有するタンクで、タンク４１０の底部に原液の排出口４１２が形成され、当該排出口４１２に連結される配管４１３、及びこの配管４１３に連結されて原液貯留部４２まで延び、タンク４１０内部の原液を原液貯留部４２へ導く配管４１４と、タンク４１０の周面上部及び下部に口４１５、４１６が形成され、当該各口４１５、４１６に連結される各配管４１７、４１８と、タンク４１０に近接して設置され、タンク４１０内の原液を導出するためのポンプ４１９と、ポンプ４１９の吸込側及び吐出側に連結される各配管４２０、４２１と、タンク４１０の底部の各配管４１３、４１４とポンプ４１９の吸込側の配管４２０とを連結する３方向切替弁４２２、及びタンク４１０の周面上部及び下部の各配管４１７、４１８とポンプ４１９の吐出側の配管４２１とを連結する３方向切替弁４２３とを有し、タンク４１０の底部の排出口４１２に連結される配管４１３と３方向切替弁４２２を介して連結される配管４１４とにより、タンク４１０内の原液を原液貯留部４２へ送り出す原液送出経路が形成され、タンク４１０の底部の排出口４１２に連結される配管４１３、３方向切替弁４２２、ポンプ４１９、３方向切替弁４２３及びタンク４１０の周面上部及び下部の各口４１５、４１６に連結される各配管４１７、４１８により、タンク４１０内の原液（粉末肥料と水）を撹拌する原液撹拌装置が構成される。このようにしてこのタンク４１０上部の水の注入口４１１の上方に水道設備４５の放水口４５１が設置される。

原液貯留部４２は、図３に示すように、複数の原液タンク４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃにより構成される。この場合、複数の原液タンク４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃは３つのタンクからなり、これらのタンク４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃはそれぞれ上部に原液の注入口４２６を有し、底部に原液の排出口４２７が形成される。既述の原液作成タンク４１０の底部の排出口４１２から延びる配管４１３、４１４はこの原液貯留部４２で３方向切替弁４２８により分岐され、一方が原液タンク４２Ａに上部の注入口４２６を通して接続され、他方が原液タンク４２Ｂに上部の注入口４２６を通して接続される。なお、この原液貯留部４２では、原液タンク４２Ｃが液肥のペーハを調整するための液肥を貯留するものとして設置されており、このため、この原液タンク４２Ｃと原液作成タンク４１０が接続されていない状態になっているが、この原液タンク４２Ｃについても必要に応じて他の原液タンク４２Ａ、４２Ｂと同様に原液作成タンク４１０と接続されてもよい。また、これらのタンク４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの底部の排出口４２７にそれぞれ配管４２９が連結され、これらの配管４２９はそれぞれポンプ４３０の吸込側に連結される。そしてこれらのポンプ４３０の吐出側に配管４３１が連結され、これらの配管４３１がそれぞれ原液計量部４３へ延ばされる。

原液計量部４３は、図３に示すように、複数の計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃにより構成される。この場合、複数の計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃは３つの容積計量式のタンク（例えば、メスシリンダーやメスフラスコなど）からなる。これらの計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃはそれぞれ、周面上部に原液の流入口４３６を有し、下部に原液の流出口４３７が形成される。既述の３つの原液タンク４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの底部の排出口４２７から延びる配管４３１はそれぞれ、あらかじめ決められた原液計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃに周面上部の注入口４３６を通して接続される。ここでは、原液タンク４２Ａの底部の流出口４２７から延びる配管４３１は計量弁４３８を介して原液計量タンク４３ａに周面上部の流入口４３６を通して接続され、原液タンク４２Ｂの底部の流出口４２７から延びる配管４３１は計量弁４３８を介して原液計量タンク４３ｂに周面上部の流入口４３６を通して接続され、原液タンク４２Ｃの底部の流出口４２７から延びる配管４３１は計量弁４３８を介して原液計量タンク４３ｃに周面上部の流入口４３６を通して接続される。そして、これら計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃの下部の流出口４３７にそれぞれ投入弁４３９を介して配管４４０が連結され、これらの配管４４０がそれぞれ液肥作成部４４へ延ばされる。また、これらの計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃには、原液の容積計量を行うために、センサ４６が併せて使用される。このセンサ４６は原液の液面を検出する形式のもので、計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃの外部にセンサ４６の位置を表示する表示板４７が設置されて、このセンサ４６の位置により計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃ内の原液の容量が分かるようになっている。

液肥作成部４４は、図３に示すように、液肥を作成し貯留するための液肥作成貯留タンク４４１と、このタンク４４１内に水を注入するための水道設備４５とからなる。この場合、液肥作成貯留タンク４４１は上部に水の注入口４４２を有するタンクで、タンク４４１外又はタンク４４１内に設置され、タンク４４１内で液肥を撹拌（水と原液を混合）するための混合ポンプ４４３と、タンク４４１の底部に液肥の排出口４４４が形成され、当該排出口４４４に連結される配管４４５、及びこの配管４４５に送水ポンプ４４６を介して連結されて圃場２へ延び、タンク４４１内部の液肥を圃場２へ導く配管４４７と、を有する。また、この液肥作成貯留タンク４４１は、液肥の容積計量を行うために、容積計量式のタンクになっていて、センサ４４８が併せて使用される。この場合、センサ４４８は液肥の液面の下限を感知する下限検知センサと液面の上限を感知する上限感知センサが使用され、それぞれ液肥作成貯留タンク４４１内に設置される。なお、本装置のスタート時点（すなわち、液肥作成貯留タンク４４１が空の状態）と通常時（すなわち、液肥の液面が下限感知センサで感知される状態）のそれぞれから所定の水量を計量する必要があるため、上限感知センサは２点設置される。このようにしてこのタンク４４１上部の水の注入口４４２の上方に水道設備４５の放水口４５２が設置される。

制御盤置４８（図２参照）は液肥作成装置４全体をコントロールする装置で、タイマを用いた所定の動作プログラムにより、液肥作成装置４の各センサの各タンクにおける液面の感知に基づいて、各タンク又は各タンク間の各弁の開閉動作及び各ポンプの駆動を制御する。なお、この制御盤の動作プログラムの一例を図５及び図６に示している。図５は原液タンクのＡ原液を計量タンクで計量し、液肥作成貯留タンクに投入するまでの流れであり、図６は液肥作成貯留タンクで液肥を作成し、液肥タンクへ供給するまでの流れである。

液肥送給装置５は、図４に示すように、液肥作成装置４で作成された液肥を貯留する液肥貯留部６と、液肥貯留部６により貯留された液肥を圃場２（の液肥槽２２又は２３）に送給する液肥送給部７と、これら各部を制御する制御盤８と、を備える。

液肥貯留部６は、液肥作成装置４で作成、貯留された液肥を貯留するための液肥タンク６１からなる。この場合、液肥タンク６１は容積計量式のタンクで、周面上部に液肥の注入口６１１を有し、底部に液肥の排出口６１２を有し、タンク６１内に液肥の液面を検出するセンサ６２が設置される。そして、既述の液肥作成貯留タンク４４１の底部の排出口４４４から延びる配管４４５、４４７がこの液肥タンク６１に上部の注入口６１１を通して接続され、また、この液肥タンク６１の底部の排出口６１２に配管６１３が連結され、これが液肥送給部７に連結される。

液肥送給部７は、液肥を貯留するタンク７０１と、タンク７０１内の液肥を送り出す送出口となる配管７０２と、タンク７０１に液肥を送り入れるための３つのポンプ７０３、７０４、７０５と、これらのポンプ７０３、７０４、７０５とタンク７０１とを連結する配管系とを有し、これらがボックス７１内に組み立てられて、液肥を給液側の液肥槽２２又は２３へ送る液肥送出機能部７２、排液側の液肥槽２３又は２２から液肥を排出する液肥排出機能部７３、給液側の液肥槽２２又は２３の液肥を循環する液肥循環機能部７４などを有する液肥の供給管理装置として構成される（以下、この液肥送給部７を液肥送給ユニットという。）。この場合、タンク７０１は所定量の液肥を貯留可能で、ボックス７１の上部に設置される。なお、このタンク７０１は、液肥を液肥槽２２又は２３に送る場合に、液肥の供給量の関係で、液肥が液肥槽２２又は２３から溢れることがないように、液肥を一時貯留するために用いられる。このタンク７０１の底部に配管７０２が連結され、これがボックス７１の一側面から外部に取り出されて、この配管７０２の外部端に３方向切替弁７０６が取り付けられる。この切替弁７０６に２本の配管７０７、７０８が連結され、これらの配管７０７、７０８がそれぞれ各液肥槽２２、２３の奥側端の底部に連結される（図１参照）。また、このタンク７０１の周面上部に３つの連結口７０９、７１０、７１１が設けられて、これらの連結口７０９、７１０、７１１がボックス７１の他側面から外部に突出される。３つのポンプ７０３、７０４、７０５はボックス７１の下部に並列に設置されて、それぞれの吐出口に開閉弁を介して配管７１２、７１３、７１４が連結され、これらの配管７１２、７１３、７１４がボックス７１上部のタンク７０１の各連結口７０９、７１０、７１１に連結され、それぞれの吸込口はボックス７１の一側面の外部に並列に配置される。そして、一つのポンプ７０３の吸込口に配管６１３が連結され、この配管６１３が既述の液肥タンク６１の底部の排出口６１２に連結されて、これが液肥を給液側の液肥槽２２又は２３へ送る液肥送出機能部７２として構成される。また、他の二つのポンプ７０４、７０５の吸込口にそれぞれ配管７１５、７１６が連結され、これらの配管７１５、７１６が各液肥槽２２、２３の手前側端の底部に連結されて、これが排液側の液肥槽２３又は２２から液肥を排出する液肥排出機能部７３、及び給液側の液肥槽２２又は２３の液肥を循環する液肥循環機能部７４として構成される。

制御盤８（図４参照）は、液肥送給装置５全体をコントロールする装置で、タイマを用いた所定の動作プログラムにより、各部のセンサの感知に基づいて、各部の弁の開閉動作及びポンプの駆動を制御する。なお、図７はこの制御盤８の動作プログラムの一例で、液肥送給ユニットの運転（排液、給液、循環、休止）のサイクルの流れを示している。

養液栽培装置１はこのような構成を備え、図１に例示するように、圃場２への据え付けに当たり、高さが異なる圃場２ごとに栽培ベッド２１が設置されて栽培ベッド２１の両側に液肥槽２２、２３が取り付けられるとともに栽培ベッド２１の天面に給液マット２４が敷設され、そして、高さが異なる圃場２ごとに当該圃場２の広さに応じて１機又は複数機の液肥送給装置５が設置され、複数の圃場２ごとに当該各圃場２共通の液肥作成源として１機又は（液肥送給装置５よりも少ない数の）複数機の液肥作成装置４が設置され、液肥送給装置５と液肥作成装置４との間が配管系により接続される。図１では、高さが異なる全３箇所の圃場２を例示し、これら３箇所の圃場２にそれぞれ、栽培ベッド２１が設置されて栽培ベッド２１の両側に液肥槽２２、２３が取り付けられるとともに栽培ベッド２１の天面に給液マット２４が敷設され、そして、高さの異なる圃場２ごとに当該圃場２の広さに応じて液肥送給装置５が１機ずつ、合計３機設置され、これら３箇所の圃場２で共通の液肥作成装置４が１機所定の場所に設置されて、液肥作成装置４（の液肥作成貯留タンク４４１）と各液肥送給装置５（の液肥タンク６１）との間が共通の配管５１により接続される。

このようにして養液栽培装置１が複数の圃場２に亘って据え付けられ、各圃場２では、栽培ベッド２１上の給液マット２４の水平部分の上にロックウールなどの培地に野菜を植生した栽培ポットあるいは野菜が直接載せられて、この養液栽培装置１の運転により次のような毛管水耕栽培が行われる。以下、この養液栽培装置１を用いた毛管水耕栽培について図１、図３及び図４を参照しながら説明する。

図１において、液肥作成装置４では、制御盤４８の動作プログラムに基づいて、液肥が作成、貯留される。
図３に示すように、この液肥作成装置４では、最初に、原液作成タンク４１０内で原液Ａが作成される。この場合、まず、原液作成タンク４１０内に水道設備４５の放水口４５１から水が所定量注入される。そして、この水の中に所定量の粉末肥料が投入されて、この水と粉末肥料が原液撹拌装置により撹拌される。すなわち、各３方向切替弁４２２、４２３及びポンプ４１９の制御（各３方向切替弁４２２、４２３を原液を循環する方向に切り替え、ポンプ４１９を駆動）により、原液作成タンク４１０内の水、粉末肥料が底部の排出口４１２から流出され、これが配管４１３、４２２、４２１、４１７又は４１８を通じて、周面上部又は下部の各口４１５、４１６から原液作成タンク４１０内に流入する循環運動が適宜繰り返される。このようにして水と粉末肥料が撹拌され、原液Ａが作成される。そして、各３方向切替弁４２２、４２３及びポンプ４１９の制御（各３方向切替弁４２２、４２３を原液Ａを原液貯留部４２へ送り出す方向に切り替え、ポンプ４１９を駆動）により、原液Ａが配管４１３、４１４を通じて原液貯留部４２へ送り出され、原液タンク４２Ａ内に注入されて、原液Ａが原液タンク４２Ａにストックされる。続いて、同様にして原液作成タンク４１０で原液Ｂが作成され、原液タンク４２Ｂにストックされる。なお、原液タンク４２Ｃには、既述のとおり、液肥のペーハを調整するための液肥Ｃがストックされる。
次いで、各圃場２で栽培する野菜に応じた液肥が作成される。この場合、まず、液肥作成貯留タンク４４１内に水道設備４５の放水口４５２から水が所定量注入される。一方、各原液タンク４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃにストックされた各原液Ａ、Ｂ、Ｃは、各計量弁４３８、各投入弁４３９及び各ポンプ４３０の制御（各計量弁４３８を開、各投入弁４３９を閉とし、各ポンプ４３０を駆動）により、各計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃに送られ、ここで容積計量される。なお、定常時、各計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、常に原液を計量する仕組みであり、各計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃ内で原液が蒸発などで減少した場合は、原液Ａ、Ｂ、Ｃの追加計量が行われ、各計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃに常に所定量の原液Ａ、Ｂ、Ｃが計量されるようになっている。そして、液肥作成貯留タンク４４１に所定量の水が注入され、これがセンサ４４８により感知されると、各計量タンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃの投入弁４３９が順次開き、各原液Ａ、Ｂ、Ｃが配管４４０を通じて液肥作成貯留タンク４４１に投入され、液肥作成貯留タンク４４１の混合ポンプ４４３により混合される。この場合、３種類の原液Ａ、Ｂ、Ｃは、まず原液Ａが投入されて混合され、続いて原液Ｂが投入されて混合され、そして原液Ｃが投入されて混合され、この順序で投入、混合される。なお、この原液Ａ、Ｂ、Ｃの投入で計量ポンプ４３ａ、４３ｂ、４３ｃが空になると、計量ポンプ４３ａ、４３ｂ、４３ｃでは、既述のとおり、原液Ａ、Ｂ、Ｃの計量が繰り返し行われる。このようにして液肥作成貯留タンク４４１で液肥が作成され、この作成された液肥は液肥作成貯留タンク４４１の底部の液肥の排出口４４４から送水ポンプ４４６の駆動により配管４４５、４４７を通じて圃場２の液肥タンク６１へ送り出され、液肥タンク６１内に貯留される。そして、液肥作成貯留タンク４４１では、同様にして液肥が繰り返し作成されて、各圃場２の液肥タンク６１へ送り出され、各液肥タンク６１で貯留される。また、各液肥タンク６１に一定量の液肥が貯留されている場合、つまり、満タンになると、液肥作成貯留タンク４４１内で作成された液肥は液肥作成貯留タンク４４１内に一時貯留され、各液肥タンク６１の一定量の液肥が減少するごとに各液肥タンク６１に送り出される。このように液肥作成貯留タンク４４１では液肥の作成、貯留が繰り返されて、各液肥タンク６１に流され、各液肥タンク６１では常に一定量の液肥がストックされる。

図１において、各圃場２では、既述のとおり、栽培ベッド２１上の給液マット２４の水平部分の上にロックウールなどの培地に野菜を植生した栽培ポットあるいは野菜が直接載せられて、各液肥送給ユニット７が制御盤８の動作プログラムに基づいて運転され、排液側の液肥槽２３又は２２から液肥を排出する排液運転、液肥を給液側の液肥槽２２又は２３へ供給する給液運転、給液側の液肥槽２２又は２３で液肥を循環する循環運転、運転休止が順次行われて、給液マット２４を通して給液側の液肥槽２２又は２３から排液側の液肥槽２３又は２２に向かって、液肥が絶えず移動し続けられ、野菜の根系に液肥を供給しながら野菜を栽培する。
まず、排液運転では、各液肥送給ユニット７のポンプ７０４又は７０５（図４参照）が駆動され、排液側の液肥槽２３又は２２が排出される。なお、スタート時の運転では、排液側の液肥槽２３又は２２は空で、これが水位センサ（下限センサ）により感知されるので、排液は行われず、すぐに次の給液（運転）に移行する。また、スタート時の運転（排液→給液→循環→休止）の１サイクルが終了した後の通常の運転（排液→給液→循環→休止）に入ると、この液肥槽２３又は２２から排出された液肥はタンク７０１に戻され、このタンク７０１を通じて、給液側の液肥槽２２又は２３に送られることになる。この排液の流れについては後述する排液運転の説明の中であらためて説明することにする。
続く給液運転では、各液肥送給ユニット７のポンプ７０３（図４参照）が駆動され、各液肥タンク６１から液肥がタンク７０１へ導入される。このとき、タンク７０１の底部側の３方向切替弁７０６は（制御盤８のコントロールにより）給液側の液肥槽２２又は２３側に切り替えられており、液肥はタンク７０１に送られると同時にこの３方向切替弁７０６を通じて自然落下され、栽培ベッド２１の給液側の液肥槽２２又は２３へ送られる。この給液は給液側の液肥槽２２又は２３の水位センサ（上限センサ）に感知されるまで行われる。この給液運転により、給液側の液肥槽２２又は２３と排液側の液肥槽２３又は２２との間に、一定の水位差が生じ、各圃場２では、既述のとおり、給液マット２４が栽培ベッド２１の上に置かれ、その両側が２つの液肥槽２２、２３に垂らされて、給液マット２４の片側一方が液肥に浸漬されるので、水の毛細管現象によって、液肥は給液側の液肥槽２２又は２３から給液マット２４によって栽培ベッド２１上を移動して、給液マット２４の片側他方から垂下されて排液側の液肥槽２３又は２２に溜められる。このようにして栽培ベッド２１上の給液マット２４を通して給液側の液肥槽２２又は２３から排液側の液肥槽２３又は２２に向けて、一定速度の液肥の流れが生じ、給液マット２４上の野菜の根系に液肥を供給する。
続いて、循環運転では、各液肥送給ユニット７のポンプ７０５又は７０４が駆動され、給液側の液肥槽２２又は２３の液肥が排出されて、各液肥送給ユニット７のタンク７０１に戻され、液肥は同様にタンク７０１から３方向切替弁７０６を通じて自然落下されて、栽培ベッド２１の給液側の液肥槽２２又は２３へ送られ、液肥が循環される。
そして、この液肥の循環運転後、所定の時間まで、運転が休止される（休止）。
このようにして給液側の液肥槽２２又は２３と排液側の液肥槽２３又は２２との間には、常に一定の水位差が生じ、これにより、給液マット２４上に給液側の液肥槽２２又は２３から排液側の液肥槽２３又は２２に向けて常に一定速度の液肥の流れが生じる。
この運転が所定時間休止された後、各液肥送給ユニット７の運転が開始される。この場合、各液肥送給ユニット７の動作が反転され、給液側の液肥槽２２又は２３と排液側の液肥槽２３又は２２が反対になって、栽培ベッド２４上の液肥の流れが反転される。
すなわち、反転後の排液運転では、各液肥送給ユニット７のポンプ７０５又は７０４（図４参照）が駆動され、排液側となる液肥槽２２又は２３から液肥が排出される。排液側になる液肥槽２２又は２３は、それまでの給液により液肥が水位センサ（下限センサ）のレベル以上に溜まっており、この液肥が下限センサに感知されるまで排出され（排液運転）、タンク７０１に戻されて、このタンク７０１を通じて、給液側の液肥槽２３又は２２に送られる。これにより、液肥が回収、再利用される。
続く給液運転では、給液側の液肥槽２３又は２２の液肥が不足する場合に、各液肥送給ユニット７のポンプ７０３（図４参照）が駆動され、各液肥タンク６１から液肥がタンク７０１へ導入される。すなわち、前段の排液運転で排液側となる液肥槽２２又は２３の液肥が野菜による液肥の吸収などによって減少し、給液側の液肥槽２３又は２２で液肥（回収、再利用される液肥）の水位が水位センサ（上限センサ）に感知されるレベルに達していない場合に、液肥送給ユニット７のポンプ７０３（図４参照）が駆動され、各液肥タンク６１から新たな液肥がタンク７０１へ導入され、この新たな液肥がタンク７０１から３方向切替弁７０６を通じて自然落下されて、給液側の液肥槽２３又は２２へ送られ、給液側の液肥槽２３又は２２の水位センサ（上限センサ）に感知されるレベルまで、補給される。
続いて、循環運転では、各液肥送給ユニット７のポンプ７０４又は７０５が駆動され、給液側の液肥槽２３又は２２の液肥が排出されて、各液肥送給ユニット７のタンク７０１に戻され、この液肥がタンク７０１から３方向切替弁７０６を通じて自然落下され、給液側の液肥槽２３又は２２へ送られて、液肥が循環される。
そして、この液肥の循環運転後、所定の時間まで、運転が休止される（休止）。
このようにして給液側の液肥槽２３又は２２と排液側の液肥槽２２又は２３との間には、常に一定の水位差が生じ、これにより、給液マット２４上に給液側の液肥槽２３又は２２から排液側の液肥槽２２又は２３に向けて常に一定速度の液肥の流れが生じる。
以降、各液肥送給ユニット７の動作（反転後の排液、給液、循環、休止）が交互に反転され、給液側の液肥槽２３又は２２と排液側の液肥槽２２又は２３が交互に反対になって、排液、給液、循環、休止のサイクルが繰り返し行われ、栽培ベッド２４上の液肥の流れが交互に反転される。このようにして一方の液肥槽２２又は２３と他方の液肥槽２３又は２２の水位差はほぼ一定に保たれ、給液側の液肥槽２２又は２３の液肥の濃度や組成が均一な状態に保たれて、最適な状態の液肥が栽培ベッド２４全体に常に一定の速度で流される。

以上説明したように、この養液栽培装置１では、特に、液肥装置３を、液肥を作成する液肥作成装置４と、液肥作成装置４により作成された液肥を圃場２の液肥槽２２又は２３に送給する液肥送給装置５とに分割し、高さが異なる圃場２ごとに当該圃場２の広さに応じて１機又は複数機の液肥送給装置５を設置し、複数の圃場２ごとに当該各圃場２に共通の液肥作成源として１機又は（液肥送給装置５よりも少ない）複数機の液肥作成装置４を設置して、これら液肥送給装置５と液肥作成装置４を配管系により接続するので、この場合、液肥作成装置４を３つの圃場２全体で１機の簡単な装置構成にして、液肥作成装置４の数を可及的に少なくすることができる。したがって、液肥装置３の部品点数及びその組み立て工数を削減し、さらに液肥装置３（特に液肥作成装置４）の圃場への設置工数を軽減して、装置１全体の製造及び設置に要するコストの低減を図ることができ、農業分野で適用し得るコストを実現することができる。また、３つの圃場２に共通の液肥作成装置４で液肥を作成し、当該各圃場２の各液肥送給装置５を介して液肥槽２２又は２３に送給するので、各圃場２ごとに液肥を作成することを不要として、作業効率の大幅な向上を図ることができる。さらに、１機又は複数機の液肥送給装置５と、１機又は（液肥送給装置５よりも少ない）複数機の液肥作成装置４の様々な組み合わせが可能で、高さの異なる地盤に設置された圃場や作物栽培工場の多段式ブロックなど、高さの異なる各種の圃場で毛管水耕栽培を効率良く行うことができる。

また、この養液栽培装置１では、液肥作成装置４を、液肥を作るための原液を作成する原液作成部４１と、原液作成部４１により作成された原液を貯留する原液貯留部４２と、原液を計量するための原液計量部４３と、原液貯留部４２に貯留された原液から液肥を作成し貯留する液肥作成部４４と、これら各部を接続する複数の配管及び各種の弁、ポンプ及びセンサとにより構成し、各部の各種の弁、ポンプ及びセンサを制御盤４８のタイマを用いた動作プログラムにより制御して自動運転するので、栽培に使用する液肥を精度よく作成することができる。特に、この液肥作成装置４の場合、原液をメスシリンダーやメスフラスコなどを用いて容積計量し、液肥作成貯留タンク４４１に投入して水と混合させるので、原液の計量（値）を高価な流量センサなどを用いることなしに、液肥の一定の濃度を精度よく正確に出すことができ、流量センサなどを使用しない分だけコストを大幅に削減することができる。また、この場合、原液の計量と投入の各動作を連続して行わず、原液が投入された後、計量タンクが空になってから、次の計量を行い、常に原液が計量された状態になっているので、液肥作成貯留タンク４４１で原水が容積計量された後、計量タンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃから原液を投入するだけで、簡単かつ短時間に精度のよい液肥を作成することができる。

さらに、この養液栽培装置１では、液肥送給装置５を、液肥を貯留する液肥貯留部６と、液肥貯留部６により貯留された液肥を圃場２（の液肥槽２２又は２３）に送給する液肥送給部７と、各部の各種の弁、ポンプ、及びセンサとにより構成し、各部の各種の弁、ポンプ及びセンサを制御盤８のタイマを用いた動作プログラムにより制御して、液肥の排液、供給（補給）、循環、休止のサイクルで自動運転するので、野菜に液肥の養分を与える量や濃度を均一化して、液肥の効率的な施用を可能とし、また、液肥槽２２又は２３内の液肥を定期的に撹拌したり給液マット２４上の液肥の流れを定期的に反転させたりすることによって、給液マット２４上の液肥の状態の均一性を高めることができ、したがって、水の毛細管現象を利用した養液栽培装置を用いた栽培での、作物の生育の揃いを良好にすることができる。

そして、この養液栽培装置１では、液肥作成装置４により、栽培に使用する液肥を精度よく作成することができ、液肥送給装置５により、この液肥を排液、供給、循環、休止のサイクルで圃場２の栽培物に供給することができるなど、すべての作業を自動化することができ、さらに、１機又は複数機の液肥送給装置５と１機又は（液肥送給装置５よりも少ない）複数機の液肥作成装置４の様々な組み合わせにより、異なる高さの圃場２に効率的に適用することができるので、養液栽培経験が少ない農業従事者、農業への新規参入者、農業に精通していない者などでも、特許文献２の発明に基づく毛管水耕栽培の実用化を図ることができる。

そしてさらに、この養液栽培装置１では、複数の液肥作成装置４と複数の液肥送給装置５の多様な組み合わせが可能で、例えば、液肥成分の異なる液肥を作成する複数の液肥作成装置と、複数の液肥送給装置とを組み合わせることで、多種類の野菜を同一の圃場で栽培することができる、という利点もある。

１養液栽培装置
２圃場
２１栽培ベッド
２２、２３液肥槽
２４給液マット
３液肥装置
４液肥作成装置
４１原液作成部
４１０原液作成タンク
４１１水の注入口
４１２原液の排出口
４１３、４１４配管
４１５、４１６口
４１７、４１８配管
４１９ポンプ
４２０、４２１配管
４２２、４２３３方向切替弁
４２原液貯留部
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ原液タンク
４２６原液の注入口
４２７原液の排出口
４２８３方向切替弁
４２９配管
４３０ポンプ
４３１配管
４３原液計量部
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ計量タンク
４３６原液の流入口
４３７原液の流出口
４３８計量弁
４３９投入弁
４４０配管
４４液肥作成部
４４１液肥作成貯留タンク
４４２水の注入口
４４３混合ポンプ
４４４液肥の排出口
４４５配管
４４６送水ポンプ
４４７配管
４４８センサ
４５水道設備
４５１放水口
４５２放水口
４６センサ
４７表示板
４８制御盤
５液肥送給装置
５１共通の配管
６液肥貯留部
６１液肥タンク
６１１液肥の注入口
６１２液肥の排出口
６１３配管
６２センサ
７液肥送給部（液肥送給ユニット）
７１ボックス
７２液肥送出機能部
７３液肥排出機能部
７４液肥循環機能部
７０１タンク
７０２配管
７０３、７０４、７０５ポンプ
７０６３方向切替弁
７０７、７０８配管
７０９、７１０、７１１連結口
７１２、７１３、７１４配管
７１５、７１６配管
８制御盤

Claims

植物体に供給する液肥を収容する一対の液肥槽及び前記液肥槽に収容された液肥を毛細管現象により汲み上る給液マットを有する圃場と、前記液肥槽に液肥を供給する液肥装置とを備え、前記圃場の給液マット上に植物体を少なくとも１列以上並べて配置し、前記植物体の列の両側に前記各液肥槽を設置して、前記一方の液肥槽から液肥を前記給液マットを通して前記他方の液肥槽へ移動させることにより、前記給液マットから前記植物体の根系に液肥を供給する養液栽培装置において、
前記液肥装置は、
前記液肥を作成する液肥作成装置と、
前記液肥作成装置により作成された液肥を前記液肥槽に送給する液肥送給装置と、
を備え、
前記液肥作成装置と前記液肥送給装置はそれぞれ分離独立して構成され、
前記液肥送給装置は、前記液肥作成装置で作成された液肥を貯留する液肥貯留部と、前記液肥貯留部により貯留された液肥を前記圃場の液肥槽に送給する液肥送給部と、これら各部を制御する制御手段とを有し、高さが異なる圃場ごとに当該圃場の広さに応じて１機又は複数機ずつ設置され、当該圃場ごとに、当該液肥送給装置の液肥送給部と前記液肥槽との間が弁、ポンプを含む配管系により接続されるとともに、前記液肥槽に当該液肥槽に収容される液肥の水位を感知するセンサが設けられて、前記センサによる前記液肥槽の液肥の水位の感知に基いて前記制御手段により前記弁、ポンプが制御されることにより、前記液肥送給部から前記液肥槽への液肥の送り出しがコントロールされ、
前記液肥作成装置は、液肥を作るための原液を作成する原液作成部と、前記原液作成部により作成された原液を貯留する原液貯留部と、前記原液貯留部に貯留された原液から液肥を作成し貯留する液肥作成部と、これら各部を制御する制御手段とを有し、複数の圃場ごとに当該各圃場共通の液肥作成源として１機又は複数機ずつ設置され、当該共通の液肥作成装置の液肥作成部に対して当該各圃場の前記液肥送給装置の前記液肥貯留部が、弁、ポンプを含む共通の配管系により接続されるとともに、前記液肥貯留部に当該液肥貯留部に貯留される液肥の液面を検出するセンサが設けられて、前記各センサによる前記各液肥貯留部の液肥の液面の検出に基いて前記制御手段により前記弁、ポンプが制御されることにより、前記液肥作成部から前記各液肥送給装置の液肥貯留部への液肥の送り出しがコントロールされる、
ことを特徴とする養液栽培装置。
液肥作成装置は原液を計量するための容積計量式の原液計量部を併せて有する請求項１に記載の養液栽培装置。
液肥送給装置は各液肥槽の中の液肥に水位差を与えるとともに各液肥槽の水位の高低を交互に切り替える手段を有する請求項１又は２に記載の養液栽培装置。
液肥送給装置は液肥槽の中の液肥を攪拌する手段を併せて有する請求項３に記載の養液栽培装置。