JP6228028B2 - 培養液循環タンク及び培養液交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培において、培養液を循環式に植物へ供給する場合の培養液循環タンクと、その培養液循環タンクを用いる培養液交換方法に関する。

水耕栽培の培養液循環タンクにおいて、例えば特許文献１・２等のように培養液を循環式とする場合、使用による培養液の初期成分からの劣化を補正するための薬剤を自動補充する機能が必要であり、その薬剤の補充量は循環タンク内のＥＣ計、ｐＨ計等の測定結果を踏まえて決定される。
しかし、培養液の薬剤補充による補正には効果の限度があり、補正の限度に達した培養液は、その全量もしくは一部を新品に交換することが必要となっている。

図３は従来の水耕栽培において培養液を循環式に用いる場合の典型的な形態を示したものである。
ここで、システムのスタート時には、循環タンク内が新品の望ましい状態の培養液で満たされている。
Ａ液タンク・Ｂ液タンクは配合された液体肥料を培養液の循環使用中に補充するための貯槽で、通常においては、植物の三大必須栄養素であるＰ、Ｎ、Ｋを一定の配合としたものに、微量のその他ミネラル成分が添加されていることが多い。
Ａ液・Ｂ液と分かれているのは、液体肥料は希釈使用するまで高濃度の状態で保管されるが、その保管の際の塩の析出や沈殿物を生じない組合せ同士に分けておくためである。
なお、ＵＰ剤タンク・ＤＮ剤タンクは、前記液体肥料や特定イオンの供給の結果、二次的に変動したｐＨを望ましい値に再調整するための酸やアルカリを培養液に添加するものである。

図４は新品の望ましい培養液が使用によってどのように劣化していくのかを模式的に示している。
劣化の程度は、特定のミネラル分の損耗や栽培植物による老廃物等の蓄積量で評価することができる。
図示のように、模式的に劣化の程度を縦軸Ｑｕａｌｉｔｙとし、横軸に使用時間をとると、薬剤の補充を一切行わない場合、使用限度まで単純に劣化する（Ａ線）。
一方、薬剤の補充を行う場合、培養液のＱｕａｌｉｔｙは一旦ある程度まで回復するが、その回復効果は同一量を補充したとしても徐々に効き難くなっていく（Ｂ線）。
薬剤の補充によっても使用限度以上に回復が見込めなくなると、循環タンク内の培養液を一部交換（Ｃ線）や全量交換し、使用時間０の状態に戻す方法がとられる。

しかしながら、水耕栽培が大規模であると、培養液を全て空にして交換することは、栽培システムのストップを意味し、特に、ＬＥＤ照明による植物工場など育苗から収穫までの全段階が一つの栽培スペースに同時に存在する系では、ストップすることの負担が大きい。
そこで、循環系を稼動（植物栽培を継続）したまま、循環タンクの培養液から所定の廃棄量を抜取り、その後、同量の希釈水を供給して、その希釈変動は前記補充システムに自動調整させることで、結果的に培養液の一部を新品の培養液に置き換えるのと同等の効果となるような操作（以下、新操作と呼ぶ）が採用されている。

特開２０１４−１８１０２号公報 特開２０１０−１７８６９１号公報

ところで、前記新操作においては、抜取りは系の循環ポンプの先で放出口を分岐させて行なうが、経済的な置換のためには、一旦、所定の廃棄量を抜取った後、希釈水を投入することが望ましい。
このとき、希釈水の成分調整は前記補充システムの自動調整に任せるため、自動調整が追従可能な比較的遅い速度での希釈水投入しか行えず、交換完了までの時間を要している。すなわち、急激な調整は栽培植物にダメージを与える危険があるため、意図的に自動調整システムは遅く設計されている。
また、循環タンク内の析出物や沈殿物の清掃は、使用中の培養液中で行う必要があり、培養液を細菌等で汚染しない慎重さが要求されるものであった。

本発明の課題は、補正の限度に達した培養液の全量もしくは一部を新品に交換する作業を容易とする培養液循環タンクであって、培養液の交換完了までの時間を短縮し、培養液循環タンクの清掃を使用中の培養液中とは別に行える機能を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
水耕栽培の培養液循環タンクであって、
当該培養液循環タンクを格納するフレームと、
前記フレーム内に各々スライド可能に組み付けられ、互いに隣り合う側面が開放された開放部をそれぞれ有する複数の分離可能タンクと、
前記複数の分離可能タンクの互いに隣り合う前記開放部の周囲で突合せて接合される突合せ部に各々沿ってそれぞれ挿入可能で、前記複数の分離可能タンク内に培養液をそれぞれ満たした状態で仕切ることが可能な複数の仕切り板と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の培養液循環タンクであって、
前記複数の分離可能タンクの前記突合せ部の底壁及び側壁に各々沿って、前記仕切り板を挿入する溝がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１または２に記載の培養液循環タンクであって、
前記フレーム内の底面及び側面に、前記複数の分離可能タンクの底壁及び側壁を各々支持するタンク支持レールがそれぞれ敷設されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１から３のいずれか一項に記載の培養液循環タンクであって、
前記複数の分離可能タンクの前記突合せ部の底壁及び側壁に各々沿って水密パッキンがそれぞれ設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の培養液循環タンクにおいて、
前記複数の分離可能タンクの接合された前記突合せ部に各々沿って前記仕切り板をそれぞれ挿入し、
抜取り培養液が入れられた前記分離可能タンクをスライドさせて前記フレームから引き出した後、
新品の培養液が入れられたスペアの前記分離可能タンクを前記フレーム内に挿入してから、
前記スペアの分離可能タンクを隣り合う前記分離可能タンクに前記突合せ部で接合した後、
前記突合せ部から各々の前記仕切り板をそれぞれ取り外して、当該培養液循環タンク内の前記培養液を交換することを特徴とする。

本発明によれば、培養液の交換時間を短縮でき、培養液循環タンクの清掃を使用中の培養液中とは別に行えるようになり、作業効率の向上と培養液の確実な汚染対策が実現できる。

本発明を適用した培養液循環タンクの一実施形態の構成を示すもので、タンク一体化時を示した縦断面図である。 図１の培養液循環タンクの仕切り板挿入によるタンク分離時を示した図である。 従来の循環式水耕栽培装置の典型例を示す概略構成図である。 培養液の劣化モデルを示すもので、培養液のＱｕａｌｉｔｙと使用時間の関係を示した特性図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図１は本発明を適用した培養液循環タンクの一実施形態の構成としてタンク一体化時を示すもので、１はフレーム、２はタンク支持レール、３は分離可能タンク、４は水密パッキン、５はパッキン押えである。

図示のように、培養液循環タンクは、反力受けとなるフレーム１の内部の底面及び側面の各々平行に敷設されたタンク支持レール２によってそれぞれスライド可能に支持した複数の分離可能タンク３によって構成される。
その複数の分離可能タンク３は、その隣り合う底壁の突合せ部が各々の水密パッキン４及びそのパッキン押え５を介して水密に接合されている。
なお、水密パッキン４及びパッキン押え５は、分離可能タンク３の互いに隣り合う側壁の突合せ部に沿っても設けられている。

以上において、具体的には、一回の廃棄量と一致する容量の複数の分離可能タンク３をフレーム１内に格納し、その分離可能タンク３同士は仕切りを取り外せば相互に一体化できて、抜取り時以外は、仕切りの取り外された全体を一つの培養液循環タンクとして使用する。

図２は図１の培養液循環タンクの仕切り板挿入によるタンク分離時を示したもので、６は仕切り板である。

図示のように、複数の分離可能タンク３の隣り合う底壁及び側面の突合せ部内面に形成された溝に各々沿って仕切り板６をそれぞれ挿入する。
これにより、図示例では、左側の分離可能タンク３に抜取り培養液が満たされて、右側の分離可能タンク３には存置培養液が満たされた状態となる。

なお、図示例において、２枚の仕切り板６の間は離れているが、実際はほぼ密着しているものとする。
また、２枚の仕切り板６の間の培養液は、タンク抜取りのための引き出し時多少漏れても構わない。

タンク抜取り作業の際は、対象となる１以上の分離可能タンク３を、図示のように、仕切り板６を挿入することで分離し、フレーム１から手前に引き出して回収する。
続いて、そこに、別途用意しておいた新品の培養液入りのスペアタンク（分離可能タンク）３を挿入してから、仕切り板６を取り外すと、図１に示したように、培養液循環タンクは一体化し、抜取り作業は完了となる。

このとき、スペアタンクには既に新品の培養液が入っていることから、希釈水から開始した時に比べて自動調整装置に加わる総負荷が少なくて済み、新たな調整までの所要時間が短縮される。
また、回収した分離可能タンクは、栽培場所から搬出して、専用のスペースで清掃、殺菌することができ、確実なタンク内の清掃と細菌等による汚染防止が、栽培植物に影響を与えることなく行える。

ところで、スペアタンク内に新品の培養液をセットし、当該作業時に存置された使用中の培養液の入ったタンクの全てと一時に結合し混合すると、存置した使用中の培養液の状態によっては急激な調整となり、栽培植物にダメージを与えることが考えられる。

そこで、スペアタンクの接続では、
１）自動調整のためのセンサーをスペアタンクに移動する、
２）希釈水、薬剤添加口をスペアタンクに注ぐよう移動する、
３）使用中の培養液の入ったタンクを１基、スペアタンクに連結し、自動調整させる、
４）その自動調整が完了してから、次のタンク１基を連結する、
という手順を繰返して急激な変化を緩和する。

なお、１年の植物工場の栽培ノウハウから、培養液の交換は、全体の１／４ずつを１月に１度以上行えば、１年以上連続して稼動できることが分かっている。
これによると、培養液循環タンクの設計では、分離可能タンク３は総数４基以上とし、１基あたり循環タンク必要量の１／４の容量を備えるものとすることが要件となる。

その他、前記１）において、自動調整のためのセンサーをスペアタンクに移動するとしているが、スペアタンクは毎作業で位置が変わるので、センサーはその都度移動容易となるよう、ブロック状にユニット化したものを培養液中へ浸漬して使う形態に製作しておくことが望ましい。
さらに、前記２）において、自動調整のための希釈水、薬剤添加口をスペアタンクに注ぐよう移動するとしているが、前記センサーと同じ理由により、口元を、例えばタンク上方に設置するカーテンレールに懸垂保持させて、スペアタンク位置まで水平移動が容易とすることが望ましい。
なお、分岐配管を予め用意してスペアタンクへの系のみ開くよう、バルブで切り替えることも考えられるが、この方法は配管量が増えて、配管内に滞留する薬剤等が増えるため望ましくない。

以上、実施形態の培養液循環タンクによれば、フレーム１内に各々スライド可能に組み付けられる複数の分離可能タンク３の隣り合う突合せ部に各々沿って仕切り板６をそれぞれ挿入し、抜取り培養液が入れられた分離可能タンク３をスライドさせてフレーム１から引き出した後、新品の培養液が入れられたスペアの分離可能タンク３をフレーム１内に挿入してから、複数の分離可能タンク３の隣り合う突合せ部から各々の仕切り板６をそれぞれ取り外して、再びタンクを一体化することができる。
従って、培養液の交換時間を短縮でき、培養液循環タンクの清掃を使用中の培養液中とは別に行えるようになり、作業効率の向上と培養液の確実な汚染対策が実現できる。

（変形例）
以上の実施形態の他、分離可能タンクの形状や個数、フレームの形状、レールの形状や本数、具体的な細部構造等について適宜に変更可能であることは勿論である。

１ フレーム
２ タンク支持レール
３ 分離可能タンク
４ 水密パッキン
５ パッキン押え
６ 仕切り板

Claims (5)

1. 水耕栽培の培養液循環タンクであって、
   当該培養液循環タンクを格納するフレームと、
   前記フレーム内に各々スライド可能に組み付けられ、互いに隣り合う側面が開放された開放部をそれぞれ有する複数の分離可能タンクと、
   前記複数の分離可能タンクの互いに隣り合う前記開放部の周囲で突合せて接合される突合せ部に各々沿ってそれぞれ挿入可能で、前記複数の分離可能タンク内に培養液をそれぞれ満たした状態で仕切ることが可能な複数の仕切り板と、を備えることを特徴とする培養液循環タンク。
2. 前記複数の分離可能タンクの前記突合せ部の底壁及び側壁に各々沿って、前記仕切り板を挿入する溝がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の培養液循環タンク。
3. 前記フレーム内の底面及び側面に、前記複数の分離可能タンクの底壁及び側壁を各々支持するタンク支持レールがそれぞれ敷設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の培養液循環タンク。
4. 前記複数の分離可能タンクの前記突合せ部の底壁及び側壁に各々沿って水密パッキンがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の培養液循環タンク。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の培養液循環タンクにおいて、
   前記複数の分離可能タンクの接合された前記突合せ部に各々沿って前記仕切り板をそれぞれ挿入し、
   抜取り培養液が入れられた前記分離可能タンクをスライドさせて前記フレームから引き出した後、
   新品の培養液が入れられたスペアの前記分離可能タンクを前記フレーム内に挿入してから、
   前記スペアの分離可能タンクを隣り合う前記分離可能タンクに前記突合せ部で接合した後、
   前記突合せ部から各々の前記仕切り板をそれぞれ取り外して、当該培養液循環タンク内の前記培養液を交換することを特徴とする培養液交換方法。

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