JP6506128B2 - 培養液供給装置及び培養液調製方法 - Google Patents

Description

本発明は、温室等で栽培している植物に、液肥と水を混合して所定の特性に調製した培養液として供給する培養液供給装置及び培養液調製方法に関する。

水に液肥を混入させて培養液とし、植物の栽培領域に供給する培養液供給装置として、特許文献１及び２に開示されたものが知られている。特許文献１では、原水供給系から供給される水と液肥供給系から供給される液肥とを給液タンク（培養液タンク）内で混合し、培養液タンク内で所定濃度の培養液を調製し、この培養液を植物の栽培領域に供給する構成を開示している。ここで、培養液の濃度は、液肥の原液を保持した原液タンクと培養液タンクとの間に定量ポンプを配設し、原水供給系の水の流量に応じて所定の濃度となるように定量ポンプの駆動を制御することにより行っている。例えば、定量ポンプが直流モータポンプの場合には回転数により、液肥の原液の混入量が水量に応じた所定量となるように制御している。

特許文献２では、原液タンクと培養液タンクとを結ぶ液肥供給管に電磁弁を設けると共に、培養液タンクに、培養液を混合して撹拌する機能を果たすべく、循環配管と循環ポンプを設け、液肥供給管をこの循環配管に接続した構造としている。循環ポンプの稼働によって循環配管を培養液が循環するが、液肥供給管の電磁弁が開弁状態になった場合には、負圧によって原液タンクから液肥が循環配管側に吸引される。

特開２００７−２２８８０１号公報 特公平３−１９３７号公報

特許文献１に開示の装置の場合、定量ポンプの駆動制御によって混入させる液肥の量を調整している。しかし、液肥を混入する際には、定量ポンプを停止状態から駆動するため、定量ポンプの立ち上がり時間分のタイムラグが生じる。そのため、培養液の濃度の調整精度の点で課題がある。特許文献２に開示の装置も、負圧によって液肥を吸引する構成であるため、吸引量が安定せず、濃度を正確に調整することが難しい。また、特許文献２では、培養液タンク内の培養液の濃度分布を均一化する撹拌手段として、循環配管と循環ポンプを設けているが、構造が複雑でコストも高くなる。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、従来よりも高い精度で培養液の濃度を含む特性を調整でき、さらには、簡易な構造でありながら、培養液タンク内の撹拌を促すことができる培養液供給装置及び培養液調製方法を提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本発明の培養液供給装置は、植物に施肥するための水と液肥を混合してなる培養液が貯留される培養液タンクを備えた培養液供給装置であって、前記液肥を前記培養液タンクに供給する液肥供給機構が、前記液肥を貯留する液肥タンクと、前記液肥タンクと前記培養液タンクとを結ぶ液肥供給管と、前記培養液タンク内に貯留される培養液の濃度を含む特性に関するデータに基づいて開閉制御される前記液肥供給管に設けられる電磁弁と、前記液肥供給管における前記液肥タンクと前記電磁弁との間に設けられ、前記培養液の施肥時間中、前記電磁弁の開弁時及び閉弁時のいずれのタイミングでも駆動を継続する液肥供給ポンプと、前記電磁弁と前記液肥供給ポンプとの間の前記液肥供給管における中途管部と、前記液肥タンクとを結ぶ液肥用戻し配管とを具備することを特徴とする。

前記液肥供給管における前記電磁弁と前記培養液タンクとの間に設けられる送り調整バルブと、前記液肥用戻し配管に設けられる戻り調整バルブとをさらに備え、前記電磁弁の開弁時における前記液肥供給管から前記培養液タンクに供給される前記液肥の供給量を、前記送り調整バルブと前記戻り調整バルブの双方の調整によって制御することが好ましい。
前記培養液タンクに前記水を供給する給水管は、給水口が、前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向に向けて配設されており、給水により前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向への旋回流を生じさせる構成であることが好ましい。

前記培養液タンクから前記培養液を培養液施肥部に送出する培養液送出機構が、前記培養液タンクと前記培養液施肥部とを結ぶ培養液送出管と、前記培養液送出管に設けられ、前記培養液タンクから前記培養液を送出する培養液送出ポンプと、前記培養液送出管における中途管部と前記培養液タンクとを結んで配設されると共に、戻し口が、前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向に向けて配設され、前記戻し口から戻される培養液により前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向への旋回流を生じさせる培養液用戻し配管とを有する構成であることが好ましい。
前記培養液送出管の一端に設けられ、前記培養液タンク内に配置されて前記培養液を吸い込む吸い込み部が、前記培養液タンクの略半径方向に沿って所定の長さを有し、前記吸い込み部に、略半径方向に沿って複数の吸い込み口が設けられているか、又は、略半径方向に沿って長い長孔状の吸い込み口が設けられていることが好ましい。

また、本発明の培養液調製方法は、培養液タンク内で液肥を水で希釈して植物に供給する培養液を所定の特性に調製する培養液調製方法であって、前記液肥を前記培養液タンクに供給する液肥供給機構として、前記液肥を貯留する液肥タンクと前記培養液タンクとを結ぶ液肥供給管に設けられる電磁弁と、前記液肥タンクと前記電磁弁との間に設けられる液肥供給ポンプと、前記電磁弁と前記液肥供給ポンプとの間の前記液肥供給管における中途管部と前記液肥タンクとを結ぶ液肥用戻し配管とを有するものを用い、前記培養液の施肥時間中、前記液肥供給ポンプの駆動を継続し、前記電磁弁の開弁時には前記液肥供給管を通じて前記培養液タンクに前記液肥を供給し、前記電磁弁の閉弁時には前記液肥用戻し配管を通じて前記液被タンクに前記液肥を戻すことにより、前記電磁弁の開閉制御によって前記所定の特性の培養液を調製することを特徴とする。

本発明の培養液供給装置は、液肥供給管に電磁弁を備えると共に、電磁弁と液肥タンクとの間に液肥供給ポンプを備え、さらに、電磁弁及び液肥供給ポンプ間の中途管部と液肥タンクとを結ぶ液肥戻し配管を有している。そのため、培養液の植物への施肥時間中、電磁弁の開弁時及び閉弁時のいずれのタイミングでも液肥供給ポンプの駆動を継続することができる。すなわち、電磁弁の開弁時には培養液タンクに液肥を供給することはもちろんであるが、閉弁時においては液肥供給ポンプによって吸引される液肥は液肥タンクに還流される。従って、電磁弁が閉弁状態から開弁状態へと切り替わった途端、液肥は培養液タンク側に流れていき、液肥を培養液タンク側に供給する際のタイムラグがなく、液肥の混入量の調整をするために特許文献１のように液肥供給ポンプをＯＮ・ＯＦＦする必要ない。電磁弁の切替制御のみで調整することができるため、液肥の混入量を正確に制御でき、培養液の特性（濃度、ｐＨなど）の調整精度が向上する。

また、本発明の培養液供給装置は、給水管の給水口を培養液タンク内においてその周壁部にほぼ沿う方向に向けて配設することが好ましい。さらには、培養液送出管に接続される培養液用戻し管の戻し口を、同様に、培養液タンク内においてその周壁部にほぼ沿う方向に向けて配設することが好ましい。これにより、給水時、あるいは、培養液施肥時において、培養液タンクに貯留されている培養液に旋回流を生じさせることができ、専用の撹拌手段を設けることなく、簡易かつ低コストで培養液の撹拌を行うことができる。また、培養液送出管に設けられる培養液の吸い込み部を培養液タンクの略半径方向に沿って所定の長さを有し、この吸い込み部に略半径方向に沿って複数の吸い込み口を設けるか、あるいは、略半径方向に沿って長い長孔状の吸い込み口が設ける構成とすることが好ましい。これにより、培養液を広範囲から吸い込むことができ、施肥される培養液の特性（濃度、ｐＨなど）のむらの抑制に効果的である。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる培養液供給装置の全体構成を示す図である。 図２は、上記実施形態にかかる培養液供給装置の培養液タンク、給水機構、培養液送出機構の要部を示した平面図である。 図３は、上記実施形態にかかる培養液供給装置の培養液タンク、給水機構、培養液送出機構の要部を示した斜視図である。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる培養液供給装置１の全体構成を示す図である。この図に示したように、本実施形態の培養液供給装置１は、培養液タンク１０、給水機構２０、培養液送出機構３０及び液肥供給機構４０、コントローラ５０を備えて構成される。

培養液タンク１０は、例えば略円筒形にされ、内部に所定量の培養液が貯留される。培養液タンク１０の容量は限定されるものではないが、１００〜５００リットル程度の比較的小容量タイプのものを用いることが好ましい。この種の培養液タンクとしては、１０００リットル以上のタンクを用いることも多いが、設置スペースを多く割くことに加え、培養液の調製時間が長くかかる。これに対し、小容量タイプのものであれば、設置スペースをより狭くできると共に、培養液の調製時間が短いため、例えば培養液タンク１０内で培養液を調製しながら施肥することで、予め作り置きしなくても必要な施肥量を確保することができる。但し、このように培養液の調製と施肥とを同時に実施する場合、培養液タンク１０における培養液の濃度やｐＨなどの特性調整が難しくなるが、本実施形態によれば、このような場合でも、後述のように高い精度で培養液の特性を調整できる。

給水機構２０は、一端が給水源に接続され、他端の給水口２１ａが培養液タンク１０内に臨む給水管２１と、給水源から給水管２１に水を供給する給水ポンプ２２とを有して構成される。本実施形態では、図２及び図３に示したように、給水管２１の給水口２１ａを、培養液タンク１０内において、好ましくは、できるだけ底壁部１０ａ寄りに位置させ、その開口方向を培養液タンク１０の周壁部１０ｂにほぼ沿う方向となるように、本実施形態では培養液タンク１０が略円筒形であるため、略円周方向に沿った一方側に向けて配設している。この結果、給水口２１ａから培養液タンク１０内水が吐出されると、図２の矢印方向に旋回流が形成されることになり、専用の撹拌手段を設けることなく、培養液タンク１０内に貯留されている培養液の撹拌を促進することができる。

培養液送出機構３０は、培養液送出管３１と、培養液送出ポンプ３２と、培養液用戻し配管３３とを有して構成される。培養液送出管３１は、一端が培養液タンク１０に接続され、他端が培養液施肥部に接続される。培養液施肥部は、植物の栽培領域に設けられる散水ノズル、点滴チューブ、散水チューブ（エバフロー等）などであり、培養液送出管３１を経た培養液は、これらの培養液施肥部を通じて栽培領域に施肥される。

図２及び図３に示したように、培養液送出管３１の一端には培養液の吸い込み部３１ａが設けられる。本実施形態では、培養液タンク１０の周壁部１０ｂのうち、底壁部１０ａ寄りの部位を貫通させて培養液送出管３１を配設し、その端部に吸い込み部３１ａを設けている。通常、培養液送出管３１の一端の開口をそのまま吸い込み口として機能させるが、本実施形態では、培養液送出管３１の一端に所定長さの吸い込み部３１ａを接続している。なお、培養液送出管３１の一端付近の管壁の所定の長さの範囲を吸い込み部３１ａとしてもよい。いずれにしても、吸い込み部３１ａが培養液タンク１０の略半径方向に沿って所定の長さを有し、この吸い込み部３１ａに培養液が吸い込まれる吸い込み口３１ｂを設けている。

吸い込み口３１ｂは、本実施形態では、吸い込み部３１ａの長手方向である培養液タンク１０の略半径方向に沿って、円形、多角形、長孔状等の任意の形状のものが複数形成された孔からなる。複数の吸い込み口３１ｂから吸い込まれるころにより、培養液タンク１０内で、特定の１箇所から集中的ではなく、吸い込み口３１ｂが形成されている所定の範囲から培養液を取り込むことができ、貯留されている培養液の撹拌が不十分で、濃度やｐＨなどの特性が均一ではない場合でも、より広い範囲から培養液を取り込むことで培養液送出管３１を経て培養液施肥部から施肥される培養液の特性のむらを抑制できる。このような機能を果たす吸い込み口３１ｂとしては、培養液タンク１０の略半径方向に沿って複数設ける構造以外に、略半径方向に所定の長さを有する１以上の長孔から構成することも可能である。

培養液送出ポンプ３２は、培養液送出管３１に介在され、例えば、所定の設定時間になると起動して、培養液を培養液タンク１０から培養液送出管３１に送り出し、培養液施肥部から供給させる。培養液用戻し配管３３は、培養液送出管３１における培養液送出ポンプ３２の先に位置する中途管部３１ｃと、培養液タンク１０とを結ぶように配管され、培養液送出管３１の圧力調整を行う。培養液送出ポンプ３２よりも培養液施肥部側の圧力が所定以上の場合に、この培養液用戻し配管３３を通じて培養液が還流される。培養液用戻し配管３３は、図２及び図３に示したように、培養液タンク１０の上端を経て周壁部１０ｂ内の底壁部１０ａ寄りの位置に、その端部開口である戻し口３３ａが位置するように配設される。このとき、戻し口３３ａが、培養液タンク１０の周壁部１０ｂにほぼ沿う方向に向けて配設することが好ましい。この戻し口３３ａから戻される培養液により前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向への旋回流を生じさせることができ、培養液タンク１０内に貯留されている培養液の撹拌を促進できる。

但し、給水管２１の給水口２１ａからの水の吐出と培養液用戻し配管３３の戻し口３３ａからの培養液の吐出とが同じタイミングで行われることもあることを考慮して、図２に示したように、給水口２１ａ及び戻し口３３ａは同じ方向に向けることが好ましく、それにより、発生する旋回流がより明確で大きなものとなり、培養液の撹拌を促進できる。

なお、培養液タンク１０内の培養液の貯留量が満水時においては、培養液用戻し配管３３の戻し口３３ａから吐出される培養液、給水管２１の給水口２１ａから吐出される水のいずれも少なく上記の旋回流が生じ難いが、本実施形態の培養液送出管３１の吸い込み口３１ｂは、上記のように培養液を広範囲から取り込むことができる構造であるため、このような旋回流が生じ難い状態でも、施肥される培養液の特性むらを抑制するのに効果的である。

液肥供給機構４０は、液肥タンク４１と、液肥供給管４２と、電磁弁４３と、液肥供給ポンプ４４と、液肥用戻し配管４５とを有して構成される。図１に示したように、本実施形態では液肥タンク４１等の各構成部材を３組ずつ有し、３種類の液肥を水に混合する構成であるが、これに限定されるものではないく、各構成部材を１組あるいは４組以上の構成として、１種類又は４種類以上の液肥を混合する構成とすることもできる。

各液肥タンク４１には、任意の液肥の原液が貯留されている。本実施形態ではこのうちの１つの液肥タンク４１にはｐＨ調整用の液肥（薬剤）を貯留しているが、貯留する液肥の種類は任意である。各液肥タンク４１には液肥供給管４２の一端がそれぞれ接続されており、各液肥供給管４２の他端は、培養液タンク１０に接続されている。電磁弁４３は液肥供給管４２毎に設けられ、液肥の流通を制御する。各液肥供給管４２における液肥タンク４１と電磁弁４３との間の中途管部４２ａには、それぞれ液肥供給ポンプ４４が設けられ、中途管部４２ａと液肥タンク４１との間に液肥用戻し配管４５が配設されている。なお、符号４６は、中途管部４２ａにおける電磁弁４３の手前に設けられる流量計である。

ここで、各電磁弁４３は、培養液タンク１０内の培養液の濃度（電気伝導度（ＥＣ））やｐＨなどの特性を測定するセンサ（電導度計、ｐＨセンサなど）１１からの信号がコンピュータを含むコントローラ５０に供給され、コントローラ５０から送られる信号に基づいてそれぞれ個別に制御される。なお、コントローラ５０は、センサからの情報を受信するほか、植物の栽培領域に施肥するタイミングの管理等も行う。すなわち、コントローラ５０には、管理者によって、作物の種類、季節などに応じて、１日のうちに培養液を施肥するタイミングや、調製する培養液の目標濃度、ｐＨなどの特性値が予め入力されている。

また、各液肥供給ポンプ４４は、コントローラ５０からの信号に基づいて、栽培領域に培養液を施肥する時間に対応して駆動する。本実施形態では、この施肥時間帯において、各液肥供給ポンプ４４は、各電磁弁４３の開閉にかかわらず、常時駆動するように制御される。そのため、各電磁弁４３の閉弁時において、液肥供給ポンプ４４により吸引される液肥は、液肥用戻し配管４５を経由して液肥タンク４１に戻され、液肥供給ポンプ４４への過負荷が防止される。その一方、各電磁弁４３の開弁時であっても、各液肥供給ポンプ４４によって吸引される各液肥タンク４１の液肥は、その全てが液肥供給管４２を経由して培養液施肥部から栽培領域に施肥されわけではなく、所定量の液肥は液肥戻し配管４５を通じて液肥タンク４１に戻される。各液肥供給ポンプ４４の駆動と各電磁弁４３の開閉制御だけで、所望の特性が得られる培養液を調製できる場合もあり得るが、各液肥供給ポンプ４４には個体差もあり、通常それだけでは特性制御が難しい。そこで、各液肥供給管４２における各電磁弁４３と培養液タンク１０との間には、それぞれ送り調整バルブ４７を設け、各液肥用戻し配管４５にはそれぞれ戻り調整バルブ４８を設けることが好ましい。送り調整バルブ４７及び戻り調整バルブ４８の開閉量の設定により、各電磁弁４３の開弁時における液肥の供給量をより正確に制御できる。

本実施形態によれば、コントローラ５０からの指令により、所定の施肥時間に至ると、培養液送出ポンプ３２が駆動し、培養液タンク１０内で所定の特性（濃度、ｐＨなど）に調製されている培養液が培養液送出管３１を経由して培養液施肥部から栽培領域に供給される。培養液送出ポンプ３２の圧力等の関係で、培養液施肥部に供給されなかった培養液は、培養液用戻し配管３３を通じて戻し口３３ａから培養液タンク１０内に戻されるが、戻し口３３ａの開口方向が培養液タンク１０の周壁部１０ｂに沿った方向であるため、同方向へ旋回流を生じさせ、培養液タンク１０内に貯留されている培養液を撹拌する。

但し、培養液タンク１０内の培養液は、通常、前回の施肥が終了した時点であまり残存しないように設定することが好ましく、そのため、培養液送出ポンプ３２が駆動し始めるとほぼ同時に給水ポンプ２２が駆動し、給水管２１の給水口２１ａから水が供給される。給水口２１ａは培養液タンク１０の周壁部１０ｂに沿った方向を向いているため、給水によって培養液タンク１０内の培養液に旋回流が生じさせ、さらに撹拌を促す。

一方、所定の施肥時間に至り、培養液送出ポンプ３２が駆動すると、ほぼ同じタイミングで各液肥供給ポンプ４４も駆動する。各電磁弁４３が閉弁状態の場合には、各液肥供給ポンプ４４により各液肥タンク４１から吸引される液肥は、各液肥戻し配管４５を通じて各液肥タンク４１に戻される。この状態で、上記したように給水管２１から給水がなされ、培養液タンク１０内の培養液の濃度やｐＨなどの特性に関するデータがセンサ１１からコントローラ５０に送られると、それに応じて所定の電磁弁４３が開弁動作される。所定の電磁弁４３が開弁動作すると、当該電磁弁４３に対応する液肥供給ポンプ４４によって吸引される液肥は、液肥供給管４２を介して培養液タンク１０に供給される。上記のように、送り調整バルブ４７及び戻り調整バルブ４８の開閉量の設定により、液肥供給管４２を経由する液肥の流量が定まっているため、電磁弁４３の開弁を継続している時間をコントローラ５０で制御すれば、所望の特性の培養液とするのに必要な量の液肥を正確に供給できる。また、液肥供給ポンプ４４が電磁弁４３の開弁前から動作しているため、開弁と同時に液肥供給管４２へ液肥が送り込まれ、タイムラグがなく、正確な量を供給できる。

１ 培養液供給装置
１０ 培養液タンク
１１ センサ
２０ 給水機構
２１ 給水管
２１ａ 給水口
２２ 給水ポンプ
３０ 培養液送出機構
３１ 培養液送出管
３１ａ 吸い込み部
３１ｂ 吸い込み口
３１ｃ 中途管部
３２ 培養液送出ポンプ
３３ 培養液戻し管
３３ａ 戻し口
４０ 液肥供給機構
４１ 液肥タンク
４２ 液肥供給管
４２ａ 中途管部
４３ 電磁弁
４４ 液肥供給ポンプ
４５ 液肥用戻し配管
５０ コントローラ

Claims (6)

1. 植物に施肥するための水と液肥を混合してなる培養液が貯留される培養液タンクを備えた培養液供給装置であって、
   前記液肥を前記培養液タンクに供給する液肥供給機構が、
   前記液肥を貯留する液肥タンクと、
   前記液肥タンクと前記培養液タンクとを結ぶ液肥供給管と、
   前記培養液タンク内に貯留される培養液の濃度を含む特性に関するデータに基づいて開閉制御される前記液肥供給管に設けられる電磁弁と、
   前記液肥供給管における前記液肥タンクと前記電磁弁との間に設けられ、前記培養液の施肥時間中、前記電磁弁の開弁時及び閉弁時のいずれのタイミングでも駆動を継続する液肥供給ポンプと、
   前記電磁弁と前記液肥供給ポンプとの間の前記液肥供給管における中途管部と、前記液肥タンクとを結ぶ液肥用戻し配管と
   を具備することを特徴とする培養液供給装置。
2. 前記液肥供給管における前記電磁弁と前記培養液タンクとの間に設けられる送り調整バルブと、
   前記液肥用戻し配管に設けられる戻り調整バルブと
   をさらに備え、
   前記電磁弁の開弁時における前記液肥供給管から前記培養液タンクに供給される前記液肥の供給量を、前記送り調整バルブと前記戻り調整バルブの双方の調整によって制御する請求項１記載の培養液供給装置。
3. 前記培養液タンクに前記水を供給する給水管は、給水口が、前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向に向けて配設されており、給水により前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向への旋回流を生じさせる構成である請求項１又は２記載の培養液供給装置。
4. 前記培養液タンクから前記培養液を培養液施肥部に送出する培養液送出機構が、
   前記培養液タンクと前記培養液施肥部とを結ぶ培養液送出管と、
   前記培養液送出管に設けられ、前記培養液タンクから前記培養液を送出する培養液送出ポンプと、
   前記培養液送出管における中途管部と前記培養液タンクとを結んで配設されると共に、戻し口が、前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向に向けて配設され、前記戻し口から戻される培養液により前記培養液タンクの周壁部にほぼ沿う方向への旋回流を生じさせる培養液用戻し配管と
   を有する構成である請求項１〜３のいずれか１に記載の培養液供給装置。
5. 前記培養液送出管の一端に設けられ、前記培養液タンク内に配置されて前記培養液を吸い込む吸い込み部が、前記培養液タンクの略半径方向に沿って所定の長さを有し、前記吸い込み部に、略半径方向に沿って複数の吸い込み口が設けられているか、又は、略半径方向に沿って長い長孔状の吸い込み口が設けられている請求項４記載の培養液供給装置。
6. 培養液タンク内で液肥を水で希釈して植物に供給する培養液を所定の特性に調製する培養液調製方法であって、
   前記液肥を前記培養液タンクに供給する液肥供給機構として、前記液肥を貯留する液肥タンクと前記培養液タンクとを結ぶ液肥供給管に設けられる電磁弁と、前記液肥タンクと前記電磁弁との間に設けられる液肥供給ポンプと、前記電磁弁と前記液肥供給ポンプとの間の前記液肥供給管における中途管部と前記液肥タンクとを結ぶ液肥用戻し配管とを有するものを用い、
   前記培養液の施肥時間中、前記液肥供給ポンプの駆動を継続し、前記電磁弁の開弁時には前記液肥供給管を通じて前記培養液タンクに前記液肥を供給し、前記電磁弁の閉弁時には前記液肥用戻し配管を通じて前記液被タンクに前記液肥を戻すことにより、前記電磁弁の開閉制御によって前記所定の特性の培養液を調製することを特徴とする培養液調製方法。

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