JPH031937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、培養液を培地に供給する栽培用給液
方法およびその給液装置に関し、特に、所定の時
刻又は培地の保液状態に応じて培養液を自動的に
供給することのできる栽培用給液方法およびその
給液装置に関する。

＜従来技術＞ 水耕栽培においては、栄養成分の濃縮原液（以
下、「原液」という）と水を含む培養液を培地に
供給する必要がある。この培養液は所定の濃度に
設定されたものを使用するのが好ましく、かつ培
地内の保液量は常の一定範囲の量であることが好
ましい。しかし培地に含まれる培養液の量は、植
物による吸収、温度、日照、時間の経過等により
たえず変化するため、これを常に一定範囲に保つ
ために多くの労力、手間を要していた。

＜目的＞ 本発明の目的は、培地に含まれる培養液の保液
量の変化に応じて、随時又は定時的に培地へ培養
液の供給を自動的に行うことのできる方法および
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、培地へ供給するための培
養液を、常に所定の濃度で所定の量を貯液してお
くことのできる方法および装置を提供することに
ある。

＜構成＞ 本発明は、「貯液槽内の培養液の液量及び濃度
を設定範囲で保持すると共に、培地への給液を設
定時刻の到来時における培地内液量の最大基準値
以下の検出条件により開始・続行し、かつ給液停
止を所定の給液時間の終了条件および培地内液量
の最大基準値以上の検出条件のうち一方の先行条
件により行なうと共に、培地への給液を設定時刻
とは無関係に測定される培地内液量の最低基準値
未満の検出条件によつても開始・続行し、かつ給
液停止を培地内液量の最低基準値以上の検出条件
により行なうことを特徴とする栽培用給液方法」
および「培養液の液量および濃度を設定範囲で保
持可能に設けてなる貯液槽と、該貯液槽から培地
へ培養液を供給するための送液機構と、該貯液槽
へ水を供給するための給水機構と、原液を貯液す
るための原液タンクと、該原液を上記貯液槽へ供
給するための原液供給機構と、該貯液槽内に配設
された液面センサおよび濃度センサと、上記培地
内の保液量を検出するための保液量センサと、タ
イマー回路と、上記液面センサおよび濃度センサ
からの信号により上記給水機構及び原液供給機構
を制御するための貯液量制御回路と、上記保液量
センサからの信号により上記送液機構を制御する
ための送液制御回路と、を有する制御回路と、か
らなり、培地への給液が、設定時刻の到来時にお
いて、上記保液量センサにより測定される培地内
液量が最大基準値以下であることを検出した時に
開始・続行され、かつ所定の給液時間の終了条件
および培地内液量の最大基準値以上の検出条件の
うち一方の先行条件を検出した時に給液停止され
ると共に、培地への給液が、設定時刻とは無関係
に、上記保液量センサにより測定される培地内液
量が最低基準値未満であることを検出した時にも
開始・続行され、かつ培地内液量が最低基準値以
上に達したことを検出した時に給液停止され得る
ように設けたことを特徴とする栽培用給液装置」
である。

＜実施例＞ 次に本発明の実施例を図面により説明すること
とする。

第１図には本発明を適用した水耕栽培用の給液
装置１が示されている。

２は培養液を貯液する貯液槽、３はベツド状に
形成した培地、４，５は２種の原液の原液を貯液
するための原液タンク、６，７は該原液タンク
４，５から貯液槽２に原液を供給する配管８，９
に設けられた電磁弁、１０はPH調節用の酸を貯
液する酸液タンク、１１は該酸液タンク１０から
貯液槽２に酸を供給する配管１２に設けられた電
磁弁、１３は貯液槽２内の培養液を循環させるた
めの循環ポンプ、１４は循環用配管である。

各配管８，９，１２は、循環用配管１４に接続
されている。

而して原液供給機構は、上記配管８，９、電磁
弁６，７、循環用配管１４、循環ポンプ１３によ
り構成されている。また、給水機構は貯液槽２に
井戸からの水を供給するための給水ポンプ１５、
該給水用の給水管１６により構成されている。な
お、該給水機構は、貯液槽２に水道からの水を給
水管１６を会して供給するものとしてもよい。こ
の場合はポンプ１５に代えて電磁弁（図示せず）
を設けるものとする。

１７は貯液槽２内に配設されたPH（ペーハー）
センサ、１８は同じく貯液槽２内に配設された濃
度センサ、１９は同じく貯液槽２内に配設された
貯液量検出用の液面センサである。

送液機構は、貯液槽２から培地３に培養液を供
給するための給液ポンプ２０、送液用の給液管２
１、該給液管２１の貯液槽２内先端に配設された
ストレーナ２２から構成されている。

２３，２４はそれぞれ給液管２１の適所に配設
された圧力計、流量計。２５は給液調整管、２６
は調整弁である。

２７は制御ボツクスであり、上記の各機構の作
動を制御するための電気回路が収納されている。

この装置の動作の概略は次の通りである。貯液
槽２に貯液されている培養液を必要に応じて給液
ポンプ２０により給液管２１を介して培地３に供
給する。

而して培養液を調製する場合には、上記給液が
停止されたとき、まず給水ポンプ１５により井戸
等から水を貯液槽２に補給する。液面センサ１９
により貯液槽２の液面が一定のレベルに達したこ
とを検出すると水の供給を止め、循環ポンプ１３
により貯液槽２内の培養液を循環用配管１４を介
して循環させ、補給された水とすでに貯液されて
いた培養液とを混合撹拌する。

次いで混合された培養液の濃度を濃度センサ１
８により検出し、設定した濃度に達していない場
合には、電磁弁６，７を開いて原液タンク４，５
から培養液の原液を貯液槽２に供給する。このと
き、循環ポンプ１３が作動するので撹拌混合され
る。

また原液供給の後に混合された培養液のPHを
PHセンサ１７により検出し、設定されたPHに
達していない場合には、電磁弁１１を開いて酸液
タンク１０から酸を貯液槽２に供給する。

このようにして貯液槽２内の培養液を常に一定
の液量、濃度およびPHに保つておくことによ
り、培地３内の培養液の保液状態に応じて、給液
と給液停止を自動的に繰り返すことができるよう
にしたものである。

なお、PHセンサ１７および酸液タンク１０は
必要に応じて設けるものとしてもよい。

次に第２図に示すタイミングチヤートにより、
貯液槽２内に貯液する所定濃度の培養液を調製す
る動作についてさらに詳細に説明する。

この調製は、設定時刻の到来による給液、また
は設定時刻と無関係に測定される培地内液量の最
低基準値未満の信号検出による給液が終了したと
きに開始される。また、設定時刻の到来による給
液の途中において、貯液槽２内に貯液する培養液
の液面があらかじめ設定された下限レベルに達し
たことを液面センサ１９により検出したときに
も、培養液の調製が開始される。

而してこの調製開始は、培地３に培養液を給液
中でない場合には直ちに、また給液中に貯液下限
レベルを検出した場合には給液を一旦停止して残
りの給液時間を第３図に示すROM回路４５に内
蔵のタイマー回路に保留して行われるものであ
り、まず、給水ポンプ１５を動作させて水を給水
管１６を介して貯液槽２に給水する。次いで貯液
槽２の液高が、あらかじめ設定された上限レベル
に達するまで送水されたとき、給水ポンプ１５を
停止して水の供給を止め、次いで循環ポンプ１３
を動作させて貯液槽２内の培養液を循環用配管１
４を介して循環させ、供給した水と既に貯液され
ていた培養液とを十分に撹拌混合する。

而して所定の時間後、例えば１分間経過したこ
とを比較演算回路４３内のタイマー回路から信号
を出力して、電磁弁６，７の双方又は一方を開
き、原液タンク４，５に貯液されている原液を貯
液槽２に供給する。

このとき循環ポンプ１３は依然として動作して
おり、原液を補給された後の貯液槽２内の培養液
が均一の濃度になるように混合撹拌される。

而して撹拌された培養液の濃度があらかじめ設
定された濃度に達するまで原液の供給を行い、設
定された濃度に達したことを濃度センサ１８によ
り検出したとき、電磁弁６，７を閉じて原液の供
給を止め、次いで電磁弁１１を開いて酸液タンク
１０に貯液されている酸を貯液槽２に供給する。
このときも循環ポンプ１３は依然として動作して
いるから、酸補給後の貯液槽２内の培養液が均一
のPHになるように撹拌混合される。

而して撹拌された培養液のPHがあらかじめ設
定されたPHに達するまで酸の供給を行い、設定
されたPHに達したことをPHセンサ１７により
検出したとき、電磁弁１１を閉じて酸の供給を止
める。

酸の供給を止めてから例えば５分間経過したこ
とをタイマー回路から出力して、循環ポンプ１３
を停止することにより培養液の調製工程が終了す
る。

次に、このように調製され貯液槽２内に貯液さ
れた所定濃度の培養液を、培地３へ給液する動作
について第１図、第３図を参照しつつ説明する。

培養液の培地３への供給は、１日を１サイクル
として所定の時刻を任意にあらかじめ定めてお
き、原則としてその時刻ごとに所定時間例えば10
分間づつ給液することにより行う。例えばタイマ
ー回路に午前６時、午前11時、午後３時、午後７
時、午後12時のように時刻を設定する。この設定
時刻は栽培植物の種類、季節、等により適宜変更
し、設定するものとする。

而して設定された時刻になつた時に、タイマー
回路からの信号により給液ポンプ２０が動作し、
貯液槽２内に貯液された培養液を、ストレーナ２
２、給液管２１を通して培地３に供給する。な
お、培地面積の規模に応じて分給管体３７の圧力
を一定にするために調整弁２６を開き調整管２５
を介して培養液の一部を貯液槽２に返送する。ま
た、給液中に圧力計２３が異常な圧力を検出した
場合に、調整弁２６を自動的に開き調整管２５を
介して培養液の一部又は全部を貯液槽２に返送す
るものとしてもよい。

而して培地３に含まれる培養液の保液量が設定
された最大基準値以上であることを保液量センサ
３８により検出した場合には培養液の給液を止
め、設定された最大基準値未満である場合には培
養液の給液を続行する。

而して給液ポンプ２０を動作させてから所定の
時間を経過した時に、例えば10分間の給液を行つ
た後に、タイマー回路からの信号により、給液ポ
ンプ２０を停止させて培養液の給液を終了せし
め、前述のように貯液槽２における培養液の補給
調製を行う。

尚、この10分間の給液によつて最大基準値に至
らなくても、貯液槽における培養液の補充は行な
わない。

一方、上記の定時的な給液を行つていない時間
帯において、培地３に含まれる培養液の量が設定
された最低基準値未満であることを保液量センサ
３８により検出した場合にも培養液の給液を随時
行うものとする。この場合には保液量センサ３８
からの上記信号により給液ポンプ２０を作動さ
せ、培養液を給液する。

この随時の給液により培地３に含まれる培養液
の量が設定された最低基準値以上となつたとき、
保液量センサ３８からの信号により給液ポンプ２
０を停止し培養液の供給を終了する。

尚、この随時給液においてはタイマー回路によ
る給液継続の時間管理を行わない。従つて、培地
３内の培養液の量は最低基準値以上であつて最大
基準値に達しない状態で保持されている。このよ
うな給液方法は、培地３への給液量を常に最大基
準値まで行なうと、植物の培養液吸収が多量とな
つて栄養過多の弊害を生じたり、根部での通気性
が不十分となつて酸素欠乏状態となつたりするの
で、これらを防止するために補助的に行なう給液
手段である。

上記の随時の給液は24時間を通して行なうもの
としてもよいが、特定の時間帯例えば温度が高く
また培養液の消費量の多い昼間の時間帯のみ行う
ものとしてもよい。これらはタイマー回路におけ
る任意設定要素とすることで行ない得る。

以上のような本発明の動作を、第１図に示す装
置１における制御ボツクス２７に収納された制御
盤（図示せず）により制御して行うものであり、
第４図に示すブロツク図により該制御回路を説明
する。

濃度センサ１８、PHセンサ１７、保液量セン
サ３８からの信号がＡ／Ｄコンバータ４１、イン
ポート４２を介して、また液面センサ１９、時計
２８からの信号がインポート４２を介してそれぞ
れ比較演算回路４３のCPU４４に入力される。
各センサおよび時計２８から入力されたデータ
は、CPU４４においてROM回路４５からの前記
動作のプログラムに従い、ROM回路４６にあら
かじめ入力記憶されている設定値と比較演算さ
れ、その結果の制御信号がアウトポート４７を介
して電磁弁６，７，１１、給水ポンプ１５、循環
ポンプ１３、給液ポンプ２０に出力されてこれら
の作動が制御される。

なお、これらの制御は、マイクロコンピユータ
その他の制御手段を用いて行うものとしてよい。

第４図には培地３の構成の実施例が示されてい
る。

３１は保水性部材であり、任意の大きさ、厚み
を有する直方体の形状をなしている。この保水性
部材３１は無機繊維素材として吸水性ロツクウー
ル、グラスウール、有機繊維素材として繊維系素
材、発泡性合成樹脂として吸水性ウレタンフオー
ム、およびくん炭、砂等により形成され、図示の
ようなマツト状のものの他ブロツク状のものでも
よい。

また、くん炭、砂等により形成する場合には保
形材が必要である。

３２は、透水性部材であり、保水性部材３１の
下面および側面に配備され、ポリビニルアルコー
ル、ポリエステル、ナイロン等の不織繊維からな
る不織シート状体により構成され、吸水性を有し
栽培植物の根が通過し得ない微細な孔隙を有する
ものとする。孔隙は例えば直径50μm以下とする
ことが好ましい。

３３は通気性部材であり、透水性部材３２の下
面に配備され、柔軟なフイルムを重合せしめ部分
的に空気を封入密閉せしめて形成したエアー封入
シートであり、その両端を透水性部材３２に溶着
されている。通気性部材３３は、板体を波板状に
形成したもの、若干厚みを有する網板、少なくと
も上面に円柱状、角柱状の凸起、毛状体を立設形
成したもの、板体を組み合せて複数の空隙部屋を
形成したもの、通気性を有する素材により形成さ
れたポーラス板等からなる。

３４は栽培植物、３５は該栽培植物３４が育苗
された保水性培地であり、保水性部材３１上に載
置されている。

３６は水密性の被覆部材であり、保水性培地３
５を載置した部分を除き、培地３を被覆してい
る。該被覆部材３６は下部が培養液の受皿とな
り、上部は保水性培地３５を支持するとともに培
養液の太陽熱等による液温変化を防止し、又は光
の照射によるクロレラ発生を防止するため断熱、
遮光性のよい材料により形成する。

３７は分給用管体であり、給液管２１に接続さ
れ、通水性を有する素材により形成されたポーラ
ス管や、金属製・塩化ビニール等の合成樹脂製の
管体ですくなくとも保水性部材３１に接する部分
に複数の散水用小孔を穿設したものを採用する。

３８は保液量センサであり、保水性部材３１内
に２本の電極を配設し、保水性部材３１内に含ま
れる培養液の量をアナログ電気信号として測定検
出するものである。

このような培地３において、培養液は給液管２
１、分給用管体３７を通つて保水性部材３１に必
要な量が吸水保持されるとともに、余分な培養液
は被覆部材３６上を流れて集液手段（図示せず）
に回収または廃棄される。

したがつて、分給用管体３７からの培養液供給
が停止されても、必要な培養液量は保水性部材３
１に保持されているから常時培養液供給を行わな
くても済み、停電等による給液トラブルに対して
対応できる。

また、植物の成長に伴つて根が延びて保水性培
地３５から突出し、保水性部材３１に進入する
が、該保水性部材３１の下面には透水性部材３２
が配備されているので、根の進出がここで阻止さ
れ、水密性の被覆部材３６上にたまつた培養液中
に植物の根が入り込むようなことがない。

したがつて、植物の根が直接培養液に浸ること
がなく過剰の栄養付与による障害が生じない。ま
た、通気性部材３３が介在されていて透水性部材
３２の下面から保水性部材３１の下部に大気が入
り込むようになつているので、成長して透水性部
材３２の近傍まで達した保水性部材３１中の根部
は充分な酸素を吸収できるので、酸素の欠乏によ
る弊害が生じない。

＜効果＞ 本発明によれば、給液によつて消費される毎
に、また一回の給液量として貯液量が不足する場
合にはこれを補うべく、常に好ましい濃度の培養
液を自動的に調製補充することができるので、一
定サイズの小型貯液槽を用いて大小規模の培地に
対して幅広く対処することができ、設置スペース
の効率化、設備コストの低減化に資する。

また、補充貯液の度に貯液槽には新鮮な水と原
液が追加撹拌されるので、貯液槽内の培養液は常
に活性化されて新鮮さを保持することができる。

さらに、各制御値を任意に設定することによ
り、各種植物の良好な生育にとつて必要な量と質
の培養液を、自動的に給液することができる。

したがつて従来、培養液の製造、貯液残料チエ
ツクに要していた作業、さらには給液における培
地内の保液量チエツク等に要していた多くの労力
を省くことができ、良好な水耕栽培を経済的に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第
１図は給液装置の概略構成図、第２図は各ポンプ
と電磁弁の作動順序を示すタイミングチヤート、
第３図は制御回路の実施例を示すブロツク図、第
４図は培地の断面図、である。 １……栽培用給液装置、２……貯液槽、３……
培地、４，５……原液タンク、６，７……電磁
弁、１０……酸液タンク、１１……電磁弁、１３
……循環ポンプ、１５……給水ポンプ、１７……
PHセンサ、１８……濃度センサ、１９……液面
センサ、２０……給液ポンプ、２１……給液管、
２７……制御ボツクス、２８……時計、３８……
保液量センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 貯液槽内の培養液の液量及び濃度を設定範囲
   で保持すると共に、培地への給液を設定時刻の到
   来時における培地内液量の最大基準値以下の検出
   条件により開始・続行し、かつ給液停止を所定の
   給液時間の終了条件および培地内液量の最大基準
   値以上の検出条件のうち一方の先行条件により行
   なうと共に、培地への給液を設定時刻とは無関係
   に測定される培地内液量の最低基準値未満の検出
   条件によつても開始・続行し、かつ給液停止を培
   地内液量の最低基準値以上の検出条件により行な
   うことを特徴とする栽培用給液方法。 ２ 培養液が、水と栄養成分の濃縮原液とを混合
   したものである前記特許請求の範囲第１項記載の
   栽培用給液方法。 ３ 貯液槽への水および上記原液の供給量が、貯
   液槽内の培養液量及び上記原液の濃度に応じて調
   節されてなる前記特許請求の範囲第２項記載の栽
   培用給液方法。 ４ 培養液の液量および濃度を設定範囲で保持可
   能に設けてなる貯液槽と、 該貯液槽から培地へ培養液を供給するための送
   液機構と、 該貯液槽へ水を供給するための給水機構と、 原液を貯液するための原液タンクと、 該原液を上記貯液槽へ供給するための原液供給
   機構と、 該貯液槽内に配設された液面センサおよび濃度
   センサと、 上記培地内の保液量を検出するための保液量セ
   ンサと、 タイマー回路と、上記液面センサおよび濃度セ
   ンサからの信号により上記給水機構及び原液供給
   機構を制御するための貯液量制御回路と、 上記保液量センサからの信号により上記送液機
   構を制御するための送液制御回路と、を有する制
   御回路と、からなり、 培地への給液が、設定時刻の到来時において、
   上記保液量センサにより測定される培地内液量が
   最大基準値以下であることを検出した時に開始・
   続行され、かつ所定の給液時間の終了条件および
   培地内液量の最大基準値以上の検出条件のうち一
   方の先行条件を検出した時に給液停止されると共
   に、培地への給液が、設定時刻とは無関係に、上
   記保液量センサにより測定される培地内液量が最
   低基準値未満であることを検出した時にも開始・
   続行され、かつ培地内液量が最低基準値以上に達
   したことを検出した時に給液停止され得るように
   設けたことを特徴とする栽培用給液装置。