JPH0552162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、水耕栽培に用いられる養液イオン
濃度制御システムに関する。

（従来の技術） 一般に水耕栽培においては、植物に供給するた
めの種々の栄養素イオンを水に溶け込ませた養液
の管理が必要とされている。

ところが従来の養液管理システムは、養液のPH
と導電率だけを測定することにより行なつてお
り、養液の導電率が低下するならば、濃い溶液を
注入して導電率が設定値以上になるようにし、逆
に導電率が設定値以上に上昇すれば、純水を注入
することにより養液を希釈し、設定値以下まで下
げるようにしている。また、PHの制御をする場
合、PHを6.0〜7.0の範囲に設定し、このPH以下で
あるならばアルカリ性液を注入し、このPH以上で
あるならば、酸性液を注入することによりPH制御
を行なつている。

そして、養液中の各種栄養素の成分組成につい
ては、各種栄養素イオンのリアルタイムでの分析
装置が見出せないため、制御しようにもすること
ができなかつた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の養液制御シス
テムでは、単にPHと導電率の制御を行なうだけで
あるため、実際の養液中の栄養素成分組成につい
ては制御することができず、実際の養液中に栽培
の対象となる植物にとつて真に必要な栄養素イオ
ンが最適濃度で含有されているかどうかを詳しく
把握することができず、そのため水耕栽培での収
穫が充分高いものとならない問題点があつた。

この発明は、このような従来の問題点を解決す
るためになされたものであつて、近年手軽に特定
のイオンのイオン濃度の測定ができるイオン選択
性電極を用い、養液中の各種栄養素イオンの１種
類あるいは複数種のイオンのイオン濃度をリアル
タイムで測定し、各栄養素イオンが適度な濃度で
養液中に含有されているかどうか監視し、特定の
イオンのイオン濃度が下限値よりも低下するなら
ば、そのイオンを含有する濃い養液を再注入する
ことによりイオン濃度を適切な範囲にまで上昇さ
せ、植物成育にとつて常に最適な濃度で各種栄養
素イオンを含有させることができる養液イオン濃
度制御システムを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明の養液イオン濃度制御システムは、無
機肥料養分を水に溶かした養液を貯溜する養液槽
と、通常養液よりも各種栄養素イオンの濃度を高
くした濃養液を貯溜する濃養液槽と、前記養液槽
中の養液中に含有される種々のイオンのうち水耕
栽培に特に必要とされる栄養素イオンの少なくと
も１種類のもののイオン濃度を測定するイオン測
定手段と、このイオン測定手段の測定したイオン
濃度を植物の栽培に必要なイオン濃度の下限値と
比較し、前記測定イオン濃度が下限濃度以下であ
る時に前記濃養液槽から濃養液を前記養液槽中に
注入する信号を出力し、前記測定イオン濃度が前
記下限イオン濃度以上である時に濃養液注入の停
止信号を出力する制御手段と、この制御手段の注
入信号、停止信号により前記濃養液槽の濃養液の
前記養液槽に対する注入、注入停止を行なう濃養
液注入手段とを備えたものである。

（作用） この発明の養液イオン濃度制御システムでは、
植物に供給する養液を貯溜する養液槽に対しイオ
ン測定手段により栄養素イオンの少なくとも１種
類のもののイオン濃度を測定し、植物がよく成長
するイオン濃度の下限値からはずれたイオン濃度
が測定された場合には、イオン濃度を高くした濃
養液を濃養液槽から養液槽に注入し、通常養液中
のイオン濃度を上昇させ、養液中のイオン濃度が
常に最適なものとなるように制御する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説す
る。第１図はこの発明の一実施例であり、NFT
栽培における実施例を示している。

一般のNFT栽培では、養液槽１の養液をポン
プ２により栽培パネル３の上流部から供給し、栽
培パネル３の下流部より再び養液槽１に戻すよう
にし、栽培パネル３上に植え付けた植物に養液か
ら栄養素を与えるのである。

このようなNFT栽培における養液イオン濃度
制御システムとして、通常養液に対し各種栄養素
イオンが高い濃度で含有されている濃養液を貯溜
する濃養液槽４と、純水を貯溜する純水槽５、こ
れら濃養液槽４からの濃養液と、純水槽５からの
純水との流量を制御する電磁弁６，７、前記養液
槽１の養液中のうちの特定のイオンの濃度を測定
するイオン濃度測定器８、養液の液位を測定する
液位計９が設けられている。

さらに前記イオン濃度測定器８、液位計９から
の信号を受け、前記電磁弁６，７を開閉制御する
ことにより濃養液、純水の注入、停止を制御する
コントローラ１０が備えられている。

このコントローラ１０は、イオン濃度測定器８
からの養液中の特定の栄養素イオン濃度に比例し
た電圧信号を入力とし、イオン濃度を演算するイ
オン濃度演算部１１、液位計９からの養液槽１内
の養液の液位信号から液位を演算する液位演算部
１２、これらのイオン濃度演算部１１、液位演算
部１２からの演算結果を予め設定されているイオ
ン濃度下限値、液位下限値と比較する比較部１
３、この比較部１３による比較演算信号により電
磁弁６，７の開閉を制御する制御部１４を備えて
いる。

上記の構成の養液イオン濃度制御システムの動
作について次に説明する。

コントローラ１０における比較部１３には、予
め各種栄養素イオンのうちの測定対象となる特定
のイオンのイオン濃度下限値と、養液槽１の液位
下限値が設定される。

養液槽１内の養液に対するイオン濃度測定器８
は、例えばイオン選択性電極と比較電極との間に
生ずる電位差を出力するものが用いられ、このイ
オン濃度測定器８からの特定のイオンについての
電圧信号がコントローラ１０のイオン濃度演算部
１１に入力される。

イオン濃度演算部１１では、入力された電圧信
号から、イオン濃度測定器８のイオン選択性電極
が選択した特定のイオンのイオン濃度を算出し、
比較部１３に出力する。

液位計９からの信号は液位演算部１２に入力さ
れ、養液槽１内の養液の液位が演算され、その演
算結果が比較部１３に与えられる。

比較部１３では、予め設定された特定の栄養素
イオンのイオン濃度下限値に対し、イオン濃度演
算部１１から入力される実際のイオン濃度を比較
し、この実際のイオン濃度が設定下限イオン濃度
よりも低くなつているならば、制御部１４にイオ
ン濃度低下信号を出力する。

液位演算部１２からの液位信号は、比較部１３
において予め設定されている液位下限値と比較さ
れ、実際の液位演算結果が設定下限液位よりも低
くなつているならば、養液再注入信号を制御部１
４に出力する。

制御部１４では、比較部１３からイオン濃度の
低下信号を受けると、濃養液槽４に対する電磁弁
６を開く指令信号を出力し、比較部１３からイオ
ン濃度低下信号を受けない場合には電磁弁６に対
し閉じる指令を与える。

こうして、養液槽１の養液の特定のイオンの濃
度がそのイオン濃度下限値以下になつたことが検
出されたならば、電磁弁６を開くことにより濃養
液槽４からの濃養液を養液槽１に注入し、養液槽
１内の養液のイオン濃度を全体的に上昇させ、養
液中のイオン濃度を最適なものに設定する。

比較部１３には測定対象となる特定のイオンの
イオン濃度の上限値も設定される。そこで、イオ
ン濃度測定器８による養液槽１の養液の中に含有
される種々のイオンのうち特定の１つのイオン濃
度がイオン濃度上限値よりも上昇した場合、比較
部１３から制御部１４にイオン濃度上限値超過信
号を与える。

制御部１４はこのイオン濃度上限値超過信号を
受けて、養液槽１内の養液のイオン濃度を低下さ
せるため、純水槽５の電磁弁７に対し開信号を出
力し、純水槽５から養液槽１に純水を注入し、養
液槽１内のイオン濃度を設定上限値以下になるま
で希釈する。

このようにして、養液槽１内の養液に含有され
る各種の栄養素イオンのイオン濃度が植物成育に
適切な範囲内に収まるように制御することができ
る。

更に、養液槽１の液位が液位計９により検出さ
れ、液位演算部１２による出力が比較部１３にお
いて設定液位よりも低下したことが判明したなら
ば養液が減少したものと判断し、制御部１４は濃
養液槽４、純水槽５それぞれに対する電磁弁６，
７を開とし、予め定められている適切な濃度の養
液として養液槽１に再注入し、下限液位以上の養
液があるように液位制御を行なう。

なお、上記実施例において、制御部１４からの
信号により電磁弁６を開き濃養液槽４から濃養液
を養液槽１に注入する場合、制御部１４からの電
磁弁６の開信号が途切れるまで電磁弁６を開いて
おいて濃養液を養液槽１に注入し、制御部１４か
らの電磁弁６の開信号が停止されたならば電磁弁
６を閉じて濃養液の注入を停止するようにしてい
るが、特にこの方法に限定されるものではない。
例えば、比較部１３においてイオン濃度演算部１
１からの測定イオン濃度が設定下限値よりも低下
したことを検出した時、液位演算部１２からの液
位演算結果を入力し、養液槽１内の養液のイオン
濃度を設定値以内に制御するためには濃養液槽４
の電磁弁６をどれくらいの時間開としておけばよ
いのかを演算し、その算出時間だけ電磁弁６を開
くように制御することも可能である。

第２図は上記の実施例の動作を説明するフロー
チヤートであり、コントローラ１０の動作をこの
フローチヤートをもとに説明すると、まず比較部
１３に液位下限値、イオン濃度上限値、イオン濃
度下限値の初期設定を行なう（ステツプS1）。

こののち、周期的に液位、イオン濃度測定を行
ない（ステツプS2）、まず養液槽１の養液の液位
測定値が液位設定下限値以上あるかどうか判断す
る（ステツプS3）。

ここで実際の養液の液位が設定下限値以下とな
つているならば、純水、濃養液を同時に注入し、
養液槽１内の養液の液位を設定値以上まで上昇さ
せる（ステツプS4）。

養液の液位が設定値以上であるならば、各種栄
養素イオンのうちイオン濃度測定器８で測定され
る特定のイオンのイオン濃度が設定下限値以下と
なつていないかどうか判断し（ステツプS5）、設
定下限イオン濃度以下であるならば、濃養液槽４
から養液槽１に濃養液を注入し、養液槽１内の養
液の全体のイオン濃度を上昇させる（ステツプ
S6）。

前述のイオン濃度測定器８で測定される特定の
イオンのイオン濃度がその設定下限値以上である
ならば、今度はそのイオンのイオン濃度がその設
定上限値以上になつていないかどうか判断し（ス
テツプS7）、そのイオン濃度が上限設定値以上と
なつていれば純水槽５から養液槽１に対し純水を
注入し、養液槽１内の養液のイオン濃度を希釈す
る（ステツプS8）。

このようにして、養液槽１内の液位を設定値以
上に保ち、各種栄養素イオンのイオン濃度も常に
設定値の範囲内にあるようにイオン濃度の全体的
な制御を行なうのである。

第３図はこの発明の他の実施例を示しており、
第１図に示した実施例と同一の部分は同一の符号
を用いることにより、その詳しい説明が省略され
ている。

この第２実施例の特徴とするところは濃養液槽
にあつて、複数の濃養液槽４ａ，４ｂ，４ｃ，…
…を設け、各濃養液槽４ａ，４ｂ，４ｃ，……そ
れぞれは、各種栄養素イオンのうち特定の１種類
のイオンについてイオン濃度を高くし、その他の
イオンについてのイオン濃度は通常の養液のイオ
ン濃度に設定した濃養液を貯溜している。

この実施例にあつては、養液槽１内の養液の各
種イオン濃度をイオン選択性電極を備えたイオン
濃度測定器８により測定し、コントローラ１０に
おて各種イオンのイオン濃度をその設定下限値と
比較し、特定のイオンについてのイオン濃度がそ
の設定下限値以下となつた場合には、対応するイ
オンについてのイオン濃度が高められている濃養
液を貯溜する濃養液槽、例えば４ａの電磁弁６ａ
を開とする信号を与え、養液素１に対し濃養液槽
４ａから濃養液を注入する。

イオン濃度測定器８からの信号によりコントロ
ーラ１０が他のイオンのイオン濃度が低下したこ
とを検出するならば、対応するイオンについての
イオン濃度が高められている別の濃養液槽、たと
えば４ｂ，４ｃ，……の電磁弁６ｂ，６ｃ，……
等を開とし、必要なイオンについてのイオン濃度
が高められた濃養液を養液槽１に注入し、養液槽
１内の養液の各種栄養素イオンのイオン濃度を植
物の成育に必要な最適な範囲内にあるように制御
するのである。

なお、上記の両実施例ではNFT方式の水耕作
栽培について説明したが、この発明はロツクウー
ル方式あるいはDFT方式の栽培槽の養液制御に
も適用することができるものである。また、養液
槽内の養液の各種栄養素イオンのイオン濃度の設
定値は栽培する植物の種類の違いにより、また植
物の栽培時期の違い、成長段階の違い等により異
なつたものとなるため、比較部１３における各種
設定値を変更することにより対応する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、養液槽内の養
液の各種栄養素イオンのうちの少なくとも１種類
のイオンのイオン濃度を測定し、設定下限値以下
となつたイオンが検出されたならば、対応するイ
オンについてのイオン濃度が高い濃養液槽から濃
養液を養液槽に注入し、養液槽内の養液の各種栄
養素イオンを植物の成育に適するイオン濃度の範
囲内に制御するようにしているため、養液槽中の
養液の各種栄養素イオン濃度を植物の成育に最適
な範囲内に容易に制御することができ、水耕栽培
における植物成育を効果的に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロツク図、第
２図は上記実施例の動作を説明するフローチヤー
ト、第３図はこの発明の他の実施例のブロツク図
である。 １……養液槽、２……ポンプ、３……栽培パネ
ル、４……濃養液槽、５……純水槽、６……電磁
弁、７……電磁弁、８……イオン測定器、９……
液位計、１０……コントローラ、１１……イオン
濃度演算部、１２……液位演算部、１３……比較
部、１４……制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無機肥料養分を水に溶かした養液を貯溜する
   養液槽と、通常養液よりも各種栄養素イオンの濃
   度を高くした濃養液を貯溜する濃養液槽と、前記
   養液槽中の養液中に含有される種々のイオンのう
   ち水耕栽培に特に必要とされる栄養素イオンの少
   なくとも１種類のもののイオン濃度を測定するイ
   オン測定手段と、このイオン測定手段の測定した
   イオン濃度を植物の栽培に必要なイオン濃度の下
   限値と比較し、前記測定イオン濃度が下限濃度以
   下である時に前記濃養液槽から濃養液を前記養液
   槽中に注入する信号を出力し、前記測定イオン濃
   度が前記下限イオン濃度以上である時に濃養液注
   入の停止信号を出力する制御手段と、この制御手
   段の注入信号、停止信号により前記濃養液槽の濃
   養液の前記養液槽に対する注入、注入停止を行な
   う濃養液注入手段とを備えて成る養液イオン濃度
   制御システム。 ２ 前記濃養液槽が、植物の栽培に必要な栄養素
   イオンのすべてを高濃度に含有する単槽であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の養
   液イオン濃度制御システム。 ３ 前記濃養液槽が植物の栽培に必要な栄養素イ
   オンのうち、複数種の測定対象となる特定のイオ
   ンそれぞれを特に高濃度に含有する複数種の濃養
   液それぞれを貯溜する複数槽から成り、前記イオ
   ン測定手段が前記複数種の特定のイオンのイオン
   濃度を個別に測定し、測定対象イオンの１つのイ
   オン濃度がそのイオンのために定められている下
   限イオン濃度以下になつたことを比較手段により
   検出した時には、対応するイオンについての濃養
   液槽から養液槽に濃養液を注入することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の養液イオン濃
   度制御システム。