JPH0716030A

JPH0716030A - 植物の栽培養液制御装置

Info

Publication number: JPH0716030A
Application number: JP3211513A
Authority: JP
Inventors: Gunji Kawashima; 軍司川嶋; Takanori Yamamoto; 孝徳山本; Senzou Shinohara; 占三篠原
Original assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Current assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1995-01-20
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPH0761225B2

Abstract

(57)【要約】【目的】気象条件に合わせて養液の供給量を制御し、
その最適化によって効率的な養液栽培を実現する。【構成】大気に開放されている養液混合希釈タンクに
希釈水及び肥料原液を供給し、両者を混合して肥料原液
を希釈水で希釈化することで養液を作成し、この養液を
気象条件等に基づいて植物を作付けた培地に供給するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、養液栽培等に用いる
植物の栽培養液制御装置に係り、特に、栽培養液の供給
量の最適化に関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の栽培には、土壌を用いて行う従来
からの土耕栽培に対して、繊維状物質等の人工的な培養
媒体からなる培地に植物を植付け、その植物の育成上必
要な肥料等の養分を水に溶かした養液を培地に供給して
栽培を行う培地耕がある。このような培地耕は、土耕栽
培に比較して衛生的で、栽培植物毎に育成上の最適条件
を設定でき、また、その栽培管理が行い易い等の優れた
特徴を有しているが、養液の供給時刻、供給量等の管理
が極めて重要である。

【０００３】図４は、植物の一般的な養液栽培装置の概
要を示す。この養液栽培装置は、養液混合希釈化装置２
に農業用水等の希釈水Ｗｒとともに、養液Ｗｍの基礎と
しての肥料等を溶かした高濃度養液（以下原液Ｍとい
う）を原液タンク４から供給し、この原液Ｍと希釈水Ｗ
ｒとを混合して原液Ｍの濃度を希釈化することにより、
植物の栽培に適した肥料濃度に設定された養液Ｗｍを得
る。

【０００４】そして、この養液Ｗｍは、圧送ポンプや濾
過器等からなる養液供給装置６及び供給管路８を経て培
地１０に送られる。培地１０では、供給管路８に取り付
けた複数の分岐管１２を、植物１４を植え付けたベッド
１６の近傍に配設し、各分岐管１２に対して植物単位ご
とに供給ノズルとしてのドリップノズル１８を設ける。
したがって、供給管路８を通して圧送された養液Ｗｍ
は、分岐管１２を経てドリップノズル１８から植物１４
の近傍に滴下して供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この養液栽
培装置において、養液Ｗｍの制御には、植物１４に対し
て最適な供給時刻及び供給量の設定が必要であり、その
供給時刻及び供給量は、植物１４毎に異なる上、その生
育期間や生育状態或いは日射等の気象条件によっても大
きく異なっているので、その都度、生育データや気象デ
ータを参照しながら、供給時刻及び供給量を設定する必
要がある。

【０００６】従来、養液Ｗｍの供給制御は、例えば、供
給管路にバルブを設けて、一定の時間間隔でバルブを開
いて養液Ｗｍを培地に送る方法が用いられてきた。この
方法は、日射量等の変化で植物が要求する養液Ｗｍの量
が変化しても、その供給量が一定であり、しかも、その
供給量は供給不足による植物の枯死等を防止するために
最大供給量（晴天時の供給量）を設定している。このた
め、曇天や雨天時には、最適供給量より養液Ｗｍの供給
量が多く、その分だけ無駄になるとともに、最適水分量
を超えるために、植物に悪影響を及ぼすおそれがある。

【０００７】また、希釈水Ｗｒの不足や圧送ポンプ等の
故障による養液Ｗｍの供給不足が発生するおそれがあ
り、そのために管理者は、養液Ｗｍの供給状況を監視し
なければならない手数があった。

【０００８】そこで、この発明は、気象条件に合わせて
養液の供給量を制御し、その最適化によって効率的な栽
培を実現した植物の栽培養液制御装置の提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の植物の栽培養
液制御装置は、第１又は第２の原液（Ｍａ、Ｍｂ）の一
方又は双方が供給されるとともに希釈水（Ｗｒ）が供給
され、前記第１又は第２の原液の一方又は双方を前記希
釈水で希釈して得られる養液（Ｗｍ）を溜める養液混合
希釈タンク（２７）と、前記第１の原液を前記養液混合
希釈タンクに供給する第１の原液供給手段（定量吐出器
３０Ａ）と、前記第２の原液を前記養液混合希釈タンク
に供給する第２の原液供給手段（定量吐出器３０Ｂ）
と、希釈水供給路（供給管路２２）に設置されて前記養
液混合希釈タンクに供給される前記希釈水の流量を検出
する流量センサ（２４）と、養液供給路（供給管路３
４）に設置されて前記養液混合希釈タンクの前記養液を
培地（１０）側に圧送する圧送手段（圧送ポンプ３６）
と、前記養液供給路における前記養液の圧力を検知する
圧力センサ（４０）と、前記培地に対する日射を検知す
る日射センサ（４２）と、前記流量センサからの流量デ
ータと予め栽培条件によって設定される濃度データとか
ら前記養液混合希釈タンクに供給すべき前記第１又は第
２の原液の供給量を演算し、その演算結果に応じて前記
第１又は第２の原液供給手段を動作させ、前記供給量の
前記第１又は第２の原液又は双方の原液を前記養液混合
希釈タンクに供給させる養液調合制御部（３２）と、栽
培すべき植物の栽培条件で設定される養液供給データを
前記日射センサからの日射データで補正する気象条件補
正演算部（２４１）が設置されるとともに、この気象条
件補正演算部によって得られた補正供給量と前記流量セ
ンサからの流量データとを比較し、前記培地側に供給す
べき前記養液の供給時間を算出する比較演算部（２４
２）が設置され、この比較演算部で得られた供給時間に
よって前記圧送手段を駆動するとともに、前記流量デー
タと前記圧力センサからの圧力データとから前記培地に
対する前記養液の供給異常を検知する供給異常検知部
（４７）が設置された養液供給制御部（２０）とを備え
たことを特徴とする。

【００１０】また、この発明の植物の栽培養液制御装置
は、前記養液混合希釈タンクに前記養液を検出する液位
センサ（５０）を設置し、この液位センサの出力を前記
供給異常検知部に加えて、液位異常を検出するようにし
たことを特徴とする。

【００１１】また、この発明の植物の栽培養液制御装置
は、前記供給異常検知部が異常を検知したとき、その供
給異常を告知する警報手段（警報器４８）を備えたこと
を特徴とする。

【００１２】

【作用】この発明の植物の栽培養液制御装置では、植物
に応じて養液Ｗｍの供給時刻ｔ及び供給量Ｗｍｑを設定
するとともに、日射量Ｓに応じて養液Ｗｍの供給量Ｗｍ
ｑを制御するので、植物及び日射量Ｓに対応して養液Ｗ
ｍの供給量Ｗｍｑの最適化が図られる。

【００１３】この栽培養液制御装置において、気象条件
補正演算部は、単位日射量当りの養液供給量設定値Ｘｍ
ｑと測定した日射量Ｓとにより、日射量Ｓに応じた養液
供給量Ｗｍｑを算出する手段である。ここで、供給量設
定値Ｘｍｑは固定値ではなく、植物の育成程度及び多目
供給少な目供給により設定される。また、比較演算部
は、気象条件補正演算部からの供給量Ｗｗｒを基にして
流量センサからの流量信号Ｖｗｒにより比較演算して供
給時間Ｔｓを算出する。そして、これら気象条件補正演
算部及び比較演算部の比較演算により、ある時期に考え
た単位日射量当りの供給量設定値Ｘｍｑと日射量Ｓとに
より供給量Ｗｍｑが算出され、これを基にして流量セン
サからの流量信号Ｖｗｒにより、ポンプ供給時間Ｔｓが
算出でき、その時間にポンプを駆動するのである。

【００１４】そして、培地に供給される養液圧力Ｐｗｍ
及び養液Ｗｍの供給量Ｗｍｑを検出してその異常を検知
しており、培地に対する養液Ｗｍの供給不足が未然に防
止できる。

【００１５】

【実施例】図１は、この発明の植物の栽培養液制御装置
の実施例を示す。特定濃度の養液Ｗｍを得るための希釈
水Ｗｒには、例えば、地下水、雨水等の農業用水を用い
る。この希釈水Ｗｒは、図示していないタンク等から希
釈水供給路としての供給管路２２を通して連続的に供給
されるが、供給管路２２の途上に、希釈水Ｗｒの流量ｗ
ｒを検出する流量検出手段として流量センサ２４が設置
され、この流量センサ２４によって希釈水Ｗｒの流量ｗ
ｒが電気的に検出される。Ｖｗｒは、希釈水Ｗｒの流量
ｗｒを表わす流量信号を示す。

【００１６】この希釈水Ｗｒと肥料等の原液Ｍとを混合
するための養液混合希釈手段及び養液備蓄手段を成す大
気開放型の養液混合希釈タンク２７が設置されている。
この養液混合希釈タンク２７には、希釈水Ｗｒが供給管
路２２を通して供給されるとともに、この養液混合希釈
タンク２７の上方には第１の原液Ｍａを溜める原液貯留
手段として第１の原液タンク２８Ａ、第２の原液Ｍｂを
溜める原液貯留手段として第２の原液タンク２８Ｂが設
置されており、各原液タンク２８Ａ、２８Ｂには、電気
的に制御される第１及び第２の原液供給手段として定量
吐出器３０Ａ、３０Ｂが接続されており、原液Ｍａ、Ｍ
ｂは、定量吐出器３０Ａ、３０Ｂから所定量ずつ養液混
合希釈タンク２７に供給される。原液Ｍａ、Ｍｂの養液
混合希釈タンク２７への供給は、例えば、定量吐出器３
０Ａ、３０Ｂを通して必要な量の原液Ｍａ又は原液Ｍｂ
が重力又は特定の圧力によって滴下するように設定され
ている。

【００１７】そして、流量センサ２４で得られた流量信
号Ｖｗｒは、養液調合制御手段として設置された養液調
合制御部３２に加えられる。この養液調合制御部３２
は、刻々と変化する流量信号Ｖｗｒによって得られる流
量データと、必要に応じて設定された濃度Ｘｎを表わす
濃度データとから、その濃度Ｘｎを得るのに必要な原液
量ｍｎを算出し、その原液量ｍｎを供給するのに必要な
原液供給駆動信号Ｖａ、Ｖｂを出力し、各定量吐出器３
０Ａ、３０Ｂに加えられる。定量吐出器３０Ａ、３０Ｂ
の動作時間が制御され、その動作時間で吐出量が制御さ
れる。したがって、この定量吐出器３０Ａ、３０Ｂから
希釈水Ｗｒの流量ｗｒに対して設定濃度Ｘｎを得るのに
必要な量の原液Ｍａ又は原液Ｍｂの一方又は双方が養液
混合希釈タンク２７に加えられる。

【００１８】供給された原液Ｍａ、Ｍｂは、養液混合希
釈タンク２７の内部で希釈水Ｗｒの水流に応じて攪拌さ
れて必要な濃度の養液Ｗｍが得られ、培地側に養液供給
路としての供給管路３４を通して供給される。その場
合、養液Ｗｍは、圧送手段としての圧送ポンプ３６によ
って圧送されるが、圧送される養液Ｗｍはフィルタ３８
によって濾過されるとともに、圧力検出手段として設置
された圧送センサ４０によって養液圧力が電気的に検出
される。Ｖｐｗは、養液Ｗｍの圧送圧力を表わす圧力信
号である。

【００１９】そして、圧送ポンプ３６は、養液供給制御
部２０によって開閉制御され、養液Ｗｍの供給時刻ｔ及
びその供給量Ｗｍｑを気象条件に応じて制御し、養液Ｗ
ｍの供給量Ｗｍｑの最適化を実現する。即ち、気象条件
補正演算部２４１には、養液Ｗｍの供給量の設定値Ｘｍ
ｑを加えるとともに、植物１４に対する日射量Ｓを検出
する日射検出手段として設置された日射センサ４２から
日射量Ｓを表わす日射量信号Ｖｓが加えられる。気象条
件補正演算部２４１では、設定値Ｘｍｑを日射量Ｓに応
じて補正し、日射量Ｓに応じた供給量Ｗｍｑが求められ
る。

【００２０】日射量（Ｘ）に対する必要な養液量（Ｙ）
は、図２に示すように一次関数（Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ，但しＡ
は直線の傾き、Ｂは固定辺）で表されるので、この関係
を気象条件補正演算部２４１に記憶して養液Ｗｍの供給
量Ｗｍｑの補正を行う。

【００２１】比較演算部２４２は、気象条件補正演算部
２４１からの供給量Ｗｍｑと、流量センサ２４からの流
量信号Ｖｗｒが表している流量データとを比較・演算
し、希釈水Ｗｒの流量ｗｒで定まる養液Ｗｍの単位供給
時間Ｔを補正して日射量Ｓに応じた単位供給時間Ｔｓを
設定する。この場合、希釈水Ｗｒの流量が検出できるの
で、供給時間Ｔｓを設定することによって、日射量Ｓに
応じた養液Ｗｍの供給量Ｗｍｑが一義的に決まる。

【００２２】このようにして比較演算部２４２で算出さ
れた供給時間Ｔｓを表わす供給時間信号Ｖｔｓは、駆動
時間制御部２４３に加えられ、時計部４４から加えられ
る時刻信号Ｖｔに応じて設定時刻からの供給時間Ｔｓに
おいて、駆動時間制御部２４３は、圧送ポンプ３６を駆
動するための駆動制御信号ＶｔＴを出力する。この場
合、時計部４４は、設定時刻Ｘｔに応じた時刻信号Ｖｔ
を出力する。そして、駆動回路４６は駆動制御信号Ｖｔ
Ｔに応じた駆動出力信号Ｖｐを発生して圧送ポンプ３６
に加え、圧送ポンプ３６は、必要な供給量Ｗｍｑを圧送
する時間中駆動される。

【００２３】また、圧送センサ４０の圧力信号Ｖｐｗ、
希釈水Ｗｒの流量信号Ｖｗｒは、供給異常検知部４７に
加えられ、この供給異常検知部４７で養液Ｗｍの圧送圧
力又は希釈水Ｗｒの流量からの養液Ｗｍの供給異常の有
無を検知する。異常が生じた場合、養液Ｗｍの供給異常
信号Ｖｘが供給異常検知部４７から出力されて警報器４
８を駆動し、その異常を告知する。警報器４８にはラン
プ等の光学的な手段、ブザー等の音響発生手段等を用い
ることができる。

【００２４】そして、養液混合希釈タンク２７には、養
液Ｗｍの液位を検出する液位センサ５０が設置されてお
り、この液位センサ５０で得られた液位信号Ｖ_ERが供給
異常検知部４７に加えられている。即ち、供給異常検知
部４７では、養液混合希釈化タンク２７内の養液Ｗｍの
不足を検出して養液Ｗｍの供給不足を検知する。

【００２５】したがって、このような構成によれば、日
射量Ｓに対して必要な養液Ｗｍの供給量Ｗｍｑを補正し
て設定することができ、養液Ｗｍの供給量Ｗｍｑの最適
化を図ることができるとともに、希釈水Ｗｒの供給異
常、圧送ポンプ３６の故障、フィルタ３８の目詰まり等
による養液Ｗｍの供給不足を警告によって知ることがで
きる。また、液位センサ５０で得られた液位信号Ｖ_ERが
供給異常検知部４７に加えられ、供給異常検知部４７で
は、養液混合希釈化タンク２７内の養液Ｗｍの不足を検
出するので、この場合にも、警報器４８から警報が発せ
られる。したがって、養液Ｗｍの安定供給による植物の
生育が図られるが、突発的に事故等による養液Ｗｍの供
給不足を迅速に検知し、植物の生育不良ないし枯死を未
然に防止することができる。

【００２６】ところで、このような栽培養液制御装置で
は、希釈水Ｗｒが供給される供給管路２２と養液Ｗｍを
培地側に導く供給管路３４との間に密閉型の養液混合希
釈器を設置し、希釈水Ｗｒと養液Ｗｍとの間を統一的か
つ密閉型の管路とする所謂密閉系とすることも可能であ
る。このような密閉系では、希釈水流量（リットル／
分）と養液流量（リットル／分）とがほぼ同じであっ
て、養液流量が希釈水流量に依存する。即ち、養液流量
が希釈水流量に影響されることになる。培地面積が広く
なると、それに比例して養液流量が増大するが、このよ
うな密閉系では希釈水流量も必要となるが、必要な希釈
水流量が確保できない場合には、密閉系では不利であ
る。

【００２７】ところが、図１に示した栽培養液制御装置
では、養液混合希釈タンク２７は大気に開放されてお
り、必要な希釈水Ｗｒを受入れ、それを確保しておくこ
とができ、養液Ｗｍの備蓄が可能である。即ち、養液混
合希釈タンク２７は、バッファタンクとしての機能を持
っており、一時的に必要となる大流量の養液流量に対応
することができ、しかも、培地面積に対応した容量に設
定することが可能である。

【００２８】また、密閉系では、原液を吐出する定量吐
出器３０Ａ、３０Ｂに圧力、密閉性等の制限を課してい
るため高価なものとなるが、この大気開放型の養液混合
希釈タンク２７を用いた場合には、定量吐出器３０Ａ、
３０Ｂに重力による自然落下を利用した簡易なものを使
用できるので、設備の簡略化及びコウスト低減を図るこ
とができる。

【００２９】なお、実施例の養液供給制御部２０は、マ
イクロコンピュータ等の演算処理装置で構成し、養液Ｗ
ｍの供給制御を実現することができる。

【００３０】次に、図３は、栽培植物に対する養液制御
方法の一例を示す。制御の初日時刻ｔｏで養液制御を開
始したものとすると、その日の０時までは、日射量Ｓを
検出するのみで、その日射量補正を行わず、その必要な
供給時刻ｔ_{1 1}、ｔ_{1 2}・・・から一定の供給量Ｗｍｑ
を表わす単位供給時間Ｔに圧送ポンプ３６を駆動し、培
地１０に養液Ｗｍを供給する。

【００３１】そして、次の日の０時から日射補正を行
い、時刻ｔ_{2 1}ないしｔ_{2 3}では単位供給時間Ｔによる
養液Ｗｍの供給が行われ、ｔ_{2 4}、ｔ_{2 5}では日射量Ｓ
に応じて供給時間ＴｓがＴ₁、Ｔ₂のように短くなって
おり、供給量Ｗｍｑの最適化が実現されている。

【００３２】この場合、図３において、Ａ₁は初日の９
〜１１時の積算日射量〔単位：ｃａｌ／ｃｍ²＝ｌｙ又
はＭＪ／ｍ²（メガジュール／ｍ²）以下同じ。〕、Ａ
₂は初日の１１〜１３時の積算日射量、Ａ₃は初日の１
３〜１５時の積算日射量、Ａ₄は初日の１５〜２１時の
積算日射量、Ａ₅は初日の２１〜０時の積算日射量、Ｂ
_Oは前日（初日）の１日の積算日射量、Ｂ₁は二日目の
９〜１１時の積算日射量、Ｂ₂は二日目の１１〜１３時
の積算日射量、Ｂ₃は二日目の１３〜１５時の積算日射
量、Ｂ₄は初日の１５〜２１時の積算日射量、Ｂ₅は二
日目の２１〜０時の積算日射量を表わす。各日射量のレ
ベルは、晴天、曇天、降雨時を表し、積算時間を異なら
せており、日射量Ｓが１日の時刻において大きく異なる
ので、平均的な積算日射量から検出時間を設定するとと
もに、それに合わせて養液Ｗｍの供給時刻ｔ及び供給時
間Ｔを設定するためである。ところで、図３では、単位
日射量当りの供給量Ｗｍｑを基本に考え、日射量Ｓによ
り供給量Ｗｍｑを算出しているが、図２における供給量
Ｗｍｑにその磁気の最大日射量を掛けた値を予め算出し
ておき、その時の測定日射量Ｓと最大日射量との比較に
より、日射量（％）を算出している。

【００３３】また、Ｔ₁はＴ×曇天時供給量（％）／１
００、Ｔ₂はＴ×降雨時供給量（％）／１００を示す。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、養液の濃度設定に応じて希釈水の流量に対して必要
な原液量が演算され、その演算結果に基づいて原液量を
制御するので、希釈水の流量の変動に即応して原液量を
制御でき、したがって、養液混合希釈タンクでは第１又
は第２又は双方の原液と希釈水とを任意に混合させて養
液を調合することができ、養液の濃度を自由に設定して
所定の濃度のものを実現できるので、養液栽培におい
て、適正な濃度の養液を安定供給して植物の育成を図る
ことができるとともに、しかも、気象条件に応じて養液
の供給量を加減できるので、植物に対する養液の最適化
を実現でき、効率的な植物の生育を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の植物の栽培養液制御装置の実施例を
示すブロック図である。

【図２】日射量に対する必要な養液量を示す図である。

【図３】日射量及び養液の供給状況を示す図である。

【図４】一般的な養液栽培装置の概要を示すブロック図
である。

【符号の説明】

Ｗｒ・・・希釈水Ｗｍ・・・養液Ｍａ・・・第１の原液Ｍｂ・・・第２の原液１０・・・培地２０・・・養液供給制御部２２・・・供給管路（希釈水供給路）２４・・・流量センサ２７・・・養液混合希釈化タンク３０Ａ・・・第１の定量吐出器（第１の原液供給手段）３０Ｂ・・・第２の定量吐出器（第２の原液供給手段）３２・・・養液調合制御部３４・・・供給管路（養液供給路）３６・・・圧送ポンプ（圧送手段）４０・・・圧力センサ４２・・・日射センサ４７・・・供給異常検知部４８・・・警報器（警報手段）５０・・・液位センサ２４１・・・気象条件補正演算部２４２・・・比較演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１又は第２の原液の一方又は双方が供
給されるとともに希釈水が供給され、第１又は第２の原
液の一方又は双方を前記希釈水で希釈して得られる養液
を溜める養液混合希釈タンクと、前記第１の原液を前記養液混合希釈タンクに供給する第
１の原液供給手段と、前記第２の原液を前記養液混合希釈タンクに供給する第
２の原液供給手段と、希釈水供給路に設置されて前記養液混合希釈タンクに供
給される前記希釈水の流量を検出する流量センサと、養液供給路に設置されて前記養液混合希釈タンクの前記
養液を培地側に圧送する圧送手段と、前記養液供給路における前記養液の圧力を検知する圧力
センサと、前記培地に対する日射を検知する日射センサと、前記流量センサからの流量データと予め栽培条件によっ
て設定される濃度データとから前記養液混合希釈タンク
に供給すべき前記第１又は第２の原液の供給量を演算
し、その演算結果に応じて前記第１又は第２の原液供給
手段を動作させ、前記供給量の前記第１又は第２の原液
又は双方の原液を前記養液混合希釈タンクに供給させる
養液調合制御部と、栽培すべき植物の栽培条件で設定される養液供給データ
を前記日射センサからの日射データで補正する気象条件
補正演算部が設置されるとともに、この気象条件補正演
算部によって得られた補正供給量と前記流量センサから
の流量データとを比較し、前記培地側に供給すべき前記
養液の供給時間を算出する比較演算部が設置され、この
比較演算部で得られた供給時間によって前記圧送手段を
駆動するとともに、前記流量データと前記圧力センサか
らの圧力データとから前記培地に対する前記養液の供給
異常を検知する供給異常検知部が設置された養液供給制
御部と、を備えたことを特徴とする植物の栽培養液制御装置。
【請求項２】前記養液混合希釈タンクに前記養液を検
出する液位センサを設置し、この液位センサの出力を前
記供給異常検知部に加えて、液位異常を検出するように
したことを特徴とする請求項１記載の植物の栽培養液制
御装置。
【請求項３】前記供給異常検知部が異常を検知したと
き、その供給異常を告知する警報手段を備えたことを特
徴とする請求項１記載の植物の栽培養液制御装置。