JPH01124336A - 養液イオン濃度制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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は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っており、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、Ｉ）Ｈの制御
をする場合、ＩＩＨを６．０〜７．０の範囲に設定し、
この１）Ｈ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
ＥＩＨ制御を行なっている。

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った。

（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って
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った。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたものであって、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、イオン濃度が下限値よりも低下
するならば、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、植物成育にとって常に
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の貯溜槽と、通常養液よりも各種
栄養素イオンの濃度を高くした１１！液の貯溜槽と、゛
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Ｉ！！！液槽か
らＩｌｌ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１１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ＮＥＴ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＾い濃
度で含有されている濃養液を貯溜する′ａ！！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′
ｓＪ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の養液中の各種栄養素イオン
の濃度を測定するイオン濃度測定器８、養液の液位を測
定する液位針９が設けられている。

さらに前記イオン濃度測定器８、液位針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
えらでいる。

このコントローラ１０は、イオン濃度測定器８からの養
液中の各種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
位針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１３、
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１！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
らの電圧信号がコントローラ１０のイオン濃度演算部１
１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
。

液位針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、予め設定された各種栄養素イオンのイ
オン濃度下限値に対し、イオン濃度演算部１１から入力
される実際の各種栄養素イオンのイオン濃度を比較し、
いずれか１種類のイオンのイオン濃度が設定下限イオン
濃度よりも低くなっているならば、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っているならば、
養液再注入信号を制御部１４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の養液のいずれか１種類のイオンの
濃度がそのイオン濃度下限値以下になったことが検出さ
れたならば、電磁弁６を開くことによりｍ￥１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には各種栄養素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Ｗ１１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の液位が液位針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ｆｆ１１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ＩＩ！１ｌｆｆｌ槽４から淵養液を養
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１１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ャート
であり、コントローラ１０の動作をこのフローチャート
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
（ステップ８１）。

こののち、周期的に液位、イオン濃度測定を行ない（ス
テップ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（ステップ８３）
。

ここで実際の養液の液位が設定下限値以下となっている
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（ステップ３４）
。

養液の液位が設定値以上であるならば、測定された各種
栄養素イオンのうちいずれか１種類のイオンでもそのイ
オン濃度が設定下限値以下となっていないかどうか判断
しくステップＳ５）、設定下限イオン濃度以下のイオン
が見出されるならば、濃養液槽４から養液槽１に濃養液
を注入し、養液１ｆｆＩ内の養液の全体のイオン濃度を
上昇させる（ステップ８６）。

いずれのイオンのイオン濃度もその設定下限値以上であ
るならば、今度はいずれかのイオンのイオン濃度がその
設定上限値以上になっていないかどうか判断しくステッ
プＳ７）、いずれか１つのイオンでもそのイオン濃度が
上限設定値以上となっていれば純水槽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（ステップ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って
、複数の濃養液槽４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・を設け、各
ｍ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、その伯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。

この実施例にあっては、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った場合には
、対応するイオンについてのイオン濃度が高められてい
る溌養液を貯溜する８１Ｍ液槽、例えば４ａの電磁弁６
ａを開とする信号を与え、養液素１に対しｍ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ｍ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ｍ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、この発明はロッ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
より異なったものとなるため、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
栄養素イオンのイオン濃度を測定し、設定下限値以下と
なっ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ック図、第２図は上
記実施例の動作を説明するフローチャート、第３図はこ
の発明の他の実施例のブロック図である。 １・・・養液Ｗｔ　　　　　２・・・ポンプ３・・・栽
培パネル　　４・・・濃養液槽５・・・純水Ｉｌ！Ｉ６
・・・電磁弁 ７・・・電磁弁　　　　８・・・イオン測定器９・・・
液位針　　　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・・・１ｌｌｔ［１部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機肥料養分を水に溶かした養液の貯溜槽と、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
   の貯溜槽と、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. （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. （３）前記濃養液槽が植物の栽培に必要な栄養素イオン
   のうち特定のイオンを特に高濃度に含有する濃養液を貯
   溜する複数槽から成り、前記イオン測定手段が複数のイ
   オンのイオン濃度を個別に測定し、測定対象イオンの１
   つのイオン濃度が下限イオン濃度以下になったことを比
   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。