JPH01317342A - 自動灌水制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、施設園芸として実施される養液栽培技術に係
り、特に隔離培地を使用した養液栽培での培地水分およ
び培地内肥料等の蓄積による組成濃度の変化を自動制御
する自動灌水制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、施設園芸分野においては、養液栽培が盛んに行わ
れるようになり、特に最近では培地を有する養液栽培が
増加している。培地による養液栽培では、培地への水分
制御が不可欠であり、養液循環方式でない場合、水分セ
ンサを使用したり、日射量を目安として潅水必要量を推
定して潅水制御を行っている。

そして、この種の培地水分制御を行う目的で、種々の水
分センサか提案されているが、精度的に不十分であった
り、培地での長期的な使用に適さなかったり、高精度の
ものは高価である等の難点がある。

また、この種の養液栽培法として、ロックウールを使用
した栽培が近時急速に普及しつつある。このロックウー
ル栽培においては、日射量を基準として蒸発散量を間接
的に推定したり、ロックウール培地の重量を直接測定し
て培地の潅水制御を行う方法が提案されているが、いず
れら一長一短がある。

しかしながら、前記方法の中で、蒸発散量そのものを測
定して潅水を制御する方法は、比較的優れた方法である
との評価が定着しつつある。その理由は、作物の栽培に
おいて、培地水分の消費は作物からの蒸散量と培地から
の蒸発量が殆どであり、これらは作物の生育の度合いお
よび作物を取り巻く環境、すなわち気温、湿度、輻射熱
等の複雑な要素の影響を受けるため、前述した培地水分
の間接的測定管理に比べ、より簡単かつ正確な管理が可
能となるからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在までに、培地水分の蒸発散量を直接測定する方法と
して次の２方法が提案されている。

第１の方法は、所要の大きさを有するｌ・レイの中にキ
ャピラリマットを挾んでロックウール培地を配置し、ト
レイに保有する水をキャピラリマットを介してロックウ
ール培地に供給したり、ロックウール培地からの過剰水
をトレイの中に回収後排出できる構成とし、しかもレベ
ルセンサとして２本の電極をトレイ内に取付け、培地水
分の蒸発散量をトレイ内の水位の変化として捕えると共
にこれを潅水量に換算し、潅水制御を行うものである。

しかしながら、この方法は、全体の代表であるべき蒸発
散量を検出するロックウール培地だけが絶えずトレイ内
の水の補給を受けているなめ、池のロックウール培地と
は相当異なった環境に置かれることになり、ロックウー
ル培地全体の代表値に基づく管理がなされていないとい
う欠点がある。

°第２の方法は、前記第１の方法において使用するトレ
イとキャピラリマットを、独立した容器とキャピラリチ
ューブに置き換え、容器内の水をキャピラリチューブを
介してロックウール培地に供給したり、ロックウール培
地に対する潅水総量を容器に回収する構成とし、この容
器内の水位をレベルセンサで検出し、その変位を蒸発散
量として潅水量に換算し、潅水制御を行うものである。

この方法は、第１の方法に比較して低コストに実施する
ことができるが、トレイ内の総水旦も培地との間で交換
するなめ単位時間当りの蒸発散量とキャピラリチューブ
のキャパシティとのバランスが崩れると、灌水開始指令
が遅れて水分不足となったり、灌水停止指令が遅れて水
分過剰となる等の難点がある。

前述した２方法は、いずれも培地での蒸発散量の全量を
水位に変換し、レベルセンサにより潅水制御のためのＯ
Ｎ・ＯＦＦ信号を出力するＪＲ’１１を採用している点
で共通しており、直接蒸発散総量を測定しているものの
センサと培地間で蒸発散総量の交換を行っていることか
ら、例えば培地に潅水を行った場合、潅水は当該培地を
飽和状態にすると別置した液溜りに流出し、その後この
状態をレベルセンサで検出して潅水制御のＯＦＦ信号を
出力するよう構成しであるので、前述したセンサとして
用いられている培地とそれ以外の培地が相当量なった環
境にあり、ロックウール培地全体に亘る適正な潅水量の
換算には問題があり、このため無人化し得る自動潅水シ
ステムの実現には多くの解決すべき点が残されている。

そこで、本発明の目的は、培地における水分含有率の変
化を水位の変化として適正かつ迅速に検出することがで
きると共に培地への施肥潅水の繰返しに伴う肥料成分の
蓄積分を排除するために任意に過剰潅水を行うことがで
きる自動灌水制御装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る自動灌水制御装置は、培地の含有水分を測
定して灌水装置の制御を行い培地の含有水分を設定範囲
に保持するよう構成しな培地を使用する簑液栽培システ
ムにおいて、 培地の底部内部または培地底部に集水器を設けると共に
培地の外部に培地の底部と同レベルまたは前記底部より
低レベル迄位置調整可能な構造を有する水位検出筒を設
け、前記集水器と水位検出筒とを導管により接続し、前
記水位検出筒内の水位を該水位検出筒に設定した下限レ
ベルと上限レベルとで検出し、培地内水分を任意に設定
した範囲内で灌水装置の灌水開始指令と灌水停止指令と
をそれぞれ出力するよう構成したコントローラを設ける
ことを特徴とする。

前記装置において、水位検出筒の水位を検出し、該水位
検出筒内に設けられた電極により蒸発散相当量の潅水を
実施した後に、コントローラ内に設けられた遅延タイマ
により、蒸発散相当量を越える潅水を行い余剰水排水管
理を行う方法とは別に、培地の外部に培地からの余剰水
を直接集水し計量し得ると共に排水手段を有する計量シ
リンダを設け、この計量シリンダ内の水位を該計量シリ
ンダに設定したレベルで検出して灌水装置の灌水停止指
令を出力するようにし、水位検出筒に設定した上限レベ
ルの検出により出力される灌水停止指令と選択的に使用
し得るよう構成することができる。この場合、計量シリ
ンダによる灌水停止指令と水位検出筒による灌水停止指
令との選択は、任意の灌水回数設定が可能な調整器また
は培地的肥料濃度測定器から発信される信号により自動
的に切換選択し得るよう構成すれば好適である。

前記装置において、集水器は水位検出筒に連通ずる培地
内または底部に挿入配置した開口端部に綿状織布、セラ
ミックス、素焼状物質等の多孔質中空体構成物を取付け
て構成することができる。この場合、集水器は内部への
根の侵入を防止する根切りシートで被覆すれば好適であ
る。

また、前記装置において、水位検出筒は、灌水装置の灌
水開始時点の下限レベルを設定する水位検知電極と、灌
水停止時点の上限レベルを設定する水位検知電極とをそ
れぞれレベル位置調整自在に設けると共に、計量シリン
ダは、灌水停止時点のレベルを設定する水位検知電極を
レベル位置調整自在に設けることができる。

本発明の自動灌水制御装置は、培地の外部に培地からの
余剰水を集水し計量し得る計量シリンダを設け、この計
量シリンダに流入した余剰水の水位を該計量シリンダに
具備した上限レベル電極で検出し、灌水停止指令を出力
するよう構成したコントローラを設けて構成することら
できる。

この場合、計量シリンダの底部に自動開閉弁を備えた排
水管を接続し、灌水停止指令に伴う制御信号により前記
自動開閉弁を開放して計量シリンダ内の余剰水を排水す
るよう構成すれば好適である。

なお、本発明装置において、培地は、ロックウール、砂
、礫、燻炭、ピートモス、パーライト、バーミキュライ
ト等のいずれか１つまたはこれらのうち２もしくはそれ
以上の混合物で構成することができる。

〔作用〕

本発明に係る自動灌水制御装置によれば、ロックウール
等の培地では、培地内へ供給される水分は毛管作用によ
って分散移動する毛管水と、重力の影響を受けて培地底
部に分布する重力水との形態で保水することができ、こ
の時の含有水分率を前記培地底部内と外部に設けた水位
検出筒とを導管によって水柱的に結合することによって
、培地底面と水位検出筒内の水位の差（ｈ　ａｎ　）は
“土柱法′″による培地のＰＦ値（−ｌｏｇｈ）とに相
関関係が確認され、従って培地の水分量に対応する水位
検出筒の水位の下限レベルおよび上限レベルを検出して
灌水装置に対し灌水開始および灌水停止の指令をそれぞ
れ出力し、培地水分の適正な調整を行うことができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る自動灌水制御装置の実施例につき、
添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る自動灌水制御装置の一実施例を
示す培地を使用した養液栽培システムの構成図である。

第１図において、参照符号１０は架台を示し、この架台
１０上に所要の容器もしくは隔離シートからなる水受部
材１２を設けてその上にロックウール等で構成した培地
１４を載置する。しかるに、前記培地１４の底部内には
集水器１６を埋設し、一方前記培地１４の外部にこれよ
り低レベル位置に水位検出筒２０を設ける。そして、前
記集水器１６と水位検出筒２０とを導管１８により相互
に連通接続する。また、水位検出筒２０には、それぞれ
濯゛水開始と灌水停止とを指令する水位を検出するため
のレベル検知電極２２　（−ｅ２）、２４　（ｅｌ）を
設け、これら電極２２．２４と電極（ｅ３）に兼用した
水位検出筒２０との通電状態をコントローラ２６で検出
して適宜灌水装置２８を制御し、培地１４への適正な潅
水を行う。

次に、このように構成した自動潅水制御装置の詳細につ
き、動作と共に説明する。まず、培地１４としては、ロ
ックウールが最も好適であるが、その細砂、礫、燻炭、
ピートモス、パーライト、バーミキュライト等の従来よ
り公知の培地材料を使用することができる。この培地１
４に対し、所要の給水を行う灌水装置２８は、コントロ
ーラ２６からの灌水開始１旨令信号により作動して潅水
を行うと共に灌水停止指令信号により潅水を停止するよ
う構成される。しかるに、前記灌水装置２８からの潅水
により培地１４に供給された水は、培地１４内で毛管水
および重力水の形態で培地内に拡散し浸透する。このよ
うにして、培地内の水分含有率が高まると、重力の作用
を受けて培地１４下部の水分分布が増加し、この重力作
用を受けた重力水と毛管作用で拡散する毛管水とが平衡
した状態で培地１４特有の水分分布を形成するに至る。

この時、培地１４内に分布された水分は、培地１４の底
部内に配置した集水器１６に捕集され、導管１８を介し
て水位検出筒２０に貯流される。

従って、例えば培地１４の底部における水分含有率が１
００％に達した場合は、水位検出筒２０の水位は、培地
１４の底部と略同−レベルとなる。また、蒸発散により
培地１４内の水分含有率が低下すれば、培地１４底部内
の水分含有率も徐々に低下し、これに対応して水位検出
筒２０の水位も低下して平衡状態を保持する。この関係
は、培地１４の“ＰＦ−含有水分（容量％）特性“に基
づいて規定され、再現性を有することは前述した通りで
ある。

このような観点から、本発明において、集水器１６は透
水性の良好な綿状織布、セラミックス、素焼状物質等で
加工した多孔質中空体で構成し、これに導管１８を接続
して構成することができる。この場合、孔隙内へ根が侵
入するのを防止するため、根切りシートを被着しておけ
ば好適である。また、集水器１６としては導管１８の開
口端部に孔隙率の少ない綿状織布等からなる集水パッド
を装着して構成することもできる。なお、前述した構成
からなる集水器１６は、いずれも培地底部内の含有水分
率が最低となった場合においても導管１８と連通してい
る。集水器１６の内部から壁面を通して空気を吸引する
ことのないＰＦ含有水特性を有する部材を選定すること
により、培地底部内と水位検出筒２０とは導管１８を介
して水柱結合を保持し、培地底部内の含有水分率と水位
検出筒２０の水位とは常に適正な平衡関係を維持するこ
とができる。また、前述したように、水位検出筒２０で
培地底部内の含有水分率と適正に比例した水位を検出す
るには、培地１４と水位検出筒２０との間での通水量を
最少にすることが重要であり、この場合水位検出筒２０
の直径を可能な限り細かく（約１５ｍｌ１１φ以下）に
設定すれば有効であることが確認された。さらに、ロッ
クウールを培地として使用する養液栽培では、培地含有
水分率を極めて高い範囲（例えば、培地底部内の含有水
分率７０〜９７％）に設定している。このような場合に
は、前述したような集水器１６を排除し、導管１８の開
口端部をロックウール部材で直接包持するだけで充分で
ある。

前述したように、培地底部内の含有水分率と水位検出筒
２０での水位とが適正に比例するよう設定できれば、培
地底部内の含有水分率の設定範囲に応じて水位検出筒２
０での水位を設定することができる。従って、水位検出
筒２０での上限水位は培地に付与する最大含有水分率に
対応する水位検出筒２０内の上限水位で灌水停止指令を
発生させる水位に電極２４を位置決めする。また、下限
水位は、予め設定した蒸発散が行われ、培地的含有水分
が低下したときの水位検出筒２０内の下限水位で灌水開
始指令を発生させる水位に、レベル検知電極２２を位置
決めする。このようにして、前記型％２２．２４により
水位検出筒２０の水位を検出し、水位が前記電極２２の
設定レベル以下となった際にコントローラ２６より灌水
装置２８に対し灌水開始指令を出力し、また水位が前記
電極２４の設定レベルに達した際に同様にして灌水停止
指令を出力することにより、培地１４の含有水分率を設
定範囲に保持し得る自動潅水制御を容易に達成すること
ができる。

また、現在実用化されているロックウールなどを使用し
た培地においては、施肥を繰返しているうちに、培地内
の肥料の組成濃度が変化し、一定の限度を越えると作物
の生育障害の原因となる。このため、培地に対し施肥潅
水を余分に施し、この余剰水当量分を培地外に排出させ
、肥料の組成濃度の適正化を図ることが必要になる。こ
の場合の余剰水量としては、潅水の都度一般に培地での
蒸発散量に対し約５〜２０％余分に潅水を実施し、培地
外に流出させる方法が採用されている。このような余剰
水の排出は液肥等の無駄便いとなることも事実であり、
施肥量の管理次第では潅水の都度余剰水を流出させるこ
となく、培地的肥料濃度を検出してその濃度値が所定値
に達した際または任意の回数潅水が行われる毎に１回余
剰水を排出させる方法が最適である。しかしながら、前
述した本実施例装置において、培地における蒸発散量と
等量の施肥潅水管理は、水位検出筒２０によって実施す
ることができるが、培地底部内の含有水分率が１００％
以上の状態から肥料成分の調整に必要な余剰水の施肥潅
水を行うことは困難である。

そこで、本発明においては、培地における蒸発散量と等
量の施肥潅水管理は水位検出筒２０によって行い、電極
２４によって灌水停止指令が出ラフされた後は次のよう
な手段によって所要の余剰水を供給するよう構成する。

すなわち、コントローラ２６において、水位検出筒２０
に設けた電極２４まで水位が到達したことを検知して灌
水装置２８に対し灌水停止指令を出力する際に、前記灌
水装置２８による灌水開始時点から灌水停止時点までに
要した時間の計測を行い、この計測時間を蒸発散量に換
算し、必要な余剰水量を決定し、前記灌水停止指令の出
力信号を遅延するようにする。このため、コントローラ
２６にタイマ（遅延タイマ）３０を内蔵し、例えば滋養
発散量に対し１０％の余剰水を必要とする場合には、前
記タイマ３０を灌水開始から灌水停止までに要した時間
に０．１を乗じた時間にセットすることにより、前記灌
水停止指令をタイマ３０でセットした時間だけ遅延させ
て、この間に前述した余剰水の供給を達成することがで
きる。この時、水受部材１２の下部には穴が明けてあり
、余剰水が排水されるようになっている。なお、前述し
たように、余剰水は培地内の肥料成分の適正化を行う目
的で実施されるものであるため、施肥量の絶対量管理の
導入や培地によっては施肥潅水の都度これを実施しなく
ても、例えば−日１〜２回程度または任意の潅水の都度
処理することで足りる場合もある。従ってこのような場
合には、コントローラ２６に予めタイマ３０の動作する
タイミングを２４時間タイマまたは潅水度数計等と連動
させて潅水回数の１〜数回毎に任意に設定することが可
能な調節器を使用して、予約設定しておくことにより、
施肥潅水の無駄を除き経済的な自動潅水制御を達成する
ことができる。

第２図は、本発明に係る自動灌水制御装置の別の実施例
を示す養液栽培システムの構成図である。すなわち、第
２図に示す実施例は、前記第１図に示すように集水器１
６および水位検出筒２０を設けた培地１４または他の培
地を任意に選定し、当該培地の外部に培地からの余剰水
を集水し計量を行う計量シリンダ３２を設けた構成から
なる。従って、第２図において、第１図に示す構成と同
一の構成部分には同一の参照符号を付し詳細な説明は省
略する。第２図において、計量シリンダ３２は、水受部
材１２を載置した架台１０の一部に取付ける。この場合
、計量シリンダ３２は、水受部材１２の外部すなわち培
地１４の外部に位置し、培地１４の内部側とは適宜通水
路３４を介して培地１４からの余剰水を集水するよう構
成される。また、計量シリンダ３２には、灌水停止を指
令する水位を検出するためのレベル検知電極３６　（ｅ
＋・）を設け、原電ｆ！３６の通電状態をコントローラ
２６で検出して適宜灌水装置２８を制御（灌水停止指令
の出力）するよう構成する。この場合、コントローラ２
６においては、計量シリンダ３２に設けた電極３６から
の水位検出信号と、水位検出筒２０に設けた上限レベル
を検出する電極２４からの水位検出信号とを、切換スイ
ッチ３８を設けて選択的に入力するよう構成する。また
、計量シリンダ３２には、その底部より排水管４０を導
出すると共にこの排水管４０に自動開閉弁４２を設ける
。しかるに、前記自動開閉弁４２は、潅水実施中は閉弁
しており、灌水停止に際しその停止指令に基づく信号ま
たは潅水供給ラインの水圧変化に基づく信号等により、
適宜開放動作するよう設定する。

次に、このように構成した本実施例にかかる自動灌水制
御装置の動作につき説明する。

まず、コントローラ２６において切換スイッチ３８を水
位検出筒２０の電極２４と接続する場合は、水位検出ｆ
ｉ２０によって蒸発散等量潅水制御を行う、また、切換
スイッチ３８を計量シリンダ３２の電極３６と接続する
場合は、計量シリンダ３２に連なる通水路３４を介して
培地１４からの余剰水を集水し、この余剰水が所定量に
達した際灌水停止指令を発生して灌水停止を行う。計量
シリンダ３２に集水され外余剰水は、手動または自動で
適宜排水が可能である。これによって、前述した培地内
の肥料成分の適正化制御を行うことができる。この場合
、前記切換スイッチ３８の電ｔｉｆ！２４側から電極３
６側への切換制御は、前述した切換信号を発生する切換
時刻を予約設定できる２４時間タイマ、潅水度数をカウ
ントして潅水回数の１〜数回毎に切換信号を発生するこ
とが任意に設定可能な調節器または培地的肥料成分濃度
を測定してその測定値が所定値に達した際切換信号を発
生する測定器等を使用して自動的に行うことができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかな通り、本発明によれば、ロ
ックウール等の培地における含有水分の蒸発散と潅水に
よる変化を、培地内水分分布の変化として捕えて、これ
を外部に設けた水位検出筒の水位の変位に置換して検出
するよう構成することにより、比較的簡単な構造で施肥
潅水制御を適正かつ低コストに実現することができると
共に、培地含有水分の調整を迅速かつ高精度に達成する
ことができる。

また、本発明によれば、施肥潅水を多数繰返した場合に
おける肥料成分の適正化を図るため、蒸発散量に対する
潅水量に加えて、蒸発散量の５〜２０％に相当する余剰
水の潅水を、コントローラのタイマまたは潅水回数ある
いは培地的肥料濃度等によって簡便にしかもタイミング
よく達成することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明は前述した実施例に限定されることなく、本発明の精
神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動灌水制御装置の一実施例を示
す培地による養液栽培システムの構成図、第２図は本発
明に係る自動灌水制御装置の別の実施例を示す培地によ
る養液栽培システムの構成図である。 １０・・・架台　　　　　１２・・・水受部材１４・・
・培地　　　　　１６・・・集水器１８・−・導管　　
　　　２０・・・水位検出筒２２．２４・・・ｔｉ　　
　２６・・・コントローラ２８・・・灌水装置　　　３
０・・・タイマ３２・・・計量シリンダ　３４・・・通
水路３６・・・電Ｉ＃ｉ　　　　　３８・・・切換スイ
ッチ４０・・・排水弁　　　　４２・・・自動開閉弁特
許出願人　　　住友電気工業株式会社同　　　　大洋興
業株式会社

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）培地の含有水分を測定して灌水装置の制御を行い
   培地の含有水分を設定範囲に保持するよう構成した培地
   を使用する養液栽培システムにおいて、 培地の底部内部または培地底部に集水器を設けると共に
   培地の外部に培地の底部と同レベルまたは前記底部より
   低レベル迄位置調整可能な構造を有する水位検出筒を設
   け、前記集水器と水位検出筒とを導管により接続し、前
   記水位検出筒内の水位を該水位検出筒に設定した下限レ
   ベルと上限レベルとで検出し、培地内水分を任意に設定
   した範囲内で灌水装置の灌水開始指令と灌水停止指令と
   をそれぞれ出力するよう構成したコントローラを設ける
   ことを特徴とする自動灌水制御装置。
2. （２）培地の外部に培地からの余剰水を集水し計量し得
   ると共に排水手段を有する計量シリンダを設け、この計
   量シリンダ内の水位を該計量シリンダに設定したレベル
   で検出して灌水装置の灌水停止指令を出力するようにし
   、水位検出筒に設定した上限レベルの検出により出力さ
   れる灌水停止指令と選択的に使用し得るよう構成してな
   る請求項１記載の自動灌水制御装置。
3. （３）計量シリンダによる灌水停止指令と水位検出筒に
   よる灌水停止指令との選択は、任意の灌水回数設定が可
   能な調整器または培地内肥料濃度測定器から発信される
   信号により自動的に切換選択し得るよう構成してなる請
   求項２記載の自動灌水制御装置。
4. （４）集水器は水位検出筒に連通する培地内または底部
   に挿入配置した開口端部に綿状織布、セラミックス、素
   焼状物質等の多孔質中空体構成物を取付けてなる請求項
   １乃至３のいずれかに記載の自動灌水制御装置。
5. （５）集水器は内部への根の侵入を防止する根切りシー
   トで被覆してなる請求項１乃至４のいずれかに記載の自
   動灌水制御装置。
6. （６）水位検出筒は、灌水装置の灌水開始時点の下限レ
   ベルを設定する水位検知電極と、灌水停止時点の上限レ
   ベルを設定する水位検知電極とをそれぞれレベル位置調
   整自在に設けてなる請求項１乃至３のいずれかに記載の
   自動灌水制御装置。
7. （７）計量シリンダは、灌水停止時点のレベルを設定す
   る水位検知電極をレベル位置調整自在に設けてなる請求
   項２記載の自動灌水制御装置。
8. （８）コントローラは、水位検出筒による灌水開始から
   灌水停止までの動作時間を越えて、灌水停止指令の出力
   を遅延するよう設定し得るタイマを設けてなる請求項１
   記載の自動灌水制御装置。
9. （９）培地は、ロックウール、砂、礫、燻炭、ピートモ
   ス、パーライト、バーミキュライト等のいずれか１つま
   たはこれらのうち２もしくはそれ以上の混合物からなる
   請求項１記載の自動灌水制御装置。