JPH044848B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、養液栽培などに用いる植物の栽培
養液調合装置に係り、特に、肥料などの栽培に必
要な養液の高濃度原液などの混合ならびに農業用
水などによる高濃度養液の希釈化に関する。

〔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、繊維状物質などの人工的な培
養媒体に植物を植え付けて、育成上必要な肥料な
どの養分を水に溶かした養液を供給して栽培を行
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、栽培植物ごと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など、優れた
特徴を有しているが、植物に対する養液濃度など
の管理が極めて重要である。

第２図は、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に農業用水などの希釈水Wrとともに、養液
Wmの基礎として肥料など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Wrとを混合して原液Ｍを希
釈化することにより、植物の栽培に適した肥料濃
度の養液Wmを得る。

そして、この養液Wmは、圧送ポンプや濾過器
などからなる養液供給装置６および供給管路８を
経て栽培地１０に送られる。栽培地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を植え付けたベツド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
してのドリツプノズル１８を設ける。したがつ
て、供給管路８を通して圧送された養液Wmは、
分岐管１２を経てドリツプノズル１８から植物１
４の近傍に滴下して供給される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような養液栽培装置において、養液Wmの
調合は、植物１４に対して最適な肥料配分および
濃度などに設定することが必要であり、その肥料
配分や濃度は、植物ごとに異なる上、その生育状
態や気象条件などによつても大きく異なつている
ので、その都度、生育データや気象データを参照
しながら、養液Wmの肥料配分や濃度を設定する
ことが必要である。

従来、原液Ｍを希釈水Wrと混合して希釈化す
るための養液Wmの混合希釈化において、希釈水
Wrを吸入して引き込む流量wrに応じて原液量
mnを設定して養液Wmを得る希釈器では、希釈
水Wrの流量wrや圧力によつて原液Ｍの希釈倍率
が変動するため、一定の養液Wmの濃度を得るこ
とができず、自由に濃度変更を行うことができな
いものであつた。そこで、希釈倍率が変動した場
合、原液Ｍの肥料濃度を変更して対応しなければ
ならず、非常に面倒な作業を必要としていた。

また、従来の養液Wmの調合を自動化したもの
として、養液混合希釈化装置２に一定量の希釈水
Wrを取り込んだ後、その中に特定濃度の原液Ｍ
を徐々に入れて養液Wmの濃度を濃度センサなど
を用いて監視しながら、必要な濃度を設定するも
のがある。これは、希釈水Wrを一定量単位で取
り込んで養液Wmを調合するので、濃度補正を連
続的に行う手数はないが、養液Wmの調合量が一
定量ごとに行われるので、調合した養液Wmの連
続的な供給制御を行うことができなかつた。

このため、発明者は濃度設定に対して希釈水
Wrの流量wrに応じて原液Ｍの供給量を連続的に
制御して養液Wmを得る植物の栽培養液調合装置
を提案した。

そこで、この発明は、濃度設定および希釈水の
流量に応じて調合された養液の濃度データを参酌
して培地に供給すべき養液濃度の管理を容易にし
た植物の栽培養液調合装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の植物の栽培養液調合装置は、希釈水
Wrが供給される希釈水供給路（供給管路３０）
と培地（栽培地１０）に養液Wmを供給すべき養
液供給路（供給路３４）との間に介挿されて前記
希釈水供給路から前記希釈水を受け、前記希釈水
で第１または第２の原液Ma，Mbまたは双方の
原液を希釈して前記養液を形成し、その養液を前
記希釈水の水圧に応じて前記培地側に流し出す養
液混合希釈器２２と、前記第１の原液を溜める第
１の原液タンク２８Ａと、前記第２の原液を溜め
る第２の原液タンク２８Ｂと、前記第１の原液タ
ンクと前記養液混合希釈器との間の原液供給路に
設置されて前記第１の原液を前記養液混合希釈器
に供給する第１の定量吐出器２６Ａと、前記第２
の原液タンクと前記養液混合希釈器との間の原液
供給路に設置されて前記第２の原液を前記養液混
合希釈器に供給する第２の定量吐出器２６Ｂと、
前記第１または第２の定量吐出器を駆動する駆動
手段（定量吐出器駆動回路３２）と、前記希釈水
供給路に設置されて前記希釈水の流量を検出する
流量センサ２０と、前記養液供給路に設けられた
濃度検出部２５に設置され、前記養液中のイオン
量に基づく電気伝導度を以て前記養液の濃度を検
出する濃度センサ２３と、前記流量センサからの
流量データと、予め栽培条件によつて設定される
濃度データとから前記養液混合希釈器に供給すべ
き第１または第２の原液の供給量を算出する原液
量演算部２４１とともに、この原液量演算部で算
出された原液供給量を前記濃度センサで得られた
濃度データで補正する原液量補正部２４２が設置
され、この原液量補正部で補正された補正原液量
に基づく制御出力を発生し、この制御出力に応じ
て前記駆動手段を通して前記第１または第２の定
量吐出器を動作させ、前記第１の原液または前記
第２の原液または双方の原液を前記養液混合希釈
器に供給される原液量制御装置２４とを備えたこ
とを特徴とする。

〔作用〕

この栽培養液調合装置では、養液Wmの濃度設
定および希釈水Wrの流量wrに対して必要な原液
量mnが得られるが、この原液量mnを養液Wmの
濃度データによつて補正し、適正な原液量moを
設定し、この原液量moに設定された原液Ｍと希
釈水Wrとを混合するので、希釈水Wrの流量変動
に即応して原液量moが供給され、最終出力の養
液Wmの濃度を常に監視しつつ、設定された濃度
の養液Wmの調合が連続的に行われる。したがつ
て、このようにすれば、原液供給手段（定量吐出
器２６Ａ，２６Ｂ）の精度が高くなくても、養液
Wmの濃度を安定化させることが可能である。

この場合、養液Wmの調合は、複数の原液Ma，
Mbを用いる場合には各原液Ma，Mbおよび希釈
水Wrの混合希釈化、また、単一の原液Ｍを用い
る場合にはその原液Ｍと希釈水Wrとの混合希釈
化をいう。

そして、この発明の植物の栽培養液調合装置に
おいて、原液量mnの制御は、養液Wmの設定濃
度に対して希釈水Wrの流量wrに応じた原液量
mnを演算する原液量演算部２４１と、この原液
量演算部２４１の出力原液量を養液濃度検出手段
（濃度センサ２３）の出力に応じて補正する原液
量補正部２４２とを用いて行えば、設定濃度Xn
および希釈水Wrの流量wrに応じて算出される原
液量mnに対して最終出力としての養液濃度によ
つて適正な原液量moに補正し、常に安定した濃
度を持つ養液Wmを連続して得ることができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の植物の栽培養液調合装置
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、たとえば、地下水、雨水などの農業用水を用
いる。この希釈水Wrは、図示していないタンク
などから希釈水供給路としての供給管路３０を通
して連続的に供給されるが、供給管路３０の途上
に、希釈水Wrの流量wrを検出する流量検出手段
として流量センサ２０が設置され、この流量セン
サ２０によつて希釈水Wrの流量wr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。

そして、希釈水Wrは、原液Ｍと混合するため
の養液混合希釈化手段として設置された養液混合
希釈器２２に供給される。そして、養液混合希釈
器２２は、供給管路３０の一部で構成するもの、
供給管路３０を構成する管路に断面積の大きいエ
リアを形成したもの、または、供給管路３０とは
別に養液Wmを調合しかつ貯留する養液混合希釈
化装置を設置したものでもよく、この実施例で
は、供給管路３０を構成する管路に断面積の大き
いエリアを形成したものである。

この希釈水Wrに対して供給するための第１お
よび第２の肥料原液Ma，Mbを溜める原液貯留
手段として第１および第２の原液タンク２８Ａ，
２８Ｂが設置されており、これら原液タンク２８
Ａ，２８Ｂの原液Ma，Mbは、電気的に制御さ
れる原液供給手段としての第１および第２の定量
吐出器２６Ａ，２６Ｂを介して養液混合希釈器２
２に供給される。原液Ma，Mbの養液混合希釈
器２２への供給は、たとえば、定量吐出器２６
Ａ，２６Ｂを通して圧入される。

また、養液混合希釈器２２の出力側の供給管路
３０には、養液混合希釈器２２によつて調合され
た養液Wmの濃度を検出するための濃度検出部２
５が設けられ、この濃度検出部２５には濃度検出
手段として養液Wmの濃度を電気的に検出する濃
度センサ２３が設置されている。周知のように、
養液Wm中のイオン量が肥料濃度に依存し、それ
が電気伝導度に比例していることから、養液Wm
中に電極を浸し、その電極間に流れる電流値を測
定する手段として濃度センサ２３が用いられる。
肥料等を水に溶かすと、イオン化し、水の電気伝
導度が変化する。この電気伝導度によつて肥料濃
度を測定することができるが、電気伝導度は、温
度が上昇すると、高くなるので、実際には温度補
正によつて養液Wmの濃度を算出する。

そして、流量センサ２０で得られた流量信号
Vwrは、原液量制御手段として設置された原液
量制御装置２４の原液量演算部２４１に加えられ
る。原液量演算部２４１は、刻々と変化する流量
信号Vwrによつ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とから、その濃度Xn
を得るのに必要な原液量mnを算出する。たとえ
ば、この原液量演算部２４１は、流量データと濃
度データに対して、流量データに応じた原液量デ
ータを記憶した記憶手段を設置しておき、流量デ
ータと濃度データの入力によつて、必要な原液量
データを読み出すようにしてもよく、また、演算
式を用いて行うようにしてもよい。

この原液量演算部２４１によつて算出された原
液量mnを表わす原液量信号Vmnは、養液Wmの
濃度に応じて適正な原液量moに補正する原液量
補正部２４２に加えられる。原液量補正部２４２
は、濃度センサ２３からの濃度信号Vnと濃度設
定信号Xnとを比較してその偏差を求め、その偏
差を用いて原液量演算部２４１からの原液量mn
を表わす原液量信号Vmnを補正して、適正な原
液量moを表わす原液量信号Vmoを出力する。

また、原液量補正部２４２は、原液量補正を特
定時間行つても、設定濃度と実際の養液Wmの濃
度との間の誤差が大きくなり、その補正が行われ
ない場合には、その誤差が一定値以上となつたと
きに濃度異常信号Vxを発生する。このような濃
度異常は、たとえば、原液Ma，Mbの不足や定
量吐出器２６Ａ，２６Ｂの故障などによつて生じ
る。この濃度異常信号Vxを取り出して濃度異常
警報器３１を駆動し、その濃度異常を告知させる
ことができる。濃度異常警報器３１は、ランプな
どの光学的手段、ブザーなどの音響発生手段など
で構成できる。

そして、原液量補正部２４２で得られた原液量
moを表わす原液量信号Vmoは、原液量供給制御
部２４３に加えられて、必要な原液量moを供給
するための原液制御信号Vcmを発生する。この
場合、たとえば、原液量信号Vmoに基づいて原
液Ma，Mbについて配合比率も同時に演算し、
たとえば、濃度データに応じて自動的に各原液
Ma，Mbの配合比率を設定すれば、濃度の決定
に対して配合比が得られる。したがつて、原液制
御信号Vcmは、必要な濃度を設定するための原
液Ma，Mbの量と、その配合比率を表わすデー
タ信号である。

原液制御信号Vcmは、原液供給手段の駆動手
段として設置された定量吐出器駆動回路３２に加
えられ、定量吐出器駆動回路３２は原液制御信号
Vcmに応じた駆動信号Va，Vbを出力して各定量
吐出器２６Ａ，２６Ｂに加える。定量吐出器２６
Ａ，２６Ｂは、原液制御信号Vcmに設定された
原液Ma，Mbの供給比率に対して開閉時間が制
御されて、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または原液Mb
あるいは双方が養液混合希釈器２２に供給され
る。

供給された原液Ma，Mbは、養液混合希釈器
２２の内部で希釈水Wrの水流に応じて撹拌され
て必要な濃度の養液Wmが得られ、栽培地側に供
給管路３４を通して供給される。その場合、養液
Wmは、第２図に示したように、養液供給装置６
によつて栽培地１０に必要な圧送圧力を以て送ら
れる。

したがつて、このような栽培養液調合装置によ
れば、養液Wmの原液濃度が設定されると、希釈
水Wrの流量wrに応じて必要な量の原液Ma，Mb
を供給して調合し、希釈水Wrの流量変動に即応
して必要な原液Ma，Mbの供給量を制御すると
ともに、設定濃度と養液Wmの濃度とを比較して
その偏差を求め、その偏差に応じて原液量mnを
適正な原液量moに補正するので、常に、安定し
た濃度の養液Wmが得られる。また、実施例の原
液量制御装置２４は、マイクロコンピユータなど
の演算処理装置によつて構成し、原液量制御を実
現することができる。

ところで、この植物の栽培養液の調合におい
て、原液を希釈する方法は、先ず希釈水の流量を
検出し、設定された濃度になるように理論値を出
し、定量吐出器をフイード・フオワード制御を行
つている。この関係は、濃度データに応じた駆動
信号Va，Vbを得ていることから明らかである。
即ち、この制御を行う場合、流量計、定量突出
器、肥料原液濃度に誤差があるため、設定された
濃度に希釈できるとは限らない。このため、希釈
された養液濃度を濃度センサで測定し、その測定
値と設定濃度とを比較し、その差を算出すること
が必要となる。このような差の算出は、次回の希
釈動作に参酌され、前回の誤差を補正するように
理論値を補正してフイード・フオワード制御を行
うのである。植物の栽培では、迅速な制御は不要
であり、多少の誤差があつても、それが枯死等に
繋がるものではなく、このような緩やかな制御可
能である。そして、このような理論値の補正を繰
り返すことで、誤差の無い理想的な希釈が可能に
なる。この栽培養液の調合は、基本的にはフイー
ド・フオワード制御を行つているが、用いられて
いる機器の誤差をフイードバツクして理論値即
ち、目標値を補正している点で一種の学習制御を
行つているのである。

なお、実施例では、第１および第２の原液タン
ク２８Ａ，２８Ｂを設置して二種の原液Ma，
Mbを用いた場合について説明したが、予め必要
な成分の肥料を配合して必要な原液タンクを設定
し、または、肥料間の化合による不都合を回避す
るために肥料ごとに原液タンクを設置して、肥料
を設定濃度に応じて配合してもよい。

また、この発明は、第１の原液タンク２８Ａに
肥料原液を貯留し、第２の原液タンク２８ＢにPH
濃度補正原液を貯留すれば、PH濃度の補正に利用
できる。

〔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るとともに、設定濃度と養液
濃度とを比較してその誤差によつて原液量を補正
するので、常に、設定された原液濃度の養液を混
合、希釈化して連続的に調合しかつ培地に供給で
き、しかも、供給される養液は常に適正な濃度に
設定されるので、植物の育成を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の植物の栽培養液調合装置の
実施例を示すブロツク図、第２図は植物の一般的
な養液栽培装置の概要を示すブロツク図である。 Wm……養液、Wr……希釈水、Ma……第１の
原液、Mb……第２の原液、２０……流量セン
サ、２２……養液混合希釈器、２３……濃度セン
サ、２４……原液量制御装置、２５……濃度検出
部、２６Ａ……第１の定量吐出器、２６Ｂ……第
２の定量吐出器、２８Ａ……第１の原液タンク、
２８Ｂ……第２の原液タンク、３０……供給管路
（希釈水供給路）、３１……濃度異常警報器、３２
……定量吐出器駆動回路（駆動手段）、３４……
供給路（養液供給路）、２４１……原液量演算部、
２４２……原液量補正部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 希釈水が供給される希釈水供給路と培地に養
   液を供給すべき養液供給路との間に介挿されて前
   記希釈水供給路から前記希釈水を受け、この希釈
   水で第１または第２の原液または双方の原液を希
   釈して前記養液を形成し、その養液を前記希釈水
   の水圧に応じて前記培地側に流し出す養液混合希
   釈器と、 前記第１の原液を溜める第１の原液タンクと、 前記第２の原液を溜める第２の原液タンクと、 前記第１の原液タンクと前記養液混合希釈器と
   の間の原液供給路に設置されて前記第１の原液を
   前記養液混合希釈器に供給する第１の定量吐出器
   と、 前記第２の原液タンクと前記養液混合希釈器と
   の間の原液供給路に設置されて前記第２の原液を
   前記養液混合希釈器に供給する第２の定量吐出器
   と、 前記第１または第２の定量吐出器を駆動する駆
   動手段と、 前記希釈水供給路に設置されて前記希釈水の流
   量を検出する流量センサと、 前記養液供給路に設けられた濃度検出部に設置
   され、前記養液中のイオン量に基づく電気伝導度
   を以て前記養液の濃度を検出する濃度センサと、 前記流量センサからの流量データと、予め栽培
   条件によつて設定される濃度データとから前記養
   液混合希釈器に供給すべき前記第１または第２の
   原液の供給量を算出する原液量演算部とともに、
   この原液量演算部で算出された原液供給量を前記
   濃度センサで得られた濃度データで補正する原液
   量補正部が設置され、この原液量補正部で補正さ
   れた補正原液量に基づく制御出力を発生し、この
   制御出力に応じて前記駆動手段を通して前記第１
   または第２の定量吐出器を動作させ、前記第１の
   原液または前記第２の原液または双方の原液を前
   記養液混合希釈器に供給される原液量制御装置
   と、 を備えたことを特徴とする植物の栽培養液調合装
   置。 ２ 前記原液量制御装置は、設定濃度に対して養
   液濃度の誤差が大きくなつたとき、濃度異常信号
   を発生するように構成し、前記濃度異常信号によ
   つて警報器を動作させるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の植物の栽培養
   液調合装置。