JPH044850B2 - - 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。

培地耕は、土耕栽培に比較して衛生的で、栽培
する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、植物に対する養液の濃度などの管
理が極めて重要である。

第３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の基礎としての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１４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１４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
し、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ず、また、養液
Wmに一定の濃度を設定するためには、高価な濃
度センサを必要とするものであつた。

このため、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が提案さ
れている。

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
して適正な濃度管理ができる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供給すべき養液
供給路（供給路３４）との間に介挿され前記希釈
水供給路から希釈水を受け、この希釈水で第１又
は第２の原液Ma，Mb又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
圧に応じて培地側に流し出す混合希釈化手段（混
合希釈器２２、混合希釈化タンク２３）と、この
混合希釈化手段に供給すべき前記第１の原液を溜
める第１の原液タンク２８Ａと、前記混合希釈化
手段に供給すべき前記第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
記混合希釈化手段との間の原液供給路に設置され
て前記第１の原液を前記混合希釈化手段に供給す
る第１の定量吐出器２６Ａと、前記第２の原液タ
ンクと前記混合希釈化手段との間の原液供給路に
設置されて前記第２の原液を前記混合希釈化手段
に供給する第２の定量吐出器２６Ｂと、前記第１
又は第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
２９に設置されて養液の濃度を検出する第１及び
第２の濃度センサ２７Ａ，２７Ｂ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混合希釈化手段に
供給すべき前記第１又は第２の原液の供給量を算
出する原液量演算部２４１が設置され、前記第１
の濃度センサで得られる検出信号と前記第２の濃
度センサの検出信号を比較して検出濃度の偏差を
求め、その偏差が基準以内か否かを表す判定信号
を発生する検出信号比較部２４２が設置され、こ
の検出信号比較部で得られた前記判定信号、前記
第１及び第２の濃度センサの一方又は双方の検出
信号を以て前記原液量演算部で算出された原液量
を補正する原液量補正部２４３が設置され、この
原液量補正部で得ら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又は第２の定量吐出器を動作
させ、前記第１又は第２の原液又は双方の原液を
前記混合希釈化手段に供給させる原液量制御装置
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によれば、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、養液Wmの濃度を検出
する第１および第２の濃度センサ２７Ａ，２７Ｂ
の検出出力を比較し、両者の検出誤差が一定範囲
内であるとき、第１および第２の濃度センサ２７
Ａ，２７Ｂの検出出力または第１および第２の濃
度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出出力によつて原液
量mnを補正して適正な原液量moを設定し、この
原液量mn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の流動変動に即応して原
液量mnが制御されるとともに、最終出力の養液
Wmの濃度の信頼性が高められる。

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を希釈水Wrとの混合希釈
化をいう。

そして、この栽培養液調合装置において、第１
および第２の濃度センサ２７Ａ，２７Ｂは、混合
希釈器２２の出力側に設置した濃度検出部２９の
養液Wm内または混合希釈化タンク２３の養液
Wm内に設置すれば、養液Wmの濃度を確実に検
出することができる。

〔第１実施例〕 第１図は、この発明の植物の栽培養液調合装置
の第１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
に混合希釈化手段として設置された混合希釈器２
２に供給される。この混合希釈器２２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２８Ａ，２８Ｂの第１およ
び第２の原液Ma，Mbは、電気的に制御される
原液供給手段として第１および第２の定量吐出器
２６Ａ，２６Ｂを介して混合希釈器２２に供給さ
れる。原液Ma，Mbの混合希釈器２２への供給
は、たとえば、定量吐出器２６Ａ，２６Ｂを通し
て必要な量の原液MaまたはMbが重力または特
定の圧力によつて滴下するように設定する。

また、混合希釈器２２の出力側の供給管路３０
には、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２９が設
けられ、この濃度検出部２９には第１および第２
の濃度検出手段として養液Wmの濃度を電気的に
検出する第１および第２の濃度センサ２７Ａ，２
７Ｂが設置されている。

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mnデータを読み出すように
する。Vwnは原液量信号を表わす。

また、養液Wmの濃度は、濃度検出部２９の養
液Wmから濃度センサ２７Ａ，２７Ｂによつてそ
れぞれ検出され、Vnaは濃度センサ２７Ａによつ
て得られた濃度Naを表わす濃度信号、Vnbは濃
度センサ２７Ｂによつて得られた濃度Nbを表わ
す濃度信号である。各濃度信号Vna，Vnbは、検
出出力を比較してその偏差から検出出力の異常を
検出する検出信号比較部２４２に加えられて、両
者の偏差を求め、その偏差値ΔNが一定の誤差範
囲内か否かを判定してその合否を表わす判定信号
Vgnを出力する。

そして、原液量演算部２４１の原液量信号
Vmn、検出信号比較部２４２の判定信号Vgnと
ともに、第１および第２の濃度センサ２７Ａ，２
７Ｂから濃度信号Vna，Vnbが原液量補正部２４
３に加えられる。原液量補正部２４３は、判定信
号Vgnが濃度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出異常を
表していないとき、養液Wmの出力側濃度Na，
Nbに応じて適正な原液量moに補正するが、判定
信号Vgnが濃度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出異常
を表しているとき、その異常を示す判定信号Vgn
に基づいて検出異常信号Vxを発生する。

この場合、判定信号Vgnが濃度センサ２７Ａ，
２７Ｂの検出異常を表していないとき、養液Wm
の出力側濃度Na，Nbによる原液量moの補正方
法としては、検出濃度Na，Nbの何れかを補正デ
ータとする方法、検出濃度Na，Nbの平均（たと
えば算術平均）値を補正データとする方法などが
あり、前者の方法には検出濃度Na，Nbの値の小
さいものまたは値の大きいものを採る方法、検出
濃度Na，Nbを交互に補正データとする方法など
がある。

何れの方法を採つた場合にも、原液量補正部２
４３は、その濃度信号Vnと設定濃度信号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。

濃度検出について異常が生じている場合には、
原液量mnを補正原液量moとして出力するととも
に、発生した検出異常信号Vxを検出異常警報器
３１に加え、検出異常警報器３１によつて養液
Wmの検出異常を告知させる。検出異常警報器３
１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２４３で得られた原液量
moを表わす原得量信号Vmoは、原液量供給制御
部２４２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の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定量吐出器２
６Ａ，２６Ｂの動作時間が制御されて、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
混合希釈器２２に供給される。

供給された原液Ma，Mbは、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、栽培地側に養液供
給路としての供給路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によつて栽培値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、養
液Wmの濃度を検出する濃度センサ２７Ａ，２７
Ｂの検出出力を比較し、両者の検出誤差が一定範
囲内になるとき、濃度センサ２７Ａ，２７Ｂの何
れかの検出出力または濃度センサ２７Ａ，２７Ｂ
の双方の検出出力によつて原液量mnを補正して
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が制御さ
れるとともに、最終出力の養液Wmの濃度の信頼
性を高めることができる。

ところで、この発明の植物の栽培養液調合装置
では、希釈水の流量と設定濃度とにより希釈レベ
ルを算出し、その算出結果に基づいて原液を希釈
する希釈器を用いており、フイードフオワード制
御により発生する誤差を補うために希釈後の養液
の濃度を測定し、その誤差に相当する補正を加
え、適正な希釈を行うようにしている。このよう
な濃度制御では、養液の濃度を測定する濃度測定
手段である第１及び第２の濃度センサ２７Ａ，２
７Ｂの信頼性が制御系全体の信頼性に大きく影響
を与える。そこで、制御系全体の信頼性を高める
ために２つの濃度センサ２７Ａ，２７Ｂが設置さ
れ、双方の検出信号を比較、判定することで、１
つの検出器による信頼性の低下を補うものであ
る。ここで、両濃度センサ２７Ａ，２７Ｂによる
比較判定は、両濃度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出
信号のレベルが特定の範囲内にあることを以て正
常と判定し、その濃度センサ２７Ａ，２７Ｂで得
られる濃度信号Vna，Vnbの何れか一方又は双方
で設定濃度を補正し、原液を希釈化するので、精
度の高い養液調合ないし希釈化が可能になるので
ある。濃度センサ２７Ａ，２７Ｂの両者が極端な
レベル差、特定の範囲内に無いときには、異常と
判定し、その場合には、濃度補正を行うことな
く、警報を発生させて告知させ、養液の濃度異常
の発生を未然に防止し、危険回避を実現している
のである。

また、濃度センサ２７Ａ，２７Ｂの検出異常を
その検出出力から知ることができ、濃度制御の異
常の発生を防止できる。

そして、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で構成し、原液量の制
御を行うことができる。

〔第２実施例〕 第２図は、この発明の植物の栽培養液調合装置
の第２実施例を示す。

第１図に示した実施例では、混合希釈器２２の
出力側に濃度検出部２９を設置して濃度センサ２
７Ａ，２７Ｂを設置したが、第２図に示すよう
に、混合希釈化手段として設置した混合希釈化タ
ンク２３の内部に第１および第２の濃度検出手段
としての濃度センサ２７Ａ，２７Ｂを設置し、各
濃度センサ２７Ａ，２７Ｂからの濃度信号Vna，
Vnbを濃度補正に用いてもよい。

この場合、混合希釈化タンク２３には、その内
部の養液Wmを撹拌して原液Ma，Mbと希釈水
Wrとの混合を速やかに行うための撹拌手段とし
て撹拌ポンプ３５を設置した撹拌管路３６が設置
されている。このような撹拌管路３６を設置すれ
ば、養液Wmの循環によつて混合希釈化タンク２
３の養液Wm渦流が生じて養液Wmが撹拌され、
養液Wmの混合希釈化を迅速に行うことができ
る。

その他の構成は、第１実施例と同様であるの
で、説明を省略する。

〔変形例〕

なお、各実施例では、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
を濃度設定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、養液濃度の検出
を第１および第２の濃度センサで行い、両者の検
出出力を比較してその異常の有無を検出しつつ、
設定濃度と検出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、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、培
地に供給することができ、信頼性の高い養液栽培
に寄与することができる。

【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
第１実施例を示すブロツク図、第２図はこの発明
の植物の栽培養液調合装置の第２実施例を示すブ
ロツク図、第３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……混合希釈器（混合希釈化手段）、２
３……混合希釈化タンク（混合希釈化手段）、２
４……原液量制御装置、２６Ａ……第１の定量吐
出器、２６Ｂ……第２の定量吐出器、２７Ａ……
第１の濃度センサ、２７Ｂ……第２の濃度セン
サ、２８Ａ……第１の原液タンク、２８Ｂ……第
２の原液タンク、２９……濃度検出部、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……検出信号比較部、２４３…
…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希釈水を受け、この希釈水で
   第１又は第２の原液又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
   応じて培地側に流し出す混合希釈化手段と、 この混合希釈化手段に供給すべき前記第１の原
   液を溜める第１の原液タンクと、 前記混合希釈化手段に供給すべき前記第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混合希釈化手段と
   の間の原液供給路に設置されて前記第１の原液を
   前記混合希釈化手段に供給する第１の定量吐出器
   と、 前記第２の原液タンクと前記混合希釈化手段と
   の間の原液供給路に設置されて前記第２の原液を
   前記混合希釈化手段に供給する第２の定量吐出器
   と、 前記第１又は第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
   されて養液の濃度を検出する第１及び第２の濃度
   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混合
   希釈化手段に供給すべき前記第１又は第２の原液
   の供給量を算出する原液量演算部が設置され、前
   記第１の濃度センサで得られる検出信号と前記第
   ２の濃度センサの検出信号を比較して検出濃度の
   偏差を求め、その偏差が基準以内か否かを表す判
   定信号を発生する検出信号比較部が設置され、こ
   の検出信号比較部で得られた前記判定信号、前記
   第１及び第２の濃度センサの一方又は双方の検出
   信号を以て前記原液量演算部で算出された原液量
   を補正する原液量補正部が設置され、この原液量
   補正部で得ら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又は第２の定量吐出器を動作させ、
   前記第１又は第２の原液又は双方の原液を前記混
   合希釈化手段に供給させ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。