(57)【要約】【課題】より少ない培養液供給設備で複数条件の培養液を供給すること【解決手段】本発明の培養液供給装置では、異なる肥料成分比もしくは異なる肥料濃度の培養液を貯蔵する複数の培養液貯蔵タンクを有する。さらに貯蔵タンクの培養液を所定の栽培槽へ供給するための栽培槽選択機構を有する。これにより、任意の培養液貯蔵タンクの培養液を任意の栽培槽へと供給できる。さらに、栽培槽選択機構の構成として、すべての貯蔵タンクからの培養液を受ける混合タンク、各栽培槽へとつながるホースの先端が並ぶポートアレイ、混合タンクの出力を所定のホースへと出力するためのロボットアームを有し、ロボットアームは混合タンクの底に接続されたホースの他端をポートアレイ上の所定の位置へと移動できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物育成用の培養液供給装置であって、異なる肥料濃度もしくはことなる肥料組成比の培養液を貯蔵する複数の貯蔵タンク、単一の栽培槽選択機構を有し、すべての貯蔵タンクの培養液が前記栽培槽選択機構を経由して栽培鉢へ供給されることを特徴とする培養液供給装置
【請求項２】
請求項1の培養液供給装置であって、培養鉢選択機構が貯蔵タンクからの培養液を受ける単一のタンクとロボットアームからなることを特徴とする培養液供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物工場の液肥を混合した培養液の供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物工場における培養液の供給は自動で行われることが好ましい。特許文献1には培養液を自動で供給する装置が開示されている。特許文献1では複数の肥料用タンクを備え、それらからの液肥を希釈混合槽で混合、撹拌したうえで栽培槽へと供給する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2013-55895
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、植物工場内には複数の栽培槽が設置されている。そしてそれぞれの槽へ供給する培養液の肥料成分の濃度や組成比を槽毎に異なる値としたい場合がある。植物の育成に最適な肥料成分の濃度や組成比を得ることは植物工場における重要な課題である。通常、この課題解決には膨大なデータが必要である。そこで、培養液の濃度の微妙に異なる複数条件で量産する野菜の栽培を並行して行い、その結果を比較することによって最適な肥料成分の濃度や組成比へと近づけてゆくといった手法が考えられる。このような手法を用いる場合、特許文献1の装置を用いる場合、肥料成分の条件数と同数以上の培養液供給装置を設置することが必要となる。このため、コスト削減を目的として、より少ない培養液供給設備で複数条件の培養液を供給できる培養液供給の実現が課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の培養液供給装置では、異なる肥料成分比もしくは異なる肥料濃度の培養液を貯蔵する複数の培養液貯蔵タンクを有する。さらに貯蔵タンクの培養液を所定の栽培槽へ供給するための栽培槽選択機構を有する。これにより、任意の培養液貯蔵タンクの培養液を任意の栽培槽へと供給できる。さらに、栽培槽選択機構の構成として、すべての貯蔵タンクからの培養液を受ける混合タンク、各栽培槽へとつながるホースの先端が並ぶポートアレイ、混合タンクの出力を所定のホースへと出力するためのロボットアームを有する。ロボットアームは混合タンクの底に接続されたホースの他端をポートアレイ上の所定の位置へと移動できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の培養液供給装置では、各貯蔵タンク内の培養液を任意の栽培槽へと供給できる。このため、各貯蔵タンクの培養液を任意の比率で栽培槽へと供給できる。このため、一つの培養液供給装置で異なる肥料成分の濃度や組成比で栽培する複数の栽培槽への培養液の供給が可能となり低コストに装置を構成できる。また本発明の培養選択機構での可動部はロボットアームとそれに接続されたホースのみであるため、培養液選択機構に必要とされるモーターを小型、低パワーなもので十分とされ、低コストに装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】植物栽培システムの模式図
【図２】植物育成槽部の模式図(側面図)
【図３】植物育成槽部の模式図(上面図)
【図４】植物育成カップの例1
【図５】植物育成カップの例2
【図６】植物固定板に植物育成カップを設置した状態の模式図(断面図)
【図７】メインタンクの模式図
【図８】トップタンク、混合タンク、ロボットアーム、ポートアレイの模式図(上面図)
【図９】トップタンク、混合タンク、ロボットアーム、ポートアレイの模式図(側面図)
【実施例】
【０００８】
図1に植物栽培システム1の模式図を示す。栽培システム1には植物を栽培するための棚である植物育成棚101があり、棚の各段には植物に光を照射するためのLEDボード102と植物育成槽部200が取り付けられている。図1では棚は3段で格段にLEDボード102が一つと植物育成槽部200が3つ設置されている。植物育成槽部200には水が張られており、そこで植物を栽培している。また植物栽培システム1には培養液給水装置300が設置されている。
【０００９】
図2に植物育成槽部200を横から見た場合の模式図を示す。植物育成槽部200は水槽201と植物固定板202、複数のスペーサー203、水位センサー204を主たる構成要素としている。植物固定板202は水槽201の上にスペーサー203を介して被さっている。植物固定板202は後述する植物育成カップ210を固定する役目とLEDボード102から照射される光を遮蔽して水槽201内の水に光が照射されないようにする役目がある。水槽201内の水に光が照射されると水内での藻の成長を促進し好ましくない。これを抑制するため、植物固定板202は光を遮蔽するよう光を透過しない材料で作られることが好ましい。スペーサー203は水槽201内と外部の気流のやりとりを可能とする目的で取り付けられている。スペーサー203がないと、植物固定板202により水槽201内部が密閉されてしまい、植物を育成するにしたがって、内部の酸素が欠損する恐れがある。
【００１０】
図3に植物固定板202の上面図を示す。植物固定板202には複数の開口部205が設けられている。水槽２０１上にスペーサー203を介して設置された植物固定板202の開口部205に植物育成カップ210を挿入して植物を育成する。
【００１１】
図4に植物育成カップ210の断面図の一例を示す。植物カップ210は円筒状で上面と下面が開口している。図4では上面の直径は植物固定板202の開口部205より大きく、下面の直径は植物固定板202の開口部205より小さくなっている。これにより、植物育成カップ210を植物固定板202の開口部205に挿入したときに植物育成カップ210が抜け落ちることなく固定される。図5に別の例の断面図を示す。こちらは筒の上部に出っ張りがあり、これにより植物固定板202の開口部205に挿入したときに植物育成カップ210が抜け落ちることなく固定される。
【００１２】
図6に植物固定板202に植物育成カップ210を設置した状態の断面図を示す。植物育成カップ210内には不織布211が敷かれ、さらにその中に培地212が敷き詰められている。図6では点線で表されている領域が水を表している。植物育成カップ210の底面は水中に位置することが必要である。また、本実施例では培地212として土を使用している。このため、植物育成カップ210の底から培地212が零れ落ちないように不織布211を敷いてある。培地として植物育成カップ210の底から零れ落ちることのないものを使用する場合には不織布211は不要である。このような培地としてはロックウールやウレタンが挙げられる。図6では培地212が植物固定板202より上まで敷き詰められている。この場合、培地202が遮光性の材料であるならば植物育成カップ210は透明材料で構成されていてもかまわない。これは、培地202が遮光性の材料であるならば植物育成カップ210は透明材料で構成されていてもLEDボード102の光は水槽201の水に届かないことよる。逆に、培地202の上面が植物固定板202より低い場合には植物育成カップ210は遮光性の材料で構成されることが好ましい。
【００１３】
次に植物育成部に給水を行う培養液給水装置300について説明する。培養液給水装置300はメインタンク301、トップタンク401、混合タンク410、ロボットアーム412、ポートアレイ412を主たる構成要素とする。
【００１４】
図7にメインタンク301の模式図を示す。培養液栽培装置300には複数のメインタンク301が設置されている。図7では3つのメインタンク301が設置されている。各メインタンク301は植物栽培用の水を貯めるタンクで、中にメインポンプ302とメインポンプエンプティセンサー303が設置されている。各メインタンク301内にはそれぞれ異なる成分比の液肥の溶かし込まれた水が蓄えられている。メインポンプ302はメインタンク内の水をくみ上げるポンプでポンプの出口には図示しないホースが取り付けられており、ホースの他端はトップタンク401に接続されている。これにより、メインポンプ302を稼働させるとメインタンク301内の水はトップタンク401に供給される。
【００１５】
図8、図9にトップタンク401、混合タンク410、ロボットアーム411、ポートアレイ412の模式図を示す。図8は上面図で図9は側面図である。トップタンク401はメインタンク301と同数存在する。本実施例では3つ存在する。トップタンク401内にトプタンクエンプティセンサー403、トップタンクエラーセンサー404が取り付けられている。
【００１６】
各トッタンク401にはメインタンク301からのホース端がそれぞれのタンクに一つずつ接続されている。これにより、メインタンク301から供給された水は一旦、トップタンク401に蓄えられる。 このように本実施例では貯蔵タンクとしてメインタンクとトップタンクの二段構成をとっている。これはトップタンク402の水位を略一定にたもち、それにより、トップポンプ402の動作時間と起用給水量の関係を一定に保つ目的による。
【００１７】
各トップタンク401内のトップポンプ402は水をくみ上げるポンプで、その出口はホースに接続され、ホースの他端は混合タンク410に接続されている。このホースの混合タンク410側の端はトップタンク401の上面より高い位置に位置している。ホースの混合タンク410側の端がトップタンク401の水位より低いとトップポンプ402を止めても水が流れ続ける可能性がある。これを防止するために、ホースの混合タンク410側の端はトップタンク401の上面より高い位置に位置している。また各トップタンク402には図示しないトップタンクエンプティセンサー403と、図示しないトップタンクエラーセンサー404が取り付けられている。
【００１８】
混合タンク410は筒状のタンクで、内壁の底はすり鉢状になっており、その中央には開口部があり。その開口部にホースが取り付けられている。このホースの他端はロボットアーム411の先端に接続されている。また、混合タンク410の底の開口部はロボットアーム411の先端より高い位置に設置されている。このため、トップポンプ402を動作させるとトップタンク401内の水は混合タンク410に供給され、そのまま、ロボットアーム411の先端に流れ落ちる。
【００１９】
ポートアレイ412は前後左右に並んだ給水口の配列である、各給水口は上面が開口された円筒状の筒で底は鉢状になっており、その中央には開口部がありその開口部に図示されないホースが取り付けられている。給水口の数は植物育成槽部200の数と同数で、本実施例では9個である。各給水口にとりつけられたホースの他端はそれぞれの水槽201に接続されている。ポートアレイ412はその底面が最上段の水槽の上面よりも高い位置になるように設置されている。給水時には給水したい水槽201に接続されたホースの取り付けてある給水口の上部にロボットアーム先端を移動させた後に、所定のトップポンプ402を動作させる。これによりトップポンプ402内の水が給水したい水槽201に給水される。
【００２０】
次に水位センサー204,メインタンクエンプティセンサー303、トップタンクエンプティセンサー403, トップタンクエラーセンサー404について説明する。これらはみな同じ方式のセンサーで、水位が基準値より高いか低いかを判定するセンサーである。
【００２１】
これらのセンサーの具体的な方式の例としては所定の間隔を隔てた平行電極が挙げられる。平行電極の双方の電極の一部が水につかっている場合、平行電極に電位を印可すると微弱な電流が流れる。流れる電流量は水内のイオン濃度とイオンの移動度により決まる。一方平行電極の少なくとも一方の電極が全く水に触れていないと、平行電極に電位を印可しても電流が流れない。このため、平行電極の下端を基準水位に設定しておけば、電位を加えた時の電流の有無により水面が基準水位より高いか低いかを判定できる。
【００２２】
水位センサー204は植物育成カップの底面より高い水位が基準値となるように設置されている。メインタンクエンプティセンサー303はメインタンク301の水位が満タン水位の1/4程度に基準値が設定されている。トップタンクエンプティセンサー403の水位はメインタンク301からの一回の給水でトップタンク401が満タンとなる水位よりやや低めに基準値が設定されている。トップタンクエラーセンサー404の基準値はトップタンクエンプティセンサー403の基準値より、トップタンク401からの一回の給水の最大量だけ低い水位よりやや低い水位に設定されている。
【００２３】
次に本システムの設定例について説明する。本実施例の3つのメインタンクにはそれぞれ表1に示した配合で肥料成分を混合した水を投入する。表1の数値の単位はppmである。表１に示したのは代表的な成分で、表には省略しその他の成分も含まれる。また、本実施例の各水槽201に供給する一回の給水あたりの各タンクからの供給量を表2に示す。表2で数値の単位はccである。例えばユニットID2の水槽には一回の給水でタンク1の培養液を50ccとタンク2の培養液を50cc投入する。このように設定することにより、植物栽培の肥料の各要素の濃度依存性を評価できる。本実施例では3系統の貯蔵タンクにより、9種類の条件の培養液の供給を実現している。また、ここにあげた例では各水槽ごとに成分比を設定したが、同一の水槽に対して植物の成長の段階に合わせて、肥料成分の濃度を変化させるように設定することも可能である。
【表１】
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【表２】
2020014404.tif 000003
【００２４】
次にシステムの動作について説明する。植物の育成は植物栽培プログラムにより管理され、LEDの点灯、消灯、水の供給は自動で行われる。ここでは水の自動供給について説明する。植物栽培プログラムは所定の間隔で水位センサー204の値を計測する。そして水位が基準値以下となっている水槽201が見つかると給水処理ルーチンヘと処理を移す。その際、給水処理ルーチンに引数として、水槽ユニット番号、タンクの番号、給水量を渡す。なお、各水槽ユニットの各タンクからの一回の給水量は事前にユーザーによりプログラムに設定されている。例えば、表2のユニットID2への給水の場合、まず、ユニットID=2, タンクID=1,給水量=50cc を引数として給水処理ルーチンに処理を移す。処理が戻ってきたら次に、ユニットID=2, タンクID=2,給水量=50cc を引数として給水処理ルーチンに処理を移す。
【００２５】
給水処理ルーチンは、まず、ロボットアーム411の先端をポートアレイ412の所定の給水口の上に移動させる。次に指定されたタンクIDのトップタンク401のトップタンクエンプティセンサー403、エラーセンサー404の値を確認する。エラーセンサー404の水位が基準値以下である場合にはエラーレポートをユーザーに送るとともに給水を中止する。
【００２６】
次にトップタンクトップタンクエンプティセンサー403の値を確認する。水位が基準値以下の場合には、関連するメインタンク301のメインポンプ302を一定時間ONさせてトップタンクへの給水を行う。さらにその後再度トップタンクのエンプティセンサーの計測を行い、トップタンク402の水位が基準値以下である場合にはエラーレポートをユーザーに送るとともに給水を中止する。そうでない場合は次のステップへ進む。
【００２７】
次のステップでは給水を行ったメインタンク301のメインタンクエンプティセンサー302の値が基準値以下どうかを確認する。基準値以下の場合はユーザーにレポートを送信し、補給を促す。この段階ではまだメインタンク301には十分な水が残っているので給水は直ちに行わなくても、メインタンク301が空になるまでに行えば問題ない。
【００２８】
次に、トップポンプ401を要求された供給量に対応する時間だけONすることにより、要求された量の給水を行う。
【００２９】
このような手順により各水槽201の水位を略一定に維持するとともに、水槽ごとに所定の肥料成分比の培養液を供給できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は植物工場における植物栽培における培養液供給設備に関するものであるが、培養液を使用するその他のシステム、例えば魚介類の養育システムにも応用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
1 植物栽培システム
101 植物育成棚
102  LEDボード
200 植物育成槽部
201 水槽
202 植物固定板
203 スペーサー
204 水位センサー
205 開口部
210 植物育成カップ
211 不織布
212 培地
300 培養液給水装置
301 メインタンク
302 メインポンプ
303 メインタンクエンプティセンサー
401 トップタンク
402 トップポンプ
403 トップタンクエンプティセンサー
404 トップタンクエラーセンサー
410 混合タンク
411 ロボットアーム
412 ポートアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020014404.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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