(57)【要約】【課題】養液の肥料成分濃度を正確に管理できる給液装置を提供する。【解決手段】原水供給部12は、原水ｗを供給する。肥料供給部13は、肥料fa，fbを供給する。混合部14は、原水供給部12から供給される原水ｗと肥料供給部13から供給される肥料fa，fbとを混合して養液とする。第１電気伝導度測定部40は、原水供給部12によって供給する原水ｗの電気伝導度を測定する。第２電気伝導度測定部61は、混合部14で混合された養液の電気伝導度を測定する。コントローラ16は、第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度と第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度とに基づき、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する原水供給部と、
肥料を供給する肥料供給部と、
前記原水供給部から供給される前記原水と前記肥料供給部から供給される前記肥料とを混合して養液とする混合部と、
前記原水供給部によって供給する前記原水の電気伝導度を測定する第１電気伝導度測定部と、
前記混合部で混合された前記養液の電気伝導度を測定する第２電気伝導度測定部と、
前記第１電気伝導度測定部で測定される前記原水の電気伝導度と前記第２電気伝導度測定部で測定される前記養液の電気伝導度とに基づき、前記肥料供給部による前記肥料の供給を制御するコントローラと
を具備することを特徴とする給液装置。
【請求項２】
前記原水供給部は、原水を供給する原水供給路を有し、
前記第１電気伝導度測定部は、前記原水供給路に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の給液装置。
【請求項３】
前記原水供給部によって供給する前記原水の流量を測定する流量計を具備し、
前記コントローラは、前記原水供給部による前記原水の供給開始時には、前記流量計によって測定される前記原水の流量に比例して前記肥料供給部による前記肥料の供給を制御し、前記原水の供給開始から所定時間経過後には、前記第１電気伝導度測定部で測定される前記原水の電気伝導度と前記第２電気伝導度測定部で測定される前記養液の電気伝導度とに基づき、前記肥料供給部による前記肥料の供給を制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載の給液装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、養液の給液装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば農作物の養液栽培に用いられる養液の給液装置では、原水と肥料とを混合して養液を作製し、この養液を栽培ベッドの培地に供給している。
【０００３】
このような養液の給液装置では、養液の肥料成分濃度を一定にするために、流量比例制御または電気伝導度比例制御を行うことが知られている。流量比例制御では、原水の流量に比例して、原水に混合する肥料の導入量を制御している。また、電気伝導度比例制御では、養液の給液出口側に設けた電気伝導度測定部によって養液の肥料成分濃度と比例関係にある養液の電気伝導度を測定し、測定された電気伝導度が目標電気伝導度となるように、原水に混合する肥料の導入量を制御している。
【０００４】
そして、電気伝導度比例制御では、養液の電気伝導度を測定することで、実際の養液の肥料成分濃度を管理しようとするものであるが、養液の電気伝導度を測定した場合に、原水自体に含まれる肥料成分やイオン濃度も測定してしまう。
【０００５】
そのため、電気伝導度比例制御では、原水自体の電気伝導度が高い場合には養液の肥料濃度が薄くなるなど、養液の肥料成分濃度を正確に管理することが難しい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９８０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、養液の肥料成分濃度を正確に管理できる給液装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の給液装置は、原水を供給する原水供給部と、肥料を供給する肥料供給部と、前記原水供給部から供給される前記原水と前記肥料供給部から供給される前記肥料とを混合して養液とする混合部と、前記原水供給部によって供給する前記原水の電気伝導度を測定する第１電気伝導度測定部と、前記混合部で混合された前記養液の電気伝導度を測定する第２電気伝導度測定部と、前記第１電気伝導度測定部で測定される前記原水の電気伝導度と前記第２電気伝導度測定部で測定される前記養液の電気伝導度とに基づき、前記肥料供給部による前記肥料の供給を制御するコントローラとを具備するものである。
【０００９】
請求項２記載の給液装置は、請求項１記載の給液装置において、前記原水供給部は、原水を供給する原水供給路を有し、前記第１電気伝導度測定部は、前記原水供給路に設けられているものである。
【００１０】
請求項３記載の給液装置は、請求項１または２記載の給液装置において、前記原水供給部によって供給する前記原水の流量を測定する流量計を具備し、前記コントローラは、前記原水供給部による前記原水の供給開始時には、前記流量計によって測定される前記原水の流量に比例して前記肥料供給部による前記肥料の供給を制御し、前記原水の供給開始から所定時間経過後には、前記第１電気伝導度測定部で測定される前記原水の電気伝導度と前記第２電気伝導度測定部で測定される前記養液の電気伝導度とに基づき、前記肥料供給部による前記肥料の供給を制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の給液装置によれば、養液の肥料成分濃度を正確に管理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す給液装置の回路図である。
【図２】同上電気伝導度と肥料成分濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、給液装置10は、農作物の養液栽培に用いられるものであって、原水ｗと肥料fa，fbとを混合して養液を作製し、この養液を栽培ベッドの培地に供給するものである。
【００１５】
給液装置10は、原水ｗを受水する受水部11、原水ｗを供給する原水供給部12、肥料fa，fbを供給する肥料供給部13、原水ｗと肥料fa，fbとを混合して養液とする混合部14、養液を給液する給液部15、および給液装置10を制御するコントローラ16を備えている。
【００１６】
そして、受水部11は、例えば井水や水道水などの原水ｗを貯留する受水タンク20を備えている。受水タンク20には、給水バルブ21を通じて原水ｗが導入され、フロートスイッチ22によって一定量の原水ｗが貯留される。受水タンク20には、原水ｗの水位を検出するレベルスイッチ23が設けられているとともに、受水タンク20内の原水ｗを排水するための排水バルブ24が接続されている。そして、受水タンク20に貯留された原水ｗが原水供給部12によって取り出される。
【００１７】
なお、受水部11は用いなくてもよく、この場合には原水ｗを原水供給部12に直接導くようにすればよい。
【００１８】
また、原水供給部12は、原水ｗを供給するための配管で構成される原水供給路27を備えている。原水供給路27の上流側は受水タンク20に接続され、下流側は混合部14に接続されている。原水供給路27には、上流側から順に、給水バルブ28、原水ｗに混入している異物を除去するストレーナ29、受水タンク20内の原水ｗを原水供給路27の下流側へ送水する送水ポンプ30、および原水ｗの逆流を防止する逆止弁31が設けられている。
【００１９】
原水供給路27には逆止弁31よりも下流側に、バルブ33を介して接続される圧力タンク34が接続されている。圧力タンク34は、原水供給路27内での原水ｗの瞬間的な圧力変動を例えば内部のダイヤフラムなどにより吸収する。バルブ33と圧力タンク34との間には排水時に開放される排水バルブ35が接続されている。
【００２０】
原水供給路27にはバルブ33を介して接続される圧力タンク34の接続箇所よりも下流側には、原水ｗの圧力を検出する圧力センサ37が接続されている。
【００２１】
原水供給路27の圧力センサ37よりも下流側には、原水供給路27を流れる原水ｗの流量を測定する流量計39が接続されている。
【００２２】
原水供給路27には、原水ｗの電気伝導度（ＥＣ）を測定する電気伝導センサ（ＥＣセンサ）で構成される第１電気伝導度測定部（第１ＥＣ測定部）40が設けられている。本実施の形態では、第１電気伝導度測定部40は、送水ポンプ30よりも下流側で、かつ圧力タンク34、圧力センサ37および流量計39などよりも上流側で原水供給路27に設けられている。
【００２３】
図２に示すように、電気伝導度と肥料成分濃度とは比例関係（Ａ：Ｂ）にあるため、原水ｗの電気伝導度を測定することによって、原水ｗに含まれている肥料成分濃度を測定することができる。なお、第１電気伝導度測定部40によって測定される電気伝導度の値には、原水ｗに含まれる肥料成分に応じた電気伝導度の値の他、水中のイオン濃度に応じた電気伝導度の値も含まれる。
【００２４】
また、肥料供給部13は、液状の肥料fa，fbを貯留する複数の肥料タンク44a，44bを備えている。これら肥料タンク44a，44bには、本実施の形態では異なる種類の肥料fa，fbがそれぞれ貯留されているが、同じ種類の肥料が貯留されていてもよい。また、肥料タンク44a，44bは、本実施の形態では２つ示すが、これに限らず、１つでもよいし、あるいは３つ以上でもよい。
【００２５】
肥料タンク44a，44b内には、原水供給路27に接続される給水路45a，45bの給水バルブ46a，46bをそれぞれ開放することで給水される。肥料タンク44a，44bには、水位を検知するための圧力センサで構成されるレベルセンサ47a，47bがそれぞれ設けられ、また、排水のための排水バルブ48a，48bが接続されている。
【００２６】
肥料タンク44a，44b内において、原水ｗと例えば固形形態や液状形態の原肥料とが所定の割合で投入されて混合され、所定の肥料成分濃度の液状の肥料fa，fbが作製されている。肥料タンク44a，44bには、肥料fa，fbの濃度が均一分布となるように攪拌する攪拌機49a，49bを設けてもよい。
【００２７】
肥料タンク44a，44bから混合部14に、肥料fa，fbを供給するための配管で構成される肥料供給路50a，50bが接続されている。この肥料供給路50a，50bには、肥料タンク44a，44b内の肥料fa，fbを混合部14に注入する注入ポンプ51a，51b、および肥料fa，fbの逆流を防止する逆止弁52a，52bが設けられている。注入ポンプ51a，51bは、例えばダイアフラムポンプなどの定量ポンプが用いられている。注入ポンプ51a，51bと逆止弁52a，52bとの間から肥料タンク44a，44bに至る戻り路53a，53bが設けられ、この戻り路53a，53bに戻り路53a，53bを開閉するエア抜き弁54a，54bが設けられている。
【００２８】
また、混合部14は、原水供給路27から供給される原水ｗと肥料供給路50a，50bから供給される肥料fa，fbとを混合して所定の肥料成分濃度の養液を作製する。混合部14は、原水供給路27と肥料供給路50a，50bとが接続されて、原水ｗと肥料fa，fbとが混合される配管で構成される混合路58を備えている。
【００２９】
混合路58の下流側には、原水ｗと肥料fa，fbとを混合するための混合器59、養液を濾過するフィルタ60、および養液の電気伝導度（ＥＣ）を測定する電気伝導センサ（ＥＣセンサ）で構成される第２電気伝導度測定部（第１ＥＣ測定部）61が設けられている。
【００３０】
図２に示すように、電気伝導度と肥料成分濃度とは比例関係（Ａ：Ｂ）にあるため、第２電気伝導度測定部61で養液の電気伝導度を測定することによって、養液の肥料成分濃度を測定することができる。なお、第２電気伝導度測定部61によって測定される電気伝導度の値には、混合された肥料fa，fbに応じた電気伝導度の値、および原水ｗに含まれる肥料成分に応じた電気伝導度の値の他、水中のイオン濃度に応じた電気伝導度の値も含まれる。
【００３１】
また、給液部15は、混合器59の下流側に接続される配管で構成される給液路63を備えている。給液路63には、電磁弁で構成される給液元弁65が設けられている。給液路63の給液元弁65よりも下流側には、給液路63が分岐された複数の分岐給液路66が接続されている。これら分岐給液路66に電磁弁で構成される給液弁67がそれぞれ設けられている。
【００３２】
栽培ベッド毎に１系統とし、１系統に２つ分岐給液路66を用いるため、複数の栽培ベッドに対応して複数の系統68a〜68hの分岐給液路66が用いられている。本実施の形態では、例えば８つの系統68a〜68hの場合を示すが、いくつの系統でもよい。
【００３３】
また、コントローラ16は、給液装置10を制御するものであり、給液装置10の各種のセンサ類から信号を入力し、給液装置10の各種の駆動源類を動作させる。なお、図１には、コントローラ16に接続される各種のセンサ類として第１電気伝導度測定部40、第２電気伝導度測定部61および流量計39のみを図示し、各種の駆動源類として送水ポンプ30および注入ポンプ51a，51bのみを図示しており、他のセンサ類および他の駆動源類については図示を省略している。
【００３４】
そして、コントローラ16による制御には、給液する養液の肥料成分濃度が所定の目標肥料成分濃度となるように、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する機能が含まれている。すなわち、第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度と第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度とに基づき、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する電気伝導度比例制御（以下、ＥＣ比例制御という）を行う機能が含まれている。
【００３５】
このＥＣ比例制御では、例えば、第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度から第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度を引いた値（Δ電気伝導度）を目標値として利用し、この目標値を目標成分濃度に対応して任意に設定する。そして、給液装置10の稼動時において、第１電気伝導度測定部40および第２電気伝導度測定部61による測定に応じて求められるΔ電気伝導度が目標値になるように、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する。
【００３６】
または、第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度にある係数を掛けた値（原水ｗの肥料成分以外の電気伝導度、例えば水中のイオン濃度に相当する電気伝導度の値）を、第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度から引いた値（Δ電気伝導度）を目標値として利用し、この目標値を目標成分濃度に対応して任意に設定する。そして、給液装置10の稼動時において、第１電気伝導度測定部40および第２電気伝導度測定部61による測定に応じて求められるΔ電気伝導度が目標値になるように、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する。
【００３７】
さらに、コントローラ16による制御には、原水供給部12による原水ｗの供給開始時には、流量計39によって測定される原水ｗの流量に比例して肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する流量比例制御を行い、また、原水ｗの供給開始から所定時間経過後には、ＥＣ比例制御を行う機能が含まれている。
【００３８】
次に、コントローラ16の制御による給液動作を説明する。
【００３９】
養液の給液開始時には、原水供給部12の送水ポンプ30の駆動を開始するとともに、肥料供給部13の注入ポンプ51a，51bの駆動を開始する。
【００４０】
送水ポンプ30は、受水タンク20内の原水ｗを原水供給路27に吸い込み、この原水供給路27から混合部14の混合路58および末端の分岐給液路66へ向けて送水する。なお、送水ポンプ30は、原水ｗの送水量または送水圧力が所定の送水量または送水圧力となるように回転速度が制御される。
【００４１】
注入ポンプ51a，51bは、肥料タンク44a，44b内の肥料fa，fbを肥料供給路50a，50bに吸い込み、この肥料供給路50a，50bから混合部14の混合路58に肥料fa，fbを供給する。
【００４２】
混合部14では、混合路58において原水供給部12から供給される原水ｗと肥料供給部13から供給される肥料fa，fbとが合流し、混合器59において原水ｗと肥料fa，fbとを混合して養液を作製する。混合部14で作製した養液は、給液部15の給液路63に供給する。
【００４３】
給液部15では、養液を各系統68a〜68hの分岐給液路66に分配し、各系統68a〜68hの分岐給液路66から栽培ベッドの培地に養液を供給する。
【００４４】
そして、コントローラ16は、原水供給部12による原水ｗの供給開始時から所定時間が経過するまで、流量比例制御によって、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御し、目標とする肥料成分濃度の養液を作製する。
【００４５】
流量比例制御では、目標とする肥料成分濃度の養液となる原水ｗの流量と肥料fa，fbの供給量とが比例関係にあるため、流量計39によって測定される原水ｗの流量に比例して、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量を制御する。そして、原水ｗの供給開始時には、送水ポンプ30の回転速度の上昇で原水ｗの流量が増加していくのに従って、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量も増加していき、目標とする肥料成分濃度の養液を作製する。
【００４６】
原水供給部12による原水ｗの供給開始時には、原水ｗの流量が急激に増加するため、ＥＣ比例制御では制御遅れが生じやすいが、流量比例制御を行うことにより、制御遅れが少なく、目標とする肥料成分濃度の養液を作製できる。
【００４７】
また、原水供給部12による原水ｗの供給開始から所定時間経過後には、流量比例制御からＥＣ比例制御に切り換えて肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量を制御し、目標とする肥料成分濃度の養液を作製する。なお、原水ｗの供給開始からの所定時間については、コントローラ16が備えるタイマによってカウントされる経過時間とし、例えば送水ポンプ30が所定の回転速度となって原水ｗの送水量が一定となるのに十分な経過時間である。
【００４８】
ＥＣ比例制御では、第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度と、第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度とを監視し、これらの監視に基づき、給液する養液の肥料成分濃度が所定の目標肥料成分濃度となるように、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量を制御する。
【００４９】
具体的には、例えば、第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度から第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度を引いた値（Δ電気伝導度）を目標値として利用し、この目標値を目標成分濃度に対応して任意に設定する。そして、ＥＣ比例制御時において、第１電気伝導度測定部40および第２電気伝導度測定部61による測定に応じて求められるΔ電気伝導度が目標値になるように、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する。この制御により、給液する養液の肥料成分濃度を目標肥料成分濃度に精度よく調整することができる。
【００５０】
または、第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度にある係数を掛けた値（原水ｗの肥料成分以外の電気伝導度、例えば水中のイオン濃度に相当する電気伝導度の値）を、第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度から引いた値（Δ電気伝導度）を目標値として利用し、この目標値を目標成分濃度に対応して任意に設定する。そして、ＥＣ比例制御時において、第１電気伝導度測定部40および第２電気伝導度測定部61による測定に応じて求められるΔ電気伝導度が目標値になるように、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給を制御する。この制御により、養液中の肥料成分濃度に原水ｗに含まれる肥料成分を含めた精度の高い肥料成分濃度管理ができ、給液する養液の肥料成分濃度を目標肥料成分濃度に精度よく調整することができる。
【００５１】
また、仮に、第１電気伝導度測定部40を備えていなかった場合、原水ｗの肥料成分やイオン濃度が変動したとき、第２電気伝導度測定部61で養液の電気伝導度の変動を検出してから原水ｗに対して混合する肥料fa，fbの割合を調整することになるため、養液の肥料成分濃度の制御に遅れが生じやすく、養液の肥料成分濃度を一定に保つことができないことがある。
【００５２】
それに対して、本実施の形態では、第１電気伝導度測定部40を備え、この第１電気伝導度測定部40によって原水ｗの電気伝導度をリアルタイムで測定するため、原水ｗの肥料成分やイオン濃度が変動したときでも、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量を迅速に補正制御することができる。
【００５３】
以上のように構成された給液装置10によれば、原水供給部12から供給される原水ｗの電気伝導度を測定する第１電気伝導度測定部40を備えるため、この第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度と第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度とに基づき、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量を制御することができ、原水ｗの電気伝導度を考慮した正確な養液の肥料成分濃度の管理ができる。しかも、原水ｗの肥料成分やイオン濃度の変動に対して迅速に追従でき、養液の肥料成分濃度を一定に保つことができる。
【００５４】
また、第１電気伝導度測定部40は原水供給部12の原水供給路27に設けているため、第１電気伝導度測定部40によって原水ｗの電気伝導度をリアルタイムで測定でき、原水ｗの肥料成分やイオン濃度の変動に対して迅速に追従でき、養液の肥料成分濃度を一定に保つことができる。
【００５５】
また、原水供給部12による原水ｗの供給開始時から所定時間は、流量計39によって測定される原水ｗの流量に比例して、肥料供給部13による肥料fa，fbの供給量を制御する流量比例制御を行うため、原水ｗの流量が変化に対する制御の遅れが少なく、目標とする肥料成分濃度の養液を作成できる。さらに、原水供給部12による原水ｗの供給開始から所定時間後には、第１電気伝導度測定部40で測定される原水ｗの電気伝導度と第２電気伝導度測定部61で測定される養液の電気伝導度とに基づくＥＣ比例制御に切り換えるため、養液の肥料成分濃度を目標肥料成分濃度に精度よく調整することができる。
【００５６】
なお、第１電気伝導度測定部40は、原水供給路27に設けることに限らず、例えば受水タンク20に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
10    給液装置
12    原水供給部
13    肥料供給部
14    混合部
16    コントローラ
27    原水供給路
39    流量計
40    第１電気伝導度測定部
61    第２電気伝導度測定部
fa，fb    肥料
ｗ    原水
【図１】
2018033333.tif 000003
【図２】
2018033333.tif 000004