(57)【要約】【課題】養液の成分量を測定するセンサが故障しても、植物の生長に支障を与えず、損害の発生を防止することができる養液供給装置を提供する。【解決手段】養液供給装置１０は、希釈混合槽１４にて植物への養液のｐＨを測定する第１のｐＨセンサ３２および第２のＰＨセンサ３３と、第１のｐＨセンサ３２に基づいて酸性養液を酸タンク１３から希釈混合槽１４へ供給する養液供給制御用コントローラ４１と、第１，第２のｐＨセンサ３２，３２からの測定値の差の絶対値が所定範囲内か否かを判定し、所定範囲外であるときに酸性養液の供給を停止することを指示する供給停止信号を供給ポンプに出力する監視用コントローラとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物への養液の成分量を測定するそれぞれ独立した複数のセンサと、
前記複数のセンサからの測定値が示す範囲が所定範囲内か否かを判定し、所定範囲外であるときに養液の供給を停止することを指示する供給停止信号を供給ポンプに出力するコントローラとを備えたことを特徴とする養液供給装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記供給停止信号を、酸性養液を植物に供給する供給ポンプのみへ出力する請求項１記載の養液供給装置。
【請求項３】
前記複数のセンサは、第１のセンサと第２のセンサとから構成され、
前記コントローラは、前記第１のセンサからの測定値に基づいて供給ポンプへの養液の供給開始および停止、供給量の調整を行う養液供給制御用コントローラと、前記第１のセンサからの測定値と前記第２のセンサからの測定値との差が所定範囲を外れたときに前記供給ポンプの動作を停止する監視用コントローラとから構成されている請求項１または２記載の養液供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物に養液を供給する養液供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水耕栽培では、水の供給と共に、養液の供給は植物の生長にとって重要である。植物へ供給する養液の成分量を間違えば、植物の生長を促進させるどころか枯らしてしまうおそれがある。養液の供給を正確に行うことができる技術が、例えば、特許文献１〜３に提案されている。
【０００３】
特許文献１には、養液の供給管に、養液の一部が流れる分岐管を設け、この分岐管に流れる養液の成分量を検出手段により検出することで、検出手段による検出値を栽培床に供給される成分の濃度を正確に示すものとすることができる植物栽培工場の養液供給装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、養液の導電率、ｐＨ値、各種イオン濃度をセンサ部により測定し、優先順位に従って目標範囲に一致させるように制御する際に、優先順位下位の項目、例えばイオン濃度の制御中に、上位項目例えば導電率が目標範囲から逸脱した場合、イオン濃度の制御を停止して導電率を優先的に制御する養液栽培装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、植物栽培に用いる養液中の導電率、ｐＨ値、各種イオン濃度をセンサ部により測定して、各値が所定範囲外であるときに、養液の成分の調整をする導電率制御手段、ｐＨ制御手段、イオン濃度制御手段を備えた養液栽培装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３１６４３４号公報
【特許文献２】特開平６−２０９６６１号公報
【特許文献３】特開平７−２２７１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの従来の養液供給装置では、養液の成分量をセンサにより測定して、この測定値に基づいて養液の成分量を調整しているが、センサが故障することまでは考慮されていない。例えば、センサが故障して成分量が適性範囲外であるにもかかわらず適性範囲内となる測定値を出力したために養液の成分量が過多となったり、適性範囲内であるにもかかわらず適正範囲外となる測定値を出力したために養液の成分量が不足したりする。養液の成分量が過多となる場合には、植物が生長不良となったり、枯れたりして、大損害が発生するおそれがある。
【０００８】
そこで本発明は、養液の成分量を測定するセンサが故障しても、植物の生長に支障を与えず、損害の発生を防止することができる養液供給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】
【０００９】
本発明の養液供給装置は、植物への養液の成分量を測定するそれぞれ独立した複数のセンサと、前記複数のセンサからの測定値が示す範囲が所定範囲内か否かを判定し、所定範囲外であるときに養液の供給を停止することを指示する供給停止信号を供給ポンプに出力するコントローラとを備えたことを特徴とする。
本発明の養液供給装置によれば、養液の成分量を測定するセンサをそれぞれに独立させて複数設けているため、１個のセンサが故障して適正範囲内となる測定値や適性範囲外となる測定値を出力しても、他のセンサが正常に動作していれば、他のセンサによる測定値との差が大きくなるので測定値が示す範囲が広くなる。従って、コントローラは、それぞれのセンサからの測定値が所定範囲内か否かを判定することで、センサが故障しているか否かを判定することができるので、供給ポンプによる養液の供給を停止することで、植物の生長に支障を与えてしまうことを防止することができる。
【００１０】
前記コントローラは、前記供給停止信号を、酸性養液を植物に供給する供給ポンプのみへ出力するのが望ましい。植物に酸性養液が過多に供給されると、植物の生長に直接的に影響を与えてしまう。従って、コントローラが、供給停止信号を、酸性養液を植物に供給する供給ポンプのみへ出力することで、他の養液の供給を継続して植物の生長を促しつつ、植物の生長に支障を与える酸性養液の過多な供給を停止することができる。
【００１１】
前記複数のセンサは、第１のセンサと第２のセンサとから構成され、前記コントローラは、前記第１のセンサからの測定値に基づいて供給ポンプへの養液の供給開始および停止、供給量の調整を行う養液供給制御用コントローラと、前記第１のセンサからの測定値と前記第２のセンサからの測定値との差が所定範囲を外れたときに前記供給ポンプの動作を停止する監視用コントローラとから構成されているのが望ましい。
前記コントローラを養液供給制御用コントローラと監視用コントローラとから構成することで、養液供給制御用コントローラを従来の養液供給装置として設置していれば、第１，２のセンサの故障を検出する監視用コントローラを追加することで、容易に養液供給装置の耐故障性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、センサの故障を検出して供給ポンプによる養液の供給を停止することができるので、植物の生長に支障を与えてしまうことを防止することができ、損害の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る養液供給装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す養液供給装置の養液供給制御用コントローラの動作を説明するためのフローチャートであり、（Ａ）は液肥濃度を調整する制御を説明するための図、（Ｂ）はｐＨ調整剤の濃度を調整する制御を説明するための図である。
【図３】図１に示す養液供給装置の監視用コントローラの動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態に係る養液供給装置を図面に基づいて説明する。図１に示す養液供給装置１０は、水耕栽培で用いられ、養液である肥料およびｐＨ調整剤を調整して植物が育成される図示しない栽培槽へ供給するものである。なお、本実施の形態では、水耕栽培で育成される植物としてベビーリーフを例に説明する。
【００１５】
養液供給装置１０は、２種類の肥料がそれぞれ貯留される第１の肥料用タンク１１および第２の肥料タンク１２と、栽培槽を循環する養液がアルカリ性となりやすいためにｐＨを調整するためのｐＨ調整剤である酸性養液が貯留される酸タンク１３と、これらを混ぜ合わせて希釈するための希釈混合槽１４とを備えている。
【００１６】
第１の肥料用タンク１１には、第１の肥料用タンク１１の液肥を汲み上げ希釈混合槽１４へ供給する第１の肥料用供給ポンプ２１が設けられている。第２の肥料用タンク１２には、第２の肥料用タンク１２の液肥を汲み上げ希釈混合槽１４へ供給する第２の肥料用供給ポンプ２２が設けられている。酸タンク１３には、酸タンク１３の酸性養液を汲み上げ希釈混合槽１４へ供給するｐＨ調整剤用供給ポンプ２３が設けられている。
【００１７】
希釈混合槽１４には、投入された液肥と酸性養液とを撹拌するための撹拌装置１５が設けられている。また、希釈混合槽１４には、液肥成分の濃度を示す導電率を測定するためのＥＣ（Electric Conductivity）センサ３１と、養液の成分量であるｐＨを測定するための第１のｐＨセンサ３２および第２のｐＨセンサ３３とがそれぞれ独立して設けられている。
【００１８】
ＥＣセンサ３１と第１のｐＨセンサ３２とは、養液供給制御用コントローラ４１に接続されている。第２のｐＨセンサ３３は、監視用コントローラ４２に接続されている。また、第１のｐＨセンサ３２は、養液供給制御用コントローラ４１を経由して監視用コントローラ４２にも通信線Ｓ１により接続されている。
【００１９】
養液供給制御用コントローラ４１は、ＥＣセンサ３１からの養液の導電率を示す測定値に基づいて第１の肥料用供給ポンプ２１、第２の肥料用供給ポンプ２２の始動・停止・供給量の調整を行うと共に、第１のｐＨセンサ３２からの養液のｐＨ値を示す測定値に基づいてｐＨ調整剤用供給ポンプ２３の始動・停止・供給量の調整を通信線Ｓ２を介して行う。
【００２０】
監視用コントローラ４２は、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３とが測定したｐＨ値に基づいて判定し、通信線Ｓ３を介してｐＨ調整剤用供給ポンプ２３の停止を示す供給停止信号を養液供給制御用コントローラ４１へ通知したり、通信線Ｓ４を介してｐＨ調整剤用供給ポンプ２３へ供給停止信号を直接通知したりする。監視用コントローラ４２には、異常を検知した場合に作業者へ報知するための警報用回転灯４３が設けられている。なお、本実施の形態では、第１のｐＨセンサ３２が測定した測定値は、養液供給制御用コントローラ４１から通信線Ｓ１を介して監視用コントローラ４２へ通知される。
【００２１】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る養液供給装置の動作および使用状態を、図面に基づいて説明する。まず、養液供給制御用コントローラ４１の制御方法について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２２】
図２（Ａ）に示すフローチャートにより、養液供給制御用コントローラ４１の液肥濃度の制御方法について説明する。養液供給制御用コントローラ４１はＥＣセンサ３１から液肥濃度を示す測定値を読み取る（ステップＳ１０）。養液供給制御用コントローラ４１は測定値に基づいて液肥の濃度を判定する（ステップＳ２０）。希釈混合槽１４の液肥の濃度が高い場合には、養液供給制御用コントローラ４１は第１，第２の肥料用供給ポンプ２１，２２に停止を指示する（ステップＳ３０）。また、希釈混合槽１４に水を供給して希釈する。液肥の濃度が低い場合には、養液供給制御用コントローラ４１は第１，第２の肥料用供給ポンプ２１，２２に所定の供給量を指示して、濃度の増加を指示する（ステップＳ４０）。
【００２３】
次に、図２（Ｂ）に示すフローチャートにより、養液供給制御用コントローラ４１のｐＨ調整剤の濃度の制御方法について説明する。養液供給制御用コントローラ４１は第１のｐＨセンサ３２から養液のｐＨ値を示す測定値を読み取る（ステップＳ５０）。養液供給制御用コントローラ４１は測定値に基づいて養液のｐＨ値を判定する（ステップＳ６０）。希釈混合槽１４のｐＨ値がアルカリ性または中性を示す場合には、養液供給制御用コントローラ４１はｐＨ調整剤用供給ポンプ２３に、ｐＨ値に応じた酸性養液の供給量を調整して指示する（ステップＳ７０）。液肥の濃度が酸性となる所定範囲を上回り高い場合には、養液供給制御用コントローラ４１はｐＨ調整剤用供給ポンプ２３に停止を指示する（ステップＳ８０）。例えば、養液供給制御用コントローラ４１に、ｐＨ値が６．５となった段階で徐々に酸性養液の供給量を減少させ、ｐＨ値が６となると酸性養液の供給を停止するなどの設定をすることができる。
【００２４】
以上のようにして養液供給制御用コントローラ４１は、図２（Ａ）に示す液肥濃度の調整と、図２（Ｂ）に示すｐＨ調整剤の濃度の調整とを並行して行っている。このように、養液供給制御用コントローラ４１は、図２（Ａ）に示す制御と図２（Ｂ）に示す制御とを並列的に動作すること以外に、図２（Ａ）に示す制御を優先的に行ってから図２（Ｂ）に示す制御を行うことも可能である。これは、図２（Ｂ）に示す制御にて酸性濃度を高めるために酸性養液を供給すると液肥濃度に影響を与え、液肥濃度が変動することがあるからである。従って、このような場合には、図２（Ａ）に示す制御を先に行い液肥濃度を調整してから図２（Ａ）に示す制御によりｐＨ値を調整するように養液供給制御用コントローラ４１に設定しておくことにより回避することができる。
【００２５】
ここで、養液供給装置として、監視用コントローラ４２が無く、養液供給制御用コントローラ４１のみしか設置されておらず、従ってセンサも第１のｐＨセンサ３２しか備えていない従来の養液供給装置の場合を説明する。
例えば、養液供給制御用コントローラ４１に、ｐＨ値が６．５となった段階で徐々に酸性養液の供給量を減少させ、ｐＨ値が６となった段階でｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止するように設定されていたとする。そして、第１のｐＨセンサ３２が故障して、養液のｐＨ値が実際は６であるにも関わらず測定値として８を測定したとする。
この場合、養液供給制御用コントローラ４１は、ｐＨ値として２小さくなるように動作する。従って、養液供給制御用コントローラ４１はｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を始動させ、酸タンク１３から酸性養液を希釈混合槽１４へ供給し続ける。
その結果、希釈混合槽１３のｐＨ値は故障した第１のｐＨセンサ３２で６であっても実際のｐＨ値は４となってしまう。また、第１のｐＨセンサ３２の故障モードによっては４より更に下回ることもある。
養液のｐＨ値が４となる酸性であれば、ベビーリーフは短時間に枯れるなどして商品として出荷できない事態となる。
【００２６】
本実施の形態に係る養液供給装置１０は、前述したように、養液供給制御用コントローラ４１だけでなく、第２のｐＨセンサ３３から測定されたｐＨ値により監視する監視用コントローラ４２を備えている。この監視用コントローラ４２の動作について、図３に基づいて説明する。
【００２７】
監視用コントローラ４２は、図３に示すように、まず、第１のｐＨセンサ３２からの測定値を第１ｐＨ値として読み取る（ステップＳ１１０）。次に、監視用コントローラ４２は、第２のｐＨセンサ３３からの測定値を第２ｐＨ値として読み取る（ステップＳ１２０）。次に、監視用コントローラ４２は、第１ｐＨ値と第２ｐＨ値との差の絶対値を演算する（ステップＳ１３０）。次に、監視用コントローラ４２は、ステップＳ１３０にて演算した結果が所定値以下であるか否かを判定することで、第１ｐＨ値と第２ｐＨ値とが所定範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。
【００２８】
監視用コントローラ４２は、演算した結果が所定値未満である場合には第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３とが正常に動作しているものとして、１回の監視動作を終了する。演算した結果が所定値以上である場合には、監視用コントローラ４２は、ｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止するよう養液供給制御用コントローラ４１へ通知すると共に、ｐＨ調整剤用供給ポンプ２３へも直接停止を通知する（ステップＳ１５０）。監視用コントローラ４２の通知は、直接、ｐＨ調整剤用供給ポンプ２３へ出力するだけでもよいが、念のために、養液供給制御用コントローラ４１へ通知することで、養液供給制御用コントローラ４１からもｐＨ調整剤用供給ポンプ２３へ停止が出力されるので、確実にｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止させることができる。
【００２９】
例えば、第１のｐＨセンサ３２および第２のｐＨセンサ３３として設置されたセンサの測定誤差がｐＨ値で０．２であれば、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３との間で最大０．４の誤差が生じる。この誤差を加味して、第１ｐＨ値と第２ｐＨ値との差の絶対値が１以上の範囲を外れた場合に、ｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止するようにすることができる。
【００３０】
例えば、養液供給制御用コントローラ４１にｐＨ値が６となった段階でｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止するように設定されているとする。第１のｐＨセンサ３２が故障し、７より大きい値の中性またはアルカリ性を示している場合に、正常に動作している第２のｐＨセンサ３３が６を示していれば、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３との間で１以上の差が生じる。従って、第１のｐＨセンサ３２または第２のｐＨセンサ３３のいずれかが故障しても、ｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止することで、希釈混合槽１４内の養液のｐＨ値が６以下とならないようにすることができるので、植物の生長に支障を与えてしまうことを防止することができる。よって、養液供給装置１０は損害の発生を防止することができる。
【００３１】
また、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３とが、それぞれアルカリ性や中性を示していても、ｐＨ値の差が１以上であるときは、測定誤差の範囲を大きく超えて測定していることになるため、監視用コントローラ４２が異常を検出することで、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３とのいずれか一方が故障していることを検出することができる。また、場合によっては、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３との両方が故障していることが検出できる。
【００３２】
監視用コントローラ４２は、ｐＨ調整剤用供給ポンプ２３へ停止を通知すると、報知手段である警報用回転灯４３を点灯させる（ステップＳ１６０）。また、ブザーなどにより音による報知を行う。警報用回転灯４３からの警報により作業者は異常を知ることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、コントローラを養液供給制御用コントローラ４１と監視用コントローラ４２とで、別々に構成しているが、１台のコントローラとしてもよい。しかし、養液供給制御用コントローラ４１を従来の養液供給装置として設置していれば、第１，２のｐＨセンサ３２，３３の故障を検出する監視用コントローラ４２を追加することで、容易に養液供給装置１０の耐故障性を向上させることができるので、コントローラを養液供給制御用コントローラ４１と監視用コントローラ４２とから構成するのが望ましい。
【００３４】
また、第１のｐＨセンサ３２と第２のｐＨセンサ３３とからのいずれかの測定値が所定値以下となる酸性を示すときにｐＨ調整剤用供給ポンプ２３を停止させる機能を、監視用コントローラ４２に設けることもできる。そうすることで、養液供給制御用コントローラ４１だけでなく、監視用コントローラ４２でもｐＨ値の監視ができるので、養液供給制御用コントローラ４１が故障して第１のｐＨセンサ３２からの測定値がアルカリ性を示しているにもかかわらず養液供給制御用コントローラ４１が酸性養液を供給しようとしている場合でも、監視用コントローラ４２がその供給を停止させることができる。
【００３５】
また、第１のｐＨセンサ３２からの測定値は、養液供給制御用コントローラ４１から通信線Ｓ１を介して監視用コントローラ４２へ通知されているが、第１のｐＨセンサ３２から監視用コントローラ４２へ直接通知するようにしてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、植物への養液の成分量を測定する独立した複数のセンサとして第１のｐＨセンサ３２および第２のｐＨセンサ３３の２台を、ｐＨの測定のために設けているが、測定箇所に応じて３台以上とすることができる。３台以上のセンサを設けるときには、全部の測定値が示す範囲が所定範囲内であれば全部のセンサが正常であると判定できる。例えば、全部の測定値が示す範囲がｐＨ値で１以内であれば正常と判定することができる。また、測定値が示す範囲が所定範囲を外れるセンサは故障していると判定することができる。
【００３７】
また、複数設けるセンサをｐＨ以外の養分の成分量を測定するセンサとしてもよい。例えば、肥料の濃度を測定するセンサを複数設け監視することができる。
【００３８】
ベビーリーフを水耕栽培する場合では、栽培槽との間で循環する希釈混合槽１４の養液がアルカリ性になりやすいので、ｐＨ調整剤として酸タンク１３に貯留される酸性養液しか備えていないため、コントローラは酸性養液の供給のみを制御し、センサの異常時には酸性養液の供給を停止していた。例えば、酸性養液とアルカリ性養液との供給を行う植物である場合には、アルカリ性養液を植物に過多に供給したとしても、植物の生長に著しい影響をすぐには与えないので、コントローラは酸性養液を供給する供給ポンプのみを停止することで、監視対象となるセンサを余計に設ける必要はなく、植物の生長に支障を与える酸性養液の過多な供給を停止することができる。
【００３９】
更に、本実施の形態では希釈混合槽１４に２台のセンサ（第１のｐＨセンサ３２，第２のｐＨセンサ３３）を設置しているが、栽培槽へ養液を液送する前に、撹拌装置１５により撹拌することで気泡を含んだ養液から脱気するための養液の貯留槽（図示せず）や、栽培槽から希釈混合槽１４へ流入させる前に、養液を流れを静めるための養液の貯留槽（図示せず）に、センサを設けるようにしてもよい。また、一台ずつセンサを希釈混合槽１４と栽培槽とにそれぞれ独立して設置したり、複数のセンサを一組として、複数組みのセンサを希釈混合槽１４と栽培槽とにそれぞれ独立して設置したりすることも可能である。そして、希釈混合槽１４と栽培槽とに設置したセンサからの測定値の差の絶対値を演算し、この結果が所定以上の差となったときにいずれかのセンサが故障していると判定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の養液供給装置は、薄膜水耕（ＮＦＴ：nutrient film technique）、湛液型水耕（ＤＦＴ：deep flow technique）、噴霧耕、固形培地耕、毛管水耕、礫耕などの水耕栽培および土栽培法に好適である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  養液供給装置
１１  第１の肥料用タンク
１２  第２の肥料用タンク
１３  酸タンク
１４  希釈混合槽
１５  撹拌装置
２１  第１の肥料用供給ポンプ
２２  第２の肥料用供給ポンプ
２３  ｐＨ調整剤用供給ポンプ
３１  ＥＣセンサ
３２  第１のｐＨセンサ
３３  第２のｐＨセンサ
４１  養液供給制御用コントローラ
４２  監視用コントローラ
４３  警報用回転灯
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  通信線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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