(57)【要約】【課題】植物栽培装置において簡便・低コストの設備で適正量の灌水を行うことができる液体供給装置および液体供給方法を提供することを目的とする。【解決手段】植物栽培装置の栽培棚に沿って横向きに延びる給水管１２に接続された複数のノズル１３から液体を受け皿３に供給する液体供給装置による液体供給において、給水管１２の上流領域１２ａより液体の供給を開始し、上流領域１２ａの給水管１２を流れる液体の流量を流量計１５によって計測し、計測された流量より開状態にあって液体を吐出しているノズル１３の本数を判定し、判定されたノズル１３の本数とノズル１３の１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて液体の供給を停止する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管に接続された複数のノズルから液体を供給する液体供給装置であって、
前記給水管の領域であって前記複数のノズルが接続された領域よりも上流側の上流領域に配置された流量計と、
前記上流領域に配置され前記給水管を開閉するバルブと、
前記流量計で計測した流量より開状態にある前記ノズルの本数を判定し、このノズルの本数とノズル１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて前記バルブを閉じるタイミングを設定し、この設定したタイミングで前記バルブを閉じる制御部と、を備えた液体供給装置。
【請求項２】
前記制御部は、判定した前記開状態にあるノズルの本数が予定していた本数と異なる場合は異常を報知する、請求項１記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ノズルの本数毎に予め算定された想定流量を記憶し、
前記流量計によって計測した流量と前記予定していた本数と対応する想定流量とを比較し、前記計測した流量が前記想定流量から許容できる量よりも少ない場合は異常を報知する、請求項１記載の液体供給装置。
【請求項４】
前記複数のノズルは、これらのノズルを開閉する開閉弁を個別に備えた、請求項１記載の液体供給装置。
【請求項５】
給水管であって上流領域と下流領域を有し、前記下流領域に接続された複数のノズルから液体を供給する液体供給方法であって、
前記上流領域より液体の供給を開始し、
前記上流領域の前記給水管を流れる液体の流量を計測し、
前記流量より液体を吐出しているノズルの本数を判定し、
前記ノズルの本数とノズル１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて液体の供給を停止する、液体供給方法。
【請求項６】
前記流量の計測は、前記液体の供給を開始した後前記給水管を流れる液体の流量が定常状態となったタイミングで行う、請求項５記載の液体供給方法。
【請求項７】
前記ノズルの本数が予定していた本数と異なる場合は異常を報知する、請求項５記載の液体供給方法。
【請求項８】
計測した流量と予定していた本数と対応する想定流量とを比較し、前記計測した流量が前記想定流量から許容できる量よりも少ない場合は異常を報知する、請求項５記載の液体供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培装置において使用される液体供給装置および液体供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年野菜栽培などの農業を工業的形態で行う植物工場が、実用化規模で運用されるようになっている。植物工場では、観葉植物や、蔬菜、果物などの植物を植栽した容器が複数配置され、これらの容器を対象として栽培用の水や液肥を供給する灌水が行われる（特許文献１参照）。特許文献１に示す従来技術では、鉢植えを棚部に載置して栽培する鉢植え栽培装置において、鉢植えに散水するための導水横管を棚部の上方に設け、棚部に載置された全ての鉢植えを対象として灌水を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
農業を工業的形態で行う植物工場では、生産性の向上を目的として作業者の作業負荷を低減して省力化を図るとともに、栽培品質を確保するために植物が植栽された容器への灌水作業を管理して、適正量の灌水を簡便な構成で且つ低コストの設備で行うことが求められるようになっている。しかしながら上述の特許文献例に示す先行技術では、このような要望を実現する上で以下のような課題があった。
【０００５】
すなわち特許文献１に示す先行技術では、散水のための導水横管を棚部の上方に設け、棚部に載置された全ての鉢植えを対象として灌水を行うようにしていることから、灌水対象の容器単位で灌水量をコントロールすることができなかった。灌水量を正確にコントロールしようとすれば、灌水対象の容器単位に給水管を配置し、給水管毎の吸水量を作業者による手動操作によって管理するか、または給水総量を自動的に制御する複雑な給水制御システムによって制御する必要があった。このため、植物栽培装置において簡便・低コストの設備で適正量の灌水を行うことができる方策が求められていた。
【０００６】
そこで本発明は、植物栽培装置において簡便・低コストの設備で適正量の灌水を行うことができる液体供給装置および液体供給方法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】
【０００７】
本発明の液体供給装置は、給水管に接続された複数のノズルから液体を供給する液体供給装置であって、前記給水管の領域であって前記複数のノズルが接続された領域よりも上流側の上流領域に配置された流量計と、前記上流領域に配置され前記給水管を開閉するバルブと、前記流量計で計測した流量より開状態にある前記ノズルの本数を判定し、このノズルの本数とノズル１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて前記バルブを閉じるタイミングを設定し、この設定したタイミングで前記バルブを閉じる制御部とを備えた。
【０００８】
本発明の液体供給方法は、給水管であって上流領域と下流領域を有し、前記下流領域に接続された複数のノズルから液体を供給する液体供給方法であって、前記上流領域より液体の供給を開始し、前記上流領域の給水管を流れる液体の流量を計測し、前記流量より液体を吐出しているノズルの本数を判定し、前記ノズルの本数とノズル１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて液体の供給を停止する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、植物栽培装置において植物栽培装置において簡便・低コストの設備で適正量の灌水を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態の液体供給装置が組み込まれた植物栽培装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の液体供給装置が組み込まれた植物栽培装置の正面図
【図３】本発明の一実施の形態の液体供給装置の制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の液体供給装置による給水処理（液体供給方法）を示すフロー図
【図５】本発明の一実施の形態の液体供給装置による給水処理における流量計測データの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、植物栽培装置１の構成を説明する。植物栽培装置１は、野菜や観葉植物などの植物を工業的に栽培する機能を有するものであり、植物工場内に配置されて用いられる。植物栽培装置１は、上下に配置された複数段（ここでは３段）の栽培棚２ａを備えたラック２に、後述する液体供給装置を組み込んで構成される。ラック２は、所定高さでそれぞれ水平に配設された栽培棚２ａおよび栽培棚２ａの上方を覆う天板２ｂの両側端部を、垂直な支柱２ｃで結合した構成となっている。支柱２ｃの下端部にはキャスタ２ｄが装着されており、ラック２を植物工場内で容易に移動させることが可能となっている。
【００１２】
各栽培棚２ａの上面は栽培対象の植物を載置するための載置面となっており、各載置面には栽培対象の植物５が植えられた植栽ポッド４を複数収容した受け皿３が、栽培棚２ａの長手方向（横方向）に複数個並べて載置されている。受け皿３は植物栽培で使用される容器であり、ラック２に設けられた各栽培棚２ａの上面は、これらの容器を横方向に複数個並べて載置可能な容器支持部となっている。
【００１３】
ラック２の一方側（図１において右側）の側面には、中空管部材より成る供給管１０が垂直に配設されている。供給管１０は、図２に示すように、液体供給源１１に接続されており、供給管１０には液体供給源１１より液肥などの潅水用の液体が供給される（矢印ａ）。液体供給源１１としては、液体を単体で貯留し移動可能に設けられた液体供給ユニットや、固定配管に繋ぎ込まれた固定式のものなど、各種の形態を選択して用いることができる。
【００１４】
供給管１０には、各栽培棚２ａの上方に沿って横向きに延びる複数（ここでは３つ）の給水管１２の一端部が接続されている。給水管１２には複数のノズル１３が下方に延びる垂直な姿勢で接続されており、各ノズル１３は栽培棚２ａに載置された受け皿３に液体を供給する。給水管１２の領域であって複数のノズル１３が接続された領域よりも上流側の上流領域１２ａには、下流側から順に電磁弁１４、流量計１５、定圧弁１６が配置されている。給水管１２において複数のノズル１３が接続された領域は上流領域１２ａの下流側に位置する下流領域１２ｂとなっている。
【００１５】
上流領域１２ａに配置された電磁弁１４を個別に操作することにより、個々の栽培棚２ａを対象とする複数の給水管１２のうち、所望の給水管１２のみを対象として液体を供給することができる。すなわち、電磁弁１４は上流領域１２ａに配置され給水管１２を開閉するバルブとなっている。流量計１５は、上流領域１２ａに配置されて当該給水管１２を下流側へ流れる液体の流量を計測する。流量計測に際しては、流量計１５は流動する液体の流量に応じた数の単位パルスを制御部２０（図３参照）に対して出力する。定圧弁１６は、供給管１０から当該給水管１２に供給される液体の圧力を予め規定された所定の設定圧に調整する機能を有している。
【００１６】
さらに各給水管１２の他端部には、ラック２の他方側（図１において左側）の側面に沿って垂直に配設された排出管１８に、排出弁１７を介して繋ぎ込まれている。排出弁１７を個別に操作することにより、複数の給水管１２のうち所望の給水管１２内の液体を、排出管１８を介して排水配管１９から外部へ排水することができる（矢印ｂ）。
【００１７】
本実施の形態においては、ラック２において上下方向に複数配置された容器支持部である栽培棚２ａ毎に給水管１２が配置され、複数の給水管１２が上下方向に配置された形態となっている。この構成においてそれぞれの給水管１２およびこれらの給水管１２に繋ぎ込まれた複数のノズル１３は独立した給水ラインを構成している。すなわち本実施の形態では、上下方向に重なった３段の栽培棚２ａに対応して、上側から３つの給水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３を配設した構成となっている。そして給水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３を構成する各給水管１２は、いずれも共通の供給管１０、共通の排出管１８に接続されている。
【００１８】
各給水管１２に接続されたノズル１３の末端は、液体を吐出するための吐出口１３ｃとなっている。吐出口１３ｃはそれぞれ受け皿３の上方に延びており、ノズル１３によってそれぞれに受け皿３に対して液体を供給することが可能となっている。それぞれのノズル１３は、定流量弁１３ａおよび開閉弁１３ｂを介して給水管１２に接続されている。
【００１９】
開閉弁１３ｂを操作することにより、吐出口１３ｃからの液体の吐出をオンオフすることができる。すなわち複数のノズル１３は、これらのノズル１３を開閉する開閉弁１３ｂを個別に備えている。定流量弁１３ａは、給水管１２内の液体の圧力に変動が生じても、ノズル１３を流れる液体の流量が変化するのを抑制する機能を有する。なお、ノズル１３において定流量弁１３ａを設ける位置は任意であり、給水管１２との接続部位に設けてもよく、また吐出口１３ｃに設けてもよい。
【００２０】
上記構成において、上流領域１２ａに配置された流量計１５と、上流領域１２ａに配置されて給水管１２を開閉する電磁弁１４と、以下に説明する制御部２０とは、横向きに延びる給水管１２に接続された複数のノズル１３から液体を供給する液体供給装置を構成する。
【００２１】
次に図３を参照して、植物栽培装置１に組み込まれた液体供給装置の制御系の構成について説明する。図３において、制御部２０は、植物栽培装置１における給水制御、すなわちノズル１３が繋ぎ込まれた給水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３を構成する給水管１２のそれぞれについて、供給管１０（図２参照）から液体(矢印ｃ )が供給される各給水管１２の上流領域１２ａにおいて、当該給水管１２を開閉する電磁弁１４を制御することにより、各ノズル１３から受け皿３へ予め設定された目標供給量の給水が行われるように制御する機能を有している。
【００２２】
制御部２０は植物栽培装置１が備えた操作部２１、表示部２２と接続されており、さらに通信ネットワークを介して上位システム２３と接続されている。操作部２１は作業者が手動で入力操作を行うための入力装置であり、制御部２０への給水開始指令などの操作指令やデータ入力などの入力操作を行う。表示部２２は液晶パネルなどの表示装置であり、操作部２１による操作時の案内画面や所定項目についての異常報知などの表示を行う。ここで異常報知には、液体を吐出しているノズル１３の本数が予定していた場合と異なるノズル本数異常や、流量計１５によって計測した流量が想定流量よりも少ない流量異常などの項目が含まれる。上位システム２３は、制御部２０による制御処理を実行するための各種データを制御部２０に送信するほか、作業者による手動操作によらずに液体供給装置を作動させる場合には、給水開始指令などの操作指令を直接制御部２０に指令する。
【００２３】
制御部２０は処理部２０ａ、タイマー２０ｂ、Ｉ／Ｏ部２０ｃ、カウンタ２０ｄおよび記憶装置（図示省略）を備えている。処理部２０ａはＣＰＵ機能を備えた処理演算装置である。タイマー２０ｂは計時装置であり、各給水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３における電磁弁１４の開閉のタイミングを決定するための時間の監視を行う。Ｉ／Ｏ部２０ｃは入出力インターフェイスであり、ここでは電磁弁１４の開閉操作のための出力を行う。カウンタ２０ｄは、流量計１５から発信される流量計測結果を示す単位パルスをカウントする。また記憶装置には、各給水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３におけるノズル１３の開放予定本数、ノズル１３の１本あたりの目標供給量、目標供給量から求まる１つの給水ラインについての総供給量、ノズル１３の本数毎に予め算定された想定流量など、処理部２０ａによる演算・制御処理に必要な給水処理データが記憶されている。
【００２４】
処理部２０ａは上述の給水処理データ、タイマー２０ｂによる計時結果、カウンタ２０ｄによる流量計１５からのパルス数のカウント結果に基づき、ノズル１３から所定の供給量の液体を供給するための演算処理および電磁弁１４の開閉制御を行う。すなわち対象となる給水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれについて、処理部２０ａは以下の処理を実行する。
【００２５】
まず流量計１５で計測した流量、すなわち流量計１５からのパルス数をカウンタ２０ｄでカウントして求められた流量より、開状態にあるノズル１３の本数を判定する。この開状態にあるノズル１３の本数は、求められた流量をノズル１３についての１本あたりの規定流量、すなわち正常な開状態にあるノズル１３における流量で除することにより求められる。次いで求められたこのノズル１３の本数とノズル１３の１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて電磁弁１４を閉じるタイミングを設定する。
【００２６】
すなわち、当該給水ラインにおいて開状態にあるノズル１３の本数に目標供給量を乗じることにより、当該給水ラインについての総供給量を求め、この総供給量から当該時点において既に給水された供給量を差し引くことにより、当該時点において不足している残供給量を演算する。そしてこの残供給量に相当する流量計１５のパルス数（カウンタ２０ｄのカウント値）に到達したタイミングにて、Ｉ／Ｏ部２０ｃより電磁弁１４の閉指令を出力する。
【００２７】
換言すれば制御部２０は、流量計１５で計測した流量より開状態にあるノズル１３の本数を判定し、このノズル１３の本数とノズル１３の１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて電磁弁１４（バルブ）を閉じるタイミングを設定し、この設定したタイミングで電磁弁１４を閉じるように、制御処理を行う。
【００２８】
次に図４、図５を参照して、植物栽培装置１が備えた液体供給装置による給水処理について説明する。この給水処理は、植物栽培装置１の栽培棚２ａに沿って横向きに延びる給水管１２であって上流領域１２ａと下流領域１２ｂを有し、下流領域１２ｂに接続された複数のノズル１３から液体を受け皿３に供給するために実行されるものである。この給水処理の開始に際しては上流領域１２ａより液体の供給を開始して給水管１２に供給管１０から液体が供給された状態とする。そして定圧弁１６によって規定の設定圧に調整された液体が、電磁弁１４の上流側まで供給されている。
【００２９】
図４、図５において、まずカウンタ２０ｄをリセットする（ＳＴ１）。次いで給水処理が開始されるタイミングｔ０において、電磁弁１４を“開”にする（ＳＴ２）。これにより供給管１０から供給される液体は流量計１５、電磁弁１４を介して下流側へ流れ始める。これに伴い流量計１５は上流領域１２ａの給水管１２を流れる液体の流量を計測する流量計測を開始し、図５に示すように通過した液体の流量に応じた単位パルスｐをカウンタ２０ｄに対して出力する。
【００３０】
流量計１５による流量計測に際しては、電磁弁１４が開状態となった後の所定時間は流速が安定しないため単位パルスｐの出力インターバルが不安定となり、安定した流量計測ができない。このため、本実施の形態においては、電磁弁１４が開状態になった後に流量計１５を通過する液体の流速が安定して単位パルスｐの出力インターバルＴｉが定常値に収束するまでの遅れ時間Ｔ１を予め設定しておき、この遅れ時間Ｔ１に対応するカウント値Ｋ１の到達を待って流速計測を開始する。換言すれば流速（流量）の計測は、液体の供給を開始した後給水管１２を流れる液体の流量が定常状態となったタイミングｔ１で行うようになっている。
【００３１】
すなわち流速計測に先立ってカウンタ２０ｄは単位パルスｐをカウントしてカウント値を処理部２０ａに伝達し、処理部２０ａはカウント値が予め設定されたカウント値Ｋ１に到達したか否かを監視する（ＳＴ３）。ここでカウント値Ｋ１に到達したならば、流速計測を開始する（ＳＴ４）。なお、カウント値Ｋ１の到達を監視する代わりに、予め設定された遅れ時間Ｔ１がタイムアップするタイミングｔ１を以てカウント値Ｋ１の到達に置き換えてもよい。
【００３２】
この流速計測は、図５に示すように、予め設定された計測時間Ｔ２内における単位パルスｐのパルス数Ｎ（ｐ）をカウントすることにより行われる。すなわちパルス数Ｎ（ｐ）を計測時間Ｔ２で除して得られる単位時間あたりのパルス数より、給水管１２内を流れる液体の流速、換言すれば給水管１２内を流れる液体の流量が計測される。そして流速計測結果に基づいて、開放状態のノズル１３の本数を判定する（ＳＴ５）。すなわち計測された流量より液体を吐出しているノズル１３の本数を判定する。
【００３３】
この流量計測、ノズル１３の本数の判定において、予め想定されていた想定内容と計測によって求められた結果とが異なる場合には、制御部２０は異常を報知する。すなわち流量計１５によって計測した流量と、制御部２０の記憶装置に予め記憶された想定流量（予定していたノズル１３の本数と対応する想定流量）とを比較し、流量計１５によって計測した流量が想定流量から許容できる量よりも少ない場合は、表示部２２に異常を報知する。さらに判定した開状態にあるノズル１３の本数が予定していた本数と異なる場合にも同様に表示部２２に異常を報知する。
【００３４】
次に開放状態であって液体を吐出しているノズル本数が得られたならば、残供給量（カウント値Ｋ２）を求める演算を行う（ＳＴ６）。すなわち制御部２０の記憶装置に記憶された総供給量から、計測時間Ｔ２が経過したタイミングｔ２までに既に供給された既供給量を差し引いた残供給量を求め、この残供給量に相当する流量計１５のパルス数に対応するカウント値Ｋ２を処理部２０ａによって算出する。
【００３５】
そして流量計１５からの出力に基づき、カウント値Ｋ２の到達を監視する（ＳＴ７）。ここでカウント値Ｋ２の到達が確認されたならば、規定の総供給量に相当する液体が供給されたと判断して、電磁弁１４を“閉”にする（ＳＴ８）。なお、カウント値Ｋ２の到達を監視する代わりに、（ＳＴ６）にて求められた残供給量に対応する残供給時間Ｔ３がタイムアップするタイミングｔ３を以てカウント値Ｋ２の到達に置き換えてもよい。すなわち処理部２０ａは、ノズル１３の本数とノズル１３の１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて液体の供給を停止する。これにより、給水処理を完了する。
【００３６】
上記説明したように、本実施の形態に示す液体供給装置および液体供給方法では、植物栽培装置１の栽培棚２ａに沿って横向きに延びる給水管１２に接続された複数のノズル１３から受け皿３に液体を供給する液体供給装置による液体供給において、給水管１２の上流領域１２ａより液体の供給を開始し、上流領域１２ａの給水管１２を流れる液体の流量を流量計１５によって計測し、計測された流量より液体を吐出しているノズル１３の本数を判定し、判定されたノズル１３の本数とノズル１３の１本当りの目標供給量から求まる総供給量に基づいて液体の供給を停止するようにしている。
【００３７】
これにより、灌水対象の容器単位に給水管を配置して給水管毎の吸水量を作業者の手動操作によって管理する煩雑な作業や、給水総量を自動的に制御する複雑な給水制御システムを必要とすることなく、植物栽培装置において適正量の灌水を簡便な構成で且つ低コストの設備で行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の植物栽培装置および液体供給装置は、植物栽培装置において簡便・低コストの設備で適正量の灌水を行うことができるという効果を有し、植物を植栽した容器が複数配置された植物栽培装置によって農業を工業的形態で行う分野において有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１  植物栽培装置
２  ラック
２ａ  栽培棚
３  受け皿
４  植栽ポッド
５  植物
１２  給水管
１２ａ  上流領域
１２ｂ  下流領域
１３  ノズル
１４  電磁弁
１５  流量計
【図１】
2017158510.tif 000003
【図２】
2017158510.tif 000004
【図３】
2017158510.tif 000005
【図４】
2017158510.tif 000006
【図５】
2017158510.tif 000007