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【発明の名称】 水耕栽培用の給液装置
【発明者】 【氏名】冨士谷 仁一
【要約】 【課題】極めて簡単な構造で、水に肥料を均一に分散させて植物に供給する。

【解決手段】水耕栽培用の給液装置は、水に液肥を混合して、液肥の混合水を植物に供給している。給液装置は、水に液肥を混合する混合機１が、混合ケース２と、この混合ケース２に先端の挿入部３ａを挿入している排出管３とを備える。混合ケース２は、水を供給する給水口４と、液肥を供給する給液口５とを開口しており、給水口４から供給される水に、給液口５から供給される液肥を添加して排出管３から排出している。排出管３の挿入部３ａは、給水口４から供給された水が流動される方向に延長して配設されると共に、水が流動される方向に離して複数の小孔３Ａを開口している。給液装置は、給水口４から供給された水と、給液口５から供給された液肥とを、複数の小孔３Ａから排出管３に流入させて、排出管３から排出して植物に供給している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水に液肥を混合して、液肥の混合水を植物に供給する水耕栽培用の給液装置において、水に液肥を混合する混合機(1)が、混合ケース(2)と、この混合ケース(2)に先端の挿入部(3a)を挿入している排出管(3)とを備えており、混合ケース(2)は、水を供給する給水口(4)と、液肥を供給する給液口(5)とを開口しており、給水口(4)から供給される水に、給液口(5)から供給される液肥が添加されて、排出管(3)から排出されるように構成されており、さらに、排出管(3)の挿入部(3a)は、給水口(4)から供給された水が流動される方向に延長して配設されると共に、水が流動される方向に離されて複数の小孔(3A)を開口しており、給水口(4)から供給された水と、給液口(5)から供給された液肥とが、複数の小孔(3A)から排出管(3)に流入されて排出管(3)から排出して植物に供給されるように構成されてなることを特徴とする水耕栽培用の給液装置。
【請求項２】 混合機(1)が、混合ケース(2)を細長い筒状とし、この混合ケース(2)の一端に給水口(4)と給液口(5)とを開口して、混合ケース(2)の他端に、給水口(4)に向かって延長された排出管(3)を連結している請求項１に記載される水耕栽培用の給液装置。
【請求項３】 排出管(3)の挿入部(3a)に複数に設けている小孔(3A)の総開口面積が、給水口(4)の開口面積にほぼ等しい請求項１に記載される水耕栽培用の給液装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水耕栽培される植物に、水に肥料を添加して供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水耕栽培される植物は、培地に水が供給される。培地が過乾燥な状態になると植物が枯れてしまうからである。培地に供給される水に、肥料を添加して供給している。図１は、水耕栽培に使用される給液装置の概略図である。この図に示す装置は、貯水タンク６の水を給水ポンプ７で一定の圧力に加圧して混合機１に供給する。混合機１には、肥料供給ポンプ９も連結している。肥料供給ポンプ９は、液肥を混合機１に供給し、給水ポンプ７は水を混合機１に供給する。混合機１は、水に液肥を混合して排出し、排出される水が植物に供給される。混合機１は、図２の断面図に示すように、太い筒の一端に給水口４を開口して、他端に排出口２４を開口している。液肥を供給する給液口５は、給水口４の近傍に開口している。この混合機１は、給水口４から供給される水に、給液口５から供給される液肥を添加し、水が混合ケース２を流れる途中で、液肥を分散させて、排出口２４から排出される。したがって、排出口２４から排出される水には、液肥が添加されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際には図２に示す混合機１では、水に均一に液肥を分散させて、排出口２４から排出するのが極めて難しい。とくに、肥料供給ポンプ９に、ピストンで液肥を押し出すパルスポンプ等を使用すると、液肥は連続して均一には供給されずに、脈動する状態で供給される。混合ケース２内は、給水口４から排出口２４に向かって、水を撹拌しない状態で流動させるので、途中に液肥が脈動する状態で、あるいは、断続的に供給されると、混合ケース２を流動している水には、流動方向に、液肥の濃い部分と薄い部分とができて、濃度むらができる。濃度むらは、混合ケースを太く長くすることによって、多少は少なくできるが、太くて長い混合ケースであっても、水の流動方向に液肥の濃度むらができるのを原理的には解消できない。また、太く長い混合ケースは、混合機の外形を著しく大きくする欠点もある。
【０００４】濃度むらのある液体を水耕栽培の培地に供給することは、植物にとって理想的な環境とはならず、植物をより好ましい環境で生育させるために、培地に供給する液体には、肥料を均一に分散させて供給することが大切である。
【０００５】本発明は、このような目的を達成するために開発されたもので、本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で、水に肥料を均一に分散させて植物に供給できる水耕栽培用の給液装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の水耕栽培用の給液装置は、水に液肥を混合して、液肥の混合水を植物に供給している水耕栽培用の給液装置を改良したものである。本発明の給液装置は、水に液肥を混合する混合機１が、混合ケース２と、この混合ケース２に先端の挿入部３ａが挿入された排出管３とを備える。混合ケース２は、水を供給する給水口４と、液肥を供給する給液口５とを開口しており、給水口４から供給される水に、給液口５から供給される液肥を添加して排出管３から排出している。排出管３の挿入部３ａは、給水口４から供給された水が流動される方向に延長して配設されると共に、水が流動される方向に離して複数の小孔３Ａを開口している。給液装置は、給水口４から供給された水と、給液口５から供給された液肥とを、複数の小孔３Ａから排出管３に流入させて、排出管３から排出して植物に供給している。
【０００７】さらに、本発明の請求項２に記載される水耕栽培用の給液装置は、混合機１の混合ケース２を細長い筒状としており、混合ケース２の一端に給水口４と給液口５とを開口して、混合ケース２の他端に、給水口４に向かって延長された排出管３を連結している。
【０００８】さらに、本発明の請求項３に記載される水耕栽培用の給液装置は、排出管３の挿入部３ａに複数に設けている小孔３Ａの総開口面積を、給水口４の開口面積とほぼ等しくしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための水耕栽培用の給液装置を例示するものであって、本発明は給液装置を下記のものに特定しない。
【００１０】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１１】図３に示す水耕栽培用の給液装置は、植物に供給する水を蓄えている貯水タンク６と、この貯水タンク６の水を混合機１に供給する給水ポンプ７と、給水ポンプ７の排出側の圧力を一定に保持する圧力調整弁１０と、肥料である液肥を蓄えている原液タンク８と、この原液タンク８の液肥を混合機１に供給する肥料供給ポンプ９と、肥料供給ポンプ９から供給される液肥を給水ポンプ７から供給される水に均一に混合する混合機１と、混合機１に液肥と水を供給する肥料供給ポンプ９と給水ポンプ７の運転を制御するコントローラー１１と、コントローラー１１に接続している日射センサー１２と、混合機１から排出される液体の肥料濃度を検出する濃度センサー１３と、濃度センサー１３の出力側に接続された開閉弁１４とを備えている。
【００１２】貯水タンク６は水源に連結されており、常に一定量の水を貯えている。貯水タンク６は、給水ポンプ７を介して混合機１に連結されている。給水ポンプ７は、貯水タンク６の水を混合機１に供給する。貯水タンク６の排出側であって給水ポンプ７の供給側には、ストレーナ１５を配設している。ストレーナ１５は、貯水タンク６から排出される水に含まれる異物等を、内蔵するフィルターで濾過して除去する。さらに、給水ポンプ７の排出側は、配管を分岐してバイパス路１６を設けて、圧力調整弁１０を介して貯水タンク６に還流している。圧力調整弁１０は、給水ポンプ７の排出側の水圧を所定の圧力に保持して、混合機１に供給される水の流量を調整している。
【００１３】原液タンク８は、肥料である液肥を蓄えている。原液タンク８は、肥料供給ポンプ９を介して混合機１に連結されている。肥料供給ポンプ９は、原液タンク８の液肥を、混合機１に供給する。肥料供給ポンプ９は、たとえば、ピストンで液肥を押し出すパルスポンプ等を使用する。このポンプは、簡単な構造で一定量の液肥を供給できると共に、構造が簡単で優れた耐久性がある。ただ、本発明の水耕栽培用の給液装置は、肥料供給ポンプをパルスポンプに特定しない。肥料供給ポンプには、液肥を供給できる全ての液体ポンプが使用できる。
【００１４】図に示す給液装置は、２基の原液タンク８を備え、２台の肥料供給ポンプ９を使用して混合機１に液肥を供給している。この構造の給液装置は、たとえば、２基の原液タンク８に異なる種類の液肥を供給し、２種類の液肥を混合させて水に添加できる特長がある。液肥の種類や混合比は、栽培される植物の種類や栽培環境等によって種々の変更がなされて最適値に設定される。ただ、原液タンクと肥料供給ポンプは、それぞれ１基とすることも、３基以上とすることもできる。
【００１５】混合機１は、貯水タンク６から供給された水と、原液タンク８から供給された液肥とを混合する混合ケース２と、この混合ケース２に先端の挿入部３ａが挿入されると共に、液肥が混合された混合水を排出する排出管３とを備える。
【００１６】混合ケース２は、水密に閉塞されたケースで、細長い筒状に成形されている。図４に示す混合ケース２は、細長い円筒状に成形している。ただ、混合ケースは、角筒状とすることもできる。混合ケース２は、一端に給水口４と給液口５とを開口しており、他端に、給水口４に向かって挿入部を３ａが延長された排出管３を連結している。
【００１７】給水口４は、円筒状の混合ケース２の端面の中央に開口されている。給水口４は、配管を介して給水ポンプ７に連結されており、ここから貯水タンク６の水が混合ケース２内に供給されている。
【００１８】給液口５は、混合ケース２の給水口４を設けた側の端部に開口されている。給液口５は、円筒状の混合ケース２の側面であって、端面の近傍に開口されている。ただ、給液口は、端面に開口することもできる。図に示す混合ケース２は、２基の原液タンク８に連結される２つの給液口５を、互いに対向する位置に配設している。これらの給液口５は、配管を介して肥料供給ポンプ９に連結されており、ここから原液タンク８の液肥が混合ケース２内に供給されて、給水口４から供給される水に添加される。
【００１９】排出管３は、混合ケース２よりも外径が小さくて、内径が給水口４とほぼ等しいパイプである。排出管３は、給水口４と反対側の端面の中央から、混合ケース２の内部に先端部を挿入する状態で水密に連結されている。排出管３は、混合ケース２の内部に挿入された挿入部３ａを、給水口４に向かって延長して、すなわち、給水口４から供給された水が流動する方向に延長して配設している。
【００２０】さらに、排出管３は、混合ケース２に挿入された挿入部３ａの先端縁を閉塞すると共に、挿入部３ａの側面を貫通して複数の小孔３Ａを開口している。混合ケース２内で混合された混合水を流入させて排出するためである。排出管３は、混合ケース２内に配設された挿入部３ａに開口された複数の小孔３Ａから、液肥の混合された水である混合水を流入させている。さらに、排出管３は、後端を混合ケース２の外部に引き出しており、ここから排出管３内に流入された混合水を排出している。
【００２１】排出管３の挿入部３ａの長さは、液肥を均一に混合できる長さとする。挿入部３ａを長くして多数の小孔３Ａを開口すると、液肥をより均一に水に混合できるが、混合機１が長くなって大きくなる。挿入部３ａが短すぎると、小孔３Ａの数や間隔に制限を受けて、排出管３に流入される液肥の濃度むらを解消するのが難しくなる。挿入部３ａは、複数の小孔３Ａから濃度差のある水を流入させて、排出管３の内部で、複数部分から流入される液肥の濃い水と薄い水とを混合することで、液肥の濃度を均一にして排出管３から排出する。したがって、挿入部３ａの長さは、複数の小孔３Ａから水を流入させて、液肥の濃度差を均一にできる長さとする。
【００２２】排出管３の挿入部３ａに設けられる複数の小孔３Ａは、水が流動される方向に離して開口される。図４に示す挿入部３ａは、複数の小孔３Ａを、水が流動する方向に等間隔で離して開口している。このように、水の流動方向に離して複数の小孔３Ａを開口した挿入部３ａは、濃度むらのある混合水が排出管３の内部で混合して、均一な濃度に調整して排出される。それは、混合水の濃度が、水の流動方向に沿って異なっているからである。この構造の挿入部３ａは、脈動して供給される液肥によって混合水に濃度むらができても、それぞれの小孔３Ａから濃度の異なる混合水が流入されるので、排出される混合水全体の濃度を均一にすることができる。
【００２３】排出管３の挿入部３ａに設けられる複数の小孔３Ａの大きさは、好ましくは、排出管３の内径に対して充分に小さくする。小孔３Ａの開口面積が排出管３の太さに対して大き過ぎると、濃度むらのある混合水が一度に多量に流入するからである。挿入部３ａに設けられる小孔３Ａの大きさは、排出管３の太さに対して、たとえば、１／１０以下として、排出される混合水の濃度を理想の状態で均一にできる。
【００２４】さらに、排出管３の挿入部３ａは、好ましくは、図５の断面図に示すように、全周に複数の小孔３Ａを開口する。挿入部３ａに、混合ケース２内の多数部分から混合水を流入させるためである。このように、挿入部３ａの全周に多数の小孔３Ａを開口する排出管３は、箇々の小孔３Ａの大きさを小さくして、濃度むらのある混合水を均一に混合して排出できる特長がある。
【００２５】水の流動方向に離して開口する複数の小孔３Ａは、それぞれの小孔３Ａから混合水を流入させて、液肥の濃度を均一にできる個数とする。小孔３Ａの最小の個数は２個である。２個の小孔は、混合ケース内を流動する混合水の液肥の濃度差が、最も濃くなる部分と薄くなる部分との間隔に調整して、挿入部３ａに開口される。ただし、小孔３Ａは、水の流動方向に離されて、好ましくは３〜１０個、さらに好ましくは４〜８個、最適には、５個以上に開口される。
【００２６】さらに、排出管３の挿入部３ａに開口される複数の小孔３Ａの総開口面積は、好ましくは、給水口４の開口面積とほぼ等しくする。たとえば、図３ないし図５に示す排出管３は、水の流動方向に離して挿入部３ａの全周に２０個の小孔３Ａを開口している。したがって、この排出管３は、１個の小孔３Ａの開口面積を、給水口４の開口面積の約１／２０の大きさにする。このように、小孔３Ａの総開口面積と給水口４の開口面積とが等しい混合機１は、全ての小孔３Ａから排出管３に流入する混合水の流量をほぼ等しくして、液肥の濃度差をより均一にできる特長がある。
【００２７】さらに、排出管３の挿入部３ａには、必ずしも、複数の小孔３Ａを全て等間隔で規則正しく開口する必要はない。図６に示すように、複数の小孔３Ａを挿入部３ａにランダムに開口することもできる。ただし、この構造の挿入部３ａは、複数の小孔３Ａを、局部的に集中して開口するのではなくて、水の流動方向にわたって均等にむらなく開口するのがよい。それは、濃度むらのある混合水を均一に流入させるためである。
【００２８】さらに、排出管は、図示しないが、挿入部の全体あるいは一部に、多孔質な素材を使用して、これらの孔から混合水を流入させて排出することもできる。挿入部の全体を多孔質な素材とする排出管は、たとえば、フィルター等を筒状に成形して、挿入部の全体を多孔質な構造とする。また、挿入部の一部に多孔質な素材を使用する排出管は、混合ケースに挿入された挿入部に、多孔質なフィルター等を、水の流動方向に離して、あるいは、水の流動方向に延長して配設して部分的に多孔質な構造とする。これ等の構造の排出管も、水の流動方向に配設される多孔質な無数の孔から、濃度差のある混合水を流入させて、排出管の内部で混合して、均一な濃度に調整して排出できる。
【００２９】コントローラー１１は、混合機１に水を供給する給水ポンプ７と、液肥を供給する肥料供給ポンプ９の運転を制御する。コントローラー１１は、たとえば、植物に混合水を供給するときに給水ポンプ７と肥料供給ポンプ９を駆動する。混合水の供給量は、植物の種類や環境に応じて最適値に設定される。植物に所定の量の混合水が供給されると、コントローラー１１は、給水ポンプ７と肥料供給ポンプ９を停止させて、混合水の供給を終了する。
【００３０】さらに、コントローラー１１は、混合機１から排出される混合水の肥料濃度に応じて肥料供給ポンプ９の運転を制御する。混合水の肥料濃度は、たとえば、混合機１の排出側に配設された濃度センサー１３で検出される。コントローラー１１は、混合機１から排出される混合水の肥料濃度が低いとき、肥料供給ポンプ９を駆動させて、水に添加する液肥の量を多くする。肥料供給ポンプ９にパルスポンプを使用する場合は、ポンプの駆動周期を短くして単位時間当りの供給回数を多くする。逆に、混合液の肥料濃度が高いときには、肥料供給ポンプ９の運転を抑制して、水に添加する液肥の量を少なくする。
【００３１】日射センサー１２は、照射される太陽光の強さを測定して、その情報をコントローラー１１に伝達する。コントローラー１１は、日射センサー１２から入力されるデータに基づいて、植物に供給する混合水の量と供給周期および供給回数等を演算して決定する。天気が良い日は、太陽の照射量が多く、それに伴って植物の蒸散量も多くなる。したがって、コントローラー１１は、晴天の日には、植物に混合水を供給する回数を多くして、培地が乾燥するのを防止すると共に、多量の肥料を効率よく植物に吸収させる。逆に、天気の悪い日には、植物の蒸散量が少ないので、植物に供給する混合水の量を制限して、培地の湿度が高くなるのを防止して根腐れ等の発生を阻止する。
【００３２】濃度センサー１３は、混合機１の排出側に配設されており、混合機１から排出される混合液の肥料濃度を検出して、そのデータをコントローラー１１に伝達する。濃度センサー１３は、たとえば、混合水の電気伝導度を測定して、混合水の液肥濃度を検出する。コントローラー１１は、濃度センサー１３から入力される数値に基づいて給水ポンプ７と肥料供給ポンプ９とを制御して、混合水の肥料濃度を最適値に調整する。
【００３３】さらに、図３に示す給液装置は、濃度センサー１３の排出側に流量計１７を配設している。流量計１７は、混合機１から排出される混合水の流量を測定して表示する。流量計１７を備える給液装置は、植物に供給される混合水が、適正な流量で排出されているかどうかを簡単に確認できる特長がある。
【００３４】図に示す流量計１７は、上下に延長して配設された透明パイプ１８と、この透明パイプ１８の内側を上下に移動する浮沈子１９で構成している。透明パイプ１８は、下端を供給側に、上端を排出側に連結しており、下方から上方に向かって水が流動するように構成している。浮沈子１９は、下部をテーパー状に成形すると共に、重りを内蔵してパイプ内を上下方向に移動できるようにしている。この流量計１７は、水が流動していないときには、浮沈子１９に内蔵される重りの自重で沈み、水の流量に応じて、浮沈子１９が透明パイプ１８内を上昇する構造となっている。この構造の流量計１７は、極めて簡単な構造で、しかも安価に製造して、水の流量を測定できる特長がある。ただ、流量計には、水の流量を測定できる他の全ての構造のものを使用することができる。
【００３５】流量計１７を通過した混合水は、パイプやホースである配管２０を介して水耕栽培用の栽培ベッド２１に供給される。図３に示す給液装置は、複数の栽培ベッド２１に混合水を供給できるように配管を分岐しており、分岐された各々の配管２０を開閉弁１４である電磁弁を介して栽培ベッド２１に連結している。これ等の開閉弁１４は、コントローラー１１に制御されており、各栽培ベッド２１に供給される水量を調整している。複数の栽培ベッド２１は、栽培される植物に応じて、開閉弁１４がコントローラー１１で制御されて、適量の混合水が供給される。
【００３６】栽培ベッド２１は、供給された混合水を培地２２に散布する給液管２３を配設している。給液管２３は、混合水を培地２２に均一に散布できるように、無数の穴を設けている。給液装置から供給された混合水は、給液管２３から培地２２に散布されて、栽培ベッド２１に植えられた植物に供給される。
【００３７】
【発明の効果】本発明の水耕栽培用の給液装置は、極めて簡単な構造で、水に肥料を均一に分散させて植物に供給できる特長がある。それは、本発明の水耕栽培用の給液装置が、水に液肥を混合する混合機を、混合ケース内に排出管の先端を挿入した独特の構造としており、排出管の挿入部を、給水口から供給された水が流動する方向に延長して配設すると共に、挿入部には水の流動方向に離して複数の小孔を開口し、液肥の混合された水をこれらの小孔から排出管に流入させて排出しているからである。この混合機は、排出管の挿入部に、水の流動方向に離して複数の小孔を開口しているので、それぞれの小孔から流入される濃度むらのある混合水が、排出管の内部で混合されて、均一な濃度に調整されて排出される。とくに、混合水の肥料濃度は、水の流動方向に沿って異なっているので、水の流動方向に離して開口された複数の小孔からは、濃度の異なる混合水が流入して、排出される混合水全体の濃度を均一にすることができる。したがって、本発明の水耕栽培用の給液装置は、極めて簡単な構造で、水に液肥を均一に分散させて所定の濃度で植物に供給できる特長がある。
【００３８】とくに、本発明の給液装置の特筆すべき特長は、液肥を脈動する状態で供給しても、混合水の液肥の濃度むらを少なくできることである。このことは、高価なポンプを使用することなく、簡単で安価なポンプを使用して、装置全体を低コストに製造して、しかも、混合機の外形を大きくすることなく混合水の濃度むらを極減できる特長が実現できる。
【００３９】ちなみに、従来の給液装置における混合水の濃度むらを、電気伝導度を検出する濃度センサーで測定すると、１．０ｍＳ／ｍを基準として、±０．０５ｍＳ／ｍであったが、本発明の給液装置における濃度むらを測定すると、１．０ｍＳ／ｍを基準として、±０．０３ｍＳ／ｍ以内と濃度むらを極減することができた。
【出願人】 【識別番号】５９８０１２６８１
【氏名又は名称】徳農種苗株式会社
【出願日】 平成１１年２月９日（１９９９．２．９）
【代理人】 【識別番号】１０００７４３５４
【弁理士】
【氏名又は名称】豊栖 康弘 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−２２８９２２（Ｐ２０００−２２８９２２Ａ）
【公開日】 平成１２年８月２２日（２０００．８．２２）
【出願番号】 特願平１１−３１２８４