JPS6022885B2 - 栄養液供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管理環境農耕設備用の栄養液供給装置に関する
もので、更に詳しく言えば、栄養液腰栽培設備内の植物
生育容器に供給される栄養液の流量を自動的に制御し得
る栄養液供給装置に関する。

最近、植物栽培用の栄養液腰技術が開発されたことによ
り「園芸作物の生産のための新たな可能性が開拓された
。

栄養液膜技術は従来の水耕技術とは異なるものである。
すなわち、後者では継続的または周期的に植物の根塊全
体を栄養液中に浸すのに対し、前者では植物の根を少量
の栄養液流に接触させるだけで濡らすのである。その際
には、毛管現象に基づく吸上作用により、栄養液で濡れ
た領域が根塊全体に広がって行く。栄養液を僕給するた
めには、金属、プラスチックなどから作られた細長い樋
状の容器内に植物の根塊を配置し、それから容器の底面
に沿って少量の栄養液流を流すことによって植物の根塊
に次々と接触させるのが通例である。重力の作用で栄養
液が流れ続けるように容器はその長さ方向に沿って傾斜
しているのが普通であるから、植物の根によって吸収さ
れなかった栄養液は容器の開放端から排出される。こう
して容器から排出された過剰の栄養液は、通常ならば必
要に応じて成分元素を補給した後に再循環させられる。
ところが、かかる栄養液は容器の底面に近接した部分の
板塊を濡らしさえすればよいのであるから、栄養液膜栽
培設備内における栄養液流は少なくてよく、従ってその
流量を極めて小さく保つことが望ましい。

とは言え、栄養液流量の制御に当っては高い精度および
信頼度が要求される。なぜなら、流量が不十分になると
根が過度に乾燥して植物の損傷そして更には枯死さえ引
起すことがあるからである。また、（大規模な設備の場
合によく見られるように）通常の供給装置によって多数
の容器に栄養液を供給する場合には、かかる制御の問題
がなお一層困難になる。そのような設備の場合には、設
備内の各容器への栄養液供給量を厳密に均等化すること
が極めて困難なのである。それでもなお、栄養液の供給
が容器によって不十分になったり過剰になったりしない
ようにするためにはかかる均等化を欠くことができない
。現行の栄養液膜栽培設備においては、各容器への栄養
液流量を調整するため、供給本管と個々の容器との間に
連結された毛細管を利用するのが普通である。

ところで、供給本管が長くて多数の容器に連結されてい
る場合には、その長さ方向に沿って圧力の変動が起り得
る。また、容器が相異なる高さに配置されているような
設備の場合には、毛細管への栄養液供給時の静水圧に差
があるため栄養液流量が容器間においてかなり変動する
。その上、栄養液中の不純物や沈殿物の蓄積によって毛
細管は時間の経過に伴って目詰りを起し易く、そのため
容器間における栄養液分布が不均等になるという問題は
一層顕著となる。勿論、各種の精密な流量調整器が商業
的に入手可能であって、栄養液膜栽培設備においてそれ
らを使用することも可能であった。

しかしながら、それらは購入費が高いばかりでなく、処
理すべき栄養液が問題を起し易くかつ多数の調整器が要
求されるために維持費もまた高くなる傾向がある。実際
「通例使用される栄養液は多少の腐食性を有する上、必
然的に塩類や無機質の濃度が高いため沈積物が生じ易く
「従って従釆の流量調整器の弁やその部分の動作は妨害
を受けるのである。さて本発明は、従来の栄養液膜栽培
設備に共通するこれらの問題を低減させるのに役立つこ
とは勿論、購入費および長期使用時の維持費のいずれの
点から見ても比較的少ない経費でその目的の達成を可能
にするような栄養液供給装置に関するものである。本発
明に従えば、一定量の栄養液を供給すでき１個以上の植
物生育容器を含んだ栄養液膜栽培設備用の栄養液供給装
置が提供される。

各容器には栄養液供給量調整器が装備されるが、それは
【ａ）外被手段、【ｂーー定の横断面積を持つたといわ
ゆる計量オリフィス（この様なオリフィスは液体の流量
の表示装置の部分として使用できるが本発明の場合には
そのような目的に使用されているわけではない）を有す
る栓手段、および｛ｃ｝堰すなわちダム様構造物から成
っている。外被手段は栄養液の貯液槽を画成するもので
、容器の底面よりも高い位置に配置されている。外被手
段はまた栄養液口、栄養液供給出口および側路出口をも
有している。桧手段は栄養液供給出口内に配置されてい
て、その計量オリフィスが該オリフィスの横断面積およ
び計量オリフィス上の静水頭に応じて栄養液供Ｖ給出口
を通る栄養液の流量を制御す。なお、静水顔とは計量オ
リフイスまたは外被手段の底面から計った栄養液の高さ
すなわち栄養液のレベルを意味するもので、計量オリフ
イスの位置における静水圧はかかる静水頭に原因する圧
力である。堰は外被手段の内部において栄養液供孫合出
口と側路口との間に配置されている。かかる堰はそれの
高さを越える栄養液を側路出口へ流出させ、それによっ
て外被手段内部の液の高さを制御する。個々の容器また
は容器列中の最初の容器には一次栄養液供給源が連結さ
れ、そして栄養液供Ｖ給量調整器の正規の動作時に計量
オリフィスを通過する流量を越えるだけの栄養液を栄養
液入口に供給する。その結果、過剰の栄養液は堰を越え
て側路出口へ流出するため、外被手段（すなわち貯留槽
）の内部には一定の液の高さおよび一定の静水頭が維持
され、従って計量オリフィスを通過する流量は所望の一
定値に調整されることになる。複数の栄養液膜栽培設備
における使用あるいは同一お設備内に含まれた（複数の
容器に装備される）複数の栄養液供給量調整器における
使用を便利にするため、栓手段は交換可能であると同時
にそれぞれの栄養液供給出口への着脱が容易であること
が好ましい。

栓手段はまた、相異なる栄養液流量を必要とする色々な
作物（たとえばトマトや各種の野菜）に適合し得るよう
、横断面積の異なる各種の計量オリフィスを有するのが
便利である。堰を越えて流出した過剰の栄養液は、鉛直
方向に段を成す方式やピラミッド状に段を成す方式の設
備の場合にはそれに続く下段の栄養液供給量調整器の栄
養液入口に導けばよく、また水平方向に列を成す方式の
設備や単一の容器の場合には集めてから一次栄養液供給
源に戻される。

所望ならば、目盛付き表示榛を備えたフロート部材を栄
養液供給量調整器内に組込んでもよく、そうすれば作業
員は容器を開いたり栄養液供給量調整器を切離したりし
なくても容器内における栄養液流の状態を視覚的に検査
することができる。本発明において使用される栄養液供
給量調整器は、弁を含まないばかりでなく、可動部分を
全く含まないことが特徴である。

静止部品に比べ、可動部品は栄養液に起因する腐食作用
を受け易いことが経験的に判明している。本発明におい
て使用されるような形式の栄養液供給量調整器を選択す
るに至った主な理由の一つはその点にあると言える。以
下、添付の図面を参照しながら本発明を一層詳しく説明
しよう。

先ず第１図には、参照番号１３で表わされる栄養液供給
量調整器を装備した植物生育容器１１の端部が示されて
いる。

栄養液膜栽培設備においては「通例、多数のかかる容器
が鉛直方向に段を成す方式、ピラミッド状に段を成す方
式、あるいは水平方向に列を成す方式によって配置され
、また時にはこれらの方式の組合せによって配置される
。典型的な場合、容器１ １は帯状のプラスチック材料
１５から作られている。第１および２図に示されるごと
く、かかるプラスチック材料１５は断面が閉じた五角形
を成すよに折り曲げられており、またその上部のへり１
７は互いに合わさり、そして隣接する植物同士の中間に
配置されたクリップ１９で留められている。その結果、
植物の茎が支持されると同時に、容器内部への光の侵入
が制限されることになる。容器１１の内部では、植物の
根塊２１が容器の底面上に載遣される。

根塊２１は裸のままでもよいし、また必要に応じて人工
士壌やビートのごとき培土中に保持されていてもよい。
かかる培土を使用すれば、根塊中への栄養液の吸上作用
が向上するため、根魂全を栄養液で確実に濡らすことが
できる。また、容器１１の内部において栄養液が重力の
作用で続けるようにするため、容器１１は第１図に示さ
れるごとく下方に傾斜している。栄養液膜栽培の場合、
容器の内部においては少量の栄養液が根魂と接触しなが
ら流れ続けることが必要である。いかなる期間にせよ、
容器内の根塊への栄養液供給の不足を避けるべきである
と同時に、根塊の完全な浸薄も避けるべきである。これ
らの要請に応じて各容器への栄養液の流量を注意深制御
するため、栄養液供給量調整器１３が装臆されている。
第４図に関連して一層詳しく説明されるが、栄養液供給
量調整器１３は外被２５を含んでいる。かかる外被２５
はプラスチック成形品であってよく、また一体成形され
た取付用クリップ２７などによって容器の端整に固定す
れば便利である。栄養液供給量調整器１３はまた栄養液
口２９、栄養液供給出口３１および側路出口３３をも含
んでいる。この場合、栄養液入口２９は一次栄養液供給
源に通じ、栄養液供給出口３１は容器に通じ、そして側
路出口３３は帰り管路または（後述のごとき直列配置の
設備の場合ならば）次の調整器に通じている。外被２５
の内部においては、上方に突き出た隔壁手段によって堰
（ダム様構造物）３５が形成されている。

なお、かかる隔壁手段は図示とごとく側路出口３３に整
列させて設置するのが便利である。このような堰３５は
、外被２５によって画成された貯液槽の内部に一定の液
の高さを維持し、それによって栄養液供給出口３１の上
方に一定の静水圧を維持するのに役立つ。この栄養液供
給出口には計量オリフイスを有する交換可能な栓３７が
配置されている。かかる計量オリフィスの横断面積が一
定であると同時に、貯液槽の内部の液の高さが一定であ
ることによって計量オリフィスの上方に一定の静水頭が
維持される結果、外被２５へ流入する栄養液流量に関係
なく、容器への栄養液流量はほぼ一定の値に調整される
ことになる。過剰の栄養液は堰３５を越えて側路出口３
３へ流出し、それから一次栄養液供給源に戻されるか、
あるいは第２図に示されるよな場合ならばの容器の栄養
液供給量調整器に導かれる。第２図に示されるごとく鉛
直方向に段を成して配置された各々の容器４１の一端に
は、第１図に示されたものと同様な栄養液供給量調整器
１３が装備されている。

かかる栄養液供給量調整器１３は直列に連結されている
。すなわち、各々の栄養液供給量調整器の側路出口３３
はたとえば導管４３によって続く下段の栄養液供給量調
整器の栄養液入口２９に連結されている。栄養液たとえ
ばポンプ４５によって最上段の栄養液供給量調整器の栄
養液入口２９に供給される。最下段の栄養液供給量調整
器の側路出口３３から排出された栄養液は液溜め４７に
戻され、それからポンプ４５によって再循環させられる
。なお、所望の化学的組成を維持しかつ同伴された異物
を除去するため必要に応じて栄養液の再処理を行い得る
よ、液溜め４７とポンプ４５との間に補給手段（図示せ
ず）を装備してもよい。第２図の装置の動作を説明すれ
ば、運転開始時には先ず最上段の栄養液供給量調整器に
栄養液が供総合される。

それが満たされると過剰の栄養液は流出し、そしてそれ
に続く下段の栄養液供給量調整器を満たし始める。以下
同様にして全ての栄養液供給量調整器が満たされ、従っ
て全ての容器にそれぞれ計量された流量の栄養液が供給
されることになる。その場合には、少なくとも最下段の
栄養液供給量調整器の液の高さを、そこから多少の栄養
液が流出して栄養液供給源に戻る様な液の高さに維持す
るために必要な十分な量の栄養液が装置に供給され続け
る限り、各容器への栄養液流量は一定に保たれるのであ
る。第２図の直列配置の実施例に対し、第３図には並列
配置の実施例が示されている。

この場合には、複数の植物生育容器４９が水平方向に列
を成して配置されているわけで「全ての容器がほぼ同じ
高さに位置している。各々の容器４９の栄養液供聯合量
調整器６１には、供孫合本管５５から導入管５３を通し
て栄養液が供給される。他方、各々の栄養液供給量調整
器５１から流出した栄養液は側路管５７および帰り管５
９によって共通の液溜めに戻され、それから前述のごと
くポンプ６１によって再循環させられる。このような実
施例では、運転開始時に全ての栄養液供給量調整器が同
時に栄養液で満たされる。この場合にもまた、全ての栄
養液供給量調整器を満たすのに少なくとも十分なだけ栄
養液が供給されれば、供給本管の長さ方向に沿っての圧
力変動にかかわらず各容器への栄養液流量は一定に保た
れることになる。第２および３図には容器の排出側の端
部が示されていないが、容器の長さ方向に沿って移動す
る間に植物の根によって吸収されなかった栄養液はやは
り栄養液供給源に戻されるのが通例である。

かかる過剰の栄養液は栄養液供給量調整器と反対側の容
器端部から排出され、そして集められてから栄養液供給
源または液溜めに戻される。最後に第４図を見れば、栄
養液供給量調整器の好適な実施例が一層詳細に示されて
いる。かかる栄養液供給量調整器の外被７１は図示のご
とく１対の相補的なプラスチック成形品として作ること
ができ、また栄養液入口７５、栄養液供給出口７４およ
び側路出口７３を外被７１と一体成形することもできる
。かかる実施例における堰は、計量オリフィスの上方に
所望の静水頭が得られるように選ばれた高さの隔壁７７
によって構成されている。また、この場合の計量オリフ
ィスは栄養液供給出口７４内に着脱自在に挿入し得る交
換可能な栓８０の関口７９によって画成されている。好
ましくは、栄養液供給量調整器の内部の液の高さを表示
する手段が装備される。第４図に示されるごとく、かか
る表示手段は直立した樟８３を有するフロート部材８１
から成るもので、棒８３には適当な目盛８５を刻むこと
ができる。フロート部材８１は、外被７１の上部に取付
けられた支持部材８７の内部において鉛直方向に糟動し
得るように設置されている。また、フロート部材８１を
懸垂スカート８９によって包囲することも可能であって
、そうすればフロート部材８１が外被７１内における栄
養液の乱流から保護されることになる。動作に当っては
、榛８３の位置を見れば栄養液貯留槽内の液の高さが探
知されるわけである。このような表示手段は大形設備に
おいて使用すれば特に有用である。

なぜなら、作業員は装置への栄養液供給が十分であるか
どうかを一目で判定することができるからである。すな
わち、鉛直方向に段を成す設備の場合ならば最下段の栄
養液供給量調整器の正規の動作が維持されているかどう
か、また水平方向に列を成設備の場合ならば最も遠い側
に位置する栄養液供給量調整器の正規の動作が維持され
ているかどうかを一目で検査ることができるのである。
このようにすれば、容器を開くなどして装置の動作を邪
魔することないこ装置の動作状態を監視できるわけであ
る。言うまでもないが、かかる表示手段は全ての栄養液
供給量調整器に装置する必要はない。たとえば鉛直方向
に段を成す設備の場合には、上部の容器用の栄養液供給
量調整器にそれを装備することは不要である。なぜなら
、最下段の容器への栄養液供給が十分であれば、全ての
容器への供給が十分であることが保証されるからでる。
以上の記載から明らかな通り、外部に位置するポンプお
よび内部に位置するフロート部材を別にすれば、本発明
の栄養液供給装置の栄養液供給量調整器には可動部品や
精密部品が含まれていない。

それらは構造的に簡単である上、特に図示のごとくプラ
スチック成形品として作れば初期設備費が安くて済み、
また保守もほとんど不要である。作物の植付けの合間に
装置の滅菌が所望される場合には、その際の温度に耐え
得る材料を用いて栄養液供給量調整器を作製すればよい
。あるいはまた、栄養液供給量調整器を使い捨てにして
もよいのであって、初期設備費が安いことから見ればそ
れも可能と言える。本発明の栄養液供給量調整器によっ
て維持すべき栄養液の流量は、相異なるオリフィス寸法
を持った栓を交換使用することによって容易に加減でき
る。その結果、所望の流量を選定して維持し得ることは
勿論、計量オリフィスの目詰りによって引起こされる問
題も容易に解決できるのである。このように本発明は、
栄養液膜栽培設備において栄養液の流量を制御するため
の簡便で安価な信頼できる装置を提供するものである。

かかる装置を用いれば、鉛直方向に段を成す方式、ピラ
ミッド状に段を成す方式、および水平方向に列を成す方
式のいずれの設備においても所望の流量が高い精度およ
び信頼度をもって維持できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は植物生育容器の一端に取付けられた本発明の栄
養液供給装置の部分断面図、第２図は鉛直方向に段を成
して配置された多数の容器と共に使用するのに通した栄
養液供Ｖ給装置の略図、第３図は水平方向に列を成して
配置された多数の容器と共に使用するのに通した栄養液
供給装置の略図、そして第４図は第１図の栄養液供給量
調整器を一層詳細に示す部分断面斜視図である。 図中、１ １は植物生育容器、１３は栄養液供給量調整
器、１９はクリップ、２１は植物の根塊、２５は外被、
２７は取付用クリップ、２９は栄養液入口、３１は栄養
液供給出口、３３は側路出口、３５は堰（隔壁）、そし
て３７は栓を表わす。 ｒｉＧ．１． ＦＩＧ．２． ＦＩＧ．３． ＦＩＧ．４．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 当該容器の長さ方向に沿つて間隔をおきながら植物
   の根を配置しかつ当該容器の底面に沿つて流れる栄養液
   に接触させることによつて前記植物の根に栄養液を供給
   するための細長い植物生育容器を含む栄養液膜栽培設備
   に用いられて、前記植物生育容器に調整された栄養液の
   流れを供給る栄養液供給装置において、一次栄養液供給
   源および栄養液供給量調整器を有し、該調整器は、（ａ
   ）前記植物生育容器の底面よりも高い位置に配置されて
   栄養液貯液槽を画成しかつ栄養液入口、栄養液供給出口
   を有する外被手段、（ｂ）開口の横断面積および上方の
   静水頭に応じて前記栄養液供給出口から前記植物生育容
   器への栄養液の流量を制御するための計量オリフイスを
   有しかつ前記栄養液供給出口内に配置された栓手段、お
   よび（ｃ）前記外被手段の内部において前記栄養液供給
   出口と前記側路口との間に配置されかつ当該堰の高さを
   越える栄養液を前記側路出口に流出させることによつて
   前記外被手段内の液の高さを制御しる堰の諸要素から構
   成されており、しかも前記一次栄養液供給源が前記栄養
   液入口に連結されかつ前記栄養液供給量調整器の正規の
   動作時に前記計量オリフイスを通過する流量を越えるだ
   けの栄養液を前記栄養液入口に供給する様に構成され、
   もつて過剰の栄養液が前記堰を越えて前記側路出口への
   流出して、前記外被手段の内部に一定の液の高さが維持
   されると共に前記計量オリフイスの上方に一定の静水頭
   が維持され、従つて前記計量オリフイスの通過する流量
   が所望の一定値に調整されることを特徴とする栄養液供
   給装置。 ２ 特許請求の範囲第１項中に定義したような細長くて
   下方に傾斜した植物生育容器を複数個含む栄養液膜栽培
   設備用の栄養液供給装置において、前記植物生育容器の
   各々には特許請求の範囲第１項中に定義したような外被
   手段、栓手段および堰から成る栄養液供給量調整器が装
   備され、かつ前記一次栄養液供給手段が前記栄養液供給
   量調整器のそれぞれの栄養液入口に対し共通に連結され
   て栄養液を供給する、特許請求の範囲第１項記載の栄養
   液供給装置。 ３ 複数の前記植物生育容器が互いに相異なる高さに配
   置される場合において、前記栄養液供給量調整器のそれ
   ぞれの栄養液入口および側路出口同士が直列に連結され
   、かつ前記一次栄養液供給源が最上段の栄養液供給量調
   整器の栄養液入口に連結される、特許請求の範囲第２項
   記載の栄養液供給装置。 ４ 複数の前記植物生育容器が同一の高さに配置される
   場合において、前記一次栄養液供給源が前記栄養液供給
   量調整器のそれぞれの栄養液入口に対し並列に連結され
   る、特許請求の範囲第２項記載の栄養液供給装置。 ５ １個以上の前記外被手段の栄養液貯液槽内に配置さ
   れかつ外部からの視覚的検査によつて前記栄養液貯液槽
   内の液の高さの探知を可能にする表示要素を含むフロー
   ト段が追加包含される、特許請求の範囲第１〜４項のい
   ずれかに記載の栄養液供給装置。