(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貯留されるタンクへ液体の供給やその停止を行なう開閉弁と、前記タンク内に貯留されている液体に浮かべられ、その液位の変化に伴って上下動させられるフロートと、一端にこのフロートが取り付けられ、他端の支点を中心として上下動をなし、前記開閉弁の開閉を行なう揺動アームとを備え、前記揺動アームには、前記開閉弁の注水口の真下に位置させられた補助容器が取り付けられ、この補助容器には、両端が下方へ向けられたＵ字管が取り付けられているとともに、このＵ字管の一端が前記補助容器の内部底壁に対向位置させられ、かつ、他端が前記補助容器の外部に位置させられていることを特徴とするフロート弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯液装置に設けられて、貯留されている液体の液位を貯液量として検出し、その液位が所定値よりも低い場合に液体の供給行ない、また、前記液位が所定値に至った際に液体の供給を停止することにより、貯液装置における液体の貯液量を所定量とするようにしたフロート弁に係わり、特に、供給時または停止時および貯液装置からの液体の流出が微量の場合でも、水道メーター等の始動流量以下の供給時間を最小限度に制御するようにしたフロート弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所定量の液体を貯留するようにした貯液装置においては、その貯液量を常時監視しておき、液体の排出等に伴う貯液量の減少分を順次補給することにより、貯液量を一定に保持することが行なわれている。
【０００３】
そして、このような貯液量の検出や液体の供給およびその停止を行なう装置として、フロート弁が広く知られている。
このフロート弁は、液体の供給ならびにその停止を行なう開閉弁と、貯留されている液体に浮かべられて、その液位の変化に伴って上下動するフロートと、このフロートの上下動に伴って揺動させられることにより、前記開閉弁の開閉を行なう揺動アームとによって構成されており、貯液量の減少に伴う液位の降下に伴って前記フロートが下降させられるとともに前記揺動アームが下方へ向けて揺動させられることにより、前記開閉弁が開放されて液体の供給が開始され、また、液体の供給に伴う液位の上昇によって前記フロートが上昇させられるとともに前記揺動アームが上方へ向けて揺動させられて、貯液量が規定量に至った時点で前記開閉弁が閉塞されるようになっている。
【０００４】
このようなフロート弁においては、前述した開閉弁の開閉操作を液位の変化に関連づけて自動的に行なうことができ、かつ、簡単な構成によって前記機能が得られることから、種々の貯液装置に用いられているが、つぎのような問題点を有している。
【０００５】
すなわち、給液量を計測する必要がある場合、前記フロート弁の上流側に流量計を設置して、フロート弁へ送り込まれる液体の量を計測するが、給液開始直後や給液停止直前、あるいは、減液量が極めて少ない場合等にあっては、開閉弁の開度が小さく給液量が少ないことから、前記流量計における計測可能な最低流量（以下、始動流量という）に満たない流量での給液が行なわれてしまい、実際の給液量と計測値との間に誤差が生じてしまうといった問題点である。
【０００６】
特に、減液量が前述した流量計における始動流量以下である場合には、その液体の減少が停止するまで、始動流量未満の液体が継続して供給されてしまうことから、前述した誤差が一層大きくなり、たとえば、流量計から単位流量毎に信号を発信させ、その都度、定量ポンプで所定量の液体を注入する（流量比例注入）装置においては、その混合比率が大幅にくるってしまうといった不具合の原因ともなる。
【０００７】
このような不具合を解消する一方法として、液体の貯液量に対する液面面積を小さくして、減液量に対する液位の変化量を大きくすることが考えられるが、そのためには、貯留タンクの内径を小さくする必要があり、これに伴って貯留量が減少し、あるいは、貯留量を確保した場合には、貯留タンクの高さが高くなってしまうといった新たな不具合が生じる。
【０００８】
さらに、前述したフロート弁の種々の不具合へ対処可能な一従来例として、たとえば、実公昭４９ー１８６３号公報に示される技術が提案されている。
【０００９】
この技術は、フロートに、上方へ開口した凹部を形成するとともに、このフロートが取り付けられる揺動アームに、前記フロートの凹部に連通させられた貫通孔を形成しておき、この揺動アームを開閉弁に揺動自在に連結し、かつ、この開閉弁に、この開閉弁から供給される液体の一部を前記揺動アームの貫通孔へ流し込む通液孔を形成した構成となっている。
【００１０】
そして、このフロート弁にあっては、減液時において、フロートが液面に追従して下降させられるとともに、開閉弁から供給される液体の一部が、前記通液孔から揺動アームの貫通孔を経てフロートの凹部へ供給され、これによってフロート部分の重量が増加してこのフロートが過剰に沈降させられることにより、揺動アームの下方への揺動が加速されて開閉弁が急速開弁され、また、液位の上昇によって前記フロートが上昇させられて、前記揺動アームが水平状態となった時点で、前記フロートの凹部内に貯留されていた液体が前記揺動アームの貫通孔を経て排出されてフロート部分の重量が減少することにより、過剰沈降分に相当する浮力によってフロートが上昇させられるとともに揺動アームの上方への揺動が加速されて、前記開閉弁が急速閉弁される。
【００１１】
このような作動によって、給液開始時やその終了時において開閉弁が微少開度に保持されることを抑制し、開閉弁からの給液量を確保するようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の提案に係るフロート弁においてもなおつぎのような問題点を有している。
すなわち、給液時において、給液の一部を揺動アームの貫通孔を経てフロートの凹部へ供給し、また、給液停止時において、前記凹部内の液体を前記揺動アームを経て外部へ排出するようにしていることから、凹部への液体の充填時および排出時の液体の流れが緩やかであり、これに伴って、開閉弁の開閉速度が制限されるといった問題点である。
【００１３】
本発明は、前述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、開閉弁の給液時における開弁速度ならびに給液停止時における閉弁速度を極力速め、給液開始直後や給液停止直前あるいは液位の微少変化時における、開閉弁からの給液量の微量継続時間を極力短縮することのできるフロート弁を提供することを解決すべき課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、液体が貯留されるタンクへ液体の供給やその停止を行なう開閉弁と、前記タンク内に貯留されている液体に浮かべられ、その液位の変化に伴って上下動させられるフロートと、一端にこのフロートが取り付けられ他端の支点を中心として上下動をなし、前記開閉弁の開閉を行なう揺動アームとを備え、前記揺動アームには、前記開閉弁の注水口の真下に位置させられた補助容器が取り付けられ、この補助容器には、両端が下方へ向けられたＵ字管が取り付けられているとともに、このＵ字管の一端が前記補助容器の内部底壁に対向位置させられ、かつ、他端が前記補助容器の外部に位置させられている故に、注水口から排出される微少流量は、補助容器のＵ字管の曲がり部まで上昇して始めて、サイフォン現象で排出されることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、養液栽培システムに適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本実施形態が適用された養液栽培システムの全体構成について説明すれば、図１において符号１で示す養液栽培システムは、ロックウール製マット等の人工培地２が敷設されたトレイ３と、前記人工培地２に養液を供給する養液供給手段４とを備えた概略構成となっている。
【００１６】
前記トレイ３は、ステンレス等の金属あるいは合成樹脂により上部が開放された箱形に形成されて、その内部に前記人工培地２が装着されているとともに、水平面に対して所定角度α傾斜して設置され、この傾斜角度は、栽培する植物の種類や栽培システムの種類によって任意に設定されるもので、場合によってはα＝０に設定される。
【００１７】
また、前記トレイ３の傾斜方向下方に位置する縁部には、前記人工培地２から流出する養液Ｗを貯留するための養液溜まりとしての樋５が設けられており、この樋５内には、その内部に貯留される養液Ｗの液位の下限を検出するためのレベルセンサ６が設置されている。
【００１８】
前記養液供給手段４は、水と液肥とを所定の割合で混合して、規定濃度の養液を生成する養液タンク７と、この養液タンク７に連設された養液供給管８と、この養液供給管８の下流側の端部に取り付けられるとともに、前記トレイ３の傾斜方向上方の縁部に配置されて、このトレイ３に装着されている前記人工培地２の上端部へ向けて養液を散布する養液散布ヘッダ９と、前記養液供給管８の途中に設けられて、前記養液Ｗを圧送する給液ポンプ１０と、前記養液タンク７に給液管１１を介して連設され、前記養液タンク７へ供給される液肥が貯留された複数の液肥タンク１２と、各給液管１１の途中に設けられて、前記液肥タンク１２から液肥を所定量づつ前記養液タンク７へ供給する定量ポンプ１３と、前記養液タンク７内に設置されて、その内部の養液Ｗの液位に基づいて、給水量を制御する本実施形態に係わるフロート弁１４と、このフロート弁１４に接続された給水管１５と、この給水管１５の途中で、前記養液タンク７よりも上流側に設置されて、この養液タンク７への給水量を検出する流量計１６とによって構成されている。
【００１９】
また、前記レベルセンサ６、給液ポンプ１０、各定量ポンプ１３および流量計１６は、ぞれぞれコントロールユニット１７に接続されており、前記レベルセンサ６は、前記樋５内の養液水位が下限値に達した時点で、前記コントロールユニット１７へ給液開始信号Ｑを出力し、また、前記流量計１６は、前記養液タンク７への給水量に応じた給水量信号Ｌを出力し、かつ、前記コントロールユニット１７においては、前記流量計１６からの給水量信号Ｌに応じて前記複数の定量ポンプ１３のそれぞれに駆動信号Ｍを出力するとともに、前記レベルセンサ６からの給液開始信号Ｑに基づき、前記給液ポンプ１０へ駆動信号Ｎを出力するようになっている。
【００２０】
ついで、本実施形態に係わるフロート弁１４について図２を参照して詳述すれば、このフロート弁１４は、前記養液タンク７へ給水やその停止を行なう開閉弁１８と、前記養液タンク７内に貯留されている養液Ｗに浮かべられ、その液位の変化に伴って上下動させられるフロート１９と、このフロート１９が取り付けられ、このフロート１９の上下動に伴って揺動させられることにより、前記開閉弁１８の開閉を行なう揺動アーム２０とを備え、この揺動アーム２０には、前記開閉弁１８の注水口１８ａの真下に位置させられた補助容器２１が取り付けられ、この補助容器２１には、両端が下方へ向けられたＵ字管２２が取り付けられているとともに、このＵ字管２２の一端２２ａが前記補助容器２１の内部底壁２１ａに対向位置させられ、かつ、他端２２ｂが前記補助容器２１の外部に位置させられた構成となっている。
【００２１】
前記開閉弁１８は、前記養液タンク７の側壁に一体に、かつ、その注水口１８ａが下方へ向けられた状態で取り付けられ、その弁箱に、前記揺動アーム２０の揺動中心部が軸支されることにより、この揺動アーム２０が揺動自在に支持されている。
【００２２】
前記フロート１９は、合成樹脂等によって中空の球状に形成され、前記揺動アーム２０の揺動端部にねじ込み等の手段によって一体に取り付けられている。
【００２３】
前記補助容器２１は、上方が開放された有底筒状に形成されており、前記揺動アーム２０の揺動端部近傍に設けられた連結具２３に支持され前記開閉弁１８の下方まで延設された支持アーム２４に取り付けられているとともに、その開口部２１ｂ内に、前記開閉弁１８の注水口１８ａが位置させられている。
【００２４】
また、前記Ｕ字管２２は、本実施形態においては、前記補助容器２１の内部に配置されており、この補助容器２１の内部底壁２１ａに対向させられるＵ字管２２の一端２２ａは斜めに切断されて、補助容器２１の内部空間に対する開口面積が大きくなされ、また、前記Ｕ字管２２の他端２２ｂは、前記補助容器２１の底壁２１ａを貫通して外部へ突出開口され、この貫通部において前記底壁２１ａに接着等の手段によって一体化されている。
【００２５】
ついで、このように構成された本実施形態のフロート弁１４の作用について説明する。
前記養液タンク７内の養液が給液ポンプ１０によってトレイ３へ供給されるのに伴って、前記養液タンク７内の液位が降下し、この液位の降下に追従して前記フロート１９が漸次下降するとともに、揺動アーム２０が下方へ向けて揺動させられ、この揺動させられる揺動アーム２０により、前記開閉弁１８が徐々に開放され、その注水口１８ａからの給水が開始される。
【００２６】
このようにして前記開閉弁１８から供給された水は、補助容器２１内を満たした後に、上部開口部２１ｂから溢れて養液タンク７へ落下してこの養液タンク７に貯留されるが、給水開始直後の微量給水が補助容器２１内に貯留され、補助容器２１に貯留された水の重量が前記支持アーム２４を介して前記フロート１９へ作用し、このフロート１９をその分だけ押し下げることにより、開閉弁１８の開度を大きくし、給水量を増加させながら遂には最大給水量に達してより大きな流速となり、その流体圧が、前記支持アーム２４を介して前記フロート１９へ作用し、前記フロート１９が、図３にＡで示す通常時の沈降深さよりも深い沈降深さＢまで過剰に沈降させられて、前記揺動アーム２０が開方向にさらに揺動させられることにより、開閉弁１８の開放速度が加速される。
【００２７】
そして、開閉弁１８の開放速度が速まるにつれて、この開閉弁１８からの給水量も急速に増加し、その水圧によるフロート１９への押圧力も急速に増加することから、前記開閉弁１８の開放速度がさらに速められ、この結果、給水開始直後における給水量が速やかに所定量以上となる。
【００２８】
したがって、給水管１５に設けられている流量計１６内の流量が、この流量計１６における始動流量以上に速やかに到達し、流量計１６の作動が確実に行なわれて、実際の給水量と計測される給水量との誤差が小さく抑えられる。
【００２９】
一方、前記補助容器２１内に供給された水は、その水位がＵ字管２２の湾曲部以上となった時点で、このＵ字管２２のサイフォン機能によってその他端２２ｂから補助容器２１の外部へ排出されるが、その時点における開閉弁１８からの給水量が多いことから、給水の過程において前記補助容器２１内が満水状態に保持され、前述したフロート１９に対する押圧作用が継続される。
【００３０】
そして、前述した給水の継続により、養液タンク７内の水位が漸次上昇させられ、フロート１９の浮力が、補助容器２１内の水の重量と給水流速による押圧力との和以上になったときから、前記フロート１９が反転上昇させられるとともに、揺動アーム２０が上方へ向けて揺動させられることにより、前記開閉弁１８が徐々に閉じられて補助容器２１に対する給水量が減少させられ、これによって、水圧によるフロート１９への押圧力が減少するとともに、前記補助容器２１内の水がＵ字管２２によって補助容器２１の外部へ排出されるが、給水量が補助容器２１からの排水量以下となった時点で、Ｕ字管２２による排水が急速に行なわれ、この結果、給水圧力と補助容器２１内の貯水の重量による前記フロート１９への押圧力が急速に解除される。
【００３１】
この結果、フロート１９を過剰に沈降させていた外力が除去され、この過剰沈降分に相当する浮力によって前記フロート１９が急速に上昇させられるとともに、揺動アーム２０が上方へ向け揺動させられることにより、前記開閉弁１８が急速に閉止される。
【００３２】
したがって、給水停止直前における閉弁操作が迅速に行なわれて、給水量が流量計１６における始動流量未満となる領域を速やかに通過して給水停止がなされ、この結果、実際の給水量と計測される給水量との誤差が小さく抑えられる。
【００３３】
このように、本実施形態に係わるフロート弁１４によれば、給水時において、開閉弁１８から排出される液を補助容器２１に注入して、この補助容器２１内に貯留される水の重量ならびに給水時の圧力をフロート１９に作用させることにより、このフロート１９を過剰に沈降させるとともに、前記揺動アーム２０を、開閉弁１８を強制的に開放する方向へ揺動させ、これによって、前記開閉弁１８が急速開放され、また、給水停止時において、水位が規定の水位近傍に至り、前記補助容器２１への給水量が減少した時点で、この補助容器２１内の水をＵ字管２２によって補助容器２１の外部へ排出し、これによって、前記フロート１９に作用していた給水圧力と、補助容器２１に貯留されていた水の重量とを除去することにより、前記フロート１９の過剰沈降分の浮力によって前記揺動アーム２０を、開閉弁１８を閉塞する方向へ強制的に揺動させ、これによって、前記開閉弁１９が急速閉止される。
【００３４】
この結果、給水開始直後や給水停止直前等において、開閉弁１８からの給水量が流量計１６における始動流量未満の流量となる領域を速やかに通過させられ、給水時における流量計１６の非作動領域が狭められて、実際の給水量と計測される給水量との誤差が小さく抑えられる。
【００３５】
そして、図１に示すような養液栽培システム１に適用した場合においては、養液タンク７への給水量が正確に把握されるから、この水と混合される液肥との混合比が高精度に保持される。
【００３６】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３７】
たとえば、前記実施形態においては、補助容器２１が取り付けられる支持アーム２４を揺動アーム２０のフロート１９の近傍において連結具により固定することにより、前記揺動アーム２０へ固定した例について示したが、これは一例であって、前記補助容器２１の揺動アーム２０への固定位置やその固定構造については適宜変更可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わるフロート弁は、液体が貯留されるタンクへ液体の供給やその停止を行なう開閉弁と、前記タンク内に貯留されている液体に浮かべられ、その液位の変化に伴って上下動させられるフロートと、一端にこのフロートが取り付けられ、他端の支点を中心として上下動をなし、前記開閉弁の開閉を行なう揺動アームとを備え、前記揺動アームには、前記開閉弁の注水口の真下に位置させられた補助容器が取り付けられ、この補助容器には両端が下方へ向けられたＵ字管が取り付けられているとともに、このＵ字管の一端が前記補助容器の内部底壁に対向位置させられ、かつ、他端が前記補助容器の外部に位置させられていることを特徴とするもので、つぎのような優れた効果を奏する。
【００３９】
給液時においては、補助容器内に貯留される液の重量ならびに給液時の給液圧力をフロートに作用させることにより、このフロートを過剰に沈降させるとともに、前記揺動アームを、開閉弁を開放する方向へ揺動させ、これによって、前記開閉弁を急速開放し、また、給液停止時においては、液位が規定の液位近傍での、前記給液量の減少による給液圧力の減少と、Ｕ字管による補助容器内の液体排出とを同時に発生させ、これによって、前記フロートに作用していた給液圧力と、補助容器に貯留されていた水の重量とを除去することにより、前記フロートの過剰沈降分の浮力によって、前記揺動アームを開閉弁を閉塞する方向へ揺動させ、これによって、前記開閉弁を急速閉止することができる。
【００４０】
この結果、給液開始直後や給液停止直前等において、開閉弁からの給水量が流量計における始動流量未満となる領域を速やかに通過させ、給液時における流量計の非作動領域を狭めて、実際の給液量と計測される給液量との誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用された養液栽培システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す一部断面正面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すもので、作動状態を示す一部断面正面図である。
【符号の説明】
１４  フロート弁
１８  開閉弁
１８ａ  注水口
１９  フロート
２０  揺動アーム
２１  補助容器
２１ａ  内部底壁
２１ｂ  開口部
２２  Ｕ字管
２２ａ  一端
２２ｂ  他端
【図１】
0003646394.tif 000002
【図２】
0003646394.tif 000003
【図３】
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