(57)【要約】【課題】簡潔構造とし、バッテリー、商業電力を使わずに、小容量の太陽電池のみで日照に応じた点滴を屋外・屋内を問わず容易に行うことができる安価な装置を提供することである。【解決手段】上部水槽と、下部水槽と、前記下部水槽から排出された水を植物に対して点滴供給する点滴チューブとを有し、前記上部水槽が、前記上部水槽の水位に基づいて該上部水槽と該下部水槽に給水を行う給水手段と、太陽電池によって駆動されるエアポンプから空気が流入すると、該上部水槽の水位を上昇させる水位上昇手段と、該上部水槽の水位が所定位置以上になると、該上部水槽の水を前記下部水槽に落下させる水落下手段とを有し、前記下部水槽が、該下部水槽の水位が所定位置以上になると、該下部水槽の水を前記点滴チューブに対して排出する水排出手段を有する。【選択図】図３
2008022755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部水槽と、下部水槽と、前記下部水槽から排出された水を植物に対して点滴供給する点滴チューブとを有し、
前記上部水槽が、
前記上部水槽の水位に基づいて該上部水槽と該下部水槽に給水を行う給水手段と、
太陽電池によって駆動されるエアポンプから空気が流入すると、該上部水槽の水位を上昇させる水位上昇手段と、
該上部水槽の水位が所定位置以上になると、該上部水槽の水を前記下部水槽に落下させる水落下手段と
を有し、
前記下部水槽が、
該下部水槽の水位が所定位置以上になると、該下部水槽の水を前記点滴チューブに対して排出する水排出手段
を有する、
ことを特徴とする植物栽培用点滴給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物栽培用点滴給水装置に関し、詳しくは、植物を栽培する水あるいは肥料の入った液体を植物に点滴供給する植物栽培用点滴給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水資源と肥料の有効活用、そして植物への適宜な給水、給肥で健全な生育を追及し、植物の根元に点滴給水する栽培が普及しつつある。
【０００３】
最近では、このような給水を自動的に行う方法が知られているが、最も広く用いられる方法はタイマーで電磁弁を開けることであらかじめ設定された時間に給水する方法である（たとえば特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２５２６７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来の給水装置には以下のような問題があった。
【０００５】
すなわち、従来の給水装置では、植物への給水をタイマー設定時間で行うため、季節や天候等に応じて給水時間を変えなければならない場合、その都度タイマーの設定し直しをしなければならず、作業が非常に煩雑であるという問題があった。
【０００６】
また、植物は日照があるときに活性が強まるので、日照センサーを用いて、天候、日照に応じて、自動的に植物への点滴量をコントロールする方法が考えられる。
【０００７】
ところが、この場合には、装置構成が複雑になってしまい、故障の際には復旧に時間がかかるという生物に対する装置としては重大な欠点があるし、また、高価であるという問題があった。
【０００８】
また、給水装置において、商業電力やバッテリーを使用することは、電源の確保、供給、安全という要素も設置に際し勘案しなければならず、使い勝手が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、簡潔構造とし、バッテリー、商業電力を使わずに、小容量の太陽電池のみで日照に応じた点滴を屋外・屋内を問わず容易に行うことができる安価な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】
【００１０】
そこで、本発明は、日照とは関係なく連続して水源から給水する系統、日照に応じて給水される系統の１つあるいは両方で下部水槽に給水する。
【００１１】
この水槽は下方に接続される点滴チューブ全体に行き渡らせるのに十分な量を確保してからチューブ全体に導水する仕組みを持つことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明は、上部水槽と、下部水槽と、前記下部水槽から排出された水を植物に対して点滴供給する点滴チューブとを有し、前記上部水槽が、前記上部水槽の水位に基づいて該上部水槽と該下部水槽に給水を行う給水手段と、太陽電池によって駆動されるエアポンプから空気が流入すると、該上部水槽の水位を上昇させる水位上昇手段と、該上部水槽の水位が所定位置以上になると、該上部水槽の水を前記下部水槽に落下させる水落下手段とを有し、前記下部水槽が、該下部水槽の水位が所定位置以上になると、該下部水槽の水を前記点滴チューブに対して排出する水排出手段を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、商用電力やバッテリを使うことなく小容量の太陽電池を利用して植物栽培用の点滴を行うことができる。
【００１４】
太陽電池は日照に応じて発電するので、植物の吸水必要量と比例する給水を実現することができる。
【００１５】
太陽電池系統による給水以外に常時給水し、これを基本とし、日照があるときに余分に給水するという管理もできる。
【００１６】
太陽電池パネルの方角、太陽光に対しての角度を可変にし、受光面の向きを調整することで、時間的な制御、量的制御も可能である。
【００１７】
また、商用電力やバッテリを使用しないので、安全な供給装置であり、屋外、屋内でも安全に使用することができる。
【００１８】
さらに、水が高いところにあることによる位置エネルギーを制御しながら低いところに流しており、機構が単純であるが故に故障は少なく安価で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態による植物栽培用点滴給水装置の上部水槽の断面図である。
【００２０】
１は上部水槽であり、この上部水槽１は、下方に流出するチューブ２と、空気をためて水位を上昇させるための空気だまり３と、所定量の空気がたまったときに上部に噴出させ水位を下降させる弁４と、太陽電池５と、太陽電池５を電源とするエアポンプ６と、エアポンプ６から空気を送り込むエアチューブ７と、バルブ１１が開であれば、フロート９０が下がってタップ弁８９が開くと水が供給される給水管８と、下部水槽（図２に示す）に給水する給水管８８とを有し、たとえば縦２０ｃｍ、横４２ｃｍ、深さ２５ｃｍの中空立方体であって上面が開放された水槽である。
【００２１】
空気だまり３は、水槽内下部に位置し、たとえば縦１８ｃｍ、横４０ｃｍ、深さ７ｃｍの中空立方体であって下面のみが開放されている。
【００２２】
この空気だまり３の下方にはエアチューブ７が設置されて、エアチューブ７の一端９は空気だまり３下方の水中に置かれる。この一端９から空気が出るように、エアチューブ７の他端１０は直流電源で駆動するエアポンプ６に接続される。
【００２３】
エアポンプ６の電源は太陽電池５である。この太陽電池５は、たとえばパネル寸法縦１０ｃｍ、横１５ｃｍ程度の小容量で、発電能力は３Ｖ、１２０ｍＡである。
【００２４】
晴天のとき、水深２０ｃｍの水中に送り込まれる空気量は約３００ｍｌ/ｍｉｎ（ミリリットル／分）である。
【００２５】
送り込まれた空気が空気だまり３にたまることにより、空気だまり３内の水は空気だまり３の下面から押し出され、上部水槽１の水面を上昇させる。
【００２６】
空気だまり３は、上面に一定量の空気がたまったときにその空気を空気だまり３の外部に噴出する弁４を有する。この弁４はたとえばＵ字形をした管であり、一端は空気だまり３内の上部で開放されており、他端は空気だまり３の外部に開放されている。
【００２７】
空気だまり３に徐々にたまる空気はＵ字形の弁４の内部の水を徐々に押し出し、空気が弁４のＵ字形の下方頂点に達すると、空気だまり３内の空気は弁４を介して空気だまり３の外部に噴出される。この噴出が続き、空気だまり３内の水位が、空気だまり３内での弁４の先端にまで達すると、空気だまり３内の空気の外部への噴出は止まる。
【００２８】
弁４のＵ字形の下方頂点から、空気だまり３内での弁４の先端までの長さを調節することにより、空気だまり３内の空気の１回の噴出量を調節することができる。これによって上部水槽１の水面の上下幅を設定することができる。たとえば縦２０ｃｍ、横４２ｃｍの水槽の水位を１ｃｍ上下させるには８４０ｍｌの空気の出入が必要である。
【００２９】
空気が空気だまり３にたまり、また、抜けることによって、上部水槽１の水面の水位の上昇、下降が繰り返される。
【００３０】
上部水槽１の水面の最下降部の側面の上方には、水の流出管であるチューブ２が、逆Ｕ字形に設置されている。
【００３１】
このチューブ２の一端は上部水槽１の水中に固定され、他端は上部水槽１の外部であって、一端よりも下方に設置される。
【００３２】
空気だまり３内に空気がたまることに伴う上部水槽１の水面の上昇で、水はチューブ２の一端１２から浸入し、チューブ２内の空気を押し上げ、逆Ｕ字形の頂点を過ぎると、チューブ２全体を通じた水の連続的落下が始まる。
【００３３】
このチューブ２の内径が小さ過ぎると水の表面張力が相対的に大きくなり水は落下しないし、大き過ぎると管内全体を通じた連続的落下はなされない。
【００３４】
たとえば、この実施の形態のように流出管がチューブの場合、内径約６ｍ/ｍが適当である。水面の上昇幅はこの落下が始まるのに十分な幅をとる。たとえば６ｍ/ｍのチューブの場合には９ｍ/ｍあれば十分適当である。
【００３５】
この流出は水の落下により、チューブ２の他端まで水面が下がり、チューブ２の一端から吸う水がなく、空気をかむまで続く。
【００３６】
上部水槽１の水面の下降に伴いフロート９０が下がってタップ弁８９が開くと、給水管８によって上部水槽１に給水するとともに、給水管８８によって下部水槽（図２に示す）に給水する。
【００３７】
上部水槽１に給水される量は少量でなければならない。そうしないとチューブ２による流出が連続してしまい、落下が停止しなくなってしまうからである。
【００３８】
また、給水管８によって上部水槽１に給水する量をバルブ８１で調節することによって、水の供給時間を調節することができる。たとえば、６ｍ/ｍのチューブで落差２０ｃｍのときは、２０×４２ｃｍ水槽の水位４ｃｍ分落下するのに約２分かかり、水の落下が止まって、上部水槽１への給水を１４０ｍｌ（ミリ リットル）/ｍｉｎとすると、約２５分で水位は戻り、フロート９０が上昇してタップ弁８９が閉じ、給水は止まる。この間、下部水槽（図２に示す）には給水管８８によって給水されるが、その量はバルブ９１で調節することができる。
【００３９】
図２は、本発明の一実施の形態による植物栽培用点滴給水装置の下部水槽の断面図である。
【００４０】
下部水槽２１は、上部水槽１から落下流出するチューブ２と、給水管８８と、水源からの配管９５とを上方に有し、これらから供給落下された水が所定量になると、一定間隔で設けられた微細孔を有するドリップチューブ（点滴チューブ）１０２へと導通する水槽である。水はドリップチューブ１０２の微細孔から流出して栽培対象の植物に供給される。
【００４１】
下部水槽２１の底部にはドリップチューブ１０２に接続する配管１０３が接続されている。
【００４２】
この下部水槽２１は、水槽内の水が所定量たまるとドリップチューブ１０２に導通される仕組みと、水槽内の水が少なくなると導通が止まる仕組みとを有する。
【００４３】
以下に、この仕組みについて説明する。
【００４４】
たとえば、図２のように下部水槽２１中にパイプ１０４を底部に接合し、パイプ１０４内に横から水が入らない独立した空間１０５を形成する。
【００４５】
下部水槽２１に水がたまるにつれて水面が上昇し、パイプ１０４の側面の貫通穴に設置した内径約６ｍ/ｍのチューブ１０６を介して空間１０５内に水が流入する。チューブ１０６の一端１０７からは下部水槽２１内の水が流入し、他端１０８からは水が空間１０５内に落下する。
【００４６】
落下した水は空間１０５内の上下動タンク９内に落ち、上下動タンク９内にたまり始める。この上下動タンク９は空のときは、紐で繋がる滑車１１０を経た反対側の重り１１１に引かれ、その重り１１１に紐で繋がるタップ弁１１２は閉じている。
【００４７】
上下動タンク９は内部に水がたまるにつれて、そのたまった水の重さで徐々に下降し、滑車１１０を介して紐で繋がる重り１１１を引き上げ、さらに、重り１１１に紐で繋がるタップ弁１１２を持ち上げて、タップ弁１１２を開く。この動作を完結するためには、重り１１２およびタップ弁１１２を引き上げるのに十分な重量が必要であり、そのためには、チューブ１０６の一端１０７の先端の水深をそれに見合った位置に調節して設置する。
【００４８】
タップ弁１１２が開くと、水は配管１０３を介してドリップチューブ１０２に導通されて流出され、下部水槽２１の水位は下がり、チューブ１０６の一端１０７の先端よりも下がると、上下動タンク９への落下は止まる。
【００４９】
また、タップ弁１１２を十分に持ち上げて開かすだけの位置で、上下動タンク９が止まるように支え台１３が用意されている。
【００５０】
タップ弁１１２が開くと配管１０３を通じてドリップチューブ１０２に導水されるが、受水量よりドリップ量が大きいと、下部水槽２１の水位は下降し、やがて底部にあるフロートバルブ１４に達する。このフロートバルブ１４は下部水槽２１内の水の減少により下降し、上下動タンク９の底部に設けられたチューブ１１４を、下部水槽２１内でパイプ１０４の外部に導通させる。すなわち、フロートバルブ１４の下降によって上下動タンク９内の水が外部に流出する。
【００５１】
このようにして水が流出した上下動タンク９は重量が軽くなって、重り１１１に引かれて上昇する。これに伴いタップ弁１１２は自重によって閉じ、配管１０３およびドリップチューブ１０２への導水を遮断する。
【００５２】
また、上下動タンク９の上部の適当な位置にストッパー１５を設けることで、上下動タンク９の不必要な上昇を止め、重り１１１とタップ弁１１２の紐の絡まりを防ぐ。
【００５３】
図３は、図１に示した上部水槽１と図２に示した下部水槽２１とを組み合わせて示す断面図である。
【００５４】
本実施の形態の植物栽培用点滴給水装置を動作させるときは、図３に示す状態で用いる。
【００５５】
図４は、本発明の一実施の形態による植物栽培用点滴給水装置の下部水槽の図２とは別の例の断面図である。
【００５６】
また、設定流出量が小量つまり設置チューブが短い場合ならば、たとえば逆Ｕ字形に設置した内径約６ｍ/ｍのチューブ３１を設置することで逆Ｕ字の頂点を越えた時点からチューブ３１の一端３２からの流出が始まり、チューブ３１の他端３３が空気をかむまでの流出設定をすることもできる。この場合、受けトレー３４にドリップチューブ３０２を接続する。
【００５７】
下部水槽２１や３０に水が一定量たまったときにドリップチューブ１０２、３０２への導通が始まる設定量はドリップチューブの総内容量よりも大きくなければならない。小さいとチューブの先端に水が行き届かず点滴ムラが生じる。実際にはチューブに残留する水もあり、総内容量よりも５０％多ければ、手前から点滴が始まるのを考慮しても十分にチューブの先端にまで水が行き届く。
【００５８】
また、下部水槽２１や３０の水がドリップチューブ１０２、３０２を経て点滴される速度は、下部水槽２１や３０の所定量の半量がある中間流出時点で晴天時に上部水槽１から下部水槽２１や３０への供給速度を１０％程度下回る速度に設定すると、晴天が続き、上部水槽１から下部水槽２１や３０への供給が続くとき、ドリップ速度（点滴速度）と下部水槽２１や３０の水位は均衡し、点滴は途切れることなく継続させることもできる。
【００５９】
下部水槽２１や３０から溢れることなく点滴を継続するには、落差によるドリップ量を測定し、上部水槽１と下部水槽２１や３０との供給量の差を解消し得る、下部水槽２１や３０の水位差を確保する下部水槽２１や３０の寸法設計が必要となる。
【００６０】
図５は、図１に示した上部水槽１と図４に示した下部水槽３０とを組み合わせて示す断面図である。
【００６１】
本実施の形態の植物栽培用点滴給水装置を動作させるときは、図５に示す状態で用いる。
【００６２】
図６は、本発明の植物栽培用点滴給水装置で用いるドリップチューブ１０２、３０２における、水位差と点滴量との関係の一例をグラフにして示す図である。
【００６３】
たとえば、トマトを１，０００ｍ２で１，５００本栽培するとして、１，５００穴のチューブ穴で、晴天時の点適量を３，０００ｌ（リットル）／日とした場合、１，５００ｌ（リットル）を２４Ｈ（時間）で供給するものとするとその速度は６３ｌ／Ｈとなり、１，５００ｌを昼の８Ｈで供給するものとするとその速度は１９０ｌ／Ｈとなる。これらの和である２５３ｌ／Ｈを最大値として設計する。これの１０％減は約２３０ｌ／Ｈとなる。これに相当するのは、図６のグラフを参照してわかるように、水位差５０ｃｍと推定される。
【００６４】
たとえば、下部水槽２１の点滴開始〜点滴終了の水位差を７０ｃｍと設定する場合には、点滴開始時落差８５ｃｍとし、点滴終了時落差１５ｃｍとすればよい。
【００６５】
落差８５ｃｍのときの供給は、図６のグラフを参照してわかるように、約２９０ｌ／Ｈであり、上部水槽１、下部水槽２１からの供給を最大２５３ｌ／Ｈと設定すれば、下部水槽２１から水が溢れることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施の形態による植物栽培用点滴給水装置の上部水槽の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態による植物栽培用点滴給水装置の下部水槽の断面図である。
【図３】図１に示した上部水槽１と図２に示した下部水槽２１とを組み合わせて示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態による植物栽培用点滴給水装置の下部水槽の図２とは別の例の断面図である。
【図５】図１に示した上部水槽１と図４に示した下部水槽３０とを組み合わせて示す断面図である。
【図６】本発明の植物栽培用点滴給水装置で用いるドリップチューブ１０２における、水位差による点滴量の変化の一例をグラフにして示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  上部水槽
２  チューブ
３  空気だまり
４  弁
５  太陽電池
６  エアポンプ
７  エアチューブ７
８  給水管
１１  バルブ
１２  チューブ２の一端
８８  給水管
８９  タップ弁
９０  フロート
９１  バルブ
２１  下部水槽
９５  配管
１０２  ドリップチューブ（点滴チューブ）
１０３  配管
１０４  パイプ
１０５  独立した空間
１０６  チューブ
１０７  チューブ１０６の一端
１０８  チューブ１０６の他端
９  上下動タンク
１１０  滑車
１１１  重り
１１２  タップ弁
１３  支え台
１４  フロートバルブ
１１４  チューブ
１５  ストッパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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