(57)【要約】【課題】植物用の自動灌水装置で、気温の上昇により作動して必要十分な水量で灌水する。【解決手段】トラップ装置１と貯水容器２で構成される。貯水容器２に貯水された水はトラップ装置１に供給され、トラップ装置１は気温が上昇すると作動を始め所定の水量を吐出して灌水する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラップ装置と貯水容器で構成され、トラップ装置は上部に密封蓋を有したトラップ容器と、トラップ容器壁を嵌通し一端をトラップ容器内側の上部に配置したＵ字状の管と、トラップ容器壁を嵌通し一端をトラップ容器内側の下部に配置した逆Ｕ字状のサイホン管と、トラップ容器の側面又は上面の壁で嵌通して設けた通気管からなり、貯水容器は前期Ｕ字状の管の他端を貯水容器の下部に挿通し、トラップ容器と連通されていることを特徴とする自動灌水装置。
【請求項２】
前記トラップ装置の性能特性の変更手段として、通気管の下端の高さを変更することを特徴とする請求項１に記載の自動灌水装置。
【請求項３】
前記トラップ容器に連絡管により連通された空気タンクを設けた事を特徴とする請求項１に記載の自動灌水装置。
【請求項４】
前記トラップ装置を任意で作動させることができるように、トラップ容器や空気タンクや連絡管に接続管により連通されたゴム・ビニル等の弾性体の密封容器を設けたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の自動灌水装置。
【請求項５】
前記トラップ装置から吐出された水を複数箇所に分配するため、下面に下部より複数本挿通された分配管を有する受水容器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の自動灌水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は電気や電磁気部品を用いらずに自然エネルギーで作動する植物用の自動灌水装置に関するもので、気温の上昇を利用して作動を開始させ、さらに重力を利用して水を吐出して灌水できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】植物用の自動灌水装置において、電気や電磁気部品を用いらずに自然エネルギーで作動して灌水させるものが種々市販されているが、いずれも灌水の水量が少ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気や電磁気部品を用いらずに自然エネルギーで作動する自動灌水装置は少量の水を緩慢に供給するため、土壌中の空気が入れ替わりにくく長期間使用すると植物の育成に支障を来すことがあった。また灌水できる範囲も小さく、多くの水を必要とする植物や中・大型の植物には複数の装置を使用しなければならなかった。また装置によっては土質により正常に作動しない場合があった。本発明は以上の点を解決するため、電気や電磁気部品を用いらずに自然エネルギーで作動する自動灌水装置であって十分な灌水量を有するものを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の自動灌水装置はトラップ装置と貯水容器で構成されている。トラップ装置は上部に密封蓋を有したトラップ容器と、トラップ容器の側面または上面または下面を嵌通し一端をトラップ容器内側の上部に配置したＵ字状の管と、トラップ容器の側面または上面または下面を嵌通し一端をトラップ容器内側の下部に配置した逆Ｕ字状のサイホン管と、トラップ容器の側面又は上面で嵌通して設けた通気管からなる。貯水槽は前記Ｕ字状の管の他端を貯水容器の下部に挿通しトラップ容器と連通されている。
【０００５】請求項１に記載の自動灌水装置で逆Ｕ字状のサイホン管出口部を灌水箇所に配置すれば気温の上昇により自動的に水を吐出して灌水することができる。
【０００６】請求項２に記載の自動灌水装置は、トラップ装置の性能特性の変更手段として、通気管の下端の高さを変更することにより、初期状態時のトラップ容器内の空気と水との体積比率を変え、性能特性を変更するものである。
【０００７】請求項３に記載の自動灌水装置は、トラップ容器の上部と連絡管により連通された空気タンクを設けたもので、装置の作動回数を増加させることができる。
【０００８】請求項４に記載の自動灌水装置は、トラップ容器や空気タンクあるいは連絡管に接続管により連通されたゴム・ビニル等の弾性体の密封容器を設けたもので、この容器に力を加えてつぶすことでトラップ装置を任意で作動させることができる。
【０００９】請求項５に記載の自動灌水装置は、下面に下部より挿通された複数本の分配管を有する受水容器を設けたもので、トラップ装置の逆Ｕ字状のサイホン管出口端から吐出された水を受水容器で受水し、分配管により複数箇所に水を分配するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下本発明に係わる自動灌水装置の一例について図面を参照しながら説明する。
【００１１】図１は本発明の１から５の請求項をまとめて具現化した断面図であり、図２は図１の斜視図である。図３から図６は請求項１の装置の断面図を利用して装置の配管位置や作動状態を説明するためのものである。
【００１２】請求項１の自動灌水装置は図３に示すようにＵ字状の管３が密封蓋４ａを上部に有したトラップ容器４の壁を嵌通して出口端３ｂをトラップ容器４の内側の上部に配置し、入口端３ａを貯水容器２の下部に挿通する。トラップ容器４の壁を嵌通する箇所は側面、上面、下面のいずれでもよい。Ｕ字状の管３の入口端３ａと出口端３ｂが同じ高さになるように貯水容器２とトラップ容器４の位置を調整する。
【００１３】逆Ｕ字状のサイホン管６は入口端６ａをトラップ容器内４の内側の下部に配置し、トラップ容器４の壁を嵌通して出口端６ｂを入口端６ａより低い位置でかつ灌水箇所に配置する。トラップ容器４の壁を嵌通する箇所は側面、上面、下面のいずれでもよい。逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃは貯水容器２の最高水位の高さより１０ミリメートル〜１００ミリメートル高い位置に配置する。またこのとき逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃの高さとＵ字状の管３の入口端３ａの高さとの差よりも、Ｕ字状の管３の入口端３ａの高さとＵ字状の管３の最下部３ｃの高さとの差の方が大きくなるように、最下部３ｃの高さを調整する。
【００１４】Ｕ字状の管３と逆Ｕ字状のサイホン管６は前記のようにそれぞれの高さと配置が正しければトラップ容器４の外側に出してもあるいは内側に収納してもよい。
【００１５】通気管５は上端５ａを逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃより高い位置に配置し、トラップ容器４の側面または上面の壁を嵌通し下端５ｂをトラップ容器３の内側に配置する。
【００１６】密封蓋４ａを有したトラップ容器４とＵ字状の管３と逆Ｕ字状のサイホン管６と通気管５で構成された装置をトラップ装置１とする。
【００１７】ここで貯水容器２に水を貯水すると水は水頭圧力によりＵ字状の管３に導かれてトラップ容器４の中に供給され、水が溜まり水位が徐々に上昇する。図４はこの状態を示す。それとともにトラップ容器４内の空気は供給された水の体積分だけ通気管５を通って外に放出されるため、トラップ容器４内の圧力は大気圧力と同圧力に保たれる。
【００１８】貯水容器２の水位が低下すると水頭圧力も低下するので、貯水容器２は例えば貯水量が同じであれば横幅と奥行きがあり深さの浅い容器を選択するとよい。
【００１９】さらに水位が上昇して通気管５の下端５ｂに到達すると下端５ｂが供給された水の水位により閉塞されるため、トラップ容器４内の空気の放出が停止する。なおも貯水容器２の貯水液の水頭圧力により水の供給は継続されるため、トラップ容器４内の空気は徐々に圧縮され圧力が上昇を始める。圧力の上昇に比例して通気管５と逆Ｕ字状のサイホン管６の両管内の水位は圧力により押し上げられて上昇する。
【００２０】トラップ容器４内の圧力がさらに上昇を続け、貯水容器２の貯水液の水頭圧力と同じ圧力になると、トラップ容器４内への水の供給は停止し、圧力の上昇も停止する。このため通気管５と逆Ｕ字状のサイホン管６の水位の上昇も停止する。このときの両管内の水位は図５に示すように貯水容器２の水位と同じ高さになる。この状態を初期状態とする。
【００２１】前記のとおり通気管５の上端５ａと逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃは貯水容器２の最高水位より高く配置してあるので、この時点では通気管５の上端５ａおよび逆Ｕ字状のサイホン管６の出口端６ｂからトラップ容器４内の水が排出されることはない。
【００２２】この初期状態からまず外気温度が上昇した場合について説明する。トラップ装置１全体が大気からの伝熱により温度が上昇するとともに、トラップ容器４内の空気も温度が上昇して空気が膨張する。トラップ容器４やトラップ容器４内の水も膨張するが膨張係数は固体（トラップ容器４の壁）や液体（トラップ容器４内の水）よりも気体（トラップ容器４内の空気）の方が大きいため、気温の上昇は空気の膨張によりトラップ容器４内の圧力上昇になって現れる。
【００２３】この圧力上昇に比例して通気管５と逆Ｕ字状のサイホン管６の両管内をトラップ容器４内の水が押し上げられ水位がさらに上昇し、またＵ字状の管３の出口端３ｂは水が押し下げられて水位は下降する。
【００２４】ボイル・シャルルの法則では管内の水位１０センチメートルに相当する０．０１気圧の圧力を得るには約３度Ｃの温度変化が必要であり、実機試験でもトラップ容器４内で３度Ｃの温度上昇で通気管５と逆Ｕ字状のサイホン管６の管内で８センチメートル〜１０センチメートルの水位上昇を確認している。
【００２５】温度がさらに上昇を続けると水位はやがて逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃに到達する。このとき前記のとおり通気管５の上端５ａは逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃより高い位置に配置してあるので、上端５ａから水が排出されることはない。またＵ字状の管３の最下部３ｃの位置も十分な高さに調整してあるので水位が低下してトラップ容器４内の空気がＵ字状の管３の入口端３ａから排出されることもない。
【００２６】逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃを越えた水は出口端６ｂに向かって下降を始める。下降した水は管内の水を引っ張りながらさらに自重により下降を速める、いわゆるサイホン現象が発生し、出口端６ｂからトラップ容器４内の水が勢い良く連続的に吐出して所定の箇所に灌水する。このとき逆Ｕ字状のサイホン管６の頂部６ｃの屈曲部から出口端６ｂにかけて内径が大きすぎると管内に空気が残留してサイホン現象が形成されにくくなる。実機試験では内径７ミリメートルまでなら正常にサイホン現象が形成されたので、内径は７ミリメートル以下にするとよい。
【００２７】一方トラップ容器４内の水位が吐出により通気管５の下端５ｂよりも低下すると通気管５が水による閉塞が解除されて、トラップ容器４の内側と外側が通気管５により連通されるのでトラップ容器４内の圧力は大気圧力と同圧力になる。このため貯水容器２の貯水液の水頭圧力により再びＵ字状の管３に導かれてトラップ容器４の中に水が供給される。図６はこの状態を示す。このとき逆Ｕ字状のサイホン管６からの吐出流量よりもＵ字状の管３からの供給流量の方が多いとトラップ容器４内の水位が低下せず、貯水容器２の貯水液がなくなるまで吐出を続けてしまう。そこで必ず吐出流量よりも供給流量の方が少なくなるように調整する。調整の方法は一例としてＵ字状の管３において内径を小さくするか、オリフィスかまたは除塵をかねてフィルターを設けるとよい。
【００２８】供給流量よりも吐出流量の方が多いためトラップ容器４内の水位は低下し、やがて逆Ｕ字状のサイホン管６の入口端６ａに到達すると入口端６ａから空気を吸い込み逆Ｕ字状のサイホン管６内に入るためサイホン現象は破壊される。これにより出口端６ｂからの吐出は停止する。
【００２９】貯水容器２からの水の供給は続いており、吐出の流量がなくなったためトラップ容器４内の水位は上昇して再び図５の初期状態に復帰する。
【００３０】しかしこの水位が上昇する過程において、逆Ｕ字状の管６内の出口側に残留水が残っているとその自重により初期状態に復帰する前に再びサイホン現象が発生して水を吐出する誤作動をしてしまうことがある。そこで逆Ｕ字状のサイホン管６の入口端６ａから初期状態時の水位高さまでの区間の管の内容積が、その区間以外の逆Ｕ字状のサイホン管６の内容積よりも大きくなるように内径６ｄを大きくするとよい。これにより逆Ｕ字状のサイホン管６内の水位が上昇するときに、入口側の内容積分の空気が出口側に押されて、出口側の残留水を出口端６ｂから押し出すため誤作動がなくなる。
【００３１】この初期状態からさらに外気温度が上昇するとトラップ装置１が前記の順序で再び作動して、初期状態に戻ることを繰り返す。トラップ容器４に１．５リットルペットボトルを用いて日陰で実機試験をしたところ、１日１回から５回の作動があり吐出量も１日０．８リットルから４．２リットルを確認している。
【００３２】初期状態から外気温度が低下した場合は、トラップ容器４内の空気温度が下がり空気の体積が収縮するため、トラップ容器４内の圧力が低下し貯水容器２の貯水液の水頭圧力の方が高くなり、このためトラップ容器４内に貯水容器２から水が供給される。これによりトラップ容器４内の圧力が上昇して貯水容器２の貯水液の水頭圧力と等しくなると水の供給が停止する。したがって気温が低下してもトラップ容器４内に水が供給されるだけで圧力は貯水容器２の貯水液の水頭圧に等しく保たれる。このため例えば３度Ｃの温度上昇で作動する本発明の自動灌水装置であれば、気温２０度Ｃで作動したあとに気温が１０度Ｃに低下してもここから３度Ｃの温度上昇、つまり気温が１３度Ｃに上昇すれば再び作動することができる。
【００３３】請求項２はトラップ装置１の性能特性を変更する手段として、通気管５の下端５ｂの高さを変更するものである。これにより初期状態時のトラップ容器４内の空気と水との体積比率が変わり、性能特性を変更することができる。状況に合わせてこの手段を用いて性能特性を変えればよい。
【００３４】トラップ装置１の性能特性は初期状態時のトラップ容器４内の空気と水との体積比率によっても決まる。例えばトラップ容器４内の空気の体積比率を大きくすると温度が上昇したとき空気の体積増加分が大きくなるため、同じ温度の上昇幅であればトラップ装置１の作動回数が多くなり、代わりに作動１回当たりの水の吐出量は少なくなる。逆に空気の体積比率を小さくすると同じ温度の上昇幅であれば作動回数が少なくなり、代わりに作動１回当たりの水の吐出量は多くなる。このように空気と水の体積比率を変えれば性能特性を変えることができる。
【００３５】トラップ容器４内の体積比率の変更方法は、体積比率はトラップ容器４内の水位の高さにより決まり、水位の高さは通気管５の下端５ｂの高さで決まる。下端５ｂの位置を低くすれば空気の体積比率が大きくなり、下端５ｂの位置を高くすれば空気の体積比率が小さくなる。したがって下端５ｂの高さ位置を変えればよい。一例として図１から図６のように通気管５がトラップ容器４の上部で嵌通しているものであれば、トラップ容器４内で通気管５の垂下している長さを調節すればよい。また通気管５がトラップ容器４の側面を嵌通しているものであれば、その側面の嵌通箇所の高さ位置を上下に調節すればよい。
【００３６】性能特性の変更による使用方法は、一例として根張りの小さい植物には空気の体積比率を大きくしてこまめに灌水させたり、浸透性の高い土壌には空気の体積比率を小さくして１回の灌水量を多くして根まわりに水を行き渡らせたりというように、植物や土壌あるいは季節に合わせて調節して使い分ければよい。
【００３７】請求項３は図１および図２に示すようにトラップ容器４の上部空気側と連絡管７ａにより連通された、空気が充満された空気タンク７を設けたものである。これにより初期状態時でのトラップ容器４内の空気量に、さらに空気タンク７内の空気量が加わるため、トラップ装置１の作動に要する温度上昇幅が小さくなり、作動回数を増加させることができる。
【００３８】また一例として日射しがあるときはトラップ容器４や空気タンク７を日の当たる場所に設置したり、さらに濃色に着色することでトラップ容器４や空気タンク７が日光で加熱されて気温以上に温度が上がり、より作動回数を増やすこともできる。
【００３９】請求項４はトラップ装置１を任意で作動させることができるようにしたもので、ゴム・ビニル等の弾性体の密封容器８を接続管８ａによりトラップ容器４あるいは空気タンク７あるいは連絡管７ａに接続連通して設けたものである。また複数箇所に設けても良い。図１および図２は一例としてトラップ容器４に設けたものである。
【００４０】トラップ装置１を任意で作動させるにはこの密封容器８に力を加えてつぶせばよい。これにより密封容器８内の空気あるいは水が接続管８ａを通り接続連通先に押し出され、トラップ容器４内の圧力を上昇させることによりトラップ装置１が作動する。密封容器８は力を解除すれば自己の弾性復元力により元の形状に戻るものを使用して、反復して任意で作動させることが出来るようにする。
【００４１】また密封容器８の大きさは、力を加えてつぶしたときに押し出す量がトラップ装置１を作動させるに十分な量が必要である。実機試験では初期状態時のトラップ容器４内の空気体積（空気タンク７を設けたときはその空気体積も加えた体積）の２０分の１以上の量があれば確実に作動させることができた。したがって例えばトラップ容器４と空気タンク７の合計空気体積が１０００ミリリットルであれば、その２０分の１、つまり５０ミリリットル以上押し出せる密封容器８を設ければよい。
【００４２】請求項５はトラップ装置１から吐出された水をさらに複数箇所に分配して灌水するために設けたものである。図１のように下面に下部より挿通された複数本の分配管１０を有した受水容器９を、逆Ｕ字状のサイホン管６の出口端６ｂから吐出された水が受水できる位置に配置する。図２は一例としてトラップ容器４の下部に受水容器９を嵌合して取り付けて一体化させたものである。分配管１０の下端１０ｂはそれぞれ任意の灌水箇所に配置する。上端１０ａは同じ高さにそろえ、受水容器９に吐出された水が均等に分配管１０に入るようにする。分配管１０の内径が小さいとサイホン現象が発生してそこに水が集中してしまい、均等に流れなくなる。実機試験では分配管１０の内径を１０ミリメートル以上にするとサイホン現象が現れなくなるので、分配管１０の内径を１０ミリメートル以上にするとよい。分配管１０の各々の流量の調整は一例として分配管１０の上端１０ａか下端１０ｂにフェルト等の繊維体１０ｃを挿入することにより調整するとよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明の自動灌水装置には次の効果がある。
１　電気の入力エネルギーを一切必要とせず、また電池などの廃棄物を出さないため、環境負荷が小さい。
２　電気や電池の購入コストがかからない。
３　灌水の水量が多い。
４　構造が簡単で材料も安価なので低コストである。
５　気温の上昇幅が大きくなるとそれに応じて灌水の水量も多くなるので、植物の生理要求量に近い水量を自動的に灌水できる。
６　任意で灌水させたいときに簡単な操作で装置を作動させ、灌水することができる。
７　状況に合わせて自動灌水装置の性能特性を変えたり、作動回数を増加させたりすることができる。
８　１つの自動灌水装置で複数箇所に灌水することもできる。
９　部材を透明部材で作成すれば圧力の変化などを目で追うことができるので、特に小学生高学年レベルの学習の役に立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明にかかわる装置の容器、配管位置を説明するための断面図である。
【図４】本発明にかかわる装置の作動状態を説明するための断面図である。
【図５】図４の次の作動状態を説明するための断面図である。
【図６】図５の次の作動状態を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１　トラップ装置
２　貯水容器
３　Ｕ字状の管
４　トラップ容器
４ａ　密封蓋
５　通気管
６　逆Ｕ字状のサイホン管
７　空気タンク
７ａ　連絡管
８　密封容器
８ａ　接続管
９　受水容器
１０　分配管
【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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