(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の入った容器と、前記容器より前記液体を排出する柔軟性を有するチューブと、前記チューブの先端より排出される前記液体を他の設備に供給するための液体供給機構と、前記液体供給機構を上下に昇降する昇降機構と、前記昇降機構を駆動する駆動機構とを備え、前記液体供給機構を前記昇降機構により、上方より下方へ降下させ、前記液体供給機構及び前記チューブが前記容器の液面より低い位置において、前記液体を前記液体供給機構を通して他の設備に供給する液体排出供給装置において、前記液体供給機構の降下速度と前記容器の液面の降下速度を実質的に同じにすることにより、前記容器内の液体の排出量速度を前記液体供給機構の降下速度で制御する昇降機構を備えたことを特徴とする液体排出供給装置。
【請求項２】
前記昇降機構を、前記液体供給機構を支持する支柱と、前記液体供給機構を前記支柱に沿って上下方向に昇降可能な昇降ロッドとからなることを特徴とする請求項１記載の液体排出供給装置。
【請求項３】
前記液体供給機構を、前記チューブの排出端と、前記排出端を固定する排出端固定器具とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液体排出供給装置。
【請求項４】
前記液体供給機構を、小容器と、前記小容器を固定する小容器固定器具とから構成し、前記チューブの排出端より排出される前記液体を一旦前記小容器に受けた後、前記小容器より他の設備に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体排出供給装置。
【請求項５】
前記容器に、前記容器の横方向の断面積を変化させる断面積可変器具を挿入することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体排出供給装置。
【請求項６】
前記駆動機構をソーラーパネルにより太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池と、前記太陽電池で駆動するモーターと、前記モーターの回転を減速するギアー列とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体排出供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はタンクや容器に貯えられた液体をポンプを使わずに排出する装置、または、他の設備に供給する装置に関する。特に、液体の微量定量排出、または、微量定量供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容器より液体を排出させることは、一般産業などの大規模な装置から理化学実験で行われる分離操作や、観葉植物の給水の様な小規模の装置に至るまで広く使用されている。しかるに従来の技術では、液面の高さの変化に拘わらず一定の流出速度を得るには、液面制御やポンプなどの設備が必要であった。
【０００３】
また、従来の技術では例えば毎時１０ｍｌなどの微量の排出量速度を得るのは極めて困難であった。
容器内液面と容器側面に設けた液体排出端との高低差と、排出端での流出速度との関係は、液体の排出端での摩擦や断面の収縮による圧力損失を無視すると、理論的には、流出速度をＶとすると、Ｖは２ｇｈの平方根で示される。ここで、ｇは重力の加速度を示し、ｈは液面と排出端との高低差とする。この関係式を利用したポンプを使わない方法として、特開平９−２１８７１５「液体定量供給機」及び、特開平１０−３２００５６「液体定量吸引排出装置」が提案されている。上記２つの発明では、引張りコイルバネまたは圧縮コイルバネのバネ定数ｋを
ｋ＝（容器の液体の最大重量）／（容器の液体の最大深さ）
となる様に選定することにより、液体の入った容器を引張りコイルバネに吊り下げ、または、圧縮コイルバネに載せた場合、容器内液面の高さが変化しても、液面と固定された液体の排出端との高低差は一定となる。したがって流出速度は変化しない。
【０００４】
これら２つの発明は、容器内の液体を、容器の底部より排出したり、または、上部より吸引しながら排出する際に、容器内の液体の全量を一定の排出速度で排出することが可能となることを示している。
まず容器内液面の高さと排出端での排出速度の関係を図６で説明する。図６では容器１に液体２を注ぎ、排出端３より液体２が流出している所が示されている。液面１と排出端３との距離が高低差４で示されている。図６（ａ）では容器１の底部側面に排出端３が設けられている。図６（ｂ）では液面より吸引して排出する場合を示していて、排出端３は吸引管の先端である。排出端３での流出速度をＶとし、配管や排出端３での摩擦損失を無視すれば、高低差４をｈとすると、Ｖは２ｇｈの平方根で示され、Ｖはｈに依存することが判る。
【０００５】
図７には特開平１０−３２００５６「液体定量吸引排出装置の圧縮コイルバネの実施例が示されている。容器１には液体２が満たされている吸引管５により液体２は吸引され、排出端３より排出されている。容器１は圧縮コイルバネ６の上に載っていて、容器１内の液体２の量の変化による液深さの増減と圧縮コイルバネ６の伸縮の増減が同じなので、吸引管５を容器１及び圧縮コイルバネ６以外の固定点である外筒７の固定端子８に固定することにより、容器１内の液面と排出端３との高低差４は液体２の量の多少に拘わらず不変となる。つまり、液体２の量が多い図７（ａ）の高低差４と液体２の量が少ない図７（ｂ）の高低差４は同じとなる。しかし、図７（ａ）と図７（ｂ）とでは、液体２の量が少ない図７（ｂ）では容器１が図７（ａ）より上昇している。この様に液体２の量の多少に従い、容器１が上下する現象は引張りコイルバネの場合でも同じである。それゆえ、圧縮コイルバネ又は引張りコイルバネを使用する液体定量吸引排出装置は、容器が上下に動く範囲の空間を確保しておく必要があり、実用上において不便であることが多い。
【０００６】
また、従来法の欠点として、流量が微量の場合、液体の流れが不安定になり、停止してしまうことがある。例えば、水の場合、吸引管５の内径を２ｍｍ以下の細管を使用すると、最初に流量を毎時５０ｍｌに設定しても、時間が経つにつれて、流量が減少し、流れが停止することがある。その原因は周囲の温度の変化による水の粘度の変化や、周囲の温度が上昇して水中に溶存している空気が泡となり吸引管の内壁に付着して水の流れを阻止するものと考えられる。更に、細管で流速が小さい場合は、液体の表面張力も流動現象に影響していると考えられる。つまり、上記方法の従来法は極微量の流量には難点があることが判った。
【０００７】
また、従来法では装置稼動開始後の一定時間経過後に液体の排出を開始させることは出来ないし、太陽エネルギーの利用にも至っていない。本発明では太陽電池を動力源とした装置も開発した。この装置は太陽が輝いている時だけ給水の必要のある例えば植物の給水などには極めて効果的に使用できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
次の５つに要約される。即ち、
（１）容器を固定した状態とすること。
（２）極微量の定量排出、または、定量供給を可能とすること。
（３）装置を稼動した後一定時間後に液体の排出を開始させること。
（４）流量速度を可変に出来ること。
（５）装置の駆動源に太陽電池を使用すること。
の５つである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は次のような液体排出供給装置を採用した。即ち、本発明の課題は、液体の入った容器と、前記容器より液体を排出する柔軟性を有するチューブと、前記チューブより排出される前記液体を他の設備に供給するための液体供給機構と、前記液体供給機構を上下に昇降可能な昇降機構と、前記昇降機構を駆動する駆動機構とを備え、前記液体供給機構を前記昇降機構により、上方より下方へ降下させ、前記液体供給機構及び前記チューブが前記容器の液面より低い位置において、前記液体を前記液体供給機構を通して他の設備に供給することを特徴とする液体排出供給装置により解決される。
【００１０】
また、前記昇降機構を、前記液体供給機構を支持する支柱と、前記液体供給機構を前記支柱に沿って上下に昇降する昇降ロッドとから構成することを特徴とする請求項２記載の液体排出供給装置により解決される。
【００１１】
また、前記液体供給機構を、前記チューブの排出端と、前記排出端を固定する排出端固定器具とより構成することを特徴とする請求項３記載の液体排出供給装置により解決される。
【００１２】
また、前記液体供給機構を、小容器と、前記小容器を固定する小容器固定器具とから構成することを特徴とする請求項４記載の液体排出供給装置により解決される。
【００１３】
また、前記容器に、前記容器の横方向の断面積を変化させる断面積可変器具を挿入することを特徴とする請求項５記載の液体排出供給装置により解決される。
【００１４】
また、前記駆動機構を、ソーラーパネルにより太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池と、前記太陽電池で駆動するモーターと、前記モーターの回転を変速するギアー列とから構成することを特徴とする請求項６記載の液体排出供給装置により解決される。
【００１５】
【作用】
本発明は上述した様に、液体の入った容器と、前記容器より前記液体を排出する柔軟性を有するチューブと、前記チューブの先端より排出される前記液体を他の設備に供給するための液体供給機構と、前記液体供給機構を上下方向に昇降可能な昇降機構と、前記昇降機構を駆動する駆動機構とを備え、前記液体供給機構を前記昇降機構により、上方より下方へ降下させ、前記液体供給機構及び前記チューブが前記容器の液面より低い位置において、前記液体を他の設備に供給することを特徴としているので、前記液体供給機構の降下速度と前記容器の液面の降下速度を実質的に同じにすることができる。従って、容器内の液体の排出量速度は液体供給機構の降下速度で制御される。
【００１６】
請求項２の液体排出供給装置では、昇降機構を、液体供給機構を支持する支柱と、液体供給機構を昇降する昇降ロッドとから構成しているので、昇降ロッドにネジを切り、昇降ロッドを回転させることにより、液体供給機構が上下する。
【００１７】
請求項３の液体排出供給装置では、液体供給機構を、チューブの排出端と、チューブの排出端を固定する排出端固定器具とから構成しているので、単純な構造で液体の排出または供給がなされる。
【００１８】
請求項４の液体排出供給装置では、液体供給機構を、小容器と、小容器を固定する小容器固定器具とから構成しているので、小容器を透明な材料で製作することにより、液体の流れがよく観察される。
【００１９】
請求項５の液体排出供給装置では、容器に、容器の断面積を変化させる断面積可変器具を挿入するので、液体の排出量速度は容器内の液体が占める断面積に従って変化する。
【００２０】
請求項６の液体排出供給装置では、太陽電池を動力源としているので、日照りの強弱に応じて作動する。したがって、太陽の日照りと関連性が深い植物の成長と類似の挙動をする。
【００２１】
【実施例】
本発明の液体排出供給装置を図１（ａ）と図１（ｂ）で詳細に説明する。図１（ａ）において、容器９には液体１０が液面１１の深さまで貯められている。液体１０は液体排出口１２より流出し、柔軟性のチューブ１３を通り、液体供給機構１４から他の設備に供給されるが、実施例１では他の設備の例として植木鉢１８が使用されている。又、液体１０として水を使用している。
液体供給機構１４はチューブの末端である排出端１７と、排出端１７を固定する排出端固定器具１５より成り立っている。なお、チューブの排出端１７は排出端固定器具１５にあるチューブ貫通口１６を貫通した状態で排出端固定器具１５に固定されている。図１（ｂ）には液体供給機構１４を上方より見た状態が示されていて、排出端固定器具１５の貫通口１６にチューブ１３の排出端１７が差し込まれている。
【００２２】
液体供給機構１４は昇降機構２０により上下に昇降することが可能である。昇降機構２０は昇降ロッド２１と支柱２２より構成されている。排出端固定器具１５には上下方向に支柱２２の径より大きな穴１０１が開いていて、支柱２２が上下方向に貫通している。支柱２２に緩い状態で拘束されているため、液体供給機構１４は上下方向には自由に動くが、横方向には動かない様になっている。
【００２３】
昇降ロッド２１にはネジが切ってある。一方排出端固定器具１５には対応するメネジが切ってあるので、支柱２２により水平方向の回転が抑えられた排出端固定器具１５は、昇降ロッド２１の回転に従い上下に移動することになる。昇降ロッド２１を右廻りに回転させると、排出端固定器具１５は下方へ移動するので、排出端固定器具１５に固定された排出端１７も下方へ移動する。従って、排出端固定器具１５と排出端１７で構成される液体供給機構１４は昇降ロッド２１の回転に従い上下に移動する。
【００２４】
液体供給機構１４が下方へ移動するに従い、チューブ１３と排出端１７も下方へ移動するが、チューブ１３と排出端１７が液面１１よりも低い位置になると、液面１１と排出端１７との高低差に相当する液体１０の圧力に従い、液体１０が排出端１７より排出される。液体１０の排出開始直後は、排出端１７での排出速度が小さいので、排出量速度は小さく、液面１１の降下速度は排出端１７の降下速度より小さい。液面１１と排出端１７との高低差が徐々に大きくなり、チューブ１３での圧力損失を液体１０の高さで表わした値と、液面１１と排出端１７との高低差が概略等しくなると、以後液面１１と排出端１７との高低差は安定し一定となる。この時の高低差を高低差１９で示している。
高低差１９が達成されると、その後液面１１の降下速度と排出端１７の降下速度の変化は小さく、実質的に同じとなる。この事は液体１０の排出量速度は排出端１７の降下速度で表わせることを示している。又、液体１０によるチューブ１３の圧力損失が小さくなるようなチューブ１３の内径と長さを選定することにより、液面１１と排出端１７との高低差１９を小さくすることが可能となる。
【００２５】
具体例として、容器９の内径を８ｃｍとし、排出端１７の降下速度が毎時１ｃｍとなるように昇降ロッド２１の回転を設定すれば、安定した高低差１９では毎時５０．２４ｍｌの排出量が選られる。又、上述の容器９の内径を２ｃｍとするならば、毎時３．１４ｍｌの排出量が得られる。更に、容器９の内径を２ｃｍのままで、排出端１７の降下速度を毎時０．５ｃｍとすれば、毎時１．５７ｍｌの微量の排出量が可能となる。
【００２６】
上記のような微量の排出速度を得るのは、従来のポンプを使用する方式では極めて困難な領域であったが、本発明によれば、簡単に可能となる。本発明の液体排出供給装置でチューブを選定する場合には、チューブの液体による摩擦損失を出来る限り小さくすることが重要である。このためには、内径の大きいチューブがよい。
【００２７】
また、排出端からの液体の流れが連続流でなく、滴となって落下するような場合は、チューブの摩擦損失だけでなく、滴の内部圧力も液面と排出端との高低差に影響する。滴の表面と内部との圧力差は、液体の表面張力に関係してくるので、表面張力の大きい水の場合は、内径が３ｍｍ以上のチューブを選定するのが望ましい。
【００２８】
水の場合、チューブの内径を３ｍｍ以上とすることにより、水中に溶存している空気の泡がチューブの内壁に付着し、水の流れが阻害されることの影響を小さくすることが可能となる。
【００２９】
昇降機構２０を駆動するのが、駆動ボックス２３の内部にある駆動機構２４である。駆動機構２４にはモーター２５があり、モーター２５の回転はＮｏ．１シャフト２６を経て、Ｎｏ．１ギアー２７、Ｎｏ．２シャフト２８、Ｎｏ．２ギアー２９、Ｎｏ．３ギアー３０、Ｎｏ．３シャフト３１、Ｎｏ．４ギアー３２へと回転数を減速して伝達される。Ｎｏ．３シャフト３１は昇降ロッド２１の駆動ボックス２３の内側にある部分であるので、Ｎｏ．３シャフト３１の回転数と昇降ロッド２１の回転数は同じである。
【００３０】
容器９の形状は限定されるものではなく、径の大きい容器でも径の小さい容器でもよい。更に径が中間部分で変化するものでもよい。
【００３１】
本発明は実施例１に限定されるものではない。例えば、ギアーの連結方法も実施例１に限定されるものではない。また、昇降ロッドの駆動方法はモーター以外に、手動のゼンマイでもよい。液体供給機構が最低の位置になったら、モーターを停止するような駆動機構であってもよい。
【００３２】
実施例１では、昇降機構を支柱と昇降ロッドの組み合わせとしたが、昇降機構は支柱と昇降ロッドの組み合わせに限定するものではなく、例えば、定荷重のゼンマイを使用するならば、ゼンマイの端末にチューブの排出端を固定することになる。液体排出供給装置を稼動するには、ゼンマイの端末を引き上げ、ゼンマイの引張力を利用して排出端を降下させる。この場合の昇降機構は、ゼンマイの端末とゼンマイを支える支柱とから構成される。
【００３３】
また、１つの操作が終了して、次の操作のために液体供給機構を昇降機構の上部に移動しておく必要がある。昇降ロッドの回転を逆にして回転数を高速にするのも１つの方法である。また、液体供給機構の排出端固定器具を、洗濯鋏の様に半割にし内側にメネジを切った形式とし、指でつまんで上方へ移す方法でもよい。この方法は実験例で示される。
【００３４】
実施例１で説明したように、本発明の液体排出供給装置は、液体の排出量の速度を液体供給機構の降下速度で制御でき、かつ、液体供給機構の昇降を機械的に制御できるので、チューブの圧力損失が小さいように選定することにより、液体の物性、例えば、粘度が変化しても、排出量の速度が大きく変化するようなことはない。なおここでいう圧力損失とは、チューブ内を液体が流れることにより発生する摩擦損失と、排出端での液体の排出が液滴になる場合の、液滴の表面内外での圧力差との合計をいう。
【００３５】
排出端での排出が液滴となる様な微量排出の場合は、チューブ内の摩擦損失は液滴の表面内外の圧力差より小さい場合が多い。排出端での液滴の直径がチューブ内径と等しい球と仮定すると、球の表面内外の圧力差は、Ｐ＝４ａ／ｄで示される。ここで、Ｐを球の表面内外の圧力差、ａを液の表面張力、ｄを球径とする。排出端での液滴は完全な球形ではないが、Ｐを液圧に相当する頭（ヘッド）で表わした値と、実施例１の高低差１９とでは近い値を示す場合が多い。
【００３６】
例えば、水の場合、表面張力は７３ダイン／ｃｍ（２０度Ｃ）であるから、水滴の表面の内側と外側の圧力差を水の頭で表わせば、水滴の径が１ｍｍで２９．６ｍｍ、水滴径が２ｍｍで１４．８ｍｍ、水滴径が３ｍｍで９．９ｍｍ、水滴径が４ｍｍで７．４ｍｍとなる。実験によれば、水滴となって排出端より水が排出される場合の安定した高低差は、上記の計算値に近いか少し大きい値となる。
【００３７】
【実施例２】
実施例２は請求項４記載の液体排出供給装置の実施例であり、図２に示す。図２では、液体供給機３３を、上端が開放の小容器３５と、小容器３５を固定する小容器固定器具３４とから構成している。容器９の液体１０はチューブ１３により排出され、液体流入口３６を通り、一旦小容器３５に導入される。
【００３８】
液体１０は徐々に小容器３５に溜まるが、小容器３５の液面３８が、一定の深さになると、小容器排出口３７より流出が始まり他の設備に供給される。液体流入口３６より小容器３５に流入する流入量の速度と小容器排出口３７より流出する流出量の速度が同じになると、液面３８の深さは安定する。
【００３９】
小容器３５の上端は開放されているので、容器９の液面１１と液体流入口３６との高低差３９に相当する液体のヘッドにより、液体１０は小容器３５に流入する。液面３８が液体流入口３６の高さまで到達しない様に、小容器排出口３７の口径を大きくしておくことにより、実施例２の液体排出供給装置の排出量または他の設備への供給量は、小容器３５に流入する量と等しくなる。実施例２の特徴は、小容器３５をポリプロピレン等の透明な材料で製作しておけば、液体１０の流動状況がよく判るので、実用上に便利である。
【００４０】
【実施例３】
実施例３は請求項５の実施例であり、図３に示す。図３において、容器９には液体１０と断面積可変器具４０が入っている。断面積可変器具４０には、容器９の断面積を変化出来るように中心部に開口部を有する同心円状の、上部流量可変板４１ａと下部流量可変板４１ｂが設けられている。断面積可変器具４０は簡単に出し入れが出来るような構造になっていて、鍔４３を容器９の上端に引っかけて固定できるようになっている。
【００４１】
液体供給機構１４は容器９の液面１１より高い位置に据え付けられていて、基準面を駆動ボックス２３の上面とすると、基準面と排出端１７との高低差は高低差４４ａで示されている。装置が稼動し、昇降ロッド２１が回転を開始し、液体供給機構１４が下降を始めても、排出端１７が液面１１の高さより低い位置に達した後でなければ、液体１０の排出はない。
【００４２】
液体供給機構１４が下降し、点線で示す位置まで移動して液体１０が排出を開始し始める高さを高低差４４ｃとするならば、高低差４４ａより高低差４４ｃを引いた距離である高低差４４ｂを降下する時間は液体１０の排出はないことになる。本実施例ではこの現象を液体１０の排出開始時間の遅延に利用できることを示している。いわゆるタイマー設定に相当するものであり、タイマーを使用しなくても、液体供給機構１４を昇降機構２０の所望の位置に設置することにより、液体１０の排出開始時間を所望の時間だけ遅らすことができる。
【００４３】
液体供給機構１４が降下して液体１０の排出が始まり、それにつれて液面１１が降下を始める。容器９の水面下には、容器９の断面積を縮小できる断面積可変器具４０が挿入されている。断面積可変器具４０には中心部に開口穴を有する２つの同心円状の流量可変板が設けられている。上方が上部流量可変板４１ａであり、下方が下部流量可変板４１ｂである。上部流量可変板４１ａの上面に相当する液面が液面１１ａであり、下面での液面が液面１１ｂである。又、下部流量可変板４１ｂの上面に相当する液面が液面１１ｃであり、下面の液面が液面１１ｄである。
【００４４】
液体１０が排出を開始し、液面１１と排出端１７との高低差が高低差４５に達した後、液面１１ａに達するまでは、液面１１の降下速度と排出端１７の降下速度は実質的には同じであるから、液体１０の排出量速度は、液面１１と液面１１ａの間の容器９の断面積に排出端１７の降下速度を乗じた値となる。
【００４５】
液面１１ａと液面１１ｂの間には上部流量可変板４１ａがあり、液体１０の占める断面積は減少する。液体１０は中心開口穴４２ａを通って下方へと移動することが出来る。それゆえ、上部流量可変板４１ａの外周部と容器９の内壁との隙間を無視できる程度に製作しておけば、液面１１ａと液面１１ｂとの間の液体１０の排出量速度は、中心部開口穴４２ａの断面積に排出端１７の降下速度を乗じた値で表わせる。
【００４６】
同様にして、液面１１が液面１１ｂと液面１１ｃの間、液面１１ｃと液面１１ｄの間及び液面１１ｄより下での液体１０の排出量速度は、各々の液面間での液体１０が占める断面積に排出端１７の降下速度を乗じた値で表わせる。
このようにして、排出端１７の降下速度が一定であっても、かつ、容器９の断面積が一定であっても、容器９の中に断面積可変器具４０を挿入することにより、液体１０の排出量の速度を制御できる。
【００４７】
本実施例では、断面積可変器具４０には２つの流量可変板が設けられているが、個数は２つに固執するものではない。流量可変板を多数個設けて、上下に動かし、所望の位置に固定できる構造とすることにより、流量調節をより細かくできる。
【００４８】
以上説明したように、実施例３によれば、昇降ロッド２１の回転速度を固定しておいても、液体の供給開始までの時間を設定でき、供給開始後に液体の流量排出速度を変化させることができるので、従来行われているコンピューターによる制御が必要ない。この用途例として、本実施例では植木鉢１８に給水する場合において、一定時間後に給水を開始し、日中だけ水を供給し、夜間は給水を停止させるなどのことが可能であることを示している。
【００４９】
【実施例４】
実施例４は請求項６の実施例であり、図４に示す。
図４では、ソーラーパネル４６により太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を駆動機構２４のエネルギー源とするものである。ソーラーパネル支柱４７によりソーラーパネル４６を太陽に向けることができる。ソーラーパネル４６で発生する電気は導線４８により、駆動機構２４へ導かれる。
【００５０】
駆動機構２４、昇降機構２０、液体供給機構１４は実施例１と同じであり、説明を省く。
【００５１】
太陽電池で得られる電気エネルギーは、夜間や雨天の時は得られないし、又、曇天の時は発生する電気エネルギーは小さくなるなど実用上は不安定のように思われる。しかし、この電気エネルギーの不安定さを効果的に利用する方法として、本実施例は極めて有効である。本実施例では観葉植物の水遣りを取り上げている。
【００５２】
植物は日照りの時は水分の蒸発が激しく水分を必要としているが、夜間や雨天の時は水分の補給はほとんど必要としない。又、曇天の時は曇りの程度に応じて水分の必要量は変化する。このように日照量と植物が必要とする水分量は密接に関係している。このことは植物が必要とする水分量と太陽電池で発生する電気エネルギーの量が密接に関係していることを示している。即ち、本実施例によれば、植物が水分を必要としているときだけ、太陽電池により液体排出供給装置が稼動し水を供給することが可能となる。
【００５３】
また、太陽光に含まれるエネルギーは太陽光に垂直の面で１平方メートルあたり約１ＫＷであるから、発電効率を１０％の太陽電池（シリコン系の太陽電池）とし、日本では太陽光が斜めから入る事などを考慮すると、１平方メートルあたり概略６５ワットの電力が得られる。２００平方センチ（１０ｃｍ×２０ｃｍ）の小型の太陽電池で１．３ワットの電力となる。
【００５４】
本発明の液体排出供給装置では、液体供給機構を上方より下方へ降下させるので、液体供給機構の降下した距離に相当する位置のエネルギーは液体供給機構が上方より下方へ降下するのに必要なエネルギーの一部として費やされる。従って、液体供給機構と昇降機構との摩擦を少なくすることにより、小さな太陽電池で駆動機構を動かすことが可能となる。
【００５５】
【実験例１】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示す実験例は、実施例１の液体排出供給装置の実験例であり次の仕様で製作した。
・容器９は径８０ｍｍ、高さ１２０ｍｍのポリエチレン製で、下端より１０ｍｍの個所に内径２ｍｍで長さ１０ｍｍのポリエチレンチューブで作った液体排出口１２を接着した。
・液体１０は水道水を用い、容器９に深さ１１０ｍｍのところまで注水した。
・チューブ１３は、長さ３００ｍｍで天然ゴム製の、内径が１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの４種類を用いた。
・液体供給機構４９の排出端固定器具５０には通常家庭で使われる洗濯はさみを改良したものを使用した。洗濯はさみの支点より先端部分に、昇降機構２０の昇降ロッド２１と支柱２２が貫通する穴を開けた。昇降ロッド２１が貫通する穴は内面に、昇降ロッド２１に切ってあるネジ５２にたいするメネジが切ってあり、昇降ロッド２１のオネジと噛合うようになっている。ネジ５２はＭ６のネジを使用した。支柱２２が貫通する穴の径は８ｍｍであり、支柱２２の径の５．５ｍｍより大きい。洗濯はさみの指でつまむ部分には貫通口５１が開いていて、チューブ１３の排出端１７が固定されている。液体供給機構は洗濯はさみを用いているので、指でつまんで任意のところに移動させることが出来る。・昇降機構２０の昇降ロッド２１は、長さ２００ｍｍのステンレス製の棒の上部の１５０ｍｍの部分であり、下部の５０ｍｍはＮｏ．３シャフト３１として駆動ボックス２３の内部にある。
・支柱２２は、径５．５ｍｍ長さ１５０ｍｍの鉄製の棒を駆動ボックス２３の上端に固定した。
・駆動ボックス２３は、合板で製作した２５０ｍｍ×１００ｍｍ×４５ｍｍのボックスである。駆動機構２４は、回転数１ｒｐｍ、出力１．５Ｗ、１００ボルトのモーター２５（シンクロナスモーター）と、歯数２０のギアー２個（Ｎｏ．１ギアー２７、Ｎｏ．３ギアー３０）、歯数６０のギアー２個（Ｎｏ．２ギアー２９、Ｎｏ．４ギアー３２）とから構成され、昇降ロッド２１の回転数は０．１１ｒｐｍとなった。液体供給機構１４の下降速度は１時間あたり６ｍｍであった。
・水道水を容器９の上端より１０ｍｍ下のところまで注入し、排出端１７を液面１１と同一として排出実験を開始した。各チューブ毎に液面１１が液体排出口１２に達するまでの約１６時間実験を継続した。
・排出した水はコップ５３で受けた。
・装置を稼動後、水滴が落下を開始し、液面１１と排出端１７との高低差１９が徐々に大きくなるが、しばらくすると、一定し安定する。この安定するまでの時間とその時の高低差を測定した。
以上の条件の下に排出実験を行った。結果を表にして示す。
【００５６】
【表１】
0004370632.tif 000002
【００５７】
上記実験例１の結果より、チューブ径を１ｍｍから４ｍｍと４種類にかえても、装置を駆動し水滴が落下するようになり、しばらくすると、容器液面と排出端との高低差は一定となる。その後、液面の降下速度と排出端の降下速度は同じとなる。従って、液面の降下速度は、液体供給機構の降下速度と同じ毎時６ｍｍであり、水の排出量の流量速度はチューブ内径に拘わらず、毎時１．８８ｍｌとなる。実用上は液面と排出端との高低差は小さい方がよいことと水中に含まれる空気の発泡による水流の阻害を避ける意味で、チューブ径は３ｍｍ以上がよい。
【００５８】
【実験例２】
菜種油（比重０．９２、粘度約５０センチポァズ）を用い、チューブ径を２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの４種類として排出実験を行った。水の代わりに菜種油を用いたこととチューブ径を変えたこと以外実験例１と同じ条件とした。結果を表にして示す。
【００５９】
【表２】
0004370632.tif 000003
【００６０】
実験例２の結果より、水以外の例えば食用油の様な高粘度の油でも、チューブ径と長さを適正にえらべば、極微量の排出が可能であることが判る。また上記実験結果より、チューブ径を５ｍｍとし排出実験の開始時点で高低差を８ｍｍとして実験を行ったところ、実験開始直後より安定した高低差が得られることが判った。
【００６１】
上記２つの実験により、本発明が従来困難であった液体の極微量の排出に効果的に利用できることが判る。本発明のチューブの選定においては、水力学でいう連通管の様に、液体の流動による圧力損失が小さく、流動がない状態では容易に容器内液面とチューブ先端の排出端が同一レベルになるようなチューブ径と長さを選定することが重要である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体排出供給装置は、液体供給機構を機械的に降下させ、容器内の液体をチューブにより排出し、液体供給機構に固定したチューブの排出端より排出し、他の設備に供給する液体排出供給装置であるので、液体供給機構の降下速度と容器内液面の降下速度を実質的に同じになるように、チューブの内径と長さを選定することにより、容器内の液体の排出量の速度を液体供給機構の降下速度で制御できる。したがって、従来為し得なかった様な微量の排出が可能となった。
【００６３】
請求項２記載の液体排出供給装置では、請求項１記載の昇降機構を、支柱と昇降ロッドの組合わせとしたので、ネジの回転による昇降運動が利用でき、実用上便利である。
【００６４】
請求項３記載の液体排出供給装置では、請求項１記載の液体供給機構を、チューブの先端とチューブの先端を固定する排出端固定器具とから構成しているので、液体供給機構を簡単な構造にすることができる。
【００６５】
請求項４記載の液体排出供給装置では、請求項１記載の液体供給機構を、小容器と小容器を固定する小容器固定器具とから構成しているので、小容器を透明な材料で製作しておけば、液体の流れが観察できる。
【００６６】
請求項５記載の液体排出供給装置では、請求項１記載の容器に断面積可変器具を挿入することにより、コンピューター制御を使わなくても簡単な器具により複雑な制御が可能となる。
【００６７】
請求項６記載の液体排出供給装置では、請求項１記載の駆動機構の動力源に太陽電池を使用しているので、植物の給水など太陽の日照りと関連のある設備にたいして、効果的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の液体排出供給装置の概観図である。
【図２】実施例２の液体排出供給装置の概観図である。
【図３】実施例３の液体排出供給装置の概観図である。
【図４】実施例４の液体排出供給装置の概観図である。
【図５】実験例１の液体排出供給装置の概観図である。
【図６】容器内液面の高さと排出端での排出速度の関係を説明する図である。。
【図７】従来例の液体定量吸引排出装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１−−−−−容器
２−−−−−液体
３−−−−−排出端
４−−−−−高低差
５−−−−−吸引管
６−−−−−圧縮コイルバネ
７−−−−−外筒
８−−−−−固定端子
９−−−−−容器
１０−−−−−液体
１１−−−−−液面
１１ａ−−−−−液面
１１ｂ−−−−−液面
１１ｃ−−−−−液面
１１ｄ−−−−−液面
１２−−−−−液体排出口
１３−−−−−チューブ
１４−−−−−液体供給機構
１５−−−−−排出端固定器具
１６−−−−−チューブ貫通口
１７−−−−−排出端
１８−−−−−植木鉢
１９−−−−−高低差
２０−−−−−昇降機構
２１−−−−−昇降ロッド
２２−−−−−支柱
２３−−−−−駆動ボックス
２４−−−−−駆動機構
２５−−−−−モーター
２６−−−−−Ｎｏ．１シャフト
２７−−−−−Ｎｏ．１ギアー
２８−−−−−Ｎｏ．２シャフト
２９−−−−−Ｎｏ．２ギアー
３０−−−−−Ｎｏ．３ギアー
３１−−−−−Ｎｏ．３シャフト
３２−−−−−Ｎｏ．４ギアー
３３−−−−−液体供給機構
３４−−−−−小容器固定器具
３５−−−−−小容器
３６−−−−−液体流入口
３７−−−−−小容器排出口
３８−−−−−液面
３９−−−−−高低差
４０−−−−−断面積可変器具
４１ａ−−−−−上部流量可変板
４１ｂ−−−−−下部流量可変板
４２ａ−−−−−中心部開口穴
４２ｂ−−−−−中心部開口穴
４３−−−−−鍔
４４ａ−−−−−高低差
４４ｂ−−−−−高低差
４４ｃ−−−−−高低差
４５−−−−−高低差
４６−−−−−ソーラーパネル
４７−−−−−ソーラーパネル支柱
４８−−−−−導線
４９−−−−−液体供給機構
５０−−−−−排出端固定器具
５１−−−−−貫通口
５２−−−−−ネジ
５３−−−−−コップ
１０１−−−−−穴
【図１】
0004370632.tif 000004
【図２】
0004370632.tif 000005
【図３】
0004370632.tif 000006
【図４】
0004370632.tif 000007
【図５】
0004370632.tif 000008
【図６】
0004370632.tif 000009
【図７】
0004370632.tif 000010