JP2005341839A - 散水幅自動可変制御装置およびそれを用いた散水システム - Google Patents

Abstract

【課題】 散水チューブの散水量分布の均一性においてチューブの幅方向の均一性を達成するための制御装置、および散水システムを提供する。
【解決手段】 一定の時間周期で送水量を自動的に変動させる流量調整弁、或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置が組み込まれた構造よりなる散水幅自動可変制御装置、好ましくは一定の時間周期で送水量を自動的に変動させる流量調整弁、或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置が組み込まれた本管と一定量の送水が常時なされる構造を有するバイパス管とから構成された散水幅自動可変制御装置、又はその装置と散水チューブを組み合わせた散水システム。
【選択図】 図２

Description

本発明は、散水チューブの散水量分布の均一性においてチューブの幅方向の均一性を達成するための散水幅自動可変制御装置およびそれを用いた散水システムに関する。

近年、農業用分野、土木用分野を中心に散水用、或いは潅水用として、硬質合成樹脂管の替わりに、ポリエチレン樹脂等の合成樹脂製の散水チューブが利用されている。通常、これらの散水チューブは、散水孔を穿設した二枚の長尺状熱可塑性樹脂フィルムを重ね合わせて、幅方向の両端を長尺方向に融着することによって形成された貼合タイプのもの（例えば、特許文献１）、および、溶融押出法によって熱可塑性樹脂を円筒状のスリットから溶融押出し、直接チューブ状に成形加工し、得られたチューブに散水孔を穿設した非貼合タイプのもの（例えば、特許文献２）が存在する。

これらの散水チューブは水源からポンプ等で送水管を通して所定水圧で送られた供給水を、散水チューブに穿設された多数の小孔より糸状、或いは噴霧状に散水される。チューブの小孔の穿孔処理はポンチ打ち抜き法、熱針穿孔法、或いはレーザー穿孔法等などにより、多数の小孔が高精度に規則正しく配列された形態を有している。
この場合、チューブの小孔は長尺方向及び幅方向の散水量分布を均一にするため、小孔のピッチ、孔径、およびチューブ幅方向の穿設位置（即ち、散水角度）が工夫されている。この時、長尺方向均一性は小孔の総面積と散水チューブ管径に主として依存し、チューブ幅方向の均一性は小孔のチューブ幅方向の穿設位置（即ち、散水角度）と孔径に主として依存する。
チューブ幅方向の良好な均一性を得るには幅方向に多数の穿設位置が必要で、一方、大きな散水幅を得るためには孔径の大きな小孔が必要であるが、このためには小孔の総面積が大きくなり長尺方向の均一性が著しく低下する。
そこで一般的にはチューブの長尺方向の均一性が優先され、また、小孔の穿設位置と大きさを優先して高度の穿孔設計を施した散水チューブを採用しても、幅方向の均一性の達成には限界がある。

また、散水チューブの幅方向での均一散水性において、チューブ近傍の狭幅付近に散水するためには敷設チューブの真上斜め方向に糸状、或いは噴霧状に散水する必要があり、その結果、枝葉が生い茂る果樹栽培での露面への散水の場合など、散水時での高さ制限のある散水条件下では、同時に広域散水幅エリアに均一散水を達成するためには、高い散水元圧をかけることから、散水チューブ真上斜め方向に飛水した散水は枝葉の障害物に接触して、狭幅付近での均一散水性を達成することができないケースがある。
また、同様に、狭いハウス内での散水の場合で、アスパラ栽培のように、作物自身には飛水した散水が直接かからないような根元散水を行う必要がある場合には、０．１〜２．０ｍ程度に限定しての狭幅付近で均一散水を施す必要があり、ハウスのサイド部や天井部にチューブ真上斜め方向に飛水した散水が接触しないで行うことは物理的制約から均一散水を達成することが困難なケースがある。
特開昭５８−６３３３５号公報 特開平２−２５８１８７号公報

一般に、散水チューブの散水幅は送水圧力（通常、送水量は送水圧力に比例する）に依存しており、水圧が高い場合は、散水幅は大きく、水圧が低い場合は、散水幅は狭くなる。
本発明の目的は、この原理に着目して、散水チューブの散水量分布の均一性において、高精度の穿孔設計された高品位の散水チューブを採用しなくても、また、高さ制限のある散水環境条件下においても、特定の構造を有した散水幅自動可変制御装置を考案することで、散水チューブの幅方向の均一散水性を達成するような制御装置、および散水システムを提供することにある。

本発明者らは、上記問題に鑑み、鋭意検討した結果、このような従来の散水チューブによる幅方向の散水量分布の均一性を改良する方策として、一定の時間周期で送水圧力（すなわち、送水量）を自動的に変動させる流量調整弁或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置が組み込まれた散水幅自動可変制御装置を検討し、好ましくは、一定の時間周期で送水量を自動的に変動させる流量調整弁或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置が組み込まれた本管と一定量の送水が常時なされる構造を有するバイパス管とから構成された散水幅自動可変制御装置とし、更に、本装置と散水チューブを組み合わせた散水システムを採用することで簡便で高精度の均一散水性を発現することを見出し、本発明に至った。

本発明の散水幅自動可変制御装置、及び本装置と散水チューブを組み合わせた散水システムを採用することにより、散水チューブの幅方向の散水量分布の均一性を、簡便かつ高精度に達成することができる。
更に請求項２記載の散水幅自動可変制御装置、及び本装置と散水チューブを組み合わせた散水システムによれば、絶えず一定量以上の送水環境を確保でき、送水圧力の変動挙動が均一で連続的に発現できることから、散水チューブの幅方向の散水量分布の更なる均一性を達成することができる。

以下、本発明の散水幅自動可変制御装置（以下、本制御装置）について詳細に説明する。
本発明において、本制御装置は水源、ポンプ、送水管、散水チューブの順で構成される散水装置において、送水管の中に組み込まれ、正確には、図１、図２に示すような水源＋ポンプ＋送水管＋本制御装置＋送水管＋散水チューブの構成を採る。
この場合、本制御装置は、図３に示すように、送水管と本制御装置を構成する一定周期で送水量を自動的に変動させる流量調整弁或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置（以下、本流量可変装置）とが直接結合した単結合方式と、図４に示すように、送水を本管とバイパス管とに二分割する構造を有し、バイパス管には必要に応じて送水量を適宜調整可能な固定バルブが取り付けられ、一定量の送水が常時なされる構造を有し、一方、本管には本流量可変装置を直接結合した組み合わせの構造を有するバイパス結合方式とがある。
この本流量可変装置は、電磁弁によるタイマー方式にて一定時間の開および閉の状態を保つ流量調整弁を取り付けた方式と、駆動モーターに連結して一定時間周期で回転するボール形状の流量調整バルブ（図５、図６を参照）を取り付けた方式の二通りの方式がある。
この場合、本発明における散水幅自動可変制御装置は、図３に示す単結合方式と図４に示すバイパス結合方式のいずれの方式をも採用することができるが、送水管と流量自動可変装置が直結した構造を有する単結合方式の制御装置（図３）においては、後述の図１４に示すように、一定時間周期に必ず制御装置の直後の下送水側の水圧Ｐが０、すなわち送水停止で散水されない空白の時間帯が生ずる。このため、単結合方式では一定時間周期での送水圧力の変動挙動がやや連続性に欠け、その結果、散水距離および散水量を連続的に変動させることができず、散水チューブの幅方向の散水量分布のより一層の均一性を達成することには若干の限界がある。
一方、バイパス結合方式の制御装置（図４）では、後述の図１１〜１３に示すように、絶えず一定量以上の送水環境を確保でき、送水圧力の変動挙動が均一で連続的に発現できることから、散水チューブの幅方向の散水量分布の更なる均一性を達成することができ、本発明の目的を達成するためにはより望ましい。

尚、図１、或いは図２において、本制御装置の直後の下送水側の水圧をＰ１とした時、Ｐ１値は本流量可変装置が全開時においては 最大値Ｐ１maxを示し、全閉時においては最小値Ｐ１minを示し、後述の図１０〜１４などに示すように、一定時間周期で Ｐ１min ⇒ Ｐ１max ⇒ Ｐ１min の範囲内をＰ１値が連続的に変動することになる。
すなわち、この時、Ｐ１値の変動比率（Ｐ１min／Ｐ１max）をａ値と規定した場合、０≦ａ＜１となり、本発明におけるａ値は本流量可変装置の流量調整弁、或いは流量調整バルブの構造設計や、本管とバイパス管との内径の比などによって任意に設定可能であるが、本来の発明目的である散水チューブの幅方向の散水量分布の均一性を発現するためには、散水元水圧の値や目標とする均一散水性の程度によっても異なるが、好ましくは ０〜０．６、さらに好ましくは ０．０３〜０．３である。
また、本流量可変装置の電磁弁などの流量調整弁によるタイマー方式にて弁の全閉⇒全開⇒全閉の状態の１周期に要する時間、または、モーター駆動に連結したボール形状の流量調整バルブの全閉⇒最大開⇒全閉の状態の１周期に要する設定時間をｔ（秒）（この場合、Ｐ１min ⇒ Ｐ１max ⇒ Ｐ１minとなる１周期に要する時間に対応する）とした時、本流量可変装置の流量調整弁の開閉時間設定、或いは流量調整バルブの構造設計や回転時間設定によって任意に設定可能であるが、本来の発明目的である散水チューブの幅方向の散水量分布の均一性を発現するためには、元水圧の値や目標とする均一散水性の程度によっても異なるが、好ましくは ３秒〜６０秒、さらに好ましくは ５〜４０秒である。

また、本発明の散水方式は、本制御装置と散水チューブを組み合わせた散水システムであり、ここで散水チューブとは、通常公知のＬＬＤＰＥ樹脂、ＬＤＰＥ樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂などのポリエチレン系樹脂等の合成樹脂製の散水チューブが利用される。通常、これらの散水チューブは、散水孔を穿設した二枚の長尺状熱可塑性樹脂フィルムを重ね合わせて、幅方向の両端を長尺方向に融着することによって形成された貼合タイプのもの（例えば、特開昭５８−６３３３５号公報）、および、溶融押出法によって熱可塑性樹脂を円筒状のスリットから溶融押出し、直接チューブ状に成形加工し、得られたチューブに散水孔を穿設した非貼合タイプのもの（例えば、特開平２−２５８１８７号公報）が存在する。
これらの散水チューブは水源、ポンプ等に連結の送水管を接続して供給水に所定水圧をかけて送水することによって、均一な散水特性を達成できるように、精度の高い穿孔処理、具体的にはポンチ打ち抜き法、熱針穿孔法、或いはレーザー穿孔法などにより、多数の小孔が高精度に規則正しく配列された形態を有している。

以上、本発明の散水幅自動可変制御装置と散水チューブを組み合わせた散水システムを採用することで、散水チューブ直前での送水圧を一定時間周期で連続的に可変させることができ、これにより、散水チューブの幅方向の散水量分布の均一性を達成することができる。

本発明について、以下の具体的な実施例および比較例により、さらに詳細に説明する。
尚、実施例に示した散水チューブは以下の通り。
（散水チューブ（Ａ））
材質：密度が０．９２ｇ／ｃｍ^３、メルトインデックスが２ｇ／１０分のエチレン−（４メチルペンテン−１）共重合体４７重量部、メルトインデックスが１ｇ／１０分、酢酸ビニル含有量が１０重量％のエチレン−酢酸ビニル共重合体５０重量部、カーボンブラック３重量部の組成よりなるポリオレフィン系組成物
仕様：管径３８ｍｍΦ、折径６２ｍｍ、肉厚０．５５ｍｍ、散水孔径０．２５、０．３５、０．５２、０．４０ｍｍΦ、散水孔ピッチ４０ｍｍ、散水孔列数８でレーザーにて穿孔設計されたチューブ仕様のもの（非貼合タイプ、図７を参照）
特性：送水圧力と散水幅の特性を図９に示す
（散水チューブ（Ｂ））
材質：散水チューブ（Ａ）と同一組成よりなるポリオレフィン系組成物
仕様：管径３１ｍｍΦ、折径５０ｍｍ、肉厚０．２１ｍｍ、散水孔径０．３５ｍｍΦ、散水孔ピッチ３０ｍｍ、散水孔列数３（片側）でレーザーにて穿孔設計されたチューブ仕様のもの（非貼合タイプ、図８を参照）
特性：送水圧力と散水幅の特性を図１０に示す

（実施例１）
図４に示すような、送水を本管（内径４０ｍｍΦ）とバイパス管（内径４０ｍｍΦ）に二分割する構造を有し、本管にはタイマーによる電磁弁での５秒間全閉⇒５秒間全開⇒５秒間全閉の１０秒／周期で作用する電磁弁タイマー制御機能を有した流量調整弁付きの流量自動可変装置が組み込まれた散水幅自動可変制御装置を作成した。
これに、散水チューブ（Ａ）を用いて１００ｍ長の敷設を行い、図２に示すように、水源、ポンプ、送水管、散水幅自動可変制御装置、流量計、圧力計（Ｐ１）、送水管、散水チューブ、圧力計（Ｐ２）の順で平坦な露地面に配置(末端を封止)して、散水を１０分間行った。
その結果、散水形状が水圧変動に応じて連続的な大波小波のウェーブ状を呈して散水距離および散水量を連続的に変動することができ、散水チューブの幅方向片側５ｍずつ（両側の合計幅：５×２＝１０ｍ）の散水幅で均一に、露地面全体において均等に水が散水された。
その際の圧力計Ｐ１およびＰ２の最大値および最小値の計測結果、敷設５０ｍ位置での散水幅の最大値および最小値の計測結果、また、圧力計Ｐ１の一定時間周期での変動挙動曲線、およびチューブ幅方向の散水量分布データ（敷設５０ｍ位置での散水量分布）を表１、図１１、図１６に示す。

（実施例２）
図４に示すような、送水を本管（内径４０ｍｍΦ）とバイパス管（内径４０ｍｍΦ）に二分割する構造を有し、本管には回転駆動ボール形状流量調整バルブ（流路径２０ｍｍΦ、図５、図６を参照）で、全閉⇒全開⇒全閉の１８秒／周期（３６秒／１回転）で開閉作用するように設定された流量調整バルブ方式（変速機付き回転モーター、１００Ｖ）の流量自動可変装置が組み込まれた散水幅自動可変制御装置を作成した。
これに、実施例１と同様に、１００ｍ敷設された散水チューブ（Ａ）と組み合わせて、図２に示すように、水源、ポンプ、送水管、散水幅自動可変制御装置、流量計、圧力計（Ｐ１）、送水管、散水チューブ、圧力計（Ｐ２）の順で平坦な露地面に配置（末端を封止）して、散水を１０分間行った。
その結果、実施例１と同様に、散水形状が水圧変動に応じて連続的な大波小波のウェーブ状を呈して散水距離および散水量を連続的に変動することができ、散水チューブの幅方向片側４ｍずつ（両側の合計幅：４×２＝８ｍ）の散水幅で均一に、露地面全体において均等に水が散水された。
その際の圧力計Ｐ１およびＰ２の最大値および最小値の計測結果、敷設５０ｍ位置での散水幅の最大値および最小値の計測結果、また、圧力計Ｐ１の一定時間周期での変動挙動曲線を表１、図１２に示す。

（実施例３）
実施例１において、流量自動可変装置が組み込まれた散水幅自動可変制御装置（図４）で、主管でのタイマー設定を１０秒間全閉⇒１０秒間全開⇒１０秒間全閉の２０秒／周期で作用する電磁弁タイマー制御の流量調整弁に変更し、散水チューブ（Ｂ）に変更して、これをアーチ型パイプハウス内で畝に定植栽培されたアスパラの脇の０．６ｍの位置に５０ｍ長で敷設して、実施例１と同様ながら、図２に示すように、水源、ポンプ、送水管、散水幅自動可変制御装置、流量計、圧力計（Ｐ１）、送水管、散水チューブ、圧力計（Ｐ２）の順で配置（末端を封止）して、散水を１０分間行った。
その結果、実施例１と同様に、散水形状が水圧変動に応じて連続的な大波小波のウェーブ状を呈して散水距離および散水量を連続的に変動することができ、ハウス内のサイド面や天井部に飛水することなく、また、アスパラ自身に飛水することなく、根元付近を中心に散水チュー幅方向に０．６ｍ（片側散水）の散水幅で均一に水が散水された。
その際の圧力計Ｐ１およびＰ２の最大値および最小値の計測結果、敷設２５ｍ位置での散水幅の最大値および最小値の計測結果、また、圧力計Ｐ１の一定時間周期での変動挙動曲線を表１、図１３に示す。

（実施例４）
実施例１において、散水幅自動可変制御装置に関して、バイパス管を有しない本管（内径４０ｍｍΦ）の流量自動可変装置だけの構造を有する制御装置（タイマーによる電磁弁での５秒間全閉⇒５秒間全開⇒５秒間全閉の１０秒／周期で作用する電磁弁タイマー流量調整弁設定）を用いて、実施例１と同様の散水チューブ（Ａ）（１００ｍ敷設長）と組み合わせて、図１に示すように、水源、ポンプ、送水管、散水幅自動可変制御装置、流量計、圧力計（Ｐ１）、送水管、散水チューブ、圧力計（Ｐ２）の順で平坦な露地面に配置（末端を封止）して、散水を１０分間行った。
その結果、制御装置の直後の下送水側の水圧Ｐ１が０、すなわち送水停止で散水されない空白の時間帯があり、これにより、散水チューブの幅方向での散水形状が水圧変動に応じて連続的な大波小波のウェーブ状を呈することはできず、散水距離および散水量を不均一ながら連続的に変動させることはできたが、散水チューブの幅方向の散水量分布の均一性は実施例１の挙動と比較して若干劣る結果であった。（散水チューブの幅方向片側５ｍずつ、両側の合計幅１０ｍの散水幅で露地面全体において水が散水された）
その際の圧力計Ｐ１およびＰ２の最大値および最小値の計測結果、敷設５０ｍ位置での散水幅の最大値および最小値の計測結果、また、圧力計Ｐ１の一定時間周期での変動挙動曲線を表１、図１４に示す。

（比較例１）
実施例１において、散水幅自動可変制御装置を組み合わせず、バイパス管なしの本管（内径４０ｍｍΦ）だけの構造で、流量計、圧力計（Ｐ１）、送水管、散水チューブ（Ａ）（１００ｍ敷設長）、圧力計（Ｐ２）の順で平坦な露地面に配置して、散水を１０分間行った。
その結果、常時一定圧力の散水方式であり、散水チューブの幅方向での散水距離および散水量を長手方向で見た場合、散水距離および散水量を連続的に変動させることができず、固定状態での散水であるため、散水チューブの幅方向の散水量分布の均一性を達成することができなかった。（散水チューブの幅方向片側５ｍずつ、両側の合計幅１０ｍの散水幅で露地面全体において水が散水された）
その際の圧力計Ｐ１およびＰ２の最大値および最小値の計測結果、敷設５０ｍ位置での散水幅の最大値および最小値の計測結果、また、圧力計Ｐ１の一定時間周期での変動挙動曲線、およびチューブ幅方向の散水量分布データ（敷設５０ｍ位置での散水量分布）を表１、図１５、図１６に示す。

本発明の散水システム概要図（単結合方式） 本発明の散水システム概要図（バイパス結合方式） 本発明の散水幅自動可変制御装置の概略図（単結合方式） 本発明の散水幅自動可変制御装置の概略図（バイパス結合方式） ボール形状流量調整バルブの一例を示す図 バルブ開度サイクルの一例を示す図 散水チューブ（Ａ）の孔設計を示す図 散水チューブ（Ｂ）の孔設計を示す図 散水チューブ（Ａ）の送水圧力と散水幅の特性を示すグラフ 散水チューブ（Ｂ）の送水圧力と散水幅の特性を示すグラフ 散水元水圧Ｐ１の経時変化（実施例１）を示すグラフ 散水元水圧Ｐ１の経時変化（実施例２）を示すグラフ 散水元水圧Ｐ１の経時変化（実施例３）を示すグラフ 散水元水圧Ｐ１の経時変化（実施例４）を示すグラフ 散水元水圧Ｐ１の経時変化（比較例１）を示すグラフ チューブ幅方向の散水量分布データを示すグラフ

Claims (3)

1. 一定の時間周期で送水量を自動的に変動させる流量調整弁、或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置が組み込まれた構造よりなる散水幅自動可変制御装置。
2. 一定の時間周期で送水量を自動的に変動させる流量調整弁、或いは流量調整バルブを有した流量自動可変装置が組み込まれた本管と一定量の送水が常時なされる構造を有するバイパス管とから構成された散水幅自動可変制御装置
3. 請求項１、或いは請求項２記載の散水幅自動可変制御装置と散水チューブを組み合わせた散水システム