JP2007222149A - 負圧差潅水システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、土壌に潅水するときに、導管が長い場合でも、より遠くまで容易に送水することができる負圧差潅水システムを提供することにある。
【解決手段】 本発明の要旨は、導管と多数の多孔質管とによって構成される送水管を土壌中に埋設し、該送水管を貯水部からの水で飽和させ、該多孔質管に接する土壌の負圧と該多孔質管内の負圧の差により、該多孔質管内の水を土壌中に浸出させるか又は土壌水を該多孔質管に取りこむようにされてなる負圧差潅水システムにおいて、前記多孔質管は前記導管に一定の間隔で、副流が形成させるように取り付けられてなることを特徴とする負圧差潅水システムにある。
【選択図】図２

Description

本発明は、負圧差潅水システムに関する。さらに詳しくは、土壌に潅水するための水が長い送水管の末端まで達するようにした潅水システムに関する。

水を効率的に利用するための、節水灌漑法の一つとして、負圧差潅水法がある。この方法は、１９３４年、ビー・イー・リビングストン（Ｂ．Ｅ．Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ）によって始めて紹介され、その原理は、土壌中に埋設した多孔質管に水を飽和させ、この管内の水圧を負圧として多孔質管の接するの土壌の負圧と管内負圧との差によって潅水を行うものである。

この方法は、節水灌漑法としては、確かに優れた方法であるが、実際に応用しようとした場合、多孔質管内及び導管内の水中に含まれている溶存気体が、温度変化により気泡となって管内に滞留し、細孔の穴をふさぐ等の原因により、負圧差状態がこわされて、水分供給が途絶えるという大きな欠点を有し、それがためにいまだ一般に普及していない。

一方、この問題点を解決する方法として色々の検討がなされ、特公平３−５１３７３号公報に記載の如く、真空ポンプにより負圧としながら水を循環させて発生する気泡を除去する方法や、特開平５−１２３０６５号公報のようにサイフォンの原理で水を循環させて同様に気泡を除去する方法が開発されている。

この方法はその後いくつかの企業によって研究開発されて実用化されつつあり、その中でも最近発表されたものとしては、特許第３４２６４１６号公報や特開２０００−１０６７７０号公報があり、これらの方法はいずれも、後記、図４のように多孔質管を直列に接続し負圧差潅水システムとしている。図４において、４１は多孔質管、４２は導管である。
特公平３−５１３７３号公報 特開平５−１２３０６５号公報 特許第３４２６４１６号公報 特開２０００−１０６７７０号公報

これらの中、特許第３４２６４１６号公報と特開２０００−１０６７７０号公報の方法はいずれも実際に実用化可能な方法ではあるが、次ぎのような問題点があることがわかった。すなわち、
１．負圧差潅水システムにおいて、導管や多孔質管を水で飽和させるため正圧で送水する際、図４のように多孔質管を導管に直列で接続した場合、多孔質管から水が順次流出して行き、先に行くほど送水量が減っていく。多孔質管の形状や送水圧により多少の変動があるが、実用的な多孔質管を使用した場合、接続可能な長さ（後記，図１に記載のＬ）はせいぜい２０ｍ〜２５ｍであり、それ以上長くすると先端にほとんど水が流れなくなり系全体を水で飽和することができなくなる。広い面積の土壌に満遍なく潅水するためには、多数のユニット（貯水槽やバルブを含めたシステムを意味する）を設置する必要がありコスト面でどうしても割高となる欠点がある。また、施設園芸等の狭い敷地内で植物を栽培する場合、貯水槽等の付帯設備が増えることは、それだけ作付け面積が減少しデメリットとなる。
２．４のように多孔質管を導管に直列で接続した場合、多孔質管内や導管内に発生した気泡が、多孔質管の細孔をふさぎ、負圧差状態が破壊されて水の供給が途絶えるなどである。

上記課題を解決するため、本発明では、導管と多数の多孔質管とによって構成される送水管を土壌中に埋設し、該送水管を貯水部からの水で飽和させ、該多孔質管に接する土壌の負圧と該多孔質管内の負圧の差により、該多孔質管内の水を土壌中に浸出させるか、又は、土壌水を該多孔質管に取りこむようにされてなる負圧差潅水システムにおいて、前記多孔質管は前記導管に一定の間隔で、副流を形成するように取り付けられてなることを特徴とする負圧差潅水システムを提供する。

本発明によれば、次ぎのような特別に有利な効果を奏し、その利用価値は極めて大である。
１．本発明に係わる潅水システムによれば、土壌に潅水するときに、導管及び多孔質管を水で飽和させる際、導管が長い場合でも、より遠くまで（末端まで）容易に送水することができる。
２．多孔質管を副流としているので、副流の一ヶ所にトラブルが発生しても導管中に流れる水流が妨げられることがない。
３．導管内や多孔質管内に気泡が発生しても、多孔質管のまわりは水で充満されているため負圧が切れることがない。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における、送水管は、導管と多孔質管によって構成される。導管とは、本システムにおいて水を流すための主流管（メイン管）をいう。導管は樹脂材料製や金属材料製のものがよく、樹脂としてはポリ塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミドなどが挙げられ、金属管としては、アルミニュウム、ステンレス、銅などが挙げられる。

その内径、肉厚、長さは特に制約はないが、内径が小さすぎると水が流れる際に抵抗が大きくなり過ぎるし、また大きすぎると最初、正圧で水で飽和させる際や内部で発生したり混入した気泡を流し出すために多量の水を循環させる必要があるので好ましくない。通常は、内径は５〜５０ｍｍ程度、好ましくは８〜３０ｍｍの範囲とし、肉厚は材料や設置する目的により変わるが、１〜１０ｍｍ程度、好ましくは２〜５ｍｍの範囲とする。長さは特に制限は無いが通常、設置場所、導管の直径、多孔質管の数，多孔質管の細孔の径、送水ポンプの容量などに応じて適宜選ぶことができる。長さは１０〜２００ｍ程度、好ましくは２０〜１００ｍの範囲で選ぶことができる。

多孔質管とは，多孔質管の管壁が有する細孔を通じて多孔質管内の水を土壌中に浸出させたり、又は、土壌水をこの管内に取り込む機能を有する。多孔質管は、一般には、陶磁器、多孔質コンクリート、多孔質ガラス、金属燒結体などの無機質材料よりなるもののほか、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴム等のプラスチックを原料とした樹脂製多孔質成形体などが挙げられる。これらの中でも、陶磁器か多孔質ガラスが好ましい。後者の樹脂製多孔質製形体の場合は、水との親和性を改良する目的で、親水化処理するのが好ましい。
これより細かい場合は使用中に目詰まりが起こり易い上に流体の流動抵抗が大きいので水の流通性が悪く、またこれより粗い場合には空気が流入し、負圧を保持するのが困難とな
の筒が好ましい。

これら多孔質管は、その内径、肉厚、長さなどに特に制約はないが、内径は小さすぎると水が流れる際に抵抗が大きく、大きすぎると接続する導管の方も大きくすることが必要となり、内部で発生したり混入したりした気泡を流し出すために多量の水を循環させる必要があり好ましくない。通常は、内径は１〜５０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍの範囲とし、肉厚は０．５〜３０ｍｍ、好ましくは１〜８ｍｍの範囲で選ぶことができる。長さは、好ましくは２０〜１００ｍｍの範囲で選ぶことができる。

多孔質管は導管に一定の間隔で、副流を形成するように取り付ける。導管と多孔質管の接続は、連結管により行われ、接続に際しては、管径が急激に変化しないようにして、圧損が生じにくいような配慮が好ましく、一定の間隔で取りつける。一定の間隔とは、（後記、図２参照）、通常は、１０〜１００ｃｍ、好ましくは３０〜７０ｃｍの範囲で選ぶことができるが、厳密に一定とする必要はなく、若干の差があっても良い。連結管と導管（メイン管）は、接着剤により直接、接続するのが通常であり、又、連結管と多孔質管とは、直接、接続するか、又は、補助支持具（保持具）を使用して接続することができる。多孔質管の導管への取り付け方は、導管に対して平行に、かつ、導管の中心線より下方に連結管を介して配置する。後記，図３が導管の中心線に多孔質管を配置したもので、多孔質管は土壌面に対し平行に置かれ、後記、図２が多孔質管を最下方に配置したもので、多孔質管は土壌面に対し垂直に置かれている。連結管は、樹脂材料製や金属材料製のものがよく、樹脂としては、ポリ塩化ビニール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ＡＢＳ，ポリブチイレンテレフタレート、ポリアミドなどが挙げられ、金属管としては、アルミニュウム、ステンレス、銅などが挙げられる。連結管の大きさとしては、好ましくは２〜５ｃｍの範囲で選ぶことができ、その内径は多孔質管の外径と同等か若干小さいのが好ましい。補助支持具（保持具）としては、ポリ塩化ビニール、シリコン、ゴムなどのフレキシブルなチューブが好ましい。

以下，本発明を図面にもとずいて詳細に説明する。
図１は本発明の負圧差潅水システムの一実施様態を概略図である。
図１において、１は多孔質管であり、２が導管である。３は貯水槽を示し、４は受水槽を示す。また、５は送水ポンプを表す。
本発明に係る負圧差潅水システムは、土壌中に埋設される。土壌は、通常、天然土壌であり、培養土等のいわゆる人工土壌も一般的であるが、有機物を含まないものであっても本発明の負圧差潅水システムにより植物栽培に用いうるものであれば特に制限されない。埋設する深さは特に制約はなく、このシステムを設置する目的，場所により異なるが、通常、土壌表面から５〜１００ｃｍ程度が好ましい。浅過ぎる場合には、地表の温度の影響を受けやすく、水分が蒸発しやすい点で不利であり、深過ぎる場合には植物の根域に水分を到達させることが困難となるので好ましくない。送水管の配列は、図１に示すように、複数の送水管を並列に配置するのが、一般的である。

本発明に係る負圧差潅水システムでは、この多孔質管に水を供給する貯水槽（図１に記載の３）は、潅水用の水を貯め、多孔質管から土壌中に潅水されてシステム内の水が不足したときに、追加して一定の水量に保つ機能を果たす。水は、雨水，河川水，水道水，地下水など、植物育成に適したものであれば、その種類は問わない。この場合、必要に応じて肥料等の植物に必要な養分を溶解させておくことができる。なお、貯水槽への水の供給は、たとえば貯水槽の液面上方に設けられた給水口から適宜、行うことができる。貯水槽から送水管への水の供給は水道圧や図１に示すように送水ポンプにより行い、送水管の下流部に設けられた受水槽に貯水しても良いし、図１のように貯水槽と受水槽を兼用させても良い。この貯水槽より水を導通させることにより、送水管と貯水槽の間の流路には水が飽和し、送水ポンプを停止することにより、水は静止状態となり、貯水槽の水位を送水管より低くすることにより、送水管内（即ち、導管内と多孔質管内）の圧力は負圧となる。

負圧の設定は、貯水槽の水位を、多孔質管を設置した面より低い位置に置くことによりなされ、その高低差は通常、２〜５０ｃｍの範囲で選ぶことができる。また、貯水槽の水位は特開２０００−１０６７７０に記載のように、ボールタップ等を使用して、水位を一定に保持することもできる。さらに、ボールタップを上下方向に可動しうるように構成することにより、水位自体を任意に変えることも可能である。

図２は図１のＡ部分の拡大図であり、６は連結管を示す。従来の図４に示したような直列方式の負圧差潅水システムは、多孔質管の１個に何かトラブルが起きた場合、システム全体が機能しなくなる欠点を有するが、本発明に係る負圧差潅水システムの場合には、多孔質管が導管に副流が形成されるように取り付けられており、複数の多孔質管のうちの１個にトラブルが発生しても導管中に流れる水流は妨げられることがないので、システム全体としては問題なく稼動させることができる

図３は、図２のＢ−Ｂ部分での断面図を示す。７は水を表し、８は空気（気泡）を表す。負圧差潅水システムにおいて、図４の直列方法は多孔質管内や導管内に発生した気泡が、多孔質管の細孔をふさぎ、負圧差状態がこわされて、水の供給が途絶える場合があるが、本発明に係る負圧差潅水システムでは、図３に示したように、導管に接続する多孔質管を水平またはそれより低くなるように送水管を設置すれば、導管内や多孔質管内に気泡が発生してもその気泡は導管の上部に集められ、多孔質管のまわりは水で充満されていて負圧が切れないシステムとなる。

本発明に係る負圧差潅水システムは、通常の土耕方法による農業や、施設園芸（ハウス栽培）による農業用の潅水システムとして、また、屋上や壁面、道路の分離帯における都市緑化の潅水システムとして、さらに世界の砂漠や乾燥地での農業や緑化の潅水システムとして、幅広い用途への利用可能性がある。

本発明の負圧差潅水システムの一実施様態例を示す概略図である。 図１のＡ部分の拡大図である。 図２のＢ−Ｂ部分の断面図である。 特許第３４２６４１６号公報及び特開２０００−１０６７７０の図１に記載されている多孔質管の接続図である。

符号の説明

１：多孔質管
２：導管
３：貯水槽
４：受水槽
５：送水ポンプ
６：連結管
７：水
８：空気（気泡）

Claims (2)

1. 導管と多数の多孔質管とによって構成される送水管を土壌中に埋設し、該送水管を貯水部からの水で飽和させ、該多孔質管に接する土壌の負圧と該多孔質管内の負圧の差により、該多孔質管内の水を土壌中に浸出させるか、又は、土壌水を該多孔質管に取りこむようにされてなる負圧差潅水システムにおいて、前記多孔質管は前記導管に一定の間隔で、副流を形成するように取り付けられてなることを特徴とする負圧差潅水システム。
2. 多孔質管は、導管に対して平行に、かつ、導管の中心線より下方に配置されてなる、請求項１に記載の負圧差潅水システム。