JP2008113637A - 乾燥を利用した植物への給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】植物への水やりで外気の乾燥状態に応じ水を蒸発させ蒸発サイクルで自動的に給水を繰り返し外部作動補助源としての電気、電池等を使用する事無く作動し過度な水やり、水不足を発生せず自然乾燥に応じた水やりを可能にする乾燥を利用した植物給水装置を提供する事を課題とする。
【解決手段】保水性がありかつ毛細管現象発生の材料を使用し水を蒸発する事による重量変化を利用しテコの原理により左右のバランスを崩しテコの角度変化による位置差により給水弁を自動的に開閉、又はタンク内に水とフロートを入れ水蒸発する事により水位変化で浮力変化させ給水弁を開閉させることで目的物に水やりを行う水蒸発を利用した給水装置を提供する事。
【選択図】図１

Description

テコの原理を応用し水の蒸発による重量変化でテコのバランスを崩し左右が上下運動する事、タンク内に水とフロートを入れ水を蒸発させる事で水位変化させ浮力変化を利用し外部作動補助源としての電気、電池等を使用する事無く目的の場所に外気の乾燥状態に応じ給水弁を自動的に開閉し給水をする事が可能な乾燥を利用した植物への給水装置。

植物への自動給水方法は現在定期的に給水する装置は存在するがこの作動には電気、電池等外部補助源を使用して作動させているのが現状で有る。外部作動補助源としての電気、電池等が無くなると装置は作動せず給水が止まる。自動状態でも常に外部補助源の確認が必要でこの確認を怠ると装置が停止し給水途絶え植物への傷害が発生する。

現在の自動給水装置は外気の乾燥状態を考慮する事無く定期的強制的に給水が開始されるため給水を受ける植物は過給水、給水不足等が発生し易い。

小型な植物自動給水装置では大気の乾燥状態を感知して作動する物は無い。

本発明は上記のような従来技術の欠点を解消し外部作動補助源としての電気、電池等を必要とせず大気の乾燥状態で水の蒸発時間が変化する事を利用し自動的に給水弁を開閉し植物に最良の状態で給水をする事を課題とする。

毛細管現象及び吸水性の有る材料に水を含ませて外気に広げる事で水が外気の乾燥状態に対応し蒸発する事で水分を含んだ保水材料の重量変化が生じる。この重量変化をテコの原理を応用し反対側に重りを取付け左右のバランスが崩れる事で自動的にテコ支点の左右が上下運動する、このテコ軸の一方に給水弁を取付け乾燥状態に応じテコが上下運動しその弁を開閉させる事で自動的に給水を行う。保水材料への水は給水弁出口の水の一部を利用し保水させる事で重量増加させる。この動作を繰返すことで外部作動補助源としての電気、電池等は必要とせず自動給水は可能と成る。

タンク内に水を入れその中にフロートと毛細管現象が発生する材料を浸し材料の一方は大気に開放する大気開放部より大気の乾燥状態に応じて水が蒸発しタンク内の水が減少する。タンク内の水減少で水位が低下しフロートの上下移動で浮力が変化する。このフロートにリンク機構又は直接的に給水弁を開閉させ給水を行う。タンク内の水の補給は給水弁二次側の水の一部を使用しタンクに水を補給しフロートを上昇させて給水弁を閉める。毛細管現象と水の蒸発を利用する事で外部作動補助源としての電気、電池等は必要とせず給水は可能と成る。

植物への水やりが外気の乾燥状態で給水サイクルが自動調整されるため過給水、水不足が減少し植物への障害が減少する。外部作動補助源としての電気、電池等を必要としないため停電、電池切れ等に依る給水停止の心配が無くなる。また外気の乾燥状態を感知し最良の状態で給水するため余分な水を使用せず節水につながる。

給水装置の設置場所は屋内屋外関係なく設置が可能で水源はポリタンク、ペットボトル、水道管を含む外部給水源直結等何れでも利用可能。マンション等のベランダーで水源の無い場所でも水やりを気にせず長時間留守が可能、補給水源のタンク内の水量を確認するだけで植物を枯らすことが無くなる。

以下、本発明にかかる自然乾燥を利用した植物への給水装置の好適な実施の形態を添付する図１〜図７に基づき詳述する。図１はテコ式でバランス用に重りを使用した装置で全体の接続方法を示す概要図であり給水弁７が閉まっている状態を示している。図１では全体の接続方法と流れを説明する。給水タンク３１又は外部給水元弁３３より配管にて給水入口弁８に給水を導き給水弁７に入る。テコの支点５の一方は保水材４を取付け一方はバランス用重り３を取付け保水材４が注水により充分に保水すると保水材の重量が増加しテコのバランスが崩れ矢印方向に下がりテコの角度変化を利用し給水弁ロッド７−１を追随させる事で給水弁７を開閉させる。給水弁７を出た水の一部が保水材給水弁９を経由して保水材４に給水される。給水弁７が開状態の時給水弁７を出た水の大部分は分岐され給水調節弁４０により流量調整し地中注水器等により目的の鉢土４１の中に給水する。

給水タンク３１は１個以上複数を取付けられ個々のタンクの給水元弁３２経由し給水入口弁８に導かれる。または給水タンク３１を使用せず水道管を含む外部給水元弁３３より給水する場合は外部給水元弁３３を経由し水圧が高い場合は外部給水調圧弁３４を用い減圧してから給水入口弁８に接続する。また複数タンクを設置した場合その内の１個を液体肥料注入用タンクとする事も出来る。

図２はテコ式のバランス重り式の給水装置で給水弁は開状態を示す。図２で本給水装置の作動原理を説明する。装置の構造は装置本体１の上にテコの支点５でバランス体２が取付けられバランス体２の一方には保水材４が他方バランス重り３とバランス重り３には重り位置調整用のバランス重り調整ネジ６が設けられている。バランス体２の一方に給水弁７を設置し給水弁弁棒７−１がバランス体２の動きに追従する様になっている。図２は開状態で有るため給水弁７の出口側より配管され保水材給水弁９より保水材４に給水されている。保水材４が充分に水を含むと重量が増加しバランス体２は矢印方向に下がり始める。完全に下がった状態では給水弁弁棒７−１がバランス体２と離れ給水弁７は弁内部のバネと水圧で全閉し給水は止まる。保水材４は最下部で止まり保水材４内の水分が外気の乾燥状態に応じて水の蒸発が始まる。水分が減少する事でバランス体２はバランス重り側が重くなり段々水平状態に戻ってくる。水平になる途中で給水弁弁棒７−１と接触し給水弁７が開きだす。この給水と乾燥を繰返す事で給水弁が開閉し自動的に給水を繰り返す事になる。

図３は図２のテコ式で重りの替わりにバランス用水タンク１２と補助重り１３を併用した方式の給水装置で給水弁７は全開状態にある。作動状態は図２と同様であるが保水材４への給水過程が異なっているため相違点のみ説明する。先ず給水弁７を出た水はバランス用水タンク１２に保水材給水弁９より給水されバランス用水タンク１２が満杯に成りオーバーフロー分が保水材４に流れ始め保水材４側に流れ出す。流れ出た水は保水材４に吸収され保水材４側の重量が増加しバランス体２はバランスが崩れ保水材４は矢印方向に下がり出す。バランス体２の角度が最大に近づくとバランス用水タンク１２内の水が一気に保水材側に流れ出し保水材４が最下部に達した時はバランス用水タンク１２内の水は空に成り給水弁７は全閉に成る。保水材４への給水が止まり保水材４内の水分が蒸発を始める。保水材４の水分量が減少すると補助重り１３側が重くなりバランス体２は水平状態に戻りだす。水平状態に戻る途中で給水弁弁棒７−１と接触し給水弁７が開きだす。この繰り返し運動により給水弁７は自動的に開閉を繰返す。

図４はフロート用水タンク１５内にフロート１６を入れ水タンク内の水位変化する事でフロート１６の浮力変化をリンク機構により給水弁７を開閉する給水装置の概要図であり給水弁７が全閉状態を示している。フロート用水タンク１５の水位変化をさせる為に毛細管現象があり且つ保水性のある蒸発材料１９の一方を水タンク１５内に他方を大気中に広げ水分の大気蒸発を施す。蒸発材１９によりタンク内の水が吸上げられ蒸発しタンク内の水位が下がりフロート１６も下がる。フロート１６に接続されたリンク機構１８支点Ａが支点Ｂ側に移動を始める。リンク機構１８は支点Ｂに止まりそれ以上にフロート１６が下がるとリンク機構１８により給水弁弁棒７−１が開方向に引かれ給水弁７が開き出す。給水弁７が開くことで給水の一部は浮力増加器２０を経由しフロート用水タンク給水調節弁２１よりフロート用水タンク１５に水補給される。水が補給されると水タンク１５内の水位が上昇を始めフロート１６に接続されたリンク機構１８の支点Ｂは支点Ａの方向に移動しそれ以上フロート１６が上昇をすると給水弁弁棒７−１は給水弁７を閉める方向に移動し最後には全閉する。この蒸発、給水を繰返す事で給水弁７は自動的に開閉を繰返す。リンク機構１８の支点ＡとＢの距離はフロートの動きにタイムラグを持たせ給水弁７を開閉させフロート１６の動きを給水弁７に伝える為に設けた機構と距離である。通常の水タンク１５の水位上昇時間調整はフロート用水タンク給水調節弁２１の流量を調整行い給水時間の調整を行う。浮力増加器２０は給水弁７を完全閉にする為水タンク１５の通常閉水位より強制的に水位を上昇させる装置である。

図５は図４と動作方法は同じでありフロートの浮力伝達方法相違点のみ説明する。図５はフロート１６の動きをリンク機構等使用せずフロート１６の浮力で直接給水弁７を開閉する構造である。フロート１６の動きにタイムラグを持たせ給水弁７を開閉する為に給水弁弁棒７−１にピンを取付けフロート軸１７に溝を切りその溝の中をピンが移動する構造でありフロートが下がり出しＢ点に達すると給水弁弁棒７−１はフロート１６の重さで引下げられ給水弁７は開き出す。フロート１６が上昇を始めるとピンの位置はＢ点からＡ点に移動し更にフロート１６が上昇する事で給水弁７は完全閉の状態に成る。Ａ点とＢ点の距離差がフロートのタイムラグでありその他の動きは図４と同一である。

図６は図４，５のフロート用水タンク１５内の水中に毛細管現象利用の揚水チューブ２２の一端を浸し他方を給水目的の土中に埋める又は土表面に広げ毛細管現象でタンク１５内の水が吸上げられる事で目的物へ間接給水も出来る。この毛細管現象利用の揚水チューブ２２を併用する事で直接給水と間接給水が同時に可能となる。揚水チューブ２２を使用した給水は本装置より高所に設置された給水目的物に給水が可能。本装置より低所に給水は不可である。

図７は図４，５のフロート用水タンク１５の給水系統に設置する浮力増加器２０で使用方法は給水弁７出口より分岐された水はタンク２０−２に導かれ水はタンク内の空気をフロート弁２０−１より排出し充満する、水は出口よりフロート用水タンク給水調節弁２１を通りフロート用水タンク１５に注入される。水が注入される事でフロート１６が上昇し給水弁７は閉まり給水が止まるがタンク２０−２に溜まった水は継続して給水し続けこのタンク２０−２の容積分フロート用水タンク１５内の水位が上昇する。水位上昇分フロート１６の浮力が増加し給水弁７の閉める力が増加させる。給水弁７の閉まった後の水位上昇を想定以上に上昇させず注水量の調整が必要でその調整方法はタンク２０−２より流出する水の量を調整すれば良くタンク２０−２の出口管をタンク内に挿入しＨ寸法を変化させる事でタンク２０−２内の水の流出量が調整出来る。タンク２０−２内の水は出口管Ｈ寸法分挿入される事でＨ寸法分タンク内に水が残ることに成り調整可能と成る。又タンク２０−２の水出口をタンク上部に取付けることでタンク内に水が充満するまでの時間、作動のタイムラグとして利用も可能。

図２，３のカバー１１は装置全体を覆い外部からの障害物により装置の作動が妨げられないよう通気性の有る網状構造とし、またカバー１１を外観上設置場所にマッチしたデザインを施す事も出来る。

図２の構造で装置を試作し実施期間は平成１８年５月より５ヶ月間作動テストを実施し良好な結果を得ることが出来た。給水源として１リットルのペットボトル２本を使用し中サイズの植木鉢３個に継続給水したが過剰な給水、水不足等の不具合事項は発生せず順調に生育している。約２リットルの水は大気の湿度にも依るが約１０日間補充する事無く作動し本装置の目的を充分に果たしている。

給水装置の全体接続方法を示す全体概要を示す図である。 テコ式でバランス重り式概要を示す図である。 テコ式で重りに水タンクと補助重り併用式の概要を示す図である。 フロート式リンク機構で給水弁開閉式の概要を示す図である。 フロート式直動式機構で給水弁開閉式の概要を示す図である。 毛細管利用の揚水チューブを使用の概要を示す図である。 浮力増加器の概要を示す図である。

符号の説明

１ 装置本体
２ バランス体
３ バランス重り
４ 保水材
５ テコの支点
６ バランス重り調整ネジ
７ 給水弁
７−１ 給水弁弁棒
８ 給水入口弁
９ 保水材給水弁
１０ 高所給水逆止弁
１１ 装置ガード
１２ バランス用水タンク
１３ 補助重り
１４ 水タンク水位
１５ フロート用水タンク
１６ フロート
１７ フロート軸
１８ リンク機構
１９ 蒸発材料
２０ 浮力増加器
２０−１ 浮力増加器フロート弁
２０−２ タンク
２１ フロート用水タンク給水調節弁
２２ 揚水チューブ
２２−１ 毛細管用材料
３１ 給水タンク
３２ 給水タンク元弁
３３ 外部給水元弁
３４ 外部給水調圧弁
４０ 給水調節弁
４１ 鉢土

Claims (9)

1. テコの原理を応用し一方には保水性のある材料を取付け他方にはバランス用重りを取付け、水を含んだ保水材料が外気の乾燥状態で水が蒸発し重量減少し左右のバランスが崩れ支点を挟んでテコの左右は上下運動を発生せしめ、テコ軸の一方に給水弁を取付けテコの角度変化の上下運動による位置差を利用し給水弁を開閉し給止水し、保水材料への給水は給水弁開時に弁二次側給水の一部を保水材料に供給し保水状態にして重量バランスが崩れることでテコを動かす、この動作を繰り返すことで大気の乾燥状態に応じた給水弁の開閉が可能とならしめ、バランス用重りの位置調整を行う事で開閉時間サイクルの調整も可能な自然乾燥によるテコの左右バランスの変化を利用し自動的に給水を繰返す特徴を持つ乾燥を利用した植物給水装置。
2. 請求項１のバランス用重りを水バランスタンクと補助重り両用方式で給水の一部を使用し水バランスタンク内に水を充満後オーバーフローさせて保水材に導き保水材重量を増加させテコのバランス変化させる方式又はテコの角度変化でバネ力を利用し作動させる方式で給水弁を開閉せしめ自然乾燥によるテコの左右バランス変化によるテコ軸の角度変化の位置差を利用し自動的に給水を繰返す特徴を持つ請求項１の乾燥を利用した植物給水装置。
3. 毛細管現象を発生する材料の一方を水中に入れ毛細管現象で水の吸い上げ行い一方を大気に開放し蒸発面積を大きくし大気部から水が蒸発する事を応用し、タンク内に毛細管現象を発生する材料の一方とフロートを入れ、水の蒸発でタンク内の水が減少し水位変化する事でフロートは乾燥状態に応じ上下運動し給水弁を開閉せしめる、またタンク内の水補給は給水弁開時の弁二次側の水の一部をタンク内に導きタンク内の水位を変化させフロートを動かし給水弁を開閉せしめ、給水弁の閉り時点近傍では不安定な開閉動作が発生するおそれがある為フロートの浮力増加器を設け閉時の漏れ防止策も可能ならしめ、給水弁とフロートとの関係はフロートの浮力を直接給水弁に伝え開閉またはリンク機構にて作動せしめる方法のいずれでも良く外気の乾燥状態に応じて給水弁の開閉タイミングが変化する特徴を持つ乾燥を利用した植物給水装置。
4. 毛細管現象発生する材料を柔軟性のあるチューブ状の筒の中に充填しその一方は請求項３のタンク内に入れ一方は給水目的物の土の表面に広げ毛細管現象によりタンク内の水を吸上げて目的物への連続間接給水を行なわし、チューブの大きさは給水目的物容量により変える事も可能、目的物への給水は給水弁よりの直接給水または毛細管現象応用による間接給水の両方または個々の方法いずれでも良く目的に合った給水が可能な事を特徴とする請求項３の乾燥を利用した植物給水装置。
5. 保水材料、毛細管現象発生する材料は保水性、耐侯性を有し劣化が少なく、植物に無害で交換が容易な材料であれば特定せずいずれでも良く給水を可能とすることを特徴とする請求項１，２，３、４の乾燥を利用した植物給水装置。
6. 給水源は可搬式タンクを１個以上複数個必要高さに設置する方式または水道管を含む他給水系統との直結方法が有り何れの方法でも良く他給水系統給水圧力が高い場合は給水弁装置入口側に圧力調整装置を設け給水圧力が一定に成るよう圧力調整も可能、給水弁二次側は目的物への給水箇所数に応じた分岐も可能で個々の分岐の先端には給水流量調節弁を設け給水目的物に合った給水量を確保対応可能な事を特徴とする請求項１，２、３の乾燥を利用した植物給水装置。
7. 装置の作動は大気の自然乾燥状態を利用し外部作動補助源の電気、電池等を使用する事無く給水弁を自動開閉する事を特徴とする請求項１，２、３の乾燥を利用した植物給水装置。
8. 給水源と本装置と給水目的物の設置位置関係で給水タンク方式の場合本装置と給水目的物位置関係は給水タンクより下部位置に設置、外部給水系統より給水の場合は本装置と給水目的物の設置位置関係は特定せず、給水対象物と本装置の位置関係で本装置より上部に給水される場合は給水弁出口部に逆止弁を設置後分岐給水せしめ、本装置より下部への給水は給水弁取出し部より直接分岐給水可能な事を特徴とする請求項１，２，３、４の乾燥を利用した植物給水装置。
9. 本装置のテコ軸部分をテコ支点部より取外し交換可能な構造とし設置場所にマッチしたデザインを施し保水蒸発部分のみの取替えも容易に可能、又は本装置全体を覆う通気性の有るカバーを取付け設置場所にマッチしたデザインを施す事も可能な事を特徴とする請求項１，２，３、４の乾燥を利用した植物給水装置。

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