JP2010193804A - 日射量対応灌水装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置を改善する。
【解決手段】ソーラ・モジュール１０に発生させられた電気エネルギを充電制御器３６の制御の下にキャパシタ５８に充電する。その充電量が充電量設定器４６による設定充電量に達したとき、ワンチップマイコン３４が充電制御器３６を遮断状態とする一方、負荷制御器３８を導通状態とし、ポンプ２０を駆動する。それにより、水源２２の水が灌水系２４に給水されて灌水が行われる。この給水時間が給水時間設定器３８による設定給水時間に達すれば、ワンチップマイコン３４が負荷制御器３８を遮断状態とする一方、充電制御器３６を導通状態とし、ポンプ２０を停止させ、キャパシタ５８への充電を開始させる。貯水タンクを必要とすることなく、日射量に応じた間欠灌水が可能となる。
【選択図】図３
【解決手段】ソーラ・モジュール１０に発生させられた電気エネルギを充電制御器３６の制御の下にキャパシタ５８に充電する。その充電量が充電量設定器４６による設定充電量に達したとき、ワンチップマイコン３４が充電制御器３６を遮断状態とする一方、負荷制御器３８を導通状態とし、ポンプ２０を駆動する。それにより、水源２２の水が灌水系２４に給水されて灌水が行われる。この給水時間が給水時間設定器３８による設定給水時間に達すれば、ワンチップマイコン３４が負荷制御器３８を遮断状態とする一方、充電制御器３６を導通状態とし、ポンプ２０を停止させ、キャパシタ５８への充電を開始させる。貯水タンクを必要とすることなく、日射量に応じた間欠灌水が可能となる。
【選択図】図３
Description
本発明は、果樹園，菜園，花壇等、植物が栽培されている領域や、畜舎の屋根等の簡易に冷却する必要のある領域等である灌水対象領域に、日射量に応じた量の灌水を行う日射量対応灌水装置に関するものである。
植物栽培領域に日射量に応じた量の水を灌水する装置は、特許文献１によって既に知られている。この灌水装置は間欠式自動灌水装置であって、少なくとも、(a)ソーラ・モジュールが発生する電力で直接駆動されるモータポンプと、(b)そのモータポンプが水源から汲み上げた水を貯留する貯水タンクと、(c)その貯水タンクに所定量の水が貯水されたときに排水を開始し、貯水の全てを連続的に排水する排水手段と、(d)その排水手段により排水される水を灌水対象領域へ導く灌水系とを含むものとされる。
ソーラ・モジュールは、日射量に応じた電気エネルギを発生させるため、このソーラ・モジュールにより発生させられた電気エネルギによりモータポンプを直接駆動すれば、日射量に応じた量の水を貯水タンクに蓄えることができ、この蓄えた水を貯水タンクから排出すれば、灌水系を経て灌水対象領域へ日射量に応じた灌水を行うことができる。一般に、植物は、日射量に応じた水を葉から蒸散して消費する。その水は根によって土壌中から吸い上げられるため、植物の根群が分布する土壌上層部に日射量に応じた量の水を供給すれば、過不足のない理想的な灌水を実現することができる。
しかも、本灌水装置は間欠式であるため、灌水の時間間隔と、１回の灌水量とを適切に設定することによって、連続灌水において水が重力方向に深く浸透する現象である縦浸透が抑制され、地表近くの広い部分が効果的に灌水されて、施肥の流亡および地下水の汚染が抑制される。
さらに、水源の水はモータポンプにより連続的に汲み上げられて貯水タンクに蓄えられ、間欠的に排出されるため、流量の少ない水路でも間欠灌水の水源として利用することができる。
しかも、本灌水装置は間欠式であるため、灌水の時間間隔と、１回の灌水量とを適切に設定することによって、連続灌水において水が重力方向に深く浸透する現象である縦浸透が抑制され、地表近くの広い部分が効果的に灌水されて、施肥の流亡および地下水の汚染が抑制される。
さらに、水源の水はモータポンプにより連続的に汲み上げられて貯水タンクに蓄えられ、間欠的に排出されるため、流量の少ない水路でも間欠灌水の水源として利用することができる。
しかしながら、上記特許文献１に記載の間欠式自動灌水装置にも改善の余地があることが判明した。その第１は、太陽エネルギを電気エネルギを経て水のポテンシャルエネルギに変換して蓄えるものであるため、貯水タンクが不可欠である点である。貯水タンクは、灌水領域の広さに応じた容量を必要とし、かつ、灌水に必要な水圧を確保するため、一定の高さに設置されることが必要であって頑丈な架台を必要とし、設備費が高くなることを避け得ない。また、毎日の管理のために架台に上り降りする必要もある。
また、モータポンプとして実用的であるのは直流電源で駆動される渦巻式ポンプであり、最大揚程が供給電圧の低下とともに低下するため、曇天や朝夕の日射の弱い時間帯にも貯水タンクまで揚水可能とするために、ソーラ・モジュールを大きめにしておく必要があり、これも設備コスト上昇の一因となる。
さらに、以下の理由で、ソーラ・モジュールの電気エネルギの利用効率が低くなり易い問題もある。まず、モータポンプの許容最大供給電力を越える電力は電圧調整装置によりカットされて無駄となり、この無駄は、上記のように曇天時等のためにソーラ・モジュールが大きめにされるほど大きくなる。また、曇天時等に日射量がある水準以下になると、モータポンプの揚程が不足して貯水タンクまで揚水できず、その間の電気エネルギが無駄となる。
さらに、以下の理由で、ソーラ・モジュールの電気エネルギの利用効率が低くなり易い問題もある。まず、モータポンプの許容最大供給電力を越える電力は電圧調整装置によりカットされて無駄となり、この無駄は、上記のように曇天時等のためにソーラ・モジュールが大きめにされるほど大きくなる。また、曇天時等に日射量がある水準以下になると、モータポンプの揚程が不足して貯水タンクまで揚水できず、その間の電気エネルギが無駄となる。
上記のように、太陽光エネルギが無駄となる日射量範囲が広く、モータポンプの揚水量が日射量に比例する範囲が狭いため、天候の変動に対して植物を枯らさないようにするために灌水量を多めにしておくことが必要であり、地表近くの広い部分を効果的に灌水し得、施肥の流亡を防止し得るという間欠灌水の利点が削減され易い問題もある。
このように、従来の日射量対応灌水装置には、実用性向上の観点から未だ改良の余地があり、本発明は、以上の事情に鑑みて、より実用的な日射量対応灌水装置を得ることを課題として為されたものである。
このように、従来の日射量対応灌水装置には、実用性向上の観点から未だ改良の余地があり、本発明は、以上の事情に鑑みて、より実用的な日射量対応灌水装置を得ることを課題として為されたものである。
そして、本発明により、灌水対象領域への日射量を時間について電気的に積分する日射量積分手段と、その日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記灌水対象領域へ予め定められた設定量の水（液肥，殺虫剤等の添加物を混入させた添加物混入水を含む）の灌水を行う灌水装置とを含む日射量対応灌水装置が得られる。
なお、本発明に係る日射量対応灌水装置は、植物の栽培領域への間欠灌水に特に適したものであるが、畜舎の屋根等他の領域への灌水にも使用可能である。
なお、本発明に係る日射量対応灌水装置は、植物の栽培領域への間欠灌水に特に適したものであるが、畜舎の屋根等他の領域への灌水にも使用可能である。
このように、日射量の積分が電気的に行われるようにすれば、貯水タンクもそれを支持する頑丈で高い架台も不要となり、設備費の低減と、毎日の管理の容易化との少なくとも一方が可能となる。
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施形態の記載，従来技術等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に、（４）項が請求項３に、（５）項が請求項４に、（６）項が請求項５に、（７）項が請求項６に、（８）項が請求項７に、（１０）項が請求項８に、（１１）項が請求項９に、（１５）項が請求項１０に、（１６）項が請求項１１に、それぞれ相当する。
（１）灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
前記灌水対象領域への日射量を時間について電気的に積分する日射量積分手段と、
その日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記灌水対象領域へ予め定められた設定量の水の灌水を行う灌水装置と
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
上記灌水装置は、灌水チューブを含むものであっても、灌水チューブまでは含まないものであってもよい。
（２）前記日射量積分手段が、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラ・モジュールで発生させられた電気エネルギを蓄える蓄電装置と
を含み、前記灌水装置が、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が設定増加量に達する毎に、前記積分値が前記設定積分値に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである(1)項に記載の日射量対応灌水装置。
本項の発明によれば、蓄電装置に電気エネルギを蓄える機能と、日射量積分手段の機能との両方を果たさせることができ、装置の構成を単純化することができる。しかも、蓄電装置は、貯水タンクに比較して小形化が容易であり、かつ、高い位置に設置する必要もないため、頑丈で高い架台が不要となり、設備費を低減させ得るとともに、架台への上り降りも不要となって、管理が容易となる効果も得られる。
また、一旦貯水タンクへ揚水し、そこから灌水系へ水を供給する場合に比較して、エネルギのロスが少なくて済み、装置全体のエネルギ効率が良くなり、その分装置の小形化が容易となる。
また、電気エネルギを蓄電装置に蓄えるものであるため、貯水タンクに水のポテンシャルエネルギとしてエネルギを蓄える場合に比較して、比較的小さい日射量の範囲においても太陽エネルギを灌水に利用し得るため、ソーラ・モジュールの利用効率が向上する効果が得られる。
さらに、貯水タンクおよび架台に比較して、ソーラ・モジュールは設置面積が小さくて済み、かつ、設置場所の選択の自由度が大きいため、土地の利用効率が高くなる効果も得られる。
（３）前記灌水装置が、前記蓄電装置の端子電圧を検出する端子電圧検出装置を備え、その端子電圧検出装置の検出電圧の増加量である電圧増加量が設定電圧増加量に達したとき、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が前記設定増加量に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
端子電圧検出装置による端子電圧の検出に基づいて蓄電装置の蓄電量の増加量を検出すれば、検出装置を安価に構成することができ、設備費の低減が一層容易となる。
（４）前記日射量積分手段が、前記ソーラ・モジュールから前記蓄電装置に供給される電力を積算する電力積算装置を含み、前記灌水装置が、その電力積算装置の積算電力量が設定積算電力量に達したとき、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が前記設定増加量に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
電力積算装置により電力量の積算を行えば、蓄電装置の電力量の増加量（蓄積電気エネルギの増加量）を正確に検出することができ、日射量に応じた灌水を正確に行うことが可能となる。
（５）前記日射量積分手段が、設定時間毎の時点に前記蓄電装置に供給される電力を検出し、検出した電力と前記設定時間との積をその設定時間内における積算電力量と推定する積算電力推定部を含む(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
積算電力推定部は、後に詳述するように、蓄電装置の過充電を防止するために蓄電が禁止されている間における日射量積分値を取得するために特に有効なものである。設定時間毎の時点に前記蓄電装置に供給される電力を検出するためには、蓄電装置への微小時間の蓄電を許容することが必要であるが、その微小時間内における積算蓄電量が蓄電装置の上記設定時間内における自然放電量以下であれば蓄電装置の過充電は生じないからである。ただし、蓄電装置への蓄電が行われている間における日射量積分値の推定にも使用することができる。
（６）当該日射量対応灌水装置が、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラモジュールで発生させられた電気エネルギを蓄電する蓄電装置と
を含み、かつ、前記日射量積分手段が、
前記ソーラ・モジュールとは別に前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
その日射量計の出力を時間について積分する積分器と
を含み、その積分器の積分値が設定積分値に達したとき、前記灌水装置が前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行う(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
(3)項ないし(5)項の態様においては、日射エネルギの取り入れと日射エネルギの測定とを共にソーラ・モジュールにより行うことができる反面、制御装置がやや複雑になるのに対し、日射量計と積分器とにより日射エネルギの測定を行わせれば制御装置を簡略化できる。
（７）前記蓄電装置の蓄電量が上限に達した場合にその蓄電装置への蓄電を禁止する過蓄電防止部と、前記蓄電装置の蓄電量が下限に達した場合にその蓄電装置からの放電を禁止する過放電防止部との少なくとも一方を含む(2)項ないし(6)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより上記設定量の水の灌水を行うために必要な電気エネルギ（以下、所要積算電力量と称する）と、上記設定増加量とが等しい場合には、蓄電装置に蓄電された電気エネルギが設定量の水の灌水のために消費され、蓄電装置の蓄電量は同じ範囲で増減を繰り返すのみで、蓄電装置の過充電や過放電は発生しない。この状態は、ソーラ・モジュールの大きさが灌水対象領域との関係で適切に選定された場合に生じる。
それに対し、所要積算電力量が設定増加量より小さい場合には、充電と放電とが繰り返される間に蓄電装置の蓄電量が漸増する。蓄電装置が例えばキャパシタのように過充電が問題にならない場合は差し支えないが、バッテリのように過充電が蓄電装置の寿命を短くする場合には、上記過充電防止部を設けることが必要になる。
逆に、所要積算電力量が設定増加量より大きい場合には、蓄電装置の蓄電量が漸減する。蓄電装置に過放電の問題が発生する場合には、上記過放電防止部を設けることが必要になる。
（８）前記過蓄電防止部と、その過蓄電防止部により前記蓄電装置への蓄電が禁止されている間も、蓄電が禁止されてなければ増加するであろう仮想増加量を検出する仮想増加量検出部とを含み、前記灌水装置が、前記仮想増加量を前記蓄電装置の蓄電量の増加量に加算して前記積分値が前記設定積分値に達したか否かを判定する(7)項に記載の日射量対応灌水装置。
前記積算電力推定部は上記仮想増加量検出部の一例である。
（９）前記過放電防止部と、その過放電防止部により前記蓄電装置からの放電が禁止された後直ちに前記蓄電装置への充電を開始させる過放電禁止時充電開始部とを含む(7)項または(8)項に記載の日射量対応灌水装置。
（１０）前記灌水装置が、
電動モータにより駆動されて、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するポンプと、
前記日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記蓄電装置から前記電動モータに予め設定された時間電気エネルギを供給する蓄電エネルギ供給部と
を含み、その蓄電エネルギ供給部による電気エネルギの供給により、前記設定量の水の灌水を行う(2)項ないし(9)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
上記蓄電エネルギ供給部は、貯水タンクに蓄えられた水の排水を制御する排水制御部より安価に製造し得るため、この点においても設備コストの低減が容易となる。排水制御部は、例えば、逆Ｕ字管を含むサイフォン装置，フロート弁を含む排水装置，水位センサと連動する電磁弁等を必要とし、これらの製造コストが高くなるのである。また、蓄電エネルギ供給部は排水制御部に比較してメンテナンスも容易であり、メンテナンス費用の低減も可能である。
（１１）前記日射量積分手段が、
前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
その日射量計の出力を積分する積分器と
を含み、前記灌水装置が、
電動モータにより駆動されて、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するモータポンプと、
前記積分器の積分値が設定積分値に達したとき、当該日射量対応灌水装置外の電源からの電気エネルギを予め定められた量前記電動モータに供給する設定量エネルギ供給装置と を含み、その設定量エネルギ供給装置による設定量の電気エネルギの供給により、前記予め定められた設定量の水の灌水を行う(1)項に記載の日射量対応灌水装置。
灌水対象領域が、商用電源からの電気エネルギの供給を容易に受けることができる領域である場合には、電気エネルギを蓄積する必要がないため、ソーラ・モジュールを省略することができ、設備費の大幅な低減が可能となる。ただし、電源は商用電源に限られるものではなく、別の目的で既設されている発電装置がある場合等には、それら発電装置を利用することも可能である。
（１２）前記設定量エネルギ供給装置が、前記電動モータに予め定められた大きさの電流を予め定められら時間供給するものである(11)項に記載の日射量対応灌水装置。
電動モータに、予め定められた大きさの電流を予め定められた時間供給する装置は安価に製造し得るため、この点からも設備費の低減が可能となる。
（１３）前記灌水装置が、前記灌水対象領域に設置された灌水系を含む(1)項ないし(12)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
灌水系としては、公知の種々のものが採用可能であるが、水を液滴の形態として灌水するドリップチューブを備えた灌水系が特に望ましい。
（１４）前記灌水系が、多数の開口を備えて前記灌水領域に配管され、圧送された水を前記開口から液滴の形態で灌水するドリップチューブを含む(13)項に記載の日射量対応灌水装置。
（１５）灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
電動モータにより駆動され、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するモータポンプと、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラ・モジュールで発生させられた電流を前記電動モータに直接供給する電流供給装置と
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
本項に係る発明によって間欠灌水を行うことはできないが、ソーラ・モジュールで発生させられた電流が直接電動モータに供給されるようにすれば、単純な構成の装置によって日射量対応灌水を行うことができる。
本態様の日射量対応灌水装置は植物が栽培されている領域への灌水にも使用し得るが、畜舎の屋根等、簡易冷却の目的で行われる灌水に特に適したものである。
（１６）灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
電動モータに駆動されて、前記日射量計の出力値に対応する量の水を、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ連続的に圧送するモータポンプと
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
灌水対象領域が、商用電源等、ソーラ・モジュール以外の電源からの電気エネルギの供給を容易に受けることができる領域である場合に、本項の発明を実施すれば、安価に日射量対応連続灌水を実現することができる。
（１７）前記ポンプが、揚程が前記電流供給装置により供給される電流に比例するポンプである(10)項ないし(12)項，(15)項，(16)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
上記ポンプとしては、例えば、ターボポンプを採用可能である。
（１８）前記ポンプが、吐出流量が前記電流供給装置により供給される電流に比例するポンプである(10)項ないし(12)項，(15)項，(16)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
上記ポンプとしては、例えば、容積型ポンプを採用可能である。
（１９）当該日射量対応灌水装置を制御するコンピュータを含み、そのコンピュータが当該日射量対応灌水装置の作動履歴と、電気制御系の制御パラメータとの少なくとも一方をを記録する運転記録部を含む(1)項ないし(18)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
（２０）当該日射量対応灌水装置を制御する制御装置を含み、その制御装置が専用の電子回路により構成された(1)項ないし(18)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
前記灌水対象領域への日射量を時間について電気的に積分する日射量積分手段と、
その日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記灌水対象領域へ予め定められた設定量の水の灌水を行う灌水装置と
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
上記灌水装置は、灌水チューブを含むものであっても、灌水チューブまでは含まないものであってもよい。
（２）前記日射量積分手段が、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラ・モジュールで発生させられた電気エネルギを蓄える蓄電装置と
を含み、前記灌水装置が、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が設定増加量に達する毎に、前記積分値が前記設定積分値に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである(1)項に記載の日射量対応灌水装置。
本項の発明によれば、蓄電装置に電気エネルギを蓄える機能と、日射量積分手段の機能との両方を果たさせることができ、装置の構成を単純化することができる。しかも、蓄電装置は、貯水タンクに比較して小形化が容易であり、かつ、高い位置に設置する必要もないため、頑丈で高い架台が不要となり、設備費を低減させ得るとともに、架台への上り降りも不要となって、管理が容易となる効果も得られる。
また、一旦貯水タンクへ揚水し、そこから灌水系へ水を供給する場合に比較して、エネルギのロスが少なくて済み、装置全体のエネルギ効率が良くなり、その分装置の小形化が容易となる。
また、電気エネルギを蓄電装置に蓄えるものであるため、貯水タンクに水のポテンシャルエネルギとしてエネルギを蓄える場合に比較して、比較的小さい日射量の範囲においても太陽エネルギを灌水に利用し得るため、ソーラ・モジュールの利用効率が向上する効果が得られる。
さらに、貯水タンクおよび架台に比較して、ソーラ・モジュールは設置面積が小さくて済み、かつ、設置場所の選択の自由度が大きいため、土地の利用効率が高くなる効果も得られる。
（３）前記灌水装置が、前記蓄電装置の端子電圧を検出する端子電圧検出装置を備え、その端子電圧検出装置の検出電圧の増加量である電圧増加量が設定電圧増加量に達したとき、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が前記設定増加量に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
端子電圧検出装置による端子電圧の検出に基づいて蓄電装置の蓄電量の増加量を検出すれば、検出装置を安価に構成することができ、設備費の低減が一層容易となる。
（４）前記日射量積分手段が、前記ソーラ・モジュールから前記蓄電装置に供給される電力を積算する電力積算装置を含み、前記灌水装置が、その電力積算装置の積算電力量が設定積算電力量に達したとき、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が前記設定増加量に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
電力積算装置により電力量の積算を行えば、蓄電装置の電力量の増加量（蓄積電気エネルギの増加量）を正確に検出することができ、日射量に応じた灌水を正確に行うことが可能となる。
（５）前記日射量積分手段が、設定時間毎の時点に前記蓄電装置に供給される電力を検出し、検出した電力と前記設定時間との積をその設定時間内における積算電力量と推定する積算電力推定部を含む(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
積算電力推定部は、後に詳述するように、蓄電装置の過充電を防止するために蓄電が禁止されている間における日射量積分値を取得するために特に有効なものである。設定時間毎の時点に前記蓄電装置に供給される電力を検出するためには、蓄電装置への微小時間の蓄電を許容することが必要であるが、その微小時間内における積算蓄電量が蓄電装置の上記設定時間内における自然放電量以下であれば蓄電装置の過充電は生じないからである。ただし、蓄電装置への蓄電が行われている間における日射量積分値の推定にも使用することができる。
（６）当該日射量対応灌水装置が、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラモジュールで発生させられた電気エネルギを蓄電する蓄電装置と
を含み、かつ、前記日射量積分手段が、
前記ソーラ・モジュールとは別に前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
その日射量計の出力を時間について積分する積分器と
を含み、その積分器の積分値が設定積分値に達したとき、前記灌水装置が前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行う(2)項に記載の日射量対応灌水装置。
(3)項ないし(5)項の態様においては、日射エネルギの取り入れと日射エネルギの測定とを共にソーラ・モジュールにより行うことができる反面、制御装置がやや複雑になるのに対し、日射量計と積分器とにより日射エネルギの測定を行わせれば制御装置を簡略化できる。
（７）前記蓄電装置の蓄電量が上限に達した場合にその蓄電装置への蓄電を禁止する過蓄電防止部と、前記蓄電装置の蓄電量が下限に達した場合にその蓄電装置からの放電を禁止する過放電防止部との少なくとも一方を含む(2)項ないし(6)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより上記設定量の水の灌水を行うために必要な電気エネルギ（以下、所要積算電力量と称する）と、上記設定増加量とが等しい場合には、蓄電装置に蓄電された電気エネルギが設定量の水の灌水のために消費され、蓄電装置の蓄電量は同じ範囲で増減を繰り返すのみで、蓄電装置の過充電や過放電は発生しない。この状態は、ソーラ・モジュールの大きさが灌水対象領域との関係で適切に選定された場合に生じる。
それに対し、所要積算電力量が設定増加量より小さい場合には、充電と放電とが繰り返される間に蓄電装置の蓄電量が漸増する。蓄電装置が例えばキャパシタのように過充電が問題にならない場合は差し支えないが、バッテリのように過充電が蓄電装置の寿命を短くする場合には、上記過充電防止部を設けることが必要になる。
逆に、所要積算電力量が設定増加量より大きい場合には、蓄電装置の蓄電量が漸減する。蓄電装置に過放電の問題が発生する場合には、上記過放電防止部を設けることが必要になる。
（８）前記過蓄電防止部と、その過蓄電防止部により前記蓄電装置への蓄電が禁止されている間も、蓄電が禁止されてなければ増加するであろう仮想増加量を検出する仮想増加量検出部とを含み、前記灌水装置が、前記仮想増加量を前記蓄電装置の蓄電量の増加量に加算して前記積分値が前記設定積分値に達したか否かを判定する(7)項に記載の日射量対応灌水装置。
前記積算電力推定部は上記仮想増加量検出部の一例である。
（９）前記過放電防止部と、その過放電防止部により前記蓄電装置からの放電が禁止された後直ちに前記蓄電装置への充電を開始させる過放電禁止時充電開始部とを含む(7)項または(8)項に記載の日射量対応灌水装置。
（１０）前記灌水装置が、
電動モータにより駆動されて、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するポンプと、
前記日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記蓄電装置から前記電動モータに予め設定された時間電気エネルギを供給する蓄電エネルギ供給部と
を含み、その蓄電エネルギ供給部による電気エネルギの供給により、前記設定量の水の灌水を行う(2)項ないし(9)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
上記蓄電エネルギ供給部は、貯水タンクに蓄えられた水の排水を制御する排水制御部より安価に製造し得るため、この点においても設備コストの低減が容易となる。排水制御部は、例えば、逆Ｕ字管を含むサイフォン装置，フロート弁を含む排水装置，水位センサと連動する電磁弁等を必要とし、これらの製造コストが高くなるのである。また、蓄電エネルギ供給部は排水制御部に比較してメンテナンスも容易であり、メンテナンス費用の低減も可能である。
（１１）前記日射量積分手段が、
前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
その日射量計の出力を積分する積分器と
を含み、前記灌水装置が、
電動モータにより駆動されて、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するモータポンプと、
前記積分器の積分値が設定積分値に達したとき、当該日射量対応灌水装置外の電源からの電気エネルギを予め定められた量前記電動モータに供給する設定量エネルギ供給装置と を含み、その設定量エネルギ供給装置による設定量の電気エネルギの供給により、前記予め定められた設定量の水の灌水を行う(1)項に記載の日射量対応灌水装置。
灌水対象領域が、商用電源からの電気エネルギの供給を容易に受けることができる領域である場合には、電気エネルギを蓄積する必要がないため、ソーラ・モジュールを省略することができ、設備費の大幅な低減が可能となる。ただし、電源は商用電源に限られるものではなく、別の目的で既設されている発電装置がある場合等には、それら発電装置を利用することも可能である。
（１２）前記設定量エネルギ供給装置が、前記電動モータに予め定められた大きさの電流を予め定められら時間供給するものである(11)項に記載の日射量対応灌水装置。
電動モータに、予め定められた大きさの電流を予め定められた時間供給する装置は安価に製造し得るため、この点からも設備費の低減が可能となる。
（１３）前記灌水装置が、前記灌水対象領域に設置された灌水系を含む(1)項ないし(12)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
灌水系としては、公知の種々のものが採用可能であるが、水を液滴の形態として灌水するドリップチューブを備えた灌水系が特に望ましい。
（１４）前記灌水系が、多数の開口を備えて前記灌水領域に配管され、圧送された水を前記開口から液滴の形態で灌水するドリップチューブを含む(13)項に記載の日射量対応灌水装置。
（１５）灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
電動モータにより駆動され、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するモータポンプと、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラ・モジュールで発生させられた電流を前記電動モータに直接供給する電流供給装置と
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
本項に係る発明によって間欠灌水を行うことはできないが、ソーラ・モジュールで発生させられた電流が直接電動モータに供給されるようにすれば、単純な構成の装置によって日射量対応灌水を行うことができる。
本態様の日射量対応灌水装置は植物が栽培されている領域への灌水にも使用し得るが、畜舎の屋根等、簡易冷却の目的で行われる灌水に特に適したものである。
（１６）灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
電動モータに駆動されて、前記日射量計の出力値に対応する量の水を、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ連続的に圧送するモータポンプと
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
灌水対象領域が、商用電源等、ソーラ・モジュール以外の電源からの電気エネルギの供給を容易に受けることができる領域である場合に、本項の発明を実施すれば、安価に日射量対応連続灌水を実現することができる。
（１７）前記ポンプが、揚程が前記電流供給装置により供給される電流に比例するポンプである(10)項ないし(12)項，(15)項，(16)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
上記ポンプとしては、例えば、ターボポンプを採用可能である。
（１８）前記ポンプが、吐出流量が前記電流供給装置により供給される電流に比例するポンプである(10)項ないし(12)項，(15)項，(16)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
上記ポンプとしては、例えば、容積型ポンプを採用可能である。
（１９）当該日射量対応灌水装置を制御するコンピュータを含み、そのコンピュータが当該日射量対応灌水装置の作動履歴と、電気制御系の制御パラメータとの少なくとも一方をを記録する運転記録部を含む(1)項ないし(18)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
（２０）当該日射量対応灌水装置を制御する制御装置を含み、その制御装置が専用の電子回路により構成された(1)項ないし(18)項のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
以下、請求可能発明のいくつかの実施形態を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施形態の他、上記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。
図１に、一実施形態としての日射量対応灌水装置を概念的に示す。この装置は、灌水対象領域の一例である菜園の近傍に設置されたソーラ・モジュール１０を備えている。ソーラ・モジュール１０で発生させられた電気エネルギは、充電制御装置１２により制御されつつ蓄電装置１４に蓄えられる。蓄電装置１４の蓄電量が蓄電量測定装置１６により測定され、その測定結果に基づいてポンプ制御装置１８によりモータポンプ２０（以下、ポンプ２０と略称する）が制御され、水源２２の水が灌水系２４へ給水され、ドリップチューブ２６から菜園に灌水される。水源２２としては、用水路，貯水池等任意のものが利用可能であり、ポンプ２０も比較的揚程の低いものを採用し得る。本実施形態においては、直流モータにより駆動される渦巻ポンプが採用されている。
上記日射量対応灌水装置の電気制御系３０を図２に示す。この電気制御系３０は、動作切り替えスイッチ３２の切り替えと、若干の構成変更とにより、図３〜５に示す３つのモードで作動可能に構成されている。図３〜５が電気制御系のそれぞれ別の実施形態を示すと考えることもできる。図から明らかなように、本電気制御系３０においては、ワンチップマイコン３４が、充電制御器３６と共同して前記充電制御装置１２を構成し、負荷制御器３８と共同して前記ポンプ制御装置１８を構成し、かつ、前記蓄電量測定装置１６をも構成している。ワンチップマイコン３４には液晶型の表示器４０が接続されており、本電気制御系３０の種々の情報が表示されるとともに、電気制御系の操作指示の表示が行われる。制御電源４２はワンチップマイコン３４の電源として機能するとともに、後述の日射量センサ４４が設けられるモードにおいては、日射量センサ４４の電源としても機能する。ワンチップマイコン３４にはさらに、充電量設定器４６と給水時間設定器４８とが接続され、負荷制御器３８には疑似負荷５０が接続されている。これら充電量設定器４６，給水時間設定器４８，疑似負荷５０の機能は後述する。また、実線の矢印は蓄電装置１４への充電時における電流の向きを示し、破線の矢印はポンプ２０の駆動時における電流の向きを示す。
まず、図３に示すモードで作動させる場合について説明する。本モードは、蓄電装置１４をキャパシタ５８により構成し、かつ、そのキャパシタ５８を日射量積分手段としても機能させるモードである。
ソーラ・モジュール１０に発生させられた電気エネルギ（直流電流）は充電制御器３６の制御の下にキャパシタ５８に充電される。そのキャパシタ５８の充電電圧ＶCがワンチップマイコン３４に入力され、ワンチップマイコン３４はこの充電電圧ＶCに基づいてキャパシタ５８に蓄えられた電気エネルギＥCを取得する。充電電圧ＶCが電圧Ｖ1である状態でキャパシタ４４に蓄えられている電気エネルギＥ1は、
Ｅ1＝０．５×Ｃ×Ｖ1 2
で表される。ただし、Ｃはキャパシタ５８のキャパシタンス、電気エネルギＥ1の単位はジュールである。
同様に、充電電圧ＶCが電圧Ｖ2に（Ｖ2＞Ｖ1）である状態でキャパシタ４４に蓄えられている電気エネルギＥ2は、
Ｅ2＝０．５×Ｃ×Ｖ2 2
で表される。
ソーラ・モジュール１０に発生させられた電気エネルギ（直流電流）は充電制御器３６の制御の下にキャパシタ５８に充電される。そのキャパシタ５８の充電電圧ＶCがワンチップマイコン３４に入力され、ワンチップマイコン３４はこの充電電圧ＶCに基づいてキャパシタ５８に蓄えられた電気エネルギＥCを取得する。充電電圧ＶCが電圧Ｖ1である状態でキャパシタ４４に蓄えられている電気エネルギＥ1は、
Ｅ1＝０．５×Ｃ×Ｖ1 2
で表される。ただし、Ｃはキャパシタ５８のキャパシタンス、電気エネルギＥ1の単位はジュールである。
同様に、充電電圧ＶCが電圧Ｖ2に（Ｖ2＞Ｖ1）である状態でキャパシタ４４に蓄えられている電気エネルギＥ2は、
Ｅ2＝０．５×Ｃ×Ｖ2 2
で表される。
ワンチップマイコン３４は充電電圧ＶCが電圧Ｖ1から電圧Ｖ2まで変化する間にキャパシタ５８に蓄えられた電気エネルギΔＥ（すなわち充電量）を、
ΔＥ＝Ｅ2−Ｅ1＝０．５×Ｃ×（Ｖ2 2−Ｖ1 2）
として取得し、ΔＥが前記充電量設定器４６により設定された設定充電量ΔＥSに等しくなったならば、充電制御器３６を遮断状態とする一方、負荷制御器３８を導通状態とする。それにより、ポンプ２０が駆動され、水源２２の水が灌水系２４に給水されて灌水が行われる。ワンチップマイコン３４はこの状態を、経過時間Ｔtが前記給水時間設定器４８により設定された設定給水時間ＴSの間保ち、設定給水時間ＴSが経過したならば、負荷制御器３８を遮断状態とする一方、充電制御器３６を導通状態とする。
ΔＥ＝Ｅ2−Ｅ1＝０．５×Ｃ×（Ｖ2 2−Ｖ1 2）
として取得し、ΔＥが前記充電量設定器４６により設定された設定充電量ΔＥSに等しくなったならば、充電制御器３６を遮断状態とする一方、負荷制御器３８を導通状態とする。それにより、ポンプ２０が駆動され、水源２２の水が灌水系２４に給水されて灌水が行われる。ワンチップマイコン３４はこの状態を、経過時間Ｔtが前記給水時間設定器４８により設定された設定給水時間ＴSの間保ち、設定給水時間ＴSが経過したならば、負荷制御器３８を遮断状態とする一方、充電制御器３６を導通状態とする。
上記設定給水時間ＴSの間に充電電圧ＶCがＶ3まで低下する。したがって、次回は、充電電圧ＶCが、
ΔＥS＝Ｅ4−Ｅ3＝０．５×Ｃ×（Ｖ4 2−Ｖ3 2）
を満たす電圧Ｖ4（Ｖ4＞Ｖ3）となるまでキャパシタ５８の充電が行われることとなる。
以上の繰り返しによって、キャパシタ５８に、充電量設定器４６により設定された設定充電量ΔＥSの充電が行われる度に、ポンプ２０の運転が給水時間設定器４８により設定された設定給水時間ＴSずつ行われる。そして、設定充電量ΔＥSの充電に要する時間である充電所要時間は、図６に示すように、ソーラ・モジュール１０への日射量が多いほど短くなるため、灌水間隔が短くなり、本日射量対応灌水装置による灌水量は日射量が多いほど多くなる。
ΔＥS＝Ｅ4−Ｅ3＝０．５×Ｃ×（Ｖ4 2−Ｖ3 2）
を満たす電圧Ｖ4（Ｖ4＞Ｖ3）となるまでキャパシタ５８の充電が行われることとなる。
以上の繰り返しによって、キャパシタ５８に、充電量設定器４６により設定された設定充電量ΔＥSの充電が行われる度に、ポンプ２０の運転が給水時間設定器４８により設定された設定給水時間ＴSずつ行われる。そして、設定充電量ΔＥSの充電に要する時間である充電所要時間は、図６に示すように、ソーラ・モジュール１０への日射量が多いほど短くなるため、灌水間隔が短くなり、本日射量対応灌水装置による灌水量は日射量が多いほど多くなる。
ただし、キャパシタ５８への充電は無制限に可能な訳ではなく、充電電圧ＶCがソーラ・モジュール１０による最高発電電圧に達した後は、充電は行われない。設定充電量ΔＥSの割りに設定給水時間ＴSが短い場合には、充電と給水とが繰り返されるうちにこの状態に達することがあり得る。そして、この状態においては、充電電圧ＶCの変化量に基づいて日射量の積分値を取得することができないことになる。したがって、その状態になる前に、ワンチップマイコン３４は負荷制御器３８に疑似負荷５０への給電を行わせ、余分な電気エネルギを消費させる。この疑似負荷５０への給電は種々の形態で行わせることができるが、本実施形態においては、充電電圧ＶCが予め設定されている上限電圧ＶUに達した後において、最初に負荷制御器３８にポンプ２０への給電を行わせる際、それと並行して疑似負荷５０へも給電を行わせるようにされている。
以上の制御を行うために、ワンチップマイコン３４は図７のフローチャートで表される制御プログラムを実行する。この制御プログラムはワンチップマイコン３４のＲＯＭに格納されている制御プログラムのうち、図２に示す日射量対応灌水装置の電気制御系３０を図３に示すモードで作動させる場合に実行される部分のみを取り出して示したものである。
図示を省略する手動スイッチのＯＮ操作により、ワンチップマイコン３４の電源投入に応じて、Ｓ１の初期設定が行われ、以後、手動スイッチのＯＦＦ操作が行われるまで、一定時間毎にＳ２以降が繰り返し実行される。Ｓ２においては、手動スイッチのＯＦＦ操作が行われたか否かが判定されるが、通常は判定結果がＮＯであるため、Ｓ３においてフラグＦがＯＮ状態にされているか否かが判定される。通常は、この判定結果がＮＯであるため、Ｓ４において充電電圧ＶCが読み込まれ、Ｓ５おいて充電電圧ＶCの変化に基づいて蓄積された電気エネルギ量、すなわち充電量ΔＥtが演算される。続いて、Ｓ６において、充電量ΔＥtが設定充電量ΔＥS以上になったか否かが判定される。通常は、この判定結果がＮＯであるため、プログラムの実行はＳ２に戻る。
図示を省略する手動スイッチのＯＮ操作により、ワンチップマイコン３４の電源投入に応じて、Ｓ１の初期設定が行われ、以後、手動スイッチのＯＦＦ操作が行われるまで、一定時間毎にＳ２以降が繰り返し実行される。Ｓ２においては、手動スイッチのＯＦＦ操作が行われたか否かが判定されるが、通常は判定結果がＮＯであるため、Ｓ３においてフラグＦがＯＮ状態にされているか否かが判定される。通常は、この判定結果がＮＯであるため、Ｓ４において充電電圧ＶCが読み込まれ、Ｓ５おいて充電電圧ＶCの変化に基づいて蓄積された電気エネルギ量、すなわち充電量ΔＥtが演算される。続いて、Ｓ６において、充電量ΔＥtが設定充電量ΔＥS以上になったか否かが判定される。通常は、この判定結果がＮＯであるため、プログラムの実行はＳ２に戻る。
以上が繰り返されているうちに、充電量ΔＥtが設定充電量ΔＥS以上となり、Ｓ６の判定結果がＹＥＳとなるため、Ｓ７が実行される。キャパシタ５８の充電電圧ＶCが上限電圧ＶU以上となったか否かが判定されるのであるが、通常は判定結果がＮＯであるたＳ８が実行され、負荷制御器３８のポンプ２０への給電部分が導通状態とされて、ポンプ２０への給電が開始される。それと同時にフラグＦがＯＮ状態とされるため、次にＳ３が実行される際には判定結果がＹＥＳとなり、Ｓ４〜Ｓ８がスキップされて、Ｓ９において給水時間Ｔtが設定給水時間ＴS以上になったか否かが判定される。この判定結果は通常ＮＯであるため、制御プログラムの実行はＳ２に戻る。
以降、Ｓ２、３，９が繰り返し実行され、やがて給水時間Ｔtが設定給水時間ＴS以上となり、Ｓ９の判定結果がＹＥＳとなって、Ｓ１０において、負荷制御器３８が遮断状態とされる一方、充電制御器３６が導通状態とされて、キャパシタ５８への充電が再開される。通常は以上の繰り返しにより、ポンプ２０の運転による給水とキャパシタ５８への充電とが繰り返されるのであるが、キャパシタ５８に蓄えられている電気エネルギの量が増加し、その結果、充電電圧ＶCが上限電圧ＶU以上になれば、Ｓ７の判定結果がＹＥＳとなり、Ｓ１１において、ポンプ２０への給電と並行して疑似負荷５０への放電も行われ、通常の給水時より多くの電気エネルギが消費されて、キャパシタ５８の充電電圧ＶCが低下させられる。これによって、キャパシタ５８への給電が事実上不可能になって、Ｓ５における充電エネルギΔＥtの演算が不可能になることが回避される。
また、手動スイッチがＯＦＦ操作されれば、Ｓ２の判定結果がＹＥＳとなって、Ｓ１２の終了処理が行われ、ワンチップマイコン３４による灌水制御が終了させられる。
また、手動スイッチがＯＦＦ操作されれば、Ｓ２の判定結果がＹＥＳとなって、Ｓ１２の終了処理が行われ、ワンチップマイコン３４による灌水制御が終了させられる。
以上は、キャパシタ５８への充電が事実上不可能になり、日射量の積分が不可能になることを防止するために、疑似負荷５０が使用される態様について説明したが、これに限られるわけではない。例えば、キャパシタ５８の充電電圧ＶCが上限電圧ＶU以上になった場合に、キャパシタ５８への充電が休止されるようにすることも可能である。
この場合には、日射量の積分が不可能になるため、例えば、キャパシタ５８への充電が休止された状態で、前回の充電時間と同じ時間の経過が待たれ、ポンプ２０への給電が開始されるようにすればよい。充電が１回間引かれるようにするのである。
この場合には、日射量の積分が不可能になるため、例えば、キャパシタ５８への充電が休止された状態で、前回の充電時間と同じ時間の経過が待たれ、ポンプ２０への給電が開始されるようにすればよい。充電が１回間引かれるようにするのである。
具体的には、例えば、図７のフローチャートを図８のフローチャートに変更することによって目的を達し得る。すなわち、Ｓ７の充電電圧ＶCが上限電圧ＶU以上となったか否かの判定がＳ５の充電量ΔＥtの演算より前に行われ、かつ、Ｓ３の判定結果がＮＯである状態の継続時間ＴtがＳ１３において計測され、Ｓ８において第１設定時間ＴS1として記憶されるとともに、タイマがクリアされるようにする。そして、キャパシタ５８の充電電圧ＶCが上限電圧ＶU以上となり、Ｓ７の判定結果がＹＥＳになった場合に、Ｓ１４において充電制御器３６が遮断され、Ｓ１５において、Ｓ８で記憶された継続時間、すなわち前回の充電時間ＴS1の経過が待たれた後、Ｓ１６において、負荷制御器３８が導通状態にされてポンプ２０への給電が開始されるとともに、フラグＦがＯＮ状態にされるようにするのである。以上説明した部分以外は、図７のフローチャートと同じである。
次に、図４に示すように蓄電装置１４がバッテリ６０により構成されるモードを説明する。本モードで作動させる場合には、バッテリ６０への充電電流ＩCが電流計６２により測定され、充電電圧ＶCと共にワンチップマイコン３４に入力され、ワンチップマイコン３４において積算電力（充電量）が演算され、その積算電力が設定積算電力に達した場合にポンプ２０の運転が開始される。ポンプ２０の運転中もバッテリ６０への充電が継続され、ポンプ２０の運転時間（給水時間）が設定時間に達した場合にポンプ２０の運転が停止される。基本的な作動は以上の通りであるが、バッテリ６０は、蓄電量が上限値を超える過充電、および蓄電量が下限値を下回る過放電が行われると寿命が低下する性質があるため、過充電および過放電が防止され、かつ、過充電防止のために、充電が禁止されている間も日射量積分値の検出、すなわちソーラ・モジュール１０における発電電力積算値の推定が行われる。この発電電力積算値の推定は、もしバッテリ６０への充電が禁止されていなければバッテリ６０へ充電されるであろう仮想充電電力積算値の取得であると考えることもできる。
図２に示す電気制御系３０を図４に示すモードで作動させる場合には、ワンチップマイコン３４が、それのＲＯＭに格納されている制御プログラムのうち、図９のフローチャートで表される部分を繰り返し実行する。この制御プログラムは、モータポンプ２０の運転を制御するポンプ制御処理を含むメインルーチンと、バッテリ６０への充電量の検出処理とバッテリ６０への充電制御処理とを含む充電関連ルーチンとに分かれている。両ルーチンが時分割あるいはマルチタスクで実行されることにより、充電量検出処理と充電制御処理とが設定時間毎（図示の例では２０秒毎）に実行されるようになっているのである。
最初に、メインルーチンを説明する。メインルーチンにおいては、Ｓ２１，２２が繰り返し実行されて０．１秒の経過が待たれ、０．１秒が経過すればＳ２３において０．１秒タイマが０にリセットされる。続いて、Ｓ２４、２５において、充電量設定器４６および給水時間設定器４８により設定されている設定充電量ＰSおよび設定給水時間ＴSが読み込まれる。そして、読み込まれた設定充電量ＰSおよび設定給水時間ＴSに基づいて、Ｓ２６において表示データの計算が行われ、Ｓ２７において表示器４０への表示が行われる。例えば、充電量設定器４６の出力は実際には電圧であるため、その電圧が何ワットに相当するかが演算され、表示器４０に表示される。しかし、それのみでは何分おきに灌水が行われるかがユーザに判らないため、その時点の日射量であれば、何分おきに灌水が行われるかを推定する演算も行われ、その演算結果も表示器４０に表示される。給水時間設定器４８の出力も実際には電圧であって、給水時間自体ではないため、給水時間への換算が行われ、表示器４０に表示される。その他、ソーラ・モジュール１０により発生させられた電気エネルギの何％が灌水に使用されているかを示す、効率も演算されて表示器４０に表示される。
続いて、Ｓ２８において、充電電圧ＶCが、バッテリ６０の蓄電量の下限値に対応する下限電圧ＶLO以下であるか否かの判定が行われ、判定結果がＹＥＳであればＳ３５においてポンプ２０が停止させられるが、ＮＯであればＳ２９以降が実行される。この処理により、バッテリ６０が過放電状態になることが防止される。
Ｓ２９においてはポンプフラグＦPがＯＮであるか否かが判定され、判定結果がＮＯであればＳ３５で負荷制御器３８が遮断状態とされてポンプ２０が停止させられ、判定結果がＹＥＳであれば、Ｓ３０において負荷制御器３８がＯＮ状態とされてポンプ２０への給電が行われる。ポンプフラグＦPは、後述するように、充電関連ルーチンにおいてＯＮとされる。
Ｓ２９においてはポンプフラグＦPがＯＮであるか否かが判定され、判定結果がＮＯであればＳ３５で負荷制御器３８が遮断状態とされてポンプ２０が停止させられ、判定結果がＹＥＳであれば、Ｓ３０において負荷制御器３８がＯＮ状態とされてポンプ２０への給電が行われる。ポンプフラグＦPは、後述するように、充電関連ルーチンにおいてＯＮとされる。
Ｓ３１において、ポンプ２０への給電時間、すなわち給水時間Ｔtが演算され、Ｓ３２において、その演算された給水時間Ｔtが設定給水時間ＴS以上となったか否かが判定される。判定結果がＹＥＳであれば、Ｓ３３でポンプフラグＦPがＯＦＦとされ、Ｓ３４において給水時間Ｔtがクリアされる。
以上の処理により、バッテリ６０が過放電状態となることが防止されつつ、ポンプ２０が設定給水時間ＴSだけ運転され、設定給水時間ＴSの灌水が行われる。
以上の処理により、バッテリ６０が過放電状態となることが防止されつつ、ポンプ２０が設定給水時間ＴSだけ運転され、設定給水時間ＴSの灌水が行われる。
一方、充電関連ルーチにおいては、Ｓ４１，４２が繰り返し実行されて２０秒の経過が待たれ、２０秒経過すれば、Ｓ４３以降の充電量検出処理および充電制御処理が実行される。Ｓ４３において２０秒タイマの計時時間が０秒にリセットされ、Ｓ４４において充電制御器３６が導通状態とされてバッテリ６０への充電が開始される。続いて、Ｓ４５，４６において充電電圧ＶCと充電電流ＩCとが読み込まれ、Ｓ４７において２０秒間分の一時電力Ｐtが次式により演算され、Ｓ４８において一時電力の積算により積算電力ＰTが取得される。
Ｐt＝ＶC×ＩC×２０
Ｐt＝ＶC×ＩC×２０
Ｓ４９において充電電圧ＶCが、バッテリ６０の蓄電量の上限値に対応する上限電圧ＶHI以上であるか否かが判定され、判定結果がＹＥＳであれば、Ｓ５０において、充電制御器４６が遮断状態とされて充電が停止されるが、ＮＯであればＳ５０がバイパスされて充電制御器４６が導通状態に保たれ、充電が継続される。この処理により、バッテリ６０が過充電状態になることが防止される。
次に、Ｓ５１において積算電力ＰTが設定積算電力ＰS以上であるか否かが判定され、判定結果がＹＥＳであれば、Ｓ５２においてポンプフラグＦPがＯＮとされ、Ｓ５３において積算電力ＰTがクリアされる。判定結果がＮＯであれば、Ｓ５２，５３がバイパスされる。この処理により、バッテリ６０への充電量が設定充電量に達したこと、すなわち日射量の積分値が設定積分値に達したことが検出される。
以上の説明から明らかなように、負荷制御器３８と、ワンチップマイコン３４の、充電電圧ＶCが上限電圧ＶHI以上となった場合に負荷制御器３８を遮断状態とする部分とが、バッテリ６０の過充電を防止する過充電防止手段を構成していると考えることができる。
また、本モードで作動する場合には、ソーラ・モジュール１０と、電流計６２と、ワンチップマイコン３４の充電電圧ＶCと充電電流ＩCとに基づいて一時電力Ｐtおよび積算電力ＰTを演算する部分とにより、日射量積分手段が構成されると考えることができる。
あるいは、ソーラ・モジュール１０とバッテリ６０とにより日射量積分手段が構成されており、ワンチップマイコン３４が、バッテリ６０の充電電圧ＶCと充電電流ＩCとに基づいてバッテリ６０への積算充電電力量を取得し、それによって日射量積分値を間接的に取得すると考えることもできる。
いずれにしても、ワンチップマイコン３４が充電制御器３６と負荷制御器３８とを介してバッテリ６０とポンプ２０とを制御することにより、日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、灌水系４へ予め定められた設定量の灌水を行わせることとなる。
また、本モードで作動する場合には、ソーラ・モジュール１０と、電流計６２と、ワンチップマイコン３４の充電電圧ＶCと充電電流ＩCとに基づいて一時電力Ｐtおよび積算電力ＰTを演算する部分とにより、日射量積分手段が構成されると考えることができる。
あるいは、ソーラ・モジュール１０とバッテリ６０とにより日射量積分手段が構成されており、ワンチップマイコン３４が、バッテリ６０の充電電圧ＶCと充電電流ＩCとに基づいてバッテリ６０への積算充電電力量を取得し、それによって日射量積分値を間接的に取得すると考えることもできる。
いずれにしても、ワンチップマイコン３４が充電制御器３６と負荷制御器３８とを介してバッテリ６０とポンプ２０とを制御することにより、日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、灌水系４へ予め定められた設定量の灌水を行わせることとなる。
なお付言すれば、設定充電量ＰSと、設定給水時間ＴS中に消費される積算電力と間に相違があれば、充電と給水とが繰り返されるうちに、バッテリ６０に蓄えられている電気エネルギの量が漸変する。設定充電量ＰSの方が設定給水時間ＴS中に消費される積算電力より大きい場合には、バッテリ６０に蓄えられている電気エネルギの量が漸増し、やがてバッテリ６０の充電電圧ＶCが上限電圧に達するため、バッテリ６０が過充電状態となることを防止するために充電が停止される。この場合は、、ソーラ・モジュール１０で発生させられる電気エネルギが無駄になるのみで、所望の灌水は実現できる。しかし、所望の灌水量が最大である時期にも電気エネルギが無駄になるのであれば、ソーラ・モジュール１０の発電容量が過剰であるということであるから、そのような事態が発生しない日射量対応灌水装置が選択されることが望ましい。
設定充電量ＰSの方が設定給水時間ＴS中に消費される積算電力より小さい場合には、バッテリ６０に蓄えられている電気エネルギの量が漸減し、やがてバッテリ６０の充電電圧ＶCが下限電圧ＶLOに以下となるため、バッテリ６０が過放電状態となることを防止するためにポンプ２０への給電が停止さされる。この場合には、所望の給水が行われない事態となるが、そのような事態の発生はユーザが前記表示器４０の表示から事前に知ることができる。表示器４０には、前述のように、何分おきに灌水が行われるかの時間間隔が表示されるが、この時間間隔は、推定設定充電量ＰSの充電を行うために要する所要充電時間を表しており、灌水が実施される時間間隔が１回の灌水実行時間（給水時間）より長ければ、灌水が不足することは明らかであるからである。ただし、灌水が不足する事実は、表示器４０に表示されるようにすることが望ましく、それと共に、あるいはそれとは別に、警報ランプや警報ブザー等の警報器が作動するようにすることが望ましい。
また、ソーラ・モジュール１０の発電容量が過小である場合には、設定充電量ＰSの充電に必要な時間が長くなり、灌水間隔が長くなって、所望の灌水を行い得ない事態が発生する。しかし、ユーザは、表示器４０に表示される灌水間隔が所望の間隔にできないことにより、ソーラ・モジュール１０の発電容量が過小であることを知ることができ、事前に対策を施すことにより、作物に被害が生じることを回避することができる。
次に、図２に示す電気制御系３０を図５に示すモードで作動させる場合について説明する。このモードは、蓄電装置１４をバッテリ６０により構成し、日射量積分手段はバッテリ６０とは別に設けた日射量センサ４４と、ワンチップマイコン３４とにより構成するモードである。
日射量センサ４４は、ソーラ・モジュール１０の近傍に設置されており、日射量に対応する電圧である日射電圧ＶSENを出力する。ワンチップマイコン３４はこの日射電圧を時間について積分し、日射量積分値を得る。そして、日射量積分値が設定積分値に達する毎にポンプ２０の駆動を開始し、給電時間Ｔtが設定給電時間ＴS以上になったとき、ポンプ２０の作動を停止させる。したがって、本実施形態においても、日射量が多いほど短い作動周期でポンプ２０が間欠的に作動させられ、間欠式灌水が行われる。
日射量センサ４４は、ソーラ・モジュール１０の近傍に設置されており、日射量に対応する電圧である日射電圧ＶSENを出力する。ワンチップマイコン３４はこの日射電圧を時間について積分し、日射量積分値を得る。そして、日射量積分値が設定積分値に達する毎にポンプ２０の駆動を開始し、給電時間Ｔtが設定給電時間ＴS以上になったとき、ポンプ２０の作動を停止させる。したがって、本実施形態においても、日射量が多いほど短い作動周期でポンプ２０が間欠的に作動させられ、間欠式灌水が行われる。
なお、充電電圧ＶCが上限電圧ＶHI以上となった場合には、ワンチップマイコン３４が充電制御器３６を遮断状態として、バッテリ６０への充電を中止するようにされている。これによって、バッテリ６０の過充電が防止される。また、充電電圧ＶCが下限電圧ＶLO以下になった場合には、ワンチップマイコン３４が負荷制御器３８を遮断状態として、バッテリ６０からポンプ２０への給電を停止させる、これによって、バッテリ６０の過放電も防止される。
以上の説明から明らかなように、図２に示す構成を有する本実施形態の日射量対応灌水措置は、３つのモードで選択的に作動させることができ、それによって、灌水対象面積の大きさ，栽培作目などに応じて必要とされる時間当たりの灌水量と、ソーラ・モジュール，蓄電装置，モータポンプなどの大きさとを勘案して、最も経済的なモードを選択して構成し、作動させることができる。
上記実施形態においては、ワンチップマイコン３４への電源投入および遮断が、手動スイッチの操作によって行われるようにされていたが、自動で行われるようにすることも可能である。例えば、日射量が第１設定値以上の状態が第１設定時間以上継続すれば自動で電源が投入され、第２設定値以下の状態が第２設定時間以上継続されば電源が自動で遮断されるようにしたり、日時の設定に基づいて電源の投入，遮断が行われるようにしたりするのである。このようにすれば、人が朝夕に手動入力を行う必要がなくなり、日射量対応灌水装置の使い勝手が一層良くなる。
さらに付言すれば、ワンチップマイコン３４には運転記録部が設けられている。この運転記録部には、給水時間設定器４８による設定給水時間（すなわちポンプ２０への給電時間），充電量設定器４６による設定充電量等、電気制御系の制御パラメータや、各回の充電に要した充電所要時間や、１日における実際の灌水実行回数や、日射量対応灌水装置の運転開始時刻および運転終了時刻等、電気制御系の作動履歴が記録されるようになっており、ユーザは、この運転記録と、植物の生育状態等灌水結果の記録とを比較することにより、次回の灌水時における適切な灌水条件を定めることができる。表示器４０をタッチパネル式の入力装置を兼ねるものとし、あるいは別途入力装置を設け、灌水結果を入力することにより、運転記録部に記録されるようにすることも可能である。
以上、電気制御系３０がワンチップマイコン３４を主体として構成された実施形態を説明したが、これに限定されるわけではなく、電気制御系を電子回路により構成することも可能である。その一例を図１０に示す。この実施形態においては、前記図３に示したワンチップマイコン３４の代わりに、第１比較器７０，第２比較器７２，フリップフロップ７４および反転器７６を備えた電子回路が設けられている。第１比較器７０にはキャパシタ４４の充電電圧ＶCと充電終了電圧設定器Ｖ８２によって設定された設定充電終了電圧Ｖ1とが入力され、第２比較器７２にはキャパシタ４４の充電電圧ＶCと充電開始電圧設定器８２により設定された設定充電開始電圧Ｖ2とがとが入力され、これら両比較器５２，５４の出力によりフリップフロップ７４がセット，リセットされることにより、充電制御器３６が導通状態と遮断状態とに制御される一方、フリップフロップ７４の出力が反転器７６により反転させられた信号が負荷制御器３８に入力されて、負荷制御器３８が充電制御器３６とは逆の状態に制御される。これにより、キャパシタ４４の充電と、ポンプ２０の作動とが交互に行われ、間欠式灌水が行われる。
ここにおいては、最も単純な間欠式灌水を行うための電子回路を説明したが、前記図３ないし図５のモードと同様に作動し得る電子回路を構成することも可能である。
以上の実施形態は、日射量に応じた間欠灌水を行うものであったが、日射量に応じた連続灌水を行うものとすることも可能である。その一例を図１１に示す。
本実施形態は、図１に示した実施形態において、充電制御装置１２，蓄電装置１４，蓄電量測定装置１６およびポンプ制御装置１８を省略し、ソーラ・モジュール１０を直接ポンプ２０に接続したものに相当する。
ソーラ・モジュール１０が日射量に応じた量の電気エネルギを発生させ、それが直接ポンプ２０に供給される。ポンプ２０は供給される電流に比例する量の水を送るものとされており、したがって、ドリップチューブ２６からは日射量に応じた量の水が灌水される。
本灌水装置は連続式であるため、前述した間欠灌水の利点を享受することはできないが、装置の構成が単純であるため、安価であるとともに堅牢である利点がある。また、畜舎の屋根等に灌水して畜舎を簡易に冷房する場合には、間欠灌水であることは不可欠ではないため、本実施形態の灌水装置が有効である。
本実施形態は、図１に示した実施形態において、充電制御装置１２，蓄電装置１４，蓄電量測定装置１６およびポンプ制御装置１８を省略し、ソーラ・モジュール１０を直接ポンプ２０に接続したものに相当する。
ソーラ・モジュール１０が日射量に応じた量の電気エネルギを発生させ、それが直接ポンプ２０に供給される。ポンプ２０は供給される電流に比例する量の水を送るものとされており、したがって、ドリップチューブ２６からは日射量に応じた量の水が灌水される。
本灌水装置は連続式であるため、前述した間欠灌水の利点を享受することはできないが、装置の構成が単純であるため、安価であるとともに堅牢である利点がある。また、畜舎の屋根等に灌水して畜舎を簡易に冷房する場合には、間欠灌水であることは不可欠ではないため、本実施形態の灌水装置が有効である。
連続灌水装置の別の実施形態を図１２に示す。本実施形態は、商用電源等、ソーラ・モジュール１０以外の電源が使用可能である場合に有用なものである。
商用電源に接続される商用電源接続部９０が電流制御装置９２を介してポンプ２０に接続されている。その電流制御装置９２には、日射量センサ９４が接続されており、電流制御装置９２は、日射量センサ９４により検出された日射量に対応する量の電流をポンプ２０に供給する。したがって、図１１に示した実施形態と同様に、日射量に応じた量の連続灌水が行われる。
商用電源に接続される商用電源接続部９０が電流制御装置９２を介してポンプ２０に接続されている。その電流制御装置９２には、日射量センサ９４が接続されており、電流制御装置９２は、日射量センサ９４により検出された日射量に対応する量の電流をポンプ２０に供給する。したがって、図１１に示した実施形態と同様に、日射量に応じた量の連続灌水が行われる。
なお、上記図１２に示した実施形態において、電流制御装置９２を、図５に示した負荷制御器３８と、ワンチップマイコン３４の日射量センサ４４の出力信号に応じて負荷制御器３８を制御する部分との組合わせに相当する機能を果たすものとすれば、ソーラ・モジュール１０以外の電源を使用して日射量に応じた間欠灌水を行うことが可能になる。
１０：ソーラ・モジュール １２：充電制御装置 １４：蓄電装置 １６：蓄電量測定装置 １８：ポンプ制御装置 ２０：モータポンプ（ポンプ） ２２：水源 ２４：灌水系 ２６：ドリップチューブ ３０：電気制御系 ３２：動作切り替えスイッチ ３４：ワンチップマイコン ３６：充電制御器 ３８：負荷制御器 ４０：表示器 ４２：制御電源 ４４：日射量センサ ４６：充電量設定器 ４８：給水時間設定器 ５０：疑似負荷 ５８：キャパシタ ６０：バッテリ ６２：電流計 ７０：第１比較器 ７２：第２比較器 ７４：フリップフロップ ７６：反転器 ９０：商用電源接続部 ９２：電流制御装置 ９４：日射量センサ
Claims (11)
- 灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
前記灌水対象領域への日射量を時間について電気的に積分する日射量積分手段と、
その日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記灌水対象領域へ予め定められた設定量の水の灌水を行う灌水装置と
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。 - 前記日射量積分手段が、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラ・モジュールで発生させられた電気エネルギを蓄える蓄電装置と
を含み、前記灌水装置が、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が設定増加量に達する毎に、前記積分値が前記設定積分値に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである請求項１に記載の日射量対応灌水装置。 - 前記日射量積分手段が、前記ソーラ・モジュールから前記蓄電装置に供給される電力を積算する電力積算装置を含み、前記灌水装置が、その電力積算装置の積算電力量が設定積算電力量に達したとき、前記蓄電装置の蓄電量の増加量が前記設定増加量に達したとして、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行うものである請求項２に記載の日射量対応灌水装置。
- 前記日射量積分手段が、設定時間毎の時点に前記蓄電装置に供給される電力を検出し、検出した電力と前記設定時間との積をその設定時間内における積算電力量と推定する積算電力推定部を含む請求項２に記載の日射量対応灌水装置。
- 当該日射量対応灌水装置が、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラモジュールで発生させられた電気エネルギを蓄電する蓄電装置と
を含み、かつ、前記日射量積分手段が、
前記ソーラ・モジュールとは別に前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
その日射量計の出力を時間について積分する積分器と
を含み、その積分器の積分値が設定積分値に達したとき、前記灌水装置が前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギにより前記設定量の水の灌水を行う請求項２に記載の日射量対応灌水装置。 - 前記蓄電装置の蓄電量が上限に達した場合にその蓄電装置への蓄電を禁止する過蓄電防止部と、前記蓄電装置の蓄電量が下限に達した場合にその蓄電装置からの放電を禁止する過放電防止部との少なくとも一方を含む請求項２ないし５のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。
- 前記過蓄電防止部と、その過蓄電防止部により前記蓄電装置への蓄電が禁止されている間も、蓄電が禁止されてなければ増加するであろう仮想増加量を検出する仮想増加量検出部とを含み、前記灌水装置が、前記仮想増加量を前記蓄電装置の蓄電量の増加量に加算して前記積分値が前記設定積分値に達したか否かを判定する請求項６に記載の日射量対応灌水装置。
- 前記灌水装置が、
電動モータにより駆動されて、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するポンプと、
前記日射量積分手段による積分値が設定積分値に達する毎に、前記蓄電装置から前記電動モータに予め設定された時間電気エネルギを供給する蓄電エネルギ供給部と
を含み、その蓄電エネルギ供給部による電気エネルギの供給により、前記設定量の水の灌水を行う請求項２ないし７のいずれかに記載の日射量対応灌水装置。 - 前記日射量積分手段が、
前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
その日射量計の出力を積分する積分器と
を含み、前記灌水装置が、
電動モータにより駆動されて、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するモータポンプと、
前記積分器の積分値が設定積分値に達したとき、当該日射量対応灌水装置外の電源からの電気エネルギを予め定められた量前記電動モータに供給する設定量エネルギ供給装置と を含み、その設定量エネルギ供給装置による設定量の電気エネルギの供給により、前記予め定められた設定量の水の灌水を行う請求項１に記載の日射量対応灌水装置。 - 灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
電動モータにより駆動され、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ水を圧送するモータポンプと、
前記灌水対象領域に近接して設置されたソーラ・モジュールと、
そのソーラ・モジュールで発生させられた電流を前記電動モータに直接供給する電流供給装置と
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。 - 灌水対象領域に、その灌水対象領域への日射量に応じた量の水の灌水を行う日射量対応灌水装置であって、
前記灌水対象領域に設けられた日射量計と、
電動モータに駆動されて、前記日射量計の出力値に対応する量の水を、前記灌水対象領域に設置された灌水系へ連続的に圧送するモータポンプと
を含むことを特徴とする日射量対応灌水装置。
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