JP2017158503A

JP2017158503A - 自動給水栓

Info

Publication number: JP2017158503A
Application number: JP2016047471A
Authority: JP
Inventors: 秀明奥野; Hideaki Okuno; 輝行谷口; Teruyuki Taniguchi; 齋藤　誠; Makoto Saito; 誠齋藤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】自動給水栓において、止水に必要なトルクが増大することなく、安定した止水性能を発現することができ、且つモーター及び太陽電池の小型化を図ることでコストを抑える。【解決手段】シール材１１２とシール材１１２に対して上流側から押圧可能に設けられた弁体１１０とを有する給水栓１０２と、給水栓駆動機構１０４と、太陽電池１０６と、バッテリー１０８と、を備え、給水栓駆動機構に１０４は、回転駆動により弁体１１０に対して近接離間する方向に進退移動する角柱部（弁軸）１２０が設けられ、止水時には水圧により弁体１１０がシール材１１２に上流側から押圧され、通水時にはスピンドル（弁軸）１１８を上流側へ移動させることによりスピンドル１１８の上流側先端１１８ａが弁体１１０に対して下流側から押圧して弁体１１０がシール材１１２から離間する自動給水栓１００。【選択図】図１

Description

本発明は、自動給水栓に関する。

一般に、水田等の耕作区には、稲等の作物に用水を供給するための給水装置が設置されている。給水装置は、通水管に接続されており、通水管を介して貯水施設からポンプや水頭圧等により加圧された水を導入する。このような給水装置としては、通水管から分岐して耕作区の所定の位置に導かれ、地面に対して鉛直方向に立ち上げられた給水管と、立ち上げられた給水管の通水路に設けられた給水栓と、を備えた装置が挙げられる。

農家等では、人手不足等の理由により、作物の種類や生育状況に合わせて所望のタイミングで上記給水装置の給水栓を自動的に開閉する方法或いは自動給水栓（以下、単に「給水栓」という場合がある）の導入が進められている。
例えば、特許文献１には、手動式の給水栓のハンドルを取り外し、ハンドルが取り付けられていた部分にアダプターを介し、太陽電池と発電された電気エネルギーを蓄える蓄電池（バッテリー）、モーター、駆動力伝達機構、制御装置から構成される給水栓自動開閉装置が開示されている。図１０は特許文献１に開示された給水栓自動開閉装置を示す図であって、（ａ）は正面部分の破断断面図であり、（ｂ）はその側部断面図である。特許文献１に開示された給水栓自動開閉装置については、手動でモーターを制御して給水栓の開閉量を調整し、モーターの制御データを記憶させれば、以後の使用時は記憶された制御データに基づいて自動的に給水が行われる。

特許第２８１８１２３号公報

ここで、一般的な給水栓では、給水方向の上流側にシール材料が配置され、下流側に弁体が配置されており、配管内部の水圧に逆らう方向において弁体を弁座に当接させることで止水する。そのため、上述の特許文献１に記載の給水栓自動開閉装置を一般的な給水栓に用いた場合、前述のような一般的な給水栓は水圧に比例して閉止に必要な弁軸の回転に伴うトルクが増大するため、出力の大きなモーター、及びそれを駆動するための容量の大きい蓄電池や面積の大きな太陽電池を用いる必要があった。
また、給水栓の駆動軸（図１０（ａ），（ｂ）に示す出力軸５１５ａ、第１の軸５１７及び第２の軸５１８）に錆びが発生した場合や、ゴミや泥のような異物が噛み込んだ場合には、閉止に必要な弁軸の回転に伴うトルクがさらに増大するため、安定した止水性能が発現できないという問題があった。
給水栓自動開閉装置は、人手不足を解消するため耕作地に多数点在している給水栓の全てに設置されることから低コストであることが求められるが、安定した止水性能を得るために自動開閉装置に搭載するモーターを大きくすると、そのモーターを駆動するための電気量を確保しなければならず、蓄電池や太陽電池の大型化や高スペック化が必要となり、自動開閉装置のコストが高くなるという問題があった。

本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、止水に必要な弁軸の回転に伴うトルクが増大することがなく、安定した止水性能を発現することができ、且つモーター及び太陽電池の小型化を図ることでコストを抑えることができる自動給水栓を提供する。

本発明の自動給水栓は、シール材と該シール材に対して上流側から押圧可能に設けられた弁体とを有する給水栓と、前記給水栓の下流側の端面に接続され、前記給水栓の弁体の開閉動作を駆動する給水栓駆動機構と、前記給水栓駆動機構を駆動させるための電気エネルギーを発電する太陽電池と、前記電気エネルギーを蓄えるバッテリーと、を備え、前記給水栓駆動機構には、回転駆動により前記弁体に対して近接離間する方向に進退移動する弁軸が設けられ、止水時には水圧により前記弁体が前記シール材に上流側から押圧され、通水時には前記弁軸を上流側へ移動させることにより該弁軸の上流側先端が前記弁体に対して下流側から押圧して前記弁体が前記シール材から離間することを特徴とする。

上記構成によれば、止水時には給水栓の配管内部の水圧を利用するため、水圧が増大しても止水に必要な弁軸の回転に伴うトルクが増大することがなく、開閉に必要なトルクが低減する。また、通水時には、弁体がシール材に対して離間する程度に弁軸の上流側先端で弁体を下流側から押圧すればよいから、弁軸のトルクを小さくすることができる。そのため、安定した止水性能が発現され、且つモーター及び太陽電池の小型化が図られ、自動給水栓の低コスト化、コンパクト化が実現される。

また、本発明の自動給水栓では、前記弁体が水よりも比重が軽い材料、中空構造、発泡体の何れかによって水に浮くフロート弁であることが好ましい。
また、本発明の自動給水栓では、前記弁体が可動可能なスイング弁であることが好ましい。
上記構成においても、水圧及び弁体の浮力、又は弁体の可動力での止水が可能になり、止水のための駆動に必要な電力消費量がより抑えられる。

本発明によれば、止水に必要な弁軸の回転に伴うトルクが増大することがなく、安定した止水性能を発現することができ、且つモーター及び太陽電池の小型化を図ることでコストを抑えることができる自動給水栓を提供することができる。

本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の一部を破断した正面図であって、（ａ）は止水時の状態を示す図であり、（ｂ）は通水時の状態の一部を示す図であり、（ｃ）は補助弁の側面図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の給水栓に適用可能な浮子式バルブの断面図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の給水栓に適用可能な浮子バルブの断面図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の給水栓に適用可能な空気弁の断面図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の変形例を示す断面図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の給水栓に適用可能なウェハー形逆止弁の断面図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の給水栓に適用可能な逆止め弁の断面図であって、（ａ）はスイング用弁体が閉じている構成を示す図であり、（ｂ）はスイング用弁体が開いている構成を示す図である。従来の給水栓を示す概略図である。本発明を適用した一実施形態である自動給水栓の別の変形例を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は止水時の側部断面図である。従来の給水栓自動開閉装置を示す図であって、（ａ）は正面部分の破断断面図であり、（ｂ）は側部断面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態（以下、本実施形態という場合がある）である自動給水栓について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。

図１は、本実施形態の自動給水栓１００の一部を破断した正面図であって、（ａ）は止水時の状態を示す図であり、（ｂ）は通水時の状態を示す図である。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、自動給水栓１００は、給水栓１０２と、給水栓１０２の開閉動作を駆動する給水栓駆動機構１０４と、給水栓駆動機構１０４を駆動させるための電気エネルギーを発電する太陽電池１０６と、電気エネルギーを蓄えるバッテリー１０８と、を備えている。

給水栓１０２は、不図示の通水管に接続され、稲等の作物に対して所望のタイミング及び量で用水を供給するために耕作区等に設置されている。給水栓１０２は、シール材１１２と、シール材１１２に対して上流側（図１の紙面の下側）から押圧可能に設けられた弁体１１０と、を備えている。

給水栓１０２の弁箱下部１１４は、耕作区の所定の位置に導かれた管材であり、地面に対して略垂直に立ち上げられている。
給水栓１０２に設けられたカバー１１９は、弁箱下部１１４の上部を覆う有頂無底の部材である。但し、カバー１１９の形状は水の供給方向等を勘案して適宜変更してもよく、カバー１１９を省略してもよい。

給水栓１０２の周面、且つ給水栓１０２の開栓時に水圧がかかる位置には、散水栓用取付口１２８が設けられている。散水栓用取付口１２８には通常、止水プラグ１２９が挿入されている。散水栓用取付口１２８又は止水プラグ１２９には、給水栓１０２の開閉を判断するための水圧計（図示略）が設けられていても良い。このような構成においては、給水栓１０２が閉栓（即ち、弁体１１０が閉じている）場合は、水圧計の水圧が高くなる。一方、給水栓１０２が開栓（即ち、弁体１１０が開いている）場合は、水圧系の水圧が閉栓時よりも低下する。水圧計を設けることで、適切な弁の開閉のタイミングを判断することができる。
なお、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の構成に限定されず、例えば、後述する図２から図７に示す給水栓構造においても、給水栓１０２の開栓時に水圧がかかる位置に、上述の機能を有する水圧計が設けられていても良い。

シール材１１２は、弁箱下部１１４の少なくとも下流側端部より上流側の所定の位置に設けられている。シール材１１２のシール部（或いは、シール面）は、下流側に向けられている。

弁体１１０は、シール材１１２より下流側の弁箱下部１１４の中空部内において、弁箱下部１１４内の水圧により浮上可能、且つ上下方向に沿って移動可能に配置されている球状の部材である。弁箱下部１１４の内周面には、弁箱下部１１４の中空部の周方向に沿って間隔をあけて複数配置され、且つ弁箱下部１１４の中空部の径方向中心に向かって突出するリブ１１６が設けられている。このようなリブ１１６によって、弁体１１０を保持すると共に、周方向に隣り合うリブ１１６同士の間にエアーを上方に向かって出すための通気部が確保される。

弁体１１０の直径は、弁箱下部１１４の中空部の直径に合わせて設定されている。また、弁体１１０は水に対して浮力を有する素材で形成されている。
なお、弁体１１０は、シール材１１２に対して上流側から押圧可能に形成されていれば、必ずしも球状に形成されていなくてもよい。例えば、弁体１１０は、実開昭５７−６８９６７号公報に開示されている浮子（弁体）２（図３参照）のように下側に向けて先細りした脚部を備えていてもよく、円柱形状やラグビーボール形状等に形成されていてもよく、その他の公知の構成を備えていてもよい。

浮子（弁体）２や給水栓駆動機構１０４が故障した際、水の供給を止めて修理を円滑に実施可能とするため、弁箱下部１１４（給水栓の下部）と、給水管（パイプライン）との間に補修弁が設けられていてもよい。図１（ｃ）には、補修弁の一例を示す。
補修弁の構造としては、例えばボールバルブ、バタフライバルブ等の一般的な弁構造が挙げられ、特に制限されないが、通水時に弁体が盤箱に格納されて弁体自体にごみが付着しないような構造（ボールバルブ）であることが好ましい。

給水栓駆動機構１０４には、回転駆動により弁体１１０に対して近接離間する方向に進退移動する角柱部（弁軸）１２０が設けられ、角柱部１２０の下端に角柱部１２０の軸線に沿って下方に向けて延びるスピンドル（弁軸）１１８が係合されている。角柱部１２０の回転駆動は、スピンドル１１８の回転に直接連動している。このように、給水栓駆動機構１０４は、角柱部１２０を介してスピンドル１１８を回転駆動し、スピンドル１１８の引き上げ、及び、引き下げ、即ちスピンドル１１８の進退移動を行う機構である。そして、スピンドル１１８の上流側先端１１８ａは、スピンドル１１８を引き下げたときに弁体１１０に対して下流側から押圧し、弁体１１０とシール材１１２とを離間させるように設定されている。

スピンドル１１８は、給水管１１４の中空部からカバー１１９を貫通し、架台１２６を通過して上方に延びる棒状部材である。スピンドル１１８の外周面には、カバー１１９に形成されたスピンドル１１８の貫通孔の雌ねじ（図示略）に螺合可能な雄ねじ（図示略）が形成されている。従って、スピンドル１１８は雄ねじ（図示略）を貫通孔の雌ねじに螺合させて回転し、カバー１１９、即ち給水栓１０２との係合状態を保持しつつ、上下方向に沿って移動可能とされている。

本実施形態では、給水栓駆動機構１０４は不図示のモーターと、不図示の制御部と、を備え、バッテリー１０８と共に、箱体１２４に収容されている。このような配置構成により、給水栓駆動機構１０４は、給水栓１０２の下流側の端面、即ちカバー１１９の頂面に接続されている。
モーターは、角柱部１２０の軸線方向を中心として角柱部１２０及びスピンドル１１８を順方向又は逆方向に回転させる。即ち、給水栓駆動機構１０４からは、角柱部１２０に回転力が直接伝達されている。
具体的には、モーターは箱体１２４の内部に設けられ、角柱部１２０に接続され、その角柱部１２０を介してトルクをスピンドル１１８に伝達する。
制御部には、給水栓１０２を任意のタイミングで通水及び止水するために、例えばスピンドル１１８を引き上げるタイミングを設定するダイヤル、引き上げたスピンドル１１８を保持する時間（即ち、給水時間）を設定するダイヤル、通水中であるか否かを知らせるランプ、自動給水栓１００の異常の有無を知らせるランプ、その他の各種設定を行うためのスイッチ等が設けられている。角柱部１２０の回転駆動は、制御部のダイヤル等の各種設定によってコントロールされている。

太陽電池１０６は、太陽光を受光し、光電変換によって給水栓駆動機構１０４を駆動させるための電気エネルギーを発電する。従って、自動給水栓１００は、太陽電池１０６の受光面が太陽光を受光可能となる方向に向けて配置されている。
太陽電池１０６の構成及び素材には、例えばシリコン型太陽電池や色素増感型太陽電池等の公知の構成及び素材が用いられている。

バッテリー１０８は、太陽電池１０６で発電された電気エネルギーを蓄積するとともに、蓄積した電気エネルギーをモーターに供給するためのものであり、例えば鉛電池等である。このような機能をはたすため、バッテリー１０８は太陽電池１０６及びモーターにそれぞれ接続されている。

上述した自動給水栓１００において、止水時には、図１（ａ）に示すように、水圧により弁体１１０がシール材１１２に押圧されている。通水時には、図１（ｂ）に示すように、スピンドル１１８の上流側への移動により、スピンドル１１８の上流側先端１１８ａが弁体１１０に対して下流側から押圧して、弁体１１０がシール材１１２から離間する。

具体的には、給水栓１０２の止水時、即ち給水栓１０２から給水を行わない時は、給水栓駆動機構１０４によってスピンドル１１８は引き上げられている。従って、弁体１１０はスピンドル１１８から離間しており、水圧のみによってシール材１１２に密接し、給水管１１４の中空部と弁体１１０との間は閉塞している。

一方、給水栓１０２の通水時には、即ち給水栓１０２から給水を行う時は、給水栓駆動機構１０４によってスピンドル１１８が引き下げられる。給水栓駆動機構１０４のモーターによって角柱部１２０が回転駆動され、角柱部１２０からスピンドル１１８に加わった回転は、スピンドル１１８の雄ねじ及び貫通孔７３の雌ねじの螺合によって、スピンドル１１８の順方向又は逆方向の移動に変換される。このようにして、給水栓駆動機構１０４からスピンドル１１８に加えられる回転駆動により、スピンドル１１８が下方向に引き下げられる。
スピンドル１１８の引き下げにより、弁体１１０は浮力に抗し、押し下げられる。これにより、弁体１１０はシール材１１２から離間し、給水管１１４の中空部と弁体１１０との閉塞状態は解除される。水は、図１（ｂ）に示す矢印の方向に流入し、弁体１１０とシール材１１２との間の隙間を通過し、給水栓１０２の上端の開口部から噴出し、カバー１１９の内面に沿って又は該内面に衝突しながら地面に向けて放出される。

上述のように、給水栓１０２を開ける際に角柱部１２０及びスピンドル１１８の回転に伴って必要なトルク量は、２Ｎ・ｍ未満であることが好ましく、１Ｎ・ｍ未満であることがより好ましい。

なお、給水栓１０２は、上述のようにシール材１１２と、シール材１１２に対して上流側から押圧可能に設けられた弁体１１０とを備えているものであればよく、例えば図２に示すように特開昭６１−２８９４４号公報に開示されている浮子式バルブ、図３に示すように実開昭５７−６８９６７号公報に開示されている浮子バルブをはじめとする公知のバルブや給水装置を用いることができる。
なお、図２に示す浮子式バルブのハンドル２０５や図３に示す浮子バルブのハンドル２５４は、スピンドル１１８と角柱部１２０（図示略）との係合時に取り外される。
また、給水栓１０２には、図４に示すように実開昭６２−１６２４７８号公報に開示されている空気弁が用いられていてもよい。この空気弁は、ボール弁体（弁体）２９０を保持し、エアーを上方に出すための通気部を確保するための案内筒２９３と、ストッパリング（シール材）２９４を備えている。必要に応じて図４に示す空気弁のキャップ類を取り外し、バルブ本体２９１の下流側に給水栓駆動機構１０４（図示略）を設置することができる。

別の変形例として、給水栓１０２は、逆止弁を有する給水管路であってもよく、所謂、スイングチャッキバルブと呼ばれるもの、或いはボールチャッキバルブと呼ばれるものであってもよい。図５は、給水栓駆動機構１０４がスイングチャッキバルブである給水栓１０２に設けられた自動給水栓１３０を示す断面図である。図５に示す給水栓１０２においても、止水時には、弁体１１０が水圧のみによってシール材１１２に密接し、給水管１１４の中空部と弁体１１０との間は閉塞している。

スイングチャッキバルブと呼ばれる給水栓１０２の変形例としては、例えば図６に示すように特開２０１２−２０２４８５号公報で参照されているウェハー形逆止弁（給水栓、スイングチャッキバルブ）や、図７に示すように特開２０１４−８１０６９号公報に開示されている逆止め弁（給水栓、スイングチャッキバルブ）が挙げられる。図６に示すウェハー形逆止弁においても、止水時には、弁体３０４は水圧のみによって下流側から弁座（シール材）３０３に密接し、流路３０１は閉塞している。このウェハー形逆止弁に対しては、流路３０１内に、図６において破線で示す配置で、スピンドル１１８を設けることができる。即ち、図６の紙面左側から給水栓駆動機構１０４（一部、図示略）をウェハー形逆止弁に接続して設置することができる。

図７（ａ）は逆止め弁においてスイング用弁体（弁体）３５４が閉じている構成を示す図であり、図７（ｂ）は逆止め弁においてスイング用弁体３５４が開いている構成を示す図である。図７（ａ），（ｂ）に示す逆止め弁においても、止水時には、スイング用弁体３５４が水圧のみによって下流側から弁座（シール材）３５８に密接し、一次側流路（上流側流路）３５７は閉塞している。この逆止め弁に対しては、一次側流路３５７内に、図７の上段において破線で示す配置で、スピンドル１１８を設けることができる。即ち、図７の紙面左側から給水栓駆動機構１０４（一部、図示略）を逆止め弁に接続して設置することができる。

以上説明した本実施形態の自動給水栓１００によれば、止水時には給水栓１０２の給水管（配管）１１４の中空部の水圧を利用するため、水圧が増大しても止水に必要な角柱部１２０及びスピンドル１１８の回転に伴うトルクを低減することができる。そのため、自動給水栓１００において、安定した止水性能を達成し、且つ給水栓駆動機構１０４のモーター及び太陽電池１０６の小型化を図ることができ、自動給水栓１００の低コスト化、コンパクト化を実現することができる。

また、本実施形態の自動給水栓１００によれば、水圧のみでの止水が可能になり、止水時の角柱部１２０の回転駆動に必要な電力消費量を抑えると共に、通水時の角柱部１２０の回転駆動に必要な電力量も抑えることができる。従来は、例えば、図８に示す特開平１０−１９５８５６号公報に開示されている感水路用自動止水器のように、常に弁（弁体）４０３と弁棒（弁軸）４０７とが接続されている場合があった。その場合、水圧のみでは止水することができず、手動操作部４０８に替えて給水栓駆動機構１０４を弁棒４０７に接続しても、給水栓駆動機構１０４が弁４０３を引き上げて止水するために弁棒４０７の回転に伴う駆動力（即ち、トルク）が大きくなるという問題があった。本実施形態の自動給水栓１００では、弁体１１０を引き上げるための角柱部１２０及びスピンドル１１８の回転に伴うトルクは殆ど必要とせず、前述のような問題を解決することができる。

また、本実施形態の自動給水栓１００では、弁体１１０が水よりも比重が軽い材料、中空構造、発泡体の何れかによって、水に浮くフロート弁であることが好適である。このような構成によれば、水圧に加えて、弁体１１０の浮力によっても止水が可能になる。従って、給水栓１０２の開閉に必要なトルクをより低減することができる。
また、本実施形態の自動給水栓１００では、弁体１１０が可動可能なスイング弁であることも好適である。このような構成によれば、弁体１１０自体に可動力が付与されており、水圧に加えて、弁体１１０の可動力によっても止水が可能になる。従って、給水栓１０２の開閉に必要なトルクをより低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、本発明を適用した自動給水栓１００等が具備する給水栓駆動機構１０４は、太陽電池１０６で発電される電気エネルギー及び該電気エネルギーをある程度蓄積した電気エネルギーによって駆動させることができる装置であれば、給水栓や給水装置に限らず、装着することができ、装着対象の装置を低トルクで、且つ自動的に駆動させることができる。

給水栓１０２の別の変形例として、給水栓１０２は、ゲート状の弁を有する給水装置等であってもよく、所謂、ゲート弁やスライドゲートと呼ばれるものであってもよい。図９は、給水栓駆動機構１０４がゲート弁である給水装置（給水栓）１０２に設けられた自動給水栓１４０を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は止水時の側部断面図である。図９に示すような構成では、弁体１１０が上下方向に移動可能とされている。また、図９（ａ）に示すように、給水栓駆動機構１０４のスピンドル１１８と弁体１１０が連結軸１４４を介して接続されている。角柱部１２０は、自身の軸線に直交する方向からの水圧によって弾性変形可能に構成されている。これにより、水圧によって角柱部１２０が弾性変形し、弁体１１０がシール材１１２に押し付けられる（図９（ｃ）参照）。このような構成では、弁体１１０が鉛直方向に沿って上方（図９（ｂ）に示す矢印方向）に移動するため、止水時及び通水時における水圧の影響が少ないので、ゲート弁の開閉に必要なトルクをより低減することができる。

試験例

次いで、上述した本発明に係る自動給水栓の効果を裏付けるために行った試験例について説明する。なお、本発明は以下の試験例にのみ限定されるものではない。

本試験例では、図１に示す構成において、呼び径（即ち、給水栓の中空部の直径）７５ｍｍの給水栓１０２の頂部に、自立取り付けが可能で投影面積（即ち、太陽電池１０６の受光面の面積）が３１０ｃｍ^２以下である給水栓駆動機構１０４を搭載した場合を想定する。なお、給水栓１０２の呼び径は例えば１００ｍｍでもよいが、呼び径が大きくなるに従い、弁体１１０にかかる水圧が大きくなり、開弁に必要なトルク量（駆動力）が大きくなるため、給水栓１０２の呼び径を大きくするよりも、給水栓１０２に複数の弁体１１０を設置して流量を増やすことが好適である。

また、給水栓１０２の開弁に必要なトルク量は２Ｎ・ｍ未満とする。給水栓１０２の開弁に必要なトルク量が２Ｎ・ｍ以上であると、給水栓駆動機構１０４のモーターの消費電力が大きく、バッテリー１０８や太陽電池１０６が大面積化し、給水栓駆動機構１０４の給水栓１０２上への装着が困難になってしまう、或いは自動給水栓１００のコストが高くなってしまうため、好ましくない。なお、給水栓１０２の開弁に必要なトルク量に対し、モーターの出力が低くてもギア等で調整することはできるが、長時間の駆動によりモーターの消費電力は多くなる。従って、モーターの出力が高すぎても、消費電力は大きくなってしまう。
また、給水栓１０２が接続される給水管路は閉水路（所謂、パイプライン）とする。給水管路は閉水路に限定されず、開水路でもよいが、閉水路とすることで水温が安定し、漏水・蒸発を防止することができる。

以上の条件の下、給水栓駆動機構１０４による１日の給水栓１０２の開閉動作に必要な電気量は、２００ｍＡｈ以下である。太陽電池１０６にて発電した電気エネルギーを蓄えるバッテリー１０８は蓄電池とし、この蓄電池の電気量は５Ａｈ未満とした。バッテリー１０８の電気量が５Ａｈ以上になると、バッテリー１０８や太陽電池１０６が大面積化し、給水栓駆動機構１０４の給水栓１０２上への装着が困難になってしまう、或いは自動給水栓１００のコストが高くなってしまうため、好ましくない。

以上の設定において、バッテリーの設計値をはじめとする給水栓駆動機構１０４の設計について検討を行った。
太陽電池１０６の設計条件については、ソーター供給は１００ｍＡ電流回路を用いて１００ｍＡ以上とした。太陽電池１０６からの電気エネルギーはバッテリー端子電圧で６．９Ｖ検出し、この電圧以上で消費（即ち、トランジスタの熱消費）するものとした。給水栓１０２の開閉動作間の待機時における回路電流は４ｍＡとし、モーター駆動時における回路電流は最大７２０ｍＡとした。モーターは１日に２回、５４秒間でフル回転させた。モーターのトルクは前述の条件をふまえて２Ｎ・ｍとし、ギア比は１／７００とした。

上述の条件・設計による自動給水栓１００では、１日に必要な電気量Ｉは、Ｉ_１＝７２０ｍＡ×０．０１５ｈ＋４ｍＡ×２４ｈ＝１１０ｍＡｈとなる。太陽電池１０６の取り付け角度は、一般的に推奨されている３０°とする。ここで、安全係数は０．６とし、平均日射量を１日３時間とすると、太陽電池１０６の動作電流として必要な電流は、Ｉ_２＝１１０ｍＡ／（０．６×３）＝６２ｍＡとなる。従って、太陽電池１０６として、例えば市販のアモルファスＳｉ太陽電池ＡＭ−７Ｅ０４（販売元：パナソニックエコソリューションズアモルトン株式会社）を用いたとしても、この太陽電池の動作特性とされている７．７Ｖ−１０４．０ｍＡに対して余裕をもって動作させることができる。仮に、太陽電池１０６の取り付け角度を０°（即ち、水平配置とする）としても、太陽電池１０６の動作電流は、受光面を覆う強化ガラスの透過率も考慮すると、１１５ｍＡ×０，８８４×０．９１＝９２．５ｍＡとなり、前述の太陽電池１０６の動作電流として必要な電流６２ｍＡに対して約４０％以上の余裕が生じる。
同様に、太陽電池１０６の取り付け角度及び受光面の方位角を以下の表１に示すように設定しても、取り付け角度３０°及び方位角０°（真南）の発電量を１００％とすると、太陽電池１０６による発電量は表1に示すように得られ、太陽電池１０６の動作に対して充分な余裕をもつことがわかる。

また、バッテリー１０８の設計について、検討を行った。バッテリー１０８の１日に必要な電気量は、前述のように１１０ｍＡｈとし、安全係数を０．７５とした。また、蓄電池の放電深度Ｃ_Ｄは０．５から０．７とした。無日照補償（所謂、連続雨天日に対する補償）Ｄは４日間から１０日間とした。以上の条件では、必要とされる蓄電池容量Ｃは以下に示すように算出される。

上述の計算式より、最低約３Ａｈ（アンペア時）以上の容量の蓄電池容量Ｃがあればよいことが分かる。さらに、蓄電池容量Ｃが４．５Ａｈであれば、給水栓駆動機構１０４を想定される無日照期間以上、駆動させることができ、好ましい。また、バッテリーコストや、満充電可能にできる太陽電池パネルの容量や面積の増大を抑える観点から、蓄電池容量Ｃは１０Ａｈ以下であることが好ましい。

以上説明した試験例からもわかるように、本発明を適用した自動給水栓１００によれば、給水栓１０２の開閉に必要なトルクを低減し、止水及び通水のために角柱部１２０の回転駆動に必要な電力消費量を抑えることができる。

１００，１３０，１４０…自動給水栓
１０２…給水栓
１０４…給水栓駆動機構
１０６…太陽電池
１０８…バッテリー
１１０…弁体
１１２…シール材
１１８…スピンドル（弁軸）
１２０…角柱部（弁軸）

Claims

シール材と該シール材に対して上流側から押圧可能に設けられた弁体とを有する給水栓と、
前記給水栓の下流側の端面に接続され、前記給水栓の弁体の開閉動作を駆動する給水栓駆動機構と、
前記給水栓駆動機構を駆動させるための電気エネルギーを発電する太陽電池と、
前記電気エネルギーを蓄えるバッテリーと、
を備え、
前記給水栓駆動機構には、回転駆動により前記弁体に対して近接離間する方向に進退移動する弁軸が設けられ、
止水時には水圧により前記弁体が前記シール材に上流側から押圧され、
通水時には前記弁軸を上流側へ移動させることにより該弁軸の上流側先端が前記弁体に対して下流側から押圧して前記弁体が前記シール材から離間する自動給水栓。
前記弁体が水よりも比重が軽い材料、中空構造、発泡体の何れかによって水に浮くフロート弁である請求項１に記載の自動給水栓。
前記弁体が可動可能なスイング弁である請求項１に記載の自動給水栓。