JP3426416B2 - 負圧差灌水システム - Google Patents

負圧差灌水システム

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、負圧差灌水システムに
関する。 【0002】 【従来の技術】水を効率的に利用するための、節水灌漑
法の一つとして、負圧差灌水法がある。この方法は、1
934年、ビー・イー・リビングストン(B.E.Li
vingston)によって初めて紹介され、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土壌の負圧と管
内負圧との差によって、灌水を行うものである。 【0003】この方法は、節水灌漑法としては、確かに
優れた方法ではあるが、実際に応用しようとした場合、
多孔質管内及び配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。 【0004】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5−12
3065号公報の様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。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記方法は、気泡の除
去という点では極めて良い方法で水分の授受もスムーズ
に行なわれる。しかしながら、実際に大規模に応用した
場合、循環系内の負圧値が、場所によって変動し、その
ため給水量が異って、その結果、栽培作物の成長に差が
出るという、新たな問題点が起こりうる。すなわち、水
を循環する際、管内において配管抵抗が生じ、これによ
り、給水側にある多孔質管と、排出側にある多孔質管と
では、負圧の絶対値にかなりの差を生ずるためにこの現
象が起ることがある。 【0006】これは、実際に農地でこのシステムを大規
模に実施しようとして、多孔質管を20〜30mも直列
に連結した場合などに、顕著に現われる。発明者等は、
この問題を解決すべく、種々検討を重ねた結果、水を循
環させる目的は気泡の除去であるが、常時循環させなく
ても意外にも間欠的に循環させることにより、その目的
が充分達成できることを見い出し本発明に到達した。 【0007】 【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、多孔質管と連結管とより構成される送水管を土壌中
埋設し、この送水管を貯水部からの水で飽和させ、多
孔質管に接する土壌の負圧と多孔質管内の負圧の差異に
より、多孔質管内の水を土壌中に浸出させるか又は土壌
水を多孔質管内に取り込むようにされてなる負圧差灌水
システムにおいて、水を間欠的に上記送水管と上記貯水
部との間で強制的に流動させ、送水管内の遊離空気を除
去する遊離空気除去手段を備えてなることを特徴とする
負圧差灌水システムにある。 【0008】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
願発明においては、土壌中に多孔質管が埋設される。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
本発明の負圧差灌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。 【0009】本発明において、上記土壌中には、多孔質
管が埋設される。埋設する深さは特に制約は無く、通常
土壌表面から5〜50cm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易く、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。多
孔質管の材料は一般には陶磁器、コンクリート、多孔質
ガラスが好ましいが、金属焼結体、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ゴム等のプラスチックスを原料とした多孔
質成型体、更に、フィルター材料として利用できる素材
を筒状に成型した物などが利用できる。水蒸気や水を通
過させる関係から親水性の材料又は親水化処理した素材
が好ましい。これらの多孔質材料は孔径0.01〜20
0μm程度の範囲の孔を有することが望ましく、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
となりやすい。特に望ましい孔径は0.1〜50μm程
度の範囲で、孔径分布が狭いものが特に好適である。特
に石英質の多い陶土を成型し、焼成して得られる孔径が
10μm前後の筒が好ましい。 【0010】これら多孔質材料は、通常筒状に成型して
多孔質管として利用される。その内径、肉厚、長さは特
に制約は無いが、小さ過ぎると水が流れる際に抵抗が大
きく、大き過ぎると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。通常
は、内径は3〜100mm程度、好ましくは5〜50mm
範囲とし、肉厚は1〜30mm程度、好ましくは3〜15
mmの範囲とする。長さは特に制限は無いが、材質に応じ
てセラミックスなど可撓性に乏しく、たわみ応力で破損
し易いものの場合には短めに、プラスチック材料のよう
に可撓性に富むものは長くして接続箇所を少なくするこ
ともできる。送水管は複数の上記多孔質管と複数の連結
管とによって構成する。連結管としては、ポリ塩化ビニ
ル、ポリエチレンなどの樹脂製管(チューブ)や、金属
管が挙げられる。多孔質管と連結管とを接続する際には
配管接続具が使用されるが、配管接続具は樹脂製、金属
製のいずれであってもよい。土壌中に埋設されない送水
管は、連結管のみによって構成する。 【0011】接続に際しては、内部が滑らかなチューブ
等を使用し、さらに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い。多孔質管
の配列は、複数の多孔質管を一列、又は複数列を並列に
する、のが一般的である。本発明においては、この多孔
質管に水を供給させる貯水部が設けられるが、水は植物
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を溶解させておくことができ
る。 【0012】なお、貯水部への水の供給は、たとえば貯
水部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。また、後述するように、多孔質管の下流に設け
られた受水部より水を循環させて貯水部に供給すること
もできる。また、貯水部と受水部を兼用することもでき
る(たとえば図3)。この貯水部より水を導通させるこ
とにより、多孔質管及び配管材料と貯水部の間の水の流
路には水が飽和し、開閉弁(たとえば図1の4)を閉じ
ると開閉弁〜受水槽(たとえば図1の7)間において水
は静止状態となり、管内の圧力は負圧となる。 【0013】負圧の設定には、一般には、例えば多孔質
管を敷設した面よりも低い位置、通常10cm〜3mに
貯水槽を設け、サイホンによる水の流通を調節し、管の
出口の方では、開放端先端の高さを調整し管内に発生す
る負圧・水の流量を調節する方法、多孔質管を敷設した
面よりも高い位置に貯水槽を設ける場合には、調節弁を
つけて水の流通を調節して負圧となるようにする方法等
が採用される。 【0014】本発明においては、このような構成とする
ことにより、該多孔質管に接する土壌の負圧と多孔質管
内の負圧の差異により、該多孔質管内の水を土壌中に毛
管浸出させるか、又は土壌中の水を多孔質管内に取り込
むことができる。本発明は、このような負圧差灌水シス
テムにおいて、水を上記送水管と上記貯水部との間で間
欠的に強制的に流動させ、送水管内の遊離空気を除去す
る遊離空気除去手段を備えてなる。このような遊離空気
の除去手段としては、送水管内の水をポンプ等を用いて
強制的に流動させる方式、貯水槽を送水管より上側に配
置し、弁開閉タイマーで電動開閉弁を開閉して高低差に
よって水を強制的に流動させる方式、などが挙げられ
る。 【0015】このような除去手段を間欠的に作動させる
ためには、たとえば (i)タイマーを使用して、気体の遊離により負圧差灌
水システムに支障が生じる時間を設定しておき、定期的
に、自動的に作動するようにする。 (ii)気体検知センサーを用いて気体を検知し、時間差
を設けて気体量が一定量に達したときに駆動するように
する。 (iii)レベルセンサーを用いて、遊離気体の上限、下限
を設定し上限に達したときに駆動するようにする。 等のコントロール装置を用いる方式を採用することがで
きるが、簡便さの点で(i)の方式が好適である。 【0016】図1、2及び3は、本発明の負圧差灌水シ
ステムの一実施態様を示すものである。図1において、
1は植物栽培用の土壌であり、この土壌1中には、複数
の多孔質管2が埋設されている。この多孔質管2は送水
管3により貯水槽6(多孔質管2より高い位置に設けら
れている)に導通しており、貯水槽6と多孔質管2の間
の送水管3には電動開閉弁4が設けられている。 【0017】この電動開閉弁4を開くと貯水槽6内の水
が多孔質管内に流通し、多孔質管2内は通常正圧となる
が、電動開閉弁4を閉じると、多孔質管2内には水が負
圧下で飽和された状態となる(hp:設定負圧)。この
場合、土壌中に毛管浸出された水の補給は、後述する受
水槽7よりサイフォンによりおこなわれる。7は受水槽
であり、多孔質管2を導通した水を受ける役目をもつ
(この受水槽7内の水位により多孔質管内の負圧が設定
される。)。 【0018】受水槽7には、オーバーフロー管8が設け
られており、中間受水槽9を経由して送水ポンプ10に
より、戻り管11を通って貯水槽6に水を供給しうるよ
うに構成されている。12は貯水槽6に水を補給しうる
補給水管である。前記の電動開閉弁4には、弁開閉タイ
マーが設けられており、一定の間隔で間欠的に(たとえ
ば1日に1〜24回程度)、30秒〜10分間程度、電
動開閉弁4を開として、水を流動させて遊離空気を除去
しうるように構成されている。 【0019】間欠の程度は、設定負圧の大きさ、多孔質
管の形状、連結する長さ、循環する水の流量、地温の変
化等を考慮して適宜設定することができる。次に、図2
においては、貯水槽6は多孔質管2より低い位置に設け
られており貯水槽6よりの水の供給は送水ポンプ13に
より行うように構成されている。また、弁開閉タイマー
5は、電動開閉弁4を開くとともに送水ポンプ13の作
動も行うように設定されており、図1と同様の、負圧差
灌水システムを構成する。また、図3は、本発明の負圧
差灌水システムの一実施態様例を示すイメージ図であ
り、14は水中ポンプ(間欠運転を示す)。 【0020】 【発明の効果】本発明によれば安定的に、長期間実施し
うる負圧差灌水システムを提供しうる。すなわち、水を
循環していない時間帯は、水の流れがほとんどなく配管
抵抗もほぼゼロであるため、多孔質管が同一レベルの高
さにある限りどの位置にある多孔質管の負圧値も同一と
なり給水量も一定となって均等な作物の育成が可能であ
る。 【0021】又、遊離空気除去手段による水の循環時に
は、一時的に管内が正圧となり、過剰な水が土壌中へ供
給されることがあるが、遊離空気除去手段の作動終了と
ともに徐々に負圧状態にもどり、過供給の水も土壌から
速やかに排出されるので、作物の成育に差が生じるよう
な問題がない。さらに、遊離空気除去手段の間欠的な稼
動は、稼動エネルギーの節減、遊離空気除去手段の耐用
年数の延長の観点からも、極めて有利である。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の負圧差灌水システムの一実施態様を示
す図である。 【図2】本発明の負圧差灌水システムの一実施態様を示
す図である。 【図3】本発明の負圧差灌水システムの一実施態様を示
す図である。 【符号の説明】 1 土壌 2 多孔質管 3 送水管 4 電動開閉弁 5 弁開閉タイマー 6 貯水槽 7 受水槽 10、13 送水ポンプ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−84117(JP,A) 特開 平5−123065(JP,A) 特開 昭54−60137(JP,A) 特開 平8−23800(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A01G 25/06 A01G 27/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 多孔質管と連結管とより構成される送水
    管を土壌中に埋設し、この送水管を貯水部からの水で飽
    和させ、多孔質管に接する土壌の負圧と多孔質管内の負
    圧の差異により、多孔質管内の水を土壌中に浸出させる
    か又は土壌水を多孔質管内に取り込むようにされてなる
    負圧差灌水システムにおいて、水を間欠的に上記送水管
    と上記貯水部との間で強制的に流動させ、送水管内の遊
    離空気を除去する遊離空気除去手段を備えてなることを
    特徴とする負圧差灌水システム。
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