JP3662108B2 - 太陽電池駆動自動潅水装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は潅水装置に係り、特に人工地盤の緑地のように、潅水を多く必要とする用途に好適な太陽電池駆動の省エネルギ型の自動潅水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池で駆動する潅水用ポンプは、日々の日射量の変化に伴う発電量の変動を吸収し、安定した運転を確保するために、太陽電池アレイで発生した電力を、一旦、充電回路で蓄電池に充電し、その蓄電池電源からタイマなどの制御回路を用いて潅水用のモータポンプを動かすことで、運転制御されるのが一般的である。しかしながら、蓄電池を組み込んだ太陽電池の運転制御回路の場合、蓄電池及び充電回路を設けるコスト増と、蓄電池の定期的な維持管理や寿命からくる交換が必要不可欠であり、メンテナンスが面倒になるという問題があった。
【０００３】
また、蓄電池及びこれに関連した制御回路なしで、簡便に太陽電池駆動自動潅水装置の運転を制御する方式として、太陽電池と潅水を行うモータポンプとを直結する方式が提案されている。これは、一定時間のみ太陽電池アレイの受光面を太陽光にあてて発電させ、他の時間は影によって発電を停止させるような形状をしたフードを使って、潅水用のモータポンプを運転する自動潅水装置である。蓄電池を持たないこの種の直結型の自動潅水装置では、上述の蓄電池によるコスト増及びメンテナンスの問題がなくなるが、フードの影の移動速度が地球の自転速度で決まってしまうため、モータポンプの運転時間の制御が困難で、分単位の細かな潅水制御を要求される場合は不向きであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、日々の気象変化に追随して、日射強度が十分な晴れた時間帯に、設定した時間の自動潅水が確実に行われ、且つ維持管理も簡単な太陽電池駆動自動潅水装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池駆動自動灌水装置は、太陽電池アレイと、該太陽電池アレイの出力により駆動されるモータポンプとをケーブルで接続する途中に、該モータポンプの運転を制御する制御回路を設け、該制御回路は、前記太陽電池アレイ側の電圧が許容の範囲内で変化しても、定電圧を出力側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に接続され、十分な日射量の検出により前記出力が所定値に達するとカウントを開始する第１のタイマと、該第１のタイマのカウントアップにより所要の灌水時間のカウントを開始する第２のタイマと、前記第１のタイマのカウントアップと前記第２のタイマのカウント開始により前記太陽電池アレイの出力を前記モータポンプに供給するスイッチを閉じるリレー回路とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記本発明によれば、蓄電池を備えないで太陽電池と潅水を行うモータポンプとを直結した太陽電池自動潅水装置において、太陽電池とモータポンプとの間に制御回路を挿入することにより、日射強度等の気象条件に対応させて、例えば分単位の潅水時間の設定等の、きめの細かな潅水制御が行える。これにより、蓄電池及びこれに関連した制御回路を用いないことにより、製造コストの低減とメンテナンスの容易性を維持しつつ、且つ蓄電池及びこれに関連した制御回路を用いたのと同様な、きめの細かな自動潅水制御を行うことができる。
【０００７】
また、前記制御回路は、入力側の電圧が許容の範囲内で変化しても、定電圧を出力側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含むことを特徴とする。これにより、前記制御回路に所要の定電圧が供給され、その制御動作を安定に行うことができる。
【０００８】
また、前記制御回路は、十分な日射量の検出を行う第１のタイマ回路と、所要の潅水時間を設定する第２のタイマ回路と、前記第１のタイマ回路の出力から前記モータポンプを連続的に駆動するのに十分な日射量に達すると、前記第２のタイマ回路で設定した時間のモータポンプへの電源の供給を行うことで潅水を行うリレー回路とを備えたことを特徴とする。これにより、日射の状況に対応させて、タイミング良く、予め設定した時間の潅水を行うことができる。
【０００９】
また、受水槽を備え、該受水槽の取り出し位置から前記モータポンプ吸い込みノズルに対して常に水が流れ込む状態になるように吸込側配管を配置し、前記モータポンプの吐出しノズルに接続した吐出配管を、一旦、前記受水槽の最高水位より高く立ち上げ、その上端に自動空気抜き弁を配置したことを特徴とする。これにより、自動空気抜き弁は、サイホンブレーカの役割を果たし、ポンプが停止している時に、受水槽の水がサイホン作用によって緑地に供給されるのを防止することができる。又、受水槽の液面がモータポンプ以上のレベルになると、落差によりポンプ内に水を導き入れる機能を果たすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態の自動潅水装置の概要を示す。
太陽電池アレイ１と制御回路を内蔵した制御盤２６をケーブル２で接続し、制御盤２６と直流ブラシレスモータポンプ３をケーブル１５で接続する。直流ブラシレスモータポンプ３は、横型で、受水槽１８の横のポンプ室２５に設置され、受水槽１８の水位Ｗに対して常に流し込みの状態で運転される。受水槽１８にはボールタップ２２が設けてあり、ポンプ運転中は給水弁２３を介して必要水量を補給し、ポンプ停止中は、受水槽１８への給水を停止する。
【００１２】
ポンプ吐出配管２７は、受水槽１８の最高水位よりも立ち上げ、その上端に自動空気抜き弁２１を取付け、潅水を行う散水ホース２８に接続してある。従って、直流ブラシレスモータポンプ３が運転されると、その吐出水が散水ホース２８から緑地へ散水される。直流ブラシレスモータポンプ３が停止すると、自動空気抜き弁２１によってサイフォン作用が形成されなくなるので、受水槽１８の水が散水ホース２８に漏れ出ることはない。
【００１３】
受水槽１８への給水が直流ブラシレスモータポンプ３の運転中に断水しても、ポンプ吸い込みノズル２０が受水槽取り出し口１９よりも低くなっている。このため、受水槽１８の水位Ｗが受水槽取り出し口１９以下まで低下すると、空気を吸い込んで直流ブラシレスモータポンプ３は揚水不能にはなるが、ポンプ３の内部に水を保有できるので破損するまでに至ることはない。
【００１４】
ここで、自動運転のための制御盤２６内の制御回路は次のような構成になっている。太陽電池アレイ１からケーブル２で制御盤２６にそのＤＣ出力が導入され、制御回路の電源を入・切する制御電源スイッチ５を経由し、入力側の電圧が許容の範囲内で変化しても定電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力側に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側には、時限動作出力（ａ接点）２個を持った待機時間をカウントするタイマ８、タイマ８の時限動作出力（ａ接点）と直列に接続した保持時間をカウントする時限動作出力（ｂ接点）１個を持ったタイマ１１、タイマ８の時限動作出力（ａ接点）及びタイマ１１の時限動作出力（ｂ接点）と直列に接続した前記直流ブラシレスモータポンプ運転指令用の出力（ａ接点）１４を持ったリレー１３が並列に接続されている。
【００１５】
また、太陽電池アレイ１と前記直流ブラシレスモータポンプ３をケーブル２，１５で接続する途中に、運転・停止・自動を選択できるポンプ運転切換スイッチ４を設け、運転を選択する配線は直接前記直流ブラシレスモータポンプ３に接続し、自動を選択する配線は前記ポンプ運転指令用のリレー１３の出力（ａ接点）１４を経由して前記直流ブラシレスモータポンプ３に接続する。
【００１６】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力が所定値に達すると、十分な日射量を検出するタイマ８がカウントを開始する。しかしながら、このカウントの間に太陽電池の出力レベルが十分でなく、所定値以下になると、そこでタイマ８がリセットされる。即ち、タイマ８のカウントアップは十分な日射量がタイマカウント所定時間得られたことを検出したことを意味している。このタイマ８のカウントアップにより潅水時間を設定したタイマ１１がカウントを開始すると共に、リレー１３がスイッチ１４を閉じて、太陽電池アレイ１の出力を直流ブラシレスモータポンプ３に供給する。これによりモータポンプ３は運転を開始し、潅水が行われる。タイマ１１は、潅水時間を設定したタイマであるので、このカウントアップにより、スイッチ１４が開かれ、モータポンプ３への電源の供給が停止し、潅水が終了する。
【００１７】
図２は、第１実施例の制御盤内の制御回路を示す図である。
第１実施例は、直流ブラシレスモータポンプ３と制御回路を同一太陽電池アレイの出力で動作させるものである。この太陽電池アレイ１は、最大出力５４．５Ｗ、最大動作電圧１７．３Ｖ、開放電圧２１．６Ｖの能力を持ち、傾斜角４５度で南東に向けて設置してある。その出力は、ケーブル２で制御盤に引込まれ、２系統に分岐される。１つの系統は、直流ブラシレスモータポンプ（消費電力３６Ｗ、定格電圧２０Ｖ）３と接続する途中に、運転・停止・自動を選択できるポンプ運転切換スイッチ４を設けている。運転を選択する配線４ａは、直接前記直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続され、自動を選択する配線１４ｂはポンプ運転指令用のリレー１３の出力（ａ接点）１４及び配線１４ｂを経由して直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続される。
【００１８】
太陽電池アレイ１の出力から分岐されたもう１つの系統は、制御電源入切スイッチ５、ヒューズ６を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ（入力１８〜３６Ｖ，出力１２Ｖ，無負荷時消費電力０．７Ｗ）７の入力側に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側には、定格電圧１２Ｖの直流電源で動作するタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）８、タイマ８の時限出力（ａ接点）９と直列にタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）１１、タイマ８の時限出力（ａ接点）１０及びタイマ１１の時限出力（ｂ接点）１２と直列にリレー（動作表示灯内蔵及びダイオード内蔵、消費電力１Ｗ）１３が並列に接続されている。
【００１９】
次に、第１実施例の制御回路と直流ブラシレスモータポンプ３を同一太陽電池アレイにケーブルで接続する場合の動作について説明する。
まず、制御回路電源の入・切スイッチ５を入側に、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を自動側にしておく。
夜明けとともに、太陽電池アレイ１が発電を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側の電圧が徐々に上がってきて、タイマ８(84T)の作動許容電圧（定格電圧の８５％）まで上昇すると、タイマ８(84T)がカウントを開始する。タイマ８(84T)がタイムアップすると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が閉じて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)に電源が印加され、タイマ１１(T1)はタイムカウントを開始するとともに、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が閉じて直流ブラシレスモータポンプ３に電源が投入される。
【００２０】
この時、太陽電池アレイ１の発生する電力が十分でないと、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入時の電圧降下により、制御回路電圧がタイマ８(84T)の許容動作電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ることが発生する。ちなみに、直流ブラシレスモータポンプ３と制御盤２６内の制御回路の消費電力の比は１０対１程度であり、制御回路の消費電力は直流ブラシレスモータポンプ３の消費電力に対して無視できる程度に小さい。又、直流ブラシレスモータポンプ３は定格電圧の２５％以上で運転可能である。又、リレー１３(X1)の許容動作電圧はタイマ８(84T)及びタイマ１１(T1)より低く、定格電圧の７５％で作動する。よって、制御回路電圧がタイマ８(84T)の許容動作電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が開いて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除される。これにより、タイマ８(84T)は初期状態に戻り、再び、タイムカウントを開始することになる。
【００２１】
例えば、タイマ８(84T)のタイマ設定時間を１５分に設定すると、夜明けとともに、１５分ごとに直流ブラシレスモータポンプ３の起動を試みることになる。太陽の高度が時間とともに上昇すると、太陽電池アレイ１の発生する電力も急激に上昇してくる。太陽電池アレイ１の発生する電力が、直流ブラシレスモータポンプ３を起動するに十分な迄に大きくなると、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入時の電圧降下も少なくなり、制御電圧がタイマ８(84T)の動作許容電圧以上に保たれ、直流ブラシレスモータポンプ３は正常に起動し、タイマ１１(T1)がタイムアップするまで直流ブラシレスモータポンプ３は運転を続ける。タイマ１１(T1)がタイムアップすると、タイマ１１(T1)の出力（ｂ接点）１２が開いてリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除されることで、直流ブラシレスモータポンプ３が運転を停止する。
【００２２】
例えば、太陽電池アレイを傾斜角度４５度で南東に向けて設置したとすれば、午前８時から９時頃には、太陽電池アレイ１の発生する電力が最も大きくなり、この時間帯に潅水がなされることになる。もし、直流ブラシレスモータポンプ３が運転中に雲が発生し、太陽を覆い太陽電池アレイの発生する電力が減って、制御回路の電圧がタイマ８(84T)の許容作動電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が開いて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除されることで、直流ブラシレスモータポンプ３が運転を停止する。
【００２３】
タイマ８(84T)は初期状態に戻り、再び、タイムカウントを開始し、タイマ設定時間後に直流ブラシレスモータポンプ３の起動を試みることになり、タイマ１１(T1)の設定時間の運転が連続して確保されるまで、上記のような直流ブラシレスモータポンプ３の起動・停止が繰り返されることになる。よって、日々の気象変化に追随して、日射強度が十分な晴れた時間帯に、あらかじめ設定した時間の自動潅水が確実に行なわれる。
【００２４】
一度、タイマ１１(T1)の設定時間の運転が連続して確保され、タイマ１１(T1)がタイムアップすると、太陽電池アレイ１の発生する電力に対して、制御盤２６内の制御回路の消費する電力は非常に小さいため、日の入りまで途中で曇っても制御回路の電圧がタイマ８(84T)の許容作動電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ることはなく、直流ブラシレスモータポンプ３が再度起動されることはない。
【００２５】
日中、手動で潅水を行なう場合は、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を運転側にすると、太陽電池アレイの出力に応じた運転点で直流ブラシレスモータポンプ３が運転する。潅水を停止する時は、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を切にする。
タイマの時間設定を変える場合は、一旦、制御回路電源の入・切スイッチ５を切側にして、電源を断にしてから行う。タイマ設定が終了したら、制御回路電源の入・切スイッチ５を入側にしておく。
日没で太陽電池アレイ１の発生する電力が減少し、制御回路の電圧がタイマ８(84T)の許容作動電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）が開いてタイマ１１(T1)への電源印加が解除され、タイマ８(84T)も初期状態に戻る。
【００２６】
図３は、第２実施例の制御盤内の制御回路を示す。
第２実施例は、直流ブラシレスモータポンプ３と制御回路とをそれぞれ独立した太陽電池アレイで動作させるものである。太陽電池アレイ１は、上述と同様に最大出力５４．５Ｗ、最大動作電圧１７．３Ｖ、開放電圧２１．６Ｖの能力を持ち、傾斜角４５度で南東に向けて設置してある。ケーブル２で制御盤に引込まれ、直流ブラシレスモータポンプ（消費電力３６Ｗ，定格電圧２０Ｖ）３と接続する途中に、運転・停止・自動を選択できるポンプ運転切換スイッチ４を設け、運転を選択する配線４ａは直接前記直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続し、自動を選択する配線４ｂはポンプ運転指令用のリレー１３の出力（ａ接点）１４及び配線１４ｂを経由して直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続する。
【００２７】
制御用の太陽電池アレイ１６は、傾斜角４５度で南に向けて設置してある。ケーブル１７で制御盤に引込まれ、制御電源入切スイッチ５、ヒューズ６を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ（入力１８〜３６Ｖ、出力１２Ｖ、無負荷時消費電力０．７Ｗ）７の入力側に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側には、定格電圧１２Ｖの直流電源で動作するタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）８と、タイマ８の時限出力（ａ接点）９と直列にタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）１１と、タイマ８の時限出力（ａ接点）１０及びタイマ１１の時限出力（ｂ接点）１２と直列にリレー（動作表示灯内蔵及びダイオード内蔵、消費電力１Ｗ）１３とが並列に接続されている。
【００２８】
次に、第２実施例の直流ブラシレスモータポンプ３と制御回路とをそれぞれ独立した太陽電池アレイ１，１６にケーブル２，１７で接続する場合の動作について説明する。
制御回路電源の入・切スイッチ５を入側に、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を自動側にしておく。夜明けとともに、太陽電池アレイ１，１６が発電を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側の電圧が徐々に上がってきて、タイマ８(84T)の作動許容電圧（定格電圧の８５％）まで上昇すると、タイマ８(84T)がカウントを開始する。タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が閉じて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)に電源が印加され、タイマ１１(T1)はタイムカウントを開始し、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が閉じて直流ブラシレスモータポンプ３に電源が投入され、直流ブラシレスモータポンプ３が起動する。タイマ１１(T1)がタイムアップする迄、直流ブラシレスモータポンプ３は運転を続ける。
【００２９】
タイマ１１(T1)がタイムアップすると、タイマ１１(T1)の出力（ｂ接点）１２が開いてリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除されることで、直流ブラシレスモータポンプ３が運転を停止する。制御電源用の太陽電池アレイ１６の容量を、曇りの状態での日射強度でも制御電圧が定格電圧を維持できるような大きさにしておけば、タイマ８(84T)に設定された時間で直流ブラシレスモータポンプ３が運転を開始し、タイマ１１(T1)の設定された時間だけ運転を継続して停止することが確実に実行される。これにより、特に、長時間の潅水が必要な場合、運転途中で天候が小刻み変化して、時々曇ったりしても、運転指令は維持されるので好都合である。
【００３０】
直流ブラシレスモータポンプ３は、直流ブラシレスモータポンプ用太陽電池アレイ１の出力に応じた運転点で運転されるので、薄曇りの時には、ポンプの吐出量は少なくなるが潅水は行われることになる。よって、その日の設定された潅水時間帯の日射量に応じた自動潅水が行えることになる。例えば、太陽電池アレイ１を傾斜角度４５度で南東に向けて設置したとすれば、午前８時から９時ごろに太陽電池アレイの発電量が最も大きくなるので、この時間帯に潅水がなされるようにタイマ８(84T)の設定時間を１時間３０分から２時間にするとよい。
【００３１】
このように、太陽電池アレイを、モータポンプ３への動力供給用と制御回路用とに分けて設けることにより、それぞれを最適な向きに配置することができる。これにより、それぞれの太陽電池アレイの能力を最適に発揮させることが可能となる。例えば、上述のように潅水を朝９〜１０時頃行うためには、太陽電池１の向きを東南に向け、その時間帯の出力を最大とすることができる。これに対して、制御用の太陽電池１６の向きを南にすることで、一日の日射量に対応した検出出力が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は直流ブラシレスモータポンプと太陽電池アレイをケーブルで接続する途中に、ＤＣ／ＤＣコンバータ、時限出力接点付きタイマ、出力接点付きリレー等からなる制御回路を設けたものである。これにより、日々の気象変化に追随して、日射強度が十分な晴れた時間帯に、設定した時間の自動潅水を確実に行うことができる。係る制御回路によれば、蓄電池や充電回路を必要としないので、その製造コストも低減し、また維持管理も簡単になる。従って、省エネルギで必要な時間に必要な潅水が確実に行えることにより、人工土壌の植物の成長を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の自動潅水装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施例の制御盤内の制御回路を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の制御盤内の制御回路を示す図である。
【図４】切換スイッチの正面形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池アレイ
２ ケーブル
３ 直流ブラシレスモータポンプ
４ ポンプ運転切換スイッチ
５ 制御電源入切スイッチ
６ ヒューズ
７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
８ 時限出力接点付きタイマ
９ タイマ８の時限出力（ａ接点）
１０ タイマ８の時限出力（ａ接点）
１１ 時限出力接点付きタイマ
１２ タイマ１１の時限出力（ｂ接点）
１３ 出力接点付きリレー
１４ リレー１３の出力（ａ接点）
１５ ケーブル
１６ 太陽電池アレイ
１７ ケーブル
１８ 受水槽
１９ 受水槽取り出し口
２０ ポンプ吸込みノズル
２１ 自動空気抜き弁
２２ ボールタップ
２３ 給水弁
２４ オーバーフロー
２５ ポンプ室
２６ 制御盤
２７ 吐出し配管
２８ 散水ホース
【発明の属する技術分野】
本発明は潅水装置に係り、特に人工地盤の緑地のように、潅水を多く必要とする用途に好適な太陽電池駆動の省エネルギ型の自動潅水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池で駆動する潅水用ポンプは、日々の日射量の変化に伴う発電量の変動を吸収し、安定した運転を確保するために、太陽電池アレイで発生した電力を、一旦、充電回路で蓄電池に充電し、その蓄電池電源からタイマなどの制御回路を用いて潅水用のモータポンプを動かすことで、運転制御されるのが一般的である。しかしながら、蓄電池を組み込んだ太陽電池の運転制御回路の場合、蓄電池及び充電回路を設けるコスト増と、蓄電池の定期的な維持管理や寿命からくる交換が必要不可欠であり、メンテナンスが面倒になるという問題があった。
【０００３】
また、蓄電池及びこれに関連した制御回路なしで、簡便に太陽電池駆動自動潅水装置の運転を制御する方式として、太陽電池と潅水を行うモータポンプとを直結する方式が提案されている。これは、一定時間のみ太陽電池アレイの受光面を太陽光にあてて発電させ、他の時間は影によって発電を停止させるような形状をしたフードを使って、潅水用のモータポンプを運転する自動潅水装置である。蓄電池を持たないこの種の直結型の自動潅水装置では、上述の蓄電池によるコスト増及びメンテナンスの問題がなくなるが、フードの影の移動速度が地球の自転速度で決まってしまうため、モータポンプの運転時間の制御が困難で、分単位の細かな潅水制御を要求される場合は不向きであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、日々の気象変化に追随して、日射強度が十分な晴れた時間帯に、設定した時間の自動潅水が確実に行われ、且つ維持管理も簡単な太陽電池駆動自動潅水装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池駆動自動灌水装置は、太陽電池アレイと、該太陽電池アレイの出力により駆動されるモータポンプとをケーブルで接続する途中に、該モータポンプの運転を制御する制御回路を設け、該制御回路は、前記太陽電池アレイ側の電圧が許容の範囲内で変化しても、定電圧を出力側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に接続され、十分な日射量の検出により前記出力が所定値に達するとカウントを開始する第１のタイマと、該第１のタイマのカウントアップにより所要の灌水時間のカウントを開始する第２のタイマと、前記第１のタイマのカウントアップと前記第２のタイマのカウント開始により前記太陽電池アレイの出力を前記モータポンプに供給するスイッチを閉じるリレー回路とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記本発明によれば、蓄電池を備えないで太陽電池と潅水を行うモータポンプとを直結した太陽電池自動潅水装置において、太陽電池とモータポンプとの間に制御回路を挿入することにより、日射強度等の気象条件に対応させて、例えば分単位の潅水時間の設定等の、きめの細かな潅水制御が行える。これにより、蓄電池及びこれに関連した制御回路を用いないことにより、製造コストの低減とメンテナンスの容易性を維持しつつ、且つ蓄電池及びこれに関連した制御回路を用いたのと同様な、きめの細かな自動潅水制御を行うことができる。
【０００７】
また、前記制御回路は、入力側の電圧が許容の範囲内で変化しても、定電圧を出力側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含むことを特徴とする。これにより、前記制御回路に所要の定電圧が供給され、その制御動作を安定に行うことができる。
【０００８】
また、前記制御回路は、十分な日射量の検出を行う第１のタイマ回路と、所要の潅水時間を設定する第２のタイマ回路と、前記第１のタイマ回路の出力から前記モータポンプを連続的に駆動するのに十分な日射量に達すると、前記第２のタイマ回路で設定した時間のモータポンプへの電源の供給を行うことで潅水を行うリレー回路とを備えたことを特徴とする。これにより、日射の状況に対応させて、タイミング良く、予め設定した時間の潅水を行うことができる。
【０００９】
また、受水槽を備え、該受水槽の取り出し位置から前記モータポンプ吸い込みノズルに対して常に水が流れ込む状態になるように吸込側配管を配置し、前記モータポンプの吐出しノズルに接続した吐出配管を、一旦、前記受水槽の最高水位より高く立ち上げ、その上端に自動空気抜き弁を配置したことを特徴とする。これにより、自動空気抜き弁は、サイホンブレーカの役割を果たし、ポンプが停止している時に、受水槽の水がサイホン作用によって緑地に供給されるのを防止することができる。又、受水槽の液面がモータポンプ以上のレベルになると、落差によりポンプ内に水を導き入れる機能を果たすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態の自動潅水装置の概要を示す。
太陽電池アレイ１と制御回路を内蔵した制御盤２６をケーブル２で接続し、制御盤２６と直流ブラシレスモータポンプ３をケーブル１５で接続する。直流ブラシレスモータポンプ３は、横型で、受水槽１８の横のポンプ室２５に設置され、受水槽１８の水位Ｗに対して常に流し込みの状態で運転される。受水槽１８にはボールタップ２２が設けてあり、ポンプ運転中は給水弁２３を介して必要水量を補給し、ポンプ停止中は、受水槽１８への給水を停止する。
【００１２】
ポンプ吐出配管２７は、受水槽１８の最高水位よりも立ち上げ、その上端に自動空気抜き弁２１を取付け、潅水を行う散水ホース２８に接続してある。従って、直流ブラシレスモータポンプ３が運転されると、その吐出水が散水ホース２８から緑地へ散水される。直流ブラシレスモータポンプ３が停止すると、自動空気抜き弁２１によってサイフォン作用が形成されなくなるので、受水槽１８の水が散水ホース２８に漏れ出ることはない。
【００１３】
受水槽１８への給水が直流ブラシレスモータポンプ３の運転中に断水しても、ポンプ吸い込みノズル２０が受水槽取り出し口１９よりも低くなっている。このため、受水槽１８の水位Ｗが受水槽取り出し口１９以下まで低下すると、空気を吸い込んで直流ブラシレスモータポンプ３は揚水不能にはなるが、ポンプ３の内部に水を保有できるので破損するまでに至ることはない。
【００１４】
ここで、自動運転のための制御盤２６内の制御回路は次のような構成になっている。太陽電池アレイ１からケーブル２で制御盤２６にそのＤＣ出力が導入され、制御回路の電源を入・切する制御電源スイッチ５を経由し、入力側の電圧が許容の範囲内で変化しても定電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力側に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側には、時限動作出力（ａ接点）２個を持った待機時間をカウントするタイマ８、タイマ８の時限動作出力（ａ接点）と直列に接続した保持時間をカウントする時限動作出力（ｂ接点）１個を持ったタイマ１１、タイマ８の時限動作出力（ａ接点）及びタイマ１１の時限動作出力（ｂ接点）と直列に接続した前記直流ブラシレスモータポンプ運転指令用の出力（ａ接点）１４を持ったリレー１３が並列に接続されている。
【００１５】
また、太陽電池アレイ１と前記直流ブラシレスモータポンプ３をケーブル２，１５で接続する途中に、運転・停止・自動を選択できるポンプ運転切換スイッチ４を設け、運転を選択する配線は直接前記直流ブラシレスモータポンプ３に接続し、自動を選択する配線は前記ポンプ運転指令用のリレー１３の出力（ａ接点）１４を経由して前記直流ブラシレスモータポンプ３に接続する。
【００１６】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力が所定値に達すると、十分な日射量を検出するタイマ８がカウントを開始する。しかしながら、このカウントの間に太陽電池の出力レベルが十分でなく、所定値以下になると、そこでタイマ８がリセットされる。即ち、タイマ８のカウントアップは十分な日射量がタイマカウント所定時間得られたことを検出したことを意味している。このタイマ８のカウントアップにより潅水時間を設定したタイマ１１がカウントを開始すると共に、リレー１３がスイッチ１４を閉じて、太陽電池アレイ１の出力を直流ブラシレスモータポンプ３に供給する。これによりモータポンプ３は運転を開始し、潅水が行われる。タイマ１１は、潅水時間を設定したタイマであるので、このカウントアップにより、スイッチ１４が開かれ、モータポンプ３への電源の供給が停止し、潅水が終了する。
【００１７】
図２は、第１実施例の制御盤内の制御回路を示す図である。
第１実施例は、直流ブラシレスモータポンプ３と制御回路を同一太陽電池アレイの出力で動作させるものである。この太陽電池アレイ１は、最大出力５４．５Ｗ、最大動作電圧１７．３Ｖ、開放電圧２１．６Ｖの能力を持ち、傾斜角４５度で南東に向けて設置してある。その出力は、ケーブル２で制御盤に引込まれ、２系統に分岐される。１つの系統は、直流ブラシレスモータポンプ（消費電力３６Ｗ、定格電圧２０Ｖ）３と接続する途中に、運転・停止・自動を選択できるポンプ運転切換スイッチ４を設けている。運転を選択する配線４ａは、直接前記直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続され、自動を選択する配線１４ｂはポンプ運転指令用のリレー１３の出力（ａ接点）１４及び配線１４ｂを経由して直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続される。
【００１８】
太陽電池アレイ１の出力から分岐されたもう１つの系統は、制御電源入切スイッチ５、ヒューズ６を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ（入力１８〜３６Ｖ，出力１２Ｖ，無負荷時消費電力０．７Ｗ）７の入力側に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側には、定格電圧１２Ｖの直流電源で動作するタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）８、タイマ８の時限出力（ａ接点）９と直列にタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）１１、タイマ８の時限出力（ａ接点）１０及びタイマ１１の時限出力（ｂ接点）１２と直列にリレー（動作表示灯内蔵及びダイオード内蔵、消費電力１Ｗ）１３が並列に接続されている。
【００１９】
次に、第１実施例の制御回路と直流ブラシレスモータポンプ３を同一太陽電池アレイにケーブルで接続する場合の動作について説明する。
まず、制御回路電源の入・切スイッチ５を入側に、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を自動側にしておく。
夜明けとともに、太陽電池アレイ１が発電を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側の電圧が徐々に上がってきて、タイマ８(84T)の作動許容電圧（定格電圧の８５％）まで上昇すると、タイマ８(84T)がカウントを開始する。タイマ８(84T)がタイムアップすると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が閉じて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)に電源が印加され、タイマ１１(T1)はタイムカウントを開始するとともに、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が閉じて直流ブラシレスモータポンプ３に電源が投入される。
【００２０】
この時、太陽電池アレイ１の発生する電力が十分でないと、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入時の電圧降下により、制御回路電圧がタイマ８(84T)の許容動作電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ることが発生する。ちなみに、直流ブラシレスモータポンプ３と制御盤２６内の制御回路の消費電力の比は１０対１程度であり、制御回路の消費電力は直流ブラシレスモータポンプ３の消費電力に対して無視できる程度に小さい。又、直流ブラシレスモータポンプ３は定格電圧の２５％以上で運転可能である。又、リレー１３(X1)の許容動作電圧はタイマ８(84T)及びタイマ１１(T1)より低く、定格電圧の７５％で作動する。よって、制御回路電圧がタイマ８(84T)の許容動作電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が開いて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除される。これにより、タイマ８(84T)は初期状態に戻り、再び、タイムカウントを開始することになる。
【００２１】
例えば、タイマ８(84T)のタイマ設定時間を１５分に設定すると、夜明けとともに、１５分ごとに直流ブラシレスモータポンプ３の起動を試みることになる。太陽の高度が時間とともに上昇すると、太陽電池アレイ１の発生する電力も急激に上昇してくる。太陽電池アレイ１の発生する電力が、直流ブラシレスモータポンプ３を起動するに十分な迄に大きくなると、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入時の電圧降下も少なくなり、制御電圧がタイマ８(84T)の動作許容電圧以上に保たれ、直流ブラシレスモータポンプ３は正常に起動し、タイマ１１(T1)がタイムアップするまで直流ブラシレスモータポンプ３は運転を続ける。タイマ１１(T1)がタイムアップすると、タイマ１１(T1)の出力（ｂ接点）１２が開いてリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除されることで、直流ブラシレスモータポンプ３が運転を停止する。
【００２２】
例えば、太陽電池アレイを傾斜角度４５度で南東に向けて設置したとすれば、午前８時から９時頃には、太陽電池アレイ１の発生する電力が最も大きくなり、この時間帯に潅水がなされることになる。もし、直流ブラシレスモータポンプ３が運転中に雲が発生し、太陽を覆い太陽電池アレイの発生する電力が減って、制御回路の電圧がタイマ８(84T)の許容作動電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が開いて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除されることで、直流ブラシレスモータポンプ３が運転を停止する。
【００２３】
タイマ８(84T)は初期状態に戻り、再び、タイムカウントを開始し、タイマ設定時間後に直流ブラシレスモータポンプ３の起動を試みることになり、タイマ１１(T1)の設定時間の運転が連続して確保されるまで、上記のような直流ブラシレスモータポンプ３の起動・停止が繰り返されることになる。よって、日々の気象変化に追随して、日射強度が十分な晴れた時間帯に、あらかじめ設定した時間の自動潅水が確実に行なわれる。
【００２４】
一度、タイマ１１(T1)の設定時間の運転が連続して確保され、タイマ１１(T1)がタイムアップすると、太陽電池アレイ１の発生する電力に対して、制御盤２６内の制御回路の消費する電力は非常に小さいため、日の入りまで途中で曇っても制御回路の電圧がタイマ８(84T)の許容作動電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ることはなく、直流ブラシレスモータポンプ３が再度起動されることはない。
【００２５】
日中、手動で潅水を行なう場合は、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を運転側にすると、太陽電池アレイの出力に応じた運転点で直流ブラシレスモータポンプ３が運転する。潅水を停止する時は、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を切にする。
タイマの時間設定を変える場合は、一旦、制御回路電源の入・切スイッチ５を切側にして、電源を断にしてから行う。タイマ設定が終了したら、制御回路電源の入・切スイッチ５を入側にしておく。
日没で太陽電池アレイ１の発生する電力が減少し、制御回路の電圧がタイマ８(84T)の許容作動電圧（定格電圧の８５％）よりも下回ると、タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）が開いてタイマ１１(T1)への電源印加が解除され、タイマ８(84T)も初期状態に戻る。
【００２６】
図３は、第２実施例の制御盤内の制御回路を示す。
第２実施例は、直流ブラシレスモータポンプ３と制御回路とをそれぞれ独立した太陽電池アレイで動作させるものである。太陽電池アレイ１は、上述と同様に最大出力５４．５Ｗ、最大動作電圧１７．３Ｖ、開放電圧２１．６Ｖの能力を持ち、傾斜角４５度で南東に向けて設置してある。ケーブル２で制御盤に引込まれ、直流ブラシレスモータポンプ（消費電力３６Ｗ，定格電圧２０Ｖ）３と接続する途中に、運転・停止・自動を選択できるポンプ運転切換スイッチ４を設け、運転を選択する配線４ａは直接前記直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続し、自動を選択する配線４ｂはポンプ運転指令用のリレー１３の出力（ａ接点）１４及び配線１４ｂを経由して直流ブラシレスモータポンプ３にケーブル１５で接続する。
【００２７】
制御用の太陽電池アレイ１６は、傾斜角４５度で南に向けて設置してある。ケーブル１７で制御盤に引込まれ、制御電源入切スイッチ５、ヒューズ６を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ（入力１８〜３６Ｖ、出力１２Ｖ、無負荷時消費電力０．７Ｗ）７の入力側に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側には、定格電圧１２Ｖの直流電源で動作するタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）８と、タイマ８の時限出力（ａ接点）９と直列にタイマ（動作表示灯内蔵、消費電力１Ｗ）１１と、タイマ８の時限出力（ａ接点）１０及びタイマ１１の時限出力（ｂ接点）１２と直列にリレー（動作表示灯内蔵及びダイオード内蔵、消費電力１Ｗ）１３とが並列に接続されている。
【００２８】
次に、第２実施例の直流ブラシレスモータポンプ３と制御回路とをそれぞれ独立した太陽電池アレイ１，１６にケーブル２，１７で接続する場合の動作について説明する。
制御回路電源の入・切スイッチ５を入側に、ポンプ運転切換スイッチ４の運転・切・自動の選択を自動側にしておく。夜明けとともに、太陽電池アレイ１，１６が発電を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側の電圧が徐々に上がってきて、タイマ８(84T)の作動許容電圧（定格電圧の８５％）まで上昇すると、タイマ８(84T)がカウントを開始する。タイマ８(84T)の時限出力（ａ接点）９，１０が閉じて、タイマ１１(T1)とリレー１３(X1)に電源が印加され、タイマ１１(T1)はタイムカウントを開始し、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が閉じて直流ブラシレスモータポンプ３に電源が投入され、直流ブラシレスモータポンプ３が起動する。タイマ１１(T1)がタイムアップする迄、直流ブラシレスモータポンプ３は運転を続ける。
【００２９】
タイマ１１(T1)がタイムアップすると、タイマ１１(T1)の出力（ｂ接点）１２が開いてリレー１３(X1)への電源印加が解除され、リレー１３(X1)の出力（ａ接点）１４が開き、直流ブラシレスモータポンプ３への電源投入が解除されることで、直流ブラシレスモータポンプ３が運転を停止する。制御電源用の太陽電池アレイ１６の容量を、曇りの状態での日射強度でも制御電圧が定格電圧を維持できるような大きさにしておけば、タイマ８(84T)に設定された時間で直流ブラシレスモータポンプ３が運転を開始し、タイマ１１(T1)の設定された時間だけ運転を継続して停止することが確実に実行される。これにより、特に、長時間の潅水が必要な場合、運転途中で天候が小刻み変化して、時々曇ったりしても、運転指令は維持されるので好都合である。
【００３０】
直流ブラシレスモータポンプ３は、直流ブラシレスモータポンプ用太陽電池アレイ１の出力に応じた運転点で運転されるので、薄曇りの時には、ポンプの吐出量は少なくなるが潅水は行われることになる。よって、その日の設定された潅水時間帯の日射量に応じた自動潅水が行えることになる。例えば、太陽電池アレイ１を傾斜角度４５度で南東に向けて設置したとすれば、午前８時から９時ごろに太陽電池アレイの発電量が最も大きくなるので、この時間帯に潅水がなされるようにタイマ８(84T)の設定時間を１時間３０分から２時間にするとよい。
【００３１】
このように、太陽電池アレイを、モータポンプ３への動力供給用と制御回路用とに分けて設けることにより、それぞれを最適な向きに配置することができる。これにより、それぞれの太陽電池アレイの能力を最適に発揮させることが可能となる。例えば、上述のように潅水を朝９〜１０時頃行うためには、太陽電池１の向きを東南に向け、その時間帯の出力を最大とすることができる。これに対して、制御用の太陽電池１６の向きを南にすることで、一日の日射量に対応した検出出力が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は直流ブラシレスモータポンプと太陽電池アレイをケーブルで接続する途中に、ＤＣ／ＤＣコンバータ、時限出力接点付きタイマ、出力接点付きリレー等からなる制御回路を設けたものである。これにより、日々の気象変化に追随して、日射強度が十分な晴れた時間帯に、設定した時間の自動潅水を確実に行うことができる。係る制御回路によれば、蓄電池や充電回路を必要としないので、その製造コストも低減し、また維持管理も簡単になる。従って、省エネルギで必要な時間に必要な潅水が確実に行えることにより、人工土壌の植物の成長を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の自動潅水装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施例の制御盤内の制御回路を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の制御盤内の制御回路を示す図である。
【図４】切換スイッチの正面形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池アレイ
２ ケーブル
３ 直流ブラシレスモータポンプ
４ ポンプ運転切換スイッチ
５ 制御電源入切スイッチ
６ ヒューズ
７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
８ 時限出力接点付きタイマ
９ タイマ８の時限出力（ａ接点）
１０ タイマ８の時限出力（ａ接点）
１１ 時限出力接点付きタイマ
１２ タイマ１１の時限出力（ｂ接点）
１３ 出力接点付きリレー
１４ リレー１３の出力（ａ接点）
１５ ケーブル
１６ 太陽電池アレイ
１７ ケーブル
１８ 受水槽
１９ 受水槽取り出し口
２０ ポンプ吸込みノズル
２１ 自動空気抜き弁
２２ ボールタップ
２３ 給水弁
２４ オーバーフロー
２５ ポンプ室
２６ 制御盤
２７ 吐出し配管
２８ 散水ホース
Claims (4)
- 太陽電池アレイと、該太陽電池アレイの出力により駆動されるモータポンプとをケーブルで接続する途中に、該モータポンプの運転を制御する制御回路を設け、
該制御回路は、前記太陽電池アレイ側の電圧が許容の範囲内で変化しても、定電圧を出力側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に接続され、十分な日射量の検出により前記出力が所定値に達するとカウントを開始する第１のタイマと、
該第１のタイマのカウントアップにより所要の灌水時間のカウントを開始する第２のタイマと、
前記第１のタイマのカウントアップと前記第２のタイマのカウント開始により前記太陽電池アレイの出力を前記モータポンプに供給するスイッチを閉じるリレー回路とを備えたことを特徴とする太陽電池駆動自動灌水装置。 - 前記第２のタイマのカウントアップにより、前記スイッチが開かれ、前記モータポンプへの電源の供給が停止し、灌水が終了することを特徴とする請求項１記載の太陽電池駆動自動灌水装置。
- 前記第１のタイマの制御回路電圧が許容動作電圧を下回ると、前記リレーのスイッチが開き、前記モータポンプへの電源の供給が解除され、運転を停止することを特徴とする請求項１記載の太陽電池駆動自動灌水装置。
- 前記第１のタイマの設定時間は１５分であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池駆動自動灌水装置。
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