JP7490030B2

JP7490030B2 - 圃場の水管理システム、給水制御機構及び排水制御機構

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Publication number: JP7490030B2
Application number: JP2022167339A
Authority: JP
Inventors: 和弘平尾; 伸一谷川; 友治四元
Original assignee: Kubota ChemiX Co Ltd
Current assignee: Kubota ChemiX Co Ltd
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: JP7187297B2; JP2022183293A; JP2020099287A

Description

本発明は、圃場の水管理システム、給水制御機構及び排水制御機構に関する。

特許文献１には、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための変位機構を作動させる圃場用電動アクチュエータを備えた給水栓や排水栓が開示されている。これらの給水栓や排水栓を用いることにより、圃場への給水や圃場からの排水をクラウドサーバなどを介して遠隔制御することが可能になる。

そのために、圃場には水位センサが設けられ、水位センサにより検出された水位に基づいて給水栓や排水栓が制御される。

上述した給水栓は、弁座と弁体との間にシール部材を備えた弁機構と、弁座と弁体の相対位置を調整するアクチュエータと、アクチュエータを制御する給水制御部と、を備えて構成されている。

そして、水位センサにより圃場水位が所定水位に達したことが検知されると、給水管内の用水が給水栓から圃場に洩れ出すことがないように、アクチュエータを駆動して弁体に設けたシール部材を弁座に所定の押圧力で押し付ける止水状態に保持されていた。

特開２０１７－１９３９１４号公報

しかし、圃場に湛水が必要な場合には、減水深などの影響で水位が低下する度に止水状態にある弁機構を開放して圃場に導水し、所定水位に達すると再度アクチュエータを駆動して止水状態に保持する動作が繰り返されるため、シール部材やアクチュエータの劣化が進み耐用年数が短くなるという問題があった。

また、アクチュエータとして用いられるモータの駆動用電源としてソーラーパネルによる充電機構を備えた蓄電池が用いられるため、頻繁に弁機構の開放と閉止を繰り返すと蓄電池が消耗するという問題もあった。

特に、止水のために弁体に設けたシール部材を弁座に押し付ける際にモータにかかる大きな反力に抗してモータを駆動する際に大きな電流が流れて蓄電池の消耗が激しくなる。

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、圃場に設置された給水用の弁機構を構成するシール部材やアクチュエータの劣化を抑制できる圃場の水管理システム、給水制御機構及び排水制御機構を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による圃場の水管理システムの第一の特徴構成は、弁座と弁体との間にシール部材を備えた弁機構に対して、前記弁座と前記弁体の相対位置を調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、を備えた給水制御機構と、各圃場に設置された前記給水制御機構を遠隔制御する圃場管理サーバと、が通信可能に接続された圃場の水管理システムであって、前記給水制御部は、予め設定された弁開度に開弁する開弁位置と、前記弁体を所定圧力で前記弁座に押圧して前記シール部材を圧縮して止水する落水時の止水相対位置と、前記所定圧力より低い圧力で前記シール部材を圧縮しまたは前記シール部材を圧縮することなく僅かに水の漏洩を許容する保水相対位置と、の何れかに前記アクチュエータを介して位置制御可能に構成され、前記圃場管理サーバからの湛水による給水指令に応答して、前記弁機構を前記開弁位置に位置制御し、前記圃場水位が目標水位に達すると、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記止水相対位置ではなく、前記保水相対位置に設定することにより、前記弁機構を前記開弁位置と前記止水相対位置との間で繰返し制御することなく、前記圃場の水位を前記目標水位に維持可能に構成されている点にある。

給水制御部は、圃場から用水を抜く落水時には、給水管内の用水が給水栓から圃場に洩れ出すことがないように、弁座と弁体の相対位置を止水相対位置に設定し、弁体を所定圧力で弁座に押圧して弁体と弁座に挟まれたシール部材を圧縮させることで生じる大きな弾性復帰力により止水力を高める。

一方、圃場を湛水する場合には、弁座と弁体の相対位置を開弁状態に設定して給水して圃場水位が目標水位に達した後に、弁座と弁体の相対位置を止水相対位置とは異なる保水相対位置、例えば止水相対位置での圧力よりも低い圧力で弁体を弁座に押圧して弁体と弁座に挟まれたシール部材を僅かに圧縮させ、或いは、シール部材が圧縮されることがなく僅かに水の漏洩を許容するような相対位置に設定する。

湛水時の止水のために弁座と弁体の相対位置を保水相対位置に設定すると、用水が圃場に漏洩するような場合でも、用水が圃場から溢流するようなことがなく、また圃場の減水深などの影響で水位が低下して弁機構の開閉を繰り返す必要がある場合でも、シール部材などに繰返し大きな押圧力が付与されるようなことがないため、シール部材などの劣化を抑制することができる圃場の水管理システムが実現できる。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記給水制御部は、前記圃場管理サーバからの指令に基づいて、前記弁機構を前記圃場に対応した前記保水相対位置に位置制御する点にある。

圃場毎に適切な保水相対位置に位置制御できるようになる。

同第三の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、圃場の排水水位を調整する堰体と前記堰体を上下移動する昇降機構とを備えた排水水位調節部に対して、前記昇降機構を介して前記堰体を昇降駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する水位制御部と、を備えて構成され、圃場管理サーバと通信可能に接続された排水制御機構をさらに備え、前記水位制御部は、前記排水水位が前記圃場管理サーバから指示された目標水位になるように、前記アクチュエータを介して前記排水水位調節部を制御するように構成され、前圃場管理サーバの指示に基づいて、前記給水制御部が前記弁座と前記弁体の相対位置を前記保水相対位置に調整した後に、前記水位制御部は、前記圃場管理サーバの指示に基づいて、前記目標水位より高い位置に前記排水水位調節部の上下高さを調整するように構成されている点にある。

水位制御部により排水水位調節部が貯水水位に調整されて、給水制御部により圃場に用水が給水される。圃場の貯水水位が目標水位に達して給水制御部により弁機構の弁座と弁体の相対位置が保水相対位置に調整された後に、水位制御部により排水水位調節部が目標水位より高い位置に調整されることにより、保水相対位置に調整された弁機構からの漏水が想定より多い場合に水位の上昇を計測することができるようになる。

同第四の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記給水制御部は、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記保水相対位置に調整した後に、圃場の水位が前記目標水位を上昇したことを検出すると、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記保水相対位置よりも近くなる第２の保水相対位置に調整する点にある。

圃場の水位が目標水位に達して弁機構を保水相対水位に設定した後に、弁機構からの漏洩水量が多く圃場から溢流する虞がある場合でも、給水制御部は、圃場の水位が目標水位を上昇したことを検出すると弁座と弁体の相対位置を保水相対位置よりも近くなる第２の保水相対位置に調整することにより、無駄な給水を回避することができるようになる。

本発明による給水制御機構の第一の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成を備えた圃場の水管理システムに組み込まれる給水制御機構であって、弁座と弁体との間にシール部材を備えた弁機構に対して、前記弁座と前記弁体の相対位置を調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、を備え、前記給水制御部は、予め設定された弁開度に開弁する開弁位置と、前記弁体を所定圧力で前記弁座に押圧して前記シール部材を圧縮して止水する落水時の止水相対位置と、前記所定圧力より低い圧力で前記シール部材を圧縮しまたは前記シール部材を圧縮することなく僅かに水の漏洩を許容する保水相対位置と、の何れかに位置制御可能に構成され、前記圃場管理サーバからの湛水による給水指令に応答して、前記弁機構を前記開弁位置に位置制御し、前記圃場水位が目標水位に達すると、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記止水相対位置ではなく、前記保水相対位置に設定することにより、前記弁機構を前記開弁位置と前記止水相対位置との間で繰返し制御することなく、前記圃場の水位を前記目標水位に維持可能に構成されている点にある。

例えば、湛水時の止水のために弁座と弁体の相対位置を保水相対位置に設定すると、用水が圃場に漏洩するような場合でも、用水が圃場から溢流するようなことがなく、また圃場の減水深などの影響で水位が低下して弁機構の開閉を繰り返す必要がある場合でも、シール部材などに繰返し大きな押圧力が付与されるようなことがないため、シール部材などの劣化を抑制することができ、例えば、落水時の止水のために弁座と弁体の相対位置を止水水相対位置に設定すると、用水が圃場に漏洩することなく確実に止水できるようになる。

同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記保水相対位置は、前記圃場管理サーバから前記給水制御部に設定可能に構成され、前記弁座と前記弁体の相対位置が、前記圃場の減水深に相当する水量未満の漏洩量となる位置に設定されている点にある。

保水相対位置として、弁機構から用水が圃場に漏洩するような弁座と弁体の相対位置に設定するような場合でも、漏洩水量が圃場の減水深に相当する水量未満の給水量であれば、用水が圃場から無駄に溢流するようなことがない。また、圃場水位の低下が遅くなり、弁の開閉頻度を少なくすることができる。

同第三の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記保水相対位置は、前記圃場管理サーバから前記給水制御部に設定可能に構成され、前記弁座と前記弁体の相対位置が、季節または作物の育成段階に応じて調整される前記圃場の貯水水位に対応して、無駄な給水を回避可能な漏洩量となる位置に設定されている点にある。

保水相対位置は常時一定である必要はなく、季節または作物の育成段階により異なる位置に設定してもよい。例えば、田面からの蒸発量や圃場で栽培される作物の育成状態によって蒸散量が変動するなど、減水深など季節または作物の育成段階により変動する要因による影響を加味することで、シール部材などの劣化の進行を遅らせながらも無駄な給水を回避することができる。

同第四の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記保水相対位置は、前記圃場管理サーバから前記給水制御部に設定可能に構成され、前記弁座と前記弁体の相対位置が、前記圃場の広さ、前記圃場を構成する土質や畦の状態を含む前記圃場の保水特性に対応して、無駄な給水を回避可能な漏洩量となる位置に設定されている点にある。

圃場の保水特性は、圃場の広さ、圃場を構成する土質や畦の状態など圃場特性により変動するため、保水相対位置をこれらの圃場特性に対応した位置に設定することにより、個々の圃場毎にシール部材などの劣化の進行を遅らせながらも無駄な給水を回避することができる。

本発明による排水制御機構の第一の特徴構成は、上述した第三の特徴構成を備えた圃場の水管理システムに組み込まれる排水制御機構であって、圃場の排水水位を調整する堰体と前記堰体を上下移動する昇降機構とを備えた排水水位調節部に対して、前記昇降機構を介して前記堰体を昇降駆動するアクチュエータと、前記圃場管理サーバからの指示に基づき前記アクチュエータを制御する水位制御部と、を備え、前記水位制御部は、湛水時に、前記排水水位が目標水位より高い位置になるように、前記アクチュエータを制御するように構成されている点にある。

湛水時に、水位制御部により排水水位調節部が貯水水位である目標水位より高い位置に調整される。給水制御部により弁座と弁体の相対位置が保水相対位置に調整された弁機構からの漏水が想定より多い場合であっても、水位の上昇を計測することができるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、圃場に設置された給水用の弁機構を構成するシール部材やアクチュエータの劣化を抑制できる圃場の水管理システム、給水制御機構及び排水制御機構を提供することができるようになった。

圃場及び圃場の水管理システムの説明図給水制御機構を備えた給水栓の説明図（ａ）は止水相対位置にある弁機構の説明図、（ｂ）は保水相対位置にある弁機構の説明図、（ｃ）は開弁状態にある弁機構の説明図（ａ）は排水制御機構を備えた排水栓の側面視の説明図、（ｂ）は排水制御機構の説明図

以下に、圃場の水管理システム、給水制御機構及び排水制御機構を説明する。
［圃場の水管理システムの構成］
図１に示すように、稲作が行なわれている各圃場１には、給水管１０に流れる用水を、導水路１１を介して圃場１に導く給水栓１２と、放水路２１を介して圃場１の水を排水路２０に排水する排水栓２２が設けられ、圃場１の近傍にはインターネット３０との接続を中継するＬｏＲａ無線などの中継器３２が設置されている。さらに、排水栓２２には圃場１の水位を計測する静電容量式の水位センサ２が設けられている。

各給水栓１２及び排水栓２２がインターネット３０を介して圃場管理サーバであるクラウドサーバ３４と接続可能に構成され、圃場１の管理者が所有するスマートフォンなどの携帯端末３６がインターネット３０を介してクラウドサーバ３４と接続可能に構成されている。即ち、各給水栓１２及び排水栓２２、携帯端末３６、クラウドサーバ３４と、それらを通信可能に接続するインターネット３０により圃場の水管理システム１００が構成されている。

稲作を例に説明すると、稲作の各工程、例えば、代掻き、田植え、活着期、分げつ期（前期、後期）、幼穂形成期～出穂開花期、登熟期など、各時期に応じて圃場の貯水水位を調整する必要がある。

［給水栓の構成］
以下、給水栓１２について詳述する。
図２に示すように、給水栓１２は、圃場に設けられた給水桝１０１に収容される給水機構１２Ａと、給水機構１２Ａの上面に着脱自在に取り付けられ、給水機構１２Ａを制御して給水または止水の何れかに切り替える給水制御機構１２Ｂを備えている。

給水機構１２Ａは、円筒状の弁箱１２０と、弁箱１２０の上下方向中央部に内周側に突出形成された弁座１２１と、弁座１２１に対向配置され、下面にゴム製のシール部材１２３が取り付けられた円盤状の弁体１２４を備えている。弁箱１２０の下端が給水管１０から分岐した導水路１１に接続されている。

弁箱１２０の上端部には、内周面に雌ネジが形成された軸受１２６が取り付けられ、軸受１２６には外周面に雄ネジが形成された弁軸１２５が螺合されている。そして弁軸１２５の下端が弁体１２４に回転可能に固定されている。

弁座１２１の中央部には通水孔１２２が形成され、弁箱１２０の側壁上部には、複数の出水窓１２７が周方向に並ぶように形成されている。弁軸１２５に回転力が付与されると、軸受１２６に沿って弁軸１２５が上下移動し、弁軸１２５の上下移動に伴って弁体１２４が上下する。即ち、弁座１２１と弁体１２４と弁座１２１と弁体１２４との間に設けられたシール部材１２３などで弁機構が構成されている。

給水制御機構１２Ｂは、ケーシング１３１と、ケーシング１３１の天面に太陽を臨むように傾斜姿勢で取り付けられたソーラーパネル１３２と、ケーシング１３１に収容された駆動機構１４０と、蓄電池１３３と、アンテナ１３４と、制御盤１３５などを備えて構成されている。制御盤１３５には、給水制御部として機能する弁の開閉制御部１３６と無線通信部１３７などが組み込まれている。

開閉制御部１３６及び無線通信部１３７はＣＰＵ、メモリ、入出力回路や通信回路などの周辺回路を備えて構成され、メモリに格納された制御プログラムがＣＰＵで実行されることにより所定の機能、ここでは給水機構１２Ａに備えた弁機構に対する開閉制御機能が実現される。

開閉制御部１３６は、無線通信部１３７を介してクラウドサーバ３４から給水指示されると予め設定された弁開度まで開弁するべく駆動機構１４０を介して駆動機構を制御する。

ソーラーパネル１３２による発電電力が蓄電池１３３に充電され、蓄電池１３３の充電電力が開閉制御部１３６及び無線通信部１３７の制御電力として消費される。

駆動機構１４０は、エンコーダが内蔵されたＤＣモータ１４１と、ＤＣモータ１４１の出力軸に設けられたギア１４２と噛合する中空のメインギア１４３と、メインギア１４３の中空部に挿通された駆動軸１４６などを備えて構成され、弁体１２４を昇降駆動するアクチュエータとして機能する。

メインギア１４３は、上下方向に延びる円筒状のボス部１４４と、ボス部１４４の上下方向中央部に延出形成された円盤状のギア部１４５とを備えた両ボス型のギアで、ボス部１４４の上下が軸受で回転可能に支持されている。ボス部１４４の内周面に形成されたキー溝に駆動軸１４６の外周面に突出形成されたキーが勘合して、メインギア１４３と駆動軸１４６とが一体回転するように構成されている。

駆動軸１４６の下端と弁軸１２５の上端がカップリング１４７を介して駆動連結され、ＤＣモータ１４１が一方向に回転駆動すると弁体１２４が上昇して給水状態となり（図３（ｃ）参照。）、ＤＣモータ１４１が反対方向に回転駆動すると弁体１２４が降下して止水状態になる（図３（ａ）参照。）。

給水制御部（開閉制御部１３６）は、湛水時には圃場水位が目標水位に達した後の弁座１２１と弁体１２４の相対位置を、落水時に止水する止水相対位置とは異なる保水相対位置に設定するように構成されている。

図３（ａ）に示すように、開閉制御部１３６は、圃場から用水を抜く落水時には、給水管内の用水が給水栓から圃場に洩れ出すことがないように、弁座１２１と弁体１２４の相対位置を止水相対位置に設定し、弁体１２４を所定圧力で弁座１２１に押圧して弁体１２４と弁座１２１に挟まれたシール部材１２３を圧縮させることで生じる大きな弾性復帰力により止水力を高める。

一方、圃場を湛水する場合には、図３（ｂ）に示すように、圃場水位が目標水位に達した後に、弁座１２１と弁体１２４の相対位置を止水相対位置とは異なる保水相対位置、例えば止水相対位置での圧力よりも低い圧力で弁体１２４を弁座１２１に押圧して弁体１２４と弁座１２１に挟まれたシール部材１２３を僅かに圧縮させ、或いは、シール部材１２３が圧縮されることがなく僅かに水の漏洩を許容するような相対位置に設定する。

湛水時の止水のために弁座１２４と弁体１２１の相対位置を保水相対位置に設定すると、用水が圃場に漏洩するような場合でも、用水が圃場から溢流するようなことがなく、また圃場の減水深などの影響で水位が低下して弁機構の開閉を繰り返す必要がある場合でも、シール部材１２３などに繰返し大きな押圧力が付与されるようなことがないため、シール部材１２３などの劣化を抑制することができる。

保水相対位置は減水深に相当する水量未満の給水を許容する相対位置に設定されていることが好ましく、保水相対位置として、弁機構から用水が僅かに圃場に漏洩するような弁座１２１と弁体１２４の相対位置に設定するような場合でも、漏洩水量が圃場の減水深に相当する水量未満の給水量であれば、用水が圃場から無駄に溢流するようなことがない。

開閉制御部１３６は、落水時の閉栓、つまり止水相対位置に制御するため、ＤＣモータに備えたエンコーダの出力に基づいて弁座１２１と弁体１２４の相対位置を制御する。シール部材１２３を漏水が生じない所定圧力で押圧したときの位置を基準位置として予めメモリに記憶しておき、開弁時にカウントしたエンコーダのパルス数を閉栓時にカウントダウンしてカウントして基準位置を示す零になるまで駆動することにより止水相対位置に制御することができる。

また、電流センサによりＤＣモータの電流値をモニタし、閉栓時に電流値が所定の値を示したときに止水相対位置と判断することも可能である。閉栓時にシール部材１２３が押圧されることによりＤＣモータの駆動トルクが上昇し、それに伴って電流値が上昇する現象を利用するのである。止水相対位置に制御する際にＤＣモータの電流値を指標にして駆動トルクが止水相対位置に対応するトルクに達したか否かを判断する場合には、同様に保水相対位置に制御する際にＤＣモータの電流値を指標にして駆動トルクが止水相対位置に対応するトルクより低い保水相対位置に対応するトルクに達したか否かを判断することも可能である。

さらに、開閉制御部１３６は、湛水時の閉栓、つまり保水相対位置に制御するため、エンコーダの出力に基づいて弁座１２１と弁体１２４の相対位置を制御する。止水相対位置に対応するエンコーダのパルス数である零に所定のオフセット値を設定し、止水相対位置に到る前に停止すればよい。また、ＤＣモータの電流値をモニタし、止水相対位置に対応する電流値よりも所定値だけ低い値に上昇したときにＤＣモータを停止すればよい。このようにして、湛水時の閉栓を保水相対位置に制御することにより、シール部材１２３や駆動機構１４０の経年劣化の程度を緩和するとともに、蓄電池１３３の消耗を抑制することができる。

保水相対位置は常時一定である必要はなく、季節または作物の育成段階により異なる位置に設定してもよい。例えば、田面からの蒸発量や圃場で栽培される作物の育成状態によって蒸散量が変動するなど、減水深など季節により変動する要因による影響を加味することで、シール部材などの劣化の進行を遅らせながらも無駄な給水を回避することができる。つまり、保水相対位置は季節により異なる位置に設定されていることが好ましい。

さらに、保水相対位置は圃場特性に対応した位置に設定されていればよい。圃場の保水特性は、圃場の広さ、圃場を構成する土質や畦の状態など圃場特性により変動するため、保水相対位置をこれらの圃場特性に対応した位置に設定することにより、個々の圃場毎にシール部材１２３などの劣化の進行を遅らせながらも無駄な給水を回避することができる。

また、開閉制御部１３６は、弁座１２１と弁体１２４の相対位置を保水相対位置に調整した後に、一時的に弁機構を開放側に調整した後に再度前記保水相対位置に調整する詰り開放制御を行なうように構成されている。

弁座１２１と弁体１２４の相対位置を保水相対位置に調整し、例えばシール部材１２３と弁座１２１の間に隙間が形成されると、漏洩水とともに夾雑物が隙間に流入して周囲に堆積し、弁機構に詰りが生じる虞がある。そのような場合に、開閉制御部１３６は、一時的に弁機構を開放側に調整した後に再度保水相対位置に調整することで、弁機構の詰りを解消することができるようになる。

開閉制御部１３６は、弁座１２１と弁体１２４の相対位置を保水相対位置に調整した後に、圃場の水位が目標水位を上昇したことを検出すると、弁座１２１と弁体１２４の相対位置を上述の保水相対位置よりも近くなる第２の保水相対位置に調整することが好ましい。

圃場の水位が目標水位に達して弁機構を保水相対位置に設定した後に、弁機構からの漏洩水量が多く圃場から溢流する虞がある場合でも、開閉制御部１３６は、圃場の水位が目標水位を上昇したことを検出すると弁座１２１と弁体１２４の相対位置を保水相対位置よりも近くなる第２の保水相対位置に調整することにより、無駄な給水を回避することができるようになる。

［排水栓の構成］
以下、圃場の貯水水位を調節する排水栓２２について詳述する。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、排水栓２２は、圃場に設けられた排水桝２０１に収容される排水機構２２Ａと、排水桝２０１の上面に着脱自在に取り付けられ、排水機構２２Ａを制御して排水水位（貯水水位）を調整する排水制御機構２２Ｂを備えている。

排水機構２２Ａは、排水桝２０１の底部に設置された受枠部材２１１と、受枠部材２１１によって上下移動可能に支持される円筒状の排水筒である堰体２１２と、堰体２１２を上下移動する昇降機構２２０を備えている。堰体２１２の上端開口が排水口２１２ａとして機能し、圃場１に給水された余剰の用水が当該排水口２１２ａから溢流して放水路２１に流出する。

堰体２１２の上端開口に側面視コの字状の支持部２１３が固定され、当該支持部２１３に昇降機構２２０が取り付けられている。昇降機構２２０は、支持部２１３の上面に固定され、内周面に雌ネジが形成された円筒状の可動部２２１と、外周面に雄ネジが形成され、可動部２２１の雌ネジと螺合する回転軸２２２と、可動部２２１が回転軸２２２と連れ回りすることを防止する一対の棒状体２２３を備えている。

つまり、回転軸２２２が一方向に回転することにより、支持部２１３を介して可動部２２１に取付けられた堰体２１２が可動部２２１とともに上昇し、回転軸２２２が反対方向に回転することにより、支持部２１３を介して可動部２２１に取付けられた堰体２１２が可動部２２１とともに降下する。上述した堰体２１２と昇降機構２２０によって排水水位調節部２１０が構成されている。

排水制御機構２２Ｂは、排水桝２０１の上面に台座２０２を介して着脱自在に取り付けられた水密性のケーシング２３１と、ケーシング２３１の天面に太陽を臨むように傾斜姿勢で取り付けられたソーラーパネル２３２と、ケーシング２３１に収容された駆動機構２４０と、蓄電池２３３と、アンテナ２３４と、制御盤２３５などを備えて構成されている。制御盤２３５には、水位制御部２３６と無線通信部２３７などが組み込まれている。

水位制御部２３６及び無線通信部２３７はＣＰＵ、メモリ、入出力回路や通信回路などの周辺回路を備えて構成され、メモリに格納された制御プログラムがＣＰＵで実行されることにより所定の機能、ここでは排水水位調節部２１０に対する制御機能が実現される。

水位制御部２３６は、無線通信部２３７を介してクラウドサーバ３４から指示された排水水位となるように駆動機構２４０を介して排水水位調節部２１０を制御し、後述の水位センサ２を介して圃場の水位を計測し無線通信部２３７を介してクラウドサーバ３４に計測水位を報告する。

ソーラーパネル２３２による発電電力が蓄電池２３３に充電され、蓄電池２３３の充電電力が水位制御部２３６及び無線通信部２３７の制御電力として消費される。

駆動機構２４０は、エンコーダが内蔵されたＤＣモータ２４１と、ＤＣモータ２４１の出力軸に設けられたギア２４２と噛合する中空のメインギア２４３と、メインギア２４３の中空部に挿通された駆動軸２４６などを備えて構成され、排水水位調節部２１０を昇降駆動するアクチュエータとして機能する。

メインギア２４３は、上下方向に延びる円筒状のボス部２４４と、ボス部２４４の上下方向中央部に延出形成された円盤状のギア部２４５とを備えた両ボス型のギアで、ボス部２４４の上下が軸受で回転可能に支持されている。ボス部２４４の内周面に形成されたキー溝に駆動軸２４６の外周面に突出形成されたキー２４６ｋが勘合して、メインギア２４３と駆動軸２４６とが一体回転するように構成されている。

駆動軸２４６の下端と回転軸２２２の上端がカップリング２４７（図２（ａ）参照。）を介して駆動連結され、ＤＣモータ２４１が一方向に回転駆動すると堰体２１２が上昇して排水水位（貯水水位）が上昇し、ＤＣモータ２４１が反対方向に回転駆動すると堰体２１２が降下して排水水位（貯水水位）が下降する。

堰体２１２の上端開口位置が田面レベルとなる位置を基準位置に設定し、ＤＣモータ２４１の駆動時に検出されるエンコーダのパルス数に基づいて、堰体２１２の上端開口位置を管理することにより、堰体２１２の上端開口位置を所望の高さに制御することができる。

［圃場水位管理装置の構成］
上述した給水栓１２と、田面１ｓからの上下高さを調節可能な排水水位調節部２１０を備え圃場の貯水水位を調整する排水栓２２と、を備えて圃場水位管理装置が構成され、圃場水位管理装置を構成する給水栓から圃場に給水された用水が、同じく圃場水位管理装置を構成する排水栓に備えた排水水位調節部により調整された貯水水位まで貯水されるようになる。

［圃場管理装置の構成］
上述した給水栓１２と、圃場１の田面１ｓからの上下高さを調節可能な排水水位調節部２１０と、アクチュエータを介して排水水位調節部２１０の上下高さを自動調整する排水制御部２３６と、を備えた圃場管理装置を構成し、圃場１の貯水水位を調節する排水栓２２と、を備え、給水制御部１３６が弁座１２１と弁体１２４の相対位置を保水相対位置に調整し、排水制御部２３６は目標水位より高い位置に排水水位調節部２１０の上下高さを調整するように構成することが好ましい。

排水制御部により排水水位調節部が貯水水位に調整されて、給水栓から圃場に用水が給水される。圃場の貯水水位が目標水位に達して給水栓の弁座と弁体の相対位置が保水相対位置に調整された後に、排水水位調節部が目標水位より高い位置に調整されることにより、保水相対位置に調整された弁機構からの漏水が想定より多い場合に水位の上昇を計測することができるようになる。

以上説明した実施形態は本発明の一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されることを意図するものではなく、排水栓、圃場の水管理方法の具体的な構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１００：圃場の水管理システム
１：圃場
１ｓ：田面
２：水位センサ
１０：給水管
１２：給水栓
２０：排水路
２２：排水栓
３０：インターネット
３２：中継器
３４：圃場管理サーバ（外部装置）
１２１：弁座
１２３：シール部材
１２４：弁体
１３５：開閉制御部（給水制御部）
１４０：給水栓の駆動機構（アクチュエータ）
２１０：排水水位調節部
２３６：水位制御部
２４０：排水栓の駆動機構（アクチュエータ）

Claims

弁座と弁体との間にシール部材を備えた弁機構に対して、前記弁座と前記弁体の相対位置を調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、を備えた給水制御機構と、
各圃場に設置された前記給水制御機構を遠隔制御する圃場管理サーバと、
が通信可能に接続された圃場の水管理システムであって、
前記給水制御部は、予め設定された弁開度に開弁する開弁位置と、前記弁体を所定圧力で前記弁座に押圧して前記シール部材を圧縮して止水する落水時の止水相対位置と、前記所定圧力より低い圧力で前記シール部材を圧縮しまたは前記シール部材を圧縮することなく僅かに水の漏洩を許容する保水相対位置と、の何れかに前記アクチュエータを介して位置制御可能に構成され、前記圃場管理サーバからの湛水による給水指令に応答して、前記弁機構を前記開弁位置に位置制御し、前記圃場水位が目標水位に達すると、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記止水相対位置ではなく、前記保水相対位置に設定することにより、前記弁機構を前記開弁位置と前記止水相対位置との間で繰返し制御することなく、前記圃場の水位を前記目標水位に維持可能に構成されている圃場の水管理システム。
前記給水制御部は、前記圃場管理サーバからの指令に基づいて、前記弁機構を前記圃場に対応した前記保水相対位置に位置制御する請求項１記載の圃場の水管理システム。
圃場の排水水位を調整する堰体と前記堰体を上下移動する昇降機構とを備えた排水水位調節部に対して、前記昇降機構を介して前記堰体を昇降駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する水位制御部と、を備えて構成され、圃場管理サーバと通信可能に接続された排水制御機構をさらに備え、
前記水位制御部は、前記排水水位が前記圃場管理サーバから指示された目標水位になるように、前記アクチュエータを介して前記排水水位調節部を制御するように構成され、
前圃場管理サーバの指示に基づいて、前記給水制御部が前記弁座と前記弁体の相対位置を前記保水相対位置に調整した後に、前記水位制御部は、前記圃場管理サーバの指示に基づいて、前記目標水位より高い位置に前記排水水位調節部の上下高さを調整するように構成されている請求項１記載の圃場の水管理システム。
前記給水制御部は、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記保水相対位置に調整した後に、圃場の水位が前記目標水位を上昇したことを検出すると、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記保水相対位置よりも近くなる第２の保水相対位置に調整する請求項１記載の圃場の水管理システム。
請求項１または２記載の圃場の水管理システムに組み込まれる給水制御機構であって、
弁座と弁体との間にシール部材を備えた弁機構に対して、前記弁座と前記弁体の相対位置を調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、を備え、
前記給水制御部は、予め設定された弁開度に開弁する開弁位置と、前記弁体を所定圧力で前記弁座に押圧して前記シール部材を圧縮して止水する落水時の止水相対位置と、前記所定圧力より低い圧力で前記シール部材を圧縮しまたは前記シール部材を圧縮することなく僅かに水の漏洩を許容する保水相対位置と、の何れかに位置制御可能に構成され、前記圃場管理サーバからの湛水による給水指令に応答して、前記弁機構を前記開弁位置に位置制御し、前記圃場水位が目標水位に達すると、前記弁座と前記弁体の相対位置を前記止水相対位置ではなく、前記保水相対位置に設定することにより、前記弁機構を前記開弁位置と前記止水相対位置との間で繰返し制御することなく、前記圃場の水位を前記目標水位に維持可能に構成されている給水制御機構。
前記保水相対位置は、前記圃場管理サーバから前記給水制御部に設定可能に構成され、前記弁座と前記弁体の相対位置が、前記圃場の減水深に相当する水量未満の漏洩量となる位置に設定されている請求項５記載の給水制御機構。
前記保水相対位置は、前記圃場管理サーバから前記給水制御部に設定可能に構成され、前記弁座と前記弁体の相対位置が、季節または作物の育成段階に応じて調整される前記圃場の貯水水位に対応して、無駄な給水を回避可能な漏洩量となる位置に設定されている請求項５記載の給水制御機構。
前記保水相対位置は、前記圃場管理サーバから前記給水制御部に設定可能に構成され、前記弁座と前記弁体の相対位置が、前記圃場の広さ、前記圃場を構成する土質や畦の状態を含む前記圃場の保水特性に対応して、無駄な給水を回避可能な漏洩量となる位置に設定されている請求項５記載の給水制御機構。
請求項３記載の圃場の水管理システムに組み込まれる排水制御機構であって、
圃場の排水水位を調整する堰体と前記堰体を上下移動する昇降機構とを備えた排水水位調節部に対して、前記昇降機構を介して前記堰体を昇降駆動するアクチュエータと、前記圃場管理サーバからの指示に基づき前記アクチュエータを制御する水位制御部と、を備え、
前記水位制御部は、湛水時に、前記排水水位が目標水位より高い位置になるように、前記アクチュエータを制御するように構成されている排水制御機構。