JPWO2010029748A1 - 噴水装置 - Google Patents

Abstract

噴水装置において、水を噴出するノズル（５１）と、水を貯留する密閉された貯水容器（４１）と、前記貯水容器（４１）内の上部空間に圧縮空気を送給する圧縮空気供給手段（２，４６，４７）と、前記貯水容器（４１）と前記ノズル（５１）との間を接続する送水管（８）と、前記送水管（８）の途中に設けられた開閉弁（５２）と、前記貯水容器（４１）内の上部空間の空気圧を所定圧に維持するように前記圧縮空気供給手段（２，４６，４７）による圧縮空気の送給を制御した状態で、前記開閉弁（５２）の開閉により前記ノズル（５１）からの水の噴出及びその停止を制御する制御手段（９）と、を備えるものである。当該構成により、噴水の噴出開始・停止を迅速に行うことができ、またタンク内の上部空間の空気圧力の値を変更することで、噴水の高さや大きさを変化させることができる。

Description

本発明は鑑賞用の噴水装置に関し、さらに詳しくは、圧縮空気を利用して水を噴出させる噴水装置に関する。

公園などに設置される噴水装置では、ノズルから水を噴出させる手法として、大別して、送水ポンプの駆動による水の圧送を利用したものと、コンプレッサ等による圧縮空気を利用したものと、が従来知られている。前者の方法は構成は比較的簡単であるものの、送水ポンプが駆動されてから実際に所定圧の水が送給されるまでには時間遅れがあるため、水の噴出の開始や停止が遅れる傾向にある。これに対し、後者の方法は、構成は複雑になる傾向にあるが、水の噴出の開始や停止の迅速性という点では有利である。

後者の方法を用いた特許文献１に記載の噴水装置は、水を噴出するノズルに接続され、水が充填されるウォータチャージタンクと、開閉バルブを介してウォータチャージタンクに接続され、高圧空気が充填されるエアチャージタンクと、エアチャージタンクに高圧空気を供給するコンプレッサと、を備え、開閉バルブを開くことによってエアチャージタンク内の高圧空気をウォータチャージタンク内に供給し、その圧力によりウォーターチャージタンク内に充填された水をノズルから吐出させるようにしている。

しかしながら、上記従来の噴水装置でも、開閉バルブを開いて高圧空気がウォータチャージタンクに供給されてからノズルより水が噴出するまでの時間遅れがあるため、水の噴出開始を高速化するには限界がある。また、噴水の高さや大きさをウォータチャージタンクに供給する水の給水量で制御しているため、噴水の高さや大きさを迅速に変化させることは困難である。また、複数のノズルからの水の噴出の高さを一斉に変化させる場合に、その高さのばらつきが生じ易い。

水の噴出の角度や回転などの噴水の動きのみを楽しむような噴水装置の場合には、上記のような時間遅れはそれほど問題とはならない。これに対し、近年、噴水のエンターテイメント性を高めるために、特許文献２に記載のように、音楽との同調や照明との同調を図った噴水装置が開発されている。このように音楽や照明といった他の要素と噴水との同調性を高めるには、水の噴出開始・停止の高速化、或いは、噴水の高さ、大きなどの変化の高速化は非常に重要であり、従来の噴水装置における大きな課題の１つである。

特開２００１−２０５１５６号公報 特開２００４−１４８２３３号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主な目的とするところは、水の噴出開始・停止、或いは噴水の高さや大きさなどの変化の高速化を図ることにより、鑑賞性やエンターテイメント性を向上させることができる噴水装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る噴水装置は、
a)水を噴出するノズルと、
b)所定の水位範囲の水を貯留する密閉された貯水容器と、
c)前記貯水容器内の上部空間に圧縮空気を送給する圧縮空気供給手段と、
d)前記貯水容器と前記ノズルとの間を接続する送水管と、
e)前記送水管の途中に設けられた開閉弁と、
f)前記貯水容器内の上部空間の空気圧を所定圧に維持するように前記圧縮空気供給手段による圧縮空気の送給を制御した状態で、前記開閉弁の開閉により前記ノズルからの水の噴出及びその停止を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。

圧縮空気供給手段は例えばエアコンプレッサと電磁開閉弁とを含むものとすることができる。また、貯水容器にはその内部の上部空間の空気圧を検出する圧力センサが付設され、制御手段は、その圧力センサによる検出圧が目標値になるようにエアコンプレッサから供給される圧縮空気を貯水容器に導入する電磁開閉弁の開閉を制御する構成とすることができる。

また、本発明に係る噴水装置の一実施態様は、好ましくは、
g)前記貯水容器内に水を供給する送水手段と、
h)前記貯水容器内の水位を監視し、その水位が所定の水位範囲に収まるように前記送水手段を制御する給水制御手段と、
をさらに備える構成とするとよい。

本発明に係る噴水装置では、貯水容器内には常に少なくとも所定量の水が貯留されている状態にし、その上部空間の空気圧が大気圧よりも高い目標値に保たれるように貯水容器内に供給する圧縮空気の量を制御する。つまり、密閉された貯水容器内の背圧の一定制御を行う。そのように貯水容器内の貯留水に一定の背圧が加わった状態でそれまで閉じていた開閉弁を開くと、ノズルの噴出穴外側の空気圧（通常は大気圧）と貯水容器内の背圧との圧力差により、貯水容器内の貯留水はノズルに向けて送水管中に勢いよく押し出され、ノズルの噴出穴から噴出する。これにより、噴水の水柱が形成される。

ノズルからの水の噴出によって貯水容器内の水位が下がると、貯水容器内上部空間の容積が増加するが、圧縮空気供給手段により迅速に圧縮空気が供給されるので背圧はほぼ一定に維持される（但し、目標値に変化がない場合）。また、貯水容器内の水位が或る程度下がると、送水手段により水が貯水容器内に補給されるため、貯水容器内の水位は回復する。ノズルからの水の噴出を停止する場合には、開閉弁を閉鎖すればノズル内や開閉弁よりも下流側の送水管内にある水を押す力がなくなるので、ノズルからの水の噴出は迅速に停止する。

ノズルからの水の噴出の勢い、つまりは噴水の高さは、主として、ノズルの噴出穴外側の空気圧と貯水容器内の背圧との圧力差に依存する。したがって、貯水容器内上部空間の空気圧の目標値を変更すると、貯水容器から送水管へ圧送される水の流速（流量）が変化し、これによってノズル噴出穴から噴出する水の高さや大きさが変わる。貯水容器内上部空間の空気圧、つまり背圧が変化すると、直ちに噴水の高さや大きさに反映されるから、制御手段は、噴水の所望の高さ又は大きさに応じて上記所定圧を変更することで、迅速に噴水の高さや大きさを変化させることができる。

なお、本発明に係る噴水装置の第１の態様として、前記送水手段はポンプである構成とすることができる。

また本発明に係る噴水装置の第２の態様として
前記送水手段は、
g1)所定の水位範囲の水を貯留する密閉された第２貯水容器と、
g2)前記第２貯水容器内の上部空間に圧縮空気を送給する第２圧縮空気供給手段と、
g3)前記第２貯水容器と前記貯水容器との間を接続する第２送水管と、
g4)前記第２送水管の途中に設けられた第２開閉弁と、を備え、
前記給水制御手段は、前記第２貯水容器内の上部空間の空気圧を前記所定圧よりも高い第２所定圧に維持するように前記第２圧縮空気供給手段による圧縮空気の送給を制御した状態で、前記第２開閉弁の開閉により前記貯水容器への水の供給及びその停止を制御する構成としてもよい。

即ち、上記第２の態様では、上記送水手段も貯水容器の前段に設けた第２貯水容器内の背圧制御により生起される圧力差を利用して水を貯水容器に送り込む。一方、第１の態様では、ポンプの駆動により強制的に貯水容器に水を補給する。したがって、大規模な噴水装置であって送水管などが長くなる場合には、第１の態様のほうが好ましい。

本発明に係る噴水装置によれば、水の噴出開始や停止、或いは、噴水の高さや大きさの変更などをきわめて迅速に行うことができる。また、噴水の高さや大きさを連続的に変化させる場合に、その変化をスムーズに行うことができる。そのため、例えば音楽や照明などと噴水の態様を同調させる場合にも、その同調性が良好になり、従来に比べて鑑賞性やエンターテイメント性を向上させることができる。

本発明の一実施例である噴水装置の概略構成図。 本実施例の他の実施例である噴水装置の概略構成図。

以下、本発明の実施例による噴水装置を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は第１実施例による噴水装置の要部の構成図である。この噴水装置は、貯水槽１と、エアコンプレッサ２と、１次タンクユニット３と、複数の２次タンクユニットと、複数の噴水ユニット５と、中央制御部９と、を備える。

貯水槽１は、噴水池、或いは、噴水ユニット５から噴出された水が回収される受水槽などとすることができる。中央制御部９は制御プログラムを有し、例えばパーソナルコンピュータなどにより構成することができる。

１次タンクユニット３は、適度な耐圧性を有する密閉されたメインタンク３１と、メインタンク３１内に貯留される水の水位（Ｌｕ、Ｌｌ）を検出する上位水位センサ３２、下位水位センサ３３と、貯水槽１からメインタンク３１へと水を送給するポンプ３４と、メインタンク３１から貯水槽１への水の逆流を阻止する逆止弁３５と、メインタンク３１内の上部空間の空気圧を検出する圧力センサ３６と、メインタンク３１内に圧縮空気を供給する加圧電磁弁３７と、メインタンク３１内の上部空間の空気圧を下げる減圧電磁弁３８と、１次タンクユニット３内での制御を司る制御部３９と、を含む。

複数の２次タンクユニット４はそれぞれ、適度な耐圧性を有する密閉されたサブタンク４１と、サブタンク４１内に貯留される水の水位（Ｌｕ、Ｌｌ）を検出する上位水位センサ４２、下位水位センサ４３と、サブタンク４１内に水を供給するための給水電磁弁４４と、サブタンク４１内の上部空間のガス圧を検出する圧力センサ４５と、サブタンク４１に圧縮空気を供給する加圧電磁弁４６と、サブタンク４１内の上部空間の空気圧を下げる減圧電磁弁４７と、その２次タンクユニット４内での制御を司る制御部４８と、を含む。

２次タンクユニット４毎に設けられる噴水ユニット５は、サブタンク４１下部の吐水口に接続され、途中で分岐された末端送水管８にそれぞれ設けられた噴水電磁弁５２と、末端送水管８の末端に接続され、水を噴出する噴出穴が形成されたノズル５１と、を含む。なお、この例のようにノズル５１と噴水電磁弁５２とを一対一に設ける必要はなく、１つの噴水電磁弁５２の下流側に複数のノズル５１を並列に接続してもよい。また、ノズル５１の形状や噴出穴の形状などは特に限定されない。

エアコンプレッサ２の圧縮空気吐出口には圧縮空気送給管６が接続され、圧縮空気送給管６は途中で分岐されて１次タンクユニット３の加圧電磁弁３７と各２次タンクユニット４の加圧電磁弁４６とに接続されている。また、１次タンクユニット３の下部にある吐水口には主送水管７が接続され、主送水管７は途中で分岐されて各２次タンクユニット４の給水電磁弁４４に接続されている。

この噴水装置全体の動作を司る中央制御部９は、エアコンプレッサ２の動作、各噴水ユニット５の噴水電磁弁５２のオン・オフ動作を制御するとともに、１次タンクユニット３及び各２次タンクユニット４の制御部３９、４８に対し、空気圧制御の目標値を与える。後述するように、この空気圧制御の目標値が各ノズル５１から噴出する水の高さや大きさを変化させるパラメータである。

なお、この噴水装置では、ノズル５１はモータによりそれぞれ直交する２軸を中心に回動自在になっており、それによって水の噴出方向が所定角度範囲で傾くようになっているが、本発明とは直接関連しないので説明を略す。

上記構成の本実施例による噴水装置の動作を説明する。

１次タンクユニット３において、制御部３９は、上位水位センサ３２及び下位水位センサ３３の検出信号をそれぞれ受け、メインタンク３１内の貯留水の水位が上位水位センサ３２及び下位水位センサ３３の取付位置で決まるＬｕとＬｌとの間に維持されるようにポンプ３４の動作を制御する。具体的に制御部３９は、メインタンク３１からの水の流出により水位がＬｌを下回って下位水位センサ３３がオフするとポンプ３４を作動させ、貯水槽１の貯留水をポンプ３４により吸引してメインタンク３１へと送り込む。これにより、メインタンク３１内の水位は回復する。また制御部３９は、メインタンク３１内の水位がＬｕに達して上位水位センサ３２がオンすると、ポンプ３４を停止させる。これにより、メインタンク３１へのそれ以上の水の流入が停止され、メインタンク３１内には圧縮空気を送り込む空間が確保される。

なお、ポンプ３４の動作制御は単純なオン・オフでもよいが、インバータ制御により送水量可変としてもよい。また、メインタンク３１への水の供給を制御するために、ポンプ３４のオン・オフを行うのではなく、ポンプ３４とメインタンク３１との送水管上に電磁弁を付設し、この電磁弁のオン・オフで行うようにしてもよい。

エアコンプレッサ２は所定の空気圧Ｐ１で圧縮空気吐出口に圧縮空気を送る。１次タンクユニット３において、制御部３９は圧力センサ３６によりメインタンク３１内上部空間の空気圧を検出し、その空気圧が中央制御部９から指示される目標値Ｐ２になるように加圧電磁弁３７と減圧電磁弁３８とのオン・オフを制御する。目標値Ｐ２はエアコンプレッサ２による圧縮空気の空気圧Ｐ１よりも低い値である。

制御部３９は、圧力センサ３６による検出圧力が目標値Ｐ２を下回った場合には加圧電磁弁３７をオンする。すると、上述したような圧力差により、圧縮空気送給管６を通して圧縮空気がメインタンク３１内上部空間に流入し、メインタンク３１内上部空間の空気圧が上昇する。そこで、検出圧力が目標値Ｐ２に達した時点で、加圧電磁弁３７をオフする。一方、圧力センサ３６による検出圧力が目標値Ｐ２を上回った場合には減圧電磁弁３８をオンする。すると、メインタンク３１内上部空間の空気がメインタンク３１外部へと放出され、空気圧が下がる。検出圧力が目標値Ｐ２に達した時点で減圧電磁弁３８をオフする。

後述するように、ノズル５１からの水の噴出によりメインタンク３１内の貯留水の水位が下がると、水面上の空間の体積が増加したことにより空気圧が低下する。このとき、上述のように加圧電磁弁３７がオンされて空気圧は速やかに目標値Ｐ２に戻る。また、メインタンク３１内の貯留水の水位がＬｌを下回りポンプ３４による水の補給が開始されて水位が上がると、水面上の空間の体積が減少したことにより空気圧が増加する。このとき、上述のように減圧電磁弁３８がオンされて空気圧は速やかに目標値Ｐ２に戻る。このようにして、メインタンク３１内の貯留水の水位の高低に拘わらず、常に目標値Ｐ２にほぼ一致する空気圧がメインタンク３１内の貯留水に加わることになる。

各２次タンクユニット４において、制御部４８は圧力センサ４５によりサブタンク４１内上部空間の空気圧を検出し、その空気圧が中央制御部９から指示される目標値Ｐ３になるように加圧電磁弁４６と減圧電磁弁４７のオン・オフを制御する。この目標値Ｐ３は１次タンクユニット３における目標値Ｐ２よりも必ず低い値である。即ち、圧力センサ４５による検出圧力が目標値Ｐ３を下回った場合には加圧電磁弁４６をオンする。すると、圧縮空気送給管６を通して圧縮空気がサブタンク４１内上部空間に流入し、空気圧が上昇する。検出圧力が目標値Ｐ３に達した時点で加圧電磁弁４６をオフする。一方、圧力センサ４５による検出圧力が目標値Ｐ３を上回った場合には、減圧電磁弁４７をオンする。すると、サブタンク４１内上部空間の空気がサブタンク４１外へと放出され、空気圧が下がる。検出圧力が目標値Ｐ３に達した時点で減圧電磁弁４７をオフする。

各２次タンクユニット４において、制御部４８は上位水位センサ４２及び下位水位センサ４３の検出信号をそれぞれ受け、サブタンク４１内の貯留水の水位が上位水位センサ４２及び下位水位センサ４３の取付位置で決まるＬｕとＬｌとの間に維持されるように給水電磁弁４４のオン・オフ動作を制御する。即ち、貯留水の流出により水位がＬｌを下回って下位水位センサ４３がオフすると、給水電磁弁４４をオンさせる。上述したようにメインタンク３１内の貯留水に加わる空気圧Ｐ２はサブタンク４１内の貯留水に加わる空気圧Ｐ３よりも高いため、給水電磁弁４４がオンされるとメインタンク３１内の貯留水が主送水管７を経てサブタンク４１に流れ込む。これにより、サブタンク４１内の水位は回復する。サブタンク４１内の水位がＬｕに達して上位水位センサ４２がオンすると、給水電磁弁４４をオフさせる。これにより、サブタンク４１へのそれ以上の水の流入が停止し、サブタンク４１内には圧縮空気を送り込む空間が確保される。

中央制御部９は予め決められた制御プログラムに従って、所定の順序、数、位置に噴水が形成されるように、各噴水ユニット５の噴水電磁弁５２のオン・オフを制御するとともに、噴水の高さや大きさを変化させるために目標値Ｐ３を変更する。もちろん、この目標値Ｐ３はＰ２よりも小さく大気圧よりは高い範囲である。噴水を高くしたい場合や大きくしたい場合には目標値Ｐ３を高くする。

サブタンク４１内の貯留水には常時ほぼＰ３の空気圧が加えられており、末端送水管８を介してサブタンク４１内と連通している噴水電磁弁５２がオンされると、加圧された貯留水が末端送水管８を通ってノズル５１に達し、水噴出穴から勢いよく水が吐出される。これによりノズル５１の先端に噴水の水柱が形成される。水の噴出によりサブタンク４１内の貯留水は次第に減少するが、上述のような加圧電磁弁４６のオン・オフ制御により、サブタンク４１内の空気圧はほぼＰ２に維持され、それ故にノズル５１から噴出する水の流量はほぼ一定に維持される。この状態で中央制御部９が目標値Ｐ３を変更すると、それに応じてサブタンク４１内の空気圧が変化し、ノズル５１から噴出される水の流量が変化し、噴水の高さや大きさが変化する。目標値Ｐ３を変更するとほぼ時間遅れなくサブタンク４１内の空気圧が変化するから、噴水の高さや大きさの変化も迅速で且つスムーズである。

サブタンク４１内の水位がＬｌを下回ると上述のように給水電磁弁４４がオンされ、メインタンク３１内の貯留水がサブタンク４１に供給される。これに伴い、メインタンク３１内の貯留水は次第に減少するが、上述のような加圧電磁弁３７のオン・オフ制御により、メインタンク３１内の空気圧はほぼＰ１に維持される。それ故に、主送水管７を通したメインタンク３１からサブタンク４１への水の供給はスムーズに行われ、サブタンク４１が空になることを防止することができる。

以上のように、本実施例による噴水装置では、複数のノズル５１からそれぞれ噴出させる水の背圧（サブタンク４１内上部空間の空気圧）を制御するとともに、ノズル５１からの水の噴出・停止の制御は噴水電磁弁５２により行うようにしている。これにより、水の噴出開始・停止を迅速に且つ水切れよく行うことができるとともに、噴水の高さや大きさの変更も迅速且つスムーズに行うことができる。

図２は第２実施例による噴水装置の要部の構成図である。基本的な水の噴出の原理は第１実施例と同じであり、相当する構成要素には同一符号を付している。

即ち、第２実施例の噴水装置では、１次タンクユニット３は設けられておらず、貯水槽１の下部の吐水口に接続された主送水管７が途中で分岐され、それぞれの末端に２次タンクユニット４’が接続されている。２次タンクユニット４’にあっては、主送水管７の末端はポンプ３４の吸水口に接続され、そのポンプ３４の吐水口は逆止弁３５を介してサブタンク４１に接続されている。サブタンク４１内の貯留水の水量の制御は第１実施例の１次タンクユニット３内の水量制御と同様であり、サブタンク４１内の上部空間の空気圧制御は第１実施例の２次タンクユニット４内の空気圧制御と同様である。

この構成では、各２次タンクユニット４’がポンプ３４を備え、このポンプ３４の動作により貯水槽１内の水がサブタンク４１に供給される。したがって、第１実施例のように、圧力差によって水をメインタンク３１からサブタンク４１へ供給する場合に比べて、例えば主送水管７が長く流路抵抗が大きな場合であっても、多量の水を確実に送ることができる。そのため、特に大規模な噴水装置に好適である。

なお、上記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜修正や変更、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。

１…貯水槽
２…エアコンプレッサ
３…１次タンクユニット
３１…メインタンク
３２…上位水位センサ
３３…下位水位センサ
３４…ポンプ
３５…逆止弁
３６…圧力センサ
３７…加圧電磁弁
３８…減圧電磁弁
３９…制御部
４、４’…２次タンクユニット
４１…サブタンク
４２…上位水位センサ
４３…下位水位センサ
４４…給水電磁弁
４５…圧力センサ
４６…加圧電磁弁
４７…減圧電磁弁
４８…制御部
５…噴水ユニット
５１…ノズル
５２…噴水電磁弁
６…圧縮空気送給管
７…主送水管
８…末端送水管
９…中央制御部

Claims (5)

1. a)水を噴出するノズルと、
   b)所定の水位範囲の水を貯留する密閉された貯水容器と、
   c)前記貯水容器内の上部空間に圧縮空気を送給する圧縮空気供給手段と、
   d)前記貯水容器と前記ノズルとの間を接続する送水管と、
   e)前記送水管の途中に設けられた開閉弁と、
   f)前記貯水容器内の上部空間の空気圧を所定圧に維持するように前記圧縮空気供給手段による圧縮空気の送給を制御した状態で、前記開閉弁の開閉により前記ノズルからの水の噴出及びその停止を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする噴水装置。
2. 請求項１に記載の噴水装置であって、
   g)前記貯水容器内に水を供給する送水手段と、
   h)前記貯水容器内の水位を監視し、その水位が所定の水位範囲に収まるように前記送水手段を制御する給水制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする噴水装置。
3. 請求項２に記載の噴水装置であって、
   前記送水手段はポンプであることを特徴とする噴水装置。
4. 請求項２に記載の噴水装置であって、
   前記送水手段は、
   g1)所定の水位範囲の水を貯留する密閉された第２貯水容器と、
   g2)前記第２貯水容器内の上部空間に圧縮空気を送給する第２圧縮空気供給手段と、
   g3)前記第２貯水容器と前記貯水容器との間を接続する第２送水管と、
   g4)前記第２送水管の途中に設けられた第２開閉弁と、を備え、
   前記給水制御手段は、前記第２貯水容器内の上部空間の空気圧を前記所定圧よりも高い第２所定圧に維持するように前記第２圧縮空気供給手段による圧縮空気の送給を制御した状態で、前記第２開閉弁の開閉により前記貯水容器への水の供給及びその停止を制御することを特徴とする噴水装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の噴水装置であって、
   前記制御手段は、噴水の高さ又は大きさに応じて前記所定圧を変更することを特徴とする噴水装置。

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