WO2012046698A1

WO2012046698A1 - 揚水管およびそれを含む揚水装置

Info

Publication number: WO2012046698A1
Application number: PCT/JP2011/072795
Authority: WO
Inventors: 笹岡　英資
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2012-04-12
Also published as: JP2012095638A; EP2625951A1; EP2625951A4; US20120168017A1; CN103153042A

Abstract

　本発明は、揚水のためのエネルギーを必要とせず、配置の自由度が高く、かつ、充分な高さまで揚水可能な構造を備えた揚水装置等に関する。当該揚水装置１は、揚水管１０と、フィルタ２０を備える。揚水管１０は、長手方向全長に亘って略均一な内径を持つ貫通孔を有する微小管を含む。フィルタ２０は、微小管の貫通孔の内径より小さい目を有する。フィルタ２０の目を通過した液体は、揚水管１０の第１端に供給されると、貫通孔における毛細管現象により揚水管１０の第１端から第２端へ導かれる。

Description

揚水管およびそれを含む揚水装置

　本発明は、揚水管およびそれを含む揚水装置に関するものである。

　揚水装置は、液体を或る位置から他の位置まで導く装置であって、例えば貯水槽に容れられた水を鉢植えの植物の根本まで導くよう機能する。揚水装置としては、例えば特許文献１～３に開示された発明が知られている。

　特許文献１に記載された発明は、液体を容れる貯留部と栽培容器との間に給排チューブを設け、ポンプを動力源として用いて、貯留部から給排チューブを経て栽培容器まで液体を導く。特許文献２に記載された発明は、動力源を必要とせず、砂を充填した孔あき管における毛細管現象を利用して、貯水槽から植生部まで水を導く。特許文献３に記載された発明は、所定径の気孔が連通し且つ一次元配向したセラミック多孔体からなる揚水材を用いて水を導く。

特開２００４-０２４０２９号公報特開平１１-１８１７７５号公報特開２００８-３０１７４４号公報

　発明者らは、従来の揚水装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、特許文献１に記載された揚水装置は、貯留部から給排チューブを経て栽培容器まで液体を導くために動力源を必要とし、エネルギーを必要とする。これに対して、特許文献２、３それぞれに記載された揚水装置は、動力源を必要としない。

　しかしながら、特許文献２に記載された揚水装置は、砂を充填した孔あき管における毛細管現象を利用するものであるが、砂の大きさ，孔あき管の孔の径、孔の向き及び孔の繋がり方などが制御されていないので、毛細管現象により重力に打ち勝って揚水できる高さが制限される。また、特許文献３に記載された揚水装置は、セラミック多孔体からなる揚水材が用途や配置条件に応じて所定の形状を有する必要があることから、配置の自由度が低い。

　本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、揚水のためのエネルギーを必要とせず、配置の自由度が高く、かつ、充分な高さまで揚水可能な構造を備えた揚水管およびそれを含む揚水装置を提供することを目的としている。

　本発明に係る揚水装置は、少なくとも、揚水管と、フィルタを備える。揚水管は、第１端とこの第１端に対向する第２端を有する。また、揚水管は、第１端から第２端に向かって伸びるとともに、その長手方向全長に亘って略均一な内径を持つ貫通孔を有する微小管を含む。フィルタは、揚水管の前記第１端側に配置される。また、フィルタは、微小管の貫通孔の内径より小さい目を有する。このような構成の当該揚水装置では、揚水管が、フィルタの目を通過した液体を、貫通孔における毛細管現象を利用して第１端から第２端へ導く。

　本発明に係る揚水装置において、微小管の貫通孔の内径は、０.１μｍ以上かつ１００μｍ以下であるのが好ましい。また、微小管は、上述の貫通孔を含む複数の貫通孔を有してもよい。或いは、揚水管は、上述の微小管を含む複数の微小管を束ねることにより構成されてもよい。

　本発明に係る揚水装置は、揚水管の第２端において貫通孔に挿入された１又はそれ以上の毛状体を、更に備えてもよい。これにより、貫通孔内の液体は、毛状体を解して貫通孔の外部に取り出される。なお、毛状体の直径および間隔は、貫通孔の直径より小さいのが好ましい。また、毛状体の長さは、貫通孔の直径より長いのが好ましい。毛状体は。ナノインプリント技術により作製されるのが好ましい。

　また、本発明に係る揚水管は、複数の微小管を束ねることにより構成されるのが好ましい。この場合、複数の微小管のそれぞれは、その長手方向全長に亘って略均一な内径をもつ複数の貫通孔を有し、複数の貫通孔のそれぞれは、０.１μｍ以上かつ１００μｍ以下の内径を持つのが好ましい。

　本発明に係る揚水装置は、揚水のためのエネルギーを必要とせず、配置の自由度が高く、かつ、充分な高さまで揚水することができる。

は、第１実施形態に係る揚水装置１の構成を示す図である。は、揚水装置１に含まれる揚水管１０の断面図である。は、揚水管１０に含まれる微小管１１の断面図である。は、微小管１１を作製するための微小管母材５０の断面図である。は、貫通孔１４の内径と揚水高さとの関係を示すグラフである。は、第２実施形態に係る揚水装置２の構成を示す図である。は、第３実施形態に係る揚水装置に含まれる繊維材シート４０および毛状体４１の構成を示す図である。は、第３実施形態に係る揚水装置に含まれる微小管１１，繊維材シート４０および毛状体４１の構成を示す図である。

　１，２…揚水装置、１０…揚水管、１１…微小管、１２…外被、１３…ガラス部、１４…貫通孔、１５…被覆部、２０…フィルタ、３０…貯水槽、４０…繊維材シート、４１…毛状体、５０…微小管母材、５１…ガラスパイプ、５２…ガラスパイプ。

　以下、本発明に係る揚水装置の各実施形態を、図１～図８を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

　（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る揚水装置１の構成を示す図である。この図１には、揚水管１０およびフィルタ２０を備える揚水装置１の他に、貯水槽３０および繊維材シート４０も示されている。図２は、揚水装置１に含まれる揚水管１０の断面図である。また、図３は、揚水管１０に含まれる微小管１１の断面図である。

　揚水管１０は、長手方向全長に亘って略均一な内径を持つ貫通孔を有する微小管１１を含む。フィルタ２０は、微小管１１の貫通孔の内径より小さい目を有する。このフィルタ２０は、揚水管１０の第１端側に設けられており、具体的には、第１端の端面を覆うように、第１端に固定されている。また、揚水管１０の第１端は、貯水槽３０内の水３１に沈められる。揚水管１０の第２端における貫通孔の開口は、繊維材シート４０と接触している。そして、当該揚水装置１において、フィルタ２０の目を通過した水３１が揚水管１０の第１端に供給されると、その水は、貫通孔における毛細管現象により揚水管１０の第１端から第２端へ導かれ、最終的に、揚水管１０の第２端と接触している繊維材シート４０へ到達する。

　揚水管１０は、図２の断面図に示されたように、複数本（図２では１０９本）の微小管１１を束ねることにより構成され、これら束ねられた複数本の微小管１１の外周が外被１２で覆われている。揚水管１０に含まれる各微小管１１は、図３の断面図に示されたように、長手方向に亘って外径が略均一であるガラス部１３に複数本（図３では９１本）の貫通孔１４が長手方向に設けられている。このガラス部１３の外周が被覆部１５で覆われている。各貫通孔１４は、長手方向全長に亘って略均一な内径を持つ。例えば、各貫通孔１４の内径は、０.１μｍ以上かつ１００μｍ以下であるのが好ましい。

　一例として、各貫通孔１４の内径は、８μｍ程度であり、ガラス部１３の外径は１２５μｍ程度であり、被覆部１５の外径は１７０μｍ程度であり、外被１２の外径は２ｍｍ程度である。フィルタ２０のメッシュの目の粗さは、各貫通孔１４の内径の２分の１以下であるのが好ましく、この場合には４μｍ以下であるのが好ましい。

　図４は、微小管１１を作製するための微小管母材５０の断面図である。微小管母材５０は、それぞれが同一形状を有する複数本（図４では９１本）のガラスパイプ５１が束ねられ、これらガラスパイプ５１が内径の大きいガラスパイプ５２内に挿入されることにより構成される。このように構成された微小管母材５０が加熱して一体化するとともに微小管母材５０の線引が行われる。また、この線引の工程において、線引された部分（ガラス部１３）の表面が、紫外線硬化樹脂等により適切な被覆部１５で覆われることで、図３に示されたような微小管１１が製造される。

　図５は、貫通孔１４の内径と揚水高さとの関係を示すグラフである。この図５に示されたように、毛細管現象により揚水管１０が揚水できる高さは、貫通孔１４の内径等に依存する。貫通孔１４の内径が８μｍであるとき、３ｍ程度の高さまで揚水することが可能である。したがって、繊維材シート４０が取り付けられた揚水管１０の第２端が貯水槽３０内の水３１の水面より３ｍ程度高くても、給水が可能となる。

　この結果、揚水管１０の第２端に水が達すると、第２端において貫通孔１４の開口に接触した繊維材シート４０による毛細管現象により、繊維材シート４０全体に水が拡がっていく。この繊維材シート４０を給水が必要な植物等が入れられた植木鉢・プランター等に設置することにより、貯水槽３０の水が涸れない限りは、動力減を使用すること無く自動給水が可能となる。

　（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る揚水装置２の構成を示す図である。図６には、揚水管１０_１～１０_５およびフィルタ２０_１～２０_３を備える揚水装置２の他に、貯水槽３０および繊維材シート４０も示されている。揚水管１０_１～１０_５それぞれは、第１実施形態における揚水管１０と同様の構造を有する。

　フィルタ２０_１～２０_３それぞれは、貯水槽３０へ水３１を供給する経路上に順に設けられている。フィルタ２０_１～２０_３それぞれの目の粗さは、供給される水３１に含まれる異物の想定される大きさに応じて決定される。第１段のフィルタ２０_１の目より第２段のフィルタ２０_２の目が小さく、第２段のフィルタ２０_２の目より第３段のフィルタ２０_３の目が小さい。第３段のフィルタ２０_３の目は、揚水管１０_１～１０_５それぞれの貫通孔の内径より小さい。

　このように水の供給経路に沿って順にフィルタ２０_１～２０_３の目が小さくなっていると、効率的な異物除去（すなわち、貫通孔内に異物が入ることの防止）の点で好適である。また、フィルタ２０_１～２０_３のメンテナンスの点で好適である。本実施形態では、揚水管１０_１～１０_５それぞれの第１端の端面を覆うように固定されて設けられるフィルタは不要である。

　（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態それぞれでは、微小管１１の貫通孔１４の開口から水を取り出すために揚水管１０の第２端に繊維状シート４０が設けられていて、揚水管１０の第２端に水が達すると、繊維材シート４０による毛細管現象により繊維材シート４０全体に水が拡がっていく。

　第３実施形態では、揚水管１０の第２端において貫通孔１４の開口から外へ水を効率よく取り出すために、繊維材シート４０に毛状体４１が設けられる。図７は、第３実施形態に係る揚水装置に含まれる繊維材シート４０および毛状体４１の構成を示す図である。図８は、第３実施形態に係る揚水装置に含まれる微小管１１，繊維材シート４０および毛状体４１の構成を示す図である。第３実施形態における他の構成要素は、第１実施形態の場合と同様である。

　繊維材シート４０の一方の主面上に多数の毛状体４１が設けられている。毛状体４１はナノインプリント技術により作製され得る。各毛状体４１の直径および間隔は貫通孔１４の直径より短く、各毛状体４１の長さは貫通孔１４の直径より長い。例えば、各貫通孔１４の内径が８μｍ程度であるとき、各毛状体４１の間隔は５μｍであり、各毛状体４１の長さは１０μｍである。また、各毛状体４１は柔軟性を有する。

　揚水管１０の第２端において、貫通孔１４内には１又はそれ以上の毛状体４１が挿入される。上記の寸法例の場合、各貫通孔１４に４本程度の毛状体４１が挿入されることとなる。なお、各毛状体４１が柔軟性を有することから、貫通孔１４に挿入されずに微小管１１端面のガラス部分に突き当たった毛状体４１は、曲がる（撓る）ことにより、他の毛状体４１が貫通孔１４内に挿入されることを妨げない。

　貫通孔１４内を毛細管現象により揚水された水は、揚水管１０の第２端に達すると、今度は貫通孔１４内に挿入された毛状体４１の毛細管現象により毛状体４１の根元に達し、貫通孔１４の外に出る。さらに、貫通孔１４の外に出た水は、毛状体４１の根元部分に設けられた繊維材シート４０の毛細管現象により繊維材シート４０全体に拡がっていく。

　貫通孔１４に繊維材シート４０が直接接触する第１実施形態の場合と比較して、貫通孔１４の大きさを考慮した毛状体４１を使用する第３実施形態では、より確実に貫通孔１４内の水を外部に取り出すことが可能となり、揚水の効率向上や設置の簡便化が可能となる。

　（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、微小管母材５０の材料としては、加熱・線引により縮径・長尺化が可能な材料が好適であり、ガラス以外にプラッチック等を活用することも可能である。

　微小管母材５０の製造方法として、所望の位置に所望の形状・大きさの貫通孔を軸方向に実現できればよく、パイプの積み上げの他に、ロッド材に穴あけ加工により貫通孔を形成することも可能である。

　微小管１１の貫通孔１４の大きさについては、図５に示された直径と揚水高さとの関係等も考慮して決定されればよく、第１実施形態で示された値に限定されない。また、貫通孔の数についても所望の揚水量等を元に決定されればよい。

　微小管１１の被覆部１５は、微小管１１の保護・取扱い性の観点から要否・使用材料を決定されればよい。被覆部１５が必要な場合においても、第１実施形態に記載した紫外線硬化樹脂に限定されない。また、このことは外被１２についても同様である。

　揚水管１０の第２端には、微小管１１の貫通孔１４の開口から水を取り出すための機能が必要であり、第１実施形態では繊維材料からなるシート４０の毛細管現象を利用したが、同様に毛細管現象を利用する場合には、微小多孔質、あるいは、砂などの粉体を利用することも可能である。

　また、用途として第１実施形態では植物への給水を挙げたが、この他に、気化熱による冷却等、水が必要とされる様々な用途に利用可能である。さらに、“揚水”、“貯水”等の用語を使用したが、液体としては水に限定されない。

Claims

第１端と前記第１端に対向する第２端を有する揚水管であって、前記第１端から前記第２端に向かって伸びるとともに、その長手方向全長に亘って略均一な内径を持つ貫通孔を有する微小管を含む揚水管と、
　前記揚水管の前記第１端側に配置されたフィルタであって、前記微小管の前記貫通孔の内径より小さい目を有するフィルタと、を備え、
　前記揚水管は、前記フィルタの目を通過した液体を、前記貫通孔における毛細管現象を利用して前記第１端から前記第２端へ導く、
　ことを特徴とする揚水装置。
請求項１記載の揚水装置において、
　前記微小管の前記貫通孔の内径は、０.１μｍ以上かつ１００μｍ以下である。
請求項１記載の揚水装置において、
　前記微小管は、前記貫通孔を含む複数の貫通孔を有する。
請求項１記載の揚水装置において、
　前記揚水管は、前記微小管を含む複数の微小管を束ねることにより構成されている。
請求項１記載の揚水装置は、更に、
　前記揚水管の前記第２端側において、少なくとも一部が前記貫通孔に挿入された１又はそれ以上の毛状体を備え、これにより、前記貫通孔内の液体が、前記毛状体を介して前記貫通孔の外部へ取り出される。
請求項５記載の揚水装置において、
　前記毛状体の直径および間隔は前記貫通孔の直径より小さく、前記毛状体の長さは前記貫通孔の直径より長い。
請求項５記載の揚水装置において、
　前記毛状体は、ナノインプリント技術により作製される。
複数の微小管を束ねることにより構成された揚水管であって、
　前記複数の微小管のそれぞれは、その長手方向全長に亘って略均一な内径をもつ複数の貫通孔を有し、
　前記複数の貫通孔のそれぞれは、０.１μｍ以上かつ１００μｍ以下の内径を持つ、
　ことを特徴とする揚水管。