JP2000253763A - 定容積容器から一定少流量の液体を供給する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】定容積容器から少流量の液体を長時間安定して
一定流量に制御して大気解放状態に流出させる簡便な装
置において流量が大幅に調整できる構造とすること。 【解決手段】定容積で開口部を下向きに配置した液体を
収容可能な容器２２と、開口部に連絡した液体の流出孔
１４および気泡発生パイプ１６を有し、液体の流出孔に
おける空気と液体の表面張力の影響を小さくする浸出部
材１５を配置すると共に液体の流出孔に対する気泡発生
端の鉛直方向距離を調整できるようにして、空気と接す
る液体の表面張力の影響に対抗して液体の流出に関係す
る圧力を必要な値に一定に保つことができるようにし、
さらに気泡発生パイプに連結して大気を導入する管路に
交換可能なキャプラリィ３３を配置して、導入空気流量
を一定に制御する手段を講じた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生物への水分の補給
や栄養分の供給など長時間に亘る液体の供給を制御する
必要のある園芸、医療を含む流体工学の技術分野に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】ペットボトルを利用した点滴給水装置と
して出口に栓を取り付けこの上部に空気導入の端面を斜
めにした気泡発生パイプとそれに接続したプラスチック
チューブに空気流量の調節用のチューブを押し潰すよう
にして絞る器具を備え、栓の下部に液体流出用の２ｍｍ
程度の孔を設けて液体を供給する簡単な装置がある。

【０００３】

【従来技術の問題点】従来の技術では気泡発生の端面に
おいて表面張力の影響を一定または小さくする考慮が不
十分で気泡の発生・離脱における圧力差が一定でなく、
空気流量の調節にプラスチックチューブを押し潰すよう
にして簡単に絞りをしているため経時的な流路面積の変
化が比率として大きく、１０時間以上の時間経過におい
て安定した流量制御ができない本質的な問題点があっ
た。さらに液体流出の孔の部分においても表面張力の影
響を大きく受け、その外部の条件によって流出の抵抗す
なわち差圧力が変わるなどの問題点が残されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液体の流量として０．
０１ｍＬ／ｍｉｎ程度の極めて少流量まで１００時間以
上の長時間に亘って安定に一定に制御できる機構を簡単
な装置で実現することを課題として、とくに比較的小さ
い流路において空気と接する液体の表面張力の影響を小
さく安定に保ち、かつ調整によって流量が大幅に変更で
きるような装置とすることを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】流量制御と圧力とは常に
表裏一体の関係にあるが、形状の小さい流路では空気と
液体の接する境界面の曲率に応じた表面張力が圧力差に
関係して大きな影響を及ぼすので、この影響を小さく一
定に保つ手段を講じた。すなわち、気泡を発生する部分
を円形断面としてほぼ水平に配置するように空気側から
真下に向けるか、真上に向けるようにし、例えば水と空
気の場合直径２ｍｍでは１５０Ｐａ、４ｍｍでは７５Ｐ
ａとなる気泡の内部圧力の必要増加値をほぼ一定になる
ようにした。さらに液体が流出する部分では表面張力の
影響をより小さくできるように流出孔までの流路の直径
を４ｍｍ以上としなおかつ流出孔の外側に布などを用い
て等値的により大きな直径の流出孔となるようにした。

【０００６】また流量と圧力降下の関係を利用して流量
制御を合理的にしかも安定的に行う手段として比例関係
のある層流抵抗流路として０．３ｍｍ以下の内径のステ
ンレス製キャピラリィを用いる方法を採用した。定常的
な流量においてはこのキャピラリィによる圧力降下を通
常はほぼ５０〜３００Ｐａの範囲で制御することが適当
で、全体の流路系において気泡発生端から液体の流出部
までの液圧差すなわち水頭をベースとしてこの値から気
泡発生端および液体の流出部における表面張力に基ずく
必要圧力を考慮した残余の水頭の主な圧力がキャピラリ
ィで流量と対応してバランスさせられる。このとき、ベ
ースとなる水頭をある程度調節できるようにすると共に
キャピラリィも数種類用意して簡単に取り替えられるよ
うにすると、広い範囲で精密な流量調節が可能となる。

【０００７】さらに園芸などに用いる給水装置として
は、流量一定としても１時間ないし数時間内で一定であ
ればよく、単なる滴下に限らず水平方向への誘導が望ま
しい場合がある。これに対応する装置として一定流量で
流出する水を溜めて、別な流路を設けて必要な位置に時
間間隔をおいて纏まった量を導く手段をも講じた。

【０００８】とくに、園芸などに用いる場合には給水の
間隔を数時間以上、一日程度にまで長く設定することが
望ましい場合がある。これに対応するために一定流量で
流出する水を溜める容器を適当に大きく構成して、この
容器から別な容器で導くときにサイホンの作用を利用し
て最頂部までの高さを適切に選ぶことにより、容器から
纏まった量として５０〜５００ｍＬ程度の量まで設定で
きるような構造とした。

【０００９】

【発明実施の形態】以下、本発明による定積容器から一
定流量の液体を供給する装置の実施例を図１および図２
の断面解説図によって説明する。図１の定容積の容器２
２の出口２３を下にして配置し、出口の内面２４に適合
する液体流出管である栓１１をＯ−リング１２を介して
気密に確実に取り付ける。栓１１には容器の出口２３の
直下になる部分に空気取り入れ孔１３が設けられ、Ｌ字
状の空気泡発生パイプ１６が気密に挿入される。また栓
１１の下部の適当な位置には直径ほぼ４ｍｍ程度以上の
液体の流出孔１４が１個以上設けられ、さらにその外側
に必要に応じて木綿布など濡れ易い材質で作られた浸出
部材１５が環状に栓１１の外側に取り付けられて、容器
２２を倒立させた直後などの液体が一時的に過大に流出
することを防止すると共に流出孔１４における表面張力
の影響を小さく安定にする作用をする。容器２２内は液
体の部分２と空気の部分５とに分かれる。

【００１０】Ｌ字状の空気泡発生パイプ１６の栓１１の
内部に入れる部分は直角に曲げられて下方に向けられて
いるが、先端部にはねじ１７が設けられ、これに螺合す
る調節管１８の最下部が気泡発生端１９となっていて空
気の気泡３がここで液体中に放出されるまで成長する。
気泡発生端１９は水平な切り口面とした場合その外径の
影響を受けて気泡の大きさがほぼ一定になり、水平面に
１５度以上斜めの切り口とした場合は内径の影響を受け
た大きさとなる。気泡発生端１９を離れるまでに成長し
た気泡４は液体２の中を上昇して容器２２の上部の空気
の部分５の中に入る。このとき気泡発生端１９の内径は
極めて重要で液体の表面張力の影響を小さく一定に保つ
ために２ｍｍ以上で適切な寸法に設定する必要がある。
もちろん、形状的な制約から４ｍｍ以上にすることは普
通には困難である。

【００１１】空気泡発生パイプ１６の外側の端部にはビ
ニールチューブなど可撓性のある空気導入管３２が接続
されて容器２２の外側上部に配置される空気導入部３０
に連結される。空気導入部３０には０．１〜０．３ｍｍ
の範囲で適当な内径と長さをもつキャピラリィ３３が保
持チューブ３４で気密に空気導入管３２に接続されて内
臓され、外側は空気フィルタ３１を配置したシリコンゴ
ムチューブ３５で覆われ、容器２２の外側の適当な位置
に貼付けられたテープの環３６によって取り外し自由に
装着される。

【００１２】浸出部１５から滲み出た液体は栓１１の外
側面を伝って滴７となり降下するが、栓１１の下部端に
環状に設置された水溜め４１に集積される。水溜め４１
には端面がほぼ水平にされた排出管５４が水溜め４１の
底面４２の近くまで配置されて適当な高さの最頂部４３
を経由して水溜め４１の底面４２より低い排出管端５５
が構成される。液体が水溜め４１に蓄積されて水位が最
頂部４３よりある程度高くなったときサイホン作用によ
って水溜め４１から液体の排出が自動的に始まり水位が
底面４２の近くになるまで連続的に排出される。水溜め
４１の水平面積と最頂部４３までの高さと排出管５４の
下端の位置によって一回に蓄積・排出される量が定めら
れ、排出の時間間隔も適当に設定される。例えばほぼ１
２時間おきに１５０ｍＬの水量を必要な位置に排出する
ことができる。

【００１３】図２には第２の実施例として、一定容積の
容器２２に適合する蓋４４を用いて、蓋の底面４５に気
泡発生パイプ４６および液体流出管５０を取り付けた例
を図解する。蓋４４は通常は容器２２の出口２３の外側
に設けられたねじ２５に螺合して簡単に出口２３に気密
に取り付けられる。蓋４４の底面４５には気泡発生パイ
プ４６が気泡発生端４７を上方向に向けて固定され、そ
の気泡発生端４７の内径は２〜４ｍｍ液体の表面張力の
影響を小さく一定にする必要があるが、上方向になって
いる部分はその内径を端部よりも小さくしないようにす
るべきである。しかも上方向になっている部分の長さは
５ｍｍ以下であることが望ましい。

【００１４】液体流出管５０は蓋４４に対して上下方向
に位置調節が可能なようにたとえばねじ４８とナット４
９を介して取り付ける。液体流出管５０の内径は４ｍｍ
以上が適当で容器２２の液体が自然に内部に充満される
必要がある。適当な位置に液体の流出孔５２が直径ほぼ
４ｍｍ以上で設けられ、その外部に濡れやすい材質で作
られた浸出部５３が配置され、液体の空気中への流出に
おける表面張力の影響を小さく安定にできるようにす
る。

【００１５】気泡発生パイプ４６の上流側は図１の例示
と同様で、空気導入管３２が接続されて、空気導入部３
０に連結される。

【００１６】浸出部５３から滲み出た液体は液体流出管
５０の外側面を伝って滴７となり降下するが液体流出管
５０の下部端に環状に設置された水溜め４１に集積され
る。簡単には適当な水位に達したとき自動的に排出孔５
６から分配チューブ５７を経由して必要な位置に間隔を
おいて排出される。この場合水位は排出側の勾配や経路
の気泡などを含めた抵抗に対応した水位となるが、３０
ｍｍ以下となることが望ましい。

【００１７】図１の例において気泡発生端１９と液体の
流出孔１４との高さの差Ｈ０、図２の例においては気泡
発生端４７と液体の流出孔５２との高さの差Ｈ０がベー
スとなる水頭であり、これをそれぞれの流路系における
表面張力に対応する圧力よりも大きく設定し、空気導入
部３０のキャピラリィ３３によって流量に対応する圧力
降下が十分に取れるようにする必要がある。Ｈ０の調節
とキャピラリィの選定によって通常流量範囲は１：５０
０以上に設定変更できる。

【００１８】

【発明の効果】本発明による定容積容器から一定少流量
の液体を供給する装置によると、簡単な機構と構造によ
って０．０１ｍＬ／ｍｉｎ程度の極めて少ない流量の液
体を２０日以上の長時間に亘って安定して自動的に流し
続けることが可能になる。もちろん、より大きな流量に
ついてはさらに容易に安定した流量制御が可能である。
とくに、園芸用として植木鉢やプランタンの給水を一週
間以上の期間に２Ｌ程度のペットボトルを利用して極め
て簡単な装置によって実現できる効果がある。このとき
給水を適当な時間間隔をおいて行うことも可能である。

【００１９】また少ない流量について精密な流量制御が
できることから、医療用その他広い分野に適用できる。

【００２０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による定容積容器から一定少流量の液体
を供給する装置のーつとして、容器の出口内側に適合す
る栓を用いた装置の断面解説図。

【図２】本発明による定容積容器から一定少流量の液体
を供給する装置の他の一つとして容器の出口外側に適合
する蓋を用いた装置の断面解説図。

【符号の説明】

２ 液体 ３ 気泡 ４ 気泡 ５ 空気の部分 ７ 滴 １１ 栓 １２ Ｏ−リング １３ 空気取入孔 １４ 流出孔 １５ 浸出部材 １６ 気泡発生パイプ １７ ねじ １８ 調節管 １９ 気泡発生端 ２２ 定容積の容器 ２３ 出口 ２４ 内面 ２５ ねじ ３０ 空気導入部 ３１ 空気フィルタ ３２ 空気導入管 ３３ キャピラリィ ３４ 保持チューブ ３５ シリコンチューブ ３６ 環 ４１ 水溜め ４２ 底面 ４３ 最頂部 ４４ 蓋 ４５ 底面 ４６ 気泡発生パイプ ４７ 気泡発生端 ４８ ねじ ４９ ナット ５０ 液体流出管 ５２ 流出孔 ５３ 浸出部材 ５４ 排出管 ５５ 排出管端 ５６ 排出口 ５７ 分配チューブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水その他の液体を入れた一定容積の容器
   の出口を下方に向けて設置し、出口に適合するパイプ状
   の下部端の閉じられた栓の上部の側面に空気取り入れ孔
   を設けて、この孔に気密に挿入されるＬ字状の空気泡発
   生パイプの液側の出口端を下方に向けその先端部を長さ
   が調節可能な構造とすると共に内径が２〜４ｍｍ範囲内
   で液と空気の表面張力に基ずく気泡の内部圧力増加がほ
   ぼ一定の値に確保できる気泡発生端として、極めて少な
   い流量の空気を導入したとき液の中に空気の泡をほぼ一
   定の時間間隔で安定的に発生させ得る機構とし、外側の
   端部にはビニールチューブなど可撓性のある空気導入管
   を接続して上方に導き、空気導入部に接続する。栓の下
   部の側面には気泡発生端から適当な距離として１０〜４
   ５ｍｍ下に内径約４ｍｍ以上の液体の流出孔を１個以上
   設け液体を流出させるようにすると共にさらにその外部
   に液体に濡れやすい繊維質の材料などで作られた木綿布
   などの浸出部を配置して液体の流出に対する表面張力の
   影響を小さく一定に保つようにして、外気との差圧に応
   じて極めて少ない流量の液体を浸出させ栓の外側を滴下
   させるように構成し、空気導入部には内径０．１〜０．
   ３ｍｍの適当な長さのキャピラリィを配置して空気流量
   ０．００１〜１ｍＬ／ｍｉｎに対して３５〜３５０Ｐａ
   の差圧力を生じて適当な流量制御を可能にして、一定容
   積の容器から一定の流量の液体が流出し滴下するのに対
   応して空気を気泡として容器内に導入するようにした定
   容積容器から一定少流量の液体を供給する装置。
2. 【請求項２】 前項１の定容積容器から一定少流量の液
   体を供給する装置において容器の出口に適合する蓋を用
   いて出口を下に設置して蓋の底面に空気泡発生パイプお
   よび液体流出管を取り付ける。気泡発生パイプは内径が
   ２〜４ｍｍの気泡発生端を蓋の内部において上方に向け
   て取り付け、外側の端部にはビニールチューブなど可撓
   性のある空気導入管を接続して上方に導き、空気導入部
   に接続する。液体流出管は内径がほぼ４ｍｍ以上の構造
   として上端を蓋の内部にし上下の位置を調節可能なねじ
   などを利用した蓋への気密の確保できる取り付けとし
   て、液体が容易に内部に入り充満できるように構成さ
   れ、蓋の外部において気泡発生端から１０〜４５ｍｍ下
   になる位置に内径約４ｍｍ以上の液体の流出孔を１個以
   上設け液体を流出させると共にさらにその外部に液体に
   濡れやすい繊維質の材料などで作られた木綿布などの浸
   出部を配置して液体の流出に対する表面張力の影響を小
   さく一定に保つようにして、外気との差圧に応じて極め
   て少ない流量の液体を浸出させ液体流出管の外側を滴下
   させるように構成し、空気導入部には内径０．１〜０．
   ３ｍｍの適当な長さのキャピラリィを配置して空気流量
   ０．０１〜１ｍＬ／ｍｉｎに対して３５〜３５０Ｐａの
   差圧力を生じて適当な流量制御を可能にして、一定容積
   の容器から一定の流量の液体が流出し滴下するのに対応
   して空気を気泡として容器内に導入するようにした定容
   積容器から一定少流量の液体を供給する装置。
3. 【請求項３】 前項１および２の定容積容器から一定少
   流量の液体を供給する装置において栓または液体流出管
   の外側を滴下する液体を上方が解放された容器に捕集し
   て溜め、この容器の下部に適当な撓み易いチューブまた
   は樋を取り付けて、その流路の勾配などの特性と水頭に
   よる適当な時間間隔をおいて、必要な位置に自動供給で
   きるようにした定容積容器から一定少流量の液体を供給
   する装置。
4. 【請求項４】 前項３の栓または液体流出管の外側を滴
   下する液体を上方が解放された容器に補集して溜めると
   き、容器の適当な高さ位置から容器内の下部底面に近い
   位置まで端面がほぼ水平になった管路を配置し、液体が
   容器にある量以上に溜まって管路の最頂部から下降して
   サイホンの作用によって流れ始めてほぼ下部底面近くま
   で短時間に流出できるようにし、次に液体が容器にある
   量以上溜まるまで管路からの流出が停止されるように構
   成し、容器の水平面積と管路のサイホン作用に対応する
   高さを適当に設定して、短時間に流出する量および時間
   間隔を適切に選択できるようにした定容積容器から一定
   少流量の液体の液体を供給する装置。
5. 【請求項５】 流出させるべき液体を収容可能な定容積
   容器と、前記定容積容器の出口に連通して液体を流出さ
   せる液体流出口を有する液体流出管と、前記液体流出管
   内または定容積容器内部に直径２〜４ｍｍの気泡発生口
   を有する空気泡発生パイプと、前記空気泡発生パイプに
   連通し流量制御の作用を有する内径０．１〜０．３ｍｍ
   のキャピラリィを備えた空気導入部材とを有し、前記気
   泡発生口と前記液体流出口との間の鉛直方向の距離が１
   ０ｍｍ以上であって可変に構成されていることを特徴と
   する定容積容器から一定少流量の液体を供給する装置。
6. 【請求項６】 定容積で開口部を下向きに配置した液体
   を収容可能な容器と、開口部に連絡した液体の流出孔お
   よび気泡発生パイプを有し、液体の流出孔における空気
   と液体の表面張力の影響を小さくする浸出部材を配置す
   ると共に液体の流出孔に対する気泡発生端の鉛直方向距
   離を調整できるようにして、空気と接する液体の表面張
   力の影響に対抗して液体の流出に関係する圧力を必要な
   値に一定に保つことができるようにし、さらに気泡発生
   パイプに連結して大気を導入する管路に交換可能なキャ
   プラリィを配置して、導入空気流量を一定に制御するこ
   とを可能にしたことを特徴とする定容積容器から一定少
   流量の液体を供給する装置。