JP6908347B1

JP6908347B1 - サイフォン式給水器および給水量の調整方法

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Publication number: JP6908347B1
Application number: JP2021017876A
Authority: JP
Inventors: 啓行不知
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-06
Filing date: 2021-02-06
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2041-02-06
Also published as: JP2022120858A

Abstract

【課題】自宅を留守にする数日間に植木鉢等へ自動的に給水する装置が望まれている。この場合、一定の日数の間途切れることなく安定して給水が行われることが必要である。また、給水を行う季節の違いや、植木鉢の大きさの違いによって必要な給水量が異なるため、給水量の多寡の調整ができることが望まれる。【解決手段】本発明による給水器は、細管によってサイフォンを構成し、サイフォンの原理によって給水容器内の水を流出させ給水する給水器で、長期間にわたり安定して給水することが可能である。この給水器は給水の多寡を調整することができこと、給水容器として幅広い容器を使えること、構造が単純なので製作が容易であることなどの特長をもつ。【選択図】図１

Description

本発明は、植木の鉢やプランター等に鉢植えされた草花等に自動的かつ継続的に給水する給水器および当該給水器を使った給水における給水量の調整方法に関するものである。

何日間か自宅を離れ、留守中に植木鉢やプランター等への給水を必要とする場合がある。このような時に、植木鉢やプランター等へ自動的に給水する装置が望まれ、このためのさまざまな装置が考案されている。

植木鉢等へ給水するための装置として、逆さにした容器から小さな穴を通して重力の作用により水を流すものが考案されている。このような装置では水を溜める容器が小さく、給水できる水量が限られている。また、毛細管現象を利用して水を入れた容器から水を吸い上げて植木鉢等に滴下させる方式のものが考案されているが、導水のための素材の状態や設置環境の違い等により水の吸い上げ量が異なるために給水量が安定しない。また、給水量の調整は困難である。

また、植木鉢等へ給水する場合、給水を実施する季節の違いや、植物の鉢の大きさの違いなどにより必要とする給水量が異なるので、給水器には給水量の多寡を調整する機能があるのが望ましい。

植木鉢等への給水のための給水器としては装置の構造や仕組みが複雑で製作に多大な経費がかかるものは目的に適さない。

実登3128077 実願2006-005665 ＰＥＴボトル自動給水器特開2000-287564 特願平11-137587ペットボトル利用給水装置特開平10-337122 特願平09-185696 植木鉢用給水器具実開平06-034445 実願平04-079296 植物用自動給水器

本発明は、植木鉢やプランター等へ給水するための適量な水を安定して供給することができる給水器で、構造が簡単で製作が容易な給水器を提供することである。

本発明に係る給水器は、塵埃の混入を防止するためのフィルターを装着した下端を給水容器内
の水中に没入し、上端を給水容器内の水面よりも上になるように給水容器内に配置した給水チ
ューブ保持管と、
一端を給水チューブ保持管内の水中に没入し、他端（以下、出水端という）を給水容器外で給
水容器の水面よりも低い位置に配置してサイフォンの作用をする導水管とを備えることを特徴
とする給水器。

本発明に係る給水器で、出水端の位置と給水容器内の水面の位置との鉛直方向の距離（以下、
給水面高度という）と導水管の内径との組み合わせにより、導水管を通って給水容器の外部に
流れ出る水の流量の多寡を調整する方法。

サイフォンの原理により、導水管を通して給水容器の外に流れ出る水の流量の多寡は、給水面
高度と導水管の内径に関係する。本発明に係る給水器はこのことを利用して、給水面高度と導
水管の内径とを組み合わせて給水量の多寡を調整する給水器であり、構造が簡単で製作が容易
である。また、給水チューブ保持管に装着したフィルターで導水管への塵埃の進入を防止する
ことによって、長期間にわたり必要な量の水を安定して給水できる。さらに、容器が給水容器
として使えるための条件は、給水に必要な水の容量が確保できることと給水チューブ保持管を
給水容器内に配置することができるということの二つだけなので、ポリタンク、バケツ、ペッ
トボトルなど広い範囲の容器が使えるという特長を持つ。

図１は本発明の実施例の全体図図２は複数個の給水容器をサイフォン管で連結して、給水容量と給水面の面積の大きな給水容器を構成する方法を例示した図

以下、本発明の実施例を図1により説明する。

図１は本発明に係る給水器の実施例である。
給水チューブ保持管５は、給水チューブ９を給水容器４の底面に保持するもので、本実施例では内径０．７ｃｍ、長さ３３ｃｍのペット管を使用する。また、給水容器内の底面側にゴミの進入を防止するためのフィルター２を装着する。本実施例ではナイロンメッシュシートを使用する。

保護管６は内部の導水管１１を保護するためのもので、内部に導水管１１を配置するために必要かつ十分な内径をもつ可撓性のチューブを用いる。
本実施例では保護管６を２つに分割し、側面に空気穴７を開けた連結管８で連結した管の全体を保護管とする。連結管８の側面に開けた空気穴７は、保護管がサイフォンを構成することを防ぐためである。本実施例では、保護管１１として長さ５０ｃｍ外径０．４ｃｍの塩化ビニル製チューブ２本を、連結管８として、側面に空気穴７を開けた、長さ１．５ｃｍ、内径０．４ｃｍのポリ塩化ビニル管を用いる。

導水管１１はサイフォンを構成し、給水容器４内の水３を外部に流出させるためのものである。単位時間あたりの出水量（給水速度という）は導水管１１の内径に依存する。
本実施例では、長さ１０２ｃｍのシリコンチューブで、内径０．０５ｃｍと内径０．０７ｃｍの２種類を導水管として用い実験を行った。

給水容器の台１に上下方向に位置を移動可能な棒１２を取り付け、この棒に穴を開け出水端１４を固定する。このことによって、給水開始時の給水面高度を設定し、その結果として給水速度の初期値を決定する。（この仕組みを、給水量調整器１２とよぶ）
なお、給水量の多寡の調整方法は、出水端の上下の位置が所定の位置に固定されることだけが必要な条件で、給水量調整器の有無や、給水量調整器の取り付け方にはよらない。例えば、給水チューブをリング状にして出水端の上下の位置を調整し給水面高度の初期値を設定してもよい。

給水の開始は次のように行う。
１給水容器を設置する。
２給水チューブ保持管の内部に給水チューブを配置し、図１のように給水容器内の水中に没入する。
３出水端からスポイトで導水管に水を注入して空気を抜き、出水端を給水面より下の位置で保持する。
４出水端から水が出ることを確認したら出水端を給水量調整器に取り付ける。
５出水端に延長管を取り付け、必要な個所に水を供給する。

本発明に係る給水器は、給水を継続するにつれて給水面が降下し給水速度が徐々に低下する。給水面積が大きいほど給水面の降下割合は小さいので、より大きい給水面積を有する給水容器ほど給水継続による給水速度の低下割合が少ない。本発明による給水器では、複数の水容器をサイフォン管で連結して給水容器の容量と給水面積とを拡大することができる。図2は複数のペットボトルを連結する例である。

給水中の給水面積をＳ、給水を開始してからの経過時間をｔ、その時の給水面高度をｈとする。

給水速度ｆが給水面高度に比例すると仮定し比例定数（以下、給水係数とよぶ）をａとすると

となる

微小時間Δｔの間に流出する水の量ΔＶは、この間の給水面の低下量Δｈと給水面の面積Ｓの積なので

上式の左辺は給水速度ｆなので（１）（２）より

この微分方程式の解は

となる。ここで、Ｈは給水開始時の給水面高度である。この式は、ｔ時間後の給水面高度は、導水管で決まる給水係数ａと給水容器で決まる給水面積Ｓで決まることを意味しており、良い精度で成り立つことが本実施例による実験で確認されている。

従って、導水管の給水係数ａの値がわかっていれば、給水面積がＳの給水容器で、給水開始時の給水面高度をＨに設定した場合の給水量が計算できる。

導水管の給水係数は「水の流しやすさ」を表す数値で、内径が大きい程給水係数は大きくなり、その値は次のように求めることができる。給水開始から間もない時間をｔとし、時間ｔまでの総給水量をｖとする。ｔが小さく、

のとき、（４）式は次のように近似できる。

右辺の第二項の

は、ｔ時間の給水面の降下量なので、この間の給水総量ｖは

となり、

を計算すれば、給水係数ａを求めることができる。

本実施例では給水容器と導水管の条件を変えて２つの実験を行った。
実験１での１０日間の給水実験結果は次の通りである。
導水管長さ１０２ｃｍ内径０．０５ｃｍ給水係数ａ＝０．５３２（平方センチメートル／時間）
給水容器ポリタンク給水面積Ｓ＝８００平方センチメートル
給水面高度の初期値Ｈ＝２４．５ｃｍ

表中の、「２給水総量」は給水開始時から経過時間までに給水容器の外部に流出した水の総量の実測値、「４給水面高度」は、「Ｈ−給水総量÷給水面積」で計算した値、「５給水面高度の計算値」は（４）式を使った計算値である。また、給水係数は、最初の１０４６分、ｔ＝１７．４３時間での給水総量の測定値ｖ＝２２７ミリリットルから、式（５）で計算した値ａ＝０．５３２を使用した。

実験２での１０日間の給水実験結果は次の通りである。
導水管長さ１０２ｃｍ内径０．０７ｃｍ給水係数ａ＝１．２９（平方センチメートル／時間）
給水容器４本のペットボトル給水面積３２７．８平方センチメートル
給水面高度の初期値Ｈ＝１６．５ｃｍ

実験２では図２で示すような方法で、４本のペットボトルをサイフォン管で連結した容器を使用した。給水面積は４本のペットボトルの給水面積を合計したものである。この実験では、実験１より内径が大きく、したがって給水係数が大きい導水管と、給水面積が実験１より小さな給水容器を使ったので、給水面高度の降下率が大きくなっている。給水面高度が初期値の半分より低い１０日目には、給水面高度の測定値と式（４）による計算値とのズレが増加しているがその差は１０パーセント程度である。また、給水面高度の降下率が大きいために１日あたりの給水量が急速に減少している。このことの改善方法は、複数の給水容器を並べて、サイフォン管で連結したものを給水容器として使えばよい。このようにすれば給水面積が大きくなるので給水面の降下率は小さくなり、１日あたりの給水量の減少を低くすることができる。

本給水器では、異物が導水管に流れ込んで詰まる場合以外は、水が無くなるか給水面高度がゼロになるまで給水を継続することができる。本実施例では、フィルターとして適切な材料を用いることにより導水管への異物の混入を防止することによって、１か月以上の給水の継続ができることが確認された。

１給水容器の台
２フィルター
３水
４給水容器
５給水チューブ保持管
６保護管
７空気穴
８連結管
９給水チューブ
１０給水面
１１導水管
１２給水量調整器
１３延長管
１４出水端
１５植木鉢
１６ペットボトル
１７サイフォン管

Claims

フィルターを装着した下端を給水容器内の水中に没入し、上端を給水容器内の水面よりも上になるように給水容器内に配置した給水チューブ保持管と、
一端を給水チューブ保持管内の水中に没入し、出水端を給水容器外で給水容器の水面よりも低い位置に配置してサイフォンの作用をする導水管とを備えることを特徴とする給水器。
請求項１に記載の給水器で、給水面高度と導水管の内径との組み合わせにより、導水管を通って給水容器の外部に流れ出る水の流量の多寡を調整する方法。