JP5216622B2

JP5216622B2 - 地中潅水装置

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Publication number: JP5216622B2
Application number: JP2009031961A
Authority: JP
Inventors: 行雄本望
Original assignee: GENERAL RESEARCH INSTITUTE OF TECHNICAL DEVELOPMENT CO. LTD.; TSUKUBA AGRISCIENCE CO., LTD.
Current assignee: GENERAL RESEARCH INSTITUTE OF TECHNICAL DEVELOPMENT CO. LTD.; TSUKUBA AGRISCIENCE CO., LTD.
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: WO2010092822A1; JP2010187545A

Description

本発明は、緑化及び農業事業分野などにおける地中潅水装置に関する。

一般に、緑化及び農業事業分野などにおいて、潅水に関わる技術として、果樹や街路樹等に、散水、追肥、薬剤散布等を、地表面から行う技術が知られている。この技術では、供給された水を含む有効成分が地中深く浸透することは無く、地表面近くに留まり、樹木の根が下方側に伸びず、地表近くを横方向に伸びて、養分を吸収する毛根の多くも地表近くで発生し、干害や酸性雨の影響を受け易く、樹勢を損なって枯れることが有った。
これを補うために、従来、高圧ジェットノズルを使用して、地中に高圧潅水する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−９８７号公報

しかし、従来の構成では、高圧ジェットノズルを通じて潅水される水量の制御が困難になるという問題があった。一般に、水量制御する場合、高圧ポンプの回転数を制御し、あるいは、リリース弁で高圧ポンプの吸い込み口に吐出水を環流させることなどが行われるが、このような制御を行う場合、流量センサーが必要になり、この測定結果に応じて、高圧ポンプの回転数の制御などを行うための制御系が必要になる。高圧潅水による現状の技術としては、１点潅水技術しか存在しなく、例えば数百点に及ぶ多点潅水の場合、膨大な数の流量センサーと制御系が必要になり、実用上、当該方法での高圧潅水は不可能になるという課題があった。そして、緑化及び農業事業分野などでは、特に、この制御系の使用が困難になるという課題もあった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡易な構成で、均質かつ正確な水量制御を可能とした地中潅水装置を提供することにある。

本発明は、水源等から圧送ポンプ、主管及び注水管を介して地中潅水する地中潅水装置において、前記主管から前記注水管に至る任意の部位にジョイントを配置し、ジョイントには、内径が２ｍｍ以下の流路を有するノズルを設け、ジョイント本数Ｍ、ノズル内径ｄ、主管内径Ｄとしたとき、Ｄ ^２ ≧１００Ｍ・ｄ ^２、となるように設定し、主管内の高圧圧力を制御することで、各注水管からの注水量を制御できるようにした、ことを特徴とする。
本発明では、主管から注水管に至る任意の部位におけるジョイントに、内径が２ｍｍ以下の流路を有するノズルを設け、ジョイント本数Ｍ、ノズル内径ｄ、主管内径Ｄとしたとき、Ｄ ^２ ≧１００Ｍ・ｄ ^２、となるように設定したため、主管内の高圧圧力を制御することで、多点における各注水管からの注水量を簡単に、ほぼ均等に制御できる。
一般に、各注水管に流量センサーを設け、この計測値に従い、高圧制御を行う場合、注水管の数に対応した流量センサーが必要になり、この計測のための電源供給や信号出力を装備せざるを得ず、広大な土地に適用することは困難である。
本発明では、この制御が容易であり、上記構成の結果として、部品点数が少ないため、安価かつ信頼性に優れ、長期に亘って故障が少ない。

この場合において、前記主管に開口部を設け、この開口部に、主管及び注水管を連通するジョイントを接続し、ジョイントには、前記主管内に臨む、内径が２ｍｍ以下の流路を有するノズルを設け、ジョイント本数Ｍ、ノズル内径ｄ、主管内径Ｄとしたとき、Ｄ ^２ ≧１００Ｍ・ｄ ^２、となるように設定し、主管内の高圧圧力を制御することで、各注水管からの注水量を制御できるようにしてもよい。
この発明では、ジョイントを主管に設けているため、本地中潅水装置の設置作業が簡単であり、しかもノズル交換などのメンテナンスが容易になる。

この場合において、前記ノズルは、前記主管内に臨む流路の開口部にＲ形状の面取りを備えてもよい。ノズルへの水の流入が円滑になり、注水量の正確、かつ均等制御を実現できる。
前記ノズルは、前記主管内の圧力増加により該ノズルの流路から押し出されると共に、前記主管内の圧力が低下すると元の位置に復帰する針弁を備えてもよい。
前記注水管の先端部に、該注水管内の圧力変動により稼動する円錐状の突起体を備えてもよい。
前記圧送ポンプと前記主管の間に圧力センサーを配置し、該圧力センサーの出力信号を圧送ポンプの駆動モーターに制御信号として入力し、当該主管に供給する圧力を制御可能としてもよい。
前記圧力センサーと前記主管の間に、逆止弁及び混合器を配置し、逆止弁及び混合器の間に、水溶性の肥料や土壌改質剤、食塩水や薬剤等の有用液体、あるいは、空気、酸素や二酸化炭素等の有用気体を混入可能としてもよい。

本発明では、主管から注水管に至る任意の部位におけるジョイントに、内径が２ｍｍ以下の流路を有するノズルを設けたため、主管内の高圧圧力を制御することで、多点における各注水管からの注水量を簡単に、ほぼ均等に流量制御できる。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１Ａ，Ｂは、本発明による地中潅水装置の一実施の形態を示す。
この地中潅水装置１００は、例えば砂漠の緑化や果樹園等のための恒久設置システムの一例を示す。この例の場合は、水源等から、１台の大型フィード・ポンプ１により予備圧送された潅水（＝水溶性肥料、水溶性土壌改質剤や薬剤、有用気体が混在していても構わない）が、複数の高圧ポンプ３，３，３…を介して、主管５，５，５…に供給される。
各主管５の壁部には、例えばＬ＝５ｍ、及びＷ＝５ｍの間隔で、図２に示すように、複数の開口部５Ａが設けられている。
これら開口部５Ａには、ジョイント７の一端が捻じ込み接続され、ジョイント７の他端には、注水管９が接続されている。各注水管９の先端部は、目的と環境により、Ｈ＝０（０．５）〜１０ｍの深さで地中に埋設されている。各注水管９の端面内径ｄ１ｍｍは、土壌に対する浸透力Ｆ｛＝（πｄ１^２／４）ΔＰ：ΔＰ＝主管５内圧力｝を大きくして、目詰まりを防止するために、内径ｄ１≧４ｍｍ等の大きさが選ばれている。各注水管９の間隔Ｗは、例えば、２〜１０ｍ等、設置場所等により適切に選択される。

ジョイント７には、主管５内に臨む、格納ハウジング１１及び固定ノズル１３が設けられている。固定ノズル１３は、図３に示すように、格納ハウジング１１に圧入され、格納ハウジング１１は、市販の配管ジョイント７等に、圧入して構成されている。
この構成では、ジョイント７を主管５に設けたため、本地中潅水装置の設置作業がきわめて簡単になり、しかもノズル１３交換のメンテナンスなどが容易になる。なお、本構成では、ノズル１３を含むジョイント７が、主管５の開口部に設けられているが、これに限定されず、例えばジョイント７が注水管９の途中に設けられていてもよく、ジョイント７は、主管５から注水管９に至る任意の部位に配置が可能である。

ノズル１３は、図４に示すように、主管５内に臨む、内径ｄ２＝０．８ｍｍの流路１４を有している。内径ｄ２は、２ｍｍ以下が望ましく、最も望ましくは、１ｍｍ以下である。ノズル１３は、耐蝕且つ耐磨耗に優れた難切削材料で精密に形成され、ノズル１３の内面１３Ａの面粗度Ｒａは、１．６ａ以下、好ましくは０．８０ａ以下である。格納ハウジング１１の材質は、耐蝕性のみ担保されれば良いため、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ樹脂等の各種樹脂材料や、切削の容易なＳＵＳ３０３等の快削ステンレス材料が適用されている。別の実施の形態として、図５に示すように、ノズル１３における、主管５内に臨む流路１４の開口部に、Ｒ形状の面取り１２を設ける（以下、半円ノズル形状という。）ことが望ましい。ここでＲ＝１／４×ｄ２程度、例えばｄ２＝２ｍｍであれば、Ｒ＝０．５ｍｍ程度が望ましい。

図６は、ノズル１３の内径ｄ２の二乗「ｄ２^２」ｍｍ^２と、負荷圧力＝０．１ＭＰａ時の流量Ｑ（ｌ／ｍｉｎ）の関係を示す。
図より、大凡、
Ｑ＝０．４５７ｄ^２≒０．５ｄ^２ …（１）
の関係にあることが分かる。

図７は、図５に示す「半円ノズル形状」のノズル１３を用いた、ｄ２＝０．８ｍｍのノズルを通る流量Ｑ（ｌ／ｍｉｎ）を示す。
図より、
Ｑ＝１．１４９１(ΔＰ)^{０．５４１３}≒（０．５×０．８^２）（１０・ΔＰ）^{０．５４１}
≒０．５ｄ^２√（１０・ΔＰ） …（２）
で概算されることが分かる。
式（２）より、負荷圧力ΔＰを、ΔＰ＝０〜１０ＭＰａに可変させた場合、ΔＰ＝０．１ＭＰａ時の流量を基本とすると、ΔＰ＝１０ＭＰａ時の流量の割合は、
Ｒ＝｛０．５ｄ^２√（１０・１０）｝／｛０．５ｄ^２√（１０・０．１）｝
＝√(１００)＝１０) …（３）
と計算されるため、印加圧力管理により、ΔＰ＝０．１ＭＰａ時の流量の、０〜１０倍の範囲で、一義的に流量制御が可能となる。負荷圧力ΔＰは、高圧ポンプ３の例えば回転数などの変更により実行される。

図８は、式（２）において、「ΔＰ＝ΔＰｘ±０．１ＭＰａ」、及び「ΔＰ＝ΔＰｘ±０．０５ＭＰａ」の設定誤差が、流量制御誤差に及ぼす影響ψ(％)を示す。この場合、
ψ＝〔｛０．５ｄ^２√１０（ΔＰｘ±０．１）｝
／｛０．５ｄ^２√１０（ΔＰｘ）｝―１〕×１００
＝〔｛√（ΔＰｘ±０．１）／√ΔＰｘ｝―１〕×１００） …（４）
または、
ψ＝〔｛０．５ｄ^２√１０（ΔＰｘ±０．０５）｝
／｛０．５ｄ^２√１０（ΔＰｘ）｝―１〕×１００
＝〔｛√(ΔＰｘ±０．０５)／√ΔＰｘ｝―１〕×１００) …（５）
となる。圧力制御が「±０．１ＭＰａ」の設定誤差の場合は、ΔＰ≧０．４ＭＰａ、「±０．０５ＭＰａ」の設定誤差の場合は、ΔＰ≧０．２ＭＰａの領域で、流量制御誤差が「≦１０（％）ＲＳ」で、流量制御可能なことが分かる。

更に高圧供給の場合は、圧力制御が「±０．１ＭＰａ」の設定誤差の場合は、ΔＰ≧５ＭＰａ、「±０．０５ＭＰａ」の設定誤差の場合は、ΔＰ≧３ＭＰａの領域で、流量制御誤差が「≦１（％）ＲＳ」と、印加圧力により高精度の流量制御可能なことが分かる。
実際に適用する場合、例えば、供給印加圧力が「ΔＰ＝０．２ＭＰａ」の領域で、圧力設定誤差が０．１ＭＰａのことはあり得ないため、当該領域での制御に限れば、更に、高精度の圧力制御、すなわち、流量制御が可能である。
本実施の形態では、主管５内への印加圧力の管理により、各注水管９への流量制御が可能となるため、多点潅水の場合に、いちいち各注水管９に、流量センサー（図示せず）などを取り付けることなく、均質な注水が可能となる。

本実施の形態のように、高圧負荷によって潅水の流量制御を行うためには、ノズル１３の最適な内径ｄ２を選択することが重要となる。図９は、ΔＰ＝０．１ＭＰａの負荷圧力を連続して加えて、Ｑ（ｌ／ｍｉｎ）の潅水を行った場合の最大ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）を与える、ノズル１３の内径ｄ２ｍｍを示している。図９中の、最大ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）は、高圧ポンプ３の最大圧送能力が、１０ＭＰａと考えた場合に、連続供給を行った時の一日当たりの積算流量ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）を示している。図９は、連続通水（潅水）した場合の流量を示している故に、タイマー機能等で、注水管理した場合は、０〜ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）〜最大ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）の範囲で、自由な流量供給が可能で、きめ細かな流量制御が可能である。
例えば、０〜１００（ｌ／ｄａｙ）〜１０００（ｌ／ｄａｙ）の例で見ると、かなりの大流量供給の場合でさえ、ノズル１３の必要な内径ｄ２は、ｄ２≒０．４７３ｍｍと小さく、通常のドリルでは、精密加工が困難である。

このノズル１３を流れる流速Ｖｍ／ｓｅｃは、
Ｖ＝（Ｑ×１０００／６０）／（πｄ^２／４）／１００ …（６）
式（６）より、０．１ＭＰａ時は、
Ｖ＝（０．６９４４×１０００／６０）／（π０．４７３^２／４）／１００
≒０．６６Ｖｍ／ｓｅｃ、
１０ＭＰａ時は、その１０倍の、
Ｖ≒６．５９ｍ／ｓｅｃの速度で流れる。
すなわち、０〜０．６６〜６．６ｍ／ｓｅｃ以上の流速に対応するためには、ノズル１３の材質として、摩滅しない材質である、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ハステロイ等の金属、あるいは、セラミックス等の耐磨耗材料を使用することが必要となる。この材料は、加工面から見た場合は、難切削材料であり、ｄ２≒０．４７３ｍｍのような細孔を、通常のドリル加工等で、安価且つ精密に行うことは困難である。

本実施の形態では、ｄ２≦２ｍｍの円柱状のノズル１３を製造するにあたり、（イ）絞り加工技術を用いて、ＳＵＳ３１６製あるいは、ハステロイ製の管を製作する。あるいは、（ロ）焼結金属技術により、同様に、ＳＵＳ３１６製あるいは、ハステロイ製の管を製作する。（ハ）焼成技術により、セラミックス製の管、を製作する。その後、潅水の流入孔内面のＲ面取り（図５参照）をして、流入抵抗を軽減し、安定したノズル特性としている。

図１０は、「半円ノズル形状」のノズル１３を用いた場合の、σ＝｛上流側圧力／下流側圧力｝の変化に対する「空気流量（ｌ／ｍｉｎ）」の変化を示している。上流側圧力＝一定の条件で、下流側から真空ポンプを用いて、空気を吸引した場合、このノズル１３は、σ＝｛上流側圧力／下流側圧力｝の変化に対する「空気流量（ｌ／ｍｉｎ）」の変化が滑らかで、安定且つ精密な流量特性を有することが分かる。

図１１は、別の実施の形態を示す。
この構成では、図１１Ａに示すように、一対のジョイント１０７，１０８により、格納ハウジング１１１を保持して構成される。一方のジョイント１０７は、例えば主管５の開口部５Ａ（例えば、図２参照。）に捻じ込み接続され、他方のジョイント１０８は、注水管９に接続される。この格納ハウジング１１１は、図１１Ｂに示すように、流路１１１Ａを有し、潅水の流入孔端面に、上記と同様構成の「半円ノズル形状」のノズル１３が設けられている。この構成では、市販のジョイント１０７，１０８を用いて、簡単に組み付けできる。

図１２は、別の実施の形態を示す。
この格納ハウジング１１３は、図１２Ａ，Ｂに示すように、ハウジング本体１１３Ａの内側に動弁部１１３Ｂを備えている。この動弁部１１３Ｂは、弁体部１１３Ｃと摺動軸１１３Ｄを一体に有し、この摺動軸１１３Ｄは、ハウジング本体１１３Ａの内側に設けた支持部１１３Ｅの孔に嵌合している。１１３Ｆはコイルばねである。弁体部１１３Ｃの先端には針弁１１３Ｇが設けられ、この針弁１１３Ｇは、図１２Ａの状態においては、格納ハウジング１１３に設けた「半円ノズル形状」のノズル１３のノズル孔に嵌っている。
潅水動作が実行されている場合、すなわち高圧ポンプ等からの圧力負荷があるとき、図１２Ｃ，Ｄに示すように、動弁部１１３Ｂは、水圧で、コイルばね１１３Ｆのばね力に抗し押されて図中左方に付勢されている。「流入側圧力＝ゼロ」、すなわち圧力負荷がなくなると、図１２Ｃに示すように、コイルばね１１３Ｆのばね力により、動弁部１１３Ｂが図中右方に付勢され、針弁１１３Ｇがノズル１３のノズル孔に嵌る。このとき弁体部１１３Ｃの外周は、ハウジング本体１１３Ａの内側の円錐状面１１３Ｈに密着する。
この種の機構では、例えば長期使用時にノズル１３のノズル孔への異物の目詰まりが予測されるが、本構成では、潅水動作が停止されると、針弁１１３Ｇがノズル１３のノズル孔に嵌るため、ノズル孔内の異物が押し出される。従って、長期使用時におけるノズル部への異物の目詰まりを防止でき、ノズル部の自己洗浄作用を持つ。

図１３は、別の実施の形態を示す。
１１５は、土壌進入防止ストッパーを示す。このストッパー１１５は、注水管９の端面内径ｄ１ｍｍ（例えば図２参照。）の先端部に嵌められる。このストッパー１１５は、図１３Ａに示すように、移動軸１１５Ａと、先端側が鋭角の円柱状突起１１５Ｂとを一体に備える。また、注水管９の先端部の内側にハウジング１１５Ｃが形成され、ハウジング１１５Ｃの内側に、移動軸１１５Ａが貫通し、支持されている。ハウジング１１５Ｃに設けた、移動軸１１５Ａの支持部１１５Ｄと、移動軸１１５Ａの後端に設けた突部１１５Ｅの間に、コイルばね１１５Ｆが配置され、このコイルばね１１５Ｆにより、ストッパー１１５が図中上方に付勢され、この状態では、ストッパー１１５が注水管９の先端部を閉塞している。

図１３Ａは、注水管９内部に圧力負荷を掛けない状態を示し、図１３Ｃは、圧力負荷を掛けた状態を示している。圧力負荷が掛かると、矢印で示すように、潅水が、移動軸１１５Ａの後端の突部１１５Ｅに掛かり、コイルばね１１５Ｆのばね力に抗し、ストッパー１１５を押し下げ、「ｈ」の間隙を通じて潅水される。注水管９から供給される流量自体は、図９の例で明らかなように、０．１ＭＰａの流量は、０．０６９４（ｌ／ｍｉｎ）＝１．１５ｃｍ^３／ｓｅｃと非常に小さな流量である。しかし、仮に土壌圧力により円柱状突起１１５Ｂが押し上げられ、ハウジング１１５Ｃの下端に完全密着した場合、管内圧力が最高１０ＭＰａ以上の高圧となり、円柱状突起１１５Ｂを押し下げ、「ｈ」の流路を保持するように働く。この機能を大きくするためには、ハウジング１１５Ｃの内径ｄ３を大きく設計することが重要である。

注水管９単体を半永久的に固定使用する｛＝注水管のみを挿入したままにする｝場合や、砂漠や農場等のように、地中潅水装置を埋設する場合は、注水時の圧力による注水管９の抜け防止を図るために、注水管９の下端の外径ｄ４に対し、円柱状突起１１５Ｂの外径ｄ５を「ｄ４＜ｄ５」とし、公園等の樹木や、貴重な巨木等の潅水で、メンテナンスを必要に応じて、注水管９を挿入・抜き出しする場合は、「ｄ４＝ｄ５」として設計することが望ましい。
なお、図示の例では、コイルばね１１５Ｆが設けられているが、部品構成を単純化するために、このコイルばね１１５Ｆを排除し、ハウジング１１５Ｃの支持部１１５Ｄと、移動軸１１５Ａの摺動間隙を隙間嵌めとして公差を管理し、注水管を土壌中に挿入後、注水圧力負荷により、固定的な隙間「ｈ」のまま活用してもよい（不図示）。

砂漠の緑化や果樹園等の恒久設置システムの場合、土壌耕作は基本的に行わないため、地表近くへの埋設が可能になる。また、環境変化による潅水量変更が可能なように、主管５部分は、埋設しないで、地上配置される。すなわち注水量を変更したい場合は、地上でノズル１３の交換が可能になる。なお、公園やゴルフ場のような場所で使用する、可搬仕様では、ノズル１３に接続される注水管９部分には、フレキシブル・チューブが使用される。
しかし、農場等では、優秀な作物を作るために、定期的に耕作することが重要である。殊に、大規模農場では、大型耕運機で耕作するため、地表近くへの埋設物が邪魔になる。このような場合には、図示は省略したが、主管５から注水管９に至るシステム全体を地中に埋設し、しかも埋設の深さを、耕作の邪魔にならないように、主管５の埋設深さＨｍを「Ｈ≧０．５ｍ」とすることが望ましい。なお、注水管挿入深さｈｍは、目的と環境により、自由に、適切に選択される。３本の注水管の幅Ｌｍは、前述と同様に、目的と環境により、「Ｌ＝〜５ｍ〜１０ｍ以上」の間で適切に選択される。なお、注水管先端部方向が、地下方向に向けて図示されているが、総ての「地中潅水装置」を埋設する方法の場合は、主管５の埋設深さＨｍを深くして、注水管先端部を主管５の上部に配置することも可能である。

図１４は、砂漠の緑化や果樹園などのための恒久設置システムの一例を示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付して示し、説明を省略する。
この例の場合は、水源等から、１台の大型フィード・ポンプ１により予備圧送された潅水が、１台の高圧ポンプ３を介して主管５に供給され、この主管５に接続された複数の注水管９を介して潅水されるシステムである。図の列では、主管５の「Ａ」部で、１５箇所の注水管９が配置され、この構成が、「Ｂ」部、「Ｃ」部と、「Ｌｍ」の間隔を以って構成される。図の例で、「Ｌ＝Ｗ＝５ｍ」として、主管５の軸方向で、１０箇所の潅水ポイントを設けた場合の面積は、「Ｍ・Ｗ・（Ｎ−１）」・Ｌ。但し、Ｍは、一ヶ所での注水管本数、Ｎは、潅水ポイントで表されるため、「Ｍ・Ｗ・（Ｎ−１）＝１０×５×（１０−１）＝４５０ｍ^２＝４．５（ａ）」の面積の潅水管理を行うことができる。
図１の例では、各高圧ポンプ３のラインで、個別流量管理が行なえるのに対し、図１４の例では、対応する潅水ポイントの供給流量が均質である。但し、注水管９の設置費用は安価なため、安価な地中潅水装置が提供される。
このように、１本の主管５から多数の注水管９を構成し、マルチ潅水する場合に、主管５の両端での圧力効果による「流量差異」を無視できるようにするためには、０．１ＭＰａでの、ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）を基準に考えた場合、ノズル１３の内径をｄ２、ノズル１３の本数をＭとして、ノズル１３のノズル孔総面積の１００倍に相当する、主管５の流路断面積を与える、主管内径Ｄｍｍを、
Ｄ^２≧１００Ｍ・ｄ^２ …（７）
となるように注意することが重要である。

例えば、図９において、ノズル１３の内径は、ｄ２＝０．４７３ｍｍであるので、注水管９の本数が１００本の場合は、主管内径Ｄｍｍは、
Ｄ≧「≧√｛１００×１００×（０．４７３^２）｝≧４７ｍｍ
程度を目安とすることが重要である。

物理的には、主管内流速Ｖを小さくして、「ｄＰ＝σＶ^２／２」による、主管５内での圧力降下を無視できるようにすることで、各注水管９に負荷される圧力ΔＰ（ＭＰａ）を均一にすることにある。仮に、「Ｖ＝１０ｃｍ／ｓｅｃ＝０．１ｍｍ／ｓｅｃ」を設計値とすると、前述した図９の「０〜１００（ｌ／ｄａｙ）〜１０００（ｌ／ｄａｙ）」の例で見た場合、ノズル１３の内径は、ｄ２＝０．４７３ｍｍであるので、最大流量時を基準とした場合は、
Ｑ＝Ｍ・｛最大ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）｝×１０００／２４／６０／６０
＝１００×１０００（ｌ／ｄａｙ）×１０００（ｃｍ^３／ｌ）
／２４（ｈｏｕｒ／ｄａｙ）／６０（ｍｉｎ／ｈｏｕｒ）／６０（ｓｅｃ／ｍｉｎ）
≒１１５７（ｃｍ^３／ｓｅｃ）
従って、主管内径Ｄｍｍは、を
Ｄ＝√｛４×１００（ｍｍ^２／ｃｍ^２）×１１５７（ｃｍ^３／ｓｅｃ）
／１０（ｃｍ／ｓｅｃ）／π｝
≒１２１ｍｍ

また、「０〜ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）｛ａｔ０．１ＭＰａ｝」を基準とした場合は、
Ｑ＝Ｍ・｛最大ΣＱ（ｌ／ｄａｙ）｝×１０００／２４／６０／６０
＝１００×１００（ｌ／ｄａｙ）×１０００（ｃｍ^３／ｌ）
／２４（ｈｏｕｒ／ｄａｙ）／６０（ｍｉｎ／ｈｏｕｒ）／６０（ｓｅｃ／ｍｉｎ）
≒１１５．７（ｃｍ^３／ｓｅｃ）
従って、主管内径Ｄは、
Ｄ＝√｛４×１００（ｍｍ^２／ｃｍ^２）×１１５．７（ｃｍ^３／ｓｅｃ）
／１０（ｃｍ／ｓｅｃ）／π｝
≒３８．４ｍｍ
と概算され、式（７）における概算値と同じ数値を得る。

図１５は、別の実施の形態を示している。
水源等から、フィード・ポンプ１により、高圧ポンプ３に、一定圧力で「水」が供給されている。フィード・ポンプ１には、高圧ポンプ３への供給圧力を一定にするための、自動圧力調整弁１Ａが付設されている。
高圧ポンプ３の出ロ部には吐出圧力を計測する圧力センサー５１が配置され、この圧力センサー５１には制御装置５２が接続されている。制御装置５２は、圧力センサー５１からの信号を受けて、高圧ポンプ３の駆動モーターが御運転される。制御装置５２は、高圧を任意の圧力で制御しつつ、タイマー機能を併せ持つ。
圧力センサー５１による、任意の圧力ΔＰＭＰａでの供給は、Ｑ＝α√ΔＰの流量で、各注水管９から、均一流量で、土壌中に潅水される。比例定数αは、ジョイント７に内蔵されたノズル１３の内径ｄ２に固有の値で、供給するＱ（ｌ／ｍｉｎ）に対応して、適切に選定される。

圧力センサー５１の下流には逆止弁５３が設けられ、逆止弁５３の下流には混合器５４が設けられている。また、逆止弁５３と混合器５４の間には、水溶性肥料、土壌改質剤などの液体肥料供給ライン５５と、食塩水や薬剤、酸素や空気等の有用気体供給ライン５６が接続されている。一般の高圧ポンプ３では、気液混合流体を高圧吐出することは困難なため、図示の例では、混合器５４の上流に、水溶性肥料、土壌改質剤、食塩水や薬剤、酸素や空気等の有用気体が供給され、混合器５４で均質混合され、主管５を経て、各注水管９により土壌に供給される。混合器５４には、本発明者による優れた混合性能を有する混合器技術（特公平０６−０８７９５９合公報）が好適である。

気体の粘性係数は、水「＝１．０１（ｍＰａｓ）（２０℃）」に比較して、１８．１（μＰａｓ）（２０℃）と、１．０１（ｍＰａｓ）／１８．１（μＰａｓ）≒５５．８倍も小さいため、加圧した場合に、土中を透過し易い。このため、高圧ポンプ３の停止時に、逆止弁５３により、上流への逆流を抑止しながら、土中に、酸素や空気、二酸化炭素等の有用気体を供給することができる。しかし、有用微生物の存在しない土中に供給気体を、均質に拡散することは容易でなく、水とマイクイロ・バブル構造で溶融させて供給する方法の方が効果に優れると推察される。

「水溶性肥料、土壌改質剤、食塩水や薬剤」等の液体は、流量調整弁５７，５８を経て、ギヤ・ポンプ５９等の容積型ポンプにより、回転制御により適量制御され、逆止弁６０，６１を経て供給される。容積型ポンプ５９では、「回転速度と供給流量」の関係が一次比例のため、流量調整弁５７，５８を排除して、回転速度制御により供給流量を管理・制御することが可能である。本構成は、安価構成となる。但し、精密流量制御を行う場合や、定回転速度で、流量調整弁５７，５８により流量制御を行う場合は、ギヤ・ポンプ５９の下流に、流量センサー６２が付設される。

また、空気、酸素、二酸化炭素等の有用気体成分は、高圧ガス・ボンベ、あるいは、コンプレッサー６３により供給され、圧力調整器６４により定圧制御され、流量調整弁５７と流量センサー６５により、制御・管理して、逆止弁６０を経て、上述の逆止弁５３と混合器５４の間に供給される。なお、有用気体の供給に関しては、一般の、安価なコンプレッサー６３を使用した場合は、その加圧能力が、０．６ＭＰａ程度のため、有用気体混在潅水は、ΔＰ≦０．５ＭＰａでの供給となる。一方、高圧ボンベを使用した場合は、充填圧力が大凡、１５ＭＰａ程度のため、高圧ポンプ３の圧送能力状態で、マイクイロ・バブル構造で「水」に溶融させて供給することが可能である。高圧ポンプ３に対し、本発明者等による、直動式ポンプ装置（特願２００７−４４９４０号）を適用すれば、気液混合流体の高圧吐出が可能なため、高圧ポンプ３の上流に、「水溶性肥料、土壌改質剤、薬剤」等の液体や「空気、酸素、二酸化炭素等の気体」を供給できる。この結果、水中に、有用気体がマイクロ・バブル状態で混合され、ノズル１３通過後、減圧によりバブル(気泡)が急激に膨張し、その後、断熱圧縮されるため、土壌の滅菌作用を生じ、土壌の改質に大きく貢献できるなどの効果が得られる。

本発明の一実施の形態を示す地中潅水装置の図であり、Ａはシステム図、Ｂは配管の端面図である。主管と注水管の関係を示す図である。ジョイントを示す図である。ノズルを示す図であり、Ａは端面図、Ｂは断面図である。ノズルの別の形態を示す図であり、Ａは端面図、Ｂは断面図である。ノズル内径の二乗と実測流量の関係を示す図である。差圧と流量の関係を示す図である。印加圧力と流量制御誤差の関係を示す図である。ノズル内径と流量の関係を示す図である。 σ＝｛上流側圧力／下流側圧力｝の変化に対する空気流量Ｑ（ｌ／ｍｉｎ）の変化を示す図である。別の形態を示すジョイントであり、Ａは正面図、Ｂは断面図である。Ａは格納ハウジングを示す断面図、Ｂはその端面図、Ｃは潅水時の格納ハウジングを示す断面図、Ｄはその端面図である。Ａはストッパーを示す断面図、Ｂはその端面図、Ｃは潅水時のストッパーを示す断面図である。別の実施の形態を示す地中潅水装置の図であり、Ａはシステム図、Ｂは配管の端面図である。別の実施の形態を示す地中潅水装置の図であり、Ａはシステム図、Ｂは配管の端面図である。

１フィード・ポンプ
３高圧ポンプ
５主管
７ジョイント
９注水管
１１格納ハウジング
１３ノズル

Claims

水源等から圧送ポンプ、主管及び注水管を介して地中潅水する地中潅水装置において、
前記主管から前記注水管に至る任意の部位にジョイントを配置し、ジョイントには、内径が２ｍｍ以下の流路を有するノズルを設け、ジョイント本数Ｍ、ノズル内径ｄ、主管内径Ｄとしたとき、Ｄ ^２ ≧１００Ｍ・ｄ ^２、となるように設定し、主管内の高圧圧力を制御することで、各注水管からの注水量を制御できるようにした、ことを特徴とする地中潅水装置。
水源等から圧送ポンプ、主管及び注水管を介して地中潅水する地中潅水装置において、
前記主管に開口部を設け、この開口部に、主管及び注水管を連通するジョイントを接続し、ジョイントには、前記主管内に臨む、内径が２ｍｍ以下の流路を有するノズルを設け、ジョイント本数Ｍ、ノズル内径ｄ、主管内径Ｄとしたとき、Ｄ ^２ ≧１００Ｍ・ｄ ^２、となるように設定し、主管内の高圧圧力を制御することで、各注水管からの注水量を制御できるようにした、ことを特徴とする地中潅水装置。
前記ノズルは、前記主管内に臨む流路の開口部にＲ形状の面取りを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の地中潅水装置。
前記ノズルは、前記主管内の圧力増加により該ノズルの流路から押し出されると共に、前記主管内の圧力が低下すると該ノズルの流路に嵌る針弁を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の地中潅水装置。
前記注水管の先端部に、該注水管内の圧力変動により稼動する円錐状の突起体を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の地中潅水装置。
前記圧送ポンプと前記主管の間に圧力センサーを配置し、該圧力センサーの出力信号を圧送ポンプの駆動モーターに制御信号として入力し、当該主管に供給する圧力を制御可能としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の地中潅水装置。
前記圧力センサーと前記主管の間に、逆止弁及び混合器を配置し、逆止弁及び混合器の間に、水溶性の肥料や土壌改質剤、食塩水や薬剤等の有用液体、あるいは、空気、酸素や二酸化炭素等の有用気体を混入可能としたことを特徴とする請求項６に記載の地中潅水装置。