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技術 農業用電解水生成装置および農業用電解水

出願人 株式会社日本トリム国立大学法人高知大学
発明者 石川勝美雨森大治浜渦恭臣
出願日 2015年8月26日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-546299
公開日 2017年7月13日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 WO2016-035288
状態 特許登録済
技術分野 水耕栽培 植物の栽培 電気・磁気による水処理
主要キーワード 定電流電解法 電解水素 電解酸性水 親水膜 取水量 電気分解処理 定電位電解 メッキ加工
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年7月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題・解決手段

電解水生成装置1は、陰極6aを備える第1電極室Daと、陽極6bを備える第2電極室Dbと、第1電極室Daと第2電極室Dbを仕切隔膜Spとを内部に備える電解槽Dと、第1電極室Daに接続され、外部から原水を第1電極室Daに供給する第1入水路4aと、第1電極室Daに接続され、電気分解により第1電極室Daにおいて生成した電解水素水を外部へ取り出す第1取出水路7aと、電解槽Dに接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置10とを備えている。電荷量調整装置10は、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量を調整することを特徴とする。

概要

背景

従来、農業用水として水道水地下水河川水等が用いられてきたが、大量の水の使用による水資源の減少が世界的に大きな問題となっている。一方、食料需要の増大や作物品質向上も求められているため、農業分野においては、良質の水資源の効率利用が不可欠となっている。

そこで、何らかの処理を行うことにより機能が付与され、農作物生産効率や品質向上に寄与することが可能な機能水の開発が期待されている。

この機能水として、例えば、植物栽培に必要な鉄やマンガンなどの金属からなるキレート金属塩を含有する農業用水が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

電解水生成装置1は、陰極6aを備える第1電極室Daと、陽極6bを備える第2電極室Dbと、第1電極室Daと第2電極室Dbを仕切隔膜Spとを内部に備える電解槽Dと、第1電極室Daに接続され、外部から原水を第1電極室Daに供給する第1入水路4aと、第1電極室Daに接続され、電気分解により第1電極室Daにおいて生成した電解水素水を外部へ取り出す第1取出水路7aと、電解槽Dに接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置10とを備えている。電荷量調整装置10は、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量を調整することを特徴とする。

目的

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、植物の生育に有用な農業用電解水として使用可能な電解水素水を得ることができる農業用電解水生成装置および農業用電解水を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

陰極を備える第1電極室と、陽極を備える第2電極室と、該第1電極室と該第2電極室を仕切隔膜とを内部に備える電解槽と、前記第1電極室に接続され、外部から原水を該第1電極室に供給する第1入水路と、前記第2電極室に接続され、外部から前記原水を第2電極室に供給する第2入水路と、前記第1電極室に接続され、電気分解により該第1電極室において生成した電解水素水を外部へ取り出す第1取出水路と、前記第2電極室に接続され、電気分解により該第2電極室において生成した電解酸性水を外部へ取り出す第2取出水路と、前記電解槽に接続され、電気分解を行う際に、前記電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置とを備え、前記電荷量調整装置は、電解電流または電解電圧を制御することにより、前記電解水素水の単位取水量あたりの前記電荷量を調整することを特徴とする農業用電解水生成装置

請求項2

前記電荷量調整装置は、電解電流を制御することを特徴とする請求項1に記載の農業用電解水生成装置。

請求項3

前記電荷量調整装置は、電気分解を行う際の電解電流を決定する電解電流決定手段と、前記電解電流決定手段、及び前記電解槽に接続され、該電解槽に対して電解電流を供給する電解電流供給手段と、前記電解電流決定手段に接続され、前記単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする請求項2に記載の農業用電解水生成装置。

請求項4

前記電解水素水の前記単位取水量あたりの電荷量が、8〜300C/Lであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の農業用電解水生成装置。

請求項5

請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の農業用電解水生成装置により生成された農業用電解水

請求項6

前記農業用電解水のpHが、7.5〜9.9であることを特徴とする請求項5に記載の農業用電解水。

技術分野

0001

本発明は、水を電気分解することにより農業用電解水を生成する農業用電解水生成装置および農業用電解水に関する。

背景技術

0002

従来、農業用水として水道水地下水河川水等が用いられてきたが、大量の水の使用による水資源の減少が世界的に大きな問題となっている。一方、食料需要の増大や作物品質向上も求められているため、農業分野においては、良質の水資源の効率利用が不可欠となっている。

0003

そこで、何らかの処理を行うことにより機能が付与され、農作物生産効率や品質向上に寄与することが可能な機能水の開発が期待されている。

0004

この機能水として、例えば、植物栽培に必要な鉄やマンガンなどの金属からなるキレート金属塩を含有する農業用水が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0005

特許公開2002−320416号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記特許文献1に記載の機能水は、水に特定の金属を溶解させる化学的な処理により製造されるため、健全根圏環境では有効であるが、根圏環境のバランスが失われやすい状態では、効果が期待できない。

0007

また、根の表面は、負に帯電していることに加え、根圏での物質移動は主に電荷を有するイオンの状態で行われているため、正荷電を保持した水を用いることにより、pHの上昇を抑制して、pH傷害を防ぐことができ、また、水素結合強化して水質改質することにより、根の強化にも繋がる。従って、使用する水に対して、電気的な処理を行った方が、根圏環境の維持が容易になると考えられる。

0008

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、植物の生育に有用な農業用電解水として使用可能な電解水素水を得ることができる農業用電解水生成装置および農業用電解水を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために、本発明の農業用電解水生成装置は、陰極を備える第1電極室と、陽極を備える第2電極室と、第1電極室と第2電極室を仕切隔膜とを内部に備える電解槽と、第1電極室に接続され、外部から原水を第1電極室に供給する第1入水路と、第2電極室に接続され、外部から原水を第2電極室に供給する第2入水路と、第1電極室に接続され、電気分解により第1電極室において生成した電解水素水を外部へ取り出す第1取出水路と、第2電極室に接続され、電気分解により第2電極室において生成した電解酸性水を外部へ取り出す第2取出水路と、電解槽に接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置とを備え、電荷量調整装置は、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量を調整することを特徴とする。

0010

同構成によれば、単位取水量あたりの電荷量が調整された電解水素水を得ることができるため、根圏環境の電気的制御ができ、植物の生育に有用な農業用電解水(電解水素水)を得ることが可能になる。

発明の効果

0011

本発明によれば、植物の生育に有用な農業用電解水を得ることが可能になる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施形態に係る農業用電解水生成装置を示す図である。
本発明の実施形態に係る電荷量調整装置による電荷量の調整方法を説明するためのフローチャートである。

0013

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る農業用電解水生成装置(以下、「電解水生成装置」という。)を示す図である。

0014

電解水生成装置1は、浄水器により浄化された原水に対して、電気分解処理を行うことにより、農業用に使用される水素溶存した水(農業用電解水)を生成するためのものである。

0015

電解水生成装置1は、電解槽Dを備えており、この電解槽Dの内部には、薄いシート状の隔膜Spと、この隔膜Spにより隔てられた第1電極室(陰極室)Da及び第2電極室(陽極室)Dbが設けられている。

0016

この隔膜Spは、いわゆる「セパレータ」と呼ばれ、水を電気分解した際に発生するイオンを透過させる材料により形成された薄いシート材により構成されている。

0017

また、図1に示すように、第1電極室Daには第1電極である陰極6aが設けられるともに、第2電極室Dbには第2電極である陽極6bが設けられている。この陰極6aと第2電極6bは、隔膜Spを介して、互いに対向して配置されている。

0018

陰極6aと陽極6bの材料としては、特に限定されず、例えば、チタン白金またはイリジウムコーティングしたものが挙げられるが、電極の電解耐久性の観点から、チタンを白金イリジウムでメッキ加工したものを使用することが好ましい。

0019

また、電解水生成装置1は、図1に示すように、第1電極室Daに接続され、外部から原水(浄水器により浄化された原水)を第1電極室Daに供給する第1入水路4aと、第2電極室Dbに接続され、外部から原水(浄水器により浄化された原水)を第2電極室Dbに供給する第2入水路4bを備えている。

0020

また、電解水生成装置1は、図1に示すように、第1電極室Daに接続され、電気分解により、第1電極室Daにおいて生成した電解水素水(還元水)を外部へ取り出す第1取出水路7aと、第2電極室Dbに接続され、電気分解により、第2電極室Dbにおいて生成した電解酸性水を外部へ取り出す第2取出水路7bを備えている。

0021

そして、本実施形態においては、第1電極室Daにおいて生成した電解水素水を第1取出水路7aより取り出し、農業用電解水として使用する。なお、電気分解により、陽極6b側で発生した電解酸性水は、第2取出水路7bを介して、外部へと排出される。

0022

ここで、本実施形態においては、上述の電解水生成装置1を使用して電気分解を行う際に、電解電流を制御して、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量[C/L]を調整することにより、植物の生育に有用な農業用電解水(電解水素水)を得る点に特徴がある。

0023

ここで、「単位取水量あたりの電荷量」とは、電気分解を行う際に電解槽を含む装置内を通過し取水される水1Lに対して付与する電荷量のことを言う。なお、電荷量は下記の式(1)により算出することができる。

0024

0025

上記の式(1)において、Cは電荷量、Iは電解電流、sは電解槽を含む装置内を通過し、水1Lが取水される際にかかる時間(秒)を示している。

0026

より具体的には、図1に示すように、本実施形態における電解水生成装置1は、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置10を備えている。

0027

また、電荷量調整装置10は、電解水生成装置1による電気分解処理の電解電流を決定する電解電流決定手段11と、電解電流決定手段11、及び電解槽Dに接続され、電解槽Dに対して電解電流を供給する電解電流供給手段12と、電解電流決定手段11に接続され、単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを記憶する記憶手段13とを備えている。

0028

次に、電荷量調整装置10による電荷量の調整方法について説明する。

0029

図2は、本発明の実施形態に係る電荷量調整装置による電荷量の調整方法を説明するためのフローチャートである。

0030

まず、電解電流決定手段11が、記憶手段13に記憶された単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを読み出す(ステップS1)。

0031

なお、一般に、水に電荷を付与することにより、電荷が付与された水のpHが変動するが、pHの上昇に起因して、電解水素水を用いた培養液において白色沈殿が発生する等の不都合を回避するとの観点から、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量は、8〜300C/Lが好ましく、37.5〜180C/Lがより好ましく、42〜73.5C/Lが特に好ましい。

0032

また、同様の観点から、電解水素水のpHの範囲は、7.5〜9.9が好ましく、8.0〜9.8がより好ましく、8.5〜9.5が特に好ましい。

0033

次に、電解電流決定手段11は、単位取水量あたりの電荷量が、上述の目標値となるように、電解槽Dにおける電気分解処理の電解電流を決定する(ステップS2)。そして、電解電流決定手段11は、電解槽Dに対して電解電流を供給する電解電流供給手段12へ、決定した電解電流に関する信号を送信する(ステップS3)。

0034

次に、電解電流供給手段12は、入力された信号に基づく電解電流を、電解槽Dへ供給し、電解槽Dにおいて、単位取水量あたりの電荷量が目標値となるように、電気分解処理が行われ、農業用電解水用の電解水素水が生成される(ステップS4)。

0035

以上のように、本実施形態においては、電解水生成装置1を使用して電気分解を行う際に、電解電流を制御して、所望の単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を生成する構成としている。そして、生成した電解水素水は、陰極室内においてカチオンを引き寄せ正に帯電するため、根圏周辺部では酸化剤の解離を抑制する機能を有する。従って、カルボキシル基により負に帯電している植物の根の細胞壁、及びリン脂質により脂質二重層を形成している細胞膜の酸化を抑制することが可能になる。また、正に帯電した電解水素水は、水素結合が強化され、水質が改質される。従って、根の生理活性を向上させ、植物の生育に良好な影響を与える農業用電解水(電解水素水)を得ることが可能になる。

0036

なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。

0037

上記実施形態においては、電解電流を制御して、定電流電解により、電解水素水を生成する構成としたが、所望の単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を生成することが可能であれば、電解電圧を制御して、定電位電解により、電解水素水を生成する構成としてもよい。

0038

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。

0039

(実施例1)
上述の図1に示す電解水生成装置を使用して、農業用電解水として使用する電解水素水を製造した。

0040

なお、陽極、及び陰極として、電極表面積が77cm2である白金イリジウム板を使用するとともに、隔膜としてポリテトラフルオロエチレンPTFE)親水膜を使用し、浄水器により浄化された原水に対して、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が42C/Lとなるように、直流定電流電解法(電解電流:1.4A)により、約3秒間、定電流電解を行い、電解水素水を製造した。また、電解水素水のpHは8.54であった。

0041

(実施例2)
電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が44C/Lとなるように、直流の定電流電解法(電解電流:2.45A)により、約2秒間、定電流電解を行ったこと以外は、上述の実施例1と同様にして、電解水素水を製造した。また、電解水素水のpHは9.00であった。

0042

コマツナ栽培
実施例2で製造した電解水素水を用いた培養液を使用して、NFT(nutrient flow technique)によるコマツナ(35株)の培養栽培を行った。

0043

なお、培養液として、製造した電解水素水300Lに対して大塚ハウス1号を225g、大塚ハウス2号を150g溶解させ、大塚ハウスA処方標準培養液を2倍に希釈したものを作製し用いた。表1に、大塚ハウスA処方標準培養液の成分組成を示す。また、栽培は自然光下で行い、定植から20日間行った。また、培養液の交換は、定植から6日ごとに行った。

0044

0045

そして、定植後20日目の各コマツナにおける草丈(mm)、葉幅(mm)、地上部(地面から出ている葉やの部分)の新鮮重(g/株)、及び地下部(地面の下の根の部分)の新鮮重(g/株)を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表2に示す。

0046

また、比較例として、上述の実施例2で製造した電解水素水の代わりに、水道水を使用して、同一の条件の下、コマツナの栽培を行い、定植後20日目の各コマツナにおける草丈(mm)、葉幅(mm)、地上部(地面から出ている葉や茎の部分)の新鮮重(g/株)、及び地下部(地面の下の根の部分)の新鮮重(g/株)を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表2に示す。

0047

バジルの栽培)
実施例2で製造した電解水素水を用いた培養液を使用して、NFT(nutrient flow technique)によるバジル(35株)の培養栽培を行った。

0048

なお、培養液としては、上述のコマツナの栽培に用いた培養液と同じものを使用した。また、栽培は自然光下で行い、定植から25日間行った。また、培養液の交換は、定植から6日ごとに行った。

0049

そして、定植後25日目の各バジルにおける葉数(枚)、地上部(地面から出ている葉や茎の部分)の新鮮重(g/株)、及び地下部(地面の下の根の部分)の新鮮重(g/株)を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表3に示す。

0050

また、比較例として、上述の実施例2で製造した電解水素水の代わりに、水道水を使用して、同一の条件の下、バジルの栽培を行い、定植後25日目の各バジルにおける葉数(枚)、地上部(地面から出ている葉や茎の部分)の新鮮重(g/株)、及び地下部(地面の下の根の部分)の新鮮重(g/株)を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表3に示す。

0051

0052

0053

表2に示すように、電解水素水を用いて作製した培養液を使用した実施例においては、水道水を使用した比較例に比し、草丈及び葉幅が伸長するとともに、地上部及び地下部における重量が大きくなっていることが判る。また、同様に、表3に示すように、電解水素水を用いて作製した培養液を使用した実施例においては、水道水を使用した比較例に比し、葉数が増加するとともに、地上部及び地下部における重量が大きくなっていることが判る。

実施例

0054

上より、電解電流を制御して、単位取水量あたりの電荷量を調整した電解水素水は、植物の生育に有用な農業用電解水として使用することができることが判る。

0055

本発明は、水を電気分解することにより農業用電解水を生成する農業用電解水生成装置および農業用電解水に有用である。

0056

1電解水生成装置
4a 第1入水路
4b 第2入水路
6a陰極
6b陽極
7a 第1取出水路
7b 第2取出水路
10電荷量調整装置
11電解電流決定手段
12 電解電流供給手段
13 記憶手段
32 電解電流供給手
D電解槽
Da 第1電極室(陰極室)
Db 第2電極室(陽極室)
Sp 隔膜

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