JP2007038090A

JP2007038090A - 果菜用電解イオン水の生成装置

Info

Publication number: JP2007038090A
Application number: JP2005223732A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nagashima; 英雄長島; Yutaka Nagashima; 豊長島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】マイナス電極と陽極との間にイオン透過性の隔膜を設けることなく水を電気分解し、特に果菜類の栽培に好適な灌水源となる酸性イオン水をアルカリ性イオン水との混合水を生成する。
【解決手段】下端側と上端側に給水口５または排水口６を形成した鉄製の中空円筒体１の下端部を、フランジ２で閉塞して筒状のマイナス電極３と電解槽４を形成する一方、上記中空円筒体１の上端部を閉塞するフランジ１２の中心部から、棒状をなす複数本のプラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃを電解槽４内に垂設し、直流電源から両電極間に電力を印加して、流入した水をアルカリ性イオン水と酸性イオン水との混合水として排水口６から排出するように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解槽のプラス電極とマイナス電極間に電圧を印加し、または電流を流して電解イオン水を生成する電解イオン水の生成装置に係り、詳しくは、無隔膜方式を採用するものでありながら、特に果菜類の栽培に好適な灌水源を生成、供給することができる果菜用電解イオン水の生成装置に関するものである。

従来、果菜類の栽培は、連作が不可能とされていた作物の連作を可能にして良質果を収量することにある。このため、現在ではハウスを利用して周年栽培が行われているが、このような施設栽培では、土壌消毒を十分に実施しても、土壌中に生育阻害物質の蓄積や病原菌等の密度が高まってしまい、連作障害を誘起しているのが実情であり、この連作障害を回避する一方法として、最近では水を電気分解して生成したイオン水を利用して土壌改良を行うことが果菜類営農者の間では知られているが、作物の種類によっては効果があがらず、良質果を収量することができない場合があった。

そこで本出願人は、前述の連作障害を回避できない原因について種々検討を行った結果、従来の電解イオン水生成装置では、陽極とマイナス電極との間にイオン透過性の隔膜を設けて水を電気分解し、その際、陽極側に生成した酸性イオン水はＰＨ２〜３の範囲であり、マイナス電極側に生成したアルカリ性イオン水はＰＨ７〜１０の範囲であるのに、果菜類の土壌反応や土壌成分のバランス保持を考慮せずにイオン水を利用していたことを知見し、これらの問題を解決する電解イオン水生成装置を提案した。
特願平１１−３６４２６６号

この提案では、プラス電極とマイナス電極との間に隔膜を設けることなく水を電気分解することにより、ＰＨを５．０〜６．５の範囲の微酸性に保持した灌水源として、活性化したアルカリ性イオン水と酸性イオン水を混合した状態で土壌に供給し、果菜類の栽培に好適な土壌を提供することができるものの、気候、風土や土壌成分の異なる各地の営農地において、それぞれに最適化された灌水源を提供できるまでには至らないものであった。

一方、数十年前から採用されている化学肥料による農作物の生産に対し、安全性への懸念や食味の低下の問題が近年になって取りざたされ、化学肥料に代わる堆肥や有機質肥料を採用した有機栽培法が注目されているが、その弊害については着目されていないのが真実である。すなわち、化学肥料を含む堆肥、土壌改良剤等の人為的に投入されるものは、入れ過ぎると土壌破壊を誘発することになる、という「有機栽培は営農者にとって本当に有効なものなのか？」の視点に立った議論はなされていない。

具体的には、現代において、消費者や市場関係者が要求する安全な有機農作物信仰の農業が、過度な有機物投入（資材投入）を農家に強いることになり、その結果として生み出されたものは土壌消毒をしなければ出来ない農業となってしまい、近年では高価な土壌改良剤や有機質肥料を大量に投入しても、良品の農作物が生産できなくなってきている事実を把握することが必要である。

その実態は、有機物、とりわけ粗大有機物が農地土壌の奥深くにあると、その分解の為に土壌中の酸素が過度に消費され、根への酸素供給が阻害されることとなって、毛細根などの発生を抑制するために土壌に投入されたリン酸、カリやカルシウムなどを効果的に吸収を出来なくなり、その結果として病弱な農産物が生産されると同時に土壌に農作物が吸収できない養分が年々蓄積される、という悪循環をもたらし、肥沃過ぎる土壌が、栄養成長のみの病弱な農作物の生長を助長して生殖成長の産物である養分貯蔵態の収穫物を少なくし、かつ炭水化物の蓄積不良とともに窒素過剰により、食味の阻害要因であるタンパク質が残ることで、繊維感が大きく、口に残るすじっぽさとして顕著な食味の悪化を招くものとなっている。

このような農作物生産の矛盾は、民間の有機栽培の手法による土壌改良の実績が近年において非常に少なくなっている事実や、肥料取締法の改正により、堆肥などの特殊肥料に炭素率（Ｃ／Ｎ比）の表示が義務付けられる、等が裏付けており、現代の農産物のまずさは、化学肥料ではなく堆肥などの有機物の過度な投入による土壌破壊から来ていることは明白となっている。

したがって、現代の営農者は「過ぎたるは、及ばざるが如し」の原点に立ち返り、現代の農業が難しくなった事の原因を今一度真摯に振り返り、根拠の無い有機栽培を今一度考え直して、農業の真の目的であるところの、おいしい農産物と、健全な土壌の維持を続ける為に、土壌の関わりと植物の生育生理を良く理解したうえで、資材費の極力かからない農業を目指すべきである。

本発明は、上記の如き実状に鑑み果菜類の栽培に好適な電解イオン水の生成装置を追究する研究、開発の過程において創案されたものであって、その意図するところは、本来あるべき農業の原点に「土壌バランスの確保」を第一に据え、水道法の水質安全基準により定められる水道水や地下水に対して「何も足さない、何も引かない」を基本に、果菜類の営農者自らの手で、自営農地の土壌バランスに最適な灌水源を創り出すことができる電解イオン水の生成装置を提供しようとするものである。

課題を解決するため本発明が採用した第１の技術手段は、下端側と上端側に給水口または排水口を形成した鉄製の中空円筒体の下端部を、フランジで閉塞して筒状のマイナス電極と電解槽を形成する一方、上記中空円筒体の上端部を閉塞するフランジの中心部から、棒状をなす複数本のプラス電極を電解槽内に垂設し、直流電源から両電極間に電力を印加した際に、給水口から流入する水を、マイナス電極側で生成したアルカリ性イオン水と、プラス電極側で生成した酸性イオン水との混合水として排水口から排出するように構成したことを特徴とするものである。

本発明が採用した第２の技術手段は、上記プラス電極は、鉄、銀、白金をコーティングしたチタニウム、白金をコーティングしたイリジウム、白金をコーティングしたステンレス、の何れかの金属材料で構成され、正常な土壌成分のバランス保持、および果菜作物の成長促進に応じて、任意の選択組合わせを可能としたことを特徴とするものである。

本発明が採用した第３の技術手段は、上記プラス電極は、棒状の電極本体の上端に、直流電源への接続端子を兼ねる螺合基部をそれぞれ設け、中空円筒体の上端部を閉塞するフランジの中心部近傍から、各プラス電極を電解槽内に挿脱自在に螺入するように構成されていることを特徴とするものである。

したがって、本発明によれば、果菜類の営農者が自ら有している営農地の気候、風土や土壌成分に関する知識をフルに活用して、鉄、銀および白金をコーティングしたチタニウムの何れかのプラス電極の選択または任意の電極組み合わせにより、果菜類の栽培に好適な電解イオン水を容易に創出することができ、全国各地の土壌成分の異なる営農地においても、それぞれに最適化された灌水源としての電解イオン水の導入を柔軟かつ容易に行うことができるようになる。

下端側と上端側に給水口または排水口を形成した鉄製の中空円筒体の下端部を、フランジで閉塞して筒状のマイナス電極と電解槽を形成し、上記中空円筒体の上端部を閉塞するフランジの中心部から、棒状をなす複数本のプラス電極を電解槽内に垂設し、直流電源から両電極間に電力を印加した際に、給水口から流入する水を、マイナス電極側で生成したアルカリ性イオン水と、プラス電極側で生成した酸性イオン水との混合水として排水口から排出するように構成する。

本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図において、１は立姿状に設置される中空円筒体であて、該中空円筒体１は肉厚のステンレス板や鋼板で形成され、その下端部は円盤状のフランジ２で閉塞されてマイナス電極３とその内部に電解槽４が形成されている。マイナス電極３の下端側には給水口５が形成され、また上端側には排水口６が形成されているが、給水口５と排水口６の形成位置は逆にしてもよい。７はフランジ２の下面を支持する円盤状の基台であって、該基台７はフランジ２の周方向に穿設した取付孔２ａ、２ａ…を介して緊締具８で取着されている。

上記電解槽４内には、フランジ２に立設された３本の支柱９上端に、円盤状の保持具１０が支持されており、該保持具１０には、その中心部に位置して３つの貫通孔１０ａが穿設されている。

上記中空円筒体１の上端部は、内側フランジ１１と、その上面に緊締具８を介して載置固定された外側フランジ１２で閉塞されており、該フランジ１１、１２の中心部から保持具１０の各貫通孔１０ａを介して電解槽４内に棒状をなす３本のプラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃが、絶縁体からなる支持具Ａ、Ｂ、Ｃに支持された状態で、挿脱自在にフランジ１１、１２から電解槽４内に垂下されている。１４は圧力制御弁であって、電解槽４内における電解反応により発生する水素、酸素を適宜に外部に放出するために設けられるものであり、１５は支持具Ａ、Ｂ、Ｃの上方を覆う蓋体であって、該蓋体１５は外側フランジ１２に着脱自在に装着され、かつ透明性のプラスチックで形成されている。

なお、上記各プラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ鉄、銀、白金をコーティングしたチタニウムで形成されており、これらのプラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃとマイナス電極３との間に接続した図示しない直流電源装置は、当該電極間にパルス電流を通電して主として消毒用に利用する場合と、直流を交流に変換して主として生育用の高周波電流を通電する場合とを切換可能に構成されていると共に、電解槽４を通過する水の流量に対応して通電電流を調整する制御回路と、昼間時にのみ通電をＯＮとするタイマ回路が上記直流電源装置に内蔵されている。

本発明は叙上の如く構成されているから、いま、水を電気分解してイオン水を生成し、これを果菜類栽培の灌水として利用するには、電解イオン水生成装置本体の給水口５を、吸上ポンプなどを介して水道設備の給水管や井戸または地下水の貯水池に連通し、また排水口６に排水管を介してスプリンクラを連通接続する。そして、図示しない直流電源装置のスイッチをＯＮ操作してマイナス電極３と、プラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ間に電圧を印加すればよい。

その際、電解イオン水生成装置本体は一基に限定されるものではなく、図６に示すように、必要に応じてニ基あるいは三基設置して使用してもよい。同図では、マイナス電極を形成する一方の中空円筒体１の下端側に給水口５を設け、他方の中空円筒体１の下端側に排水口６を設けるとともに、両中空円筒体１、１の上端側を連通管１６を介して連結した構成を示したが、給水口５、および排水口６を上端側に設け、連通管１６を下端側に配設してもよい。

次に、マイナス電極３と、プラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ間に電圧が印加されると、給水口５から電解槽４内に流入した水道水あるいは地下水が電気分解されることになるが、ここで、この電気分解作用について詳細に説明する。

まず、各都道府県の水道局において管理されている水道水は、地域により多少の差違はあるが、通常は表１に示すような水道法による水質安全基準に基づく成分組成をなしている。

そして、上述の成分を有する水道水を電気分解すると、表２および図７、図８に示すように、各プラス電極１３ａ（Ｆｅ）から二価鉄イオンが、１３ｂ（Ａｇ）からは銀イオンが、１３ｃ（Ｐｔ）からは水素イオンが、それぞれ水道水中に溶解してイオン化されている鉄、亜鉛、ナトリウム、マンガン、カルシウム、マグネシウムなどのプラスイオンとともにマイナス電極３側に移動する一方、マイナス電極３側から水酸基イオンと、水道水中の次亜塩素酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンなどのマイナスイオンが陽極１３側に移動することになる。
プラスイオン群：二価鉄イオン、銀イオン、鉄イオン、水素イオン、亜鉛イオン、ナトリウムイオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンマイナスイオン群：
水酸基イオン、次亜塩素酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン

そして、マイナス電極３側にはアルカリ性のイオン水が生成され、プラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ側には酸性のイオン水が生成されるが、両極間には隔膜が設けられていないので、電解槽４内で混合された混合水は、排水口６からスプリンクラを介して灌水源として所要の営農地に散布されることになる。

この時、上記混合水に含まれるプラスイオン群およびマイナスイオン群のうち、水道水に元々含まれている亜鉛イオンは農作物の生長に必要な光合成に関与し、また小葉病に有効であり、カルシウムイオンは根、新芽の成長促進に関与し、黒腐れ病にも有効な作用を持つものであると共に、同じく水道水に含まれるマグネシウムイオンも、葉緑素の構成成分として重要な役目を持って営農地に散布される。

また、電解反応により新たに生成される銀イオンは、営農地に散布された際に、土壌中の各種バクテリアの細胞に強く吸着し、当該バクテリアの細胞酵素をブロックして死滅させる作用を有し、さらに次亜塩素酸イオンと協働してブドウ球菌、レジオネラ菌、サルモネラ菌等への殺菌作用も有し、主として土壌消毒の機能を発揮するものである。

一方、電解反応により新たに生成される水酸基イオンは、鉄イオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンと反応して、種々の機能を発揮するものである。まず、鉄イオンとの反応で生成される水酸化鉄は、地下水や土壌中に含まれる砒素、カドミウムを共沈させて除去する機能、および土壌中の有機物、リンを吸着、除去する機能を有し、カルシウムイオンとの反応で生成される水酸化カルシウムは、強アルカリ性を有して土壌水分の殺菌に供するものである。さらに、マグネシウムイオンとの反応で生成される水酸化マグネシウムは、酸性雨の構成成分として知られる硫黄酸化物（ＳＯx）を無害化する中和作用を有している。

また、水道水に代えて地下水を灌水源として利用する場合、大きく分けて深層地下水タイプと浅層地下水タイプがあり、これらの地下水のうち、深層地下水タイプでは、高ＰＨ、低Ｃａ、高Ｎａ等の条件で砒素の溶出を起こしやすい、という研究結果が知見されており、浅層地下水タイプでは、溶解性鉄、溶解性マンガン等を含有する条件において、水質が還元状態に陥った際に鉄の溶出に伴って砒素が溶出する可能性が高いが、砒素およびその化合物、カドミウムについては、上述のように、鉄イオンとの反応で生成される水酸化鉄により共沈させて除去することが可能である。

ここで、上述のような種々の機能、作用を有する電解イオン水生成装置は、営農者がその営農地に対して最適の状態で使用することを可能としている。すなわち、酸性雨の影響の大小、過剰な堆肥、有機肥料の有無、営農地特有の土壌成分構成、農作物の種類、等を鑑みて、使用する３本のプラス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃを、鉄、銀の金属素材と、白金をコーティングした各金属素材（チタニウム、イリジウム、ステンレス）の中から、適宜に選択組み合わせて電解イオン水の性状を調整することにより、自身の営農地に最適の灌水源を容易に得ることが可能になる。

なお、使用するプラス電極は３本に限定されるものではなく、５本、６本…など、より使用本数を多くした構成としてもよく、この場合には、一層きめ細かい電解イオン水の調整が可能となる。

電解イオン水生成装置本体のみの単独使用にとどまらず、助成剤や消毒剤を営農地に散布する装置等と組み合わせることにより、合理的な灌水源システムを構築することが可能となる。

電解イオン水生成装置の全体正面図装置本体の縦断面図装置本体の上部拡大斜視図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ鉄、銀の金属素材と、白金をコーティングしたチタニウムの金属素材からなるプラス電極の正面図電解槽内の支持構造を示す斜視図他の実施形態を示す装置本体の正面図（ａ）はプラス電極を銀で構成した場合の電解反応を示す作用説明図、（ｂ）はプラス電極を鉄で構成した場合の電解反応を示す作用説明図プラス電極を白金をコーティングしたチタニウムで構成した場合の電解反応を示す作用説明図

符号の説明

１中空円筒体２フランジ
３マイナス電極４電解槽５給水口６排水口９支柱１０磁石１２フランジ１３ａプラス電極１３ｂプラス電極１３ｃプラス電極
Ａ螺合基部Ｂ螺合基部Ｃ螺合基部

Claims

下端側と上端側に給水口または排水口を形成した鉄製の中空円筒体の下端部を、フランジで閉塞して筒状のマイナス電極と電解槽を形成する一方、上記中空円筒体の上端部を閉塞するフランジの中心部から、棒状をなす複数本のプラス電極を電解槽内に垂設し、直流電源から両電極間に電力を印加した際に、給水口から流入する水を、マイナス電極側で生成したアルカリ性イオン水と、プラス電極側で生成した酸性イオン水との混合水として排水口から排出するように構成したことを特徴とする果菜用電解イオン水の生成装置。
上記プラス電極は、鉄、銅、銀、白金をコーティングしたチタニウム、白金をコーティングしたイリジウム、白金をコーティングしたステンレス、の何れかの金属材料で構成され、正常な土壌成分のバランス保持、および果菜作物の成長促進に応じて、任意の選択組合わせを可能としたことを特徴とする請求項１記載の果菜用電解イオン水の生成装置。
上記プラス電極は、棒状の電極本体の上端に、直流電源への接続端子を兼ねる螺合基部をそれぞれ設け、中空円筒体の上端部を閉塞するフランジの中心部近傍から、各プラス電極を電解槽内に挿脱自在に螺入するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の果菜用電解イオン水の生成装置。