JP2012075347A - Water quality controller, plant cultivation system using the same, and method for cultivating plant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水の成分の調整や除菌を行う水質制御装置、それを用いた植物栽培システム、及び植物栽培方法に関するものである。 The present invention relates to a water quality control device that adjusts and disinfects water components, a plant cultivation system using the device, and a plant cultivation method.
植物の栽培では、植物を栽培するための養分を供給しつつ、病害の予防（例えば除菌）が必要になる。養分補給や除菌の方法としては、空気中での放電により生成したオゾン及びＮＯＸを含むガスを、植物が植えられる土壌などに注入し、除菌と植物の成長促進を図った例がある（例えば特許文献１を参照）。 In plant cultivation, disease prevention (for example, sterilization) is required while supplying nutrients for plant cultivation. As a method of nutrient replenishment and sterilization, there is an example in which gas containing ozone and NOX generated by discharge in the air is injected into soil where plants are planted to promote sterilization and promote plant growth ( For example, see Patent Document 1).
しかしながら、植物の水耕栽培において特許文献１の方法を適用しようとすれば、オゾンガスは溶解効率が悪いので、十分な効果を得るためには、大量のガスを生成する設備が必要になる。また、残存ガスの処理にコストがかかる可能性がある。 However, if the method of Patent Document 1 is applied to hydroponics of plants, ozone gas has poor dissolution efficiency. Therefore, a facility for generating a large amount of gas is required to obtain a sufficient effect. In addition, there is a possibility that the processing of the residual gas is costly.
また、河川などの自然環境にある水は窒素や有機態窒素、アンモニウムイオンの含有量が多いので、河川などの自然環境にある水を栽培に使えば、水中の硝化微生物の作用によって、より多くのＮＯ３ −イオン（硝酸態窒素）やＮＯ２ −イオン（亜硝酸態窒素）を供給できるとも考えられる。しかしながら、自然環境にある水は、植物の病害を防ぐために一旦除菌する必要があり、これでは、硝化微生物も殺してしまうので、十分な硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を得るのは難しい。 In addition, water in the natural environment such as rivers has a high content of nitrogen, organic nitrogen, and ammonium ions, so if water in the natural environment such as rivers is used for cultivation, it will increase due to the action of nitrifying microorganisms in the water. It is considered that NO 3 − ions (nitrate nitrogen) and NO 2 − ions (nitrite nitrogen) can be supplied. However, it is necessary to sterilize the water in the natural environment once to prevent plant diseases. This also kills nitrifying microorganisms, so it is difficult to obtain sufficient nitrate nitrogen and nitrite nitrogen.
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、植物に供給する水の水質を制御し、水による養分の供給と、その水等の除菌を容易に行えるようにすることを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and aims to control the quality of water supplied to a plant so that nutrient supply by water and sterilization of the water can be easily performed. It is said.
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
窒素源を含んだ水を供給する窒素源供給装置（104）と、
前記窒素源供給装置（104）から供給された水中で放電を行う放電ユニット（62）を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention
A nitrogen source supply device (104) for supplying water containing a nitrogen source;
A discharge unit (62) that discharges in water supplied from the nitrogen source supply device (104) is provided.
この構成では、窒素源を含んだ水の中で放電が行われると、水中に存在する窒素、有機態窒素、ＮＨ４ ＋イオンの分解が促進され、無機態の硝酸イオン、亜硝酸イオンが生成される。また、放電ユニット（62）が養液中で放電を行うことで、養液中には水酸ラジカルが発生し、発生した水酸ラジカルは過酸化水素となる。この過酸化水素は、配管（51,52）の汚れの原因となる物質を分解（付着防止）したり、養液中の雑菌を除菌する。 In this configuration, when discharge is performed in water containing a nitrogen source, decomposition of nitrogen, organic nitrogen, and NH 4 + ions present in the water is promoted, and inorganic nitrate ions and nitrite ions are generated. Is done. Moreover, when the discharge unit (62) discharges in the nutrient solution, hydroxyl radicals are generated in the nutrient solution, and the generated hydroxyl radicals become hydrogen peroxide. This hydrogen peroxide decomposes (prevents adhesion) substances that cause dirt on the pipes (51, 52) and disinfects germs in the nutrient solution.
また、放電による硝酸態窒素、亜硝酸態窒素の生成方法を利用すれば、電気的な制御だけで水中の硝酸イオン等の濃度を自在に制御できる。 Further, if a method for generating nitrate nitrogen and nitrite nitrogen by discharge is used, the concentration of nitrate ions and the like in water can be freely controlled only by electrical control.
また、第２の発明は、
第１の発明の水質制御装置において、
前記放電ユニット（62）は、水中でストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）には直流電圧を印加する直流電源（70）が接続されていることを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the water quality control apparatus of the first invention,
The discharge unit (62) has an electrode pair (64, 65) for generating a streamer discharge in water, and a DC power source (70) for applying a DC voltage is connected to the electrode pair (64, 65). It is characterized by being.
この構成では、ストリーマ放電を利用しているので、無機態の硝酸イオン等を効率よく生成できる。 In this configuration, since streamer discharge is used, inorganic nitrate ions and the like can be efficiently generated.
また、第３の発明は、
第１又は第２の発明の水質制御装置において、
前記窒素源供給装置（104）は、アンモニア化合物を窒素源とすることを特徴とする。
In addition, the third invention,
In the water quality control device of the first or second invention,
The nitrogen source supply device (104) uses an ammonia compound as a nitrogen source.
この構成では、アンモニア化合物を溶かすだけなので、作業が簡単である。 In this configuration, since the ammonia compound is only dissolved, the operation is simple.
また、第４の発明は、
第１又は第２の発明の水質制御装置において、
前記窒素源供給装置（104）は、大気中の窒素を窒素源とすることを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In the water quality control device of the first or second invention,
The nitrogen source supply device (104) is characterized in that nitrogen in the atmosphere is used as a nitrogen source.
この構成では、大気中の窒素を窒素源としているので、無機態の硝酸イオン等の原料代が不要で低コストで生成できる。 In this configuration, since nitrogen in the atmosphere is used as the nitrogen source, a raw material cost such as inorganic nitrate ions is not required and can be generated at low cost.
また、第５の発明は、
第１又は第２の発明の水質制御装置において、
前記窒素源供給装置（104）は、湖沼、河川、地下水、及び雨水のうちの何れかを窒素源とすることを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
In the water quality control device of the first or second invention,
The nitrogen source supply device (104) uses any one of lakes, rivers, groundwater, and rainwater as a nitrogen source.
この構成では、自然界の水を窒素源としているので、無機態の硝酸イオン等の原料代が不要で低コストで生成できる。 In this configuration, since natural water is used as a nitrogen source, raw material costs such as inorganic nitrate ions are not required and can be produced at low cost.
また、第６の発明は、
第１から第５の発明のうちの何れか１つの水質制御装置において、
前記送放電ユニット（62）で処理した水を植物（200）に供給することを特徴とする。
In addition, the sixth invention,
In the water quality control device according to any one of the first to fifth inventions,
Water treated by the transmission / discharge unit (62) is supplied to the plant (200).
この構成では、生成された水、すなわち硝酸イオン等を含んだ水が植物に供給される。 In this configuration, the generated water, that is, water containing nitrate ions and the like is supplied to the plant.
また、第７の発明は、
窒素源を含んだ水を供給する窒素源供給装置（104）と、
前記窒素源供給装置（104）から供給された水中で放電を行う放電ユニット（62）を備えた水質制御装置（60）と、
前記水質制御装置（60）で放電処理された水を植物（200）に供給する水供給部（52,53,102）を備えたことを特徴とする植物栽培システムである。
In addition, the seventh invention,
A nitrogen source supply device (104) for supplying water containing a nitrogen source;
A water quality control device (60) comprising a discharge unit (62) for discharging in water supplied from the nitrogen source supply device (104);
A plant cultivation system comprising a water supply unit (52, 53, 102) for supplying water discharged by the water quality control device (60) to a plant (200).
この構成では、水質制御装置によって生成された水、すなわち硝酸イオン等を含んだ水が植物に供給される。 In this configuration, water generated by the water quality control device, that is, water containing nitrate ions or the like is supplied to the plant.
また、第８の発明は、
第７の発明の植物栽培システムにおいて、
前記放電ユニット（62）は、水中でストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）には直流電圧を印加する直流電源（70）が接続されていることを特徴とする。
Further, the eighth invention is
In the plant cultivation system of the seventh invention,
The discharge unit (62) has an electrode pair (64, 65) for generating a streamer discharge in water, and a DC power source (70) for applying a DC voltage is connected to the electrode pair (64, 65). It is characterized by being.
この構成では、ストリーマ放電を利用しているので、無機態の硝酸イオン等を効率よく生成できる。 In this configuration, since streamer discharge is used, inorganic nitrate ions and the like can be efficiently generated.
また、第９の発明は、
有機態窒素、及びアンモニウム態窒素の少なくとも一方を含む水中で放電を発生させ、硝酸態窒素、及び亜硝酸態窒素の少なくとも一方を含む水を生成する生成ステップと、
前記生成ステップで生成した水を植物に供給する供給ステップとを有することを特徴とする植物栽培方法である。
In addition, the ninth invention,
Generating a discharge in water containing at least one of organic nitrogen and ammonium nitrogen to generate water containing at least one of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen;
And a supply step of supplying water generated in the generation step to the plant.
この方法では、機態窒素、及びアンモニウム態窒素の少なくとも一方を含む水中での放電によって生成された水、すなわち硝酸態窒素、及び亜硝酸態窒素の少なくとも一方を含む水が植物に供給される。 In this method, water generated by discharge in water containing at least one of organic nitrogen and ammonium nitrogen, that is, water containing at least one of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen is supplied to the plant.
また、第１０の発明は、
第９の発明の植物栽培方法において、
前記生成ステップでは、直流電源を用いたストリーマ放電を水中で行うことを特徴とする。
The tenth aspect of the invention is
In the plant cultivation method of the ninth invention,
In the generating step, streamer discharge using a DC power source is performed in water.
この方法では、ストリーマ放電を利用しているので、無機態の硝酸イオン等を効率よく生成できる。 In this method, since streamer discharge is used, inorganic nitrate ions and the like can be efficiently generated.
第１の発明によれば、窒素源を有する水から硝酸イオンを含んだ水を容易に生成できる。硝酸イオンを含んだ水を植物に与えれば、植物の成長促進が期待できる。また、放電で発生した水酸ラジカルや過酸化水素により、水の除菌や浄化が可能になる。 According to the first invention, water containing nitrate ions can be easily generated from water having a nitrogen source. If water containing nitrate ions is given to the plant, growth of the plant can be expected. In addition, sterilization and purification of water can be performed by hydroxyl radicals and hydrogen peroxide generated by discharge.
また、電気的な制御だけで水中の硝酸イオン等の濃度を自在に制御できるので、人為的に養分を加えるのに比べて、濃度の平準化や自動制御などが容易となる。その結果、植物の成長を促進する環境を安定的に実現できる。 In addition, since the concentration of nitrate ions and the like in water can be freely controlled only by electrical control, concentration leveling and automatic control are facilitated compared to artificially adding nutrients. As a result, it is possible to stably realize an environment that promotes plant growth.
また、第２の発明によれば、直流電源（70）を用いてストリーマ放電を行っているので、例えばパルス電源と比較して、電源部の簡素化、低コスト化、小型化を図ることができる。また、パルス電源を用いると、放電に伴って水中で発生する衝撃波や騒音が大きくなってしまう。これに対し、直流電源（70）を用いると、このような衝撃波や騒音も低減できる。 In addition, according to the second invention, since the streamer discharge is performed using the DC power source (70), for example, the power source unit can be simplified, reduced in cost, and reduced in size as compared with the pulse power source. it can. Moreover, when a pulse power supply is used, the shock wave and noise which generate | occur | produce in water with discharge will become large. On the other hand, when a DC power source (70) is used, such shock waves and noise can be reduced.
また、無機態の硝酸イオン等を効率よく生成できるので、生成した水を植物に与えれば、植物の成長を促進が容易になる。 In addition, since inorganic nitrate ions and the like can be efficiently generated, if the generated water is supplied to the plant, the growth of the plant is facilitated.
また、第３の発明によれば、作業が簡単なので、生成した水を植物に与えれば、植物の栽培が容易になる。 In addition, according to the third invention, since the work is simple, if the generated water is given to the plant, the cultivation of the plant becomes easy.
また、第４、５の発明によればそれぞれ、無機態の硝酸イオン等の原料代が不要で低コストで生成できるので、生成した水を植物に与えれば、植物の栽培がより低コストになる。 In addition, according to the fourth and fifth inventions, the cost of raw materials such as inorganic nitrate ions is not required and can be generated at low cost. Therefore, if the generated water is supplied to a plant, the cultivation of the plant becomes lower cost. .
また、第６の発明によれば、硝酸イオン等を含んだ水が植物に供給されるので、効率よく植物の成長促進を図ることが可能になる。 According to the sixth invention, water containing nitrate ions and the like is supplied to the plant, so that it is possible to efficiently promote the growth of the plant.
また、第７の発明によれば、放電によって生成した硝酸イオン等を含んだ水が植物に供給されるので、効率よく植物の成長促進を図ることが可能になる。 Further, according to the seventh invention, water containing nitrate ions and the like generated by discharge is supplied to the plant, so that it is possible to efficiently promote the growth of the plant.
また、第８の発明によれば、無機態の硝酸イオン等を効率よく生成できるので、より効率よく植物の成長促進を図ることが可能になる。また、直流電源（70）を用いてストリーマ放電を行っているので、例えばパルス電源と比較して、電源部の簡素化、低コスト化、小型化を図ることができる。 In addition, according to the eighth invention, inorganic nitrate ions and the like can be generated efficiently, so that the growth of plants can be promoted more efficiently. In addition, since streamer discharge is performed using the DC power supply (70), the power supply unit can be simplified, reduced in cost, and reduced in size compared with, for example, a pulse power supply.
また、第９の発明によれば、放電によって生成した硝酸イオン等を含んだ水が植物に供給されるので、効率よく植物の成長促進を図ることが可能になる。 Further, according to the ninth aspect, water containing nitrate ions and the like generated by discharge is supplied to the plant, so that the growth of the plant can be promoted efficiently.
また、第１０の発明によれば、無機態の硝酸イオン等を効率よく生成できるので、より効率よく植物の成長促進を図ることが可能になる。また、直流電源（70）を用いてストリーマ放電を行っているので、例えばパルス電源と比較して、電源部の簡素化、低コスト化、小型化を図ることができる。 In addition, according to the tenth invention, since inorganic nitrate ions and the like can be efficiently generated, it becomes possible to promote the growth of plants more efficiently. In addition, since streamer discharge is performed using the DC power supply (70), the power supply unit can be simplified, reduced in cost, and reduced in size compared with, for example, a pulse power supply.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態にかかる水耕栽培システム（10）の構成を示す図である。この水耕栽培システム（10）は、いわゆる施設園芸（例えばビニールハウス）や、閉鎖環境で人工光を用いて植物を栽培する植物工場等で使用される。図１に示すように、水耕栽培システム（10）は、栽培床（101）、配管（51,52,53）、ポンプ（102）、水質制御装置（60）、制御装置（103）、及び窒素源供給装置（104）を備えている。この水耕栽培システム（10）では、栽培床（101）、ポンプ（102）、水質制御装置（60）、及び窒素源供給装置（104）は、配管（51,52,53）で互いに接続され、植物の栽培に必要な養分を含んだ養液（L）が循環する。図１では、養液の循環方向を矢印で示してある。
Embodiment 1 of the Invention
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hydroponic cultivation system (10) according to an embodiment of the present invention. This hydroponics system (10) is used in so-called facility horticulture (for example, a greenhouse), a plant factory that cultivates plants using artificial light in a closed environment, and the like. As shown in FIG. 1, the hydroponics system (10) includes a cultivation bed (101), pipes (51, 52, 53), a pump (102), a water quality control device (60), a control device (103), and A nitrogen source supply device (104) is provided. In this hydroponic cultivation system (10), the cultivation bed (101), the pump (102), the water quality control device (60), and the nitrogen source supply device (104) are connected to each other by pipes (51, 52, 53). The nutrient solution (L) containing nutrients necessary for plant cultivation circulates. In FIG. 1, the circulation direction of the nutrient solution is indicated by arrows.
栽培床（101）は、養液（L）を、所定の量だけ溜めるようになっている。栽培床（101）には、植物（200）が植えつけられる。植えつけられた植物（200）は、栽培床（101）に溜められた養液（L）を吸収し、吸収した養液（L）中の養分を利用する。この栽培床（101）には養液（L）が流入する流入孔と、養液（L）が流出する流出孔が設けられ、流出孔には配管（51）、流入孔には配管（52）がそれぞれ接続されている。 The cultivation bed (101) is configured to accumulate a predetermined amount of nutrient solution (L). Plants (200) are planted on the cultivation floor (101). The plant (200) planted absorbs the nutrient solution (L) stored on the cultivation floor (101) and uses the nutrients in the absorbed nutrient solution (L). The cultivation bed (101) is provided with an inflow hole through which the nutrient solution (L) flows and an outflow hole through which the nutrient solution (L) flows out. The outflow hole has a pipe (51) and the inflow hole has a pipe (52 ) Are connected to each other.
水質制御装置（60）は、水中（具体的には養液（L））でのストリーマ放電によって水中に過酸化水素等の浄化成分を生成し、この浄化成分によって水の浄化を行う。また、水質制御装置（60）は、硝酸イオンの生成を行う。水質制御装置（60）の構成は後に詳述する。この水質制御装置（60）には養液（L）が流入する流入孔と、養液（L）が流出する流出孔が設けられ、流入孔が栽培床（101）よりも下流側の配管（51）に接続され、栽培床（101）を通過した養液（L）が該配管（51）で供給されている。また、水質制御装置（60）の流出孔には、配管（52）が接続されている。 The water quality control device (60) generates a purifying component such as hydrogen peroxide in water by streamer discharge in water (specifically, nutrient solution (L)), and purifies the water with this purifying component. Further, the water quality control device (60) generates nitrate ions. The configuration of the water quality control device (60) will be described in detail later. The water quality control device (60) is provided with an inflow hole through which the nutrient solution (L) flows in and an outflow hole through which the nutrient solution (L) flows out, and the inflow hole is located downstream of the cultivation bed (101) ( 51) and the nutrient solution (L) that has passed through the cultivation bed (101) is supplied through the pipe (51). A pipe (52) is connected to the outflow hole of the water quality control device (60).
ポンプ（102）は、養液（L）を循環させるためのポンプである。このポンプ（102）の吸入孔は、水質制御装置（60）の流出孔と配管（52）で接続され、吐出孔は、栽培床（101）の流入孔と配管（52）で接続されている。このポンプ（102）の運転状態は、制御装置（103）が制御する。 The pump (102) is a pump for circulating the nutrient solution (L). The suction hole of the pump (102) is connected to the outflow hole of the water quality control device (60) by the pipe (52), and the discharge hole is connected to the inflow hole of the cultivation bed (101) by the pipe (52). . The operation state of the pump (102) is controlled by the control device (103).
本実施形態では、配管（51,52）は、一部が銅配管であり、残りの部分が樹脂の配管である。より詳しくは、水質制御装置（60）とポンプ（102）の間の配管（52）が銅配管である。配管（51,52）とポンプ（102）とは、本発明の水供給部の一例を構成している。 In this embodiment, a part of the pipes (51, 52) is a copper pipe, and the remaining part is a resin pipe. More specifically, the pipe (52) between the water quality control device (60) and the pump (102) is a copper pipe. The pipes (51, 52) and the pump (102) constitute an example of the water supply unit of the present invention.
窒素源供給装置（104）は、窒素源を含んだ水を供給する。この例では、窒素源供給装置（104）は、配管（54）を介して、雨水、湖沼、河川、あるいは井戸など（以下、河川等という）の水を、例えばポンプを用いて取り込んで、配管（51）の途中に接続された配管（53）を介して、取り込んだ水を水質制御装置（60）に供給する。河川等の水には窒素、有機態窒素、ＮＨ４ ＋イオンが存在する。すなわち、窒素源供給装置（104）は、窒素源として河川等の水を供給するのである。なお、窒素源供給装置（104）は、制御装置（103）の制御を受けて、水の取り込みや、水質制御装置（60）への供給の動作が制御される。 The nitrogen source supply device (104) supplies water containing a nitrogen source. In this example, the nitrogen source supply device (104) takes in rainwater, lakes, rivers, wells (hereinafter referred to as rivers, etc.) water through a pipe (54) using a pump, for example, The taken-in water is supplied to the water quality control device (60) through the pipe (53) connected in the middle of (51). Nitrogen, organic nitrogen, and NH 4 + ions exist in water such as rivers. That is, the nitrogen source supply device (104) supplies water such as a river as a nitrogen source. The nitrogen source supply device (104) is controlled by the control device (103) to control the operation of water intake and supply to the water quality control device (60).
制御装置（103）は、ポンプ（102）、水質制御装置（60）、及び窒素源供給装置（104）に所定の制御信号（SIG）を出力し、ポンプ（102）の運転状態（オンオフ）の制御と、水質制御装置（60）の運転状態（ストリーマ放電のオンオフ）、水質制御装置（60）の運転状態（水の取り込み、供給のオンオフ）の制御を行う。 The control device (103) outputs a predetermined control signal (SIG) to the pump (102), the water quality control device (60), and the nitrogen source supply device (104), and the operation state (ON / OFF) of the pump (102). Control of the operation state of the water quality control device (60) (streamer discharge on / off) and the operation state of the water quality control device (60) (water intake, supply on / off) are performed.
〈水質制御装置（60）の構成〉
図２は、水質制御装置（60）の構成例を示す図である。水質制御装置（60）は、水中でのストリーマ放電によって水中に過酸化水素等の浄化成分を生成し、この浄化成分によって水の浄化を行うものである。また、水質制御装置（60）は、硝酸イオンの生成を行う。水質制御装置（60）は、水浄化タンク（61）と放電ユニット（62）とを有している（図２を参照）。
<Configuration of water quality control device (60)>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the water quality control device (60). The water quality control device (60) generates purifying components such as hydrogen peroxide in water by streamer discharge in water, and purifies water using the purifying components. Further, the water quality control device (60) generates nitrate ions. The water quality control device (60) includes a water purification tank (61) and a discharge unit (62) (see FIG. 2).
水浄化タンク（61）は、密閉型の容器状に形成され、栽培床（101）の養液（L）が流入する。具体的に、水浄化タンク（61）には、栽培床（101）の流出孔に繋がる配管（51）と、ポンプ（102）の吸入孔に繋がる配管（52）が接続されている。即ち、水浄化タンク（61）は、栽培床（101）の下流側に配設されている。 The water purification tank (61) is formed in a sealed container shape, and the nutrient solution (L) of the cultivation floor (101) flows into it. Specifically, a pipe (51) connected to the outflow hole of the cultivation bed (101) and a pipe (52) connected to the suction hole of the pump (102) are connected to the water purification tank (61). That is, the water purification tank (61) is disposed on the downstream side of the cultivation bed (101).
放電ユニット（62）は、放電電極（64）及び対向電極（65）とからなる電極対（64,65）と、この電極対（64,65）に電圧を印加する電源部（70）と、放電電極（64）を内部に収容する絶縁ケーシング（71）とを備えている。 The discharge unit (62) includes an electrode pair (64, 65) including a discharge electrode (64) and a counter electrode (65), and a power supply unit (70) for applying a voltage to the electrode pair (64, 65). And an insulating casing (71) for accommodating the discharge electrode (64) therein.
電極対（64,65）は、水中でストリーマ放電を生起するためのものである。放電電極（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に配置されている。放電電極（64）は、上下に扁平な板状に形成されている。放電電極（64）は、電源部（70）の正極側に接続されている。放電電極（64）は、例えばステンレス、銅等の導電性の金属材料で構成されている。 The electrode pair (64, 65) is for generating a streamer discharge in water. The discharge electrode (64) is disposed inside the insulating casing (71). The discharge electrode (64) is formed in a flat plate shape up and down. The discharge electrode (64) is connected to the positive electrode side of the power supply unit (70). The discharge electrode (64) is made of a conductive metal material such as stainless steel or copper.
対向電極（65）は、絶縁ケーシング（71）の外部に配置されている。対向電極（65）は、放電電極（64）の上方に設けられている。対向電極（65）は、上下に扁平な板状であって、且つ上下に複数の貫通孔（66）を有するメッシュ形状ないしパンチングメタル形状に構成されている。対向電極（65）は、放電電極（64）と略平行に配設されている。対向電極（65）は、電源部（70）の負極側に接続されている。対向電極（65）は、例えばステンレス、真鍮等の導電性の金属材料で構成されている。 The counter electrode (65) is disposed outside the insulating casing (71). The counter electrode (65) is provided above the discharge electrode (64). The counter electrode (65) has a flat plate shape in the vertical direction, and is configured in a mesh shape or a punching metal shape having a plurality of through holes (66) in the vertical direction. The counter electrode (65) is disposed substantially parallel to the discharge electrode (64). The counter electrode (65) is connected to the negative electrode side of the power supply unit (70). The counter electrode (65) is made of a conductive metal material such as stainless steel or brass.
電源部（70）は、電極対（64,65）に所定の直流電圧を印加する直流電源で構成されている。即ち、電源部（70）は、電極対（64,65）に対して瞬時的に高電圧を繰り返し印加するようなパルス電源ではなく、電極対（64,65）に対して常に数キロボルトの直流電圧を印加する。電源部（70）のうち、対向電極（65）が接続される負極側は、アースと接続されている。また、電源部（70）には、電極対（64,65）の放電電力を一定に制御する定電力制御部が設けられている（図示省略）。 The power supply unit (70) is constituted by a DC power supply that applies a predetermined DC voltage to the electrode pair (64, 65). That is, the power supply unit (70) is not a pulse power supply that repeatedly applies a high voltage instantaneously to the electrode pair (64, 65), but is always a few kilovolts of direct current to the electrode pair (64, 65). Apply voltage. Of the power supply unit (70), the negative electrode side to which the counter electrode (65) is connected is connected to the ground. The power supply unit (70) is provided with a constant power control unit (not shown) that controls the discharge power of the electrode pair (64, 65) to be constant.
絶縁ケーシング（71）は、水浄化タンク（61）の底部に設置されている。絶縁ケーシング（71）は、例えばセラミックス等の絶縁材料で構成されている。絶縁ケーシング（71）は、一面（上面）が開放された容器状のケース本体（72）と、該ケース本体（72）の上方の開放部を閉塞する板状の蓋部（73）とを有している。 The insulating casing (71) is installed at the bottom of the water purification tank (61). The insulating casing (71) is made of an insulating material such as ceramics. The insulating casing (71) has a container-like case body (72) whose one surface (upper surface) is open, and a plate-like lid (73) that closes the open portion above the case body (72). is doing.
ケース本体（72）は、角型筒状の側壁部（72a）と、該側壁部（72a）の底面を閉塞する底部（72b）とを有している。放電電極（64）は、底部（72b）の上側に敷設されている。絶縁ケーシング（71）では、蓋部（73）と底部（72b）との間の上下方向の距離が、放電電極（64）の厚さよりも長くなっている。つまり、放電電極（64）と蓋部（73）との間には、所定の間隔が確保されている。これにより、絶縁ケーシング（71）の内部では、放電電極（64）とケース本体（72）と蓋部（73）との間に空間（S）が形成される。 The case body (72) has a square cylindrical side wall (72a) and a bottom (72b) that closes the bottom of the side wall (72a). The discharge electrode (64) is laid on the upper side of the bottom (72b). In the insulating casing (71), the vertical distance between the lid (73) and the bottom (72b) is longer than the thickness of the discharge electrode (64). That is, a predetermined interval is ensured between the discharge electrode (64) and the lid (73). Thereby, a space (S) is formed between the discharge electrode (64), the case main body (72), and the lid portion (73) inside the insulating casing (71).
図２及び図３に示すように、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）には、該蓋部（73）を厚さ方向に貫通する１つの開口（74）が形成されている。この開口（74）により、放電電極（64）と対向電極（65）との間の電界の形成が許容されている。蓋部（73）の開口（74）の内径は、０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口（74）は、電極対（64,65）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the lid (73) of the insulating casing (71) is formed with one opening (74) penetrating the lid (73) in the thickness direction. This opening (74) allows the formation of an electric field between the discharge electrode (64) and the counter electrode (65). The inner diameter of the opening (74) of the lid (73) is preferably 0.02 mm or more and 0.5 mm or less. The opening (74) as described above constitutes a current density concentration portion that increases the current density of the current path between the electrode pair (64, 65).
以上のように、絶縁ケーシング（71）は、電極対（64,65）のうちの一方の電極（放電電極（64））のみを内部に収容し、且つ電流密度集中部としての開口（74）を有する絶縁部材を構成している。 As described above, the insulating casing (71) accommodates only one electrode (discharge electrode (64)) of the electrode pair (64, 65) inside, and the opening (74) as a current density concentration portion. The insulating member which has this is comprised.
加えて、絶縁ケーシング（71）の開口（74）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、水がジュール熱によって気化して気泡（B）が形成される。つまり、絶縁ケーシング（71）の開口（74）は、該開口（74）に気相部としての気泡（B）を形成する気相形成部として機能する。 In addition, in the opening (74) of the insulating casing (71), the current density of the current path increases, so that water is vaporized by Joule heat and bubbles (B) are formed. That is, the opening (74) of the insulating casing (71) functions as a gas phase forming part that forms bubbles (B) as a gas phase part in the opening (74).
〈水耕栽培システム（10）の動作〉
水耕栽培システム（10）では、制御装置（103）によって、ポンプ（102）がオン状態にされると、養液（L）が栽培床（101）に供給される。栽培床（101）では、それぞれの植物（200）が必要量の養液（L）を吸収する。植物（200）に吸収されなかった養液（L）は、栽培床（101）から配管（51）を通って流出し、水質制御装置（60）を通過する。その後、養液は、ポンプ（102）を経由して再び栽培床（101）に供給される。なお、養液（L）の循環は、連続して行うようにしてもよいし、適当な時間間隔をあけて行うようにしてもよい。
<Operation of hydroponics system (10)>
In the hydroponic cultivation system (10), when the pump (102) is turned on by the control device (103), the nutrient solution (L) is supplied to the cultivation bed (101). In the cultivation floor (101), each plant (200) absorbs a required amount of nutrient solution (L). The nutrient solution (L) that has not been absorbed by the plant (200) flows out from the cultivation bed (101) through the pipe (51) and passes through the water quality control device (60). Thereafter, the nutrient solution is supplied again to the cultivation bed (101) via the pump (102). The nutrient solution (L) may be circulated continuously or at an appropriate time interval.
水質制御装置（60）では、流路の浄化、養液の除菌、及び養液への硝酸イオンの供給が行われる。以下では、これ等の動作について説明する。 In the water quality control device (60), the flow path is purified, the nutrient solution is sterilized, and nitrate ions are supplied to the nutrient solution. Hereinafter, these operations will be described.
〈本実施形態における除菌、配管の浄化〉
水耕栽培システム（10）において配管（51,52）を浄化するには、水質制御装置（60）でストリーマ放電を行わせる。また、ポンプ（102）もオンにする。具体的には、制御装置（103）が水質制御装置（60）やポンプ（102）をオンにする。
<Disinfection and purification of piping in this embodiment>
In order to purify the pipes (51, 52) in the hydroponic cultivation system (10), streamer discharge is performed by the water quality control device (60). The pump (102) is also turned on. Specifically, the control device (103) turns on the water quality control device (60) and the pump (102).
水質制御装置（60）の運転の開始時には、図２に示すように、絶縁ケーシング（71）の内の空間（S）が浸水した状態となっている。電源部（70）から電極対（64,65）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、電極対（64,65）の間に電界が形成される。この際、放電電極（64）の周囲は、絶縁ケーシング（71）で覆われている。このため、電極対（64,65）の間での漏れ電流が抑制されとともに、開口（74）内の電流経路の電流密度が上昇した状態となる。 At the start of operation of the water quality control device (60), as shown in FIG. 2, the space (S) in the insulating casing (71) is in a flooded state. When a predetermined DC voltage (for example, 1 kV) is applied from the power supply unit (70) to the electrode pair (64, 65), an electric field is formed between the electrode pair (64, 65). At this time, the periphery of the discharge electrode (64) is covered with the insulating casing (71). For this reason, the leakage current between the electrode pair (64, 65) is suppressed, and the current density of the current path in the opening (74) is increased.
開口（74）内の電流密度が上昇すると、開口（74）内のジュール熱が大きくなる。その結果、絶縁ケーシング（71）では、開口（74）の近傍において、水の気化が促進されて気泡（B）が形成される。この気泡（B）は、図４に示すように、開口（74）のほぼ全域を覆う状態となり、対向電極（65）に導通する負極側の水と、正極側の放電電極（64）との間に気泡（B）が介在する。従って、この状態では、気泡（B）が、放電電極（64）と対向電極（65）との間での水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、放電電極（64）と対向電極（65）との間の漏れ電流が抑制され、電極対（64,65）間では、所望とする電位差が保たれることになる。すると、気泡（B）内では、絶縁破壊に伴いストリーマ放電が発生する。 As the current density in the opening (74) increases, the Joule heat in the opening (74) increases. As a result, in the insulating casing (71), the vaporization of water is promoted in the vicinity of the opening (74) to form bubbles (B). As shown in FIG. 4, the bubbles (B) cover almost the entire area of the opening (74), and are formed between the water on the negative electrode side conducting to the counter electrode (65) and the discharge electrode (64) on the positive electrode side. Air bubbles (B) are interposed between them. Therefore, in this state, the bubble (B) functions as a resistance that prevents conduction through water between the discharge electrode (64) and the counter electrode (65). Thereby, the leakage current between the discharge electrode (64) and the counter electrode (65) is suppressed, and a desired potential difference is maintained between the electrode pair (64, 65). Then, streamer discharge is generated in the bubble (B) due to dielectric breakdown.
以上のようにして、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、水浄化タンク（61）内の水中では、水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素等が生成される。水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素は、ストリーマ放電に伴う熱によって水浄化タンク（61）内を対流する。これにより、水中での活性種や過酸化水素の拡散が促される。また、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、このストリーマ放電に伴ってこの気泡（B）でイオン風を生成し易くなる。よって、水浄化タンク（61）内では、このイオン風を利用して、活性種や過酸化水素の拡散効果を更に向上できる。 As described above, when streamer discharge is performed with the bubbles (B), active species such as hydroxyl radicals, hydrogen peroxide, and the like are generated in the water in the water purification tank (61). Active species such as hydroxyl radicals and hydrogen peroxide are convected in the water purification tank (61) by the heat accompanying the streamer discharge. This promotes diffusion of active species and hydrogen peroxide in water. Further, when streamer discharge is performed with the bubbles (B), an ion wind is easily generated with the bubbles (B) along with the streamer discharge. Therefore, in the water purification tank (61), the diffusion effect of active species and hydrogen peroxide can be further improved by using this ion wind.
そして、ストリーマ放電によって生成した過酸化水素は、養液（L）の循環にともなって、水耕栽培システム（10）全体に広がる。この過酸化水素には、配管（51,52）の汚れの原因となる物質を分解（付着防止）したり、養液（L）中の雑菌を除菌する作用がある。そのため、過酸化水素が到達した部位では、配管（51,52）の浄化や除菌が行われる。なお、過酸化水素は、一般的には、植物には安全である。また、放電ユニット（62）が栽培床（101）の下流に配置されているので、水酸ラジカルが栽培床（101）に入り込まないようにできる。そのため、本実施形態では、水酸ラジカルが植物（200）に悪影響を与えることがない。 And the hydrogen peroxide produced | generated by the streamer discharge spreads to the whole hydroponics system (10) with circulation of nutrient solution (L). This hydrogen peroxide has an action of decomposing (preventing adhesion) substances that cause dirt on the pipes (51, 52) and eradicating bacteria in the nutrient solution (L). Therefore, purification and sterilization of the pipes (51, 52) are performed at the site where hydrogen peroxide has reached. Hydrogen peroxide is generally safe for plants. Moreover, since the discharge unit (62) is arrange | positioned downstream of the cultivation bed (101), it can prevent a hydroxyl radical from entering into the cultivation bed (101). Therefore, in this embodiment, the hydroxyl radical does not adversely affect the plant (200).
また、配管（51,52）の一部として設けられた銅配管（イオン供給部）からは、銅イオンが養液（L）中に溶出する。過酸化水素と銅イオンの存在下では、フェントン反応により、銅イオンが触媒的に作用して水酸ラジカルの生成が促進される。これにより、水酸ラジカルによる水の浄化効率が向上する。加えて、銅イオンは菌の繁殖を抑制する効果があるため、水中での殺菌作用も高くなる。 Moreover, copper ion elutes in a nutrient solution (L) from the copper piping (ion supply part) provided as a part of piping (51,52). In the presence of hydrogen peroxide and copper ions, copper ions act catalytically by the Fenton reaction to promote the generation of hydroxyl radicals. Thereby, the purification efficiency of the water by a hydroxyl radical improves. In addition, since copper ions have the effect of suppressing the growth of bacteria, the bactericidal action in water also increases.
なお、水質制御装置（60）による除菌や汚れ分解は、常時行ってもよいが、適当な時間間隔をあけて行うようにしてもよい。水質制御装置（60）の運転の開始や休止の制御は制御装置（103）で行えばよい。 The sterilization and dirt decomposition by the water quality control device (60) may be performed constantly, but may be performed at an appropriate time interval. Control of the start and stop of the operation of the water quality control device (60) may be performed by the control device (103).
〈硝酸イオンの供給〉
また、水質制御装置（60）では、硝酸イオンを生成できる。これには、制御装置（103）が、窒素源供給装置（104）をオンにして、河川等から水を取り込ませ、水質制御装置（60）に供給させる。また、ポンプ（102）もオンにする。そして、制御装置（103）は、水質制御装置（60）においてストリーマ放電を行わせる。
<Supply of nitrate ion>
The water quality control device (60) can generate nitrate ions. To this end, the control device (103) turns on the nitrogen source supply device (104) to take in water from a river or the like and supply it to the water quality control device (60). The pump (102) is also turned on. The control device (103) causes streamer discharge in the water quality control device (60).
水中でストリーマ放電が起こると、水中に存在する窒素、有機態窒素、ＮＨ４ ＋イオンの分解が促進され、無機態の硝酸イオンが生成される（下記の式を参照）。 When streamer discharge occurs in water, decomposition of nitrogen, organic nitrogen, and NH 4 + ions present in water is promoted, and inorganic nitrate ions are generated (see the following formula).
これにより、水浄化タンク（61）内の養液（L）における、無機態の硝酸イオン濃度が上昇する。このようにして生成された硝酸イオンは、ポンプ（102）の動作によって、配管（52）を通って栽培床（101）に供給される。栽培床（101）では植物（200）が、この硝酸イオンを利用する。 This increases the concentration of inorganic nitrate ions in the nutrient solution (L) in the water purification tank (61). The nitrate ions thus generated are supplied to the cultivation bed (101) through the pipe (52) by the operation of the pump (102). In the cultivation floor (101), the plant (200) uses this nitrate ion.
なお、硝酸イオンの供給は、常時行うようにしてもよいし、養液（L）中の硝酸イオン濃度を検知し、検知結果に応じて硝酸イオンの供給の有無を制御してもよい。 The supply of nitrate ions may be always performed, or the concentration of nitrate ions in the nutrient solution (L) may be detected, and the presence or absence of supply of nitrate ions may be controlled according to the detection result.
また、硝酸イオンの生成中は、ポンプ（102）をオフにしておいて、水浄化タンク（61）中の硝酸イオン濃度がある程度高くなってからポンプ（102）を運転して、植物に硝酸イオンを供給するようにしてもよい。 During the production of nitrate ions, the pump (102) is turned off, and the nitrate ion concentration in the water purification tank (61) is increased to some extent, and then the pump (102) is operated to May be supplied.
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、河川等の自然環境の水から硝酸イオンを容易に生成できる。これにより、植物の成長促進が期待できる。また、このように自然環境の水を水耕栽培に利用できると、コストの大幅な削減が期待できる。
<Effect in this embodiment>
As described above, according to the present embodiment, nitrate ions can be easily generated from water in a natural environment such as a river. Thereby, the growth promotion of a plant can be expected. In addition, if the water in the natural environment can be used for hydroponics in this way, significant cost reduction can be expected.
また、放電による硝酸態窒素、亜硝酸態窒素の生成方法を利用すれば、電気的な制御だけで水中の硝酸イオン等の濃度を自在に制御できる。それゆえ、人為的に養分を加えるのに比べて、濃度の平準化や自動制御などが容易となる。その結果、植物の成長を促進する環境を安定的に実現できる。 Further, if a method for generating nitrate nitrogen and nitrite nitrogen by discharge is used, the concentration of nitrate ions and the like in water can be freely controlled only by electrical control. Therefore, concentration leveling and automatic control become easier than when artificially adding nutrients. As a result, it is possible to stably realize an environment that promotes plant growth.
また、水質制御装置（60）において発生した水酸ラジカルや過酸化水素によって養液（L）中の汚れの原因物質の分解や雑菌の除菌ができるので、養液（L）の循環経路（配管（51,52））の汚れを抑制できる。また、水中（養液（L）中）でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。また、過酸化水素は、水酸ラジカルよりも安定なので、水酸ラジカルよりもより広範囲の循環経路に行き渡らせることができる。それゆえ、汚れの原因物質の分解や除菌効果をより広範囲で期待できる。すなわち、本実施形態では、汚れの原因物質の分解や雑菌の除菌を効率的に行うことが可能になる。また、フィルタなどで汚れを除去するものと比べ、メンテナンスコストの低減を期待できる。 In addition, the hydroxyl radicals and hydrogen peroxide generated in the water quality control device (60) can decompose the causative substances of the soil in the nutrient solution (L) and disinfect bacteria, so the circulation route of the nutrient solution (L) ( Dirt on the pipes (51, 52) can be suppressed. Moreover, since the streamer discharge is performed in water (in the nutrient solution (L)) to generate hydroxyl radicals, the hydroxyl radicals can be used more efficiently than, for example, those that dissolve ozone. Also, since hydrogen peroxide is more stable than the hydroxyl radical, it can be distributed over a wider range of circulation paths than the hydroxyl radical. Therefore, it is possible to expect a wider range of decomposition and sterilization effects of the causative agent of the soil. That is, in this embodiment, it becomes possible to efficiently decompose the causative agent of the dirt and sterilize the germs. In addition, a reduction in maintenance cost can be expected as compared with a filter that removes dirt.
また、本実施形態では、水質制御装置（60）が栽培床（101）よりも下流側に設けられているので、栽培床（101）において養液（L）中に入り込んだ汚れの原因物質を、システムに広がる前に分解することが可能になる。すなわち、養液（L）の循環経路の汚れをより効果的に抑制できる。 Moreover, in this embodiment, since the water quality control apparatus (60) is provided in the downstream rather than the cultivation bed (101), the causative substance of the dirt which entered the nutrient solution (L) in the cultivation bed (101) It becomes possible to disassemble before spreading into the system. That is, it is possible to more effectively suppress contamination of the nutrient solution (L) circulation path.
また、フェントン反応によって過酸化水素から水酸ラジカルが生成されるので、銅配管（イオン供給部）の周辺において、より強力に除菌や汚れ分解（付着防止）を行うことが可能になる。 In addition, since hydroxyl radicals are generated from hydrogen peroxide by the Fenton reaction, it becomes possible to more strongly perform sterilization and soil decomposition (prevention of adhesion) around the copper pipe (ion supply unit).
《実施形態１の変形例》
上記実施形態１では、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）に１つの開口（74）が形成されている。しかしながら、例えば図５及び図６に示すように、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）に複数の開口（74）を形成してもよい。この変形例では、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）が、略正方形板状に形成され、この蓋部（73）に複数の開口（74）が等間隔を置きながら碁盤目状に配列されている。一方、放電電極（64）及び対向電極（65）は、全ての開口（74）に跨るような正方形板状に形成されている。
<< Modification of Embodiment 1 >>
In the first embodiment, one opening (74) is formed in the lid (73) of the insulating casing (71). However, for example, as shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of openings (74) may be formed in the lid portion (73) of the insulating casing (71). In this modification, the lid portion (73) of the insulating casing (71) is formed in a substantially square plate shape, and a plurality of openings (74) are arranged in a grid pattern in the lid portion (73) at regular intervals. Has been. On the other hand, the discharge electrode (64) and the counter electrode (65) are formed in a square plate shape over all the openings (74).
この変形例においても、各開口（74）が、電流密度集中部、及び気相形成部として機能する。これにより、電源部（70）から電極対（64,65）に直流電圧が印加されると、各開口（74）の電流密度が上昇し、各開口（74）で気泡（B）が形成される。その結果、各気泡（B）でそれぞれストリーマ放電が生起され、水酸ラジカル等の活性種や、過酸化水素が生成される。 Also in this modification, each opening (74) functions as a current density concentration part and a gas phase formation part. As a result, when a DC voltage is applied from the power supply unit (70) to the electrode pair (64, 65), the current density of each opening (74) increases, and bubbles (B) are formed in each opening (74). The As a result, streamer discharge is generated in each bubble (B), and active species such as hydroxyl radicals and hydrogen peroxide are generated.
また、実施形態１と同様に、窒素源供給装置（104）で河川等の水を水質制御装置（60）に供給すれば、硝酸イオンの生成も可能になる。 Similarly to the first embodiment, if water such as a river is supplied to the water quality control device (60) by the nitrogen source supply device (104), nitrate ions can be generated.
《発明の実施形態２》
実施形態２に係る水耕栽培システム（10）は、上述した実施形態１とは放電ユニット（62）の構成が異なるものである。以下には、上記実施形態１と異なる点を主として説明する。
<< Embodiment 2 of the Invention >>
The hydroponics system (10) which concerns on Embodiment 2 differs in the structure of the discharge unit (62) from Embodiment 1 mentioned above. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described.
図７に示すように、実施形態２の放電ユニット（62）は、水浄化タンク（61）の外側から内部に向かって挿入されて固定される、いわゆるフランジユニット式に構成されている。また、実施形態２の放電ユニット（62）は、放電電極（64）と対向電極（65）と絶縁ケーシング（71）とが一体的に組立てられている。 As shown in FIG. 7, the discharge unit (62) of the second embodiment is configured as a so-called flange unit type that is inserted and fixed from the outside to the inside of the water purification tank (61). In the discharge unit (62) of the second embodiment, the discharge electrode (64), the counter electrode (65), and the insulating casing (71) are integrally assembled.
実施形態２の絶縁ケーシング（71）は、大略の外形が円筒状に形成されている。絶縁ケーシング（71）は、ケース本体（72）と蓋部（73）とを有している。 The insulating casing (71) of Embodiment 2 has a substantially outer shape that is cylindrical. The insulating casing (71) has a case body (72) and a lid (73).
実施形態２のケース本体（72）は、ガラス質又は樹脂製の絶縁材料で構成されている。ケース本体（72）は、円筒状の基部（76）と、該基部（76）から水浄化タンク（61）側に向かって突出する筒状壁部（77）と、該筒状壁部（77）の外縁部から更に水浄化タンク（61）側に向かって突出する環状凸部（78）とを有している。また、ケース本体（72）には、環状凸部（78）の先端側に先端筒部（79）が一体に形成されている。基部（76）の軸心部には、円柱状の挿入口（76a）が軸方向に延びて貫通形成されている。筒状壁部（77）の内側には、挿入口（76a）と同軸となり、且つ挿入口（76a）よりも大径となる円柱状の空間（S）が形成されている。 The case main body (72) of Embodiment 2 is made of an insulating material made of glass or resin. The case main body (72) includes a cylindrical base portion (76), a cylindrical wall portion (77) protruding from the base portion (76) toward the water purification tank (61), and the cylindrical wall portion (77 ) And an annular protrusion (78) protruding further toward the water purification tank (61) side. The case body (72) is integrally formed with a distal end cylindrical portion (79) on the distal end side of the annular convex portion (78). A cylindrical insertion port (76a) is formed in the axial center portion of the base portion (76) so as to extend in the axial direction. A cylindrical space (S) that is coaxial with the insertion port (76a) and has a larger diameter than the insertion port (76a) is formed inside the cylindrical wall (77).
実施形態２の蓋部（73）は、略円板状に形成されて環状凸部（78）の内側に嵌合している。蓋部（73）は、セラミックス材料で構成されている。蓋部（73）の軸心には、実施形態１と同様、蓋部（73）を上下に貫通する円形状の１つの開口（74）が形成されている。 The lid portion (73) of the second embodiment is formed in a substantially disc shape and is fitted inside the annular convex portion (78). The lid (73) is made of a ceramic material. As in the first embodiment, one circular opening (74) penetrating the lid (73) up and down is formed at the axis of the lid (73).
放電電極（64）は、軸直角断面が円形状となる縦長の棒状の電極で構成されている。放電電極（64）は、基部（76）の挿入口（76a）に嵌合している。これにより、放電電極（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に収容されている。実施形態２では、放電電極（64）のうち水浄化タンク（61）とは反対側の端部が、水浄化タンク（61）の外部に露出される状態となる。このため、水浄化タンク（61）の外部に配置される電源部（70）と、放電電極（64）とを電気配線によって容易に接続することができる。 The discharge electrode (64) is a vertically long rod-shaped electrode having a circular cross section perpendicular to the axis. The discharge electrode (64) is fitted in the insertion opening (76a) of the base (76). Thereby, the discharge electrode (64) is accommodated in the insulating casing (71). In the second embodiment, the end of the discharge electrode (64) opposite to the water purification tank (61) is exposed to the outside of the water purification tank (61). For this reason, the power supply part (70) arrange | positioned outside the water purification tank (61) and the discharge electrode (64) can be easily connected by electrical wiring.
放電電極（64）のうち水浄化タンク（61）側の端部（64a）は、絶縁ケーシング（71）の内部の空間（S）に臨んでいる。なお、図７に示す例では、放電電極（64）の端部（64a）が、挿入口（76a）の開口面よりも上側（水浄化タンク（61）側）に突出しているが、この端部（64a）の先端面を挿入口（76a）の開口面と略面一としてもよいし、端部（64a）を挿入口（76a）の開口面よりも下側に陥没させてもよい。また、放電電極（64）は、実施形態１と同様、開口（74）を有する蓋部（73）との間に所定の間隔が確保されている。 The end (64a) on the water purification tank (61) side of the discharge electrode (64) faces the space (S) inside the insulating casing (71). In the example shown in FIG. 7, the end (64a) of the discharge electrode (64) protrudes above the opening surface of the insertion port (76a) (on the water purification tank (61) side). The tip surface of the portion (64a) may be substantially flush with the opening surface of the insertion port (76a), or the end portion (64a) may be recessed below the opening surface of the insertion port (76a). In addition, the discharge electrode (64) has a predetermined gap between the discharge electrode (64) and the lid (73) having the opening (74), as in the first embodiment.
対向電極（65）は、円筒状の電極本体（65a）と、該電極本体（65a）から径方向外方へ突出する鍔部（65b）とを有している。電極本体（65a）は、絶縁ケーシング（71）のケース本体（72）に外嵌している。鍔部（65b）は、水浄化タンク（61）の壁部に固定されて放電ユニット（62）を保持する固定部を構成している。放電ユニット（62）が水浄化タンク（61）に固定された状態では、対向電極（65）の電極本体（65a）の一部が浸水された状態となる。 The counter electrode (65) has a cylindrical electrode body (65a) and a flange (65b) projecting radially outward from the electrode body (65a). The electrode body (65a) is externally fitted to the case body (72) of the insulating casing (71). The flange part (65b) constitutes a fixed part that is fixed to the wall part of the water purification tank (61) and holds the discharge unit (62). In a state where the discharge unit (62) is fixed to the water purification tank (61), a part of the electrode body (65a) of the counter electrode (65) is immersed.
対向電極（65）は、電極本体（65a）よりも小径の内側筒部（65c）と、該内側筒部（65c）と電極本体（65a）との間に亘って形成される連接部（65d）とを有している。内側筒部（65c）及び連接部（65d）は、水浄化タンク（61）内の水中に浸漬している。内側筒部（65c）は、その内部に円柱空間（67）を形成している。内側筒部（65c）の軸方向の一端は、蓋部（73）と当接して該蓋部（73）を保持する保持部を構成している。また、電極本体（65a）と内側筒部（65c）と連接部（65d）の間には、ケース本体（72）の先端筒部（79）が内嵌している。内側筒部（65c）の軸方向の他端側には、円柱空間（67）を覆うようにメッシュ状の漏電防止材（68）が設けられている。この漏電防止材（68）は、対向電極（65）と接触することで、実質的にアースされている。これにより、漏電防止材（68）は、水浄化タンク（61）の内部の空間（水中）のうち、円柱空間（67）の内側から外側への漏電を防止している。 The counter electrode (65) includes an inner cylindrical portion (65c) having a smaller diameter than the electrode main body (65a) and a connecting portion (65d) formed between the inner cylindrical portion (65c) and the electrode main body (65a). ). The inner cylinder part (65c) and the connecting part (65d) are immersed in the water in the water purification tank (61). The inner cylinder part (65c) forms the cylindrical space (67) in the inside. One end of the inner cylinder portion (65c) in the axial direction constitutes a holding portion that contacts the lid portion (73) and holds the lid portion (73). Further, the tip cylinder part (79) of the case body (72) is fitted between the electrode body (65a), the inner cylinder part (65c), and the connecting part (65d). On the other end side in the axial direction of the inner cylinder portion (65c), a mesh-shaped leakage preventing material (68) is provided so as to cover the cylindrical space (67). The leakage preventive material (68) is substantially grounded by contacting the counter electrode (65). Thereby, the leakage preventive material (68) prevents leakage from the inside to the outside of the cylindrical space (67) in the space (underwater) inside the water purification tank (61).
対向電極（65）は、電極本体（65a）の一部が水浄化タンク（61）の外部に露出される状態となる。このため、電源部（70）と対向電極（65）とを電気配線によって容易に接続することができる。 The counter electrode (65) is in a state where a part of the electrode body (65a) is exposed to the outside of the water purification tank (61). For this reason, a power supply part (70) and a counter electrode (65) can be easily connected by electrical wiring.
〈水質制御装置の運転動作〉
実施形態２の水耕栽培システム（10）においても、水質制御装置（60）が運転されることで、配管（51,52）を流れる水の浄化がなされる。
<Operation of water quality control device>
Also in the hydroponic cultivation system (10) of the second embodiment, the water quality control device (60) is operated to purify the water flowing through the pipes (51, 52).
水質制御装置（60）の運転の開始時には、図７に示すように、絶縁ケーシング（71）の内の空間（S）が浸水した状態となっている。電源部（70）から電極対（64,65）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、開口（74）の内部の電流密度が上昇してく。 At the start of operation of the water quality control device (60), as shown in FIG. 7, the space (S) in the insulating casing (71) is in a flooded state. When a predetermined DC voltage (for example, 1 kV) is applied from the power supply unit (70) to the electrode pair (64, 65), the current density inside the opening (74) increases.
図７に示す状態から、電極対（64,65）へ更に直流電圧が継続して印加されると、開口（74）内の水が気化されて気泡（B）が形成される（図８を参照）。この状態では、気泡（B）が開口（74）のほぼ全域を覆う状態となり、円柱空間（67）内の負極側の水と、放電電極（64）との間に気泡（B）の抵抗が付与される。これにより、放電電極（64）と対向電極（65）との間の電位差が保たれ、気泡（B）でストリーマ放電が発生する。その結果、水中では、水酸ラジカルや過酸化水素を生成され、これらの成分が水の浄化に利用される。 When a direct current voltage is continuously applied to the electrode pair (64, 65) from the state shown in FIG. 7, water in the opening (74) is vaporized to form bubbles (B) (see FIG. 8). reference). In this state, the bubble (B) covers almost the entire area of the opening (74), and the resistance of the bubble (B) is between the negative electrode side water in the cylindrical space (67) and the discharge electrode (64). Is granted. As a result, the potential difference between the discharge electrode (64) and the counter electrode (65) is maintained, and streamer discharge is generated in the bubbles (B). As a result, hydroxyl radicals and hydrogen peroxide are generated in water, and these components are used for water purification.
また、本実施形態でも、実施形態１と同様に、窒素源供給装置（104）で河川等の水を水質制御装置（60）に供給すれば、硝酸イオンも生成できる。 In the present embodiment, as in the first embodiment, nitrate water can be generated by supplying water such as a river to the water quality control device (60) using the nitrogen source supply device (104).
《実施形態２の変形例》
実施形態２では、円板状の蓋部（73）の軸心に１つの開口（74）を形成しているが、この蓋部（73）に複数の開口（74）を形成してもよい。図９に示す例では、蓋部（73）の軸心を中心とする仮想ピッチ円上に、５つの開口（74）が等間隔置きに配列されている。このように蓋部（73）に複数の開口（74）を形成することで、各開口（74）の近傍でそれぞれストリーマ放電を生起させることができる。
<< Modification of Embodiment 2 >>
In the second embodiment, one opening (74) is formed in the axial center of the disc-shaped lid (73), but a plurality of openings (74) may be formed in this lid (73). . In the example shown in FIG. 9, five openings (74) are arranged at equal intervals on a virtual pitch circle centered on the axis of the lid (73). By forming a plurality of openings (74) in the lid (73) in this way, streamer discharge can be caused in the vicinity of each opening (74).
《その他の実施形態》
〈窒素源供給装置の構成〉
窒素源供給装置（104）では、河川等の水を窒素源とする代わりに、空気を利用してもよい。具体的には、ポンプなどで空気を取り込んで養液（L）中で曝気し、空気中の窒素を養液（L）中に溶かし込むようにする。空気を使用するこの方法は、ガスを生成する手間や余剰のガスを処理する手間が不要になり、従来のオゾンガスを使用する方法に比べ、低コスト且つ容易に実現できる。
<< Other Embodiments >>
<Configuration of nitrogen source supply device>
In the nitrogen source supply device (104), air may be used instead of water such as rivers as a nitrogen source. Specifically, air is taken in with a pump or the like and aerated in the nutrient solution (L), so that nitrogen in the air is dissolved in the nutrient solution (L). This method of using air eliminates the labor of generating gas and the processing of surplus gas, and can be realized at low cost and easily as compared with the conventional method of using ozone gas.
また、水酸化アンモニウムを養液（L）に溶かすことでも窒素を供給することができる。この場合も肥料などを調整して水耕栽培システム（10）に投入する場合と比べ、設備を簡略化してコスト削減することが期待できるし、放電ユニット（62）の運転を制御することで濃度の制御も容易にできる。 Nitrogen can also be supplied by dissolving ammonium hydroxide in the nutrient solution (L). In this case, compared with the case where fertilizer is adjusted and put into the hydroponic cultivation system (10), it can be expected that the equipment is simplified and the cost is reduced, and the concentration is controlled by controlling the operation of the discharge unit (62). It is also easy to control.
〈放電ユニットの構成〉
上述した各実施形態の電源部（70）には、ストリーマ放電の放電電力を一定に制御する定電力制御部を用いている。しかしながら、定電力制御部に代えて、ストリーマ放電時の放電電流を一定に制御する定電流制御部を設けることもできる。この定電流制御を行うと、洗浄水の導電率によらず放電が安定するため、スパークの発生も未然に回避できる。
<Discharge unit configuration>
The power supply unit (70) of each embodiment described above uses a constant power control unit that controls the discharge power of the streamer discharge to be constant. However, instead of the constant power control unit, a constant current control unit for controlling the discharge current at the time of streamer discharge to be constant may be provided. When this constant current control is performed, the discharge is stabilized regardless of the conductivity of the washing water, so that the occurrence of sparks can be avoided in advance.
また、上述した各実施形態では、電源部（70）の正極に放電電極（64）を接続し、電源部（70）の負極に対向電極（65）を接続している。しかしながら、電源部（70）の負極に放電電極（64）を接続し、電源部（70）の正極に対向電極（65）を接続することで、電極対（64,65）の間で、いわゆるマイナス放電を行うようにしてもよい。 In each of the above-described embodiments, the discharge electrode (64) is connected to the positive electrode of the power supply unit (70), and the counter electrode (65) is connected to the negative electrode of the power supply unit (70). However, by connecting the discharge electrode (64) to the negative electrode of the power supply unit (70) and connecting the counter electrode (65) to the positive electrode of the power supply unit (70), so-called between the electrode pair (64,65). Negative discharge may be performed.
〈イオン供給部の構成〉
上述した各実施形態では、配管（52）を銅配管とすることで、配管（52）を銅イオンのイオン供給部としている。しかしながら、イオン供給部としては、例えば鉄イオンを生成する鉄製の配管を用いることもできる。鉄イオンも銅イオンと同様、過酸化水素の存在下でフェントン反応を促進させるため、水酸ラジカルの生成量を増大できる。
<Configuration of ion supply unit>
In each embodiment mentioned above, piping (52) is made into a copper piping, and piping (52) is made into the ion supply part of copper ion. However, as the ion supply unit, for example, an iron pipe that generates iron ions can be used. Since iron ions, like copper ions, promote the Fenton reaction in the presence of hydrogen peroxide, the amount of hydroxyl radicals generated can be increased.
銅配管や鉄配管は、水浄化タンク（61）と連通する配管であれば、他の箇所に設けることもできる。例えば、配管（51）を銅配管や鉄配管としたり、配管（51,52）の全てを銅配管や鉄配管としてもよい。また、例えば銅片や鉄片を水浄化タンク（61）内に浸漬することで、これらをイオン供給部とすることもできる。 The copper pipe and the iron pipe can be provided at other locations as long as the pipe communicates with the water purification tank (61). For example, the pipe (51) may be a copper pipe or an iron pipe, or all of the pipes (51, 52) may be a copper pipe or an iron pipe. Further, for example, by immersing a copper piece or an iron piece in the water purification tank (61), these can be used as an ion supply unit.
なお、水質制御装置（60）を設ける位置は例示である。例えば、栽培床（101）の上流側に設けることも可能である。 The position where the water quality control device (60) is provided is an example. For example, it can be provided on the upstream side of the cultivation floor (101).
また、水耕栽培システム（10）の構成は例示である。例えば、養液を貯留するタンクを設けたり、水を補給する装置を設けるなど種々の変形が可能である。 Moreover, the structure of the hydroponic cultivation system (10) is an illustration. For example, various modifications are possible, such as providing a tank for storing nutrient solution or providing a device for supplying water.
また、放電ユニット（62）を養液のタンク内に設ければ、タンク内の養液を攪拌して均一化するという効果も得られる。 Further, if the discharge unit (62) is provided in the nutrient solution tank, the effect of stirring and uniforming the nutrient solution in the tank can be obtained.
また、ストリーマ放電の代わりに、スパーク放電などの熱プラズマ放電を用いてもよい。 Further, instead of streamer discharge, thermal plasma discharge such as spark discharge may be used.
また、水耕栽培以外の方法で植物を栽培する場合にも、上記の水質制御装置（60）で生成した水を利用できる。 Moreover, also when cultivating a plant by methods other than hydroponics, the water produced | generated by said water quality control apparatus (60) can be utilized.
本発明は、水の成分の調整や除菌を行う水質制御装置、それを用いた植物栽培システム、及び植物栽培方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a water quality control device that adjusts and disinfects water components, a plant cultivation system using the device, and a plant cultivation method.
１０ 水耕栽培システム（植物栽培システム）
６０ 水質制御装置
６２ 放電ユニット
６４ 放電電極
６５ 対向電極
７０ 電源部（直流電源）
１０４ 窒素源供給装置
２００ 植物
10 Hydroponics system (plant cultivation system)
60 Water
104 Nitrogen
Claims (10)
前記窒素源供給装置（104）から供給された水中で放電を行う放電ユニット（62）を備えたことを特徴とする水質制御装置。 A nitrogen source supply device (104) for supplying water containing a nitrogen source;
A water quality control device comprising a discharge unit (62) for discharging in water supplied from the nitrogen source supply device (104).
前記放電ユニット（62）は、水中でストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）には直流電圧を印加する直流電源（70）が接続されていることを特徴とする水質制御装置。 The water quality control device according to claim 1,
The discharge unit (62) has an electrode pair (64, 65) for generating a streamer discharge in water, and a DC power source (70) for applying a DC voltage is connected to the electrode pair (64, 65). A water quality control device characterized by comprising:
前記窒素源供給装置（104）は、アンモニア化合物を窒素源とすることを特徴とする水質制御装置。 In the water quality control apparatus of Claim 1 or Claim 2,
The nitrogen source supply device (104) uses an ammonia compound as a nitrogen source, and controls the water quality.
前記窒素源供給装置（104）は、大気中の窒素を窒素源とすることを特徴とする水質制御装置。 In the water quality control apparatus of Claim 1 or Claim 2,
The nitrogen source supply device (104) uses nitrogen in the atmosphere as a nitrogen source.
前記窒素源供給装置（104）は、湖沼、河川、地下水、及び雨水のうちの何れかを窒素源とすることを特徴とする水質制御装置。 In the water quality control apparatus of Claim 1 or Claim 2,
The nitrogen source supply device (104) is a water quality control device characterized in that any one of lakes, rivers, groundwater, and rainwater is used as a nitrogen source.
前記送放電ユニット（62）で処理した水を植物（200）に供給することを特徴とする水質制御装置。 In the water quality control device according to any one of claims 1 to 5,
The water quality control apparatus characterized by supplying the water processed by the said transmission / discharge unit (62) to a plant (200).
前記窒素源供給装置（104）から供給された水中で放電を行う放電ユニット（62）を備えた水質制御装置（60）と、
前記水質制御装置（60）で放電処理された水を植物（200）に供給する水供給部（52,53,102）を備えたことを特徴とする植物栽培システム。 A nitrogen source supply device (104) for supplying water containing a nitrogen source;
A water quality control device (60) comprising a discharge unit (62) for discharging in water supplied from the nitrogen source supply device (104);
A plant cultivation system comprising a water supply unit (52, 53, 102) for supplying water discharged by the water quality control device (60) to a plant (200).
前記放電ユニット（62）は、水中でストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）には直流電圧を印加する直流電源（70）が接続されていることを特徴とする植物栽培システム。 In the plant cultivation system of Claim 7,
The discharge unit (62) has an electrode pair (64, 65) for generating a streamer discharge in water, and a DC power source (70) for applying a DC voltage is connected to the electrode pair (64, 65). A plant cultivation system characterized by
前記生成ステップで生成した水を植物に供給する供給ステップとを有することを特徴とする植物栽培方法。 Generating a discharge in water containing at least one of organic nitrogen and ammonium nitrogen to generate water containing at least one of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen;
And a supply step of supplying water generated in the generation step to the plant.
前記生成ステップでは、直流電源を用いたストリーマ放電を水中で行うことを特徴とする植物栽培方法。 In the plant cultivation method of Claim 9,
In the generating step, a streamer discharge using a direct current power source is performed in water.
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