JP2018027868A - オゾン発生装置とその装置を用いた養液栽培装置並びにオゾン濃度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価なオゾン濃度計を使用することなく、実用上許容できる誤差でオゾン濃度を計測するオゾン計測方法、この計測方法を利用した簡単な構造で構成された安価なオゾン発生装置、並びこのオゾン発生装置を用いた養液栽培装置を提供する。【解決手段】原料ガス源から放電式のオゾナイザに原料ガスを供給してオゾンを発生するオゾン発生装置であって、原料ガス源３とオゾナイザ２との間に流量調整弁７を設けるとともに流量調整弁７の２次側に圧力調整弁９を設け、流量調整弁７が調整した原料ガス流量と圧力調整弁９が調整したオゾナイザ内圧に基づいてオゾナイザ２が発生したオゾン濃度を計測し、その計測したオゾン濃度が所定濃度となるように流量調整弁７及び／又は圧力調整弁９の開度を調整することによってオゾナイザ２が発生するオゾン濃度を制御するオゾン発生装置１である。【選択図】 図１

Description

本発明は、養液栽培に好適なオゾン発生装置とそのオゾン発生装置を用いた養液栽培装置並びにそのオゾン発生装置で用いるオゾン濃度制御方法に関する。

土壌を用いずに野菜や花などの作物を栽培する養液栽培は、露地栽培とは異なり、土地や環境条件の制約を受けることなく施設を設置することができる利点があるため、近年、盛んになりつつある。

養液栽培では、作物の生育に必要な栄養成分を液肥と希釈水とを所定比率で混合した養液（培養液）を作物の根に連続的あるいは間欠的に供給して循環させながら作物を育成している。水耕栽培で発生する作物の主な病害としては、青枯病、萎ちょう病、根腐病などがあるが、これらの病害の原因となる病原菌が養液に混入した場合の殺菌は難しく、循環する養液により作物全体が病害を受けることになる。また、特に作物の根部に病害が発生した場合には、養液に農薬を投与することができないことから、病原菌が根に付着した段階で殺菌する必要がある。

養液や栽培装置の殺菌には、殺菌消毒効果が顕著であるだけでなく、最終的には分解して酸素に戻り養液や作物に残らない特徴を有することから、オゾンによる殺菌消毒が注目されている。また、オゾンによる殺菌消毒では、養液や栽培装置の殺菌ができるだけでなく、オゾン濃度が０．３ｐｐｍ乃至０．８ｐｐｍの養液を栽培ベッドに循環させることにより、作物の根の表面に付着した病原菌を殺菌することもできるという効果もある。その一方で、養液のオゾン濃度が高過ぎると、却って作物の成長に悪影響を及ぼすため、植物に影響が出ない程度の濃度に管理されたオゾンを養液に長期間投入することにより、養液中の病原菌や作物の根に付着した病原菌を殺菌して減少させていく必要がある。

従って、養液栽培の養液や栽培装置を殺菌消毒するためにオゾンを使用するにあたっては、オゾン発生器のオゾン発生量を適切に制御する必要がある。一定濃度のオゾンを安定的に供給することができるようにしたオゾン発生装置としては、例えば、特許文献１のオゾン発生装置がある。このオゾン発生装置は、オゾナイザが生成したオゾンの濃度をオゾン濃度計により検出し、所望のオゾン濃度を安定して得られようにしている。

しかしながら、オゾン濃度計は高価であり、オゾン濃度計を用いるとオゾン発生器の価格が高価となることから、オゾン濃度計を使用することなく安価に構成することができ、かつ実用上差し支えない程度の誤差でオゾン発生器が発生するオゾン濃度を測定する方法、及びオゾン濃度を制御する方法が求められている。

オゾン濃度計を使用せずにオゾン濃度を制御する技術としては、特許文献２には、オゾン発生器に空気を供給する空気供給器とオゾン発生器との間に空気供給量を計測する流量センサを設け、この流量センサから得た流量を予め定めた設定流量となるように空気供給器をフィードバック制御し、オゾン発生器へ送られる空気量が常に一定の空気量となるようにしてオゾン発生量の変動を防止するオゾン発生器が記載されている。

また、特許文献３には、無声放電式オゾン発生装置において、原料ガス流量と放電電力との比と、オゾン濃度との間には一定の関係が成り立つことを利用して、必要なオゾン量に応じ、原料ガス流量又は放電電力を比率設定器を介し調整し、所定のオゾン濃度を得るようにしたオゾン濃度制御方法が記載されている。

特許文献４には、電源が供給する電力をオゾン発生器に流入する原料ガスの流量で割った比電力とオゾン発生器が生成するオゾン濃度との間の関係を表現した相関データを備え、原料ガス流量が変動した場合には、この相関データを用いてオゾン濃度の目標値と流量計が計測した流量とから放電電力をフィードフォワード制御し、一定濃度のオゾンを安定供給するオゾン発生装置が記載されている。

これ加え、特許文献５には、放電式オゾン発生器を備えたオゾン発生装置が記載されており、オゾン濃度等と電気特性の相関関係として、図５には原料ガス流量毎の電流とオゾン濃度との関係が、図６には原料ガス流量毎の電力とオゾン発生量との関係が示されている。

特開昭５３−３４６９４号公報 特開平２−２９３３０３号公報 特開昭５４−１５５９９１号公報 特許第４９６８８３９号公報 特許第５５９５３９１号公報

特許文献２に記載されたオゾン発生装置は、空気供給装置からオゾン発生器に供給される空気量が常に一定になるように空気供給装置を制御しているので、その空気量に応じたオゾン濃度を維持するためには有効であるが、オゾン発生器が生成するオゾンの濃度を簡単に変更することができない。

特許文献３に記載されたオゾン濃度制御方法は、オゾン発生装置が原料ガス流量と放電々力との比を変更するための電気回路等を備える必要があり、オゾン発生装置の複雑化、高価格化を招くことになる。

特許文献４、特許文献５に記載されたオゾン濃度等と電気特性の相関関係は、水処理などに使用されるオゾン発生器に適用されるものであり、発生させるオゾン濃度が１００〜２００（ｇ／Ｎｍ^３）、オゾン発生量が１００（ｇ／ｈ）であり、オゾン発生能力が極めて大きなオゾン発生装置についてのものである。
これに対し、植物工場における養液栽培では、オゾン処理の対象となる処理水（養液）の量は、最大でも１００ｔ程度であり、通常は、１系統当たりの養液量は３０（ｔ）以下である。これらの養液にオゾン発生装置からオゾンを供給して殺菌・消毒処理する場合、養液量が１００（ｔ）程度の場合でも、必要とされるオゾン発生量は６（ｇ／ｈ）程度であり、培養液量が３０（ｔ）程度の場合では、２（ｇ／ｈ）程度のオゾン発生量で溶液中の細菌数を減少させることが可能である。したがって、少量のオゾン発生で足りる養液栽培用のオゾン発生装置に、特許文献４、特許文献５に記載されたオゾン濃度等と電気特性の相関関係を適用することはできない。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、高価なオゾン濃度計を使用することなく、実用上許容できる誤差でオゾン濃度を制御することができるオゾン濃度制御方法、この制御方法を用いて簡単な構造で構成された養液栽培に好適なオゾン発生装置、並びこのオゾン発生装置を用いた養液栽培装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、原料ガス源からオゾナイザに原料ガスを供給してオゾンを発生するオゾン発生装置であって、原料ガス源とオゾナイザとの間に設けた流量計を有する流量調整弁と、この流量調整弁の二次側に設けたオゾナイザ内圧計測用の圧力計と、流量計測値と圧力計測値を演算して制御するオゾン発生制御機構とを備え、このオゾン発生制御機構を介して前記流量調整弁を調整して設定したオゾン発生濃度を低濃度に制御するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置である。

請求項２に係る発明は、前記オゾン発生制御機構の動作信号により、前記オゾナイザの内圧を調整する圧力調整弁を備えたオゾン発生装置である。

請求項３に係る発明は、前記流量調整弁による前記原料ガス流量の調整範囲が、１（Ｌ／ｍｉｎ）から２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の間であるオゾン発生装置である。

請求項４に係る発明は、前記圧力調整弁による前記オゾナイザ内圧の調整範囲が、０．０５（ＭＰａ）から０．１５（ＭＰａ）の間であるオゾン発生装置である。

請求項５に係る発明は、原料ガス源からオゾナイザに原料ガスを供給してオゾンを発生するオゾン発生装置であって、原料ガス源とオゾナイザとの間に設けた流量計を有する流量調整弁と、この流量調整弁の二次側に設けたオゾナイザ内圧計測用の圧力計と、流量計測値と圧力計測値を演算して制御するオゾン発生制御機構とを備え、このオゾン発生制御機構を介して前記流量調整弁を調整して設定した低濃度のオゾン発生濃度に制御するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置を養液栽培に用いた養液栽培装置である。

請求項６に係る発明は、原料ガス源からオゾナイザに原料ガスを供給してオゾンを発生するオゾン発生装置のオゾン制御方法であって、流量計を有する流量調整弁が計測した原料ガス流量と、この流量調整弁の二次側に設けたオゾナイザ内圧計測用の圧力計が計測したオゾナイザ内圧とをオゾン発生制御機構に送信し、前記オゾン発生制御機構において送信された原料ガス流量とオゾナイザ内圧に基づいてオゾナイザが発生するオゾン濃度を計測し、計測したオゾン濃度が設定したオゾン濃度との間に差分を有する場合には、オゾン発生制御機構から原料ガス流量を調整する流量調整弁及び／又はオゾナイザ内圧を調整する圧力調整弁に動作信号を送ってオゾナイザが発生するオゾン濃度を制御するようにしたことを特徴とするオゾン濃度制御方法である。

請求項１又は請求項２に係る発明によると、流量調整弁に内蔵された流量計が計測した原料ガス流量とオゾナイザ内圧計測用の圧力計が計測したオゾナイザ内圧とに基づいてオゾナイザが発生するオゾン濃度を計測することができるので、高価なオゾン濃度計を使用することなく簡単な構成でオゾナイザが発生するオゾン濃度を低濃度に制御できるため、例えば、養液栽培において実用上許容できる誤差で計測することができるとともに、信頼性が高い計測機構をオゾン発生装置内に構成することができる。

また、オゾン発生制御機構で計測（演算）したオゾン濃度と設定したオゾン濃度との間に差分が存在する場合には、オゾン発生制御機構から原料ガス流量を調整する流量調整弁及び／又はオゾナイザ内圧を調整する圧力調整弁に動作信号を送り、これらの弁の開度を調整することによって、オゾナイザが発生するオゾン濃度を設定した濃度に制御することができるので、例えば、養液栽培において求められる安定した濃度のオゾンを供給することができる。

さらに、流量調整弁の調整による原料ガス流量の変更と、圧力調整弁の調整によるオゾナイザ内圧の変更とを組み合わせることにより、オゾナイザが発生するオゾン濃度を任意に変更することができるため、例えば、栽培する作物の種類により供給するオゾン濃度が異なる場合であっても、簡単に供給するオゾン濃度の設定を変更することができるので、養液栽培用のオゾン発生装置として好適である。

請求項３に係る発明によると、流量調整弁による原料ガス流量の調整範囲は、１（Ｌ／ｍｉｎ）から２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の間であり、オゾナイザに供給される原料ガス流量がこの範囲にあれば、オゾナイザは、養液栽培に必要なオゾン量（数ｇ／ｈ）を供給することができるので、養液栽培に必要なオゾン量を十分に発生することができるオゾン発生装置を構成することができる。

請求項４に係る発明によると、圧力調整弁により調整可能なオゾナイザ内圧は、０．０５（ＭＰａ）から０．１５（ＭＰａ）の間であり、オゾナイザ内圧がこの範囲にあれば、オゾナイザは、養液栽培に必要なオゾン量を供給することができるので、養液栽培に必要なオゾン量を十分に発生することができるオゾン発生装置を構成することができる。

請求項５に係る発明によると、請求項１におけるオゾン発生装置は低濃度のオゾン発生の制御には好適であるから、養液栽培装置に用いられ、特に、オゾン発生器から養液栽培に適した濃度に管理されたオゾンを安定して供給し、養液中に存在する病原菌や作物の根に付着した病原菌を殺菌、減少させ、作物の病害を防止することができるとともに、養液に含まれる有機物を分解して養液を浄化することができる。

請求項６に係る発明によると、原料ガス源とオゾナイザとの間に流量計を有する流量調整弁を設けるとともに、この流量調整弁の二次側にオゾナイザ内圧計測用の圧力計を設け、原料ガス流量とオゾナイザ内圧の計測値をオゾン発生制御機構に送信し、オゾン発生制御機構で送信された原料ガス流量とオゾナイザ内圧に基づいて、メモリ内に記憶した原料ガス流量とオゾナイザ内圧とオゾナイザが発生するオゾン濃度との相関関係を記述した式を用いてオゾナイザが発生するオゾン濃度を演算するので、高価なオゾン濃度計を使用しない簡単な構成の計測機構により、実用上許容できる誤差内でオゾナイザが発生するオゾン濃度を計測することができる。

また、オゾン濃度を計測した結果、計測したオゾン濃度と設定したオゾン濃度との間に差分が存在する場合には、オゾン発生制御機構から原料ガス流量を調整する流量調整弁及び／又はオゾナイザ内圧を調整する圧力調整弁に動作信号を送り、オゾナイザが発生するオゾン濃度を制御することができるので、濃度が安定したオゾンを供給することができる。

本発明によるオゾン発生装置の一実施例を示す模式図である。 原料ガス流量毎のオゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を示すグラフである。 オゾナイザ内圧毎の原料ガス流量とオゾン発生量の関係を示すグラフである。 原料ガス流量毎にオゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を近似した直線を示すグラフである オゾナイザ内圧が０．０５ＭＰａのときの原料ガス流量とオゾン発生量の関係を近似した曲線を示すグラフである。 本発明によるオゾン発生装置を備えた養液栽培装置の一実施例を示す模式図である。

以下に、本発明におけるオゾン発生装置と好適な養液栽培装置における実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、オゾン発生装置の一実施形態の模式図を示している。図１に示すように、オゾン発生装置１は、オゾナイザ２と、このオゾナイザ２に原料ガスを供給する原料ガス源３と、原料ガス源３からオゾナイザ２への原料ガスを供給する原料供給管４と、オゾナイザ２で発生させたオゾンをオゾン発生装置１の外部へ供給するオゾン供給管５を有し、原料供給管４には、原料ガス供給源３からオゾナイザ２へ供給される原料ガスの流量（原料ガス流量）を計測する流量計を有する流量調整弁６と、原料ガスの圧力を計測する圧力計７が設けられ、オゾン供給管５には、オゾナイザから供給されるオゾンガスの圧力を調整する圧力調整弁８設けられている。

これらに加え、オゾン発生装置１には、流量調整弁６からの原料ガス流量の計測値、圧力計７からのオゾナイザ内圧の計測値を得て、オゾナイザ２が発生するオゾン濃度を計測するとともに、必要により流量調整弁６と圧力調整弁８の開度を調整する動作信号を出力するオゾン発生制御機構９を備えている。

オゾナイザ２は放電式であり、図面による説明を省略するが、例えば、一方の面に高電圧電極が設けられたガラス誘導体管と、この誘導体管の他方の面に放電ギャップを介して設置された接地電極とが収納され、前記高電圧電極に高周波電圧を印加し、前記放電ギャップ内に導かれる原料ガスのオゾンを発生させるようになっている。

原料ガス源３は、オゾナイザ２に原料ガスとして酸素が富化された空気を供給する装置であり、例えば、コンプレッサーとＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式の酸素濃縮器により構成することができる。また、原料ガス供給源３として酸素ボンベを使用することもできる。

原料供給管４は、原料ガス源３から原料ガスをオゾナイザ２に供給する管路であり、加圧された原料ガスを流すことから、ＰＴＦＥ等の適宜のフッ素樹脂製チューブ、又はステンレス鋼管等の適宜の金属製パイプを使用して構成する。

オゾン供給管５は、オゾナイザ２が生成したオゾンガスをオゾン発生装置１の外部に設けたエジェクタ１０等のオゾン溶解装置に供給する管路であり、加圧されたオゾンガスを含む空気を流すことから、ＰＴＦＥ等の適宜のフッ素樹脂製チューブ、又はステンレス鋼管等の適宜の金属製パイプを使用して構成する。

流量調整弁６は、オゾン発生制御機構９からの動作信号に基づき、原料ガス源３からオゾナイザ２に供給される原料ガス流量を調整するものであり、流量調整が可能であればバルブの方式は任意である。また、流量調整弁６は内蔵された流量計により、原料ガス源３からオゾナイザ２に供給される原料ガスの流量（原料ガス流量）を計測し、その計測値をオゾン発生制御機構９に送信する。この流量計は、原料ガス流量を計測できるものであれば計測方式は任意である。
また、圧力調整弁以降に流量計を設けても良いが、オゾナイザの二次側になるので、耐オゾン性の流量計を設置する必要がある。

圧力計７は、原料ガス源３からオゾナイザ２に供給される原料ガスの圧力を計測し、その計測値をオゾン発生制御機構９に送信するものであり、原料ガスの圧力を計測できるものであれば計測方式は任意である。この圧力計７が取り付けられている原料供給管４はオゾナイザ２の内部と連通しているので、圧力計４でこの位置の圧力を計測することで、オゾナイザ内圧を計測することができる。なお、圧力計７を流量調整弁６の二次側に設けるのは、一次側に設けるとオゾナイザ２の故障の原因となるためである。

圧力調整弁８は、オゾン発生制御機構９からの動作信号に基づき、オゾナイザ２から流出するオゾンガスの圧力を調整するものであり、圧力調整が可能であればバルブの方式は任意である。この圧力調整弁８が取り付けられているオゾン供給管５はオゾナイザ２の内部と連通しているので、圧力調整弁８でオゾナイザ２から流出するオゾンガスの圧力を調整することにより、オゾナイザ内圧を調整することができる。

オゾン発生制御機構９は、流量調整弁６の流量計が計測した原料ガス流量と圧力計７が計測したオゾナイザ内圧とに基づいて、オゾナイザ２が発生したオゾン濃度を計測するとともに、計測したオゾン濃度が設定したオゾン濃度と異なる場合には、流量調整弁６及び／又は圧力調整弁８に動作信号を発信してこれらに弁の開度調整を行い、オゾナイザ２が発生するオゾン濃度を設定したオゾン発生濃度に制御する制御部である。

以下、上記のように構成されたオゾン発生装置１の動作について説明する。原料ガス源３で加圧されるとともに酸素富化された原料ガスは、原料供給管４を介してオゾナイザ２に供給されるが、原料ガスがオゾナイザ２に達するまでの間に、原料ガスは流量調整弁６に内蔵された流量計によりその流量を計測されるとともに圧力計７により圧力が計測され、これらの計測値はオゾン発生制御機構９へと送られる。

オゾナイザ２には高周波電圧が印加されており、オゾナイザ２内部の放電ギャップ内を通過する原料ガスに含まれる酸素からオゾンを発生させる。オゾナイザ２で発生したオゾンガスは、オゾン供給管５を介してオゾン発生装置１外部に設けたエジェクタ１０に供給される。

後述するように、養液栽培に用いる本発明におけるオゾン発生装置においては、オゾナイザが発生するオゾン濃度と、オゾナイザに供給される原料ガス流量及びオゾナイザ内圧との間に相関関係が存在する。オゾン発生制御機構９内のメモリにはこの相関関係を記述した式が保存されており、流量調整弁６に内蔵された流量計が計測した原料ガス流量と、圧力計７が計測したオゾナイザ圧力に基づき、このメモリに保存している相関関係を記述した式からオゾナイザ２が発生するオゾン濃度を求めている。

オゾン発生制御機構９は、原料ガス流量とオゾナイザ圧力とに基づいて求めたオゾン濃度と、設定されたオゾン濃度との間に差分が存在する場合には、計測したオゾン濃度を設定されたオゾン濃度に一致させる方向に、流量調整弁６及び／又は圧力調整弁８の開度を調整する動作信号を流量調整弁６及び／又は圧力調整弁８に送信し、オゾナイザ２が発生するオゾンの濃度を設定したオゾン発生濃度に制御する。

以上のようにオゾン発生装置１が動作することにより、オゾン発生装置１は設定した濃度のオゾンガスを安定してエジェクタ１０に供給し続けることができる。

次に、本発明におけるオゾン発生装置のオゾン制御方法について説明する。本発明者は、養液栽培装置に適したオゾン発生能力が小さなオゾン発生装置を簡単かつ安価に構成すべく検討を重ねる過程において、オゾナイザが発生するオゾン濃度と、オゾナイザへ供給する原料ガス流量及びオゾナイザ内圧との間には相関関係が存在し、原料ガス流量及びオゾナイザ内圧に基づいてオゾン濃度を計測することできるとともに、原料ガス流量及び／又はオゾナイザ内圧を制御することによりオゾナイザが発生するオゾン濃度を制御することができるとの知見を得るに至った。以下、詳細に説明する。

図１に示したオゾン発生装置１と略同様に構成した試験装置により、原料ガス流量を０．５、１．０、１．５、２．０、２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の５段階に変化させ、各原料ガス流量において、オゾナイザ内圧を０．０５、０．１０、０．１５、０．２０（ＭＰａ）の４段階に変化させ、オゾナイザが発生するオゾン濃度とオゾナイザに供給される電流値を計測するとともに、原料ガス流量とオゾン濃度からオゾン発生量を求めた。試験結果は、表１のとおりである。

表１に示した計測値等から明らかなように、原料ガス流量が２．５（Ｌ／ｍｉｎ）以下であるような小型のオゾン発生装置では、オゾン濃度や電流値は微小な値であり、特許文献５の図５に示されているような相関関係を求め、電流値によりオゾン濃度を制御することは困難であると思われる。そのため、電流値以外にオゾナイザが発生するオゾン濃度との間で相関関係を有する物理量について検討を行い、以下の知見を得たものである。

表１に記載の試験結果から、図２にオゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を、図３に原料ガス流量とオゾン発生量の関係まとめた。図２からは、原料ガス流量が０．５（Ｌ／ｍｉｎ）の場合を除き、オゾナイザ圧力が０．０５〜１．１５（ＭＰａ）の間では、オゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を直線で近似することが可能であることを読み取ることができ、図３からは、オゾナイザ内圧が０．０５（ＭＰａ）における原料ガス流量とオゾン発生量との関係が２次曲線で近似することが可能であることを読み取ることができる。

図４には、原料ガス流量を１．０、１．５、２．０、２．５（Ｌ／ｍｉｎ）とした場合のオゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を直線で近似した状態を示す（オゾナイザ内圧：０．０５〜０．１５（ＭＰａ）の範囲）。原料ガス流量の違いにより近似した直線の傾きに若干の差異が存在するものの、非常に近い傾きであるため一つの傾きで代表させることができる。

従って、オゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を示す近似式は、
Ｙ＝ａＸ＋ｂ・・・（１）
で表すことができる。ここで、Ｙはオゾン発生量（ｍｇ／ｈ）であり、Ｘはオゾナイザ内圧（ＭＰａ）から０．０５（ＭＰａ）を減じた値である。Ｘをオゾナイザ内圧（ＭＰａ）から０．０５（ＭＰａ）を減じた値とした理由は、現状の流量調整弁や圧力調整弁では、オゾナイザ内圧を０．０５（ＭＰａ）以下にすることが不可能なためであり、より高精度の流量調整弁や圧力調整弁を使用することが可能になれば、よりオゾナイザ内圧の低い範囲まで上記（１）式を適用することができると思われる。

図４に示した各原料流量における傾きの平均値を（１）式の傾きａとすると、（１）式の傾きａの値は、
ａ＝１２０００（ｍｇ／ｈＭＰａ）となる。

次いで、原料ガス流量を１．０、１．５、２．０、２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の各流量に設定した場合において、オゾナイザ内圧を現状設定可能な最低圧力である０．０５（ＭＰａ）とした場合のオゾン発生量を求める方法を図５により説明する。
図５は、図３に示した原料ガス流量とオゾン発生量の関係から、オゾナイザ内圧が０．０５（ＭＰａ）である場合のデータのみを抜き出して記載しているものである。図５に示すように、オゾナイザ内圧が０．０５（ＭＰａ）である場合の原料ガス流量（Ｌ／ｍｉｎ）とオゾンガス発生量（ｍｇ／ｈ）の関係を多項式近似すると、
ｂ＝−４２１ｑ^２＋１８４６ｑ＋３１８２・・・（２）
となる。ここで、ｑは原料ガス流量（Ｌ／ｍｉｎ）である。

従って、ａ＝１２０００と、（２）式のｂ＝−４２１ｑ^２＋１８４６ｑ＋３１８２を（１）式を代入した
Ｙ＝１２０００Ｘ＋（−４２１ｑ^２＋１８４６ｑ＋３１８２）・・・（３）
が、原料ガス流量とオゾナイザ内圧からオゾン発生量を求めるための近似式となる。ただし、前述したとおり、（３）式が適用可能なのは、原料ガス流量が１．０（Ｌ／ｍｉｎ）から２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の範囲内であって、かつオゾナイザ内圧が０．０１５（ＭＰａ）から０．１５（ＭＰａ）までの範囲内であるが、図４に示すように、これらの範囲内では、養液量が１００ｔ程度の養液栽培に必要なオゾン発生量である約６（ｇ／ｈ）のオゾンを十分に発生させることができる。

以上説明したように、オゾナイザ内圧（Ｘ）と、原料ガス流量（ｑ）と、オゾン発生量（Ｙ）との関係は（３）式で記述されるので、圧力計７で計測したオゾナイザ内圧（Ｘ）と、流量調整弁６に内蔵された流量計で計測した原料ガス流量（ｑ）を（３）式に代入して演算するとオゾン発生量（Ｙ）を近似的に計測することができる。また、（３）式は、オゾナイザ内圧（Ｘ）及び／又は原料ガス流量（ｑ）を調整することにより、オゾン発生量（Ｙ）を制御することが可能であることも示しており、オゾン発生装置１では、（３）式で記述される相関関係を利用して、オゾナイザが発生するオゾン濃度の計測とオゾン濃度の制御を行っている。
なお、原料ガス流量の計測値とオゾナイザ内圧の計測値が前記範囲から逸脱した場合には、何らかの不具合がオゾン発生装置に発生したものと考えることができる。

次いで、実施例として（３）式で計算したオゾン発生量と実際に試験装置で計測したオゾン発生量との比較を行った。比較に当たっては、原料ガス流量を前記範囲内で１．０、１．５、２．０、２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の４段階に変化させるとともに、各原料ガス流量において、オゾナイザ内圧を前記範囲内で０．０５、０．１０、０．１５（ＭＰａ）の３段階に変化させた。以下のその比較を表２に示す。

表２に示すように、原料ガス流量とオゾナイザ内圧の計測値を（３）式に代入して計算により求めたオゾン発生量と、実測して求めたオゾン発生量は最大でも１０％程度、その他は概ね数パーセント程度の誤差範囲に収まっている。従って、（３）式を使用したオゾン濃度の計測方法は、正確な計測手段としては適さないが、オゾン発生装置においてオゾン発生量の制御を行うための手段としては許容することができる精度であると考えられる。

この（３）式を前述したオゾン発生装置１のオゾン発生制御機構９内のメモリに保存しておくことにより、高価なオゾン濃度計を用いることなく、原料ガス流量とオゾナイザ内圧に基づいて、実用上許容できる誤差でオゾナイザが発生するオゾン発生量（オゾン濃度）を演算することができる。

また、オゾン濃度の計測値が設定したオゾン濃度と異なる場合には、オゾン濃度の計測値を設定濃度に一致させる方向に開度を調整する動作信号を流量調整弁６及び／又は圧力調整弁８に送信し、原料ガス流量及び／又はオゾナイザ内圧を調整することにより、オゾナイザ２が発生するオゾン濃度を設定したオゾン濃度に制御することができる。

なお、（３）式では、簡単に近似するため、傾きａを平均化して設定したが、原料ガス流量を固定化してオゾン濃度の計測と制御に精度を求める場合には、原料ガス流量に応じた傾きａを設定しても良い。また、（３）式では、オゾナイザ内圧とオゾン発生量の関係を１次関数で近似したが、各原料流量におけるオゾナイザ内圧とオゾン発生量との関係を２次関数等の多項式近似で近似した式で近似しても良いし、実験結果をメモリに保存し、テーブル化して原料ガス流量とオゾナイザ内圧の関係からオゾン発生量を算出するようにしても良い。

次に、本発明におけるオゾン発生装置を用いた養液栽培装置について簡単に説明する。図６に示すように、養液栽培装置２１は、養液を貯留する養液タンク２２と、作物を栽培する栽培ベッド２３と、養液タンク２２から栽培ベッド２３に養液を供給する供給配管２４と、栽培ベッド２３から養液タンク２２に養液を還流させる還流配管２５と、供給配管２４に設けられた循環ポンプ２６と、供給配管２４から分岐して養液タンク２２に養液を戻す分岐配管２７と、分岐配管２７設けられた流量調整弁２８及びエジェクタ１０と、オゾンを発生させるオゾン発生装置１と、オゾン発生装置１からエジェクタ１０にオゾンを供給するオゾン供給配管２９とから構成されている。

養液タンク２２に貯留されている養液は、循環ポンプ２６により供給配管２４を経由して養液タンク２２よりも高い位置に設置された栽培ベッド２３内の作物の根に連続的に供給される。また、栽培ベッド２３と養液タンク２２は還流配管２５で連結されているため、供給配管２４を経由して養液タンク２２から連続的に栽培ベッド２３に供給される養液を、重力を利用して自動的に養液タンク２２に還流させることができる。このとき、栽培ベッド２３に存在する有機物等は、還流配管２５を経由して還流する養液の流れに乗って養液タンク２２に流されてくる。

供給配管２４を流れる養液の流量と分岐配管２７に分岐される養液の流量の割合は、分岐配管２７に設けた流量調整弁２８の開度を予め設定しておくことにより調整することができる。分岐配管２７の流量調整弁２８の下流側にはエジェクタ１０が設けられており、オゾン発生装置１からオゾン供給配管２９によりエジェクタ１０に供給されるオゾンを養液に溶解させている。

養液タンク２２には、エジェクタ１０によりオゾンを溶解させた養液が連続的に還流するので、養液タンク２２内に貯留された養液には一定濃度のオゾンが常に存在することとなり、養液中の病原菌を殺菌して減少させていくとともに、養液に含まれる有機物を分解して養液を浄化する。

また、栽培ベッド２３には、養液タンク２２から連続的に一定濃度のオゾンを含む養液を供給することができるので、作物の根に付着した病原菌を殺菌して減少させ、根部の病害の発生を防止する。

養液に溶解したオゾンは時間の経過とともに分解してしまうので、栽培ベッド２３にオゾン濃度が１ｐｐｍ程度の養液を安定して循環させるためには、オゾン発生装置１から供給するオゾンガスの濃度と流量を適切に設定する必要があるが、これらの値は養液栽培装置２１の構成、養液の量等により異なるので、実際に養液栽培を実施する養液栽培装置２１を使用して決定する必要がある。一度、オゾン発生装置１から供給するオゾンガスの濃度と流量を設定すれば、以後は、安定した供給を実現することができる。

前述したように、本発明におけるオゾン発生装置では、原料ガス流量が１．０（Ｌ／ｍｉｎ）から２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の間であって、オゾナイザ内圧が０．０１５（ＭＰａ）から０．１５（ＭＰａ）までの間で装置が正常に作動するので、オゾン発生制御機構９へと送られた原料ガス流量の計測値及びオゾナイザ内圧の計測値をモニターし、これらの値が前記範囲を逸脱した場合には、オゾン発生装置に何らかの不具合が発生していると判断し、外部に警報を発する機能を設けることが望ましい。また、オゾン発生装置が正常に作動するためにはオゾナイザが作動することが大前提なので、オゾナイザで放電が行われていることを確認できるようにするため、オゾナイザに供給される電力の電流値を外部でモニターできるようにすることが望ましい。これらの警報やモニターにＩＯＴ技術を適用すると、養液栽培装置から離れた場所でも装置の運転状況を把握すること可能となる。

以上のとおり、本発明におけるオゾン濃度制御方法は、高価なオゾン濃度計を使用することなく、実用上許容できる誤差でオゾナイザが発生するオゾン濃度を簡単に計測し、オゾナイザが発生するオゾン濃度を制御することができる。また、この制御方法を用いたオゾン発生装置は、簡単な構造で安価に構成することができ、養液栽培用として好適な濃度のオゾンガスを安定した濃度で十分な流量供給することができる。このため、このオゾン発生装置を利用した養液栽培装置は、養液中の病原菌や作物の根に付着した病原菌を殺菌して減少させて病害を防止することができるとともに、養液に含まれる有機物を分解して養液を浄化することができるので、養液栽培における利用価値は非常に大きいものがある。

また、本発明におけるオゾン濃度制御方法及びオゾン発生装置は、以上説明した養液栽培に限らず、シリコンウエハ等の半導体製造における洗浄工程に用いる超純水等の浄化に用いることもできる。

１ オゾン発生装置
２ オゾナイザ
３ 原料ガス源
４ 原料供給管
５ オゾン供給管
６ 流量調整弁
７ 圧力計
８ 圧力調整弁
９ オゾン発生制御機構
１０ エジェクタ
２１ 養液栽培装置
２２ 養液タンク
２３ 栽培ベッド
２４ 供給配管
２５ 還流配管
２７ 分岐配管

Claims (6)

1. 原料ガス源からオゾナイザに原料ガスを供給してオゾンを発生するオゾン発生装置であって、原料ガス源とオゾナイザとの間に設けた流量計を有する流量調整弁と、この流量調整弁の二次側に設けたオゾナイザ内圧計測用の圧力計と、流量計測値と圧力計測値を演算して制御するオゾン発生制御機構とを備え、このオゾン発生制御機構を介して前記流量調整弁を調整して設定したオゾン発生濃度を低濃度に制御するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
2. 前記オゾン発生制御機構の動作信号により、前記オゾナイザの内圧を調整する圧力調整弁を備えた請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 前記流量調整弁による前記原料ガス流量の調整範囲が、１（Ｌ／ｍｉｎ）から２．５（Ｌ／ｍｉｎ）の間である請求項１又は２に記載のオゾン発生装置。
4. 前記圧力調整弁による前記オゾナイザ内圧の調整範囲が、０．０５（ＭＰａ）から０．１５（ＭＰａ）の間である請求項１又は２に記載のオゾン発生装置。
5. 請求項１に記載のオゾン発生装置を養液栽培に用いた養液栽培装置。
6. 原料ガス源からオゾナイザに原料ガスを供給してオゾンを発生するオゾン発生装置のオゾン制御方法であって、流量計を有する流量調整弁が計測した原料ガス流量と、この流量調整弁の二次側に設けたオゾナイザ内圧計測用の圧力計が計測したオゾナイザ内圧とをオゾン発生制御機構に送信し、前記オゾン発生制御機構において送信された原料ガス流量とオゾナイザ内圧に基づいてオゾナイザが発生するオゾン濃度を計測し、計測したオゾン濃度が設定したオゾン濃度との間に差分を有する場合には、オゾン発生制御機構から原料ガス流量を調整する流量調整弁及び／又はオゾナイザ内圧を調整する圧力調整弁に動作信号を送ってオゾナイザが発生するオゾン濃度を制御するようにしたことを特徴とするオゾン濃度制御方法。

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