JP6804748B2 - 窒素源製造装置、養液供給装置、育成システム、植物栽培システム、及び窒素源を製造する方法 - Google Patents
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Description
前記陰極と前記陽極とは、両者の間に電圧を印加することによりプラズマが発生する間隙を空けて配されており、
前記陰極及び前記陽極は、電極と、前記電極を被覆する絶縁材とを含み、前記電極の前記間隙側の先端部は、前記絶縁材で被覆されずに露出しており、
前記陰極及び前記陽極の少なくとも何れかは、下記(a)又は下記(b)であり、
(a)前記電極が、前記間隙側に開口端がある中空部を有すること
(b)前記絶縁材が、前記電極の外周を、前記間隙側に開口端がある空間を介して囲むように設けられていること
前記(a)における前記中空部及び前記(b)における前記空間は、流体供給装置により供給される窒素分子含有流体の流路をなし、
前記窒素源は、アンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つを含有する、窒素源製造装置。
[2] 前記(a)及び前記(b)における電極は、金属からなり、
前記金属は、タングステンであってもよい、[1]記載の窒素源製造装置。
[3] 前記(a)及び前記(b)における電極は、中実の棒状体の長手方向の周縁部に囲まれた中味を前記中空部に代えた構造を有する、[1]又は[2]記載の窒素源製造装置。
[4] 更に、槽、前記流体供給装置及び制御部を含む[1]〜[3]の何れか1項に記載の窒素源製造装置であって、
前記槽内に前記(a)及び前記(b)における開口端が配され、
前記制御部は、前記流体供給装置により前記窒素分子含有流体を供給するとともに、前記陰極と前記陽極との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させることを制御する、
窒素源製造装置。
[5] 前記窒素分子含有流体は、窒素分子含有液体、窒素ガス又は大気である、[1]〜[4]の何れか1項に記載の窒素源製造装置。
[6] 前記窒素源は、養液であり、前記養液は、液体肥料であってもよい、[1]〜[5]の何れか1項に記載の窒素源製造装置。
前記養液の供給路に[6]記載の窒素源製造装置が配されている、養液供給装置。
[8] 容器及び流路からなる群より選択される少なくとも1つの養液被供給部と、
[6]記載の窒素源製造装置と、
前記窒素源製造装置により製造された養液を前記養液被供給部に供給する養液供給手段と、
前記養液被供給部を通過した使用済養液を排出する排路、又は、前記養液被供給部を通過した使用済養液を前記養液製造装置に戻す循環路と、
を含む、養液供給装置。
[1]〜[6]の何れか1項に記載の窒素源製造装置を用いて水中においてプラズマを発生させること、及び、
窒素分子含有流体が前記何れかの装置により前記開口端から前記プラズマが発生する領域に供給されることにより、前記窒素分子が反応して前記アンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つに変化すること
を含む、方法。
以下、本施形態に係るプラズマ発生装置について説明する。図1は、実施形態に係るプラズマ発生装置の構成を示す模式図である。図1に示すプラズマ発生装置10は、陰極1と陽極2とを含み、更に、被処理水3を収容する槽4、流体供給装置5、パルス電源6、及び制御部7を含む。陰極1と陽極2とは、両者の間に電圧を印加することによりプラズマが発生する間隙(以下、プラズマ発生領域Pということがある)を空けて配されている。制御部7は、流体供給装置5により流体Sを供給するとともに、パルス電源6により陰極1と陽極2との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させることを制御する。
(b)絶縁材が、電極の外周を、該間隙側に開口端がある空間を介して囲むように設けられていること
以下、本実施形態に係る窒素源製造装置について説明する。本実施形態に係る窒素源製造装置は、上述したプラズマ発生装置10を窒素源製造装置に適用したものであり、流体Sとして、出発原料である窒素分子を含有する窒素分子含有流体を用い、アンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つを含有する窒素源を製造することを特徴とする。なお、本明細書中「アンモニア」は、アンモニア水の電離によって生成するアンモニウムイオンであってもよい。
(a)電極が、上述の間隙(プラズマ発生領域P)側に開口端がある中空部を有すること
(b)絶縁材が、電極の外周を、該間隙側に開口端がある空間を介して囲むように設けられていること
以下、本実施形態に係る養液供給装置について説明する。本実施形態に係る養液供給装置は、養液供給路に上述した窒素源製造装置が配されている。
本実施形態に係る養液による育成システムは、上述した養液供給装置を含む。
本実施形態に係る植物栽培システムは、上述した養液供給装置を含む。この植物栽培システムは、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で使用することができる。
本実施形態に係るアンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つを含有する窒素源を製造する方法は、上述したプラズマ発生装置(窒素源製造装置)を用いて水中においてプラズマを発生させること、及び、窒素分子含有流体が上記何れかの装置により、陰極及び陽極の開口端からプラズマ発生領域Pに供給されることにより、窒素分子が反応してアンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つに変化することを含む方法である。
本実施形態に係る二酸化炭素を還元する方法は、上述したプラズマ発生装置を用いて水中においてプラズマを発生させること、及び、二酸化炭素分子含有流体が陰極及び陽極の開口端からプラズマ発生領域Pに供給されることにより、二酸化炭素分子が反応して一酸化炭素及びその他の二酸化炭素還元物からなる群より選択される少なくとも1つに変化することを含む方法である。二酸化炭素分子含有流体としては、例えば、二酸化炭素ガス等の気体のほか、二酸化炭素ガスが高濃度に溶解した水溶液等の液体等が挙げられる。
本実施形態に係る二酸化炭素を還元する方法は、上述した窒素固定化に限らず、このように二酸化炭素など多様な物質に応用して、該多様な物質を還元ないし変換する方法をも提供することができる。
図1で示す構成のプラズマ発生装置10に、図2に示す(a)陰極1及び陽極2を用いて、水中プラズマ処理を行った。
図1で示す構成のプラズマ発生装置10に、図3に示す(b)陰極1及び陽極2を用いて、水中プラズマ処理を行った。
図4で示す構成のプラズマ発生装置10に、図2に示す(a)陰極1及び陽極2を2対用いて、水中プラズマ処理を行った。
図4で示す構成のプラズマ発生装置10に、図2に示す(b)陰極1及び陽極2を2対用いて、水中プラズマ処理を行った。
各実施例の被処理水のサンプルを、処理時間0(水中プラズマ処理なし)、30分、1時間、3時間、及び6時間において採取し、被処理液に含まれるアンモニウムイオン(NH4 +)、硝酸イオン(NO3 ―)、カリウムイオン(K+)、リン酸イオン(PO4 −)の測定を行い、単位時間当たりの生成量を算出した。また、1時間処理後のpHの測定を行った。
実施例2で得られた養液と、比較例1としてリン酸三カリウム水溶液、比較例2として市販の液体肥料(アンモニウムイオン2mg/L、硝酸イオン93mg/L、カリウムイオン38mg/L、リン酸イオン9mg/L)を用意した。これら実施例2、比較例1、比較例2の養液をそれぞれビーカー内に投入し、これにバジルの種が植え付けられたウレタン培地を固定した。
図1で示す構成のプラズマ発生装置10に、図2に示す(a)陰極1及び陽極2を用いて、水中プラズマ処理を行った。
2 陽極
3 被処理水
4 槽
5 流体供給装置
6 パルス電源
7 制御部
8、9 栓
10 プラズマ発生装置
11 冷却装置
12 液送ポンプ
13 循環路
14 流路
15 循環路
30 植物栽培システム
31 栽培槽
32 養液
33 培地
34 植物
Claims (11)
- 陰極と陽極とを含む窒素源製造装置であって、
前記陰極と前記陽極とは、両者の間に電圧を印加することによりプラズマが発生する間隙を空けて配されており、
前記陰極及び前記陽極は、電極と、前記電極を被覆する絶縁材とを含み、前記電極の前記間隙側の先端部は、前記絶縁材で被覆されずに露出しており、
前記陰極及び前記陽極の少なくとも何れかは、下記(a)又は下記(b)であり、
(a)前記電極が、前記間隙側に開口端がある中空部を有すること
(b)前記絶縁材が、前記電極の外周を、前記間隙側に開口端がある空間を介して囲むように設けられていること
前記(a)における前記中空部及び前記(b)における前記空間は、流体供給装置により供給される窒素分子含有流体の流路をなし、
前記窒素源は、アンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つを含有する、窒素源製造装置。 - 前記(a)及び前記(b)における電極は、金属からなり、
前記金属は、タングステンであってもよい、請求項1記載の窒素源製造装置。 - 前記(a)及び前記(b)における電極は、中実の棒状体の長手方向の周縁部に囲まれた中味を前記中空部に代えた構造を有する、請求項1又は2記載の窒素源製造装置。
- 更に、槽、前記流体供給装置及び制御部を含む請求項1〜3の何れか1項記載の窒素源製造装置であって、
前記槽内に前記(a)及び前記(b)における開口端が配され、
前記制御部は、前記流体供給装置により前記窒素分子含有流体を供給するとともに、前記陰極と前記陽極との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させることを制御する、
窒素源製造装置。 - 前記窒素分子含有流体は、窒素分子含有液体、窒素ガス又は大気である、請求項1〜4の何れか1項記載の窒素源製造装置。
- 前記窒素源は、養液であり、前記養液は、液体肥料であってもよい、請求項1〜5の何れか1項記載の窒素源製造装置。
- 養液を供給する養液供給装置であって、
前記養液の供給路に請求項6記載の窒素源製造装置が配されている、養液供給装置。 - 容器及び流路からなる群より選択される少なくとも1つの養液被供給部と、
請求項6記載の窒素源製造装置と、
前記窒素源製造装置により製造された養液を前記養液被供給部に供給する養液供給手段と、
前記養液被供給部を通過した使用済養液を排出する排路、又は、前記養液被供給部を通過した使用済養液を前記窒素源製造装置に戻す循環路と、
を含む、養液供給装置。 - 請求項7又は8記載の養液供給装置を含む、養液による育成システム。
- 請求項7又は8記載の養液供給装置を含む、植物栽培システム。
- アンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つを含有する窒素源を製造する方法であって、前記方法は、
請求項1〜6の何れか1項記載の窒素源製造装置を用いて水中においてプラズマを発生させること、及び、
窒素分子含有流体が前記何れかの装置により前記開口端から前記プラズマが発生する領域に供給されることにより、前記窒素分子が反応して前記アンモニア及び硝酸イオンからなる群より選択される少なくとも1つに変化すること
を含む、方法。
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