JP7448206B2

JP7448206B2 - 農作物の栽培方法

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Publication number: JP7448206B2
Application number: JP2020124580A
Authority: JP
Inventors: 信高倉
Original assignee: 株式会社熊本アイディーエム
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2040-07-21
Also published as: JP2022021148A

Description

本発明は、ナノバブルと称される微細気泡を含む微細気泡水を使用した農作物の栽培方法に関するものである。

微細気泡水は様々な分野で有用であることが知られているが、特に、微細気泡水を、植物の栽培に使用すると、植物の生長や耐病性が向上することが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特許文献１に記載の窒素ナノバブル水の製造方法は、まず、容器内の水溶液を取り込み、微小気泡発生装置内で窒素ガスと混合させて、粒子径が１０～５０μｍの窒素微細気泡を生成し、水溶液の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以上になるように鉄イオン、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどの供給源となる電解質を加えて容器に戻す。容器内には陽極と陰極とがあり、放電発生装置に接続されているので、電圧が２０００～３０００Ｖによる水中放電を行い、衝撃波による刺激で窒素微小気泡を急速に縮小させ、ナノレベルの気泡としている。特許文献１における窒素ナノバブル水の製造方法では、農業分野などにおいて植物の生長を促進させるなどの目的で利用が可能であると記載されている。

特許文献２における二酸化炭素ナノバブルの製造方法は、まず、容器内の水溶液を取り込み、微小気泡発生装置内で二酸化炭素ガスと混合させて、粒子径が１０～５０μｍの二酸化炭素微細気泡を生成し、水溶液の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以上になるように鉄イオン、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどの供給源となる電解質を加えて容器に戻す。容器内には陽極と陰極とがあり、放電発生装置に接続されているので、電圧が２０００～３０００Ｖによる水中放電を行い、衝撃波による刺激で二酸化炭素微小気泡を急速に縮小させ、ナノレベルの気泡としている。特許文献２における二酸化炭素ナノバブル水の製造方法では、食品製造などにおける発酵の抑制に利用でき、植物の光合成に使用されることが記載されている。

特開２００９－１３１７６９号公報特開２００９－１３１７７０号公報

しかし、特許文献１に記載の窒素ナノバブル水の製造方法や、特許文献２に記載の二酸化炭素ナノバブルの製造方法では、気泡内の窒素の水溶液中への自然溶解を阻止するための殻となるものが電解質イオン等であり、表面電荷により、強い電場を形成するも、電位そのものが、ナノバブル生成時に発生したもので、弱く、微小気泡を取り囲む殻も各種イオンであり、ともに弱く、高濃度への濃縮も限界があり、更に窒素ナノバブル水や二酸化炭素ナノバブル水においても、全体量に比べナノバブルが極めて少量であり、機能を発揮するまでには至っていない。

そこで本発明は、高濃度で、かつ高電位の中空ナノカプセルを含む電解水を散布して、葉面に密着させることにより、効果的に農作物を栽培することが可能な農作物の栽培方法を提供することを目的とする。

本発明の農作物の栽培方法は、原水が貯留される貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクからの原水に気体を微細気泡にして混合する微細気泡混合器と、前記微細気泡に一方の電位を付与する電位付与装置とを備えた微細気泡水生成装置により微細気泡水を生成するステップと、前記微細気泡水生成装置の中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に他方の電位を付与することで、前記一方の電位に帯電した微細気泡水に含まれる微細気泡を中空ナノカプセルとして、前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に捕捉するステップと、前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に電解水を注入して取り出した中空ナノカプセルを含む電解水を、噴霧装置により、他方の電位が印加された電極内を通過させることで、更に、中空ナノカプセルを高電圧の一方の電位に帯電させて、農作物の葉面に散布するステップとを含むことを特徴としたものである。

本発明の農作物の栽培方法によれば、微細気泡混合器により気体を微細気泡にして、貯蔵タンクからの原水に混合する。そして、電位付与装置により微細気泡が一方の電位を付与されるので、他方の電位を付与された中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に、微細気泡が中空ナノバブルとして高濃度化して捕集される。中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に電解水を注入することで取り出した一方の電位に付与された中空ナノバブルを含む電解水が、噴霧装置により農作物の葉面に散布される際に、更に、中空ナノカプセルを高電圧の一方の電位に帯電させる。
従って、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に高濃度に捕集された中空ナノバブルが含まれた電解水が、噴霧装置により農作物の葉面に散布されるときに、更に、高電圧の一方の電位に帯電させる。

前記微細気泡混合器に、前記気体として窒素ガスを混合し、前記の農作物の葉面に散布するステップで、前記の中空ナノカプセルを含む電解水を、収穫前の葉状農作物の葉面に散布することができる。

また、前記微細気泡混合器に、前記気体として窒素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスのいずれかのガス、または組み合わせたガスを混合し、前記の農作物の葉面に散布するステップで、前記の中空ナノカプセルを含む電解水を、収穫に至る前の育成中の農作物の葉面に散布することができる。

前記原水を、アルカリイオン水または酸イオン水とすることで、効果的に害虫を死滅させたり、弱体化させたり、農作物から忌避させることができる。

前記微細気泡水生成装置により微細気泡水を生成するときに、農作物に対する有用成分を被覆膜剤として、前記電位付与装置により一方の電位が付与された微細気泡を含む微細気泡水に混合することができる。

前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に捕捉された中空ナノカプセルを引き剥がすために、電解水を前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に注入しながら、振動機により前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器を振動して、前記中空ナノカプセルを含む電解水を捕集容器に捕集するステップを含むことができる。
中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に、帯電することで吸着した中空ナノカプセルが、注入された電解水と、振動機により振動により剥がれるので、電解水と一緒に高濃度の中空ナノカプセルを捕集容器に大量に捕集することができる。

前記噴霧装置により中空ナノカプセルを含む電解水を葉面に散布するときに、高電圧発生装置により他方の電位が印加された環状電極のリング内に中空ナノカプセルを含む電解水を通過させて農作物の葉面に散布することができる。
中空ナノカプセルを含む電解水が、他方の電位が印加された環状電極のリング内を通過することで、一方の電位の静電気が付与されるので、一方の電圧に帯電した中空ナノカプセルが更に高電圧の一方の電位の電圧に帯電する。

本発明の農作物の栽培方法によれば、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に高濃度に捕集された中空ナノバブルが含まれた電解水が、噴霧装置により農作物の葉面に散布されるときに、更に、高電圧の一方の電位に帯電するので、高濃度で、かつ高電位の中空ナノカプセル含む微細気泡水を大量に散布することにより、効果的に農作物を栽培することが可能である。

本発明の実施の形態に係る農作物の栽培方法の手順を説明するためのフロー図である。本発明の実施の形態に係る農作物の栽培方法に用いられる微細気泡水生成装置の構成を説明するための図である。図２に示す微細気泡水生成装置の磁気高圧処理器を説明するための図であり、（Ａ）は磁気高圧処理器およびダンバーの断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す高圧スリーブの流量調整金具の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）に示す流量調整金具における蓋部の正面図である。図２に示す中空ナノカプセル吸着貯蔵容器の断面図および中空糸の拡大図である。中空ナノカプセルを説明するための図であり、（Ａ）はサイズがマイクロバブルであるときの微細気泡を示す図、（Ｂ）が（Ａ）に示す微細気泡に静電気が付与された状態の図、（Ｃ）は（Ｂ）に示す微細気泡に被覆膜剤が吸着した状態の図、（Ｄ）は（Ｃ）に示す微細気泡が縮小した状態の図である。中空ナノカプセル取出装置を説明するための図である。噴霧装置を説明するための図であり、（Ａ）は噴霧装置の外観図、（Ｂ）は噴霧装置の構成を説明するための図である。（Ａ）は噴霧装置により微細気泡水を農作物の葉面に散布した状態を説明する図、（Ｂ）は気孔が閉じた状態を説明するための図、（Ｃ）は、気孔が閉じた状態を説明するための図である。

本発明の実施の形態に係る農作物の栽培方法について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る農作物の栽培方法は、まず、微細気泡水生成装置に、アルカリイオン水または酸イオン水による電解水や水道水などを原水として導入して、微細気泡水生成装置により、微細気泡水を生成する。微細気泡水生成装置は、図２に示すような構成とすることができる。

ここで、図２に示す微細気泡水生成装置１０の構成について図面に基づいて説明する。なお、図２に示す微細気泡水生成装置１０では、各所に逆止弁が配置されているが、説明は省略している。
図２に示す微細気泡水生成装置１０は、第１の気体と第２の気体とのいずれか一方または両方を微細化した微細気泡を原水に混合し、有用成分の溶液による殻を形成した中空ナノカプセルを生成するものである。

第１の気体は、窒素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスのいずれかのガスとすることができる。また、第２の気体は、窒素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスのうち、第１のガスとは異なるガスとすることができる。また、第１の気体と第２の気体とを、窒素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスのいずれかまたは全部を混合した混合ガスとすることができる。
更に、第１の気体または／および第２の気体は空気とすることができる。

微細気泡水生成装置１０では、この第１の気体が貯留された貯留容器である第１ボンベＢ１と、第２の気体が貯留された貯留容器である第２ボンベＢ２により気体が供給される。
第１ボンベＢ１は、配管Ｐ１１により調整弁Ｖ１に接続されている。調整弁Ｖ１は、配管Ｐ１２により微細気泡混合器２０に接続されている。また、第２ボンベＢ２は、配管Ｐ２１により調整弁Ｖ２に接続されている。調整弁Ｖ２は、配管Ｐ２２により微細気泡混合器２０に接続されている。調整弁Ｖ１，Ｖ２は、三方向自動弁である。

微細気泡混合器２０は、複数の混合器として、第１混合器２１と、第２混合器２２と、ターボミキサー２３とを備え、これらが直列に接続されている。第１混合器２１には、原水が貯留される気密性を有する密封タンクである貯蔵タンクＴが配管Ｐ１３により接続されている。

配管Ｐ１２には、第１ボンベＢ１から微細気泡混合器２０に流れる流量を測定する流量計２４ａ，２４ｂが配置されている。また、配管Ｐ２２には、第２ボンベＢ２からから微細気泡混合器２０に流れる流量を測定する流量計２４ｃが配置されている。ターボミキサー２３の下流側には、配管Ｐ３１により三方弁Ｖ３が接続されている。
三方弁Ｖ３の一方の流出ポート側であるが、配管Ｐ３２により高圧ポンプ３０に接続されている。

高圧ポンプ３０は、微細気泡混合器２０からの微細気泡水を圧送する送水ポンプである。高圧ポンプ３０は、微細気泡水に、例えば、１．５ＭＰａ～９ＭＰａの圧力を付与するものが使用できる。本実施の形態では、高圧ポンプ３０として、無給油式真空ポンプを採用している。高圧ポンプ３０の下流側には、配管Ｐ３３により磁気高圧処理器４０に接続されている。

図３（Ａ）に示すように、磁気高圧処理器４０（磁気処理器）は、高圧ポンプ３０から微細気泡水が流れ込む導水管４１と、導水管４１からの微細気泡水が通過する配管となる高圧スリーブ４３と、高圧スリーブ４３を挟んで異極同士を対向させた一対の磁石４２ａ，４２ｂと、一対の磁石４２ａ，４２ｂの間に配置された高圧スリーブ４３に設けられた誘電体の一例であるトルマリン４４とを備えている。

図３（Ａ）に示すように、導水管４１の下流側には、流量調整金具４１１が装着されている。流量調整金具４１１は、図３（Ｂ）および同図（Ｃ）に示すように、導水管４１の先端に嵌め込まれる円筒部４１１ａと、円筒部４１１ａの下流側の端部に設けられた蓋部４１１ｂとを備えている。蓋部４１１ｂには、管路の軸線を中心にして放射状に小径の貫通孔４１１ｃが形成されている。

図３（Ａ）に示すように、磁石４２ａは、Ｎ極を高圧スリーブ４３側に向けて配置された永久磁石である。高圧スリーブ４３を挟んで磁石４２ａと反対側に位置する磁石４２ｂは、Ｓ極を高圧スリーブ４３側に向けて配置された永久磁石である。磁石４２ａ，４２ｂは、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石が使用できる。磁石４２ａ，４２ｂは、電磁石でもよい。磁石４２ａ，４２ｂは、電磁石としたときには、磁気が一定方向を向くように電流を流してもよいし、磁気が交互に入れ替わるようにして電流を流してもよい。

高圧スリーブ４３は、磁気透過な材質のもので形成されている。例えば、高圧スリーブ４３は、樹脂製とすることができる。
トルマリン４４は、電気石とも称される鉱物である。トルマリン４４は、球体状に形成され、高圧スリーブ４３と、高圧スリーブ４３の上流側に位置する導水管４１の流量調整金具４１１および後述するダンパー５０の流量調整金具５２（図３（Ａ）参照）とに囲まれた空間に、互いが接触した状態で収納されている。

導水管４１には、流量調整金具４１１を被せるように、高圧スリーブ４３が接続されている。高圧スリーブ４３の下流側の端部４３ａには、下流方向に向かって拡径するダンパー５０の上流側の端部５１が嵌め込まれるようにして接続されている。
高圧スリーブ４３の下流側の端部４３ａとダンパー５０の上流側の端部５１との間の流路には、流量調整金具５２がダンパー５０の上流側の端部５１に被さるように配置されている。
流量調整金具５２は、流量調整金具４１１と同様に、円筒部５２ａと、管路の軸線を中心にして放射状に小径の貫通孔５２ｃが形成された蓋部５２ｂとを備えている。

図２に示すように、ダンパー５０の下流側には、通過する微細気泡水を撹拌する撹拌器５３が接続されている。この撹拌器５３には、電位付与器６１が接続されている。
電位付与器６１は、微細気泡混合器２０からの微細気泡水の微細気泡を一方の電位に帯電させるものである。本実施の形態では、電位付与器６１は、微細気泡を静電気により帯電させ、帯電した微細気泡の中から、一方の電位の微細気泡を排出することで、一方の電位の微細気泡を得るものとしている。電位付与器６１は、例えば、株式会社ＴＡＭＵＲＡ社製の「ディレカ」が使用できる。

電位付与器６１からの配管４１には、被覆膜剤供給部９０が接続されている。
被覆膜剤供給部９０は、有用成分の溶液などの液状の被覆膜剤を貯留する溶液用バッグ９１と、溶液用バッグ９１からの流れを通過させたり、閉鎖させたりする二方向自動弁Ｖ４と、二方向自動弁Ｖ４からの流量を調整する調整弁Ｖ５と、被覆膜剤供給部９０を配管Ｐ４１，Ｐ４２に接続するためのアスピレータ９２とを備えている。
被覆膜剤は、各種のアミノ酸、例えば、グルタミン酸などの溶液とすることができる。

一方、図２に示す三方弁Ｖ３の他方の流出ポート側には、配管Ｐ５１により紫外線殺菌装置７１と、小型フィルタ７２と、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０とが順次接続され、配管Ｐ５２により貯蔵タンクＴに接続されている。紫外線殺菌装置７１は、微生物を死滅させるためのものである。小型フィルタ７２は、不純物を除去するためにものである。

ここで、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０について、図４に基づいて詳細に説明する。
図４に示す中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０は、本体ケースである中空の筒状部８１と、筒状部８１の内部に長さ方向に沿って配置された中空糸８２とを備えている。
筒状部８１は、図２に示す三方弁Ｖ３から紫外線殺菌装置１７と小型フィルタ７２とを介して繋がる配管Ｐ５１が接続された注入口８１ａが一端側に形成され、貯蔵タンクＴへの配管Ｐ５２が接続された排出口８１ｂが他端側に形成されている。筒状部８１の一端側の周面および他端側の周面から突出し、微細気泡水（中空ナノカプセル）を流入させ、排出させるために内部に連通した突出管８１ｃ，８１ｄには、開口をキャップ８３が閉鎖している。
筒状部８１には、中空糸８２にプラス電位（他方の電位）を付与するために、静電気発生器６２（図２参照）が接続されている。

中空糸８２は、両端に開口部が形成され、筒状部８１の注入口８１ａからの微細気泡水が一端に流入し、中空糸８２の他端からの微細気泡水が排出口８１ｂへ流出するように、筒状部８１に接続されている。
中空糸８２の微細孔８２ａが最大でも約１５ｎｍであるため、１５０μｍ程度の微細気泡が微細孔８２ａから漏れ出ることがない。
筒状部８１には、生理食塩水が満たされ、中空糸８２の周囲を覆っている。なお、本実施の形態では、生理食塩水が筒状部８１に充填されているが、静電気を中空糸８２に透過、伝達させるものであれば他のものでもよい。

図２に示す微細気泡水生成装置１０では、自動弁である、調整弁Ｖ１，Ｖ２、三方弁Ｖ３、二方向自動弁Ｖ４、調整弁Ｖ５の開閉、流量調整を、弁制御信号により制御する制御装置Ｓを備えている。
制御装置Ｓは、駆動系装置である、第１混合器２１、第２混合器２２、ターボミキサー２３、高圧ポンプ３０、撹拌器５３，６３の始動および停止を、駆動系制御信号により制御する機能を備えている。

このように微細気泡水生成装置１０が構成されることで、マイクロバブルに殻を形成した中空マイクロカプセルを生成する第１流路Ｒ１と、中空マイクロカプセルの微細気泡が縮小して更に微細な気泡としたナノバブルに殻が形成された中空ナノカプセルが周回して、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０にて捕捉する第２流路Ｒ２とが形成される。
第１流路Ｒ１は、貯蔵タンクＴから、第１混合器２１、第２混合器２２、ターボミキサー２３、三方弁Ｖ３、高圧ポンプ３０，磁気高圧処理器４０、ダンパー５０，撹拌器５３、電位付与器６１に至り、アスピレータ９２，撹拌器６３から貯蔵タンクＴに戻る経路である。

また、第２流路Ｒ２は、第１流路Ｒ１と、貯蔵タンクＴから、第１混合器２１、第２混合器２２、ターボミキサー２３、三方弁Ｖ３まで共通し、紫外線殺菌装置７１、小型フィルタ７２、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０から貯蔵タンクＴに戻る経路である。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る微細気泡水生成装置１０における動作および使用状態を図面に基づいて説明する。
［微細気泡水の生成（ステップＳ１０（図１参照））］
（第１流路の周回）
まず、制御装置Ｓが、三方弁Ｖ３の流路を第１流路Ｒ１の方向に向けて、中空マイクロカプセルルートを形成する。
第１ボンベＢ１に貯留された第１の気体は、第１ボンベＢ１が開栓され、制御装置Ｓにより調整弁Ｖ１の開放が指示されることで、配管Ｐ１１を通じて送気される。
また、第２ボンベＢ２に貯留された第２の気体は、第２ボンベＢ２が開栓され、制御装置Ｓにより調整弁Ｖ２が開放指示されることで、配管Ｐ２１を通じて送気される。
微細気泡混合器２０内の複数の混合器（第１混合器２１、第２混合器２２およびターボミキサー２３）には、調整弁Ｖ１，Ｖ２により調整された流量の第１，２の気体が流入する。

第１混合器２１には、貯蔵タンクＴに接続された配管Ｐ１３により、貯蔵タンクＴに貯留された原水が吸い上げられて流入する。例えば、原水はアルカリイオン水としたり、酸イオン水としたりすることができる。また、原水は純水としたり、水道水としたり、様々な水溶液が使用できる。例えば、害虫駆除を目的とした散布の場合には、この害虫駆除に適したアルカリイオン水または酸イオン水を原水とすることで、効果的に害虫を死滅させたり、弱体化させたり、農作物から忌避させることができる。

第１混合器２１により、原水に第２の気体が混合されることで大きな泡状となった第２の気体を混合した気泡水が、第２混合器２２に流入する。
第２混合器２２では、第１混合器２１からの気泡水に、第１の気体が更に混合される。第２混合器２２により、第２の気体が更に細かな気泡となると共に、第１の気体が気泡となって気泡水に混合され、混合気泡水となってターボミキサー２３に流入する。

ターボミキサー２３では、内部で撹拌用のブレードが回転することで発生した負圧により、第２混合器２２からの混合気泡水と、流量計２４ｂにより流量が調整された第１の気体とを吸引し、ブレードにより撹拌して、第１の気体を微細化すると共に、混合気泡水に溶解させる。これにより、混合気泡水は、第１の気体が混合気泡水に溶解して第１の気体の濃度が上がった微細気泡水となる。この微細気泡水は、高圧ポンプ３０により磁気高圧処理器４０に圧送される。

このように、直列に接続された複数の混合器（第１混合器２１、第２混合器２２およびターボミキサー２３）に、第１の気体を送気する配管Ｐ１１，Ｐ１２および第２気体を送気する配管Ｐ２１，Ｐ２２が接続されているため、気体の量を分けて、液体に溶解させたり、液体中に微細気泡として浮遊させたりすることができる。従って、気体の溶解量や微細気泡の数量を増加させることができる。

また、配管Ｐ１２，Ｐ２２には、流量計２４ａ～２４ｃが設けられているため、第１混合器２１、第２混合器２２およびターボミキサー２３のそれぞれにて混合させる第１の気体および第２の気体の流量を微調整することができる。
第１の気体と第２気体とは、いずれか一方または両方の選択について、制御装置Ｓからの弁制御信号により調整弁Ｖ１，Ｖ２を選択することにより可能性である。

磁気高圧処理器４０では、まず、高圧ポンプ３０により圧送された微細気泡水が、図３（Ａ）に示す導水管４１の流量調整金具４１１を通過する。その際に、微細気泡水が、流量調整金具４１１の小径の貫通孔４１１ｃを通過することで、更に、流速が高速となる。
高圧スリーブ４３では、異極同士が対向した磁石４２ａ，４２ｂによる磁場により、微細気泡水の水分子に結合の変化を生じさせることができ、表面張力を減少させることができる。従って、微細気泡水の溶解度を向上させることができるため第１の気体や第２の気体を、微細気泡水の液体に溶解させることができ、高濃度化を図ることができる。

また、高圧スリーブ４３に収納されたトルマリン４４は、磁石４２ａ，４２ｂによる磁場に位置しているため、磁石４２ａ，４２ｂによる磁場内でのトルマリン４４によって、更に、溶解度を高めることができる。また、磁石４２ａ，４２ｂによる磁場内では、トルマリン４４が静電気を発生するため、微細気泡水に浮遊する微細気泡に電荷を付与することができる。電荷が付与された微細気泡は、微細気泡同士が反発し合い結合しないため、微細気泡同士が結合して気泡径が大きくなることを抑止することができる。
従って、微細気泡水生成装置１０は、微細気泡水を水中に数多く存在させつつ、より効率的に微細気泡水の液体の溶解度を高めることができる。よって、微細気泡水の効果を発揮させることができる。

高圧ポンプ３０により圧送されることで高速に流れる微細気泡水が、高圧スリーブ４３に収納されたトルマリン４４に圧力を付与しながら通過する。トルマリン４４に圧力が付与されることで、更なる静電気が生じるため、微細気泡に効率よく電荷を付与することができる。従って、より多くの微細気泡を水中に浮遊させることができる。
磁気高圧処理器４０から流出した微細気泡水は、ダンパー５０により流速が緩やかになり、電位付与器６１に流入する。

図２に示す電位付与器６１では、静電気発生器６２が発生した静電気により、微細気泡水に含有された微細気泡をマイナス電位に帯電させる。
例えば、マイナス電位に帯電した微細気泡とプラス電位に帯電した微細気泡とが混合していると、マイナス電位に帯電した微細気泡に引き寄せられ接触することで結合してしまい、気泡サイズが大きくなる。
電位付与器６１からの微細気泡水に含まれる微細気泡をマイナス電位に帯電させることで、プラス電位の微細気泡に引き寄せられ接触することが防止でき、気泡サイズを維持することができる。

電位付与器６１によりマイナス電位の微細気泡を含む微細気泡水は、第１流路Ｒ１であるアスピレータ９２に流れる。アスピレータ９２では、溶液用バッグ９１からの被覆膜剤の供給量が、二方向自動弁Ｖ４により調整されて、三方弁Ｖ３からの微細気泡水に混合される。
そして、被覆膜剤が混合された微細気泡水は、撹拌器６３を経由して、貯蔵タンクＴに戻る。そして、再び、微細気泡水は、貯蔵タンクＴから汲み上げられ、第１流路Ｒ１を流れる。

このように、微細気泡水を、所定時間、第１流路Ｒ１を周回させることで、気泡サイズが大きな気泡から、図５（Ａ）に示すような、細かなマイクロバブル、またマイクロバブルからナノバブルとすることができる。本実施の形態では、制御装置Ｓが第１流路Ｒ１を５分間周回させる。

（周回の停止）
次に、制御装置Ｓが、微細気泡水の養生期間として、駆動系装置である、微細気泡混合器２０のほか、各撹拌器、ポンプ等を停止する。例えば、制御装置Ｓは５分間ほど停止する。
貯蔵タンクＴでは、第１流路Ｒ１内の被覆膜剤が混合された微細気泡水が、図５（Ｂ）に示すように、帯電した微細気泡に被覆膜剤が吸着されて膜状態となり、図５（Ｃ）に示すように、中空マイクロカプセルと呼べるものとなる。

そして、液状の被覆膜剤が膜状態となった微細気泡が、表面張力（界面張力）により縮小する。例えば、微細気泡に、重合反応等によって高分子の殻を形成すると、縮小が阻害される。また、被覆膜剤が吸着していない状態の微細気泡は縮小しても内部の圧力が上昇して気体が漏れ出し破損して消滅する。
しかし、液状の被覆膜剤が周囲（気液界面）に付着することで殻となった微細気泡は、微細気泡が縮小することで、被覆膜の密着度が高まるため、微細気泡の内部における気体の漏れが防止できる。
また、微細気泡が更に縮小することで、内部の気体の量を減少させることなく、微細気泡の内圧を高めることができるので、激しい圧壊を発生させる微細気泡とすることができる。

更に、帯電により被覆膜剤が吸着して膜となった微細気泡は、粒径の均一化と、長時間の安定化とを図ることができる。
このように、微細気泡混合器２０による新たに気泡サイズの大きい微細気泡を混合させることなく、貯蔵タンクＴ内の微細気泡が縮小することで、中空マイクロカプセルは、図５（Ｄ）に示すように、中空マイクロカプセルより粒径が小さい、被覆膜剤を殻とした中空ナノカプセルと呼べるものとなる。
従って、微細気泡水生成装置１０は、高い性能を有する中空ナノカプセルを発生することができる。

［中空ナノカプセルの高濃度化（ステップＳ２０（図１参照））］
（第２流路の周回）
次に、制御装置Ｓが、三方弁Ｖ３を第２流路Ｒ２の方向へ切り替え、微細気泡混合器２０を停止させた状態で、ポンプ等を始動させる。
貯蔵タンクＴからの中空ナノカプセルを含む微細気泡水は、第１流路Ｒ１のときと同様に、微細気泡混合器２０を流れ、三方弁Ｖ３を通過して、紫外線殺菌装置７１へ流入する。
紫外線殺菌装置７１では、紫外線が照射されるため、微細気泡水に含まれる微生物を死滅させることができる。また、微細気泡水は、紫外線殺菌装置７１を通過した後に、小型フィルタ７２を通過することで、微細気泡水に含まれる不純物を除去することができる。

小型フィルタ７２を通過した、中空ナノカプセルを含む微細気泡水は、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０へ流入する。
静電気発生器６２が静電気を発生することで、プラス電位またはマイナス電位に帯電させるが、本実施の形態では、図４に示す中空糸８２がプラス電位となるように帯電させる。
そのため、図４に示すようにプラス電位を帯びた中空糸８２に、マイナス電位を帯びた中空ナノカプセルＣが吸着する。

中空糸８２に吸着しなかった中空ナノカプセルＣを含む微細気泡水は、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０から貯蔵タンクＴへ戻る。そして、再び、微細気泡水は、貯蔵タンクＴから汲み上げられ、第２流路Ｒ２を流れる。

このように、微細気泡混合器２０による新たに気泡サイズの大きい微細気泡を混合させることなく、中空ナノカプセルＣを含む微細気泡水を、所定時間、第２流路Ｒ２を周回させることで、微細気泡水に含まれる中空ナノカプセルＣを、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に捕捉させ、回収することができる。従って、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０内の微細気泡水に、大量の中空ナノカプセルを含ませることができるので、高い濃度の中空ナノカプセルを含む微細気泡水を生成することができる。
本実施の形態では、制御装置Ｓが第２流路Ｒ２に微細気泡水を５分間周回させている。

このような中空ナノカプセルＣは、粒径が１０μｍであれば生成された状態のままで０．３ｋｇ／ｃｍ²、１μｍであれば３ｋｇ／ｃｍ²、０．１μｍ（１００ｎｍ）で３０ｋｇ／ｃｍ²になる。

中空ナノカプセルＣを回収した中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０を、第２流路Ｒ２から取り外せば、高濃度の中空ナノカプセルを含む微細気泡水を農作物の散布用の溶液として搬送することができ、活用することができる。

［高濃度の中空ナノカプセルの取り出し（ステップＳ３０（図１参照））
以上のようにして、アルカリイオン水または酸イオン水による電解水を原水として、微細気泡水生成装置１０により生成し、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に捕捉した中空ナノカプセルを、微細気泡水生成装置１０から取り出し、中空ナノカプセル取出装置に取り付けることで、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０から取り出すことができる。

図６に示す中空ナノカプセル取出装置１００は、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０の多孔質中空糸の内壁に付着した中空ナノカプセルを引き剥がすための混合用溶液を注入する混合用容器１１０と、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に振動を付与する振動機１２０と、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０からの中空ナノカプセルを捕集する捕集容器１３０とを備えている。

混合用容器１１０は、スタンド１４０により吊り下げられている。混合用容器１１０には、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に注入する液体が貯留されている。注入する液体は、原水で使用した液体に悪影響を与えないものであれば、様々なものが使用できる。例えば、アルカリイオン水または酸イオン水による電解水とすることができる。
なお、原水でアルカリイオン水または酸イオン水を使用したときには、注入する液体を異なるイオン水では中和してしまうため、イオン水を用いる必要がある。
また、混合用溶液は、電解水以外に、純水、水道水、農薬を含む溶液、農作物への有用成分を含む溶液などとすることができる。

振動機１２０は、振動モーターにより形成されている。振動機１２０は、リニアガイド１５０を介して中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に接続され、リニアガイド１５０により直線往復運動がガイドされる。

中空ナノカプセル取出装置１００には、混合用容器１１０と中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０との間と、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０と捕集容器１３０との間には、調整ボール弁１６１，１６２を備えている。

このように中空ナノカプセル取出装置１００が構成されていることで、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に、帯電することで吸着した中空ナノカプセルが、混合用容器１１０からの混合用溶液（電解水）と、振動機１２０による振動により、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０の中空糸から剥がれる。従って、電解水と一緒に高濃度の中空ナノカプセルを捕集容器１３０に大量に捕集することができる。

［微細気泡水の葉面への散布（ステップＳ４０（図１参照）］
このように捕集した高濃度の中空ナノカプセルを含む電解水は、噴霧装置により、農作物の葉面に噴霧される。

図７（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、噴霧装置２００は、動噴本体２１０と、散布ノズル２２０とを備えている。動噴本体２１０は、捕集容器１３０から中空ナノカプセルを含む電解水を吸水ホース２１１から汲み上げ、散布ノズル２２０へ噴霧ホース２１２を介して送水する。

散布ノズル２２０は、図７（Ｂ）に示すように、中空ナノカプセルを含む電解水が噴霧されるノズル本体２２１と、ノズル本体２２１の前方に配置された環状電極２２２と、環状電極２２２に一方の電極の電圧が印加される高電圧発生装置２２３とを備えている。
本実施の形態では、高電圧発生装置２２３は、環状電極２２２にプラス電圧（他方の電位の電圧）を印加している。

このように、噴霧装置２００が構成されることで、図８（Ａ）に示すように、高濃度の中空ナノカプセルを含む電解水が、環状電極２２２のリング内を通過するので、ナノミスト化した電解水（アルカリイオン水または酸イオン水）に、マイナス電圧の静電気が付与される。従って、マイナス電圧に帯電した中空ナノカプセルが更に高電圧のマイナス電圧に帯電する。

このマイナス電圧に帯電した中空ナノカプセルを含む電解水が、例えば、収穫前の農作物の葉面に散布されると、電解水（アルカリイオン水または酸イオン水）が帯電することで、葉面散布により葉のおもて面および裏面に付着しやすくなるので、葉への水分の補給と、葉面の殺菌消毒に効果がある。
また、被覆膜剤が、各種のアミノ酸、例えば、グルタミン酸であれば、農作物への育成に活用することができる。

図８（Ｂ）に示すように、中空ナノカプセルが、静電気により葉のおもて面および裏面に吸着する。例えば、中空ナノカプセルが窒素ガスである場合には、葉内にプラス電位が発生することで、静電相互作用で葉の表皮細胞を通して、中空ナノカプセルが葉内に浸透する。
図８（Ｃ）に示すように、葉が呼吸するときに気孔が開くため、このとき、大量の窒素ガスによる中空ナノカプセルが侵入する。

窒素ガスによる中空ナノカプセルが葉内に侵入して、殻が崩壊して窒素ガスが放出されると、葉内に窒素ガスが葉内に充満する。農作物が、葉状農作物である場合には、このタイミングで葉を収穫する。
窒素ガスが葉内に長時間留まることで窒素置換により葉内が低酸素となり、葉の呼吸が抑制される。従って、農作物体内における成分の損耗を抑えることができる。そのため、収穫後の保管および輸送中に外気から吸収する酸素ガスや二酸化炭素ガスを窒素ガスにより制御することができる。
また、腐敗やカビの発生を抑え、細胞組織の軟化および風味の低下を防ぐことができるため、長時間の鮮度保持が可能である。

また、収穫前でなくても、また葉状農作物でなくても、収穫まで至っていない様々な農作物の育成時に、中空ナノカプセルを含む電解水を農作物の葉に散布することができる。中空ナノカプセルを含む電解水が噴霧装置２００により散布されると、中空ナノカプセルが、静電気により葉のおもて面および裏面に吸着し、葉が呼吸するときに開いた気孔に中空ナノカプセルが葉内に浸透する。

図２に示す微細気泡水生成装置１０では、第１の気体および第２の気体の２種類の気体を微細気泡として原水に混合しているが、例えば、微細気泡を水素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガスの３種類の気体では、中空ナノカプセルの崩壊により、最初に水素ガスが放出され、続いて窒素ガスが放出され、その後に、二酸化炭素ガスが放出される。

窒素ガスが放出されると、水素ガスと葉内の酵素とが加わることで窒素固定が生じる。
また、二酸化炭素ガスが放出されると、二酸化炭素ガスにより光合成が活発化するが、葉の葉緑体により蛋白質の合成に必要な窒素が、二酸化炭素ガスの前に放出され、十分に供給されるため、生産効率が高まり、収量を増加させ、品質を向上させることができる。
このように、最初に、水素ガスによる中空ナノカプセルが崩壊し、次に、窒素ガスによる中空ナノカプセルが崩壊し、最後に、二酸化炭素ガスによる崩壊するため、長期に渡って段階的に崩壊することにより、ガスが長期間保持できる。

肥料として地中に施用された窒素肥料は、その約５０％が悪性の余剰窒素になって、地下水、川、湖、海に流れ、環境汚染をもたらし、酸性雨の原因の一つと考えられている。本実施の形態に係る農作物の栽培方法によれば、この環境汚染を防ぎ、少ない窒素肥料で収穫アップを図ることができると共に、品質の向上を図ることができるので、環境に優しい持続的農業を創出することができる。

中空ナノカプセルを構成する窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスにおいては、化石燃料による火力発電の際に排出された排ガスを利用することができる。
排ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物などの有害な大気汚染物質を排ガス処理することで、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスの混合ガスとして無害化される。この混合ガスを中空ナノカプセルの生成に利用する。そうすることで、コストダウンと温暖化防止の両方を両立させ、農業への有効活用ができる。

本発明の農作物の栽培方法は、農作物を育成する農業従事者に好適である。

１０微細気泡水生成装置
２０微細気泡混合器
２１第１混合器
２２第２混合器
２３ターボミキサー
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ流量計
３０高圧ポンプ
４０磁気高圧処理器
４１導水管
４１１流量調整金具
４１１ａ円筒部
４１１ｂ蓋部
４１１ｃ貫通孔
４２ａ，４２ｂ磁石
４３高圧スリーブ
４３ａ下流側の端部
４４トルマリン
５０ダンパー
５１上流側の端部
５２流量調整金具
５２ａ円筒部
５２ｂ蓋部
５２ｃ貫通孔
５３撹拌器
６１電位付与器
６２静電気発生器
６３撹拌器
７１紫外線殺菌装置
７２小型フィルタ
８０中空ナノカプセル吸着貯蔵容器
８１筒状部
８１ａ注入口
８１ｂ排出口
８１ｃ，８１ｄ突出管
８２中空糸
８２ａ微細孔
８３キャップ
９０被覆膜剤供給部
９１溶液用バッグ
９２アスピレータ
１００中空ナノカプセル取出装置
１１０混合用容器
１２０振動機
１３０捕集容器
１４０スタンド
１５０リニアガイド
１６１，１６２調整ボール弁
２００噴霧装置
２１０動噴本体
２１１吸水ホース
２１２噴霧ホース
２２０散布ノズル
２２１ノズル本体
２２２環状電極
２２３高電圧発生装置
Ｂ１，Ｂ２ボンベ
Ｃ中空ナノカプセル
Ｓ制御装置
Ｔ貯蔵タンク
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５調整弁
Ｖ３三方弁
Ｖ４二方向自動弁
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ５１，Ｐ５２配管
Ｒ１第１流路
Ｒ２第２流路

Claims

原水が貯留される貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクからの原水に気体を微細気泡にして混合する微細気泡混合器と、前記微細気泡に一方の電位を付与する電位付与装置とを備えた微細気泡水生成装置により微細気泡水を生成するステップと、
前記微細気泡水生成装置の中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に他方の電位を付与することで、前記一方の電位に帯電した微細気泡水に含まれる微細気泡を中空ナノカプセルとして、前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に捕捉するステップと、
前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に電解水を注入して取り出した中空ナノカプセルを含む電解水を、噴霧装置により、他方の電位が印加された電極内を通過させることで、更に、中空ナノカプセルを高電圧の一方の電位に帯電させて、農作物の葉面に散布するステップとを含む農作物の栽培方法。
前記微細気泡混合器に、前記気体として窒素ガスを混合し、
前記の農作物の葉面に散布するステップで、前記の中空ナノカプセルを含む電解水を、収穫前の葉状農作物の葉面に散布する請求項１記載の農作物の栽培方法。
前記微細気泡混合器に、前記気体として窒素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスのいずれかガス、または組み合わせたガスを混合し、
前記の農作物の葉面に散布するステップで、前記の中空ナノカプセルを含む電解水を、収穫に至る前の育成中の農作物の葉面に散布する請求項１記載の農作物の栽培方法。
前記原水を、アルカリイオン水または酸イオン水とした請求項１から３のいずれかの項に記載の農作物の栽培方法。
前記微細気泡水生成装置により微細気泡水を生成するときに、農作物に対する有用成分を被覆膜剤として、前記電位付与装置により一方の電位が付与された微細気泡を含む微細気泡水に混合する請求項１から４のいずれかの項に記載の農作物の栽培方法。
前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に捕捉された中空ナノカプセルを引き剥がすために、電解水を前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に注入しながら、振動機により前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器を振動して、前記中空ナノカプセルを含む電解水を捕集容器に捕集するステップを含む請求項１から５のいずれかの項に記載の農作物の栽培方法。
前記噴霧装置により中空ナノカプセルを含む電解水を葉面に散布するときに、高電圧発生装置により他方の電位が印加された環状電極のリング内に中空ナノカプセルを含む電解水を通過させて農作物の葉面に散布する請求項１から６のいずれかの項に記載の農作物の栽培方法。