JPWO2016035288A1 - 農業用電解水生成装置および農業用電解水 - Google Patents
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Abstract
電解水生成装置１は、陰極６ａを備える第１電極室Ｄａと、陽極６ｂを備える第２電極室Ｄｂと、第１電極室Ｄａと第２電極室Ｄｂを仕切る隔膜Ｓｐとを内部に備える電解槽Ｄと、第１電極室Ｄａに接続され、外部から原水を第１電極室Ｄａに供給する第１入水路４ａと、第１電極室Ｄａに接続され、電気分解により第１電極室Ｄａにおいて生成した電解水素水を外部へ取り出す第１取出水路７ａと、電解槽Ｄに接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置１０とを備えている。電荷量調整装置１０は、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量を調整することを特徴とする。
Description
本発明は、水を電気分解することにより農業用電解水を生成する農業用電解水生成装置および農業用電解水に関する。
従来、農業用水として水道水、地下水、河川水等が用いられてきたが、大量の水の使用による水資源の減少が世界的に大きな問題となっている。一方、食料需要の増大や作物の品質向上も求められているため、農業分野においては、良質の水資源の効率利用が不可欠となっている。
そこで、何らかの処理を行うことにより機能が付与され、農作物の生産効率や品質向上に寄与することが可能な機能水の開発が期待されている。
この機能水として、例えば、植物栽培に必要な鉄やマンガンなどの金属からなるキレート金属塩を含有する農業用水が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記特許文献１に記載の機能水は、水に特定の金属を溶解させる化学的な処理により製造されるため、健全な根圏環境では有効であるが、根圏環境のバランスが失われやすい状態では、効果が期待できない。
また、根の表面は、負に帯電していることに加え、根圏での物質移動は主に電荷を有するイオンの状態で行われているため、正荷電を保持した水を用いることにより、ｐＨの上昇を抑制して、ｐＨ傷害を防ぐことができ、また、水素結合を強化して水質を改質することにより、根の強化にも繋がる。従って、使用する水に対して、電気的な処理を行った方が、根圏環境の維持が容易になると考えられる。
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、植物の生育に有用な農業用電解水として使用可能な電解水素水を得ることができる農業用電解水生成装置および農業用電解水を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の農業用電解水生成装置は、陰極を備える第１電極室と、陽極を備える第２電極室と、第１電極室と第２電極室を仕切る隔膜とを内部に備える電解槽と、第１電極室に接続され、外部から原水を第１電極室に供給する第１入水路と、第２電極室に接続され、外部から原水を第２電極室に供給する第２入水路と、第１電極室に接続され、電気分解により第１電極室において生成した電解水素水を外部へ取り出す第１取出水路と、第２電極室に接続され、電気分解により第２電極室において生成した電解酸性水を外部へ取り出す第２取出水路と、電解槽に接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置とを備え、電荷量調整装置は、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量を調整することを特徴とする。
同構成によれば、単位取水量あたりの電荷量が調整された電解水素水を得ることができるため、根圏環境の電気的制御ができ、植物の生育に有用な農業用電解水（電解水素水）を得ることが可能になる。
本発明によれば、植物の生育に有用な農業用電解水を得ることが可能になる。
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る農業用電解水生成装置（以下、「電解水生成装置」という。）を示す図である。
電解水生成装置１は、浄水器により浄化された原水に対して、電気分解処理を行うことにより、農業用に使用される水素が溶存した水（農業用電解水）を生成するためのものである。
電解水生成装置１は、電解槽Ｄを備えており、この電解槽Ｄの内部には、薄いシート状の隔膜Ｓｐと、この隔膜Ｓｐにより隔てられた第１電極室（陰極室）Ｄａ及び第２電極室（陽極室）Ｄｂが設けられている。
この隔膜Ｓｐは、いわゆる「セパレータ」と呼ばれ、水を電気分解した際に発生するイオンを透過させる材料により形成された薄いシート材により構成されている。
また、図１に示すように、第１電極室Ｄａには第１電極である陰極６ａが設けられるともに、第２電極室Ｄｂには第２電極である陽極６ｂが設けられている。この陰極６ａと第２電極６ｂは、隔膜Ｓｐを介して、互いに対向して配置されている。
陰極６ａと陽極６ｂの材料としては、特に限定されず、例えば、チタンを白金またはイリジウムでコーティングしたものが挙げられるが、電極の電解耐久性の観点から、チタンを白金イリジウムでメッキ加工したものを使用することが好ましい。
また、電解水生成装置１は、図１に示すように、第１電極室Ｄａに接続され、外部から原水（浄水器により浄化された原水）を第１電極室Ｄａに供給する第１入水路４ａと、第２電極室Ｄｂに接続され、外部から原水（浄水器により浄化された原水）を第２電極室Ｄｂに供給する第２入水路４ｂを備えている。
また、電解水生成装置１は、図１に示すように、第１電極室Ｄａに接続され、電気分解により、第１電極室Ｄａにおいて生成した電解水素水（還元水）を外部へ取り出す第１取出水路７ａと、第２電極室Ｄｂに接続され、電気分解により、第２電極室Ｄｂにおいて生成した電解酸性水を外部へ取り出す第２取出水路７ｂを備えている。
そして、本実施形態においては、第１電極室Ｄａにおいて生成した電解水素水を第１取出水路７ａより取り出し、農業用電解水として使用する。なお、電気分解により、陽極６ｂ側で発生した電解酸性水は、第２取出水路７ｂを介して、外部へと排出される。
ここで、本実施形態においては、上述の電解水生成装置１を使用して電気分解を行う際に、電解電流を制御して、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量［Ｃ／Ｌ］を調整することにより、植物の生育に有用な農業用電解水（電解水素水）を得る点に特徴がある。
ここで、「単位取水量あたりの電荷量」とは、電気分解を行う際に電解槽を含む装置内を通過し取水される水１Ｌに対して付与する電荷量のことを言う。なお、電荷量は下記の式（１）により算出することができる。
上記の式（１）において、Ｃは電荷量、Ｉは電解電流、ｓは電解槽を含む装置内を通過し、水１Ｌが取水される際にかかる時間（秒）を示している。
より具体的には、図１に示すように、本実施形態における電解水生成装置１は、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置１０を備えている。
また、電荷量調整装置１０は、電解水生成装置１による電気分解処理の電解電流を決定する電解電流決定手段１１と、電解電流決定手段１１、及び電解槽Ｄに接続され、電解槽Ｄに対して電解電流を供給する電解電流供給手段１２と、電解電流決定手段１１に接続され、単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを記憶する記憶手段１３とを備えている。
次に、電荷量調整装置１０による電荷量の調整方法について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る電荷量調整装置による電荷量の調整方法を説明するためのフローチャートである。
まず、電解電流決定手段１１が、記憶手段１３に記憶された単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを読み出す（ステップＳ１）。
なお、一般に、水に電荷を付与することにより、電荷が付与された水のｐＨが変動するが、ｐＨの上昇に起因して、電解水素水を用いた培養液において白色沈殿が発生する等の不都合を回避するとの観点から、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量は、８〜３００Ｃ／Ｌが好ましく、３７．５〜１８０Ｃ／Ｌがより好ましく、４２〜７３．５Ｃ／Ｌが特に好ましい。
また、同様の観点から、電解水素水のｐＨの範囲は、７．５〜９．９が好ましく、８．０〜９．８がより好ましく、８．５〜９．５が特に好ましい。
次に、電解電流決定手段１１は、単位取水量あたりの電荷量が、上述の目標値となるように、電解槽Ｄにおける電気分解処理の電解電流を決定する（ステップＳ２）。そして、電解電流決定手段１１は、電解槽Ｄに対して電解電流を供給する電解電流供給手段１２へ、決定した電解電流に関する信号を送信する（ステップＳ３）。
次に、電解電流供給手段１２は、入力された信号に基づく電解電流を、電解槽Ｄへ供給し、電解槽Ｄにおいて、単位取水量あたりの電荷量が目標値となるように、電気分解処理が行われ、農業用電解水用の電解水素水が生成される（ステップＳ４）。
以上のように、本実施形態においては、電解水生成装置１を使用して電気分解を行う際に、電解電流を制御して、所望の単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を生成する構成としている。そして、生成した電解水素水は、陰極室内においてカチオンを引き寄せ正に帯電するため、根圏周辺部では酸化剤の解離を抑制する機能を有する。従って、カルボキシル基により負に帯電している植物の根の細胞壁、及びリン脂質により脂質二重層を形成している細胞膜の酸化を抑制することが可能になる。また、正に帯電した電解水素水は、水素結合が強化され、水質が改質される。従って、根の生理活性を向上させ、植物の生育に良好な影響を与える農業用電解水（電解水素水）を得ることが可能になる。
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
上記実施形態においては、電解電流を制御して、定電流電解により、電解水素水を生成する構成としたが、所望の単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を生成することが可能であれば、電解電圧を制御して、定電位電解により、電解水素水を生成する構成としてもよい。
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
（実施例１）
上述の図１に示す電解水生成装置を使用して、農業用電解水として使用する電解水素水を製造した。
上述の図１に示す電解水生成装置を使用して、農業用電解水として使用する電解水素水を製造した。
なお、陽極、及び陰極として、電極表面積が７７ｃｍ２である白金イリジウム板を使用するとともに、隔膜としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜を使用し、浄水器により浄化された原水に対して、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が４２Ｃ／Ｌとなるように、直流の定電流電解法（電解電流：１．４Ａ）により、約３秒間、定電流電解を行い、電解水素水を製造した。また、電解水素水のｐＨは８．５４であった。
（実施例２）
電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が４４Ｃ／Ｌとなるように、直流の定電流電解法（電解電流：２．４５Ａ）により、約２秒間、定電流電解を行ったこと以外は、上述の実施例１と同様にして、電解水素水を製造した。また、電解水素水のｐＨは９．００であった。
電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が４４Ｃ／Ｌとなるように、直流の定電流電解法（電解電流：２．４５Ａ）により、約２秒間、定電流電解を行ったこと以外は、上述の実施例１と同様にして、電解水素水を製造した。また、電解水素水のｐＨは９．００であった。
（コマツナの栽培）
実施例２で製造した電解水素水を用いた培養液を使用して、ＮＦＴ（nutrient flow technique）によるコマツナ（３５株）の培養栽培を行った。
実施例２で製造した電解水素水を用いた培養液を使用して、ＮＦＴ（nutrient flow technique）によるコマツナ（３５株）の培養栽培を行った。
なお、培養液として、製造した電解水素水３００Ｌに対して大塚ハウス１号を２２５ｇ、大塚ハウス２号を１５０ｇ溶解させ、大塚ハウスＡ処方標準培養液を２倍に希釈したものを作製し用いた。表１に、大塚ハウスＡ処方標準培養液の成分組成を示す。また、栽培は自然光下で行い、定植から２０日間行った。また、培養液の交換は、定植から６日ごとに行った。
そして、定植後２０日目の各コマツナにおける草丈（ｍｍ）、葉幅（ｍｍ）、地上部（地面から出ている葉や茎の部分）の新鮮重（ｇ／株）、及び地下部（地面の下の根の部分）の新鮮重（ｇ／株）を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表２に示す。
また、比較例として、上述の実施例２で製造した電解水素水の代わりに、水道水を使用して、同一の条件の下、コマツナの栽培を行い、定植後２０日目の各コマツナにおける草丈（ｍｍ）、葉幅（ｍｍ）、地上部（地面から出ている葉や茎の部分）の新鮮重（ｇ／株）、及び地下部（地面の下の根の部分）の新鮮重（ｇ／株）を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表２に示す。
（バジルの栽培）
実施例２で製造した電解水素水を用いた培養液を使用して、ＮＦＴ（nutrient flow technique）によるバジル（３５株）の培養栽培を行った。
実施例２で製造した電解水素水を用いた培養液を使用して、ＮＦＴ（nutrient flow technique）によるバジル（３５株）の培養栽培を行った。
なお、培養液としては、上述のコマツナの栽培に用いた培養液と同じものを使用した。また、栽培は自然光下で行い、定植から２５日間行った。また、培養液の交換は、定植から６日ごとに行った。
そして、定植後２５日目の各バジルにおける葉数（枚）、地上部（地面から出ている葉や茎の部分）の新鮮重（ｇ／株）、及び地下部（地面の下の根の部分）の新鮮重（ｇ／株）を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表３に示す。
また、比較例として、上述の実施例２で製造した電解水素水の代わりに、水道水を使用して、同一の条件の下、バジルの栽培を行い、定植後２５日目の各バジルにおける葉数（枚）、地上部（地面から出ている葉や茎の部分）の新鮮重（ｇ／株）、及び地下部（地面の下の根の部分）の新鮮重（ｇ／株）を測定し、それぞれの平均値を算出した。以上の結果を表３に示す。
表２に示すように、電解水素水を用いて作製した培養液を使用した実施例においては、水道水を使用した比較例に比し、草丈及び葉幅が伸長するとともに、地上部及び地下部における重量が大きくなっていることが判る。また、同様に、表３に示すように、電解水素水を用いて作製した培養液を使用した実施例においては、水道水を使用した比較例に比し、葉数が増加するとともに、地上部及び地下部における重量が大きくなっていることが判る。
以上より、電解電流を制御して、単位取水量あたりの電荷量を調整した電解水素水は、植物の生育に有用な農業用電解水として使用することができることが判る。
本発明は、水を電気分解することにより農業用電解水を生成する農業用電解水生成装置および農業用電解水に有用である。
１ 電解水生成装置
４ａ 第１入水路
４ｂ 第２入水路
６ａ 陰極
６ｂ 陽極
７ａ 第１取出水路
７ｂ 第２取出水路
１０ 電荷量調整装置
１１ 電解電流決定手段
１２ 電解電流供給手段
１３ 記憶手段
３２ 電解電流供給手
Ｄ 電解槽
Ｄａ 第１電極室（陰極室）
Ｄｂ 第２電極室（陽極室）
Ｓｐ 隔膜
４ａ 第１入水路
４ｂ 第２入水路
６ａ 陰極
６ｂ 陽極
７ａ 第１取出水路
７ｂ 第２取出水路
１０ 電荷量調整装置
１１ 電解電流決定手段
１２ 電解電流供給手段
１３ 記憶手段
３２ 電解電流供給手
Ｄ 電解槽
Ｄａ 第１電極室（陰極室）
Ｄｂ 第２電極室（陽極室）
Ｓｐ 隔膜
１ 電解水生成装置
４ａ 第１入水路
４ｂ 第２入水路
６ａ 陰極
６ｂ 陽極
７ａ 第１取出水路
７ｂ 第２取出水路
１０ 電荷量調整装置
１１ 電解電流決定手段
１２ 電解電流供給手段
１３ 記憶手段
Ｄ 電解槽
Ｄａ 第１電極室（陰極室）
Ｄｂ 第２電極室（陽極室）
Ｓｐ 隔膜
４ａ 第１入水路
４ｂ 第２入水路
６ａ 陰極
６ｂ 陽極
７ａ 第１取出水路
７ｂ 第２取出水路
１０ 電荷量調整装置
１１ 電解電流決定手段
１２ 電解電流供給手段
１３ 記憶手段
Ｄ 電解槽
Ｄａ 第１電極室（陰極室）
Ｄｂ 第２電極室（陽極室）
Ｓｐ 隔膜
Claims (6)
- 陰極を備える第１電極室と、陽極を備える第２電極室と、該第１電極室と該第２電極室を仕切る隔膜とを内部に備える電解槽と、
前記第１電極室に接続され、外部から原水を該第１電極室に供給する第１入水路と、
前記第２電極室に接続され、外部から前記原水を第２電極室に供給する第２入水路と、
前記第１電極室に接続され、電気分解により該第１電極室において生成した電解水素水を外部へ取り出す第１取出水路と、
前記第２電極室に接続され、電気分解により該第２電極室において生成した電解酸性水を外部へ取り出す第２取出水路と、
前記電解槽に接続され、電気分解を行う際に、前記電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置と
を備え、
前記電荷量調整装置は、電解電流または電解電圧を制御することにより、前記電解水素水の単位取水量あたりの前記電荷量を調整することを特徴とする農業用電解水生成装置。 - 前記電荷量調整装置は、電解電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の農業用電解水生成装置。
- 前記電荷量調整装置は、
電気分解を行う際の電解電流を決定する電解電流決定手段と、
前記電解電流決定手段、及び前記電解槽に接続され、該電解槽に対して電解電流を供給する電解電流供給手段と、
前記電解電流決定手段に接続され、前記単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを記憶する記憶手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の農業用電解水生成装置。 - 前記電解水素水の前記単位取水量あたりの電荷量が、８〜３００Ｃ／Ｌであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の農業用電解水生成装置。
- 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の農業用電解水生成装置により生成された農業用電解水。
- 前記農業用電解水のｐＨが、７．５〜９．９であることを特徴とする請求項５に記載の農業用電解水。
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