KR20170044744A

KR20170044744A - 농업용 전해수 생성장치 및 농업용 전해수

Info

Publication number: KR20170044744A
Application number: KR1020177008768A
Authority: KR
Inventors: 카츠미 이시카와; 다이지 아메노모리; 야스오미 하마우즈
Original assignee: 가부시키가이샤니혼트림; 고쿠리츠다이가쿠호진 고치다이가쿠
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-04-25
Also published as: JP6298536B2; JPWO2016035288A1; KR102408368B1; US20170253501A1; EP3190091B1; EP3190091A4; US20200189939A1; CN106604895A; CN106604895B; WO2016035288A1; EP3190091A1; US11279635B2

Abstract

전해수 생성장치(1)는, 음극(6a)을 구비하는 제 1 전극실(Da)과, 양극(6b)을 구비하는 제 2 전극실(Db)과, 제 1 전극실(Da)과 제 2 전극실(Db)을 구획하는 격막(Sp)을 내부에 구비하는 전해조(電解槽)(D)와, 제 1 전극실(Da)에 접속되어, 외부로부터 원수(原水)를 제 1 전극실(Da)에 공급하는 제 1 입수로(入水路)(4a)와, 제 1 전극실(Da)에 접속되어, 전기 분해에 의해 제 1 전극실(Da)에서 생성한 전해 수소수를 외부로 취출하는 제 1 취출 수로(7a)와, 전해조(D)에 접속되어, 전기 분해를 행하는 시에, 전해 수소수에 부여하는 전하량을 조정하기 위한 전하량 조정장치(10)를 구비한다. 전하량 조정장치(10)는, 전해 전류 또는 전해 전압을 제어함으로써, 전해 수소수의 단위 취수량당 전하량을 조정하는 것을 특징으로 한다.

Description

농업용 전해수 생성장치 및 농업용 전해수 {AGRICULTURAL ELECTROLYZED WATER-GENERATING APPARATUS AND AGRICULTURAL ELECTROLYZED WATER}

본 발명은, 물을 전기 분해함으로써 농업용 전해수를 생성하는 농업용 전해수 생성장치 및 농업용 전해수에 관한 것이다.

종래, 농업용수로서 수도수, 지하수, 하천수 등이 이용되어 왔으나, 대량의 물 사용으로 인한 수자원 감소가 세계적으로 큰 문제가 되고 있다. 한편, 식료 수요의 증대와 작물의 품질 향상도 요망되고 있어, 농업 분야에서는, 양질의 수자원의 효율적 이용이 불가결하게 되어 있다.

그래서, 어떤 처리를 행함에 따라 기능이 부여되어, 농작물의 생산 효율과 품질 향상에 기여하는 것이 가능한 기능수(機能水)의 개발이 기대되고 있다.

이 기능수로서, 예를 들어, 식물재배에 필요한 철이나 망간 등의 금속으로 이루어진 킬레이트(chelate) 금속염을 함유하는 농업용수가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2002-320416호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기능수는, 물에 특정의 금속을 용해시키는 화학적인 처리에 의해 제조되므로, 건전한 근권 환경(root environment)에서는 효과적이나, 근권 환경의 균형을 잃기 쉬운 상태에서는, 효과를 기대할 수 없다.

또, 뿌리의 표면은, 음(-)으로 대전하고 있음과 더불어, 근권에서의 물질 이동은 주로 전하를 갖는 이온 상태에서 행해지므로, 정전하를 유지한 물을 이용함으로써, pH 상승을 억제하여, pH 상해를 방지할 수 있고, 또한, 수소 결합을 강화하여 수질을 개질함에 따라, 뿌리의 강화로도 이어진다. 따라서, 사용하는 물에 대해, 전기적인 처리를 행한 것이, 근권 환경의 유지가 용이하게 된다고 생각할 수 있다.

그래서, 본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이고, 식물의 생육에 유용한 농업용 전해수로서 사용 가능한 전해 수소수를 얻을 수 있는 농업용 전해수 생성장치 및 농업용 전해수를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 농업용 전해수 생성장치는, 음극을 구비하는 제 1 전극실과, 양극을 구비하는 제 2 전극실과, 제 1 전극실과 제 2 전극실을 구획하는 격막을 내부에 구비하는 전해조(電解槽)와, 제 1 전극실에 접속되어, 외부로부터 원수(原水)를 제 1 전극실에 공급하는 제 1 입수로(入水路)와, 제 2 전극실에 접속되어, 외부로부터 원수를 제 2 전극실에 공급하는 제 2 입수로와, 제 1 전극실에 접속되어, 전기 분해에 의해 제 1 전극실에서 생성한 전해 수소수를 외부로 취출하는 제 1 취출 수로와, 제 2 전극실에 접속되어, 전기 분해에 의해 제 2 전극실에서 생성한 전해 산성수를 외부로 취출하는 제 2 취출 수로와, 전해조에 접속되어, 전기 분해를 행하는 시에, 전해 수소수에 부여하는 전하량을 조정하기 위한 전하량 조정장치를 구비하고, 전하량 조정장치는, 전해 전류 또는 전해 전압을 제어함으로써, 전해 수소수의 단위 취수량당 전하량을 조정하는 것을 특징으로 한다.

동 구성에 의하면, 단위 취수량당 전하량이 조정된 전해 수소수를 얻을 수 있으므로, 근권 환경의 전기적 제어를 할 수 있고, 식물의 생육에 유용한 농업용 전해수(전해 수소수)를 얻는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 의하면, 식물의 생육에 유용한 농업용 전해수를 얻는 것이 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 농업용 전해수 생성장치를 나타내는 도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 관한 전하량 조정장치에 의한 전하량의 조정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 농업용 전해수 생성장치(이하, "전해수 생성장치"라 함.)를 나타내는 도이다.

전해수 생성장치(1)는, 정수기에 의해 정화된 원수에 대해, 전기 분해 처리를 행함으로써, 농업용으로 사용되는 수소가 용존(溶存)된 물(농업용 전해수)을 생성하기 위한 것이다.

전해수 생성장치(1)는, 전해조(D)를 구비하며, 이 전해조(D) 내부에는, 얇은 시트상(狀)의 격막(Sp)과, 이 격막(Sp)에 의해 구획된 제 1 전극실(음극실)(Da) 및 제 2 전극실(양극실)(Db)이 구비된다.

이 격막(Sp)은, 이른바 "세퍼레이터"라 불리고, 물을 전기 분해한 시에 발생하는 이온을 투과시키는 재료에 의해 형성된 얇은 시트재에 의해 구성된다.

또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극실(Da)에는 제 1 전극인 음극(6a)이 배치됨과 동시에, 제 2 전극실(Db)에는 제 2 전극인 양극(6b)이 배치된다. 이 음극(6a)과 양극(6b)은, 격막(Sp)을 개재하고, 서로 대향하여 배치된다.

음극(6a)과 양극(6b)의 재료로는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 티타늄을 백금 또는 이리듐(iridium)으로 코팅한 것을 들 수 있으나, 전극의 전해 내구성의 관점에서, 티타늄을 백금 이리듐으로 도금 가공한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또, 전해수 생성장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극실(Da)에 접속되어, 외부로부터 원수(정수기에 의해 정화된 원수)를 제 1 전극실(Da)에 공급하는 제 1 입수로(4a)와, 제 2 전극실(Db)에 접속되어, 외부로부터 원수(정수기에 의해 정화된 원수)를 제 2 전극실(Db)에 공급하는 제 2 입수로(4b)를 구비한다.

또한, 전해수 생성장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극실(Da)에 접속되어, 전기 분해에 의해, 제 1 전극실(Da)에서 생성한 전해 수소수(환원수)를 외부로 취출하는 제 1 취출 수로(7a)와, 제 2 전극실(Db)에 접속되어, 전기 분해에 의해, 제 2 전극실(Db)에서 생성한 전해 산성수를 외부로 취출하는 제 2 취출 수로(7b)를 구비한다.

그리고, 본 실시형태에서는, 제 1 전극실(Da)에서 생성한 전해 수소수를 제 1 취출 수로(7a)로부터 취출하여, 농업용 전해수로서 사용한다. 또한, 전기 분해에 의해, 양극(6b)측에서 발생한 전해 산성수는, 제 2 취출 수로(7b)를 통해 외부로 배출된다.

여기서, 본 실시형태에서는, 상술의 전해수 생성장치(1)를 사용하여 전기 분해를 행하는 시에, 전해 전류를 제어하여, 전해 수소수의 단위 취수량당 전하량[C/L]을 조정함으로써, 식물의 생육에 유용한 농업용 전해수(전해 수소수)를 얻는 점에 특징이 있다.

여기서, "단위 취수량당 전하량"이란, 전기 분해를 행하는 시에 전해조를 포함하는 장치 내를 통과하여 취수되는 물 1L에 대해 부여하는 전하량을 말한다. 또한, 전하량은 하기 식(1)에 의해 산출할 수 있다.

[식 1]

C = I × s (1)

상기 식(1)에서, C는 전하량, I는 전해 전류, s는 전해조를 포함한 장치 내를 통과하여, 물 1L가 취수되는 시에 걸리는 시간(초)을 나타낸다.

보다 구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 전해수 생성장치(1)는, 전기 분해를 행하는 시에, 전해 수소수에 부여하는 전하량을 조정하기 위한 전하량 조정장치(10)를 구비한다.

또, 전하량 조정장치(10)는, 전해수 생성장치(1)에 의한 전기 분해처리의 전해 전류를 결정하는 전해 전류 결정수단(11)과, 전해 전류 결정수단(11), 및 전해조(D)에 접속되어, 전해조(D)에 대해 전해 전류를 공급하는 전해 전류 공급수단(12)과, 전해 전류 결정수단(11)에 접속되어, 단위 취수량당 전하량의 목표값 데이터를 기억하는 기억수단(13)을 구비한다.

다음에, 전하량 조정장치(10)에 의한 전하량의 조정 방법에 대해 설명한다.

도 2는, 본 발명의 실시형태에 관한 전하량 조정장치에 의한 전하량의 조정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 전해 전류 결정수단(11)이, 기억수단(13)에 기억된 단위 취수량당 전하량 목표값의 데이터를 판독한다(단계 S1).

여기서, 일반적으로, 물에 전하를 부여함으로써, 전하가 부여된 물의 pH가 변동하나, pH 상승에 기인하여, 전해 수소수를 이용한 배양액에서 백색 침전이 발생하는 등의 문제를 회피하는 관점에서, 전해 수소수의 단위 취수량당 전하량은, 8∼300C/L이 바람직하고, 37.5∼180C/L이 보다 바람직하며, 42∼73.5C/L이 특히 바람직하다.

또한, 마찬가지 관점에서, 전해 수소수의 pH 범위는, 7.5∼9.9가 바람직하고, 8.0∼9.8이 보다 바람직하며, 8.5∼9.5가 특히 바람직하다.

다음에, 전해 전류 결정수단(11)은, 단위 취수량당 전하량이, 상술의 목표값이 되도록, 전해조(D)에서의 전기 분해처리의 전해 전류를 결정한다(단계 S2). 그리고, 전해 전류 결정수단(11)은, 전해조(D)에 대해 전해 전류를 공급하는 전해 전류 공급수단(12)으로, 결정한 전해 전류에 관한 신호를 송신한다(단계 S3).

다음에, 전해 전류 공급수단(12)은, 입력된 신호에 기초한 전해 전류를, 전해조(D)로 공급하고, 전해조(D)에서, 단위 취수량당 전하량이 목표값이 되도록 전기 분해처리가 행해지고, 농업용 전해수용의 전해 수소수가 생성된다(단계 S4).

이상과 같이, 본 실시형태에 있어서는, 전해수 생성장치(1)를 사용하여 전기 분해를 행하는 시에, 전해 전류를 제어하여, 원하는 단위 취수량당 전하량을 갖는 전해 수소수를 생성하는 구성으로 한다. 그리고, 생성한 전해 수소수는, 음극실 내에서 카티온(cation)을 끌어모아 양(+)으로 대전하므로, 근권 주변부에서는 산화제의 해리(解離)를 억제하는 기능을 갖는다. 따라서, 카르복시기(carboxyl group)에 의해 음(-)으로 대전하는 식물 뿌리의 세포벽, 및 인(燐) 지질에 의해 지질 이중층을 형성하고 있는 세포막의 산화를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또, 양(+)으로 대전한 전해 수소수는, 수소 결합이 강화되어, 수질이 개질된다. 따라서, 뿌리의 생리 활성을 향상시켜, 식물의 생육에 양호한 영향을 주는 농업용 전해수(전해 수소수)를 얻는 것이 가능하게 된다.

그리고, 상기 실시형태는 이하와 같이 변경하여도 된다.

상기 실시형태에서는, 전해 전류를 제어하고, 정전류 전해에 의해, 전해 수소수를 생성하는 구성으로 하였으나, 원하는 단위 취수량당 전하량을 갖는 전해 수소수를 생성하는 것이 가능하다면, 전해 전압을 제어하여, 정전위 전해에 의해, 전해 수소수를 생성하는 구성으로 하여도 된다.

실시예

이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다. 그리고, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이들 실시예를 본 발명의 취지에 기초하여 변형, 변경하는 것이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위로부터 제외하는 것은 아니다.

(실시예 1)

상술의 도 1에 나타내는 전해수 생성장치를 사용하여, 농업용 전해수로서 사용하는 전해 수소수를 제조하였다.

그리고, 양극 및 음극으로서, 전극 표면적이 77㎠인 백금 이리듐 판을 사용함과 동시에, 격막으로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 친수막(親水膜)을 사용하고, 정수기에 의해 정화된 원수에 대해, 전해 수소수의 단위 취수량당 전하량이 42C/L이 되도록, 직류의 정전류 전해법(전해 전류: 1.4A)에 의해, 약 3초간, 정전류 전해를 행하여, 전해 수소수를 제조하였다. 또, 전해 수소수의 pH는 8.54이었다.

(실시예 2)

전해 수소수의 단위 취수량당 전하량이 44C/L이 되도록, 직류의 정전류 전해법(전해 전류: 2.45A)에 의해, 약 2초간, 정전류 전해를 행한 것 이외는, 상술의 실시예 1과 마찬가지로 하여, 전해 수소수를 제조하였다. 또, 전해 수소수의 pH는 9.00이었다.

(코마츠나(Japanese Mustard Spinach)의 재배)

실시예 2에서 제조한 전해 수소수를 이용한 배양액을 사용하여, NFT(nutrient flow technique)에 의한 코마츠나(35주(株))의 배양 재배를 행하였다.

그리고, 배양액으로서, 제조한 전해 수소수 300L에 대해 오츠카(Otsuka) 하우스 1호를 225g, 오츠카 하우스 2호를 150g 용해시켜, 오츠카 하우스 A 처방 표준 배양액을 2배로 희석한 것을 제작하여 이용하였다. 표 1에, 오츠카 하우스 A 처방 표준 배양액의 성분 조성을 나타낸다. 또, 재배는 자연광 하에서 행하고, 정식(定植)으로부터 20일간 행하였다. 또한, 배양액의 교환은, 정식으로부터 6일마다 행하였다.

[표 1]

그리고, 정식 후 20일째의 각 코마츠나의 초장(plant length)(㎜), 엽폭(leaf width)(㎜), 지상부(지면으로부터 나와 있는 잎이나 줄기의 부분)의 생중량(fresh weight)(g/주), 및 지하부(지면 밑의 뿌리 부분)의 생중량(g/주)을 측정하여, 각각의 평균값을 산출하였다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.

또, 비교예로서, 상술의 실시예 2에서 제조한 전해 수소수 대신에, 수도수를 사용하여, 동일한 조건하, 코마츠나의 재배를 행하고, 정식 후 20일째의 각 코마츠나의 초장(㎜), 엽폭(㎜), 지상부(지면으로부터 나와 있는 잎이나 줄기의 부분)의 생중량(g/주), 및 지하부(지면 밑의 뿌리 부분)의 생중량(g/주)을 측정하여, 각각의 평균값을 산출하였다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.

(바질(basil)의 재배)

실시예 2에서 제조한 전해 수소수를 이용한 배양액을 사용하여, NFT(nutrient flow technique)에 의한 바질(35주)의 배양 재배를 행하였다.

여기서, 배양액으로는, 상술한 코마츠나의 재배에 이용한 배양액과 동일한 것을 사용하였다. 또, 재배는 자연광 하에서 행하고, 정식으로부터 25일간 행하였다. 또, 배양액의 교환은, 정식으로부터 6일마다 행하였다.

그리고, 정식 후 25일째의 각 바질의 엽수(장), 지상부(지면으로부터 나와 있는 잎이나 줄기의 부분)의 생중량(g/주), 및 지하부(지면 밑의 뿌리 부분)의 생중량(g/주)을 측정하여, 각각의 평균값을 산출하였다. 이상의 결과를 표 3에 나타낸다.

또, 비교예로서, 상술의 실시예 2에서 제조한 전해 수소수 대신에, 수도수를 사용하여, 동일 조건하, 바질의 재배를 행하고, 정식 후 25일째의 각 바질의 엽수(장), 지상부(지면으로부터 나와 있는 잎이나 줄기의 부분)의 생중량(g/주), 및 지하부(지면 밑의 뿌리 부분)의 생중량(g/주)을 측정하여, 각각의 평균값을 산출하였다. 이상의 결과를 표 3에 나타낸다.

[표 2]

[표 3]

표 2에 나타내는 바와 같이, 전해 수소수를 이용하여 제작한 배양액을 사용한 실시예에서는, 수도수를 사용한 비교예에 비해, 초장 및 엽폭이 신장(伸長)됨과 동시에, 지상부 및 지하부의 중량이 크게 되는 것을 알 수 있다. 또, 마찬가지로, 표 3에 나타내는 바와 같이, 전해 수소수를 이용하여 제작한 배양액을 사용한 실시예에서는, 수도수를 사용한 비교예에 비해, 엽수가 증가됨과 동시에, 지상부 및 지하부의 중량이 크게 되는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 전해 전류를 제어하여, 단위 취수량당 전하량을 조정한 전해 수소수는, 식물의 생육에 유용한 농업용 전해수로서 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 물을 전기 분해함으로써 농업용 전해수를 생성하는 농업용 전해수 생성장치 및 농업용 전해수에 유용하다.

1 : 전해수 생성장치 4a : 제 1 입수로
4b : 제 2 입수로 6a : 음극
6b : 양극 7a : 제 1 취출 수로
7b : 제 2 취출 수로 10 : 전하량 조정장치
11 : 전해 전류 결정수단 12 : 전해 전류 공급수단
13 : 기억수단 D : 전해조
Da : 제 1 전극실(음극실) Db : 제 2 전극실(양극실)
Sp : 격막

Claims

음극을 구비하는 제 1 전극실과, 양극을 구비하는 제 2 전극실과, 이 제 1 전극실과 이 제 2 전극실을 구획하는 격막을 내부에 구비하는 전해조(電解槽)와,
상기 제 1 전극실에 접속되어, 외부로부터 원수(原水)를 이 제 1 전극실로 공급하는 제 1 입수로(入水路)와,
상기 제 2 전극실에 접속되어, 외부로부터 상기 원수를 제 2 전극실로 공급하는 제 2 입수로와,
상기 제 1 전극실에 접속되어, 전기 분해에 의해 이 제 1 전극실에서 생성한 전해 수소수를 외부로 취출하는 제 1 취출 수로와,
상기 제 2 전극실에 접속되어, 전기 분해에 의해 이 제 2 전극실에서 생성한 전해 산성수를 외부로 취출하는 제 2 취출 수로와,
상기 전해조에 접속되어, 전기 분해를 행하는 시에, 상기 전해 수소수에 부여하는 전하량을 조정하기 위한 전하량 조정장치
를 구비하고,
상기 전하량 조정장치는, 전해 전류 또는 전해 전압을 제어함에 따라, 상기 전해 수소수의 단위 취수량당 상기 전하량을 조정하는 것을 특징으로 하는 농업용 전해수 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전하량 조정장치는, 전해 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 농업용 전해수 생성장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전하량 조정장치는,
전기 분해를 행하는 시의 전해 전류를 결정하는 전해 전류 결정수단과,
상기 전해 전류 결정수단, 및 상기 전해조에 접속되어, 이 전해조에 대해 전해 전류를 공급하는 전해 전류 공급수단과,
상기 전해 전류 결정수단에 접속되어, 상기 단위 취수량당 전하량의 목표값 데이터를 기억하는 기억수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 농업용 전해수 생성장치.
청구항 1∼청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해 수소수의 상기 단위 취수량당 전하량이, 8∼300C/L인 것을 특징으로 하는 농업용 전해수 생성장치.
청구항 1∼청구항 4 중 어느 한 항에 기재한 농업용 전해수 생성장치에 의해 생성된 농업용 전해수.
청구항 5에 있어서,
상기 농업용 전해수의 pH가, 7.5∼9.9인 것을 특징으로 하는 농업용 전해수.