浄化装置及び浄化方法
【課題】水耕栽培に用いる水を効率的に浄化できるようにする。
【解決手段】水耕栽培用の水（L）を浄化する浄化装置において、植物（200）に与える水（L）が貯留される貯留槽（61）に放電ユニット（62）を設ける。そして、該貯留槽（61）内の水（L）中で、放電ユニット（62）にストリーマ放電を行わせる。放電ユニット（62）は、水中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を設け、該電極対（64,65）に直流電圧を印加する直流電源（70）とを接続し、前記ストリーマ放電によって水中に過酸化水素を生成するように構成する。
【解決手段】水耕栽培用の水（L）を浄化する浄化装置において、植物（200）に与える水（L）が貯留される貯留槽（61）に放電ユニット（62）を設ける。そして、該貯留槽（61）内の水（L）中で、放電ユニット（62）にストリーマ放電を行わせる。放電ユニット（62）は、水中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を設け、該電極対（64,65）に直流電圧を印加する直流電源（70）とを接続し、前記ストリーマ放電によって水中に過酸化水素を生成するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培システムの水の除菌を行う浄化装置、及び浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物の水耕栽培では、植物を栽培するための養液を、配管（養液用配管）を使って栽培床と養液用タンクなどの間を循環させるものがある。この養液用配管には様々な有機栄養分が流れるので、養液中では雑菌が増殖する。また、養液の調整に用いる水に雑菌が含まれている場合がある。
【０００３】
これに対しては、例えば、水を電気分解することで殺菌を行う例がある（例えば特許文献１を参照）。また、塩素を入れた水を電気分解して次亜塩素酸を発生して酸化を行う例がある（例えば特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７９２５１号公報
【特許文献２】特開２００２−１０４９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、電極近傍や電極に付着した菌には有効だが、大量の水や広い範囲の除菌には適していない。また、特許文献２の方法では、次亜塩素酸が植物にダメージを与える可能性がある。また、河川や井戸などの塩素を含まない水を利用する場合には、塩素を生成する原料を水に注入する必要がある。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、水耕栽培に用いる水を効率的に浄化できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
水耕栽培用の水（L）を浄化する浄化装置であって、
植物（200）に与える水（L）が貯留される貯留槽（61）内に設けられ、該貯留槽（61）内の水中でストリーマ放電を行う放電ユニット（62）を備え、
前記放電ユニット（62）は、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）に直流電圧を印加する直流電源（70）が接続され、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成では、放電ユニット（62）が貯留槽（61）内の該水（L）中でストリーマ放電を行うことで、水中には水酸ラジカルが発生し、発生した水酸ラジカルは過酸化水素となる。この過酸化水素は、水中の雑菌を除菌する。
【０００９】
また、第２の発明は、
第１の発明の浄化装置において、
前記貯留槽（61）には、前記水（L）が流入する配管（51）と、前記水（L）が流出する配管（52）がそれぞれ接続され、
前記貯留槽（61）内には、前記水（L）の除塵を行うフィルタ（104）、前記水（L）内の化学物質を吸着するフィルタ（105）の少なくとも一方が設けられ、
前記放電ユニット（62）は、前記フィルタ（104,105）よりも上流側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、フィルタ（104,105）に水（L）中の菌や固形物、化学物質などが捕らえられ、フィルタ（104,105）上に濃縮された対象物に対して、高濃度の活性種を作用させることができる。また、フィルタ（104,105）が放電ユニット（62）と至近距離に配置されるので、寿命の短い様々なラジカル類も利用できる。
【００１１】
また、第３の発明は、
水耕栽培用の水（L）の浄化方法であって、
植物（200）に与える水（L）を貯留槽（61）に貯留するステップと、
前記貯留槽（61）内の水（L）中でストリーマ放電を行う放電ステップとを有し、
前記放電ステップでは、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）に直流電圧を印加し、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成することを特徴とする。
【００１２】
この構成では、放電ユニット（62）が貯留槽（61）内の該水（L）中でストリーマ放電を行うことで、水中には水酸ラジカルが発生し、発生した水酸ラジカルは過酸化水素となる。この過酸化水素は、水中の雑菌を除菌する。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、貯留槽（61）内のストリーマ放電で除菌を行うので、まとまった量の水を処理できる。すなわち、例えば水耕栽培などに用いる水を効率的に浄化できる。また、水中でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。
【００１４】
また、本発明では、直流電源（70）を用いてストリーマ放電を行っているので、例えばパルス電源と比較して、電源部の簡素化、低コスト化、小型化を図ることができる。また、パルス電源を用いると、放電に伴って水中で発生する衝撃波や騒音が大きくなってしまう。これに対し、直流電源（70）を用いると、このような衝撃波や騒音も低減できる。
【００１５】
また、第２の発明によれば、より効率的に水（L）の除菌ができる。
【００１６】
また、第３の発明によれば、貯留槽（61）内のストリーマ放電で除菌を行うので、まとまった量の水を処理できる。すなわち、例えば水耕栽培などに用いる水を効率的に浄化できる。また、水中でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる水耕栽培システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作を開始する前の状態を示すものである。
【図３】図３は、実施形態１に係る絶縁ケーシングの斜視図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作中に気泡が安定した状態を示すものである。
【図５】図５は、実施形態１の変形例に係る水浄化ユニットの全体構成図である。
【図６】図６は、実施形態１の変形例に係る絶縁ケーシングの斜視図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作を開始する前の状態を示すものである。
【図８】図８は、実施形態２に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作中に気泡が安定した状態を示すものである。
【図９】図９は、実施形態２の変形例に係る絶縁ケーシングの蓋部の平面図である。
【図１０】図１０は、実施形態３における水浄化ユニットの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１９】
《発明の実施形態１》
〈全体構成〉
図１は、本発明の実施形態にかかる水耕栽培システム（10）の構成を示す図である。この水耕栽培システム（10）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等で使用される。図１に示すように、水耕栽培システム（10）は、栽培床（101）、配管（51,52）、ポンプ（102）、水浄化ユニット（60）（浄化装置）、及び制御装置（103）を備えている。この水耕栽培システム（10）では、栽培床（101）、ポンプ（102）、及び水浄化ユニット（60）は、配管（51,52）で互いに接続され、植物の栽培に必要な養分を含んだ水（L）（養液）が循環する。図１では、養液（L）の循環方向を矢印で示してある。なお、配管（51,52）は、樹脂配管、銅配管、鉄配管などで構成できる。
【００２０】
栽培床（101）は、養液（L）を、所定の量だけ溜めるようになっている。栽培床（101）には、植物（200）が植えつけられる。植えつけられた植物（200）は、栽培床（101）に溜められた養液（L）を吸収し、吸収した養液（L）中の養分を利用する。この栽培床（101）には養液（L）が流入する流入孔と、養液（L）が流出する流出孔が設けられ、流出孔には配管（51）、流入孔には配管（52）がそれぞれ接続されている。
【００２１】
水浄化ユニット（60）は、水中（具体的には養液（L））でのストリーマ放電によって水中に過酸化水素等の浄化成分を生成し、この浄化成分によって水の浄化（除菌）を行う。水浄化ユニット（60）の構成は後に詳述する。この水浄化ユニット（60）には養液（L）が流入する流入孔と、養液（L）が流出する流出孔が設けられ、流入孔が栽培床（101）よりも下流側の配管（51）に接続され、栽培床（101）を通過した養液（L）が該配管（51）で供給されている。また、水浄化ユニット（60）の流出孔には、配管（52）が接続されている。
【００２２】
ポンプ（102）は、養液（L）を循環させるためのポンプである。このポンプ（102）の吸入孔は、水浄化ユニット（60）の流出孔と配管（52）で接続され、吐出孔は、栽培床（101）の流入孔と配管（52）で接続されている。このポンプ（102）の運転状態は、制御装置（103）が制御する。
【００２３】
制御装置（103）は、ポンプ（102）及び水浄化ユニット（60）に所定の制御信号（SIG）を出力し、ポンプ（102）の運転状態（オンオフ）の制御と、水浄化ユニット（60）の運転状態（ストリーマ放電のオンオフ）の制御を行う。
【００２４】
〈水浄化ユニット（60）の構成〉
図２は、水浄化ユニット（60）の構成例を示す図である。水浄化ユニット（60）は、水中でのストリーマ放電によって水中に過酸化水素等の浄化成分を生成し、この浄化成分によって水の浄化を行うものである。水浄化ユニット（60）は、水浄化タンク（61）（貯留槽）と放電ユニット（62）とを有している（図２を参照）。
【００２５】
水浄化タンク（61）は、密閉型の容器状に形成され、栽培床（101）の養液（L）が流入する。具体的に、水浄化タンク（61）には、栽培床（101）の流出孔に繋がる配管（51）と、ポンプ（102）の吸入孔に繋がる配管（52）が接続されている。即ち、水浄化タンク（61）は、栽培床（101）の下流側に配設されている。
【００２６】
放電ユニット（62）は、放電電極（64）及び対向電極（65）とからなる電極対（64,65）と、この電極対（64,65）に電圧を印加する電源部（70）と、放電電極（64）を内部に収容する絶縁ケーシング（71）とを備えている。
【００２７】
電極対（64,65）は、水中でストリーマ放電を生起するためのものである。放電電極（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に配置されている。放電電極（64）は、上下に扁平な板状に形成されている。放電電極（64）は、電源部（70）の正極側に接続されている。放電電極（64）は、例えばステンレス、銅等の導電性の金属材料で構成されている。
【００２８】
対向電極（65）は、絶縁ケーシング（71）の外部に配置されている。対向電極（65）は、放電電極（64）の上方に設けられている。対向電極（65）は、上下に扁平な板状であって、且つ上下に複数の貫通孔（66）を有するメッシュ形状ないしパンチングメタル形状に構成されている。対向電極（65）は、放電電極（64）と略平行に配設されている。対向電極（65）は、電源部（70）の負極側に接続されている。対向電極（65）は、例えばステンレス、真鍮等の導電性の金属材料で構成されている。
【００２９】
電源部（70）は、電極対（64,65）に所定の直流電圧を印加する直流電源で構成されている。即ち、電源部（70）は、電極対（64,65）に対して瞬時的に高電圧を繰り返し印加するようなパルス電源ではなく、電極対（64,65）に対して常に数キロボルトの直流電圧を印加する。電源部（70）のうち、対向電極（65）が接続される負極側は、アースと接続されている。また、電源部（70）には、電極対（64,65）の放電電力を一定に制御する定電力制御部が設けられている（図示省略）。
【００３０】
絶縁ケーシング（71）は、水浄化タンク（61）の底部に設置されている。絶縁ケーシング（71）は、例えばセラミックス等の絶縁材料で構成されている。絶縁ケーシング（71）は、一面（上面）が開放された容器状のケース本体（72）と、該ケース本体（72）の上方の開放部を閉塞する板状の蓋部（73）とを有している。
【００３１】
ケース本体（72）は、角型筒状の側壁部（72a）と、該側壁部（72a）の底面を閉塞する底部（72b）とを有している。放電電極（64）は、底部（72b）の上側に敷設されている。絶縁ケーシング（71）では、蓋部（73）と底部（72b）との間の上下方向の距離が、放電電極（64）の厚さよりも長くなっている。つまり、放電電極（64）と蓋部（73）との間には、所定の間隔が確保されている。これにより、絶縁ケーシング（71）の内部では、放電電極（64）とケース本体（72）と蓋部（73）との間に空間（S）が形成される。
【００３２】
図２及び図３に示すように、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）には、該蓋部（73）を厚さ方向に貫通する１つの開口（74）が形成されている。この開口（74）により、放電電極（64）と対向電極（65）との間の電界の形成が許容されている。蓋部（73）の開口（74）の内径は、０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口（74）は、電極対（64,65）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。
【００３３】
以上のように、絶縁ケーシング（71）は、電極対（64,65）のうちの一方の電極（放電電極（64））のみを内部に収容し、且つ電流密度集中部としての開口（74）を有する絶縁部材を構成している。
【００３４】
加えて、絶縁ケーシング（71）の開口（74）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、水がジュール熱によって気化して気泡（B）が形成される。つまり、絶縁ケーシング（71）の開口（74）は、該開口（74）に気相部としての気泡（B）を形成する気相形成部として機能する。
【００３５】
また、本実施形態では、水浄化タンク（61）内には、例えば銅片を水浄化タンク（61）内に浸漬することで、これらをイオン供給部（後述）としている。
【００３６】
〈水耕栽培システム（10）の動作〉
水耕栽培システム（10）では、制御装置（103）によって、ポンプ（102）がオン状態にされると、養液（L）が栽培床（101）に供給される。栽培床（101）では、それぞれの植物（200）が必要量の養液（L）を吸収する。植物（200）に吸収されなかった養液（L）は、栽培床（101）から配管（51）を通って流出し、水浄化ユニット（60）を通過する。水浄化ユニット（60）から出た養液（L）は、配管（52）を通過する。水浄化ユニット（60）から出た養液（L）は、不足した成分や水が補われ、再び栽培床（101）に流入する。養液（L）の成分調整や量の調整を行う装置は、図１では図示を省略してある。なお、養液（L）の循環は、連続的に行ってもよいし、適当な時間間隔をあけて行うようにしてもよい。
【００３７】
〈本実施形態における除菌〉
水耕栽培システム（10）において養液（L）を浄化（除菌）するには、水浄化ユニット（60）でストリーマ放電を行わせる。また、ポンプ（102）はオフにする。具体的には、制御装置（103）が水浄化ユニット（60）やポンプ（102）をオフにする。この例では、ポンプ（102）をオフにすることによって、水浄化タンク（61）内に養液（L）を貯留し、貯留した養液（L）を除菌するのである。
【００３８】
水浄化ユニット（60）の運転の開始時には、図２に示すように、絶縁ケーシング（71）の内の空間（S）が浸水した状態となっている。電源部（70）から電極対（64,65）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、電極対（64,65）の間に電界が形成される。この際、放電電極（64）の周囲は、絶縁ケーシング（71）で覆われている。このため、電極対（64,65）の間での漏れ電流が抑制されるとともに、開口（74）内の電流経路の電流密度が上昇した状態となる。
【００３９】
開口（74）内の電流密度が上昇すると、開口（74）内のジュール熱が大きくなる。その結果、絶縁ケーシング（71）では、開口（74）の近傍において、水の気化が促進されて気泡（B）が形成される。この気泡（B）は、図４に示すように、開口（74）のほぼ全域を覆う状態となり、対向電極（65）に導通する負極側の水と、正極側の放電電極（64）との間に気泡（B）が介在する。従って、この状態では、気泡（B）が、放電電極（64）と対向電極（65）との間での水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、放電電極（64）と対向電極（65）との間の漏れ電流が抑制され、電極対（64,65）間では、所望とする電位差が保たれることになる。すると、気泡（B）内では、絶縁破壊に伴いストリーマ放電が発生する。
【００４０】
以上のようにして、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、水浄化タンク（61）内の水中では、水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素等が生成される。水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素は、ストリーマ放電に伴う熱によって水浄化タンク（61）内を対流する。これにより、水中での活性種や過酸化水素の拡散が促される。また、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、このストリーマ放電に伴ってこの気泡（B）でイオン風を生成し易くなる。よって、水浄化タンク（61）内では、このイオン風を利用して、活性種や過酸化水素の拡散効果を更に向上できる。
【００４１】
この過酸化水素には、養液（L）中の雑菌を除菌する作用がある。そのため、水浄化タンク（61）内では、除菌が行われる。なお、過酸化水素は、一般的には、植物には安全である。
【００４２】
また、水浄化タンク（61）内に浸漬した銅片からは、銅イオンが養液（L）中に溶出する。すなわち、この銅片はイオン供給部として機能する。過酸化水素と銅イオンの存在下では、フェントン反応により、銅イオンが触媒的に作用して水酸ラジカルの生成が促進される。これにより、水酸ラジカルによる水の浄化効率が向上する。加えて、銅イオンは菌の繁殖を抑制する効果があるため、水中での殺菌作用も高くなる。
【００４３】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、水浄化ユニット（60）において発生した水酸ラジカルや過酸化水素によって養液（L）中の雑菌の除菌ができる。この除菌は、水浄化タンク（61）内のストリーマ放電で行うので、まとまった量の水を処理できる。また、水中（養液（L）中）でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。
【００４４】
また、フェントン反応によって過酸化水素から水酸ラジカルが生成されるので、銅片（イオン供給部）の周辺において、より強力に除菌や汚れ分解（付着防止）を行うことが可能になる。
【００４５】
《実施形態１の変形例》
上記実施形態１では、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）に１つの開口（74）が形成されている。しかしながら、例えば図５及び図６に示すように、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）に複数の開口（74）を形成してもよい。この変形例では、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）が、略正方形板状に形成され、この蓋部（73）に複数の開口（74）が等間隔を置きながら碁盤目状に配列されている。一方、放電電極（64）及び対向電極（65）は、全ての開口（74）に跨るような正方形板状に形成されている。
【００４６】
この変形例においても、各開口（74）が、電流密度集中部、及び気相形成部として機能する。これにより、電源部（70）から電極対（64,65）に直流電圧が印加されると、各開口（74）の電流密度が上昇し、各開口（74）で気泡（B）が形成される。その結果、各気泡（B）でそれぞれストリーマ放電が生起され、水酸ラジカル等の活性種や、過酸化水素が生成される。
【００４７】
《発明の実施形態２》
実施形態２に係る水耕栽培システム（10）は、上述した実施形態１とは放電ユニット（62）の構成が異なるものである。以下には、上記実施形態１と異なる点を主として説明する。
【００４８】
図７に示すように、実施形態２の放電ユニット（62）は、水浄化タンク（61）の外側から内部に向かって挿入されて固定される、いわゆるフランジユニット式に構成されている。また、実施形態２の放電ユニット（62）は、放電電極（64）と対向電極（65）と絶縁ケーシング（71）とが一体的に組立てられている。
【００４９】
実施形態２の絶縁ケーシング（71）は、大略の外形が円筒状に形成されている。絶縁ケーシング（71）は、ケース本体（72）と蓋部（73）とを有している。
【００５０】
実施形態２のケース本体（72）は、ガラス質又は樹脂製の絶縁材料で構成されている。ケース本体（72）は、円筒状の基部（76）と、該基部（76）から水浄化タンク（61）側に向かって突出する筒状壁部（77）と、該筒状壁部（77）の外縁部から更に水浄化タンク（61）側に向かって突出する環状凸部（78）とを有している。また、ケース本体（72）には、環状凸部（78）の先端側に先端筒部（79）が一体に形成されている。基部（76）の軸心部には、円柱状の挿入口（76a）が軸方向に延びて貫通形成されている。筒状壁部（77）の内側には、挿入口（76a）と同軸となり、且つ挿入口（76a）よりも大径となる円柱状の空間（S）が形成されている。
【００５１】
実施形態２の蓋部（73）は、略円板状に形成されて環状凸部（78）の内側に嵌合している。蓋部（73）は、セラミックス材料で構成されている。蓋部（73）の軸心には、実施形態１と同様、蓋部（73）を上下に貫通する円形状の１つの開口（74）が形成されている。
【００５２】
放電電極（64）は、軸直角断面が円形状となる縦長の棒状の電極で構成されている。放電電極（64）は、基部（76）の挿入口（76a）に嵌合している。これにより、放電電極（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に収容されている。実施形態２では、放電電極（64）のうち水浄化タンク（61）とは反対側の端部が、水浄化タンク（61）の外部に露出される状態となる。このため、水浄化タンク（61）の外部に配置される電源部（70）と、放電電極（64）とを電気配線によって容易に接続することができる。
【００５３】
放電電極（64）のうち水浄化タンク（61）側の端部（64a）は、絶縁ケーシング（71）の内部の空間（S）に臨んでいる。なお、図７に示す例では、放電電極（64）の端部（64a）が、挿入口（76a）の開口面よりも上側（水浄化タンク（61）側）に突出しているが、この端部（64a）の先端面を挿入口（76a）の開口面と略面一としてもよいし、端部（64a）を挿入口（76a）の開口面よりも下側に陥没させてもよい。また、放電電極（64）は、実施形態１と同様、開口（74）を有する蓋部（73）との間に所定の間隔が確保されている。
【００５４】
対向電極（65）は、円筒状の電極本体（65a）と、該電極本体（65a）から径方向外方へ突出する鍔部（65b）とを有している。電極本体（65a）は、絶縁ケーシング（71）のケース本体（72）に外嵌している。鍔部（65b）は、水浄化タンク（61）の壁部に固定されて放電ユニット（62）を保持する固定部を構成している。放電ユニット（62）が水浄化タンク（61）に固定された状態では、対向電極（65）の電極本体（65a）の一部が浸水された状態となる。
【００５５】
対向電極（65）は、電極本体（65a）よりも小径の内側筒部（65c）と、該内側筒部（65c）と電極本体（65a）との間に亘って形成される連接部（65d）とを有している。内側筒部（65c）及び連接部（65d）は、水浄化タンク（61）内の水中に浸漬している。内側筒部（65c）は、その内部に円柱空間（67）を形成している。内側筒部（65c）の軸方向の一端は、蓋部（73）と当接して該蓋部（73）を保持する保持部を構成している。また、電極本体（65a）と内側筒部（65c）と連接部（65d）の間には、ケース本体（72）の先端筒部（79）が内嵌している。内側筒部（65c）の軸方向の他端側には、円柱空間（67）を覆うようにメッシュ状の漏電防止材（68）が設けられている。この漏電防止材（68）は、対向電極（65）と接触することで、実質的にアースされている。これにより、漏電防止材（68）は、水浄化タンク（61）の内部の空間（水中）のうち、円柱空間（67）の内側から外側への漏電を防止している。
【００５６】
対向電極（65）は、電極本体（65a）の一部が水浄化タンク（61）の外部に露出される状態となる。このため、電源部（70）と対向電極（65）とを電気配線によって容易に接続することができる。
【００５７】
〈水浄化ユニットの運転動作〉
実施形態２の水耕栽培システム（10）においても、水浄化ユニット（60）が運転されることで、配管（51,52）を流れる水の浄化がなされる。
【００５８】
水浄化ユニット（60）の運転の開始時には、図７に示すように、絶縁ケーシング（71）の内の空間（S）が浸水した状態となっている。電源部（70）から電極対（64,65）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、開口（74）の内部の電流密度が上昇してく。
【００５９】
図７に示す状態から、電極対（64,65）へ更に直流電圧が継続して印加されると、開口（74）内の水が気化されて気泡（B）が形成される（図８を参照）。この状態では、気泡（B）が開口（74）のほぼ全域を覆う状態となり、円柱空間（67）内の負極側の水と、放電電極（64）との間に気泡（B）の抵抗が付与される。これにより、放電電極（64）と対向電極（65）との間の電位差が保たれ、気泡（B）でストリーマ放電が発生する。その結果、水中では、水酸ラジカルや過酸化水素を生成され、これらの成分が水の浄化に利用される。
【００６０】
《実施形態２の変形例》
実施形態２では、円板状の蓋部（73）の軸心に１つの開口（74）を形成しているが、この蓋部（73）に複数の開口（74）を形成してもよい。図９に示す例では、蓋部（73）の軸心を中心とする仮想ピッチ円上に、５つの開口（74）が等間隔置きに配列されている。このように蓋部（73）に複数の開口（74）を形成することで、各開口（74）の近傍でそれぞれストリーマ放電を生起させることができる。
【００６１】
《発明の実施形態３》
実施形態３に係る水耕栽培システム（10）は、上述した実施形態１とは水浄化ユニット（60）の構成が異なる。図１０は、実施形態３における水浄化ユニット（60）の構成を模式的に示す図である。本実施形態の水浄化ユニット（60）は、実施形態１の水浄化ユニット（60）に、除塵フィルタ（104）、及び吸着フィルタ（105）を追加したものである。
【００６２】
除塵フィルタ（104）は、養液（L）中の菌や固形物を主に捕らえるフィルタである。また、吸着フィルタ（105）は、養液（L）内の化学物質を主に捕らえるフィルタである。本実施形態の放電ユニット（62）は、これらのフィルタ（104,105）よりも上流側に配置されている。このようにすることで、これらのフィルタ（104,105）上に濃縮された対象物に対して、高濃度の活性種を作用させることができる。それゆえ、本実施形態ではより効率的に養液（L）の除菌、浄化ができる。
【００６３】
なお、必ずしも２種類のフィルタ（104,105）を設ける必要はなく、何れか一方のフィルタ（104,105）だけでもよい。
【００６４】
《その他の実施形態》
〈放電ユニットの構成〉
上述した各実施形態の電源部（70）には、ストリーマ放電の放電電力を一定に制御する定電力制御部を用いている。しかしながら、定電力制御部に代えて、ストリーマ放電時の放電電流を一定に制御する定電流制御部を設けることもできる。この定電流制御を行うと、洗浄水の導電率によらず放電が安定するため、スパークの発生も未然に回避できる。
【００６５】
また、上述した各実施形態では、電源部（70）の正極に放電電極（64）を接続し、電源部（70）の負極に対向電極（65）を接続している。しかしながら、電源部（70）の負極に放電電極（64）を接続し、電源部（70）の正極に対向電極（65）を接続することで、電極対（64,65）の間で、いわゆるマイナス放電を行うようにしてもよい。
【００６６】
〈イオン供給部の構成〉
上述した各実施形態では、銅片を水浄化タンク（61）に浸漬することで、イオン供給部としている。しかしながら、イオン供給部としては、例えば鉄イオンを生成する鉄片を用いることもできる。鉄イオンも銅イオンと同様、過酸化水素の存在下でフェントン反応を促進させるため、水酸ラジカルの生成量を増大できる。
【００６７】
なお、水浄化ユニット（60）による除菌中にポンプ（102）を運転状態して、養液（L）をある程度流しつつ除菌を行うことも可能である。
【００６８】
また、水浄化タンク（61）は新たに設ける他に、水耕栽培に使用する既存のタンク（養液の成分を調整するタンクや、養液の濾過などを行うタンク）などを利用してもよい。
【００６９】
また、水浄化ユニット（60）は、養液（L）の循環経路に組み込む他に、水耕栽培システム（10）に水を補給する補給経路に組み込んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、水耕栽培システムの水の除菌を行う浄化装置、及び浄化方法として有用である。
【符号の説明】
【００７１】
６０ 水浄化ユニット（浄化装置）
６１ 水浄化タンク（貯留槽）
６２ 放電ユニット
６４ 放電電極
６５ 対向電極
７０ 電源部（直流電源）
２００ 植物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培システムの水の除菌を行う浄化装置、及び浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物の水耕栽培では、植物を栽培するための養液を、配管（養液用配管）を使って栽培床と養液用タンクなどの間を循環させるものがある。この養液用配管には様々な有機栄養分が流れるので、養液中では雑菌が増殖する。また、養液の調整に用いる水に雑菌が含まれている場合がある。
【０００３】
これに対しては、例えば、水を電気分解することで殺菌を行う例がある（例えば特許文献１を参照）。また、塩素を入れた水を電気分解して次亜塩素酸を発生して酸化を行う例がある（例えば特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７９２５１号公報
【特許文献２】特開２００２−１０４９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、電極近傍や電極に付着した菌には有効だが、大量の水や広い範囲の除菌には適していない。また、特許文献２の方法では、次亜塩素酸が植物にダメージを与える可能性がある。また、河川や井戸などの塩素を含まない水を利用する場合には、塩素を生成する原料を水に注入する必要がある。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、水耕栽培に用いる水を効率的に浄化できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
水耕栽培用の水（L）を浄化する浄化装置であって、
植物（200）に与える水（L）が貯留される貯留槽（61）内に設けられ、該貯留槽（61）内の水中でストリーマ放電を行う放電ユニット（62）を備え、
前記放電ユニット（62）は、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）に直流電圧を印加する直流電源（70）が接続され、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成では、放電ユニット（62）が貯留槽（61）内の該水（L）中でストリーマ放電を行うことで、水中には水酸ラジカルが発生し、発生した水酸ラジカルは過酸化水素となる。この過酸化水素は、水中の雑菌を除菌する。
【０００９】
また、第２の発明は、
第１の発明の浄化装置において、
前記貯留槽（61）には、前記水（L）が流入する配管（51）と、前記水（L）が流出する配管（52）がそれぞれ接続され、
前記貯留槽（61）内には、前記水（L）の除塵を行うフィルタ（104）、前記水（L）内の化学物質を吸着するフィルタ（105）の少なくとも一方が設けられ、
前記放電ユニット（62）は、前記フィルタ（104,105）よりも上流側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、フィルタ（104,105）に水（L）中の菌や固形物、化学物質などが捕らえられ、フィルタ（104,105）上に濃縮された対象物に対して、高濃度の活性種を作用させることができる。また、フィルタ（104,105）が放電ユニット（62）と至近距離に配置されるので、寿命の短い様々なラジカル類も利用できる。
【００１１】
また、第３の発明は、
水耕栽培用の水（L）の浄化方法であって、
植物（200）に与える水（L）を貯留槽（61）に貯留するステップと、
前記貯留槽（61）内の水（L）中でストリーマ放電を行う放電ステップとを有し、
前記放電ステップでは、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）に直流電圧を印加し、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成することを特徴とする。
【００１２】
この構成では、放電ユニット（62）が貯留槽（61）内の該水（L）中でストリーマ放電を行うことで、水中には水酸ラジカルが発生し、発生した水酸ラジカルは過酸化水素となる。この過酸化水素は、水中の雑菌を除菌する。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、貯留槽（61）内のストリーマ放電で除菌を行うので、まとまった量の水を処理できる。すなわち、例えば水耕栽培などに用いる水を効率的に浄化できる。また、水中でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。
【００１４】
また、本発明では、直流電源（70）を用いてストリーマ放電を行っているので、例えばパルス電源と比較して、電源部の簡素化、低コスト化、小型化を図ることができる。また、パルス電源を用いると、放電に伴って水中で発生する衝撃波や騒音が大きくなってしまう。これに対し、直流電源（70）を用いると、このような衝撃波や騒音も低減できる。
【００１５】
また、第２の発明によれば、より効率的に水（L）の除菌ができる。
【００１６】
また、第３の発明によれば、貯留槽（61）内のストリーマ放電で除菌を行うので、まとまった量の水を処理できる。すなわち、例えば水耕栽培などに用いる水を効率的に浄化できる。また、水中でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる水耕栽培システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作を開始する前の状態を示すものである。
【図３】図３は、実施形態１に係る絶縁ケーシングの斜視図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作中に気泡が安定した状態を示すものである。
【図５】図５は、実施形態１の変形例に係る水浄化ユニットの全体構成図である。
【図６】図６は、実施形態１の変形例に係る絶縁ケーシングの斜視図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作を開始する前の状態を示すものである。
【図８】図８は、実施形態２に係る水浄化ユニットの全体構成図であり、水浄化動作中に気泡が安定した状態を示すものである。
【図９】図９は、実施形態２の変形例に係る絶縁ケーシングの蓋部の平面図である。
【図１０】図１０は、実施形態３における水浄化ユニットの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１９】
《発明の実施形態１》
〈全体構成〉
図１は、本発明の実施形態にかかる水耕栽培システム（10）の構成を示す図である。この水耕栽培システム（10）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等で使用される。図１に示すように、水耕栽培システム（10）は、栽培床（101）、配管（51,52）、ポンプ（102）、水浄化ユニット（60）（浄化装置）、及び制御装置（103）を備えている。この水耕栽培システム（10）では、栽培床（101）、ポンプ（102）、及び水浄化ユニット（60）は、配管（51,52）で互いに接続され、植物の栽培に必要な養分を含んだ水（L）（養液）が循環する。図１では、養液（L）の循環方向を矢印で示してある。なお、配管（51,52）は、樹脂配管、銅配管、鉄配管などで構成できる。
【００２０】
栽培床（101）は、養液（L）を、所定の量だけ溜めるようになっている。栽培床（101）には、植物（200）が植えつけられる。植えつけられた植物（200）は、栽培床（101）に溜められた養液（L）を吸収し、吸収した養液（L）中の養分を利用する。この栽培床（101）には養液（L）が流入する流入孔と、養液（L）が流出する流出孔が設けられ、流出孔には配管（51）、流入孔には配管（52）がそれぞれ接続されている。
【００２１】
水浄化ユニット（60）は、水中（具体的には養液（L））でのストリーマ放電によって水中に過酸化水素等の浄化成分を生成し、この浄化成分によって水の浄化（除菌）を行う。水浄化ユニット（60）の構成は後に詳述する。この水浄化ユニット（60）には養液（L）が流入する流入孔と、養液（L）が流出する流出孔が設けられ、流入孔が栽培床（101）よりも下流側の配管（51）に接続され、栽培床（101）を通過した養液（L）が該配管（51）で供給されている。また、水浄化ユニット（60）の流出孔には、配管（52）が接続されている。
【００２２】
ポンプ（102）は、養液（L）を循環させるためのポンプである。このポンプ（102）の吸入孔は、水浄化ユニット（60）の流出孔と配管（52）で接続され、吐出孔は、栽培床（101）の流入孔と配管（52）で接続されている。このポンプ（102）の運転状態は、制御装置（103）が制御する。
【００２３】
制御装置（103）は、ポンプ（102）及び水浄化ユニット（60）に所定の制御信号（SIG）を出力し、ポンプ（102）の運転状態（オンオフ）の制御と、水浄化ユニット（60）の運転状態（ストリーマ放電のオンオフ）の制御を行う。
【００２４】
〈水浄化ユニット（60）の構成〉
図２は、水浄化ユニット（60）の構成例を示す図である。水浄化ユニット（60）は、水中でのストリーマ放電によって水中に過酸化水素等の浄化成分を生成し、この浄化成分によって水の浄化を行うものである。水浄化ユニット（60）は、水浄化タンク（61）（貯留槽）と放電ユニット（62）とを有している（図２を参照）。
【００２５】
水浄化タンク（61）は、密閉型の容器状に形成され、栽培床（101）の養液（L）が流入する。具体的に、水浄化タンク（61）には、栽培床（101）の流出孔に繋がる配管（51）と、ポンプ（102）の吸入孔に繋がる配管（52）が接続されている。即ち、水浄化タンク（61）は、栽培床（101）の下流側に配設されている。
【００２６】
放電ユニット（62）は、放電電極（64）及び対向電極（65）とからなる電極対（64,65）と、この電極対（64,65）に電圧を印加する電源部（70）と、放電電極（64）を内部に収容する絶縁ケーシング（71）とを備えている。
【００２７】
電極対（64,65）は、水中でストリーマ放電を生起するためのものである。放電電極（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に配置されている。放電電極（64）は、上下に扁平な板状に形成されている。放電電極（64）は、電源部（70）の正極側に接続されている。放電電極（64）は、例えばステンレス、銅等の導電性の金属材料で構成されている。
【００２８】
対向電極（65）は、絶縁ケーシング（71）の外部に配置されている。対向電極（65）は、放電電極（64）の上方に設けられている。対向電極（65）は、上下に扁平な板状であって、且つ上下に複数の貫通孔（66）を有するメッシュ形状ないしパンチングメタル形状に構成されている。対向電極（65）は、放電電極（64）と略平行に配設されている。対向電極（65）は、電源部（70）の負極側に接続されている。対向電極（65）は、例えばステンレス、真鍮等の導電性の金属材料で構成されている。
【００２９】
電源部（70）は、電極対（64,65）に所定の直流電圧を印加する直流電源で構成されている。即ち、電源部（70）は、電極対（64,65）に対して瞬時的に高電圧を繰り返し印加するようなパルス電源ではなく、電極対（64,65）に対して常に数キロボルトの直流電圧を印加する。電源部（70）のうち、対向電極（65）が接続される負極側は、アースと接続されている。また、電源部（70）には、電極対（64,65）の放電電力を一定に制御する定電力制御部が設けられている（図示省略）。
【００３０】
絶縁ケーシング（71）は、水浄化タンク（61）の底部に設置されている。絶縁ケーシング（71）は、例えばセラミックス等の絶縁材料で構成されている。絶縁ケーシング（71）は、一面（上面）が開放された容器状のケース本体（72）と、該ケース本体（72）の上方の開放部を閉塞する板状の蓋部（73）とを有している。
【００３１】
ケース本体（72）は、角型筒状の側壁部（72a）と、該側壁部（72a）の底面を閉塞する底部（72b）とを有している。放電電極（64）は、底部（72b）の上側に敷設されている。絶縁ケーシング（71）では、蓋部（73）と底部（72b）との間の上下方向の距離が、放電電極（64）の厚さよりも長くなっている。つまり、放電電極（64）と蓋部（73）との間には、所定の間隔が確保されている。これにより、絶縁ケーシング（71）の内部では、放電電極（64）とケース本体（72）と蓋部（73）との間に空間（S）が形成される。
【００３２】
図２及び図３に示すように、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）には、該蓋部（73）を厚さ方向に貫通する１つの開口（74）が形成されている。この開口（74）により、放電電極（64）と対向電極（65）との間の電界の形成が許容されている。蓋部（73）の開口（74）の内径は、０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口（74）は、電極対（64,65）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。
【００３３】
以上のように、絶縁ケーシング（71）は、電極対（64,65）のうちの一方の電極（放電電極（64））のみを内部に収容し、且つ電流密度集中部としての開口（74）を有する絶縁部材を構成している。
【００３４】
加えて、絶縁ケーシング（71）の開口（74）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、水がジュール熱によって気化して気泡（B）が形成される。つまり、絶縁ケーシング（71）の開口（74）は、該開口（74）に気相部としての気泡（B）を形成する気相形成部として機能する。
【００３５】
また、本実施形態では、水浄化タンク（61）内には、例えば銅片を水浄化タンク（61）内に浸漬することで、これらをイオン供給部（後述）としている。
【００３６】
〈水耕栽培システム（10）の動作〉
水耕栽培システム（10）では、制御装置（103）によって、ポンプ（102）がオン状態にされると、養液（L）が栽培床（101）に供給される。栽培床（101）では、それぞれの植物（200）が必要量の養液（L）を吸収する。植物（200）に吸収されなかった養液（L）は、栽培床（101）から配管（51）を通って流出し、水浄化ユニット（60）を通過する。水浄化ユニット（60）から出た養液（L）は、配管（52）を通過する。水浄化ユニット（60）から出た養液（L）は、不足した成分や水が補われ、再び栽培床（101）に流入する。養液（L）の成分調整や量の調整を行う装置は、図１では図示を省略してある。なお、養液（L）の循環は、連続的に行ってもよいし、適当な時間間隔をあけて行うようにしてもよい。
【００３７】
〈本実施形態における除菌〉
水耕栽培システム（10）において養液（L）を浄化（除菌）するには、水浄化ユニット（60）でストリーマ放電を行わせる。また、ポンプ（102）はオフにする。具体的には、制御装置（103）が水浄化ユニット（60）やポンプ（102）をオフにする。この例では、ポンプ（102）をオフにすることによって、水浄化タンク（61）内に養液（L）を貯留し、貯留した養液（L）を除菌するのである。
【００３８】
水浄化ユニット（60）の運転の開始時には、図２に示すように、絶縁ケーシング（71）の内の空間（S）が浸水した状態となっている。電源部（70）から電極対（64,65）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、電極対（64,65）の間に電界が形成される。この際、放電電極（64）の周囲は、絶縁ケーシング（71）で覆われている。このため、電極対（64,65）の間での漏れ電流が抑制されるとともに、開口（74）内の電流経路の電流密度が上昇した状態となる。
【００３９】
開口（74）内の電流密度が上昇すると、開口（74）内のジュール熱が大きくなる。その結果、絶縁ケーシング（71）では、開口（74）の近傍において、水の気化が促進されて気泡（B）が形成される。この気泡（B）は、図４に示すように、開口（74）のほぼ全域を覆う状態となり、対向電極（65）に導通する負極側の水と、正極側の放電電極（64）との間に気泡（B）が介在する。従って、この状態では、気泡（B）が、放電電極（64）と対向電極（65）との間での水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、放電電極（64）と対向電極（65）との間の漏れ電流が抑制され、電極対（64,65）間では、所望とする電位差が保たれることになる。すると、気泡（B）内では、絶縁破壊に伴いストリーマ放電が発生する。
【００４０】
以上のようにして、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、水浄化タンク（61）内の水中では、水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素等が生成される。水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素は、ストリーマ放電に伴う熱によって水浄化タンク（61）内を対流する。これにより、水中での活性種や過酸化水素の拡散が促される。また、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、このストリーマ放電に伴ってこの気泡（B）でイオン風を生成し易くなる。よって、水浄化タンク（61）内では、このイオン風を利用して、活性種や過酸化水素の拡散効果を更に向上できる。
【００４１】
この過酸化水素には、養液（L）中の雑菌を除菌する作用がある。そのため、水浄化タンク（61）内では、除菌が行われる。なお、過酸化水素は、一般的には、植物には安全である。
【００４２】
また、水浄化タンク（61）内に浸漬した銅片からは、銅イオンが養液（L）中に溶出する。すなわち、この銅片はイオン供給部として機能する。過酸化水素と銅イオンの存在下では、フェントン反応により、銅イオンが触媒的に作用して水酸ラジカルの生成が促進される。これにより、水酸ラジカルによる水の浄化効率が向上する。加えて、銅イオンは菌の繁殖を抑制する効果があるため、水中での殺菌作用も高くなる。
【００４３】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、水浄化ユニット（60）において発生した水酸ラジカルや過酸化水素によって養液（L）中の雑菌の除菌ができる。この除菌は、水浄化タンク（61）内のストリーマ放電で行うので、まとまった量の水を処理できる。また、水中（養液（L）中）でストリーマ放電を行って水酸ラジカルを発生させるので、例えばオゾンを溶解させるものと比べ、水酸ラジカルを効率的に利用することができる。
【００４４】
また、フェントン反応によって過酸化水素から水酸ラジカルが生成されるので、銅片（イオン供給部）の周辺において、より強力に除菌や汚れ分解（付着防止）を行うことが可能になる。
【００４５】
《実施形態１の変形例》
上記実施形態１では、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）に１つの開口（74）が形成されている。しかしながら、例えば図５及び図６に示すように、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）に複数の開口（74）を形成してもよい。この変形例では、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）が、略正方形板状に形成され、この蓋部（73）に複数の開口（74）が等間隔を置きながら碁盤目状に配列されている。一方、放電電極（64）及び対向電極（65）は、全ての開口（74）に跨るような正方形板状に形成されている。
【００４６】
この変形例においても、各開口（74）が、電流密度集中部、及び気相形成部として機能する。これにより、電源部（70）から電極対（64,65）に直流電圧が印加されると、各開口（74）の電流密度が上昇し、各開口（74）で気泡（B）が形成される。その結果、各気泡（B）でそれぞれストリーマ放電が生起され、水酸ラジカル等の活性種や、過酸化水素が生成される。
【００４７】
《発明の実施形態２》
実施形態２に係る水耕栽培システム（10）は、上述した実施形態１とは放電ユニット（62）の構成が異なるものである。以下には、上記実施形態１と異なる点を主として説明する。
【００４８】
図７に示すように、実施形態２の放電ユニット（62）は、水浄化タンク（61）の外側から内部に向かって挿入されて固定される、いわゆるフランジユニット式に構成されている。また、実施形態２の放電ユニット（62）は、放電電極（64）と対向電極（65）と絶縁ケーシング（71）とが一体的に組立てられている。
【００４９】
実施形態２の絶縁ケーシング（71）は、大略の外形が円筒状に形成されている。絶縁ケーシング（71）は、ケース本体（72）と蓋部（73）とを有している。
【００５０】
実施形態２のケース本体（72）は、ガラス質又は樹脂製の絶縁材料で構成されている。ケース本体（72）は、円筒状の基部（76）と、該基部（76）から水浄化タンク（61）側に向かって突出する筒状壁部（77）と、該筒状壁部（77）の外縁部から更に水浄化タンク（61）側に向かって突出する環状凸部（78）とを有している。また、ケース本体（72）には、環状凸部（78）の先端側に先端筒部（79）が一体に形成されている。基部（76）の軸心部には、円柱状の挿入口（76a）が軸方向に延びて貫通形成されている。筒状壁部（77）の内側には、挿入口（76a）と同軸となり、且つ挿入口（76a）よりも大径となる円柱状の空間（S）が形成されている。
【００５１】
実施形態２の蓋部（73）は、略円板状に形成されて環状凸部（78）の内側に嵌合している。蓋部（73）は、セラミックス材料で構成されている。蓋部（73）の軸心には、実施形態１と同様、蓋部（73）を上下に貫通する円形状の１つの開口（74）が形成されている。
【００５２】
放電電極（64）は、軸直角断面が円形状となる縦長の棒状の電極で構成されている。放電電極（64）は、基部（76）の挿入口（76a）に嵌合している。これにより、放電電極（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に収容されている。実施形態２では、放電電極（64）のうち水浄化タンク（61）とは反対側の端部が、水浄化タンク（61）の外部に露出される状態となる。このため、水浄化タンク（61）の外部に配置される電源部（70）と、放電電極（64）とを電気配線によって容易に接続することができる。
【００５３】
放電電極（64）のうち水浄化タンク（61）側の端部（64a）は、絶縁ケーシング（71）の内部の空間（S）に臨んでいる。なお、図７に示す例では、放電電極（64）の端部（64a）が、挿入口（76a）の開口面よりも上側（水浄化タンク（61）側）に突出しているが、この端部（64a）の先端面を挿入口（76a）の開口面と略面一としてもよいし、端部（64a）を挿入口（76a）の開口面よりも下側に陥没させてもよい。また、放電電極（64）は、実施形態１と同様、開口（74）を有する蓋部（73）との間に所定の間隔が確保されている。
【００５４】
対向電極（65）は、円筒状の電極本体（65a）と、該電極本体（65a）から径方向外方へ突出する鍔部（65b）とを有している。電極本体（65a）は、絶縁ケーシング（71）のケース本体（72）に外嵌している。鍔部（65b）は、水浄化タンク（61）の壁部に固定されて放電ユニット（62）を保持する固定部を構成している。放電ユニット（62）が水浄化タンク（61）に固定された状態では、対向電極（65）の電極本体（65a）の一部が浸水された状態となる。
【００５５】
対向電極（65）は、電極本体（65a）よりも小径の内側筒部（65c）と、該内側筒部（65c）と電極本体（65a）との間に亘って形成される連接部（65d）とを有している。内側筒部（65c）及び連接部（65d）は、水浄化タンク（61）内の水中に浸漬している。内側筒部（65c）は、その内部に円柱空間（67）を形成している。内側筒部（65c）の軸方向の一端は、蓋部（73）と当接して該蓋部（73）を保持する保持部を構成している。また、電極本体（65a）と内側筒部（65c）と連接部（65d）の間には、ケース本体（72）の先端筒部（79）が内嵌している。内側筒部（65c）の軸方向の他端側には、円柱空間（67）を覆うようにメッシュ状の漏電防止材（68）が設けられている。この漏電防止材（68）は、対向電極（65）と接触することで、実質的にアースされている。これにより、漏電防止材（68）は、水浄化タンク（61）の内部の空間（水中）のうち、円柱空間（67）の内側から外側への漏電を防止している。
【００５６】
対向電極（65）は、電極本体（65a）の一部が水浄化タンク（61）の外部に露出される状態となる。このため、電源部（70）と対向電極（65）とを電気配線によって容易に接続することができる。
【００５７】
〈水浄化ユニットの運転動作〉
実施形態２の水耕栽培システム（10）においても、水浄化ユニット（60）が運転されることで、配管（51,52）を流れる水の浄化がなされる。
【００５８】
水浄化ユニット（60）の運転の開始時には、図７に示すように、絶縁ケーシング（71）の内の空間（S）が浸水した状態となっている。電源部（70）から電極対（64,65）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、開口（74）の内部の電流密度が上昇してく。
【００５９】
図７に示す状態から、電極対（64,65）へ更に直流電圧が継続して印加されると、開口（74）内の水が気化されて気泡（B）が形成される（図８を参照）。この状態では、気泡（B）が開口（74）のほぼ全域を覆う状態となり、円柱空間（67）内の負極側の水と、放電電極（64）との間に気泡（B）の抵抗が付与される。これにより、放電電極（64）と対向電極（65）との間の電位差が保たれ、気泡（B）でストリーマ放電が発生する。その結果、水中では、水酸ラジカルや過酸化水素を生成され、これらの成分が水の浄化に利用される。
【００６０】
《実施形態２の変形例》
実施形態２では、円板状の蓋部（73）の軸心に１つの開口（74）を形成しているが、この蓋部（73）に複数の開口（74）を形成してもよい。図９に示す例では、蓋部（73）の軸心を中心とする仮想ピッチ円上に、５つの開口（74）が等間隔置きに配列されている。このように蓋部（73）に複数の開口（74）を形成することで、各開口（74）の近傍でそれぞれストリーマ放電を生起させることができる。
【００６１】
《発明の実施形態３》
実施形態３に係る水耕栽培システム（10）は、上述した実施形態１とは水浄化ユニット（60）の構成が異なる。図１０は、実施形態３における水浄化ユニット（60）の構成を模式的に示す図である。本実施形態の水浄化ユニット（60）は、実施形態１の水浄化ユニット（60）に、除塵フィルタ（104）、及び吸着フィルタ（105）を追加したものである。
【００６２】
除塵フィルタ（104）は、養液（L）中の菌や固形物を主に捕らえるフィルタである。また、吸着フィルタ（105）は、養液（L）内の化学物質を主に捕らえるフィルタである。本実施形態の放電ユニット（62）は、これらのフィルタ（104,105）よりも上流側に配置されている。このようにすることで、これらのフィルタ（104,105）上に濃縮された対象物に対して、高濃度の活性種を作用させることができる。それゆえ、本実施形態ではより効率的に養液（L）の除菌、浄化ができる。
【００６３】
なお、必ずしも２種類のフィルタ（104,105）を設ける必要はなく、何れか一方のフィルタ（104,105）だけでもよい。
【００６４】
《その他の実施形態》
〈放電ユニットの構成〉
上述した各実施形態の電源部（70）には、ストリーマ放電の放電電力を一定に制御する定電力制御部を用いている。しかしながら、定電力制御部に代えて、ストリーマ放電時の放電電流を一定に制御する定電流制御部を設けることもできる。この定電流制御を行うと、洗浄水の導電率によらず放電が安定するため、スパークの発生も未然に回避できる。
【００６５】
また、上述した各実施形態では、電源部（70）の正極に放電電極（64）を接続し、電源部（70）の負極に対向電極（65）を接続している。しかしながら、電源部（70）の負極に放電電極（64）を接続し、電源部（70）の正極に対向電極（65）を接続することで、電極対（64,65）の間で、いわゆるマイナス放電を行うようにしてもよい。
【００６６】
〈イオン供給部の構成〉
上述した各実施形態では、銅片を水浄化タンク（61）に浸漬することで、イオン供給部としている。しかしながら、イオン供給部としては、例えば鉄イオンを生成する鉄片を用いることもできる。鉄イオンも銅イオンと同様、過酸化水素の存在下でフェントン反応を促進させるため、水酸ラジカルの生成量を増大できる。
【００６７】
なお、水浄化ユニット（60）による除菌中にポンプ（102）を運転状態して、養液（L）をある程度流しつつ除菌を行うことも可能である。
【００６８】
また、水浄化タンク（61）は新たに設ける他に、水耕栽培に使用する既存のタンク（養液の成分を調整するタンクや、養液の濾過などを行うタンク）などを利用してもよい。
【００６９】
また、水浄化ユニット（60）は、養液（L）の循環経路に組み込む他に、水耕栽培システム（10）に水を補給する補給経路に組み込んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、水耕栽培システムの水の除菌を行う浄化装置、及び浄化方法として有用である。
【符号の説明】
【００７１】
６０ 水浄化ユニット（浄化装置）
６１ 水浄化タンク（貯留槽）
６２ 放電ユニット
６４ 放電電極
６５ 対向電極
７０ 電源部（直流電源）
２００ 植物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水耕栽培用の水（L）を浄化する浄化装置であって、
植物（200）に与える水（L）が貯留される貯留槽（61）内に設けられ、該貯留槽（61）内の水中でストリーマ放電を行う放電ユニット（62）を備え、
前記放電ユニット（62）は、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）に直流電圧を印加する直流電源（70）が接続され、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成するように構成されていることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】
請求項１の浄化装置において、
前記貯留槽（61）には、前記水（L）が流入する配管（51）と、前記水（L）が流出する配管（52）がそれぞれ接続され、
前記貯留槽（61）内には、前記水（L）の除塵を行うフィルタ（104）、前記水（L）内の化学物質を吸着するフィルタ（105）の少なくとも一方が設けられ、
前記放電ユニット（62）は、前記フィルタ（104,105）よりも上流側に配置されていることを特徴とする浄化装置。
【請求項３】
水耕栽培用の水（L）の浄化方法であって、
植物（200）に与える水（L）を貯留槽（61）に貯留するステップと、
前記貯留槽（61）内の水（L）中でストリーマ放電を行う放電ステップとを有し、
前記放電ステップでは、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）に直流電圧を印加し、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成することを特徴とする浄化方法。
【請求項１】
水耕栽培用の水（L）を浄化する浄化装置であって、
植物（200）に与える水（L）が貯留される貯留槽（61）内に設けられ、該貯留槽（61）内の水中でストリーマ放電を行う放電ユニット（62）を備え、
前記放電ユニット（62）は、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）を有し、該電極対（64,65）に直流電圧を印加する直流電源（70）が接続され、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成するように構成されていることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】
請求項１の浄化装置において、
前記貯留槽（61）には、前記水（L）が流入する配管（51）と、前記水（L）が流出する配管（52）がそれぞれ接続され、
前記貯留槽（61）内には、前記水（L）の除塵を行うフィルタ（104）、前記水（L）内の化学物質を吸着するフィルタ（105）の少なくとも一方が設けられ、
前記放電ユニット（62）は、前記フィルタ（104,105）よりも上流側に配置されていることを特徴とする浄化装置。
【請求項３】
水耕栽培用の水（L）の浄化方法であって、
植物（200）に与える水（L）を貯留槽（61）に貯留するステップと、
前記貯留槽（61）内の水（L）中でストリーマ放電を行う放電ステップとを有し、
前記放電ステップでは、前記水（L）中で前記ストリーマ放電を生起する電極対（64,65）に直流電圧を印加し、前記ストリーマ放電によって前記水（L）中に過酸化水素を生成することを特徴とする浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７０７１３（Ｐ２０１２−７０７１３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０１２３（Ｐ２０１０−２２０１２３）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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