(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水耕栽培システム（10）の養液の浄化装置であって、
浄化タンク（61）と、前記浄化タンク（61）内に設けられ前記養液中で放電を行う放電部（62）と、前記浄化タンク（61）内の前記養液に超音波を照射する超音波発生部（94）とを備え、
前記放電部（62）は、前記養液中で前記放電を生起する電極対（64,65、464,465、564,565、664,665）と、前記電極対（64,65、464,465、564,565、664,665）に電圧を印加する電源部（70）とを有し、前記放電によって前記養液中に水酸ラジカルを生成するように構成されており、
前記超音波発生部（94）は、生成した水酸ラジカルが変化して生成する前記養液中の過酸化水素を水酸ラジカルに変換するように構成され、
前記電極対（64,65、464,465、564,565、664,665）は、前記養液中に配置されていることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】
前記放電部（62）及び超音波発生部（94）の運転及び停止を制御する制御部（103）をさらに備え、
前記制御部（103）は、前記浄化タンク（61）内の前記養液に含まれる過酸化水素の濃度が所定の範囲内となるように、前記放電部（62）及び超音波発生部（94）の運転及び停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の浄化装置。
【請求項３】
前記制御部（103）は、前記浄化タンク（61）内の前記養液に含まれる過酸化水素の濃度が、
予め設定した下限値に達するまでは、前記放電部（62）を運転状態とし、前記超音波発生部（94）を停止状態とし、
前記下限値に達した後、予め設定した上限値に達するまでは、前記放電部（62）及び前記超音波発生部（94）を運転状態とし、
前記上限値に達した後、前記下限値に達するまでは、前記放電部（62）を停止状態とし、前記超音波発生部（94）を運転状態とすることを特徴とする請求項２に記載の浄化装置。
【請求項４】
前記浄化タンク（61）内の前記養液に含まれる過酸化水素の濃度を測定するセンサをさらに備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の浄化装置。
【請求項５】
前記電極対（564,565）は、互いに対向するよう配置された板状の電極により構成され、
前記電源部（70）は、前記電極対（564,565）にパルス電圧を印加するパルス電源であり、
前記放電部（62）は、前記電極対（564,565）の間において前記養液中に気泡を発生させる気泡発生部（520）を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の浄化装置。
【請求項６】
前記水耕栽培システム（10）は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の浄化装置と、植物（200）を植えつける栽培床（101）を備え、
前記栽培床（101）は、前記養液の流入用、及び流出用の配管（51,52）がそれぞれ接続され、
前記浄化タンク（61）は、前記栽培床（101）よりも下流側の配管（51）に接続されていることを特徴とする水耕栽培システム。
【請求項７】
前記配管（51,52）は、該配管（51,52）内に銅イオン又は鉄イオンを供給するイオン供給部（52）を構成していることを特徴とする請求項６に記載の水耕栽培システム。
【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養液の浄化装置に関する。
【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。養液は様々な有機栄養分を含んでおり、雑菌が増殖しやすい。このため、循環する養液の殺菌（浄化）が重要となる。しかし、植物を栽培する養液に殺菌剤等を投入して、殺菌することは好ましくない。
【０００３】
このため、例えば、有機液肥と酸性水とを有効成分とする培養液を使用して、カビの発生防止を図るものがある（例えば特許文献１を参照）。その他にも、加熱殺菌、紫外線（ＵＶ）、光触媒又はオゾン等を用いる殺菌や、フィルタや活性炭の使用も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６２０３４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、有機液肥と酸性水を一々混ぜ合わせるのは煩雑である。また、加熱の場合には養液が変性するおそれがある。ＵＶ及び光触媒を用いる方式は養液の内部まで殺菌することは困難である。オゾンガスは養液への溶解効率が低いので大量のオゾンガスを発生させる必要があるうえ、余剰のオゾンガスの処理も必要になる。フィルタや活性炭を使用する方式では、フィルタの目詰まりが起こり、メンテナンスコストが大きくなる場合がある。
【０００６】
本発明は前記の問題を解決し、水耕栽培用の養液の浄化をより効率的にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る浄化装置の第１の態様は、水耕栽培システム（10）の養液の浄化装置を対象とし、浄化タンク（61）と、浄化タンク（61）内に設けられ養液中で放電を行う放電部（62）と、浄化タンク（61）内の養液に超音波を照射する超音波発生部（94）とを備え、放電部（62）は、養液中で放電を生起する電極対（64,65、464,465、564,565、664,665）と、電極対（64,65、464,465、564,565、664,665）に電圧を印加する電源部（70）とを有し、放電によって養液中に水酸ラジカルを生成するように構成されており、超音波発生部（94）は、生成した水酸ラジカルが変化して生成する養液中の過酸化水素を水酸ラジカルに変換するように構成されている。
【０００８】
第２の態様として、放電部（62）及び超音波発生部（94）の運転及び停止を制御する制御部（103）をさらに備え、制御部（103）は、浄化タンク（61）内の養液に含まれる過酸化水素の濃度が所定の範囲内となるように、放電部（62）及び超音波発生部（94）の運転及び停止を制御してもよい。
【０００９】
この場合において、制御部（103）は、浄化タンク（61）内の養液に含まれる過酸化水素の濃度が、予め設定した下限値に達するまでは、放電部（62）を運転状態とし、超音波発生部（94）を停止状態とし、下限値に達した後、予め設定した上限値に達するまでは、放電部（62）及び超音波発生部（94）を運転状態とし、上限値に達した後、下限値に達するまでは、放電部（62）を停止状態とし、超音波発生部（94）を運転状態とすることが好ましい。
【００１０】
この場合において、浄化タンク（61）内の養液に含まれる過酸化水素の濃度を測定するセンサをさらに備えていることが好ましい。
【００１１】
第３の態様として、電極対（564,565）は、互いに対向するよう配置された板状の電極により構成され、電源部（70）は、電極対（564,565）にパルス電圧を印加するパルス電源であり、放電部（62）は、電極対（564,565）の間において養液中に気泡を発生させる気泡発生部（520）を有していてもよい。
【００１２】
第４の態様として、水耕栽培システム（10）は、植物（200）を植えつける栽培床（101）を備え、栽培床（101）は、養液の流入用、及び流出用の配管（51,52）がそれぞれ接続され、浄化タンク（61）は、栽培床（101）よりも下流側の配管（51）に接続されていてもよい。
【００１３】
第５の態様として、配管（51,52）は、該配管（51,52）内に銅イオン又は鉄イオンを供給するイオン供給部（52）を構成していてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る浄化装置によれば、水耕栽培用の養液の殺菌をより効率的にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る水耕栽培システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態１に係る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】実施形態１に係る絶縁ケーシングの斜視図である。
【図４】超音波発生部の変形例を示す図である。
【図５】超音波発生部の変形例を示す図である。
【図６】実施形態１に係る浄化ユニットの放電部の構成図であり、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７】浄化ユニットにおける処理の基本サイクルを示す図である。
【図８】浄化ユニットの駆動の一例を示すタイミングチャートである。
【図９】浄化ユニットの駆動の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】浄化ユニットの制御部の一例を示すブロック図である。
【図１１】放電ユニットの第１変形例を示す図である。
【図１２】放電ユニットの第１変形例における絶縁ケーシングの斜視図である。
【図１３】放電ユニットの第２変形例を示す図であり、水浄化動作を開始する前の状態を示すものである。
【図１４】放電ユニットの第２変形例を示す図であり、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１５】放電ユニットの第３変形例の絶縁ケーシングの蓋部の平面図である。
【図１６】実施形態２に係る浄化ユニットを示す図である。
【図１７】実施形態３に係る浄化ユニットを示す図である。
【図１８】実施形態４に係る浄化ユニットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（実施形態１）
＜全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係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）、浄化ユニット（６０）（浄化装置）、及び制御部（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養液（Ｌ）が循環する。図１では、養液の循環方向を矢印で示してある。
【００１８】
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。
【００１９】
浄化ユニット（６０）は、水中（具体的には養液（Ｌ））での放電によって水中に水酸ラジカルを経て過酸化水素を生成し、生成した過酸化水素を超音波により水酸ラジカルに変換することにより養液の浄化を行う。養液の浄化とは、養液中の雑菌の殺菌、養液中に存在する汚れの発生原因となる有機物の分解等を含む概念である。浄化ユニット（６０）の構成は後に詳述する。この浄化ユニット（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、浄化ユニット（６０）の流出孔には、配管（５２）が接続されている。
【００２０】
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、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、制御部（１０３）により制御する。
【００２１】
本実施形態では、配管（５１，５２）は、一部が銅配管であり、残りの部分が樹脂の配管である。より詳しくは、浄化ユニット（６０）とポンプ（１０２）の間の配管（５２）が銅配管である。この配管（５２）は、イオン供給部としても機能する。
【００２２】
制御部（１０３）は、ポンプ（１０２）及び浄化ユニット（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、浄化ユニット（６０）の運転状態（放電部及び超音波発生部のオンオフ）の制御を行う。
【００２３】
＜浄化ユニット（６０）の構成＞
図２は、浄化ユニット（６０）の構成例を示す図である。浄化ユニット（６０）は、水中での放電によって水中に水酸ラジカルを経て過酸化水素を生成し、生成した過酸化水素を超音波により水酸ラジカルに変換する。生成した過酸化水素及び水酸ラジカルにより養液の浄化を行う。浄化ユニット（６０）は、浄化タンク（６１）と放電部（６２）と超音波発生部（９４）とを有している。
【００２４】
浄化タンク（６１）は、密閉型の容器状に形成され、栽培床（１０１）において使用された養液（Ｌ）が流入する。具体的に、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。すなわち、浄化タンク（６１）は、栽培床（１０１）の下流側に配設されている。
【００２５】
放電部（６２）は、第１電極（６４）及び第２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、第１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。
【００２６】
電極対（６４，６５）は、水中で放電を生起するためのものである。第１電極（６４）は、絶縁ケーシング（７１）の内部に配置されている。第１電極（６４）は、上下に扁平な板状に形成されている。第１電極（６４）は、電源部（７０）と接続されている。第１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。
【００２７】
第２電極（６５）は、絶縁ケーシング（７１）の外部に配置されている。第２電極（６５）は、第１電極（６４）の上方に設けられている。第２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。第２電極（６５）は、第１電極（６４）と略平行に配設されている。第２電極（６５）は、電源部（７０）と接続されている。第２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。
【００２８】
電源部（７０）は、電極対（６４，６５）に所定の電圧を印加する。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あってもよいが、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直流電源でかまわない。直流電源の場合には電源部（７０）の第２電極（６５）が接続される負極側を、アースと接続すればよい。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）。なお、電源部（７０）を電極対（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としてもよい。電源部（７０）が直流電源である場合には、電源部（７０）がパルス電源である場合と比べて放電発生時の音を小さくすることができる。
【００２９】
絶縁ケーシング（７１）は、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。
【００３０】
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。第１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、第１電極（６４）の厚さよりも長くなっている。つまり、第１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、第１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。  
【００３１】
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、第１電極（６４）と第２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。
【００３２】
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（第１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。
【００３３】
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。
【００３４】
超音波発生部（９４）は、板状の圧電セラミックス板（９５）と、圧電セラミックス板（９５）を挟むように設けられた一対の金属板（９６ａ，９６ｂ）とにより構成されている。超音波発生部（９４）を封入するケース（９７）は密閉され、浄化タンク（６１）の底部に配置されている。
【００３５】
金属板（９６ａ，９６ｂ）には、増幅器（３０９）によって増幅された超音波波形発生部（３０８）の出力信号（交流電圧）が供給される。これにより、超音波発生部（９４）は任意の周波数の超音波を浄化タンク（６１）内の養液に照射できる。但し、過酸化水素を分解して水酸ラジカルを効率良く発生させるためには、超音波の周波数が、１００ｋＨｚ以上程度であれることが好ましい。
【００３６】
なお、超音波発生部（９４）は、浄化タンク（６１）内の液体に超音波を照射できる範囲で任意の位置に設置されていてよい。例えば、図４に示すように、超音波発生部（９４）は浄化タンク（６１）の底部外側に設置されていてもよい。超音波発生部（９４）が浄化タンク（６１）の底部外側に設置されている場合、超音波は浄化タンク（６１）の壁面を介して養液に伝達される。
【００３７】
また、超音波発生部（９４）は、図５に示すように、金属ケース（９７ａ）の上部と金属板（９６）とで板状の圧電セラミックス板（９５）を挟み、両者の間に交流電圧を供給する構成であってもよい。
【００３８】
なお、養液の循環を連続的に行っている場合には、放電部（６２）を運転しても、浄化タンク（６１）内の過酸化水素濃度が、放電部（６２）よりも流入側では高くならない可能性がある。このため、超音波発生部（９４）は、放電部（６２）よりも流出側に設ける方が好ましい。しかし、ポンプ（１０２）の停止時に浄化タンク（６１）内の養液の殺菌を行うような場合には、超音波発生部（９４）が放電部（６２）よりも流入側に設けられていても問題ない。
【００３９】
＜水耕栽培システム（１０）の動作＞
水耕栽培システム（１０）では、制御部（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、浄化ユニット（６０）を通過する。浄化ユニット（６０）から出た養液（Ｌ）は、配管（５２）（この部分は銅配管）を通過する。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。
【００４０】
＜本実施形態における養液の浄化＞
水耕栽培システム（１０）において養液（Ｌ）を浄化するには、浄化ユニット（６０）で放電を行わせると共に超音波照射を行う。具体的には、制御部（１０３）が浄化ユニット（６０）をオンにする。
【００４１】
放電部（６２）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、第１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。
【００４２】
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６に示すように、開口（７４）のほぼ全域を覆う状態となり、第２電極（６５）と第１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、第１電極（６４）と第２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、第１電極（６４）と第２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、絶縁破壊に伴い放電が発生する。
【００４３】
以上のようにして、気泡（Ｂ）で放電が行われると、浄化タンク（６１）内の水中では、水酸ラジカルが発生する。発生した水酸ラジカルは急速に反応して過酸化水素となる。このため、浄化タンク（６１）内の過酸化水素濃度が次第に上昇する。過酸化水素濃度が十分に上昇した後、養液に超音波を照射すると、養液中の過酸化水素が分解され再び水酸ラジカルが発生する。超音波照射により発生した水酸ラジカルは再び結合して過酸化水素に戻る。このため、図７に示すように過酸化水素から水酸ラジカルへの変換と、水酸ラジカルから過酸化水素への変換とが循環して生じる。但し、殺菌等の養液の浄化に使われた水酸ラジカルは水に変化するので、放電を停止して超音波照射のみを行った場合には、過酸化水素の濃度は徐々に低下する。
【００４４】
過酸化水素により養液を十分に浄化しようとすると、養液中の過酸化水素の濃度を高くしなければならない。過酸化水素は、低濃度では比較的安全であるが濃度が高くなると植物に悪影響をおよぼすおそれがある。一方、水酸ラジカルは、過酸化水素と比べてはるかに高い浄化能力を有している。従って、低い濃度においても養液を十分に浄化することができる。しかし、水酸ラジカルは不安定であり直ぐに反応して過酸化水素となってしまう。このため、水酸ラジカルにより養液の浄化を行うためには、水酸ラジカルを連続的に発生させなければならない。
【００４５】
放電の場合、水が分解されて水酸ラジカルが発生するため、連続的に運転を行うと養液中の過酸化水素濃度がどんどん上昇してしまう。一方、超音波照射の場合には、過酸化水素から水酸ラジカルへの変換は生じるが、水の分解は生じない。このため、水酸ラジカルの生成を連続的に行っても、過酸化水素の濃度が上昇することはない。従って、放電により過酸化水素を発生させ、超音波により水酸ラジカルを発生させることにより、放電のみを用いて浄化を行う場合よりもはるかに効率良く浄化を行うことができる。また、過酸化水素の濃度を低く抑えることができるので、より安全な浄化装置を実現することができる。
【００４６】
水酸ラジカルは反応性が高いため、栽培床（１０１）において栽培している植物（２００）に水酸ラジカルが直接接すると、植物（２００）に悪影響が生じるおそれがある。しかし、水酸ラジカルの寿命は非常に短いため、浄化タンク（６１）外においては水酸ラジカルはほとんど存在しない。一方、低濃度の過酸化水素は、植物（２００）にほとんど影響を与えない。このため、浄化ユニット（６０）を栽培床（１０１）から独立させることにより、栽培床（１０１）において栽培する植物（２００）が水酸ラジカルの影響を受けることがなくなるという利点が得られる。
【００４７】
養液中の過酸化水素は、養液（Ｌ）の循環に伴って、水耕栽培システム（１０）全体に広がる。この過酸化水素には、配管（５１，５２）の汚れの原因となる物質を分解（付着防止）したり、養液（Ｌ）中の雑菌を殺菌する作用がある。そのため、過酸化水素が到達した部位では、配管（５１，５２）の浄化及び殺菌が行われる。
【００４８】
また、配管（５１，５２）の一部として設けられた銅配管（イオン供給部）からは、銅イオンが養液（Ｌ）中に溶出する。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生じる。これにより、水酸ラジカルにより配管中においても養液の殺菌効率が向上する。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。
【００４９】
なお、浄化ユニット（６０）による殺菌及び汚れ分解は、常時行ってもよいが、適当な時間間隔をあけて行うようにしてもよい。浄化ユニット（６０）の運転の開始や休止の制御は制御部（１０３）で行えばよい。
【００５０】
放電部（６２）と超音波発生部（９４）とを常に動作状態としてもかまわないが、養液中の過酸化水素濃度が低い場合には、超音波を照射しても十分な水酸ラジカルの発生が望めない。また、放電部（６２）を動作させ続けると養液中の過酸化水素濃度が高くなりすぎるおそれもある。このため、図８に示すような運転を行うことが好ましい。まず、放電部（６２）のみを運転して、浄化タンク（６１）内の過酸化水素を上昇させた後、超音波発生部（９４）の運転を開始し水酸ラジカルの生成を開始する。その後、浄化タンク（６１）内の過酸化水素濃度が十分に上昇した時点で放電部（６２）の運転を休止し、超音波発生部（９４）のみを運転する。浄化タンク（６１）内の過酸化水素の濃度が低下した時点で、再び放電部（６２）の運転を開始し、浄化タンク（６１）内の過酸化水素濃度を上昇させる。
【００５１】
以上のような、制御は予め設定したタイミングに基づいて行ってもよいが、浄化タンク（６１）内の過酸化水素濃度の測定値に基づいて図９に示すような制御を行ってもよい。この場合には、図１０に示すように過酸化水素濃度を測定するセンサ（３０７）を浄化タンク（６１）内に設け、センサ出力に基づいて、制御部（１０３）により、放電部（６２）及び超音波発生部（９４）を制御すればよい。制御部（１０３）は、中央演算装置（ＣＰＵ）を備えた演算回路等とすればよい。また、ポンプ（１０２）についても制御する構成を示したが、ポンプ（１０２）の制御と、放電部（６２）及び超音波発生部（９４）の制御は独立して行う構成としてもよい。
【００５２】
なお、放電部（６２）の運転中に超音波発生部（９４）の運転を開始する例を示したが、放電部（６２）の運転を休止してから超音波発生部（９４）の運転を開始してもよい。また、放電部（６２）の再運転する場合に、超音波発生部（９４）を休止した状態としてもよい。
【００５３】
＜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、浄化ユニット（６０）において発生した水酸ラジカル及び過酸化水素によって養液（Ｌ）中の汚れの原因物質の分解及び殺菌等の浄化ができる。また、養液（Ｌ）の循環経路（配管（５１，５２））の汚れを抑制することもできる。また、本実施形態では、浄化ユニット（６０）が栽培床（１０１）よりも下流側に設けられているので、栽培床（１０１）において養液（Ｌ）中に入り込んだ細菌及び汚れの原因物質を、システムに広がる前に分解して浄化することが可能になる。
【００５４】
《放電部の変形例１》
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）が形成されている例を示した。しかし、例えば図１１及び図１２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、第１電極（６４）及び第２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。
【００５５】
変形例１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。
【００５６】
《放電部の変形例２》
放電部（６２）は以下のような構成としてもよい。図１３に示すように、変形例２の放電部（６２）は、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の放電部（６２）は、第１電極（６４）と第２電極（６５）と絶縁ケーシング（７１）とが一体的に組み立てられている。
【００５７】
変形例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。
【００５８】
変形例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）の外縁部からさらに浄化タンク（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。
【００５９】
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。
【００６０】
第１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。第１電極（６４）は、基部（７６）の挿入口（７６ａ）に嵌合している。これにより、第１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、第１電極（６４）のうち浄化タンク（６１）とは反対側の端部が、浄化タンク（６１）の外部に露出される状態となる。このため、浄化タンク（６１）の外部に配置される電源部（７０）と、第１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。
【００６１】
第１電極（６４）のうち浄化タンク（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、第１電極（６４）の端部（６４ａ）が、挿入口（７６ａ）の開口面よりも上側（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、第１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。
【００６２】
第２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、浄化タンク（６１）の壁部に固定されて放電部（６２）を保持する固定部を構成している。放電部（６２）が浄化タンク（６１）に固定された状態では、第２電極（６５）の電極本体（６５ａ）の一部が浸水された状態となる。
【００６３】
第２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、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、第２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、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。
【００６４】
第２電極（６５）は、電極本体（６５ａ）の一部が浄化タンク（６１）の外部に露出される状態となる。このため、電源部（７０）と第２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。
【００６５】
＜放電部の運転動作＞
変形例２においても、放電部（６２）が運転されることにより過酸化水素が生成される。
【００６６】
放電部（６２）の運転の開始時には、図１３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。
【００６７】
図１３に示す状態から、電極対（６４，６５）へさらに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１４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、第１電極（６４）との間に気泡（Ｂ）の抵抗が付与される。これにより、第１電極（６４）と第２電極（６５）との間の電位差が保たれ、気泡（Ｂ）で放電が発生する。その結果、水中では、水酸ラジカルを経て過酸化水素が生成される。
【００６８】
《放電部の変形例３》
変形例２では円板状の蓋部（７３）の軸心に１つの開口（７４）を形成する例を示したが、この蓋部（７３）に複数の開口（７４）を形成してもよい。図１５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）の近傍でそれぞれ放電を生起させることができる。
【００６９】
なお、実施形態１及び各変形例の電源部（７０）には、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、定電力制御部に代えて、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。
【００７０】
実施形態１及び各変形例において、電源部（７０）が直流電源の場合には正極に第１電極（６４）を接続し、電源部（７０）の負極に第２電極（６５）を接続すればよい。しかし、電源部（７０）の負極に第１電極（６４）を接続し、電源部（７０）の正極に第２電極（６５）を接続して、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。なお、電源部（７０）は交流電源又はパルス電源等であってもよい。
【００７１】
（実施形態２）
図１６は、実施形態２に係る浄化ユニット（６０Ｂ）を示す構成図である。図１６では、実施形態１の浄化ユニット（６０）と同様の構成については図２と同じ符号を付している。また、図１６では、制御部（１０３）等の記載は省略している。以下においては、主に実施形態１に係る浄化ユニット（６０）と異なる点について説明する。
【００７２】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｂ）は、浄化タンク（６１）と、浄化タンク（６１）内に配置された放電部（６２）と、超音波発生部（９４）とを備えている。放電部は、電極対（４６４，４６５）と、電極対（４６４，４６５）に接続された電源部（７０）とを有している。超音波発生部（９４）は、浄化タンク（６１）の底部に設置されている。
【００７３】
電極（４６４）は絶縁ケーシング（４７１ａ）の内部に収納され、電極（４６５）は絶縁ケーシング（４７１ｂ）の内部に収納されている。電極（４６４）及び電極（４６５）は、それぞれ扁平な板状に形成されている。また、電極（４６４）及び電極（４６５）はステンレス、銅等の導電性の金属材料で構成されている。電源部（７０）は、数キロボルト程度の交流電圧を電極対（４６４，４６５）に供給する。
【００７４】
絶縁ケーシング（４７１ａ，４７１ｂ）は、例えばセラミックス等の絶縁材料で構成されており、図２に示す絶縁ケーシング（７１）と同様の構成を有している。
【００７５】
すなわち、絶縁ケーシング（４７１ａ）は、一面（図１６では右側の面）が開放された容器状のケース本体（４８０ａ）と、該ケース本体（４８０ａ）の上記開放部を閉塞する板状の蓋部（４７３ａ）とを有している。また、絶縁ケーシング（４７１ｂ）は、一面（図１６では左側の面）が開放された容器状のケース本体（４８０ｂ）と、該ケース本体（４８０ｂ）の開放部を閉塞する板状の蓋部（４７３ｂ）とを有している。
【００７６】
絶縁ケーシング（４７１ａ）の蓋部（４７３ａ）には、該蓋部（４７３ａ）を厚さ方向に貫通する１つの開口（４７４ａ）が形成されている。絶縁ケーシング（４７１ｂ）の蓋部（４７３ｂ）にも、該蓋部（４７３ｂ）を厚さ方向に貫通する１つの開口（４７４ｂ）が形成されている。これらの開口（４７４ａ，４７４ｂ）により、電極（４６４）と電極（４６５）との間の電界の形成が許容されている。開口（４７４ａ，４７４ｂ）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（４７４ａ，４７４ｂ）は、電極対（４６４，４６５）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。
【００７７】
絶縁ケーシング（４７１ａ，４７１ｂ）は、浄化タンク（６１）内の互いに対向する側面に、蓋部（４７３ａ，４７３ｂ）同士が対向するように設置されている。言い換えれば、電極（４６４）と電極（４６５）とは互いに対向するよう配置されている。
【００７８】
絶縁ケーシング（４７１ａ，４７１ｂ）の開口（４７４ａ，４７４ｂ）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、液体がジュール熱によって気化して気泡が形成される。つまり、絶縁ケーシング（４７１ａ，４７１ｂ）の開口（４７４ａ，４７４ｂ）は、該開口（４７４ａ，４７４ｂ）に気相部としての気泡を形成する気相形成部として機能する。この構成により、交流電圧が電極対（４６４，４６５）に供給された場合に電極対（４６４，４６５）間の気泡内に放電を生起させることができる。
【００７９】
なお、超音波発生部（９４）の具体的な構成は実施形態１と同様にすればよく、浄化タンク（６１）の底部に設置されていることが好ましいが、浄化タンク（６１）内の液体に超音波を照射できる限りにおいて任意の位置に設置可能である。
【００８０】
以上の構成をとることにより、交流電圧を電極対（４６４，４６５）に供給する場合でも、電極対（４６４，４６５）間に放電を生起させることができ、過酸化水素の濃度を抑えながら高い浄化能力を発揮させることができる。
【００８１】
なお、電源部（７０）から電極対（４６４，４６５）へは交流電圧を印加してもよいが、矩形波を印加しても電極対（４６４，４６５）間に放電を生起することができる。
【００８２】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｂ）においても、図８又は図９に示すような制御を行うことが好ましい。
【００８３】
（実施形態３）
図１７は、本発明の実施形態３に係る浄化ユニット（６０Ｃ）を示す構成図である。図１７では、実施形態１の浄化ユニット（６０）と同様の構成については図２と同じ符号を付している。また、図１７では、制御部（１０３）等の図示は省略している。以下においては、主に実施形態１に係る浄化ユニットと異なる点について説明する。
【００８４】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｃ）は、浄化タンク（６１）と、浄化タンク（６１）内に配置された放電部（６２）と、超音波発生部（９４）とを備えている。放電部は、浄化タンク（６１）内に設けられた電極対（５６４，５６５）と、電極対（５６４，５６５）に接続された電源部（７０）と、気泡発生部（５２０）とを有している。超音波発生部（９４）は、浄化タンク（６１）の底部に設置されている。
【００８５】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｃ）においては、電源部（７０）は、第１電極（６４）及び第２電極（５６５）に高電圧のパルス電圧が供給される。
【００８６】
また、第１電極（５６４）を囲む絶縁ケーシングは設けなくてよい。第１電極（５６４）及び第２電極（５６５）は共に板状であり、浄化タンク（６１）内の側面に、互いに対向するように設置される。
【００８７】
気泡発生部５２０は、例えば浄化タンク（６１）の底部など、少なくとも電極対（５６４，５６５）の間であって、電極対（５６４，５６５）よりも低い位置に設けられたノズル（吐出手段）（５１９）と、ノズル（５１９）に空気等の気体を送るエアポンプ（送出手段）（５１８）とを有している。エアポンプ（５１８）によって送出された気体は、ノズル（５１９）を介して浄化タンク（６１）内に送り込まれ浄化タンク（６１）内に気泡を発生させる。なお、浄化タンク（６１）内の気体を循環させる構成としても、外部から気体を取り入れる構成としてもよい。
【００８８】
超音波発生部（９４）の構成は実施形態１と同様にすればよく、浄化タンク（６１）の底部に設置されていることが好ましいが、浄化タンク（６１）内の液体に超音波を照射できる限りにおいて任意の位置に設置可能である。
【００８９】
少なくとも放電処理を行う期間中、ノズル（５１９）から養液中へ気体が送り込まれ、気泡が発生する。養液中に気泡が存在する状態で電極対（５６４，５６５）にパルス電圧を供給すると、気泡の内部において放電が生起され、水酸ラジカルが生成し、水酸ラジカルから過酸化水素が生成する。
【００９０】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｂ）においても、図８又は図９に示すような制御を行うことが好ましい。
【００９１】
以上の構成及び方法によれば、電極対（５６４，５６５）間にパルス放電を発生させる場合でも、超音波照射と組み合わせることで、過酸化水素の濃度を抑えながら高い浄化能力を発揮させることができる。
【００９２】
（発明の実施形態４）
図１８は、本発明の実施形態４に係る浄化ユニット（６０Ｄ）を示す構成図である。図１８では、実施形態１の浄化ユニット（６０）と同様の構成については図２と同じ符号を付している。また、図１８では、制御部（１０３）等の記載は省略している。以下においては、主に実施形態１に係る浄化ユニット（６０）と異なる点について説明する。
【００９３】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｄ）は、浄化タンク（６１）と、浄化タンク（６１）内に配置された放電部（６２）と、超音波発生部（９４）とを備えている。放電部は、電極対（６６４，６６５）と、電極対（６６４，６６５）に接続された電源部（７０）とを有している。超音波発生部（９４）は、浄化タンク（６１）の底部に設置されている。電源部（７０）は、例えば交流電源で構成されているが、直流電源で構成されていてもよいし、矩形波やパルス電圧を供給する電源で構成されていてもよい。
【００９４】
電極（６６４）と電極（６６５）とは、それぞれ浄化タンク（６１）内の側面に、互いに対向するように設置されている。
【００９５】
電極（６６４）は、少なくとも１つの導電部（６５４）と、導電部（６５４）を囲む絶縁部（６５５）とを有している。電極（６６５）は、少なくとも１つの導電部（６５６）と、導電部（６５６）を囲む絶縁部（６５７）とを有している。
【００９６】
以上のように、電極（６６４）における導電部（６５４）の露出面、及び電極（６６５）における導電部（６５６）の露出面の面積は小さいので、電圧を電極対（６６４，６６５）に供給した場合には導電部（６５４，６５６）の表面で電流密度の集中部が形成される。そのため、導電部（６５４，６５６）の表面では液体がジュール熱によって気化して気泡が形成される。この泡によって導電部（６５４，６５６）の露出面が覆われた状態で電源部（７０）からの電圧供給を継続することにより、気泡の内部で放電が生起される。
【００９７】
なお、超音波発生部（９４）の具体的な構成は実施形態１と同様にすればよく、浄化タンク（６１）の底部に設置されていることが好ましいが、浄化タンク（６１）内の液体に超音波を照射できる限りにおいて任意の位置に設置可能である。
【００９８】
以上の構成によっても、電極対（６６４，６６５）間での放電と、超音波照射とを組み合わせることにより、過酸化水素濃度を抑えながら高い浄化能力を発揮させることができる。
【００９９】
本実施形態の浄化ユニット（６０Ｄ）においても、図８又は図９に示すような制御を行うことが好ましい。
【０１００】
＜イオン供給部の構成＞
上述した各実施形態では、配管（５２）を銅配管とすることで、配管（５２）を銅イオンの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製の配管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。
【０１０１】
銅配管や鉄配管は、浄化タンク（６１）と連通する配管であれば、他の箇所に設けることもできる。例えば、配管（５１）を銅配管や鉄配管としたり、配管（５１，５２）の全てを銅配管や鉄配管としてもよい。また、例えば銅片や鉄片を浄化タンク（６１）内に浸漬することで、これらをイオン供給部とすることもできる。但し、イオン供給部は設けなくてもよい。
【０１０２】
なお、浄化ユニット（６０）を設ける位置は例示である。例えば、栽培床（１０１）の上流側に設けることも可能である。
【０１０３】
また、水耕栽培システム（１０）の構成は例示である。例えば、養液を貯留するタンクを設けたり、水を補給する装置を設けるなど種々の変形が可能である。
【０１０４】
また、放電部（６２）及び超音波発生部（９４）を養液のタンク内に設ければ、タンク内の養液を攪拌して均一化するという効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、水耕栽培システムの配管等の浄化装置として有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０      水耕栽培システム
５１      配管
５２      配管
６０      浄化ユニット
６０Ｂ    浄化ユニット
６０Ｃ    浄化ユニット
６０Ｄ    浄化ユニット
６１      浄化タンク
６２      放電部
６４      第１電極
６４ａ    端部
６５      第２電極
６５ａ    電極本体
６５ｂ    鍔部
６５ｃ    内側筒部
６５ｄ    連接部
６６      貫通孔
６７      円柱空間
６８      漏電防止材
７０      電源部
７１      絶縁ケーシング
７２      ケース本体
７２ａ    側壁部
７２ｂ    底部
７３      蓋部
７４      開口
７６      基部
７６ａ    挿入口
７７      筒状壁部
７８      環状凸部
７９      先端筒部
９４      超音波発生部
９５      圧電セラミックス板
９６      金属板
９７      ケース
９７ａ    金属ケース
１０１    栽培床
１０２    ポンプ
１０３    制御部
２００    植物
３０７    センサ
３０８    超音波波形発生部
３０９    増幅器
４６４    電極
４６５    電極
４７１    絶縁ケーシング
４７１ａ  絶縁ケーシング
４７１ｂ  絶縁ケーシング
４７３ａ  蓋部
４７３ｂ  蓋部
４７４ａ  開口
４７４ｂ  開口
４８０ａ  ケース本体
４８０ｂ  ケース本体
５１８    エアポンプ
５１９    ノズル
５２０    気泡発生部
５６４    第１電極
５６５    第２電極
６５４    導電部
６５５    絶縁部
６５６    導電部
６５７    絶縁部
６６４    電極
６６５    電極
【図１】
0005929192.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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