(57)【要約】【課題】一般農地の土壌にも広く適用でき、長期に渡り優れた殺菌消毒効果を保つことができる土壌消毒装置を提供する。【解決手段】フライヤー１を、食用油２が入れられた容器３とこれを加熱するヒーター４とから構成し、熱媒体である食用油２を１００℃〜２３０℃に加熱昇温させる。フライヤー１に取り付けた往路パイプ８と復路パイプ１０に、ループ形の配管路１９の一部を形成するヒートパイプ１２を設け、土壌２３に埋設し、食用油２を循環させ地中を９０℃以上に加熱し土壌を滅菌消毒する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中に熱媒体が循環するヒートパイプを埋設すると共に、熱媒体を１００℃〜２３０℃に加熱する加温手段を設け、前記熱媒体として食用油を用いたことを特徴とする土壌消毒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌に埋設したヒートパイプに高温の熱媒体を循環させて、土壌を高温で加熱消毒する土壌消毒装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、農地の土壌は、病原菌、ウイルス及び病害虫により汚染されやすいため、定期的に土壌を消毒する必要がある。この場合、臭化メチル等の薬剤を土壌に散布して消毒することが多い。臭化メチル等の薬剤による土壌消毒は、環境破壊や人体への悪影響が避けられないことから、２００５年には臭化メチル等の使用が禁止されることになっている。
【０００３】
一方、薬剤を使用せずに土壌消毒を行う方法として、熱水を用いる方法がある。例えば、特許文献１には、土壌中にパイプを埋設し、このパイプ中に５０℃の温水または温液（エチレングリコール）を通して、太陽熱と地中暖房との併用により土壌の温度を上昇させて、土壌の熱消毒を行う方法が開示されている。また、特許文献２には、圃場の土壌に熱水を散布し殺菌消毒を行う技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８４８２８号公報（第２頁−第３頁、図１−図２）
【特許文献２】特開２００３−１２９号公報（第２頁−第３頁、図１−図２）
【発明の開示】
【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記載の土壌の熱消毒方法では、パイプ中に５０℃程度の温水や温液（沸騰温度が低い液体）を通して、地中温度を１８℃乃至２０℃にする必要があるため、太陽熱の導入と地中暖房の双方の設備が不可欠であり、ビニールハウス等の温室内の土壌のみにしか採用できず、汎用性が低いうえに安全性などでも多くの問題がある。また、特許文献２記載の技術では、土壌表面から地中に熱水を散布浸透させるているので、多量の熱水を必要とし、エネルギーロスが大きいうえに、殺菌消毒効果の持続性に難点があり、長期間の殺菌効果が期待できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため、本発明による土壌消毒装置は、土壌中に、熱媒体が循環するヒートパイプを埋設すると共に、熱媒体を１００℃〜２３０℃に加熱する加温手段を設け、前記熱媒体として食用油を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高温の食用油を用いて地中温度を９０℃以上に加熱して、土壌に生息する病源菌などを殆ど死滅させることができる。とくに、一般農地の土壌においても長期間高い消毒作用を得ることができるという優れた効果がある。また、循環使用される食用油は安価であり、少ない熱量で速やかに昇温させることができ、万一、ヒートパイプから食用油が漏れた場合でも、土壌環境や人体への被害が少なく安全である。
【０００８】
本発明は、農地の環境破壊や人体への被害を起こさないようにするため、薬剤を散布することなく土壌消毒を可能にするものである。土壌を汚染する病原菌を化学薬品を用いずに病原菌等を死滅させることは、農作物の正常な生育と商品価値の向上につながり、農作物の連続栽培も可能になる。本発明者は、土壌の殺菌消毒法として加熱処理方式に着目し、鋭意研究を重ねてきた。加熱手段としてはヒートパイプ、例えば、赤外線電磁波、超音波波動を発生する加熱用パイプ（商品名「ｃ−ｔｕｂｅ」、株式会社箕浦製）を用いることができる。ヒートパイプ内を循環する熱媒体としては、これがパイプの外に万一漏洩しても、周辺への被害が最小限に抑えられるように、低圧で送出循環可能な食用油を選定する。ヒートパイプは、地表より深さ３００ｍｍ前後に埋設する。
【０００９】
加熱消毒に際して土壌には適量の水分を含ませ、その上に保温シートを被せる。食用油は加温手段（フライヤー）により１００℃〜２３０℃に熱し、耐熱型循環ポンプにより低圧状態のまま、金属製のヒートパイプ、例えば、真空室をもつ放熱管に送る。ヒートパイプに送られた食用油は、地中を熱して循環された後、再び加温手段に戻して再利用する。土壌に埋めたヒートパイプに食用油を循環させることで、安全な乾燥消毒が短時間のうちに可能になる。土壌を汚染する病原菌の中には、９０℃以下では死滅しないものもあるので、病原菌等の完全な消毒作用を得るためには、土壌温度を９０℃以上に昇温させる。土壌温度が９０℃以上になると、灰色カビ病菌やソラマメ葉焼病菌などの病原菌、ネコブセンチュウなどの病害虫、キュウリ緑斑モザイクウィルスなどのウィルスも完全に死滅する。
【００１０】
土壌温度を９０℃以上に上昇させるためには、ヒートパイプに送る熱媒体の温度は１００℃〜２３０℃にする必要がある。このため熱媒体が温水や蒸気では不可能であり、水よりも沸騰点の高い食用油を用いる。いわゆる油液循環方式を採用するものとする。油液循環方式を採用する主な理由は、食用油の資材コストが安いこと、パイプから食用油が漏れても重大な被害が発生しないこと、食用油の比熱が小さく加熱処理時に高い省エネルギー効果が得られることなどである。
【００１１】
ヒートパイプは、対象農地に通常多数本を並列に設置し、再循環可能な往路及び復路を備えた閉鎖タイプの配管系に形成する。ヒートパイプの接続部分は、取外し時の作業性や安全性を考慮して逆止弁付きのコネクターを使用し、これにより、油漏れや油の劣化が生じないようにする。ここで、油劣化の原因となるのは、主に酸化反応や加熱作用である。特に空気中の酸素、高い温度、光などが油に当たることで、熱酸化などにより油の変質劣化を招く。こうした変化は２３０℃以上になると急激に起こる。そこで本発明では、熱酸化などによる油の変質劣化を防止するため、食用油の加熱温度を１００℃〜２３０℃の範囲、好ましくは２００℃〜２２０℃に保つものとする。
【００１２】
上記の加熱方法により、地表から深さ５００ｍｍまでの土壌温度を９０℃以上に上げることができる。農地栽培では、通常３００ｍｍまでしか土壌を掘ることがないので、栽培区域の土壌を安全に乾燥消毒することができる。消毒後の農地に、作付けする植物に必要な微生物や肥料を入れることによって、最高の土壌状況で作物の栽培を行うことができる。また、深さ５００ｍｍを越えて土壌を掘り起こすと、深さ５００ｍｍの領域には嫌気性の病害虫などが多く生息しているが、仮に嫌気性の病害虫などが生息していても、地表から５００ｍｍ以内の浅い部分を掘ってヒートパイプを埋設すれば、植物の作付けや成育にはなんら悪影響を及ぼすことはない。
【００１３】
ヒートパイプ内を循環する油としては、食用油、とくに大豆油、菜種油などの植物性食用油を使用するのが良い。植物性食用油は、熱酸化し難くく安価であり、同時に、３２０℃以上の高温にならないと着火しないため、１００℃〜２３０℃に熱しても安全である。この場合、安全対策のために油用加温手段は、２８０℃付近でリミッターにより自動停止するように制御する。食用油は外部に洩れても、高温蒸気のように高圧の状態ではなく、低圧の状態で循環することから、漏洩による土壌汚染や重大事故につながることがない。本発明で使用される食用油の種類としては前述のとおり、安価で熱酸化しにくい大豆油や菜種油が好適であるが、この他に、無臭で着火点及び沸点が高い食用油を使用するのが好ましい。例えば、ごま油、サラダ油、コーン油、綿実油、紅花油、落花生油、オリーブ油が挙げられる。
【００１４】
本発明は、１００℃〜２３０℃の食用油が通るヒートパイプを用いて、土壌を９０℃以上の高温に加熱消毒する。このことによって、土壌内の病原菌、ウイルス及び病害虫を殆ど死滅させ、短時間で土壌消毒を安全に行うことができる。土壌が９０℃以上に達することにより、１時間以上経過して油の循環を止めても、油の温度は常温以上に保たれるため、この油を１００℃〜２３０℃にすぐに加温でき、再び容易に循環使用することができる。
【００１５】
本発明装置では、油の温度設定や循環切替えなどの運転は全て自動制御にて行う。そのため、人手がいらず運転操作上の取扱については免許や資格が不要で、農業従事者は誰でも本発明装置を容易に導入することができる。農業従事者にとっては、土壌に大掛かりな温室ハウスを設置したり、高圧の熱水をかける必要がなく、長期に渡り土壌汚染を良好に防止して、植物の作付けから収穫に至るまでの手間が大幅に少なくなる。本発明に係るヒートパイプは、農地の一定面積単位、一般的には１反（３００坪）当たり約３００本を並列に埋設し密閉形の配管系を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。図１は本発明に係る土壌消毒装置を概念的に説明する構成図、図２は土壌消毒装置のヒートパイプの埋設状態を示す断面図である。
【実施例】
【００１７】
図１において、１は加温手段としてのフライヤーである。フライヤー１は、熱媒体である食用油２を１００℃〜２３０℃に加温するものである。フライヤー１の運転は、所定のプログラムに従って自動制御されるようになっている。食用油２としては、熱酸化され難くく安価な大豆油、菜種油などの植物性食用油が使用されている。フライヤー１は、食用油２が入れられた密閉形容器３と、この容器３を加熱する燃焼式のヒータ４とからなっている。ヒータ４の運転は２８０℃付近でリミッターの作動により自動的に停止するようにされている。容器３の側壁には、熱媒体流出管５の一端が取り付けられ、容器３の底部中央には熱媒体流入管６の一端が取り付けられている。熱媒体流出管５の他端には、往路パイプ７の一端が逆止弁付きコネクター８により接続され、往路パイプ７の途中には耐熱型循環ポンプ９が設けられている。一方、熱媒体流入管６の他端には、復路パイプ１０の一端が逆止弁付きコネクター１１により接続されている。
【００１８】
往路パイプ７と復路パイプ１０の間には、ループ形状を呈する熱媒体用配管路１９が設けられ、この配管路１９は、消毒対象となる農地の土壌中に埋設されている。配管路１９の構成は、往路側パイプ直線部１４、復路側パイプ直線部１５及びその間のパイプ曲線部１６からなっている。往路パイプ７と往路側パイプ直線部１４は逆止弁付きコネクター１７で互いに接続され、復路パイプ１０と復路側パイプ直線部１５とは逆止弁付きコネクター１８で互いに接続されている。また、パイプ曲線部１６の両端は往路側パイプ直線部１４及び復路側パイプ直線部１５に対して、それぞれ逆止弁付きコネクター２１及び２２により接続されている。往路側パイプ直線部１４、復路側パイプ直線部１５の本数は、農地の広さに応じて複数本並列に設けることができる。通常、農地１反当り約３００本を並列に埋設して配管ユニット一式を設置する。
【００１９】
１２は、滅菌消毒用放熱管としての金属製ヒートパイプで、配管路１９の所定位置に配設されている。ヒートパイプ１２内の熱媒体流通路は、上記の往路側パイプ直線部１４及び復路側パイプ直線部１５により構成されている。熱媒体としては、沸騰点の高い大豆油などの植物性食用油２が用いられている。食用油２自体は、土壌中に漏れても被害が少ない上に比熱が小さく、少ない熱エネルギーで早く温めることがきる。ヒートパイプ１２として、ここでは、赤外線電磁波、超音波波動を発生する商品名「ｃ−ｔｕｂｅ」（株式会社箕浦製）が用いられている。
【００２０】
このパイプ構造は、内部が真空状態とされた母管１２Ａを備え、母管１２Ａに食用油流通用小管、すなわち往路側パイプ直線部１４及び復路側パイプ直線部１５が連結されている。そして、母管１２Ａ内が真空に保たれた状態で各パイプ直線部１４、１５が浸る状態で作動液（アルコール等の沸点の低い液体）１３が封入され、加熱された食用油２がパイプ直線部１４、１５を流通することで作動液１３が沸騰しジェット（蒸気流）となり、母管１２Ａ表面に高速で多量の熱を移動させる。同時に、管内ジェットの音速に近い速さで管壁に衝突し、これにより管表面から直接的な熱とともに、赤外線電磁波と超音波が放射される。これらの光線は電気極性をもつ水分子などに対して、共鳴吸収現象による運動エネルギーを与える。このことによって、植物の体内にある水分が活性化し、栄養の吸収を高め解毒排泄を促進させ細胞分裂を活性化させ植物の育成を促進する。
【００２１】
ヒートパイプ１２の土壌中での放熱のしくみを説明すると、母管１２Ａの真空内では、作動液１３の沸点がさらに下がり、低温域から作動液１３が沸騰し、液面界から蒸気流が発生する。この蒸気流が熱源から潜熱を蓄積し、母管１２Ａ内壁に向かい、音速に近い速さで熱輸送を行う。蒸気流を含んだ潜熱は、母管１２Ａ内壁で土壌中の水分と熱交換され、管外に放出され再び液体の作動液１３に凝縮して戻る。この蒸発−凝縮のサイクルは、熱が供給される間、すなわち、加熱された食用油２が流通する間連続して行われる。蒸気流の動きは、母管１２Ａ内壁に衝突したエネルギーで振動を発生する。この振動により熱と共に赤外線電磁波と超音波が放出される。
【００２２】
図２に示すように、ヒートパイプ１２は畝２３とその側部２４に埋設されるが、埋設の深さは地表より３００ｍｍ前後としている。ヒートパイプ１２で加熱消毒される土壌には、少なくとも５０％以上の水分を適度に含ませると良く、土壌の含水率が高ければ高いほうが加熱効率が良好になる。これは一旦蒸発した土壌中の水分が地表を覆う保温シート２５まで達すると再度液化して土中に戻り、再度加熱されて蒸発を繰り返すためであると考えられる。すなわち、土壌中の水分が加熱循環して熱効率が良好になる。したがって、当該土壌の表面には、断熱性の高い保温シート２５により被覆することが望ましい。
【００２３】
次に、本実施例の作用について説明する。
上記の構成において、フライヤー１の容器３内の食用油２は、ヒーター４により１００℃〜２３０℃に加熱される。加熱された食用油２は、循環ポンプ９により低圧状態のまま、容器３の熱媒体流出管５からヒートパイプ１２の往路側パイプ直線部１４に送られる。このあと食用油２は、パイプ曲線部１６、ヒートパイプ１２の復路側パイプ直線部１５を順次流通し、再びフライヤー１の容器３に温度を下げて戻る。容器３に戻った食用油２は、ヒーター４により１００℃〜２３０℃に加熱され、再び上記同様に循環して使用される。
【００２４】
１００℃〜２３０℃の食用油２が土壌（２３、２４）中のヒートパイプ１２を通過することで、ヒートパイプ１２からの放熱作用により、地表から深さ５００ｍｍまでの土壌が９０℃以上に熱せられ、安全な土壌消毒が短時間のうちに可能になる。すなわち、土壌を汚染する病原菌、ウイルスなどは９０℃以上の加熱により死滅する。消毒後、作付けする植物に必要な微生物や肥料等を供給することで、農作物の栽培を順調に行うことができる。この土壌消毒では化学薬品を一切使用していないので、農作物の商品価値が高くなる。また、農地での連作栽培を可能にし、農地に対する環境破壊や人体への被害発生を防止できる。
【００２５】
食用油２は１００℃〜２３０℃の温度範囲に加熱され、かつ配管の接続部分には、逆止弁付きコネクター２１、２２等が使用されている。したがって、配管路１９からヒートパイプ１２を取り外す場合でも、食用油２が漏れるおそれがなく、酸化反応や過熱による油の劣化を防ぐことができる。また、食用油２は少なくとも３２０℃以上に加熱されないと着火しないため、食用油２を２３０℃程度に熱しても安全である。万一、食用油２の温度が２８０℃付近に異常に上がったときは、フライヤー１の運転がリミッターにより自動停止するので、食用油２が２８０℃以上に加熱されることがない。また、ヒートパイプ１２の外に食用油２が洩れるようなことがあっても、食用油２は低圧で送出されているので、広範囲に拡散することがなく重大な土壌汚染や事故が発生する虞れがない。さらに、フライヤー１や循環ポンプ９などの停止起動、及び食用油２の温度設定や循環運転は全て自動化されている。このため、一切の人手作業が不要になり、長期間にわたり土壌の完全消毒が可能になる。
【００２６】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、種々の応用変形が可能である。例えば、上記実施例において、寒冷地などで設置する場合や配管路１９が長い場合には、配管路１９の途中にフライヤー１を複数設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の土壌消毒装置は、温室土壌以外の一般農地の土壌にも広く適用でき、長期間に渡り高い殺菌消毒作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る土壌消毒装置を概念的に説明する構成図である。
【図２】土壌消毒装置のヒートパイプの埋設状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    フライヤー（加温手段）
２    植物性食用油（熱媒体）
３    密閉形容器
４    ヒーター（加熱源）
５    熱媒体流出管
６    熱媒体流入管
７    往路パイプ
８    逆止弁付きコネクター
９    耐熱型循環ポンプ
１０  復路パイプ
１１  逆止弁付きコネクター
１２  ヒートパイプ（土壌高温消毒用放熱管）
１２Ａ母管
１３  作動液
１４  往路側パイプ直線部
１５  復路側パイプ直線部
１６  パイプ曲線部
１７  逆止弁付きコネクター
１８  逆止弁付きコネクター
１９  熱媒体用配管路
２１  逆止弁付きコネクター
２２  逆止弁付きコネクター
２３  畝
２４  側部
２５  保温シート
【図１】
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【図２】
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