JP2010246493A - 水供給システム - Google Patents
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Abstract
【課題】貯水槽に供給される水の溶存酸素濃度が効率的に高められ、長時間にわたって溶存酸素濃度を高く維持することができる水供給システムを提供する。
【解決手段】魚介類の養殖を行う貯水槽内に水域から汲み上げた水を供給する水供給システムにおいて、水域の水を汲み上げて圧送する圧送ポンプと、圧送ポンプによって汲み上げられる水を圧送ポンプに導く水導入通路と、圧送ポンプで圧送される水を貯水槽に導く水供給通路と、を備え、両端が水供給通路及び水導入通路に接続され、水供給通路を流れる水の一部を水導入通路に還流させる還流通路を設けるとともに、還流通路に、還流通路内を流れる水中に酸素を溶解させるための酸素溶解部を備える。
【選択図】図1
【解決手段】魚介類の養殖を行う貯水槽内に水域から汲み上げた水を供給する水供給システムにおいて、水域の水を汲み上げて圧送する圧送ポンプと、圧送ポンプによって汲み上げられる水を圧送ポンプに導く水導入通路と、圧送ポンプで圧送される水を貯水槽に導く水供給通路と、を備え、両端が水供給通路及び水導入通路に接続され、水供給通路を流れる水の一部を水導入通路に還流させる還流通路を設けるとともに、還流通路に、還流通路内を流れる水中に酸素を溶解させるための酸素溶解部を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、魚介類の養殖を行う貯水槽内に水域から汲み上げた水を供給する水供給システムに関し、特に、海洋や河川等の水域から汲み上げた水中に酸素を混合して貯水槽に対して供給する水供給システムに関する。
従来、水域から汲み上げた水を利用して貯水槽内で魚介類を養殖することが行われている。このような魚介類を養殖するシステムにおいて、海洋や河川等の水域から汲み上げられ、貯水槽内に貯留される水中の酸素濃度が高められるように構成されたものが種々提案されている。
例えば、魚介類を飼育する養殖水槽と、この養殖水槽から回収した飼育水を固液分離する固液分離槽と、曝気槽内に設置された担体表面に付着された微生物により、上記固液分離槽から送られてくる飼育水中の有機物を分解して浄化する微生物処理装置とを備え、養殖水槽の飼育水を回収して浄化した後再び養殖水槽に供給する循環型養魚システムにおいて、上記微生物処理装置を上記固液分離された飼育水を貯留する貯溜槽と、この貯溜槽内に設置された水中ポンプと、上記貯溜槽の上部に配置される、その表面に微生物が付着された担体が設置された浄化槽と、上記水中ポンプから吐出された飼育水を上記浄化槽内へ吐出させる吐出手段と、上記浄化槽の上部から上記養殖水槽内へ戻すための吐出管と、上記吐出管の内部に配設された、一端が上記吐出管の突出口側に開口する空気導入管とから構成し、上記養殖水槽内へ、微生物により浄化された溶存酸素濃度の高い飼育水を戻すようにした循環型養魚システムが開示されている(特許文献1参照。)。
また、別の魚介類を養殖するシステムとして、水が貯留され、魚介類を生息させるための水槽と、水を濾過する濾過機構と、水槽内に貯留された貯留水を外部に排出して濾過機構に流入させる流出管と、酸素溶存水を生成して水槽内に供給する水供給機構とを備えた魚介類の収容装置が開示されている。このうち、水供給機構は、濾過機構によって濾過された排水に酸素を溶解させて酸素溶存水を生成する酸素溶解装置と、酸素溶存水が貯留される貯溜タンクと、貯溜タンク内の酸素溶存水を水槽内に供給する供給ポンプと、水槽内の貯留水の酸素溶存量を検出する検出センサと、検出酸素溶存量を基に供給ポンプの作動を制御する制御装置とを備えている(特許文献2参照。)。
特許文献1や2に記載された魚介類を養殖するシステムにおいては、槽内の水中に酸素を溶存させておくことが重要であるが、これらの特許文献1や2の魚介類を養殖するシステムでは、長時間にわたって水の溶存酸素濃度を効率よく維持しておくことが困難である。
例えば、特許文献1の循環型養魚システムでは、単に外気に開放された空気吸入パイプから、エアレーション送水ポンプの負圧によって空気を吸引し、空気を巻き込みながら飼育水に混合するように構成されていることから、浄化槽内の水の溶存酸素濃度を高くすることが困難である。
また、特許文献2の魚介類の収容装置では、酸素溶解装置内において、工業的に酸素ガスを精製する酸素供給源によって酸素ガスを供給して容器体内部を酸素ガス雰囲気にし、容器体内の排水の流動過程で排水と酸素とを気液接触させる態様で酸素溶存水が生成されるプロセスが行われ、空気中の酸素を機械的要素によって溶解させる方式に比べると、コストがかさみやすい構成である。
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、貯水槽に水を供給する水供給システムにおいて、水域の水を汲み上げる圧送ポンプの下流側と上流側とを還流通路で接続し、還流通路内を下流側から上流側に流通する水中に酸素を溶解させる酸素溶解部を備えることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、貯水槽に供給する水の溶存酸素濃度を効率的に高めることができる水供給システムを提供することを目的とする。
本発明によれば、魚介類の養殖を行う貯水槽内に水域から汲み上げた水を供給する水供給システムにおいて、水域の水を汲み上げて圧送する圧送ポンプと、圧送ポンプによって汲み上げられる水を圧送ポンプに導く水導入通路と、圧送ポンプで圧送される水を貯水槽に導く水供給通路と、を備え、両端が水供給通路及び水導入通路に接続され、水供給通路を流れる水の一部を水導入通路に還流させる還流通路を設けるとともに、還流通路に、還流通路内を流れる水中に酸素を溶解させるための酸素溶解部を備えることを特徴とする水供給システムが提供され、上述した問題を解決することができる。
また、本発明の水供給システムを構成するにあたり、圧送ポンプが、渦巻きポンプであることが好ましい。
また、本発明の水供給システムを構成するにあたり、酸素溶解部が、酸素を水中に加圧溶解させる溶解タンクを備えることが好ましい。
また、本発明の水供給システムを構成するにあたり、酸素溶解部は、旋回流発生ノズルが設けられた微細気泡発生装置を備えることが好ましい。
また、本発明の水供給システムを構成するにあたり、酸素溶解部は、水中に未溶解の酸素を再利用するための脱気弁を備えることが好ましい。
また、本発明の水供給システムを構成するにあたり、貯水槽が複数設けられ、水供給通路に接続された水を複数の貯水槽に分配する分配部を備えることが好ましい。
本発明の水供給システムによれば、水域の水を汲み上げて圧送する圧送ポンプの下流側から上流側へ水の一部を還流させる還流通路が設けられるとともに、この還流通路内を流れる水に酸素を溶解させる酸素溶解部が備えられている。そのため、酸素溶解部で酸素が溶解させられた水が圧送ポンプ内を経由して貯水槽に供給されることから、圧送ポンプによる圧力を利用して未溶解の酸素がさらに水中に溶解させられる。したがって、貯水槽に供給される水の溶存酸素濃度が効率的に高められ、貯水槽内での水の溶存酸素濃度が長時間にわたって高く維持される。
また、本発明の水供給システムにおいて、圧送ポンプが渦巻きポンプであれば、高出力の圧送ポンプを利用して水中に残存する未溶解の酸素が効率よく水中に強制溶解される。また、気体のかみ込みに比較的弱い渦巻きポンプであっても、酸素溶解部で一次的に酸素が溶解されているため、渦巻きポンプ内に気体が滞留するおそれがない。
また、本発明の水供給システムにおいて、酸素溶解部が溶解タンクを備えることにより、酸素を水中に効率的に溶解させることができる。
また、本発明の水供給システムにおいて、酸素溶解部は、旋回流生成ノズルが設けられた微細気泡発生装置を備えることにより、酸素溶解部の出力が比較的低出力であっても、生成される旋回流によって酸素や空気等の酸素を含む気体の微細気泡を水中に効率的に溶解させることができる。また、水中に未溶解の酸素が残存するとしても、微細気泡であれば圧送ポンプ内に滞留するおそれが低減される。
また、本発明の水供給システムにおいて、酸素溶解部に所定の脱気弁を備えることにより、水中に未溶解の酸素の一部が有効利用され、経済的に有利になる。
また、本発明の水供給システムにおいて、酸素が溶解した水を複数の貯水槽に分配する分配部を備えることにより、各貯留槽毎に酸素溶解部や圧送ポンプを設ける必要がなく、酸素が溶解した水の各貯溜槽への供給管理が一元化され、経済的に有利になる。
以下、適宜図面を参照して、本発明にかかる水供給システムに関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
1.水供給システムの全体構成
図1は、本発明の実施の形態にかかる水供給システム30の全体構成を示している。図1に示す水供給システム30は、ヒラメやあなご、ブリ、ハマチ、マダイ、ヒラメ、クルマエビ等の魚介類を養殖する複数の貯水槽5内に水を供給するためのものであり、海洋や河川等の水域から水を汲み上げて各貯水槽5に供給可能に構成されている。
図1は、本発明の実施の形態にかかる水供給システム30の全体構成を示している。図1に示す水供給システム30は、ヒラメやあなご、ブリ、ハマチ、マダイ、ヒラメ、クルマエビ等の魚介類を養殖する複数の貯水槽5内に水を供給するためのものであり、海洋や河川等の水域から水を汲み上げて各貯水槽5に供給可能に構成されている。
この水供給システム30は、海洋や河川等の水域に一端が投入された水導入通路31と、水導入通路31の他端側に備えられた圧送ポンプ33と、圧送ポンプ33に一端が接続された水供給通路35と、水供給通路35から分岐して複数の貯水槽5に水を導く複数の分岐管37aが設けられた分配部37と、各分岐管37aによって水が導かれる複数の貯水槽5とを備えている。また、本実施形態の水供給システム30では、水導入通路31と水供給通路35とを接続する還流通路39が設けられ、この還流通路39には酸素溶解部40が備えられている。
本実施形態の水供給システム30は、複数の貯水槽5に対して、一つの圧送ポンプ33によって圧送される水を分岐管37aを介して供給する構成であるため、圧送ポンプ33や酸素溶解部40を複数備える必要がなく、各貯水槽5内の水の溶存酸素濃度が集中管理できるとともに、経済的に有利な構成となっている。
2.圧送ポンプ
本実施形態の水供給システム30では、圧送ポンプ33として渦巻きポンプが用いられている。この渦巻きポンプは、自吸式のポンプではなく、流体に旋回流を生成し、流体に流れを生成することで、流体を圧送する構成のポンプである。この渦巻きポンプは高出力のものが用いられ、水域からの水の汲み上げ及び圧送が効率的に行われる。
本実施形態の水供給システム30では、圧送ポンプ33として渦巻きポンプが用いられている。この渦巻きポンプは、自吸式のポンプではなく、流体に旋回流を生成し、流体に流れを生成することで、流体を圧送する構成のポンプである。この渦巻きポンプは高出力のものが用いられ、水域からの水の汲み上げ及び圧送が効率的に行われる。
また、上流側の水導入通路31に混合される、酸素が溶解した水が、圧送ポンプ33を通過するようになっており、未溶解の酸素の気泡が水中に存在する場合には、当該酸素の気泡が圧送ポンプ33の圧力で潰されることによって、強制的に溶解させられる。したがって、酸素の溶解効率の向上が図られ、貯水槽5に供給された後、長時間にわたって水の溶存酸素濃度が高く維持される。また、高出力の圧送ポンプ33が備えられ、当該圧送ポンプ33においても酸素の強制溶解が行われるのであれば、酸素溶解部40での酸素の溶解効率が多少低くても、貯水槽5に供給される水の溶存酸素濃度が高められる。特に、本実施形態の水供給システム30のように渦巻きポンプが用いられる場合には、圧送される水が旋回流を生成することから、より効率的に酸素の気泡が潰され、溶解させられるため、さらに経済的に有利になる。
ただし、渦巻きポンプは、エアをかみ込むことによって空運転しやすいことから、本実施形態の水供給システム30では、渦巻きポンプが空運転せずに水を圧送し酸素の気泡を潰すことができるように、渦巻きポンプの上流側の水導入通路31に混合される水に酸素を溶解させる際に、微細気泡を発生させるように構成されている。
3.還流通路及び酸素溶解部
(1)全体構成
図2は、還流通路39に備えられた酸素溶解部40の構成を説明するための概略構成図を示している。
この酸素溶解部40は、水供給通路35内を流れる水の一部を還流通路39内に引き込むための水ポンプ103と、還流通路39内を流れる水中に酸素あるいは酸素を含む気体を供給する酸素供給手段120と、水ポンプ103によって圧送される水が流入し酸素を水中に溶解させる溶解タンク105と、酸素が溶解させられた水を導出する旋回流生成ノズル10が設けられた微細気泡発生装置41とを備えている。
(1)全体構成
図2は、還流通路39に備えられた酸素溶解部40の構成を説明するための概略構成図を示している。
この酸素溶解部40は、水供給通路35内を流れる水の一部を還流通路39内に引き込むための水ポンプ103と、還流通路39内を流れる水中に酸素あるいは酸素を含む気体を供給する酸素供給手段120と、水ポンプ103によって圧送される水が流入し酸素を水中に溶解させる溶解タンク105と、酸素が溶解させられた水を導出する旋回流生成ノズル10が設けられた微細気泡発生装置41とを備えている。
酸素供給手段120は、水ポンプ103の上流側の上流側還流通路39aに接続されている。また、上流側還流通路39aのうち、酸素供給手段120の接続箇所よりもさらに上流側には、フィルタ111及び通路開閉弁113が備えられている。フィルタ111は、還流通路39内に引き込まれる水中の異物を捕集、除去するために用いられ、水ポンプ103の上流側であれば配置位置は特に制限されない。
また、通路開閉弁113は、例えば、手動式の弁や、公知の電磁比例制御弁、オンオフ弁等が用いられ、水域の水量、例えば海洋における潮の満ち引き等に応じてその開度やデューティ比を制御することによって、水ポンプ103によって還流通路39に引き込まれる水の流量が調節される。
また、溶解タンク105と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流通路39bには三方向弁117が備えられ、溶解タンク105から流出した水の流れが、旋回流生成ノズル10側と、大気開放されたエア抜き通路109側とに切り替えられる。この三方向弁117は、例えば、通電の有無によって開閉制御が行われるオンオフ弁が用いられる。この三方向弁117を備えることにより、酸素溶解部40の作動後、酸素が水中に溶解しづらく比較的大きな気泡となって水中に存在している間は、水を旋回流生成ノズル10側へ供給せずにエア抜き通路109から外部に排出する一方、酸素の溶解が安定し始めたときに水を旋回流生成ノズル10側へ供給するように制御することができる。
したがって、旋回流生成ノズル10から水を導出させる初期段階から、直径のばらつきが低減された微細気泡が安定的に発生し、大きな気泡が水導入通路31に混合され圧送ポンプ33に流入することがないとともに、酸素の溶解効率の向上が図られる。そのため、水導入通路31に接続された圧送ポンプ33として渦巻きポンプを用いる場合においても、渦巻きポンプにエアがかみ込み、圧送ポンプの出力が低下するおそれが低減される。
(2)酸素供給手段
酸素供給手段120は、液体酸素が充填された酸素タンク123と、酸素タンク123に接続された酸素供給通路121内の圧力を減圧し液体酸素を気化するための減圧弁125と、水中に供給する酸素の流量を調節するための電磁弁127と、酸素を冷却するための冷却手段129とを備えている。
酸素供給手段120は、液体酸素が充填された酸素タンク123と、酸素タンク123に接続された酸素供給通路121内の圧力を減圧し液体酸素を気化するための減圧弁125と、水中に供給する酸素の流量を調節するための電磁弁127と、酸素を冷却するための冷却手段129とを備えている。
このうち、酸素タンク123は、他の酸素発生装置やオゾン発生装置で代用することができ、また、複数の気体発生装置を同時に併用することもできる。さらには、酸素タンク123やその他の気体発生装置を省略して、水中に混合する酸素を含む気体として空気を用いることもできる。この場合には、酸素タンク123及び減圧弁125を設ける代わりにコンプレッサを設けるか、あるいは、酸素供給通路121の端部を大気に開放して酸素供給手段120が構成される。
また、酸素タンク123の代わりにオゾン発生装置を用いる場合には、オゾン発生装置と減圧弁との間にプレパージタンクを配置し、このプレパージタンクに対して、電磁弁を介してオゾンキラー装置を接続することが好ましい。このように構成すれば、高濃度のオゾンが大気中に放出されることが防止される。
また、減圧弁125は、酸素供給通路121内の圧力を減圧して、酸素タンク123内の液体酸素を気化するための弁であり、液体酸素を用いない場合には省略される。さらに、電磁弁127は、例えばオンオフ弁からなり、通電の有無によって電磁弁の開閉制御が行われ、水中に供給される酸素の流量が調節される。この酸素の流量は、例えば、貯水槽5に収容されている魚介類の発育状況(稚魚〜成魚)に応じた溶存酸素量となるように制御が行われる。
また、冷却手段129は、水中に供給する酸素を冷却するために用いられ、酸素の水中への溶解効率が高められる。この酸素の冷却手段129は、酸素発生装置を用いる場合に特に有効であるが、使用環境、使用条件によっては省略することが可能である。
(3)溶解タンク
溶解タンク105は、水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間で高圧化された水を保持し、水中に混合された酸素を溶解させる部位である。
本実施形態の水供給システム30の酸素溶解部40では、後述するように、旋回流生成ノズル10に流路断面積が小さくされる孔部(図4中の23)が設けられており、水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流流路39b内の圧力が高められるように構成されている。
溶解タンク105は、水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間で高圧化された水を保持し、水中に混合された酸素を溶解させる部位である。
本実施形態の水供給システム30の酸素溶解部40では、後述するように、旋回流生成ノズル10に流路断面積が小さくされる孔部(図4中の23)が設けられており、水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流流路39b内の圧力が高められるように構成されている。
この溶解タンク105は、例えば、図3に示すように、下方に向けて次第に断面積が縮小するテーパ状の容器本体81と、配置方向が容器本体81の中心軸からずらされて容器本体81の上部壁面に設けられた水の導入口83と、容器本体81の底部に設けられた水の流出口85とを備えて構成される。この溶解タンク105は、いわゆるサイクロン方式を利用したものであり、溶解タンク105内を移動する水は高圧下で旋回させられ、混合されている酸素の気泡が潰されやすくなって、酸素の溶解効率が著しく高められる。
容器本体内での水の流れ方向は、下方から上方に向けて旋回しながら流れるようにしてもよい。
容器本体内での水の流れ方向は、下方から上方に向けて旋回しながら流れるようにしてもよい。
また、溶解タンク105からの水の流出口85には、直角方向に屈曲する屈曲部86が設けられている。この屈曲部86においても、水が下流側還流通路39bの内周面に衝突するために、混合されている酸素が潰されやすく、酸素の溶解効率が高められる。
この他、酸素の水への溶解効率を高めるためには、溶解タンク105内の壁面の一部に衝突板を設けたり、あるいは、容器本体81の一部に水平断面形状を矩形にした領域を設けたりすることによって、水の衝突箇所を形成することが有効である。
この他、酸素の水への溶解効率を高めるためには、溶解タンク105内の壁面の一部に衝突板を設けたり、あるいは、容器本体81の一部に水平断面形状を矩形にした領域を設けたりすることによって、水の衝突箇所を形成することが有効である。
また、この溶解タンク105の上部の中央には、未溶解の酸素の滞留部87が形成されており、この滞留部87には未溶解の酸素を容器本体81外に排出するための脱気弁89が設けられている。そして、溶解タンク105には、タンク内の水の水位をモニタするためのレベルセンサ91が取り付けられ、水位が所定レベル以下となったときに、脱気弁89から酸素を排出させて回収するように用いられる。
このように、未溶解の酸素を排出することにより、旋回流生成ノズル10から空気溜まりのような大きな気泡が導出されることが防止され、直径のばらつきが抑えられた微細気泡を安定的に生成することができる。したがって、酸素の水への溶解効率の低下が防止されるとともに、水導入通路31に接続される圧送ポンプ33として渦巻きポンプが用いられる場合であっても、微細気泡が混入された水が水導入通路31に混合されたときに渦巻きポンプにエアがかみ込み、渦巻きポンプの出力が低下するおそれが低減される。
脱気弁89に接続された酸素排出通路108は、図2に示すように、酸素供給手段120の電磁弁127の上流側で酸素供給通路121に接続され、排出された酸素が再び水中に供給される。このように未溶解の酸素の一部を外部に放出せずに内部で循環させることにより、酸素の利用効率が向上し、経済的に有利になる。特に、液体酸素が充填された酸素タンク123から酸素を供給する場合に、コスト面での差が顕著になる。これ以外にも、酸素排出通路108を上流側還流通路39aに直接接続することによっても、酸素を再利用することができる。
また、溶解タンク105から未溶解の酸素が回収されて再利用されるときには、酸素供給手段120の電磁弁127の開度が絞られて、水中に供給される酸素の流量が減らされる。したがって、未溶解の酸素が現れた後には、酸素の未溶解成分が発生しにくいように、水中に供給される酸素の流量が調節される。
また、図2に示す酸素溶解部40の構成では、この溶解タンク105にも冷却装置140が備えられ、溶解タンク105内での酸素の溶解効率が高められるようになっている。この冷却装置は、気体の種類や使用環境、生成する気泡の目的に応じて省略することが可能である。
(4)旋回流生成ノズル
図4(a)〜(c)は、本実施形態の微細気泡発生装置に備えられた旋回流生成ノズル10の構成例を示している。図4(a)は旋回流生成ノズル10の斜視図であり、図4(b)は旋回流生成ノズル10を軸方向に沿って切断した断面図であり、図4(c)は孔部23が形成された位置で旋回流生成ノズル10を軸方向と直交する方向に沿って切断した断面図である。また、図4(a)〜(c)の旋回流生成ノズル10を構成する円筒部材21を図5(a)〜(c)に示す。
図4(a)〜(c)は、本実施形態の微細気泡発生装置に備えられた旋回流生成ノズル10の構成例を示している。図4(a)は旋回流生成ノズル10の斜視図であり、図4(b)は旋回流生成ノズル10を軸方向に沿って切断した断面図であり、図4(c)は孔部23が形成された位置で旋回流生成ノズル10を軸方向と直交する方向に沿って切断した断面図である。また、図4(a)〜(c)の旋回流生成ノズル10を構成する円筒部材21を図5(a)〜(c)に示す。
これらの図4(a)〜(c)及び図5(a)〜(c)に示すように、旋回流生成ノズル10は、一方の端部が開口された円筒空間部11a及び当該円筒空間部11aの内周面に開口する流体導入路11bを備えた筐体11と、筐体11の円筒空間部11a内に配置され、両端が開口された円筒空間部21a及び当該円筒空間部21aの周壁に開口する孔部23を備えた円筒部材21とを備えている。
このうち、筐体11は、本体部13と蓋部12a、12bとから構成されている。本体部13は、外周面から突設した突設部14が形成された円筒状の部材であり、円筒部材21が収容される円筒空間部11aを備えている。また、突設部14には、円筒空間部11aの内周面に臨む流体導入路11bが設けられている。この流体導入路11bは、配設方向が円筒空間部11aの軸心からずらされて形成されている(図4(c)を参照)。ただし、流体導入路11bの配設方向は特に制限されるものではない。
また、図4(a)に示す筐体11の例では、円筒部材21の孔部23の配置位置に合わせて流体導入路11bが設けられているが、特に限定されるものではない。
また、図4(a)に示す筐体11の例では、円筒部材21の孔部23の配置位置に合わせて流体導入路11bが設けられているが、特に限定されるものではない。
また、本体部13両端には蓋部12a、12bが溶接されている。旋回流が導出される側の一方の蓋部12aには、本体部13の円筒空間部11aの直径よりも小さな開口15が設けられ、円筒部材21の端部が挿入されている。また、他方の蓋部12bの内面には、円筒部材21の外形と一致する凹部16が設けられ、円筒部材21の他端が配置されている。
また、円筒部材21は、両端部が開口する円筒空間部21aと、この円筒空間部21aの周壁に開口する一つ又は複数の孔部23(図4(c)では四つ)を備えており、筐体11の円筒空間部11a内において、周囲に所定の間隙Sを介して配置され固定されている。この間隙Sは、酸素が溶解した水の通過路として構成されている。円筒部材21に設けられた孔部23は、水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流通路39bが高圧化されるに十分な程度に流路の面積が小さくされている。
また、円筒部材21に設けられた孔部23は、配設方向が軸心方向から所定方向にずらされて配置されている。このように配置することにより、水が円筒部材21に流れ込む際の勢いを利用して、旋回流が効率的に発生する。また、円筒部材21が複数の孔部23を備える場合に、すべての孔部23を軸心方向からずらして、所定角度傾斜させて配置することにより、水の流れが衝突することが避けられ、流れの勢いが弱められることなく円筒部材21の円筒空間部21a内に流入させることができる。その結果、高速旋回流が効率的に発生する。
また、孔部23は旋回流の導出方向に向けて傾斜させて配置することが好ましい。このように配置することにより、円筒部材に流入する水を旋回させながら、導出方向に向けて進行させることができ、水の流れが衝突して旋回流の発生が阻害されることが低減される。
円筒部材21に形成される孔部23の大きさは、特に限定されるものではなく、導入する水の種類や、発生させる旋回流の状態、さらには、水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流通路39b中での加圧状態を考慮して適宜選択される。すなわち、水の旋回流の発生効率は、円筒空間部21aの端部の開口面積に対する孔部23の面積(孔部23が複数の場合は合計面積)の比率によって変化するものである一方、水の種類、特に粘度によっても変化する。したがって、これらの観点から、孔部23の大きさや円筒空間部21aの端部の開口面積を調製することが好ましい。
ただし、孔部23の大きさは、その数と同様に、合計面積が水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流通路39a内を高圧状態に維持できる程度に設定する必要がある。
ただし、孔部23の大きさは、その数と同様に、合計面積が水ポンプ103と旋回流生成ノズル10との間の下流側還流通路39a内を高圧状態に維持できる程度に設定する必要がある。
このように本実施形態の水供給システム30に備えられた旋回流生成ノズル10では、本体部13の円筒空間部11a内に円筒部材21が挿入され、本体部13の両端に溶接された蓋部12aの開口部15及び蓋部12bの凹部16によって、円筒部材21が保持、固定されている。
これらの筐体11及び円筒部材21を構成する材料は特に制限されるものではなく、一例としては、鉄合金やアルミニウム合金、亜鉛合金等の金属材料又は非鉄金属材料、セラミック等の焼結体、プラスチック、ポリ塩化ビニール(PVC)、熱可塑性ポリオレフィン樹脂(TPO)、熱可塑性ポリウレタン樹脂(TPU)、ポリプロピレン(PP)、アクリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレン(PE)、フッ素樹脂等の樹脂材料、木材、廃棄プラスチックや廃棄木材等のリサイクル原料をはじめとして、種々の材料が挙げられる。
例えば、筐体11及び円筒部材21を透明性の樹脂材料で構成した場合には、内部の確認を容易に行うことができ、旋回流の生成状態を確認しながら使用することができる。ただし、導入する水の組成が変わることを防止したり、効率的に高速旋回流を発生させたりするためには、導入する水との濡れ性や発生させる旋回流の程度を考慮し、さらに、水や溶解した酸素と反応しにくい材料を選択して用いることが好ましい。
さらに、筐体11の円筒空間部11aの内周面や流体導入路11bの内面、さらに、円筒部材21の外周面及び円筒空間部21aの内周面の表面粗さを均一にすることが好ましい。これらの各部材における、水の接触面の表面粗さを均一にすることにより、水の流れがばらついて、旋回流の発生が阻害されることを低減することができる。
例えば、それぞれの部材の表面を所定の材料を用いてコーティングすることにより、容易に表面粗さを均一化することができる。ただし、コーティングを施す場合においても、導入する水との濡れ性や、発生させる旋回流の程度を考慮し、さらに、水や溶解した酸素と反応しにくい材料を選択することが好ましい。
例えば、それぞれの部材の表面を所定の材料を用いてコーティングすることにより、容易に表面粗さを均一化することができる。ただし、コーティングを施す場合においても、導入する水との濡れ性や、発生させる旋回流の程度を考慮し、さらに、水や溶解した酸素と反応しにくい材料を選択することが好ましい。
また、筐体11の円筒空間部11a内周面と円筒部材21の外周面との間の間隙Sの大きさは、導入する水の粘度等を考慮して、適宜選択することができる。
さらに、円筒部材21は、円筒空間部21aの両端部の直径を異ならせて構成することもできる。このように構成することによって、円筒部材21の内部に生じる旋回流の中央の低圧部(気相部分)の発現状態を調整することができる。
さらに、円筒部材21は、円筒空間部21aの両端部の直径を異ならせて構成することもできる。このように構成することによって、円筒部材21の内部に生じる旋回流の中央の低圧部(気相部分)の発現状態を調整することができる。
このように、本実施形態の水供給システム30で用いられる旋回流生成ノズル10は、効率的に旋回流が生成されるために、溶解タンク105内で水中に溶解された酸素や残存する未溶解の酸素がさらに溶解させられ、圧送ポンプ33の上流側の水導入通路31に対して酸素が溶解した水を混合することができる。特に、未溶解の酸素が残存したとしても、微細気泡として水中に滞留することから、圧送ポンプ33として渦巻きポンプが用いられる場合であっても渦巻きポンプ内にエアがかみ込むことがなく、渦巻きポンプの出力低下が防止される。
以上説明した本発明の水供給システムによれば、酸素溶解部で酸素が溶解された水が圧送ポンプの上流側に戻され、さらに圧送ポンプの圧力によって水中に残存する酸素の気泡が潰されて強制溶解させられる。そのため、貯水槽に供給される水の溶存酸素濃度が効率的に高められ、長時間にわたって溶存酸素濃度が高く維持される。したがって、海洋や河川の水を汲み上げた貯水槽内で魚介類の養殖を行う場合だけでなく、他の生物の生育に利用される水の溶存酸素濃度を容易に管理することができる。
5:貯水槽、10:旋回流生成ノズル、11:筐体、11a:円筒空間部、11b:流体導入路、12a・12b:蓋部、13:本体部、19:導入口、21:円筒部材、21a:円筒空間部、23:孔部、30:水供給システム、31:水導入通路、33:圧送ポンプ、35:水供給通路、37:分配部、37a:分岐管、39:還流通路、40:酸素溶解部、41:微細気泡発生装置、81:容器本体、83:導入口、85:流出口、86:屈曲部、87:滞留部、89:脱気弁、91:レベルセンサ、103:水ポンプ、105:溶解タンク、109:エア抜き通路、111:フィルタ、113:通路開閉弁、117:三方向弁、120:酸素供給手段、121:酸素供給通路、123:酸素タンク、127:電磁弁、129:冷却手段
Claims (6)
- 魚介類の養殖を行う貯水槽内に水域から汲み上げた水を供給する水供給システムにおいて、
前記水域の前記水を汲み上げて圧送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプによって汲み上げられる前記水を前記圧送ポンプに導く水導入通路と、前記圧送ポンプで圧送される前記水を前記貯水槽に導く水供給通路と、を備え、
両端が前記水供給通路及び前記水導入通路に接続され、前記水供給通路を流れる前記水の一部を前記水導入通路に還流させる還流通路を設けるとともに、前記還流通路に、前記還流通路内を流れる前記水中に酸素を溶解させるための酸素溶解部を備えることを特徴とする水供給システム。 - 前記圧送ポンプが、渦巻きポンプであることを特徴とする請求項1に記載の水供給システム。
- 前記酸素溶解部が、前記酸素を前記水中に加圧溶解させる溶解タンクを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の水供給システム。
- 前記酸素溶解部は、旋回流発生ノズルが設けられた微細気泡発生装置を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の水供給システム。
- 前記酸素溶解部は、前記水中に未溶解の前記酸素を再利用するための脱気弁を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の水供給システム。
- 前記貯水槽が複数設けられ、前記水供給通路に接続された前記水を前記複数の貯水槽に分配する分配部を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の水供給システム。
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