JP2020000069A - アクアポニックス加湿器 - Google Patents

Abstract

【課題】加湿器以外の新たな機能と加湿機能とを有機的に組み合わせることによって従来予想されていなかった新たな付加価値を提供し、これによってスペース占有問題を実質的に解消するアクアポニックス装置を提供する。【解決手段】水生生物を生育させるための水生生物飼育槽２と、植物を生育させるための水耕栽培槽３とを有し、水耕栽培槽３と水生生物飼育槽２とを有機的に組み合わせることによって植物と水生生物との間の共生環境を形成してなるアクアポニックス装置１であって、水耕栽培槽３と水生生物飼育槽２との間で水循環系が形成され、水循環系からの水の一部を、装置の設置雰囲気中に加湿水分として放出するための加湿器４を具備する加湿機能を有するアクアポニックス装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、加湿器に関し、特に、魚などの水生生物の生育と植物の水耕栽培との共生システムに有機的かつ効果的に組み込んだ加湿器を具備してなる、加湿機能を有するアクアポニックス装置に関するものである。

従来、室内環境の湿度調節を目的とする様々な加湿器が製品化されている。特に冬季における乾燥した室内空気は、快適性を低減させるばかりでなく、肌や髪への悪影響や風邪やインフルエンザなどの様々な健康障害の要因ともなっている。

一般に、生活をするうえでの適正湿度は４０％〜６０％と言われており、たとえばインフルエンザウイルスは、室内湿度を５０％以上にすると激減することが知られている。

適正湿度に保持するための加湿器としては、たとえば、加湿エレメント上に水を滴下しながら風を当てることによって蒸発気化させる気化式加湿器（特許文献１）、水をヒーター等の熱源で熱して蒸気を発生させる蒸気式加湿器（特許文献２）、加湿フィルターに水を含ませるとともに、これに温風を当てることによって加湿するようにした、気化式と蒸気式の双方を組み合わせたハイブリッド式加湿器（特許文献３）、さらには超音波等で常温の水を霧化させて送風機が空気中に拡散させる水噴霧式加湿器（特許文献４）などが知られている。

しかしながら、上記のような従来製品化されている加湿器は、いずれも基本的に単機能のものが主流であり、そのため加湿器の利用期間中は室内の一定スペースを占有せざるを得ず、他の用途での有効利用はなし得ないのが現状である。このような室内スペースの占有の問題は、より加湿能力が必要な大型の加湿器を採用するほど顕著となる。

一方、夏季（特に梅雨期）などの加湿器を稼働する必要がないオフシーズン期間においては、加湿器をそのまま室内に放置するか、あるいは次の稼働シーズンまで別途保管するためのスペースが必要となり、それ故、従来の加湿器におけるスペース占有問題は、依然として解決し得ない課題である。

特開２０１２−２１７６２６号 特開２０１４−１２９９０３号 特開２００３−３２９２７２号 特開２０１７−１５６０４９号

本発明は、上述した従来の単機能加湿器に固有の問題に着目してなされたものであり、加湿器以外の新たな機能と加湿機能とを有機的に組み合わせることによって従来予想されていなかった新たな付加価値を提供し、これによってスペース占有問題を実質的に解消すること、を目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、魚などの水生生物の生育と植物の水耕栽培との共生環境であるアクアポニックスシステムに加湿機能を有機的かつ効果的に組み込んだアクアポニックス装置を提供するものである。

すなわち、本発明に係る加湿機能を有するアクアポニックス装置は、水生生物を生育させるための水生生物飼育槽と、植物を生育させるための水耕栽培槽とを有し、前記水耕栽培槽と前記水生生物飼育槽とを有機的に組み合わせることによって植物と水生生物との間の共生環境を形成してなるアクアポニックス装置であって、前記水耕栽培槽と前記水生生物飼育槽との間で水循環系が形成され、前記水循環系からの水の一部を、該装置の設置雰囲気中に加湿水分として放出するための加湿器を具備することを特徴とするものである。

本発明においては、前記加湿器が、前記水循環系に存在する過剰有機物や有害物質ないし有害微生物を除去するためのトラップ層を有することができる。

さらに、本発明においては、前記トラップ層が、濾過フィルターおよび／または殺菌層および／または気化フィルターを含むことができる。

また、本発明においては、水供給源からの水を一旦保持し、かつ、不足する水を適宜アクアポニックス装置に補給するための給水タンクをさらに具備することができる。
さらに本発明の好ましい態様においては、前記水循環系と前記加湿器における水の流動状態ないし消費される水分量を適宜管理調整し、前記給水タンクからの給水量を決定するための制御装置をさらに具備することができる。

さらに、本発明の好ましい態様においては、前記加湿器が、環境の湿度条件に応じて水の気化量を決定するための気化量調整装置を有していてもよい。

また、本発明においては、前記水供給源が、水道水、井戸水、雨水および河川水、およびこれらの組み合わせから適宜選ぶことができる。

本発明の他の好ましい態様においては、前記給水タンクが、散気機構および／またはファインバブル発生装置を有することができる。

さらに、本発明の好ましい態様においては、前記水生生物飼育槽と水耕栽培槽の合算水量と前記加湿器における加湿量が、以下の関係式：
3.3×加湿量（リットル／日）＜水生生物飼育槽＋水耕栽培槽の合算水量（リットル）＜35×加湿量（リットル／日）
を満足するものである。

更に好ましくは、以下の関係式：
6.7×加湿量（リットル／日）＜水生生物飼育槽＋水耕栽培槽の合算水量（リットル）＜25×加湿量（リットル／日）
を満足するものである。

さらにまた、本発明の好ましい態様においては、加湿器稼働時の水生生物量は、安定的に装置を稼働させている際に、総アンモニウム濃度を、0mg/l＜総アンモニウム濃度の適正範囲＜0.2mg/l、かつ、亜硝酸塩濃度を、0mg/l＜亜硝酸塩濃度の適正範囲＜0.4mg/l、となる範囲で育成するようにしたものである。

なお、本発明は、上述したアクアポニックス装置における上記加湿機能に着目した場合、「アクアポニックス加湿器」と呼ぶ場合がある。

本発明に係るアクアポニックス装置によれば、魚などの水生生物の生育と植物の水耕栽培との共生環境であるアクアポニックスシステムに加湿機能を有機的かつ効果的に組み込むことによって、従来予想されていなかった新たな付加価値を提供し、これによってスペース占有問題を実質的に解消できるとともに、（ａ）水生生物に育成と（ｂ）植物の水耕栽培と（ｃ）加湿器の３つの機能をそれぞれ実現、享受できるだけではなく、これら３つの機能の相乗的効果として、これら単一で利用した場合に比べてアクアポニックス装置の使用効率やメンテナンス性が予想外に向上する点においても優れた効果を奏する。

本発明によるアクアポニックス装置の一実施態様を示す外観図。 本発明によるアクアポニックス装置の別の実施態様を示す外観図。 本発明によるアクアポニックス装置の一実施態様における水の移動経路を示す説明図。 本発明によるアクアポニックス装置の一実施態様における物質の動きと変化を示す説明図。 本発明によるアクアポニックス装置の一実施例を示す概要図。

以下、図面を参照して本発明の好ましい一実施形態について説明する。

図１は、本発明によるアクアポニックス装置１の一実施例を示す外観図（縦型）であり、水生生物を生育させるための水生生物飼育槽が魚飼育槽２からなり、野菜等の水耕栽培槽３との間で共生環境が形成されるように構成されている。本発明においては、これらに加えて、加湿器４が有機的に組み合わされている。アクアポニックス装置に水を供給するための給水タンク５は必須ではなく、たとえば水道から直結して装置に水を直接供給することができる。図示はしないが、それぞれの構成ユニットは、ポンプやフィルター等を介して連結されている。符号６は、植物育成用のライトである。

図２は、上記図１における構成ユニットを横置きした実施態様の例である。このように、本発明においては、それぞれの構成ユニットを、たとえば縦型の配置や横型の配置など、設置場所や設置デザインに応じて自在に組むことができる。

以下において詳しく説明するが、本発明において、加湿器４で利用される水は、魚飼育槽２と水耕栽培槽３の両方で保持され、所定の処理工程を経て加湿用水分として活用される。また、アクアポニックス装置として、魚飼育槽２で発生したアンモニア等の成分は、水耕栽培槽３において微生物の作用によって植物の養分として利用され浄化される。さらにまた、本発明においては、魚の育成と水耕栽培の系で濃縮された余剰物質や水分中の硬度分については、加湿での利用時にフィルター等で濃縮され、フィルター交換時に系外に排出されることも重要であり、これについても後述する。

図３は、本発明によるアクアポニックス装置の一実施例における水の移動・循環経路を示す図である。この図に示すように、水道から供給される水は、必要に応じて給水タンク５の入り口ないしタンク内部に設けられたフィルターを介して、給水タンク５に一旦保持される。給水タンク５からの水は、ポンプＰによって魚飼育槽２に供給され、さらに魚飼育槽２と水耕栽培槽３との間でポンプＰを介して循環する。給水タンクを設けない場合は、水道から魚飼育槽２に直接供給することも可能である。

本発明においては、水耕栽培槽３から、所定量の水がポンプＰを介して加湿器４に送られ、後述する所定の処理工程を経て、気化水として設置環境に放出されて加湿機能が果たされる。

図４は、上記図３において、特に水以外の物質（成分）の動きと変化に着目した場合の説明図である。この図に示すように、まず、水道水から適宜必要に応じて塩素成分や硬度分をフィルター等で除去された水が給水タンク５に保持され、魚飼育槽２に送水される。

魚飼育槽２において、飼育用の餌を食べた魚の排泄物によってアンモニアが発生する。発生したアンモニアを含む水は、水耕栽培槽３に送られ、ここで微生物がアンモニアを亜硝酸塩に分解し、さらに硝酸塩に分解する。具体的には、アンモニアをニトロソモナス（亜硝酸細菌もしくはアンモニア酸化細菌)が酸化して亜硝酸塩にし、その亜硝酸成分をニトロバクター（硝酸細菌もしくは亜硝酸酸化細菌）が酸化して硝酸塩に変化させる。そして、水耕栽培槽３の植物がこの硝酸塩を栄養として吸収することによって水が浄化される。浄化された水は、再び魚飼育槽２に戻され、これによって魚飼育槽２と水耕栽培槽３との間の水循環による閉鎖系が成立する。

本発明においては、このようなアクアポニックスシステム特有の閉鎖循環系において、水耕栽培槽３から所定量の水を取り出して加湿器用の水として活用する。この場合、加湿器４で消費される水分消費量に対応する量範囲の水を水耕栽培槽３から加湿器４へ、一定方向かつ非循環的に移送することが肝要である。

さらに本発明では、加湿器４への水は、魚飼育槽２からではなく、水耕栽培槽３から供給されることが好ましい。その理由は以下の通りである。

魚飼育槽２から供給する場合には、アンモニアなどの排泄物を除去する必要があり、水耕栽培槽３から供給する場合には排泄物が植物によりある程度消費される。加えて、魚飼育槽２は植物の養分となる硝酸の生成原料となるアンモニアの濃度が最も高い部分であり、魚飼育槽２から加湿器４へ直接供給させる場合は、濃度の高いものが水耕栽培槽３へ供給されない為、植物の育成面においても効率が悪くなる。また、水耕栽培槽３は、植物を栽培するベッド材自体もプレフィルターの役割も果たすため、水耕栽培槽３を通して水を供給することによって、魚飼育槽２で発生した排泄物等の固形の物質が加湿器4のフィルターへ流れ込み目詰まりを起こすことを軽減することができる。

水耕栽培槽３から加湿器４へ供給される水には、ゴミなどの夾雑物の他に有害微生物や余剰有機物が含まれている。したがって、本発明における加湿器４においては、たとえば、ゴミなどをトラップする濾過フィルター、有害細菌等（たとえば、レジオネラ菌）を滅菌するための殺菌層、ならびに余剰有機物をトラップするための気化フィルターが具備されていることが好ましい。気化フィルターで気化された水は、加湿器４から設置環境に放出されて所定の加湿機能が果たされる。

なお、濾過フィルターで濾過されたゴミ、殺菌層における残留物、ならびに気化フィルターでトラップされた余剰有機物は、それぞれ濾過フィルター、殺菌層および気化フィルターの交換時に排出処分される。

このように本発明においては、加湿器４に供給される水を当該アクアポニックス装置の系内から取り出すとともに、その取り出した供給水から余剰有機物等を除去するようにしたので、従来アクアポニックス装置において指摘されていた富栄養化等に起因する問題、たとえば藻類の異常繁殖や栄養バランスの阻害、を解決することができることから、アクアポニックス装置の機能向上ならびにメンテナンス性の向上を図ることができる点においても優れている。

通常、アクアポニックス装置においては、植物に対して魚の飼育量が少なくなるという課題がある。これは、装置系内が容易に富栄養化するためである。本発明においては、加湿器と有機的に組み合わせて余剰分を効果的に廃棄することにより、魚の飼育数を増やすことが可能となる。そして、これは複数種の魚を育てられる鑑賞面での利点と、ティラピアなど食用に魚を育てる場合に得られる有利な点でもある。

以下、上述した本発明の構成要素について、さらに詳しく説明する。

フィルター（給水タンクの入り口）
塩素が有用な微生物層の形成を阻害するため、水道水中の塩素を除去するために設置することが望ましいが、水源の水質によっては不要である。塩素の除去は、活性炭のような吸着材やアスコルビン酸等の反応剤のいずれも利用してよいが、動植物への影響から、前者が望ましい。この部分で軟水化の機構を別途設置することもできる。

なお、塩素の除去あるいは加えて硬度分の除去については、
A.タンク注水前にフィルターを付与する、
B.タンク内に塩素吸着材などを入れる、
C.タンク内で一定期間放置し、塩素を自然放散する、
のいずれの方法も採用できる。ただし、タンクをなくし、水道から直接水を取る構造とする場合は、上記Aの方法を採用することが望ましい。

給水タンク
本発明において必須ではないが、水を一定時間貯め、装置の水の減少に合わせて水を供給するために設置することができる。供給方式はポンプや、配置によっては、サイフォンの原理も利用できる。供給量は、センサーやフロート等を利用して制御することができる。なお、ポンプで水を吸い上げる、塩素を放出させる等の役割から、完全密封ではないことが望ましい。

また、タンク内には塩素除去剤、あるいは、水道水中の硬度を吸着し、軟水化させるイオン交換樹脂等を入れても良い。

さらに、動植物の育成効率を上げる、塩素の放出効率をあげる為に、散気機構やファインバブル（ウルトラファインバブル）発生装置を導入することもできる。

なお、給水タンクの底部は台車となっている方が取り扱い上便利である。

水生生物飼育槽
魚類等の水生生物を生育させるための槽である。この構成ユニットは、観賞用としてはインテリアとしての役割と、水耕栽培槽に対しての養分の供給層としての役割を持つ。
魚は観賞魚、食用業等、種類は問わない。食用のティラピアの他、金魚、メダカ、タナゴ、ドジョウ、ザリガニ、コイ、ナマズなどの淡水生物が一般的である。

また、この部分で温度管理を行うことで、例えば冬場の温度低下を抑制したり、加湿器の気化能力をさらに向上させることができる。また、温度管理を行うことによって、育成する水生生物の選択の幅を広げる点で有利である。温度上昇としては、通常のサーモスタット付きの投げ込みヒーター、温度低下については、通常の水槽用クーラーで対応することができる。
インテリアとしての価値面から、水槽には、水生植物、砂利、その他オブジェを入れても構わない。

なお、餌の投入口は、結露で餌が張り付き、腐敗するのを避けるために水面へ直接投入できる形が望ましい

以下、水生生物飼育槽の態様については、次のような変形が可能である。
・サイズは、加湿能力に合わせて自由に変動可能である。
・魚の密度については、植物量と加湿量との関係によって変動させることができる。
・魚以外の水生生物も利用可能（貝やエビ類）。
・植物の生育などに影響が出ない範囲であれば、底材やオブジェを入れることも可能。
・ヒーターをつけて温度管理をしても良い（生物の適用範囲は広がる）。
・観賞魚の他、ティラピア等の食用魚を育てることも可能。
・鑑賞性を上げるために、ライトなどを設置してもよい。
・餌の投入は、投入口を開けても良いし、自動給餌装置を導入してもよい。

水生生物飼育槽-水耕栽培槽間ポンプ
水生生物飼育槽と水耕栽培槽の間で水を循環させるためのポンプである。水耕栽培槽へ水を送水する際には、空気を含ませるために水面より上部分より放水することが望ましい。

水耕栽培槽
野菜やハーブ等の植物の水耕栽培を行う槽である。食品の提供、栽培や収穫といった体験的な娯楽の価値を提供するとともに、魚の育成槽で発生したアンモニア、アンモニウムを浄化する重要な役割を持つ。

また、植物のベッド材によって、魚の育成槽で発生した大きなゴミを補修するフィルターの役割も持つ。

栽培する植物としては、一般的な水耕栽培で用いられるリーフレタスやハーブ、トマトなどが利用できる。

この構成ユニットは、植物を育てるベッド材、微生物を育てるバクテリアベッドがあり（材料によっては併用可）、そこに植物を植えた溶液培養ベッド、そこへ魚育成槽と水耕栽培槽で水を循環させるポンプと、加湿器側へ水を移動させるポンプによって構築される。

植物の培養面からは、植物育成用のライト、虫などの侵入を防止する風防があることが望ましい。

以下、水耕栽培槽の態様については、次のような変形が可能である。
・植物ベッドについては、ロックウールなどの綿状のものを用いても良く、また吸水セラミックボールのような球体を用いても良い。
・植物ベッドに加え、微生物ベッドの層を別途で設けて二層としても良い。
・植物や魚育成層にて発生した大きなゴミを取るようなフィルターをさらに植物ベッドの下層につけても良く、これらは微生物ベッドと併用することもできる。
・植物の育成を促進するため、植物育成槽には、植物育成用のランプを加えても良い。この時、藻の繁殖を防ぐために太陽光などは最小限に抑える風防をつけた方が好ましい。
・植物の育成槽には、外部からのごみの流入や、不必要な水分の流出を防ぐために、風防を設ける方が望ましい。
・冬場の生育も可能とするために、水耕栽培層にはヒーターを取り付けてもよく、この場合は、前記の風防があることが望ましい。

水耕栽培槽から加湿器へ送水するポンプ
このポンプは、加湿器での水の消費量とタンクの貯水量との関係から、水量を調整できるように、コントロールされている必要がある。この時、水槽の水の換水速度が高すぎると、微生物の生育と変換された養分の流出量が多くなる。このため、最適な水量が維持されるように設定されていることが肝要である。

また、このポンプは一方方向のみの送水であることが重要である。これは、有用微生物の保護のためである。すなわち、前述ならびに後述するように、加湿器には、設置環境への有害菌の放出を防止するため殺菌が必要となるが、このときの殺菌能が水生生物飼育槽-水耕栽培槽間の循環系に還流されることによって、有用微生物の生育が阻害されることを防止するためである。

また、加湿器へ水を送るポンプとしては、加湿器側へフロートなどを設置し、水位によって自動的に送水される構造とすることもできる。ただし、この場合は、加湿器側に加湿量とタンクの貯水量に合わせたコントロール機構を付与する必要がある。

加湿器の濾過フィルター
加湿器の内部に水を送る途中のフィルターであって、この部分では、加湿器へ送水する際に、魚生育層と植物育成層の両方で発生した比較的大きなゴミが加湿部へ移行するのを防止するための濾過フィルターである。
想定されるごみは、植物の葉や摩耗した植物ベッドなどである。

当該フィルターは圧損がかからず、かつ長時間の利用に耐えうる粗さが、利用する加湿器のサイズに合わせて設定されていることが望ましい。なお、このフィルター部分については、例えば銀を付与するなどして殺菌層の機能も合わせることもできる。

さらに具体的には、濾過フィルターについては、水耕栽培層へベッド材の下に濾材を設ける、あるいは濾過機能がある素材でベッド材を形成し、この時、それらで十分に濾過されているのであれば、このフィルターは省くことが可能である。

また、上記のように、濾過フィルター自体に殺菌効果を持たせることも有効であり、たとえば銀や銅、亜鉛などの金属イオンやその他殺菌剤をフィルターに担持させることによって実施され得る。この場合のフィルターの形態は、フィルターウェブ状でも良く、粒状でも構わない。

加湿器の殺菌層
加湿器へ送水する際に有害な菌を殺菌するための層である。前段階の層では、通常、菌類の発生は起こるため、加湿部分では衛生面のリスクから殺菌する必要がある。特にレジオネラ菌に対する対策が必要である。

殺菌の方法は、紫外線照射、銀などに代表される殺菌剤の利用など、公知の方法で行うことができる。方式としては、この殺菌層に一時的に水を貯めて殺菌処理時間を確保する方法や、通水の通過時に殺菌する方法が適用可能である。すなわち、殺菌層の態様としては、ワンパスで殺菌するフィルター式にしても良く、あるいは、送水されてきた水を一時的にプールするタンクを設けて殺菌時間を延ばすことも効果的である。

なお、殺菌方法については、レジオネラに代表されるような細菌類を殺菌できるのであれば、特に限定されるものではなく、紫外線殺菌、金属イオン類による殺菌、オゾン等の 化学種による殺菌方法が採用され得る。

加湿層
上記濾過フィルターおよび殺菌層を経て、加湿層によって加湿機能が付与される。加湿方法自体は従来公知の方法が適宜採用される。

たとえば、気化にフィルターを用いる場合は、この部分で上記濾過フィルターや殺菌層で除去できなかった硬度分や過剰有機物などを除去する上で有効である。

この部分は、水を気化させる機構と、気化した蒸気ないし湿度の高い空気を室内へ送るファン（たとえばシロッコファン）、気化量を調整するために必要な湿度センサーやコントロール機構によって構成することができる。この湿度センサーは外気をひろい、適正に対象空間の湿度を測定する必要がある為、加湿した空気を送風するための吸気部などに設置することが望ましい。

また、この部位で上記のような気化フィルターを用いる場合、特に、気化式あるいはハイブリッド気化式を用いる場合は、フィルター自体に殺菌性を持たせることもできる。
加湿部分については、衛生面からスチーム式、あるいは気化式ないしハイブリッド気化式が望ましく、特に安全性面から後者２種が、気化能力面からハイブリッド式が望ましい。

また、ハイブリッド気化式を利用する場合は、通常行われているように温風をフィルターに送ってもよい。あるいは、グラファイトなどの光を吸収して発熱しやすい素材でフィルターを構成し、そこにライトを当てて温度を上げながら送風して気化させる方式を採用してもよい。

アクアポニックス加湿器の設計変数
上述したように、本発明のアクアポニックス加湿器は、魚などの水生生物の生育と植物の水耕栽培との共生環境であるアクアポニックスシステムに加湿機能を組み込んだ構成からなるので、水生生物飼育槽-水耕栽培槽間の閉鎖的循環系から加湿のために取り出す水量を最適に制御することが肝要である。

たとえば、加湿器によって気化させる水の量とアクアポニックスシステムに供給する水の量との関係を考慮することが必要である。水生生物飼育槽と水耕栽培槽の関係において、一定の期間は水が双方を循環し、微生物によるアンモニアの分解と栄養化、そして栄養化された成分が植物によって吸収される時間的ファクターを考慮する必要がある。このとき、加湿器における気化水量が多すぎると、過度に水を供給し続けなければならないため、微生物の作用を行う時間が足りなくなることが懸念される。

また、生育する水生生物の数と植物の数の関係性に着目すると、水生生物の数と植物の数、ならびに水の全体量から、最も効率よくアンモニア類を分解、浄化するバランスを制御することも必要になることが考えられるが、現実的には水生生物からの排泄量が規定要因となるため、水生生物の数のみならず、飼育生物の種類も考慮する必要があり、結局、最適値を制御するためのファクターが複雑化する。

一方、アンモニア濃度と水量の関係に着目すると、水の入れ替えによってアンモニアや硝酸の濃度が不可避的に低下してしまい、適切な栄養化ができなくなるという問題が加湿器の能力との関係において生じる。

上記のような困難な問題に対処するため、本発明においては、アクアポニックス加湿器の設計変数を下記の２つ関係式で規定することができることを見出している。
（イ）加湿量と水量の関係式
（ロ）水耕栽培槽および水生生物飼育槽における水質の指標から、水生動物と植物の量を規定する設計式

この場合、水生動物の数そのものを規定することは行わない。これは、水生動物は、その種類やサイズによってアンモニアの排出度合いが異なるためである。以下、上記（イ）および（ロ）の関係式について説明する。
（イ）加湿器と水量の関係式
加湿量と水生生物飼育槽ならびに水耕栽培槽の関係式は、特に水生生物飼育槽の水の換水頻度（換水割合）から設定することができる。
水生生物飼育槽の換水割合が高くなりすぎると、水質が安定せずに魚などの生体とアンモニアを硝酸に変更するバクテリアに負荷がかかりすぎることになる。一方、換水割合が低すぎると、加湿量に対する水槽のサイズが大きく設計する必要が生じ、実用に供し得ないという別の問題が発生する。
そこで、本発明においては、換水頻度を、１日〜１週間に一度程度、より望ましくは、２日〜５日に一度程度と規定する。
最適稼働設計を行う際には、実際の加湿したい量に対して、水量を適切に決定するため、加湿量を規定する際に、水生生物飼育槽と水耕栽培槽のサイズがファクターとなる以下の関係式を規定する。

3.3×加湿量（リットル／日）＜水生生物飼育槽＋水耕栽培槽の合算水量（リットル）＜35×加湿量（リットル／日）

すなわち、上記で規定される下限値よりも水生生物飼育槽と水耕栽培槽の合算水量が低いと、水質が安定せず、これよりも高いと装置が大型になりすぎるという問題が生じるので好ましくない。
更には、下記式によって規定される範囲がより好ましい。

6.7×加湿量（リットル／日）＜水生生物飼育槽＋水耕栽培槽の合算水量（リットル）＜25×加湿量（リットル／日）

（ロ）水耕栽培槽および水生生物飼育槽における水質の指標から、水生動物と植物の量を規定する設計式
水生動物の量と植物の栽培量は、水質に着目して設定した。すなわち、水生動物が多いと、総アンモニア濃度が高くなる、あるいは発生したアンモニアが亜硝酸となり、亜硝酸濃度が高くなる。このとき、これらの成分が多くなると水生動物自体に負荷を与えることとなる。そのため、これら濃度が所定量以上にならない程度の水生生物の量である必要がある。

一方、植物については、栄養源となる硝酸濃度によって規定することができる。これは、硝酸量に対して植物が多すぎると十分に栄養が植物に行き渡らず、他方、硝酸濃度に対して、植物の量が少なすぎると、水中の硝酸濃度が高くなりすぎ、藻が発生することとなる。
系内におけるこれらの物質の適正範囲は、以下の通りである。
総アンモア濃度：0mg/l〜0.25mg/l
亜硝酸塩濃度：0mg/l〜0.5mg/l
硝酸塩濃度：10mg/l〜100mg/l

ただし、本発明に係るアクアポニックス加湿器は、オンシーズンでは加湿器が使われるために自動的に換水されるが、オフシーズン時に加湿器を稼働させないケースも想定される。そのため、上記の適正範囲上限にて、加湿器使用時に安定する設計にしてしまうと、加湿器を稼働させない場合に上限を超えてしまうこととなる。したがって、前記の加湿量と水耕栽培槽および水生生物飼育槽の合算水量の関係式にて設計した場合、加湿器稼働時に下記の範囲内に収まる水生生物量にする必要がある。

すなわち、加湿器稼働時の水生生物量は、安定的に装置を稼働させている際に、総アンモニウム濃度を、
0mg/l＜総アンモニウム濃度の適正範囲＜0.2mg/l
かつ、亜硝酸塩濃度を、
0mg/l＜亜硝酸塩濃度の適正範囲＜0.4mg/l
となる範囲で育成することが好ましい。

栽培する植物の量としては、上記の式を満足させた上で、水槽の硝酸濃度が、
10mg/l＜硝酸濃度の適正範囲＜80mg/l
となる範囲で育成することが好ましい。（ただし、上記式において、下限値は加湿器を稼働中に10mg/lである必要があり、かつこの10mg/lは、加湿器を稼働後も適正範囲を出ないためにそのままとした。）硝酸濃度がこの範囲を超えると、藻の発生などを促進する傾向となる。

なお、これら物質の濃度が安定するには、バクテリア類の定着に時間を要するため、アクアポニックス装置立ち上げ後、一カ月以上後の数値であることが前提である。

以下、図５を参照しながら、本発明に係るアクアポニックス加湿器の具体例について更に詳細に説明する。

図５に示すように、本実施例に係るアクアポニックス加湿器１においては、給水タンク５からポンプＰ１によって魚飼育槽２に水が供給され、さらにポンプＰ２を介して水耕栽培槽３に移送される。この実施例では、散水管から栽培植物に散水されて養分が吸収されたのち、異物侵入防止ガード付きのオーバーフロー管から魚飼育槽２に循環される。

給水タンク５に設置された塩素除去用活性炭は、たとえば不織布に収められており、一定期間を経て適宜交換される。

水耕栽培槽３の植物はセラミックボールへ直接植えても良く、ポットにいれてポットごとセラミックボールに植えても良い。

一方、加湿器４に供給される水は、水耕栽培槽３からの水がポンプＰ３によって加湿器４に供給される。この場合、濾過フィルターの下部にある水位センサーＡによって水位が制御され、加湿器部分での水位が低くなるとポンプＰ３が作動して水位を一定に保持する。

ここで、ポンプＰ１とポンプＰ３の作動は連動しており、ポンプＰ３が稼働した際には、ポンプＰ３と同様の量の水量となるようにポンプＰ１によって水が魚飼育槽２に供給される。ポンプＰ１は、空気を吸い込んだ時点で稼働を停止し、タンクの水替えを示すアラームを鳴らす。この時、ポンプＰ３は停止するように制御される。ポンプＰ１からの水が魚飼育槽２の底面ではなく側面から供給するのは、魚飼育槽で発生したゴミが供給部に入り込むことを防ぐためである。
ポンプＰ２は、魚飼育槽２と水耕栽培槽３との間で水を循環させるためのポンプであり、常に魚飼育槽２から水を吸い上げ、水耕栽培槽３へ水を供給するように構成されている。供給された水は、魚飼育槽２へのオーバーフロー管の循環口の水位を超えた時点で、重力により順次魚飼育槽２へ水が戻ることとなる。このように、水耕栽培槽３と魚飼育槽２の間を水が循環し続ける。この時、水耕栽培槽３へ送水される際は、大気中に水が放水されることで空気を含み植物ならびに水生動物に酸素を供給することになる。

魚飼育槽２の水位センサーＣは、魚育成部の水位をコントロールするために設置される。これは、ポンプＰ２の吸い込み口よりやや上部に設置される。センサーにより魚飼育槽の水位低下が確認されると、水位が戻るようにポンプＰ１が稼働される。所定水位に到達した時点で、このセンサーによるポンプＰ１のコントロールは停止する。

魚飼育槽の水温は、魚飼育槽２に設置されたヒーター（サーモスタット付き）によって必要に応じて加温される。

一方、湿度の調整は、加湿器４の吸気口下部にある湿度センサーによってコントロールされる。湿度センサーにて設定の湿度を越える場合は、ヒーターの温度およびファンの回転数に制限をかけて調整することができる。

加湿器４の水位センサーＢは、濾過フィルターの目詰まりが生じていないかを確認するために設置される。濾過フィルターが目詰まりし、ポンプから送られた水が通らずに、濾過フィルター上部の水位が上がると、水位センサーＢが作動する。この時、ポンプＰ３およびＰ１を停止し、メンテナンスのアラームを鳴らす。制御部は、パネルマウントになっており、装置の表面にスイッチ並びに湿度設定のコントロールパネルが設置される。

上述したように、加湿器４側へは加湿器による水分消費量に合わせて水耕栽培槽３から加湿器４へ供給される。加湿器４内部では、ポンプＰ３によって導入された水が、濾過プレフィルターおよび濾過フィルターを通って濾過され、殺菌灯で殺菌されたのち、気化フィルターに給水される。
一方、ハイブリッド気化式である本実施例においては、吸気口から空気が加湿器４の内部へ導入され、ヒーターで加温されたのちに気化フィルターに接触する。その際、気化フィルターに吸水された水耕栽培槽３からの水を気化させながら空気と混和し加湿空気となる。このようにして得られた加湿空気は、加湿器４の上部の排出口から排出され、設置環境を加湿する。

このように、本実施例においては、加湿器４に供給される水がアクアポニックス装置の水耕栽培槽３から取り出すとともに、その取り出した供給水から、上述した気化フィルター等によって余剰有機物等を除去するようにしたので、従来アクアポニックス装置において指摘されていた富栄養化等に起因する問題、たとえば藻類の異常繁殖や栄養バランスの阻害、を解決することができる。これにより、アクアポニックス装置の機能向上ならびにメンテナンス性の向上を図ることが期待できる。

１ アクアポニックス装置（アクアポニックス加湿器）
２ 魚飼育槽
３ 水耕栽培槽
４ 加湿器
５ 給水タンク

Claims (11)

1. 水生生物を生育させるための水生生物飼育槽と、植物を生育させるための水耕栽培槽とを有し、前記水耕栽培槽と前記水生生物飼育槽とを有機的に組み合わせることによって植物と水生生物との間の共生環境を形成してなるアクアポニックス装置であって、
   前記水耕栽培槽と前記水生生物飼育槽との間で水循環系が形成され、
   前記水循環系からの水の一部を、該装置の設置雰囲気中に加湿水分として放出するための加湿器を具備することを特徴とする、加湿機能を有するアクアポニックス装置。
2. 前記加湿器が、前記水循環系に存在する過剰有機物や有害物質ないし有害微生物を除去するためのトラップ層を有する、請求項１に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
3. 前記トラップ層が、濾過フィルターおよび／または殺菌層および／または気化フィルターを含んでなる、請求項１または２に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
4. 水供給源からの水を一旦保持し、かつ、不足する水を適宜アクアポニックス装置に補給するための給水タンクをさらに具備する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
5. 前記水循環系と前記加湿器における水の流動状態ないし消費される水分量を適宜管理調整し、前記給水タンクからの給水量を決定するための制御装置をさらに具備する、請求項４に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
6. 前記加湿器が、環境の湿度条件に応じて水の気化量を決定するための気化量調整装置を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
7. 前記水供給源が、水道水、井戸水、雨水および河川水、およびこれらの組み合わせから選ばれる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
8. 前記給水タンクが、散気機構および／またはファインバブル発生装置を有する、請求項４〜７のいずれか一項に記載の加湿機能を有するアクアポニックス装置。
9. 前記水生生物飼育槽と水耕栽培槽の合算水量と前記加湿器における加湿量が、以下の関係式を満足する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクアポニックス装置。
   3.3×加湿量（リットル／日）＜水生生物飼育槽＋水耕栽培槽の合算水量（リットル）＜35×加湿量（リットル／日）
10. 前記水生生物飼育槽と水耕栽培槽の合算水量と前記加湿器における加湿量が、以下の関係式を満足する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクアポニックス装置。
    6.7×加湿量（リットル／日）＜水生生物飼育槽＋水耕栽培槽の合算水量（リットル）＜25×加湿量（リットル／日）
11. 加湿器稼働時の水生生物量は、安定的に装置を稼働させている際に、総アンモニウム濃度を、0mg/l＜総アンモニウム濃度の適正範囲＜0.2mg/l、かつ、亜硝酸塩濃度を、0mg/l＜亜硝酸塩濃度の適正範囲＜0.4mg/l、となる範囲で育成するようにした、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクアポニックス装置。

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