JP2020028857A

JP2020028857A - 酸素溶解装置の試験装置及び方法

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Publication number: JP2020028857A
Application number: JP2018155974A
Authority: JP
Inventors: 東士夫竹口; Toshio Takeguchi
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: JP7059148B2

Abstract

【課題】各種酸素溶解装置の酸素溶解効率を求めることができる酸素溶解装置の試験装置及び方法を提供する。【解決手段】酸素溶解装置１１における酸素溶解効率を測定する試験装置において、酸素溶解装置の上流側に配置された溶存酸素低減装置１３と、溶存酸素低減液を酸素溶解装置に供給する溶存酸素低減液供給経路１４ａと、酸素溶解液を溶存酸素低減装置に循環供給する酸素溶解液循環供給経路１２ａと、酸素溶解装置の入口側に設けた入口側溶存酸素濃度計２２と、出口側に設けた出口側溶存酸素濃度計２１と、処理する液体の流量を測定する処理液流量計１６と、酸素溶解装置が使用した酸素含有ガスの流量を測定する酸素含有ガス流量計２６とを備えるとともに、入口側溶存酸素濃度、出口側溶存酸素濃度、処理液流量、酸素含有ガス流量に基づいて酸素溶解効率を算出する演算手段を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、酸素溶解装置の試験装置及び方法に関し、詳しくは、酸素溶解装置を使用して各種液体に酸素を溶解する際の酸素溶解効率を測定するための試験装置及び方法に関する。

各種魚類の陸上養殖の拡大により、様々な酸素溶解装置が製作されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。一方で装置入口の溶存酸素濃度を任意の数値で一定あるいはコントロールし、装置による１回の酸素付加での変化量を連続的に評価する方法は確立されていない。その結果、任意の溶存酸素量から１回だけ酸素溶解装置を通した時に、どの程度酸素濃度が増加し、その時に必要な酸素量やその溶解効率を比較あるいは評価することは行われていなかった。また、水中の溶存酸素を低減する手段としても、各種溶存酸素低減装置が用いられており（例えば、特許文献５参照。）、亜硫酸ソーダなどの化学物質を使用して溶存酸素を除去することも行われている。

特公平６−２２４１８号公報特開２０００−１４０８８１号公報特開２００７−２３７００９号公報特開２０１３−３１４１３号公報特開２００１−４６８０９号公報

従来の酸素溶解装置の試験は、酸素溶解装置の入口側の溶存酸素量と出口側の溶存酸素量とを断片的に計測し、断片的なデータから酸素溶解効率を計算している。このため、処理対象となる液体の時間的変化などに対する連続的な評価を行うことが困難であった。

そこで本発明は、処理対象となる液体の種類や性状、時間的変化などを考慮した定量的な酸素溶解効率を求めることができる酸素溶解装置の試験装置及び方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の酸素溶解装置の試験装置は、測定対象となる液体中に酸素を溶解して酸素溶解液を生成する酸素溶解装置における酸素溶解効率を測定する酸素溶解装置の試験装置において、前記酸素溶解装置の上流側に配置されて液体中に溶解している溶存酸素を低減して溶存酸素低減液を生成する溶存酸素低減装置と、該溶存酸素低減装置で生成した溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給する溶存酸素低減液供給経路と、前記酸素溶解装置で生成した酸素溶解液を前記溶存酸素低減装置に循環供給する酸素溶解液循環供給経路と、前記酸素溶解装置の入口側で前記溶存酸素低減液中の溶存酸素濃度を測定する入口側溶存酸素濃度計と、前記酸素溶解装置の出口側で前記酸素溶解液中の溶存酸素濃度を測定する出口側溶存酸素濃度計と、前記酸素溶解装置が処理する液体の流量を測定する処理液流量計と、前記酸素溶解装置が使用した酸素含有ガスの流量を測定する酸素含有ガス流量計とを備えるとともに、前記入口側溶存酸素濃度計で測定した入口側溶存酸素濃度と、前記出口側溶存酸素濃度計で測定した出口側溶存酸素濃度と、前記処理液流量計で測定した処理液流量と、前記酸素含有ガス流量計で測定した酸素含有ガス流量とに基づいて前記酸素溶解装置における酸素溶解効率を算出する演算手段を備えている。

さらに、本発明の酸素溶解装置の試験装置は、前記酸素溶解装置の出口側に、前記酸素溶解液を貯留する酸素溶解液貯槽を設け、前記溶存酸素低減装置の出口側に、前記溶存酸素低減液を貯留する溶存酸素低減液貯槽を設けるとともに、前記酸素溶解液貯槽内の酸素溶解液を前記溶存酸素低減装置に供給する酸素溶解液供給手段と、前記溶存酸素低減液貯槽内の溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給する溶存酸素低減液供給手段とを備えていることを特徴としている。

また、前記酸素溶解装置に供給する酸素含有ガスの流量を調節する酸素含有ガス流量調節器を備えていることを特徴とし、前記溶存酸素低減装置が、前記溶存酸素低減液中の溶存酸素濃度を０〜１５ｍｇ／Ｌに低減すること、前記酸素溶解装置の入口側に前記溶存酸素低減液の温度を測定する入口側温度計を備えるとともに、該入口側温度計の測定温度に基づいて前記溶存酸素低減液を加温又は冷却する温度調節手段を備えていることを特徴としている。

本発明の酸素溶解装置の試験方法は、測定対象となる液体中に酸素を溶解して酸素溶解液を生成する酸素溶解装置における酸素溶解効率を測定する酸素溶解装置の試験方法において、前記酸素溶解装置の上流側に配置した溶存酸素低減手段で液体中の溶存酸素を低減し、生成した溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給し、前記酸素溶解装置で液体中に酸素を溶解し、生成した酸素溶解液を前記溶存酸素低減手段に循環供給するとともに、前記酸素溶解装置の入口側及び出口側でそれぞれ測定した入口側溶存酸素濃度及び出口側溶存酸素濃度と、前記酸素溶解装置が処理した液体の流量と、前記酸素溶解装置が使用した酸素含有ガスの流量とに基づいて前記酸素溶解装置における酸素溶解効率を算出することを特徴としている。

さらに、本発明の酸素溶解装置の試験方法は、前記酸素溶解装置の出口側に、前記酸素溶解液を貯留する酸素溶解液貯槽を設け、前記溶存酸素低減装置の出口側に、前記溶存酸素低減液を貯留する溶存酸素低減液貯槽を設けるとともに、前記酸素溶解液貯槽内の酸素溶解液を前記溶存酸素低減手段に供給し、前記溶存酸素低減液貯槽内の溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給することを特徴としている。

また、前記酸素溶解装置に供給する酸素含有ガスの流量を調節することを特徴とすること、前記溶存酸素低減装置が溶存酸素濃度を０〜１５ｍｇ／Ｌに低減すること、さらに、前記酸素溶解装置の入口側で温度を測定するとともに、該入口側の測定温度に基づいて前記溶存酸素低減液を加温又は冷却することを特徴としている。

本発明によれば、測定対象となる液体中の溶存酸素を溶存酸素低減装置で低減した状態で酸素溶解装置に循環させるので、陸上養殖場などの使用条件に対応した酸素溶解効率を確実に、かつ、連続的に求めることができる。これにより、使用条件に対応した最適な酸素溶解装置を選択することができる。また、酸素含有ガス流量調節器を設けることにより、酸素溶解装置に適切な酸素濃度及び酸素量を供給でき、酸素などの使用量を削減することができる。さらに、温度変化にも対応することが可能となり、実際の使用条件に合わせた試験を連続的に行うことが可能となる。

本発明方法を実施可能な本発明の酸素溶解装置の試験装置の一形態例を示す系統図である。

図１は、本発明方法を実施可能な本発明の酸素溶解装置の試験装置の一形態例を示している。本形態例に示す酸素溶解装置の試験装置は、液体中に酸素を溶解して酸素溶解液を生成する酸素溶解装置の酸素溶解効率を測定するためのもので、試験対象となる前記酸素溶解装置１１と、前記酸素溶解液を貯留する酸素溶解液貯槽１２と、液体中に溶解している溶存酸素を低減して溶存酸素低減液を生成する溶存酸素低減装置１３と、前記溶存酸素低減液を貯留する溶存酸素低減液貯槽１４とによって液体を循環させる経路を形成している。

また、酸素溶解液貯槽１２と溶存酸素低減装置１３との間の溶解液循環供給経路１２ａには、酸素溶解液貯槽１２内の酸素溶解液を溶存酸素低減装置１３に循環供給するための酸素溶解液供給手段である酸素溶解液ポンプ１５と、循環処理される酸素溶解液の流量を計測する処理液流量計１６とが設けられており、溶存酸素低減液貯槽１４と酸素溶解装置１１との間の溶存酸素低減液供給経路１４ａには、溶存酸素低減液貯槽１４内の溶存酸素低減液を酸素溶解装置１１に循環供給するための溶存酸素低減液供給手段である溶存酸素低減液ポンプ１７が設けられている。

溶存酸素低減液ポンプ１７は、酸素溶解装置１１で酸素溶解処理を行う液体の処理量に応じた溶存酸素低減液を供給するもので、酸素溶解装置１１の処理能力に応じて供給量を調節できるポンプが用いられている。また、酸素溶解液ポンプ１５は、基本的に、溶存酸素低減液ポンプ１７の供給量に見合った供給量に調節可能なポンプが用いられている。これにより、酸素溶解液貯槽１２や溶存酸素低減液貯槽１４の液量を一定乃至一定の範囲内に保つことができ、安定した状態で液体を循環させることができる。

経路内を循環する液体は、任意の液体を使用することが可能であり、例えば、魚類の陸上養殖場を想定すれば、海水、人工海水や真水、さらには、養殖場で実際に使用されている養殖用水などを用いることができる。液体の温度も任意であり、通常は、養殖場における養殖用水の温度に対応した温度に設定すればよいが、酸素溶解装置１１の入口側となる溶存酸素低減液貯槽１４内の溶存酸素低減液の温度を計測する入口側温度計１８を設けるとともに、溶存酸素低減液を加温又は冷却する温度調節手段１９を設けておくことにより、周辺温度に関係なく一定の液温に保つことができるだけでなく、夏期の高水温や冬期の低水温などの季節変化に対応した液温調節も可能となる。

酸素溶解装置１１の出口側となる酸素溶解液貯槽１２には、該酸素溶解液貯槽１２内の酸素溶解液における溶存酸素量を計測する出口側溶存酸素濃度計２１が設けられるとともに、酸素溶解装置１１の入口側となる溶存酸素低減液貯槽１４には、該溶存酸素低減液貯槽１４内の溶存酸素低減液における溶存酸素量を計測する入口側溶存酸素濃度計２２が設けられている。

前記溶存酸素低減装置１３は、一般的に流通している溶存酸素低減装置を利用することができ、原理的には、例えば、特許第４３２３６３１号公報に記載されているように、酸素溶解液中に酸素を含まないガス、例えば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス、通常は窒素ガスを導入することによって溶存酸素を除去乃至低減するものであって、酸素溶解液中への窒素ガスの導入量や導入状態を制御することにより、溶存酸素の除去量や低減量を調節することができる。また、前記酸素溶解液に対して溶存酸素濃度を低減させるだけなら空気を導入して溶存酸素を低減することもできる。

したがって、前記入口側溶存酸素濃度計２２で計測した溶存酸素濃度に応じて溶存酸素低減装置１３に設けられている流量調節器２３を制御することにより、溶存酸素低減装置１３における溶存酸素低減量、すなわち、溶存酸素低減液貯槽１４に貯留される溶存酸素低減液の溶存酸素濃度を任意に調節することができる。これにより、実際の養殖場における養殖用水の溶存酸素濃度を、例えば、養殖魚の酸素消費量に応じて、０〜１５ｍｇ／Ｌに設定することができ、稚魚を想定した場合は溶存酸素低減液の溶存酸素濃度を高めとし、成魚を想定した場合は溶存酸素低減液の溶存酸素濃度を低めとするなどの対応が可能となる。

前記酸素溶解装置１１は、本発明の試験装置の試験対象となるもので、市販されている各種酸素溶解装置が試験対象となる。この酸素溶解装置１１には、該酸素溶解装置１１に対応した酸素含有ガス、例えば、高純度酸素や低純度酸素、空気などの各種酸素濃度の酸素含有ガスを供給するための酸素供給経路２４が設けられるとともに、該酸素供給経路２４から酸素溶解装置１１に供給する酸素含有ガスの流量を調節するための酸素含有ガス流量調節器２５と、酸素含有ガス流量計２６とが設けられており、溶存酸素低減液の溶存酸素濃度と酸素溶解液の溶存酸素濃度とに応じて酸素含有ガスの流量を任意に調節できるようにしている。

酸素溶解装置１１の試験を行う際には、溶存酸素低減液の溶存酸素濃度、循環液量、液温、目標とする酸素溶解液の溶存酸素濃度などの条件を設定し、酸素溶解装置１１、溶存酸素低減装置１３、酸素溶解液ポンプ１５及び溶存酸素低減液ポンプ１７をそれぞれ作動させるとともに、演算手段（図示せず）での演算、評価などに必要な各種データ、例えば、酸素溶解装置１１の入口側における溶存酸素低減液の溶存酸素濃度及び出口側における酸素溶解液の溶存酸素濃度、酸素溶解装置１１が処理した時間当たりの液量及び時間当たりの酸素含有ガス量、酸素濃度などのデータの採取を開始する。

そして、採取したデータが安定した状態で、少なくとも、前記入口側溶存酸素濃度計２２で測定した酸素溶解装置入口側溶存酸素濃度と、前記出口側溶存酸素濃度計２１で測定した酸素溶解装置出口側溶存酸素濃度と、前記処理液流量計１６で測定した処理液流量と、前記酸素含有ガス流量計２６で測定した酸素含有ガス流量とに基づいて前記酸素溶解装置における酸素溶解効率を算出する。

さらに、一つの酸素溶解装置１１の試験を終えた後、他の酸素溶解装置を設置して同条件で試験を行うことを適宜繰り返すことにより、その試験条件での各酸素溶解装置の優劣を判定することができる。特に、液体を循環させながら溶存酸素を一定量に低減乃至除去してから酸素溶解装置１１に供給するので、同一条件においての各酸素溶解装置の比較及び評価を定量的に行うことができる。

また、一つの酸素溶解装置１１において、処理液の流量を変えたり、供給する酸素量や酸素濃度を変えたり、液温を変えたりなど、各種条件を変更することにより、例えば、大流量に適したもの、高温時に適したものなど、使用条件に合ったものを選択することが可能となり、魚類を養殖する際の条件に応じて最適な酸素溶解装置１１を選定することができる。これにより、魚類を陸上養殖する際のランニングコストを削減することができる。

なお、各貯槽１２，１４の容積は任意であり、循環させる液量などの条件に応じて適当な容積に設定することができ、各貯槽１２，１４の容積が異なっていてもよい。また、省略することも可能である。

１１…酸素溶解装置、１２…酸素溶解液貯槽、１２ａ…溶解液循環供給経路、１３…溶存酸素低減装置、１４…溶存酸素低減液貯槽、１４ａ…溶存酸素低減液供給経路、１５…酸素溶解液ポンプ、１６…処理液流量計、１７…溶存酸素低減液ポンプ、１８…入口側温度計、１９…温度調節手段、２１…酸素溶解液酸素濃度計、２２…溶存酸素低減液酸素濃度計、２３…流量調節器、２４…酸素供給経路、２５…酸素含有ガス流量調節器、２６…酸素含有ガス流量計

Claims

測定対象となる液体中に酸素を溶解して酸素溶解液を生成する酸素溶解装置における酸素溶解効率を測定する酸素溶解装置の試験装置において、前記酸素溶解装置の上流側に配置されて液体中に溶解している溶存酸素を低減して溶存酸素低減液を生成する溶存酸素低減装置と、該溶存酸素低減装置で生成した溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給する溶存酸素低減液供給経路と、前記酸素溶解装置で生成した酸素溶解液を前記溶存酸素低減装置に循環供給する酸素溶解液循環供給経路と、前記酸素溶解装置の入口側で前記溶存酸素低減液中の溶存酸素濃度を測定する入口側溶存酸素濃度計と、前記酸素溶解装置の出口側で前記酸素溶解液中の溶存酸素濃度を測定する出口側溶存酸素濃度計と、前記酸素溶解装置が処理する液体の流量を測定する処理液流量計と、前記酸素溶解装置が使用した酸素含有ガスの流量を測定する酸素含有ガス流量計とを備えるとともに、前記入口側溶存酸素濃度計で測定した入口側溶存酸素濃度と、前記出口側溶存酸素濃度計で測定した出口側溶存酸素濃度と、前記処理液流量計で測定した処理液流量と、前記酸素含有ガス流量計で測定した酸素含有ガス流量とに基づいて前記酸素溶解装置における酸素溶解効率を算出する演算手段を備えていることを特徴とする酸素溶解装置の試験装置。
前記酸素溶解装置の出口側に、前記酸素溶解液を貯留する酸素溶解液貯槽を設け、前記溶存酸素低減装置の出口側に、前記溶存酸素低減液を貯留する溶存酸素低減液貯槽を設けるとともに、前記酸素溶解液貯槽内の酸素溶解液を前記溶存酸素低減装置に供給する酸素溶解液供給手段と、前記溶存酸素低減液貯槽内の溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給する溶存酸素低減液供給手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の酸素溶解装置の試験装置。
前記酸素溶解装置に供給する酸素含有ガスの流量を調節する酸素含有ガス流量調節器を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の酸素溶解装置の試験装置。
前記溶存酸素低減装置は、前記溶存酸素低減液中の溶存酸素濃度を０〜１５ｍｇ／Ｌに低減することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の酸素溶解装置の試験装置。
前記酸素溶解装置の入口側に前記溶存酸素低減液の温度を測定する入口側温度計を備えるとともに、該入口側温度計の測定温度に基づいて前記溶存酸素低減液を加温又は冷却する温度調節手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の酸素溶解装置の試験装置。
測定対象となる液体中に酸素を溶解して酸素溶解液を生成する酸素溶解装置における酸素溶解効率を測定する酸素溶解装置の試験方法において、前記酸素溶解装置の上流側に配置した溶存酸素低減手段で液体中の溶存酸素を低減し、生成した溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給し、前記酸素溶解装置で液体中に酸素を溶解し、生成した酸素溶解液を前記溶存酸素低減手段に循環供給するとともに、前記酸素溶解装置の入口側及び出口側でそれぞれ測定した入口側溶存酸素濃度及び出口側溶存酸素濃度と、前記酸素溶解装置が処理した液体の流量と、前記酸素溶解装置が使用した酸素含有ガスの流量とに基づいて前記酸素溶解装置における酸素溶解効率を算出することを特徴とする酸素溶解装置の試験方法。
前記酸素溶解装置の出口側に、前記酸素溶解液を貯留する酸素溶解液貯槽を設け、前記溶存酸素低減装置の出口側に、前記溶存酸素低減液を貯留する溶存酸素低減液貯槽を設けるとともに、前記酸素溶解液貯槽内の酸素溶解液を前記溶存酸素低減手段に供給し、前記溶存酸素低減液貯槽内の溶存酸素低減液を前記酸素溶解装置に供給することを特徴とする請求項６記載の酸素溶解装置の試験方法。
前記酸素溶解装置に供給する酸素含有ガスの流量を調節することを特徴とする請求項６又は７記載の酸素溶解装置の試験装置。
前記溶存酸素低減装置は、溶存酸素濃度を０〜１５ｍｇ／Ｌに低減することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の酸素溶解装置の試験装置。
前記酸素溶解装置の入口側で温度を測定するとともに、該入口側の測定温度に基づいて前記溶存酸素低減液を加温又は冷却することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の酸素溶解装置の試験方法。