JP6218339B2

JP6218339B2 - 閉鎖循環濾過養殖システム

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Publication number: JP6218339B2
Application number: JP2015559077A
Authority: JP
Inventors: 賢一最上; 浩伏見
Original assignee: ICRAS CO.,LTD.; MG Grow Up Corp; Malufuku Suisan Co Ltd
Current assignee: ICRAS CO.,LTD.; MG Grow Up Corp; Malufuku Suisan Co Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: JPWO2015111592A1; WO2015111592A1; JP2018011607A; JP6353147B2

Description

本発明は、閉鎖循環濾過養殖システム、詳しくは、酸素ガスをナノレベル（外径が１μｍ以下）の気泡となして飼育水に混合させることで気液混合水を生成する気液混合水生成装置を備えた閉鎖循環濾過養殖システムに関する。

従来、閉鎖循環濾過養殖システムの一形態として、特許文献１に開示されたものがある。すなわち、特許文献１には、魚介類飼育水槽と、飼育水中の魚介類の糞と残餌等を捕集する沈澱槽と、沈澱槽により捕集されない飼育水中の浮遊懸濁物を捕集するフィルター装置と、飼育水中のアンモニアを硝酸に酸化するバイオフィルター（生物濾過槽）と、この酸化作用により飼育水中に蓄積する硝酸を窒素ガスにして空気中に放出する脱窒槽と、飼育水の殺菌のための紫外線照射装置と、飼育水中に所要量の酸素ガスを溶かし込む酸素溶入器と、酸素溶入器からの飼育水を飼育水槽に供給するための循環経路を分岐して、分岐した循環経路の一つに設けられた飼育水温調節用のヒートポンプと、を順次接続して設けて構成した魚介類養殖装置が開示されている。

特開２０００−３１２５４２号公報

ところが、特許文献１に開示された魚介類養殖装置は、生物濾過槽における硝化に必要な酸素ガスを十分に供給することができないという不具合がある。

そこで、本発明は、生物濾過装置における硝化に必要な酸素ガスを十分に供給することができる閉鎖循環濾過養殖システムを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、循環ポンプを具備して飼育水を循環させる循環流路に、魚介類を飼育する飼育水槽と、飼育水槽から排出される飼育水を濾過処理する物理濾過装置と、物理濾過装置から流出された濾過処理水を生物濾過処理する生物濾過装置と、を配設した閉鎖循環濾過養殖システムであって、物理濾過装置と生物濾過装置との間に位置する循環流路の部分に、気液混合水生成装置を配設し、気液混合水生成装置は、物理濾過装置から流出された全ての濾過処理水に、酸素ガスをナノレベルの気泡となして混合させることで気液混合水を生成するとともに、気液混合水に酸素ガスを過飽和状態に溶存させ、生物濾過装置は、魚介類の排泄物のアンモニアを、硝化細菌の働きにより亜硝酸を経由して硝酸に酸化させる生物濾過処理を行うように構成し、酸素ガスが過飽和状態に溶存された気液混合水は、生物濾過処理を行う生物濾過装置に供給され、生物濾過処理後にも酸素ガスが過飽和状態に溶存されたままの気液混合水が生物濾過装置から飼育水槽に供給されるようにし、しかも、生物濾過装置には、硝化細菌を活性化させるための空気を圧送する送気装置を接続したことを特徴とする。

請求項１記載の発明では、過飽和状態に酸素ガスを溶存させた気液混合水が気液混合水生成装置により生成されて、その気液混合水が生物濾過装置に供給されるようにしているため、生物濾過装置における硝化に必要な酸素ガスを十分に供給することができる。この際、酸素ガスは、ナノレベルの気泡となしているため、生物濾過装置内において殆ど浮上することなく長時間滞留するとともに、気泡内から気液混合水中に溶解・拡散される。そのため、生物濾過処理された飼育水を別途に酸素溶解装置により処理して、飼育水の溶存酸素量（ＤＯ値）を高める必要がない。つまり、酸素溶解装置が不要となる。そのため、その分のコスト低減が図れる。
そして、物理濾過装置により濾過処理された飼育水に、気液混合水生成装置によりナノレベルの気泡となした酸素ガスを混合させるようにしているため、循環流路中の飼育水に蓄積する炭酸ガスの指標となるｐＨの低下が生じない。そのため、炭酸ガスを除去するための脱気装置を設ける必要性がない。ここで、炭酸ガスを除去する理由は、飼育魚が呼吸によって炭酸ガスを排出し、その濃度が上昇すると飼育水のｐＨの低下や、飼育魚の成長の鈍化などが生じるからである。したがって、脱気装置を設ける必要性がない分のコスト低減が図れる。

そして、物理濾過装置により濾過処理された飼育水に、気液混合水生成装置によりナノレベルの気泡となした酸素ガスを混合させるようにしているため、循環流路中の飼育水に蓄積する炭酸ガスの指標となるｐＨの低下が生じない。そのため、炭酸ガスを除去するための脱気装置を設ける必要性がない。ここで、炭酸ガスを除去する理由は、飼育魚が呼吸によって炭酸ガスを排出し、その濃度が上昇すると飼育水のｐＨの低下や、飼育魚の成長の鈍化などが生じるからである。したがって、脱気装置を設ける必要性がない分のコスト低減が図れる。しかも、送気装置により生物濾過装置に空気を圧送することにより、硝化細菌を活性化させることができる。その結果、硝化効果を高めることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、
生物濾過装置と飼育水槽との間に位置する循環流路の部分に、調温装置を配設し、調温装置は、生物濾過装置から流出される気液混合水を、取水源から導入した調温水により熱交換して加温ないしは冷却することで、飼育水槽に貯溜される気液混合水の水温を一定の範囲に維持するようにしたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明であって、
飼育水槽と物理濾過装置との間に位置する循環流路の部分に、沈澱槽を配設し、沈澱槽は、飼育水槽から流出される飼育水ないしは気液混合水を導入して、飼育水ないしは気液混合水よりも比重の大きい魚類の糞と残餌を沈降させて捕集し、残餌等が捕集・分離された処理水を物理濾過装置に供給するようにしたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の発明であって、
気液混合水生成装置は、気液混合手段を有し、気液混合手段は、濾過処理水と酸素ガスとを加圧状態にて導入口を通して導入し、気液混合水となした後に、導出口を通して導出する混合ケースを具備し、混合ケース内には、導入口側に向けて開口配置した流入口と、導出口側に向けて開口配置した流出口と、を有する混合ユニットを配設し、混合ユニットは、板状の第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの対向面間において流入口側から流出口側に向けて濾過処理水と酸素ガスとが蛇行しながら流動することで、酸素ガスの気泡が微細化されるようにするとともに、この流動方向の幅よりも、この流動方向と直交する方向の流入口の幅を広幅に形成して、流入口を通して大量の濾過処理水と酸素ガスが混合ユニット中に流入するようにしたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明であって、
混合ユニットは、その複数を積層状に重合配置して混合ユニット積層体となしたことを特徴とする。

本発明によれば、生物濾過装置における硝化に必要な酸素ガスを十分に供給することができる閉鎖循環濾過養殖システムを提供することができる。

閉鎖循環濾過養殖システムの構成概略図。第１実施形態に係る気液混合水生成装置の構成概略図。気液混合水生成装置が具備する気液混合装置の正面側斜視説明図。気液混合装置の断面右側面説明図。図４のＩ−Ｉ線断面説明図。図４のＩＩ−ＩＩ線断面説明図。第１実施形態としての気液混合手段の断面側面説明図。第１実施形態としての気液混合手段の断面平面説明図（ａ）、部分拡大説明図（ｂ）、及び（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図（ｃ）。気液供給路形成ケースの平面図（ａ）、側面図（ｂ）、及び底面図（ｃ）。混合気液導出路形成ケースの断面側面図（ａ）と底面図（ｂ）。第１エレメントの正面説明図（ａ）、（ａ）のIV-IV線断面図（ｂ）、及び背面図（ｃ）。第２エレメントの正面説明図（ａ）、（ａ）のV-V線断面図（ｂ）、及び背面図（ｃ）。混合ユニットの正面説明図。第２実施形態に係る気液混合水生成装置の概念説明図。第２実施形態としての流体混合手段の斜視説明図。図１５のVI-VI線断面説明図。図１５のVII-VII線断面説明図。混合ユニットの拡大平面説明図（ａ）と断面拡大側面説明図（ｂ）。

以下に、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。すなわち、図１に示すＳｙは、本実施形態に係る閉鎖循環濾過養殖システムである。ここでの閉鎖循環濾過養殖システムＳｙ（以下、「養殖システムＳｙ」と略称する。）は、蒸発と管理作業による飼育水の損失分だけを補給するものから、一日当たりの飼育水と同量の注水（換水）を行うものまでを含む広い概念であるが、本実施形態の養殖システムＳｙでは、蒸発と管理作業による飼育水の損失分だけを補給するだけで養殖を行うようにしている。

［養殖システムの構成の説明］
養殖システムＳｙは、図１に示すように、循環流路Ｃに、飼育水槽Ｆａと、沈澱槽Ｄｐと、物理濾過装置Ｐｆと、気液混合水生成装置（以下、「生成装置」と略称する。）Ａと、生物濾過装置Ｂｆと、調温装置Ｔａと、循環ポンプＰｃと、をこの順で配設して構成している。

循環流路Ｃは、閉鎖する環状の流路を形成して、循環ポンプＰｃにより飼育水と酸素ガスと混合した後述する気液混合水Ｒｍを循環させるようにしている。

飼育水槽Ｆａは、魚介類を飼育ないしは養殖するために、プラスチックシート等の防水性のシートを上面開口の箱形に張設して形成した水槽であり、循環流路Ｃの上流側から流入するようにした飼育水ないしは気液混合水Ｒｍを貯溜するとともに、その一部を循環流路Ｃの下流側に流出させるようにしている。Ｄ１は第１排水路であり、第１排水路Ｄ１を通して、飼育水槽Ｆａの底部を掃除した際の魚介類の糞や残餌や排水等を系外の所定箇所へ排出可能としている。

沈澱槽Ｄｐは、飼育水槽Ｆａから流出される飼育水ないしは気液混合水Ｒｍを導入して、飼育水ないしは気液混合水Ｒｍよりも比重の大きい魚類の糞と残餌を沈降させて捕集し、残餌等が捕集・分離された処理水を循環流路Ｃの下流側に流出させるようにしている。

物理濾過装置Ｐｆは、沈澱槽Ｄｐから流出された処理水を濾過処理するものである。物理濾過装置Ｐｆは、プラスチック製の網または多孔体若しくは金網、ガラスフィルター等のスクリーン状のもので構成され、その目詰まりを防ぐために逆洗水により逆洗浄可能としている。逆洗水は処理水を循環再利用するようにしている。スクリーンの洗浄は、処理水の流れ速度以上の速さで洗浄水を常時間欠的に圧力噴射して行う。物理濾過装置Ｐｆ内のスクリーンは交換可能としている。Ｄ２は第２排水路であり、第２排水路Ｄ２を通して、物理濾過処理物を系外の所定箇所へ排出可能としている。

生成装置Ａは、物理濾過装置Ｐｆから流出された濾過処理水と、酸素ガスボンベや酸素供給装置等の酸素供給源Ｏｘ（図２参照）から導入した酸素ガス（純酸素ないしは大部分が酸素からなるガス）と、を混合して気液混合水Ｒｍを生成するものである。そして、生成装置Ａは、酸素ガスの９０％以上をナノレベルの気泡（外径が１μｍ以下、好ましくは、１００ｎｍ以下の気泡；以下「ナノ気泡」とも言う。）に微細化するとともに、飼育水（具体的には、物理濾過処理水）に均一化させて混合可能としている。生成装置Ａにより生成される気液混合水Ｒｍには、過飽和状態に酸素ガスを溶存させるようにしている。すなわち、気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度が１００％以上の過飽和状態（例えば、１４０％）となるようにしている。ここでの溶存酸素飽和度は、溶存酸素量を飽和溶存酸素量で除して、その除した値に１００を乗じた値（％）である。生成装置Ａから流出させる際の気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度は、生成装置Ａへの酸素ガスの導入量を、飼育水槽Ｆａ内で飼育する魚介類の種類や大きさや個体数等に応じて適宜調整することにより調整することができる。生成装置Ａの具体的な構成は後述する。

生物濾過装置Ｂｆは、生成装置Ａから流出されるナノ気泡含有の気液混合水Ｒｍを導入して、気液混合水Ｒｍ中に含まれる毒性の高い魚介類の排泄物のアンモニアを、好気性バクテリアである硝化細菌の働きにより、亜硝酸を経由して毒性の低い硝酸に酸化させる生物濾過処理を行うようにしている。硝化細菌の培地としては浸漬型濾材を用いている。生物濾過処理を行う生物濾過装置Ｂｆの容器の大きさおよび必要濾材量は、飼育水槽Ｆａで飼育される魚介類の大きさと個体数により変化するため、アンモニアなどの窒素排泄量と濾材のアンモニア酸化速度に基づいて適宜設計する。また、生物濾過装置Ｂｆで生物濾過処理された後に飼育水槽Ｆａに供給（還流）される気液混合水Ｒｍにも過飽和状態（例えば、１２０％）に酸素ガスが溶存されているようにしている。飼育水槽Ｆａに還流される気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度の調整は、予め生成装置Ａから生物濾過装置Ｂｆに導入される際の気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度を、飼育水槽Ｆａ内で飼育する魚介類の種類や大きさや個体数等に応じて適宜調整することにより行うことができる。

調温装置Ｔａは、生物濾過装置Ｂｆから流出される気液混合水Ｒｍを加温ないしは冷却することで、飼育水槽Ｆａに貯溜される気液混合水Ｒｍの水温を一定の範囲（例えば、１５〜２５℃、好ましくは、１６℃）に維持するようにしている。調温装置Ｔａは、系外である井戸等の取水源Ｗｓに接続して、取水源Ｗｓから導入した調温水により熱交換することで気液混合水Ｒｍの水温を適宜調節可能としている。Ｅは取水設備であり、取水設備Ｅは、地下水を取水する取水ポンプや取水を濾過する取水濾過器や取水を殺菌する殺菌装置等を備えている。

飼育水槽Ｆａと生物濾過装置Ｂｆには、それぞれ送気パイプＰａを介して空気を圧送するブロワーポンプ等の送気装置Ａｓを接続している。

このように構成した養殖システムＳｙでは、過飽和状態に酸素ガスを溶存させた気液混合水Ｒｍが生成装置Ａにより生成されて、その気液混合水Ｒｍが生物濾過装置Ｂｆに供給されるようにしているため、生物濾過装置Ｂｆにおける硝化に必要な酸素ガスを十分に供給することができる。この際、酸素ガスは、ナノ気泡となっているため、生物濾過装置Ｂｆ内において殆ど浮上することなく長時間滞留するとともに、気泡内から気液混合水Ｒｍ中に酸素が溶解・拡散される。そのため、生物濾過処理された飼育水を別途に酸素溶解装置により処理して、飼育水の溶存酸素量（ＤＯ値）を高める必要がない。つまり、酸素溶解装置が不要となる。そのため、その分のコスト低減が図れる。

物理濾過装置Ｐｆにより物理濾過された濾過処理水に、生成装置Ａによりナノ気泡となした酸素ガスを混合させるようにしているため、循環流路Ｃ中の飼育水に蓄積する炭酸ガスの指標となるｐＨの低下が生じない。そのため、炭酸ガスを除去するための脱気装置を設ける必要性がない。ここで、炭酸ガスを除去する理由は、飼育魚が呼吸によって炭酸ガスを排出し、その濃度が上昇すると飼育水のｐＨの低下や、飼育魚の成長の鈍化などが生じるからである。したがって、本実施形態では、脱気装置を設ける必要性がない分のコスト低減が図れる。

送気装置Ａｓにより飼育水槽Ｆａ内に空気を圧送することにより、飼育水槽Ｆａ内で飼育水ないしは気液混合水Ｒｍを循環させることができる。その結果、魚介類の飼育環境を良好となすことができる。また、送気装置Ａｓにより生物濾過装置Ｂｆに空気を圧送することにより、硝化細菌を活性化させることができる。その結果、硝化効果を高めることができる。

［生成装置の構成の具体的な説明］
以下に、第１〜３実施形態に係る生成装置Ａの構成を、図面を参照しながら具体的に説明する。

＜第１実施形態に係る生成装置の説明＞
第１実施形態としての生成装置Ａは、図２に示すように、上面開口箱型のタンクＴ内に物理濾過装置Ｐｆから導入した飼育水Ｗを収容し、飼育水Ｗ中に気液混合装置Ｍを浸漬して構成している。気液混合装置Ｍは、酸素供給源Ｏｘに接続して、酸素供給源Ｏｘから取り入れた酸素ガスと飼育水Ｗを混合して気液混合水Ｒｍを生成可能としている。なお、飼育水Ｗは、生成装置Ａにより生成された気液混合水Ｒｍとなって循環流路Ｃ中を循環されて、タンクＴ内には気液混合水Ｒｍが貯溜される。

（気液混合装置の概略的説明）
気液混合装置Ｍは、図３〜図６に示すように、収容ケース１０内に、飼育水Ｗ中に浸漬して使用する水中ポンプＰと、酸素供給源Ｏｘから供給された酸素ガスをナノレベルの微細気泡となして液体中に散気する微細気泡生成手段２０と、微細気泡をさらに微細化するとともに液体と均一に混合する第１実施形態としての気液混合手段３０と、を収容して構成している。気液混合手段３０は、タンクＴ内の飼育水Ｗを、迅速かつ簡単に酸素ガスを成分とするナノバブルを含むナノバブル含有水となすことができる。

（収容ケースの説明）
収容ケース１０は、図３〜図６に示すように、上面開口の四角形扁平箱型に形成した底部ケース形成体１１に、下面開口の四角形箱型に形成した被覆ケース形成体１２を連結して形成している。被覆ケース形成体１２の周壁を形成する前・後端壁１２ａ,１２ｂと左・右側壁１２ｃ,１２ｄには、それぞれ液体が流入する液体流入孔１３を多数形成している。被覆ケース形成体１２の天井部１２ｅには、筒状のケーブル挿通部１４とパイプ接続部１５を、それぞれ上下方向に貫通状に設けている。ケーブル挿通部１４は、送電用ケーブル６を挿通するためのケーブル挿通孔を有している。また、パイプ接続部１５は、外部気体供給パイプ７と内部気体供給パイプ２２を連通連結するためのパイプ連通路を有している。１４ａはケーブル挿通部固定片、１５ａはパイプ接続部固定片である。

水中ポンプＰは、図示しないモータを収容したモータ収容部１の下方に、図示しないインペラを収容したインペラ収容部２を連設し、インペラ収容部２の下端に脚部３を垂設して構成している。インペラ収容部２は、扁平容器状に形成して、底部に流体（本実施形態では気泡混じりの液体）を吸入する吸入口部４を下方へ向けて円形開口状に形成する一方、モータ収容部１よりも前方へ膨出状に形成した膨出部２ａの上面部に流体を吐出する吐出口部５を上方へ向けて円形開口状に形成している。収容ケース１０内の水中ポンプＰのモータには、収容ケース１０外からケーブル挿通部１４に挿通した送電用ケーブル６を接続している。水中ポンプＰの脚部３は、固定ブラケット８を介して底部ケース形成体１１に立設状に固定している。９は角部保護体、１２ｆは把手であり、把手１２ｆを把持することで気液混合装置Ｍの搬入・搬出等の移動作業が楽に行える。Ｅｓは、送電用ケーブル６を通して水中ポンプＰに電気を供給する電源である。そして、水中ポンプＰは、モータによりインペラを回転させることで、吸入口部４から流体を吸入するとともに、吐出口部５から流体を吐出可能としている。

（微細気泡生成手段の説明）
微細気泡生成手段２０は、図４〜図６に示すように、散気部２１と、散気部２１に連通連結した内部気体供給パイプ２２と、を具備している。散気部２１は、セラミックス等により多孔質状となした散気体２１ａを筒状に形成して、散気体２１ａの両端部に支持片２１ｂ,２１ｂを設けている。一方の支持片２１ｂの中央部には筒状の接続部２１ｃを突設しており、接続部２１ｃの内側端部は散気体２１ａの内部空間と連通させるとともに、接続部２１ｃの外側端部に内部気体供給パイプ２２の一端を外嵌して連通連結している。

本実施形態では、底部ケース形成体１１上に、水中ポンプＰの脚部３の左右側方に位置させて、左右一対の散気部２１、２１を配設している。両散気部２１、２１の接続部２１ｃ,２１ｃは、前方へ向けて突出させている。内部気体供給パイプ２２は、被覆ケース形成体１２の天井部１２ｅに設けたパイプ接続部１５の下端部に基端部を接続しており、先端部には、二叉状に分岐させた二叉分岐部２２ａ,２２ａを形成して、接続部２１ｃ,２１ｃに各二叉分岐部２２ａ,２２ａを外嵌して連通連結している。パイプ接続部１５の上端部には、外部気体供給パイプ７の先端部を接続し、外部気体供給パイプ７の基端部は酸素供給源Ｏｘに接続している。そして、酸素供給源Ｏｘから酸素が、外部気体供給パイプ７→パイプ接続部１５→内部気体供給パイプ２２→二叉分岐部２２ａ,２２ａ→接続部２１ｃ,２１ｃ→散気体２１ａ，２１ａに供給され、多孔質性の散気体２１ａ，２１ａの表面を通して飼育水Ｗ中に散気させるようにしている。この際、各散気体２１ａ，２１ａから散気される酸素ガスは、マイクロレベルに微細化されるようにしている。なお、散気部２１としては、例えば、（有）ニューマリンズ製の「エアーストン」（商品名）を使用することができる。

（第１実施形態としての気液混合手段の説明）
第１実施形態としての気液混合手段３０は、図４〜図６に示すように、水中ポンプＰの吐出口部５に起立状に連通連結している。気液混合手段３０は、図８に示すように、吐出口部５と連通する気液供給路３１と、気液供給路３１に連通して酸素ガスと飼育水Ｗを蛇行させながら流動させるとともに、飼育水Ｗ中に酸素ガスを微細化して分散・混合する分散・混合流路３２と、を具備している。分散・混合流路３２は、気液供給路３１の軸線方向と周方向に間隔をあけて多数連通して、各分散・混合流路３２の終端部から気泡混じりの飼育水Ｗ（気液混合水Ｒｍ）を流出させるようにしている。

すなわち、気液供給路３１は、気液供給路形成ケース３３内に形成されるようにしており、気液供給路形成ケース３３は、図５〜図７に示すように、正八角形筒状に形成した周壁３４と、周壁３４の上端面に張設して形成した上端面部３５と、周壁３４の下端面に張設して形成した下端面部３６と、から形成している。下端面部３６は、周壁３４よりも外方へ張り出した円板状に形成している。下端面部３６の後部には、周壁３４内に位置させて導入口３７を形成するとともに、導入口３７の周縁部に位置する下端面部３６の下面には、導入口３７よりも大径で円筒状の導入案内体３８を垂設して、導入案内体３８内と導入口３７を上下方向に連通させている。導入案内体３８は、吐出口部５に嵌入させて、インペラ収容部２に気液供給路形成ケース３３を連通連結することができる。この際、インペラ収容部２の吐出口部５には、導入案内体３８及び導入口３７を介して気液供給路形成ケース３３内の気液供給路３１が連通している。

気液供給路形成ケース３３には、図７及び図８に示すように、多数個の混合ユニット４０を取り付けている。すなわち、気液供給路形成ケース３３の周壁３４は、前記したように正八角形筒状に形成しており、周壁３４の八つの各平面には上下方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４個）の流路連通孔３９を円形開口状に形成している。周壁３４の八つの各平面には、各流路連通孔３９を閉蓋するように混合ユニット４０を取り付けている。

混合ユニット４０は、図１１〜図１３に示すように、略同形の円板状に形成した第１エレメント４１と第２エレメント４２を対向状に配置して、両エレメント４１,４２の対面同士間に分散・混合流路３２を形成している。

分散・混合流路３２は、両エレメント４１,４２の始端縁部である中央部間を、第１エレメント４１の中央部に形成した流入口４３を介して前記流路連通孔３９と連通させる一方、両エレメント４１,４２の終端縁部である外周縁部間を半径方向に開口する流出口４４となしている。両エレメント４１,４２の各対向面には、同一の深さと大きさを有する多数の凹部４５,４６の群を流入口４３側から流出口４４側に向けて整然と隙間無く形成している。そして、対向する凹部４５,４６同士は、相互に連通するように位置を違えて配置して、対向する各凹部４５,４６間には、気泡混じりの液体が蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流入口４３側から流出口４４側に向けて流動するように形成している。

気液供給路形成ケース３３の下端面部３６上には、図７及び図１０に示すように、周壁３４と上端面部３５を被覆する混合気液導出路形成ケース５０を載置・連結して、気液供給路形成ケース３３の外表面と混合気液導出路形成ケース５０の内表面との間に混合気液導出路５１を形成している。混合気液導出路形成ケース５０は、円筒状の周壁形成片５２と、周壁形成片５２の上端縁部に連設した天井形成片５３と、周壁形成片５２の前上部に開口した円形状の導出口５４の周縁部から前方へ向けて突設した円筒状の導出案内体５５と、を具備している。導出案内体５５は、図３〜図６に示すように、収容ケース１０の前端壁１２ａの上部に開口した円形状の開口部１２ｇから前方へ突出させている。周壁形成片５２の下端内周縁部には、その周縁に沿わせて内方へ膨出する膨出部５６を形成し、膨出部５６に上下方向に軸線を向けた多数の雌ねじ穴５６ａを周方向に間隔をあけて形成している。３６ａは、下端面部３６の外周部に雌ねじ穴５６ａに整合させて形成した多数のビス孔であり、雌ねじ穴５６ａにビス孔３６ａに通したビス５７を螺着することで、下端面部３６に混合気液導出路形成ケース５０を連結している。

気液混合装置Ｍは、上記のように構成しているものであり、かかる気液混合装置Ｍによれば、下記のような作用効果が生起される。すなわち、タンクＴ内の飼育水Ｗ中に収容ケース１０を浸漬することで、飼育水Ｗ中に水中ポンプＰを浸漬して、酸素供給源Ｏｘから内部気体供給パイプ２２を通して散気体２１ａ，２１ａに気体を供給し、散気体２１ａ，２１ａを通してマイクロレベルに微細化された酸素ガスを飼育水Ｗ中に散気させる。そして、水中ポンプＰを駆動させて、その吸入口部４から気泡混じりの水（初期気泡混合水）Ｒを吸入するとともに、水中ポンプＰの吐出口部５から導入口３７を通して気液供給路形成ケース３３内に圧送する。気液供給路形成ケース３３内に圧送された初期気泡混合水Ｒは、流路連通孔３９→流入口４３→混合ユニット４０の分散・混合流路３２内に流入し、蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流出口４４側に向けて流動する。この際、マイクロレベルに微細化された気泡は、ナノレベルに微細化されるとともに飼育水Ｗと均一に混合される。また、水中ポンプＰ内に吸入する前に予め酸素を微細化してマクロレベルの微細な気泡となすことで、水中ポンプＰのエア噛みを防止するとともに、水中ポンプＰから吐出した後にマクロレベルの微細な気泡を混合ユニット４０によりさらに微細化することができるため、堅実に大部分の気泡をナノレベルにすることができる。

そして、飼育水Ｗ中に気泡を微細化して分散・混合する分散・混合流路３２は、気液供給路３１の軸線方向と周方向に間隔をあけて多数連通して、各分散・混合流路３２の終端部から気泡混じりの液体（図７及び図８に示す終期気泡混合水である気液混合水Ｒｍ）を流出させるようにしているため、混合ユニット４０における圧力損失を低減させることができるとともに、ナノ気泡を含有する気液混合水Ｒｍの流出量の増大化（効率化）を図ることができる。また、圧力損失を低減させることができる分散・混合流路３２をコンパクトに形成することができるとともに、コンパクトに形成された分散・混合流路３２を多数形成することができるため、ナノ気泡を含有する気液混合水Ｒｍの流出量の増大化（効率化）を図ることができる。

混合ユニット４０の流出口４４から流出された気液混合水Ｒｍは、混合気液導出路５１→導出口５４→導出案内体５５から混合処理対象である液体中に吐出される。

（混合ユニットの構成の具体的な説明）
次に、混合ユニット４０の構成をより具体的に説明する。すなわち、混合ユニット４０は、図８,図１１〜図１３に示すように、中央部に初期気泡混合水Ｒの流入口４３を形成した円板状の第１エレメント４１に、円板状の第２エレメント４２を対面させて配置して、両エレメント４１,４２の対面間に、中央部側の流入口４３から流入した初期気泡混合水Ｒを周縁部側に向けて半径方向に流動させて分散・混合する分散・混合流路３２を形成して構成している。第１エレメント４１の中央部、つまり、流入口４３の中心部に支持片６０を介してビス孔部６１を設ける一方、第２エレメント４２の中央部にビス孔６２を形成して、符合させたビス孔部６１とビス孔６２中にビス６３を螺着することで、両エレメント４１,４２を対面状態に連結して混合ユニット４０を形成している。両エレメント４１,４２の上下部にはそれぞれ符合する第１・第２取付孔６４,６４,６５,６５を中心軸と平行させて貫通状に形成するとともに、気液供給路形成ケース３３の周壁３４に、第１・第２取付孔６４,６４,６５,６５と符合する第３取付孔６６,６６を形成して、これら第１〜第３取付孔６４〜６６中に取付ボルト６７を螺着することで、周壁３４に混合ユニット４０を取り付けている。

分散・混合流路３２は、図１１〜図１３に示すように、第１・第２エレメント４１,４２の対向面に、それぞれ開口形状が正六角形（ハニカム状）である同形・同大の多数の凹部４５,４６を隙間のない状態で整然と配列して形成している。各エレメント４１,４２の凹部４５,４６の開口面は、突き合わせ状に面接触させるとともに、相互に連通するように位置を違えて配置している。初期気泡混合水Ｒの流入口４３を中心とする同一円周上に配置した各エレメント４１,４２の凹部４５,４６の数は、中心部側から周縁部側に向けて漸次増大させて、流動方向である半径方向に分流数（分散数）を増大させている。両エレメント４１,４２の間の周縁部側に流出口４４を形成している。

両エレメント４１,４２の当接面は、図１３に示すように、第１エレメント４１の凹部４５の中心位置に、第２エレメント４２の３つの凹部４６が集まっている角部４８が位置する状態で当接している。

このような状態で第１エレメント４１と第２エレメント４２を当接させると、第１エレメント４１の凹部４５と第２エレメント４２の凹部４６との間で初期気泡混合水Ｒを流動させることができる。

したがって、例えば、第１エレメント４１の凹部４５側から第２エレメント４２の凹部４６側に初期気泡混合水Ｒが流れる場合を考えると、初期気泡混合水Ｒは、２つの流路に分流（分散）されることになる。

つまり、第１エレメント４１の凹部４５の中央位置に配置された第２エレメント４２の角部４８は、初期気泡混合水Ｒを分流する分流部として機能する。逆に、第２エレメント４２側から第１エレメント４１側に初期気泡混合水Ｒが流れる場合を考えると、２方から流れてきた初期気泡混合水Ｒが１つの凹部４５に流れ込むことで合流することになる。この場合、第２エレメント４２の角部４８は、合流部として機能する。

また、第２エレメント４２の凹部４６の中心位置にも、第１エレメント４１の３つの凹部４５が集まっている角部４７が位置する。この場合は、第１エレメント４１の角部４７が上述した分流部や合流部として機能する。

このように、相互に対向状態に対面配置された両エレメント４１，４２の間には、中央の流入口４３から両エレメント４１,４２の軸線方向に供給された初期気泡混合水Ｒが、分流と合流（分散と混合）を繰り返しながら両エレメント４１,４２の放射線方向（軸線方向と直交する半径方向）に蛇行状態にて流動する分散・混合流路３２（図６参照）が形成されている。この分散・混合流路３２において初期気泡混合水Ｒが流動する過程で、初期気泡混合水Ｒに分散・混合処理が施されて終期気泡混合液体である気液混合水Ｒｍが生成される。

このように構成した混合ユニット４０では、第１・第２エレメント４１,４２の凹部４５,４６の数は、中心部側から周縁部側に向けて漸次増大しているため、初期気泡混合水Ｒが合流する凹部４５,４６の数は周縁部側ほど増大するとともに、それに比例して数多く分流（分散）される。そのため、分散・混合流路３２においては、初期気泡混合水Ｒにせん断力が作用して微細化される回数が、初期気泡混合水Ｒの流動方向（周縁部側に向かう半径方向）に沿って漸次増大する。その結果、マイクロレベルの気泡を含有する初期気泡混合水Ｒが、分散・混合流路３２を通して堅実にナノ気泡を含有する終期気泡混合液体である気液混合水Ｒｍとなって大量に流出される。

＜第２実施形態に係る生成装置の説明＞
（第２実施形態に係る生成装置の全体的な説明）
第２実施形態に係る生成装置Ａは、図１４に示すように、第２実施形態としての気液混合手段３０を具備している。すなわち、生成装置Ａは、飼育水Ｗを収容した上面開口箱型のタンクＴの底部に循環パイプＪの基端部を接続し、循環パイプＪの先端部をタンクＴ内の飼育水Ｗ中に挿入することで、タンクＴ内と循環パイプＪ中で流体を循環させる生成循環流路Ｃｙを形成している。循環パイプＪの中途部には酸素供給パイプＫ１を介して酸素供給源Ｏｘを連通連結するとともに、酸素供給源Ｏｘの下流側に位置させて気液混合手段３０を連通連結している。気液混合手段３０は、酸素供給源Ｏｘから供給された酸素ガスと飼育水Ｗの気液混相にせん断力を作用させることで、酸素ガスを超微細な気泡を有する気泡群となして飼育水Ｗと混合するように構成している。

タンクＴの下流側に位置する循環パイプＪの中途部には、吸込ポンプＰ１と吐出ポンプＰ２とを直列的に隣接させて配設している。そして、上流側に配置した吸込ポンプＰ１の吐出口と下流側に配置した吐出ポンプＰ２の吸込口との間に位置する循環パイプＪの部分には、酸素供給パイプＫ１を介して酸素供給源Ｏｘを接続している。ここで、吸込ポンプＰ１の吐出圧は、吐出ポンプＰ２の吸込圧以下に設定している。Ｖ１は、酸素供給パイプＫ１の中途部に設けた気体供給量調整弁、Ｖ２は、循環パイプＪの先端部に取り付けた圧力調整弁、Ｗｋは、タンクＴ内に溶媒である飼育水Ｗを随時供給可能とした飼育水供給部である。

上記した生成循環流路Ｃｙには、逆洗流路Ｂｗを連通連結している。すなわち、気液混合手段３０の直上流側に位置する循環パイプＪの部分に、上流側三方弁Ｖ３を介して逆洗用迂回パイプＵの一側端部を連通連結する一方、気液混合手段３０の直下流側に位置する循環パイプＪの部分に、下流側三方弁Ｖ４を介して逆洗用迂回パイプＵの一側端部を連通連結している。逆洗用迂回パイプＵの中途部には、中途部三方弁Ｖ５を設けて、中途部三方弁Ｖ５を介して排水収容部Ｈを連結している。逆洗流路Ｂｗは、上・下流側三方弁Ｖ３,Ｖ４を介して循環パイプＪと逆洗用迂回パイプＵを連通させることで形成される。そして、タンクＴ内に収容した洗浄水を吸込ポンプＰ１及び／又は吐出ポンプＰ２により逆洗流路Ｂｗ内で所要回数だけ循環させることで、気液混合手段３０の下流側から上流側に洗浄水を逆流させて気液混合手段３０内を洗浄（逆洗）処理することができる。逆洗処理後は、逆洗用迂回パイプＵの中途部に設けた中途部三方弁Ｖ５を介して排水収容部Ｈに洗浄排水を排出することができる。その後は、各三方弁Ｖ３,Ｖ４,Ｖ５を復元操作することで、生成循環流路Ｃｙを復元するとともに、タンクＴ内に飼育水Ｗを収容することで、流体混合処理を再開することができる。

このように構成した生成装置Ａでは、吸込ポンプＰ１と吐出ポンプＰ２を協働させることで、それらの間に配設した酸素供給源Ｏｘから供給される酸素ガスが、吸込ポンプＰ１の吐出口からの吐出圧を受けるとともに、吐出ポンプＰ２の吸込口からの吸引圧（エジェクタ効果）を受けて、円滑かつ安定して吸入される。その結果、飼育水Ｗに混入される酸素ガスの量を一定に確保することができる。また、本実施形態では飼育水Ｗと酸素ガスとの混合流体の生成能力を確保したまま消費電力が小さい吸込ポンプＰ１と吐出ポンプＰ２を組み合わせて協働使用することができるので、生成装置Ａの製造コストやランニングコストを低減させることができる。

また、上・下流側三方弁Ｖ３,Ｖ４を操作して逆洗流路Ｂｗを形成することで、気液混合手段３０の下流側から上流側に洗浄水を逆流させて、気液混合手段３０内を洗浄（逆洗）処理することができる。逆洗処理後は、中途部三方弁Ｖ５を介して排水収容部Ｈに洗浄排水を排出することができる。その後は、各三方弁Ｖ３,Ｖ４,Ｖ５を復元操作することで、簡単に流体混合処理を再開することができる。このように、適宜逆洗処理をすることで、気液混合手段３０の流体混合機能を良好に確保することができる。

（第２実施形態としての気液混合手段の説明）
第２実施形態としての気液混合手段３０について、図１５〜図１８を参照しながら説明する。気液混合手段３０は、図１５〜図１８に示すように、気泡混じりの水（初期気泡混合水）Ｒを加圧状態にて導入する導入口１１１を設けた混合ケース１１０内に、導入口１１１から導入された初期気泡混合水Ｒを混合する複数の混合ユニット１２０を配設し、混合ケース１１０には混合ユニット１２０により混合された気液混合水Ｒｍ（終期気泡混合水）を導出する導出口１１２を設けて構成している。

混合ケース１１０内には、導入口１１１側から導出口１１２側に向けて複数の混合ユニット１２０を相互に間隔をあけて直列的に配設して、混合ユニット１２０間に中継溜り空間Ｓｈを形成するとともに、導入口１１１と最上流側に配置した混合ユニット１２０との間に導入口側溜り空間Ｓｕを形成する一方、最下流側に配置した混合ユニット１２０と導出口１１２との間に導出口側溜り空間Ｓｄを形成して、各溜り空間Ｓｕ,Ｓｈ,Ｓｄの間に混合ユニット１２０を連通させて配置している。

混合ユニット１２０は、板状の第１エレメント１３０と第２エレメント１４０の面同士を対向状に配置して、両エレメント１３０,１４０の始端縁部間を流入口１５０となす一方、両エレメント１３０,１４０の終端縁部間を流出口１５１となし、両エレメント１３０,１４０の各対向面１３１,１４１には、同一の深さと大きさを有する複数の凹部群１３２,１４２を流入口１５０側から流出口１５１側に向けて間隔をあけて区分して形成するとともに、対向する凹部１３４,１４４同士は、相互に連通するように位置を違えて配置して、各凹部群１３２,１４２の対向する凹部１３４,１４４間には、初期気泡混合水Ｒが蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流入口１５０側から流出口１５１側に向けて流動するように構成している。

そして、本実施形態の気液混合手段３０は、複数（本実施形態では１０個）の混合ユニット１２０を積層状に重合配置して混合ユニット積層体１６０を形成して、混合ケース１１０内の導入口１１１と導出口１１２との間において、導入口側溜り空間Ｓｕと中継溜り空間Ｓｈとの間、中継溜り空間Ｓｈと中継溜り空間Ｓｈとの間、及び、中継溜り空間Ｓｈと導出口側溜り空間Ｓｄとの間に、それぞれ混合ユニット積層体１６０を配設している。つまり、本実施形態では、混合ケース１１０内に複数（本実施形態では４個）の混合ユニット積層体１６０を上流側から下流側に向けて一定の間隔をあけて直列的に配設している。各混合ユニット１２０の流入口１５０は、導入口１１１側に向けて開口配置する一方、各混合ユニット１２０の流出口１５１は、導出口１１２側に向けて開口配置している。

このように構成した気液混合手段３０では、以下のような作用効果が生起される。すなわち、混合ケース１１０内の導入口１１１と導出口１１２との間において、導入口側溜り空間Ｓｕと中継溜り空間Ｓｈとの間、中継溜り空間Ｓｈと中継溜り空間Ｓｈとの間、及び、中継溜り空間Ｓｈと導出口側溜り空間Ｓｄとの間に、それぞれ混合ユニット１２０を連通させて配置しているため、混合ケース１１０内を流動する初期気泡混合水Ｒは、流動抵抗のない各溜り空間Ｓｕ,Ｓｈ,Ｓｄと、流動抵抗となる各混合ユニット１２０を交互に直列的に通過することで堅実に脈流となる。

すなわち、流動抵抗が殆どない各溜り空間Ｓｕ,Ｓｈ,Ｓｄ内を流動する初期気泡混合水Ｒの流速は、比較的大きいものの、混合機能を有する各混合ユニット１２０中を流動する初期気泡混合水Ｒは、流動抵抗を受けてその流速が比較的低減される。そのため、混合ケース１１０内を流動する初期気泡混合水Ｒの流速は、大→小→大→小→大と変化（激変）されて、初期気泡混合水Ｒの流れが堅実な脈流となる。その結果、各混合ユニット１２０中を流動する際はもとより、混合ケース１１０内において脈流となって流動する際にもせん断効果が生起されて、相乗的なせん断効果が得られる。

また、各混合ユニット１２０の上流側と下流側には、それぞれ各溜り空間Ｓｕ,Ｓｈ,Ｓｄを配置して、各混合ユニット１２０の流入口１５０は、導入口１１１側に向けて開口配置する一方、各混合ユニット１２０の流出口１５１は、導出口１１２側に向けて開口配置しているため、混合ケース１１０内における圧力損失を低減させることができる。そのため、気液混合手段３０に流体を加圧して供給する吸込ポンプＰ１と吐出ポンプＰ２の電力消費量の低減を図ることができるとともに、混合処理済み流体である気液混合水Ｒｍの流出量（導出量）の増大化（効率化）を図ることができる。

また、本実施形態では、吸込ポンプＰ１と吐出ポンプＰ２により導入口１１１を通して混合ケース１１０に初期気泡混合水Ｒを加圧状態にて導入し、混合ケース１１０内に配設した混合ユニット１２０により初期気泡混合水Ｒを混合して、気液混合水Ｒｍを導出口１１２から混合ケース１１０外に導出することができる。

そして、混合ユニット１２０では、面同士を対向状に配置した板状の第１エレメント１３０と第２エレメント１４０の始端縁部間である流入口１５０から初期気泡混合水Ｒを流入させて、両エレメント１３０,１４０の終端縁部間である流出口１５１から流出させるまでの間に、流入した初期気泡混合水Ｒを各凹部群１３２,１４２の対向する凹部１３４,１４４間にて合流と分流を繰り返しながら蛇行させて流動させることにより、堅実に気液混合水Ｒｍを生成することができる。

この際、連続相と分散相からなる初期気泡混合水Ｒが流入口側（上流側）の凹部群１３２,１４２間を蛇行しながら流動する際に受けるせん断力により分散相としての流体（本実施形態では気体）が微細化された気液混合水Ｒｍが生成される。

このように、各凹部群１３２,１４２の対向する凹部１３４,１４４間に初期気泡混合水Ｒが蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流入口１５０から流出口１５１に至る連続的な流路において、分散相としての流体が異なるせん断力を受けながら複数回にわたって微細化されるため、マイクロレベルないしはナノレベルへの微細化生成も堅実にかつ効率良く行うことができる。

本実施形態の気液混合手段３０では、混合ケース１１０内に、混合ユニット１２０を積層状に重合配置して形成した複数の混合ユニット積層体１６０を配設しているため、これらの混合ユニット積層体１６０により多量の気液混合水Ｒｍを生成することができる。したがって、気液混合水Ｒｍの生成効率を高めることができる。その結果、気液混合手段３０には、初期気泡混合水Ｒを一度通過（１パス）させるだけでも混合精度（例えば、微細化性と均一化性）の高い気液混合水Ｒｍの生成することができ、所定回数通過させることで短時間に所望の気液混合水Ｒｍを得ることができる。

（第２実施形態としての気液混合手段の具体的な説明）
次に、第２実施形態としての気液混合手段３０の構成をより具体的に説明する。すなわち、混合ケース１１０は、一方向（本実施形態では左右方向）に伸延する四角形箱型に形成しており、左右方向に伸延する四角形板状の天井部１１３及び底部１１４と、天井部１１３及び底部１１４の前後左右側縁部間に介設した四角形板状の前・後・左・右側壁部１１５,１１６,１１７,１１８と、により形成している。右側壁部１１８の中央部には、円形の導入口１１１を設けて、導入口１１１に循環パイプＪの中途部の上流側端部を連通連結し、循環パイプＪを通して導入口１１１から初期気泡混合水Ｒを加圧状態にて導入するようにしている。左側壁部１１７の中央部には、導入口１１１よりも小径で円形の導出口１１２を設けて、導出口１１２に循環パイプＪの中途部の下流側端部を連通連結し、混合ユニット１２０により混合された気液混合水Ｒｍを導出口１１２から循環パイプＪを通して導出するようにしている。

混合ユニット１２０の凹部群１３２は、開口形状が（底面視）正六角形で有底筒状の凹部１３４を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では４列）隣接させて垂設し、凹部１３４を下方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部１３４が形成されている。

また、混合ユニット１２０の凹部群１４２は、第２エレメント１４０の対向面１４１の流入口１５０側に底面視正六角形で有底筒状の凹部１４４を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では４列）隣接させて突設し、凹部１４４を上方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部１４４が形成されている。

凹部群１３２を形成する凹部１３４と凹部群１４２を形成する凹部１４４同士は、対向させて配置するとともに相互に連通するように位置を違えて配置している。つまり、凹部１３４（１４４）の中心位置に、凹部１４４（１３４）の角部１４６（１３６）が位置する状態で当接している。したがって、例えば、第１エレメント１３０の凹部１３４側から第２エレメント１４０の凹部１４４側に初期気泡混合水Ｒが流れる場合を考えると、初期気泡混合水Ｒは、２つの流路に分流（分散）されることになる。すなわち、第１エレメント１３０の凹部１３４の中央位置に位置された第２エレメント１４０の角部１４６は、初期気泡混合水Ｒを分流する分流部として機能する。逆に、第２エレメント１４０側から第１エレメント１３０側に初期気泡混合水Ｒが流れる場合を考えると、２方から流れてきた初期気泡混合水Ｒが１つの凹部１３４に流れ込むことで合流することになる。この場合、第２エレメント１４０の凹部１４４の中央位置に位置された第１エレメント１３０の角部１３６は、合流部として機能する。

混合ユニット１２０は、アクリル樹脂等の合成樹脂により各パーツ（構成部材）を形成して、これらを接着剤により一体的に接着することで一体的に構成することも、また、ステンレス鋼等の合金により各パーツを形成して、これらをビス止めにより一体的に組み付けることで一体的に構成するもできる。

本実施形態では、初期気泡混合水Ｒの流動幅である混合ユニット１２０の左右幅Ｗ２（導入口から導出口へ向けて流動する初期気泡混合水Ｒの流動方向の幅）よりも、初期気泡混合水Ｒの流入・流出幅である混合ユニット１２０の前後幅Ｗ５（初期気泡混合水Ｒの流動方向と略直交する方向の幅であって、前・後壁部１１５,１１６の間隔と同一幅）を広幅となした帯状に形成している。導入口側溜り空間Ｓｕの左右幅Ｗ１は、混合ユニット１２０の左右幅Ｗ２と略同一幅となし、中継溜り空間Ｓｈの左右幅Ｗ３は、混合ユニット１２０の左右幅Ｗ２の略二分の一幅となし、導出口側溜り空間Ｓｄの左右幅Ｗ４は、混合ユニット１２０の左右幅Ｗ２と略同一幅となしている。各溜り空間Ｓｕ,Ｓｈ,Ｓｄの前後幅と上下幅は、混合ケース１１０の内面の前後幅と上下幅と同一である。そして、導入口側溜り空間Ｓｕの下流側面と最上流側に配置した第１の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０とが面接触して連通し、第１の混合ユニット積層体１６０の各流出口１５１と、最上流側に形成した第１の中継溜り空間Ｓｈの上流側面と、が面接触して連通し、第１の中継溜り空間Ｓｈの下流側面と、第２の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０と、が面接触して連通し、第２の混合ユニット積層体１６０の各流出口１５１と、第２の中継溜り空間Ｓｈの上流側面と、が面接触して連通し、第２の中継溜り空間Ｓｈの下流側面と、第３の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０と、が面接触して連通し、第３の混合ユニット積層体１６０の各流出口１５１と、第３の中継溜り空間Ｓｈの上流側面と、が面接触して連通し、第３の中継溜り空間Ｓｈの下流側面と、第４の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０と、が面接触して連通し、第４の混合ユニット積層体１６０の各流出口１５１と、導出口側溜り空間Ｓｄの上流側面と、が面接触して連通している。また、上記した左右幅Ｗ２〜Ｗ４は、好ましくは、左右幅Ｗ１≧左右幅Ｗ２×２、左右幅Ｗ３＝左右幅Ｗ２／２、左右幅Ｗ４≧左右幅Ｗ２×（２ないしは３）に設定することで、導出口側溜り空間Ｓｄの体積を中継溜り空間Ｓｈの体積の２倍以上に形成し、かつ、導入口側溜り空間Ｓｕの体積を中継溜り空間Ｓｈの体積の２倍〜３倍以上に形成できる。

このようにして、導入口１１１から導入されて導入口側溜り空間Ｓｕに充満した初期気泡混合水Ｒは、第１の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０から各混合ユニット１２０内に並列状態に流入して、各混合ユニット１２０内で蛇行しながら合流と分流（分散）を繰り返しながら流動することで、せん断力を受けて分散相である気体が微細化されるとともに均一に混合された気液混合水Ｒｍとなる。

続いて、気液混合水Ｒｍは、第１の混合ユニット積層体１６０の各混合ユニット１２０の各流出口１５１から流出されて、第１の中継溜り空間Ｓｈに充満される。第１の中継溜り空間Ｓｈに充満された気液混合水Ｒｍは、第２の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０から各混合ユニット１２０内に並列状態に流入して、各混合ユニット１２０内で第１の混合ユニット積層体１６０と同様に混合処理される。その結果、分散相である気体が、さらに微細化されるとともに、均一に混合された気液混合水Ｒｍとなる。

続いて、気液混合水Ｒｍは、第２の混合ユニット積層体１６０の各混合ユニット１２０の各流出口１５１から流出されて、第２の中継溜り空間Ｓｈに充満される。第２の中継溜り空間Ｓｈに充満された気液混合水Ｒｍは、第３の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０から各混合ユニット１２０内に並列状態に流入して、各混合ユニット１２０内で第２の混合ユニット積層体１６０と同様に混合処理される。その結果、分散相である気体が、さらに微細化されるとともに、均一に混合された気液混合水Ｒｍとなる。

続いて、気液混合水Ｒｍは、第３の混合ユニット積層体１６０の各混合ユニット１２０の各流出口１５１から流出されて、第３の中継溜り空間Ｓｈに充満される。第３の中継溜り空間Ｓｈに充満された気液混合水Ｒｍは、第４の混合ユニット積層体１６０の各流入口１５０から各混合ユニット１２０内に並列状態に流入して、各混合ユニット１２０内で第３の混合ユニット積層体１６０と同様に混合処理される。その結果、分散相である気体が、さらに微細化されるとともに、均一に混合された気液混合水Ｒｍとなる。

続いて、気液混合水Ｒｍは、第４の混合ユニット積層体１６０の各混合ユニット１２０の各流出口１５１から流出されて、導出口側溜り空間Ｓｄに充満される。導出口側溜り空間Ｓｄに充満された気液混合水Ｒｍは、導出口１１２から導出される。

各混合ユニット１２０においては、初期気泡混合水Ｒの流動幅である各混合ユニット１２０の左右幅よりも初期気泡混合水Ｒの流入・流出幅である各混合ユニット１２０の前後幅Ｗ５を広幅に形成しているため、大量の初期気泡混合水Ｒが短時間に各混合ユニット１２０を流動して通過する。

このように、混合ケース１１０内では、初期気泡混合水Ｒないしは気液混合水Ｒｍが、導入口１１１→導入口側溜り空間Ｓｕ→第１の混合ユニット積層体１６０→第１の中継溜り空間Ｓｈ→第２の混合ユニット積層体１６０→第２の中継溜り空間Ｓｈ→第３の混合ユニット積層体１６０→第３の中継溜り空間Ｓｈ→第４の混合ユニット積層体１６０→導出口側溜り空間Ｓｄ→導出口１１２へと流動する。

この際、混合ケース１１０内では、比較的流路抵抗が小さい各溜り空間Ｓｕ,Ｓｈ,Ｓｄと、比較的流路抵抗が大きい第１〜第４混合ユニット積層体１６０と、が交互に配置されているため、混合ケース１１０内を流動する初期気泡混合水Ｒないしは気液混合水Ｒｍは、その流速が間欠的に激変する脈流になる。そのため、初期気泡混合水Ｒは、各混合ユニット１２０中を流動する際にせん断力を受けることはもとより、混合ケース１１０内においても脈流となって流動される際にせん断力を受ける。その結果、初期気泡混合水Ｒに作用させるせん断効果を増大させて、分散相をナノ気泡に微細化することができるとともに、大量に気液混合水Ｒｍを生成することができる。

また、本実施形態では、混合ケース１１０内に所要枚数（本実施形態では、１０枚）の混合ユニット１２０を積層状に重合させて配設することで混合ユニット積層体１６０をコンパクトに形成することができるとともに、複数（本実施形態では、４個）の混合ユニット積層体１６０を上流側から下流側に間隔をあけて配設することで、各混合ユニット１２０による流体混合処理を同時に平行して効率良く行うことができる。したがって、混合ケース１１０内にコンパクトに配設された適当な個数の混合ユニット１２０により、適量の気液混合水Ｒｍが、効率良く生成されるとともに、混合ケース１１０から導出される。

前記のように構成した気液混合手段３０は、水中ポンプの吐出部に導入口１１１を接続して、水中ポンプの吸入部から吸入した異なる複数の流体を、吐出部から気液混合手段３０内に吐出して、気液混合手段３０内にて流動させることで、流体混合処理を行うこともできる。

本実施形態では、混合ケース１１０内に４個の混合ユニット積層体１６０を配設しているが、混合ユニット積層体１６０の配設個数は、これに限られるものではなく、気液混合水Ｒｍの生成量等に応じて、所望個数である単数個ないしは複数個の混合ユニット積層体１６０を配設することができる。

＜第３実施形態に係る生成装置の説明＞
第３実施形態に係る生成装置Ａは、第１実施形態としての気液混合手段３０に代えて、第２実施形態としての気液混合手段３０を取り付けることで構成することができる。すなわち、気液混合装置Ｍにおいて、導入案内体３８に導入口１１１を接続するとともに、収容ケース１０の開口部１２ｇに導出口１１２を接続することにより、第２実施形態としての気液混合手段３０を採用して構成することができる。

このように構成した第３実施形態に係る生成装置Ａでは、第１・第２実施形態に係る生成装置Ａと同様の効果を得ることができる。

次に、前記した第１実施形態としての生成装置Ａを具備する養殖システムＳｙの実施例について説明する。本実施例では、物理濾過装置Ｐｆにより物理処理された飼育水としての海水をタンクＴ内に導入して、タンクＴ内に海水を満たすとともに、タンクＴ内の海水中に２台の気液混合装置Ｍを浸漬した。そして、気液混合装置Ｍに酸素供給源Ｏｘである酸素ガスボンベから１Ｌ/分の純酸素を供給して、気液混合手段３０により海水と酸素ガスを混合することで、微細化かつ均一化して気液混合水Ｒｍを生成した。その後、気液混合水Ｒｍは、生物濾過装置Ｂｆに導出した。この際の海水の温度は、約１６℃であり、生物濾過装置ＢｆのＤＯ値は、約２０ｍｇ／Ｌ（溶存酸素飽和度は約２００％）になるように気液混合装置Ｍへの純酸素の供給量を調整して設定した。そして、養殖システムＳｙの運転は、５日ごとに飼育水槽Ｆａの飼育水の減少分を補給しながら1ヶ月間行った。その時の結果は、以下の通りである。

すなわち、生物濾過装置Ｂｆで生物濾過処理されるとともに、調温装置Ｔａにより約１６℃に温度調節された気液混合水Ｒｍが、循環ポンプＰｃにより飼育水槽Ｆａに送水されるときのＤＯ値は、約１０ｍｇ／Ｌ（溶存酸素飽和度が１００％以上の過飽和状態）であった。そして、飼育水槽Ｆａ内おける気液混合水ＲｍのＤＯ値は、飼育水槽Ｆａ内の飼育魚の量によって異なるものの、概ね７〜８ｍｇ／Ｌ（溶存酸素飽和度が１００％以上の過飽和状態）に維持されていた。養殖システムＳｙおける気液混合水ＲｍのｐＨは、７.５〜８に維持され、ｐＨの低下は起きなかった。循環ポンプＰｃの位置では、ｐＨが７.８、気液混合水Ｒｍ中に含まれるアンモニア態窒素が０.３ｍｇ／Ｌ、亜硝酸態窒素が０.１ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素が３０ｍｇ／Ｌであった。沈澱槽Ｄｐ内では、ｐＨが７.８、気液混合水Ｒｍ中に含まれるアンモニア態窒素は０.３ｍｇ／Ｌ、亜硝酸態窒素は０.２ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素は３０ｍｇ／Ｌであった（検査方法；パックテスト）。循環流路Ｃ、飼育水槽Ｆａ、沈澱槽Ｄｐ、物理濾過装置Ｐｆ、生成装置Ａ、及び生物濾過装置Ｂｆにおける一般細菌数は、３０〜７０個体／ｍＬであった（検査方法；JIS K 0101 63.2(1998)）。

気液混合水Ｒｍ中の一般細菌数が３０〜７０個体／ｍＬということは、気液混合水Ｒｍが清浄な海域の水準（例えば、一般細菌数が２〜９６(CFU/mL)）と同じ水準であると言える。一般細菌数をこの範囲に抑えることができたのは、気液混合水Ｒｍ中の酸素ガスの気泡をナノレベル化していたことに起因すると考えられる。そして、気液混合水Ｒｍは、紫外線殺菌装置等により滅菌処理する必要がないものと判断される。その結果、養殖システムＳｙに紫外線殺菌装置等の滅菌処理装置を設ける必要性がないので、その分の養殖システムの低コスト化が図れる。

飼育水槽Ｆａと配管設備内の汚れが少なく、汚れが付いても清掃が極めて簡単にできた。そのため、酸素ガスの気泡がナノレベル化された気液混合水Ｒｍを循環させることで、長期間にわたって飼育水槽Ｆａを使用し続けることができることが分かった。

飼育水槽Ｆａ内に生じる残餌や斃死魚の腐敗が遅くなった。このことから、酸素ガスの気泡がナノレベル化された気液混合水Ｒｍは、水質悪化を防ぐ効果があることが分かった。

Ｓｙ養殖システム
Ａ気液混合水生成装置
Ｃ循環流路
Ｆａ飼育水槽
Ｄｐ沈澱槽
Ｐｆ物理濾過装置
Ｂｆ生物濾過装置
Ｔａ調温装置
Ｐｃ循環ポンプ
Ｏｘ酸素供給源

Claims

循環ポンプを具備して飼育水を循環させる循環流路に、魚介類を飼育する飼育水槽と、飼育水槽から排出される飼育水を濾過処理する物理濾過装置と、物理濾過装置から流出された濾過処理水を生物濾過処理する生物濾過装置と、を配設した閉鎖循環濾過養殖システムであって、
物理濾過装置と生物濾過装置との間に位置する循環流路の部分に、気液混合水生成装置を配設し、
気液混合水生成装置は、物理濾過装置から流出された全ての濾過処理水に、酸素ガスをナノレベルの気泡となして混合させることで気液混合水を生成するとともに、気液混合水に酸素ガスを過飽和状態に溶存させ、
生物濾過装置は、魚介類の排泄物のアンモニアを、硝化細菌の働きにより亜硝酸を経由して硝酸に酸化させる生物濾過処理を行うように構成し、
酸素ガスが過飽和状態に溶存された気液混合水は、生物濾過処理を行う生物濾過装置に供給され、生物濾過処理後にも酸素ガスが過飽和状態に溶存されたままの気液混合水が生物濾過装置から飼育水槽に供給されるようにし、
しかも、生物濾過装置には、硝化細菌を活性化させるための空気を圧送する送気装置を接続したことを特徴とする閉鎖循環濾過養殖システム。
生物濾過装置と飼育水槽との間に位置する循環流路の部分に、調温装置を配設し、
調温装置は、生物濾過装置から流出される気液混合水を、取水源から導入した調温水により熱交換して加温ないしは冷却することで、飼育水槽に貯溜される気液混合水の水温を一定の範囲に維持するようにしたことを特徴とする請求項１記載の閉鎖循環濾過養殖システム。
飼育水槽と物理濾過装置との間に位置する循環流路の部分に、沈澱槽を配設し、
沈澱槽は、飼育水槽から流出される飼育水ないしは気液混合水を導入して、飼育水ないしは気液混合水よりも比重の大きい魚類の糞と残餌を沈降させて捕集し、残餌等が捕集・分離された処理水を物理濾過装置に供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の閉鎖循環濾過養殖システム。
気液混合水生成装置は、気液混合手段を有し、
気液混合手段は、濾過処理水と酸素ガスとを加圧状態にて導入口を通して導入し、気液混合水となした後に、導出口を通して導出する混合ケースを具備し、
混合ケース内には、導入口側に向けて開口配置した流入口と、導出口側に向けて開口配置した流出口と、を有する混合ユニットを配設し、
混合ユニットは、板状の第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの対向面間において流入口側から流出口側に向けて濾過処理水と酸素ガスとが蛇行しながら流動することで、酸素ガスの気泡が微細化されるようにするとともに、この流動方向の幅よりも、この流動方向と直交する方向の流入口の幅を広幅に形成して、流入口を通して大量の濾過処理水と酸素ガスが混合ユニット中に流入するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の閉鎖循環濾過養殖システム。
混合ユニットは、その複数を積層状に重合配置して混合ユニット積層体となしたことを特徴とする請求項４記載の閉鎖循環濾過養殖システム。