JP6399529B2 - 害敵水生々物殺滅用の多孔ノズル - Google Patents
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Description
魚の場合、受精卵から孵化した仔魚は貝類等よりかなり大きくて害敵水生々物の食害を受けることはないが、前述のように、貝類などの幼生(ラーバ)は、例えば、全長100μm以下の害敵水生々物の食害を受けてしまう。勿論、上記のような海洋性に限らず、汽水又は淡水性無脊椎動物も養殖対象となる。
(なお、養殖対象が害敵水生々物9に対する耐性を備える稚体まで成長すれば、コペポーダのような害敵水生々物9の捕食による食害は受けなくなるが、前述の「餌競合問題」は残る。)
在来の「かけ流し方式」はこのような設備構成であるので、従来の「閉鎖循環方式」に比べて設備コストは大幅に低く抑えることができるものの、なお、海洋性無脊椎動物の養殖には大型の前処理水槽15、大量の殺薬剤と中和剤、害敵水生々物の常時確認と管理が必要であり、その分、最も手間と時間及びコストがかかる方式であった。
また、薬剤の残留が懸念されることから、化学薬品を使用しない処理方法が望まれている。
入口開口から喉部3に向かって縮径した入口側開口部2と、その出口側端部4bが出口開口となっている喉部3とで構成されたノズル孔1が3個以上隣接して設けられた害敵水生々物殺滅用多孔ノズルAであって、
隣接するノズル孔1の入口側開口部2が互いに干渉する距離に設けられて、入口側開口部2の干渉部分6の隔壁5がU形に切除されており、隣接する前記U字形切除部分5bの間の切残し部分5aが剣先状に形成されていることを特徴とする。
そして多孔ノズルAには、ノズル孔1が3個以上隣接して設けられているので、ノズル孔1夫々の喉部3の口径は、喉部3の内径が大きくノズル孔を1個だけ設ける従来の場合に比べて個数分の1だけ細くすることが出来、その結果、細いノズル孔1(即ち、喉部3)によって微細な害敵水生々物9を効果的に殺滅することが出来る。換言すれば、従来の喉部の内径が大きなノズル孔では、微細な害敵水生々物9は素通りし易く、殺滅効果を上げにくい。しかも、請求項1及び2にかかる発明では、微細な害敵水生々物9に合わせてノズル孔1の孔径、特に、喉部3の内径を自由に選定できるし、処理流量に合わせて1つの多孔ノズルAに穿設するノズル孔1や、流路に設置される多孔ノズルAの数を変化させることで対応することができる。
なお、上記ノズル形状のものは、ノズル孔1の通過時の圧損の減少が少なく、大量の水をスムーズに通すことが出来るので、大型の養殖設備から実験室レベルの規模まで対応することが出来る。
また、隣接するノズル孔1の隔壁5の干渉部分6がU形に切除され、隣接する前記U字形切除部分5bの間の切残し部分5aが剣先状に形成されているので、剣先状の切残し部分5aによって流入側の水Rが各ノズル孔1の入口側開口部2に向かって切り分けられてガイドされ、この部分で渦Uを生じることなく入口側開口部2にスムーズに流れ込む。
換言すれば、図18(a)(b)に示すように、隣接するノズル孔100の入口側開口部200が互いに干渉しない位置まで離すと、隣接する入口側開口部200の間に入口側の面200bに平面部200hが形成され、この部分に渦U(乱流)が形成され、入口側開口部2への水Rの流入を阻害し流入速度を殺滅する。即ち、圧損を高める。その結果、出口側開口部400から流出する排水流400aの流速が大幅に落ちて排水流400a中のナノバブル8の生成量も少なくなり、害敵水生々物の殺滅率が大幅に低下する。
本発明の多孔ノズルAは、大量の給水を必要とする養殖設備Zから図示していない実験室レベルの養殖設備まで適用可能であり、害敵水生々物9の大きさとの関係で、喉部3の内径を3mm以下とした。実用的な範囲は(0.5〜3mmで、より好ましくは1〜3mmである。
図3は既設の「かけ流し式」の養殖設備Zに後付けで独立した後付型殺滅装置Bを設置する場合である。図1又は2の設備に図3の後付型殺滅装置Bを更に設置することも可能である。
「かけ流し式」では、海水、河川水或いは汽水など養殖種によって最適の水Rが使用されるが、河川水或いは汽水も同様であるので、ここでは海水Rをその代表例として説明する。
配管組込型殺滅部材Kは1基でも良いし、同図(b)に示すように、複数の配管組込型殺滅部材K1〜Knを直列に接続してもよいし、同図(c)に示すように、並列に接続してもよい。以下、配管組込型殺滅部材Kが1基を代表例として説明し、複数を用いたこれらについては後述する。
そして給水配管22の給水用上開閉バルブ42aの入口側の入口側接続点Q1と給水用下開閉バルブ42bの出口側の出口側接続点Q2との間に短絡配管23が接続されており、短絡配管23に循環用開閉バルブ32が設置されている。
フランジ板7は給水配管22の途中(縦方向に立設されている部分)に設置され、周囲の通孔で給水配管22のフランジにボルト止めにて共締めされる。
フランジ板7は上記のように給水配管22の縦向き上昇流れの途中部分に取り付けられ、多孔ノズルAは入口開口を下にしてフランジ板7に取り付けられる。多孔ノズルAの螺着基部にはOリング7bが装着され、漏水を防止している。
多孔ノズルAは、円柱状の部材で、図6(a)に示すように入口側外周にはフランジ板7の装着孔7aに螺着するための雄螺子が刻設されている。従って装着方法はこれに限られないが、図の場合は、ねじによる螺着である。
多孔ノズルAの材質は円柱状の耐蝕性に優れたステンレス又は樹脂部材で、その入口側の面(正面)1aは凹半円球状に形成されており、この凹半円球状の面1aに横断面円形のノズル孔1が正面から背面に向かって3本以上貫通するように穿設されている。ノズル孔1の縦断面形状は基本的に同じ形状に形成されている。
入口側開口部2は入口開口からノズル孔1の中央の喉部3に向けて、ノズル孔1の中心軸に直交する断面積(入口側水通路面積)が漸減するように縮径されている。
喉部3は最小の断面積の短い円筒孔(或いは入口側開口部2の出口と出口側開口部4の入口とを結ぶ最小の断面積の丸孔)である。
出口側開口部4は喉部3から出口開口に向けてノズル孔1の中心軸に直交する断面積(出口側水通路面積)が漸増するように設けられている。即ち、入口開口から喉部3までが入口側開口部2であり、喉部3から出口開口までが出口側開口部4である。
入口側開口部2の開口角度は収縮ノズル損失を最小にするため、例えば22°±3°(半頂角αは11°±1.5°)である。
そして出口側開口部4の開口角度は拡大管損失を最小にするため、例えば7.4°±2°(半頂角βは3.7°±1°)であり、より好ましくは7.4°±1°(半頂角βは3.7°±0.5°)である。
そして、喉部3の内径は、殺滅対象である最強の水生々物(例えば、前後が貝殻で覆われた二枚貝の幼生)に合わせて決定され、通常は3mm以下とされる。喉部3の内径は、上記のように細い程、致死率や障害率が高くなるので、細い程好ましい。
喉部3の内径は殺滅対象の大きさや頑強さ、必要とされる給水量、差圧によって左右され、その下限は一概に決定できないが、現実的には0.5mmが選択される。通常、致死率や障害率及び圧損を考慮して1mm〜3mmが好ましく、更には2mm±0.5mmがより好ましい。
ノズル孔1の配置例を示すと、3以上のノズル孔1がその円形の正面1aから背面に向かって貫通するように穿設されている。ノズル孔1は同じ形状に形成されている。ノズル孔1が3個以上の場合は、多孔ノズルAの正面1aにおいて、その中心部分に設けられた正三角形の頂点にノズル孔1の中心が設けられる(図11)。
4個の場合は、図12のように正方形の頂点、或いは図7〜9に示すような正面1aの中心に1個のノズル孔1を形成し、その周囲に3個のノズル孔1を120°間隔で形成する。5個の場合は、図13のように5角形の頂点に形成する。いずれの場合も隣接するノズル孔1の中心間距離は等しい。
図10は19個のノズル孔1を形成した例で、中心の1個のノズル孔1の周囲に同心円で2重にノズル孔1を形成した例(六方最密構造)で、内側のノズル孔1は6個、外側のノズル孔1は12個である。図9の場合を含め、正面1aの中心に穿設されたノズル孔1を中心とした、隣接するノズル孔1の中心間距離は等しい。換言すれば、3孔、7孔又は19孔の場合、正三角形の集合体の頂点にノズル孔1が穿設される。
正面1aのそれ以外の部分である周囲部分もなだらかな曲面で入口部分2cに接続されているので、やはり海水Rが渦を起こすことなく層流状で最も近いノズル孔1に流れ込む。
これにより入口側では入口側圧力に応じた流れで殆ど圧力損失なくノズル孔1に流れ込む。そして、ノズル孔1の入口側開口部2は喉部3に向かって次第に細くなっているので、断面積の減少に伴い流速を上げる。入口側開口部2では上記のような半頂角αを採用しているので、収縮ノズル損失は最小に抑制される。
この出口側開口部4も上記のような半頂角βを採用しているので、拡大管損失は最小に抑制される。それ故、入口側の水圧を同じにした場合、出口の流速が大幅に落ちる従来のスリット孔(ベンチュリ管も同様)に比べて本発明のノズル孔1から出る高速排水流4aの流速の低下率が大幅に小さく、高速排水流4a中に発生したナノバブル8の量が従来例に比べて格段に多い(2倍程度)。即ち、本発明ノズル孔1を通過した海水Rでは、非圧縮流体であるが故に圧力損失を低く抑えつつナノバブル8(キャビテーション)を有効に発生させることができる。
この一方向の高圧の衝撃波は、周囲に浮遊している又はナノバブル8が付着した水生々物9を直撃し、例えば、ブラインシュリンプのような節足水生動物は破壊され、二枚貝のような幼生でも貝殻の一部を破壊して死滅に至るダメージを与える(図14、15参照)。なお、コペポーダを始めとする害敵水生々物9は一か所でも物理的ダメージを与えられると繁殖能力を喪失し、時間の経過と共に減数の一途を辿る。
上記のように流入渠30は海に面して設置され、夾雑物を或る程度排した海水Rを常時取り込んでおり、取水管又は取水口を通して隣接して設置されている揚水ポンプP1に海水Rを送り込む。
給水ポンプP4を作動させると一次フィルタ41から濾過された海水Rが引き込まれ、配管組込型殺滅部材Kの多孔ノズルAを通過し、ここで海水R中の害敵水生々物9の大半(80〜90%或いはそれ以上)が物理的に破壊或いは損傷を受ける。
そして、分岐配管22aに至り、二次フィルタ21で最終的に濾過され、各飼育水槽10に給水される。従って、損傷を免れ、二次フィルタ21の濾過も免れた害敵水生々物9やそのシストは僅かながら存在し、給水と共に飼育水槽10に入り込む。配管組込型殺滅部材Kに内蔵されている多孔ノズルAによる害敵水生々物9の殺滅・損傷付与メカニズムは上記の通りである。
飼育水槽10では、給水量と同量の飼育海水Rが排水部12を通して排水され、水質と水位が一定に保たれる。
なお、各飼育水槽10には大半の害敵水生々物9を破壊した害敵水生々物9の少ない新鮮な海水Rを常時供給しているため、飼育途中で害敵水生々物9が大量繁殖して被害を出すということは殆どないが、次に述べる図2のようなケースがある。また、このような事態になった場合には図3の後付型殺滅装置Bを並設することで対応することも可能である。後付型殺滅装置Bについては、図3で説明する。
なお、図1の場合で、例えば、給水ポンプP4が故障し、緊急に海水Rを供給しなければならない場合、給水用上開閉バルブ42a及び給水用下開閉バルブ42bを閉じ、短絡配管23の循環用開閉バルブ32を開き、濾過されただけの海水Rを飼育水槽10に給水することになる。この点は次の図2の場合も同じである。
残余の処理海水R中の害敵水生々物9は既に少なくとも1回の殺滅処理を受けているので、仮に回流中にシストが孵化してとしても害敵水生々物9の量は濾過海水Rより遥かに少ない。そして、配管組込型殺滅部材K以降の給水配管22中のシストの数はその分だけ減少する。
この混合海水Rを殺滅処理すると、殺滅処理された処理海水R中の害敵水生々物9の量は前述の割合(80〜90%或いはそれ以上)で大幅に減少する。同時に配管組込型殺滅部材K以降の給水配管22中に付着したシストの量も孵化した分だけ減少する。
このような循環を繰り返すことで、配管組込型殺滅部材K以降の給水配管22の浄化が行われ、当該部分に付着したシストによる想定外の被害をなくすことができる。
なお、図1と同様図2の場合も図3の後付型殺滅装置Bを設置することも可能である。
後付型殺滅装置Bを飼育水槽10に設置すると、循環配管40の出口と入口とを飼育海水Rに挿入し、且つ、循環配管40内に飼育海水Rを満たしてから循環ポンプP3を作動させる。これにより飼育海水Rは循環配管40の入口から吸引され、配管組込型殺滅部材Kを通って殺滅処理され、出口から放出される。これを繰り返すことにより、飼育水槽10の飼育海水R内の害敵水生々物9を順次殺滅処理することができる。
また、広い飼育水槽10の飼育海水R内には害敵水生々物9が固まっている部分がある。そのような場合には、循環用開閉バルブ42cを閉じ、配管開閉バルブ42dを開き、柔軟な可撓性ホースで構成された可撓性配管40aを害敵水生々物9が固まっている部分まで移動させて挿入し、当該部分の害敵水生々物9ごと飼育海水Rを吸引し、配管組込型殺滅部材Kに送り込む。このように可撓性配管40aを用いて飼育水槽10内で害敵水生々物9が特に固まって繁殖している部分の水Rを選択的に吸引して殺滅処理することができる。
時間の経過と共に飼育水槽10内のラーバは成長して稚体になるが、この段階になると飼育水槽10の内壁或いは飼育水槽10に吊るされた養殖籠の内面、又は、餌となる藻類に付着して固定する。この段階では、飼育海水Rを吸引しても後付型殺滅装置Bに吸引されることはない。従って、飼育初期では図1,2の養殖設備Zで飼育を行い、稚体段階になった時に図3の後付型殺滅装置Bにより、飼育水槽10内の害敵水生々物9の殺滅処理を付加するようにしてもよい。
直列配列の場合は、図1(b)に示すように、給水配管22にn個の配管組込型殺滅部材K1〜Kn(nは2以上の整数。以下同じ)を所定間隔で配列する。図では、配管組込型殺滅部材K1〜Kn毎に給水ポンプP41〜P4nを設けた例を示す。n台の給水ポンプP41〜P4nに代えて大型の給水ポンプP4を用いることも可能である。図のような給水ポンプP41〜P4nの個別配置はポンプの小型化が可能である。
なお、上記場合は、直列の場合と並列の場合とを別個に示したが、勿論、これに限られず、並列の各ライン221〜22nに複数の配管組込型殺滅部材K1〜Knを直列設置し、各ライン221〜22nの殺滅率を高めるようにしてもよい。
また、給水ポンプP41〜P4nとこれペアとなる配管組込型殺滅部材K1〜Knを1つの配管に組込み、フランジ板7で繋げることが出来るようにしておけば、このユニット配管H1〜Hnを給水配管22の途中で脱着することで、ユニット配管H1〜Hnの個数を現場の状況に合わせて変更することでこれに対応することが出来る。なお、ユニット配管He〜Hhを給水配管22から取り除くと、単なるフランジ付配管がこの部分に代替用としてフランジ接続されることになる。
試験条件:入口側を下にして1個の多孔ノズルを給水配管に設置し、下から上に向けて給水ポンプにて揚水するようにした。ノズル孔の入口側圧力は0.50MP及び0.25MPとし、出口側圧力は0.05MPとした。
従って、差圧は0.45MP「下表の(a)」、及び0.20MP「下表の(b)」である。また、用意した多孔ノズルの喉部の内径、及びこれらの殺滅率は以下の通りである。
なお、殺滅率は、試験前(コントロール)の海水からサンプリングした海水中の個体数を基準とし、試験後の海水からサンプリングした海水中の損傷個体と非損傷個体(健全個体)をカウントして算出した。従って、試験後のサンプル中には跡形もなく破壊されてカウントできない個体も相当数ある。
内径 殺滅率%(a) 殺滅率%(b)
3.0mm: 60 30
2.5mm: 70 68
2.2mm: 80 68
2.0mm: 88 63
1.8mm: 90 67
1.5mm: 90 69
1.0mm: 70 58(注
0.5mm: 60 56(注
注)内径が1.0mm(0.5mm)では、殺滅率が70%(60%)、及び58%(56%)となっているが、かなりの量が跡形もなく粉砕されてしまい可視(カウント)できず、殺傷された個体数に比べて生存個体数が相対的に多くカウントされたためである。従って、内径1mm(0.5mm)の場合は100%に近い殺滅率に達していると推測される。ただ、内径が1mmの場合でも細すぎてノズル孔数を増やしても流量を増やすことが出来ない。(換言すれば、ノズル孔1の形状から過剰に近接させることが出来ず、ノズル孔数に制限がある。)0.5mmより細い内径は圧損が大きすぎて実用的でない。
上記表の(a)に対してその約半分である(b)まで差圧を落とすと当然殺滅率も低下するが(内径3mmの場合は大幅低下するが、2.5mm以下の場合は下落率は10%程度である。)、70%程度を目安とすれば、上記のように内径は1mm〜3mm(より好ましくは2mm±0.5mmである)となる。なお、適用される給水ポンプの性能にもよるが、想定される入口側圧力は0.5MPである。
1:ノズル孔、1a:凹半円球状の面(正面)、2:入口側開口部、2a;入口開口縁の円、2c:入口部分(接合部分)、3:喉部、4:出口側開口部、4a:高速排水流、4b:出口側端部、5:隔壁、5a:切残し部分、5b:U字形切除部分、6:干渉部分、7:フランジ板、7a:装着孔、7b:Oリング、7c:閉塞蓋、8:ナノバブル、9:害敵水生々物(コペポーダ)、10:飼育水槽、12:排水部、15:前処理水槽、20:揚水配管、21:二次フィルタ(高性能フィルタ)、22:配管(給水配管)、22a:分岐配管、221〜22n:分岐された給水配管(ライン)、23:短絡配管、30:流入渠、32:循環用開閉バルブ、35:移送配管、40:配管(循環配管)、40a:可撓性配管、41:一次フィルタ、42a:給水用上開閉バルブ、42a1〜42an:分岐給水配管の給水用上開閉バルブ、42b:給水用下開閉バルブ、42c:循環用開閉バルブ、42d:配管開閉バルブ、52:水槽用開閉弁、60:戻り配管、100:ノズル孔、200:入口側開口部、200b:入口側の面、200h:平面部、400:出口側開口部、400a:排水流。
Claims (2)
- 入口開口から喉部に向かって縮径した入口側開口部と、その出口側端部が出口開口となっている喉部とで構成されたノズル孔が3個以上隣接して設けられた害敵水生々物殺滅用多孔ノズルであって、
隣接するノズル孔の入口側開口部が互いに干渉する距離に設けられて、入口側開口部の干渉部分の隔壁がU形に切除されており、隣接する前記U字形切除部分の間の切残し部分が剣先状に形成されていることを特徴とする害敵水生々物殺滅用多孔ノズル。 - 請求項1に記載の害敵水生々物殺滅用多孔ノズルにおいて、喉部3の内径が0.5mm〜3mmに形成されていることを特徴とする害敵水生々物殺滅用多孔ノズル。
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