JP7051598B2 - 水生生物の育成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水生生物の育成装置に関する。

近年、水生生物の養殖において、成長促進や生残率の向上による養殖効率向上のために、空気や酸素を溶解させて溶存酸素濃度を引き上げる方法がとられている（例えば、特許文献１，２参照）。

従来の溶存酸素濃度を引き上げる方法として、散気管による曝気、エジェクタによる水槽への送水水流への酸素導入、気体溶解装置による高濃度酸素溶解水の送水などがある。これらの方法では、水槽内で発生させる水流により酸素の溶解拡散が行われる。

特開平０４－２３７４４７号公報 特開２０１３－２５５４４９号公報

ところで、水槽内の水流は、仔魚から稚魚、幼魚、成魚への成長過程では問題視されないが、卵から孵化、仔魚への成長過程では、生存率、成長等を悪化させ、問題となる。

特許文献１、２に開示された装置では、溶存酸素濃度を引き上げるために水流が発生するため、同装置を仔魚までの成長過程の水生生物の育成に使用することは好ましくない。

そこで、本発明は、水流が殆ど無く、溶存酸素濃度の高い環境をつくることができる、水生生物の育成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る水生生物の育成装置は、水生生物を育成するための育成槽と、酸素濃度の高い水を循環させる循環槽とを備え、前記育成槽と前記循環槽との間に、酸素を透過し、水を透過しない気体透過膜が設けられたことを特徴としている。

かかる構成を備える水生生物の育成装置によれば、前記育成槽と前記循環槽との間に前記気体透過膜が設けられているため、酸素濃度の高い循環槽から育成槽へ水が移動することなく酸素が移動する。このため、育成槽の水の酸素濃度を高めることができ、しかも、循環槽内の水流が育成槽に流れ込まないことから、育成槽において水流が生じることが殆どない。

前記構成を備える水生生物の育成装置において、前記循環槽は、前記気体透過膜を介して前記育成槽の下方に設けられることが望ましい。

かかる構成を備える水生生物の育成装置によれば、簡単な構成で育成槽および循環槽を構築することができる。

前記構成を備える水生生物の育成装置において、前記循環槽に酸素濃度の高い水を循環させる酸素水循環装置を備え、前記酸素水循環装置は、例えば、一端部が前記循環槽の一部に連通され、他端部が前記循環槽の他部に連通された循環経路と、前記循環経路に酸素又は酸素を含む気体を導入する気体導入部と、前記循環経路に設けられた加圧ポンプと、前記循環経路において、前記気体導入部および前記加圧ポンプより下流側、かつ、前記循環槽より上流側に設けられた気体溶解装置と、を有する。

かかる構成を備える水生生物の育成装置によれば、効率良く酸素濃度の高い水を循環槽に供給することができる。

前記構成を備える水生生物の育成装置において、前記酸素水循環装置は、前記育成槽および前記循環槽の少なくとも一方の水の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、前記育成槽および前記循環槽の少なくとも一方の水の酸素濃度に基づいて前記気体導入部が導入する酸素導入量と前記加圧ポンプによる加圧量とを制御するコントローラと、をさらに有してもよい。

かかる構成を備える水生生物の育成装置によれば、育成槽における溶存酸素濃度を、育成する水生生物に適した酸素濃度に保つことができる。

前記構成を備える水生生物の育成装置において、前記コントローラは、前記加圧ポンプの回転数を繰り返し変動させるものでもよい。

かかる構成を備える水生生物の育成装置によれば、循環槽内における水流量を変動させて、気体透過膜を膜厚方向に繰り返し変形させることができる。その結果、育成槽において「ゆらぎ」を生じさせることができる。

前記構成を備える水生生物の育成装置において、前記酸素水循環装置は、前記循環経路上で循環水の滅菌を行うＵＶ装置を更に有してもよい。

かかる構成を備える水生生物の育成装置によれば、循環水の滅菌が行われるので、生命力が弱い仔魚までの成長過程の水生生物の生残率を向上させることができる。

本発明によれば、水流が殆ど無く、溶存酸素濃度の高い環境をつくることができる。

本実施形態にかかる水生生物の育成装置の概略構成図である。 本実施形態にかかる水生生物の育成装置の制御フローである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態にかかる水生生物の育成装置Ａは、図１に示すように、水槽１と、酸素水循環装置２とを備えている。

水槽１は、水生生物を育成するための育成槽１１と、酸素濃度の高い水を循環させる循環槽１２とを備えている。育成槽１１と循環槽１２との間には、気体透過膜３が設けられている。図１に示す例の場合、水槽１が気体透過膜３によって仕切られ、気体透過膜３の上側に育成槽１１が設けられ、気体透過膜３の下側に循環槽１２が設けられているということもできる。気体透過膜３は、酸素を透過し、水を透過しないものであればよい。気体透過膜３として例えば酸素透過性に優れたシリコン製の膜を使用することができる。なお、上記「酸素濃度が高い水」とは、自然の水と比べて酸素濃度が高い水のことであり、例えば、酸素濃度が１０ｐｐｍ以上の水、好ましくは酸素濃度が２０ｐｐｍ以上の水である。後述する「酸素濃度が高い水」も同様である。

気体透過膜３の水槽１に対する取付構造は、特に限定されるものではないが、例えば、下部に開口およびフランジ１１２を有する上部容器１１１と、上部に開口およびフランジ１２２を有する下部容器１２１とを用いることができる。この場合、下部容器１２１と上部容器１１１との間に気体透過膜３を挟んで両者の締結用フランジ１１２，１２２をボルト１３等にて締結することにより、気体透過膜３は、水槽１に固定されるとともに、水槽１を上下２槽に区画する。好ましくは、上部容器１１１と下部容器１２１との境界の水密性を十分に確保するために、上部容器１１１のフランジ１１２と下部容器１２１のフランジ１２２との間に、気体透過膜３の外周部と重ねてフランジパッキン（不図示）を挟み込むとよい。

酸素水循環装置２は、循環槽１２に酸素濃度の高い水（以下「高濃度酸素水」ともいう。）を循環させる。この酸素水循環装置２は、高濃度酸素水を循環させる循環経路２１と、気体導入部２４と、加圧ポンプ２３と、気体溶解装置２５と、酸素濃度検出部２６と、ＵＶ装置２７と、コントローラ２８とを備えている。

循環経路２１は、主に配管類を用いて構成されている。循環経路２１の一端部２１ａは循環槽１２の下部一側部に連通され、循環経路２１の他端部２１ｂは、循環槽１２の下部他側部に連通されている。

気体導入部２４は、循環経路２１を流れる循環水に純酸素（以下単に「酸素」ともいう。）を導入する。気体導入部２４によって循環水に酸素が導入されると、循環水が気液混合水になる。本実施形態では、純酸素を循環水に導入しているが、純酸素の代わりに酸素を含む気体を循環水に導入するようにしてもよい。

本実施形態では、気体導入部２４は、酸素の供給源と循環経路２１とを接続する気体供給路２４１と、気体供給路２４１の途中に設けられた気体投入バルブ２４２と、気体投入バルブ２４２を開閉駆動するアクチュエータ２４３と、気体供給路２４１上の気体投入バルブ２４２より下流側に設けられた逆止弁２４４と、を備えている。

加圧ポンプ２３は、循環経路２１において、気体導入部２４によって酸素が導入される位置より下流側、かつ、循環槽１２より上流側に設けられている。加圧ポンプ２３が駆動すると、循環経路２１に沿って水が循環する。なお、加圧ポンプ２３は、気体導入部２４によって酸素が導入される位置より上流側に設けられてもよい。

気体溶解装置２５は、循環経路２１において、加圧ポンプ２３より下流側、かつ、循環槽１２より上流側に設けられている。気体溶解装置２５は、タンクを備えており、加圧ポンプ２３によって当該タンク内で気液混合水が加圧され、酸素が水に加圧溶解される。損結果、タンク内で高濃度酸素水が生成される。タンク内で生成された高濃度酸素水は、循環経路２１を通じて循環槽２１に供給される。なお、気液溶解装置２５としては、例えば、特開２０１１－２３５２００号公報、特開２０１０－１３７１７６号公報などに開示された周知のもの（同公報では「気液溶解タンク」と称している。）を使用することができる。

酸素濃度検出部２６は、酸素濃度センサを用いて構成されており、育成槽１１の水の酸素濃度を検出する。

ＵＶ装置２７は、紫外線を用いて循環経路２１で循環する水の滅菌を行う。本実施形態では、ＵＶ装置２７は、気液溶解装置２５と循環槽１２との間に設けられている。

コントローラ２８は、育成槽１１の水の酸素濃度を所望の濃度に保つため、酸素濃度検出部２６によって検出される育成槽１１の水の酸素濃度に基づいて、気体導入部２４が導入する酸素導入量と加圧ポンプ２３による加圧量とを制御する。また、コントローラ２８は、加圧ポンプ２３の回転速度を周期的に繰り返し変動させることにより、循環槽１２内における水流量を変動させて、後述する「ゆらぎ」を発生させる。なお、コントローラ２８は、例えばシーケンサを用いて構成することができる。

次に、本実施形態にかかる水生生物の育成装置Ａにおける水の循環について説明する。なお、以下では、水槽１、循環経路２１および循環経路２１上の各機器類に水が満たされているものとして説明する。

コントローラ２８によって、加圧ポンプ２３が駆動され、気体導入部２４の気体投入バルブ２４２が開放されると、循環経路２１に沿って水が循環するとともに、気体導入部２４において循環水に対して酸素が導入され、気液混合水が生成される。生成された気液混合水は、加圧ポンプ２３によって気体溶解装置２５に送り込まれる。更に、加圧ポンプ２３の加圧作用により、気液混合水（酸素と水の混合水）は、気体溶解装置２５のタンク内で当該気液混合水に含まれる酸素が水に加圧溶解されることにより、高濃度酸素水が生成される。生成された高濃度酸素水は、気液溶解装置２５から送出され、ＵＶ装置２７で滅菌処理が施された後、循環槽１２内に送給される。他方、循環槽１２の他側部からは、比較的酸素濃度が低下した水（酸素が消費された水）が循環経路２１の他端部２１ｂに送り出される。循環槽１２から循環経路２１に送り出された比較的酸素濃度の低い水は、気体導入部２４および気体溶解装置２５を通過することで再び高濃度酸素水になって循環槽１２に送給される。

循環槽１２に高濃度酸素水が循環供給されると、循環槽１２の水の酸素濃度が育成槽１１の酸素濃度より格段に高くなるため、循環槽１２の高濃度酸素水の中の酸素が気体透過膜３を透過して育成槽１１に移動し、育成槽１１の水の酸素濃度が上昇する。

また、コントローラ２８は、育成槽１１の酸素濃度を酸素濃度検出部２６により常時モニタリングしながら、育成槽１１の水の酸素濃度が所望の酸素濃度の範囲に保たれるように、循環経路２１を流れる循環水に対して、加圧ポンプ２３による加圧量と、気体導入部２４による酸素導入量を制御する。この制御の一例を図２を用いて説明する。なお、以下の制御例では、育成槽１１内の水の酸素濃度の下限閾値をＸｐｐｍとし、上限閾値をＹｐｐｍとする。また、後述するバルブ開度Ａ１～Ａ３は、Ａ３＜Ａ１＜Ａ２であり、ポンプ回転数Ｎ１～Ｎ３は、Ｎ３＜Ｎ１＜Ｎ２である。

先ず、コントローラ２８は、酸素濃度検出部２６により検出される育成槽１１内の水の酸素濃度がＸｐｐｍを超えているか否かを判定し（Ｓ１）、酸素濃度がＸｐｐｍ以下であると判定した場合（Ｓ１：Ｎｏ）、育成槽１１内の水の酸素濃度が所望範囲に満たないため、気体投入バルブ２４２の開度がＡ２になるようにアクチュエータ２４３を駆動制御するとともに、ポンプ回転数がＮ２になるように加圧ポンプ２３を制御する（Ｓ２）。なお、既に、気体投入バルブ２４２の開度がＡ２であり、ポンプ回転数がＮ２である場合は、その状態が維持される。Ｓ２の後、再び手順がＳ１に戻される。

前記Ｓ１において、コントローラ２８が、育成槽１１内の水の酸素濃度がＸｐｐｍを超えていると判定した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、次いで、育成槽１１内の水の酸素濃度がＹｐｐｍ未満であるか否かを判定し（Ｓ３）、酸素濃度がＹｐｐｍ未満である場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、育成槽１１内の水の酸素濃度が所望範囲内にあるため、コントローラ２８は、気体投入バルブ２４２のバルブ開度がＡ１になるようにアクチュエータ２４３を制御し、ポンプ回転数がＮ１になるように加圧ポンプ２３を制御する（Ｓ４）。なお、既に、気体投入バルブ２４２の開度がＡ１であり、ポンプ回転数がＮ１である場合は、その状態が維持される。Ｓ４の後、再び手順がＳ１に戻される。

前記Ｓ３において、コントローラ２８が、酸素濃度がＹｐｐｍ以上であると判定した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、育成槽１１内の水の酸素濃度が所望範囲を超えているため、コントローラ２８は、気体投入バルブ２４２の開度がＡ３になるようにアクチュエータ２４３を制御しポンプ回転数がＮ３になるように加圧ポンプ２３を制御する（Ｓ５）。なお、既に、気体投入バルブ２４２の開度がＡ３であり、ポンプ回転数がＮ３である場合は、その状態が維持される。Ｓ５の後、再び手順がＳ１に戻される。

また、コントローラ２８は、加圧ポンプ２３のポンプ回転数を上記ポンプ回転数Ｎ１、Ｎ２又はＮ３を中心に繰り返し上下に変動させることにより、循環槽１２内における水流量を変動させて、気体透過膜３を膜厚方向に（上下に）繰り返し変形させる。これにより、育成槽１１において水の「ゆらぎ」が生じる。水の「ゆらぎ」によって、仔魚までの成長過程の水生生物に対して好ましい育成環境とすることができる。ここでいう「ゆらぎ」に関して、水生生物の実生態系での産卵場所である水底の窪みなどでは、水流ではない、水の「ゆらぎ」が有り、実生態系での産卵場所に似た環境を作ることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかる水生生物の育成装置Ａによれば、育成槽１１と循環槽１２との間に気体透過膜３が設けられているため、酸素濃度の高い循環槽１２の水から育成槽１１へ酸素が移動し、育成槽１１の水の酸素濃度を所望の値にまで高めて、その濃度を保つことができる。また、気体透過膜３が設けられていることから、循環槽１２内の水流が育成槽１１に浸入することはなく、育成槽において水流が生じることは殆どない。このため、育成槽１１は、水流によって悪影響を受ける水生生物（例えば仔魚までの成長過程の水生生物）にとって、良好な育成環境となる。

＜実施形態の変形例＞
既述した実施形態では、酸素濃度検出部２６は、育成槽１１の水の酸素濃度を検出するものであったが、循環層１２の水の酸素濃度と育成槽１１の水の酸素濃度とは互いに連動するため、循環層１２の水の酸素濃度から育成槽１１の水の酸素濃度をある程度推定することができる。このことから、酸素濃度検出部２６によって循環層１２の水の酸素濃度を検出し、コントローラ２８が、循環層１２の水の酸素濃度に基づいて、気体導入部２４が導入する酸素導入量と加圧ポンプ２３による加圧量とを制御するようにして、育成槽１１の溶存酸素濃度を所望の範囲に保つことも可能である。

循環槽１２に酸素濃度の高い水を循環させる酸素水循環装置は、既述した酸素水循環装置２に限定されず、循環槽１２に酸素濃度の高い水を循環させることができるものであれば、実施形態に係る酸素水循環装置２と置き換えることも可能である。

以上に説明した本実施形態は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。

本発明は、例えば、水生生物を育成するための装置に適用することができる。

Ａ 水生生物の育成装置
２ 酸素水循環装置
３ 気体透過膜
１１ 育成槽
１２ 循環槽
２１ 循環経路
２３ 加圧ポンプ
２４ 気体導入部
２５ 気体溶解装置
２６ 酸素濃度検出部
２７ ＵＶ装置
２８ コントローラ

Claims (6)

1. 水生生物を育成するための育成槽と、
   酸素濃度の高い水を循環させる循環槽と、
   を備え、
   前記育成槽と前記循環槽との間に、酸素を透過し、水を透過しない気体透過膜が設けられた
   ことを特徴とする水生生物の育成装置。
2. 請求項１に記載の水生生物の育成装置において、
   前記循環槽は、前記気体透過膜を介して前記育成槽の下方に設けられた
   ことを特徴とする水生生物の育成装置。
3. 請求項１又は２に記載の水生生物の育成装置において、
   前記循環槽に酸素濃度の高い水を循環させる酸素水循環装置をさらに備え、
   前記酸素水循環装置は、
   一端部が前記循環槽の一部に連通され、他端部が前記循環槽の他部に連通された循環経路と、
   前記循環経路に酸素又は酸素を含む気体を導入する気体導入部と、
   前記循環経路に設けられた加圧ポンプと、
   前記循環経路において、前記気体導入部および前記加圧ポンプより下流側、かつ、前記循環槽より上流側に設けられた気体溶解装置と、
   を有することを特徴とする水生生物の育成装置。
4. 請求項３に記載の水生生物の育成装置において、
   前記酸素水循環装置は、
   前記育成槽および前記循環槽の少なくとも一方の水の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、
   前記育成槽および前記循環槽の少なくとも一方の水の酸素濃度に基づいて前記気体導入部が導入する酸素導入量と前記加圧ポンプによる加圧量とを制御するコントローラと、
   をさらに有することを特徴とする水生生物の育成装置。
5. 請求項３又は４に記載の水生生物の育成装置において、
   前記コントローラは、前記加圧ポンプの回転数を繰り返し変動させる
   ことを特徴とする水生生物の育成装置。
6. 請求項３～５の何れか１項に記載の水生生物の育成装置において、
   前記酸素水循環装置は、
   前記循環経路上で循環水の滅菌を行うＵＶ装置を更に有する
   ことを特徴とする育成装置。
   
   
   

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