生物育成用水の製造装置
【課題】水に酸素を均一に且つ高い酸素濃度で溶解することができると共に、しかも水を白く濁らせることなく酸素を溶解することができ、植物や魚介類の育成を早める効果が高い生物育成用水の製造装置を提供する。
【解決手段】酸素溶解水を植物や魚介類を育成する生物育成用水として製造する装置に関する。水を圧送する加圧部１と、水に酸素を注入する酸素注入部２と、酸素を注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に酸素を溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で酸素を溶解させた酸素溶解水の圧力を、酸素溶解水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備える。そして加圧部１、酸素注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に酸素溶解水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させるようにしてある。
【解決手段】酸素溶解水を植物や魚介類を育成する生物育成用水として製造する装置に関する。水を圧送する加圧部１と、水に酸素を注入する酸素注入部２と、酸素を注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に酸素を溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で酸素を溶解させた酸素溶解水の圧力を、酸素溶解水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備える。そして加圧部１、酸素注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に酸素溶解水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させるようにしてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物や魚介類を育成するための酸素溶解水からなる生物育成用水を製造する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物や魚介類の活性を高めて育成を早めるために、植物や魚介類を育成するための水に酸素を供給することが行なわれている。
【０００３】
例えば特許文献１や特許文献２では、植物を水耕栽培するにあたって、マイクロバブル発生ノズルからマイクロバブル（微小気泡）を水中に吐出することによって、水中の溶存酸素を増加させて、植物の育成に必要な酸素を十分に供給するようにした装置が提案されている。
【０００４】
また特許文献３では、魚介類を水槽で育成するにあたって、微小気泡発生手段から微小気泡を水槽の水に放出することによって、水中の溶存酸素を増加させて、魚介類の育成に必要な酸素を十分に供給するようにした装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１４２５８２号公報
【特許文献２】特開２００６−４２７８５号公報
【特許文献３】特開２００７−１０５０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のものはいずれも、植物を栽培する水や魚介類を生育する水の中に微小気泡を供給することによって、水中の溶存酸素を増加させようとするものである。しかし、水の中に微小気泡を供給するだけでは溶存酸素濃度はそれほど向上することはなく、出願人が実測したところ、溶存酸素濃度（ＤＯ）はせいぜい１４ｍｇ／Ｌになる程度であり、また水中の微小気泡は短時間で水面から逃げるために、５分程度で溶存酸素濃度が８〜９ｍｇ／Ｌ程度にまで低下してしまい、植物や魚介類の活性を高めて育成を早める効果を高く期待することはできないものである。
【０００６】
また微小気泡は水中に所定の箇所から供給されるために、供給箇所の近い場所と遠い場所とでは溶存酸素量が異なり、また微小気泡は水中を浮上するために、底部の溶存酸素濃度が低くなるなど、水中での溶存酸素濃度のばらつきが大きくなるものであり、植物や魚介類を均一に育成することが難しいという問題がある。
【０００７】
さらに、特許文献３のように魚介類を育成する水槽に微小気泡を放出すると、微小気泡で水槽内が白く濁り、水槽内の魚介類を視認することができなくなるので、魚介類の育成状態を観察することが難しくなるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、水に酸素を均一に且つ高い酸素濃度で溶解することができると共に、しかも水を白く濁らせることなく酸素を溶解することができ、植物や魚介類の育成を早める効果が高い生物育成用水の製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る生物育成用水の製造装置は、酸素溶解水を植物や魚介類を育成する生物育成用水として製造する装置であって、水を圧送する加圧部１と、水に酸素を注入する酸素注入部２と、酸素を注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に酸素を溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で酸素を溶解させた酸素溶解水の圧力を、酸素溶解水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備え、加圧部１、酸素注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に酸素溶解水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、加圧によって水に酸素を溶解させるため、酸素を水に均一に且つ高濃度に溶解させることができるものである。また酸素を高濃度で溶解した酸素溶解水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、酸素溶解水に気泡が発生することを防止して、気泡によって白く濁るようなことなく、均一に且つ高濃度で酸素が溶解した酸素溶解水をそのまま生物育成用水として供給することができるものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、加圧溶解部３で水に溶解しない余剰酸素を排出する余剰酸素排出部５を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明によれば、水に溶解しない余剰酸素を加圧溶解部３から排出することによって、余剰酸素が残留することによる加圧溶解部３内の酸素と水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、酸素の溶解効率を高く維持することができるものである。
【００１３】
また請求項３の発明は、上記の減圧部４を、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６に設けられ、酸素溶解水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁７で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明によれば、圧力調整弁７による圧力調整で酸素溶解水の圧力を下げることができ、加圧溶解部３における圧力に応じて圧力調整弁７で減圧調整することによって、酸素溶解水に気泡が発生することを安定して防ぐことができるものである。
【００１５】
また請求項４の発明は、上記の減圧部４を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で酸素溶解水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６の流路断面積と流路長によって、酸素溶解水の圧力を下げることができ、装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。
【００１７】
また請求項５の発明は、上記減圧部４は、一つの流路で形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、複数の流路を設けて減圧部４を形成する場合のような、装置構成が複雑になることがないものである。
【００１９】
また請求項６の発明は、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６の圧力損失とこの流路６に付加した延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される水と酸素の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加して成ることを特徴とするものある。
【００２０】
この発明によれば、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の圧力を確保することができ、この圧力で水に酸素を溶解させることができるものである。
【００２１】
また請求項７の発明は、酸素溶解水の酸素溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部１で圧送される水の圧力と加圧部１で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する酸素濃度検出制御部１１を備えて成ることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、酸素濃度検出制御部１１で測定した酸素溶解濃度に基づいて、水の圧力やの流量をフィードバック制御することによって、必要とされる溶存酸素濃度に調整しながら酸素溶解水を生物育成用水として供給することができるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、加圧部１による加圧によって水に酸素を溶解させるようにしたので、酸素を水に均一に且つ高濃度に溶解させることができるものであり、また酸素を高濃度で溶解した酸素溶解水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するようにしたので、酸素溶解水に気泡が発生することを防止して、気泡によって白く濁るようなことなく、均一に且つ高濃度で酸素が溶解した酸素溶解水をそのまま、生物育成用水として供給することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３の流出側と流入側にそれぞれ配管で形成される流路１５，６が接続してある。流入側の流路１５は一端を加圧溶解部３に、他端を生育槽１７に接続してあり、この流路１５の途中に加圧部１が設けてある。加圧部１は、例えば、生育槽１７から水１６を吸い上げて加圧溶解部３に圧送するポンプ１８などで形成されるものである。また生育槽１７は、魚介類３５を生育する水槽や、植物３６を水耕栽培する栽培槽などとして形成されるものであり、淡水あるいは海水からなる水１６を貯水している。
【００２６】
また流入側の流路１５に酸素注入部２が接続してある。酸素注入部２は酸素を流路１５に供給して注入するためのものであり、酸素を封入したボンベなどを流路１５に接続して酸素注入部２を形成するようにしてある。空気中の酸素を供給して注入する場合には、一端を大気中に開放させた管体の他端を流路１５に接続して酸素注入部２を形成し、空気を注入するようにしてもよい。流路１５への酸素注入部２の接続位置は、加圧溶解部３より上流側の位置であればよく、図１のように加圧部１より上流側の流路１５に接続するようにしても、あるいは加圧部１より下流側の流路１５に接続するようにしてもいずれでもよい。
【００２７】
一方、流出側の流路６は一端を加圧溶解部３に接続し、他端は生育槽１７に接続してある。加圧溶解部３には余剰酸素排出部５が設けてある。余剰酸素排出部５は、例えば、一端を大気に開放した管体を、加圧溶解部３内の気圧が所定の圧力以上になると開口するガス抜き弁などを介して加圧溶解部３に接続することによって形成してある。またこの流路６には減圧部４が設けてあり、さらに減圧部４よりも水の流れの下流側に酸素濃度計によって形成される酸素濃度検出部３７が設けてある。この酸素濃度検出部３７は制御部３８に電気的に接続してあり、さらに制御部３８は加圧部１に電気的に接続してあり、制御部３８によって加圧部１の作動を制御することができるようにしてある。この酸素濃度検出部３７と制御部３８によって酸素濃度検出制御部１１が形成されるものである。
【００２８】
上記のように形成される生物育成用水製造装置にあって、ポンプ１８で形成される加圧部１を作動させると、生育槽１７から水が吸い上げられ、流路１５を通して加圧溶解部３に水が圧送して供給される。このように流路１５内を水が流れる際に、酸素注入部２から酸素が流路１５内に吸引されて水に酸素が注入される。そしてこのように酸素が注入された水を加圧部１で加圧溶解部３へ圧送して送り込むことによって、この圧送による押し込み力で加圧溶解部３内において水と酸素に圧力が加わって高圧になり、加圧溶解部３内で水と酸素が加圧されることによって、水に酸素を効率高く飽和量以上に溶解させることができ、水に酸素が高濃度で均一に溶解した酸素溶解水を得ることができるものである。
【００２９】
このように加圧溶解部３内において水と酸素を加圧して強制的に効率良く溶解させ、高濃度で酸素が溶解した酸素溶解水を短時間で生成することができるため、加圧溶解部３内で生成された酸素溶解水を流路６を通して送り出しながら、加圧溶解部３内で水に酸素を溶解させるようにすることができるものである。従って、加圧溶解部３をタンクのような容積の大きなもので形成する必要がなくなるものであり、装置規模を小さくして装置のコストを低減することが可能になるものである。
【００３０】
ここで、酸素注入部２から注入される酸素の全量が水に溶解しないと、加圧溶解部３内で水に溶解しない余剰酸素が生じるが、加圧溶解部３に余剰酸素排出部５を設け、酸素の溶解飽和量以上の溶解できない余剰酸素を加圧溶解部３から排出することによって、余剰酸素が残留することによる加圧溶解部３内の酸素と水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、酸素の溶解効率を高く維持することができるものである。
【００３１】
そして、上記のように加圧溶解部３で生成された酸素溶解水は、流路６を通して送り出されるが、加圧溶解部３内で酸素溶解水は高圧に加圧された状態にあるので、そのまま大気圧下にある生育槽１７に供給されると、急激な圧力低下によって、酸素溶解水中に気泡が発生するおそれがあり、酸素溶解量が減少し、またキャビテーションが発生することがある。このために本発明では、流路６に減圧部４を設け、加圧溶解部３内で加圧された状態の酸素溶解水を流路６を通して送り出す際に、減圧部４で大気圧まで気泡を発生させることなく減圧をした後に吐出するようにしてある。
【００３２】
ここで、加圧溶解部３内で生成されるのと同じ濃度の酸素溶解水について、加圧溶解部３内で加圧されている圧力と同じ圧力から大気圧まで減圧する際に、気泡が発生しない減圧度を、予め計算や測定で求めておき、減圧部４をこの予め求めた減圧度で、酸素溶解水が流入側する側から流出側に向かって、酸素溶解水の圧力を段階的に、あるいは連続的に、徐々に大気圧まで減圧できるように設定してある。従って、加圧溶解部３内で加圧された酸素溶解水を、減圧部４において気泡が発生しない減圧度で徐々に大気圧まで減圧した後に、流路６の先端から吐出することによって、酸素溶解水に気泡が発生することなく酸素溶解水を吐出することができるものであり、加圧溶解部３で飽和量以上に酸素が溶解された酸素溶解水を、安定した高濃度の状態のまま送り出して利用することが可能になるものである。
【００３３】
図２は、減圧部４の具体的な実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６に、水の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）を設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７を備えて形成することによって、気泡が発生しない減圧度で酸素溶解水の圧力を段階的に徐々に下げることができるものである。
【００３４】
各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃは、酸素溶解水に気泡発生が生じない減圧度で減圧するように設定されているものであり、この減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。例えば、加圧溶解部３から流路６に送り出された酸素溶解水の加圧圧力が０．５ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１２ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、圧力調整弁７ａで酸素溶解水の圧力を０．１２ＭＰａ減圧して、０．３８ＭＰａに落とす。また酸素溶解水の加圧圧力が０．３８ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１６ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｂで酸素溶解水の圧力を０．１６ＭＰａ減圧して、０．２２ＭＰａに落とす。さらに酸素溶解水の加圧圧力が０．２２ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．２２ＭＰａ以上であると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｃで酸素溶解水の圧力を０．２２ＭＰａ減圧して、加圧圧力を０ＭＰａに落とし、大気圧まで減圧することができるものである。尚、圧力調整弁７による減圧量は、水温、酸素の溶解濃度、加圧溶解部３内の圧力、流路６の径などに応じて変動するものであり、装置毎に、計算や測定をして、適宜設定されるものである。
【００３５】
図３は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を流路断面積が異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えて形成し、この流路断面積の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃで減圧部４が形成されるようにしてある。
【００３６】
図３（ａ）の実施の形態では、流路断面積が異なる、つまり内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてあり、酸素溶解水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。また図３（ｂ）の実施の形態では、内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃをレジューサ２１を介して接続して連ねるようにしてあり、酸素溶解水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。さらに図３（ｃ）の実施の形態では、酸素溶解水の流れの上流側から下流側へと連続的に径が小さくなる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてある。
【００３７】
この図３のものにあって、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内径はφｄ１＞φｄ２＞φｄ３であるので、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の酸素溶解水の流速はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３となり、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の酸素溶解水の圧力はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。従って、加圧溶解部３から送り出される酸素溶解水の圧力Ｐ１を気泡が発生しない減圧度で、図３（ａ）（ｂ）のものでは段階的に減圧して、また図３（ｃ）のものでは連続的に減圧して、Ｐ３の大気圧まで徐々に下げることができるものである。
【００３８】
図４は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を通して酸素溶解水を排出する際に、流路６内を酸素溶解水が流れる際の圧力損失によって、酸素溶解水に気泡が発生しない減圧速度で酸素溶解水の圧力を徐々に連続的に低下させ、酸素溶解水の圧力を大気圧にまで低下させるようにしてある。従って図４（ａ）の実施の形態では、加圧溶解部３内での圧力がＰ１の酸素溶解水を、流路６内を通過させる際にＰ２〜Ｐｎ−１へと、酸素溶解水に気泡が発生しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐｎ−１）、流路６の終端では酸素溶解水の圧力Ｐｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長さＬを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。
【００３９】
この管路長さＬは、次の式から設定することができる。すなわち、
流体の関係式Ｐ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ２／２ｇ）
［Ｐは加圧溶解部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｄは内径、ｖは流速、ｇは加速度]
から、Ｌ＝（Ｐ・ｄ・２ｇ）／（λ・ｖ２）を導くことができ、この式から計算して流路６の管路長さＬを求めることができるものである。このように、流路６の管路長さＬを所定長さに形成するだけで減圧部４を形成することができるものであり、装置の構造をより簡単なものに形成することができるものである。このような管路長さＬが長い流路６で形成される減圧部４は、例えば図４（ｂ）のような長いホース４ａで形成することができる。
【００４０】
上記のように本発明では加圧部１によって水と酸素を加圧溶解部３に圧送し、この際の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧して酸素を溶解させるようにしているが、この押し込み圧を受けて加圧溶解部３内に必要な圧力が発生するようにする必要がある。このように加圧部１からの押し込み圧を受ける圧力を確保するために、加圧溶解部３の流出側の流路６に絞り弁などの絞り部を設けることが考えられるが、このように絞り部を流路６に設けると、加圧溶解部３で生成された酸素溶解水を流路６に送り出して排出する際に、絞り部の前後で大きな圧力差が生じ、酸素溶解水が急激に減圧されることになり、酸素溶解水に気泡が発生するおそれがある。
【００４１】
そこで図５の実施の形態では、流路６の圧力損失を利用して、流路６に絞り部を設ける必要なく、押し込み圧を受ける圧力を確保するようにしている。このとき、上記各実施形態の流路６の長さでは、流路６の圧力損失で押し込み圧を受ける圧力を確保することは難しいので、流路６の加圧溶解部３と反対側の端部に延長流路８を付加するようにしてある。すなわち、流路６の減圧部４も含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部１からの押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力と、この流路６の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じる管路の長さを上記の式から算出して、この管路長さの延長流路８を流路６に付加するようにしてある。このように、流路６の圧力損失と延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される酸素と水の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁などの絞り部を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の加圧力を確保して、水に酸素を溶解させることができるものである。
【００４２】
図６は装置の具体的な一例を示すものであり、生育槽１７から供給される水は流路１５に導入口３０から導入される。流路１５には酸素が導入される酸素注入部２が接続してあり、酸素が注入された水はポンプで形成される加圧部１によって、小容量のタンクで形成される加圧溶解部３に圧送される。このように酸素が注入された水が加圧溶解部３に圧送されることによって、加圧溶解部３内で水に酸素が溶解された酸素溶解水が生成される。そしてこの酸素溶解水は加圧溶解部３から流路６に送り出され、流路６の先端の吐出口３１から送り出されて生育槽１７に返送される。この流路６には減圧部４が設けてあり、加圧溶解部３から送り出された酸素溶解水は大気圧まで減圧された後に吐出口３１から吐出され、気泡が発生しない状態で酸素溶解水を送り出すことができる。図６の実施の形態では、減圧部４は、図３（ａ）の内径が異なる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを連ねたもので形成してある。
【００４３】
この装置にあって、ポンプで形成される加圧部１を連続運転することによって、酸素注入部２、加圧溶解部３を連続的に運転させて、減圧部４に酸素溶解水を連続的に供給するようにすることができるものであり、減圧部４の流出側である吐出口３１から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させることができるものである。また、減圧部４は加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６の一部として設けられており、そしてこの減圧部４は酸素溶解水の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、減圧部４を例えば内径２〜５０ｍｍ程度の比較的大きい流路として形成することができるものであり、異物が混入しても減圧部４内が詰まるようなことがないものである。さらにこのような構成の減圧部４を設けることによって、減圧部４を流れる酸素溶解水のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。さらに、減圧部４をこのように内径の大きな流路として形成することによって、酸素溶解水の供給量を多くすることができ、減圧部４を一つの流路のみで形成することが可能になるものであり、装置構成を簡単なものに形成することができるものである。
【００４４】
また、上記のように減圧部４で圧力が減圧された酸素溶解水が流路６を通過する際に、酸素濃度検出部３７によって酸素溶解水の溶存酸素濃度が測定されるようになっており、酸素濃度検出部３７で測定された溶存酸素濃度のデータは制御部３８に入力されるようになっている。制御部３８はＣＰＵやメモリー等を備えて形成されるものであり、酸素濃度検出部３７から入力された溶存酸素濃度値に基づいて、加圧部１で圧送される水の圧力と加圧部１で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御するようにしてある。すなわち、酸素濃度検出部３７で測定される溶存酸素濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より小さいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を高めたり、圧送される水の流量を少なくしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される酸素濃度を高め、また、酸素濃度検出部３７で測定される溶存酸素濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より大きいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を低くした、圧送される水の流量を多くしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される酸素濃度を低下させ、制御部３８のメモリーに登録された酸素濃度の値に酸素溶解水の溶存酸素量を調整するものである。従って、用途に応じて酸素溶解水において必要とされる溶存酸素量は異なるが、必要な溶存酸素量のデータを制御部３８のメモリーに登録しておくことによって、必要とされる溶存酸素濃度に調整しながら酸素溶解水を生成することができるものである。
【００４５】
図７は、流量一定条件下で、加圧部４を制御して所定圧力において加圧溶解部３で生成した酸素溶解水を、減圧部４で気泡を発生させることなく大気圧にまで減圧したときの、酸素溶解水の酸素濃度と水温との関係を示すグラフである。流量が一定であれば、酸素濃度は水の温度に依存する相関関係があり、再現性もある。従って、必要とされる酸素濃度の酸素溶解水を得るには、水温を測定してその水温に応じて加圧部１による加圧を所要圧力に制御すれば、再現性高く所定濃度の酸素溶解水を得ることができるものである。例えば、２０℃の水に対して、インバータ等を使って加圧部１のポンプ１８の圧力特性を０．５ＭＰａに設定し、この０．５ＭＰａの加圧下で酸素を溶解させると、４５ｍｇ／Ｌの酸素溶解濃度の酸素溶解水を得ることができるものであり、また０．３ＭＰａの圧力に変更すると、２７ｍｇ／Ｌの酸素溶解濃度の酸素溶解水を得ることができるものである。
【００４６】
そして上記のように加圧部１で気泡を発生することなく大気圧にまで減圧された酸素溶解水は生物育成用水として、流路６の吐出口３１から育成槽１内に返送されるものであり、生育槽１７内の水１６の溶存酸素濃度を高く維持することができ、植物３６や魚介類３５の活性を高めて育成を早めることができるものである。特に生育槽１７を水槽として魚介類を飼育する際に、夏場等の水温上昇時には酸素不足を招き易いが、酸素が高濃度で溶解した酸素溶解水を供給することによって、酸素不足を解消して病気発生を防止したり、飼育密度を向上したりすることができるものである。
【００４７】
ここで、本発明において得られる酸素溶解水は、微小気泡を吹き込んだようなものではなく、上記のように加圧部１による加圧によって加圧溶解部３で水に酸素を溶解させるようにしているために、酸素を均一に且つ高濃度に溶解させることができるものであり、しかもこの加圧状態の酸素溶解水の圧力を減圧部４で気泡が発生しないように大気圧まで減圧するようにしているため、酸素が均一に且つ高濃度に溶解したままの酸素溶解水を生物育成用水として供給することができるものであり、生物育成用水において高い溶存酸素濃度を長時間維持することができるものである。このため、生育槽１７の植物３６や魚介類３５の育成を均一に早めることができるものである。また酸素溶解水に気泡が発生することがないように減圧部４で減圧しているため、酸素溶解水が気泡によって白く濁るようなことがないものであり、魚介類３５の成育状態を観察することが容易になるものである。
【００４８】
図８（ａ）は、上記のようにして製造された酸素溶解水を４℃の大気圧下に保存したときの、溶存酸素濃度（ＤＯ）と経過時間との関係を示すものであり、７００時間を経過しても、３０ｍｇ／Ｌ程度の高い溶存酸素濃度を維持していることがわかる。また図８（ｂ）は、加圧溶解部３において淡水に０．５ＭＰａの加圧状態で酸素を溶解し、酸素溶解水を減圧部４で大気圧にまで減圧したきの、水の水温と酸素濃度の関係を示すものであり、水が高温であっても３０ｍｇ／Ｌ程度の高い酸素濃度を示すことがわかる。
【００４９】
上記の図１の実施の形態では生育槽１７内の水を吸引して加圧溶解部３で酸素溶解水を生成し、減圧部４で大気圧に減圧したこの酸素溶解水を飼育用水として生育槽１７に返送することによって、循環させるようにしたが、図９の実施の形態では、水道配管１９から貯水槽４０に水１６を供給して貯水し、この貯水槽４０から水１６を汲み上げて上記と同様にして加圧溶解部３で酸素溶解水を生成し、減圧部４で大気圧まで減圧したのちに、この酸素溶解水を育成用水として送り出すようにしてある。そしてこの実施の形態では、魚介類３５や植物３６を生育する生育槽１７に酸素溶解水を育成用水として供給するようにしてあり、また植物３６を植えた土壌４１に酸素溶解水を育成用水として供給するようにしてある。このように土壌４１に酸素溶解水を育成用水として供給すると、土壌の嫌気部分が減少して嫌気性病原菌の発生を防止することができ、病気発生を防ぐことができると共に、植物３６の根からの酸素供給の増大によって、成長速度を向上することができるものである。
【００５０】
図１０の実施の形態では、上記のようにして製造された酸素溶解水をタンク４２に貯水するようにしてある。この実施の形態では生簀４３を設けたトラックなどの運搬車４４にタンク４２を搭載してあり、開閉弁４５を介して供給配管４６によって生簀４３にタンク４２が接続してある。そして生簀４３に設けた酸素濃度計４７によって生簀４３内の水１６の酸素濃度を測定し、酸素濃度が所定値より低下すると、開閉弁４５が開き、タンク４２に貯水された酸素溶解水が育成用水として生簀４３に供給され、酸素溶解水に溶解した酸素が補給されるようになっている。また生簀４３内の酸素濃度が所定値まで回復したことが酸素濃度計４７で測定されると、開閉弁４５が閉じて酸素溶解水の供給は停止されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の一部の一例を示す概略図である。
【図３】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ概略図である。
【図４】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】同上の一部の他の一例を示す概略図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図７】酸素溶解水の酸素濃度と温度との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は酸素溶解水の酸素濃度と経過時間との関係を示すグラフ、（ｂ）は酸素溶解水の酸素濃度と温度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 加圧部
２ 酸素注入部
３ 加圧溶解部
４ 減圧部
５ 余剰酸素排出部
６ 流路
７ 圧力調整弁
８ 延長流路
１１ 酸素濃度検出制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物や魚介類を育成するための酸素溶解水からなる生物育成用水を製造する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物や魚介類の活性を高めて育成を早めるために、植物や魚介類を育成するための水に酸素を供給することが行なわれている。
【０００３】
例えば特許文献１や特許文献２では、植物を水耕栽培するにあたって、マイクロバブル発生ノズルからマイクロバブル（微小気泡）を水中に吐出することによって、水中の溶存酸素を増加させて、植物の育成に必要な酸素を十分に供給するようにした装置が提案されている。
【０００４】
また特許文献３では、魚介類を水槽で育成するにあたって、微小気泡発生手段から微小気泡を水槽の水に放出することによって、水中の溶存酸素を増加させて、魚介類の育成に必要な酸素を十分に供給するようにした装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１４２５８２号公報
【特許文献２】特開２００６−４２７８５号公報
【特許文献３】特開２００７−１０５０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のものはいずれも、植物を栽培する水や魚介類を生育する水の中に微小気泡を供給することによって、水中の溶存酸素を増加させようとするものである。しかし、水の中に微小気泡を供給するだけでは溶存酸素濃度はそれほど向上することはなく、出願人が実測したところ、溶存酸素濃度（ＤＯ）はせいぜい１４ｍｇ／Ｌになる程度であり、また水中の微小気泡は短時間で水面から逃げるために、５分程度で溶存酸素濃度が８〜９ｍｇ／Ｌ程度にまで低下してしまい、植物や魚介類の活性を高めて育成を早める効果を高く期待することはできないものである。
【０００６】
また微小気泡は水中に所定の箇所から供給されるために、供給箇所の近い場所と遠い場所とでは溶存酸素量が異なり、また微小気泡は水中を浮上するために、底部の溶存酸素濃度が低くなるなど、水中での溶存酸素濃度のばらつきが大きくなるものであり、植物や魚介類を均一に育成することが難しいという問題がある。
【０００７】
さらに、特許文献３のように魚介類を育成する水槽に微小気泡を放出すると、微小気泡で水槽内が白く濁り、水槽内の魚介類を視認することができなくなるので、魚介類の育成状態を観察することが難しくなるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、水に酸素を均一に且つ高い酸素濃度で溶解することができると共に、しかも水を白く濁らせることなく酸素を溶解することができ、植物や魚介類の育成を早める効果が高い生物育成用水の製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る生物育成用水の製造装置は、酸素溶解水を植物や魚介類を育成する生物育成用水として製造する装置であって、水を圧送する加圧部１と、水に酸素を注入する酸素注入部２と、酸素を注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に酸素を溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で酸素を溶解させた酸素溶解水の圧力を、酸素溶解水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備え、加圧部１、酸素注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に酸素溶解水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、加圧によって水に酸素を溶解させるため、酸素を水に均一に且つ高濃度に溶解させることができるものである。また酸素を高濃度で溶解した酸素溶解水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、酸素溶解水に気泡が発生することを防止して、気泡によって白く濁るようなことなく、均一に且つ高濃度で酸素が溶解した酸素溶解水をそのまま生物育成用水として供給することができるものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、加圧溶解部３で水に溶解しない余剰酸素を排出する余剰酸素排出部５を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明によれば、水に溶解しない余剰酸素を加圧溶解部３から排出することによって、余剰酸素が残留することによる加圧溶解部３内の酸素と水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、酸素の溶解効率を高く維持することができるものである。
【００１３】
また請求項３の発明は、上記の減圧部４を、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６に設けられ、酸素溶解水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁７で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明によれば、圧力調整弁７による圧力調整で酸素溶解水の圧力を下げることができ、加圧溶解部３における圧力に応じて圧力調整弁７で減圧調整することによって、酸素溶解水に気泡が発生することを安定して防ぐことができるものである。
【００１５】
また請求項４の発明は、上記の減圧部４を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で酸素溶解水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６の流路断面積と流路長によって、酸素溶解水の圧力を下げることができ、装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。
【００１７】
また請求項５の発明は、上記減圧部４は、一つの流路で形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、複数の流路を設けて減圧部４を形成する場合のような、装置構成が複雑になることがないものである。
【００１９】
また請求項６の発明は、加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６の圧力損失とこの流路６に付加した延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される水と酸素の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加して成ることを特徴とするものある。
【００２０】
この発明によれば、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の圧力を確保することができ、この圧力で水に酸素を溶解させることができるものである。
【００２１】
また請求項７の発明は、酸素溶解水の酸素溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部１で圧送される水の圧力と加圧部１で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する酸素濃度検出制御部１１を備えて成ることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、酸素濃度検出制御部１１で測定した酸素溶解濃度に基づいて、水の圧力やの流量をフィードバック制御することによって、必要とされる溶存酸素濃度に調整しながら酸素溶解水を生物育成用水として供給することができるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、加圧部１による加圧によって水に酸素を溶解させるようにしたので、酸素を水に均一に且つ高濃度に溶解させることができるものであり、また酸素を高濃度で溶解した酸素溶解水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するようにしたので、酸素溶解水に気泡が発生することを防止して、気泡によって白く濁るようなことなく、均一に且つ高濃度で酸素が溶解した酸素溶解水をそのまま、生物育成用水として供給することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３の流出側と流入側にそれぞれ配管で形成される流路１５，６が接続してある。流入側の流路１５は一端を加圧溶解部３に、他端を生育槽１７に接続してあり、この流路１５の途中に加圧部１が設けてある。加圧部１は、例えば、生育槽１７から水１６を吸い上げて加圧溶解部３に圧送するポンプ１８などで形成されるものである。また生育槽１７は、魚介類３５を生育する水槽や、植物３６を水耕栽培する栽培槽などとして形成されるものであり、淡水あるいは海水からなる水１６を貯水している。
【００２６】
また流入側の流路１５に酸素注入部２が接続してある。酸素注入部２は酸素を流路１５に供給して注入するためのものであり、酸素を封入したボンベなどを流路１５に接続して酸素注入部２を形成するようにしてある。空気中の酸素を供給して注入する場合には、一端を大気中に開放させた管体の他端を流路１５に接続して酸素注入部２を形成し、空気を注入するようにしてもよい。流路１５への酸素注入部２の接続位置は、加圧溶解部３より上流側の位置であればよく、図１のように加圧部１より上流側の流路１５に接続するようにしても、あるいは加圧部１より下流側の流路１５に接続するようにしてもいずれでもよい。
【００２７】
一方、流出側の流路６は一端を加圧溶解部３に接続し、他端は生育槽１７に接続してある。加圧溶解部３には余剰酸素排出部５が設けてある。余剰酸素排出部５は、例えば、一端を大気に開放した管体を、加圧溶解部３内の気圧が所定の圧力以上になると開口するガス抜き弁などを介して加圧溶解部３に接続することによって形成してある。またこの流路６には減圧部４が設けてあり、さらに減圧部４よりも水の流れの下流側に酸素濃度計によって形成される酸素濃度検出部３７が設けてある。この酸素濃度検出部３７は制御部３８に電気的に接続してあり、さらに制御部３８は加圧部１に電気的に接続してあり、制御部３８によって加圧部１の作動を制御することができるようにしてある。この酸素濃度検出部３７と制御部３８によって酸素濃度検出制御部１１が形成されるものである。
【００２８】
上記のように形成される生物育成用水製造装置にあって、ポンプ１８で形成される加圧部１を作動させると、生育槽１７から水が吸い上げられ、流路１５を通して加圧溶解部３に水が圧送して供給される。このように流路１５内を水が流れる際に、酸素注入部２から酸素が流路１５内に吸引されて水に酸素が注入される。そしてこのように酸素が注入された水を加圧部１で加圧溶解部３へ圧送して送り込むことによって、この圧送による押し込み力で加圧溶解部３内において水と酸素に圧力が加わって高圧になり、加圧溶解部３内で水と酸素が加圧されることによって、水に酸素を効率高く飽和量以上に溶解させることができ、水に酸素が高濃度で均一に溶解した酸素溶解水を得ることができるものである。
【００２９】
このように加圧溶解部３内において水と酸素を加圧して強制的に効率良く溶解させ、高濃度で酸素が溶解した酸素溶解水を短時間で生成することができるため、加圧溶解部３内で生成された酸素溶解水を流路６を通して送り出しながら、加圧溶解部３内で水に酸素を溶解させるようにすることができるものである。従って、加圧溶解部３をタンクのような容積の大きなもので形成する必要がなくなるものであり、装置規模を小さくして装置のコストを低減することが可能になるものである。
【００３０】
ここで、酸素注入部２から注入される酸素の全量が水に溶解しないと、加圧溶解部３内で水に溶解しない余剰酸素が生じるが、加圧溶解部３に余剰酸素排出部５を設け、酸素の溶解飽和量以上の溶解できない余剰酸素を加圧溶解部３から排出することによって、余剰酸素が残留することによる加圧溶解部３内の酸素と水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、酸素の溶解効率を高く維持することができるものである。
【００３１】
そして、上記のように加圧溶解部３で生成された酸素溶解水は、流路６を通して送り出されるが、加圧溶解部３内で酸素溶解水は高圧に加圧された状態にあるので、そのまま大気圧下にある生育槽１７に供給されると、急激な圧力低下によって、酸素溶解水中に気泡が発生するおそれがあり、酸素溶解量が減少し、またキャビテーションが発生することがある。このために本発明では、流路６に減圧部４を設け、加圧溶解部３内で加圧された状態の酸素溶解水を流路６を通して送り出す際に、減圧部４で大気圧まで気泡を発生させることなく減圧をした後に吐出するようにしてある。
【００３２】
ここで、加圧溶解部３内で生成されるのと同じ濃度の酸素溶解水について、加圧溶解部３内で加圧されている圧力と同じ圧力から大気圧まで減圧する際に、気泡が発生しない減圧度を、予め計算や測定で求めておき、減圧部４をこの予め求めた減圧度で、酸素溶解水が流入側する側から流出側に向かって、酸素溶解水の圧力を段階的に、あるいは連続的に、徐々に大気圧まで減圧できるように設定してある。従って、加圧溶解部３内で加圧された酸素溶解水を、減圧部４において気泡が発生しない減圧度で徐々に大気圧まで減圧した後に、流路６の先端から吐出することによって、酸素溶解水に気泡が発生することなく酸素溶解水を吐出することができるものであり、加圧溶解部３で飽和量以上に酸素が溶解された酸素溶解水を、安定した高濃度の状態のまま送り出して利用することが可能になるものである。
【００３３】
図２は、減圧部４の具体的な実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６に、水の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）を設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７を備えて形成することによって、気泡が発生しない減圧度で酸素溶解水の圧力を段階的に徐々に下げることができるものである。
【００３４】
各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃは、酸素溶解水に気泡発生が生じない減圧度で減圧するように設定されているものであり、この減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。例えば、加圧溶解部３から流路６に送り出された酸素溶解水の加圧圧力が０．５ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１２ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、圧力調整弁７ａで酸素溶解水の圧力を０．１２ＭＰａ減圧して、０．３８ＭＰａに落とす。また酸素溶解水の加圧圧力が０．３８ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１６ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｂで酸素溶解水の圧力を０．１６ＭＰａ減圧して、０．２２ＭＰａに落とす。さらに酸素溶解水の加圧圧力が０．２２ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．２２ＭＰａ以上であると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｃで酸素溶解水の圧力を０．２２ＭＰａ減圧して、加圧圧力を０ＭＰａに落とし、大気圧まで減圧することができるものである。尚、圧力調整弁７による減圧量は、水温、酸素の溶解濃度、加圧溶解部３内の圧力、流路６の径などに応じて変動するものであり、装置毎に、計算や測定をして、適宜設定されるものである。
【００３５】
図３は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を流路断面積が異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えて形成し、この流路断面積の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃで減圧部４が形成されるようにしてある。
【００３６】
図３（ａ）の実施の形態では、流路断面積が異なる、つまり内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてあり、酸素溶解水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。また図３（ｂ）の実施の形態では、内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃをレジューサ２１を介して接続して連ねるようにしてあり、酸素溶解水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。さらに図３（ｃ）の実施の形態では、酸素溶解水の流れの上流側から下流側へと連続的に径が小さくなる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてある。
【００３７】
この図３のものにあって、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内径はφｄ１＞φｄ２＞φｄ３であるので、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の酸素溶解水の流速はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３となり、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の酸素溶解水の圧力はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。従って、加圧溶解部３から送り出される酸素溶解水の圧力Ｐ１を気泡が発生しない減圧度で、図３（ａ）（ｂ）のものでは段階的に減圧して、また図３（ｃ）のものでは連続的に減圧して、Ｐ３の大気圧まで徐々に下げることができるものである。
【００３８】
図４は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を通して酸素溶解水を排出する際に、流路６内を酸素溶解水が流れる際の圧力損失によって、酸素溶解水に気泡が発生しない減圧速度で酸素溶解水の圧力を徐々に連続的に低下させ、酸素溶解水の圧力を大気圧にまで低下させるようにしてある。従って図４（ａ）の実施の形態では、加圧溶解部３内での圧力がＰ１の酸素溶解水を、流路６内を通過させる際にＰ２〜Ｐｎ−１へと、酸素溶解水に気泡が発生しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐｎ−１）、流路６の終端では酸素溶解水の圧力Ｐｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長さＬを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。
【００３９】
この管路長さＬは、次の式から設定することができる。すなわち、
流体の関係式Ｐ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ２／２ｇ）
［Ｐは加圧溶解部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｄは内径、ｖは流速、ｇは加速度]
から、Ｌ＝（Ｐ・ｄ・２ｇ）／（λ・ｖ２）を導くことができ、この式から計算して流路６の管路長さＬを求めることができるものである。このように、流路６の管路長さＬを所定長さに形成するだけで減圧部４を形成することができるものであり、装置の構造をより簡単なものに形成することができるものである。このような管路長さＬが長い流路６で形成される減圧部４は、例えば図４（ｂ）のような長いホース４ａで形成することができる。
【００４０】
上記のように本発明では加圧部１によって水と酸素を加圧溶解部３に圧送し、この際の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧して酸素を溶解させるようにしているが、この押し込み圧を受けて加圧溶解部３内に必要な圧力が発生するようにする必要がある。このように加圧部１からの押し込み圧を受ける圧力を確保するために、加圧溶解部３の流出側の流路６に絞り弁などの絞り部を設けることが考えられるが、このように絞り部を流路６に設けると、加圧溶解部３で生成された酸素溶解水を流路６に送り出して排出する際に、絞り部の前後で大きな圧力差が生じ、酸素溶解水が急激に減圧されることになり、酸素溶解水に気泡が発生するおそれがある。
【００４１】
そこで図５の実施の形態では、流路６の圧力損失を利用して、流路６に絞り部を設ける必要なく、押し込み圧を受ける圧力を確保するようにしている。このとき、上記各実施形態の流路６の長さでは、流路６の圧力損失で押し込み圧を受ける圧力を確保することは難しいので、流路６の加圧溶解部３と反対側の端部に延長流路８を付加するようにしてある。すなわち、流路６の減圧部４も含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部１からの押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力と、この流路６の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じる管路の長さを上記の式から算出して、この管路長さの延長流路８を流路６に付加するようにしてある。このように、流路６の圧力損失と延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される酸素と水の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁などの絞り部を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の加圧力を確保して、水に酸素を溶解させることができるものである。
【００４２】
図６は装置の具体的な一例を示すものであり、生育槽１７から供給される水は流路１５に導入口３０から導入される。流路１５には酸素が導入される酸素注入部２が接続してあり、酸素が注入された水はポンプで形成される加圧部１によって、小容量のタンクで形成される加圧溶解部３に圧送される。このように酸素が注入された水が加圧溶解部３に圧送されることによって、加圧溶解部３内で水に酸素が溶解された酸素溶解水が生成される。そしてこの酸素溶解水は加圧溶解部３から流路６に送り出され、流路６の先端の吐出口３１から送り出されて生育槽１７に返送される。この流路６には減圧部４が設けてあり、加圧溶解部３から送り出された酸素溶解水は大気圧まで減圧された後に吐出口３１から吐出され、気泡が発生しない状態で酸素溶解水を送り出すことができる。図６の実施の形態では、減圧部４は、図３（ａ）の内径が異なる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを連ねたもので形成してある。
【００４３】
この装置にあって、ポンプで形成される加圧部１を連続運転することによって、酸素注入部２、加圧溶解部３を連続的に運転させて、減圧部４に酸素溶解水を連続的に供給するようにすることができるものであり、減圧部４の流出側である吐出口３１から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させることができるものである。また、減圧部４は加圧溶解部３から酸素溶解水を送り出す流路６の一部として設けられており、そしてこの減圧部４は酸素溶解水の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、減圧部４を例えば内径２〜５０ｍｍ程度の比較的大きい流路として形成することができるものであり、異物が混入しても減圧部４内が詰まるようなことがないものである。さらにこのような構成の減圧部４を設けることによって、減圧部４を流れる酸素溶解水のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。さらに、減圧部４をこのように内径の大きな流路として形成することによって、酸素溶解水の供給量を多くすることができ、減圧部４を一つの流路のみで形成することが可能になるものであり、装置構成を簡単なものに形成することができるものである。
【００４４】
また、上記のように減圧部４で圧力が減圧された酸素溶解水が流路６を通過する際に、酸素濃度検出部３７によって酸素溶解水の溶存酸素濃度が測定されるようになっており、酸素濃度検出部３７で測定された溶存酸素濃度のデータは制御部３８に入力されるようになっている。制御部３８はＣＰＵやメモリー等を備えて形成されるものであり、酸素濃度検出部３７から入力された溶存酸素濃度値に基づいて、加圧部１で圧送される水の圧力と加圧部１で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御するようにしてある。すなわち、酸素濃度検出部３７で測定される溶存酸素濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より小さいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を高めたり、圧送される水の流量を少なくしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される酸素濃度を高め、また、酸素濃度検出部３７で測定される溶存酸素濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より大きいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を低くした、圧送される水の流量を多くしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される酸素濃度を低下させ、制御部３８のメモリーに登録された酸素濃度の値に酸素溶解水の溶存酸素量を調整するものである。従って、用途に応じて酸素溶解水において必要とされる溶存酸素量は異なるが、必要な溶存酸素量のデータを制御部３８のメモリーに登録しておくことによって、必要とされる溶存酸素濃度に調整しながら酸素溶解水を生成することができるものである。
【００４５】
図７は、流量一定条件下で、加圧部４を制御して所定圧力において加圧溶解部３で生成した酸素溶解水を、減圧部４で気泡を発生させることなく大気圧にまで減圧したときの、酸素溶解水の酸素濃度と水温との関係を示すグラフである。流量が一定であれば、酸素濃度は水の温度に依存する相関関係があり、再現性もある。従って、必要とされる酸素濃度の酸素溶解水を得るには、水温を測定してその水温に応じて加圧部１による加圧を所要圧力に制御すれば、再現性高く所定濃度の酸素溶解水を得ることができるものである。例えば、２０℃の水に対して、インバータ等を使って加圧部１のポンプ１８の圧力特性を０．５ＭＰａに設定し、この０．５ＭＰａの加圧下で酸素を溶解させると、４５ｍｇ／Ｌの酸素溶解濃度の酸素溶解水を得ることができるものであり、また０．３ＭＰａの圧力に変更すると、２７ｍｇ／Ｌの酸素溶解濃度の酸素溶解水を得ることができるものである。
【００４６】
そして上記のように加圧部１で気泡を発生することなく大気圧にまで減圧された酸素溶解水は生物育成用水として、流路６の吐出口３１から育成槽１内に返送されるものであり、生育槽１７内の水１６の溶存酸素濃度を高く維持することができ、植物３６や魚介類３５の活性を高めて育成を早めることができるものである。特に生育槽１７を水槽として魚介類を飼育する際に、夏場等の水温上昇時には酸素不足を招き易いが、酸素が高濃度で溶解した酸素溶解水を供給することによって、酸素不足を解消して病気発生を防止したり、飼育密度を向上したりすることができるものである。
【００４７】
ここで、本発明において得られる酸素溶解水は、微小気泡を吹き込んだようなものではなく、上記のように加圧部１による加圧によって加圧溶解部３で水に酸素を溶解させるようにしているために、酸素を均一に且つ高濃度に溶解させることができるものであり、しかもこの加圧状態の酸素溶解水の圧力を減圧部４で気泡が発生しないように大気圧まで減圧するようにしているため、酸素が均一に且つ高濃度に溶解したままの酸素溶解水を生物育成用水として供給することができるものであり、生物育成用水において高い溶存酸素濃度を長時間維持することができるものである。このため、生育槽１７の植物３６や魚介類３５の育成を均一に早めることができるものである。また酸素溶解水に気泡が発生することがないように減圧部４で減圧しているため、酸素溶解水が気泡によって白く濁るようなことがないものであり、魚介類３５の成育状態を観察することが容易になるものである。
【００４８】
図８（ａ）は、上記のようにして製造された酸素溶解水を４℃の大気圧下に保存したときの、溶存酸素濃度（ＤＯ）と経過時間との関係を示すものであり、７００時間を経過しても、３０ｍｇ／Ｌ程度の高い溶存酸素濃度を維持していることがわかる。また図８（ｂ）は、加圧溶解部３において淡水に０．５ＭＰａの加圧状態で酸素を溶解し、酸素溶解水を減圧部４で大気圧にまで減圧したきの、水の水温と酸素濃度の関係を示すものであり、水が高温であっても３０ｍｇ／Ｌ程度の高い酸素濃度を示すことがわかる。
【００４９】
上記の図１の実施の形態では生育槽１７内の水を吸引して加圧溶解部３で酸素溶解水を生成し、減圧部４で大気圧に減圧したこの酸素溶解水を飼育用水として生育槽１７に返送することによって、循環させるようにしたが、図９の実施の形態では、水道配管１９から貯水槽４０に水１６を供給して貯水し、この貯水槽４０から水１６を汲み上げて上記と同様にして加圧溶解部３で酸素溶解水を生成し、減圧部４で大気圧まで減圧したのちに、この酸素溶解水を育成用水として送り出すようにしてある。そしてこの実施の形態では、魚介類３５や植物３６を生育する生育槽１７に酸素溶解水を育成用水として供給するようにしてあり、また植物３６を植えた土壌４１に酸素溶解水を育成用水として供給するようにしてある。このように土壌４１に酸素溶解水を育成用水として供給すると、土壌の嫌気部分が減少して嫌気性病原菌の発生を防止することができ、病気発生を防ぐことができると共に、植物３６の根からの酸素供給の増大によって、成長速度を向上することができるものである。
【００５０】
図１０の実施の形態では、上記のようにして製造された酸素溶解水をタンク４２に貯水するようにしてある。この実施の形態では生簀４３を設けたトラックなどの運搬車４４にタンク４２を搭載してあり、開閉弁４５を介して供給配管４６によって生簀４３にタンク４２が接続してある。そして生簀４３に設けた酸素濃度計４７によって生簀４３内の水１６の酸素濃度を測定し、酸素濃度が所定値より低下すると、開閉弁４５が開き、タンク４２に貯水された酸素溶解水が育成用水として生簀４３に供給され、酸素溶解水に溶解した酸素が補給されるようになっている。また生簀４３内の酸素濃度が所定値まで回復したことが酸素濃度計４７で測定されると、開閉弁４５が閉じて酸素溶解水の供給は停止されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の一部の一例を示す概略図である。
【図３】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ概略図である。
【図４】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】同上の一部の他の一例を示す概略図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図７】酸素溶解水の酸素濃度と温度との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は酸素溶解水の酸素濃度と経過時間との関係を示すグラフ、（ｂ）は酸素溶解水の酸素濃度と温度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 加圧部
２ 酸素注入部
３ 加圧溶解部
４ 減圧部
５ 余剰酸素排出部
６ 流路
７ 圧力調整弁
８ 延長流路
１１ 酸素濃度検出制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素溶解水を植物や魚介類を育成する生物育成用水として製造する装置であって、水を圧送する加圧部と、水に酸素を注入する酸素注入部と、酸素を注入された水が加圧部で圧送されることによる加圧で水に酸素を溶解させる加圧溶解部と、加圧溶解部で酸素を溶解させた酸素溶解水の圧力を、酸素溶解水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部とを備え、加圧部、酸素注入部、加圧溶解部の各部を連続的に運転させて、減圧部に酸素溶解水を連続的に供給し、減圧部の流出側から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とする生物育成用水の製造装置。
【請求項２】
加圧溶解部で水に溶解しない余剰酸素を排出する余剰酸素排出部を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項３】
減圧部を、加圧溶解部から酸素溶解水を送り出す流路に設けられ、酸素溶解水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁で構成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項４】
減圧部を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で酸素溶解水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部から酸素溶解水を送り出す流路で構成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項５】
減圧部は、一つの流路で形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項６】
加圧溶解部から酸素溶解水を送り出す流路の圧力損失とこの流路に付加した延長流路の圧力損失の和が、加圧部で圧送される水と酸素の押し込み圧によって加圧溶解部内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力となるように、流路に延長流路を付加して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項７】
酸素溶解水の酸素溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部で圧送される水の圧力と加圧部で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する酸素濃度検出制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項１】
酸素溶解水を植物や魚介類を育成する生物育成用水として製造する装置であって、水を圧送する加圧部と、水に酸素を注入する酸素注入部と、酸素を注入された水が加圧部で圧送されることによる加圧で水に酸素を溶解させる加圧溶解部と、加圧溶解部で酸素を溶解させた酸素溶解水の圧力を、酸素溶解水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部とを備え、加圧部、酸素注入部、加圧溶解部の各部を連続的に運転させて、減圧部に酸素溶解水を連続的に供給し、減圧部の流出側から気泡の発生のない酸素溶解水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とする生物育成用水の製造装置。
【請求項２】
加圧溶解部で水に溶解しない余剰酸素を排出する余剰酸素排出部を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項３】
減圧部を、加圧溶解部から酸素溶解水を送り出す流路に設けられ、酸素溶解水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁で構成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項４】
減圧部を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で酸素溶解水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部から酸素溶解水を送り出す流路で構成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項５】
減圧部は、一つの流路で形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項６】
加圧溶解部から酸素溶解水を送り出す流路の圧力損失とこの流路に付加した延長流路の圧力損失の和が、加圧部で圧送される水と酸素の押し込み圧によって加圧溶解部内で水と酸素を加圧するのに必要な圧力となるように、流路に延長流路を付加して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の生物育成用水の製造装置。
【請求項７】
酸素溶解水の酸素溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部で圧送される水の圧力と加圧部で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する酸素濃度検出制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生物育成用水の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１９５１４５（Ｐ２００９−１９５１４５Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３９２０５（Ｐ２００８−３９２０５）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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