(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ出口側に接続される導入管と、端部の気液吸引口を常に水面に保持する浮体と、回転防止機能を有する摺動管と、気液混合管及び、端部に底部吸引口と最終吐出口とを有する気液吐出管とが、同心円状に配設された構成とし、前記摺動管の上端に切り込みにより略ラッパ状に拡開形成された複数の羽根を一方向に捻りを加え気液吸引口とし、気液混合管の突起に摺動管及び筒体との切欠き部を嵌合させ、該摺動管を前記気液混合管の上端外周に遊嵌させるとともに、摺動管内を貫通した導入管の吐出口を、より大きな径の曲管を有する前記気液混合管の適宜な位置に挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板を管軸方向に対し、前記気液吸引口の羽根の捻りと同一方向に傾斜させて接合し、前記気液混合管より大きな径の曲管を有する気液吐出管の先端部に、前記気液吸引口と相似形の底部吸引口を形設して、気液混合管の吐出口を適宜な位置に挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板を、管軸方向に対して前記底部吸引口の羽根の捻りと同一方向に傾斜させて接合し、該気液吐出管の最上部に空気抜き孔を設けたことを特徴とする養殖用旋回流気液混合装置。
【請求項２】
養殖用旋回流気液混合装置において、気液混合管の適宜な位置から斜め上方に分岐した給餌管を水面下まで立設し、給餌箱の底面中央に向けて下り勾配の傾斜部中央の開口と接続するとともに、水面下にある傾斜部に複数個の小孔を穿設し、前記給餌箱の大部分は水面上に位置するように設けられたことを特徴とする、請求項１記載の養殖用旋回流気液混合装置。
【請求項３】
請求項１、２記載の旋回流気液混合装置において、気液混合管の最上部の後方の略Ｌ字曲部を略Ｔ字分岐に替え、該Ｔ字分岐部に二方向への切換弁と切換レバーを設けるとともに、水平方向の開口に網目の細かい大型ストレーナを着脱自在に取り付けたことを特徴とする、請求項１及び２記載の養殖用旋回流気液混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エゼクターと旋回流で大気（酸素）と水面の水、及び底部の水を吸引し、混合しながら気泡化して循環対流させる、養殖用旋回流気液混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人口増加に伴う乱獲による海洋資源の枯渇や、昨今の異常気象や地球温暖化等の影響もあって各国では魚介類の養殖が盛んに行われている。魚介類の養殖方式には網生簀を使用する海面養殖と、陸上の水槽や池を使用する陸上養殖とに分けられるが、養殖適地の制約から海面養殖の拡大には限界があり、陸上養殖の需要が拡大する傾向が大きく、その多くは中国や東南アジアに依拠している。
【０００３】
陸上養殖において、温暖な地域の養殖場では外気温や水温の上昇等が原因で水中の溶存酸素不足になり、魚介類の酸欠死が多数報告されている。また、途上国の貯留池など水流のない養殖場では生活環境による水質汚染にも悩まされており、生産性を重視するあまり餌の過剰投与や、過密養殖魚介の排泄物等による富栄養化で大量発生したプランクトンの影響で水中の溶存酸素減少を招き、これらの残餌や屍骸が養殖場の底部に堆積することでさらに養殖環境を悪化させていた。
【０００４】
そのため水中の溶存酸素値を高める施策として、一般的には渦流（毎秒４００〜６００回転）を作ってこの中に気体を巻き込みファン等により切断・粉砕させ、発生させる気液せん断法が多く用いられていた。例えば、水面に立設した水車を高速で回転させることにより、水面の水を大気に拡散させて大気中の酸素を取り込み、水中の溶存酸素（ＤＯ）値を一定値以上に維持する目的のために水車を用いた水流形成方法が主流であった。
【０００５】
しかしながら、水面撹拌用の水車は水面に対して垂直方向に高速回転しながら水面部分の水を上方に掻き揚げて空中に放散するために、モータは大きな力が要求され、その結果モータ音や水を撹拌するための大きな騒音を発生させるとともに消費電力量が多くなり、極めて不経済であるという問題点を抱えていた。
また、養殖池の水面を掻き回し波立たせて大気中の酸素を水中に取り込ませる方法では、池の表面部分に対流を起こして給気することはできても、池の底部に沈殿した堆積物を分解する好気性微生物にまで酸素を供給することは困難であった。
【０００６】
これらの問題を解決する発明としては従来の、水面に対して垂直方向に高速回転する水車方式に替えて、水面直下に水面方向に放射状に伸ばした羽根を回転させ、羽根の回転の中心から放射状に流れる川を水面上に起こして大気を取り込み、中央部の水を上昇させて浄化する発明がある。（特許文献１）
また、水面直下に水平な回転アームを回転させて池中央部の水を遠心方向に押し出し、中央部の水を上昇させて上下対流を起こし、更に池の底部から酸素エアを強制的に送り込んで水質浄化をする発明が知られている。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許文献１ 特開Ｈ０４−１４１３００号公報
特許文献２ 特開２００８−８８３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
バブルには大きい順にミリバブル、マイクロバブル、ナノバブルがあるが、各バブルの発生方法は種々開発されている。通常の気泡は急激に水中を上昇して最終的に水面上で破裂するが、直径１ミリの気泡は１分間に５〜６メートルの速度で上昇して水面上ではじけて消え、１０マイクロメートルのマイクロバブルは１分間に３ミリしか上昇せず、しかも水中に溶け込んで消えてしまう。そのため水質管理が容易な小さな水槽や生け簀ではマイクロバブルやナノバブルが多く用いられているが、自然の地形を活用した大規模な養殖池や生け簀には不向きであり、それらに対応する気泡の供給方法が求められていた。
【０００９】
しかしながら、特許文献１，２は、モータをゆっくり回転させることで消費電力を軽減するとともに、池の中央部に上下対流を起こして池の底部の澱んだ水を上昇させ、水面を波立たせて大気中の酸素を取り込んで循環させたり、さらに池の底部から酸素エアを強制的に送り込んで水質浄化をする発明であるが、いずれも装置が大掛かりで初期投資に多大な資金を要するもので、適合する養殖場は限定的であり中小規模の養殖場や水族館などには不向きであった。
【００１０】
また、途上国等の施設維持管理を人力に頼っているところでは、給餌なども撒き餌が一部分に偏ったり、水中の浮遊物や異物の除去や清掃にも手間がかかるという問題もあった。養殖魚介類にとっては自然の作用形態に擬する環境が必要とされ、養殖池全体の水が上下する循環対流による浄化作用と、水平方向に渦水流を形成することが最適である。
本発明は、以上の課題を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は同一出願人による、特願２０１５−１２８４７８「旋回流混合撹拌装置」の基本原理を応用した養殖用気液混合装置である。水中の溶存酸素の絶対量が養殖魚貝類の成長や斃死率と重要な因果関係を持っていることは広く周知されているが、本発明は水面上の大気と水を取り込む手段として次のような構成としている。
【００１２】
摺動管４の上端に切り込みにより略ラッパ状に拡開形成された複数の羽根８を、一方向に捻りを加えて気液吸引口６とし、該気液吸引口６が常に水面に位置するように浮体５を具備し、回転防止用の気液混合管２の突起１８に摺動管４及び筒体１５との切欠き部１７を嵌合させて、該摺動管４を気液混合管２の上端外周に遊嵌する。
前記摺動管４内を貫通する導入管１の吐出口１０を、より大きな径の曲管を有する前記気液混合管２の適宜な位置に挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板９を管軸方向に対し、前記羽根８の捻りと同一方向に傾斜させて接合させる。前記気液混合管２をより大きな径の曲管を有する気液吐出管３の先端部に、前記気液吸引口６と相似形の底部吸引口７を形設して、気液混合管２の吐出口１０aを適宜な位置に挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板９ａを、管軸方向に対して前記底部吸引口７の羽根８ａの捻りと同一方向に傾斜させて接合し、前記気液吐出管３の他端を最終吐出口１１とする。また前記気液吐出管の最上部に空気抜き孔１９を設ける。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上下２カ所の略ラッパ状に拡開した吸引口に、小径管から大径管へと順次挿入し、緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板を斜設して接続・固定しただけの単純な構造であり、主要な部分を分割組み立て式にすることで維持管理も容易になり、故障が少なく製造コストも廉価である。
【００１４】
つまり、エア・コンプレッサー等を必要とせず、吸水用ポンプと本装置を養殖地や水槽に設置するだけなのでイニシャルコストは低額で済み、大規模な養殖池では要所に複数台設置することも可能である。また複数台設置するときも1台のポンプに付き、台数分の配管損失を考慮した設計を行うことで、人的維持管理費・ポンプ電力も最少で済み、イニシャルコスト、ランニングコストとも大幅に削減することができる。
【００１５】
本発明は、必要に応じた本発明装置の台数で水理計算された吸水用ポンプを用い、各装置により大気（空気）と水面の水及び底部の水をエゼクターで自動的に吸引する。その際に吸引口の複数枚の羽根で渦流を発生させるとともに、斜設した複数枚の旋回誘導板により、管内で複雑乱流化した旋回水流で同時に取り込んだ大気中の酸素をミリ気泡に細分化し、効率よく大気中の酸素を水に溶け込ませる。
また、養殖環境は自然の状態に近づけるのが望ましいとされるが、最終吐出口からの吐出圧で形成される上下の循環対流と、水平方向への渦流に乗せて水中に拡散させ、全体の水を常に流動させて酸素供給と水質浄化をするものである。
【００１６】
すなわち、ミリ気泡を生成するために特種な装置やエア・コンプレッサーを必要とせず、上下２カ所の吸引口の構造と、斜設した旋回誘導板により本装置に吸引された気液混合液を複雑乱流化させ、ミリ気泡化した旋回気水流を生み出すことができる単純工法なのでメンテナンスも不要なものである。
【００１７】
また、対流効果を上げるために、ポンプの吸引口と本装置とを距離を置いて設置することで、養殖池や水槽全体の水が上下の循環対流と水平方向への渦流によって大きく流動し、自動的に取り込まれた大気中の酸素を含むミリ気泡も、この旋回水流に乗って最終吐出口から水中に拡散される。
【００１８】
本発明は、養殖池の形状や深さに応じて使用する材質や管の口径、及び、長さ等の設計仕様を自由に設定することができる。また、最終吐出口の角度や方向を変えることで当該養殖池に最適な水流を形成することができ、最終吐出口の深度設定位置によっては底部の堆積物を分解する好気性微生物に酸素を供給することもできる。
【００１９】
請求項２は、従来の人力による水面への撒き餌が一部分に偏る弊害を解消するために、人力に替わって自動給餌を可能にしたものである。給餌箱は底部中央に向けて下り勾配の傾斜部を有しており、傾斜部は水中にあるが給餌箱の大部分は水面上に位置し、傾斜部に開けた複数個の小孔からの浸水で傾斜部には水面と同じ水位を保持する。
給餌箱に投入したペレット状の餌は、一定量（管内口径）づつの自然落下と、給餌箱傾斜部内の水が導入管吐出口の負圧による旋回流で気液混合管内に取り込まれ、養殖魚の生息層域深度に設計された最終吐出口からの旋回水流に乗って水中に拡散される。（図２参照）
【００２０】
請求項３は、ポンプで圧入された水の数倍の水量が循環対流する特色を生かし、養殖池や水槽の水面や水中に浮遊する不純物や異物を除去するために、気液混合管上部に位置するＴ字部の切換弁を切換レバーで定期的に開閉することで、網目の細かい大型ストレーナで効率よく除去できる。（図３参照）
なお、養殖池の形状や深度などにより、切換弁を電動式にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の斜視図
【図２】本発明の請求項２の斜視図
【図３】本発明の請求項３の断面図
【図４】本発明の摺動管の気水吸引口周囲の拡大断面図
【図５】本発明の摺動管の気水吸引口周囲の別実施例の拡大断面図
【図６】本発明の一設置例の参考図
【図７】本発明の請求項２の給餌箱部分拡大断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、撹拌翼やフイルター及び、エア・コンプレッサー等も必要としない単純構造なので、主に水質管理が難しいとされる養殖池や大型水槽等を対象にしたものである。
本発明は、水中ポンプ又は吸水ポンプ１台とセットで水中に装置してエゼクターと旋回流を利用して、大気と水面の水とを、捻りを加えた吸引口から渦流状に吸引し、緩やかな湾曲面を有する旋回誘導板によりミリ気泡を含む旋回気水流を、複数の直管や曲管との接触により複雑乱流化させる。さらに低部の水を旋回状に吸引してミリ気泡を含む複雑乱流化させた旋回気水流と混合させ、最終吐出圧による上下の循環対流と水平方向の渦流に乗せて水中に拡散し、養殖池や大型水槽の全水量を大きく流動させて水質を改善するものである。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例の斜視図であり、図１と図４を参照にして説明する。
本実施例では、摺動管４の回転防止機能として気液混合管２の管外壁上部に突起１８を設け、摺動管４と嵌着した筒体１５とに、突起１８に適合する切欠き部１７を上部から下端まで形設したが、摺動管４の上下動を妨げることなく、水平方向の回転防止が可能であれば形状は問わない。
摺動管４の上端に切り込みにより略ラッパ状に拡開形成された複数の羽根８を、一方向に捻りを加え気液吸引口６とし、気液混合管２の突起１８に摺動管４及び筒体１５との切欠き部１７を嵌合させて、摺動管４を気液混合管２の上端外周に遊嵌する。  
【００２４】
前記摺動管４の外周に嵌着した筒体１５から斜め上方に立設した複数の支持板２６で保持された環状の浮体保持板１６に浮体５（５球）を固着し、気液吸引口６が常に水面に位置するように筒体１５を上下動して微調整をしてから固定する。
前記摺動管４内を貫通した導入管１の吐出口１０を、より大きな径の曲管を有する気液混合管２に適宜挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板９を軸方向に対し、前記羽根８の捻りと同一方向に傾斜させて接合する。
【００２５】
前記気液混合管２を、より大きな径の曲管を有する気液吐出管３の端部に、前記気液吸引口６と相似形に形設された底部吸引口７に、気液混合管２の吐出口１０aを適宜な位置に挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板９ａを、管軸方向に対して前記底部吸引口７の羽根８ａの捻りと同一方向に傾斜させて接合し、該気液吐出管３の最上部に空気抜き孔１９を設け、気液吐出管３の他端部を最終吐出口１１とする。
【００２６】
本実施例では、内容積１立方メートルの水槽２７とポンプ２２（最大吐出量１００L／分）を用い、摺動管４の外周に嵌合した筒体１５から斜め上方に複数の支持板２６で保持された環状の浮体保持板１６に、浮体５として５個の中空の球を気液吸引口６の羽根８の周囲に間隙を設けて環状に配設した。これは気液吸引口６から水面の水を渦流状に吸引する際に流路を阻害しないように考慮したものである。なお、図５に示す通り浮体５には形状や個数には拘らず、摺動管４自体に中空の浮体５を設けて注入するバランス水で水位面に対する調整をしたり、また浮体としてこの他にも本発明の趣旨から逸脱しない形状、構造のものも使用することができる。
【００２７】
図６は、本発明を水槽２７の水中の一端に設置した一実施例である。ポンプ２２を水槽２７の他端に距離を置いて設置して、導入管１とビニールホース２３で接続する。気液混合管２と気液吐出管３とは複数の配管用固定バンド２８で壁面に固定されており、気液混合管２の底部は床に固定されているが、摺動管４の気液吸引口６は、浮体５により常に水面（水位）に連動して上下に摺動する。
なお、水位が確実に制御できる水槽等では摺動管４を省略して、気液混合管２の先端に直接気液吸引口６を形設して使用することもできる。
また、本装置は適宜分割構造にして現地で組み立てる方式も採用でき、装置の固定方法としては養殖池や水槽の水底面から支柱を立設したり、壁面を利用して導入管１、気液混合管２や気液吐出管３、及び給餌管１３、給餌箱１２等を配管用固定バンド２８等で適宜支持固定する。
また、ポンプ２２で圧入された水量Ｑ１と最終吐出口水量Ｑとの関係はＱ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３、となることを示している。つまりＱ＞＞Ｑ１を作り出すことができる。
【００２８】
ポンプ２２の稼働により、底部の水が吸引されビニールホース２３で接続した導入管１の吐出口１０から気液混合管２内に吐出されるが、その際の負圧によるエゼクターで摺動管４の略ラッパ状の気液吸引口６の、捻りを加えた複数の羽根８に導かれて大気と水面の水が渦流状に吸引され、空隙部の複数枚の旋回誘導板９を管軸方向に対しおおよそ３０度に斜設した流れに沿ってさらに旋回気水流に勢いがつき、直管と曲管の各管壁との旋回接触を繰り返して気液混合管２の吐出口１０aから、複雑乱流化した旋回水流が気液吐出管３内に旋回状に吐出される。その際に、上記と同じ作用効果のエゼクターで、今度は底部吸引口７から周囲の水が同じく渦流状に吸引されて、気液吐出管３内の複雑乱流化した旋回気水流に合流しながら大気をせん断してミリ気泡を派生させる仕組みである。  
しかしながら、時間経過とともに気液吐出管３内の最上部に空気溜まりが生じて流れが阻害されるために、空気抜き孔１９をあけることで気液旋回水流はスムーズに流れ、また適応深度に設計された最終吐出口１１からは、下方に向けての循環対流と水平方向への旋回水流（渦流）が形成され、ミリ気泡も旋回水流とともに吐出される。
【００２９】
図２、図７は請求項２を表わしたもので、人力による給餌に替えて自動給餌を可能にし、人力による撒き餌の欠点である水面上の一部分に偏る弊害を解消するためのものである。
導入管１の圧水が給餌管１３への逆流を防ぐために、気液混合管２に挿入された導入管１の吐出口１０の位置近傍の気液混合管２の外周壁から、斜め上方に給餌管１３を分岐して水面下まで立設して上端に給餌箱１２を設けたものであり、  ペレット状の餌は給餌箱１２の底部中央へ下り勾配の傾斜部２５による給餌管１３への自然落下と、給餌箱１２の傾斜部２５に開けた複数個の小孔２４から侵水した水が、気液混合管２の旋回気水流に吸引される形で餌が一定量（管の口径）づつ供給され、深度設計された最終吐出口１１から吐出される上下対流と水平方向への渦流に乗り水中に拡散される。また、大規模な装置では給餌箱１２と給餌管１３との接続口に給餌供給用の調整弁を設けても良い。
【００３０】
図３は、請求項３を表わしたものであり、ポンプ２２で圧入された量の数倍の水が循環対流する本発明の特色を生かし、養殖池や水槽の水面や水中に浮遊する不純物や異物を除去する目的である。気液混合管２の最上部の後方の略Ｌ字曲部を略Ｔ字分岐に替え、該Ｔ字分岐部に二方向への切換弁２０と接続した切換レバー２１とを設けるとともに、水平方向の開口に網目の細かい大型ストレーナ１４を着脱自在に取り付けたものである。必要に応じて切換レバー２１を操作することで切換弁２０を開閉し、水面や水中に浮遊する不純物や異物を除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
つまり本発明は、エア・コンプレッサーや特殊な装置等を必要とせず、吸水用ポンプ１台とシンプルな本装置を養殖池や水槽等の水中に装置するだけで、吸水用ポンプから導入管に送られる吐水の速度エネルギーをエゼクター機構により吐水量増加エネルギーに変え、上下の循環対流と水平方向の渦水流を形成するとともに、自動的に取り込んだ酸素を含む大気を本装置の構造によりミリ気泡をつくりだして、養殖魚の生息層域に対応した任意の深度にミリ気泡酸素混合水を供給できる。
さらに最終吐出口の角度や方向を変えることで養殖池や水槽などに最適な水流を形成することができ、最終吐出口の深度設定位置によっては底部の堆積物を分解する好気性微生物に酸素を供給することもでき、養殖池や大型水槽の全体環境の改善を図ることができる。
また、人力に替わる自動給餌で、ペレット状の餌を養殖魚の生息層域に向けて一定量（給餌管の口径）づつ、対流に乗せて養殖魚の生息層域の水中に拡散でき、更に水面や水中に浮遊する不純物や異物も効率よく除去することもできる装置である。
異常気象による地球環境の悪化や海洋汚染等から、各国で盛んになる魚介類の養殖産業において、導入コストや維持管理コストが低額で自然形態に近い環境を整備でき、大規模養殖池では複数台の設置も可能であり、昨今の食糧問題や時代の要請に応えるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１     導入管
２     気液混合管
３     気液吐出管
４      摺動管
５     浮体
６     気液吸引口
７     底部吸引口
８,８a 羽根
９,９a 旋回誘導板  
１０,１０a  吐出口
１１   最終吐出口
１２   給餌箱
１３   給餌管
１４   ストレーナ
１５   筒体
１６  浮体保持板
１７  切欠き部
１８   突起
１９   空気抜き孔
２０   切換弁
２１   切換レバー
２２   ポンプ
２３   ビニールホース
２４   小孔
２５  傾斜部
２６   支持板
２７   水槽
２８   配管用固定バンド
【要約】
【課題】  吸水用ポンプ１台で、エゼクターと旋回流で自動的に酸素や給餌を供給でき、水中の異物除去も行える養殖用旋回流気液混合装置を提供する。
【解決手段】  先端の羽根に一方向に捻りを加えた気液吸引口を常に水面を保持する浮体を備えた摺動管を、回転防止の切り欠き部と突起とを嵌合させ、気液混合管の先端外周に遊嵌する。  導入管の吐出口を、より大きな径の曲管を有する気液混合管に適宜な位置に挿入し、その空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板を軸方向に対し、前記羽根の捻りと同一方向に傾斜させて接合する。気液混合管の吐出口を、より大きな径の曲管を有する気液吐出管の一端部に、気液吸引口と相似形に形設された底部吸引口の適宜な位置に挿入し、その挿入空隙部に緩やかな湾曲面を有する複数枚の旋回誘導板を、管軸方向に対して底部吸引口の羽根の捻りと同一方向に傾斜させて接合し、気液吐出管の最上部に空気抜き孔１９を設ける。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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