(57)【要約】全ての成長段階と本質的な操作をモジュール化して統合し、カスタム設計されたサイバー物理プラットフォームによって制御された多段階同期超集約エビ生産システムを形成するエビ養殖のための方法。モジュール式構成要素には、幼生養殖モジュール、育成生産モジュール、再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール、餌分配モジュール、ヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）と統合されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）で構成された規制要素を含まれる。【選択図】図１
2018510611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．生産サブユニットモジュールと、
ｂ．再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュールと、
ｃ．餌分配モジュールと、
ｄ．コンピュータ制御モジュールと、
を備え、
エビ生産の基本操作は、生産サブユニットモジュール、再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール、及び餌分配モジュールに組み込まれたセンサによってデータを取得する、カスタム設計されたサイバー物理プラットフォームによって制御された多段階同期超集中型エビ生産システムを形成するために、モジュール化して統合されており、エビの同期生産サイクル用の水産養殖環境を維持するために連結されたフィードバックループを介してヒューマンインタフェイスモジュール（ＨＩＭ）に統合されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）と通信する１以上の機器を制御でき、
前記生産サブユニットモジュールは、一端に配置した採取ピット構造と、他端に配置したキャップ構造とを備える、タンクの中央で僅かに隆起した縦方向の深さラインを有する少なくとも１つの直方体タンクを備え、前記直方体タンクは、水を保持可能であり、水を導入及び排出するための少なくとも１つの弁を備え、前記再循環養殖システムは、前記生産サブユニットモジュールと流体連通し、前記餌分配モジュールは、前記生産サブユニットモジュールと流体連通し、前記コンピュータ制御モジュールは、ヒューマンインターフェイスモジュール（「ＨＩＭ」）と、前記幼生養殖モジュール、前記生産サブユニットモジュール、又は前記再循環養殖システムモジュールに連結された１以上の機器と電気通信する、モジュール式エビ生産システム。
【請求項２】
幼生エビ養殖モジュールと、
幼生エビ再循環養殖システム（ＰＬＲＡＳ）モジュールと、
をさらに備え、
前記幼生エビ養殖モジュールの基本的な動作は、前記幼生エビ養殖モジュールに組み込まれたセンサからデータを収集するカスタム設計されたサイバー物理プラットフォームによって制御された多段階同期超集中エビ生産システムに統合され、前記幼生エビ再循環養殖システム（ＰＬＲＡＳ）モジュールが、幼生エビの同期生産サイクル用の養殖環境を維持するためにフィードバックループを介してヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）と統合されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）と通信する１以上の機器の制御を可能とし、
前記幼生エビ養殖モジュールは、幼体エビを生育するために少なくとも１つの浅水タンクを有し、幼生エビ再循環養殖システム（ＰＬＲＡＳ）モジュール、前記餌配給モジュール及びコンピュータ制御モジュールと流体連通しる、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項３】
前記幼生エビ養殖モジュールは、タンクの角に配置されたスタンドパイプに向かって約０．５〜１．５％の角度で傾斜した約８フィート×約８フィート×約１．５フィートの寸法を有する１以上の浅水タンクを備え、前記１以上の浅水タンクは、幼生エビ養殖コンテナ容器の内部に積み重ねられ、前記浅水タンクは３０〜５０cm、好ましくは約４０cmの平均深度に維持され、前記各浅水タンク内の水深は、幼少エビ養殖コンテナ容器の壁を通って装置区画内に配管されたスタンドパイプを使用して独立して維持され、ダイバータバルブ及びポンプは、貯蔵タンクからの循環によって水位を維持する、請求項２に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項４】
前記生産サブユニットモジュールが、約７．９フィート×約５２フィート×約１．５５フィートの寸法を有する１以上の直方体タンクを備え、一端に採取ピット、他端に再循環端キャップを有するモジュール式エビ生産システムであって、前記各直方体タンクは、約８フィート×約５３フィート×約９．６フィートの寸法を有する第１コンテナ容器の内部に積み重ねられ、前記再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュールは、前記第１コンテナ容器内に収容された各生産サブユニットモジュールの直方体タンクへ独立して接続された閉ループ再循環を形成するポンプ、接続部及びバルブをさらに備え、前記再循環養殖システム（ＲＡＳ）は第２コンテナ容器内に収容されている、モジュール式エビ生産システム。
【請求項５】
プログラム論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定の光レベル、水循環率、生産サブユニット直方体タンクの３５cm以上の水位、２９〜３３℃の水温、ｐＨ濃度、10/1000〜14/1000の塩分濃度、４．５mg/Lを超える溶存酸素レベル、窒素代謝物濃度、物理的現象を感知するために弾性表面波の変調を検出するセンサ、全溶解固体指数、前記タンク内で発生する視覚的事象、タンク内のライブ又は記録された視覚的事象、又はそれらの組み合わせを監視、維持又は変更するための構成要素をさらに備える、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項６】
エビの同期生産サイクルのための水産養殖環境を監視、維持又は変更するための構成要素であって、前記プログラム論理制御装置（ＰＬＣ）が異なる構成要素又はプロセスを制御する産業用コンピュータを備え、動作要求に従ってプログラムされ、特定の光レベルを監視、維持又は変更するための構成要素は、各生産サブユニットの水位の上方に取り付けた発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、水の循環速度を監視、維持又は変更するための構成要素は、ポンプ及び弁を備え、タンクの水位を監視、維持又は変更するための構成要素は、液面センサを備え、水温を監視、維持又は変更するための構成要素は、マイクロ分散ノズルを介して水中に出される前に、熱交換器を通過することによって３１℃に予備調整された圧縮空気を備え、ｐＨ濃度を監視、維持又は変更するための成分はｐＨプローブを備え、10/1000〜14/1000の塩分濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、通電させてユーザーに警告するか又は直接調整する水の能力を測定する導電率センサを備え、４．５mg/Lを超える溶存酸素レベルを監視、維持又は変更するための構成要素は、ポーラログラフ、急速パルス、ガルバーニ及び光学タイプの溶存酸素センサを備え、窒素代謝産物濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを備え、物理的現象を感知するための弾性表面波の変調を検出するための構成要素は、備え、全溶解固形指数を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを備え、タンク内のライブ又は記録された視覚的事象を監視、維持又は変更するための構成要素は、接続された電荷結合ＴＶ（「ＣＣＴＶ」）カメラを備える、請求項５に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項７】
各生産サブユニットの上方に経路指定された、コンピュータ制御されたアクチュエータバルブを有する高圧水ラインをさらに備え、前記高圧水は、エビの採取を容易にするために採取ピットに向かって移動する、前記再循環エンドキャップから始まる脈動で各生産サブユニットに放出される、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システムキャップ。
【請求項８】
前記再循環養殖システム（ＲＡＳ）は、閉ループシステムと流体連通する貯留タンクを備え、前記閉ループシステムは、ポンプと流体連通する移動床バイオリアクタ（ＭＢＢＲ）を備え、前記ポンプは生産サブユニットと流体連通し、前記生産サブユニットは、有機堆積物を除去するために使用されるマイクロスクリーンドラムフィルタと流体連通し、前記マイクロスクリーンドラムフィルタは、ＭＢＢＲ及びアップフロー嫌気性汚泥ブランケットリアクタと流体連通し、前記ＭＢＢＲは、乳化されたタンパク質性物質を水から除去するために使用される泡分留装置に流体連通して水をＭＢＢＲに戻し、前記泡分留装置は、高窒素肥料又は埋立てゴミとして使用される汚泥を処理及び除去するために使用される上向流嫌気性汚泥ブランケットリアクタに流体連通し、前記上向流嫌気性汚泥ブランケットリアクタは、再循環された貯水タンクと流体連通し、前記貯留タンクは、貯水タンクに移送される所望の塩分となるように水及び海塩を混合するために使用される混合タンクと流体連通している、ろ過された天然海水タンク又は井戸水タンクと流体連通している、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項９】
前記浅水タンク及び直方体タンクは、木材複合材、合成プラスチック、ポリエチレン、プロピレン、アクリロニトリルブタジエン、スチレン、エポキシ被覆鋼、金属、又はこれらの混合物を含む材料から製造される、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項１０】
前記浅水タンクと直方体タンクは、一貫輸送容器の内部に配置されている、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項１１】
前記各直方体タンクは、通気のための微小分散ノズルの配置を可能にするためにタンク壁を貫通する複数のポートと、各タンク内で水を反時計回りに循環させるためにポンプ輸送できる再循環養殖システム（ＲＡＳ）を使用して水を再処理する指向性ノズルとを備えている、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項１２】
前記各直方体タンクの採取ピットが、破片の収集及び除去と共にエビの採取のための出口を備えるように構成されている、請求項１に記載のモジュール式エビ生産システム。
【請求項１３】
モジュール式エビ生産システムを用いた成熟エビの同期生産サイクルを有する方法であって、
ａ．エビの同期生産サイクルのための養殖環境を準備し、
ｂ．幼生エビ養殖モジュールで幼生エビを貯蔵し、
ｃ．幼生エビ養殖モジュールで幼生エビを幼体エビに成長させ、第１段階のエビの個体群を形成し、
ｄ．第１段階のエビを生産サブユニットの直方体タンクに移送し、
ｅ．第１期間の間、生産サブユニットの直方体タンク内で幼体エビを生育して、第２段階のエビ個体群を形成し、
ｆ．第２段階のエビ個体群を２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクに分割し、
ｇ．第２期間、前記各直方体タンクで、第２段階のエビの個体群を成長させ、第３段階のエビ個体群を形成し、
ｈ．第３段階のエビの個体群の一部を採取し、
ｉ．第３段階のエビ個体群を２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクに分割し、
ｊ．第３期間、前記各直方体タンクで、第３段階のエビ個体群を成長させ、第４段階のエビ個体群を形成し、
ｋ．第４段階のエビ個体群を採取し、
ｌ．前記（ａ）〜（ｋ）を繰り返して同期生産サイクルを確立し、前記モジュール式エビ生産システムの生産サブユニットの直方体タンクが異なるエビ個体群にそれぞれ分割されることにより空になるとすぐに再補充されることを保証し、
全てのエビの成長段階及び基本操作をモジュール化して統合することにより、幼生養殖モジュール、育成生産モジュール、再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール、及び、餌分配モジュールに組み込まれたセンサを介してデータを取得するカスタム設計のサイバー物理プラットフォームによって制御される多段階同期超集中型エビ生産システムを形成し、前記餌配給モジュールは、ヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）と統合されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）によるあらゆる態様の制御を可能にし、前記エビの生育条件は、照明、餌、水温、水位、水のｐＨ及びエビの成熟に資する水の塩分濃度を含み、前記幼生養殖モジュールは、幼体エビを生育するための少なくとも１つの浅水タンクを有し、前記第１生産サブユニットの直方体タンク、第１生産サブユニットの直方体タンク、再循環養殖システム（「ＲＡＳ」）モジュール、餌分配モジュール、及びコンピュータ制御モジュールに流体連通し、前記各直方体タンクは、一端に位置するピット構造と他端に位置するキャップ構造とを有し、中央で僅かに隆起した縦方向の深さラインを備え、水を保持でき、水を導入及び排出するための少なくとも１つの弁を備え、前記再循環養殖システムは、幼生養殖モジュール及び生産サブユニットモジュールと流体連通し、前記餌分配モジュールは、生産サブユニットモジュールと流体連通し、前記コンピュータ制御モジュールは、ヒューマンインターフェイスモジュール（「ＨＩＭ」）と、前記幼生養殖モジュール、前記生産サブユニットモジュール、前記再循環養殖システムモジュール、又は前記餌分配モジュールに接続された１以上の機器とインターフェイス接続されている、方法。
【請求項１４】
前記（ｋ）〜（ｌ）を以下に置き換える、請求項１３に記載の方法。
（ｋ）第４段階のエビ個体群の一部を採取し、
（ｌ）第４段階のエビ個体群を２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクに分割し、
（ｍ）第４期間、前記各直方体タンクで第４段階のエビ個体群を生育して、第５段階のエビ個体群を形成し、
（ｎ）第５段階のエビ個体群を採取し、
（ｏ）前記（ａ）〜（ｎ）を繰り返すことによって同期生産サイクルを確立し、前記直方体タンクが異なるエビ個体群にそれぞれ分割することにより空になるとすぐに再補充することを保証する。
【請求項１５】
さらに、養殖モジュールに設置された、垂直に積み重ねられた各浅水タンクに4,000-8,000/m2の密度で幼生エビを貯蔵する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、特定の光レベル、水循環率、浅水タンクの３０〜５０cmの水位、生産サブユニットの直方体タンクの３５cm以上の水位、２９〜３３℃の水温、ｐH濃度、10/1000〜14/1000の塩分濃度、４．５mg/Lを超える溶存酸素レベル、窒素代謝物濃度、物理的現象を感知するために弾性表面波の変調を検出するセンサ、全溶解固体指数、前記タンク内で発生する視覚的事象、タンク内のライブ又は記録された視覚的事象、又はそれらの組み合わせを監視、維持又は変更することによって、エビの同期生産サイクルのための養殖環境を準備する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、マイクロ分散ノズルを介して養殖タンクの水に分配される前に、養殖モジュール内の熱交換器を通過して３１℃に予備調整された圧縮空気を使用することによって養殖環境を準備する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、水温、水位、塩分、溶存酸素、ｐＨ、全溶解固形分（ＴＤＳ）、窒素代謝産物レベル（アンモニア、亜硝酸塩）及び音響（餌活動）用のセンサを各生産サブユニットに組み込むことによって養殖環境を準備し、全ての物理的及び化学的測定値は、リアルタイムのフィードバック及び調整のためにヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）と一体化されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）からサイバー物理プラットフォームを介して接続される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、装着されたホッパーからの４つの異なる餌のうちの１つを引き出すコンピュータ制御された餌分配システムを使用することによって前記養殖環境を準備し、餌を水和させ、プログラム論理コントローラ（ＰＬＣ）からの信号に基づいて水和された餌を目標とする生産サブユニットに分配する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記モジュール式エビ生産システムの異なる構成要素又はプロセスを制御し、システムの操作上の要求に従ってプログラムされる、前記モジュール式エビ生産システムのプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）を監視、維持又は変更するためのセンサを各生産サブユニットに組み込むことによって前記養殖環境を準備し、特定の光レベルを監視、維持又は変更するための構成要素は、各生産サブユニットの水位上方に取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、水の循環速度を監視、維持又は変更するための構成要素は、ポンプ及び弁を備え、タンクの水位を監視、維持又は変更するための構成要素は、液面センサを備え、水温を監視、維持又は変更するための構成要素は、マイクロ分散ノズルを介して水中に出される前に、熱交換器を通過することにより３１℃に予備調整された圧縮空気を備え、ｐＨ濃度を監視、維持又は変更するための成分はｐＨプローブを備え、10/1000〜14/1000の塩分濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、通電してユーザーに警告するか又は直接調整する水の能力を測定する導電率センサを備え、４．５mg/Lを超える溶存酸素レベルを監視、維持又は変更するための構成要素は、ポーラログラフ、急速パルス、ガルバーニ及び光学タイプの溶存酸素センサを備え、窒素代謝産物濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを備え、物理的現象を感知するための弾性表面波の変調を検出するためにセンサを監視、維持又は変更するための構成要素は、備え、全溶解固形指数を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを備え、タンク内のライブ又は記録された視覚的事象を監視、維持又は変更するための構成要素は、接続された電荷結合ＴＶ（「ＣＣＴＶ」）カメラを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、各生産サブユニットの上方に経路指定され、採取ピットに向かって移動する再循環エンドキャップから始まる脈動で作動される、コンピュータ制御されたアクチュエータバルブに接続された高水圧ラインを使用してエビを採取する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段階集積超集中型エビ養殖システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水産養殖は岐路に立たされている。水産養殖は、単位面積当たりの生産性をさらに高めるという困難に直面し、他人の過ちから学び、持続可能な管理慣行に取り組む機会を得ている。この若い業界の長期的な成功と経済的実行可能性は、現在の爆発的な世界的需要の拡大と並行して、病気、廃棄物、餌の３つの持続可能性の課題に取り組むことを目指した発明と解決策にかかっている。世界規模のエビ養殖の実施は、以下の理由から持続不可能である。
・気候及び地理的制限
・生態学的な限界−土地破壊
・餌の懸念−魚粉の内容
・労働虐待と社会破壊
・エビ病 - 急性肝膵臓壊死症候群（APNS）又は早期死亡症候群（EMS）、タウラウイルス、白斑ウイルス（WSSV）、真菌などによるエンテロサイトキナーゼ肝炎（EHP）
・ヒトの健康に関する懸念（禁止された化学物質や抗生物質を含む餌添加物）
・処理−衛生処置又はその欠如
・地産地消の動きとライフスタイル
【０００３】
上述の内容を詳しく説明すると、エビは米国で最も消費されるシーフードである。しかし、国内需要と国内供給との間には大きな隔たりがあり、輸入品に依存し、エビの貿易赤字が拡大している。米国に輸入されるエビの量に関する懸念に加えて、輸入エビの品質は国内で生産されるエビよりも劣り、いくつかの輸入品に存在することが示されている抗生物質の残留物に関する健康上の懸念がある。米国食品医薬品局（ＦＤＡ）は、米国に輸入されたシーフードの検査を義務づけているが、この機関は、米国市場に進出する製品のわずかな割合しか検査できていない。
【０００４】
米国の貿易収支の赤字が拡大し、食品の安全性が懸念されることから、米国のエビ養殖業を支援する魅力的な理由がある。伝統的なアプローチを用いて米国のエビ養殖業を拡張することは、環境汚染、病気の伝染、生産コスト、気候問題などの懸念から実現不可能である。伝統的にエビは沿岸池で養殖されており、許容可能な水質を維持するために流水が交換されている。しかしながら、流入水は有毒エビ病原体のベクターとして機能する一方、流出水は沿岸水質に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、沿岸地域にエビ養殖場を拡大することは複数の使用紛争の原因となる可能性がある。伝統的なエビ養殖場ではエビに暖かい水が必要であるため、より一層、南の緯度に制限される（Moss、SM、"エビ養殖業"米国農務省（USDA）の経済情報システム（REEIS）、Oceanic Institute Makapuu Point、2010年8月1日、ウェブ、2012年7月31日）。
【０００５】
陸上での工業用エビ養殖の持続可能性に関して、３０年ほど前、特に東南アジアと中南米での陸上養殖の導入により、事態は大きく変化した。水産養殖のプロセスは、伝統的な小規模で低インパクトのものから、工業用の、大規模で影響の大きい生産方法に変更された。業界が国際市場への参入を拡大するにつれて、自然環境の破壊率とそれに伴う地域社会への悪影響が加速した。エコロジカルフットプリントは対数的に増加し、破壊が続いた。環境破壊に伴い、タウラウイルス、白斑ウイルス（WSSV）、感染性表皮及び造血壊死ウイルス（IHNNV）、急性肝膵臓壊死症候群（APNS）又は早期死亡症候群（EMS）、真菌等に起因する肝炎（EHP）等のような疾病が発生した。
【０００６】
米国におけるエビ養殖の歴史は、短命で不安定なものである。３０年前に米国で実施された工業的規模でバナメイエビ（学名：Litopenaeus vannamei）を成長させる可能性は、この開発により、1980年代初めに商業的に達成され、2000年代初めまで生産レベルが増大された。米国で広く行われている養殖を可能にする最初の技術は、孵化場から得られた幼生エビを直接池に放流する、単一段階の半集約型池モデルであった。このプロセスを使用して５-１０MT/ha/cropの生産を達成することができた。しかし、気候条件のために１年に１回しか採取できない。したがって、米国のエビ養殖は、１年に複数回の採取が一般的である熱帯地域と比較して、経済的な競争性が損なわれた。2000年代初頭以降、米国におけるエビの養殖は急速に減少した。実際に、エビの養殖は域外へと移動した。今日、米国は年間600,000トン以上のエビを消費する。野生捕獲と養殖エビは米国需要の3％未満である。アメリカのエビ輸入額は2014年に67％増加した。国内の水産養殖はアメリカの消費量の1％未満である。
【０００７】
熱帯地域でのエビ生産の見掛け上の利点にもかかわらず、擁護できない問題がある。熱帯地域での生産は持続可能ではなく、ロカボー運動と一致していない。生産が有害な化学物質の混入や製品の非衛生的な処理を意味しても、全体のコストで好まれるため、ますます世界中の人々は、食品の供給元を信頼しなくなっている。不信とは別に、食品は持続可能な方法で生産されるべきであり、現在の技術はこの推進力を反映していないと認識されている。
【０００８】
アメリカの需要を考えると、１０年以上前から変化が不可欠であると認識されている。米連邦政府とメキシコ湾と南部大西洋地域にまたがる州政府とは、米国の農家が熱帯地域で１年を通じて生産することを可能にする新しい技術の開発に向けた研究を支援している。本質的に、新しい技術を開発して実行する必要がある。
【０００９】
技術開発は全て、地理的及び気候的な要求に対応する必要がある。すなわち、土地利用を最小限に抑え、エビの成長に必要な環境（温度）の改変はエネルギー集約的でなければならない。これを達成できる唯一の方法は、屋内での生産、すなわち閉鎖型倉庫などの内部構造物での生産を行うことである。これにより、アメリカ人であろうと世界の他の市民であろうと、消費者に近い場所での生産が可能となる。しかしながら、倉庫構造は大規模なものでなければならない。すなわち、多くのエーカー（ヘクタール）を占有し、エネルギー集約的でなければならない。このため、池の成長条件を屋内で単純に複製することは受け入れられない。前記問題を最小限とするため、垂直農法が検討されてきた。
Durwood Duggarは、King Jamesが80年代にエビを養殖するために積層水路を使用していたと指摘している（Duggar Dの表題「集中的なエビ生産経済挑戦」BioCepts International、Inc.  2011年9月29日）。それ以前でも、Ron WulffとDurwood Duggarは、1973年にRalston Purina Mariculture Research Centerの集中的なエビの生産活動のために、積層水路システムを開発している。エビの養殖以外にも、過密養殖のために１０cmほどの浅い水を使用する水産養殖は、少なくとも2001年以降に実施されている（Oiestad V. "Hyper-Intensive Fish Farming、Shallow Raceways Save Space、Water" Global Aquaculture Alliance、Web、2001）。水産養殖のための垂直積層を記載してきたが、このような省スペースモデルをどのようにして工業的に生産し、実施するのかという難題が残っている。省エネルギー問題、構造工学問題、水質の維持、温度、溶存酸素、餌分配、及び、制御しながらプロセスをどのように統合するのかということが解決されていない。このような問題は本発明によって解決される。すなわち、本発明では、エビ生産の基本的な操作がモジュール化され、カスタム設計されたサイバーフィジカルプラットフォームによって制御される多段階同期超集中エビ生産システムを形成するように統合されている。プラットフォームは、プロダクションサブユニットモジュール、再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール及び餌分配モジュールに組み込まれたセンサを介してデータを取得し、エビの同期生産サイクルのための養殖環境を維持するために、連結されたフィードバックループを介してヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）と一体化されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）と通信する１以上の機器の制御を可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本開示は、一般に、養殖、積層生産アセンブリ、再循環養殖システム（ＲＡＳ）及び餌分配装置を含むモジュール構成要素を、コンピュータ制御装置と共に設計し、年間１２〜１７回の生産サイクル（採取）が可能である多段階超集中エビ生産システムに統合することに関する。統合されたシステムは、産卵後の本来的に存在する生産制限を排除するように設計されており、育成終了時にエビが採取されてスループットが最大になるまで稚エビ（「ＰＬ」）を貯蔵する。
【００１１】
あらゆる生産モデルの中心は、システムがサポートできる環境収容量又は単位面積当たりの生物量である。研究によると、エビは浅水タンクで４kg/m2の量を堅実に生育できる。この制限が、陸上の池、タンク又は水路などの単一段階の生産システムに適用される場合、養殖サイクルの終わりでの量が生産されるエビの量の決定要因となる。したがって、数千のＰＬが貯蔵され、最初は４kg/m2の量を超えないものの、環境収容量が遙かに上回ると、システムはクラッシュする。多段階同期生産システムは、生産サイクルのどの段階でも、すなわち仕入れから採取まで、システムの環境収容量を超えないので、この制約は緩和される。
【００１２】
保守的な観点から、約３kg/m2の生物量及び多段階生産サイクルに基づく多くの可能性のあるエビ生産モデルの１つが、図１及び表１に示されている。このモデルでは、４段階で行われている。実際には、第１段階は、ＰＬを養殖場に貯蔵して、１ヶ月間の幼体期（0.7〜1g）を養殖する（表１）。第２段階は、幼体エビを生産モジュールの生産サブユニット＃１（水路として公知）に移すことによって実行される。生物量がシステムの容量を超え始めると、すなわち約４週間の成長後に、エビの密度は、生産サブユニット＃２と＃３の間で均等に分割することによって減少する（第３段階）。移送は重力を利用して行われる。すなわち、生産サブユニット＃１と＃２又はサブユニット＃１と＃３との間に接続チューブが設置される。水に浮遊しているエビは、優良生産サブユニット、すなわち＃１から生産サブユニット＃２又は＃３に重力によって移動される。同期生産サイクルを確立するために不可欠であるが、＃１が空になると直ちにサイクルが再開されるように養殖場から移された稚エビを補充する。
【００１３】
４週間後、＃２と＃３の環境収容量を超える。エビの生物量は、＃４と＃５に細分するだけでは抑制できない。次の段階の環境収容量又は生物量を考慮すべきである。毎月のサイクルが終わると、エビの体重は大幅に増える。この場合、エビの数を減らす必要がある。サブユニット番号３の内容物をサブユニット番号４及び５に均等に分割することにより、エビ数は減少する。同様に、サブユニット番号２のエビ数は、サブユニット番号６及び７に均等に分割される。追加の期間、すなわち４週間後、サブユニット番号４，５，６及び７から重量２６gのエビを採取し、販売のために提供することができる。
【００１４】
これに代えて、５段階モデルを実行してもよい（図２参照）。このモデルでは、第１段階は、ＰＬを養殖場に貯蔵して、１ヶ月間、幼体期（０．７〜１g）を育てることによって行われる。第２段階は、幼体エビを生産モジュールの生産サブユニット＃１に移すことによって実行される。上記の４段階モデルと同じことが５段階モデルにも当てはまる。すなわち、生物量がシステムの環境収容量を超え始めたとき、すなわち約４週間の成長後に、エビ密度を減少させるべきである。これは、生産サブユニット＃２と＃３の間でエビを均等に細分することによって達成される（第３段階）。さらに４週間後、＃２及び＃３の環境収容量を再び上回る。短時間で＃４と＃５の環境収容量を大幅に上回るので、＃２と＃３の内容物を＃４と＃５に移すことによってエビの数を簡単に減らすことはできない。代わりにエビの部分採取を行い、＃２と＃３のエビの残りを＃４と＃５に移すことができる。追加の期間、すなわち４週間後に、上記の理由で別の部分採取が実行され、＃４及び＃５のエビの残りの部分がそれぞれ最終生育のために＃６及び＃７に移される。同期生産では、毎月のサイクル終了時に約１５、２４及び３０gのエビを販売することができる。記載されたモデルを使用して、毎年１３回、エビの採取が可能となる。
【００１５】
第４又は第５段階モデルのいずれが行われたとしても、いずれもエビの養殖に必要な化学的、物理的及び生物学的条件の理解に依存する。変温動物であることから、バナメイエビ（太平洋の白い脚エビ）は、約２１〜３７℃の持続可能な温度に維持されなければならない。しかしながら、さらに重要なことは、温度が生活機能を最大限にするように制限されることである。これは、実用的な目的のため、環境温度は３０〜３２℃、好ましくは３１℃の狭い範囲に維持されなければならないことを意味する。熱帯地域を含むほとんどの気候地域の温度制約は、最適条件外の条件を課す。環境温度に加えて、水質はエビ生産の中心である。３つの異なる試みが行われている。これらは、非再循環システム、再循環養殖システム（ＲＡＳ）、及び天然供給源からの精製された流水システムを含む。水産養殖に関しては多くのバリエーションがあるが、全てのエビシステムでは、塩分、固形廃棄物、溶存酸素管理、アンモニア窒素管理、二酸化炭素管理、ｐＨ（アルカリ度）に関する水質問題に取り組まなければならない。現在の開示に関連する制御を可能にする唯一のシステムは、ＲＡＳを変化させたものである。
【００１６】
エビ養殖に必要な化学的、物理的及び生物学的条件の理解は、エビ養殖が米国で急速に発展することを可能とした。しかしながら、米国におけるエビ養殖の歴史は、経済的観点からは短命で気まぐれなものである。太平洋の白いエビ（バナメイエビ）は、米国で大規模なエビ生産のための最も養殖可能な種として迅速かつ広く受け入れられた。米国のエビ養殖は、1980年代初めに急速に拡大し、2000年代初頭まで生産レベルは増加した。米国で広く行われた養殖を可能にした最初の技術は、孵化場から得られたＰＬを池に直接貯蔵した単一段階の半集中型池モデルであった。このプロセスを使用して、１回の採取で、１ヘクタール当たり５トン増（MT/ha/crop）の生産レベルが得られた。しかし、環境に配慮するため、１年に１回の採取しかできなかった。熱帯でのエビ養殖の慣行と比較して、アメリカの養殖は非競争的であった。エビ養殖は沖合に移り、2000年代の初め以来、陸地のエビ養殖場に於ける生産の急速な減少が続いた。
【００１７】
前述環境の認識は、研究者に、熱帯地方での年間生産の経済的利点に米国の養殖業者が対抗できるような技術を開発する動機付けとなった。米国特許第8,336,498号明細書に記載されている技術は、これらの問題に部分的に対処するために開発された。
【００１８】
米国特許第8,336,498号明細書に記載されている技術は、範囲が限定され、エビ生産に関連する一態様を扱っている。積層水路は、早くも1973年にはエビ養殖に使用され、より最近では養殖における標準的な慣行となっている（上記参照）。積層水路そのものは、本明細書に開示されるエビ養殖に近づく統合システムの設計における単なる１要因である。
【００１９】
全ての水産養殖システム（すなわち、池、タンク又は積層水路等）で、１平方メートル当たりに生育可能なエビの数及び生物学的質量に物理的及び生物学的制限がある。多くの要因がこの制限に入り、一般にエビにかかる化学的及び物理的ストレスに関連している。エビ生産への多段階的アプローチは、ストレスを軽減し、能力の限界を超えるように設計されている。
【００２０】
常識的に考えて、本開示は一般に、モジュラーサブユニットからなる、一体化された多段階超集約型エビ生産システムの設計及び操作に関する。サブコンポーネントは、再利用可能なスチール又は同様なタイプの構造で構成された一貫輸送コンテナ、貨物輸送コンテナ又は海缶からなる構造ユニットに組み立てられるように設計されている。全てのサブユニットは、構造的に剛性があり、積み重ね可能に作られた一貫輸送コンテナと同様な目的で作られる。
【００２１】
モジュールはカスタム設計されており、ＰＬ用のエビ養殖場、剛性のある自立式容器で製造された生産サブユニットからなる生産アセンブリ、水の処理のための再循環養殖システム（ＲＡＳ）、コンピュータ制御された餌分配システム、及び、統合された多段階エビ生産システムの操作のために各モジュールに接続されたコンピュータステーションを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を達成することができる。
【００２３】
従来技術に比べてエビの単位体重当たりに使用する総水量が顕著に少ないエビの養殖。
【００２４】
従来技術に比べて平均水深が顕著に低い（例えば、２．５cmほど低い、又は２〜３倍低い）エビの養殖。
【００２５】
従来技術に比べてエビの単位重量当たりに使用する面積（例えば、床面積）が顕著に小さいエビの養殖。
【００２６】
単位面積１m2当たりのエビの生産量が大幅に増加し、100kgを超えているエビの養殖。別の言い方をすれば、生産能力は年間のウォーターフットプリント当たり、1,000,000kg/haを超えている。
【００２７】
従来技術に比べて単位面積当たりのエビの密度が高いエビの養殖。
【００２８】
ウォーターフットプリントが100kg/m2を超える水量の生産レベルでさえ、生存率が有意に高い、すなわち８０％を超える生存率を達成するエビの養殖。
【００２９】
成長のために最適化した、餌システムを用いたエビの養殖。
【００３０】
エビの餌を１日当たり２４時間飽和状態にするための餌システムを用いたエビの養殖。
【００３１】
エビの体重に比例した適切なサイズの餌を与える餌システムを用いたエビの養殖。
【００３２】
食品加工技術を用いて製造された浮遊餌を用いたエビの養殖。
【００３３】
コンピュータ制御された点分配システムを用いたエビの水産養殖。
【００３４】
水温、塩分、溶存酸素、濁度、窒素含有代謝産物、音響（餌消費レベル）のセンサなどを含む環境検出のために開発されたカスタムサイバー物理プラットフォームを展開する高度な工学技術を用いたエビの養殖。
【００３５】
地理的及び気候的制約から独立した操作が可能なように、生産を環境から隔離するように設計された装置を用いたエビの養殖。
【００３６】
一貫輸送コンテナに設置され、構造的な支持装置と設計の見直しを可能にする垂直積層生産サブユニットでのエビの養殖。
【００３７】
同期生産サイクルを用いたエビの水産養殖。生産はバッチプロセスではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】４段階の超集中型エビ生産モデルのフロー図を示す。第１段階の養殖場（1101）は、第２段階の生産サブユニット１（1201）と流体連通する。第２段階の生産サブユニット１（1201）は、第３段階の生産サブユニット２（1301）と、第３段階の生産サブユニット３（1401）とに流体連通する。第３段階の生産サブユニット２（1301）は、第４段階の生産サブユニット６（1701）と、第４段階の生産サブユニット７（1801）とに流体連通する。第３段階の生産サブユニット３（1401）は、第４段階の生産サブユニット４（1501）と、第４段階の生産サブユニット５（1601）とに流体連通する。
【図２】第５段階の超集中型エビ生産モデルのフロー図を示す。第１段階の養殖場(2101）は第２段階の生産サブユニット１（2201）と流体連通する。第２段階の生産サブユニット１（2201）は、第３段階の生産サブユニット２（2301）と、第３段階の生産サブユニット３（2401）とに流体連通する。第３段階の生産サブユニット２（2301）は、部分採取（2310）を受けることができ、第４段階の生産サブユニット４（2501）とは流体連通する。第３段階の生産サブユニット３（2401）は、部分採取（2320）を受けることができ、第４段階の生産サブユニット５（2601）とは流体連通する。第４段階の生産サブユニット４（2501）は、部分採取（2330）を受けることができ、第５段階の生産サブユニット６（2701）とは流体連通する。第４段階の生産サブユニット５（2601）は、部分採取（2340）を受けることができ、第５段階の生産サブユニット８（2801）とは流体連通する。
【図３Ａ】稚エビの養殖のために使用される積層養殖タンクと支持装置の配置を示す一貫輸送コンテナの部分透視側面図を示す。
【図３Ｂ】サービスアクセスのために使用されるアクセスパネル及びドアの位置を示す一貫輸送コンテナの外観側面図を示す。
【図３Ｃ】ドアを図示した一貫輸送コンテナの端面図を示す。
【図３Ｄ】一貫輸送コンテナ内に構築された、積層された養殖タンクを、端から見た断面図である。
【図３Ｅ】図３Ａの右半分の詳細拡大図を示す。
【図４】外形寸法を示す好ましい一貫輸送コンテナを示す。
【図５】２つの積層一貫輸送コンテナと、内部に垂直に配置された生産サブユニットの概略断面図を示す。
【図６】２つの積層一貫輸送コンテナ内に垂直に配置された生産サブユニットを示す部分透視側面図である。採取ピットは、各生産サブユニットの水位より上に配列されたアクセスドアと共に左側に示されている。
【図７Ａ】生産サブユニットの平面図を示す。内部の水の流れ方向が示されている。
【図７Ｂ】図７Ａの左端に位置する採取ピットの直線軸に沿った断面図を示す。
【図７Ｃ】生産サブユニット軸線に沿った採取ピットの図７Ａの左側の詳細図を示す。
【図８Ａ】１００ミルの高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を配置して水区画を形成するサブフレームを有するように製造されたステンレス鋼線を示す。
【図８Ｂ】支持ブラケットが取り付けられたクロスブレースの詳細を示す製造サブユニットの断面図である。サポートブラケットは、一貫輸送コンテナの壁に溶接されて生産サブユニットを支持する。
【図９】統合された多段階生産システムの一部として操作されるモジュールとして設計された再循環養殖システム（ＲＡＳ）の詳細な流れ図を示す。
【図１０】適切なサイズの供給材料を生産サブユニットに分配するように設計されたコンピュータ制御された餌分配システムの詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
定義
プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）は、入力デバイスの状態を継続的に監視し、カスタム・プログラムに基づいて出力デバイスの状態を制御する決定を下す産業用コンピュータ制御システムである。この種の制御システムを使用すると、ほぼ全ての生産ライン、機械機能、又はプロセスを大幅に強化できる。しかし、ＰＬＣを使用する最大のメリットは、重要な情報を収集して伝達しながら、操作やプロセスを変更して複製できることである。本発明の好ましいＰＬＣには、１−１２個のデジタル入力、すなわち、１−１８デジタル出力、１−１２アナログ入力（０−１２ボルト）、アナログ出力、熱電対ＲＳ２３２インターフェイス、ＵＳＢインターフェイスが含まれる。Velocio Networks Inc（Huntsville、アラバマ州）から販売されているＰＬＣを使用すると、ソフトウェアを使用してプロセス制御、機械制御、モーションシステム制御、自動テスト、ホームオートメーションを行うことができる。ＰＬＣ又はその等価物の説明は、ACE、BRANCHED、EMBEDDED製品のデータシート（Branch PLC、Velocio Networks Inc、Huntsville AL、1-6,2014ページ、Ace PCL、Velocio Networks Inc、 Huntsville AL、ページ1-6、2014）に記載されている。
【００４０】
本発明で理解される電気通信は、有線又は無線で伝搬される電気信号によって任意のタイプの情報（音声、英数字、ビジュアル、データ、信号、又は他のタイプの情報）が送信される通信（すなわち、無線信号、ＵＶ、光学、携帯電話など）を含むことができる。信号を送信又は伝送するために使用される手段に応じて、電気通信は有線又は無線として分類してもよい。有線通信は、多くのシステムにおいて、例えば、無線中継通信や衛星通信などの様々な形態の無線通信と組み合わせて使用されることが多い。国際電気通信連合（International Telecommunication Union）の分類によれば、電気通信には、光及び他の電磁システムによる情報の伝送も含まれる。
【００４１】
コストを最小限に抑えながら単位面積当たりの生産量を増やすというプレッシャーに応えて、機能ラインに沿って考えたモジュールからなる多段階超集中エビ生産システムを発明した。最も重要な点は、各機能のモジュールが全体に統合できるように設計することである。さらに、全てのモジュールは、現場から離れた製造と現場での迅速な組立ての観点から設計されている。
【００４２】
本明細書に開示されているのは、第１段階のエビ養殖と、エビが成長するための積層された生産サブユニットからなる生産ユニットとを使用する多段階超集中エビ生産システムであり、これらは共に、生産コストを最小限に抑えつつ、スループットを最大化するように設計された透明水再循環養殖システム（ＲＡＳ）を使用する。また、統合されたエビ生産システムは、コンピュータ制御された分配システム、調整圧力駆動曝気システム、環境検出のための注文設計されたサイバー物理プラットフォームを備える。環境検出には、水温、塩分、溶存酸素、濁度、窒素代謝物（アンモニア、亜硝酸塩、硝酸塩など）、音響センサ（給餌活動）、及び、各生産サブユニット（曝気、循環、餌利用、採取など）と関連する条件のためにＣＣＴＶカメラを使用する、各生産サブユニットのリアルタイムの視覚的監視が含まれる。
【００４３】
プログラマブル・ロジック・コントローラとユーザーインターフェイス
プログラマブル・ロジック・コントローラ、ＰＬＣ、又はプログラマブルコントローラは、機械の制御などの一般的な産業用電気機械プロセスの自動化に使用されるデジタルコンピュータである。ＰＬＣは多くの産業の多くの機械で使用されている。ＰＬＣは、デジタルとアナログの入力と出力、拡張された温度範囲、電気ノイズに対する耐性、振動と衝撃への耐性を複数組み合わせるように設計されている。機械の動作を制御するプログラムは、通常、バッテリでバックアップされるか、あるいは、不揮発性のメモリに格納される。限られた時間内に入力条件に応じた出力結果を生成する必要があり、そうでなければ意図しない動作が起こるため、ＰＬＣは「ハード」リアルタイムシステムの一例となっている。当業者であれば、ヒューマンインターフェイスモジュールと共にＰＬＣがヒューマンエンドからの機械の効果的な操作及び制御のために機械と人間との相互作用を可能にする一方、機械がプロセスを作成するオペレータの意思決定を助ける情報を同時にフィードバックすることが理解される。ヒューマンマシンインタラクションの産業デザイン分野におけるユーザーインターフェイスは、人間と機械の相互作用が発生する空間である。メーカーには、シーメンス（米国、ワシントンＤＣ、シーメンス社）、アレン・ブラッドリー−ロックウェル（米国、ウィスコンシン州、ミルウォーキー）、ザイレムによるＹＳＩ（カナダ、ケベック州、ポアントクレール）、ペンティア アクアティック（米国、ノースカロライナ州、サンフォード）、キャンベ サイエンティフィック（オーストラリア、タスマニア州、ホバート）、アメテック（米国、ペンシルバニア州、バーウィン）、ハック（米国、コロラド州、ラブランド）及び本発明の精神及び範囲内で利用可能なＰＬＣ装置を有する他のカスタムオートメーションシステムを含む。
【００４４】
センサ／プローブ
ｐＨの監視
ｐＨ検出器は、ｐＨすなわち水溶液の水素イオンの濃度又は活量のいずれかを電位差測定するために使用される装置である。ｐＨ測定のための他の方法及び装置であっても本発明のために利用できる。ｐＨを表示可能な紙を使用してもよい。本発明の精神及び範囲内であれば、ｐＨ決定に使用されるプローブ及びセンサのための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。
【００４５】
水温センサ／プローブ
水温を測定するためのさまざまなセンサが利用できる。一般に、センサ／検出器から送信された電気信号は、記録され、℃、Ｆ、及びＫを含む異なる測定単位に変換される。本発明の精神及び範囲内であれば、温度を決定するために使用されるプローブ及びセンサのための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。
【００４６】
塩分濃度センサは、水溶液中の全溶解塩含量を簡単かつ正確に測定する。塩分濃度センサは、塩分が多い水から海洋水、さらには超塩類環境まで、多種多様な塩分を測定することができる。本発明の精神及び範囲内であれば、塩分を測定するために使用されるプローブ及びセンサのための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。
【００４７】
溶存酸素センサ
溶存酸素プローブは、水環境における品質の指標の１つである溶存酸素レベルの変化を測定するための多種多様な実験を行うために使用できる。溶存酸素とは、水又は他の液体中で遊離する非化合物酸素のレベルを指す。これは、水域内の生物に影響を与えるため、水質を評価する上で重要なパラメータである。本発明の精神及び範囲内であれば、溶存酸素を決定するために使用されるプローブ及びセンサのための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。例えば、「ダイレクトインダストリー」ドットコムのオンラインカタログには、様々な溶存酸素プローブが含まれている。さらに、Mettler-Toledo Ingold Inc（米国、マサチューセッツ州、ビレリカ01821）は、本発明の有用な酸素センサとして役立つ酸素センサ及びプローブを販売する多くの企業の１つである。
【００４８】
濁度センサ
濁度は、空気中の煙と同様に、肉眼では一般に見えない多数の個々の粒子によって引き起こされる流体の曇り又は濁りである。濁度の測定は水質の重要なテストである。本発明の精神及び範囲内であれば、濁度を決定するために使用されるプローブ及びセンサのための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。例えば、「ダイレクトインダストリー」ドットコムと呼ばれるオンラインカタログには、様々な濁度センサが含まれている。さらに、Mettler-Toledo Ingold Inc（Billerica、MA 01821 USA）は、本発明に利用できる濁度センサ及びプローブを販売する多くの企業の１つである。
【００４９】
窒素代謝物（アンモニア、亜硝酸塩、硝酸塩）の検出
窒素は、タンパク質と核酸の両方において重要な化学要素であり、全ての生物は生き残るために窒素を代謝しなければならない。本発明の精神及び範囲内であれば、窒素代謝産物を決定するために使用されるプローブ、センサ及び検出のための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。
【００５０】
音響センサ（給餌活動）
表面弾性波センサは、物理的現象を感知するために表面弾性波の変調に依存する微小電気機械システム（MEMS）の一種である。センサは、入力電気信号を電気信号とは異なり、物理現象によって容易に影響を受ける機械波に変換する。その後、デバイスはこの波を電気信号に再変換する。入力電気信号と出力電気信号との間の振幅、位相、周波数、又は時間遅延の変化を用いて、所望の現象の存在を測定できる。本発明の精神及び範囲内であれば、給電活量を決定するために使用されるプローブ及びセンサのための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。
【００５１】
カメラ
各生産サブユニット（曝気、循環、餌利用、採取など）に関連する条件に対してＣＣＴＶカメラを使用して、各生産サブユニットをリアルタイムで視覚的に監視できる。本発明の精神及び範囲内であれば、生産物を視覚的に監視するための複数の異なる手段を提供する多くの市販品が利用できる。赤外線ＣＣＴＶも実行可能な選択肢である。好ましい実施形態では、ウォータープルーフＢＷ（登録商標）700TVL（BW Group、China）及びHikvision DS-2CD2012-I-4MM 1.3MP屋外Bullet IPカメラ（Hikivision、City of Industry、CA、USA）を使用した。
【００５２】
音響餌システム
本発明では、エビ養殖のためのSF200センサに基づく餌制御システムを使用した。このシステムは受動的な音響を利用してエビの摂食活動を特定し、その情報を用いて適応給餌アルゴリズムを介して時間的な給餌を制御する。適応アルゴリズムにより、エビの食欲に合った給餌で確実に飼育され、必要に応じて全てのエビに２４時間無駄なく完全に給餌される。精巧ではない他の餌システムも、本発明の精神及び範囲内にあるとみなされる。
【００５３】
養殖場モジュール
表１に記載された生産レベルを満たすために必要とされる稚エビ（ＰＬ）数は多い。したがって、成長段階とは別に実行される養殖段階に課される要求は高い。この要求を満たすためには、大容量の養殖モジュールが考案されなければならなかった。
【００５４】
本明細書で開示する稚エビＰＬは、4,000-8,000/m2の密度で、コンテナ内に垂直に積み重ねられたタンクに貯蔵される。各タンクには、ＰＬの事前平衡に使用されたものと同じ塩分の水が含まれる。各タンクの水は、後述する再循環養殖システム（ＲＡＳ）と同様な生産モジュール（ＲＡＳモジュール参照）で循環させることによって維持される。水は連続的に流され、３１〜３３℃に維持される。
【００５５】
本開示の一実施形態によれば、ＰＬは、5000-12000/m2の密度で、コンテナに垂直に積み重ねた浅水タンク（図３Ａ、Ｄ及びＥ（601））に貯蔵してもよい。タンクは、ガラス繊維、木材複合材、合成プラスチック（ポリエチレン、プロピレン、アクリロニトリルブタジエン、スチレンなど）、エポキシ被覆鋼、金属、及びこれらの組み合わせを含む多くの異なる材料から製造することができる。１つの望ましい研究では、タンクは、スタンドパイプが配置されるフロントコーナに至る０．５-１．５％の傾斜を有するアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）から製造される。タンクの設置前に、コンテナ容器（Conex）の全内表面は、塩水の腐食を防ぐために、エポキシ等の耐薬品性物質で完全に封止される。
【００５６】
各タンク601（図３Ａ、Ｄ及びＥ）での塩水の深さは、３０-５０cm、好ましくは４０cmの平均深さに維持される。各タンク内の水深は、コンテナの壁を貫通してＰＬが貯蔵されている機器区画（602）に配管されたスタンドパイプを使用して独立して維持される。ＰＬ培養中、切替弁及びポンプは、貯蔵タンク（606）からの循環によって水位を維持する。
【００５７】
加熱又は冷却装置は、各コンテナ602（図３Ａ）に組み込まれた機器区画の中央に配置される。各タンクの温度は、各養殖タンクの底に固定されたポリエチレン（ＰＥＸ）の配管からなる水熱システムに３１〜３３℃に維持された循環液媒体を循環させることによって維持される。この循環は、タンクの内容物とは完全に独立している。
【００５８】
曝気のために、空気は、機器区画602（図３Ａ）に配置した熱交換器を用いて３１〜３３℃に予備調整され、次いでＰＬタンク601（図３Ａ、Ｄ及びＥ）の水中に排出される。
【００５９】
コンピュータ制御されたアクチュエータは、装置区画607（図３Ｂ）の左右のドアアクセス可能な区画に配置した積層タンク間に設けたホッパーに接続したチューブ608（図３Ａ）を介してタンクに流入する餌分布を制御する。注目すべきは、コンテナ604（図３Ｂ）の正面（背面）から正面の左右両側にパネルを切断することである。これらパネルは、各タンクの縁上に位置するので、各養殖タンクにアクセスできる。それらは、表面積を増加させ、タンク内のバッフルとして作用する各タンクのスクリーン配置の目的のためにそこに存在する。さらに、各サイクルの後、タンクを清掃する必要があるが、パネルの切断により容易にアクセスできる。動作条件下で切断された各パネルは、ドア周囲のガスケットによってシールされる。ドアはアクセスの必要がないときはロックされる。
【００６０】
符号603（図３Ｅ）で示されるパネルは、装置区画のためのカバーである。同様に、符号605（図３Ｃ）は、コンテナの各端部に位置するドアを示す。
【００６１】
養殖は、２５〜４０日間、好ましくは３０日間実行できる。養殖期間の終わりには、幼生エビは０．４〜０．７ｇの幼体エビに成長した。そのタイミングは多少変更できる。エビの生長を加速又は減速させることが望ましいような場合もあり、これは水温又は餌速度を上下に調整することによって部分的に達成可能である。
【００６２】
養殖の終わりに、幼体エビを定量化し、成長のための生産モジュールに移すことができる。
【００６３】
生産モジュールの増大
倉庫内でのエビの生産を考えた場合の制約は、ウォーターフットプリント、すなわち地面での水の占有面積である。本明細書に開示されている多段階システムは、他のどのシステムよりも著しく大きい量の年間１００kg/m2以上の水の設置面積（上記表１参照）の生産を可能にする。それは、地上水路や地上タンクなどの単一段階の生産システムで、１m2当たりに生産できる量の１０倍以上である。
【００６４】
地面に設けたタンク又は地面に設置した水路でのエビの養殖は、通常、約１メートルの平均水深を必要とし、積層システムに採用するには重量面で禁止される。しかしながら、米国特許第8,336,488号明細書に開示されるように、エビは１０cmほどの低い平均深度で養殖でき、生産サブユニットを積み重ねることが可能であり、それによりウォーターフットプリントすなわち占有面積当たりのエビ生産を増加できる。
【００６５】
本明細書に開示されるより具体的な実施形態によれば、２つの積層した「ハイキューブ」（ＨＣ）コンテナユニットに統合された特殊な生産サブユニットを利用する超集中型多段階エビ生産モジュールのための設計がある。ＨＣコンテナユニットは、通常、各端にドアが取り付けられており、波型で耐候性のある鋼製である（図４）。各ＨＣは積層され、各コーナーに位置するツイストロックファスナのための開口部を有する鋳物とできる。本明細書に開示される目的のために、各ユニットは、典型的には、高さが９フィート６インチ（2.896m）、長さが５３フィート（16.15m）である。積層されたとき、２つのコンテナコンテナの高さは１９フィート（5.79メートル）である。
【００６６】
本開示の別の実施形態によれば、エビは、コンテナ容器で製造された一連の積層生産サブユニットで成長させることができる。各生産サブユニット内に収容されているのは、エビを成長させるために平均深度の低い水である。そのような設計の１つを、第１の一貫輸送コンテナ（5200）の上部に積層した第２の一貫輸送コンテナ（5100）を示す図５に図示する。内部に生産サブユニットが垂直方向に配置される２つの一貫輸送コンテナの断面図が図５に示されている。生産サブユニット201,202,203,204は、下部コンテナ容器205,206,207と共に上部コンテナ容器214に組み込まれている。コンテナ容器当たりの生産サブユニットの数は、制限なく再構成できる。また図５に示すのは、生産サブユニットのサブフレームの構成である。壁208、基部及び隆起中心点212が示されている。
【００６７】
コンテナは構造上の剛性があり、４つの自立壁を有し、直方体の箱を形成するように直線状である。構造上の剛性は、鋼鉄フレーム及び波形鋼の溶接鋼壁によって与えられる。基本的なコンテナは、直接上方に配置される１以上の同一サイズの構造でなければならないため、構造上の剛性が最も重要である。さらに、各コンテナは、生産サブユニット201-207が水で満たされ、重量がコンテナの壁面に、そしてコーナーの支持体に向かって下方側に伝達されるとき、構造上、完全性を保持できなければならない。ｘ軸、ｙ軸、又はｚ軸に沿っていかなる寸法変化も起こり得ないか、又は生産サブユニット及びエビ生産問題における水深の変化を引き起こす隆起の差が生じる。
【００６８】
さらに、生産モジュールの構成が図６に示されている。図６に示されるのは、生産サブユニットが各コンテナ（701,702,703,704,705,706,707）で垂直方向に配置される２つの積層されたコンテナ一貫輸送コンテナ（712,713）の部分的な透視側面図の概略図である。養殖ピット711は、各生産サブユニットの左端に位置することが示されている。また、製造サブユニット702,703,704,705,706及び707の水位よりも上方に設置されたアクセスドアパネルも示されている。これらのドアはガスケットと、閉鎖時に完全に密閉されるロック装置とを有する。ドアは、生産サブユニット701と屋根712との間に制限された垂直方向の空間があるため、エビ及び生産サブユニットに関連する状態、例えば餌分布、水循環、曝気などを監視できるように意図的に配置されている。前述のように、１コンテナ当たりの生産サブユニットの数には柔軟性があり変更できる。そうでなければ、全ての生産サブユニットは設計上同一である。
【００６９】
全ての生産サブユニットは同一設計であり、コンテナへの挿入前に、ユニットとして外部で製作される。各水路の長手方向での高さに差はない。各生産サブユニットの水深は、平均深さ３５cm以上に設定されている。そのような生産サブユニット構成の1つを図７Ａに示す。各生産サブユニットは幅が２．４メートル以下、長さが１５．５メートル以下である。ピット412（図７Ａ、Ｂ及びＣ）と呼ばれる包括的な目的のための構造は、一端に構築され、エンドキャップ構造は他端に形成される（図７Ａ）。水の再循環を促進するように設計されている。
【００７０】
図７Ａの生産サブユニットモジュールの記載は、タンクの第１端に設けた窪み構造（図７Ｂ及び７Ｃ参照）と、タンクの第２端に設けた蓋構造とを備えたタンク中央部の僅かに隆起した縦方向の深さライン（断面図８Ａ及び８Ｂ参照）を有する直方体タンクを備える。直方体タンクは、新鮮な水又は塩水を貯留できる。再循環養殖システムは、生産サブユニットモジュールと連通する。また供給分配モジュールは、生産サブユニットモジュールと連通する。コンピュータ制御モジュールは、生産サブユニットモジュール、再循環養殖システムモジュール又は供給分配モジュールに接続された１以上の機器モジュールと連動する。
【００７１】
より具体的な実施形態によれば、複数のサブ構造406,408（図７Ｂ及び図７Ｃ）からなる窪みは、図７Ｂの底部402と図７Ｃの底部402,404からベース408まで測定される２５〜３５cmの深さである。窪みの長さ404（図７Ｃ）は１．２mである。生産サブユニットの周囲の側壁402及び404（図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃ）は、高さ40cmである。窪みの側壁は、生産サブユニットの残りの壁と連続している。コンテナのドアが閉鎖されると、各生産サブユニットは、上下に位置するものに対して隔離して囲まれた仕切りを形成する。端部側壁412及び417は、水の循環を容易にし、死角の堆積物の蓄積を排除するために、角部で５〜１５度の角度で外側に傾斜している。
【００７２】
窪み構造412（図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃ）は、超集中多段階積層生産システムが機能するために必要な多くの機能を有する。機能的な観点から、４つの物理的開口部が窪み409,410,411及び413の底部に形成されている（図７Ａ）。方向性ノズル（以下を参照）によって反時計回り方向に循環する水は、窪み412を通過して水と相互作用する際に減速する。水の中に存在する廃棄物は沈降し、底部408に蓄積する（図７Ｂ）。除去目的のために、エビの糞便を含む有機堆積物は、キャップ付き指向性ノズル409（図７Ａ）を介して水を送ることによって静かに吊り下げられ、網キャップ付き出口411及び413によって捕捉される。網はエビを保持する大きさである。網キャップを通過する水と有機堆積物は、再循環養殖システム（ＲＡＳ）に送り込まれる（図９）。出口410は、窪み内、すなわち底部にも配置されている（図７Ａ及び図７Ｃ）。この出口はエビの移動と採取に使用される。記載された目的のために、大きな直径の可撓性チューブを410に接続することができ、ゲートバルブが開放されると、エビと共に水が開口を通過する。これにより、水とエビは下位の生産サブユニットに移送されるか、採取タンクに送られる。いずれの場合であっても、移送されるか採取されるエビの数を計量するのが望ましい。これは、可撓性チューブをラルコス製エビカウンター（「ラルコス製エビカウンターの簡単な説明」Flanery、W.、Kramer、K.、Steimle、E.、Kristjansson、H.著、VAKI Aquaculture Systems Ltd、２０１３年２月２１日）に取り付け、水中で吊り下げられたエビがコンピュータに接続された光電センサを通過可能とし、コンピュータの画像ソフトウェアを使用して画像を処理し、エビの数を数えることによって達成できる。例えば、ラルコス製のエビカウンターは、コンピュータ画像認識を使用して幼生エビを数えるビデオベースのカウンティングシステムである。それは約３mmから２００mmまでのあらゆる物体を認識できる。ＰＬ−５と同等の小さな幼生エビを計数し、生きているか死んでいるかを区別することさえできる。フロースローカウンティングシステムを使用すると、ネット、水冷、統計的推測が不要となる。
【００７３】
部分移送の場合、リアルタイム計数により、オペレータがエビを計数し、必要に応じて生産サブユニットにエビを分配可能とする。ネットや統計的推測は不要である。またカウンターの使用は、エビが生エビとして販売される場合、すなわちオペレータが販売時点で顧客に委託されたエビの数を列挙することを可能にする場合にも適用される。
【００７４】
生産サブユニットの水位は、スタンドパイプと水深センサによって維持される。オンデマンドでの水深は、ＲＡＳの一部である貯蔵タンクから各生産サブユニットに汲み上げられた水によって回復する。生産サブユニット回りの水循環は、ＲＡＳから生産サブユニットに汲み上げられた再生水と、生産サブユニットの側壁に沿って配置された空気散布ノズルとによって行われる。
【００７５】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、生産サブユニットの全体設計である。製造目的のために、重いゲージステンレス鋼ワイヤメッシュからなるワイヤフレームサブ構造が構築される。それは、製造サブユニットの基部604（図８Ａ）及び側壁602（図８Ａ及び図８Ｂ）を形成する。生産サブユニットの構築を完了するために、１００milの高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）ライナーがサブフレーム上に取り付けられ、必要な場合には継手が熱溶接されて水密区画を形成する。
【００７６】
生産サブユニットを構成するサブ構造及びライナーは、クロスブレース603（図８Ｂ）によって所定間隔で支持される。クロスブレース605（図８Ａ）の切欠きは、動作に必要な配管及び配線の設置を容易にするために設けられている。例を挙げると、エビを移送又は採取するとき、コンピュータ制御されたアクチュエータ弁に向かって、クロスブレースの切欠き605を介して送られる高圧ラインを作動できる。採取窪み412（図７Ａ）に向かって移動する再循環エンドキャップから始まる連続したパルスシーケンスの水を使用して、生産サブユニットからエビを排出できる。エビは生産サブユニットから排水で洗い流してもよいが、水の流れに対抗しようとして一定割合のエビが取り残される傾向にあるため、これは必要なステップである。
【００７７】
生産サブユニットベッド604は、側壁602（図８Ａ）から側方に３０cm平坦であり、次いで中央上方に向かい合って反対側の側壁まで下がるように製造される。したがって、支持ブレース603（図８Ｂ）の中心点の真上に２０cmの中心高さを有するアーチ状構造が形成される。機能的な観点から、上昇した中心点は、曝気、有機堆積物の除去、増大した表面積の形成と同様に、生産サブユニットの直線軸に沿った水循環を促し、生産サブユニットの両側に深い水溝を形成することにより、エビの採取を促進する。
【００７８】
図８Ａ及び図８Ｂには、各支持ブレース603（図８Ｂ）の端部に位置するブラケット601が図示されている。生産サブユニットがコンテナに設置されるとき、ブラケットが壁に溶接され、完全に組み立てられた生産サブユニットの支持手段となる。
【００７９】
生産モジュール内の各生産サブユニットは、閉ループ再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュールに独立して接続されている。ＲＡＳモジュールのフローダイアグラムが図９に示されている。ＲＡＳで処理された水は、個々の生産サブユニットで循環される前に、熱交換器を使用して（３１〜３３℃に）加熱される。同様に、圧縮空気は、製造モジュールの側面（コンテナの壁）の接続ポート及び生産サブユニットの側壁に注入される前に調整される。ディフユーザーを介して噴射される空気の量は、コンピュータ制御可能な流量弁及び圧力調整器によって制御される。
【００８０】
曝気はエビ養殖で重要な要件である。周囲の空気は、１日を通じて生産モジュールの外部で大きく異なる場合がある。冷気を通気のために使用すると、水温を劇的に低下させ、エビ代謝、すなわちエビの成長を抑制し、生産のエネルギーコストを上昇させる可能性がある。したがって、各生産サブユニットの水を酸素化するために、加減された圧縮空気が使用される。
【００８１】
追加の監視機能は、生産モジュールの設計に組み込まれている。動作中、生産モジュール内の全てが外部環境から隔離される。したがって、成長中にコンテナコンテナ内に設置された生産サブユニット上のトンネル状空間内の活動を監視する方法を考案しなければならなかった。これは目的であり、ＬＥＤは各生産サブユニットの水ライン上の壁に位置し、電荷結合ＴＶ（ＣＣＴＶ）カメラは各生産サブユニット上に戦略的に配置される。各ＣＣＴＶカメラからの信号は中央ワークステーションにフィードバックされ、そこで監視される。成長中の照明は、低い強度に維持される。流通、餌分配と消費、又はエビ自身に問題があるかどうかの判断は、チェックする目的のためには十分なレベルに殆ど到達していない。
【００８２】
サイバー物理システム（「ＣＰＳ」）は、物理的な存在を制御する計算要素を協調させるシステムである。従来の組み込みシステムとは異なり、本格的なＣＰＳは、通常、スタンドアロン装置ではなく、物理的な入力及び出力との相互作用要素のネットワークとして設計されている。この概念は、経路を導くコンピュータインテリジェンスのインテリジェンス機構を備えたロボット及びセンサネットワークの概念に密接に関連している。科学及び工学の進歩は、本発明の精神及び範囲内にあるサイバー物理システムの適応性、自律性、効率性、機能性、信頼性、安全性、使いやすさを劇的に向上させる。例えば、他の監視装置には、各生産サブユニットに組み込まれた水質センサが含まれる。サイバー物理的プラットフォームを介して接続されたセンサからのデータは、リアルタイムで中央コンピュータにフィードバックされる。水温、塩分、溶存酸素、ｐＨ、総溶解固形分（ＴＤＳ）、窒素代謝物レベル（アンモニア、亜硝酸塩、硝酸塩）、音響（餌活動）などの物理的及び化学的測定値が監視される。
【００８３】
再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール
本明細書に記載の特定の実施形態によれば、エビ育成生産モジュール内の積層された生産サブユニットは、閉ループＲＡＳを使用して操作されるべきである。図９は、統合された多段階エビ生産システムと連携して動作するように設計されたＲＡＳを示す。簡単に説明すると、図９に示すように、流入濾過された天然海水102又は井戸水104は、貯蔵タンク109に入れられる前に、所望の塩分となるように海塩108が混合される。そして、塩水は、ポンプによって製造モジュール内に構築された生産サブユニット110,112,114,116,118,120,122、に分配される。各生産サブユニットに直接圧送された水は曝気されない。それは、各生産サブユニット111,113,115,117,119,121,123に個別に設けられている。
【００８４】
ループを閉じると、エビが成長する各生産サブユニット110,112,114,116,118,120,122からの水は、制御された速度で排出され、浮遊廃棄物、特にアンモニアを除去する再処理のために移動床バイオリアクタ（ＭＢＢＲ）124に圧送される前に、有機堆積物（例えば、過剰な餌、糞便など）を除去するためにマイクロスクリーンドラムフィルタ126に送られる。ＭＢＢＲ124に圧送された水は、自然空気の交差噴流を通過して滝のように落とされ、二酸化炭素が除去される。その後、水を脱窒するためにマイクロビーズ媒体を通過させる。アンモニアは、培地に付着した細菌によって硝酸塩に変換される。ＭＢＢＲ124からの水は、乳化されたタンパク質性物質を除去するために泡分留装置125を介して循環され、ＭＢＢＲに戻される。次いで、調整された水は、ポンプ130によって各生産サブユニット（110,112,114,116,118,120,122）に戻される。ＭＢＢＲ124及び泡分留装置125からの水飽和廃棄物は、処理のために上流嫌気性汚泥ブランケットリアクタ127に分けられる。上流嫌気性汚泥ブランケットリアクタ127からのスラッジは、必要に応じて除去され、高窒素肥料として使用されるか、あるいは、埋立地に送られる。水は、操作中に再循環するために、貯蔵庫128に蓄えられる。
給送モジュール
【００８５】
エビは24/7の餌を消費するので、これを達成するためのシステムはエビの生産を最大にするために発明された。非浮遊エビ餌に関するいくつかの問題がある。例えば、水面を横切るか、あるいは、一点で注入することにより、餌が急速に水和する。水はすぐに栄養素や化学肥料を溶出する。したがって、非浮遊エビ餌は栄養価が低下するだけでなく、エビがそれを発見することさえできない。餌は、アンモニア生成物の上昇をもたらす細菌の栄養源になる。エビが水中で見ることができないので、そのような餌の全てを食べたかどうかを判断することも難しい。この結果、エビが餌を摂食しすぎて老廃物を発生させ、水質汚染を引き起こしたり、餌が少なすぎて、成長が遅くなったりする。非浮遊エビ餌は餌システムによって水の表面に広げなければならないので、最適でない餌も起こり得る。さもなければ、それはただ一つの領域に沈み、全ての領域で均等にエビに餌を与えられない。生産サブユニット上に挿入されたアクセスパネル（図６参照）によって生産モジュールにアクセスされるが、１日に複数回餌を配布するために、定期的にパネルを開いたり、あるいは、機械システムがコストを実質的に大幅に上昇させることなくこれを達成したりすることは不可能である。全体的に、前述の１以上の問題に加えて他の困難に対処するために、エビ養殖の新しいシステム及び方法が必要とされている。
【００８６】
ここで記載した実施形態の目的のため、浮遊餌を選択した。浮遊餌は、製品を低温殺菌する、予め調整した押出調理プロセスによって準備されているのが好ましい。この技術は安定した小さな直径の餌を製造するのに適しているためである。米国特許出願公開第2012/0204801号明細書に記載されるように、浮遊餌を使用して以下を促進する。すなわち、１日２４時間必要なときにはいつでもエビに給餌し、水の汚染及び無駄な餌による廃棄物を減らし、餌が消費されると、観察によって給餌速度を最適化し、エビの成長速度を増大させ、エビの死亡率を減少させ、エビ全体の健康を促進し、餌からの栄養素の浸出を減少させ、生産システムからの排出（水分の除去）による餌ロスを減少させ、１ポンドのエビを生産するのに必要な餌の量、すなわちＦＣＲ（餌転換率）を減少させる。
【００８７】
多段階エビ生産システムには、独特の問題、すなわち、１サイズの餌が全てに適合しないという問題がある。成長の第２段階の小エビ（表１参照）は、成長の第４段階のエビ（表１参照）に適した餌ペレットを効率的に消費することができない。したがって、エビが０．７〜３０グラム増えたサイズに変化する可能性のある各生産サブユニットにリアルタイムで適切なサイズの餌を供給できるシステムが発明された。
【００８８】
餌の検討に加えて、餌分配システムを設計する際には、環境要因に対処しなければならない。成長生産モジュール全体の環境は、各生産サブユニットが占有する容量がより重要であるが、高度に水が飽和している。浮遊餌ペレットを含む餌ペレットは、重力又は空気駆動分配システムを介して餌が導入される配管の壁に凝集する。したがって、Environmental Technologies Inc.によって最初に設計されたシステムから改良された供給分配システムが、関連する問題に対処するために本明細書に開示された多段階産システムに組み込まれた。
【００８９】
上述の問題に対処するために、４つの異なるサイズの餌を分配するためのオンデマンド餌分配システムが発明された。さらに、環境要因は、餌を水和し、餌チューブを介して各生産サブユニットに直接送り込むことによって排除された。分配システムは、図１０に示されている。このシステムは、貯蔵ホッパーから生産サブユニット310,312,314及び316に４つの異なるサイズの餌を選択的に分配する目的で設計されている。切替源は、コンピュータ制御されたアクチュエータによるものである。
【００９０】
簡単に説明すると、選択された餌は、スクリューオーガ320を介して餌サイロ307（図１０）からコンピュータ制御された駆動によって水和タンク322に補充される。急速に連続して、水が水和タンク322に送り込まれ、懸濁した餌が迅速にマニホールド324に送り込まれる。その後、マニホールド324内の懸濁した餌は、マニホールド324のコンピュータ制御されたアクチュエータバルブが開放されると、水で満たされた分配チューブ306を介してサブユニットすなわち310,312,314又は316に分配される。排出後、323からの加圧水は、アクチュエータ制御バルブ325、次いで分配チューブ306を介してマニホールド324に流し込まれ、次の供給サイクルが活性化される前にシステム内の残留物を取り除く。流し込みは、餌の蓄積、餌の浸出などを防止する。各供給管は、各コンテナの壁を貫通して各生産サブユニットの水位より上の供給点に移され、単一点供給が可能となる。餌分配システムと共に、生産サブユニット311,313,315及び317用のエアレータを示す（図１０）。
【００９１】
（実施例１）
好ましいモジュール式エビ生産システムは、
a．a 幼生エビ養殖モジュール
b．a 生産サブユニットモジュール
c．a 再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール
d．a フィード配布モジュール
e．a コンピュータ制御モジュール
を有する幾つかのユニットを備える。
【００９２】
システムの基本的な操作はモジュール化されて統合され、カスタム設計されたサイバー物理プラットフォームによって制御された多段階同期超集中エビ生産システムを形成する。このシステムは、幼生エビ養殖モジュール、生産サブユニットモジュール、再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール、及び、餌分配モジュールに組み込まれたセンサを介してデータを収集する。また、前記システムは、エビの同期生産サイクル用に養殖環境を維持するためのフィードバックループを介してヒューマン・インターフェイス・モジュール（ＨＩＭ）と統合されたプログラム・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）によるあらゆる態様の制御を可能にする。好ましい幼生エビ養殖モジュールは、幼体エビを生産するための少なくとも1つの浅水タンクを含む。幼生エビ養殖モジュールは、幼生エビ再循環養殖システム（「ＰＬＲＡＳ」）モジュール、餌分配モジュール、及びコンピュータ制御モジュールと流体連通している。幼生エビ養殖モジュールは、全ての装置が独立型ユニットであるが、いくつかの態様を全体の生産システムに統合することができる。生産サブユニットモジュールは、タンクの一端に位置する採取ピット構造と、タンクの他端に位置するキャップ構造とを備えたタンクの中央で僅かに隆起した縦方向の深さラインを有する少なくとも１つの直方体タンクを備える。この直方体タンクは、水を保持することができ、水を導入及び排出するための少なくとも1つの弁を備えている。再循環養殖システム（ＲＡＳ）は、生産サブユニットモジュールと流体連通している。餌分配モジュールは、生産サブユニットモジュールと流体連通している。コンピュータ制御モジュールは、ヒューマンインターフェイスモジュール（「ＨＩＭ」）と電気的に通信している。好ましい実施形態では、１以上の装置が、幼生エビ養殖モジュール、生産サブユニットモジュール、再循環養殖システムモジュール又は餌分配モジュールに接続されている。
【００９３】
幼生エビ養殖モジュールは、約８フィート×約８フィート×約１．５フィートの寸法を有する１以上の浅水タンクを備える。これら水タンクは、タンクの隅に位置するスタンドパイプに向かって約０．５〜１．５％の角度で傾斜している。浅水タンクの水深は３０〜５０cm、好ましくは約４０cmの平均深さに維持される。好ましい生産サブユニットモジュールの寸法は、約７．９フィート×約５２フィート×約１．５５フィートであり、一端に採取ピットを有し、他端に再循環エンドキャップを有する１以上の直方体タンクを備える。これら直方体タンクは、約８フィート×約５３フィート×約９．６フィートの寸法を有する第１コンテナコンテナの内部にそれぞれ積層されている。再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュールは、ＲＡＳモジュールから第１コンテナ容器内に収容された各生産サブユニットモジュールの直方体タンクに独立に接続された閉ループ再循環を形成するポンプ、接続部及び弁から構成される。好ましい実施形態では、再循環養殖システム（ＲＡＳ）は、第２のコンテナ容器内に収容される。
【００９４】
好ましいモジュール式エビ生産システムは、モジュール式エビ生産システムを監視、維持又は変更するための特定の装置を含む。例えば、そのような装置は、特定の光レベル、水循環率、タンク水位、２９〜３３℃の範囲の水温、ｐＨ濃度、１０／１０００〜１４/１０００の塩分濃度、４．５mg/Lを超える範囲の溶存酸素レベル、窒素代謝物濃度、物理的現象を感知するために弾性表面波の変調を検出するセンサ、全溶解固体指数、前記タンク内で発生する視覚的事象、タンク内のライブ又は記録された視覚的事象、又はそれらの組み合わせを制御するためのプログラム論理コントローラ（ＰＬＣ）を備えることができる。
【００９５】
好ましい実施形態では、エビの同期生産サイクルのための養殖環境を監視、維持又は変更するための構成要素は、プログラム論理制御装置（ＰＬＣ）に依存している。ＰＬＣは、モジュール化されたエビ生産の異なる構成要素又はプロセスを制御する産業用コンピュータである。またＰＬＣは、システムの動作要件に従ってプログラムされる。シーメンス社、Allen Bradley（Rockwell）社、又は他のベンダーから入手可能な多数のカスタムＰＬＣシステムから、数多くの既製品やカスタムシステムが利用できる。
【００９６】
特定の光レベルを監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）が長年市場に出回っているため、各生産サブユニットの水位上に取り付けたＬＥＤを備える。水の循環速度を監視、維持又は変更するための構成要素はポンプを含み、バルブはまた、多数の商業的製造業者から入手可能である。タンクの水位を監視、維持又は変更するための構成要素は、液面センサを含む。水温を監視、維持又は変更するための構成要素は、マイクロ分散ノズルを介して水中に出される前に、熱交換器を通過することによって３１℃に予備調整された圧縮空気を含む。ｐＨ濃度を監視、維持又は変更するための成分は、ｐＨプローブを含む。１０／１０００〜１４/１０００の塩分濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、電気の流れを通過させてユーザーに警告するか又は直接調整する水の能力を測定する導電率センサを含む。４．５mg/Lを超える範囲の溶存酸素レベルを監視、維持又は変更するための構成要素は、ポーラログラフ、急速パルス、ガルバニック及び光学タイプの溶存酸素センサを含む。窒素代謝産物濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを含む。前述の多くのセンサのメーカーには、Xylem、Pentair Aquatic、Campbell Scientific、AQ1、Ametek、及びHachのYSIが含まれる。
【００９７】
物理的現象を感知するために表面弾性波の変調を検出するためにセンサを監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、ＡＱＩシステムからの音響餌センサを備える。より具体的には、エビ用のＳＦ２００音響餌システムは、エビ農家のための世界初のセンサを基本とする餌制御システムである。このシステムは受動的な音響を利用してエビの餌活動を特定し、その情報を用いて適応餌アルゴリズムを介して餌時間を制御する。適応アルゴリズムにより、エビの食欲に合った餌が確実に供給され、必要に応じて全ての動物が２４時間無駄なく完全に摂取される。
【００９８】
さらに、タンク内で発生するライブ又は記録された視覚イベントを監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、接続された電荷結合ＴＶ（「ＣＣＴＶ」）カメラを備える。１つの好ましいモデルは、中国ＢＷグループによって販売されている赤外線ＣＣＴＶモデル、防水ＢＷ（登録商標）７００ＴＶＬを含む。その他のモデルは、Hikivision USA、City of Industry、CAのHikvision DS-2CD2012-I-4MM 1.3MP屋外Bullet IPカメラを含む。
【００９９】
モジュール式エビ生産システムの別の好ましい実施形態は、各生産サブユニットの上方に経路指定されたコンピュータ制御されたアクチュエータバルブを有する高圧水ラインを含む。この構成を使用すると、高圧水を再循環エンドキャップから始まる脈動として各生産サブユニットに放出し、エビを採取ピットに向かって移送してエビの採取を容易にすることができる。
【０１００】
上述の好ましい再循環養殖システム（ＲＡＳ）は、閉ループシステムと流体接続する貯留タンクを含む。閉ループシステムは、ポンプと流体連通する移動床バイオリアクタ（ＭＢＢＲ）を含む。好ましいポンプは、生産サブユニットと流体連通している。好ましい生産サブユニットは、有機堆積物を除去するために使用されるマイクロスクリーンドラムフィルタと流体連通している。好ましいマイクロスクリーンドラムフィルタは、ＭＢＢＲ及び上向流嫌気性汚泥ブランケットリアクタと流体連通している。好ましいＭＢＢＲは、水から乳化されたタンパク質性物質を除去するために使用される泡分留装置に流体連通し、水はＭＢＢＲに戻される。好ましい泡分留装置は、高窒素肥料又は埋立てゴミとして使用される泥炭を処理及び除去するために使用される上向流嫌気性汚泥ブランケットリアクタへの流体接続部を有する。好ましい上向流嫌気性汚泥ブランケットリアクタは、リサイクルされた貯水タンクと流体連通している。好ましい貯留タンクは、ろ過された天然海水タンク又は貯水タンクに移送される所望の塩分に水及び海塩を混合するために使用される混合タンクと流体連通している井戸水タンクと流体連通している。
【０１０１】
浅水タンク及び直方体タンクは、ガラス繊維、木材複合材、合成樹脂、ポリエチレン、プロピレン、アクリロニトリルブタジエン、スチレン、エポキシ被覆鋼、金属、又はそれらの組み合わせを含む材料から製造することができる。しかしながら、当該技術分野で知られている他の建築材料もタンクの製造に利用することができ、本発明の精神及び範囲内にあると考えられる。各直方体タンクは、複数のポートで構成できる。これらポートは、タンク壁を貫通し、曝気用の微分散ノズルと指向性ノズルの配置を可能にする。ノズルには、再循環養殖システム（ＲＡＳ）を使用して再処理された水が通過する。ＲＡＳによれば、いずれの方向にでも水を循環させるためにポンプ輸送できるが、各タンク内では反時計回り方向であるが好ましい。さらに、各直方体タンクのための好ましい採取ピットは、エビの採取と同様に、有機堆積物の収集及び除去のための出口を備えている。好ましい浅水タンクと直方体タンクは、一定の寸法を有するように設計されているので、それらを一貫輸送コンテナの内部に配置することができる。
【０１０２】
（実施例２）
本発明の第２実施形態は、モジュール式エビ生産システムを用いて成熟エビの同期生産サイクルを有する方法を含む。好ましい方法は、
ａ．エビの同期生産サイクルのために養殖環境を準備し、
ｂ．幼生エビ養殖モジュールで幼生エビを貯蔵し、
ｃ．幼生エビ養殖モジュールで、幼生エビを所望の大きさの幼体エビに成長させて、第１段階のエビ個体群を形成し、
ｄ．第１段階のエビを生産サブユニット直方体タンクに移送し、
ｅ．若年段階のエビを生産サブユニットの直方体タンクで第１期間（すなわち、エビが所望の大きさに達するまで）成長させ、第２段階のエビ個体群を形成し、
ｆ．第２段階のエビ個体群を２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクに分割し、
ｇ．第２段階のエビ個体群を第２段階の期間（すなわち、エビが所望の大きさに達するまで）、２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクで成長させ、第３段階のエビ個体群を形成し、
ｈ．第３段階のエビ個体群の一部を採取し、
ｉ．第３段階のエビ個体群を２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクに分割し、
ｊ．第３段階のエビ個体群を第３期間（すなわち、エビが所望のサイズに達するまで）、２つの別個の生産サブユニットの直方体タンクで成長させ、第４段階のエビ個体群を形成し、
ｋ．第４段階のエビ個体群を採取する。
【０１０３】
好ましい実施形態は、ステップ（ａ）〜（ｋ）を繰り返すことによって同期生産サイクルを確立し、異なるエビ個体群にそれぞれ分割することにより、モジュール式エビ生産システムの生産サブユニットの直方体タンクが空になるとすぐに再補充されることを保証する。さらに、第５段階のエビ個体群又はそれ以上の個体群について、この工程を継続することができる。モジュラー化されたエビ生産システムで可能な段階数の拡大は、必要とされる生産の規模に依存する。しかし、モジュールを増やすことができれば、ｘ段階のエビ個体数の数を増やすことが、本発明の精神及び範囲内で考慮できる。
【０１０４】
好ましい発明は、全てのエビの成長段階及び基本操作がモジュール化されて統合され、幼生エビ養殖モジュール、生産サブユニットモジュール（すなわち、成長生産モジュールと同じ）、再循環養殖システム（ＲＡＳ）モジュール、及び、餌分配モジュールに組み込まれたセンサを介してデータを取得するカスタム設計のサイバー物理プラットフォームによって制御される多相同期超集中型エビ生産システムを形成する。餌分配モジュールは、結合フィードバックループを介してヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）を統合された餌分配モジュールコントローラ（ＰＬＣ）によって全ての態様を調整できる。好ましいエビの生育条件は、最適で効率的なエビ成熟に資する照明、餌、水温、水位、水のｐＨ及び水の塩分濃度を有することを含む。モジュール化された養殖システムはエビがあらゆる気候で養殖されることを可能にするので、これらのパラメータのいくつかは地理（すなわち湿度、高度、温度など）に基づいて最適化する必要があることが当業者に理解される。好ましい幼生エビ養殖モジュールは、幼体エビを生産するための少なくとも１つの浅水タンクを有する。幼生エビ養殖モジュールは、流体連通する幼生再循環養殖システム（「ＰＬＲＡＳ」）モジュール、餌分配モジュール、及びコンピュータ制御モジュールに設けられている。
【０１０５】
好ましい直方体タンクは、水で満たされたときに中央で僅かに隆起した縦方向の深さラインを有する。採取ピット構造はタンクの一端に位置し、キャップ構造はタンクの他端に位置する。生産サブユニットモジュールの好ましい直方体タンクは、水を保持することができ、水を導入及び排出するための少なくとも１つのバルブを備えている。好ましい再循環養殖システムは、幼生エビ養殖モジュール及び生産サブユニットモジュールと流体連通している。前記餌分配モジュールは、生産モジュール内の各生産サブユニットと流体連通している。好ましいコンピュータ制御モジュールは、ヒューマンインターフェイスモジュール（「ＨＩＭ」）と、前記後処理モジュールに接続された１以上の設備機器と、幼生エビ養殖モジュール、生産サブユニットモジュール、再循環養殖システムモジュール又は供給分配モジュールを含む。
【０１０６】
好ましい方法は、養殖モジュールに設置された垂直に積み重ねられた各浅水タンクに4,000-8,000/m2の密度で幼生エビを飼育することを含む。さらに、エビの同期生産サイクルのための好ましい養殖環境は、特定の光レベル、水循環率、浅水タンクの水位３０〜５０cmの範囲、浅水タンクの３５cmを超える水位、２９〜３３℃の水温、ｐＨ濃度、10/1000〜14/1000の塩分濃度、４．５mg／Lを超える溶存酸素レベル、窒素代謝物濃度、物理的現象を感知するための弾性表面波の変調を検出するセンサ、全溶解固体指数、前記タンク内で発生する視覚的事象、タンク内のライブ又は記録された視覚的事象、又はそれらの組み合わせを監視、維持又は変更することによって保存される。水産養殖環境を準備するためのより好ましい方法は、マイクロ分散ノズルを介して養殖タンクに分配される前に、養殖モジュール内の熱交換器を通過することにより３１℃に予備調整された圧縮空気を使用することによるものである。
【０１０７】
さらに、養殖環境の準備と維持は、水温、水位、塩分、溶存酸素、ｐＨ、全溶解固形分（ＴＤＳ）、窒素代謝物レベル（アンモニア、亜硝酸塩、硝酸塩）、音響効果（餌活動）のためのセンサを備えた各生産サブユニットを組み込むよって補助される。要するに、全てではないにしても、ほとんどの物理的及び化学的測定データは、リアルタイムフィードバック及び調整のためにヒューマンインターフェイスモジュール（ＨＩＭ）と統合されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）によりサイバー物理プラットフォームを介して接続されている。
【０１０８】
養殖環境の準備には、付属のホッパーからの４以上の異なるフィードの１つから給餌するコンピュータ制御の餌分配システムを使用することが含まれる。次いで、乾燥した餌は、プログラム論理コントローラ（ＰＬＣ）からの信号に基づいて、水和され、目的の生産サブユニットに分配される。
【０１０９】
水産養殖環境を準備する別の方法は、モジュール式エビ生産システムの異なる構成要素又はプロセスを制御するためにプログラム論理制御装置（ＰＬＣ）を使用してモジュール式エビ生産システムを監視、維持又は変更するためのセンサを各生産サブユニットに組み込むことを含む。ＰＬＣは、システムの動作要件に従ってプログラムされる。特定の光レベルを監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、各生産サブユニットの水位線の上方に取り付けた発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。水循環速度を監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、ポンプ及び弁を備える。タンク水位を監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、液面センサを備える。水温を監視、維持又は変更するための好ましい構成要素は、マイクロ分散ノズルを介して水中に出される前に、熱交換器を通過することによって３１℃に予備調整された圧縮空気を備える。ｐＨ濃度を監視、維持又は変更するための好ましい成分には、ｐＨプローブ又はｐＨを測定するための他の手段が含まれる。10/1000〜14/1000の塩分濃度を監視、維持又は変更するための好ましい成分は、通電してユーザーに警告するか又は直接調整する水の可能出力を測定する導電率センサを含む。４．５mg/Lを超える溶存酸素レベルを監視、維持又は変更するための好ましい成分は、ポーラログラフィー、急速脈動、ガルバーニ及び光学タイプの溶存酸素センサを備える。窒素代謝産物濃度を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを備える。物理的現象を感知する弾性表面波の変調を検出するためにセンサを監視、維持又は変更する構成要素は、備える。全溶解固形指数を監視、維持又は変更するための構成要素は、ユーザーに警告するセンサを備える。タンク内のライブ又は記録された視覚的イベントを監視、維持又は変更するための構成要素は、接続された電荷結合ＴＶ（「ＣＣＴＶ」）カメラを備える。
【０１１０】
エビを採取する好ましい方法は、各生産サブユニットの上方に配管され、採取ピットに向かって移動する再循環エンドキャップから始まる脈動で駆動するコンピュータ制御されたアクチュエータバルブに接続された高圧水ラインを使用することである。
【０１１１】
本発明の例示的な実施形態のみを具体的に上述したが、本発明の精神及び意図する範囲から逸脱することなく、これらの実施形態の改良及び変形が可能である。例えば、当業者であれば、特に軌道寸法、エビの重量及び時間の測定値は近似値であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくある程度変更してもよいことを理解するであろう。当業者であれば、ほとんどの場合、含まれる水の重量が生産サブユニットの重量の大部分を占めることを理解するであろう。したがって、本明細書に記載されたものよりも高い壁を有する生産サブユニットを垂直に配置してもよいが、水深は記載された壁高さとなる。生産サブユニットが効果的に設置されるコンテナの側面は、生産サブユニット側の延長となる。
【０１１２】
当業者であれば、本明細書で製造された生産アセンブリ及び生産サブユニットは様々な測定値を取ることができることを理解するであろう。一貫輸送コンテナは、一般に２０フィート（６．１m）、４０フィート（１２．２m）、４５フィート（１３．７m）、５３フィート（１６．５m）の長さで利用可能であり、高さは可変である。また、複数回繰り返して容器に連結し、エビの生産が増加するように内部に生産サブユニットを製作することも可能である。限定されないが、一般に利用可能な容器とは異なる幅、長さ及び高さを有する剛性構造のような容器を構成できると考えられる。このような構造は、再びエビの生産を著しく増加させる可能性がる。実際には、このような構造は、コンピュータで作動する制御装置と共に、養殖、ＲＡＳ及び餌モジュールに接続された自立構造であってもよい。本明細書で説明するモジュールのような生産モデルは例示的なものであり、市場要求を満たすためにこれらのモジュールを改良することは、本発明の精神及び範囲内にあるとみなされる。
【０１１３】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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