養殖用水槽の水温制御システム
【課題】 太陽熱温水装置の有効利用を図ると共に、マイクロバブルの特筆される特性を利用して、養殖用水槽の水温調整を極めて効率的に行い、同時に水質維持も的確に成し得る養殖用水槽の水温制御システムを提供する。
【解決手段】 魚介類等の養殖用水槽１における水温制御システムＡであって、太陽熱温水装置２と、太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３と、温水循環路３の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器４と、液−気熱交換器４により生成された暖気を導入して養殖用水槽１から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を養殖用水槽１へ還流する気−液熱交換器５とを含み、気−液熱交換器５内には、マイクロバブル発生器６が設置され、暖気は、マイクロバブル発生器６によってマイクロバブル化されて、養殖用水槽１から供給される水と接触するよう構成されている。
【解決手段】 魚介類等の養殖用水槽１における水温制御システムＡであって、太陽熱温水装置２と、太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３と、温水循環路３の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器４と、液−気熱交換器４により生成された暖気を導入して養殖用水槽１から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を養殖用水槽１へ還流する気−液熱交換器５とを含み、気−液熱交換器５内には、マイクロバブル発生器６が設置され、暖気は、マイクロバブル発生器６によってマイクロバブル化されて、養殖用水槽１から供給される水と接触するよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚介類の養殖用大型水槽内の水温を制御するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たい、まぐろ、はまち、さば、いか、貝およびかになどの魚介類を水槽内で養殖する場合、水槽内の水温の調整が、良質の魚介類を得る上で重要となる。また、水槽内では多くの魚介類が養殖されるため、その糞や残った餌が溜り、これによって様々な細菌も繁殖して水質が悪化する。そのため、水質の維持も良質の魚介類を得る上で重要となる。このような水温の調整や水質の維持のための装置は大変大掛かりであり、養殖業者にとっては、その設置のために大きなコスト的負担を強いられていた。
【０００３】
ところで、太陽熱を熱源とする太陽熱温水装置が、省エネルギーの観点から注目され、一般家屋でも使用されていたが、最近では太陽光発電装置にとって代わられ、有効利用されていない場合がある。また、近年特許文献１に示されるように、直径３μｍ程度の微細気泡（マイクロバブル）を発生させる装置が開発され、養殖池や養殖場に応用して溶存酸素量を増加させる試みもなされるようになった。さらに、特許文献２に示されるように、風力発電装置や、太陽光発電装置で得た電力を駆動源として作動する給餌装置を魚介類の養殖場に設置し、自然エネルギーによって自動的に給餌し、省資源的に魚介類の養殖を行うことも提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６８２２８６号公報
【特許文献２】特許第３７６６４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給湯システムとして考えた場合に、太陽熱温水装置は、十分な性能を有しており、有効利用することが好ましい。設備としてこのまま放置することは極めて無駄である。また、養殖用水槽で魚介類の養殖をする場合には、水槽内の水温調整や水質維持が重要で、その為に大掛かりな設備を設置する必要がある。特許文献１及び特許文献２では、海や湖沼等を魚網で区画した養殖場での適用例が示されているが、このような養殖場の場合、自然状態の海や湖沼の一部に存在することになるため、水温や水質を制御する必要がない。仮に、この自然環境が魚介類にとって適切でなくなったとしても、これを制御することは極めて困難である。特に、細菌による汚染は、防ぐことが難しく、細菌で汚染された魚介類が市場に出回ると、消費者は多大な不利益を被ることになる。特許文献１や特許文献２が対象とする養殖場においては、養殖用水槽における水温や水質を制御する技術思想は導出されるものではない。
【０００６】
本発明の目的は、太陽熱温水装置の有効利用を図ると共に、マイクロバブルの特筆される特性を利用して、養殖用水槽の水温調整を極めて効率的に行い、同時に水質維持も的確に成し得る養殖用水槽の水温制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る養殖用水槽の水温制御システムは、
魚介類等の養殖用水槽における水温の制御システムであって、
太陽熱温水装置と、
前記太陽熱温水装置で生成される温水を循環させる温水循環路と、
前記温水循環路の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器と、
前記液−気熱交換器により生成された暖気を導入して前記養殖用水槽から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を前記養殖用水槽へ還流する気−液熱交換器とを含み、
前記気−液熱交換器内には、マイクロバブル発生器が設置され、前記暖気は、前記マイクロバブル発生器によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽から供給される水と接触するよう構成されていることを特徴とする養殖用水槽の水温制御システムである。
【０００８】
本発明に従えば、太陽熱温水装置によって省エネルギー的に温水が生成される。生成された温水の熱は、液−気熱交換器において、導入される外気に伝熱されて熱交換される。液−気熱交換器において生成された暖気は、気−液熱交換器に導入され、前記養殖用水槽から供給される水と接触し、養殖用水槽からの水は暖気から伝熱され温水として養殖用水槽に循環される。このとき、前記暖気は、前記気−液熱交換器内に設置されたマイクロバブル発生器によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽から供給される水と接触するように成されているから、水への熱交換が効率的に成される。すなわち、マイクロバブルの表面積は極めて大であり、かつ、水中での浮上速度が遅いから、水との接触面積が大きく、かつ、接触時間が長くなり、これによって暖気から水への熱交換が極めて効率的になされる。熱交換温水は、養殖用水槽に還流されるから、水槽内の水温がこれによって調整される。また、マイクロバブルの発生によって、水中への酸素の溶解が促進され、溶存酸素量が多くなる。さらに、マイクロバブルは、表面積が大であることにより付着力が強く、水中に浮遊する魚介類の糞、餌の残り等のゴミや雑菌を付着してそのまま浮上し、熱交換温水は、溶存酸素量が多く浄化もされた状態で養殖用水槽に還流されることになる。したがって、養殖用水槽には浄化水が逐次還流されて養殖用水槽内の水が浄化される。また、溶存酸素量が多い水が還流されることにより、魚介類の成育性も向上する。
【０００９】
なお、ここに用いられるマイクロバブル発生器としては、たとえば、特許文献１に示されたマイクロバブル発生器が好ましく採用される。
【００１０】
また本発明は、前記気−液熱交換器の上部に、オーバーフロー排出口が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、ゴミや雑菌を付着して浮上したマイクロバブルは、オーバーフロー排出口からオーバーフロー水と共に排出されるから、浮上したゴミや雑菌等が再び水中に沈降することがなく、養殖用水槽へはゴミや雑菌等を含まない浄化された熱交換温水が的確に還流される。
【００１２】
また本発明は、前記液−気熱交換器から、前記養殖用水槽に直接暖気を供給する給気管路を備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、液−気熱交換器から暖気が直接養殖用水槽に供給されるから、これによって養殖用水槽の温度調整機能が補完される。また、養殖用水槽に供給された暖気は気泡となって浮上するから、これによって気液攪拌作用も得られ、養殖用水槽内の水の溶存酸素量が増加する。
【００１４】
また本発明は、前記養殖用水槽から前記気−液熱交換器への給水管路に、水浄化手段が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、養殖用水槽からの水が水浄化手段を経て気−液熱交換器に供給されるから、気−液熱交換器での浄化作用がより効果的に成される。
【００１６】
この場合、前記水浄化手段が、フィルターからなるものであっても良い。フィルターを通過させることによって、ゴミ等が除去される。
【００１７】
また、前記水浄化手段が、紫外線殺菌灯からなるものであっても良い。このような紫外線殺菌灯を採用することによって、フィルターを通過するような雑菌であっても、これによって死滅させることができる。雑菌の死骸は気−液熱交換器でマイクロバブルに付着して浮上するので、これが、養殖用水槽に還流することがない。
【００１８】
さらに、前記水浄化手段が、光触媒を担持させた担持体と、前記担持体に向け紫外線を照射するよう設置された紫外線灯とからなるものであっても良い。このような光触媒と紫外線灯との組合せによって構成した場合、殺菌作用がより顕著となり、雑菌の死骸は同様に液−気熱交換器でマイクロバブルに付着して浮上するので、養殖用水槽内の水の浄化度は一層高くなる。
【００１９】
また本発明は、前記液−気熱交換器への外気の導入部に、補助加熱手段により加熱された外気を導入するための導入管が接続されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、前記液−気熱交換器への外気の導入部から、補助加熱手段により加熱された外気が導入されるから、太陽熱温水装置による温水が充分な熱を保有しない場合でも、補助加熱手段により加熱された暖気によって温水の保有する不足熱が補完される。特に、太陽熱温水装置は夜間や、天候が悪いときには、その機能が低下するが、このような場合でもその機能が補完され、養殖用水槽内の水温調整機能が維持される。
【００２１】
前記補助加熱手段が、前記導入管の外気取入口に設置される太陽熱の集熱および放熱手段からなるものとしても良い。
【００２２】
このように、太陽熱の集熱および放熱手段を補助加熱手段とすれば、省エネルギー的に前記補完機能が得られる。また、導入管の外気取入口に補助加熱手段が設置されていることにより、外気取入口付近で暖められた外気は気流によって液−気熱交換器に効率よく導入される。
【００２３】
また、前記補助加熱手段が、前記導入管内に設置され、少なくとも前記導入管の外気取入口に設置される風力発電手段または太陽光発電手段によって得た電力を電源として発光する赤外線灯からなるものとしても良い。
【００２４】
この場合、導入管内を通過する外気は、赤外線灯によって暖められて液−気熱交換器に導入される。前記太陽熱の集熱および放熱手段と併用すれば、この暖気化がより効果的に成される。しかも、この赤外線灯は、少なくとも前記導入管の外気取入口に設置される風力発電手段または太陽光発電手段によって得た電力を電源とするものであるから、省エネルギー的である。そして、このような発電手段によって得た電力を蓄電池に蓄電するようにすれば、前記太陽熱温水装置が夜間等において機能が低下しても、前記水温調整機能が維持される。
【００２５】
また本発明は、前記養殖用水槽の上に、風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を駆動源として作動する自動給餌装置が設置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、養殖用水槽の上に自動給餌装置が設置されているので、魚介類の養殖に係る労力が大幅に軽減される。しかも、この自動給餌装置は、風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を駆動源として作動するから、省エネルギー的で、ランニングコストも抑えることができる。
【００２７】
また本発明は、前記脱窒装置は、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれる複数の有機炭素源供給層と、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する複数の細菌生息層とが、交互に積層され、
各有機炭素源供給層は、
多糖類が、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記脱窒装置は、
（ａ）上方に開放した直方体形状の容器２２１と、
（ｂ）積層体であって、
容器２２１の底部２０６から上方に向かって、交互に積層される複数の有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと、複数の細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとを有し、
これらの積層された有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとのうち、最下層と最上層とは、有機炭素源供給層２０３ａ，２０３ｅであり、
各有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅは、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれ、この多糖類は、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させる炭素塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられ、
各細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄは、
連続空隙の多孔質材料から成る担体２２５の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有し、
前記最下層である有機炭素源供給層２０３ａの上に設けられた最下の細菌生息層２０４ａと、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅの下に設けられた最上の細菌生息層２０４ｄとの第１の前記担体（２２５、図９）の空隙率は、残余の細菌生息層２０４ｃの第２の前記担体（２２５、図１０）の空隙率よりも高く、かつ、
第１の前記担体（２２５、図９）に比べて、第２の前記担体（２２５、図１０）のほうが表面積が大きい積層体と、
（ｃ）容器２２１の一側部に設けられ、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅと、前記最上の細菌生息層２０４ｄとに開口し、脱窒されるべき硝酸を含む液体を供給する供給管路２０７と、
（ｄ）容器２２１の前記一側部と反対側の他側部に設けられ、前記最下の細菌生息層２０４ａに開口し、積層体を収容した容器２２１内を流下した液体を排出する排出管路２０８とを含むことを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、有機炭素源供給層における体積混合比は、
キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂
＝１〜２：４：４〜５
であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記脱窒装置は、
硝酸を含む液体中の前記硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置において、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源であるセルロースが含まれる有機炭素源供給層を備え、
有機炭素源供給層の下流に、複数のミネラル供給層と複数の細菌生息層とが、交互に積層されて配置され、
各ミネラル供給層は、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、セルロースをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とを有し、
各細菌生息層は、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有することを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、魚介類等の養殖用水槽１における水温の制御システムであって、
太陽熱によって水を加熱する太陽熱温水装置２と、
太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅと、
温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅの途中に配設され、前記温水と養殖用水槽１のための水とを間接熱交換する養殖水用熱交換器４ａと、
空気と養殖用水槽１からの水とによってマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生手段６ａと、
マイクロバブル発生手段６ａからのマイクロバブルが発生された水を養殖水用熱交換器４ａに導き、この養殖水用熱交換器４ａからの前記温水によって加熱された水を養殖用水槽１に供給し、養殖用水槽１からの水をマイクロバブル発生手段６ａに導いて、養殖用水槽１の水を循環する給水管路５２，５３ａ，５３とを含むことを特徴とする養殖用水槽の水温制御システムである。
【００３２】
また本発明は、温水循環路３，３ａ〜３ｅの途中に配設され、前記温水によって外気である空気を加熱して熱交換する空気用熱交換器４をさらに含み、
マイクロバブル発生手段６ａは、空気用熱交換器４から供給される加熱された空気によってマイクロバブルを発生することを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、養殖用水槽１の水の温度を検出する手段４０１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から養殖水用熱交換器４ａに流れる温水の流路を開閉する第１開閉弁Ｖ１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から空気用熱交換器４に流れる温水の流路を開閉する第２開閉弁Ｖ２と、
制御手段４０２であって、
水温検出手段４０１からの出力に応答し、
第１および第２温度Ｔ１，Ｔ２が予め設定され（ただしＴ１＜Ｔ２）、
検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２未満であるとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開き、
こうして第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開くことによって、検出された温度Ｔの温度上昇の時間変化率αを演算し、
その演算された温度上昇の時間変化率αが、予め定める値α１未満（α＜α１）である第１の場合、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開く第１動作モードとし、
前記演算された温度上昇の時間変化率αが予め定める値α１以上（α１≦α）である第２の場合、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、第２開閉弁Ｖ２を開く第２動作モードとし、
その後、検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２以上に上昇したとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じ、
検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１未満にまで下降したとき、前記第１の場合には第１動作モードとし、第２の場合には第２動作モードとする制御手段４０２とを含むことを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、養殖用水槽１からの水を供給するサクションポンプ４１１と、
サクションポンプ４１１からの水と、空気用熱交換器４からの加熱された空気とを混合して気液混合流体を導出する空気混入部４１３とをさらに含み、
空気混入部４１３からの気液混合流体を、マイクロバブル発生手段６ｂへ導いてマイクロバブルを発生させることを特徴とする。
【００３５】
また本発明は、マイクロバブル発生手段６ｂは、ハウジング４１８を有し、
このハウジング４１８は、
回転対称に形成され、回転対称軸４１６の軸線方向の双方に向かって縮径した中空部４１７を有し、
このハウジング４１８の周壁部に、気液導入孔４１９が接線方向に開口され、
ハウジング４１８の中空部の縮径部分に回転対称軸４１６の双方向にマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が開口し、
マイクロバブル噴出孔４２１，４２２が、ハウジング４１８内に流入した気液混合流体の旋回流によって形成される負圧軸の位置に一致して形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、太陽熱温水装置をその特性を活かして有効活用することができる。また、液−気熱交換器において太陽熱温水装置からの温水によって熱交換されて生成された暖気は、気−液熱交換器においてマイクロバブル化されて養殖用水槽から供給される水に接するから、マイクロバブルの特性によって水への熱交換が極めて効率的に成される。この熱交換温水は養殖用水槽に還流されるから、養殖用水槽内の水温を魚介類の成育に適するよう簡易に制御することができる。そして、気−液熱交換器での熱交換の際には、水中に含まれるゴミや雑菌がマイクロバブルに付着して浮上するから、気−液熱交換器からはこれらゴミや雑菌が除去され、かつ溶存酸素量の多い水が養殖用水槽に還流され、養殖用水槽内の水を清潔で魚介類の成育に適した性状に維持することができる。このように、本発明の優れた効果は、廃棄物としてその処置が憂慮されていた太陽熱温水装置を有効活用し、これにマイクロバブルの特筆される特性を応用することによって成し得たものであり、その実益は極めて大である。
【００３７】
本発明によれば、液体中に多糖類を設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、アルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための脱窒細菌に与える有機炭素源の供給作業の効率を向上することができる。
【００３８】
本発明によれば、液体中に容易に入手可能なキチンを設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、前述したアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００３９】
また本発明によれば、液体と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができるとともに、有機炭素源供給層の多糖類によって、細菌生息層の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。したがって脱窒細菌の繁殖を促進し、脱窒細菌を利用した窒素の除去効率を高くすることができる。
【００４０】
また本発明によれば、粉末の状態のキチンと液体との接触面積を大きくすることによって、キチンが分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。しかも粉末のキチンを用いても、キチンの粉末は、袋体に収納されて取扱いが容易であり、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００４１】
また本発明によれば、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができるので、液体から窒素を除去しながら、ミネラル成分を与えて、液体を改質することに役立つ。
【００４２】
また本発明によれば、液体中に細砂を設けるという簡単な構成で、多糖類を分解して脱窒細菌に有機炭素を与える構成を実現することができる。
【００４３】
また本発明によれば、液体中に容易に入手可能なセルロースを設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、前述したアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００４４】
また本発明によれば、養殖用水が汚損されて養殖槽における魚介類の養殖環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、養殖槽に良好な養殖環境を確保し、維持することができる。したがって優れた養殖環境の養殖設備を実現することができる。
【００４５】
本発明によれば、図１２〜図２３に示されるように、マイクロバブル発生手段６ａ，６ｄによって得られた空気と養殖用水槽からの水とによって発生されたマイクロバブルを含む水を、太陽熱温水装置２からの温水を用いて養殖水用熱交換器４ａで間接熱交換するので、熱交換効率が向上され、さらにこのマイクロバブル発生手段６ａ，６ｄに供給される外気である空気を、太陽熱温水装置２からの温水で空気用熱交換器４を用いて予め加熱しておくことによって、養殖水の温度を効率良く加熱することもできる。
【００４６】
さらに本発明によれば、冬などには、養殖水用熱交換器４ａと空気用熱交換器４とを第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉動作によって効率良く養殖水の加熱を行ない、夏などでは、養殖水用熱交換器４ａを、第１開閉弁Ｖ１を閉じておくことによって、休止し、空気用熱交換器４を、第２開閉弁Ｖ２の開閉動作によって動作させてマイクロバブルによって養殖水の加熱を行うようにしてもよく、これによって太陽熱温水器に精製される温水を他の用途、たとえば工場内の養殖以外の目的などに使用することが容易に可能になる。
【００４７】
さらに本発明によれば、養殖水の温度上昇の時間変化率αが予め定められたα１未満であれば、冬などの第１の場合であると判断して、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開閉動作する第１動作モードを行ない、前記時間変化率αが予め定められたα１以上であれば、夏などの第２の場合であるものと判断し、第１開閉弁Ｖ１を閉じたままで、第２開閉弁Ｖ２を開閉動作する第２動作モードを行う。このような時間変化率αは冬または夏などの運転開始時にそれぞれ演算して求めるようにし、第１および第２の場合の判断を行うことができる。
【００４８】
さらに本発明によれば、マイクロバブル発生手段６ｄは、空気混入部４１３からの気液混合流体を用いてマイクロバブルを発生し、微細な気泡を発生させることができる。このようなマイクロバブル発生手段６ｄは、後述の図２１〜図２３に示されるように、養殖水が貯留された容器５０内に浸漬されたマイクロバブル発生器６ｃを用いて実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１は、本発明の一形態の養殖用水槽１の水温制御システムＡを示す概念的構成図である。本実施の形態の養殖用水槽１の水温制御システムＡは、太陽熱温水装置２と、前記太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３と、前記温水循環路３の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器４と、前記液−気熱交換器４により生成された暖気を導入して前記養殖用水槽１から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を前記養殖用水槽１へ還流する気−液熱交換器５とを含む。前記気−液熱交換器５内には、マイクロバブル発生器６が設置され、前記暖気は、前記マイクロバブル発生器６によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽１から供給される水と接触するよう構成されている。
【００５０】
前記太陽熱温水装置２は、多数の集熱パイプ２１…を太陽光に向くよう並べて配置し、各集熱パイプ２１には温水循環路３に配された循環ポンプ３１によって水を循環供給し、集熱パイプ２１内を流通中に太陽熱を吸収して温水を生成するものである。温水循環路３の途中には補水タンク３２が設置され、図示しない検出手段によって、温水循環路３を循環する温水量が所定量より少なくなったことを検出すると、適宜補水がされるよう構成されている。また、この温水循環路３における液−気熱交換器４からの復路には貯温タンク３３が配設され、循環する温水の保有熱を貯留させ、太陽熱温水装置２での太陽熱の熱吸収効率を高めるように成されている。
【００５１】
液−気熱交換器４は、交換器ハウジング４０と、該交換器ハウジング４０の中に設置された銅パイプ製の蛇管４１とからなる。該蛇管４１には前記温水循環路３からの温水が流通循環し、交換器ハウジング４０に設けられた外気の導入部７より導入される外気と接触して、温水から外気への液−気熱交換が成される。前記導入部７には、吸引ファン７１を介して外気の導入管７２が接続され、該導入管７２の外気取入口７３および導入管７２内に設置された補助加熱手段８，９によって加熱された外気を、交換器ハウジング４０内に導入し得るよう構成されている。補助加熱手段８は、太陽熱の集熱および放熱手段からなる。また、補助加熱手段９は、前記外気取入口７３に設置される風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を電源として発光する赤外線灯からなる。補助加熱手段８，９の詳細については後述する。
【００５２】
前記液−気熱交換器４によって生成された暖気は、暖気導入管４２を経て前記気−液熱交換器５に導入され、該暖気導入管４２の先端に接続されたマイクロバブル発生器６から、前記気−液熱交換器５内に養殖用水槽１から供給貯留されている水中に噴出される。また、前記液−気熱交換器４から給気管路４３を経て、暖気が直接養殖用水槽１内に供給されるようにも成されている。気−液熱交換器５は、養殖用水槽１から供給される養殖水を貯留し得るハウジング容器５０を備え、該ハウジング容器５０の上部にはオーバーフロー排出口５１が設けられている。また、該ハウジング容器５０には、養殖用水槽１から養殖水を供給する養殖水の給水管路５２と、該気−液熱交換器５による熱交換温水を養殖用水槽１に還流する還流管５３とが接続されている。給水管路５２には、第１および第２の水浄化手段１０，１１が設けられており、第１の水浄化手段１０はフィルターからなり、第２の水浄化手段１１は光触媒を担持させた担持体と、この担持体に向け紫外線を照射し得るよう設置された紫外線灯からなる。第１および第２の水浄化手段１０，１１は、いずれか単独でもよく、また、第２の水浄化手段１１に代えて、これに用いられる紫外線灯のみを給水管路５２内に設置しても良い。第２の水浄化手段１１の詳細については後述する。
【００５３】
養殖用水槽１は、たい、まぐろ、はまち等を遊泳させて養殖する大型水槽であるが、魚種に応じ、魚網等により適宜区画し、あるいは底部を魚網等で仕切って、貝やかに、えび等の養殖域としても良い。また、養殖用水槽１内には温度センサ１０が投入されており、この温度センサ１０はコントローラ１０１に接続されている。さらに、養殖用水槽１の上には、前記特許文献２に示されるような自動給餌装置１２が設置されている。この自動給餌装置１２は、本装置１２自体が備える風力発電手段１３および太陽光発電手段１４によって得た電力を駆動源として作動する回転弁体駆動手段と、養殖用水槽１の上を走行させる走行駆動手段とを備える。自動給餌装置１２の詳細については後述する。
【００５４】
ここで、前記補助加熱手段８，９について、図２を参照してさらに詳細に説明する。図２は、前記外気の導入管７２における外気取入口７３付近を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。前記外気の導入管７２は、吸引ファン７１の設置部分から上流側部分が垂直に立ち上がる径大円筒部７２０とされ、その上端に内向鍔状の支持板７３０が設置され、該支持板７３０の開口部が外気の取入口７３とされている。この支持板７３０の上には、風力発電手段９１を構成する複数の羽根車９１０が回転自在に設置されている。各羽根車９１０の回転軸９１１は、支持板７３０の下方に突出して、支持板７３０の下面に設置された発電機９１２に連結されている。風力発電手段９１の基本構成は特許文献２にしめされたものと同じであり、したがって、ここではこれ以上の説明を省略する。風力発電手段９１の上端部には支持板８０が設置され、その中央部にはアルミニウム等の比熱の小さな金属板８が組込まれ、該金属板８が集熱および放熱手段を構成する。さらに、支持板８０の上には、ドーム形のレンズ支持板８１が設置され、該レンズ支持板８１には複数の凸レンズ８２が組付けられている。これら凸レンズ８２は、いずれも、その光軸が前記金属板８の表面に指向され、かつ、該金属板８の表面に焦点が位置するよう設定されている。従って、これら凸レンズ８２に入射する太陽光線は、金属板８の表面に集光し、金属板８は太陽光エネルギーを吸収して集熱し、蓄熱する。
【００５５】
前記円筒部７２０内の外気取入口７３付近には、補助加熱手段９としての赤外線灯が設置されている。赤外線灯９は、円筒部７２０の外に設置される蓄電池９２に電気的に接続されている。この蓄電池９２は、前記発電機９１２および円筒部７２０の外に設置される太陽光発電手段９３としてのソーラパネルと電気的に接続されている。したがって、この蓄電池９２には、風力発電手段９１および太陽光発電手段９３により得た電力が蓄電され、蓄電池９２に蓄電された電力は、赤外線灯９の電源として供される。筒部７２０の筒壁には、点検用開閉扉７２１が設けられ、赤外線灯９や前記発電機９１２の点検、あるいは交換等のメンテナンスが可能とされている。図２では、２つの補助加熱手段８，９を併用した例を示しているが、どちらか一方でも良い。また、風力発電手段９１の電源として、風力発電手段９１および太陽光発電手段９３を用いているが、この場合も、どちらか一方でも良い。
【００５６】
次に、前記第２の水浄化手段１１について、図３および図４を参照してさらに詳細に説明する。図３は前記給水管路５２における第２の水浄化手段１１が設置された部分を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。図４は図３における切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。給水管路５２の中には、その中心に軸線方向に沿った状態で紫外線灯１１１が設置され、その周りに４本のアルミニウム棒（担持体）１１２が軸線方向に沿った状態で、かつ周方向に等間隔で配設されている。アルミニウム棒１１２の周面には、光触媒としての酸化チタンを溶解した溶液をコーティングすることによって、酸化チタンが担持されている。酸化チタンは、紫外線光を照射すると、強い酸化作用を発揮する特性を備えている。したがって、給水管路５２を流通する養殖水の中に含まれる魚介類の糞や餌の残り、あるいは雑菌等はこの酸化作用を受けて分解および死滅する。これによって、紫外線灯１１１とアルミニウム棒１１２とによって第２の水浄化手段１１が構成される。また、紫外線光自体も雑菌のＤＮＡを破壊する特性を有しているので、紫外線灯１１１のみで第２の水浄化手段１１を構成することもできる。この場合、紫外線灯１１１の電力を、専用の電源から供給するようにしてもよいが、前記蓄電池９２から供給することも可能であり、これによって省エネルギー化が図られる。
【００５７】
次いで、前記自動給餌装置１２について、図５を参照してさらに詳細に説明する。図５は、自動給餌装置１２を拡大して概念的に示す縦断正面図である。この自動給餌装置１２は前記特許文献２に示されるものと基本的な構成は同じである。すなわち、ハウジングである餌収容筒１２０の下部に、餌収容筒１２０の軸心周りに回転可能に回転弁体１２１が設けられ、該回転弁体１２１の周囲にはギヤ１２１ａが形成されている。餌収容筒１２０の壁部には、回転弁体１２１の回転駆動用のモータ１５が設置され、該モータ１５の出力軸に固着された出力ギヤ１５１と、回転弁体１２１のギヤ１２１ａとが噛合し、モータ１５の回転によって、回転弁体１２１が餌収容筒１２０の軸心周りに回転する。また、餌収容筒１２０の内部は、複数の仕切壁１２２によって複数の区画室１２３に区画され、各区画室１２３内には魚介類用の餌が投入充填されている。前記回転弁体１２１は扇形の開口部１２１ｂを備え、回転弁体１２１の回転に伴う開口部１２１ｂの移動によって、区画室１２３内の餌が開口部１２１ｂより落下し、餌収容筒１２０の下部に連なるコーン部１２４および直状管部１２５を経て養殖用水槽１に撒餌される。
【００５８】
前記直状管部１２５の外壁部には、餌収容筒１２０の走行駆動用のモータ１６が設置され、該モータ１６の出力軸には２個のピニオンギヤ１６１，１６１が固着されている。養殖用水槽１の槽壁上端縁部には２本の平行なラック１６２，１６２が架設され、前記ピニオンギヤ１６１，１６１は、各ラック１６２，１６２に噛合している。餌収容筒１２０は、ラック１６２，１６２に平行な図示しない支持枠あるいはラック１６２，１６２自体に摺動可能に支持され、モータ１６の回転によって、１６２，１６２の長手方向に沿って往復走行移動が可能とされている。したがって、前記回転弁体１２１の回転と、餌収容筒１２０の往復走行移動とによって、養殖用水槽１内への広範囲の撒餌が可能とされる。餌収容筒１２０の上部には、餌の投入口１２６が設けられ、この投入口１２６より、餌の補給がなされる。
【００５９】
餌収容筒１２０の上端には、上下の支持板１３０，１３１を介して風力発電手段１３が設置されている。この風力発電手段１３は、前記予備加熱手段９に電力を供給するために採用される風力発電手段９１と同様に構成されており、したがって、この風力発電手段１３の詳細構成の説明は省略し、図面では概略的に示している。この風力発電手段１３によって得られた電力は、前記モータ１５、１６の駆動電源に供せられる。また、前記支持板１３０の上部には、支持板１３０を貫通して支持板１３１に餌収容筒１２０の軸線に沿って立設された支柱１４０に太陽光発電手段１４が設置されている。この太陽光発電手段１４も特許文献２に示されたものと同様であり、支柱１４０に取付けられた皿形形状の反射鏡手段１４１と、該反射鏡手段１４１の凹部内に納まるよう前記支柱１４０の上端に上向きに湾曲した発電素子の保持部材１４２とよりなる。保持部材１４２の上下両面には多数の太陽光発電素子１４３…が配列固定されている。保持部材１４２の上面に固定される太陽光発電素子１４３は太陽光を直接受け、保持部材１４２の下面に固定される太陽光発電素子１４３は反射鏡手段１４１により反射された太陽光を受けて、これら太陽光のエネルギーによって発電機能を奏する。この太陽光発電手段１４によって得られた電力は、風力発電手段１３によって得られた電力と同様に、前記モータ１５、１６の駆動電源に供せられる。風力発電手段１３および太陽光発電手段１４によって得られた電力は、図示しない蓄電器に蓄電され、この蓄電器に電気的に接続することによって、モータ１５、１６に給電される。
【００６０】
上述のような構成の養殖用水槽１の水温制御システムＡの作用について説明する。太陽熱温水装置２の集熱パイプ２１において、ポンプ３１によって供給される水（温水）が太陽熱を受けて温められ、温水循環路３を経て液−気熱交換器４に導入され、液−気熱交換器４の蛇管４１内を流通する。蛇管４１を経た温水は、温水循環路３の復路に配設された貯温タンク３３において保有する余熱が貯留され、再度ポンプ３１によって太陽熱温水装置２に供給され、これが繰返される。温水循環路３を循環する温水が減ってくると、補水タンク３２から水が補給される。
【００６１】
液−気熱交換器４の交換器ハウジング４０には外気の導入部７より外気が導入され、前記蛇管４１の表面に接して熱交換されて暖気が生成される。外気の導入部７には、途中に吸引ファン７１を配した外気の導入管７２が接続されており、吸引ファン７１の作動により、外気の取入口７３から吸引された大気は強制的に前記交換器ハウジング４０内に導入される。外気の取入口７３およびこの取入口７３の近傍の外気の導入管７２内に、補助加熱手段８，９が設置されており、この補助加熱手段８，９によって加熱された暖気が導入管７２を経て交換器ハウジング４０内に導入される。補助加熱手段８は、前述のように集熱および放熱性に富んだ金属板からなり、前記凸レンズ８２によって金属板８に集熱された太陽熱は、前記吸引ファン７１の作動に伴い生じる気流によって放熱され、この放熱によって温められた気流は、外気の取入口７３より導入管７２に吸引される。
【００６２】
前記金属板８によって温められ導入管７２に吸引された外気は、導入管７２内に設置されたもう一方の補助加熱手段としての赤外線灯９から発せられる赤外線の作用を受けてさらに温められて暖気として吸引ファン７１に吸引される。赤外線灯９の電源は、前述のとおり風力発電手段９１およびソーラーパネル（太陽熱発電手段）９３からなる。風力発電手段９１においては、前記吸引ファン７１の作動に伴い生じる気流によって、羽根車９１０の回転が促進され、その発電が効率的になされる。風力発電手段９１およびソーラーパネル９３によって得た電力は、蓄電器９２に蓄電される。
【００６３】
前記補助加熱手段８，９は、前記太陽熱温水装置２によって生成される温水が充分な温度を保有しない場合に、液−気熱交換器４での液−気熱交換機能を補うべく位置付けられるものである。すなわち、夜間や、天候が悪いときには、太陽熱温水装置２の機能が低下するが、このような場合、液−気熱交換器４に導入される外気が事前に温められておれば、太陽熱温水装置２の機能の機能低下分がこれによって補完される。従って、前記温水循環路３における液−気熱交換器４の上流側部分に温度センサ（図示せず）を設けておき、この温度センサの検出温度が所定の温度を下回ったとき、前記赤外線灯９をオンすることにより、液−気熱交換器４によって生成される暖気が常時適正な温度に維持される。
【００６４】
前記液−気熱交換器４によって生成された暖気は、暖気導入管４２を経て前記気−液熱交換器５のハウジング容器５０内に導入される。該暖気導入管４２の先端にはマイクロバブル発生器６が接続されており、該マイクロバブル発生器６から、前記ハウジング容器５０内に養殖用水槽１から供給貯留されている水中に噴出される。暖気は、マイクロバブル発生器６から噴出される結果、直径が数μｍの多数のマイクロバブルとなって、ハウジング容器５０内の水中を浮上する。このマイクロバブルの表面積は、通常の気泡の数千倍であり、また、水深３ｍ以内での水中での浮上速度は約０．１ｍｍ／秒と極めて遅い。したがって、水との接触面積が非常に大きく、かつ、接触時間が極めて長くなるから、暖気から水への熱交換が極めて高効率で成される。また、マイクロバブルは付着力が強いから、水中に浮遊するゴミや雑菌、あるいは雑菌の死骸等を付着して浮上し、前記オーバーフロー排出口５１よりオーバーフロー水と共に排出される。これによって、ハウジング容器５０内の水が浄化される。特に、マイクロバブルの表面積が大きく、かつ、浮上速度が遅いことも相俟って、この浄化作用は極めて効果的になされる。ハウジング容器５０内の水が浄化されることによって、ハウジング容器５０の内壁が汚れることがなく、その清掃が不要とされる。このように浄化された熱交換温水は還流管５３を経て養殖用水槽１に還流される。
【００６５】
前記養殖用水槽１から気−液熱交換器５への給水管路５２には、第１および第２の水浄化手段１０，１１が設けられている。したがって、養殖用水槽１中の魚介類の糞や、餌の残り等の有機物、あるいは雑菌は、前記のように構成された第２の水浄化手段１１によって分解され、破壊され、あるいは殺菌される。この分解、破壊および殺菌による残渣、さらにはごみのうち比較的粗いものは、第２の水浄化手段１１に続いて設置されたフィルターからなる第１の水浄化手段１０によって捕捉される。これによって、養殖用水槽１からはある程度浄化された状態で気−液熱交換器５に供給されるが、雑菌の死骸や細かなゴミは、フィルター１０を通り抜け気−液熱交換器５に流入する。しかし、気−液熱交換器５内では、前述のとおりマイクロバブルに付着して排出されるから、これらの細かなごみ等は、養殖用水槽１に再度還流されることがない。
【００６６】
さらに、前記養殖用水槽１から気−液熱交換器５への給水管路５２には、脱窒装置２０を設けていてもよい。
【００６７】
脱窒装置２０は、養殖用水槽１から供給される水中に含まれる硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる。
【００６８】
図６は、水温制御システムＡに備えられる脱窒装置２０を示す断面図である。図７は、脱窒装置２０を示す斜視図である。脱窒装置２０は、養殖用水槽１から給水管路５２を通って供給される水２０２中に硝酸として存在する窒素を除去するための装置であって、脱窒細菌を利用して硝酸を、水２０２から自然放出可能な窒素ガスに変化させることによって、窒素ガスの放出を伴って窒素を除去する。脱窒細菌としては、硝酸を窒素ガスに変化させる脱窒に関与する細菌であり、たとえば通性嫌気性細菌、さらに具体的には、
Pseudomonas属、Achromobacter属の仲間、Micrococcus denitrificans、Thiobacillus
denitrificans、Bacillus subtilisなどの芽胞形成菌および土壌放線菌の仲間などを含み、これらの細菌を用いることができる。
【００６９】
脱窒装置２０は、周壁２０５と、周壁２０５の一端部を塞ぐ底部２０６とを有し、底部２０６と反対側の開放端部２２２で開放する略直方体形状の容器２２１を有している。容器２２１は、金属および合成樹脂などから成ってもよく、底部２０６を下部に配置し、上方へ開放するように配置されている。脱窒装置２０は、容器２２１内に、水２０２が収容されるとともに、多糖類から成る有機炭素源が設けられる複数の有機炭素源供給層２０３と、連続空隙の多孔質材料からなる担体２２５が設けられる複数の細菌生息層２０４とが設けられる。
【００７０】
本実施の形態では、５つの有機炭素源供給層（以下、特定の有機炭素源供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を付した符号を用い、不特定の有機炭素源供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を省略する。）２０３が設けられる。また４つの細菌生息層（以下、特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付した符号を用い、不特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付さない符号を用いる）２０４が設けられる。
【００７１】
各有機炭素源供給層２０３と各細菌生息層２０４とは、容器２２１の底部２０６から開放端部２２２に向かう方向へ、したがって上下方向へ交互に積層されて積層体を構成する。具体的には、各有機炭素源供給層２０３と各細菌生息層２０４とは、上方へ向かって、第１有機炭素源供給層２０３ａ、第１細菌生息層２０４ａ、第２有機炭素源供給層２０３ｂ、第２細菌生息層２０４ｂ、第３有機炭素源供給層２０３ｃ、第３細菌生息層２０４ｃ、第４有機炭素源供給層２０３ｄ、第４細菌生息層２０４ｄ、第５有機炭素源供給層２０３ｅの順に、積層されており、したがってこの積層体の最下層と最上層とは、第１および第５有機炭素源供給層２０３ａ，２０３ｅである。
【００７２】
細菌生息層２０４には、担体２２５に脱窒細菌が付着されている。したがって担体の表面に脱窒細菌が付着されており、このような担体２２５を設けることによって、細菌生息層２０４で脱窒細菌を生息させている。担体２２５は、多孔質材料から成るので、表面積を大きくし、脱窒細菌の生息場所を大きくすることができる。したがって多くの脱窒細菌を生息させること、換言すれば脱窒細菌を繁殖させることができる。
【００７３】
各有機炭素源供給層２０３には、有機炭素源と、炭酸塩鉱物と、細砂とが設けられる。有機炭素源はキチンであり、キチンは粉末の状態で設けられる。キチンは、自然界に存在するキチンを用いてもよいし、人工的に精製したキチンを用いてもよい。キチンとして、本実施の形態では、たとえば蟹および海老などの甲殻類の殻を粉砕した粉末を用いられる。このキチンが、脱窒細菌に与える炭素の源となる有機炭素源である。
【００７４】
炭酸塩鉱物は、粉末の状態で設けられる。炭酸塩鉱物は、自然界に存在する炭酸塩鉱物を用いてもよいし、人工的に生成した炭酸塩鉱物を用いてもよい。炭酸塩鉱物として、たとえばカルシウムの炭酸塩鉱物である霰石、貝化石などを粉砕した粉末を用いることができる。本実施の形態では、たとえば貝化石の粉末が用いられる。この炭酸塩鉱物は、液体２に、カルシウムなどのミネラル成分を溶解させて与えることができる。また炭酸塩鉱物によって、水２０２を改質することに役立つ。
【００７５】
細砂には、キチンを分解するキチン分解細菌が付着されている。キチン分解細菌は、海洋低温細菌ビブリオ属に属するキチナーゼ生産菌などを含み、これらの細菌を用いることができる。このキチン分解細菌は、キチナーゼを生成してキチンを加水分解することができる。キチナーゼ生産菌としては、海洋低温細菌ビブリオ属などに属し、キチン資化能を有する微生物であれば、どのようなものでもよく、特に制限はない。細砂としては、キチン分解細菌が自然に付着している砂を用いてもよいし、キチン分解細菌を人工的に付着させた砂を用いてもよい。本実施の形態では、細砂として、たとえば海底から採取した砂、いわゆる海砂が用いられる。海底から採取した砂には、キチン分解細菌が自然に付着している。
【００７６】
有機炭素源供給層２０３のキチンは、このように細砂に付着された状態で有機炭素源供給層３に生息させられるキチン分解細菌を利用して、グルコースに分解される。このようにキチンを分解してグルコースを生成することによって、このグルコースから、細菌生息層４に生息する脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００７７】
また容器２１の開放端部２２２には、独立空隙の発泡スチロールから成る蓋体２２０を装着することができる。蓋体２２０を開放端部２２２に装着する場合、開放端部２２２を介して外気が出入することが防がれ、嫌気性である脱窒細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。また蓋体２２０を開放端部２２２に装着しない場合、開放端部２２２を介して外気が出入りすることができ、好気性環境下を好むキチン分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。本実施の形態では、開放端部２２２に蓋体２２０を設けてもよいし、設けなくてもよい。
【００７８】
周壁２０５の一部である容器２２１の一側部には、この一側部を挿通して供給管路２０７が接続されている。供給管路２０７は、給水管路５２の養殖用水槽１側に接続され、容器２２１内において、第４細菌生息層２０４ｄおよび第５有機炭素源供給層２０３ｅで開口している。また、供給管路２０７が接続される一側部と反対側の他側部には、この他側部を挿通して排出管路２０８が接続されている。排出管路２０８は、給水管路５２の気−液熱交換器５側に接続され、容器２２１内において、第１細菌生息層２０４ａで開口している。
【００７９】
図８は、有機炭素源供給層２０３に設けられる有機炭素源供給体２２６を示す斜視図である。図８には、一部を切り欠いて内部構造を示す。有機炭素源供給体２２６は、袋体２２７に、混合粉粒体２２８が収納されて構成される。袋体２２７は、不織布によって形成されている。具体的には、袋体２２７は、１枚の不織布から成るシートが折畳まれて、周縁部がヒートシーラによって溶着されて形成されてもよいし、２枚の不織布から成るシートが積重されて、周縁部がヒートシーラによって溶着されて形成されてもよい。本実施の形態では、１枚のシートによって形成される袋体２２７が用いられている。
【００８０】
混合粉粒体２２８は、キチンの粉末、炭酸塩鉱物の粉末および細砂を混合した粉粒体である。キチンの粉末は、粒径が、たとえば２ｍｍ以下の粉末である。炭酸塩鉱物の粉末は、粒径が、たとえば２ｍｍ以下の粉末である。細砂は、粒径が、たとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度の砂である。混合粉粒体２２８における体積混合比は、たとえば、キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂＝２：４：４、またはキチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂＝１：４：５である。
【００８１】
有機炭素源供給体２２６は、袋体２２７に混合粉粒体２２８が収容された状態で、厚さが、たとえば２ｃｍ程度に成るように構成されている。このような有機炭素源供給体２２６を設けることによって、有機炭素源供給層２０３に、キチン、炭酸塩鉱物および細砂を設けることができる。
【００８２】
図９は、細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の一例を示す斜視図である。図９には、線状体２３０の厚みを省略して示す。この例では、担体２２５は、たとえば塩化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＣ）などの合成樹脂製の複数の線状体２３０が、湾曲されてスプリング状にカール加工された状態で、互いに近接配置される箇所において、接着または溶着によって結合されて構成される。このようにして担体２２５は、各線状体２３０間に、連続して連なる複数の空隙２３１を有する多孔質に形成される。このような担体２２５として、たとえばサランロック（登録商標）などを用いることができる。この線状体２３０を用いて構成される担体２２５は、厚さが、たとえば４ｃｍ程度となるように形成される。
【００８３】
図１０は、細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の他の例を示す断面図である。この例では、担体２２５は、連続空隙の発泡合成樹脂、たとえば発泡ウレタンから成る。この担体２２５もまた、図９に示す担体２２５と同様に、連続して連なる複数の空隙２３２を有する多孔質に形成される。この発泡合成樹脂を用いて構成される担体２２５は、厚さが、たとえば３ｃｍ程度となるように形成される。
【００８４】
各細菌生息層２０４には、このような多孔質の担体２２５が設けられる。すべての細菌生息層２０４に、図９に示す担体２２５が設けられてもよいし、すべての細菌生息層２０４に、図１０に示す担体２２５が設けられてもよいし、図９に示す担体２２５と図１０に示す担体２２５とを組合わせて用いてもよい。本実施の形態では、第１、第２および第４細菌生息層２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｄには、図９に示す担体２２５が設けられ、第３細菌生息層２０４ｃには、図１０に示す担体２２５が設けられる。
【００８５】
このような脱窒装置２０によれば、容器２２１内に生息させる脱窒細菌の働きによって、水２０２中の硝酸が窒素ガスに変化され、窒素ガスは、液体から放出される。このようにして脱窒装置２０では、水２０２中に硝酸として存在する窒素を、脱窒細菌の働きによって除去することができる。具体的には、脱窒装置２０では、水２０２は、供給管路２０７を介して供給され、容器２２１内に一時的に収容される状態で容器２２１内を流下し、排出管路２０８を介して排出される。脱窒装置２０は、容器２２１内に水２０２が一時的に収容されているときに、その水２０２中の硝酸を脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる。窒素ガスは、たとえば水２０２が大気に開放される状態となる場所で、水２０２から放出される。
【００８６】
脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、キチン、セルロースの多糖類から成る有機炭素源が用いられる。本実施の形態では、水２０２中にキチンが設けられる。キチンは、容器２２１内に生息させるキチン分解細菌の働きによって、脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてキチンを設けることによって、脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。さらにキチンは、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて、たとえば数年かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類およびブドウ糖を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。したがって脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００８７】
また容器２２１内に、複数の有機炭素源供給層２０３と、複数の細菌生息層２０４とが、交互に積層されている。各細菌生息層２０４に設けられる担体２２５は、連続空隙の多孔質材料から成り、内部まで液体が浸透可能であるとともに、大きな表面積を有している。これによって大きな表面積を有する担体２２５に、脱窒細菌が付着しやすくして、脱窒細菌を生息しやすくすることができる。また硝酸を含む水２０２と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができる。このような細菌生息層２０４と、有機炭素源供給層２０３とを、交互に積層することによって、細菌生息層２０４と有機炭素源供給層２０３との接触面積を大きくすることができるとともに、細菌生息層２０４内のすべての位置における有機炭素源供給層２０３からの距離を小さくすることができる。これによって有機炭素源供給層２０３のキチンによって、細菌生息層２０４の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。したがって脱窒細菌の繁殖を促進し、脱窒細菌を利用した窒素の除去効率を高くすることができる。
【００８８】
またキチンは、粉末の状態で設けられており、キチンと水２０２との接触面積を大きくすることができる。これによってキチンを、キチン分解細菌によって分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。
【００８９】
また有機炭素源供給層２０３には、キチンの粉末に加えて、炭酸塩鉱物の粉末が設けられる。炭酸塩鉱物は、たとえばカルシウムなどのミネラル成分を含んでおり、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができる。したがって液体から窒素を除去することに加えて、ミネラル成分を与えることができる。このように液体から窒素を除去しながら、ミネラル成分を与えて、水２０２を改質することに役立つ。
【００９０】
また有機炭素源供給層２０３には、キチンの粉末に加えて、細砂が設けられる。細砂には、キチンを分解するキチン分解細菌が付着しており、細砂に付着しているキチン分解細菌によってキチンを分解させることができる。このように細砂を一緒に設けるという簡単な構成で、容器２２１内にキチン分解細菌を生息させ、液体中でのキチンを分解して脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００９１】
混合粉粒体２２８は、不織布から成る袋体２２７に収容されて、有機炭素源供給層２０３に設けられる。これによって混合粉粒体２２８が、水２０２の流下に伴う流体力および重力などによって、有機炭素源供給層２０３から流出すること、さらには脱窒装置２０から流出することを防ぐことができる。また混合粉粒体２２８を有機炭素源供給層２０３に設ける場合、また逆に有機炭素源供給層２０３から除去する場合に、袋体２２７に収納されていない状態に比べて、搬送を容易にすることができる。また排水管路２０８が詰まる、排出管路２０８から排出された水２０２の供給先などにおいて、混合粉粒体２２８を除去しなければならないなどの問題が生じることがない。したがって混合粉粒体２２８の取扱いを容易にすることができるとともに、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００９２】
また脱窒装置２０では、第１、第２および第４細菌生息層２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｄには、図９に示す担体２２５が設けられ、第３細菌生息層２０４ｃには、図１０に示す担体２２５が設けられる。図９に示す担体２２５は、図１０に示す担体２２５に比べて、空隙率が高く、かつ空隙の寸法が大きいので、通水性に優れている。このような通水性に優れた担体２２５を、供給管路２０７および排水管路２０８が開口する第１細菌生息層２０４ａおよび第４細菌生息層２０４ｄに設けることによって、脱窒細菌の生息（繁殖）が可能な状態で、水２０２の流下を容易にし、容器２２１全体にわたって、水２０２の淀みを無くし、水２０２を流下させることができる。
【００９３】
図１０に示す担体２２５は、図９に示す担体２２５に比べて、表面積が大きいので、脱窒細菌を繁殖させやくすることができる。このような図１０に示す担体２２５を、供給管路２０７および排水管路２０８が開口する第１細菌生息層２０４ａおよび第４細菌生息層２０４ｅの間に配置される第３細菌生息層２０４ｃに設けることによって、水２０２の容器２２１内における流下経路の如何に拘わらず、脱窒細菌の繁殖度が高い第３細菌生息層２０４ｃを流体２０２が通過するので、水２０２中の硝酸を窒素ガスに確実に変化させることができる。
【００９４】
このように、水温制御システムＡが脱窒装置２０を備えることで、魚介類が養殖される養殖用水槽１の水２０２は、脱窒装置２０を経て気−液熱交換器５の供給され、温水となって養殖用水槽１に戻される。これによって水２０２中のアンモニアを除去することができる。養殖用水槽１で魚介類を養殖すると、魚介類の排泄物などによって、必然的に水２０２にアンモニアが発生し、水２０２が汚損されて養殖用水槽１における魚介類の養殖環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、養殖用水槽１に良好な養殖環境を確保し、維持することができる。
【００９５】
図１１は、脱窒装置２０の他の例を示す断面図である。図１１では、図６に示した脱窒装置２０と同様の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例の脱窒装置２０では、脱窒細菌に与える有機炭素源である多糖類としてセルロースを用いる。
【００９６】
本例の脱窒装置２０は、容器２２１内に、水２０２が収容されるとともに、有機炭素源としてセルロースが設けられる有機炭素源供給層２４１と、その有機炭素源供給層２４１の下流で、炭酸塩鉱物および細砂が含まれる複数のミネラル供給層２４０と、連続空隙の多孔質材料からなる担体２２５が設けられる複数の細菌生息層２０４とが設けられる。
【００９７】
ここで、１つの有機炭素源供給層２４１と、５つのミネラル供給層（以下、特定のミネラル供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を付した符号を用い、不特定のミネラル供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を付さない符号を用いる）２４０と、４つの細菌生息層（以下、特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付した符号を用い、不特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付さない符号を用いる）２０４とが設けられる。
【００９８】
各ミネラル供給層２４０と各細菌生息層２０４とは、容器２２１の底部２０６から開放端部２２２に向かう方向へ、したがって上下方向へ交互に積層されている。具体的には、各ミネラル供給層２４０と各細菌生息層４とは、上方へ向かって、第１ミネラル供給層２４０ａ、第１細菌生息層２０４ａ、第２ミネラル供給層２４０ｂ、第２細菌生息層２０４ｂ、第３ミネラル供給層２４０ｃ、第３細菌生息層２０４ｃ、第４ミネラル供給層２４０ｄ、第４細菌生息層２０４ｄの順に積層されている。また第４細菌生息層２０４ｄの上方に有機炭素源供給層２４１が積層され、さらに有機炭素源供給層２４１の上方に第５ミネラル供給層２４０ｅが積層されている。
【００９９】
各ミネラル供給層２４０には、炭酸塩鉱物と、細砂とが設けられる。細砂には、セルロースを分解するセルロース分解細菌が付着されている。セルロース分解細菌は、好気性セルロース分解細菌としてPseudomonas属、Cellvibrio属およびCytopghaga属など、ならび
に嫌気性セルロース分解細菌としてClostridium属などに属するセルラーゼ生産菌などを
含み、これらの細菌を用いることができる。このセルロース分解細菌は、セルラーゼを生成してセルロースを加水分解することができる。セルラーゼ生産菌としては、
Pseudomonas属、Cellvibrio属、Cytopghaga属およびClostridium属などに属し、セルロース資化能を有する微生物であれば、どのようなものでもよく、特に制限はない。また好気性セルロース分解細菌および嫌気性セルロース分解細菌のどちらの細菌が用いられてもよい。細砂としては、セルロース分解細菌が自然に付着している砂を用いてもよいし、セルロース分解細菌を人工的に付着させた砂を用いてもよい。本実施の形態では、細砂として、たとえば海底から採取した砂、いわゆる海砂が用いられる。海底から採取した砂には、セルロース分解細菌が自然に付着している。
【０１００】
有機炭素源供給層２４１のセルロースは、このように細砂に付着された状態でミネラル供給層２４０に生息させられるセルロース分解細菌を利用して、グルコースに分解される。このようにセルロースを分解してグルコースを生成することによって、このグルコースから、細菌生息層４に生息する脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【０１０１】
また容器２２１の開放端部２２２には、独立空隙の発泡スチロールから成る蓋体２２０を装着することができる。蓋体２２０を開放端部２２２に装着する場合、開放端部２２２を介して外気が出入することが防がれ、嫌気性である脱窒細菌および嫌気性セルロース分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。また蓋体２２０を開放端部２２２に装着しない場合、開放端部２２２を介して外気が出入りすることができ、好気性環境下を好むセルロース分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。したがって蓋体２２０を装着しない場合において、有機炭素源供給層２４１を外気が出入りしやすい場所、具体的には第４細菌生息層２０４ｄの上方に配置することによって、好気性セルロース分解細菌によって、セルロースを脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解することができる。また分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてセルロースを設けることによって、脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【０１０２】
周壁２０５の一部である容器２２１の一側部には、この一側部を挿通して供給管路２０７が接続されている。供給管路２０７は、容器２２１内において、第４細菌生息層２０４ｄ、有機炭素源供給層２４１および第５ミネラル供給層２４０ｅで開口している。また供給管路２０７が接続される一側部と反対側の他側部には、この他側部を挿通して排出管路２０８が接続されている。排出管路２０８は、容器２２１内において、第１細菌生息層２０４ａで開口している。
【０１０３】
このような脱窒装置２０によれば、容器２２１内に生息させる脱窒細菌の働きによって、水２０２中の硝酸が窒素ガスに変化され、窒素ガスは、液体から放出される。
【０１０４】
脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、水２０２中にセルロースが設けられる。セルロースは、容器２２１内に生息させるセルロース分解細菌の働きによって、脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてセルロースを設けることによって、脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。さらにセルロースは、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて、たとえば数年かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類およびブドウ糖を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。したがって脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【０１０５】
セルロースは、ろ紙および和紙などのセルロース繊維から成るシートを複数枚重ねて設けられる。またシートに代えて脱脂綿などのセルロース繊維塊として設けるようにしてもよい。したがってセルロース繊維から成るシートまたはセルロース繊維塊の状態で第４細菌生息層２０４ｄの上方に設けられるので、セルロースと水２０２との接触面積を大きくすることができる。これによってセルロースを、水２０２中のセルロース分解細菌によって分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。またセルロース繊維から成るシートおよび脱脂綿などのセルロース繊維塊で設けられたセルロースは、外観上、目で認識することができるので、セルロースが枯渇してしまう前に新たに供給することができ、効率的に脱窒細菌に有機炭素を与え続けることができる。
【０１０６】
またミネラル供給層２４１には、細砂が設けられる。細砂には、セルロースを分解するセルロース分解細菌が付着しており、細砂に付着しているセルロース分解細菌によってセルロースを分解させることができる。このように細砂を一緒に投入するという簡単な構成で、容器２２１内にセルロース分解細菌を生息させ、液体中でのセルロースを分解して脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【０１０７】
以上のように脱窒装置２０について説明したが、これは例示に過ぎず、構成を変更することができる。たとえば脱窒細菌の有機炭素源の材料である多糖類として、キチンとセルロースとの両方を一緒に用いてもよい。また多糖類としてセルロースを用いた場合、セルロースは、セルロース繊維から成るシートとして用けなくてもよく、粉末または脱脂綿のような繊維塊の状態で設けてもよい。この場合、袋体２２７に収納させて設けてもよい。さらに有機炭素源供給層２４１を、各細菌生息層２０４の上方に積層してもよい。
【０１０８】
以上のように、養殖用水槽１には、適正な温度とされ、かつ、浄化された熱交換温水が常時供給され、循環されるから、養殖用水槽１内の水は、常に適正な温度で、かつ、清浄に保たれ、しかも、マイクロバブルの作用によって溶存酸素量が多く、魚介類の生育に適した状態に維持される。そして、自動給餌装置１２から適宜餌が養殖用水槽１内に撒餌され、極めて省エネルギー的、かつ、効率的に魚介類の養殖を行うことができる。養殖用水槽１には、気−液熱交換器５から、給気管路４３を経て暖気が直接供給されるように成されており、給気管路４３から供給される暖気によっても、養殖用水槽１内の水の温度の低下が抑えられる。また、暖気の直接的供給によって、養殖用水槽１内の水の溶存酸素量を増やすことができる。養殖用水槽１内の水中には温度センサ１０が投入されており、前記コントローラ１０１は、この温度センサ１０の検出温度に基づき、前記補助加熱手段８，９を制御し、養殖用水槽１内の水温を、夏場あるいは冬場等の環境変化に応じて適正に維持させることができる。
【０１０９】
なお、補助加熱手段８，９や、自動給餌装置１２は、実施形態のものに限定されるものではない。また、養殖用水槽１内の水は、気−液熱交換器５内に設置されたマイクロバブル発生器６による暖気の噴出作用によって、給水管路５２および還流管５３を介して、気−液熱交換器５との間で循環するが、給水管路５２および還流管５３に循環を促進させるためのポンプを配置しても良い。さらに、養殖用水槽１には、図示を省略したが、水の補給手段が設けられるべきことは言うまでもない。
【０１１０】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、空気用熱交換器４だけでなく、養殖水用熱交換器４ａを設け、太陽熱温水装置２の集熱パイプ２１からの太陽熱によって昇温されたたとえば７０〜８０℃の高温の温水が、温水循環路３の管路３ａから管路３ｄを経て養殖水用熱交換器４ａの間接熱交換する蛇管４１ａに供給され、さらに管路３ｅを経て温水循環路３から貯温タンク３３に導かれ、循環ポンプ３１によって温水が循環される。管路３ａからの温水はまた、前述の実施の形態と同様に管路３ｂから空気用熱交換器４の蛇管４１に供給され、外気である空気が間接熱交換され、管路３ｃから温水が温水循環路３に合流して貯温タンク３３に導かれる。管路３ｄ，３ｂには、第１および第２の電磁開閉弁Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ介在される。
【０１１１】
マイクロバブル発生手段６ａは、気−液熱交換器５とマイクロバブル発生器６とを含む。マイクロバブル発生手段６ａの気−液熱交換器５であるハウジング容器５０からの養殖水は、管路５３ａからポンプ３１ａによって圧送され、養殖水用熱交換器４ａに供給され、蛇管４１ａ内を通る温水と向流間接熱交換される。この養殖水用熱交換器４ａで加熱された養殖水は、管路５３から養殖用水槽１に供給される。養殖水は、この水槽１から管路５２を経て脱窒装置２０、水浄化手段１１，１０をこの順序で経て、容器５０に戻って循環される。管路５２には、水槽１からの養殖水の温度を検出する温度検出手段４０１が設けられる。
【０１１２】
図１３は、図１２に示される実施の形態の電気的構成を示すブロック図である。温度検出手段４０１からの養殖水の検出温度Ｔを表わす信号は、マイクロコンピュータによって実現される処理回路４０２に与えられる。処理回路４０２には、メモリ４０３が接続される。処理回路４０２は、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２をオンして開き、オフして閉じる。
【０１１３】
図１４〜図１６は、処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。処理回路４０２は、電源投入によって、図１４のステップｓ１からステップｓ２に移り、温度検出手段４０１によって検出された養殖水の温度Ｔを表わす信号を受信する。
【０１１４】
図１７は、図１２〜図１６に示される実施の形態を説明するための動作を示す図である。図１７（１）は、温度検出手段４０１によって検出される養殖水の検出温度Ｔを示す。図１７（２）は、たとえば冬などの環境が低温であるときにおける第１開閉弁Ｖ１の開閉動作を示す図であり、図１７（３）はその図１７（２）の第１動作モードにおける第２開閉弁Ｖ２の動作を説明するための図である。図１７（４）は夏などの環境温度が高温であるときにおける第２動作モードにおける第１開閉弁Ｖ１の動作を説明するための図であり、図１７（５）は図１７（４）の第２動作モードにおける第２開閉弁Ｖ２の動作を説明するための図である。
【０１１５】
再び図１４を参照して、ステップｓ３では、処理回路４０２は検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２未満であるかどうかを判断し、そうであればステップｓ４に移り、処理回路４０２に備えられるタイマの限定時間Ｗ１を計時動作を図１７の時刻ｔ１から開始する。このタイマが計時動作を開始する時刻ｔ１における検出温度Ｔの値Ｔ（０）をステップｓ５で検出し、次のステップｓ６では、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開く。これによって熱交換器４，４ａでは空気と養殖水との加熱が行われる。限定時間Ｗ１は、たとえば３０分であってもよい。
【０１１６】
ステップｓ７でタイマの限定時間Ｗ１が経過したことが判断されると、ステップｓ８では、その時刻ｔ２の検出温度Ｔ（Ｗ１）が検出される。
【０１１７】
ステップｓ３で電源投入時の検出温度Ｔが設定温度Ｔ２以上であれば、ステップｓ９ではエラーと判断し、ステップｓ１０で一連の動作を終了する。予め定める温度Ｔ２は、たとえば２５℃であってもよく、それよりも低い温度Ｔ１は、たとえば２３℃であってもよい（Ｔ１＜Ｔ２）。電源投入時では、水槽１内の養殖水は、たとえば冬または夏の環境に依存し、温度Ｔｓを有する。この温度Ｔｓは、たとえば３℃〜８℃であってもよいが１８〜２０℃であってもよい。
【０１１８】
図１５を参照して、前述の図１４のステップｓ８からステップｓ１１に移り、検出温度Ｔの温度上昇の時間変化率αを演算する。
α ＝ ｛Ｔ（Ｗ１）−Ｔ（０）｝／Ｗ１ …（１）
【０１１９】
ステップｓ１２では、前述の式１で得られた時間変化率αが、予め定める値α１未満であるかどうかを判断し、そうであれば、冬などの図１７（１）の実線のとおりであり、ステップｓ１３において第１の場合の条件であるものと判断して、メモリ４０３にストアし、第１条件、すなわちα＜α１に対応する第１動作モードを、ステップｓ１４で実行する。第１動作モードは、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２がいずれもオン／オフして開閉する動作である。
【０１２０】
ステップｓ１２において、演算して求められた時間変化率αが、予め定める値α１以上であれば（α１≦α）、夏などの図１７（１）の仮想線のとおりであり、ステップｓ１５で第２の場合の条件であるものと判断して、メモリ４０３にストアする。この第２条件では、第２動作モードとして、第１開閉弁Ｖ１をオフして閉じ、第２開閉弁Ｖ２をオン／オフして開閉する。これらの図１４〜図１５におけるステップｓ２〜ｓ１５の動作は、図１７の時刻ｔ１〜ｔ２の直後で行われる。
【０１２１】
図１６を参照して、前述の図１５のステップｓ１４からステップｓ１７に移り、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２が開いていることによって、温度検出手段４０１によって検出される温度Ｔが、予め定める温度Ｔ２以上に上昇したかどうか（Ｔ２≦Ｔ）が判断され、そうであればステップｓ１８に移り、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２をいずれも閉じる。これによって水槽１の水の温度が、熱放散によって低下し始める。
【０１２２】
ステップｓ１９において、検出温度Ｔが下降して予め定める温度Ｔ１未満であるかどうかが判断され、そうであればステップｓ２０では、メモリ４０３に第１または第２条件が前述のステップｓ１３またはｓ１５でストアされているかどうかが判断される。第１条件が設定されていれば、ステップｓ２１において第１動作モードである第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２がいずれも開かれて、冬の環境温度が低い条件下で、養殖水の加熱昇温が行われる。このように第１動作モードにおいて養殖水の温度が予め定める温度Ｔ２に到達すると、図１７の時刻ｔ３ではステップｓ１８が実行され、その後、予め定める温度Ｔ１に低下すると、時刻ｔ４でステップｓ２１が実行されることになる。
【０１２３】
ステップｓ２０において、メモリ４０３に第１条件がストアされておらず、次のステップｓ２２では、第２条件がストアされているものと判断されれば、次のステップｓ２３において第２動作モードが実行されることになり、第１開閉弁Ｖ１が閉じられたままとなり、第２開閉弁Ｖ２が開かれ、こうして夏の環境温度が高い条件下でマイクロバブルによる温度の上昇が行われることになる。このように第２動作モードで養殖水の検出温度Ｔがステップｓ１７で予め定める温度Ｔ２に到達する時刻ｔ１１では、ステップｓ１８の動作が行われ、その後、温度が低下して予め定める温度Ｔ１に下降する時刻ｔ２では、ステップｓ２３の動作が行われることになる。
【０１２４】
ステップｓ２１，ｓ２３の実行の後、再びステップｓ１７に戻り、このような動作が繰返される。ステップｓ２２において、第１および第２条件下ではないとき、前述の図１４のステップｓ９に移り、エラー処理となる。
【０１２５】
図１２〜図１７の実施の形態では、２つの熱交換器４，４ａによって太陽熱温水装置２からの温水の熱が、マイクロバブルのための空気も用いて養殖水を昇温することになり、太陽熱を効率よく利用することができるとともに、冬などでは第１動作モードによってこれら２つの熱交換器４，４ａによって養殖水を短時間で加熱し、養殖水の温度を予め定める温度Ｔ１，Ｔ２でほぼ一定に安定に保つことが容易である。また夏の環境温度が高い条件下では第２動作モードとし、養殖水を熱交換器４ａを休止しておき、空気を熱交換器４のみを運転し、養殖水１の温度を、前述のように予め定める温度Ｔ１，Ｔ２でほぼ一定に安定に保つことができ、この場合、太陽熱温水装置２からの温水の熱は、他の用途にも利用することができる。
【０１２６】
第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２が閉じているとき、ポンプ３１は休止されていてもよいが、運転され続けて、温水を他の用途に利用することができるようにしてもよい。
【０１２７】
図１８は、本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。この実施の形態は前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、前述の図１２における空気用熱交換器４と第２開閉弁Ｖ２とが省略され、吸入ファン７１からの空気は、管路４２，４３に供給される。この実施の形態でもまた、養殖水用熱交換器４ａでは、温水と養殖水との水総合管で向流間接熱交換が行われ、熱効率が図１〜図１１の実施の形態に比べて向上される。
【０１２８】
図１８に示される実施の形態における電気的構成は、前述の図１３に示される実施の形態と同様であり、第２開閉弁Ｖ２は用いられない。図１２〜図１８では、空気は第３開閉弁Ｖ３によって選択的に管路４３に供給される。
【０１２９】
図１９は図１８の実施の形態における処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートであり、図２０は図１８および図１９に示される実施の形態における動作を説明するための図である。
【０１３０】
処理回路４０２の電源が投入され、ステップｒ１からステップｒ２に移ると、温度検出手段４０１は、養殖水の温度Ｔを検出し、その検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２未満であれば、次のステップｒ４に移り開閉弁Ｖ１を開く。これによって常時動作しているポンプ３１ａによる養殖水が養殖水用熱交換器４ａで昇温され、水槽１の養殖水の温度Ｔが上昇する。
【０１３１】
図２０（１）は温度検出手段４０１によって検出される養殖水の温度を示す図であり、図２０は開閉弁Ｖ１の動作を説明するための図である。時刻ｔ２１において前述のステップｒ４で開閉弁Ｖ１が開かれ、これによって養殖水の温度Ｔが上昇していく。
【０１３２】
ステップｒ５で検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２にまで上昇すると（Ｔ２≦Ｔ）、次のステップｒ６では、時刻ｔ２２において開閉弁Ｖ１を閉じる。これによって養殖水の温度Ｔが、熱放散によって下降していく。ステップｒ７において、予め定める温度Ｔ１にまで下降すると（Ｔ＜Ｔ１）、時刻ｔ２３においてステップｒ８では開閉弁Ｖ１をオンにし、養殖水の温度が再び上昇し、ステップｒ５に戻り、時刻ｔ２４でＴ２に達する。こうしてステップｒ５〜ステップｒ８の動作が繰返される。
【０１３３】
ステップｒ３で、検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２以上であれば、ステップｒ１０でエラー処理とし、ステップｒ１０で一連の動作を終了する。
【０１３４】
図２１は、本発明の実施のさらに他の形態の一部の系統図である。この実施の形態は、図１〜図２０に示される前述のマイクロバブル発生手段６ａに代えて、本発明の他の考え方によるマイクロバブル発生手段６ｂ付近の構成を示す。水槽１の養殖水には、養殖水を吸引して上昇するサクションポンプ４１１が設けられる。このポンプ４１１からの養殖水は、管路４１２から空気混入部４１３に圧送される。空気混入部４１３には、空気用熱交換器４で昇温された空気が管路４２から圧送される。空気混入部４１３は、養殖水に空気が混入された状態で、気液混合流体となって管路４１４からマイクロバブル発生手段６ｂのマイクロバブル発生器６ｃに圧送される。マイクロバブル発生器６ｃは、養殖水が貯留されている容器５０内に浸漬される。空気混入部４１３は、たとえばケーシング内に管路４２のノズルから噴射される空気によって、ポンプ４１１からの養殖水が負圧吸引されるエジェクタまたはインジェクタなどの構成によって実現されてもよい。
【０１３５】
図２２は、マイクロバブル発生器６ｃの構造を示す断面図である。このマイクロバブル発生器６ｃは、回転対称に形成された回転対称軸４１６の図２２における左右双方に向かって縮径した左右対称な形状を有する中空部４１７を有するケーシング４１８を有する。このケーシング４１８の周壁部に接線方向に開口された気液混合流体の導入孔４１９が、回転対称軸４１６の図２２における左右中央に設けられ、中空部４１７の回転対称軸４１６の方向にはマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が開口し、中空部４１７の縮径部分に形成されている。導入孔４１９からケーシング４１８内に流入した気液混合流体の旋回流４２３，４２４による負圧軸４１６の位置に合わせて一致してマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が形成される。導入孔４１９からの気液混合流体の液体には遠心力が働き、気体には向心力が働き、中心軸４１６に負圧軸が形成され、マイクロバブル噴出孔４２１，４２２付近の液体には、外部の液体がこれらのマイクロバブル噴出孔４２１，４２２内に進入しようとする力が働き、負圧軸４１６に集まった気体は、旋回している気液混合流体と負圧液とによって形成された圧縮気体となって通過し、多量のマイクロバブルを含む液体となってマイクロバブル噴出孔４２１，４２２から容器５０内の液体内に噴出され、マイクロバブルが多量に発生された液体となる。
【０１３６】
図２３は、図２１および図２２に示される前述の実施の形態の全体の構成を示す系統図である。この図２１〜図２３の実施の形態は、前述の図１２〜図１７の実施の形態に類似し、空気用熱交換器４と養殖水用熱交換器４ａとが設けられ、マイクロバブル発生手段６ｄのマイクロバブル発生器６ｃのために、前述の空気混入部４１３とそれに関連するサクションポンプ４１１などが設けられる。その他の構成と動作は、前述の図１２〜図１７の実施の形態と同様である。
【０１３７】
本発明においてマイクロバブルは、直径が５０μｍ以下の微細気泡であってもよいが、さらに小さいナノバブルであってもよく、このナノバブルは、直径１００〜２００ｎｍである。本発明の実施の他の形態では、マイクロバブルよりも径が大きい気泡を含む流体がマイクロバブル発生手段６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄから発生されるように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の一形態の養殖用水槽１の水温制御システムＡを示す概念的構成図である。
【図２】外気の導入管７２における外気取入口７３付近を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。
【図３】給水管路５２における第２の水浄化手段１１が設置された部分を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。
【図４】図３における切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】自動給餌装置１２を拡大して概念的に示す縦断正面図である。
【図６】水温制御システムＡの備えられる脱窒装置２０を示す断面図である。
【図７】脱窒装置２０を示す斜視図である。
【図８】有機炭素源供給層２０３に設けられる有機炭素源供給体２２６を示す斜視図である。
【図９】細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の一例を示す斜視図である。
【図１０】細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の他の例を示す断面図である。
【図１１】脱窒装置２０の他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。
【図１３】図１２に示される実施の形態の電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１２〜図１６に示される実施の形態を説明するための動作を示す図である。
【図１８】本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。
【図１９】図１８の実施の形態における処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２０】図１８および図１９に示される実施の形態における動作を説明するための図である。
【０１３９】
【図２１】本発明の実施のさらに他の形態の一部の系統図である。
【図２２】マイクロバブル発生器６ｃの構造を示す断面図である。
【図２３】図２１および図２２に示される実施の形態の全体の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 養殖用水槽
２ 太陽熱温水装置
３ 温水循環路
４ 液−気熱交換器
４ａ 養殖水用熱交換器
５ 気−液熱交換器
６ マイクロバブル発生器
６ａ，６ｂ マイクロバブル発生手段
７ 外気の導入部
８ 補助加熱手段
９ 補助加熱手段
１０ 水浄化手段
１１ 水浄化手段
１２ 自動給餌装置
１３ 風力発電手段
１４ 太陽光発電手段
２０ 脱窒装置
４３ 給気管路
５１ オーバーフロー排出口
５２ 給水管路
７３ 外気の取入口
Ａ 養殖用水槽の水温制御システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚介類の養殖用大型水槽内の水温を制御するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たい、まぐろ、はまち、さば、いか、貝およびかになどの魚介類を水槽内で養殖する場合、水槽内の水温の調整が、良質の魚介類を得る上で重要となる。また、水槽内では多くの魚介類が養殖されるため、その糞や残った餌が溜り、これによって様々な細菌も繁殖して水質が悪化する。そのため、水質の維持も良質の魚介類を得る上で重要となる。このような水温の調整や水質の維持のための装置は大変大掛かりであり、養殖業者にとっては、その設置のために大きなコスト的負担を強いられていた。
【０００３】
ところで、太陽熱を熱源とする太陽熱温水装置が、省エネルギーの観点から注目され、一般家屋でも使用されていたが、最近では太陽光発電装置にとって代わられ、有効利用されていない場合がある。また、近年特許文献１に示されるように、直径３μｍ程度の微細気泡（マイクロバブル）を発生させる装置が開発され、養殖池や養殖場に応用して溶存酸素量を増加させる試みもなされるようになった。さらに、特許文献２に示されるように、風力発電装置や、太陽光発電装置で得た電力を駆動源として作動する給餌装置を魚介類の養殖場に設置し、自然エネルギーによって自動的に給餌し、省資源的に魚介類の養殖を行うことも提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６８２２８６号公報
【特許文献２】特許第３７６６４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給湯システムとして考えた場合に、太陽熱温水装置は、十分な性能を有しており、有効利用することが好ましい。設備としてこのまま放置することは極めて無駄である。また、養殖用水槽で魚介類の養殖をする場合には、水槽内の水温調整や水質維持が重要で、その為に大掛かりな設備を設置する必要がある。特許文献１及び特許文献２では、海や湖沼等を魚網で区画した養殖場での適用例が示されているが、このような養殖場の場合、自然状態の海や湖沼の一部に存在することになるため、水温や水質を制御する必要がない。仮に、この自然環境が魚介類にとって適切でなくなったとしても、これを制御することは極めて困難である。特に、細菌による汚染は、防ぐことが難しく、細菌で汚染された魚介類が市場に出回ると、消費者は多大な不利益を被ることになる。特許文献１や特許文献２が対象とする養殖場においては、養殖用水槽における水温や水質を制御する技術思想は導出されるものではない。
【０００６】
本発明の目的は、太陽熱温水装置の有効利用を図ると共に、マイクロバブルの特筆される特性を利用して、養殖用水槽の水温調整を極めて効率的に行い、同時に水質維持も的確に成し得る養殖用水槽の水温制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る養殖用水槽の水温制御システムは、
魚介類等の養殖用水槽における水温の制御システムであって、
太陽熱温水装置と、
前記太陽熱温水装置で生成される温水を循環させる温水循環路と、
前記温水循環路の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器と、
前記液−気熱交換器により生成された暖気を導入して前記養殖用水槽から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を前記養殖用水槽へ還流する気−液熱交換器とを含み、
前記気−液熱交換器内には、マイクロバブル発生器が設置され、前記暖気は、前記マイクロバブル発生器によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽から供給される水と接触するよう構成されていることを特徴とする養殖用水槽の水温制御システムである。
【０００８】
本発明に従えば、太陽熱温水装置によって省エネルギー的に温水が生成される。生成された温水の熱は、液−気熱交換器において、導入される外気に伝熱されて熱交換される。液−気熱交換器において生成された暖気は、気−液熱交換器に導入され、前記養殖用水槽から供給される水と接触し、養殖用水槽からの水は暖気から伝熱され温水として養殖用水槽に循環される。このとき、前記暖気は、前記気−液熱交換器内に設置されたマイクロバブル発生器によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽から供給される水と接触するように成されているから、水への熱交換が効率的に成される。すなわち、マイクロバブルの表面積は極めて大であり、かつ、水中での浮上速度が遅いから、水との接触面積が大きく、かつ、接触時間が長くなり、これによって暖気から水への熱交換が極めて効率的になされる。熱交換温水は、養殖用水槽に還流されるから、水槽内の水温がこれによって調整される。また、マイクロバブルの発生によって、水中への酸素の溶解が促進され、溶存酸素量が多くなる。さらに、マイクロバブルは、表面積が大であることにより付着力が強く、水中に浮遊する魚介類の糞、餌の残り等のゴミや雑菌を付着してそのまま浮上し、熱交換温水は、溶存酸素量が多く浄化もされた状態で養殖用水槽に還流されることになる。したがって、養殖用水槽には浄化水が逐次還流されて養殖用水槽内の水が浄化される。また、溶存酸素量が多い水が還流されることにより、魚介類の成育性も向上する。
【０００９】
なお、ここに用いられるマイクロバブル発生器としては、たとえば、特許文献１に示されたマイクロバブル発生器が好ましく採用される。
【００１０】
また本発明は、前記気−液熱交換器の上部に、オーバーフロー排出口が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、ゴミや雑菌を付着して浮上したマイクロバブルは、オーバーフロー排出口からオーバーフロー水と共に排出されるから、浮上したゴミや雑菌等が再び水中に沈降することがなく、養殖用水槽へはゴミや雑菌等を含まない浄化された熱交換温水が的確に還流される。
【００１２】
また本発明は、前記液−気熱交換器から、前記養殖用水槽に直接暖気を供給する給気管路を備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、液−気熱交換器から暖気が直接養殖用水槽に供給されるから、これによって養殖用水槽の温度調整機能が補完される。また、養殖用水槽に供給された暖気は気泡となって浮上するから、これによって気液攪拌作用も得られ、養殖用水槽内の水の溶存酸素量が増加する。
【００１４】
また本発明は、前記養殖用水槽から前記気−液熱交換器への給水管路に、水浄化手段が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、養殖用水槽からの水が水浄化手段を経て気−液熱交換器に供給されるから、気−液熱交換器での浄化作用がより効果的に成される。
【００１６】
この場合、前記水浄化手段が、フィルターからなるものであっても良い。フィルターを通過させることによって、ゴミ等が除去される。
【００１７】
また、前記水浄化手段が、紫外線殺菌灯からなるものであっても良い。このような紫外線殺菌灯を採用することによって、フィルターを通過するような雑菌であっても、これによって死滅させることができる。雑菌の死骸は気−液熱交換器でマイクロバブルに付着して浮上するので、これが、養殖用水槽に還流することがない。
【００１８】
さらに、前記水浄化手段が、光触媒を担持させた担持体と、前記担持体に向け紫外線を照射するよう設置された紫外線灯とからなるものであっても良い。このような光触媒と紫外線灯との組合せによって構成した場合、殺菌作用がより顕著となり、雑菌の死骸は同様に液−気熱交換器でマイクロバブルに付着して浮上するので、養殖用水槽内の水の浄化度は一層高くなる。
【００１９】
また本発明は、前記液−気熱交換器への外気の導入部に、補助加熱手段により加熱された外気を導入するための導入管が接続されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、前記液−気熱交換器への外気の導入部から、補助加熱手段により加熱された外気が導入されるから、太陽熱温水装置による温水が充分な熱を保有しない場合でも、補助加熱手段により加熱された暖気によって温水の保有する不足熱が補完される。特に、太陽熱温水装置は夜間や、天候が悪いときには、その機能が低下するが、このような場合でもその機能が補完され、養殖用水槽内の水温調整機能が維持される。
【００２１】
前記補助加熱手段が、前記導入管の外気取入口に設置される太陽熱の集熱および放熱手段からなるものとしても良い。
【００２２】
このように、太陽熱の集熱および放熱手段を補助加熱手段とすれば、省エネルギー的に前記補完機能が得られる。また、導入管の外気取入口に補助加熱手段が設置されていることにより、外気取入口付近で暖められた外気は気流によって液−気熱交換器に効率よく導入される。
【００２３】
また、前記補助加熱手段が、前記導入管内に設置され、少なくとも前記導入管の外気取入口に設置される風力発電手段または太陽光発電手段によって得た電力を電源として発光する赤外線灯からなるものとしても良い。
【００２４】
この場合、導入管内を通過する外気は、赤外線灯によって暖められて液−気熱交換器に導入される。前記太陽熱の集熱および放熱手段と併用すれば、この暖気化がより効果的に成される。しかも、この赤外線灯は、少なくとも前記導入管の外気取入口に設置される風力発電手段または太陽光発電手段によって得た電力を電源とするものであるから、省エネルギー的である。そして、このような発電手段によって得た電力を蓄電池に蓄電するようにすれば、前記太陽熱温水装置が夜間等において機能が低下しても、前記水温調整機能が維持される。
【００２５】
また本発明は、前記養殖用水槽の上に、風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を駆動源として作動する自動給餌装置が設置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、養殖用水槽の上に自動給餌装置が設置されているので、魚介類の養殖に係る労力が大幅に軽減される。しかも、この自動給餌装置は、風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を駆動源として作動するから、省エネルギー的で、ランニングコストも抑えることができる。
【００２７】
また本発明は、前記脱窒装置は、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれる複数の有機炭素源供給層と、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する複数の細菌生息層とが、交互に積層され、
各有機炭素源供給層は、
多糖類が、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記脱窒装置は、
（ａ）上方に開放した直方体形状の容器２２１と、
（ｂ）積層体であって、
容器２２１の底部２０６から上方に向かって、交互に積層される複数の有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと、複数の細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとを有し、
これらの積層された有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとのうち、最下層と最上層とは、有機炭素源供給層２０３ａ，２０３ｅであり、
各有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅは、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれ、この多糖類は、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させる炭素塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられ、
各細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄは、
連続空隙の多孔質材料から成る担体２２５の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有し、
前記最下層である有機炭素源供給層２０３ａの上に設けられた最下の細菌生息層２０４ａと、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅの下に設けられた最上の細菌生息層２０４ｄとの第１の前記担体（２２５、図９）の空隙率は、残余の細菌生息層２０４ｃの第２の前記担体（２２５、図１０）の空隙率よりも高く、かつ、
第１の前記担体（２２５、図９）に比べて、第２の前記担体（２２５、図１０）のほうが表面積が大きい積層体と、
（ｃ）容器２２１の一側部に設けられ、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅと、前記最上の細菌生息層２０４ｄとに開口し、脱窒されるべき硝酸を含む液体を供給する供給管路２０７と、
（ｄ）容器２２１の前記一側部と反対側の他側部に設けられ、前記最下の細菌生息層２０４ａに開口し、積層体を収容した容器２２１内を流下した液体を排出する排出管路２０８とを含むことを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、有機炭素源供給層における体積混合比は、
キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂
＝１〜２：４：４〜５
であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記脱窒装置は、
硝酸を含む液体中の前記硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置において、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源であるセルロースが含まれる有機炭素源供給層を備え、
有機炭素源供給層の下流に、複数のミネラル供給層と複数の細菌生息層とが、交互に積層されて配置され、
各ミネラル供給層は、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、セルロースをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とを有し、
各細菌生息層は、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有することを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、魚介類等の養殖用水槽１における水温の制御システムであって、
太陽熱によって水を加熱する太陽熱温水装置２と、
太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅと、
温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅの途中に配設され、前記温水と養殖用水槽１のための水とを間接熱交換する養殖水用熱交換器４ａと、
空気と養殖用水槽１からの水とによってマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生手段６ａと、
マイクロバブル発生手段６ａからのマイクロバブルが発生された水を養殖水用熱交換器４ａに導き、この養殖水用熱交換器４ａからの前記温水によって加熱された水を養殖用水槽１に供給し、養殖用水槽１からの水をマイクロバブル発生手段６ａに導いて、養殖用水槽１の水を循環する給水管路５２，５３ａ，５３とを含むことを特徴とする養殖用水槽の水温制御システムである。
【００３２】
また本発明は、温水循環路３，３ａ〜３ｅの途中に配設され、前記温水によって外気である空気を加熱して熱交換する空気用熱交換器４をさらに含み、
マイクロバブル発生手段６ａは、空気用熱交換器４から供給される加熱された空気によってマイクロバブルを発生することを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、養殖用水槽１の水の温度を検出する手段４０１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から養殖水用熱交換器４ａに流れる温水の流路を開閉する第１開閉弁Ｖ１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から空気用熱交換器４に流れる温水の流路を開閉する第２開閉弁Ｖ２と、
制御手段４０２であって、
水温検出手段４０１からの出力に応答し、
第１および第２温度Ｔ１，Ｔ２が予め設定され（ただしＴ１＜Ｔ２）、
検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２未満であるとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開き、
こうして第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開くことによって、検出された温度Ｔの温度上昇の時間変化率αを演算し、
その演算された温度上昇の時間変化率αが、予め定める値α１未満（α＜α１）である第１の場合、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開く第１動作モードとし、
前記演算された温度上昇の時間変化率αが予め定める値α１以上（α１≦α）である第２の場合、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、第２開閉弁Ｖ２を開く第２動作モードとし、
その後、検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２以上に上昇したとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じ、
検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１未満にまで下降したとき、前記第１の場合には第１動作モードとし、第２の場合には第２動作モードとする制御手段４０２とを含むことを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、養殖用水槽１からの水を供給するサクションポンプ４１１と、
サクションポンプ４１１からの水と、空気用熱交換器４からの加熱された空気とを混合して気液混合流体を導出する空気混入部４１３とをさらに含み、
空気混入部４１３からの気液混合流体を、マイクロバブル発生手段６ｂへ導いてマイクロバブルを発生させることを特徴とする。
【００３５】
また本発明は、マイクロバブル発生手段６ｂは、ハウジング４１８を有し、
このハウジング４１８は、
回転対称に形成され、回転対称軸４１６の軸線方向の双方に向かって縮径した中空部４１７を有し、
このハウジング４１８の周壁部に、気液導入孔４１９が接線方向に開口され、
ハウジング４１８の中空部の縮径部分に回転対称軸４１６の双方向にマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が開口し、
マイクロバブル噴出孔４２１，４２２が、ハウジング４１８内に流入した気液混合流体の旋回流によって形成される負圧軸の位置に一致して形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、太陽熱温水装置をその特性を活かして有効活用することができる。また、液−気熱交換器において太陽熱温水装置からの温水によって熱交換されて生成された暖気は、気−液熱交換器においてマイクロバブル化されて養殖用水槽から供給される水に接するから、マイクロバブルの特性によって水への熱交換が極めて効率的に成される。この熱交換温水は養殖用水槽に還流されるから、養殖用水槽内の水温を魚介類の成育に適するよう簡易に制御することができる。そして、気−液熱交換器での熱交換の際には、水中に含まれるゴミや雑菌がマイクロバブルに付着して浮上するから、気−液熱交換器からはこれらゴミや雑菌が除去され、かつ溶存酸素量の多い水が養殖用水槽に還流され、養殖用水槽内の水を清潔で魚介類の成育に適した性状に維持することができる。このように、本発明の優れた効果は、廃棄物としてその処置が憂慮されていた太陽熱温水装置を有効活用し、これにマイクロバブルの特筆される特性を応用することによって成し得たものであり、その実益は極めて大である。
【００３７】
本発明によれば、液体中に多糖類を設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、アルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための脱窒細菌に与える有機炭素源の供給作業の効率を向上することができる。
【００３８】
本発明によれば、液体中に容易に入手可能なキチンを設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、前述したアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００３９】
また本発明によれば、液体と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができるとともに、有機炭素源供給層の多糖類によって、細菌生息層の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。したがって脱窒細菌の繁殖を促進し、脱窒細菌を利用した窒素の除去効率を高くすることができる。
【００４０】
また本発明によれば、粉末の状態のキチンと液体との接触面積を大きくすることによって、キチンが分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。しかも粉末のキチンを用いても、キチンの粉末は、袋体に収納されて取扱いが容易であり、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００４１】
また本発明によれば、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができるので、液体から窒素を除去しながら、ミネラル成分を与えて、液体を改質することに役立つ。
【００４２】
また本発明によれば、液体中に細砂を設けるという簡単な構成で、多糖類を分解して脱窒細菌に有機炭素を与える構成を実現することができる。
【００４３】
また本発明によれば、液体中に容易に入手可能なセルロースを設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、前述したアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００４４】
また本発明によれば、養殖用水が汚損されて養殖槽における魚介類の養殖環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、養殖槽に良好な養殖環境を確保し、維持することができる。したがって優れた養殖環境の養殖設備を実現することができる。
【００４５】
本発明によれば、図１２〜図２３に示されるように、マイクロバブル発生手段６ａ，６ｄによって得られた空気と養殖用水槽からの水とによって発生されたマイクロバブルを含む水を、太陽熱温水装置２からの温水を用いて養殖水用熱交換器４ａで間接熱交換するので、熱交換効率が向上され、さらにこのマイクロバブル発生手段６ａ，６ｄに供給される外気である空気を、太陽熱温水装置２からの温水で空気用熱交換器４を用いて予め加熱しておくことによって、養殖水の温度を効率良く加熱することもできる。
【００４６】
さらに本発明によれば、冬などには、養殖水用熱交換器４ａと空気用熱交換器４とを第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉動作によって効率良く養殖水の加熱を行ない、夏などでは、養殖水用熱交換器４ａを、第１開閉弁Ｖ１を閉じておくことによって、休止し、空気用熱交換器４を、第２開閉弁Ｖ２の開閉動作によって動作させてマイクロバブルによって養殖水の加熱を行うようにしてもよく、これによって太陽熱温水器に精製される温水を他の用途、たとえば工場内の養殖以外の目的などに使用することが容易に可能になる。
【００４７】
さらに本発明によれば、養殖水の温度上昇の時間変化率αが予め定められたα１未満であれば、冬などの第１の場合であると判断して、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開閉動作する第１動作モードを行ない、前記時間変化率αが予め定められたα１以上であれば、夏などの第２の場合であるものと判断し、第１開閉弁Ｖ１を閉じたままで、第２開閉弁Ｖ２を開閉動作する第２動作モードを行う。このような時間変化率αは冬または夏などの運転開始時にそれぞれ演算して求めるようにし、第１および第２の場合の判断を行うことができる。
【００４８】
さらに本発明によれば、マイクロバブル発生手段６ｄは、空気混入部４１３からの気液混合流体を用いてマイクロバブルを発生し、微細な気泡を発生させることができる。このようなマイクロバブル発生手段６ｄは、後述の図２１〜図２３に示されるように、養殖水が貯留された容器５０内に浸漬されたマイクロバブル発生器６ｃを用いて実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１は、本発明の一形態の養殖用水槽１の水温制御システムＡを示す概念的構成図である。本実施の形態の養殖用水槽１の水温制御システムＡは、太陽熱温水装置２と、前記太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３と、前記温水循環路３の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器４と、前記液−気熱交換器４により生成された暖気を導入して前記養殖用水槽１から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を前記養殖用水槽１へ還流する気−液熱交換器５とを含む。前記気−液熱交換器５内には、マイクロバブル発生器６が設置され、前記暖気は、前記マイクロバブル発生器６によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽１から供給される水と接触するよう構成されている。
【００５０】
前記太陽熱温水装置２は、多数の集熱パイプ２１…を太陽光に向くよう並べて配置し、各集熱パイプ２１には温水循環路３に配された循環ポンプ３１によって水を循環供給し、集熱パイプ２１内を流通中に太陽熱を吸収して温水を生成するものである。温水循環路３の途中には補水タンク３２が設置され、図示しない検出手段によって、温水循環路３を循環する温水量が所定量より少なくなったことを検出すると、適宜補水がされるよう構成されている。また、この温水循環路３における液−気熱交換器４からの復路には貯温タンク３３が配設され、循環する温水の保有熱を貯留させ、太陽熱温水装置２での太陽熱の熱吸収効率を高めるように成されている。
【００５１】
液−気熱交換器４は、交換器ハウジング４０と、該交換器ハウジング４０の中に設置された銅パイプ製の蛇管４１とからなる。該蛇管４１には前記温水循環路３からの温水が流通循環し、交換器ハウジング４０に設けられた外気の導入部７より導入される外気と接触して、温水から外気への液−気熱交換が成される。前記導入部７には、吸引ファン７１を介して外気の導入管７２が接続され、該導入管７２の外気取入口７３および導入管７２内に設置された補助加熱手段８，９によって加熱された外気を、交換器ハウジング４０内に導入し得るよう構成されている。補助加熱手段８は、太陽熱の集熱および放熱手段からなる。また、補助加熱手段９は、前記外気取入口７３に設置される風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を電源として発光する赤外線灯からなる。補助加熱手段８，９の詳細については後述する。
【００５２】
前記液−気熱交換器４によって生成された暖気は、暖気導入管４２を経て前記気−液熱交換器５に導入され、該暖気導入管４２の先端に接続されたマイクロバブル発生器６から、前記気−液熱交換器５内に養殖用水槽１から供給貯留されている水中に噴出される。また、前記液−気熱交換器４から給気管路４３を経て、暖気が直接養殖用水槽１内に供給されるようにも成されている。気−液熱交換器５は、養殖用水槽１から供給される養殖水を貯留し得るハウジング容器５０を備え、該ハウジング容器５０の上部にはオーバーフロー排出口５１が設けられている。また、該ハウジング容器５０には、養殖用水槽１から養殖水を供給する養殖水の給水管路５２と、該気−液熱交換器５による熱交換温水を養殖用水槽１に還流する還流管５３とが接続されている。給水管路５２には、第１および第２の水浄化手段１０，１１が設けられており、第１の水浄化手段１０はフィルターからなり、第２の水浄化手段１１は光触媒を担持させた担持体と、この担持体に向け紫外線を照射し得るよう設置された紫外線灯からなる。第１および第２の水浄化手段１０，１１は、いずれか単独でもよく、また、第２の水浄化手段１１に代えて、これに用いられる紫外線灯のみを給水管路５２内に設置しても良い。第２の水浄化手段１１の詳細については後述する。
【００５３】
養殖用水槽１は、たい、まぐろ、はまち等を遊泳させて養殖する大型水槽であるが、魚種に応じ、魚網等により適宜区画し、あるいは底部を魚網等で仕切って、貝やかに、えび等の養殖域としても良い。また、養殖用水槽１内には温度センサ１０が投入されており、この温度センサ１０はコントローラ１０１に接続されている。さらに、養殖用水槽１の上には、前記特許文献２に示されるような自動給餌装置１２が設置されている。この自動給餌装置１２は、本装置１２自体が備える風力発電手段１３および太陽光発電手段１４によって得た電力を駆動源として作動する回転弁体駆動手段と、養殖用水槽１の上を走行させる走行駆動手段とを備える。自動給餌装置１２の詳細については後述する。
【００５４】
ここで、前記補助加熱手段８，９について、図２を参照してさらに詳細に説明する。図２は、前記外気の導入管７２における外気取入口７３付近を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。前記外気の導入管７２は、吸引ファン７１の設置部分から上流側部分が垂直に立ち上がる径大円筒部７２０とされ、その上端に内向鍔状の支持板７３０が設置され、該支持板７３０の開口部が外気の取入口７３とされている。この支持板７３０の上には、風力発電手段９１を構成する複数の羽根車９１０が回転自在に設置されている。各羽根車９１０の回転軸９１１は、支持板７３０の下方に突出して、支持板７３０の下面に設置された発電機９１２に連結されている。風力発電手段９１の基本構成は特許文献２にしめされたものと同じであり、したがって、ここではこれ以上の説明を省略する。風力発電手段９１の上端部には支持板８０が設置され、その中央部にはアルミニウム等の比熱の小さな金属板８が組込まれ、該金属板８が集熱および放熱手段を構成する。さらに、支持板８０の上には、ドーム形のレンズ支持板８１が設置され、該レンズ支持板８１には複数の凸レンズ８２が組付けられている。これら凸レンズ８２は、いずれも、その光軸が前記金属板８の表面に指向され、かつ、該金属板８の表面に焦点が位置するよう設定されている。従って、これら凸レンズ８２に入射する太陽光線は、金属板８の表面に集光し、金属板８は太陽光エネルギーを吸収して集熱し、蓄熱する。
【００５５】
前記円筒部７２０内の外気取入口７３付近には、補助加熱手段９としての赤外線灯が設置されている。赤外線灯９は、円筒部７２０の外に設置される蓄電池９２に電気的に接続されている。この蓄電池９２は、前記発電機９１２および円筒部７２０の外に設置される太陽光発電手段９３としてのソーラパネルと電気的に接続されている。したがって、この蓄電池９２には、風力発電手段９１および太陽光発電手段９３により得た電力が蓄電され、蓄電池９２に蓄電された電力は、赤外線灯９の電源として供される。筒部７２０の筒壁には、点検用開閉扉７２１が設けられ、赤外線灯９や前記発電機９１２の点検、あるいは交換等のメンテナンスが可能とされている。図２では、２つの補助加熱手段８，９を併用した例を示しているが、どちらか一方でも良い。また、風力発電手段９１の電源として、風力発電手段９１および太陽光発電手段９３を用いているが、この場合も、どちらか一方でも良い。
【００５６】
次に、前記第２の水浄化手段１１について、図３および図４を参照してさらに詳細に説明する。図３は前記給水管路５２における第２の水浄化手段１１が設置された部分を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。図４は図３における切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。給水管路５２の中には、その中心に軸線方向に沿った状態で紫外線灯１１１が設置され、その周りに４本のアルミニウム棒（担持体）１１２が軸線方向に沿った状態で、かつ周方向に等間隔で配設されている。アルミニウム棒１１２の周面には、光触媒としての酸化チタンを溶解した溶液をコーティングすることによって、酸化チタンが担持されている。酸化チタンは、紫外線光を照射すると、強い酸化作用を発揮する特性を備えている。したがって、給水管路５２を流通する養殖水の中に含まれる魚介類の糞や餌の残り、あるいは雑菌等はこの酸化作用を受けて分解および死滅する。これによって、紫外線灯１１１とアルミニウム棒１１２とによって第２の水浄化手段１１が構成される。また、紫外線光自体も雑菌のＤＮＡを破壊する特性を有しているので、紫外線灯１１１のみで第２の水浄化手段１１を構成することもできる。この場合、紫外線灯１１１の電力を、専用の電源から供給するようにしてもよいが、前記蓄電池９２から供給することも可能であり、これによって省エネルギー化が図られる。
【００５７】
次いで、前記自動給餌装置１２について、図５を参照してさらに詳細に説明する。図５は、自動給餌装置１２を拡大して概念的に示す縦断正面図である。この自動給餌装置１２は前記特許文献２に示されるものと基本的な構成は同じである。すなわち、ハウジングである餌収容筒１２０の下部に、餌収容筒１２０の軸心周りに回転可能に回転弁体１２１が設けられ、該回転弁体１２１の周囲にはギヤ１２１ａが形成されている。餌収容筒１２０の壁部には、回転弁体１２１の回転駆動用のモータ１５が設置され、該モータ１５の出力軸に固着された出力ギヤ１５１と、回転弁体１２１のギヤ１２１ａとが噛合し、モータ１５の回転によって、回転弁体１２１が餌収容筒１２０の軸心周りに回転する。また、餌収容筒１２０の内部は、複数の仕切壁１２２によって複数の区画室１２３に区画され、各区画室１２３内には魚介類用の餌が投入充填されている。前記回転弁体１２１は扇形の開口部１２１ｂを備え、回転弁体１２１の回転に伴う開口部１２１ｂの移動によって、区画室１２３内の餌が開口部１２１ｂより落下し、餌収容筒１２０の下部に連なるコーン部１２４および直状管部１２５を経て養殖用水槽１に撒餌される。
【００５８】
前記直状管部１２５の外壁部には、餌収容筒１２０の走行駆動用のモータ１６が設置され、該モータ１６の出力軸には２個のピニオンギヤ１６１，１６１が固着されている。養殖用水槽１の槽壁上端縁部には２本の平行なラック１６２，１６２が架設され、前記ピニオンギヤ１６１，１６１は、各ラック１６２，１６２に噛合している。餌収容筒１２０は、ラック１６２，１６２に平行な図示しない支持枠あるいはラック１６２，１６２自体に摺動可能に支持され、モータ１６の回転によって、１６２，１６２の長手方向に沿って往復走行移動が可能とされている。したがって、前記回転弁体１２１の回転と、餌収容筒１２０の往復走行移動とによって、養殖用水槽１内への広範囲の撒餌が可能とされる。餌収容筒１２０の上部には、餌の投入口１２６が設けられ、この投入口１２６より、餌の補給がなされる。
【００５９】
餌収容筒１２０の上端には、上下の支持板１３０，１３１を介して風力発電手段１３が設置されている。この風力発電手段１３は、前記予備加熱手段９に電力を供給するために採用される風力発電手段９１と同様に構成されており、したがって、この風力発電手段１３の詳細構成の説明は省略し、図面では概略的に示している。この風力発電手段１３によって得られた電力は、前記モータ１５、１６の駆動電源に供せられる。また、前記支持板１３０の上部には、支持板１３０を貫通して支持板１３１に餌収容筒１２０の軸線に沿って立設された支柱１４０に太陽光発電手段１４が設置されている。この太陽光発電手段１４も特許文献２に示されたものと同様であり、支柱１４０に取付けられた皿形形状の反射鏡手段１４１と、該反射鏡手段１４１の凹部内に納まるよう前記支柱１４０の上端に上向きに湾曲した発電素子の保持部材１４２とよりなる。保持部材１４２の上下両面には多数の太陽光発電素子１４３…が配列固定されている。保持部材１４２の上面に固定される太陽光発電素子１４３は太陽光を直接受け、保持部材１４２の下面に固定される太陽光発電素子１４３は反射鏡手段１４１により反射された太陽光を受けて、これら太陽光のエネルギーによって発電機能を奏する。この太陽光発電手段１４によって得られた電力は、風力発電手段１３によって得られた電力と同様に、前記モータ１５、１６の駆動電源に供せられる。風力発電手段１３および太陽光発電手段１４によって得られた電力は、図示しない蓄電器に蓄電され、この蓄電器に電気的に接続することによって、モータ１５、１６に給電される。
【００６０】
上述のような構成の養殖用水槽１の水温制御システムＡの作用について説明する。太陽熱温水装置２の集熱パイプ２１において、ポンプ３１によって供給される水（温水）が太陽熱を受けて温められ、温水循環路３を経て液−気熱交換器４に導入され、液−気熱交換器４の蛇管４１内を流通する。蛇管４１を経た温水は、温水循環路３の復路に配設された貯温タンク３３において保有する余熱が貯留され、再度ポンプ３１によって太陽熱温水装置２に供給され、これが繰返される。温水循環路３を循環する温水が減ってくると、補水タンク３２から水が補給される。
【００６１】
液−気熱交換器４の交換器ハウジング４０には外気の導入部７より外気が導入され、前記蛇管４１の表面に接して熱交換されて暖気が生成される。外気の導入部７には、途中に吸引ファン７１を配した外気の導入管７２が接続されており、吸引ファン７１の作動により、外気の取入口７３から吸引された大気は強制的に前記交換器ハウジング４０内に導入される。外気の取入口７３およびこの取入口７３の近傍の外気の導入管７２内に、補助加熱手段８，９が設置されており、この補助加熱手段８，９によって加熱された暖気が導入管７２を経て交換器ハウジング４０内に導入される。補助加熱手段８は、前述のように集熱および放熱性に富んだ金属板からなり、前記凸レンズ８２によって金属板８に集熱された太陽熱は、前記吸引ファン７１の作動に伴い生じる気流によって放熱され、この放熱によって温められた気流は、外気の取入口７３より導入管７２に吸引される。
【００６２】
前記金属板８によって温められ導入管７２に吸引された外気は、導入管７２内に設置されたもう一方の補助加熱手段としての赤外線灯９から発せられる赤外線の作用を受けてさらに温められて暖気として吸引ファン７１に吸引される。赤外線灯９の電源は、前述のとおり風力発電手段９１およびソーラーパネル（太陽熱発電手段）９３からなる。風力発電手段９１においては、前記吸引ファン７１の作動に伴い生じる気流によって、羽根車９１０の回転が促進され、その発電が効率的になされる。風力発電手段９１およびソーラーパネル９３によって得た電力は、蓄電器９２に蓄電される。
【００６３】
前記補助加熱手段８，９は、前記太陽熱温水装置２によって生成される温水が充分な温度を保有しない場合に、液−気熱交換器４での液−気熱交換機能を補うべく位置付けられるものである。すなわち、夜間や、天候が悪いときには、太陽熱温水装置２の機能が低下するが、このような場合、液−気熱交換器４に導入される外気が事前に温められておれば、太陽熱温水装置２の機能の機能低下分がこれによって補完される。従って、前記温水循環路３における液−気熱交換器４の上流側部分に温度センサ（図示せず）を設けておき、この温度センサの検出温度が所定の温度を下回ったとき、前記赤外線灯９をオンすることにより、液−気熱交換器４によって生成される暖気が常時適正な温度に維持される。
【００６４】
前記液−気熱交換器４によって生成された暖気は、暖気導入管４２を経て前記気−液熱交換器５のハウジング容器５０内に導入される。該暖気導入管４２の先端にはマイクロバブル発生器６が接続されており、該マイクロバブル発生器６から、前記ハウジング容器５０内に養殖用水槽１から供給貯留されている水中に噴出される。暖気は、マイクロバブル発生器６から噴出される結果、直径が数μｍの多数のマイクロバブルとなって、ハウジング容器５０内の水中を浮上する。このマイクロバブルの表面積は、通常の気泡の数千倍であり、また、水深３ｍ以内での水中での浮上速度は約０．１ｍｍ／秒と極めて遅い。したがって、水との接触面積が非常に大きく、かつ、接触時間が極めて長くなるから、暖気から水への熱交換が極めて高効率で成される。また、マイクロバブルは付着力が強いから、水中に浮遊するゴミや雑菌、あるいは雑菌の死骸等を付着して浮上し、前記オーバーフロー排出口５１よりオーバーフロー水と共に排出される。これによって、ハウジング容器５０内の水が浄化される。特に、マイクロバブルの表面積が大きく、かつ、浮上速度が遅いことも相俟って、この浄化作用は極めて効果的になされる。ハウジング容器５０内の水が浄化されることによって、ハウジング容器５０の内壁が汚れることがなく、その清掃が不要とされる。このように浄化された熱交換温水は還流管５３を経て養殖用水槽１に還流される。
【００６５】
前記養殖用水槽１から気−液熱交換器５への給水管路５２には、第１および第２の水浄化手段１０，１１が設けられている。したがって、養殖用水槽１中の魚介類の糞や、餌の残り等の有機物、あるいは雑菌は、前記のように構成された第２の水浄化手段１１によって分解され、破壊され、あるいは殺菌される。この分解、破壊および殺菌による残渣、さらにはごみのうち比較的粗いものは、第２の水浄化手段１１に続いて設置されたフィルターからなる第１の水浄化手段１０によって捕捉される。これによって、養殖用水槽１からはある程度浄化された状態で気−液熱交換器５に供給されるが、雑菌の死骸や細かなゴミは、フィルター１０を通り抜け気−液熱交換器５に流入する。しかし、気−液熱交換器５内では、前述のとおりマイクロバブルに付着して排出されるから、これらの細かなごみ等は、養殖用水槽１に再度還流されることがない。
【００６６】
さらに、前記養殖用水槽１から気−液熱交換器５への給水管路５２には、脱窒装置２０を設けていてもよい。
【００６７】
脱窒装置２０は、養殖用水槽１から供給される水中に含まれる硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる。
【００６８】
図６は、水温制御システムＡに備えられる脱窒装置２０を示す断面図である。図７は、脱窒装置２０を示す斜視図である。脱窒装置２０は、養殖用水槽１から給水管路５２を通って供給される水２０２中に硝酸として存在する窒素を除去するための装置であって、脱窒細菌を利用して硝酸を、水２０２から自然放出可能な窒素ガスに変化させることによって、窒素ガスの放出を伴って窒素を除去する。脱窒細菌としては、硝酸を窒素ガスに変化させる脱窒に関与する細菌であり、たとえば通性嫌気性細菌、さらに具体的には、
Pseudomonas属、Achromobacter属の仲間、Micrococcus denitrificans、Thiobacillus
denitrificans、Bacillus subtilisなどの芽胞形成菌および土壌放線菌の仲間などを含み、これらの細菌を用いることができる。
【００６９】
脱窒装置２０は、周壁２０５と、周壁２０５の一端部を塞ぐ底部２０６とを有し、底部２０６と反対側の開放端部２２２で開放する略直方体形状の容器２２１を有している。容器２２１は、金属および合成樹脂などから成ってもよく、底部２０６を下部に配置し、上方へ開放するように配置されている。脱窒装置２０は、容器２２１内に、水２０２が収容されるとともに、多糖類から成る有機炭素源が設けられる複数の有機炭素源供給層２０３と、連続空隙の多孔質材料からなる担体２２５が設けられる複数の細菌生息層２０４とが設けられる。
【００７０】
本実施の形態では、５つの有機炭素源供給層（以下、特定の有機炭素源供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を付した符号を用い、不特定の有機炭素源供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を省略する。）２０３が設けられる。また４つの細菌生息層（以下、特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付した符号を用い、不特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付さない符号を用いる）２０４が設けられる。
【００７１】
各有機炭素源供給層２０３と各細菌生息層２０４とは、容器２２１の底部２０６から開放端部２２２に向かう方向へ、したがって上下方向へ交互に積層されて積層体を構成する。具体的には、各有機炭素源供給層２０３と各細菌生息層２０４とは、上方へ向かって、第１有機炭素源供給層２０３ａ、第１細菌生息層２０４ａ、第２有機炭素源供給層２０３ｂ、第２細菌生息層２０４ｂ、第３有機炭素源供給層２０３ｃ、第３細菌生息層２０４ｃ、第４有機炭素源供給層２０３ｄ、第４細菌生息層２０４ｄ、第５有機炭素源供給層２０３ｅの順に、積層されており、したがってこの積層体の最下層と最上層とは、第１および第５有機炭素源供給層２０３ａ，２０３ｅである。
【００７２】
細菌生息層２０４には、担体２２５に脱窒細菌が付着されている。したがって担体の表面に脱窒細菌が付着されており、このような担体２２５を設けることによって、細菌生息層２０４で脱窒細菌を生息させている。担体２２５は、多孔質材料から成るので、表面積を大きくし、脱窒細菌の生息場所を大きくすることができる。したがって多くの脱窒細菌を生息させること、換言すれば脱窒細菌を繁殖させることができる。
【００７３】
各有機炭素源供給層２０３には、有機炭素源と、炭酸塩鉱物と、細砂とが設けられる。有機炭素源はキチンであり、キチンは粉末の状態で設けられる。キチンは、自然界に存在するキチンを用いてもよいし、人工的に精製したキチンを用いてもよい。キチンとして、本実施の形態では、たとえば蟹および海老などの甲殻類の殻を粉砕した粉末を用いられる。このキチンが、脱窒細菌に与える炭素の源となる有機炭素源である。
【００７４】
炭酸塩鉱物は、粉末の状態で設けられる。炭酸塩鉱物は、自然界に存在する炭酸塩鉱物を用いてもよいし、人工的に生成した炭酸塩鉱物を用いてもよい。炭酸塩鉱物として、たとえばカルシウムの炭酸塩鉱物である霰石、貝化石などを粉砕した粉末を用いることができる。本実施の形態では、たとえば貝化石の粉末が用いられる。この炭酸塩鉱物は、液体２に、カルシウムなどのミネラル成分を溶解させて与えることができる。また炭酸塩鉱物によって、水２０２を改質することに役立つ。
【００７５】
細砂には、キチンを分解するキチン分解細菌が付着されている。キチン分解細菌は、海洋低温細菌ビブリオ属に属するキチナーゼ生産菌などを含み、これらの細菌を用いることができる。このキチン分解細菌は、キチナーゼを生成してキチンを加水分解することができる。キチナーゼ生産菌としては、海洋低温細菌ビブリオ属などに属し、キチン資化能を有する微生物であれば、どのようなものでもよく、特に制限はない。細砂としては、キチン分解細菌が自然に付着している砂を用いてもよいし、キチン分解細菌を人工的に付着させた砂を用いてもよい。本実施の形態では、細砂として、たとえば海底から採取した砂、いわゆる海砂が用いられる。海底から採取した砂には、キチン分解細菌が自然に付着している。
【００７６】
有機炭素源供給層２０３のキチンは、このように細砂に付着された状態で有機炭素源供給層３に生息させられるキチン分解細菌を利用して、グルコースに分解される。このようにキチンを分解してグルコースを生成することによって、このグルコースから、細菌生息層４に生息する脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００７７】
また容器２１の開放端部２２２には、独立空隙の発泡スチロールから成る蓋体２２０を装着することができる。蓋体２２０を開放端部２２２に装着する場合、開放端部２２２を介して外気が出入することが防がれ、嫌気性である脱窒細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。また蓋体２２０を開放端部２２２に装着しない場合、開放端部２２２を介して外気が出入りすることができ、好気性環境下を好むキチン分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。本実施の形態では、開放端部２２２に蓋体２２０を設けてもよいし、設けなくてもよい。
【００７８】
周壁２０５の一部である容器２２１の一側部には、この一側部を挿通して供給管路２０７が接続されている。供給管路２０７は、給水管路５２の養殖用水槽１側に接続され、容器２２１内において、第４細菌生息層２０４ｄおよび第５有機炭素源供給層２０３ｅで開口している。また、供給管路２０７が接続される一側部と反対側の他側部には、この他側部を挿通して排出管路２０８が接続されている。排出管路２０８は、給水管路５２の気−液熱交換器５側に接続され、容器２２１内において、第１細菌生息層２０４ａで開口している。
【００７９】
図８は、有機炭素源供給層２０３に設けられる有機炭素源供給体２２６を示す斜視図である。図８には、一部を切り欠いて内部構造を示す。有機炭素源供給体２２６は、袋体２２７に、混合粉粒体２２８が収納されて構成される。袋体２２７は、不織布によって形成されている。具体的には、袋体２２７は、１枚の不織布から成るシートが折畳まれて、周縁部がヒートシーラによって溶着されて形成されてもよいし、２枚の不織布から成るシートが積重されて、周縁部がヒートシーラによって溶着されて形成されてもよい。本実施の形態では、１枚のシートによって形成される袋体２２７が用いられている。
【００８０】
混合粉粒体２２８は、キチンの粉末、炭酸塩鉱物の粉末および細砂を混合した粉粒体である。キチンの粉末は、粒径が、たとえば２ｍｍ以下の粉末である。炭酸塩鉱物の粉末は、粒径が、たとえば２ｍｍ以下の粉末である。細砂は、粒径が、たとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度の砂である。混合粉粒体２２８における体積混合比は、たとえば、キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂＝２：４：４、またはキチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂＝１：４：５である。
【００８１】
有機炭素源供給体２２６は、袋体２２７に混合粉粒体２２８が収容された状態で、厚さが、たとえば２ｃｍ程度に成るように構成されている。このような有機炭素源供給体２２６を設けることによって、有機炭素源供給層２０３に、キチン、炭酸塩鉱物および細砂を設けることができる。
【００８２】
図９は、細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の一例を示す斜視図である。図９には、線状体２３０の厚みを省略して示す。この例では、担体２２５は、たとえば塩化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＣ）などの合成樹脂製の複数の線状体２３０が、湾曲されてスプリング状にカール加工された状態で、互いに近接配置される箇所において、接着または溶着によって結合されて構成される。このようにして担体２２５は、各線状体２３０間に、連続して連なる複数の空隙２３１を有する多孔質に形成される。このような担体２２５として、たとえばサランロック（登録商標）などを用いることができる。この線状体２３０を用いて構成される担体２２５は、厚さが、たとえば４ｃｍ程度となるように形成される。
【００８３】
図１０は、細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の他の例を示す断面図である。この例では、担体２２５は、連続空隙の発泡合成樹脂、たとえば発泡ウレタンから成る。この担体２２５もまた、図９に示す担体２２５と同様に、連続して連なる複数の空隙２３２を有する多孔質に形成される。この発泡合成樹脂を用いて構成される担体２２５は、厚さが、たとえば３ｃｍ程度となるように形成される。
【００８４】
各細菌生息層２０４には、このような多孔質の担体２２５が設けられる。すべての細菌生息層２０４に、図９に示す担体２２５が設けられてもよいし、すべての細菌生息層２０４に、図１０に示す担体２２５が設けられてもよいし、図９に示す担体２２５と図１０に示す担体２２５とを組合わせて用いてもよい。本実施の形態では、第１、第２および第４細菌生息層２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｄには、図９に示す担体２２５が設けられ、第３細菌生息層２０４ｃには、図１０に示す担体２２５が設けられる。
【００８５】
このような脱窒装置２０によれば、容器２２１内に生息させる脱窒細菌の働きによって、水２０２中の硝酸が窒素ガスに変化され、窒素ガスは、液体から放出される。このようにして脱窒装置２０では、水２０２中に硝酸として存在する窒素を、脱窒細菌の働きによって除去することができる。具体的には、脱窒装置２０では、水２０２は、供給管路２０７を介して供給され、容器２２１内に一時的に収容される状態で容器２２１内を流下し、排出管路２０８を介して排出される。脱窒装置２０は、容器２２１内に水２０２が一時的に収容されているときに、その水２０２中の硝酸を脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる。窒素ガスは、たとえば水２０２が大気に開放される状態となる場所で、水２０２から放出される。
【００８６】
脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、キチン、セルロースの多糖類から成る有機炭素源が用いられる。本実施の形態では、水２０２中にキチンが設けられる。キチンは、容器２２１内に生息させるキチン分解細菌の働きによって、脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてキチンを設けることによって、脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。さらにキチンは、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて、たとえば数年かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類およびブドウ糖を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。したがって脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００８７】
また容器２２１内に、複数の有機炭素源供給層２０３と、複数の細菌生息層２０４とが、交互に積層されている。各細菌生息層２０４に設けられる担体２２５は、連続空隙の多孔質材料から成り、内部まで液体が浸透可能であるとともに、大きな表面積を有している。これによって大きな表面積を有する担体２２５に、脱窒細菌が付着しやすくして、脱窒細菌を生息しやすくすることができる。また硝酸を含む水２０２と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができる。このような細菌生息層２０４と、有機炭素源供給層２０３とを、交互に積層することによって、細菌生息層２０４と有機炭素源供給層２０３との接触面積を大きくすることができるとともに、細菌生息層２０４内のすべての位置における有機炭素源供給層２０３からの距離を小さくすることができる。これによって有機炭素源供給層２０３のキチンによって、細菌生息層２０４の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。したがって脱窒細菌の繁殖を促進し、脱窒細菌を利用した窒素の除去効率を高くすることができる。
【００８８】
またキチンは、粉末の状態で設けられており、キチンと水２０２との接触面積を大きくすることができる。これによってキチンを、キチン分解細菌によって分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。
【００８９】
また有機炭素源供給層２０３には、キチンの粉末に加えて、炭酸塩鉱物の粉末が設けられる。炭酸塩鉱物は、たとえばカルシウムなどのミネラル成分を含んでおり、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができる。したがって液体から窒素を除去することに加えて、ミネラル成分を与えることができる。このように液体から窒素を除去しながら、ミネラル成分を与えて、水２０２を改質することに役立つ。
【００９０】
また有機炭素源供給層２０３には、キチンの粉末に加えて、細砂が設けられる。細砂には、キチンを分解するキチン分解細菌が付着しており、細砂に付着しているキチン分解細菌によってキチンを分解させることができる。このように細砂を一緒に設けるという簡単な構成で、容器２２１内にキチン分解細菌を生息させ、液体中でのキチンを分解して脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００９１】
混合粉粒体２２８は、不織布から成る袋体２２７に収容されて、有機炭素源供給層２０３に設けられる。これによって混合粉粒体２２８が、水２０２の流下に伴う流体力および重力などによって、有機炭素源供給層２０３から流出すること、さらには脱窒装置２０から流出することを防ぐことができる。また混合粉粒体２２８を有機炭素源供給層２０３に設ける場合、また逆に有機炭素源供給層２０３から除去する場合に、袋体２２７に収納されていない状態に比べて、搬送を容易にすることができる。また排水管路２０８が詰まる、排出管路２０８から排出された水２０２の供給先などにおいて、混合粉粒体２２８を除去しなければならないなどの問題が生じることがない。したがって混合粉粒体２２８の取扱いを容易にすることができるとともに、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００９２】
また脱窒装置２０では、第１、第２および第４細菌生息層２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｄには、図９に示す担体２２５が設けられ、第３細菌生息層２０４ｃには、図１０に示す担体２２５が設けられる。図９に示す担体２２５は、図１０に示す担体２２５に比べて、空隙率が高く、かつ空隙の寸法が大きいので、通水性に優れている。このような通水性に優れた担体２２５を、供給管路２０７および排水管路２０８が開口する第１細菌生息層２０４ａおよび第４細菌生息層２０４ｄに設けることによって、脱窒細菌の生息（繁殖）が可能な状態で、水２０２の流下を容易にし、容器２２１全体にわたって、水２０２の淀みを無くし、水２０２を流下させることができる。
【００９３】
図１０に示す担体２２５は、図９に示す担体２２５に比べて、表面積が大きいので、脱窒細菌を繁殖させやくすることができる。このような図１０に示す担体２２５を、供給管路２０７および排水管路２０８が開口する第１細菌生息層２０４ａおよび第４細菌生息層２０４ｅの間に配置される第３細菌生息層２０４ｃに設けることによって、水２０２の容器２２１内における流下経路の如何に拘わらず、脱窒細菌の繁殖度が高い第３細菌生息層２０４ｃを流体２０２が通過するので、水２０２中の硝酸を窒素ガスに確実に変化させることができる。
【００９４】
このように、水温制御システムＡが脱窒装置２０を備えることで、魚介類が養殖される養殖用水槽１の水２０２は、脱窒装置２０を経て気−液熱交換器５の供給され、温水となって養殖用水槽１に戻される。これによって水２０２中のアンモニアを除去することができる。養殖用水槽１で魚介類を養殖すると、魚介類の排泄物などによって、必然的に水２０２にアンモニアが発生し、水２０２が汚損されて養殖用水槽１における魚介類の養殖環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、養殖用水槽１に良好な養殖環境を確保し、維持することができる。
【００９５】
図１１は、脱窒装置２０の他の例を示す断面図である。図１１では、図６に示した脱窒装置２０と同様の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例の脱窒装置２０では、脱窒細菌に与える有機炭素源である多糖類としてセルロースを用いる。
【００９６】
本例の脱窒装置２０は、容器２２１内に、水２０２が収容されるとともに、有機炭素源としてセルロースが設けられる有機炭素源供給層２４１と、その有機炭素源供給層２４１の下流で、炭酸塩鉱物および細砂が含まれる複数のミネラル供給層２４０と、連続空隙の多孔質材料からなる担体２２５が設けられる複数の細菌生息層２０４とが設けられる。
【００９７】
ここで、１つの有機炭素源供給層２４１と、５つのミネラル供給層（以下、特定のミネラル供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を付した符号を用い、不特定のミネラル供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を付さない符号を用いる）２４０と、４つの細菌生息層（以下、特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付した符号を用い、不特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を付さない符号を用いる）２０４とが設けられる。
【００９８】
各ミネラル供給層２４０と各細菌生息層２０４とは、容器２２１の底部２０６から開放端部２２２に向かう方向へ、したがって上下方向へ交互に積層されている。具体的には、各ミネラル供給層２４０と各細菌生息層４とは、上方へ向かって、第１ミネラル供給層２４０ａ、第１細菌生息層２０４ａ、第２ミネラル供給層２４０ｂ、第２細菌生息層２０４ｂ、第３ミネラル供給層２４０ｃ、第３細菌生息層２０４ｃ、第４ミネラル供給層２４０ｄ、第４細菌生息層２０４ｄの順に積層されている。また第４細菌生息層２０４ｄの上方に有機炭素源供給層２４１が積層され、さらに有機炭素源供給層２４１の上方に第５ミネラル供給層２４０ｅが積層されている。
【００９９】
各ミネラル供給層２４０には、炭酸塩鉱物と、細砂とが設けられる。細砂には、セルロースを分解するセルロース分解細菌が付着されている。セルロース分解細菌は、好気性セルロース分解細菌としてPseudomonas属、Cellvibrio属およびCytopghaga属など、ならび
に嫌気性セルロース分解細菌としてClostridium属などに属するセルラーゼ生産菌などを
含み、これらの細菌を用いることができる。このセルロース分解細菌は、セルラーゼを生成してセルロースを加水分解することができる。セルラーゼ生産菌としては、
Pseudomonas属、Cellvibrio属、Cytopghaga属およびClostridium属などに属し、セルロース資化能を有する微生物であれば、どのようなものでもよく、特に制限はない。また好気性セルロース分解細菌および嫌気性セルロース分解細菌のどちらの細菌が用いられてもよい。細砂としては、セルロース分解細菌が自然に付着している砂を用いてもよいし、セルロース分解細菌を人工的に付着させた砂を用いてもよい。本実施の形態では、細砂として、たとえば海底から採取した砂、いわゆる海砂が用いられる。海底から採取した砂には、セルロース分解細菌が自然に付着している。
【０１００】
有機炭素源供給層２４１のセルロースは、このように細砂に付着された状態でミネラル供給層２４０に生息させられるセルロース分解細菌を利用して、グルコースに分解される。このようにセルロースを分解してグルコースを生成することによって、このグルコースから、細菌生息層４に生息する脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【０１０１】
また容器２２１の開放端部２２２には、独立空隙の発泡スチロールから成る蓋体２２０を装着することができる。蓋体２２０を開放端部２２２に装着する場合、開放端部２２２を介して外気が出入することが防がれ、嫌気性である脱窒細菌および嫌気性セルロース分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。また蓋体２２０を開放端部２２２に装着しない場合、開放端部２２２を介して外気が出入りすることができ、好気性環境下を好むセルロース分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２２１内に確保することができる。したがって蓋体２２０を装着しない場合において、有機炭素源供給層２４１を外気が出入りしやすい場所、具体的には第４細菌生息層２０４ｄの上方に配置することによって、好気性セルロース分解細菌によって、セルロースを脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解することができる。また分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてセルロースを設けることによって、脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【０１０２】
周壁２０５の一部である容器２２１の一側部には、この一側部を挿通して供給管路２０７が接続されている。供給管路２０７は、容器２２１内において、第４細菌生息層２０４ｄ、有機炭素源供給層２４１および第５ミネラル供給層２４０ｅで開口している。また供給管路２０７が接続される一側部と反対側の他側部には、この他側部を挿通して排出管路２０８が接続されている。排出管路２０８は、容器２２１内において、第１細菌生息層２０４ａで開口している。
【０１０３】
このような脱窒装置２０によれば、容器２２１内に生息させる脱窒細菌の働きによって、水２０２中の硝酸が窒素ガスに変化され、窒素ガスは、液体から放出される。
【０１０４】
脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、水２０２中にセルロースが設けられる。セルロースは、容器２２１内に生息させるセルロース分解細菌の働きによって、脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてセルロースを設けることによって、脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。さらにセルロースは、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて、たとえば数年かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類およびブドウ糖を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。したがって脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【０１０５】
セルロースは、ろ紙および和紙などのセルロース繊維から成るシートを複数枚重ねて設けられる。またシートに代えて脱脂綿などのセルロース繊維塊として設けるようにしてもよい。したがってセルロース繊維から成るシートまたはセルロース繊維塊の状態で第４細菌生息層２０４ｄの上方に設けられるので、セルロースと水２０２との接触面積を大きくすることができる。これによってセルロースを、水２０２中のセルロース分解細菌によって分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。またセルロース繊維から成るシートおよび脱脂綿などのセルロース繊維塊で設けられたセルロースは、外観上、目で認識することができるので、セルロースが枯渇してしまう前に新たに供給することができ、効率的に脱窒細菌に有機炭素を与え続けることができる。
【０１０６】
またミネラル供給層２４１には、細砂が設けられる。細砂には、セルロースを分解するセルロース分解細菌が付着しており、細砂に付着しているセルロース分解細菌によってセルロースを分解させることができる。このように細砂を一緒に投入するという簡単な構成で、容器２２１内にセルロース分解細菌を生息させ、液体中でのセルロースを分解して脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【０１０７】
以上のように脱窒装置２０について説明したが、これは例示に過ぎず、構成を変更することができる。たとえば脱窒細菌の有機炭素源の材料である多糖類として、キチンとセルロースとの両方を一緒に用いてもよい。また多糖類としてセルロースを用いた場合、セルロースは、セルロース繊維から成るシートとして用けなくてもよく、粉末または脱脂綿のような繊維塊の状態で設けてもよい。この場合、袋体２２７に収納させて設けてもよい。さらに有機炭素源供給層２４１を、各細菌生息層２０４の上方に積層してもよい。
【０１０８】
以上のように、養殖用水槽１には、適正な温度とされ、かつ、浄化された熱交換温水が常時供給され、循環されるから、養殖用水槽１内の水は、常に適正な温度で、かつ、清浄に保たれ、しかも、マイクロバブルの作用によって溶存酸素量が多く、魚介類の生育に適した状態に維持される。そして、自動給餌装置１２から適宜餌が養殖用水槽１内に撒餌され、極めて省エネルギー的、かつ、効率的に魚介類の養殖を行うことができる。養殖用水槽１には、気−液熱交換器５から、給気管路４３を経て暖気が直接供給されるように成されており、給気管路４３から供給される暖気によっても、養殖用水槽１内の水の温度の低下が抑えられる。また、暖気の直接的供給によって、養殖用水槽１内の水の溶存酸素量を増やすことができる。養殖用水槽１内の水中には温度センサ１０が投入されており、前記コントローラ１０１は、この温度センサ１０の検出温度に基づき、前記補助加熱手段８，９を制御し、養殖用水槽１内の水温を、夏場あるいは冬場等の環境変化に応じて適正に維持させることができる。
【０１０９】
なお、補助加熱手段８，９や、自動給餌装置１２は、実施形態のものに限定されるものではない。また、養殖用水槽１内の水は、気−液熱交換器５内に設置されたマイクロバブル発生器６による暖気の噴出作用によって、給水管路５２および還流管５３を介して、気−液熱交換器５との間で循環するが、給水管路５２および還流管５３に循環を促進させるためのポンプを配置しても良い。さらに、養殖用水槽１には、図示を省略したが、水の補給手段が設けられるべきことは言うまでもない。
【０１１０】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、空気用熱交換器４だけでなく、養殖水用熱交換器４ａを設け、太陽熱温水装置２の集熱パイプ２１からの太陽熱によって昇温されたたとえば７０〜８０℃の高温の温水が、温水循環路３の管路３ａから管路３ｄを経て養殖水用熱交換器４ａの間接熱交換する蛇管４１ａに供給され、さらに管路３ｅを経て温水循環路３から貯温タンク３３に導かれ、循環ポンプ３１によって温水が循環される。管路３ａからの温水はまた、前述の実施の形態と同様に管路３ｂから空気用熱交換器４の蛇管４１に供給され、外気である空気が間接熱交換され、管路３ｃから温水が温水循環路３に合流して貯温タンク３３に導かれる。管路３ｄ，３ｂには、第１および第２の電磁開閉弁Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ介在される。
【０１１１】
マイクロバブル発生手段６ａは、気−液熱交換器５とマイクロバブル発生器６とを含む。マイクロバブル発生手段６ａの気−液熱交換器５であるハウジング容器５０からの養殖水は、管路５３ａからポンプ３１ａによって圧送され、養殖水用熱交換器４ａに供給され、蛇管４１ａ内を通る温水と向流間接熱交換される。この養殖水用熱交換器４ａで加熱された養殖水は、管路５３から養殖用水槽１に供給される。養殖水は、この水槽１から管路５２を経て脱窒装置２０、水浄化手段１１，１０をこの順序で経て、容器５０に戻って循環される。管路５２には、水槽１からの養殖水の温度を検出する温度検出手段４０１が設けられる。
【０１１２】
図１３は、図１２に示される実施の形態の電気的構成を示すブロック図である。温度検出手段４０１からの養殖水の検出温度Ｔを表わす信号は、マイクロコンピュータによって実現される処理回路４０２に与えられる。処理回路４０２には、メモリ４０３が接続される。処理回路４０２は、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２をオンして開き、オフして閉じる。
【０１１３】
図１４〜図１６は、処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。処理回路４０２は、電源投入によって、図１４のステップｓ１からステップｓ２に移り、温度検出手段４０１によって検出された養殖水の温度Ｔを表わす信号を受信する。
【０１１４】
図１７は、図１２〜図１６に示される実施の形態を説明するための動作を示す図である。図１７（１）は、温度検出手段４０１によって検出される養殖水の検出温度Ｔを示す。図１７（２）は、たとえば冬などの環境が低温であるときにおける第１開閉弁Ｖ１の開閉動作を示す図であり、図１７（３）はその図１７（２）の第１動作モードにおける第２開閉弁Ｖ２の動作を説明するための図である。図１７（４）は夏などの環境温度が高温であるときにおける第２動作モードにおける第１開閉弁Ｖ１の動作を説明するための図であり、図１７（５）は図１７（４）の第２動作モードにおける第２開閉弁Ｖ２の動作を説明するための図である。
【０１１５】
再び図１４を参照して、ステップｓ３では、処理回路４０２は検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２未満であるかどうかを判断し、そうであればステップｓ４に移り、処理回路４０２に備えられるタイマの限定時間Ｗ１を計時動作を図１７の時刻ｔ１から開始する。このタイマが計時動作を開始する時刻ｔ１における検出温度Ｔの値Ｔ（０）をステップｓ５で検出し、次のステップｓ６では、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開く。これによって熱交換器４，４ａでは空気と養殖水との加熱が行われる。限定時間Ｗ１は、たとえば３０分であってもよい。
【０１１６】
ステップｓ７でタイマの限定時間Ｗ１が経過したことが判断されると、ステップｓ８では、その時刻ｔ２の検出温度Ｔ（Ｗ１）が検出される。
【０１１７】
ステップｓ３で電源投入時の検出温度Ｔが設定温度Ｔ２以上であれば、ステップｓ９ではエラーと判断し、ステップｓ１０で一連の動作を終了する。予め定める温度Ｔ２は、たとえば２５℃であってもよく、それよりも低い温度Ｔ１は、たとえば２３℃であってもよい（Ｔ１＜Ｔ２）。電源投入時では、水槽１内の養殖水は、たとえば冬または夏の環境に依存し、温度Ｔｓを有する。この温度Ｔｓは、たとえば３℃〜８℃であってもよいが１８〜２０℃であってもよい。
【０１１８】
図１５を参照して、前述の図１４のステップｓ８からステップｓ１１に移り、検出温度Ｔの温度上昇の時間変化率αを演算する。
α ＝ ｛Ｔ（Ｗ１）−Ｔ（０）｝／Ｗ１ …（１）
【０１１９】
ステップｓ１２では、前述の式１で得られた時間変化率αが、予め定める値α１未満であるかどうかを判断し、そうであれば、冬などの図１７（１）の実線のとおりであり、ステップｓ１３において第１の場合の条件であるものと判断して、メモリ４０３にストアし、第１条件、すなわちα＜α１に対応する第１動作モードを、ステップｓ１４で実行する。第１動作モードは、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２がいずれもオン／オフして開閉する動作である。
【０１２０】
ステップｓ１２において、演算して求められた時間変化率αが、予め定める値α１以上であれば（α１≦α）、夏などの図１７（１）の仮想線のとおりであり、ステップｓ１５で第２の場合の条件であるものと判断して、メモリ４０３にストアする。この第２条件では、第２動作モードとして、第１開閉弁Ｖ１をオフして閉じ、第２開閉弁Ｖ２をオン／オフして開閉する。これらの図１４〜図１５におけるステップｓ２〜ｓ１５の動作は、図１７の時刻ｔ１〜ｔ２の直後で行われる。
【０１２１】
図１６を参照して、前述の図１５のステップｓ１４からステップｓ１７に移り、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２が開いていることによって、温度検出手段４０１によって検出される温度Ｔが、予め定める温度Ｔ２以上に上昇したかどうか（Ｔ２≦Ｔ）が判断され、そうであればステップｓ１８に移り、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２をいずれも閉じる。これによって水槽１の水の温度が、熱放散によって低下し始める。
【０１２２】
ステップｓ１９において、検出温度Ｔが下降して予め定める温度Ｔ１未満であるかどうかが判断され、そうであればステップｓ２０では、メモリ４０３に第１または第２条件が前述のステップｓ１３またはｓ１５でストアされているかどうかが判断される。第１条件が設定されていれば、ステップｓ２１において第１動作モードである第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２がいずれも開かれて、冬の環境温度が低い条件下で、養殖水の加熱昇温が行われる。このように第１動作モードにおいて養殖水の温度が予め定める温度Ｔ２に到達すると、図１７の時刻ｔ３ではステップｓ１８が実行され、その後、予め定める温度Ｔ１に低下すると、時刻ｔ４でステップｓ２１が実行されることになる。
【０１２３】
ステップｓ２０において、メモリ４０３に第１条件がストアされておらず、次のステップｓ２２では、第２条件がストアされているものと判断されれば、次のステップｓ２３において第２動作モードが実行されることになり、第１開閉弁Ｖ１が閉じられたままとなり、第２開閉弁Ｖ２が開かれ、こうして夏の環境温度が高い条件下でマイクロバブルによる温度の上昇が行われることになる。このように第２動作モードで養殖水の検出温度Ｔがステップｓ１７で予め定める温度Ｔ２に到達する時刻ｔ１１では、ステップｓ１８の動作が行われ、その後、温度が低下して予め定める温度Ｔ１に下降する時刻ｔ２では、ステップｓ２３の動作が行われることになる。
【０１２４】
ステップｓ２１，ｓ２３の実行の後、再びステップｓ１７に戻り、このような動作が繰返される。ステップｓ２２において、第１および第２条件下ではないとき、前述の図１４のステップｓ９に移り、エラー処理となる。
【０１２５】
図１２〜図１７の実施の形態では、２つの熱交換器４，４ａによって太陽熱温水装置２からの温水の熱が、マイクロバブルのための空気も用いて養殖水を昇温することになり、太陽熱を効率よく利用することができるとともに、冬などでは第１動作モードによってこれら２つの熱交換器４，４ａによって養殖水を短時間で加熱し、養殖水の温度を予め定める温度Ｔ１，Ｔ２でほぼ一定に安定に保つことが容易である。また夏の環境温度が高い条件下では第２動作モードとし、養殖水を熱交換器４ａを休止しておき、空気を熱交換器４のみを運転し、養殖水１の温度を、前述のように予め定める温度Ｔ１，Ｔ２でほぼ一定に安定に保つことができ、この場合、太陽熱温水装置２からの温水の熱は、他の用途にも利用することができる。
【０１２６】
第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２が閉じているとき、ポンプ３１は休止されていてもよいが、運転され続けて、温水を他の用途に利用することができるようにしてもよい。
【０１２７】
図１８は、本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。この実施の形態は前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、前述の図１２における空気用熱交換器４と第２開閉弁Ｖ２とが省略され、吸入ファン７１からの空気は、管路４２，４３に供給される。この実施の形態でもまた、養殖水用熱交換器４ａでは、温水と養殖水との水総合管で向流間接熱交換が行われ、熱効率が図１〜図１１の実施の形態に比べて向上される。
【０１２８】
図１８に示される実施の形態における電気的構成は、前述の図１３に示される実施の形態と同様であり、第２開閉弁Ｖ２は用いられない。図１２〜図１８では、空気は第３開閉弁Ｖ３によって選択的に管路４３に供給される。
【０１２９】
図１９は図１８の実施の形態における処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートであり、図２０は図１８および図１９に示される実施の形態における動作を説明するための図である。
【０１３０】
処理回路４０２の電源が投入され、ステップｒ１からステップｒ２に移ると、温度検出手段４０１は、養殖水の温度Ｔを検出し、その検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２未満であれば、次のステップｒ４に移り開閉弁Ｖ１を開く。これによって常時動作しているポンプ３１ａによる養殖水が養殖水用熱交換器４ａで昇温され、水槽１の養殖水の温度Ｔが上昇する。
【０１３１】
図２０（１）は温度検出手段４０１によって検出される養殖水の温度を示す図であり、図２０は開閉弁Ｖ１の動作を説明するための図である。時刻ｔ２１において前述のステップｒ４で開閉弁Ｖ１が開かれ、これによって養殖水の温度Ｔが上昇していく。
【０１３２】
ステップｒ５で検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２にまで上昇すると（Ｔ２≦Ｔ）、次のステップｒ６では、時刻ｔ２２において開閉弁Ｖ１を閉じる。これによって養殖水の温度Ｔが、熱放散によって下降していく。ステップｒ７において、予め定める温度Ｔ１にまで下降すると（Ｔ＜Ｔ１）、時刻ｔ２３においてステップｒ８では開閉弁Ｖ１をオンにし、養殖水の温度が再び上昇し、ステップｒ５に戻り、時刻ｔ２４でＴ２に達する。こうしてステップｒ５〜ステップｒ８の動作が繰返される。
【０１３３】
ステップｒ３で、検出温度Ｔが予め定める温度Ｔ２以上であれば、ステップｒ１０でエラー処理とし、ステップｒ１０で一連の動作を終了する。
【０１３４】
図２１は、本発明の実施のさらに他の形態の一部の系統図である。この実施の形態は、図１〜図２０に示される前述のマイクロバブル発生手段６ａに代えて、本発明の他の考え方によるマイクロバブル発生手段６ｂ付近の構成を示す。水槽１の養殖水には、養殖水を吸引して上昇するサクションポンプ４１１が設けられる。このポンプ４１１からの養殖水は、管路４１２から空気混入部４１３に圧送される。空気混入部４１３には、空気用熱交換器４で昇温された空気が管路４２から圧送される。空気混入部４１３は、養殖水に空気が混入された状態で、気液混合流体となって管路４１４からマイクロバブル発生手段６ｂのマイクロバブル発生器６ｃに圧送される。マイクロバブル発生器６ｃは、養殖水が貯留されている容器５０内に浸漬される。空気混入部４１３は、たとえばケーシング内に管路４２のノズルから噴射される空気によって、ポンプ４１１からの養殖水が負圧吸引されるエジェクタまたはインジェクタなどの構成によって実現されてもよい。
【０１３５】
図２２は、マイクロバブル発生器６ｃの構造を示す断面図である。このマイクロバブル発生器６ｃは、回転対称に形成された回転対称軸４１６の図２２における左右双方に向かって縮径した左右対称な形状を有する中空部４１７を有するケーシング４１８を有する。このケーシング４１８の周壁部に接線方向に開口された気液混合流体の導入孔４１９が、回転対称軸４１６の図２２における左右中央に設けられ、中空部４１７の回転対称軸４１６の方向にはマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が開口し、中空部４１７の縮径部分に形成されている。導入孔４１９からケーシング４１８内に流入した気液混合流体の旋回流４２３，４２４による負圧軸４１６の位置に合わせて一致してマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が形成される。導入孔４１９からの気液混合流体の液体には遠心力が働き、気体には向心力が働き、中心軸４１６に負圧軸が形成され、マイクロバブル噴出孔４２１，４２２付近の液体には、外部の液体がこれらのマイクロバブル噴出孔４２１，４２２内に進入しようとする力が働き、負圧軸４１６に集まった気体は、旋回している気液混合流体と負圧液とによって形成された圧縮気体となって通過し、多量のマイクロバブルを含む液体となってマイクロバブル噴出孔４２１，４２２から容器５０内の液体内に噴出され、マイクロバブルが多量に発生された液体となる。
【０１３６】
図２３は、図２１および図２２に示される前述の実施の形態の全体の構成を示す系統図である。この図２１〜図２３の実施の形態は、前述の図１２〜図１７の実施の形態に類似し、空気用熱交換器４と養殖水用熱交換器４ａとが設けられ、マイクロバブル発生手段６ｄのマイクロバブル発生器６ｃのために、前述の空気混入部４１３とそれに関連するサクションポンプ４１１などが設けられる。その他の構成と動作は、前述の図１２〜図１７の実施の形態と同様である。
【０１３７】
本発明においてマイクロバブルは、直径が５０μｍ以下の微細気泡であってもよいが、さらに小さいナノバブルであってもよく、このナノバブルは、直径１００〜２００ｎｍである。本発明の実施の他の形態では、マイクロバブルよりも径が大きい気泡を含む流体がマイクロバブル発生手段６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄから発生されるように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の一形態の養殖用水槽１の水温制御システムＡを示す概念的構成図である。
【図２】外気の導入管７２における外気取入口７３付近を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。
【図３】給水管路５２における第２の水浄化手段１１が設置された部分を拡大して概念的に示す部分破断正面図である。
【図４】図３における切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】自動給餌装置１２を拡大して概念的に示す縦断正面図である。
【図６】水温制御システムＡの備えられる脱窒装置２０を示す断面図である。
【図７】脱窒装置２０を示す斜視図である。
【図８】有機炭素源供給層２０３に設けられる有機炭素源供給体２２６を示す斜視図である。
【図９】細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の一例を示す斜視図である。
【図１０】細菌生息層２０４に設けられる担体２２５の他の例を示す断面図である。
【図１１】脱窒装置２０の他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。
【図１３】図１２に示される実施の形態の電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１２〜図１６に示される実施の形態を説明するための動作を示す図である。
【図１８】本発明の実施のさらに他の形態の全体の系統図である。
【図１９】図１８の実施の形態における処理回路４０２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２０】図１８および図１９に示される実施の形態における動作を説明するための図である。
【０１３９】
【図２１】本発明の実施のさらに他の形態の一部の系統図である。
【図２２】マイクロバブル発生器６ｃの構造を示す断面図である。
【図２３】図２１および図２２に示される実施の形態の全体の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 養殖用水槽
２ 太陽熱温水装置
３ 温水循環路
４ 液−気熱交換器
４ａ 養殖水用熱交換器
５ 気−液熱交換器
６ マイクロバブル発生器
６ａ，６ｂ マイクロバブル発生手段
７ 外気の導入部
８ 補助加熱手段
９ 補助加熱手段
１０ 水浄化手段
１１ 水浄化手段
１２ 自動給餌装置
１３ 風力発電手段
１４ 太陽光発電手段
２０ 脱窒装置
４３ 給気管路
５１ オーバーフロー排出口
５２ 給水管路
７３ 外気の取入口
Ａ 養殖用水槽の水温制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
魚介類等の養殖用水槽における水温の制御システムであって、
太陽熱温水装置と、
前記太陽熱温水装置で生成される温水を循環させる温水循環路と、
前記温水循環路の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器と、
前記液−気熱交換器により生成された暖気を導入して前記養殖用水槽から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を前記養殖用水槽へ還流する気−液熱交換器とを含み、
前記気−液熱交換器内には、マイクロバブル発生器が設置され、前記暖気は、前記マイクロバブル発生器によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽から供給される水と接触するよう構成されていることを特徴とする養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項２】
前記気−液熱交換器の上部には、オーバーフロー排出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項３】
前記液−気熱交換器から、前記養殖用水槽に直接暖気を供給する給気管路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項４】
前記養殖用水槽から前記気−液熱交換器への給水管路には、水浄化手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項５】
前記水浄化手段が、フィルターからなることを特徴とする請求項４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項６】
前記水浄化手段が、紫外線殺菌灯からなることを特徴とする請求項４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項７】
前記水浄化手段が、光触媒を担持させた担持体と、前記担持体に向け紫外線を照射するよう設置された紫外線灯とからなることを特徴とする請求項４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項８】
前記液−気熱交換器への外気の導入部には、補助加熱手段により加熱された外気を導入するための導入管が接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項９】
前記補助加熱手段は、前記導入管の外気取入口に設置される太陽熱の集熱および放熱手段からなることを特徴とする請求項８に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１０】
前記補助加熱手段は、前記導入管内に設置され、少なくとも前記導入管の外気取入口に設置される風力発電手段または太陽光発電手段によって得た電力を電源として発光する赤外線灯からなることを特徴とする請求項８または９に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１１】
前記養殖用水槽の上には、風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を駆動源として作動する自動給餌装置が設置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１２】
前記養殖用水槽から前記気−液熱交換器への給水管路には、前記養殖用水槽から供給される水中に含まれる硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１３】
前記脱窒装置は、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれる複数の有機炭素源供給層と、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する複数の細菌生息層とが、交互に積層され、
各有機炭素源供給層は、
多糖類が、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられることを特徴とする請求項１２記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１４】
前記脱窒装置は、
（ａ）上方に開放した直方体形状の容器２２１と、
（ｂ）積層体であって、
容器２２１の底部２０６から上方に向かって、交互に積層される複数の有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと、複数の細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとを有し、
これらの積層された有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとのうち、最下層と最上層とは、有機炭素源供給層２０３ａ，２０３ｅであり、
各有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅは、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれ、この多糖類は、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させる炭素塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられ、
各細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄは、
連続空隙の多孔質材料から成る担体２２５の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有し、
前記最下層である有機炭素源供給層２０３ａの上に設けられた最下の細菌生息層２０４ａと、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅの下に設けられた最上の細菌生息層２０４ｄとの第１の前記担体（２２５、図９）の空隙率は、残余の細菌生息層２０４ｃの第２の前記担体（２２５、図１０）の空隙率よりも高く、かつ、
第１の前記担体（２２５、図９）に比べて、第２の前記担体（２２５、図１０）のほうが表面積が大きい積層体と、
（ｃ）容器２２１の一側部に設けられ、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅと、前記最上の細菌生息層２０４ｄとに開口し、脱窒されるべき硝酸を含む液体を供給する供給管路２０７と、
（ｄ）容器２２１の前記一側部と反対側の他側部に設けられ、前記最下の細菌生息層２０４ａに開口し、積層体を収容した容器２２１内を流下した液体を排出する排出管路２０８とを含むことを特徴とする請求項１２記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１５】
有機炭素源供給層における体積混合比は、
キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂
＝１〜２：４：４〜５
であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１６】
前記脱窒装置は、
硝酸を含む液体中の前記硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置において、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源であるセルロースが含まれる有機炭素源供給層を備え、
有機炭素源供給層の下流に、複数のミネラル供給層と複数の細菌生息層とが、交互に積層されて配置され、
各ミネラル供給層は、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、セルロースをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とを有し、
各細菌生息層は、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有することを特徴とする請求項１２記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１７】
魚介類等の養殖用水槽１における水温の制御システムであって、
太陽熱によって水を加熱する太陽熱温水装置２と、
太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅと、
温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅの途中に配設され、前記温水と養殖用水槽１のための水とを間接熱交換する養殖水用熱交換器４ａと、
空気と養殖用水槽１からの水とによってマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生手段６ａと、
マイクロバブル発生手段６ａからのマイクロバブルが発生された水を養殖水用熱交換器４ａに導き、この養殖水用熱交換器４ａからの前記温水によって加熱された水を養殖用水槽１に供給し、養殖用水槽１からの水をマイクロバブル発生手段６ａに導いて、養殖用水槽１の水を循環する給水管路５２，５３ａ，５３とを含むことを特徴とする養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１８】
温水循環路３，３ａ〜３ｅの途中に配設され、前記温水によって外気である空気を加熱して熱交換する空気用熱交換器４をさらに含み、
マイクロバブル発生手段６ａは、空気用熱交換器４から供給される加熱された空気によってマイクロバブルを発生することを特徴とする請求項１７記載の養殖用水槽の水温システム。
【請求項１９】
養殖用水槽１の水の温度を検出する手段４０１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から養殖水用熱交換器４ａに流れる温水の流路を開閉する第１開閉弁Ｖ１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から空気用熱交換器４に流れる温水の流路を開閉する第２開閉弁Ｖ２と、
制御手段４０２であって、
水温検出手段４０１からの出力に応答し、
第１および第２温度Ｔ１，Ｔ２が予め設定され（ただしＴ１＜Ｔ２）、
検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２未満であるとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開き、
こうして第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開くことによって、検出された温度Ｔの温度上昇の時間変化率αを演算し、
その演算された温度上昇の時間変化率αが、予め定める値α１未満（α＜α１）である第１の場合、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開く第１動作モードとし、
前記演算された温度上昇の時間変化率αが予め定める値α１以上（α１≦α）である第２の場合、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、第２開閉弁Ｖ２を開く第２動作モードとし、
その後、検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２以上に上昇したとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じ、
検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１未満にまで下降したとき、前記第１の場合には第１動作モードとし、第２の場合には第２動作モードとする制御手段４０２とを含むことを特徴とする請求項１８記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項２０】
養殖用水槽１からの水を供給するサクションポンプ４１１と、
サクションポンプ４１１からの水と、空気用熱交換器４からの加熱された空気とを混合して気液混合流体を導出する空気混入部４１３とをさらに含み、
空気混入部４１３からの気液混合流体を、マイクロバブル発生手段６ｂへ導いてマイクロバブルを発生させることを特徴とする請求項１８記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項２１】
マイクロバブル発生手段６ｂは、ハウジング４１８を有し、
このハウジング４１８は、
回転対称に形成され、回転対称軸４１６の軸線方向の双方に向かって縮径した中空部４１７を有し、
このハウジング４１８の周壁部に、気液導入孔４１９が接線方向に開口され、
ハウジング４１８の中空部の縮径部分に回転対称軸４１６の双方向にマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が開口し、
マイクロバブル噴出孔４２１，４２２が、ハウジング４１８内に流入した気液混合流体の旋回流によって形成される負圧軸の位置に一致して形成されることを特徴とする請求項２０記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１】
魚介類等の養殖用水槽における水温の制御システムであって、
太陽熱温水装置と、
前記太陽熱温水装置で生成される温水を循環させる温水循環路と、
前記温水循環路の途中に配設され、導入される外気に熱交換して暖気を生成する液−気熱交換器と、
前記液−気熱交換器により生成された暖気を導入して前記養殖用水槽から供給される水に熱交換して温水とし、この熱交換温水を前記養殖用水槽へ還流する気−液熱交換器とを含み、
前記気−液熱交換器内には、マイクロバブル発生器が設置され、前記暖気は、前記マイクロバブル発生器によってマイクロバブル化されて、前記養殖用水槽から供給される水と接触するよう構成されていることを特徴とする養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項２】
前記気−液熱交換器の上部には、オーバーフロー排出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項３】
前記液−気熱交換器から、前記養殖用水槽に直接暖気を供給する給気管路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項４】
前記養殖用水槽から前記気−液熱交換器への給水管路には、水浄化手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項５】
前記水浄化手段が、フィルターからなることを特徴とする請求項４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項６】
前記水浄化手段が、紫外線殺菌灯からなることを特徴とする請求項４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項７】
前記水浄化手段が、光触媒を担持させた担持体と、前記担持体に向け紫外線を照射するよう設置された紫外線灯とからなることを特徴とする請求項４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項８】
前記液−気熱交換器への外気の導入部には、補助加熱手段により加熱された外気を導入するための導入管が接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項９】
前記補助加熱手段は、前記導入管の外気取入口に設置される太陽熱の集熱および放熱手段からなることを特徴とする請求項８に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１０】
前記補助加熱手段は、前記導入管内に設置され、少なくとも前記導入管の外気取入口に設置される風力発電手段または太陽光発電手段によって得た電力を電源として発光する赤外線灯からなることを特徴とする請求項８または９に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１１】
前記養殖用水槽の上には、風力発電手段および太陽光発電手段によって得た電力を駆動源として作動する自動給餌装置が設置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１２】
前記養殖用水槽から前記気−液熱交換器への給水管路には、前記養殖用水槽から供給される水中に含まれる硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１３】
前記脱窒装置は、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれる複数の有機炭素源供給層と、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する複数の細菌生息層とが、交互に積層され、
各有機炭素源供給層は、
多糖類が、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられることを特徴とする請求項１２記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１４】
前記脱窒装置は、
（ａ）上方に開放した直方体形状の容器２２１と、
（ｂ）積層体であって、
容器２２１の底部２０６から上方に向かって、交互に積層される複数の有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと、複数の細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとを有し、
これらの積層された有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅと細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄとのうち、最下層と最上層とは、有機炭素源供給層２０３ａ，２０３ｅであり、
各有機炭素源供給層２０３ａ〜２０３ｅは、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源である多糖類が含まれ、この多糖類は、キチンであり、
粉末の状態のキチンと、液体にミネラル成分を溶解させる炭素塩鉱物の粉末と、キチンをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とが、不織布から成る袋体に収納されて設けられ、
各細菌生息層２０４ａ〜２０４ｄは、
連続空隙の多孔質材料から成る担体２２５の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有し、
前記最下層である有機炭素源供給層２０３ａの上に設けられた最下の細菌生息層２０４ａと、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅの下に設けられた最上の細菌生息層２０４ｄとの第１の前記担体（２２５、図９）の空隙率は、残余の細菌生息層２０４ｃの第２の前記担体（２２５、図１０）の空隙率よりも高く、かつ、
第１の前記担体（２２５、図９）に比べて、第２の前記担体（２２５、図１０）のほうが表面積が大きい積層体と、
（ｃ）容器２２１の一側部に設けられ、前記最上層である有機炭素源供給層２０３ｅと、前記最上の細菌生息層２０４ｄとに開口し、脱窒されるべき硝酸を含む液体を供給する供給管路２０７と、
（ｄ）容器２２１の前記一側部と反対側の他側部に設けられ、前記最下の細菌生息層２０４ａに開口し、積層体を収容した容器２２１内を流下した液体を排出する排出管路２０８とを含むことを特徴とする請求項１２記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１５】
有機炭素源供給層における体積混合比は、
キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂
＝１〜２：４：４〜５
であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１６】
前記脱窒装置は、
硝酸を含む液体中の前記硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置において、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に有機炭素源であるセルロースが含まれる有機炭素源供給層を備え、
有機炭素源供給層の下流に、複数のミネラル供給層と複数の細菌生息層とが、交互に積層されて配置され、
各ミネラル供給層は、液体にミネラル成分を溶解させて与える炭酸塩鉱物の粉末と、セルロースをグルコースに分解する細菌が付着している細砂とを有し、
各細菌生息層は、連続空隙の多孔質材料から成る担体の前記空隙に脱窒細菌が生息する構成を有することを特徴とする請求項１２記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１７】
魚介類等の養殖用水槽１における水温の制御システムであって、
太陽熱によって水を加熱する太陽熱温水装置２と、
太陽熱温水装置２で生成される温水を循環させる温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅと、
温水循環路３，３ａ，３ｄ，３ｅの途中に配設され、前記温水と養殖用水槽１のための水とを間接熱交換する養殖水用熱交換器４ａと、
空気と養殖用水槽１からの水とによってマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生手段６ａと、
マイクロバブル発生手段６ａからのマイクロバブルが発生された水を養殖水用熱交換器４ａに導き、この養殖水用熱交換器４ａからの前記温水によって加熱された水を養殖用水槽１に供給し、養殖用水槽１からの水をマイクロバブル発生手段６ａに導いて、養殖用水槽１の水を循環する給水管路５２，５３ａ，５３とを含むことを特徴とする養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項１８】
温水循環路３，３ａ〜３ｅの途中に配設され、前記温水によって外気である空気を加熱して熱交換する空気用熱交換器４をさらに含み、
マイクロバブル発生手段６ａは、空気用熱交換器４から供給される加熱された空気によってマイクロバブルを発生することを特徴とする請求項１７記載の養殖用水槽の水温システム。
【請求項１９】
養殖用水槽１の水の温度を検出する手段４０１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から養殖水用熱交換器４ａに流れる温水の流路を開閉する第１開閉弁Ｖ１と、
温水循環路３，３ａ〜３ｅにおける太陽熱温水装置２から空気用熱交換器４に流れる温水の流路を開閉する第２開閉弁Ｖ２と、
制御手段４０２であって、
水温検出手段４０１からの出力に応答し、
第１および第２温度Ｔ１，Ｔ２が予め設定され（ただしＴ１＜Ｔ２）、
検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２未満であるとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開き、
こうして第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開くことによって、検出された温度Ｔの温度上昇の時間変化率αを演算し、
その演算された温度上昇の時間変化率αが、予め定める値α１未満（α＜α１）である第１の場合、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開く第１動作モードとし、
前記演算された温度上昇の時間変化率αが予め定める値α１以上（α１≦α）である第２の場合、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、第２開閉弁Ｖ２を開く第２動作モードとし、
その後、検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２以上に上昇したとき、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じ、
検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１未満にまで下降したとき、前記第１の場合には第１動作モードとし、第２の場合には第２動作モードとする制御手段４０２とを含むことを特徴とする請求項１８記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項２０】
養殖用水槽１からの水を供給するサクションポンプ４１１と、
サクションポンプ４１１からの水と、空気用熱交換器４からの加熱された空気とを混合して気液混合流体を導出する空気混入部４１３とをさらに含み、
空気混入部４１３からの気液混合流体を、マイクロバブル発生手段６ｂへ導いてマイクロバブルを発生させることを特徴とする請求項１８記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【請求項２１】
マイクロバブル発生手段６ｂは、ハウジング４１８を有し、
このハウジング４１８は、
回転対称に形成され、回転対称軸４１６の軸線方向の双方に向かって縮径した中空部４１７を有し、
このハウジング４１８の周壁部に、気液導入孔４１９が接線方向に開口され、
ハウジング４１８の中空部の縮径部分に回転対称軸４１６の双方向にマイクロバブル噴出孔４２１，４２２が開口し、
マイクロバブル噴出孔４２１，４２２が、ハウジング４１８内に流入した気液混合流体の旋回流によって形成される負圧軸の位置に一致して形成されることを特徴とする請求項２０記載の養殖用水槽の水温制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−５７３６６（Ｐ２０１０−５７３６６Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０８５４５（Ｐ２００８−２０８５４５）
【出願日】平成２０年８月１３日（２００８．８．１３）
【出願人】（５９２００２９５０）
【出願人】（０００１２５３４７）学校法人近畿大学 (389)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１３日（２００８．８．１３）
【出願人】（５９２００２９５０）
【出願人】（０００１２５３４７）学校法人近畿大学 (389)
【Ｆターム（参考）】
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