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技術 水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御するための方法およびその方法を実施するためのユニット

出願人 レール・リキード-ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
発明者 ボウミル・セビック
出願日 1998年5月28日 (23年7ヶ月経過) 出願番号 1998-147342
公開日 1999年3月16日 (22年9ヶ月経過) 公開番号 1999-069925
状態 未査定
技術分野 養殖 水処理一般
主要キーワード 処理体積 方程式群 公称流量 溶解ユニット 供給サイクル 上方壁 制御パラメーター 酸素供給管
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年3月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

単純な、水中に酸素を溶解させるためのユニット出口で水の酸素含有量を制御する方法およびそれを実施するためのユニットを提供すること。

解決手段

本発明は、水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する方法であって、ユニットの出口での水の酸素含有量Co を計測するためにセンサーが用いられ、ユニットの出口で計測された含有量Co が整定値Cset と比較される方法に関する。もし計測された含有量Co が整定値Cset より小さい場合には、前記ユニットに酸素を供給するサイクルが開始され、供給サイクルは、その間にユニットに供給する酸素の流量を制御するバルブ開放位置にあるユニットに酸素を注入する時間Ti およびその間に前記バルブが閉鎖位置にある休止時間Tp から構成される。水中に酸素を溶解させるためのユニットについての応用は、特に養殖が意図される。

概要

背景

養殖において、魚が養殖タンクにおいて呼吸して生きることを可能にするために、水中に酸素を溶解させるためのユニットを用いて酸素含有量が増えた水を魚の養殖タンクに供給することは一般的に行われていることである。この含有量は、一日にわたって、タンク内の魚の酸素消費に合せられる必要がある。

このタイプのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する複雑な方法を実施する構成要素を含む、水中に酸素を溶解させるためのユニットが知られている。これらの方法は、例えば、「P.I.D.」型のもので、すなわち、比例的、積分的、および導関数的作動による制御かまたは多数のソレノイドバルブを含む複雑な制御系を必要とする比例的制御方法である。

概要

単純な、水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する方法およびそれを実施するためのユニットを提供すること。

本発明は、水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する方法であって、ユニットの出口での水の酸素含有量Co を計測するためにセンサーが用いられ、ユニットの出口で計測された含有量Co が整定値Cset と比較される方法に関する。もし計測された含有量Co が整定値Cset より小さい場合には、前記ユニットに酸素を供給するサイクルが開始され、供給サイクルは、その間にユニットに供給する酸素の流量を制御するバルブ開放位置にあるユニットに酸素を注入する時間Ti およびその間に前記バルブが閉鎖位置にある休止時間Tp から構成される。水中に酸素を溶解させるためのユニットについての応用は、特に魚の養殖が意図される。

目的

本発明の目的は、上記のものより単純である、水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

特に養殖を意図する、水中に酸素を溶解させるためのユニット出口で水の酸素含有量を制御する方法であって、ユニットの出口で水の酸素含有量Co を測定するためにセンサーが用いられ、およびユニットの出口で測定された含有量Co が整定値Cset と比較され、もし測定された含有量Co が整定値Cset よりも小さい場合、前記ユニットに酸素を供給するサイクルが開始され、供給サイクルは、その間に前記ユニットに供給する酸素の流量を制御するバルブ開放位置にあるユニットに酸素を注入する時間Ti 、および注入された酸素に応答するユニットの慣性に実質的に対応する、その間に前記バルブが閉鎖位置にある休止時間Tp から構成されることを特徴とする方法。

請求項2

注入時間Ti の継続時間および休止時間Tp の継続時間との比が実質的に一定であることを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項3

水の体積Vw を含み、処理された水の公称流量QH2O を有する酸素を溶解させるユニットについて、休止時間Tp は実質的に方程式

請求項

ID=000003HE=015 WI=019 LX=0505 LY=1350により規定されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。

請求項4

ユニットの入口での水の酸素含有量Ciもまた計測され、供給サイクルの総継続時間Ttot は実質的に次の方程式

請求項

ID=000004HE=015 WI=039 LX=0405 LY=1800(式中、Vg はユニット中に含まれる気相の体積であり、Rdm はユニットの実際の溶解効率であり、およびEは酸素溶解効率理論的係数である)により規定されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の方法。

請求項5

時間Ti の間、酸素は、実質的に次の方程式

請求項

ID=000005HE=020 WI=065 LX=0275 LY=2350により規定される流量Qi により注入されることを特徴とする請求項4記載の方法。

請求項6

供給管を介して酸素源に接続された酸素室を備える、水中に酸素を溶解させるためのユニットであって、閉鎖位置かまたは開放位置のいずれかを取り得、そして供給管内に配置されたオールオア・ナッシングソレノイドバルブ、処理される水の酸素含有量Ciを測定するためのセンサー、ユニットの出口で水に溶解した酸素含有量Co を測定するためのセンサー、ならびに上記2つの測定センサーにより送られる信号を処理するための手段およびソレノイドバルブを制御し処理手段により駆動される手段を具備する中央制御部を備えたユニット。

請求項7

処理手段が、含有量Co をメモリーに貯えられている整定値Cset と比較するための手段および注入時間Ti の継続時間を計算するための手段を具備することを特徴とする請求項6記載のユニット。

請求項8

ソレノイドバルブを制御するための手段が、休止時間Tp の継続時間を含むメモリーおよび、このメモリーならびに計算手段に接続された、ソレノイドバルブの開放および閉鎖時間を制御するためのタイマーを具備することを特徴とする請求項6または7記載のユニット。

技術分野

0001

本発明は、特に養殖を意図した、水中に酸素を溶解させるためのユニット出口で水の酸素含有量を制御するための方法に関する。

背景技術

0002

魚の養殖において、魚が養殖タンクにおいて呼吸して生きることを可能にするために、水中に酸素を溶解させるためのユニットを用いて酸素含有量が増えた水を魚の養殖タンクに供給することは一般的に行われていることである。この含有量は、一日にわたって、タンク内の魚の酸素消費に合せられる必要がある。

0003

このタイプのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する複雑な方法を実施する構成要素を含む、水中に酸素を溶解させるためのユニットが知られている。これらの方法は、例えば、「P.I.D.」型のもので、すなわち、比例的、積分的、および導関数的作動による制御かまたは多数のソレノイドバルブを含む複雑な制御系を必要とする比例的制御方法である。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、上記のものより単純である、水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

この目的のために、本発明は、特に魚の養殖を意図する、水中に酸素を溶解させるためのユニットの出口で水の酸素含有量を制御する方法であって、ユニットの出口で水の酸素含有量Co を測定するためにセンサーが用いられ、およびユニットの出口で測定された含有量Co が整定値Cset と比較され、もし測定された含有量Co が整定値Cset よりも小さい場合、前記ユニットに酸素を供給するサイクルが開始され、供給サイクルは、その間に前記ユニットに供給する酸素の流量を制御するバルブ開放位置にあるユニットに酸素を注入する時間Ti 、および注入された酸素に応答するユニットの慣性に実質的に対応する、その間に前記バルブが閉鎖位置にある休止時間Tp から構成されることを特徴とする方法に関する。

0006

本発明による方法は、さらに、1以上の次の特徴を含みうる。すなわち、
−注入時間Ti の継続時間および休止時間Tp の継続時間との比が実質的に一定である、
−水の体積Vw を含む酸素を溶解させるためのユニットについて、休止時間Tpは実質的に方程式

0007

本発明は更に、供給管を介して酸素源に接続された酸素室を備える、水中に酸素を溶解させるためのユニットであって、閉鎖位置かまたは開放位置のいずれかを取り得、そして供給管内に配置されるオールオア・ナッシング・ソレノイドバルブ、処理される水の酸素含有量Ciを測定するためのセンサー、ユニットの出口で水に溶解した酸素含有量Co を測定するためのセンサー、ならびに上記2つの測定センサーにより送られる信号を処理するための手段およびソレノイドバルブを制御し処理手段により駆動される手段を具備する中央制御部を備えたユニットに関する。

0008

本発明によるユニットは、さらに1以上の次の特徴を含みうる。すなわち、
−処理手段は、含有量Co をメモリーに貯えられている整定値Cset と比較するための手段および注入時間Ti の継続時間を計算するための手段を具備する、
−ソレノイドバルブを制御するための手段は、休止時間Tp の継続時間を含むメモリーおよび、このメモリーならびに計算手段に接続された、ソレノイドバルブの開放および閉鎖時間を制御するためのタイマーを具備する。

0009

本発明の他の特徴および長所は、例示により与えられ、いかなる限定も含意することなく、添付された図面を参照することにより、続く記述から明らかになるであろう。

発明を実施するための最良の形態

0010

図1は魚の養殖を意図する水中に酸素を溶解させるためのユニット1を描写する。

0011

このユニット1は、全処理体積Vtot を含む水の酸素富化室3を含む。この室3は、その側壁11において、室3の底9の近くに作られた出口開口部7を経由して魚の養殖タンク5に連通する。室3とタンク4とは開口部7を通して連通するので、室3における水のレベルNは養殖タンク5のそれと一致する。ユニット1の操業の間に室3におけるレベルNもまた一定であるように、タンク5の水のレベルは一定に保たれる。

0012

室3の高さHは、総体積Vtot が水中に溶解することを意図される高比率の酸素を有する気相を含む上方体積Vg および処理下の水を含む体積Vw に分割されるように水のレベルNより大きい。室3における水のレベルNがユニット1の操業の間一定であるので、体積Vg およびVw もまた一定である。

0013

その上方壁13に設けられた開口部14を通して、室3は処理される水を供給するための管15に接続される。水中に酸素を溶解させるためのユニットは処理される水の公称流量について設計されているので、管15から来る処理される水の流量QH2O は実質的に一定である。

0014

操作の間、管15を出ていく水は、室3において含まれる水に気相からの酸素を溶解させるために、気体の泡とのエマルジョンを作り出すように気相を通過し液相に流入する。気体の泡とのエマルジョンのために、気体−液体移行は有意に増加する。

0015

酸素に加えて、気相は、例えば窒素およびアルゴンのような他の気体をも含むことに注意すべきである。これらの他の気体は主に処理される水から生じ、それは既に幾分かの量の溶解された気体を含む。これらの他の気体はエマルジョン中に部分的に解放され、気相の組成を変える。

0016

水中に溶解していない過剰の気泡回収するために、水の流れを偏らせるための壁17および19が室3内に配置される。偏った水の流れは矢印20により示される。

0017

その上方壁13に備えられた開口部21を通して、室3は更に、ユニット1に酸素を供給するための管23を経由して酸素源22に接続する。いわゆる「オール・オア・ナッシング」ソレノイドバルブ25、すなわち閉鎖位置かまたは開放位置かのいずれかを取るソレノイドバルブ、およびソレノイドバルブ25がその開放位置にあるとき管23における酸素の流量を制御するための隔壁27が、この管23におけるラインにおいて配置される。

0018

手動で制御される流量計29は、酸素供給管23においてソレノイドバルブ25および隔壁27について並列に配置される。この手動で制御される流量計29は、ソレノイドバルブ25の機能不全の場合において安全弁として、また以下で説明されるであろうが、ユニット1を較正するために、用いられる。

0019

更に、ユニット1は水の酸素含有量を測定するための2つのセンサー31および33を含み、その一方31は処理された水の酸素含有量Ciを測定するために管15内に配置され、その他方33は、ユニットの出口で水中の溶解した酸素含有量Co を測定するために、室3の出口で開口部7に近接して配置される。

0020

2つのセンサー31および33は、2つのセンサー31および33により送られる信号を処理するための手段37およびソレノイドバルブ25を制御するための手段39を含む中央制御部35に接続される。

0021

処理手段37は、含有量Co をメモリー43において貯えられた整定値Csetと比較するための手段41およびソレノイドバルブについての開放時間、すなわちその間にソレノイドバルブ25が開放位置にあり酸素がユニット1に供給される注入時間Ti の継続時間を計算するための手段45を含む。

0022

ソレノイドバルブ25を制御するための手段39は、ソレノイドバルブ25の開放および閉鎖時間を制御するためのタイマー47および、このタイマー47に接続された、注入時間Ti 後に、その間にバルブが閉じられたままでいる休止時間Tp についての継続時間を含むメモリー48を具備する。

0023

中央制御部35は、例えば、センサー31および33により送られる信号を獲得し、ソレノイドバルブ25に開放および閉鎖コマンドを送るように設計されたインターフェース装備するマイクロコンピューターにより形成され、適切なコンピュータープログラムがロードされているメモリーを含む。

0024

図2は本発明の制御方法を例示するグラフを示す。秒における時間が横軸50上にプロットされ、ユニット1の出口での水中の酸素含有量Co は縦軸52上にプロットされる。このグラフは時間の関数としてのCo の変化の曲線54を示す。

0025

本発明の方法によれば、センサー33はユニット1の出口で水の酸素含有量Co を測定するために用いられる。この測定値Co は、比較手段41においてメモリー43に貯えられている整定値Cset と比較される。

0026

もし測定された含有量Co が、例えば図2において時間t=2sのときのように整定値Cset より小さい場合、ユニット1に供給するサイクルが開始される。供給サイクルは、その間にソレノイドバルブ25が開放位置にある室3に酸素を注入する時間Ti およびその間にソレノイドバルブ25が閉鎖位置にある休止時間Tp から構成される。この目的のために、比較手段41は、それらがユニット1の特徴の基本となる時間Ti の継続時間ならびにCo およびCiの測定結果を決定しうるように、計算手段45に特に測定値Co を含む制御信号を送る。この時間Ti の継続時間はタイマー47に送られる。

0027

注入時間Ti の間、タイマー47はソレノイドバルブ25を開放位置に維持し、酸素は、ソレノイドバルブ25の上流の圧力および隔壁27の直径により決定される流量Qi で注入される。次いで、タイマー47は時間Tp の間閉鎖位置にソレノイドバルブ25を維持する。時間Tp の継続時間は、ユニット1に注入された酸素に応答するユニットの惰性に実質的に対応し、次の方程式

0028

図2における曲線54においてみられうるように、含有量Co は応答におけるユニットの慣性のために注入時間の間に更に減少し、次いで、休止時間の間に上昇する。休止時間Tp の終わりに、注入時間の間注入された酸素の量への応答であるCo のある値が得られる。

0029

もし、注入サイクル後、すなわち、サイクル時間Ttot =Ti +Tp 後、CoがいまだCset 未満であれば、比較手段41は新たな注入サイクルを開始する。図2において見られうるように、本発明の制御方法は、Cset の周囲でCo について振動的変化を得ることを可能とする。

0030

ソレノイドバルブ25が2つの位置、閉鎖位置および開放位置しか取り得ないという事実を理由として、および本発明の制御方法を理由として、ユニット1の出口での含有量Co は、単純で信頼でき、しかも正確な方式で調節される。

0031

本出願人は、注入時間Ti の継続時間と休止時間Tp の継続時間との比は実質的に一定であることを見出した。

0032

Cset の周囲のCo の振動振幅を小さくするために、ユニット1の特徴およびCo およびCiの測定が、時間Ti およびTp の継続時間ならびに気相における酸素が時間Ti の間に管23を経由して注入される流量Qi を決定するために用いられる。

0033

ユニット1は単位時間当りの水中の特定量の酸素、すなわち平均酸素流量QO2f を溶解させる目的で作られ、この流量は、魚の養殖の仕様により決定される。この水中に溶解した酸素の平均流量QO2f を供給することを可能にするために、ユニットの溶解特性を知ることが必要である。

0034

図3は、グラフ上に、水中に溶解する酸素についてのユニット1の標準曲線を示す。

0035

ユニットの出口での水中に溶解した酸素含有量Co と処理された水における酸素含有量Ciとの間の質量ppm(質量による百万当りの部)における差異が横軸80上にプロットされる。m3 /hにおける平均酸素流量QO2は縦軸82上にプロットされる。3つの曲線84、86および88はグラフ上に表される。

0036

曲線84は、ユニット1の出口と入口とのそれぞれでの水中の酸素含有量の間の差(Co −Ci)の関数としての水中に溶解する酸素の平均流量QO2f を示す。QO2f は次の方程式

0037

このことは、ユニット1の出口と入口とのそれぞれでの水中の酸素含有量の間の差(Co −Ci)を得るために、および与えられたユニットについて一定である処理された水の流量QH2O について、平均流量QO2f を解くことが必要であることを意味する。曲線84は、与えられた流量QH2O について計算された曲線である。

0038

特に、処理される水の中に溶解していて、室3における処理の間に放出される酸素以外の気体のために、もしそれらが室3における気相の組成を改変するならば、QO2f は気相内に注入されるために必要である酸素の平均流量Qm に直接には対応しない。この平均酸素流量Qm は(Co −Ci)の関数として曲線86により表される。それは次の方程式

0039

Rdm はユニット1の実際の溶解効率である。曲線86は、ソレノイドバルブ25を閉鎖したまま維持することにより、およびCo およびCiを測定する間、手動制御流動メーター29により室3に注入される酸素の流量を変化させることにより、実験的に得られた。

0040

例えば、16ppmの最大差(Co −Ci)(魚の養殖のスケジュールにより要求される)のために、平均して約16m3 /hの水中の酸素(曲線84参照)が溶解し、しかし室3に平均して25m3 /hの酸素(曲線86参照)を注入することが必要である。これらの曲線84および86を基準として、ユニット1の実際の溶解効率Rdm が決定され、それはそのとき次の方程式

0041

曲線88は、ソレノイドバルブ25の制御に必要とされる平均酸素流量QO2Eである。次いで、ソレノイドバルブ25および隔壁27の直径が、魚の養殖のスケジュールにより要求される16ppmの最大差(Co −Ci)についてのQmを得るように選択される。このオペレーティングポイントについて、そのときQO2E およびQm は等しい。

0042

一般的に、ソレノイドバルブ25および隔壁27の直径は、良好な制御結果を得るために、曲線88が曲線86に幾分か近接している方式で選択されるであろう。

0043

ユニット1のこれらの特徴に基づいて、継続時間Ttot 、Ti 、Tp および管23を経由してユニット1に酸素が注入される酸素流量Qi が決定される。

0044

平均して十分な量の酸素を注入するために、Ti 、Tp ならびにQm およびQi は次の方程式

0045

この方程式は、時間Ti の間に注入される酸素の量Ti Qi は酸素含有量における必要とされる増加を得るために室3に注入されるべき平均量(Ti +Tp )Qm に一致することを意味する。

0046

更に、気相の体積Vg に酸素の量Ti Qi を注入することは、次の方程式

0047

この増加ΔC’は、ユニットの出口での水の酸素含有量における増加を引き起こすために相当に大きい必要がある。そのとき、ΔC’は次の方程式

0048

方程式(3)、(5)、(6)および(7)を結び付けることにより、Qi 、Ti +Tp =Ttot 、およびTi について次の方程式群が得られる。

0049

0050

この方式において、本発明の方法を実施するために必要であるすべての制御パラメーターが定義される。本発明の方法は、その単純性および、酸素供給管における制御要素としてそれが「オール・オア・ナッシング」バルブしか必要としないという事実により区別される。

図面の簡単な説明

0051

図1水中に酸素を溶解させるためのユニットの概観図である。
図2時間の関数として溶解ユニットの出口での水の酸素含有量を示すグラフである。本発明による制御方法を例示する。
図3水中に酸素を溶解させるためのユニットの標準曲線を示すグラフである。

--

0052

1…ユニット
3…酸素富化室
5…タンク
7…出口開放部
9…底
11…側壁
13…上方壁
14,21…開放部
15,23…管
17,19…壁
20…偏った水の流れ
22…酸素源
23…酸素供給管
25…ソレノイドバルブ
27…隔壁
29…手動制御流量計
31,33…センサー
35…中央制御部
37…信号処理手段
39…バルブ制御手段
41…比較手段
43,48…メモリー
45…計算手段
47…タイマー
N…水のレベル
H…室3の高さ

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