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【発明の名称】 養殖水槽の水温調整方法およびこれに用いられる養殖水槽システム
【発明者】 【氏名】永利 隆昭
【住所又は居所】佐賀県佐賀市高木瀬東一丁目１０番１号 九州電力株式会社総合研究所生物資源研究センター内

【氏名】松尾 重巳
【住所又は居所】長崎県北松浦郡小佐々町黒石免字小島３３９−４１ 株式会社ジャパンアクアテック内
【要約】 【課題】省スペース、省エネルギー化を図りながら魚介類を活性化させる養殖水槽の水温調整方法およびこれに用いられる養殖水槽システムを提供する。

【解決手段】水槽内の水を加熱または冷却するヒートポンプ３と、温度センサ８〜１５で検出された水槽内の温度が目標温度となるようにヒートポンプ３を制御する温度制御装置７とを有する養殖水槽２内で、魚介類を飼育するときの水温を調整する方法であって、ヒートポンプ３を運転して水槽内の水に蓄熱を行う蓄熱工程と、ヒートポンプ３の運転を停止して、養殖水槽２内の温度を徐々に変動させる水温変動工程とを有し、蓄熱工程と水温変動工程とを、１日を１サイクルとして交互に切り替える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水槽内の水を加熱または冷却するヒートポンプと、温度センサで検出された前記水槽内の温度が目標温度となるように前記ヒートポンプを制御する温度制御装置とを有する養殖水槽内で、魚介類を飼育するときの水温を調整する方法であって、前記ヒートポンプを運転して前記水槽内の水に蓄熱を行う蓄熱工程と、前記ヒートポンプの運転を停止して、前記養殖水槽内の温度を徐々に変動させる水温変動工程とを有し、前記蓄熱工程と前記水温変動工程とを、１日を１サイクルとして交互に切り替えることを特徴とする養殖水槽の水温調整方法。
【請求項２】 前記蓄熱工程は、夜間電力料金が適用される時間帯に行われることを特徴とする請求項１に記載の養殖水槽の水温調整方法。
【請求項３】 前記蓄熱工程と前記水温変動工程における養殖水槽の１日の変化温度を６度以内にすることを特徴とする請求項１または２に記載の養殖水槽の水温調整方法。
【請求項４】 ヒートポンプおよび温度センサとを備えた温度制御装置と、この温度制御装置の運転および停止を自動的に切り替えるタイマと、前記温度制御装置で内部の水を加熱または冷却される養殖水槽と、この養殖水槽の上部を覆う断熱カバーとを備えたことを特徴とする養殖水槽システム。
【請求項５】 前記養殖水槽の貯水量を５ｔ以上にしたことを特徴とする請求項４に記載の養殖水槽システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、養殖水槽の温度を制御して魚介類の飼育を行う養殖水槽の水温調整方法およびこれに用いられる養殖水槽システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、陸上において水槽内でトラフグ等の高級魚を飼育するときには、常時温度管理を行って、一定水温を保持しないと、魚が弱ったり死んだりすると考えられている。このため、水温の変化を小さくするために、以下のような２つの温度調整方法が多く用いられている。
【０００３】１つは、２４時間連続的に水槽内の温度を制御する連続運転型の水温調整方法であり、もう１つは、養殖水槽とは別に蓄熱用水槽を準備し、２次的に水温調整を行う蓄熱型の水温調整方法である。
【０００４】連続運転型の水温調整方法は、水槽内の温度をヒートポンプを用いて常時加熱または冷却するもので、水温を、プラスマイナス１度程度の範囲内で正確に制御するものである。
【０００５】また、蓄熱型の水温調整方法は、例えば、深夜電力を用いて、蓄熱用水槽内の水を冷却して夜間に氷を製造しておき、昼間は、夜間に製造しておいた氷を徐々に溶かして養殖水槽内を冷却し、養殖水槽内の温度を制御するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来の水温調整方法は、水温が変化すると魚介類の生育状態が悪くなると考えられていたため、どちらも養殖水槽内の温度を１日中一定に保持するものとされているが、本願発明者は、温度の変動に着目し、所定の温度範囲で水温を変動させると、かえって魚介類の活性が高くなり、生育状態がよくなることを知見した。これに対して、前記連続運転型の水温調整方法は、温度を１日中連続して調整するために、魚介類の活性を高める作用はなく、また、ヒートポンプを１日中稼働させる必要があるため、エネルギーが無駄になると共にその制御に手間がかかる。
【０００７】また、蓄熱型の水温調整方法は、深夜電力を用いるので、ヒートポンプの稼働時間は少なくなるが、昼間の温度制御は必要であるため、やはり手間がかかり、また、温度を１日中調整するので、魚介類を活性化させる作用はない。また、水槽とは別に蓄熱用水槽が必要になるので、諸設備が大型化する傾向にあり、設備の設置や維持に手間とコストがかかるという問題がある。そこで本発明が解決しようとする課題は、省スペース、省エネルギー化を図りながら魚介類を活性化させる養殖水槽の水温調整方法およびこれに用いられる養殖水槽システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明の水温調整方法は、水槽内の水を加熱または冷却するヒートポンプと、温度センサで検出された前記水槽内の温度が目標温度となるように前記ヒートポンプを制御する温度制御装置とを有する養殖水槽内で、魚介類を飼育するときの水温を調整する方法であって、前記ヒートポンプを運転して前記水槽内の水に蓄熱を行う蓄熱工程と、前記ヒートポンプの運転を停止して、前記養殖水槽内の温度を徐々に変動させる水温変動工程とを有し、前記蓄熱工程と前記水温変動工程とを、１日を１サイクルとして交互に切り替える。
【０００９】水には、淡水や海水、またはこれらに魚介類の生育に適した他の添加物を加えたものを含む。ヒートポンプを作動させている蓄熱工程においては、水槽内の水温を一定に調整することができ、ヒートポンプを停止させる水温変動工程においては、夏期であれば上昇し、冬期であれば下降する。水温変動工程を有しているので、水槽内の水温は、外気の温度に応じて徐々に上昇または下降するが、所定の温度範囲においては、魚介類の生育状態に問題はなく、かえって温度変化によって魚介類が活性化するという作用を有する。また、水温変動工程の実施中はヒートポンプを停止させているので、ポンプの作動に必要なエネルギーを節約することができるという作用を有する。
【００１０】前記蓄熱工程を、夜間電力料金が適用される時間帯に行うことも可能である。夜間電力料金が適用される時間帯とは、深夜電力料金や蓄熱調整契約料金等の電力消費が少ない時間帯をいう。水中においても、太陽光が当たる昼間に活動し、夜間に体を休める魚介類は多い。また、魚介類は温度変化に敏感な生物である。従って、夜間電力料金が適用される時間帯に蓄熱を行い、水温を一定にして魚介類の体を休ませ、また、日中に温度を変動させることによって、魚介類の活動を誘起してより活性を高めることができる。また、電力消費量が多い昼間の運転を避けることができるので、装置に安定した電力を供給することができ、停電や電力変動等のトラブルが発生しにくくなると共に、発電所の負担が軽減する。
【００１１】前記蓄熱工程と前記水温変動工程における前記養殖水槽の１日の変化温度を６度以内にすることが好ましい。本願発明者は、水槽を用いた実験を陸上で行い、６度以内の変化温度では魚介類が生育不良となって死滅したりすることがなく、かえってその活性が高まることを確認した。海中の温度変化に合わせて、水温を６度以内で変化させることにより、魚介類の活性を確実に高めることができる。
【００１２】本発明の養殖水槽システムは、ヒートポンプおよび温度センサとを備えた温度制御装置と、この温度制御装置の運転および停止を自動的に切り替えるタイマと、前記温度制御装置で内部の水を加熱または冷却される養殖水槽と、この養殖水槽の上部を覆う断熱カバーとを備えている。養殖水槽を覆う断熱カバーを備えているので、太陽光を反射し、外気からの侵入熱を排除して水温の上昇を防止すると共に、水槽内の水の蒸発を防止して、蒸発熱による水温の低下と、水量の減少による生育条件の変動を防止することができる。
【００１３】前記養殖水槽の貯水量を５ｔ以上にすることが好ましい。養殖水槽には、外気からの侵入熱、水面からの蒸発熱、循環ポンプからの侵入熱が出入りする。５ｔ以上としたのは、例えば、設定水温を２０度にし、１日の気温が−１度〜２度の範囲で変化するという条件で、養殖水槽の温度変化のシミュレーションを行うと、貯水量が５ｔより少ない場合には、水槽内の変化温度が６度を超えてしまい、魚介類の生育に適さなくなるからである。貯水量を５ｔ以上にすることにより、水槽内の過度の温度変化を防止して、魚介類が生育不良となったり死滅したりすることを防止している。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の養殖水槽の水温調整方法に用いる養殖水槽システムの構成図である。
【００１５】養殖水槽システム１は、トラフグ等の魚介類を飼育可能な容積５０ｍ３の養殖水槽２と、設定温度に合わせて加熱および冷却可能なヒートポンプ３と、ヒートポンプ３および養殖水槽２に通水管１６を介して接続されて、内部流体の熱交換を行う２台の熱交換器４，５と、養殖水槽２と熱交換器４，５との間で海水（流体）を循環させるポンプ６と、各部の温度を測定し、これらの機器を制御する制御装置７とを有している。
【００１６】制御装置７には、外気温度を測定する温度センサ８と、養殖水槽２が設けられた室内温度を測定する温度センサ９が設けられている。養殖水槽２は、高さ１．２ｍ、長さと幅がどちらも７．３ｍに形成され、この養殖水槽２の上部の開口部を覆う断熱カバー２ａと、制御装置７に接続された温度センサ１０と、直接目視可能な温度センサ１１が設けられている。また、養殖水槽２に対して海水を給水する海水補給管２７には、制御装置７に接続された温度センサ１２および流量計１９が設けられている。断熱カバーは、例えば、可撓性プラスチック製のシートや発泡ポリスチレン製の板材等で形成することができる。
【００１７】ポンプ６はプラスチック製の渦巻きポンプで、３相２００Ｖで１．５ｋＷの出力のものを使用している。ポンプ６が設けられた通水管１６の両側にはバルブ１７，１８がそれぞれ設けられ、ポンプ６と養殖水槽２の間には、養殖水槽２から流出する海水の温度および流量を測定する温度センサ１３および流量計２０が設けられている。また、熱交換器４，５は、チタン製のシェルアンドコイル式のもので、その下流側には、温度センサ１４，１５を備えた通水管２１，２２がそれぞれ設けられている。温度センサ１３〜１５および流量計２０は制御装置７に接続されている。
【００１８】ヒートポンプ３は、電気容量が３相２００Ｖ、１５ｋＷで、定格能力は５３．０ｋＷである。ヒートポンプ３は、連通管２３〜２６によって熱交換器４，５との間で伝熱媒体となる流体を循環させ、海水と伝熱媒体との間で熱交換を行う。図示しないタイマを内蔵した制御装置７は、温度センサ８〜１５の情報に基づいてヒートポンプ３を運転する。ヒートポンプ３の運転は、夜間電力の一例である深夜電力契約の場合、７時から２３時まで停止されており、深夜電力の使用時間帯である２３時から翌日の７時の直前までの８時間以内だけ運転されている。なお、この時間帯は、電力使用量の集中を避けるため、変更されることがある。
【００１９】例えば、夏期の場合においては、ヒートポンプ３の運転中は、養殖水槽２内の海水の温度が下がり、ヒートポンプ３の停止時間中には養殖水槽２内の海水の温度が徐々に上昇する。冬期の場合においては、ヒートポンプ３の運転によって海水の温度が上がり、停止することによって徐々に下がる。
【００２０】制御装置７は、養殖水槽２内の１日の変化温度が、６度以内になるように制御する。養殖水槽２の貯水量が５ｔ以上の場合には、年間を通じて養殖水槽２内の海水の温度を６度以内に保持することができ、トラフグ等を良好な環境で飼育することができる。
【００２１】次に、本発明に係る養殖水槽の水温調整方法について説明する。養殖水槽の水温調整方法は、夜間蓄熱工程と、水温変動工程とを有している。
【００２２】（準備工程）養殖水槽２内に海水補給管２７を用いて海水を供給し、内部に養殖しようとする魚介類、例えば白身魚であるトラフグを入れる。
【００２３】（夜間蓄熱工程）２３時過ぎにポンプ６およびヒートポンプ３の運転を開始し、養殖水槽２内の海水を循環させながら温度調整する。このときの温度は、夏期であれば、設定範囲の下限近くまで下げ、冬期であれば、設定範囲の上限近くまで上げる。運転時間は、翌朝の７時まで行われるが、春期や秋期等のように設定水温と外気温との差が小さい場合には、８時間より短い時間だけ運転することも可能である。
【００２４】（水温変動工程）７時以降は、ポンプ６およびヒートポンプ３の運転を停止する。養殖水槽２内の海水の温度は徐々に上昇するが、５０ｔの貯水量があるので、養殖水槽自体が蓄熱槽として働き、海水の温度上昇を妨げる。したがって、海水の温度は、２３時までに６度を超えて上がることはない。
【００２５】海水の温度を６度以内で変化させるので、養殖される魚介類を活性化させることができる。また、２３時から翌日の７時までの運転で温度を制御するので、深夜電力のみを使用して、地域で１日に使用される電力の平滑化に貢献するとともに、電力料金も安価にすることができる。なお、夜間電力として、深夜電力契約の代わりに、蓄熱調整契約を適用することができる。この場合、ヒートポンプは、８時から２２時まで停止されており、蓄熱調整契約の使用時間帯である２２時から翌日の８時直前までの１０時間以内だけ運転される。また、ヒートポンプの制御装置に設けたタイマは、受電電力計内、すなわち電力供給側に設けられることもある。
【００２６】
【実施例】次に、本発明に係る養殖水槽の水温調整方法について行った試験結果について説明する。図２（Ａ）は、本実施例に係る養殖水槽システムの構成図、（Ｂ）は第１の比較例に係る従来の連続運転型の養殖水槽システムの構成図、（Ｃ）は第２の比較例に係る従来の蓄熱型の養殖水槽システムの構成図である。
【００２７】本実施例に係る養殖水槽システム２８、第１の比較例に係る養殖水槽システム２９、第２の比較例に係る養殖水槽システム３０は、それぞれ５ｍ３の水槽３１〜３３を用い、水槽３１〜３３内では魚体の成長状態を比較するため、トラフグの飼育を行った。各水槽３１〜３３の温度変化は、記録装置３７を用いて記録した。
【００２８】図２（Ａ）に示すように、本実施例に係る養殖水槽システム２８は、水槽３１に、熱交換により温度を上昇または下降させるヒートポンプ３４、所定の時刻に装置のオンオフを切り替えるタイマ３５、温度を測定しながらヒートポンプの出力等を変動させる制御ユニット３６を接続している。養殖水槽システム２８は、前述した実施の形態に係る養殖水槽システム１より小さい水槽を用いて、全体を小型化している。
【００２９】図２（Ｂ）に示すように、第１の比較例に係る養殖水槽システム２９は、水槽３２にヒートポンプ３４を接続して連続運転を行っている。図２（Ｃ）に示すように、第２の比較例に係る養殖水槽システム３０は、５ｍ３の水槽３３に対して６ｍ３の蓄熱タンク３８を備え、熱交換器３９で水槽３３と蓄熱タンク３８の熱量を交換して温度を調整する。蓄熱タンク３８にはヒートポンプ３４、タイマ３５、制御ユニット３６を接続している。
【００３０】このような条件で３２日間の飼育をそれぞれ行った。図３に電気使用量、電気料金および設備費を比較するグラフを示す。比較例１に係る養殖水槽システム２９を１００としたときの本実施例に係る養殖水槽システム２８および比較例２に係る養殖水槽システム３０の値を比較すると、本実施例は、比較例１，２に比べて、電気使用量、電気料金、設備費ともに少なくて済む。
【００３１】設備費は、本実施例と比較例１はほぼ同額で済むが、蓄熱タンク３８を必要とする比較例２は、その３倍以上の費用が必要になる。なお、本実施例で使用したタイマ３５は、事業化のときには電力会社の所掌範囲となる。
【００３２】図４に１日の温度変化のグラフを示す。外気温は２７度から３８度の範囲で変化しているが、比較例１，２ともにその水温は、２０度からプラスマイナス１度の範囲で安定している。一方、本実施例では、７時から２３時までの間に、水温は、１７度から２３度まで緩やかに上昇している。そして、２３時からヒートポンプ３４の運転を開始するので、温度が徐々に下降している。
【００３３】表１〜表３に、実験期間（７月１０日〜８月１０日）の前後でのトラフグの全長、体長および体重の測定結果を示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】表１〜表３に示すように、実験期間の前後において、本実施例の方が、比較例１，２より全長、体長、体重の増加度合いが大きかった。また、日々の観察においては、本実施例におけるトラフグの方が、比較例１，２のトラフグに比べて活発に摂餌しているのが観察された。これは、比較例１，２は、昼間の温度を夜間と同様に一定に制御したが、本実施例は、日中の温度を所定の範囲で変化させたためと考えられる。また、本実施例においては、温度範囲を６度以内の範囲で変化させたが、この範囲内であれば、魚介類が生育不良となったり死滅したりすることがなく、かえって活性が高まり生育状態がよくなることが確認された。
【００３８】各水槽３１〜３３のｐＨや比重、アンモニア態窒素等の水質については、特に問題になる項目はなかった。このように、本実施例のように、温度調整を１日の半分以上停止させてもトラフグの成長には影響はなく、稚魚期から成魚までの飼育が可能と考えられる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば次の効果を奏する。
（１）ヒートポンプの運転を停止して、養殖水槽内の温度を徐々に変動させる水温変動工程を有しているので、省エネルギー化を図りながら魚介類を活性化させることができる。
（２）また、養殖水槽内に蓄熱を行う蓄熱工程を有しているので、別途蓄熱槽を準備しなくてもよく、省スペース化を図ることができる。
（３）蓄熱工程を、夜間電力料金が適用される時間帯に行うと、日中に温度を変動させることによって、魚介類の活動を誘起して、活性をより高めることができる。また、電力消費量が多い昼間の運転を避けることができるので、装置に安定した電力を供給することができ、停電や電力変動等のトラブルが発生しにくくなると共に、発電所の負担が軽減する。
（４）養殖水槽の１日の変化温度を６度以内にすると、魚介類の活性を確実に高めることができる。
（５）本発明の養殖水槽システムは、温度制御装置の運転および停止を自動的に切り替えるタイマと、養殖水槽を覆う断熱カバーを備えているので、太陽光を反射し、外気からの侵入熱を排除して水温の上昇を防止すると共に、水槽内の水の蒸発を防止して、蒸発熱による水温の低下と、水量の減少による生育条件の変動を防止して、魚介類を活性化させながら安定して養殖することができる。
（６）貯水量を５ｔ以上にすることにより、水槽内の過度の温度変化を防止して、魚介類が生育不良となったり死滅したりすることを防止でき、水温変化を安定化させて安定して養殖を行うことができる。
【出願人】 【識別番号】５９１０３６６３１
【氏名又は名称】社団法人マリノフォーラム二十一
【住所又は居所】東京都台東区台東４丁目８番７号
【識別番号】０００１６４４３８
【氏名又は名称】九州電力株式会社
【住所又は居所】福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番８２号
【識別番号】３９１０６６８０３
【氏名又は名称】株式会社ジャパンアクアテック
【住所又は居所】長崎県北松浦郡小佐々町黒石免字小島３３９−４１
【出願日】 平成１４年４月２日（２００２．４．２）
【代理人】 【識別番号】１０００９９５０８
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 久
【公開番号】 特開２００３−２８９７４７（Ｐ２００３−２８９７４７Ａ）
【公開日】 平成１５年１０月１４日（２００３．１０．１４）
【出願番号】 特願２００２−１００４４５（Ｐ２００２−１００４４５）