JP2013078273A - 溶存ガスの供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の深海生物の飼育装置では、適切な量の溶存ガスを水中に供給することが難しいという問題点があった。
【解決手段】水槽Ａの水に硫化水素、メタン及び水素等の溶存ガスを供給する装置であって、水槽Ａの水を外部に取り出して同水槽に戻す循環路１１と、循環路１１に水を流通させるための圧送ポンプ１２と、溶存させたいガスを充填したガスボンベ１３と、循環路１１の中間に配置して水を通過させるとともにその水にガスボンベ１３のガスを溶かし込む溶存ガス供給手段１４と、ガスボンベ１３から溶存ガス供給手段１４に至るガス流路１５を開閉するガス調整弁１６を備えた供給装置１とし、必要に応じて適切な量の溶存ガスを水中に供給することを実現し、溶存ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育装置に非常に好適なものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の水中に溶存させたいガスを供給する装置に関し、とくに、深海の熱水・冷湧水噴出域などの環境において硫化水素、メタン、水素等の溶存ガスを利用して生息している化学合成生態系水生生物を飼育するのに用いられる溶存ガスの供給装置に関するものである。

従来、深海生物を飼育する装置としては、例えば、特許文献１及び２に記載されたものがある。特許文献１に記載の装置は、耐圧容器で形成された水槽と、水槽内に一方向（横方向）の水流を生じさせる水流生成装置と、水槽の底部の水流の一部を加熱若しくは冷却して局部温度域を形成する温度域発生装置と、温度域発生装置で形成した局部温度域が水槽全体に拡散しないように保持するノズル等の温度域保持装置を備え、温度域保持装置内で、貝類などのように水流で流され難い深海生物を飼育するものである。

また、特許文献２に記載の装置は、水とともに水生生物を収容する主水槽と、主水槽の底部に配置した噴出口から上方に熱水を噴出させる熱水供給手段と、主水槽の上部に配置され且つ上昇してきた熱水を外部に排出する熱水排出手段を備え、水中に冷水域と局部的な熱水域を形成して、熱水噴出域に生息する水生生物を広範囲な温度帯で同時に飼育することを可能にしたものである。

特開平９−１１７２３５号公報 ＷＯ２００８／１１４７２０

ところで、近年では、深海の熱水・冷湧水噴出域などの環境において硫化水素、メタン、水素等の溶存ガスを利用して生息している化学合成生態系水生生物の研究が進められている。これらのガスは窒息性や可燃性を示し、さらに、硫化水素は人体に高い毒性を有している。しかしながら、化学合成生態系水生生物にとって、これらの溶存ガスが必須の成分であるため、飼育する際には安全に溶存ガスを供給する必要がある。

ところが、上記したような従来の深海生物の飼育装置において、特許文献１の装置は、外部からガスを添加することができないので、ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育には適用が困難であった。他方、特許文献２に記載の装置は、硫化ナトリウムを添加する方法により、溶存硫化水素を含む熱水を供給し得るものの、メタンや水素の溶存ガスを水中に供給することができないという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、水槽の水に硫化水素、メタン、水素等の取り扱いが難しいガスを安全に供給する装置であって、必要に応じて適切な量の溶存ガスだけを供給することができ、硫化水素、メタン、水素等の溶存ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育装置に非常に好適な溶存ガスの供給装置を提供することを特徴としている。

本発明の溶存ガスの供給装置は、水槽の水に溶存ガスを供給する装置であって、水槽の水を外部に取り出して同水槽に戻す循環路と、循環路に水を流通させるための圧送ポンプと、溶存させたいガスを充填したガスボンベと、循環路の中間に配置して水を通過させるとともにその水にガスボンベのガスを溶かし込む溶存ガス供給手段と、ガスボンベから溶存ガス供給手段に至るガス流路を開閉するガス調整弁を備えた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明によれば、上記構成を採用したことにより、水槽の水に溶存ガスを供給するに際し、必要に応じて適切な量の溶存ガスを供給することができ、硫化水素、メタン、水素等の溶存ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育装置に非常に好適なものとなる。

本発明に係る溶存ガスの供給装置の一実施形態を示すブロック図である。 溶存ガス供給手段を構成するケースの断面説明図である。 脱気手段を構成するケースの断面説明図である。

図１に例示した溶存ガスの供給装置は、硫化水素、メタン、水素の溶存ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育装置の一部を構成している。

すなわち、水生生物の飼育装置は、水生生物の飼育槽である水槽Ａを備えており、水槽Ａには、海水又は人工海水とともに化学合成生態系水生生物が収容してある。この飼育装置は、溶存ガスの供給装置１と、溶存酸素量の制御装置２と、水槽Ａの水の温度を制御する水温制御手段３を備えている。

溶存ガスの供給装置１は、水槽Ａの水に溶存ガスを供給する装置であって、水槽Ａの水を外部に取り出して同水槽Ａに戻す循環路１１と、循環路１１に水を流通させるための圧送ポンプ（マグネットポンプ）１２を備えている。また、この供給装置１は、溶存させたいガスを充填したガスボンベ１３と、循環路１１の中間に配置して水を通過させるとともにその水にガスボンベ１３のガスを溶かし込む溶存ガス供給手段１４と、ガスボンベ１３から溶存ガス供給手段１４に至るガス流路１５を開閉するガス調整弁１６を備えている。なお、循環路１１において、溶存ガス供給手段１４の上流側には、水槽Ａから取り出した水を濾過するプレフィルタ１７が設けてある。

溶存ガス供給手段１４は、図２に示すように、一端部に水の流入口１８Ａを有し且つ他端部に水の流出口１８Ｂを有するケース１８と、ガス透過性を有する多孔質膜で形成され且つケース１８内に水の流通方向に沿って配設した多数の中空糸（フォローファイバーチューブ）１９を備えている。ケース１８の内部には、一端部側及び他端部側に、中空糸１９のホルダ２０Ａ，２０Ｂが設けてあり、これらのホルダ２０Ａ，２０Ｂにより、各中空糸１９を直線状態にして、これらの両端部を保持している。各中空糸１９の端部は開放されている。また、ケース１８の中間部には、ガス供給口１８Ｃが設けてあり、このガス供給口１８Ｃに前記ガス流路１５が連結してある。

さらに、この実施形態の溶存ガスの供給装置１は、タイマー２１と、タイマー２１の設定時間に基づいて前記圧送ポンプ１２及びガス調整弁１６をオン・オフ制御するコントローラ２３を備えている。また、コントローラ２３には、圧送ポンプ１２及びガス調整弁１６の作動状況を記録する記録計２４が設けてある。

溶存酸素量の制御装置２は、水槽Ａの水の溶存酸素量を制御する装置であって、水槽Ａ中に空気を供給するエアポンプ３１と、水槽Ａの水を外部に取り出して同水槽Ａに戻す循環路３２と、循環路３２に水を流通させるための圧送ポンプ３４と、循環路３２の中間に配置して水を通過させるとともにその水の溶存酸素を除去する脱気手段３３を備えている。なお、循環路３２において、脱気手段３３の上流側には、水槽Ａから取り出した水を濾過するプレフィルタ３５が設けてある。

脱気手段３３は、図３に示すように、一端部に水の流入口３６Ａを有し且つ他端部に水の流出口３６Ｂを有するケース３６と、ガス透過性を有する多孔質膜で形成され且つケース３６内に水の流通方向に沿って配設した多数の中空糸３７と、ケース３６内を吸引排気する真空ポンプ３８を備えている。ケース３６の内部には、一端部側及び他端部側に、中空糸３７のホルダ３９Ａ，３９Ｂが設けてあり、これらのホルダ３９Ａ，３９Ｂにより、各中空糸３７を直線状態にして、これらの両端部を保持している。各中空糸３は、両端部が開放されている。また、ケース３６の中間部には、ガス排出口３６Ｃが設けてあり、このガス排出口３６Ｃに前記真空ポンプ３８が連結してある。

さらに、この実施形態の溶存酸素量の制御装置２は、水槽Ａの水中の溶存酸素濃度を検出する酸素センサ４０と、酸素センサ４０の検出値に基づいて水中の溶存酸素濃度が所定範囲になるように制御する酸素濃度制御手段４１を備えている。この酸素濃度制御手段４１は、前記エアポンプ３１、前記圧送ポンプ３４、前記真空ポンプ３８、及びこれらを駆動するコントローラ４２で構成してある。

水温制御手段３は、水温を測定する温度センサ５１と、温度センサ５１の検出値に基づいて水の温度を所定範囲に調整する水温調整器５２を備えている。水温調整器５２は、水槽Ａの水を循環させながら加熱又は冷却を行う機能を有している。これにより、飼育する水生生物の生息環境に適した水温を維持することができる。

また、この実施形態の水生生物の飼育装置は、水槽Ａ中の水のｐｈを監視するために、ｐｈ電極５５と、ｐｈ表示ユニット５６を備えている。さらに、同飼育装置は、水槽Ａ内に、一定の水流を形成するための水流ポンプ５７を備えると共に、その底部に、水のｐｈ調整を行うための炭酸カルシウム基材としてのサンゴ砂５８が敷き詰めてある。これにより、飼育する水生生物の生息環境に適した水のｐｈ値を維持することができる。

上記構成を備えた水生生物の飼育装置は、硫化水素、メタン及び水素等の溶存ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育に用いられる。水生生物としては、水深２００ｍ以深に生息する深海生物のうち、とくに、熱水噴出孔や冷湧水域の付近に生息するものが挙げられ、具体的には、ユノハナガニ類、ゴエモンコシオリエビ類、シンカイコシオリエビ類、オハラエビ類、熱水性フジツボ類、ハオリムシ類、シンカイヒバリガイ類、シロウリガイ類、ホネクイハナムシ類、ヒラノマクラ類、鯨骨につく生物、イバラガニ類、ゲンゲ類などが挙げられる。このほか、熱水噴出孔や冷湧水域の付近、温泉地、火山ガスの噴出城に生息する化学合成細菌等の培養も可能である。また、飼育に用いる水は、先述の如く海水や人工海水であるが、飼育する水生生物の特性に応じて、微量金属成分や有機成分などを追加した飼育水を用いることができる。

そして、上記の水生生物の飼育装置では、溶存ガスの供給装置１により、化学合成生態系水生生物の必須成分である硫化水素、メタン、水素等の溶存ガスを水槽Ａに供給し、また、溶存酸素量の制御装置２により、水槽Ａの水の溶存酸素量を制御する。

溶存ガスの供給装置１は、タイマー２１の設定時間になると、コントローラ２３により、圧送ポンプ１２を駆動すると共に、ガス調整弁１６を開放する。すると、循環路１１に水槽Ａ中の水が循環し、溶存ガス供給手段１４においては、ケース１８の流入口１８Ａ、中空糸１９の内部及び流出口１８Ｂの順に水が流通する。このとき、ケース１８内には、ガスボンベ１３から所定のガスが加圧供給される。これにより、ガスが、中空糸１９を形成する多孔質膜を透過して、その内部の水に溶け込むこととなる。

上記の供給装置１は、タイマー２１の設定時間に基づいて、コントローラ２３より圧送ポンプ１２を停止させると共に、ガス調整弁２３を閉じる。

このようにして、溶存ガスの供給装置１は、水槽の水に溶存ガスを供給するに際し、必要に応じて適切な量の溶存ガスを供給することができ、硫化水素、メタン及び水素等のガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育装置に非常に好適なものとなる。

ここで、溶存ガスの供給装置１は、溶存ガス濃度の飽和や高い濃度を望む場合には、ガスボンベ１３から供給する圧力を高めるだけで良い。また、低い溶存ガス濃度を望む場合には、ガスボンベ１３からの圧力を下げるだけでなく、タイマー２１を用いてガス供給の時間を制限しても良い。これにより、低い溶存ガス濃度の環境を構築する。なお、ガスの供給圧力を正確に調整するために、レギュレータを用いることも当然可能である。

さらに、溶存ガスの供給装置１は、溶存ガス供給手段１４として、ケース１８と、ガス透過性を有する多孔質膜で形成され且つケース１８内に水の流通方向に沿って配設した中空糸１９を備えた構成を採用したことから、余剰のガスを系外へ放出させることなく、水中に効率良く溶け込ませることができ、硫化水素、メタン及び水素等のガスように、毒性、窒息性又は可燃性を示すガスの供給装置としてより一層好ましいものとなる。

さらに、溶存ガスの供給装置１は、タイマー２１及びコントローラ２３により圧送ポンプ１２及びガス調整弁１６を駆動するようにしてので、水中の溶存ガスの濃度を自動的に適正範囲に維持することができる。

なお、本発明に係る溶存ガスの供給装置１は、タイマー２１を用いた制御以外の方法も適用可能である。例えば、溶存ガス濃度を検出するガスセンサを用いて、溶存ガス濃度をフィードバック制御するようにしたり、また、溶存ガス濃度を表示して、圧送ポンプ１２及びガス調整弁１６を人為的に操作するようにしても良い。

ここで、上記の水生生物の飼育装置において、深海生物を良好な状態で飼育するためには、適当な溶存酸素量を維持する必要がある。溶存酸素は、水生生物や微生物による呼吸、溶存ガスの酸化などで消費され、また、低温水を用いる揚合には、空気中の酸素が溶けやすくなり、溶存酸素が過多になる場合もある。そこで、溶存酸素量の制御装置２により、水槽Ａの水の溶存酸素量を制御する。

溶存酸素量の制御装置２は、酸素センサ４０により溶存酸素濃度を検出し、溶存酸素濃度が所定値以内である場合には、エアポンプ３１を駆動し、水中に空気を曝気することによって酸素を供給する。そして、溶存酸素濃度が適正になったところ、又は所定時間が経過したところで、エアポンプ３１を停止させる。

また、制御装置２は、溶存酸素濃度が所定値以上である場合には、コントローラ４２により、圧送ポンプ３４及び真空ポンプ３８を駆動する。すると、循環路３２に水槽Ａ中の水が循環し、脱気手段３３においては、ケース３６の流入口３６Ａ、中空糸３７の内部及び流出口３６Ｂの順に水が流通する。このとき、ケース３６内は、真空ポンプ３８により吸引排気される。これにより、中空糸３７の内部を流通する水中の溶存酸素が、中空糸１９を形成する多孔質膜を透過して除去、すなわち脱気されることとなる。

上記の制御装置２は、溶存酸素の脱気に伴って水中の溶存酸素濃度が低下し、酸素センサ４０の検出値が所定値以下になったところで、圧送ポンプ３４及び真空ポンプ３８を停止させる。

このようにして、溶存酸素量の制御装置２は、水槽Ａの水中の溶存酸素量を適切に維持することができ、深海に生息する化学合成生態系水生生物の飼育装置に非常に好適なものとなる。

また、溶存酸素量の制御装置２は、脱気手段３３として、ケース３６と、ガス透過性を有する多孔質膜で形成され且つケース３６内に水の流通方向に沿って配設した中空糸３７と、真空ポンプ３８を備えた構成を採用したことから、水中の溶存酸素を効率良く脱気することができる。

さらに、溶存酸素量の制御装置２は、酸素センサ４０の検出値に基づいて水中の溶存酸素濃度が所定範囲になるように制御（フィードバック制御）する酸素濃度制御手段４１、換言すれば、溶存酸素濃度が所定範囲になるようにエアポンプ３１、圧送ポンプ３４、及び真空ポンプ３８を駆動するコントローラ４２を採用したことにより、水中の溶存酸素濃度を自動的に適正範囲に維持することができる。

なお、溶存酸素量の制御装置２は、上記のフィードバック制御以外の方法も適用可能である。例えば、水中の溶存酸素濃度は、時間経過に伴って変化するので、時間と溶存酸素濃度との相関関係を予め求めておき、エアポンプ３１、圧送ポンプ３４及び真空ポンプ３８を所定時間毎に間欠的に作動させるようにしても良い。また、先述の溶存ガスの供給装置１と同様に、タイマーを用いて制御を行っても良い。さらに、自動運転だけでなく、水中の溶存酸素濃度を表示するようにし、その表示を確認して、エアポンプ３１、圧送ポンプ３４及び真空ポンプ３８を人為的に操作するようにしても良い。

さらに、上記の水生生物の飼育装置は、溶存ガスの供給装置１、溶存酸素量の制御装置２、及び水温制御手段３を集中的に制御する主制御装置を設け、水中の溶存ガスの濃度、溶存酸素濃度及び水温が互いに適切な範囲になるようにコントロールするようにしても良い。

なお、本発明の溶存ガスの供給装置は、その構成が上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部等を適宜変更することができ、例えば、供給装置単体として取り扱うことが可能であり、これを既存の水槽に設置することもできる。

Ａ 水槽
１ 溶存ガスの供給装置
３ 水温制御手段
１１ 循環路
１２ 圧送ポンプ
１３ ガスボンベ
１４ 溶存ガス供給手段
１５ ガス流路
１６ ガス調整弁
１８ ケース
１８Ａ 流入口
１８Ｂ 流出口
１９ 中空糸
５１ 温度センサ
５２ 水温調整器

Claims (4)

1. 水槽の水に溶存ガスを供給する装置であって、
   水槽の水を外部に取り出して同水槽に戻す循環路と、
   循環路に水を流通させるための圧送ポンプと、
   溶存させたいガスを充填したガスボンベと、
   循環路の中間に配置して水を通過させるとともにその水にガスボンベのガスを溶かし込む溶存ガス供給手段と、
   ガスボンベから溶存ガス供給手段に至るガス流路を開閉するガス調整弁を備えたことを特徴とする溶存ガスの供給装置。
2. 溶存ガス供給手段が、一端部に水の流入口を有し且つ他端部に水の流出口を有するケースと、ガス透過性を有する多孔質膜で形成され且つケース内に水の流通方向に沿って配設した中空糸を備え、
   前記流入口、中空糸の内部及び流出口に水を流通させると共に、ケース内にガスを加圧供給することを特徴とする請求項１に記載の溶存ガスの供給装置。
3. 請求項１又は２に記載の溶存ガスの供給装置を備え、
   水槽が、溶存ガスを利用する化学合成生態系水生生物の飼育槽であると共に、
   水が、海水又は人工海水であることを特徴とする水生生物の飼育装置。
4. 水槽の水の温度を制御する水温制御手段を備え、
   水温制御手段が、水温を測定する温度センサと、温度センサの検出値に基づいて水の温度を所定範囲に調整する水温調整器を備えていることを特徴とする請求項３に記載の水生生物の飼育装置。

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