用于海水充氧的装置.pdf

一种对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧的扩散软管。软管(5)包括其中供应大致纯氧的穿孔软管和至少一个用于氧分配的穿孔软管(7)，其中供应软管比分配软管具有更少的穿孔/孔口/开孔，由此提供压力均衡。扩散软管这里设置成形成小的氧气泡，氧的局部压力使得氧进入渔场的水中。

1.  一种通过富含氧的小气泡对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧的装置，其中软管连接到产生氧气的设备和氧气供应装置上，氧气可现场制成并储存在适于此目的的储罐(4)上，其特征在于，所述软管包括用于氧气供应装置的穿孔软管(6)和至少一个用于分配氧气的穿孔软管(7)，其中供应管比分配管具有更少的穿孔/孔口/开孔，由此提供均衡的压力。

2.  如权利要求1所述的软管，其特征在于，供应软管(6)和分配软管(7)同轴布置。

3.  如权利要求1所述的软管，其特征在于，供应软管(6)和分配软管(7)以平行轴布置并相互邻接定位，其中供应软管只在供应软管和分配软管之间的接触表面内具有穿孔，供应软管和分配软管中的这些接触表面穿孔之间相互对应。

4.  如权利要求3所述的软管，其特征在于，供应软管(6)和分配软管(7)在纵向上具有公共软管壁。

5.  如权利要求4所述的软管，其特征在于，在公共软管壁的纵向上具有穿孔/孔口/开孔。

6.  如权利要求1到5任一项所述的软管，其特征在于，其连接到氧检测器(14)上以便记录水的氧含量，并且连接到控制装置(15)上以便根据来自氧检测器的信息调节/控制来自来源(4)的氧的注射。

7.  如权利要求1到6任一项所述的软管，其特征在于，根据水中氧饱和度控制/调节氧的混合，水必须充氧或更加接近特殊的调整点/设定点。

8.  如权利要求1到7任一项所述的软管，其特征在于，氧以来自低温储罐的液态氧为形式。

9.  如权利要求1到8任一项所述的软管，其特征在于，软管(5)包括供应软管(6)和分配软管(7)，其中供应软管(6)在纵向上具有每米1-100个穿孔/孔口/开孔，优选为每米1-10穿孔/孔口/开孔，并且分配软管(7)在纵向上具有每米200-10000个穿孔/孔口/开孔，优选为每米500-2000个穿孔/孔口/开孔。

10.  如权利要求9所述的软管，其特征在于，供应软管(6)中的穿孔/孔口/开孔沿其整个圆周以及纵向定位，或者在供应软管(6)的纵向上布置成排/列，并且分配软管(7)中的穿孔/孔口/开孔沿其整个圆周以及纵向定位。

11.  如权利要求1-10任一项所述的软管，其特征在于，供应软管(6)和分配软管(7)包括软或硬材料。

12.  如权利要求1到11任一项所述的软管，其特征在于，供应软管(6)包括4-16毫米的橡胶，优选为EPDM，或者包括硬塑料或金属，并且分配软管包括6-30毫米橡胶，优选为EPDM。

13.  如权利要求1到2或6到12任一项所述的软管，其特征在于，供应软管(6)在特殊点(8)或沿其整个长度具有刚性结构，因此通过外部紧固环(9)在分配软管(7)内形成腔室/区段。

14.  如权利要求1或3-12任一项所述的软管，其特征在于，在分配软管(7)内通过固定分隔件(10)在有规律间隔上进行分隔和/或通过外部紧固环(9)形成腔室/区段，外部紧固环(9)围绕刚性内部管(11)固定/密封。

15.  如权利要求13到14任一项所述的软管，其特征在于，每隔第一到第十五米，优选为每隔第二到第十米，分配软管(7)进行紧固/分隔(因此形成腔室/区段)。

16.  如权利要求1到15任一项所述的软管，其特征在于，软管(5)是从0.5-2000米，优选为1-1000米，更优选为10-100米。

17.  如权利要求1到16任一项所述的软管，其特征在于，一个或多个软管(5)安装在连接装置(12)上。

18.  如权利要求17所述的软管，其特征在于，多个软管(5)以网络形式安装在连接装置(12)上以便形成分开的模块。

19.  如权利要求17到18任一项所述的软管，其特征在于，多个连接装置(12)可以相互连接。

20.  一种对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧的方法，其中以富含氧的小气泡为形式的大致纯氧添加到设施中，其特征在于，经由权利要求1到19所述的软管在水中供应和分配氧。

21.  如权利要求20所述的方法，其特征在于，供应和分配的氧现场产生并储存在适于此目的的储罐(4)中，或以来自低温储罐的液态氧为形式。

22.  如权利要求20到21任一项所述的方法，其特征在于，任何时间添加的氧量通过控制装置(15)进行调节和控制以便调节/控制来自来源(4)的氧的混合，其中根据氧检测器(14)测量的水的氧含量进行调节。

23.  如权利要求22所述的方法，其特征在于，根据水中的氧饱和度进行控制/调节氧的混合，水必须充氧或更加靠近特殊调节点/设定点。

24.  如权利要求20到23任一项所述的方法，其特征在于，使用的软管(5)安装在适于此目的的连接装置(12)上。

25.  如权利要求20到24任一项所述的方法，其特征在于，通过可调整的悬挂装置，将具有软管(5)的连接装置(12)放置在2-25米的深度上，优选为5-10米。

26.  如权利要求20到25任一项所述的方法，其特征在于，根据水产养殖生物的需要，水中获得的氧饱和度优选为41-90％，更优选为85％。

27.  如权利要求20到26任一项所述的方法，其特征在于，在笼子或例如养殖贝壳类或龙虾类的设施的其他类型的水产养殖设施中进行充氧。

28.  如权利要求20到27任一项所述的方法，其特征在于，以笼子内的所有水具有所需的氧饱和度的方式在笼子内的适当位置和深度上供应氧。

29.  如权利要求1到19所述软管的应用，以便对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧。

30.  如权利要求29所述的应用，其特征在于，以在笼子整个水体内实现所需程度的氧饱和度的方式在笼子内的适当位置和深度上供应氧。

用于海水充氧的装置
本发明涉及一种通过富含氧的小气泡对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧的装置，以及使用这种装置的方法。
在许多海水渔场中，在某一周期内记录低氧含量值。从某些渔场主收到的报告是这一周期内在14-15℃下氧含量可低至3-4毫克/升，这与只有40％的氧饱和度相对应。该周期可更短或更长，并且特别出现在海水温度高、喂食之后以及下午/晚上藻类呼吸活动高的情况下。
鱼类在如所述那样低的氧饱和度下生存困难。渔场主将发现鱼不进食，并且它们通常只在水的上层游动，呼吸氧气。通常，氧饱和度低将造成饲料利用率低和生长率低，并且试验证明尽管没有降低鱼的食欲或使其习性改变，即使氧饱和度高达85％也可出现这种结果。因此在渔场主不能观察到鱼的任何明显症状的情况下，可出现与氧饱和度低相关的问题。
鱼是变温动物，其新陈代谢取决于海水温度。海水温度高给出高新陈代谢率、良好的食欲以及活动性。这造成必须覆盖周围大面积水域的很大氧需求量。如果水中氧饱和度低，将造成新陈代谢率降低。降低的新陈代谢率造成生长速度低、饲料有效利用率低，这是由于饲料不被吸收并未经消化排出体外，并且抵抗疾病能力降低。
在七月到十月的期间内，可以认为是否得到足够的氧是在海水中获得最大饲料利用率和生长的限制因素。如果可以在氧饱和度低的期间内将饱和度增加到正常值，由于对环境造成的压力减小，可以饲料因素低、生长率增加、生产能力(鱼密度更高)增加以及抵抗疾病能量增加的形式获得显著的效益。但是，现在没有现有的公知解决方案能够将发生器产生的氧以有效的方式大量并长时间地添加到开放笼式设施的水中。
现在为养殖鲑鱼和鳟鱼的水充氧的现有设备始终是陆基设施。在这种情况下，水源基本上是清水，清水通过重力流入渔场。当鱼苗必须适应在海水中生活时(somlitificaiton)，海水逐渐添加在设施中。两种水源都需要充氧，并且这可基本上以两种方式实现；通过足够高的压力在加压水系统中(锥体、储罐或类似物)充氧，使得一种或多种气体(氧气加上某些氮气)溶解在水中，并结合到水分子上，或通过小气泡(微气泡)扩散。但是，这两种充氧方法都不适用于海洋中海洋生物的水产养殖设施的充氧。
除了所述之外，市场上可使用的多孔软管可用来应急充氧、笼中去虱以及活鱼运输。但是，该软管在渔场的正常操作中不能使用，并不能够均匀地分配氧气，并且在长时间内不能采用在水产养殖笼子中。这是由于软管的构造，使其充满水，由此变得高度不稳定。水包括30-35％盐分，并且通过软管充氧使得水变干，造成盐晶体留在软管内并逐渐堵塞孔洞。
JP06046717披露一种将空气或氧气添加在加压水系统/水产养殖笼子中。如同陆基设施中所采用的那样，由于在笼子中构造并操作相应的系统是极度昂贵的，在加压系统中充氧不适用于笼子中的充氧。同样由于造成水的氮过饱和，继而可造成鱼感染减压病(潜函病)并死亡，也不可能将发生器产生的氧直接添加到笼子中(即首先没有在加压系统中的水内溶解一种或多种气体)。
描述用于在陆地/在容器内添加气泡形式的空气的两个专利是US4927568和US4776127。但是，这些专利涉及关于在船上活鱼池或水族馆内添加氧气。如同陆基设施采用的那样，通过包括固体材料(陶瓷、烧结金属或类似物)的材料实现微气泡扩散。但是由于渗入元件的海水将在添加氧气时蒸发，并且在一段时间之后残留的盐分将堵塞元件内的孔洞，此类型的扩散不适用于在海水中长时间扩散。
US专利3970731披露一种产生降低到液体内的气泡的方法。其装备有特殊的凹口，其目的在于帮助在气泡释放到环境之前从孔洞收集气泡。因此，关键不在于如本发明的情况那样释放微气泡，而是在于释放大于从孔洞释放的那些大的气泡。
与去除鲑鱼虱相结合，陶瓷通常用于在短时间(2小时到1天)内将氧气添加到笼子中。由于在注射除虱化学品之前，需要处理的笼子通过油布封闭，必须运走此类型的氧混合物，并依此方式封闭笼子造成水流量降低并使得鱼受压。但是如上所述，此类型的陶瓷不适用于在海水中长时间扩散，并现在没有永久的系统用于海洋充氧。
在氧饱和度低于85％的周期内(七月到十月)，供应给鱼的大约0.65kg的氧将使得产生大约1kg的额外鱼产量。可以给出的生产效益是5-20％。因此在出产1000吨的鱼的地方，在扣除增加氧供应的成本之后，可以获得大约2-6百万NOK的效益。因此水产养殖业处于如下情况，即获益、环境以及财力需要一种将氧注射到笼内海水中的装置。
因此本发明的目的在于提供一种通过富含氧的小气泡对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧地装置，以及使用这种装置的方法。
此目的通过本发明来实现，其特征在于所附权利要求。
本发明涉及一种扩散软管，以及一种对于海洋中的海洋生物水产养殖设施中的水进行充氧的方法，其中使用本发明的扩散软管将富含氧的小气泡形式的大致纯氧添加在设施中。
本发明的扩散软管连接到产生氧气的设备和氧气供应装置上，氧气可现场制成并储存在适于此目的的储罐(4)上，其中所述软管包括用于氧气供应装置的穿孔软管(6)和至少一个用于分配氧气的穿孔软管(7)，其中供应管比分配管具有更少的穿孔/孔口/开孔，由此提供均衡的压力。
可以进行微小变化而不对本发明的实际概念有影响的本发明的扩散软管和对水充氧的方法还可以对例如贝壳类或龙虾类的渔场的其他类型渔场的水进行充氧。
现在参考附图和实例将更详细地说明本发明。
图1a)和b)表示空气压缩机/空气干燥器1、用于空气的储罐2、氧发生器3以及存储氧的压力罐4；
图2a)表示包括第一软管6和第二软管7的软管5的实施例，其中第一软管6具有较少的穿孔/孔口/开孔，第二软管7具有较多的穿孔/孔口/开孔，其中第一软管6和第二软管7以第一软管6位于第二软管7内的方式进行布置；b)表示第一软管6上的区域8具有一个特别刚性的结构，其中第二软管7可通过外部紧固环9固定在结构上，由此在第一软管6和第二软管7之间的空间内形成连续的腔室/区段，以及形成在第一软管6内有内部刚性管11的结构；
图3a)表示包括第一软管6和第二软管7的软管5的实施例，其中第一软管6具有较少的穿孔/孔口/开孔，第二软管7具有较多的穿孔/孔口/开孔，其中第一软管6和第二软管7布置成相互平行和靠近定位，并且在制造过程中一起硬化；b)表示位于第二软管7内的固定分隔件10和内壁刚性管11；
图4a)表示用于一个(或多个)软管5的连接装置12；b)表示用于一个(或多个)软管5的连接装置12；c)表示用于一个(或多个)软管5的连接装置12；
图5a)是从多个相互连接的连接装置12(和软管5一起)上方的视图；b)是从多个相互连接的连接装置(和软管5一起)侧部的视图；
图6是表示氧产生13、氧探测/测量14、氧控制/PLS 15和氧混合16的流程图。
添加到笼子中的氧可以现在通过氧产生器产生。空气抽吸到空气压缩机1中，其中空气干燥并过滤。干燥和过滤的空气接着输送到空气储罐2中，该储罐是其中储存纯空气的压力罐。纯空气接着输送到通过分离介质产生氧的氧发生器3。这通过迫使空气在过压下进入含有多孔材料(ceolitt)的储罐中来实现。该材料将吸收氮，同时氧输送到氧发生器3内的第二储罐内，由此以有效和廉价的方式产生氧。该方法称为压力摆动吸收(PSA)。在进一步分配之前，产生的气体储存在氧储罐4(压力罐)中。
以此方式产生的氧气具有大约90-95％的纯度。余量5-10％主要是氮和氩。为了避免水中氮的过饱和，以及当添加氧到海水中时造成鱼的减压病，此类型的混合必须以气泡形式实现。由于氮不存在气泡内，氮只有通过水进入气泡，并且将不出现水的氮过多饱和。
按照本发明，添加到海水中的气泡是富含氧的小气泡。以这种小气泡形式添加氧的一个优点是它可以在水体内“漂浮”及其上升速度低，造成小气泡/氧在将要充氧的水中均匀分配，并且与水接触相对长的时间。由于大气泡比小气泡更快地上升到水面上，当添加大气泡时氧在水体中的分配将不是很好。另外，由于小气泡相对于体积来说具有大面积，与大气泡相比，小气泡的质量输送(在气泡薄膜上扩散)将更大。
来自低温储罐(LOX)的液态氧还可用作开放笼子的充氧，因此作为氧源不应该被排除，但是不将代表当今渔场节约成本的选择。此类型的氧通常具有大约99.5％的纯度，但是当以小气泡添加时氧的纯度不是很重要。但是，在笼子中将纯氧(大约20％氧)添加到水中是不可行的，这是由于它可造成N₂局部压力的增加，由此使鱼患减压病。
由于富含氧的气泡和水体中的氧之间的局部压力差，气泡中的氧将非常快速地从气泡扩散到水体中，并且随后进入鱼鳃和血液中。通过本发明的装置并按照本发明，由于气泡内的氧的局部压力大于水体压力，继而具有比鱼血液更高的局部压力，因此形成驱动梯度。局部压力差越大，扩散过程进行越快，并且越有效。气泡中除氧之外的其他气体的局部压力很低，这意味着氮、二氧化碳和氨(NH₃)只将扩散到气泡内。这些气体认为是鱼生长的限制因素，并因此当气泡“喷出”水面时这些气体从水体中去除。因此该效果有助于使用本发明方法的另一优点。
本发明的上述部分还在本申请人的以前提交但未公布的专利申请(NO20004513)中描述过。
来自储罐4的氧通过到达每个单个笼子的软管和管分配。在笼子中，氧通过一个或多个软管5分配，软管连接到适当的连接装置12上，装置12降低到水中。由于笼子具有不同的形状和体积，为此可行的是使用不同构造的软管5和/或连接装置12，其实例表示在图4中。多个连接装置12可如图5所示相互连接，并且实际连接装置12可包括例如链、线、管和/或绳。
一个或多个软管5以软管5尽可能保持在水平平面内的方式安装在连接装置12上。安装在连接装置12上的软管5长度可以是0.5-2000米，优选为1-1000米，更优选为10-100米。如果有多个软管5连接到连接装置12上，可以形成“网络”中的不同“模块”，因此根据例如改变水的通流，可以改变氧分配量，以便适于不同的“模块”。
连接装置12和软管5的理想位置是气泡通过笼子的整个水平截面扩散。但是根据笼子内水局部通流和笼子深度，将改变由软管5覆盖的笼子的面积。用于软管5的实际连接装置12的悬挂可以相对于水深度进行调整(例如通过悬挂在笼子上方的线、绳、钩和/或滑轮系统或通过笼子的实际支承结构内的连接装置)，氧需要在该深度下添加。氧可从2-35米的深度上添加，但是最可行的是从5-10米的深度上添加气泡。
本发明的软管5包括(至少)两个软管；在纵向上具有较少数量穿孔/孔口/开孔(例如每米1-100个，优选为每米1-10个)的第一软管6和具有较多数量穿孔/孔口/开孔(例如每米200-10000个，优选为每米500-2000个)的第二软管7。在此说明书中“软管”应该理解为指的是任何材料制成的细长管状主体，但最好包括乙烯丙稀橡胶(EPDM)，但还可以包括硬塑料或金属。
按照本发明，第一软管6和第二软管7可布置成例如第一软管6位于第二软管7内(图2)。作为选择，第一软管6和第二软管7可相互平行并靠近布置，使其在纵向(图3)相互接触(具有相同的软管壁)，其中有穿孔/孔口/开孔，因此使得在第一软管6和第二软管7之间实现内部气体输送。例如通过将第一软管6和第二软管7制成/模制/硬化在一起，或者在制造之后将软管粘接在一起，可以实现软管5的这种类型的实施例。第二软管7可制具有或没有延伸紧固环9。
第一软管6的结构可使得第一软管6上的穿孔/孔口/开孔沿其圆周并在纵向上布置，或在纵向上布置在一个(或多个相邻)排/列上。当第一软管6和第二软管7模制/硬化在一起时，该排/列形成第一软管6和第二软管7的相同软管壁的一部分。在两个实施例中，氧可从第一软管6扩散到第二软管7。对于第二软管7，穿孔/孔口/开孔沿其圆周并在纵向上布置。第一软管6和第二软管7两者上的穿孔/孔口/开孔还可以其他方式布置，而不对本发明有影响。
用于笼子充氧的氧压力取决于所使用氧源，但通常从0.1-20bar，最好是1-6bar。氧输送到软管5的第一软管6，其目的是在此软管中保持特定的压力，例如0.1-20bar，最好是0.5-8bar。当氧输送到软管5的第二软管7，此压力降低。在软管5的第一软管6和第二软管7之间产生的压降将确保氧在大多数软管5上均匀分配。
为了进一步确保氧均匀和有效地分配，第二软管7在有规律间隔上分段，例如每隔1-50米。为此在软管5的整个长度上在第二软管7内形成腔室/区段，继而在软管的整个长度上获得压力均衡。由于即使暴露于显著的垂直运动，腔室/区段也可防止氧沿软管的(整个)长度“滑动”，由此获得在软管的整个长度上将氧(小气泡形式)均匀地添加到水中的目的。
在第二软管7内形成腔室/区段还可以有不同的实施例。当第一软管6位于第二软管内(图2)时，可以获得如下的实施例，即第一软管6的结构在特殊点8处很硬，使得可以通过第二软管7上此点处的外部紧固环9将第二软管7紧紧固定在第一软管6上。第二实施例可以是第一软管6在其整个长度上具有刚性结构，这可以通过在第一软管6内安装任何类型材料(例如铅)制成的两端闭合的内部刚性管11来实现，因此当第二软管7通过外部紧固环9卡紧在第一软管6上时形成腔室/区段。作为选择，第一软管6本身可包括例如硬塑料或金属，因此第一软管6本身形成刚性管，第二软管7可卡紧在第一软管上并围绕其紧固。当第一软管6平行于第二软管7布置时(图3)，形成腔室/区段的实施例可在第二软管7内插入固定分隔件10，或在第二软管7内安装由任何类型的材料(例如铅)制成的两端闭合的内部刚性管11，因此使其通过外部紧固环9围绕内部管11紧密密封。
笼子内的水通流可进行很大的改变。出现水交换的通流越小，需要供应的氧越多。笼子内的水质量还可进行改变，生物量也是如此。另外，多个其他参数将造成鱼在24小时以及每年的周期内的氧需求量改变。当添加氧时将这些变量考虑其中十分重要，并应该实现氧饱和度优选从41％-85％，并更优选为85％。
按照本发明，通过氧探测/传感器14获得此类型的所需氧饱和度，氧探测/传感器位于水中，并一直记录具有氧混合设备的笼子内的氧饱和度。添加到笼子内的氧量按照给定调整点(设定点)调整，并且氧饱和度的设定点在调节单元(PLS；可编程逻辑系统)15或类似物内确定，继而将信号传输到控制室15。这里通过阀(最好是磁阀)来控制所添加的氧量的调节。因此从氧的储罐15中，所有的氧气通过控制室，接着分配/添加16适当量的氧到每个笼子。由于可以在笼子内保持大致恒定和所需氧饱和度，鱼将处于生活和生长的最佳条件下。
以下实例用来说明本发明的实施例，并绝不认为有限制含义。
实例1：通过应急充氧软管进行氧的混合
对于四种不同长度(1、2、4、8米)并包括EPDM的应急充氧软管进行测试，以便将氧注射到海水中。应急充氧软管在每米上具有大约1000个穿孔/开孔。从具有调节器和流量计的氧气瓶的氧软管连接到应急充氧软管的一个(第一)端部上，而相对(第二)端部由端盖/盲塞闭合。
在(来自Kragerφ码头)海水中进行测试。应急充氧软管以如下方式降低到水中，即第二软管端部(由端盖/盲塞闭合)靠近海床定位，并且其相对端部(第一端部)尽可能靠近表面。
应急充氧软管因此倾斜地位于水体内，并且第一软管端部和第二软管端部之间的高度差大约是1-2米。
将三种不同量的氧(0.05、0.2和0.5千克氧/小时)添加到每个应急充氧软管内，并且对气泡图案和尺寸进行视觉观察、记录和照像。通过应急充氧软管进行测试的结果表示在下面的表1中。
表1使用应急充氧软管进行测试的视觉观察