特許 7669558 魚類養殖システム、養殖方法、及び養殖プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-18

(45)【発行日】2025-04-28

(54)【発明の名称】魚類養殖システム、養殖方法、及び養殖プログラム

(51)【国際特許分類】

   A01K 63/04 20060101AFI20250421BHJP

   A01K 63/06 20060101ALI20250421BHJP

   A01K 63/00 20170101ALI20250421BHJP

【ＦＩ】

A01K63/04 D

A01K63/04 A

A01K63/06 B

A01K63/00 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024066150

(22)【出願日】2024-04-16

【審査請求日】2024-04-16

(73)【特許権者】

【識別番号】399040405

【氏名又は名称】東日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】大高 壽子

(72)【発明者】

【氏名】越智 鉄美

【審査官】家田 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２２５６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４８００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５５４４５１２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第７４２７２２２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｋ ６１／００－６３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

魚類を飼育する飼育水槽と、前記飼育水槽内の飼育水を循環濾過する濾過槽と、前記飼育水槽内の前記飼育水を前記濾過槽へ循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記飼育水の流量を制御する制御装置と、を備える魚類養殖システムにおいて、
前記制御装置は、
前記飼育水槽で飼育される前記魚類の飼育数と、前記魚類の種類と、前記魚類のサイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、
前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する
ことを特徴とする魚類養殖システム。

【請求項2】

前記濾過槽は、微生物により前記アンモニアを分解する生物濾過槽である
ことを特徴とする請求項１に記載の魚類養殖システム。

【請求項3】

前記飼育水槽内の前記魚類の前記サイズを測定するサイズ測定装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記飼育水槽で飼育される前記魚類の前記種類と、前記サイズ測定装置により測定された前記魚類の前記サイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により許容される前記アンモニアの濃度の上限値を算出し、
前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度が前記算出された前記上限値以下となるように、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の魚類養殖システム。

【請求項4】

前記生物濾過槽は、
前記アンモニアを亜硝酸へ分解する亜硝酸生物濾過槽と、
前記亜硝酸生物濾過槽により分解された前記亜硝酸を硝酸へ分解する硝酸生物濾過槽と、を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の魚類養殖システム。

【請求項5】

前記生物濾過槽に残存する前記微生物の数を測定する微生物数測定装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記算出された前記アンモニアの濃度の発生量と、前記微生物数測定装置で測定した前記微生物の数と、に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の魚類養殖システム。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記飼育水槽で飼育される前記魚類の前記飼育数と、前記魚類の前記種類と、前記魚類の前記サイズと、前記魚類への給餌のタイミングと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生する前記アンモニアの発生量を推定する
ことを特徴とする請求項５に記載の魚類養殖システム。

【請求項7】

前記ポンプによる前記飼育水の流量の制御は、インバータによる駆動周波数可変によりポンプ駆動用モータの回転数を制御することにより行われる
ことを特徴とする請求項６に記載の魚類養殖システム。

【請求項8】

前記ポンプによる前記飼育水の流量の制御は、電磁弁のオンまたはオフにより行われる
ことを特徴とする請求項６に記載の魚類養殖システム。

【請求項9】

前記魚類の前記サイズは、前記魚類の体長である
ことを特徴とする請求項７または８に記載の魚類養殖システム。

【請求項10】

魚類を飼育する飼育水槽と、前記飼育水槽内の飼育水を循環濾過する濾過槽と、前記飼育水槽内の前記飼育水を前記濾過槽へ循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記飼育水の流量を制御する制御装置と、を備える魚類養殖システムで実行する養殖方法において、
前記飼育水槽で飼育される前記魚類の飼育数と、前記魚類の種類と、前記魚類のサイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、
前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する
処理を実行することを特徴とする養殖方法。

【請求項11】

魚類を飼育する飼育水槽と、前記飼育水槽内の飼育水を循環濾過する濾過槽と、前記飼育水槽内の前記飼育水を前記濾過槽へ循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記飼育水の流量を制御する制御装置と、を備える魚類養殖システムが実行する養殖プログラムにおいて、
前記飼育水槽で飼育される前記魚類の飼育数と、前記魚類の種類と、前記魚類のサイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、
前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する
処理を実行することを特徴とする養殖プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、魚類養殖システム、養殖方法、及び養殖プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

魚類養殖システムにおいては、飼育水槽内のアンモニア（ＮＨ_３）の存在は、魚類の成長の妨げとなる。そこで、養殖に用いる飼育水の浄化などのために、ポンプを用いて、飼育水槽と、ろ過槽と、の間で飼育水を循環させる。循環する飼育水の流量を多くすることで、飼育水中のアンモニアの濃度を低く保って、魚類の健康を維持して病気や死亡を抑止し、多くの魚類を高効率で成長させることができる。

【0003】

例えば、魚類の種類や飼育密度に応じて水槽内の基準アンモニア濃度が設定され、水槽内のアンモニアの濃度が、この設定範囲外や基準値以上にある場合は、制御装置はアンモニア除去装置に付随するポンプに指令を与え、アンモニアの濃度が適当な値になるように調節する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平０６－０７８６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、魚類養殖システムにおけるポンプによる電気代は、魚類養殖システムにおける電気代のランニングコストの約２０％を占めており、魚類養殖システムにおけるポンプの消費電力の低減が求められている。

【0006】

本発明は、上記の問題意識に基づいてなされたものであり、魚類の成長を妨げることなく、消費電力の低減を図ることができる魚類養殖システム、養殖方法、及び養殖プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態の魚類養殖システムは、魚類を飼育する飼育水槽と、前記飼育水槽内の飼育水を循環濾過する濾過槽と、前記飼育水槽内の前記飼育水を前記濾過槽へ循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記飼育水の流量を制御する制御装置と、を備える魚類養殖システムにおいて、前記制御装置は、前記飼育水槽で飼育される前記魚類の飼育数と、前記魚類の種類と、前記魚類のサイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御することを特徴とする。

【0008】

本実施形態の魚類の養殖方法は、魚類を飼育する飼育水槽と、前記飼育水槽内の飼育水を循環濾過する濾過槽と、前記飼育水槽内の前記飼育水を前記濾過槽へ循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記飼育水の流量を制御する制御装置と、を備える魚類養殖システムで実行する養殖方法において、前記飼育水槽で飼育される前記魚類の飼育数と、前記魚類の種類と、前記魚類のサイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する処理を実行することを特徴とする。

【0009】

本実施形態の養殖プログラムは、魚類を飼育する飼育水槽と、前記飼育水槽内の飼育水を循環濾過する濾過槽と、前記飼育水槽内の前記飼育水を前記濾過槽へ循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記飼育水の流量を制御する制御装置と、を備える魚類養殖システムが実行する養殖プログラムにおいて、前記飼育水槽で飼育される前記魚類の飼育数と、前記魚類の種類と、前記魚類のサイズと、の関係に応じて前記飼育水槽で飼育される前記魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、前記推定された前記アンモニアの発生量と、前記飼育水槽内の前記飼育水の水量に応じて算出される前記アンモニアの濃度に応じて、前記濾過槽へ循環させる前記ポンプによる前記飼育水の流量を制御する処理を実行することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、魚類の成長を妨げることなく、消費電力の低減を図ることができる魚類養殖システム、養殖方法、及び養殖プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の魚類養殖システム及び養殖方法の技術思想の一例を示す概念図である。

【図2】本実施形態の生物濾過槽を構成の一例を示す図である。

【図3】本実施形態の制御装置の構成図の一例を示す図である。

【図4】本実施形態の発生量データベースのグラフの一例を示す図である。

【図5】本実施形態の上限値データベースの一例を示す図である。

【図6】本実施形態の濾過能力データベースのグラフの一例を示す図である。

【図7】本実施形態の発生量推移データベースのグラフの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本明細書において、魚類の養殖を「陸上養殖」と呼ぶことがある。この「陸上養殖」は、自然界の海や河川それ自体を利用せず、産卵から孵化、稚魚から成魚になるまで一貫して、本実施形態で説明する養殖プラント技術を利用して行う養殖を意味している。従って、本実施形態の魚類養殖システム及び養殖方法は、自然界の海や河川それ自体を利用した養殖技術とは一線を画しており、自然界の海や河川それ自体を利用した養殖技術の比較対象外となるものである。但し、自然界の海や河川又はその近傍に本実施形態の養殖プラントを設置する場合を除外しない。

【0013】

図１は、本実施形態の魚類養殖システム及び養殖方法の技術思想の一例を示す概念図である。図１に示すように、本実施形態の魚類養殖システム１００は、飼育水槽１０、水温調整機２０、生物濾過槽３０、流量計４０、電磁弁５０、ポンプＰ、インバータＩＮＶ、第１アンモニアセンサ６０、第２アンモニアセンサ７０、微生物数測定装置８０、サイズ測定装置９０、制御装置２００、循環配管３００を備える。魚類養殖システム１００は、図１に示す構成以外の構成要素を備えていてもよい。飼育水槽１０、水温調整機２０、生物濾過槽３０、流量計４０、電磁弁５０、ポンプＰは、循環配管３００により循環して接続されている。なお、図１では、制御装置２００は、飼育水槽１０の近辺に配置されているがこの限りではない。例えば、制御装置２００は、図示しないネットワークを通じたクラウドサーバにより構成されていてもよい。魚類養殖システム１００は、図１に示す構成に限られるものではない。その他の構成を備えていてもよい。

【0014】

飼育水槽１０は、魚類を飼育する水槽である。飼育水槽１０は、ポンプＰの下流に配置されるとともに、水温調整機２０の上流に配置される。飼育水槽１０は、円筒形状を有し、魚類を飼育するのに適した飼育水Ｗを内部に保有する。飼育水Ｗは、上流に配置されたポンプＰから飼育水槽１０内へ流入し、下流に配置された水温調整機２０へ流出される。これにより、飼育水槽１０内の飼育水Ｗは循環される。飼育水槽１０内の飼育水Ｗを循環させることにより、自然に近い環境で魚類を飼育することができる。これにより、魚類にとって理想的な生活環境を提供することで、魚類の生育を効果的に促進することができる。飼育水槽１０内で飼育される魚類の飼育数は、制御装置２００によって予め把握される。例えば、制御装置２００は、飼育水槽１０内に投入された魚類の飼育数のうち、死亡した魚類の数は、飼育水槽１０内で飼育される魚類の飼育数から除外する。これにより、アンモニアの発生量を正確に推定することができる。

【0015】

飼育水Ｗは、魚類に応じて淡水や海水などから構成される。飼育水Ｗの塩分濃度は、魚の種類に応じて異なる濃度に設定される。飼育水槽１０の形状を円筒形状とすることにより、飼育水Ｗの存在による高い圧力に耐え得ることができ、その結果、魚類養殖システム１００における耐久性を高めることができる。

【0016】

飼育水槽１０の形状は、円筒形状に限られず、矩形状、多角形状、楕円形状であってもよい。飼育水槽１０の形状を様々な形状とすることにより、魚類養殖システム１００の設計の自由度を高めることができる。

【0017】

飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量は、あらかじめ定められた水量となるように設定される。飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量は、飼育水槽１０の体積、飼育水槽１０内で飼育する魚類の種類や、大きさによって適切な水量となるように設定することができる。飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量が減少した場合には、図示せぬ供給口から飼育水Ｗが供給され、飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量が増加した場合には、図示せぬ排出口から飼育水Ｗが排出される。なお、供給された飼育水Ｗの水量や、排出された飼育水Ｗの水量は制御装置２００によって把握される。これにより、アンモニアの濃度の算出を正確に行うことができる。飼育水槽１０には、サイズ測定装置９０が配置されている。

【0018】

サイズ測定装置９０は、飼育水槽１０内の魚類の体長を測定する。魚類の体長は、魚類のサイズの一例である。サイズ測定装置９０は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置を備える。サイズ測定装置９０は、ＬｉＤＡＲ装置により魚類の体長を測定する。ＬｉＤＡＲ装置により魚類の体長を測定する場合には、測定対象である飼育水槽１０に隣接してＬｉＤＡＲ装置を配置する。ＬｉＤＡＲ装置は、飼育水槽１０内の魚類に対しＬｉＤＡＲ装置によるレーザーを照射できる位置に配置されていればよく、飼育水槽１０内の飼育水Ｗ内、飼育水Ｗの水面、又は飼育水槽１０を構成する壁越しに配置されていてもよい。

【0019】

サイズ測定装置９０は、ＬｉＤＡＲ装置を用いて、魚類の周囲にレーザー光を照射し、魚類の体表から反射する光のデータを収集する。レーザー光を照射し、反射する光のデータの収集は、魚類が動いている間でも行うことができる。サイズ測定装置９０は、収集したデータから、魚類の体形を２Ｄのモデルとして構築する。サイズ測定装置９０は、構築した２Ｄのモデルを分析することで、魚類の体長を測定することができる。サイズ測定装置９０は、収集したデータから、魚類の体形を３Ｄのモデルとして構築してもよい。サイズ測定装置９０は、構築した３Ｄのモデルを分析することで、魚類の体長を測定することができる。サイズ測定装置９０は、飼育水槽１０内を回遊する魚類をＬｉＤＡＲ装置によるレーザーにより複数回測定し、測定した体長の平均値を飼育水槽１０内の魚類の体長として算出してもよい。

【0020】

サイズ測定装置９０は、ＬｉＤＡＲ装置により魚類のサイズを測定しているがこれに限られるものではない。例えば、サイズ測定装置９０は、超音波の反射や、撮像装置により撮像した画像に基づく画像処理により魚類のサイズを測定してもよい。また、サイズ測定装置９０は、魚類のサイズとして、魚類の体長、魚類の厚み寸法、魚類の重量、魚類の体積、または魚類の表面積のうち少なくとも１つ以上を測定してもよい。飼育水槽１０の下流には、水温調整機２０が配置される。飼育水槽１０から流出される飼育水Ｗは、循環配管３００を通じて水温調整機２０へ流入する。

【0021】

水温調整機２０は、飼育水槽１０から循環されて供給された飼育水Ｗの水温を調整する。水温調整機２０は、飼育水槽１０の下流に配置されるとともに、生物濾過槽３０の上流に配置される。水温調整機２０は、温度センサを有し、制御装置２００の制御に基づき、飼育水槽１０から流入された飼育水Ｗの水温が飼育水槽１０内で飼育される魚類にとって適切な温度となるように調整される。例えば、飼育水槽１０から流入された飼育水Ｗの水温が飼育水槽１０内で飼育される魚類にとって低い場合には、制御装置２００は、水温調整機２０が有する加熱器によって飼育水Ｗが加熱される。加熱器は、例えば、ヒータや、ヒートポンプ式の加熱装置などである。また、飼育水槽１０から流入された飼育水Ｗの水温が飼育水槽１０内で飼育される魚類にとって高い場合には、制御装置２００は、水温調整機２０が有する冷却器によって飼育水Ｗが冷却される。冷却器は、例えば、水冷式又は空冷式のラジエータや、ヒートポンプ式の冷却装置などである。水温調整機２０により飼育水Ｗの温度を適切に調整することができ、飼育水槽１０内で飼育される魚類の飼育環境をストレスがない環境に保つことができ、魚類の養殖効率を高めることができる。水温調整機２０の下流には、生物濾過槽３０が配置される。水温調整機２０から流出される飼育水Ｗは、循環配管３００を通じて生物濾過槽３０へ流入する。そして、水温調整機２０と生物濾過槽３０との間には、第１アンモニアセンサ６０が配置される。

【0022】

第１アンモニアセンサ６０は、生物濾過槽３０においてアンモニアが濾過される前のアンモニアの濃度（ｐｐｍ）を測定することができる。第１アンモニアセンサ６０は、所定の間隔で飼育水Ｗ中のアンモニアの濃度を測定することができる。所定の間隔として秒、分、時間、日、週、月など任意のタイミングを設定することができる。これにより、リアルタイムや、定期的なタイミングでアンモニアの濃度の測定を行うことができる。第１アンモニアセンサ６０は、既存の電気化学センサにより構成される。第１アンモニアセンサ６０が電気化学センサにより構成される場合には、アンモニアに特有の電気化学反応を利用して、濃度を測定することができる。アンモニアに特有の電気化学反応としては、特定の電極上での反応により生じる電流の変化を測定して、アンモニアの濃度を推定する既存の方法を採用することができる。第１アンモニアセンサ６０は、光学センサにより構成してもよい。第１アンモニアセンサ６０が光学センサにより構成される場合には、特定の波長の光をアンモニアに照射し、吸収や蛍光の変化を検出することでアンモニアの濃度を測定することができる。

【0023】

生物濾過槽３０は、飼育水槽１０内の飼育水Ｗを循環濾過する。生物濾過槽３０は、水温調整機２０の下流に配置されるとともに、流量計４０の上流に配置される。生物濾過槽３０は、濾過槽の一例である。生物濾過槽３０は、例えば多孔性のセラミック材料により形成されており、形成された孔が微生物の生息地として機能する。飼育水槽１０内の飼育水Ｗは、ポンプＰにより生物濾過槽３０へ循環される。生物濾過槽３０は、微生物により飼育水槽１０内で飼育されている魚類から発生したアンモニアを分解する。

【0024】

図２は、本実施形態の生物濾過槽３０を構成の一例を示す図である。図２に示すように、生物濾過槽３０は、少なくとも亜硝酸生物濾過槽３１、及び硝酸生物濾過槽３２を備える。亜硝酸生物濾過槽３１は、飼育水槽１０内で飼育された魚類から発生したアンモニアを亜硝酸へ分解する。アンモニアは魚類の排泄物、未消化の餌、その他の有機物の分解から発生する。高濃度のアンモニアの存在は魚類の生育にとって有害である。そこで、亜硝酸生物濾過槽３１においては、特定の亜硝酸化細菌（例えば、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属など）は、アンモニアをエネルギー源として利用し、亜硝酸塩へと変換する。亜硝酸塩は、亜硝酸イオン（ＮＯ_２ ^－）を持つ塩である。この過程は一般的に亜硝酸化と呼ばれる。亜硝酸生物濾過槽３１の下流には、硝酸生物濾過槽３２が配置される。

【0025】

硝酸生物濾過槽３２は、亜硝酸生物濾過槽３１により分解された亜硝酸を硝酸へ分解する。亜硝酸化の過程で生成された亜硝酸塩もまた、高濃度で存在する場合には魚類にとって有害である。そこで、硝酸生物濾過槽３２においては、硝酸化細菌（例えば、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ属、Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａ属など）は、亜硝酸塩をエネルギー源として利用し、硝酸塩へと変換する。硝酸塩は、硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を持つ塩である。この過程は一般的に硝酸化と呼ばれる。

【0026】

飼育水槽１０から循環された飼育水Ｗ中のアンモニアは、生物濾過槽３０を構成する亜硝酸生物濾過槽３１と、硝酸生物濾過槽３２と、を経て濾過されることにより、飼育水Ｗ中の有害なアンモニアを無害な物質へと硝化することができる。これにより、飼育水Ｗの水質が改善され、飼育水槽１０中の飼育水Ｗで飼育される魚類の生育環境を健康的に保つことができる。生物濾過槽３０には、微生物数測定装置８０が配置されている。

【0027】

微生物数測定装置８０は、生物濾過槽３０に生息する微生物の数を測定するための装置であり、微生物の数の測定は蛍光法によるＤＮＡの定量を利用して行われる。この方法では、微生物のＤＮＡに特異的に結合し、蛍光を発する染料を用いてＤＮＡの量を測定する。具体的には、生物濾過槽３０から採取した微生物のサンプルに対して、蛍光性のＤＮＡ結合染料を加え、その後、蛍光量を測定することで、サンプル中のＤＮＡの量、すなわち微生物の数を定量化する。この過程では、蛍光ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）技術が用いられ、特定の微生物ＤＮＡ領域のコピー数を増幅し、増幅されたＤＮＡ片に結合する蛍光染料の蛍光強度の変化を時間経過で測定することで、微生物の数を正確に推定することができる。蛍光法によるＤＮＡの定量を用いる場合には、生存している微生物だけでなく、死亡した微生物のＤＮＡも検出できるため、生物濾過槽３０内の微生物群全体の動態を詳細に把握するのに有効である。微生物数測定装置８０は、蛍光ＰＣＲによるＤＮＡの増幅と蛍光検出器を用いて、特定の波長の光をＤＮＡに結合した蛍光染料に照射し、発生した蛍光の強さやパターンを分析することで、生物濾過槽３０に存在する微生物の数を正確に測定することができる。上述の実施形態においては、微生物数測定装置８０は、蛍光ＰＣＲによるＤＮＡの増幅と蛍光検出器を用いて、生物濾過槽３０に存在する微生物の数を測定しているがこの限りではない。例えば、微生物数測定装置８０は、核染色を行いその蛍光をフローサイトメトリー（ｆｌｏｗ ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ）と呼ばれる分析手法に用いられるフローサイトメーター（ｆｌｏｗ ｃｙｔｏｍｅｔｅｒｓ）等の装置を用いて、生物濾過槽３０に存在する微生物の数を定量的に測定してもよい。生物濾過槽３０の下流には、流量計４０が配置される。生物濾過槽３０から流出される飼育水Ｗは、循環配管３００を通じて流量計４０へ流入する。

【0028】

流量計４０は、循環配管３００を通じて、主として飼育水槽１０、生物濾過槽３０を循環する飼育水Ｗの流量を計測する。流量計４０は、生物濾過槽３０の下流に配置されるとともに、電磁弁５０の上流に配置される。流量計４０から流出される飼育水Ｗは、循環配管３００を通じて電磁弁５０へ流入する。流量計４０により計測した流量は、制御装置２００へ通知される。

【0029】

電磁弁５０は、制御装置２００からの信号に基づき、循環配管３００を循環する飼育水Ｗの流量をオン／オフにより切り替える。電磁弁５０は、流量計４０の下流に配置されるとともに、ポンプＰの上流に配置される。電磁弁５０は、例えばノルマルオープンの電磁弁により構成され、制御装置２００から電源が供給されていない場合には、開いた状態であり、制御装置２００から電源が供給されている場合には、閉じる作用を奏する。電磁弁５０は、ノルマルオープンに限られず、ノルマルクローズの電磁弁により構成されていてもよい。電磁弁５０から流出される飼育水Ｗは、循環配管３００を通じてポンプＰへ流入する。

【0030】

ポンプＰは、循環配管３００を通じて飼育水槽１０内の飼育水Ｗを生物濾過槽３０へ循環させる。ポンプＰは、電磁弁５０の下流に配置されるとともに、飼育水槽１０の上流に配置される。ポンプＰから流出される飼育水Ｗは、循環配管３００を通じて、飼育水槽１０、水温調整機２０、生物濾過槽３０、流量計４０、電磁弁５０を経て、再び飼育水槽１０へと循環する。ポンプＰにより排出される流量は、インバータＩＮＶにより制御される。ポンプＰは、ポンプ駆動用モータを備える。したがって、制御装置２００は、インバータＩＮＶによる駆動周波数可変によりポンプＰを駆動するポンプ駆動用モータの回転数を制御することにより、ポンプＰによる飼育水Ｗの流量の制御を行う。これにより、制御装置２００は、ポンプＰにより循環する飼育水Ｗの流量を段階的に制御することができる。ポンプ駆動用モータは、ポンプＰ以外の構成要素であってもよい。ポンプＰの下流には飼育水槽１０が配置される。ポンプＰによる流量の調整をインバータＩＮＶにより制御することができるため、アンモニアの濃度の調整を正確に行うことができる。そして、ポンプＰと飼育水槽１０との間には、第２アンモニアセンサ７０が配置される。

【0031】

第２アンモニアセンサ７０は、生物濾過槽３０においてアンモニアが濾過される後のアンモニアの濃度（ｐｐｍ）を測定することができる。第２アンモニアセンサ７０は、所定の間隔で飼育水Ｗ中のアンモニアの濃度を測定することができる。所定の間隔として秒、分、時間、日、週、月など任意のタイミングを設定することができる。これにより、リアルタイムや、定期的なタイミングでアンモニアの濃度の測定を行うことができる。第１アンモニアセンサ６０によるアンモニアの濃度の測定と、第２アンモニアセンサ７０によるアンモニアの濃度の測定とを同時に行うこともできる。第２アンモニアセンサ７０は、既存の電気化学センサにより構成される。第２アンモニアセンサ７０が電気化学センサにより構成される場合には、アンモニアに特有の電気化学反応を利用して、濃度を測定することができる。アンモニアに特有の電気化学反応としては、特定の電極上での反応により生じる電流の変化を測定して、アンモニアの濃度を推定する既存の方法を採用することができる。第２アンモニアセンサ７０は、光学センサにより構成してもよい。第２アンモニアセンサ７０が光学センサにより構成される場合には、特定の波長の光をアンモニアに照射し、吸収や蛍光の変化を検出することでアンモニアの濃度を測定することができる。

【0032】

図３は、本実施形態の制御装置２００の構成図の一例を示す図である。制御装置２００は、図３に示すように、プロセッサ１１０と、記憶装置１２０と、通信装置１３０と、入力装置１４０と、出力装置１５０と、を備えている。プロセッサ１１０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等である。プロセッサ１１０が記憶装置１２０に記憶されているプログラム１２１を実行することで、制御装置２００はコンピュータとして動作して、各種処理を行う。プログラム１２１は、養殖プログラムの一例である。

【0033】

記憶装置１２０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの主記憶装置として動作する半導体メモリ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの補助記憶装置として動作するストレージを含む。記憶装置１２０は、記憶装置の一例である。記憶装置１２０は、プロセッサ１１０が実行するプログラム１２１、プログラム１２１を実行する際に利用する各種データベース（発生量データベース１２２、上限値データベース１２３、濾過能力データベース１２４、発生量推移データベース１２５）を記憶する。

【0034】

通信装置１３０は、ネットワーク経由で図示せぬサーバ装置と通信する通信モジュールである。入力装置１４０は、ユーザの操作を受け付ける。入力装置１４０は、キーボード、タッチパネル、マウスなどである。出力装置１５０は、ユーザに情報を表示する。出力装置１５０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどである。入力装置１４０と出力装置１５０とは一体に形成されていてもよい。

【0035】

上述のように、制御装置２００は、ポンプＰにより排出される流量を増加させることにより、生物濾過槽３０により飼育水Ｗからアンモニアを濾過できる能力（以下、「濾過能力」とも呼ぶ）を向上させることができる一方で、ポンプＰにより消費される消費電力が増加することとなる。これに対し、制御装置２００は、ポンプＰにより排出される流量を減少させることにより、ポンプＰにより消費される消費電力を低減させることができる一方で、生物濾過槽３０により飼育水Ｗからアンモニアの濾過能力が低下することとなる。そこで、本実施形態においては、制御装置２００により、飼育水槽１０で飼育される魚類の飼育数と、魚類の種類と、魚類のサイズと、の関係に応じて飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、推定されたアンモニアの発生量と、飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量に応じて算出されるアンモニアの濃度に応じて、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を制御することとした。

【0036】

図４は、本実施形態の発生量データベース１２２のグラフの一例を示す図である。発生量データベース１２２のグラフには、魚類の種類と魚類の体長とに対応する飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量が記憶されている。発生量データベース１２２のグラフには、魚類として、「サケ」により発生するアンモニアの発生量の線Ｇ１と、「マス」により発生するアンモニアの発生量の線Ｇ２が記憶されている。線Ｇ１は点線で表示され、線Ｇ２は一点鎖線で表示されている。

【0037】

発生量データベース１２２のグラフの縦軸は、飼育水槽１０で飼育されている魚類一匹当たりから一分間に生成するアンモニアの発生量（ｍｏｌ／匹・ｍｉｎ）を表し、横軸は、魚類の体長を表している。

【0038】

制御装置２００は、飼育水槽１０で飼育される魚類の飼育数と、魚類の種類と、魚類のサイズと、の関係に応じて飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量を推定する。具体的には、制御装置２００は、図４の発生量データベース１２２のグラフに含まれる線のうち、対象とする魚類の種類の線に基づいて、サイズ測定装置９０により測定した魚類の体長に対応する魚類一匹当たりのアンモニア発生量（ｍｏｌ／匹・ｍｉｎ）を算出する。そして、制御装置２００は、算出した魚類一匹当たりのアンモニア発生量（ｍｏｌ／匹・ｍｉｎ）に対し、飼育水槽１０で飼育されている飼育数を乗算することにより、飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量を推定する。

【0039】

図４の発生量データベース１２２のグラフの線Ｇ１、線Ｇ２に示すように、アンモニア発生量は、魚類の種類と体長とによりそれぞれ異なる。このため、制御装置２００は、図４の発生量データベース１２２のグラフを参照して飼育水槽１０で飼育される魚類のアンモニアの発生量を推定することにより、魚類の種類と、魚類のサイズとに応じて、飼育水槽１０から発生するアンモニアの発生量を正確に推定することができる。例えば、飼育水槽１０内で飼育されている魚類が「サケ」である場合には、図４の発生量データベース１２２のグラフの線Ｇ１に、サイズ測定装置９０で測定した魚類の体長をプロットすることにより、「サケ」一匹当たりのアンモニア発生量（ｍｏｌ／匹・ｍｉｎ）を算出することができる。そして、算出した「サケ」一匹当たりのアンモニア発生量に対し、飼育水槽１０内で飼育されている「サケ」の飼育数を乗算することにより、「サケ」が飼育されている飼育水槽１０から発生するアンモニアの発生量を正確に推定することができる。

【0040】

制御装置２００は、推定されたアンモニアの発生量と、飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量（Ｌ）と、に応じて算出されるアンモニアの濃度に応じて、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を制御する。

【0041】

まず、制御装置２００は、推定された飼育水槽１０で飼育される魚類のアンモニアの発生量に対し、飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量（Ｌ）を除算することにより、飼育水槽１０内のアンモニアの濃度（ｐｐｍ）を算出する。飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量（Ｌ）は、飼育水槽１０のサイズから算出することが可能である。飼育水槽１０のサイズは、魚類ごとに予め設定される飼育密度から逆算することが可能である。

【0042】

制御装置２００は、算出されたアンモニアの濃度に応じて、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を制御する。始めに、制御装置２００は、飼育水槽１０で飼育される魚類の種類と、サイズ測定装置９０により測定された魚類のサイズと、の関係に応じて飼育水槽１０で飼育される魚類により許容されるアンモニアの濃度の上限値を算出する。

【0043】

図５は、本実施形態の上限値データベース１２３の一例を示す図である。上限値データベース１２３には、魚類の種類と魚類の体長とに対応するアンモニアの濃度の上限値が記憶されている。魚類の種類と魚類の体長とに対応するアンモニアの濃度の上限値は、各魚類の種類と体長との関係に基づき許容されるアンモニアの濃度である。魚類の種類と魚類の体長とに対応するアンモニアの濃度の上限値は、予め実験により取得されて記憶される。魚類の種類と魚類の体長とに対応するアンモニアの濃度の上限値は、ユーザの入力操作に基づき任意の値を設定してもよい。

【0044】

図４の上限値データベース１２３を参照する際に、制御装置２００は、例えば、魚類の体長が１ｍｍ以上７５ｍｍ未満である場合には、体長５０ｍｍの上限値を選択し、魚類の体長が７５以上１５０ｍｍ未満である場合には、体長１００ｍｍの上限値を選択し、魚類の体長が１５０ｍｍ以上（または、１５０ｍｍ以上２５０ｍｍ未満）である場合には、体長２００ｍｍの上限値を選択する。魚類の種類の情報は、予め入力装置１４０を通じたユーザの入力操作に基づいて受け付けられている。例えば、魚類の種類が「サケ」であり、体長が１００ｍｍである場合には、制御装置２００は、図４の上限値データベース１２３を参照して、飼育水槽１０で飼育される魚類の種類「サケ」と魚類のサイズ「１００ｍｍ」とに対応するアンモニアの濃度の上限値として「８ｐｐｍ」を算出する。

【0045】

制御装置２００は、ポンプＰにより排出される流量を増加させることにより、飼育水槽１０内のアンモニアの濃度を低下させることができる一方で、ポンプＰにより消費される消費電力が増加することとなる。これに対し、制御装置２００は、ポンプＰにより排出される流量を減少させることにより、ポンプＰにより消費される消費電力を低減させることができる一方で、飼育水槽１０内のアンモニアの濃度が増加することとなる。そこで、本実施形態においては、制御装置２００は、推定された飼育水槽１０内のアンモニアの発生量と、飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量に応じて算出されるアンモニアの濃度が上限値データベース１２３に基づき算出された上限値以下となるようにインバータＩＮＶを制御して、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量となるようにする。これにより、飼育水中のアンモニアの濃度を低く保って、魚類の健康を維持して病気や死亡を抑止し、多くの魚類を高効率で成長させることができる。その結果、飼育水槽１０内の魚類の成長を妨げることなく、魚類養殖システム１００におけるポンプＰの消費電力の低減を図ることができる。

【0046】

制御装置２００は、測定した生物濾過槽３０に存在する微生物の数に基づき、生物濾過槽３０の濾過能力α（ｐｐｍ／パス）を換算することが可能である。濾過能力αは、生物濾過槽３０を飼育水Ｗが通過（パス）することにより減少するアンモニアの濃度として表すことができる。生物濾過槽３０の濾過能力αは、生物濾過槽３０の上流側に配置された第１アンモニアセンサ６０により測定されたアンモニアの濃度Ｘと、生物濾過槽３０の下流側に配置された第２アンモニアセンサ７０により測定されたアンモニアの濃度Ｘ’との差分ΔＸにより定量的に算出される。

【0047】

図６は、本実施形態の濾過能力データベース１２４のグラフの一例を示す図である。濾過能力データベース１２４のグラフには、生物濾過槽３０の濾過能力αと微生物数測定装置８０により測定された微生物の数との関係を示す線Ｇ３が記憶されている。線Ｇ３は実線で表示されている。図６の濾過能力データベース１２４のグラフに示すように、生物濾過槽３０に生息する微生物の数が多くなるにつれて、生物濾過槽３０による濾過能力αも大きくなっている。そこで、本実施形態においては、制御装置２００は、インバータＩＮＶを制御して、算出されたアンモニアの濃度の発生量と、微生物数測定装置８０で測定した微生物の数と、に応じて、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を制御する。具体的には、制御装置２００は、図６に示す濾過能力データベース１２４を参照して、微生物数測定装置８０で測定した微生物の数に対応する濾過能力αを算出する。そして、生物濾過槽３０に生息している微生物の数が多い場合には、生物濾過槽３０の濾過能力αが高いため、算出した濾過能力αに応じてインバータＩＮＶを制御して生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を減少させる。一方で、生物濾過槽３０に生息している微生物の数が少ない場合には、生物濾過槽３０の濾過能力αが低いため、算出した濾過能力αに応じてインバータＩＮＶを制御して生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を増加させる。これにより、飼育水中のアンモニアの濃度を低く保って、魚類の健康を維持して病気や死亡を抑止し、多くの魚類を高効率で成長させることができる。その結果、飼育水槽１０内の魚類の成長を妨げることなく、魚類養殖システム１００におけるポンプＰの消費電力の低減を図ることができる。

【0048】

図７は、本実施形態の発生量推移データベース１２５のグラフの一例を示す図である。発生量推移データベース１２５のグラフには、アンモニアの発生量と時間推移との関係を示す線Ｇ４が記憶されている。線Ｇ４は実線で表示されている。図７の発生量推移データベース１２５のグラフに示すように、飼育水槽１０内の魚類に対する給餌のタイミングＴ１、Ｔ２の直後にアンモニアの発生量が増加している。そこで、本実施形態においては、制御装置２００は、図７に示す発生量推移データベース１２５を参照して、飼育水槽１０で飼育される魚類の飼育数と、魚類の種類と、魚類のサイズに加えて、魚類への給餌のタイミングＴ１、Ｔ２と、の関係に応じて飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量を推定する。そして、制御装置２００は、推定されたアンモニアの発生量と、算出されたアンモニアの濃度に応じて、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量をインバータＩＮＶにより制御することとした。したがって、給餌のタイミングＴ１、Ｔ２により増加するアンモニアの発生量を考慮して、飼育水Ｗの流量を制御することができるため、正確にアンモニアの濃度を算出して、アンモニアの濃度を制御することができる。これにより、飼育水中のアンモニアの濃度を低く保って、魚類の健康を維持して病気や死亡を抑止し、多くの魚類を高効率で成長させることができる。その結果、飼育水槽１０内の魚類の成長を妨げることなく、魚類養殖システム１００におけるポンプＰの消費電力の低減を図ることができる。

【0049】

なお、本発明は、上述の実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、上述の実施の形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

【0050】

上述の実施形態では、濾過槽の一例として生物濾過槽３０が配置されているがこの限りではない。例えば、濾過槽の一例として無生物の濾過槽を配置してもよい。これにより、生物濾過槽３０の維持コストの低減を図ることができる。

【0051】

上述の実施形態では、ポンプＰにより循環配管３００を循環する飼育水Ｗの流量を制御しているがこの限りではない。例えば、電磁弁５０のオン／オフにより循環配管３００を循環する飼育水Ｗの流量を制御してもよい。これにより、設備コストと消費電力の低減を図ることができる。

【0052】

上述の実施形態では、飼育水槽１０で飼育される魚類の飼育数と、魚類の種類と、魚類のサイズと、の関係に応じて飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量を推定しているがこの限りではない。更に、水温調整機２０の温度センサにより測定した飼育水Ｗの温度に応じて、発生するアンモニアの発生量を推定してもよい。飼育水Ｗの温度が高い場合には、飼育水槽１０内で飼育される魚類の活動が活発となるため、発生するアンモニアの量が増加する。飼育水Ｗの温度が低い場合には、飼育水槽１０内で飼育される魚類の活動が緩慢となるため、発生するアンモニアの量が減少する。したがって、水温調整機２０の温度センサにより測定した飼育水Ｗの変化により増減するアンモニアの発生量を考慮して、飼育水Ｗの流量を制御することができるため、正確にアンモニアの濃度を算出して、アンモニアの濃度を制御することができる。これにより、飼育水槽１０内の魚類の成長を妨げることなく、魚類養殖システム１００におけるポンプＰの消費電力の低減を図ることができる。

【符号の説明】

【0053】

１０ ：飼育水槽
２０ ：水温調整機
３０ ：生物濾過槽
３１ ：亜硝酸生物濾過槽
３２ ：硝酸生物濾過槽
４０ ：流量計
５０ ：電磁弁
６０ ：第１アンモニアセンサ
７０ ：第２アンモニアセンサ
８０ ：微生物数測定装置
９０ ：サイズ測定装置
１００ ：魚類養殖システム
１１０ ：プロセッサ
１２０ ：記憶装置
１２１ ：プログラム
１２２ ：発生量データベース
１２３ ：上限値データベース
１２４ ：濾過能力データベース
１２５ ：発生量推移データベース
１３０ ：通信装置
１４０ ：入力装置
１５０ ：出力装置
２００ ：制御装置
３００ ：循環配管
ＩＮＶ ：インバータ
Ｐ ：ポンプ

【要約】

【課題】魚類の成長を妨げることなく、消費電力の低減を図ることができる魚類養殖システム、養殖方法、及び養殖プログラムを提供する。
【解決手段】魚類養殖システム１００は、魚類を飼育する飼育水槽１０と、飼育水槽１０内の飼育水Ｗを循環濾過する生物濾過槽３０と、飼育水槽１０内の飼育水Ｗを生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰと、ポンプＰにより循環される飼育水Ｗの流量を制御する制御装置２００と、を備える。制御装置２００は、飼育水槽１０で飼育される魚類の飼育数と、魚類の種類と、魚類のサイズと、の関係に応じて飼育水槽１０で飼育される魚類により発生するアンモニアの発生量を推定し、推定されたアンモニアの発生量と、飼育水槽１０内の飼育水Ｗの水量に応じて算出されるアンモニアの濃度に応じて、生物濾過槽３０へ循環させるポンプＰによる飼育水Ｗの流量を制御する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】