NO20121042A1 - Transportabelt system for generering og injisering av oksygen in situ for fiskebur i sjoen - Google Patents

Abstract

Transportabelt system for in situ oksygengenerering og oksygeninjeksjon ved industrielle nivåer for sjøbur for fisk, som inkluderer en flytende plattform, pontong-type, med en flyteevne på minst 50 tonn og som er i stand til å bli tauet på åpen sjø hvor systemet som genererer oksygen 93 til 95 % renhet er lokalisert på innsiden, og det inkluderer en generator og strømfordelingssystem, som tilveiebringer kraft for komponentene av dette oksygengenererende systemet, som i hovedsak omfatter trykksatt luft- genererende innretninger, trykksatt oksygen- genererende innretninger, kompresjonsinnretninger og høytrykksoksygen-akkumuleringsinnretninger og styringsinnretninger for oksygengenereringssystemet.

Description

TRANSPORTABELT IN SITU OKSYGENGENERERING OG -INJEKSJON SYSTEM FOR FISKEBUR I SJØEN

ANVENDELSE AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å forbedre produksjonsutbytter i syklusen til fisk, mer spesifikt et transportabelt system for å generere og injisere oksygen på industrielle nivåer, in situ for fiskebur i sjøen, hovedsakelig rettet mot fiskeoppdrettsindustrien, lagringsanlegg, blant andre.

BESKRIVELSE AV TIDLIGERE TEKNIKK

Oksygen fra sjøvann blir utvunnet for det meste fra luft, som er årsaken til hvorfor det blir ledsaget for det meste av gassene som danner del av nevnte blan-ding. Fordi oksygen er mer løselig i vann enn nitrogen, blir det funnet i større andel enn i luft. Volumet av oksygen i sjøvann er omtrent 25 til 30 ganger lavere enn volumet av det samme elementet i luften.

Oksygenet blir oppløst i vann ved enkel absorpsjon, som blir fremhevet ved bølgene som fjerner vannet og bringer nye lag i kontakt med luften, som begun-stiger diffusjonsprosessen. Derfor er oksygeneringen av vannet direkte relatert til de grove sjøene. Rikdommen av oksygen er relatert til salinitet, jo større salinitet, jo mindre mengde oksygen.

En annen faktor som påvirker oksygenabsorpsjonen ved vannet er tempe-ratur. Av denne årsak, på de åpne hav, avtar overfloden av oksygen fra polene til Ekvator.

Oksygen er nøkkelen til liv, krevet av fisk og planter for å utføre livsnødven-dige prosesser slik som oksidasjon av proteiner, karbohydrater og fett. Dette tillater nedbrytningen av disse substansene for å generere en konsistent frigivelse av energi brukt for livsnødvendige funksjoner hos vesen. Hvis oksygennivået ikke er tilstrekkelig for økosystemet, vil planter dele fruktose og glukose til karbondi-oksid og alkohol, dvs., i løpet av en kort tid, vil cellene deres dø.

Når økosystemet etterspør mer oksygen enn overflateutvekslingen kan tilveiebringe, må oksygen bli tilført via eksterne måter eller kunstige måter.

Oksygen, mat og vann er tre nøkkelparametere i fiskeoppdrett. Spesielt har tilgjengeligheten av 02i vann en direkte effekt på avlingsutbytter. Trenden mot høye fisketettheter resulterer i tilfredsstillende konsentrasjoner av O2oppløst i vann nødvendig for utviklingen av fisk. Hovedformålet med O2injeksjonen er å øke nivået av oppløst oksygen i fiskeavlstanker. Dets konsentrasjon vil bestemme produksjonsutbyttet i de fleste tilfeller.

De største fordelene blir reflektert i økningen i forutnyttelsesforholdet, ved å tilveiebringe en mer effektiv bruk av foret, forbedre fiskevekst og tilveiebringe større motstand overfor patogener, redusere stress og dødelighet og optimalisere bruken av anlegget, for å nå høyere tettheter.

Alt over, tvinger en til å ha oksygengenererende systemer som er i stand til å injisere nevnte gass inn i sjøvannet for å optimalisere oppdrettet av fisk, slik som laks, for eksempel.

Det er kjent at i løpet av produksjonssyklusen for fisken, er det høy dødelig-het assosiert med lavt oksygen, spesielt i løpet av sommeren på grunn av forskjel-lige faktorer slik som algeoppblomstringer, anoksiske strømmer, biomasse av buret, etc. Mange av disse problemene er udetekterbare fordi de lave (verdiene) forekommer over natten.

For tiden er en lav verdi i OD (OD: oxygen demand på engelsk), vist som spesifikke hendelser, siden de ikke bruker konstant overvåkning og online systemer for OD i kulturburene og disse spesifikke hendelsene blir løst ved å flytte sylindere eller termosbeholdere med oksygen som, fra et logistisk synspunkt, ikke er svært funksjonsdyktig når senterne er lokalisert langt borte, dessuten er mengden O2som skal bli overført ikke en industriell kvantitet som kan løse storskala problemer.

En alternativ løsning kan bli funnet i patentdokumenter FR 2735463 fra innehaveren SPIE CITRA ILE DE FRANCE, med tittelen "Independent or semi-independent water oxygenation system", som beskriver en pontong med luftkom-pressorer som mater mikrokeramiske diffusorer som henger i vannet ved kabler. Dette dokumentet er imidlertid et system for å produsere luft som blir injisert til vannet. Her er det tydelig en betydelig forskjell, siden når en injiserer luft som har 20 % oksygen og ikke en oksygenstrøm ved 93 %, dessuten, har den bare luftbe-holdere og ikke et oksygengenereringssystem som i tilfellet med foreliggende oppfinnelse, som tilveiebringer et system for å generere og injisere oksygen som er montert på en pontong omfattende en bod, som inneholder diesellagringsinnret-ninger, innretninger for å komprimere luft, innretninger for å tørke luften, filtrerings-innretninger, innretninger for å generere elektrisitet, innretninger for å generere oksygen, innretninger for å akkumulere høyt trykk designet for å inneholde oksy gen og spesielle høytrykks-kompressorinnretninger for luft, som opererer på en synkronisert måte via et internt styringssystem som muliggjør beslutningstaking når det gjelder hvor mye som skal produseres, lagring og oksygeninjeksjon.

Patentdokumentet US 4,906,359, til innehaveren COX JR BERTHOLD V, som har tittelen "Solar activated water aeration station" beskriver en vannluftings-stasjon for å injisere luft ved en gitt dybde. Denne stasjonen inkluderer en flytende plattform og solpaneler, som er der for å lade opp en motor og en pumpe; den har også innretninger for å tilveiebringe en passende helling for å maksimere sol-energi. Solpanelsystemene har imidlertid en naturlig begrensning som forhindrer dem fra å skalere designen på en industriell skala. Et konservativt estimat ville foreslå at kravet for solpaneler for et system slik som foreliggende oppfinnelse ville være omtrent 2.000 m2 paneler med hundrevis av batterier. Batteriene blir ikke vurdert i begge tilfeller og forsyner bare i løpet av timene med dagslys. I tillegg er dette systemet, som det over, bare for å produsere luft som blir injisert inn i vannet.

Patent JP 56073528, til innehaveren MIYAKE TAKAMURA, med tittelen "Oxygen supply device Used in fish farm or the like", som beskriver et oksygen-injeksjonssystem gjennom sylindriske diffusorer omfattende mange smale hull. Oksygen er imidlertid forbundet til en luftkompressor og det er ingen beskrivelse av et oksygengenereringssystem montert på en pontong.

Systemet for oksygenering og oksygeninjeksjon ifølge foreliggende oppfinnelse avviker fra det som eksisterer i markedet på grunn av dets evne til å generere OD på stedet; det innehar også egenskapen med kontinuerlig injisering uten viktige logistiske problemer i industrielle kvantiteter.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Figur 1 viser et blokkdiagram av systemet ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et planriss av systemet ifølge foreliggende oppfinnelse med alt utstyret som utgjør systemet og en distribusjonsmodus. Figur 3 viser en skjematisk layout av foreliggende oppfinnelse med hensyn til forbindelsesfordelingen av fiskebur i sjøen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Systemet (100) for in situ oksygengenerering og -injeksjon, er arrangert på en flytende plattform, kalt pontong, med sidevegger og et tak, for å huse systemet på innsiden (100) av foreliggende oppfinnelse. Denne pontongen haren flyteevne

på minst 50 tonn og er i stand til å bli tauet til sjøs.

Systemet (100) for å generere og injisere oksygen som genererer oksygen ved 93 til 95 % renhet, omfattende et generatorsystem og et strømfordelingssys-tem, som tilveiebringer elektrisk kraft til komponentene i dette oksygengenererende systemet, hvor sistnevnte i hovedsak omfatter trykksatte luftgenererende innretninger, trykksatte oksygengenererende innretninger, høytrykks oksygen-akkumulerings- og kompresjonsinnretninger og styringsinnretninger for oksygen-genere ringssystemet.

Generatoren og elektrisitetsfordeleren omfatter drivstoffakkumulatorinnretninger, fortrinnsvis diesel, fra lagringstanker (302) lokalisert på innsiden av pontongen som tillater driften av oksygengenererings- og injeksjonssystemet (100) i forlengede tidsperioder. Denne lagringstanken (302) vurderer minst 15.000 liters kapasitet, en nivåmåler og en pumpe(r) for å levere dieselen til generatorene.

Elektrisitetsdistribusjonssystemet vurderer et koblingsanlegg (201) og instrumenttavle (202) for å distribuere energien produsert ved genereringssys-temet til oksygenproduksjonslinjen; mens det elektroniske systemet inneholder beskyttelser og distribusjonssystem for håndteringen og opplading av all styrings-elektronikken. Det inkluderer også en batteribank (203) og UPS (204) som er i stand til å opprettholde elektrofoniske styringssystemer som kjører i 24 timer og med et optimalt og regulert nivå av spenning og frekvens.

De genererende innretninger for trykksatt luft, omfatter i hovedsak kompres-sorinnretninger (102), som i en foretrukket utførelsesform er en vekselvirkende kompressor som genererer en luftstrøm ved et trykk på omkring 620,5 til 792,9 KPa (90-115 psi) tørkeinnretninger (103), som ved kjøling fjerner vannet som kan komme i den komprimerte luften; filtreringsmedia (104), som i en foretrukket utfør-elsesform, omfatter 2 filtere og en sentrifugefelle som fjerner suspenderte partikler, oljedråpene som kan bli trukket fra kompressoren og til slutt vanndråpene som forlater kompressoren som et komplement til tørkevirkningen, og akkumulatorinn-retninger (105) for luft som tjener til å virke som en buffer for trykkfluktuasjonene som forekommer, siden den oksygengenererende prosessen har et luftforbruk som ikke er stabilt over tid.

De oksygengenererende innretningene omfatter i hovedsak et trykksystem kalt "Generator ved trykksvingningsadsorpsjon" (106) og en akkumulator av lav-trykksoksygen (107). Systemet "Generator ved trykksvingningsadsorpsjon" (106), tar trykksatt luft og fører den til et molekylsilsjikt som inneholder en spesifikk adsorbent for nitrogen, som er årsaken til at det ved utløpet fra nevnte sjikt er en anriket oksygenstrøm ved 93 - 95 %. Når det første sjiktet er mettet, blir dets luft-passasje stengt og det andre sjiktet begynner å fylles opp med en prosess identisk til den første. Det første sjiktet begynner så å kaste nitrogenet adsorbert på subs-tratet ut til atmosfæren. Denne prosessen blir styrt ved en datamaskins interne PLC. Imens er det ved utløpet av genereringen av oksygen, en tank (eller tanker) av oksygen ved lavt trykk, for å bufre trykket av prosessutløpet og derfor garantere renheten av prosessen. Disse tankene opererer i et område på omkring 344,7 til 413,7 KPa (50-60 psi).

Kompresjonsinnretningene og akkumuleringen av høytrykksoksygen omfatter i hovedsak en oksygen-stempelkompressor (108) og en høytrykksoksygen-akkumulator (109). Oksygen-stempelkompressoren (108) bruker ingen olje i sin kompresjon; én del av det produserte oksygenet blir komprimert for å lagre det i høytrykksakkumulatoren (109). Høytrykksoksygen-akkumulatoren (109) lagrer store mengder oksygen i gassformig form som unngår tap ved fordampning.

Styringsinnretningene for oksygengenereringssystemet omfatter en manuell utstyrstavle (205), en PLC (206), innretninger for å motta oppløst oksygen-signaler

(207), en datamaskin (208) med HM I programvare (209) og styringsalgoritmer

(210) og en manuell ventiltavle (211).

Den manuelle utstyrstavlen (205) kan individuelt starte hver av utstyrs-delene i systemet via en start-trykknapp. Den vurderer også visuelle indikatorer for kraft, nødknapper og indikatorer for elektriske faser.

PLC-en (206) lagrer styringsalgoritmene og opererer automatisk ved å konstant fatte avgjørelser basert på målingene av oppløst oksygen sensorer og tilstander for utstyret for å bestemme om utstyret skal skrus på eller av, ventil, etc. Mottaket av oppløst oksygen signalene blir mottatt trådløst, som blir målt ved oksygeneringssensorer, som i en foretrukket utførelsesform er optiske.

Datamaskinen (208) med HMI tilveiebringer et brukergrensesnitt grafisk som viser all den relevante informasjonen på statusen av utstyr, slik som på eller av, åpne eller stengte ventiler, oksygennivåer i vann, oksygenstrøm etc. Dette kan modifisere driftsparametere som påvirker avgjørelsen til styringssystemet eller det kan operere systemet manuelt gjennom datamaskinsystemet. Hvis den nødven-dige tilkoblingen foreligger (internett), kan dette grensesnittet bli fjernstyrt (ikke behov for å være i pontongen) noe som sikrer at det kan bli operert og overvåket fra hvor som helst.

Programvaren (209) og styringsalgoritmene (210) er lagret i PLC-en (206), utviklet utelukkende for denne anvendelsen i henhold til behovene og bedre praksis etablert på stedet. Disse algoritmene inkluderer (som et eksempel): PID styring av nivåer av oppløst oksygen i buret; Rutinemessig intelligent batterilading; vurdere starttider for utstyr som optimaliserer den nyttige levetiden for nevnte utstyr, beslutningstaking i frekvenstid på linje med prosessen for styring og det brukte utstyret; intelligent bruk av akkumuleringssystemet av oksygen slik som å bruke det som en buffer for å optimalisere energibruk, bruke det i tilfelle mekanisk krise, bruke det i tilfelle av overforbruk ved fiskebiomassen.

Avhengig av konstanten på den anviste PID styringsenheten, vurderer systemet den proporsjonale feilen, den kumulative og hellingen av systemet for å bestemme om en skal oksygenere et bur eller ikke (3) og hvor lenge. Systemet

(100) tilsetter så den mengden oksygen som trenger å bli levert til burene (3) og bestemmer om en skal starte én eller flere linjer for generering, dvs. vende magnetventilen for å oksygenere nevnte bur (3) spesielt. Avgjørelsen blir gjort for alle bur (3). Så bestemmer systemet, i henhold til hvor mange ventiler som er på og hvor lenge, om en skal oksygenere burene fra akkumuleringen (109) eller hvis forbruket er lavere og tankene er fulle, om en skal starte én, to, tre eller alle oksygen-genereringslinjene, skru på oksygenkompressorene.

Den manuelle ventiltavlen (211) tillater å styre manuelt, starten eller avstengningen av ventilene som tilfører oksygen til fisken.

Videre omfatter systemet sensorer slik som massestrømmåler for å måle levert oksygen så vel som styringsventiler for levering av oksygen til fiskeburene. Oksygeninjeksjonssystemet til burene blir gjort gjennom rør som fører oksygen til fiskeburene og fra der med mikroperforerte slanger, som blir introdusert i vannet omkring 10 meter dypt. For tiden er det oksygeneringssystemer på markedet som bruker slanger eller keramiske diffusorer.

Oksygeneringssystemet (100) er designet slik at det kan operere selvsten-dig. Dets hovedfunksjon er å alltid opprettholde tilveiebrakte oksygennivåer eller SettPunktet (SP) på optimal nivåer, situasjon som, avhengig av klienten, bestemmer det minimale driftsnivået med referanse til oksygenet som skal bli tilført. Likeledes er brukeren av systemet en som overvåker systemet.

For den automatiske genereringen av oksygen in situ, starter prosessen egentlig med målingene ved oksygensensorene, som er lokalisert ved strategiske punkter innen modulen. Disse sensorene kan være optisk eller galvanisk teknologi som overvåker nivået av oppløst oksygen i vannet og overfører det til et signal 4 - 20 mA som blir levert til systemet ifølge foreliggende oppfinnelse gjennom et kablet eller trådløst signal.

For eksempel, hvis nivåene av SP ble berammet ved 7 ppm (deler per million), betyr det at enhver måling større enn oksygensensoren holder systemet stengt av, som kunne være tilfellet på 7,5 ppm (ikke nødvendig å injisere oksygen i dette tilfelle), ellers, hvis målingen av oksygensensoren er lavere enn det spesifi-sert i SP, så skulle oksygeneringssystemet skrus på, et eksempeltilfelle ville være hvis sensoren målte 6,5 ppm.

Signalene fra oksygensensorene blir mottatt ved PLC-en (206) av oksygen-systemet ifølge foreliggende oppfinnelse og sistnevnte sjekker at det er en verdi mindre enn SP-en for å starte å skru på utstyret sekvensielt, starter med tenningen av generatorgruppen (101), så luftblåserene (103), så tenningen av luftkompres-sorene (102), etterpå tenningen av oksygengeneratoren (106) og til slutt, forutsatt at kapasiteten eksisterer i akkumuleringstanker (109), tenningen av høytrykks-akkumulatoren for oksygen (109), for å fylle eller etterfylle disse akkumuleringstankene (109).

Etter å ha skrudd på alt utstyret, kan det produserte oksygenet bli sendt til akkumuleringstankene (109) eller det kan direkte ta en tilførselsmatriks til burene. I tilførselsmatriksen (tilført ved akkumuleringstankene (109) og in situ 02produksjonen) er det en teller, ansvarlig for å registrere oksygenforbruket som blir levert til burene (3). Hver tilførselsmatriks (4) er styrt ved en magnetventil, som når den er skrudd på, tillater passasjen av oksygen når nivåene er lave til SP-en og SP-en opererer styrt ved PLC-en (206). Dette utstyret er i stand til å differensiere, basert på sensormålinger til hvilken bur (3), som danner en modul, det tilfører oksygen uavhengig av burmodulen (2) som det tilhører.

Så blir oksygen som så blir transportert gjennom tilførselsmatriksen (4) forbundet til burmodulen (2) gjennom et fordelingskammer (5), som avleder oksygenet til burene (3) ved hjelp av fordelingslinjer for å til slutt levere det gjennom mikroperforerte slanger.

Med én gang oksygenet passerer gjennom magnetventilen, blir det ledet til det aktuelle buret (3), ved hjelp av høytrykksslanger, som utgjør tilførselsmatriksen (4), etter ankomst ved buret (3), kan oksygenet bli tilført til vannet gjennom ulike former, blant dem oksygenering gjennom keramiske diffusorer eller mikroperforerte slanger. På dette punktet går oksygenet ut gjennom svært små og enhet-lige bobler, og sikrer derved en svært effektiv oksygenering, dette tillater å heve nivåene i et tilfelle fra 6,5 til 7 ppm og via sensormåling, blir det igjen tatt måling slik at PLC-en (206) fatter avgjørelsen, derved begynner prosessen igjen. Systemet fortsetter inntil SP-nivået er nådd.

Systemet (100) ifølge foreliggende oppfinnelse er designet slik at det alltid fyller eller etterfyller oksygen-høytrykksakkumulatortankene (109), slik at systemet når det detekterer mangelen på oksygen i én eller flere bur, er den første tingen det gjør å bruke oksygenet fra akkumulatortankene (109) inntil det når et visst nivå

(omkring 20 % oksygen blir brukt uten behovet for å skru på utstyr), eller det bruker konstanten av PID styringsenheten når det er en forskjell i typen feil eller tidene, på den andre siden, blir oksygenet også brukt for å løse enhver eventua-litet med lave oksygennivåer, dvs. det kan bli brukt parallelt med produksjonen av oksygen eller det kan være en reserve og brukt manuelt uten behovet for å skru på utstyret.

I tillegg er systemet designet slik at det opererer for å mate UPS-en (203) og derved opprettholder systemkraften ved en konstant, dvs. det er designet for å skru på bare generatoren i tilfelle OD nivåene er over SP-et, for å alltid holde nok energi til å drive utstyr og komponenter. Det har også det kjennetegn at det kan fjernstyres. Videre er systemet designet slik at med få timers mellomrom skrus det på for å lade opp batteriene på UPS-en (203), batteriladingen tar ikke mer enn 2 timer og det tillater å forsyne systemet (100) med energi i minst 17 timer.

Claims (6)

1. Transportabel in situ oksygengenerering og -injeksjon ved industrielle nivåer av oksygen i sjøbur for fisk, hvori omfattende en flytende plattform, pontong-type, med en flyteevne på minst 50 tonn og som er i stand til å bli tauet til sjøs hvor det i sitt indre innehar dette oksygengenererende systemet ved 93 til 95 % renhet, og omfatter en generator og kraftdistribusjon, som tilveiebringer elektrisk kraft til komponentene av dette oksygengenererende systemet, hvor sistnevnte i hovedsak består av innretninger for å generere trykksatt luft, innretninger for å generere trykksatt oksygen, komprimerende innretninger og innretninger for akkumuleringen av høytrykksoksygen og systemstyringsinnretninger for oksygengenerering.

2. Mobilt system ifølge krav 1, hvori det genererende systemet og elektrisitets-distributøren omfatter drivstoffakkumulatorinnretninger, fortrinnsvis diesel, fra lagringstanker lokalisert på innsiden av pontongen som tillater driften av systemet for in situ oksygengenerering og injeksjon i forlengede tidsperioder.

3. Mobilt system ifølge krav 1, hvori innretningen som genererer trykksatt luft, i hovedsak omfatter komprimerende innretninger, som i en foretrukket utførelses-form er en vekslende kompressor som genererer en luftstrøm ved et trykk på omkring 620,5 til 792,9 KPa (90 -115 psi); tørkende innretning, som ved kjøling fjerner vannet som kan komme i den komprimerte luften; filtermedia, som i en foretrukket utførelsesform, omfatter 2 filtere og en sentrifugefelle for å fjerne suspenderte partikler, oljedråper som kan bli trukket med fra kompressoren og til slutt vanndråpene som forlater kompressoren som et komplement til virkningen av tørkeren, og luftakkumulatorinnretning som tjener til å virke som en buffer for trykk-fluktuasjoner som forekommer, siden den oksygengenererende prosessen har et luftforbruk som ikke er stabilt over tid.

4. Mobilt system ifølge krav 1, hvori de oksygengenererende innretningene i hovedsak omfatter et trykksystem kalt "Generator ved trykksvingningsadsorpsjon", som tar trykksatt luft og fører den til et molekylsilsjikt inneholdende en adsorbent spesifikk for nitrogen, som er årsaken til at utløpet fra nevnte sjikt er en oksygen-anriket strøm ved 93 til 95 %, og en oksygenakkumulator ved lavt trykk.

5. Mobilt system ifølge krav 1, hvor kompresjonsinnretningene og høytrykks-oksygenakkumuleringsinnretningene i hovedsak omfatter en oksygen-stempelkompressor og en høytrykksoksygenakkumulator som lagrer store mengder oksygen i gassformig form som unngår tap på grunn av fordampning.

6. Transportabelt system ifølge krav 1, hvor styringsinnretningene for oksygengenereringssystemet omfatter en manuell utstyrstavle, en PLC, mottaksinnret-ningerfor oppløst oksygen signaler, en datamaskin med HMI, et datamaskin-program for styringsalgoritmer og en manuell ventiltavle.