NO20180928A1

NO20180928A1 - System for seawater circulation in fish farms

Info

Publication number: NO20180928A1
Application number: NO20180928A
Authority: NO
Inventors: Bjørn Egil Heimgård; Yngve Solberg Hjertvikrem
Original assignee: Aqua Vent As
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-12-30
Also published as: NO344775B1

Description

System for sjøvannssirkulasjon i fiskeoppdrettsanlegg System for seawater circulation in fish farming facilities

Oppfinnelsen vedrører et system for sjøvannssirkulasjon i fiskeoppdrettsanlegg. The invention relates to a system for seawater circulation in fish farming facilities.

I fiskeoppdrettsanlegg er vannkvaliteten av avgjørende betydning for oppdrettsfiskens trivsel, helse og vekst. Vannkvaliteten avgjøres av mange faktorer, blant annet temperatur, vannsirkulasjon, oksygeninnhold, nitrogen- og CO2-metningen, forekomst av alger, parasitter og sykdomsfremmende organismer osv. In fish farms, the water quality is of crucial importance for the well-being, health and growth of the farmed fish. Water quality is determined by many factors, including temperature, water circulation, oxygen content, nitrogen and CO2 saturation, presence of algae, parasites and disease-promoting organisms, etc.

I dag bestemmes vannkvaliteten i stor grad av den naturlige vannstrømmen som forekommer i området der fiskemerdene befinner seg. Vannstrømmen går hovedsakelig i horisontal retning og det er i stor grad tilfeldig hvilken temperatur og kvalitet vannet har. Temperaturen bestemmes i hovedsak av årstiden og de rådende værforhold. Today, water quality is largely determined by the natural flow of water that occurs in the area where the fish cages are located. The water flows mainly in a horizontal direction and the temperature and quality of the water is largely random. The temperature is mainly determined by the season and the prevailing weather conditions.

Oksygeninnhold og algekonsentrasjon er i noen grad avhengig av vanntemperaturen osv. Oxygen content and algae concentration are to some extent dependent on the water temperature etc.

Visse tiltak kan foretas for å f.eks. øke oksygeninnholdet eller framtvinge vannsirkulasjon. Det finnes f.eks. strålerør som kan sette vannet i en halvlukket merd i sirkulerende bevegelse samtidig som det tilføres oksygen. En halvlukket merd vil også i noen grad beskytte mot algebanker som kommer strømmende gjennom merden, med beskyttelsesgraden er relativt lav. Certain measures can be taken to e.g. increase the oxygen content or force water circulation. There are e.g. jet pipe that can set the water in a semi-closed cage in a circulating motion while supplying oxygen. A semi-closed cage will also protect to some extent against banks of algae that come flowing through the cage, although the degree of protection is relatively low.

Det norske patentskriftet NO892188 vedrører et system for sirkulasjon og tilsetning av oksygen i vannet. Det er vist et stigerør der luft bobles inn i den nedre delen av røret, slik at det initieres en vannsirkulasjon opp gjennom stigerøret samtidig som vannet blir tilført oksygen. The Norwegian patent document NO892188 relates to a system for circulation and addition of oxygen to the water. A riser is shown where air is bubbled into the lower part of the pipe, so that a water circulation is initiated up through the riser at the same time as the water is supplied with oxygen.

Oppfinnelsen tar sikte på å løse minst ett av problemstillinger knyttet til: Vannkvalitet, vanntemperatur, vannsirkulasjon, oksygeninnhold, nitrogen- og CO2-metningen, og/eller forekomst av alger, parasitter og sykdomsfremmende organismer osv. The invention aims to solve at least one of the issues related to: Water quality, water temperature, water circulation, oxygen content, nitrogen and CO2 saturation, and/or presence of algae, parasites and disease-promoting organisms, etc.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved et system som er særpreget ved de trekk som er angitt i vedføyde selvstendige krav. Ytterligere fordeler eller alternativer utførelser er angitt i de uselvstendige krav. According to the invention, this is achieved by a system which is characterized by the features specified in the attached independent claims. Additional advantages or alternative embodiments are indicated in the independent claims.

Fig. 1 viser et sideriss av en utførelse ifølge oppfinnelsen, Fig. 1 shows a side view of an embodiment according to the invention,

Fig. 2-4 viser viser det hovedsakelig vertikalt røret 2 i større detalj. Fig.3 viser et sidesnitt, mens fig. 4 viser et perspektivsnitt, Fig. 2-4 shows the mainly vertical pipe 2 in greater detail. Fig.3 shows a side section, while fig. 4 shows a perspective section,

Fig. 5-7 viser forskjellige snitt fra fig.2-4, Fig. 5-7 show different sections from fig. 2-4,

Fig. 8a-h viser ulike utførelser av en vannspreder 8, Fig. 8a-h show different designs of a water spreader 8,

Fig. 9 viser en utførelse av den øvre delen av stigerøret 2 ifølge oppfinnelsen. Fig. 9 shows an embodiment of the upper part of the riser 2 according to the invention.

Fig. 1 viser et system for sirkulering av sjøvann i et fiskeoppdrettsanlegg omfattende et hovedsakelig vertikalt rør 2 innrettet for å være hovedsakelig sentralt posisjonert i en fiskemerd 3, der røret omfatter et rørinnløp 4 og et rørutløp 5, der rørinnløpet 4 er posisjonert lavere i vannet enn rørutløpet 5 og der rørutløpet 5 er posisjonert under vannoverflaten, et oksygeneringsorgan 6, 10 anordnet for å tilføre sjøvann oksygen, et pumpeorgan 7 anordnet for å trekke vann inn i rørinnløpet 4 og føre vann ut av rørutløpet 5, idet det over rørutløpet 5 er anordnet en vannspreder 8 som er innrettet for å sette vann i horisontal, radiell bevegelse. I fig.1 pumpeorganet 7 vist som en dyseanordning, men det skal forstås at andre egnede pumpeorganer like gjerne kan anvendes. Fig. 1 shows a system for circulating seawater in a fish farming facility comprising a mainly vertical pipe 2 arranged to be mainly centrally positioned in a fish cage 3, where the pipe comprises a pipe inlet 4 and a pipe outlet 5, where the pipe inlet 4 is positioned lower in the water than the pipe outlet 5 and where the pipe outlet 5 is positioned below the water surface, an oxygenator 6, 10 arranged to supply seawater with oxygen, a pump member 7 arranged to draw water into the pipe inlet 4 and lead water out of the pipe outlet 5, as above the pipe outlet 5 is arranged a water spreader 8 which is arranged to set water in horizontal, radial movement. In Fig.1, the pump member 7 is shown as a nozzle device, but it should be understood that other suitable pump members can just as easily be used.

Fig. 1 viser hvordan vann fra dypere vannlag trekkes inn i opp gjennom det hovedsakelig vertikale røret 2, før vannet styres, føres eller slynges utover i radiell retning ved hjelp av vannsprederen 8. Dette vannet vil i noen tilfelle synke ned og i noen delvis resirkuleres. I alle tilfeller vil vannet som er blitt ført opp fortrenge bort vannet som befinner seg i de øvre vannlag i merden. Dette anses for å være gunstig, spesielt dersom vannet som befinner seg i de øvre vannlag i merden inneholder alger, har lavt okygeninnhold, er for varmt etc. Fig. 1 shows how water from deeper water layers is drawn in through the mainly vertical pipe 2, before the water is controlled, guided or flung outwards in a radial direction by means of the water spreader 8. This water will in some cases sink down and in some be partially recycled . In all cases, the water that has been brought up will displace the water that is in the upper water layers in the cage. This is considered to be beneficial, especially if the water in the upper water layers in the cage contains algae, has a low oxygen content, is too hot, etc.

Ifølge oppfinnelsen bidrar vannsprederen 8 til at det dannes det en stor vannboble i merden. Denne vannboblen vil danne et beskyttende miljø for fisken, dvs boblen kan fortrenge vann av dårlig kvalitet som f.eks. inneholder alger, har lavt okygeninnhold, er for varmt etc.. Størrelsen på vannboblen som dannes kan tilpasses slik at all eller mesteparten av fisken i merden befinner seg i boblen. Boblen dannes ved at vannsprederen 8 retter vannet som kommer opp gjennom det hovedsakelig vertikale røret 2 radielt utover. Vannet som kommer opp gjennom det hovedsakelig vertikale røret 2, hentes fra et dyp der vanntemperaturen og eventuelt andre parametere er optimale ut i fra forholdene. Dersom okygeninnholdet ikke er høyt nok, kan oksygen tilsettes ved hjelp av oksygeneringsorganet 6, 10 mens vannet stiger opp gjennom det hovedsakelig vertikale røret. I tillegg vet man at alger og andre sykdomsfremmende organismer som regel oppholder seg i de øvre vannlag. Ved å hente opp friskt vann fra riktig dybde, vil boblen som dannes kunne sørge for å beskytte fisken mot f.eks. en algebanke som strømmer mot merden. According to the invention, the water spreader 8 contributes to the formation of a large water bubble in the cage. This water bubble will form a protective environment for the fish, i.e. the bubble can displace water of poor quality such as e.g. contains algae, has a low oxygen content, is too hot etc.. The size of the water bubble that is formed can be adjusted so that all or most of the fish in the cage are in the bubble. The bubble is formed by the water spreader 8 directing the water coming up through the mainly vertical pipe 2 radially outwards. The water that comes up through the mainly vertical pipe 2 is taken from a depth where the water temperature and any other parameters are optimal based on the conditions. If the oxygen content is not high enough, oxygen can be added using the oxygenator 6, 10 while the water rises through the mainly vertical pipe. In addition, it is known that algae and other disease-promoting organisms usually stay in the upper water layers. By bringing up fresh water from the right depth, the bubble that is formed will be able to protect the fish from e.g. a bank of algae flowing towards the cage.

For å lage en vannboble som har tilstrekkelig størrelse og «hold», så er det flere faktorer som spiller inn: In order to create a water bubble that has sufficient size and "hold", several factors come into play:

-Det må være en tilstrekkelig vannmengde som trekkes opp gjennom stigerøret 2, slik at vannboblen bidrar til å fortrenge vannet som ellers vill vært der, -There must be a sufficient amount of water that is drawn up through the riser 2, so that the water bubble helps to displace the water that would otherwise have been there,

-Vannsprederen 8 må ha en utforming som leder eller styrer vannet som kommer opp gjennom stigerøret 2 radielt utover, - The water spreader 8 must have a design that guides or controls the water that comes up through the riser 2 radially outwards,

-Temperaturen på vannet som trekkes opp i forhold til vannet som befinner seg i de øvre vannlagene vil kunne avgjøre om vannet synker ned eller forblir i de øvre vannlag. Dersom temperaturforskjellen er stor, så vil vannet som trekkes opp ha en tendens til å synke ned igjen, -The temperature of the water that is drawn up in relation to the water that is in the upper water layers will be able to determine whether the water sinks down or remains in the upper water layers. If the temperature difference is large, the water that is drawn up will tend to sink back down,

-Dersom det er sterke vannstrømmer eller kraftige vindforhold, så skal det mer til for å opprette en vannboble som har tilstrekkelig størrelse og «hold», -If there are strong water currents or strong wind conditions, then more is needed to create a water bubble of sufficient size and "hold",

-Det er lettere å lage en vannboble med tilstrekkelig størrelse og «hold» i en halvlukket merd enn en åpen merd, -It is easier to create a water bubble of sufficient size and "hold" in a semi-closed cage than an open cage,

-Utformingen av vannsprederen 8 kan tilpasses/byttes/endres etter bruksområde eller rådende forhold, -The design of the water spreader 8 can be adapted/replaced/changed according to the area of use or prevailing conditions,

-Dybden som vannsprederen 8 og rørinnløp 4 er anordnet i, er av betydning. -The depth at which the water spreader 8 and pipe inlet 4 are arranged is important.

Formen på vannboblen kan være en «soppform», nyreform, halvkule-/domeform boble eller en tilnærmet sylinderform. Formen på vannboblen vil i noen grad avgjøres av de rådende vind- og strømningsforholdene, temperaturer og lokale forhold. Med termen «boble» menes et vannvolum som fortrenger vannet det befinner seg i, f.eks. vil en vannboble ifølge oppfinnelsen bestå av vann som blir trukket opp fra dypere vannlag. Boblen vil ha en radius som bestemmes av vannmengden som trekkes opp og hastigheten vannet har oppgjennom stigerøret 2. Vannsprederen 8 vil bidra til å «forme» vannboblen. Uten vannsprederen 8 vil vannet som trekkes opp gjennom stigerøret strømme opp mot vannoverflaten, der den vil bruse opp og danne en turbulent, vilkårlig vannstrøm. Selv om den vil danne en slags vannboble som fortrenger det omkringliggende vannet, så blir formen udefinert og uforutsigbar, i tillegg til at radien ikke blir så stor som man kan ønske. The shape of the water bubble can be a "mushroom shape", kidney shape, hemispherical/dome shaped bubble or an approximate cylinder shape. The shape of the water bubble will to some extent be determined by the prevailing wind and flow conditions, temperatures and local conditions. The term "bubble" refers to a volume of water that displaces the water it is in, e.g. a water bubble according to the invention will consist of water that is drawn up from deeper water layers. The bubble will have a radius determined by the amount of water drawn up and the speed the water has up through the riser 2. The water spreader 8 will help to "shape" the water bubble. Without the water spreader 8, the water drawn up through the riser will flow up towards the water surface, where it will bubble up and form a turbulent, random water flow. Although it will form a kind of water bubble that displaces the surrounding water, the shape will be undefined and unpredictable, in addition to the radius not being as large as one would like.

I en utførelse kan vannsprederen 8 være anordnet slik at den roterer som et resultat av vannstrømmen som kommer opp gjennom stigerøret. Fordelen med en slik utførelse er at vannet styres radielt utover på et mer retningsbestemt vis, eventuelt også at vannet bevirkes til å rotere i merden. Dette kan ha flere fordeler, det kan gi vannboblen bedre spredning og «hold» og/eller det kan være gunstig for fisken som da får en vannstrøm å svømme i og dermed får mer mosjon, noe som er gunstig for trivsel, vekst og kjøttkvalitet. In one embodiment, the water spreader 8 can be arranged so that it rotates as a result of the water flow coming up through the riser. The advantage of such a design is that the water is directed radially outwards in a more directional manner, possibly also causing the water to rotate in the cage. This can have several advantages, it can give the water bubble better spread and "hold" and/or it can be beneficial for the fish, who then get a current of water to swim in and thus get more exercise, which is beneficial for well-being, growth and meat quality.

Vannsprederen 8 kan eventuelt også bevirkes til å rotere ved hjelp av en motor. The water spreader 8 can optionally also be caused to rotate by means of a motor.

Fordelene vil omtrent være de samme som nevnt ovenfor, men kan bidra til å akselerere vannstrømningen ytterligere dersom f.eks. vannhastigheten eller -mengden opp gjennom stigerøret er begrenset. The benefits will be roughly the same as mentioned above, but can help to accelerate the water flow further if, for example, the speed or quantity of water up through the riser is limited.

Fig. 8a-h viser alternative utførelser av vannsprederen 8. Fig. 8a-h show alternative designs of the water spreader 8.

I en annen utførelse kan vannsprederen 8 være stasjonær og fungere som en slags pipehatt, men da med en utforming som bidrar til å rette/styre vannet i ønsket retning, f.eks. en konisk eller frustro-konisk utforming, ref. fig.8d. Formen til en slik vannspreder 8 kan også være usymmetrisk. En usymmetrisk utforming kan være gunstig dersom det til enhver tid er en rådende vannstrømning mot merden(e). En slik rådende vannstrømning vil bidra til å deformere vannboblen, og da vil en usymmetrisk utformet vannspreder kunne kompensere for deformasjonen. Man kan også tenke seg at en usymmetrisk vannspreder vendes frem og tilbake i takt med tidevannet. In another embodiment, the water spreader 8 can be stationary and function as a kind of pipe cap, but then with a design that helps direct/guide the water in the desired direction, e.g. a conical or frustro-conical design, ref. fig.8d. The shape of such a water spreader 8 can also be asymmetrical. An asymmetrical design can be beneficial if there is a prevailing water flow towards the cage(s) at all times. Such a prevailing water flow will help to deform the water bubble, and then an asymmetrically designed water spreader will be able to compensate for the deformation. One can also imagine that an asymmetrical water spreader is turned back and forth in time with the tide.

Fig. 2-4 viser viser det hovedsakelig vertikalt røret 2 i større detalj. Fig.3 viser et sidesnitt, mens fig. 4 viser et perspektivsnitt. Fig.5-7 viser forskjellige snitt fra fig.2-4, hhv detaljer ved en mulig teleskopisk løsning, detaljer ved innløpet 4 omfattende en silanordning, og en utførelse av vannsprederen 8. Fig. 2-4 shows the mainly vertical pipe 2 in greater detail. Fig.3 shows a side section, while fig. 4 shows a perspective section. Fig.5-7 show different sections from fig.2-4, respectively details of a possible telescopic solution, details of the inlet 4 including a strainer device, and an embodiment of the water spreader 8.

Fig. 9 viser den øvre delen av stigerøret 2 omfattende utløpet 5, en utførelse av vannsprederen 8, en flottør 12, et heisespill 9, en oksygenslange 6, 10 (oksygenslangen kan også eventuelt anvendes for å transportere andre fluider, f.eks. medisiner, peroksider etc.), og et oppheng 11. Oppdriften til flottøren 12 kan eventuelt reguleres, enten slik at den flyter i overflaten, eller at den holder seg på en bestemt dybde. Heisespillet 9 kan omfatte et rep eller en wire som strekker ned til det nedre av de to (eller flere) rørene som danner det teleskopiske stigerøret 2, idet det nedre røret kan slippes ned eller trekkes opp ved hjelp av heisespillet 9, for på det vis å regulere stigerørets 2 lengde og dermed dybden som vann trekkes opp i fra. Det skal forstås at stigerørets 2 lengde kan reguleres på andre måter, f.eks. ved at det rørene omfatter gjenger og at lengden reguleres ved at rørene roteres i forhold til hverandre. Fig. 9 shows the upper part of the riser 2 comprising the outlet 5, an embodiment of the water spreader 8, a float 12, a winch 9, an oxygen hose 6, 10 (the oxygen hose can also optionally be used to transport other fluids, e.g. medicines , peroxides etc.), and a suspension 11. The buoyancy of the float 12 can optionally be regulated, either so that it floats on the surface, or that it stays at a certain depth. The winch 9 may comprise a rope or a wire that extends down to the lower of the two (or more) tubes that form the telescopic riser 2, the lower tube being able to be lowered or pulled up by means of the winch 9, because in that way to regulate the length of the riser 2 and thus the depth from which water is drawn up. It should be understood that the length of the riser 2 can be regulated in other ways, e.g. in that the pipes include threads and that the length is regulated by rotating the pipes in relation to each other.

Fig. 10 viser hvordan opphenget 11 kan reguleres i lengde. Opphenget bestemmer hvor dypt utløpet 5 og sprederen 8 befinner seg. I figurene er opphenget 11 vist forholdsvis kort i forhold til det som i de fleste tilfeller vil være tilfelle. Man vil som oftest ønske at utløpet 5 befinner seg flere meter under vannoverflaten, typisk 2-10 meter, ofte 4-6 meter. Dybden på utløpet vil være med på å bestemme formen, og da spesielt diameteren, på vannboblen. Opphenget 11 han være utbyttbart, dvs man kan bestemme dyben røret står på ved å bytte ut snorene som omfattes av opphenget 11, eller det kan være regulerbart ved at opphenget omfatter et heisespill (ikke vist) som kan forlenge eller forkorte snorene. Reguleringen kan skje automatisk. Fig. 10 shows how the suspension 11 can be adjusted in length. The suspension determines how deep the outlet 5 and the spreader 8 are located. In the figures, the suspension 11 is shown relatively short compared to what will be the case in most cases. Most of the time, you want the outlet 5 to be located several meters below the water surface, typically 2-10 meters, often 4-6 meters. The depth of the outlet will help determine the shape, and especially the diameter, of the water bubble. The suspension 11 may be replaceable, i.e. the depth at which the pipe stands can be determined by replacing the cords included in the suspension 11, or it may be adjustable in that the suspension includes a winch (not shown) which can lengthen or shorten the cords. The adjustment can take place automatically.

Stigerøret 2 og elementene det omfatter kan være styrt av et styresystem som anvender ulike målte data og eventuelt erfaringsdata for å optimalisere lengden av stigerøret, tilførsel av oksygen, mengden vann som føres opp gjennom stigerøret 2 osv. Systemet ifølge oppfinnelsen brukes kontinuerlig, tidvis eller som et beredskapssystem. Som et beredskapssystem kan det f.eks. igangsettes dersom det skulle oppstå en algeinvasjon, under spesielle værforhold eller som et behandlingssystem for fjerning av lus eller andre sykdommer. I sistnevnte tilfelle kan systemet blande medisiner i vannet som løftes opp, hvorpå det dannes et «behandlingsbad» i vannboblen som fisken befinner seg i. The riser 2 and the elements it comprises can be controlled by a control system that uses various measured data and possibly experience data to optimize the length of the riser, the supply of oxygen, the amount of water that is carried up through the riser 2, etc. The system according to the invention is used continuously, occasionally or as a contingency system. As a contingency system, it can e.g. is initiated if an algae invasion occurs, under special weather conditions or as a treatment system for the removal of lice or other diseases. In the latter case, the system can mix medication in the water that is lifted up, after which a "treatment bath" is formed in the water bubble in which the fish is located.

Behandlingstiden, konsentrasjonen av medisiner/behandlingsvæske i vannet etc. kan kontrolleres og styres ganske nøyaktig, og fisken kan dermed behandles uten at den må overføres til separate behandlingsbad gjennom slanger osv. Dermed slipper man å stresse fisken, man kan unngå av dyrt maskineri og omfattende operasjoner, og en behandling kan komme i gang raskt, slik at det ikke går uhensiktsmessig lang tid fra et problem har blitt avdekket til behandlinger er i gang. Sistnevnte moment kan også bidra til at mengden og konsentrasjonen av medisin/behandlingsvæske holdes nede, noe som alltid er ønskelig. The treatment time, the concentration of medication/treatment fluid in the water, etc. can be controlled and managed quite precisely, and the fish can thus be treated without having to be transferred to separate treatment baths through hoses, etc. This way you avoid stressing the fish, you can avoid expensive machinery and extensive operations, and a treatment can be started quickly, so that it does not take an inappropriately long time from the time a problem has been discovered until treatments are started. The latter aspect can also contribute to keeping the quantity and concentration of medicine/treatment fluid low, which is always desirable.

Claims

Pa kindling requirement

1. A fish farming facility system for circulating seawater comprising a substantially vertical pipe (2) arranged to be substantially centrally positioned in a fish cage, wherein the pipe comprises

- a pipe inlet (4) and a pipe outlet (5), where the pipe inlet (4) is positioned lower in the water than the pipe outlet (5) and where the pipe outlet (5) is positioned below the water surface,

- an oxygenating device (6, 10) arranged to supply seawater with oxygen, - a pumping element (7) arranged to draw water into the pipe inlet (4) and to lead water out of the pipe outlet (5),

characterized by the fact that a water spreader (8) is arranged above the pipe outlet (5) which is designed to set water in a horizontal, radial movement.

2. A system according to claim 1, where the water spreader (8) is arranged to rotate actively.

3. A system according to claim 2, where the water spreader (8) is arranged to rotate passively.

4. A system according to claim 1 or 2, where the water spreader (8) comprises fins or blades.

5. A system according to claim 1, where the water spreader (8) is mainly frustro-conical or conical in design.

6. A system according to claim 1, where the water spreader (8) comprises a continuous, central channel.

7. A system according to claim 1, where the pump member (7) comprises one of the group:

centrifugal pump, displacement pumps, ejector, impeller, propeller, vibration pump.

8. A system according to claim 1, where the pipe is telescopic and comprises at least two pipe pieces, where one pipe piece is arranged to slide into another pipe piece, the length of the telescopic pipe being regulated by means of a lifting device (9).

9. A system according to at least one of the claims, where the pipe (2) hangs in a suspension (11) from a float (12), where the length of the suspension (11) is adjustable.