بسمه تعالي عنوان اختراع به فارسي: پمپ توليد كننده هوا براي آبزيان و مراكز تصفيه آب بدون استفاده از نيروي الكتريكي عنوان اختراع به انگليسي: Oxygen pump manufacturer for fishery and water clearing without electric power utilization زمينه فني اختراع مربوط: زمينه فني اختراع مربوط به فيزيك، مكانيك، منابع طبيعي شيلات و مهندسي آب مي¬باشد. مخترين: هادي صبري، رضا ملك زاده، رضا مينقي زاده، ميلاد ملك زاده مشكل فني و بيان اهداف اختراع: مهمترين نياز زيستي ماهيان آب است كه ازمنابع مختلفي نظير چاه، چشمه، رودخانه و قنات تامين مي¬شود. آب مورد استفاده براي پرورش در طول دوره بايد از كيفيت مناسبي برخوردار باشد. آب ورودي استخر بايد از ميزان اكسيژن مناسبي بر خوردار باشد. بهترين مقدار اكسيژن محلول در آب پنج تا شش ميلي گرم در ليتر است و مقدار آن نبايد از دو ميلي گرم در ليتر كمتر شود. ماهي و آبزيان، اكسيژن مورد نياز خود را از آب تامين مي¬نمايند. در شرايط پرورش آبزيان از جمله قزل آلا به صورت متراكم تا فوق متراكم يكي از عوامل محدود كننده پرورش ميزان اكسيژن محلول در آب است. براي مثال ماهي قزل آلا رنگين كمان به ميزان حداقل 5 ميلي¬گرم در ليتر اكسيژن نيازمند است. تأمين اكسيژن براي ماهيان گاهي از تأمين غذا مهم¬تر است. وجود اكسيژن در آب سبب هضم و جذب غذا مي¬شود و بنابراين اكسيژن مي¬تواند ضريب تبديل غذايي را بهبود ببخشيد. با وجود اكسيژن كافي در آب مي¬توان آبزي بيشتري در واحد سطح نگهداري كرد و بيشتر هم غذا داد در نتيجه توليد و سود آوري بيشتري در واحد سطح مي¬توان داشت. اكسيژن كافي در آب از سمي شدن آب به وسيله مواد دفعي آبزيان يا حتي موادي كه از بيرون وارد آب مي¬شوند، مي¬كاهد. اكسيژن در آب براي ماهي سلامتي و نشاط و رشد بيشتري به ارمغان مي¬آورد. هوادهي روشي است كه از آن طريق اكسيژن محلول در آب با هوا به حالت تعادل در مي¬آيد. اين كار به كمك دستگاه¬هاي مكانيكي انجام مي¬شود .هر وسيله¬اي كه بتواند آب و هوا را مخلوط كند نوعي هواده است ولي چون راندمان كار و مصرف انرژي و هزينه اجرا خيلي اهميت دارند؛ براي هوادهي از دستگاه مخصوص هواده استفاده مي¬شود. بطور كلي دو روش براي هوادهي وجود دارد .يكي تزريق هوا يا اكسيژن خالص در آب (مثل پمپ اكواريوم) دوم همزدن آب يا فواره كردن آن براي ايجاد تعادل اكسيژن .بنابراين هوادهي علاوه بر توليد اكسيژن نوعي همزدن آب و يكنواخت كردن لايه¬هاي حرارتي و غذايي آن هم هست. ادوات و تجهيزات مورد استفاده در يك مزرعه مي¬تواند براساس سيستم، روش پرورش¬، گونه پرورشي، نوع و شكل سازه¬هاي احداثي، نوع منبع آبي و... متفاوت باشد. منابع تامين اكسيژن در استخرهاي پرورشي به شكل زير است الف) طبيعي اين شيوه ورود اكسيژن خود شامل چند روش است: روش اول شامل تماس مستقيم هوا با سطح آب است كه به علت كم بودن اكسيژن آب نسبت به هوا، اكسيژن به آب وارد مي¬شود. روش دوم، آب¬هاي ورودي به استخرهاي پرورشي است، يعني همراه با ورود آب تازه مقداري اكسيژن به استخرها وارد مي¬شود. روش سوم فتوسنتز (شامل فعاليت زي شناوران گياهي موجود درآب ) است، به اين ترتيب كه در هنگام روز با نفوذ نورخورشيد به آب، زي شناوران گياهي فعال مي¬شوند و با عمل فتوسنتز اكسيژن آزاد مي¬كنند و به تدريج بر اكسيژن دهي خود مي¬افزايند. در هنگام ظهركه بيشترين نورخورشيد به آب مي¬رسد بالاترين مقداراكسيژن توسط اين زي شناوران وارد آب مي¬شود، بلعكس در هنگام شب همين زي شناوران مصرف كننده اكسيژن مي¬شوند و در صورت تراكم بيش از حد آنها و گياهان عالي در آب، استخرها در شب با كمبود اكسيژن مواجه مي¬شوند كه منجر به مرگ يا بيماري (مانند كوري) ماهي-ها خواهد شد. ب) مصنوعي انواع هواده¬ها ازقبيل برج هوادهي، هواده¬هاي قارچي، دمنده، تزريقي يا ديفيوزر و ... برج هوادهي:‌ جهت تهويه و گاز زدايي آب و جلوگيري از فوق اشباعيت گاز نيتروژن در مزارعي كه منبع آنها آب¬هاي زيرزميني مي¬باشد مورداستفاده قرار مي¬گيرد؛ شكل برج هوادهي و تعداد طبقات آن براساس غلظت اكسيژن محلول وCO_2 و ساير گازهاي محلول در منبع آب ورودي متفاوت است. همچنين به دليل مصرف شدن اكسيژن محلول توسط ماهيان وكاهش غلظت آن درآب خروجي استخرها، عبور دادن آب خروجي از برج¬هاي هوادهي تا حدوي باعث جبران اين كمبود و خروج يا كاهش غلظت گازهاي مضر افزوده شده توسط ماهيان به آب از قبيل دي اكسيدكربن و آمونياك از آب خروجي از استخرها شده در نتيجه آب خروجي استخرها را مي¬توان سيركوله(circulation) نموده و مجددا براي پرورش ماهي استفاده نمود. 2-1) هواده قارچي: اين نوع هواده در استخر¬هاي مربع شكل و مستطيلي با عرض زياد (معمولي، تيپ و تيپ متراكم) و حوضچه¬هاي آرامش قبل از برگشت آب جهت تيمار و افزايش اكسيژن محلول و خروج گازهاي مضر مورد استفاده قرار مي¬گيرد. دراستخرهاي ذخيره مي¬توان به ازاي هر 100 مترمربع استخر با عمق ميانگين 2-1 متر، يك دستگاه از اين نوع هواده را استفاده نمود؛ افزايش عمق آبگيري به بيش از 130 سانتي متر و رعايت فاصله مناسب محل استقرار هواده تا خروجي استخر مي¬تواند در كاهش ميزان اختلاط مواد معلق در حوضچه پرورشي و به تبع آن افزايش راندمان دستگاه¬هاي هواده موثر واقع شود. 3-1) هواده¬هاي دمنده يا تزريقي: از انواع اين هواده¬ها مي¬توان به اكوتو، سايدچانل، فورس، ايرجت، ديفيوزر و...اشاره نمود. كاربردهاي هواده¬هاي دمنده همانند سايرهواده¬ها اكسيژن دهي، شامل ايجاد جريان درآب، كمك به خروج فضولات ماهي و ذرات معلق تشكيل شده در آب و خروج گازهاي مضر تشكيل شده در آب مي¬باشد. اين نوع هواده به دليل قدرت رانش به جلو، فضاي مرده¬اي را درجلو و فضاي مكشي را در عقب خود ايجاد مي¬نمايد كه سبب ايجاد اختلاط ذرات معلق در جلو و عقب دستگاه و هدايت آن به قسمت خروجي استخر مي¬شود. استفاده از اين نوع دستگاه دراستخرهاي طولي با عرض كمتر از 4 متر توصيه نشده و در استخرهاي گرد و 8 وجهي با قطر بيشتر از 5 متر پيشنهاد مي¬گردد. شايان ذكر است درصورت زياد بودن قطر استخر، جهت ايجاد سرعت جريان، چرخش و تامين اكسيژن مورد نياز مي¬توان از 2 يا چند هواده دمنده استفاده نمود. 4-1) هواده¬هاي پدالي: اين نوع دستگاه¬ها از يك الكترو موتور و شفت مركزي بلندي تشكيل شده¬اند و بر روي يك پايه شناور نصب مي¬شوند. دو انتهاي شفت به چرخ¬هايي منتهي است كه پره دارد. هنگامي كه موتور شروع به كار مي¬كند، پره¬ها در آب مي¬چرخند، سبب به هم زدن سطح آب و هواگيري آب مي¬شوند. هوادهي به خروج ضايعات سمي كه به شكل گاز در آب محلول هستند كمك مي¬كند. با توجه به مشكل اساسي كمبود آب، مراكز پرورش آبزيان با مشكل جدي كمبود آب مواجه¬اند كه آنان را مجبور به استفاده از آب برگشتي سيستم مي¬نمايد. به همين دليل در اين مرازع كيفيت آب خروجي از استخرها به دليل فعل و انفعالات و تغييرات فيزيك و شيميايي ايجاد شده در محيط آبي دستخوش تغييرات زيادي مي¬شود. بطور مثال آب خروجي در مقايسه با آب ورودي داراي غلظت اكسيژن محلول پايين، دي اكسيدكربن، آمونياك و ذرات معلق و محلول بالا به دليل فعاليت¬هاي متابوليسمي ماهيان مي-باشد، به منظور بهبودكيفيت آب خروجي، بايستي تمامي عوامل فوق الذكر به دامنه قابل قبول براي رشد و بقاي ماهي برسند. بنابراين هوادهي با تامين اكسيژن آبزيان، انجام تسويه آب از طريق ته نشين كردن مواد موجود در آب و كمك به هضم و جذب غذا توسط ماهيان اصلي ترين عامل توليد و بازده شيلات مي¬باشد. در دهه اخير با افزايش تعداد متقاضيان تكثير و پرورش آبزيان دركشور رو به رو هستيم و بسياري از اين مراكز توليد در نواحيه خارج شهري و كنار رود¬ها يا مناطق روستايي هستند كه دسترسي به انشعاب برق ندارند. همچنين به دليل گراني قيمت واحد برق و نياز به چندين ادوات الكتريكي موجود در مرازع شيلات، استفاده از پمپ¬هاي توليد اكسيژن بدون استفاده از نيروي برق بنا به دلايل ذكر شده توجيه و داراي اهميت مي¬باشد. از اهداف اقدام به طراحي و ساخت اين اختراع مي¬توان به موارد زير اشاره نمود: بهينه سازي و صرفه جويي در مصرف نيروي الكتريكي افزايش ميزان اكسيژن محلول درآب و منافع حاصل از اين رخ داد براي ماهيان و صاحبان استخر بومي سازي ادوات و مكانيزاسيون آبزي پروري كاهش ريسك توليد شرح وضعيت دانش فني پيشين : صاحبان ايده هيچ نمونه مشابهي در سطح كشور و حتي در جستجو به زبان انگليسي نتوانستند در كشورهاي ديگر پيدا كنند. در حال حاضر دستگاه¬هاي تصفيه آب و هواده مورد استفاده در صنعت شيلات زيادي در بازار وجود دارند كه همگي آنها با استفاده از موتور الكتريكي كار مي¬كنند. به همين دليل نياز به نيروي الكتريكي و قيمت بالا (حدود 50 ميليون ريال) دارند. اختراع پمپ هواده بدون استفاده از نيروي الكتريكي علاوه بر اين كه قيمت تمام شده بسيار پايين (كمتر از ده درصد) پمپ¬هاي هواده فعلي را دارد، هيچ نيازي به منبع نيروي الكتريكي ندارد و با حركت پره¬هاي خارجي خود باعث به جريان در آمدن آب نيز مي¬شود. راه حل براي مشكل فني موجود: همان گونه كه در بخش اول توضيح داده شد، در انتقال اكسيژن به مزارع پرورش ماهي، از چندين نوع روش هوادهي استفاده مي¬شود؛ كه همگي آنها آب را نيز به جريان مي اندازند. دستگاه پمپ توليد اكسيژن ساخته شده مخترعين در مسير اين جريان آب قرار مي¬گيرد و به اين طريق آب از طريق چرخاندن پره¬هاي بزرگ و انتقال نيرو از طريق چرخ دنده به پره-هاي كوچك، اكسيژن موجود در سطح آب را به داخل آب وارد مي¬كند و به دليل چرخش خود پره¬هاي بزرگ نيز آب به جريان مي افتد. و به اين ترتيب تنها از طريق نيروي مكانيكي آب، اكسيژن اضافي و جريان مضاعف در آب توليد مي¬كند. كه مطلوب نهايي از نصب دستگاه¬هاي هواده و تصفيه آب مي¬باشد. روش كار و شرح دقيق اختراع: در مكانيزم ارائه شده در اين اختراع سيستم انتقال نيرو توسط چرخ دنده صورت مي¬گيرد. كه شامل دو چرخ دنده مي¬باشد كه روي شفت گرداني سوار هستند. چرخ دنده¬هاي بوسيله خار به شفت گردان وصل شده¬اند. وقتي كه شفت گردان مي‌چرخد، چرخ دنده گردان هم با آن مي‌چرخد. جهت گردش آنها يكي است چرخ دنده با قطر كمتر محفضه خلا را مي-سازد اصول كار اين محفظه، پره¬هاي كوچكي كه به صورت مايل در داخل محفظه پر از هوا يا آب مي¬چرخند و در زمان چرخش با دور زياد اطراف پروانه خلآ ايجاد مي¬شود و هوا از طريق سوراخ روي تنه كه به بيرون از آب از طريق لوله هوا ارتباط دارد، به درون آب مكيده مي¬شود. چرخ دنده با قطر بزرگتر كه به شكل استوانه با پره¬هاي پهن است، به عنوان محرك عمل مي¬نمايد با اعمال نيرو از طرف سيال (آب) در حال حركت، به حركت در مي¬آيد و نقش تامين كننده نيروي دوراني براي چرخ دنده كوچك را دارد. نسبت دور چرخ دنده¬ها به گونه¬اي محاسبه گرديده تا تبديل دور پره¬هاي بزرگ به دور مورد نياز پره¬هاي كوچك داخل محفظه به درستي انجام پذيرد. استفاده از اين سيستم موجب مي¬گردد دستگاه در برابر تنش ها و شوك هاي ناشي از حركت و ضربات آب داخل محفظه مقاومت كافي را داشته باشد. بخش عمده دستگاه از پلاستيك محكم PVC ساخته مي¬شود اين امر باعث حداقل خرابي و طول عمر و راحتي حمل و نقل و نصب دستگاه مي-گردد. برخلاف هواده¬هاي پدالي، پره¬هاي چرخ دنده بزرگ به شكل كفه¬اي و بدون سوراخ مي¬باشد تا در مقابل كمترين نيروي سيال به حركت در آمده و چرخ دنده كوچك را به حركت در آورد. چرخ دنده بزرگ دستگاه از 7 تكه پره كه به وسيله قاب به هم متصل گرديده¬اند تشكيل شده كه اين امر موجب افزايش فشار آب بر روي پره¬ها و سهولت در به حركت در آمدن آن¬ها مي¬گردد. چرخ دنده كوچك از 9 پره مايل تشكيل مي¬شود جهت پره¬ها به شكلي است كه بيشترين حجم هوا را به داخل محفظه و از آنجا به آب انتقال دهد. اساس كار اين محفظه كوچك همانند فيزيك پمپ¬هاي خلا مي¬باشد. نقشه و طراحي دستگاه: پيوسته شده است. مزاياي اختراع: صرفه جويي در مصرف انرژي الكتريكي راندمان بالاي انتقال اكسيژن به آب بهاي تمام شده بسيار پايين دستگاه به جريان در آوردن آب استخر پرورش ماهي پيچيده نبودن مكانيزم كار دستگاه عدم توليد صدا و آلودگي محيطي دستگاه از جنس پلاستيك محكم (PVC) مي¬باشد. اين مزينت علاوه بر بالابردن طول عمر و مقاومت دستگاه حين حمل و نقل و نصب آن، امكان زنگ زدن دستگاه در داخل آب را پايين مي¬آورد در نتيجه هزينه¬هاي ثانويه تعمير و خريد ندارد. استفاده در مواقع بحراني؛ مانند زمان قطع برق و نبود و يا عدم كاركرد ژنراتور. افزايش غلظت اكسيژن محلول در آب. كه موجب مزاياي زير مي¬شود: 9-1 امكان بالا بردن تراكم ماهيان و در نتيجه افزايش توليد در سطح 9-2 افزايش و بهبود سيستم ايمني ماهي در نتيجه كاهش بروز بيماري و كاهش تلفات 9-3 افزايش كيفيت آب و كاهش مواد سمي در آب (براي مثال با افزايش اكسيژن در آب به دليل رقابت انحلال با آب ميزان غلظت دي اكسيد كربن آب كاهش مي يابد) 11. توضيح صريح حداقل يك كاربرد براي اختراع: پمپ توليد هوا جهت اضافه نمودن اكسيژن به آب در پروسه مراكز تصويه آب و سيستم اكسيژن¬رساني مزارع پرورش آبزيان بخصوص مزارع با سيستم پرورش متراكم تا فوق متراكم كاربرد دارد. با توجه به اين كه يكي از روش¬هاي تصفيه آب از طريق تزريق اكسيژن است، اين دستگاه مي¬تواند بدون افزايش مقدار انرژي الكتريكي استفاده شده در مراكز تصفيه خانه¬هاي آب شهري مورد استفاده قرار گيرد.