特開 2024-56468 気泡発生システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024056468

(43)【公開日】2024-04-23

(54)【発明の名称】気泡発生システム

(51)【国際特許分類】

   E02B 8/00 20060101AFI20240416BHJP

   E02B 3/02 20060101ALI20240416BHJP

   E03B 3/04 20060101ALI20240416BHJP

   B01F 23/2326 20220101ALI20240416BHJP

   B01F 23/2375 20220101ALI20240416BHJP

   B01F 25/312 20220101ALI20240416BHJP

   B01F 25/452 20220101ALI20240416BHJP

   F16K 1/36 20060101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

E02B8/00

E02B3/02 Z

E03B3/04

B01F23/2326

B01F23/2375

B01F25/312

B01F25/452

F16K1/36 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022163364

(22)【出願日】2022-10-11

(71)【出願人】

【識別番号】592000886

【氏名又は名称】八千代エンジニヤリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117341

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】新谷 昌之

【テーマコード（参考）】

3H052

4G035

【Ｆターム（参考）】

3H052AA01

3H052BA11

3H052CA03

3H052EA02

4G035AB20

4G035AC23

4G035AC26

4G035AE13

(57)【要約】

【課題】気泡径１μｍ未満の微細な気泡を水中に発生させる新たな微細気泡発生システムを提供すること。
【解決手段】気泡発生システム１０は、水流生成部２０と気泡発生促進部３０とキャビテーション発生部４０とを備えている。水流生成部２０は、水流１２を生成する。気泡発生促進部３０は、水流１２の下流側に位置しており、凹部３２を備えている。凹部３２は、水流１２と直交する方向に凹んでいる。キャビテーション発生部４０は、気泡発生促進部３０に比べて水流１２の下流側に位置しており、狭流路４２と広流路４４とを備えている。狭流路４２は、広流路４４よりも狭い。広流路４４は、狭流路４２に比べて水流１２の下流側に位置している。気泡発生促進部３０を経由した水流１２が狭流路４２と広流路４４とを通過することにより発生するキャビテーションを利用して気泡径１μｍ未満の気泡１４（超微細気泡１６）を水中に発生させて放流する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

微細な気泡を水中に発生させる気泡発生システムであって、
水流生成部と、気泡発生促進部と、キャビテーション発生部とを備えており、
前記水流生成部は、水流を生成し、
前記気泡発生促進部は、前記水流の下流側に位置しており、凹部を備えており、
前記凹部は、前記水流と直交する方向に凹んでおり、
前記キャビテーション発生部は、前記気泡発生促進部に比べて前記水流の下流側に位置しており、狭流路と広流路とを備えており、
前記狭流路は、前記広流路よりも狭く、
前記広流路は、前記狭流路に比べて前記水流の下流側に位置しており、
前記気泡発生促進部を経由した前記水流が前記狭流路と前記広流路とを通過することにより発生するキャビテーションを利用して前記微細な気泡を発生させる
気泡発生システム。

【請求項2】

請求項１記載の気泡発生システムであって、
前記気泡発生促進部は、促進用空気供給部を備えており、
前記促進用空気供給部は、前記凹部の内部に開口している
気泡発生システム。

【請求項3】

請求項１記載の気泡発生システムであって、
前記キャビテーション発生部は、前記水流を調整するための弁体を備えており、
前記狭流路は、前記弁体の端部近傍に少なくとも位置しており、
前記広流路は、前記弁体の前記端部に比べて前記水流の下流側に少なくとも位置している
気泡発生システム。

【請求項4】

請求項３記載の気泡発生システムであって、
前記弁体の前記端部には、セレーションが設けられている
気泡発生システム。

【請求項5】

請求項３記載の気泡発生システムであって、
前記キャビテーション発生部は、抑制用空気供給部を備えており、
前記抑制用空気供給部は、前記弁体に比べて前記水流の下流側に空気を供給してキャビテーション障害を抑制する
気泡発生システム。

【請求項6】

請求項１記載の気泡発生システムであって、
前記水流生成部は、上流側の水位と下流側の水位との間の水位差を利用して前記水流を生成する
気泡発生システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気泡径１μｍ未満の微細な気泡を水中に発生させる気泡発生システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ダムの貯水池や河川下流域などの水を浄化するために微細な気泡を水中に発生させるという技術が知られている。従来の一般的な技術によれば、例えば、ポンプを使用して水流を発生させ、コンプレッサーを使用して水中に空気を送り込み、気泡発生装置によって微細な気泡を発生させる。特許文献１には、一般的な気泡発生装置の一例が開示されている。特許文献１の気泡発生装置は、例えば、家庭用の水道水を浄化するために使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許６２７９１７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ダムの貯水池や河川下流域などの水を浄化するのに適した新たな気泡発生システムが求められている。

【0005】

そこで、本発明は、気泡径１μｍ未満の微細な気泡を水中に発生させる新たな気泡発生システ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】

【0006】

本発明は、第１の気泡発生システムとして、
微細な気泡を水中に発生させる気泡発生システムであって、
水流生成部と、気泡発生促進部と、キャビテーション発生部とを備えており、
前記水流生成部は、水流を生成し、
前記気泡発生促進部は、前記水流の下流側に位置しており、凹部を備えており、
前記凹部は、前記水流と直交する方向に凹んでおり、
前記キャビテーション発生部は、前記気泡発生促進部に比べて前記水流の下流側に位置しており、狭流路と広流路とを備えており、
前記狭流路は、前記広流路よりも狭く、
前記広流路は、前記狭流路に比べて前記水流の下流側に位置しており、
前記気泡発生促進部を経由した前記水流が前記狭流路と前記広流路とを通過することにより発生するキャビテーションを利用して前記微細な気泡を発生させる
気泡発生システムを提供する。

【0007】

また、本発明は、第２の気泡発生システムとして、第１の気泡発生システムであって、
前記気泡発生促進部は、促進用空気供給部を備えており、
前記促進用空気供給部は、前記凹部の内部に開口している
気泡発生システムを提供する。

【0008】

また、本発明は、第３の気泡発生システムとして、第１の気泡発生システムであって、
前記キャビテーション発生部は、前記水流を調整するための弁体を備えており、
前記狭流路は、前記弁体の端部近傍に少なくとも位置しており、
前記広流路は、前記弁体の前記端部に比べて前記水流の下流側に少なくとも位置している
気泡発生システムを提供する。

【0009】

また、本発明は、第４の気泡発生システムとして、第３の気泡発生システムであって、
前記弁体の前記端部には、セレーションが設けられている
気泡発生システムを提供する。

【0010】

また、本発明は、第５の気泡発生システムとして、第３の気泡発生システムであって、
前記キャビテーション発生部は、抑制用空気供給部を備えており、
前記抑制用空気供給部は、前記弁体に比べて前記水流の下流側に空気を供給してキャビテーション障害を抑制する
気泡発生システムを提供する。

【0011】

また、本発明は、第６の気泡発生システムとして、第１の気泡発生システムであって、
前記水流生成部は、上流側の水位と下流側の水位との間の水位差を利用して前記水流を生成する
気泡発生システムを提供する。

【発明の効果】

【0012】

水流が狭流路と広流路とを通過することにより発生するキャビテーションが崩壊する際に微細な気泡が発生する。特に、本発明によれば、水流が上流の気泡発生促進部を通過する際、水流の一部が凹部に引き込まれて局所的に水圧が低下する。この結果として微細化された水粒子は、レナード効果によって負に帯電して、水中の周囲の空気を負に帯電させる。即ち、本発明によれば、狭流路と広流路とを通過する水流には負に帯電した空気が含まれており、キャビテーションが崩壊する際に気泡径１μｍ未満の微細な気泡が発生し易いと考えられる。上述のように、本発明によれば、レナード効果及びキャビテーションを利用して気泡径１μｍ未満の微細な気泡を水中に発生させる新たな微細気泡発生システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態による気泡発生システムの利用方法を説明する図面である。

【図2】本実施の形態の気泡発生システムを示す図面である。

【図3】図２の気泡発生システムの気泡発生促進部及びキャビテーション発生部を示す図面である。

【図4】図３の気泡発生システムの弁体のセレーションの一部（破線Ａで囲んだ部分）を示す図面である。

【図5】図２の気泡発生システムの実施例を説明するための図面である。

【図6】図５の気泡発生システムの変形例を示す図面である。

【図7】図５の気泡発生システムの別の変形例を示す図面である。

【図8】図７の気泡発生システムの気泡発生促進部及びキャビテーション発生部を示す図面である。

【図9】図８のキャビテーション発生部の弁体及びジェットフローゲートの出口を矢印Ｂ方向に沿って示す図面である。弁体の一部（破線で囲んだ部分）を拡大して描画している。

【図10】図７の気泡発生システムの変形例を上下方向に沿って示す図面である。

【図11】図１０の気泡発生システムのサブシステムのうちの一つを矢印Ｃ方向に沿って示す図面である。

【図12】図１０の気泡発生システムのサブシステムのうちの他の一つを矢印Ｃ方向に沿って示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１を参照すると、ダムの貯水池２３や河川８０の下流域などの水を浄化するために微細な気泡１４を水中に発生させるという技術が知られている。気泡１４は、気泡径１００μｍ以下の小さなものと、気泡径１００μｍ超の大きなものとに分類される。このうち気泡径１μｍ～１００μｍの気泡１４は、水を浄化する能力を有しているものの、比較的短時間で水面に浮かび上がって消滅し易い。一方、気泡径１μｍ未満の微細な気泡１４は、滞留時間が長く、長期間にわたって水中に残るため、水を浄化するのに特に適していると考えられる。以下の説明において、気泡径１μｍ未満の微細な気泡１４を「超微細気泡１６」と記載する。

【0015】

ダム堤体２２を利用して超微細気泡１６を水中に発生させると、超微細気泡１６を含んだ水は、河川８０の流れに沿って下流のダムの貯水池２３、遊水池および浄水場等の水源に流れて水源の水を浄化する。また、これらの水源から取水することで、下流域全体の自然環境が改善される。

【0016】

図２を参照すると、本発明の実施の形態による気泡発生システム１０は、気泡１４を水中に発生させる気泡発生システムである。気泡発生システム１０は、気泡径１μｍ未満の気泡１４（超微細気泡１６）を発生させるのに適した構造を有している。本実施の形態の気泡発生システム１０は、ダム堤体２２に設けられており、貯水池２３の水を利用した水中放流によって超微細気泡１６を含む気泡１４を発生させる。超微細気泡１６を含む放流水１３は、河川８０に放流される。但し、本発明は、これに限られない。例えば、気泡発生システム１０は、遊水池（図１参照）の水門近くに設けてもよいし、浄水場（図１参照）の取水設備に設けてもよい。気泡発生システム１０は、水道管の水を浄化するために使用してもよい。

【0017】

図２及び図３を参照すると、気泡発生システム１０は、水流生成部２０と、気泡発生促進部３０と、キャビテーション発生部４０とを備えている。本実施の形態の気泡発生システム１０は、上述の部位のみを備えている。但し、本発明は、これに限られない。例えば、気泡発生システム１０は、上述の部位に加えて、別の部位を更に備えていてもよい。

【0018】

図２を参照すると、本実施の形態の水流生成部２０は、貯水池２３と、水路（取水管）２６とを備えている。貯水池２３の水には空気１８が溶け込んでいる。本実施の形態の水路２６は、管状の構造物である。水路２６は、取水部２７を有している。取水部２７は、貯水池２３の内部に開口している。水路２６は、取水部２７からダム堤体２２の内部を下流に向かって下っている。水路２６は、気泡発生促進部３０及びキャビテーション発生部４０を通過した後に、河川８０に向かって開口している。

【0019】

貯水池２３の水面と水路２６の下端とは、上下方向において距離ＰＤだけ離れている。本実施の形態の上下方向は、重力方向である。貯水池２３に水が十分に蓄えられているとき、貯水池２３の水面は、取水部２７の上に位置しており、取水部２７周辺の水は、距離ＰＤに応じた力を受ける。詳しくは、（距離ＰＤ－水路２６による損失水頭）に応じた力を受ける。この結果、貯水池２３の水は、取水部２７を経由して水路２６を流れる。即ち、水流生成部２０は、水流１２を生成する。水流１２の水には、空気１８が含まれている。本実施の形態の水流１２は、水路２６の内部を上流の取水部２７から下流の河川８０に向かって流れ、河川８０に放水される。但し、本発明は、これに限られない。例えば、水流１２は、浄水場の取水設備から浄水場に向かって流れて浄水場に放水されてもよい。

【0020】

上述したように、本実施の形態の水流生成部２０は、上流側の水位（上流水位）２４と下流側の水位（下流水位）２５との間の水位差を利用して水流１２を生成する。本実施の形態において、上流水位２４は、貯水池２３の水面の水位であり、下流水位２５は、水を河川８０に放流する部位の水面の水位である。本実施の形態によれば、ポンプ等の動力設備を使用することなく、自然の重力を利用して水流１２を生成できる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、気泡発生システム１０を平地の水門近くに設ける場合、ポンプを使用して水流１２を生成してもよい。ポンプは、地上に設けてもよいし、水中に設けてもよい。

【0021】

本実施の形態の水流生成部２０は、水を堰き止めて形成した貯水池２３と、金属製の取水管２６とを備えている。但し、本発明は、これに限られない。例えば、水流生成部２０は、水を貯めた貯水槽と、貯水槽から延びる配水管とを備えていてもよい。

【0022】

図３を参照すると、気泡発生促進部３０は、水流１２の下流側に位置している。また、本実施の形態の気泡発生促進部３０は、凹部３２を備えている。凹部３２は、水流１２と直交する方向に凹んでおり水路２６を円周状に囲んでいる。詳しくは、本実施の形態の水路２６は、水路２６と直交する直交平面において円形状を有している。凹部３２は、水路２６から、直交平面外側に凹んでおりリング形状を有している。換言すれば、凹部３２は、水路２６の一部を直交平面外側に凹ませて形成されている。より具体的には、本実施の形態の凹部３２は、水路２６の一部を直交平面外側にリング状に凹ませて形成した戸溝である。

【0023】

気泡発生促進部３０を通過する水路２６の一部は、上述の構造を有している。この構造により、気泡発生促進部３０を通過する水流１２の一部が凹部３２に引き込まれて局所的に水圧が低下する。この結果、水が微細化され、レナード効果によって、小さな水粒子が負に帯電して水中の周囲の空気１８を負に帯電させる。負に帯電した空気１８は、水流１２とともに更に下流に流れる。後述するように、負に帯電した空気１８は、超微細気泡１６の生成に寄与すると考えられる。

【0024】

本実施の形態の気泡発生促進部３０は、上述のように円筒形状の水路２６の周囲に形成された凹部３２を備えている。凹部３２は、リング形状を有している。但し、本発明は、これに限られない。例えば、凹部３２の形状や水路２６の形状は、特に限定されない。

【0025】

本実施の形態の気泡発生促進部３０は、凹部３２に加えて、促進用空気供給部３４を備えている。本実施の形態の促進用空気供給部３４は、管状の構造体であり地上に開口している。促進用空気供給部３４は、凹部３２の内部に開口している。促進用空気供給部３４の開口は、水路２６を円周状に囲むようにして凹部３２に設けられている。水流１２の一部が凹部３２の内部に引き込まれて水圧が低下すると、地上の空気１８が促進用空気供給部３４の内部に吸い込まれ、凹部３２に排出される。この結果、凹部３２に引き込まれた水流１２が空気１８を吸収し、より多量の空気１８が負に帯電する。即ち、本実施の形態によれば、超微細気泡１６を生成し易い。但し、本発明は、これに限られず、促進用空気供給部３４は、必要に応じて設ければよい。

【0026】

本実施の形態の気泡発生促進部３０は、空気弁３４２と、仕切弁３４４とを備えている。本実施の形態によれば、空気弁３４２及び仕切弁３４４を操作することで、凹部３２に供給される空気１８の量を調整できる。また、本実施の形態によれば、コンプレッサー等の動力設備を使用することなく、凹部３２に空気１８を供給できる。但し、本発明は、これに限られず、気泡発生促進部３０の構造は、必要に応じて変形可能である。例えば、気泡発生促進部３０は、コンプレッサーを備えていてもよい。

【0027】

キャビテーション発生部４０は、気泡発生促進部３０に比べて水流１２の下流側に位置している。従って、気泡発生促進部３０で生成された負に帯電した空気１８は、水流１２とともにキャビテーション発生部４０を通過する。

【0028】

本実施の形態のキャビテーション発生部４０は、ホロージェットバルブ５０を備えている。ホロージェットバルブ５０は、弁体５２と、シリンダ５５と、プランジャ５６とを有している。即ち、本実施の形態のキャビテーション発生部４０は、弁体５２と、シリンダ５５と、プランジャ５６とを備えている。弁体５２は、水流１２の上流側に向かって先細った円錐形状を有している。弁体５２は、端部５３を有している。本実施の形態の端部５３は、弁体５２の円錐の底面の縁部である。シリンダ５５及びプランジャ５６は、円柱形状を有しており、弁体５２の円錐の底面の中間部から水流１２の下流側に向かって延びている。

【0029】

ホロージェットバルブ５０は、水路２６の内部に配置されており、これにより、キャビテーション発生部４０を通過する水路２６には、狭流路４２と、広流路４４とが形成されている。即ち、キャビテーション発生部４０は、狭流路４２と、広流路４４とを備えている。本実施の形態の狭流路４２は、水路２６を形成する管の内面と弁体５２の円錐の側面との間に位置している。即ち、狭流路４２は、弁体５２の端部５３近傍に少なくとも位置している。一方、本実施の形態の広流路４４は、水路２６を形成する管の内面とシリンダ５５及びプランジャ５６の円筒面との間に位置している。即ち、広流路４４は、弁体５２の端部５３に比べて水流１２の下流側に少なくとも位置している。

【0030】

本実施の形態の狭流路４２及び広流路４４は、ホロージェットバルブ５０（特に、弁体５２）を配置することで形成されている。広流路４４は、狭流路４２に比べて水流１２の下流側に位置している。狭流路４２は、広流路４４よりも狭い。詳しくは、水流１２と直交する直交平面における狭流路４２の断面は、直交平面における広流路４４の断面よりも小さい。上述の条件が満たされる限り、狭流路４２及び広流路４４の形成方法は、特に限定されない。より具体的には、弁体５２は、必要に応じて設ければよい。

【0031】

水流１２が狭流路４２から広流路４４に流れると、キャビテーションが発生する。詳しくは、広流路４４において水圧が急激に低下する。狭流路４２の水圧と広流路４４の水圧との間の圧力差により、水流１２の内部に気泡１４（キャビテーション）が生じる。キャビテーションは、短時間で崩壊して、超微細気泡１６が生成される。本実施の形態によれば、水流１２の内部に負に帯電した空気１８が含まれているため、超微細気泡１６が生じ易いと考えられる。即ち、本実施の形態によれば、水流１２が狭流路４２と広流路４４とを通過することによりキャビテーションが発生して崩壊し、これにより、気泡径１μｍ未満の微細な気泡１４（超微細気泡１６）が発生する。

【0032】

前述したように、水流１２が上流の気泡発生促進部３０を通過する際、レナード効果によって、水流１２に含まれる空気１８が負に帯電する。即ち、狭流路４２と広流路４４とを通過する水流１２には負に帯電した空気１８が含まれており、キャビテーションの崩壊によって気泡径１μｍ未満の微細な気泡１４（超微細気泡１６）が発生し易いと考えられる。換言すれば、本実施の形態の気泡発生システム１０は、気泡発生促進部３０を経由した水流１２が狭流路４２と広流路４４とを通過することにより発生するキャビテーションを利用して超微細気泡１６を発生させる。本実施の形態によれば、レナード効果及びキャビテーションを利用して気泡径１μｍ未満の微細な気泡１４（超微細気泡１６）を発生させる新たな微細気泡発生システム１０を提供できる。

【0033】

レナード効果によって帯電した空気１８の負電荷は、時間が経過するとともに中和される。従って、レナード効果が生じる位置とキャビテーションが生じる位置とは、できるだけ近い方が好ましい。より具体的には、狭流路４２と広流路４４との間の境界は、凹部３２に近い方が好ましい。

【0034】

本実施の形態によれば、弁体５２によって狭流路４２及び広流路４４が形成され、これにより、水流１２が制御される。即ち、本実施の形態のキャビテーション発生部４０は、水流１２を調整するための弁体５２を備えている。また、本実施の形態のキャビテーション発生部４０は、スプリッタ４７と、駆動装置４８と、開閉装置４８２（図５参照）とを備えている。

【0035】

スプリッタ４７は、シリンダ５５を支持している。シリンダ５５は、プランジャ５６を支持している。弁体５２は、水流１２が流れる方向において移動可能になるようにしてプランジャ５６に取り付けられている。駆動装置４８は、弁体５２を駆動して上流側と下流側との間で弁体５２を移動させることができる。弁体５２が最も上流側に移動すると、水路２６が塞がれる。一方、狭流路４２に異物が詰まったような場合、弁体５２を下流側に移動して異物を流し出すことができる。図３及び図５を参照すると、本実施の形態の駆動装置４８は、スピンドルであり、開閉装置４８２は、このスピンドルを回転させることで弁体５２を水平方向に移動させる。但し、本発明は、これに限られない、例えば、駆動装置４８及び開閉装置４８２は、必要に応じて設ければよい。

【0036】

図３及び図４を参照すると、本実施の形態の弁体５２の端部５３には、セレーション５４が設けられている。本実施の形態のセレーション５４は、多数の三角歯５４２から形成されている。三角歯５４２は、端部５３（弁体５２の円錐の底面の縁部）全体に亘って形成されている。仮にセレーション５４が設けられていない場合、水流１２の内部に生じた気泡１４が崩壊する際、周囲の部位に衝撃を加え、これにより、例えばスプリッタ４７が損傷するおそれがある。本実施の形態のセレーション５４は、気泡１４が大きく成長する前に三角歯５４２によって気泡１４を分断し、これにより、衝撃を弱めて損傷を低減する。即ち、セレーション５４は、キャビテーション障害を抑制する。

【0037】

本実施の形態のキャビテーション発生部４０は、上述した部位に加えて、抑制用空気供給部４６を備えている。本実施の形態の抑制用空気供給部４６は、管状の構造体であり地上に開口している。抑制用空気供給部４６は、弁体５２の内部を通過して延びており、端部５３の近傍に開口している。より具体的には、抑制用空気供給部４６は、弁体５２の円錐の底面（弁体５２の裏側）に開口している。広流路４４の水圧が低下すると、地上の空気１８が抑制用空気供給部４６の内部に吸い込まれ、端部５３の近傍に排出される。端部５３の近傍に空気１８を排出することにより、気泡１４が崩壊する際の衝撃が緩和される。即ち、本実施の形態の抑制用空気供給部４６は、弁体５２に比べて水流１２の下流側に空気１８を供給してキャビテーション障害を抑制する。但し、本発明は、これに限られず、抑制用空気供給部４６は、必要に応じて設ければよい。

【0038】

本実施の形態の抑制用空気供給部４６は、空気弁４６２と、仕切弁４６４とを備えている。本実施の形態によれば、空気弁４６２及び仕切弁４６４を操作することで、端部５３に供給される空気１８の量を調整できる。また、本実施の形態によれば、コンプレッサー等の動力設備を使用することなく、端部５３に空気１８を供給できる。但し、本発明は、これに限られず、抑制用空気供給部４６の構造は、必要に応じて変形可能である。例えば、抑制用空気供給部４６は、コンプレッサーを備えていてもよい。

【0039】

図５を参照すると、水流生成部２０は、開閉装置２８と、扉体２９と、スクリーン２９２とを備えていてもよい。開閉装置２８によって扉体２９を上下に移動することで、必要に応じて取水部２７を開閉できる。スクリーン２９２を設けることで、塵芥が水路２６に流入することを防止できる。気泡発生促進部３０には、操作室３６が設けられていてもよい。操作室３６には、水流１２の量を計測する流量計３７や、水路２６を開閉する副弁（放流副ゲート）の開閉装置３８が設置されていてもよい。開閉装置３８には、空気供給部３９が設けられていてもよい。空気供給部３９によって水流１２に空気１８を供給することで、水路２６を開閉する途中で下流側が負圧になることを防止できる。また、気泡発生システム１０は、点検時に水を抜くために使用するドレン８１を備えていてもよい。

【0040】

本実施の形態の気泡発生システム１０は、既に説明した変形例に加えて、以下に説明するように更に様々に変形可能である。

【0041】

図６を図５と比較すると、変形例による気泡発生システム１０Ａは、気泡発生システム１０の水路（取水管）２６に代えて、水路（取水管）２６Ａを備えている。取水管２６Ａは、管状の構造物である。水路２６Ａは、ダム堤体２２の上に（即ち、地上に）設けられており、ダム堤体２２の上面に沿って下った後、気泡発生促進部３０及びキャビテーション発生部４０を通過して河川８０に向かって延びている。取水管２６Ａの一端は、貯水池２３の内部に位置している。取水管２６Ａには、封水装置２８Ａが設けられている。気泡発生システム１０Ａは、上述の相違点を除いて、気泡発生システム１０と同様な構造を有している。

【0042】

気泡発生システム１０Ａによれば、貯水池２３の水は、封水装置２８Ａによって作り出されたサイフォン現象により取水管２６Ａの取水部２７に取り込まれ、取水管２６Ａの内部を河川８０に向かって流れる。即ち、本変形例の水流１２は、サイフォン現象によって生成される。本変形例によれば、レナード効果及びキャビテーションを利用して超微細気泡１６を水中に発生させる新たな微細気泡発生システム１０Ａを提供できる。

【0043】

図７を図５と比較すると、別の変形例による気泡発生システム１０Ｂは、気泡発生システム１０のキャビテーション発生部４０に代えて、キャビテーション発生部４０Ｂを備えている。気泡発生システム１０Ｂは、上述の相違点を除いて、気泡発生システム１０と同様な構造を有している。

【0044】

図７及び図８を参照すると、キャビテーション発生部４０Ｂは、気泡発生促進部３０に比べて水流１２の下流側に位置している。キャビテーション発生部４０Ｂは、ホロージェットバルブ５０（図３参照）に代えて、ケーシング５１Ｂを有するジェットフローゲート５０Ｂと、弁体（扉体）５２Ｂとを備えている。弁体５２Ｂは、駆動装置４８Ｂによって上下に移動可能に支持されている。詳しくは、キャビテーション発生部４０Ｂは開閉装置４８２Ｂを備えている。開閉装置４８２Ｂは、駆動装置４８Ｂを上下に移動させ、これにより、弁体５２Ｂを上下に移動させる。弁体５２Ｂは、ジェットフローゲート５０Ｂの出口を完全に塞ぐ閉位置（図示せず）と、ジェットフローゲート５０Ｂの出口を完全に開放する開位置（図示せず）との間を、図８に示した中間位置を介して移動可能である。即ち、キャビテーション発生部４０Ｂは、水流１２を調整するための弁体５２Ｂを備えている。弁体５２Ｂは、端部５３Ｂを有している。端部５３Ｂは、弁体５２Ｂの下端に位置している。

【0045】

図８を参照すると、キャビテーション発生部４０Ｂは、狭流路４２Ｂと広流路４４Ｂとリターン４５Ｂを備えている。狭流路４２Ｂは、広流路４４Ｂよりも狭い。狭流路４２Ｂは、弁体５２Ｂに比べて、水流１２の上流側に位置している。詳しくは、狭流路４２Ｂは、ジェットフローゲート５０Ｂの出口近傍の部位であり、弁体５２Ｂの端部５３Ｂ近傍に少なくとも位置している。一方、広流路４４Ｂは、狭流路４２Ｂに比べて、水流１２の下流側に位置している。詳しくは、広流路４４Ｂは、弁体５２Ｂの端部５３Ｂに比べて水流１２の下流側に少なくとも位置している。リターン４５Ｂは、広流路４４Ｂの河川８０側に設けられており、広流路４４Ｂを上方から部分的に覆っている。本変形例によれば、ジェットフローゲート５０Ｂから水が勢いよく放流される。一方、リターン４５Ｂを設けることで、水中の状態を安定させることができる。

【0046】

本変形例によれば、気泡発生促進部３０を経由した水流１２が狭流路４２Ｂと広流路４４Ｂとを通過することにより発生するキャビテーションを利用して微細な気泡１４（超微細気泡１６）を水中に発生させる。即ち、本変形例によれば、レナード効果及びキャビテーションを利用して超微細気泡１６を水中に発生させる新たな微細気泡発生システム１０Ｂを提供できる。

【0047】

図８及び図９を参照すると、弁体５２Ｂの端部５３Ｂには、セレーション５４が設けられている。本変形例のセレーション５４は、多数の三角歯５４２から形成されている。三角歯５４２は、端部５３Ｂの縁部全体に亘って形成されている。セレーション５４は、キャビテーション障害を抑制する。

【0048】

キャビテーション発生部４０Ｂは、抑制用空気供給部４６を備えている。抑制用空気供給部４６は、地上に開口している。抑制用空気供給部４６は、弁体５２Ｂの内部を通過して延びており、セレーション５４の三角歯５４２の近傍の多数の部位に開口している。抑制用空気供給部４６は、弁体５２Ｂに比べて水流１２の下流側に空気１８を供給してキャビテーション障害を抑制する。

【0049】

図８を参照すると、キャビテーション発生部４０Ｂは、抑制用空気供給部４９Ｂを備えている。抑制用空気供給部４９Ｂは、地上に開口している。抑制用空気供給部４９Ｂは、は、円周状に配置された空気管４９２Ｂを備えている。空気管４９２Ｂの夫々は、狭流路４２Ｂと広流路４４Ｂとの間の境界近傍に開口している。空気管４９２Ｂの開口部は、狭流路４２Ｂと広流路４４Ｂとの間の境界に沿って円形状に配置されている。抑制用空気供給部４９Ｂは、抑制用空気供給部４６と同様に水流１２の下流側に空気１８を供給してキャビテーション障害を抑制する。

【0050】

本変形例による気泡発生システム１０Ｂは、上述の構造を有している。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、キャビテーション発生部４０Ｂは、より簡易な構造を有していてもよい。また、セレーション５４、抑制用空気供給部４６、抑制用空気供給部４９Ｂ等の部位は、必要に応じて設ければよい。

【0051】

図１０を参照すると、更に別の変形例による気泡発生システム１０Ｃは、水流生成部２０Ｃと、２つのサブシステム１０２Ｃ，１０４Ｃとを備えている。水流生成部２０Ｃは、水路（取水管）２６Ｃを備えている。水路２６Ｃは、管状の構造体であり、取水部２７から取り込んだ水をダムの発電設備８４に供給する主たる部位と、主たる部位から分岐して２つのサブシステム１０２Ｃ，１０４Ｃを夫々通過する従たる２つの部位とを備えている。水流生成部２０Ｃは、サブシステム１０２Ｃ，１０４Ｃを通過する水流１２を生成する。

【0052】

図１０から図１２までを参照すると、一般的に、ダムの放流設備は、放流量を制御し易いように、大容量放流設備と小容量放流設備とが設けられていることが多い。小容量放流設備は、河川維持放流設備として用いられていることが多く、ほぼ年中、水を河川８０に放流している。本変形例のサブシステム１０２Ｃは、大容量放流設備を利用して設けられており、空中放流した水を河川８０に流す。本変形例のサブシステム１０４Ｃは、小容量放流設備を利用して設けられており、水を水中に放流する。以下に説明するように、本変形例によれば、サブシステム１０４Ｃのみを利用して超微細気泡１６を生成させる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、サブシステム１０２Ｃにおいて水中放流を行って超微細気泡１６を生成させてもよい。

【0053】

図１１を図７と比較すると、サブシステム１０２Ｃは、流量計３７、開閉装置３８、空気供給部３９、空気管４９２Ｂ、ジェットフローゲート５０Ｂ等の気泡発生システム１０Ｂと同様の部位を備えている。但し、サブシステム１０２Ｃは、気泡発生促進部３０及びキャビテーション発生部４０Ｂを備えていない。

【0054】

図１２を図７と比較すると、サブシステム１０４Ｃは、気泡発生システム１０Ｂと同様な気泡発生促進部３０及びキャビテーション発生部４０Ｂを備えている。即ち、本変形例によれば、レナード効果及びキャビテーションを利用して超微細気泡１６を水中に発生させる新たな気泡発生システム１０Ｃを提供できる。

【0055】

上述した実施形態や変形例は、更に様々に変形可能である。例えば、図３及び図８を参照すると、キャビテーション発生部４０，４０Ｂは、ホロージェットバルブ５０やジェットフローゲート５０Ｂを使用して超微細気泡１６を発生させるが、本発明は、これに限られない。例えば、ホロージェットバルブ５０やジェットフローゲート５０Ｂを、異物が詰まり難く、弁体の開閉が可能であり、且つ、多量の超微細気泡１６を発生可能な別の構造体に置き換えてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 気泡発生システム
１０２Ｃ，１０４Ｃ サブシステム
１２ 水流
１３ 放流水
１４ 気泡
１６ 気泡（超微細気泡）
１８ 空気
２０，２０Ａ，２０Ｃ 水流生成部
２２ ダム堤体
２３ 貯水池
２４ 水位（上流水位）
２５ 水位（下流水位）
２６，２６Ａ，２６Ｃ 水路（取水管）
２７ 取水部
２８ 開閉装置
２８Ａ 封水装置
２９ 扉体
２９２ スクリーン
３０ 気泡発生促進部
３２ 凹部
３４ 促進用空気供給部
３４２ 空気弁
３４４ 仕切弁
３６ 操作室
３７ 流量計
３８ 開閉装置
３９ 空気供給部
４０，４０Ｂ キャビテーション発生部
４２，４２Ｂ 狭流路
４４，４４Ｂ 広流路
４５Ｂ リターン
４６ 抑制用空気供給部
４６２ 空気弁
４６４ 仕切弁
４７ スプリッタ
４８，４８Ｂ 駆動装置
４８２，４８２Ｂ 開閉装置
４９Ｂ 抑制用空気供給部
４９２Ｂ 空気管
５０ ホロージェットバルブ
５０Ｂ ジェットフローゲート
５１Ｂ ケーシング
５２ 弁体
５２Ｂ 弁体（扉体）
５３，５３Ｂ 端部
５４ セレーション
５４２ 三角歯
５５ シリンダ
５６ プランジャ
８０ 河川
８１ ドレン
８４ 発電設備

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】