(57)【要約】【課題】界面活性剤等の薬剤を添加することなく、半径が略５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下の微細な気泡を動力を大幅に低減させつつ大量に発生させることができ、かつ容易に製造できるようにする。【解決手段】散気装置１２は、気体室１６と、該気体室１６へ気体を流入させる気体流入管１８と、流入した気体を気体室１６から外部の液体中へ気泡として散気して流出させる散気部２４とを備え、散気部２４は、内部に多数の散気孔３０ａ，３２ａをそれぞれ有し縦弾性係数が異なる材料からなる少なくとも２枚の板状部材３０，３２を該散気孔３０ａ，３２ａを互いに連通させつつ積層して構成され、縦弾性係数が大きい材料からなる一方の板状部材３０に設けられた散気孔３０ａの孔径は、縦弾性係数が小さい材料からなる他方の板状部材３２に設けられた散気孔３２ａの孔径より大きい【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体室と、該気体室へ気体を流入させる気体流入管と、流入した気体を気体室から外部の液体中へ気泡として散気して流出させる散気部とを備えた散気装置であって、
前記散気部は、内部に多数の散気孔をそれぞれ有し縦弾性係数が異なる材料からなる少なくとも２枚の板状部材を該散気孔を互いに連通させつつ積層して構成され、縦弾性係数が大きい材料からなる一方の板状部材に設けられた前記散気孔の孔径は、縦弾性係数が小さい材料からなる他方の板状部材に設けられた前記散気孔の孔径より大きいことを特徴とする散気装置。
【請求項２】
前記一方の板状部材は縦弾性係数が５０ＧＰａ以上の材料からなり、前記他方の板状部材は樹脂膜からなり、前記一方の板状部材の板厚は、前記他方の板状部材の板厚よりも厚いことを特徴とする請求項１記載の散気装置。
【請求項３】
前記一方の板状部材は前記気体室側に、前記他方の板状部材は外部の液体と接する側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の散気装置。
【請求項４】
前記一方の板状部材に設けられた散気孔の孔径は、０．５〜２ｍｍで、前記他方の板状部材に設けられた散気孔の孔径は、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載に散気装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の散気装置を複数備え、前記散気装置の散気部を互いに平行にして該散気装置を液体通路中に設置したことを特徴とする気泡発生装置。
【請求項６】
散気槽内の液体中に浸漬させて配置された請求項１乃至３のいずれか一項に記載の散気装置と、
前記散気装置の散気部表面に沿って前記散気槽内の液体の流れを形成する液体流形成装置とを備えたことを特徴とする気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水等の液体中に空気等の気体を微細な数多くの気泡にして分散させる気泡発生装置及び該気泡発生装置に使用される散気装置に関する。本発明の気泡発生装置は、例えば下水処理槽、河川、湖沼または養殖用水槽等で使用することにより、水中の溶存酸素量を高めて水質を改善し、種々の有用な生物が繁殖しやすくしたり、有益な気体を溶解させた液体を製造したり、また、液体中に混合している浮遊物に微細な気泡を付着させ浮遊物を浮上させて分離するのに用いられる。
【背景技術】
【０００２】
液体中に微細気泡を発生させる気泡発生装置として、例えば、液体をポンプで気体溶解装置に供給して加圧するとともに、気体を液体に混入して溶解させた後に、吐出ノズルに設けた多孔質部材や多孔板によって、液体を急激に減圧させて微細気泡を発生させるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。これは、非常に微細な気泡を大量に発生させることが可能な方法である。しかし、気体を混入した液体を高圧にするために、非常に大きな動力が必要になる。
【０００３】
また、液体をポンプで気泡発生装置に供給して該気泡発生装置のケーシング内で高速の旋回流を作り、上記液体旋回流の中に気体を導入し、旋回流の中心で気体を剪断して、微細気泡を発生させるようにしたものも提案されている（特許文献２参照）。これは、微細気泡が混在する液体を得るために、液体の旋回流により気体を剪断して気泡を微細化するという技術である。この方法によれば、微細気泡が混在した液体を直接的に得ることができる。しかし、気体を液体に混入して溶解させた後に急減圧して気泡を発生させる前述の方法より、微細気泡の発生量が少ない。また、液体に高速な旋回流を発生させるために、液体をかなり加圧しているため、大きな動力が必要になる。
【０００４】
また、液体用管路中に突起を設け、気泡を混入した液体を突起に衝突させ、その際発生する剪断流によって気泡を剪断して、微細気泡を発生させるようにした気泡発生装置も提案されている（特許文献３参照）。この方法も、微細気泡が混在した液体を直接的に得ることができる。しかし、気体を液体に混入して溶解させた後に急減圧して気泡を発生させる前述の方法より、微細気泡の発生量が少ない。また、水路中の突起物に気泡を混入した液体を衝突させる際に大きな損失が発生するため、液体をかなり加圧する必要があり、大きな動力が必要になる。
【０００５】
また、液体中に微細気泡を発生させるための気泡発生装置として、中空で、少なくとも一面に微細な散気孔を有する多孔質散気板、微細な散気孔の開いた散気板、または微細な散気孔の開いた散気膜等を取付けた散気装置（散気部）を備え、この散気装置を散気槽（処理槽）内の液体中に浸漬させて配置したり、液体用管路の液体中に浸漬させて該液体の流れ方向に沿って配置したりした構造にして、散気装置の内部に導入した気体を微細な散気孔から流れのある液体に気泡として散気させるようにしたものが一般に知られている（特許文献４、特許文献５及び特許文献６参照）。これらは、散気孔から吐出される気体を、気泡の浮力と液体の流れにより剪断することで、微細気泡を発生させる方法である。これらの方法では、液体が通る流路に大きな損失を起させる構造があまり無いため、他の方法より液体を高圧にする必要がなく、他の方法よりもより少ないエネルギーで気泡を発生させることができる。
【０００６】
しかし、上記の方法のうち、多孔質散気板から吐出した気体を液体の流れで剪断して微細気泡を発生させる方法では、多孔質散気板から気体が吐出される際に気泡同士が合体してしまうため、そのままでは大きな気泡になってしまう。従って、この場合には、例えば液体中に界面活性剤を添加する等の処置をしないと、微細気泡を発生させることが極めて困難となる。
【０００７】
一方、多孔質散気板に代えて、多数の散気孔の開いた散気板や散気膜の該散気孔から気体を吐出す方法で非常に微細な気泡を発生させるためには、散気孔の孔径を非常に小さくする必要がある。孔径が非常に小さな多数の散気孔の開いた散気板を用いる場合、非常に多くの微細な散気孔の加工は容易ではなく、しかも散気孔の目詰りの発生が問題となる。
【０００８】
そこで、針等で散気孔となる孔を開けた樹脂膜製の散気膜の該孔（散気孔）から気体を液体中に散気する方法が多く採用されている。即ち、一定の弾性を有しかつ金属板などと比較して加工も容易な樹脂膜を使用し、これに針等で孔（散気孔）を開けることにより、多数の孔を容易に開けることが可能になるうえ、気体に圧力を印加していないときの孔径を小さくして実質的に孔を塞ぐことができる。従って、気体に必要な圧力を印加して散気するときにだけ孔（散気孔）が開き、散気を中止すべく気体の圧力を下げると孔が塞がるため、孔（散気孔）の目詰りの発生が少なくなる。そのため樹脂膜に針等で散気孔となる孔を開けて散気膜を形成する方法は広く採用されている。しかし、従来の散気膜を使用した気泡発生装置では、発生する気泡の径を十分に小さくすることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２６５９３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１２５８号公報
【特許文献３】特開平９−１５００４４号公報
【特許文献４】特開２０００−２０５２００号公報
【特許文献５】特開平８−２３０７６２号公報
【特許文献６】特開平８−２２５０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
微細気泡は、例えば下水処理槽や河川水、湖沼水の浄化用水槽、養殖用水槽等において、空気を水に溶解して水を浄化するために利用されたり、液体中に含まれる浮遊物に微細気泡を付けて、浮遊物を浮上させて分離したりするために利用されるが、この場合に用いられる微細気泡は、その直径が１００μｍ以下、好ましくは５０〜６０μｍ以下であることが効果的である。
【００１１】
微細気泡による所望の効果を好適に得るためには、微細気泡直径の最大値を一定限度以下に抑えることができる技術が開発できればそれで十分といえる。即ち、微細気泡の直径の下限値をある一定寸法以上にする技術をわざわざ開発しなくても良い。なぜなら、相対的に小動力で簡素な構成の気泡発生装置では、大径の気泡は製造し易い一方で、小径の気泡は一般に製造困難であり、しかも小径の気泡が自然に集合して大径の気泡になることはあっても、大径の気泡が自然に小径の気泡になることはないからである。即ち、小径の気泡が製造できればそれよりも大きい気泡の製造は容易である。
【００１２】
気体を含む液体を加圧して気体を液体に溶解させた後に、吐出ノズルに設けた多孔質部材や多孔板によって液体を急激に減圧させて微細気泡を発生させる方法や、液体に旋回流を作り、上記液体旋回流の中に気体を導入し、旋回流の中心で気体を剪断して微細気泡を発生させる方法、更には、気泡を混入した液体を突起に衝突させて、その際発生する剪断流によって気泡を剪断して微細気泡を発生させる方法は、いずれも大きな動力を必要とする。また、多孔質散気板から気体を吐出し液体の流れで微細気泡を発生させる方法では、気泡が合体して大きい気泡になってしまう。
【００１３】
一方、微細な孔加工がなされた散気板や散気膜等の孔（散気孔）から気体を吐出し、液体の流れによって気体を剪断して微細気泡を発生させる方法は、上記の方法と比較して気泡発生の動力が少なくて済む。しかし、微細な散気孔から気泡を発生させるとき、発生する気泡を小さくするためには、散気孔の孔径を十分に小さく加工する必要がある。
【００１４】
従来の散気膜を使用した気泡発生装置では、気泡発生に必要な動力が少なく、しかも気泡を発生させないときは気泡を発生させる孔（散気孔）が殆ど塞がり、目詰まりを起しにくいうえ、細い針などで孔を開けることができるので、散気膜の製作が容易であるという長所がある。
【００１５】
しかし、発生する気泡を小さくするために、散気孔となる孔の径を小さく製作すると、気体吐出し時の圧力損失が大きくなって、気体側の吐出圧を大きくする必要があり、必要動力が増加してしまう。更に、気泡を発生させるために、単に気体の圧力を上昇させただけでは、この上昇する圧力によって、樹脂膜等からなる散気膜が大きく引き伸ばされて、孔（散気孔）が所望の大きさよりも大きくなる。このため、発生する気泡の半径を、例えば５０μｍ以下（直径１００μｍ以下）にすることが極めて困難であり、結果として上記の望ましい大きさの気泡を十分な量だけ発生させることができない。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、界面活性剤等の薬剤を添加することなく、半径が略５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下の微細な気泡を大量に発生させることができ、同程度の大きさの気泡を発生させる従来方式の気泡発生装置より気泡発生動力を大幅に低減でき、かつ容易に製造できる気泡発生装置及び該気泡発生装置に用いられる散気装置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】
【００１７】
発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、例えば金属のように相対的に変形し難い材料、換言すれば、縦弾性係数の大きい材料で形成され、内部に多数の散気孔を有する散気板と、例えば樹脂のように相対的に弾性変形し易い縦弾性係数の小さい材料で形成され、内部に多数の散気孔を有する散気膜とを用意し、散気膜に設けられた散気孔の孔径を散気板の孔径よりも小さく設定して、散気板と散気膜とを、散気膜に形成された散気孔が散気板に形成された散気孔の領域内に入るように、好ましくは、これらの散気孔の中心が互いに一致するようにして、例えば貼合せなどにより組合せて散気部を形成し気泡生成のための構成とすることにより、半径が略５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下の微細な気泡を大量に発生させることができることに想到した。
【００１８】
即ち、例えば金属やセラミックス等の縦弾性係数の大きい材料からなり、内部に多数の貫通孔を有する散気板と、例えば樹脂やゴム等の縦弾性係数の小さい材料からなり、内部に多数の散気孔を有する散気膜とを、相互の散気孔の位置を互いに一致させつつ、例えば接着材等を用いて貼合せて散気部を構成する。これにより、気体の圧力を受けて変形する散気膜の大きさ（面積）は散気板の散気孔の大きさ（面積）とほぼ等しくなり、散気部が、例えば散気膜だけで形成されていた従来例と比べて、気体の圧力を受けて変形する散気膜の散気孔の大きさが極めて小さくなる。従って、散気膜の散気孔の変形（即ち拡大）量を小さい値に抑えることができ、当該散気孔寸法を小さいままに維持できるから、当該散気孔から流出する気体により微細な気泡を発生させることが可能である。前記散気孔の数を適宜な値とすることで、大量の微細気泡を発生させることができる。
【００１９】
請求項１に記載の発明は、気体室と、該気体室へ気体を流入させる気体流入管と、流入した気体を気体室から外部の液体中へ気泡として散気して流出させる散気部とを備えた散気装置であって、前記散気部は、内部に多数の散気孔をそれぞれ有し縦弾性係数が異なる材料からなる少なくとも２枚の板状部材を該散気孔を互いに連通させつつ積層して構成され、縦弾性係数が大きい材料からなる一方の板状部材に設けられた前記散気孔の孔径は、縦弾性係数が小さい材料からなる他方の板状部材に設けられた前記散気孔の孔径より大きいことを特徴とする散気装置である。
【００２０】
縦弾性係数の大きい材料としてステンレス鋼板等の鋼板が、縦弾性係数が鋼板等よりも小さい材料としてポリウレタン樹脂膜等の樹脂膜が好ましく用いられる。以下、縦弾性係数の大きな材料からなる板状部材を鋼板製板状部材、縦弾性係数の小さな材料からなる板状部材を樹脂膜製板状部材として説明する。
【００２１】
縦弾性係数が小さい材料として、例えばポリウレタン樹脂膜等の樹脂膜を使用することで、樹脂膜製板状部材の内部に、十分に径の小さい微細気泡を発生させるための気体流を通過させる散気孔として使用される孔を、例えば針を用いて容易に形成することができる。しかも、この孔（散気孔）は、気体流が停止しているときには自然に閉じられるから、開口部に異物が付着しにくく、目詰まり防止等の効果もある。樹脂膜製板状部材に設けた散気孔よりも大径の散気孔が形成された鋼板製板状部材に樹脂膜製板状部材を、両散気孔を互いに連通させつつ、例えば接着剤を用いて貼付けて両板状部材を互いに積層することで散気部が形成される。
【００２２】
例えば縦弾性係数の異なる板状部材に散気される気体の圧力が印加された時、その圧力により縦弾性係数が小さい材料からなる板状部材の方が縦弾性係数が大きい材料からなる板状部材より変形し易い。しかし、上記のように構成すれば、樹脂膜製板状部材が単独で存在するのは鋼板製板状部材に形成された散気孔の内部（即ち、散気孔の内側）に限られるので、鋼板製板状部材を備えない、例えば樹脂膜製板状部材のみからなる散気部と比較すると、樹脂膜製板状部材の変位の絶対量を小さく抑えて、樹脂膜製板状部材に形成された孔（散気孔）の孔径の変化量（増加量）も小さい値に抑えることができる。また、鋼板製板状部材に設けられた散気孔の孔径は、鋼板の縦弾性係数が大きいから、気体圧が印加されても極めて小さい増加に留まる。従って、散気部に散気のために気体圧が印加されても、樹脂膜製板状部材の孔（散気孔）の大きさは、微細気泡を発生させるのに必要な微細な状態を維持できるので微細気泡の発生が可能となる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、前記一方の板状部材は縦弾性係数が５０ＧＰａ以上の材料からなり、前記他方の板状部材は樹脂膜からなり、前記一方の板状部材の厚みは、前記他方の板状部材の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１記載の散気装置である。
【００２４】
縦弾性係数が大きい材料からなる板状部材は、内部に印加される気体の圧力による散気部の変形量を小さくすることにより、縦弾性係数が小さな材料からなる板状部材に形成された散気孔の孔径の変化を抑制するために用いられる。一方、縦弾性係数が小さな材料からなる板状部材は、当該散気部材に形成された孔（散気孔）を通して気体を通過させると共に、気体流が停止しているときには孔が閉塞されるのが望ましいことから、材質自体の特性として形状復元性が大きいことが好ましい。即ち、散気装置内部の気体室の気体圧が気泡を発生させるために上昇したときに、散気孔の孔径が適正な寸法まで開く必要があり、気泡の発生を停止させるために上記気体圧が低下したときには散気孔は閉塞するのが好ましい。従って、縦弾性係数が大きな材料からなる板状部材の厚みは、縦弾性係数が小さな材料からなる板状部材の厚みより厚く、縦弾性係数が小さな材料からなる板状部材の材質は樹脂であることが好ましい。
【００２５】
また、縦弾性係数が大きな材料からなる板状部材の縦弾性係数が５０ＧＰａ以上ならば、縦弾性係数が小さな材料からなる板状部材の散気孔の孔径の変化量を小さく抑えることができ、この結果、散気部が、例えば樹脂膜だけを用いて構成され、縦弾性係数の大きい板状部材を使用しない場合に比較して、気泡発生時における樹脂膜の散気孔の孔径を小さい値に抑えることができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記一方の板状部材は前記気体室側に、前記他方の板状部材は外部の液体と接する側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の散気装置である。
【００２７】
散気装置の散気部に形成された散気孔から気体が該散気装置外部の流動液体中に流出するときに、その気体は気泡として流動液体から抗力を受け、この抗力により気体が散気孔から離脱し気泡となる。抗力は流動液体の速度が速いほど大きくなるので、微細気泡を生成するためには、散気部の流動液体側表面での流動液体の流速が大きいことが望ましい。もし、縦弾性係数の大きい材料からなる板状部材を流動液体側に配置してしまうと、当該板状部材に形成された散気孔の深さは当該板状部材の厚さに等しいから、縦弾性係数の小さな材料からなる板状部材の表面近傍の流動液体の流速は、縦弾性係数の大きい材料からなる板状部材の厚さの影響を受けて小さくなり、発生する気泡径は大きくなってしまう。従って、縦弾性係数の小さい材料からなる板状部材、例えば樹脂膜製板状部材を流動液体側に配置するのが好ましい。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記一方の板状部材に設けられた散気孔の孔径は、０．５〜２ｍｍで、前記他方の板状部材に設けられた散気孔の孔径は、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載に散気装置である。
【００２９】
縦弾性係数が大きな材料からなる板状部材に設けられる散気孔の孔径は、一般には０．５〜２ｍｍで、０．５〜１ｍｍであることが好ましい。また、縦弾性係数が小さな材料からなる板状部材に設けられる散気孔の孔径は、一般には３０μｍ以下で、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項1乃至３のいずれか一項に記載の散気装置を複数備え、前記散気装置の散気部を互いに平行にして該散気装置を液体通路中に設置したことを特徴とする気泡発生装置である。
【００３１】
散気装置の散気部を、縦弾性係数の大きい板状部材と縦弾性係数の小さい板状部材とを互いに貼り合わせることなどで固着した態様として構成することによって、散気部によって隔てられた気体側と液体側の圧力差が増加しても、散気部の散気面に垂直な方向の撓み量を小さい値に維持できる。そのため、気体室と該気体室へ気体を流入させる気体流入管と、該流入した気体を気体室から外部の流動液体中へ微細気泡として散気して流出させる散気部とを備えた散気装置であって、当該散気部が上記の通り縦弾性係数が相対的に大きく且つ相対的に孔径の大きい多数の孔が形成された板状部材と、縦弾性係数が相対的に小さく且つ相対的に孔径の小さい多数の孔が形成された板状部材とを、互いに貼り付けることなどで固着した態様として構成された散気部である散気装置であれば、この散気装置を複数個用意しそれらを液体通路中に散気部が互いに平行になるように設置して気泡発生装置を構成すれば、ある一つの散気部が他の散気部と接触する恐れがない。従って、液体通路中に上記散気装置を相互の間隔を狭めて複数個設置することが可能になり、狭い液体通路空間に気泡発生孔を大量に設けることが可能になるため、コンパクトな気泡発生装置で大量の微細な気泡を発生することが可能になる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、散気槽内の液体中に浸漬させて配置された請求項１乃至３のいずれか一項に記載の散気装置と、前記散気装置の散気部表面に沿って前記散気槽内の液体の流れを形成する液体流形成装置とを備えたことを特徴とする気泡発生装置である。
【００３３】
液体流形成装置を、例えばポンプ、液体用配管及びノズルを備えて構成し、例えば散気槽内の液体を前記ノズルから吐出させて散気槽内で液体流を形成し、その液体流が例えば上記散気槽内に備えられた散気装置の散気部表面（散気面）に沿って流れる様に上記散気装置やノズルを散気槽内に配置する。このように構成して、散気部に形成された散気孔から気体を上記散気部表面に沿う液体流中に流出させると、該散気孔から吐出された気体は上記液体流から抗力を受けて気泡径が小さいうちに散気孔から離脱するため、微細気泡を発生させることができる。このとき、上記散気部表面に沿う散気部近傍の液体流の流速は、３ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓ程度にすることが好ましい。また例えば上記液体流形成装置により形成される液体流が散気槽内を循環するように構成すれば、液体中の気体の溶解量を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、微細な気泡を低い動力で大量に発生させ、かつ散気孔の目詰まりが少なく、コンパクトで製作が容易な気泡発生装置及び該気泡発生装置に用いられる散気装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態の気泡発生装置の概要図である。
【図２】図１に示す気泡発生装置に備えられている散気装置の横断平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態の気泡発生装置の概要図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態の気泡発生装置を示す横断平面図である。
【図５】気泡発生の原理の説明に付する図である。
【図６】外周端で単純支持されている散気膜に、面に垂直に等分布荷重が作用した時の散気膜の変形の説明に付する図である。
【図７】図６に示す散気膜の断面図である。
【図８】外周端で固定支持されている散気板に、面に垂直に等分布荷重が作用した時の散気板の変形の説明に付する図である。
【図９】図８に示す散気板の断面図である。
【図１０】鋼板製板状部材と樹脂膜製板状部材とを積層した場合における該鋼板製板状部材と樹脂膜製板状部材の変形の説明に付する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各例において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００３７】
図１は、本発明の実施形態の気泡発生装置の概要図で、図２は、図１に示す気泡発生装置に備えられている散気装置の横断平面図である。図１に示すように、気泡発生装置は、液体通路（液体用管路）１０の内部を流れる液体に浸漬させ、該液体の流れ方向に沿って互いに並列に配置された複数（図示では２つ）の散気装置１２を備えている。各散気装置１２は、断面形状が略翼形の散気部本体１４と、図示しないブロア等に接続され、散気部本体１４の内部に設けられた気体室１６（図２参照）に気体を流入させる気体流入管１８とを備えている。
【００３８】
散気部本体１４は、両側面に矩形状の開口部２０を備えたボックス状で、断面形状が略翼形の外殻２２を有し、この各開口部２０に散気部２４を取り付けることで、図２に示すように、内部に気体流入管１８の下端と連通する気体室１６が形成されている。散気装置１２は、図１に示すように、散気装置１２の散気部２４が互いに平行となるように、液体通路１０の内部に配置されている。
【００３９】
図２に示すように、各散気部２４は、縦弾性係数が異なる材料からなる２枚の板状部材、この例では、縦弾性係数が２×１０１１（Ｐａ）（２００ＧＰａ）程度のステンレス鋼板からなる板状部材（以下、鋼板製板状部材という）３０と、縦弾性係数が３×１０９（Ｐａ）（３ＧＰａ）程度のポリウレタン樹脂膜からなる板状部材（以下、樹脂膜製板状部材という）３２を互いに接着等で積層して構成されている。
【００４０】
鋼板製板状部材３０の内部には多数の散気孔３０ａが設けられ、樹脂膜製板状部材３２の内部にも多数の散気孔３２ａが設けられている。鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの孔径は、樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの孔径よりも大径に設定されている。鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの孔径は、一般には０．５〜２ｍｍ、好ましくは、０．５〜１ｍｍで、例えば１ｍｍである。樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの孔径は、一般には、３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、例えば１０μｍである。
【００４１】
液体流中に微細な散気孔から気体を排出して半径が５０μｍ以下の気泡を発生させる場合には、液体の流速が例えば数ｍ／ｓ程度とすると、散気孔の孔径を１０μｍ程度にする必要がある。しかし、鋼板製板状部材３０の厚さを１ｍｍ程度と仮定すると、鋼板製板状部材３０にこのような微細な孔を開けることは製作上困難である。これに対して、樹脂膜製板状部材３２にあっては、十分に径の小さい微細気泡を発生させるための気体流を通過させる散気孔として使用される、例えば孔径が１０μｍ程度の孔を、例えば針を用いて容易に形成することができる。しかも、この孔（散気孔）は、気体流が停止しているときには、気体室内の気体の圧力が低下するので自然に閉じられるから、目詰まり防止等の効果がある。
【００４２】
そして、鋼板製板状部材３０と樹脂膜製板状部材３２とを、両散気孔３０ａ，３２ａを互いに連通させつつ、樹脂膜製板状部材３２が液体と接する外側に位置するようにして、接着剤３４で互いに貼り付けて積層することで、散気部２４が構成されている。鋼板製板状部材３０の厚みは、例えば１ｍｍで、樹脂膜製板状部材３２の厚みは、例えば０．５ｍｍである。
【００４３】
散気部２４は、外殻２２の開口部２０を塞ぐ位置に、散気部２４の周縁部と外殻２２の開口部２０の周囲に位置する部位との間に散気部２４と外殻２２との隙間から気体が漏れ出すのを防止する矩形枠状のシートパッキン３６を介装させつつ、外殻２２に取り付けられている。気体室１６と鋼板製板状部材３０とを一体構造にして、気体が漏れ出さないようにしてもよい。
【００４４】
鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの中心と樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの中心とが互いに一致するように鋼板製板状部材３０と樹脂膜製板状部材３２とを積層することが好ましいが、必ずしも一致していなくても良い。例えば多数加工された樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの相互間のピッチの2倍で鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａが加工されていても良いし、樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａは、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの内部（即ち、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａが形成されている範囲内）に納まっていれば良い。
【００４５】
また、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａと樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａとが必ずしも一対一で対応する必要はなく、鋼板製板状部材３０の１つの散気孔３０ａに対して、樹脂膜製板状部材３２に複数の散気孔３２ａを形成しても良い。
【００４６】
更に、図示しないが、縦弾性係数の異なる２枚の板状部材を含む３枚以上の板状部材それぞれに散気孔を形成し、それらの散気孔を互いに連通させつつ、接着等により相互に固着して積層することで散気部を形成するようにしてもよい。
【００４７】
このように、鋼板製板状部材３０と樹脂板製板状部材３２とを積層して散気部２４を構成すると、樹脂膜製板状部材３２が単独で存在するのは鋼板製板状部材３０に形成された散気孔３０ａの内部（即ち、散気孔３０ａの内側）に限られるので、鋼板製板状部材３０を備えていない、例えば樹脂膜製板状部材３２のみからなる散気部と比較すると、樹脂膜製板状部材３２の変位の絶対量を小さく抑えて、樹脂膜製板状部材３２に形成された散気孔３２ａの孔径の変化量（増加量）も小さい値に抑えることができる。また、鋼板製板状部材３０に設けられた散気孔３０ａの孔径は、鋼板の縦弾性係数が大きいから、気体圧が印加されても極めて小さい増加に留まる。従って、散気部２４に散気のために気体圧が印加されても、樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの大きさは、微細気泡を発生させるのに必要な微細な状態を維持できるので微細気泡の発生が可能となる。
【００４８】
この例では、縦弾性係数の大きな材料として、ステンレス鋼板を使用しているが、他の鋼板等、縦弾性係数が５０ＧＰａ以上のものを使用してもよく、また縦弾性係数の小さな材料として、ポリウレタン樹脂膜以外の任意の樹脂膜を使用しても良い。また、鋼板製板状部材３０等の縦弾性係数の大きな材料からなる板状部材の厚みは、樹脂膜製板状部材３２等の縦弾性係数の小さな材料からなる板状部材の厚みより厚い方が好ましい。
【００４９】
この気泡発生装置によれば、例えばブロア等によって、気体流入管１８を通して、散気槽本体１４内の気体室１６の内部に空気等の気体を供給する。すると、気体室１６内に導入された気体は、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａ及び樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａを順次通過した後、液体通路１０を流れる液体の力を受け、液体通路１０に沿って流れる液体中に気泡となって散気される。
【００５０】
この例のように、散気装置１０を複数個用意し、液体通路１０中に散気部２４が互いに平行になるように散気装置１０を設置して気泡発生装置を構成すれば、散気するための気体により気体室内圧が上昇しても散気部の変形量はわずかで事実上無視できる値であるから、ある一つの散気部が他の散気部と接触する恐れがない。従って、液体通路１０中に散気装置１２を相互の間隔を狭めて複数個設置することが可能になり、狭い液体通路空間に気泡発生孔を大量に設けることが可能になるため、コンパクトな気泡発生装置で大量の微細な気泡を発生させることが可能になる。
【００５１】
また、散気装置１２の散気部２４の表面を、液体通路１０中に間隔を狭めてほぼ平行に並べることによって、散気部２４の表面に沿った液体の流れ状態をほぼ一定にすることができるため、気泡径分布が広がりにくくなり、ほぼ一定の気泡径の気泡を液体中に発生させることができ、大きな気泡の発生を抑えることが可能になる。
【００５２】
図３は、本発明の他の実施形態の気泡発生装置を示す。この例の気泡発生装置には、内部に液体（処理液）を溜めた散気槽４０の内部に該液体に浸漬させて配置された散気装置１２を備えている。散気装置１２は、散気部２４（図２参照）の表面が鉛直面に沿って拡がるように縦置きに設置され、散気装置１２の上端に、散気装置１２の内部の気体室１６に気体を流入させる気体流入管１８が接続されている。
【００５３】
気泡発生装置は、ポンプ４２、液体用配管４４及びノズル４６を有し、ポンプ４２の駆動に伴って、散気装置１２の散気部表面に沿って散気槽４０内の流体の流れを形成する液体流形成装置４８を備えている。この例では、ノズル４６は、散気装置１２のやや上方に位置して鉛直方向下方に向けて配置され、ポンプ４２の駆動に伴って、散気装置１２の散気部表面に沿った液体の下向きの流れが形成される。
【００５４】
この例によれば、ポンプ４２を駆動して、散気装置１２の散気部表面に沿った液体の下向きの流れが形成しながら、例えばブロア等によって、気体流入管１８を通して、散気槽本体１４内の気体室１６の内部に空気等の気体を供給する。すると、気体室１６内に導入された気体は、前述と同様に、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａ及び樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａを順次通過した後、散気装置１２の散気部表面に沿って流れる液体の抗力を受け、散気槽４０内の液体中に気泡となって散気される。このように、散気孔から吐出された気体は、液体流から抗力を受けて気泡径が小さいうちに散気孔から離脱するため、微細気泡を発生させることができる。
【００５５】
散気部２４の表面に沿う散気部２４近傍の液体流の流速は、３ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓ程度にすることが好ましい。また、例えば上記液体流形成装置４８により形成される液体流が散気槽４０内を循環するように構成することで、散気槽４０内の液体中の気体の溶解量を大きくすることができる。
【００５６】
図４は、本発明の更に他の実施形態の気泡発生装置を示す。この例の気泡発生装置は、図２に示す散気装置１２と、図２に示す散気装置１２を半割状に分割した他の２つの散気装置１２ａ，１２ａを備え、この散気装置１２，１２ａ，１２ａは、液体通路（液体用配管）１０の内部に該流体通路１０に沿って流れる液体の流れ方向に沿って互いに並列に配置されている。
【００５７】
各散気装置１２ａは、断面形状が半翼形状で、開口部２０ａを有する外殻２２ａを備えた散気部本体１４ａを有しており、この開口部２０ａに散気部２４が取り付けられている。そして、外殻２２ａの半割面を液体通路１０の測壁面に密着させて、散気装置１２ａを流体通路１０内に設置することで、外殻２２ａと液体通路１０の測壁面との間に、外部から延びる気体流入管１８（図２参照）に連通する気体室１６ａが形成されている。
【００５８】
この例によれば、幅の狭い流体通路内に散気装置を効果的に配置して、気泡発生孔を大量に設けることが可能になるため、コンパクトな気泡発生装置で大量の微細な気泡を発生させることが可能になる。
【００５９】
次に、上記のように構成された散気部において、樹脂膜製板状部材３２に設けられた散気孔３２ａ等の、縦弾性係数の小さな材料からなる板状部材に設けられた散気孔の孔径の半径方向変形量及び撓み量等について説明する。
【００６０】
先ず、図５に示すように、気体と流路中を流動する液体とが微細な円形孔である散気孔５０を備えた板５２で仕切られており、その気体が流動する液体の方に気泡５４として流出する状態を考察する。ここで微細な円形の散気孔５０から液体の流路中に気体を注入し、その気体が上記散気孔５０から液体側に流出したときに、気体を液体で剪断して微細な気泡５４を発生させる場合、気泡５４が散気孔５０から離れようとする力が、気泡５４が散気孔５０の位置に留まろうとする力より大きくなると、散気孔５０から気泡５４が離脱する。
【００６１】
気泡５４が散気孔５０の位置に留まろうとする力は、気泡５４と散気孔５０とが接する部分、即ち気液界面に作用する表面張力に等しい。気液界面における表面張力係数をσ（Ｎ／ｍ）、散気孔５０の孔半径をｂ（ｍ）とすると、気泡５４に作用する表面張力Ｆ（Ｎ）は式（１）となる。
【数１】
2010194425.tif 000003
【００６２】
気泡５４を散気孔５０から離脱させる力は流動する液体から受ける。気泡５４の孔径が小さいほど気泡５４が液体から受ける力も小さいのは自明であることを考慮すれば、式（１）から、微細な散気孔５０から発生する気泡５４の気泡径を小さくするためには、散気孔５０の孔径を小さくする必要があることが分る。例えば通常の液体通路（液体用管路）内を流れる液体の流速を数ｍ／ｓ程度にして、発生させる気泡の気泡半径を５０μｍ以下にするためには、散気孔の半径を数μｍ以下にする必要がある。
【００６３】
次に、この気泡５４を発生させる散気孔５０を気体が通過するために必要な散気孔５０の入口出口間の差圧は、気体が孔散気５０を通過する際の摩擦による圧力損失Ｐｈで、以下にこの圧力損失Ｐｈの量を示す。ここで、上記気泡５４を発生させる散気孔５０の半径をｂ（ｍ）、散気孔５０の長さは、板５２の厚さと同じでｈ（ｍ）、散気孔５０を通過する気体の流速をＶ（ｍ／ｓ）、気体の密度をρ（ｋｇ／ｍ３）、気体通路を形成する円管の摩擦係数をλ、気体の動粘度をη（ｍ２／ｓ）とし、散気孔５０が小さいために散気孔５０を通過する気体のレイノルズ数は小さく層流であると仮定すれば、気体が散気孔５０を通過する際の摩擦による圧力損失Ｐｈは式（２）となる。
【数２】
2010194425.tif 000004
【００６４】
従って、散気孔５０の半径ｂを小さくすると、気体が散気孔５０を通過する際の圧力損失Ｐｈが大きくなり、気体と液体間を仕切る板５２に、気体側から液体側に向けた該板５２に垂直な方向の圧力、すなわち均一な分布荷重が作用することになる。
【００６５】
次に、図２に示す散気装置１２の散気部２４の鋼板製板状部材３０に設けられた散気孔３０ａ及び樹脂膜製板状部材３２に設けられた散気孔３２ａの半径方向変形量、並びに鋼板製板状部材３０及び樹脂膜製板状部材３２の撓み量について考える。このとき、散気部２４を挟んで存在する気体側の圧力と液体側の圧力との圧力差に等しい圧力が、鋼板製板状部材３０または樹脂膜製板状部材３２に均一な分布荷重として作用するものとする。上記半径方向変形量および撓み量については鋼板製板状部材３０及び樹脂膜製板状部材３２とに分けて以下記述する。
【００６６】
今、簡単のために、中央に微細な散気孔が一つ開いた円形の散気板（鋼板製板状部材３０に相当）または散気膜（樹脂膜製板状部材３２に相当）に、面に垂直な方向の圧力、すなわち均一な分布荷重が作用する場合を考える。先ず、散気膜に関しては、針等で散気孔を開けた一般に使用されている変形し易い樹脂膜を想定し外周端で変形するものとし、外周端で自由に変形する単純支持を仮定する。一方、散気板の場合は、外周端で変形できないものとし、外周端で固定されていると仮定する。なお上記した一般に使用されている変形し易い樹脂膜に針等で開けた孔は、必ずしも円形孔とは限らないが、ここでは円形孔と見做す。これにより本発明で奏せられる作用効果を分り易く説明できる。
【００６７】
まず、図６に示すように、中央に微細な円状の散気孔６０ａがある、厚さがｈ（ｍ）の円状の散気膜６０に、面に垂直に等分布荷重ｐ（Ｐａ）が作用し、外周端で単純支持の場合の変形を考える。円状の散気膜６０の外半径をａ（ｍ）、中央にある微細な散気孔６０ａの内半径をｂ（ｍ）、縦弾性係数をＥ(Ｎ/ｍ２)、ポアソン比をν（−）とすると、散気膜６０の撓み量ｗ（ｍ）は、式（３）となり、周方向応力σθ（Ｎ／ｍ２）は、式（４）となる。
【数３】
2010194425.tif 000005
【数４】
2010194425.tif 000006
【００６８】
中央にある微細な散気孔６０ａの開口部近傍の周方向応力σθmaxは、寸法ａに対してｂ≒０と見なせるから、式（４）を変形してポアソン比νを０．３とすれば、式（５）となる。
【数５】
2010194425.tif 000007
【００６９】
なお、散気孔６０ａの開口部近傍の半径方向応力は零である。中央にある微細な散気孔６０ａの開口部近傍において、半径方向の変形率と周方向の変形率は同じになることと、散気孔６０ａの周方向の変形量と散気孔６０ａの周方向応力の関係式を用い、中央の散気孔６０ａが寸法ａに対しｂ≒０と見なせる程度に微少な孔として求めた孔近傍の周方向応力の式（５）を応力と変形の基礎式である下記の式（６）の第２項に代入することで、散気孔６０ａの開口部の半径方向変形量ｕｂは、式（６）により求めることができる。
【数６】
2010194425.tif 000008
【００７０】
また、散気膜６０の最大撓み量ｗmaxは、中央の散気孔６０ａが寸法aに対しｂ≒０と見なせる程度に微少な孔として式（３）を変形し、ポアソン比νを０．３とすれば、式（７）となる。
【数７】
2010194425.tif 000009
【００７１】
ここで、材料が樹脂膜だけの場合であることを明確にするため、図７に示すように、各記号に添え字filmを付けて表し、樹脂膜６０の外周半径をａfilm,l、樹脂膜６０の散気孔６０ａの半径をｂfilm、樹脂膜６０の厚さをｈfilm、樹脂膜６０の縦弾性係数をＥfilmとすれば、樹脂膜６０の散気孔６０ａの半径ｂfilmの半径方向変形量ｕbfilm,filmは式（８）に、最大撓み量ｗfilm,maxは式（９）になる。
【数８】
2010194425.tif 000010
【数９】
2010194425.tif 000011
【００７２】
一方、図９に示すように、中央に微細な円形の散気孔７０ａのある円形の散気板７０に、面に垂直に分布荷重ｐ（Ｐａ）が作用し、外周端で固定支持されている場合の変形を考えると、散気板７０の撓み量ｗ（ｍ）は式（１０）となり、周方向応力σθ（Ｎ／ｍ２）は式（１１）となる。
【数１０】
2010194425.tif 000012
【数１１】
2010194425.tif 000013
【００７３】
中央にある微細な散気孔７０ａの開口部近傍の周方向応力σθmaxは、寸法ａに対してｂ≒０と見なせるから、式（１１）を変形してポアソン比νを０．３とすれば、式（１２）となる。
【数１２】
2010194425.tif 000014
【００７４】
なお、散気孔７０ａの開口部近傍の半径方向応力は零である。中央にある微細な散気孔７０ａの開口部近傍において、半径方向の変形率と周方向の変形率は同じになることと、散気孔７０ａの周方向の変形量と散気孔７０ａの周方向応力の関係式を用い、中央の散気孔７０ａが寸法ａに対しｂ≒０と見なせる程度に微少な孔として求めた散気孔７０ａ近傍の周方向応力の式（１２）を応力と変形の基礎式である下記の式（１３）の第２項に代入することで、散気孔７０ａの半径方向変形量ｕｂは式（１３）により求めることができる。
【数１３】
2010194425.tif 000015
【００７５】
また、散気板７０の最大撓み量ｗmaxは、中央の散気孔７０ａが寸法ａに対しｂ≒０と見なせる程度に微少な孔として式（１０）を変形し、ポアソン比νを０．３とすれば、式（１４）となる。
【数１４】
2010194425.tif 000016
【００７６】
ここで、材料が例えばステンレス鋼板のような材料だけの場合であることを明確にするために、図９に示すように、各記号に添え字susを付けて表し、散気板７０の外周半径をａsus、散気板７０の散気孔７０ａの半径をｂsus、散気板７０の厚さをｈsus、散気板７０の縦弾性係数をＥsusとすれば、散気板７０の散気孔７０ａの半径ｂsusの半径方向変形量ｕbsus,susは式（１５）に、最大撓み量ｗsus,maxは式（１６）になる。
【数１５】
2010194425.tif 000017
【数１６】
2010194425.tif 000018
【００７７】
従って、円形の散気膜６０および散気板７０の中央にある微細な散気孔６０ａ，７０ａの半径方向変形量は、外周端が自由支持の場合も固定支持の場合も、分布荷重ｐ、初期の孔半径ｂ、および円形の散気膜６０および散気板７０の外周半径ａの２乗に比例し、縦弾性係数Ｅ、および散気膜６０および散気板７０の厚さｈの２乗に反比例する。
【００７８】
また、円形の散気膜６０および散気板７０の最大撓み量は、外周端が自由支持の場合も固定支持の場合も、分布荷重ｐ、および円状の円形の散気膜６０および散気板７０の外周半径ａの４乗に比例し、縦弾性係数Ｅ、および円形の散気膜６０および散気板７０の厚さｈの３乗に反比例する。
【００７９】
次に、相対的に変形し易い材料で形成された散気膜６０として、例えばポリウレタン樹脂膜を用い、相対的に変形し難い材料で形成された散気板７０として、例えばステンレス鋼板を用いて構成された数十ｃｍ２程度の大きさの散気面を有する散気部を考え、その散気部において半径数ｃｍの円形部分を想定して以下に比較する。まず、ポリウレタン樹脂膜製の散気膜６０とステンレス鋼板製の散気板７０の厚さが同じで、散気板７０の場合も散気膜６０と同じ径の散気孔７０ａを開けることができたと仮定して、初期の（等分布荷重による変形前の）孔径が同じ場合を比較する。
【００８０】
散気孔６０ａ，７０ａの変形に関しては、散気膜６０の散気孔６０ａの半径方向変形の式（８）と散気板７０の散気孔７０ａの半径方向変形の式（１５）の比較になる。縦弾性係数は、ステンレス鋼板でＥsus≒２×１０１１（Ｐａ）（２００ＧＰａ）程度であり、ポリウレタン樹脂膜でＥfilm≒３×１０９（Ｐａ）（３ＧＰａ）程度である。外周端の支持条件が同一ならば、縦弾性係数Ｅの違いによって、ステンレス鋼板製の散気板７０の散気孔７０ａの半径方向変形量は、ポリウレタン樹脂膜製の散気膜６０の散気膜６０ａの半径方向変形量より１／６７（＝３×１０９／２×１０１１）程度に小さくなる。さらに、外周端の支持条件は、ステンレス鋼板製の散気板７０とポリウレタン樹脂膜製の散気膜６０とでそれぞれ固定支持、単純支持とみなすのが適当だから、外周端における支持の単純支持と固定支持の違いによって、ステンレス鋼板製の散気板７０の散気孔７０ａの半径方向変形量は、ポリウレタン樹脂膜製の散気膜６０の散気膜６０ａの半径方向変形量より１／２．５（＝０．９７５／２．４７５）程度に小さくなる。
【００８１】
このため、縦弾性係数および支持条件の相違から両材質の違いによって、両者の散気孔の半径方向変形量が大きく異なり、上記１／６７と１／２．５との相乗積から、ステンレス鋼板製の散気板７０の散気孔７０ａの半径方向変形量は、ポリウレタン樹脂膜製の散気膜６０の散気孔６０ａの半径方向変形量の１／１７０程度に小さくなる。
【００８２】
次に、図２に示す、鋼板製板状部材３０と樹脂膜製板状部材３２とが接着剤３４等で貼り付けられ構成された散気部２４における、鋼板製板状部材３０に設けられた散気孔３０ａと樹脂膜製板状部材３２に設けられた散気孔３２ａの半径方向変形量を、図１０を参照して説明する。
【００８３】
この場合、まず、鋼板製板状部材３０に圧力が作用することによって鋼板製板状部材３０が撓み、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａが半径方向に変形する。この鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向変形量をｕbsus,sus（Ｓ）とする。この鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向の変形によって、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの径である２ｂsus（＝２ａfilm,2）を外周直径とする樹脂膜製板状部材３２が半径方向に引き延ばされる。鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向の変形によって生じる樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量をｕbfilm,sus+film,A（Ａ）とする。
【００８４】
また同時に、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの部分である２ｂsus（＝２ａfilm,2）を外周直径とする樹脂膜製板状部材３２に圧力が作用することによって樹脂膜製板状部材３２が撓み、樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａが半径方向に引き延ばされる。樹脂膜製板状部材３２に圧力が作用することが原因で発生する樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量をｕbfilm,sus+film,B（Ｂ）とする。
【００８５】
樹脂膜製板状部材３２を鋼板製板状部材３０に接着剤３４等で貼り付けた散気部２４において、樹脂膜製板状部材３２の中心にある微細な散気孔３２ａの半径方向変形量は、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向の変形によって生じる樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,A（Ａ）と、樹脂膜製板状部材３２に圧力が作用することが原因で発生する樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,B（Ｂ）との和ｕbfilm,sus+film（Ａ＋Ｂ）になる。
【００８６】
まず、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向の変形によって生じる樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,A（Ａ）に関する式を示す。
中央に微細な円形の散気孔３０ａのある円形の鋼板製板状部材３０に、面に垂直に分布荷重ｐが作用するときの、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径ｂsusの半径方向変形量ｕbsus,sus（Ｓ）は式（１５）になる。
【００８７】
次に、樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａに生じる半径方向変形量を求めるため、外径が２ａfilm,2で中心の散気孔３２ａの径が２ｂfilmの高さが低い円筒形状の樹脂膜製板状部材３２を仮定する。ここに、外周には半径方向の均一な分布荷重ｐ２が作用し、内周には荷重が作用しない場合の、円筒形状の樹脂膜製板状部材３２内の半径ｒにおける半径方向変形量ｕfilm,Aは、式（１７）となる。
【数１７】
2010194425.tif 000019
【００８８】
従って、式（１７）から、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの径である２ｂsus（＝２afilm,2）を外周直径とする樹脂膜製板状部材３２の外周における半径方向変形量ｕafilm,sus+film,Aに対する樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径ｂfilmにおける半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,Aの比は、ポアソン比νを０．３とすれば、式（１８）となる。
【数１８】
2010194425.tif 000020
【００８９】
鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの径である２ｂsus（=２afilm,2）を外周直径とする樹脂膜製板状部材３２の外周における半径方向変形量ｕafilm,sus+film,Aは、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径bsusの半径方向変形量ｕbsus,susに等しいため、式（１５）を用いると、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向の変形によって生じる樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,A（Ａ）は、式（１９）となる。
【数１９】
2010194425.tif 000021
【００９０】
次に、樹脂膜製板状部材３２に圧力が作用することが原因で発生する樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,B（Ｂ）は、式（８）から式（２０）となる。
【数２０】
2010194425.tif 000022
【００９１】
樹脂膜製板状部材３２を鋼板製板状部材３０に接着剤３４等で貼り付けた散気部２４の場合に、樹脂膜製板状部材３２の中心にある微細な散気孔３２ａの半径方向変形量は、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの半径方向の変形によって生じる樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,A（Ａ）と、樹脂膜製板状部材３２に圧力が作用することが原因で発生する樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,B（Ｂ）との和ｕbfilm,sus+film（Ａ＋Ｂ）であるから、式（１９）および式（２０）を用いると式（２１）となる。
【数２１】
2010194425.tif 000023
【００９２】
さらに、散気部２４における樹脂膜製板状部材３２の中心にある微細な散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film（Ａ＋Ｂ）を、樹脂膜製板状部材３２だけの場合における樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,filmに対して比を取ると、式（８）および式（２１）から式（２２）が得られる。
【数２２】
2010194425.tif 000024
【００９３】
液体流中に微細な孔から気体を排出して半径が５０μｍ以下の気泡を発生させる場合には、液体の流速が例えば数ｍ／ｓ程度とすると、孔径を１０μｍ程度にする必要がある。しかし、鋼板製板状部材３０の厚さを１ｍｍ程度と仮定すると、鋼板製板状部材３０にこのように微細な散気孔３０ａを開けることは製作上困難である。そこで、厚さ１ｍｍ程度の鋼板製板状部材３０に容易に開けられる散気孔３０ａの孔径２ｂsus（＝２ａfilm,2）を１ｍｍ程度と考えて、樹脂膜製板状部材３２に開けられた散気孔３２ａの孔径２ｂfilmの１００倍程度と仮定する。また、鋼板製板状部材３０の外径（２ａsus）は６０ｍｍと仮定する。このように仮定すると、樹脂膜製板状部材３２に開けられた散気孔３２ａの孔半径に対する鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの孔半径の比はｂｓｕｓ／ｂｆｉｌｍ≒１００に、鋼板製板状部材３０の外周半径に対する鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの孔半径の比はｂｓｕｓ／ａｓｕｓ≒１／６０になる。
【００９４】
これらの値を用いると、鋼板製板状部材３０の散気孔３０ａの径である２ｂsus（＝２ａfilm,2）を外周直径とする樹脂膜製板状部材３２の外周における半径方向変形量ｕafilm,sus+film,Aに対する樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径ｂfilmにおける半径方向変形量ｕbfilm,sus+film,Aの比は、式（１８）から３５．０分の１（=(2×100)/(0.7×100２＋1.3)）程度になる。
【数２３】
2010194425.tif 000025
【００９５】
上記の値を用いると、式（２２）から樹脂膜製板状部材３２だけの場合における樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,filmに対する、樹脂膜製板状部材３２を鋼板製板状部材３０に接着剤３４等で貼り付けた場合における樹脂膜製板状部材３２の中心にある散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+film（Ａ＋Ｂ）の比は、式（２３）となる。
【数２４】
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【００９６】
ここで、ポリウレタン樹脂膜の縦弾性係数に対するステンレス鋼板の縦弾性係数の比は約Ｅsus／Ｅfilm≒２×１０１１／３×１０９≒６６．６である。さらに樹脂膜製板状部材３２の厚さを０．５ｍｍとし、鋼板製板状部材３０の厚さを樹脂膜製板状部材３２の厚さの２倍で１.０ｍｍとした場合には、式（２３）から、樹脂膜製板状部材３２を、外径が６０ｍｍと仮定して散気孔３０ａの孔径が１ｍｍである鋼板製板状部材３０に接着剤３４等で貼り付けた散気部２４の樹脂膜製板状部材３２の中心に形成された直径が１０μｍの散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+filmは、散気部が樹脂膜製板状部材３２だけで形成されており当該樹脂膜製板状部材３２の外径を６０ｍｍと仮定した場合の当該樹脂膜製板状部材３２の中心に形成された直径が１０μｍの散気孔３２ａの半径方向変形量ubfilm,filmの２２２．３分の１程度に小さくすることが可能になる。
【数２５】
2010194425.tif 000027
【００９７】
次に、散気部が仮に鋼板製板状部材３０単体である場合と樹脂膜製板状部材３２単体である場合のそれぞれの場合において、板面（膜面）に対して垂直方向の最大撓み量を、式（９）および式（１６）を用いて比較する。この比較は、鋼板製板状部材３０と樹脂膜製板状部材３２とは同一の直径を有する円板であるとの仮定のもとに行なう。今、鋼板製板状部材３０の厚みを樹脂膜製板状部材３２の厚みの２倍と仮定すれば、厚みの違いによって、鋼板製板状部材３０の場合の最大撓み量は、樹脂膜製板状部材３２の場合の８分の１（＝１／２３）になる。縦弾性係数Ｅはステンレス鋼板でＥＳ≒２×１０１１（Ｐａ）（２００ＧＰａ）程度であり、樹脂膜でＥＰ≒３×１０９（Ｐａ）（３ＧＰａ）程度であるため、材質の違いによって最大撓み量が６７分の１（＝３×１０９／２×１０１１）程度に小さくなる。
【００９８】
また、外周端における支持の単純支持と固定支持の違いによって、鋼板製板状部材を用いた場合は、樹脂膜製板状部材３２を用いた場合より、散気孔の変形量が３．８分の１（=0.182/0.695625）程度に小さくなる。従って、樹脂膜製板状部材３２の厚さが鋼板製板状部材３０の厚さの１／２である場合、板面（膜面）に対して垂直方向の最大撓み量の比は、上記各値の相乗積から全体で、鋼板製板状部材３０の場合は樹脂膜製板状部材３２の場合の２０３７分の１程度に小さくなる。
【００９９】
例えば、縦弾性係数がＥＰ≒３×１０９（Ｐａ）（３ＧＰａ）のポリウレタン樹脂膜からなる樹脂膜製板状部材３２で、外周の半径が３０（ｍｍ）、厚さが０．５（ｍｍ）、板面（膜面）に掛かる圧力が１×１０５（Ｐａ）（０．１ＭＰａ）の場合、樹脂膜製板状部材３２の最大撓み量の計算値は１５０（ｍｍ）程度という極めて大きな値になる。
【数２６】
2010194425.tif 000028
【０１００】
一方、例えば、縦弾性係数がＥＳ≒２×１０１１（Ｐａ）（２００ＧＰａ）のステンレス鋼板からなる鋼板製板状部材３０で、外周の半径が３０（ｍｍ）、厚さが１（ｍｍ）、板面に掛かる圧力が１×１０５（Ｐａ）（０．１ＭＰａ）の場合、鋼板製板状部材３０の最大撓み量は０．０７４（ｍｍ）程度になり、撓みによる影響をほとんど無視できる。
【数２７】
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【０１０１】
従って、上記のように、鋼板製板状部材３０に樹脂膜製板状部材３２を貼り付けて形成した散気部２４を表面に備え、内部に気体を受容する気体室１６が形成されており、気体流入管１８によって気体室１６に導入された気体を散気部２４から外部の流動液体に微細気泡として流出させる散気装置１２を、例えば液体通路１０内に複数配設し、それらの散気部２４の表面（散気面）が互いに平行になるように、且つ狭い間隔を置いて配置して気泡発生装置を構成した場合、散気装置１２の気体室１６に散気のために必要な気圧を印加しても、散気部２４の鋼板製板状部材３０や樹脂膜製板状部材３２において、それらに垂直方向の撓み量を小さく抑えることが出来るから、散気部２４が相互に接触しないように構成することが出来る。換言すれば、複数の散気装置１２を密に配置した気泡発生装置を構成することができる。
【０１０２】
従って、このような気泡発生装置を収容する液体通路、例えば液体用管路等を考えたとき、その管路等の単位体積あたりの散気部の散気面面積を増大する事ができるから、単位体積あたりの気泡発生量を増大することが可能となる。
【０１０３】
前述のように、縦弾性係数の大きな材料として、縦弾性係数が５０ＧＰａ以上のものを使用し、縦弾性係数の小さな材料として、樹脂を使用しても良い。これを定量的に説明する。
【０１０４】
散気部が樹脂膜製板状部材３２だけで形成されている場合における樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,filmに対する、樹脂膜製板状部材３２を鋼板製板状部材３０に接着剤３４等で貼り付けて構成されている散気部２４における樹脂膜製板状部材３２の中心にある散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+filmの比は、式（２３）に示すように、樹脂膜製板状部材３２の縦弾性係数に対する鋼板製板状部材３０の縦弾性係数の比Ｅsus／Ｅfilmにほぼ反比例する。また樹脂膜製板状部材３２を鋼板製板状部材３０に貼り付けて構成されてる散気部２４における最大撓み量ｗsus,maxは、式（１６）に示すように、鋼板製板状部材３０の縦弾性係数Ｅsusに反比例する。
【０１０５】
前述の通り、ステンレス鋼板の縦弾性係数ＥＳは２００ＧＰａ程度で、ポリウレタン樹脂膜の縦弾性係数ＥＰは３ＧＰａ程度であり、例えばポリウレタン樹脂膜からなる樹脂膜製板状部材３２の厚さを０．５ｍｍとし、ステンレス鋼板製の鋼板製板状部材３０の厚さを樹脂膜製板状部材３２の厚さの２倍で１.０ｍｍとした場合には、樹脂膜製板状部材３２を鋼板製板状部材３０に接着剤３４等で貼り付けた散気部２４における樹脂膜製板状部材３２の中心にある散気孔３２ａの半径方向変形量ｕbfilm,sus+filmは、樹脂膜製板状部材３２だけの場合の２２２．３分の１程度に小さくすることが可能である。
【０１０６】
ここで、上記の鋼板製板状部材３０に対応する多数の散気孔３０ａの開いた縦弾性係数の大きい板状部材として、縦弾性係数が５０ＧＰａ以上の材料を用いれば、散気孔の半径方向変形量を散気部が樹脂膜製板状部材だけで構成されている場合の５０分の１程度に小さくすることができる。また、散気部の最大撓み量ｗsus,maxを０．３ｍｍ程度以下に収めることができるため、該散気部を備えた複数の散気装置を散気部の散気面が互いに平行になるように近接して並べることが可能である。
【０１０７】
上記鋼板製板状部材３０に対応する縦弾性係数が大きい板状部材をリブなどの補強部材で補強しても樹脂膜製板状部材３２の散気孔３２ａの変形量を小さい値に維持できる。従って、発生する気泡の径も小さい値に維持できる。
【０１０８】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  液体通路（液体用管路）
１２，１２ａ  散気装置
１４，１４ａ  散気部本体
１６，１６ａ  気体室
１８  気体流入管
２０，２０ａ  開口部
２２，２２ａ  外殻
２４  散気部
３０  鋼板製板状部材
３０ａ  散気孔
３２  樹脂膜製板状部材
３２ａ  散気孔
３４  接着剤
３６  シールドパッキン
４０  散気槽
４２  ポンプ
４４  液体用配管
４６  ノズル
４８  液体流形成装置
５０  散気孔
５２  板
５４  気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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