JP7516163B2 - Ultra-fine bubble-containing liquid manufacturing device and method for manufacturing ultra-fine bubble-containing liquid - Google Patents
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Description
本発明は、ウルトラファインバブル含有液製造装置及びウルトラファインバブル含有液製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing liquid containing ultra-fine bubbles and a method for producing liquid containing ultra-fine bubbles.
近年、直径がマイクロメートルサイズのマイクロバブル、および直径がナノメートルサイズのナノバブル等の微細なバブルの特性を応用する技術が開発されてきている。特に、直径が1.0μm未満のウルトラファインバブル(Ultra Fine Bubble;以下、「UFB」ともいう)については、その有用性が様々な分野において確認されている。 In recent years, technologies have been developed that utilize the properties of minute bubbles, such as microbubbles with diameters of micrometers and nanobubbles with diameters of nanometers. In particular, the usefulness of ultra-fine bubbles (hereinafter also referred to as "UFB") with diameters of less than 1.0 μm has been confirmed in a variety of fields.
特許文献1には、液体中に所望の気体を加圧溶解する加圧溶解部と、液体をノズルから噴出させて微細なバブルを生成するファインバブル生成部とを、同一の液体循環経路内に設け、所望の気体のファインバブルを高濃度に生成する装置が開示されている。
特許文献1の構成では、所望の気体の溶解とファインバブルの生成とは、同じ循環経路において、同時に並行して行われる。即ち、液体の流速や圧力のような循環条件は、加圧溶解工程においてもファインバブルの生成工程においても同じである。しかしながら、液体に所望の気体を溶解させるために好ましい循環条件と、ファインバブルを生成するのに好ましい循環条件とは、必ずしも等しい訳ではない。またこのような好ましい循環条件は、使用する液体や気体の組み合わせによって、それぞれが独立に変化する。このため、特許文献1の構成においては、所望の気体のファインバブル含有液を、必ずしも効率的に生成できない状況であった。
In the configuration of
本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、所望の気体のウルトラファインバブル含有液を効率的に生成することである。 The present invention was made to solve the above problems. Its purpose is to efficiently produce a liquid containing ultra-fine bubbles of a desired gas.
そのために本発明は、液体に所定の気体を溶解させるための溶解手段と、前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成手段と、前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を含む液体の循環経路において、液体の循環を制御する循環制御手段と、を備えるウルトラファインバブル含有液製造装置であって、前記循環制御手段は、前記溶解手段を経由する循環経路において前記溶解手段を動作させるときは、循環する液体の状態を定める第1の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を経由する循環経路において前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第1の条件とは異なる第2の条件に従って液体を循環させることを特徴とする。 To this end, the present invention provides an apparatus for producing ultra-fine bubble-containing liquid, comprising: a dissolving means for dissolving a specific gas in a liquid; an ultra-fine bubble generating means for generating ultra-fine bubbles in the liquid in which the specific gas has been dissolved; and a circulation control means for controlling the circulation of the liquid in a liquid circulation path including the dissolving means and the ultra-fine bubble generating means, wherein the circulation control means circulates the liquid according to a first condition that determines the state of the circulating liquid when the dissolving means is operated in the circulation path that passes through the dissolving means, and circulates the liquid according to a second condition that is different from the first condition when the ultra-fine bubble generating means is operated in the circulation path that passes through the ultra-fine bubble generating means.
本発明によれば、所望の気体のウルトラファインバブル含有液を効率的に生成することができる。 The present invention makes it possible to efficiently produce a liquid containing ultra-fine bubbles of a desired gas.
<<UFB生成装置の概略構成例>>
図1は、本発明に適用可能なUFB生成装置の概略構成図である。UFB生成装置1は、前処理ユニット100、溶解ユニット200、T-UFB生成ユニット300、後処理ユニット400、及び回収ユニット500を含む。前処理ユニット100に供給された水道水などの液体Wは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、T-UFB含有液として回収ユニット500で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。詳細は後述するが、本明細書では急激な発熱に伴う膜沸騰を利用して生成したUFBをT-UFB(Thermal-Ultra Fine Bubble)と称す。
<<Example of schematic configuration of UFB generating device>>
1 is a schematic diagram of a UFB generator applicable to the present invention. The
図2は、前処理ユニット100の概略構成図である。前処理ユニット100は、供給された液体Wに対し脱気処理を行う。前処理ユニット100は、主に、脱器容器101、シャワーヘッド102、減圧ポンプ103、液体導入路104、液体循環路105、液体導出路106を有する。例えば水道水のような液体Wは、バルブ109を介して、液体導入路104から脱気容器101に供給される。この際、脱気容器101に設けられたシャワーヘッド102が、液体Wを霧状にして脱気容器101内に噴霧する。シャワーヘッド102は、液体Wの気化を促すためのものであるが、気化促進効果を生み出す機構としては、遠心分離器なども代替可能である。
Figure 2 is a schematic diagram of the
ある程度の液体Wが脱器容器101に貯留された後、全てのバルブを閉じた状態で減圧ポンプ103を作動させると、既に気化している気体成分が排出されるとともに、液体Wに溶解している気体成分の気化と排出も促される。この際、脱気容器101の内圧は、圧力計108を確認しながら数百~数千Pa(1.0Torr~10.0Torr)程度に減圧されればよい。脱気ユニット100によって脱気される気体としては、例えば窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素などが含まれる。
After a certain amount of liquid W has been stored in the
以上説明した脱気処理は、液体循環路105を利用することにより、同じ液体Wに対して繰り返し行うことができる。具体的には、液体導入路104のバルブ109と液体導出路106のバルブ110を閉塞し、液体循環路105のバルブ107を開放した状態で、シャワーヘッド102を作動させる。これにより、脱気容器101に貯留され、脱気処理が一度行われた液体Wは、再びシャワーヘッド102を介して脱気容器101に噴霧される。更に、減圧ポンプ103を作動させることにより、シャワーヘッド102による気化処理と減圧ポンプ103による脱気処理が、同じ液体Wに対し重ねて行われることになる。そして、液体循環路105を利用した上記繰り返し処理を行う度に、液体Wに含まれる気体成分を段階的に減少させていくことができる。所望の純度に脱気された液体Wが得られると、バルブ110を開放することにより、液体Wは液体導出路106を経て溶解ユニット200に送液される。
The above-described degassing process can be repeatedly performed on the same liquid W by using the
なお、図2では、気体部を低圧にして溶解物を気化させる脱気ユニット100を示したが、溶解した液体を脱気させる方法はこれに限らない。例えば、液体Wを煮沸して溶解物を気化させる加熱煮沸法を採用してもよいし、中空糸を用いて液体と気体の界面を増大させる膜脱気方法を採用してもよい。中空糸を用いた脱気モジュールとしては、SEPARELシリーズ(大日本インキ社製)が市販されている。これは、中空糸膜の原料にポリ4-メチルペンテン-1(PMP)を用いて、主にピエゾヘッド向けに供給するインクなどから気泡を脱気する目的で使用されている。更に、真空脱気法、加熱煮沸法、及び膜脱気方法の2つ以上を併用してもよい。
In FIG. 2, the
図3(a)及び(b)は、溶解ユニット200の概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。溶解ユニット200は、前処理ユニット100より供給された液体Wに対し所望の気体を溶解させるユニットである。溶解ユニット200は、主に、溶解容器201、回転板202が取り付けられた回転シャフト203、液体導入路204、気体導入路205、液体導出路206、及び加圧ポンプ207を有する。
Figures 3(a) and (b) are schematic diagrams of the
前処理ユニット100より供給された液体Wは、液体導入路204より、溶解容器201に供給され貯留される。一方、気体Gは気体導入路205より溶解容器201に供給される。
The liquid W supplied from the
所定量の液体Wと気体Gが溶解容器201に貯留されると、加圧ポンプ207を作動し溶解容器201の内圧を0.5Mpa程度まで上昇させる。加圧ポンプ207と溶解容器201の間には安全弁208が配されている。また、回転シャフト203を介して液中の回転板202を回転させることにより、溶解容器201に供給された気体Gを気泡化し、液体Wとの接触面積を大きくし、液体W中への溶解を促進する。そしてこのような作業を、気体Gの溶解度がほぼ最大飽和溶解度に達するまで継続する。この際、可能な限り多くの気体を溶解させるために、液体の温度を低下させる手段を配してもよい。また、難溶解性の気体の場合は、溶解容器201の内圧を0.5MPa以上に上げる事も可能である。その場合は、安全面から容器の材料などを最適にする必要がある。
When a predetermined amount of liquid W and gas G are stored in the
気体Gの成分が所望の濃度で溶解された液体Wが得られると、液体Wは液体導出路206を経由して排出され、T-UFB生成ユニット300に供給される。この際、背圧弁209は、供給時の圧力が必要以上に高くならないように液体Wの流圧を調整する。
When liquid W is obtained in which the components of gas G are dissolved at the desired concentration, the liquid W is discharged via the
図3(b)は、溶解容器201で混入された気体Gが溶解していく様子を模式的に示す図である。液体W中に混入された気体Gの成分を含む気泡2は、液体Wに接触している部分から溶解する。このため、気泡2は徐々に収縮し、気泡2の周囲には気体溶解液体3が存在する状態となる。気泡2には浮力が作用するため、気泡2は気体溶解液体3の中心から外れた位置に移動したり、気体溶解液体3から分離して残存気泡4となったりする。すなわち、液体導出路206を介してT-UFB生成ユニット300に供給される液体Wには、気体溶解液体3が気泡2を囲った状態のものや、気体溶解液体3と気泡2が互いに分離した状態のものが混在している。
Figure 3(b) is a schematic diagram showing how the gas G mixed in the
なお、図において気体溶解液体3とは、「液体W中において、混入された気体Gの溶解濃度が比較的高い領域」を意味している。実際に液体Wに溶解している気体成分においては、気泡2の周囲や、気泡2と分離した状態であっても領域の中心で濃度が最も高く、その位置から離れるほど気体成分の濃度は連続的に低くなる。すなわち、図3(b)では説明のために気体溶解液体3の領域を破線で囲っているが、実際にはこのような明確な境界が存在するわけではない。また、本実施形態においては、完全に溶解しない気体が、気泡の状態で液体中に存在しても許容される。
In the figure, the gas-dissolved
図4は、T-UFB生成ユニット300の概略構成図である。T-UFB生成ユニット300は、主に、チャンバー301、液体導入路302、液体導出路303を備え、液体導入路302からチャンバー301内を経て液体導出路303に向かう流れが、不図示の流動ポンプによって形成されている。流動ポンプとしては、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ、スクリューポンプなど各種ポンプを採用することができる。液体導入路302から導入される液体Wには、溶解ユニット200によって混入された気体Gの気体溶解液体3が混在している。
Figure 4 is a schematic diagram of the T-
チャンバー301の底面には発熱素子10が設けられた素子基板12が配されている。発熱素子10に所定の電圧パルスが印加されることにより、発熱素子10に接触する領域に膜沸騰により生じる泡13(以下、膜沸騰泡13ともいう)が発生する。そして、膜沸騰泡13の膨張や収縮に伴って気体Gを含有するウルトラファインバブル(UFB11)が生成される。その結果、液体導出路303からは多数のUFB11が含まれたUFB含有液Wが導出される。
An
図5(a)及び(b)は、発熱素子10の詳細構造を示す図である。図5(a)は発熱素子10の近傍、同図(b)は発熱素子10を含むより広い領域の素子基板12の断面図をそれぞれ示している。
Figures 5(a) and (b) are diagrams showing the detailed structure of the
図5(a)に示すように、素子基板12は、シリコン基板304の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜305と、蓄熱層を兼ねる層間膜306と、が積層されている。層間膜306としては、SiO2膜、または、SiN膜を用いることができる。層間膜306の表面には抵抗層307が形成され、その抵抗層307の表面に、配線308が部分的に形成されている。配線308としては、Al、Al-Si、またはAl-CuなどのAl合金配線を用いることができる。これらの配線308、抵抗層307、及び、層間膜306の表面には、SiO2膜、またはSi3N4膜から成る保護層309が形成されている。
As shown in Fig. 5A, the
保護層309の表面において、結果的に発熱素子10となる熱作用部311に対応する部分、及び、その周囲には、抵抗層307の発熱に伴う化学的、及び物理的な衝撃から保護層309を保護するための耐キャビテーション膜310が形成されている。抵抗層307の表面において、配線308が形成されていない領域は、抵抗層307が発熱する熱作用部311である。配線308が形成されていない抵抗層307の発熱部分は、発熱素子(ヒータ)10として機能する。このように素子基板12における層は、半導体の製造技術によってシリコン基板304の表面に順次に形成され、これにより、シリコン基板304に熱作用部311が備えられる。
On the surface of the
なお、図に示す構成は一例であり、その他の各種構成が適用可能である。例えば、抵抗層307と配線308との積層順が逆の構成、及び抵抗層307の下面に電極を接続させる構成(所謂プラグ電極構成)が適用可能である。つまり、後述するように、熱作用部311により液体を加熱して、液体中に膜沸騰を生じさせることができる構成であればよい。
The configuration shown in the figure is an example, and various other configurations are applicable. For example, a configuration in which the stacking order of the
図5(b)は、素子基板12において、配線308に接続される回路を含む領域の断面図の一例である。P型導電体であるシリコン基板304の表層には、N型ウェル領域322、及び、P型ウェル領域323が部分的に備えられている。一般的なMOSプロセスによるイオンインプランテーションなどの不純物の導入、及び拡散によって、N型ウェル領域322にP-MOS320が形成され、P型ウェル領域323にN-MOS321が形成される。
Figure 5 (b) is an example of a cross-sectional view of a region including a circuit connected to wiring 308 in the
P-MOS320は、N型ウェル領域322の表層に部分的にN型あるいはP型の不純物を導入してなるソース領域325及びドレイン領域326と、ゲート配線335などから構成されている。ゲート配線335は、ソース領域325及びドレイン領域326を除くN型ウェル領域322の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜328を介して堆積されている。
The P-
N-MOS321は、P型ウェル領域323の表層に部分的にN型あるいはP型の不純物を導入してなるソース領域325及びドレイン領域326と、ゲート配線335などから構成されている。ゲート配線335は、ソース領域325及びドレイン領域326を除くP型ウェル領域323の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜328を介して堆積されている。ゲート配線335は、CVD法により堆積された厚さ3000Å~5000Åのポリシリコンからなる。これらのP-MOS320及びN-MOS321によって、C-MOSロジックが構成される。
The N-
P型ウェル領域323において、N-MOS321と異なる部分には、電気熱変換素子(発熱抵抗素子)の駆動用のN-MOSトランジスタ330が形成されている。N-MOSトランジスタ330は、不純物の導入及び拡散などの工程によりP型ウェル領域323の表層に部分的に形成されたソース領域332及びドレイン領域331と、ゲート配線333などから構成されている。ゲート配線333は、P型ウェル領域323におけるソース領域332及びドレイン領域331を除く部分の表面に、ゲート絶縁膜328を介して堆積されている。
In the P-
本例においては、電気熱変換素子の駆動用トランジスタとして、N-MOSトランジスタ330を用いた。しかし、その駆動用トランジスタは、複数の電気熱変換素子を個別に駆動する能力を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることができるトランジスタであればよく、N-MOSトランジスタ330には限定されない。また本例においては、電気熱変換素子と、その駆動用トランジスタと、が同一基板上に形成されているが、これらは、別々の基板に形成してもよい。
In this example, an N-
P-MOS320とN-MOS321との間、及びN-MOS321とN-MOSトランジスタ330との間等の各素子間には、5000Å~10000Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域324が形成されている。この酸化膜分離領域324によって各素子が分離されている。酸化膜分離領域324において、熱作用部311に対応する部分は、シリコン基板304上の一層目の蓄熱層334として機能する。
Between each element, such as between P-
P-MOS320、N-MOS321、及びN-MOSトランジスタ330の各素子の表面には、CVD法により、厚さ約7000ÅのPSG膜、またはBPSG膜などから成る層間絶縁膜336が形成されている。層間絶縁膜336を熱処理により平坦にした後に、層間絶縁膜336及びゲート絶縁膜328を貫通するコンタクトホールを介して、第1の配線層となるAl電極337が形成される。層間絶縁膜336及びAl電極337の表面には、プラズマCVD法により、厚さ10000Å~15000ÅのSiO2膜から成る層間絶縁膜338が形成される。層間絶縁膜338の表面において、熱作用部311及びN-MOSトランジスタ330に対応する部分には、コスパッタ法により、厚さ約500ÅのTaSiN膜から成る抵抗層307が形成される。抵抗層307は、層間絶縁膜338に形成されたスルーホールを介して、ドレイン領域331の近傍のAl電極337と電気的に接続される。抵抗層307の表面には、各電気熱変換素子への配線となる第2の配線層としてのAlの配線308が形成される。配線308、抵抗層307、及び層間絶縁膜338の表面の保護層309は、プラズマCVD法により形成された厚さ3000ÅのSiN膜から成る。保護層309の表面に堆積された耐キャビテーション膜310は、Ta、Fe,Ni,Cr,Ge,Ru,Zr,Ir等から選択される少なくとも1つ以上の金属であり、厚さ約2000Åの薄膜から成る。抵抗層307としては、上述したTaSiN以外のTaN、CrSiN、TaAl、WSiN等、液体中に膜沸騰を生じさせることができるものであれば各種材料が適用可能である。
An interlayer insulating
図6(a)及び(b)は、発熱素子10に所定の電圧パルスを印加した場合の膜沸騰の様子を示す図である。ここでは、大気圧のもとでの膜沸騰を生じさせた場合を示している。図6(a)において、横軸は時間を示す。また、下段のグラフの縦軸は発熱素子10に印加される電圧を示し、上段のグラフの縦軸は膜沸騰により発生した膜沸騰泡13の体積と内圧を示す。一方、図6(b)は、膜沸騰泡13の様子を、図6(a)に示すタイミング1~3に対応づけて示している。以下、時間に沿って各状態を説明する。尚、後述するように膜沸騰によって発生したUFB11は主として膜沸騰泡13の表面近傍に発生する。図6(b)に示す状態は、図1で示したように、生成ユニット300で発生したUFB11から循環経路を介して溶解ユニット200に再度供給され、その液体が生成ユニット300の液路に再度供給された状態を示す。
6(a) and (b) are diagrams showing the state of film boiling when a predetermined voltage pulse is applied to the
発熱素子10に電圧が印加される前、チャンバー301内はほぼ大気圧が保たれている。発熱素子10に電圧が印加されると、発熱素子10に接する液体に膜沸騰が生じ、発生した気泡(以下、膜沸騰泡13と称す)は内側から作用する高い圧力によって膨張する(タイミング1)。このときの発泡圧力は約8~10MPaとみなされ、これは水の飽和蒸気圧に近い値である。
Before a voltage is applied to the
電圧の印加時間(パルス幅)は0.5μsec~10.0μsec程度であるが、電圧が印加されなくなった後も、膜沸騰泡13はタイミング1で得られた圧力の慣性によって膨張する。但し、膜沸騰泡13の内部では膨張に伴って発生した負圧力が徐々に大きくなり、膜沸騰泡13を収縮する方向に作用する。やがて慣性力と負圧力が釣り合ったタイミング2で膜沸騰泡13の体積は最大となり、その後は負圧力によって急速に収縮する。
The voltage application time (pulse width) is approximately 0.5 μsec to 10.0 μsec, but even after the voltage is no longer applied, the
膜沸騰泡13が消滅する際、膜沸騰泡13は発熱素子10の全面ではなく、1箇所以上の極めて小さな領域で消滅する。このため、発熱素子10においては、膜沸騰泡13が消滅する極めて小さな領域に、タイミング1で示す発泡時よりも更に大きな力が発生する(タイミング3)。
When the film boiling bubbles 13 disappear, they do not disappear over the entire surface of the
以上説明したような膜沸騰泡13の発生、膨張、収縮及び消滅は、発熱素子10に電圧パルスが印加されるたびに繰り返され、そのたびに新たなUFB11が生成される。
The generation, expansion, contraction and disappearance of the film boiling bubbles 13 as described above are repeated each time a voltage pulse is applied to the
次に図7~図10を用いて、膜沸騰泡13の発生、膨張、収縮及び消滅の各過程において、UFB11が生成される様子を更に詳しく説明する。 Next, using Figures 7 to 10, we will explain in more detail how UFB11 is generated during the processes of generation, expansion, contraction, and disappearance of film boiling bubbles 13.
図7(a)~(d)は、膜沸騰泡13の発生及び膨張に伴ってUFB11が生成される様子を模式的に示す図である。図7(a)は、発熱素子10に電圧パルスが印加される前の状態を示している。チャンバー301の内部には、気体溶解液体3が混在した液体Wが流れている。
Figures 7(a) to (d) are schematic diagrams showing how UFB11 is generated with the generation and expansion of film boiling bubbles 13. Figure 7(a) shows the state before a voltage pulse is applied to the
図7(b)は、発熱素子10に電圧が印加され、液体Wに接している発熱素子10のほぼ全域で膜沸騰泡13が一様に発生した様子を示している。電圧が印加されたとき、発熱素子10の表面温度は10℃/μsec以上の速度で急激に上昇し、ほぼ300℃に達した時点で膜沸騰が起こり、膜沸騰泡13が生成される。
Figure 7(b) shows how a voltage is applied to the
発熱素子10の表面温度は、その後もパルスの印加中に600~800℃程度まで上昇し、膜沸騰泡13の周辺の液体も急激に加熱される。図では、膜沸騰泡13の周辺に位置し、急激に加熱される液体の領域を未発泡高温領域14として示している。未発泡高温領域14に含まれる気体溶解液体3は熱的溶解限界を超えて析出しUFBとなる。析出した気泡の直径は10nm~100nm程度であり、高い気液界面エネルギを有している。そのため、短時間で消滅することもなく液体W内で独立を保ながら浮遊する。本例では、このように膜沸騰泡13の発生から膨張時に熱的作用によって生成される気泡を第1のUFB11Aと称す。
The surface temperature of the
図7(c)は、膜沸騰泡13が膨張する過程を示している。発熱素子10への電圧パルスの印加が終了しても、膜沸騰泡13は発生したときに得た力の慣性によって膨張を続け、未発泡高温領域14も慣性によって移動及び拡散する。すなわち、膜沸騰泡13が膨張する過程において、未発泡高温領域14に含まれた気体溶解液体3が新たに気泡となって析出し、第1のUFB11Aとなる。
Figure 7 (c) shows the process of the
図7(d)は、膜沸騰泡13が最大体積となった状態を示している。膜沸騰泡13は慣性によって膨張するが、膨張に伴って膜沸騰泡13の内部の負圧は徐々に高まり、膜沸騰泡13を収縮しようとする負圧力として作用する。そして、この負圧力が慣性力と釣り合った時点で、膜沸騰泡13の体積は最大となり、以後収縮に転じる。
Figure 7 (d) shows the state when the
膜沸騰泡13の収縮段階においては、図8(a)~(c)に示す過程により発生するUFB(第2のUFB11B)と、図9(a)~(c)に示す過程により発生するUFB(第3のUFB)とがある。これら2つの過程は併存しておきていると考えられる。
During the contraction stage of the
図8(a)~(c)は、膜沸騰泡13の収縮に伴ってUFB11が生成される様子を示す図である。図8(a)は、膜沸騰泡13が収縮を開始した状態を示している。膜沸騰泡13が収縮を開始しても、周囲の液体Wには膨張する方向の慣性力が残っている。よって、膜沸騰泡13の極周囲には、発熱素子10から離れる方向に作用する慣性力と、膜沸騰泡13の収縮に伴って発熱素子10に向かう力とが作用し、減圧された領域となる。図では、そのような領域を未発泡負圧領域15として示している。
Figures 8(a) to (c) are diagrams showing how
未発泡負圧領域15に含まれる気体溶解液体3は、圧的溶解限界を超え、気泡として析出する。析出した気泡の直径は100nm程度であり、その後短時間で消滅することもなく液体W内で独立を保ながら浮遊する。本例では、このように膜沸騰泡13が収縮する際の圧力的作用によって析出する気泡を、第2のUFB11Bと称す。
The gas-dissolved
図8(b)は、膜沸騰泡13が収縮する過程を示している。膜沸騰泡13が収縮する速度は負圧力によって加速し、未発泡負圧領域15も膜沸騰泡13の収縮に伴って移動する。すなわち、膜沸騰泡13が収縮する過程において、未発泡負圧領域15が通過する箇所の気体溶解液体3が次々に析出し、第2のUFB11Bとなる。
Figure 8 (b) shows the process of the
図8(c)は、膜沸騰泡13が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡13の加速度的な収縮により、周囲の液体Wの移動速度も増大するが、チャンバー301内の流路抵抗によって圧力損失が生じる。その結果、未発泡負圧領域15が占める領域は更に大きくなり、多数の第2のUFB11Bが生成される。
Figure 8 (c) shows the state just before the film boiling bubbles 13 disappear. Due to the accelerated contraction of the film boiling bubbles 13, the movement speed of the surrounding liquid W also increases, but pressure loss occurs due to the flow path resistance in the
図9(a)~(c)は、膜沸騰泡13の収縮時において、液体Wの再加熱によってUFBが生成される様子を示す図である。図9(a)は、発熱素子10の表面が収縮する膜沸騰泡13に被覆されている状態を示している。
Figures 9(a) to (c) are diagrams showing how UFB is generated by reheating liquid W when film boiling bubbles 13 contract. Figure 9(a) shows the state in which the surface of the
図9(b)は、膜沸騰泡13の収縮が進み、発熱素子10の表面の一部が液体Wに接触した状態を示している。このとき発熱素子10の表面には、液体Wが接しても膜沸騰には到らないほどの熱が残っている。図では、発熱素子10の表面に接することにより加熱される液体の領域を未発泡再加熱領域16として示している。膜沸騰には到らないものの、未発泡再加熱領域16に含まれる気体溶解液体3は、熱的溶解限界を超えて析出する。本例では、このように膜沸騰泡13が収縮する際の液体Wの再加熱によって生成される気泡を第3のUFB11Cと称す。
Figure 9(b) shows a state in which the
図9(c)は、膜沸騰泡13の収縮が更に進んだ状態を示している。膜沸騰泡13が小さくなるほど、液体Wに接する発熱素子10の領域が大きくなるため、第3のUFB11Cは、膜沸騰泡13が消滅するまで生成される。
Figure 9 (c) shows a state in which the
図10(a)および(b)は、膜沸騰で生成された膜沸騰泡13の消泡時の衝撃(所謂、キャビテーションの一種)によって、UFBが生成される様子を示す図である。図10(a)は、膜沸騰泡13が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡13は内部の負圧力によって急激に収縮し、その周囲を未発泡負圧領域15が覆う状態となっている。
Figures 10(a) and (b) show how UFB is generated by the impact (a type of cavitation) that occurs when film boiling bubbles 13 generated by film boiling collapse. Figure 10(a) shows the state just before the
図10(b)は、膜沸騰泡13が点Pで消滅した直後の様子を示している。膜沸騰泡13が消泡するとき、その衝撃により音響波が点Pを起点として同心円状に広がる。音響波とは、気体、液体、固体を問わず伝播する弾性波の総称であり、本例においては、液体Wの粗密、すなわち液体Wの高圧面17Aと低圧面17B、とが交互に伝播される。
Figure 10(b) shows the state immediately after the
この場合、未発泡負圧領域15に含まれる気体溶解液体3は、膜沸騰泡13の消泡時の衝撃波によって共振され、低圧面17Bが通過するタイミングで圧的溶解限界を超えて相転移する。すなわち、膜沸騰泡13の消滅と同時に、未発泡負圧領域15内には多数の気泡が析出する。本例ではこのような膜沸騰泡13が消泡する時の衝撃波によって生成される気泡を第4のUFB11Dと称す。
In this case, the gas-dissolved
膜沸騰泡13の消泡時の衝撃波よって生成される第4のUFB11Bは、極めて狭い薄膜的領域に極めて短時間(1μS以下)で突発的に出現する。直径は第1~第3のUFBよりも十分小さく、第1~第3のUFBよりも気液界面エネルギが高い。このため、第4のUFB11Dは、第1~第3のUFB11A~11Cとは異なる性質を有し異なる効果を生み出すものと考えられる。
The
また、第4のUFB11Dは、衝撃波が伝播する同心球状の領域のいたる所で一様に発生するため、生成された時点からチャンバー301内に一様に存在することになる。第4のUFB11Dが生成されるタイミングでは、第1~第3のUFBが既に多数存在しているが、これら第1~第3のUFBの存在が第4のUFB11Dの生成に大きく影響することはない。また、第4のUFB11Dの発生によって第1~第3のUFBが消滅することもないと考えられる。
In addition, since the fourth UFB11D is generated uniformly throughout the concentric spherical region through which the shock wave propagates, it will be present uniformly within the
以上説明したように発熱素子10の発熱により膜沸騰泡13が発生し消泡するまでの複数の段階においてUFB11が発生すると想定される。第1のUFB11A、第2のUFB11B及び第3のUFB11Cは、膜沸騰により発生する膜沸騰泡の表面の近傍に発生する。ここで近傍とは膜沸騰泡の表面から約20μm以内の領域である。第4のUFB11Dは、気泡が消泡(消滅)する際に発生する衝撃波が伝搬する領域に発生する。上述した例では膜沸騰泡13が消泡するまでの例を示したがUFBを発生させるためにはこれに限られない。例えば、発生した膜沸騰泡13が消泡する前に大気と連通することで、膜沸騰泡13が消耗まで至らない場合においてもUFBの生成が可能である。
As described above, it is assumed that UFB11 is generated in multiple stages from when the
次にUFBの残存特性について説明する。液体の温度が高いほど気体成分の溶解特性は低くなり、温度が低いほど気体成分の溶解特性は高くなる。すなわち、液体の温度が高いほど、溶解している気体成分の相転移が促され、UFBが生成されやすくなる。液体の温度と気体の溶解度は反比例の関係にあり、液体の温度上昇により、飽和溶解度を超えた気体が気泡になって液体中に析出される。 Next, we will explain the residual characteristics of UFB. The higher the temperature of the liquid, the lower the solubility of the gas components, and the lower the temperature, the higher the solubility of the gas components. In other words, the higher the temperature of the liquid, the more the phase transition of the dissolved gas components is promoted, making it easier for UFB to be generated. The temperature of the liquid and the solubility of gas are inversely proportional, and as the temperature of the liquid rises, gas that exceeds its saturated solubility becomes bubbles and precipitates in the liquid.
このため、液体の温度が常温から急激に上昇すると溶解特性が一気に下がり、UFBが生成され始める。そして、温度が上がるほど熱的溶解特性は下がり、多くのUFBが生成される状況となる。 For this reason, when the temperature of the liquid rises suddenly from room temperature, the solubility characteristics drop dramatically and UFBs begin to be produced. And the higher the temperature, the lower the thermal solubility characteristics become, resulting in a situation in which a lot of UFBs are produced.
反対に液体の温度が常温から下降すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたUFBは液化しやすくなる。しかしながら、このような温度は、常温よりも十分に低い。更に、液体の温度が下がっても、一度発生したUFBは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたUFBは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。 Conversely, when the temperature of the liquid drops from room temperature, the solubility of the gas increases, making the generated UFB more likely to liquefy. However, this temperature is well below room temperature. Furthermore, even if the temperature of the liquid drops, once generated UFB has high internal pressure and high gas-liquid interfacial energy, so it is extremely unlikely that high pressure will act on the gas-liquid interface to destroy it. In other words, once generated, UFB will not disappear easily as long as the liquid is stored at room temperature and pressure.
本例において、図7(a)~(c)で説明した第1のUFB11A、及び図9(a)~(c)で説明した第3のUFB11Cは、このような気体の熱的溶解特性を利用して生成されたUFBと言える。
In this example, the
一方、液体の圧力と溶解特性の関係においては、液体の圧力が高いほど気体の溶解特性は高くなり、圧力が低いほど溶解特性は低くなる。すなわち液体の圧力が低いほど、液体に溶解している気体溶解液体の気体への相転移が促され、UFBが生成されやすくなる。液体の圧力が常圧から下がると、溶解特性が一気に下がり、UFBが生成され始める。そして、圧力が下がるほど圧的溶解特性は下がり、多くのUFBが生成される状況となる。 On the other hand, in terms of the relationship between liquid pressure and solubility characteristics, the higher the liquid pressure, the higher the gas solubility characteristics, and the lower the pressure, the lower the solubility characteristics. In other words, the lower the liquid pressure, the more the gas dissolved in the liquid is promoted to undergo a phase transition to gas, making it easier for UFB to be generated. When the liquid pressure is reduced from normal pressure, the solubility characteristics drop sharply and UFB begins to be generated. And the lower the pressure, the lower the pressure solubility characteristics become, resulting in a situation where a lot of UFB is generated.
反対に液体の圧力が常圧から上昇すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたUFBは液化しやすくなる。しかしながら、このような圧力は、大気圧よりも十分に高く、更に、液体の圧力が上がっても、一度発生したUFBは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたUFBは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。 Conversely, when the pressure of the liquid increases from normal pressure, the solubility properties of the gas increase, making the generated UFB more likely to liquefy. However, this pressure is much higher than atmospheric pressure, and even if the pressure of the liquid increases, the UFB once generated has high internal pressure and high gas-liquid interfacial energy, so it is highly unlikely that high pressure will act to destroy the gas-liquid interface. In other words, once generated, UFB will not easily disappear as long as the liquid is stored at room temperature and pressure.
本例において、図8(a)~(c)で説明した第2のUFB11B、及び図10(a)~(c)で説明した第4のUFB11Dは、このような気体の圧力的溶解特性を利用して生成されたUFBと言える。
In this example, the
以上では、生成される要因の異なる第1~第4のUFBを個別に説明してきたが、上述した生成要因は、膜沸騰という事象に伴って同時多発的に起こるものである。このため、第1~第4のUFBのうち少なくとも2種類以上のUFBが同時に生成されることもあり、これら生成要因が互いに協働してUFBを生成することもある。但し、いずれの生成要因も、膜沸騰現象で生成される膜沸騰泡の体積変化に伴って招致されることは共通している。本明細書では、このように急激な発熱に伴う膜沸騰を利用してUFBを生成する方法を、T-UFB(Thermal-Ultra Fine Bubble)生成方法と称す。また、T-UFB生成方法によって生成したUFBをT-UFB、T-UFB生成方法によって生成されたT-UFBを含有する液体をT-UFB含有液と称す。 Above, the first to fourth UFBs, which are generated by different factors, have been explained individually, but the above-mentioned generation factors occur simultaneously in association with the phenomenon of film boiling. For this reason, at least two or more types of UFBs among the first to fourth UFBs may be generated simultaneously, and these generation factors may cooperate with each other to generate UFBs. However, all generation factors have in common that they are brought about by the volume change of film boiling bubbles generated by the film boiling phenomenon. In this specification, such a method of generating UFBs using film boiling caused by sudden heat generation is referred to as a T-UFB (Thermal-Ultra Fine Bubble) generation method. In addition, UFB generated by the T-UFB generation method is referred to as T-UFB, and liquid containing T-UFB generated by the T-UFB generation method is referred to as a T-UFB-containing liquid.
T-UFB生成方法によって生成される気泡はその殆どが1.0μm以下であり、ミリバブルやマイクロバブルは生成され難い。すなわち、T-UFB生成方法によれば、UFBが支配的に、かつ、効率的に生成されることになる。また、T-UFB生成方法によって生成されたT-UFBは、従来法によって生成されたUFBよりも高い気液界面エネルギを有し、常温常圧で保存する限り簡単に消滅することはない。更に、新たな膜沸騰によって新たなT-UFBが生成されても、先行して生成されていたT-UFBがその衝撃によって消滅することも抑制される。つまり、T-UFB含有液に含まれるT-UFBの数や濃度は、T-UFB含有液における膜沸騰の発生回数に対しヒステリシス特性を有すると言える。言い替えると、T-UFB生成ユニット300に配する発熱素子の数や発熱素子に対する電圧パルスの印加回数を制御することにより、T-UFB含有液に含まれるT-UFBの濃度を調整することができる。
Most of the bubbles generated by the T-UFB generation method are 1.0 μm or less, and millibubbles and microbubbles are difficult to generate. That is, according to the T-UFB generation method, UFB is generated predominantly and efficiently. In addition, the T-UFB generated by the T-UFB generation method has a higher gas-liquid interfacial energy than the UFB generated by the conventional method, and does not disappear easily as long as it is stored at room temperature and normal pressure. Furthermore, even if new T-UFB is generated by new film boiling, the disappearance of the previously generated T-UFB due to the impact is suppressed. In other words, it can be said that the number and concentration of T-UFB contained in the T-UFB-containing liquid have hysteresis characteristics with respect to the number of times film boiling occurs in the T-UFB-containing liquid. In other words, the concentration of T-UFB contained in the T-UFB-containing liquid can be adjusted by controlling the number of heating elements arranged in the T-
再び図1を参照する。T-UFB生成ユニット300において、所望のUFB濃度を有するT-UFB含有液Wが生成されると、当該UFB含有液Wは、後処理ユニット400に供給される。
Referring again to FIG. 1, once the T-UFB-containing liquid W having the desired UFB concentration is generated in the T-
図11(a)~(c)は、後処理ユニット400の構成例を示す図である。後処理ユニット400は、UFB含有液Wに含まれる不純物を、無機物イオン、有機物、不溶固形物、の順に段階に除去する。
Figures 11(a) to (c) are diagrams showing an example of the configuration of the
図11(a)は、無機物イオンを除去するための第1の後処理機構410を示す。第1の後処理機構410は、交換容器411、陽イオン交換樹脂412、液体導入路413、集水管414及び液体導出路415を備えている。交換容器411には、陽イオン交換樹脂412が収容されている。T-UFB生成ユニット300で生成されたUFB含有液Wは、液体導入路413を経由して交換容器411に注入され、陽イオン交換樹脂412に吸収され、ここで不純物としての陽イオンが除去される。このような不純物には、T-UFB生成ユニット300の素子基板12より剥離した金属材料などが含まれ、例えばSiO2、SiN、SiC、Ta、Al2O3、Ta2O5、Irが挙げられる。
11A shows a first
陽イオン交換樹脂412は、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基(イオン交換基)を導入した合成樹脂であり、合成樹脂は0.4~0.7mm程度の球状粒子を呈している。高分子母体としては、スチレン-ジビニルベンゼンの共重合体が一般的であり、官能基としては例えばメタクリル酸系とアクリル酸系のものを用いることができる。但し、上記材料は一例である。所望の無機イオンを効果的に除去することができれば、上記材料は様々に変更可能である。陽イオン交換樹脂412に吸収され、無機イオンが除去されたUFB含有液Wは、集水管414によって集水され、液体導出路415を介して次の工程に送液される。
The
図11(b)は、有機物を除去するための第2の後処理機構420を示す。第2の後処理機構420は、収容容器421、ろ過フィルタ422、真空ポンプ423、バルブ424、液体導入路425、液体導出路426、及びエア吸引路427を備えている。収容容器421の内部は、ろ過フィルタ422によって上下2つの領域に分割されている。液体導入路425は、上下2つの領域のうち上方の領域に接続し、エア吸引路427及び液体導出路426は下方の領域に接続する。バルブ424を閉じた状態で真空ポンプ423を駆動すると、収容容器421内の空気がエア吸引路427を介して排出され、収容容器421の内部が負圧になり、液体導入路425よりUFB含有液Wが導入される。そして、ろ過フィルタ422によって不純物が除去された状態のUFB含有液Wが収容容器421に貯留される。
11B shows a second
ろ過フィルタ422によって除去される不純物には、チューブや各ユニットで混合され得る有機材料が含まれ、例えばシリコンを含む有機化合物、シロキサン、エポキシなどが挙げられる。ろ過フィルタ422に使用可能なフィルタ膜としては、細菌系まで除去できるサブμmメッシュのフィルタや、ウィルスまで除去できるnmメッシュのフィルタが挙げられる。
The impurities removed by the
収容容器421にUFB含有液Wがある程度貯留された後、真空ポンプ423を停止してバルブ424を開放すると、収容容器421のT-UFB含有液は液体導出路426を介して次の工程に送液される。なお、ここでは、有機物の不純物を除去する方法として真空ろ過法を採用したが、フィルタを用いたろ過方法としては、例えば重力ろ過法や加圧ろ過を採用することもできる。
After a certain amount of UFB-containing liquid W is stored in the
図11(c)は、不溶の固形物を除去するための第3の後処理機構430を示す。第3の後処理機構430は、沈殿容器431、液体導入路432、バルブ433及び液体導出路434を備えている。
Figure 11 (c) shows a third
まず、バルブ433を閉じた状態で沈殿容器431に所定量のUFB含有液Wを液体導入路432より貯留し、しばらく放置する。この間、UFB含有液Wに含まれている固形物は、重力によって沈殿容器431の底部に沈降する。また、UFB含有液に含まれるバブルのうち、マイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルも浮力によって液面に浮上し、UFB含有液から除去される。十分な時間が経過した後バルブ433を開放すると、固形物や大きなサイズのバブルが除去されたUFB含有液Wが液体導出路434を介して、回収ユニット500に送液される。ここでは3つの後処理機構を順に適用する例を示したが、これに限られず、必要に応じた後処理機構を適宜採用すれば良い。
First, with the
再度図1を参照する。後処理ユニット400で不純物が除去されたT-UFB含有液Wは、そのまま回収ユニット500に送液してもよいが、再び溶解ユニット200に戻すこともできる。後者の場合、T-UFBの生成によって低下したT-UFB含有液Wの気体溶解濃度を、溶解ユニット200において再び飽和状態まで補填することができる。その上で新たなT-UFBをT-UFB生成ユニット300で生成すれば、上述した特性のもと、T-UFB含有液のUFB含有濃度を更に上昇させることができる。すなわち、溶解ユニット200、T-UFB生成ユニット300、後処理ユニット400を巡る循環回数の分だけ、UFB含有濃度を高めることができ、所望のUFB含有濃度が得られた後に、当該UFB含有液Wを回収ユニット500に送液することができる。
Refer to FIG. 1 again. The T-UFB-containing solution W from which impurities have been removed in the
回収ユニット500は、後処理ユニット400より送液されて来たUFB含有液Wを回収及び保存する。回収ユニット500で回収されたT-UFB含有液は、様々な不純物が除去された純度の高いUFB含有液となる。
The
回収ユニット500においては、何段階かのフィルタリング処理を行い、UFB含有液WをT-UFBのサイズごと分類してもよい。また、T-UFB方式により得られるT-UFB含有液Wは、常温よりも高温であることが予想されるため、回収ユニット500には冷却手段を設けてもよい。なお、このような冷却手段は、後処理ユニット400の一部に設けられていてもよい。
In the
以上が、UFB生成装置1の概略であるが、図示したような複数のユニットは無論変更可能であり、全てを用意する必要は無い。使用する液体Wや気体Gの種類、また生成するT-UFB含有液の使用目的に応じて、上述したユニットの一部を省略してもよいし、上述したユニット以外に更に別のユニットを追加してもよい。
The above is an overview of the
例えば、UFBに含有させる気体が大気である場合は、脱気ユニット100や溶解ユニット200を省略することができる。反対に、UFBに複数種類の気体を含ませたい場合は、溶解ユニット200を更に追加してもよい。
For example, if the gas contained in the UFB is atmospheric air, the
また、図11(a)~(c)で示すような不純物を除去するためのユニットは、T-UFB生成ユニット300よりも上流に設けてもよいし、上流と下流の両方に設けてもよい。UFB生成装置に供給される液体が水道水や雨水、また汚染水などの場合は、液体中に有機系や無機系の不純物が含まれている事がある。そのような不純物を含んだ液体WをT-UFB生成ユニット300に供給すると、発熱素子10を変質させたり、塩析現象を招致したりするおそれが生じる。図11(a)~(c)で示すような機構をT-UFB生成ユニット300よりも上流に設けておくことにより、上記のような不純物を事前に除去することができる。
In addition, the unit for removing impurities as shown in Figures 11(a) to (c) may be provided upstream of the T-
<<T-UFB含有液に使用可能な液体および気体>>
ここで、T-UFB含有液を生成するために使用可能な液体Wについて説明する。使用可能な液体Wとしては、例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコールなどの炭素数1乃至4のアルキルアルコール類。N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール。1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
<<Liquids and gases that can be used for T-UFB-containing liquid>>
Here, the liquid W that can be used to generate the T-UFB-containing liquid will be described. Examples of the liquid W that can be used include pure water, ion-exchanged water, distilled water, physiologically active water, magnetically active water, lotion, tap water, seawater, river water, sewage water, lake water, groundwater, and rainwater. Mixed liquids containing these liquids can also be used. Mixed solvents of water and water-soluble organic solvents can also be used. The water-soluble organic solvent to be used by mixing with water is not particularly limited, but specific examples include the following: C1-4 alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, and tert-butyl alcohol; Amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N,N-dimethylformamide, and N,N-dimethylacetamide; Ketones or ketoalcohols such as acetone and diacetone alcohol; Cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. Ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol. Glycols such as 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,2-hexanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, and thiodiglycol. Lower alkyl ethers of polyhydric alcohols such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, and triethylene glycol monobutyl ether. Polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol. Triols such as glycerin, 1,2,6-hexanetriol, and trimethylolpropane. These water-soluble organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
溶解ユニット200で導入可能な気体成分としては、例えば、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、などが挙げられる。また、上記のいくつかを含む混合気体であってもよい。さらに、溶解ユニット200では必ずしも気体状態にある物質を溶解させなくてもよく、所望の成分で構成される液体や固を液体Wに融解させてもよい。この場合の溶解としては、自然溶解のほか、圧力付与による溶解であってもよいし、電離による水和、イオン化、化学反応を伴う溶解であってもよい。
Examples of gas components that can be introduced by the
<<T-UFB生成方法の効果>>
次に、以上説明したT-UFB生成方法の特徴と効果を、従来のUFB生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。
<<Effects of the T-UFB generation method>>
Next, the features and effects of the T-UFB generation method described above will be explained in comparison with conventional UFB generation methods. For example, in conventional bubble generation devices, such as the Venturi system, a mechanical pressure reduction structure such as a pressure reduction nozzle is provided in a part of the flow path, and liquid is made to flow through this pressure reduction structure at a predetermined pressure to generate bubbles of various sizes in the area downstream of the pressure reduction structure.
この場合、生成された気泡のうち、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルには浮力が作用するため、やがて液面に浮上して消滅してしまう。また、浮力が作用しないUFBについても、然程大きな気液界面エネルギを有していないので、ミリバブルやマイクロバブルとともに消滅してしまう場合もある。加えて、上記減圧構造を直列に配置し、同じ液体を繰り返し減圧構造に流したとしても、その繰り返し回数に応じた数のUFBを、長期間保存することはできない。すなわち、従来のUFB生成方法によって生成されたUFB含有液では、UFB含有濃度を所定の値で長期間維持することは困難であった。 In this case, buoyancy acts on relatively large bubbles such as millibubbles and microbubbles among the bubbles generated, and they eventually rise to the liquid surface and disappear. Furthermore, UFBs that are not buoyant do not have a large gas-liquid interfacial energy and may disappear along with millibubbles and microbubbles. In addition, even if the above-mentioned pressure reduction structures are arranged in series and the same liquid is repeatedly passed through the pressure reduction structures, it is not possible to store a number of UFBs corresponding to the number of repetitions for a long period of time. In other words, it was difficult to maintain the UFB concentration at a specified value for a long period of time in UFB-containing liquid generated by conventional UFB generation methods.
これに対し、膜沸騰を利用するT-UFB生成方法では、常温から300℃程度への急激な温度変化や、常圧から数メガパスカル程度への急激な圧力変化を、発熱素子の極近傍に局所的に生じさせている。当該発熱素子は、一辺が数十μm~数百μm程度の四辺形をしている。従来のUFB発生器の大きさに比べると、1/10~1/1000程度である。且つ、膜沸騰泡表面の極薄い膜領域に存在する気体溶解液体が、熱的溶解限界または圧力的溶解限界を瞬間的に(マイクロ秒以下の超短時間で)超えることにより、相転移が起こりUFBとなって析出する。この場合、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルは殆ど発生せず、液体には直径が100nm程度のUFBが極めて高い純度で含有される。更に、このように生成されたT-UFBは、十分に高い気液界面エネルギを有しているため、通常の環境下において破壊されにくく、長期間の保存が可能である。 In contrast, in the T-UFB generation method using film boiling, a sudden temperature change from room temperature to about 300°C and a sudden pressure change from normal pressure to about several megapascals are locally generated in the immediate vicinity of the heating element. The heating element is a quadrilateral with a side length of about tens to hundreds of μm. It is about 1/10 to 1/1000 of the size of a conventional UFB generator. Furthermore, the gas-dissolved liquid present in the extremely thin film region on the surface of the film boiling bubble instantaneously (in an extremely short time of less than microseconds) exceeds the thermal solubility limit or pressure solubility limit, causing a phase transition and precipitating as UFB. In this case, bubbles of relatively large size such as millibubbles and microbubbles are hardly generated, and the liquid contains UFB with a diameter of about 100 nm at an extremely high purity. Furthermore, the T-UFB generated in this way has a sufficiently high gas-liquid interface energy, so it is not easily destroyed under normal environments and can be stored for a long period of time.
特に、液体に対し局所的に気体界面を形成できる膜沸騰現象を用いた本実施形態の構成であれば、液体領域全体に影響を与えることなく発熱素子の近傍に存在する液体の一部に界面形成することができる。そして、それに伴う熱的、圧力的に作用する領域を極めて局所的な範囲とすることができる。その結果、安定的に所望のUFBを生成することができる。また、液体を循環して生成液体に対し更にUFBの生成条件を付与することで、既存のUFBへの影響を少なく新たなUFBを追加生成することができる。その結果、比較的容易に、所望のサイズ、濃度のUFB液体を製造することができる。 In particular, the configuration of this embodiment, which uses the film boiling phenomenon that can form a gas interface locally on the liquid, can form an interface in a portion of the liquid present near the heating element without affecting the entire liquid region. The resulting thermally and pressure-sensitive region can be made extremely localized. As a result, the desired UFB can be generated stably. In addition, by circulating the liquid and applying further UFB generation conditions to the generated liquid, new UFB can be generated with minimal impact on existing UFB. As a result, UFB liquid of the desired size and concentration can be produced relatively easily.
更に、T-UFB生成方法においては、上述したヒステリシス特性を有するため、高い純度のまま所望の濃度まで含有濃度を高めていくことができる。すなわち、T-UFB生成方法よれば、高純度、高濃度で且つ長期間保存可能なUFB含有液を、効率的に生成することができる。 Furthermore, because the T-UFB production method has the above-mentioned hysteresis characteristics, it is possible to increase the content concentration to the desired concentration while maintaining a high purity. In other words, the T-UFB production method makes it possible to efficiently produce a UFB-containing liquid that is highly pure, highly concentrated, and can be stored for a long period of time.
<<T-UFB含有液の具体的用途>>
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にPPM~BPM程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもUFB化させることが可能である。1例としては、下記のような用途に応用する事ができる。
<<Specific applications of T-UFB-containing liquid>>
In general, the uses of ultra-fine bubble-containing liquids are classified according to the type of gas contained therein. Any gas can be converted into UFB as long as it can dissolve in the liquid in amounts of PPM to BPM. As an example, it can be applied to the following purposes.
・空気を内包させたUFB含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄や、植物・農水産物の育成にも好適に用いることができる。 - UFB-containing liquids containing air can be ideally used for cleaning in industrial, agricultural, and medical applications, as well as for growing plants and agricultural and marine products.
・オゾンを内包したUFB含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排水や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。 - UFB-containing liquids containing ozone can be used effectively for cleaning applications in industrial, agricultural, fisheries and medical fields, as well as for disinfection, sterilization and elimination purposes, and for environmental purification of wastewater and contaminated soil.
・窒素を内包したUFB含有液は、工業的・農水産業・医療用など洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排水や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。 - Nitrogen-containing UFB-containing liquids can be used effectively for cleaning applications in industrial, agricultural, fisheries and medical fields, as well as for disinfection, sterilization and elimination purposes, and for environmental purification of wastewater and contaminated soil.
・酸素を内包したUFB含有液は、工業的・農水産業・医療用など洗浄用途に加え、植物・農水産物の育成にも好適に用いることができる。 - UFB-containing liquids that contain oxygen can be used for cleaning purposes in industrial, agricultural, and medical applications, as well as for cultivating plants and agricultural and marine products.
・二酸化炭素を内包したUFB含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途などに好適に用いることができる。 - UFB-containing liquids containing carbon dioxide can be used effectively for cleaning applications in industrial, agricultural, fishery and medical fields, as well as for disinfection, sterilization and eradication purposes.
・医療用ガスであるパーフロロカーボンを内包したUFB含有液は、超音波診断や治療に好適に用いることができる。このように、UFB含有液は、医療・薬品・歯科・食品・工業・農水産業などの多岐に亘って、効果を発揮することができる。 - UFB-containing liquids containing perfluorocarbon, a medical gas, can be ideally used for ultrasonic diagnosis and treatment. In this way, UFB-containing liquids can be effective in a wide range of fields, including medicine, pharmaceuticals, dentistry, food, industry, agriculture, and fisheries.
そして、それぞれの用途において、UFB含有液の効果を迅速に且つ確実に発揮するためには、UFB含有液に含まれるUFBの純度と濃度が重要となる。すなわち、高純度で所望の濃度のUFB含有液を生成することが可能なT-UFB生成方法を利用すれば、様々な分野でこれまで以上の効果を期待することができる。以下、T-UFB生成方法及びT-UFB含有液を好適に適用可能と想定される用途を列挙する。 In order to ensure that the effects of the UFB-containing liquid are quickly and reliably achieved in each application, the purity and concentration of the UFB contained in the UFB-containing liquid are important. In other words, by using the T-UFB production method, which can produce UFB-containing liquid with high purity and the desired concentration, greater effects than ever before can be expected in a variety of fields. Below is a list of applications for which the T-UFB production method and T-UFB-containing liquid are expected to be suitable.
(A)液体の精製的用途
・浄水器に対し、T-UFB生成ユニットを配することにより、浄水効果やPH調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸水サーバなどにT-UFB生成ユニットを配することもできる。
(A) Liquid purification applications - By installing a T-UFB generating unit in a water purifier, it is expected that the water purification effect and the purification effect of pH adjustment liquid can be improved. In addition, a T-UFB generating unit can be installed in a carbonated water server, etc.
・加湿器、アロマディヒューザー、コーヒーメーカー等にT-UFB生成ユニットを配することにより、室内の加湿効果や消臭効果及び香りの拡散効果を向上させることが期待できる。 - By installing a T-UFB generating unit in a humidifier, aroma diffuser, coffee maker, etc., it is expected that the humidification effect, deodorization effect, and fragrance diffusion effect in the room can be improved.
・溶解ユニットにおいてオゾンガスを溶解させたUFB含有液を生成し、これを歯科治療、火傷の治療、内視鏡使用時の傷の手当てなどで用いることにより、医療的な洗浄効果や消毒効果を向上させることが期待できる。 - The dissolution unit produces a UFB-containing liquid by dissolving ozone gas. This can be used in dental treatment, burn treatment, and wound care when using an endoscope, and is expected to improve medical cleaning and disinfection effects.
・集合住宅の貯水槽にT-UFB生成ユニットを配することにより、長期間保存される飲料水の浄水効果や塩素の除去効果を向上させることが期待できる。 - By installing a T-UFB generation unit in the water tank of an apartment building, it is expected that the purification effect and chlorine removal effect of drinking water stored for long periods of time can be improved.
・日本酒、焼酎、ワインなど、高温の殺菌処理を行うことができない酒造工程において、オゾンや二酸化炭素を含有するT-UFB含有液を用いることにより、従来よりも効率的に低温殺菌処理を行うことが期待できる。 - In the brewing process of sake, shochu, wine, etc., where high-temperature sterilization is not possible, it is expected that low-temperature sterilization can be performed more efficiently than before by using a T-UFB-containing liquid that contains ozone and carbon dioxide.
・特定保健食品や機能表示食品の製造過程で、原料にUFB含有液を混合させることで低温殺菌処理が可能になり、風味を落とさずに、安心かつ機能性を有する食品を提供することができる。 - During the manufacturing process of specified health foods and functional foods, low-temperature sterilization is possible by mixing the raw materials with a UFB-containing liquid, making it possible to provide safe and functional foods without compromising flavor.
・魚や真珠などの魚介類の養殖場所において、養殖用の海水や淡水の供給経路にT-UFB生成ユニットを配することにより、魚介類の産卵や発育を促進させることが期待できる。 - In fish and pearl farms, by placing a T-UFB generation unit in the supply route of seawater or freshwater for farming, it is expected that the spawning and growth of fish and shellfish will be promoted.
・食材保存水の精製工程にT-UFB生成ユニットを配することにより、食材の保存状態を向上させることが期待できる。 - By installing a T-UFB generation unit in the food preservation water purification process, it is expected that the preservation conditions of food ingredients can be improved.
・プール用水や地下水などを脱色するための脱色器にT-UFB生成ユニットを配することにより、より高い脱色効果を期待することができる。 - By installing a T-UFB generation unit in a decolorizer for decolorizing pool water, groundwater, etc., a higher decolorization effect can be expected.
・コンクリート部材のひび割れ修復のためにT-UFB含有液を用いることにより、ひび割れ修復の効果向上を期待することができる。 - By using a liquid containing T-UFB to repair cracks in concrete components, it is expected that the effectiveness of the crack repair will be improved.
・液体燃料を用いる機器(自動車、船舶、飛行機)等の液体燃料に、T-UFBを含有させることにより、燃料のエネルギ効率を向上させることが期待できる。 - By adding T-UFB to liquid fuels used in equipment that uses liquid fuels (automobiles, ships, airplanes, etc.), it is expected that the energy efficiency of the fuels will be improved.
(B)洗浄的用途
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄水として、UFB含有液が注目されている。上記実施形態で説明したT-UFB生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたUFB含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。
(B) Cleaning Applications In recent years, UFB-containing liquid has been attracting attention as cleaning water for removing dirt and other substances adhering to clothes. By disposing the T-UFB generation unit described in the above embodiment in a washing machine and supplying a UFB-containing liquid with higher purity and better penetration than conventional liquids to the washing tub, it is expected that the cleaning power can be further improved.
・浴用シャワーや便器洗浄機にT-UFB生成ユニットを配することにより、人体等、生物全般の洗浄効果のほか、浴室又は便器の水垢やカビなどの汚染除去を促す効果を期待できる。 - By installing a T-UFB generation unit in a bath shower or toilet flushing machine, it is expected to have a cleaning effect on the human body and other living things in general, as well as to promote the removal of contaminants such as limescale and mold from the bathroom or toilet.
・自動車などのウィンドウォッシャー、壁材などを洗浄するための高圧洗浄機、洗車機、食器洗浄機、食材洗浄機等においてT-UFB生成ユニットを配することにより、それぞれの洗浄効果を更に向上させることが期待できる。 - By installing a T-UFB generation unit in windshield washers for automobiles, high-pressure cleaners for cleaning wall materials, car washes, dishwashers, food washing machines, etc., it is expected that the cleaning effect of each machine will be further improved.
・プレス加工後のバリ取り工程など工場で製造した部品を洗浄・整備する際に、T-UFB含有液を用いることにより、洗浄効果を向上させることが期待できる。 - When cleaning and maintaining factory manufactured parts, such as in the deburring process after press processing, using a liquid containing T-UFB is expected to improve the cleaning effect.
・半導体素子製造時、ウェハの研磨水としてT-UFB含有液を用いることにより、研磨効果を向上させることが期待できる。また、レジスト除去工程においては、T-UFB含有液を用いることにより、剥離が困難なレジストの剥離を促すことが期待できる。 -When manufacturing semiconductor devices, it is expected that the polishing effect will be improved by using a T-UFB-containing liquid as the polishing water for wafers. In addition, in the resist removal process, it is expected that the use of a T-UFB-containing liquid will promote the removal of resist that is difficult to remove.
・医療ロボット、歯科治療器、臓器の保存容器などの医療機器の、洗浄や消毒を行うための器機に、T-UFB生成ユニットを配することにより、これら器機の洗浄効果や消毒効果の向上を期待することができる。また、生物の治療などにも適用可能である。 - By installing a T-UFB generation unit in equipment used to clean and disinfect medical devices such as medical robots, dental treatment devices, and organ storage containers, it is expected that the cleaning and disinfection effects of these devices will be improved. It can also be applied to the treatment of living organisms.
(C)医薬品用途
・化粧品などにT-UFB含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。
(C) Pharmaceutical Uses - By adding T-UFB-containing liquid to cosmetics, it is possible to promote penetration into subcutaneous cells and significantly reduce additives such as preservatives and surfactants that have adverse effects on the skin. As a result, it is possible to provide safer and more functional cosmetics.
・CTやMRIなどの医療検査装置の造影剤に、T-UFBを含有する高濃度ナノバブル製剤を活用することで、X線や超音波による反射光を効率的に活用でき、より詳細な撮影画像を得る事ができ、悪性腫瘍の初期診断などに活用できる。 - By using a high-concentration nanobubble formulation containing T-UFB as a contrast agent for medical examination equipment such as CT and MRI, it is possible to efficiently utilize reflected light from X-rays and ultrasound, obtaining more detailed images and using it for the early diagnosis of malignant tumors.
・HIFU(High Intensity Focused Ultrasound)と呼ばれている超音波治療器で、T-UFBを含有する高濃度ナノバブル水を用いることで、超音波の照射パワーを低下でき、より非侵襲的に治療をすることができる。特に、正常な組織へのダメージを低減することが可能になる。 - By using high-concentration nanobubble water containing T-UFB in an ultrasound treatment device known as HIFU (High Intensity Focused Ultrasound), the ultrasound irradiation power can be reduced, allowing for more non-invasive treatment. In particular, it becomes possible to reduce damage to normal tissue.
・T-UFBを含有する高濃度ナノバブルを種にして、気泡周囲のマイナス電荷領域にリポソームを形成するリン脂質を修飾させ、そのリン脂質を介して、各種医療性物質(DNAや、RNAなど)を付与したナノバブル製剤を作成することができる。 -UFB-containing high-concentration nanobubbles are used as seeds to modify phospholipids that form liposomes in the negatively charged region surrounding the bubbles, and nanobubble formulations can be created that incorporate various medical substances (such as DNA and RNA) via the phospholipids.
・歯髄や象牙質再生治療として、T-UFB生成による高濃度ナノバブル水を含む薬剤を歯管内に送液すると、ナノバブル水の浸透作用により薬剤が象牙細管内に深く入り込み除菌効果を促進し、歯髄の感染根管治療を短時間かつ安全に行う事が可能である。 - As a treatment for regenerating dental pulp and dentin, when a medicine containing high-concentration nanobubble water generated by T-UFB is pumped into a dental canal, the penetrating action of the nanobubble water allows the medicine to penetrate deep into the dentinal tubules, promoting the sterilization effect and enabling root canal treatment of infected dental pulp to be performed quickly and safely.
以下、本発明の実施形態について、具体的に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention.
(第1の実施形態)
図12は、第1の実施形態におけるウルトラファインバブル含有液製造装置2000(以下、UFB含有液製造装置2000と称す)の概略構成図である。本実施形態のUFB含有液製造装置2000は、主に、液体供給部600、気体溶解部800、第1の収容室900、及びウルトラファインバブル生成部1000(以下、UFB生成部1000と称す)を含む。液体供給部600、気体溶解部800及びUFB生成部1000は、図1の前処理ユニット100、溶解ユニット200及びT-UFB生成ユニット300にそれぞれ相応する。各部は配管700によって互いに接続され、配管700の途中に配されたポンプ701によって、液体Wが循環する。図12において、実線矢印は液体の流れを示し、破線矢印は気体の流れを示す。
(First embodiment)
12 is a schematic diagram of an ultra-fine bubble-containing liquid manufacturing apparatus 2000 (hereinafter referred to as UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000) in the first embodiment. The UFB-containing
液体供給部600は、主に、液体貯留部601、2つのポンプ602、603、及び脱気部604を備えている。液体貯留部601に貯留された液体Wは、ポンプ602、603により、脱気部604を経由して、第1の収容室900に送液される。脱気部604の内部には、気体が通過でき液体が通過できない膜が配備されている。ポンプ602、603の圧力によって気体のみが膜を通過することにより、気体と液体とが分離され、液体Wは第1の収容室900に向かい、気体は外部に排出される。液体貯留部601に貯留されている液体には様々な気体が溶存している可能性があるが、第1の収容室900に送液する前に、溶存されている気体を脱気部604で除去することにより、後に行う気体溶解工程の溶解効率を高めることができる。
The
気体溶解部800は、気体供給部804、前処理部801、合流部802、気液分離室803を備えている。気体供給部804は、所望の気体Gを貯蔵するボンベであってもよいが、所望の気体Gを連続的に発生可能な装置であってもよい。例えば、所望の気体Gが酸素の場合、大気を取り込み、窒素を除去し、窒素が除去された気体を連続的にポンプで送り込む装置とすることができる。
The
気体供給部804より供給された気体Gは、前処理部801によって放電等の処理がなされた後、合流部802において、第1の収容室900から流出された液体Wと合流する。この際、気体Gの一部は液体Wに溶解する。合流した気体Gと液体Wは気液分離室803によって再び分離され、液体Wに溶解されなかった気体Gのみが外部に排出される。気体Gが溶解された液体Wは、その後ポンプ701によってUFB生成部1000に送られる。なお、気液分離室803の下流には、液体W中の気体Gの溶解度を検知するための溶解度センサ805が設けられている。
The gas G supplied from the
UFB生成部1000は、流入された液体W中にUFBを生成する。UFBの生成方式としてはベンチュリー方式など様々な方式を採用することができるが、本実施形態では、図4~図10を用いて説明したT-UFB方式を採用するものとする。UFB生成部1000の上流にはフィルタ1001が配され、不純物やごみなどがUFB生成部1000に流入するのを防いでいる。不純物やごみなどを除去することにより、UFB生成部1000におけるUFBの生成効率を向上させることができる。UFB生成部1000で生成されたUFB含有液Wは、配管700を通って第1の収容室900に収容される。
The
第1の収容室900は、液体供給部600から供給された液体Wと、気体溶解部800で所望の気体Gが溶解された液体Wと、UFB生成部1000でT-UFBが生成されたUFB含有液との混合液を収容する。
The
温度センサ905は、第1の収容室900に収容されている液体の温度を検知する。液面センサ902は、第1の収容室900の所定の高さに配置され、液体Wの液面を検出する。UFB濃度センサ906は、第1の収容室900に収容された液体WのUFB濃度を検出する。バルブ904は、第1の収容室900に収容されている液体Wを外部容器に排出する際に開放される。なお、図には示していないが、第1の収容室900の内部には、液体Wの温度やUFBの分布を一様にするための攪拌手段を設けてもよい。
The
冷却部903は、第1の収容室900に収容されている液体Wを冷却する。気体溶解部800で所望の気体Gを効率的に溶解させるためには、気体溶解部800に供給する液体Wの温度はなるべく低温であることが好ましい。また、循環させる液体Wの温度を低温に保つことにより、膜沸騰を利用してUFBを生成するUFB生成部1000の昇温を抑え、UFB生成部1000の高寿命化を図ることもできる。本実施形態では、温度センサ905で液体の温度を検出しながら、冷却部903を用いて、気体溶解部800に供給する液体Wの温度を20℃以下に調整している。
The
冷却部903の構成は特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子を用いた方式や、チラーによって冷却された液体を循環させる方式などを採用することが可能である。後者の場合、冷却液を循環させる冷却管を図12のように第1の収容室900の外周に巻き付けてもよいし、第1の収容室900を中空構造とし、中空内に冷却管を配置させてもよい。また、冷却管を第1の収容室900の液体W中に浸す構成としてもよい。
The configuration of the
以上の構成により、本実施形態では、第1の収容室900から、気体溶解部800、UFB生成部1000を通過し、再び第1の収容室900に戻る液体Wの循環経路が形成される。
With the above configuration, in this embodiment, a circulation path is formed for the liquid W that flows from the
なお、図12では、気体溶解部800とUFB生成部100の間に循環経路全体の循環を促すポンプ701を配したが、ポンプの位置や数はこれに限定されない。ポンプは、例えばUFB生成部1000と第1の収容室900の間に配してもよいし、気体溶解部800とUFB生成部100の間と、UFB生成部1000と第1の収容室900の間の両方に配してもよい。更に、各部の構成の中には、各部の動作で必要なポンプやバルブを設けてもよい。但し、ポンプとしては、UFBの生成効率を損なわないよう、脈動や流量ばらつきの小さいポンプを使用することが好ましい。
In FIG. 12, pump 701 is disposed between
また、液体Wを回収するための回収路やバルブ904は、第1の収容室900ではなく、液体の循環経路の他の位置に設けてもよい。更に、UFB生成部1000の昇温が激しい場合はUFB生成部1000にも、第1の収容室900と同様の冷却部を設けてもよい。
In addition, the recovery path and
また、溶解度センサ805、温度センサ905及びUFB濃度センサ906は、必ずしも図12に示した位置に設けなくてもよい。これらセンサは循環経路内であれば、他の位置に設けてもよい。更に、循環経路内の複数の位置に設け、平均値を出力可能な構成としてもよい。
The
配管700、ポンプ701、フィルタ1001、第1の収容室900、UFB生成部1000の接液部のように、UFB含有液と接触する部材については、耐腐食性の強い材料で形成されていることが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)などのフッ素系樹脂、SUS316Lなどの金属やその他の無機材料が好適に使用可能である。これにより、腐食性が強い気体Gや液体Wを使用する場合であっても、UFBを好適に生成することが可能となる。
It is preferable that components that come into contact with the UFB-containing liquid, such as the piping 700, pump 701,
図13は、本実施形態のUFB含有液製造装置2000における制御の構成を説明するためのブロック図である。CPU2001は、ROM2002に保存されているプログラムに従って、RAM2003をワークエリアとしながら、装置全体を制御する。
Figure 13 is a block diagram for explaining the control configuration of the UFB-containing
ポンプ制御部2004は、CPU2001の指示の下、図12で示した循環経路に含まれるポンプ602、603、701を含む各種ポンプの駆動を制御する。バルブ制御部2005は、CPU2001の指示の下、バルブ904を含む各種バルブの開閉を制御する。センサ制御部2005は、CPU2001の指示の下、溶解度センサ805、液面センサ902、温度センサ905、UFB濃度センサ906を含む各種センサを制御し、各種センサの検出値をCPU2001に提供する。
The
例えば、UFB含有液製造装置2000の動作開始時、CPU2001は、液面センサ902が液面を検出するまでポンプ602および603を駆動し、第1の収容室900に所定量の液体を貯留させる。また、CPU2001は、UFB濃度センサ906が検出したUFB濃度が所定値に達すると、ポンプ制御部2004にポンプ701の動作を停止させ、バルブ制御部2005にバルブ904を開放させ、第1の収容室900に収容されている液体Wを排出する。
For example, when the UFB-containing
図14は、UFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を生成する際に、CPU2001が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本処理が開始されると、CPU2001は、まず、第1の収容室900に所定量の液体を貯留する(S01)。
Figure 14 is a flow chart for explaining the steps executed by the
具体的には、CPU2001は、液面センサ902の検出を監視しながら、ポンプ602、603を動作する。これにより、液体供給部600に貯留されている液体Wが、脱気部604で脱気されながら第1の収容室900に送液される。そして、液面センサ902が液面を検出すると、CPU2001は、ポンプ602、603の動作を停止する。これにより、第1の収容室900に所定量の液体Wが貯留される。
Specifically, the
次にCPU2001は、第1の収容室900に収容された液体Wの温度調整を開始する(S02)。具体的には、温度センサ905の検出温度を監視しながら、冷却部903を動作させる。そして、温度センサ905の検出温度が20℃以下になったらS03に進む。
Next, the
S03において、CPU2001は、気体溶解部800を動作させ、溶解度センサ805の検出を監視しながら、第1の循環条件の下でポンプ701を駆動して液体Wを循環させる。本実施形態において、第1の循環条件は、気体Gを液体Wに溶解させるのに好適な循環条件である。本実施形態において、このような第1の循環条件としては、循環経路における液体の流速を300~3000mL/min、流圧を0.2~0.6MPaとする。即ち、S03において、CPU2001は、このような流速と流圧が維持されるように、ポンプ制御部2004にポンプ701を駆動させる。
In S03, the
例えば、UFB生成部がベンチュリー方式のような構成、即ち特定の流路構造を液体に通過させることによってUFBを生成する構成の場合、液体の流れを止めずにUFBの生成を停止させることはできず、意図しないサイズの気泡が発生してしまうことがある。しかしながら、本実施形態ではT-UFB方式を採用しているため、発熱素子(ヒータ)に電圧を印加しない限りUFB生成部1000でUFBが生成されることはない。つまり、S03において、UFB生成部1000を動作させないでおくことにより、循環する液体Wにおいては、UFBを生成させない状態で、気体Gの溶解度のみを第1の循環条件の下で効率的に高めていくことができる。
For example, if the UFB generation unit is configured like a Venturi system, that is, a system that generates UFB by passing the liquid through a specific flow path structure, it is not possible to stop the generation of UFB without stopping the flow of the liquid, and bubbles of an unintended size may be generated. However, since the present embodiment employs the T-UFB system, UFB will not be generated in the
溶解度センサ805が所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、気体溶解部800とポンプ701の動作を停止させる(S04)。これにより、液体Wの循環は止まり、第1の収容室900には、所望の気体Gが所望の溶解度で溶解する液体Wが貯留された状態となる。
When the
S05において、CPU2001は、第2の循環条件の下でポンプ701を駆動して液体Wを循環させる。本実施形態において、第2の循環条件は、UFB生成部1000にUFBを生成させるために適した循環条件である。本実施形態において、このような第2の循環条件としては、循環経路における液体の流速を10~300mL/min、流圧を0.1~0.3MPaとする。即ち、S02において、CPU2001は、このような流速と流圧が維持されるように、ポンプ制御部2004にポンプ701を駆動させる。
In S05, the
更に、CPU2001は、UFB濃度センサ06の検出を監視しながら、UFB生成部1000を動作させる。この際、CPU2001は、気体溶解部800は動作させないでおく。つまり、循環する液体Wにおいては、第2の循環条件の下でUFB濃度が第2の循環条件の下で効率的に高められていく。
Furthermore, the
UFB濃度センサ906が所定のUFB濃度を検出すると、CPU2001は、UFB生成部1000とポンプ701の動作を停止させる(S06)。これにより、液体Wの循環は止まり、第1の収容室900には、所望の気体GのUFBを所望の濃度で含有するUFB含有液Wが貯留された状態となる。
When the
S07において、CPU2001は、バルブ904を開放し、第1の収容室900に収容されているUFB含有液Wを外部の回収容器に排出する。この際、CPU2001は、第1の収容室900に収容されている全ての液体Wを排出してもよいが、一部の液体Wのみを排出してもよい。
In S07, the
S08において、CPU2001は、回収容器に回収された液体Wが目的の量に達成したか否かを判定する。目的の量に達成していない場合、CPU2001はS01に戻り、S01~S07の工程を繰り返す。一方、S08において、目的の量に達成したと判定した場合、本処理は終了する。
In S08, the
以上説明した本実施形態によれば、所望の気体Gを溶解させる工程と、UFBを生成させる工程とを独立させた工程とし、それぞれの工程に適した循環条件で液体を循環させている。具体的には、所望の気体Gを溶解させる工程では、合流部802における気体の溶解を促進するために、比較的速い流速且つ高い圧力で液体を循環させる。一方、UFBを生成させる工程では、膜沸騰を利用するT-UFB方式を採用しているため、膜沸騰の発生に適した条件、即ち第1の循環条件よりも遅い流速且つ低い圧力(大気圧程度)で液体を循環させている。これにより、所望の気体GのUFB含有液を従来よりも効率的に生成することが可能となる。
According to the present embodiment described above, the process of dissolving the desired gas G and the process of generating UFB are separate processes, and the liquid is circulated under circulation conditions suitable for each process. Specifically, in the process of dissolving the desired gas G, the liquid is circulated at a relatively fast flow rate and high pressure in order to promote dissolution of the gas at the
なお、以上説明した第1、第2の循環条件における流速と圧力の具体的数値は、気体Gや液体Wの種類に応じて様々に変更することができる。例えば、第1の循環条件における流速と圧力と、第2の循環条件における流速と圧力とは、気体Gの種類と液体Wの種類の組み合わせに応じて異ならせてもよい。この場合、気体Gと液体Wの組み合わせに対応するポンプ701の駆動パラメータを、第1の循環条件と第2の循環条件のそれぞれについて対応付けたテーブルを予めROMに記憶させておけばよい。このようにすれば、CPU2001は、使用する気体Gと液体Wの組み合わせに基づいて、第1の循環条件と第2の循環条件のそれぞれについて適切な駆動パラメータを設定することが可能となる。
The specific values of the flow rate and pressure in the first and second circulation conditions described above can be changed in various ways depending on the type of gas G and liquid W. For example, the flow rate and pressure in the first circulation condition and the flow rate and pressure in the second circulation condition can be made different depending on the combination of the type of gas G and the type of liquid W. In this case, a table in which the drive parameters of the
また、第1、第2の循環条件は、流速と圧力以外の、例えば温度などの条件を含んでいてもよい。この場合、CPU2001は、液体Wの調整温度をS03とS05で異ならせることになる。
The first and second circulation conditions may also include conditions other than flow rate and pressure, such as temperature. In this case, the
例えば、第2の循環条件は、第1の循環条件よりも低温にしてもよい。第1の収容室900からUFB生成部1000までの配管の長さによっては、わずかながらに温度上昇する可能性がある。これにより液体Wに溶解していた気体Gの一部が、気泡として析出してしまい、UFBの生成効率を低下させる可能性があり、溶解度の高い気体ほど、温度上昇による気泡発生量が多くなる。UFB生成時の液体温度を溶解時よりも低温にして、第1の収容室900からUFB生成部1000に液体Wが供給される間に液体温度が20℃以上にならないようにすることで、このような不具合が生じることを抑え、安定的にUFBを生成することができる。
For example, the second circulation condition may be set at a lower temperature than the first circulation condition. Depending on the length of the piping from the
(第2の実施形態)
図15は、第2の実施形態におけるUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、図12で示した第1の実施形態と異なる点は、第1の収容室900に対し2つの循環経路が用意されていることである。図中矢印Aで示す循環経路Aは、第1の収容室900から気体溶解部800を経由して第1の収容室900に戻る循環経路であり、第1のポンプ702を駆動源とする。矢印Bで示す循環経路Bは、第1の収容室900からUFB生成部1000を経由して第1の収容室900に戻る循環経路であり、第2のポンプ703を駆動源とする。
Second Embodiment
15 is a schematic diagram of a UFB-containing
このような2つの循環経路を用意することにより、本実施形態のUFB含有液製造装置2000では、所望の気体Gを溶解させる工程と、UFBを生成させる工程とを、それぞれに適した循環条件に設定された独立した循環経路で実行可能である。
By providing two such circulation paths, the UFB-containing
図16は、本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を生成する際に、CPU2001が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態のUFB含有液製造装置2000においても、制御の構成は図13のブロック図に示す第1の実施形態と同様である。
Figure 16 is a flow chart for explaining the process executed by the
図16において、S11及びS12は図14で説明したS01及びS02と同じであるので、ここでの説明は省略する。 In Figure 16, S11 and S12 are the same as S01 and S02 described in Figure 14, so their explanation will be omitted here.
S13において、CPU2001は、気体溶解部800を動作させ、第1の循環条件の下で第1のポンプ702を駆動して循環経路Aにおける液体Wの循環を開始する。第1の循環条件の内容は、第1の実施形態と同様である。そして、循環経路Aにおけるこのような循環を、溶解度センサ805が所定の溶解度を検出するまで継続する。溶解度センサ805が所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、気体溶解部800と第1のポンプ702の動作を停止させる(S14)。
In S13, the
一方、CPU2001は、循環経路Bの循環を開始する(S15)。具体的には、第2の循環条件の下で第2のポンプ703を駆動し、更にUFB生成部1000を動作させる。第2の循環条件の内容も、第1の実施形態と同様である。そして、循環経路Bにおけるこのような循環を、UFB濃度センサ906が所定のUFB濃度を検出するまで継続する。UFB濃度センサ906が所定のUFB濃度を検出すると、CPU2001は、UFB生成部1000と第2のポンプ703の動作を停止させる(S16)。
Meanwhile, the
循環経路Aにおける循環と循環経路Bにおける循環が共に停止すると、CPU2001はS17に進み、バルブ904を開放し、第1の収容室900に収容されている液体Wを外部の回収容器に排出する。以下の工程は、図14で説明したフローチャートと同様であるので説明は割愛する。
When both circulation in circulation path A and circulation in circulation path B have stopped, the
図17は、第2の実施形態の変形例を説明するためのフローチャートである。図16のフローチャートと異なる点は、循環経路AにおいてS19を設け、S14をフローの最後に移動したことである。本例の場合、溶解度センサ805が所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、気体溶解部800の動作は維持しながら、循環経路Aの循環条件を第1の循環条件から第3の循環条件に切り替える(S19)。
Figure 17 is a flowchart for explaining a modified example of the second embodiment. The difference from the flowchart in Figure 16 is that S19 is provided in circulation path A, and S14 is moved to the end of the flow. In this example, when the
本変形例において、第3の循環条件は、UFBが生成されることによって減少した液体中の気体溶解度を補充するための条件である。第1の循環条件と同じ条件にしてもよいが、生成されたUFBを破壊しないために第1の循環条件よりも遅い流速と低い圧力としてもよい。また、第1の循環条件と同じ流速と圧力としながら、第1の循環条件の下での循環と停止とを周期的に繰り返す形態としてもよい。いずれにしても、本変形例によれば、液体Wの気体溶解度を、UFB含有濃度にかかわらず好適な値に維持しておくことができ、UFBの生成効率をより向上させることができる。 In this modified example, the third circulation condition is a condition for replenishing the gas solubility in the liquid that is reduced by the generation of UFB. The conditions may be the same as the first circulation conditions, but a slower flow rate and lower pressure than the first circulation conditions may be used in order not to destroy the generated UFB. Alternatively, the flow rate and pressure may be the same as the first circulation conditions, and circulation and stopping under the first circulation conditions may be periodically repeated. In any case, according to this modified example, the gas solubility in the liquid W can be maintained at a suitable value regardless of the UFB content concentration, and the generation efficiency of UFB can be further improved.
以上、図15~図17を用いて説明した第2の実施形態によれば、循環経路Aも循環経路Bも、第1の実施形態で示した循環経路に比べて短いため、それぞれの工程を第1の実施形態よりも短時間で完了させることができる。その上で、循環経路Aによる気体Gを溶解させる工程と、循環経路BによるUFBを生成させる工程とを、個別の経路でそれぞれに適した循環条件の下で行うことができるため、所望のUFB含有液を更に効率的に製造することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment described with reference to Figures 15 to 17, both circulation paths A and B are shorter than the circulation paths shown in the first embodiment, so each process can be completed in a shorter time than in the first embodiment. In addition, the process of dissolving gas G using circulation path A and the process of generating UFB using circulation path B can be performed under circulation conditions suitable for each path, making it possible to produce the desired UFB-containing liquid more efficiently.
加えて、本実施形態によれば、相対的に速い流速と高い圧力で液体が流れる経路(循環経路A)を第1の実施形態よりも短く抑えることができるため、UFB含有液製造装置自体をより安価で小型に実現し、メンテナンスの容易化も期待することができる。 In addition, according to this embodiment, the path (circulation path A) through which the liquid flows at a relatively high flow rate and high pressure can be made shorter than in the first embodiment, making it possible to realize a UFB-containing liquid manufacturing device that is less expensive and smaller, and is also expected to facilitate maintenance.
(第3の実施形態)
図18は、第3の実施形態におけるUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、図15で示した第2の実施形態と異なる点は、第2の収容室950が追加されていることである。
Third Embodiment
18 is a schematic configuration diagram of a UFB-containing
第2の収容室950は第1の収容室900よりも小さく、第1の収容室900の1/100~1/5程度の容量を有している。第2の収容室950においても、第1の収容室900と同様、耐腐食性の強い材料で形成されていることが好ましく、例えば、PTFE、PFAなどのフッ素系樹脂、SUS316Lなどの金属やその他の無機材料が好適に使用可能である。第2の収容室950も第1の収容室900とほぼ同様の構成を有し、温度センサ955、液面センサ952、冷却部953を備えている。但し、本実施形態において、UFBの含有濃度を検出するためのUFB濃度センサ956と、UFB含有液を外部容器に排出するための配管及びバルブ954は、第1の収容室900ではなく第2の収容室950のみに設けられている。また、第1の収容室900から第2の収容室950へ液体Wが供給される際に液体温度が上昇しないよう、この間の配管は可能な限り短くしておくことが好ましい。
The
図中矢印Aで示す循環経路Aは、第1の収容室900から気体溶解部800を経由して第1の収容室900に戻る循環経路であり、第1のポンプ702を駆動源とする。図中矢印Bで示す循環経路Bは、第2の収容室950からUFB生成部1000を経由して第2の収容室950に戻る循環経路であり、第3のポンプ704を駆動源とする。更に、図中矢印Cで示す経路は、第1の収容室900から第2の収容室950へ液体Wを送るための経路であり、第4のポンプ705を駆動源とする。
Circulation path A indicated by arrow A in the figure is a circulation path that returns from the
このような本実施形態のUFB含有液製造装置2000においては、所望の気体Gを溶解させるための循環経路Aと、UFBを生成させるための循環経路Bとが、互いに合流することなく独立している。よって、これら二つの循環流路で液体を同時に流動させても、流速や圧力のような循環条件が互いに影響し合うことなく、それぞれの循環流路に適した条件を高精度に維持することができる。例えば、第1の循環条件の流速と圧力は、液体Wへの気体溶解効率を更に高めるために、第1、第2の実施形態よりも速い流速と高い圧力としてもよい。また、流速と圧力の他、循環経路の液体温度も循環条件に含ませ、循環経路Aと循環経路Bで調整する温度を異ならせてもよい。即ち、第1の循環条件では所望の気体Gを溶解させるのに適した温度を設定し、第2の循環条件ではそれ以下の温度にしてもよい。
In the UFB-containing
図19は、本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を生成する際に、CPU2001が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態のUFB含有液製造装置2000においても、制御の構成は図13のブロック図に示す第1の実施形態と同様である。
Figure 19 is a flow chart for explaining the process executed by the
図19において、S21及びS22は図14で説明したS01及びS02と同じであるので、ここでの説明は割愛する。 In Figure 19, S21 and S22 are the same as S01 and S02 described in Figure 14, so we will not repeat the explanation here.
S23において、CPU2001は、気体溶解部800を動作させ、第1の循環条件の下で第1のポンプ702を駆動して循環経路Aの循環を開始する。この時、CPU2001は、第3のポンプ704と第4のポンプ705は動作させないでおく。第1の循環条件の内容は、第1の実施形態と同じであってもよいし、第1の実施形態よりも更に速い流速と更に高い圧力であってもよい。そして、循環経路Aにおけるこのような循環を、溶解度センサ805が所定の溶解度を検出するまで継続する。
In S23, the
溶解度センサ805が所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、第1の収容室900に収容されている液体Wの一部を、第2の収容室950に送る(S24)。具体的には、まず、気体溶解部800と第1のポンプ702の動作を停止させる。そして、第2の収容室950に設けられている液面センサ952の検出を監視しながら、第4のポンプ705を動作させ、液面センサ952が液面を検出した時点で、第4のポンプ705を停止する。これにより、第2の収容室950に所定量の液体Wが貯留される。
When the
次にCPU2001は、S24で第2の収容室950に送った分の液体Wを再び液体供給部600から第1の収容室900に供給する(S26)。即ち、CPU2001は、液面センサ902が液面を検出するまで、ポンプ602、603の動作を行う。
Next, the
温度センサ905の検出温度が20℃以下になると、CPU2001は、気体溶解部800の動作を再開し、第1のポンプ702を第3の循環条件の下で駆動して、循環経路Aで液体Wを循環させる(S27)。本実施形態において、第3の循環条件は、S24とS29で行われた液体Wの流入出に伴って低減した気体溶解度を、再び所望の溶解度まで補充するのに好適な条件である。第1の循環条件と同じ流速と圧力にしてもよいし、第1の循環条件とは異なる流速と圧力にしてもよい。また、第1の循環条件と同じ流速と圧力としながら、第1の循環条件の下での循環と停止とを間欠的に繰り返す形態としてもよい。
When the temperature detected by the
溶解度センサ805が所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、気体溶解部800と第1のポンプ702の動作を停止する(S28)。但し、第1のポンプ702の動作停止は必須ではない。即ち、以後の工程において、循環経路Aは循環させたまま行ってもよい。
When the
一方、S26~S28と並行して、CPU2001は、循環経路Bの循環制御も行う。 まず、CPU2001は、第2の収容室950に収容された液体Wの温度調整を開始する(S25)。具体的には、温度センサ955の検出温度を監視しながら、冷却部953を動作させる。この際、第2の循環条件の温度範囲は、第1の循環条件と等しく10℃以下としてもよいが、第1の実施形態で説明したものと同様の理由により、さらに低温に設定してもよい。また、第2の収容室950が比較的熱伝導率の高いSUS316Lなどで形成されている場合には、S24の前から第2の収容室950の冷却を開始していてもよい。これらにより、第2の収容室950に供給された液体Wの液体温度を20℃以下に維持したまま、第2の循環条件における温度調整ができるため、溶解した気体Gを気泡として析出させることを抑え、効率良くUFBを生成することができる。
Meanwhile, in parallel with S26 to S28, the
温度センサ955の検出温度が上述した第2の循環条件の温度範囲に含まれているのを確認すると、CPU2001は、第2の循環条件の下で第3のポンプ704を駆動して循環経路Bで液体Wを循環させ、UFB生成部1000の動作を開始する(S29)。第2の循環条件の内容は、第1の実施形態と同じであってもよいし、第1の実施形態とは異なった条件であってもよい。いずれにしても、UFBを生成させるのに適した流速と圧力が設定されていればよい。CPU2001は、循環経路Bにおけるこのような循環を、第2の収容室950に設けられたUFB濃度センサ956が所定のUFB濃度を検出するまで継続する。
When the
UFB濃度センサ956が所定のUFB濃度を検出すると、CPU2001は、UFB生成部1000と第3のポンプ704の動作を停止する(S30)。そして、CPU2001はバルブ954を開放し、第2の収容室950に収容されている液体Wを外部の回収容器に排出する(S31)。
When the
ここで、第1の収容室900において、液体供給部600から新たな液体の供給を開始してから、その液体に所望の気体Gを所望の溶解度に溶解させるために要する時間(S27に要する時間)をT1とする。また、第2の収容室950において、供給された液体Wを所望の濃度のUFB含有液にし、回収容器への排出が完了するまでに要する時間(S25~S31に要する時間)をT2とする。このとき、本実施形態では、T1≦T2が満たされているものとする。上記条件が満たされることにより、第2の収容室950から回収容器への排出が完了した時点で、第1の収容室900には所望の気体が所望の溶解濃度で溶解された液体Wが完成していることとなり、UFB生成工程を無駄なく継続することができる。
Here, in the
S32において、CPU2001は、回収容器に回収された液体Wが目的の量に達成したか否かを判定する。目的の量に達成していない場合、CPU2001はS24に戻り、再び第1の収容室900から第2の収容室950に液体を送る。この際、第1の収容室900に貯留されている液体は、既に所望の溶解度で所望の気体が溶解されている液体である。
In S32, the
一方、S32において、回収容器に回収された液体Wが目的の量に達成したと判定した場合、本処理は終了する。 On the other hand, if it is determined in S32 that the amount of liquid W collected in the collection container has reached the desired amount, this process ends.
以上説明した本実施形態によれば、循環経路Aによる気体Gを溶解させる工程と、循環経路BによるUFBを生成する工程とを、それぞれに適した循環条件の下で同時に並行して行うことができる。更に、循環経路Aと循環経路Bとが、互いに合流することなく独立しているため、それぞれの循環流路に適した条件を更に高精度に維持することが可能となる。 According to the present embodiment described above, the process of dissolving gas G through circulation path A and the process of generating UFB through circulation path B can be carried out simultaneously in parallel under circulation conditions suitable for each. Furthermore, since circulation paths A and B are independent and do not merge with each other, it is possible to maintain conditions suitable for each circulation flow path with even greater precision.
(第4の実施形態)
図20は、第4の実施形態におけるUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、図18で示した第3の実施形態と異なる点は、図中矢印Dで示す経路が追加されていることである。図中矢印Dで示す経路は、第2の収容室950から第1の収容室900へ液体Wを送るための経路であり、第5のポンプ706を駆動源とする。また、本実施形態の第2の収容室950には、液面の上限を管理するための液面センサ952とは別に、液面の下限を管理するための下限センサ957が設けられている。第1の収容室900から第2の収容室950へ液体Wを送るための第4のポンプ705と、第2の収容室950から第1の収容室900へ液体Wを送るための第5のポンプ706は、同じものであってもよいが、異なる送液能力を有するものであってもよい。
Fourth Embodiment
20 is a schematic diagram of a UFB-containing
以上の構成を有する本実施形態によれば、循環経路BにおいてUFBの生成工程中にある液体Wを、再び循環経路Aの気体溶解工程に戻すことができる。つまり、UFBが生成されることによって減少した気体の溶解度を、循環経路Aに戻すことによって、再び適切な溶解度に調整することができる。 According to this embodiment having the above configuration, the liquid W in the UFB production process in the circulation path B can be returned to the gas dissolution process in the circulation path A. In other words, the gas solubility that has decreased due to the production of UFB can be adjusted back to an appropriate solubility by returning it to the circulation path A.
図21は、本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を製造する際に、CPU2001が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態のUFB含有液製造装置2000においても、制御の構成は図13のブロック図に示す第1の実施形態と同様である。
Figure 21 is a flow chart for explaining the process executed by the
図21において、S41~S45は図19で説明したS21~S25と同じであるので、ここでの説明は省略する。但し、S44において、CPU2001は、第1のポンプ702を停止せず、循環経路Aの循環は維持したままとする。
In FIG. 21, steps S41 to S45 are the same as steps S21 to S25 described in FIG. 19, so the description here is omitted. However, in S44, the
S46において、CPU2001は、第2の循環条件の下で第3のポンプ704を駆動して循環経路Bで液体Wを循環させ、UFB生成部1000の動作を開始する。
In S46, the
次に、CPU2001は、UFB濃度センサ956が所定のUFB濃度を検出したか否かを判定する(S47)。所定のUFB濃度に達していないと判定した場合は、第2の収容室950に収容されている液体Wの一部を、第1の収容室900に戻す(S48)。具体的には、第2の収容室950に設けられている下限センサ957の検出を監視しながら、第5のポンプ706を動作させ、下限センサ957が液面を検出した時点で、第5のポンプ706の動作を停止する。これにより、第2の収容室950より、所定量の液体Wが第1の収容室900に戻される。
Next, the
溶解度センサ805が所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、第1の収容室900に収容されている液体Wの一部を、再び第2の収容室950に送る(S49)。具体的には、第2の収容室950に設けられている液面センサ952の検出を監視しながら、第4のポンプ705を動作させ、液面センサ952が液面を検出した時点で、第4のポンプ705の動作を停止する。これにより、第1の収容室900より、所定量の液体Wが第2の収容室950に送られる。そして、このようなS48及びS49の工程、即ち第1の収容室900と第2の収容室950の間で液体Wの流出及び流入を行う工程を、UFB濃度センサ956が所定のUFB濃度を検出するまで繰り返す。
When the
S47において、UFB濃度センサ956が所定のUFB濃度を検出したと判定すると、CPU2001はUFB生成部1000と循環経路Bの循環を停止する(S50)。そして、バルブ954を開放し、第2の収容室950に収容されている液体Wを外部の回収容器に排出する(S51)。
When it is determined in S47 that the
S52において、CPU2001は、回収容器に回収された液体Wが目的の量に達成したか否かを判定する。目的の量に達成していない場合、CPU2001はS41に戻り、S41~S51の工程を繰り返す。一方、S52において、目的の量に達成したと判定した場合、CPU2001は、循環経路Aの循環と気体溶解部800の動作を停止し(S53)、本処理は終了する。
In S52, the
以上説明した本実施形態によれば、第1の収容室900と第2の収容室950の間の液体Wの移動や、第2の収容室950からの液体の排出に関わらず、循環経路Aにおける気体の溶解工程と循環経路BにおけるUFB生成工程とを、持続的に行うことができる。よって、上記説明した実施形態に比べ、UFB含有液の製造効率をさらに向上させることができる。
According to the present embodiment described above, the gas dissolution process in the circulation path A and the UFB production process in the circulation path B can be continuously performed regardless of the movement of the liquid W between the
なお、図20に示した本実施形態においては、第4のポンプ705の輸送量と第5のポンプ706の輸送量を等しくし、更にこれらを同時に動作させることにより、矢印Cと矢印Dの経路とを有する新たな循環経路CDを形成することができる。この場合、第1の収容室900と第2の収容室950とを1つの大きな収容室とみなすことができ、実質的に、図15で説明した第2の実施形態と同様の形態となる。このような場合、循環経路CDについては独立した循環条件を設定してもよい。即ち、循環経路Aを第1の循環条件で循環させ、循環経路Bを第2の循環条件で循環させる中、循環経路CDを第1の循環条件とも第2の循環条件とも異なる循環条件で循環させてもよい。
In the present embodiment shown in FIG. 20, the transport rate of the
また、図20に示した本実施形態において、第4のポンプ705と、第5のポンプ706とを共に停止させている間は、図18で説明した第3の実施形態と同様の形態を実現することができる。即ち、図20に示した本実施形態のUFB含有液製造装置2000においては、生成するUFB含有液の種類や環境条件など様々な状況に応じて、第2の実施形態の製造方法と第3の実施形態の製造方法とを切り替えることができる。
In addition, in the present embodiment shown in FIG. 20, while both the
図22は、第4の実施形態の変形例を説明するためのフローチャートである。本変形例の場合、第1の収容室900から第2の収容室950に液体Wを供給した後(S44)、循環経路Aにおいては、第3の循環条件で液体を循環させ、気体の溶解を継続する(S54)。一方、第2の収容室950の温度調整を開始し(S55)、循環経路CBDを第2の循環条件で循環させる(S56)。このときの循環の動作の詳細は図21で説明したものと同様である。第2の収容室950の温度を第1の収容室900の温度と異なる設定にした場合、例えば第2の収容室950の温度を15℃、第1の収容室の温度を20℃に設定した場合、第2の収容室950の温度が15℃になるのを待たずにS56に移ってもよい。
Figure 22 is a flow chart for explaining a modified example of the fourth embodiment. In this modified example, after supplying liquid W from the
溶解度センサ805、温度センサ905、および温度センサ955の値が全て所定の値に達したことを検知したら、CPU2001はUFB生成部1000を動作する(S57)。そして、UFB濃度センサ956が所定のUFB濃度を検出したと判定したら、CPU2001はUFB生成部1000とポンプ704、705、706を止めて循環経路CBDの循環を停止する。
When it detects that the values of the
その後バルブ954を開放し、第3の収容室960に収容されている液体Wを外部の回収容器に排出する(S51)。以下、図21で説明したものと同様に、目的の量のUFB含有液を得るまでこれらの動作を繰り返す。
Then, the
図20の構成においては、液体Wが第1の収容室900から第2の収容室950へ供給される間及び第2の収容室950の液体温度が所定値に達するまでの間に、液体温度が第1の収容室900で調整した温度よりも上昇して気体Gの溶解度が下がることがある。このような場合であっても、本変形例によれば、S54とS56を経てからS57でUFB生成を開始することができるため、経路Cの長さや第2の収容室950の材質を問わず、安定して効率的にUFBを生成することができる。
20, while the liquid W is being supplied from the
(第5の実施形態)
図23は、第5の実施形態におけるUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、図20で示した第4の実施形態と異なる点は、UFB生成部1000から第1の収容室900に戻る経路において、第2の収容室950を経由していないことである。
Fifth Embodiment
Fig. 23 is a schematic diagram of a UFB-containing
本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を製造する際に、CPU2001が実行する工程は図22で説明したものと同様である。ただし、図22のS56中の循環経路CBDの表記は、ここでは循環経路CBとなる。経路Cと経路Bにおいて、流速は同じであっても異なっていてもよいが、異なる場合には経路Cの流速が経路Bよりも大きくなるようにする。
In the UFB-containing
UFB生成部1000での発熱量が比較的大きくなる場合には、液体Wの温度が上昇し、溶存していた気体Gが気泡として析出することがある。この気泡を図20のように第2の収容室950に戻すと、第2の収容室950の液体温度が変化したり、UFB生成部1000から送られてきた気泡を再度UFB生成部1000に供給してしまったりすることになる。この場合、UFB生成部1000におけるUFB生成効率が損なわれる懸念が生じ、特に溶解度の高い気体を選択した場合には、このような懸念が大きくなる。
When the amount of heat generated in the
本実施形態によれば、UFB生成部1000を通過した液体は第1の収容室900に戻るため、上記懸念を避けることができ、効率的なUFB生成を継続することが可能である。
In this embodiment, the liquid that passes through the
なお、第1の収容室900の容量は第2の収容室950と比較して十分に大きいため、温度変化の影響を受けにくい。また、経路Cの終端位置を経路Bの先端位置よりも高い位置に配置することで、第2の収容室950に気泡が入り込み、UFB生成部1000へ供給される可能性が低くなり、より安定したUFB生成を実現することができる。このような配管の位置関係は、第1の収容室900においても適用可能である。経路Aおよび経路Bの終端の位置を、経路Cの先端よりも高い位置に配置しておくことにより、第2の収容室950への気泡の入り込みを更に抑えることが可能となる。
The capacity of the
(第6の実施形態)
図24は、第6の実施形態におけるUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。本実施形態のUFB含有液製造装置2000は、第1の収容室900からUFB生成部1000に直接液体Wを供給し、UFB生成部1000から第1の収容室900へは、第3の収容室960を経由して供給される構成である。
Sixth Embodiment
24 is a schematic diagram of a UFB-containing
第3の収容室960は、第2の収容室950と同様に第1の収容室900よりも小さく、第1の収容室900の1/100~1/5程度の容量を有している。第3の収容室960は、PTFE、PFAなどのフッ素系樹脂、SUS316Lなどの金属やその他の無機材料などの耐腐食性の強い材料で形成されている。また、第3の収容室960には、液面センサ962、967、UFBの含有濃度を検出するためのUFB濃度センサ966と、UFB含有液を外部容器に排出するための配管及びバルブ964が設けられている。第3の収容室960は、UFB生成部1000の下流にあるため、冷却部は必要としないが、目的に応じて冷却部を設けても良い。
The
第3の収容室960には、液面センサ967の高さ以下の位置にUFBフィルタ968が設けられており、UFBフィルタ968を境に第3の収容室960の内部はUFB含有液貯留室960aと液体貯留室960bに分けられる。UFBフィルタ968の孔径は1μm程度である。そして、経路Bの終端がUFB含有液貯留室960aに、経路Dの先端が液体貯留室960bに配置されるようにして循環経路BDが構成されている。このような構成により、UFB生成部1000から供給されてきたUFB含有液のうち、UFBはUFB含有液貯留室960aの内部に貯留され、UFBを含有しない液体Wが液体貯留室960b内に移動し、更に第1の収容室900へと供給される。
The
本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を製造する際に、CPU2001が実行する工程のフローチャートは図25で示す通りであり、図17で説明したものとほぼ同様である。経路Bと経路Dにおいて、流速は同じであっても異なっていてもよい。経路Bと経路Dの流速が異なる場合には経路Dの流速が経路Bの流速よりも大きくなるようにする。
In the UFB-containing
UFB生成部1000がUFBを生成している間、循環経路Aでは第3の循環条件で液体を循環させながら気体を溶解させる(S19)。本実施形態の場合、UFB生成部1000で生成されたUFBが第1の収容室900に流入されないため、循環するUFBが合流部802などで破壊されるおそれがない。よって、第3の循環条件は、UFBの破壊を防ぐことを目的に、第1の循環条件よりも小さい流速や低い圧力に設定する必要が無く、自由に設定することができる。
While the
本実施形態において、一度生成されたUFBは、様々な経路やUFB生成部1000を通過すること無く、UFB含有液貯留室960aに留まっている。このため、UFB生成部1000の稼働時間を制御することによって、所望の濃度のUFB含有液を安定して作ることが可能となる。
In this embodiment, once the UFB is generated, it remains in the UFB-containing
CPU2001は、UFB濃度センサ966が所定のUFB濃度を検出したと判定したら、まずUFB生成部1000とポンプ705の動作を止めて経路Bのみ液体Wの供給を停止する(S61)。そして、CPU2001は、液面センサ967が液面を検知したタイミングでポンプ706を止め、経路Dにおける液体Wの流れを停止する(S62)。その後、CPU2001はバルブ964を開放し、第3の収容室960に収容されている液体Wを外部の回収容器に排出する(S17)。
When the
以上説明した本実施形態は、溶解度がさほど大きくない気体Gを用い、循環経路Aにおける循環を何度も繰り返しながら濃度の高いUFB含有液を生成する場合などに特に有効である。 The present embodiment described above is particularly effective when using gas G with a relatively low solubility and producing a highly concentrated UFB-containing liquid by repeatedly circulating through circulation path A.
図26は、第6の実施形態の変形例としてのUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。図24ではUFBフィルタ968が水平方向に配置されていたのに対し、図26ではUFBフィルタ968を鉛直方向に配置している。
Figure 26 is a schematic diagram of a UFB-containing
図24の場合、UFB含有液貯留室960aに気泡が入り込むと、浮力で上昇しようとする気泡がUFBフィルタ968を塞ぎ、UFBフィルタ968の有効面積を減縮してしまうおそれが生じる。これに対し、本変形性の構成では、浮力で上昇した気泡は大気に開放されるため、UFBフィルタ968の有効面積は維持され、安定した循環動作を続けることができる。また、UFB含有液貯留室960aの体積を液体貯留室960bよりも大きくすることで、一度に回収するUFB含有液の量を増やすことができる。
In the case of FIG. 24, if air bubbles get into the UFB-containing
(第7の実施形態)
図27は、第7の実施形態におけるUFB含有液製造装置2000の概略構成図である。
Seventh embodiment
FIG. 27 is a schematic configuration diagram of a UFB-containing
本実施形態のUFB含有液製造装置2000は、第1の収容室900からUFB生成部1000には第2の収容室950を経由して液体Wを供給し、UFB生成部1000から第1の収容室900へは第3の収容室960を経由して液体Wを供給する構成である。
The UFB-containing
第2の収容室950、第3の収容室960の構成および機能は上述したものと同様であり、第1の収容室900の容量は、第2の収容室950および第3の収容室960の容量の和よりも十分に大きく形成されている。
The configurations and functions of the
図28は、本実施形態のUFB含有液製造装置2000において、所望のUFB含有液を製造する際に、CPU2001が実行する工程のフローチャートである。図28は、図22で説明したフローチャートとほぼ同様である。CPU2001は、UFB濃度センサ966が所定のUFB濃度を検出したと判定すると、まずUFB生成部1000とポンプ705の動作を止めて経路CBのみ液体Wの供給を停止する(S71)。そして、CPU2001は、液面センサ967が液面を検知したタイミングでポンプ706を止め、経路Dにおける液体Wの供給を停止する(S72)。その後、CPU2001は、バルブ964を開放し、第3の収容室960に収容されている液体Wを外部の回収容器に排出する(S51)。
Figure 28 is a flowchart of the process executed by the
本実施形態の構成によれば、気体Gの種類によらず、UFB生成部1000での効率的なUFBの生成と、高濃度のUFB含有液の作製を実現することができる。図27では1種類の気体Gが接続される場合を示しているが、複数の気体Gを切り替えて接続するような場合においても好適である。
The configuration of this embodiment makes it possible to efficiently generate UFB in the
700 配管
800 気体溶解部
1000 UFB生成部
2001 CPU
700
Claims (20)
前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成手段と、
前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を含む液体の循環経路において、液体の循環を制御する循環制御手段と、
液体を収容するための収容室と、
を備えるウルトラファインバブル含有液製造装置であって、
前記循環制御手段は、
前記溶解手段を経由する循環経路において前記溶解手段を動作させるときは、循環する液体の状態を定める第1の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を経由する循環経路において前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第1の条件とは異なる第2の条件に従って液体を循環させ、
前記収容室から前記溶解手段を経由し前記ウルトラファインバブル生成手段を経由せずに前記収容室に戻る第1の循環経路において、前記溶解手段を動作させるときに前記第1の条件に従って液体を循環させ、
前記収容室から前記ウルトラファインバブル生成手段を経由し前記溶解手段を経由せずに前記収容室に戻る第2の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときに前記第2の条件に従って液体を循環させることを特徴とするウルトラファインバブル含有液製造装置。 A dissolving means for dissolving a predetermined gas in a liquid;
an ultra-fine bubble generating means for generating ultra-fine bubbles in the liquid having the predetermined gas dissolved therein;
a circulation control means for controlling the circulation of the liquid in a liquid circulation path including the dissolving means and the ultra-fine bubble generating means;
A chamber for containing a liquid;
An apparatus for producing ultra-fine bubble-containing liquid, comprising:
The circulation control means includes:
When the dissolving means is operated in the circulation path passing through the dissolving means, the liquid is circulated according to a first condition that determines the state of the circulating liquid, and when the ultra-fine bubble generating means is operated in the circulation path passing through the ultra-fine bubble generating means, the liquid is circulated according to a second condition that is different from the first condition,
a first circulation path that runs from the storage chamber through the dissolving means and returns to the storage chamber without passing through the ultra-fine bubble generating means, the liquid is circulated according to the first condition when the dissolving means is operated;
An apparatus for manufacturing ultra-fine bubble-containing liquid, characterized in that in a second circulation path that runs from the storage chamber through the ultra-fine bubble generating means and back to the storage chamber without passing through the dissolving means, the liquid is circulated according to the second condition when the ultra-fine bubble generating means is operated.
前記溶解手段を動作させ且つ前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させないときは前記第1の条件に従って液体を循環させ、前記溶解手段を動作させず且つ前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは前記第2の条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項1に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。 The circulation control means is configured to control the circulation path from the storage chamber through the dissolving means and the ultra-fine bubble generating means to the storage chamber,
2. The apparatus for producing ultra-fine bubble-containing liquid according to claim 1, wherein when the dissolving means is operated and the ultra-fine bubble generating means is not operated, the liquid is circulated according to the first condition, and when the dissolving means is not operated and the ultra-fine bubble generating means is operated, the liquid is circulated according to the second condition.
前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成手段と、
前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を含む液体の循環経路において、液体の循環を制御する循環制御手段と、
液体を収容するための第1の収容室及び第2の収容室と、
前記第1の収容室から前記第2の収容室へ液体を供給する手段と、
を備えるウルトラファインバブル含有液製造装置であって、
前記循環制御手段は、
前記溶解手段を経由する循環経路において前記溶解手段を動作させるときは、循環する液体の状態を定める第1の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を経由する循環経路において前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第1の条件とは異なる第2の条件に従って液体を循環させ、
前記第1の収容室から前記溶解手段を経由し前記ウルトラファインバブル生成手段を経由せずに前記第1の収容室に戻る第1の循環経路において、前記溶解手段を動作させるときに前記第1の条件に従って液体を循環させ、
前記第2の収容室から前記ウルトラファインバブル生成手段を経由し前記溶解手段を経由せずに前記第2の収容室に戻る第2の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときに前記第2の条件に従って液体を循環させること特徴とするウルトラファインバブル含有液製造装置。 A dissolving means for dissolving a predetermined gas in a liquid;
an ultra-fine bubble generating means for generating ultra-fine bubbles in the liquid having the predetermined gas dissolved therein;
a circulation control means for controlling the circulation of the liquid in a liquid circulation path including the dissolving means and the ultra-fine bubble generating means;
a first chamber and a second chamber for containing a liquid;
a means for supplying liquid from the first chamber to the second chamber;
An apparatus for producing ultra-fine bubble-containing liquid, comprising:
The circulation control means includes:
When the dissolving means is operated in the circulation path passing through the dissolving means, the liquid is circulated according to a first condition that determines the state of the circulating liquid, and when the ultra-fine bubble generating means is operated in the circulation path passing through the ultra-fine bubble generating means, the liquid is circulated according to a second condition that is different from the first condition,
a first circulation path that runs from the first storage chamber through the dissolving means and returns to the first storage chamber without passing through the ultra-fine bubble generating means, circulating liquid according to the first condition when the dissolving means is operated;
an ultra-fine bubble-containing liquid manufacturing apparatus comprising: a second circulation path that runs from the second storage chamber through the ultra-fine bubble generating means and back to the second storage chamber without passing through the dissolving means, and the liquid is circulated in accordance with the second condition when the ultra-fine bubble generating means is operated.
前記第1の収容室へ液体を供給する液体供給手段と、前記第2の収容室から液体を排出する排出手段とを更に備えることを特徴とする請求項4から8のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。 The volume of the second storage chamber is smaller than the volume of the first storage chamber,
9. The apparatus for producing ultra-fine bubble-containing liquid according to claim 4, further comprising: a liquid supplying means for supplying liquid to the first storage chamber; and a discharge means for discharging liquid from the second storage chamber.
前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成手段と、
前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を含む液体の循環経路において、液体の循環を制御する循環制御手段と、
液体を収容するための第1の収容室から液体を収容するための第2の収容室を経由して前記ウルトラファインバブル生成手段に液体を供給する第1の供給手段、及び前記ウルトラファインバブル生成手段から液体を収容するための第3の収容室を経由して前記第1の収容室へ液体を供給する第2の供給手段の少なくとも一方と、
を備えるウルトラファインバブル含有液製造装置であって、
前記循環制御手段は、
前記溶解手段を経由する循環経路において前記溶解手段を動作させるときは、循環する液体の状態を定める第1の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を経由する循環経路において前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第1の条件とは異なる第2の条件に従って液体を循環させ、
前記第1の収容室から前記溶解手段を経由し前記ウルトラファインバブル生成手段を経由せずに前記第1の収容室に戻る第1の循環経路において、前記溶解手段を動作させるときに前記第1の条件に従って液体を循環させ、
前記第1の収容室から前記ウルトラファインバブル生成手段を経由し、前記溶解手段を経由せずに前記第1の収容室に戻る第2の循環経路において、
前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときに前記第2の条件に従って液体を循環させること特徴とするウルトラファインバブル含有液製造装置。 A dissolving means for dissolving a predetermined gas in a liquid;
an ultra-fine bubble generating means for generating ultra-fine bubbles in the liquid having the predetermined gas dissolved therein;
a circulation control means for controlling the circulation of the liquid in a liquid circulation path including the dissolving means and the ultra-fine bubble generating means;
at least one of a first supply means for supplying liquid from a first storage chamber for storing liquid to the ultra-fine bubble generating means via a second storage chamber for storing liquid, and a second supply means for supplying liquid from the ultra-fine bubble generating means to the first storage chamber via a third storage chamber for storing liquid;
An apparatus for producing ultra-fine bubble-containing liquid, comprising:
The circulation control means includes:
When the dissolving means is operated in the circulation path passing through the dissolving means, the liquid is circulated according to a first condition that determines the state of the circulating liquid, and when the ultra-fine bubble generating means is operated in the circulation path passing through the ultra-fine bubble generating means, the liquid is circulated according to a second condition that is different from the first condition,
a first circulation path that runs from the first storage chamber through the dissolving means and returns to the first storage chamber without passing through the ultra-fine bubble generating means, circulating liquid according to the first condition when the dissolving means is operated;
a second circulation path that passes from the first storage chamber through the ultra-fine bubble generating means and returns to the first storage chamber without passing through the dissolving means;
An apparatus for producing liquid containing ultra-fine bubbles, characterized in that when the ultra-fine bubble generating means is operated, the liquid is circulated in accordance with the second condition.
前記第3の収容室には、当該第3の収容室の内部を、前記ウルトラファインバブル生成手段と接続されたウルトラファインバブル収容室と、前記第1の収容室と接続された液体収容室とに分割するフィルタが設けられており、
前記ウルトラファインバブル収容室は、液体を排出する排出手段を有することを特徴とする請求項10に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。 The second supply means is provided,
the third storage chamber is provided with a filter that divides the inside of the third storage chamber into an ultra-fine bubble storage chamber connected to the ultra-fine bubble generating means and a liquid storage chamber connected to the first storage chamber,
11. The apparatus for producing liquid containing ultra-fine bubbles according to claim 10, wherein the ultra-fine bubble storage chamber has a discharge means for discharging the liquid.
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