CN104936686B - 高密度微细气泡液生成方法及高密度微细气泡液生成装置 - Google Patents

高密度微细气泡液生成方法及高密度微细气泡液生成装置 Download PDF

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Abstract

通过将水和空气混合而生成含有微细气泡的初期液体(步骤S11)。微细气泡的气泡直径在1μm以下。测定初期液体的气泡密度(步骤S13)，当密度不足目标密度时(步骤S14)，通过对初期液体进行加热和减压，液体汽化(步骤S15)。随着液体体积的减少微细气泡的密度上升，容易地取得高密度微细气泡液。或者，使用不使微细气泡通过的过滤器而提高初期液体的微细气泡的密度，由此，容易地取得高密度微细气泡液(步骤S15)。当初期液体的气泡密度高于目标密度时，初期液体被稀释(步骤S16)。

Description

高密度微细气泡液生成方法及高密度微细气泡液生成装置
技术领域
本发明涉及一种生成含有微细气泡的液体的技术。
背景技术
近年来，盛行研究生成含有微细气泡的水的技术。例如，“FZ1N-02形纳米气泡发生装置”目录，[online]，2011年5月23日，IDEC株式会社，[2011年12月20日检索]，网址 <URL：http：//www.idec.com/jpja/products/dldata/pdf_b/P1383-0.pdf>中，公开了大量生成微细气泡的装置。另外，寺坂宏一，其他5名，“由气液混合剪切法生成的纳米气泡的分析法的探讨”，日本混相流学会年会演讲会2011演讲论文集，日本混相流学会年会演讲会2011(京都)执行委员会，2011年8月，P424-425中报告了微细气泡在水中稳定存在这一点。
另外，作为生成微细气泡的方法有各种各样的方法，例如，日本专利第4129290号公报的微细气泡发生装置中，在流体旋回室内，使混合有气体和液体的混合流体高速旋回，由旋回流所产生的剪切力使气泡微细化。
以往，含有微细气泡的水是通过机械地混合水和空气而生成的。机械地混合所产生的微细气泡的生成量，在现阶段，大约是1～10亿个/mL(个/毫升)。每单位体积的微细气泡的个数，随着技术的进步在不断提高，但是短期内无法期望飞跃性的提高。另一方面，为了含有微细气泡的液体的用途的研究，或含有微细气泡液体的使用的效率化，微细气泡的高密度化变得重要。
发明内容
本发明的目的在于，容易地生成微细气泡密度高的液体。
本发明的一实施方式所涉及的高密度微细气泡液生成方法是，具有：准备含有直径不足1μm的微细气泡的初期液体的工序；以及使所述初期液体的一部分汽化而获得高密度微细气泡液的工序。
本发明的另外的实施方式所涉及的高密度微细气泡液生成方法是，具有：准备每1mL 含有2000万个以上的直径不足1μm的微细气泡的作为微细气泡液的初期液体的工序，该微细气泡液中的直径60nm～200nm范围的微细气泡最多；以及使微细气泡液的一部分透过过滤装置而排出，获得高密度微细气泡液的工序，该高密度微细气泡液是该微细气泡液的剩余部分，所述过滤装置不使直径大于60nm的微细气泡通过，在上述工序中，对透过所述过滤装置的液体的流量进行控制，以使得所述高密度微细气泡液中的微细气泡的密度达到目标密度。
根据本发明，能够容易地生成微细气泡密度高的液体。
本发明也适用于高密度记载气泡液生成装置。
本发明的一实施方式所涉及的高密度微细气泡液生成装置是，具有：储存部，该储存部储存含有微细气泡的初期液体，所述微细气泡的直径不足1μm；以及汽化部，该汽化部使所述初期液体的一部分汽化而获得高密度微细气泡液。
本发明的另外的实施方式所涉及的高密度微细气泡液生成装置是，具有：储存部，该储存部储存初期液体，所述初期液体是微细气泡液，每1mL的该微细气泡液含有2000万个以上的直径不足1μm的微细气泡，该微细气泡液中的直径60nm～200nm范围的微细气泡最多；以及过滤部，所述初期液体被导向该过滤部，所述过滤部具有：过滤装置，该过滤装置不使直径大于60nm的微细气泡通过；导入路，该导入路将微细气泡液导向所述过滤装置；排出路，该排出路将透过所述过滤装置的该微细气泡液的一部分排出；其他的排出路，该其他的排出路将高密度微细气泡液排出，该高密度微细气泡液是将所述一部分排出后的该微细气泡液的剩余部分；以及开度可调整的节流阀，该节流阀设置于所述其他的排出路，使用所述节流阀对透过所述过滤装置的液体的流量进行控制，以使得所述高密度微细气泡液中的微细气泡的密度达到目标密度。
上述目的以及其他的目的、特征、方式以及优点，通过以下参照说明书附图进行的该发明的详细说明得以明确。
附图说明
图1是表示高密度微细气泡液生成装置的概略结构的图。
图2是表示生成微细气泡液的流程的图。
图3是表示微细气泡液生成部的剖面图。
图4是混合喷嘴的剖面图。
图5是微细气泡生成喷嘴的剖面图。
图6是表示汽化部的结构的图。
图7是表示微细气泡的密度的变化的图。
图8.A是表示初期液体的气泡直径和密度的关系的图。
图8.B是表示高密度微细气泡液的气泡直径和密度的关系的图。
图9.A是表示浓缩前的微细气泡的图像的图。
图9.B是表示浓缩后的微细气泡的图像的图。
图10是表示由激光衍射散射光法测定的测定结果的图。
图11是表示高密度微细气泡液生成装置的其他例子的图。
图12是表示过滤部的图。
图13是表示过滤部的其他例子图。
符号说明
1 高密度微细气泡生成装置
11 微细气泡液生成部
12 汽化部
13 第1储存部
15 过滤部
91 初期液体
92 高密度微细气泡液
711 第1导入路
712 第2导入路
713 第3导入路
721 第1过滤器
722 第2过滤器
723 第3过滤器
741 (第1)微细气泡液排出路
742 第2微细气泡液排出路
743 第3微细气泡液排出路
S11～S16 步骤
具体实施方式
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的高密度微细气泡液生成装置1的概略结构的图。图2是表示生成以所希望的密度含有微细气泡的液体(以下，称为“微细气泡液”)的工序的图。在图2中，包含生成以高密度含有微细气泡的液体(以下，称为“高密度微细气泡液”)的工序(步骤S15)。高密度微细气泡液生成装置1包含：微细气泡液生成部11、汽化部12、第1储存部13以及第2储存部14。微细气泡液生成部11，机械地将水和空气混合，生成含有被称为超微细气泡(ultra-fine bubble)的微细气泡的液体91(步骤S11)。超微细气泡也被称为“纳米气泡”。以下，将该液体91称为“初期液体”。初期液体91被储存于第1储存部13。
本实施方式中的“微细气泡”是指，直径不足1μm的气泡。但是，由于实际中大量生成直径不足500μm的微细气泡，因而也可将直径不足500μm的气泡定义为本实施方式中的微细气泡。另外，微细气泡的“密度”是指每单位体积的液体所含有的微细气泡的个数。
当准备好初期液体91时，操作人员设定想获得的微细气泡液中的微细气泡的密度(步骤S12)。以下，将该密度称为“目标密度”。目标密度也可在生成初期液体91前确定。操作人员对初期液体91的气泡密度进行测定(步骤S13)。在初期液体91的气泡密度不足目标密度的情况下(步骤S14)，初期液体91被运入汽化部12。在汽化部12，初期液体91 的一部分汽化，由此，获得高密度微细气泡液92(步骤S15)。如后所述，微细气泡液的气泡数并不因一部分的汽化而产生大的变化。因而，在汽化部12被汽化的液体量，能事先由计算求得。高密度微细气泡液92被储存于第2储存部14。
在初期液体91的气泡密度是目标密度以上的情况下，在初期液体91中加入不含有微细气泡的液体，初期液体91被稀释(步骤S16)。由此，降低微细气泡液的气泡密度。在此情况下，应增加的液体量，也能事先由计算求得。在初期液体91的气泡密度是目标密度以上的情况，不利用汽化部12。此外，准确而言，在初期液体91的气泡密度和目标密度的差值在允许范围内的情况下，不执行步骤S15以及S16。
图3是表示微细气泡液生成部11的图。微细气泡液生成部11，将气体和液体混合而生成含有该气体的微细气泡的液体。本实施方式中，使用水作为混合前的对象液90。使用空气作为与水混合的气体。微细气泡液生成部11具有：微细气泡生成喷嘴2、加压液生成部 3、送出配管41、辅助配管42、返回配管43、泵44以及液储存部45。在液储存部45储存对象液90。通过使微细气泡液生成部11运转，对象液90成为初期液体91。
送出配管41将加压液生成部3和微细气泡生成喷嘴2予以连接。加压液生成部3，生成使气体加压溶解的加压液71，通过送出配管41向微细气泡生成喷嘴2供给。微细气泡生成喷嘴2的喷出口位于液储存部45内，送出配管41实质上将加压液生成部3和液储存部45予以连接。
将加压液71从微细气泡生成喷嘴2喷出到对象液90中，由此，在对象液90中生成微细气泡。本实施方式中，在对象液90中生成空气的微细气泡。图3中，为了容易理解，对于对象液90等流体标记由虚线构成的平行斜线。
与送出配管41同样地，辅助配管42将加压液生成部3和液储存部45予以连接。辅助配管42将在加压液生成部3对剩余的气体进行分离时与剩余的气体一起排出的液体导向液储存部45。在返回配管43设有泵44，通过泵44，经由返回配管43，对象液90从液储存部45向加压液生成部3返回。
加压液生成部3具有混合喷嘴31和加压液生成容器32。从混合喷嘴31的气体流入口，通过调节器或流量计等而流入空气。在混合喷嘴31，由泵44压送的液体和空气通过混合喷嘴31而混合，并向加压液生成容器32内喷出。
加压液生成容器32被加压而成为压力高于大气压的状态(以下，称为“加压环境”)。从混合喷嘴31喷出的液体和气体混合的流体(以下，称为“混合流体72”)，在加压液生成容器32内在加压环境下流动，在此期间，气体加压溶解于液体而成为加压液71。
图4是放大表示混合喷嘴31的剖面图。混合喷嘴31具有：流入由上述的泵44压送的液体的液体流入口311，流入气体的气体流入口319以及喷出混合流体72的混合流体喷出口312。通过将从液体流入口311流入的液体以及从气体流入口319流入的气体混合而生成混合流体72。液体流入口311、气体流入口319以及混合流体喷出口312分别是大致圆形。从液体流入口311朝向混合流体喷出口312的喷嘴流路310的流路截面以及从气体流入口 319朝向喷嘴流路310的气体流路3191的流路截面也是大致圆形。流路截面是指，与喷嘴流路310或气体流路3191等流路的中心轴垂直的截面，即与在流路中流动的流体的流动垂直的截面。另外，在以下的说明中，将流路截面的面积称为“流路面积”。喷嘴流路310是，在流路的中间部流路面积变小的文丘里管状。
混合喷嘴31具有：从液体流入口311朝向混合流体喷出口312依序连续地配置的导入部313、第1锥面部314、喉部315、气体混合部316、第2锥面部317以及导出部318。混合喷嘴31还具有气体供给部3192，在气体供给部3192的内部设有气体流路3191。
在导入部313，在喷嘴流路310的中心轴J1方向的各位置，流路面积大致是一定的。在第1锥面部314，流路面积向液体的流动方向(即，向下游侧)逐渐减小。在喉部315，流路面积大致是一定的。在喷嘴流路310中，喉部315的流路面积最小。此外，在喷嘴流路310，即使在喉部315中流路面积稍微变化，也将流路面积大约是最小的部分整体认为是喉部315。在气体混合部316，流路面积大致是一定的，且流路面积稍微大于喉部315的流路面积。在第2锥面部317，流路面积向下游侧逐渐增大。在导出部318，流路面积大致是一定的。气体流路3191的流路面积也大致是一定的，气体流路3191与喷嘴流路310的气体混合部316连接。
在混合喷嘴31，从液体流入口311流入喷嘴流路310的液体，在喉部315被加速从而静压下降，在喉部315以及气体混合部316，喷嘴流路310内的压力低于大气压。由此，气体从气体流入口319被吸入，通过气体流路3191而流入气体混合部316，与液体混合而生成混合流体72。混合流体72，在第2锥面部317以及导出部318被减速从而静压增大，通过混合流体喷出口312而喷出到加压液生成容器32内。
如图3所示，加压液生成容器32具有：在上下方向层叠的第1流路321、第2流路322、第3流路323、第4流路324以及第5流路325。在以下的说明中，在统称的情况下，将第1流路321、第2流路322、第3流路323，第4流路324和第5流路325称为“流路321～325”。流路321～325是在水平方向延伸的管路，流路321～325的与长度方向垂直的截面是大致矩形。本实施方式中流路321～325的宽度大约是40mm。
在第1流路321的上游侧的端部(即，图3中的左侧的端部)安装有混合喷嘴31，从混合喷嘴31喷出后的混合流体72，在加压环境下向图3中的右侧流动。本实施方式中，在第1流路321内的混合流体72的液面上方，混合流体72从混合喷嘴31喷出，刚喷出的混合流体72，在与第1流路321的下游侧的壁面(即，图3中的右侧的壁面)碰撞前，与上述液面直接碰撞。为了使从混合喷嘴31喷出的混合流体72与液面直接碰撞，第1流路321 的长度最好是大于混合喷嘴31的混合流体喷出口312(参照图4)的中心和第1流路321 的下表面之间的上下方向的距离的7.5倍。
在加圧液生成部3，混合喷嘴31的混合流体喷出口312的一部分或整体也可位于第1 流路321内的混合流体72的液面的下侧。由此，与上述同样地，在第1流路321内，刚从混合喷嘴31喷出的混合流体72与在第1流路321内流动的混合流体72直接碰撞。
在第1流路321的下游侧的端部的下表面设有大致圆形的开口321a，在第1流路321流动的混合流体72通过开口321a向位于第1流路321的下方的第2流路322落下。在第2 流路322，从第1流路321落下的混合流体72在加压环境下从图3中的右侧向左侧流动，通过设于第2流路322的下游侧的端部的下表面的大致圆形的开口322a而向位于第2流路 322的下方的第3流路323落下。在第3流路323，从第2流路322落下的混合流体72在加压环境下从图3中的左侧向右侧流动，通过设于第3流路323的下游侧的端部的下表面的大致圆形的开口323a而向位于第3流路323的下方的第4流路324落下。如图3所示，在第1流路321～第4流路324，混合流体72分为含有气泡的液体的层和位于其上方的气体的层。
在第4流路324，从第3流路323落下的混合流体72在加压环境下从图3中的右侧向左侧流动，通过设于第4流路324的下游侧的端部的下表面的大致圆形的开口324a而向位于第4流路324的下方的第5流路325流入(即，落下)。与第1流路321～第4流路324 不同，在第5流路325不存在气体的层，充满于第5流路325内的液体内，成为在第5流路325的上表面附近存在少许气泡的状态。在第5流路325，从第4流路324流入的混合流体72在加压环境下从图3中的左侧向右侧流动。
在加圧液生成部3，混合流体72在加压液生成容器32的流路321～325一边阶段性地重复缓急一边从上向下流落(即，交替地重复进行向水平方向的流动和向下方的流动地流动)，在混合流体72中，气体渐渐地加压溶解于液体。在第5流路325，溶解于液体中的气体的浓度大致等于加压环境下的该气体的(饱和)溶解度的60％～90％。然后，在第5流路325内，未溶解于液体的剩余气体，作为可目视确认的大气泡而存在。
加压液生成容器32还具有剩余气体分离部326，剩余气体分离部326从第5流路325的下游侧的上表面向上方延伸，在剩余气体分离部326中充满混合流体72。剩余气体分离部326的与上下方向垂直的截面是大致矩形，剩余气体分离部326的上端部通过压力调整用的节流部327而连接于辅助配管42。在第5流路325中流动的混合流体72的气泡在剩余气体分离部326内上升而与混合流体72的一部分一起流入辅助配管42。
如此，混合流体72的剩余气体与混合流体72的一部分一起被分离，由此，生成至少实质上不包含能容易地目视确认的大小的气泡的加压液71，向与第5流路325的下游侧的端部连接的送出配管41送出。本实施方式中，加压液71中溶解有大气压下的气体的(饱和)溶解度的大约2倍以上的气体。在加压液生成容器32，在流路321～325中流动的混合流体72的液体也可认为是生成途中的加压液71。流入辅助配管42的混合流体72被导向液储存部45内的对象液90。辅助配管42起到在泵44长时间运转的情况下防止对象液90的减少用的辅助流路的作用。
在第1流路321的上方还设有排气阀61。排气阀61在泵44停止时被打开，防止混合流体72向混合喷嘴31逆流。
图5是放大表示微细气泡生成喷嘴2的剖面图。微细气泡生成喷嘴2具有从送出配管 41流入加压液71的加压液流入口21和向对象液90开口的加压液喷出口22。加压液流入口21以及加压液喷出口22分别是大致圆形，从加压液流入口21朝向喷嘴流路20的流路截面也是大致圆形。
微细气泡生成喷嘴2具有从加压液流入口21向加压液喷出口22依序连续地配置的导入部23、锥面部24以及喉部25。在导入部23，流路面积在喷嘴流路20的中心轴J2方向的各位置大致是一定的。在锥面部24，流路面积向加压液71的流动方向(即，向下游侧) 逐渐减小。锥面部24的内表面是以喷嘴流路20的中心轴J2为中心的大致圆锥面的一部分。在包含该中心轴J2的截面中，锥面部24的内表面所构成的角度α最好是10°以上90°以下。
喉部25将锥面部24和加压液喷出口22予以连接。喉部25的内表面是大致圆筒面，在喉部25，流路面积大致是一定的。在喷嘴流路20中，喉部25的流路截面的直径最小，在喷嘴流路20中，喉部25的流路面积最小。喉部25的长度最好是喉部25的直径的1.1倍以上10倍以下，更好的是1.5倍以上2倍以下。此外，在喷嘴流路20，即使在喉部25中流路面积稍微变化，也将流路面积大约是最小的部分整体认为是喉部25。
微细气泡生成喷嘴2还具有：与喉部25连续地设置、且与加压液喷出口22分离地包围加压液喷出口22的周围的扩大部27；以及设于扩大部27的端部的扩大部开口28。加压液喷出口22和扩大部开口28之间的流路29是设于加压液喷出口22的外部的流路，以下，称为“外部流路29”。外部流路29的流路截面以及扩大部开口28是大致圆形，外部流路 29的流路面积大致是一定的。外部流路29的直径大于喉部25的直径(即，加压液喷出口 22的直径)。
在以下的说明中，将扩大部27的内周面的加压液喷出口22侧的边缘和加压液喷出口 22的边缘之间的圆环状的面称为“喷出口端面221”。本实施方式中，喷嘴流路20以及外部流路29的中心轴J2和喷出口端面221所构成的角度是大约90°。另外，外部流路29的直径是10mm～20mm，外部流路29的长度与外部流路29的直径大致相等。可以认为，在微细气泡生成喷嘴2的与加压液流入口21相反侧的端部形成有外部流路29，外部流路29 是凹部，该凹部的底部形成有加压液喷出口22，加压液喷出口22是比该底部小的开口。在扩大部27，加压液喷出口22和液储存部45内的对象液90之间的加压液71的流路面积扩大。
在微细气泡生成喷嘴2，从加压液流入口21流入喷嘴流路20的加压液71，一边在锥面部24被渐渐地加速一边向喉部25流动，通过喉部25而作为喷流从加压液喷出口22喷出。喉部25中的加压液71的流速最好是每秒10m～30m，在本实施方式中，大约是每秒20m。在喉部25，由于加压液71的静压降低，加压液71中的气体过饱和而在液体中作为微细气泡析出。微细气泡与加压液71一起通过扩大部27的外部流路29而向液储存部45中的对象液90中扩散。在微细气泡生成喷嘴2，在加压液71通过外部流路29期间也产生微细气泡的析出。在微细气泡生成喷嘴2生成的微细气泡是直径不足1μm的微细气泡。此外，在停止从微细气泡生成喷嘴2喷出液体以及微细气泡的情况下，外部流路29被对象液90充满。
如上说明那样，在微细气泡生成喷嘴2，通过设置流路面积向加压液71的流动方向逐渐减小的锥面部24以及在喷嘴流路20中流路面积最小的喉部25，从而能够稳定地大量生成微细气泡，特别是直径不足1μm的微细气泡。在利用NanoSight公司(NanoSight Limited)的LM10以及LM20进行的测量中，通过微细气泡生成喷嘴2，直径以大约100nm为中心而在不足1μm的范围内分布的微细气泡，在每1mL(毫升)的对象液90中生成了1亿个以上。该值是不使对象液循环地进行生成的情况下的个数。以下说明中，将由微细气泡生成喷嘴2生成的每1mL中的微细气泡的个数，称为“微细气泡的生成密度”。实际上，通过使对象液多次循环，微细气泡的生成密度上升。
在微细气泡生成喷嘴2，通过设置包围加压液喷出口22周围的扩大部27，从而能够抑制液储存部45内的对象液90的流动对刚从加压液喷出口22喷出的加压液71施加影响。由此，在刚从加压液喷出口22喷出的加压液71中，也能够稳定地进行微细气泡的析出，因此，能够更加稳定地大量生成微细气泡。
如上述那样，在微细气泡生成喷嘴2，锥面部24的内表面是以喷嘴流路20的中心轴J2为中心的圆锥面的一部分，在包含中心轴J2的截面中，锥面部24的内表面所构成的角度α是90°以下。由此，能够更加稳定地大量生成微细气泡。另外，从维持微细气泡生成喷嘴2的导入部23以及喉部25的直径的同时将微细气泡生成喷嘴2的长度做短的观点看，锥面部24的内表面所构成的角度α最好是10°以上。
在微细气泡生成喷嘴2，喉部25的长度是喉部25的直径的1.1倍以上10倍以下。通过使喉部25的长度是直径的1.1倍以上，能够更稳定地大量生成微细气泡。例如，喉部25 的长度是直径的0.53倍时的微细气泡的生成密度(非循环时)大约是5600万个，与此相对，喉部25的长度是直径的1.57倍时的微细气泡的生成密度大约是11000万个。另外，通过使喉部25的长度是直径的10倍以下，能够防止在喉部25中对加压液71产生的阻力变得过大，并且也能容易地进行喉部25的高精度形成。从更稳定地大量生成微细气泡的观点看，喉部25的长度更好的是直径的1.5倍以上2倍以下。
作为由微细气泡液生成部11生成的初期液体91，最好是每1mL含有2000万个以上微细气泡的液体。在初期液体91的阶段，以微细气泡的生成密度高为佳，因此，在初期液体91中，更好的是每1mL含有1亿个以上微细气泡。
图6是表示汽化部12的结构的图。汽化部12具有：注入有初期液体91的汽化容器51，对汽化容器51进行加热的加热部52，以及减压部53。加热部52具有：加热器521、加热容器522、温度调整部523以及温度计524。在加热容器522中预先储存有水等液体。汽化容器51浸泡于加热容器522内的液体。实际上，还设有旋转部，该旋转部使汽化容器51 在加热容器522内旋转。加热容器522中配置有对液体的温度进行测定的温度计524。温度调整部523参照来自温度计524的测定值而对加热器521的发热进行控制。由此，汽化容器51的温度被保持为一定。减压部53将汽化容器51的内部减压到设定的压力。
当初期液体91被注入汽化容器51，则汽化容器51开始旋转，进一步，通过减压部53对初期液体91的周围进行减压，并通过加热部52对初期液体91进行加热。在最初阶段，汽化容器51内的压力设定为大于目标值的值。例如，汽化容器51内维持于150mbar，60℃。在汽化容器51内，从初期液体91产生脱气。其后，压力被设定为目标值，例如，70mbar。初期液体91的周围刚被减压至70mbar时，虽然产生少许沸腾，但不久变得不产生沸腾。
通过维持上述压力以及温度，继续不沸腾地进行初期液体91的汽化。初期液体91的体积渐渐减少，获得高密度微细气泡液92。虽然不清楚微细气泡的密度因使水不沸腾地进行汽化而上升的理由，但是通过上述方法，能够容易地获得以往无法得到的高密度微细气泡液。另外，能够通过减压以及加热而更高效地进行汽化。
接着，对证明通过汽化能够获得高密度微细气泡液的实验结果，进行说明。
图7是表示使初期液体汽化时的微细气泡的密度变化的图表。菱形的点表示测定值。虚线表示，假设微细气泡的全体数量不产生变化的情况下，由液体体积的减少造成的微细气泡的密度增加的理论值。测定和理论值非常一致。由此可以判定，即使使含有微细气泡的液体汽化而使体积减少，微细气泡的总数也不减少。另外，也可以判定，能够容易地获得每1mL超过100亿个的高密度微细气泡液。此外，以超纯水进行200倍稀释，而后使用NanoSight公司的NS500来进行测定。
图8.A是表示由NanoSight公司的上述装置测定的初期液体的测定结果的图表，图8.B 是表示浓缩后的测定结果的图表。在上述装置中，通过动态光散射法来进行测定。符号61 表示气泡直径和每单位体积的个数(密度)的关系，符号62表示对于气泡直径的累积个数。为了使这些图表的高度成为相等而对纵坐标轴做了少许调整。从这些图表的形状大致相同也可推定，即使使含有微细气泡的水汽化，微细气泡的总数也大致不变。
图9.A是测定出有37亿个/mL的微细气泡存在的阶段中的微细气泡的图像。通过在稀释液体后照射激光，能够直接观测微细气泡的布朗运动。图9.B是在测定出有110亿个/mL的微细气泡存在的阶段，将液体同样地稀释而得到的微细气泡的图像。从这些图像中，也可以确认微细气泡的密度增加。
图10是表示由激光衍射·散射光法测定的测定结果的图表。在该测定方法中，能够不稀释而对微细气泡的密度进行测定。与传感器的元件编号66～70对应的值是由微细气泡的数量引起的输出值。在该测定结果中，通过将初期液体10倍浓缩，输出值也成为大约10倍。其结果判明，即使初期液体91的一部分汽化，微细气泡的总数也不产生大的减少。
图11是表示高密度微细气泡液生成装置1的其他例子的图。微细气泡液的生成流程与图2相同。
图11的高密度微细气泡液生成装置1包含：微细气泡液生成部11、过滤部15、第1储存部13以及第2储存部14。微细气泡液生成部11与图1同样地生成初期液体91(步骤S11)。然后，设定目标密度(步骤S12)，测定初期液体91的气泡密度(步骤S13)。在初期液体 91的气泡密度不足目标密度的情况下(步骤S14)，初期液体91从第1储存部13被导入过滤部15，在第2储存部14得到高密度微细气泡液92(步骤S15)。在初期液体91的气泡密度是目标密度以上的情况下，在初期液体91中加入不含微细气泡的液体，获得目标密度的微细气泡液(步骤S16)。在该情况下，不利用过滤部15。准确而言，在初期液体91的气泡密度和目标密度的差在允许范围内的情况下，不执行步骤S15及S16。
图12是表示过滤部15的图。过滤部15具有：第1导入路711、第2导入路712、后方排出路719、第1过滤器721以及第2过滤器722。第1过滤器721以及第2过滤器722是过滤装置，例如是膜片过滤器、单孔膜、超精密过滤装置、精密过滤膜、逆浸透膜(图13 的过滤器721～723也是同样)。作为过滤器的特性，例如，第1过滤器721不使直径大于200nm 的微细气泡通过，使其他的微细气泡通过。第2过滤器722不使直径大于60nm的微细气泡通过，使其他的微细气泡通过。
在第1导入路711连接有无用气泡排出路739和第1清洗流出路731。在第2导入路712连接有微细气泡液排出路741、第1清洗流入路732以及第2清洗流出路733。在后方排出路719连接有第2清洗流入路734。
在无用气泡排出路739、第1清洗流出路731、第1清洗流入路732、第2清洗流出路733以及第2清洗流入路734分别设有阀759、751～753。在微细气泡液排出路741设有节流阀761。阀759、751～753在通常状态下关闭。
初期液体91从第1储存部13经由第1导入路711被导向第1过滤器721。在第1过滤器721，直径大的微细气泡不透过，仅直径小的微细气泡透过第1过滤器721而被导向第2 导入路712。直径大的微细气泡移动向无用气泡排出路739。无用气泡排出路739上的阀759 定期打开，将积蓄于无用气泡排出路739的气体排出。
透过第1过滤器721的初期液体91由第2导入路712而被导向第2过滤器722。第2 过滤器722的过滤粒度小于第1过滤器721的过滤粒度。在第2过滤器722，大多的微细气泡不透过，几乎仅液体透过。此外，过滤器的过滤粒度和透过过滤器的微细气泡直径不一定一致。
初期液体91的一部分透过第2过滤器722后的初期液体91的剩余部分，与微细气泡一起被导向微细气泡液排出路741。其结果，从微细气泡液排出路741向第2储存部14排出直径60nm～200nm的高密度微细气泡液。如图8.A所示，在本实施方式的微细气泡液生成部11中，直径60nm～200nm范围的微细气泡生成得最多，因而高密度微细气泡液的气泡密度变得极高。
透过第2过滤器722的液体从后方排出路719排出。来自后方排出路719的液体，根据需要，也可作为含有超微细气泡的液体被获取。在此，通过调整节流阀761的开度，控制透过第2过滤器722的液体的流量。由此，实现对高密度微细气泡液中的微细气泡的密度进行控制以达目标密度。具体而言，以一定间隔对高密度微细气泡液的气泡密度进行测定，根据测定结果适当调整节流阀761的开度。
在过滤部15，定期进行过滤器的清洗。在清洗第1过滤器721时，关闭第1导入路711的入口以及后方排出路719的出口，进一步，打开第1清洗流出路731以及第1清洗流入路732的阀751、752，关闭其他阀。清洗用的液体(例如，纯水)从第1清洗流入路732 流向第1清洗流出路731，由此，附着于第1过滤器721的物质从第1清洗流出路731排出。
同样地，在清洗第2过滤器722时，关闭第1导入路711的入口以及后方排出路719的出口，进一步，打开第2清洗流出路733以及第2清洗流入路734的阀753、754，关闭其他阀。清洗用的液体从第2清洗流入路734流向第2清洗流出路733，由此，附着于第2 过滤器722的物质从第2清洗流出路733排出。
在过滤部15，通过利用过滤器，能够容易且廉价地生成微细气泡密度高的液体。
图13是表示过滤部15的其他例子的图。在过滤部15，获得含有大小互相不同的微细气泡的多种类的高密度微细气泡液。在图13的例子中，在3个第2储存部14(省略图示) 分别获得含有3种大小的微细气泡的高密度微细气泡液。
过滤部15具有：第1导入路711、第2导入路712、第3导入路713、后方排出路719、第1过滤器721、第2过滤器722以及第3过滤器723。第1过滤器721、第2过滤器722以及第3过滤器723是过滤装置。例如，第1过滤器721不使直径大于500nm的微细气泡通过，使其他的微细气泡通过。第2过滤器722不使直径大于200nm的微细气泡通过，使其他的微细气泡通过。第3过滤器723不使直径大于60nm的微细气泡通过，使其他的微细气泡通过。
第1导入路711连接有第1清洗流出路731和第1微细气泡液排出路741。第2导入路712连接有第1清洗流入路732、第2清洗流出路733以及第2微细气泡液排出路742。第 3导入路713连接有第2清洗流入路734、第3清洗流出路735以及第3微细气泡液排出路 743。后方排出路719连接有第3清洗流入路736。
在第1清洗流出路731、第1清洗流入路732、第2清洗流出路733、第2清洗流入路734、第3清洗流出路735以及第3清洗流入路736分别设有阀751～756。在第1微细气泡液排出路741、第2微细气泡液排出路742以及第3微细气泡液排出路743分别设有节流阀761～763。阀751～756在通常状态下关闭。
初期液体91从第1储存部13经由第1导入路711而被导向第1过滤器721。在第1过滤器721，直径大的微细气泡不透过，仅直径小的微细气泡透过第1过滤器721而被导向第 2导入路712。初期液体91的一部分透过第1过滤器721后的初期液体91的剩余部分与微细气泡一起被导向第1微细气泡液排出路741。其结果，从第1微细气泡液排出路741排出高密度微细气泡液。
透过第1过滤器721的初期液体91(以下，称为“滤液”)，通过第2导入路712而被导向第2过滤器722。第2过滤器722的过滤粒度小于第1过滤器721的过滤粒度。在第2 过滤器722，直径相对大的微细气泡不透过。来自第1过滤器721的滤液的一部分透过第2 过滤器722后的滤液的剩余部分与微细气泡一起被导向第2微细气泡液排出路742。其结果，从第2微细气泡液排出路742排出高密度微细气泡液。
透过第2过滤器722后的滤液，通过第3导入路713被导向第3过滤器723。第3过滤器723的过滤粒度比第2过滤器722的过滤粒度小。在第3过滤器723，大多的微细气泡不透过，几乎仅液体透过。滤液的一部分透过第3过滤器723后的滤液的剩余部分与微细气泡一起被导向第3微细气泡液排出路743。其结果，从第3微细气泡液排出路743排出高密度微细气泡液。
透过第3过滤器723的液体从后方排出路719排出。来自后方排出路719的液体，有必要时，也可作为含有超微细气泡的液体而被获取。通过上述作用，从第1微细气泡液排出路741排出含有最大的微细气泡的高密度微细气泡液，从第2微细气泡液排出路742排出含有第二大的微细气泡的高密度微细气泡液，从第3微细气泡液排出路743排出含有最小的微细气泡的高密度微细气泡液。这些高密度微细气泡液分别被储存于3个第2储存部 14。
在此，通过调整节流阀761～763的开度，控制透过第1至第3过滤器721～723的液体的流量。由此，实现对各高密度微细气泡液中的微细气泡的密度进行控制。此外，与图12的情况同样地，也可进一步在前段设置过滤器，从无用气泡排出路预先去除直径非常大的无用微细气泡。
在过滤部15定期地进行过滤器的清洗。与图12的情况同样地，在清洗第1过滤器721 时，关闭第1导入路711的入口以及后方排出路719的出口，进一步，打开第1清洗流出路731以及第1清洗流入路732的阀751、752，关闭其他的阀。清洗用的液体(例如，纯水)从第1清洗流入路732流向第1清洗流出路731，由此，从第1清洗流出路731排出附着于第1过滤器721的物质。
同样地，在清洗第2过滤器722时，打开第2清洗流出路733以及第2清洗流入路734的阀753、754，关闭其他的阀。清洗用的液体从第2清洗流入路734流向第2清洗流出路 733。在清洗第3过滤器723时，打开第3清洗流出路735以及第3清洗流入路736的阀755、 756，关闭其他的阀。清洗用的液体从第3清洗流入路736流向第3清洗流出路735。
在过滤部15，通过利用过滤器，能够容易且廉价地生成以高密度含有期望大小的微细气泡的液体。
以上，对高密度微细气泡生成装置以及微细气泡生成方法进行了说明，但是该技术可进行各种各样的变形。
在混合喷嘴31与气体混合的液体，不限于完全的水，也可以是以水为主成分的液体。例如，也可以是添加有添加物或不挥发性液体的水。另外，液体也可考虑利用乙醇等。形成微细气泡的气体不限定于空气，也可使用氮气或其他气体。当然，需要是相对于液体不溶性或难溶性的气体。
微细气泡液生成部11的构造可进行各种各样的变化，进一步，也可使用不同结构。例如，微细气泡生成喷嘴2，也可具有多个加压液喷出口22。也可在微细气泡生成喷嘴2和加圧液生成部3之间设置压力调整阀，将施加于微细气泡生成喷嘴2的压力高精度地维持为一定。加压液生成容器32的流路的截面形状也可是圆形。在气体和液体混合时，也可利用机械搅拌等的其他手段。
初期液体91也可购入或由他人供给。初期液体91的生成和浓缩也可在地理上分开的场所进行。在该情况下，在高密度微细气泡液生成装置1中不需要微细气泡液生成部11。
微细气泡的密度虽然通过液体的汽化而变高，但最好避免液体的沸腾。但是，无需完全避免沸腾，只要抑制微细气泡的消失，可允许少许沸腾。例如，也可在液体汽化所需时间的一段时间，或者，在液体的极少一部分产生沸腾。换言之，在步骤S15，通过使初期液体91的一部分不沸腾地汽化，得到高密度微细气泡液92。
在过滤部15也可使用过滤粒度不同的4个以上的过滤器。根据初期液体91的品质，也可如图13那样适当省略无用气泡排出路739。
在过滤部15，无需使初期液体91流动地向过滤器供给初期液体91。例如，在储存部的下部设置过滤器，将初期液体91储存于储存部。通过使初期液体91的一部分透过过滤器而在过滤器上得到高密度微细气泡液。
高密度微细气泡液，可用于迄今为止对以往的微细气泡液提出的各种用途。也可用于新的领域，预想的使用领域是涉及多方面的。例如，食品、饮料、化妆品、药品、医疗、植物栽培、半导体装置、平板显示器、电子器械、太阳电池、二次电池、新功能材料以及放射性物质去除等。另外，通过在输送目的地对高密度微细气泡液进行稀释，能够削减含有微细气泡的液体的输送成本。
上述实施方式以及各变形例中的结构，只要互相不矛盾可以进行适当组合。
详细地描写且说明了发明，但已述说明是例示性的而不是限定性的。因此，只要不脱离本发明的范围，认为可有多种变形和多种方式。

Claims (8)

1.一种高密度微细气泡液生成方法，其特征在于，具有：
工序a：准备初期液体，所述初期液体是微细气泡液，每1mL的该微细气泡液含有2000万个以上的直径不足1μm的微细气泡，该微细气泡液中的直径60nm～200nm范围的微细气泡最多；以及
工序b：使所述微细气泡液的一部分透过过滤装置而排出，获得高密度微细气泡液，该高密度微细气泡液是该微细气泡液的剩余部分，所述过滤装置不使直径大于60nm的微细气泡通过，
在所述工序b中，对透过所述过滤装置的液体的流量进行控制，以使得所述高密度微细气泡液中的微细气泡的密度达到目标密度。
2.如权利要求1所述的高密度微细气泡液生成方法，其特征在于，
在所述工序a与所述工序b之间，进一步具有：
工序c：使所述微细气泡液的一部分透过比所述过滤装置的过滤粒度大的其他的过滤装置而导向所述过滤装置，并且获得该微细气泡液的剩余部分。
3.如权利要求2所述的高密度微细气泡液生成方法，其特征在于，
所述其他的过滤装置不使直径大于200nm的微细气泡通过。
4.如权利要求1～3中任一项所述的高密度微细气泡液生成方法，其特征在于，
所述工序a包含生成所述初期液体的工序。
5.一种高密度微细气泡液生成装置，其特征在于，具有：
储存部，该储存部储存初期液体，所述初期液体是微细气泡液，每1mL的该微细气泡液含有2000万个以上的直径不足1μm的微细气泡，该微细气泡液中的直径60nm～200nm范围的微细气泡最多；以及
过滤部，所述初期液体被导向该过滤部，
所述过滤部具有：
过滤装置，该过滤装置不使直径大于60nm的微细气泡通过；
导入路，该导入路将所述微细气泡液导向所述过滤装置；
排出路，该排出路将透过所述过滤装置的该微细气泡液的一部分排出；
其他的排出路，该其他的排出路将高密度微细气泡液排出，该高密度微细气泡液是将所述一部分排出后的该微细气泡液的剩余部分；以及
开度可调整的节流阀，该节流阀设置于所述其他的排出路，
使用所述节流阀对透过所述过滤装置的液体的流量进行控制，以使得所述高密度微细气泡液中的微细气泡的密度达到目标密度。
6.如权利要求5所述的高密度微细气泡液生成装置，其特征在于，
所述过滤部进一步具有：
其他的过滤装置，该其他的过滤装置的过滤粒度大于所述过滤装置；
其他的导入路，该其他的导入路将微细气泡液导向所述其他的过滤装置；以及
另外的排出路，该另外的排出路将未透过所述其他的过滤装置的该微细气泡液的剩余部分排出，
透过了所述其他的过滤装置的该微细气泡液的一部分通过所述导入路被导入所述过滤装置。
7.如权利要求6所述的高密度微细气泡液生成装置，其特征在于，
所述其他的过滤装置不使直径大于200nm的微细气泡通过。
8.如权利要求5～7中任一项所述的高密度微细气泡液生成装置，其特征在于，
进一步具有生成所述初期液体的微细气泡液生成部。
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