CN111148578A - 含超细气泡的液体的制造设备和制造方法 - Google Patents

含超细气泡的液体的制造设备和制造方法 Download PDF

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CN111148578A CN201880055619.9A CN201880055619A CN111148578A CN 111148578 A CN111148578 A CN 111148578A CN 201880055619 A CN201880055619 A CN 201880055619A CN 111148578 A CN111148578 A CN 111148578A
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高桥健治
久保田雅彦
中泽郁郎
山田显季
棚桥信尚
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Abstract

本公开涉及一种含UFB的液体的制造设备(1),包括具有热能产生元件(208)的液体喷射单元(10);用于将液体引导到所述热能产生元件的流路(14);构造成驱动所述热能产生元件的驱动单元;以及喷射开口(11)。含UFB的液体的制造设备还包括构造成收集从所述喷射开口喷射的液体的收集单元(30)。此时,所述驱动单元驱动所述热能产生元件以引起引导到所述流路的液体中的膜状沸腾,并且引起包含由所述膜状沸腾产生的超细气泡的液体从所述喷射开口喷射。

Description

含超细气泡的液体的制造设备和制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造包含细气泡,具体地直径小于1.0μm的超细气泡的液体的设备和方法。
背景技术
近年来,已经开发了应用细气泡(例如具有微米级直径的微米气泡和具有纳米级直径的纳米气泡)的特性的技术。具体地,在各个领域中已经确认直径小于1.0μm的超细气泡(以下也称为“UFB”)的益处,并且对具有高纯度的含UFB的液体的需求日益增加。
PTL 1公开通过借助于加压溶解方法使气体经受加压溶解以产生加压液体并从喷嘴喷射成股的加压液体而产生细气泡的设备。PTL 2公开通过借助于混合单元反复进行液气混合物的分流和合流而产生细气泡的设备。
专利文献
PTL 1:日本专利特开No.6118544
PTL 2:日本专利特开No.4456176
发明内容
技术问题
然而,如果含UFB的液体通过使用PTL 1或PTL 2来制造,则还会产生大量具有毫米级直径的毫米气泡和具有微米级直径的微米气泡。为此,为了提高UFB的纯度,需要在制造后静置含气泡的液体,并且等待毫米气泡和微米气泡由于浮力漂浮到空中或由于在水中破裂而消失。然而,已经确认,UFB本身也由于此时与毫米气泡和微米气泡混合而逐渐消失。
此外,在PTL 1中公开的设备中,液体需要具有0.5MPa至0.6MPa之间的高压,并且在PTL 2中公开的设备中,液体需要具有约30atm的高压,其中流路也很复杂。换句话说,为了通过使用PTL 1或PTL 2制造含UFB的液体,需要具有大功率消耗的大型复杂设备,并且需要较长的时间来获得具有高纯度的含UFB的液体。
已经做出本发明以解决上述问题。因此,本发明的目的是提供具有相对小的且简单的构造并且能够在较短的时间内制造具有高纯度的含UFB的液体的含UFB的液体的制造设备及其方法。
技术方案
因此,本发明的特征在于包括一种液体喷射单元,所述液体喷射单元具有热能产生元件;流路,所述流路用于将液体引导到所述热能产生元件;驱动单元,所述驱动单元构造成驱动所述热能产生元件并且引起引导到所述流路的液体中的膜状沸腾;以及喷射开口,所述喷射开口用于喷射包含由所述膜状沸腾产生的超细气泡的液体;以及收集单元,所述收集单元构造成收集从所述喷射开口喷射的液体。
发明的有利效果
根据本发明,通过相对较小且简单的构造,可以在短时间内制造具有高纯度的含UFB的液体。
参考附图,根据示例性实施例的以下描述,本发明的其他特征将变得显而易见。
附图说明
图1A是示出加热电阻器基板和UFB产生机构的图;
图1B是示出加热电阻器基板和UFB产生机构的图;
图2A是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图2B是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图2C是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图2D是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图2E是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图2F是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图3A是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图3B是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图3C是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图3D是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图3E是示出通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图;
图4A是示出在第一实施例中使用的含UFB的液体的制造设备和液体喷射单元的示意性构造图;
图4B是示出在第一实施例中使用的含UFB的液体的制造设备和液体喷射单元的示意性构造图;
图5是用于说明第一实施例中的控制构造的框图;
图6是示出存在于液体中的气泡的粒度频率分布的图;
图7A是示出在变型例1中使用的液体喷射单元和收集容器的示意图;
图7B是示出在变型例1中使用的液体喷射单元和收集容器的示意图;
图8A是示出在变型例2中使用的液体喷射单元和收集容器的示意图;
图8B是示出在变型例2中使用的液体喷射单元和收集容器的示意图;
图8C是示出在变型例2中使用的液体喷射单元和收集容器的示意图;
图9A是示出其中设置循环系统的变型例3的图;
图9B是示出其中设置循环系统的变型例3的图;
图10A是示出其中提供配制含UFB的液体的功能的变型例4的图;
图10B是示出其中提供配制含UFB的液体的功能的变型例4的图;
图10C是示出其中提供配制含UFB的液体的功能的变型例4的图;
图10D是示出其中提供配制含UFB的液体的功能的变型例4的图;
图11A是示出其中设置温度湿度控制机构的变型例5的图;
图11B是示出其中设置温度湿度控制机构的变型例5的图;
图12A是在第二实施例中使用的含UFB的液体的制造设备的内部构造图;
图12B是在第二实施例中使用的含UFB的液体的制造设备的内部构造图;
图13A是示出第二实施例的收集容器的另一个实施例的图;
图13B是示出第二实施例的收集容器的另一个实施例的图;
图14是用于说明第二实施例中的控制构造的框图;
图15A是示出测试实验的图;
图15B是示出测试实验的表;
图16A是示出测试实验的图;
图16B是示出测试实验的表;
图17A是示出第二实施例中的收集方法的另一个示例的图;
图17B是示出第二实施例中的收集方法的另一个示例的图;
图18A是具有片材输送机构的含UFB的液体的制造设备的内部构造图;
图18B是具有片材输送机构的含UFB的液体的制造设备的内部构造图;
图18C是具有片材输送机构的含UFB的液体的制造设备的内部构造图;
图19A是示出液体喷射单元的温度与溶解气体量之间的关系的图和示出控制方法的示例的图;
图19B是示出液体喷射单元的温度与溶解气体量之间的关系的图和示出控制方法的示例的图;
图20A是示出在使用控制方法1的情况下用于收集含UFB的液体和喷射数据的方法的图;
图20B是示出在使用控制方法1的情况下用于收集含UFB的液体和喷射数据的方法的图;
图20C是示出在使用控制方法1的情况下用于收集含UFB的液体和喷射数据的方法的图;
图21A是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图21B是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图22A是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图22B是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图22C是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图22D是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图22E是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图22F是示出在使用控制方法2的情况下的喷射数据的图;
图23A是在第三实施例中使用的液体喷射单元和设备的内部构造图;
图23B是在第三实施例中使用的液体喷射单元和设备的内部构造图;并且
图24是用于说明另一个实施例中的控制构造的框图。
具体实施方式
图1A是可以在本发明中用于制造含UFB的液体的加热电阻器基板的示例的剖视图。在加热电阻器基板200中,作为储热层的热氧化膜202和也用作储热层的夹层膜203按此顺序层叠在硅基板201的表面上。对于夹层膜203,使用SiO膜、SiN膜等。在夹层膜203的表面的一部分上形成电阻层204,并且此外,在电阻层204的表面的一部分上形成配线205。对于电阻层204,使用TaSiN、WSiN等,并且对于配线205,使用由Al、Ai-Si、Al-Cu等组成的铝合金配线。
形成由SiN、SiO等组成的保护层206以便覆盖配线205、电阻层204和夹层膜203。此外,在保护层206的对应于热作用部分208的区域中及其周围的表面上,形成抗气穴膜207以保护保护层206免受热作用部分208上的化学和物理影响。对于抗气穴膜207,使用选自Ta、Fe、Ni、Cr、Ru、Zr、Ir等的金属。
在这种构造中,如果电压在配线205的两端施加以使电流流过配线205,则电流在不具有配线205的区域中流过电阻层204,并且电阻层204被加热。即,与热作用部分208相对应的不具有配线205的区域用作加热电阻器基板200上的热能产生元件208。
图1B是示出使用加热电阻器基板200的UFB产生机构的图。在图中,从左开始按时间顺序示出如下情况,其中在加热电阻器基板200的表面上提供液体,并且电压施加到热能产生元件208(以下简称为加热器208)一段预定的时间。
当加热器208通过施加电压突然产生热量时,通过与加热器208接触的液体中的膜状沸腾而产生气泡920。气泡920随着加热器208的表面的温度增加而增长,但是气泡920在某个点处停止增长,因为内部负压也与气泡920的体积的增加一起增加。如果在气泡达到其最大体积之前停止施加电压,则加热器208的温度降低,气泡920开始收缩,并且液体再次与加热器208的表面接触,由此气泡920消失。在消失时,发生两次气穴:由收缩的气泡920与加热器208之间的接触引起的第一气穴(冲击),以及在第一气穴之后残留的小气泡940以火花的形式消失的第二气穴。
作为本发明人的测试的结果,已经确认如上所述的驱动加热器引起尺寸小于1.0μm的气泡(所谓的超细气泡,UFB)在液体中产生。推定是通过由加热器208加热的液体中的膜状沸腾,溶解在所得的液体中的气体成分作为大量UFB出现。此外,已经确认,自制造含UFB的液体以来尺寸大于UFB的气泡(例如毫米气泡和微米气泡)已经显著少于UFB,并且自制造经过三个月后剩余的UFB的数量几乎没有改变。换句话说,使用膜状沸腾使气泡形成、增长、收缩和消失允许以相对简单的构造并且在较短的时间内制造具有高纯度的含UFB的液体。另外,如果含UFB的液体可以通过使用气泡的生长和收缩而喷射到外部,则可以连续地制造并收集具有期望纯度的含UFB的液体。
图2A至图2F是用于说明通过使用膜状沸腾来喷射含UFB的液体的机构的图。图2A至图2F是通过将流路构件13进一步层叠在参考图1A和图1B描述的加热电阻器基板200上而构造的液体喷射机构的剖视图。用于将液体引导到加热器208的流路14设置在流路构件13的内部,并且与大气连通的喷射开口11形成在与加热器208相对的位置中。
在图中仅示出一个加热器208,但是多个加热器208可以以预定的间距布置在加热电阻器基板200上,并且为加热器208中的每一个准备一个流路14和一个喷射开口11。多个流路14连接到用于共同将液体供应到流路14的共用液室(未示出),并且共用液室中的液体通过流路14的毛细力被引导到喷射开口11。被引导的液体在喷射开口11附近形成凹弯月面。
如果施加电压并且加热器208产生热量,则发生膜状沸腾并且产生气泡920(图2A)。此时,加热器208的温度已经达到300℃或更高。随着温度增加,气泡920变得更大,并且液体变为将要从喷射开口11挤出的状态(图2B)。如果在气泡920增长到一定尺寸时的时刻停止施加电压,则由于内部负压,气泡迅速收缩。然而,由于从喷射开口11延伸出的液体由于其惯性力趋于从喷射开口11被引导出,因此液体在喷射开口11附近分裂(图2C)。因此,喷射开口11外部的液体作为液滴喷射到大气中,而残留的液体在流路14的方向上返回(图2D)。
随后,气泡920收缩,并且在加热器208的表面上如参考图1B所述发生两次气穴。在喷射开口11附近,弯月面在伴随收缩的回复力与供应新液体的毛细力之间振动,并且很快变得稳定(图2E、图2F)。在加热器的每次驱动中,即,通过如上所述的气泡形成、增长、收缩和消失的一个循环的过程,UFB在流路14内部产生,并且包含UFB的液体通过加热器的随后驱动而从喷射开口11喷射。
图3A至图3E是用于说明与图2A至图2F不同的喷射方法的图。图3A和图3B中的过程基本上与图2A和图2B中的过程相同。在本方法中,如图3C所示,气泡920的体积增加,直到气泡920部分地从喷射开口11延伸出。即,调节电压、电压施加时间、加热器的尺寸、液体粘度、流路的高度等,使得气泡920的最大体积超过喷射开口11。因此,在液体中,增长的气泡920从喷射开口11延伸出,并且气泡920中的气体与大气连通。该连通允许液滴930从喷射开口11喷射(图3D)。
之后,气泡920收缩,并且在加热器208的表面上如参考图1B所述发生两次气穴。在喷射开口11附近,弯月面比图2A至图2F中所示的情况更快稳定,并且大量的UFB产生在流路14中(图3E)。此后,通过加热器的随后驱动,含UFB的液体从喷射开口11喷射。
应当注意,图2A至图2F和图3A至图3E示出每个喷射开口11布置在与加热器208相对的位置中的方面,但是本发明不限于这些方面。例如,喷射开口11可以设置在流路14的端部上,并且液体供应的方向和液滴930喷射的方向在加热器208中可以相同。此外,气泡增长的方向可以与液滴喷射的方向相反,或者加热器208可以中空的方式设置在液体流路中。在任一种情况下,在将液体供应到加热器208的表面的同时周期性地将电压施加到加热器208允许气泡伴随着在加热器208的表面上的膜状沸腾而重复进行形成、增长、收缩和消失,由此具有高纯度的含UFB的液体可以从喷射开口11喷射到外部。换句话说,通过驱动加热器208在液体中立即达到约300℃或更高的温度,气泡通过膜状沸腾而在加热器208的表面上产生,并且可以产生具有高纯度的含UFB的液体。
在本发明中可以用于制造含UFB的液体的液体的示例包括:纯水、离子交换水、蒸馏水、生物活性水、磁水、洗剂、自来水、海水、河水、清洁水和废水、湖水、地下水、雨水及其液体混合物。此外,可以使用水和水溶性有机溶剂的混合溶剂。与水混合使用的水溶性有机溶剂没有特别限制,而是例如,可以具体使用以下:具有1到4个碳原子的烷基醇,例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇;酰胺,例如N-甲基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺;酮或酮醇,例如丙酮和双丙酮醇;环醚,例如四氢呋喃和二恶烷;二醇,例如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,2-己二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二甘醇、三甘醇和硫代二甘醇;多元醇的低级烷基醚,例如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇甲醚、二甘醇一乙醚、二甘醇一丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇乙醚和三乙二醇丁基醚;聚亚烷基二醇,例如聚乙二醇和聚丙二醇;三醇,例如甘油;1,2,6-己三醇和三羟甲基丙烷。这些水溶性有机溶剂可以单独或组合使用。
第一实施例
图4A和图4B是示出在第一实施例中使用的含超细气泡的液体的制造设备1(以下简称为“设备”)和液体喷射单元10的示意性构造图。本实施例的含UFB的液体的制造设备1主要由液体喷射单元10、箱20、收集容器30和充当用于容纳部件的外部部分的壳体40组成。容纳在箱20中的液体供应到液体喷射单元10,由液体喷射单元10在Z方向上作为液滴喷射,并且由收集容器30收集。
图4B是示出如从喷射开口表面的侧面观察的液体喷射单元10的图。在液体喷射单元10上,用于喷射液体的768个喷射开口11以1200dpi(点/英寸)的密度布置在Y方向上。液体喷射单元10通过上述方法引起从箱20供应的液体中的膜状沸腾,并且通过使用产生的气泡的增长能量从每个喷射开口11在Z方向上喷射液滴。所喷射的液滴包含大量的UFB,并且由布置在液体喷射单元10下方的收集容器30收集。
在本实施例中使用的收集容器30是直径为2cm并且高度为2cm的圆柱形玻璃容器,并且在其约5mm的上部部分上设置有用于旋拧盖的螺旋槽31。因此,在预定量的含UFB的液体存储在收集容器30中之后,如果收集容器30从设备1移除并且用盖(未示出)覆盖,则可以密封住收集容器30的内部并且携带收集容器30。
为了有效地收集含UFB的液体,优选的是作为收集容器30的开口的收集端口比液体喷射单元10的喷射开口11布置在其上的喷射开口表面宽,并且距喷射开口表面的距离优选地尽可能短。同样在收集容器30的内部底表面上,距喷射开口表面的距离优选地尽可能短。更具体地,优选的是,喷射开口表面与收集端口之间的距离为50mm或更小,并且喷射开口表面与底表面之间的距离为100mm或更小。在本实施例中,喷射开口表面与收集端口之间的距离设定为5mm,并且喷射开口表面与底表面之间的距离设定为25mm。
应当注意,通过示例的方式,已经描述通过旋拧盖而覆盖收集容器30的方面,但是密封收集容器30的方面不限于此。例如,可以采用各种方面,例如将弹性盖压入收集端口的方面、热焊接收集端口的方面、通过使用例如拉链的装置密封收集端口的方面等。
图5是用于说明本实施例的含UFB的液体的制造设备1的控制构造的框图。外部连接到含UFB的液体的制造设备1的主机PC 300响应于用户指令生成用于驱动含UFB的液体的制造设备1的数据,控制驱动状态,并且向用户呈现含UFB的液体的制造设备1的状态。CPU301根据存储在HDD 303中的程序在使用RAM 302作为工作区的同时控制主机PC。显示器I/F 306是用于在显示器(未示出)上显示含UFB的液体的制造设备1的状态和用于驱动含UFB的液体的制造设备1的条件的接口。键盘鼠标I/F 305是用于从键盘或鼠标(未示出)接收用户命令的接口。数据传输I/F(接口)304是用于向含UFB的液体的制造设备1传送信息和从其接收信息的接口。
同时,在含UFB的液体的制造设备1中,CPU 311根据存储在ROM 313中的程序在使用RAM 312作为工作区的同时控制设备。数据传输I/F(接口)314是用于向主机PC 300传送信息和从其接收信息的接口。对于主机PC 300侧上的数据传输I/F 304与含UFB的液体的制造设备1侧上的数据传输I/F 314之间的连接系统,可以使用USB、IEEE1394、LAN等。
数据处理加速器316在来自CPU 311的指令下,对从主机PC 300接收并存储在RAM312中的数据执行预定的数据处理,并且生成喷射数据,使得液体喷射单元10可以执行喷射。数据处理加速器316由硬件构造,并且与CPU 311相比可以执行高速数据处理。如果CPU311在RAM 312中的预定的地址上写入数据处理所需的参数和处理之前的数据,则数据处理加速器316被激活以执行预定的数据处理。应当注意,在本实施例中,数据处理加速器316不是必需的构造。CPU 311可以替代地充当数据处理加速器316。
在来自CPU 311的指令下,喷射控制器315根据由数据处理加速器316生成并临时存储在RAM 312中的数据来驱动液体喷射单元10喷射液体。更具体地,一旦CPU 311在RAM312中的预定的地址上写入用于控制液体喷射单元10的控制参数和喷射数据,喷射控制器315就被激活,并且液体喷射单元10根据控制参数和喷射数据被驱动和控制。
将给出通过使用本实施例的含UFB的液体的制造设备1来制造含UFB的液体的操作以及所收集的含UFB的液体的测试结果的描述。首先,在主机PC 300中,生成用于喷射操作的数据,并且引起液体喷射单元10执行喷射操作。更具体地,包含纯水的箱20安装在液体喷射单元10上,并且以20KHz的驱动频率驱动全部768个喷嘴中的每一个。约5pl的液滴从每个喷射开口11以20KHz的频率喷射,并且在两分钟之后,收集容器30填充有含UFB的液体。此时,环境温度为25℃,并且环境湿度为60%。
在收集容器30从含UFB的液体的制造设备1移除并且其盖(未示出)被关闭以密封容器之后,收集容器30中的液体通过Shimadzu Corporation市售的SALD-7500Fine BubbleMeasurement System测量。已经确认,液体包含每毫升不少于30亿个直径小于1.0μm的超细气泡(UFB)。
图6是示出基于测量系统的测量结果在液体中存在的气泡的粒度频率分布的图。直径在10nm至400nm之间的气泡占液体中存在的各种尺寸的总气泡的99.8%。
当气泡与大气连通时,尺寸大于UFB的气泡(例如毫米气泡和微米气泡)随着浮力而升起并破裂,并且破裂时的物理冲击也引起UFB破裂。然而,在根据本实施例制造的含UFB的液体中,自制造以来,大于UFB的气泡已经很少。为此,物理冲击本身的频率低,并且即使气泡长时间静置,UFB的数量也几乎不变。为了验证这一点,本发明人将由液体喷射单元10制造和收集并密封在玻璃收集容器30中的含UFB的液体在约25℃的温度下储存三个月,并且再次通过测量系统测量含UFB的液体。因此,关于以下发现几乎没有变化:UFB的含量浓度不少于每毫升30亿,并且UFB占总气泡的不少于99.8%,并且粒度频率分布如图6所示。换句话说,根据上述本实施例,可以小的且简单的构造在短时间内产生具有高纯度的稳定的含UFB的液体。
接下来,将通过使用本实施例的含UFB的液体的制造设备1的基本构造来描述用于更有效地收集含UFB的液体的变型例。
变型例1
图7A和图7B是示出在变型例1中使用的液体喷射单元10和收集容器30的示意图。如图7B所示,本变型例的液体喷射单元10在与布置方向交叉的X方向上具有七个喷射开口阵列12,每个喷射开口阵列12具有布置在其上的768个喷射开口。此外,如图7A所示,七个箱20可以安装在液体喷射单元10上,并且容纳在它们相应的箱20中的液体各自供应到它们相应的喷射开口阵列12并且从它们相应的喷射开口阵列12喷射。根据本变型例,可以以上述实施例七倍的速度制造含UFB的液体。当然,喷射开口阵列的数量不限于七个。可以采用从N个喷射开口阵列12单独喷射容纳在N个箱20中的液体的任何构造。
应当注意,在本变型例中,容纳在多个箱20中的液体可以不是相同类型。从不同液体的相应的箱20供应的不同液体可以从单独的喷嘴阵列12喷射并且混合在相同的收集容器30中,使得产生具有目标特性的含UFB的液体。
变型例2
图8A至图8C是示出在变型例2中使用的液体喷射单元10和收集容器30的示意图。如图8A所示,在本变型例中,橡胶构件的盖50与液体喷射单元10的喷射开口表面紧密接触,并且从喷射开口11喷射的液滴接收在盖50中。所接收的液体经由管51由收集容器30收集。
在该变型例中,无论液体喷射单元10与收集容器30之间的位置关系如何,所喷射的液滴都可以可靠地被引导到收集容器30。因此,可以灵活地设计收集容器30的位置和形状。此外,由于含UFB的液滴在从液体喷射单元10喷射后立即容纳在与外界空气隔绝的密封空间中,所以与朝向收集容器30的直接喷射的情况相比,可以防止液滴蒸发并且提高含UFB的液体的收集效率。
另外,在如图4A所示的液体喷射单元10执行朝向收集容器30的直接喷射的方面中,期望收集容器30的收集端口比喷射开口表面宽。在本变型例中,可以将收集端口的直径设计成与管51的外径一样小。因此,可以防止例如灰尘的异物进入含UFB的液体中。
与图8A的变型例相比,图8B和图8C示出其中进一步布置过滤器52以防止异物进入的示例。图8B示出将过滤器52设置在箱20与液体喷射单元10之间、在液体喷射单元10的上游的示例。在该构造中,在从自然界收集的液体(例如地下水和雨水)容纳在箱20中的情况下,可以防止异物进入液体喷射单元10。在异物进入具有细小流路构造的液体喷射单元10的情况下,堵塞可能发生在流路中并且喷射状态可能不稳定。如果如在该变型例中那样过滤器52紧邻地设置在液体喷射单元10的上游,则可以防止流路中的堵塞,从而提高含UFB的液体的制造效率。应当注意,在这种情况下,过滤器52优选地具有50μm或更小的平均网目尺寸。
同时,图8C示出其中过滤器52布置在盖50内部的示例。关于将不会影响液体喷射单元10的喷射操作但是在制造后对含UFB的液体的实际使用可能具有不利影响的小的异物,过滤器52可以防止异物容纳在收集容器30中。期望过滤器52在这种情况下具有足够小的平均网目尺寸,但是平均网目尺寸优选为1.0μm或更大,以便不阻碍UFB本身通过。应当注意,图8B所示的过滤器52和图8C所示的过滤器52也可以组合使用。
变型例3
图9A和图9B是示出其中除了液体喷射单元10和收集容器30之外,还设置用于使液体循环的循环系统60的变型例的图。图9A的循环系统60设置有不通过液体喷射单元10而连接盖50和箱20的循环路径63。从盖50延伸的路径分为两部分:一个连接到收集容器30,另一个连接到箱20。连接到收集容器30的路径设置有阀62A,并且连接到箱20的路径设置有阀62B。在连接盖50和箱20的循环路径63的中间,设置用于将液体从盖50输送到箱20的泵61。
在该构造中,如果在阀62A和阀62B关闭的情况下引起液体喷射单元10执行喷射操作,则箱20中的液体逐渐消耗,并且含UFB的液体逐渐积聚在盖50中。在液体在盖50中积聚到一定程度的时刻,喷射操作停止,并且仅当阀62B被打开并且泵61被致动时,存储在盖50中的液体再次返回到箱20。重复上述过程N次,并且随后在进一步执行第(N+1)次喷射操作后在保持阀62B关闭的情况下打开阀62A,盖50中的液体根据重力由收集容器30收集。以这种方式,在相同液体上重复进行多次膜状沸腾和喷射操作允许液体具有进一步增加的UFB含量浓度。
图9B的循环系统60在循环路径63的中间具有第一泵61A和第二泵61B并且在这两个泵之间还具有第二收集容器31。通过第一泵61A存储在第二收集容器31中的液体通过第二泵61B的致动返回到箱20。在如图9B所示的循环系统的情况下,含UFB的液体可以由第一收集容器30和第二收集容器31两者收集。
变型例4
图10A至图10D是示出其中设置配制含UFB的液体的功能的变型例的图。在所制造的含UFB的液体的UFB含量的浓度高于目标浓度的情况下,优选的是进一步将稀释剂施加到由收集容器30收集的含UFB的液体以配制具有适合实际用途的UFB浓度的含UFB的液体。对于这种情况,图10A示出其中对收集容器30同时执行液体喷射单元10的喷射操作和稀释机构70施加稀释剂的方面。同时,图10B示出其中稀释机构70在设备1的另一个位置将稀释剂施加到收集容器30的方面,所述收集容器通过液体喷射单元10的喷射操作存储预定量的含UFB的液体。
此外,在含UFB的液体中,为了配制包括在UFB中的气体和具有目标特性的含UFB的液体,还可以将预定的改性剂施加到箱20中的液体。图10C示出其中包含改性剂的液体改性机构21附接到箱20的示例。同时,图10D示出其中液体改性机构21布置在与箱20不同的位置处并且预定的改性剂经由管等注入到箱20的示例。
需要在UFB中包括期望的气体时,改性剂可以是期望的气体成分。更具体地,改性剂的示例包括:氢、氦、氧、氮、甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气及其气态混合物。
此外,改性剂可以是包含期望的气体成分的含微米气泡的液体。微米气泡是大于旨在通过本发明制造的超细气泡的气泡。微米气泡具有低于毫米气泡的漂浮速度的漂浮速度,并且与液体保持长时间接触。因此,如果包含期望气体的微米气泡预先包括在液体中,则可以促使气体溶解在液体中,并且因此可以产生包含期望气体的UFB。更具体地,可以使用含微米气泡的液体,包括例如氢、氦、氧、氮、甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气及其气态混合物。
应当注意,为了在完成后从含UFB的液体中除去特定气体成分,可以施加预定的气体成分或包括预定的气体成分的含微米气泡的液体作为改性剂。当然,如图10A和图10B所示施加稀释剂的构造和如图10C和图10D所示施加改性溶液的构造也可以组合使用。
变型例5
针对从液体喷射单元10喷射的液滴和由收集容器30收集后的含UFB的液体,不能避免一定程度的蒸发。然而,蒸发水平取决于周围的环境温度和湿度。因此,在含UFB的液体的制造设备1中,优选的是适当地管理液体喷射单元10和收集容器30布置在其中的环境中的温度和湿度。更具体地,优选的是维持70℃或以下的温度和50℃或以上的湿度。
图11A示出其中温度湿度控制机构80设置在设备1内部的示例。同时,图11B示出其中设备1设置在配备有温度湿度控制机构80的环境单元81中的示例。在任一种情况下,液体喷射单元10和收集从液体喷射单元10喷射的液体的收集容器30布置在适当的环境中,以防止正从液体喷射单元10喷射的液体的蒸发和来自收集容器30的蒸发,从而提高含UFB的液体的收集效率。
已经描述了第一实施例及其变型例1至5,但是它们也可以彼此组合。例如,变型例2至4的构造也可以添加到如变型例1所示具有多个箱20和喷射开口阵列12的系统。此外,如变型例2和变型例3所示具有盖50的构造和如变型例5所示控制温度和湿度的构造可以组合,使得进一步提高含UFB的液体的收集效率。
此外,关于第一实施例和变型例1至3,可以采用将液体喷射单元10的喷射开口表面浸入液体中的方面。在将喷射开口表面浸入液体中的方面,可以减少由于液滴的飞散而引起的蒸发,并且可以进一步提高含UFB的液体的收集率。在这种情况下,喷射开口表面浸入其中的液体可以是从液体喷射单元10喷射的含UFB的液体,或者可以是在收集单元中预先准备的液体。
第二实施例
图12A和图12B是分别用于说明在第二实施例中使用的含UFB的液体的制造设备1的内部构造的顶视图和侧视图。在本实施例的含UFB的液体的制造设备1中,液体喷射单元10和箱20安装在沿X方向往复移动的滑架90上,并且液体喷射单元10可以在X方向上的各个位置中执行喷射操作。液体喷射单元10具有在X方向上布置的四个喷射开口阵列12,并且每个喷射开口阵列12从安装在滑架90上的四个箱20中的对应一个供应液体。
滑架90附接到在X方向上延伸的引导轴100,并且通过滑架马达(未示出)的驱动力沿引导轴100在X方向上以预定的速度往复移动。当滑架90在X方向上移动时,液体喷射单元10在Z方向上喷射液体,由此含UFB的液体逐渐存储在收集容器30中。
在滑架90可移动的区域中的X方向上的顶端部分处,设置用于对液体喷射单元10执行维护操作的维护单元110。维护单元110设置有盖50、泵61和阀62,并且可以在滑架90位于维护单元110的正上方的状态下对液体喷射单元10执行维护操作。更具体地,通过使盖50抵靠在喷射开口表面上,打开阀62并驱动泵61,可以从液体喷射单元10强制排出预定量的液体。
在执行喷射操作到一定程度之后的液体喷射单元10中,大于UFB的气泡可能滞留在液体喷射单元10的内部,并且阻止含UFB的液体的喷射。此外,如果液体喷射单元10的温度由于喷射操作变得太高,则UFB产生效率可能降低,或者液体喷射单元10可能不执行合适的喷射操作。即使在此类情况下,如果维护单元110强制从液体喷射单元10排出液体、从喷头除去气泡并且降低液体喷射单元的温度,则液体喷射单元10可以恢复到正常的驱动状态。
此时,由维护单元110从液体喷射单元10强制排出的液体还包括未通过喷射操作排出的一些UFB。因此,收集容器32可以准备为新的容纳通过维护操作收集的液体,并且液体可以用作含UFB的液体。在两个收集容器30和32中,可以布置吸收体用于将液体存储在收集容器30和32中的一个或两个中,并且由两个收集容器收集的液体可以引导到相同的吸收体。
应当注意,尽管图12A和图12B示出在X方向上延伸的箱型收集容器30,但是本实施例的收集容器30不限于此。
图13A和图13B是示出收集容器30的另一个实施例的图。图13A示出其中如在第一实施例中所示的四个收集容器30在X方向上布置的方面。在这种情况下,如果不同类型的液体容纳在四个箱20中,引起四个喷射开口阵列12在X方向上的不同位置中执行喷射,并且收集容器30布置在相应的喷射位置中,则可以同时制造不同类型的含UFB的液体。
此外,图13B示出其中设置在X方向上延伸的托盘33,并且在托盘33上类似于在第一实施例中使用的收集容器的多个收集容器30在X方向上布置的方面。液体喷射单元10在如在本实施例中那样移动的同时执行喷射操作的构造中,所喷射的液滴趋于在X方向上漂浮,并且回收容器30的回收率降低。然而,在如图13B所示的构造中,未容纳在收集容器30中的液滴也可以由托盘33收集,并且可以提高收集效率。
图14是用于说明本实施例的含UFB的液体的制造设备1的控制构造的框图。与参考图5在第一实施例中所说明的不同之处在于含UFB的液体的制造设备1设置有滑架控制器317和维护控制器318。滑架控制器317在来自CPU 311的指令下驱动滑架马达(未示出),以控制滑架90在X方向上的移动。即,CPU 311在通过滑架控制器317引起滑架90以预定的速度移动的同时,通过喷射控制器315引起液体喷射单元10以预定的频率喷射液滴。
在滑架90处于维护单元110的位置中的情况下,维护控制器318驱动盖50、阀62和马达61,以对液体喷射单元10执行维护操作。
应当注意,滑架90的移动速度、液体喷射单元的喷射模式、由维护单元110执行的维护操作的频率、液体的吸入量等由将命令发送到含UFB的液体的制造设备1的主机PC 300控制。用户也可以在经由主机PC 300上的显示器检查含UFB的液体的制造设备1的状态的同时通过经由键盘鼠标I/F 304的指令来进行这种控制。
图15A和图15B是用于说明本发明人使用本实施例的含UFB的液体的制造设备1执行实验以测试液体喷射单元10的喷射开口表面与收集容器30的收集端口之间的距离与含UFB的液体的收集量之间的关系的图。在本测试实验中,仅引起四个喷射开口阵列12中的一个执行喷射操作,并且纯水容纳在对应的箱20中。随后,如图15A所示布置具有相同直径和不同高度的五个收集容器30,并且在收集容器30的每个位置中,引起喷射开口阵列12执行相同次数的喷射操作。
每个收集容器30由玻璃制成,并且收集端口的直径为2cm。此外,对于所有收集容器,喷射开口表面的高度A与收集容器的底部的高度C之间的距离(A-C)为60mm。从左侧开始针对收集容器30,喷射开口表面的高度A与收集端口的高度B之间的距离(A-B)为1mm、5mm、10mm、30mm和50mm。
基于以上所述,液体喷射单元10被驱动以便以20KHz的频率从每个喷射开口喷射5pl的液滴,并且滑架90往复移动,使得在收集容器30的所有位置中执行相同的喷射操作。这种喷射操作执行数个小时,同时不定期将含UFB的液体输送到不同的容器使得含UFB的液体不会溢出收集容器30,并且随后测量由五个收集容器30分别收集的含UFB的液体的体积。
图15B是示出上述测量的结果的表。根据图,可以发现,随着喷射开口表面与收集端口之间的距离(A-B)减小,收集液体的体积增大。这是因为随着所喷射的液滴在到达收集端口之前在空间中移动的距离减小,漂浮或蒸发到达除收集容器以外的区域的可能性被认为减小了。
同时,由收集容器30单独收集的含UFB的液体通过Shimadzu Corporation市售的SALD-7500Fine Bubble Measurement System测量。已经确认所有收集容器30具有相同的UFB含量浓度。即,考虑到含UFB的液体的收集效率,优选的是收集容器30被定位成使得收集端口尽可能地靠近喷射开口表面。
图16A和图16B是示出本发明人通过使用本实施例的含UFB的液体的制造设备1执行实验以测试喷射开口表面与收集容器的底部之间的距离与含UFB的液体的收集量之间的关系的图。同样在本测试实验中,类似于图15A和图15B,仅引起四个喷射开口阵列12中的一个执行喷射操作,并且纯水容纳在对应的箱20中。随后,如图15B所示布置具有相同直径和不同高度的五个收集容器30,并且在收集容器30的相应位置中,引起喷射开口阵列12执行相同次数的喷射操作。
每个收集容器30由玻璃制成,并且收集端口的直径为2cm。此外,对于所有收集容器,喷射开口表面的高度A与收集端口的高度B之间的距离(A-B)为5mm。从左侧开始针对收集容器30,喷射开口表面的高度A与收集容器的底部的高度C之间的距离(A-C)为30mm、60mm、70mm、80mm和100mm。为了使具有不同高度的多个收集容器30的收集端口的顶部对准,本测试实验使用了高度调节工具41。
基于以上所述,液体喷射单元10被驱动以便以20KHz的频率从每个喷射开口喷射5pl的液滴,并且滑架90往复移动,使得在收集容器30的所有位置中执行相同的喷射操作。这种喷射操作执行数个小时,同时不定期将含UFB的液体输送到不同的容器使得含UFB的液体不会溢出收集容器30,并且随后测量由五个收集容器30分别收集的含UFB的液体的体积。
图16B是示出上述测量的结果的表。根据图,可以发现,随着喷射开口表面与收集容器的底部之间的距离(A-C)减小,收集液体的体积增大。这是因为随着所喷射的液滴在到达收集容器30的底部或已经存储在收集容器中的液体之前在空间中移动的距离减少,蒸发的可能性被认为减小了。
同时,由收集容器30单独收集的含UFB的液体通过Shimadzu Corporation市售的SALD-7500Fine Bubble Measurement System测量。已经确认所有收集容器30具有相同的UFB含量浓度。即,考虑到含UFB的液体的收集效率,优选的是收集容器30被定位成使得其底部尽可能地靠近喷射开口表面。此外,也考虑到图15A和图15B所示的测试实验,可以说收集容器30优选地被定位成使得其收集端口和底部尽可能地靠近喷射开口表面。
图17A和图17B是示出基于测试实验的上述结果的收集方法的示例的图。图19A示出使用在X方向上延伸的托盘33的方面。相对细长的支撑件33b将接收表面33a保持在靠近喷射开口表面的相对位置中。在这种构造的情况下,在通过液体喷射单元10相对于接收表面33a执行一些喷射操作之后,托盘33可以从设备1中移除,并且存储的含UFB的液体可以由另一个收集容器收集。此外,可以在接收表面33a上提供倾斜部,以便通过收集容器收集沿倾斜部流动的含UFB的液体。
在本实施例中,使用深度为约5mm的托盘33,并且喷射开口表面与托盘的底表面之间的距离为约10mm。通过以这种方式使用托盘33作为收集单元,与使用收集容器30的情况相比,喷射开口表面与收集单元的收集端口或底表面之间的距离可以减小,并且含UFB的液体的收集效率可以提高。应当注意,作为托盘33的材料,优选的是使用丙烯酸树脂等,并且使用碳氟树脂使接收表面33a经受防水涂覆处理。通过使接收表面33a经受防水处理,附着到接收表面33上的含UFB的液体变为球形,并且可以防止含UFB的液体蒸发,从而提高含UFB的液体的收集率。
图17B示出使用片材34作为含UFB的液体的收集单元的方面。通过使用片材34作为收集单元,喷射开口表面与收集单元的收集端口或底表面之间的距离可以进一步减小,并且含UFB的液体的收集效率可以进一步提高。
应当注意,同样在使用片材34作为收集单元的情况下,类似于使用托盘的情况,优选的是使其表面经受防水处理。然而,在液滴可能在平坦的片材的外周端部上溢流到设备的内部的情况下,仅将吸收性赋予片材的外周是有效的。
此外,在使用片材34作为收集单元的情况下,优选的是,液滴施加到其上的区域应当在片材上尽可能地均匀。这是因为如果在防水片材34的相同位置中重复执行喷射操作,则由于液滴的飞溅,含UFB的液体的收集率可能降低,并且设备内部可能被污染。因此,在本实施例中,每当液体喷射单元10在X方向上执行扫描时,片材34在Y方向上被输送。
图18A和图18B是示出设置有片材输送机构的含UFB的液体的制造设备1的内部构造的图。图18A是顶视图,并且图18B是剖视图。布置在片材引导件120上的防水片材34通过输送辊130的旋转在Y方向上被输送到液滴可以由液体喷射单元10施加的位置。在液滴可以由液体喷射单元10施加的位置中,设置用于从背面支撑片材34并维持片材表面的平坦度的压板140。
在该构造中,交替重复主扫描和输送操作,在所述主扫描中液体喷射单元10在X方向上移动的同时以预定的频率喷射液滴,在所述输送操作中输送辊130在Y方向上以与通过主扫描施加液滴的宽度相对应的距离输送片材34。如果相对于片材34的基本整个区域完成液滴施加扫描,则输送辊130将片材34排出到设备外部。
防水片材34的弯曲或倾斜允许自由地收集施加的含UFB的液体。例如,用户可以手动取出排出的片材以在单独准备的收集容器中收集含UFB的液体,或者设备的片材排出单元可以设置有用于使片材弯曲并在期望的位置收集含UFB的液体的机构。此外,如图18C所示,设备1可以布置在倾斜的底座上,使得施加到片材34的液体根据重力流入收集容器30中。此外,通过使用鼓风等,含UFB的液体可以引导到布置在预定的位置中的收集容器30。
在任一种情况下,在防水片材34用作收集单元的情况下,可以特别地减小液体喷射单元10的喷射开口表面与平坦的片材34之间的距离,并且因此可以减小液滴在空间中移动的距离并提高UFB收集效率。在该实施例中,通过使用厚度为0.5mm的PET膜,喷射开口表面与片材表面之间的距离可以设定为约1mm。
接下来,通过使用如图12A、图12B、图18A、图18B和图14所示的含UFB的液体的制造设备1,将描述用于更有效地制造并收集含UFB的液体的控制方法。
图19A是示出在液体喷射单元10中的液体的温度与被收集作为含UFB的液体之后残留在液体中的气体的量之间的关系的图。可以发现,随着液体温度增加(T1<T2<T3),包含在含UFB的液体中的UFB的数量减少(D1>D2>D3)。因此,优选的是适当地调节被驱动的液体喷射单元10的温度。
同时,在液体喷射单元10中,随着多个加热器208的驱动频率增加并且驱动次数增加,加热器208和加热器208周围的液体的温度增加。因此,在含UFB的液体的制造设备1中,优选的是产生用于驱动液体喷射单元10的喷射数据,以便将液体喷射单元10的温度维持在优选范围内。
图19B是示出用于在引起液体喷射单元10执行喷射操作的同时将液体喷射单元10的温度维持在预定的范围内的控制方法的示例的图。在图中,横轴指示时间,并且纵轴指示液体喷射单元10的温度。
在控制方法1中,交替重复以最大驱动频率执行喷射操作的期间和不执行喷射操作的期间。如本文所用,术语“最大驱动频率”是指能够在液体喷射单元10可以执行正常喷射操作的条件下驱动加热器208的最大频率。在图中,期间P1、P3、P5指示以最大驱动频率执行喷射操作的期间,而期间P2、P4、P6指示驱动中止的期间。
在期间P1、P3、P5中,由于将电压重复施加到多个加热器208,因此液体喷射单元10的温度从T1增加到T3。在期间P2、P4、P6中,由于中止对加热器施加电压,因此液体喷射单元10的温度从T3减少到T1。以这种方式,在控制方法1中,以预定的间隔重复驱动液体喷射单元10的期间和驱动中止的期间,由此液体喷射单元10的温度维持在期望的范围(T1至T3)内并且可以有效地制造UFB含量更大的液体。
图20A至图20C是示出在采用控制方法1的情况下针对含UFB的液体的制造设备1的用于收集含UFB的液体的方法和喷射数据的图。在图20A中,收集区域L1指示在滑架90的扫描区域L0中可以面向所有喷嘴阵列12的区域。收集区域L1包括布置收集容器30并实际收集液体的收集区域L2和除收集区域L2之外的非收集区域L3。
在采用控制方法1的情况下,CPU 311使滑架90在扫描区域L0的整个区域中在X方向上往复移动,同时引起液体喷射单元仅在布置收集容器30的收集区域L2中执行喷射操作。因此,滑架90在收集区域L2中移动的期间对应于图19B所示的期间P1、P3、P5,并且滑架90在非收集区域L3中移动的期间对应于图19B所示的期间P2、P4、P6。
图20B和图20C示出在控制方法1中使用的喷射数据。在图中,X方向对应于滑架90的移动方向,并且Y方向对应于主扫描的次数。在如图18A和图18B所示将防水片材34用作收集单元的情况下,输送片材34的方向对应于Y方向。在图20B和图20C中,黑色区域指示数据表示喷射(1)的区域,并且白色区域指示数据表示非喷射(0)的区域。
现在,图20B示出收集区域L2是收集区域L1的一半的情况,并且图20C示出收集区域L2是收集区域L1的四分之一的情况。当与L1相比L2变得更小时,期间P1、P3、P5减小,从而抑制液体喷射单元10的温度的升高。在如图20B和图20C所示基于二进制喷射数据执行喷射操作的情况下,液体喷射单元10的温度如通过图19B的控制方法1所示变化,并且可以通过收集容器30收集具有高纯度的含UFB的液体。
返回参考图19B,控制方法2示出在以低于最大驱动频率的频率连续驱动液体喷射单元10的情况下的温度变化。即使不像在控制方法1中那样提供驱动期间和非驱动期间,以相对较低的频率驱动液体喷射单元10也允许维持液体喷射单元10的恒定温度并且连续地制造UFB含量较大的液体。在采用控制方法2的情况下,CPU 311引起液体喷射单元10在滑架90的扫描区域L0的整个区域中以比控制方法1中更低的频率执行喷射操作。
图21A和图21B类似于图20B和图20C示出在控制方法2中使用的喷射数据的示例。整个数据区域包括表示喷射(1)的数据,但是与图20A和图20B所示的数据相比,表示喷射(1)的数据的布置密度(喷射占空比)低。假定可以通过含UFB的液体的制造设备1实现的最大喷射占空比为100%,图21A示出50%的喷射占空比,并且图21B示出25%的喷射占空比。
图22A至图22C示出给出50%的喷射占空比的喷射数据布置的示例(放大图)。图22D至图22F示出给出25%的喷射占空比的喷射数据布置的示例(放大图)。图22A和图22D示出如下喷射数据,其中包括在喷射开口阵列12中的所有喷射开口在同一时刻重复喷射和非喷射。图22B和图22E示出如下喷射数据,其中在布置在Y方向上的喷射开口阵列12中以恒定的周期布置具有100%的喷射占空比的喷射开口和具有0%的喷射占空比的喷射开口(不执行喷射操作)。图22C和图22F示出如下喷射数据,其中相邻的喷射开口在针对所有喷射开口保持均匀的喷射占空比(50%或25%)的同时不同时执行喷射。在任何喷射数据中,可以将液体喷射单元10的喷射占空比整体设定为低于100%的喷射占空比,并且将液体喷射单元10的温度维持在优选范围内。
即,通过基于如图22A至图22C所示的二进制喷射数据执行喷射操作,如通过图19B的控制方法2所示,在改变液体喷射单元10的温度的同时可以收集具有高纯度的含UFB的液体。
应当注意,液体喷射单元10的温度受安装设备1的环境中的温度等以及液体喷射单元10的驱动频率的影响。为此,可能存在即使以相同方式采用控制方法1和控制方法2,也不能获得如图19B所示的温度变化的情况。在这种情况下,优选的是设置温度检测单元,用于检测液体喷射单元10的温度并且基于检测结果来改变加热器208的驱动周期或驱动频率。例如,在采用控制方法1的情况下,通过调节驱动加热器208的期间P1、P3、P5和不驱动加热器208的期间P2、P4、P6,可以将液体喷射单元10的温度维持在优选范围内。同时,在采用控制方法2的情况下,图22A至图22F所示的喷射数据的布置可以被调节以便将液体喷射单元的频率维持在适当的值。
第三实施例
图23A和图23B是示出在第三实施例中使用的设置有液体喷射单元10的含UFB的液体的制造设备1的内部构造的图。如图23A所示,本实施例的液体喷射单元10通过在X方向上进一步布置在第一实施例中描述的多个喷嘴阵列12而构造,并且X方向的长度对应于在Y方向上输送的片材34的宽度。随后,四个液体喷射单元10被进一步准备并在图23B所示的状态下布置在Y方向上。此时,供应到液体喷射单元10的液体可以如在上面实施例中那样安装在液体喷射单元10中的每一个中,此外也可以经由管(未示出)供应到液体喷射单元10中的每一个。
防水片材34由输送辊130以预定的速度在Y方向上连续地输送,并且四个液体喷射单元10以恒定频率将液滴喷射到片材34上。此时,每个液体喷射单元10的喷射数据优选为图22C或图22F所示的分散性高的数据。
与第二实施例相比,根据本实施例,可以在更短的时段内制造大量的具有高纯度的含UFB的液体。
应当注意,根据本实施例的片材34可以是裁切片材或连续片材,只要可以可靠地收集施加到其上的含UFB的液体。此外,尽管图23A和图23B示出将片材34用作收集单元的方面,但是同样在本实施例中,可以如在第一实施例和第二实施例中那样使用各种变型例,例如在液体喷射单元10下方设置收集容器30。
其他实施例
含UFB的液体的制造设备1可以设置有UFB测量单元,所述UFB测量单元能够测量存储在收集容器30中的液体量以及液体中UFB的含量。用于测量UFB的含量的方法没有特别限制。例如,可以用半导体激光器照射收集容器的内部,并且基于散射光的状态或使用粒子追踪分析方法进行测量。
图24是用于说明设置有UFB测量单元的含UFB的液体的制造设备1的控制构造的框图。与上面实施例的不同之处在于,含UFB的液体的制造设备1设置有用于控制UFB测量单元的UFB测量控制器319。UFB测量控制器319在来自CPU 311的指令下控制UFB测量单元(未示出),检测存储在收集容器30中的液体量、UFB含量的浓度、粒度分布等,并提供获得的信息给CPU 311。
例如,在确认预定量的含UFB的液体的情况下,CPU 311可以完成液体喷射单元10的喷射操作。此外,在检测到的UFB的含量小于预定的值的情况下,如图9A和图9B所示的循环系统60可以用于将收集的含UFB的液体返回到箱20,或者可以提示用户更换箱20。另一方面,在检测到的UFB的含量大于预定的值的情况下,如在变型例4中所述的图10A和图10B所示,稀释剂可以添加到收集容器30。此外,在没有特殊处理的情况下,CPU 311可以将从UFB测量单元获得的信息直接传送到主机PC 300,并且主机PC 300的CPU 301可以经由显示器I/F 306将所获得的信息呈现给用户。另外,主机PC 300的CPU 301可以基于所获得的信息,即容纳在收集容器30中的液体中的UFB含量的状态,重新生成要传送到液体喷射单元10的喷射数据。以这种方式,利用UFB测量单元,可以在制造阶段将含UFB的液体调节到期望的状态。
在上面描述中,已经描述了通过主机PC 300控制含UFB的液体的制造设备1的方面。更具体地,主机PC 300确认含UFB的液体的制造设备1的状况,生成用于驱动液体喷射单元10的数据,并且执行维护操作。然而,本发明不限于这方面。含UFB的液体的制造设备1本身可以具有主机PC 300的上述功能,并且用户可以经由设置在含UFB的液体的制造设备1上的用户界面来操作该含UFB的液体的制造设备1。此外,含UFB的液体的制造设备1的CPU 311可以根据存储在ROM中的程序进行如在上面实施例中所述的各种控制。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明,但是应理解,本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释,以便涵盖所有此类变型例和等同的结构和功能。
本申请要求2017年8月31日提交的日本专利申请No.2017-167598的权益,其全部内容以引用的方式并入本文中。
附图记列表
1 含超细气泡的液体的制造设备
10 液体喷射单元
11 喷射开口
14 流路
30 收集容器
208 能量产生元件
315 喷射控制器
311 CPU

Claims (29)

1.一种含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括:
液体喷射单元,所述液体喷射单元包括:热能产生元件;流路,所述流路用于将液体引导到所述热能产生元件;驱动单元,所述驱动单元构造成驱动所述热能产生元件并且引起引导到所述流路的液体中的膜状沸腾;以及喷射开口,所述喷射开口用于喷射包含由所述膜状沸腾产生的超细气泡的液体;以及
收集单元,所述收集单元构造成收集从所述喷射开口喷射的液体。
2.根据权利要求1所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,
在所述液体喷射单元中,各自具有在预定的方向上布置的所述喷射开口的多个喷射开口阵列在与所述预定的方向交叉的方向上布置,以及
设置有用于将液体分别供应到所述液体喷射单元的所述多个喷射开口阵列中的每一个的箱。
3.根据权利要求1或2所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括移动单元,所述移动单元构造成使所述液体喷射单元往复移动,
其中,在通过所述移动单元移动所述液体喷射单元的过程中,所述驱动单元驱动所述热能产生元件。
4.根据权利要求3所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述驱动单元在所述液体喷射单元面向所述收集单元的位置中驱动所述热能产生元件。
5.根据权利要求3或4所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括抽吸单元,所述抽吸单元构造成从所述喷射开口强制性地抽吸容纳在所述液体喷射单元中的液体,
其中,所述收集单元和所述抽吸单元在所述液体喷射单元能够移动的区域中布置在不同的位置。
6.根据权利要求5所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括第二收集单元,所述第二收集单元构造成收集由所述抽吸单元抽吸的液体。
7.根据权利要求5所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述收集单元收集从所述喷射开口喷射的液体和由所述抽吸单元抽吸的液体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,为了将所述液体喷射单元的温度维持在预定的范围内,所述驱动单元交替重复以预定的频率驱动所述热能产生元件的期间和不驱动所述热能产生元件的期间。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,为了将所述液体喷射单元的温度维持在预定的范围内,所述驱动单元以低于所述液体喷射单元能够执行正常喷射操作的最大频率的频率连续地驱动所述热能产生元件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,从所述喷射开口喷射的液体由伴随着由所述膜状沸腾产生的气泡的成长从移动到所述喷射开口的液体中分离出来的液体的喷射引起。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,从所述喷射开口喷射的液体由伴随着由所述膜状沸腾产生的气泡的成长在所述气泡与大气连通的条件下移动到所述喷射开口的液体的喷射引起。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述收集单元是具有面向所述喷射开口的开口的收集容器。
13.根据权利要求12所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述驱动单元在所述液体喷射单元的所述喷射开口浸没在液体中的状态下驱动所述热能产生元件。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述收集单元包括:盖,所述盖与所述液体喷射单元的所述喷射开口布置在其上的喷射开口表面紧密接触;收集容器,所述收集容器用于收集包含所述超细气泡的液体;以及用于将液体从所述盖引导到所述收集容器的构件。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述收集单元是具有面向所述喷射开口的接收表面的托盘。
16.根据权利要求1至11中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述收集单元是具有面向所述喷射开口的表面的片材,
所述制造设备包括输送单元,所述输送单元构造成相对于所述液体喷射单元输送所述片材。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括构造成稀释由所述收集单元收集的液体的单元。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括在液体供应到所述液体喷射单元之前向液体施加用于对所述液体进行改性的改性剂的单元。
19.根据权利要求18所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述改性剂是包含在由伴随着所述热能产生元件的驱动而引起的膜状沸腾产生的超细气泡中的预定的气体成分,或者是包含含有所述预定的气体成分的微米气泡的液体。
20.根据权利要求18所述的含超细气泡的液体的制造设备,其中,所述改性剂包含用于从由所述收集单元收集的液体中脱除预定的气体成分的成分。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备在所述液体喷射单元的上游的位置以及所述液体喷射单元与所述收集单元之间的位置中的至少一个中具有过滤器。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括温度湿度控制机构,所述温度湿度控制机构用于控制布置有所述液体喷射单元与所述收集单元的环境中的温度和湿度。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括构造成将由所述收集单元收集的液体再次供应到所述液体喷射单元的单元。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括:
测量单元,所述测量单元构造成测量由所述收集单元收集的液体量和所述液体中的超细气泡的含量;以及
构造成基于由所述测量单元获得的测量结果来调节由所述收集单元收集的液体的单元和构造成将由所述测量单元获得的所述测量结果呈现给用户的单元中的至少一个。
25.一种含超细气泡的液体的制造方法,所述制造方法包括:
喷射步骤,所述喷射步骤通过驱动热能产生元件而引起液体中的膜状沸腾,以从喷射开口喷射包含由所述膜状沸腾产生的超细气泡的液体;以及
收集步骤,所述收集步骤收集从所述喷射开口喷射的液体。
26.一种通过含超细气泡的液体的制造方法制造的含超细气泡的液体,所述制造方法包括:
喷射步骤,所述喷射步骤通过驱动热能产生元件而引起液体中的膜状沸腾,以从喷射开口喷射包含由所述膜状沸腾产生的超细气泡的液体;以及
收集步骤,所述收集步骤收集从所述喷射开口喷射的液体,
其中,在制造时和自所述制造经过三个月后,每毫升包含30亿个超细气泡或更多个超细气泡。
27.一种通过含超细气泡的液体的制造方法制造的含超细气泡的液体,所述制造方法包括:
喷射步骤,所述喷射步骤通过驱动热能产生元件而引起液体中的膜状沸腾,以从喷射开口喷射包含由所述膜状沸腾产生的超细气泡的液体;以及
收集步骤,所述收集步骤收集从所述喷射开口喷射的液体,
其中,在制造时和自所述制造经过三个月后,超细气泡占所含气泡的99.8%或更多。
28.一种含超细气泡的液体的制造设备,所述制造设备包括:
液体喷射单元,所述液体喷射单元包括:热能产生元件;流路,所述流路用于将液体引导到所述热能产生元件;驱动单元,所述驱动单元构造成驱动所述热能产生元件以将所述热能产生元件的表面加热到300℃或更高的温度并且在所述热能产生元件的所述表面上产生气泡;以及喷射开口,所述喷射开口用于喷射包含通过加热所述热能产生元件产生气泡而产生的超细气泡的液体;以及
收集单元,所述收集单元构造成收集从所述喷射开口喷射的液体。
29.一种含超细气泡的液体的制造方法,所述制造方法包括:
喷射步骤,所述喷射步骤从喷射开口喷射包含超细气泡的液体,所述超细气泡通过驱动设置在液体中的热能产生元件以将所述热能产生元件的表面加热到300℃或更高的温度并且在所述热能产生元件的所述表面上产生气泡而产生;以及
收集步骤,所述收集步骤收集从所述喷射开口喷射的液体。
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