CN111617655B - 超细气泡生成装置、超细气泡生成方法以及超细气泡含有液 - Google Patents

Abstract

本发明提供超细气泡生成装置、超细气泡生成方法以及超细气泡含有液。在本发明中，UFB生成装置包括：目标浓度设定单元，其设定在液体中包含的超细气泡的目标浓度；驱动单元，其驱动加热元件以在液体中生成膜沸腾以生成超细气泡；生成时间设定单元，其设定生成预定量的具有目标浓度的液体所需的目标生成时间；控制单元，其控制驱动单元以根据目标浓度和目标生成时间来调节超细气泡的生成速度。

Description

超细气泡生成装置、超细气泡生成方法以及超细气泡含有液

技术领域

本发明涉及生成直径小于1.0μm的超细气泡的装置、超细气泡生 成方法以及超细气泡含有液。

背景技术

近来，已经开发出用于应用微细气泡(例如直径为微米尺寸的微 气泡和直径为纳米尺寸的纳米气泡)的特征的技术。尤其是，在各个 领域中，已经确认了直径小于1.0μm的超细气泡(以下也称为“UFB”) 的实用性。

日本专利第6118544号公开了一种微细气泡生成装置，该细微气 泡生成装置通过从减压喷嘴喷射将气体加压并溶解的加压液体来生成 微细气泡。日本专利第4456176号公开了一种通过利用混合单元重复 进行气体混合液流的分离和会聚而生成细微气泡的装置。

日本专利第6118544号和第4456176号中说明的装置两者不仅生 成直径为纳米尺寸的UFB，而且生成相对大量的直径为毫米尺寸的毫 气泡(milli-bubble)和直径为微米尺寸的微气泡。上述气泡中，UFB 适合长时间储存，因为它们不易受到浮力的影响，并且以布朗运动漂 浮在液体中。然而，在UFB与毫气泡和微气泡一起生成的情况下，UFB 受到毫气泡和微气泡的消失的影响并且随着时间减少。在这种情况下， 要求生成所需浓度的具有高实用性的UFB。然而，在日本专利第 6118544号和第4456176号中公开的UFB生成方法难以控制UFB的浓 度，这是因为生成相对大量的毫气泡和微气泡。

发明内容

本发明包括：加热部，其包括能够加热液体的加热元件；驱动单 元，其驱动加热元件以在液体中生成膜沸腾以生成超细气泡；浓度设 定单元，其设定液体中所含的超细气泡的目标浓度；生成时间设定单 元，其设定生成预定量的具有目标浓度的液体所需的目标生成时间； 以及控制单元，其控制驱动单元以基于目标浓度和目标生成时间来调 节超细气泡的生成速度。

根据本发明，可以有效地生成高纯度的UFB含有液，并且可以提 供能够控制液体中UFB浓度的UFB生成装置和UFB生成方法。

通过以下参考附图对示例性实施方案的说明，本发明的其他特征 将变得明显。

附图说明

图1是表示UFB生成装置的实例的图。

图2是预处理单元的示意性构成图。

图3A和图3B是溶解单元的示意性构成图和用于说明液体中溶解 状态的图。

图4是T-UFB生成单元的示意性构成图。

图5A和图5B是用于说明加热元件的细节的图。

图6A和图6B是用于说明加热元件上的膜沸腾的状态的图。

图7A至图7D是表示由膜沸腾气泡的膨胀引起的UFB的生成状态 的图。

图8A至图8C是表示由膜沸腾气泡的收缩引起的UFB的生成状态 的图。

图9A至图9C是表示由液体的再加热引起的UFB的生成状态的图。

图10A和图10B是表示由膜沸腾生成的气泡消失而生成的冲击波 引起的UFB的生成状态的图。

图11A至图11C是表示后处理单元的构成例的图。

图12A是表示实施方案的UFB生成装置1A的示意构成的图。

图12B是表示实施方案的UFB生成装置1A的控制系统的示意构成 的图。

图13是说明在第一实施方案中执行的生成UFB的处理的流程图。

图14是表示UFB的生成时间与UFB浓度之间的关系的图。

图15是表示在第一实施方案的第一变型中执行的生成UFB含有液 的处理的流程图。

图16是表示在第一实施方案的第二变型中执行的生成UFB含有液 的处理的流程图。

图17是表示在第二实施方案中执行的生成UFB含有液的处理的流 程图。

图18是表示在第二实施方案的变型中执行的生成UFB含有液的处 理的流程图。

图19是表示UFB的生成时间与UFB浓度之间的关系的图。和

图20A至图20F是示意性地表示加热部中的加热元件的构成的图。

具体实施方式

[第一实施方案]

[UFB生成装置的基本构成]

图1是表示可应用于本发明的超细气泡生成装置(UFB生成装置) 的基本构成的实例的图。本实施方案的UFB生成装置1包括预处理单 元100、溶解单元200、T-UFB生成单元300、后处理单元400和收集 单元500。每个单元以上述顺序对供给到预处理单元100的诸如自来 水的液体W进行独特的处理，并且如此处理的液体W被收集单元500 收集为T-UFB含有液。下面说明这些单元的功能和构成。尽管稍后说 明细节，但是在本说明书中，通过利用由快速加热引起的膜沸腾而生 成的UFB被称为热超细气泡(T-UFB)。

图2是预处理单元100的示意性构成图。本实施方案的预处理单 元100对所供给的液体W进行脱气处理。预处理单元100主要包括脱 气容器101、喷淋头102、减压泵103、液体导入路104、液体循环路 105和液体排出路106。例如，诸如自来水的液体W从液体导入路104通过阀109被供给到脱气容器101。在该过程中，设置在脱气容器101 中的喷淋头102在脱气容器101中喷出液体W的雾。喷淋头102用于 促进液体W的气化；但是，可以代替地使用离心机等作为产生气化促 进效果的机构。

当一定量的液体W贮留在脱气容器101中，然后在所有阀关闭的 情况下启动减压泵103时，已经气化的气体成分被排出，溶解在液体 W中的气体成分的气化和排出也被促进。在该过程中，可以在检查压 力计108的同时将脱气容器101的内部压力减压至大约几百至几千Pa (1.0托至10.0托)。要被预处理单元100去除的气体包括例如氮、 氧、氩、二氧化碳等。

通过利用液体循环路105，可以对同一液体W重复进行上述脱气 处理。具体而言，在液体导入路104的阀109和液体排出路106的阀 110关闭、且液体循环路105的阀107打开的情况下来操作喷淋头102。 这允许贮留在脱气容器101中并且脱气一次的液体W从喷淋头102再 次喷入脱气容器101中。另外，在操作减压泵103的情况下，喷淋头 102进行的气化处理和减压泵103进行的脱气处理对同一液体W重复 进行。每次重复进行利用液体循环路105的上述处理，就可以阶段性 地减少液体W中所含的气体成分。一旦获得脱气至期望纯度的液体W， 就在阀110打开的情况下通过液体排出路106将液体W转移至溶解单 元200。

图2表示将气体部减压以使溶质气化的脱气单元100；然而，使 溶液脱气的方法不限于此。例如，可以采用使液体W沸腾以使溶质气 化的加热沸腾法，或者使用中空纤维来增加液体和气体之间的界面的 膜脱气法。作为使用中空纤维的脱气组件，商业地提供了SEPAREL系 列(由DIC corporation生产)。SEPAREL系列使用聚(4-甲基戊烯 -1)(PMP)作为中空纤维的原料，并且用于从主要供给于压电头(piezo head)的油墨等去除气泡。另外，可以并用抽真空法、加热沸腾法和 膜脱气法中的两种以上。

图3A和3B是溶解单元200的示意性构成图和用于说明液体中的 溶解状态的图。溶解单元200是用于将期望的气体溶解到从预处理单 元100供给的液体W中的单元。本实施方案的溶解单元200主要包括 溶解容器201、设置有旋转板202的旋转轴203、液体导入路204、气 体导入路205、液体排出路206和加压泵207。

从预处理单元100供给的液体W通过液体导入路204被供给并贮 留在溶解容器201中。同时，气体G通过气体导入路205被供给到溶 解容器201中。

一旦将预定量的液体W和气体G贮留在溶解容器201中，则启动 加压泵207以将溶解容器201的内部压力增加到大约0.5MPa。在加压 泵207与溶解容器201之间配置有安全阀208。随着液体内的旋转板 202通过旋转轴203旋转，供给至溶解容器201的气体G转化为气泡， 气体G和液体W之间的接触面积增加，以促进到液体W中的溶解。继 续进行此操作，直到气体G的溶解度几乎达到最大饱和溶解度。在这 种情况下，可以设置用于降低液体温度的单元以尽可能地溶解气体。 当气体的溶解度低时，也可以将溶解容器201的内部压力增加到 0.5MPa以上。在这种情况下，为了安全起见，容器的材料等需要是最 佳的。

一旦获得了溶解有所需浓度的气体G成分的液体W，就将液体W 通过液体排出路206排出并供给到T-UFB生成单元300。在该过程中， 背压阀209调节液体W的流动压力，以防止在供给期间压力的过度增 加。

图3B是示意性地表示放入溶解容器201中的气体G的溶解状态的 图。从与液体W接触的部分溶解放入液体W中的包含气体G的成分的 气泡2。气泡2因此逐渐收缩，然后在气泡2周围出现气体溶解液3。 由于气泡2受到浮力的影响，所以气泡2可以移动到远离气体溶解液 3的中心的位置，或从气体溶解液3分离出来而成为残留气泡4。具体 而言，在通过液体排出路206供给到T-UFB生成单元300的液体W中， 存在被气体溶解液3包围的气泡2和彼此分离的气泡2与气体溶解液 3的混合物。

图中的气体溶解液3是指“液体W的其中混合的气体G的溶解浓 度较高的区域”。在实际溶解在液体W中的气体成分中，气体溶解液 3中的气体成分的浓度在气泡2周围的部分最高。在气体溶解液3与 气泡2分离的情况下，气体溶解液3的气体成分的浓度在该区域的中 心最高，并且该浓度随着远离该中心而连续降低。即，尽管为了说明， 在图3中用虚线包围了气体溶解液3的区域，但实际上并不存在这样 的明确的边界。另外，在本发明中，可以接受不能完全溶解的气体以 气泡的形式存在于液体中。

图4是T-UFB生成单元300的示意性构成图。T-UFB生成单元300 主要包括腔室301、液体导入路302和液体排出路303。来自液体导入 路302经由腔室301到液体排出路303的流动由未示出的流动泵形成。 可以将包括隔膜泵、齿轮泵和螺杆泵的各种泵用作流动泵。在从液体 导入路302导入的液体W中，混合有由溶解单元200放入的气体G的 气体溶解液3。

设置有加热元件10的元件基板12配置在腔室301的底部。随着 对加热元件10施加预定电压脉冲，在与加热元件10接触的区域中生 成由膜沸腾生成的气泡13(在下文中也称为膜沸腾气泡13)。然后， 通过膜沸腾气泡13的膨胀和收缩而生成了包含气体G的超细气泡(UFB)11。结果，从液体排出路303排出包含许多UFB 11的UFB含 有液W。

图5A和图5B是用于表示加热元件10的详细构成的图。图5A表 示加热元件10的近视图，图5B表示包括加热元件10的元件基板12 的较宽区域的截面图。

如图5A所示，在本实施方案的元件基板12中，在硅基板304的 表面上层叠有作为蓄热层的热氧化膜305和也作为蓄热层的层间膜 306。可以将SiO₂膜或SiN膜用作层间膜306。在层间膜306的表面上 形成电阻层307，并且在电阻层307的表面上部分地形成布线308。可 以使用Al、Al-Si、Al-Cu等Al合金布线作为布线308。由SiO₂膜或 Si₃N₄膜制成的保护层309形成在布线308、电阻层307和层间膜306 的表面上。

在保护层309的表面上的一部分和该部分周围，形成用于保护保 护层309免受电阻层307的发热引起的化学和物理冲击的抗气蚀膜 (cavitation-resistant film)310，所述部分对应于最终成为加热 元件10的热作用部311。电阻层307的表面上未形成布线308的区域 是电阻层307发热的热作用部311。电阻层307的其上未形成布线308 的加热部用作加热元件(加热器)10。如上所述，通过半导体生产技 术在硅基板304的表面上依次形成元件基板12中的各层，并因此在硅 基板304上设置热作用部311。

图中表示的构成是实例，并且各种其他构成是适用的。例如，可 适用以下构成：电阻层307和布线308的层叠顺序相反的构成，以及 电极连接到电阻层307的下表面的构成(所谓的塞电极构成)。换句 话说，如后所述，可以采用任何构成，只要该构成允许热作用部311 加热液体以在液体中生成膜沸腾。

图5B是元件基板12中包括与布线308连接的电路的区域的截面 图的示例。N型阱区322和P型阱区323部分地设置在硅基板304(其 为P型导体)的顶层中。在通常的MOS工艺中，通过离子注入等导入 和扩散杂质，从而在N型阱区322中形成P-MOS 320，在P型阱区323中形成N-MOS 321。

P-MOS 320包括通过在N型阱区322的顶层中部分导入N型或P 型杂质而形成的源极区325和漏极区326，栅极布线335等。栅极布 线335沉积在N型阱区322的除了源极区325和漏极区326之外的一 部分的顶表面上，并且厚度为数百

的栅极绝缘膜328介于栅极布线 335和N型阱区322的顶表面之间。

N-MOS 321包括通过在P型阱区323的顶层部分导入N型或P型 杂质而形成的源极区325和漏极区326，栅布线335等。栅极布线335 沉积在P型阱区323的除了源极区325和漏极区326之外的一部分的 顶表面上，并且厚度为数百

的栅极绝缘膜328介于栅极布线335和 P型阱区323的顶表面之间。栅极布线335由通过CVD法沉积的厚度 为/>

至/>

的多晶硅制成。C-MOS逻辑由P-MOS 320和N-MOS 321 构成。

在P型阱区323中，用于驱动电热转换元件(热阻元件)的N-MOS 晶体管330形成在与包括N-MOS 321的部分不同的部分上。N-MOS晶 体管330包括：通过杂质的导入和扩散工序部分地设置在P型阱区323 的顶层中的源极区332和漏极区331，栅极布线333等。栅极布线333 沉积在P型阱区323的除了源极区332和漏极区331之外的一部分顶 表面上，并且栅极绝缘膜328介于在栅极布线333和P型阱区323的 顶表面之间。

在该示例中，N-MOS晶体管330用作用于驱动电热转换元件的晶 体管。然而，用于驱动的晶体管不限于N-MOS晶体管330，并且可以 使用任何晶体管，只要该晶体管具有单独驱动多个电热转换元件的能 力并且能够实现上述精细构成。尽管在该示例中，电热转换元件和用 于驱动电热转换元件的晶体管形成在同一基板上，但是它们可以分别 形成在不同的基板上。

在元件之间(例如在P-MOS 320与N-MOS 321之间以及在N-MOS 321 与N-MOS晶体管330之间)通过进行厚度为

至/>

的场氧化 来形成氧化膜分离区324。氧化膜分离区324分离元件。氧化膜分离 区324的对应于热作用部311的部分用作蓄热层334，其是硅基板304 上的第一层。

通过CVD法在诸如P-MOS 320、N-MOS 321和N-MOS晶体管330 的元件的每个表面上形成厚度约为

的包括PSG膜、BPSG膜等的 层间绝缘膜336。在通过热处理将层间绝缘膜336平坦化之后，在穿 过层间绝缘膜336和栅极绝缘膜328的接触孔中形成作为第一布线层 的Al电极337。在层间绝缘膜336和Al电极337的表面上，通过等 离子CVD法形成厚度为/>

至/>

的包括SiO₂膜的层间绝缘膜 338。在层间绝缘膜338的表面上，通过共溅射法在对应于热作用部 311和N-MOS晶体管330的部分上形成厚度为约/>

的包括TaSiN膜 的电阻层307。电阻层307经由形成在层间绝缘膜338中的通孔与漏 极区331附近的Al电极337电连接。在电阻层307的表面上，形成作 为第二布线层的Al的布线308，作为每个电热转换元件的布线。布线 308、电阻层307和层间绝缘膜338的表面上的保护层309包括通过等 离子体CVD法形成的厚度为/>

的SiN膜。沉积在保护层309的表 面上的抗气蚀膜310包括厚度约为/>

的薄膜，其是选自Ta、Fe、 Ni、Cr、Ge、Ru、Zr、Ir等的至少一种金属。可以适用除上述TaSiN 以外的各种材料，例如TaN、CrSiN、TaAl、WSiN等，只要该材料可以 在液体中生成膜沸腾。

图6A和6B是表示当将预定电压脉冲施加到加热元件10时膜沸腾 的状态的图。在这种情况下，说明在大气压下生成膜沸腾的情况。在 图6A中，横轴表示时间。下部曲线图中的纵轴表示施加到加热元件 10的电压，上部曲线图中的纵轴表示由膜沸腾生成的膜沸腾气泡13 的体积和内部压力。另一方面，图6B表示与图6A所示的时机1至3 相关的膜沸腾气泡13的状态。下面按时间顺序说明每种状态。如后所 述通过膜沸腾生成的UFB 11主要在膜沸腾气泡13的表面附近生成。 图6B所示的状态是如图1所示，将由生成单元300生成的UFB11通 过循环路径再供给到溶解单元200，将包含UFB 11的液体再供给到生 成单元300的液体通路的状态。

在将电压施加到加热元件10之前，在腔室301中基本上保持大气 压。一旦将电压施加到加热元件10，在与加热元件10接触的液体中 生成膜沸腾，并且这样生成的气泡(以下称为膜沸腾气泡13)通过从 内部作用的高压而膨胀(时机1)。在该过程中的起泡压力预计为约8 至10MPa，其为接近水的饱和蒸气压的值。

施加电压的时间(脉冲宽度)在约0.5μsec至10.0μsec，并且 即使在施加电压之后，膜沸腾气泡13也由于在时机1获得的压力的惯 性而膨胀。然而，随着膨胀生成的负压在膜沸腾气泡13的内部逐渐增 加，并且负压在使膜沸腾气泡13收缩的方向上起作用。不久，在惯性 力和负压平衡的时机2，膜沸腾气泡13的体积变为最大，此后膜沸腾 气泡13在负压的作用下迅速收缩。

在膜沸腾气泡13的消失中，膜沸腾气泡13不是在加热元件10 的整个表面消失，而是在一个或多个极小的区域内消失。因此，在加 热元件10上，在膜沸腾气泡13消失(时机3)的极小区域中，生成 比时机1起泡中更大的力。

每次向加热元件10施加电压脉冲时，如上所述的膜沸腾气泡13 的生成、膨胀、收缩和消失都被重复，并且每次生成新的UFB 11。

接下来，参照图7A至10B进一步详细地说明在膜沸腾气泡13的 生成、膨胀、收缩和消失的每个过程中UFB 11的生成状态。

图7A至图7D是示意性地表示由于膜沸腾气泡13的生成和膨胀而 引起的UFB 11的生成状态的图。图7A表示在将电压脉冲施加至加热 元件10之前的状态。混合有气体溶解液3的溶液W在腔室301内流动。

图7B表示向加热元件10施加电压并且在与液体W接触的加热元 件10的几乎整个区域上均匀地生成膜沸腾气泡13的状态。当施加电 压时，加热元件10的表面温度以10℃/μsec的速度急剧上升。在温 度达到几乎300℃的时间点发生膜沸腾，从而生成膜沸腾气泡13。

此后，在施加脉冲期间，加热元件10的表面温度保持升高到大约 600至800℃，并且膜沸腾气泡13周围的液体也被迅速加热。在图7B 中，将在膜沸腾气泡13周围并且将被迅速加热的液体的区域表示为尚 未起泡的高温区域14。尚未起泡的高温区域14中的气体溶解液3超 过热溶解极限，并且被汽化而成为UFB。这样汽化的气泡具有约10nm 至100nm的直径和大的气-液界面能。因此，气泡独立地漂浮在液体W 中而不会在短时间内消失。在本实施方案中，将从膜沸腾气泡13的生 成到膨胀的由热作用而生成的气泡称为第一UFB 11A。

图7C表示膜沸腾气泡13膨胀的状态。即使在对加热元件10施加 电压脉冲之后，膜沸腾气泡13也由于从其生成获得的力的惯性而继续 膨胀，并且尚未起泡的高温区域14也由于惯性而移动和扩展。具体地， 在膜沸腾气泡13的膨胀过程中，尚未起泡的高温区域14内的气体溶 解液3作为新的气泡汽化并成为第一UFB 11A。

图7D表示膜沸腾气泡13具有最大体积的状态。随着膜沸腾气泡 13由于惯性而膨胀，膜沸腾气泡13内部的负压随着该膨胀而逐渐增 加，并且负压起到使膜沸腾气泡13收缩的作用。当负压和惯性力平衡 的时间点，膜沸腾气泡13的体积最大，然后开始收缩。

在膜沸腾气泡13的收缩阶段，存在通过图8A至图8C所示的过程 生成的UFB(第二UFB 11B)和通过图9A至9C所示的过程生成的UFB (第三UFB 11C)。认为这两个过程是同时的。

图8A至图8C是表示由膜沸腾气泡13的收缩引起的UFB 11的生 成状态的图。图8A表示膜沸腾气泡13开始收缩的状态。尽管膜沸腾 气泡13开始收缩，但是周围的液体W在膨胀方向上仍然具有惯性力。 因此，在远离加热元件10的方向上作用的惯性力和由膜沸腾气泡13 的收缩引起的朝向加热元件10的力作用在极其靠近膜沸腾气泡13的 周围区域中，该区域被减压。该区域在图中表示为尚未起泡的负压区 域15。

尚未起泡的负压区域15内的气体溶解液3超过压力溶解极限并且 被汽化而成为气泡。如此汽化的气泡具有约100nm的直径，并且此后 独立地漂浮在液体W中而不会在短时间内消失。在本实施方案中，在 膜沸腾气泡13的收缩期间通过压力作用而汽化的气泡被称为第二UFB 11B。

图8B表示膜沸腾气泡13的收缩过程。膜沸腾气泡13的收缩速度 通过负压而加速，并且尚未起泡的负压区域15也随着膜沸腾气泡13 的收缩而移动。具体而言，在膜沸腾气泡13的收缩过程中，尚未起泡 的负压区域15上的一部分内的气体溶解液3依次析出而成为第二UFB 11B。

图8C表示膜沸腾气泡13消失前即刻的状态。尽管通过膜沸腾气 泡13的加速收缩，周围液体W的移动速度也增加了，但是由于腔室 301中的流路阻力而产生压力损失。结果，尚未起泡的负压区域15所 占据的区域进一步增大，并且生成许多第二UFB 11B。

图9A至图9C是表示在膜沸腾气泡13的收缩期间通过液体W的再 加热而生成UFB的状态的图。图9A表示加热元件10的表面被收缩的 膜沸腾气泡13覆盖的状态。

图9B表示膜沸腾气泡13的收缩已经进行，并且加热元件10的一 部分表面与液体W接触的状态。在这种状态下，在加热元件10的表面 上残留有热量，但是即使液体W与表面接触，该热量也不足够高以引 起膜沸腾。通过与加热元件10的表面接触而被加热的液体的区域在图 中表示为尚未起泡的再加热区域16。尽管未进行膜沸腾，但是尚未起 泡的再加热区域16内的气体溶解液3超过热溶解极限并汽化。在本实 施方案中，将在膜沸腾泡13的收缩期间通过液体W的再加热而生成的 气泡称为第三UFB 11C。

图9C表示膜沸腾气泡13的收缩进一步进行的状态。膜沸腾气泡 13越小，加热元件10与液体W接触的区域越大，并且生成第三UFB 11C 直至膜沸腾气泡13消失。

图10A和图10B是表示由膜沸腾生成的膜沸腾气泡13的消失的冲 击(即，气蚀的一种)引起的生成UFB的状态的图。图10A表示膜沸 腾气泡13消失之前即刻的状态。在该状态下，膜沸腾气泡13由于内 部负压而迅速收缩，尚未起泡的负压区域15包围膜沸腾气泡13。

图10B表示膜沸腾气泡13在点P处消失之后即刻的状态。当膜沸 腾气泡13消失时，由于消失的冲击，声波从点P作为起点同心地波动。 声波是弹性波的总称，其通过任何物体传播，无论是气体、液体和固 体。在本实施方案中，作为液体W的高压面17A和低压面17B的液体 W的压缩波交替地传播。

在这种情况下，尚未起泡的负压区域15内的气体溶解液3通过因 膜沸腾气泡13消失而产生的冲击波而发生共振，气体溶解液3超过压 力溶解极限，并且在低压面17B通过其的时机进行相变。具体地，在 膜沸腾气泡13消失的同时，许多气泡在尚未起泡的负压区域15中汽 化。在本实施方案中，由膜沸腾气泡13的消失产生的冲击波而生成的 气泡被称为第四UFB 11D。

由膜沸腾气泡13的消失所产生的冲击波所生成的第四UFB 11D 在极窄的薄膜状区域中以极短的时间(1μS以下)突然出现。直径足 够小于第一至第三UFB的直径，并且气-液界面能高于第一至第三UFB 的气-液界面能。因此，认为第四UFB 11D具有与第一至第三UFB 11A 至11C不同的特性并且生成不同的效果。

另外，第四UFB 11D在其中传播冲击波的同心球的区域的许多部 分均匀地生成，并且第四UFB 11D从其生成开始均匀地存在于腔室301 中。尽管在生成第四UFB 11D的时机已经存在许多第一至第三UFB， 但是第一至第三UFB的存在不会极大地影响第四UFB 11D的生成。还 认为第一至第三UFB不会由于第四UFB 11D的生成而消失。

如上所述，期望从通过加热元件10生成热带来的膜沸腾气泡13 的生成到膜沸腾气泡13的消失在多个阶段中生成UFB 11。第一UFB 11A、第二UFB 11B和第三UFB 11C在膜沸腾生成的膜沸腾气泡的表面 附近生成。在这种情况下，“附近”是指距膜沸腾气泡的顶表面约20 μm以内的区域。在气泡消失的情况下，在冲击波传播的区域中生成 第四UFB 11D。尽管以上示例表示了至膜沸腾气泡13消失的阶段，但 是生成UFB的方式不限于此。例如，由于生成的膜沸腾气泡13在气泡 消失前与大气连通，即使在膜沸腾气泡13没有达到消散的情况下，也 能生成UFB。

接下来，说明UFB的保存特性。液体的温度越高，气体成分的溶 解特性越低，温度越低，气体成分的溶解特性越高。换句话说，随着 液体温度升高，促进溶解的气体成分的相变并且UFB的生成变得更容 易。液体的温度与气体的溶解度成相反关系，随着液体温度升高，超 过饱和溶解度的气体转变为气泡并出现在液体中。

因此，当液体的温度从常温迅速升高时，溶解特性不停地降低， 并且开始生成UFB。随着温度升高，热溶解特性降低，并且生成许多 UFB。

相反，当液体的温度从常温下降时，气体的溶解特性增加，并且 生成的UFB更容易液化。然而，这样的温度远低于常温。另外，由于 即使当液体的温度降低时，一旦生成的UFB也具有高的内部压力和大 的气-液界面能，所以施加足够高的压力以破坏这种气-液界面的可能 性很小。换句话说，只要将液体储存在常温常压下，一旦生成的UFB 就不会轻易消失。

在本实施方案中，用图7A至图7C说明的第一UFB 11A和用图9A 至9C说明的第三UFB 11C可以描述为通过利用气体的这种热溶解特性 而生成的UFB。

另一方面，在液体的压力与溶解特性之间的关系中，液体的压力 越高，气体的溶解特性越高，并且压力越低，溶解特性越低。换句话 说，随着液体的压力降低，促进液体中溶解的气体溶解液向气体的相 变，并且更容易生成UFB。一旦液体的压力变得低于常压，溶解特性 就会不停地降低，开始UFB的生成。随着压力降低，压力溶解特性降 低，并且生成许多UFB。

相反，在液体的压力增加到高于常压情况下，气体的溶解特性增 加，并且生成的UFB更容易被液化。但是，该压力远高于大气压。另 外，由于即使在液体的压力增加的情况下，一旦生成的UFB也具有高 的内部压力和大的气-液界面能，所以施加足够高的压力以破坏这种气 -液界面的可能性很小。换句话说，只要将液体储存在常温常压下，一 旦生成的UFB就不会轻易消失。

在本实施方案中，用图8A至8C说明的第二UFB 11B和用图10A 至10B说明的第四UFB 11D可以描述为通过利用气体的这种压力溶解 特性而生成的UFB。

上面分别说明了由不同原因生成的那些第一至第四UFB；但是， 上述生成原因与膜沸腾事件同时发生。因此，可以同时生成至少两种 类型的第一至第四UFB，并且这些生成原因可以协作以生成UFB。应当 注意，由膜沸腾现象生成的膜沸腾气泡的体积变化引发所有生成原因 是常见的。在本说明书中，通过利用如上所述由快速加热引起的膜沸 腾来生成UFB的方法被称为热超细气泡(T-UFB)生成方法。另外，将 通过T-UFB生成方法生成的UFB称为T-UFB，将通过T-UFB生成方法 生成的包含T-UFB的液体称为T-UFB含有液。

通过T-UFB生成方法生成的气泡几乎全部为1.0μm以下，并且难 以生成毫气泡和微气泡。即，T-UFB生成方法允许显着且有效地生成UFB。另外，通过T-UFB生成方法生成的T-UFB具有比通过常规方法生 成的UFB大的气-液界面能，并且只要在常温和常压下储存T-UFB就不 会轻易消失。此外，即使通过新的膜沸腾生成了新的T-UFB，也可以 防止由于新生成的冲击而使已经生成的T-UFB消失。即，可以说， T-UFB含有液中所含的T-UFB的数量和浓度具有滞后特性(hysteresis properties)，这取决于在T-UFB含有液中进行膜沸腾的次数。换句 话说，可以通过控制设置在T-UFB生成单元300中的加热元件的数量 和施加电压脉冲至加热元件的数量来调节包含在T-UFB含有液中的 T-UFB的浓度。

再次参考图1。一旦在T-UFB生成单元300中生成具有期望的UFB 浓度的T-UFB含有液W，则将UFB含有液W供给至后处理单元400。

图11A至11C是表示本实施方案的后处理单元400的构成示例的 图。本实施方案的后处理单元400以从无机离子、有机物和不溶性固 体物质的顺序阶段地去除UFB含有液W中的杂质。

图11A表示去除无机离子的第一后处理机构410。第一后处理机 构410包括交换容器411、阳离子交换树脂412、液体导入路413、收 集管414和液体排出路415。交换容器411储存阳离子交换树脂412。 将由T-UFB生成单元300生成的UFB含有液W通过液体导入路413注入交换容器411中，并吸收到阳离子交换树脂412中，使得去除作为 杂质的阳离子。这些杂质包括从T-UFB生成单元300的元件基板12 剥离的金属材料，例如SiO₂、SiN、SiC、Ta、Al₂O₃、Ta₂O₅和Ir。

阳离子交换树脂412是将官能团(离子交换基团)导入具有三维 网络的高聚物基体中的合成树脂，并且合成树脂的外观是约0.4至 0.7mm的球形颗粒。一般的高聚物基体是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物， 官能团可以是例如甲基丙烯酸系列和丙烯酸系列的官能团。然而，以 上材料是示例。只要该材料可以有效地去除期望的无机离子，上述材 料就可以改变为各种材料。吸收在阳离子交换树脂412中以去除无机 离子的UFB含有液W由收集管414收集，并通过液体排出路415转移 至下一工序。在本实施方案中的该过程中，并非所有的从液体导入路413供给的UFB含有液W中包含的无机离子需要被去除，只要至少一 部分无机离子被去除即可。

图11B表示去除有机物的第二后处理机构420。第二后处理机构 420包括储存容器421、过滤器(filtration filter)422、真空泵 423、阀424、液体导入路425、液体排出路426和空气吸引路427。 储存容器421的内部被过滤器422分成上下方两个区域。液体导入路425连接到上下方两个区域的上方区域，空气吸引路427和液体排出 路426连接到上下方两个区域的下方区域。一旦在阀424关闭的状态 下驱动真空泵423，则储存容器421中的空气通过空气吸引路427排 出以使储存容器421内部的压力为负压，然后从液体导入路425导入UFB含有液W。然后，将由过滤器422去除了杂质的UFB含有液W贮留 在储存容器421中。

由过滤器422去除的杂质包括可以在管或各单元处混合的有机材 料，例如包括例如硅、硅氧烷和环氧树脂的有机化合物。可用于过滤 器422的滤膜包括可去除细菌的亚μm网眼的过滤器(网眼直径为1 μm以下的过滤器)和可去除病毒的nm网眼的过滤器。

在储存容器421中贮留了一定量的UFB含有液W之后，停止真空 泵423并且打开阀424以将储存容器421中的T-UFB含有液通过液体 排出路426转移到下一工序。此处虽然采用了真空过滤法作为去除有 机杂质的方法，但是例如，也可以采用重力过滤法和加压过滤作为使 用过滤器的过滤方法。

图11C表示去除不溶性固体物质的第三后处理机构430。第三后 处理机构430包括沉淀容器431、液体导入路432、阀433和液体排出 路434。

首先，在阀433关闭的状态下，通过液体导入路432将预定量的 UFB含有液W贮留在沉淀容器431中，并且将其放置一会儿。同时， UFB含有液W中的固体物质由于重力而沉淀到沉淀容器431的底部上。 在UFB含有液中的气泡中，较大的气泡如微气泡通过浮力上升到液体 表面，并且也从UFB含有液中去除。经过足够的时间后，打开阀433， 去除了固体物质和大气泡的UFB含有液W通过液体排出路434转移到 收集单元500。

再次参考图1。通过后处理单元400去除了杂质的T-UFB含有液W 可以直接转移到收集单元500，或者可以再次放回溶解单元200。在后 一种情况下，由于T-UFB的生成而降低的T-UFB含有液W的气体溶解 浓度可以由溶解单元200再次补偿到饱和状态。如果在补偿之后由 T-UFB生成单元300生成新的T-UFB，则可以进一步增加具有上述特性 的T-UFB含有液中包含的UFB的浓度。即，可以通过在溶解单元200、 T-UFB生成单元300和后处理单元400的循环次数来增加所包含的UFB 的浓度，并且可以在获得所含的UFB的期望浓度之后，将UFB含有液 W转移到收集单元500。

收集单元500收集并保存从后处理单元400转移的UFB含有液W。 由收集单元500收集的T-UFB含有液是具有高纯度的UFB含有液，各 种杂质从其中去除。

在收集单元500中，通过进行某些阶段的过滤处理，可以通过 T-UFB的尺寸对UFB含有液W进行分类。由于预想通过T-UFB方法获 得的T-UFB含有液W的温度高于常温，因此收集单元500可以设置有 冷却单元。冷却单元可以被设置到后处理单元400的一部分。

上面给出了UFB生成装置1的示意说明；然而，不用说可以改变 表示的多个单元，并且不需要全部准备。取决于所使用的液体W和气 体G的类型以及所生成的T-UFB含有液的预期用途，可以省略上述单 元的一部分，或者可以添加除上述单元之外的其他单元。

例如，当要被UFB包含的气体是大气时，可以省略作为预处理单 元100的脱气单元和溶解单元200。另一方面，当期望UFB包含多种 气体时，可以添加其他溶解单元200。

可以将图11A至11C中说明的用于去除杂质的单元设置到T-UFB 生成单元300的上游，或者可以设置在其上游和下游两者。当要供给 给UFB生成装置的液体是自来水、雨水、污水等时，液体中可能包含 有机和无机杂质。如果将这样的包含杂质的液体W供给至T-UFB生成 单元300，则存在使加热元件10劣化并引起盐析现象的危险。通过将 如图11A至11C所示的机构设置在T-UFB生成单元300的上游，可以 提前去除上述杂质。

<<可用于T-UFB含有液的液体和气体>>

现在说明可用于生成T-UFB含有液的液体W。可用于本实施方案 中的液体W是例如纯水、离子交换水、蒸馏水、生物活性水、磁性活 性水、化妆水、自来水、海水、河水、清洁水和污水、湖水、地下水、 雨水等。也可以使用包含上述液体等的混合液体。也可以使用包含水 和可溶性有机溶剂的混合溶剂。通过与水混合而使用的可溶性有机溶 剂没有特别限制；但是，以下可以是其具体示例。碳数为1至4的烷 基醇类，包括甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，仲丁醇和叔丁 醇。酰胺类，包括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。酮类或酮醇类， 包括丙酮和双丙酮醇。环状醚类，包括四氢呋喃和二噁烷。二醇类， 包括乙二醇，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类，包 括乙二醇单甲醚，乙二醇单乙醚，乙二醇单丁醚，二甘醇单甲醚，二 甘醇单乙醚，二甘醇单丁醚，三甘醇单甲醚，三甘醇单乙醚，和三乙 二醇单丁醚。聚亚烷基二醇类，包括聚乙二醇和聚丙二醇。三醇类， 包括甘油，1,2,6-己三醇和三羟甲基丙烷。这些可溶性有机溶剂可以 单独使用，也可以并用它们中的2种以上。

可以导入到溶解单元200中的气体成分是例如氢、氦、氧、氮、 甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气等。气 体成分可以是包含上述成分中的一些的混合气体。另外，溶解单元200 无需以气态溶解物质，并且溶解单元200可以将包含期望成分的液体或固体融合到液体W中。在这种情况下，溶解可以是自发溶解，施加 压力引起的溶解，或由于电解离解而引起的水合、离子化和化学反应 导致的溶解。

《T-UFB生成方法的效果》

接下来，通过与常规UFB生成方法进行比较来说明上述T-UFB生 成方法的特征和效果。例如，在以文丘里法为代表的常规的气泡生成 装置中，在流路的一部分中设置有诸如减压喷嘴的机械减压结构。液 体以预定压力流动以通过减压结构，并且在减压结构的下游区域中生 成各种尺寸的气泡。

在这种情况下，在生成的气泡中，由于诸如毫气泡和微气泡的相 对较大的气泡受到浮力的影响，因此这些气泡上升至液面并消失。即 使不受浮力影响的UFB也可能随毫气泡和微气泡消失，因为UFB的气- 液界面能不是很大。另外，即使上述减压结构串联配置，并且同一液 体重复地流过减压结构，也不能长时间储存与重复次数相对应的数量 的UFB。换句话说，通过常规的UFB生成方法生成的UFB含有液一直 难以长时间地将所含有的UFB的浓度保持在预定值。

相反，在利用膜沸腾的本实施方案的T-UFB生成方法中，在极其 靠近加热元件的部分中局部地发生从常温到约300℃的快速温度变化 和从常压到约几兆帕的快速压力变化。加热元件是矩形，其一侧大约 数十至数百μm。它大约是常规UFB生成单元尺寸的1/10至1/1000。 另外，随着在膜沸腾气泡表面的极薄膜区域内的气体溶解液瞬时(以 微秒计的极短时间内)超过热溶解极限或压力溶解极限，发生相变并 且气体溶解液析出为UFB。在这种情况下，几乎不生成较大的气泡， 例如毫气泡和微气泡，并且液体以极高的纯度包含直径为约100nm的 UFB。此外，由于以这种方式生成的T-UFB具有足够大的气-液界面能， 因此在正常环境下T-UFB不容易破裂并且可以长时间储存。

特别地，使用能够在液体中局部形成气体界面的膜沸腾现象的本 发明可以在靠近加热元件的液体的一部分中形成界面，而不会影响整 个液体区域，并且热和压力作用进行于其上的区域可以非常局部。结 果，可以稳定地生成期望的UFB。随着用于生成UFB的进一步更多的 条件应用于通过液体循环的生成液，可以另外生成新的UFB而对已经 制成的UFB的影响很小。结果，可以相对容易地生产期望尺寸和浓度 的UFB液。

此外，由于T-UFB生成方法具有上述滞后特性，可以在保持高纯 度的同时将浓度增加到所需浓度。换句话说，根据T-UFB生成方法， 可以有效地生成高纯度和高浓度的可长时间储存的UFB含有液。

<<T-UFB含有液的具体用途>>

通常，包含超细气泡的液体的应用通过包含气体的类型来区分。 只要可以将大约PPM至BPM的气体量溶解在液体中，任何类型的气体 都可以构成UFB。例如，含超细气泡的液体可用于以下应用。

-含空气的UFB含有液可以优选用于工业、农业和渔业以及医疗现 场等中的清洁，以及植物和农业和渔业产品的养殖。

-含氮的UFB含有液不仅可以优选用于工业、农业和渔业以及医疗 现场等中的清洁应用，还可以用于旨在进行消毒、灭菌和除菌的应用 以及例如排水和受污染的土壤的环境净化。

-含氧的UFB含有液可以优选用于工业、农业和渔业、以及医疗现 场等中的清洁应用，以及植物和农业和渔业产品的养殖。

-含二氧化碳的UFB含有液不仅可以优选用于工业、农业和渔业以 及医疗现场等中的清洁应用，还可以用于例如旨在进行消毒、灭菌和 除菌的应用。

-含有全氟化碳作为医用气体的UFB含有液可优选用于超声诊断 和治疗。如上所述，UFB含有液可以在医疗、化学、牙科、食品、工 业、农业和渔业等的各个领域中发挥作用。

在每种应用中，包含在UFB含有液中的UFB的纯度和浓度对于快 速可靠地发挥UFB含有液的作用很重要。换句话说，通过利用本实施 方案的T-UFB生成方法，可以在各个领域中期待空前的效果，其中该 方法能够生成具有高纯度和期望浓度的UFB含有液。以下是期望可优 选应用T-UFB生成方法和T-UFB含有液的应用列表。

(A)液体纯化应用

-在将T-UFB生成单元设置于水净化单元的情况下，期望增强水净 化效果和PH调节液的纯化效果。T-UFB生成单元还可以设置于碳酸水 站。

-在将T-UFB生成单元设置于加湿器、香气扩散器、咖啡机等的情 况下，期望增强室内的加湿效果、除臭效果和气味扩散效果。

-如果生成了由溶解单元将臭氧气体溶解在其中的UFB含有液，并 且将其用于牙科治疗、烧伤治疗和使用内窥镜的伤口治疗，则期望增 强医疗清洁效果和抗菌效果。

-在将T-UFB生成单元设置于公寓的储水箱的情况下，期望增强将 长时间储存的饮用水的水净化效果和除氯效果。

-如果将含有臭氧或二氧化碳的T-UFB含有液用于不能进行高温 灭菌处理的日本清酒、烧酒、葡萄酒等的酿造过程，期望比使用常规 液体更有效地进行巴氏灭菌处理(pasteurization processing)。

-如果在用于特定保健用途的食品和具有功能要求的食品的生产 过程中将UFB含有液混入成分中，则可以进行巴氏灭菌处理，因此可 以提供安全且功能性的食品，而没有味道的损失。

-在将T-UFB生成单元设置于用于在渔业产品(例如鱼和珍珠)的 养殖场中的养殖的海水和淡水的供给路径的情况下，期望促进渔业产 品的产卵和生长。

-在将T-UFB生成单元设置于用于食品保藏的水的纯化工序的情 况下，期望增强食品的保藏状态。

-在将T-UFB生成单元设置于用于将池水或地下水漂白的漂白单 元中的情况下，期望更高的漂白效果。

-在将T-UFB含有液用于修复混凝土构件的裂缝的情况下，期望增 强裂缝修复的效果。

-在将T-UFB包含于用于使用液体燃料的机器(例如汽车、船舶和 飞机)的液体燃料的情况下，期望增强燃料的能效。

(B)清洁应用

近来，UFB含有液作为用于去除附着在衣物上的污垢等的清洁水 已受到关注。如果将上述实施方案中说明的T-UFB生成单元设置于洗 衣机，并且将比常规液体具有更高纯度和更好渗透性的UFB含有液供 给于洗涤桶，则期望进一步增强去污力。

-在将T-UFB生成单元设置于淋浴器和便器洗涤器的情况下，不仅 期望对包括人体在内的各种动物的清洁效果，而且还期望促进浴室和 便器上的水渍和霉菌的污染去除的效果。

-在将T-UFB生成单元设置于汽车的窗户清洗器、用于清洁墙壁构 件等的高压清洗器、汽车清洗器、洗碗机、食物清洗器等的情况下， 期望进一步增强其清洁效果。

-在将T-UFB含有液用于清洁和维护工厂中生产的零件、包括压制 后的去毛刺工序的情况下，期望增强清洁效果。

-在半导体元件的生产中，如果将T-UFB含有液用作晶片的抛光 水，则期望增强抛光效果。另外，如果在抗蚀剂去除工序中使用T-UFB 含有液，则增强促进不容易剥离的抗蚀剂的剥离。

-在将T-UFB生成单元设置于用于对医疗机器(例如医疗机器人、 牙科治疗单元、器官保藏容器等)进行清洁和除菌的机器的情况下， 期望增强清洁效果和机器的除菌效果。T-UFB生成单元也可用于动物 的治疗。

(C)药物应用

-如果在化妆品等中包含T-UFB含有液，则促进渗透到皮下细胞， 并且可以大大减少对皮肤生成不良影响的添加剂例如防腐剂和表面活 性剂。结果，可以提供更安全和更实用的化妆品。

-如果将包含T-UFB的高浓度纳米气泡制剂用于例如CT和MRI等 医学检查装置的造影剂，则可以有效地使用X射线和超声波的反射光。 这使得可以捕获可用于癌症等的初步诊断的更详细的图像。

-如果将包含T-UFB的高浓度纳米气泡水用于称为高强度聚焦超 声(HIFU)的超声波治疗机，则可以降低超声波的照射功率，从而可 以使治疗更加非侵入。特别地，可以减少对正常组织的损伤。

-通过使用含有T-UFBs的高浓度纳米气泡作为源、修饰在气泡周 围的负电荷区域中形成脂质体的磷脂、并通过磷脂适用各种医疗物质 (例如DNA和RNA)，可以形成纳米气泡制剂。

-如果将含有通过生成T-UFB制成的高浓度纳米气泡水的药物转 移到牙根管中以进行牙髓和牙本质的再生处理，则该药物会由于纳米 气泡水的渗透效果而深深地进入牙本质小管，并且促进除菌效果。这 使得可以在短时间内安全地治疗牙髓的感染根管。

(特征构成)

接下来，说明本发明的第一实施方案的特征构成。

图12A是表示本实施方案的UFB生成装置1A的示意构成的图。与 上述基本构成所示的类似，图12A所示的UFB生成装置1A包括预处理 单元100、溶解单元200、T-UFB生成单元300、后处理单元400和收 集单元500。但是，本实施方案的UFB生成装置1A设有回流流路450， 其将由后处理部400生成的UFB含有液导入溶解单元200。具体地， 在后处理单元400的液体导入路434中(参见图11C)，回流流路450 的一端连接到排出阀433的上游，回流流路450的另一端连接到溶解 单元200的溶解容器201(参见图3)。另外，回流流路450设置有循环阀451，该循环阀451在连通和中断之间切换路径450。

另外，在图12A中，210表示设置在溶解单元200的气体导入路 205中的气体导入阀，211表示设置在溶解单元200的液体导入路204 中的液体导入阀。在下面的说明中，这些阀210和211也一起被称为 导入阀212。导入阀212、排出阀433和循环阀451由后述的控制单元 1000控制。

在本实施方案中，可以通过关闭导入阀212和排出阀433并打开 循环阀451来形成循环路径。具体地，可以形成其中溶解单元200中 的液体通过T-UFB生成单元300、后处理单元400和回流流路450再 次放回到溶解单元200的循环路径。

图12B是表示本实施方案的UFB生成装置1A的控制系统的示意构 成的图。在图12B中，控制单元1000例如包括CPU 1001、ROM 1002、 RAM 1003等。CPU 1001用作对整个UFB生成装置1A进行集中控制的 控制单元。ROM 1002储存由CPU 1001执行的控制程序、预定表格以 及其他固定数据。RAM 1003包括用于临时储存各种输入数据的区域， 用于由CPU 1001执行处理的工作区域等。操作显示单元6000包括： 设定单元6001，其用作允许用户进行用于设定所生成的UFB的浓度、 UFB生成时间等的各种操作的设定单元；以及作为显示单元的显示单 元6002，其显示生成UFB含有液所需的时间和装置状态。该操作显示 单元6000中的设定单元6001用作设定UFB的目标浓度的目标浓度设 定单元，并且还用作设定UFB的目标生成时间的生成时间设定单元。

控制单元1000控制加热元件驱动单元(驱动单元)2000，该加热 元件驱动单元2000控制设置在元件基板12上的加热部10G中的多个 加热元件10的驱动。加热元件驱动单元2000施加与来自CPU 1001 的控制信号相对应的驱动脉冲到加热部10G中的多个加热元件10中的 每一个。每个加热元件10根据所施加的驱动脉冲的电压、频率、脉冲 宽度等生成热。

控制单元1000控制阀组3000，该阀组3000包括设置在单元中的 阀。阀组3000还包括上述导入阀212、排出阀433、循环阀451等。 另外，控制单元1000还控制泵组4000，该泵组4000包括设置在UFB 生成装置中的各种泵和设置在溶解单元200中的旋转轴203。如上所述，在基本构成中，T-UFB生成单元300设置有测量单元，该测量单 元进行测量以推定正在生成的UFB含有液的UFB浓度，并且由此测量 的值被输入到控制单元1000。其他构成与上述UFB生成装置1的构成 相似，省略多余说明。

接下来，参考图13中的流程图说明在第一实施方案中执行的生成 UFB的操作。通过CPU 1001将储存在ROM 1002中的程序代码解压缩 到RAM 1003并执行该程序代码，来进行用于以下说明的图13、15、 16、17和18中所示的一系列处理。可替代地，图13、15、16、17和18中的功能的一部分或全部可以由诸如ASIC和电子电路的硬件来实 现。每个处理的说明中的符号“S”表示处理的说明中的步骤。

首先，在S100中，执行确认处理，该确认处理用于推定 (esitimate)加热部10G中处于能够适当地加热液体的状态的加热元 件的数量，或者处于能够生成UFB的状态的加热元件(在下文中，也 称为工作加热元件)的数量。确认加热元件10的工作状态的方法包括：测量被驱动的加热元件10周围的温度变化的方法，测量起泡声的方 法，测量加热元件10的通电状态的方法等，并且可以使用其中的任何 一种。在通过确认处理确认的工作加热元件的范围内使用的加热元件 的数量被设定为驱动条件。为了设置要使用的加热元件的数量，可以 根据需要选择由CPU 1001设定在工作加热元件的数量的范围内预先确 定的加热元件的数量的方法，由用户通过设定单元6001进行设定的方 法等。

此后，在S101中，设定要生成的T-UFB含有液(以下简称为UFB 含有液)的目标UFB浓度。用户通过设定单元6001设定目标UFB浓度。 接下来，在S102中，设定用于生成预定量的具有目标UFB浓度的UFB 含有液的目标生成时间。设定目标生成时间的方法包括基于要使用的 加热元件的数量、目标UFB浓度和要生成的UFB含有液的量由CPU 1001 来计算和设定目标生成时间的方法等，根据用户通过设定单元6001 的输入来设定目标生成时间的方法等。在本实施方案中，CPU 1001基 于要使用的加热元件的数量，通过S101中的处理设定的目标UFB浓度 以及要生成的UFB含有液的量，计算并设定目标生成时间。因此，在 本实施方案中，CPU 1001用作生成时间设定单元。

接下来，在S103中，设定UFB的初始生成速度(以下称为初始生 成速度)。下面说明计算和设定初始生成速度的方法的具体示例。

在这种情况下，每1mL生成的UFB的数量(UFB浓度)为1亿个 /mL。要生成的UFB含有液的量为1L。在这种情况下，目标UFB生成 时间表示为：

目标UFB生成时间＝1.0e2(秒)(＝1.0×10²)。

同时，初始生成速度由以下表达式表示并在S103中设定：

初始生成速度

＝(1.0e8(个/mL)×1.0e3(mL))/1.0e2(秒)

＝1.0e9(个/秒)每秒10亿。

在本实施方案中，基于用户设定的目标UFB浓度，计算出的目标UFB生成时间和初始生成速度，如下确定要使用的加热元件的数量。

现在，假设在目标UFB生成时间(100秒)中以初始生成速度生 成具有目标UFB浓度的1L(升)的UFB含有液，并且每秒驱动该加热 元件的次数(驱动频率)例如为10kHz。在这种情况下，所需的加热 元件数量(第一工作数量)设定如下：

加热元件数量＝1.0e9(个/秒)/(10×(1.0e4))

＝1.0e4(＝1.0×10⁴)(个)

在以上示例中，如上所述，用于UFB生成的加热元件的数量为 10,000个。期望通过后述的UFB生成处理在上述条件下生成UFB。因 此，在初始状态下，由加热元件驱动单元2000驱动的作为驱动目标的 加热元件的数量被固定为10,000个。

参照图14说明要生成的UFB含有液的UFB浓度与UFB生成时间T 之间的关系。图14中所示的点10201表示期望要生成的UFB含有液的 浓度在经过目标生成时间T_tgt(＝100秒)之后的时间点达到目标UFB 浓度D_tgt(＝1.0e8个/mL)。图14所示的直线10211表示随着生成 时间的经过而增加的UFB浓度的推定值。以下，将直线10211上的UFB 浓度的推定值称为进度浓度。

在本实施方案中，在目标生成时间内生成具有目标UFB浓度的UFB 含有液的情况下，CPU 1001控制通过加热元件驱动单元2000的加热 元件10的驱动以保持UFB生成速度为恒定速度(初始设定速度)。即， 控制加热元件10的驱动以使图14所示的直线10211的倾斜恒定。

随后，从S104进行用于生成UFB的预先准备。首先，在S104中 关闭排出阀433，并且在S105中打开循环阀451。接着，关闭导入阀 212(气体导入阀210和液体导入阀211(参见图12))。此后，在 S106中打开导入阀212。因此，形成了从溶解单元200通过T-UFB生 成单元300、后处理单元400和回流流路450再次来到溶解单元200 的循环路径，并且将液体供给到该循环路径。

此后，在S107中确定上述循环路径是否被液体填满，并且如果确 定结果为否，则继续向循环路径供给液体。之后，如果在S107中的确 定结果为是，则在S108中关闭导入阀212。这样，完成了生成UFB的 预先准备。

随后，在S109中，驱动设置在加热部10G中的预定数量(在此示 例中为10,000个)的加热元件以开始UFB生成。通过CPU 1001控制 加热元件驱动单元2000来进行加热元件的驱动。

接下来，在S110中，确定是否经过了在S102中设定的目标生成 时间。如果确定结果为否，或者如果目标生成时间尚未经过，则处理 进行到S111。

在S111中，驱动用于生成UFB的加热元件，并且推定被驱动的加 热元件(驱动加热元件)的驱动状态、即进行加热功能的加热元件(工 作加热元件)的数量。确认加热元件的工作状态的方法包括测量被驱 动的加热元件周围的温度变化的方法、测量起泡声的方法、测量加热 元件的通电状态的方法等，并且可以使用其中任何一个。

如上所述，在本实施方案中，在生成UFB之后，确认用于生成UFB 的加热元件中的进行加热功能的工作加热元件。这是由于以下原因。

在本实施方案中，基本上通过基于开始UFB生成之前设定的条件 (例如目标UFB浓度、目标生成时间和初始UFB生成速度)导出驱动 加热元件的次数来生成UFB。因此，在所有使用的加热元件都是具有 能够进行UFB生成的加热功能的工作加热元件的情况下，通过管理目 标生成时间，可以生成预定量的具有目标UFB浓度的UFB含有液。然 而，实际设置在加热部10G中的多个加热元件包括由于加热、起泡和 气泡消失而损坏并且丧失加热功能的元件。在生成这种不工作的加热 元件的情况下，有可能生成的UFB的数量减少并且不能获得预期的UFB 浓度。为了解决该问题，在本实施方案中，通过在确认各加热元件的 工作的处理中推定工作加热元件的数量并进行后述的S112和S113的 处理，来使工作加热元件的数量保持恒定。

在S112中，确定在S111中确认的工作加热元件的数量是否从在 S100中确认的工作加热元件的数量减少。具体地，确定开始UFB生成 之后(驱动加热元件之后)的工作加热元件的数量(第一工作加热元 件的数量)是否从UFB生成之前(驱动加热元件之前)的工作加热元 件的数量减少了。在重复S110至S113的处理的同时进行的S112的确 定中，确定通过这次确认加热元件的工作状态的处理所确认的工作加 热元件的数量是否从上次确认处理所述确认的工作加热元件的数量减 少了。如果确定结果为是，则处理进行到S113，并且如果确定结果为 否，则处理返回到S110，并且处理继续。

在S113中，通过基于在S111中确认的工作加热元件的数量的添 加来增加驱动目标加热元件(驱动加热元件)的数量。基于在S111 中确认的工作加热元件的数量和在S100中确认的工作加热元件的数 量，计算要添加的驱动加热元件的数量。即，在S111中确认的工作加 热元件的数量与在S100中确认的工作加热元件的数量之差是要添加 的驱动加热元件的数量。因此，加热元件的生成速度保持恒定。在添 加的驱动加热元件为非工作加热元件的情况下，在确认加热元件的工 作状态的下一处理(S111)中确认工作加热元件的减少数量，并且再 次添加驱动加热元件。通过该处理，工作加热元件的数量最终与在 S100中确认的工作加热元件的数量一致。

参照图20A至20D详细说明添加工作加热元件的处理。图20A至 20F是示意性地表示加热部10G中的加热元件的构成的图。为了简单 说明，表示了总共设置16个加热元件(编号为1至16的加热元件) 使得分别在加热部10G中垂直和水平配置四个加热元件的示例。在图 20A至20F中，操作的加热元件(工作加热元件)被涂成黑色，而未 工作的加热元件被涂成白色。失去加热功能的加热元件以×符号表示。

如上所述，在本实施方案中，通过设定目标UFB浓度、目标生成 时间和初始UFB生成速度，在初始状态设定要驱动的加热元件的数量 及其序号。图20B表示在初始状态下作为驱动目标的加热元件的编号 1至10的加热元件，以及在保留状态下不作为驱动目标的加热元件的 编号11至16的加热元件(非工作加热元件)。

如果在S111的加热元件工作确认处理中确认两个加热元件(图 20C所示的编号01和02的加热元件)没有工作，则在这种情况下， 在S113中添加保留状态中的两个加热元件以进行驱动。图20F表示两 个加热元件(编号11和12的加热元件)被添加以被驱动并且那些加 热元件正常工作的状态。在这种情况下，有十个工作加热元件(编号 03至12)和四个处于保留状态的加热元件(编号13至16)。

重复上述的S111至S113的处理，直到经过了目标生成时间，并 且在经过了目标生成时间之后，处理进入S114，并且终止了UFB生成 处理。

此后，在S115中关闭循环阀451，并且在S116中打开排出阀433。 因此，通过T-UFB生成单元300和后处理单元400生成的UFB含有液 排出到收集单元500。通过以上处理，终止了一系列生成UFB含有液 的处理。

如上所述，在本实施方案中，通过使工作加热元件的数量恒定以 保持生成速度恒定，可以在目标生成时间内生成具有目标UFB浓度的 UFB含有液，而工作加热元件中的数量是驱动加热元件的条件之一。

<第一实施方案的第一变型>

第一实施方案示出了如下示例：其中通过控制用于生成UFB的加 热元件(工作加热元件)的数量来保持UFB生成速度恒定的同时，在 目标生成时间内生成具有目标UFB浓度的UFB含有液。然而，在保持 UFB生成速度恒定的同时在目标生成时间内生成具有目标UFB浓度的 UFB含有液的方法不限于上述第一实施方案中说明的方法。例如，如 后述的第一变型，也可以通过控制每秒驱动用于生成UFB的工作加热 元件的次数、即作为驱动加热元件的条件之一的驱动频率，来保持生 成速度恒定。

在下文中，参考图15中的流程图说明在该变型中执行的生成UFB 含有液的处理。图15中的S100至S111的处理和S114至S116的处理 与图13中的S100至S111的处理和S114至S116的处理相似，省略多 余的说明。

在S112中，类似于第一实施方案，确定在S111中确认的工作加 热元件的数量是否从S100中确认的工作加热元件的数量减少了，或者 从通过上次的确认加热元件的工作状态的处理所确认的加热次数减少 了。如果确定结果为是，则处理进入到S123，并且如果确定结果为否， 则处理返回到S110并且处理继续。在S123中，即使在S111中确认了 工作加热元件的数量减少，也增加每个工作加热元件的驱动频率，以 保持UFB生成速度恒定。

表1示出了计算的示例，该计算表明，在本示例中，在目标生成 时间中完成目标UFB的数量所需的驱动频率(每秒加热次数)如何根 据工作加热元件的数量而变化。

表1

如表1所示，可以看出，即使在减少工作加热元件的数量的情况 下，T-UFB方法也允许增加每个工作加热元件的驱动频率，并且可以 在目标生成时间内生成具有目标UFB浓度的目标液量的UFB含有液。 目标生成时间是指达到要生成的UFB的目标数量所需的推定秒数。

在S123中增加加热元件的驱动频率之后，处理返回到S110，并 且处理继续。然后，在经过目标生成时间之后，如果在S110中的确定 结果为是，则处理进行到S114，并且终止UFB生成处理。此后，类似 于第一实施方案，执行S114至S116的处理，并且将如此生成的UFB含有液排出至收集单元500。通过以上处理，终止生成UFB含有液的 一系列处理。

<第一实施方案的第二变型>

接下来，说明第一实施方案的第二变型。上述的第一实施方案表 示了作为针对被驱动的加热元件包括失去加热功能的加热元件的情况 的对策，进行控制，以通过添加来增加工作加热的数量的示例，第一 变型表示了用于增加工作加热元件的驱动频率的控制的示例。与此相 对，在本变型中，在被驱动的加热元件包括失去加热功能的加热元件 的情况下，同时执行通过添加来增加驱动加热元件的数量的控制，增 加驱动频率的控制，增加加热元件的每次驱动的起泡功率(bubbling power)的控制。

在下文中，将参考图16中的流程图说明在本变型中执行的生成 UFB含有液的处理。图16中的S100至S111的处理以及S114至S116 的处理也与图13中的S100至S111的处理以及S114至S116的处理相 似，省略多余的说明。

在S112中，类似于第一实施方案，确定在S111中确认的工作加 热元件的数量是否从在S100中确认的工作加热元件的数量减少了，或 者从通过上次的确认加热元件的工作状态的处理所确认的加热次数减 少了(S111)。如果确定结果为是，则在S133中确定是否可以添加工 作加热元件。在设置在装置的加热部10G中的加热元件中有可用的加 热元件(工作加热元件)的情况下(在设置在加热部10G中的加热元 件的数量小于初始工作加热元件的数量的情况下)，在S134中进行添 加工作加热元件的处理。

另一方面，如果基于在S133中的确定确定了不可能添加工作加热 元件，例如如果工作加热元件的初始数量等于在加热部10G中设置的 加热元件的数量，则处理进入S135。在S135中，确定是否可以增加 驱动频率。如果确定可以增加驱动频率，则增加驱动频率，使得可以 使用当前设定的工作加热元件的数量在目标生成时间内生成具有目标 UFB浓度的目标生成量的UFB含有液，如表1所示(S136)。在增加 驱动频率之后，处理返回到S110，并且处理继续。

如果在S136中确定不可能增加驱动频率、即例如如果当前设定的 驱动频率达到上限，则处理进入S137，并且增加作为驱动加热元件的 条件之一的起泡功率(加热量)。增加起泡功率的方法包括例如增加 施加以驱动加热元件的驱动脉冲的电压的方法，增加施加给加热元件 的驱动脉冲的脉冲宽度的方法等。在增加起泡功率之后，处理返回到 S110，并且处理继续。

在经过目标生成时间之后，并且如果S110中的确定结果为是，则 处理进入S114，并且终止UFB生成处理。此后，类似于第一实施方案， 执行S114至S116的处理，将如此生成的UFB含有液排出至收集单元 500，并且终止生成UFB含有液的一系列处理。

[第二实施方案]

接下来，说明本发明的第二实施方案。根据第二实施方案的UFB 生成装置通过将UFB生成速度的变化反馈到生成速度，来在生成时间 内生成具有目标UFB浓度的目标生成量的UFB含有液。

图17是示出在第二实施方案中执行的生成UFB的操作的流程图。 图17中的S200至S203的处理与图13中的S100至S103的处理相似。 另外，S213和S216至S218的处理与图13中的S111和S114至S116 的处理相似。因此，省略了与图13中的处理类似的图17中的处理的多余说明。

在本实施方案中，基于在S203中设定的初始UFB生成速度，推定 并设定与从UFB生成开始连续生成UFB的时间(生成时间)相关联的 UFB进度浓度(S204))。由CPU 1001进行推定和设定进度浓度的处 理。因此，CPU 1001用作本发明的进度浓度设定单元。

在本实施方案中，将UFB生成速度设为1.0e8个/mL，将各生成时 间中的UFB进度浓度的推定值示于表2。

表2

此后，进行S205至S210的处理。该处理类似于图13中的S104 至S109的处理，并且省略说明。

接下来，在S212中，测量当前UFB生成装置1A中的UFB含有液 的UFB浓度。作为用于测量UFB浓度的浓度测量方法，已知有通过使 用放大镜和照相机以光学方式计算UFB的数量来测量UFB浓度的方法， 以及通过测量ζ电势(Z-电位)来测量UFB浓度的方法，可以使用其 中的任何一种。

在S212中，确定在S211中测量的测量UFB浓度是否达到等于或 大于在S201中设定的目标UFB浓度的浓度。如果确定结果为是，则处 理进入S216，并且UFB生成处理终止。如果确定结果为“否”，则处 理进入到S213。在S213中，类似于图13中的S111，确认设置在加热部10G中的每个加热元件的工作状态。

在S214中，确定在S211中测量的测量UFB浓度(测量浓度)是 否是低于UFB进度浓度(在S204中设定的浓度)的浓度，该进度浓度 与测量测量浓度的时间相关联。如果确定结果为是，则处理进行到 S215，并且增加UFB生成速度。增加UFB生成速度的方法是例如根据在S213中确认的加热元件的工作状态，添加工作加热元件的数量，增 加每个工作加热元件的驱动频率，增加加热元件的起泡功率等。然后， 处理进行到测量UFB浓度的处理(S211)。此后，重复S211至S215 的处理，直到S212中的确定结果为是，或者直到测量UFB浓度变为等于或大于目标UFB浓度，并且S212中的确定结果变为是(S216)的时 间点终止UFB生成处理。此后，在S216至S218中，执行与第一实施 方案中的S114至S116的处理类似的处理，将如此生成的UFB含有液 排出至收集单元500，并且终止生成UFB含有液的一系列处理。

<第二实施方案的变型>

接下来，说明第二实施方案的变型。图17所示的上述第二实施方 案示出了在测量UFB浓度低于UFB进度浓度的情况下增加UFB生成速 度的示例。相对于此，在本变型中，在测量UFB浓度低于UFB进度浓 度的情况下，与图17所示的第二实施方案类似地，增加UFB的生成速 度，并且在测量UFB浓度变得高于UFB进度浓度的情况下，进行降低 UFB的生成速度的控制。根据UFB进度浓度的UFB生成速度的增加和 降低使得可以更精确地生成具有目标UFB浓度的目标生成量的UFB含 有液。以下，参照图18的流程图说明在本变型中执行的生成UFB含有 液的处理。图18的S200至S213的处理与图17的S200至S213的处 理类似，并且省略其说明。

在图18中，在S214中，确定在S211中测量的UFB浓度是否未达 到在S204中设定的UFB进度浓度。如果确定结果为是，则处理进行到 S226以增加UFB生成速度，并且处理进行到S211。增加UFB生成速度 的方法是例如基于S213中确认的加热元件的工作状态，添加工作加热 元件的数量，增加每个工作加热元件的驱动频率，增加加热元件的起 泡能量等。

如果在S214中的确定结果为否，或者如果测量UFB浓度等于或大 于UFB进度浓度，则处理进入到S225。在S225中，确定在S211中测 量的UFB浓度是否超过在S204中设定的UFB进度浓度。如果确定结果 为是，则处理进行到S227以降低UFB生成速度，然后处理进行到S211。 降低UFB生成速度的方法是例如根据在S213中确认的加热元件的工作 状态，减少工作加热元件的数量，降低每个工作加热元件的驱动频率， 增加加热元件的起泡能量等。

由于在S225中的确定结果为否的状态表示测量UFB浓度等于推定 的UFB浓度的状态，所以处理进行到S211，而不更新UFB生成速度。 此后，重复S212、S211至S214以及S225至S226的处理，直到S212 中的确定结果为是，并且在当S212中的确定结果为是的时间点，UFB生成处理终止(S216)。

图19是表示在本实施方案中在根据UFB浓度控制UFB生成速度的 情况下UFB生成经过时间T与生成的UFB浓度D之间的关系的图。图 19所示的点10701表示在推定的生成时间T_tgt(＝100秒)中，期望 生成的UFB含有液的UFB浓度达到作为初始目标的UFB浓度D_tgt (＝1.0e8个/mL)。图19所示的虚线10711表示随着生成时间的经过 UFB浓度的增加的初始推定值。

说明如下示例：其中，从开始生成UFB进行UFB生成20秒(T1) 作为初始期望，在经过20秒后一部分加热元件10失去加热功能，这 导致UFB生成速度的降低，以及此后不再发生加热元件10失去功能的 情况。

图19所示的点10702表示经过了生成时间T1(＝20秒)之后的 UFB浓度D1(＝2.0e7个/mL)。实线10712表示根据生成时间的UFB 浓度的推定值。在对应于实线10712的时刻所使用的加热元件的状态 对应于图20B所示的状态。

图19所示的点10703表示在经过生成时间T2(＝40秒)之后的该 时间点的UFB浓度D2(＝3.6e70,000个/mL)，虚线10713表示UFB 浓度的测量值随着生成时间而变化(增加)。

在这种情况下，由于在经过生成时间T2(＝40秒)之后的时间点， UFB浓度D2为小于UFB进度浓度(＝4.0e70,000个/mL)的值，因此在 S214中确定结果为是，并且在S226中增加UFB生成速度。

在生成时间T1和T2之间的20秒内，UFB浓度的增加量为1.6e7 个/mL(＝(3.6e7个/mL)-(2.0e70,000个/mL))。根据该增加量，推 定可驱动的加热元件的数量为约8000万个。

在本实施方案中，通过增加加热元件10的驱动频率来增加UFB 的生成速度。在经过生成时间T2(＝40秒)之后的时间点尚未生成的 UFB的数量约为4.0e6个/mL((4.0e7个/mL)-(3.6e7个/mL))。 在此基础上，在从T2(40秒)到T3(60秒)的下一生成时间中，生 成2400万个/mL(＝(2.0e7个/mL)+(4.0e6个/mL))的UFB，其是 通过将短缺添加到最初预期生成量而获得的量。因此，驱动频率增加 了1.5倍，即15kHz。图19中的点划线10714表示随着生成时间的经 过的UFB浓度推定值。

图19所示的点10704表示在经过了生成时间T3(＝60秒)之后的 时间点的UFB浓度D3(＝6.0e7个/mL)，图19中的点划线10714表示 随着生成时间的经过的UFB浓度推定值。由于在经过生成时间T3(＝ 60秒)之后的时间点，UFB浓度D3等于UFB进度浓度(＝6.0e7个/mL) 的值，所以来自S214和S225中的确定处理的确定结果均为否，并且 在保持UFB生成速度的情况下继续处理。图19中的点划线10715表示 随着生成时间增加的UFB浓度推定值。

接下来，图19所示的点10705表示在经过了生成时间T4(＝80 秒)之后的时间点的UFB浓度D4(＝8.4e7个/mL)，点划线10715表 示随着经过的时间而增加的UFB浓度推定值。

在经过经过时间T4(＝80秒)后的时间点，在这种情况下，UFB 浓度D4是大于UFB进度浓度(＝8.0e7个/mL)的值。因此，来自S214 中的确定处理的确定结果为否，并且来自S225中的确定处理的确定结 果为是，并且在S227中UFB生成速度降低。如下所述进行处理。

在生成时间T3和T4之间的20秒内，UFB浓度的增加量为2.4e7 个/mL(＝(8.0e7个/mL)-(6.0e7个/mL))。基于该增加量，推定工作 加热元件的数量约为8.0e7个。

在本实施方案中，通过降低加热元件10的驱动频率来进行降低 UFB生成速度的处理。在经过生成时间T4(＝80秒)之后的时间点， 超出的UFB量约为4.0e6个/mL(＝(8.4e7个/mL)-(8.0e7个/mL))。 基于此，从T4(80秒)到T_tgt(100秒)的下一生成时间，生成1.6e7个/mL(＝(2.0e7个/mL)-(4.0e6个/mL)的UFB，其为通过从初始 预期生成量中减去超出而获得的量。因此，加热元件10的驱动频率从 原始驱动频率增加了1.0倍，其为10kHz。图19所示的双点划线10716 表示经过时间的UFB浓度推定值。

通过这样的控制，UFB浓度推定值最终达到图19中的点10701所 示的值。点10701表示目标生成时间T_tgt(100秒)中的UFB进度浓 度D_tgt(＝1.0e8个/mL)。

说明了根据比较结果来控制UFB生成速度的方法，在改变工作加 热元件的驱动频率的情况下，通过将在S204中设定的UFB进度浓度与 对应于该UFB进度浓度的测量UFB浓度彼此进行比较来获得比较结果， 以进行控制。注意，控制工作加热元件的数量的方法也可以用作控制 UFB生成速度的方法。

在下文中，参考图20B至20F说明控制方法。初始加热元件的工 作状态在图20B中表示。工作的的加热元件被涂成黑色(编号为01 至10的加热元件)，而未工作的的加热元件被涂成白色(编号为11 至16的加热元件)。即，在图20B所示的状态下，十个加热元件处于操作状态，六个加热元件处于保留状态。

根据图19中的虚线10713，测量UFB浓度(测量浓度)低于UFB 进度浓度。这表示在从T1到T2的生成时间中被驱动的加热元件中， 存在失去加热功能的损坏的加热元件。在这种情况下，加热元件的工 作状态在图20C中表示。在图20C中，由于编号01和02的两个加热元件被损坏并且仅剩余的八个工作加热元件起作用，因此UFB的生成 速度降低。因此，在这种情况下，在S226中执行增加UFB生成速度的 处理。具体地，执行添加驱动加热元件的数量的处理。图20D表示添 加驱动加热元件并且添加的驱动加热元件适当地生成热的状态。在图 20D中，进一步添加了编号为11至14的四个工作加热元件，并且工 作加热元件的总数为12。因此，UFB生成速度增加，并且测量UFB浓 度的增加率增加，也如同图19中的点划线10714所示。

另一方面，在图19中的点划线10715中的测量浓度高于UFB进度 浓度。在这种情况下，通过减少工作加热元件的数量来降低UFB的生 成速度。图20E表示工作加热元件的数量减少的状态。在图20E中， 八个加热元件(编号03至10的加热元件)处于工作状态，六个加热元件(编号11至16的加热元件)处于保留状态。因此，可以通过减 少驱动加热元件来降低UFB的生成速度。结果，如双点划线10716所 示，测量UFB浓度的增加率降低，并且测量UFB浓度最终达到图19 中的点10701所示的值。点10701表示在目标生成时间T_tgt(100 秒)中的UFB进度浓度D_tgt(＝1.0e8个/mL)。

如上所述，在控制生成速度的同时进行UFB生成处理，并且如果S212中的确定结果为是，则在S216中终止UFB生成。此后，执行S114 至S116的处理，并且将由此生成的UFB含有液排出至收集单元500。 通过以上处理，终止生成UFB含有液的一系列处理。

在S226或S227中增加或降低生成速度的情况下，可以根据需要 使用上述“控制驱动加热元件的数量”，“控制驱动频率”和“控制 起泡功率”中的任何一种。因此，尽管在图18的流程图中没有特别表 示，但是在增加或降低生成速度的处理之前，也可以自动或手动设定 以上三种类型的控制中的至少一种。在自动设定控制方法的情况下， 也可以像图16所示的第二变型那样确定是否可以增加或减少工作加 热元件的数量或者是否可以增加或降低驱动频率，以根据需要选择可 执行的控制。

如上所述，在第二实施方案及其变型中，基于UFB浓度的测量结 果来动态地控制工作加热元件的数量和加热元件的驱动频率。因此， 可以在目标UFB生成时间内更精确地生成具有目标浓度的目标生成量 的UFB。

尽管已经参考示例性实施方案说明了本发明，但是应当理解，本 发明不限于所公开的示例性实施方案。所附权利要求的范围应被赋予 最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种超细气泡生成装置，包括：

加热部，其包括能够加热液体的加热元件；

驱动单元，其驱动所述加热元件以使液体中发生膜沸腾来生成超细气泡；

浓度设定单元，其设定液体中所含的超细气泡的目标浓度；

生成时间设定单元，其设定生成预定量的具有目标浓度的液体所需的目标生成时间；和

控制单元，其控制驱动单元以根据目标浓度和目标生成时间来调节超细气泡的生成速度，

其中所述超细气泡的直径小于1.0μm。

2.根据权利要求1所述的超细气泡生成装置，其中，

所述控制单元控制由所述驱动单元驱动的加热元件的驱动频率和加热量中的至少一者。

3.根据权利要求1或2所述的超细气泡生成装置，其中，

所述加热部包括多个加热元件，以及

所述控制单元调节所述多个加热元件中要被驱动单元驱动的加热元件的数量。

4.根据权利要求1所述的超细气泡生成装置，其中，

所述加热部包括多个加热元件，

所述超细气泡生成装置还包括：推定单元，其推定要由所述驱动单元驱动的加热元件中能够生成超细气泡的工作加热元件的数量，以及

所述控制单元基于由所述推定单元推定的工作加热元件的数量来控制所述驱动单元。

5.根据权利要求4所述的超细气泡生成装置，其中，

所述推定单元至少在驱动加热元件之前或之后推定工作加热元件的数量。

6.根据权利要求5所述的超细气泡生成装置，其中，

所述控制单元控制所述驱动单元，使得在驱动加热元件之后推定的工作加热元件的数量小于驱动加热元件之前推定的工作加热元件的数量的情况下，执行以下中的任一者：添加驱动单元要驱动的加热元件的数量，增加每个加热元件的驱动频率以及增加加热元件的加热量。

7.根据权利要求1所述的超细气泡生成装置，还包括：

进度浓度设定单元，其基于目标浓度和目标生成时间，设定与超细气泡的生成时间相关联的超细气泡的进度浓度；和

浓度测量单元，其在开始生成超细气泡之后测量液体中的超细气泡的浓度，其中

所述控制单元基于由所述浓度测量单元测量的测量浓度和与测量测量浓度的时间相对应的进度浓度来控制驱动单元。

8.根据权利要求7所述的超细气泡生成装置，其中，

所述控制单元基于由所述浓度测量单元测量的测量浓度，与测量测量浓度的时间相对应的进度浓度，以及在驱动加热元件之后推定的工作加热元件的数量，来控制生成速度。

9.根据权利要求7或8所述的超细气泡生成装置，其中，

在测量浓度低于与测量浓度相对应的进度浓度的情况下，所述控制单元控制所述驱动单元以增加生成速度。

10.根据权利要求9所述的超细气泡生成装置，其中，

在测量浓度高于与测量浓度相对应的进度浓度的情况下，所述控制单元控制驱动单元以降低生成速度。

11.一种超细气泡生成方法，包括：

设定液体要包含的超细气泡的目标浓度；

设定生成预定量的具有目标浓度的液体所需的目标生成时间；

驱动能够加热液体以在液体中发生膜沸腾来生成超细气泡的加热元件；和

控制驱动以根据目标浓度和目标生成时间来调节超细气泡的生成速度，

其中所述超细气泡的直径小于1.0μm。

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