CN112742227A - 含超微泡液体生产设备和含超微泡液体生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含超微泡液体生产设备和含超微泡液体生产方法，该设备包括：生产单元，其在从液体引入单元供应的液体中产生超微泡从而生产包含超微泡的含超微泡液体，并输送含超微泡液体；液体输送单元，其将含超微泡液体输送到外部；缓冲槽，其接收从生产单元输送的液体并将液体输送到液体输送单元；以及控制器，其控制含超微泡液体从缓冲槽向液体输送单元的输送，使得在生产单元停止操作的情况下，将累积在缓冲槽中的含超微泡液体输送到液体输送单元，从而使液体输送单元能够将含超微泡液体输送到外部。

Description

含超微泡液体生产设备和含超微泡液体生产方法
技术领域
本发明涉及用于生产含超微泡液体的含超微泡液体生产设备和含超微泡液体生产方法，含超微泡液体包含直径小于1.0μm的超微泡。
背景技术
近来，已经开发出用于应用诸如直径为微米级的微米泡和直径为纳米级的纳米泡等的微细泡的特征的技术。特别地，已经在各种领域中证实了直径小于1.0μm的超微泡(以下也称为“UFB”)的实用性。
日本特开2019-042732号公报包括由UFB产生器在从液体引入槽供应的液体中产生UFB然后将含UFB液体输送到液体输送槽的路径。日本特开2019-042732号公报进一步提出了通过形成循环路径来提高所含的UFB的浓度，通过该循环路径使输送到液体输送槽的液体返回到液体引入槽中，并重复地使含UFB液体通过UFB产生器。
发明内容
然而，在日本特开2019-042732号公报中公开的设备具有以下问题：在生产含UFB液体期间，诸如UFB产生器或泵等的构成元件损坏的情况下，UFB的产生可能会在损坏元件的更换，维修等期间中断。
因此，本发明的目的是提供一种能够即使在含UFB液体生产设备的一部分发生故障的情况下也能继续供应含UFB液体的含UFB液体生产设备和含UFB液体生产方法。
本发明提供了一种含超微泡液体生产设备，包括：生产单元，其在从液体引入单元供应的液体中产生超微泡从而生产包含所产生的所述超微泡的含超微泡液体，并输送所生产的所述含超微泡液体；液体输送单元，其将所生产的所述含超微泡液体输送到外部；缓冲槽，其接收从所述生产单元输送的液体并将所接收的液体输送到所述液体输送单元；以及控制器，其控制所述含超微泡液体从所述缓冲槽向所述液体输送单元的输送，使得在所述生产单元停止操作的情况下，将累积在所述缓冲槽中的所述含超微泡液体输送到所述液体输送单元，从而使所述液体输送单元能够将所述含超微泡液体输送到外部。
本发明提供了一种含超微泡液体生产方法，包括：利用生产单元在从液体引入单元供应的液体中产生超微泡从而生产包含所产生的所述超微泡的含超微泡液体，并且从所述生产单元输送所生产的所述含超微泡液体；将所生产的所述含超微泡液体从液体输送单元输送到外部；将从所述生产单元输送的所述含超微泡液体接收到缓冲槽中，并且将接收的液体从所述缓冲槽输送到所述液体输送单元；以及控制所述含超微泡液体从所述缓冲槽向所述液体输送单元的输送，使得在所述生产单元的操作停止的情况下，将累积在所述缓冲槽中的含超微泡液体输送到所述液体输送单元，从而使所述液体输送单元能够将所述含超微泡液体输送到外部。
根据本发明，即使在设备的一部分发生故障的情况下，也可以继续供应含UFB液体。
根据以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出UFB产生设备的示例的图；
图2是预处理单元的示意性构造图；
图3A和图3B是溶解单元的示意性构造图和用于说明液体中的溶解状态的图；
图4是T-UFB产生单元的示意性构造图；
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是示出由膜沸腾泡的膨胀引起的UFB的产生状态的图；
图8A至图8C是示出由膜沸腾泡的收缩引起的UFB的产生状态的图；
图9A至图9C是示出由液体的再加热引起的UFB的产生状态的图；
图10A和图10B是示出由膜沸腾产生的气泡消失而产生的冲击波引起的UFB的产生状态的图；
图11A至图11C是示出后处理单元的构造例的图；
图12是示意性地示出第一实施方式中的含UFB液体生产设备的构造的框图；
图13是更详细地示出图12中所示的含UFB液体生产设备的构造的框图；
图14是示出第一实施方式中的控制系统的示意性构造的框图；
图15是示出在第一实施方式中执行的控制的时序图；
图16是示出第一实施方式中的控制操作并且示出主流程的流程图；
图17是示出第一实施方式中的控制操作并且示出子流程的流程图；
图18是示出在第二实施方式中执行的控制的时序图；
图19是示出在第二实施方式的变形例中执行的控制的时序图；
图20是示出第三实施方式中的构造的框图；和
图21是示出传统的含UFB液体生产设备的构造的框图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施方式。
(UFB产生设备的构造)
图1是示出可适用于本发明的UFB产生设备的示例的图。本实施方式的UFB产生设备1包括预处理单元100、溶解单元200、T-UFB产生单元300、后处理单元400和收集单元500。各单元以上述顺序对液体W进行唯一处理，液体W诸如是供应到预处理单元100的自来水，并通过收集单元500将这样处理过的液体W收集为含T-UFB液体。下面说明单元的功能和构造。虽然稍后描述细节，但是在本说明书中，通过使用由快速加热引起的膜沸腾而产生的UFB被称为热超微泡(T-UFB)。
图2是预处理单元100的示意性构造图。本实施方式的预处理单元100对所供应的液体W进行脱气处理。预处理单元100主要包括脱气容器101、喷头102、减压泵103、液体引入通道104、液体循环通道105和液体排出通道106。例如，诸如自来水等的液体W通过阀109从液体引入通道104被供应到脱气容器101。在该处理中，设置在脱气容器101中的喷头102在脱气容器101中喷洒出液体W的雾。喷头102用于促进液体W的气化；然而，离心器等可以替代用作产生气化促进效果的机构。
当特定量的液体W保留在脱气容器101中然后在所有阀关闭的情况下致动减压泵103时，已气化的气体成分被排出，并且还促进了溶解在液体W中的气体成分的气化和排出。在该处理中，可以在检查压力计108的同时将脱气容器101的内部压力减压至数百至数千Pa(1.0Torr至10.0Torr)。要被预处理单元100去除的气体例如包括氮、氧、氩气、二氧化碳等。
通过利用液体循环通道105，可以对相同的液体W重复进行上述脱气处理。具体地，在液体引入通道104的阀109和液体排出通道106的阀110关闭并且液体循环通道105的阀107打开的情况下操作喷头102。这允许保留在脱气容器101中并且一度被脱气的液体W从喷头102被再次喷洒到脱气容器101中。此外，在操作减压泵103的情况下，对相同的液体W重复进行由喷头102进行的气化处理和由减压泵103进行的脱气处理。每当重复进行利用液体循环通道105的上述处理时，可以阶段性地减少液体W中包含的气体成分。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通道106将液体W转移至溶解单元200。
图2示出了将气体部分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和沸腾方法，或者采用使用中空纤维来增加液体和气体之间的界面的膜脱气方法。SEPAREL系列(由DIC公司生产)作为使用中空纤维的脱气模块被商业供应。SEPAREL系列使用聚(4-甲基戊烯-1)(PMP)作为中空纤维的原材料，并且用于从主要供应用于压电头的墨等中去除气泡。此外，可以一起使用真空脱气方法、加热煮沸方法和膜脱气方法中的两者或更多者。
图3A和图3B是溶解单元200的示意性构造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供应的液体W中的单元。本实施方式的溶解单元200主要包括溶解容器201、设置有旋转板202的旋转轴203、液体引入通道204、气体引入通道205、液体排出通道206和加压泵207。
从预处理单元100供应的液体W通过液体引入开闭阀从液体引入通道204被供应到溶解容器201中，并储存在溶解容器201中。另一方面，气体G通过气体引入开闭阀从气体引入通道205被供应到溶解容器201中。
一旦预定量的液体W和气体G被保留在溶解容器201中，就致动加压泵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。在经由旋转轴203使液体中的旋转板202旋转的情况下，供应到溶解容器201的气体G变成气泡，并且气体G和液体W之间的接触面积增大以促使溶解到液体W中。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为止。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，还可以将溶解容器201的内部压力增加到0.5MPa或更高。在这种情况下，出于安全考虑，容器的材料等需要是最佳的。
一旦获得溶解有期望浓度的气体G的成分的液体W，液体W就通过液体排出通道206排出，并被供应到T-UFB产生单元300。在该处理中，背压阀209调节液体W的流动压力，以防止供应期间压力的过度增加。
图3B是示意性地示出混入溶解容器201中的气体G的溶解状态的图。从与液体W接触的部分溶解了包含混入液体W中的气体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中分离出来而成为残留气泡4。具体地，在通过液体排出通道206供应到T-UFB产生单元300的液体W中，存在被气体溶解液3包围的气泡2以及彼此分离的气泡2与气体溶解液3的混合物。
附图中的气体溶解液3是指“液体W中混合的气体G的溶解浓度相对较高的区域”。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包围气泡2的部分处最高。在气体溶解液3从气泡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，并且随着远离该中心而连续降低。即，虽然为了说明起见，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。此外，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产生单元300的示意性构造图。T-UFB产生单元300主要包括腔室301、液体引入通道302和液体排出通道303。通过腔室301从液体引入通道302到液体排出通道303的流由未示出的流泵形成。可以采用包括隔膜泵、齿轮泵和螺杆泵的各种泵作为流泵。在从液体引入通道302引入的液体W中，混合有由溶解单元200混入的气体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。在向加热元件10施加预定电压脉冲的情况下，由膜沸腾产生的泡13(以下还称为膜沸腾泡13)在与加热元件10接触的区域中产生。然后，由于膜沸腾泡13的膨胀和收缩导致含气体G的超微泡(UFB)11的产生。结果，从液体排出通道303排出含许多UFB 11的含UFB液体W。
图5A和图5B是用于示出加热元件10的详细构造的图。图5A示出了加热元件10的特写图，图5B示出了包括加热元件10的元件基板12的较宽区域的截面图。
如图5A所示，在本实施方式的元件基板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和兼作蓄热层的层间膜306。SiO2膜或SiN膜可以用作层间膜306。电阻层307形成在层间膜306的表面上，并且配线308部分地形成在电阻层307的表面上。可以使用Al、Al-Si、Al-Cu等的Al合金配线作为配线308。由SiO2膜或Si3N4膜制成的保护层309形成在配线308、电阻层307和层间膜306的表面上。
在保护层309的表面的对应于最终成为加热元件10的热作用部311的部分上和该部分的周围形成用于保护保护层309免受由于电阻层307放出的热而引起的化学和物理冲击的抗气蚀膜310。电阻层307的表面上的未形成配线308的区域是电阻层307放热的热作用部311。电阻层307的未形成配线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中的层，并由此在硅基板304上设置热作用部311。
在附图中示出的构造是示例，并且各种其它构造是适用的。例如，电阻层307和配线308的层叠顺序相反的构造以及电极连接到电阻层307的下表面的构造(所谓的插塞电极构造)是适用的。换句话说，如后所述，任何构造都是适用的，只要该构造允许热作用部311加热液体以在液体中产生膜沸腾即可。
图5B是元件基板12中包括与配线308连接的电路的区域的截面图的示例。N型阱区域322和P型阱区域323被部分地设置在作为P型导体的硅基板304的顶层中。在通常的MOS工艺中，通过离子注入等引入和扩散杂质，在N型阱区域322中形成P-MOS 320，并且在P型阱区域323中形成N-MOS 321。
P-MOS 320包括通过在N型阱区域322的顶层中部分引入N型或P型杂质而形成的源极区域325和漏极区域326、栅极配线335等。栅极配线335沉积在N型阱区域322的顶表面的除了源极区域325和漏极区域326之外的部分上，并且在栅极配线335和N型阱区域322的顶表面之间插入厚度为几百
Figure BDA0002753040180000071
的栅极绝缘膜328。
N-MOS 321包括通过在P型阱区域323的顶层中部分引入N型或P型杂质而形成的源极区域325和漏极区域326、栅极配线335等。栅极配线335沉积在P型阱区域323的顶表面的除了源极区域325和漏极区域326之外的部分上，并且在栅极配线335和P型阱区域323的顶表面之间插入厚度为几百
Figure BDA0002753040180000081
的栅极绝缘膜328。栅极配线335由通过CVD法沉积的厚度为
Figure BDA0002753040180000082
到
Figure BDA0002753040180000083
的多晶硅制成。C-MOS逻辑由P-MOS 320和N-MOS 321构成。
在P型阱区域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包括通过杂质的引入和扩散步骤而部分地设置在P型阱区域323的顶层中的源极区域332和漏极区域331、栅极配线333等。栅极配线333沉积在P型阱区域323的顶表面的除了源极区域332和漏极区域331之外的部分上，并且在栅极配线333和P型阱区域323的顶表面之间插入栅极绝缘膜328。
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，而是可以使用任何晶体管，只要该晶体管具有单独地驱动多个电热转换元件并且能够实现上述精细构造的能力即可。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。
通过在元件之间(诸如在P-MOS 320与N-MOS 321之间以及在N-MOS321与N-MOS晶体管330之间)进行厚度为
Figure BDA0002753040180000084
至
Figure BDA0002753040180000085
的场氧化来形成氧化膜分离区域324。氧化膜分离区域324分离元件。氧化膜分离区域324的与热作用部311相对应的部分用作蓄热层334，蓄热层334是硅基板304上的第一层。
通过CVD方法在诸如P-MOS 320、N-MOS 321和N-MOS晶体管330等元件的各表面上形成包括厚度约为
Figure BDA0002753040180000086
的PSG膜、BPSG膜等的层间绝缘膜336。在通过热处理使层间绝缘膜336平坦之后，在贯穿层间绝缘膜336和栅极绝缘膜328的接触孔中形成作为第一配线层的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法形成包括厚度为
Figure BDA0002753040180000087
至
Figure BDA0002753040180000091
的SiO2膜的层间绝缘膜338。在层间绝缘膜338的表面上，通过共溅射法在与热作用部311和N-MOS晶体管330相对应的部分上形成包括厚度为约
Figure BDA0002753040180000092
的TaSiN膜的电阻层307。电阻层307经由形成在层间绝缘膜338中的通孔与漏极区域331附近的Al电极337电连接。在电阻层307的表面上，形成有作为用于配线到各电热转换元件的第二配线层的Al的配线308。配线308的表面、电阻层307的表面和层间绝缘膜338的表面上的保护层309包括通过等离子CVD法形成的厚度为
Figure BDA0002753040180000093
的SiN膜。沉积在保护层309的表面上的抗气蚀膜310包括厚度为约
Figure BDA0002753040180000094
的薄膜，该薄膜是选自由Ta、Fe、Ni，Cr、Ge、Ru、Zr、Ir等组成的组中的至少一种金属。除上述TaSiN以外的各种材料，例如TaN0.8、CrSiN、TaAl、WSiN等都可以适用，只要该材料可以在液体中产生膜沸腾即可。
图6A和图6B是示出当向加热元件10施加预定电压脉冲时的膜沸腾的状态的图。在这种情况下，说明了在大气压下产生膜沸腾的情况。在图6A中，水平轴线表示时间。下部曲线图中的纵轴线表示施加到加热元件10的电压，上部曲线图中的纵轴线表示由膜沸腾产生的膜沸腾泡13的体积和内部压力。另一方面，图6B示出了与图6A所示的时刻1至3相关联的膜沸腾泡13的状态。下面按时间顺序说明各状态。如后所述的通过膜沸腾产生的UFB 11主要在膜沸腾泡13的表面附近产生。图6B所示的状态是将产生单元300产生的UFB 11通过循环路径重新供应到溶解单元200的状态，如图1所示，含UFB 11的液体重新供应到产生单元300的液体通道。
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接触的液体中就产生膜沸腾，由此产生的气泡(在下文中，称为膜沸腾泡13)由于从内部作用的高压而膨胀(时刻1)。在该过程中的发泡压力预计为约8至10MPa，该值接近水的饱和蒸气压。
施加电压的时间(脉冲宽度)在0.5μsec至10.0μsec左右，并且即使在施加电压之后，在时刻1所获得的压力的惯性也会使膜沸腾泡13膨胀。然而，由膨胀产生的负压在膜沸腾泡13的内部逐渐增加，并且该负压在使膜沸腾泡13收缩的方向上起作用。不久之后，当惯性力和负压平衡时，膜沸腾泡13的体积在时刻2变为最大，之后膜沸腾泡13由于负压而迅速收缩。
在膜沸腾泡13消失时，膜沸腾泡13不在加热元件10的整个表面中消失，而是在一个或多个极小区域中消失。因此，在加热元件10上，在膜沸腾泡13消失的极小区域中产生比时刻1发泡时更大的力(时刻3)。
每次向加热元件10施加电压脉冲时，都会重复如上所述的膜沸腾泡13的产生、膨胀、收缩和消失，并且每次都产生新的UFB 11。
参照图7A至图10B进一步详细说明在膜沸腾泡13的产生、膨胀、收缩和消失的各过程中的UFB 11的产生状态。
图7A至图7D是示意性地示出由膜沸腾泡13的产生和膨胀引起的UFB 11的产生状态的图。图7A示出了向加热元件10施加电压脉冲之前的状态。混合有气体溶解液3的液体W在腔室301内流动。
图7B示出了在对加热元件10施加电压并且在加热元件10的与液体W接触的几乎整个区域中均匀地产生膜沸腾泡13的状态。当施加了电压时，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，从而产生膜沸腾泡13。
之后，在脉冲施加期间，加热元件10的表面温度保持升高至约600至800℃，并且膜沸腾泡13周围的液体也被迅速加热。在图7B中，将在膜沸腾泡13周围并且将被迅速加热的液体区域标示为未发泡高温区域14。未发泡高温区域14内的气体溶解液3超过了热溶解极限，并气化成为UFB。如此气化的气泡具有约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。在本实施方式中，从膜沸腾泡13的产生到膨胀由于热作用而产生的气泡被称为第一UFB 11A。
图7C示出了膜沸腾泡13膨胀的状态。即使在电压脉冲施加到加热元件10之后，膜沸腾泡13也由于从其产生所获得的力的惯性而继续膨胀，并且未发泡高温区域14也由于该惯性而移动和扩散。具体地，在膜沸腾泡13的膨胀过程中，未发泡高温区域14内的气体溶解液3气化为新的气泡并变成第一UFB11A。
图7D示出了膜沸腾泡13具有最大体积的状态。随着膜沸腾泡13由于惯性膨胀，膜沸腾泡13内部的负压随着膨胀而逐渐增加，并且负压起到使膜沸腾泡13收缩的作用。在负压和惯性力平衡的时间点，膜沸腾泡13的体积变成最大，然后开始收缩。
在膜沸腾泡13的收缩阶段，存在通过图8A至图8C所示的过程产生的UFB(第二UFB11B)和通过图9A至9C所示的过程产生的UFB(第三UFB11C)。这两个过程被认为是同时进行的。
图8A至图8C是示出由膜沸腾泡13的收缩引起的UFB 11的产生状态的图。图8A示出了膜沸腾泡13开始收缩的状态。虽然膜沸腾泡13开始收缩，但是周围液体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泡13的周围区域中，并且该区域被减压。该区域在附图中标示为未发泡负压区域15。
未发泡负压区域15内的气体溶解液3超过压力溶解极限并且被气化成为气泡。如此气化的气泡具有约100nm的直径，并且之后独立地漂浮在液体W中而不会在短时间内消失。在本实施方式中，在膜沸腾泡13的收缩期间由于压力作用而气化的气泡被称为第二UFB11B。
图8B示出了膜沸腾泡13的收缩过程。膜沸腾泡13的收缩速度被负压加速，并且未发泡负压区域15也随着膜沸腾泡13的收缩而移动。具体地，在膜沸腾泡13的收缩过程中，通过了未发泡负压区域15的部分内的气体溶解液3逐次析出并成为第二UFB 11B。
图8C示出了膜沸腾泡13即将消失之前的状态。虽然由于膜沸腾泡13的加速收缩也增加了周围液体W的移动速度，但是由于腔室301内的流动通道阻力，出现了压力损失。结果，未发泡负压区域15所占据的区域进一步增大，并且产生了许多第二UFB 11B。
图9A至图9C是示出在膜沸腾泡13的收缩期间通过液体W的再加热而产生UFB的状态的图。图9A示出了加热元件10的表面在收缩膜沸腾泡13的情况下被覆盖的状态。
图9B示出了膜沸腾泡13进行了收缩并且加热元件10的部分表面与液体W接触的状态。在该状态下，加热元件10的表面上留有热，但是即使液体W与加热元件10的表面接触，该热的大小也不足以引起膜沸腾。通过与加热元件10的表面接触而被加热的液体区域在附图中被标示为未发泡再加热区域16。虽然未进行膜沸腾，但是未发泡再加热区域16内的气体溶解液3超过热溶解极限并气化。在本实施方式中，将在膜沸腾泡13的收缩期间通过液体W的再加热产生的气泡称为第三UFB 11C。
图9C示出了膜沸腾泡13的收缩进一步进行的状态。膜沸腾泡13越小，加热元件10与液体W接触的区域越大，并且产生第三UFB 11C直到膜沸腾泡13消失为止。
图10A和图10B是示出由于膜沸腾而产生的膜沸腾泡13的消失的冲击(即，一种气蚀)引起的UFB的产生状态的图。图10A示出了膜沸腾泡13即将消失之前的状态。在该状态下，膜沸腾泡13由于内部负压而迅速收缩，并且未发泡负压区域15包围膜沸腾泡13。
图10B示出了膜沸腾泡13在点P刚消失之后的状态。当膜沸腾泡13消失时，由于消失的冲击，声波从作为起点的点P同心圆环状扩散。声波是传播通过无论是气体、液体和固体等任何物体的弹性波的总称。在本实施方式中，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，未发泡负压区域15内的气体溶解液3被膜沸腾泡13的消失所产生的冲击波所共振，并且气体溶解液3超过了压力溶解极限并且当低压表面17B通过时发生了相变。具体地，在膜沸腾泡13消失的同时，许多气泡在未发泡负压区域15中被气化。在该实施方式中，由膜沸腾泡13的消失制造的冲击波所产生的气泡被称为第四UFB 11D。
由膜沸腾泡13的消失制造的冲击波所产生的第四UFB 11D在极短的时间(1μS或更短)突然出现在极窄的薄膜状区域中。直径充分地小于第一至第三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UFB 11A至第三UFB 11C不同的特性并且产生不同的效果。
另外，第四UFB 11D在冲击波所传播的同心球区域的许多部分中均匀地产生，并且第四UFB 11D从其产生时起就均匀地存在于腔室301中。虽然在产生第四UFB 11D时已经存在许多第一至第三UFB，但是第一至第三UFB的存在不会很大地影响第四UFB 11D的产生。还认为第一至第三UFB不会由于第四UFB 11D的产生而消失。
如上所述，期望通过加热元件10的发热，从膜沸腾泡13的产生到消失的多个阶段中产生UFB 11。第一UFB 11A、第二UFB 11B和第三UFB 11C在由膜沸腾产生的膜沸腾泡的表面附近产生。在这种情况下，附近意味着距膜沸腾泡的表面约20μm以内的区域。当气泡消失时，在冲击波传播通过的区域中产生第四UFB 11D。虽然以上示例示出了膜沸腾泡13消失的阶段，但是产生UFB的方式不限于此。例如，在泡消失之前，在产生的膜沸腾泡13与大气连通的情况下，即使膜沸腾泡13未达到消失，也能够产生UFB。
接下来，说明UFB的剩余特性。液体的温度越高，气体成分的溶解特性越低，并且温度越低，气体成分的溶解特性越高。换句话说，随着液体温度越高，促进了溶解气体成分的相变并且UFB的产生变得越容易。液体温度与气体溶解度成反比关系，并且超过饱和溶解度的气体随着液体温度的升高而转化为气泡并出现在液体中。
因此，当液体的温度从常温快速升高时，溶解特性不停地降低，并且开始产生UFB。随着温度的升高，热溶解特性降低，并且会产生许多UFB。
相反，当液体的温度从常温降低时，气体的溶解特性增加，并且产生的UFB更容易被液化。然而，这种温度充分地低于常温。此外，由于即使当液体的温度降低时一度产生的UFB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，一度产生的UFB就不会轻易消失。
在该实施方式中，参照图7A至图7C说明的第一UFB 11A和参照图9A至图9C说明的第三UFB 11C可被说明为通过利用这种气体热溶解特性而产生的UFB。
另一方面，在液体的压力和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，促进了溶解在液体中的气体溶解液向气体的相变，并且UFB的产生变得越容易。一旦液体的压力变得低于常压，溶解特性就会立即降低，并且开始产生UFB。随着压力降低，压力溶解特性降低，并且产生许多UFB。
相反地，当液体的压力增加到高于正常压力时，气体的溶解特性增加，并且产生的UFB更容易被液化。然而，这种压力充分地高于大气压。此外，由于即使当液体的压力增加时一度产生的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，一度产生的UFB就不会轻易消失。
在该实施方式中，参照图8A至图8C说明的第二UFB 11B和参照图10A至图10B说明的第四UFB 11D可以被说明为通过利用气体的这种压力溶解特性而产生的UFB。
以上分别说明了由不同原因产生的第一至第四UFB；然而，上述产生原因与膜沸腾事件同时发生。因此，可以同时产生第一至第四UFB中的至少两者，并且这些产生原因可以协作以产生UFB。应当注意，由膜沸腾现象产生的膜沸腾泡的体积变化引起的所有产生原因都是共通的。在本说明书中，通过利用如上所述的由快速加热引起的膜沸腾来产生UFB的方法被称为热超微泡(T-UFB)产生方法。此外，将通过T-UFB产生方法产生的UFB称为T-UFB，将包含通过T-UFB产生方法产生的T-UFB的液体称为含T-UFB液体。
几乎所有的通过T-UFB产生方法产生的气泡都为1.0μm以下，并且不太可能产生毫米泡和微米泡。即，T-UFB产生方法允许占主导地位地且有效地产生UFB。此外，通过T-UFB产生方法产生的T-UFB具有比通过常规方法产生的UFB更大的气-液界面能，并且T-UFB只要储存在常温常压下就不会轻易消失。另外，即使通过新的膜沸腾产生了新的T-UFB，也可以防止已经产生的T-UFB由于来自新产生的冲击而消失。即，可以说含T-UFB液体中所含的T-UFB的数量和浓度具有滞后特性，这取决于在含T-UFB液体中进行膜沸腾的次数。换句话说，通过控制设置在T-UFB产生单元300中的加热元件的数量和对加热元件施加的电压脉冲的数量，可以调节含T-UFB液体中所含的T-UFB的浓度。
再次参照图1。一旦在T-UFB产生单元300中产生具有期望的UFB浓度的含T-UFB液体W，则将含UFB液体W供应至后处理单元400。
图11A至11C是示出本实施方式的后处理单元400的构造示例的图。本实施方式的后处理单元400按照无机离子、有机物质和不溶性固体物质的顺序阶段性地去除含UFB液体W中的杂质。
图11A示出了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、液体引入通道413、收集管414和液体排出通道415。交换容器411储存阳离子交换树脂412。由T-UFB产生单元300产生的含UFB液体W通过液体引入通道413注入交换容器411中，并被吸收到阳离子交换树脂412中，从而去除作为杂质的阳离子。这种杂质包括从T-UFB产生单元300的元件基板12剥离的金属材料，诸如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)引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，并且官能团可以是例如甲基丙烯酸系和丙烯酸系的官能团。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，以上材料就可以改变为各种材料。吸附在阳离子交换树脂412中以去除无机离子的含UFB液体W被收集管414收集，并通过液体排出通道415转移到下一步骤。在本实施方式中的该过程中，并非需要去除所有的从液体引入通道413供应的含UFB液体W中包含的无机离子，只要至少一部分无机离子被去除即可。
图11B示出了去除有机物质的第二后处理机构420。第二后处理机构420包括储存容器421、过滤器422、真空泵423、阀424、液体引入通道425、液体排出通道426和空气抽吸通道427。储存容器421内部被过滤器422分成上下两个区域。液体引入通道425连接到上下两个区域的上区域，空气抽吸通道427和液体排出通道426连接到上下两个区域的下区域。一旦在阀424关闭的状态下驱动真空泵423，则储存容器421中的空气通过空气抽吸通道427排出以使储存容器421内部的压力为负压，之后从液体引入通道425引入含UFB液体W。然后，将由过滤器422去除了杂质的含UFB液体W保留在储存容器421中。
被过滤器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，诸如包括硅、硅氧烷和环氧树脂的有机化合物等。可用于过滤器422的过滤膜包括可去除细菌的亚μm网眼的过滤器(网眼直径为1μm或更小的过滤器)和可去除病毒的nm网眼的过滤器。具有这种微细开口直径的过滤器可以去除比过滤器的开口直径大的气泡。特别地，可能存在如下情况：过滤器被吸附到过滤器的开口(网眼)的微细气泡堵塞，这会减慢过滤速度。然而，如上所述，通过本发明的本实施方式中说明的T-UFB产生方法产生的大部分气泡的直径尺寸为1μm或更小，因此难以产生毫米泡和微米泡。即，由于产生毫米泡和微米泡的可能性极低，因此能够抑制由于气泡向过滤器的吸附而导致的过滤速度的降低。因此，将设置有网眼直径为1μm或更小的过滤器的过滤器422应用于具有T-UFB产生方法的系统是有利的。
适用于该实施方式的过滤的示例可以是所谓的死端过滤和错流过滤。在死端过滤中，所供应的液体的流动方向与通过过滤器开口的过滤液体的流动方向相同，具体地，使流动的方向沿着彼此。相反地，在错流过滤中，所供应的液体沿着过滤器表面的方向流动，具体地，所供应的液体的流动方向和通过过滤器开口的过滤液体的流动方向为彼此交叉。优选地进行错流过滤以抑制气泡向过滤器开口的吸附。
在储存容器421中保留了特定量的含UFB液体W之后，真空泵423停止并且阀424被打开以将储存容器421中的含T-UFB液体通过液体排出通道426转移到下一个步骤。虽然真空过滤法被采用为这里的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法。
图11C示出了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、液体引入通道432、阀433和液体排出通道434。
首先，在阀433关闭的状态下，通过液体引入通道432将预定量的含UFB液体W保留到沉淀容器431中，并且将其放置一会儿。同时，含UFB液体W中的固体物质由于重力而沉淀到沉淀容器431的底部上。在含UFB液体中的泡中，诸如微米泡等较大的泡通过浮力上升到液体表面并且还被从含UFB液体中去除。经过足够的时间后，打开阀433，并且去除了固体物质和大泡的含UFB液体W通过液体排出通道434转移到收集单元500。本实施方式中示出了依次应用三个后处理机构的示例；然而，不限于此，可以改变三个后处理机构的顺序，或者可以采用至少一种必要的后处理机构。
再次参照图1。通过后处理单元400去除了杂质的含T-UFB液体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的产生而降低的含T-UFB液体W的气体溶解浓度可以通过溶解单元200再次补偿为饱和状态。如果在补偿之后由T-UFB产生单元300产生新的T-UFB，可以进一步增加具有上述特性的含T-UFB液体中所包含的UFB的浓度。即，可以通过经由溶解单元200、T-UFB产生单元300和后处理单元400的循环次数来增加所包含的UFB的浓度，并且可以在获得预定浓度的所包含的UFB之后，将含UFB液体W转移到收集单元500。本实施方式示出了将后处理单元400处理过的含UFB液体放回到溶解部200并循环的形式；然而，不限于此，并且通过T-UFB产生单元之后的含UFB液体可以在被供应至后处理单元400之前再次放回到溶解单元200，使得例如通过多次循环增加T-UFB浓度之后，由后处理单元400执行后处理。
收集单元500收集并保存从后处理单元400转移的含UFB液体W。收集单元500收集的含T-UFB液体是各种杂质被去除的高纯度的含UFB液体。
在收集单元500中，可以通过执行过滤处理的一些阶段，根据T-UFB的尺寸对含UFB液体W进行分类。由于期望通过T-UFB法获得的含T-UFB液体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。
以上给出了UFB产生设备1的概略说明；然而，无需赘言，可以改变图示的多个单元，并且不必要准备全部单元。根据要使用的液体W和气体G的类型以及要产生的含T-UFB液体的预期用途，可以省略一部分上述单元，或者可以添加除上述单元以外的其它单元。
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，可以添加另一溶解单元200。
如图11A至图11C所述的用于去除杂质的单元可以设置在T-UFB产生单元300的上游或者可以设置在其上游和下游两者。当要供应给UFB产生设备的液体是自来水、雨水、污水等时，液体中可能包含有机和无机杂质。如果将这种包含杂质的液体W供应到T-UFB产生单元300，则存在使加热元件10劣化并引起盐析现象的风险。利用设置在T-UFB产生单元300上游的如图11A至图11C所示的机构，可以预先去除上述杂质。
注意，在以上说明中，包括控制设备，该控制设备控制上述单元的包括开闭阀和泵的致动器部分，并且该控制设备用于根据用户的设定来执行UFB产生控制。将在稍后讨论的实施方式中说明通过该控制设备进行的UFB产生控制。
＜可用于含T-UFB液体的液体和气体＞
现在，说明可用于产生含T-UFB液体的液体W。可用在该实施方式中的液体W例如是纯水、离子交换水、蒸馏水、生物活性水、磁性活性水、洗剂、自来水、海水、河水、净水和污水、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。通过与水混合要使用的可溶性有机溶剂没有特别限制；然而，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，包括丙酮和二丙酮醇。环醚类，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、三甘醇单乙醚和三甘醇单丁醚。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，也可以合用两者或更多者。
可以引入到溶解单元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。此外，溶解单元200不需要溶解气态的物质，并且溶解单元200可以将包含期望成分的液体或固体溶解到液体W中。在这种情况下，溶解可以是自发溶解、压力施加引起的溶解或由由于电解离解引起的水合、离子化以及化学反应而引起的溶解。
<T-UFB产生方法的效果>
接下来，通过与常规UFB产生方法进行比较来说明上述T-UFB产生方法的特征和效果。例如，在以文丘里(Venturi)法为代表的传统的气泡产生设备中，在流路的一部分中设置诸如减压喷嘴等的机械减压结构。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产生各种尺寸的气泡。
在这种情况下，在产生的气泡中，由于诸如毫米泡和微米泡等较大泡受到浮力的影响，因此这种气泡上升至液面并消失。即使不受浮力影响的UFB也会与毫米泡和微米泡一起消失，这是因为UFB的气液界面能不是很大。此外，即使上述减压结构串联配置，并且相同的液体反复流过该减压结构，也不能长时间储存与反复次数相对应的数量的UFB。换句话说，通过传统的UFB产生方法产生的含UFB液体难以长时间地将含有的UFB的浓度维持在预定值。
相反地，在利用膜沸腾的本实施方式的T-UFB产生方法中，在极接近加热元件的部分中局部发生从常温到约300℃的快速温度变化和从常压到几兆帕左右的快速压力变化。加热元件是一个边为大约数十至数百μm的矩形形状。加热元件大约是传统UFB产生单元的尺寸的1/10至1/1000。此外，在膜沸腾泡表面的极薄膜区域内的气体溶解液瞬间(在微秒以下的极短时间内)超过热溶解极限或压力溶解极限的情况下，发生相变并且气体溶解液沉淀为UFB。在这种情况下，几乎不产生诸如毫米泡和微米泡等较大的气泡，并且液体包含直径为约100nm且纯度极高的UFB。另外，由于以这种方式产生的T-UFB具有足够大的气-液界面能，因此T-UFB在通常环境下不容易破裂并且可以长期储存。
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液体的靠近加热元件的一部分中形成界面，而不会影响整个液体区域，并且热作用和压力作用所进行的区域可能是极局部的。结果，可以稳定地产生期望的UFB。在通过液体循环对产生液体施加了更多的用于产生UFB的条件的情况下，可以额外地产生对已经制成的UFB影响小的新UFB。结果，可以相对容易地生产期望尺寸和浓度的含UFB液体。
另外，由于T-UFB产生方法具有上述滞后特性，因此可以在保持高纯度的同时将浓度增加到期望的浓度。换句话说，根据T-UFB产生方法，可以有效地产生具有高纯度和高浓度的可长期储存的含UFB液体。
<<含T-UFB液体的具体用途>>
通常，包含超微泡的液体的应用通过包含气体的类型来区分。只要PPM至BPM程度的量的气体可以溶解在液体中，任何类型的气体都可以制出UFB。例如，包含超微泡的液体可以应用于以下用途。
-包含空气的含UFB液体可以优选地应用于工业、农业和渔业以及医疗场合等的清洁，以及应用于植物以及农业和渔业产品的培养。
-包含臭氧的含UFB液体不仅可以优选地应用于工业、农业和渔业以及医疗场合等的清洁应用，还可以例如应用于旨在消毒、灭菌和去污的应用以及排水和受污染的土壤的环境净化。
-包含氮的含UFB液体不仅可以优选地应用于工业、农业和渔业以及医疗场合等的清洁应用，还可以例如应用于旨在消毒、灭菌和去污的应用以及排水和受污染的土壤的环境净化。
-包含氧的含UFB液体可以优选地应用于工业、农业和渔业以及医疗场合等的清洁应用，并且应用于植物以及农业和渔业产品的培养。
-包含二氧化碳的含UFB液体不仅可以优选地应用于工业、农业和渔业以及医疗场合等的清洁应用，还可以例如应用于旨在进行消毒、灭菌和去污的应用。
-包含作为医用气体的全氟化碳的含UFB液体可以优选地应用于超声诊断和治疗。如上所述，含UFB液体可以在医学、化学、牙科、食品、工业、农业和渔业等各个领域中发挥效果。
在各应用中，包含在含UFB液体中的UFB的纯度和浓度对于快速可靠地发挥含UFB液体的效果很重要。换句话说，通过利用本实施方式的能够产生具有高纯度和期望浓度的含UFB液体的T-UFB产生方法，可以在各个领域中期待前所未有的效果。以下是期望优选地能应用T-UFB产生方法和含T-UFB液体的应用列表。
(A)液体净化应用
-在将T-UFB产生单元设置到净水单元的情况下，期望提高净水效果和PH调节液的净化效果。T-UFB产生单元还可以被设置到碳酸水服务器。
-在将T-UFB产生单元设置到加湿器、熏香机、咖啡机等的情况下，期望增强室内的加湿效果、除臭效果和香味扩散效果。
-如果产生了由溶解单元溶解了臭氧体的含UFB液体并将其用于牙科治疗、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杀菌效果。
-在将T-UFB产生单元设置到公寓的储水槽的情况下，期望增强长时间储存的饮用水的净水效果和除氯效果。
-如果将包含臭氧或二氧化碳的含T-UFB液体用于不能进行高温巴氏杀菌处理的日本清酒、烧酒、葡萄酒等的酿造过程中，则期望比传统液体的巴氏灭菌处理更有效的巴氏灭菌处理。
-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含UFB液体混入原材料中，则可以进行巴氏灭菌处理，并且因此可以提供不会失去风味的安全的功能性食品。
-在将T-UFB产生单元在诸如鱼和珍珠等的渔业产品的养殖场所中设置到养殖用的海水和淡水的供应路径的情况下，期望促使渔业产品的产卵和生长。
-在将T-UFB产生单元设置在用于食品保存的水净化处理中的情况下，期望增强食品的保存状态。
-在将T-UFB产生单元设置在漂白单元中用于漂白池水或地下水的情况下，期望更高的漂白效果。
-在将含T-UFB液体用于修补混凝土构件的裂纹的情况下，期望增强裂纹修补效果。
-在T-UFB包含在使用液体燃料的机器(例如汽车、船舶和飞机)用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，含UFB液体作为用于去除附着在衣物上的污物等的清洁水已受到关注。如果将上述实施方式中说明的T-UFB产生单元设置到洗衣机，并且将比传统液体具有更高纯度和更好渗透性的含UFB液体供应给洗涤桶，则期望进一步增强去污力。
-在将T-UFB产生单元设置到淋浴器和便盆清洗器的情况下，期望的是不仅对包括人体在内的各种动物具有清洁效果，而且还具有促进浴室和便盆上的水渍和霉菌的污物去除的效果。
-在将T-UFB产生单元设置到汽车用车窗清洗器、用于清洗壁构件等的高压清洗器、洗车器、洗碗器、食物清洗器等的情况下，期望进一步增强其清洁效果。
-在将含T-UFB液体用于工厂中生产的零件的清洁和维护(包括加压后的去毛刺步骤)的情况下，期望增强清洁效果。
-在半导体元件的生产中，如果将含T-UFB液体用作晶片的抛光水，则期望增强抛光效果。此外，如果在抗蚀剂去除步骤中使用含T-UFB液体，则增强对不容易剥离的抗蚀剂的剥离的促进。
-在将T-UFB产生单元设置到用于清洁和消毒诸如医疗机器人、牙科治疗单元、器官保存容器等的医疗机器的情况下，期望增强机器的清洁效果和消毒效果。T-UFB产生单元也适用于动物的治疗。
(C)药物应用
-如果化妆品等中包含含T-UFB液体，则会促使渗入皮下细胞，并且可以显著减少对皮肤产生不良影响的诸如防腐剂和表面活性剂等添加剂。结果，可以提供更安全和功能更强的化妆品。
-如果将包含T-UFB的高浓度纳米泡制剂用于诸如CT和MRI等医学检查设备的造影剂，则可以有效地使用X射线和超声波的反射光。这使得可以拍摄可用于癌症等的初始诊断的更详细的图像。
-如果将包含T-UFB的高浓度纳米泡水用于被称为高强度聚焦超声(HIFU)的超声波处理机，则可以降低超声波的辐射功率，从而可以更无创地进行治疗。特别地，可以减少对正常组织的损害。
-通过使用含T-UFB的高浓度纳米泡作为来源，修饰在气泡周围的负电荷区域中形成脂质体的磷脂，并通过磷脂施加各种医疗物质(诸如DNA和RNA)，可以制备纳米泡。
-如果将包含通过T-UFB产生而制成的高浓度纳米泡水的药物转移到牙根管中用于牙髓和牙本质的再生治疗，则该药物由于纳米泡水的渗透效果而深深地进入牙本质小管，并且促进了消毒效果。这使得可以在短时间内安全地治疗牙髓的感染根管。
(第一实施方式)
接下来，将说明本发明的第一实施方式。本实施方式的含UFB液体生产设备具有即使其在构成元件中的一者成为故障状态的情况下也能够继续供应含UFB液体的构造。因此，可以解决传统设备的由于更换损坏的元件等的处理而中断含UFB液体的供应的问题。在下文中，为了阐明本实施方式的有效性，将首先说明传统设备的示意性构造，之后将说明本实施方式的构造和操作。
图21是示出传统的含UFB液体生产设备的示意性构造的图。液体引入单元111通过开闭阀V111将要在其中产生UFB的液体(例如，水)供应到液体引入槽112中。液体引入槽112被供应有从液体引入单元111供应的其中尚未产生UFB的液体以及从循环泵116供应的其中已经产生UFB的含UFB液体，并将其中混合了这两种液体的液体供应到气体溶解单元113。
气体溶解单元113将气体溶解到从液体引入槽112供应的液体中以生产气体溶解液，并将气体溶解液供应到气体溶解液输送槽114。诸如加压溶解法或发泡的方法用作溶解气体的方法。气体溶解液输送槽114用于接收从气体溶解单元103供应的气体溶解液并将其供应到UFB产生单元115。
UFB产生单元115在从气体溶解液输送槽114供应的气体溶解液中产生UFB以生产含UFB液体，并将所生产的含UFB液体供应到含UFB液体输送槽117。含UFB液体输送槽117用于接收从UFB产生单元115供应的含UFB液体，并将含UFB液体供应到循环泵116或含UFB液体输送单元119。
循环泵116用于从含UFB液体输送槽117中抽吸含UFB液体，并将其供应到液体引入槽112。该循环泵116能够使液体循环通过如下循环路径：液体引入槽112→气体溶解单元113→气体溶解液输送槽114→UFB产生单元115→含UFB液体输送槽117→循环泵116→液体引入槽112。通过以此方式进行液体循环，可以生产其中UFB以所需的密度存在的含UFB液体。所产生的含UFB液体通过开闭阀V117被输送到含UFB液体输送单元119。含UFB液体输送单元119将含UFB液体供应到各种UFB使用设备中的任何一者，诸如清洁设备或医疗设备。
在通过循环路径循环时，液体改变如下。
-随着在气体溶解单元113处溶解的气体在UFB产生单元115处转变成UFB，液体中溶解的气体量减少(注意，总气体量、或溶解气体量+UFB中的气体量基本保持不变)。
-溶解气体的量减少的液体通过循环路径再次流入气体溶解单元103，使得溶解气体的量增加。因此，总气体量(溶解气体的量+UFB中的气体的量)增加。
-溶解气体的量饱和到由温度和气体类型确定的特定值，但是会产生总气体量(溶解气体的量+UFB中的气体的量)大于饱和的溶解气体量的稳定的含气液体。
同时，在液体引入单元111和液体引入槽112之间设置开闭阀V111，并且在含UFB液体输送槽117和含UFB液体输送单元119之间设置开闭阀V117。在生产含UFB期间，开闭阀V111和V117两者均处于打开状态(连通状态)。在更换气体溶解单元113、UFB产生单元115和循环泵116中的任何一者的情况下，在将开闭阀V111和V117设定为关闭状态(截断状态)的情况下进行更换处理。在更换处理完成之后，将开闭阀V111和V117设定为打开状态，并恢复生产含UFB液体。
如上所述，在传统的含UFB液体生产设备中形成了单个循环路径。循环路径包括诸如气体溶解单元113、UFB产生单元115和循环泵106等的构成元件，并且它们可能会发生故障。在循环路径中的构成元件之一发生故障的情况下，有必要进行构成元件的诸如更换或修理的处理。在这种情况下，将停止生产含UFB液体，并且将截断向含UFB液体输送单元119的含UFB液体的供应直到该处理完成。
因此，在连接到含UFB液体输送单元119的UFB使用设备(未示出)始终需要持续供应含UFB液体的情况下，如果含UFB液体生产设备停止，则可能落入必须停止UFB使用设备的操作的情况。因此，在需要连续操作的情况下(诸如医疗设备或工厂)使用UFB使用设备的情况下，含UFB液体生产设备的停止对UFB使用设备具有巨大的影响。本实施方式可以解决上述传统设备的问题，并且具有即使在设备中的元件发生故障的情况下也能够继续供应含UFB液体的构造。
图12是示意性地示出本实施方式的构造的框图。图12所示的含UFB液体生产设备1A具有液体引入单元1010、含UFB液体生产单元1020、含UFB液体输送缓冲槽(下文中称为缓冲槽)1030和含UFB液体输送单元(液体输送单元)1040。
含UFB液体生产单元1020经由开闭阀V10连接到液体引入单元1010。此外，含UFB液体生产单元1020(生产单元)经由开闭阀V20连接到含UFB液体输送缓冲槽1030。含UFB液体输送缓冲槽1030经由开闭阀V30连接到含UFB液体输送单元1040。
图13是更详细地示出图12所示的含UFB液体生产设备1A的构造的框图。如上所述，含UFB液体生产设备1A设置有液体引入单元1010、含UFB液体生产单元1020、缓冲槽1030和含UFB液体输送单元1040。含UFB液体产生单元1020由液体引入槽1202、气体溶解单元1203、气体溶解液输送槽1204、UFB产生单元1205、含UFB液体输送槽1207和循环泵1206构成。
含UFB液体生产单元1020具有能够使从液体引入单元1010供应的液体循环并且产生期望浓度的含UFB液体的构造。由含UFB液体生产单元1020生产的含UFB液体通过开闭阀V20累积到缓冲槽1030中，然后通过开闭阀V30供应到含UFB液体输送单元1040。供应到含UFB液体输送单元1040的含UFB液体被供应到UFB使用设备(未示出)。如基本构造的以上说明中所提及的，UFB使用设备的示例可以包括各种设备，该各种设备包括清洁设备、医疗设备等。
另外，在上述构成元件之间设置有六个开闭阀。具体地，在液体引入槽1202与气体溶解单元1203之间设置有开闭阀Vin1，在气体溶解单元1203与气体溶解液输送槽1204之间设置有开闭阀Vout1。另外，在气体溶解液输送槽1204与UFB产生单元1205之间设置有开闭阀Vin2，在UFB产生单元1205与含UFB液体输送槽1207之间设置有开闭阀Vout2。此外，在含UFB液体输送槽1207与循环泵1206之间设置有开闭阀Vin3，在循环泵1206与液体引入槽1202之间设置有开闭阀Vout3。这些阀在更换相应的构成元件期间被设定为关闭状态。更换处理结束后，将阀设定为打开状态，并使新的构成元件再次操作。
另外，开闭阀V10设置在液体引入单元1010与液体引入槽1202之间，并且开闭阀V20设置在含UFB液体输送槽1207与缓冲槽1030之间。此外，开闭阀V30设置在缓冲槽1030和含UFB液体输送单元1040之间。在到货时或类似情况下安装气体溶解单元1203、UFB产生单元1205以及循环泵1206的情况下，开闭阀V10和V20被设定成关闭状态从而处于截断液流的状态。然后，在到货之后的安装处理完成的状态下，将开闭阀V10和开闭阀V20设定为打开状态，并开始生产含UFB液体。
现在将说明以上元件的功能。液体引入单元1010通过开闭阀V10将其中要产生UFB的液体(例如，水)供应到液体引入槽1202中。液体引入槽1202接收从液体引入单元1010供应的液体和从循环泵1206供应的含UFB液体。此外，液体引入槽1202用于将从液体引入单元1010供应的液体和从循环泵1206供应的含UFB液体的混合液通过开闭阀Vin1供应到气体溶解单元1203。
气体溶解单元1203将气体溶解到从液体引入槽1202供应的液体中以生产气体溶解液，并且通过开闭阀Vout1将所生产的气体溶解液供应到气体溶解液输送槽1204。注意，诸如加压溶解法或发泡等的方法用作将气体溶解到液体中的方法。
气体溶解液输送槽1204接收从气体溶解单元1203供应的气体溶解液，并通过开闭阀Vin2将接收到的气体溶解液供应到UFB产生单元1205。
UFB产生单元1205在从气体溶解液输送槽1204供应的气体溶解液中产生UFB。在本实施方式中，如上述基本构造，通过使用加热器的T-UFB法在被供应的气体溶解液中产生UFB。包含UFB的含UFB液体被转移至含UFB液体输送槽1207。
含UFB液体输送槽1207用于接收从UFB产生单元1205供应的含UFB液体，并将含UFB液体供应到循环泵1206和缓冲槽1030。循环泵1206接收从含UFB液体输送槽1207供应的含UFB液体，并将含UFB液体供应到液体引入槽1202。
注意，上述基本构造中所示的单元的构造可以用于以上构成元件。具体地，基本构造中所示的预处理单元100的构造可以用于液体引入槽1202。基本构造中所示的溶解单元200的构造可以用于气体溶解单元1203以及气体溶解液输送槽1204。基本构造中所示的T-UFB产生单元300的构造可以用于UFB产生单元1205。基本构造中所示的后处理单元400的构造可以用于含UFB液输送槽1207。此外，基本构造中所示的收集单元500可以用作含UFB液体输送单元1040。
缓冲槽1030用于接收并累积从含UFB液体输送槽120提供的含UFB液体，并将特定量的含UFB液体供应至后述的含UFB液体输送单元1040。在将含UFB液体输送到缓冲槽1030中并累积在缓冲槽1030中的情况下，阀V10和阀V20被设定为打开状态，即，含UFB液体能够流动的状态。
另外，在提高含UFB液体的UFB浓度的情况下，阀V10和阀V20被设定成关闭状态。相同地，在更换气体溶解单元1203、UFB产生单元1205和循环泵1206中的任何一者的情况下，利用设定为关闭状态的阀V10、V20、Vin1、Vout1、Vin2、Vout2、Vin3和Vout3进行更换处理。
设置在缓冲槽1030和含UFB液体输送单元1040之间的阀V30在生产含UFB液体的情况下被设定为打开状态，而在含UFB液体的生产结束的情况下被设定为关闭状态。
在含UFB液体向缓冲槽的输送速率>含UFB液体向含UFB液体输送单元的输送速率的情况下，在含UFB液体的生产期间，生产了对应于(含UFB液体向缓冲槽1030的输送速率-含UFB液体向含UFB液体输送单元1040的输送速率)的剩余含UFB液体。该剩余含UFB液体累积到缓冲槽1030中。
在构成元件等的更换处理期间停止含UFB液体的生产的情况下，将累积在缓冲槽1030中的含UFB液体供应到含UFB液体输送单元1040。
在本实施方式中，在累积含UFB液体的情况下，含UFB液体向缓冲槽1030的输送速率被设定为使得向缓冲槽1030的输送速率
Figure BDA0002753040180000291
向含UFB液体输送单元1040的输送速率×2。
此外，在含UFB液体不累积的稳定状态下，含UFB液体向缓冲槽1030的输送速率被设定为使得向缓冲槽1030的输送速率
Figure BDA0002753040180000292
向含UFB液体输送单元1040的输送速率。
通过由此设定含UFB液体向缓冲槽1030的输送速率，在更换气体溶解单元1203、UFB产生单元1205和循环泵1206中的任何一者的情况下，通过使用累积在缓冲槽1030中的含UFB液体可以继续供应含UFB液体。因此，可以进行各构成元件的更换处理，而不会中断含UFB液体的供应。注意，仅使含UFB液体向缓冲槽1030的输送速度加倍，这降低了从缓冲槽1030向含UFB液体输送单元1040供应的含UFB液体的UFB浓度。这是因为在液体引入槽1202和缓冲槽1030之间流动的含UFB液体的流速加倍，而在UFB产生单元1205中产生的UFB的量、在气体溶解单元1203溶解的气体的量以及循环量与稳定状态下的量相同。
为了解决该问题，在本实施方式中，进行使得在不降低UFB浓度的情况下能够并行地进行含UFB液体的生产和构成元件的更换处理的控制。
图15示出本实施方式中执行的控制的时序图。图15中的纵轴线表示UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206中的每一者的操作率以及累积在缓冲槽1030中的含UFB液体的量。图15中的横轴线表示经过的时间。横轴线上的T1至T9分别表示用作驱动各元件的时间基准的定时，并且将两个相邻定时之间的时间定义为一个单位时间。
在本实施方式中，在元件在稳定状态下进行其操作的时间期间(T2至T3、T5至T6、T6至T7、T7至T8以及T8至T9)内的各元件的操作率被定义为100％。以100％的操作率被驱动的该状态是含UFB液体的生产量与含UFB液体的供应量是相同量的状态，即，(向缓冲槽的输送速率
Figure BDA0002753040180000301
向含UFB液体输送单元的输送速率)的上述状态。在该状态下，累积在缓冲槽1030中的含UFB液体的量保持不变。
在累积含UFB液体的时间期间(T0至T1、T1至T2和T4至T5)中，将含UFB液体从缓冲槽1030输送至含UFB液体输送单元1040，同时含UFB液体累积到缓冲槽1030中。这些时期中的各构成元件的操作率被设定为200％。在这种情况下，将生产的含UFB液体的对应于100％的部分输送到含UFB液体输送单元1040。因此，每单位时间缓冲槽1030中累积对应于100％的含UFB液体。
在提高UFB产生单元1205的操作率的情况下，增大了UFB产生单元1205中设置的加热器的驱动频率。在本实施方式中，在将UFB产生单元1205的操作率提高到200％的情况下，UFB产生单元1205的加热器的驱动频率被增大到两倍高。另外，为了增大气体溶解单元1203的操作率，存在增加气体的流速的方法、升高气体溶解单元内部的压力的方法等。此外，通过增加循环泵1206的转速以增加流速从而增加该泵的操作率。
在更换构成元件的从T3到T4的时间段中，各构成元件的操作率为0％。同样在该时间段中，将对应于100％的含UFB液体从缓冲槽1030输送至含UFB液体输送单元1040，使得缓冲槽1030中累积的含UFB液体的量减少对应于100％的量。
例如，在从T0到T1的时间段中，将各构成元件的操作率设定为200％，以输送和累积含UFB液体。同时，在该示例中，缓冲槽1030中的最大累积量是对应于200％的操作率的液体量。然后，在从T1到T2的时间段中，含UFB液体的累积量达到最大量。因此，在从T2到T3的时间段中，将各元件的操作率设定为稳定状态下的100％。之后，在更换了构成元件的从T3到T4的时间段中，各元件的操作率为0％，使得不会产生或累积含UFB液体。然而，含UFB液体向含UFB液体输送单元1040的输送继续。因此，累积量从200％减少到100％。然后，在元件更换完成的时刻T4，恢复了含UFB液体的生产和累积。在累积量达到200％的时刻T5及之后，将各元件的操作率设定为100％，以使操作回到稳定状态。
如上所述，使UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206在到达更换定时之前的累积期间以200％的操作率操作。结果，在不降低UFB浓度的情况下增加了生产的含UFB液体的量，并且该含UFB液体被累积到缓冲槽1030中。然后，在更换构成元件期间，累积的含UFB液体被供应到含UFB液体输送单元1040。以此方式，可以并行地进行含UFB液体的生产和构成元件的更换，而不降低UFB的浓度。可以通过检测UFB产生单元1205的状态来预测更换定时，如后述的S403的方法中所述。可选地，用户可以通过使用后述的设定单元6001来设定更换定时。
现在将参照图14中的框图说明用于实现上述控制的控制系统的示意性构造。在图14中，控制单元1000由例如CPU 1001、ROM 1002、RAM 1003等构成。CPU 1001用作对整个含UFB液体生产设备1A进行总体控制的控制器。ROM 1002储存由CPU 1001执行的控制程序、预定表以及其它固定数据。RAM 1003具有用于临时储存各种输入数据的区域，还具有要被CPU1001使用以执行处理的作业区域等。操作显示单元6000包括：设定单元6001，其供用户构造各种设定，该设定包括含UFB液体的UFB浓度、UFB生产时间等；显示单元(显示部件)6002，其作为显示生产含UFB液体所需的时间和设备的状态并进行其它相同操作的显示器。
控制单元1000与加热元件驱动单元(驱动器)2000连接，加热元件驱动单元2000控制设置在元件基板12中的加热单元10G的多个加热元件10(参照图5A)的驱动。加热元件驱动单元2000将与来自CPU 1001的控制信号相对应的驱动脉冲施加到加热单元10G所包括的多个加热元件10中的各加热元件10。各加热元件10均产生与所施加的驱动脉冲的电压、频率、脉冲宽度等相对应的热。
控制单元1000控制阀组3000，阀组3000包括设置到单元的开闭阀等。控制单元1000还控制泵组4000以及设置在含UFB液体生产设备1A中的马达(未示出)等，泵组4000包括设置在含UFB液体生产设备1A中的各种泵。含UFB液体生产设备1A还设置有执行各种类型测量的测量单元5000。该测量单元5000包括例如测量所生产的含UFB液体的UFB浓度和流速的测量仪器、测量缓冲槽1030中累积的含UFB液体的量的测量仪器等。从该测量单元5000输出的测量值被输入到控制单元1000中。
图16和图17是示出在生产含UFB液体期间由控制单元1000执行的控制操作的流程图。图16示出了主流程，图17示出了子流程。如前所述，在本实施方式中，进行控制，使得在含UFB液体生产设备1A的一个构成元件发生故障的情况下，并行进行构成元件的更换和含UFB液体的生产而不降低UFB浓度。注意，附加到图16和图17的流程图中的各步骤编号的符号S表示步骤。
在图16中，在S401中填充液体。在该步骤中，在图13所示的开闭阀中，将开闭阀V10以及连接到相应的构成元件的入口和出口的六个开闭阀设定成打开状态，并且仅将开闭阀V20设定成关闭状态。在将液体完全填充到各构成元件中之后，在将开闭阀V20设定为打开状态的情况下完成液体的填充。然后在S402中，开始生产含UFB液体。
在该步骤中，使气体溶解单元1203、UFB产生单元1205和循环泵1206全部都操作。然后，在S403至S414中，确定构成元件是否需要更换处理，并且基于确定结果，执行更换故障构成元件的处理。具体地，执行以下处理。
首先，在S403中，确定是否需要更换UFB产生单元1205。如果确定结果为“是”(需要更换)，则操作继续到S404。另一方面，如果确定结果为“否”(不需要更换)，则操作继续到S405。注意，在本实施方式中，在基本构造的说明中提到的T-UFB法被用作UFB产生单元1205所用的UFB产生方法。因此，确定是否需要更换UFB产生单元1205的方法包括：
-检测设置在UFB产生单元中的预定比例的加热器由于老化不再加热的状态的方法；
-检测产生单元已被加热的实际累计次数已达到预设次数的状态的方法；
-通过利用UFB浓度计获得由UFB产生单元1205生产的含UFB液体的UFB浓度，从而获得UFB产生单元1205的UFB产生性能的劣化的方法；
-等等。
如果在S403中通过上述方法确定为需要更换UFB产生单元1205，则在S404中进行UFB产生单元1205的更换处理。该更换处理的细节在图17中示出。
在图17中，在S40401中，呈现指示UFB产生单元1205需要更换的显示，以将该事实通知用户。然后在S40402中，停止对作为更换目标的UFB产生单元1205的驱动，并且也停止气体溶解单元1203和循环泵1206的驱动。
然后，在S40403中，将含UFB液体输送槽1207的出口侧的开闭阀V20设定为打开状态，从而使含UFB液体输送槽1207和缓冲槽1030彼此连通。在该状态下，液体引入槽1202的入口侧的开闭阀V10被设定为关闭状态。结果，存在于开闭阀V10与开闭阀V20之间的液体流动到缓冲槽1030。
然后，在S40404中，确定含UFB液体到缓冲槽1030的转移是否已完成。如果确定结果为“否”(转移尚未完成)，则继续转移含UFB液体，并重复S40404中的确定。如果确定结果为“是”(转移已完成)，则操作继续到S40405。
在S40405中，将缓冲槽1030的入口侧的开闭阀V20设定为关闭状态，从而将含UFB液体输送槽1207与缓冲槽1030彼此断开。结果，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206与含UFB液体生产路径隔离。
然后，在S40406中，在显示单元6002(参照图14)上呈现指示隔离的UFB产生单元1205现在处于可更换状态的显示，以将该事实通知用户。此时，覆盖含UFB液体生产路径的盖(未示出)的锁定机构被解锁。然后，操作员打开盖并执行更换与含UFB液体生产路径隔离的UFB产生单元1205的作业(S40407)。
在完成UFB产生单元1205的更换之后，操作继续到S4048，其中将与UFB产生单元1205的入口侧和出口侧连接的开闭阀Vin2和Vout2设定为打开状态。结果，UFB产生单元1205连接到含UFB液体生产路径。在此，通过首先将开闭阀Vin2设定为打开状态以充分地引入液体，然后将开闭阀Vout2设定为打开状态，可以减少不必要的空气进入含UFB液体生产路径。在该操作中，通过将空气释放开闭阀(未示出)设定为打开状态，可以快速地引入液体。更换后，关闭用于覆盖含UFB液体生产路径的盖，然后致动盖的锁定机构以保持盖关闭。
此外，在操作继续到S40408时，将液体引入槽1202的入口侧的开闭阀V10设定为打开状态。结果，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206连接到含UFB液体生产路径。在此，阀V10可以在开闭阀V20保持关闭的状态下被设定为打开状态，然后可以充分地引入含UFB液体。以此方式，可以减少不必要的空气进入含UFB液体生产路径中。同样在这种情况下，通过将空气释放阀(未示出)设定为打开状态，可以将液体快速引入生产路径。
然后在S40409中，使新的UFB产生单元1205开始操作，并且还使气体溶解单元1203和循环泵1206恢复操作。在本实施方式中，到恢复操作时，缓冲槽1030中累积的含UFB液体的量已经减少。因此，构成元件以200％的操作率恢复操作。
最后，在S40410中，通知如下内容：用户UFB产生单元1205的更换已完成，并且UFB产生单元1205已恢复产生UFB。然后，操作继续到图16中的S405。
同时，在上述处理中，可以跳过S40404中的确定处理，并且可以在S40403时立即将开闭阀V10和V20都设定为关闭状态，以通过液体排出阀(未示出)将开闭阀V10和V20之间存在的液体排出到外部。这样做可以降低未达到预定UFB浓度的含UFB液体被输送到缓冲槽1030的风险。在排出中，可以使用上游设置的空气释放阀(未示出)以快速排出液体。
在S405中，确定是否需要更换气体溶解单元1203。如果确定结果为“是”(需要更换)，则操作继续到S406。如果确定结果为“否”(不需要更换)，则操作继续到S407。
在S406中，进行气体溶解单元1203的更换处理。更换处理的内容与图17相同，因此省略其说明。然而，与UFB产生单元1205的情况不同地确定是否需要更换，并且通过使用检测气体溶解单元的操作时间是否已经达到预设的操作寿命的方法等来确定是否需要更换。在更换处理完成之后，操作继续到S407。
在S407中，确定是否需要更换循环泵1206。如果确定结果为“是”(需要更换)，则操作继续到S408。如果确定结果为“否”(不需要更换)，则操作继续到S409。
在S408中，进行循环泵1206的更换处理。该更换处理的内容与图17相同，因此省略其说明。然而，通过使用以下方法等来确定是否需要更换：使用流速计(未示出)获得循环泵的性能劣化状态的方法、确定循环泵的实际操作时间是否已经达到预设的操作寿命的方法等。在更换处理完成后，操作继续到S409。
在S409中，确定是否是将含UFB液体转移到缓冲槽1030的时间。如果确定结果为“是”(是转移含UFB液体的时间)，则操作继续到S410。如果确定结果为“否”，则操作继续到S411。
在S410中，含UFB液体被转移到缓冲槽1030中。具体地，阀V20被设定为打开状态。在例如S404、S406和S408中进行更换之后恢复操作的情况下，在该定时还恢复向缓冲槽1030的含UFB液体的供应。
然后，在S411中，将预定量的含UFB液体供应到含UFB液体输送单元1040。然后，在S412中，确定是否已完成具有期望UFB浓度的期望量的含UFB液体的生产。如果确定结果为“否”，则操作继续到S403，并且继续生产含UFB液体。如果确定结果为“是”，则操作继续到S413。
然后在S413中，终止含UFB液体的生产。在该步骤中，关闭开闭阀V10，然后使气体溶解单元1203、UFB产生单元1205和循环泵1206停止。另外，将开闭阀V10以外的所有开闭阀设定为打开状态(连通状态)。
然后在S414中，输送生产的含UFB液体。在将全部含UFB液体输送至含UFB液体输送单元1040之后，将开闭阀V20设定为关闭状态，并且完成含UFB液体的生产处理。此时，所有开关阀关闭。同时，可以通过使用空气释放阀(未示出)来平滑地输送生产的含UFB液体。
如上所述，在本实施方式中，在设备中的构成元件达到其更换定时之前，通过增加各构成元件的操作率，将具有适当的UFB浓度的含UFB液体累积到缓冲槽1030中。因此，即使在不能生产含UFB液体的更换、修理等期间，也可以从缓冲槽继续供应具有适当浓度的适当量的含UFB液体。因此，根据本实施方式，能够并行地进行构成元件的更换或修理以及含UFB液体的供应，这能够显著改善设备的可靠性。
(第二实施方式)
接下来，将说明本发明的第二实施方式。在上述第一实施方式中，已经说明了含UFB液体累积在缓冲槽1030中以使得即使在更换目标构成元件的更换处理期间也能够继续供应具有适当浓度的含UFB液体的示例。然而，在与UFB产生单元1205的更换处理同时需要更换气体溶解单元1203和循环泵1206的情况下，有可能进入无法继续供应含UFB液体的情况。例如，在诸如UFB产生单元、气体溶解单元和循环泵等的多个构成元件在仅分配了一个操作员的状况下同时达到需要更换它们的状态的情况下，将难以在图15中的从T3到T4的时间段内完成对所有构成元件的作业。
为了解决这个问题，在本实施方式中，进行如下控制：还可以处理构成元件在相同定时达到需要更换这些构成元件的状态的情况。注意，本实施方式也具有图12至图14所示的构造。。
图18和图19示出了在本实施方式中执行的控制的时序图。图18示出了依次更换UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206的情况下的控制的示例。在该示例中，可以累积在缓冲槽1030中的含UFB液体的最大量为400％。
在从T0到T3的时间段中，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206均以200％的操作率操作。通过该操作，含UFB液体累积到缓冲槽1030中，使得在从T0到T1、从T1到T2以及从T2到T3的各时间段中，含UFB液体的累积量增加100％。在从T3到T4的时间段内，累积率达到最大值，即400％。因此，在从T4到T5的时间段中，操作率被设定为100％。
然后，在从T5到T6的时间段中，进行UFB产生单元1205的更换处理。在该时期，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203以及循环泵1206操作率均被设定为0％。因此，在缓冲槽1030中累积的含UFB液体的量减少100％而变为300％。
然后，在从T6到T7的时间段中，更换气体溶解单元1203。在该时期，缓冲槽1030中累积的量减少100％而变为200％。此外，在从T7到T8的时间段中，更换循环泵1206。缓冲槽1030中累积的量减少100％而变为100％。至此，完成了所有构成元件的更换，因而可以恢复含UFB液体的生产。
然后，在定时T8到T9中，再次进行将含UFB液体累积到缓冲槽1030中的操作。在该时期，将UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率设定为200％，并且累积在缓冲槽1030中的量增加100％而变为200％。
如上所述，进行控制以便将含UFB液体预先累积到缓冲槽1030中，使得可以在单独进行构成元件的更换处理的时间段内可以从缓冲槽1030供应含UFB液体。以此方式，可以继续供应含UFB液体并且并行地进行更换作业。这使得即使在用于更换的操作员的数量小于要更换的元件的数量的情况下，也可以无延迟地依次进行更换作业。
图18示出了在连续更换UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206的情况下的控制。然而，在这种情况下，需要根据要更换的构成元件的数量来增加最大累积量。因此，随着更换目标构成元件的数量增加，需要相应地增加最大累积量。为了解决这种问题，可以进行如图19所示的控制。
图19是示出本实施方式的变形例的时序图，在该变形例中，进行控制以使得能够依次更换UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206而不会增加缓冲槽1030中的最大累积量。
在图19中，可以在缓冲槽1030中累积的最大量为200％。在从T0到T2的时间段中，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206均以200％的操作率操作，并且含UFB液体累积到缓冲槽1030中。在从T0到T1以及从T1到T2的各时间段中，含UFB液体的累积量增加100％。在定时T1至T2中，累积率达到最大，即200％，因此各构成元件的操作率从T2至T3被设定为100％。
然后，在从T3到T4的时间段中，更换了UFB产生单元1205。在该时期，将UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率设定为0％，并且缓冲槽1030中累积的量减少100％而变为100％。
在从T4到T5的时间段中，再次执行将含UFB液体累积到缓冲槽1030中的操作。在该时期中，将UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率设定为200％，并且缓冲槽1030中累积的量增加100％而变为200％。
然后，在从T5到T6的时间段中，更换气体溶解单元1203。在该时期中，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率被设定为0％，并且缓冲槽1030中累积的量减少100％而变为100％。
然后，在从T6到T7的时间段中，再次进行将含UFB液体累积到缓冲槽1030中的操作。在该时期中，将UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率设定为200％，并且缓冲槽1030中累积的量增加100％而变为200％。
此外，在从T7到T8的时间段中，更换循环泵1206。在该时期中，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率被设定为0％，并且缓冲槽1030中累积的量减少100％而变为100％。
然后，在从T8到T9的时间段中，再次进行累积含UFB液体的操作。在该时期中，UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206各自的操作率被设定为200％，并且缓冲槽1030中累积的量增加100％而变为200％。
如上所述，在更换各单独的构成元件之前，将缓冲槽1030中累积的量控制成增加。以此方式，可以继续供应含UFB液体并且并行地进行更换作业。因此，无论要更换的构成元件的数量如何，都可以将最大的累积量保持得较低。
同时，在进行图19中所示的控制的情况下，需要有意地错开更换定时。因此，在更换定时彼此接近的情况下，优选地将这种情况通知用户，并提示用户选择较早地进行更换或者停止生产含UFB液体并进行更换。
到目前为止，已经在UFB产生单元1205、气体溶解单元1203和循环泵1206具有基本相同寿命的假设下进行了说明。然而实际上，各构成元件均有不同的寿命。
因此，在构成元件的剩余寿命之差>更换元件所需的时间+累积含UFB液体所需的时间的情况下，可以通过图19中所示的方法更换元件。另一方面，在构成元件的剩余寿命之差<更换元件所需的时间+累积含UFB液体所需的时间的情况下，第一个达到寿命终点的构成元件可能会被较早更换。以此方式，各更换处理和含UFB液体的供应可以并行进行。
(第三实施方式)
接下来，将参照图20说明本发明的第三实施方式。在本实施方式中，将说明为气体溶解单元和UFB产生单元中的每一者布置循环泵并且气体溶解单元和UFB产生单元并联至含UFB液体输送槽的示例。
如图20所示，本实施方式中的含UFB液体生产设备1B由液体供应单元10、气体供应单元20、溶解单元30、第一储存室40、UFB产生单元60以及缓冲槽70构成。这些构成元件通过配管连接，使得液体和气体能够移动通过这些构成元件。在图20中，各实线箭头代表液流，各虚线箭头代表气流。
液体11储存在液体供应单元10中。该液体11由泵2203通过由配管1201和配管1202形成的路径供应到第一储存室40。另外，在配管1202的中间部分处布置有脱气单元204，以去除溶解在液体11中的气体。脱气单元1204中结合有仅气体可以通过的膜(未示出)，并且气体通过该膜以与液体分离。溶解气体被泵1205抽吸并从气体排出单元1206排出。通过去除溶解在以此方式供应的液体11中的气体，可以最大程度地溶解后述的期望气体。
气体供应单元20具有供应要溶解到液体11中的期望气体的功能。气体供应单元20可以是包含期望气体的气瓶。可选地，气体供应单元20可以是能够连续产生期望气体等的设备。例如，在期望气体是氧的情况下，可以吸入大气并去除不必要的氮，以连续地产生氧，并通过内置的泵供给氧。
溶解单元30具有将从气体供应单元20供应的气体溶解到从第一储存室40供应的液体41中的功能。注意，该溶解单元30并入了溶解度传感器(未示出)。
从气体供应单元20供应的气体在预处理单元32处经受诸如放电等的处理，然后通过供应管1131被送到溶解部33。第一储存室40中的液体41也通过配管1101供应到溶解部33。该液体41由泵1104供应。在溶解部33处，气体溶解到被供应的液体41中。在溶解部33的后方配置有气液分离室34，并且在溶解部33处无法溶解的气体部分从气体排出部35排出。气体溶解液通过配管1102被收集到第一储存室40中。
第一储存室40储存液体41。这里，液体41更具体地是指气体溶解液与含UFB液体的混合液，其中气体已经在溶解单元30处溶解在气体溶解液中，含UFB液体在UFB产生单元60处生产。
第一储存室40设置有液位传感器42。当从液体供应单元10供应的液体11的表面到达液位传感器42时，液位传感器42将检测信号输出到控制单元。接收到检测信号的控制单元停止泵1104的驱动，以停止将液体供应到第一储存室40中。
冷却单元44布置在第一储存室40的全部或部分外周上。这冷却了液体41。液体的温度越低，气体的溶解度越高。因此，优选较低的液体温度，并且通过使用温度传感器(未示出)将液体温度控制为约10℃或更低。
冷却单元44可以具有任何构造，只要其可以将液体41冷却到期望的温度即可。例如，可以采用诸如珀耳帖装置的冷却设备。可选地，可以采用使通过冷却器(未示出)冷却至低温的冷却液循环的方法等。在这种情况下，该构造可以使得冷却液可循环通过的冷却管围绕外周而安装，或者使得第一储存室40的容器具有中空结构并且冷却液流过该中空结构。可选地，该构造可以使得冷却管贯穿液体41。通过如上所述地将液体41控制为处于低温因而处于气体容易溶解于液体41中的状态，在溶解部33处可以有效地溶解气体。
此外，阀45连接到第一储存室40，并且其中形成有用于取出含UFB液体的出口46a的输送管46连接到阀45。输送管46的出口46a插入缓冲槽70中，并且从出口46a输送的含UFB液体41累积到缓冲槽70中。第一储存室40设置有测量液体41的UFB浓度的浓度传感器(未示出)，并且基于来自浓度传感器的输出来管理UFB浓度。在液体41的UFB浓度达到预定值的情况下，可以通过打开阀45将含UFB液体41输送到缓冲槽70。注意，出口46a可以布置在除了第一储存室40以外的位置，只要缓冲槽70能够从该位置接收到含UFB液体即可。同时，第一储存室40可以设置有搅拌器等，以减少液体41的温度和溶解性的不均匀性。
UFB产生单元60具有从第一储存室40所供应的液体41中溶解的气体中产生UFB的功能(气相沉淀)。产生UFB的方法可以是任何手段，诸如文丘里法等，只要可以产生UFB即可。本实施方式采用利用膜沸腾现象产生UFB的方法(T-UFB法)，以有效地产生高度微细的UFB。在T-UFB法中，加热加热器以引起膜沸腾。这里，如上所述，液体41处于约10℃或更低的低温。因此，该液体41对UFB产生单元60具有冷却效果并且防止UFB产生单元60变热。这使得长连续操作成为可能。注意，在构造装配有许多加热器的情况下，产生的热量大得使UFB产生单元60的温度即使在UFB产生单元接触液体41的情况下也可以上升。在该情况下，可以将冷却机构添加到UFB产生单元60。至于具体的构造，优选地采用在基本构造的以上说明中提及的构造。
UFB产生单元60通过泵1104经由配管1102和开闭阀Vin601从第一储存室40被供应液体41。UFB产生单元60和开闭阀Vin601的上游配置有收集杂质、灰尘等的过滤器1105，以防止杂质、灰尘等对通过UFB产生单元的UFB产生造成损害。此外，包括由UFB产生单元60产生的UFB的含UFB液体通过开闭阀Vin601和配管被收集到第一储存室40中。
注意，图20示出了泵1104布置在UFB产生单元60的上游的情况。然而，泵的配置不限于以上。泵可以设置在不同的位置，只要该位置是可以有效地生产含UFB液体的位置即可。例如，泵可以布置在UFB产生单元60的下游。此外，泵可以布置在UFB产生单元60的上游和下游两者。
缓冲槽70能够接收来自出口46a的含UFB液体并累积特定量的液体。另外，缓冲槽70设置有出口73，通过出口73从外部取出含UFB液体，通过将阀72设定为打开状态，能够将含UFB液体输送到外部。
在上述设备构造中，气体和液体的类型没有特别限制，并且可以自由选择。另外，与气体或气体溶解液接触的部分(诸如配管1101、1102、1131、1201、1202、泵1104、1205、2203、过滤器1105、储存室40和UFB产生单元60的气/液接触部分)优选地由具有高耐腐蚀性的材料制成。例如，对于气/液接触部分，优选地使用诸如聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基烷烃(PFA)等的氟基树脂、诸如SUS316L等的金属、或另一无机材料。以此方式，即使在高腐蚀性的气体和液体情况下，也可以以合适的方式产生UFB。
另外，优选地采用脉动和流速变化小的泵作为使UFB产生单元60中的含UFB液体流动以避免损害UFB的产生效率的泵1104。以此方式，可以有效地生产具有小的UFB浓度变化的含UFB液体。
接下来，将说明本实施方式中的UFB产生方法。
如上所述，在本实施方式中的含UFB液体生产设备1B中，供液体41流过的循环路径被形成为第一储存室40→溶解单元30→UFB产生单元60→第一储存室40。利用该循环路径，含UFB液体可以期望地在不同条件下循环。这里，“条件”是指循环流速、循环路径内部的压力、循环定时等。
例如，在含UFB液体41冷却至预定温度之后，首先使含UFB液体41在仅使气体供应单元20操作的第一循环条件下循环。第一循环条件是实现气体的有效溶解的条件，并且被设定为使得流速为大约500至3000mL/min并且压力为约0.2至0.6MPa。
这里，由于UFB产生单元60存在于相同的循环路径中，因此在使用UFB产生单元60具有诸如喷嘴等的特定形状的部分并且液体通过这些部分来产生UFB的方法的情况下，在该步骤中可能产生非预期尺寸的泡。
然而，在本实施方式中，采用通过利用由于驱动微小加热器引起的膜沸腾来产生UFB的T-UFB法。因此，除非驱动加热器，否则不产生UFB。
在液体41达到期望的溶解度之后，停止循环和气体供应单元20。然后，含UFB液体在第二循环条件下循环并且驱动UFB产生单元60。在本实施方式中，第二循环条件被设定为使得流速为大约30至150mL/min，压力为约0.1至0.2MPa。在T-UFB法中，通过利用从膜沸腾产生泡到泡消失的过程中产生的压力差和热来产生UFB。因此，循环条件优选地是较低的流速和较低的压力(大气压)。
然后，在液体41达到期望的UFB浓度之后，将含UFB液体取出。在取出含UFB液体的情况下，可以取出第一储存室40中的全部含UFB液体，或者可以仅取出其一部分。之后，可以重复上述步骤，直到生产了必要量的含UFB液体为止。
通过在如上所述的不同的第一循环条件和第二循环条件下使液体循环，可以在相应的最佳条件下进行气体的溶解和UFB的产生。因此，可以有效地生产高浓度的含UFB液体。
通过这种构造，在从出口46a供应到缓冲槽70的含UFB液体的量大于从出口73输送的含UFB液体的量的情况下，含UFB液体被累积到缓冲槽70中。
如上所述，通过预先累积特定量的含UFB液体，即使关闭阀45，也可以在特定时间段内继续向外部输送含UFB液体。具体地，通过如表1所示地控制阀45和72，即使在更换设备的一个或多个构成元件期间，也能够使用累积在缓冲槽70中的含UFB液体稳定地继续供应含UFB液体。
[表1]
表1
Figure BDA0002753040180000441
(其它实施方式)
在以上实施方式中，已经说明了在诸如气体溶解单元、UFB产生单元和循环泵等的各构成元件的入口侧和出口侧均设置有开闭阀以使各构成元件能够单独地在与液体引入单元和含UFB液体输送缓冲槽的连通和断开之间切换的构造。然而，本发明不限于这种构造。本发明可以刚好是包括多个构成元件的整个含UFB液体生产单元能够在与液体引入单元和缓冲槽的连通和断开之间切换的构造。因此，含UFB液体生产单元不限于能够相对于液体引入单元和缓冲槽进行更换的含UFB液体生产单元。
在本发明中，生产单元或其构成元件仅需要使得其中的液体能够在与液体引入单元和缓冲槽的连通或断开之间切换。生产单元或其构成元件不一定必须在结构上可以从液体引入单元和缓冲槽拆卸。即，即使在生产单元或其构成元件不可更换或拆卸的情况下，本发明在将生产单元或其构成元件连接或固定到设备的状态下进行诸如修理或调节等的作业时也是有用的。
另外，本发明适用于含UFB液体生产设备，只要含UFB液体生产设备能够控制要产生的UFB的量即可，并且适用于使用除了T-UFB法以外的UFB产生方法的含UFB液体生产设备。
其它实施方式
本发明的实施方式还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种储存介质将执行上述实施方式的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应当符合最宽泛的解释，以包含所有的这些变型、等同结构和功能。

Claims (15)

1.一种含超微泡液体生产设备，包括：
生产单元，其在从液体引入单元供应的液体中产生超微泡从而生产包含所产生的所述超微泡的含超微泡液体，并输送所生产的所述含超微泡液体；
液体输送单元，其将所生产的所述含超微泡液体输送到外部；
缓冲槽，其接收从所述生产单元输送的液体并将所接收的液体输送到所述液体输送单元；以及
控制器，其控制所述含超微泡液体从所述缓冲槽向所述液体输送单元的输送，使得在所述生产单元停止操作的情况下，将累积在所述缓冲槽中的所述含超微泡液体输送到所述液体输送单元，从而使所述液体输送单元能够将所述含超微泡液体输送到外部。
2.根据权利要求1所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述控制器控制所述生产单元，使得将含超微泡液体在所述生产单元的操作停止之前的预定时间段内累积在所述缓冲槽中。
3.根据权利要求2所述的含超微泡液体生产设备，其中，根据所述生产单元的操作停止的时间段，所述控制器控制在预定时间段内从所述生产单元要输送的含超微泡液体的量。
4.根据权利要求2或3所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述控制器控制从所述生产单元要输送的含超微泡液体的输送速率。
5.根据权利要求4所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述控制器控制所述生产单元，使得在所述预定时间段内从所述生产单元要输送的含超微泡液体的输送速率高于在所述预定时间段内从所述缓冲槽要输送的含超微泡液体的输送速率。
6.根据权利要求2或3所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述控制器控制所述生产单元，使得在所述预定时间段内从所述生产单元要输送的含超微泡液体的输送速率高于在与所述预定时间段不同的时间段内从所述生产单元要输送的含超微泡液体的输送速率。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的含超微泡液体生产设备，其中，
所述生产单元的操作停止的时间段是更换或修理设置在所述生产单元中的构成元件的时间段，以及
所述控制器使所述生产单元在所述构成元件的更换或修理完成的情况下操作。
8.根据权利要求2或3所述的含超微泡液体生产设备，其中，
所述生产单元包括多个构成元件，以及
根据连续地依次更换或修理所述多个构成元件的时间段，所述控制器控制在所述预定时间段内从所述生产单元要输送的含超微泡液体的输送速率。
9.根据权利要求8所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述控制器设定彼此间具有预定时间间隔的用于更换或修理所述多个构成元件的各定时，并且所述控制器控制从所述生产单元要输送的含超微泡液体的输送速率，以增加在更换或修理相应的构成元件之前的各预定时间段内累积在所述缓冲槽中的含超微泡液体的量。
10.根据权利要求9所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述控制器基于所述构成元件的寿命确定所述预定时间间隔。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的含超微泡液体生产设备，其中，
所述生产单元包括在从所述液体引入单元供应的液体中产生超微泡的超微泡产生单元，
在更换或修理所述超微泡产生单元的情况下，所述控制器停止从所述液体引入单元向所述超微泡产生单元的液体的供应和所述超微泡产生单元的操作，同时输送来自所述缓冲槽的含超微泡液体，以及
在更换或修理所述超微泡产生单元之后，所述控制器恢复从所述液体引入单元向所述超微泡产生单元的液体的供应以及所述超微泡产生单元的操作，并且还恢复超微泡产生单元向所述缓冲槽的输送。
12.根据权利要求11所述的含超微泡液体生产设备，其中，
所述生产单元还包括：
气体溶解单元，其将气体溶解到从所述液体引入单元供应的液体中，
循环泵，其使所述超微泡产生单元输送的液体循环，以及
在更换或修理所述超微泡产生单元的情况下，所述控制器停止从所述液体引入单元向所述超微泡产生单元的液体的供应以及所述气体溶解单元、所述超微泡产生单元和所述循环泵的操作，同时输送来自所述缓冲槽的含超微泡液体，以及
在更换或修理所述超微泡产生单元之后，所述控制器使液体从所述液体引入单元输送到所述超微泡产生单元，恢复所述气体溶解单元、所述超微泡产生单元和所述循环泵的操作，并且还恢复超微气泡产生单元向所述缓冲槽的输送。
13.根据权利要求11所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述超微泡产生单元利用在所述液体中引起膜沸腾的加热元件在所述液体中产生超微泡。
14.根据权利要求12所述的含超微泡液体生产设备，其中，所述超微泡产生单元利用在所述液体中引起膜沸腾的加热元件在所述液体中产生超微泡。
15.一种含超微泡液体生产方法，包括：
利用生产单元在从液体引入单元供应的液体中产生超微泡从而生产包含所产生的所述超微泡的含超微泡液体，并且从所述生产单元输送所生产的所述含超微泡液体；
将所生产的所述含超微泡液体从液体输送单元输送到外部；
将从所述生产单元输送的所述含超微泡液体接收到缓冲槽中，并且将接收的液体从所述缓冲槽输送到所述液体输送单元；以及
控制所述含超微泡液体从所述缓冲槽向所述液体输送单元的输送，使得在所述生产单元的操作停止的情况下，将累积在所述缓冲槽中的含超微泡液体输送到所述液体输送单元，从而使所述液体输送单元能够将所述含超微泡液体输送到外部。
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