CN113318619A - 生产含超微泡液体的设备和方法以及含超微泡液体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生产含超微泡液体的设备和方法以及含超微泡液体。其中对于生产含超微泡液体的方法，所述含超微泡液体包含通过利用发热构件在液体中引起膜沸腾而产生的超微泡，所述方法包括：通过利用膜沸腾使发热构件的液体接触面所存在的固体以微小物质的形式脱离；以脱离的微小物质为核产生超微泡。

Description

生产含超微泡液体的设备和方法以及含超微泡液体

技术领域

本发明涉及生产含超微泡液体的设备和方法以及含超微泡液体，所述 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。在这些技术中，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2019-42664号公报(以下称为参考文献1)公开了通过膜沸腾 产生UFB的设备。国际公开第2018/097019号(以下称为参考文献2)公开了 纳米级微细泡的微细泡产生促进剂。

与诸如加压溶解法等方法相比，参考文献1中的技术可以产生非常高浓 度的UFB。在参考文献2中，微细泡产生促进剂被说明为能够长时间保持高 浓度的微细泡。存在对于包含比这些技术所获得的UFB的浓度更高的浓度的 UFB的液体的需求。

发明内容

根据本发明的一个方面的生产含超微泡液体的方法是一种生产含超微 泡液体的方法，所述含超微泡液体包含通过利用发热构件在液体中引起膜沸 腾而产生的超微泡，所述方法包括：通过使用所述膜沸腾使所述发热构件的 液体接触面所存在的固体以微小物质的形式脱离；以及以脱离的微小物质为 核产生超微泡。

此外，根据本发明的一个方面的含超微泡液体是如下的含超微泡液体， 其包含通过利用发热构件在液体中引起膜沸腾而产生的超微泡，所述含超微 泡液体包括：通过利用所述膜沸腾使所述发热构件的液体接触面所存在的固 体以微小物质的形式脱离并使用脱离的微小物质作为核而产生的超微泡。

另外，根据本发明的一个方面的含超微泡液体的生产设备是如下的含 超微泡液体的生产设备，其用于生产包含通过利用发热构件在液体中引起膜 沸腾而产生的超微泡的含超微泡液体，所述生产设备包括：发热构件；所述 发热构件的液体接触面所存在的固体；以及产生单元，其被配置为利用所述 膜沸腾使所述固体以微小物质的形式脱离，并以脱离的微小物质为核产生超 微泡。

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是用于说明发热元件的细节的图；

图6A和图6B是用于说明发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泡消失而产生的冲击波引起的 UFB的产生状态的图；

图11A和图11B是示出饱和溶解度的改变引起的UFB的产生状态的图；

图12A至图12C是示出后处理单元的构造示例的图；

图13是含UFB液体生产设备的示意性构造图；

图14A至图14D是UFB产生单元中的发热元件附近的区域的放大图；

图15A至图15D是UFB产生单元中的发热元件附近的区域的放大图；

图16A至图16D是说明第二核供应单元的图；

图17是示出第一核供应单元的构造的概念图；

图18是示出第一核供应单元的构造的概念图；

图19A和图19B是说明如何产生核的机制的图；

图20是示出第一核供应单元的构造的概念图；

图21是说明含UFB液体生产设备中的控制构造的框图；

图22是含UFB液体生产设备的示意性构造图；

图23是含UFB液体生产设备的示意性构造图；以及

图24是含UFB液体生产设备的示意性构造图。

具体实施方式

＜＜UFB生产方法的概要＞＞

下面将说明利用膜沸腾现象的UFB产生方法的概要。

图1是示出超微泡产生设备(UFB产生设备)的示例的图。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。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预处理单元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。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，在本公开中，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。

设置有发热元件10的元件基板12配置在腔室301的底部。在向发热元件 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)在与发热元件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是用于示出发热元件10的详细构造的图。图5A示出了发热 元件10的特写图，图5B示出了包括发热元件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发热元件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 加热部用作发热元件(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

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

的栅极 绝缘膜328。栅极配线335由通过CVD法沉积的厚度为

到

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-MOS 321与N-MOS晶体管330之间)进行厚度为

至

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

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

至

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

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

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

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TaN_0.8、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是示出当向发热元件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发热元件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UFB11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。

在将电压施加到发热元件10之前，在腔室301中基本上保持大气压。一 旦将电压施加到发热元件10，在与发热元件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不在发热元件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，在发热元件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)。

每次向发热元件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示出了向发热元件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示出了在对发热元件10施加电压并且在发热元件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，发热 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，发热元件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(在100μS以下)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，并基本上 同时析出成为UFB。如此析出的气泡具有约10nm至100nm的直径和大的气- 液界面能。而且，液体介于气泡之间。因此，气泡独立地漂浮在液体W中而不会在短时间内消失。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发热元件 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 UFB 11A。

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UFB 11C)。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，在远离发热元件10 的方向上作用的惯性力和由膜沸腾泡13的收缩引起的朝向发热元件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UFB 11B。

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示出了发热元件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进行了收缩并且发热元件10的部分表面与液体 W接触的状态。在该状态下，发热元件10的表面上留有热，但是即使液体W 与发热元件10的表面接触，该热的大小也不足以引起膜沸腾。通过与发热元 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。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， 发热元件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。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。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。

图11A和图11B是示出饱和溶解度的变化引起的UFB的产生状态的图。 图11A示出了通过膜沸腾产生膜沸腾泡13的状态。随着膜沸腾泡13的产生， 它附近的液体W也被加热，并且在膜沸腾泡13附近形成温度高于其它区域的 高温区域19。液体W的温度越高，液体的饱和溶解度越低。因此，高温区域 19中的饱和溶解度低于其它区域中的饱和溶解度，从而提供了更容易发生向 气体的相变的过饱和状态。然后，处于这种过饱和状态的气体溶解液3通过 与膜沸腾泡13接触而经历相变，并且析出为UFB。在图11A中，箭头表示气 体溶解液3的析出方向。通过膜沸腾泡13附近的饱和溶解度的变化而产生的 气泡被称为第五UFB11E。

图11B示出了膜沸腾泡13已经消失的状态。由于与膜沸腾泡13接触而产 生的第五UFB 11E在膜沸腾泡13消失时被沿发热元件10的方向拉动，使得曾 经被膜沸腾泡13占据的区域13'现在填充有液体W。在析出的UFB中，未再 溶解到液体W中的那些UFB剩余作为第五UFB 11E。

如上所述，期望通过发热元件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、第三UFB 11C和 第五UFB 11E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。

在本公开中，参照图7A至图7C说明的第一UFB 11A、参照图9A至图9C 说明的第三UFB 11C以及参照图11A和图11B说明的第五UFB 11E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 的压力越低，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中的发热元件的 数量和对发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12A至12C是示出后处理单元400的构造示例的图。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12A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12B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，通过本公开中说明的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12C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。本公开中示出了 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。本公开示出了将后处理 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12A至图12C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，则存在使发热元件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11B所示的机构，可以预先去除上述杂质。

＜＜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离所 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T-UFB产生方法中，在极接近发热元件的部分 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。发热元件是一个边为大约数十至数百μm的矩形形状。发热元件 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公开 可以在液体的靠近发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。

下面将具体说明实施方式。

(第一实施方式)

图13是第一实施方式中的含超微泡液体生产设备2000(以下称为含UFB 液体生产设备2000)的示意性构造图。本实施方式中的含UFB液体生产设备 2000主要包括液体供应单元600、气体溶解单元800、核供应单元750(750A、 750B)、第一储存室900和超微泡产生单元1000(以下称为UFB产生单元 1000)。液体供应单元600、气体溶解单元800和UFB产生单元1000分别对应 于图1中的预处理单元100、溶解单元200和T-UFB产生单元300。这些单元通过配管700彼此连接，并且液体W通过布置在配管700的中途部分的泵701循 环。在图13中，每个实心箭头均表示液体流，并且每个虚线箭头均表示气体 流。顺便提及，尽管在图13中将两个核供应单元750，即第一核供应单元750A 和第二核供应单元750B图示为核供应单元750，但是包括核供应单元750中 的至少一个就足够了。注意，在两个核供应单元彼此没有特别区分的情况下， 将它们简单地说明为核供应单元750。

液体供应单元600主要包括液体贮留单元601、两个泵602和603以及脱 气单元604。贮留在液体贮留单元601中的液体W经由脱气单元604被泵602 和603移送到第一储存室900。在脱气单元604的内部布置有气体可以通过而 液体不能通过的膜。利用来自泵602和603的压力，仅气体通过膜，使得气体 和液体彼此分离。液体W朝着第一储存室900移动，而气体则被排出到外部。 各种气体可以溶解在液体贮留单元601中贮留的液体中。在将液体移送到第 一储存室900之前，通过在脱气单元604处去除溶解的气体，可以增强随后进行的气体溶解步骤中的溶解效率。

气体溶解单元800包括气体供应单元804、预处理单元801、合流单元802 和气液分离室803。虽然气体供应单元804可以是存储期望气体G的气瓶，但 是气体供应单元804可以是能够连续地产生期望气体G的设备。例如，在期 望气体G是氧气的情况下，可以采用吸收大气并去除氮气、利用泵馈送已经 去除了氮气的气体的设备。注意，该气体溶解单元800可以包含未示出的溶 解度传感器。

由气体供应单元804供应的气体G在预处理单元801处经受诸如放电等 的处理。然后，在合流部802处，气体G与从第一储存室900流出的液体W合 流。在此，一部分气体G溶解到液体W中。如此合流的气体G和液体W在气 液分离室803中再次彼此分离，并且尚未溶解到液体W中的一部分气体G被 排出到外部。然后，其中溶解有气体G的液体W通过泵701经由第一核供应 单元750A被移送到UFB产生单元1000。在本实施方式中，预处理单元801对 从体供应单元804供应的氧气O₂进行诸如等离子放电等的高电场处理。这使 氧气进入活化状态，从而产生臭氧O₃。产生的臭氧被传送到合流部802。结 果，在气体溶解单元800处，臭氧和水彼此混合，从而产生了臭氧水，并且 作为液体W被传送到第一核供应单元750A。

第一核供应单元750A将溶解有或分散有要成为UFB产生所用的核的物 质的液体供应到UFB产生单元1000。通过在UFB产生单元1000中使用溶解有 或分散有要成为UFB产生所用的核的物质的液体来产生UFB，可以生产出高 浓度的含UFB液体。另外，在作为以上述方式生产的臭氧水的含UFB液体中， 臭氧可以长时间存留。换句话说，可以提供具有较长臭氧寿命的含UFB液体。 稍后将说明细节。

UFB产生单元1000在流入UFB产生单元1000的液体W中产生UFB。可以 采用诸如文丘里法等的各种方法作为产生UFB的方法。在本实施方式中，采 用图4至图10B说明的T-UFB方法。过滤器1001布置在UFB产生单元1000的上 游，并且防止杂质、灰尘等进入UFB产生单元1000。去除杂质、灰尘等可以 提高UFB产生单元1000处的UFB产生效率。另一方面，该过滤器1001被设定 成使得要成为UFB产生所用的核的物质可以通过过滤器1001。由UFB产生单元1000产生的含UFB液体W通过配管700被存储到第一储存室900中。第二核 供应单元750B包括在UFB产生单元1000中。稍后将说明细节。

第一储存室900储存以下的混合液体。具体地，第一存储室900存储从 液体供应单元600供应的液体W、在气体溶解单元800处已经溶解了期望气体 G并且在核供应单元750处已经溶解有或分散有要成为UFB产生所用的核的 物质的液体W、以及在UFB产生单元1000处产生了T-UFB的含UFB液体的混 合液体。

液位传感器902被布置在第一储存室900中的预定高度处并检测液体W 的表面。该构造使得：在液体供应单元600供应液体W的情况下，当液面到 达液位传感器902时，供应停止。在将第一储存室900中存储的液体W排出到 位于外部的容器的情况下，打开阀904。位于外部的容器可以是例如图1中的 后处理单元400或收集单元500或后处理单元400和收集单元500。注意，尽管 在图13中未示出，第一储存室900中也可以设置有搅拌器，用以使液体W中 的温度和UFB分布均匀。第一储存室900也可以设置有UFB浓度传感器，UFB 浓度传感器检测存储在第一储存室900中的液体W的UFB浓度。

冷却单元903冷却储存在第一储存室900中的液体W。优选地，要被供应 到气体溶解单元800的液体W的温度尽可能低，以便在气体溶解单元800处有 效地溶解期望气体G。此外，保持液体W在低温下循环抑制了通过利用膜沸 腾来产生UFB的UFB产生单元1000的温度升高。这可以延长UFB产生单元 1000的寿命。在本实施方式中，在第一储存室900内部设置温度传感器，并 且在检测液体的温度的同时，通过使用冷却单元903将要供应到气体溶解单 元800的液体W的温度调节为10℃以下。

冷却单元903的构造没有特别限制。例如，可以采用使用珀耳帖装置的 类型或使被制冷器冷却的液体循环的类型。在后者的情况下，如图13那样， 可以使冷却液循环通过的冷却管缠绕在第一储存室900的外周，或者第一储 存室900可以形成为具有中空结构，并且在中空空间中布置有冷却管。可替 代地，可以是使得冷却管浸入第一储存室900内部的液体W中的构造。

在本实施方式中，以上构造形成了用于液体W的循环路径，该循环路径 从第一储存室900开始，通过气体溶解单元800、核供应单元750和UFB产生 单元1000，并返回到第一储存室900。

在图13中，促使液体W通过整个循环路径循环的泵701被布置在气体溶 解单元800和UFB产生单元1000之间。然而，泵的位置和数量不限于这种情 况。例如，泵可以布置在UFB产生单元1000与第一储存室900之间，或者泵 可以布置在气体溶解单元800与UFB产生单元1000之间以及在UFB产生单元 1000与第一储存室900之间。另外，在每个单元的构造中，可以设置在单元 的操作中可能需要的泵或阀。为了避免损害UFB产生效率，优选使用脉动和流量变化小的泵。

另外，用于收集液体W的收集路径和阀904可以不设置于第一储存室900， 而是设置在液体循环路径的另一位置处。另外，在UFB产生单元1000的温度 急剧升高的情况下，UFB产生单元1000还可以设置有与第一储存室900的冷 却单元同样的冷却单元。

溶解度传感器、温度传感器和UFB浓度传感器可以设置任何位置，只要 这些位置处于循环路径内。可替代地，可以是使得每个传感器被设置在循环 路径中的多个位置处并且可以输出平均值的构造。

诸如配管700、泵701、过滤器1001、第一储存室900和UFB产生单元1000 的液体接触部等的接触含UFB液体的构件优选地由具有高耐腐蚀性的材料 制成。例如，可以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、或另一种无机材料。这样 做时，即使在使用高腐蚀性的气体G和液体W的情况下，也能够以适当的方 式产生UFB。

＜＜使用成为核的物质产生UFB的说明＞＞

接下来，将说明通过使用溶解有或分散有核供应单元750供应的要成为 UFB产生所用的核(以下也简称为“核”)的物质的液体W以高浓度产生UFB 的示例。下面将以第一核供应单元750A为例进行说明。

如前所述，臭氧水被供应到第一核供应单元750A。利用高反应性的臭 氧水，例如在第一核供应单元750A处以分子水平将UFB产生所用的核溶解 到液体W中。在该示例中，UFB产生所用的核是与液体W接触的在例如第一 核供应单元750A、配管700和第一储存室900等的UFB产生所用的循环路径 中的物质(流路壁)的一部分。在液体W中溶解有或分散有UFB产生所用的 核的情况下，可以以高浓度产生UFB。这是因为，在泡的产生中，与不存在核来产生泡的情况相比，在存在核来产生泡的情况下，通常利用较少能量就 能产生泡。因此，与不存在核的情况相比，在溶解有或分散有UFB产生所用 的核的情况下，可以产生更多数量的UFB。特别地，如果要成为核的物质是 对气体具有亲和力的疏水性物质，则是更期望的。如前所述，UFB尺寸的示 例是10至100nm，并且在本实施方式中例如是100至200nm。有利地，要成 为UFB产生所用的核的物质具有小于或等于UFB的尺寸并且分散在液体中。 因此，有利地，在本实施方式中，UFB产生所用的核具有例如100至200nm 以下的尺寸，并且分散在液体中。

通过第一核供应单元750A将其中溶解有或分散有UFB产生所用的核的 液体W传送到UFB产生单元1000。在UFB产生单元1000中，例如如图7A至 图11B所述产生了膜沸腾泡13，以在UFB核上以高浓度产生UFB 11。本发明 人已经发现，与常规方法相比，通过在要成为核的物质存在的情况下在UFB 产生单元1000中通过产生膜沸腾泡13来产生UFB能够产生更多数量的UFB。 具体地，本发明人已经发现产生了包含十亿UFB/ml的液体。注意，基本上 可以在单个核上生成单个UFB，但是这种含UFB液体也可以含有没有核的状 态下产生的UFB。本发明人还发现，这种含UFB液体(臭氧水)具有更长的 臭氧寿命。在普通的臭氧水中，臭氧的寿命只有几十分钟左右。即，在其中 溶解有臭氧的臭氧水中，臭氧通常在几十分钟左右消失。相较而言，本发明 人发现，即使经过三天之后，以上述方式生产的含UFB液体(臭氧水)也包 含高浓度的臭氧。

在本实施方式中说明的利用膜沸腾产生UFB的方法以外的方法中，例如 文丘里法等的UFB产生方法中，与UFB产生同时产生了诸如微米泡和毫米泡 等的具有大浮力和体积的泡。如果产生了微米泡、毫米泡等，则在产生UFB 时被认为是有效的核(主要是疏水性物质等)被这些泡吸收并且被阻止分散。 由于该原因，难以通过诸如文丘里法等的UFB产生方法有效地产生高浓度 UFB。相较而言，在本实施方式中使用的利用膜沸腾的UFB产生方法的情况 下，在从微米尺寸的膜沸腾泡中产生局部压力到泡消失的过程中，产生了 UFB。这种机制可以在基本上不产生大泡(诸如毫米尺寸的泡和更大的泡等) 的情况下产生UFB。因此，通过在利用膜沸腾的UFB产生方法的实施方式中 组合溶解有或分散有要成为UFB产生所用的核的物质的溶液或分散液可以 产生高浓度UFB。

同时，在到目前为止的说明中，已经说明了如下示例：使氧气经受高 压以成为等离子体并且溶解到液体中从而产生作为放射状物质的臭氧，并使 臭氧水与要成为核的物质(例如，与液体接触的流路壁的一部分)接触从而 以分子水平溶解UFB产生所用的核。然而，方法不限于该示例。已经说明了 核供应单元750布置在从气体溶解单元800到UFB产生单元1000的循环路径 的中途部分的示例。然而，核供应单元750可以包括在UFB产生单元1000中。 具体地，可以通过UFB产生单元1000中的第二核供应单元750B溶解核。

将说明包括在UFB产生单元1000中的第二核供应单元750B的示例。如 前所述，核供应单元750将要成为UFB产生所用的核的物质供应到UFB产生 单元1000。在此，在UFB产生单元1000产生UFB期间，可以将要成为UFB 产生所用的核的物质溶解到液体W中。具体地，存在于发热元件10(也称为 “发热构件”)的顶层等处的固体可以被发热元件10加热以脱离为要成为核的 物质，并且这种要成为核的物质可以被溶解到液体中。例如，如前所述，在 液体W中引起膜沸腾时，在产生膜沸腾泡时和在膜沸腾泡消失时会突然产生 压力。通过该压力，发热元件10的顶层等处的物质在分子水平上剥落并溶解 到液体中。因此，核供应单元750可以被包括在UFB产生单元1000本身中。

另外，在本实施方式中，已经说明了第一核供应单元750A布置在用于 产生UFB的循环路径中的示例。然而，第一核供应单元750A不必一定布置 在循环路径中。可以对上述系统提供通过另一系统溶解有UFB核的溶液，并 且该溶液可以混合在循环路径中。

＜＜在UFB产生单元1000内部供应核的示例＞＞

接下来，将说明在UFB产生单元1000内部供应UFB产生所用的核并且在 这些核上产生UFB的示例。注意，可以从第一核供应单元750A供应核，或 者可以从第二核供应单元750B供应核。例如，如图7A至图11B所述，在UFB 产生单元1000中，在液体中产生膜沸腾泡13。利用这些膜沸腾泡13，在UFB 核上产生UFB 11，从而生产高浓度的含UFB液体。下面将使用图14A至15D 说明产生UFB的示例。

图14A至图15D是例如图7A至图11B所述的UFB产生单元1000中的发热 元件10周围区域的放大图。图14A示出了在向发热元件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。顺便提及，在图14A 至图14D中省略了用于保护发热元件的保护层309和抗气蚀膜310。

图14B示出了使发热元件10发热的状态。从发热元件10的接触表面加热 发热元件10和液体W(包含气体溶解液3)，使得它们的温度升高并且形成未 发泡高温区域14。顺便提及，为了方便起见，图14B中的虚线示出为表示从 高温到常温下降的热分布中的预定温度的等高线。

图14C示出了在元件基板12的发热元件10与温度达到300℃的液体W之 间的接触表面周围的高温区域的一部分中的液体W产生了膜沸腾泡13的状 态。膜沸腾泡13是在发热元件10的表面上一次形成的泡(不包括发热元件周 围的区域的温度未达到300℃的部分)，并且在形成的初期是厚度为1μm以下 的极薄的膜状泡。另外，如图6A和图6B所示，该泡具有高达100个大气压的 极高压力并在极短时间内出现，因此对周围区域施加热和压力冲击。这种热 和压力冲击在发热元件表面上产生化学、电气、机械或物理作用。这将熔化、 电离或打碎发热元件10的表面处的部分物质，或者切断该部分表面物质中的 分子或原子之间的键，从而以微小物质18的形式脱离该部分物质。这种微小 物质18是要成为UFB产生所用的核的一个物质。具体地，UFB产生单元1000 中的第二核供应单元750B与元件基板12相关联。在此，微小物质18是指极 小的物质，并且具体地是指尺寸为100nm以下的物质。顺便提及，可能存在 反复引起膜沸腾以降低键合强度并脱离出尺寸为1μm以上的大表面物质的情况。这种尺寸的表面物质在液体中漂浮不了多少，并会随着自身重量下沉。 这种尺寸为1μm以上的表面物质不包括在尺寸为100nm以下、重量轻且漂浮 在液体中的诸如本实施方式中的微小物质18等的类型中。

图14D表示膜沸腾泡13成长的时期，示出了膜沸腾泡13进一步成长并且 UFB 11由于膜沸腾泡13周围的未发泡高温区域14上的热和压力效应而产生 的状态。在未发泡高温区域14中，泡不是热产生的，但是温度瞬间高达200℃， 从而降低了饱和溶解度。因此，溶解在液体W和气体溶解液3中的气体被析 出并变成UFB 11。还存在由于膜沸腾泡13的加压引起的溶解气体的析出而 产生的UFB 11以及在膜沸腾泡13由于惯性力而膨胀的过程中响应于膜沸腾 泡13中的压力变为真空附近的低压而发生的饱和溶解度降低所引起的溶解 气体的析出所产生的UFB 11。

在这种环境下，微小物质18的存在在某些情况下会触发溶解气体的析 出。这是因为，与不存在任何物质的均匀状态相比，微小物质18引起不均匀 性，从而干扰了均匀性。利用微小物质18，即使在析出能量低的饱和溶解度 降低初期，也可以使气体析出。换句话说，析出体积小。因此，可以产生较 小的UFB 11。顺便提及，如图14D所示，在这种状态下，还存在没有以微小 物质18为起因而产生的UFB 11，但是这些UFB 11的数量趋向于少。

图15A示出了最大膜沸腾体积状态，其中膜沸腾泡13向周围液体的膨胀 方向上的惯性力和由膜沸腾泡13内部的真空状态产生的收缩方向上的力平 衡，从而停止了膜沸腾气泡13的成长。图15B和图15C示出了膜沸腾泡13上 的收缩力更强从而使膜沸腾气泡13收缩的状态。膜沸腾泡13已经收缩到小尺 寸并且即将消失。图15D示出了膜沸腾泡13消失的瞬间。在该瞬间，液体与 其自身发生碰撞，使得由于气蚀而产生了强冲击波。在该瞬间，微小物质18 也脱离，并以微小物质18为起因产生了UFB 11。如上所述，当膜沸腾泡13 产生时以及当膜沸腾泡13消失时所施加的热和压力冲击以微小物质18的形 式使表面物质的一部分脱离。于是，脱离的微小物质18可以是如图7A至图 11B所述的UFB 11的产生中的UFB产生所用的核。

图16A至图16D是示意性地示出图14A至图15C所述的UFB的生成状态 的图，并且是发热元件10周围区域的放大图。换句话说，图16A至图16D是 说明第二核供应单元750B的图。在图16A中，示出了存在于发热元件10及与 其接触的液体W之间的保护膜21(在图14A至15D中未示出)。保护膜21具有 电气地保护发热元件10不受液体影响的功能以及保护发热元件10不受气蚀 等引起的热和压力冲击影响的功能。具体地，保护膜21包括图5A和图5B所述的保护层309和抗气蚀膜310中的至少一者。保护膜21的表面(液体接触面) 具有附着在其上的结垢(烧结沉积物)22。结垢22是在液体的成分中由于热 而变质或烧结的物质。由于利用发热元件10反复产生膜沸腾泡13，结垢22 蓄积在保护膜21的表面上。

图16B示出了在发热元件10上的保护膜21与温度达到300℃的液体W之 间的接触表面周围的高温区域的一部分中的液体产生了膜沸腾泡13的状态。 如前所述，该膜沸腾泡13对其周围区域施加热和压力冲击。这种热和压力冲 击在发热元件表面(保护膜21)上产生化学、电气、机械或物理作用。这将 熔化、电离或打碎作为附着在表面上的物质的结垢22中的一些结垢23，或者 切断一些结垢23中的分子或原子之间的键，从而使一些结垢23以微小物质18 的形式脱离。以上也熔化、电离或打碎保护膜21的构成物质的一部分24，或 者切断该部分物质24中的分子或原子之间的键，从而使该部分物质24以微小 物质18的形式脱离。保护膜21(保护层309和抗气蚀膜310)的构成物质的示 例如前所述。在本实施方式中，保护层309由包含Si的化合物制成。该化合 物可以是例如SiN、SiO、SiC、SiON或SiOC。抗气蚀膜310由熔点为1770℃ 以上的高熔点金属制成，并且可以由例如Hf、Ta、W、Nb、Ir和Pt中的一者 或包含Hf、Ta、W、Nb、Ir和Pt中的至少一者的合金或氧化物制成。

图16C示出了以脱离的微小物质18为起点产生UFB 11的状态。源自结垢 22和形成元件基板12的一部分的保护膜21的微小物质和液体W之间的界面 可以具有化学、电气、物理或机械的不均匀状态，诸如表面能的紊乱和锐角 形状尖端电能的集中。换句话说，这创建了更容易产生UFB 11的条件。在 这种状态下施加膜沸腾泡13的热和压力效应的情况下，以曾经作为附着到表 面的物质的一些脱离的结垢23以及保护膜的脱离的一部分物质24为起点，将 容易产生UFB 11。

图16D示出了以曾经作为附着到表面的物质的一些脱离的结垢23和保 护膜的脱离的一部分物质24为起点产生了UFB 11并且UFB 11成长的状态。 UFB 11是由于超过饱和溶解度而析出的泡。在无起点产生UFB 11的情况下， 需要大量能量从不存在状态改变为存在状态。因此，即使在产生超微泡之后， 剩余的能量也使泡成长到100nm以上的尺寸。相较而言，在微小物质18存在 的情况下，以相对较少量的能量产生超微泡，因此剩余能量相对较少。这使 得泡可以保留为超微泡。以上是对布置在UFB产生单元1000中的第二核供应 单元750B的说明。换句话说，以上是在UFB产生单元1000内部供应要成为 核的物质的示例。

如上所述，在该示例中，源自结垢22的一部分和形成元件基板12的一 部分的保护膜21的微小物质、被臭氧溶解的一部分物质等被说明为要成为 UFB产生所用的核的物质的示例。然而，要成为UFB产生所用的核的物质不 限于这些。液体W包含至少一种要成为UFB产生所用的核的物质就足够了。 具体地，只要液体W包含溶解度参数(SP)值与液体W的溶解度参数(SP) 值不同的物质就足够了。在包含极性程度与液体W的极性程度不同的物质的 情况下，要成为核的物质容易脱离。

＜＜第一核供应单元750A的说明＞＞

接下来，将说明第一核供应单元750A的细节和变形。本实施方式中的 第一核供应单元750A被配置成将溶解有要成为UFB产生所用的核的物质的 液体供应到UFB产生单元1000。在本实施方式中，第一核供应单元750A是 配管700的一部分，在气体溶解单元800处产生的臭氧水通过配管700流向 UFB产生单元1000。

图17是示出第一核供应单元750A的构造的概念图。其示出了将溶解有 核751的液体W作为包含核751的液体供应到UFB产生单元1000的示例。

图18示出了作为通过利用臭氧水755产生核751并供应含核液体的系统 的第一核供应单元750A。顺便提及，图18示出了第一核供应单元750A包括 放电单元756和气液混合单元758的示例。可替代地，第一核供应单元750A 可以具有如图13所示的气体溶解单元800的构造。氧气757被供应到放电单元 756，并且在放电单元756中产生电晕放电以使氧气757产生臭氧753。通过在 气液混合单元758中将臭氧753混合到液体中，产生臭氧水755。臭氧水755 被供应到含核液体生产单元759。在含核液体生产单元759中，从流路壁的一 部分752产生核751，并且传送作为包含核751的液体的含核液体。

图19A和图19B是说明如何在第一核供应单元750A中产生核751的机制 的图。图19A是示意性地示出含核液体生产单元759的内部的图。包含臭氧 753的臭氧水755流过含核液体生产单元759。随着臭氧水755流过含核液体生 产单元759，臭氧水755氧化流路壁760的一部分752，从而产生氧化核761(壁 材料+O)并且氧化核761从流路壁760脱离。结果，产生了包含氧化核761 的含核液体，并将含核液体供应到UFB产生单元1000。图19B是更具体地说 明产生氧化核761的机理的图。流路壁760由具有R1-R2-R3-R4结构的有机聚 合物体762制成。由于作为O₃的臭氧753与该有机聚合物体762接触，因此发 生有机合成反应，从而产生了具有五元环结构的臭氧氧化物763。当产生了 臭氧氧化物763时，发生有机降解并且臭氧氧化物763被臭氧裂化破坏，在裂 化过程中形成裂纹。结果，氧化核761从流路壁脱离。由于这是在分子水平 上发生的反应，因此该反应有利地利用尺寸为几纳米至100nm的微小物质18 作为要成为UFB产生所用的核的微小物质起作用。

注意，除了有机材料之外，还可以使用无机材料、金属等作为流路壁760的材料，并产生具有与该材料相对应的不同性质的氧化物。例如，磷、 氮等可用作有效地培养食物的营养成分。在金属的情况下，金属氧化物可以 用作使用氧化还原反应的氧补充材料。

图20是说明第一核供应单元750A的另一示例的图。图20示出了一种生 产含核液体的方法，该含核液体包含油/脂肪组分作为其核组分。首先，油 酸772以喷雾形式从孔排出到水-油混合器773中并混合到液体中。结果，产 生了作为包含水为主要成分的液体的微油酸混合液。此外，使用均质器774、 涡旋混合器等对微油酸混合液进行超声波振动或旋转流动，以产生更微小的 油酸核。结果，生产了包含微小物质的核751的液体。除了油/脂肪成分之外， 还可以使用有机材料、无机材料、金属材料等作为要混合的物质。图20中的 第一核供应单元750A可以用作图13中的第一核供应单元750A，或者布置在 循环路径中，作为除了图13中的第一核供应单元750A之外的另一个第一核 供应单元。

此外，已经说明了图17至图20所述的第一核供应单元750A被布置在图 13所示的循环路径中的示例。然而，构造不限于该示例。这些第一核供应单 元750A可以被并入到用于生产含核液体的另一系统中，并且将含核液体提 供给如图1和图13所示的系统。

＜＜框图和UFB生产方法＞＞

接下来，将说明含UFB的液体生产设备2000的构造和UFB生产方法。

图21是用于说明本实施方式的含UFB液体生产设备2000中的控制构造 的框图。CPU 2001根据存储在ROM 2002中的程序，在将RAM 2003用作工 作区域的状态下控制整个设备。

在CPU 2001的指示下，泵控制单元2004控制设置在图13所示的循环路 径中的各种泵的驱动，各种泵包括泵602、603和701。在CPU 2001的指示下， 阀控制单元2005控制包括阀904的各种阀的打开和关闭。在CPU 2001的指示 下，传感器控制单元2006控制包括溶解度传感器、温度传感器和UFB浓度传 感器以及液位传感器902的各种传感器，并将各种传感器的检测值提供给CPU 2001。

例如，在含UFB液体生产设备2000开始操作的情况下，CPU 2001驱动 泵602和603直到液位传感器902检测到液面为止，以使预定量的液体贮留在 第一储存室900中。此外，在UFB浓度传感器检测到的UFB浓度达到预定值 的情况下，CPU 2001使泵控制单元2004停止操作泵701，并使阀控制单元 2005打开阀904，从而排出储存在第一储存室900中的液体W。

接下来，将说明含UFB液体生产方法的示例。首先，CPU 2001使预定 量的液体贮留在第一储存室900中(S01)。具体地，CPU 2001使泵602和603 操作，同时监视液位传感器902的检测。因此，液体供应单元600中贮留的液 体W在脱气单元604处被脱气并被移送到第一储存室900。然后，在液位传感 器902检测到液面的情况下，CPU 2001使泵602和603停止操作。结果，预定 量的液体W贮留在第一储存室900中。

然后，CPU 2001开始调节存储在第一储存室900中的液体W的温度 (S02)。具体地，CPU 2001使冷却单元903操作，同时监视温度传感器检测 到的温度。如果温度传感器检测到的温度达到10℃以下，则CPU 2001进行 下一个控制。

然后，CPU 2001使气体溶解单元800操作，并且在第一循环条件下驱动 泵701以使液体W循环，同时监视溶解度传感器的检测(S03)。在本实施方 式中，第一循环条件是适于将气体G溶解到液体W中的循环条件。在本实施 方式中，该第一循环条件被设定为使得液体在循环路径中的流量和流动压力 分别为500至3000mL/min和0.2至0.6MPa。具体地，在S03中，CPU 2001使泵 控制单元2004驱动泵701，以便维持这样的流量和流动压力。

例如，在UFB产生单元具有基于文丘里法的构造，即液体通过特定的流 路结构来产生UFB的情况下，如果不停止液体流动就无法停止UFB的产生， 并且可能会产生意外尺寸的泡。然而，在本实施方式中，采用了T-UFB法。 因此，在没有将电压施加到UFB产生单元1000的发热元件(加热器)的情况 下，不能在UFB产生单元1000处产生UFB。因此，通过在S03中使UFB产生 单元1000不操作，就不产生UFB，并且在该状态下，循环液体W仅可以在第 一循环条件下有效地提高气体G在其中的溶解度。

在溶解度传感器检测到预定溶解度的情况下，CPU 2001使气体溶解单 元800和泵701停止操作(S04)。结果，液体W的循环停止。在该状态下，以 期望的溶解度溶解有期望的气体G的液体W贮留在第一储存室900中。

然后，CPU 2001在第二循环条件下驱动泵701以使液体W循环(S05)。 在本实施方式中，第二循环条件是适于UFB产生单元1000产生UFB的循环条 件。在本实施方式中，该第二循环条件被设定为使得循环路径中的液体的流 量和流动压力分别为30至150mL/min和0.1至0.2MPa。具体地，在S05中，CPU 2001使泵控制单元2004驱动泵701，以便维持这样的流量和流动压力。

另外，CPU 2001使UFB产生单元1000操作，同时监视UFB浓度传感器 的检测。这样做时，CPU 2001不使气体溶解单元800操作。换句话说，在第 二循环条件下有效地提高了循环液体W中的UFB浓度。

在UFB浓度传感器检测到预定的UFB浓度的情况下，CPU 2001使UFB 产生单元1000和泵701停止操作(S06)。结果，液体W的循环停止。在该状 态下，以期望的浓度含有期望的气体G的UFB的含UFB液体W贮留在第一储 存室900中。

然后，CPU 2001打开阀904，以将存储在第一储存室900中的含UFB液 体W排出到位于外部的收集容器中(S07)。这样做时，CPU 2001可以排出 储存在第一储存室900中的全部液体W，或者仅排出一部分液体W。

然后，CPU 2001确定收集在收集容器中的液体W是否已达到目标量 (S08)。如果已经达到目标量，则CPU 2001返回到S01并且重复步骤S01到 S07。另一方面，如果在S08中确定为未达到目标量，则该处理终止。

如上所述，根据本实施方式，通过使用溶解有或分散有要成为UFB产生 所用的核的物质的液体在UFB产生单元1000中产生UFB。以此方式，可以生 产高浓度的含UFB液体。另外，在以上述方式生产的作为臭氧水的含UFB 液体中，臭氧可以长时间存留。换句话说，可以提供具有更长臭氧寿命的含UFB液体。

(第二实施方式)

图22是第二实施方式中的含UFB液体生产设备2000的示意性构造图。本 实施方式中的含UFB液体生产设备2000与图13所示的第一实施方式中的含 UFB液体生产设备的不同之处在于：为第一储存室900准备了两个循环路径。 图22中的箭头A所示的循环路径A是从第一储存室900开始、通过气体溶解单 元800并返回第一储存室900的循环路径，并且循环路径A使用第一泵702作 为驱动源。箭头B所示的循环路径B是从第一储存室900开始、通过UFB产生 单元1000并返回到第一储存室900的循环路径，并且循环路径B使用第二泵 703作为驱动源。

通过准备如上所述的两个循环路径，本实施方式中的含UFB液体生产设 备2000可以执行溶解期望气体G的步骤和在独立循环路径中产生UFB的步 骤，在该独立循环路径中设定了适于各个步骤的循环条件。

注意，图22示出了第一核供应单元750A布置在循环路径A中的示例，但 是第一核供应单元750A可以布置在循环路径B中或布置在循环路径A和B中。 第一核供应单元750A可以是图17至图20所述的第一核供应单元750A之一。 第二核供应单元750B也布置在UFB产生单元1000中。

接下来，将说明含UFB液体生产方法的示例。在本实施方式中，如在第 一实施方式中所述，CPU 2001使预定量的液体贮留在第一储存室900中并调 节其温度。然后，CPU 2001使气体溶解单元800操作，并在第一循环条件下 驱动第一泵702以开始通过循环路径A使液体W循环。第一循环条件的内容 与第一实施方式中的内容相同。然后，继续通过循环路径A的循环，直到溶 解度传感器检测到预定的溶解度为止。在溶解度传感器检测到预定溶解度的 情况下，CPU 2001使气体溶解单元800和第一泵702停止操作。

然后，在溶解度传感器检测到预定溶解度的情况下，CPU 2001开始通 过循环路径B的循环。具体地，CPU 2001在第二循环条件下驱动第二泵703， 并且还使UFB产生单元1000操作。第二循环条件的内容也与第一实施方式中 的内容相同。然后，继续通过循环路径B的该循环，直到UFB浓度传感器检 测到预定的UFB浓度。在UFB浓度传感器检测到预定的UFB浓度的情况下， CPU 2001使UFB产生单元1000和第二泵703停止操作。

在通过循环路径A的循环和通过循环路径B的循环都停止之后，CPU 2001打开阀904以将存储在第一储存室900中的液体W排出到位于外部的收 集容器。后续步骤与第一实施方式中说明的示例中的步骤相同。

顺便提及，在通过循环路径B的循环期间，可以停止通过循环路径A的 循环，或者可以进行第三循环条件的循环。第三循环条件是用于恢复由于产 生UFB而降低的气体在液体中的溶解度的条件。虽然第三循环条件可以是与 第一循环条件相同的条件，但是可以使用比第一循环条件中的流量和压力低 的流量和压力，以防止产生的UFB被破坏。可替代地，第三循环条件可以使 得流量和压力与第一循环条件中的流量和压力相同，但是重复且周期性地进 行和停止第一循环条件下的循环。不管怎样，根据该示例，无论所含的UFB 的浓度如何，都可以将气体在液体W中的溶解度维持在优选值。这可以进一 步提高UFB产生效率。

根据本实施方式，循环路径A和循环路径B均比第一实施方式中示出的 循环路径短。因此，与第一实施方式相比，可以在更短的时间段内完成各个 步骤。此外，将在循环路径A中溶解气体G的步骤和在循环路径B中产生UFB 的步骤可以在适于各个步骤的循环条件下在各个路径中进行。因此，可以更 有效地生产期望的含UFB液体。

另外，根据本实施方式，液体以较高的流量和压力流动通过的路径(循 环路径A)比第一实施方式中的路径短。因此，可以降低含UFB液体生产设 备本身的成本，并使其尺寸更小，并且还期望其维护更容易。

(第三实施方式)

图23是第三实施方式中的含UFB液体生产设备2000的示意性构造图。本 实施方式中的含UFB液体生产设备2000与图22所示的第二实施方式中的生 产设备的不同之处在于添加了第二储存室950。

第二储存室950小于第一储存室900，并且具有第一储存室900的大约 1/100至1/5的容量。与第一储存室900一样，第二储存室950也优选地由具有 高耐腐蚀性的材料制成。例如，可以优选地使用诸如PTFE或PFA等的氟基 树脂、诸如SUS316L等的金属、或其它无机材料。第二储存室950具有与第 一储存室900基本相同的构造，并且包括液位传感器952和冷却单元953。然 而，在本实施方式中，仅第二储存室950而不是第一储存室室900设置有用于 检测所含UFB的浓度的UFB浓度传感器以及用于将含UFB液体排出到位于 外部的容器的配管和阀954。

图23中的箭头A所示的循环路径A是从第一储存室900开始、通过气体溶 解单元800并且返回到第一储存室900的循环路径，并且循环路径A使用第一 泵702作为驱动源。图23中的箭头B所示的循环路径B是从第二储存室950开 始、通过UFB产生单元1000并且返回到第二储存室950的循环路径，并且循 环路径B使用第三泵704作为驱动源。另外，图23中的箭头C所示的路径是用 于将液体W从第一储存室900移送至第二储存室950的路径，并且该路径使用 第四泵705作为驱动源。

注意，图23示出了第一核供应单元750A布置在循环路径A中的示例，但 是第一核供应单元750A可以布置在循环路径B中或布置在循环路径C中。可 替代地，第一核供应单元750A可以布置在循环路径A、B和C中的两个或更 多个循环路径中。第一核供应单元750A可以是图17至图20所述的第一核供 应单元750A之一。第二核供应单元750B也布置在UFB产生单元1000中。

在本实施方式的该含UFB液体生产设备2000中，用于溶解期望气体G的 循环路径A和用于产生UFB的循环路径B彼此不合流并且彼此独立。因此， 即使在使液体同时流过这两个循环路径的情况下，循环路径中的诸如流量和 压力等的循环条件也不会相互影响，因此能够以高精度维持适于各循环路径 的条件。例如，第一循环条件中的流量和压力可以高于第一实施方式和第二 实施方式中的流量和压力，以进一步提高气体溶解到液体W中的效率。另外， 除了流量和压力以外，循环条件还可以包括各循环路径中的液体温度，并且 可以针对循环路径A和循环路径B不同地设定调节后的温度。具体地，可以 在第一循环条件中设定适于溶解期望气体G的温度，并且可以在第二循环条 件中设定适于产生UFB的温度。

接下来，将说明含UFB液体生产方法的示例。在本实施方式中，如第一 实施方式中所述，CPU 2001将预定量的液体贮留在第一储存室900中并调节 其温度。然后，CPU 2001使气体溶解单元800操作，并在第一循环条件下驱 动第一泵702以开始通过循环路径A的循环。这样做时，CPU 2001使第三泵 704和第四泵705不操作。第一循环条件的内容可以与第一实施方式中的内容 相同，或者可以是比第一实施方式中的流量和压力高的流量和压力。然后， 通过循环路径A的该循环继续，直到溶解度传感器检测到预定的溶解度为止。

在溶解度传感器检测到预定溶解度的情况下，CPU 2001将储存在第一 储存室900中的液体W的一部分移送到第二储存室950。具体地，CPU 2001 首先使气体溶解单元800和第一泵702停止操作。然后，CPU 2001使第四泵 705操作，同时监视设置在第二储存室950中的液位传感器952的检测，并且 当液位传感器952检测到液面时使第四泵705停止。结果，在第二存储室950 贮留了预定量的液体W。

然后，CPU 2001再次从液体供应单元600将被移送到第二储存室950的 量的液体W供应到第一储存室900。具体地，CPU 2001使泵602和603操作直 到液位传感器902检测到液面为止。

在由温度传感器(未示出)检测到的温度达到10℃以下之后，CPU 2001 使气体溶解单元800恢复操作，并在第三循环条件下驱动第一泵702以使液体 W循环通过循环路径A。第三循环条件可以是与第一循环条件中的流量和压 力相同的流量和压力，或者可以是与第一循环条件中的流量和压力不同的流 量和压力。可替代地，第三循环条件可以使得流量和压力与第一循环条件中 的流量和压力相同，但是反复地且间歇地执行和停止第一循环条件下的循环。

在溶解度传感器检测到预定溶解度的情况下，CPU 2001使气体溶解单 元800和第一泵702停止操作。在此，停止第一泵702的操作不是必要的。即， 可以在使通过循环路径A的循环继续的同时进行后续步骤。

CPU 2001还与利用第一泵702通过循环路径A的循环并行地控制通过循 环路径B的循环。CPU2001在第二循环条件下驱动第三泵704以使液体W通 过循环路径B循环，并且使UFB产生单元1000开始操作。第二循环条件的内 容可以与第一实施方式中的内容相同或者可以与第一实施方式中的内容不 同。不管怎样，设定适于UFB产生的流量和压力就足够了。CPU 2001使通 过循环路径B的这种循环继续，直到设置在第二存储室950中的UFB浓度传感器检测到预定的UFB浓度为止。

在UFB浓度传感器检测到预定的UFB浓度的情况下，CPU 2001使UFB 产生单元1000和第三泵704停止操作。然后，CPU 2001打开阀954以将储存 在第二储存室950中的液体W排出到位于外部的收集容器。

在此，假设T1为在第一存储室900从液体供应单元600接收到新液体之 后以期望的溶解度将期望气体G溶解到该液体中所需的时间。还假定T2是将 供应到第二储存室950的液体W变成期望浓度的含UFB液体并完成将其排出 到收集容器所需的时间。在本实施方式中，满足T1≤T2。在满足上述条件的 情况下，在从第二储存室950到收集容器的排出完成时，已经在第一储存室 900中准备了以期望的溶解浓度溶解有期望气体的液体W。因此，可以有效 地继续UFB产生步骤。

然后，CPU 2001确定收集在收集容器中的液体W是否已达到目标量。 如果未达到目标量，则CPU 2001再次将液体从第一储存室900移送到第二储 存室950。在这种情况下，贮留在第一储存室900中的液体是已经以期望的溶 解度溶解有期望的气体的液体。另一方面，如果确定为收集在收集容器中的 液体W已经达到目标量，则该处理终止。

根据上述本实施方式，可以在相应适当的循环条件下同时进行在循环 路径A中溶解气体G的步骤和在循环路径B中产生UFB的步骤。另外，由于 循环路径A和循环路径B彼此不合流并且彼此独立，因此可以以较高精度维 持适于相应循环路径的条件。

(第四实施方式)

图24是第四实施方式中的含UFB液体生产设备2000的示意性构造图。本 实施方式中的含UFB液体生产设备2000与图23所示的第三实施方式中的含 UFB液体生产设备的不同之处在于添加了图24中的箭头D所示的路径。图24 中的箭头D所示的路径是用于将液体W从第二储存室950移送到第一储存室 900的路径，并且箭头D所示的路径使用第五泵706作为驱动源。另外，在本 实施方式的第二储存室950中，除了用于管理液位的上限的液位传感器952 以外，还设置有用于管理液位的下限的下限传感器957。用于将液体W从第 一储存室900移送到第二储存室950的第四泵705和用于将液体W从第二储存 室950移送到第一储存室900的第五泵706可以是相同的泵或液体移送性能不 同的泵。

注意，图24示出了第一核供应单元750A布置在循环路径A中的示例，但 是第一核供应单元750A可以布置在循环路径B中或布置在循环路径D中。可 替代地，第一核供应单元750A可以布置在循环路径A、B、C和D中的两个 或更多个循环路径中。第一核供应单元750A可以是图17至图20所述的第一 核供应单元750A之一。第二核供应单元750B也布置在UFB产生单元1000中。

根据具有以上构造的本实施方式，循环路径B中的UFB产生步骤中的液 体W可以再次返回到循环路径A中的气体溶解步骤。即，通过使液体返回循 环路径A，可以将由于产生UFB而降低的气体溶解度再次调整为适当的溶解 度。

接下来，将说明含UFB液体生产方法的示例。在本实施方式中，如在第 一实施方式中所述，CPU 2001使预定量的液体贮留在第一储存室900中并调 节其温度。在溶解度传感器检测到预定溶解度的情况下，CPU 2001将储存 在第一储存室900中的液体W的一部分移送到第二储存室950。在此，CPU 2001不使第一泵702停止并且维持通过循环路径A的循环。

然后，CPU 2001在第二循环条件下驱动第三泵704以使液体W通过循环 路径B循环，并使UFB产生单元1000开始操作。然后，CPU 2001确定UFB浓 度传感器是否已经检测到预定的UFB浓度。如果确定为尚未达到预定的UFB 浓度，则CPU 2001使储存在第二储存室950中的液体W的一部分返回到第一 存储室900中。具体地，CPU 2001使第五泵706操作，同时监视设置在第二 储存室950中的下限传感器957的检测，并且当下限传感器957检测到液面时， 使第五泵706停止操作。结果，预定量的液体W从第二储存室950返回到第一 储存室900。

在溶解度传感器检测到预定溶解度的情况下，CPU 2001将储存在第一 储存室900中的液体W的一部分再次移送到第二储存室950。具体地，CPU 2001使第四泵705操作，同时监视设置在第二储存室950中的液位传感器952 的检测，并且当液位传感器952检测到液面时，使第四泵705停止操作。结果， 预定量的液体W从第一储存室900移送到第二储存室950。然后，重复使液体 W以上述方式在第一储存室900和第二储存室950之间流入和流出的步骤，直 到UFB浓度传感器检测到预定的UFB浓度为止。

如果确定为UFB浓度传感器已经检测到预定的UFB浓度，则CPU 2001 使UFB产生单元1000和通过循环路径B的循环停止。然后，CPU 2001打开阀 954以将储存第二储存室950中的液体W排出到位于外部的收集容器。

然后，CPU 2001确定收集在收集容器中的液体W是否已经达到目标量。 如果达到了目标量，则CPU 2001重复从使预定量的液体贮留在第一储存室 900中的步骤开始的处理。如果确定为已经达到目标量，则CPU 2001使通过 循环路径A的循环和气体溶解单元800的操作停止。然后终止该处理。

根据上述本实施方式，即使在液体W在第一储存室900和第二储存室950 之间移动并且从第二储存室950排出液体期间，循环路径A中的气体溶解步 骤和循环路径B中的UFB产生步骤也可以以连续的方式进行。因此，与上述 实施方式相比，可以更大程度地提高含UFB液体生产效率。

虽然已经参考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。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解 释，以涵盖所有这样的变形以及等同的结构和功能。

Claims (17)

1.一种生产含超微泡液体的方法，所述含超微泡液体包含通过利用发热构件在液体中引起膜沸腾而产生的超微泡，所述方法包括：

通过使用所述膜沸腾使所述发热构件的液体接触面所存在的固体以微小物质的形式脱离；以及

以脱离的微小物质为核产生超微泡。

2.根据权利要求1所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质包含用于保护所述发热构件的层的液体接触面的成分。

3.根据权利要求1所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质包含所述液体通过的流路的流路壁的液体接触面的成分。

4.根据权利要求1所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质包含用于保护所述发热构件的层的液体接触面上所形成的并且作为加热所述液体的结果而产生的结垢的成分。

5.根据权利要求1所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质包含所述液体中含有的成分。

6.根据权利要求1所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质包含用于保护所述发热构件的层的液体接触面所存在的附着成分。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的生产含超微泡液体的方法，其中，通过使用由所述膜沸腾产生的热和压力中的至少一者来引起所述微小物质的脱离。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的生产含超微泡液体的方法，其中，通过基于由所述膜沸腾产生的热和压力中的至少一者的化学、电气、物理或机械作用来引起所述微小物质的脱离。

9.根据权利要求7所述的生产含超微泡液体的方法，其中，通过所述膜沸腾的出现、成长、收缩和消失中的至少一者产生由所述膜沸腾产生的热或压力。

10.根据权利要求1至6中的任一项所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质的颗粒尺寸为100nm或小于100nm。

11.根据权利要求1至6中的任一项所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质是含有Si的化合物。

12.根据权利要求11所述的生产含超微泡液体的方法，其中，含有Si的所述化合物为SiN、SiO、SiC、SiON或SiOC。

13.根据权利要求1至6中的任一项所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质是熔点为1770℃或高于1770℃的高熔点金属。

14.根据权利要求13所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述高熔点金属是由Hf、Ta、W、Nb、Ir和Pt中的一种、或者含有Hf、Ta、W、Nb、Ir和Pt中的至少一种的合金或氧化物制成的物质。

15.根据权利要求1至6中的任一项所述的生产含超微泡液体的方法，其中，所述微小物质的SP值不同于所述液体的SP值。

16.一种含超微泡液体，其包含通过利用发热构件在液体中引起膜沸腾而产生的超微泡，所述含超微泡液体包括：

通过利用所述膜沸腾使所述发热构件的液体接触面所存在的固体以微小物质的形式脱离并使用脱离的微小物质作为核而产生的超微泡。

17.一种含超微泡液体的生产设备，其用于生产包含通过利用发热构件在液体中引起膜沸腾而产生的超微泡的含超微泡液体，所述生产设备包括：

发热构件；

所述发热构件的液体接触面所存在的固体；以及

产生单元，其被配置为利用所述膜沸腾使所述固体以微小物质的形式脱离，并以脱离的微小物质为核产生超微泡。

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