CN115069102A - 内含超微细气泡的液体的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内含超微细气泡的液体的制造装置。本发明的目的在于提供一种内含超微细气泡的液体的制造装置，所述内含超微细气泡的液体能够有效利用，因为在制造内含超微细气泡的液体时，高浓度超微细气泡维持长时间。本发明的一个实施例是一种内含超微细气泡的液体的制造装置，所述制造装置包括：容器，所述容器具有导入气体的供气口和导入液体的供液口；以及生成单元，所述生成单元位于所述容器内部，构造成在溶解有气体的液体中生成超微细气泡。

Description

内含超微细气泡的液体的制造装置
技术领域
本发明涉及内含超微细气泡的液体的制造装置。
背景技术
近年来，已经开发了应用诸如直径为微米尺寸的微米气泡和直径为纳米尺寸的纳米气泡等微细气泡的特征的技术。特别地，直径小于1.0μm的超微细气泡(以下，也称为“UFB”)的效用已在各种领域得到验证。
日本专利No.6118544公开了一种微细气泡生成装置，所述装置通过从减压喷嘴喷射其中气体被加压溶解的加压液体来产生微细气泡。此外，日本专利No.4456176公开了一种通过使用混合单元来重复对混合有气体的液体进行分离和整合从而产生微细气泡的装置。
发明内容
在日本专利No.6118544中描述的装置和日本专利No.4456176中描述的装置中，除了直径为纳米尺寸的UFB，直径为毫米尺寸的毫米气泡和直径为微米尺寸的微米气泡生成的量较大。然而，浮力作用于毫米气泡和微米气泡，因此在长期保存中它们有逐渐上浮到液面并消失的趋势。
另一方面，直径为纳米尺寸的UFB不易受到浮力的影响，并且在进行布朗运动的同时漂浮在液体中，因此适合长期保存。然而，在UFB与毫米气泡和微米气泡一起生成或者气液界面能较小的情况下，随着时间的流逝，即使UFB也会受到毫米气泡和微米气泡消失的影响并且数量减少。因此，尽管在生成时存在许多UFB，但在实际使用UFB时数量减少，并且无法获得充分的使用效果。
因此，鉴于上述问题，本发明的一个实施例的目的在于提供一种内含超微细气泡的液体的制造装置，所述内含超微细气泡的液体可以有效地使用，因为在制造内含超微细气泡的液体时高浓度超微细气泡维持长时间。
本发明的一个实施例是一种内含超微细气泡的液体的制造装置，所述装置包括：容器，所述容器具有导入气体的供气口和导入液体的供液口；生成单元，位于所述容器内部，构造成在溶解有气体的液体中产生超微细气泡。
本发明的进一步特征将通过参照附图对示例性实施例的以下描述而变得明显。
附图说明
图1是示出UFB生成装置的示例的视图。
图2是预处理单元的构造示意图。
图3A和图3B分别是溶解单元的构造示意图和液体的溶解状态的说明图。
图4是T-UFB生成单元的构造示意图。
图5A和图5B均是加热元件的细节的说明图。
图6A和图6B均是加热元件中膜沸腾状态的说明图。
图7A至图7D是示出伴随膜沸腾气泡膨胀而生成UFB的方式的视图。
图8A至图8C是示出伴随膜沸腾气泡收缩而生成UFB的方式的视图。
图9A至图9C是示出通过再加热液体而生成UFB的方式的视图。
图10A和图10B是示出在膜沸腾生成的气泡消泡时通过冲击波生成UFB的方式的视图。
图11A至图11C均是示出后处理单元的构造示例的视图。
图12是示出内含UFB的液体的制造装置的构造示例的视图。
图13A和图13B是示出T-UFB生成单元的视图以及示出与外部控制系统的电连接有关的构造示例的视图。
图14是示出内含UFB的液体的制造装置的构造示例的视图。
图15是示出内含UFB的液体的制造装置的构造示例的视图。
图16是示出生成内含UFB的液体的流程的视图。
图17是T-UFB生成单元的放大视图。
图18A至图18C均是T-UFB生成单元的放大视图。
图19A至图19C均是T-UFB生成单元的放大视图。
具体实施方式
[第一实施例]
<<UFB生成装置的构造>>
下面，对利用膜沸腾现象的UFB生成装置进行概述。
图1是示出能够应用于本实施例的UFB生成装置的示例的视图。本实施例的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。对于供应到预处理单元100的诸如自来水的液体W，按照上述顺序进行各单元特有的处理，并且由收集单元500收集液体W作为内含T-UFB的液体。下面将每个单元的功能和构造进行说明。尽管后面将描述细节，在本说明书中，通过利用伴随着急速发热的膜沸腾而生成的UFB称为T-UFB(热法超微细气泡)。
图2是预处理单元100的构造示意图。本实施例的预处理单元100对供应的液体W进行脱气处理。预处理单元100主要具有脱气容器101、喷头102、减压泵103、液体导入通道104、液体循环通道105和液体排出通道106。例如，诸如自来水的液体W从液体导入通道104通过阀门109供应到脱气容器101。此时，设置在脱气容器101中的喷头102将液体W雾化，并且在脱气容器101内进行喷雾。喷头102用于促进液体W的气化，但作为用于产生气化促进效果的机构，也可以选择使用离心机等。
在脱气容器101中储存一定量的液体W后，在所有阀门关闭的状态下启动减压泵103的情况下，将已经气化的气体成分排出，同时也促进了溶解在液体W中的气体成分的气化和排出。此时，在检查压力计108的同时，将脱气容器101的内部压力降低到数百～数千帕(1.0托～10.0托)就足够了。由预处理单元100脱气的气体包括例如氮气、氧气、氩气、二氧化碳等。
可以通过利用液体循环通道105对同一液体W重复进行以上说明的脱气处理。具体而言，在液体导入通道104的阀门109和液体排出通道106的阀门110关闭并且液体循环通道105的阀门107打开的状态下，启动喷头102。由此，储存在脱气容器101中并且已经进行了一次脱气处理的液体W通过喷头102再次喷射到脱气容器101内。另外，对同一液体W，通过启动减压泵103，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。然后，每次利用液体循环通道105进行上述重复处理，可以逐渐减少在液体W中所含的气体成分。在获得脱气到预定纯度的液体W的情况下，通过打开阀门110，液体W通过液体排出通道106运送到溶解单元200。
在图2中，示出了通过降低内含气体的部分的压力而使溶解物质气化的预处理单元100，但是对溶解的液体进行脱气的方法不限于此。例如，也可以采用通过使液体W沸腾而使溶解物质气化的加热/沸腾法，或者采用通过使用中空纤维来增加液体与气体之间的界面的膜脱气法。作为使用中空纤维的脱气模块，SEPAREL系列(迪爱生株式会社制造)市场在售。这用于通过使用聚4-甲基戊烯-1(PMP)作为中空纤维膜的材料，从主要供应到压电头的油墨中去除气泡。另外，也可以同时使用真空脱气法、加热/沸腾法和膜脱气法中的两种以上。
通过进行如上所述的脱气处理作为预处理，在后述的溶解过程中，可以提高所需气体对于液体W的纯度和溶解度。此外，在后述的T-UFB生成单元中，可以提高液体W中含有的所需UFB的纯度。也就是说，通过在溶解单元200和T-UFB生成单元300之前设置预处理单元100，可以有效地生成高纯度的内含UFB的液体。
图3A和图3B分别是溶解单元200的构造示意图和液体的溶解状态的说明图。溶解单元200是构造成将所需气体溶解在从预处理单元100供应的液体W中的单元。本实施例的溶解单元200主要具有溶解容器201、附接有旋转板202的旋转轴203、液体导入通道204、气体导入通道205、液体排出通道206和压力泵207。
从预处理单元100供应的液体W通过液体导入通道204供应到溶解容器201并储存在其中。另一方面，气体G通过气体导入通道205供应到溶解容器201。
在溶解容器201中储存预定量的液体W和气体G的情况下，启动压力泵207并且将溶解容器201的内部压力增加到大约0.5MPa。在压力泵207和溶解容器201之间，设置有安全阀208。另外，通过旋转轴203使旋转板202在液体中旋转，供应到溶解容器201的气体G变成气泡，并且通过增加与液体W的接触面积而促进溶解在液体W中。然后，这样的工作一直持续直到气体G的溶解度基本上达到最大饱和溶解度。此时，为了尽可能地溶解气体，也可以设置构造成降低液体温度的单元。另外，在不溶性气体的情况下，也可以将溶解容器201的内部压力提高到0.5MPa以上。在这种情况下，考虑到安全性，需要使容器的材料等达到最佳。
在获得其中气体G的成分以所需浓度溶解的液体W的情况下，液体W通过液体排出通道206排出并且供应到T-UFB生成单元300。此时，背压阀209调整液体W的流动压力，以使供应时的压力不超过必要限度。
图3B是示意性地示出在溶解容器201中混合的气体G的溶解方式的视图。内含混合在液体W中的气体G的成分的气泡2从与液体W接触的部分溶解。因此，气泡2逐渐收缩，并且产生气体溶解液体3在气泡2周边存在的状态。浮力作用于气泡2，因此气泡2移动到偏离气体溶解液体3中心的位置，与气体溶解液体3分离，成为剩余的气泡4，依此类推。也就是说，在通过液体排出通道206供应到T-UFB生成单元300的液体W中，气泡2被气体溶解液体3包围的状态和气体溶解液体3与气泡2相互分离的状态以混合的方式存在。
在图3B中，气体溶解液体3是指“在液体W中，混合气体G的溶解浓度比较高的区域”。即使在位于气泡2周围或与气泡2分离的状态下，实际溶解在液体W中的气体成分浓度也在区域的中心最高，并且随着气体成分远离该位置，气体成分浓度不断降低。也就是说，在图3B中，为了说明，将气体溶解液体3的区域用虚线包围，但实际上不存在这样的清楚边界。另外，在本实施例中，允许未完全溶解的气体以气泡的状态存在于液体中。
图4是T-UFB生成单元300的构造示意图。T-UFB生成单元300主要包括腔室301、液体导入通道302和液体排出通道303，并且从液体导入通道302穿过腔室301内部流向液体排出通道303的流动由未示意性示出的流动泵形成。作为流动泵，可以采用隔膜泵、齿轮泵和螺杆泵等各种泵。在从液体导入通道302导入的液体W中，由溶解单元200混合有气体G的气体溶解液体3以混合的方式存在。
在腔室301的底面，布置有元件基板12，在元件基板12上设置有加热元件10。通过对加热元件10施加预定的电压脉冲，在与加热元件10接触的区域中出现由膜沸腾生成的气泡13(以下也称为膜沸腾气泡13)。然后，随着膜沸腾气泡13的膨胀和收缩，内含气体G的超微细气泡(UFB11)生成。结果，包含许多UFB 11的内含UFB的液体W从液体排出通道303排出。
图5A和图5B均是示出加热元件10的详细结构的视图。图5A示出了加热元件10附近的元件基板的剖视图，图5B示出了包括加热元件10的更宽区域中的元件基板12的剖视图。
如图5A所示，在本实施例的元件基板12中，在硅基板304的前表面上，作为蓄热层的热氧化膜305和同样用作蓄热层的层间膜306层叠。作为层间膜306，可以使用SiO2膜或SiN膜。在层间膜306的前表面上，形成电阻层307，并且在电阻层307的前表面上，部分地形成线材308。作为线材308，可以使用Al、Al-Si、Al-Cu等Al合金线材。在线材308、电阻层307和层间膜306的前表面上，形成包括SiO2膜或Si3N4膜的保护层309。
在保护层309的前表面上，在对应于最终用作加热元件10的热作用部分311的部分处及其周边，形成有用于保护保护层309不会受到电阻层307发热所伴随的化学和物理影响的抗气蚀膜310。在电阻层307的前表面上，没有形成线材308的区域是电阻层307发热所处的热作用部分311。电阻层307的其中没有形成线材308的发热部分用作加热元件(加热器)10。如上所述，通过半导体制造技术，在硅基板304的前表面上依次形成元件基板12的各层，由此，硅基板304设置有热作用部分311。
图5A中所示的构造是示例并且可以应用其他各种构造。例如，可以应用电阻层307和线材308的层叠顺序相反的构造和在电阻层的下表面连接有电极的构造(所谓的插塞电极构造)。也就是说，如后所述，构造只要求能够通过热作用部分311对液体进行加热而使膜沸腾在液体中发生。
图5B是元件基板12中的包括与线材308连接的电路的区域的剖视图的示例。在作为P型导电体的硅基板304的前层上，部分地设置N型阱区322和P型阱区323。通过杂质的导入和扩散，例如通过一般的MOS工艺进行离子注入，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包括源极区325和漏极区326、栅极线335等，源极区325和漏极区326是通过将N型或P型杂质部分地导入N型阱区322的前层中而形成。栅极线335通过具有几百埃厚度的栅极绝缘膜328沉积在N型阱区322的除了源极区325和漏极区326之外的部分的前表面上。
N-MOS 321包括源极区325和漏极区326、栅极线335等，源极区325和漏极区326是通过将N型或P型杂质部分地导入P型阱区323的前层中而形成。栅极线335通过具有几百埃厚度的栅极绝缘膜328沉积在P型阱区323的除源极区325和漏极区326之外的部分的前表面上。栅极线335包括通过CVD方法沉积的厚度为3,000到5,000埃的多晶硅。通过P-MOS 320和N-MOS 321，构造C-MOS逻辑。
在P型阱区323中，在与N-MOS 321不同的部分，形成用于驱动电热转换元件(加热电阻元件)的N-MOS晶体管330。N-MOS晶体管330包括源极区332和漏极区331、栅极线333等，源极区332和漏极区331通过诸如杂质导入和扩散的处理而部分形成在P型阱区323的前层上。栅极线333通过栅极绝缘膜328沉积在P型阱区323中除了源极区332和漏极区331之外的部分的前表面上。
在该示例中，作为用于驱动电热转换元件的晶体管，使用N-MOS晶体管330。然而，驱动晶体管可以是具有单独驱动多个电热转换元件的能力并且能够获得如上所述的精细结构的任何晶体管，并且不限于N-MOS晶体管330。此外，在该示例中，电热转换元件及其驱动晶体管形成在同一基板上，但也可以将它们形成在不同的基板上。
在每个元件之间，例如在P-MOS 320和N-MOS 321之间以及在N-MOS 321和N-MOS晶体管330之间，通过场氧化形成厚度为5,000到10,000埃的氧化膜分离区324。通过该氧化膜分离区324，各元件被分离。在氧化膜分离区324中，与热作用部分311对应的部分用作硅基板304上的第一蓄热层334。
在P-MOS 320、N-MOS 321和N-MOS晶体管330的每个元件的前表面上，通过CVD方法形成包括厚度约为7,000埃的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平坦化之后，通过贯通层间绝缘膜336和栅极绝缘膜328的接触孔，形成作为第一线材层的Al电极337。在层间绝缘膜336和Al电极337的前表面上，通过等离子体CVD方法形成包括厚度为10,000至15,000埃的SiO2膜的层间绝缘膜338。在层间绝缘膜338的前表面上，在对应于热作用部分311和N-MOS晶体管330的部分处，通过共溅射法形成包括厚度约为500埃的TaSiN膜的电阻层307。电阻层307通过在层间绝缘膜338中形成的通孔与漏极区331附近的Al电极337电连接。在电阻层307的前表面上，形成作为第二线材层的Al线材308，第二线材层成为连接到每个电热转换元件的线材。线材308、电阻层307和层间绝缘膜338的前表面上的保护层309包括通过等离子体CVD方法形成的厚度为3,000埃的SiN膜。在保护层309的前表面上沉积的抗气蚀膜310是选自Ta、Fe、Ni、Cr、Ge、Ru、Zr、Ir等中的至少一种或多种金属，并且包括厚度约为2,000埃的薄膜。作为电阻层307，除了上述的TaSiN以外，还可以使用诸如TaN0.8、CrSiN、TaAl和WSiN等的能够在液体中发生膜沸腾的各种材料。
图6A和图6B均是示出在对加热元件10施加预定的电压脉冲的情况下膜沸腾的状态的视图。这里，示出了在大气压下发生膜沸腾的情况。在图6A中，横轴表示时间。此外，图下部的纵轴表示施加到加热元件10的电压，图上部的纵轴表示通过膜沸腾出现的膜沸腾气泡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至时刻3相关的膜沸腾气泡13的状态。下面，按照时间的推移对每个状态进行说明。
在将电压施加到加热元件10之前，腔室301内基本上保持大气压。在将电压施加到加热元件10的情况下，膜沸腾出现在与加热元件10接触的液体中，并且已经产生的气泡(以下称为膜沸腾气泡13)因从内部作用的高压而膨胀(时刻1)。认为此时的发泡压力是8～10MPa左右，并且接近水的饱和蒸气压的数值。
电压施加时间(脉冲宽度)约为0.5μsec至10.0μsec，但即使在不再施加电压之后，膜沸腾气泡13也会因在时刻1获得的压力的惯性而膨胀。然而，在膜沸腾气泡13内部，伴随膨胀而产生的负压逐渐变大，并且沿着膜沸腾气泡13收缩的方向作用。然后不久，在惯性力和负压达到平衡的时刻2，膜沸腾气泡13的体积达到最大，并且此后，膜沸腾气泡13由于负压而迅速收缩。
在膜沸腾气泡13消失时，膜沸腾气泡13没有在加热元件10的整个表面处消失，而是在一个或多个部分处的非常小的区域中消失。由此，在加热元件10中，在膜沸腾气泡13消失的非常小的区域中，产生比时刻1所示的发泡时更大的力(时刻3)。
每次将电压脉冲施加到加热元件10时，如上所述的膜沸腾气泡13的出现、膨胀、收缩和消失重复进行，并且每次生成新的UFB 11。
接下来，对在膜沸腾气泡13出现、膨胀、收缩和消失的每个过程中UFB 11的生成方式进行更详细的说明。
图7A至图7D是示出随着膜沸腾气泡13的出现和膨胀而生成UFB11的方式的视图。图7A示出了在对加热元件10施加电压脉冲之前的状态。液体W在腔室301内部流动，在液体W中气体溶解液体3以混合方式存在。
图7B示出了对加热元件10施加电压并且膜沸腾气泡13已经均匀地出现在与液体W接触的加热元件10的几乎整个区域中的方式。在施加电压的情况下，加热元件10的表面温度以高于或等于10℃/μsec以上的速度迅速上升，并且在达到约300℃的时间点，膜沸腾发生，并且生成膜沸腾气泡13。
在脉冲施加期间以及在此之后，加热元件10的表面温度上升到大约600℃至800℃，并且膜沸腾气泡13周边的液体也迅速加热。在图7B中，将位于膜沸腾气泡13的周边并且快速加热的液体的区域显示为未发泡的高温区14。未发泡的高温区14中包括的气体溶解液体3超过热溶解度限值并且析出成为UFB。析出的气泡直径约为10nm～100nm，并且具有较高的气液界面能。因此，气泡不会在短时间内消失，并且在液体W内保持独立的同时漂浮。在本实施例中，在膜沸腾气泡膨胀时，以这种方式通过热作用生成的气泡13称为第一UFB 11A。
图7C示出了膜沸腾气泡13膨胀的过程。即使终止对加热元件10施加电压脉冲，膜沸腾气泡13也因在出现时获得的力的惯性而继续膨胀，并且未发泡的高温区14也由于惯性而移动和扩散。也就是说，在膜沸腾气泡13膨胀的过程中，未发泡的高温区14中含有的气体溶解液体3重新成为气泡并且析出而成为第一UFB 11A。
图7D示出了膜沸腾气泡13的体积已经达到最大的状态。膜沸腾气泡13因惯性而膨胀，但膜沸腾气泡13内部的负压随着膨胀而逐渐增大，并且作为试图使膜沸腾气泡13收缩的负压。然后，在该负压和惯性力达到平衡的时间点，膜沸腾气泡13的体积达到最大，此后膜沸腾气泡13开始收缩。
图8A至图8C是示出随着膜沸腾气泡13的收缩而生成UFB 11的方式的视图。图8A示出了膜沸腾气泡13已经开始收缩的状态。即使膜沸腾气泡13已经开始收缩，沿膨胀方向的惯性力仍保留在周边的液体W中。因此，在膜沸腾气泡13的周边附近，随着膜沸腾气泡13的收缩，在远离加热元件10的方向上作用的惯性力和在靠近加热元件10的方向上的力发生作用，并且所述区域变为减压区域。在图8A中，这样的区域示为未发泡的负压区域15。
在未发泡的负压区域15中含有的气体溶解液体3超过压力溶解限值并且作为气泡析出。析出的气泡的直径约为100nm，此后短时间内不会消失，并且在液体W内保持独立的同时漂浮。在本实施例中，在膜沸腾气泡13收缩时以这种方式通过压力作用析出的气泡称为第二UFB 11B。
图8B示出了膜沸腾气泡13收缩的过程。膜沸腾气泡13的收缩速度因负压而增加，未发泡的负压区域15也随着膜沸腾气泡13的收缩而移动。也就是说，在膜沸腾气泡13收缩过程中，在未发泡的负压区域15通过的部分处的气体溶解液体3依次析出，成为第二UFB11B。
图8C示出了膜沸腾气泡13即将消失之前的状态。由于膜沸腾气泡13的加速收缩，在周边的液体W移动速度增加，但由于腔室301内的流路阻力而出现压力损失。结果，未发泡的负压区域15占据的区域进一步变大，并且生成许多第二UFB 11B。
图9A至图9C是示出在膜沸腾气泡13收缩时通过对液体W进行再加热而生成UFB的方式的视图。图9A示出了加热元件10的前表面被收缩的膜沸腾气泡13覆盖的状态。
图9B示出了膜沸腾气泡13的收缩进行并且加热元件10的前表面的一部分与液体W接触的状态。此时在加热元件10的前表面上留有余热，即使在液体W与前表面接触的情况下，余热量也不会造成膜沸腾。在图9B中，在与加热元件10的前表面接触的情况下被加热的液体区域示为未发泡的再加热区域16。虽然没有造成膜沸腾出现，但是在未发泡的再加热区域16中含有的气体溶解液体3超过热溶解度限值并析出。在本实施例中，在膜沸腾气泡13收缩时，以这种方式通过对液体W的再加热生成的气泡称为第三UFB 11C。
图9C示出了膜沸腾气泡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接触的面积就越大，因此，生成第三UFB11C直到膜沸腾气泡13消失。
图10A和图10B是示出通过膜沸腾生成的膜沸腾气泡13消泡时的冲击(一种所谓的气蚀)而生成UFB的方式的视图。图10A示出了膜沸腾气泡13即将消失之前的状态。膜沸腾气泡13由于内部负压而迅速收缩，并且处于未发泡的负压区域15覆盖膜沸腾气泡13的周边的状态。
图10B示出了紧接着膜沸腾气泡13在点P处消失之后的状态。在膜沸腾气泡13消泡时，声波由于冲击而以点P作为起点同心地传播。声波是无论气体、液体还是固体都传播的弹性波的总称，并且在本实施例中，液体W的不均匀性，即液体W的高压表面17A和低压表面17B交替传播。
在这种情况下，在未发泡的负压区域15中含有的气体溶解液体3在膜沸腾气泡13消泡时以及低压表面17B通过时由于冲击波而共振，气体溶解液体3超过压力溶解度限值并发生相变。也就是说，在膜沸腾气泡13消失的同时，在未发泡的负压区域15内析出许多气泡。在本实施例中，在膜沸腾气泡13消泡时由冲击波生成的诸如这样的气泡称为第四UFB11D。
在膜沸腾气泡13消泡时由冲击波生成的第四UFB 11D在很短的时间(小于或等于1μS)内突然出现在很窄的薄膜区域中。直径比第一UFB至第三UFB小得多，并且气液界面能比第一UFB至第三UFB更高。因此，认为第四UFB 11D具有与第一UFB 11A至第三UFB 11C不同的特征并且产生不同的效果。
此外，第四UFB 11D均匀地出现在冲击波传播的同心球形区域中的许多部分，因此，第四UFB 11D从生成的时间点开始均匀地存在于腔室301内。在第四UFB 11D生成的时刻，第一UFB至第三UFB已经大量存在，但是这些第一UFB至第三UFB的存在不太可能对第四UFB 11D的生成产生很大影响。此外，第四UFB 11D的出现也不太可能造成第一UFB至第三UFB消失。
如上所述，UFB 11在从通过加热元件10的发热而出现膜沸腾气泡13开始直到膜沸腾气泡13消泡的多个阶段中出现。在上述示例中，示出了直到膜沸腾气泡13消泡的示例，但是生成UFB的示例不限于此。例如，在所生成的膜沸腾气泡13消泡之前通过与大气连通而使膜沸腾气泡13不会消泡的情况下，也可以生成UFB。
接下来，对UFB的生存特征进行说明。液体的温度越高，气体成分的溶解度特性越低，而温度越低，气体成分的溶解度特性越高。也就是说，液体的温度越高，越容易促进溶解气体成分的相变，并且越容易生成UFB。液体温度与气体溶解度成反比关系，随着液体温度的上升，超过饱和溶解度的气体成为气泡而析出到液体中。
因此，在液体温度从常温急剧上升的情况下，溶解度特性立即下降，并且开始生成UFB。然后，随着温度升高，热溶解度特性变低，从而出现生成许多UFB的情况。
相反，在液体温度从常温下降的情况下，气体溶解度特性变高并且生成的UFB变得更可能液化。但是，这样的温度比常温低得多。此外，即使液体温度下降，曾经出现的UFB也具有较高的内部压力和较高的气液界面能，因此足以破坏气液界面的高压力作用的可能性非常小。也就是说，只要将液体保存在常温常压，曾经生成的UFB就不会简单地消失。
在本实施例中，可以说图7A至图7C中说明的第一UFB 11A和图9A至图9C中说明的第三UFB 11C是利用这种气体的热溶解度特性生成的UFB。
另一方面，在液体压力与溶解度特性的关系中，液体压力越高，气体溶解度特性越高，而压力越低，溶解度特性越低。也就是说，液体压力越低，越容易促进在液体中溶解的气体溶解液体相变为气体，因此越容易生成UFB。在液体压力从常压下降的情况下，溶解度特性立即变低并且开始生成UFB。然后，随着压力下降，压力溶解度特性变低，从而出现生成许多UFB的情况。
相反，在液体压力从常压上升的情况下，气体溶解度特性变高并且生成的UFB变得更可能液化。但是，这样的压力比大气压高得多，此外，即使液体压力上升，曾经出现的UFB也具有较高的内部压力和较高的气液界面能，因此足以破坏气液界面的高压力作用的可能性非常小。也就是说，只要将液体保存在常温常压，曾经生成的UFB就不会简单地消失。
在本实施例中，可以说图8A至图8C中说明的第二UFB 11B和图10A和图10B中说明的第四UFB 11D是利用这种气体的压力溶解度特性生成的UFB。
在上文中，对生成因素不同的第一UFB至第四UFB分别进行了说明，但上述生成因素伴随事件(即，膜沸腾)在许多部分处同时出现。因此，存在第一UFB至第四UFB中的至少两种或更多种UFB同时生成的情况或者通过这些生成因素彼此配合而生成UFB的情况。然而，对于所有的生成因素来说，这些生成因素都是由膜沸腾现象产生的。以下，在本说明书中，将这样的利用伴随着急速发热的膜沸腾而生成UFB的方法称为T-UFB(热法超微细气泡)生成法。另外，将通过T-UFB生成法而生成的UFB称为T-UFB，将含有通过T-UFB生成法而生成的T-UFB的液体称为内含T-UFB的液体。
通过T-UFB生成法而生成的气泡几乎全部具有1.0μm或更小的直径，并且不太可能生成毫米气泡和微米气泡。也就是说，根据T-UFB生成法，有效地仅生成UFB。此外，通过T-UFB生成法而生成的T-UFB比通过常规方法生成的UFB具有更高的气液界面能，并且只要保存在常温常压就不会简单地消失。此外，即使在通过新的膜沸腾生成新的T-UFB的情况下，之前生成的T-UFB也不太可能因为其冲击而消失。也就是说，可以说内含T-UFB的液体中的T-UFB的数量及其浓度对于内含T-UFB的液体中的膜沸腾的发生次数具有滞后特性。换言之，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以及对加热元件施加电压脉冲的次数来调节在内含T-UFB的液体中含有的T-UFB的浓度。
再次参照图1。在T-UFB生成单元300中生成具有所需UFB浓度的内含T-UFB的液体W的情况下，将内含T-UFB的液体W供应到后处理单元400。
图11A至图11C均是示出本实施例的后处理单元400的构造示例的视图。本实施例的后处理单元400按照无机离子、有机物和不溶性固体的顺序，逐步地去除在内含UFB的液体W中含有的杂质。
图11A示出了用于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、液体导入通道413、集水管414和液体排出通道415。阳离子交换树脂412容纳在交换容器411中。在T-UFB生成单元300中生成的内含UFB的液体W通过液体导入通道413注入到交换容器411中，被阳离子交换树脂412吸收，并且作为杂质的阳离子在此被去除。这些杂质包括从T-UFB生成单元300的元件基板12剥落的金属材料等，例如是SiO2、SiN、SiC、Ta、Al2O3、Ta2O5、Ir等。
阳离子交换树脂412是通过将官能团(离子交换基团)导入具有三维网状结构的高分子基质而获得的合成树脂，并且该合成树脂表现为直径约为0.4至0.7毫米的球状颗粒。高分子基质通常为苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，并且作为官能团，例如可以使用甲基丙烯酸系官能团或丙烯酸系官能团。然而，上述材料是一些示例。只要可以有效地去除所需的无机离子，上述材料可以以多种方式改变。被阳离子交换树脂412吸收并且从中去除了无机离子的内含UFB的液体W被集水管414收集，并且通过液体排出通道415运送到下一处理。
图11B示出了用于去除有机物的第二后处理机构420。第二后处理机构420包括容纳容器421、滤清过滤器422、真空泵423、阀门424、液体导入通道425、液体排出通道426和空气抽吸通道427。容纳容器421的内部被滤清过滤器422划分为两个区域，即：上部区域和下部区域。液体导入通道425连接到上下两个区域的上部区域并且空气抽吸通道427和液体排出通道426连接到下部区域。在阀门424关闭的状态下驱动真空泵423的情况下，容纳容器421内的空气通过空气抽吸通道427排出，容纳容器421内的压力成为负压，并且，内含UFB的液体W通过液体导入通道425导入。然后，在杂质通过滤清过滤器422去除的状态下的内含UFB的液体W储存在容纳容器421中。
通过滤清过滤器422去除的杂质包括可以在管或每个单元中混合的有机材料，例如是包括硅的有机化合物、硅氧烷、环氧树脂等。作为能够用作滤清过滤器422的过滤膜，有能够去除细菌一样小的微生物的亚微米网孔过滤器和能够去除病毒一样小的微生物的纳米网孔过滤器。
在容纳容器421中储存一定量的内含UFB的液体W后，在真空泵423停止而阀门424打开的情况下，容纳容器421中的内含T-UFB的液体通过液体排出通道426运送到下一个处理。这里，作为去除有机物杂质的方法，采用真空过滤法，但作为使用过滤器的过滤法，也可以采用例如重力过滤法或压力过滤法。
图11C示出了用于去除不溶性固体的第三后处理机构430。第三后处理机构430包括沉降容器431、液体导入通道432、阀门433和液体排出通道434。
首先，在阀门433关闭的状态下，预定数量的内含UFB的液体W通过液体导入通道432储存在沉降容器431中并且该状态保持一段时间。在此期间，内含UFB的液体W中含有的固体因重力而沉降到沉降容器431的底部。另外，在内含UFB的液体中含有的气泡中，诸如微米气泡的尺寸比较大的气泡通过浮力上浮到液面，并且从内含UFB的液体中去除。在经过足够长的时间后阀门433打开的情况下，已经从中去除固体和大尺寸气泡的内含UFB的液体W通过液体排出通道434运送到收集单元500。
再次参照图1。也可以将已经通过后处理单元400去除杂质的内含T-UFB的液体W原样运送到收集单元500，但也可以将它再次返回到溶解单元200。在后者的情况下，可以在溶解单元200中将因为生成T-UFB而下降的内含T-UFB的液体W的气体溶解浓度再次增加到饱和状态。随后，在通过T-UFB生成单元300生成新的T-UFB的情况下，根据上述特性，能够进一步增加内含T-UFB的液体的UFB含量浓度。也就是说，可以将UFB含量浓度增加与通过溶解单元200、T-UFB生成单元300和后处理单元400的循环次数相对应的量，并且在获得所需的UFB含量浓度之后，可以将内含UFB的液体W运送到收集单元500。
这里，根据本发明的发明人进行具体验证得到的验证内容，对将生成的内含T-UFB的液体W再次返回到溶解单元200的效果进行简单说明。首先，在T-UFB生成单元300中，将10,000个加热元件10布置在元件基板12上。作为液体W，使用工业纯水并且使工业纯水以1.0升/时的流量流过T-UFB生成单元300的腔室301。在该状态下，以10KHz的驱动频率向各加热元件施加电压为24V并且脉冲宽度为1.0μs的电压脉冲。
在通过收集单元500收集所生成的内含T-UFB的液体W而不是将其返回到溶解单元200(即循环次数设置为1次)的情况下，在通过收集单元500收集的内含T-UFB的液体W中，在1.0mL中检测到36亿个UFB。另一方面，在将内含T-UFB的液体W返回到溶解单元200的操作进行九次(即循环次数设置为十次)的情况下，在通过收集单元500收集的内含T-UFB的液体W中，在1.0mL中检测到360亿个UFB。也就是说，确认了UFB含量浓度与循环次数成比例地提高。上述UFB的数量密度是使用日本岛津公司(Shimadzu Corporation)制造的测量仪器(型号SALD-7500)对预定体积的内含UFB的液体W中含有的直径小于1.0μm的UFB进行计数而得出的。
收集单元500收集并且保存从后处理单元400运送的内含UFB的液体W。通过收集单元500收集的内含T-UFB的液体是高纯度的内含UFB的液体，其中各种杂质已经去除。
在收集单元500中，也可以分若干阶段进行过滤处理，并根据T-UFB尺寸对内含UFB的液体W进行分类。另外，预测通过T-UFB生成法得到的内含T-UFB的液体W具有高于常温的温度，因此也可以在收集单元500中设置冷却单元。也可以在后处理单元400的一部分中设置诸如这样的冷却单元。
以上是UFB生成装置1的概述，当然可以改变示意性示出的多个单元，并且没有必要制备所有单元。也可以根据所使用的液体W和气体G的种类或生成的内含T-UFB的液体的使用目的而省略一部分上述单元，除了上述单元之外，还可以进一步添加其他单元。
例如，在UFB中含有的气体为大气的情况下，可以省略预处理单元100和溶解单元200。相反，在需要在UFB中含有多种气体的情况下，也可以进一步添加溶解单元200。
此外，还可以将图1所示的若干单元的功能集成到一个单元中。例如，通过将加热元件10布置在图3A和图3B所示的溶解容器201中，可以将溶解单元200和T-UFB生成单元300一体地形成。具体而言，电极型T-UFB模块结合在气体溶解容器(高压室)内，并且对布置在模块中的多个加热器进行驱动，从而使得出现膜沸腾。由此，可以在一个单元中生成内含气体的T-UFB，同时将气体溶解。在这种情况下，通过将T-UFB模块设置在气体溶解容器的底部，加热器产生的热使得出现马兰哥尼对流，因此可以对容器内的液体进行一定程度的搅拌，而无需设置循环/搅拌单元。
此外，还可以在T-UFB生成单元300的上游设置如图11A至图11C所示的用于去除杂质的去除单元作为预处理单元的一部分，或者在上游和下游都进行设置。在供应到UFB生成装置的液体为自来水、雨水、污水等的情况下，液体中可能含有有机基质或无机基质的杂质。在含有诸如这些杂质的液体W供应到T-UFB生成单元300的情况下，加热元件10有可能发生劣化或发生盐析现象。通过在T-UFB生成单元300的上游设置如图11A至图11C所示的机构，可以预先去除如上所述的杂质，并且更有效地生成更高纯度的内含UFB的液体。
特别地，在预处理单元中设置如图11A所示利用离子交换树脂的杂质去除单元的情况下，设置阴离子交换树脂将有助于T-UFB水的有效生成。原因是已经确认通过T-UFB生成单元300生成的超微细气泡具有负电荷。因此，通过在预处理单元中去除具有相同负电荷的杂质，可以生成高纯度的T-UFB水。作为此处使用的阴离子交换树脂，具有季铵基的强碱性阴离子交换树脂和具有伯胺至叔胺基的弱碱性阴离子交换树脂均适用。哪种更合适取决于所使用的液体种类。通常，在使用自来水或纯水作为液体的情况下，仅通过后者的弱碱性阴离子交换树脂就可以充分执行杂质去除功能。
<<可以用于内含T-UFB的液体的液体和气体>>
在此，对于可以用于生成内含T-UFB的液体的液体W进行说明。作为可以在本实施例中使用的液体W，例如有纯水、去离子水、蒸馏水、生物活性水、磁活化水、洗剂、自来水、海水、河水、工业水、废水、湖水、地下水、雨水等。此外，还可以使用包括这些液体等的混合液体。此外，也可以使用水和水溶性有机溶剂的混合溶剂。通过与水混合使用的水溶性有机溶剂没有特别限制，并且作为具体示例，包括以下：碳原子数为1至4的烷基醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇；酰胺类，例如N-甲基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺；酮类或酮醇，例如丙酮和双丙酮醇；环醚，例如四氢呋喃和二氧杂环乙烷；二醇类，例如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,2-己二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二甘醇、三甘醇和硫代二甘醇；多元醇的低级烷基醚，例如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚，以及三甘醇单丁醚；聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇和聚丙二醇；三醇类，例如甘油、1、2、6-己三醇和三羟甲基丙烷。这些水溶性有机溶剂可以单独使用，也可以两种以上一起使用。
作为可以导入溶解单元200中的气体组分，例如有氢、氦、氧、氮、甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气等。此外，包括上述中的一些的混合气体是可以接受的。此外，不是必须要求在溶解单元200中溶解处于气态的物质，也可以在液体W中融合由所需成分组成的液体或固体。作为这种情况下的溶解，除了自然溶解，通过施压进行的溶解是可以接受的，并且通过电解解离水合、电离和化学反应伴随的溶解是可以接受的。
<<在使用臭氧气体的情况下的具体示例>>
这里，作为一个具体示例，对使用臭氧气体作为气体成分的情况进行说明。首先，作为臭氧气体的生成法，有放电法、电解法和紫外光法。下面对这些方法依次进行说明。
(1)放电法
放电法包括无声放电法和表面放电法。在无声放电法中，在以平行平板形式或同轴圆柱形式排列的一对电极之间施加交流高压，同时使含氧气体流动。因此，在含氧气体中发生放电，并且生成臭氧气体。一对电极的一个或两个前表面需要覆盖有诸如玻璃的电介质。放电发生在气体(空气或氧气)中，伴随着电介质前表面上正负之间的电荷交替波动。
另一方面，在表面放电法中，平面电极的前表面覆盖有诸如陶瓷的电介质，在电介质的前表面上布置线性电极，交流高压施加在平面电极和线性电极之间。因此，在电介质的前表面上发生放电，并且生成臭氧气体。
(2)电解法
将夹着电解质膜的一对电极布置在水中，并且在两个电极之间施加直流电压。因此，发生水电解，在氧气生成侧同时生成臭氧气体和氧气。作为实际使用的臭氧发生装置，有以下臭氧发生装置：其中具有铂催化剂层的多孔钛用作阴极，具有二氧化铅催化剂层的多孔钛用作阳极并且全氟磺酸阳离子交换树脂用作电解质膜等。根据该发生器，可以生成重量百分比为20或更高的高浓度臭氧。
(3)紫外光法
利用地球臭氧层生成的原理，通过用紫外光照射空气等来生成臭氧气体。作为紫外光，通常使用水银灯。
在使用臭氧气体作为气体成分的情况下，还可以将采用上述方法(1)至(3)的臭氧气体生成单元进一步添加到图1中的UFB生成装置1中。
接下来，对生成的臭氧气体的溶解方法进行说明。作为适用于将臭氧气体溶解在液体W中的方法，除了图3A和图3B所示的加压溶解法之外，还有“气泡溶解法”、“隔膜溶解法”和“填充层溶解法”。下面将对这三种方法依次进行说明，同时对它们进行相互比较。
(i)气泡溶解法
在这种方法中，臭氧气体以混合的方式作为气泡包含在液体W中，并且在使臭氧气体与液体W一起流动的同时臭氧气体被溶解。例如存在以下方法：起泡方法，其中将臭氧气体从储存有液体W的容器的底部吹入容器中；喷射方法，其中在液体W流经的管道的一部分设置狭窄部并且将臭氧气体吹入该狭窄部；通过泵对液体W和臭氧气体进行搅拌的方法；等等。这是相对紧凑的溶解方法，也用于水净化设备等。
(ii)隔膜溶解法
在该方法中，使液体W流经多孔特氟龙(注册商标)膜并且使臭氧气体在其外部流动，并且将臭氧气体吸收并溶解到液体W中。
(iii)填充层溶解法
在该方法中，使液体W从填充层的顶部流动并且使臭氧气体从底部流动，从而使臭氧气体和液体沿相反方向流动，并且将臭氧气体溶解在填充层内的液体W中。
在采用上述方法(i)至(iii)的情况下，将UFB生成装置1的溶解单元200从图3A和图3B所示的构造改变为采用方法(i)至(iii)之一的构造即可。
特别地，对于纯度高的臭氧气体，需要购买气瓶装臭氧气体，从强毒性的角度来说，除非准备特殊的环境，否则其使用受到限制。为此，借助通过导入空气的微米气泡或超微细气泡的常规生成法(例如文丘里法、旋流法、加压溶解法等)来生成臭氧微米气泡和臭氧超微细气泡是困难的。
另一方面，作为生成臭氧溶解水的方法，从安全性和容易性的角度来说，从利用放电法、电解法或紫外光法供应的氧气生成臭氧并且臭氧在生成的同时溶解在水等中的方法是有用的。
然而，在采用气蚀法等的情况下，可以通过使用臭氧溶解水来生成臭氧超微细气泡，但是装置的尺寸变大并且仍然存在这样的问题：不可能增加臭氧超微细气泡的密度。
与此相反，本实施例的T-UFB生成法相对于诸如气蚀法的其他生成法更优秀的地方在于：可以相对减小装置的尺寸并且从臭氧溶解水生成高浓度臭氧超微细气泡。
<<T-UFB生成法的效果>>
接下来，与传统的UFB生成法相比，对以上说明的T-UFB生成法的特征和效果进行说明。例如，在以文丘里法为代表的常规气泡生成装置中，通过在流路的一部分中设置诸如减压喷嘴的机械减压结构并且使液体在预定压力下流动从而使得液体通过减压结构，在减压结构的下游区域生成各种尺寸的气泡。
在这种情况下，在这些生成的气泡中，浮力作用于诸如毫米气泡和微米气泡等尺寸较大的气泡，因此，不久它们会上浮到液面并且消失。此外，没有浮力作用的UFB则没有那么大的气液界面能，因此它与毫米气泡和微米气泡一起消失。此外，即使通过串联设置上述减压结构并且使相同的液体反复流过减压结构，也不可能长时间保存与重复次数相对应的数量的UFB。也就是说，在通过常规UFB生成法而生成的内含UFB的液体中，难以将UFB含量浓度长期保持在预定值。
与此相反，在本实施例利用膜沸腾的T-UFB生成法中，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在非常靠近加热元件的附近局部发生。该加热元件为长方形，其一条边约为数十μm至数百μm。与常规UFB发生器相比，尺寸约为1/10至1/100。进一步地，通过使存在于膜沸腾气泡的前表面上的极薄膜区域中的含气液体瞬间(在小于或等于1微秒的极短时间内)超过热溶解度限值或压力溶解度限值，发生相变，并且UFB析出。在这种情况下，几乎不会生成诸如毫米气泡和微米气泡的尺寸比较大的气泡，并且在液体中含有纯度非常高的直径约100nm的UFB。此外，如此生成的T-UFB具有足够高的气液界面能，因此T-UFB在正常环境下不易损坏，并且可以长期保存。
特别地，在膜沸腾现象能够在液体中局部形成气体界面的本实施例中，可以在液体的一部分中形成该界面，并且使得在伴随着形成的热量和压力作用的区域限制在非常局部的范围内，而不会影响整个液体区域。由此，可以稳定地生成所需的UFB。此外，通过使液体循环并且进一步向生成的液体提供UFB生成条件，可以另外生成对现有UFB影响较小的新UFB。结果，可以比较容易地制造具有所需尺寸和浓度的UFB液体。
此外，在T-UFB生成法中，由于具有上述滞后特性，因此可以在保持高纯度的同时将含量浓度增加到所需浓度。也就是说，根据T-UFB生成法，能够有效地生成高纯度高浓度且能够长期保存的内含UFB的液体。
这里，对将臭氧气体溶解到液体W中的方法进行说明，但是该方法可以是溶解一氧化氮来代替臭氧气体的方法。使用一氧化氮的情况适用于通过利用生物活性功能的医学临床应用。
<<内含超微细气泡的液体的制造装置>>
图12示出了本实施例的内含超微细气泡的液体的制造装置。T-UFB制造容器1200附接有构造成供应液体的液体供应单元1205和构造成供应已经去除杂质的气体的气体供应单元1204，诸如空气的内含气体已经通过脱气单元(未示意性地示出)从所述液体去除。将在从液体供应单元1205供应的液体1207中要溶解的气体从气体供应单元1204供应到T-UFB制造容器1200。来自液体供应单元1205的液体通过T-UFB制造容器1200所包括的供液口和液体导入通道供应到T-UFB制造容器1200的内部并且储存在其中。来自气体供应单元1204的气体通过T-UFB制造容器1200所包括的供气口和气体导入通道供应到T-UFB制造容器1200的内部。
此外，T-UFB制造容器1200还附接有收集单元1206，收集单元1206构造成收集在T-UFB制造容器1200内生成的内含UFB的液体。收集单元1206通过T-UFB制造容器1200包括的收集通道和收集口(也称为排出口)收集在T-UFB制造容器1200内生成的内含超微细气泡的液体。然后，为了保持T-UFB制造容器1200的气密性和容器内的高压，设置密封盖1201和密封材料1202。通过调节来自气体供应单元1204的气体导入压力以提高内部压力，可以将T-UFB制造容器1200内的内部压力控制在大气压以上。此外，为了提高液体中的气体溶解浓度，设置与T-UFB制造容器1200的外周侧面接触的冷却单元1203。通过该冷却单元，T-UFB制造容器1200内的液体温度调节为低于或等于安装容器的室内温度(即低于或等于环境温度)的温度，理想是10℃或更低。
接下来，在图12中所示的T-UFB制造容器1200内，设置构造成生成多个T-UFB 1215的T-UFB生成单元1210。T-UFB生成单元1210布置在支撑部件1211上。通过用于电连接的线材1212和线材1213，所需的电源和电信号从外部控制系统(未示意性地示出)供应到T-UFB生成单元1210。线材1212和线材1213使用密封剂1214密封和保护，以防止电线腐蚀。为了防止从T-UFB生成单元生成的多个T-UFB 1215由于在液体1207内长时间漂浮并且与外部空气接触而消失，在T-UFB制造容器1200内的气液界面上设置气液分离膜1208。作为在本实施例中使用的气液分离膜1208，氟树脂是合适的。氟树脂具有耐臭氧性和耐碱性，并且还具有耐一氧化氮性。具体而言，有PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基烷烃)和ETFE(乙烯-四氟乙烯-共聚物)。此外，还有FEP(全氟乙烯-丙烷共聚物)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)和ECTFE(乙烯-氯三氟乙烯共聚物)。气液分离膜1208理想上由这里列出的一种或多种物质组成。
图13A和图13B示出了与之前描述的T-UFB生成单元1210(参见图12)对应的T-UFB生成单元1310以及与外部控制系统(未示意性地示出)的电连接有关的构造。T-UFB生成单元1310布置在支撑部件1311上。通过用于电连接的线材1312和线材1313，必要的电源和电信号从外部控制系统(未示意性地示出)供应到T-UFB生成单元1310。线材1312和线材1313使用密封剂1314密封和保护，以防止腐蚀。支撑部件1311和外部控制系统(未示意性地示出)之间的电连接通过图13B中所示的柔性基板1315实现。
图14示出了在与图12不同的方面中于内含超微细气泡的液体的制造装置。T-UFB制造容器1400附接有构造成供应液体的液体供应单元1405和构造成供应已经去除杂质的气体的气体供应单元1404，诸如空气的内含气体已经通过脱气单元(未示意性地示出)从所述液体去除。将在从液体供应单元1405供应的液体1407中要溶解的气体从气体供应单元1404供应到T-UFB制造容器1400。此外，T-UFB制造容器1400还附接有收集单元1406，收集单元1406构造成收集在T-UFB制造容器1400内生成的内含UFB的液体。然后，为了保持T-UFB制造容器1400的气密性和容器内的高压，设置密封盖1401和密封材料1402。通过调节来自气体供应单元1404的气体导入压力以提高内部压力，可以将T-UFB制造容器1400内的内部压力控制在大气压以上。此外，为了提高液体中的气体溶解浓度，设置与T-UFB制造容器1400的外周侧面接触的冷却单元1403。通过该冷却单元，T-UFB制造容器1400内的液体温度调节为低于或等于室温的温度，理想是10℃或更低。
在图14中所示的T-UFB制造容器1400内，设置构造成生成多个T-UFB 1415的T-UFB生成单元1410。T-UFB生成单元1410布置在支撑部件1411上。通过用于电连接的线材1412和线材1413，所需的电源和电信号从外部控制系统(未示意性地示出)供应到T-UFB生成单元1410。线材1412和线材1413使用密封剂1414密封和保护，以防止电线腐蚀。为了防止多个T-UFB 1415由于在液体1407内长时间漂浮并且与外部空气接触而消失，在T-UFB制造容器1400内设置气液分离膜1408。作为在本实施例中使用的气液分离膜1408，氟树脂是合适的。氟树脂具有耐臭氧性和耐碱性，并且还具有耐一氧化氮性。具体而言，有PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基烷烃)和ETFE(乙烯-四氟乙烯-共聚物)。此外，还有FEP(全氟乙烯-丙烷共聚物)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)和ECTFE(乙烯-氯三氟乙烯共聚物)。气液分离膜1208理想上由这里列出的一种或多种物质组成。
此外，在T-UFB制造容器1400内，设置其中开有微孔的过滤器1420，以便对生成的T-UFB 1415进行浓缩。该过滤器具有多个直径小于或等于1.0μm的微孔，并且仅允许在T-UFB生成单元1410中出现的多个UFB中直径小于或等于1.0μm的UFB通过。
接下来，通过使用图15，对本实施例中T-UFB生成单元1510的设置效果进行说明。T-UFB生成单元1510利用膜沸腾现象，因此，T-UFB生成单元1510中的基板温度升高。虽然取决于加热器的驱动频率，但存在整个基板的温度上升到约60℃的情况。因此，T-UFB生成单元1510附近的气体溶解水1507的温度也上升。因此，作为马兰哥尼对流1516的一部分的向上流动出现在T-UFB制造容器1500内的气体溶解水1507中。
然后，通过设置在T-UFB制造容器1500外部的冷却单元1503，顶部处的气体溶解水1507被冷却，并且由于马兰哥尼对流的影响，冷却的气体溶解水被供应到T-UFB生成单元1510的附近。由此，能够抑制T-UFB生成单元1510的基板的温度上升。另外，通过对气体溶解水1507进行冷却，可以增加从气体供应单元1504供应的气体的溶解度，并且由此可以将气体进一步溶解到溶解有T-UFB的水中。也就是说，关于气体在液体中的溶解度，气体饱和溶解度根据温度和压力而定，但是有助于T-UFB生成单元1510生成UFB的气体通过包含在UFB中而变成不取决于溶解度大小的气体。如上所述，根据本实施例，可以实现一种机构，该机构使气体在液体中的溶解度降低，并进一步使气体溶解在气体溶解度降低的液体中。
图16示出了通过这样的机构生成内含超微细气泡的液体的一系列流程。如图16的(a)所示，通过T-UFB生成单元(未示意性地示出)，溶解在气体溶解水中的一部分气体1602变成T-UFB 1601。由此，如图16的(b)所示，气体1602的溶解度降低。此后，在从气体供应单元(未示意性地示出)供应气体1602的情况下，状态变为图16的(c)所示的状态。然后，如图16的(d)所示，通过T-UFB生成单元(未示意性地示出)，溶解在气体溶解水中的一部分气体1602变成T-UFB 1601。如上所述，通过重复借助于T-UFB生成单元从气体到T-UFB的变化和从气体供应单元供应气体，可以稳定地生成高浓度的UFB水。
在将一氧化氮溶解在液体中的情况下，优选将具有耐一氧化氮的CFC基材料用于一氧化氮在溶解之前通过的管道等。
[第一实施例]
图17是图12所示的T-UFB生成单元1210的放大视图的示例。包括图5A中所示的加热元件的多个加热器1701布置在元件基板1700上。为了抑制在加热器1701中出现的气泡的干扰，在相邻的加热器之间设置有挡板1702。由于挡板1702，在气泡在某个加热器中出现和消泡的操作期间，可以抑制在与该某个加热器相邻的加热器中出现的气泡变得难以成长的现象。
挡板的高度理想上不小于1.0μm且不大于100μm。考虑到前面描述的膜沸腾的初始厚度，在高度不大于或等于1.0μm的情况下，无法获得抑制相邻加热器之间的干扰的效果。另一方面，考虑到最大气泡直径，在高度大于或等于100μm的情况下，气泡消泡后的液体供应能力有可能受到抑制。挡板的高度优选为10至50μm。
此外，作为挡板的材料，诸如氮化硅、光敏环氧树脂等的膜沉积材料是合适的。然而，考虑到耐臭氧性和耐碱性，无机氮化硅是优选的。
尽管图17中未示出，也还可以在基板1700的底部设置用于冷却基板1700的基板。
[第二实施例]
图18A是本实施例中的T-UFB生成单元1210(参照图12)的放大视图的示例。在图18A中，加热器之间的挡板1802在多个加热器1801并排布置的行方向上以预定的间隔布置。顶板1803布置在挡板1802上。图18B是沿图18A的剖面线的剖面图。如图18A或图18B所示，顶板1803的高度小于挡板1802的高度。原因是为了便于向加热器1801供应溶液。图18C是图18A的俯视图。
[第三实施例]
图19A至图19C均是本实施例中的T-UFB生成单元1210(参照图12)的放大视图的示例。在图19A中，加热器之间的挡板1902在多个加热器1901并排布置的行方向上以预定的间隔布置。顶板1903布置在挡板1902上。此外，在顶板1903中，对应于加热器1901形成通孔1904。图19B是沿图19A的剖面线的剖面图。如图19A或图19B所示，顶板1903的高度小于挡板1902的高度。原因是为了便于向加热器1901供应溶液。图19C是图19A的俯视图。通过在顶板1903中形成通孔1904，可以使溶液突然开始流动以增加溶液内的负压。
根据本发明的一个实施例，能够提供一种内含超微细气泡的液体的制造装置，所述内含超微细气泡的液体能够有效利用，因为在制造内含超微细气泡的液体时，高浓度超微细气泡维持长时间。
虽然已经参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应给予最广泛的理解，以涵盖所有这些修改以及等同结构和功能。
本申请要求于2021年3月12日提交的日本专利申请No.2021-040221的权益，在此通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (14)

1.一种内含超微细气泡的液体的制造装置，所述制造装置包括：
容器，所述容器具有导入气体的供气口和导入液体的供液口；以及
生成单元，所述生成单元位于所述容器内部，构造成在溶解有所述气体的液体中生成超微细气泡。
2.根据权利要求1所述的制造装置，其中，
所述容器还具有排出口，内含超微细气泡的液体通过所述排出口排出。
3.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中，
所述生成单元具有第一基板和设置在所述第一基板上的加热器。
4.根据权利要求3所述的制造装置，其中，
通过驱动所述加热器，在液体中发生膜沸腾。
5.根据权利要求3所述的制造装置，还包括：
第二基板，用于在所述第一基板的底部冷却所述第一基板。
6.根据权利要求1所述的制造装置，其中，
通过调节经所述供气口导入的所述气体的导入压力，控制所述容器内的压力。
7.根据权利要求1所述的制造装置，其中，
所述容器内的压力高于或等于大气压，并且
所述容器内温度低于或等于环境温度。
8.根据权利要求1所述的制造装置，其中，
所述生成单元布置在容器底部。
9.根据权利要求1所述的制造装置，还包括：
气液分离膜，位于所述容器内部的气液界面处。
10.根据权利要求9所述的制造装置，其中，
所述气液分离膜防止所述超微细气泡与所述容器内部的所述气体接触。
11.根据权利要求9或10所述的制造装置，其中
所述气液分离膜由聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃、乙烯-四氟乙烯-共聚物、全氟乙烯-丙烷共聚物、聚氯三氟乙烯和乙烯-氯三氟乙烯共聚物中的至少一种或多种组成。
12.根据权利要求9或10所述的制造装置，还包括：
过滤器，其中
所述过滤器的位置在所述生成单元的上方并且在所述气液分离膜的下方。
13.根据权利要求12所述的制造装置，其中
所述过滤器的多个微孔的直径为1.0μm或更小。
14.根据权利要求1所述的制造装置，还包括：
冷却单元，构造成冷却储存在所述容器内的液体和内含超微细气泡的液体，其中
所述冷却单元附接到所述容器的侧表面。
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