JP2009131771A - 洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境汚染を引き起こすことなく、しかも細部まで確実に洗浄し得る洗浄装置および洗浄方法を提供する。
【解決手段】液体と窒素とを混合およびせん断して窒素マイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部２１と、窒素マイクロバブル含有水を更にせん断して窒素ナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部２２と、窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける第１活性化手段２８と、磁場がかけられた後の窒素ナノバブル含有水を更にせん断する第３気体せん断部４と、第３気体せん断部によって更にせん断された窒素ナノバブル含有水が吐出される槽１と、を有する洗浄装置によって洗浄対象３を洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は、様々な対象を洗浄するための洗浄装置および洗浄方法に関するものである。

従来から、各種対象を洗浄することを必要とする分野では、様々な洗浄装置および洗浄方法が用いられている。

例えば、従来から、酸性洗浄剤を用いて対象を洗浄する洗浄装置および洗浄方法が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。上記酸性洗浄剤は、例えば、無機酸または有機酸と、界面活性剤と、腐蝕抑制剤とで構成される。上記無機酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、または、りん酸などが使用され、有機酸としては、クエン酸、酒石酸、ヒドロキシ酢酸、またはスルファミン酸などが使用される。

また、従来から、磁気活水を用いて対象を洗浄する洗浄装置および洗浄方法が用いられている。上記磁気活水を用いる洗浄装置は、例えば、閉鎖系の配管（例えば、工場の冷却水の配管）の洗浄に用いられている。

また、従来から、小さな直径を有する気泡（バブル）には様々な作用があることが知られており、現在、このような気泡を用いた各種装置が用いられている。

上記気泡は、その直径に応じて、マイクロバブル、マイクロナノバブルおよびナノバブルに分類することができる。具体的には、マイクロバブルは、その発生時において１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。なお、マイクロバブルは、発生後の収縮運動によって、その一部がマイクロナノバブルに変化することがある。また、マイクロバブルの一部は水中にて収縮して、最後には消滅してしまうマイクロバブルもある。一方、ナノバブルは、長期に渡って液体中に存在することができるという性質を有している。

例えば、従来から、様々なナノバブルの利用方法、およびナノバブルを利用した各種装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、特許文献１には、ナノバブルが、浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、または静電分極の実現によって、界面活性作用および殺菌作用を示すことが記載されている。更に、特許文献１には、ナノバブルが有する界面活性作用および殺菌作用を用いて、各種対象を洗浄する技術および汚濁水を浄化する技術が記載されている。更に、特許文献１には、ナノバブルを用いて生体の疲労を回復する方法が記載されている。なお、特許文献１では、水を電気分解するとともに、当該水に超音波振動を加えることによって、ナノバブルを作製している。

また、従来から、液体を原料としてナノバブルを作製する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。上記作製方法は、液体中において、１）上記液体の一部を分解ガス化する工程、２）上記液体に超音波を印加する工程、または３）上記液体の一部を分解ガス化する工程および上記液体に超音波を印加する工程、からなるものである。なお、液体の一部を分解ガス化する工程として、電気分解法または光分解法を用いることができることが記載されている。

また、従来から、オゾンガスからなるマイクロバブル（オゾンマイクロバブル）を利用する廃液処理装置が用いられている（例えば、特許文献３参照）。上記廃液処理装置では、オゾン発生装置によって作製されたオゾンガスと廃液とを、加圧ポンプを用いて混合することによって、オゾンガスからなるマイクロバブルを作製している。そして、当該マイクロバブルが廃液中の有機物と反応することによって、廃液中の有機物が酸化分解される。なお、マイクロバブルを利用した洗浄装置も従来から用いられており、当該装置は、機械油等が付着した金属の洗浄、牡蠣の洗浄、または入浴時における人体の洗浄等に利用されている。
特開２００４−１２１９６２号公報（平成１６年４月２２日公開） 特開２００３−３３４５４８号公報（平成１５年１１月２５日公開） 特開２００４−３２１９５９号公報（平成１６年１１月１８日公開） 「はじめての洗浄技術」、工業調査会発行、日本産業洗浄協議会編、２００５年９月１日発行

しかしながら、上記従来の洗浄装置および洗浄方法では、環境汚染を引き起こすことなく、洗浄対象の細部まで確実に洗浄することができないという問題点を有している。

例えば、上記酸を用いる洗浄装置では、多量の酸を用いて対象を洗浄する必要があるので、環境汚染を引き起こすという問題点を有している。また、当該酸を適切に処理しようとすれば、当該処理に対して多くのコストを必要とするという問題点を有している。

また、上記磁気活水を用いる洗浄装置は、洗浄効果が十分ではないので、洗浄対象を十分に洗浄することができないという問題点を有している。

また、上記ナノバブルを用いる洗浄装置でも、洗浄効果が十分ではないので、洗浄対象を十分に洗浄することができないという問題点を有している。

また、上記マイクロバブルを用いる洗浄装置では、バブルのサイズが大きいので、ナノサイズの微細な領域の洗浄が困難であるという問題点を有している。また、マイクロバブルは存在時間が数時間であって、マイクロバブル発生機を停止すれば、すぐにマイクロバブが消滅してしまう。その結果、マイクロバブルを用いる洗浄装置は、洗浄効果が低いという問題点を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、環境汚染を引き起こすことなく、しかも細部まで確実に洗浄し得る洗浄装置および洗浄方法を提供することにある。

本願発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、以下の１）〜４）を見出し、本発明を完成させるに至った。つまり、
１）硝酸イオン含有水およびナノバブル含有磁気活水は、ナノバブル含有水よりもマイナス電荷の値が大きく、それ故に、硝酸イオン含有水およびナノバブル含有磁気活水は、ナノバブル含有水よりも強い酸化力および洗浄力を有すること。そして、本願発明の洗浄装置によって作製される窒素ナノバブル含有水は、硝酸イオン含有水としての性質およびナノバブル含有磁気活水としての性質の両方を有するので、非常に強い酸化力および洗浄力を有すること、
２）窒素に磁力を作用させると、窒素から硝酸イオンを効果的に発生させ得ること、
３）第１気体せん断部へ供給する窒素量を調節することによって、製造されるミリバブル、マイクロバブルおよびナノバブルの量比を調節することができ、そして、槽内にて各バブルを有効に活用して、洗浄工程の効率化（品質のアップ）、洗浄工程の短縮化（洗浄時間の短縮化）、省資源化（洗浄水のリサイクル）が可能なこと、
４）槽内の窒素ナノバブル含有水の各種パラメータを各種測定器（例えば、ＴＯＣ計など）によって測定するとともに、上記窒素ナノバブル含有水を磁気活水作製部、急速ろ過機、または活性炭吸着塔によって処理すれば、槽内の窒素ナノバブル含有水をリサイクル可能な水質にまで処理できること。

本発明の洗浄装置は、上記課題を解決するために、液体と窒素とを混合およびせん断して窒素マイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、前記窒素マイクロバブル含有水を更にせん断して窒素ナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、前記窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける第１活性化手段と、前記磁場がかけられた後の窒素ナノバブル含有水を更にせん断する第３気体せん断部と、前記第３気体せん断部によって更にせん断された窒素ナノバブル含有水が吐出される槽と、を有することを特徴としている。

上記構成によれば、第１気体せん断部、第２気体せん断部および第３気体せん断部によって、窒素と液体との混合物を、混合・せん断している。したがって、上記構成によれば、窒素からなるナノバブルを多量に発生させることができる。

また、上記構成によれば、窒素ナノバブルを製造する過程において、第１活性化手段によって窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかけている。その結果、最終的に製造される窒素ナノバブルに対して磁気活性を付与することができる。換言すれば、最終的に製造される窒素ナノバブルを磁気活水にすることができる。

また、上記構成によれば、窒素と液体とを混合攪拌されるとともに、強力にせん断される。その結果、窒素が酸化されることによって硝酸イオンを製造することができる。なお、硝酸イオンを製造するには、1ｃｃあたり５１万個以上のナノバブルが存在する必要がある。

つまり、上記構成によれば、窒素ナノバブルおよび硝酸イオンを含有するとともに、磁気活水としての性質を有する窒素ナノバブル含有水によって洗浄対象を洗浄することができる。このとき、窒素ナノバブル、硝酸イオン、および磁気活水はそれぞれ洗浄作用を有しているので、上記構成によれば、相乗的に増強された洗浄作用によって洗浄対象を確実かつ効果的に洗浄することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１活性化手段は、前記窒素ナノバブル含有水を通過させるための第１流路を有し、前記第１流路は、磁石のＳ極として機能する第１面と磁石のＮ極として機能する第２面とが対向するように配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記第１活性化手段は、磁石のＳ極として機能する第１面と磁石のＮ極として機能する第２面とが対向するように配置された第１流路を有している。したがって、当該第１流路中を窒素ナノバブル含有水を通過させることによって、当該窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることができる。そして、その結果、窒素ナノバブル含有水を磁気活水にすることができる。換言すれば、窒素ナノバブル含有水に、磁気活水としての活性を備えさせることができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１気体せん断部に供給される前の窒素に対して磁場をかける第２活性化手段を有することが好ましい。

上記構成によれば、第２活性化手段によって窒素に磁場をかけることができる。そして、その結果、上記窒素に磁気活性を付与することができる。そして当該窒素と液体とを後の工程で、混合およびせん断することによって、さらに洗浄効果のある硝酸イオンを発生させることができる。

本発明の洗浄装置では、前記第２活性化手段は、前記窒素を通過させるための第２流路を有し、前記第２流路は、磁石のＳ極として機能する第３面と磁石のＮ極として機能する第４面とが対向するように配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、第２活性化手段は、磁石のＳ極として機能する第３面と磁石のＮ極として機能する第４面とが対向するように配置された第２流路を有している。したがって、当該第２流路中を窒素が通過することによって、当該窒素に磁場をかけることができる。そして、その結果、上記窒素に磁気活性を付与することができる。そして当該窒素と液体とを後の工程で、混合およびせん断することによって、さらに洗浄効果のある硝酸イオンを発生させることができる。

本発明の洗浄装置では、前記槽内の前記窒素ナノバブル含有水の全有機炭素を測定するためのＴＯＣ計と、前記ＴＯＣ計の測定結果に基づいて、前記第１気体せん断部に供給する前記液体の量、前記第１気体せん断部に前記液体を供給するタイミング、前記第１気体せん断部に供給する窒素の量、および、前記第１気体せん断部に窒素を供給するタイミングを調節する制御手段と、を有することが好ましい。

上記構成によれば、ＴＯＣ計によって、槽内の窒素ナノバブル含有水の汚れ具合（ＴＯＣ濃度）を測定して、評価することができる。そして、当該測定結果に基づいて、製造する窒素ナノバブルの量を調節することができる。

本発明の洗浄装置では、前記ＴＯＣ計は、ＣＯＤ計、濁度計、または比抵抗計であることが好ましい。

上記構成によれば、槽内の窒素ナノバブル含有水の水質を、様々なパラメータに基づいて管理することができる。その結果、洗浄対象に応じて、槽内の窒素ナノバブル含有水の水質を適切に管理することができる。

本発明の洗浄装置では、前記制御手段は、前記第１気体せん断部に対して前記液体を供給しはじめてから６０秒経過した後に、前記第１気体せん断部に対する前記窒素の供給を開始するものであることが好ましい。

上記構成によれば、第１気体せん断部内の液体の流れが安定した時点で第１気体せん断部内に窒素を供給する（換言すれば、第１気体せん断部に設けられている気液混合循環ポンプの出力が確実に最大値に達した時点で、第１気体せん断部に窒素を供給する）ので、多量の窒素マイクロバブルを製造することができる。また、上記構成によれば、気液混合循環ポンプのインペラの破損を防止することができる。

本発明の洗浄装置では、前記制御手段は、前記第１気体せん断部に対して前記液体を毎分１．５リットル〜毎分１２０リットルにて供給するとともに、前記第１気体せん断部に対して前記窒素を毎分０．３リットル〜１．５リットルにて供給するものであることが好ましい。

上記構成によれば、窒素ナノバブル含有水を安定的に製造することができる。その結果、洗浄対象を安定的に洗浄することができる。

本発明の洗浄装置では、前記層には、異物除去手段が連結されており、前記槽内の窒素ナノバブル含有水は、前記異物除去手段に送られて更に異物が除去されることが好ましい。

上記構成によれば、槽内の窒素ナノバブル含有水の水質が低下した場合などに、当該窒素ナノバブル含有水を異物除去手段に送られる。これによって、窒素ナノバブル含有水中に含まれる各種異物を除去することができる。そして、異物が除去された後の窒素ナノバブル含有水を上記液体として再利用することによって、新しく窒素ナノバブル含有水を製造することができる。

本発明の洗浄装置では、前記異物除去手段は、急速ろ過機、活性炭吸着塔、イオン交換樹脂塔およびキレート樹脂塔からなる群より選択される少なくとも１つであることが好ましい。

上記構成によれば、窒素ナノバブル含有水中に含まれる様々な異物を確実に除去することができる。

本発明の洗浄装置では、前記異物除去手段に供給される前記窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける第３活性化手段を有することが好ましい。

上記構成によれば、第３活性化手段によって窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることができる。そして、その結果、上記窒素ナノバブル含有水に磁気活性を付与することができる。その結果、反応場での活性を高めることができる。

本発明の洗浄装置では、前記第３活性化手段は、前記窒素ナノバブル含有水を通過させるための第３流路を有し、前記第３流路は、磁石のＳ極として機能する第５面と磁石のＮ極として機能する第６面とが対向するように配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記第３活性化手段は、磁石のＳ極として機能する第５面と磁石のＮ極として機能する第６面とが対向するように配置された第３流路を有している。したがって、当該第３流路中を窒素ナノバブル含有水を通過させることによって、当該窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることができる。そして、その結果、窒素ナノバブル含有水を磁気活水にすることができる。換言すれば、窒素ナノバブル含有水に、磁気活水としての活性を備えさせることができる。

本発明の洗浄装置では、前記第３気体せん断部が複数設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、槽内の窒素ナノバブルの量を増加させることができる。その結果、洗浄効果を上げることができる。また、様々な角度から、洗浄対象に向かって窒素ナノバブル含有水を吐出することができるので、洗浄効果を上げることができる。

本発明の洗浄装置では、前記槽には、当該槽内の前記窒素ナノバブル含有水に対して超音波をかける超音波発生手段が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、超音波発生手段によって槽内の窒素ナノバブル含有水に対して超音波をかけるので、槽内の窒素ナノバブルのサイズを所定のサイズ以下にそろえることができる。また、超音波の相乗効果によって、洗浄対象の洗浄効果を上げることができる。

本発明の洗浄装置では、前記槽には、前記槽内の窒素ナノバブル含有水の表層を吸引して除去するための吸引手段が設けられていることが好ましい。

槽内の窒素ナノバブル含有水中に含まれる異物に対してバブルが付着すると、当該異物は、槽の表層に浮上する。したがって、上記構成によれば、表層に浮上した異物が、上記吸引手段によって除去される。その結果、槽内の窒素ナノバブル含有水を清潔に保つことができる。

本発明の洗浄装置では、前記液体は、前記槽内に蓄えられている前記窒素ナノバブル含有水であることが好ましい。

上記構成によれば、洗浄装置内で窒素ナノバブル含有水を再利用することができるので、低コストにて洗浄を行うことができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１気体せん断部の内部の横断面は楕円形または真円形であるとともに、前記第１気体せん断部の内部は鏡面仕上げによって加工されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記第１気体せん断部の内部の横断面の形状が楕円形または真円形であるので、上記気体と上記液体との混合物は、上記第１気体せん断部の内部表面に沿って容易に回転運動を行うことができる。また、上記第１気体せん断部の内部が鏡面仕上げによって加工されているので、第１気体せん断部の内部表面と、上記混合物との摩擦を小さくすることができる。その結果、上記第１気体せん断部の内部にて、上記気体と上記液体との混合物を、旋回乱流が起こらないような状態で高速にて回転運動させることができる。その結果、効率よく窒素をせん断することができるので、第１気体せん断部にて、多量の窒素マイクロバブルを作製することができる。そして、第１気体せん断部にて多量の窒素マイクロバブルを作製することができれば、第２気体せん断部にて、当該窒素マイクロバブルから多量の窒素ナノバブルを作製することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１気体せん断部における前記窒素マイクロバブル含有水の吐出口の口径は、前記第１気体せん断部における前記液体の取り込み口の口径の５０％〜８０％であることが好ましい。

上記構成によれば、上記第１気体せん断部における気体せん断力を上げることができるので、窒素マイクロバブルを安定的に製造することができる。そしてその結果、安定的に洗浄対象を洗浄することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１気体せん断部の内部の表面には、２本以上の溝が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、上記第１気体せん断部の内部表面に溝を形成することによって、上記第１気体せん断部の内部にて上記気体と上記窒素との混合物を回転運動させた場合に、旋回乱流が生じることを防止することができる。その結果、第１気体せん断部にて、多量の窒素マイクロバブルを作製することができる。そして、第１気体せん断部にて多量の窒素マイクロバブルを作製することができれば、第２気体せん断部にて、当該窒素マイクロバブルから多量の窒素ナノバブルを作製することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。

上記構成によれば、第１気体せん断部の隔壁が厚く形成されているので、第１気体せん断部が振動することがない。つまり、第１気体せん断部の内部にて上記気体と上記窒素との混合物が旋回しても、それによって第１気体せん断部が振動することがない。したがって、第１気体せん断部の内部で旋回している上記混合物の運動エネルギーが、振動として外部（例えば、外部気体）に伝播して失われることがないので、上記混合物を高速で回転運動させることができる。その結果、上記第１気体せん断部にて、効率よく窒素マイクロバブル含有水を作製することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第１気体せん断部は、ステンレス、プラスチック、または樹脂によって形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、窒素ナノバブル含有水を安定的に製造することができる。その結果、洗浄対象を安定的に洗浄することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第２気体せん断部の内部の横断面は楕円形または真円形であるとともに、前記第２気体せん断部の内部の表面には小孔が形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記第２気体せん断部の内部の横断面の形状が楕円形または真円形であるので、第２気体せん断部に供給された窒素マイクロバブル含有水は、上記第２気体せん断部の内部表面に沿って容易に回転運動を行うことができる。また、上記第２気体せん断部の内部には小孔が形成されているので、窒素マイクロバブル含有水の運動方向を制御することが容易になる。その結果、上記第２気体せん断部の内部にて、上記窒素マイクロバブル含有水を、旋回乱流が起こらないような状態で高速にて回転運動させることができる。その結果、効率よく窒素をせん断することができるので、第２気体せん断部にて、多量の窒素ナノバブルを作製することができる。

本発明の洗浄装置では、前記第３気体せん断部の内部の横断面は楕円形または真円形であるとともに、前記第３気体せん断部の内部の表面には小孔が形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記第３気体せん断部の内部の横断面の形状が楕円形または真円形であるので、第３気体せん断部に供給された窒素ナノバブル含有水は、上記第３気体せん断部の内部表面に沿って容易に回転運動を行うことができる。また、上記第３気体せん断部の内部には小孔が形成されているので、窒素ナノバブル含有水の運動方向を制御することが容易になる。その結果、上記第３気体せん断部の内部にて、上記窒素ナノバブル含有水を、旋回乱流が起こらないような状態で高速にて回転運動させることができる。その結果、効率よく窒素をせん断することができるので、第３気体せん断部にて、多量の窒素ナノバブルを作製することができる。

本発明の洗浄方法は、上記課題を解決するために、洗浄対象を、硝酸イオンおよび窒素ナノバブルを含有する磁気活水によって洗浄する工程を有することを特徴としている。

上記構成によれば、窒素ナノバブルおよび硝酸イオンを含有する磁気活水によって洗浄対象を洗浄することができる。このとき、窒素ナノバブル、硝酸イオン、および磁気活水はそれぞれ洗浄作用を有しているので、上記構成によれば、相乗的に増強された洗浄作用によって洗浄対象を確実かつ効果的に洗浄することができる。

本発明の洗浄装置は、以上のように、液体と窒素とを混合およびせん断して窒素マイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、前記窒素マイクロバブル含有水を更にせん断して窒素ナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、前記窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける第１活性化手段と、前記磁場がかけられた後の窒素ナノバブル含有水を更にせん断する第３気体せん断部と、前記第３気体せん断部によって更にせん断された窒素ナノバブル含有水が吐出される槽と、を有するものである。

また、本発明の洗浄方法は、以上のように、洗浄対象を、硝酸イオンおよび窒素ナノバブルを含有する磁気活水によって洗浄する工程を有する方法である。

それ故、本発明ではサイズが小さなナノバブル、および硝酸イオンを用いて洗浄するので、一般の洗剤またはマイクロバブルが入り込めない領域にまで到達して、確実に洗浄対象を洗浄することができるという効果を奏する。

また、本発明では、磁気活性を付与された窒素ナノバブル含有水を用いるので、上記磁気活性およびナノバブルによってフリーラジカルを発生させ、反応場を活性化することができる。その結果、当該フリーラジカルに由来する酸化作用によって、例えば槽内の窒素ナノバブル含有水に含まれる異物（例えば、有機物など）を酸化処理することができる。つまり、窒素ナノバブル含有水を清潔に保つことができるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において「ナノバブル」とは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡が意図される。また、本明細書において「磁気活水」とは、例えば人工的に作り出された磁場中に水を通過させることにより、磁界のエネルギーによって活性化された液体（例えば、水）が意図される。また、本明細書において「磁気活性」とは、磁力線の作用によって、液体または気体が備える活性が意図される。

本実施の形態の洗浄装置は、主として４つの工程を行うことを可能にした洗浄装置である。なお、上記４つの工程とは、洗浄工程、汚濁物除去工程、排水・給水工程、および、洗浄水浄化工程である。

洗浄工程は、槽１内において硝酸イオンおよび窒素ナノバブルを含有する洗浄水（窒素ナノバブル含有水）によって洗浄対象３を洗浄する工程である。

また、汚濁物除去工程は、槽１内のＴＯＣ濃度が設定値よりも上昇した場合（ＴＯＣ濃度が高濃度）に、ナノバブル発生機５７に供給する窒素の量を調整することによってマイクロバブルを製造し、当該マイクロバブルが槽１内の汚濁物に付着することによって上記汚濁物を浮上させ、浮上した汚濁物を吸引部２によって除去する工程である。

また、排水・給水工程は、槽１内のＴＯＣ濃度が設定値よりも上昇した場合（ＴＯＣ濃度が中濃度）に、バルブ６によって槽１内に液体（例えば、水など）を供給するとともに、バルブ６４によって槽１内の液体を排出する工程である。

また、洗浄水浄化工程は、例えば上記排水・給水工程によっても槽１内の水質の改善が不十分である場合に、急速ろ過機４５および活性炭吸着塔５２などを用いて槽１内の液体から汚濁物を除去する工程である。

例えば、本実施の形態の洗浄装置は、洗浄工程、汚濁物除去工程、排水・給水工程、および、洗浄水浄化工程の順番に各工程を行った後に、その動作を終了することも可能であるし、当該一連の工程を必要に応じて繰り返すことも可能である。また、必要に応じて所望の工程のみを行うことも可能である。

なお、上記工程および当該工程を行うための各構成については、以下の説明によって明らかになるであろう。

本実施の形態の洗浄装置５６は、大まかに言えば、槽１、ナノバブル発生部５７、第１活性化部２８（第１活性化手段）、第２活性化部３９（第２活性化手段）、第３活性化部１７（第３活性化手段）、急速ろ過機４５（異物除去手段）、および活性炭吸着塔５２（異物除去手段）を備えている。また、上記ナノバブル発生部５７は、気液混合循環ポンプ２０を有する第１気体せん断部２１、第２気体せん断部２２、第３気体せん断部４、電動ニードルバルブ３１、およびこれらを連結する配管を備えている。以下に、各構成について説明する。

〔１．槽〕
槽１には、本実施の形態の洗浄装置によって製造される窒素ナノバブル含有水の材料の１つである液体が貯蔵されている。また、当該槽１内には、本実施の形態の洗浄装置によって製造される窒素ナノバブル含有水が吐出される。つまり、槽１内には、洗浄対象３が配置されており、当該洗浄対象３に向かって窒素ナノバブル含有水が吐出されている。これによって、洗浄対象３が洗浄される。また、図１からも明らかなように、槽１内の液体は本実施の形態の洗浄装置内で循環しており、洗浄対象３から当該液体中に放出される各種混入物（例えば、微粒子状の汚れなど）は、本実施の形態の洗浄装置によって、分解・除去されている。

上記液体としては特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、上記液体としては、水などを用いることが好ましい。なお、上記液体は、バルブ６を開くことによって、配管５４を介して槽１内に供給される。また、当該バルブ６の開閉動作は、シーケンサー６３（制御手段）によって制御され得る。なお、上記シーケンサー６３は、第１気体せん断部２１に供給される液体の量、第１気体せん断部２１に液体を供給するタイミング、第１気体せん断部２１に供給する窒素の量、および、第１気体せん断部２１に窒素を供給するタイミングも制御し得る。これらのことに関しては、後述する説明および図１から容易に理解できるであろう。

上記槽５４の形は特に限定されず、使用目的に合わせて適宜選択することができる。例えば、上記槽５４の形としては、略立方体の収容部を有するものであることが好ましい。

また上記槽５４の材質も特に限定されず、使用目的に合わせて適宜選択することができる。例えば、上記槽５４の材質は、ステンレスであることが好ましいが、これに限定されない。

上記洗浄対象３としても特に限定されず、適宜洗浄すべき対象を選択することができる。例えば、洗浄対象３としては、半導体の製造に用いる各種ウエハ（例えば、シリコンウエハなど）を挙げることができるが、これに限定されない。

上記槽１には、槽１内の液体の表層を吸引するとともに、当該表層を槽１から除去するための吸引部２（吸引手段）が設けられていることが好ましい。

上記吸引部２は槽１内の液体の表層を吸引するとともに、当該表層を槽１から除去できるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上記吸引部２は、槽１内に貯蔵される液体の表面が接触する槽１の側壁に設けられる開口であることが好ましい。

後述するように、第１気体せん断部２１に供給される窒素量を調整することによって、ナノバブルのみならずマイクロバブルを製造することができる。マイクロバブルは槽１内の液体中に存在する各種異物（例えば、微粒子状の汚れなど）に付着することによって、当該異物を液体の表層に向かって浮上させることができる。そして、表層に向かって浮上した混入物は、上記吸引部によって槽１内から除去される。その結果、槽１内の液体が清潔に保たれるので、洗浄対象３の洗浄効果を上げることが可能になる。なお、上記槽１から除去された混入物を含有する液体を廃水処理設備または再利用設備に送り、当該設備によって更なる処理が施されることも可能である。このとき、上記廃水処理設備および再利用設備としては特に限定されず、適宜公知の設備を用いることが可能である。

また、上記槽１には、槽１内の液体（窒素ナノバブル含有水）のＴＯＣ濃度を測定するためのＴＯＣ計５が設けられていることが好ましい。なお、上記ＴＯＣ計５は、ＴＯＣ調節計８を介してシーケンサー６３に接続されていることが好ましい。上記構成によれば、槽１内の液体のＴＯＣ濃度に基づいて、シーケンサー６３が各種構成を制御することが可能になる。これによって、上述した４つの工程を選択的に行うことが可能になる。

また、上記槽１には、バルブ６４が設けられていることが好ましい。当該バルブ６４は、槽１内の液体を排水するためのバルブであって、その開閉動作は、信号線７を介してシーケンサー６４によって制御されていることが好ましい。上記構成によれば、槽１内の液体の汚染が進んだ場合に、槽１内の液体を排出することができる。

上記槽１内の液体は、ナノバブル発生部５７、異物除去部（例えば、急速ろ過機４５または活性炭吸着５２など）に送られて、更なる処理が施されることになる。以下に、ナノバブル発生部、異物除去部について説明する。

〔２．ナノバブル発生部〕
以下に、ナノバブル発生部５７について説明する。

上記ナノバブル発生部５７では、槽１から供給される液体と窒素ガスボンベ４１から供給される窒素とを用いて、窒素ナノバブル含有水が製造される。

上記窒素としては、例えば、窒素ガス、または亜酸化窒素ガス（化学式Ｎ_２Ｏ）を用いることができるが、これらに限定されない。

図１に示すように、基本的に上記ナノバブル発生部５７は、気液混合循環ポンプ２０を有する第１気体せん断部２１、第２気体せん断部２２、第３気体せん断部４、電動ニードルバルブ３１、およびこれらを連結する配管を備えている。そして、上記第２気体せん断部２２と第３気体せん断部４との間には、第１活性化部２８が設けられている。以下に、各構成について更に詳細に説明する。

上記第１気体せん断部２１は、配管１０を介して上記槽１に接続されるとともに、配管３２および配管４０を介して窒素ガスボンベ４１に接続されている。そして、上記配管１０を介して第１気体せん断部２１に液体が供給されるとともに、上記配管３２および配管４０を介して第１気体せん断部２１に窒素が供給される。そして、上記第１気体せん断部２１の中では、上記液体と上記窒素とが混合およびせん断されて、その結果、窒素マイクロバブル含有水が作製される。

上記窒素ガスボンベ４１は窒素を第１気体せん断部２１に供給し得るものであればよく、特に限定されない。適宜、公知の窒素ガスボンベを用いることが可能である。

上記窒素ガスボンベ４１と第１気体せん断部２１との間、換言すれば、上記配管３２と配管４０との間には、窒素に対して磁場をかけるための第２活性化部３９が設けられていることが好ましい。なお、上記第２活性化部３９は、窒素に対して磁場をかけることができるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。

例えば、図１に示すように、上記第２活性化部３９は、フランジ３３およびフランジ３８に挟まれるように設けられ得る。図１に示すように、フランジ３３は配管３２の端部に接続されており、フランジ３８は配管４０の端部に接続されている。そして、上記フランジ３３とフランジ３８との間に上記第２活性化部３９が設けられ得る。

上記第２活性化部３９は、窒素を通過させるための流路３６（第２流路）を有している。そして、当該流路３６の少なくとも一部は、磁石のＳ極として機能する領域と磁石のＮ極として機能する領域によって挟まれており、これによって、上記流路３６中を通過する窒素に磁場をかけることが可能になる。

上記流路３６の横断面の形状は特に限定されず適宜設定することができる。上記流路２６の横断面の形状としては、例えば、対向する少なくとも１対の面を有するもの（例えば、正方形または長方形など）であることが好ましい。なお、上記流路３６の横断面の形状が例えば正方形または長方形である場合には、上記流路３６の立体的な形状は、略平板状になることが好ましい。

一例として、図７に、横断面の形状が長方形である流路３６を有する第２活性化部３９の断面図を示す。図７に示すように、流路３６は、互いに対向する面８０（第３面）および面８１（第４面）を有している。そして、上記面８０の側には磁石のＳ極３４が配置されており、上記面８１の側には磁石のＮ極３５が配置されている。そして、上記Ｓ極３４とＮ極３５との間で磁場が形成され、当該磁場の中を窒素が通過する。換言すれば、図１に示すように、上記Ｓ極３４とＮ極３５との間で形成される磁力線３７の中を窒素が通過する。そして、磁場の中を通過することによって、窒素に磁気活性が付与される。

上記面８０と上記面８１との間の距離は特に限定されず、適宜設定することができる。例えば、上記面８０と上記面８１との間の距離は、３０ｍｍ以下であることが好ましい。上記構成によれば、窒素に対して効率よく磁気活性を付与することができる。

また、上記流路３６内の磁束密度（残留磁束密度）は、３５０ミリテスラ（３５００ガウス以上であることが好ましく、４５０ミリテスラ以上であることが、より好ましい。

また、上記面８０の側に配置される磁石のＳ極３４の数、および上記面８１の側に配置される磁石のＮ極３５の数も特に限定されず、適宜設定することができる。例えば、図１に示すように、Ｓ極３４およびＮ極３５を各々３つずつ配置することができるが、これに限定されない。

なお、上記第２活性化部３９としては、例えば、株式会社ビー・シー・オー製のＢＫ型を用いることも可能であるが、これに限定されない。

上記第１気体せん断部２１内への液体の供給は、気液混合循環ポンプ２０を動作させることによって行われる。また、上記第１気体せん断部２１内への窒素の供給のタイミング、および窒素の供給量の調節は、電動ニードルバルブ３１の開閉動作によって調節される。

上記電動ニードルバルブ３１の開閉動作のタイミングは特に限定されない。例えば、まず上記気液混合循環ポンプ２０の運転を開始することによって上記第１気体せん断部２１内に液体を導入するとともに当該液体を攪拌させる。その後、上記気液混合循環ポンプ２０の出力が最大値に達した時点以降に上記電動ニードルバルブ３１を開いて、これによって上記第１気体せん断部２１内に窒素を供給することが好ましい。また、上記気液混合循環ポンプ２１の運転を開始してから６０秒後以降に上記電動ニードルバルブ３１を開いて、これによって上記第１気体せん断部２１内に窒素を供給することが、より好ましい。

上記第１気液混合循環ポンプ２０の運転開始時に上記電動ニードルバルブ３１を開くことも可能であるが、この場合、気液混合循環ポンプ２０がキャビテーション現象を起し、その結果、気液混合循環ポンプ２０が損傷する恐れがある。しかしながら、上記構成であれば、気液混合循環ポンプ２０がキャビテーション現象を起すことを防止することができるので、その結果、気液混合循環ポンプ２０が破損することを防ぐことができる。

上記電動ニードルバルブ３１を開くことによって上記第１気体せん断部２１内に供給される窒素の量は特に限定されない。例えば、上記第１気体せん断部２１に対して、１．２リットル／分以下にて窒素を供給することが好ましい。上記構成であれば、効率よく多量の窒素マイクロバブル含有水を作製することができるとともに、最終的に多量の窒素ナノバブル含有水を作製することができる。

また、第１気体せん断部２１に対して液体を毎分１．５リットル〜毎分１２０リットルにて供給するとともに、第１気体せん断部２１に対して窒素を毎分０．３リットル〜１．５リットルにて供給することが好ましい。上記構成であれば、効率よく多量の窒素マイクロバブル含有水を作製することができるとともに、最終的に多量の窒素ナノバブル含有水を作製することができる。

次いで、ナノバブル発生部５７によって窒素ナノバブル含有水が作製される工程について更に詳細に説明する。なお、上記ナノバブル含有水は、大まかに言えば２つの工程（第１気体せん断工程および第２気体せん断工程）を経て製造される。以下に、第１気体せん断工程および第２気体せん断工程について更に詳細に説明する。

〔２−１：第１気体せん断工程〕
第１気体せん断工程では、窒素と液体とから、窒素マイクロバブル含有水が作製される。換言すれば、配管３２を介して第１気体せん断部２１に供給される窒素からなる窒素マイクロバブルが作製される。

第１気体せん断工程では、上記第１気体せん断部２１において、気液混合循環ポンプ２０を用いて窒素と液体との混合物の圧力が流体力学的に制御されるとともに、負圧部に対して窒素が吸入される。なお、「負圧部」とは、窒素と液体との混合物の中で周りと比較して圧力が小さな領域が意図される。そして、上記混合物を高速流体運動させて負圧部を形成しながら気体をせん断することによって、微細なマイクロバブルを発生させることができる。換言すれば、液体と窒素とを効果的に自給混合溶解するとともに、圧送する。これによって、より微細な窒素マイクロバブルを含有する窒素マイクロバブル含有水を形成することができる。

上記気液混合循環ポンプ２０としては特に限定されないが、揚程４０ｍ以上（４ｋｇ/ｃｍ^２の圧力）の高揚程のポンプであることが好ましい。また、気液混合循環ポンプ２０としてはトルクが安定している２ポールのポンプを用いることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部２１内の窒素マイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能であり、その結果、窒素マイクロバブル含有水に含まれる窒素マイクロバブルをより微細にせん断することができる。

また、上記気液混合循環ポンプ２０は、ポンプの圧力が制御されていることが好ましい。例えば、気液混合循環ポンプ２０の回転数が、インバーター等の回転制御部（図示せず）によって制御されていることが好ましい。なお、上記回転制御部は、更にシーケンサー６３によって制御され得る。上記構成によれば、上記第１気体せん断部２１の中の窒素マイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能となり、その結果、窒素マイクロバブル含有水に含まれる窒素マイクロバブルを所望のサイズに揃えることができる。

上記第１気体せん断部２１を構成する材料は特に限定されないが、ステンレス、プラスチック、または樹脂であることが好ましい。上記材料の中では、ステンレスが最も好ましい。上記構成によれば、窒素マイクロバブル含有水中に不純物が混入することを防止することができるとともに、第１気体せん断部２１が振動することを防止することができる。

また、上記第１気体せん断部２１の厚さ（隔壁の厚さ）は特に限定されないが、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。一般的に、第１気体せん断部２１の厚さが薄ければ、第１気体せん断部２１中の窒素マイクロバブル含有水の運動によって、第１気体せん断部２１が振動する。つまり、窒素マイクロバブル含有水の運動エネルギーが振動として外部に伝播して失われるので、窒素マイクロバブル含有水の高速流動運動が低下し、その結果、せん断エネルギーが低下する。しかしながら、上記構成によれば、第１気体せん断部２１の振動を防ぐことかできるので、効率よく窒素マイクロバブルを作製することができる。

次いで、気液混合循環ポンプ２０を有する第１気体せん断部２１が窒素マイクロバブルを発生させるメカニズムについて更に詳細に説明する。

まず、上記第１気体せん断部２１において、窒素マイクロバブル含有水の構成成分である液体と窒素とからなる混相旋回流を発生させる。具体的には、インペラと呼ばれる羽を超高速で回転させて、液体と窒素とからなる混相旋回流を発生させる。このとき、第１気体せん断部２１の中心部には、高速旋回する気体空洞部が形成される。

次いで、上記気体空洞部を圧力によって竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。このとき、上記気体空洞部に対しては、当該気体空洞部の負圧を利用して、窒素を自動的に供給させる。そして、さらに窒素マイクロバブルを切断・粉砕しながら混相旋回流を回転させる。なお、上記切断・粉砕は、第１気体せん断部２１の出口内外における気液二相流体の回転速度の差によって生じる。なお、上記回転速度の差は、５００〜６００回転／秒であることが好ましい。

すなわち、第１気体せん断部２１において、気液混合循環ポンプ２０によって窒素マイクロバブル含有水を高速流体運動させることによって負圧部を形成するとともに、流体力学的に窒素マイクロバブル含有水の圧力を制御することによって上記負圧部に対して窒素を供給している。その結果、第１気体せん断部２１では、窒素マイクロバブルを発生させることができる。換言すれば、第１気液混合循環ポンプ２０を用いて液体と窒素とを効果的に自給混合溶解しながら圧送することにより窒素マイクロバブル含有水を製造することができる。

上記第１気体せん断部２１の内腔の横断面の形状は特に限定されないが、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。また、上記第１気体せん断部４の内腔表面は、鏡面仕上げによって形成されていることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部２１の内部表面の摩擦が小さいので、窒素と液体との混合物を高速旋回させることができるとともに、窒素を効率良くせん断することができる。その結果、多くの微細な窒素マイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くの窒素ナノバブルを発生させることができる。

また、第１気体せん断部２１における窒素マイクロバブル含有水の吐出口の口径は、第１気体せん断部２１における液体の取り込み口の口径の５０％〜８０％であることが好ましい。上記構成によれば、上記第１気体せん断部における気体せん断力を上げることができるので、窒素マイクロバブルを安定的に製造することができる。そしてその結果、安定的に洗浄対象を洗浄することができる。

また、第１気体せん断部２１の内部表面（内腔表面）には、溝が設けられていることが好ましい。また、上記溝の数は特に限定されないが、２本以上設けられていることが好ましい。また、上記溝は、第１気体せん断部２１の内部表面上に形成され、かつ凹形状を有するものであればよく、その形状は特に限定されない。例えば、上記溝は、深さ略０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ、幅略０．８ｍｍ以内であることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部２１内の液体と窒素との混合物の旋回乱流の発生を制御することができるので、多くの微細な窒素マイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くの窒素ナノバブルを発生させることができる。

また、上記第１気体せん断部２１へは、配管１０を介して液体が供給され、配管７０を介して窒素マイクロバブル含有水が吐出されている。このとき、上記液体を第１気体せん断部２１へ供給する配管の内腔の横断面の面積は、窒素マイクロバブル含有水を吐出する配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。上記構成によれば、窒素マイクロバブル含有水の吐出圧力を高めることができるので、安定的に窒素マイクロバブルを発生させることができる。

〔２−２：第２気体せん断工程〕
第２気体せん断工程では、上記第１気体せん断工程にて作製された窒素マイクロバブル含有水から窒素ナノバブル含有水が作製される。更に詳細には、上記第１気体せん断部２１によって作製された窒素マイクロバブル含有水を、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４にて更にせん断して、これによって、窒素ナノバブル含有水を作製している。

図１に示すように第２気体せん断工程では、上記気液混合循環ポンプ２０によって、窒素マイクロバブル含有水が第１気体せん断部２１から第２気体せん断部２２へ、さらには第３気体せん断部４へ圧送される。窒素マイクロバブル含有水が第１気体せん断部２１から第２気体せん断部２２へ、さらには第３気体せん断部４へと配管を介して圧送される場合には、窒素マイクロバブル含有水が圧送される方向に向かって、徐々にまたは段階的に配管の直径が小さくなることが好ましい。上記構成によれば、窒素マイクロバブル含有水をより高速で流体運動しながら竜巻状に細くすることができる。換言すれば、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることができる。その結果、窒素マイクロバブルから窒素ナノバブルを効率よく発生させることができるとともに、窒素ナノバブル含有水中に超高温の極限反応場を形成することができる。

上記極限反応場が形成されると、窒素ナノバブル含有水が局部的に高温高圧状態となり、当該局所にて不安定なフリーラジカルができるとともに、同時に熱が発生される。フリーラジカルは不対電子を有する原子または分子であって、他の原子または分子から電子を奪い取って安定化しようとする。それゆえ、フリーラジカルを含むナノバブル含有水は、強い酸化力を示すことになる。

また、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４は、ステンレス、プラスチック、または樹脂によって形成されていることが好ましい。上記材料の中では、ステンレスによって形成されていることが最も好ましい。

また、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４の内腔の横断面の形状は、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。上記構成によれば、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４の内部表面の抵抗（摩擦）が小さいので、窒素マイクロバブル含有水を高速旋回させることができるとともに、窒素マイクロバブル含有水を効率良くせん断することができ、その結果、多くの窒素ナノバブルを発生させることができる。

また、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４の内部表面には、孔が開いていることが好ましい。上記孔の開口の直径は特に限定されないが、４ｍｍ〜９ｍｍであることが好ましい。上記構成によれば、上記第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４の内部におけるバブル含有水の旋回運動を制御することができる。つまり、上記構成によれば、上記第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４の内部の旋回乱流の発生を制御することができる。その結果、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４によって、安定に窒素ナノバブルを発生させることができる。

また、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４のバブル含有水の吐出口の口径は特に限定されないが、４ｍｍ〜９ｍｍであることが好ましい。上記構成によれば、バブル含有水の吐出圧を上げることができる。

なお、上述した気液混合循環ポンプ２０、第１気体せん断部２１、第２気体せん断部２２および第３気体せん断部４の具体的な構成としては、市販のものを用いることが可能である。各々の構成としては特に限定しないが、例えば、株式会社 協和機設社製のバビダスＨＹＫ型を用いることが可能である。

次いで、第１活性化部２８（第１活性化手段）について説明する。

本実施の形態の洗浄装置では、上記第２気体せん断部２２から吐出された窒素ナノバブル含有水は、第１活性化部２８に導入される。上記第１活性化部２８では、上記第２気体せん断部２２にて製造された窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける。その結果、窒素ナノバブル含有水に対して磁気活水としての活性（磁気活性）を付与することができる。

以下に、第１活性化部２８の具体的な構成について説明する。

上記第１活性化部２８は、第２気体せん断部２２にて製造された窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることができるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、図１に示すように、上記第１活性化部２８は、フランジ２３およびフランジ２９に挟まれるように設けられ得る。図１に示すように、フランジ２３は配管７０の端部に接続されており、フランジ２９は配管３０の端部に接続されている。そして、上記フランジ２３とフランジ２９との間に上記第１活性化部２８が設けられ得る。

上記第１活性化部２８は、窒素ナノバブル含有水を通過させるための流路２７（第１流路）を有している。そして、当該流路２７の少なくとも一部は、磁石のＳ極として機能する領域と磁石のＮ極として機能する領域によって挟まれており、これによって、上記流路２７中を通過する窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることが可能になる。

上記流路２７の横断面の形状は特に限定されず適宜設定することができる。上記流路２７の横断面の形状としては、例えば、対向する少なくとも１対の面を有するもの（例えば、正方形または長方形など）であることが好ましい。なお、上記流路２７の横断面の形状が例えば正方形または長方形である場合には、上記流路２７の立体的な形状は、略平板状になることが好ましい。

一例として、図７に、横断面の形状が長方形である流路２７を有する第１活性化部２８の断面図を示す。図７に示すように、流路２７は、互いに対向する面８２（第１面）および面８３（第２面）を有している。そして、上記面８２の側には磁石のＳ極２４が配置されており、上記面８３の側には磁石のＮ極２５が配置されている。そして、上記Ｓ極２４とＮ極２５との間で磁場が形成され、当該磁場の中を窒素ナノバブル含有水が通過する。換言すれば、図１に示すように、上記Ｓ極２４とＮ極２５との間で形成される磁力線２６の中をバブル含有水が通過する。そして、磁場の中を通過することによって、窒素ナノバブル含有水に磁気活性が付与される。

つまり、磁力線２６の中を窒素ナノバブル含有水が通過すると、微弱な電流が発生する。そして、微弱な電流の作用によって水分子同士の結合が崩れ、その結果、クラスター（分子のかたまり）が細分化する。クラスターが細分化された水は、当該クラスターのすき間に酸素を吸収する作用が高いので、外気から大量の酸素を吸収して溶存酸素濃度が高くなる。それと同時に、微弱な電流の作用により、窒素ナノバブル含有水中にラジカルを発生させることが可能になる。その結果、窒素ナノバブル含有水に磁気活性を付与すれば、当該液体中に活性酸素を発生させることが可能になる。したがって、磁気活性を有する窒素ナノバブル含有水は、ナノバブルに由来するフリーラジカルの酸化能力と、上記磁気活水に由来する反応場の活性化に由来する酸化能力の両方を備えることが可能になり、当該強力な酸化能力によって、洗浄対象３を確実に洗浄することができるとともに、窒素ナノバブル含有水中に含まれる有機物等を分解・除去することができる。

上記面８２と上記面８３との間の距離は特に限定されず、適宜設定することができる。例えば、上記面８２と上記面８３との間の距離は、３０ｍｍ以下であることが好ましい。上記構成によれば、窒素ナノバブル含有水に対して効率よく磁気活性を付与することができる。

また、上記流路２７内の磁束密度（残留磁束密度）は、３５０ミリテスラ（３５００ガウス以上であることが好ましく、４５０ミリテスラ以上であることが、より好ましい。

また、上記面８２の側に配置される磁石のＳ極２４の数、および上記面８３の側に配置される磁石のＮ極２５の数も特に限定されず、適宜設定することができる。例えば、図１に示すように、Ｓ極２４およびＮ極２５を各々３つずつ配置することができるが、これに限定されない。

なお、上記第１活性化部２８としては、例えば、株式会社ビー・シー・オー製のＢＫ型を用いることも可能であるが、これに限定されない。

本実施の形態の入浴装置では、第１活性化部２８を通過した窒素ナノバブル含有水は、更に配管３０を介して第３気体せん断部４に導入される。上述したように、当該第３気体せん断部４では、窒素ナノバブルが更にせん断される。その結果、窒素ナノバブル含有水中の窒素ナノバブルのサイズを更に小さくするとともに、含有される窒素ナノバブルの量を多くすることができる。第３気体せん断部４としては、第２気体せん断部２２と同じ構成を用いることが可能である。なお、第２気体せん断部２２の詳細については既に説明したので、第３気体せん断部４に関しては、ここではその説明を省略する。

本実施の形態の入浴装置では、第３気体せん断部４にて製造された窒素ナノバブル含有水は、矢印１５に示すように槽１内に吐出される。そして、当該窒素ナノバブル含有水によって、槽１内の洗浄対象３が洗浄される。

また、槽１内に吐出された窒素ナノバブル含有水は洗浄に用いられるとともに、再びナノバブル発生部５７に取り込まれて新たに窒素ナノバブル含有水を製造するための材料として用いられるか、あるいは、異物除去部に取り込まれて含有する異物が除去される。

以下に、異物除去部について説明する。

〔３．異物除去部〕
本実施の形態の洗浄装置では、上記槽１は、例えば配管９、配管４４および配管５０を介して異物除去部（異物除去手段）に接続されており、上記槽１内の窒素ナノバブル含有水は、上記配管群を介して上記異物除去部に導入される。そして、当該異除去部では、窒素ナノバブル含有水中に含まれる様々な異物（例えば、洗浄対象３由来の異物）が除去される。例えば、槽１内の窒素ナノバブル含有水のＴＯＣ濃度が、所望の水質に到達していない場合、槽１内の窒素ナノバブル含有水が上記異物除去部に導入されて異物が除去される。異物が除去された後の窒素ナノバブル含有水は、配管５３を介して再び槽１内に導入さえるか、または、配管７１を介して廃水処理設備または再利用設備に導入される。以下に各構成について説明する。

上記異物除去部は窒素ナノバブル含有水に含まれる異物を除去することができるものであればよく、特に限定されない。上記異物除去部としては、例えば、急速ろ過機、活性炭吸着塔、イオン交換樹脂塔またはキレート樹脂塔を用いることが好ましい。なお、図１には、異物除去部として急速ろ過機４５および活性炭吸着塔５２を用いる洗浄装置を示しているが、異物除去部は、これらに限定されない。

上記活性炭吸着塔５２には、やしがら等の活性炭が充填されていることが好ましい。上記構成によれば、窒素ナノバブル含有水中のＴＯＣ成分を吸着除去することができる。また、窒素ナノバブル含有水中のナノバブルは、液体中に１ヶ月以上存在することが可能である。したがって、ナノバブルは活性炭の小孔にまで入りこんで、ナノバブルが有するフリーラジカルの作用によって、活性炭が吸着したＴＯＣ成分を酸化分解することができる。その結果、活性炭が有する吸着作用が低下することを防止することができる。

上記配管９には、ポンプ１１が備えられており、当該ポンプ１１の駆動を制御することによって、異物除去部に対して窒素ナノバブル含有水を供給するか否かを制御することができる。なお、上記ポンプ１１としては特に限定されず、適宜公知のポンプを用いることができる。

また、異物除去部に対して窒素ナノバブル含有水を供給するか否かは、バルブ４２、バルブ４３、バルブ４６、バルブ４７、バルブ４８およびバルブ５１によっても制御され得る。なお、これらのバルブは、信号線７を介してシーケンサー６３によって制御され得る。

上記シーケンサー６３は、信号線７を介してＴＯＣ調節計８に接続されている。上記ＴＯＣ調節計８は、ＴＯＣ計（全有機炭素計）５によって測定された槽１内の液体のＴＯＣ濃度を上記シーケンサー６３に送り、当該値に基づいて、上記シーケンサー６３はバルブの開閉を調節する。なお、図１に示すように、上記シーケンサー６３は、ポンプ１１の駆動、電動ニードルバルブ３１の開閉、および気液混合循環ポンプ２０の出力、バルブ６４の開閉も制御することができる。

例えば、上記シーケンサー６３によって、槽１内の液体の汚染が進んでいる（例えば、ＴＯＣ濃度が高い）と判断された場合、シーケンサー６３は、バルブ４３、バルブ４７、バルブ５１を開くとともに、バルブ４８およびバルブ４６を閉じる。これによって、窒素ナノバブル含有水は、まず急速ろ過機４５に導入された後、続いて活性炭吸着塔５２に導入される。そして、これによって、窒素ナノバブル含有水中の異物が除去される。また、このときバルブ４２を開いておけば、異物が除去された窒素ナノバブル含有水は再び槽１内に導入されて、洗浄対象３の洗浄に用いられる。

また、急速ろ過機４５に異物が堆積した場合（例えば、所定の使用期間が経過した後）、上記シーケンサー６３は、バルブ４６およびバルブ４８を開くとともに、バルブ４３およびバルブ４７を閉じる。上記構成によれば、急速ろ過機４５内に蓄積した異物を洗浄水とともに除去することができる。そして、急速ろ過機４５から排出された洗浄水は、配管７１を介して廃水処理設備または再利用設備に導入されて、当該設備において異物が目的に応じて処理されることになる。

また、上記配管９には、槽１と異物除去部との間に第３活性化部１７が設けられていることが好ましい。上記第３活性化部１７の構成としては、基本的には上述した第１活性化部２８と同じ構成を用いることができる。

上記第３活性化部１７は、槽１から第３活性化部１７へ導入された窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることができるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、図１に示すように、上記第３活性化部１７は、フランジ１２およびフランジ１８に挟まれるように設けられ得る。図１に示すように、フランジ１２は配管９の端部に接続されており、フランジ１８は配管４４の端部に接続されている。そして、上記フランジ１２とフランジ１８との間に上記第１活性化部２８が設けられ得る。

上記第３活性化部１７は、窒素ナノバブル含有水を通過させるための流路１６（第３流路）を有している。そして、当該流路１６の少なくとも一部は、磁石のＳ極として機能する領域と磁石のＮ極として機能する領域によって挟まれており、これによって、上記流路１６中を通過する窒素ナノバブル含有水に磁場をかけることが可能になる。

上記流路１６の横断面の形状は特に限定されず適宜設定することができる。上記流路１６の横断面の形状としては、例えば、対向する少なくとも１対の面を有するもの（例えば、正方形または長方形など）であることが好ましい。なお、上記流路１６の横断面の形状が例えば正方形または長方形である場合には、上記流路１６の立体的な形状は、略平板状になることが好ましい。

一例として、図７に、横断面の形状が長方形である流路１６を有する第３活性化部１７の断面図を示す。図７に示すように、流路１６は、互いに対向する面８４（第５面）および面８５（第６面）を有している。そして、上記面８４の側には磁石のＳ極１３が配置されており、上記面８５の側には磁石のＮ極１４が配置されている。そして、上記Ｓ極１３とＮ極１４との間で磁場が形成され、当該磁場の中を窒素ナノバブル含有水が通過する。換言すれば、図１に示すように、上記Ｓ極１３とＮ極１４との間で形成される磁力線１５の中をバブル含有水が通過する。そして、磁場の中を通過することによって、窒素ナノバブル含有水に磁気活性が付与される。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図２に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の洗浄装置では、実施の形態１におけるＴＯＣ計５およびＴＯＣ調節計８のかわりに、ＣＯＤ計６５およびＣＯＤ調節計６６を用いている。つまり、本実施の形態の洗浄装置では、槽１内の水質をＣＯＤ計６５によって測定している。

上記ＣＯＤ計６５としては特に限定されず、適宜公知のＣＯＤ計を用いることが可能である。また、上記ＣＯＤ調節計６６は、ＣＯＤ計６５によって測定されたＣＯＤ値をシーケンサー６３に入力し得るものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。

水質の測定は、ＴＯＣ計またはＣＯＤ計等によって測定することがある。したがって、槽１内に溶解している成分に応じて、ＴＯＣ計またはＣＯＤ計を使い別ければよい。ＣＯＤ計は、ＴＯＣ計と比較してコストが低い。したがって、本実施の形態の洗浄装置であれば、実施の形態１の洗浄装置よりも製造コストを低くすることができる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について、図３に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の洗浄装置では、実施の形態１におけるＴＯＣ計５およびＴＯＣ調節計８のかわりに、濁度計４９および濁度調節計６７を用いている。つまり、本実施の形態の洗浄装置では、槽１内の水質を濁度計４９によって測定している。

上記濁度計４９としては特に限定されず、適宜公知の濁度計を用いることが可能である。また、上記濁度調節計６７は、濁度計４９によって測定された濁度をシーケンサー６３に入力し得るものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。

水質の測定は、ＴＯＣ計または濁度計等によって測定することがある。したがって、槽１内に溶解している成分に応じて、ＴＯＣ計または濁度計を使い別ければよい。濁度計は、ＴＯＣ計と比較してコストが低い。したがって、本実施の形態の洗浄装置であれば、実施の形態１の洗浄装置よりも製造コストを低くすることができる。

〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について、図４に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の洗浄装置では、実施の形態１におけるＴＯＣ計５およびＴＯＣ調節計８のかわりに、比抵抗計６０および比抵抗調節計６１を用いている。つまり、本実施の形態の洗浄装置では、槽１内の水質を比抵抗計６０によって測定している。

上記比抵抗計６０としては特に限定されず、適宜公知の比抵抗計を用いることが可能である。また、上記比抵抗調節計６１は、比抵抗計６０によって測定された比抵抗をシーケンサー６３に入力し得るものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。

水質の測定は、ＴＯＣ計または比抵抗計等によって測定することがある。したがって、槽１内に溶解している成分に応じて、ＴＯＣ計または比抵抗計を使い別ければよい。なお、水質が一般に良い場合には比抵抗計を用いることが好ましい。比抵抗計は、ＴＯＣ計と比較してコストが低い。したがって、本実施の形態の洗浄装置であれば、実施の形態１の洗浄装置よりも製造コストを低くすることができる。

〔実施の形態５〕
本発明の他の実施の形態について、図５に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の洗浄装置では、複数の第３気体せん断部４が設けられている。上記第３気体せん断部４の数としては特に限定されず、必要に応じて適宜設定することができる。また、第３気体せん断部４の数は、多いほど好ましい。

本実施の形態の洗浄装置では、複数の第３気体せん断部４が設けられているので、洗浄対象３に対して、様々な角度から窒素ナノバブル含有水を吐出することができる。その結果、効率良く、かつ精度良く洗浄対象３を洗浄することができる。なお、第３体せん断部４の数が多いほど、槽１内の窒素ナノバブルの数が増加するので、洗浄対象３の洗浄効率が向上するとともに、短時間の洗浄を可能とする。

〔実施の形態６〕
本発明の他の実施の形態について、図６に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の洗浄装置では、槽１内に超音波発生器５９が設けられている。

上記超音波発生器５９は、洗浄対象３、および槽１内の窒素ナノバブル含有水に対して超音波をかけることができるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上記超音波発生器５９としては、適宜公知の超音波発生器を用いることが可能である。

本実施の形態の洗浄装置では、上記超音波によって窒素ナノバブル含有水に超音波をかけることができるので、窒素ナノバブルのサイズを均一化することができる。その結果、窒素ナノバブルと洗浄対象３との接触が、より密になるので、洗浄対象３の洗浄効率を向上させることができる。

〔１．洗浄装置の作製〕
図１に基づいて、洗浄装置を作製した。当該洗浄装置では、槽１の容量を２ｍ^３とし、２．２ｋｗの電動機からなる気液混合循環ポンプ２０を含むナノバブル発生部５７を用いた。より具体的には、気液混合循環ポンプ２０、第１気体せん断部２１、第２気体せん断部２２、第３気体せん断部４、および電動ニードルバルブ３１を含むナノバブル発生機（株式会社協和機設製のＨＹＫ型）を、ナノバブル発生部５７として用いた。

また、第１活性化部２８および第３活性化部１７としては、全長８００ｍｍ、横幅１６０ｍｍ、縦幅３１０ｍｍのものを用いた。また、第２活性化部３９としては、全長７０ｍｍ、横幅２０ｍｍ、縦幅３０ｍｍのものを用いた。なお、具体的に上記活性化部としては、株式会社ビー・シー・オー製のＢＫ型を用いた。

また、急速ろ過機４５の容量を０．５ｍ^３、活性炭吸着塔５２の容量を１．２ｍ^３とした。

槽１に純水を給水して、槽1の準備をした。そして機械油が付着したステンレス製の洗浄対象３を槽１内に投入して、洗浄装置を運転した。

洗浄装置を約３時間運転後、ステンレス製の洗浄対象３の表面の機械油をノルマルヘキサンを用いて洗浄して洗いとり、さらに当該洗浄液からノルマルヘキサンを蒸発させて、機械油量を得た。当該機械油の重量を測定し、洗浄による機械油除去率を算出したところ、除去率は９８％であった。

〔２．洗浄装置によって製造される窒素ナノバブル含有水〕
上記洗浄装置によって製造される窒素ナノバブル含有水中に含まれるナノバブルおよび硝酸イオンの量を測定するとともに、当該窒素ナノバブル含有水の磁気活水としての特性を検討した。

以上のように、本発明の洗浄装置によって多量のナノバブルと硝酸イオンが製造されることが明らかになった。また、本発明の洗浄装置によって製造される窒素ナノバブル含有水は、磁気活水としての特性を有していることが明らかになった。

本発明は、半導体製造装置などに代表される洗浄工程を必要とする各種装置やその部品を製造する分野に利用することができる。また、本発明は、用水処理装置、排水処理装置、浴槽等に広く利用することができる。

本発明における洗浄装置の実施の一形態を示す模式図である。 本発明における洗浄装置の他の実施の形態を示す模式図である。 本発明における洗浄装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。 本発明における洗浄装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。 本発明における洗浄装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。 本発明における洗浄装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。 上記洗浄装置における活性化部の断面図である。

符号の説明

１ 槽
３ 洗浄対象
４ 第３気体せん断部
５ ＴＯＣ計
６ バルブ
７ 信号線
８ ＴＯＣ調節計
９・１０・３０・３２・４０・４４・５０・５３・５４・７０・７１ 配管
１１ ポンプ
１２・１８・２３・２９・３３・３８ フランジ
１３・２４・３４ Ｓ極
１４・２５・３５ Ｎ極
１５・２６・３７ 磁力線
１６ 流路（第３流路）
１７ 第３活性化部（第３活性化手段）
２０ 気液混合循環ポンプ
２１ 第１気体せん断部
２２ 第２気体せん断部
２７ 流路（第１流路）
２８ 第１活性化部（第１活性化手段）
３１ 電動ニードルバルブ
３６ 流路（第２流路）
３９ 第２活性化部（第２活性化手段）
４１ 窒素ガスボンベ
４２・４３・４６・４７・４８・５１・６４ バルブ
４５ 急速ろ過機（第１異物除去手段）
４９ 濁度計
５２ 活性炭吸着塔（第２異物除去手段）
５６ 洗浄装置
５７ ナノバブル発生部
５９ 超音波発生器
６０ 比抵抗計
６１ 比抵抗調節計
６３ シーケンサー（制御手段）
６５ ＣＯＤ計
６６ ＣＯＤ調節計
６７ 濁度調節計
８０ 面（第３面）
８１ 面（第４面）
８２ 面（第１面）
８３ 面（第２面）
８４ 面（第５面）
８５ 面（第６面）

Claims (24)

1. 液体と窒素とを混合およびせん断して窒素マイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、
   前記窒素マイクロバブル含有水を更にせん断して窒素ナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、
   前記窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける第１活性化手段と、
   前記磁場がかけられた後の窒素ナノバブル含有水を更にせん断する第３気体せん断部と、
   前記第３気体せん断部によって更にせん断された窒素ナノバブル含有水が吐出される槽と、を有することを特徴とする洗浄装置。
2. 前記第１活性化手段は、前記窒素ナノバブル含有水を通過させるための第１流路を有し、
   前記第１流路は、磁石のＳ極として機能する第１面と磁石のＮ極として機能する第２面とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記第１気体せん断部に供給される前の窒素に対して磁場をかける第２活性化手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の洗浄装置。
4. 前記第２活性化手段は、前記窒素を通過させるための第２流路を有し、
   前記第２流路は、磁石のＳ極として機能する第３面と磁石のＮ極として機能する第４面とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の洗浄装置。
5. 前記槽内の前記窒素ナノバブル含有水の全有機炭素を測定するためのＴＯＣ計と、
   前記ＴＯＣ計の測定結果に基づいて、前記第１気体せん断部に供給する前記液体の量、前記第１気体せん断部に前記液体を供給するタイミング、前記第１気体せん断部に供給する窒素の量、および、前記第１気体せん断部に窒素を供給するタイミングを調節する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の洗浄装置。
6. 前記ＴＯＣ計は、ＣＯＤ計、濁度計、または比抵抗計であることを特徴とする請求項５に記載の洗浄装置。
7. 前記制御手段は、前記第１気体せん断部に対して前記液体を供給しはじめてから６０秒経過した後に、前記第１気体せん断部に対する前記窒素の供給を開始するものであることを特徴とする請求項５または６に記載の洗浄装置。
8. 前記制御手段は、前記第１気体せん断部に対して前記液体を毎分１．５リットル〜毎分１２０リットルにて供給するとともに、前記第１気体せん断部に対して前記窒素を毎分０．３リットル〜１．５リットルにて供給するものであることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の洗浄装置。
9. 前記層には、異物除去手段が連結されており、
   前記槽内の窒素ナノバブル含有水は、前記異物除去手段に送られて更に異物が除去されることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の洗浄装置。
10. 前記異物除去手段は、急速ろ過機、活性炭吸着塔、イオン交換樹脂塔およびキレート樹脂塔からなる群より選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項９に記載の洗浄装置。
11. 前記異物除去手段に供給される前記窒素ナノバブル含有水に対して磁場をかける第３活性化手段を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の洗浄装置。
12. 前記第３活性化手段は、前記窒素ナノバブル含有水を通過させるための第３流路を有し、
    前記第３流路は、磁石のＳ極として機能する第５面と磁石のＮ極として機能する第６面とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の洗浄装置。
13. 前記第３気体せん断部が複数設けられていることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の洗浄装置。
14. 前記槽には、当該槽内の前記窒素ナノバブル含有水に対して超音波をかける超音波発生手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の洗浄装置。
15. 前記槽には、前記槽内の窒素ナノバブル含有水の表層を吸引して除去するための吸引手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の洗浄装置。
16. 前記液体は、前記槽内に蓄えられている前記窒素ナノバブル含有水であることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の洗浄装置。
17. 前記第１気体せん断部の内部の横断面は楕円形または真円形であるとともに、前記第１気体せん断部の内部は鏡面仕上げによって加工されていることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の洗浄装置。
18. 前記第１気体せん断部における前記窒素マイクロバブル含有水の吐出口の口径は、前記第１気体せん断部における前記液体の取り込み口の口径の５０％〜８０％であることを特徴とする請求項１７に記載の洗浄装置。
19. 前記第１気体せん断部の内部の表面には、２本以上の溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の洗浄装置。
20. 前記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１９の何れか１項に記載の洗浄装置。
21. 前記第１気体せん断部は、ステンレス、プラスチック、または樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の洗浄装置。
22. 前記第２気体せん断部の内部の横断面は楕円形または真円形であるとともに、前記第２気体せん断部の内部の表面には小孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜２１の何れか１項に記載の洗浄装置。
23. 前記第３気体せん断部の内部の横断面は楕円形または真円形であるとともに、前記第３気体せん断部の内部の表面には小孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜２２の何れか１項に記載の洗浄装置。
24. 洗浄対象を、硝酸イオンおよび窒素ナノバブルを含有する磁気活水によって洗浄する工程を有することを特徴とする洗浄方法。

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