JP2021074709A - ウルトラファインバブル含有液製造装置及びウルトラファインバブル含有液製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の気体のウルトラファインバブル含有液を効率的に生成すること。【解決手段】ウルトラファインバブル含有液製造装置２０００は、液体Ｗに所定の気体Ｇを溶解させるための気体溶解部８００と、所定の気体Ｇが溶解された液体Ｗ中にウルトラファインバブルを生成するためのＵＦＢ生成部１０００とを備える。ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００を経由する循環経路において溶解部８００を動作させるときは第１の条件に従った制御を行う。一方、ＵＦＢ生成部１０００を経由する循環経路においてＵＦＢ生成部１０００を動作させるときは第１の条件とは異なる第２の条件に従った制御を行う。【選択図】図１２

Description

本発明は、ウルトラファインバブル含有液製造装置及びウルトラファインバブル含有液製造方法に関する。

近年、直径がマイクロメートルサイズのマイクロバブル、および直径がナノメートルサイズのナノバブル等の微細なバブルの特性を応用する技術が開発されてきている。特に、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブル（Ultra Fine Bubble；以下、「ＵＦＢ」ともいう）については、その有用性が様々な分野において確認されている。

特許文献１には、液体中に所望の気体を加圧溶解する加圧溶解部と、液体をノズルから噴出させて微細なバブルを生成するファインバブル生成部とを、同一の液体循環経路内に設け、所望の気体のファインバブルを高濃度に生成する装置が開示されている。

特許第６１０４２０１号公報

特許文献１の構成では、所望の気体の溶解とファインバブルの生成とは、同じ循環経路において、同時に並行して行われる。即ち、液体の流速や圧力のような循環条件は、加圧溶解工程においてもファインバブルの生成工程においても同じである。しかしながら、液体に所望の気体を溶解させるために好ましい循環条件と、ファインバブルを生成するのに好ましい循環条件とは、必ずしも等しい訳ではない。またこのような好ましい循環条件は、使用する液体や気体の組み合わせによって、それぞれが独立に変化する。このため、特許文献１の構成においては、所望の気体のファインバブル含有液を、必ずしも効率的に生成できない状況であった。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、所望の気体のウルトラファインバブル含有液を効率的に生成することである。

そのために本発明は、液体に所定の気体を溶解させるための溶解手段と、前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成手段と、前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を含む液体の循環経路において、液体の循環を制御する循環制御手段と、を備えるウルトラファインバブル含有液製造装置であって、前記循環制御手段は、前記溶解手段を経由する循環経路において前記溶解手段を動作させるときは、循環する液体の状態を定める第１の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を経由する循環経路において前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第１の条件とは異なる第２の条件に従って液体を循環させることを特徴とする。

本発明によれば、所望の気体のウルトラファインバブル含有液を効率的に生成することができる。

ＵＦＢ生成装置の一例を示す図である。 前処理ユニットの概略構成図である。 溶解ユニットの概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。 Ｔ−ＵＦＢ生成ユニットの概略構成図である。 発熱素子の詳細を説明するための図である。 発熱素子における膜沸騰の様子を説明するための図である。 膜沸騰泡の膨張に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 膜沸騰泡の収縮に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 液体の再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 膜沸騰で生成される泡の消泡時の衝撃波によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 後処理ユニットの構成例を示す図である。 第１の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 ＵＦＢ含有液製造装置における制御構成を示すブロック図である。 第１の実施形態のＵＦＢ含有液製造工程を説明するフローチャートである。 第２の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 第２の実施形態のＵＦＢ含有液製造工程を説明するフローチャートである。 第２の実施形態の変形例を説明するフローチャートである。 第３の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 第３の実施形態のＵＦＢ含有液製造工程を説明するフローチャートである。 第４の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 第４の実施形態のＵＦＢ含有液製造工程を説明するフローチャートである。 第４の実施形態の変形例を説明するフローチャートである。 第５の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 第６の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 第６の実施形態のＵＦＢ含有液製造工程を説明するフローチャートである。 第６の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の変形例を説明する概略構成図である。 第７の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置の概略構成図である。 第７の実施形態のＵＦＢ含有液製造工程を説明するフローチャートである。

＜＜ＵＦＢ生成装置の概略構成例＞＞
図１は、本発明に適用可能なＵＦＢ生成装置の概略構成図である。ＵＦＢ生成装置１は、前処理ユニット１００、溶解ユニット２００、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び回収ユニット５００を含む。前処理ユニット１００に供給された水道水などの液体Ｗは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、Ｔ−ＵＦＢ含有液として回収ユニット５００で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。詳細は後述するが、本明細書では急激な発熱に伴う膜沸騰を利用して生成したＵＦＢをＴ−ＵＦＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ）と称す。

図２は、前処理ユニット１００の概略構成図である。前処理ユニット１００は、供給された液体Ｗに対し脱気処理を行う。前処理ユニット１００は、主に、脱器容器１０１、シャワーヘッド１０２、減圧ポンプ１０３、液体導入路１０４、液体循環路１０５、液体導出路１０６を有する。例えば水道水のような液体Ｗは、バルブ１０９を介して、液体導入路１０４から脱気容器１０１に供給される。この際、脱気容器１０１に設けられたシャワーヘッド１０２が、液体Ｗを霧状にして脱気容器１０１内に噴霧する。シャワーヘッド１０２は、液体Ｗの気化を促すためのものであるが、気化促進効果を生み出す機構としては、遠心分離器なども代替可能である。

ある程度の液体Ｗが脱器容器１０１に貯留された後、全てのバルブを閉じた状態で減圧ポンプ１０３を作動させると、既に気化している気体成分が排出されるとともに、液体Ｗに溶解している気体成分の気化と排出も促される。この際、脱気容器１０１の内圧は、圧力計１０８を確認しながら数百〜数千Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ〜１０．０Ｔｏｒｒ）程度に減圧されればよい。脱気ユニット１００によって脱気される気体としては、例えば窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素などが含まれる。

以上説明した脱気処理は、液体循環路１０５を利用することにより、同じ液体Ｗに対して繰り返し行うことができる。具体的には、液体導入路１０４のバルブ１０９と液体導出路１０６のバルブ１１０を閉塞し、液体循環路１０５のバルブ１０７を開放した状態で、シャワーヘッド１０２を作動させる。これにより、脱気容器１０１に貯留され、脱気処理が一度行われた液体Ｗは、再びシャワーヘッド１０２を介して脱気容器１０１に噴霧される。更に、減圧ポンプ１０３を作動させることにより、シャワーヘッド１０２による気化処理と減圧ポンプ１０３による脱気処理が、同じ液体Ｗに対し重ねて行われることになる。そして、液体循環路１０５を利用した上記繰り返し処理を行う度に、液体Ｗに含まれる気体成分を段階的に減少させていくことができる。所望の純度に脱気された液体Ｗが得られると、バルブ１１０を開放することにより、液体Ｗは液体導出路１０６を経て溶解ユニット２００に送液される。

なお、図２では、気体部を低圧にして溶解物を気化させる脱気ユニット１００を示したが、溶解した液体を脱気させる方法はこれに限らない。例えば、液体Ｗを煮沸して溶解物を気化させる加熱煮沸法を採用してもよいし、中空糸を用いて液体と気体の界面を増大させる膜脱気方法を採用してもよい。中空糸を用いた脱気モジュールとしては、ＳＥＰＡＲＥＬシリーズ（大日本インキ社製）が市販されている。これは、中空糸膜の原料にポリ４−メチルペンテン−１（ＰＭＰ）を用いて、主にピエゾヘッド向けに供給するインクなどから気泡を脱気する目的で使用されている。更に、真空脱気法、加熱煮沸法、及び膜脱気方法の２つ以上を併用してもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）は、溶解ユニット２００の概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。溶解ユニット２００は、前処理ユニット１００より供給された液体Ｗに対し所望の気体を溶解させるユニットである。溶解ユニット２００は、主に、溶解容器２０１、回転板２０２が取り付けられた回転シャフト２０３、液体導入路２０４、気体導入路２０５、液体導出路２０６、及び加圧ポンプ２０７を有する。

前処理ユニット１００より供給された液体Ｗは、液体導入路２０４より、溶解容器２０１に供給され貯留される。一方、気体Ｇは気体導入路２０５より溶解容器２０１に供給される。

所定量の液体Ｗと気体Ｇが溶解容器２０１に貯留されると、加圧ポンプ２０７を作動し溶解容器２０１の内圧を０．５Ｍｐａ程度まで上昇させる。加圧ポンプ２０７と溶解容器２０１の間には安全弁２０８が配されている。また、回転シャフト２０３を介して液中の回転板２０２を回転させることにより、溶解容器２０１に供給された気体Ｇを気泡化し、液体Ｗとの接触面積を大きくし、液体Ｗ中への溶解を促進する。そしてこのような作業を、気体Ｇの溶解度がほぼ最大飽和溶解度に達するまで継続する。この際、可能な限り多くの気体を溶解させるために、液体の温度を低下させる手段を配してもよい。また、難溶解性の気体の場合は、溶解容器２０１の内圧を０．５ＭＰａ以上に上げる事も可能である。その場合は、安全面から容器の材料などを最適にする必要がある。

気体Ｇの成分が所望の濃度で溶解された液体Ｗが得られると、液体Ｗは液体導出路２０６を経由して排出され、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００に供給される。この際、背圧弁２０９は、供給時の圧力が必要以上に高くならないように液体Ｗの流圧を調整する。

図３（ｂ）は、溶解容器２０１で混入された気体Ｇが溶解していく様子を模式的に示す図である。液体Ｗ中に混入された気体Ｇの成分を含む気泡２は、液体Ｗに接触している部分から溶解する。このため、気泡２は徐々に収縮し、気泡２の周囲には気体溶解液体３が存在する状態となる。気泡２には浮力が作用するため、気泡２は気体溶解液体３の中心から外れた位置に移動したり、気体溶解液体３から分離して残存気泡４となったりする。すなわち、液体導出路２０６を介してＴ−ＵＦＢ生成ユニット３００に供給される液体Ｗには、気体溶解液体３が気泡２を囲った状態のものや、気体溶解液体３と気泡２が互いに分離した状態のものが混在している。

なお、図において気体溶解液体３とは、「液体Ｗ中において、混入された気体Ｇの溶解濃度が比較的高い領域」を意味している。実際に液体Ｗに溶解している気体成分においては、気泡２の周囲や、気泡２と分離した状態であっても領域の中心で濃度が最も高く、その位置から離れるほど気体成分の濃度は連続的に低くなる。すなわち、図３（ｂ）では説明のために気体溶解液体３の領域を破線で囲っているが、実際にはこのような明確な境界が存在するわけではない。また、本実施形態においては、完全に溶解しない気体が、気泡の状態で液体中に存在しても許容される。

図４は、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００の概略構成図である。Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００は、主に、チャンバー３０１、液体導入路３０２、液体導出路３０３を備え、液体導入路３０２からチャンバー３０１内を経て液体導出路３０３に向かう流れが、不図示の流動ポンプによって形成されている。流動ポンプとしては、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ、スクリューポンプなど各種ポンプを採用することができる。液体導入路３０２から導入される液体Ｗには、溶解ユニット２００によって混入された気体Ｇの気体溶解液体３が混在している。

チャンバー３０１の底面には発熱素子１０が設けられた素子基板１２が配されている。発熱素子１０に所定の電圧パルスが印加されることにより、発熱素子１０に接触する領域に膜沸騰により生じる泡１３（以下、膜沸騰泡１３ともいう）が発生する。そして、膜沸騰泡１３の膨張や収縮に伴って気体Ｇを含有するウルトラファインバブル（ＵＦＢ１１）が生成される。その結果、液体導出路３０３からは多数のＵＦＢ１１が含まれたＵＦＢ含有液Ｗが導出される。

図５（ａ）及び（ｂ）は、発熱素子１０の詳細構造を示す図である。図５（ａ）は発熱素子１０の近傍、同図（ｂ）は発熱素子１０を含むより広い領域の素子基板１２の断面図をそれぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、素子基板１２は、シリコン基板３０４の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜３０５と、蓄熱層を兼ねる層間膜３０６と、が積層されている。層間膜３０６としては、ＳｉＯ₂膜、または、ＳｉＮ膜を用いることができる。層間膜３０６の表面には抵抗層３０７が形成され、その抵抗層３０７の表面に、配線３０８が部分的に形成されている。配線３０８としては、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、またはＡｌ−ＣｕなどのＡｌ合金配線を用いることができる。これらの配線３０８、抵抗層３０７、及び、層間膜３０６の表面には、ＳｉＯ₂膜、またはＳｉ₃Ｎ₄膜から成る保護層３０９が形成されている。

保護層３０９の表面において、結果的に発熱素子１０となる熱作用部３１１に対応する部分、及び、その周囲には、抵抗層３０７の発熱に伴う化学的、及び物理的な衝撃から保護層３０９を保護するための耐キャビテーション膜３１０が形成されている。抵抗層３０７の表面において、配線３０８が形成されていない領域は、抵抗層３０７が発熱する熱作用部３１１である。配線３０８が形成されていない抵抗層３０７の発熱部分は、発熱素子（ヒータ）１０として機能する。このように素子基板１２における層は、半導体の製造技術によってシリコン基板３０４の表面に順次に形成され、これにより、シリコン基板３０４に熱作用部３１１が備えられる。

なお、図に示す構成は一例であり、その他の各種構成が適用可能である。例えば、抵抗層３０７と配線３０８との積層順が逆の構成、及び抵抗層３０７の下面に電極を接続させる構成（所謂プラグ電極構成）が適用可能である。つまり、後述するように、熱作用部３１１により液体を加熱して、液体中に膜沸騰を生じさせることができる構成であればよい。

図５（ｂ）は、素子基板１２において、配線３０８に接続される回路を含む領域の断面図の一例である。Ｐ型導電体であるシリコン基板３０４の表層には、Ｎ型ウェル領域３２２、及び、Ｐ型ウェル領域３２３が部分的に備えられている。一般的なＭＯＳプロセスによるイオンインプランテーションなどの不純物の導入、及び拡散によって、Ｎ型ウェル領域３２２にＰ−ＭＯＳ３２０が形成され、Ｐ型ウェル領域３２３にＮ−ＭＯＳ３２１が形成される。

Ｐ−ＭＯＳ３２０は、Ｎ型ウェル領域３２２の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域３２５及びドレイン領域３２６と、ゲート配線３３５などから構成されている。ゲート配線３３５は、ソース領域３２５及びドレイン領域３２６を除くＮ型ウェル領域３２２の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。

Ｎ−ＭＯＳ３２１は、Ｐ型ウェル領域３２３の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域３２５及びドレイン領域３２６と、ゲート配線３３５などから構成されている。ゲート配線３３５は、ソース領域３２５及びドレイン領域３２６を除くＰ型ウェル領域３２３の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。ゲート配線３３５は、ＣＶＤ法により堆積された厚さ３０００Å〜５０００Åのポリシリコンからなる。これらのＰ−ＭＯＳ３２０及びＮ−ＭＯＳ３２１によって、Ｃ−ＭＯＳロジックが構成される。

Ｐ型ウェル領域３２３において、Ｎ−ＭＯＳ３２１と異なる部分には、電気熱変換素子（発熱抵抗素子）の駆動用のＮ−ＭＯＳトランジスタ３３０が形成されている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３０は、不純物の導入及び拡散などの工程によりＰ型ウェル領域３２３の表層に部分的に形成されたソース領域３３２及びドレイン領域３３１と、ゲート配線３３３などから構成されている。ゲート配線３３３は、Ｐ型ウェル領域３２３におけるソース領域３３２及びドレイン領域３３１を除く部分の表面に、ゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。

本例においては、電気熱変換素子の駆動用トランジスタとして、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３０を用いた。しかし、その駆動用トランジスタは、複数の電気熱変換素子を個別に駆動する能力を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることができるトランジスタであればよく、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３０には限定されない。また本例においては、電気熱変換素子と、その駆動用トランジスタと、が同一基板上に形成されているが、これらは、別々の基板に形成してもよい。

Ｐ−ＭＯＳ３２０とＮ−ＭＯＳ３２１との間、及びＮ−ＭＯＳ３２１とＮ−ＭＯＳトランジスタ３３０との間等の各素子間には、５０００Å〜１００００Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域３２４が形成されている。この酸化膜分離領域３２４によって各素子が分離されている。酸化膜分離領域３２４において、熱作用部３１１に対応する部分は、シリコン基板３０４上の一層目の蓄熱層３３４として機能する。

Ｐ−ＭＯＳ３２０、Ｎ−ＭＯＳ３２１、及びＮ−ＭＯＳトランジスタ３３０の各素子の表面には、ＣＶＤ法により、厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜、またはＢＰＳＧ膜などから成る層間絶縁膜３３６が形成されている。層間絶縁膜３３６を熱処理により平坦にした後に、層間絶縁膜３３６及びゲート絶縁膜３２８を貫通するコンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極３３７が形成される。層間絶縁膜３３６及びＡｌ電極３３７の表面には、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１００００Å〜１５０００ÅのＳｉＯ₂膜から成る層間絶縁膜３３８が形成される。層間絶縁膜３３８の表面において、熱作用部３１１及びＮ−ＭＯＳトランジスタ３３０に対応する部分には、コスパッタ法により、厚さ約５００ÅのＴａＳｉＮ膜から成る抵抗層３０７が形成される。抵抗層３０７は、層間絶縁膜３３８に形成されたスルーホールを介して、ドレイン領域３３１の近傍のＡｌ電極３３７と電気的に接続される。抵抗層３０７の表面には、各電気熱変換素子への配線となる第２の配線層としてのＡｌの配線３０８が形成される。配線３０８、抵抗層３０７、及び層間絶縁膜３３８の表面の保護層３０９は、プラズマＣＶＤ法により形成された厚さ３０００ÅのＳｉＮ膜から成る。保護層３０９の表面に堆積された耐キャビテーション膜３１０は、Ｔａ、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｇｅ，Ｒｕ，Ｚｒ，Ｉｒ等から選択される少なくとも１つ以上の金属であり、厚さ約２０００Åの薄膜から成る。抵抗層３０７としては、上述したＴａＳｉＮ以外のＴａＮ、ＣｒＳｉＮ、ＴａＡｌ、ＷＳｉＮ等、液体中に膜沸騰を生じさせることができるものであれば各種材料が適用可能である。

図６（ａ）及び（ｂ）は、発熱素子１０に所定の電圧パルスを印加した場合の膜沸騰の様子を示す図である。ここでは、大気圧のもとでの膜沸騰を生じさせた場合を示している。図６（ａ）において、横軸は時間を示す。また、下段のグラフの縦軸は発熱素子１０に印加される電圧を示し、上段のグラフの縦軸は膜沸騰により発生した膜沸騰泡１３の体積と内圧を示す。一方、図６（ｂ）は、膜沸騰泡１３の様子を、図６（ａ）に示すタイミング１〜３に対応づけて示している。以下、時間に沿って各状態を説明する。尚、後述するように膜沸騰によって発生したＵＦＢ１１は主として膜沸騰泡１３の表面近傍に発生する。図６（ｂ）に示す状態は、図１で示したように、生成ユニット３００で発生したＵＦＢ１１から循環経路を介して溶解ユニット２００に再度供給され、その液体が生成ユニット３００の液路に再度供給された状態を示す。

発熱素子１０に電圧が印加される前、チャンバー３０１内はほぼ大気圧が保たれている。発熱素子１０に電圧が印加されると、発熱素子１０に接する液体に膜沸騰が生じ、発生した気泡（以下、膜沸騰泡１３と称す）は内側から作用する高い圧力によって膨張する（タイミング１）。このときの発泡圧力は約８〜１０ＭＰａとみなされ、これは水の飽和蒸気圧に近い値である。

電圧の印加時間（パルス幅）は０．５μｓｅｃ〜１０．０μｓｅｃ程度であるが、電圧が印加されなくなった後も、膜沸騰泡１３はタイミング１で得られた圧力の慣性によって膨張する。但し、膜沸騰泡１３の内部では膨張に伴って発生した負圧力が徐々に大きくなり、膜沸騰泡１３を収縮する方向に作用する。やがて慣性力と負圧力が釣り合ったタイミング２で膜沸騰泡１３の体積は最大となり、その後は負圧力によって急速に収縮する。

膜沸騰泡１３が消滅する際、膜沸騰泡１３は発熱素子１０の全面ではなく、１箇所以上の極めて小さな領域で消滅する。このため、発熱素子１０においては、膜沸騰泡１３が消滅する極めて小さな領域に、タイミング１で示す発泡時よりも更に大きな力が発生する（タイミング３）。

以上説明したような膜沸騰泡１３の発生、膨張、収縮及び消滅は、発熱素子１０に電圧パルスが印加されるたびに繰り返され、そのたびに新たなＵＦＢ１１が生成される。

次に図７〜図１０を用いて、膜沸騰泡１３の発生、膨張、収縮及び消滅の各過程において、ＵＦＢ１１が生成される様子を更に詳しく説明する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、膜沸騰泡１３の発生及び膨張に伴ってＵＦＢ１１が生成される様子を模式的に示す図である。図７（ａ）は、発熱素子１０に電圧パルスが印加される前の状態を示している。チャンバー３０１の内部には、気体溶解液体３が混在した液体Ｗが流れている。

図７（ｂ）は、発熱素子１０に電圧が印加され、液体Ｗに接している発熱素子１０のほぼ全域で膜沸騰泡１３が一様に発生した様子を示している。電圧が印加されたとき、発熱素子１０の表面温度は１０℃／μｓｅｃ以上の速度で急激に上昇し、ほぼ３００℃に達した時点で膜沸騰が起こり、膜沸騰泡１３が生成される。

発熱素子１０の表面温度は、その後もパルスの印加中に６００〜８００℃程度まで上昇し、膜沸騰泡１３の周辺の液体も急激に加熱される。図では、膜沸騰泡１３の周辺に位置し、急激に加熱される液体の領域を未発泡高温領域１４として示している。未発泡高温領域１４に含まれる気体溶解液体３は熱的溶解限界を超えて析出しＵＦＢとなる。析出した気泡の直径は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、高い気液界面エネルギを有している。そのため、短時間で消滅することもなく液体Ｗ内で独立を保ながら浮遊する。本例では、このように膜沸騰泡１３の発生から膨張時に熱的作用によって生成される気泡を第１のＵＦＢ１１Ａと称す。

図７（ｃ）は、膜沸騰泡１３が膨張する過程を示している。発熱素子１０への電圧パルスの印加が終了しても、膜沸騰泡１３は発生したときに得た力の慣性によって膨張を続け、未発泡高温領域１４も慣性によって移動及び拡散する。すなわち、膜沸騰泡１３が膨張する過程において、未発泡高温領域１４に含まれた気体溶解液体３が新たに気泡となって析出し、第１のＵＦＢ１１Ａとなる。

図７（ｄ）は、膜沸騰泡１３が最大体積となった状態を示している。膜沸騰泡１３は慣性によって膨張するが、膨張に伴って膜沸騰泡１３の内部の負圧は徐々に高まり、膜沸騰泡１３を収縮しようとする負圧力として作用する。そして、この負圧力が慣性力と釣り合った時点で、膜沸騰泡１３の体積は最大となり、以後収縮に転じる。

膜沸騰泡１３の収縮段階においては、図８（ａ）〜（ｃ）に示す過程により発生するＵＦＢ（第２のＵＦＢ１１Ｂ）と、図９（ａ）〜（ｃ）に示す過程により発生するＵＦＢ（第３のＵＦＢ）とがある。これら２つの過程は併存しておきていると考えられる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮に伴ってＵＦＢ１１が生成される様子を示す図である。図８（ａ）は、膜沸騰泡１３が収縮を開始した状態を示している。膜沸騰泡１３が収縮を開始しても、周囲の液体Ｗには膨張する方向の慣性力が残っている。よって、膜沸騰泡１３の極周囲には、発熱素子１０から離れる方向に作用する慣性力と、膜沸騰泡１３の収縮に伴って発熱素子１０に向かう力とが作用し、減圧された領域となる。図では、そのような領域を未発泡負圧領域１５として示している。

未発泡負圧領域１５に含まれる気体溶解液体３は、圧的溶解限界を超え、気泡として析出する。析出した気泡の直径は１００ｎｍ程度であり、その後短時間で消滅することもなく液体Ｗ内で独立を保ながら浮遊する。本例では、このように膜沸騰泡１３が収縮する際の圧力的作用によって析出する気泡を、第２のＵＦＢ１１Ｂと称す。

図８（ｂ）は、膜沸騰泡１３が収縮する過程を示している。膜沸騰泡１３が収縮する速度は負圧力によって加速し、未発泡負圧領域１５も膜沸騰泡１３の収縮に伴って移動する。すなわち、膜沸騰泡１３が収縮する過程において、未発泡負圧領域１５が通過する箇所の気体溶解液体３が次々に析出し、第２のＵＦＢ１１Ｂとなる。

図８（ｃ）は、膜沸騰泡１３が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡１３の加速度的な収縮により、周囲の液体Ｗの移動速度も増大するが、チャンバー３０１内の流路抵抗によって圧力損失が生じる。その結果、未発泡負圧領域１５が占める領域は更に大きくなり、多数の第２のＵＦＢ１１Ｂが生成される。

図９（ａ）〜（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮時において、液体Ｗの再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。図９（ａ）は、発熱素子１０の表面が収縮する膜沸騰泡１３に被覆されている状態を示している。

図９（ｂ）は、膜沸騰泡１３の収縮が進み、発熱素子１０の表面の一部が液体Ｗに接触した状態を示している。このとき発熱素子１０の表面には、液体Ｗが接しても膜沸騰には到らないほどの熱が残っている。図では、発熱素子１０の表面に接することにより加熱される液体の領域を未発泡再加熱領域１６として示している。膜沸騰には到らないものの、未発泡再加熱領域１６に含まれる気体溶解液体３は、熱的溶解限界を超えて析出する。本例では、このように膜沸騰泡１３が収縮する際の液体Ｗの再加熱によって生成される気泡を第３のＵＦＢ１１Ｃと称す。

図９（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮が更に進んだ状態を示している。膜沸騰泡１３が小さくなるほど、液体Ｗに接する発熱素子１０の領域が大きくなるため、第３のＵＦＢ１１Ｃは、膜沸騰泡１３が消滅するまで生成される。

図１０（ａ）および（ｂ）は、膜沸騰で生成された膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃（所謂、キャビテーションの一種）によって、ＵＦＢが生成される様子を示す図である。図１０（ａ）は、膜沸騰泡１３が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡１３は内部の負圧力によって急激に収縮し、その周囲を未発泡負圧領域１５が覆う状態となっている。

図１０（ｂ）は、膜沸騰泡１３が点Ｐで消滅した直後の様子を示している。膜沸騰泡１３が消泡するとき、その衝撃により音響波が点Ｐを起点として同心円状に広がる。音響波とは、気体、液体、固体を問わず伝播する弾性波の総称であり、本例においては、液体Ｗの粗密、すなわち液体Ｗの高圧面１７Ａと低圧面１７Ｂ、とが交互に伝播される。

この場合、未発泡負圧領域１５に含まれる気体溶解液体３は、膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃波によって共振され、低圧面１７Ｂが通過するタイミングで圧的溶解限界を超えて相転移する。すなわち、膜沸騰泡１３の消滅と同時に、未発泡負圧領域１５内には多数の気泡が析出する。本例ではこのような膜沸騰泡１３が消泡する時の衝撃波によって生成される気泡を第４のＵＦＢ１１Ｄと称す。

膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃波よって生成される第４のＵＦＢ１１Ｂは、極めて狭い薄膜的領域に極めて短時間（１μＳ以下）で突発的に出現する。直径は第１〜第３のＵＦＢよりも十分小さく、第１〜第３のＵＦＢよりも気液界面エネルギが高い。このため、第４のＵＦＢ１１Ｄは、第１〜第３のＵＦＢ１１Ａ〜１１Ｃとは異なる性質を有し異なる効果を生み出すものと考えられる。

また、第４のＵＦＢ１１Ｄは、衝撃波が伝播する同心球状の領域のいたる所で一様に発生するため、生成された時点からチャンバー３０１内に一様に存在することになる。第４のＵＦＢ１１Ｄが生成されるタイミングでは、第１〜第３のＵＦＢが既に多数存在しているが、これら第１〜第３のＵＦＢの存在が第４のＵＦＢ１１Ｄの生成に大きく影響することはない。また、第４のＵＦＢ１１Ｄの発生によって第１〜第３のＵＦＢが消滅することもないと考えられる。

以上説明したように発熱素子１０の発熱により膜沸騰泡１３が発生し消泡するまでの複数の段階においてＵＦＢ１１が発生すると想定される。第１のＵＦＢ１１Ａ、第２のＵＦＢ１１Ｂ及び第３のＵＦＢ１１Ｃは、膜沸騰により発生する膜沸騰泡の表面の近傍に発生する。ここで近傍とは膜沸騰泡の表面から約２０μｍ以内の領域である。第４のＵＦＢ１１Ｄは、気泡が消泡（消滅）する際に発生する衝撃波が伝搬する領域に発生する。上述した例では膜沸騰泡１３が消泡するまでの例を示したがＵＦＢを発生させるためにはこれに限られない。例えば、発生した膜沸騰泡１３が消泡する前に大気と連通することで、膜沸騰泡１３が消耗まで至らない場合においてもＵＦＢの生成が可能である。

次にＵＦＢの残存特性について説明する。液体の温度が高いほど気体成分の溶解特性は低くなり、温度が低いほど気体成分の溶解特性は高くなる。すなわち、液体の温度が高いほど、溶解している気体成分の相転移が促され、ＵＦＢが生成されやすくなる。液体の温度と気体の溶解度は反比例の関係にあり、液体の温度上昇により、飽和溶解度を超えた気体が気泡になって液体中に析出される。

このため、液体の温度が常温から急激に上昇すると溶解特性が一気に下がり、ＵＦＢが生成され始める。そして、温度が上がるほど熱的溶解特性は下がり、多くのＵＦＢが生成される状況となる。

反対に液体の温度が常温から下降すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたＵＦＢは液化しやすくなる。しかしながら、このような温度は、常温よりも十分に低い。更に、液体の温度が下がっても、一度発生したＵＦＢは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたＵＦＢは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。

本例において、図７（ａ）〜（ｃ）で説明した第１のＵＦＢ１１Ａ、及び図９（ａ）〜（ｃ）で説明した第３のＵＦＢ１１Ｃは、このような気体の熱的溶解特性を利用して生成されたＵＦＢと言える。

一方、液体の圧力と溶解特性の関係においては、液体の圧力が高いほど気体の溶解特性は高くなり、圧力が低いほど溶解特性は低くなる。すなわち液体の圧力が低いほど、液体に溶解している気体溶解液体の気体への相転移が促され、ＵＦＢが生成されやすくなる。液体の圧力が常圧から下がると、溶解特性が一気に下がり、ＵＦＢが生成され始める。そして、圧力が下がるほど圧的溶解特性は下がり、多くのＵＦＢが生成される状況となる。

反対に液体の圧力が常圧から上昇すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたＵＦＢは液化しやすくなる。しかしながら、このような圧力は、大気圧よりも十分に高く、更に、液体の圧力が上がっても、一度発生したＵＦＢは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたＵＦＢは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。

本例において、図８（ａ）〜（ｃ）で説明した第２のＵＦＢ１１Ｂ、及び図１０（ａ）〜（ｃ）で説明した第４のＵＦＢ１１Ｄは、このような気体の圧力的溶解特性を利用して生成されたＵＦＢと言える。

以上では、生成される要因の異なる第１〜第４のＵＦＢを個別に説明してきたが、上述した生成要因は、膜沸騰という事象に伴って同時多発的に起こるものである。このため、第１〜第４のＵＦＢのうち少なくとも２種類以上のＵＦＢが同時に生成されることもあり、これら生成要因が互いに協働してＵＦＢを生成することもある。但し、いずれの生成要因も、膜沸騰現象で生成される膜沸騰泡の体積変化に伴って招致されることは共通している。本明細書では、このように急激な発熱に伴う膜沸騰を利用してＵＦＢを生成する方法を、Ｔ−ＵＦＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ）生成方法と称す。また、Ｔ−ＵＦＢ生成方法によって生成したＵＦＢをＴ−ＵＦＢ、Ｔ−ＵＦＢ生成方法によって生成されたＴ−ＵＦＢを含有する液体をＴ−ＵＦＢ含有液と称す。

Ｔ−ＵＦＢ生成方法によって生成される気泡はその殆どが１．０μｍ以下であり、ミリバブルやマイクロバブルは生成され難い。すなわち、Ｔ−ＵＦＢ生成方法によれば、ＵＦＢが支配的に、かつ、効率的に生成されることになる。また、Ｔ−ＵＦＢ生成方法によって生成されたＴ−ＵＦＢは、従来法によって生成されたＵＦＢよりも高い気液界面エネルギを有し、常温常圧で保存する限り簡単に消滅することはない。更に、新たな膜沸騰によって新たなＴ−ＵＦＢが生成されても、先行して生成されていたＴ−ＵＦＢがその衝撃によって消滅することも抑制される。つまり、Ｔ−ＵＦＢ含有液に含まれるＴ−ＵＦＢの数や濃度は、Ｔ−ＵＦＢ含有液における膜沸騰の発生回数に対しヒステリシス特性を有すると言える。言い替えると、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００に配する発熱素子の数や発熱素子に対する電圧パルスの印加回数を制御することにより、Ｔ−ＵＦＢ含有液に含まれるＴ−ＵＦＢの濃度を調整することができる。

再び図１を参照する。Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００において、所望のＵＦＢ濃度を有するＴ−ＵＦＢ含有液Ｗが生成されると、当該ＵＦＢ含有液Ｗは、後処理ユニット４００に供給される。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、後処理ユニット４００の構成例を示す図である。後処理ユニット４００は、ＵＦＢ含有液Ｗに含まれる不純物を、無機物イオン、有機物、不溶固形物、の順に段階に除去する。

図１１（ａ）は、無機物イオンを除去するための第１の後処理機構４１０を示す。第１の後処理機構４１０は、交換容器４１１、陽イオン交換樹脂４１２、液体導入路４１３、集水管４１４及び液体導出路４１５を備えている。交換容器４１１には、陽イオン交換樹脂４１２が収容されている。Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００で生成されたＵＦＢ含有液Ｗは、液体導入路４１３を経由して交換容器４１１に注入され、陽イオン交換樹脂４１２に吸収され、ここで不純物としての陽イオンが除去される。このような不純物には、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００の素子基板１２より剥離した金属材料などが含まれ、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｔａ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｉｒが挙げられる。

陽イオン交換樹脂４１２は、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基（イオン交換基）を導入した合成樹脂であり、合成樹脂は０．４〜０．７ｍｍ程度の球状粒子を呈している。高分子母体としては、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体が一般的であり、官能基としては例えばメタクリル酸系とアクリル酸系のものを用いることができる。但し、上記材料は一例である。所望の無機イオンを効果的に除去することができれば、上記材料は様々に変更可能である。陽イオン交換樹脂４１２に吸収され、無機イオンが除去されたＵＦＢ含有液Ｗは、集水管４１４によって集水され、液体導出路４１５を介して次の工程に送液される。

図１１（ｂ）は、有機物を除去するための第２の後処理機構４２０を示す。第２の後処理機構４２０は、収容容器４２１、ろ過フィルタ４２２、真空ポンプ４２３、バルブ４２４、液体導入路４２５、液体導出路４２６、及びエア吸引路４２７を備えている。収容容器４２１の内部は、ろ過フィルタ４２２によって上下２つの領域に分割されている。液体導入路４２５は、上下２つの領域のうち上方の領域に接続し、エア吸引路４２７及び液体導出路４２６は下方の領域に接続する。バルブ４２４を閉じた状態で真空ポンプ４２３を駆動すると、収容容器４２１内の空気がエア吸引路４２７を介して排出され、収容容器４２１の内部が負圧になり、液体導入路４２５よりＵＦＢ含有液Ｗが導入される。そして、ろ過フィルタ４２２によって不純物が除去された状態のＵＦＢ含有液Ｗが収容容器４２１に貯留される。

ろ過フィルタ４２２によって除去される不純物には、チューブや各ユニットで混合され得る有機材料が含まれ、例えばシリコンを含む有機化合物、シロキサン、エポキシなどが挙げられる。ろ過フィルタ４２２に使用可能なフィルタ膜としては、細菌系まで除去できるサブμｍメッシュのフィルタや、ウィルスまで除去できるｎｍメッシュのフィルタが挙げられる。

収容容器４２１にＵＦＢ含有液Ｗがある程度貯留された後、真空ポンプ４２３を停止してバルブ４２４を開放すると、収容容器４２１のＴ−ＵＦＢ含有液は液体導出路４２６を介して次の工程に送液される。なお、ここでは、有機物の不純物を除去する方法として真空ろ過法を採用したが、フィルタを用いたろ過方法としては、例えば重力ろ過法や加圧ろ過を採用することもできる。

図１１（ｃ）は、不溶の固形物を除去するための第３の後処理機構４３０を示す。第３の後処理機構４３０は、沈殿容器４３１、液体導入路４３２、バルブ４３３及び液体導出路４３４を備えている。

まず、バルブ４３３を閉じた状態で沈殿容器４３１に所定量のＵＦＢ含有液Ｗを液体導入路４３２より貯留し、しばらく放置する。この間、ＵＦＢ含有液Ｗに含まれている固形物は、重力によって沈殿容器４３１の底部に沈降する。また、ＵＦＢ含有液に含まれるバブルのうち、マイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルも浮力によって液面に浮上し、ＵＦＢ含有液から除去される。十分な時間が経過した後バルブ４３３を開放すると、固形物や大きなサイズのバブルが除去されたＵＦＢ含有液Ｗが液体導出路４３４を介して、回収ユニット５００に送液される。ここでは３つの後処理機構を順に適用する例を示したが、これに限られず、必要に応じた後処理機構を適宜採用すれば良い。

再度図１を参照する。後処理ユニット４００で不純物が除去されたＴ−ＵＦＢ含有液Ｗは、そのまま回収ユニット５００に送液してもよいが、再び溶解ユニット２００に戻すこともできる。後者の場合、Ｔ−ＵＦＢの生成によって低下したＴ−ＵＦＢ含有液Ｗの気体溶解濃度を、溶解ユニット２００において再び飽和状態まで補填することができる。その上で新たなＴ−ＵＦＢをＴ−ＵＦＢ生成ユニット３００で生成すれば、上述した特性のもと、Ｔ−ＵＦＢ含有液のＵＦＢ含有濃度を更に上昇させることができる。すなわち、溶解ユニット２００、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００を巡る循環回数の分だけ、ＵＦＢ含有濃度を高めることができ、所望のＵＦＢ含有濃度が得られた後に、当該ＵＦＢ含有液Ｗを回収ユニット５００に送液することができる。

回収ユニット５００は、後処理ユニット４００より送液されて来たＵＦＢ含有液Ｗを回収及び保存する。回収ユニット５００で回収されたＴ−ＵＦＢ含有液は、様々な不純物が除去された純度の高いＵＦＢ含有液となる。

回収ユニット５００においては、何段階かのフィルタリング処理を行い、ＵＦＢ含有液ＷをＴ−ＵＦＢのサイズごと分類してもよい。また、Ｔ−ＵＦＢ方式により得られるＴ−ＵＦＢ含有液Ｗは、常温よりも高温であることが予想されるため、回収ユニット５００には冷却手段を設けてもよい。なお、このような冷却手段は、後処理ユニット４００の一部に設けられていてもよい。

以上が、ＵＦＢ生成装置１の概略であるが、図示したような複数のユニットは無論変更可能であり、全てを用意する必要は無い。使用する液体Ｗや気体Ｇの種類、また生成するＴ−ＵＦＢ含有液の使用目的に応じて、上述したユニットの一部を省略してもよいし、上述したユニット以外に更に別のユニットを追加してもよい。

例えば、ＵＦＢに含有させる気体が大気である場合は、脱気ユニット１００や溶解ユニット２００を省略することができる。反対に、ＵＦＢに複数種類の気体を含ませたい場合は、溶解ユニット２００を更に追加してもよい。

また、図１１（ａ）〜（ｃ）で示すような不純物を除去するためのユニットは、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニット３００よりも上流に設けてもよいし、上流と下流の両方に設けてもよい。ＵＦＢ生成装置に供給される液体が水道水や雨水、また汚染水などの場合は、液体中に有機系や無機系の不純物が含まれている事がある。そのような不純物を含んだ液体ＷをＴ−ＵＦＢ生成ユニット３００に供給すると、発熱素子１０を変質させたり、塩析現象を招致したりするおそれが生じる。図１１（ａ）〜（ｃ）で示すような機構をＴ−ＵＦＢ生成ユニット３００よりも上流に設けておくことにより、上記のような不純物を事前に除去することができる。

＜＜Ｔ−ＵＦＢ含有液に使用可能な液体および気体＞＞
ここで、Ｔ−ＵＦＢ含有液を生成するために使用可能な液体Ｗについて説明する。使用可能な液体Ｗとしては、例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールなどの炭素数１乃至４のアルキルアルコール類。Ｎ−メチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール。１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。

溶解ユニット２００で導入可能な気体成分としては、例えば、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、などが挙げられる。また、上記のいくつかを含む混合気体であってもよい。さらに、溶解ユニット２００では必ずしも気体状態にある物質を溶解させなくてもよく、所望の成分で構成される液体や固を液体Ｗに融解させてもよい。この場合の溶解としては、自然溶解のほか、圧力付与による溶解であってもよいし、電離による水和、イオン化、化学反応を伴う溶解であってもよい。

＜＜Ｔ−ＵＦＢ生成方法の効果＞＞
次に、以上説明したＴ−ＵＦＢ生成方法の特徴と効果を、従来のＵＦＢ生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。

この場合、生成された気泡のうち、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルには浮力が作用するため、やがて液面に浮上して消滅してしまう。また、浮力が作用しないＵＦＢについても、然程大きな気液界面エネルギを有していないので、ミリバブルやマイクロバブルとともに消滅してしまう場合もある。加えて、上記減圧構造を直列に配置し、同じ液体を繰り返し減圧構造に流したとしても、その繰り返し回数に応じた数のＵＦＢを、長期間保存することはできない。すなわち、従来のＵＦＢ生成方法によって生成されたＵＦＢ含有液では、ＵＦＢ含有濃度を所定の値で長期間維持することは困難であった。

これに対し、膜沸騰を利用するＴ−ＵＦＢ生成方法では、常温から３００℃程度への急激な温度変化や、常圧から数メガパスカル程度への急激な圧力変化を、発熱素子の極近傍に局所的に生じさせている。当該発熱素子は、一辺が数十μｍ〜数百μｍ程度の四辺形をしている。従来のＵＦＢ発生器の大きさに比べると、１／１０〜１／１０００程度である。且つ、膜沸騰泡表面の極薄い膜領域に存在する気体溶解液体が、熱的溶解限界または圧力的溶解限界を瞬間的に（マイクロ秒以下の超短時間で）超えることにより、相転移が起こりＵＦＢとなって析出する。この場合、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルは殆ど発生せず、液体には直径が１００ｎｍ程度のＵＦＢが極めて高い純度で含有される。更に、このように生成されたＴ−ＵＦＢは、十分に高い気液界面エネルギを有しているため、通常の環境下において破壊されにくく、長期間の保存が可能である。

特に、液体に対し局所的に気体界面を形成できる膜沸騰現象を用いた本実施形態の構成であれば、液体領域全体に影響を与えることなく発熱素子の近傍に存在する液体の一部に界面形成することができる。そして、それに伴う熱的、圧力的に作用する領域を極めて局所的な範囲とすることができる。その結果、安定的に所望のＵＦＢを生成することができる。また、液体を循環して生成液体に対し更にＵＦＢの生成条件を付与することで、既存のＵＦＢへの影響を少なく新たなＵＦＢを追加生成することができる。その結果、比較的容易に、所望のサイズ、濃度のＵＦＢ液体を製造することができる。

更に、Ｔ−ＵＦＢ生成方法においては、上述したヒステリシス特性を有するため、高い純度のまま所望の濃度まで含有濃度を高めていくことができる。すなわち、Ｔ−ＵＦＢ生成方法よれば、高純度、高濃度で且つ長期間保存可能なＵＦＢ含有液を、効率的に生成することができる。

＜＜Ｔ−ＵＦＢ含有液の具体的用途＞＞
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にＰＰＭ〜ＢＰＭ程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもＵＦＢ化させることが可能である。１例としては、下記のような用途に応用する事ができる。

・空気を内包させたＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄や、植物・農水産物の育成にも好適に用いることができる。

・オゾンを内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排水や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。

・窒素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用など洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排水や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。

・酸素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用など洗浄用途に加え、植物・農水産物の育成にも好適に用いることができる。

・二酸化炭素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途などに好適に用いることができる。

・医療用ガスであるパーフロロカーボンを内包したＵＦＢ含有液は、超音波診断や治療に好適に用いることができる。このように、ＵＦＢ含有液は、医療・薬品・歯科・食品・工業・農水産業などの多岐に亘って、効果を発揮することができる。

そして、それぞれの用途において、ＵＦＢ含有液の効果を迅速に且つ確実に発揮するためには、ＵＦＢ含有液に含まれるＵＦＢの純度と濃度が重要となる。すなわち、高純度で所望の濃度のＵＦＢ含有液を生成することが可能なＴ−ＵＦＢ生成方法を利用すれば、様々な分野でこれまで以上の効果を期待することができる。以下、Ｔ−ＵＦＢ生成方法及びＴ−ＵＦＢ含有液を好適に適用可能と想定される用途を列挙する。

（Ａ）液体の精製的用途
・浄水器に対し、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、浄水効果やＰＨ調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸水サーバなどにＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することもできる。

・加湿器、アロマディヒューザー、コーヒーメーカー等にＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、室内の加湿効果や消臭効果及び香りの拡散効果を向上させることが期待できる。

・溶解ユニットにおいてオゾンガスを溶解させたＵＦＢ含有液を生成し、これを歯科治療、火傷の治療、内視鏡使用時の傷の手当てなどで用いることにより、医療的な洗浄効果や消毒効果を向上させることが期待できる。

・集合住宅の貯水槽にＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、長期間保存される飲料水の浄水効果や塩素の除去効果を向上させることが期待できる。

・日本酒、焼酎、ワインなど、高温の殺菌処理を行うことができない酒造工程において、オゾンや二酸化炭素を含有するＴ−ＵＦＢ含有液を用いることにより、従来よりも効率的に低温殺菌処理を行うことが期待できる。

・特定保健食品や機能表示食品の製造過程で、原料にＵＦＢ含有液を混合させることで低温殺菌処理が可能になり、風味を落とさずに、安心かつ機能性を有する食品を提供することができる。

・魚や真珠などの魚介類の養殖場所において、養殖用の海水や淡水の供給経路にＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、魚介類の産卵や発育を促進させることが期待できる。

・食材保存水の精製工程にＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、食材の保存状態を向上させることが期待できる。

・プール用水や地下水などを脱色するための脱色器にＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、より高い脱色効果を期待することができる。

・コンクリート部材のひび割れ修復のためにＴ−ＵＦＢ含有液を用いることにより、ひび割れ修復の効果向上を期待することができる。

・液体燃料を用いる機器（自動車、船舶、飛行機）等の液体燃料に、Ｔ−ＵＦＢを含有させることにより、燃料のエネルギ効率を向上させることが期待できる。

（Ｂ）洗浄的用途
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄水として、ＵＦＢ含有液が注目されている。上記実施形態で説明したＴ−ＵＦＢ生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたＵＦＢ含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。

・浴用シャワーや便器洗浄機にＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、人体等、生物全般の洗浄効果のほか、浴室又は便器の水垢やカビなどの汚染除去を促す効果を期待できる。

・自動車などのウィンドウォッシャー、壁材などを洗浄するための高圧洗浄機、洗車機、食器洗浄機、食材洗浄機等においてＴ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、それぞれの洗浄効果を更に向上させることが期待できる。

・プレス加工後のバリ取り工程など工場で製造した部品を洗浄・整備する際に、Ｔ−ＵＦＢ含有液を用いることにより、洗浄効果を向上させることが期待できる。

・半導体素子製造時、ウェハの研磨水としてＴ−ＵＦＢ含有液を用いることにより、研磨効果を向上させることが期待できる。また、レジスト除去工程においては、Ｔ−ＵＦＢ含有液を用いることにより、剥離が困難なレジストの剥離を促すことが期待できる。

・医療ロボット、歯科治療器、臓器の保存容器などの医療機器の、洗浄や消毒を行うための器機に、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、これら器機の洗浄効果や消毒効果の向上を期待することができる。また、生物の治療などにも適用可能である。

（Ｃ）医薬品用途
・化粧品などにＴ−ＵＦＢ含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。

・ＣＴやＭＲＩなどの医療検査装置の造影剤に、Ｔ−ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブル製剤を活用することで、Ｘ線や超音波による反射光を効率的に活用でき、より詳細な撮影画像を得る事ができ、悪性腫瘍の初期診断などに活用できる。

・ＨＩＦＵ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）と呼ばれている超音波治療器で、Ｔ−ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブル水を用いることで、超音波の照射パワーを低下でき、より非侵襲的に治療をすることができる。特に、正常な組織へのダメージを低減することが可能になる。

・Ｔ−ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブルを種にして、気泡周囲のマイナス電荷領域にリポソームを形成するリン脂質を修飾させ、そのリン脂質を介して、各種医療性物質（ＤＮＡや、ＲＮＡなど）を付与したナノバブル製剤を作成することができる。

・歯髄や象牙質再生治療として、Ｔ−ＵＦＢ生成による高濃度ナノバブル水を含む薬剤を歯管内に送液すると、ナノバブル水の浸透作用により薬剤が象牙細管内に深く入り込み除菌効果を促進し、歯髄の感染根管治療を短時間かつ安全に行う事が可能である。

以下、本発明の実施形態について、具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１２は、第１の実施形態におけるウルトラファインバブル含有液製造装置２０００（以下、ＵＦＢ含有液製造装置２０００と称す）の概略構成図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００は、主に、液体供給部６００、気体溶解部８００、第１の収容室９００、及びウルトラファインバブル生成部１０００（以下、ＵＦＢ生成部１０００と称す）を含む。液体供給部６００、気体溶解部８００及びＵＦＢ生成部１０００は、図１の前処理ユニット１００、溶解ユニット２００及びＴ−ＵＦＢ生成ユニット３００にそれぞれ相応する。各部は配管７００によって互いに接続され、配管７００の途中に配されたポンプ７０１によって、液体Ｗが循環する。図１２において、実線矢印は液体の流れを示し、破線矢印は気体の流れを示す。

液体供給部６００は、主に、液体貯留部６０１、２つのポンプ６０２、６０３、及び脱気部６０４を備えている。液体貯留部６０１に貯留された液体Ｗは、ポンプ６０２、６０３により、脱気部６０４を経由して、第１の収容室９００に送液される。脱気部６０４の内部には、気体が通過でき液体が通過できない膜が配備されている。ポンプ６０２、６０３の圧力によって気体のみが膜を通過することにより、気体と液体とが分離され、液体Ｗは第１の収容室９００に向かい、気体は外部に排出される。液体貯留部６０１に貯留されている液体には様々な気体が溶存している可能性があるが、第１の収容室９００に送液する前に、溶存されている気体を脱気部６０４で除去することにより、後に行う気体溶解工程の溶解効率を高めることができる。

気体溶解部８００は、気体供給部８０４、前処理部８０１、合流部８０２、気液分離室８０３を備えている。気体供給部８０４は、所望の気体Ｇを貯蔵するボンベであってもよいが、所望の気体Ｇを連続的に発生可能な装置であってもよい。例えば、所望の気体Ｇが酸素の場合、大気を取り込み、窒素を除去し、窒素が除去された気体を連続的にポンプで送り込む装置とすることができる。

気体供給部８０４より供給された気体Ｇは、前処理部８０１によって放電等の処理がなされた後、合流部８０２において、第１の収容室９００から流出された液体Ｗと合流する。この際、気体Ｇの一部は液体Ｗに溶解する。合流した気体Ｇと液体Ｗは気液分離室８０３によって再び分離され、液体Ｗに溶解されなかった気体Ｇのみが外部に排出される。気体Ｇが溶解された液体Ｗは、その後ポンプ７０１によってＵＦＢ生成部１０００に送られる。なお、気液分離室８０３の下流には、液体Ｗ中の気体Ｇの溶解度を検知するための溶解度センサ８０５が設けられている。

ＵＦＢ生成部１０００は、流入された液体Ｗ中にＵＦＢを生成する。ＵＦＢの生成方式としてはベンチュリー方式など様々な方式を採用することができるが、本実施形態では、図４〜図１０を用いて説明したＴ−ＵＦＢ方式を採用するものとする。ＵＦＢ生成部１０００の上流にはフィルタ１００１が配され、不純物やごみなどがＵＦＢ生成部１０００に流入するのを防いでいる。不純物やごみなどを除去することにより、ＵＦＢ生成部１０００におけるＵＦＢの生成効率を向上させることができる。ＵＦＢ生成部１０００で生成されたＵＦＢ含有液Ｗは、配管７００を通って第１の収容室９００に収容される。

第１の収容室９００は、液体供給部６００から供給された液体Ｗと、気体溶解部８００で所望の気体Ｇが溶解された液体Ｗと、ＵＦＢ生成部１０００でＴ−ＵＦＢが生成されたＵＦＢ含有液との混合液を収容する。

温度センサ９０５は、第１の収容室９００に収容されている液体の温度を検知する。液面センサ９０２は、第１の収容室９００の所定の高さに配置され、液体Ｗの液面を検出する。ＵＦＢ濃度センサ９０６は、第１の収容室９００に収容された液体ＷのＵＦＢ濃度を検出する。バルブ９０４は、第１の収容室９００に収容されている液体Ｗを外部容器に排出する際に開放される。なお、図には示していないが、第１の収容室９００の内部には、液体Ｗの温度やＵＦＢの分布を一様にするための攪拌手段を設けてもよい。

冷却部９０３は、第１の収容室９００に収容されている液体Ｗを冷却する。気体溶解部８００で所望の気体Ｇを効率的に溶解させるためには、気体溶解部８００に供給する液体Ｗの温度はなるべく低温であることが好ましい。また、循環させる液体Ｗの温度を低温に保つことにより、膜沸騰を利用してＵＦＢを生成するＵＦＢ生成部１０００の昇温を抑え、ＵＦＢ生成部１０００の高寿命化を図ることもできる。本実施形態では、温度センサ９０５で液体の温度を検出しながら、冷却部９０３を用いて、気体溶解部８００に供給する液体Ｗの温度を２０℃以下に調整している。

冷却部９０３の構成は特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子を用いた方式や、チラーによって冷却された液体を循環させる方式などを採用することが可能である。後者の場合、冷却液を循環させる冷却管を図１２のように第１の収容室９００の外周に巻き付けてもよいし、第１の収容室９００を中空構造とし、中空内に冷却管を配置させてもよい。また、冷却管を第１の収容室９００の液体Ｗ中に浸す構成としてもよい。

以上の構成により、本実施形態では、第１の収容室９００から、気体溶解部８００、ＵＦＢ生成部１０００を通過し、再び第１の収容室９００に戻る液体Ｗの循環経路が形成される。

なお、図１２では、気体溶解部８００とＵＦＢ生成部１００の間に循環経路全体の循環を促すポンプ７０１を配したが、ポンプの位置や数はこれに限定されない。ポンプは、例えばＵＦＢ生成部１０００と第１の収容室９００の間に配してもよいし、気体溶解部８００とＵＦＢ生成部１００の間と、ＵＦＢ生成部１０００と第１の収容室９００の間の両方に配してもよい。更に、各部の構成の中には、各部の動作で必要なポンプやバルブを設けてもよい。但し、ポンプとしては、ＵＦＢの生成効率を損なわないよう、脈動や流量ばらつきの小さいポンプを使用することが好ましい。

また、液体Ｗを回収するための回収路やバルブ９０４は、第１の収容室９００ではなく、液体の循環経路の他の位置に設けてもよい。更に、ＵＦＢ生成部１０００の昇温が激しい場合はＵＦＢ生成部１０００にも、第１の収容室９００と同様の冷却部を設けてもよい。

また、溶解度センサ８０５、温度センサ９０５及びＵＦＢ濃度センサ９０６は、必ずしも図１２に示した位置に設けなくてもよい。これらセンサは循環経路内であれば、他の位置に設けてもよい。更に、循環経路内の複数の位置に設け、平均値を出力可能な構成としてもよい。

配管７００、ポンプ７０１、フィルタ１００１、第１の収容室９００、ＵＦＢ生成部１０００の接液部のように、ＵＦＢ含有液と接触する部材については、耐腐食性の強い材料で形成されていることが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂、ＳＵＳ３１６Ｌなどの金属やその他の無機材料が好適に使用可能である。これにより、腐食性が強い気体Ｇや液体Ｗを使用する場合であっても、ＵＦＢを好適に生成することが可能となる。

図１３は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００における制御の構成を説明するためのブロック図である。ＣＰＵ２００１は、ＲＯＭ２００２に保存されているプログラムに従って、ＲＡＭ２００３をワークエリアとしながら、装置全体を制御する。

ポンプ制御部２００４は、ＣＰＵ２００１の指示の下、図１２で示した循環経路に含まれるポンプ６０２、６０３、７０１を含む各種ポンプの駆動を制御する。バルブ制御部２００５は、ＣＰＵ２００１の指示の下、バルブ９０４を含む各種バルブの開閉を制御する。センサ制御部２００５は、ＣＰＵ２００１の指示の下、溶解度センサ８０５、液面センサ９０２、温度センサ９０５、ＵＦＢ濃度センサ９０６を含む各種センサを制御し、各種センサの検出値をＣＰＵ２００１に提供する。

例えば、ＵＦＢ含有液製造装置２０００の動作開始時、ＣＰＵ２００１は、液面センサ９０２が液面を検出するまでポンプ６０２および６０３を駆動し、第１の収容室９００に所定量の液体を貯留させる。また、ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ濃度センサ９０６が検出したＵＦＢ濃度が所定値に達すると、ポンプ制御部２００４にポンプ７０１の動作を停止させ、バルブ制御部２００５にバルブ９０４を開放させ、第１の収容室９００に収容されている液体Ｗを排出する。

図１４は、ＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を生成する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本処理が開始されると、ＣＰＵ２００１は、まず、第１の収容室９００に所定量の液体を貯留する（Ｓ０１）。

具体的には、ＣＰＵ２００１は、液面センサ９０２の検出を監視しながら、ポンプ６０２、６０３を動作する。これにより、液体供給部６００に貯留されている液体Ｗが、脱気部６０４で脱気されながら第１の収容室９００に送液される。そして、液面センサ９０２が液面を検出すると、ＣＰＵ２００１は、ポンプ６０２、６０３の動作を停止する。これにより、第１の収容室９００に所定量の液体Ｗが貯留される。

次にＣＰＵ２００１は、第１の収容室９００に収容された液体Ｗの温度調整を開始する（Ｓ０２）。具体的には、温度センサ９０５の検出温度を監視しながら、冷却部９０３を動作させる。そして、温度センサ９０５の検出温度が２０℃以下になったらＳ０３に進む。

Ｓ０３において、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００を動作させ、溶解度センサ８０５の検出を監視しながら、第１の循環条件の下でポンプ７０１を駆動して液体Ｗを循環させる。本実施形態において、第１の循環条件は、気体Ｇを液体Ｗに溶解させるのに好適な循環条件である。本実施形態において、このような第１の循環条件としては、循環経路における液体の流速を３００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ、流圧を０．２〜０．６ＭＰａとする。即ち、Ｓ０３において、ＣＰＵ２００１は、このような流速と流圧が維持されるように、ポンプ制御部２００４にポンプ７０１を駆動させる。

例えば、ＵＦＢ生成部がベンチュリー方式のような構成、即ち特定の流路構造を液体に通過させることによってＵＦＢを生成する構成の場合、液体の流れを止めずにＵＦＢの生成を停止させることはできず、意図しないサイズの気泡が発生してしまうことがある。しかしながら、本実施形態ではＴ−ＵＦＢ方式を採用しているため、発熱素子（ヒータ）に電圧を印加しない限りＵＦＢ生成部１０００でＵＦＢが生成されることはない。つまり、Ｓ０３において、ＵＦＢ生成部１０００を動作させないでおくことにより、循環する液体Ｗにおいては、ＵＦＢを生成させない状態で、気体Ｇの溶解度のみを第１の循環条件の下で効率的に高めていくことができる。

溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００とポンプ７０１の動作を停止させる（Ｓ０４）。これにより、液体Ｗの循環は止まり、第１の収容室９００には、所望の気体Ｇが所望の溶解度で溶解する液体Ｗが貯留された状態となる。

Ｓ０５において、ＣＰＵ２００１は、第２の循環条件の下でポンプ７０１を駆動して液体Ｗを循環させる。本実施形態において、第２の循環条件は、ＵＦＢ生成部１０００にＵＦＢを生成させるために適した循環条件である。本実施形態において、このような第２の循環条件としては、循環経路における液体の流速を１０〜３００ｍＬ／ｍｉｎ、流圧を０．１〜０．３ＭＰａとする。即ち、Ｓ０２において、ＣＰＵ２００１は、このような流速と流圧が維持されるように、ポンプ制御部２００４にポンプ７０１を駆動させる。

更に、ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ濃度センサ０６の検出を監視しながら、ＵＦＢ生成部１０００を動作させる。この際、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００は動作させないでおく。つまり、循環する液体Ｗにおいては、第２の循環条件の下でＵＦＢ濃度が第２の循環条件の下で効率的に高められていく。

ＵＦＢ濃度センサ９０６が所定のＵＦＢ濃度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ生成部１０００とポンプ７０１の動作を停止させる（Ｓ０６）。これにより、液体Ｗの循環は止まり、第１の収容室９００には、所望の気体ＧのＵＦＢを所望の濃度で含有するＵＦＢ含有液Ｗが貯留された状態となる。

Ｓ０７において、ＣＰＵ２００１は、バルブ９０４を開放し、第１の収容室９００に収容されているＵＦＢ含有液Ｗを外部の回収容器に排出する。この際、ＣＰＵ２００１は、第１の収容室９００に収容されている全ての液体Ｗを排出してもよいが、一部の液体Ｗのみを排出してもよい。

Ｓ０８において、ＣＰＵ２００１は、回収容器に回収された液体Ｗが目的の量に達成したか否かを判定する。目的の量に達成していない場合、ＣＰＵ２００１はＳ０１に戻り、Ｓ０１〜Ｓ０７の工程を繰り返す。一方、Ｓ０８において、目的の量に達成したと判定した場合、本処理は終了する。

以上説明した本実施形態によれば、所望の気体Ｇを溶解させる工程と、ＵＦＢを生成させる工程とを独立させた工程とし、それぞれの工程に適した循環条件で液体を循環させている。具体的には、所望の気体Ｇを溶解させる工程では、合流部８０２における気体の溶解を促進するために、比較的速い流速且つ高い圧力で液体を循環させる。一方、ＵＦＢを生成させる工程では、膜沸騰を利用するＴ−ＵＦＢ方式を採用しているため、膜沸騰の発生に適した条件、即ち第１の循環条件よりも遅い流速且つ低い圧力（大気圧程度）で液体を循環させている。これにより、所望の気体ＧのＵＦＢ含有液を従来よりも効率的に生成することが可能となる。

なお、以上説明した第１、第２の循環条件における流速と圧力の具体的数値は、気体Ｇや液体Ｗの種類に応じて様々に変更することができる。例えば、第１の循環条件における流速と圧力と、第２の循環条件における流速と圧力とは、気体Ｇの種類と液体Ｗの種類の組み合わせに応じて異ならせてもよい。この場合、気体Ｇと液体Ｗの組み合わせに対応するポンプ７０１の駆動パラメータを、第１の循環条件と第２の循環条件のそれぞれについて対応付けたテーブルを予めＲＯＭに記憶させておけばよい。このようにすれば、ＣＰＵ２００１は、使用する気体Ｇと液体Ｗの組み合わせに基づいて、第１の循環条件と第２の循環条件のそれぞれについて適切な駆動パラメータを設定することが可能となる。

また、第１、第２の循環条件は、流速と圧力以外の、例えば温度などの条件を含んでいてもよい。この場合、ＣＰＵ２００１は、液体Ｗの調整温度をＳ０３とＳ０５で異ならせることになる。

例えば、第２の循環条件は、第１の循環条件よりも低温にしてもよい。第１の収容室９００からＵＦＢ生成部１０００までの配管の長さによっては、わずかながらに温度上昇する可能性がある。これにより液体Ｗに溶解していた気体Ｇの一部が、気泡として析出してしまい、ＵＦＢの生成効率を低下させる可能性があり、溶解度の高い気体ほど、温度上昇による気泡発生量が多くなる。ＵＦＢ生成時の液体温度を溶解時よりも低温にして、第１の収容室９００からＵＦＢ生成部１０００に液体Ｗが供給される間に液体温度が２０℃以上にならないようにすることで、このような不具合が生じることを抑え、安定的にＵＦＢを生成することができる。

（第２の実施形態）
図１５は、第２の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、図１２で示した第１の実施形態と異なる点は、第１の収容室９００に対し２つの循環経路が用意されていることである。図中矢印Ａで示す循環経路Ａは、第１の収容室９００から気体溶解部８００を経由して第１の収容室９００に戻る循環経路であり、第１のポンプ７０２を駆動源とする。矢印Ｂで示す循環経路Ｂは、第１の収容室９００からＵＦＢ生成部１０００を経由して第１の収容室９００に戻る循環経路であり、第２のポンプ７０３を駆動源とする。

このような２つの循環経路を用意することにより、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００では、所望の気体Ｇを溶解させる工程と、ＵＦＢを生成させる工程とを、それぞれに適した循環条件に設定された独立した循環経路で実行可能である。

図１６は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を生成する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００においても、制御の構成は図１３のブロック図に示す第１の実施形態と同様である。

図１６において、Ｓ１１及びＳ１２は図１４で説明したＳ０１及びＳ０２と同じであるので、ここでの説明は省略する。

Ｓ１３において、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００を動作させ、第１の循環条件の下で第１のポンプ７０２を駆動して循環経路Ａにおける液体Ｗの循環を開始する。第１の循環条件の内容は、第１の実施形態と同様である。そして、循環経路Ａにおけるこのような循環を、溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出するまで継続する。溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００と第１のポンプ７０２の動作を停止させる（Ｓ１４）。

一方、ＣＰＵ２００１は、循環経路Ｂの循環を開始する（Ｓ１５）。具体的には、第２の循環条件の下で第２のポンプ７０３を駆動し、更にＵＦＢ生成部１０００を動作させる。第２の循環条件の内容も、第１の実施形態と同様である。そして、循環経路Ｂにおけるこのような循環を、ＵＦＢ濃度センサ９０６が所定のＵＦＢ濃度を検出するまで継続する。ＵＦＢ濃度センサ９０６が所定のＵＦＢ濃度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ生成部１０００と第２のポンプ７０３の動作を停止させる（Ｓ１６）。

循環経路Ａにおける循環と循環経路Ｂにおける循環が共に停止すると、ＣＰＵ２００１はＳ１７に進み、バルブ９０４を開放し、第１の収容室９００に収容されている液体Ｗを外部の回収容器に排出する。以下の工程は、図１４で説明したフローチャートと同様であるので説明は割愛する。

図１７は、第２の実施形態の変形例を説明するためのフローチャートである。図１６のフローチャートと異なる点は、循環経路ＡにおいてＳ１９を設け、Ｓ１４をフローの最後に移動したことである。本例の場合、溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００の動作は維持しながら、循環経路Ａの循環条件を第１の循環条件から第３の循環条件に切り替える（Ｓ１９）。

本変形例において、第３の循環条件は、ＵＦＢが生成されることによって減少した液体中の気体溶解度を補充するための条件である。第１の循環条件と同じ条件にしてもよいが、生成されたＵＦＢを破壊しないために第１の循環条件よりも遅い流速と低い圧力としてもよい。また、第１の循環条件と同じ流速と圧力としながら、第１の循環条件の下での循環と停止とを周期的に繰り返す形態としてもよい。いずれにしても、本変形例によれば、液体Ｗの気体溶解度を、ＵＦＢ含有濃度にかかわらず好適な値に維持しておくことができ、ＵＦＢの生成効率をより向上させることができる。

以上、図１５〜図１７を用いて説明した第２の実施形態によれば、循環経路Ａも循環経路Ｂも、第１の実施形態で示した循環経路に比べて短いため、それぞれの工程を第１の実施形態よりも短時間で完了させることができる。その上で、循環経路Ａによる気体Ｇを溶解させる工程と、循環経路ＢによるＵＦＢを生成させる工程とを、個別の経路でそれぞれに適した循環条件の下で行うことができるため、所望のＵＦＢ含有液を更に効率的に製造することが可能となる。

加えて、本実施形態によれば、相対的に速い流速と高い圧力で液体が流れる経路（循環経路Ａ）を第１の実施形態よりも短く抑えることができるため、ＵＦＢ含有液製造装置自体をより安価で小型に実現し、メンテナンスの容易化も期待することができる。

（第３の実施形態）
図１８は、第３の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、図１５で示した第２の実施形態と異なる点は、第２の収容室９５０が追加されていることである。

第２の収容室９５０は第１の収容室９００よりも小さく、第１の収容室９００の１／１００〜１／５程度の容量を有している。第２の収容室９５０においても、第１の収容室９００と同様、耐腐食性の強い材料で形成されていることが好ましく、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのフッ素系樹脂、ＳＵＳ３１６Ｌなどの金属やその他の無機材料が好適に使用可能である。第２の収容室９５０も第１の収容室９００とほぼ同様の構成を有し、温度センサ９５５、液面センサ９５２、冷却部９５３を備えている。但し、本実施形態において、ＵＦＢの含有濃度を検出するためのＵＦＢ濃度センサ９５６と、ＵＦＢ含有液を外部容器に排出するための配管及びバルブ９５４は、第１の収容室９００ではなく第２の収容室９５０のみに設けられている。また、第１の収容室９００から第２の収容室９５０へ液体Ｗが供給される際に液体温度が上昇しないよう、この間の配管は可能な限り短くしておくことが好ましい。

図中矢印Ａで示す循環経路Ａは、第１の収容室９００から気体溶解部８００を経由して第１の収容室９００に戻る循環経路であり、第１のポンプ７０２を駆動源とする。図中矢印Ｂで示す循環経路Ｂは、第２の収容室９５０からＵＦＢ生成部１０００を経由して第２の収容室９５０に戻る循環経路であり、第３のポンプ７０４を駆動源とする。更に、図中矢印Ｃで示す経路は、第１の収容室９００から第２の収容室９５０へ液体Ｗを送るための経路であり、第４のポンプ７０５を駆動源とする。

このような本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００においては、所望の気体Ｇを溶解させるための循環経路Ａと、ＵＦＢを生成させるための循環経路Ｂとが、互いに合流することなく独立している。よって、これら二つの循環流路で液体を同時に流動させても、流速や圧力のような循環条件が互いに影響し合うことなく、それぞれの循環流路に適した条件を高精度に維持することができる。例えば、第１の循環条件の流速と圧力は、液体Ｗへの気体溶解効率を更に高めるために、第１、第２の実施形態よりも速い流速と高い圧力としてもよい。また、流速と圧力の他、循環経路の液体温度も循環条件に含ませ、循環経路Ａと循環経路Ｂで調整する温度を異ならせてもよい。即ち、第１の循環条件では所望の気体Ｇを溶解させるのに適した温度を設定し、第２の循環条件ではそれ以下の温度にしてもよい。

図１９は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を生成する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００においても、制御の構成は図１３のブロック図に示す第１の実施形態と同様である。

図１９において、Ｓ２１及びＳ２２は図１４で説明したＳ０１及びＳ０２と同じであるので、ここでの説明は割愛する。

Ｓ２３において、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００を動作させ、第１の循環条件の下で第１のポンプ７０２を駆動して循環経路Ａの循環を開始する。この時、ＣＰＵ２００１は、第３のポンプ７０４と第４のポンプ７０５は動作させないでおく。第１の循環条件の内容は、第１の実施形態と同じであってもよいし、第１の実施形態よりも更に速い流速と更に高い圧力であってもよい。そして、循環経路Ａにおけるこのような循環を、溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出するまで継続する。

溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、第１の収容室９００に収容されている液体Ｗの一部を、第２の収容室９５０に送る（Ｓ２４）。具体的には、まず、気体溶解部８００と第１のポンプ７０２の動作を停止させる。そして、第２の収容室９５０に設けられている液面センサ９５２の検出を監視しながら、第４のポンプ７０５を動作させ、液面センサ９５２が液面を検出した時点で、第４のポンプ７０５を停止する。これにより、第２の収容室９５０に所定量の液体Ｗが貯留される。

次にＣＰＵ２００１は、Ｓ２４で第２の収容室９５０に送った分の液体Ｗを再び液体供給部６００から第１の収容室９００に供給する（Ｓ２６）。即ち、ＣＰＵ２００１は、液面センサ９０２が液面を検出するまで、ポンプ６０２、６０３の動作を行う。

温度センサ９０５の検出温度が２０℃以下になると、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００の動作を再開し、第１のポンプ７０２を第３の循環条件の下で駆動して、循環経路Ａで液体Ｗを循環させる（Ｓ２７）。本実施形態において、第３の循環条件は、Ｓ２４とＳ２９で行われた液体Ｗの流入出に伴って低減した気体溶解度を、再び所望の溶解度まで補充するのに好適な条件である。第１の循環条件と同じ流速と圧力にしてもよいし、第１の循環条件とは異なる流速と圧力にしてもよい。また、第１の循環条件と同じ流速と圧力としながら、第１の循環条件の下での循環と停止とを間欠的に繰り返す形態としてもよい。

溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、気体溶解部８００と第１のポンプ７０２の動作を停止する（Ｓ２８）。但し、第１のポンプ７０２の動作停止は必須ではない。即ち、以後の工程において、循環経路Ａは循環させたまま行ってもよい。

一方、Ｓ２６〜Ｓ２８と並行して、ＣＰＵ２００１は、循環経路Ｂの循環制御も行う。 まず、ＣＰＵ２００１は、第２の収容室９５０に収容された液体Ｗの温度調整を開始する（Ｓ２５）。具体的には、温度センサ９５５の検出温度を監視しながら、冷却部９５３を動作させる。この際、第２の循環条件の温度範囲は、第１の循環条件と等しく１０℃以下としてもよいが、第１の実施形態で説明したものと同様の理由により、さらに低温に設定してもよい。また、第２の収容室９５０が比較的熱伝導率の高いＳＵＳ３１６Ｌなどで形成されている場合には、Ｓ２４の前から第２の収容室９５０の冷却を開始していてもよい。これらにより、第２の収容室９５０に供給された液体Ｗの液体温度を２０℃以下に維持したまま、第２の循環条件における温度調整ができるため、溶解した気体Ｇを気泡として析出させることを抑え、効率良くＵＦＢを生成することができる。

温度センサ９５５の検出温度が上述した第２の循環条件の温度範囲に含まれているのを確認すると、ＣＰＵ２００１は、第２の循環条件の下で第３のポンプ７０４を駆動して循環経路Ｂで液体Ｗを循環させ、ＵＦＢ生成部１０００の動作を開始する（Ｓ２９）。第２の循環条件の内容は、第１の実施形態と同じであってもよいし、第１の実施形態とは異なった条件であってもよい。いずれにしても、ＵＦＢを生成させるのに適した流速と圧力が設定されていればよい。ＣＰＵ２００１は、循環経路Ｂにおけるこのような循環を、第２の収容室９５０に設けられたＵＦＢ濃度センサ９５６が所定のＵＦＢ濃度を検出するまで継続する。

ＵＦＢ濃度センサ９５６が所定のＵＦＢ濃度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ生成部１０００と第３のポンプ７０４の動作を停止する（Ｓ３０）。そして、ＣＰＵ２００１はバルブ９５４を開放し、第２の収容室９５０に収容されている液体Ｗを外部の回収容器に排出する（Ｓ３１）。

ここで、第１の収容室９００において、液体供給部６００から新たな液体の供給を開始してから、その液体に所望の気体Ｇを所望の溶解度に溶解させるために要する時間（Ｓ２７に要する時間）をＴ１とする。また、第２の収容室９５０において、供給された液体Ｗを所望の濃度のＵＦＢ含有液にし、回収容器への排出が完了するまでに要する時間（Ｓ２５〜Ｓ３１に要する時間）をＴ２とする。このとき、本実施形態では、Ｔ１≦Ｔ２が満たされているものとする。上記条件が満たされることにより、第２の収容室９５０から回収容器への排出が完了した時点で、第１の収容室９００には所望の気体が所望の溶解濃度で溶解された液体Ｗが完成していることとなり、ＵＦＢ生成工程を無駄なく継続することができる。

Ｓ３２において、ＣＰＵ２００１は、回収容器に回収された液体Ｗが目的の量に達成したか否かを判定する。目的の量に達成していない場合、ＣＰＵ２００１はＳ２４に戻り、再び第１の収容室９００から第２の収容室９５０に液体を送る。この際、第１の収容室９００に貯留されている液体は、既に所望の溶解度で所望の気体が溶解されている液体である。

一方、Ｓ３２において、回収容器に回収された液体Ｗが目的の量に達成したと判定した場合、本処理は終了する。

以上説明した本実施形態によれば、循環経路Ａによる気体Ｇを溶解させる工程と、循環経路ＢによるＵＦＢを生成する工程とを、それぞれに適した循環条件の下で同時に並行して行うことができる。更に、循環経路Ａと循環経路Ｂとが、互いに合流することなく独立しているため、それぞれの循環流路に適した条件を更に高精度に維持することが可能となる。

（第４の実施形態）
図２０は、第４の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、図１８で示した第３の実施形態と異なる点は、図中矢印Ｄで示す経路が追加されていることである。図中矢印Ｄで示す経路は、第２の収容室９５０から第１の収容室９００へ液体Ｗを送るための経路であり、第５のポンプ７０６を駆動源とする。また、本実施形態の第２の収容室９５０には、液面の上限を管理するための液面センサ９５２とは別に、液面の下限を管理するための下限センサ９５７が設けられている。第１の収容室９００から第２の収容室９５０へ液体Ｗを送るための第４のポンプ７０５と、第２の収容室９５０から第１の収容室９００へ液体Ｗを送るための第５のポンプ７０６は、同じものであってもよいが、異なる送液能力を有するものであってもよい。

以上の構成を有する本実施形態によれば、循環経路ＢにおいてＵＦＢの生成工程中にある液体Ｗを、再び循環経路Ａの気体溶解工程に戻すことができる。つまり、ＵＦＢが生成されることによって減少した気体の溶解度を、循環経路Ａに戻すことによって、再び適切な溶解度に調整することができる。

図２１は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を製造する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００においても、制御の構成は図１３のブロック図に示す第１の実施形態と同様である。

図２１において、Ｓ４１〜Ｓ４５は図１９で説明したＳ２１〜Ｓ２５と同じであるので、ここでの説明は省略する。但し、Ｓ４４において、ＣＰＵ２００１は、第１のポンプ７０２を停止せず、循環経路Ａの循環は維持したままとする。

Ｓ４６において、ＣＰＵ２００１は、第２の循環条件の下で第３のポンプ７０４を駆動して循環経路Ｂで液体Ｗを循環させ、ＵＦＢ生成部１０００の動作を開始する。

次に、ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ濃度センサ９５６が所定のＵＦＢ濃度を検出したか否かを判定する（Ｓ４７）。所定のＵＦＢ濃度に達していないと判定した場合は、第２の収容室９５０に収容されている液体Ｗの一部を、第１の収容室９００に戻す（Ｓ４８）。具体的には、第２の収容室９５０に設けられている下限センサ９５７の検出を監視しながら、第５のポンプ７０６を動作させ、下限センサ９５７が液面を検出した時点で、第５のポンプ７０６の動作を停止する。これにより、第２の収容室９５０より、所定量の液体Ｗが第１の収容室９００に戻される。

溶解度センサ８０５が所定の溶解度を検出すると、ＣＰＵ２００１は、第１の収容室９００に収容されている液体Ｗの一部を、再び第２の収容室９５０に送る（Ｓ４９）。具体的には、第２の収容室９５０に設けられている液面センサ９５２の検出を監視しながら、第４のポンプ７０５を動作させ、液面センサ９５２が液面を検出した時点で、第４のポンプ７０５の動作を停止する。これにより、第１の収容室９００より、所定量の液体Ｗが第２の収容室９５０に送られる。そして、このようなＳ４８及びＳ４９の工程、即ち第１の収容室９００と第２の収容室９５０の間で液体Ｗの流出及び流入を行う工程を、ＵＦＢ濃度センサ９５６が所定のＵＦＢ濃度を検出するまで繰り返す。

Ｓ４７において、ＵＦＢ濃度センサ９５６が所定のＵＦＢ濃度を検出したと判定すると、ＣＰＵ２００１はＵＦＢ生成部１０００と循環経路Ｂの循環を停止する（Ｓ５０）。そして、バルブ９５４を開放し、第２の収容室９５０に収容されている液体Ｗを外部の回収容器に排出する（Ｓ５１）。

Ｓ５２において、ＣＰＵ２００１は、回収容器に回収された液体Ｗが目的の量に達成したか否かを判定する。目的の量に達成していない場合、ＣＰＵ２００１はＳ４１に戻り、Ｓ４１〜Ｓ５１の工程を繰り返す。一方、Ｓ５２において、目的の量に達成したと判定した場合、ＣＰＵ２００１は、循環経路Ａの循環と気体溶解部８００の動作を停止し（Ｓ５３）、本処理は終了する。

以上説明した本実施形態によれば、第１の収容室９００と第２の収容室９５０の間の液体Ｗの移動や、第２の収容室９５０からの液体の排出に関わらず、循環経路Ａにおける気体の溶解工程と循環経路ＢにおけるＵＦＢ生成工程とを、持続的に行うことができる。よって、上記説明した実施形態に比べ、ＵＦＢ含有液の製造効率をさらに向上させることができる。

なお、図２０に示した本実施形態においては、第４のポンプ７０５の輸送量と第５のポンプ７０６の輸送量を等しくし、更にこれらを同時に動作させることにより、矢印Ｃと矢印Ｄの経路とを有する新たな循環経路ＣＤを形成することができる。この場合、第１の収容室９００と第２の収容室９５０とを１つの大きな収容室とみなすことができ、実質的に、図１５で説明した第２の実施形態と同様の形態となる。このような場合、循環経路ＣＤについては独立した循環条件を設定してもよい。即ち、循環経路Ａを第１の循環条件で循環させ、循環経路Ｂを第２の循環条件で循環させる中、循環経路ＣＤを第１の循環条件とも第２の循環条件とも異なる循環条件で循環させてもよい。

また、図２０に示した本実施形態において、第４のポンプ７０５と、第５のポンプ７０６とを共に停止させている間は、図１８で説明した第３の実施形態と同様の形態を実現することができる。即ち、図２０に示した本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００においては、生成するＵＦＢ含有液の種類や環境条件など様々な状況に応じて、第２の実施形態の製造方法と第３の実施形態の製造方法とを切り替えることができる。

図２２は、第４の実施形態の変形例を説明するためのフローチャートである。本変形例の場合、第１の収容室９００から第２の収容室９５０に液体Wを供給した後（Ｓ４４）、循環経路Ａにおいては、第３の循環条件で液体を循環させ、気体の溶解を継続する（Ｓ５４）。一方、第２の収容室９５０の温度調整を開始し（Ｓ５５）、循環経路ＣＢＤを第２の循環条件で循環させる（Ｓ５６）。このときの循環の動作の詳細は図２１で説明したものと同様である。第２の収容室９５０の温度を第１の収容室９００の温度と異なる設定にした場合、例えば第２の収容室９５０の温度を１５℃、第１の収容室の温度を２０℃に設定した場合、第２の収容室９５０の温度が１５℃になるのを待たずにＳ５６に移ってもよい。

溶解度センサ８０５、温度センサ９０５、および温度センサ９５５の値が全て所定の値に達したことを検知したら、ＣＰＵ２００１はＵＦＢ生成部１０００を動作する（Ｓ５７）。そして、ＵＦＢ濃度センサ９５６が所定のＵＦＢ濃度を検出したと判定したら、ＣＰＵ２００１はＵＦＢ生成部１０００とポンプ７０４、７０５、７０６を止めて循環経路ＣＢＤの循環を停止する。

その後バルブ９５４を開放し、第３の収容室９６０に収容されている液体Ｗを外部の回収容器に排出する（Ｓ５１）。以下、図２１で説明したものと同様に、目的の量のＵＦＢ含有液を得るまでこれらの動作を繰り返す。

図２０の構成においては、液体Ｗが第１の収容室９００から第２の収容室９５０へ供給される間及び第２の収容室９５０の液体温度が所定値に達するまでの間に、液体温度が第１の収容室９００で調整した温度よりも上昇して気体Ｇの溶解度が下がることがある。このような場合であっても、本変形例によれば、Ｓ５４とＳ５６を経てからＳ５７でＵＦＢ生成を開始することができるため、経路Ｃの長さや第２の収容室９５０の材質を問わず、安定して効率的にＵＦＢを生成することができる。

（第５の実施形態）
図２３は、第５の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、図２０で示した第４の実施形態と異なる点は、ＵＦＢ生成部１０００から第１の収容室９００に戻る経路において、第２の収容室９５０を経由していないことである。

本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を製造する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程は図２２で説明したものと同様である。ただし、図２２のＳ５６中の循環経路ＣＢＤの表記は、ここでは循環経路ＣＢとなる。経路Ｃと経路Ｂにおいて、流速は同じであっても異なっていてもよいが、異なる場合には経路Ｃの流速が経路Ｂよりも大きくなるようにする。

ＵＦＢ生成部１０００での発熱量が比較的大きくなる場合には、液体Ｗの温度が上昇し、溶存していた気体Ｇが気泡として析出することがある。この気泡を図２０のように第２の収容室９５０に戻すと、第２の収容室９５０の液体温度が変化したり、ＵＦＢ生成部１０００から送られてきた気泡を再度ＵＦＢ生成部１０００に供給してしまったりすることになる。この場合、ＵＦＢ生成部１０００におけるＵＦＢ生成効率が損なわれる懸念が生じ、特に溶解度の高い気体を選択した場合には、このような懸念が大きくなる。

本実施形態によれば、ＵＦＢ生成部１０００を通過した液体は第１の収容室９００に戻るため、上記懸念を避けることができ、効率的なＵＦＢ生成を継続することが可能である。

なお、第１の収容室９００の容量は第２の収容室９５０と比較して十分に大きいため、温度変化の影響を受けにくい。また、経路Ｃの終端位置を経路Ｂの先端位置よりも高い位置に配置することで、第２の収容室９５０に気泡が入り込み、ＵＦＢ生成部１０００へ供給される可能性が低くなり、より安定したＵＦＢ生成を実現することができる。このような配管の位置関係は、第１の収容室９００においても適用可能である。経路Ａおよび経路Ｂの終端の位置を、経路Ｃの先端よりも高い位置に配置しておくことにより、第２の収容室９５０への気泡の入り込みを更に抑えることが可能となる。

（第６の実施形態）
図２４は、第６の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００は、第１の収容室９００からＵＦＢ生成部１０００に直接液体Ｗを供給し、ＵＦＢ生成部１０００から第１の収容室９００へは、第３の収容室９６０を経由して供給される構成である。

第３の収容室９６０は、第２の収容室９５０と同様に第１の収容室９００よりも小さく、第１の収容室９００の１／１００〜１／５程度の容量を有している。第３の収容室９６０は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのフッ素系樹脂、ＳＵＳ３１６Ｌなどの金属やその他の無機材料などの耐腐食性の強い材料で形成されている。また、第３の収容室９６０には、液面センサ９６２、９６７、ＵＦＢの含有濃度を検出するためのＵＦＢ濃度センサ９６６と、ＵＦＢ含有液を外部容器に排出するための配管及びバルブ９６４が設けられている。第３の収容室９６０は、ＵＦＢ生成部１０００の下流にあるため、冷却部は必要としないが、目的に応じて冷却部を設けても良い。

第３の収容室９６０には、液面センサ９６７の高さ以下の位置にＵＦＢフィルタ９６８が設けられており、ＵＦＢフィルタ９６８を境に第３の収容室９６０の内部はＵＦＢ含有液貯留室９６０ａと液体貯留室９６０ｂに分けられる。ＵＦＢフィルタ９６８の孔径は１μｍ程度である。そして、経路Ｂの終端がＵＦＢ含有液貯留室９６０ａに、経路Ｄの先端が液体貯留室９６０ｂに配置されるようにして循環経路ＢＤが構成されている。このような構成により、ＵＦＢ生成部１０００から供給されてきたＵＦＢ含有液のうち、ＵＦＢはＵＦＢ含有液貯留室９６０ａの内部に貯留され、ＵＦＢを含有しない液体Ｗが液体貯留室９６０ｂ内に移動し、更に第１の収容室９００へと供給される。

本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を製造する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程のフローチャートは図２５で示す通りであり、図１７で説明したものとほぼ同様である。経路Ｂと経路Ｄにおいて、流速は同じであっても異なっていてもよい。経路Ｂと経路Ｄの流速が異なる場合には経路Ｄの流速が経路Ｂの流速よりも大きくなるようにする。

ＵＦＢ生成部１０００がＵＦＢを生成している間、循環経路Ａでは第３の循環条件で液体を循環させながら気体を溶解させる（Ｓ１９）。本実施形態の場合、ＵＦＢ生成部１０００で生成されたＵＦＢが第１の収容室９００に流入されないため、循環するＵＦＢが合流部８０２などで破壊されるおそれがない。よって、第３の循環条件は、ＵＦＢの破壊を防ぐことを目的に、第１の循環条件よりも小さい流速や低い圧力に設定する必要が無く、自由に設定することができる。

本実施形態において、一度生成されたＵＦＢは、様々な経路やＵＦＢ生成部１０００を通過すること無く、ＵＦＢ含有液貯留室９６０ａに留まっている。このため、ＵＦＢ生成部１０００の稼働時間を制御することによって、所望の濃度のＵＦＢ含有液を安定して作ることが可能となる。

ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ濃度センサ９６６が所定のＵＦＢ濃度を検出したと判定したら、まずＵＦＢ生成部１０００とポンプ７０５の動作を止めて経路Ｂのみ液体Ｗの供給を停止する（Ｓ６１）。そして、ＣＰＵ２００１は、液面センサ９６７が液面を検知したタイミングでポンプ７０６を止め、経路Ｄにおける液体Ｗの流れを停止する（Ｓ６２）。その後、ＣＰＵ２００１はバルブ９６４を開放し、第３の収容室９６０に収容されている液体Ｗを外部の回収容器に排出する（Ｓ１７）。

以上説明した本実施形態は、溶解度がさほど大きくない気体Ｇを用い、循環経路Ａにおける循環を何度も繰り返しながら濃度の高いＵＦＢ含有液を生成する場合などに特に有効である。

図２６は、第６の実施形態の変形例としてのＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。図２４ではＵＦＢフィルタ９６８が水平方向に配置されていたのに対し、図２６ではＵＦＢフィルタ９６８を鉛直方向に配置している。

図２４の場合、ＵＦＢ含有液貯留室９６０ａに気泡が入り込むと、浮力で上昇しようとする気泡がＵＦＢフィルタ９６８を塞ぎ、ＵＦＢフィルタ９６８の有効面積を減縮してしまうおそれが生じる。これに対し、本変形性の構成では、浮力で上昇した気泡は大気に開放されるため、ＵＦＢフィルタ９６８の有効面積は維持され、安定した循環動作を続けることができる。また、ＵＦＢ含有液貯留室９６０ａの体積を液体貯留室９６０ｂよりも大きくすることで、一度に回収するＵＦＢ含有液の量を増やすことができる。

（第７の実施形態）
図２７は、第７の実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００の概略構成図である。

本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００は、第１の収容室９００からＵＦＢ生成部１０００には第２の収容室９５０を経由して液体Ｗを供給し、ＵＦＢ生成部１０００から第１の収容室９００へは第３の収容室９６０を経由して液体Ｗを供給する構成である。

第２の収容室９５０、第３の収容室９６０の構成および機能は上述したものと同様であり、第１の収容室９００の容量は、第２の収容室９５０および第３の収容室９６０の容量の和よりも十分に大きく形成されている。

図２８は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置２０００において、所望のＵＦＢ含有液を製造する際に、ＣＰＵ２００１が実行する工程のフローチャートである。図２８は、図２２で説明したフローチャートとほぼ同様である。ＣＰＵ２００１は、ＵＦＢ濃度センサ９６６が所定のＵＦＢ濃度を検出したと判定すると、まずＵＦＢ生成部１０００とポンプ７０５の動作を止めて経路ＣＢのみ液体Ｗの供給を停止する（Ｓ７１）。そして、ＣＰＵ２００１は、液面センサ９６７が液面を検知したタイミングでポンプ７０６を止め、経路Ｄにおける液体Ｗの供給を停止する（Ｓ７２）。その後、ＣＰＵ２００１は、バルブ９６４を開放し、第３の収容室９６０に収容されている液体Ｗを外部の回収容器に排出する（Ｓ５１）。

本実施形態の構成によれば、気体Ｇの種類によらず、ＵＦＢ生成部１０００での効率的なＵＦＢの生成と、高濃度のＵＦＢ含有液の作製を実現することができる。図２７では１種類の気体Ｇが接続される場合を示しているが、複数の気体Ｇを切り替えて接続するような場合においても好適である。

７００ 配管
８００ 気体溶解部
１０００ ＵＦＢ生成部
２００１ ＣＰＵ

Claims (39)

1. 液体に所定の気体を溶解させるための溶解手段と、
   前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成手段と、
   前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を含む液体の循環経路において、液体の循環を制御する循環制御手段と、
   を備えるウルトラファインバブル含有液製造装置であって、
   前記循環制御手段は、前記溶解手段を経由する循環経路において前記溶解手段を動作させるときは、循環する液体の状態を定める第１の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を経由する循環経路において前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第１の条件とは異なる第２の条件に従って液体を循環させることを特徴とするウルトラファインバブル含有液製造装置。
2. 液体を収容するための収容室を更に備え、
   前記循環制御手段は、前記収容室から前記溶解手段及び前記ウルトラファインバブル生成手段を経由して前記収容室に戻る循環経路において、
   前記溶解手段を動作させ且つ前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させないときは前記第１の条件に従って液体を循環させ、前記溶解手段を動作させず且つ前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは前記第２の条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
3. 液体を収容するための収容室を更に備え、
   前記循環制御手段は、
   前記収容室から前記溶解手段を経由し前記ウルトラファインバブル生成手段を経由せずに前記収容室に戻る第１の循環経路において、前記溶解手段を動作させるときに前記第１の条件に従って液体を循環させ、
   前記収容室から前記ウルトラファインバブル生成手段を経由し前記溶解手段を経由せずに前記収容室に戻る第２の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときに前記第２の条件に従って液体を循環させること特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
4. 前記収容室へ液体を供給する液体供給手段と、前記収容室より液体を排出する排出手段とを更に備えることを特徴とする請求項２または３に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
5. 液体を収容するための第１の収容室及び第２の収容室と、前記第１の収容室から前記第２の収容室へ液体を供給する手段とを更に備え、
   前記循環制御手段は、
   前記第１の収容室から前記溶解手段を経由し前記ウルトラファインバブル生成手段を経由せずに前記第１の収容室に戻る第１の循環経路において、前記溶解手段を動作させるときに前記第１の条件に従って液体を循環させ、
   前記第２の収容室から前記ウルトラファインバブル生成手段を経由し前記溶解手段を経由せずに前記第２の収容室に戻る第２の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときに前記第２の条件に従って液体を循環させること特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
6. 前記ウルトラファインバブル生成手段によってウルトラファインバブルが生成された液体を、前記第２の収容室から前記第１の収容室へ供給する手段を更に備えることを特徴とする請求項５に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
7. 前記循環制御手段は、前記第１の収容室から前記第２の収容室へ液体を供給する経路と前記第２の収容室から前記第１の収容室へ液体を供給する経路とで構成される第３の循環経路に対し、前記第１の条件及び前記第２の条件とは異なる循環条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項６に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
8. 前記循環制御手段は、前記第１の循環経路と前記第２の循環経路とを同時に循環させることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
9. 前記循環制御手段は、前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させないときは、前記第１の循環経路において前記第１の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときは、前記第１の循環経路において前記第１の条件とは異なる第３の循環条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項８に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
10. 前記第２の収容室の容量は前記第１の収容室の容量よりも小さく、
    前記第１の収容室へ液体を供給する液体供給手段と、前記第２の収容室から液体を排出する排出手段とを更に備えることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
11. 前記第１の条件および前記第２の条件は、液体の流速、圧力、温度のうち少なくとも１つの状態を定めることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
12. 前記第１の条件は前記第２の条件よりも速い流速を定めることを特徴とする請求項１１に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
13. 前記第１の条件は前記第２の条件よりも高い圧力を定めることを特徴とする請求項１１または１２に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
14. 前記第２の条件は前記第１の条件よりも低い温度を定めることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
15. 前記循環制御手段は、循環経路に配されたポンプの駆動を制御することにより、前記第１の条件及び前記第２の条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
16. 前記ウルトラファインバブル生成手段は、発熱素子を発熱させて液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
17. 液体を収容するための第１の収容室から液体を収容するための第２の収容室を経由して前記ウルトラファインバブル生成手段に液体を供給する第１の供給手段、及び前記ウルトラファインバブル生成手段から液体を収容するための第３の収容室を経由して前記第１の収容室へ液体を供給する第２の供給手段の少なくとも一方を更に備え、
    前記循環制御手段は、
    前記第１の収容室から前記溶解手段を経由し前記ウルトラファインバブル生成手段を経由せずに前記第１の収容室に戻る第１の循環経路において、前記溶解手段を動作させるときに前記第１の条件に従って液体を循環させ、
    前記第１の収容室から前記ウルトラファインバブル生成手段を経由し、前記溶解手段を経由せずに前記第１の収容室に戻る第２の循環経路において、
    前記ウルトラファインバブル生成手段を動作させるときに前記第２の条件に従って液体を循環させること特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
18. 前記第２の供給手段を備え、
    前記第３の収容室には、当該第３の収容室の内部を、前記ウルトラファインバブル生成手段と接続されたウルトラファインバブル収容室と、前記第１の収容室と接続された液体収容室とに分割するフィルタが設けられており、
    前記ウルトラファインバブル収容室は、液体を排出する排出手段を有することを特徴とする請求項１７に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
19. 前記フィルタは、鉛直方向に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
20. 前記ウルトラファインバブル収容室の体積は、前記液体収容室の体積よりも大きいことを特徴とする請求項１８または１９に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
21. 前記第２の収容室および前記第３の収容室の容量の和は、前記第１の収容室の容量よりも小さいことを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
22. 液体に所定の気体を溶解させる溶解工程と、
    前記所定の気体が溶解された液体中にウルトラファインバブルを生成するウルトラファインバブル生成工程と、
    前記溶解工程を実行可能な循環経路において前記溶解工程を実行するときは、循環する液体の状態を定める第１の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成工程を実行可能な循環経路において前記ウルトラファインバブル生成工程を実行するときは前記第１の条件とは異なる第２の条件に従って液体を循環させるように、液体の循環を制御する循環制御工程と、
    を有することを特徴とするウルトラファインバブル含有液製造方法。
23. 前記循環制御工程は、前記溶解工程と前記ウルトラファインバブル生成工程とが共に実行可能な循環経路において、
    前記溶解工程を行い且つ前記ウルトラファインバブル生成工程を行わないときは前記第１の条件に従って液体を循環させ、前記溶解工程を行わず且つ前記ウルトラファインバブル生成工程を行うときは前記第２の条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項２２に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
24. 前記循環制御工程は、
    前記溶解工程が実行可能であって前記ウルトラファインバブル生成工程が実行可能ではない第１の循環経路において、前記溶解工程を行うときに前記第１の条件に従って液体を循環させ、
    前記溶解工程が実行可能ではなく前記ウルトラファインバブル生成工程が実行可能である第２の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成工程を行うときに前記第２の条件に従って液体を循環させること特徴とする請求項２２に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
25. 液体を収容するための収容室へ循環する前の液体を供給する液体供給工程と、前記収容室より循環した後の液体を排出する排出工程とを更に有することを特徴とする請求項２２から２４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
26. 液体を収容するための第１の収容室から液体を収容するための第２の収容室へ液体を供給する工程を更に有し、
    前記循環制御工程は、
    前記第１の収容室から送られ前記第１の収容室に戻る循環経路であって、前記溶解工程が実行可能であって前記ウルトラファインバブル生成工程が実行可能ではない第１の循環経路において、前記溶解工程を行うときに前記第１の条件に従って液体を循環させ、
    前記第２の収容室から送られ前記第２の収容室に戻る循環経路であって、前記溶解工程が実行可能ではなく前記ウルトラファインバブル生成工程が実行可能である第２の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成工程を行うときに前記第２の条件に従って液体を循環させること特徴とする請求項２２に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
27. 前記ウルトラファインバブル生成工程によってウルトラファインバブルが生成された液体を、前記第２の収容室から前記第１の収容室へ供給する工程を更に有することを特徴とする請求項２６に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
28. 前記循環制御工程は、前記第１の収容室から前記第２の収容室へ液体を供給する経路と前記第２の収容室から前記第１の収容室へ液体を供給する経路とで構成される第３の循環経路に対し、前記第１の条件及び前記第２の条件とは異なる条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項２７に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
29. 前記循環制御工程は、前記第１の循環経路と前記第２の循環経路とを同時に循環させることを特徴とする請求項２６から２８のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
30. 前記循環制御工程は、前記ウルトラファインバブル生成工程を行わないときは、前記第１の循環経路において前記第１の条件に従って液体を循環させ、前記ウルトラファインバブル生成工程を行うときは、前記第１の循環経路において前記第１の条件とは異なる第３の循環条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項２９に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
31. 前記第２の収容室の容量は前記第１の収容室の容量よりも小さく、
    前記第１の収容室へ液体を供給する液体供給工程と、前記第２の収容室から液体を排出する排出工程とを更に有することを特徴とする請求項２６から３０のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
32. 前記第１の条件および前記第２の条件は、液体の流速、圧力、温度のうち少なくとも１つの状態を定めることを特徴とする請求項２２から３１のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
33. 前記第１の条件は前記第２の条件よりも速い流速を定めることを特徴とする請求項３２に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
34. 前記第１の条件は前記第２の条件よりも高い圧力を定めることを特徴とする請求項３２または３３に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
35. 前記第２の条件は前記第１の条件よりも低い温度を定めることを特徴とする請求項３２から３４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
36. 前記循環制御工程は、循環経路に配されたポンプの駆動を制御することにより、前記第１の条件及び前記第２の条件に従って液体を循環させることを特徴とする請求項２２から３５のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
37. 前記ウルトラファインバブル生成工程は、発熱素子を発熱させて液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成することを特徴とする請求項２２から３６のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
38. 液体を収容するための第１の収容室から液体を収容するための第２の収容室を経由して前記ウルトラファインバブル生成工程に液体を供給するための第１の供給工程、及び前記ウルトラファインバブル生成工程から液体を収容するための第３の収容室を経由して前記第１の収容室へ液体を供給する第２の供給工程の少なくとも一方を更に有し、
    前記循環制御工程は、
    前記第１の収容室から送られ前記第１の収容室に戻る循環経路であって、前記溶解工程が実行可能であって前記ウルトラファインバブル生成工程が実行可能ではない第１の循環経路において、前記溶解工程を行うときに前記第１の条件に従って液体を循環させ、
    前記第１の収容室から送られ前記第１の収容室に戻る循環経路であって、前記溶解工程が実行可能ではなく前記ウルトラファインバブル生成工程が実行可能である第２の循環経路において、前記ウルトラファインバブル生成工程を行うときに前記第２の条件に従って液体を循環させること特徴とする請求項２２に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。
39. 前記第２の供給工程を有し、
    前記第３の収容室には、当該第３の収容室の内部を、前記ウルトラファインバブル生成工程と接続されたウルトラファインバブル収容室と、前記第１の収容室と接続された液体収容室とに分割するフィルタが設けられており、
    前記ウルトラファインバブル収容室から、液体を排出する排出工程を更に有することを特徴とする請求項３８に記載のウルトラファインバブル含有液製造方法。

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