JP2021126601A - Ｕｆｂ含有液作製装置、及びｕｆｂ含有液作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＦＢ生成手段によって効率的にＵＦＢ含有液を作製することが可能なＵＦＢ含有液作製装置を提供する。【解決手段】気体溶解部によって生成された気体溶解液にＵＦＢを生成するＵＦＢ生成部２１４と、ＵＦＢ生成部に流入する気体溶解液に含有されるマイクロバブルの量を低減させるマイクロバブル低減部２１８と、を備える。【選択図】図１４

Description

本発明は、ウルトラファインバブルを含有したＵＦＢ含有液を作製するＵＦＢ含有液作製装置、及びＵＦＢ含有液作製方法に関する。

近年、１．０μｍ未満の直径を有するウルトラファインバブル（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ（以下、ＵＦＢという）を含有するＵＦＢ含有液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、液体供給タンクから供給された液体にＵＦＢ生成手段でＵＦＢを発生させた後、ＵＦＢ含有液を液体回収容器に出力する装置が開示されている。さらに特許文献１には、液体回収容器に出力された液体を液体供給タンクへと還流させる循環経路が開示されている。この循環経路を介してＵＦＢ含有液を繰り返しＵＦＢ生成部へと供給することにより、ＵＦＢの含有濃度を高めることが可能になる。

特開２０１９−０４２７３２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の装置では、ＵＦＢ生成手段に供給される液体に、マイクロメートルサイズ以上の直径を有するバブル（マイクロバブル（ＭＢ）やミリバブル等）が含まれることがある。このようなマイクロバブルが多量にＵＦＢ生成手段に供給された場合、ＵＦＢ生成手段において生成されたＵＦＢがＭＢに取り込まれ、十分なＵＦＢ生成効率が得られない可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてされたものであり、ＵＦＢ生成手段によって効率的にＵＦＢ含有液を作製することが可能なＵＦＢ含有液作成装置及びＵＦＢ含有液作製方法の提供を目的とする。

本発明は、液体供給部から供給された液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製する気体溶解部と、前記気体溶解部によって作製された気体溶解液が流入し、当該流入した気体溶解液にＵＦＢを生成するＵＦＢ生成部と、前記ＵＦＢ生成部に流入する前記気体溶解液に含有されるマイクロバブルの量を低減させるマイクロバブル低減部と、を備えるとを特徴とするＵＦＢ含有液作製装置である。

本発明によれば、ＵＦＢ生成手段によって効率的にＵＦＢ含有液を作製することが可能になる。

ＵＦＢ含有液作製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。 膜沸騰で生成された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。 液体の飽和溶解度の変化によって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。 実施形態の制御系の構成を示すブロック図である。 第１実施形態におけるＵＦＢ含有液作製装置の構成を示す図である。 第１実施形態の第１変形例の構成を示す図である。 第２実施形態におけるＵＦＢ含有液作製装置の構成を示す図である。 第２実施形態の第１変形例の構成を示す図である。 第２実施形態の第２変形例の構成を示す図である。 第２実施形態の第３変形例の構成を示す図である。 第２実施形態の第４変形例の構成を示す図である。 第２実施形態の第５変形例の構成を示す図である。 第２実施形態の第６変形例の構成を示す図である。 第３実施形態の構成を示す図である。 第４実施形態の構成を示す図である。 ＭＢ流入阻害部におけるＭＢの状態を示す説明図である。 Ｔ−ＵＦＢにおけるＵＦＢ生成過程を示す図である。 ＵＦＢ生成時におけるＭＢの影響を示す図である。 従来のＵＦＢ含有液作製装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

（ＵＦＢ含有液作製装置の基本構成）
図１は、本発明に適用可能なＵＦＢ含有液作製装置の一例を示す図である。本実施形態のＵＦＢ含有液作製装置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。本実施形態の前処理ユニット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。さらに、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。さらに、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。本実施形態の溶解ユニット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、本発明においては、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、本実施形態の素子基板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ＴａＮ０．８、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０．５ｕｓｅｃ〜１０．０ｕｓｅｃ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さら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さらに詳しく説明する。

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。本実施形態では、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。本実施形態では、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が占める領域はさらに大きくなり、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。本実施形態では、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の収縮がさら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、本実施形態においては、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。本実施形態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。

図１１（ａ）および（ｂ）は、液体Wの飽和溶解度の変化によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。図１１（ａ）は、膜沸騰泡１３が生成された状態を示している。膜沸騰泡１３の生成に伴い周囲の液体Ｗも加熱され、膜沸騰泡１３の周囲には他の領域よりも温度が高い高温領域１９が形成される。液体Wの飽和溶解度は、液体の温度が高くなるほど低くなるため、高温領域１９の飽和溶解度は他の領域よりも低くなり、気体に相転移しやすい過飽和状態となる。そして、このような過飽和状態にある気体溶解液体３が、膜沸騰泡１３に接触することによって相転移し、ＵＦＢとなって析出する。図において、矢印は気体溶解液体３が析出する方向を示す。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３の周辺の飽和溶解度の変化によって生成される気泡を第５のＵＦＢ１１Ｅと称す。

図１１（ｂ）は、膜沸騰泡１３が消泡した状態を示している。膜沸騰泡１３に接触することによって生成された第５のＵＦＢ１１Ｅは、膜沸騰泡１３の消泡と共に発熱素子１０の方向に引き寄せられ、膜沸騰泡１３が占有していた領域１３´には液体Ｗが満たされる。析出したＵＦＢのうち液体Ｗに再溶解しなかったものが、第５のＵＦＢ１１Ｅとして残存する。

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、第３のＵＦＢ１１Ｃ及び第５のＵＦＢ１１Ｅ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。さらに、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。

本実施形態において、図７（ａ）〜（ｃ）で説明した第１のＵＦＢ１１Ａ、図９（ａ）〜（ｃ）で説明した第３のＵＦＢ１１Ｃ、及び図１１（ａ）〜（ｂ）で説明した第５のＵＦＢ１１Ｅ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、さらに、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。

本実施形態において、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１．０ｕｍ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。さらに、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１２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の後処理ユニット４００の構成例を示す図である。本実施形態の後処理ユニット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１２（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。尚、本実施形態における本工程おいて、液体導入路４１３から供給されるＵＦＢ含有液Ｗ内に含まれる全ての無機イオンが除去される必要はなく、少なくとも一部の無機イオンが除去されれば良い。

図１２（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（１μｍ以下のメッシュ径を備えるフィルタ）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。このような微細な開口径を備えるろ過フィルタにおいては、フィルタの開口径よりも大きな気泡も除去対象となり得る。特に微細な気泡はフィルタの開口（メッシュ）に吸着するとフィルタの目詰まりとなり、ろ過速度が低減する場合がある。しかしながら上述したように、本実施形態発明で説明したＴ−ＵＦＢ生成方法によって生成される気泡はその殆どが１．０ｕｍ以下の径を備える大きさであり、１．０μｍより大きいミリバブルやマイクロバブルは生成され難い。つまりミリバブルやマイクロバブルの生成率が非常に小さいため、フィルタに気泡が吸着することによるろ過速度の低下を抑制できる。よって、Ｔ−ＵＦＢ生成方法を備えるシステムに、１μｍ以下のメッシュ径を備えるフィルタを備えるろ過フィルタ４２２を好適に適用することができる。

本実施形態に適用可能なろ過方式の一例として、所謂、デッドエンドろ過方式と、クロスフローろ過方式がある。デッドエンドろ過方式は、供給液の流れ方向とフィルタ開口を通過するろ過液の流れ方向とが同じ方向、つまり互いに沿った方向に流れるものである。それに対してクロスフローろ過方式は、供給液の流れがフィルタ面に沿った方向に流れる、つまり供給液の流れとフィルタ開口を通過するろ過液の流れが交差する方向に流れる。フィルタ開口に対する気泡の吸着を抑制するためにはクロスフローろ過方式の適用が好ましい。

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１２（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。本実施形態では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、３つの後処理機構の順序を変更してもよく、また、必要に応じた後処理機構を少なくとも１つ採用しても良い。

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含有濃度をさら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。本実施形態においては後処理ユニット４００で処理したＵＦＢ含有液を溶解ユニット２００に戻して循環する形態を示したが、これに限られず、例えばＴ−ＵＦＢ生成ユニットを経由した後に後処理ユニット４００に供給する前に、再度溶解ユニット２００に液体を戻し複数回の循環を行いＴ−ＵＦＢ濃度を高めた後に、後処理ユニット４００で後処理を行ってもよい。

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。

図１３は、本実施形態に設けられる制御系の概略構成を示すブロック図である。図１４において、制御部１０００は、例えば、ＣＰＵ１００１、ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３などを含み構成されている。ＣＰＵ１００１は、ＵＦＢ含有液作製装置１Ａの全体を統括的に制御する制御手段としての機能を果たす。ＲＯＭ１００２はＣＰＵ１００１によって実行される制御プログラムや所定のテーブル、及びその他の固定データを格納している。ＲＡＭ１００３は、種々の入カデータを一時的に格納する領域や、ＣＰＵ１００１によって処理を実行する際の作業領域等を有する。操作表示部６０００は、ユーザによってＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度やＵＦＢ作製時間等を含む種々の設定操作を行う設定部６００１と、ＵＦＢ含有液の作製所要時間や装置の状態表示などを行う表示部（表示手段）６００２と、を備える。

制御部１０００には、素子基板１２に設けられた複数の発熱素子１０（図５（ａ）参照）を有する発熱部１０Ｇの各発熱素子１０の駆動を制御する発熱素子駆動部（駆動手段）２０００を有する。発熱素子駆動部２０００は、ＣＰＵ１００１からの制御信号に応じた駆動パルスを発熱部１０Ｇに含まれる複数の発熱素子１０のそれぞれに印加する。各発熱素子１０は、印加された駆動パルスの電圧、周波数、パルス幅などに応じた熱を発する。

制御部１０００は、各ユニットに設けられた開閉バルブ等からなるバルブ群３０００の制御を行う。さらに、制御部１０００は、ＵＦＢ含有液作製装置１Ａ内に設けられた各種ポンプからなるポンプ群４０００や不図示のモータなどの制御も行う。また、Ｔ−ＵＦＢ含有液作製装置１Ａには、種々の計測を行う計測部５０００が設けられている。この計測部５００には、例えば作製されているＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度や流量の計測を行う計測器、及びバッファ槽１０３０におけるＵＦＢ含有液の蓄積量を計測する計測器などが含まれる。この計測部５０００から出力された計測値は制御部１０００に入力される。

以上が、ＵＦＢ含有液作製装置１の基本構成の概略であるが、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、また作製する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さら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、前処理ユニットとしての脱気ユニット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をさらに追加してもよい。

また、図１２（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含有液作製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。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態におけるＵＦＢ含有液作製装置は、前述の基本構成と同様に、ヒータを用いたＴ−ＵＦＢ方式を用いたＵＦＢ生成部によって、供給された気体溶解液中にＵＦＢを生成する。前述のように、Ｔ−ＵＦＢ方式では、ＵＦＢより大きな径を有するバブル（マイクロバブル（以下、ＭＢという）やミリバブル）は生成されず、ＵＦＢのみが生成される。このため、高濃度のＵＦＢ含有液を作成する上で、Ｔ−ＵＦＢ方式は、極めて有効なＵＦＢ生成方式であるといえる。但し、Ｔ−ＵＦＢ生成方式のＵＦＢ生成部を用いた従来のＵＦＢ含有液作製装置では、ＵＦＢ生成部の近傍に供給される液体の中にＭＢが含まれていた場合には、ＵＦＢの生成がＭＢによって妨げられ、ＵＦＢの生成効率が低下することがある。本実施形態では、ＭＢの影響によってＵＦＢの生成効率が低下するという従来の装置の課題を解消することが可能である。以下、本実施形態の有効性を明確にするため、まず、従来の装置の概略を説明し、その後、本実施形態の構成、作用を説明する。

図２８は、従来のＵＦＢ生成装置の概略構成を示す図である。従来のＵＦＢ生成装置では、ＵＦＢの生成対象となる液体（例えば、水）が液体入力部１０１から液体入力槽１０２に供給された後、気体溶解部１０３に供給される。気体溶解部１０３は、供給された液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製し、ＵＦＢ生成部１０４に供給する。ＵＦＢ生成部１０４は、気体溶解部１０３から供給された気体溶解水内でＵＦＢを発生させてＵＦＢ含有液を作製する。ＵＦＢ生成部１０４で生成したＵＦＢ含有液はＵＦＢ出力槽１０５に送られた後、ＭＢ除去部１０６を経てＵＦＢ含有液出力部１０７に送られ、所定のＵＦＢ含有液利用機器に供給される。

上記のように、従来のＵＦＢ作製装置においては、ＵＦＢ生成部１０４の下流（ＵＦＢ出力部１０７０）直前）に配置したＭＢ除去部１０６でＭＢを除去することにより、ＵＦＢ含有液の純度を高める構成を採る。しかしながら、従来のＵＦＢ含有液作製装置では、液体入力部１０１から供給される液体に存在していたＭＢや、液体入力部１０１と気体溶解部１０３との間で発生したＭＢが、そのままＵＦＢ生成部１０４に供給されていた。このため、従来のＵＦＢ生成装置では、ＵＦＢ生成部１０４内にＭＢが存在した状態でＵＦＢの生成が行われており、これがＵＦＢの生成効率を低下させる原因となっていた。

ここで、ＵＦＢ含有液の作製、及びＵＦＢ含有液に含まれるＭＢがＵＦＢの生成に与える影響について、図２６及び図２７を参照して説明する。図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ＵＦＢ生成部１０４に供給されるＵＦＢ含有液にＭＢが存在しない場合のＵＦＢの生成過程を示す図である。図２６に示すＵＦＢ生成部１０４は、ヒータ１０４２が設けられた基板１０４を有し、Ｔ−ＵＦＢ方式でＵＦＢを生成する。図中の１０４４は、気体溶解液１０４３に含まれる溶解気体を表している。

図２６（ａ）は、ヒータ１０４２により、気体溶解液１０４３に膜沸騰泡が発生した状態を示している。図中、１０４６はヒータ１０４２の加熱作用によって温度が上昇する領域（昇温領域）を示している。昇温領域１０４６における溶解気体１０４４は、温度の上昇に伴って飽和溶解度が低下し、溶解気体濃度が飽和溶解度を上回ると、気体が析出し易い状態（過飽和状態）となる。過飽和状態の溶解気体は、気体と接したり、衝撃を受けたりすることにより析出する。本例では、昇温領域１０４６内の溶解気体１０４４は、図２６（ｂ）に示すようにヒータ１０４２の加熱によって形成された膜沸騰泡１０４５と接することによって析出する。

この後、膜沸騰泡１０４５は、図２６（ｃ）に示すように、時間の経過に伴って消泡し、析出した気体がＵＦＢ１０４８となる。ＵＦＢ１０４８は、膜沸騰泡１４０５の消泡に伴って図中の矢印に示すように、ヒータ１０４２に向けて引き寄せられる。なお、図２６（ｃ）において２点鎖線で示される領域１０４７は、膜沸騰泡１０４５が存在していた領域を示しており、膜沸騰泡１０４５の消泡時には、この領域１０４７は液体１０４３で満たされる。このように膜沸騰泡１０４５との接触によって析出した気体のうち、液体１４０３中に再溶解しなかった気泡は、ＵＦＢ１０４８として液体１０４３内に残存することとなる。

一方、図２７は、ＵＦＢ生成部１０４に供給されるＵＦＢ含有液にＭＢ１０４９が存在する状態で行われるＵＦＢの生成過程を示す図である。図２７（ａ）は、膜沸騰泡１０４５が形成された状態を示している。ＵＦＢ含有液１０４３内にＭＢ１０４９が存在する場合、昇温領域１０４６内の溶解気体１０４４の一部は、膜沸騰泡１０４５と接する前に、ＭＢ１０４９と接触して析出する。しかし、この析出気体はＭＢ１０４９に取り込まれ、ＭＢ１０４９のサイズを成長させるために用いられため、ＵＦＢの生成には寄与しない。これが、ＭＢ１０４９及びそれ以上のサイズの泡が存在することによってＵＦＢの生成効率を低下させる原因となっている。

なお、ベンチュリー効果等を用いて液体を減圧させることにより、溶解気体を析出させるＵＦＢ生成方法を用いる揚合にも同様の現象が生じる。すなわち、ＵＦＢ生成部１０４に供給される溶解液１０４３内にＭＢ１０４９及びそれ以上のサイズの泡が存在すれば、溶解気体１０４３が既存の泡の成長に用いられ、ＵＦＢの生成効率が低下する。

以上のような従来の装置の課題を解消するため、本実施形態におけるＵＦＢ含有液作製装置１Ａは、次のような構成を備える。

図１４は、本実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。ここに示すＵＦＢ含有液作製装置１Ａは、液体入力部２１１と、液体入力槽２１２と、気体溶解部２１３と、ＭＢ流入阻害部２１８と、ＵＦＢ生成部２１４と、ＵＦＢ生成出力槽２１５と、ＵＦＢ含有液出力部２１６と、を備える。また、液体入力部２１１と液体入力槽（液体供給部）２１２との間には、バルブＶ２０１が設けられ、ＵＦＢ含有液出力槽２１５とＵＦＢ含有液出力部２１６との間にはバルブＶ２０５が設けられている。各バルブＶ２０１、Ｖ２０５の開閉は、後述の制御部によって制御される。

ここで、上記各部の機能について説明する。液体入力部１０１は、ＵＦＢを生成する対象の液体（例えば、水）を、バルブＶ２０１を介して液体入力槽１０２に供給する。液体入力槽１０２は、液体入力部１０１から供給された液体を、一旦受容した後、気体溶解部１０３に供給する。気体溶解部２１３は、液体供給部としての液体入力槽１０２から供給された液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製し、生成した気体溶解液をＭＢ流入阻害部２１８に供給する役割を果たす。なお、液体に対して気体を溶解させる方法としては、加圧溶解法やバブリング等の手法を用いる。

ＭＢ流入阻害部２１８は、気体溶解部２１３から供給された気体溶解液に含まれるＭＢを除去もしくは隔離し、下流側に設けられたＵＦＢ生成部２１４にＭＢが低減された気体溶解液（ＭＢ低減液）を供給するマイクロバブル低減部としての役割を果たす。ＭＢ流入阻害部２１８としては、物理的なフィルタを用いてＭＢの下流への流出を遮断する方法や、気体溶解部２０３から供給された気体溶解液を一定時間貯蔵しておくことで、ＭＢの浮力を利用してＭＢを水面まで浮上させて消泡させる方法などを適用することができる。フィルタとしては、例えば、ＭＢが通過可能であり、かつＵＦＢが通過不能なフィルタ孔が形成されたシート状の部を用いる。

ＵＦＢ生成部２１４は、気体溶解部１０３から供給されたＭＢの低減された気体溶解液（ＭＢ低減液）の中でＵＦＢを発生させ、ＵＦＢ含有液を作製する。本実施形態では、前述の基本構成と同様に、ヒータを用いたＴ−ＵＦＢ方式によって、供給された気体溶解液中にＵＦＢを生成する。ＵＦＢ生成部１０４で生成したＵＦＢ含有液は出力槽１０５に送る。

ＵＦＢ含有液出力槽１０５は、ＵＦＢ生成部２１４から供給されたＵＦＢ含有液を、一旦回収する液体回収部としての役割を果し、回収した液体を、バルブＶ２０５を介してＵＦＢ含有液出力部２１６に供給する。ＵＦＢ含有液出力部１０７は、所定のＵＦＢ含有液利用機器にＵＦＢ含有液を供給する液体出力部としての役割を果す。

本実施形態では、前述の基本構成と同様に、ヒータを用いたＴ−ＵＦＢ方式によって、供給された気体溶解液中にＵＦＢを生成する。ＵＦＢを含有したＵＦＢ含有液は、ＵＦＢ含有液出力槽１２０７に移送される。

なお、上記構成において、ＭＢ流入阻害部２１８を除く部分には、前述の基本構成に示した各部の構成を適用することができる。すなわち、液体入力槽２０１には、基本構成に示した前処理装置１００の構成を適用することができる。気体溶解部２１３には、基本構成に示した溶解ユニット２００の構成を適用することができる。ＵＦＢ生成部１２０５には、基本構成に示したＴ−ＵＦＢ生成ユニット３００の構成を適用することができる。ＵＦＢ含有液出力槽１２０７には、基本構成に示した後処理ユニット４００の構成を適用することができる。さらに、ＵＦＢ含有液出力部１０４０には、基本構成に示した回収ユニット５００を適用することができる。

以上のように本実施形態では、ＵＦＢ生成部１０５より上流側にＭＢ流入阻害部１０８が配置されている。このため、液体入力部２１１から供給される液体に予め存在していたＭＢや、液体入力部２１１から気体溶解部２１３の間で生じたＭＢは、ＭＢ流入阻害部２１８によってＵＦＢ生成部２１４に流入する手前で除去もしくは低減される。従って、ＵＦＢ生成部２１４では、ＭＢ低減液に対してＵＦＢの生成が行われることとなり、所望のＵＦＢ濃度を有する高純度なＵＦＢ含有液を効率的に生成することが可能になる。つまり、本実施形態では、先に図２６において説明したように、溶解気体１０４４が膜沸騰泡１０４５との接触によって析出し、その析出した気泡がＵＦＢとして液体内に残存することとなり、高濃度かつ高純度のＵＦＢ含有液が生成される。換言すれば、本実施形態では、図２７に示すように、気体溶解液１０４３内の溶解気体１０４４が膜沸騰泡１４０５と接触する前にＭＢと接触して析出し、ＭＢ１０４９に取り込まれるという現象は、大幅に低減されることとなる。その結果、ＵＦＢ生成効率は従来に比し大幅に向上する。これは医療機器等のように、高濃度のＵＦＢを必要とするＵＦＢ含有液利用機器にとって非常に大きな改善効果となる。

（第１実施形態の変形例）
図１５に、第１実施形態の変形例を示す。本変形例では、図１４に示すＵＦＢ含有液作成装置の気体溶解部２１３に代えて、独立に制御可能な気体溶解部３４３を設けたものである。

図１５中、液体入力部３４1、ＵＦＢ生成部３４４、ＵＦＢ含有液出力槽３４５、ＵＦＢ含有液出力部３４６、バルブＶ３０１、Ｖ３０５は、図１４に示す２０１、２０４、２０５、２０６、Ｖ２０１、Ｖ２０５と同様であるため、これらの説明は省略する。

液体入力槽３４２は、液体入力部３４1からの供給を受容し、受容した液体を気体溶解部３４３に供給する。さらに、液体入力槽３４２は、気体溶解部３４３から気体溶解済みの液体の供給を受容し、受容した液体をＭＢ流入阻害部３４８に供給する。気体溶解部３４３は、液体入力槽３４２から供給された液体を受容し、受容した液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製した後、生成した気体溶解液を液体入力槽３４２に供給する。気体溶解部３４３における気体溶解方法としては、加圧溶解法やバブリング等の手法を用いる。

液体入力槽３４２は、気体溶解部３４３から供給された気体溶解水をＭＢ流入阻害部３４８に供給する。液体入力槽３４２から供給された気体溶解液の供給を受けたＭＢ流入阻害部３４８は、気体溶解液からＭＢを除去もしくは隔離することによってＭＢ低減液を作製し、ＵＦＢ生成ヒータ２０４に供給する役割を果す。

以上のように、本変形例では、気体溶解部３４３をＭＢ流入阻害部３４８に直接接続せず、気体溶解部３４３にて生成した気体溶解液を液体入力槽３４２に戻した後、液体入力槽３４２からＭＢ流入阻害部３４８へと気体溶解液を供給するように構成している。このような、液体入力槽３４２と気体溶解部３４３との間で液体の授受を行う構成を採ることにより、ＵＦＢの生成効率の低下を抑え、気体溶解部３４３による気体溶解度を独立に制御することが可能になる。

気体溶解部３４３を独立して制御する構成を採る場合、気体溶解部３４３を複数の気体溶解機構により構成することも可能になる。この場合、各気体溶解機構において異なる種類の気体、例えば酸素、窒素、水素、オゾン等を液体に溶解させることが可能になり、液体に溶解させるべき気体の選択の自由度を高めることができる。

また、複数の気体溶解部３４３に複数の溶解ユニットを備えることにより、溶解気体の生成速度の制御幅を拡大することも可能になる。この場合、必要とされるＵＦＢ含有液の生産速度に応じた速度で所望の気体溶解量の気体溶解液を作製することが可能になる。従って、単一の溶解ユニットの気体溶解液の作製速度が、必要とされるＵＦＢ生成速度より遅い場合であっても、複数の溶解ユニットを動作させることによって全体としてのＵＦＢ生成速度を増大させることができる。これにより、気体容器委部３４３における気体溶解液の作製速度がＵＦＢ含有液の生産速度のボトルネックとなることはなくなる。

以上のように本変形例では、気体溶解部３４３において独立に気体溶解液の気体溶解度を制御することにより、所望の気体溶解量を有する気体溶解液をＵＦＢ生成部３４４に供給することが可能になり、高濃度のＵＦＢ含有液をより効率的に生成することが可能になる。通常、気体溶解部によって気体溶解液の気体溶解量を増大させた場合、気体溶解液におけるＭＢ含有量は増大する。このため、ＵＦＢ生成部３４４にＭＢ含有量の多い気体溶解液をそのままＵＦＢ生成部３４４に供給した場合には、ＵＦＢ生成部３４４で生成したＵＦＢがＭＢに取り込まれ、ＵＦＢの生成効率は低下する。その結果、気体溶解部において気体溶解量を増大させたとしても、十分なＵＦＢ濃度を得ることができず、ＵＦＢ濃度の生成効率は低いものとなる。これに対し、本変形例では、気体溶解量を増大させた際にＭＢの含有量が増大したとしても、ＭＢ流入阻害部３４８によってＭＢの含有量は低減するため、ＵＦＢ生成部３４４には、気体溶解量が高く、ＭＢが少ない気体溶解液を供給することができる。このため、気体溶解部３４３において自由に気体溶解量を制御することが可能になる。そして、気体溶解部３４３において気体溶解量を増大させた気体溶解液をＵＦＢ生成部３４４に供給することによって、高濃度かつ高純度のＵＦＢを効率良く生成することができる。

このように、本変形例では、独立に制御可能な気体溶解部３４３と、ＭＢ流入阻害部３４８とを設けることにより、高濃度かつ高純度のＵＦＢ含有液の作製効率の向上とＵＦＢ含有液の作製量の確保という相乗効果を得ることができる。また、気体溶解部３４３を複数備える構成を採る場合にも、ＭＢ流入阻害部３４８を一つだけ具備するだけで良く、装置のコスト低減および小型化を図ることが可能になる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１の実施形態では、ＭＢ流入阻害部をＵＦＢ生成ヒータの前に設置することによってＵＦＢ生成効率を向上させる例を説明した。これに対し、本実施形態では循環ポンプ４０９を用いてさらに高濃度なＵＦＢ含有液の作製を可能にする例について説明する。

図１６に、本実施形態における装置構成を示す。図１６中、液体入力部４０１、液体入力槽４０２、気体溶解部４０３、ＭＢ流入阻害部４０８、ＵＦＢ生成部４０４、ＵＦＢ含有液出力槽４０５、ＵＦＢ含有液出力部４０６、バルブＶ４０１、Ｖ４０５は、図１４に示す２０１〜２０８、Ｖ２０１、Ｖ２０５と同様である。このため、これらに関する詳細説明は省略する。

循環ポンプ４０９は、ＵＦＢ含有液出力槽４０９と液体入力槽４０２とに接続され、ＵＦＢ含有液出力槽４０５からＵＦＢ含有液の供給を受け、液体入力槽４０２に供給する役割を持つ。循環ポンプ４０９としては、チューブポンプ、ギアポンプやダイヤフラムポンプ等を適用することが可能である。

この循環ポンプ４０９により、液体入力槽４０２から液体入力槽４０２に供給された液体が、気体溶解部４０３、ＭＢ流入阻害部４０８、ＵＦＢ生成部４０４、ＵＦＢ含有液出力槽４０５、循環ポンプ４０９を経て液体入力槽４０２に戻るという循環経路が形成される。

上記のように循環経路を構成することにより、ＵＦＢ生成部４０４で生成したＵＦＢ含有液に対して、さらに気体の溶解、ＭＢ低減、ＵＦＢ生成を繰り返し行うことが可能となり、ＵＦＢ濃度を向上させることができる。

この循環ポンプ４０９が稼働している間、バルブＶ４０１及びＶ４０５を閉鎖することで、液体が流出することのない完全な循環経路が形成され、その循環経路内で液体が循環する。完全な循環経路ないで液体を循環させることによって、生成するＵＦＢ濃度を最も効率よく向上させることができる。また、バルブＶ４０１及びＶ４０５を完全に閉鎖せずに、バルブＶ４０１及びＶ４０５の平均流量より循環ポンプ４０９の平均流量が多くなるように設定することで、一定量のＵＦＢ含有液の供給を安定的に行いながら、ＵＦＢ濃度の向上を図ることもできる。

本実施形態によれば、循環経路内で液体を循環させることによるＵＦＢ濃度の向上と、ＭＢ流入阻害部４０８がＭＢ量を低減することによるＵＦＢ生成効率向上との相乗効果を得ることができる。

（第２実施形態の第１変形例）
図１７に、第２実施形態の第１変形例を示す。本変形例では、図１６に示すＵＦＢ含有液作成装置の気体溶解部４０３に代えて、独立に制御可能な気体溶解部５０３を設けたものである。すなわち、本変形例では、液体の循環経路におけるＵＦＢ生成部６０４の液体流入側にＭＢ流入阻害部５０８を備えると共に、独立に制御可能な気体溶解部５０３を備えた構成を有する。なお、図１７中、液体入力部５０１、ＵＦＢ生成部５０４〜ＵＦＢ含有液出力部５０６、バルブＶ５０１、Ｖ５０５、及び循環ポンプ５０９は、図１６に示す４０１、４０４〜４０６、Ｖ４０１、Ｖ４０５、及び５０９と同様である。

本変形例に示す構成によれば、
・第１実施形態の第１変形例で説明した気体溶解部５０３の自由度
・第２の実施形態で説明した循環による高濃度のＵＦＢ含有液の作製、
の両立を図りつつ、ＭＢ流入阻害部５０８がＭＢ量を低減することによるＵＦＢ生成効率向上との相乗効果を得ることができる。

（第２の実施形態の第２変形例）
図１８に、第２実施形態の第２変形例を示す。本変形例は、液体循環経路に設けられたＵＦＢ生成部の液体流出側にＭＢ流入阻害部６０８が設けられた構成を有する。より具体的には、次のような液体の流路構成を有する。液体入力槽６０２は、液体入力部６０１から供給された液体を気体溶解部６０３に供給する一方、液体溶解部６０３から気体溶解液を受容する。液体入力槽６０２は気体溶解部から供給された気体溶解液を、ＵＦＢ生成部６０４に供給する。ＵＦＢ生成部６０４は、液体入力槽６０２から供給された気体溶解液内にＵＦＢを生成し、生成したＵＦＢ含有液をＭＢ流入阻害部６０８に供給する。

ＭＢ流入阻害部６０８はＵＦＢ生成部６０４からＵＦＢ含有液の供給を受け、ＭＢを除去もしくは隔離することによってＭＢ低減液を作製し、ＵＦＢ含有液出力槽１０５に供給する。ＵＦＢ含有液出力槽６０５は、ＭＢ流入阻害部６０８からＵＦＢ含有液の供給を受容し、ＵＦＢ含有液出力部６０６と循環ポンプ６０９とにＵＦＢ含有液を供給する役割を果す。循環ポンプ６０９はＵＦＢ含有液出力槽６０５から供給される液体を液体入力槽６０２へと戻す。液体入力槽６０２に十分な液体が供給された後、バルブＶ６０１とＶ６０５を閉じることにより、ＵＦＢ含有液出力槽６０５に受容されている液体は循環ポンプ６０９のみに供給され、これによって液体の循環経路が構成される。

以上のように、本変形例では、ＵＦＢ生成部６０４において生成されたＵＦＢ含有液がＵＦＢ含有液出力槽６０５に流入する前に、ＭＢ流入阻害部６０８がＭＢの除去・低減を行う。これにより、循環経路内を循環するＵＦＢ含有液が再びＵＦＢ生成部７０４に到達する際のＭＢ量を低減することが可能になり、ＭＢによるＵＦＢ生成効率の低下を抑制することができる。このように、ＵＦＢ生成部６０４の液体流出側にＭＢ流入阻害部６０８を配置する構成は、ＵＦＢ生成部６０４がベンチュリー方式を採るものである場合には特に有効である。通常、ＵＦＢ生成部６０４がベンチュリー方式を採る場合、ＵＦＢ含有液の作製時には、ＵＦＢと共にＭＢが発生する。このため、循環経路におけるＵＦＢ生成部７０４の液体流出側にＭＢ流入阻害部６０８を設け、ＵＦＢ含有液出力槽６０５に流入する前にＵＦＢ含有液からＭＢを除去することにより、ＵＦＢ生成部６０４にＭＢ低減液を供給することが可能になる。従って、ベンチュリー方式のＵＦＢ生成部６０４であっても、良好なＵＦＢ生成効率を得ることができる。但し、ＵＦＢ生成時にＭＢが生成されることのないＴ−ＵＦＢ方式のＵＦＢ生成部６０４を用いる場合にも、本変形例は有効である。

（第２実施形態の第３変形例）
図１９に、第２実施形態の第３変形例を示す。本変形例では、ＭＢ流入阻害部７０８が循環ポンプ７０９の液体流入側に設けられた構成を有する。具体的には、次のような構成を有する。液体入力槽７０２は、第２変形例と同様に気体溶解部７０３との間で液体の授受を行い、気体溶解部７０３から供給された気体溶解液をＵＦＢ生成部７０４に供給する。ＵＦＢ生成部７０４は液体入力槽７０２から供給された気体溶解液内にＵＦＢを生成し、生成したＵＦＢ含有液をＵＦＢ含有液出力槽７０５に供給する。ＵＦＢ含有液出力槽７０５は、ＵＦＢ生成部７０４から供給されたＵＦＢ含有液を受容し、ＵＦＢ含有液出力部７０７とＭＢ流入阻害部７０８にＵＦＢ含有液を供給する。

ＭＢ流入阻害部７０８はＵＦＢ含有液出力槽７０５からＵＦＢ含有液の供給を受け、ＭＢを除去もしくは隔離することによってＭＢ低減液を作製し、生成したＭＢ低減液を循環ポンプ７０９に供給する。循環ポンプ７０９はＭＢ流入阻害部７０８から供給されたＵＦＢ含有液を、液体入力槽７０２に戻す。なお、この液体の循環経路は、バルブＶ７０１とＶ７０５とを閉じることにより形成される。

循環ポンプ７０９の中にＭＢが含有された液体が流入すると、循環ポンプ７０９内で圧力・流量の増大が生じ、ＭＢが溶解気体や生成済みのＵＦＢを取り込んで膨張する可能性がある。しかし、本変形例に示す構成によれば、ＵＦＢ含有液出力槽に溜まったＭＢが循環ポンプに入る前にＭＢを除去・低減することができる。このため、循環後のＵＦＢ含有液が再びＵＦＢ生成部７０４に到達する際のＭＢ量を低減することが可能になり、ＵＦＢ生成部７０４において良好なＵＦＢ生成効率を得ることができる。

（第２実施形態の第４変形例）
図８に、第２実施形態の第４変形例を示す。本変形例は、ＭＢ流入阻害部７０８が循環ポンプ７０９の液体流出側に配置された構成を有する。より具体的には、次のような液体の流路構成を有する。液体入力槽８０２は、気体溶解部８０３との間で液体の授受を行い、気体溶解部８０３から供給された気体溶解液をＵＦＢ生成部８０４に供給する。ＵＦＢ生成部８０４は供給された気体溶解液内にＵＦＢを生成した後、ＵＦＢ含有液をＵＦＢ含有液出力槽８０５に供給する。ＵＦＢ含有液出力槽８０５は、ＵＦＢ生成部８０４から供給されたＵＦＢ含有液を受容し、ＵＦＢ含有液出力部７０７と循環ポンプ８０９にＵＦＢ含有液を供給する。

循環ポンプ８０９は、ＵＦＢ含有液出力槽７０５から供給されたＵＦＢ含有液をＭＢ流入阻害部８０８へ供給する。ＭＢ流入阻害部８０８は、供給されたＵＦＢ含有液からＭＢを除去もしくは隔離することによってＭＢ低減液を作製し、生成したＭＢを液体入力槽７０２に戻す。なお、この液体の循環経路は、バルブＶ８０１とＶ８０５とを閉じることにより形成される。

前述の第３変形例で述べたように、循環ポンプ８０９では、流入した液体の圧力・流量が増大するため、ＭＢが溶解気体や生成済みのＵＦＢを取り込んで膨張するという現象が生じる。しかし、本変形例では、循環ポンプ８０９から供給されたＵＦＢ含有液を受けたＭＢ流入阻害部８０８がＭＢの除去もしくは隔離を行ってＭＢ低減液を作製し、液体入力槽８０２に供給する。このように、本変形例では、循環ポンプにおいて発生したＭＢを、液体入力槽８０２に入る前に除去・低減するため、液体入力槽８０２からＵＦＢ生成部８０４に供給されるＵＦＢ含有液のＭＢ量を低減することが可能になる。よって、本変形例によっても、ＭＢによるＵＦＢ生成効率の低減を抑制することができる。

（第２実施形態の第５変形例）
図９に、第２実施形態の第５変形例を示す。本変形例は、ＭＢ流入阻害部９０８が気体溶解部９０３の液体流入側に配置された構成を有する。より具体的には、次のような流路構成を有する。液体入力槽９０２は、液体入力部９０１から供給された液体を受容し、ＭＢ流入阻害部９０８に液体を供給する。ＭＢ流入阻害部９０８は、供給された液体からＭＢを除去もしくは隔離してＭＢ低減水を作製し、作製したＭＢ低減水を気体溶解部９０３に供給する。気体溶解部９０３は供給された液体に対し、気体を溶解させて気体溶解水を作製し、液体入力槽９０２に戻す。

また、液体入力槽９０２は、気体溶解部９０３から供給された気体溶解水内にＵＦＢを生成し、作製したＵＦＢ含有液をＵＦＢ含有液出力槽９０５に供給する。ＵＦＢ含有液出力槽９０５は、ＵＦＢ生成部９０４から供給されたＵＦＢ含有液を受容し、循環ポンプ９０９にＵＦＢ含有液を供給する。循環ポンプ９０９は、供給されたＵＦＢ含有液を液体入力槽９０２に戻す。なお、この液体の循環経路は、バルブＶ９０１とＶ９０５とを閉じることにより形成される。

本変形例によれば、液体入力槽９０２に溜まったＭＢが気体溶解部９０８に流入する前に、ＭＢを除去・低減することができる。従って、ＵＦＢ生成部７０４に供給される気体溶解液のＭＢ量を低減することが可能になり、ＭＢによるＵＦＢ生成効率の低減を抑制することが可能になる。

（第２実施形態の第６変形例）
図９に、第２実施形態の第６変形例を示す。本変形例は、ＭＢ流入阻害部１００８が気体溶解部１００３の液体流入側に配置された構成を有する。すなわち、液体入力槽１００２は、液体入力部１００１から供給された液体を受容し、気体溶解部１００３に液体を供給する。ＭＢ流入阻害部１００３は、供給された液体からＭＢを除去もしくは隔離してＭＢの低減された気体溶解液を液体入力槽１００２に戻す。液体入力槽１００３は、ＭＢの低減された気体溶解液をＵＦＢ生成部１００４へ供給する。ＵＦＢ生成部１００４では、ＭＢが低減された気体溶解液にＵＦＢを生成し、生成したＵＦＢ含有液をＵＦＢ含有液出力槽１００５に供給する。ＵＦＢ含有液出力槽１００５は、ＵＦＢ生成部１００４から供給されたＵＦＢ含有液を受容し、循環ポンプ１００９にＵＦＢ含有液を供給する。循環ポンプ１００９は、供給されたＵＦＢ含有液を液体入力槽９０２に戻す。なお、この液体の循環経路は、バルブＶ９０１とＶ９０５とを閉じることにより形成される。

以上のように、本変形例では、気体溶解部１００３から供給される液体に含まれるＭＢが液体入力槽１００２に入る前にＭＢ流入阻害部１００８によってＭＢを除去・低減することができる。これにより、気体溶解水がＵＦＢ生成部７０４に到達する際のＭＢ量を低減することができ、ＭＢによるＵＦＢ生成効率の低減を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図２３を参照しつつ説明する。本実施形態では、ＭＢ流入阻害部１１０８にＭＢ排出部１１１０を連結し、ここからＭＢ流入阻害部１１０８に溜まったＭＢを外部へと排出させる構成を備える。なお、その他の構成は、第２実施形態の第１変形例と同様である。すなわち、図２３に示す液体入力部１１０１、液体入力槽１１０２、気体溶解部１１０３、ＵＦＢ生成部１１０４、ＵＦＢ含有液出力槽１１０５、ＵＦＢ含有液出力部１１０６及び循環ポンプ１１０９は、図１６に示す５０１〜５０６及び５０９と同様である。よって、これらの構成要素によって形成される流路構成についての説明は省略し、本実施形態特有の構成、機能を中心に説明を行う。

ＭＢ流入阻害部１１０８は、液体入力槽１１０２から液体の供給を受け、ＭＢを除去もしくは隔離することによってＭＢ低減液を作製し、作製したＭＢ低減液をＵＦＢ生成部１１０４に供給する。このため、ＵＦＢ生成部１１０４では効率的なＵＦＢの生成が可能になる。さらに、ＭＢ流入阻害部１１０８は、ここで除去もしくは隔離したＭＢをＭＢ排出部１１１０に送出する構成を有している。すなわち、ＭＢ流入阻害部１１０８の内部は、液体入力槽１１０２から供給された気体溶解液もしくはＵＦＢ含有液を保持するための容積と、気体を保持するための容積とを有している。このため、ＭＢ流入阻害部１１０８内には、気体と液体との界面が形成される。

気体溶解液もしくはＵＦＢ含有液液体と共にＭＢ流入阻害部１１０８に流入したＭＢは、浮力によってＭＢ流入阻害部１１０８中を浮上し、気液界面に達すると大気と接して消泡する。そして、ＭＢを形成していた気体は、気液界面で消泡した後、気体流路を経てＭＢ排出部１１１０に送られる。ＭＢ排出部１１１０は、大気と連通する大気連通口を有し、ＭＢ流入阻害部１１０８から送られて来た気体を、大気連通口から装置外部に排出させる。気体の排出機構としては、例えば、大気連通口に逆止弁を設け、ＭＢ排出部１１１０中の圧力が装置外部より高くなった場合に逆止弁が開き、大気連通口を介して外部へ排出する等の構成を採ることが可能である。

このように、ＭＢ流入阻害部１１０８に流入したＭＢをＭＢ排出部１１１０から排出させるように構成することにより、ＭＢ流入阻害部１１０８を構成するフィルタにおけるＭＢの滞留を低減することができる。ＭＢ流入阻害部１１０８において多数のＭＢが滞留した場合、循環流路において、ＭＢ流入阻害部１１０８におけるＵＦＢの通過が阻害されたり、ＭＢに取り込まれたりするという弊害が生じる。しかし、本実施形態では、前述のようにＭＢ流入阻害部１１０８に流入したＭＢの滞留を抑え、外部へと排出させることが可能なため、常に良好なＭＢ除去性能を維持することが可能であり、ＵＦＢの流通が阻害されることもない。従って、ＵＦＢ生成部１１０４には、ＭＢ流入阻害部１１０８からＭＢが十分に低減されたＭＢ低減液が供給され、ＵＦＢ生成部１１０４は効率的にＵＦＢを生成することが可能になる。

なお本実施形態のＭＢ流入阻害部１１０８及びＭＢ排出部１１１０を設けることによる効果は、上述の第１の実施形態及び第２の実施形態およびそれらの変形例のいずれの構成にも適用することが可能である。

また、ＭＢ流入阻害部にＭＢが滞留することを防止する方法として、ＭＢ流入阻害部の内部を加圧状態にする手法を採ることも可能である。すなわち、ＭＢ流入阻害部の内部を加圧することにより、ＭＢを構成していた気体をＭＢ流入阻害部内部の気体溶解液もしくはＵＦＢ含有液に加圧溶解させる。これによれば、ＭＢによるＵＦＢ生成効率の低下を抑制することが可能になる。また、ＭＢ化していた気体を加圧溶解させることにより、ＵＦＢ生成部１１０４には気体溶解量を増大させた気体溶解液が供給されることとなり、ＵＦＢの生成効率はさらに向上する。つまり、ＭＢ流入阻害部に含まれるＭＢをＵＦＢの生成に有効に利用することが可能になり、ＵＦＢ生成効率をさらに向上させることが可能になる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図２４に基づき説明する。本実施形態は、上述の実施形態において説明した液体入力槽とＵＦＢ含有液出力槽とを一体化した構成を有する。以下、具体的に説明する。

本実施形態におけるＵＦＢ作製装置１Ｂは、図２４に示すように、液体供給部１２０、気体供給部２０、溶解ユニット３０、第１の貯蔵室４０、ＵＦＢ生成ユニット６０を含み構成される。これらの構成要素は、液体や気体が移動できるように配管によって接続される。図中の矢印の実線は液体の流れを、破線は気体の流れをそれぞれ示している。また、図中のＸは鉛直方向を示しており、矢印Ｘ１に示す方向は鉛直方向上方を示し、矢印Ｘ２は鉛直方向下方を示している。

液体供給部１２０には液体２１が貯蔵されている。この液体２１は、ポンプ２２３によって、配管２２１と配管２２２とで形成される経路を通じて第１の貯蔵室４０に供給される。また配管２２２の途中には脱気部２２４が配置され、液体２１に溶存している気体が除去されるようになっている。脱気部２２４の内部には、気体のみが通過できる不図示の膜が内蔵されており、気体が膜を通過することで気体と液体とに分離される。溶存気体はポンプ２２５によって吸引され、排気部２１６から排気される。このように供給する液体２１の溶存気体を除去しておくことで、後述する所望の気体を最大限に溶かし込むことが可能になる。

気体供給部２０は、液体２１に溶かし込むための所望の気体を供給する機能を有する。気体供給部２０は、所望気体を包括するボンベの他、所望気体を連続的に発生することができる装置などでも良い。例えば、所望気体が酸素の場合、大気を取り込み、不要となる窒素を除去することで、連続的に酸素を生成し、内蔵されるポンプで送り込むようにすることも可能である。

溶解ユニット３０は気体供給部２０から供給される気体を、第１の貯蔵室４０から供給される液体４１に溶解させる機能を有する。なお、この溶解ユニット３０には、不図示の溶解度センサが内蔵されている。

気体供給部２０から供給される気体は、前処理部３２で放電等の処理がなされ、供給管３１を通り、溶解部３３へと送り込まれる。また、溶解部３３には、第１の貯蔵室４０内の液体４１が配管１１１を通って溶解部３３へと供給される。溶解部３３では供給された液体４１に気体供給部２０から前処理部３２を経て供給される気体を溶解させる。溶解部３３の先には気液分離室３４が配設され、溶解部３３で溶解できなかった気体が排気部３５から排出される。溶解液はポンプ１１４によって配管１１２を通ってＵＦＢ生成ユニット６０に送られる。

第１の貯蔵室４０は液体４１を貯蔵する機能を有する。液体４１は、より詳細には、溶解ユニット３０で気体を溶解させた溶解液と、ＵＦＢ生成部６０で作製されたＵＦＢ含有液との混合液である。第１の貯蔵室４０には、液面センサ４２が設けられている。初期状態において液体供給部１２０から供給された液体２１が第１の貯蔵室４０に供給され、第１の貯蔵室４０内で液面が液面センサ４２に達すると、液面センサ４２から制御部へ検出信号が出力される。検出信号を受けた制御部はポンプ１１４の駆動を停止し、第１の貯蔵室４０への液体の供給を停止させる。

第１の貯蔵室４０の外周の全域または一部には冷却部４４が配置されており、これによって液体４１が冷却されるようになっている。液体の温度が低いほど気体の溶解度を高めることができるため、液温は低い方が好ましく、不図示の温度センサで１０℃以下程度に制御されている。

冷却部４４の構成は、液体４１を所望の温度にすることができればどのようなものであっても良く、例えば、ペルチェ素子などの冷却装置の他、不図示のチラーによって低温にされた冷却液を循環させるような方式などを適用することも可能である。この場合、冷却液が循環できる冷却管が外周を取り巻くように取り付けられているか、あるいは、第１の貯蔵室４０の容器が中空構造になっていて、その間を冷却液が通るようにする構成であっても良い。また、冷却管を液体４１の中に通す構成であっても良い。このようにして液体４１が低温に管理され、気体が溶け込みやすい状態とすることで、溶解部３３において、効率良く気体を溶解させることが可能である。

また、第１の貯蔵室４０に接続されている弁４５には、ＵＦＢ含有液を取り出すための液体出力口４６ａが形成された出力管４６が接続されている。第１の貯蔵室４０には、液体４１のＵＦＢ濃度を計測する不図示の濃度センサが設けられ、その出力によってＵＦＢ濃度が管理されている。液体４１のＵＦＢ濃度が所定値に達した場合には、弁４５を開き、出力管４６の液体出力口４６ａからＵＦＢ含有液４１が取り出される。なお、液体出力口４６ａは、第１の貯蔵室４０以外の場所に配置されていても良いが、後述のＭＢ低減領域４０Ｂ領域に置かれる方が取り出すＵＦＢ含有液中のＭＢ濃度が低いため好適である。また、第１の貯蔵室４０には、液体４１の温度や溶解度のムラを少なくするための撹拌器などを設けても良い。

ＵＦＢ生成ユニット６０は第１の貯蔵室４０から供給される液体４１に溶存している気体からＵＦＢを生成する（気相析出させる）機能を有する。ＵＦＢを生成する手段としては、ベンチュリー方式等、ＵＦＢを生成できるものであればどのようなものでも良く、本実施形態においては、高精細なＵＦＢを効率良く生成するために、膜沸騰現象を応用してＵＦＢを生成する方式（Ｔ−ＵＦＢ方式）を適用している。Ｔ−ＵＦＢ方式は、ヒータ部を発熱させることによって膜沸騰させる。しかし、前述のように、液体４１を１０℃以下程度と低温にしているため、この液体４１がＵＦＢ生成ユニット６０に対する冷却効果をもたらし、ＵＦＢ生成ユニット６０が高温になるのを抑制している。このため、長時間の連続稼働が可能である。なお、多数のヒータを搭載した構成では、発熱量が大きくなって液体４１と接触するだけで昇温してしまう場合もある。この場合には、ＵＦＢ生成ユニット６０に冷却機構を追加すれば良い。具体的な構成としては、前述の基本構成で説明したようなものを適用することが好ましい。

ＵＦＢ生成ユニット６０には、ポンプ１１４によって第１の貯蔵室４０から配管１１２を通って液体４１が供給される。ＵＦＢ生成ユニット６０の上流（液体流入側）には不純物やごみなどを捕集するフィルタ１１５が配設されており、ＵＦＢ生成ユニット６０によるＵＦＢの生成が不純物やごみなどによって損なわれるのを抑制している。ＵＦＢ生成部６０で生成されたＵＦＢを含むＵＦＢ含有液は、配管１１３を通って第１の貯蔵室４０へと回収される。

なお、図２４では、ＵＦＢ生成装置６０の上流にポンプ１１４を配置した場合を示している。しかしポンプ１１４の配置はこれに限定されるものではなく、効率良くＵＦＢ含有液を作製できる位置であれば、他の位置に設けることも可能である。例えば、ＵＦＢ生成ユニット６０の下流に配置しても良い。さらに、ＵＦＢ生成部６０の上流と下流の両方に配置しても良い。

さらに、第１の貯蔵室４０の内部にはＭＢ流入阻害部４７が配置されている。このＭＢ流入阻害部４５によって、第１の貯蔵室４０内部は、ＭＢ非低減領域４０Ａ（ＭＢ流入阻害部４７より鉛直方向上方の領域）と、ＭＢ低減領域４０Ｂ（ＭＢ流入阻害部４７より鉛直方向下方の領域）とに区分けされている。ここで、液体供給部１２０から供給される液体の液体流出口２２２ａとＵＦＢ生成ユニット６０から供給されるＵＦＢ含有液の液体流出口１１３ａとをＭＢ非低減領域４０Ａ内に配置している。また、溶解ユニット３０への液体流入口１１１ａをＭＢ低減領域４０Ｂ内の配置している。

このような構成によって、液体供給部１２０、溶解ユニット３０、ＵＦＢ生成ユニット６０及びポンプ１１４、２２３で発生したＭＢは、循環経路への再入力が抑えられ、浮力によって第１の貯蔵室４０中を上昇し、最終的には大気面と接して消泡する。その結果、循環経路中のＭＢ濃度が低減され、ＵＦＢ生成ユニット６０におけるＵＦＢ生成効率は向上する。

以上説明した装置構成において、気体や液体の種類は特に制限されるものではなく、自由に選択することが可能である。また気体や溶解液と接する部分（出力管４６、供給管３１、配管１１２、１１３、２２１、２２２、ポンプ１１４、２２３、フィルタ１１５、第１の貯蔵室４０、ＵＦＢ生成ユニット６０の接液部等）は、耐腐食性の強い材料で形成することが好ましい。例えば、溶解液と接する部分には、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適用されていることが好ましい。これにより、腐食性の強い気体や液体を用いる場合であっても好適にＵＦＢを生成することが可能である。

また、ポンプ１１４には、ＵＦＢ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用いることが好ましい。これにより、ＵＦＢ濃度のばらつきの小さいＵＦＢ含有液を効率的に作製することができる。

次に、本実施形態のＵＦＢ生成方法について説明する。上記のように、本実施形態のＵＦＢ生成装置は、第１の貯蔵室４０→溶解ユニット３０→ＵＦＢ生成ユニット６０→第１の貯蔵室４０という液体４１の循環経路が形成される。この循環経路では、ＵＦＢ含有液を異なる条件で任意に循環させることが可能である。ここで、条件とは、循環流速や循環経路内の圧力、循環タイミング等である。

例えば、ＵＦＢ含有液４１が所定温度まで下がると、まず、気体供給部２０のみを動作し、第１の循環条件で循環する。第１の循環条件は、効率良く気体を溶解させるための条件であり、流速を約５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ程度、圧力を０．２〜０．６ＭＰａ程度とした。このとき、ＵＦＢ生成ユニット６０も同一循環経路にあるため、ＵＦＢ生成ユニット６０がノズルなどのように、特定の形状部を液体が通過することでＵＦＢが生成される方式であると、この工程で意図しないサイズの泡が生成されてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、Ｔ−ＵＦＢ方式を採用しており、Ｔ−ＵＦＢ方式は微細なヒータを駆動した時の膜沸騰を利用してＵＦＢを生成するため、ヒータを駆動しなければＵＦＢは生成されない。

液体４１が所望の溶解度に達したら、循環と気体供給部２０を停止する。そして、第２の循環条件でＵＦＢ含有液を循環させると共に、ＵＦＢ生成ユニット６０を駆動する。本実施形態では、第２の循環条件として、流速を約３０〜１５０ｍＬ／ｍｉｎ程度、圧力を０．１〜０．２ＭＰａ程度とした。Ｔ−ＵＦＢ方式は膜沸騰による発泡〜消泡の過程で発生する圧力差や熱を利用してＵＦＢを生成するため、循環条件としては、比較的低速、低圧（大気圧）が好ましい。

そして、液体４１が所望のＵＦＢ濃度に達したら、ＵＦＢ含有液を取り出す。ＵＦＢ含有液を取り出す際は、第１の貯蔵室４０内の全てを取り出しても良いし、一部だけを取り出しても良い。その後は、ＵＦＢ含有液が必要量に達するまで上記工程を繰り返せば良い。

このように、異なる第１、第２の循環条件で循環することで、気体の溶解とＵＦＢの生成とをそれぞれ最適な条件で行うことができ、効率良く高濃度なＵＦＢ含有液を作製することができる。

また、図２４中では、第１の貯蔵部４０内にＭＢ流入阻害部４７を設置したが、フィルタを設けなくとも、ＭＢによるＵＦＢの生成効率の低下を抑制することも可能である。例えば、液体供給部１２０から供給される液体の液体流出口１１１ａ及びＵＦＢ生成ユニット６０から供給されるＵＦＢ含有液の液体流出口１１１ａを、溶解ユニット３０液体流入口１１３ａに対して相対的に鉛直方向上側に配置する。これによっても、ＭＢによるＵＦＢの生成効率の低下を抑制する効果が得られる。これは、ＭＢが浮力を持ち、外力無しには鉛直方向下側には移動しないためである。

さらに、液体供給部１２０から供給される液体の液体流出口２２２ａ、ＵＦＢ生成ユニット６０から供給されるＵＦＢ含有液の液体流出口１１３ａの向きを、鉛直方向において上向きに設置することも有効である。

本実施形態は、Ｔ−ＵＦＢとの組み合わせにおいて特に大きな効果を発揮するが、既存のベンチュリー方式や微小気泡注入法等の従来ＵＦＢ生成方法であっても、同様に効果が期待できる。

また、ＭＢ流入阻害部４７におけるＭＢの除去効率を、次に示すような方法によって、さらに高めることも可能である。

図２５は図１２中の第１の貯蔵室４０におけるＭＢの状態を示す説明図である。液体４１、ＭＢ流入阻害部４７、ＭＢ非低減領域４０Ａ、ＭＢ低減領域４０Ｂは、図２４に示すものと同様であるため、説明を省略する。なお、図中の１３０１はＭＢを示している。

図２５（ａ）は、第１の貯蔵室４０のＭＢ非低減領域４０Ａにおける液体４１の流れＦ１が、フィルタによって構成されるＭＢ流入阻害部４７に対して主に直交している場合のＭＢの状態を示している。この図２５（ａ）に示す例では、ＭＢ流入阻害部４７に流入する液体（気体溶解液）に含まれるＭＢ１３０１がＭＢ流入阻害部４７に捕捉されて、徐々にＭＢ流入阻害部４７の液体流入側の面に積層された状態となる。このような状態になった場合、ＭＢ１３０１がＭＢ流入阻害部４７のフィルタ孔（液体流通孔）４７ａが閉塞され、ＭＢ低減領域４０Ｂ側への液体の流通量が低減し、ＭＢ流入阻害部４７が装置全体の液体の循環速度が低下することが懸念される。

そこで、第１の貯蔵室４０内の液体、特にＭＢ非低減領域４０Ａ中の液体を不図示の撹衿機によって攪拌し、例えば、図２５（ｂ）の矢印Ｆ２に示すような液体の流れを形成する。図２５（ｂ）に示す例では、ＭＢ非低減領域４０Ａ中の液体の流れがＭＢ流入阻害部４７に対して主に平行に存在している。このような液体の流れを形成することにより、ＭＢ１３０１はＭＢ非低減領域４０Ａ中で循環し、ＭＢ１３０１が流入阻害部４７に積層されにくくなる。その結果、流入阻害部４７のフィルタ孔４７ａに対するＭＢの閉塞率が低減され、装置全体の循環速度の低下を低減することができる。

さらに、ＭＢ非低減領域４０Ａの流路断面積に比べてＭＢ低減領域４０Ｂの流路断面積を小さくすることにより、ＭＢ低減領域４０Ｂの流速を高めるようにすることも有効である。この場合、上記の撹拝効果に加えて、ＭＢ低減領域４０Ｂの流速向上効果を用いることで、より装置全体の循環速度の低下を低減することが可能になる。

また、図２５（ｂ）では、攪拌による液体の流動方向が、ＭＢ流入阻害部４７に対して平行となる例を示したが、液体の攪拌によって形成する必ずしも平行である必要はない。攪拌が行われない場合に比べ、ＭＢ流入阻害部４７と平行する方向成分をより多く含んだ方向に液体の流れを発生させることができれば、装置全体の循環速度の低下を抑制することが可能なる。

なお、第１の貯蔵室４０内に流入するＭＢの量が多くなるほど、ＭＢ流入阻害部４７上にＭＢが堆積して装置全体の循環速度を低下させる可能性は高まる。しかし、ＵＦＢ生成ユニットのＵＦＢ生成方式としてＴ−ＵＦＢ生成方式を採る場合には、ＵＦＢ生成時にＭＢが発生することは殆どないため、他のＵＦＢ生成方式を用いた場合に比べて、第１の貯蔵室４０内に流入するＭＢ量は低減される。このため、Ｔ−ＵＦＢ生成方式を用いてＵＦＢを生成する場合には、ＭＢ流入阻害部４７にＭＢが堆積することによる循環速度の低下を引き起こしにくく、ＭＢ流入阻害部４７による効果を長期間に亘って安定的に得ることが可能になる。よって、上述のＭＢ流入阻害部４７におけるＭＢの体積抑制のための手法は、Ｔ−ＵＦＢ生成方式以外のＵＦＢ生成方式を採る場合に、特に有効なものとなる。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、ＭＢ流入阻害部がＵＦＢ生成部へのＭＢ流入を低減させることで、ＵＦＢ生成部でのＵＦＢ生成効率の低下を抑制することが可能になり、ＵＦＢ濃度及びＵＦＢ純度の高いＵＦＢ含有液を作製することが可能になる。

＜＜Ｔ−ＵＦＢ含有液に使用可能な液体および気体＞＞
ここで、Ｔ−ＵＦＢ含有液を作製するために使用可能な液体Ｗについて説明する。

本実施形態で使用可能な液体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σ）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生成方法によって作製された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、膜沸騰を利用する本実施形態の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、１１０〜１１０００程度である。かつ、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。さらに、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、通常の環壇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発明であれば、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し、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さらに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含有液体を作製することができる。

さらに、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、高濃度でかつ長期間保存可能なＵＦＢ含有液を、効率的に作製することができる。

＜＜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ことができる。

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か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含有液を作製することが可能な本実施形態の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含有液を作製し、これを歯科治療、火傷の治療、内視鏡使用時の傷０）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、安心かっ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ＵＦＳ含有液を洗濯層に供給することにより、さら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さら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｛ｒｒ器の、洗浄や消毒を行うための器機に、Ｔ−ＵＦＢ生成ユニソ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、かつ、機能性のある化粧品を提供することができる。

・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ことができ、悪性腫瘍の初期診断などに活用できる。

・ＨＩＦＵ（ＨｉｇｈＩｎｔｅｎｓｉｔｙＦｏｃｕｓｅｄＵｌｔｒａｓｏｕｎｄ）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ボ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。

２１２ 液体入力槽（液体供給部）
２１３ 気体溶解部
２１４ ＵＦＢ生成部
２１８ ＭＢ流入阻害部（マイクロバブル低減部）

Claims (19)

1. 液体供給部から供給された液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製する気体溶解部と、流入した気体溶解液にＵＦＢを生成するＵＦＢ生成部と、
   前記ＵＦＢ生成部に流入する前記気体溶解液に含有されるマイクロバブルの量を低減させるマイクロバブル低減部と、
   を備えることを特徴とするＵＦＢ含有液作製装置。
2. 気体溶解部によって生成された気体溶解液を前記ＵＦＢ生成部に流入させる経路内に前記マイクロバブル低減部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
3. 前記気体溶解部によって作製された気体溶解液が前記ＵＦＢ生成部に供給され、かつ前記ＵＦＢ生成部によって作製されたＵＦＢ含有液が前記液体供給部に供給される循環経路が形成され、前記循環経路内に前記マイクロバブル低減部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
4. 前記ＵＦＢ生成部の液体流入側と液体流出側の少なくとも一方に、前記マイクロバブル低減部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
5. 前記マイクロバブル低減部は、前記ＵＦＢ生成部の液体流入側に設けられ、
   前記ＵＦＢ生成部は、当該ＵＦＢ生成部にて作製されたＵＦＢ含有液を前記液体供給部へ供給することを特徴とする請求項４に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
6. 前記マイクロバブル低減部は、前記ＵＦＢ生成部の液体流出側に設けられ、
   前記ＵＦＢ生成部にて作製されたＵＦＢ含有液は、前記マイクロバブル低減部を介して前記液体供給部に供給されることを特徴とする請求項４に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
7. 前記マイクロバブル低減部は、前記循環経路内の液体を循環させるポンプの液体流出側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
8. 前記気体溶解部は、前記液体供給部から供給された液体に気体を溶解させた気体溶解液を作製した後、当該気体溶解液を前記液体供給部に供給することを特徴とする請求項２に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
9. 前記気体溶解部は、前記液体供給部から供給された液体に気体を溶解させた気体溶解液を作製した後、当該気体溶解液を前記液体供給部に供給することを特徴とする請求項３ないし８のいずれか１項に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
10. 前記気体溶解部の液体流出側と前記液体供給部の液体流入側との間に前記マイクロバブル低減部を設けたことを特徴とする請求項９に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
11. 前記気体溶解部の液体流入側と前記液体供給部の液体流出側との間に前記マイクロバブル低減部を設けたことを特徴とする請求項９に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
12. 前記ＵＦＢ生成部によって作製されたＵＦＢ含有液を回収した後、当該回収したＵＦＢ含有液を所定の液体出力部に供給する液体回収部を備えることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
13. 前記気体溶解部の液体流入口が設けられている容器に、前記液体供給部の液体流出口と、前記ＵＦＢ生成部の液体流出口の少なくとも一方が設けられ、前記液体供給部の前記液体流出口と前記ＵＦＢ生成部の前記液体流出口のうち前記容器に設けられている前記液体流出口が、前記気体溶解部の前記液体流出口より鉛直方向において上方に位置していることを特徴とする請求項２ないし１２のいずれか１項に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
14. 前記容器には、液体を出力する液体出力口が設けられ、
    前記液体供給部の前記液体流出口と前記ＵＦＢ生成部の前記液体流出口のうち前記容器に設けられている前記液体流出口が、前記液体出力口より鉛直方向において上方に位置していることを特徴とする請求項１３に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
15. 前記マイクロバブル低減部は、内部に溜まった気体を排出させる排出部を有することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
16. 前記マイクロバブル低減部は、マイクロバブルが通過不能であり、かつＵＦＢが通過可能なフィルタを含み構成されていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
17. 前記フィルタに対するマイクロバブルの流入側の領域に存在する液体を攪拌する攪拌手段を備えることを特徴とする請求項１６に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
18. 前記マイクロバブル低減部は、マイクロバブルを浮力によって浮上させ、大気に接触させることによって消滅させる構成を備えることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載のＵＦＢ含有液作製装置。
19. 気体溶解液に含有されるマイクロバブルの量を低減させるマイクロバブル低減工程と、
    前記気体溶解液にＵＦＢを生成するＵＦＢ生成工程と、
    を備えることを特徴とするＵＦＢ含有液作製方法。

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