JP2021137796A - Ultrafine bubble-containing liquid manufacturing device, manufacturing method, and ultrafine bubble-containing liquid - Google Patents

Ultrafine bubble-containing liquid manufacturing device, manufacturing method, and ultrafine bubble-containing liquid Download PDF

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良行 今仲
Yoshiyuki Imanaka
良行 今仲
雅彦 久保田
Masahiko Kubota
雅彦 久保田
顕季 山田
Akitoshi Yamada
顕季 山田
輝 山本
Teru Yamamoto
輝 山本
由美 柳内
Yumi Yanagiuchi
由美 柳内
照夫 尾崎
Teruo Ozaki
照夫 尾崎
俊雄 樫野
Toshio Kashino
俊雄 樫野
博之 石永
Hiroyuki Ishinaga
博之 石永
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Abstract

To provide UFB-containing liquid with high concentration.SOLUTION: A method for manufacturing ultrafine bubble-containing liquid that contains an ultrafine bubble generated by causing film boiling in the liquid using a heat generator includes a step of disengaging a solid body of a heat generator which is present on a side coming into contact with liquid, as a micro substance, by film boiling and generating an ultrafine bubble that has the disengaged micro substance as the core thereof.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、直径が1.0μm未満のウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液の製造装置、製造方法、およびウルトラファインバブル含有液に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for producing an ultrafine bubble-containing liquid having an ultrafine bubble having a diameter of less than 1.0 μm, a production method, and an ultrafine bubble-containing liquid.

近年、直径がマイクロメートルサイズのマイクロバブル、及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。中でも、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。 In recent years, techniques have been developed that apply the characteristics of fine bubbles such as microbubbles having a diameter of micrometer and nanobubbles having a diameter of nanometer. Among them, the usefulness of Ultra Fine Bubble (hereinafter, also referred to as “UFB”) having a diameter of less than 1.0 μm has been confirmed in various fields.

特許文献1には、膜沸騰によるUFB生成を行なう装置が記載されている。特許文献2には、ナノオーダーの微細気泡に関する微細気泡生成促進剤が記載されている。 Patent Document 1 describes an apparatus for producing UFB by boiling a film. Patent Document 2 describes a fine bubble generation accelerator for nano-order fine bubbles.

特開2019−42664号公報JP-A-2019-42664 国際公開第2018/097019号International Publication No. 2018/097019

特許文献1の技術によれば、加圧溶解法等の方式に比べて飛躍的に高い濃度のUFBの発生が可能である。特許文献2の微細気泡生成促進剤では、高濃度の微細気泡が長期間維持されることが記載されている。これらの技術で得られるUFBよりも更なる高濃度のUFB含有液が求められている。 According to the technique of Patent Document 1, it is possible to generate UFB having a dramatically higher concentration than a method such as a pressure dissolution method. The fine bubble generation accelerator of Patent Document 2 describes that high-concentration fine bubbles are maintained for a long period of time. There is a demand for a UFB-containing liquid having a higher concentration than the UFB obtained by these techniques.

本発明は、高濃度のUFB含有液を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-concentration UFB-containing liquid.

本発明の一態様に係るウルトラファインバブル含有液の製造方法は、液体に発熱体を用いた膜沸騰を生じさせることにより生成されるウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル含有液の製造方法であって、前記発熱体の液体と接する側の面に存在する固体を前記膜沸騰により微小物質として離脱させ、該離脱させた微小物質を核としたウルトラファインバブルを生成する工程を含むことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るウルトラファインバブル含有液は、液体に発熱体を用いた膜沸騰を生じさせることにより生成されるウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル含有液であって、前記発熱体の液体と接する側の面に存在する固体を前記膜沸騰により微小物質として離脱させ、該離脱させた微小物質を核として生成されたウルトラファインバブルを含むことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るウルトラファインバブル含有液の製造装置は、液体に発熱体を用いた膜沸騰を生じさせることにより生成されるウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル含有液を製造するウルトラファインバブル含有液の製造装置であって、前記製造装置は、発熱体と、前記発熱体の液体と接する側の面に存在する固体と、前記固体を前記膜沸騰により微小物質として離脱させ、該離脱させた微小物質を核としたウルトラファインバブルを生成する生成部と、を備えることを特徴とする。
The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to one aspect of the present invention is a method for producing an ultrafine bubble-containing liquid containing ultrafine bubbles produced by causing a film to boil using a heating element in the liquid. It is characterized by including a step of detaching a solid existing on a surface of the heating element on the side in contact with a liquid as a minute substance by boiling the film to generate an ultrafine bubble having the detached minute substance as a nucleus. ..
Further, the ultrafine bubble-containing liquid according to one aspect of the present invention is an ultrafine bubble-containing liquid containing ultrafine bubbles generated by causing film boiling using a heating element in the liquid, and the heating element. It is characterized in that the solid existing on the surface on the side in contact with the liquid is separated as a minute substance by boiling the film, and contains an ultrafine bubble generated by using the separated minute substance as a nucleus.
Further, the apparatus for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to one aspect of the present invention is an ultra that produces an ultrafine bubble-containing liquid containing ultrafine bubbles generated by causing a film to boil using a heating element in the liquid. A fine bubble-containing liquid manufacturing apparatus, wherein the heating element, a solid existing on the surface of the heating element in contact with the liquid, and the solid are separated as minute substances by boiling the film. It is characterized by including a generation unit that generates an ultrafine bubble centered on a detached minute substance.

本発明によれば、高濃度のUFB含有液を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high-concentration UFB-containing liquid.

UFB生成装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a UFB generator. 前処理ユニットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a pretreatment unit. 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。It is a schematic block diagram of a dissolution unit and a figure for demonstrating the dissolution state of a liquid. T−UFB生成ユニットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the T-UFB generation unit. 発熱素子の詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of a heat generating element. 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。It is a figure for demonstrating the state of the film boiling in a heat generating element. 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。It is a figure which shows the state that UFB is generated with the expansion of a membrane boiling bubble. 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。It is a figure which shows the state that UFB is generated with the contraction of a membrane boiling bubble. 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。It is a figure which shows a mode that UFB is generated by reheating of a liquid. 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。It is a figure which shows the state that UFB is generated by the shock wave at the time of defoaming of the bubble generated by the film boiling. 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。It is a figure which shows how the UFB is generated by the change of the saturation solubility. 後処理ユニットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a post-processing unit. UFB含有液製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the UFB-containing liquid production apparatus. UFB生成部内の発熱素子の近傍の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of a heat generating element in a UFB generation part. UFB生成部内の発熱素子の近傍の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of a heat generating element in a UFB generation part. 第2核供給部を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd nuclear supply part. 第1核供給部の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the 1st nuclear supply part. 第1核供給部の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the 1st nuclear supply part. 核が生成されるメカニズムを説明する図である。It is a figure explaining the mechanism which a nucleus is generated. 第1核供給部の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the 1st nuclear supply part. UFB含有液製造装置における制御の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of control in a UFB-containing liquid production apparatus. UFB含有液製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the UFB-containing liquid production apparatus. UFB含有液製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the UFB-containing liquid production apparatus. UFB含有液製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the UFB-containing liquid production apparatus.

<<UFB生成方法の概略>>
以下、膜沸騰現象を利用するUFB生成方法の概略について説明する。
<< Outline of UFB generation method >>
Hereinafter, the outline of the UFB generation method utilizing the film boiling phenomenon will be described.

図1は、UFB生成装置の一例を示す図である。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。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a UFB generator. The UFB generator 1 includes a pretreatment unit 100, a dissolution unit 200, a T-UFB generation unit 300, a posttreatment unit 400, and a recovery unit 500. The liquid W such as tap water supplied to the pretreatment unit 100 is subjected to treatment unique to each unit in the above order, and is recovered as a T-UFB-containing liquid in the recovery unit 500. Hereinafter, the functions and configurations of each unit will be described. Although the details will be described later, in the present specification, the UFB generated by utilizing the film boiling accompanying the rapid heat generation is referred to as T-UFB (Thermal-Ultra Fine Bubble).

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、脱気容器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。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the pretreatment unit 100. The pretreatment unit 100 degass the supplied liquid W. The pretreatment unit 100 mainly has a degassing container 101, a shower head 102, a decompression pump 103, a liquid introduction path 104, a liquid circulation path 105, and a liquid outlet path 106. For example, the liquid W such as tap water is supplied to the degassing container 101 from the liquid introduction path 104 via the valve 109. At this time, the shower head 102 provided in the degassing container 101 atomizes the liquid W and sprays it into the degassing container 101. The shower head 102 is for promoting the vaporization of the liquid W, but as a mechanism for producing the vaporization promoting effect, a centrifuge or the like can be substituted.

ある程度の液体Wが脱気容器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。前処理ユニット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。 When the decompression pump 103 is operated with all the valves closed after a certain amount of liquid W is stored in the degassing container 101, the already vaporized gas component is discharged and dissolved in the liquid W. The vaporization and discharge of existing gas components are also promoted. At this time, the internal pressure of the degassing container 101 may be reduced to about several hundred to several thousand Pa (1.0 Torr to 10.0 Torr) while checking the pressure gauge 108. Examples of the gas degassed by the pretreatment unit 100 include nitrogen, oxygen, argon, carbon dioxide and the like.

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。 The degassing treatment described above can be repeated for the same liquid W by using the liquid circulation path 105. Specifically, the shower head 102 is operated with the valve 109 of the liquid introduction path 104 and the valve 110 of the liquid lead-out path 106 closed and the valve 107 of the liquid circulation path 105 open. As a result, the liquid W stored in the degassing container 101 and once degassed is sprayed again on the degassing container 101 via the shower head 102. Further, by operating the decompression pump 103, the vaporization treatment by the shower head 102 and the degassing treatment by the decompression pump 103 are performed repeatedly on the same liquid W. Then, each time the above-mentioned repeated treatment using the liquid circulation path 105 is performed, the gas component contained in the liquid W can be gradually reduced. When the liquid W degassed to a desired purity is obtained, the liquid W is sent to the dissolution unit 200 via the liquid lead-out path 106 by opening the valve 110.

なお、図2では、気体部を低圧にして溶解物を気化させる前処理ユニット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。 Although FIG. 2 shows a pretreatment unit 100 in which the gas portion is made low pressure to vaporize the dissolved liquid, the method for degassing the dissolved liquid is not limited to this. For example, a heating boiling method in which the liquid W is boiled to vaporize the dissolved substance may be adopted, or a membrane degassing method in which a hollow fiber is used to increase the interface between the liquid and the gas may be adopted. As a degassing module using a hollow fiber, the SEPAREL series (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.) is commercially available. This is used for the purpose of using poly4-methylpentene-1 (PMP) as a raw material for the hollow fiber membrane and degassing air bubbles mainly from ink supplied to the piezo head. Further, two or more of the vacuum degassing method, the heating boiling method, and the membrane degassing method may be used in combination.

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。 3A and 3B are a schematic configuration diagram of the dissolution unit 200 and a diagram for explaining the dissolution state of the liquid. The dissolution unit 200 is a unit that dissolves a desired gas in the liquid W supplied from the pretreatment unit 100. The dissolution unit 200 mainly has a dissolution container 201, a rotary shaft 203 to which a rotary plate 202 is attached, a liquid introduction path 204, a gas introduction path 205, a liquid lead-out path 206, and a pressure pump 207.

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。 The liquid W supplied from the pretreatment unit 100 is supplied to and stored in the dissolution container 201 from the liquid introduction path 204. On the other hand, the gas G is supplied to the dissolution container 201 from the gas introduction path 205.

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。 When a predetermined amount of the liquid W and the gas G are stored in the dissolution container 201, the pressurizing pump 207 is operated to raise the internal pressure of the dissolution container 201 to about 0.5 Mpa. A safety valve 208 is arranged between the pressurizing pump 207 and the dissolution container 201. Further, by rotating the rotating plate 202 in the liquid via the rotating shaft 203, the gas G supplied to the dissolution container 201 is bubbled, the contact area with the liquid W is increased, and the gas G is dissolved in the liquid W. Facilitate. Then, such an operation is continued until the solubility of the gas G reaches almost the maximum saturated solubility. At this time, in order to dissolve as much gas as possible, means for lowering the temperature of the liquid may be arranged. Further, in the case of a poorly soluble gas, the internal pressure of the dissolution container 201 can be increased to 0.5 MPa or more. In that case, it is necessary to optimize the material of the container from the viewpoint of safety.

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。 When the liquid W in which the components of the gas G are dissolved at a desired concentration is obtained, the liquid W is discharged via the liquid lead-out path 206 and supplied to the T-UFB generation unit 300. At this time, the back pressure valve 209 adjusts the flow pressure of the liquid W so that the pressure at the time of supply does not become higher than necessary.

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。 FIG. 3B is a diagram schematically showing how the gas G mixed in the dissolution container 201 is dissolved. The bubble 2 containing the component of the gas G mixed in the liquid W dissolves from the portion in contact with the liquid W. Therefore, the bubble 2 gradually contracts, and the gas-dissolved liquid 3 exists around the bubble 2. Since buoyancy acts on the bubbles 2, the bubbles 2 move to a position off the center of the gas-dissolved liquid 3 or separate from the gas-dissolved liquid 3 to become residual bubbles 4. That is, in the liquid W supplied to the T-UFB generation unit 300 via the liquid lead-out path 206, the gas-dissolved liquid 3 surrounds the bubbles 2, or the gas-dissolved liquid 3 and the bubbles 2 are separated from each other. Some of the states are mixed.

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、本例においては、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。 In the figure, the gas-dissolved liquid 3 means "a region in which the dissolved concentration of the mixed gas G is relatively high in the liquid W". In the gas component actually dissolved in the liquid W, the concentration is highest in the periphery of the bubble 2 or in the center of the region even when separated from the bubble 2, and the concentration of the gas component is continuous as the distance from the position increases. It becomes low. That is, in FIG. 3B, the region of the gas-dissolved liquid 3 is surrounded by a broken line for the sake of explanation, but in reality, such a clear boundary does not exist. Further, in this example, it is permissible for a gas that is not completely dissolved to exist in the liquid in the form of bubbles.

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。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the T-UFB generation unit 300. The T-UFB generation unit 300 mainly includes a chamber 301, a liquid introduction path 302, and a liquid lead-out path 303, and a flow pump from the liquid introduction path 302 through the chamber 301 to the liquid lead-out path 303 is not shown. Is formed by. As the flow pump, various pumps such as a diaphragm pump, a gear pump, and a screw pump can be adopted. The gas-dissolving liquid 3 of the gas G mixed by the dissolution unit 200 is mixed in the liquid W introduced from the liquid introduction path 302.

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。 An element substrate 12 provided with a heat generating element 10 is arranged on the bottom surface of the chamber 301. When a predetermined voltage pulse is applied to the heat generating element 10, bubbles 13 generated by film boiling (hereinafter, also referred to as film boiling bubbles 13) are generated in a region in contact with the heat generating element 10. Then, an ultrafine bubble (UFB11) containing a gas G is generated as the film boiling bubble 13 expands or contracts. As a result, the UFB-containing liquid W containing a large number of UFB 11s is derived from the liquid lead-out path 303.

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。 5 (a) and 5 (b) are views showing the detailed structure of the heat generating element 10. FIG. 5A shows a cross-sectional view of the vicinity of the heat generating element 10, and FIG. 5B shows a cross-sectional view of the element substrate 12 in a wider area including the heat generating element 10.

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Si34膜から成る保護層309が形成されている。 As shown in FIG. 5A, the element substrate 12 has a thermal oxide film 305 as a heat storage layer and an interlayer film 306 also serving as a heat storage layer laminated on the surface of the silicon substrate 304. As the interlayer film 306, a SiO 2 film or a SiN film can be used. A resistance layer 307 is formed on the surface of the interlayer film 306, and a wiring 308 is partially formed on the surface of the resistance layer 307. As the wiring 308, Al alloy wiring such as Al, Al—Si, or Al—Cu can be used. A protective layer 309 made of a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film is formed on the surfaces of the wiring 308, the resistance layer 307, and the interlayer film 306.

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。 On the surface of the protective layer 309, the portion corresponding to the heat acting portion 311 that eventually becomes the heat generating element 10 and its surroundings are the protective layer 309 from the chemical and physical impacts associated with the heat generation of the resistance layer 307. A cavitation resistant film 310 is formed to protect the surface. On the surface of the resistance layer 307, the region where the wiring 308 is not formed is the heat acting portion 311 in which the resistance layer 307 generates heat. The heat generating portion of the resistance layer 307 on which the wiring 308 is not formed functions as a heat generating element (heater) 10. As described above, the layers in the element substrate 12 are sequentially formed on the surface of the silicon substrate 304 by the semiconductor manufacturing technology, whereby the silicon substrate 304 is provided with the heat acting portion 311.

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。 The configuration shown in the figure is an example, and various other configurations can be applied. For example, a configuration in which the stacking order of the resistance layer 307 and the wiring 308 is reversed, and a configuration in which an electrode is connected to the lower surface of the resistance layer 307 (so-called plug electrode configuration) can be applied. That is, as will be described later, the structure may be such that the liquid can be heated by the heat acting unit 311 to cause film boiling in the liquid.

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。 FIG. 5B is an example of a cross-sectional view of a region of the element substrate 12 including a circuit connected to the wiring 308. The surface layer of the silicon substrate 304, which is a P-type conductor, is partially provided with an N-type well region 322 and a P-type well region 323. By introducing and diffusing impurities such as ion implantation by a general MOS process, P-MOS 320 is formed in the N-type well region 322, and N-MOS 321 is formed in the P-type well region 323.

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。 The P-MOS 320 is composed of a source region 325 and a drain region 326 formed by partially introducing N-type or P-type impurities into the surface layer of the N-type well region 322, a gate wiring 335, and the like. The gate wiring 335 is deposited on the surface of the N-shaped well region 322 excluding the source region 325 and the drain region 326 via a gate insulating film 328 having a thickness of several hundred Å.

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。 The N-MOS 321 is composed of a source region 325 and a drain region 326 formed by partially introducing N-type or P-type impurities into the surface layer of the P-type well region 323, a gate wiring 335, and the like. The gate wiring 335 is deposited on the surface of the P-shaped well region 323 excluding the source region 325 and the drain region 326 via a gate insulating film 328 having a thickness of several hundred Å. The gate wiring 335 is made of polysilicon with a thickness of 3000 Å to 5000 Å deposited by the CVD method. The C-MOS logic is composed of these P-MOS 320 and N-MOS 321.

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。 In the P-type well region 323, an N-MOS transistor 330 for driving an electric heat conversion element (heat generation resistance element) is formed in a portion different from the N-MOS 321. The N-MOS transistor 330 is composed of a source region 332 and a drain region 331 partially formed on the surface layer of the P-type well region 323 by steps such as introduction and diffusion of impurities, and a gate wiring 333 and the like. The gate wiring 333 is deposited on the surface of the portion of the P-shaped well region 323 excluding the source region 332 and the drain region 331 via the gate insulating film 328.

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。 In this example, an N-MOS transistor 330 is used as a driving transistor for the electrothermal conversion element. However, the driving transistor may be any transistor that has the ability to individually drive a plurality of electrothermal conversion elements and can obtain the fine structure as described above. Not limited. Further, in this example, the electrothermal conversion element and the driving transistor thereof are formed on the same substrate, but these may be formed on different substrates.

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。 An oxide membrane separation region 324 is formed by field oxidation having a thickness of 5000 Å to 10000 Å between each element such as between P-MOS 320 and N-MOS 321 and between N-MOS 321 and N-MOS transistor 330. ing. Each element is separated by the oxide membrane separation region 324. In the oxide film separation region 324, the portion corresponding to the heat acting portion 311 functions as the first heat storage layer 334 on the silicon substrate 304.

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。 An interlayer insulating film 336 made of a PSG film or BPSG film having a thickness of about 7,000 Å is formed on the surface of each element of the P-MOS 320, N-MOS 321 and N-MOS transistor 330 by the CVD method. After the interlayer insulating film 336 is flattened by heat treatment, an Al electrode 337 serving as a first wiring layer is formed through a contact hole penetrating the interlayer insulating film 336 and the gate insulating film 328. An interlayer insulating film 338 composed of a SiO2 film having a thickness of 10000 Å to 15000 Å is formed on the surfaces of the interlayer insulating film 336 and the Al electrode 337 by a plasma CVD method. On the surface of the interlayer insulating film 338, a resistance layer 307 made of a TaSiN film having a thickness of about 500 Å is formed by a co-splat method on a portion corresponding to the heat acting portion 311 and the N-MOS transistor 330. The resistance layer 307 is electrically connected to the Al electrode 337 in the vicinity of the drain region 331 via a through hole formed in the interlayer insulating film 338. On the surface of the resistance layer 307, Al wiring 308 as a second wiring layer to be wiring to each electric heat conversion element is formed. The wiring 308, the resistance layer 307, and the protective layer 309 on the surface of the interlayer insulating film 338 are made of a SiN film having a thickness of 3000 Å formed by the plasma CVD method. The cavitation-resistant film 310 deposited on the surface of the protective layer 309 is at least one metal selected from Ta, Fe, Ni, Cr, Ge, Ru, Zr, Ir, etc., and is a thin film having a thickness of about 2000 Å. Consists of. As the resistance layer 307, various materials other than the above-mentioned TaSiN, such as TaN 0.8 , CrSiN, TaAl, and WSiN, which can cause film boiling in a liquid, can be applied.

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。 6 (a) and 6 (b) are views showing the state of film boiling when a predetermined voltage pulse is applied to the heat generating element 10. Here, the case where the film boiling under atmospheric pressure is caused is shown. In FIG. 6A, the horizontal axis represents time. The vertical axis of the lower graph shows the voltage applied to the heating element 10, and the vertical axis of the upper graph shows the volume and internal pressure of the film boiling bubbles 13 generated by the film boiling. On the other hand, FIG. 6B shows the state of the film boiling foam 13 in association with the timings 1 to 3 shown in FIG. 6A. Hereinafter, each state will be described over time. As will be described later, the UFB 11 generated by the film boiling is mainly generated near the surface of the film boiling bubble 13. In the state shown in FIG. 6B, as shown in FIG. 1, the UFB 11 generated in the generation unit 300 is re-supplied to the dissolution unit 200 via the circulation path, and the liquid is again supplied to the liquid passage of the generation unit 300. Indicates the supplied state.

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。 Before the voltage is applied to the heat generating element 10, the inside of the chamber 301 is maintained at substantially atmospheric pressure. When a voltage is applied to the heating element 10, film boiling occurs in the liquid in contact with the heating element 10, and the generated bubbles (hereinafter referred to as film boiling bubbles 13) expand due to the high pressure acting from the inside (timing 1). .. The foaming pressure at this time is considered to be about 8 to 10 MPa, which is a value close to the saturated vapor pressure of water.

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。 The voltage application time (pulse width) is about 0.5 μsec to 10.0 μsec, but even after the voltage is no longer applied, the membrane boiling bubble 13 expands due to the inertia of the pressure obtained at timing 1. However, inside the membrane boiling foam 13, the negative pressure generated by the expansion gradually increases, and acts in the direction of contracting the membrane boiling foam 13. Eventually, the volume of the membrane boiling bubble 13 becomes maximum at the timing 2 when the inertial force and the negative pressure are balanced, and thereafter, the volume rapidly contracts due to the negative pressure.

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)。 When the film boiling bubble 13 disappears, the film boiling bubble 13 disappears not in the entire surface of the heat generating element 10 but in one or more extremely small regions. Therefore, in the heat generating element 10, a larger force is generated in the extremely small region where the film boiling bubbles 13 disappear than at the time of foaming shown in the timing 1 (timing 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。 The generation, expansion, contraction, and disappearance of the film boiling bubbles 13 as described above are repeated each time a voltage pulse is applied to the heat generating element 10, and a new UFB 11 is generated each time.

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。 Next, with reference to FIGS. 7 to 10, how UFB11 is generated in each process of generation, expansion, contraction and disappearance of the membrane boiling bubble 13 will be described in more detail.

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。 7 (a) to 7 (d) are diagrams schematically showing how UFB 11 is generated with the generation and expansion of the membrane boiling bubbles 13. FIG. 7A shows a state before the voltage pulse is applied to the heat generating element 10. A liquid W in which the gas-dissolving liquid 3 is mixed flows inside the chamber 301.

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。 FIG. 7B shows a state in which a voltage is applied to the heat generating element 10 and the film boiling bubbles 13 are uniformly generated in almost the entire area of the heat generating element 10 in contact with the liquid W. When a voltage is applied, the surface temperature of the heating element 10 rises sharply at a rate of 10 ° C./μsec or more, and when the temperature reaches approximately 300 ° C., film boiling occurs and film boiling bubbles 13 are generated.

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(100μS以下)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ほぼ同時に析出し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。また、気泡同士の間には液体が介在する。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。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。 After that, the surface temperature of the heating element 10 rises to about 600 to 800 ° C. during the application of the pulse, and the liquid around the film boiling bubble 13 is also rapidly heated. In the figure, the region of the liquid that is located around the membrane boiling foam 13 and is rapidly heated (100 μS or less) is shown as the unfoamed high temperature region 14. The gas-dissolved liquid 3 contained in the unfoamed high-temperature region 14 exceeds the thermal dissolution limit and precipitates at almost the same time to become UFB. The diameter of the precipitated bubbles is about 10 nm to 100 nm, and has a high gas-liquid interface energy. In addition, a liquid is interposed between the bubbles. Therefore, it does not disappear in a short time and floats in the liquid W while maintaining its independence. The bubbles generated by the thermal action during expansion from the generation of the film boiling bubbles 13 in this way are referred to as the first UFB11A.

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。 FIG. 7C shows the process of expansion of the membrane boiling foam 13. Even after the application of the voltage pulse to the heating element 10 is completed, the film boiling foam 13 continues to expand due to the inertia of the force obtained when it is generated, and the unfoamed high temperature region 14 also moves and diffuses due to the inertia. That is, in the process of expansion of the membrane boiling foam 13, the gas-dissolved liquid 3 contained in the unfoamed high-temperature region 14 is newly precipitated as bubbles to become the first UFB 11A.

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。 FIG. 7D shows a state in which the membrane boiling bubble 13 has the maximum volume. The membrane boiling foam 13 expands due to inertia, but the negative pressure inside the membrane boiling foam 13 gradually increases with the expansion, and acts as a negative pressure for contracting the membrane boiling foam 13. Then, when this negative pressure is balanced with the inertial force, the volume of the membrane boiling bubble 13 becomes maximum, and then it starts to contract.

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。 In the contraction stage of the membrane boiling foam 13, UFB (second UFB11B) generated by the processes shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c) and UFB generated by the processes shown in FIGS. 9 (a) to 9 (c). There is (third UFB). It is considered that these two processes coexist.

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。 8 (a) to 8 (c) are views showing how UFB 11 is generated as the membrane boiling bubbles 13 contract. FIG. 8A shows a state in which the membrane boiling foam 13 has started contraction. Even if the membrane boiling bubble 13 starts contracting, the surrounding liquid W still has an inertial force in the expanding direction. Therefore, the inertial force acting in the direction away from the heat generating element 10 and the force toward the heat generating element 10 as the film boiling bubble shrinks act on the polar periphery of the film boiling bubble 13, and the pressure is reduced. Become. In the figure, such a region is shown as an unfoamed negative pressure region 15.

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。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。 The gas-dissolved liquid 3 contained in the unfoamed negative pressure region 15 exceeds the pressure dissolution limit and precipitates as bubbles. The diameter of the precipitated bubbles is about 100 nm, and then the bubbles do not disappear in a short time and float in the liquid W while maintaining their independence. The bubbles precipitated by the pressure action when the membrane boiling bubbles 13 contract in this way are referred to as the second UFB 11B.

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。 FIG. 8B shows the process of contraction of the membrane boiling foam 13. The speed at which the membrane boiling foam 13 contracts is accelerated by the negative pressure, and the unfoamed negative pressure region 15 also moves with the contraction of the membrane boiling foam 13. That is, in the process of contraction of the membrane boiling foam 13, the gas-dissolved liquid 3 at the portion where the unfoamed negative pressure region 15 passes is deposited one after another to become the second UFB 11B.

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。 FIG. 8C shows a state immediately before the film boiling bubble 13 disappears. The accelerated contraction of the membrane boiling foam 13 also increases the moving speed of the surrounding liquid W, but pressure loss occurs due to the flow path resistance in the chamber 301. As a result, the region occupied by the unfoamed negative pressure region 15 becomes larger, and a large number of second UFB 11Bs are generated.

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。 9 (a) to 9 (c) are views showing how UFB is generated by reheating the liquid W when the membrane boiling foam 13 is contracted. FIG. 9A shows a state in which the surface of the heat generating element 10 is covered with the shrinking film boiling bubbles 13.

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。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。 FIG. 9B shows a state in which the film boiling bubbles 13 are contracted and a part of the surface of the heat generating element 10 is in contact with the liquid W. At this time, heat remains on the surface of the heat generating element 10 so that the film does not boil even if the liquid W comes into contact with the surface. In the figure, the region of the liquid that is heated by coming into contact with the surface of the heat generating element 10 is shown as the unfoamed reheating region 16. Although the film does not boil, the gas-dissolved liquid 3 contained in the unfoamed reheating region 16 precipitates beyond the thermal dissolution limit. The bubbles generated by the reheating of the liquid W when the film boiling bubbles 13 contract in this way are referred to as a third UFB11C.

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。 FIG. 9C shows a state in which the film boiling bubbles 13 are further contracted. As the film boiling bubble 13 becomes smaller, the region of the heat generating element 10 in contact with the liquid W becomes larger, so that the third UFB 11C is generated until the film boiling bubble 13 disappears.

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。 10 (a) and 10 (b) are views showing how UFB is generated by the impact (a kind of so-called cavitation) at the time of defoaming the membrane boiling foam 13 generated by the membrane boiling. FIG. 10A shows a state immediately before the film boiling bubble 13 disappears. The membrane boiling bubble 13 rapidly contracts due to the internal negative pressure, and the unfoamed negative pressure region 15 covers the periphery thereof.

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、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。 FIG. 10B shows a state immediately after the film boiling bubble 13 disappears at the point P. When the membrane boiling bubble 13 is defoamed, the acoustic wave spreads concentrically starting from the point P due to the impact. Acoustic waves are a general term for elastic waves that propagate regardless of whether they are gas, liquid, or solid, and the density of liquid W, that is, the high-pressure surface 17A and low-pressure surface 17B of the liquid W are alternately propagated.

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。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。 In this case, the gas-dissolved liquid 3 contained in the unfoamed negative pressure region 15 is resonated by the shock wave at the time of defoaming the film boiling foam 13, and undergoes a phase transition beyond the pressure dissolution limit at the timing when the low pressure surface 17B passes. .. That is, at the same time as the film boiling bubbles 13 disappear, a large number of bubbles are precipitated in the unfoamed negative pressure region 15. The bubbles generated by the shock wave when the film boiling bubbles 13 are defoamed are referred to as the fourth UFB11D.

膜沸騰泡13の消泡時の衝撃波によって生成される第4のUFB11D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。 The fourth UFB11D generated by the shock wave at the time of defoaming the membrane boiling bubble 13 suddenly appears in an extremely narrow thin film region in an extremely short time (1 μS or less). The diameter is sufficiently smaller than the first to third UFBs, and the gas-liquid interface energy is higher than that of the first to third UFBs. Therefore, it is considered that the fourth UFB 11D has different properties from the first to third UFB 11A to 11C and produces different effects.

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。 Further, since the fourth UFB11D is uniformly generated everywhere in the concentric spherical region where the shock wave propagates, it will be uniformly present in the chamber 301 from the time when it is generated. At the timing when the fourth UFB11D is generated, a large number of the first to third UFBs already exist, but the existence of these first to third UFBs has a great influence on the generation of the fourth UFB11D. No. Further, it is considered that the first to third UFBs will not disappear due to the generation of the fourth UFB11D.

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。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。 11 (a) and 11 (b) are views showing how UFB is generated by a change in the saturation solubility of the liquid W. FIG. 11A shows a state in which the film boiling foam 13 is generated. The surrounding liquid W is also heated with the formation of the membrane boiling foam 13, and a high temperature region 19 having a higher temperature than the other regions is formed around the membrane boiling foam 13. Since the saturated solubility of the liquid W decreases as the temperature of the liquid increases, the saturated solubility of the high temperature region 19 becomes lower than that of the other regions, resulting in a supersaturated state in which a phase transition to a gas is likely to occur. Then, the gas-dissolved liquid 3 in such a supersaturated state undergoes a phase transition when it comes into contact with the membrane boiling bubbles 13, and precipitates as UFB. In the figure, the arrow indicates the direction in which the gas-dissolved liquid 3 is deposited. The bubbles generated by the change in saturation solubility around the membrane boiling bubbles 13 in this way are referred to as the fifth UFB11E.

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。 FIG. 11B shows a state in which the membrane boiling foam 13 is defoamed. The fifth UFB11E generated by contacting the membrane boiling foam 13 is attracted toward the heat generating element 10 together with the defoaming of the membrane boiling foam 13, and the region 13'occupied by the membrane boiling foam 13 is filled with liquid. W is satisfied. Of the precipitated UFBs, those that have not been redissolved in the liquid W remain as the fifth UFB11E.

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。 As described above, it is assumed that the UFB 11 is generated at a plurality of stages until the film boiling bubbles 13 are generated and defoamed by the heat generated by the heat generating element 10. The first UFB11A, the second UFB11B, the third UFB11C and the fifth UFB11E are generated in the vicinity of the surface of the film boiling foam generated by the film boiling. Here, the vicinity is a region within about 20 μm from the surface of the membrane boiling foam. The fourth UFB11D is generated in the region where the shock wave generated when the bubbles are defoamed (disappeared) propagates. In the above-mentioned example, an example until the film boiling bubble 13 is defoamed is shown, but the method is not limited to this in order to generate UFB. For example, by communicating with the atmosphere before the generated membrane boiling bubbles 13 are extinguished, UFB can be generated even when the membrane boiling bubbles 13 are not exhausted.

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。 Next, the residual characteristics of UFB will be described. The higher the temperature of the liquid, the lower the dissolution characteristics of the gas component, and the lower the temperature, the higher the dissolution characteristics of the gas component. That is, the higher the temperature of the liquid, the more the phase transition of the dissolved gas component is promoted, and the more easily UFB is generated. The temperature of the liquid and the solubility of the gas are in inverse proportion to each other, and as the temperature of the liquid rises, the gas exceeding the saturated solubility becomes bubbles and is deposited in the liquid.

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。 Therefore, when the temperature of the liquid rises sharply from room temperature, the dissolution characteristics suddenly drop, and UFB begins to be generated. Then, as the temperature rises, the thermal melting characteristics decrease, and a large amount of UFB is generated.

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。 On the contrary, when the temperature of the liquid drops from room temperature, the dissolution characteristics of the gas increase, and the produced UFB becomes easy to liquefy. However, such temperatures are well below room temperature. Further, even if the temperature of the liquid is lowered, since the UFB once generated has a high internal pressure and a high gas-liquid interface energy, it is extremely unlikely that a pressure high enough to destroy the gas-liquid interface acts. That is, the UFB once generated does not easily disappear as long as the liquid is stored at normal temperature and pressure.

以上において、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。 In the above, the first UFB11A described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (c), the third UFB11C described with reference to FIGS. 9 (a) to 9 (c), and FIGS. 11 (a) to 11 (b) have been described. The fifth UFB11E can be said to be a UFB produced by utilizing such thermal dissolution characteristics of a gas.

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。 On the other hand, regarding the relationship between the pressure of the liquid and the dissolution characteristics, the higher the pressure of the liquid, the higher the dissolution characteristics of the gas, and the lower the pressure, the lower the dissolution characteristics. That is, the lower the pressure of the liquid, the more the phase transition of the gas-dissolved liquid dissolved in the liquid to the gas is promoted, and the UFB is easily generated. When the pressure of the liquid drops from normal pressure, the dissolution characteristics drop at once and UFB begins to be generated. Then, as the pressure decreases, the pressure dissolution characteristics decrease, and a large amount of UFB is generated.

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。 On the contrary, when the pressure of the liquid rises from the normal pressure, the dissolution property of the gas rises, and the produced UFB becomes easy to liquefy. However, such a pressure is sufficiently higher than the atmospheric pressure, and even if the pressure of the liquid rises, the UFB once generated has a high internal pressure and a high gas-liquid interface energy, so that the gas-liquid interface is destroyed. It is extremely unlikely that a moderately high pressure will act. That is, the UFB once generated does not easily disappear as long as the liquid is stored at normal temperature and pressure.

以上において、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。 In the above, the second UFB11B described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (c) and the fourth UFB11D described with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (c) utilize the pressure dissolution characteristics of such a gas. It can be said that the UFB is generated by the above.

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。 In the above, the first to fourth UFBs having different generation factors have been described individually, but the above-mentioned generation factors occur simultaneously and frequently with the event of film boiling. Therefore, at least two or more types of UFBs among the first to fourth UFBs may be generated at the same time, and these generation factors may cooperate with each other to generate UFBs. However, it is common that all the generation factors are invited by the volume change of the film boiling bubbles generated by the film boiling phenomenon. In the present specification, the method of producing UFB by utilizing the film boiling accompanying the rapid heat generation is referred to as a T-UFB (Thermal-Ultra Fine Bubble) production method. Further, the UFB produced by the T-UFB production method is referred to as T-UFB, and the liquid containing T-UFB produced by the T-UFB production method is referred to as a T-UFB-containing liquid.

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。 Most of the bubbles generated by the T-UFB generation method are 1.0 μm or less, and it is difficult to generate millibubbles and microbubbles. That is, according to the T-UFB generation method, UFB is dominantly and efficiently generated. Further, the T-UFB produced by the T-UFB production method has a higher gas-liquid interface energy than the UFB produced by the conventional method, and does not easily disappear as long as it is stored at normal temperature and pressure. Further, even if a new T-UFB is generated by the new film boiling, it is suppressed that the previously generated T-UFB disappears due to the impact. That is, it can be said that the number and concentration of T-UFB contained in the T-UFB-containing liquid have a hysteresis characteristic with respect to the number of times of film boiling in the T-UFB-containing liquid. In other words, the concentration of T-UFB contained in the T-UFB-containing liquid can be adjusted by controlling the number of heat-generating elements arranged in the T-UFB generation unit 300 and the number of times voltage pulses are applied to the heat-generating elements. ..

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。 See FIG. 1 again. When the T-UFB-containing liquid W having a desired UFB concentration is generated in the T-UFB generation unit 300, the UFB-containing liquid W is supplied to the post-treatment unit 400.

図12(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。 12 (a) to 12 (c) are diagrams showing a configuration example of the post-processing unit 400. The post-treatment unit 400 removes impurities contained in the UFB-containing liquid W in the order of inorganic ions, organic substances, and insoluble solids.

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、Al23、Ta25、Irが挙げられる。 FIG. 12A shows a first post-treatment mechanism 410 for removing inorganic ions. The first post-treatment mechanism 410 includes an exchange container 411, a cation exchange resin 412, a liquid introduction path 413, a water collection pipe 414, and a liquid outlet path 415. The exchange container 411 contains a cation exchange resin 412. The UFB-containing liquid W generated by the T-UFB generation unit 300 is injected into the exchange container 411 via the liquid introduction path 413 and absorbed by the cation exchange resin 412, where cations as impurities are removed. NS. Such impurities include a metal material peeled off from the element substrate 12 of the T-UFB generation unit 300, and examples thereof include SiO 2 , SiC, SiC, Ta, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and Ir. Be done.

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。 The cation exchange resin 412 is a synthetic resin in which a functional group (ion exchange group) is introduced into a polymer base having a three-dimensional network structure, and the synthetic resin contains spherical particles of about 0.4 to 0.7 mm. Presented. As the polymer base, a copolymer of styrene-divinylbenzene is generally used, and as the functional group, for example, methacrylic acid-based and acrylic acid-based ones can be used. However, the above material is an example. The materials can be changed in various ways as long as the desired inorganic ions can be effectively removed. The UFB-containing liquid W absorbed by the cation exchange resin 412 and from which the inorganic ions have been removed is collected by the water collecting pipe 414 and sent to the next step via the liquid outlet path 415. In this step, it is not necessary to remove all the inorganic ions contained in the UFB-containing liquid W supplied from the liquid introduction path 413, and at least some of the inorganic ions may be removed.

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。 FIG. 12B shows a second post-treatment mechanism 420 for removing organic matter. The second post-treatment mechanism 420 includes a storage container 421, a filtration filter 422, a vacuum pump 423, a valve 424, a liquid introduction path 425, a liquid outlet path 426, and an air suction path 427. The inside of the storage container 421 is divided into two upper and lower regions by a filtration filter 422. The liquid introduction path 425 is connected to the upper region of the upper and lower regions, and the air suction passage 427 and the liquid outlet passage 426 are connected to the lower region. When the vacuum pump 423 is driven with the valve 424 closed, the air in the storage container 421 is discharged through the air suction path 427, the inside of the storage container 421 becomes negative pressure, and the UFB-containing liquid is discharged from the liquid introduction path 425. W is introduced. Then, the UFB-containing liquid W in a state where impurities have been removed by the filtration filter 422 is stored in the storage container 421.

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、上記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。 Impurities removed by the filtration filter 422 include organic materials that can be mixed in tubes and units, such as organic compounds containing silicon, siloxanes, epoxies, and the like. Examples of the filter membrane that can be used for the filtration filter 422 include a sub μm mesh filter that can remove even bacterial systems (a filter having a mesh diameter of 1 μm or less) and an nm mesh filter that can remove even viruses. In a filtration filter having such a fine opening diameter, bubbles larger than the opening diameter of the filter can also be removed. In particular, when fine bubbles are adsorbed on the opening (mesh) of the filter, the filter may be clogged and the filtration rate may be reduced. However, as described above, most of the bubbles generated by the T-UFB generation method have a diameter of 1.0 μm or less, and it is difficult to generate microbubbles or microbubbles larger than 1.0 μm. That is, since the generation rate of millibubbles and microbubbles is very small, it is possible to suppress a decrease in the filtration rate due to the adsorption of bubbles on the filter. Therefore, a filtration filter 422 including a filter having a mesh diameter of 1 μm or less can be suitably applied to a system provided with a T-UFB generation method.

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。 As an example of the filtration method applicable to this embodiment, there are a so-called dead-end filtration method and a cross-flow filtration method. In the dead-end filtration method, the flow direction of the supply liquid and the flow direction of the filter liquid passing through the filter opening flow in the same direction, that is, in directions along each other. On the other hand, in the cross-flow filtration method, the flow of the feed liquid flows in the direction along the filter surface, that is, the flow of the feed liquid and the flow of the filter liquid passing through the filter opening intersect. In order to suppress the adsorption of air bubbles to the filter opening, it is preferable to apply a cross-flow filtration method.

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。 When the vacuum pump 423 is stopped and the valve 424 is opened after the UFB-containing liquid W is stored in the storage container 421 to some extent, the T-UFB-containing liquid in the storage container 421 is sent to the next step via the liquid lead-out path 426. Be liquid. Here, the vacuum filtration method is adopted as a method for removing impurities of organic substances, but as a filtration method using a filter, for example, a gravity filtration method or a pressure filtration method can also be adopted.

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。 FIG. 12 (c) shows a third post-treatment mechanism 430 for removing insoluble solids. The third post-treatment mechanism 430 includes a settling container 431, a liquid introduction path 432, a valve 433, and a liquid outlet path 434.

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。以上では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。 First, with the valve 433 closed, a predetermined amount of UFB-containing liquid W is stored in the settling container 431 from the liquid introduction path 432 and left for a while. During this time, the solid matter contained in the UFB-containing liquid W is settled to the bottom of the settling container 431 by gravity. Further, among the bubbles contained in the UFB-containing liquid, bubbles having a relatively large size such as microbubbles also float on the liquid surface by buoyancy and are removed from the UFB-containing liquid. When the valve 433 is opened after a sufficient time has elapsed, the UFB-containing liquid W from which solid matter and large-sized bubbles have been removed is sent to the recovery unit 500 via the liquid outlet path 434. In the above, an example in which the three post-processing mechanisms are applied in order is shown, but the present invention is not limited to this, and the order of the three post-processing mechanisms may be changed, and at least one post-processing mechanism is adopted as necessary. You may.

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。以上では、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。しかし、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。 See FIG. 1 again. The T-UFB-containing liquid W from which impurities have been removed by the post-treatment unit 400 may be sent to the recovery unit 500 as it is, or may be returned to the dissolution unit 200 again. In the latter case, the gas dissolution concentration of the T-UFB-containing liquid W, which has decreased due to the formation of T-UFB, can be compensated again to the saturated state in the dissolution unit 200. If a new T-UFB is then generated by the T-UFB generation unit 300, the UFB-containing concentration of the T-UFB-containing liquid can be further increased under the above-mentioned characteristics. That is, the UFB-containing concentration can be increased by the number of circulations around the dissolution unit 200, the T-UFB generation unit 300, and the post-treatment unit 400, and after the desired UFB-containing concentration is obtained, the UFB-containing liquid W Can be sent to the recovery unit 500. In the above, the form in which the UFB-containing liquid treated by the post-treatment unit 400 is returned to the dissolution unit 200 and circulated is shown. However, the present invention is not limited to this, for example, after the liquid is returned to the dissolution unit 200 and circulated a plurality of times to increase the T-UFB concentration before being supplied to the post-treatment unit 400 after passing through the T-UFB generation unit. Post-processing may be performed by the post-processing unit 400.

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。 The recovery unit 500 collects and stores the UFB-containing liquid W sent from the post-treatment unit 400. The T-UFB-containing liquid recovered by the recovery unit 500 becomes a high-purity UFB-containing liquid from which various impurities have been removed.

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。 In the recovery unit 500, the UFB-containing liquid W may be classified according to the size of T-UFB by performing a filtering process in several steps. Further, since the T-UFB-containing liquid W obtained by the T-UFB method is expected to be higher than the normal temperature, the recovery unit 500 may be provided with a cooling means. In addition, such a cooling means may be provided in a part of the post-processing unit 400.

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。 The above is the outline of the UFB generator 1, but of course, a plurality of units as shown in the figure can be changed, and it is not necessary to prepare all of them. Depending on the type of liquid W or gas G to be used and the purpose of use of the T-UFB-containing liquid to be generated, a part of the above-mentioned units may be omitted, or another unit may be added in addition to the above-mentioned units. You may.

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前処理ユニット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。 For example, when the gas contained in the UFB is the atmosphere, the pretreatment unit 100 and the dissolution unit 200 as the pretreatment unit can be omitted. On the contrary, if it is desired to include a plurality of types of gases in the UFB, the dissolution unit 200 may be further added.

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。 Further, the unit for removing impurities as shown in FIGS. 12A to 12C may be provided upstream of the T-UFB generation unit 300, or may be provided both upstream and downstream. .. When the liquid supplied to the UFB generator is tap water, rainwater, contaminated water, etc., the liquid may contain organic or inorganic impurities. If the liquid W containing such impurities is supplied to the T-UFB generation unit 300, the heat generating element 10 may be altered or a salting out phenomenon may occur. By providing the mechanism shown in FIGS. 11 (a) to 11 (c) upstream of the T-UFB generation unit 300, the above-mentioned impurities can be removed in advance.

<<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。
<< Liquids and gases that can be used in T-UFB-containing liquids >>
Here, the liquid W that can be used to generate the T-UFB-containing liquid will be described. Examples of the liquid W that can be used include pure water, ion-exchanged water, distilled water, physiologically active water, magnetically activated water, cosmetic water, tap water, seawater, river water, water and sewage water, lake water, groundwater, rainwater, and the like. Be done. Further, a mixed liquid containing these liquids and the like can also be used. Further, a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent can also be used. The water-soluble organic solvent used in combination with water is not particularly limited, and specific examples thereof include the following. Alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, and tert-butyl alcohol. Amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide. Ketone or keto alcohols such as acetone and diacetone alcohol. Cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. Ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol. 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,2-hexanediol, 1,6-hexanediol. Glycos such as 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, and thiodiglycol. Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether. Lower alkyl ethers of polyhydric alcohols such as diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, and triethylene glycol monobutyl ether. Polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol. Triols such as glycerin, 1,2,6-hexanetriol, trimethylolpropane. These water-soluble organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

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体を液体Wに溶解させてもよい。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。 Examples of the gas component that can be introduced in the dissolution unit 200 include hydrogen, helium, oxygen, nitrogen, methane, fluorine, neon, carbon dioxide, ozone, argon, chlorine, ethane, propane, and air. Further, it may be a mixed gas containing some of the above. Further, the dissolution unit 200 does not necessarily have to dissolve a substance in a gaseous state, and a liquid or a solid composed of a desired component may be dissolved in the liquid W. In this case, the dissolution may be natural dissolution, dissolution by applying pressure, hydration by ionization, ionization, or dissolution accompanied by a chemical reaction.

<<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。
<< Effect of T-UFB generation method >>
Next, the features and effects of the T-UFB generation method described above will be described in comparison with the conventional UFB generation method. For example, in a conventional bubble generator represented by the Venturi method, a mechanical decompression structure such as a decompression nozzle is provided in a part of the flow path, and a liquid is flowed at a predetermined pressure so as to pass through the decompression structure. As a result, bubbles of various sizes are generated in the area downstream of the decompression structure.

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。 In this case, among the generated bubbles, buoyancy acts on bubbles having a relatively large size such as millibubbles and microbubbles, so that the bubbles eventually rise to the liquid surface and disappear. Further, the UFB on which buoyancy does not act does not have such a large gas-liquid interface energy, so that it may disappear together with the millibubbles and microbubbles. In addition, even if the decompression structure is arranged in series and the same liquid is repeatedly flowed through the decompression structure, the number of UFBs corresponding to the number of repetitions cannot be stored for a long period of time. That is, in the UFB-containing liquid produced by the conventional UFB production method, it was difficult to maintain the UFB-containing concentration at a predetermined value for a long period of time.

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。 On the other hand, in the T-UFB generation method using film boiling, a sudden temperature change from normal temperature to about 300 ° C. or a sudden pressure change from normal pressure to about several megapascals is made in the immediate vicinity of the heat generating element. It is caused locally. The heat generating element has a quadrilateral shape with a side of several tens of μm to several hundreds of μm. Compared to the size of a conventional UFB generator, it is about 1/1 to 1/1000. Moreover, a phase transition occurs when the gas-dissolved liquid existing in the extremely thin film region on the surface of the boiling foam momentarily exceeds the thermal dissolution limit or the pressure dissolution limit (in an ultra-short time of microseconds or less). It becomes UFB and precipitates. In this case, bubbles having a relatively large size such as millibubbles and microbubbles are hardly generated, and the liquid contains UFB having a diameter of about 100 nm with extremely high purity. Further, since the T-UFB thus produced has a sufficiently high gas-liquid interface energy, it is not easily destroyed under a normal environment and can be stored for a long period of time.

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例であれば、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。 In particular, in this example using the film boiling phenomenon in which a gas interface can be locally formed with respect to the liquid, the interface is formed on a part of the liquid existing in the vicinity of the heat generating element without affecting the entire liquid region. The region that acts thermally and pressure can be an extremely local range. As a result, the desired UFB can be stably produced. Further, by circulating the liquid and further imparting the UFB generation condition to the generated liquid, it is possible to additionally generate a new UFB with less influence on the existing UFB. As a result, a UFB liquid of a desired size and concentration can be produced relatively easily.

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。 Further, since the T-UFB production method has the above-mentioned hysteresis characteristic, the content concentration can be increased to a desired concentration while maintaining high purity. That is, according to the T-UFB production method, a UFB-containing liquid having high purity, high concentration, and long-term storage can be efficiently produced.

<<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。
<< Specific use of T-UFB-containing liquid >>
In general, the ultrafine bubble-containing liquid has different uses depending on the type of gas contained therein. Any gas can be converted to UFB as long as it can dissolve an amount of PPM to BPM in the liquid. As an example, it can be applied to the following applications.

・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。 -The UFB-containing liquid containing air can be suitably used for cleaning industrial, agricultural and fishery industries, medical purposes, etc., and for growing plants and agricultural and marine products.

・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。 -The ozone-containing UFB-containing liquid is suitable for cleaning applications such as industrial, agricultural and fishery industries, and medical applications, as well as for sterilization, sterilization, and sterilization, and for environmental purification of wastewater and contaminated soil. Can be used.

・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。 -The UFB-containing liquid containing nitrogen is suitable for cleaning applications such as industrial, agricultural and fishery industries, and medical purposes, as well as for sterilization, sterilization, and sterilization, and for environmental purification of wastewater and contaminated soil. be able to.

・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。 -The UFB-containing liquid containing oxygen can be suitably used for growing plants and agricultural and marine products in addition to cleaning applications such as industrial, agricultural and fishery industries, and medical uses.

・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。 -The UFB-containing liquid containing carbon dioxide can be suitably used for cleaning applications such as industrial, agricultural and fishery industries, and medical applications, as well as applications for sterilization, sterilization, and sterilization.

・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。 -A UFB-containing liquid containing perfluorocarbon, which is a medical gas, can be suitably used for ultrasonic diagnosis and treatment. As described above, the UFB-containing liquid can exert its effects in a wide range of fields such as medical treatment, pharmaceuticals, dentistry, food, industry, agriculture and fisheries.

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。 In each application, the purity and concentration of UFB contained in the UFB-containing liquid are important in order to quickly and surely exert the effect of the UFB-containing liquid. That is, if a T-UFB production method capable of producing a UFB-containing liquid having a desired concentration with high purity is used, more effects than ever can be expected in various fields. Hereinafter, the T-UFB production method and the applications in which the T-UFB-containing liquid is expected to be suitably applicable are listed.

(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。
(A) Liquid purification application-By arranging the T-UFB generation unit in the water purifier, it is expected that the water purification effect and the purification effect of the PH preparation liquid will be enhanced. Further, the T-UFB generation unit can be arranged in a carbonated water server or the like.

・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。 -By arranging the T-UFB generation unit in a humidifier, an aroma diffuser, a coffee maker, etc., it can be expected to improve the humidifying effect, the deodorizing effect, and the scent diffusion effect in the room.

・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。 ・ The dissolution unit produces a UFB-containing liquid in which ozone gas is dissolved, and by using this for dental treatment, burn treatment, wound treatment when using an endoscope, etc., medical cleaning effect and disinfection effect are improved. You can expect it to happen.

・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。 -By arranging the T-UFB generation unit in the water tank of an apartment house, it can be expected to improve the water purification effect and chlorine removal effect of drinking water stored for a long period of time.

・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。 -In the sake brewing process, such as sake, shochu, and wine, where high-temperature sterilization cannot be performed, pasteurization can be performed more efficiently than before by using a T-UFB-containing liquid containing ozone and carbon dioxide. Can be expected.

・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。 -In the manufacturing process of specified health foods and foods with functional claims, by mixing UFB-containing liquid with raw materials, pasteurization treatment becomes possible, and it is possible to provide safe and functional foods without losing flavor. ..

・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。 -At aquaculture sites for fish and pearls, it can be expected that spawning and development of fish and shellfish will be promoted by arranging a T-UFB production unit in the supply route of seawater and freshwater for aquaculture.

・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。 -By arranging the T-UFB generation unit in the process of refining the food storage water, it can be expected that the food storage state will be improved.

・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。 -By arranging the T-UFB generation unit in the decolorizer for decolorizing pool water, groundwater, etc., a higher decolorization effect can be expected.

・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。 -By using the T-UFB-containing liquid for repairing cracks in concrete members, it can be expected that the effect of repairing cracks will be improved.

・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。 -By adding T-UFB to liquid fuel of equipment (automobiles, ships, airplanes) that use liquid fuel, it can be expected to improve the energy efficiency of the fuel.

(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。
(B) Cleaning Applications In recent years, UFB-containing liquids have been attracting attention as cleaning water for removing stains and the like adhering to clothes. It is expected that the cleaning power will be further improved by arranging the T-UFB generation unit described in the above embodiment in the washing machine and supplying the UFB-containing liquid having higher purity and excellent permeability than the conventional one to the washing layer. can.

・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。 -By arranging the T-UFB generation unit in the bath shower or toilet bowl washing machine, in addition to the cleaning effect of all living things such as the human body, the effect of promoting the removal of decontamination such as water stains and mold on the bathroom or toilet bowl can be expected.

・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。 -By arranging T-UFB generation units in window washers of automobiles, high pressure washers for washing wall materials, car wash machines, dishwashers, food washer, etc., the cleaning effect of each is further improved. Can be expected.

・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。 -It can be expected that the cleaning effect will be improved by using the T-UFB-containing liquid when cleaning and servicing parts manufactured in a factory such as a deburring process after press working.

・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。 -It can be expected that the polishing effect can be improved by using the T-UFB-containing liquid as the polishing water for the wafer at the time of manufacturing the semiconductor element. Further, in the resist removing step, by using the T-UFB-containing liquid, it can be expected to promote the peeling of the resist which is difficult to peel.

・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。 -By arranging the T-UFB generation unit in the equipment for cleaning and disinfecting medical equipment such as medical robots, dental treatment equipment, and organ storage containers, the cleaning effect and disinfection effect of these equipment can be improved. You can expect it. It can also be applied to the treatment of living things.

(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。
(C) Pharmaceutical applications-By containing a T-UFB-containing solution in cosmetics, etc., it promotes penetration into subcutaneous cells and significantly reduces additives such as preservatives and surfactants that adversely affect the skin. Can be done. As a result, it is possible to provide cosmetics that are more secure and have functionality.

・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。 -By utilizing a high-concentration nanobubble preparation containing T-UFB as a contrast medium for medical examination equipment such as CT and MRI, it is possible to efficiently utilize the reflected light from X-rays and ultrasonic waves, and more detailed captured images. Can be used for initial diagnosis of malignant tumors.

・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。 ・ In an ultrasonic therapy device called HIFU (High Intensity Focused Ultrasound), by using high-concentration nanobubble water containing T-UFB, the irradiation power of ultrasonic waves can be reduced, and treatment can be performed more non-invasively. can do. In particular, it is possible to reduce damage to normal tissues.

・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製することができる。 -Using high-concentration nanobubbles containing T-UFB as seeds, phospholipids that form liposomes are modified in the negatively charged region around the bubbles, and various medical substances (DNA, RNA, etc.) are passed through the phospholipids. Can be prepared as a nanobubble preparation.

・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。 -As a treatment for pulp and dentin regeneration, when a drug containing high-concentration nanobubble water produced by T-UFB is sent into the dental canal, the drug penetrates deeply into the dentin canal due to the penetrating action of the nanobubble water and promotes the sterilization effect. Infected root canal treatment of dental pulp can be performed quickly and safely.

以下、本実施形態を具体的に説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be specifically described.

(第1実施形態)
図13は、第1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、核供給部750(750A、750B)、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にそれぞれ対応する。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13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。また、図13では、核供給部750として、第1核供給部750A及び第2核供給部750Bの2つの核供給部750を示しているが、少なくとも一方の核供給部750が備えられていればよい。尚、両者を特に区別しない場合には、単に核供給部750として説明をする。
(First Embodiment)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the ultrafine bubble-containing liquid manufacturing apparatus 2000 (hereinafter, referred to as UFB-containing liquid producing apparatus 2000) according to the first embodiment. The UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment mainly includes a liquid supply unit 600, a gas dissolution unit 800, a nuclear supply unit 750 (750A, 750B), a first storage chamber 900, and an ultrafine bubble generation unit 1000 ( Hereinafter referred to as a UFB generator 1000). The liquid supply unit 600, the gas dissolution unit 800, and the UFB generation unit 1000 correspond to the pretreatment unit 100, the dissolution unit 200, and the T-UFB generation unit 300 of FIG. 1, respectively. Each part is connected to each other by the pipe 700, and the liquid W is circulated by the pump 701 arranged in the middle of the pipe 700. In FIG. 13, solid arrows indicate the flow of liquid and dashed arrows indicate the flow of gas. Further, in FIG. 13, two nuclear supply units 750, a first nuclear supply unit 750A and a second nuclear supply unit 750B, are shown as the nuclear supply unit 750, but at least one nuclear supply unit 750 is provided. Just do it. When the two are not particularly distinguished, the description will be simply referred to as the nuclear supply unit 750.

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。 The liquid supply unit 600 mainly includes a liquid storage unit 601, two pumps 602 and 603, and a degassing unit 604. The liquid W stored in the liquid storage unit 601 is sent to the first storage chamber 900 by the pumps 602 and 603 via the degassing unit 604. Inside the degassing unit 604, a membrane through which gas can pass and liquid cannot pass is provided. When only the gas passes through the membrane due to the pressure of the pumps 602 and 603, the gas and the liquid are separated, the liquid W goes to the first storage chamber 900, and the gas is discharged to the outside. Various gases may be dissolved in the liquid stored in the liquid storage unit 601. Before the liquid is sent to the first storage chamber 900, the dissolved gas is removed by the degassing unit 604. By removing the gas, the dissolution efficiency of the gas dissolution step to be performed later can be increased.

気体溶解部800は、気体供給部804、前処理部801、合流部802、及び気液分離室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。尚、気体溶解部800には、不図示の溶解度センサが内蔵されていてもよい。 The gas melting unit 800 includes a gas supply unit 804, a pretreatment unit 801 and a merging unit 802, and a gas-liquid separation chamber 803. The gas supply unit 804 may be a cylinder for storing the desired gas G, but may be a device capable of continuously generating the desired gas G. For example, when the desired gas G is oxygen, it can be a device that takes in the atmosphere, removes nitrogen, and continuously pumps the nitrogen-depleted gas. The gas dissolution unit 800 may include a solubility sensor (not shown).

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とは、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、第1核供給部750Aを介してUFB生成部1000に送られる。本実施形態では、前処理部801は、気体供給部804より供給された酸素O2に対しプラズマ放電等の高電界の処理を施す。これにより酸素気体が活性状態となり、オゾンO3が発生する。発生したオゾンは、合流部802に送出される。これにより、気体溶解部800においては、オゾンと水とが混合され、オゾン水が生成され、液体Wとして第1核供給部750Aに送出される。 The gas G supplied from the gas supply unit 804 merges with the liquid W flowing out of the first storage chamber 900 in the merging unit 802 after being discharged or the like by the pretreatment unit 801. At this time, a part of the gas G is dissolved in the liquid W. The merged gas G and liquid W are separated again by the gas-liquid separation chamber 803, and the gas G not dissolved in the liquid W is discharged to the outside. The liquid W in which the gas G is dissolved is then sent to the UFB generation unit 1000 by the pump 701 via the first nuclear supply unit 750A. In the present embodiment, the pretreatment unit 801 applies a high electric field treatment such as plasma discharge to the oxygen O 2 supplied from the gas supply unit 804. As a result, the oxygen gas becomes active and ozone O 3 is generated. The generated ozone is sent to the confluence unit 802. As a result, in the gas melting unit 800, ozone and water are mixed to generate ozone water, which is sent to the first nuclear supply unit 750A as a liquid W.

第1核供給部750Aは、UFB生成の核となる物質が溶解または分散した液体を、UFB生成部1000に供給する。UFB生成の核となる物質が溶解または分散した液体を用いてUFB生成部1000にてUFBを生成することで、高濃度のUFB含有液を生成することができる。また、このようにして生成された、オゾン水であるUFB含有液では、オゾンの長時間の残存が可能となる。即ち、オゾンの長寿命化を実現したUFB含有液を提供することが可能となる。詳細は後述する。 The first nuclear supply unit 750A supplies the liquid in which the substance that becomes the core of UFB production is dissolved or dispersed to the UFB generation unit 1000. A high-concentration UFB-containing liquid can be produced by generating UFB in the UFB generation unit 1000 using a liquid in which a substance that is the core of UFB production is dissolved or dispersed. Further, in the UFB-containing liquid which is ozone water thus produced, ozone can remain for a long time. That is, it is possible to provide a UFB-containing liquid having a long ozone life. Details will be described later.

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、不純物またはごみなどが、UFB生成部1000に流入するのを防いでいる。不純物または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。一方で、このフィルタ1001はUFB生成の核となる物質は通過できるように設定されている。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。UFB生成部1000には、第2核供給部750Bが含まれる。詳細は後述する。 The UFB generation unit 1000 generates UFB in the inflowing liquid W. Various methods such as the Venturi method can be adopted as the UFB generation method, but in the present embodiment, the T-UFB method described with reference to FIGS. 4 to 10 is adopted. A filter 1001 is arranged upstream of the UFB generation unit 1000 to prevent impurities, dust, and the like from flowing into the UFB generation unit 1000. By removing impurities, dust, etc., the efficiency of UFB generation in the UFB generation unit 1000 can be improved. On the other hand, this filter 1001 is set so that a substance that is a core of UFB production can pass through. The UFB-containing liquid W generated by the UFB generation unit 1000 is stored in the first storage chamber 900 through the pipe 700. The UFB generation unit 1000 includes a second nuclear supply unit 750B. Details will be described later.

第1の収容室900は、以下の混合液を収容する。即ち、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、核供給部750でUFB生成の核となる物質が溶解または分散した液体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。 The first storage chamber 900 stores the following mixed liquid. That is, the liquid W supplied from the liquid supply unit 600, the desired gas G dissolved in the gas dissolution unit 800, and the liquid W in which the core substance for UFB production is dissolved or dispersed in the nuclear supply unit 750, and the UFB generation. Part 1000 contains a mixed solution with the UFB-containing solution in which T-UFB is generated.

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。液体供給部600から液体Wが供給される際には、液面が液面センサ902に達すると供給が停止するように構成されている。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。外部容器は、例えば図1の後処理ユニット400としてもよいし、回収ユニット500としてもよいし、後処理ユニット400、及び回収ユニット500としてもよい。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。また、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UFB濃度センサを設けてもよい。 The liquid level sensor 902 is arranged at a predetermined height in the first storage chamber 900 and detects the liquid level of the liquid W. When the liquid W is supplied from the liquid supply unit 600, the supply is stopped when the liquid level reaches the liquid level sensor 902. The valve 904 is opened when the liquid W contained in the first storage chamber 900 is discharged to the outer container. The outer container may be, for example, the post-treatment unit 400 of FIG. 1, the recovery unit 500, the post-treatment unit 400, and the recovery unit 500. Although not shown in the figure, a stirring means for making the temperature of the liquid W and the distribution of the UFB uniform may be provided inside the first storage chamber 900. Further, a UFB concentration sensor for detecting the UFB concentration of the liquid W contained in the first storage chamber 900 may be provided.

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、第1の収容室900の内部に温度センサを設け、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10℃以下に調整している。 The cooling unit 903 cools the liquid W stored in the first storage chamber 900. In order to efficiently dissolve the desired gas G in the gas melting unit 800, the temperature of the liquid W supplied to the gas dissolving unit 800 is preferably as low as possible. Further, by keeping the temperature of the circulating liquid W at a low temperature, it is possible to suppress the temperature rise of the UFB generation unit 1000 that generates UFB by utilizing the film boiling, and to extend the life of the UFB generation unit 1000. In the present embodiment, a temperature sensor is provided inside the first storage chamber 900, and the temperature of the liquid W supplied to the gas melting unit 800 is set to 10 ° C. or lower by using the cooling unit 903 while detecting the temperature of the liquid. I'm adjusting.

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、または、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13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。 The configuration of the cooling unit 903 is not particularly limited, but for example, a method using a Perche element, a method of circulating a liquid cooled by a chiller, or the like can be adopted. In the latter case, a cooling pipe for circulating the cooling liquid may be wound around the outer periphery of the first storage chamber 900 as shown in FIG. 13, or the first storage chamber 900 has a hollow structure and the cooling pipe is arranged in the hollow. You may let me. Further, the cooling pipe may be immersed in the liquid W of the first storage chamber 900.

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、核供給部750、および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。 With the above configuration, in the present embodiment, the liquid W circulates from the first storage chamber 900, passes through the gas melting unit 800, the nuclear supply unit 750, and the UFB generation unit 1000, and returns to the first storage chamber 900 again. A route is formed.

なお、図13では、気体溶解部800とUFB生成部1000との間に循環経路全体の循環を促すポンプ701を配したが、ポンプの位置および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との間に配してもよいし、気体溶解部800とUFB生成部1000との間、および、UFB生成部1000と第1の収容室900と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または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、脈動および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。 In FIG. 13, a pump 701 that promotes circulation in the entire circulation path is arranged between the gas dissolving unit 800 and the UFB generating unit 1000, but the position and number of pumps are not limited to this. The pump may be arranged, for example, between the UFB generation unit 1000 and the first storage chamber 900, between the gas melting unit 800 and the UFB generation unit 1000, and between the UFB generation unit 1000 and the first storage unit 1000. It may be arranged both between the room 900 and the room 900. Further, in the configuration of each part, a pump or a valve necessary for the operation of each part may be provided. However, as the pump, it is preferable to use a pump having small pulsation and flow rate variation so as not to impair the UFB generation efficiency.

また、液体Wを回収するための回収路およびバルブ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。 Further, the recovery path and the valve 904 for recovering the liquid W may be provided at other positions in the liquid circulation path instead of the first storage chamber 900. Further, when the temperature of the UFB generation unit 1000 rises sharply, the UFB generation unit 1000 may be provided with a cooling unit similar to the first storage chamber 900.

また、溶解度センサ、温度センサ及びUFB濃度センサは、循環経路内であれば、任意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。 Further, the solubility sensor, the temperature sensor and the UFB concentration sensor may be provided at any position as long as they are in the circulation path. Further, it may be provided at a plurality of positions in the circulation path so that the average value can be output.

配管700、ポンプ701、フィルタ1001、第1の収容室900、及び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などの金属または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。 The members that come into contact with the UFB-containing liquid, such as the pipe 700, the pump 701, the filter 1001, the first storage chamber 900, and the wetted portion of the UFB generating unit 1000, are made of a material having strong corrosion resistance. Is preferable. For example, fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and perfluoroalkoxy alkane (PFA), metals such as SUS316L, or other inorganic materials can be preferably used. As a result, UFB can be suitably produced even when a highly corrosive gas G or liquid W is used.

<<核となる物質を用いてUFBが生成される説明>>
次に、核供給部750によって供給される、UFB生成のための核となる物質(以下、単に核ともいう)が溶解または分散した液体Wを用いることで、UFBが高濃度で生成される例を説明する。以下、第1核供給部750Aを例に挙げて説明する。
<< Explanation of UFB generation using core material >>
Next, an example in which UFB is produced at a high concentration by using a liquid W in which a core substance for UFB production (hereinafter, also simply referred to as a nucleus) supplied by the nuclear supply unit 750 is dissolved or dispersed. Will be explained. Hereinafter, the first nuclear supply unit 750A will be described as an example.

第1核供給部750Aには、前述したように、オゾン水が供給される。反応性が高いオゾン水により、第1核供給部750AにおいてUFB生成のための核が、例えば分子レベルで液体Wに溶解する。本例において、UFB生成のための核は、例えば第1核供給部750A、配管700、及び第1の収容室900などのUFB生成のための循環経路において、液体Wと接する物質(流路壁)の一部である。UFB生成のための核が液体Wに溶解または分散していることで、UFBを高濃度で生成することができる。これは、一般に、泡を生成する場合において、核が存在する状態から泡を生成する方が、核が無い状態から泡を生成するよりも、小さいエネルギで泡を生成することができるからである。このため、UFB生成のための核が溶解または分散している場合、核が存在しない場合に比べてより多くのUFBを生成することができる。特に、核となる物質が、気体と親和性がある疎水性物質であればより望ましい。UFBのサイズは、前述したように一例として10〜100nmであり、本実施形態では、例えば100〜200nmである。UFB生成のための核となる物質は、液体中にUFBのサイズ以下のサイズで分散していることが有用である。よって、本実施形態では、UFB生成のための核は、例えば100〜200nm以下のサイズで分散していることが有用である。 As described above, ozone water is supplied to the first nuclear supply unit 750A. The highly reactive ozone water dissolves the nuclei for UFB formation in the first nuclear supply unit 750A, for example, in the liquid W at the molecular level. In this example, the nucleus for UFB generation is a substance (channel wall) in contact with the liquid W in the circulation path for UFB generation such as the first nuclear supply unit 750A, the pipe 700, and the first storage chamber 900. ) Is part of. The nuclei for UFB production are dissolved or dispersed in the liquid W, so that UFB can be produced at a high concentration. This is because, in general, when generating bubbles, it is possible to generate bubbles from the presence of nuclei with less energy than to generate bubbles from the absence of nuclei. .. Therefore, when the nuclei for UFB production are dissolved or dispersed, more UFB can be produced as compared with the case where the nuclei are not present. In particular, it is more desirable if the core substance is a hydrophobic substance that has an affinity for gas. As described above, the size of the UFB is 10 to 100 nm as an example, and in the present embodiment, it is, for example, 100 to 200 nm. It is useful that the core material for UFB production is dispersed in the liquid in a size less than or equal to the size of the UFB. Therefore, in the present embodiment, it is useful that the nuclei for UFB formation are dispersed in a size of, for example, 100 to 200 nm or less.

第1核供給部750Aによって、UFB生成のための核が溶解または分散した状態で、液体WがUFB生成部1000に送出される。UFB生成部1000では、例えば図7から図11で説明したように、膜沸騰泡13を生じさせることによって、UFBの核にUFB11を高濃度で発生させる。本発明者らは、核となる物質が存在している状態でUFB生成部1000において膜沸騰泡13を生じさせてUFBを生成することで、従来よりも多くのUFBが生成されることを見出した。具体的には、10億個/mlのUFB含有液が生成されていることを見出した。尚、基本的に、1つの核に対して1個のUFBが生成され得るものであるが、このUFB含有液には、核がない状態から生成されたUFBも含まれ得る。また、本発明者らは、このUFB含有液(オゾン水)では、オゾンの寿命が、延びていることを見出した。通常のオゾン水では、オゾンの寿命は、数十分程度である。即ち、オゾンを溶解させたオゾン水からは、通常、数十分程度でオゾンが消失する。一方、本発明者らは、このように生成されたUFB含有液(オゾン水)では、3日以上経過しても高濃度のオゾンを含有していることを確認した。 The liquid W is sent to the UFB generation unit 1000 by the first nuclear supply unit 750A in a state where the nuclei for UFB generation are dissolved or dispersed. In the UFB generation unit 1000, for example, as described with reference to FIGS. 7 to 11, the film boiling bubbles 13 are generated to generate UFB11 in the core of UFB at a high concentration. The present inventors have found that a larger amount of UFB than before is produced by generating a film boiling bubble 13 in the UFB generation unit 1000 in the presence of a core substance to generate UFB. rice field. Specifically, it was found that 1 billion pieces / ml of UFB-containing liquid was produced. Basically, one UFB can be produced for one nucleus, but this UFB-containing liquid may also contain UFB produced from a state without a nucleus. In addition, the present inventors have found that the life of ozone is extended in this UFB-containing liquid (ozone water). With ordinary ozone water, the life of ozone is about several tens of minutes. That is, ozone usually disappears from ozone water in which ozone is dissolved in about several tens of minutes. On the other hand, the present inventors have confirmed that the UFB-containing liquid (ozone water) thus produced contains a high concentration of ozone even after 3 days or more.

本実施形態で説明した、膜沸騰を利用してUFBを生成する方法以外の方法、例えば、ベンチュリー方式などのUFB生成方法においては、UFB生成と同時にマイクロバブルおよびミリバブルなどの浮力および体積が大きい泡が同時に発生する。UFBを生成する際に有効とされる核(主に疎水性物質等)は、マイクロバブルおよびミリバブル等が発生すると、これらの泡に吸着され分散されない。このため、ベンチュリー方式などのUFB生成方法においては、効率よく高濃度のUFBを生成することが困難である。一方で、本実施形態で用いる膜沸騰によるUFB生成方法によれば、マイクロメートルサイズの膜沸騰泡における局所的な圧力発生から消泡に至るプロセスでUFBが生成される。このメカニズムにより、ミリメートルサイズ以上のバブルの大きな泡をほぼ発生させず、UFBを生成することができる。従って、本実施形態の膜沸騰を利用したUFBの生成方法と、UFB生成の核となる物質を溶解または分散した溶解液または分散液との組み合わせによれば、効率よく高濃度のUFBを生成することができる。 In a method other than the method for producing UFB using membrane boiling described in the present embodiment, for example, in a UFB generation method such as the Venturi method, bubbles having a large buoyancy and volume such as microbubbles and millibubbles are generated at the same time as UFB generation. Occurs at the same time. When microbubbles, millibubbles, etc. are generated, the nuclei (mainly hydrophobic substances, etc.) that are effective in producing UFB are adsorbed by these bubbles and are not dispersed. Therefore, in a UFB generation method such as the Venturi method, it is difficult to efficiently generate a high-concentration UFB. On the other hand, according to the UFB generation method by film boiling used in the present embodiment, UFB is generated in the process from local pressure generation to defoaming in a micrometer-sized film boiling foam. By this mechanism, UFB can be generated with almost no generation of large bubbles of millimeter size or larger. Therefore, according to the combination of the method for producing UFB using the film boiling of the present embodiment and the solution or dispersion in which the substance that is the core of UFB production is dissolved or dispersed, a high concentration of UFB is efficiently produced. be able to.

尚、これまでの説明においては、酸素を高電圧下に配してプラズマ化して液体に溶解することで、ラジカル物質であるオゾンを生成し、オゾン水が核となる物質(例えば、液体と接する流路壁の一部)と接する例を説明した。これにより、UFB生成の核を、分子レベルで溶解させる例を説明したが、これに限られない。核供給部750は、気体溶解部800からUFB生成部1000に至る循環経路の途中に配されている例を説明したが、核供給部750は、UFB生成部1000に備えられてもよい。即ち、UFB生成部1000内の第2核供給部750Bによって核が溶解されてもよい。 In the above description, oxygen is arranged under a high voltage to be turned into plasma and dissolved in a liquid to generate ozone, which is a radical substance, and ozone water is in contact with a core substance (for example, a liquid). An example of contact with a part of the flow path wall) was described. Thereby, an example of dissolving the nucleus of UFB production at the molecular level has been described, but the present invention is not limited to this. Although the example in which the nuclear supply unit 750 is arranged in the middle of the circulation path from the gas melting unit 800 to the UFB generation unit 1000 has been described, the nuclear supply unit 750 may be provided in the UFB generation unit 1000. That is, the nucleus may be dissolved by the second nuclear supply unit 750B in the UFB generation unit 1000.

UFB生成部1000に備えられている第2核供給部750Bの一例を説明する。前述したように、核供給部750は、UFB生成の核となる物質をUFB生成部1000に供給する。ここで、UFB生成部1000でUFBを生成する際に、UFB生成の核となる物質も液体Wに溶解され得る。即ち、発熱素子10(発熱体ともいう)の表層等に存在する固体に発熱素子10によって熱を加えることで、核となる物質として分離させ、核となる物質を液体に溶解させることもできる。例えば、液体W中を膜沸騰させると、前述したように、膜沸騰泡発生時と消泡時とで急激な圧力が生じる。この圧力により、発熱素子10の表層等の物質が分子レベルで削れ、液体に溶解する。このように、核供給部750が、UFB生成部1000自体に備わっていてもよい。 An example of the second nuclear supply unit 750B provided in the UFB generation unit 1000 will be described. As described above, the nuclear supply unit 750 supplies the UFB generation core substance to the UFB generation unit 1000. Here, when UFB is generated by the UFB generation unit 1000, the substance that is the core of UFB production can also be dissolved in the liquid W. That is, by applying heat to a solid existing on the surface layer of the heating element 10 (also referred to as a heating element) by the heating element 10, the substance can be separated as a core substance and the core substance can be dissolved in a liquid. For example, when the film is boiled in the liquid W, as described above, a rapid pressure is generated at the time of generating the film boiling bubbles and at the time of defoaming. Due to this pressure, substances such as the surface layer of the heat generating element 10 are scraped off at the molecular level and dissolved in the liquid. As described above, the nuclear supply unit 750 may be provided in the UFB generation unit 1000 itself.

また、本実施形態では、第1核供給部750Aは、UFBを生成するための循環経路に配される例を説明したが、必ずしも循環経路に配されていなくてもよい。別のシステムにおいてUFBの核を溶解した溶解液が本システムに供給され、循環経路においてその溶解液が混合されてもよい。 Further, in the present embodiment, the example in which the first nuclear supply unit 750A is arranged in the circulation path for generating UFB has been described, but it does not necessarily have to be arranged in the circulation path. In another system, a lysate in which the UFB nuclei are lysed may be supplied to the system and the lysate may be mixed in the circulation pathway.

<<UFB生成部1000内で核が供給される例>>
次に、UFB生成部1000においてUFB生成の核が供給され、その核に基づいてUFBが生成される例を説明する。尚、核は、第1核供給部750Aから供給されたものでもよい、第2核供給部750Bから供給されたものでもよい。UFB生成部1000では、例えば図7から図11で説明したように、液体に膜沸騰泡13を生じさせる。この膜沸騰泡13によって、UFBの核にUFB11を発生させ、高濃度のUFB含有液が生成される。以下、図14および図15を用いて、UFBが生成される例を説明する。
<< Example of nuclear supply in UFB generator 1000 >>
Next, an example in which a nucleus for UFB generation is supplied to the UFB generation unit 1000 and UFB is generated based on the nucleus will be described. The nucleus may be supplied from the first nuclear supply unit 750A or may be supplied from the second nuclear supply unit 750B. In the UFB generation unit 1000, for example, as described with reference to FIGS. 7 to 11, a film boiling bubble 13 is generated in the liquid. The film boiling foam 13 generates UFB11 in the core of UFB, and a high-concentration UFB-containing liquid is produced. Hereinafter, an example in which a UFB is generated will be described with reference to FIGS. 14 and 15.

図14および図15は、例えば図7から図11で説明したUFB生成部1000内の発熱素子10の近傍の拡大図である。図14(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。尚、発熱素子を保護する保護層309および耐キャビテーション膜310は、図14では、記載を省略している。 14 and 15 are enlarged views of the vicinity of the heat generating element 10 in the UFB generator 1000 described with reference to, for example, FIGS. 7 to 11. FIG. 14A shows a state before the voltage pulse is applied to the heat generating element 10. A liquid W in which the gas-dissolving liquid 3 is mixed flows inside the chamber 301. The protective layer 309 and the cavitation resistant film 310 that protect the heat generating element are not described in FIG.

図14(b)は、発熱素子10を発熱させた状態を示している。発熱素子10および液体W(気体溶解液体3を含む)は、発熱素子10に接触する面から加熱され温度上昇し、未発泡高温領域14を形成する。尚、図の破線は、高温から常温への降下熱分布のうちの所定温度を示す等高線として便宜上表したものである。 FIG. 14B shows a state in which the heat generating element 10 is heated. The heat generating element 10 and the liquid W (including the gas-dissolved liquid 3) are heated from the surface in contact with the heat generating element 10 and the temperature rises to form the unfoamed high temperature region 14. The broken line in the figure is conveniently represented as a contour line indicating a predetermined temperature in the heat fall distribution from high temperature to room temperature.

図14(c)は、素子基板12の発熱素子10と液体Wとの接触面付近の高温領域のうち300℃に達した液体Wが、膜沸騰泡13を発生した状態を示したものである。膜沸騰泡13は、発熱素子10の表面(発熱素子の周囲領域の一部の300℃未到達領域を除く)で一斉に発生するもので、発生初期は1μm以下の非常に薄い膜状の泡である。また、この泡は、図6で説明したように、100気圧レベルの非常に高い圧力を有し、極めて短時間で出現するため、近傍に熱的及び圧的な衝撃を与える。この熱的及び圧的な衝撃により、発熱素子表面に化学的、電気的、機械的、または物理的な作用が与えられる。これにより、発熱素子10の表面物質の一部を、溶融、電離、もしくは破壊させ、または、表面物質の一部の分子もしくは原子間的な結合力を断ち切り、微小物質18として離脱させる。この脱離した微小物質18が、UFB生成の核となる物質の一つである。即ち、UFB生成部1000内の第2核供給部750Bは、素子基板12に対応付けられる。ここで、微小物質18とは、非常に小さい物質を指し、具体的には、粒径が100nm以下の物質を指すものとする。尚、膜沸騰を繰り返し発生させることで、結合強度を低下させ、1μm以上の大きな表面物質を離脱させる場合もあり得るが、そのサイズものは液中をあまり浮遊せず、自重で沈降する。このような1μm以上の大きさの表面物質は、本実施形態の微小物質18のように100nm以下で自重が小さく、液中を浮遊する種類のものには含めない。 FIG. 14C shows a state in which the liquid W that has reached 300 ° C. in the high temperature region near the contact surface between the heat generating element 10 and the liquid W of the element substrate 12 generates the film boiling bubbles 13. .. The film boiling bubbles 13 are generated all at once on the surface of the heat generating element 10 (excluding a part of the area around the heat generating element that has not reached 300 ° C.), and are very thin film-like bubbles of 1 μm or less at the initial stage of generation. Is. Further, as described with reference to FIG. 6, this bubble has a very high pressure of 100 atm level and appears in an extremely short time, so that it gives a thermal and pressure impact to the vicinity. This thermal and pressure impact gives a chemical, electrical, mechanical, or physical effect to the surface of the heating element. As a result, a part of the surface substance of the heat generating element 10 is melted, ionized, or destroyed, or a part of the surface material is cut off from the molecular or interatomic bonding force and separated as a minute substance 18. The desorbed micro substance 18 is one of the core substances for UFB production. That is, the second nuclear supply unit 750B in the UFB generation unit 1000 is associated with the element substrate 12. Here, the micro substance 18 refers to a very small substance, and specifically, a substance having a particle size of 100 nm or less. It should be noted that, by repeatedly generating film boiling, the bond strength may be lowered and a large surface substance of 1 μm or more may be detached, but the one having that size does not float much in the liquid and settles by its own weight. Such a surface substance having a size of 1 μm or more is not included in a substance having a small weight of 100 nm or less and floating in a liquid, such as the minute substance 18 of the present embodiment.

図14(d)は、膜沸騰泡13の成長時を示し、膜沸騰泡13がさらに成長し、その周囲の未発泡高温領域14において熱的及び圧的作用によって、UFB11が生成された状態を示す。未発泡高温領域14では、熱的には発泡はしないものの、瞬間的に200℃レベルに達するため飽和溶解度が低下し、液体W及び気体溶解液体3内の溶解された気体が析出し、UFB11となる。また、膜沸騰泡13による加圧に伴う溶解気体の析出によるUFB11、および、膜沸騰泡13が慣性力によって膨張する過程で真空に近い低圧になることに応じた飽和溶解度低下に伴う溶解気体の析出によるUFB11も生じる。 FIG. 14D shows the growth of the membrane boiling foam 13, showing the state in which the membrane boiling foam 13 has further grown and the UFB 11 has been generated by thermal and pressure action in the unfoamed high temperature region 14 around the membrane boiling foam 13. show. In the unfoamed high temperature region 14, although it does not foam thermally, the saturated solubility decreases because it reaches the level of 200 ° C. instantaneously, and the dissolved gas in the liquid W and the gas-dissolved liquid 3 precipitates, and becomes UFB11. Become. Further, the UFB 11 due to the precipitation of the dissolved gas due to the pressurization by the film boiling bubble 13 and the dissolved gas due to the decrease in saturation solubility due to the low pressure close to vacuum in the process of the film boiling bubble 13 expanding due to the inertial force. UFB11 due to precipitation also occurs.

このような環境状態において、微小物質18の存在が、溶解気体析出の起点となる場合がある。これは、何も物質が存在しない均一状態に対し、微小物質18が、均一性を損なう不均一性を生じさせることになるためである。微小物質18により、飽和溶解度低下の初期的段階で析出エネルギが小さくても気体析出を発生させることが可能である。つまり、析出体積が小さくなるため、より小さいUFB11を生成することができる。尚、この状態においても、図14(d)に示すように、微小物質18に起因せずに生じるUFB11も発生しているが、その数量は少ない傾向がある。 In such an environmental state, the presence of the minute substance 18 may be the starting point for precipitation of the dissolved gas. This is because the minute substance 18 causes non-uniformity that impairs the uniformity in a uniform state in which no substance is present. The fine substance 18 makes it possible to generate gas precipitation even if the precipitation energy is small at the initial stage of the decrease in saturation solubility. That is, since the precipitated volume is small, a smaller UFB 11 can be produced. Even in this state, as shown in FIG. 14D, UFB11 generated not due to the minute substance 18 is also generated, but the quantity tends to be small.

図15(a)は、周囲液体の膜沸騰泡13の膨張方向へ慣性力と、膜沸騰泡13内部の真空状態による収縮方向への力とが釣り合い、膜沸騰泡13の成長が止まる膜沸騰最大体積状態を示す。図15(b)〜(c)は、膜沸騰泡13の収縮力が勝り、収縮方向に進む状態を示す。膜沸騰泡13は小さく収縮し、消滅する寸前である。図15(d)は、膜沸騰泡13が消滅した瞬間を示し、その瞬間、液体同士が衝突することで大きなキャビテーションの衝撃波を生じる。その際も、微小物質18が離脱し、微小物質18に起因するUFB11が生成される。このように、膜沸騰泡13の発泡及び消泡時の熱的及び圧的な衝撃により、表面物質の一部が微小物質18として離脱する。そして、離脱した微小物質18は、図7から図11で説明した各UFB11の生成時において、UFB生成の核となり得る。 In FIG. 15A, the inertial force in the expansion direction of the membrane boiling foam 13 of the surrounding liquid and the force in the contraction direction due to the vacuum state inside the membrane boiling foam 13 are balanced, and the growth of the membrane boiling foam 13 is stopped. Indicates the maximum volume state. 15 (b) to 15 (c) show a state in which the contraction force of the membrane boiling foam 13 is superior and the membrane boiling bubbles proceed in the contraction direction. The membrane boiling bubble 13 contracts small and is on the verge of disappearing. FIG. 15D shows the moment when the membrane boiling bubble 13 disappears, and at that moment, the liquids collide with each other to generate a large cavitation shock wave. Also at that time, the minute substance 18 is released, and UFB11 caused by the minute substance 18 is generated. As described above, a part of the surface substance is separated as the minute substance 18 by the thermal and pressure impact at the time of foaming and defoaming the film boiling foam 13. Then, the detached micro substance 18 can become a core of UFB production at the time of production of each UFB 11 described with reference to FIGS. 7 to 11.

図16は、図14及び図15で説明したUFB生成の様子を模した図であり、発熱素子10近傍を拡大した図である。即ち、図16は、第2核供給部750Bを説明する図である。図16(a)では、発熱素子10に接する液体Wとの間に存在する保護膜21を示している(図14および図15では不図示)。保護膜21は、液体から発熱素子10を電気的に保護する機能や、前述の熱的及び圧的なキャビテーション衝撃などから発熱素子10を保護する機能を有するものである。具体的には、保護膜21は、図5で説明した保護層309および耐キャビテーション膜310の少なくとも一方を含むものである。保護膜21の表面(液体接触面)には、コゲ22が付着している。コゲ22は、液体成分のうち熱で変質したり焦げたりする物質であり、発熱素子10によって繰り返し膜沸騰泡13の生成を行うことで、コゲ22として保護膜21の表面に蓄積される付着成分である。 FIG. 16 is a diagram imitating the state of UFB generation described with reference to FIGS. 14 and 15, and is an enlarged view of the vicinity of the heat generating element 10. That is, FIG. 16 is a diagram for explaining the second nuclear supply unit 750B. FIG. 16A shows a protective film 21 existing between the heat generating element 10 and the liquid W (not shown in FIGS. 14 and 15). The protective film 21 has a function of electrically protecting the heat generating element 10 from liquid and a function of protecting the heat generating element 10 from the above-mentioned thermal and pressure cavitation impacts and the like. Specifically, the protective film 21 includes at least one of the protective layer 309 and the cavitation resistant film 310 described in FIG. Koge 22 is attached to the surface (liquid contact surface) of the protective film 21. The koge 22 is a substance that is altered or burnt by heat among the liquid components, and is an adhering component that is accumulated on the surface of the protective film 21 as the koge 22 by repeatedly generating the film boiling bubbles 13 by the heat generating element 10. Is.

図16(b)は、発熱素子10上の保護膜21と液体Wとの接触面付近の高温領域のうち、300℃に達した液体Wが膜沸騰泡13を発生した状態を示している。この膜沸騰泡13は、前述したように、その近傍に熱的及び圧的な衝撃を与える。この熱的及び圧的な衝撃により、発熱素子表面(保護膜21)に化学的、電気的、機械的、または物理的な作用が与えられる。これにより、表面付着物質のコゲ22の一部23を、溶融、電離、もしくは破壊させ、または、表面物質の一部23の分子もしくは原子間的な結合力を断ち切り、微小物質18として離脱させる。また、保護膜21を構成する物質の一部24を、溶融、電離、もしくは破壊させ、または、表面物質の一部24の分子もしくは原子間的な結合力を断ち切り、微小物質18として離脱させる。保護膜21(保護層309および耐キャビテーション膜310)を構成する物質の例は、前述した通りである。本実施形態では、保護層309は、Siを含む化合物である。例えば、SiN、SiO、SiC、SiON、またはSiOCであってよい。また、耐キャビテーション膜310は、1770℃以上の融点をもつ高融点金属であり、例えばHf、Ta、W、Nb、Ir、及びPtのうちのいずれか、または、これらを含む合金もしくは酸化物で構成することができる。 FIG. 16B shows a state in which the liquid W having reached 300 ° C. generated the film boiling bubbles 13 in the high temperature region near the contact surface between the protective film 21 and the liquid W on the heat generating element 10. As described above, the film boiling bubble 13 gives a thermal and pressure impact in the vicinity thereof. This thermal and pressure impact gives a chemical, electrical, mechanical, or physical action to the surface of the heat generating element (protective film 21). As a result, a part 23 of the koge 22 of the surface-adhering substance is melted, ionized, or destroyed, or the molecular or interatomic bonding force of the part 23 of the surface material is cut off and separated as a minute substance 18. Further, a part 24 of the substance constituting the protective film 21 is melted, ionized, or destroyed, or the molecular or interatomic bonding force of the part 24 of the surface material is cut off and separated as a minute substance 18. Examples of substances constituting the protective film 21 (protective layer 309 and cavitation resistant film 310) are as described above. In this embodiment, the protective layer 309 is a compound containing Si. For example, it may be SiN, SiO, SiC, SiON, or SiOC. The cavitation-resistant film 310 is a refractory metal having a melting point of 1770 ° C. or higher, and is, for example, any one of Hf, Ta, W, Nb, Ir, and Pt, or an alloy or oxide containing these. Can be configured.

図16(c)は、離脱した微小物質18を起点としてUFB11が生成される様子を示している。コゲ22及び素子基板12の一部を構成する保護膜21からの微小物質と、液体Wとの界面は、表面エネルギの乱れ及び鋭角形状先端の電気エネルギ集中など化学的、電気的、物理的、または機械的状態に不均一性を生じている場合がある。このため、UFB11を生成しやすい条件が作り出されていると言える。ここで、膜沸騰泡13による熱的及び圧的作用が加わると、離脱した表面付着物質のコゲの一部23及び保護膜物質の一部24を起点として、UFB11が生成され易くなる。 FIG. 16C shows how the UFB 11 is generated starting from the detached minute substance 18. The interface between the liquid W and the minute substance from the protective film 21 that forms part of the koge 22 and the element substrate 12 is chemically, electrically, physically, such as turbulence of surface energy and concentration of electrical energy at the sharp tip. Or there may be non-uniformity in the mechanical state. Therefore, it can be said that a condition for easily generating UFB 11 is created. Here, when the thermal and pressure actions of the film boiling bubbles 13 are applied, UFB 11 is likely to be generated starting from a part 23 of the koge of the detached surface adhering substance and a part 24 of the protective film substance.

図16(d)は、離脱した表面付着物質のコゲの一部23及び保護膜物質の一部24を起点としてUFB11が生成され成長した様子を示す。UFB11は、過飽和溶解度を超えて析出した泡である。無起点でUFB11が発生する場合は、無から有になるための膨大なエネルギが必要になるため、ウルトラファインバブル生成後もその余力により100nm以上に大きく成長する。一方で、微小物質18が存在する場合は、比較的低いエネルギでもウルトラファインバブルが生成されるため、余力分が少なく比較的小さなウルトラファインバブルに留まることができる。以上が、UFB生成部1000内に配された第2核供給部750Bの説明である。即ち、UFB生成部1000内で核となる物質が供給される例である。 FIG. 16D shows a state in which UFB11 is generated and grown starting from a part 23 of the koge of the detached surface-adhering substance and a part 24 of the protective film substance. UFB11 is a bubble precipitated in excess of supersaturated solubility. When UFB11 is generated at a non-starting point, a huge amount of energy is required to change from nothing to existence, so that even after the generation of ultrafine bubbles, the UFB11 grows to 100 nm or more due to its remaining capacity. On the other hand, when the minute substance 18 is present, the ultrafine bubble is generated even with a relatively low energy, so that the remaining capacity is small and the ultrafine bubble can remain relatively small. The above is the description of the second nuclear supply unit 750B arranged in the UFB generation unit 1000. That is, it is an example in which a core substance is supplied in the UFB generator 1000.

このように、本例では、UFB生成の核となる物質は、コゲ22の一部、素子基板12の一部を構成する保護膜21からの微小物質、オゾンによって溶解される物質の一部などを例として説明したがこれに限られない。液体Wに、少なくとも一種類の、UFB生成の核となる物質が含まれていればよい。即ち、液体Wに、液体Wとは異なるSP値(Solubility Parameter値)を有する物質が、含まれていればよい。液体Wとは極性度が異なる物質が含まれていると、核となる物質が分離しやすい。 As described above, in this example, the core substance for UFB production is a part of the koge 22, a minute substance from the protective film 21 forming a part of the device substrate 12, a part of the substance dissolved by ozone, and the like. Was explained as an example, but it is not limited to this. The liquid W may contain at least one kind of substance that is a core of UFB production. That is, the liquid W may contain a substance having an SP value (Solubility Parameter value) different from that of the liquid W. When a substance having a polarity different from that of the liquid W is contained, the core substance is easily separated.

<<第1核供給部750Aの説明>>
次に、第1核供給部750Aの詳細および変形例を説明する。本実施形態の第1核供給部750Aは、UFB生成の核となる物質が溶解された液体が、UFB生成部1000に供給される構成である。本実施形態では、気体溶解部800で生成されたオゾン水がUFB生成部1000に向けて通過する配管700の一部である。
<< Explanation of the first nuclear supply unit 750A >>
Next, details and a modification of the first nuclear supply unit 750A will be described. The first nuclear supply unit 750A of the present embodiment has a configuration in which a liquid in which a substance that is a core of UFB production is dissolved is supplied to the UFB generation unit 1000. In the present embodiment, the ozone water generated by the gas melting unit 800 is a part of the pipe 700 through which the ozone water is passed toward the UFB generating unit 1000.

図17は、第1核供給部750Aの構成を示す概念図である。核751を溶解させた液体Wを核751入り液体としてUFB生成部1000に供給する例を示している。 FIG. 17 is a conceptual diagram showing the configuration of the first nuclear supply unit 750A. An example is shown in which the liquid W in which the nucleus 751 is dissolved is supplied to the UFB generator 1000 as a liquid containing the nucleus 751.

図18は、オゾン水755を利用して核751を生成して核入り液体供給するシステムとしての第1核供給部750Aを示している。尚、図18では、第1核供給部750Aに、放電部756及び気液混合部758が含まれる例を示しているが、放電部756及び気液混合部758は、図13に示すように気体溶解部800の構成としてもよい。放電部756に酸素757を供給し、放電部756でコロナ放電をさせることで酸素757にオゾン753を発生させる。オゾン753を気液混合部758にて液体と混合することによりオゾン水755を生成する。オゾン水755を、核入り液体生成部759に供給し、核入り液体生成部759にて流路壁の一部752から核751を生成し、液体に核751を入れた核入り液体を送出する。 FIG. 18 shows a first nuclear supply unit 750A as a system for generating a nucleus 751 using ozone water 755 and supplying a liquid containing a nucleus. Although FIG. 18 shows an example in which the first nuclear supply unit 750A includes the discharge unit 756 and the gas-liquid mixing unit 758, the discharge unit 756 and the gas-liquid mixing unit 758 are as shown in FIG. The gas melting unit 800 may be configured. Oxygen 757 is supplied to the discharge unit 756, and the discharge unit 756 discharges the corona to generate ozone 753 in the oxygen 757. Ozone water 755 is generated by mixing ozone 753 with a liquid in a gas-liquid mixing section 758. Ozone water 755 is supplied to the nucleated liquid generation unit 759, the nucleated liquid generating unit 759 generates nuclei 751 from a part 752 of the flow path wall, and sends out the nucleated liquid containing the nuclei 751 in the liquid. ..

図19は、第1核供給部750Aにおいて核751が生成されるメカニズムを説明する図である。図19(a)は、核入り液体生成部759内を模した図である。オゾン753を含むオゾン水755は、核入り液体生成部759内部を流動する。オゾン水755が核入り液体生成部759内部を流動する際、流路壁760の材料の一部752を酸化させ、酸化核761(壁材料+O)を生成して流路壁760から離脱させる。これにより、酸化核761を含む核入り液体が生成され、UFB生成部1000へ供給される。図19(b)は、さらに詳しく酸化核761の生成メカニズムを説明する図である。流路壁760は、R1−R2−R3−R4の構成からなる有機高分子体762である。この有機高分子体762にO3のオゾン753が接すると、有機合成反応を起こし5員環構造を持つオゾン酸化物763が生成される。オゾン酸化物763が生成されると有機物劣化が起こり、亀裂が生じるオゾンクラッキングによってオゾン酸化物763が破壊され、酸化核761が流路壁から離脱する。これは分子レベルで起こる反応であるため、100nm以下から数nmのサイズの微小物質18としてUFB生成の核となる物質として有利に働くことになる。 FIG. 19 is a diagram illustrating the mechanism by which the nucleus 751 is generated in the first nuclear supply unit 750A. FIG. 19A is a diagram simulating the inside of the nuclear-filled liquid generating section 759. Ozone water 755 containing ozone 753 flows inside the nuclear-filled liquid generator 759. When the ozone water 755 flows inside the nucleated liquid generating section 759, it oxidizes a part 752 of the material of the flow path wall 760 to generate oxide nuclei 761 (wall material + O) and separates it from the flow path wall 760. As a result, a liquid containing a nucleus containing oxidation nuclei 761 is generated and supplied to the UFB generation unit 1000. FIG. 19B is a diagram illustrating the formation mechanism of the oxidized nuclei 761 in more detail. The flow path wall 760 is an organic polymer 762 having a structure of R1-R2-R3-R4. When Ozone 753 of O 3 comes into contact with the organic polymer 762, an organic synthesis reaction occurs to produce ozone oxide 763 having a 5-membered ring structure. When ozone oxide 763 is generated, organic matter is deteriorated, ozone cracking that causes cracks destroys ozone oxide 763, and oxide nuclei 761 are separated from the flow path wall. Since this is a reaction that occurs at the molecular level, it acts advantageously as a core substance for UFB production as a minute substance 18 having a size of 100 nm or less to several nm.

尚、流路壁760の材質は、有機物の他、無機物または金属などを用いることが可能であり、材質に応じて異なる性質の酸化物を生成することができる。例えば、リンまたは窒素などは、食物栽培に有効な栄養成分として利用できる。金属の場合は、金属酸化物として酸化還元反応を利用した酸素補給材料としても利用可能である。 As the material of the flow path wall 760, an inorganic substance, a metal, or the like can be used in addition to an organic substance, and oxides having different properties can be produced depending on the material. For example, phosphorus or nitrogen can be used as an effective nutritional component for food cultivation. In the case of metal, it can also be used as an oxygen supplement material utilizing a redox reaction as a metal oxide.

図20は、第1核供給部750Aの他の例を説明する図である。図20は、油脂成分を核成分とした核入り液体生成方法を示している。まず、オレイン酸772を細孔から噴霧として水油混合器773に放出して液体に混合させる。これにより、水を主成分とした液体に微小オレイン酸混合液が生成される。さらに、ホモジナイザー774、またはボルテックスミキサーなどにより、超音波振動または旋回流を行い、さらに微小化したオレイン酸核を生成する。これにより、微小物質の核751入り液体が生成される。混合する物質は、油脂成分の他、有機材料、無機材料、または金属材料などを用いることも可能である。図20の第1核供給部750Aは、図13の第1核供給部750Aとして用いてもよいし、図13の第1核供給部750Aとは別個に循環経路に配してもよい。 FIG. 20 is a diagram illustrating another example of the first nuclear supply unit 750A. FIG. 20 shows a method for producing a liquid containing a core using an oil / fat component as a core component. First, oleic acid 772 is discharged from the pores as a spray into a water-oil mixer 773 to be mixed with a liquid. As a result, a fine oleic acid mixed solution is generated in a liquid containing water as a main component. Further, ultrasonic vibration or swirling is performed by a homogenizer 774, a vortex mixer, or the like to generate finer oleic acid nuclei. As a result, a liquid containing a nucleus 751 of a minute substance is generated. As the substance to be mixed, an organic material, an inorganic material, a metal material, or the like can be used in addition to the fat and oil component. The first nuclear supply unit 750A of FIG. 20 may be used as the first nuclear supply unit 750A of FIG. 13, or may be arranged in the circulation path separately from the first nuclear supply unit 750A of FIG.

また、図17から図20で説明した第1核供給部750Aは、図13に示す循環経路に配する例を説明したが、これに限られない。これらの第1核供給部750Aは、核入り液体を生成する別途のシステムに組み込まれ、図1および図13に示すようなシステムに、核入り液体を提供するものであってもよい。 Further, although the example in which the first nuclear supply unit 750A described with reference to FIGS. 17 to 20 is arranged in the circulation path shown in FIG. 13 has been described, the present invention is not limited to this. These first nuclear supply units 750A may be incorporated into a separate system for producing the nuclear-filled liquid to provide the nuclear-filled liquid to the system as shown in FIGS. 1 and 13.

<ブロック図およびUFB製造方法>
次に、UFB含有液製造装置2000の構成およびUFB製造方法を説明する。
<Block diagram and UFB manufacturing method>
Next, the configuration of the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 and the UFB manufacturing method will be described.

図21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。 FIG. 21 is a block diagram for explaining a control configuration in the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment. The CPU 2001 controls the entire apparatus while using the RAM 2003 as a work area according to the program stored in the ROM 2002.

ポンプ制御部2004は、CPU2001の指示の下、図13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2006は、CPU2001の指示の下、液面センサ902の他、溶解度センサ、温度センサ、UFB濃度センサなど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。 Under the instruction of the CPU 2001, the pump control unit 2004 controls the drive of various pumps including the pumps 602, 603, and 701 included in the circulation path shown in FIG. The valve control unit 2005 controls the opening and closing of various valves including the valve 904 under the instruction of the CPU 2001. The sensor control unit 2006 controls various sensors including a solubility sensor, a temperature sensor, a UFB concentration sensor, and the like in addition to the liquid level sensor 902 under the instruction of the CPU 2001, and provides the detection values of the various sensors to the CPU 2001.

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。 For example, at the start of operation of the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000, the CPU 2001 drives the pumps 602 and 603 until the liquid level sensor 902 detects the liquid level, and stores a predetermined amount of liquid in the first storage chamber 900. Further, when the UFB concentration detected by the UFB concentration sensor reaches a predetermined value, the CPU 2001 causes the pump control unit 2004 to stop the operation of the pump 701, causes the valve control unit 2005 to open the valve 904, and causes the valve control unit 2005 to open the valve 904. The liquid W contained in the pump is discharged.

次に、UFB含有液の製造方法の一例を説明する。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。 Next, an example of a method for producing a UFB-containing liquid will be described. First, the CPU 2001 stores a predetermined amount of liquid in the first storage chamber 900 (S01). Specifically, the CPU 2001 operates the pumps 602 and 603 while monitoring the detection of the liquid level sensor 902. As a result, the liquid W stored in the liquid supply unit 600 is sent to the first storage chamber 900 while being degassed by the degassing unit 604. Then, when the liquid level sensor 902 detects the liquid level, the CPU 2001 stops the operation of the pumps 602 and 603. As a result, a predetermined amount of liquid W is stored in the first storage chamber 900.

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、温度センサの検出温度が10℃以下になったら次の制御に進む。 Next, the CPU 2001 starts temperature adjustment of the liquid W stored in the first storage chamber 900 (S02). Specifically, the cooling unit 903 is operated while monitoring the detected temperature of the temperature sensor. Then, when the detection temperature of the temperature sensor becomes 10 ° C. or lower, the process proceeds to the next control.

次に、CPU2001は、気体溶解部800を動作させ、溶解度センサ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(S03)。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500〜3000mL/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。 Next, the CPU 2001 operates the gas dissolving unit 800 and drives the pump 701 under the first circulation condition to circulate the liquid W while monitoring the detection of the solubility sensor (S03). In the present embodiment, the first circulation condition is a circulation condition suitable for dissolving the gas G in the liquid W. In the present embodiment, as such a first circulation condition, the flow velocity of the liquid in the circulation path is 500 to 3000 mL / min, and the flow pressure is 0.2 to 0.6 MPa. That is, in S03, the CPU 2001 causes the pump control unit 2004 to drive the pump 701 so that such a flow velocity and a flow pressure are maintained.

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。 For example, in the case where the UFB generation unit has a configuration such as a Venturi method, that is, a configuration in which a UFB is generated by passing a specific flow path structure through a liquid, the UFB generation can be stopped without stopping the flow of the liquid. However, bubbles of unintended size may be generated. However, since the T-UFB method is adopted in this embodiment, UFB is not generated by the UFB generation unit 1000 unless a voltage is applied to the heat generating element (heater). That is, by not operating the UFB generation unit 1000 in S03, in the circulating liquid W, only the solubility of the gas G is efficiently increased under the first circulation condition in a state where the UFB is not generated. I can go.

溶解度センサ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。 When the solubility sensor detects a predetermined solubility, the CPU 2001 stops the operation of the gas dissolving unit 800 and the pump 701 (S04). As a result, the circulation of the liquid W is stopped, and the liquid W in which the desired gas G is dissolved at a desired solubility is stored in the first storage chamber 900.

次に、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(S05)。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30〜150mL/min、流圧を0.1〜0.2MPaとする。即ち、S05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。 Next, the CPU 2001 drives the pump 701 under the second circulation condition to circulate the liquid W (S05). In the present embodiment, the second circulation condition is a circulation condition suitable for causing the UFB generation unit 1000 to generate UFB. In the present embodiment, as such a second circulation condition, the flow velocity of the liquid in the circulation path is 30 to 150 mL / min, and the flow pressure is 0.1 to 0.2 MPa. That is, in S05, the CPU 2001 causes the pump control unit 2004 to drive the pump 701 so that such a flow velocity and a flow pressure are maintained.

更に、CPU2001は、UFB濃度センサ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、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。 Further, the CPU 2001 operates the UFB generation unit 1000 while monitoring the detection of the UFB concentration sensor. At this time, the CPU 2001 does not operate the gas melting unit 800. That is, in the circulating liquid W, the UFB concentration is efficiently increased under the second circulation condition.

UFB濃度センサが所定の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。 When the UFB concentration sensor detects a predetermined UFB concentration, the CPU 2001 stops the operation of the UFB generation unit 1000 and the pump 701 (S06). As a result, the circulation of the liquid W is stopped, and the UFB-containing liquid W containing the UFB of the desired gas G at a desired concentration is stored in the first storage chamber 900.

次に、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(S07)。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。 Next, the CPU 2001 opens the valve 904 and discharges the UFB-containing liquid W stored in the first storage chamber 900 to an external recovery container (S07). At this time, the CPU 2001 may discharge all the liquids W contained in the first storage chamber 900, but may discharge only a part of the liquids W.

次に、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(S08)。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。 Next, the CPU 2001 determines whether or not the amount of the liquid W collected in the collection container has reached the target amount (S08). If the target amount is not achieved, the CPU 2001 returns to S01 and repeats the steps S01 to S07. On the other hand, in S08, when it is determined that the target amount has been achieved, this process ends.

以上説明したように、本実施形態によれば、UFB生成の核となる物質が溶解または分散した液体を用いてUFB生成部1000にてUFBを生成する。これにより、高濃度のUFB含有液を生成することができる。また、このようにして生成された、オゾン水であるUFB含有液では、オゾンの長時間の残存が可能となる。即ち、オゾンの長寿命化を実現したUFB含有液を提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the UFB generation unit 1000 generates UFB using a liquid in which the substance that is the core of UFB production is dissolved or dispersed. As a result, a high-concentration UFB-containing liquid can be produced. Further, in the UFB-containing liquid which is ozone water thus produced, ozone can remain for a long time. That is, it is possible to provide a UFB-containing liquid having a long ozone life.

(第2実施形態)
図22は、第2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13で示した第1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。
(Second Embodiment)
FIG. 22 is a schematic configuration diagram of the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 according to the second embodiment. The UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 13 in that two circulation routes are prepared for the first storage chamber 900. The circulation path A indicated by the arrow A in the figure is a circulation path returning from the first storage chamber 900 to the first storage chamber 900 via the gas melting unit 800, and is driven by the first pump 702. The circulation path B indicated by the arrow B is a circulation path returning from the first storage chamber 900 to the first storage chamber 900 via the UFB generation unit 1000, and is driven by the second pump 703.

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。 By preparing such two circulation paths, in the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment, the step of dissolving the desired gas G and the step of generating the UFB are set to suitable circulation conditions for each. It can be executed by a set independent circulation route.

尚、図22の例では、第1核供給部750Aを循環経路Aに配置した例を示しているが、循環経路Bに配置してもよいし、循環経路AおよびBに配置してもよい。第1核供給部750Aは、図17から図20で説明した第1核供給部750Aのいずれかとすることができる。また、UFB生成部1000に、第2核供給部750Bが配置されている。 Although the example of FIG. 22 shows an example in which the first nuclear supply unit 750A is arranged in the circulation path A, it may be arranged in the circulation path B or may be arranged in the circulation paths A and B. .. The first nuclear supply unit 750A can be any of the first nuclear supply units 750A described with reference to FIGS. 17 to 20. Further, a second nuclear supply unit 750B is arranged in the UFB generation unit 1000.

次に、UFB含有液の製造方法の例を説明する。本実施形態では、第1実施形態で説明したように、CPU2001は、第1の収容室900に所定量の液体を貯留し、温度調整を行う。次に、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、溶解度センサが所定の溶解度を検出するまで継続する。溶解度センサ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。 Next, an example of a method for producing a UFB-containing liquid will be described. In the present embodiment, as described in the first embodiment, the CPU 2001 stores a predetermined amount of liquid in the first storage chamber 900 and adjusts the temperature. Next, the CPU 2001 operates the gas melting unit 800 and drives the first pump 702 under the first circulation condition to start the circulation of the liquid W in the circulation path A. The content of the first circulation condition is the same as that of the first embodiment. Then, such circulation in the circulation path A is continued until the solubility sensor detects a predetermined solubility. When the solubility sensor detects a predetermined solubility, the CPU 2001 stops the operation of the gas dissolving unit 800 and the first pump 702.

次に、溶解度センサが所定の溶解度を検出すると、CPU2001は、循環経路Bの循環を開始する。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濃度センサが所定のUFB濃度を検出するまで継続する。UFB濃度センサが所定の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。 Next, when the solubility sensor detects a predetermined solubility, the CPU 2001 starts circulation in the circulation path B. Specifically, the second pump 703 is driven under the second circulation condition, and the UFB generator 1000 is further operated. The content of the second circulation condition is the same as that of the first embodiment. Then, such circulation in the circulation path B is continued until the UFB concentration sensor detects a predetermined UFB concentration. When the UFB concentration sensor detects a predetermined UFB concentration, the CPU 2001 stops the operation of the UFB generation unit 1000 and the second pump 703.

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、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。以降の工程は、第1実施形態で説明した例と同じである。 When both the circulation in the circulation path A and the circulation in the circulation path B are stopped, the CPU 2001 opens the valve 904 and discharges the liquid W contained in the first storage chamber 900 to an external collection container. Subsequent steps are the same as the examples described in the first embodiment.

尚、循環経路Bを循環している間、循環経路Aは、循環を停止していてもよいし、第3の循環条件で循環をしていてもよい。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。 While circulating in the circulation path B, the circulation path A may be stopped or may be circulated under the third circulation condition. The third circulation condition is a condition for replenishing the gas solubility in the liquid, which is reduced by the formation of UFB. The conditions may be the same as those of the first circulation condition, but the flow velocity and the pressure may be lower than those of the first circulation condition so as not to destroy the generated UFB. Further, the flow rate and pressure may be the same as those of the first circulation condition, and the circulation and the stop under the first circulation condition may be periodically repeated. In any case, according to this example, the gas solubility of the liquid W can be maintained at a suitable value regardless of the UFB content concentration, and the UFB production efficiency can be further improved.

以上、本実施形態によれば、循環経路Aも循環経路Bも、第1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。 As described above, according to the present embodiment, both the circulation path A and the circulation path B are shorter than the circulation path shown in the first embodiment, so that each step can be completed in a shorter time than in the first embodiment. can. Then, the step of dissolving the gas G by the circulation path A and the step of generating the UFB by the circulation path B can be performed by individual paths under the circulation conditions suitable for each, so that the desired UFB can be obtained. The contained liquid can be produced more efficiently.

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。 In addition, according to the present embodiment, the path through which the liquid flows (circulation path A) at a relatively high flow velocity and high pressure can be suppressed to be shorter than that in the first embodiment, so that the UFB-containing liquid manufacturing apparatus itself can be made more compact. It is inexpensive and compact, and can be expected to facilitate maintenance.

(第3実施形態)
図23は、第3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22で示した第2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。
(Third Embodiment)
FIG. 23 is a schematic configuration diagram of the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 according to the third embodiment. The UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment differs from the second embodiment shown in FIG. 22 in that a second storage chamber 950 is added.

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などの金属または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、液面センサ952及び冷却部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。 The second containment chamber 950 is smaller than the first containment chamber 900 and has a capacity of about 1/100 to 1/5 of that of the first containment chamber 900. Like the first storage chamber 900, the second storage chamber 950 is also preferably made of a material having strong corrosion resistance, for example, a fluororesin such as PTFE or PFA, a metal such as SUS316L, or the like. Inorganic materials can be preferably used. The second storage chamber 950 also has substantially the same configuration as the first storage chamber 900, and includes a liquid level sensor 952 and a cooling unit 953. However, in the present embodiment, the UFB concentration sensor for detecting the UFB content concentration and the piping and valve 954 for discharging the UFB-containing liquid to the outer container are not the first storage chamber 900 but the second storage chamber 900. It is provided only in room 950.

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。 The circulation path A indicated by the arrow A in the figure is a circulation path returning from the first storage chamber 900 to the first storage chamber 900 via the gas melting unit 800, and is driven by the first pump 702. The circulation path B indicated by the arrow B in the figure is a circulation path returning from the second storage chamber 950 to the second storage chamber 950 via the UFB generation unit 1000, and uses the third pump 704 as a drive source. Further, the path indicated by the arrow C in the figure is a path for sending the liquid W from the first storage chamber 900 to the second storage chamber 950, and the fourth pump 705 is used as a drive source.

尚、図23の例では、第1核供給部750Aを循環経路Aに配置した例を示しているが、循環経路Bに配置してもよいし、循環経路Cに配置してもよい。循環経路A、B、Cのうちの2つ以上に配置してもよい。第1核供給部750Aは、図17から図20で説明した第1核供給部750Aのいずれかとすることができる。また、UFB生成部1000に、第2核供給部750Bが配置されている。 Although the example of FIG. 23 shows an example in which the first nuclear supply unit 750A is arranged in the circulation path A, it may be arranged in the circulation path B or the circulation path C. It may be arranged in two or more of the circulation paths A, B, and C. The first nuclear supply unit 750A can be any of the first nuclear supply units 750A described with reference to FIGS. 17 to 20. Further, a second nuclear supply unit 750B is arranged in the UFB generation unit 1000.

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、これら二つの循環経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、それぞれの循環経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UFBを生成させるのに適した温度を設定してもよい。 In the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment as described above, the circulation path A for dissolving the desired gas G and the circulation path B for generating the UFB are independent without merging with each other. There is. Therefore, even if the liquid is simultaneously flowed through these two circulation paths, the conditions suitable for each circulation path can be maintained with high accuracy without the circulation conditions such as the flow velocity and the pressure affecting each other. For example, the flow velocity and pressure under the first circulation condition may be higher than those in the first and second embodiments in order to further increase the gas dissolution efficiency in the liquid W. Further, in addition to the flow velocity and pressure, the liquid temperature in the circulation path may be included in the circulation conditions, and the temperatures adjusted in the circulation path A and the circulation path B may be different. That is, in the first circulation condition, a temperature suitable for dissolving the desired gas G may be set, and in the second circulation condition, a temperature suitable for producing UFB may be set.

次に、UFB含有液の製造方法の例を説明する。本実施形態では、第1実施形態で説明したように、CPU2001は、第1の収容室900に所定量の液体を貯留し、温度調整を行う。次に、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実施形態と同じであってもよいし、第1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、溶解度センサが所定の溶解度を検出するまで継続する。 Next, an example of a method for producing a UFB-containing liquid will be described. In the present embodiment, as described in the first embodiment, the CPU 2001 stores a predetermined amount of liquid in the first storage chamber 900 and adjusts the temperature. Next, the CPU 2001 operates the gas melting unit 800 and drives the first pump 702 under the first circulation condition to start the circulation of the circulation path A. At this time, the CPU 2001 does not operate the third pump 704 and the fourth pump 705. The content of the first circulation condition may be the same as that of the first embodiment, or may be a higher flow velocity and a higher pressure than that of the first embodiment. Then, such circulation in the circulation path A is continued until the solubility sensor detects a predetermined solubility.

溶解度センサ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。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。 When the solubility sensor detects a predetermined solubility, the CPU 2001 sends a part of the liquid W contained in the first storage chamber 900 to the second storage chamber 950. Specifically, first, the operations of the gas melting unit 800 and the first pump 702 are stopped. Then, while monitoring the detection of the liquid level sensor 952 provided in the second storage chamber 950, the fourth pump 705 is operated, and when the liquid level sensor 952 detects the liquid level, the fourth pump Stop 705. As a result, a predetermined amount of liquid W is stored in the second storage chamber 950.

次にCPU2001は、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。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。 Next, the CPU 2001 supplies the liquid W sent to the second storage chamber 950 from the liquid supply unit 600 to the first storage chamber 900 again. That is, the CPU 2001 operates the pumps 602 and 603 until the liquid level sensor 902 detects the liquid level.

温度センサ(不図示)の検出温度が10℃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。第3の循環条件は、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。 When the detection temperature of the temperature sensor (not shown) becomes 10 ° C. or lower, the CPU 2001 resumes the operation of the gas melting unit 800, drives the first pump 702 under the third circulation condition, and causes the circulation path A. Circulate the liquid W with. The third circulation condition may be the same flow velocity and pressure as the first circulation condition, or may be a different flow velocity and pressure from the first circulation condition. Further, the flow rate and pressure may be the same as those of the first circulation condition, and the circulation and the stop under the first circulation condition may be intermittently repeated.

溶解度センサ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。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。 When the solubility sensor detects a predetermined solubility, the CPU 2001 stops the operation of the gas dissolving unit 800 and the first pump 702. However, it is not essential to stop the operation of the first pump 702. That is, in the subsequent steps, the circulation path A may be performed while being circulated.

一方、第1のポンプ702による循環経路Aの循環と並行して、CPU2001は、循環経路Bの循環制御も行う。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。第2の循環条件の内容は、第1実施形態と同じであってもよいし、第1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濃度センサが所定のUFB濃度を検出するまで継続する。 On the other hand, in parallel with the circulation of the circulation path A by the first pump 702, the CPU 2001 also performs the circulation control of the circulation path B. The CPU 2001 drives the third pump 704 under the second circulation condition to circulate the liquid W in the circulation path B, and starts the operation of the UFB generation unit 1000. The content of the second circulation condition may be the same as that of the first embodiment, or may be different from that of the first embodiment. In any case, it suffices if the flow velocity and pressure suitable for generating the UFB are set. The CPU 2001 continues such circulation in the circulation path B until the UFB concentration sensor provided in the second accommodation chamber 950 detects a predetermined UFB concentration.

UFB濃度センサが所定の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。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。 When the UFB concentration sensor detects a predetermined UFB concentration, the CPU 2001 stops the operation of the UFB generation unit 1000 and the third pump 704. Then, the CPU 2001 opens the valve 954 and discharges the liquid W stored in the second storage chamber 950 to an external recovery container.

ここで、第1の収容室900において、液体供給部600から新たな液体を受容してから、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。 Here, in the first storage chamber 900, the time required to dissolve the desired gas G in the liquid to the desired solubility after receiving the new liquid from the liquid supply unit 600 is defined as T1. Further, in the second storage chamber 950, the time required for the supplied liquid W to be made into a UFB-containing liquid having a desired concentration and the discharge to the collection container is completed is defined as T2. At this time, in this embodiment, it is assumed that T1 ≦ T2 is satisfied. By satisfying the above conditions, when the discharge from the second storage chamber 950 to the recovery container is completed, the liquid W in which the desired gas is dissolved at the desired dissolution concentration is completed in the first storage chamber 900. Therefore, the UFB generation process can be continued without waste.

そして、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、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、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。 Then, the CPU 2001 determines whether or not the amount of the liquid W collected in the collection container has reached the target amount. If the desired amount is not achieved, the CPU 2001 again sends the liquid from the first containment chamber 900 to the second containment chamber 950. At this time, the liquid stored in the first storage chamber 900 is a liquid in which a desired gas is already dissolved with a desired solubility. On the other hand, when it is determined that the amount of liquid W collected in the collection container has reached the target amount, this process ends.

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、それぞれの循環経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。 According to the present embodiment described above, the step of dissolving the gas G by the circulation path A and the step of generating the UFB by the circulation path B can be simultaneously performed in parallel under the circulation conditions suitable for each. can. Further, since the circulation path A and the circulation path B are independent without merging with each other, it is possible to maintain the conditions suitable for each circulation path with higher accuracy.

(第4実施形態)
図24は、第4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23で示した第3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。
(Fourth Embodiment)
FIG. 24 is a schematic configuration diagram of the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 according to the fourth embodiment. In the UFB-containing liquid manufacturing apparatus 2000 of the present embodiment, the difference from the third embodiment shown in FIG. 23 is that the route indicated by the arrow D in the figure is added. The path indicated by the arrow D in the figure is a path for sending the liquid W from the second storage chamber 950 to the first storage chamber 900, and the fifth pump 706 is used as a drive source. Further, in the second storage chamber 950 of the present embodiment, a lower limit sensor 957 for managing the lower limit of the liquid level is provided in addition to the liquid level sensor 952 for controlling the upper limit of the liquid level. A fourth pump 705 for sending the liquid W from the first containment chamber 900 to the second containment chamber 950, and a fifth pump 705 for sending the liquid W from the second containment chamber 950 to the first containment chamber 900. The pumps 706 may be the same, but may have different liquid feeding capacities.

尚、図24の例では、第1核供給部750Aを循環経路Aに配置した例を示しているが、循環経路Bに配置してもよいし、循環経路Cに配置してもよいし、循環経路Dに配置してもよい。循環経路A、B、CおよびDの2つ以上に配置してもよい。第1核供給部750Aは、図17から図20で説明した第1核供給部750Aのいずれかとすることができる。また、UFB生成部1000に、第2核供給部750Bが配置されている。 Although the example of FIG. 24 shows an example in which the first nuclear supply unit 750A is arranged in the circulation path A, it may be arranged in the circulation path B, the circulation path C, or the circulation path C. It may be arranged in the circulation path D. It may be arranged in two or more circulation paths A, B, C and D. The first nuclear supply unit 750A can be any of the first nuclear supply units 750A described with reference to FIGS. 17 to 20. Further, a second nuclear supply unit 750B is arranged in the UFB generation unit 1000.

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。 According to the present embodiment having the above configuration, the liquid W in the process of producing UFB in the circulation path B can be returned to the gas dissolution step of the circulation path A again. That is, the solubility of the gas reduced by the generation of UFB can be adjusted to an appropriate solubility again by returning it to the circulation path A.

次に、UFB含有液の製造方法の例を説明する。本実施形態では、第1実施形態で説明したように、CPU2001は、第1の収容室900に所定量の液体を貯留し、温度調整を行う。また、溶解度センサ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。尚、このとき、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。 Next, an example of a method for producing a UFB-containing liquid will be described. In the present embodiment, as described in the first embodiment, the CPU 2001 stores a predetermined amount of liquid in the first storage chamber 900 and adjusts the temperature. Further, when the solubility sensor detects a predetermined solubility, the CPU 2001 sends a part of the liquid W contained in the first storage chamber 900 to the second storage chamber 950. At this time, the CPU 2001 does not stop the first pump 702, and keeps the circulation of the circulation path A maintained.

次に、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濃度センサが所定のUFB濃度を検出したか否かを判定する。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。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。 Next, the CPU 2001 drives the third pump 704 under the second circulation condition to circulate the liquid W in the circulation path B, and starts the operation of the UFB generation unit 1000. Next, the CPU 2001 determines whether or not the UFB concentration sensor has detected a predetermined UFB concentration. If it is determined that the predetermined UFB concentration has not been reached, a part of the liquid W contained in the second storage chamber 950 is returned to the first storage chamber 900. Specifically, the fifth pump 706 is operated while monitoring the detection of the lower limit sensor 957 provided in the second accommodation chamber 950, and when the lower limit sensor 957 detects the liquid level, the fifth pump 706 is operated. The operation of the pump 706 is stopped. As a result, a predetermined amount of liquid W is returned from the second storage chamber 950 to the first storage chamber 900.

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。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、このように第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濃度センサが所定のUFB濃度を検出するまで繰り返す。 When the solubility sensor 805 detects a predetermined solubility, the CPU 2001 sends a part of the liquid W contained in the first storage chamber 900 to the second storage chamber 950 again. Specifically, the fourth pump 705 is operated while monitoring the detection of the liquid level sensor 952 provided in the second storage chamber 950, and when the liquid level sensor 952 detects the liquid level, the second pump 705 is operated. The operation of the pump 705 of No. 4 is stopped. As a result, a predetermined amount of liquid W is sent from the first storage chamber 900 to the second storage chamber 950. Then, the step of causing the liquid W to flow out and flow in between the first storage chamber 900 and the second storage chamber 950 is repeated until the UFB concentration sensor detects a predetermined UFB concentration.

UFB濃度センサが所定の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。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。 When the UFB concentration sensor determines that a predetermined UFB concentration has been detected, the CPU 2001 stops the circulation between the UFB generation unit 1000 and the circulation path B. Then, the valve 954 is opened, and the liquid W stored in the second storage chamber 950 is discharged to an external recovery container.

そして、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は第1の収容室900に所定量の液体を貯留する工程から処理を繰り返す。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、本処理は終了する。 Then, the CPU 2001 determines whether or not the amount of the liquid W collected in the collection container has reached the target amount. If the target amount is not achieved, the CPU 2001 repeats the process from the step of storing a predetermined amount of liquid in the first storage chamber 900. When it is determined that the target amount has been achieved, the CPU 2001 stops the circulation of the circulation path A and the operation of the gas melting unit 800, and this process ends.

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。 According to the present embodiment described above, regardless of the movement of the liquid W between the first storage chamber 900 and the second storage chamber 950 and the discharge of the liquid from the second storage chamber 950, the circulation path A The gas dissolution step and the UFB generation step in the circulation path B can be continuously performed. Therefore, the production efficiency of the UFB-containing liquid can be further improved as compared with the above-described embodiment.

10 発熱素子
11 UFB(ウルトラファインバブル)
12 素子基板
750 核供給部
1000 UFB生成部
10 Heat generating element 11 UFB (Ultra Fine Bubble)
12 Element substrate 750 Nuclear supply unit 1000 UFB generation unit

Claims (17)

液体に発熱体を用いた膜沸騰を生じさせることにより生成されるウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル含有液の製造方法であって、
前記発熱体の液体と接する側の面に存在する固体を前記膜沸騰により微小物質として離脱させ、該離脱させた微小物質を核としたウルトラファインバブルを生成する工程を含むことを特徴とするウルトラファインバブル含有液の製造方法。
A method for producing an ultrafine bubble-containing liquid containing ultrafine bubbles generated by causing film boiling using a heating element in a liquid.
The ultra comprising a step of separating the solid existing on the surface of the heating element on the side in contact with the liquid as a minute substance by boiling the film and generating an ultrafine bubble having the separated minute substance as a nucleus. A method for producing a fine bubble-containing liquid.
前記微小物質は、前記発熱体を保護する層の液体接触面の成分を含むことを特徴とする、請求項1に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to claim 1, wherein the micro substance contains a component of a liquid contact surface of a layer that protects the heating element. 前記微小物質は、前記液体が通過する流路の流路壁の液体接触面の成分を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to claim 1 or 2, wherein the micro substance contains a component of a liquid contact surface of a flow path wall of a flow path through which the liquid passes. 前記微小物質は、前記発熱体を保護する層の液体接触面に形成された、液体を加熱することで生じたコゲの成分を含むことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 Any one of claims 1 to 3, wherein the micro substance contains a component of kogation formed by heating the liquid, which is formed on the liquid contact surface of the layer that protects the heating element. The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to. 前記微小物質は、前記液体に含まれる成分を含むことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the minute substance contains a component contained in the liquid. 前記微小物質は、前記発熱体を保護する層の液体接触面に存在する付着成分を含むことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of claims 1 to 5, wherein the micro substance contains an adhesive component existing on the liquid contact surface of the layer that protects the heating element. .. 前記微小物質の脱離は、前記膜沸騰に伴う熱および圧力のうちの少なくとも一方によって生じ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の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to claim 1, wherein the desorption of the minute substance is caused by at least one of heat and pressure associated with the boiling of the film. 前記微小物質の脱離は、前記膜沸騰に伴う熱および圧力のうちの少なくとも一方に基づく、化学的、電気的、物理的、または機械的な作用によって生じることを含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The desorption of the micromaterial comprises being caused by a chemical, electrical, physical or mechanical action based on at least one of the heat and pressure associated with the boiling of the membrane. The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of 1 to 7. 前記膜沸騰に伴う熱または圧力は、前記膜沸騰の発生時、成長時、収縮時、及び消泡時の少なくとも1つによって生じることを特徴とする請求項7または8に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The ultrafine bubble content according to claim 7 or 8, wherein the heat or pressure associated with the film boiling is generated by at least one of the film boiling at the time of occurrence, growth, contraction, and defoaming. Liquid manufacturing method. 前記微小物質の粒径は、100nm以下であることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of claims 1 to 9, wherein the particle size of the fine substance is 100 nm or less. 前記微小物質は、Siを含む化合物であることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of claims 1 to 10, wherein the micro substance is a compound containing Si. 前記Siを含む化合物は、SiN、SiO、SiC、SiON、またはSiOCであ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の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to claim 11, wherein the compound containing Si is SiN, SiO, SiC, SiON, or SiOC. 前記微小物質は、1770℃以上の融点をもつ高融点金属であることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of claims 1 to 10, wherein the micro substance is a refractory metal having a melting point of 1770 ° C. or higher. 前記高融点金属は、Hf、Ta、W、Nb、Ir、及びPtのうちのいずれか、または、これらを含む合金もしくは酸化物で構成される物質であることを特徴とする、請求項13に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 13. The melting point metal is a substance composed of any one of Hf, Ta, W, Nb, Ir, and Pt, or an alloy or oxide containing these, according to claim 13. The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to the above. 前記微小物質は、前記液体とは異なるSP値を有することを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造方法。 The method for producing an ultrafine bubble-containing liquid according to any one of claims 1 to 10, wherein the minute substance has an SP value different from that of the liquid. 液体に発熱体を用いた膜沸騰を生じさせることにより生成されるウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル含有液であって、
前記発熱体の液体と接する側の面に存在する固体を前記膜沸騰により微小物質として離脱させ、該離脱させた微小物質を核として生成されたウルトラファインバブルを含むことを特徴とするウルトラファインバブル含有液。
An ultrafine bubble-containing liquid containing ultrafine bubbles generated by causing film boiling using a heating element in the liquid.
An ultrafine bubble characterized in that a solid existing on a surface of the heating element in contact with a liquid is separated as a minute substance by boiling the film, and an ultrafine bubble generated with the separated minute substance as a nucleus is contained. Containing liquid.
液体に発熱体を用いた膜沸騰を生じさせることにより生成されるウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル含有液を製造するウルトラファインバブル含有液の製造装置であって、
前記製造装置は、
発熱体と、
前記発熱体の液体と接する側の面に存在する固体と、
前記固体を前記膜沸騰により微小物質として離脱させ、該離脱させた微小物質を核としたウルトラファインバブルを生成する生成部と、
を備えることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の製造装置。
An ultrafine bubble-containing liquid manufacturing apparatus for producing an ultrafine bubble-containing liquid containing ultrafine bubbles generated by causing film boiling using a heating element in a liquid.
The manufacturing equipment
With a heating element
A solid existing on the surface of the heating element on the side in contact with the liquid,
A generation unit that separates the solid as a minute substance by boiling the film and generates an ultrafine bubble with the separated minute substance as a nucleus.
An ultrafine bubble-containing liquid manufacturing apparatus comprising the above.
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