JP2022159989A - Device for generating ozone-containing ultrafine bubble liquid, and method for generating ozone-containing ultrafine bubble liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置およびオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ozone-containing ultra-fine bubble liquid generating apparatus and an ozone-containing ultra-fine bubble liquid generating method.
特許文献1では、酸素が混合された水に旋回流を生じさせ、その旋回流同士を衝突させることで、10nm以上500nm以下の直径を有する酸素ナノバブル水を生成する。そして生成した酸素ナノバブル水に紫外線を照射することで、オゾンのナノバブルを含むオゾン水を生成することが記載されている。 In Patent Literature 1, oxygen nanobubble water having a diameter of 10 nm or more and 500 nm or less is generated by generating a swirl flow in water mixed with oxygen and causing the swirl flows to collide with each other. Then, it is described that by irradiating the generated oxygen nanobubble water with ultraviolet rays, ozone water containing ozone nanobubbles is generated.
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)(ナノバブル)を含む液体では、UFBが浮上することなく、液体内に留まっていることが望まれる。泡の浮上速度はストークスの式より算出可能であり、その速度は粒径の二乗に比例する。そのため、UFBの粒径は速度因子として影響が大きく、UFBを含む液体の信頼性にはUFBの粒径大きく影響する。信頼性の高いUFB液を得るためには、浮上速度を抑制すべく、粒径が100nm程度に揃ったUFBとすることが望ましい。 In a liquid containing ultra-fine bubbles (hereinafter also referred to as “UFB”) (nanobubbles) with a diameter of less than 1.0 μm, it is desired that the UFB remain in the liquid without floating. The floating speed of bubbles can be calculated from the Stokes formula, and the speed is proportional to the square of the particle size. Therefore, the particle size of UFB has a large effect as a rate factor, and the particle size of UFB greatly affects the reliability of a liquid containing UFB. In order to obtain a highly reliable UFB liquid, it is desirable to use a UFB with a uniform grain size of about 100 nm in order to suppress the floating speed.
しかし、特許文献1の方法で得られるバブルは、望ましい粒径よりも大きなものが含まれており、それら望ましい粒径よりも大きなバブルは、時間の経過とともに浮上して消滅してしまう。その結果、高濃度で長期保存が可能なUFB液を得ることができないという課題がある。 However, the bubbles obtained by the method of Patent Literature 1 contain bubbles larger than the desired particle size, and the bubbles larger than the desired particle size float and disappear over time. As a result, there is a problem that it is not possible to obtain a UFB solution with a high concentration that can be stored for a long period of time.
よって、本発明の目的は、高濃度で長期保存が可能なオゾン含有UFB液を生成することが可能な、オゾン含有UFB液の生成装置およびオゾン含有UFB液の生成方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ozone-containing UFB liquid generating apparatus and an ozone-containing UFB liquid generating method capable of generating an ozone-containing UFB liquid that can be stored for a long time at a high concentration.
そのため、本発明のオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置は、酸素を含む気体が溶解された液体に、発熱部により膜沸騰を生じさせることで、ウルトラファインバブルを生成するウルトラファインバブル生成手段と、前記ウルトラファインバブルが生成された液体に紫外線を照射する照射手段と、を備えたことを特徴とする。 Therefore, the apparatus for generating an ozone-containing ultra-fine bubble liquid of the present invention includes an ultra-fine bubble generating means for generating ultra-fine bubbles by causing film boiling in a liquid in which a gas containing oxygen is dissolved by means of a heating part. and irradiating means for irradiating the liquid in which the ultra-fine bubbles are generated with ultraviolet rays.
また、本発明のオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成方法は、酸素を含む気体が溶解された液体に、発熱部により膜沸騰を生じさせることで、ウルトラファインバブルを生成するウルトラファインバブル生成工程と、前記ウルトラファインバブルが生成された液体に紫外線を照射する照射工程と、を有することを特徴とする。 Further, the method for generating an ozone-containing ultra-fine bubble liquid of the present invention includes an ultra-fine bubble generation step of generating ultra-fine bubbles by causing film boiling in a liquid in which a gas containing oxygen is dissolved by a heat generating part. and an irradiation step of irradiating the liquid in which the ultra-fine bubbles are generated with ultraviolet rays.
本発明によれば、高濃度で長期保存が可能なオゾン含有UFB液を生成することが可能なオゾン含有UFB液の生成装置及びオゾン含有UFB液の生成方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ozone-containing UFB liquid generation apparatus and an ozone-containing UFB liquid generation method capable of generating an ozone-containing UFB liquid that can be stored for a long time at a high concentration.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。なお、本明細書において、オゾン含有ウルトラファインバブル液(オゾン含有UFB液)は、ウルトラファインバブルを含有する液体中にオゾンが含有されていることを意味する。すなわち、オゾンは液体中でUFBとして存在していてもよいし、液体中に溶解した状態で存在していてもよい。また、酸素含有ウルトラファインバブル液(酸素含有UFB液)についても、オゾン含有UFB液と同様に、ウルトラファインバブルを含有する液体中に酸素が含有されていることを意味する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following embodiments do not limit the present invention. In this specification, the ozone-containing ultra-fine bubble liquid (ozone-containing UFB liquid) means that the liquid containing ultra-fine bubbles contains ozone. That is, ozone may exist as UFB in the liquid, or may exist in a dissolved state in the liquid. The oxygen-containing ultra-fine bubble liquid (oxygen-containing UFB liquid) also means that oxygen is contained in the liquid containing ultra-fine bubbles, similarly to the ozone-containing UFB liquid.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<<UFB液の生成装置の構成>>
以下、膜沸騰現象を利用するUFB液の生成装置の概略について説明する。
<<Configuration of UFB liquid generation device>>
An outline of a UFB liquid generating apparatus utilizing the film boiling phenomenon will be described below.
図1は、本実施形態に適用可能なUFB液の生成装置の一例を示す図である。本実施形態のウルトラファインバブル液の生成装置1は、前処理ユニット100、溶解ユニット200、T-UFB発生ユニット(ウルトラファインバブル生成手段)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 liquid generation apparatus applicable to this embodiment. The ultra-fine bubble liquid generation device 1 of this embodiment includes a
図2は、前処理ユニット100の概略構成図である。本実施形態の前処理ユニット100は、供給された液体Wに対し脱気処理を行う。前処理ユニット100は、主に、脱気容器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
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。脱気ユニット100によって脱気される気体としては、例えば窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素などが含まれる。
After a certain amount of the liquid W is stored in the
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 process described above can be repeatedly performed on the same liquid W by using the
なお、図2では、気体部を低圧にして溶解物を気化させる脱気ユニット100を示したが、溶解した液体を脱気させる方法はこれに限らない。例えば、液体Wを煮沸して溶解物を気化させる加熱煮沸法を採用してもよいし、中空糸を用いて液体と気体の界面を増大させる膜脱気方法を採用してもよい。中空糸を用いた脱気モジュールとしては、SEPARELシリーズ(大日本インキ社製)が市販されている。これは、中空糸膜の原料にポリ4-メチルペンテン-1(PMP)を用いて、主にピエゾヘッド向けに供給するインクなどから気泡を脱気する目的で使用されている。更に、真空脱気法、加熱煮沸法、及び膜脱気方法の2つ以上を併用してもよい。
Although FIG. 2 shows the
以上のような脱気処理を前処理として行うことにより、後述する溶解処理では、所望の気体の液体Wに対する純度および溶解度を高めることができる。さらに、後述するT-UFB発生ユニットでは、液体Wに含まれる所望のUFBの濃度を高めることができる。すなわち、溶解ユニット200およびT-UFB発生ユニット300の前に前処理ユニット100を設けることにより、濃度の高いUFB液を効率的に生成することが可能となる。
By performing the above-described deaeration treatment as a pretreatment, the purity and solubility of the desired gas in the liquid W can be increased in the dissolution treatment described later. Furthermore, in the T-UFB generation unit, which will be described later, the concentration of desired UFB contained in the liquid W can be increased. That is, by providing the
図3(a)及び(b)は、溶解ユニット200の概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。溶解ユニット200は、前処理ユニット100より供給された液体Wに対し所望の気体を溶解させるユニットである。本実施形態の溶解ユニット200は、主に、溶解容器201、回転板202が取り付けられた回転シャフト203、液体導入路204、気体導入路205、液体導出路206、及び加圧ポンプ207を有する。
3(a) and 3(b) are diagrams for explaining the schematic configuration of the dissolving
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
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 predetermined amounts of the liquid W and the gas G are stored in the dissolving
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発生ユニット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。
After obtaining the liquid W in which the components of the gas G are dissolved at the desired concentration, the liquid W is discharged through the liquid lead-out
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発生ユニット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. 3(b) is a diagram schematically showing how the mixed gas G is dissolved in the
なお、図において気体溶解液体3とは、「液体W中において、混入された気体Gの溶解濃度が比較的高い領域」を意味している。実際に液体Wに溶解している気体成分においては、気泡2の周囲や、気泡2と分離した状態であっても領域の中心で濃度が最も高く、その位置から離れるほど気体成分の濃度は連続的に低くなる。すなわち、図3(b)では説明のために気体溶解液体3の領域を破線で囲っているが、実際にはこのような明確な境界が存在するわけではない。また、本実施形態においては、完全に溶解しない気体が、気泡の状態で液体中に存在しても許容される。
In the figure, the gas-dissolved
図4は、T-UFB発生ユニット300の概略構成図である。T-UFB発生ユニット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 diagram of the T-
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液Wが導出される。
An
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。
5A and 5B are diagrams showing the detailed structure of the
図5(a)に示すように、本実施形態の素子基板12は、シリコン基板304の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜305と、蓄熱層を兼ねる層間膜306と、が積層されている。層間膜306としては、SiO2膜、または、SiN膜を用いることができる。層間膜306の表面には抵抗層307が形成され、その抵抗層307の表面に、配線308が部分的に形成されている。配線308としては、Al、Al-Si、またはAl-CuなどのAl合金配線を用いることができる。これらの配線308、抵抗層307、及び、層間膜306の表面には、SiO2膜、またはSi3N4膜から成る保護層309が形成されている。
As shown in FIG. 5A, in the
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
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。
Note that the configuration shown in the drawing is an example, and various other configurations are applicable. For example, a configuration in which the
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 including a circuit connected to the
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-
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-
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-
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-
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。
Between the P-
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
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。
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing how film boiling occurs when a predetermined voltage pulse is applied to the
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
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. However, inside the
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
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。
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
次に、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, how the
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。
7A to 7D are diagrams showing how the
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. 7(b) shows how a voltage is applied to the
発熱素子10の表面温度は、その後もパルスの印加中に600~800℃程度まで上昇し、膜沸騰泡13の周辺の液体も急激に加熱される。図では、膜沸騰泡13の周辺に位置し、急激に加熱される液体の領域を未発泡高温領域14として示している。未発泡高温領域14に含まれる気体溶解液体3は熱的溶解限界を超えて析出しUFBとなる。析出した気泡の直径は10nm~100nm程度であり、高い気液界面エネルギーを有している。そのため、短時間で消滅することもなく液体W内で独立を保ながら浮遊する。本実施形態では、このように膜沸騰泡13の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
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 expansion process of the film boiling bubbles 13 . Even after the application of the voltage pulse to the
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. 7(d) shows a state in which the
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。
8A to 8C are diagrams showing how the
未発泡負圧領域15に含まれる気体溶解液体3は、圧的溶解限界を超え、気泡として析出する。析出した気泡の直径は100nm程度であり、その後短時間で消滅することもなく液体W内で独立を保ながら浮遊する。本実施形態では、このように膜沸騰泡13が収縮する際の圧力的作用によって析出する気泡を、第2のUFB11Bと称す。
The gas-dissolved
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. 8(b) shows the shrinking process of the
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. 8(c) shows the state just before the
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。
FIGS. 9A to 9C are diagrams showing how UFB is generated by reheating the liquid W when the film boiling bubbles 13 contract. FIG. 9A shows a state in which the surface of the
図9(b)は、膜沸騰泡13の収縮が進み、発熱素子10の表面の一部が液体Wに接触した状態を示している。このとき発熱素子10の表面には、液体Wが接しても膜沸騰には到らないほどの熱が残っている。図では、発熱素子10の表面に接することにより加熱される液体の領域を未発泡再加熱領域16として示している。膜沸騰には到らないものの、未発泡再加熱領域16に含まれる気体溶解液体3は、熱的溶解限界を超えて析出する。本実施形態では、このように膜沸騰泡13が収縮する際の液体Wの再加熱によって生成される気泡を第3のUFB11Cと称す。
FIG. 9(b) shows a state in which the shrinkage of the
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. 9(c) shows a state in which the shrinkage of the film boiling bubbles 13 has progressed further. As the film boiling bubbles 13 become smaller, the area of the
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。
FIGS. 10(a) and 10(b) are diagrams showing how UFB is generated by an impact (so-called cavitation) when the film boiling bubbles 13 generated by film boiling are destroyed. FIG. 10(a) shows a state immediately before the
図10(b)は、膜沸騰泡13が点Pで消滅した直後の様子を示している。膜沸騰泡13が消泡するとき、その衝撃により音響波が点Pを起点として同心円状に広がる。音響波とは、気体、液体、固体を問わず伝播する弾性波の総称であり、本実施形態においては、液体Wの粗密、すなわち液体Wの高圧面17Aと低圧面17B、とが交互に伝播される。
FIG. 10(b) shows the state immediately after the
この場合、未発泡負圧領域15に含まれる気体溶解液体3は、膜沸騰泡13の消泡時の衝撃波によって共振され、低圧面17Bが通過するタイミングで圧的溶解限界を超えて相転移する。すなわち、膜沸騰泡13の消滅と同時に、未発泡負圧領域15内には多数の気泡が析出する。本実施形態では、このような膜沸騰泡13が消泡する時の衝撃波によって生成される気泡を第4のUFB11Dと称す。
In this case, the gas-dissolved
膜沸騰泡13の消泡時の衝撃波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ーが高い。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。
A
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。
In addition, since the
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。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, the
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, residual characteristics of UFB will be described. The higher the temperature of the liquid, the lower the dissolution properties of the gaseous components, and the lower the temperature, the higher the dissolution properties of the gaseous components. That is, the higher the temperature of the liquid, the more likely the phase transition of dissolved gaseous components is promoted, and the more easily the UFB is generated. The temperature of the liquid and the solubility of the gas are in an inversely proportional relationship. As the temperature of the liquid rises, the gas exceeding the saturation solubility becomes bubbles and precipitates 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 dissolution characteristics decrease, resulting in a situation in which 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ーを有するため、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。 Conversely, when the temperature of the liquid drops from room temperature, the dissolution properties of the gas increase and the UFB produced tends to liquefy. However, such temperatures are well below ambient temperature. Furthermore, even if the temperature of the liquid drops, the UFB once generated has a high internal pressure and a high gas-liquid interfacial energy, so the possibility of a pressure high enough to break the gas-liquid interface is extremely low. That is, the UFB once produced does not disappear easily as long as the liquid is stored at normal temperature and normal pressure.
本実施形態において、図7(a)~(c)で説明した第1のUFB11A、及び図9(a)~(c)で説明した第3のUFB11Cは、このような気体の熱的溶解特性を利用して生成されたUFBと言える。
In this embodiment, the
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, in the relationship between liquid pressure and dissolution characteristics, the higher the liquid pressure, the higher the gas dissolution characteristics, and the lower the pressure, the lower the dissolution characteristics. That is, the lower the pressure of the liquid, the more likely the phase transition of the gas-dissolved liquid dissolved in the liquid to the gas is promoted, and the UFB is likely to be generated. When the pressure of the liquid is lowered from normal pressure, the dissolution characteristics drop sharply and UFB begins to be generated. As the pressure decreases, the pressure dissolution characteristics decrease, resulting in a situation in which 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ーを有するため、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。 Conversely, when the pressure of the liquid rises from normal pressure, the dissolution properties of the gas rise and the produced UFB tends 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 interfacial energy, which destroys the gas-liquid interface. It is extremely unlikely that such high pressure would act. That is, the UFB once produced does not disappear easily as long as the liquid is stored at normal temperature and normal pressure.
本実施形態において、図8(a)~(c)で説明した第2のUFB11B、及び図10(a)~(c)で説明した第4のUFB11Dは、このような気体の圧力的溶解特性を利用して生成されたUFBと言える。
In this embodiment, the
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、膜沸騰現象によって招致されることは共通している。以下、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液と称す。 Although the first to fourth UFBs having different generating factors have been individually described above, the above-described generating factors occur simultaneously and frequently in association with the phenomenon of film boiling. Therefore, at least two types of UFBs among the first to fourth UFBs may be generated simultaneously, and these generation factors may cooperate with each other to generate UFBs. However, it is common that all generation factors are caused by the film boiling phenomenon. Hereinafter, in this specification, the method of generating UFB by utilizing film boiling accompanying rapid heat generation is referred to as T-UFB (Thermal-Ultra Fine Bubble) generating method. Further, the UFB produced by the T-UFB producing method is called T-UFB, and the liquid containing T-UFB produced by the T-UFB producing method is called T-UFB 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のみが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ーを有し、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ない。つまり、T-UFB液に含まれるT-UFBの数や濃度は、T-UFB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発生ユニット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 millibubbles and microbubbles are difficult to generate. That is, according to the T-UFB generation method, only UFBs are efficiently generated. In addition, the T-UFB produced by the T-UFB production method has a higher gas-liquid interfacial energy than the UFB produced by the conventional method, and does not easily disappear as long as it is stored at normal temperature and normal pressure. Furthermore, even if a new T-UFB is generated by a new film boiling, the previously generated T-UFB will not disappear due to the impact. In other words, it can be said that the number and concentration of T-UFB contained in the T-UFB liquid have hysteresis characteristics with respect to the number of occurrences of film boiling in the T-UFB liquid. In other words, the concentration of T-UFB contained in the T-UFB liquid can be adjusted by controlling the number of heating elements arranged in the T-
再び図1を参照する。T-UFB発生ユニット300において、所望のUFB濃度を有するT-UFB液Wが生成されると、当該UFB液Wは、後処理ユニット400に供給される。
Refer to FIG. 1 again. After the T-UFB liquid W having the desired UFB concentration is generated in the T-
図11(a)~(c)は、本実施形態の後処理ユニット400の構成例を示す図である。本実施形態の後処理ユニット400は、UFB液Wに含まれる不純物を、無機イオン、有機物、不溶固形物、の順に段階に除去する。なお、酸素含有UFB液に紫外線を照射する照射手段としての後処理ユニットについては後述する。
11A to 11C are diagrams showing configuration examples of the
図11(a)は、無機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発生ユニット300で生成されたUFB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発生ユニット300の素子基板12より剥離した金属材料などが含まれ、例えばSiO2、SiN、SiC、Ta、Al2O3、Ta2O5、Irが挙げられる。
FIG. 11(a) shows a first
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。
The
図11(b)は、有機物を除去するための第2の後処理機構420を示す。第2の後処理機構420は、収容容器421、ろ過フィルタ422、真空ポンプ423、バルブ424、液体導入路425、液体導出路426、及びエア吸引路427を備えている。収容容器421の内部は、ろ過フィルタ422によって上下2つの領域に分割されている。液体導入路425は、上下2つの領域のうち上方の領域に接続し、エア吸引路427及び液体導出路426は下方の領域に接続する。バルブ424を閉じた状態で真空ポンプ423を駆動すると、収容容器421内の空気がエア吸引路427を介して排出され、収容容器421の内部が負圧になり、液体導入路425よりUFB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液Wが収容容器421に貯留される。
FIG. 11(b) shows a second
ろ過フィルタ422によって除去される不純物には、チューブや各ユニットで混合され得る有機材料が含まれ、例えばシリコンを含む有機化合物、シロキサン、エポキシなどが挙げられる。ろ過フィルタ422に使用可能なフィルタ膜としては、細菌系まで除去できるサブμmメッシュのフィルタや、ウィルスまで除去できるnmメッシュのフィルタが挙げられる。
Impurities removed by the
収容容器421にUFB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。
After a certain amount of the UFB liquid W is stored in the
図11(c)は、不溶の固形物を除去するための第3の後処理機構430を示す。第3の後処理機構430は、沈殿容器431、液体導入路432、バルブ433及び液体導出路434を備えている。
FIG. 11(c) shows a third
まず、バルブ433を閉じた状態で沈殿容器431に所定量のUFB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。
First, with the
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発生ユニット300で生成すれば、上述した特性のもと、T-UFB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発生ユニット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液Wを回収ユニット500に送液することができる。
Please refer to FIG. 1 again. The T-UFB liquid W from which impurities have been removed in the
ここで、生成されたT-UFB液Wを再び溶解ユニット200に戻すことの効果について、本発明者らが具体的に検証した検証内容に従って簡単に説明する。まず、T-UFB発生ユニット300においては、素子基板12に10000個の発熱素子10を配した。液体Wとしては工業用純水を用い、T-UFB発生ユニット300のチャンバー301の中を、1.0リットル/時の流速で流動させた。この状態で、個々の発熱素子に対し、電圧24V、パルス幅1.0μsの電圧パルスを、10KHzの駆動周波数で印加した。
Here, the effect of returning the generated T-UFB liquid W to the
生成されたT-UFB液Wを溶解ユニット200に戻さず回収ユニット500で回収した場合、すなわち循環回数を1回とした場合、回収ユニット500で回収されたT-UFB液Wには、1.0mLあたり36億個のUFBが確認された。一方、T-UFB液Wを溶解ユニット200に戻す操作を9回行った場合、すなわち循環回数を10回とした場合、回収ユニット500で回収されたT-UFB液Wには、1.0mLあたり360億個のUFBが確認された。すなわち、UFB含有濃度は、循環回数に比例して高くなることが確認された。なお、上記のようなUFBの数密度については、島津製作所製の測定器(型番SALD-7500)を用い、所定体積のUFB液Wに含まれる直径1.0μm未満のUFB41をカウントすることによって取得した。
When the generated T-UFB liquid W is recovered by the
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液は、様々な不純物が除去された純度の高いUFB液となる。
The
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液WをT-UFBのサイズごと分類してもよい。また、T-UFB生成方法により得られるT-UFB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
以上が、UFB液の生成装置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 liquid generation apparatus 1, but the plurality of units shown in the figure can of course be changed, and it is not necessary to prepare all of them. Depending on the type of liquid W and gas G to be used and the purpose of use of the T-UFB liquid to be generated, some of the units described above may be omitted, or another unit may be added in addition to the units described above. may
例えば、UFBに含有させる気体が大気である場合は、脱気ユニット100や溶解ユニット200を省略することができる。反対に、UFBに複数種類の気体を含ませたい場合は、溶解ユニット200を更に追加してもよい。
For example, when the gas contained in the UFB is the atmosphere, the
また、図1に示した幾つかのユニットの機能は、1つのユニットに統合させることもできる。例えば、図3(a)および(b)に示した溶解容器201の中に発熱素子10を配することにより、溶解ユニット200と、T-UFB発生ユニット300とを統合することができる。具体的には、気体溶解容器(高圧チャンバー)内に、電極タイプのT-UFBモジュールを内蔵させて、当該モジュール内に配した複数のヒータを駆動し、膜沸騰を発生させる。このようにすれば、1つのユニットの中で気体を溶解させながらその気体を含有するT-UFBを生成することができる。なお、この場合、T-UFBモジュールを気体溶解容器の底辺に配置しておくことにより、ヒータで生成された熱がマランゴニ対流を起こし、循環・攪拌手段を設けなくても容器内の液体をある程度攪拌することができる。
Also, the functions of several units shown in FIG. 1 can be combined into one unit. For example, the
また、図11(a)~(c)で示すような不純物を除去するための除去ユニットは、T-UFB発生ユニット300よりも上流に前処理ユニットの一部として設けてもよいし、上流と下流の両方に設けてもよい。UFB液の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発生ユニット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発生ユニット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し、より純度の高いUFB液をより効率的に生成することが可能となる。
11(a) to 11(c) for removing impurities may be provided upstream of the T-
特に、図11(a)で示したイオン交換樹脂による不純物除去ユニットを、前処理ユニットに設ける場合は、陰イオン交換樹脂を配置するとT-UFB液の効率的な生成に寄与する。この理由は、T-UFB発生ユニット300が生成するウルトラファインバブルは、負電荷を持つことが確認されているためである。従って、前処理ユニットにおいて、同じ負電荷をもつ不純物を除去することで、純度の高いT-UFB液を生成することができる。ここで使用する陰イオン交換樹脂としては、4級アンモニウム基を持つ強塩基性陰イオン交換樹脂と、1~3級アミン基を持つ弱塩基性陰イオン交換樹脂との双方が適している。これらのうちどちらが適切かは、使用する液体の種類に依存する。通常、水道水または純水などを液体として使用する場合は、後者の弱塩基性陰イオン交換樹脂のみで、不純物除去機能を十分に果たすことができる。
In particular, when the impurity removal unit using the ion exchange resin shown in FIG. 11(a) is provided in the pretreatment unit, the placement of the anion exchange resin contributes to the efficient generation of the T-UFB liquid. This is because it has been confirmed that the ultra-fine bubbles generated by the T-
<<T-UFB液に使用可能な液体>>
ここで、T-UFB液に含まれる液体Wについて説明する。本実施形態で使用可能な液体Wとしては、例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコールなどの炭素数1乃至4のアルキルアルコール類。N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール。1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
<< Liquid that can be used for T-UFB liquid >>
Here, the liquid W contained in the T-UFB liquid will be described. Examples of the liquid W that can be used in the present embodiment include pure water, ion-exchanged water, distilled water, physiologically active water, magnetically active water, lotion, tap water, seawater, river water, sewage water, lake water, groundwater, Examples include rainwater. Mixed liquids containing these liquids can also be used. A mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent can also be used. The water-soluble organic solvent to be mixed with water is not particularly limited, but specific examples include the following. Alkyl 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 and N,N-dimethylacetamide; ketones or ketoalcohols 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, 3-methyl-1,5- glycols such as pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol and thiodiglycol; Polyethylene glycol such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether. lower alkyl ethers of hydric alcohols; polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; triols such as glycerin, 1,2,6-hexanetriol and trimethylolpropane; These water-soluble organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
<<T-UFB液に使用可能な気体>>
次に、T-UFB液に含まれる気体について説明する。本実施形態で使用可能な気体としては、紫外線照射前のT-UFB液中では酸素、紫外線照射後のT-UFB液中ではオゾンが挙げられる。すなわち、本実施形態では、酸素含有UFB液に対して紫外線を照射することによって、酸素がオゾンに変化していればよい。
<<Gas that can be used for T-UFB liquid>>
Next, gas contained in the T-UFB liquid will be described. Gases that can be used in this embodiment include oxygen in the T-UFB liquid before ultraviolet irradiation and ozone in the T-UFB liquid after ultraviolet irradiation. That is, in the present embodiment, it is sufficient that oxygen is changed to ozone by irradiating the oxygen-containing UFB liquid with ultraviolet rays.
溶解ユニット200で導入可能な気体としては、酸素以外に、例えば、水素、ヘリウム、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に融解させてもよい。この場合の溶解としては、自然溶解のほか、圧力付与による溶解であってもよいし、電離による水和、イオン化、化学反応を伴う溶解であってもよい。
Gases that can be introduced into the
<<紫外線照射>>
ここで、紫外線照射について説明する。本実施形態において、まず酸素を含む気体が溶解された液体に、発熱部により膜沸騰を生じさせることで、酸素含有ウルトラファインバブル液(酸素含有UFB液)を生成する。そして、その酸素含有UFB液に対して紫外線を照射することによって、オゾン含有UFB液を生成する。
<<UV irradiation>>
Here, ultraviolet irradiation will be described. In the present embodiment, first, a liquid in which a gas containing oxygen is dissolved is subjected to film boiling by means of a heating unit to generate an oxygen-containing ultra-fine bubble liquid (oxygen-containing UFB liquid). Then, an ozone-containing UFB liquid is generated by irradiating the oxygen-containing UFB liquid with ultraviolet rays.
紫外線照射装置としては、公知のものを使用することができる。例えば、ガラスに石英を用いた水銀ランプが代表的であるが、近年の水銀フリーのオゾンランプや所望のガスを放電ガスとして用いたエキシマランプでも同様の効果が得られる。特に、紫外線照射装置は、キセノンを放電ガスとして用いた発光波長が172nmであるエキシマランプであることが好ましい。なお、紫外線照射後のオゾン含有UFB液の接液部材としては、耐オゾン性を備えた材料を使用することが好ましい。耐オゾン性を備えた材料としては、金属であればチタン、樹脂であればフッ素系高分子(PFA、PTFE等)、ガラスであれば石英等を用いることが好ましい。 A well-known thing can be used as an ultraviolet-irradiation apparatus. For example, a typical example is a mercury lamp using quartz as the glass, but similar effects can also be obtained with recent mercury-free ozone lamps and excimer lamps using a desired gas as the discharge gas. In particular, the ultraviolet irradiation device is preferably an excimer lamp that uses xenon as a discharge gas and has an emission wavelength of 172 nm. In addition, it is preferable to use a material having ozone resistance as a liquid-contacting member for the ozone-containing UFB liquid after ultraviolet irradiation. As the ozone-resistant material, it is preferable to use titanium as a metal, fluorine-based polymer (PFA, PTFE, etc.) as a resin, and quartz as a glass.
酸素含有UFB液を生成した後に紫外線照射装置により酸素含有UFB液に紫外線を照射し、波長184.9nmのフォトンを酸素分子が吸収すると酸素原子に解離し、その酸素原子が酸素分子と結合しオゾンが生成されオゾン含有UFB液を得ることができる。 After the oxygen-containing UFB liquid is generated, the oxygen-containing UFB liquid is irradiated with ultraviolet rays by an ultraviolet irradiation device, and when oxygen molecules absorb photons with a wavelength of 184.9 nm, they dissociate into oxygen atoms, and the oxygen atoms combine with oxygen molecules to form ozone. is generated to obtain an ozone-containing UFB liquid.
このようにして得られたオゾン含有UFB液が高濃度で長期保存が可能である理由についての詳細は不明であるが、その理由について本発明者らは以下のように推測している。 Although the details of why the ozone-containing UFB liquid obtained in this manner can be stored for a long time at a high concentration are unknown, the present inventors presume the reason as follows.
溶解ユニットにおいて、気体は、ヘンリー則に従い、気体の導入割合及び液体に対する気体の溶解度に応じて液体中に溶解する。液体中にUFBが含まれることにより、UFB内の気体と液体中に溶解している気体との間でも平衡状態が保たれていると推察される。そのため、液体中のオゾンが消費されれば、平衡状態を保つためにUFB側からオゾンが供給され、その結果、液体中のオゾン濃度が長期間維持されるものと推測される。 In the dissolution unit, the gas dissolves in the liquid according to Henry's Law, depending on the rate of introduction of the gas and the solubility of the gas in the liquid. It is speculated that the UFB contained in the liquid maintains an equilibrium state between the gas in the UFB and the gas dissolved in the liquid. Therefore, if the ozone in the liquid is consumed, it is assumed that ozone is supplied from the UFB side to maintain the equilibrium state, and as a result, the ozone concentration in the liquid is maintained for a long period of time.
図12は、オゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置700を示した概略図である。溶解ユニット200とT-UFB発生ユニット300とは互いに配管によって接続されている。T-UFB発生ユニット300と後処理ユニット400とは、配管によって互いに接続されている。配管の途中に配された不図示のポンプによって、液体が移送される。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an ozone-containing ultra-fine
紫外線ランプ(紫外線照射装置)600からの紫外線の照射は、液中で照射することも、また液体外部からの照射でも生成可能である。また、紫外線が照射されるUFB液は、止水状態でも流水状態でもよく、流水においては、循環乃至撹拌のいずれの状態でも可能である。 The irradiation of ultraviolet rays from the ultraviolet lamp (ultraviolet irradiation device) 600 can be generated by irradiation in the liquid or by irradiation from the outside of the liquid. In addition, the UFB liquid to which the ultraviolet rays are irradiated may be in a stopped water state or a flowing water state, and in the flowing water state, it is possible to be in any state of circulation or agitation.
溶解ユニット200で酸素を含む気体(例えば空気)を液体に溶解させた後、T-UFB発生ユニット300でUFBを生成することで酸素を含むUFB液を得る。その後、後処理ユニット400で、得られた酸素を含むUFB液に、紫外線ランプ600を用いて紫外線を照射することで酸素をオゾン化させて、オゾン含有UFB液を得ることができる。このようなオゾン含有UFB液の生成装置では、酸素含有UFB液を生成した後、紫外線の照射によって酸素がオゾン化する。そのため、UFB生成工程までの接液部材には、耐オゾン性を保証する部材を用いる必要がなく、装置のコストダウンが期待できる。図12の構成の例では、溶解ユニット200と、T-UFB発生ユニット300と、これらを接続する配管と、T-UFB発生ユニット300および後処理ユニット400を接続する配管と、の接液部材には、耐オゾン性を保証する部材を用いなくてよい。
After a gas containing oxygen (eg, air) is dissolved in a liquid in the
このように、溶存気体として酸素を含む水性液体を膜沸騰させて酸素含有UFB液を生成し、生成された酸素含有UFB液に紫外線を照射する。これによって、高濃度で長期保存が可能なオゾン含有UFB液を効率的に生成することが可能なオゾン含有UFB液の生成装置及びオゾン含有UFB液の生成方法を提供することができる。 Thus, an aqueous liquid containing oxygen as a dissolved gas is film-boiling to generate an oxygen-containing UFB liquid, and the generated oxygen-containing UFB liquid is irradiated with ultraviolet rays. Accordingly, it is possible to provide an ozone-containing UFB liquid generation apparatus and an ozone-containing UFB liquid generation method that can efficiently generate an ozone-containing UFB liquid that can be stored for a long time at a high concentration.
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the characteristic configuration will be described below.
図13は、本実施形態のオゾン含有UFB液の生成装置800を示した概略図である。オゾン含有UFB液の生成装置800では、溶解ユニット200で酸素を含む気体を液体に溶解させた後、T-UFB発生ユニット300で生成されたUFBを含む飛翔液滴に、外周部から紫外線ランプ600で紫外線を照射してオゾン含有UFB液を生成する。本実施形態におけるT-UFB発生ユニット300は、液滴を吐出する吐出口を備えており、UFBを含む液滴を吐出口から吐出する。また、本実施形態における紫外線ランプ600はリング状のランプであり、リング状の紫外線ランプのリングの内側に、酸素含有UFBを含む液滴を飛翔させることで、液滴に紫外線を照射する。オゾン含有UFB液の生成装置800では、図4で示した液体導出路303から液滴が吐出され、飛翔した状態で紫外線ランプ600によって紫外線を照射しオゾン含有UFB液とした後に、回収ユニット500でオゾン含有UFB液を回収する。回収ユニット500は、耐オゾン性を備えた材料として、金属であればチタン、樹脂であればフッ素系高分子(PFA、PTFE等)、ガラスであれば石英等を用いることが好ましい。本実施形態においては、回収ユニット500を、耐オゾン性を保証する部材とすればよい。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an ozone-containing UFB
なお、本実施形態では、紫外線ランプ600としてリング状の紫外線ランプを用いた例を説明したが、紫外線照射装置の形状については、これに限定するものではない。UFBを含む飛翔液滴に紫外線を照射できれば、形状は問わない。 In this embodiment, an example of using a ring-shaped ultraviolet lamp as the ultraviolet lamp 600 has been described, but the shape of the ultraviolet irradiation device is not limited to this. Any shape is acceptable as long as the flying droplets containing UFB can be irradiated with ultraviolet rays.
(第3の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。
(Third Embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the characteristic configuration will be described below.
図14は、本実施形態のオゾン含有UFB液の生成装置900を示した概略図である。オゾン含有UFB液の生成装置900では、溶解ユニット200で酸素を含む気体を液体に溶解させた後、T-UFB発生ユニット300で生成されたUFBを含む飛翔液滴に、外周部から紫外線ランプ600で紫外線を照射してオゾン含有UFB液の液滴を得る。本実施形態におけるT-UFB発生ユニット300は、液滴を吐出する吐出口を備えており、UFBを含む液滴を吐出口から吐出する。また、本実施形態における紫外線ランプ600はリング状のランプであり、リング状の紫外線ランプのリングの内側に、酸素含有UFBを含む液滴を飛翔させることで、液滴に紫外線を照射する。オゾン含有UFB液の生成装置900は、得られたオゾン含有UFB液をミスト状にして空間噴霧することを目的としている。このような、オゾン含有UFB液の生成装置900では、紫外線ランプ600によって紫外線を照射してオゾン含有UFB液が生成された後、オゾン含有UFB液を貯留することがない。そのため、いずれの部材にも耐オゾン性を保証する部材を用いる必要がなく、装置のコストダウンが期待できる。
FIG. 14 is a schematic diagram showing an ozone-containing UFB
なお、本実施形態では、紫外線ランプ600としてリング状の紫外線ランプを用いた例を説明したが、紫外線照射装置の形状については、これに限定するものではない。UFBを含む飛翔液滴に紫外線を照射できれば、形状は問わない。 In this embodiment, an example of using a ring-shaped ultraviolet lamp as the ultraviolet lamp 600 has been described, but the shape of the ultraviolet irradiation device is not limited to this. Any shape is acceptable as long as the flying droplets containing UFB can be irradiated with ultraviolet rays.
(その他の実施形態)
上記の実施形態では、溶解ユニット200とT-UFB発生ユニット300とが配管なで接続されている例を説明したが、これに限られない。溶解ユニット200とT-UFB発生ユニット300とが一体的に構成されていてもよい。また、オゾン含有UFB液の生成装置は、溶解ユニット200を備えていなくてもよい。予め酸素を含む気体が溶解された液体をT-UFB発生ユニット300に注入して、酸素含有UFB液を生成し、生成した酸素含有UFB液に紫外線を照射してもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, an example in which the
以下、図12に記載のオゾン含有UFB液の生成装置700を用いて、生成における各条件を変えてオゾン含有UFB液を生成し、生成されたオゾン含有UFB液の検証を行った結果について説明する。
Hereinafter, using the ozone-containing UFB
T-UFB発生ユニット300において、発熱素子を、1個の基板上に10,000個配し、その基板を計10個、直列に並べて実装した。これらの発熱素子に対して、20kHzの駆動周波数でパルス信号(パルス幅:1.0μs、電圧:24V)を付与し、各実施例条件に応じた水を供給し、その流速Vを1.0L/hとして、各種のUFB液を試作した。発熱素子の表面温度は、発熱素子上に熱電対を設けて電気抵抗変化から測定した。試作したUFB液中のオゾン濃度を、所定の呈色反応により測定した。
In the T-
試作した各種のUFB液に対し、紫外線ランプ600から紫外線を照射してオゾンの生成を行った。紫外線ランプ600には、184.9nmと253.7nmとの発光波長を含む、0.3A、4.1Wの低圧水銀ランプを用い、5分間紫外線を照射した。オゾン濃度を、所定の呈色反応により測定した。 Ozone was generated by irradiating ultraviolet rays from an ultraviolet lamp 600 to various kinds of UFB liquids produced as a trial. A 0.3 A, 4.1 W low-pressure mercury lamp containing emission wavelengths of 184.9 nm and 253.7 nm was used as the ultraviolet lamp 600, and ultraviolet rays were irradiated for 5 minutes. Ozone concentration was measured by a given color reaction.
UFBの測定には、島津製作所製の測定器(型番SALD-7500)を用い、UFB液に含まれるUFBの平均粒径と濃度とを測定した。 For measurement of UFB, a measuring instrument (model number SALD-7500) manufactured by Shimadzu Corporation was used to measure the average particle size and concentration of UFB contained in the UFB liquid.
(実施例1)
酸素を18ppm溶解させた水を用いて、発熱素子の表面温度を305℃で酸素含有UFB液を生成(液温:25℃)し、生成した酸素含有UFB液に低圧水銀ランプから185nmの発光波長を含む紫外線を照射してオゾン含有UFB液を得た。そして、得られたオゾン含有UFB液の不純物混入量は、化学的酸素要求量(COD)の測定結果から、コンタミネーションの優劣を判断した。
(Example 1)
Using water in which 18 ppm of oxygen is dissolved, an oxygen-containing UFB liquid is generated at a surface temperature of the heating element of 305°C (liquid temperature: 25°C), and the generated oxygen-containing UFB liquid is irradiated with an emission wavelength of 185 nm from a low-pressure mercury lamp. to obtain an ozone-containing UFB liquid. The amount of impurities mixed in the obtained ozone-containing UFB liquid was judged to be superior or inferior to contamination from the results of chemical oxygen demand (COD) measurement.
オゾン含有UFB液の効能として、殺菌機能が著名であるが、本検討においても、殺菌能力からその効果を検証した。大腸菌及び黄色ブドウ球菌を約100個/ml含有する水溶液に対し、同容量のオゾン含有水を加え殺菌効果を検証した。初期、および検証後の菌数評価には、商品名「サンアイバイオチェッカーTTC」(三愛石油製)を用いて実施した。 As an effect of the ozone-containing UFB liquid, the sterilization function is well known. The same volume of ozone-containing water was added to an aqueous solution containing approximately 100 cells/ml of Escherichia coli and Staphylococcus aureus, and the bactericidal effect was verified. Initial and post-verification bacterial count evaluations were carried out using the product name "Sanai Biochecker TTC" (manufactured by Sanai Oil Co., Ltd.).
また、オゾン含有UFB液中におけるオゾンの保存安定性を検証すべく、5℃の環境で1週間後のオゾン濃度を、呈色反応で検証した。 In addition, in order to verify the storage stability of ozone in the ozone-containing UFB liquid, the ozone concentration after one week in an environment of 5° C. was verified by color reaction.
(実施例2)
実施例1において、酸素含有UFB液の生成時における液温を5℃に冷却した以外は、実施例1と同様にして、オゾン含有UFB液を生成した。冷却したことにより、発熱素子の表面温度は295℃であった。
(Example 2)
An ozone-containing UFB liquid was produced in the same manner as in Example 1, except that the liquid temperature during the production of the oxygen-containing UFB liquid was cooled to 5°C. By cooling, the surface temperature of the heating element was 295°C.
(実施例3)
実施例1において、酸素含有UFB液の生成時における水に、酸素と共に2ppmのオゾンを溶解させた以外は実施例1と同様にして、オゾン含有UFB液を生成した。
(Example 3)
An ozone-containing UFB liquid was produced in the same manner as in Example 1, except that 2 ppm of ozone was dissolved together with oxygen in the water during the production of the oxygen-containing UFB liquid.
(実施例4)
実施例1において、酸素含有UFB液の生成時における気体を酸素から空気に変えた以外は、実施例1と同様にして、オゾン含有UFB液を生成した。
(Example 4)
An ozone-containing UFB liquid was produced in the same manner as in Example 1, except that the gas used in producing the oxygen-containing UFB liquid was changed from oxygen to air.
(実施例5)
実施例1において、紫外線ランプを低圧水銀ランプから、172nmの発光波長を含む紫外線を照射可能な、入力電圧DC12V、消費電力6Wのキセノンエキシマランプに変えた以外は、実施例1と同様にして、オゾン含有UFB液を生成した。
(Example 5)
In Example 1, in the same manner as in Example 1, except that the ultraviolet lamp was changed from a low-pressure mercury lamp to a xenon excimer lamp with an input voltage of DC 12 V and a power consumption of 6 W, which can irradiate ultraviolet rays including an emission wavelength of 172 nm. An ozone-containing UFB fluid was produced.
(比較例1)
実施例1において、溶解ユニット200での水中への酸素の溶解を行わず、かつ、水中に溶解している酸素を脱気した水を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、サンプル液を生成した。
(Comparative example 1)
In Example 1, a sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that oxygen was not dissolved in water in the
(比較例2)
実施例1において、酸素含有UFB液の生成時における気体を酸素から窒素に変えた以外は、実施例1と同様にして、サンプル液を生成した。
(Comparative example 2)
A sample liquid was produced in the same manner as in Example 1, except that the gas used in producing the oxygen-containing UFB liquid was changed from oxygen to nitrogen.
(比較例3)
実施例1において、T-UFB発生ユニット300における発熱素子に通電をしなかったこと以外は、実施例1と同様にして、サンプル液を生成した。
(Comparative Example 3)
A sample liquid was produced in the same manner as in Example 1, except that the heating element in the T-
(比較例4)
実施例1において、後処理ユニット400において紫外線の照射を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして、サンプル液を生成した。
(Comparative Example 4)
A sample liquid was produced in the same manner as in Example 1, except that the
(比較例5)
UFB生成を、T-UFB生成方式ではなく、微細孔式に変えて実施した。具体的にはT-UFB発生ユニット300の代わりに、微細孔の膜を介して気相と水相を隔て、吸引ポンプを用いて液相を負圧にして循環させ、微細孔を介して酸素を吸引させ、酸素含有UFB液を作製した以外は、実施例1と同様にして、サンプル液を生成した。なお、微細孔の膜には、分画分子量1000の濾過膜(日本ポール製ミニメート)を用いた。
(Comparative Example 5)
UFB production was changed to microporous rather than T-UFB production. Specifically, instead of the T-
(比較例6)
比較例5と同様に生成したオゾン含有UFB液を、分画分子量500の濾過膜(日本ポール製ミニメート)を用いて濾過処理を行い、濃縮液を半分量回収しサンプル液を生成した。
(Comparative Example 6)
The ozone-containing UFB liquid produced in the same manner as in Comparative Example 5 was filtered using a filtration membrane (Minimate manufactured by Nippon Pall Co., Ltd.) with a molecular weight cut off of 500, and half of the concentrated liquid was recovered to produce a sample liquid.
(比較例7)
比較例5と同様に生成したオゾン含有UFB液を、分画分子量500の濾過膜(日本ポール製ミニメート)を用いて濾過処理を行い、透過液を半分量回収しサンプル液を生成した。
(Comparative Example 7)
The ozone-containing UFB liquid produced in the same manner as in Comparative Example 5 was filtered using a filtration membrane (Minimate manufactured by Nihon Pall Co., Ltd.) with a molecular weight cut off of 500, and half of the permeated liquid was collected to produce a sample liquid.
(比較例8)
UFB生成を、T-UFB生成方式ではなく、旋回流式に変えて実施した。具体的にはT-UFB発生ユニット300の代わりに、UFB液を生成することができるシャワーヘッド(商品名:ボリーナ、田中金属製)に変えて実施した以外は、実施例1と同様にして、サンプル液を生成した。
(Comparative Example 8)
UFB generation was performed by changing to a swirling flow method instead of the T-UFB generation method. Specifically, in place of the T-
表1及び2は、上記の各実施例および比較例で生成したサンプル液を評価した評価結果である。なお、表2中の「-」は測定できなかったことを意味する。 Tables 1 and 2 show the evaluation results of the sample liquids produced in the above examples and comparative examples. "-" in Table 2 means that the measurement could not be performed.
(評価基準)
コンタミネーションの判断基準:過マンガン酸カリウム呈色反応によるCOD
A 0ppm以上、5ppm未満
B 5ppm以上、10ppm未満
C 10ppm以上
(Evaluation criteria)
Contamination criteria: COD by potassium permanganate color reaction
A 0 ppm or more, less than 5 ppm B 5 ppm or more, less than 10
殺菌効果の判断基準:希釈24時間後の、大腸菌数の減少率
A 90%以上
B 50%以上、90%未満
C 50%未満
Judgment criteria for bactericidal effect: Reduction rate of E. coli after 24 hours of dilution A 90% or more B 50% or more, less than 90% C less than 50%
保存安定性の判断基準:5℃の環境1週間後での呈色反応によるオゾン濃度
A 1ppm以上
B 0.1ppm以上、1ppm未満
C 0.1ppm未満
Judgment criteria for storage stability: Ozone concentration A 1 ppm or more, B 0.1 ppm or more, less than 1 ppm, C less than 0.1 ppm due to color reaction after 1 week in an environment at 5 ° C.
表1のように、実施例1から4では、略問題の無い評価結果を得ることができた。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, it was possible to obtain substantially satisfactory evaluation results.
Claims (11)
前記ウルトラファインバブルが生成された液体に紫外線を照射する照射手段と、
を備えたことを特徴とするオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置。 an ultra-fine bubble generating means for generating ultra-fine bubbles by causing film boiling in a liquid in which a gas containing oxygen is dissolved by means of a heating part;
irradiating means for irradiating the liquid in which the ultra-fine bubbles are generated with ultraviolet rays;
An apparatus for generating an ozone-containing ultra-fine bubble liquid, comprising:
前記ウルトラファインバブル生成手段は、リング状の前記照射手段の内側に液滴を吐出する請求項2または3に記載のオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置。 The irradiation means is ring-shaped,
4. The apparatus for generating an ozone-containing ultra-fine bubble liquid according to claim 2, wherein said ultra-fine bubble generating means discharges droplets inside said ring-shaped irradiation means.
前記貯留手段は、耐オゾン性を備えている請求項1ないし4のいずれか1項に記載のオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置。 A storage means for storing the liquid irradiated with ultraviolet rays by the irradiation means,
5. The apparatus for generating an ozone-containing ultra-fine bubble liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the storage means has ozone resistance.
前記ウルトラファインバブル生成手段は、前記溶解手段で酸素を含む気体を溶解した液体にウルトラファインバブルを生成する請求項1ないし8のいずれか1項に記載のオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成装置。 further comprising dissolving means for dissolving a gas containing oxygen in the liquid;
The ozone-containing ultra-fine bubble liquid generating apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the ultra-fine bubble generating means generates ultra-fine bubbles in the liquid in which the gas containing oxygen is dissolved by the dissolving means.
前記ウルトラファインバブルが生成された液体に紫外線を照射する照射工程と、
を有することを特徴とするオゾン含有ウルトラファインバブル液の生成方法。 an ultra-fine bubble generating step of generating ultra-fine bubbles by causing film boiling in a liquid in which a gas containing oxygen is dissolved by means of a heating part;
an irradiation step of irradiating the liquid in which the ultra-fine bubbles are generated with ultraviolet rays;
A method for producing an ozone-containing ultra-fine bubble liquid, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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