JP2023020495A - ウルトラファインバブル生成ユニット及びウルトラファインバブル含有液製造装置 - Google Patents

ウルトラファインバブル生成ユニット及びウルトラファインバブル含有液製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】安定したＵＦＢ生成効率を保ち、バラつきの少ない高品位なＵＦＢ含有液を生成可能なウルトラファインバブル生成ユニット及びウルトラファインバブル含有液製造装置を提供する。【解決手段】発熱素子１１０２の上部を流れる液体の向き（矢印Ｆ１方向）に沿って配列される発熱素子１１０２の数をｎ１、矢印Ｆ１方向に交差して配列される発熱素子の数をｎ２とする。このとき、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の発熱素子基板１１００において、ｎ１＜ｎ２の関係が成り立つように構成する。【選択図】図５

Description

本発明は直径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）を含有する液体を生成するウルトラファインバブル生成ユニット及びウルトラファインバブル含有液製造装置に関する。
特許文献１には、液中で発熱素子を発熱させることで、液体に膜沸騰を生じさせて、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブルを生成する方法（Ｔｈｅｒｍａｌ－Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ；以下「Ｔ－ＵＦＢ」ともいう）が開示されている。特に、液体の流れる方向に沿って、発熱素子を備えた基板を複数配列することで発熱素子の総数を増やし、液体の流れに伴って膜沸騰を繰り返し生じさせることで、効率よくＵＦＢを生成することが開示されている。
特開２０１９－４２７３２号公報
液体は、基板上に配置された複数の発熱素子の上を進むに伴い、発熱素子による熱の影響を受ける。具体的には、膜沸騰による発泡時の余剰熱が液体に伝わって、下流に進むにつれ液体の温度が上昇する。液体の温度が上昇すると、液体における溶存気体が気泡化し、溶存気体量が減少する虞がある。液体の溶存気体量が減少するとＵＦＢ生成量が減少する。しかし、特許文献１では、液体の温度上昇に伴う溶存気体量の減少を抑制することについて言及されていない。
また、溶存気体の気泡化によって生じたサイズの大きな気泡が、下流における発熱素子での膜沸騰による発泡を阻害する虞もある。
よって本発明は、安定したＵＦＢ生成効率を保ち、バラつきの少ない高品位なＵＦＢ含有液を生成可能なウルトラファインバブル含有液製造装置及びウルトラファインバブル生成ユニットを提供する。
そのため本発明のウルトラファインバブル生成ユニットは、複数の発熱素子と、前記発熱素子へ液体を供給可能な供給口と、前記供給口から供給された液体を前記発熱素子に導くための流路とを有する基板を備え、前記発熱素子を発熱させて液体に膜沸騰を生じさせることにより液体の中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成ユニットであって、前記流路において前記発熱素子へ液体が流れる方向である第１方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ１とし、前記第１方向と交差する方向である第２方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ２とすると、前記基板において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、安定したＵＦＢ生成効率を保ち、バラつきの少ない高品位なＵＦＢ含有液を生成可能なウルトラファインバブル生成ユニット及びウルトラファインバブル含有液製造装置を提供することができる。
ウルトラファインバブル含有液製造装置を示した概略構成図である。 ＵＦＢ生成ユニットの斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの分解斜視図である。 発熱素子基板の分解斜視図である。 図２のＶＩ－ＶＩにおける断面図である。 内部が解るように示した筐体の外観図である。 液体の流れる方向を鉛直上方としたＵＦＢ生成ユニットの断面図である。 変形例の発熱素子基板を示した図である。 変形例の発熱素子基板を示した図である。 ＵＦＢ含有液製造装置を示した概略構成図である。 ＵＦＢ生成ユニットを示した斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットを示した斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの分解斜視図である。 図１２のＸＩＶ－ＸＩＶにおける断面図である。 ＵＦＢ生成ユニットを示した断面図である。 ＵＦＢ含有液製造装置を示した概略構成図である。 ＵＦＢ生成ユニットの外観を示した斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの分解斜視図である。 発熱素子基板の分解斜視図である。 図１８のＸＸＩ－ＸＸＩにおける断面図である。 ＵＦＢ生成ユニットの外観を示した斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの分解斜視図である。 発熱素子基板の分解斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの断面図である。 発熱素子基板における液体の流れを説明する図である。 ＵＦＢ生成ユニットの外観を示した斜視図である。 ＵＦＢ生成ユニットの分解斜視図である。
（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。
図１は、本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（以下、ＵＦＢ含有液製造装置と称す）２０００を示した概略構成図である。ＵＦＢ含有液製造装置２０００は、主に、液体供給部６００、気体溶解部８００、収容室９００およびウルトラファインバブル生成ユニット（以下、ＵＦＢ生成ユニットと称す）１０００を備えている。図１において、実線矢印は液体の流れを示し、破線矢印は気体の流れを示す。
液体供給部６００は、主に、液体貯留部６０１、２つのポンプ６０２、６０３および脱気部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により、脱気部６０４を経由して、収容室９００に送液される。脱気部６０４の内部には、気体のみが通過できる膜が配備されており、ポンプ６０３で減圧することによって気体のみが膜を通過して気体と液体とが分離される。そして分離された後、液体Ｗは収容室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、収容室９００に送液する前に、溶存されている気体を脱気部６０４で除去することにより、後に行う気体溶解工程の溶解効率を高めることができる。
気体溶解部８００は、気体供給部８０４、前処理部８０１、合流部８０２、気液分離室８０３を備えている。気体供給部８０４は、所望の気体Ｇを貯蔵するボンベであってもよいが、所望の気体Ｇを連続的に発生可能な装置であってもよい。例えば、所望の気体Ｇが酸素の場合、大気を取り込み、窒素を除去し、窒素が除去された気体を連続的にポンプで送り込む装置とすることができる。
気体供給部８０４より供給された気体Ｇは、前処理部８０１によって放電等の処理がなされた後、合流部８０２において、収容室９００から流出された液体Ｗと合流する。その際、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のみが外部に排出される。気体Ｇが溶解された液体Ｗは、その後ポンプ７０３によってＵＦＢ生成ユニット１０００に送られる。なお、気液分離室８０３の下流には、液体Ｗ中の気体Ｇの溶解度を検知するための溶解度センサ８０５が設けられている。
収容室９００は、液体供給部６００から供給された液体Ｗと、気体溶解部８００で所望の気体Ｇが溶解された液体Ｗと、ＵＦＢ生成ユニット１０００でＴ－ＵＦＢが生成されたＵＦＢ含有液との混合液を収容する。温度センサ９０５は、収容室９００に収容されている液体Ｗの温度を検知する。液面センサ９０２は、収容室９００の所定の高さに配置され、液体Ｗの液面を検出する。ＵＦＢ濃度センサ９０６は、収容室９００に収容された液体ＷのＵＦＢ濃度を検出する。バルブ９０４は、収容室９００に収容されている液体Ｗを不図示の外部容器に排出する際に開放される。なお、図には示していないが、収容室９００の内部には、液体Ｗの温度やＵＦＢの分布を一様にするための攪拌手段を設けてもよい。
冷却部９０３は、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生成ユニット１０００における液体Ｗの昇温を抑え、ＵＦＢ生成ユニット１０００の高寿命化を図ることもできる。本実施形態では、温度センサ９０５で液体Ｗ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。
なお、冷却部９０３の構成は特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子を用いた方式や、チラーによって冷却された液体を循環させる方式などを採用することができる。後者の場合、冷却液を循環させる冷却管を図１のように収容室９００の外周に巻き付けてもよいし、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、冷却管を収容室９００の液体Ｗ中に浸す構成としてもよい。
ＵＦＢ生成ユニット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、本実施形態では膜沸騰を利用したＴ－ＵＦＢ方式を採用するものとする。ＵＦＢ生成ユニット１０００の上流にはフィルタ１００１が配され、このフィルタ１００１によって不純物やごみなどがＵＦＢ生成ユニット１０００に流入するのを防いでいる。フィルタ１００１によって不純物やごみなどを除去することにより、ＵＦＢ生成ユニット１０００におけるＵＦＢの生成効率を向上させることができる。
上述した各部は配管７００によって接続され、ポンプ７０２および７０３、７０４が配されることにより、液体Ｗが循環される経路が形成される。図１においては、気体を溶解するための循環経路Ａと、ＵＦＢを生成するための循環経路Ｂとが形成された場合を示している。この場合、循環経路Ａにおいては、効率良く気体を溶解させるため、流速を約３００～３０００ｍＬ／ｍｉｎ程度、圧力を０．２～０．６ＭＰａ程度で液体Ｗが循環される。また、循環経路Ｂにおいては、流速を約1０～３００ｍＬ／ｍｉｎ程度、圧力を０．１～０．３ＭＰａ程度で循環される。Ｔ－ＵＦＢ方式は、膜沸騰による発泡～消泡の過程で発生する圧力差や熱を利用してＵＦＢを生成するため、循環条件としては、比較的低速、低圧（大気圧）がよい。
なお、図１では気体を溶解させるための循環経路Ａを設けた構成を示しているが、一定量の気体Ｇを直接収容室９００に供給する構成にしてもよい。これにより、より小型化されたＵＦＢ含有液製造装置を実現することができる。
また、ポンプの位置や数は、図１に示したものに限定されない。更に、各部の構成の中に、適宜、各部の動作で必要なポンプやバルブを設けてもよい。但し、ポンプとしては、ＵＦＢの生成効率を損なわないよう、脈動や流量ばらつきの小さいポンプを使用することが好ましい。さらに、液体Ｗを回収するための回収路やバルブ９０４は、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生成ユニット１０００の昇温が激しい場合はＵＦＢ生成ユニット１０００にも、収容室９００と同様の冷却部を設けてもよい。
また、溶解度センサ８０５、温度センサ９０５およびＵＦＢ濃度センサ９０６は、循環経路内であれば、他の位置に設けてもよい。これらセンサは、循環経路内の複数の位置に設け、平均値を出力可能な構成としてもよい。配管７００、ポンプ７０２、７０３、７０４、フィルタ１００１、収容室９００、ＵＦＢ生成ユニット１０００のように、ＵＦＢ含有液と接触する部材については、耐腐食性の強い材料で形成されていることが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂、ＳＵＳ３１６Ｌなどの金属やその他の無機材料が好適に使用可能である。これにより、腐食性が強い気体Ｇや液体Ｗを使用する場合であっても、ＵＦＢを好適に生成することが可能となる。
図２、図３は、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の斜視図、図４はＵＦＢ生成ユニット１０００の分解斜視図である。また、図５は、発熱素子基板１１００の分解斜視図であり、図６は、図２のＶＩ－ＶＩにおける断面図である。
本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００は、図４に示すように、発熱素子基板１１００、フレキシブル配線基板１２００、支持部材１３００、筐体１４００、電気基板１５００、カバー１６００を備えている。発熱素子基板１１００は、第１の流路部材１１１０（図５参照）とＳｉ基板１１０１とが積層されており、Ｓｉ基板１１０１上には、多数の発熱素子１１０２（図５参照）と、電極１１０３（図５参照）とが設けられている。発熱素子１１０２と電極１１０３とは、不図示の配線で接続されている。所望のタイミングで電極１１０３から電気信号が送られ発熱素子１１０２（図５参照）が駆動される。また、Ｓｉ基板１１０１には、液体を発熱素子１１０２に供給可能な供給口１１０４ａ（図５参照）と、発熱素子１１０２を通過した液体Ｗを回収可能な回収口１１０５ａ（図５参照）とが形成されている。
複数の供給口１１０４ａは、下部で供給路１１０４（図６参照）と接続され連通している。回収口１１０５ａも同様に、回収路１１０５と接続され連通している。このような構成とすることで、供給口１１０４ａや回収口１１０５ａの間にはＳｉの梁が形成される。この梁が、Ｓｉ基板１１０１の剛性を保ち、配線を通す役割を担っている。Ｓｉ基板１１０１の上部には、第１の流路部材１１１０（図５、図６参照）が設けられ、複数の発熱素子１１０２に液体を導くための流路１１１１（図６参照）が形成される。これらはいずれもフォトリソグラフィ工程によって寸法精度良く形成される。支持部材１３００（図４、図６参照）は、アルミナ等の部材で形成され、複数の発熱素子基板１１００を支持固定するとともに、発熱素子１１０２で発生した熱を逃がす機能を有している。支持部材１３００には、供給路１１０４および回収路１１０５に対応する位置に、供給路１３０１と回収路１３０２が設けられている（図６参照）。
図７は、内部が解るように示した筐体１４００の長手方向から見た透視図である。筐体１４００は、モールド部材で形成され、複数の発熱素子基板１１００に対応した共通の供給液室１４０１と回収液室１４０２とが設けられ、外部と流体接続するための接続部１４０３、１４０４が設けられている。供給液室１４０１および回収液室１４０２の形状は、図７に示すようなテーパー形状とすることで、各々の発熱素子基板１１００に安定して略同一温度の液体Ｗが供給される。発熱素子基板１１００には、電気基板１５００とフレキシブル配線基板１２００（図４参照）とを介して電気信号（電力）が送られる。電気基板１５００には、コネクタ１５０２、１５０３（図４参照）が形成されており、ＵＦＢ生成ユニット駆動部と電気接続される。また、コネクタ１５０１と、フレキシブル配線基板１２００の端子１２０２とが接続される。
また、フレキシブル配線基板１２００の端子１２０１と発熱素子基板１１００の電極１１０３とは、ワイヤーボンディング等によって電気接続され、封止剤１７００（図２参照））で封止されている。また、電気基板１５００は、モールド部材や板金等によって形成されたカバー１６００（図２参照）によって保護されている。ＵＦＢ生成ユニット１０００は、ＵＦＢ含有液製造装置２０００から容易に脱着が可能となっている。本明細書では、１つの発熱素子基板１１００と１つのフレキシブル配線基板１２００とで構成される部材をＵＦＢ生成モジュールと称する。ＵＦＢ生成ユニット１０００には、このようなＵＦＢ生成モジュールを複数配することができ、本実施形態では、５つのウルトラファインバブル生成モジュールを長手方向に配列させた例を示している。
図６に示すように、ＵＦＢ生成ユニット１０００に供給された液体Ｗは、供給液室１４０１、供給路１３０１、供給路１１０４、流路１１１１を通って発熱素子１１０２へと送られる。そして、流路１１１１、回収路１１０５、回収路１３０２、回収液室１４０２を通って回収される。すなわち、発熱素子１１０２の上部において、液体Ｗは矢印Ｆ１方向に流れる。矢印Ｆ１方向は、発熱素子基板１１００の短手方向であり、発熱素子１１０２の配列においても短手方向となっている。
本実施形態にように、複数の発熱素子を配したＳｉ基板１１０１に液体の流路が形成された流路部材１１１０を重ねた構成とした場合、ＵＦＢ生成ユニット１０００のコンパクト化は可能となるが、限られた流路容積の下で液体の温度上昇を抑えることは難しい。このため、本実施形態では、発熱素子基板１１００の短手方向（矢印Ｆ１方向）に配列される発熱素子１１０２の数を、発熱素子基板１１００の長手方向（矢印ＷＤ１方向（図５参照））に配列される発熱素子１１０２の数よりも少なくしている。ここで、図４に示すように、発熱素子１１０２の上部を流れる液体Ｗの向き（矢印Ｆ１方向）に沿って配列される発熱素子１１０２の数をｎ１、矢印Ｆ１方向に交差して配列される発熱素子の数をｎ２とする。このとき、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の発熱素子基板１１００において、ｎ１＜ｎ２の関係が成り立つように構成されている。
ここで、発熱素子１１０２の矢印Ｆ１方向の配列数であるｎ１は、流路１１１１内におけるＵＦＢ生成時の溶存気体量、供給液体の温度、発熱素子の駆動周波数などから液体の温度上昇分を見積り算出すればよい。具体的には、見積もった温度上昇の値に対して、ｎ１個の発熱素子の上部を流れる際の上流と下流とで、ＵＦＢ生成量に差が生じない数に設定すればよい。また、発熱素子基板１１００の数は、所望のＵＦＢ含有液製造能力に合わせて任意に決めることができる。このように、ＵＦＢ生成時に液体が流れる矢印Ｆ１方向における発熱素子１１０２の数を限定することで、流路１１１１内におけるＵＦＢ生成時の液体の温度上昇を抑制することができ、液体の溶存気体量の減少を抑制することができる。これにより、液体Ｗの流れの上流と下流とでＵＦＢ生成品位に差が生じることなくＵＦＢ生成ユニット１０００が有する発熱素子１１０２の総数を増やすことが可能であり、効率を損なうことなく安定的にＵＦＢを生成することができる。
矢印ＷＤ１方向（図５参照）は、矢印Ｆ１方向と直交していることが望ましく、これによってＵＦＢ生成ユニット１０００をコンパクトに実現することができる。しかし、これに限定するものではなく、４５°～９０°程度の範囲で傾きを持って交差してもよい。また、発熱素子基板１１００の形状は、長方形に限定するものではなく任意の形状でよい。
なお、図４では、複数の発熱素子基板１１００を配列した図を示しているが、１つの発熱素子基板１１００として、複数の発熱素子基板１１００を配列した際の数に相当する発熱素子１１０２を搭載した構成でもよい。なお、複数の発熱素子１１０２の駆動（発泡）タイミングは適切に調整すればよい。例えば、比較的低周波数で駆動するのであれば、全ての発熱素子１１０２を同時に駆動させることも可能である。また、比較的高周波数で駆動する場合、大電流が流れて電圧降下が起きないよう、数マイクロ秒程度ずらして駆動することも可能である。このとき、下流側の発熱素子１１０２から順に上流側の発熱素子１１０２を駆動することも可能である。下流側の発熱素子１１０２を先に駆動した場合、付近の液体Ｗがわずかに昇温するが、液体の流れ（矢印Ｆ１方向の流れ）によって昇温した液体Ｗは下流に移動する。そのため、上流側の発熱素子１１０２は下流側の発熱素子１１０２による昇温影響を受けにくく、より高精度にＵＦＢを生成することができる。
図８は、液体Ｗの流れる方向（矢印Ｆ１方向）を鉛直上方とした場合のＵＦＢ生成ユニット１０００の断面図である。ＵＦＢ生成時のＵＦＢ生成ユニット１０００の向き（姿勢）は任意に決めてよく、例えば、図８に示すように、発熱素子１１０２部における液体Ｗの流れ方向（矢印Ｆ１方向）が鉛直上向きになるようにしてもよい。このような構成とすることで、意図しない大きな気泡がＵＦＢ生成ユニット１０００の内部に混入するような場合や、液温の上昇によって流路１１１１部で気泡が発生することがあっても、気泡は浮力によって回収路１１０５へと送られる。これにより、発熱素子１１０２での発泡が阻害されるようなことが少なく、安定したＵＦＢ生成を行うことができる。
（変形例）
図９、図１０は、本実施形態の変形例の発熱素子基板１１００を示した図である。図９に示す発熱素子基板１１００では、矢印ＷＤ１方向における隣接する発熱素子１１０２の間に、矢印Ｆ１方向に沿って、仕切り部１１０６を設けている。このような仕切り部１１０６を設けることで、液体の矢印ＷＤ１方向の流れを抑制することができ、液体Ｗの温度上昇を抑制できることから、より安定してＵＦＢを生成することができる。
また、図１０に示す発熱素子基板１１００では、個々の発熱素子１１０２の周囲における矢印Ｆ１方向以外を囲うように仕切り部１１０７を設けている。このような仕切り部１１０７を設けることで、矢印Ｆ１方向において隣接する発熱素子１１０２の発泡の影響を受けにくくし、生成されたＵＦＢの消泡を抑制して、高周波数で発熱素子１１０２を駆動する場合でもより安定的にＵＦＢを生成することができる。
このように、発熱素子１１０２の上部を流れる液体の向き（矢印Ｆ１方向）に沿って配列される発熱素子１１０２の数をｎ１、矢印Ｆ１方向に交差して配列される発熱素子の数をｎ２とする。このとき、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の発熱素子基板１１００において、ｎ１＜ｎ２の関係が成り立つように構成する。これによって、流路１１１１内において安定したＵＦＢ生成効率を保ち、バラつきの少ない高品位なＵＦＢ含有液を生成可能な発熱素子基板、ウルトラファインバブル生成ユニット及びウルトラファインバブル含有液製造装置を提供することができる。
（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。
図１１は、本実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００を示した概略構成図である。本実施形態におけるＵＦＢ含有液製造装置２０００では、生成されたＵＦＢ含有液を収容室９００に回収せず、そのままＵＦＢ含有液として使用する。
図１２、図１３は、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００を示した斜視図であり、図１４は、ＵＦＢ生成ユニット１０００の分解斜視図である。また、図１５は、図１２のＸＩＶ－ＸＩＶにおける断面図である。なお、図１４において、電気基板１５００とカバー１６００とについては、第１の実施形態と同様であるため省略している。
本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００は、第１の流路部材１１１０における、発熱素子１１０２に対応する位置に吐出口１１１２が設けられている。吐出口１１１２からは、発熱素子１１０２の駆動で液体Ｗが発泡した際、発熱素子１１０２上部のＵＦＢを含んだ液体Ｗを吐出可能であり、液体Ｗは、微小液滴となって吐出口１１１２から吐出される。この吐出された微小液滴は、ミスト状のＵＦＢ含有液として適用することができる。
本実施形態のＵＦＢ生成ユニット１０００は、ＵＦＢ含有液を収容室９００に回収しない構成である。そのため、回収に用いる接続部は設けられておらず、筐体１４００には供給用の接続部１４０３（図１３参照）と供給液室１４０１（図１４参照）とが形成されている。また、支持部材１３００の形状は、第１の実施形態で示したものと同一であるが、開口部はいずれも供給路１３０１として機能する。また、Ｓｉ基板１１０１にも、回収路は設けられておらず、液体の供給に用いられる供給路１１０４（図１５参照）が設けられている。したがって、発熱素子１１０２の上部を流れる液体Ｗの流れは、図１５に示す矢印Ｆ２方向の流れとなる。
なお、本実施形態では、発熱素子１１０２の駆動で液体Ｗが発泡した際、発熱素子１１０２上部のＵＦＢを含んだ液体Ｗは、微小液滴となって吐出口１１１２から吐出されることを説明した。発熱素子１１０２の駆動で加熱された液体Ｗの全てが吐出口１１１２から吐出されるのであれば、液体Ｗは繰り返し加熱されることは無く、温度上昇によるＵＦＢ生成への影響もほとんどないと考えられる。しかし実際には、発泡によって加熱された液体Ｗの全てが吐出口１１１２から吐出されるのではなく、加熱された吐出されない液体Ｗも存在する。そのため、吐出されなかった加熱された液体Ｗは、再度、発熱素子１１０２の駆動によって加熱される。そのため、液体の加熱を抑制し、安定的にＵＦＢを生成するには、本実施形態のように、矢印Ｆ２方向に沿って配列される発熱素子１１０２の数をｎ１とし、少なく抑えることが有効である。
（第１の変形例）
図１６は、ＵＦＢ生成ユニット１０００を示した断面図であり、本実施形態における第１の変形例を示した図である。図１６に示すように、供給路１３０１および供給路１１０４の数は、任意に設けることが可能であり、供給路１３０１および供給路１１０４の数を増やした構成でもよい。このように、供給路１３０１および供給路１１０４の数を増やすことで、矢印Ｆ２方向における発熱素子１１０２の数を増やし、ＵＦＢ生成量を高めることが可能である。なお、本変形例では、液体の流れの向き（矢印Ｆ２方向）に沿って配列される発熱素子１１０２の数ｎ１は、隣接する供給路１１０４間における発熱素子１１０２の数とする。即ち図１６の場合、ｎ１＝３である。また、供給路１３０１および供給路１１０４の流路幅を適切に変えることで発熱素子基板１１００の面内温度分布を小さくすることも可能である。
（第２の変形例）
図１７は、ＵＦＢ含有液製造装置２０００を示した概略構成図であり、本実施形態における第２の変形例を示した図である。図１７に示すように、ＵＦＢ生成ユニット１０００の吐出口１１１２から吐出されたＵＦＢ含有液を回収する回収部材１００２をＵＦＢ生成ユニット１０００に当接させ、吐出した微小液滴を収容室９００で回収する構成としてもよい。循環稼働して所望の濃度になったＵＦＢ含有液を、収容室９００からバルブ９０４を開いて取り出すことも可能であり、また、回収部材１００２を外し、吐出されたミスト状のＵＦＢ含有液として適用することも可能である。
（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。
図１８は、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の外観を示した斜視図であり、図１９は、ＵＦＢ生成ユニット１０００の分解斜視図である。また、図２０は、本実施形態における発熱素子基板１１００の分解斜視図であり、図２１は、図１８のＸＸＩ－ＸＸＩにおける断面図である。
本実施形態における発熱素子基板１１００は、第１の流路部材１１１０と第２の流路部材１１２０とを備えている。第１の流路部材１１１０には吐出口１１１２と回収路１１１３とが形成され、第２の流路部材１１２０には流路１１２１（図２１参照）が形成されている。このような構成とすることで、第２の実施形態で用いた回収部材１００２を用いることなく、吐出口１１１２から吐出されたＵＦＢ含有液を回収し循環可能となっている。これに伴い、ＵＦＢ含有液製造装置２０００の小型化や低コスト化を実現することができる。
（第４の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第４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。
図２２は、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の外観を示した斜視図であり、図２３は、ＵＦＢ生成ユニット１０００の分解斜視図であり、図２４は、発熱素子基板１１００の分解斜視図である。また、図２５（ａ）は、図２２のＸＸＶａ－ＸＸＶａにおける断面図であり、図２５（ｂ）は、図２２のＸＸＶｂ－ＸＸＶｂ断面における断面図である。図２６は、発熱素子基板１１００における液体の流れを説明する図である。
上記各実施形態では、ＵＦＢ生成ユニット１０００の長手方向と、発熱素子基板１１００の長手方向を同一方向として、発熱素子基板１１００を配置していたが、本実施形態では、ＵＦＢ生成ユニット１０００に対する発熱素子基板１１００の向きが異なる。具体的には、図２２に示すように、ＵＦＢ生成ユニット１０００の長手方向と発熱素子基板１１００の短手方向とが同一方向となるように発熱素子基板１１００が配置されている。
更に、本実施形態における発熱素子基板１１００は、図２４に示すように、発熱素子基板１１００の裏面（液体Ｗを吐出する方向と反対の面）に、第３の流路部材１１３０が設けられている。第３の流路部材１１３０には、供給口（供給開口）１１３１と回収口（回収開口）１１３２が形成されている。これにより、供給路１１０４および回収路１１０５の一部は流路部材１１３０で蓋をされた構成となる。また、支持部材１３００には、供給口１１３１と回収口１１３２とに対応する位置に、供給路１３０１と回収路１３０２とが形成されている。
筐体１４００の供給液室１４０１から供給された液体Ｗは、支持部材１３００の供給口１３０１、第３の流路部材１１３０の供給口１１３１、Ｓｉ基板１１０１の供給路１１０４の順に供給される。供給路１１０４に供給された液体Ｗは、供給路１１０４内で矢印ＷＤ方向に広がり、Ｓｉ基板１１０１の発熱素子１１０２の上部を流れ、図２６に示すように、矢印Ｆ４方向に液体Ｗが流れる。その後、図２５に示す回収路１１０５から回収口１１３２へと流れ、回収路１３０２、回収液室１４０２とを経てＵＦＢ生成ユニット１０００から液体Ｗが回収される。
ここで、図２３に示すように、１つの発熱素子基板１１００において、発熱素子１１０２の上部を液体が流れる方向である矢印Ｆ４方向に配列される発熱素子１１０２の数をｎ１、矢印Ｆ４方向と交差する矢印ＷＤ４方向に配列される発熱素子の数をｎ２とする。また、矢印Ｆ４方向に沿って複数の発熱素子基板１１００を配列したときの矢印Ｆ４方向における発熱素子の総数をｎ３とする。このとき、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００において、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係が成り立つように構成されている。
このような構成によって、矢印ＷＤ４方向に配列される発熱素子１１０２の数を増やすことができることから、より多くの発熱素子１１０２を発熱素子基板１１００に搭載することが可能になり、ＵＦＢ生成量を増やすことができる。
また、図９、図１０で示した第１の実施形態の変形例のように、仕切り部１１０６や仕切り部１１０７を設けてもよい。仕切り部１１０６や仕切り部１１０７を設けることで、液体の矢印ＷＤ４方向の流れを抑制することができ、液体Ｗの温度上昇を抑制できることから、より安定してＵＦＢを生成することができる。
（第５の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第５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。
図２７は、本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００の外観を示した斜視図であり、図２８は、ＵＦＢ生成ユニット１０００の分解斜視図である。本実施形態におけるＵＦＢ生成ユニット１０００は、第２の実施形態と同様に、第１の流路部材１１１０において、発熱素子１１０２に対応する位置に吐出口１１１２を設け、発熱素子１１０２で発泡した際、吐出口１１１２から微小液滴を吐出する構成である。また、発熱素子基板１１００の配列および発熱素子１１０２の数の関係は、第４の実施形態で示したものと同様である。
しかし、第４の実施形態と異なるのは、第３の流路部材１１３０（図２４参照）は設けていない点である。本実施形態においては、第３の流路部材１１３０は設けていない。また、第４の実施形態では、Ｓｉ基板１１０１に同形状の流路として供給路１１０４と回収路１１０５とが、形成されているが、本実施形態では、いずれも供給路（不図示）として機能する。更に、支持部材１３００には、供給路に対応した開口が形成され、これらはいずれも液体Ｗを供給する供給路１３０１（図２８参照）として機能する。
このような構成により、安定的にＵＦＢを生成することが可能となり、吐出された微小液滴は、ミスト状のＵＦＢ含有液として適用することができる。また、第２の実施形態における第１の変形例を適用することで、発熱素子１１０２の数を増やし、ＵＦＢ生成量を高めることができる。更に、第２の実施形態における第２の変形例を本実施形態に適用することで、循環稼働して所望の濃度になったＵＦＢ含有液を、収容室９００からバルブ９０４を開いて取り出すことも可能である。また、回収部材１００２を外し、吐出されたミスト状のＵＦＢ含有液として適用することも可能である。
９００ 収容室
１０００ ＵＦＢ生成ユニット
１１００ 発熱素子基板
１１０１ Ｓｉ基板
１１０２ 発熱素子
１１０６ 仕切り部
１１０７ 仕切り部
１１１２ 吐出口
１５００ 電気基板
２０００ ＵＦＢ含有液製造装置

Claims (19)

  1. 複数の発熱素子と、前記発熱素子へ液体を供給可能な供給口と、前記供給口から供給された液体を前記発熱素子に導くための流路とを有する基板を備え、前記発熱素子を発熱させて液体に膜沸騰を生じさせることにより液体の中にウルトラファインバブルを生成するためのウルトラファインバブル生成ユニットであって、
    前記流路において前記発熱素子へ液体が流れる方向である第１方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ１とし、
    前記第１方向と交差する方向である第２方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ２とすると、
    前記基板において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすことを特徴とするウルトラファインバブル生成ユニット。
  2. 複数の前記基板が、前記第２方向に沿って配列されている請求項１に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  3. 前記基板は、前記発熱素子から液体を回収可能な回収口を更に備え、
    前記回収口は、前記供給口に対して、前記第１方向における下流に設けられている請求項１または２に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  4. 前記第２方向に隣接する前記発熱素子の間には、前記第２方向に隣接する前記発熱素子を仕切る仕切り壁が、前記第１方向に沿って設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  5. 前記仕切り壁は、個々の前記発熱素子における前記第１方向以外を囲って設けられている請求項４に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  6. 前記発熱素子に対して、前記第１方向における上流と下流とに前記供給口が設けられている請求項１または２に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  7. 前記基板には、前記発熱素子と対応する位置に液体を吐出可能な吐出口が設けられている請求項６に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  8. 前記吐出口から吐出された液体を回収する回収部材を備える請求項７に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  9. 前記基板は、前記発熱素子が配された素子基板に、前記吐出口が設けられた第１の流路部材と、前記吐出口から吐出された液体を回収するための第２の流路部材とが積層されて形成される請求項７に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  10. 複数の前記基板が、前記第１方向に沿って配列されている請求項１に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  11. 前記基板は、前記発熱素子から液体を回収可能な回収口を更に備え、
    前記回収口は、前記供給口に対して、前記第１方向における下流に設けられている請求項１０に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  12. 前記基板は、前記発熱素子が配された素子基板に、前記流路が形成された第１の流路部材と、前記供給口に液体を供給可能な供給開口及び前記発熱素子によって加熱された液体を回収可能な回収開口を備える第３の流路部材とが積層されて形成される請求項１１に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  13. 前記基板は、前記発熱素子と対応する位置に液体を吐出可能な吐出口が設けられた第１の流路部材を備えている請求項１０に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  14. 前記第１方向に沿って配列された複数の前記基板において、前記第１方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ３とすると、
    前記ｎ１と、前記ｎ２と、前記ｎ３は、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係を満たす請求項１３に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  15. 前記第１方向に沿って配列された前記ｎ１個の前記発熱素子を同時に駆動する請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  16. 前記第１方向に沿って配列された前記ｎ１個の前記発熱素子を前記第１方向における下流から順に駆動する請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成ユニット。
  17. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成ユニットと、
    前記ウルトラファインバブル生成ユニットに供給するための液体を収容する収容室と、
    を含むウルトラファインバブル含有液製造装置。
  18. 前記収容室と前記ウルトラファインバブル生成ユニットとの間で、液体が循環可能である請求項１７に記載のウルトラファインバブル含有液製造装置。
  19. 複数の発熱素子が配された素子基板と、
    前記発熱素子に液体を導くための流路が形成された流路部材と、
    前記素子基板に接続され前記発熱素子に電力を供給するための配線基板と
    を備え、前記発熱素子を発熱させて液体に膜沸騰を生じさせることにより液体の中にウルトラファインバブルを生成することが可能なウルトラファインバブル生成モジュールであって、
    前記流路において液体が流れる第１方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ１とし、
    前記第１方向と交差する第２方向に沿って配置される前記発熱素子の数をｎ２とすると、
    前記素子基板において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすことを特徴とするウルトラファインバブル生成モジュール。
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