KR101901539B1 - 고밀도 미세기포액 생성방법 및 고밀도 미세기포액 생성장치 - Google Patents

고밀도 미세기포액 생성방법 및 고밀도 미세기포액 생성장치 Download PDF

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Abstract

물과 공기를 혼합함으로써, 미세기포를 포함하는 초기 액체가 생성된다(스텝 S11). 미세기포는, 기포 직경이 1㎛ 이하이다. 초기 액체의 기포 밀도는 측정되어(스텝 S13), 밀도가 목표 밀도를 만족시키지 않는 경우(스텝 S14), 초기 액체의 가열 및 감압이 행해져, 액체가 기화한다(스텝 S15). 액체의 체적 감소에 따라 미세기포의 밀도가 상승하여, 고밀도 미세기포액이 용이하게 취득된다. 또는, 미세기포를 통과시키지 않는 필터를 사용하여 초기 액체의 미세기포의 밀도를 올림으로써, 고밀도 미세기포액이 용이하게 취득된다(스텝 S15). 초기 액체의 기포 밀도가 목표 밀도보다도 높을 경우, 초기 액체는 희석된다(스텝 S16).

Description

고밀도 미세기포액 생성방법 및 고밀도 미세기포액 생성장치{METHOD FOR GENERATING HIGH DENSITY MICRO-BUBBLE LIQUID AND DEVICE FOR GENERATING HIGH DENSITY MICRO-BUBBLE LIQUID}
본 발명은, 미세기포를 포함하는 액체를 생성하는 기술에 관련된다.
최근, 미세기포를 포함하는 물을 생성하는 기술의 연구가 왕성하게 행해지고 있다. 예를 들면, 「FZ1N-02형 나노버블 발생장치」 카탈로그, [online], 2011년 5월 23일, IDEC주식회사, [2011년 12월 20일 검색], 인터넷 <URL:http://www.idec.com/jpja/products/dldata/pdf_b/P1383-0.pdf>에는, 미세기포를 다량으로 생성하는 장치가 개시되어 있다. 또한, 테라사카 코우이치, 외 5명, 「기액 혼합 전단법에 의해 생성한 나노버블의 분석법 검토」, 일본 혼상류(混相流) 학회 연회 강연회 2011 강연논문집, 일본 혼상류 학회 연회 강연회 2011(교토) 실행위원회, 2011년 8월, P424-425에서는, 미세기포가 수중에 안정적으로 존재하는 점에 대해 보고되어 있다.
또한, 미세기포를 생성하는 수법으로서도 다양한 것이 있으며, 예를 들면, 일본 특허 제4129290호 공보의 미세기포 발생장치에서는, 유체 선회실 내에서 기체와 액체가 혼합된 혼합 유체를 고속으로 선회시켜, 선회류(旋回流)로 발생하는 전단력에 의해 기포가 미세화된다.
종래부터, 미세기포를 포함하는 물은, 기계적으로 물과 공기를 혼합함으로써 생성된다. 기계적인 혼합에 의한 미세기포의 생성량은, 현 단계에서는, 대략 1∼10억 개/mL(개/밀리리터)이다. 단위체적당 미세기포의 개수는, 기술 진보에 따라 향상하고 있지만, 비약적인 향상은 단기간에 바랄 수는 없다. 한편으로, 미세기포를 포함하는 액체의 용도 연구나, 미세기포를 포함하는 액체의 취급 효율화를 위해서는, 미세기포의 고밀도화는 중요해진다.
본 발명은, 미세기포의 밀도가 높은 액체를 용이하게 생성하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 고밀도 미세기포액 생성방법은, 미세기포를 포함하는 초기 액체를 준비하는 공정과, 상기 초기 액체의 일부를 기화하여 고밀도 미세기포액을 얻는 공정을 구비한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 고밀도 미세기포액 생성방법은, 미세기포를 포함하는 초기 액체를 준비하는 공정과, 여과 필터에 상기 초기 액체의 일부를 투과시켜, 상기 초기 액체의 잔부(殘部)인 고밀도 미세기포액을 얻는 공정을 구비한다.
본 발명에 따르면, 미세기포의 밀도가 높은 액체를 용이하게 생성할 수 있다.
본 발명은, 고밀도 미세기포액 생성장치로도 향해 있다.
상술한 목적 및 다른 목적, 특징, 형태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 행하는 이 발명의 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다
[도 1] 고밀도 미세기포액 생성장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
[도 2] 미세기포액의 생성의 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 3] 미세기포액 생성부를 나타내는 단면도이다.
[도 4] 혼합 노즐의 단면도이다.
[도 5] 미세기포 생성 노즐의 단면도이다.
[도 6] 기화부의 구성을 나타내는 도면이다.
[도 7] 미세기포의 밀도의 변화를 나타내는 도면이다.
[도 8a] 초기 액체의 기포 직경과 밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 8b] 고밀도 미세기포액의 기포 직경과 밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 9a] 농축 전의 미세기포의 화상을 나타내는 도면이다.
[도 9b] 농축 후의 미세기포의 화상을 나타내는 도면이다.
[도 10] 레이저 회절 산란광법에 의한 측정 결과를 나타내는 도면이다.
[도 11] 고밀도 미세기포액 생성장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
[도 12] 여과부를 나타내는 도면이다.
[도 13] 여과부의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고밀도 미세기포액 생성장치(1)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는, 원하는 밀도로 미세기포를 포함하는 액체(이하, 「미세기포액」이라 한다.)를 생성하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 2에는, 고밀도로 미세기포를 포함하는 액체(이하, 「고밀도 미세기포액」이라 한다.)를 생성하는 공정(스텝 S15)이 포함된다. 고밀도 미세기포액 생성장치(1)는, 미세기포액 생성부(11)와, 기화부(氣化部)(12)와, 제1저류부(貯溜部)(13)와, 제2저류부(14)를 포함한다. 미세기포액 생성부(11)는, 기계적으로 물과 공기를 혼합하여, 초미세기포(울트라 파인 버블)로 불리는 미세기포를 포함하는 액체(91)를 생성한다(스텝 S11). 초미세기포는, 「나노버블」로도 불린다. 이하, 이 액체(91)를 「초기 액체」라고 부른다. 초기 액체(91)는, 제1저류부(13)에 저류된다.
본 실시형태에서의 「미세기포」란, 직경이 1㎛ 미만인 기포를 가리킨다. 다만, 실제로는 직경이 500㎛ 미만인 미세기포가 다수 생성되기 때문에, 직경이 500㎛ 미만인 기포가, 본 실시형태에서의 미세기포로 정의되어도 된다. 또한, 미세기포의 「밀도」란, 단위체적당에 액체가 함유하는 미세기포의 개수를 가리킨다.
초기 액체(91)가 준비되면, 작업자는, 얻고 싶은 미세기포액에서의 미세기포의 밀도를 설정한다(스텝 S12). 이하, 이 밀도를 「목표 밀도」라고 한다. 목표 밀도는, 초기 액체(91)의 생성 전에 정해져도 된다. 작업자는, 초기 액체(91)의 기포 밀도를 측정한다(스텝 S13). 초기 액체(91)의 기포 밀도가 목표 밀도 미만인 경우(스텝 S14), 초기 액체(91)는, 기화부(12)에 반입된다. 기화부(12)에서 초기 액체(91)의 일부가 기화함으로써, 고밀도 미세기포액(92)이 취득된다(스텝 S15). 후술하는 바와 같이, 미세기포액의 기포 수는, 일부 기화에 의해서는 크게는 변화하지 않는다. 따라서, 기화부(12)에서 기화시키는 액량(液量)은, 사전에 계산에 의해 구해질 수 있다. 고밀도 미세기포액(92)은, 제2저류부(14)에 저류된다.
초기 액체(91)의 기포 밀도가 목표 밀도 이상인 경우, 초기 액체(91)에 미세기포를 포함하지 않는 액체가 첨가되어, 초기 액체(91)가 희석된다(스텝 S16). 이에 의해, 미세기포액의 기포 밀도가 저하한다. 이 경우에도, 첨가해야 할 액체의 양은 사전에 계산에 의해 구할 수 있다. 초기 액체(91)의 기포 밀도가 목표 밀도 이상인 경우, 기화부(12)는 이용되지 않는다. 또한, 정확하게는, 초기 액체(91)의 기포 밀도와 목표 밀도의 차가 허용범위 내인 경우, 스텝 S15 및 S16은 실행되지 않는다.
도 3은, 미세기포액 생성부(11)를 나타내는 도면이다. 미세기포액 생성부(11)는, 기체와 액체를 혼합하여, 해당 기체의 미세기포를 포함하는 액체를 생성한다. 본 실시형태에서는, 혼합 전의 대상액(90)으로서 물이 사용된다. 물과 혼합되는 기체로서, 공기가 사용된다. 미세기포액 생성부(11)는, 미세기포 생성 노즐(2)과, 가압액 생성부(3)와, 송출 배관(41)과, 보조 배관(42)과, 복귀 배관(43)과, 펌프(44)와, 액저류부(液貯留部)(45)를 구비한다. 액저류부(45)에는 대상액(90)이 저류된다. 미세기포액 생성부(11)를 가동함으로써, 대상액(90)이 초기 액체(91)로 된다.
송출 배관(41)은, 가압액 생성부(3)와 미세기포 생성 노즐(2)을 접속한다. 가압액 생성부(3)는, 기체를 가압 용해시킨 가압액(71)을 생성하여, 송출 배관(41)을 통해 미세기포 생성 노즐(2)에 공급한다. 미세기포 생성 노즐(2)의 분출구는, 액저류부(45) 내에 위치하며, 송출 배관(41)은, 실질적으로 가압액 생성부(3)와 액저류부(45)를 접속한다.
미세기포 생성 노즐(2)로부터 가압액(71)을 대상액(90) 중으로 분출함으로써, 대상액(90) 중에 미세기포가 생성한다. 본 실시형태에서는, 공기의 미세기포가 대상액(90) 중에 생성한다. 도 1에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 대상액(90) 등의 유체에 파선(破線)으로 평행 사선을 부여한다.
보조 배관(42)은, 송출 배관(41)과 동일하게, 가압액 생성부(3)와 액저류부(45)를 접속한다. 보조 배관(42)은, 가압액 생성부(3)에서 잉여의 기체를 분리할 때 잉여의 기체와 함께 배출되는 액체를 액저류부(45)에 도입한다. 복귀 배관(43)에는 펌프(44)가 설치되며, 펌프(44)에 의해, 복귀 배관(43)을 경유하여, 대상액(90)이 액저류부(45)로부터 가압액 생성부(3)로 복귀된다.
가압액 생성부(3)는, 혼합 노즐(31)과, 가압액 생성 용기(32)를 구비한다. 혼합 노즐(31)의 기체 유입구로부터는, 레귤레이터와 유량계 등을 통해 공기가 유입한다. 혼합 노즐(31)에서는, 펌프(44)에 의해 압송된 액체와, 공기가, 혼합 노즐(31)에 의해 혼합되어, 가압액 생성 용기(32) 내로 향하여 분출된다.
가압액 생성 용기(32) 내는 가압되어 대기압보다도 압력이 높은 상태(이하, 「가압 환경」이라 한다.)로 되어 있다. 혼합 노즐(31)로부터 분출된 액체와 기체가 혼합된 유체(이하, 「혼합 유체(72)」라고 한다.)는, 가압액 생성 용기(32) 내를 가압 환경 하에서 흐르는 동안에, 기체가 액체에 가압 용해한 가압액(71)으로 된다.
도 4는, 혼합 노즐(31)을 확대하여 나타내는 단면도이다. 혼합 노즐(31)은, 상술한 펌프(44)에 의해 압송된 액체가 유입하는 액체 유입구(311)와, 기체가 유입하는 기체 유입구(319)와, 혼합 액체(72)를 분출하는 혼합 유체 분출구(312)를 구비한다. 혼합 유체(72)는, 액체 유입구(311)로부터 유입한 액체 및 기체 유입구(319)로부터 유입한 기체가 혼합됨으로써 생성된다. 액체 유입구(311), 기체 유입구(319) 및 혼합 유체 분출구(312)는 각각 대략 원형이다. 액체 유입구(311)로부터 혼합 유체 분출구(312)로 향하는 노즐 유로(310)의 유로 단면, 및, 기체 유입구(319)로부터 노즐 유로(310)로 향하는 기체 유로(3191)의 유로 단면도 대략 원형이다. 유로 단면이란, 노즐 유로(310)나 기체 유로(3191) 등의 유로의 중심축에 수직한 단면, 즉, 유로를 흐르는 유체의 흐름에 수직한 단면을 의미한다. 또한, 이하의 설명에서는, 유로 단면의 면적을 「유로 면적」이라 한다. 노즐 유로(310)는, 유로 면적이 유로의 중간부에서 작아지는 벤튜리관 형상이다.
혼합 노즐(31)은, 액체 유입구(311)로부터 혼합 유체 분출구(312)로 향하여 차례로 연속해서 배치되는 도입부(313)와, 제1테이퍼부(314)와, 스로트부(喉部)(315)와, 기체 혼합부(316)와, 제2테이퍼부(317)와, 도출부(318)를 구비한다. 혼합 노즐(31)은, 또한, 내부에 기체 유로(3191)가 형성된 기체 공급부(3192)를 구비한다.
도입부(313)에서는, 유로 면적은, 노즐 유로(310)의 중심축(J1) 방향의 각 위치에서 거의 일정하다. 제1테이퍼부(314)에서는, 액체가 흐르는 방향으로 향해(즉, 하류측으로 향해) 유로 면적이 점차 감소한다. 스로트부(315)에서는, 유로 면적은 거의 일정하다. 스로트부(315)의 유로 면적은, 노즐 유로(310)에서 가장 작다. 또한, 노즐 유로(310)에서는, 스로트부(315)에서 유로 면적이 약간 변화하는 경우라도, 유로 면적이 대략 가장 작은 부분 전체가 스로트부(315)로 파악될 수 있다. 기체 혼합부(316)에서는, 유로 면적은 거의 일정하며, 스로트부(315)의 유로 면적보다도 조금 크다. 제2테이퍼부(317)에서는, 하류측으로 향해 유로 면적이 점차 증대한다. 도출부(318)에서는, 유로 면적은 거의 일정하다. 기체 유로(3191)의 유로 면적도 거의 일정하며, 기체 유로(3191)는, 노즐 유로(310)의 기체 혼합부(316)에 접속된다.
혼합 노즐(31)에서는, 액체 유입구(311)로부터 노즐 유로(310)에 유입한 액체가, 스로트부(315)에서 가속되어서 정압(靜壓)이 저하하여, 스로트부(315) 및 기체 혼합부(316)에서, 노즐 유로(310) 내의 압력이 대기압보다도 낮아진다. 이에 의해, 기체 유입구(319)로부터 기체가 흡인되고, 기체 유로(3191)를 통과하여 기체 혼합부(316)에 유입하며, 액체와 혼합되어 혼합 유체(72)가 생성된다. 혼합 유체(72)는, 제2테이퍼부(317) 및 도출부(318)에서 감속되어 정압이 증가해서, 혼합 유체 분출구(312)를 통해 가압액 생성 용기(32) 내에 분출된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 가압액 생성 용기(32)는, 상하방향으로 적층되는 제1유로(321)와, 제2유로(322)와, 제3유로(323)와, 제4유로(324)와, 제5유로(325)를 구비한다. 이하의 설명에서는, 제1유로(321), 제2유로(322), 제3유로(323), 제4유로(324) 및 제5유로(325)를 통틀어 가리킬 경우, 「유로(321∼325)」라고 부른다. 유로(321∼325)는, 수평방향으로 뻗은 관로이며, 유로(321∼325)의 길이방향에 수직한 단면은 대략 직사각형이다. 본 실시형태에서는, 유로(321∼325)의 폭은, 약 40㎜이다.
제1유로(321)의 상류측 단부(즉, 도 3 중의 좌측 단부)에는, 혼합 노즐(31)이 장착되어 있어, 혼합 노즐(31)로부터 분출된 후의 혼합 유체(72)는, 가압 환경 하에서 도 3 중의 우측으로 향해 흐른다. 본 실시형태에서는, 제1유로(321) 내의 혼합 유체(72)의 액면보다 위쪽에서 혼합 노즐(31)로부터 혼합 유체(72)가 분출되고, 분출된 직후의 혼합 유체(72)는, 제1유로(321)의 하류측 벽면(즉, 도 3 중 우측 벽면)에 충돌하기 전에 상기 액면에 직접 충돌한다. 혼합 노즐(31)로부터 분출된 혼합 유체(72)를 액면에 직접 충돌시키기 위해서는, 제1유로(321)의 길이를, 혼합 노즐(31)의 혼합 유체 분출구(312)(도 4 참조)의 중심과 제1유로(321)의 하면 사이의 상하방향 거리의 7.5배보다도 크게 하는 것이 바람직하다.
가압액 생성부(3)에서는, 혼합 노즐(31)의 혼합 유체 분출구(312)의 일부 또는 전체가, 제1유로(321) 내의 혼합 유체(72)의 액면보다도 하측에 위치해도 된다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 제1유로(321) 내에서, 혼합 노즐(31)로부터 분출된 직후의 혼합 유체(72)가, 제1유로(321) 내를 흐르는 혼합 유체(72)에 직접 충돌한다.
제1유로(321)의 하류측 단부의 하면에는, 대략 원형의 개구(321a)가 형성되어 있어, 제1유로(321)를 흐르는 혼합 유체(72)는, 제1유로(321)의 아래쪽에 위치하는 제2유로(322)와 개구(321a)를 통해 낙하한다. 제2유로(322)에서는, 제1유로(321)로부터 낙하한 혼합 유체(72)가 가압 환경 하에서 도 3 중의 우측으로부터 좌측으로 흘러, 제2유로(322)의 하류측 단부의 하면에 형성된 대략 원형의 개구(322a)를 통해, 제2유로(322)의 아래쪽에 위치하는 제3유로(323)로 낙하한다. 제3유로(323)에서는, 제2유로(322)로부터 낙하한 혼합 유체(72)가 가압 환경 하에서 도 3 중의 좌측으로부터 우측으로 흘러, 제3유로(323)의 하류측 단부의 하면에 형성된 대략 원형의 개구(323a)를 통해, 제3유로(323)의 아래쪽에 위치하는 제4유로(324)로 낙하한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1유로(321)∼제4유로(324)에서는, 혼합 유체(72)는, 기포를 포함하는 액체 층과, 그 위쪽에 위치하는 기체 층으로 나뉘어 있다.
제4유로(324)에서는, 제3유로(323)로부터 낙하한 혼합 유체(72)가 가압 환경 하에서 도 3 중의 우측으로부터 좌측으로 흘러, 제4유로(324)의 하류측 단부의 하면에 형성된 대략 원형의 개구(324a)를 통해, 제4유로(324)의 아래쪽에 위치하는 제5유로(325)로 유입(즉, 낙하)한다. 제5유로(325)에서는, 제1유로(321)∼제4유로(324)와는 달리, 기체 층은 존재하지 않고, 제5유로(325) 내에 충만하는 액체 내에서, 제5유로(325)의 상면 근방에 기포가 약간 존재하는 상태로 되어 있다. 제5유로(325)에서는, 제4유로(324)로부터 유입한 혼합 유체(72)가 가압 환경 하에서 도 3 중의 좌측으로부터 우측으로 흐른다.
가압액 생성부(3)에서는, 가압액 생성 용기(32)의 유로(321∼325)를, 단계적으로 완급을 반복하면서 위로부터 아래로 흘러 떨어지는(즉, 수평방향으로의 흐름과 아래쪽 방향으로의 흐름을 번갈아 반복하면서 흐르는) 혼합 유체(72)에서, 기체가 액체에 서서히 가압 용해한다. 제5유로(325)에서는, 액체 중에 용해해 있는 기체의 농도는, 가압 환경 하에서의 해당 기체의 (포화)용해도의 60%∼90%에 거의 동등하다. 그리고, 액체에 용해하지 않았던 잉여 기체가, 제5유로(325) 내에서, 시인(視認) 가능한 크기의 기포로서 존재하고 있다.
가압액 생성 용기(32)는, 제5유로(325)의 하류측의 상면으로부터 위쪽으로 뻗은 잉여 기체 분리장치(326)를 더 구비하며, 잉여 기체 분리장치(326)에는 혼합 유체(72)가 충만해 있다. 잉여 기체 분리장치(326)의 상하방향으로 수직한 단면은 대략 직사각형이며, 잉여 기체 분리장치(326)의 상단부는, 압력 조정용의 스로틀부(絞部)(327)를 통해 보조 배관(42)에 접속된다. 제5유로(325)를 흐르는 혼합 유체(72)의 기포는, 잉여 기체 분리장치(326) 내를 상승하여 혼합 유체(72)의 일부와 함께 보조 배관(42)으로 흘러든다.
이렇게 하여, 혼합 유체(72)의 잉여 기체가 혼합 유체(72)의 일부와 함께 분리됨으로써, 적어도 용이하게 시인할 수 있는 크기의 기포를 실질적으로 포함하지 않는 가압액(71)이 생성되어, 제5유로(325)의 하류측 단부에 접속된 송출 배관(41)으로 송출된다. 본 실시형태에서는, 가압액(71)에는, 대기압 하에서의 기체의 (포화)용해도의 약 2배 이상의 기체가 용해해 있다. 가압액 생성 용기(32)에서 유로(321∼325)를 흐르는 혼합 유체(72)의 액체는, 생성 도중의 가압액(71)으로 파악될 수도 있다. 보조 배관(42)에 유입한 혼합 유체(72)는, 액저류부(45) 내의 대상액(90)으로 도입된다. 보조 배관(42)은, 장시간 펌프(44)를 가동한 경우에 있어서의 대상액(90)의 감소를 방지하기 위한 보조 유로로서 기능한다.
제1유로(321)의 위쪽에는, 배기 밸브(61)도 설치된다. 배기 밸브(61)는, 펌프(44)의 정지시에 개방되어, 혼합 유체(72)가 혼합 노즐(31)로 역류하는 것을 방지한다.
도 5는, 미세기포 생성 노즐(2)을 확대하여 나타내는 단면도이다. 미세기포 생성 노즐(2)은, 송출 배관(41)으로부터 가압액(71)이 유입하는 가압액 유입구(21)와, 대상액(90)을 향해 개구하는 가압액 분출구(22)를 구비한다. 가압액 유입구(21) 및 가압액 분출구(22)는 각각 대략 원형이며, 가압액 유입구(21)로부터 가압액 분출구(22)로 향하는 노즐 유로(20)의 유로 단면도 대략 원형이다.
미세기포 생성 노즐(2)은, 가압액 유입구(21)로부터 가압액 분출구(22)로 향해 차례로 연속해서 배치되는 도입부(23)와, 테이퍼부(24)와, 스로트부(25)를 구비한다. 도입부(23)에서는, 유로 면적은, 노즐 유로(20)의 중심축(J2) 방향의 각 위치에서 거의 일정하다. 테이퍼부(24)에서는, 가압액(71)이 흐르는 방향으로 향해(즉, 하류측으로 향해) 유로 면적이 점차 감소한다. 테이퍼부(24)의 내면은, 노즐 유로(20)의 중심축(J2)을 중심으로 하는 대략 원뿔면의 일부이다. 해당 중심축(J2)을 포함하는 단면에서, 테이퍼부(24)의 내면이 이루는 각도(α)는, 10° 이상 90° 이하인 것이 바람직하다.
스로트부(25)는, 테이퍼부(24)와 가압액 분출구(22)를 연락한다. 스로트부(25)의 내면은 대략 원통면이며, 스로트부(25)에서는, 유로 면적은 거의 일정하다. 스로트부(25)에서의 유로 단면의 직경은, 노즐 유로(20)에서 가장 작아, 스로트부(25)의 유로 면적은, 노즐 유로(20)에서 가장 작다. 스로트부(25)의 길이는, 바람직하게는, 스로트부(25)의 직경의 1.1배 이상 10배 이하이며, 보다 바람직하게는, 1.5배 이상 2배 이하이다. 또한, 노즐 유로(20)에서는, 스로트부(25)에서 유로 면적이 약간 변화하는 경우라도, 유로 면적이 대략 가장 작은 부분 전체가 스로트부(25)로 파악될 수 있다.
미세기포 생성 노즐(2)은, 또한, 스로트부(25)에 연속해서 설치되며, 가압액 분출구(22)의 주위를 가압액 분출구(22)로부터 이간(離間)하여 둘러싸는 확대부(27)와, 확대부(27)의 단부에 형성된 확대부 개구(28)를 구비한다. 가압액 분출구(22)와 확대부 개구(28) 사이의 유로(29)는, 가압액 분출구(22)의 외부에 형성된 유로이며, 이하, 「외부 유로(29)」라고 한다. 외부 유로(29)의 유로 단면 및 확대부 개구(28)는 대략 원형이며, 외부 유로(29)의 유로 면적은 거의 일정하다. 외부 유로(29)의 직경은, 스로트부(25)의 직경(즉, 가압액 분출구(22)의 직경)보다도 크다.
이하의 설명에서는, 확대부(27)의 내주면의 가압액 분출구(22)측 엣지와 가압액 분출구(22)의 엣지 사이의 원환상(圓環狀)의 면을, 「분출구 단면(端面)(221)」이라 한다. 본 실시형태에서는, 노즐 유로(20) 및 외부 유로(29)의 중심축(J2)과 분출구 단면(221)이 이루는 각도는 약 90°이다. 또한, 외부 유로(29)의 직경은 10㎜∼20㎜이며, 외부 유로(29)의 길이는, 외부 유로(29)의 직경과 대략 같다. 미세기포 생성 노즐(2)에서는, 가압액 유입구(21)와는 반대측 단부에, 오목부인 외부 유로(29)가 형성되고, 해당 오목부의 저부(底部)에, 해당 저부보다도 작은 개구인 가압액 분출구(22)가 형성되어 있는 것으로 파악될 수 있다. 확대부(27)에서는, 가압액 분출구(22)와 액저류부(45) 내의 대상액(90) 사이에서의 가압액(71)의 유로 면적이 확대된다.
미세기포 생성 노즐(2)에서는, 가압액 유입구(21)로부터 노즐 유로(20)로 유입한 가압액(71)이, 테이퍼부(24)에서 서서히 가속되면서 스로트부(25)로 흐르며, 스로트부(25)를 통과하여 가압액 분출구(22)로부터 분류(噴流)로서 분출된다. 스로트부(25)에서의 가압액(71)의 유속은, 바람직하게는 초속 10m∼30m이며, 본 실시형태에서는, 초속 약 20m이다. 스로트부(25)에서는, 가압액(71)의 정압이 저하하기 때문에, 가압액(71) 중의 기체가 과포화가 되어 미세기포로서 액 중에 석출한다. 미세기포는, 가압액(71)과 함께 확대부(27)의 외부 유로(29)를 통과하여, 액저류부(45) 중의 대상액(90) 중으로 확산한다. 미세기포 생성 노즐(2)에서는, 가압액(71)이 외부 유로(29)를 통과하는 동안에도, 미세기포의 석출이 발생한다. 미세기포 생성 노즐(2)에서 생성되는 미세기포는, 직경이 1㎛ 미만인 미세기포이다. 또한, 미세기포 생성 노즐(2)로부터의 액체 및 미세기포의 분출이 정지되어 있을 경우, 외부 유로(29)는 대상액(90)에 의해 채워진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 미세기포 생성 노즐(2)에서는, 가압액(71)이 흐르는 방향으로 향해 유로 면적이 점차 감소하는 테이퍼부(24), 및, 노즐 유로(20)에서 유로 면적이 가장 작은 스로트부(25)가 형성됨으로써, 미세기포, 특히, 직경이 1㎛ 미만인 미세기포를 안정적으로 대량으로 생성할 수 있다. 나노사이트사(NanoSight Limited)의 LM10 및 LM20에 의한 계측에서는, 미세기포 생성 노즐(2)에 의해, 직경이 약 100㎚을 중심으로 하여 1㎛ 미만의 범위에 분포하는 미세기포가, 대상액(90) 중에 1mL(밀리리터)당 1억 개 이상 생성된다. 이 값은, 대상액을 순환시키지 않고 생성한 경우의 개수이다. 이하의 설명에서는, 미세기포 생성 노즐(2)에 의해 생성된 미세기포 1mL당의 개수를, 「미세기포의 생성 밀도」라고 한다. 실제로는, 대상액을 다수 회 순환시킴으로써, 미세기포의 생성 밀도는 상승한다.
미세기포 생성 노즐(2)에서는, 가압액 분출구(22)의 주위를 둘러싸는 확대부(27)가 형성됨으로써, 액저류부(45) 내에서의 대상액(90)의 흐름이, 가압액 분출구(22)로부터 분출된 직후의 가압액(71)에 대해 영향을 주는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 가압액 분출구(22)로부터의 분출 직후의 가압액(71)에서도, 미세기포의 석출이 안정적으로 행해지기 때문에, 미세기포를 보다 안정적으로 대량으로 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 미세기포 생성 노즐(2)에서는, 테이퍼부(24)의 내면이, 노즐 유로(20)의 중심축(J2)을 중심으로 하는 원뿔면의 일부이며, 중심축(J2)을 포함하는 단면에서, 테이퍼부(24)의 내면이 이루는 각도(α)가 90° 이하이다. 이에 의해, 미세기포를 보다 안정적으로 대량으로 생성할 수 있다. 또한, 미세기포 생성 노즐(2)의 도입부(23) 및 스로트부(25)의 직경을 유지하면서 미세기포 생성 노즐(2)의 길이를 짧게 한다는 관점에서는, 테이퍼부(24)의 내면이 이루는 각도(α)는 10° 이상인 것이 바람직하다.
미세기포 생성 노즐(2)에서는, 스로트부(25)의 길이가, 스로트부(25)의 직경의 1.1배 이상 10배 이하이다. 스로트부(25)의 길이가 직경의 1.1배 이상인 것에 의해, 미세기포를 보다 안정적으로 대량으로 생성할 수 있다. 예를 들면, 스로트부(25)의 길이가 직경의 0.53배인 경우의 미세기포의 생성 밀도(비순환시)는 약 5600만 개인 것에 대해, 스로트부(25)의 길이가 직경의 1.57배인 경우의 미세기포의 생성 밀도는 약 11000만 개이다. 또한, 스로트부(25)의 길이가 직경의 10배 이하인 것에 의해, 스로트부(25)에서 가압액(71)에 생기는 저항이 과잉으로 커지는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 스로트부(25)의 고정밀도의 형성을 용이하게 할 수 있다. 미세기포를 한층 더 안정적으로 대량으로 생성한다는 관점에서는, 스로트부(25)의 길이가 직경의 1.5배 이상 2배 이하인 것이 더욱 바람직하다.
미세기포액 생성부(11)에서 생성되는 초기 액체(91)로서는, 1mL당 2000만 개 이상의 미세기포를 포함하는 액체인 것이 바람직하다. 초기 액체(91)의 단계에서 미세기포의 생성 밀도는 높은 쪽이 바람직하기 때문에, 초기 액체(91)에서는, 1mL당 1억 개 이상의 미세기포를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
도 6은, 기화부(12)의 구성을 나타내는 도면이다. 기화부(12)는, 초기 액체(91)가 주입되는 기화 용기(51)와, 기화 용기(51)를 가열하는 가열부(52)와, 감압부(53)를 구비한다. 가열부(52)는, 히터(521)와, 가열 용기(522)와, 온도 조정부(523)와, 온도계(524)를 구비한다. 가열 용기(522)에는, 물 등의 액체가 미리 저류된다. 기화 용기(51)는, 가열 용기(522) 내의 액체에 침지된다. 실제로는, 기화 용기(51)를 가열 용기(522) 내에서 회전시키는 회전부가 더 설치된다. 가열 용기(522)에는, 액체의 온도를 측정하는 온도계(524)가 배치된다. 온도 조정부(523)는, 온도계(524)로부터의 측정치를 참조하여 히터(521)의 발열을 제어한다. 이에 의해, 기화 용기(51)의 온도가 일정하게 유지된다. 감압부(53)는, 설정한 압력으로 기화 용기(51)의 내부를 감압한다.
초기 액체(91)가 기화 용기(51)에 주입되면, 기화 용기(51)의 회전이 개시되고, 또한, 감압부(53)에 의한 초기 액체(91) 주위의 감압 및 가열부(52)에 의한 초기 액체(91)의 가열이 행해진다. 최초의 단계에서는, 기화 용기(51) 내의 압력은, 목표치보다도 큰 값으로 설정된다. 예를 들면, 기화 용기(51) 내는, 150mbar, 60℃로 유지된다. 기화 용기(51) 내에서는 초기 액체(91)로부터의 탈기(脫氣)가 발생한다. 그 후, 압력은 목표치, 예를 들면, 70mbar로 설정된다. 초기 액체(91) 주위가 70mbar에 감압된 직후에는, 약간의 비등이 생기지만, 얼마 안 있어 비등은 생기지 않게 된다.
상기 압력 및 온도를 유지함으로써, 비등하는 일없이 초기 액체(91)의 기화가 계속된다. 초기 액체(91)의 체적은 서서히 감소하여, 고밀도 미세기포액(92)이 취득된다. 비등시키는 일없이 물을 기화시킴으로써 미세기포의 밀도가 상승하는 이유는 명확하지 않지만, 상기 수법에 의해, 종래 얻을 수 없었던 고밀도 미세기포 액을 용이하게 취득할 수 있다. 또한, 감압 및 가열에 의해 효율적으로 기화를 행할 수 있다.
다음으로, 기화에 의해 고밀도 미세기포액이 취득 가능한 것을 증명하는 실험 결과에 대해 설명한다.
도 7은, 초기 액체를 기화시켰을 때의 미세기포의 밀도 변화를 나타내는 그래프이다. 마름모꼴 도트는, 측정치를 나타낸다. 파선은, 미세기포의 전체 수가 변화하지 않는다고 가정한 경우에 있어서의, 액체의 체적 감소에 따른 미세기포의 밀도 증가의 이론치를 나타낸다. 측정치와 이론치는 매우 잘 일치한다. 이로부터, 미세기포를 포함하는 액체를 기화시켜 체적을 감소시켜도, 미세기포의 총수는 감소하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 1mL당 100억 개를 초과하는 고밀도 미세기포액이 용이하게 취득 가능한 것도 알 수 있다. 또한, 초순수로 200배로 희석하고 나서 나노사이트사의 NS500을 사용하여 측정을 행하고 있다.
도 8a는, 나노사이트사의 상기 장치에 의한 초기 액체의 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 도 8b는 농축 후의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 장치에서는, 동적(動的) 광산란법에 의해 측정이 행해진다. 부호 61은, 기포 직경과 단위체적당 개수(밀도)의 관계를 나타내며, 부호 62는, 기포 직경에 대한 누적 개수를 나타낸다. 종축(縱軸)은, 이들 그래프의 높이가 같아지도록 약간 조정되어 있다. 이들 그래프의 형상이 거의 동일하다는 것으로부터도, 미세기포를 포함하는 물을 기화시켜도 미세기포의 총수가 거의 변화하지 않는 것이 추정된다.
도 9a는, 37억 개/mL의 미세기포가 존재한다고 측정된 단계에서의 미세기포의 화상(畵像)이다. 액체를 희석한 후에 레이저를 조사함으로써, 미세기포의 브라운 운동을 직접 관찰할 수 있다. 도 9b는 110억 개/mL의 미세기포가 존재한다고 측정된 단계에서, 액체를 동일하게 희석하여 얻어지는 미세기포의 화상이다. 이들 화상으로부터도, 미세기포의 밀도가 증가하고 있다는 것이 확인된다.
도 10은, 레이저 회절·산란광법에 의한 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 부호 63은 초기 액체(91)에 대응하며, 부호 64는 고밀도 미세기포액(92)에 대응한다. 이 측정 방법에서는, 희석 없이 미세기포의 밀도를 측정할 수 있다. 센서 소자 번호 66∼70에 대응하는 값은, 미세기포의 수에 기인하는 출력치이다. 이 측정 결과에서도, 초기 액체를 10배로 농축함으로써, 출력치가 약 10배가 된다. 그 결과, 초기 액체(91)의 일부를 기화하더라도 미세기포의 총수는 크게는 감소하지 않는 것을 알 수 있다.
도 11은, 고밀도 미세기포액 생성장치(1)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 미세기포액의 생성 흐름은 도 2와 동일하다.
도 11의 고밀도 미세기포액 생성장치(1)는, 미세기포액 생성부(11)와, 여과부(15)와, 제1저류부(13)와, 제2저류부(14)를 포함한다. 미세기포액 생성부(11)는 도 1과 동일하게, 초기 액체(91)를 생성한다(스텝 S11). 그리고, 목표 밀도가 설정되고(스텝 S12), 초기 액체(91)의 기포 밀도가 측정된다(스텝 S13). 초기 액체(91)의 기포 밀도가 목표 밀도 미만인 경우(스텝 S14), 초기 액체(91)는, 제1저류부(13)로부터 여과 부(15)로 도입되어, 고밀도 미세기포액(92)이 제2저류부(14)에서 얻어진다(스텝 S15). 초기 액체(91)의 기포 밀도가 목표 밀도 이상인 경우, 초기 액체(91)에 미세기포를 포함하지 않는 액체가 첨가되어, 목표 밀도의 미세기포액이 취득된다(스텝 S16). 이 경우, 여과부(15)는 이용되지 않는다. 정확하게는, 초기 액체(91)의 기포 밀도와 목표 밀도의 차가 허용범위 내인 경우, 스텝 S15 및 S16은 실행되지 않는다.
도 12는, 여과부(15)를 나타내는 도면이다. 여과부(15)는, 제1도입로(711)와, 제2도입로(712)와, 후방 배출로(719)와, 제1필터(721)와, 제2필터(722)를 구비한다. 제1필터(721) 및 제2필터(722)는, 여과 필터이며, 예를 들면, 멤브레인 필터, 단공막(單孔膜), 한외(限外) 여과 필터, 정밀 여과막, 역침투막(逆浸透膜)이다(도 13의 필터(721∼723)에서 동일). 필터의 특성으로서는, 예를 들면, 제1필터(721)는, 직경이 200㎚보다도 큰 미세기포를 통과시키지 않고, 다른 미세기포를 통과시킨다. 제2필터(722)는, 직경이 60㎚보다도 큰 미세기포를 통과시키지 않고, 다른 미세기포를 통과시킨다.
제1도입로(711)에는, 불필요 기포 배출로(739)와, 제1세정 유출로(731)가 접속된다. 제2도입로(712)에는, 미세기포액 배출로(741)와, 제1세정 유입로(732)와, 제2세정 유출로(733)가 접속된다. 후방 배출로(719)에는, 제2세정 유입로(734)가 접속된다.
불필요 기포 배출로(739), 제1세정 유출로(731), 제1세정 유입로(732), 제2세정 유출로(733) 및 제2세정 유입로(734)에는, 각각 밸브(759, 751∼754)가 설치된다. 미세기포액 배출로(741)에는, 스로틀 밸브(761)가 설치된다. 밸브(759, 751∼754)는, 통상(通常) 상태에서는 폐쇄되어 있다.
초기 액체(91)는, 제1저류부(13)로부터 제1도입로(711)를 경유하여 제1필터(721)로 도입된다. 제1필터(721)에서는, 직경이 큰 미세기포는 투과시키지 않고, 직경이 작은 미세기포만이 제1필터(721)를 투과하여 제2도입로(712)로 도입된다. 직경이 큰 미세기포는, 불필요 기포 배출로(739)로 이동한다. 불필요 기포 배출로(739) 상의 밸브(759)는 정기적으로 개방되어, 불필요 기포 배출로(739)에 축적된 기체가 배출된다.
제1필터(721)를 투과한 초기 액체(91)는, 제2도입로(712)에 의해 제2필터(722)로 도입된다. 제2필터(722)의 여과 입도(粒度)는, 제1필터(721)의 여과 입도보다도 작다. 제2필터(722)에서는, 많은 미세기포는 투과시키지 않고, 거의 액체만이 투과한다. 또한, 필터의 여과 입도와 필터가 투과하는 미세기포의 직경은 일치하는 것으로는 한정되지 않는다.
초기 액체(91)의 일부가 제2필터(722)을 투과한 후의 초기 액체(91)의 잔부는, 미세기포와 함께 미세기포액 배출로(741)로 도입된다. 그 결과, 미세기포액 배출로(741)로부터, 직경이 60㎚∼200㎚인 고밀도 미세기포액이 제2저류부(14)로 배출된다. 도 8a에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서의 미세기포액 생성부(11)에서는, 직경 60㎚∼200㎚ 범위의 미세기포가 가장 많이 생성되기 때문에, 고밀도 미세기포액의 기포 밀도는 매우 높아진다.
*제2필터(722)를 투과한 액체는, 후방 배출로(719)로부터 배출된다. 후방 배출로(719)로부터의 액체는, 필요에 따라, 초미세의 기포를 포함하는 액체로서 취득되어도 된다. 여기서, 스로틀 밸브(761)의 개방도가 조정됨으로써, 제2필터(722)를 투과하는 액체의 유량이 제어된다. 이에 의해, 고밀도 미세기포액에 있어서의 미세기포의 밀도가 목표 밀도가 되도록 제어하는 것이 실현된다. 구체적으로는, 고밀도 미세기포액의 기포 밀도가 일정 간격으로 측정되고, 측정 결과에 기초하여 스로틀 밸브(761)의 개방도가 적절히 조정된다.
여과부(15)에서는, 정기적으로 필터의 세정이 행해진다. 제1필터(721)의 세정시에는, 제1도입로(711)의 입구 및 후방 배출로(719)의 출구가 폐쇄되고, 또한, 제1세정 유출로(731) 및 제1세정 유입로(732)의 밸브(751, 752)가 개방되며, 다른 밸브가 폐쇄된다. 제1세정 유입로(732)로부터 제1세정 유출로(731)로 세정용 액체(예를 들면 순수)가 흐름으로써, 제1필터(721)에 부착해 있는 물질이 제1세정 유출로(731)로부터 배출된다.
동일하게, 제2필터(722)의 세정시에는, 제1도입로(711)의 입구 및 후방 배출로(719)의 출구가 폐쇄되고, 또한, 제2세정 유출로(733) 및 제2세정 유입로(734)의 밸브(753, 754)가 개방되며, 다른 밸브가 폐쇄된다. 제2세정 유입로(734)로부터 제2세정 유출로(733)로 세정용 액체가 흐름으로써, 제2필터(722)에 부착해 있는 물질이 제2세정 유출로(733)로부터 배출된다.
여과부(15)에서는 필터를 이용함으로써, 미세기포의 밀도가 높은 액체를 용이하게 또 값싸게 생성할 수 있다.
도 13은, 여과부(15)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 여과부(15)에서는, 서로 크기가 다른 미세기포를 포함하는 복수 종류의 고밀도 미세기포액이 취득된다. 도 13의 예에서는, 3가지 크기의 미세기포를 포함하는 고밀도 미세기포액이 3개의 제2저류부(14)(도시 생략)에서 각각 취득된다.
여과부(15)는, 제1도입로(711)와, 제2도입로(712)와, 제3도입로(713)와, 후방 배출로(719)와, 제1필터(721)와, 제2필터(722)와, 제3필터(723)를 구비한다. 제1필터(721), 제2필터(722) 및 제3필터(723)는, 여과 필터이다. 예를 들면, 제1필터(721)는, 직경이 500㎚보다도 큰 미세기포를 통과시키지 않고, 다른 미세기포를 통과시킨다. 제2필터(722)는, 직경이 200㎚보다도 큰 미세기포를 통과시키지 않고, 다른 미세기포를 통과시킨다. 제3필터(723)는, 직경이 60㎚보다도 큰 미세기포를 통과시키지 않고, 다른 미세기포를 통과시킨다.
제1도입로(711)에는, 제1세정 유출로(731)와, 제1미세기포액 배출로(741)가 접속된다. 제2도입로(712)에는, 제1세정 유입로(732)와, 제2세정 유출로(733)와, 제2미세기포액 배출로(742)가 접속된다. 제3도입로(713)에는, 제2세정 유입로(734)와, 제3세정 유출로(735), 제3미세기포액 배출로(743)가 접속된다. 후방 배출로(719)에는, 제3세정 유입로(736)가 접속된다.
제1세정 유출로(731), 제1세정 유입로(732), 제2세정 유출로(733), 제2세정 유입로(734), 제3세정 유출로(735) 및 제3세정 유입로(736)에는, 각각 밸브(751∼756)가 설치된다. 제1미세기포액 배출로(741), 제2미세기포액 배출로(742) 및 제3미세기포액 배출로(743)에는, 각각 스로틀 밸브(761∼763)가 설치된다. 밸브(751∼756)는, 통상 상태에서는 폐쇄되어 있다.
초기 액체(91)는, 제1저류부(13)로부터 제1도입로(711)를 경유하여 제1필터(721)로 도입된다. 제1필터(721)에서는, 직경이 큰 미세기포는 투과시키지 않고, 직경이 작은 미세기포만이 제1필터(721)를 투과하여 제2도입로(712)로 도입된다. 초기 액체(91)의 일부가 제1필터(721)를 투과한 후의 초기 액체(91)의 잔부는, 미세기포와 함께 제1미세기포액 배출로(741)로 도입된다. 그 결과, 제1미세기포액 배출로(741)로부터 고밀도 미세기포액이 배출된다.
제1필터(721)를 투과한 초기 액체(91)(이하, 「여액(濾液)」이라 한다.)는, 제2도입로(712)에 의해 제2필터(722)로 도입된다. 제2필터(722)의 여과 입도는, 제1필터(721)의 여과 입도보다도 작다. 제2필터(722)에서는, 상대적으로 직경이 큰 미세기포는 투과시키지 않는다. 제1필터(721)로부터의 여액의 일부가 제2필터(722)를 투과한 후의 여액의 잔부는, 미세기포와 함께 제2미세기포액 배출로(742)로 도입된다. 그 결과, 제2미세기포액 배출로(742)로부터 고밀도 미세기포액이 배출된다.
제2필터(722)를 투과한 후의 여액은, 제3도입로(713)에 의해 제3필터(723)로 도입된다. 제3필터(723)의 여과 입도는, 제2필터(722)의 여과 입도보다도 작다. 제3필터(723)에서는, 많은 미세기포는 투과시키지 않고, 거의 액체만이 투과한다. 여액의 일부가 제3필터(723)를 투과한 후의 여액의 잔부는, 미세기포와 함께 제3미세기포액 배출로(743)로 도입된다. 그 결과, 제3미세기포액 배출로(743)로부터 고밀도 미세기포액이 배출된다.
제3필터(723)를 투과한 액체는, 후방 배출로(719)로부터 배출된다. 후방 배출로(719)로부터의 액체는, 필요한 경우는, 초미세의 기포를 포함하는 액체로서 취득되어도 된다. 상기 작용에 의해, 제1미세기포액 배출로(741)로부터 가장 큰 미세기포를 포함하는 고밀도 미세기포액이 배출되고, 제2미세기포액 배출로(742)로부터 다음으로 큰 미세기포를 포함하는 고밀도 미세기포액이 배출되며, 제3미세기포액 배출로(743)로부터 가장 작은 미세기포를 포함하는 고밀도 미세기포액이 배출된다. 이들 고밀도 미세기포액은 3개의 제2저류부(14)에 각각 저류된다.
여기서, 스로틀 밸브(761∼763)의 개방도가 조정됨으로써, 제1 내지 제3필터(721∼723)를 투과하는 액체의 유량이 제어된다. 이에 의해, 각 고밀도 미세기포액에서의 미세기포의 밀도를 제어하는 것이 실현된다. 또한, 도 12의 경우와 동일하게, 더 전단(前段)에 필터를 설치하여, 직경이 매우 큰 불필요한 미세기포가 미리 불필요 기포 배출로로부터 제거되어도 된다.
여과부(15)에서는, 정기적으로 필터의 세정이 행해진다. 도 12의 경우와 동일하게, 제1필터(721)의 세정시에는, 제1도입로(711)의 입구 및 후방 배출로(719)의 출구가 폐쇄되고, 또한, 제1세정 유출로(731) 및 제1세정 유입로(732)의 밸브(751, 752)가 개방되며, 다른 밸브가 폐쇄된다. 제1세정 유입로(732)로부터 제1세정 유출로(731)로 세정용 액체(예를 들면 순수)가 흐름으로써, 제1필터(721)에 부착해 있는 물질이 제1세정 유출로(731)로부터 배출된다.
동일하게, 제2필터(722)의 세정시에는, 제2세정 유출로(733) 및 제2세정 유입로(734)의 밸브(753, 754)가 개방되고, 다른 밸브가 폐쇄된다. 제2세정 유입로(734)로부터 제2세정 유출로(733)로 세정용 액체가 흐른다. 제3필터(723)의 세정시에는, 제3세정 유출로(735) 및 제3세정 유입로(736)의 밸브(755, 756)가 개방되고, 다른 밸브가 폐쇄된다. 제3세정 유입로(736)로부터 제3세정 유출로(735)로 세정용 액체가 흐른다.
여과부(15)에서는 필터를 이용함으로써, 원하는 크기의 미세기포를 높은 밀도로 포함하는 액체를 용이하게 또 값싸게 생성할 수 있다.
이상, 고밀도 미세기포 생성장치 및 미세기포 생성방법에 대해 설명했지만, 이 기술은 여러 가지 변형이 가능하다.
혼합 노즐(31)에서 기체와 혼합되는 액체는, 완전한 물로는 한정되지 않고, 물을 주성분으로 하는 액체이어도 된다. 예를 들면, 첨가물이나 불휘발성의 액체가 첨가된 물이어도 된다. 또한, 액체는, 예를 들면, 에틸알코올 등도 이용 가능하다고 생각된다. 미세기포를 형성하는 기체는, 공기로는 한정되지 않고, 질소나 다른 기체여도 된다. 물론, 액체에 대해 불용성 또는 난용성 기체인 것은 필요하다.
미세기포액 생성부(11)의 구조는 여러 가지로 변경되어도 되고, 나아가, 다른 구조의 것이 사용되어도 된다. 예를 들면, 미세기포 생성 노즐(2)은, 복수의 가압액 분출구(22)를 구비해도 된다. 미세기포 생성 노즐(2)과 가압액 생성부(3) 사이에 압력 조정 밸브가 설치되어, 미세기포 생성 노즐(2)에 부여되는 압력이 고정밀도로 일정하게 유지되어도 된다. 가압액 생성 용기(32)의 유로의 단면 형상은, 원형이어도 된다. 기체와 액체의 혼합에는, 기계적 교반 등의 다른 수단이 이용되어도 된다.
초기 액체(91)는, 구입 등에 의해 다른 사람으로부터 공급되어도 된다. 초기 액체(91)의 생성과 농축은, 지리적으로 떨어진 장소에서 행해져도 된다. 이 경우, 고밀도 미세기포액 생성장치(1)에서는, 미세기포액 생성부(11)는 불필요하다.
미세기포의 밀도는, 액체의 기화에 의해 높아지지만, 액체의 비등은 피하는 것이 바람직하다. 다만, 완전히 비등을 피할 필요는 없고, 미세기포의 소멸이 억제되는 것이면 다소의 비등은 허용된다. 예를 들면, 액체의 기화에 필요한 시간의 일부에서, 또는, 액체의 극히 일부에서, 비등이 생겨도 된다. 바꿔말하면, 스텝 S15에서는, 초기 액체(91)의 일부를 비등시키는 일없이 기화함으로써, 고밀도 미세기포액(92)이 얻어진다.
여과부(15)에서는, 여과 입도가 다른 4 이상의 필터가 사용되어도 된다. 초기 액체(91)의 질에 따라서는, 도 13과 같이 불필요 기포 배출로(739)는, 적당히 생략되어도 된다.
여과부(15)에서는, 필터에는 초기 액체(91)가 흐르도록 하여 공급될 필요는 없다. 예를 들면, 저류부의 하부에 필터를 설치하고, 저류부에 초기 액체(91)를 저류한다. 초기 액체(91)의 일부가 필터를 투과함으로써, 고밀도 미세기포액이 필터 상에 얻어진다.
고밀도 미세기포액은, 종래의 미세기포액에 대해 지금까지 제안되어 있는 여러 가지 용도로 이용되어도 된다. 신규한 분야에 이용되어도 되어, 상정되는 이용 분야는 다방면에 걸친다. 예를 들면, 식품, 음료, 화장품, 약품, 의료, 식물재배, 반도체장치, 플랫 패널 디스플레이, 전자기기, 태양전지, 이차전지, 신기능 재료, 방사성 물질 제거 등이다. 또한, 고밀도 미세기포액을 수송처에서 희석함으로써, 미세기포를 포함하는 액의 수송 비용을 삭감할 수 있다.
상기 실시형태 및 각 변형예에서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절히 조합되어도 된다.
발명을 상세히 묘사하여 설명했지만, 상술한 설명은 예시적으로서 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 다수의 변형과 형태가 가능하다고 할 수 있다.
1 고밀도 미세기포 생성장치
11 미세기포액 생성부
12 기화부
13 제1저류부
15 여과부
91 초기 액체
92 고밀도 미세기포액
711 제1도입로
712 제2도입로
713 제3도입로
721 제1필터
722 제2필터
723 제3필터
741 (제1)미세기포액 배출로
742 제2미세기포액 배출로
743 제3미세기포액 배출로
S11∼S16 스텝

Claims (6)

  1. 고밀도 미세기포액 생성방법으로서,
    a) 기체와 액체를 혼합하고, 미세기포액을 생성하여, 개구를 갖는 기화 용기 내에, 직경이 1㎛ 미만의 미세기포를 포함하는 초기 액체를 생성하는 공정과,
    b) 상기 초기 액체를 상기 기화 용기 내에 저류한 상태에서 상기 초기 액체의 일부를 기화하여 상기 개구로부터 상기 기화 용기 외부로 유도해서 상기 초기 액체의 체적을 감소시키는 것에 의해 고밀도 미세기포액을 얻는 공정을 구비하며,
    상기 공정 b)에서, 상기 기화 용기 내에 저류된 상기 초기 액체가 가열되고, 주위가 감압되는 고밀도 미세기포액 생성방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 고밀도 미세기포액 생성장치로서,
    기체와 액체를 혼합하고, 미세기포액을 생성하여, 직경이 1㎛ 미만의 미세기포를 포함하는 초기 액체를 저류하고, 개구를 갖는 기화 용기와,
    상기 기화 용기 내에 저류된 상기 초기 액체를 가열하는 가열부와,
    상기 기화 용기 내에 저류된 상기 초기 액체의 주위를 감압하는 감압부를 구비하며,
    상기 초기 액체를 상기 기화 용기 내에 저류한 상태에서 상기 초기 액체의 일부를 기화하여 상기 개구로부터 상기 기화 용기 외부로 유도해서 상기 초기 액체의 체적을 감소시키는 것에 의해 고밀도 미세기포액을 얻는 고밀도 미세기포액 생성장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 초기 액체를 생성하는 미세기포액 생성부를 더 구비하는 고밀도 미세기포액 생성장치.
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