KR102324526B1 - 파인 버블액 생성 장치 - Google Patents

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마사카즈 카시와
카츠히사 이다
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아이뎃쿠 가부시키가이샤
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Abstract

파인 버블액 생성 장치(1)는 기체 및 가압된 액체를 도입하는 혼합 노즐(31)과 도입된 기체의 파인 버블을 포함하는 액체를 배출하는 파인 버블 생성 노즐(2)을 구비하는 생성부(11)와, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 액체를 외기로부터 격리한 상태에서 혼합 노즐(31)로 반송하는 순환로(12)와, 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 일부를 파인 버블액으로서 취출하는 취출부(13)와, 순환로(12)에 액체를 보급하여 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 양을 유지하는 보급부(14)를 구비한다. 이것에 의해, 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 파인 버블액을 연속적으로 생성할 수 있다.

Description

파인 버블액 생성 장치{DEVICE FOR GENERATING FINE BUBBLE LIQUID}
본 발명은, 파인 버블액(fine bubble liquid) 생성 장치에 관한 것이다.
최근, 직경이 1 mm(밀리미터) 이하의 기포를 포함하는 액체가 다양한 분야에서 이용되고 있다. 또, 최근에는 직경이 1μm(마이크로 미터) 미만의 기포(울트라 파인 버블)를 포함하는 액체가, 다양한 분야에 있어 주목받고 있으며, 해당 액체를 생성하는 장치가 제안되어 있다.
예를 들면, 일본공개특허공보 2008-272719호(문헌 1)의 파인 버블 발생 장치에서는, 펌프로부터 송출된 기액 혼합 유체는 해당 유체 중의 기체를 기체 선회 전단 장치에 의해 미세화된 후, 액체 저류조로 송출되어 저류된다. 특허 문헌 1에서는, 액체 중의 파인 버블의 밀도(즉, 단위 체적 당 파인 버블의 개수)를 높게 하기 위해서 액체 저류조 내의 액체를 기체 선회 전단 장치로 반복하여 순환시키는 것이 행해진다.
그런데, 특허 문헌 1에서는, 저류조에 저류된 액체를 취출하여 여러 가지 용도로 사용하는 것이 기재되어 있다. 그러나 특허 문헌 1의 파인 버블 발생 장치에서는, 저류조에 저류 가능한 양의 액체를 배치(batch) 식으로 생성할 수 있지만, 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 액체를 연속적으로 생성하여 공급할 수 없다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 된 것으로, 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 파인 버블액을 연속적으로 생성하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 파인 버블액 생성 장치는, 기체 및 가압된 액체를 도입하는 도입부와, 상기 도입부로부터 도입된 기체의 파인 버블을 포함하는 액체를 배출하는 배출부를 구비하는 생성부와, 상기 배출부로부터 배출된 액체를 외기로부터 격리된 상태로 상기 도입부로 반송하는 순환로와, 상기 생성부 및 상기 순환로를 순환하는 액체의 일부를 파인 버블액으로서 취출하는 취출부와, 상기 순환로에 액체를 보급해서 상기 생성부 및 상기 순환로를 순환하는 액체의 양을 유지하는 보급부를 구비한다.
해당 파인 버블액 생성 장치에 의하면, 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 파인 버블액을 연속적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서는, 상기 순환로로부터 분기하여 배액포트에 접속된 배액로(排液路)와, 상기 배출부로부터의 액체의 송출처를 상기 도입부와 상기 배액포트와의 사이에서 절환하는 절환 기구를 더 구비하고, 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 개시 전의 상태에 있어서, 상기 보급부로부터 상기 순환로를 거쳐서 상기 도입부에 도입된 액체가 상기 배출부로부터 상기 절환 기구에 의해 상기 배액포트로 유도된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 순환로로부터 분기하고, 분기 위치보다 하류측에서 상기 순환로에 접속되는 바이패스(bypass)로와, 상기 바이패스로 상에 설치되어 액체를 저류하는 초기 저류부와, 상기 순환로와 상기 바이패스로와의 사이에 설치된 절환 기구를 더 구비하고, 상기 절환 기구에 의한 절환에 의해 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 개시 전에 있어서, 상기 배출부로부터 배출된 액체가 상기 바이패스로를 거쳐서 상기 초기 저류부로 유도되고, 상기 초기 저류부에 일시적으로 저류된 후, 상기 바이패스로를 거쳐서 상기 도입부로 반송되고, 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 중은 상기 배출부로부터 배출된 액체가 상기 순환로를 거쳐서 상기 도입부로 반송된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 보급부가 액체 공급원으로부터 압송된 액체를 상기 순환로로 유도하는 액체 공급로와, 상기 액체 공급로 상에 설치되어 상기 액체 공급로를 흐르는 액체의 압력을 조절하는 압력 조절부를 구비한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 보급부가, 액체 공급원으로부터 상기 순환로로 액체를 유도하는 액체 공급로와, 상기 액체 공급로 상에 설치되어 상기 액체 공급로 내의 액체를 상기 순환로를 향해 압송하는 펌프를 구비한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 유량에 의거하여 상기 보급부로부터 상기 순환로에 공급되는 액체의 압력 또는 유량을 제어하는 보급 제어부를 더 구비한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 취출부로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 측정하는 기포 밀도 측정부와, 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 유량과, 상기 취출부로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도와의 관계를 나타내는 유량-밀도 정보를 기억하는 기억부와, 상기 기포 밀도 측정부에 있어서의 측정 결과 및 상기 유량-밀도 정보에 의거하여 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 유량을 제어하는 취출 제어부를 더 구비한다.
상기 목적 및 기타 목적, 특징, 태양 및 이점은 첨부한 도면을 참조로 하여 이하에 행하는 본 발명의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명에서는, 파인 버블을 고밀도에서 포함하는 파인 버블액을 연속적으로 생성할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태와 관련되는 파인 버블액 생성 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 혼합 노즐의 단면도이다.
도 3은 파인 버블 생성 노즐의 단면도이다.
도 4는 유량-밀도 정보를 나타내는 도면이다.
도 5는 취출 개시서부터의 경과시간과 파인 버블액 중의 파인 버블의 농도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 파인 버블액 생성 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 제2 실시형태와 관련되는 파인 버블액 생성 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 다른 파인 버블액 생성 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태와 관련되는 파인 버블액 생성 장치(1)를 나타내는 단면도이다. 파인 버블액 생성 장치(1)는 기체와 액체를 혼합해서 해당 기체의 파인 버블을 포함하는 액체를 생성하는 장치이다. 이하의 설명에서는, 「파인 버블」이란 직경이 100μm미만의 기포를 의미하고,「울트라 파인 버블」이란, 파인 버블 중 직경이 1μm미만의 기포를 의미한다. 또, 파인 버블의 「밀도」란 단위 체적당 액체가 함유하는 파인 버블의 개수를 가리킨다.
파인 버블액 생성 장치(1)는 생성부(11)와 순환로(12)와 취출부(13)와 보급부(14)와 펌프(15)와 배액부(排液部; 16)를 구비한다. 생성부(11)는 혼합 노즐(31)과 가압액 생성 용기(32)와 파인 버블 생성 노즐(2)을 구비한다. 혼합 노즐(31)은 펌프(15)에 의해 압송된 액체와 기체 유입구로부터 유입한 기체를 혼합하고, 가압액 생성 용기(32) 내로 향해서 혼합 유체(72)를 분출한다. 혼합 노즐(31)에서 혼합되는 액체 및 기체는, 예를 들면, 순수한 물 및 질소 가스이다.
도 2는 혼합 노즐(31)을 확대해서 나타내는 단면도이다. 혼합 노즐(31)은 상술한 펌프(15)에 의해 압송된 액체가 유입하는 액체 유입구(311)와 기체가 유입하는 기체 유입구(319)와 혼합 유체(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 혼합되는 것으로 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 중심 축에 수직인 단면, 즉, 유로를 흐르는 유체의 흐름에 수직인 단면을 의미한다. 또, 이하의 설명에서는, 유로 단면의 면적을,「유로 면적」이라 한다. 노즐 유로(310)는 유로 면적이 유로의 중간부에서 작아지는 벤츄리관 모양이다.
혼합 노즐(31)은 액체 유입구(311)로부터 혼합 유체 분출구(312)로 향하여 순서적으로 연속해서 배치되는 도입부(313)와 제1 테이퍼부(314)와 후부(喉部; 315)와 기체 혼합부(316)와 제2 테이퍼부(317)와 도출부(318)를 구비한다. 혼합 노즐(31)은 또 내부에 기체류로(3191)가 설치된 기체 공급부(3192)를 구비한다.
도입부(313)에서는, 유로 면적은 노즐 유로(310)의 중심축(J1)방향의 각 위치에 있어서 거의 일정하다. 제1 테이퍼부(314)에서는 액체가 흐르는 방향으로 향해서(즉, 하류 측으로 향해서) 유로 면적이 점차 감소한다. 후부(315)에서는, 유로 면적은 거의 일정하다. 후부(315)의 유로 면적은 노즐 유로(310)에 있어서 가장 작다. 또한 노즐 유로(310)에서는, 후부(315)에 있어서 유로 면적이 조금 변화하는 경우에 있어서도 유로 면적이 대략 가장 작은 부분 전체가 후부 (315)로 파악된다. 기체 혼합부(316)에서는, 유로 면적은 거의 일정하고, 후부(315)의 유로 면적보다 조금 크다. 제2 테이퍼부(317)에서는, 하류측으로 향해서 유로 면적이 점차 증대한다. 도출부(318)에서는, 유로 면적은 거의 일정하다. 기체류로(3191)의 유로 면적도 거의 일정하고, 기체류로(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 후부(315)로 가속되어 정압(靜壓)이 저하하고, 후부(315) 및 기체 혼합부(316)에 있어서, 노즐 유로(310) 내의 압력이 대기압보다 낮아진다. 이것에 의해, 기체 유입구(319)로부터 기체가 흡인되어 기체류로(3191)를 통과해서 기체 혼합부(316)에 유입하고, 액체와 혼합되어 혼합 유체(72)가 생성된다. 혼합 유체(72)는 제2 테이퍼부(317) 및 도출부(318)에 있어서 감속되어 정압이 증대하고, 혼합 유체 분출구(312)를 거쳐서 상술한 바와 같이 가압액 생성 용기(32) 내로 분출된다.
도 1에 나타내는 가압액 생성 용기(32) 내는 가압되어 대기압보다 압력이 높은 상태(이하,「가압 환경」이라고 한다. )로 되어 있다. 가압액 생성 용기(32)에서는, 혼합 노즐(31)로부터 분출된 액체와 기체가 혼합된 유체(이하, 「혼합 유체(72)」라고 한다. )가 가압 환경하에서 흐르는 사이에 기체가 액체에 가압 용해해서 가압액이 생성된다.
가압액 생성 용기(32)는, 상하 방향으로 적층되는 제1 유로(321)와 제2 유로(322)와 제3 유로(323)와 제4 유로(324)와 제5 유로(325)를 구비한다. 이하의 설명에서는, 제1 유로(321), 제2 유로(322), 제3 유로(323), 제4 유로(324) 및 제5 유로(325)를 하나로 가리키는 경우,「유로(321~325)」라고 한다. 유로(321~325)는 수평 방향으로 연장하는 관로이며, 유로(321~325)의 길이 방향으로 수직인 단면은 대략 구형이다.
제1 유로(321)의 상류측의 단부(즉, 도 1 중의 좌측의 단부)에는, 상술한 혼합 노즐(31)이 장착되어 있으며, 혼합 노즐(31)로부터 분출된 후의 혼합 유체(72)는 가압 환경하에서 도 1 중의 우측을 향하여 흐른다. 본 실시형태에서는, 제1 유로(321) 내의 혼합 유체(72)의 액면보다 위쪽에서 혼합 노즐(31)로부터 혼합 유체(72)가 분출되고, 분출된 직후의 혼합 유체(72)는 제1 유로(321)의 하류측의 벽면(즉, 도 1 중의 우측의 벽면)에 충돌하기 전에 상기 액면에 직접 충돌한다. 혼합 노즐(31)로부터 분출된 혼합 유체(72)를 액면에 직접 충돌시키기 위해서는, 제1 유로(321)의 길이를 혼합 노즐(31)의 혼합 유체 분출구 (312)(도 2 참조)의 중심과 제1 유로(321)의 하면과의 사이의 상하 방향의 거리의 7. 5배보다도 크게 하는 것이 바람직하다.
가압액 생성 용기(32)에서는 혼합 노즐(31)의 혼합 유체 분출구(312)의 일부 또는 전체가 제1 유로(321) 내의 혼합 유체(72)의 액면보다 아래 쪽에 위치해도 좋다. 이것에 의해, 상술한 바와 같이, 제1 유로(321) 내에 있어서 혼합 노즐(31)로부터 분출된 직후의 혼합 유체(72)가 제1 유로(321) 내를 흐르는 혼합 유체(72)에 직접 충돌한다.
제1 유로(321)의 하류측의 단부의 하면에는 대략 원형의 개구(321a)가 설치되어 있으며, 제1 유로(321)를 흐르는 혼합 유체(72)는 제1 유로(321)의 하방에 위치하는 제2 유로(322)와 개구(321a)를 거쳐서 낙하한다. 제2 유로(322)에서는, 제1 유로(321)로부터 낙하한 혼합 유체(72)가 가압 환경하에서 도 1 중의 우측에서 좌측으로 흘러 제2 유로(322)의 하류측의 단부의 하면에 설치된 대략 원형의 개구(322a)를 거쳐서, 제2 유로(322)의 하부에 위치하는 제3 유로(323)로 낙하한다. 제3 유로(323)에서는, 제2 유로(322)로부터 낙하한 혼합 유체(72)가 가압 환경하에서 도 1 중의 좌측에서 우측으로 흐르며, 제3 유로(323)의 하류측의 단부의 하면에 설치된 대략 원형의 개구(323a)를 거쳐서 제3 유로(323)의 하부에 위치하는 제4 유로(324)로 낙하한다. 도 1에 나타내듯이, 제1 유로(321) ~ 제4 유로(324)에서는, 혼합 유체(72)는 기포를 포함하는 액체층과 그 상방에 위치하는 기체층으로 나누어져 있다.
제4 유로(324)에서는 제3 유로(323)로부터 낙하한 혼합 유체(72)가 가압 환경하에서 도 1 중의 우측에서 좌측으로 흐르며, 제4 유로(324)의 하류측의 단부의 하면에 설치된 대략 원형의 개구(324a)를 거쳐서, 제4 유로(324)의 하부에 위치하는 제5 유로(325)로 유입(즉, 낙하)한다. 제5 유로(325)에서는, 제1 유로(321) ~ 제4 유로(324)와는 다르며, 기체층은 존재하고 있지 않고, 제5 유로(325) 내에 충만하는 액체 내에 있어서 제5 유로(325)의 표면 근방에 기포가 약간 존재하는 상태로 되어 있다. 제5 유로(325)에서는, 제4 유로(324)로부터 유입한 혼합 유체(72)가 가압 환경하에서 도 1 중의 좌측에서 우측으로 흐른다.
가압액 생성 용기(32)에서는, 유로(321~325)를 단계적으로 완급을 반복하면서 위에서 아래로 흘러 떨어지는(즉, 수평 방향으로의 흐름과 아래 방향으로의 흐름을 교대로 반복하면서 흐른다) 혼합 유체(72)에 있어서 기체가 액체로 서서히 가압 용해한다. 제5 유로(325)에 있어서는 액체 중에 용해하고 있는 기체의 농도는 가압 환경하에 있어서의 해당 기체의(포화) 용해도의 60%~90%와 거의 같다. 그리고 액체에 용해하지 않은 잉여 기체가 제5 유로(325) 내에 있어서 시인가능한 크기의 기포로서 존재하고 있다. 상하에 인접하는 수평 유로(321~325)에 있어서의 혼합 유체(72)의 흐름의 방향이 역방향인 것에 의해 가압액 생성 용기(32)의 소형화가 실현된다.
가압액 생성 용기(32)는 제5 유로(325)의 하류측의 상면으로부터 상방으로 연장하는 잉여 기체 분리부(326)를 더 구비한다. 잉여 기체 분리부(326)에는 혼합 유체(72)가 충만하고 있다. 잉여 기체 분리부(326)의 상하 방향으로 수직인 단면은 대략 구형이며, 잉여 기체 분리부(326)의 상단부는 취출부(13)에 접속된다. 제5 유로(325)를 흐르는 혼합 유체(72)의 기포는 잉여 기체 분리부(326) 내를 상승하여 취출부(13)로 이동한다. 취출부(13)의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
이와 같이 해서 혼합 유체(72)의 잉여 기체가 혼합 유체(72)의 일부와 함께 분리됨으로써 적어도 용이하게 시인할 수 있는 크기의 기포를 실질적으로 포함하지 않는 가압액이 생성되며, 제5 유로(325)의 하류측의 단부에 직접적으로 접속된 파인 버블 생성 노즐(2)로 공급된다. 본 실시형태에서는, 가압액에는 대기압하에 있어서의 기체의(포화) 용해도의 약 2배 이상의 기체가 용해하고 있다. 가압액 생성 용기(32)에 대해 유로(321~325)를 흐르는 혼합 유체(72)의 액체는 생성 도중의 가압액이라고 볼 수도 있다.
제1 유로(321)의 위쪽에는, 배기 밸브(61)도 설치된다. 배기 밸브(61)는 펌프(15)의 정지시에 개방되어 혼합 유체(72)가 혼합 노즐(31)로 역류하는 것을 방지한다.
도 3은 파인 버블 생성 노즐(2)을 확대해서 나타내는 단면도이다. 파인 버블 생성 노즐(2)은 가압액 생성 용기(32)의 제5 유로(325)로부터 가압액이 유입하는 가압액 유입구(21)와 순환로(12)로 향하여 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.
파인 버블 생성 노즐(2)은 가압액 유입구(21)로부터 가압액 분출구(22)로 향해서 순서적으로 연속해서 배치되는 도입부(23)와 테이퍼부(24)와 후부(25)를 구비한다. 도입부(23)에서는, 유로 면적은 노즐 유로 20의 중심축(J2) 방향의 각 위치에 있어서 거의 일정하다. 테이퍼부(24)에서는, 가압액이 흐르는 방향으로 향해서(즉, 하류 측으로 향해서) 유로 면적이 점차 감소한다. 테이퍼부(24)의 내면은, 노즐 유로(20)의 중심축(J2)을 중심으로 하는 대략 원추면의 일부이다. 해당 중심축(J2)을 포함하는 단면에 있어서, 테이퍼부(24)의 내면이 이루는 각도α는, 10°이상 90°이하인 것이 바람직하다.
후부(25)는, 테이퍼부(24)와 가압액 분출구(22)를 연락한다. 후부(25)의 내면은 대략 원통면이며, 후부(25)에서는, 유로 면적은 거의 일정하다. 후부(25)에 있어서의 유로 단면의 직경은 노즐 유로(20)에 있어서 가장 작고, 후부(25)의 유로 면적은 노즐 유로(20)에 있어서 가장 작다. 후부(25)의 길이는 바람직하게는, 후부(25)의 직경의 1.1배 이상 10배 이하이며, 보다, 바람직하게는 1.5배 이상 2배 이하이다. 또한, 노즐 유로(20)에서는, 후부(25)에 있어서 유로 면적이 약간 변화하는 경우에 있어서도, 유로 면적이 대략 가장 작은 부분 전체가 후부(25)로 파악된다.
파인 버블 생성 노즐(2)은 또 후부(25)에 연속해서 설치되고 가압액 분출구(22)의 주위를 가압액 분출구(22)로부터 이간해서 둘러싸는 확대부(27)와 확대부(27)의 단부에 설치된 확대부 개구(28)를 구비한다. 가압액 분출구(22)와 확대부 개구(28)와의 사이의 유로(29)는 가압액 분출구 22의 외부에 설치된 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, 후부(25)의 직경(즉, 가압액 분출구(22)의 직경)보다도 크다.
이하의 설명에서는, 확대부(27)의 내주면의 가압액 분출구(22) 측의 엣지와 가압액 분출구(22)의 엣지와의 사이의 링 모양의 면을「분출구 단면(221)」이라한다. 본 실시형태에서는, 노즐 유로(20) 및 외부 유로(29)의 중심축(J2)과 분출구 단면(221)과의 이루는 각도는 약 90°이다. 또, 외부 유로(29)의 직경은 10mm~20mm이며, 외부 유로(29)의 길이는, 외부 유로(29)의 직경과 대략 동일하다. 파인 버블 생성 노즐(2)에서는, 가압액 유입구(21)와는 반대측의 단부에, 오목부인 외부 유로(29)가 형성되며, 해당 오목부의 저부에 해당 저부보다도 작은 개구인 가압액 분출구(22)가 형성되어 있다고 파악된다. 확대부(27)에서는, 가압액 분출구(22)와 순환로(12)와의 사이에 있어서의 가압액의 유로 면적이 확대된다.
파인 버블 생성 노즐(2)에서는, 가압액 유입구(21)로부터 노즐 유로(20)에 유입한 가압액이 테이퍼부(24)에 있어서 서서히 가속되면서 후부(25)로 흐르며, 후부(25)를 통과해서 가압액 분출구(22)로부터 분류(噴流)로서 분출된다. 후부(25)에 있어서의 가압액의 유속은,바람직하게는 초속 10m~30m이다. 후부(25)에서는 가압액의 정압이 저하하기 때문에, 가압액 중의 기체가 과포화가 되어 파인 버블로서 액 중에 석출한다. 파인 버블은 가압액과 함께 확대부(27)의 외부 유로(29)를 통과한다. 파인 버블 생성 노즐(2)에서는, 가압액이 외부 유로(29)를 통과하는 동안에도, 파인 버블의 석출이 생긴다. 이것에 의해, 파인 버블을 포함하는 액체가 생성되어 순환로(12)로 공급된다. 파인 버블 생성 노즐(2)에서 생성되는 파인 버블은, 울트라 파인 버블을 주로 포함한다.
도 1에 나타내는 생성부(11)에서는, 혼합 노즐(31)은 기체 및 펌프(15)에 의해 가압된 액체를 가압액 생성 용기(32)로 도입하는 도입부이다. 또, 파인 버블 생성 노즐(2)은 혼합 노즐(31)로부터 도입된 기체의 파인 버블을 포함하는 액체를 순환로(12)로 배출하는 배출부이다.
순환로(12)의 한쪽 단부는 파인 버블 생성 노즐(2)의 확대부 개구(28)(도 3 참조)에 접속되고, 다른 쪽 단부는 혼합 노즐(31)의 액체 유입구(311)(도 2 참조)에 접속된다. 순환로(12) 상에는 상술한 펌프(15)가 설치된다. 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 파인 버블을 포함하는 액체는 펌프(15)에 의해 순환로(12) 내를 압송되며 혼합 노즐(31)로 반송된다. 순환로(12)는 밀폐된 관로이며, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 액체는, 외기로부터 격리된 상태로 혼합 노즐(31)로 반송된다. 혼합 노즐(31)로 반송된 액체는, 가압액 생성 용기(32), 파인 버블 생성 노즐(2) 및 순환로(12)를 거쳐서, 다시 혼합 노즐(31)로 반송된다. 파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 파인 버블을 포함하는 액체가 외기로부터 격리된 상태로 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환한다. 그리고, 액체 중의 파인 버블의 밀도는, 해당 순환이 반복됨으로써 높아진다.
파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 일부가 취출부(13)에 의해 파인 버블액으로서 취출된다. 취출부(13)는 취출로(131)와 기포 제거부(132)를 구비한다. 취출로(131)는 잉여 기체 분리부(326)의 상단부에 접속된다. 기포 제거부(132)는, 취출로(131) 상에 설치되어 잉여 기체 분리부(326)로부터 취출로(131)에 유입하는 액체로부터, 파인 버블 이외의 기포(즉, 용이하게 시인할 수 있는 정도의 크기의 기포)를 제거한다. 기포 제거부(132)로서는, 예를 들면, 가스 제거밸브가 이용된다. 기포 제거부(132)를 통과한 액체는, 용이하게 시인할 수 있는 정도 크기의 기포를 실질적으로 포함하지 않으며, 또한, 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 파인 버블액이다. 파인 버블액은, 취출로(131)의 선단의 취출구(133)로부터 취출된다.
파인 버블액 생성 장치(1)는, 취출 제어부(134)와 기포 밀도 측정부(135)와 기억부(136)를 더 구비한다. 취출 제어부(134)는, 취출로(131) 상에 있어서 기포 제거부(132)와 취출구(133)와의 사이에 설치된다. 취출 제어부(134)는, 예를 들면, 취출로(131)를 흐르는 파인 버블액의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브, 및, 해당 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 밸브 제어부이다. 기포 밀도 측정부(135)는 기포 제거부(132)와 취출구(133)와의 사이에서 취출로(131)에 접속된다. 기포 밀도 측정부(135)는, 취출부(13)로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 측정한다. 기포 밀도 측정부(135)로서는, 예를 들면, 나노 사이트사(NanoSight Limited)의 NS500 등의 기술을 이용하여 실현 가능하다.
취출 제어부(134)에는 기억부(136)가 접속된다. 기억부(136)에는, 유량-밀도 정보가 미리 기억되어 있다. 유량-밀도 정보는, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량과 취출부(13)로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도와의 관계를 나타내는 정보이다.
도 4는, 유량-밀도 정보를 나타내는 도이다. 도 4의 횡축은 파인 버블액의 취출 유량을 나타내고, 세로축은 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 나타낸다. 도 4중의 복수의 동그라미는 파인 버블액의 각 취출 유량으로 취출했을 때의 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 측정한 결과를 나타낸다. 해당 측정은, 취출 유량 이외의 조건을 거의 같이해서 행해졌다. 도 4중의 실선(81)은, 복수의 동그라미로부터 요구된 유량-밀도 정보이다. 도 4에 나타내듯이, 파인 버블액의 취출 유량이 커지면, 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도는 감소한다.
기포 밀도 측정부(135)에 있어서의 측정 결과(즉, 측정된 파인 버블의 밀도)는, 취출 제어부(134)로 보내진다. 취출 제어부(134)에서는, 미리 입력된 목표 밀도, 기포 밀도 측정부(135)에 있어서의 측정 결과, 및, 기억부(136)에 기억되는 유량-밀도 정보에 기초해서 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량이 제어된다. 이것에 의해, 취출부(13)로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도가 목표 밀도와 대략 동일하게 된다.
도 5는 파인 버블액 생성 장치(1)에 있어서 파인 버블액을 연속적으로 취출하는 경우에 있어서의 취출 개시부터의 경과시간과 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5의 횡축은, 파인 버블액의 취출 개시부터의 경과시간을 나타내고, 종축은 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 나타낸다. 파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 취출 제어부(134)에 의한 제어를 함으로써 도 5에 나타내듯이, 대략 소망한 밀도에서 파인 버블을 포함하는 파인 버블액을 장시간에 걸쳐서 연속적으로 취출할 수 있다.
보급부(14)는 순환로(12)에 접속되며, 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체와 같은 종류의 액체(본 실시의 형태에서는, 순수한 물)를 순환로(12)에 보급한다. 보급부(14)는 취출부(13)로부터 취출되는 파인 버블액과 대략 동량의 액체를 순환로(12)에 보급함으로써 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 양을 유지한다.
보급부(14)는 액체 공급로(141)와 압력 조절부(142)와 보급 제어부(143)를 구비한다. 액체 공급로(141)의 한쪽의 단부는 절환 기구(162)와 펌프(15)와의 사이에서 순환로(12)에 접속되고, 다른 쪽의 단부는 파인 버블액 생성 장치(1)의 외부의 액체 공급원(91)에 접속된다. 액체 공급원(91)은, 예를 들면, 공장 등에 설치되어 여러 가지 장치에 순수한 물을 압송하는 순수한 물 공급라인이다. 액체 공급로(141)는 액체 공급원(91)으로부터 압송된 액체를 순환로(12)로 유도한다. 액체 공급로(141)는 밀폐된 관로이며, 액체 공급원(91)으로부터의 액체는, 액체 공급로(141) 내에 있어 외기로부터 격리된 상태로 순환로(12)로 유도된다. 압력 조절부(142)는 액체 공급로(141) 상에 설치되어 액체 공급원(91)으로부터 압송되어 액체 공급로(141)를 흐르는 액체의 압력을 조절한다. 압력 조절부(142)로서 예를 들면, 압력 조절 밸브가 이용된다.
보급 제어부(143)는 압력 조절부(142)에 접속된다. 압력 조절부(142)가 압력 조절 밸브인 경우, 보급 제어부(143)는, 예를 들면, 해당 압력 조절 밸브의 개방도를 제어하는 밸브 제어부이다. 보급 제어부(143)는, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량에 의거하여 압력 조절부(142)를 제어한다. 구체적으로는, 보급부(14)의 액체 공급로(141)로부터 순환로(12)에 공급되는 액체의 유량(이하, 「보급 유량」이라고 한다. )이 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량과 대략 동일해지도록, 보급부(14)로부터 순환로(12)에 공급되는 액체의 압력 또는 유량이 제어된다. 이것에 의해, 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 양(이하,「순환량」이라고 한다. )을 대략 일정으로 유지할 수 있다.
파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 예를 들면, 순환량을 유지하는 경우의 취출부(13)로부터의 취출 유량과 보급부(14)로부터 공급되는 액체의 압력과의 관계가 미리 기억되어 있으며, 해당 관계와 취출 유량에 의거하여 보급부(14)로부터 공급되는 액체의 압력이 제어되어도 좋다. 또는, 보급부(14)에 보급 유량을 측정하는 유량계가 설치되어 해당 유량계의 측정 결과가 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량과 동일해지도록 보급 제어부(143)에 의해 압력 조절부(142)가 피드백 제어되어도 좋다.
배액부(16)는 배액로(161)와 절환 기구(162)(예를 들면, 삼방밸브 등의 절환 밸브)를 구비한다. 배액로(161)의 한편의 단부는, 파인 버블 생성 노즐(2)과 펌프(15)와의 사이에서 순환로(12)에 접속되고, 한쪽 단부는 파인 버블액 생성 장치(1)의 외부의 배액포트(92)에 접속된다. 환언하면, 배액로(161)는 순환로(12)로부터 분기하여 배액포트(92)에 접속된다. 절환 기구(162)는 순환로(12)와 배액로(161)와의 접속부(즉, 분기부)에 설치되며, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터의 액체의 송출처를 배액포트(92)와 혼합 노즐(31)과의 사이에서 절환한다.
파인 버블액 생성 장치(1)의 기동 직후, 즉, 생성부(11)를 액체가 흐르기 시작한 직후는, 생성부(11) 내의 압력이 변동한다. 여기서, 파인 버블액 생성 장치(1)의 기동 직후부터 소정의 시간(예를 들면, 수십 초), 보급부(14)로부터 순환로(12)를 거쳐서 생성부(11)로 액체를 공급해서 생성부(11)를 통과한 액체를 절환 기구(162)에 의해 배액포트(92)로 유도하는 것이 행해진다. 이때, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출은 행해지지 않는다. 환언하면, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 개시 전 상태에 있어서, 보급부(14)로부터 순환로(12)를 거쳐서 생성부(11)의 혼합 노즐(31)에 도입된 액체는, 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 일 없이, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 절환 기구(162)에 의해 배액포트(92)로 유도된다. 이것에 의해, 생성부(11) 내의 압력을 대략 일정으로 할 수 있어 파인 버블액 생성 장치(1)의 기동을 안정하여 실시할 수 있다.
파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 생성부(11) 내의 압력이 대략 일정이 되면, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 파인 버블을 포함하는 액체의 송출처가 절환 기구(162)에 의해 변환되어 해당 액체는 순환로(12)를 거쳐서 혼합 노즐(31)로 반송된다. 그리고, 파인 버블을 포함하는 액체가 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 것에 의해 액체 중의 파인 버블의 밀도가 증대하여 소망한 밀도가 된다. 액체 중의 파인 버블의 밀도가 소망한 밀도가 될 때까지, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출은 행해지지 않고, 보급부(14)로부터의 액체의 보급도 정지된다. 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체 중의 파인 버블의 밀도가 소망한 밀도가 되면, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출이 개시되며, 보급부(14)로부터의 액체의 보급도 개시된다.
이상으로 설명한 것처럼, 파인 버블액 생성 장치(1)는, 혼합 노즐(31)과 파인 버블 생성 노즐(2)을 구비하는 생성부(11)와 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 액체를 외기로부터 격리된 상태로 혼합 노즐(31)로 반송하는 순환로(12)와 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 일부를 파인 버블액으로서 취출하는 취출부(13)와 순환로(12)에 액체를 보급해서 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 양을 유지하는 보급부(14)를 구비한다. 이것에 의해, 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 파인 버블액을 연속적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 여러 가지 용도에 있어서 파인 버블액을 연속적으로 공급할 수 있다.
그런데, 반도체의 제조 장치 등에서는, 반도체 기판의 처리에 사용되는 처리액이, 반도체 기판에 공급되기 전에 장치의 도중에 체류하는 것을 회피하는 것이 요구된다. 파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 위에서 설명한 바와 같이, 파인 버블을 포함하는 액체가 도중에 체류하는 일 없이 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하기 때문에, 반도체의 제조 장치 등에의 파인 버블액의 공급에 특히 적합하다. 또, 파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 장치의 기동시에 생성부(11)를 흐르는 액체는 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 일 없이, 배액포트(92)로 배출된다. 이것에 의해, 파인 버블액 생성 장치(1)의 기동시에 있어도, 액체가 장치 내에 있어 체류하는 것을 방지할 수가 있다. 따라서, 파인 버블액 생성 장치(1)는, 반도체의 제조 장치 등에의 파인 버블액의 공급에 보다 더 적합하다.
파인 버블액 생성 장치(1)는, 취출부(13)로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 측정하는 기포 밀도 측정부(135)와 유량-밀도 정보를 기억하는 기억부(136)와 기포 밀도 측정부(135)에 있어서의 측정 결과 및 유량-밀도 정보에 의거하여 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량을 제어하는 취출 제어부(134)를 구비한다. 이것에 의해, 소망한 기포 밀도에서 파인 버블을 포함하는 파인 버블액을 용이하게 생성할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 보급부(14)는, 액체 공급원(91)으로부터 압송된 액체를 순환로(12)로 유도하는 액체 공급로(141)와 액체 공급로(141)를 흐르는 액체의 압력을 조절하는 압력 조절부(142)를 구비한다. 이것에 의해, 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 양을 용이하게 유지할 수 있다. 또, 보급 제어부(143)에 의해, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량에 의거하여 보급부(14)로부터 순환로(12)에 보급되는 액체의 압력 또는 유량이 제어된다. 이것에 의해, 보급부(14)로부터의 액체의 보급에 의한 순환량의 유지를 자동으로 실시할 수 있다.
파인 버블액 생성 장치(1)에서는, 보급부(14)의 구조는 상술의 것으로는 한정되지 않고, 여러 가지로 변경되어도 좋다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 보급부(14)를 대신하여, 도 6에 나타내는 보급부(14a)가 파인 버블액 생성 장치(1)에 설치되어도 좋다. 보급부(14a)는 액체 공급로(141)와 보급 제어부(143)와 펌프(144)를 구비한다. 액체 공급로(141)의 한쪽 단부는, 절환 기구(162)와 펌프(15)와의 사이에서 순환로(12)에 접속되며, 다른 쪽 단부는 파인 버블액 생성 장치(1)의 외부의 액체 공급원(91a)에 접속된다. 액체 공급원(91a)은, 예를 들면, 순수한 물을 저류하는 저류조이다. 액체 공급로(141)는 액체 공급원(91a)으로부터 순환로(12)로 액체를 유도한다. 액체 공급로(141)는, 밀폐된 관로이며, 액체 공급원(91a)으로부터의 액체는, 액체 공급로(141) 내에 있어 외기로부터 격리된 상태로 순환로(12)로 유도된다. 펌프(144)는 액체 공급로(141) 상에 설치되며, 액체 공급로(141) 내의 액체를 순환로(12)를 향해 압송한다. 이것에 의해, 도 1에 나타내는 보급부(14)가 설치되는 경우와 같이 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 양(즉, 순환량)을 용이하게 유지할 수 있다.
또, 보급 제어부(143)는 펌프(144)에 접속되어 펌프(144)의 구동을 제어한다. 보급 제어부(143)에 의해 펌프(144)가 제어되는 것에 의해, 보급부(14a)로부터의 보급 유량이 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량과 대략 동일해지도록 보급부(14a)로부터 순환로(12)에 공급되는 액체의 압력 또는 유량이 제어된다. 이것에 의해, 상기와 같이 보급부(14a)로부터의 액체의 보급에 의한 순환량의 유지를 자동으로 실시할 수 있다. 보급부(14a)에서는, 액체 공급로(141) 상에 스로틀 밸브 등의 유량 조정부가 설치되어도 좋다. 이 경우, 펌프(144)는 일정의 출력에서 구동되며, 보급 제어부(143)에 의해 해당 스로틀 밸브가 제어됨으로써 보급부(14a)로부터의 보급 유량이 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 유량과 대략 동일해지도록, 보급부(14a)로부터 순환로(12)에 공급되는 액체의 유량이 제어된다.
도 7은 본 발명의 제2의 실시형태와 관련되는 파인 버블액 생성 장치(1a)를 나타내는 단면도이다. 파인 버블액 생성 장치(1a)는 도 1에 나타내는 배액부(16)를 대신하여 초기 순환부(17)를 구비한다. 그 외의 구성은, 도 1에 나타내는 파인 버블액 생성 장치(1)와 같으며, 이하의 설명에서는 같은 구성에 같은 부호를 붙인다.
초기 순환부(17)는 바이패스로(171)와 예를 들면 밸브인 절환 기구(172a, 172b, 172c)와 초기 저류부(173)를 구비한다. 바이패스로 171의 한쪽 단부는 파인 버블 생성 노즐(2)과 절환 기구(172c)와의 사이에서 순환로(12)에 접속된다. 바이패스로(171)의 한편의 단부는, 상기 한쪽의 단부보다도 하류측(즉, 순환로(12) 내를 흐르는 액체의 흐름 방향 앞쪽)에서, 절환 기구(172c)와 펌프(15)와의 사이에서 순환로(12)에 접속된다. 환언하면, 바이패스로(171)는 순환로(12) 상의 분기 위치에서 순환로(12)로부터 분기하여 해당 분기 위치보다도 순환로(12)의 하류측에서 순환로(12)에 접속된다.
초기 저류부(173)는 바이패스로(171) 상의 절환 기구(172a, 172b)의 사이에 설치되며, 바이패스로(171)를 흐르는 액체를 저류한다. 초기 저류부(173)는 예를 들면, 어느 정도의 양의 액체를 저류 가능한 예비 탱크이다. 절환 기구(172a, 172b)의 각각은 순환로(12)와 바이패스로(171)와의 사이에 설치된다. 절환 기구(172a, 172b, 172c)는, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터의 액체의 송출처를 순환로(12)와 바이패스로(171)와의 사이에서 절환한다.
파인 버블액 생성 장치(1a)의 기동 직후, 즉, 생성부(11)를 액체가 흐르기 시작한 직후는, 생성부(11) 내의 압력이 변동한다. 여기서, 파인 버블액 생성 장치(1a)의 기동 직후부터 소정의 시간(예를 들면, 수십 초), 초기 저류부(173)에 저류되고 있는 액체(예를 들면, 순수한 물)가 바이패스로(171) 및 순환로(12)를 거쳐서 생성부(11)로 공급된다. 생성부 11을 통과한 액체는, 절환 기구(172a, 172b, 172c)에 의해, 절환 기구(172c)를 경유해서 생성부(11)로 유도되지 않고, 바이패스로(171)로 유도되고, 바이패스로(171)를 거쳐서 초기 저류부(173)로 유도된다. 해당 액체는, 초기 저류부(173)에 일시적으로 저류된 후, 바이패스로(171)를 거쳐서 생성부(11)로 공급된다. 이때, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출은 행해지지 않는다.
환언하면, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 개시 전 상태에 있어서, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 액체는, 바이패스로(171)를 거쳐서 초기 저류부(173)로 유도되고, 초기 저류부(173)에 일시적으로 저류된 후, 바이패스로(171)를 거쳐서 혼합 노즐(31)로 반송된다. 이것에 의해, 생성부(11) 내의 압력을 대략 일정으로 할 수 있으며, 파인 버블액 생성 장치(1a)의 기동을 안정하여 실시할 수 있다. 또, 파인 버블액 생성 장치(1a)의 기동시에 액체를 장치외로 배출하는 일이 없기 때문에, 장치 기동시에 있어서의 액체의 소비량을 저감 할 수 있다.
파인 버블액 생성 장치(1a)에서는, 생성부(11) 내의 압력이 대략 일정이 되면, 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 파인 버블을 포함하는 액체의 송출처가 절환 기구(172a, 172b, 172c)에 의해 절환되고, 해당 액체는 바이패스로(171) 및 초기 저류부(173)를 경유하는 일 없이 순환로(12)상의 절환 기구(172c)를 경유해 혼합 노즐(31)로 반송된다. 그리고, 파인 버블을 포함하는 액체가 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 것에 의해, 액체 중의 파인 버블의 밀도가 증대하여 소망한 밀도가 된다. 액체 중의 파인 버블의 밀도가 소망한 밀도가 될 때까지, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출은 행해지지 않고, 보급부(14)로부터의 액체의 보급도 정지된다.
생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체 중의 파인 버블의 밀도가 소망한 밀도가 되면, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출이 개시되어 보급부(14)로부터의 액체의 보급도 개시된다. 이와 같이, 파인 버블액 생성 장치(1a)에서는, 취출부(13)로부터의 파인 버블액의 취출 중은 파인 버블 생성 노즐(2)로부터 배출된 액체가, 순환로(12)를 거쳐서 혼합 노즐(31)로 반송된다. 이것에 의해, 도 1에 나타내는 파인 버블액 생성 장치(1)와 같이 파인 버블을 고밀도로써 포함하는 파인 버블액을 연속적으로 생성할 수 있다.
또, 파인 버블액 생성 장치(1a)는, 도 8에 나타내듯이, 다른 초기 순환부(18)를 더 구비해도 좋다. 초기 순환부(18)는 바이패스로(181)와 예를 들면 밸브인 절환 기구(182)를 구비한다. 바이패스로(181)의 한쪽의 단부는, 취출부(13)의 기포 제거부(132)와 취출 제어부(134)와의 사이에 접속된다. 바이패스로(181)의 다른 쪽 단부는, 초기 순환부(17)의 절환 기구(172a, 172b) 사이의 바이패스로(171) 및 초기 저류부(173) 중 소정의 개소(도 8에서는, 초기 저류부(173))에 접속된다. 절환 기구(182)는, 바이패스로(181) 상에 설치되어 절환 기구(172a, 172b, 172c)와 연동하여 동작한다. 즉, 절환 기구(172a, 172b, 172c)가 액체를 절환 기구(172c)를 경유하여 생성부(11)에 공급하지 않고, 초기 저류부(173)의 액체를 바이패스로(171) 및 순환로(12)를 거쳐서 생성부(11)로 공급하고 있는 경우, 절환 기구(182)는 파인 버블 이외의 기포가 제거된 액체를 기포 제거부(132)로부터 초기 순환부(17)로 유도한다. 절환 기구(172a, 172b, 172c)가 파인 버블 생성 노즐(2)로부터의 액체를 바이패스로(171) 및 초기 저류부(173)를 경유하는 일 없이 순환로(12) 상의 절환 기구(172c)를 경유하여 혼합 노즐(31)로 반송되고 있는 경우, 절환 기구(182)는 액체를 기포 제거부(132)로부터 초기 순환부(17)로 유도하지 않는다. 이상과 같이, 초기 순환부(18)를 더 구비하는 것에 의해, 보다 효율 좋게 생성부(11)에 액체를 순환시킬 수 있다.
상기 파인 버블액 생성 장치(1, 1a)는 여러 가지 변경이 가능하다.
예를 들면, 혼합 노즐(31)에서 기체와 혼합되는 액체는, 완전한 물로는 한정되지 않고, 물을 주성분을 하는 액체이어도 좋다. 예를 들면, 첨가물이나 비휘발성의 액체가 첨가된 물이어도 좋다. 또, 액체는, 예를 들면, 에틸 알코올 등도 이용 가능하다고 생각된다. 파인 버블을 형성하는 기체는, 질소로는 한정되지 않고, 공기나 다른 기체이어도 좋다. 물론, 액체에 대해서 불용성 또는 난용성의 기체인 것은 필요하다.
파인 버블액 생성 장치(1, 1a)에서는, 취출부(13)는 생성부(11) 및 순환로(12)를 순환하는 액체의 일부를 파인 버블액으로서 취출할 수 있다면, 반드시, 가압액 생성 용기(32)의 잉여 기체 분리부(326)에 접속될 필요는 없다. 취출부(13)는 예를 들면, 생성부(11)의 잉여 기체 분리부(326) 이외의 부위에 접속되어도 좋고, 순환로(12)에 있어서 파인 버블 생성 노즐(2)과 펌프(15)와의 사이에 접속되어도 좋다.
생성부(11)의 구조는 여러 가지로 변경되어도 좋고 또한 다른 구조의 것이 사용되어도 좋다. 예를 들면, 파인 버블 생성 노즐(2)은 복수의 가압액 분출구(22)를 구비하여도 좋다. 파인 버블 생성 노즐(2)은 가압액 생성 용기(32)의 제5 유로(325)에 직접적으로 접속될 필요는 없고, 제5 유로(325)의 하류측의 단부와 파인 버블 생성 노즐(2)이 밀폐된 접속로에 의해 접속되어도 좋다. 또, 가압액 생성 용기(32)의 유로의 단면 형상은 원형이라도 좋다. 기체와 액체와의 혼합에는 기계적 교반 등의 다른 수단이 이용되어도 좋다.
파인 버블액 생성 장치(1, 1a)에 의해 생성되는 파인 버블액은 종래의 파인 버블액에 대해서 지금까지 제안되어 있는 여러 가지 용도에 이용되어도 좋다. 신규 분야에 이용되어도 좋고, 상정되는 이용 분야는 다방면에 걸친다. 예를 들면, 식품, 음료, 화장품, 약품, 의료, 식물 재배, 반도체 장치, 플랫 패널 디스플레이, 전자기기, 태양전지, 2차 전지, 신기능재료, 방사성 물질 제거 등이다.
상기 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은 서로 모순되지 않는 한 적당히 조합되어도 좋다.
1, 1a 파인 버블액 생성 장치
2 파인 버블 생성 노즐
11 생성부
12 순환로
13 취출부
14, 14a 보급부
31 혼합 노즐
91, 91a 액체 공급원
92 배액포트
134 취출 제어부
135 기포 밀도 측정부
136 기억부
141 액체 공급로
142 압력 조절부
143 보급 제어부
144 펌프
161 배액로
162 절환 기구
171 바이패스로
172a, 172b, 172c 절환 기구
173 초기 저류부

Claims (16)

  1. 파인 버블액 생성 장치로서,
    기체 및 가압된 액체를 도입하는 도입부와, 상기 도입부로부터 도입된 기체를 액체에 가압 용해시켜 가압액을 생성하는 가압액 생성 용기와, 상기 가압액 생성 용기 내를 대기압보다 압력이 높은 가압 환경으로 함과 아울러 상기 가압액 생성 용기로부터 공급된 상기 가압액으로부터 파인 버블을 포함하는 액체를 생성하여 배출하는 배출부를 구비하는 생성부와,
    한쪽 단부가 상기 배출부에 접속되고, 다른쪽 단부가 상기 도입부에 접속되며, 상기 배출부로부터 배출된 액체를 외기로부터 격리한 상태로 상기 도입부로 반송하는 순환로와,
    상기 생성부 및 상기 순환로를 순환하는 액체로부터 일부를 파인 버블액으로서 취출할 수 있는 취출부와,
    상기 순환로에 액체를 보급해서 상기 생성부 및 상기 순환로를 순환하는 액체의 양을 일정하게 유지할 수 있는 보급부,
    를 구비하며,
    상기 생성부 및 상기 순환로를 순환하는 액체에 포함되는 파인 버블의 밀도가 소망한 밀도가 될 때까지 상기 생성부 및 상기 순환로에서의 액체의 순환을 반복함과 아울러,
    상기 보급부로부터 공급되는 액체의 유량과 상기 취출부로부터 취출되는 파인 버블액의 유량을 같게 함으로써, 상기 생성부 및 상기 순환로를 순환하는 액체의 양을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 취출부가, 상기 순환로에서 상기 한쪽 단부와 상기 보급부가 접속되는 부위와의 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환로로부터 분기하여 배액포트에 접속된 배액로(排液路)와,
    상기 배출부로부터의 액체의 송출처를, 상기 도입부와 상기 배액포트와의 사이에서 절환하는 절환 기구,
    를 더 구비하며,
    상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 개시 전의 상태에서, 상기 보급부로부터 상기 순환로를 통해 상기 도입부에 도입된 액체가, 상기 배출부로부터 상기 절환 기구에 의해 상기 배액포트로 유도되는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보급부가,
    액체 공급원으로부터 압송된 액체를 상기 순환로로 유도하는 액체 공급로와,
    상기 액체 공급로 상에 설치되어 상기 액체 공급로를 흐르는 액체의 압력을 조절하는 압력 조절부,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보급부가,
    액체 공급원으로부터 상기 순환로로 액체를 유도하는 액체 공급로와,
    상기 액체 공급로 상에 설치되어 상기 액체 공급로 내의 액체를 상기 순환로를 향해 압송하는 펌프,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 유량에 의거하여, 상기 보급부로부터 상기 순환로에 공급되는 액체의 압력 또는 유량을 제어하는 보급 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취출부로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도를 측정하는 기포 밀도 측정부와,
    상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 유량과, 상기 취출부로부터 취출되는 파인 버블액 중의 파인 버블의 밀도와의 관계를 나타내는 유량-밀도 정보를 기억하는 기억부와,
    상기 기포 밀도 측정부에서의 측정 결과 및 상기 유량-밀도 정보에 의거하여, 상기 취출부로부터의 파인 버블액의 취출 유량을 제어하는 취출 제어부,
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파인 버블액 생성 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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