KR20200105428A - 초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액 - Google Patents

초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액 Download PDF

Info

Publication number
KR20200105428A
KR20200105428A KR1020200024046A KR20200024046A KR20200105428A KR 20200105428 A KR20200105428 A KR 20200105428A KR 1020200024046 A KR1020200024046 A KR 1020200024046A KR 20200024046 A KR20200024046 A KR 20200024046A KR 20200105428 A KR20200105428 A KR 20200105428A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
unit
ufb
treatment
gas
Prior art date
Application number
KR1020200024046A
Other languages
English (en)
Inventor
마사히코 구보타
아키토시 야마다
요시유키 이마나카
유미 야나이
히로시 아리미즈
히로유키 이시나가
데루오 오자키
Original Assignee
캐논 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 캐논 가부시끼가이샤 filed Critical 캐논 가부시끼가이샤
Publication of KR20200105428A publication Critical patent/KR20200105428A/ko

Links

Images

Classifications

    • B01F3/04439—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/2319—Methods of introducing gases into liquid media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/36—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving ionic interaction
    • B01D15/361—Ion-exchange
    • B01D15/362—Cation-exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/36—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving ionic interaction
    • B01D15/361—Ion-exchange
    • B01D15/363—Anion-exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0068—General arrangements, e.g. flowsheets
    • B01F15/066—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/233—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/2366—Parts; Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2376—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media characterised by the gas being introduced
    • B01F23/23761—Aerating, i.e. introducing oxygen containing gas in liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2376—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media characterised by the gas being introduced
    • B01F23/23761—Aerating, i.e. introducing oxygen containing gas in liquids
    • B01F23/237613—Ozone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/238—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using vibrations, electrical or magnetic energy, radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/70—Pre-treatment of the materials to be mixed
    • B01F23/703—Degassing or de-aerating materials; Replacing one gas within the materials by another gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/70—Pre-treatment of the materials to be mixed
    • B01F23/708—Filtering materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/80—After-treatment of the mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/80—After-treatment of the mixture
    • B01F23/808—Filtering the mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/80—After-treatment of the mixture
    • B01F23/811—Heating the mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3141—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit with additional mixing means other than injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B01F3/04829—
    • B01F3/2021—
    • B01F3/2057—
    • B01F3/22—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/85—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with a vibrating element inside the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/87—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations transmitting the vibratory energy by means of a fluid, e.g. by means of air shock waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/3033—Micromixers using heat to mix or move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/82—Combinations of dissimilar mixers
    • B01F33/821—Combinations of dissimilar mixers with consecutive receptacles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/93—Heating or cooling systems arranged inside the receptacle
    • B01F5/10—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • B01F2003/04858—
    • B01F2003/04865—
    • B01F2003/04886—
    • B01F2015/062—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F2035/99—Heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/58—Mixing semiconducting materials, e.g. during semiconductor or wafer manufacturing processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/046—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation under vacuum produced by a barometric column
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/10—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by direct contact with a particulate solid or with a fluid, as a heat transfer medium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/10—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by direct contact with a particulate solid or with a fluid, as a heat transfer medium
    • C02F1/12—Spray evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • C02F1/487—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields using high frequency electromagnetic fields, e.g. pulsed electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/74—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C02F2001/422—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using anionic exchangers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C02F2001/425—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using cation exchangers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46142—Catalytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/026—Treating water for medical or cosmetic purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/4613—Inversing polarity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/46135—Voltage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/46155—Heating or cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4616—Power supply
    • C02F2201/46175—Electrical pulses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/78—Details relating to ozone treatment devices
    • C02F2201/782—Ozone generators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/26—Reducing the size of particles, liquid droplets or bubbles, e.g. by crushing, grinding, spraying, creation of microbubbles or nanobubbles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
    • C02F2307/06—Mounted on or being part of a faucet, shower handle or showerhead
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
    • C02F2307/10—Location of water treatment or water treatment device as part of a potable water dispenser, e.g. for use in homes or offices

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Abstract

순도가 높은 UFB-함유액을 효율적으로 생성할 수 있는 UFB 생성 장치 및 UFB 생성 방법을 제공한다. 이를 위해, 초미세 기포 생성 장치는 액체(W)에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 유닛 및 상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 초미세 기포를 생성하는 생성 유닛을 포함한다. 생성 유닛은, 전처리가 행해진 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 액체와 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성한다.

Description

초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액{ULTRAFINE BUBBLE GENERATING METHOD, ULTRAFINE BUBBLE GENERATING APPARATUS, AND ULTRAFINE BUBBLE-CONTAINING LIQUID}
본 발명은, 직경이 1.0μm 미만인 초미세 기포를 생성하는 초미세 기포 생성 방법 및 초미세 기포 생성 장치 그리고 초미세 기포-함유액에 관한 것이다.
근년, 직경이 마이크로미터 사이즈의 마이크로버블 및 직경이 나노미터 사이즈의 나노버블 등의 미세한 기포의 특성을 응용하는 기술이 개발되어 오고 있다. 특히, 직경이 1.0μm 미만의 초미세 기포(이하, "UFB"라 칭하기도 함)의 유용성은 다양한 분야에서 확인되고 있다.
일본 특허 제6118544호는, 기체가 가압 및 용해된 가압 액체를 감압 노즐로부터 분출시킴으로써 미세한 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치를 개시하고 있다. 일본 특허 제4456176호는, 혼합 유닛을 사용해서 기체-혼합액의 분류와 합류를 반복함으로써 미세한 기포를 생성하는 장치를 개시하고 있다.
즉, 장기간 보존시에도 UFB의 농도 감소가 억제될 수 있는 UFB-함유액을 얻기 위해서는, UFB-함유액의 생성 시에 큰 기-액 계면 에너지를 갖는 UFB가 고순도 및 고농도로 생성되는 것이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 순도가 높은 UFB-함유액을 효율적으로 생성할 수 있는 초미세 기포 생성 장치 및 초미세 기포 생성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에서는, 액체에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 단계; 및 상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 상기 액체와 상기 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성하는 생성 단계를 포함하는 초미세 기포 생성 방법이 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 액체에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 유닛; 및 상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 상기 액체와 상기 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성하는 생성 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치가 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 초미세 기포 생성 방법에 의해 생성된 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액으로서, 상기 방법은, 액체에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 단계; 및 상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 상기 액체와 상기 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성하는 생성 단계를 포함하는 초미세 기포-함유액이 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 UFB 생성 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 전처리 유닛의 개략 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 용해 유닛의 개략 구성도 및 액체의 용해 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 T-UFB 생성 유닛의 개략 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 발열 소자의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 발열 소자에서의 막 비등의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 막 비등 기포의 팽창에 의해 유발되는 UFB의 생성의 상태를 도시하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 막 비등 기포의 수축에 의해 유발되는 UFB의 생성의 상태를 도시하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 액체의 재가열에 의해 유발되는 UFB의 생성의 상태를 도시하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 막 비등에 의해 생성되는 기포의 소멸에 의해 일어나는 충격파에 의해 유발되는 UFB의 생성의 상태를 도시하는 도면이다.
도 11a 내지 도 11c는 후처리 유닛의 구성예를 도시하는 도면이다.
일본 특허 제6118544호 및 제4456176호에 기재된 양 장치는, 직경이 나노미터 사이즈의 UFB뿐만 아니라 직경이 밀리미터 사이즈의 밀리-버블 및 직경이 마이크로미터 사이즈의 마이크로버블도 비교적 다량으로 생성한다. 단, 밀리-버블 및 마이크로버블은 부력의 영향을 받기 때문에, 기포는 장기간의 보존에서는 서서히 액면으로 부상하고 소멸해버리기 쉽다.
한편, 직경이 나노미터 사이즈의 UFB는, 부력의 영향을 받기 어렵고, 브라운 운동(Brownian motion)을 행하면서 액체 중에 부유하기 때문에, 장기간의 보존에 적합하다. 그러나, UFB이 밀리-버블 및 마이크로버블과 함께 생성되거나 또는 UFB의 기-액 계면 에너지가 작은 경우, UFB는 밀리-버블 및 마이크로버블의 소멸의 영향을 받고, 시간의 경과와 함께 감소한다.
<<UFB 생성 장치의 구성>>
도 1은 본 발명에 적용 가능한 UFB 생성 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 본 실시형태의 UFB 생성 장치(1)는, 전처리 유닛(100), 용해 유닛(200), T-UFB 생성 유닛(300), 후처리 유닛(400) 및 회수 유닛(500)을 포함한다. 각 유닛은 상기 순서로 전처리 유닛(100)에 공급된 수돗물 등의 액체(W)에 대해 고유한 처리를 행하고, 이렇게 처리된 액체(W)는 회수 유닛(500)에 의해 T-UFB-함유액으로서 회수된다. 이하 유닛의 기능 및 구성에 대해서 설명한다. 상세는 후술하지만, 본 명세서에서는 급격한 발열에 수반하는 막 비등을 이용해서 생성한 UFB를 열적-초미세 기포(thermal-ultrafine bubble)(T-UFB)라 칭한다.
도 2는 전처리 유닛(100)의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 전처리 유닛(100)은 공급된 액체(W)에 대하여 탈기 처리를 행한다. 전처리 유닛(100)은, 주로, 탈기 용기(101), 샤워 헤드(102), 감압 펌프(103), 액체 도입로(104), 액체 순환로(105), 및 액체 도출로(106)를 포함한다. 예를 들어, 수돗물과 같은 액체(W)는, 밸브(109)를 통해서 액체 도입로(104)로부터 탈기 용기(101)에 공급된다. 이 과정에서, 탈기 용기(101)에 제공된 샤워 헤드(102)가 액체(W)의 미스트(mist)를 탈기 용기(101)에 분무한다. 샤워 헤드(102)는 액체(W)의 기화를 촉진하기 위한 것이지만; 기화 촉진 효과를 만들어 내는 기구로서 원심분리기 등도 대신해서 사용될 수 있다.
어느 정도 양의 액체(W)가 탈기 용기(101)에 저류된 후, 모든 밸브를 폐쇄한 상태에서 감압 펌프(103)를 작동시키면, 이미 기화된 기체 성분이 배출되며, 액체(W)에 용해되어 있는 기체 성분의 기화와 배출도 촉진된다. 이 과정에서, 탈기 용기(101)의 내압을, 압력계(108)를 확인하면서 수백 내지 수천 Pa(1.0 Torr 내지 10.0 Torr) 정도로 감압할 수 있다. 전처리 유닛(100)에 의해 제거되는 기체는, 예를 들어 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소 등을 포함한다.
이상 설명한 탈기 처리는 액체 순환로(105)를 이용함으로써 동일한 액체(W)에 대하여 반복적으로 행해질 수 있다. 구체적으로는, 액체 도입로(104)의 밸브(109)와 액체 도출로(106)의 밸브(110)를 폐쇄하고, 액체 순환로(105)의 밸브(107)를 개방한 상태에서, 샤워 헤드(102)를 작동시킨다. 이에 의해, 탈기 용기(101)에 저류되고 탈기 처리가 한 번 행해진 액체(W)는, 샤워 헤드(102)로부터 탈기 용기(101)에 재분무된다. 또한, 감압 펌프(103)를 작동시킴으로써, 샤워 헤드(102)에 의한 기화 처리와 감압 펌프(103)에 의한 탈기 처리가 동일한 액체(W)에 대하여 반복적으로 행해지게 된다. 액체 순환로(105)를 이용한 상기 처리를 반복적으로 행할 때마다, 액체(W)에 포함되는 기체 성분을 단계적으로 감소시킬 수 있다. 원하는 순도로 탈기된 액체(W)가 얻어지면, 밸브(110)를 개방함으로써, 액체(W)는 액체 도출로(106)를 거쳐서 용해 유닛(200)에 송액된다.
도 2는, 기체부를 감압해서 용해물을 기화시키는 탈기 유닛(100)을 나타내지만; 용액을 탈기하는 방법은 이것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 액체(W)를 비등시켜서 용해물을 기화시키는 가열 비등법을 채용할 수 있거나, 중공사(hollow fiber)를 이용해서 액체와 기체 사이의 계면을 증대시키는 막 탈기법을 채용할 수 있다. 중공사를 사용한 탈기 모듈로서는, SEPAREL 시리즈(DIC corporation에 의해 제조됨)가 상업적으로 공급된다. SEPAREL 시리즈는 중공사의 원료에 폴리(4-메틸펜텐-1)(PMP)을 사용하며, 주로 피에조 헤드(piezo head)에 공급되는 잉크 등으로부터 기포를 제거하기 위해 사용된다. 또한, 배출법, 가열 비등법 및 막 탈기법 중 2개 이상을 함께 사용할 수 있다.
전처리로서 실행되는 상술한 탈기 처리에 의해, 후술하는 용해 처리에서는 액체(W) 중의 원하는 기체의 순도 및 용해도를 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 T-UFB 생성 유닛은 액체(W)에 포함되는 원하는 UFB의 순도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 용해 유닛(200) 및 T-UFB 생성 유닛(300) 전에 전처리 유닛(100)을 제공함으로써, 순도가 높은 UFB 함유액을 효율적으로 생성하는 것이 가능하다.
도 3a 및 도 3b는, 용해 유닛(200)의 개략 구성도 및 액체의 용해 상태를 설명하기 위한 도면이다. 용해 유닛(200)은, 전처리 유닛(100)으로부터 공급된 액체(W)에 대하여 원하는 기체를 용해시키는 유닛이다. 본 실시형태의 용해 유닛(200)은, 주로, 용해 용기(201), 회전판(202)이 제공된 회전 샤프트(203), 액체 도입로(204), 기체 도입로(205), 액체 도출로(206) 및 가압 펌프(207)를 포함한다.
전처리 유닛(100)으로부터 공급된 액체(W)는 액체 도입로(204)를 통해 용해 용기(201)에 공급되어 저류된다. 한편, 기체(G)는 기체 도입로(205)를 통해 용해 용기(201)에 공급된다.
미리결정된 양의 액체(W)와 기체(G)가 용해 용기(201)에 저류되면, 가압 펌프(207)를 작동시켜 용해 용기(201)의 내압을 약 0.5MPa로 상승시킨다. 가압 펌프(207)와 용해 용기(201) 사이에는 안전 밸브(208)가 배치된다. 회전 샤프트(203)를 통해서 액체 중의 회전판(202)을 회전시킴으로써, 용해 용기(201)에 공급된 기체(G)는 기포로 변환되고, 기체(G)와 액체(W) 사이의 접촉 면적을 증가시켜 액체(W) 중으로의 용해를 촉진한다. 이러한 작업을, 기체(G)의 용해도가 거의 최대 포화 용해도에 도달할 때까지 계속한다. 이 경우, 가능한 한 많은 기체를 용해시키기 위해서, 액체의 온도를 저하시키는 유닛을 제공할 수 있다. 용해도가 낮은 기체의 경우에는, 용해 용기(201)의 내압을 0.5MPa 이상으로 상승시킬 수도 있다. 그 경우에는, 안전면에서 용기의 재료 등을 최적으로 할 필요가 있다.
기체(G)의 성분이 원하는 농도로 용해된 액체(W)가 얻어지면, 액체(W)는 액체 도출로(206)를 통해서 배출되고, T-UFB 생성 유닛(300)에 공급된다. 이러한 과정에서, 배압 밸브(209)는, 공급 시의 압력의 과도한 상승을 방지하도록 액체(W)의 유동압(flow pressure)을 조정한다.
도 3b는, 용해 용기(201)에 혼입된 기체(G)의 용해 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다. 액체(W)에 혼입된 기체(G)의 성분을 포함하는 기포(2)는, 액체(W)에 접촉하는 부분으로부터 용해된다. 이 때문에, 기포(2)는 서서히 수축하고, 기포(2)의 주위에는 기체-용해액(3)이 나타난다. 기포(2)는 부력의 영향을 받기 때문에, 기포(2)는 기체-용해액(3)의 중심으로부터 벗어난 위치로 이동하거나, 기체-용해액(3)으로부터 분리되어 잔존 기포(4)가 될 수 있다. 구체적으로는, 액체 도출로(206)를 통해서 T-UFB 생성 유닛(300)에 공급되는 액체(W)에는, 기포(2)에 의해 둘러싸인 기체-용해액(3) 및 서로 분리된 기체-용해액(3)과 기포(2)의 혼합물이 존재한다.
도면에서의 기체-용해액(3)은, "액체(W) 중에서, 그 내부에 혼입된 기체(G)의 용해 농도가 비교적 높은 영역"을 의미한다. 실제로 액체(W)에 용해되어 있는 기체 성분에서는, 기포(2)를 둘러싸는 부분에서 기체-용해액(3)의 기체 성분의 농도가 가장 높다. 기체-용해액(3)이 기포(2)로부터 분리되는 경우, 기체-용해액(3)의 기체 성분의 농도는 영역의 중심에서 가장 높고, 농도는 중심으로부터 벗어날수록 연속적으로 낮아진다. 즉, 도 3에서는 설명을 위해서 기체-용해액(3)의 영역을 파선으로 둘러싸고 있지만, 실제로는 이러한 명확한 경계가 존재하는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서는, 완전히 용해될 수 없는 기체가 기포의 형태로 액체 중에 존재하는 것이 허용될 수 있다.
도 4는 T-UFB 생성 유닛(300)의 개략 구성도이다. T-UFB 생성 유닛(300)은, 주로, 챔버(301), 액체 도입로(302), 및 액체 도출로(303)를 포함한다. 액체 도입로(302)로부터 챔버(301)를 거쳐서 액체 도출로(303)를 향하는 흐름이, 도시되지 않은 유동 펌프에 의해 형성된다. 유동 펌프로서는, 다이어프램 펌프, 기어 펌프, 및 스크류 펌프를 포함하는 각종 펌프를 채용할 수 있다. 액체 도입로(302)로부터 도입되는 액체(W)에는, 용해 유닛(200)에 의해 혼입된 기체(G)의 기체-용해액(3)이 혼재되어 있다.
챔버(301)의 저부에는 발열 소자(10)가 제공된 소자 기판(12)이 배치된다. 발열 소자(10)에 미리결정된 전압 펄스가 인가됨으로써, 발열 소자(10)에 접촉하는 영역에 막 비등에 의해 발생하는 기포(13)(이하, 막 비등 기포(13)라고도 칭함)가 발생한다. 그리고, 막 비등 기포(13)의 팽창 및 수축에 따라 기체(G)를 함유하는 초미세 기포(UFB)(11)가 생성된다. 그 결과, 액체 도출로(303)로부터는 다수의 UFB(11)가 포함된 UFB-함유액(W)이 도출된다.
도 5a 및 도 5b는 발열 소자(10)의 상세 구조를 도시하는 도면이다. 도 5a는 발열 소자(10)의 근접도를 도시하며, 도 5b는 발열 소자(10)를 포함하는 소자 기판(12)의 더 넓은 영역의 단면도를 도시한다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 소자 기판(12)에서, 실리콘 기판(304)의 표면에, 축열층으로서의 열산화막(305)과, 축열층을 겸하는 층간막(306)이 적층되어 있다. 층간막(306)으로서는, SiO2 막 또는 SiN 막을 사용할 수 있다. 층간막(306)의 표면에는 저항층(307)이 형성되고, 그 저항층(307)의 표면에 배선(308)이 부분적으로 형성된다. 배선(308)으로서는, Al, Al-Si, Al-Cu 등의 Al-합금 배선을 사용할 수 있다. 배선(308), 저항층(307) 및 층간막(306)의 표면에는, SiO2 막 또는 Si3N4 막으로 이루어지는 보호층(309)이 형성된다.
보호층(309)의 표면에서, 결과적으로 발열 소자(10)가 되는 열-작용부(311)에 대응하는 부분 및 그 부분 주위에는, 저항층(307)에 의해 발열되는 열에 수반하는 화학적 및 물리적인 충격으로부터 보호층(309)을 보호하기 위한 내-캐비테이션 막(cavitation-resistant film)(310)이 형성된다. 저항층(307)의 표면에서, 배선(308)이 형성되어 있지 않은 영역은, 저항층(307)이 발열하는 열-작용부(311)이다. 배선(308)이 형성되어 있지 않은 저항층(307)의 발열 부분은, 발열 소자(히터)(10)로서 기능한다. 이렇게, 소자 기판(12)의 층들은, 반도체 제조 기술에 의해 실리콘 기판(304)의 표면에 순차적으로 형성되고, 이에 의해 실리콘 기판(304)에 열-작용부(311)가 제공된다.
도면에 나타내는 구성은 일례이며, 다양한 다른 구성이 적용 가능하다. 예를 들어, 저항층(307)과 배선(308)의 적층 순서가 반대인 구성 및 저항층(307)의 하면에 전극이 연결되는 구성(소위 플러그 전극 구성)이 적용 가능하다. 즉, 후술하는 바와 같이, 열-작용부(311)가 액체를 가열하도록 허용하여 액체 중에 막 비등을 발생시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 구성도 적용될 수 있다.
도 5b는, 소자 기판(12)에서, 배선(308)에 연결되는 회로를 포함하는 영역의 단면도의 일례이다. P형 도전체인 실리콘 기판(304)의 상부 층에는, N형 웰 영역(N-type well region)(322) 및 P형 웰 영역(323)이 부분적으로 제공된다. 일반적인 MOS 프로세스에서의 이온 주입 등에 의한 불순물의 도입 및 확산에 의해, N형 웰 영역(322)에 P-MOS(320)이 형성되고, P형 웰 영역(323)에 N-MOS(321)가 형성된다.
P-MOS(320)는, N형 웰 영역(322)의 상부 층에 부분적으로 N형 또는 P형의 불순물을 도입함으로써 형성되는 소스 영역(325) 및 드레인 영역(326), 게이트 배선(335) 등을 포함한다. 게이트 배선(335)은, 소스 영역(325) 및 드레인 영역(326)을 제외하는 N형 웰 영역(322)의 상부 표면의 일부에, 수백 Å의 두께의 게이트 절연막(328)이 게이트 배선(335)과 N형 웰 영역(322)의 상부 표면 사이에 개재된 상태로 퇴적되어 있다.
N-MOS(321)는, P형 웰 영역(323)의 상부 층에 부분적으로 N형 또는 P형의 불순물을 도입함으로써 형성되는 소스 영역(325) 및 드레인 영역(326), 게이트 배선(335) 등을 포함한다. 게이트 배선(335)은, 소스 영역(325) 및 드레인 영역(326)을 제외하는 P형 웰 영역(323)의 상부 표면의 일부에, 수백 Å의 두께의 게이트 절연막(328)이 게이트 배선(335)과 P형 웰 영역(323)의 상부 표면 사이에 개재된 상태로 퇴적되어 있다. 게이트 배선(335)은, CVD 법에 의해 퇴적된 두께 3000Å 내지 5000Å의 폴리실리콘으로 이루어진다. P-MOS(320) 및 N-MOS(321)에 의해 C-MOS 로직이 구성된다.
P형 웰 영역(323)에서, N-MOS(321)를 포함하는 부분과는 상이한 부분에는, 전기열 변환 소자(발열 저항 소자)를 구동하기 위한 N-MOS 트랜지스터(330)가 형성된다. N-MOS 트랜지스터(330)는, 불순물의 도입 및 확산의 단계에 의해 P형 웰 영역(323)의 상부 층에 부분적으로 제공된 소스 영역(332) 및 드레인 영역(331), 게이트 배선(333) 등을 포함한다. 게이트 배선(333)은, P형 웰 영역(323)에서의 소스 영역(332) 및 드레인 영역(331)을 제외하는 상부 표면의 일부에, 게이트 절연막(328)이 게이트 배선(333)과 P형 웰 영역(323)의 상부 표면 사이에 개재된 상태로 퇴적되어 있다.
본 예에서는, 전기열 변환 소자를 구동하기 위한 트랜지스터로, N-MOS 트랜지스터(330)를 사용한다. 그러나, 구동용 트랜지스터는 N-MOS 트랜지스터(330)로 한정되지 않으며, 트랜지스터가 다수의 전기열 변환 소자를 개별적으로 구동하는 능력을 갖고 상술한 미세한 구조를 실현할 수 있다면 어떠한 트랜지스터도 사용될 수 있다. 본 예에서는, 전기열 변환 소자와 전기열 변환 소자를 구동하기 위한 트랜지스터가 동일한 기판 상에 형성되지만, 이들은 상이한 기판에 별도로 형성될 수 있다.
P-MOS(320)과 N-MOS(321) 사이 및 N-MOS(321)과 N-MOS 트랜지스터(330) 사이 등의 각 소자 사이에는, 5000Å 내지 10000Å의 두께의 필드 산화에 의해 산화막 분리 영역(324)이 형성된다. 이 산화막 분리 영역(324)이 소자들을 분리한다. 산화막 분리 영역(324)에서, 열-작용부(311)에 대응하는 부분은, 실리콘 기판(304) 상의 제1 층인 축열층(334)으로서 기능한다.
P-MOS(320), N-MOS(321) 및 N-MOS 트랜지스터(330) 등의 소자의 각 표면에는, CVD 법에 의해, 두께 약 7000Å의 PSG 막, BPSG 막 등을 포함하는 층간 절연막(336)이 형성된다. 층간 절연막(336)을 열처리에 의해 평탄하게 한 후에, 층간 절연막(336) 및 게이트 절연막(328)을 관통하는 콘택트 홀에 제1 배선층으로서의 Al 전극(337)이 형성된다. 층간 절연막(336) 및 Al 전극(337)의 표면에는, 플라즈마 CVD 법에 의해, 두께 10000Å 내지 15000Å의 SiO2 막을 포함하는 층간 절연막(338)이 형성된다. 층간 절연막(338)의 표면에서, 열-작용부(311) 및 N-MOS 트랜지스터(330)에 대응하는 부분에는, 코-스퍼터법(co-sputter method)에 의해 두께 약 500Å의 TaSiN 막을 포함하는 저항층(307)이 형성된다. 저항층(307)은, 층간 절연막(338)에 형성된 스루홀(through-hole)을 통해서 드레인 영역(331)의 근방의 Al 전극(337)과 전기적으로 연결된다. 저항층(307)의 표면에는, 각 전기열 변환 소자에 배선이 되는 제2 배선층으로서의 Al의 배선(308)이 형성된다. 배선(308), 저항층(307) 및 층간 절연막(338)의 표면 상의 보호층(309)은, 플라즈마 CVD 법에 의해 형성된 두께 3000Å의 SiN 막을 포함한다. 보호층(309)의 표면에 퇴적된 내-캐비테이션 막(310)은, Ta, Fe, Ni, Cr, Ge, Ru, Zr, Ir 등을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속인, 두께 약 2000Å의 박막을 포함한다. 재료가 액체 중에 막 비등을 발생시킬 수 있는 것이라면, 상술한 TaSiN 이외의 TaN, CrSiN, TaAl, WSiN 등의 각종 재료가 적용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 발열 소자(10)에 미리결정된 전압 펄스를 인가한 경우의 막 비등의 상태를 도시하는 도면이다. 이 경우에는, 대기압 아래에서 막 비등을 발생시키는 경우를 설명한다. 도 6a에서, 횡축은 시간을 나타낸다. 하단의 그래프에서 종축은 발열 소자(10)에 인가되는 전압을 나타내고, 상단의 그래프에서 종축은 막 비등에 의해 발생한 막 비등 기포(13)의 체적과 내압을 나타낸다. 한편, 도 6b는, 막 비등 기포(13)의 상태를, 도 6a에 나타내는 타이밍 1 내지 3에 대응지어서 나타내고 있다. 이하, 시간순으로 각 상태를 설명한다. 후술하는 바와 같이 막 비등에 의해 발생한 UFB(11)는 주로 막 비등 기포(13)의 표면 근방에서 발생한다. 도 6b에 나타내는 상태는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 생성 유닛(300)에 의해 발생한 UFB(11)가 순환 경로를 통해서 용해 유닛(200)에 다시 공급되고, UFB(11)를 포함하는 액체가 생성 유닛(300)의 액로에 다시 공급되는 상태이다.
발열 소자(10)에 전압이 인가되기 전에, 챔버(301) 내에는 실질적으로 대기압이 유지되고 있다. 발열 소자(10)에 전압이 인가되면, 발열 소자(10)에 접하는 액체에 막 비등이 발생하고, 이렇게 발생한 기포(이하, 막 비등 기포(13)라 칭함)는 내측으로부터 작용하는 높은 압력에 의해 팽창한다(타이밍 1). 이 과정에서의 발포 압력은 약 8 내지 10MPa인 것으로 예상되고, 이것은 물의 포화 증기압에 가까운 값이다.
전압의 인가 시간(펄스폭)은 약 0.5μsec 내지 10.0μsec이며, 전압 인가 후에도 막 비등 기포(13)는 타이밍 1에서 얻어진 압력의 관성에 의해 팽창된다. 단, 막 비등 기포(13)의 내부에서는 팽창에 수반하여 발생한 부압이 서서히 커지고, 부압은 막 비등 기포(13)를 수축하는 방향으로 작용한다. 잠시 후, 관성력과 부압력이 균형을 이루는 타이밍 2에 막 비등 기포(13)의 체적은 최대가 되고, 그 후에는 막 비등 기포(13)는 부압에 의해 급속하게 수축한다.
막 비등 기포(13)의 소멸시에, 막 비등 기포(13)는 발열 소자(10)의 전체면이 아니고, 1개 이상의 극히 작은 영역에서 소멸한다. 이 때문에, 발열 소자(10)에서는, 막 비등 기포(13)가 소멸하는 극히 작은 영역에, 타이밍 1에서의 발포 시보다 훨씬 더 힘이 발생한다(타이밍 3).
이상 설명한 바와 같은 막 비등 기포(13)의 발생, 팽창, 수축 및 소멸은, 발열 소자(10)에 전압 펄스가 인가될 때마다 반복되고, 그때마다 새로운 UFB(11)가 생성된다.
다음에, 도 7a 내지 도 10b를 참고하여, 막 비등 기포(13)의 발생, 팽창, 수축 및 소멸의 각 과정에 있어서 UFB(11)가 생성되는 상태를 더 상세하게 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는, 막 비등 기포(13)의 발생 및 팽창에 의해 UFB(11)가 생성되는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 7a는, 발열 소자(10)에 전압 펄스가 인가되기 전의 상태를 도시한다. 챔버(301)의 내부에는, 기체-용해액(3)이 혼재된 액체(W)가 흐르고 있다.
도 7b는, 발열 소자(10)에 전압이 인가되고, 액체(W)에 접촉하고 있는 발열 소자(10)의 거의 전역에 걸쳐 막 비등 기포(13)가 균일하게 발생하는 상태를 나타낸다. 전압이 인가되었을 때, 발열 소자(10)의 표면 온도는 10℃/μsec의 속도로 급격하게 상승한다. 온도가 거의 300℃에 도달한 시점에서 막 비등이 일어나고, 이에 의해 막 비등 기포(13)가 생성된다.
그 후, 발열 소자(10)의 표면 온도는, 펄스 인가 중에 약 600 내지 800℃까지 상승하고, 막 비등 기포(13)의 주변 액체도 급격하게 가열된다. 도 7b에서는, 막 비등 기포(13)의 주변에 위치하고, 급격하게 가열되는 액체의 영역을 미발포 고온 영역(14)으로서 나타내고 있다. 미발포 고온 영역(14) 내에 포함되는 기체-용해액(3)은 열적 용해 한계를 초과하고 증발되어 UFB가 된다. 이렇게 증발된 기포는 약 10nm 내지 100nm의 직경 및 높은 기-액 계면 에너지를 갖는다. 따라서, 기포는 단시간에 소멸하지 않고 액체(W) 내에 독립적으로 부유한다. 본 실시형태에서는, 막 비등 기포(13)의 발생으로부터 팽창까지의 열적 작용에 의해 생성되는 기포를 제1 UFB(11A)라 칭한다.
도 7c는, 막 비등 기포(13)가 팽창하는 상태를 나타내고 있다. 발열 소자(10)로의 전압 펄스 인가 후에도, 막 비등 기포(13)는 그 발생으로부터 얻은 힘의 관성에 의해 팽창을 계속하고, 미발포 고온 영역(14)도 관성에 의해 이동 및 확산한다. 구체적으로는, 막 비등 기포(13)가 팽창하는 과정에서, 미발포 고온 영역(14) 내의 기체-용해액(3)이 새롭게 기포로서 증발되어 제1 UFB(11A)가 된다.
도 7d는 막 비등 기포(13)가 최대 체적을 갖는 상태를 도시한다. 막 비등 기포(13)는 관성에 의해 팽창하지만, 팽창에 따라 막 비등 기포(13)의 내의 부압은 서서히 상승하고, 부압은 막 비등 기포(13)를 수축시키도록 작용한다. 부압과 관성력이 균형을 이루는 시점에서, 막 비등 기포(13)의 체적은 최대가 되고, 이후 수축이 시작된다.
막 비등 기포(13)의 수축 단계에서는, 도 8a 내지 도 8c에 나타내는 과정에 의해 발생하는 UFB(제2 UFB(11B)) 및 도 9a 내지 도 9c에 나타내는 과정에 의해 발생하는 UFB(제3 UFB(11C))가 있다. 이들 2개의 과정은 동시에 이루어지는 것으로 생각된다.
도 8a 내지 도 8c는 막 비등 기포(13)의 수축에 의해 유발되는 UFB(11)의 생성의 상태를 도시하는 도면이다. 도 8a는 막 비등 기포(13)가 수축을 개시한 상태를 나타내고 있다. 막 비등 기포(13)가 수축을 개시해도, 주위의 액체(W)는 여전히 팽창 방향의 관성력을 갖는다. 이로 인해, 막 비등 기포(13)에 극도로 가까운 주위 영역에는, 발열 소자(10)로부터 이격되는 방향으로 작용하는 관성력과 막 비등 기포(13)의 수축에 의해 유발되는 발열 소자(10)를 향하는 힘이 작용하고, 이 영역은 감압된다. 도면에는 이 영역이 미발포 부압 영역(15)으로서 나타나 있다.
미발포 부압 영역(15) 내의 기체-용해액(3)은, 압력 용해 한계를 초과하고, 기포가 되도록 증발된다. 이렇게 증발된 기포는 약 100nm의 직경을 갖고, 그 후 단시간에 소멸하지 않고 액체(W) 내에서 독립적으로 부유한다. 본 실시형태에서는, 막 비등 기포(13)의 수축시의 압력 작용에 의해 증발되는 기포를 제2 UFB(11B)라 칭한다.
도 8b는 막 비등 기포(13)의 수축의 과정을 나타낸다. 막 비등 기포(13)의 수축 속도는 부압에 의해 가속되며, 미발포 부압 영역(15) 또한 막 비등 기포(13)의 수축에 수반하여 이동된다. 구체적으로는, 막 비등 기포(13)가 수축하는 과정에서, 미발포 부압 영역(15)에 걸쳐 있는 부분 내의 기체-용해액(3)이 차례차례 침전되고, 제2 UFB(11B)가 된다.
도 8c는 막 비등 기포(13)가 소멸하기 직전의 상태를 나타낸다. 막 비등 기포(13)의 가속된 수축에 의해 주위의 액체(W)의 이동 속도도 상승하지만, 챔버(301) 내의 유로 저항에 의해 압력 손실이 발생한다. 그 결과, 미발포 부압 영역(15)이 차지하는 영역은 더 커지고, 다수의 제2 UFB(11B)가 생성된다.
도 9a 내지 도 9c는, 막 비등 기포(13)의 수축 시에, 액체(W)의 재가열에 의해 UFB가 생성되는 상태를 도시하는 도면이다. 도 9a는, 발열 소자(10)의 표면이 수축하는 막 비등 기포(13)에 의해 덮이는 상태를 나타내고 있다.
도 9b는, 막 비등 기포(13)의 수축이 진행되고, 발열 소자(10)의 표면의 일부가 액체(W)에 접촉하는 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서, 발열 소자(10)의 표면에는 열이 남아 있지만, 열은 액체(W)가 표면과 접촉해도 막 비등을 유발할 만큼 충분히 높지 않다. 발열 소자(10)의 표면에 접촉함으로써 가열되는 액체의 영역을 도면에서는 미발포 재가열 영역(16)으로서 나타내고 있다. 막 비등은 이루어지지 않지만, 미발포 재가열 영역(16) 내의 기체-용해액(3)은 열적 용해 한계를 초과하고 증발된다. 본 실시형태에서는, 막 비등 기포(13)의 수축시에 액체(W)의 재가열에 의해 생성되는 기포를 제3 UFB(11C)라 지칭한다.
도 9c는 막 비등 기포(13)의 수축이 더 진행된 상태를 나타내고 있다. 막 비등 기포(13)가 작아질수록, 액체(W)에 접촉하는 발열 소자(10)의 영역이 커지며, 제3 UFB(11C)는 막 비등 기포(13)가 소멸할 때까지 생성된다.
도 10a 및 도 10b는, 막 비등에 의해 생성된 막 비등 기포(13)(즉, 캐비테이션의 일종)의 소멸로부터의 충격에 의해 유발되는 UFB의 생성의 상태를 도시하는 도면이다. 도 10a는 막 비등 기포(13)가 소멸하기 직전의 상태를 도시한다. 이 상태에서는, 막 비등 기포(13)는 내부의 부압에 의해 급격하게 수축되고, 미발포 부압 영역(15)이 막 비등 기포(13)를 둘러싼다.
도 10b는 막 비등 기포(13)가 점 P에서 소멸한 직후의 상태를 도시한다. 막 비등 기포(13)가 소멸할 때, 소멸의 충격에 의해 음향파가 점 P를 기점으로 해서 동심원적으로 퍼진다. 음향파란, 기체, 액체, 및 고체를 막론하고 임의의 것을 통해 전파하는 탄성파의 총칭이다. 본 실시형태에서는, 액체(W)의 고압면(17A) 및 저압면(17B)인 액체(W)의 압축파가 교대로 전파된다.
이 경우, 미발포 부압 영역(15) 내의 기체-용해액(3)은 막 비등 기포(13)의 소멸에 의해 이루어지는 충격파에 의해 공진되고, 저압면(17B)이 통과하는 타이밍에서 기체-용해액(3)은 압력 용해 한계를 초과하고 상 전이가 이루어진다. 구체적으로는, 막 비등 기포(13)의 소멸과 동시에, 미발포 부압 영역(15) 내에서 다수의 기포가 증발된다. 본 실시형태에서는, 막 비등 기포(13)의 소멸에 의해 만들어진 충격파에 의해 생성되는 기포를 제4 UFB(11D)라 칭한다.
막 비등 기포(13)의 소멸에 의해 만들어진 충격파에 의해 생성되는 제4 UFB(11D)는, 극히 좁은 박막-형상 영역에 극도로 짧은 시간(1μS 이하)에 돌발적으로 출현한다. 직경은 제1 내지 제3 UFB보다 충분히 작고, 기-액 계면 에너지는 제1 내지 제3 UFB 보다 높다. 이 때문에, 제4 UFB(11D)는 제1 내지 제3 UFB(11A 내지 11C)와는 다른 성질을 갖고 다른 효과를 만들어 내는 것으로 생각된다.
또한, 제4 UFB(11D)는 충격파가 전파되는 동심 구상의 영역의 도처에서 균일하게 발생하며, 제4 UFB(11D)는 그 생성으로부터 챔버(301) 내에 균일하게 존재한다. 제4 UFB(11D)가 생성되는 타이밍에서는 제1 내지 제3 UFB가 이미 다수 존재하지만, 제1 내지 제3 UFB의 존재는 제4 UFB(11D)의 생성에 크게 영향을 미치지 않는다. 또한, 제4 UFB(11D)의 발생에 의해 제1 내지 제3 UFB가 소멸하지도 않는 것으로 생각된다.
이상 설명한 바와 같이, 발열 소자(10)의 발열에 의해 막 비등 기포(13)가 발생해서 소멸할 때까지의 다수의 단계에서 UFB(11)가 발생하는 것으로 기대된다. 제1 UFB(11A), 제2 UFB(11B) 및 제3 UFB(11C)는 막 비등에 의해 발생하는 막 비등 기포의 표면 근방에서 발생한다. 이 경우, 근방은 막 비등 기포의 표면으로부터 약 20μm 이내의 영역을 의미한다. 제4 UFB(11D)는, 기포가 소멸할 때에 충격파가 전파되는 영역에서 발생한다. 상술한 예는 막 비등 기포(13)의 소멸까지의 단계를 나타내지만, UFB를 발생시키는 방식은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 발생된 막 비등 기포(13)가 소멸되기 전에 기포가 대기와 연통함으로써, 막 비등 기포(13)가 소멸에 이르지 않는 경우에도 UFB가 생성될 수 있다.
다음에, UFB의 잔존 특성에 대해서 설명한다. 액체의 온도가 높을수록 기체 성분의 용해 특성은 낮아지고, 온도가 낮을수록 기체 성분의 용해 특성은 높아진다. 즉, 액체의 온도가 높을수록, 용해된 기체 성분의 상 전이가 촉진되고, UFB의 생성이 용이해진다. 액체의 온도와 기체의 용해도는 반비례의 관계에 있고, 액체 온도가 상승함에 따라, 포화 용해도를 초과한 기체가 기포로 변환되어 액체 중에 나타난다.
따라서, 액체의 온도가 상온으로부터 급격하게 상승하면, 용해 특성이 급속하게 내려가고, UFB의 생성이 시작된다. 온도가 높아짐에 따라 열적 용해 특성은 내려가고, 많은 UFB가 생성된다.
반대로, 액체의 온도가 상온으로부터 하강하면, 기체의 용해 특성은 상승하고, 생성된 UFB는 액화되기가 더 쉬워진다. 그러나, 이러한 온도는 상온보다 충분히 낮다. 또한, 액체의 온도가 내려가도, 한 번 발생된 UFB는 높은 내압과 높은 기-액 계면 에너지를 갖기 때문에, 이러한 기-액 계면을 파괴할 만큼 충분히 높은 압력이 가해질 가능성은 매우 낮다. 즉, 한 번 생성된 UFB는, 액체를 상온 및 상압에서 보존하는 한, 간단하게 소멸되지 않는다.
본 실시형태에서, 도 7a 내지 도 7c에서 설명한 제1 UFB(11A) 및 도 9a 내지 도 9c에서 설명한 제3 UFB(11C)는 이러한 기체의 열적 용해 특성을 이용해서 생성된 UFB로서 설명될 수 있다.
한편, 액체의 압력과 용해 특성 사이의 관계에서는, 액체의 압력이 높을수록 기체의 용해 특성은 높아지고, 압력이 낮을수록 용해 특성은 낮아진다. 즉, 액체의 압력이 낮을수록, 액체에 용해되어 있는 기체-용해액의 기체로의 상 전이가 촉진되어, UFB가 생성되기 쉬워진다. 액체의 압력이 상압보다 낮아지면, 용해 특성이 급속하게 내려가고, UFB의 생성이 시작된다. 압력이 내려갈수록 압력 용해 특성은 내려가고, 많은 UFB가 생성된다.
반대로, 액체의 압력이 상압보다 높아지면, 기체의 용해 특성은 상승하고, 생성된 UFB는 액화하기가 더 쉬워진다. 그러나, 이러한 압력은 대기압보다 충분히 높다. 또한, 액체의 압력이 올라가도, 한 번 발생된 UFB는 높은 내압과 큰 기-액 계면 에너지를 갖기 때문에, 이러한 기-액 계면을 파괴할 만큼 충분히 높은 압력이 가해질 가능성은 매우 낮다. 즉, 한 번 생성된 UFB는, 액체를 상온 및 상압에서 보존하는 한, 간단하게 소멸되지 않는다.
본 실시형태에서, 도 8a 내지 도 8c에서 설명한 제2 UFB(11B) 및 도 10a 내지 도 10c에서 설명한 제4 UFB(11D)는 이러한 기체의 압력 용해 특성을 이용해서 생성한 UFB로서 설명될 수 있다.
위에서 상이한 요인에 의해 생성되는 이들 제1 내지 제4 UFB를 개별적으로 설명했지만, 상술한 생성 요인은 막 비등의 경우에 동시에 발생한다. 따라서, 제1 내지 제4 UFB 중 적어도 2 종류가 동시에 생성될 수 있으며, 이들 생성 요인은 협력하여 UFB를 생성할 수 있다. 모든 생성 요인이 막 비등 현상에 의해 생성되는 막 비등 기포의 체적 변화에 의해 유발된다는 것은 공통된다는 것에 유의해야 한다. 본 명세서에서는, 상술한 바와 같은 급격한 발열에 의해 유발되는 막 비등을 이용함으로써 UFB를 생성하는 방법을 열적-초미세 기포(T-UFB) 생성 방법이라 지칭한다. 또한, T-UFB 생성 방법에 의해 생성된 UFB를 T-UFB라 지칭하며, T-UFB 생성 방법에 의해 생성된 T-UFB를 함유하는 액체를 T-UFB-함유액이라 지칭한다.
T-UFB 생성 방법에 의해 생성되는 기포는 거의 모두가 1.0μm 이하이고, 밀리-버블 및 마이크로버블은 생성되기 어렵다. 즉, T-UFB 생성 방법은 UFB의 지배적이고 효율적인 생성을 허용한다. 또한, T-UFB 생성 방법에 의해 생성된 T-UFB는 종래의 방법에 의해 생성된 UFB보다 큰 기-액 계면 에너지를 갖고, T-UFB는 상온 및 상압에서 보존되는 한 간단하게 소멸되지 않는다. 또한, 새로운 막 비등에 의해 새로운 T-UFB가 생성되어도, 이미 생성되어 있던 T-UFB가 새로운 생성으로부터의 충격에 의해 소멸하는 것을 방지할 수 있다. 즉, T-UFB-함유액에 포함되는 T-UFB의 수 및 농도는 T-UFB-함유액에서 이루어지는 막 비등의 횟수에 따라 히스테리시스 특성을 갖는다고 말할 수 있다. 즉, T-UFB 생성 유닛(300)에 제공되는 발열 소자의 수 및 발열 소자에 대한 전압 펄스의 인가의 수를 제어함으로써, T-UFB-함유액에 포함되는 T-UFB의 농도를 조정할 수 있다.
다시 도 1을 참조한다. T-UFB 생성 유닛(300)에서 원하는 UFB 농도를 갖는 T-UFB-함유액(W)이 생성되면, 당해 UFB-함유액(W)은 후처리 유닛(400)에 공급된다.
도 11a 내지 도 11c는 본 실시형태의 후처리 유닛(400)의 구성예를 도시하는 도면이다. 본 실시형태의 후처리 유닛(400)은, UFB-함유액(W)의 불순물을, 무기 이온, 유기물, 및 불용성 고형물의 순으로 단계적으로 제거한다.
도 11a는 무기 이온을 제거하는 제1 후처리 기구(410)를 나타낸다. 제1 후처리 기구(410)는, 교환 용기(411), 양이온 교환 수지(412), 액체 도입로(413), 회수관(414) 및 액체 도출로(415)를 포함한다. 교환 용기(411)는 양이온 교환 수지(412)를 저장하고 있다. T-UFB 생성 유닛(300)에 의해 생성된 UFB-함유액(W)은, 액체 도입로(413)를 통해서 교환 용기(411)에 주입되고, 양이온 교환 수지(412)에 흡수되어, 불순물로서의 양이온이 제거된다. 이러한 불순물은 T-UFB 생성 유닛(300)의 소자 기판(12)으로부터 박리된 금속 재료, 예를 들어 SiO2, SiN, SiC, Ta, Al2O3, Ta2O5, 및 Ir을 포함한다.
양이온 교환 수지(412)는, 삼차원적인 네트워크 구조를 갖는 고분자 모체에 관능기(이온 교환기)를 도입한 합성 수지이며, 합성 수지의 외관은 약 0.4 내지 0.7 mm의 구상 입자이다. 일반적인 고분자 모체는 스티렌-디비닐벤젠의 공중합체이며, 관능기는 예를 들어 메타크릴산계와 아크릴산계의 것일 수 있다. 단, 상기 재료는 일례이다. 재료가 원하는 무기 이온을 효과적으로 제거할 수 있으면, 상기 재료는 다양한 재료로 변경될 수 있다. 양이온 교환 수지(412)에 흡수되어, 무기 이온이 제거된 UFB-함유액(W)은, 회수관(414)에 의해 회수되어, 액체 도출로(415)를 통해서 다음 단계로 송액된다. 본 실시형태에서의 이러한 과정에서, 액체 도입로(413)로부터 공급되는 UFB-함유액(W) 내에 포함되는 모든 무기 이온이 제거될 필요는 없고, 적어도 일부의 무기 이온이 제거되면 된다.
도 11b는, 유기물을 제거하는 제2 후처리 기구(420)를 나타낸다. 제2 후처리 기구(420)는, 수용 용기(421), 여과 필터(422), 진공 펌프(423), 밸브(424), 액체 도입로(425), 액체 도출로(426) 및 공기 흡인로(427)를 포함한다. 수용 용기(421)의 내부는, 여과 필터(422)에 의해 상하 2개의 영역으로 분할된다. 액체 도입로(425)는, 상하 2개의 영역 중 상방의 영역에 연결되고, 공기 흡인로(427) 및 액체 도출로(426)는 그 하방의 영역에 연결된다. 밸브(424)를 폐쇄한 상태에서 진공 펌프(423)를 구동하면, 수용 용기(421) 내의 공기가 공기 흡인로(427)를 통해서 배출되어, 수용 용기(421)의 내부의 압력이 부압이 되고, 그 후 액체 도입로(425)로부터 UFB-함유액(W)이 도입된다. 그리고, 여과 필터(422)에 의해 불순물이 제거된 상태의 UFB-함유액(W)이 수용 용기(421)에 저류된다.
여과 필터(422)에 의해 제거되는 불순물은, 튜브 또는 각 유닛에서 혼합될 수 있는 유기 재료, 예를 들어 실리콘을 포함하는 유기 화합물, 실록산, 및 에폭시 등을 포함한다. 여과 필터(422)에 사용 가능한 필터막은, 세균을 제거할 수 있는 서브-μm 메쉬의 필터(1μm 이하의 메쉬 직경의 필터), 및 바이러스를 제거할 수 있는 nm-메쉬의 필터를 포함한다. 이러한 미세한 개구 직경을 구비하는 여과 필터는, 필터의 개구 직경보다 큰 기포를 제거할 수 있다. 특히, 필터는 필터의 개구 (메쉬)에 흡착된 미세한 기포에 의해 막히고, 이것이 여과 속도를 저하시키는 경우가 있을 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에서 설명한 T-UFB 생성 방법에 의해 생성되는 기포의 대부분이 1μm 이하 사이즈의 직경이며, 밀리-버블 및 마이크로버블은 생성되기 어렵다. 즉, 밀리-버블 및 마이크로버블의 생성 가능성이 매우 작기 때문에, 필터에 기포가 흡착되는 것에 의한 여과 속도의 저하를 억제할 수 있다. 이로 인해, T-UFB 생성 방법을 갖는 시스템에, 1μm 이하의 메쉬 직경의 필터를 갖는 여과 필터(422)를 적용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 적용 가능한 여과의 예는 소위 전량 여과(dead-end filtration) 및 십자 흐름 여과(cross-flow filtration)일 수 있다. 전량 여과에서는, 공급 액체의 흐름의 방향과 필터 개구를 통과하는 여과 액체의 흐름의 방향이 동일한데, 구체적으로는 흐름의 방향이 서로를 따르는 방향이 된다. 대조적으로, 십자 흐름 여과에서는, 공급 액체의 흐름이 필터 면을 따른 방향으로 흐르는데, 구체적으로는 공급 액체의 흐름의 방향과 필터 개구를 통과하는 여과 액체의 흐름의 방향이 서로 교차한다. 필터 개구에 대한 기포의 흡착을 억제하기 위해서는 십자 흐름 여과를 적용하는 것이 바람직하다.
수용 용기(421)에 소정량의 UFB-함유액(W)이 저류된 후에, 진공 펌프(423)를 정지시키고 밸브(424)를 개방하여, 수용 용기(421)의 T-UFB-함유액을 액체 도출로(426)를 통해서 다음 단계로 송액한다. 여기에서는, 유기 불순물을 제거하는 방법으로서 진공 여과법을 채용했지만, 필터를 사용한 여과 방법으로서는, 예를 들어 중력 여과법 및 가압 여과를 채용할 수도 있다.
도 11c는 불용성 고형물을 제거하는 제3 후처리 기구(430)를 나타낸다. 제3 후처리 기구(430)는 침전 용기(431), 액체 도입로(432), 밸브(433) 및 액체 도출로(434)를 포함한다.
먼저, 밸브(433)를 폐쇄한 상태에서 침전 용기(431)에 미리결정된 양의 UFB-함유액(W)을 액체 도입로(432)를 통해 저류하고, 잠시 동안 방치한다. 그 동안, UFB-함유액(W)의 고형물은 중력에 의해 침전 용기(431)의 저부에 침전된다. UFB-함유액의 기포 중, 마이크로버블과 같은 비교적 큰 기포는 부력에 의해 액면으로 부상하고, UFB-함유액으로부터 제거된다. 충분한 시간이 경과된 후, 밸브(433)를 개방하고, 고형물 및 큰 기포가 제거된 UFB-함유액(W)이 액체 도출로(434)를 통해서 회수 유닛(500)에 송액된다. 본 실시형태에서는 3개의 후처리 기구를 순서대로 적용하는 예를 나타냈지만; 이것에 한정되지 않고, 3개의 후처리 기구의 순서를 변경할 수 있거나, 또는 적어도 하나의 필요한 후처리 기구를 사용할 수 있다.
다시 도 1을 참조한다. 후처리 유닛(400)에 의해 불순물이 제거된 T-UFB-함유액(W)은, 그대로 회수 유닛(500)에 송액될 수 있거나, 다시 용해 유닛(200)으로 되돌려서 순환 시스템을 실현할 수 있다. 후자의 경우, T-UFB의 생성으로 인해 감소되는 T-UFB-함유액(W)의 기체 용해 농도는 상승될 수 있다. 기체 용해 농도는 용해 유닛(200)에 의해 다시 포화 상태까지 보충되는 것이 바람직하다. 보충 후에 새로운 T-UFB를 T-UFB 생성 유닛(300)에 의해 생성하면, 상술한 특성을 갖는 T-UFB-함유액에 함유된 UFB의 농도를 더 상승시킬 수 있다. 즉, 용해 유닛(200), T-UFB 생성 유닛(300), 및 후처리 유닛(400)을 통한 순환 횟수만큼 UFB의 함유 농도를 높일 수 있고, 함유된 UFB의 미리결정된 농도가 얻어진 후에 당해 UFB-함유액(W)을 회수 유닛(500)에 송액할 수 있다. 본 실시형태는 후처리 유닛(400)에 의해 처리된 UFB-함유액을 용해 유닛(200)으로 되돌려서 순환시키는 형태를 나타내지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 T-UFB 생성 유닛을 통과한 후의 UFB-함유액을 후처리 유닛(400)에 공급되기 전에 다시 용해 유닛(200)에 복귀시켜서 다수회의 순환을 통해 T-UFB 농도를 높인 후에 후처리 유닛(400)에 의해 후처리를 행할 수 있다.
이제, 생성된 T-UFB-함유액(W)을 다시 용해 유닛(200)으로 되돌리는 것의 효과에 대해서, 본 발명자들에 의해 행해진 구체적인 검증의 결과에 따라서 간단하게 설명한다. 먼저, T-UFB 생성 유닛(300)에서는, 소자 기판(12)에 10000개의 발열 소자(10)를 배치했다. 액체(W)로서는 공업용 순수(pure water)를 사용하고, 액체(W)를 T-UFB 생성 유닛(300)의 챔버(301) 안에서 1.0리터/시간의 흐름 유체의 속도로 유동시켰다. 이 상태에서, 각각의 발열 소자에 대하여, 전압 24V 및 펄스폭 1.0μs의 전압 펄스를 10KHz의 구동 주파수에서 인가했다.
생성된 T-UFB-함유액(W)을 용해 유닛(200)으로 되돌리지 않고 회수 유닛(500)에 의해 회수하거나 또는 순환 횟수가 1회인 경우, 회수 유닛(500)에 의해 회수된 T-UFB-함유액(W)에서는 1.0mL당 약 36억개의 UFB가 확인되었다. 한편, T-UFB-함유액(W)을 용해 유닛(200)으로 되돌리는 조작을 10회 행하거나, 또는 순환을 10회 행한 결과, 회수 유닛(500)에 의해 회수된 T-UFB-함유액(W)에서는 1.0mL당 약 360억개의 UFB가 확인되었다. 즉, UFB의 함유 농도는 순환 횟수에 비례해서 높아지는 것이 확인되었다. 상술한 UFB의 수 밀도는, Shimadzu Corporation에 의해 제조된 측정기(형식 번호 SALD-7500)를 사용하여, 미리결정된 체적의 UFB-함유액(W)에 포함되는 직경 1.0μm 미만의 UFB(41)를 카운트함으로써 취득했다.
상술한 바와 같이, 액체를 순환 경로를 경유하여 용해 유닛(200), T-UFB 생성 유닛(300), 및 후처리 유닛(400)을 통해 이 순서로 순환시킴으로써, 원하는 UFB 농도의 액체를 생성할 수 있다.
회수 유닛(500)은, 후처리 유닛(400)으로부터 송액된 UFB-함유액(W)을 회수 및 보존한다. 회수 유닛(500)에 의해 회수된 T-UFB-함유액은, 다양한 불순물이 제거된 고순도의 UFB-함유액이다.
회수 유닛(500)에서는, 몇 단계의 여과 처리를 행하여, UFB-함유액(W)을 T-UFB의 사이즈에 의해 분류할 수 있다. T-UFB 방식에 의해 얻어지는 T-UFB-함유액(W)의 온도는 상온보다 높은 것이 예상되기 때문에, 회수 유닛(500)에는 냉각 유닛을 제공할 수 있다. 냉각 유닛은 후처리 유닛(400)의 일부에 제공될 수 있다.
이상이 UFB 생성 장치(1)의 개략적인 설명이지만, 도시된 다수의 유닛은 물론 변경될 수 있으며, 이들 모두를 준비할 필요는 없다. 사용되는 액체(W) 및 기체(G)의 종류 및 생성되는 T-UFB-함유액의 사용 목적에 따라, 상술한 유닛의 일부를 생략할 수 있거나, 또는 상술한 유닛 이외의 다른 유닛을 추가할 수 있다.
예를 들어, UFB에 의해 함유되는 기체가 대기일 경우에는, 전처리 유닛(100)으로서의 탈기 유닛 및 용해 유닛(200)을 생략할 수 있다. 한편, UFB에 다수 종류의 기체를 포함시키고 싶을 경우에는, 다른 용해 유닛(200)을 추가할 수 있다. 또한, 도 1에 나타낸 몇 가지의 유닛의 기능은 1개의 유닛에 통합시킬 수도 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 용해 용기(201) 중에 발열 소자(10)를 배치함으로써, 용해 유닛(200)과 T-UFB 생성 유닛(300)을 서로 통합시킬 수 있다. 이 경우, 하나의 유닛에서 기체의 용해 및 그 기체를 함유하는 T-UFB의 생성을 동시에 실행한다. 구체적으로는, 고압 챔버인 기체 용해 용기(201) 내에 전극 타입의 T-UFB 모듈을 내장시켜서, 해당 모듈 내에 배치한 다수의 히터를 구동하고 이에 의해 막 비등을 발생시킨다. 이 경우, T-UFB 모듈을 기체 용해 용기(201)의 저부에 배치하면, 히터의 구동으로부터 발생하는 열에 의해, 기체 용해 용기 내의 액체가 가열되고, 마란고니 대류(marangoni convection)가 발생한다. 결과적으로, 순환 또는 교반 수단을 제공하지 않아도 기체 용해 용기 내의 액체를 교반할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같은 불순물을 제거하기 위한 유닛은, T-UFB 생성 유닛(300)의 상류의 전처리 유닛의 일부로서 제공될 수 있거나, 또는 그 상류와 하류의 양쪽에 제공될 수 있다. UFB 생성 장치에 공급되는 액체가 수돗물, 빗물, 또한 오염된 물 등일 경우에는, 액체 중에 유기계 및 무기계의 불순물이 포함될 수 있다. 이러한 불순물을 포함하는 액체(W)를 T-UFB 생성 유닛(300)에 공급하면, 발열 소자(10)를 열화시키고 염석 현상을 유발할 우려가 있다. 도 11a 내지 도 11c에 나타내는 바와 같은 기구를 T-UFB 생성 유닛(300)의 상류에 제공함으로써, 상술한 불순물을 사전에 제거하고, 순도가 높은 UFB-함유액을 더 효율적으로 생성하는 것이 가능하게 된다.
특히, 도 11a에 나타낸 양이온 교환 수지를 사용하여 불순물 제거 유닛을 전처리 유닛에 제공하는 경우에는, 음이온 교환 수지의 적용은 T-UFB 물의 효율적인 생성에 기여한다. 이는, T-UFB는 음전하를 갖는 초미세 기포를 생성하기 때문에, 전처리 유닛에 있어서 음전하를 갖는 수산화물 이온 및 클로라이드 이온 등의 음이온 불순물을 제거함으로써, 순도가 높은 T-UFB 물을 생성할 수 있다. 이 경우에 사용되는 음이온 교환 수지는, 4급 암모늄기를 갖는 강염기성 음이온 교환 수지, 및 1 내지 3급 아민기를 갖는 약염기성 음이온 교환 수지의 양쪽일 수 있다. 사용되는 액체의 종류에 따라 적합한 수지를 적용할 수 있다. 통상, 수돗물 또는 순수를 액체로서 사용하는 경우에는, 후자의 약염기성 음이온 교환 수지만으로 충분히 기능을 충족할 수 있다.
<<T-UFB-함유액에 사용 가능한 액체 및 기체>>
여기서, T-UFB-함유액을 생성하기 위해서 사용 가능한 액체(W)에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서 사용 가능한 액체(W)는, 예를 들어 순수, 이온 교환수, 증류수, 생리활성수, 자기 활성수, 로션, 수돗물, 해수, 강물, 상하수, 호수물, 지하수, 빗물 등이다. 상기 액체 등을 포함하는 혼합 액체도 사용 가능하다. 또한, 물과 가용성 유기 용제를 함유하는 혼합 용제도 사용할 수 있다. 물과 혼합해서 사용되는 가용성 유기 용제는 특별히 한정되지 않지만, 구체예로서 이하의 것을 들 수 있다. 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올, sec-부틸 알코올, tert-부틸 알코올을 포함하는 탄소수 1 내지 4의 알킬 알코올류. N-메틸-2-피롤리돈, 2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, N,N-디메틸포름아미드, 및 N,N-디메틸아세트아미드를 포함하는 아미드류. 아세톤 및 디아세톤 알코올을 포함하는 케톤 또는 케토알코올류. 테트라히드로푸란 및 디옥산을 포함하는 환상 에테르류. 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,6-헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 및 티오디글리콜을 포함하는 글리콜류. 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 및 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르를 포함하는 다가 알코올의 저급 알킬 에테르류. 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜을 포함하는 폴리알킬렌 글리콜류. 글리세린, 1,2,6-헥산트리올, 및 트리메틸올프로판을 포함하는 트리올류. 이들 가용성 유기 용제는 개별적으로 사용될 수 있거나, 이들 중 2개 이상이 함께 사용될 수 있다.
용해 유닛(200) 내로 도입될 수 있는 기체 성분으로서는, 예를 들어 수소, 헬륨, 산소, 질소, 메탄, 불소, 네온, 이산화탄소, 오존, 아르곤, 염소, 에탄, 프로판, 공기 등이 있다. 기체 성분은 상기의 것 중 몇개를 포함하는 혼합 기체일 수 있다. 또한, 용해 유닛(200)에 대해서는 반드시 기체 상태의 물질을 용해시킬 필요는 없으며, 용해 유닛(200)은 원하는 성분을 함유하는 액체 또는 고체를 액체(W)에 융해시킬 수 있다. 이 경우의 용해는, 자연 용해, 압력 부여에 의한 용해, 또는 전리에 의한 수화, 이온화, 및 화학 반응에 의해 유발되는 용해일 수 있다.
<<오존 가스를 사용하는 경우의 구체예>>
하나의 구체예로서, 오존 가스를 기체 성분으로서 사용하는 경우에 대해서 설명한다. 먼저, 오존 가스를 생성하는 방법은 방전법, 전해법, 및 자외선 램프법일 수 있다. 이하, 이들 방법에 대해서 순차적으로 설명한다.
(1) 방전법
유전체 장벽 방전법(dielectric barrier discharge method) 및 크리핑 방전법(creeping discharge method)이 있다. 유전체 장벽 방전법에서는, 평행 평판 형태 또는 동축 원통 형태로 배치된 한 쌍의 전극 사이에 산소-함유 기체를 흘리면서, 교류 고전압을 인가한다. 이에 의해, 산소-함유 기체 중에 방전이 발생하고, 오존 가스가 발생한다. 이 한 쌍의 전극 중 하나 또는 양쪽 모두의 표면은 유리 등의 유전체로 피복될 필요가 있다. 방전은 유전체의 표면에 있어서의 양전하 및 음전하의 교번적인 변동에 수반해서 기체(공기 또는 산소) 중에서 발생한다.
한편, 크리핑 방전법에서는, 평면 전극의 표면이 세라믹스 등의 유전체로 피복되고, 그 유전체의 표면에 선형 전극을 제공하여, 평면 전극과 선형 전극 사이에 교류 고전압을 인가한다. 이에 의해, 유전체의 표면에 방전이 발생하고, 오존 가스가 발생한다.
(2) 전해법
전해질막을 사이에 배치한 한 쌍의 전극을 수중에 배치하고, 2개의 전극 사이에 직류 전압을 인가한다. 이에 의해 물의 전기분해가 일어나고, 산소 발생측에서 산소 발생과 동시에 오존 가스가 발생한다. 실제로 사용되는 오존 발생 유닛은, 음극에 백금 촉매층을 포함하는 다공질 티타늄, 양극에 이산화납 촉매층을 포함하는 다공질 티타늄, 전해막으로서의 퍼플루오로옥탄술폰산 양이온 교환막 등을 사용한 것이 있다. 본 장치에 따르면, 20중량%의 고농도 오존을 발생시킬 수 있다.
(3) 자외선 램프법
지구의 오존층의 생성과 동일한 원리를 이용하여 자외선을 공기에 조사함으로써 오존 가스를 발생시킨다. 자외선 램프로서는 통상 수은 램프가 사용된다.
오존 가스를 기체 성분으로서 사용하는 경우, 상술한 방법 (1) 내지 (3)을 채용하는 오존 가스 생성 유닛이 도 1의 UFB 생성 장치(1)에 더 추가될 수 있다.
이어서, 이렇게 생성된 오존 가스를 용해하는 방법에 대해서 설명한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 가압 용해법(pressurizing and dissolving method) 이외에, "기포 용해법", "격막 용해법", 및 "충전층 용해법"인 오존 가스를 액체(W) 중에 용해시키는 유리한 방법이 있을 수 있다. 이들 3개의 방법을 서로 비교하면서 순차적으로 이하에서 설명한다.
(i) 기포 용해법(Bubble Air Dissolving Method)
이 방법에서는, 오존 가스를 기포로서 액체(W) 중에 혼재시키고 용해될 액체(W)와 함께 유동시킨다. 예를 들어, 액체(W)를 저류하고 있는 용기 내로 저부로부터 오존 가스를 취입시키는 버블링법, 액체(W)가 유동하는 배관의 일부에 협소부를 제공하고 협소부에 오존 가스를 취입시키는 이젝터법, 및 펌프에 의해 액체(W)와 오존 가스를 교반하는 방법 등이 있다. 기포 용해법은 비교적 콤팩트한 용해법이며 수처리장 등에서도 사용된다.
(ii) 격막 용해법(Film Dissolving Method)
이 방법에서는, 액체(W)가 다공질 테플론 막을 통해 흐르고, 오존 가스가 다공질 테플론 막의 외측을 통해 흘러, 오존 가스가 액체(W) 중에 흡수 및 용해된다.
(iii) 충전벽 용해법(Packed-Wall Dissolving Method)
이 방법에서는, 충전벽(packed-wall)의 상부로부터 액체(W)가 흐르고 저부로부터 오존 가스가 흐름으로써, 오존 가스와 액체의 흐름을 반류(countercurrent)시키고, 충전벽 내에서 오존 가스를 액체(W)에 용해시킨다.
상술한 방법 (i) 내지 (iii)을 채용하는 경우, UFB 생성 장치(1)의 용해 유닛(200)은, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 구성을 갖는 것으로부터 방법 (i) 내지 (iii) 중 어느 하나를 채용하는 구성을 갖는 것으로 변경될 수 있다.
구체적으로는, 순도가 높은 오존 가스는 독성으로 인해 취급이 어렵고, 특수한 환경을 준비하지 않는 한 가스통 내의 고순도의 오존 가스의 구입 및 사용이 제한된다. 이와 관련하여, 오존-용해수는, 전술한 방전법, 전해법, 및 자외선 램프법 등의, 공급되는 산소에 기초하여 오존을 생성하고 동시에 물 등에 용해시키는 방법이 안전하고 용이하게 생성될 수 있다.
따라서, 기체 도입에 의한 종래의 마이크로버블 및 초미세 기포의 생성 방법(예를 들어, 벤추리 방법(Venturi method), 선회류 방법, 가압 용해법 등)에 의해 오존 마이크로버블/초미세 기포를 생성하는 것은 상당히 어렵다. 캐비테이션 방법 등에 의해 오존- 용해수에 기초하여 오존 초미세 기포를 생성하는 것이 가능하지만, 장치의 대형화 및 오존 초미세 기포의 고농도의 달성에 있어서의 어려움 등의 과제가 계속 남아 있다.
대조적으로, T-UFB 생성 방법은, 오존-용해수에 기초하여 고농도의 오존 초미세 기포를 생성할 수 있는 점에서 특히 유리하다.
<<T-UFB 생성 방법의 효과>>
이어서, 이상 설명한 T-UFB 생성 방법의 특징 및 효과를 종래의 UFB 생성 방법과 비교해서 설명한다. 예를 들어, 벤투리 방식(Venturi method)으로 대표되는 종래의 기포 생성 장치에서는, 유로의 일부에 감압 노즐과 같은 기계적인 감압 구조를 제공한다. 이 감압 구조를 통과하도록 미리결정된 압력으로 액체를 유동시킴으로써, 감압 구조의 하류 영역에 다양한 사이즈의 기포가 생성된다.
이 경우, 생성된 기포 중, 밀리-버블 및 마이크로버블과 같은 비교적 큰 사이즈의 기포는 부력의 영향을 받기 때문에, 이들 기포는 액면으로 부상하여 소멸한다. 부력의 영향을 받지 않는 UFB도 UFB의 기-액 계면 에너지가 그리 크지 않기 때문에 밀리-버블 및 마이크로버블과 함께 소멸할 수 있다. 또한, 상술한 감압 구조를 직렬로 배치하고, 동일한 액체를 반복해 감압 구조를 통해 유동시키더라도, 그 반복 횟수에 대응하는 수의 UFB를 장기간 보존할 수는 없다. 즉, 종래의 UFB 생성 방법에 의해 생성된 UFB-함유액에 대해서는, UFB 함유 농도를 미리결정된 값에서 장기간 유지하는 것은 곤란했다.
대조적으로, 막 비등을 이용하는 본 실시형태의 T-UFB 생성 방법에서는, 상온으로부터 약 300℃로의 급격한 온도 변화 및 상압으로부터 약 수 메가파스칼로의 급격한 압력 변화를 발열 소자에 극도로 가까운 부분에서 국소적으로 발생시킨다. 발열 소자는 1변이 약 수십 μm 내지 수백 μm인 직사각형 형상이다. 이는 종래의 UFB 생성 유닛의 사이즈의 약 1/10 내지 1/1000이다. 또한, 막 비등 기포 표면의 지극히 얇은 막 영역 내의 기체-용해액이 열적 용해 한계 또는 압력적 용해 한계를 순간적으로(마이크로초 이하의 초단시간에) 초과하는 것에 의해, 상 전이가 일어나고 기체-용해액은 UFB로서 침전된다. 이 경우, 밀리-버블 및 마이크로버블과 같은 비교적 큰 기포는 거의 발생하지 않고, 액체는 직경이 약 100nm의 UFB를 극히 높은 순도로 함유한다. 또한, 이렇게 생성된 T-UFB는 충분히 높은 기-액 계면 에너지를 갖고 있기 때문에, T-UFB는 통상의 환경하에서 용이하게 파괴되지 않고 장기간 보존될 수 있다.
특히, 액체에서 국소적으로 기체 계면을 형성할 수 있는 막 비등 현상을 이용하는 본 발명은, 액체 영역 전체에 영향을 주지 않고 발열 소자의 근방에 존재하는 액체의 일부에 계면을 형성할 수 있고, 열 및 압력 작용이 일어나는 영역을 극도로 국소화할 수 있다. 그 결과, 안정적으로 원하는 UFB를 생성할 수 있다. 액체 순환을 통해 생성 액체에 대하여 더 많은 UFB의 생성 조건을 부여함으로써, 기존의 UFB에 대한 영향이 작은 상태에서 새로운 UFB를 추가로 생성할 수 있다. 그 결과, 비교적 용이하게 원하는 사이즈 및 농도의 UFB 액체를 제조할 수 있다.
또한, T-UFB 생성 방법은 상술한 히스테리시스 특성을 갖기 때문에, 높은 순도를 유지하면서 원하는 농도까지 함유 농도를 증가시킬 수 있다. 즉, T-UFB 생성 방법 따르면, 장기간 보존 가능한 UFB-함유액을 고순도 및 고농도로 효율적으로 생성할 수 있다.
<<T-UFB-함유액의 구체적 용도>>
일반적으로, 초미세 기포-함유액의 용도는 함유되는 기체의 종류에 의해 구별된다. 액체에 약 PPM 내지 BPM의 양의 기체를 용해할 수 있다면, 어떠한 종류의 기체도 UFB를 만들 수 있다. 예를 들어, 초미세 기포-함유액을 이하의 용도에 응용할 수 있다.
- 공기를 함유하는 UFB-함유액은 공업적, 농수산업적, 및 의료적 상황 등에서의 세정에 그리고 식물 및 농수산물의 육성에 바람직하게 응용될 수 있다.
- 오존을 함유하는 UFB-함유액은 예를 들어, 공업적, 농수산업적, 및 의료적 상황 등에서의 세정 용도뿐만 아니라, 소독, 살균 및 제염을 목적으로 한 용도와, 배수 및 오염 토양의 환경 정화에도 바람직하게 응용될 수 있다.
- 질소를 함유하는 UFB-함유액은 예를 들어 공업적, 농수산업적, 및 의료적 상황 등에서의 세정 용도뿐만 아니라 소독, 살균 및 제염을 목적으로 한 용도와, 배수 및 오염 토양의 환경 정화에도 바람직하게 응용될 수 있다.
- 산소를 함유하는 UFB-함유액은 공업적, 농수산업적, 및 의료적 상황 등에서의 세정 용도에 그리고 식물 및 농수산물의 육성에 바람직하게 응용될 수 있다.
- 이산화탄소를 함유하는 UFB-함유액은 예를 들어 공업적 및 농수산업적, 및 의료적 상황 등에서의 세정 용도뿐만 아니라 소독, 살균 및 제염을 목적으로 한 용도에도 바람직하게 응용될 수 있다.
- 의료용 가스인 퍼플루오로카본을 함유하는 UFB-함유액은 초음파 진단 및 치료에 바람직하게 응용될 수 있다. 상술한 바와 같이, UFB-함유액은, 의료, 약품, 치과, 식품, 공업, 농수산업 등의 다양한 분야에 효과를 발휘할 수 있다.
각각의 용도에서, UFB-함유액의 효과를 신속하고 확실하게 발휘하기 위해서는, UFB-함유액에 포함되는 UFB의 순도와 농도가 중요하다. 즉, 고순도 및 원하는 농도로 UFB-함유액을 생성하는 것이 가능한 본 실시형태의 T-UFB 생성 방법을 이용하면, 다양한 분야에서 전례없는 효과를 기대할 수 있다. 이하, T-UFB 생성 방법 및 T-UFB-함유액이 바람직하게 적용될 수 있는 것으로 기대되는 용도를 열거한다.
(A) 액체 정제 용도
- 정수 유닛에 T-UFB 생성 유닛을 제공함으로써, 정수 효과 및 PH 조정액의 정제 효과의 향상이 기대된다. 또한, 탄산수 서버에 T-UFB 생성 유닛을 제공할 수도 있다.
- 가습기, 아로마 디퓨져, 커피 메이커 등에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 실내의 가습 효과, 소취 효과 및 향기 확산 효과의 향상이 기대된다.
- 용해 유닛에 의해 오존 가스를 용해시킨 UFB-함유액을 생성하고, 이것을 치과 치료, 화상의 치료, 및 내시경을 이용한 상처 치료에 사용하는 경우, 의료적인 세정 효과 및 소독 효과의 향상이 기대된다.
- 집합주택의 저수조에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 장기간 보존되는 음료수의 정수 효과 및 염소 제거 효과의 향상이 기대된다.
- 고온 살균 처리를 행할 수 없는 일본 사케, 소주, 와인 등의 양조 공정에서 오존 또는 이산화탄소를 함유하는 T-UFB-함유액을 사용하는 경우, 종래의 액체에 비해 더 효율적인 저온 살균 처리가 기대된다.
- 특정 보건용 식품 및 기능 요구 식품의 제조 과정에서 원료에 UFB-함유액을 혼합시키는 경우, 저온 살균 처리가 가능해지고, 따라서 풍미를 떨어뜨리지 않고 안전한 기능성 식품을 제공할 수 있다.
- 물고기 및 진주 등의 수산물의 양식 장소에서 양식용의 해수 및 담수의 공급 경로에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 수산물의 산란 및 발육의 촉진이 기대된다.
- 식재 보존을 위한 물의 정제 공정에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 식재의 보존 상태의 향상이 기대된다.
- 수영장 물 또는 지하수를 탈색하기 위한 탈색 유닛에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 더 높은 탈색 효과가 기대된다.
- 콘크리트 부재의 균열을 복구하기 위해 T-UFB-함유액을 사용하는 것에 의해, 균열 복구의 효과의 향상이 기대된다.
- 액체 연료를 사용하는 기기(자동차, 선박, 및 비행기 등)를 위한 액체 연료에 T-UFB를 함유시키는 것에 의해, 연료의 에너지 효율의 향상이 기대된다.
(B) 세정 용도
근년, 의류에 부착된 오염 등을 제거하기 위한 세정수로서, UFB-함유액이 주목받고 있다. 상기 실시형태에서 설명한 T-UFB 생성 유닛을 세탁기에 제공하고, 종래의 액체보다 순도 및 침투성이 높은 UFB-함유액을 세탁통에 공급하는 경우, 세정력의 추가적인 향상이 기대된다.
- 목욕용 샤워 및 변기 세정기에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 인체를 포함하는 모든 종류의 생물에 대한 세정 효과뿐만 아니라 욕실 및 변기의 물때 및 곰팡이의 오염 제거를 촉진하는 효과도 기대된다.
- 자동차용의 윈드 워셔, 벽 부재 등을 세정하기 위한 고압 세정기, 세차기, 식기 세정기, 식재 세정기 등에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 그 세정 효과의 추가적인 향상이 기대된다.
- 프레스가공 후의 버링 단계(burring step)를 포함하는 공장에서 제조한 부품의 세정 및 정비에 T-UFB-함유액을 사용하는 것에 의해, 세정 효과의 향상이 기대된다.
- 반도체 소자의 제조시, 웨이퍼의 연마수로서 T-UFB-함유액을 사용하는 경우, 연마 효과의 향상이 기대된다. 또한, 레지스트 제거 단계에서 T-UFB-함유액을 사용하는 경우, 쉽게 박리되지 않는 레지스트의 박리의 촉진이 기대된다.
- 의료 로봇, 치과 치료 유닛, 장기의 보존 용기 등과 같은 의료 기기를 세정 및 소독하기 위한 기기에 T-UFB 생성 유닛을 제공하는 것에 의해, 이들 기기의 세정효과 및 제균 효과의 향상이 기대된다. T-UFB 생성 유닛은 생물의 치료에도 적용된다.
(C) 제약 용도
- 화장품 등에 T-UFB-함유액을 함유시키는 경우, 피하 세포로의 침투가 촉진되고, 방부제 및 계면활성제 등의 피부에 악영향을 주는 첨가제를 대폭으로 저하시킬 수 있다. 그 결과, 보다 안전하고 기능적인 화장품을 제공할 수 있다.
- CT 및 MRI 등의 의료 검사 장치의 조영제에 T-UFB를 함유하는 고농도 나노버블 제제를 사용하는 경우, X선 및 초음파의 반사광을 효율적으로 사용할 수 있다. 이에 의해, 악성 종양의 조기 진단 등에 사용될 수 있는 더 상세한 화상을 촬상할 수 있다.
- 고강도 집속 초음파(HIFU)라 불리고 있는 초음파 치료기에서 T-UFB를 함유하는 고농도 나노버블 물을 사용하는 경우, 초음파의 조사 파워를 저하시킬 수 있고, 따라서 치료가 더 비침습적이 될 수 있다. 특히, 정상적인 조직에의 손상을 저감할 수 있다.
- T-UFB를 함유하는 고농도 나노버블을 소스로 사용하고, 기포 주위의 마이너스 전하 영역에 리포솜(liposome)을 형성하는 인지질을 수식시키고, 그 인지질을 통해서 다양한 의료 물질(DNA 및 RNA 등)을 부여하여 나노버블 제제를 생성할 수 있다.
- 치수 및 치아의 재생 치료를 위해 T-UFB 생성에 의해 만들어진 고농도 나노버블 물을 함유하는 약제를 치아관 내에 송액하는 경우, 나노버블 물의 침투 작용에 의해 약제가 상아 세관 내에 깊게 들어가고, 제균 효과가 촉진된다. 이에 의해 치수의 감염 근관을 단시간에 치료하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 초미세 기포 생성 방법에 따르면, T-UFB 생성 유닛 전에 전처리 유닛 및 용해 유닛을 제공함으로써 순도가 높은 UFB-함유액을 효율적으로 생성하는 것이 가능해진다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광으로 해석되어야 한다.

Claims (36)

  1. 초미세 기포 생성 방법이며,
    액체에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 단계; 및
    상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 상기 액체와 상기 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성하는 생성 단계를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 액체로부터 불순물을 제거하는 제1 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 액체를 탈기하는 제2 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 액체에 미리결정된 기체를 용해시키는 제3 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 액체로부터 불순물을 제거하는 제1 처리, 상기 액체에 대해 상기 제1 처리가 행해진 후에 상기 액체를 탈기하는 제2 처리, 및 상기 액체에 대해 상기 제2 처리가 행해진 후에 상기 액체에 미리결정된 기체를 용해시키는 제3 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 미리결정된 기체는 수소, 헬륨, 산소, 질소, 메탄, 불소, 네온, 이산화탄소, 오존, 아르곤, 염소, 에탄, 프로판, 공기, 및 이들을 포함하는 혼합 기체 중에서 선택되는 초미세 기포 생성 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제3 처리에서는, 가압 용해법을 사용하여, 포화 용해도를 달성하도록 상기 액체에 상기 미리결정된 기체를 용해시키는 초미세 기포 생성 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 미리결정된 기체는 오존 가스를 포함하며,
    상기 전처리 단계는 방전법, 전해법, 및 자외선 램프법 중 적어도 하나를 사용하여 상기 오존 가스를 생성하는 단계를 더 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 처리에서는, 상기 오존 가스는 가압 용해법, 기포 용해법, 격막 용해법, 및 충전층 용해법 중 적어도 하나를 사용하여 상기 액체에 용해되는 초미세 기포 생성 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 처리에서는, 상기 액체를 저류하는 용기에 포함되는 기체부를 감압시켜 상기 액체에 함유되는 용해물을 기화시키고 상기 용기로부터 상기 용해물을 배출하는 초미세 기포 생성 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리는 양이온 교환 수지를 사용해서 무기 이온을 제거하는 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리는 음이온 교환 수지를 사용해서 음이온을 제거하는 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리는 여과 필터를 사용함으로써 유기물을 제거하는 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리는 불용성 고형물의 침전 특성을 이용해서 상기 불용성 고형물을 제거하는 처리를 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 단계 및 상기 생성 단계는 상기 액체에 대해 반복적으로 행해지는 초미세 기포 생성 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 생성 단계에서 생성된 상기 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액을 회수하는 회수 단계를 더 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 생성 단계 후에, 상기 생성 단계에서 생성된 상기 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액으로부터 불순물을 제거하는 제거 단계; 및
    상기 제거 단계를 행한 후에 상기 전처리 단계를 다시 행하는 단계를 더 포함하는 초미세 기포 생성 방법.
  18. 초미세 기포 생성 장치이며,
    액체에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 유닛; 및
    상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 상기 액체와 상기 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성하는 생성 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전처리 유닛은 상기 액체로부터 불순물을 제거하는 제거 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전처리 유닛은 상기 액체를 탈기하는 탈기 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 전처리 유닛은 상기 액체에 미리결정된 기체를 용해시키는 용해 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 전처리 유닛은 상기 액체로부터 불순물을 제거하는 제거 유닛, 상기 액체에 대해 상기 제거 유닛에 의해 상기 처리가 행해진 후에 상기 액체를 탈기하는 탈기 유닛, 및 상기 액체에 대해 상기 탈기 유닛에 의해 상기 처리가 행해진 후에 상기 액체에 미리결정된 기체를 용해시키는 용해 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 생성 유닛은 상기 전처리 유닛에 의해 상기 미리결정된 전처리가 행해진 상기 액체를 저류하는 챔버, 상기 챔버에 제공된 상기 발열 소자, 상기 발열 소자를 구동하는 구동 유닛, 및 상기 챔버에 저류된 상기 액체에 미리결정된 기체를 용해시키는 용해 유닛을 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 미리결정된 기체는 수소, 헬륨, 산소, 질소, 메탄, 불소, 네온, 이산화탄소, 오존, 아르곤, 염소, 에탄, 프로판, 공기, 및 이들을 포함하는 혼합 기체 중에서 선택되는 초미세 기포 생성 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 용해 유닛은 가압 용해법을 사용하여 포화 용해도를 달성하도록 상기 액체에 상기 미리결정된 기체를 용해시키는 초미세 기포 생성 장치.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 미리결정된 기체는 오존 가스를 포함하며,
    상기 전처리 유닛은 방전법, 전해법, 및 자외선 램프법 중 적어도 하나를 사용하여 상기 오존 가스를 생성하는 초미세 기포 생성 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 용해 유닛은 상기 오존 가스를 가압 용해법, 기포 용해법, 격막 용해법, 및 충전층 용해법 중 적어도 하나를 사용하여 상기 액체에 용해시키는 초미세 기포 생성 장치.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 탈기 유닛은 상기 액체를 저류하는 용기에 포함되는 기체부를 감압시켜 상기 액체에 함유되는 용해물을 기화시키고 상기 용기로부터 상기 용해물을 배출하는 초미세 기포 생성 장치.
  29. 제19항에 있어서,
    상기 제거 유닛은 양이온 교환 수지를 사용하여 무기 이온을 제거하는 초미세 기포 생성 장치.
  30. 제19항에 있어서,
    상기 제거 유닛은 음이온 교환 수지를 사용해서 음이온을 제거하는 초미세 기포 생성 장치.
  31. 제19항에 있어서,
    상기 제거 유닛은 여과 필터를 사용해서 유기물을 제거하는 초미세 기포 생성 장치.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 제거 유닛은 불용성 고형물의 침전 특성을 이용하여 상기 불용성 고형물을 제거하는 초미세 기포 생성 장치.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 생성 유닛에 의해 생성된 상기 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액을 상기 전처리 유닛에 다시 공급하는 유닛을 더 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  34. 제18항에 있어서,
    상기 생성 유닛에 의해 생성된 상기 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액으로부터 불순물을 제거하는 후처리 유닛; 및
    상기 후처리 유닛에 의해 처리된 상기 액체가 상기 전처리 유닛에 공급되는 순환 경로를 더 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  35. 제18항에 있어서,
    상기 생성 유닛에 의해 생성된 상기 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액을 회수하는 유닛을 더 포함하는 초미세 기포 생성 장치.
  36. 초미세 기포 생성 방법에 의해 생성된 초미세 기포를 함유하는 초미세 기포-함유액이며, 상기 방법은,
    액체에 대해 미리결정된 전처리를 행하는 전처리 단계; 및
    상기 전처리가 행해진 상기 액체 중에 제공된 발열 소자를 발열시켜서, 상기 액체와 상기 발열 소자 사이의 계면에 막 비등을 발생시킴으로써, 초미세 기포를 생성하는 생성 단계를 포함하는 초미세 기포-함유액.
KR1020200024046A 2019-02-28 2020-02-27 초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액 KR20200105428A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-035906 2019-02-28
JP2019035906A JP7282548B2 (ja) 2019-02-28 2019-02-28 ウルトラファインバブル生成方法、およびウルトラファインバブル生成装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200105428A true KR20200105428A (ko) 2020-09-07

Family

ID=69742707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200024046A KR20200105428A (ko) 2019-02-28 2020-02-27 초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11179652B2 (ko)
EP (1) EP3702332B1 (ko)
JP (1) JP7282548B2 (ko)
KR (1) KR20200105428A (ko)
CN (1) CN111617652B (ko)
AU (1) AU2020201423A1 (ko)
RU (1) RU2763546C2 (ko)
SG (1) SG10202001744QA (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11904366B2 (en) 2019-03-08 2024-02-20 En Solución, Inc. Systems and methods of controlling a concentration of microbubbles and nanobubbles of a solution for treatment of a product
JP7433840B2 (ja) 2019-10-31 2024-02-20 キヤノン株式会社 ウルトラファインバブル含有液の作製装置、及びウルトラファインバブル含有液の作製方法
EP3816117A1 (en) 2019-10-31 2021-05-05 Canon Kabushiki Kaisha Ultrafine bubble-containing liquid producing apparatus and ultrafine bubble-containing liquid producing method
JP2021069997A (ja) 2019-10-31 2021-05-06 キヤノン株式会社 Ｕｆｂ含有液作製装置、及びｕｆｂ含有液作製方法
JP2021069993A (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 キヤノン株式会社 ウルトラファインバブル生成装置およびその制御方法
US11772005B2 (en) 2020-02-28 2023-10-03 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus for and method of producing ultrafine bubble-containing liquid, and ultrafine bubble-containing liquid
TWI761167B (zh) * 2020-06-18 2022-04-11 高宏鑫 微氣泡產生裝置以及相關的微氣泡產生設備
JP7177289B1 (ja) * 2021-03-25 2022-11-22 石油資源開発株式会社 二酸化炭素の地層内貯留方法、二酸化炭素含有天然ガス田の開発方法、および二酸化炭素の海水内貯留方法
WO2022215489A1 (ja) * 2021-04-05 2022-10-13 キヤノン株式会社 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
JP7365751B2 (ja) 2021-05-20 2023-10-20 徹太郎 中川 溶存気体置換装置、及び溶存気体の置換方法
JP2023068937A (ja) * 2021-11-04 2023-05-18 キヤノン株式会社 ウルトラファインバブル含有液の製造方法およびウルトラファインバブルの製造装置
CN114560644B (zh) * 2022-03-26 2022-10-21 中建西部建设北方有限公司 一种改性微纳米气泡水及其制备方法及混凝土
CN115594384A (zh) * 2022-11-01 2023-01-13 西南石油大学（Cn） 一种均相催化臭氧改性微气泡清洗液制备及强化油泥清洗的方法

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55302A (en) 1978-02-24 1980-01-05 Mitsubishi Chem Ind Ltd Polyamine
TW201295B (ko) 1991-06-14 1993-03-01 Sonnenrein Uwe
JPH05293971A (ja) * 1992-04-21 1993-11-09 Canon Inc インクジェット記録装置
RU2091506C1 (ru) * 1993-07-05 1997-09-27 Новочеркасский государственный технический университет Электролизер для получения озона
JPH11227210A (ja) * 1997-12-05 1999-08-24 Canon Inc 液体吐出ヘッド、該ヘッドの製造方法、ヘッドカートリッジおよび液体吐出装置
JP4045658B2 (ja) 1998-08-06 2008-02-13 栗田工業株式会社 純水製造方法
JP3762172B2 (ja) * 1998-12-03 2006-04-05 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジと液体吐出装置、及び該液体吐出ヘッドの製造方法
JP3691267B2 (ja) 1998-12-24 2005-09-07 アマノ株式会社 超微細気泡発生装置
EP1188473A4 (en) * 1999-04-27 2005-10-12 Kurita Water Ind Ltd WATER PRODUCTION APPARATUS CONTAINING DISSOLVED OZONE
DE20022322U1 (de) * 1999-08-18 2001-07-05 Walder Gerhard Sanitäre Anlage
JP2001130005A (ja) 1999-08-24 2001-05-15 Canon Inc 液体吐出ヘッドおよびその駆動方法ならびにカートリッジおよび画像形成装置
US6443561B1 (en) * 1999-08-24 2002-09-03 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head, driving method therefor, and cartridge, and image forming apparatus
JP2002137399A (ja) 2000-08-09 2002-05-14 Canon Inc インクジェットプリンタのヒータ表面の保護方法、インクジェット記録装置、記録ユニット、及びインクジェット記録ヘッドの長寿命化方法
JP2005538287A (ja) 2002-08-15 2005-12-15 エムイーエムエスフロー・アンパルトセルスカブ マイクロ液体処理装置とその使用方法
US7448729B2 (en) 2005-04-04 2008-11-11 Silverbrook Research Pty Ltd Inkjet printhead heater elements with thin or non-existent coatings
GB2437279A (en) * 2006-04-19 2007-10-24 Jackie Tsai Water filter
CN101088938B (zh) 2007-06-29 2012-06-27 东莞东运机械制造有限公司 重金属污水的处理方法
JP4456176B2 (ja) 2008-01-10 2010-04-28 株式会社Ｍｇグローアップ 静止型流体混合装置
KR101176988B1 (ko) * 2012-04-27 2012-08-24 (주) 지이오플랜트 기수의 담수화 처리장치 및 이를 이용한 기수의 담수화 방법
JP6118544B2 (ja) 2012-11-29 2017-04-19 Idec株式会社 微細気泡生成ノズルおよび微細気泡生成装置
CN104968607A (zh) 2012-12-04 2015-10-07 中央大学校产学协力团 使用超声振动器生产微气泡水的设备、包含微气泡水的细胞培养基、使用该细胞培养基的细胞培养方法、使用微气泡的高效混合燃料以及用于制造高效混合燃料的设备
CN106861477B (zh) * 2013-01-17 2020-06-30 Idec株式会社 高密度微细气泡液生成方法及高密度微细气泡液生成装置
US9932252B2 (en) * 2013-05-01 2018-04-03 Nch Corporation System and method for treating water systems with high voltage discharge and ozone
JP6038318B2 (ja) * 2013-07-05 2016-12-07 三菱重工業株式会社 水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備
WO2015048904A1 (en) 2013-10-03 2015-04-09 Ebed Holdings Inc. Nanobubble-containing liquid solutions
JP6353242B2 (ja) 2014-03-04 2018-07-04 公立大学法人首都大学東京 微小気泡発生板
EA201600616A1 (ru) 2014-03-06 2017-05-31 Нагаарджуна Шубхо Грин Технолоджис Приват Лимитед Установка и способ для удаления воды (как связанной, так и несвязанной) из нефтяных шламов и эмульсий с применением только тепла для полного извлечения находящихся в них углеводородов
EP3221049B1 (en) 2014-11-19 2019-04-17 IMEC vzw Microbubble generator device, systems and method to fabricate
US20160368785A1 (en) 2015-06-16 2016-12-22 Ilan ZAMIR Methods and systems to reduce air pollution combined with water desalination of power station's marine waste water
JP6762513B2 (ja) 2016-03-18 2020-09-30 東京都公立大学法人 微小気泡発生板
CN106186474B (zh) * 2016-08-15 2020-06-26 云南夏之春环保科技有限公司 微临界多相反应流污水处理方法
KR20180042886A (ko) 2016-10-18 2018-04-27 운해이엔씨(주) 수중 세균 및 미생물 제거 장치 및 그 방법
WO2018148247A1 (en) 2017-02-07 2018-08-16 Sylvan Source, Inc. Water treatment and desalination
JP2018202363A (ja) * 2017-06-08 2018-12-27 株式会社ピーズガード 除菌水生成装置
JP7086547B2 (ja) 2017-08-31 2022-06-20 キヤノン株式会社 ウルトラファインバブル含有液の製造装置および製造方法
WO2019044913A1 (en) 2017-08-31 2019-03-07 Canon Kabushiki Kaisha METHOD FOR GENERATING ULTRAFINE BUBBLES, MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID CONTAINING ULTRAFINE BUBBLES, AND LIQUID CONTAINING ULTRA FINE BUBBLES
CN110769923B (zh) * 2018-04-24 2022-01-28 株式会社超微细科学研究所 微小气泡生成方法和微小气泡生成装置
CN109052712A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 广东溢达纺织有限公司 一种处理并回用纺织行业达标排放水的系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11179652B2 (en) 2021-11-23
US20200276515A1 (en) 2020-09-03
EP3702332A1 (en) 2020-09-02
RU2020108473A (ru) 2021-08-27
CN111617652A (zh) 2020-09-04
AU2020201423A1 (en) 2020-09-17
EP3702332B1 (en) 2024-04-10
SG10202001744QA (en) 2020-09-29
CN111617652B (zh) 2023-05-26
RU2020108473A3 (ko) 2021-08-27
JP2020138149A (ja) 2020-09-03
JP7282548B2 (ja) 2023-05-29
RU2763546C2 (ru) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200105428A (ko) 초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액
JP7277176B2 (ja) ウルトラファインバブル生成方法、およびウルトラファインバブル生成装置
JP7277178B2 (ja) ウルトラファインバブル生成装置
JP7278801B2 (ja) ウルトラファインバブル生成装置、及びウルトラファインバブルの製造方法
JP7277179B2 (ja) ウルトラファインバブル生成装置
JP7277177B2 (ja) ウルトラファインバブル生成装置及びウルトラファインバブル生成方法
CN111617651B (zh) 超精细气泡生成方法、超精细气泡生成装置和含有超精细气泡的液体
JP7317521B2 (ja) ウルトラファインバブル生成装置およびウルトラファインバブル生成方法
JP7446844B2 (ja) ウルトラファインバブル生成装置
JP2020138163A (ja) ウルトラファインバブル生成装置およびウルトラファインバブル生成方法
KR20200105427A (ko) 초미세 기포 생성 방법, 초미세 기포 생성 장치, 및 초미세 기포-함유액
JP2021126601A (ja) Ｕｆｂ含有液作製装置、及びｕｆｂ含有液作製方法
JP2021069984A (ja) ウルトラファインバブル生成装置および素子基板の製造方法
KR20210053238A (ko) 초미세 기포-함유액 제조 장치 및 초미세 기포-함유액 제조 방법
JP2021137796A (ja) ウルトラファインバブル含有液の製造装置、製造方法、およびウルトラファインバブル含有液

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E601 Decision to refuse application