TWI423844B - 含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法 - Google Patents

含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法 Download PDF

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含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法
本發明係有關從溶解有氣體之純水生成奈米氣泡水之含有飽合氣體之奈米氣泡水之製造方法,詳言之,本發明有關依更穩定方式製造無微粒(particle free)且無金屬(metal free)的奈米氣泡水(nano-bubble water),或藉由奈米氣泡量(nano bubble amount)之控制,或藉由溶解氣體的壓力之控制而能使用於以半導體、液晶為首之電子產業領域之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法。
於電子產業中之脫微粒(removal of particle)作業,一向係使用APM(氨、過氧化氫)。但,近年來,則使用純水中溶解有氫氣之氫水(hydrogen water),並對此施加兆音波(mega sonic),藉以實施洗淨(cleaning)作業。
然而,近年來,例如在半導體的製造上,由於電路圖型(circuit pattern)的線寬(line width)變窄,並隨著縱寬比(aspect ratio)的增大,以致發生因兆音波所引起之電路圖型倒潰(circuit patter collapse)。
因此,作為緊急對策,目前的作法係降低兆音波的輸出藉以對應。
又,作為其他方法,有人試驗性實施,例如採用二流體噴射(two-fluid jet)等以洗淨之作法,惟氣體與水的二流體能穩定地從噴射嘴(jet nozzle)輸出之作法相當困難。
又,現況而言,其洗淨效果,係較習知的氫水與兆音波的作法為相當不易獲得去除微粒之效果。
因此,可考慮採用奈米氣泡水以洗淨之作法,而作為奈米氣泡水的製造,有例如,在不需要超音波的能量之下,製造含氫氣之微小氣泡等能穩定分散之水之技術(專利文獻1),或使用加壓泵之下,對設定有物理性障礙物之配管內送進水流與氣體,強制性實施加壓混入,藉以產生微氣泡(micro bubble)之技術等(專利文獻2至5)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2009-195889號公報
專利文獻2:日本專利第3043315號公報
專利文獻3:日本特開2001-300522號公報
專利文獻4:日本特開2004-073953號公報
專利文獻5:日本特開2005-245817號公報
本發明之目的在於解決前述的習知技術的問題,以提供一種能獲得脫微粒之效果,且能製得長期間連續性,且恆常地獲得穩定的飽和氣體之奈米氣泡水之含有飽和氣體之奈米氣泡水的製造方法。
為解決前述課題,且達成目的起見,本發明係如下列方式構成者。
申請專利範圍第1項所記載之發明,為一種含有飽和氣體之奈米氣泡之製造方法,其特徵為:具有進行純水之脫氣以生成脫氣純水之脫氣步驟;對前述脫氣純水進行溶解目的之氣體之加壓並使其溶解以生成飽和氣體的氣體溶解純水之氣體溶解步驟;於前述氣體溶解步驟中控制前述溶解目的之氣體的壓力之壓力控制步驟;以及進行經過前述氣體溶解步驟之前述氣體溶解純水的壓力之減壓,以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水之奈米氣泡產生步驟。
申請專利範圍第2項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述奈米氣泡產生步驟之前,使前述氣體溶解純水的比電阻降低。
申請專利範圍第3項所記載之發明,為如申請專利範圍第2項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述氣體溶解純水的比電阻的降低,係至少注入酸或鹼藉以降低比電阻,且控制比電阻的降低之程度。
申請專利範圍第4項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述脫氣步驟,係透過膜而作成一邊為純水,另一邊為脫氣狀態,藉以從純水去除純水中的氣體成分,並透過前述膜而導出至脫氣狀態的空間。
申請專利範圍第5項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述氣體溶解步驟,係透過利用膜而對一邊導入脫氣純水,對另一邊導入前述溶解目的之氣體以透過前述膜而使前述氣體溶入脫氣純水中,以使前述脫氣純水作成氣體溶解純水。
申請專利範圍第6項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述壓力控制步驟,係作成前述溶解目的之氣體的壓力為經加壓之氣體,且至少設為較前述脫氣純水的水壓或前述氣體溶解純水的水壓為低之壓力。
申請專利範圍第7項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述壓力控制步驟,係一旦使前述溶解目的之氣體的壓力,上升至至少前述脫氣純水的水壓或前述飽和純水的水壓之間之後,再加以降低。
申請專利範圍第8項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述奈米氣泡產生步驟,係經由1微米(micron)以下的空穴(vacancy),而將經過前述氣體溶解步驟之前述氣體溶解純水的壓力予以減壓。
申請專利範圍第9項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述奈米氣泡產生步驟,係經由1微米以下的空穴,而進行減壓。
申請專利範圍第10項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述氣體溶解步驟與前述奈米氣泡產生步驟之間,具有經由1微米以下的空穴,而將前述氣體溶解純水予以整流(recticication)之整流步驟。
申請專利範圍第11項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述氣體溶解步驟與前述奈米氣泡產生步驟之間,具有:將前述氣體溶解純水的壓力控制為前述溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近前述溶解氣體的壓力之水壓調整步驟。
申請專利範圍第12項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述氣體溶解步驟之前段,具有:將前述脫氣純水的壓力控制為前述溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近前述溶解目的之氣體的壓力之水壓調整步驟。
申請專利範圍第13項所記載之發明,為如申請專利範圍第1項所記載之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述含有飽和氣體之奈米氣泡水,係使用於以半導體、液晶為首之電子產業領域。
本發明,因前述構成而具有如下述之效果。
於申請專利範圍第1項所記載之發明中,進行純水之脫氣以生成脫氣純水,對脫氣純水進行溶解目的之氣體之加壓並使其溶解以生成氣體溶解純水,進行溶解目的之氣體的壓力之控制,再進行氣體溶解純水的壓力之減壓以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水,藉此能獲得脫微粒之效果,且能長期間連續性地獲得始終為穩定的氣體飽和奈米氣泡水。
於申請專利範圍第2項所記載之發明中,復於奈米氣泡產生步驟之前,使氣體溶解純水的比電阻降低以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水,藉此例如,注入鹼等以降低純水的比電阻(提高pH)之結果,能長期間連續性地獲得始終穩定的氣體飽和奈米氣泡水。
於申請專利範圍第3項所記載之發明中,氣體溶解純水的比電阻之降低,係至少藉由注入酸或鹼而降低比電阻,且控制比電阻的降低程度之結果,可增加含有飽和氣體之奈米氣泡水,且始終使其穩定。
於申請專利範圍第4項所記載之發明中,藉由透過膜而一邊作成純水,另一邊作成為脫氣狀態之結果,從純水去除純水中的氣體成分,並透過膜,而可以簡單的構造且確實地導出於脫氣狀態的空間。
於申請專利範圍第5項所記載之發明中,透過膜而對一邊導入脫氣純水,對另一邊導入溶解氣體以透過膜而使溶解目的之氣體溶入脫氣純水中,而可以簡單的構造且確實地將脫氣純水作成氣體溶解純水。
於申請專利範圍第6項所記載之發明中,作成溶解目的之氣體的壓力為經加壓之氣體而至少較脫氣純水的水壓或氣體溶解純水的水壓為低的壓力之結果,可確實地將脫氣純水作成氣體溶解純水。
於申請專利範圍第7項所記載之發明中,一度使溶解目的之氣體的壓力上升至至少脫氣純水的水壓或飽和純水的水壓止之間之後,再加以降低之結果,含有飽和氣體之奈米氣泡水反而增加,而恆常成為穩定。
於申請專利範圍第8項所記載之發明中,經由1微米以下的空穴之結果,氣體溶解純水的壓力會減壓,且會發生含有飽和氣體之奈米氣泡水。
於申請專利範圍第9項所記載之發明中,經由1微米以下的空穴之結果,氣體溶解純水的壓力會被減壓,且會發生含有飽和氣體之奈米氣泡水。
於申請專利範圍第10項所記載之發明中,於氣體溶解與奈米氣泡產生之間,經由1微米以下的空穴,而進行氣體溶解純水之整流之結果,可以簡單且確實方式製造含有飽和氣體之奈米氣泡水。
於申請專利範圍第11項所記載之發明中,於氣體溶解與奈米氣泡產生之間,將氣體溶解純水的壓力控制為溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近溶解目的之氣體的壓力之方式之結果,可以簡單且確實方式製造含有飽和氣體之奈米氣泡水。
於申請專利範圍第12項所記載之發明中,於氣體溶解的前段,將脫氣純水的壓力控制為溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近溶解目的之氣體的壓力之方式之結果,可以簡單且確實方式製造含有飽和氣體之奈米氣泡水。
於申請專利範圍第13項所記載之發明中,含有飽和氣體之奈米氣泡水,可使用於以半導體、液晶為首之電子產業領域。
以下,就本發明之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法的實施形態加以說明。本發明之實施形態,係表示發明之最佳形態者,惟本發明並不因此形態而有所限定。
[第1實施形態]
第1圖係含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法的第1實施形態之概念圖。於此第1實施形態中,具有脫氣步驟A、氣體溶解步驟B、壓力控制步驟C、奈米氣泡產生步驟D,而將無微粒且無金屬之奈米氣泡水更穩定地製造,以製造能使用於以半導體、液晶為首的電子產業領域之含有飽和氣體之奈米氣泡水。
亦即,純水係將經由脫氣步驟A,而經脫氧後成為脫氣純水,脫氣純水係於氣體溶解步驟B中經溶解氣體後,成為氣體飽和之氣體溶解純水。於此氣體溶解步驟B中,接受溶解目的之氣體的供給,且對所供給之溶解目的之氣體於壓力控制步驟C中控制氣體壓力。又,壓力控制步驟C中,其條件係至少為較脫氣純水的水壓或飽和純水的水壓為低的壓力。
如此方式所生成之氣體飽和之氣體溶解純水,係於奈米氣泡產生步驟D經減壓後,生成使過飽和氣體成為奈米氣泡之含有飽和氣體之奈米氣泡水。
(脫氣步驟A)
於此脫氣步驟A中,藉由脫氣手段10而進行純水之脫氣以生成脫氣純水。脫氣手段10,係於脫氣箱櫃(case)11內配置有膜12,再配置有形成迷宮13之堰板14。於脫氣箱櫃11中,形成有入口15及出口16而純水即從入口15流通迷宮13後,從出口16排出脫氣純水。脫氣手段10,係透過膜12而作成一邊為純水,另一邊為脫氣狀態,藉以從純水去除純水中的氣體成分,並透過膜12而導出於脫氣狀態的空間17之構成者,而進行純水之脫氣以生成脫氣純水。
於有使其溶解之目的之氣體(例如,氫氣、氮氣、氧氣、臭氧)時,則需要先將已經溶解在純水中之氣體予以去除,因此進行脫氣,並透過利用膜12而作成一邊為純水,另一邊為脫氣狀態,藉以從純水去除純水中的氣體成分,並可透過膜12而以簡單的構造且確實方式導出於脫氣狀態的空間17。
(氣體溶解步驟B)
於此氣體溶解步驟B中,藉由氣體溶解手段20而對脫氣純水進行溶解目的之氣體之加壓並溶解以生成氣體飽和之氣體溶解純水。氣體溶解手段20,係於氣體溶解箱櫃21內配置有膜22,再配置有形成迷宮23之堰板24。於氣體溶解箱櫃21中,形成有入口25及出口26,而脫氣純水即從入口25流通迷宮23後,從出口26排出氣體溶解純水。又,氣體溶解箱櫃21中,形成有溶解氣體入口27及溶解氣體壓力控制口28。氣體溶解手段20,係透過膜22,對一邊導入脫氣純水,對另一邊從溶解氣體入口27導入溶解目的之氣體而透過膜使溶解目的之氣體溶入脫氣純水中,而將脫氣純水作成飽和氣體的氣體溶解純水之構成者,從氣體控制口28控制以使在脫氣純水中進行溶解目的之氣體之溶解以生成氣體飽和的氣體溶解純水。亦即,係一種使其溶解之目的之氣體的溶解步驟,如此時使用膜22,並使水壓較氣體壓為大時,則氣體將完全溶解於純水中,而於此實施形態中,一旦使氣體完全溶解於純水中,然後,通過細的(1微米以下)空穴後進行減壓,藉以生成奈米氣泡水。
(壓力控制步驟C)
於此壓力控制步驟C中,藉由壓力控制手段30而進行氣體溶解步驟B中之溶解氣體的壓力之控制。壓力控制手段30,具有第1壓力感測器(pressure sensor)31及第2壓力感測器32,而第1壓力感測器31係連接至溶解氣體控制口28、第2壓力感測器32則連接至出口26,溶解氣體的壓力雖為屬於經加壓之氣體,惟藉由第1壓力感測器31及第2壓力感測器32而控制成至少較脫氣純水的水壓或飽和氣體的氣體溶解純水的水壓為低的壓力。
如此方式進行溶解目的之氣體之加壓之理由在於,僅按所加壓之分量(僅按所加壓之氣體量),於進行純水之減壓時將作為氣體而生成之故。如欲控制其量時,則只要控制所加壓之氣體壓力即可。減壓時會生成氣泡,惟在通常情形下,有大的氣泡、小至微氣泡,如欲穩定作成奈米氣泡生成時,則需要通過微細的空穴。
為將氣體壓力作成至少較脫氣純水或氣體飽和溶解純水為低的目的,係為使氣體完全溶解於水中之故,而所謂氣體溶解於水,係指於水分子(H2 O)的分子與分子之間的空間,作為氣體存在之意,而究竟能溶解何種程度,雖亦受溫度之左右,惟大部分受氣體壓力之左右,例如氣體壓力加倍時,則會加倍溶解。
(奈米氣泡產生步驟D)
於此奈米氣泡產生步驟D中,藉由奈米氣泡產生手段40而使經過氣體溶解步驟B之氣體飽和的氣體溶解純水的壓力進行減壓以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水。奈米氣泡產生手段40,具有濾器(filter)41,並經由該濾器41的1微米以下的空穴,進行氣體飽和的氣體溶解純水的壓力之減壓,而將經過氣體溶解步驟B之氣體飽和的氣體溶解純水的壓力減壓以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水。此種奈米氣泡產生手段40的減壓構造之特徵為:經由濾器41的1微米以下的空穴而被減壓、較佳為經由0.5微米以下的空穴而被減壓。
[第2實施形態]
第2圖係在含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法中經由整流步驟、水壓調整步驟之概念圖。於此第2實施形態中,與第1實施形態同樣,具有脫氣步驟A、氣體溶解步驟B、壓力控制步驟C、奈米氣泡產生步驟D,並再具有整流步驟E、水壓調整步驟F。
於此第2實施形態中,為生成更穩定的含有飽和氣體之奈米氣泡水起見,對第1圖的實施形態,將氣體飽和的氣體溶解純水引導至整流步驟E,並進行整流以生成整流的純水後,於水壓調整步驟F中預先調整純水的水壓以作成水壓調整純水後,於奈米氣泡產生步驟D中被減壓,而作為過飽和氣體成為奈米氣泡之含有飽和氣體之奈米氣泡水而生成。
(整流步驟E)
此種整流步驟E係存在於氣體溶解步驟B與奈米氣泡產生步驟D之間,藉由整流手段50而經由1微米以下的空穴,以進行飽和氣體的氣體溶解純水之整流。由於在純水被加壓之狀態下,經溶解之氣體並未成為氣泡,故如欲在奈米氣泡產生步驟中均勻產生奈米氣泡時,則藉由在其步驟前加以整流,即可容易且確實生成均勻的奈米氣泡。
(水壓調整步驟F)
此種水壓調整步驟F係存在於氣體溶解步驟B與奈米氣泡產生步驟D之間,藉由水壓調整手段60而將飽和氣體的溶解純水的壓力控制為溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近溶解目的之氣體的壓力。於此水壓調整手段60,係採用壓力感測器61來控制。
又,水壓調整步驟F,亦可作成於氣體溶解步驟B的前段,設置水壓調整手段藉以將脫氣純水及/或飽和氣體溶解純水的壓力控制為溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近溶解目的之氣體的壓力。
(含有飽和氣體之奈米氣泡水)
所製造之含有飽和氣體之奈米氣泡水,可使用於以半導體、液晶為首之電子產業領域。此種含有飽和氣體之奈米氣泡水,係含有直徑在1μm(1微米:100萬分之1米)以下的超微細的氣泡之水,因而,亦含有直徑1μm以上的微氣泡。
含有飽和氣體之奈米氣泡水,具有:具有較具有同樣體積之單一氣泡為大的比表面積、又對水中之氣體的溶解或液中的雜質的吸附、科學性觸媒效果大、又由於幾乎不產生浮力故滯留在液中之時間長等特徵。
又,奈米氣泡具有:直徑100nm(nanometer(奈米))左右的氣泡係因氣液界面(gas-liquid interface)的表面張力而使氣泡內部壓力增加至30氣壓(atmospheric pressure)左右、又氣泡表面係活性高,而使污穢成分吸附於界面。又,100nm左右的氣泡與數mm(millimeter(毫米))左右的氣泡相較,與同樣體積相比表面積為數萬倍之大,再者,由分子動態學(molecular dynamics)的分析結果(analytical result)可知,在數nm的氣泡具有氣液界面的極性(polarity)會成一致等特徵。
因而,含有飽和氣體之奈米氣泡水,在奈米氣泡接觸至物體而破壞時,則會產生數十氣壓的噴射(jet),以致淨化速度(defecation velocity)很大而有物體表面的洗淨效果(cleaning effect),更具有靜電(static electricity)所引起之殺菌效果(pasteurization)。
如此,含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成方法,係使用泵等施加水壓,並施加氣壓使其溶解後,變壓使其生成,將所生成之氣體溶解水經由整流手段(濾器)藉以僅取出均勻的氣體溶解奈米氣泡水。
並且,特別是在半導體的洗淨所用之含有飽和氣體之奈米氣泡水所必要的條件,例如有:為無微粒者、為無金屬者、溶解目的之氣體為已知的氣體、且能控制氣體量者、能從噴嘴連續性供給者、恆常具有一定的微粒去除性能者等。
因而,含有飽和氣體之奈米氣泡水,在進行洗淨作業中,由於主要係藉由破壞時的數十氣壓之噴射之故,奈米氣泡能在被洗淨物上均勻地供給並進行破壞。
[第1實施例]
其次,將有關本發明之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造的實施例記載如下,惟本發明並不因該實施例而有所限定。
(實施例1)
以水壓250 kPa(千帕斯卡)進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氮氣,以50 kPa的壓力進行控制,並在奈米氣泡產生步驟中的空穴,採用0.5微米的濾器。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,於0.1至0.5微米的粒徑測定有2400個、0.5微米以上者測定有30個。
(比較例1)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氮氣、以50 kPa進行壓力控制,作成與實施例1者同樣條件。在奈米氣泡產生步驟中的空穴,則使用10微米的濾器。
所生成之奈米氣泡水的粒徑,係在0.1至0.5微米的粒徑計測有1100個、而0.5微米以上者測定有4750個。實施例1中雖然生成有奈米氣泡,但比較例1中則係在奈米氣泡之外,尚生成有多數微米氣泡,且為生成較多微米氣泡之情況。
(實施例2)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水之生成。
將溶解目的之氣體設為氧氣,以50 kPa的壓力進行控制,並在奈米氣泡產生步驟中的空穴,採用0.5微米的濾器。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,在0.1至0.5微米的粒徑測定有3900個,0.5微米以上者測定為50個。
(比較例2)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氧氣,以50 kPa進行壓力控制,作成與實施例2者同樣條件。在奈米氣泡產生步驟中的空穴,則使用10微米的濾器。
所生成之奈米氣泡水的粒徑,係在0.1至0.5微米的粒徑計測有1370個,而0.5微米以上者測定有3830個。實施例2中雖然生成有奈米氣泡,但比較例2中除奈米氣泡之外,尚生成有多數微米氣泡,且為微米氣泡生成較多之情況。
(實施例3)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氧氣,以100 kPa的壓力進行控制。
又,奈米氣泡產生步驟,則採用閥。
為確認水壓調整步驟的優越性起見,實施水壓調整,經作成120 kPa後,引導至奈米產生步驟。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,在0.1至0.5微米的粒徑計測有2860個、0.5微米以上者測定有5880個。
(比較例3)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氧氣,以100 kPa的壓力進行控制。
又,奈米氣泡產生步驟,採用閥,並作成與實施例3同樣條件。水壓調整步驟則未設置,水壓仍在250 kPa之下,引導至奈米氣泡產生步驟中。
雖經於奈米氣泡生成步驟中使用閥,惟已獲知如採用閥則會多生成奈米氣泡之事實。然而,所生成之奈米氣泡水的粒徑,係在0.1至0.5微米的粒徑計測有1800個、0.5微米以上者測定有3800個。較實施例3者,所產生之奈米氣泡、微米氣泡均已減少。由此,可推測水壓調整手段的優越性。
[第3實施形態]
第3圖係含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法的第3實施形態之概念圖。於此第3實施形態中,與第1及第2實施形態同樣,具有脫氣步驟A、氣體溶解步驟B、壓力控制步驟C、奈米氣泡產生步驟D,並再具有整流步驟E、比電阻降低步驟G。
於此實施形態中,具有脫氣步驟A、氣體溶解步驟B、壓力控制步驟C、整流步驟E、比電阻降低步驟G、奈米氣泡產生步驟D,其能長期間且連續性地,又恆常製得穩定的氣體飽和奈米氣泡水,而製造能使用於以半導體,液晶為首的電子產業領域之含有飽和氣體之奈米氣泡水。
亦即,純水將經由脫氣步驟A被脫氣後成為脫氣純水,脫氣純水係在氣體溶解步驟中進行氣體之溶解,而成為氣體飽和的氣體溶解純水。於此氣體溶解步驟B中,接受溶解目的之氣體的供給,而對經供給的溶解目的之氣體,則在壓力控制步驟C中實施氣體壓力之控制。又,壓力控制步驟C,係至少以較脫氣純水的水壓或飽和純水的水壓為低者作為條件。
再者,為生成穩定的含有飽和氣體之奈米氣泡水起見,經將氣體飽和之溶解純水引導至整流步驟E,並整流以生成整流純水後,藉由比電阻降低步驟G而使氣體溶解純水的比電阻降低,該比電阻降低純水則在奈米氣泡產生步驟D中被減壓,結果生成過飽和氣體成為奈米氣泡之含有飽和氣體之奈米氣泡水。
由於該脫氣步驟A、氣體溶解步驟B,係與第1及第2實施形態同樣方式構成之故,省略其說明,在此就壓力控制步驟C、整流步驟E、比電阻降低步驟G加以說明。
(壓力控制機構C)
在此壓力控制機構C,係於氣體溶解步驟B中控制溶解氣體的壓力。構成壓力控制手段30之第1壓力感測器31,係連接於溶解氣體控制口28、第2壓力感測器32則連接於出口26,藉由第1壓力感測器31與第2壓力感測器32而控制溶解氣體的壓力為一種被加壓之氣體,惟係控制成至少較脫氣純水的水壓或飽和氣體的溶解純水的水壓為低的壓力。
如此方式,加壓溶解目的之氣體之目的,基本上,係所加壓之分量(被加壓之氣體量之分量),於進行純水之減壓時會成為氣體而生成。如欲控制其量時,則只要控制所加壓之氣體壓力即可。減壓即會生成氣泡,惟在通常情形,有大的氣泡,且雖小仍為微米氣泡,如欲使氣泡作成穩定的奈米氣泡而生成,則需要通過細微的空穴。
為將氣體壓力作成至少較脫氣純水或飽和氣體溶解純水為低的目的,係為使氣體完全溶解於水中之故,而氣體會溶解於水,係指於水分子(H2 O)的分子與分子之間的空間,作為氣體存在之意,而究竟能溶解何種程度,雖受溫度左右,惟大部分則依賴於氣體壓力之大小,例如氣體壓力加倍時,則會加倍溶解。
(整流步驟E)
此整流步驟E,係存在於氣體溶解步驟B與奈米氣泡產生步驟D之間,藉由整流手段50而經由1微米以下的空穴,以進行飽和氣體的溶解純水之整流。由於在純水被加壓之狀態下,經溶解之氣體並未成為氣泡,故如欲在奈米氣泡產生步驟中均勻發生奈米氣泡時,在其步驟前加以整流,則會容易且確實生成均勻的奈米氣泡。
(比電阻降低步驟G)
此比電阻降低步驟G,雖只要存在於脫氣步驟A與奈米氣泡產生步驟D之間即可,惟多為配置於奈米氣泡產生步驟D之前,以使由整流步驟E所得氣體溶解純水的比電阻降低。本實施形態的比電阻降低步驟G,具備有比電阻降低手段70,及降低比電阻之純水的比電阻61,藉由比電阻降低手段70而至少注入酸或鹼,藉由降低比電阻之純水的比電阻71而降低比電阻,並且控制比電阻的降低之程度。亦即,如在比電阻高的狀態下,則在於奈米氣泡生成步驟D中所生成之奈米氣泡會立即凝聚一起而容易成為大的氣泡,惟因比電阻的下降,而於奈米氣泡生成步驟D中,所生成之奈米氣泡會個個保持原來狀態下存在,故至少注入酸或鹼藉以降低比電阻,並且控制比電阻降低之程度,例如作成1MΩcm(兆歐姆)以下。
(奈米氣泡產生步驟D)
於此奈米氣泡產生步驟D中,係藉由比電阻降低機構F將由整流步驟E所得之經降低比電阻之比電阻純水的壓力加以減壓,而藉由奈米氣泡手段40以生成含有飽和氣體之奈米水。奈米氣泡產生手段40具有濾器41,經由該濾器41的1微米以下的空穴,以進行氣體飽和之溶解純水的壓力之減壓,並進行將經過氣體溶解步驟B之氣體飽和之溶解純水的壓力之減壓,以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水。該奈米氣泡產生手段40的減壓構造之特徵為:經由濾器41的1微米以下的空穴後被減壓,較佳為經由0.5微米以下的空穴後被減壓。
如此方式,在奈米氣泡產生步驟之前使氣體溶解純水的比電阻減少以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水之結果,例如注入鹼等以降低(提高pH)純水的比電阻之結果,即能製得長期間連續性,且恆常穩定的氣體飽和奈米氣泡水。
(含有飽和氣體之奈米氣泡水)
所製造之含有飽和氣體之奈米氣泡水,可使用於以半導體、液晶為首的電子產業領域。此種含有飽和氣體之奈米氣泡水,係含有直徑在1μm(1微米:100萬分之1米)以下的超微細的氣泡之水,因而,亦含有直徑1μm以上的微米氣泡的氣泡。
含有飽和氣體之奈米氣泡水,具有:具有較具有同體積之單一氣泡為大的比表面積,又對水中之氣體的溶解或液中的雜質的吸附、科學性觸媒效果大,又由於浮力幾乎不會發揮效果,故滯留液中之時間長等特徵。
又,奈米氣泡,具有:直徑100nm左右的氣泡係因氣液界面的表面張力而使氣泡內部的壓力增加至30氣壓左右,又氣泡表面係活性高,使污穢成分吸附於界面。又,100nm左右的氣泡係相較於數mm左右的氣泡、且相較同樣體積者表面積為數萬倍之大。再者,由分子動態學的分析結果可知,在數nm的氣泡而言,氣液界面的極性會一致等特徵。
因而,含有飽和氣體之奈米氣泡水,當奈米氣泡接觸至物體而破壞時,則會產生數十氣壓的噴射,且淨化速度很大而有物體表面的洗淨效果,更具有靜電所引起之殺菌效果。
如此,含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成方法,係經控制水壓、氣壓以使其溶解後,變壓使其生成,將所生成之氣體溶解水經由整流手段(濾器)而僅取出均勻的氣體溶解奈米氣泡水。
並且,特別是為半導體的洗淨所用之含有飽和氣體之奈米氣泡所必要的條件,例如具有:為無微粒者、為無金屬者、溶解目的之氣體為已知的氣體,且能控制氣體量者,能從噴嘴連續性供給者、恆常具有一定的微粒去除性能者等。
因而,含有飽和氣體之奈米氣泡水,在進行洗淨作業中,由於主要係藉由破壞時的數十氣壓之噴射,故奈米氣泡能在被洗淨物上均勻地供給並進行破壞。
[第2實施例]
其次,將有關本發明之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造的實施例記載如下。
(實施例1)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氫氣,以60 kPa的壓力進行控制,在奈米氣泡產生步驟中的空穴,係採用0.05微米的濾器。又,比電阻係以成為0.3 MΩcm之方式,使用NH4OH(氫氧化銨)加以調整。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,係於0.1至0.15微米的粒徑計測有46443個。
(比較例1)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氫氣,以60 kPa的壓力進行控制,在奈米氣泡產生步驟中的空穴,係採用0.05微米的濾器,並作成與實施例1者同樣條件。比電阻則不實施調整,而為18 MΩcm。
所生成之奈米氣泡水的粒徑,係在0.1至0.15微米的粒徑計測有547個。實施例1中雖然生成有奈米氣泡,惟比較例中則粒徑小的奈米氣泡的數卻非常少。
(實施例2)
將溶解目的之氣體設為氫氣,以25 kPa的壓力進行控制,並在奈米氣泡產生步驟中的空穴,係採用0.05微米的濾器。又,比電阻,係以成為0.3 MΩcm之方式,使用碳酸加以調整。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,在0.1至0.15微米的粒徑計測有43585個。
(比較例2)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氫氣,以25 kPa的壓力進行控制,在奈米氣泡產生步驟中的空穴,係採用0.05微米的濾器,並作成與實施例2者同樣條件。比電阻則不實施調整,而為18 MΩcm。
所生成之奈米氣泡水的粒徑,係在0.1至0.15微米的粒徑計測有376個。實施例2中雖然生成有奈米氣泡,惟比較例2中則粒徑小的奈米氣泡的數目卻非常少。
(實施例3)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氫氣,經將壓力作成60 kPa之後,實施控制為0 kPa的壓力,而在奈米氣泡產生步驟中的空穴,則採用0.05微米的濾器。又,比電阻係以能成為0.3 MΩcm之方式,使用NH4OH加以調整。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,係在0.1至0.15微米的粒徑計測有61440個。
(比較例3)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
除將溶解目的之氣體的壓力作成60 kPa之外,其餘則作成與實施例3同樣條件。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,在0.1至0.15微米的粒徑計測有46443個。奈米氣泡數係雖然非常大,惟較實施例3為減少。
(實施例4)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氫氣,經將壓力作成60 kPa之後,實施控制為0 kPa的壓力,而在奈米氣泡產生步驟中的空穴,則採用0.05微米的濾器。又,比電阻係以成為0.3 MΩcm之方式,使用碳酸加以調整。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,係在0.1至0.15微米的粒徑計測有60312個。
(比較例4)
以水壓250 kPa進行含有飽和氣體之奈米氣泡水的生成。
將溶解目的之氣體設為氫氣,在奈米氣泡產生步驟中的空穴,則採用0.05微米的濾器,並將比電阻以成為0.3 MΩcm之方式,使用碳酸加以調整而作成與實施例4者同樣的條件。將溶解目的之氣體的壓力作成60 kPa。
經測定所生成之奈米氣泡水的產生氣泡之結果,係在0.1至0.15微米的粒徑計測有31697個。從較實施例4為減少之事實可推測,一旦使氣體壓力上升後,再降低之作法的優越性。
[產業上之利用可能性]
本發明,係能適用於從溶解有氣體之純水生成奈米氣泡水之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法者,更穩定方式製造無微粒且無金屬的奈米氣泡水,又控制奈米氣泡量之結果,能使用於以半導體、液晶為首的電子產業領域。
又,將無微粒且無金屬的奈米氣泡水,更穩定方式製造,又,控制溶解有氣體的壓力之結果,能適用於能使用於以半導體、液晶為首的電子產業領域之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法者,能製得長期間連續性,又恆常穩定的氣體飽和之奈米氣泡水。
10...脫氣手段
11...脫氣箱櫃
12...膜
13...迷宮
14...堰板
15...入口
16...出口
17...空間
20...氣體溶解手段
21...氣體溶解箱櫃
22...膜
23...迷宮
24...堰板
25...入口
26...出口
27...溶解氣體入口
28...溶解氣體壓力控制口
30...壓力控制手段
31...第1壓力感測器
32...第2壓力感測器
40...奈米氣泡產生手段
41...濾器
50...整流手段
60...水壓調整手段
61...壓力感測器
70...比電阻降低手段
71...經降低比電阻之純水的比電阻
A...脫氣步驟
B...氣體溶解步驟
C...壓力控制步驟
D...奈米氣泡產生步驟
E...整流步驟
F...水壓調整步驟
G...比電阻降低步驟
第1圖係含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法的第1實施形態之概念圖。
第2圖係含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法的第2實施形態之概念圖。
第3圖係含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法的第3實施形態之概念圖。
10...脫氣手段
11...脫氣箱櫃
12...膜
13...迷宮
14...堰板
15...入口
16...出口
17...空間
20...氣體溶解手段
21...氣體溶解箱櫃
22...膜
23...迷宮
24...堰板
25...入口
26...出口
27...溶解氣體入口
28...溶解氣體壓力控制口
30...壓力控制手段
31...第1壓力感測器
32...第2壓力感測器
40...奈米氣泡產生手段
41...濾器

Claims (12)

  1. 一種含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其特徵為具有:進行純水之脫氣以生成脫氣純水之脫氣步驟;對前述脫氣純水進行溶解目的之氣體之加壓並使其溶解以生成氣體飽和的氣體溶解純水之氣體溶解步驟;於前述氣體溶解步驟中控制前述溶解目的之氣體的壓力之壓力控制步驟;以及進行經過前述氣體溶解步驟之前述氣體溶解純水的壓力之減壓,以生成含有飽和氣體之奈米氣泡水之奈米氣泡產生步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述奈米氣泡產生步驟之前,使前述氣體溶解純水的比電阻降低。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述氣體溶解純水的比電阻的減少,係至少注入酸或鹼藉以降低比電阻,且控制比電阻的降低之程度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述脫氣步驟,係透過膜而作成一邊為純水,另一邊為脫氣狀態,藉以從純水去除純水中的氣體成分,且透過前述膜導出至脫氣狀態的空間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述氣體溶解步驟,係透過膜而對一邊導入脫氣純水,對另一邊導入前述溶解目的之氣體以透過前述膜使前述氣體溶入脫氣純水中,以使前述脫氣純水作成氣體溶解純水。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述壓力控制步驟,係作成前述溶解目的之氣體的壓力為經加壓之氣體,且至少設為較前述脫氣純水的水壓或前述氣體溶解純水的水壓為低之壓力。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述壓力控制步驟,係一旦使前述溶解目的之氣體的壓力,上升至至少前述脫氣純水的水壓或前述飽和純水的水壓為止之間後,再加以降低。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述奈米氣泡產生步驟,係經由1微米以下的空穴,而將經過前述氣體溶解步驟之前述氣體溶解純水的壓力予以減壓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,前述奈米氣泡產生步驟,係經由1微米以下的空穴,而進行減壓。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述氣體溶解步驟與前述奈 米氣泡產生步驟之間,具有經由1微米以下的空穴,而將前述氣體溶解純水予以整流之整流步驟。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述氣體溶解步驟與前述奈米氣泡產生步驟之間,具有:將前述氣體溶解純水的壓力控制為前述溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近前述溶解氣體的壓力之水壓調整步驟。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法,其中,於前述氣體溶解步驟之前段,具有:將前述脫氣純水的壓力控制為前述溶解目的之氣體的壓力以上,俾使接近前述溶解目的之氣體的壓力之水壓調整步驟。
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