TWI639464B - 微細氣泡液生成裝置 - Google Patents

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TWI639464B
TWI639464B TW104108433A TW104108433A TWI639464B TW I639464 B TWI639464 B TW I639464B TW 104108433 A TW104108433 A TW 104108433A TW 104108433 A TW104108433 A TW 104108433A TW I639464 B TWI639464 B TW I639464B
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前田重雄
柏雅一
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Ｉｄｅｃ股份有限公司
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Abstract

微細氣泡液生成裝置(1)係具備有：生成部(11)，其具備有將氣體及被加壓之液體加以導入之混合噴嘴(31)、及將包含有被導入之氣體之微細氣泡的液體加以排出之微細氣泡生成噴嘴(2)；循環流路(12)，其使自微細氣泡生成噴嘴(2)所被排出之液體，在與外部空氣產生隔離之狀態下，返回至混合噴嘴(31)；取出部(13)，其當作為微細氣泡液而將循環在生成部(11)及循環流路(12)之液體的一部分加以取出；及補給部(14)，其對循環流路(12)補給液體，而維持循環在生成部(11)及循環流路(12)之液體的量。藉此，能夠以連續之方式生成包含有高密度微細氣泡之微細氣泡液。

Description

微細氣泡液生成裝置
本發明係關於一種微細氣泡液生成裝置。
近年來，含有直徑1mm(毫米)以下之氣泡之液體，已被利用於多種不同之領域。並且，最近於多種多樣之領域中對含有直徑小於1μm(微米)之氣泡(超微細氣泡)之液體也已引起了關注，且提出有生成該液體之裝置。
例如，於日本專利特開2008-272719號公報(文獻1)之微細氣泡液產生裝置中，自泵送出之氣液混合流體，係藉由氣體回旋剪切裝置將該流體中之氣體切碎細化後，朝液體貯存槽送出並貯存。文獻1中，為了提高液體中之微細氣泡之密度(亦即，每單位體積之微細氣泡之個數)，採用使液體貯存槽內之液體朝氣體回旋剪切裝置反複循環之方法。
另外，文獻1中有將貯存於貯存槽內之液體取出而使用於各式各樣之用途之記載。然而，於文獻1之微細氣泡液產生裝置中，雖可成批生成貯存槽內所能存放之量的液體，但無法連續地生成及供給含高密度微細氣泡之液體。
本發明係適用於微細氣泡液生成裝置，其目的在於連續地生成含高密度微細氣泡之微細氣泡液。
與本發明所相關之微細氣泡液生成裝置，其具備有：生成部，其具備有將氣體及被加壓之液體加以導入之導入部、及將包含有自上述導入部所被導入之氣體之微細氣泡的液體加以排出之排出部；循環流路，其使自上述排出部所被排出之液體，在與外部空氣產生隔離之狀態下，返回至上述導入部；取出部，其當作為微細氣泡液而將循環在上述生成部及上述循環流路之液體的一部分加以取出；及補給部，其對上述循環流路補給液體，而維持循環在上述生成部及上述循環流路之液體的量。
根據該微細氣泡液生成裝置，可連續地生成含高密度微細氣泡之微細氣泡液。
在本發明之一較佳實施形態中，更進一步具備有：自上述循環流路產生分支而被連接至排液口之排液流路；及對來自上述排出部之液體的送出目的地，在上述導入部與上述排液口之間進行切換之切換機構，且在從上述取出部之微細氣泡液之取出開始前的狀態下，將自上述補給部而經由上述循環流路而被導入至上述導入部之液體，則藉由上述切換機構自上述排出部被引導至上述排液口。
在本發明之另一較佳實施形態中，更進一步具備有：自上述循環流路產生分支，且在較分支位置為靠下游側而被連接至上述循環流路之旁通流路；被設置在上述旁通流路上，且貯存液體之初期貯存部；及被設置在上述循環流路與上述旁通流路之間之切換機構，藉由利用上述切換機構所進行之切換，在從上述取出部之微細氣泡液之取出開始前，自上述排出部所被排出之液體為經由上 述旁通流路而被引導至上述初期貯存部，於暫時被貯存在上述初期貯存部之後，經由上述旁通流路而返回至上述導入部，在從上述取出部之微細氣泡液之取出中，自上述排出部所被排出之液體為經由上述循環流路而返回至上述導入部。
在本發明之又一較佳實施形態中，上述補給部係具備有：將自液體供給源而被壓送之液體朝向上述循環流路進行引導之液體供給流路；及被設置在上述液體供給流路上，且對流動在上述液體供給流路之液體的壓力進行調節之壓力調節部。
在本發明之又一較佳實施形態中，上述補給部係具備有：將液體自液體供給源而朝向上述循環流路進行引導之液體供給流路；及被設置在上述液體供給流路上，且將上述液體供給流路內之液體而朝向上述循環流路進行壓送之泵。
在本發明之又一較佳實施形態中，更進一步具備有：根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制之補給控制部。
在本發明之又一較佳實施形態中，更進一步具備有：對自上述取出部所被取出之微細氣泡液中之微細氣泡的密度進行測量之氣泡密度測量部；對流量-密度資訊進行記憶之記憶部，該流量-密度資訊係顯示從上述取出部之微細氣泡液之取出流量、與自上述取出部所被取出之微細氣泡液中之微細氣泡之密度的關係；及根據在上述氣泡密度測量部中之測量結果及上述流量-密度資訊，對從上述取出部之微細氣泡液之取出流量進行控制之取出控制部。
上述目的及其他之目的、特徵、態樣及長處，參照所附之圖式且根據以下進行之發明之詳細說明自可明白。
1、1a‧‧‧微細氣泡液生成裝置
2‧‧‧微細氣泡生成噴嘴
11‧‧‧生成部
12‧‧‧循環流路
13‧‧‧取出部
14、14a‧‧‧補給部
15‧‧‧泵
16‧‧‧排液部
17‧‧‧初期循環部
18‧‧‧初期循環部
20‧‧‧噴嘴流路
21‧‧‧加壓液流入口
22‧‧‧加壓液噴出口
23‧‧‧第2導入部
24‧‧‧錐面部
25‧‧‧喉部
27‧‧‧擴大部
28‧‧‧擴大部開口
29‧‧‧外部流路
31‧‧‧混合噴嘴
32‧‧‧加壓液生成容器
61‧‧‧排氣閥
72‧‧‧混合流體
91、91a‧‧‧液體供給源
92‧‧‧排液口
131‧‧‧取出流路
132‧‧‧氣泡除去部
133‧‧‧取出口
134‧‧‧取出控制部
135‧‧‧氣泡密度測量部
136‧‧‧記憶部
141‧‧‧液體供給流路
142‧‧‧壓力調節部
143‧‧‧補給控制部
144‧‧‧泵
161‧‧‧排液流路
162‧‧‧切換機構
171‧‧‧旁通流路
172a、172b、172c‧‧‧切換機構
173‧‧‧初期貯存部
181‧‧‧旁通流路
182‧‧‧切換機構
221‧‧‧噴出口端面
310‧‧‧噴嘴流路
311‧‧‧液體流入口
312‧‧‧混合流體噴出口
313‧‧‧第1導入部
314‧‧‧第1錐面部
315‧‧‧喉部
316‧‧‧氣體混合部
317‧‧‧第2錐面部
318‧‧‧導出部
319‧‧‧氣體流入口
321‧‧‧第1流路
322‧‧‧第2流路
323‧‧‧第3流路
324‧‧‧第4流路
325‧‧‧第5流路
321a~324a‧‧‧開口
326‧‧‧剩餘氣體分離部
3191‧‧‧氣體流路
3192‧‧‧氣體供給部
J1、J2‧‧‧中心軸
圖1為顯示第1實施形態之微細氣泡液生成裝置之剖視圖。
圖2為混合噴嘴之剖視圖。
圖3為微細氣泡生成噴嘴之剖視圖。
圖4為顯示流量-密度資訊之圖。
圖5為顯示取出開始後之經過時間與微細氣泡液中之微細氣泡之濃度之關係之圖。
圖6為顯示微細氣泡液生成裝置之另一例之剖視圖。
圖7為顯示第2實施形態之微細氣泡液生成裝置之剖視圖。
圖8為顯示其他微細氣泡液生成裝置之剖視圖。
圖1為顯示本發明之第1實施形態之微細氣泡液生成裝置1之剖視圖。微細氣泡液生成裝置1係將氣體與液體混合而生成含該氣體之微細氣泡之液體之裝置。以下之說明中，微細氣泡表示直徑小於100μm之氣泡，超微細氣泡表示微細氣泡中的直徑小於1μm之氣泡。此外，微細氣泡之「密度」係指每單位體積中液體含有之微細氣泡之個數。
微細氣泡液生成裝置1具備生成部11、循環流路12、取出部13、補給部14、泵15及排液部16。生成部11具備混合噴嘴31、加壓液生成容器32、微細氣泡生成噴嘴2。混合噴嘴31係將藉由泵15壓送之液體與自氣體流入口流入之氣體混合，朝加壓 液生成容器32內噴出混合流體72。由混合噴嘴31混合之液體及氣體例如為純水及氮氣。
圖2為將混合噴嘴31放大之剖視圖。混合噴嘴31具備供藉由上述泵15壓送之液體流入之液體流入口311、供氣體流入之氣體流入口319、及噴出混合流體72之混合流體噴出口312。混合流體72係藉由將自液體流入口311流入之液體及自氣體流入口319流入之氣體混合而生成。液體流入口311、氣體流入口319及混合流體噴出口312分別為大致圓形。自液體流入口311朝向混合流體噴出口312之噴嘴流路310之流路截面、及自氣體流入口319朝向噴嘴流路310之氣體流路3191之流路截面也為大致圓形。流路截面係指垂直於噴嘴流路310或氣體流路3191等之流路之中心軸之截面、即垂直於流動於流路之流體流之截面。並且，於以下之說明中，稱流路截面之面積為「流路面積」。噴嘴流路310係於流路之中間部流路面積變小之細腰管狀。
混合噴嘴31具備自液體流入口311朝混合流體噴出口312而依序連續配置之第1導入部313、第1錐面部314、喉部315、氣體混合部316、第2錐面部317、及導出部318。混合噴嘴31還具備於內部設置有氣體流路3191之氣體供給部3192。
於第1導入部313中，流路面積於噴嘴流路310之中心軸J1方向之各位置上大致恆定。於第1錐面部314中，隨著朝向液體之流動方向(亦即朝下游側)，流路面積逐漸減小。於喉部315中，流路面積大致恆定。喉部315之流路面積係於噴嘴流路310中最小。再者，於噴嘴流路310中，即使於喉部315中之流路面積略有變化之情況，仍將流路面積大致上最小之部分整體視作為喉部 315。於氣體混合部316中，流路面積大致恆定，且較喉部315之流路面積略大。於第2錐面部317中，隨著朝向下游側，流路面積逐漸增大。於導出部318中，流路面積大致恆定。氣體流路3191之流路面積也大致恆定，氣體流路3191連接於噴嘴流路310之氣體混合部316。
於混合噴嘴31中，自液體流入口311流入至噴嘴流路310之液體，於喉部315被加速後靜壓降低，於喉部315及氣體混合部316中，噴嘴流路310內之壓力變得較大氣壓低。藉此，氣體被自氣體流入口319吸入，通過氣體流路3191流入氣體混合部316，與液體混合後生成混合流體72。混合流體72於第2錐面部317及導出部318中被減速後靜壓增大，經由混合流體噴出口312如上述朝加壓液生成容器32內噴出。
圖1所示之加壓液生成容器32內被加壓而變為壓力較大氣壓高之狀態(以下，稱為「加壓環境」)。於加壓液生成容器32中，於自混合噴嘴31噴出之液體與氣體混合而成之流體(以下，稱為「混合流體72」)在加壓環境下流動之期間，氣體加壓溶解於液體中而生成加壓液。
加壓液生成容器32具備上下方向疊層之第1流路321、第2流路322、第3流路323、第4流路324、及第5流路325。以下之說明中，於統指第1流路321、第2流路322、第3流路323、第4流路324、及第5流路325之情況，稱為「流路321~325」。流路321~325係於水平方向延伸之管路，且垂直於流路321~325之長邊方向之截面為大致矩形。
於第1流路321之上游側之端部(亦即，圖1中之左 側之端部)安裝有上述混合噴嘴31，自混合噴嘴31噴出後之混合流體72係於加壓環境下朝圖1中之右側流動。本實施形態中，於較第1流路321內之混合流體72之液面靠上方自混合噴嘴31噴出混合流體72，噴出後之混合流體72於衝撞於第1流路321之下游側之壁面(亦即，圖1中之右側之壁面)之前，直接衝撞於上述液面。為了使自混合噴嘴31噴出之混合流體72直接衝撞於液面，較佳為將第1流路321之長度設定為較混合噴嘴31之混合流體噴出口312(參照圖2)之中心與第1流路321之下面之間的上下方向之距離的7.5倍還大。
於加壓液生成容器32中，混合噴嘴31之混合流體噴出口312之一部分或整體，也可位於較第1流路321內之混合流體72之液面更下側。藉此，與上述同樣地，於第1流路321內，自混合噴嘴31噴出後之混合流體72直接衝撞於流動於第1流路321內之混合流體72。
於第1流路321之下游側之端部下面設置有大致圓形之開口321a，流動於第1流路321之混合流體72經由開口321a朝位於第1流路321下方之第2流路322落下。於第2流路322中，自第1流路321落下之混合流體72於加壓環境下自圖1中之右側朝左側流動，且經由設於第2流路322之下游側之端部下面之大致圓形之開口322a，朝位於第2流路322下方之第3流路323落下。於第3流路323中，自第2流路322落下之混合流體72於加壓環境下自圖1中之左側朝右側流動，且經由設於第3流路323之下游側之端部下面之大致圓形之開口323a，朝位於第3流路323下方之第4流路324落下。如圖1所示，於第1流路321至第4流路324 中，混合流體72被分成含氣泡之液體之層、及位於該液體層上方之氣體之層。
於第4流路324中，自第3流路323落下之混合流體72於加壓環境下自圖1中之右側朝左側流動，且經由設於第4流路324之下游側之端部下面之大致圓形之開口324a朝位於第4流路324下方之第5流路325流入(亦即，落下)。於第5流路325中，與第1流路321至第4流路324不同，不存在氣體層，於充滿於第5流路325內之液體內，係成為氣泡少數存在於第5流路325之上面附近之狀態。於第5流路325中，自第4流路324流入之混合流體72，於加壓環境下自圖1中之左側朝右側流動。
加壓液生成容器32中，在一方面於流路321~325內階段性地反複給予緩急一方面自上而下流落(亦即，一方面交互地反複進行朝水平方向之流動及朝下方之流動一方面流動)之混合流體72中，逐漸使氣體加壓溶解於液體中。於第5流路325中，溶解於液體中之氣體的濃度，與加壓環境下之該氣體之(飽和)溶解度之60%~90%大致相等。並且，未溶解於液體之剩餘氣體，於第5流路325內作為可辨識之大小之氣泡存在。藉由使上下相鄰之水平流路321~325中之混合流體72之流動方向相反，實現加壓液生成容器32之小型化。
加壓液生成容器32還具備自第5流路325之下游側之上面朝上方延伸之剩餘氣體分離部326。於剩餘氣體分離部326中充滿了混合流體72。剩餘氣體分離部326之垂直於上下方向之截面為大致矩形，剩餘氣體分離部326之上端部連接於取出部13。流動於第5流路325之混合流體72之氣泡，於剩餘氣體分離部326 內上昇後朝取出部13移動。關於取出部13之詳細構成，容待後述。
如此，藉由將混合流體72之剩餘氣體與混合流體72之一部分一併分離，至少生成實質上不含能容易辨識之大小之氣泡之加壓液，並朝直接連接於第5流路325之下游側之端部之微細氣泡生成噴嘴2供給。於本實施形態中，大氣壓下之氣體之(飽和)溶解度的約2倍以上之氣體被溶解於加壓液中。於加壓液生成容器32中流動於流路321~325之混合流體72之液體，也可視作為生成途中之加壓液。
於第1流路321之上方設置有排氣閥61。排氣閥61係於泵15之停止時被開放，防止混合流體72朝混合噴嘴31之逆流。
圖3為放大顯示微細氣泡生成噴嘴2之剖視圖。微細氣泡生成噴嘴2具備：加壓液流入口21，其供加壓液自加壓液生成容器32之第5流路325流入；及加壓液噴出口22，其朝循環流路12開口。加壓液流入口21及加壓液噴出口22分別為大致圓形，自加壓液流入口21朝加壓液噴出口22之噴嘴流路20之流路截面也為大致圓形。
微細氣泡生成噴嘴2具備自加壓液流入口21朝加壓液噴出口22依序連續地配置之第2導入部23、錐面部24、及喉部25。於第2導入部23中，流路面積於噴嘴流路20之中心軸J2方向之各位置上大致恆定。於錐面部24中，隨著朝加壓液之流動方向(亦即，朝下游側)，流路面積逐漸減小。錐面部24之內表面係以噴嘴流路20之中心軸J2為中心之大致圓錐面之一部分。於包含該中心軸J2之截面中，錐面部24之內表面之夾角α，較佳為10度以 上且90度以下。
喉部25係用以連絡錐面部24與加壓液噴出口22。喉部25之內表面係大致圓筒面，於喉部25中，流路面積大致恆定。喉部25中之流路截面之直徑，於噴嘴流路20中為最小，喉部25之流路面積，於噴嘴流路20中也最小。喉部25之長度較佳為喉部25之直徑之1.1倍以上且10倍以下，更佳為1.5倍以上且2倍以下。再者，即使於噴嘴流路20中之流路面積略有變化之情況，仍將流路面積大致上最小之部分整體視作為喉部25。
微細氣泡生成噴嘴2還具備：連續地設於喉部25，自加壓液噴出口22分離且圍繞於加壓液噴出口22之周圍之擴大部27；及設於擴大部27之端部之擴大部開口28。加壓液噴出口22與擴大部開口28之間之流路29，係設於加壓液噴出口22外部之流路，以下稱為「外部流路29」。外部流路29之流路截面及擴大部開口28係大致圓形，外部流路29之流路截面大致恆定。外部流路29之直徑係較喉部25之直徑(亦即，加壓液噴出口22之直徑)大。
以下之說明中，稱擴大部27之內周面之加壓液噴出口22側之邊緣與加壓液噴出口22之邊緣之間的圓環狀之面為「噴出口端面221」。本實施形態中，噴嘴流路20及外部流路29之中心軸J2與噴出口端面221所夾之角度約為90度。此外，外部流路29之直徑為10mm~20mm，外部流路29之長度與外部流路29之直徑大致相等。於微細氣泡生成噴嘴2中可視作為，於與加壓液流入口21相反側之端部形成有凹部即外部流路29，於該凹部之底部形成有較該底部小之開口即加壓液噴出口22。於擴大部27中，加壓液噴出口22與循環流路12之間之加壓液之流路面積被擴大。
於微細氣泡生成噴嘴2中，自加壓液流入口21朝噴嘴流路20流入之加壓液，一方面於錐面部24中被逐漸加速一方面朝喉部25流動，且通過喉部25後作為噴流自加壓液噴出口22噴出。喉部25中之加壓液之流速，較佳為秒速10m~30m。於喉部25中，由於加壓液之靜壓降低，因此加壓液中之氣體成為過飽和而作為微細氣泡析出於液中。微細氣泡與加壓液一起通過擴大部27之外部流路29。在微細氣泡生成噴嘴2中，於加壓液通過外部流路29之期間也產生微細氣泡之析出。藉此，生成含有微細氣泡之液體並供給於循環流路12。於微細氣泡生成噴嘴2中生成之微細氣泡，主要包含超微細氣泡。
圖1所示之生成部11中，混合噴嘴31係將氣體及藉由泵15加壓之液體朝加壓液生成容器32導入之導入部。此外，微細氣泡生成噴嘴2係將自混合噴嘴31導入之含氣體之微細氣泡之液體朝循環流路12排出之排出部。
循環流路12之一端部連接於微細氣泡生成噴嘴2之擴大部開口28(參照圖3)，另一端部連接於混合噴嘴31之液體流入口311(參照圖2)。於循環流路12上設置有上述泵15。自微細氣泡生成噴嘴2排出之含微細氣泡之液體，藉由泵15向循環流路12內壓送，而朝混合噴嘴31返回。循環流路12係密封之管路，自微細氣泡生成噴嘴2排出之液體係於與外部空氣隔離之狀態下朝混合噴嘴31返回。返回至混合噴嘴31之液體，經由加壓液生成容器32、微細氣泡生成噴嘴2及循環流路12再次朝混合噴嘴31返回。於微細氣泡液生成裝置1中，含微細氣泡之液體，係於與外部空氣隔離之狀態下循環於生成部11及循環流路12。並且，液體中之微細氣 泡之密度，藉由重複該循環而增高。
於微細氣泡液生成裝置1中，循環於生成部11及循環流路12之液體之一部分係作為微細氣泡液而藉由取出部13取出。取出部13具備取出流路131及氣泡除去部132。取出流路131連接於剩餘氣體分離部326之上端部。氣泡除去部132係設於取出流路131上，將微細氣泡以外之氣泡(亦即，容易辨識之大小之氣泡)從自剩餘氣體分離部326流入至取出流路131之液體中除去。作為氣泡除去部132例如利用放氣閥。通過氣泡除去部132之液體係實質上不含能容易辨識之大小之氣泡且高密度地含有微細氣泡之微細氣泡液。微細氣泡液係自取出流路131之前端之取出口133取出。
微細氣泡液生成裝置1還具備取出控制部134、氣泡密度測量部135及記憶部136。取出控制部134係於取出流路131上設於氣泡除去部132與取出口133之間。取出控制部134例如為調節流動於取出流路131之微細氣泡液之流量之流量調節閥、及控制該流量調節閥之開度之閥控制部。氣泡密度測量部135係於氣泡除去部132與取出口133之間被連接於取出流路131。氣泡密度測量部135係測量自取出部13取出之微細氣泡液中的微細氣泡之密度。作為氣泡密度測量部135，可使用例如NanoSight Ltd.(Nanosight Limited)之NS500等之技術來實現。
取出控制部134連接記憶部136。記憶部136中預先記憶有流量-密度資訊。流量-密度資訊係顯示來自取出部13之微細氣泡液之取出流量與自取出部13取出之微細氣泡液中的微細氣泡之密度之關係之資訊。
圖4為顯示流量-密度資訊之圖。圖4之橫軸顯示微細氣泡液之取出流量，縱軸顯示微細氣泡液中的微細氣泡之密度。圖4中之複數個圓點顯示經對以微細氣泡液之各取出流量取出時之微細氣泡液中的微細氣泡之密度進行測量而得之結果。該測量係將取出流量以外之條件設定為大致相同而進行。圖4中之實線81係自複數個圓點求得之流量-密度資訊。如圖4所示，若微細氣泡液之取出流量增大，則微細氣泡液中的微細氣泡之密度減少。
氣泡密度測量部135中之測量結果(亦即，測量之微細氣泡之密度)被傳送至取出控制部134。於取出控制部134中，基於預先輸入之目標密度、氣泡密度測量部135中之測量結果、及記憶於記憶部136之流量-密度資訊，對來自取出部13之微細氣泡液之取出流量進行控制。藉此，自取出部13取出之微細氣泡液中的微細氣泡之密度變得與目標密度大致相等。
圖5為顯示於微細氣泡液生成裝置1中連續地取出微細氣泡液之情況下的、取出開始後之經過時間與取出之微細氣泡液中的微細氣泡之密度之關係之圖。圖5之橫軸顯示微細氣泡液之取出開始後之經過時間，縱軸顯示微細氣泡液中之微細氣泡之密度。於微細氣泡液生成裝置1中，藉由進行由取出控制部134執行之控制，如圖5所示，可長時間連續地取出以大致上所希望之密度含有微細氣泡之微細氣泡液。
補給部14連接於循環流路12，將與循環於生成部11及循環流路12之液體相同種類之液體(本實施形態中為純水)補給至循環流路12。補給部14藉由將與自取出部13取出之微細氣泡液大致相同量之液體補給於循環流路12，維持循環於生成部11及循 環流路12之液體之量。
補給部14具備液體供給流路141、壓力調節部142及補給控制部143。液體供給流路141之一端部係於切換機構162與泵15之間被連接於循環流路12，另一端部連接於微細氣泡液生成裝置1之外部之液體供給源91。液體供給源91例如為設於工廠等將純水向各種裝置壓送之純水供給線。液體供給流路141將自液體供給源91壓送之液體向循環流路12引導。液體供給流路141係密封之管路，來自液體供給源91之液體，於液體供給流路141內且與外部空氣隔離之狀態下被朝循環流路12引導。壓力調節部142係設於液體供給流路141上，對自液體供給源91壓送而流動於液體供給流路141之液體之壓力進行調節。作為壓力調節部142例如利用壓力調節閥。
補給控制部143連接於壓力調節部142。於壓力調節部142為壓力調節閥之情況下，補給控制部143例如為控制該壓力調節閥之開度之閥控制部。補給控制部143基於來自取出部13之微細氣泡液之取出流量對壓力調節部142進行控制。具體而言，控制自補給部14供於循環流路12之液體之壓力或流量，以使自補給部14之液體供給流路141供給於循環流路12之液體之流量(以下稱為「補給流量」)與來自取出部13之微細氣泡液之取出流量大致相等。藉此，可將循環於生成部11及循環流路12之液體之量(以下稱為「循環量」)維持為大致恆定。
於微細氣泡液生成裝置1中，例如，也可預先記憶維持循環量時之來自取出部13之取出流量與自補給部14供給之液體之壓力的關係，且基於該關係與取出流量，對自補給部14供給之 液體之壓力進行控制。或者，也可於補給部14設置測量補給流量之流量計，且藉由補給控制部143對壓力調節部142進行反饋控制，以使該流量計之測量結果與來自取出部13之微細氣泡液之取出流量相等。
排液部16具備排液流路161、切換機構162(例如，三通閥等之切換閥)。排液流路161之一端部係於微細氣泡生成噴嘴2與泵15之間連接於循環流路12，另一端部連接於微細氣泡液生成裝置1之外部之排液口92。換言之，排液流路161自循環流路12分支後連接於排液口92。切換機構162係設於循環流路12與排液流路161之連接部(亦即，分支部)，於排液口92與混合噴嘴31之間對來自微細氣泡生成噴嘴2之液體之送出目的地進行切換。
於微細氣泡液生成裝置1剛起動後、即液體開始流動於生成部11之後，生成部11內之壓力會有變動。因此，自微細氣泡液生成裝置1剛起動後起，於既定時間(例如，數十秒)內進行自補給部14經由循環流路12朝生成部11供給液體，且藉由切換機構162將通過生成部11之液體朝排液口92引導之作業。此時，不進行來自取出部13之微細氣泡液之取出。換言之，於來自取出部13之微細氣泡液之取出開始前之狀態下，自補給部14經由循環流路12而導入生成部11之混合噴嘴31之液體，不於生成部11及循環流路12中循環，而藉由切換機構162自微細氣泡生成噴嘴2朝排液口92引導。藉此，可將生成部11內之壓力設定為大致恆定，從而可穩定地進行微細氣泡液生成裝置1之起動。
於微細氣泡液生成裝置1中，若生成部11內之壓力大致恆定，則藉由切換機構162對自微細氣泡生成噴嘴2排出之含 微細氣泡之液體之送出目的地進行切換，該液體經由循環流路12朝混合噴嘴31返回。然後，藉由使含微細氣泡之液體於生成部11及循環流路12內循環，使液體中之微細氣泡之密度增大而達到所需之密度。於液體中之微細氣泡之密度達到所需密度之前，不進行來自取出部13之微細氣泡液之取出，並且還停止來自補給部14之液體之補給。若循環於生成部11及循環流路12之液體中的微細氣泡之密度達到了所需之密度，則開始來自取出部13之微細氣泡液之取出，並且還開始來自補給部14之液體之補給。
如以上說明，微細氣泡液生成裝置1具備：生成部11，其具備混合噴嘴31及微細氣泡生成噴嘴2；循環流路12，其使自微細氣泡生成噴嘴2排出之液體於與外部空氣隔離之狀態下朝混合噴嘴31返回；取出部13，其取出循環於生成部11及循環流路12之液體之一部分作為微細氣泡液；及補給部14，其朝循環流路12補給液體以維持循環於生成部11及循環流路12之液體之量。藉此，可連續地生成含高密度微細氣泡之微細氣泡液。其結果，可於各式各樣之用途中連續地供給微細氣泡液。
另外，於半導體之製造裝置等中，有避免以下之情形之需求，即、使用於半導體基板之處理之處理液在供給於半導體基板之前被滯留於裝置之途中。於微細氣泡液生成裝置1中，如上述，由於含微細氣泡之液體不會於途中滯留而循環於生成部11及循環流路12，因而尤其適用於朝半導體之製造裝置等之微細氣泡液之供給。此外，於微細氣泡液生成裝置1中，裝置之起動時流動於生成部11之液體，不於生成部11及循環流路12中循環而朝排液口92排出。藉此，於微細氣泡液生成裝置1之起動時，也可防止液體於 裝置內滯留之情況。因此，微細氣泡液生成裝置1更加適用於對半導體之製造裝置等之微細氣泡液之供給。
微細氣泡液生成裝置1具備：氣泡密度測量部135，其對自取出部13取出之微細氣泡液中的微細氣泡之密度進行測量；記憶部136，其記憶流量-密度資訊；及取出控制部134，其基於氣泡密度測量部135中之測量結果及流量-密度資訊，對來自取出部13之微細氣泡液之取出流量進行控制。藉此，可容易生成以所希望之氣泡密度含有微細氣泡之微細氣泡液。
如上述，補給部14具備：液體供給流路141，其將自液體供給源91壓送之液體朝循環流路12引導；及壓力調節部142，其對流動於液體供給流路141之液體之壓力進行調節。藉此，可容易維持循環於生成部11及循環流路12之液體之量。此外，藉由補給控制部143且基於來自取出部13之微細氣泡液之取出流量，對自補給部14補給於循環流路12之液體之壓力或流量進行控制。藉此，可自動地進行來自補給部14之液體之補給而對循環量之維持。
於微細氣泡液生成裝置1中，補給部14之構造不限於上述構成者，也可進行各式各樣之變更。例如，也可取代圖1所示之補給部14，於微細氣泡液生成裝置1設置圖6所示之補給部14a。補給部14a係具備液體供給流路141、補給控制部143及泵144。液體供給流路141之一端部係於切換機構162與泵15之間連接於循環流路12，另一端部連接於微細氣泡液生成裝置1之外部之液體供給源91a。液體供給源91a例如為貯存純水之貯存槽。液體供給流路141將液體自液體供給源91a向循環流路12引導。液體 供給流路141係密封之管路，來自液體供給源91a之液體，於液體供給流路141內且與外部空氣隔離之狀態下被朝循環流路12引導。泵144係設於液體供給流路141上，朝循環流路12內壓送液體供給流路141內之液體。藉此，與設置有如圖1所示之補給部14之情況同樣地，可容易維持循環於生成部11及循環流路12之液體之量(亦即，循環量)。
此外，補給控制部143連接於泵144，對泵144之驅動進行控制。藉由補給控制部143對泵144進行控制，控制自補給部14a供給於循環流路12之液體之壓力或流量，以使來自補給部14a之補給流量與來自取出部13之微細氣泡液之取出流量大致相等。藉此，與上述同樣地，可自動地進行藉由來自補給部14a之液體之補給而對循環量之維持。於補給部14a中，也可於液體供給流路141上設置節流閥等之流量調整部。該情況下，泵144被以一定之輸出驅動，藉由補給控制部143對該節流閥進行控制，控制自補給部14a供給於循環流路12之液體之流量，以使來自補給部14a之補給流量與來自取出部13之微細氣泡液之取出流量大致相等。
圖7為顯示本發明之第2實施形態之微細氣泡液生成裝置1a之剖視圖。微細氣泡液生成裝置1a具備初期循環部17以取代圖1所示之排液部16。其他之構成係與圖1所示之微細氣泡液生成裝置1同樣，於以下之說明中，對同樣之構成賦予相同符號。
初期循環部17具備旁通流路171、例如作為閥之切換機構172a、172b、172c及初期貯存部173。旁通流路171之一端部係於微細氣泡生成噴嘴2與切換機構172c之間連接於循環流路12。旁通流路171之另一端部係於較上述一端部靠下游側(亦即， 流動於循環流路12內之液體之流動方向側)，且於切換機構172c與泵15之間連接於循環流路12。換言之，旁通流路171係於循環流路12上之分支位置自循環流路12分支，且於較該分支位置靠循環流路12之下游側連接於循環流路12。
初期貯存部173係設於旁通流路171之切換機構172a、172b之間，貯存流動於旁通流路171之液體。初期貯存部173例如為可貯存一定量之液體之儲備箱。各切換機構172a、172b分別設於循環流路12與旁通流路171之間。切換機構172a、172b、172c係於循環流路12與旁通流路171之間對來自微細氣泡生成噴嘴2之液體之送出目的地進行切換。
於微細氣泡液生成裝置1a剛起動後、即液體開始流動於生成部11之後，生成部11內之壓力會有變動。因此，自微細氣泡液生成裝置1a剛起動後起，於既定時間(例如，數十秒)內，貯存於初期貯存部173之液體(例如純水)係經由旁通流路171及循環流路12朝生成部11供給。通過生成部11之液體，藉由切換機構172a、172b、172c，不是經由切換機構172c朝生成部11引導，而是朝旁通流路171引導，且經由旁通流路171朝初期貯存部173引導。該液體暫時被貯存於初期貯存部173，然後經由旁通流路171朝生成部11供給。此時，不進行來自取出部13之微細氣泡液之取出。
換言之，於來自取出部13之微細氣泡液之取出開始前之狀態下，自微細氣泡生成噴嘴2排出之液體，經由旁通流路171朝初期貯存部173引導，於暫時貯存於初期貯存部173之後，經由旁通流路171返回混合噴嘴31。藉此，可將生成部11內之壓力設 定為大致恆定，從而可穩定地進行微細氣泡液生成裝置1a之起動。此外，由於在微細氣泡液生成裝置1a之起動時無液體朝裝置外排出之情況，因此可減低裝置起動時之液體之消耗量。
於微細氣泡液生成裝置1a中，若生成部11內之壓力達到大致恆定，則藉由切換機構172a、172b、172c對自微細氣泡生成噴嘴2排出之含微細氣泡之液體之送出目的地進行切換，該液體不經由旁通流路171及初期貯存部173，而經由循環流路12上之切換機構172c朝混合噴嘴31返回。然後，藉由使含微細氣泡之液體於生成部11及循環流路12內循環，使液體中之微細氣泡之密度增大而達到所需之密度。於液體中之微細氣泡之密度達到所需密度之前，不進行來自取出部13之微細氣泡液之取出，並且還停止來自補給部14之液體之補給。
若循環於生成部11及循環流路12之液體中的微細氣泡之密度達到了所需之密度，則開始來自取出部13之微細氣泡液之取出，並且還開始來自補給部14之液體之補給。如此，微細氣泡液生成裝置1a中，於來自取出部13之微細氣泡液之取出中，自微細氣泡生成噴嘴2排出之液體，經由循環流路12朝混合噴嘴31返回。藉此，與圖1所示之微細氣泡液生成裝置1同樣地，可連續地生成含高密度微細氣泡之微細氣泡液。
此外，如圖8所示，微細氣泡液生成裝置1a還具備其他之初期循環部18。初期循環部18具備旁通流路181及例如作為閥之切換機構182。旁通流路181之一端部係連接於取出部13之氣泡除去部132與取出控制部134之間。旁通流路181之另一端部連接於初期循環部17之切換機構172a、172b間之旁通流路171 及初期貯存部173中的既定部位(圖8中，初期貯存部173)。切換機構182係設於旁通流路181上，且與切換機構172a、172b、172c連動進行動作。亦即，於切換機構172a、172b、172c不是經由切換機構172c將液體朝生成部11供給，而是經由旁通流路171及循環流路12將初期貯存部173之液體朝生成部11供給之情況下，切換機構182將除去了微細氣泡以外之氣泡之液體自氣泡除去部132朝初期循環部17引導。於切換機構172a、172b、172c不是經由旁通流路171及初期貯存部173而是經由循環流路12上之切換機構172c使來自微細氣泡生成噴嘴2之液體朝混合噴嘴31返回之情況下，切換機構182不將液體自氣泡除去部132朝初期循環部17引導。如上述，藉由進一步具備初期循環部18，可效率更佳地使液體循環於生成部11內。
上述微細氣泡液生成裝置1、1a可進行各式各樣之變更。
例如，利用混合噴嘴31與氣體混合之液體，不限於單純之水，也可為以水為主成份之液體。例如，也可為添加有添加物或非揮發性之液體之水。此外，液體例如也可考慮利用乙醇等。形成微細氣泡之氣體不限於氮氣，也可為空氣或其他之氣體。當然，必須是對液體不溶性或難溶性之氣體。
於微細氣泡液生成裝置1、1a中，取出部13只要能將循環於生成部11及循環流路12內之液體之一部分作為微細氣泡液取出，不一定要連接於加壓液生成容器32之剩餘氣體分離部326。取出部13例如也可連接於生成部11之剩餘氣體分離部326以外之部位，也可於循環流路12中連接於微細氣泡生成噴嘴2與 泵15之間。
生成部11之構造可進行各種之變更，也可使用不同之構造。例如，微細氣泡生成噴嘴2也可具備複數個加壓液噴出口22。微細氣泡生成噴嘴2不需要直接連接於加壓液生成容器32之第5流路325，而亦可為第5流路325之下游側端部與微細氣泡生成噴嘴2藉由密封之連接流路連接。此外，加壓液生成容器32之流路之截面形狀也可為圓形。氣體與液體之混合也可利用機械攪拌等之其他手段。
藉由微細氣泡液生成裝置1、1a生成之微細氣泡液，也可利用於到目前為止對習知之微細氣泡液所提出之各式各樣之用途。也可利用於新領域中，且所設想之利用領域可分布於多方面。例如，食品、飲料、化妝品、藥品、醫療、植物栽培、半導體裝置、平板顯示器、電子機器、太陽電池、蓄電池、新功能材料、放射性物質除去等。
上述實施形態及各變形例之構成，只要不相互矛盾，皆可適宜組合利用。
雖對發明進行了詳細描述，惟已述之說明僅為例示而已，非用來限制本發明。因此，只要未超出本發明之範圍，即可採用多種之變形或態樣。

Claims (17)

  1. 一種微細氣泡液生成裝置，其具備有：生成部，其具備有將氣體及被加壓之液體加以導入之導入部、使自上述導入部導入之氣體加壓溶解於液體而生成加壓液之加壓液生成容器、及將上述加壓液生成容器內設為壓力較大氣壓高之加壓環境而且從自上述加壓液生成容器供給之上述加壓液生成包含有微細氣泡的液體而加以排出之排出部；循環流路，其一端部連接於上述排出部，另一端部連接於上述導入部，使自上述排出部所被排出之液體，在與外部空氣產生隔離之狀態下，返回至上述導入部；取出部，其可自循環在上述生成部及上述循環流路之液體取出一部分作為微細氣泡液；及補給部，其可對上述循環流路補給液體，而將循環在上述生成部及上述循環流路之液體的量維持為一定；重複進行上述生成部及上述循環流路中之液體的循環，直至循環在上述生成部及上述循環流路之液體所包含之微細氣泡之密度成為所需之密度為止，而且，藉由使自上述補給部供給之液體的流量與自上述取出部取出之微細氣泡液之流量相等，而將循環在上述生成部及上述循環流路之液體的量維持為一定。
  2. 如申請專利範圍第1項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：排液流路，其自上述循環流路產生分支而被連接至排液口；及切換機構，其對來自上述排出部之液體的送出目的地，在上述導入部與上述排液口之間進行切換，且在從上述取出部之微細氣泡液之取出開始前的狀態下，將自上述補給部而經由上述循環流路而被導入至上述導入部之液體，則藉由上述切換機構自上述排出部被引導至上述排液口。
  3. 如申請專利範圍第2項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述補給部係具備有：液體供給流路，其將自液體供給源而被壓送之液體朝向上述循環流路進行引導；及壓力調節部，其被設置在上述液體供給流路上，且對流動在上述液體供給流路之液體的壓力進行調節。
  4. 如申請專利範圍第3項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：補給控制部，其根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制。
  5. 如申請專利範圍第2項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述補給部係具備有：液體供給流路，其將液體自液體供給源而朝向上述循環流路進行引導；及泵，其被設置在上述液體供給流路上，且將上述液體供給流路內之液體而朝向上述循環流路進行壓送。
  6. 如申請專利範圍第5項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：補給控制部，其根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制。
  7. 如申請專利範圍第1項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：旁通流路，其自上述循環流路產生分支，且在較分支位置為靠下游側而被連接至上述循環流路；初期貯存部，其被設置在上述旁通流路上，且貯存液體；及切換機構，其被設置在上述循環流路與上述旁通流路之間，藉由利用上述切換機構所進行之切換，在從上述取出部之微細氣泡液之取出開始前，自上述排出部所被排出之液體為經由上述旁通流路而被引導至上述初期貯存部，於暫時被貯存在上述初期貯存部之後，經由上述旁通流路而返回至上述導入部，在從上述取出部之微細氣泡液之取出中，自上述排出部所被排出之液體為經由上述循環流路而返回至上述導入部。
  8. 如申請專利範圍第7項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述補給部係具備有：液體供給流路，其將自液體供給源而被壓送之液體朝向上述循環流路進行引導；及壓力調節部，其被設置在上述液體供給流路上，且對流動在上述液體供給流路之液體的壓力進行調節。
  9. 如申請專利範圍第8項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：補給控制部，其根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制。
  10. 如申請專利範圍第7項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述補給部係具備有：液體供給流路，其將液體自液體供給源而朝向上述循環流路進行引導；及泵，其被設置在上述液體供給流路上，且將上述液體供給流路內之液體而朝向上述循環流路進行壓送。
  11. 如申請專利範圍第10項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：補給控制部，其根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制。
  12. 如申請專利範圍第1項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述補給部係具備有：液體供給流路，其將自液體供給源而被壓送之液體朝向上述循環流路進行引導；及壓力調節部，其被設置在上述液體供給流路上，且對流動在上述液體供給流路之液體的壓力進行調節。
  13. 如申請專利範圍第12項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：補給控制部，其根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制。
  14. 如申請專利範圍第1項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述補給部係具備有：液體供給流路，其將液體自液體供給源而朝向上述循環流路進行引導；及泵，其被設置在上述液體供給流路上，且將上述液體供給流路內之液體而朝向上述循環流路進行壓送。
  15. 如申請專利範圍第14項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：補給控制部，其根據從上述取出部之微細氣泡液的取出流量，對自上述補給部所被供給至上述循環流路之液體的壓力或者流量進行控制。
  16. 如申請專利範圍第1項之微細氣泡液生成裝置，其中，上述取出部係在上述循環流路中連接於上述一端部與連接有上述補給部之部位之間。
  17. 如申請專利範圍第1至16項中任一項之微細氣泡液生成裝置，其中，更進一步具備有：氣泡密度測量部，其對自上述取出部所被取出之微細氣泡液中之微細氣泡的密度進行測量；記憶部，其對流量-密度資訊進行記憶，該流量-密度資訊係顯示從上述取出部之微細氣泡液之取出流量、與自上述取出部所被取出之微細氣泡液中之微細氣泡之密度的關係；及取出控制部，其根據在上述氣泡密度測量部中之測量結果及上述流量-密度資訊，對從上述取出部之微細氣泡液之取出流量進行控制。
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