WO2007034912A1 - ナノ流体生成装置及び方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a nanofluid generating device, a method thereof, an apparatus for generating drinking water containing a nanofluid, a method thereof, and a nanofluid that generate nanofluids including nanobubbles having a diameter of less than 1 ⁇ m
- the present invention relates to a treatment apparatus and method for skin diseases and the like, a biological growth assistance apparatus using nanofluid, and a method thereof.
- nanobubbles fine bubbles with a diameter of less than 1 m (lOOOnm)
- microbubbles fine bubbles with a diameter of 1 ⁇ m or more
- nanobubbles and microbubbles are used separately from each other.
- various functions and effects as shown in the following patent documents, production methods, and the like are known.
- Patent Document 1 is characterized in that it has a bubble diameter of approximately 30 m or less when generated under normal pressure, and after generation, it gradually refines with a predetermined life and disappears and dissolves. There is a description of micro bubbles.
- Patent Document 1 describes the use of properties such as gas-liquid dissolution of microbubbles, purification functions, and promotion of physiological activity, and water purification for closed water areas such as dam reservoirs. Examples of application to the promotion of growth of cultured seafood or hydroponically grown vegetables, as well as sterilization and purification of organisms, and the results are described.
- [Patent Document 2] generates nanobubbles, which are ultrafine bubbles having a bubble diameter of less than 1 IX m, by disassembling a part of the liquid in the liquid. The method is described.
- [Patent Document 3] describes a nanobubble-based cleaning method and a nanovalve-based cleaning device that cleans an object with water containing nanobubbles.
- [Patent Document 4] describes a method for producing nanobubbles, in which physical bubbles are applied to microbubbles contained in a liquid to rapidly reduce the microbubbles.
- [Patent Document 5] describes oxygen nanobubble water having a bubble diameter of 50 to 500 nm and an oxygen nanovalve containing oxygen in the bubbles, and a technique relating to the manufacturing method thereof. .
- Patent Document 6 pressurized gas and liquid are generated by rotating a pressurized liquid and a gas in a cylinder, and the diameter of the pressurized gas and liquid is discontinuously increased toward the downstream side.
- An apparatus has been disclosed that generates microbubbles by generating a cavity phenomenon by discharging from a nozzle that becomes larger.
- Patent Document 7 discloses a technique for generating ionic water by generating microbubbles having a bubble diameter of 50 m or less.
- the nanovalve has an excellent engineering function in addition to the function of the micronore and can directly act on the cellular level of a living organism, the cleaning of the semiconductor wafer, the skin It can be applied to a wider field than microbubbles, such as for the treatment of diseases, and is expected to have even higher functionality.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-143885
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-334548
- Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-121962
- Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-245817
- Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-246294
- Patent Document 6 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-126665
- Patent Document 7 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-43642
- the above-described nanobubbles have a very physically unstable characteristic that has been confirmed to be generated instantaneously in the process of microbubbles shrinking in water. Therefore, stable production and long-term maintenance are difficult, and this is a bottleneck in practical use.
- a microbubble is formed by supplying a pumping liquid in a circumferential direction in a cylindrical space to form a negative pressure region and sucking an external gas into the negative pressure region.
- this device can generate microbubbles, it cannot stably generate smaller-sized nanobubbles!
- a nanofluid containing nano-order bubbles cannot be stably generated at a low cost.
- nanofluids require different nanobubble diameters in various fields of use.
- members on the substrate have a cell size and gap of several tens of ⁇ ! Since it is lOOnm, a nanofluid containing nanobubbles corresponding to this is required.
- V the diameter of a nanofluid containing nanobubbles corresponding to this is required.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and can produce a large amount of nanofluid continuously and stably with a relatively simple and inexpensive structure, and is easy to handle. Therefore, it is an object of the present invention to provide a nanofluid generating apparatus and method capable of dramatically reducing manufacturing costs.
- Another object of the present invention is to efficiently generate nanofluids so that nanofluids can be generated and selected according to various applications.
- an apparatus for generating a nanofluid including nanobubbles having a diameter of less than 1 m is supplied.
- a nanofluidic generator is provided.
- gas and liquid are supplied to a gas-liquid mixing chamber provided with a turbulent flow generation mechanism such as a large number of irregularities inside, and these are pressurized by a pressurizing means such as a pump.
- a pressurizing means such as a pump.
- forcibly mixing produces a gas-liquid mixed fluid in which gas and liquid are uniformly mixed, and this gas-liquid mixed fluid is added from an ultra-fine discharge port whose channel is narrowed to the nano-order.
- a nanofluid in which most of the gas and liquid in the gas-liquid mixed fluid are miniaturized to the nanolevel is generated.
- nanobubbles for example, ultrafine nanobubbles having a diameter of less than ⁇ and nanobubbles having a larger diameter have greatly different functions and applications.
- the density of members, cell size, and spacing 50-80n
- a filter mechanism is provided so that only nanofluids having a desired diameter or less (or more) matching the application can be selectively separated and used.
- the comparatively large-diameter nanofluid removed by this filter mechanism is unsuitable for cleaning and treatment of precision instruments, for example, water quality purification for closed water areas such as dam reservoirs and cultured fish
- precision instruments for example, water quality purification for closed water areas
- closed water areas such as dam reservoirs and cultured fish
- it can be expected to be more effective than microbubbles.
- a plurality of flow paths for using the nanofluid removed by the filter mechanism for a plurality of different uses are provided.
- the fluid (microfluid) containing nano-level bubbles that are not sufficiently nano-sized is separated and removed, and the air is passed through the circulation channel. It is supplied to the liquid mixing chamber or used as it is as a microfluid.
- the next filter mechanism separates and removes relatively large-diameter nanofluids for use in promoting the growth of seafood and plants, and for bathing and beauty.
- the ultrafine nanofluids that have passed through these filter mechanisms are used for treatment and cleaning of precision instruments.
- the filter mechanism needs to have a function of filtering nanobubbles having a predetermined diameter of nano order.
- a one-dimensional nano-penetrating pore film which is a ceramic mesoporous thin film produced by a metal template method or a eutectic decomposition method, can be employed.
- the size of the one-dimensional structure can be easily controlled, so that nanofilters with various filtering sizes can be fabricated by simultaneous etching.
- the generated nanofluid can be easily selected and separated according to the application, and the generated nanofluid can be used without waste. Therefore, overall generation efficiency can be improved.
- the apparatus for generating a nanofluid including nanobubbles having a diameter of less than 1 ⁇ m turbulence is generated in the supplied liquid and gas.
- Gas-liquid mixing chamber forcibly mixing, means for pressurizing the gas and liquid supplied to the gas-liquid mixing chamber, and the mixed gas-liquid mixed fluid is discharged from the gas-liquid mixing chamber to the outside in a pressurized state.
- a nanofluidic generator is provided.
- a micro-level fluid that has not been sufficiently nanonized, or a nanofluid having a desired diameter or more when applied to a specific field in which the above-described ultrafine nanofluid is required for example, a micro-level fluid that has not been sufficiently nanonized, or a nanofluid having a desired diameter or more when applied to a specific field in which the above-described ultrafine nanofluid is required.
- the desired nanofluid can be reliably obtained by circulating each of the gas and supplying it to the gas-liquid mixing chamber again.
- only nanofluids having a desired diameter can be selectively separated and other nanofluids can be circulated. Thereby, a nanofluid having a desired diameter can be efficiently generated.
- a method for generating a nanofluid including nanobubbles having a diameter of less than 1 ⁇ m! a supply step of supplying gas and liquid to the gas-liquid mixing chamber, a pressurization step of pressurizing the gas and liquid by a pressurizing means before or after the supply step, and the gas-liquid in a pressurized state
- a mixing step that is provided in a mixing chamber and forcibly mixes by a turbulent flow generation mechanism that generates turbulent flow in the supplied liquid and gas, and the gas-liquid mixed fluid is pressurized while the mixed gas-liquid mixed fluid is pressurized.
- Ultra-fine provided on the exit side of the mixing chamber There is provided a nanofluid generation method comprising a discharge step of generating a nanofluid by discharging to an outside of a discharge loca.
- gas and liquid are supplied to a gas-liquid mixing chamber provided with a turbulent flow generation mechanism such as a large number of irregularities therein, and these are pressurized by a pressurizing means such as a pump.
- a pressurizing means such as a pump.
- forcibly mixing produces a gas-liquid mixed fluid in which gas and liquid are uniformly mixed, and this gas-liquid mixed fluid is added from an ultra-fine discharge port whose channel is narrowed to the nano-order.
- By discharging while maintaining the pressure state it is possible to generate a nanofluid in which most of the gas and liquid of the gas-liquid mixed fluid are miniaturized to the nanolevel.
- a method for generating a nanofluid including nanobubbles having a diameter of less than 1 ⁇ m! the gas is sucked by the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the pressurizing means in accordance with the supply step of pressurizing the liquid by the pressurizing means and supplying it to the gas-liquid mixing chamber and the operation of the pressurizing means.
- the gas-liquid mixed fluid is introduced into the gas-liquid mixing chamber by introducing the gas into the liquid, and the pressurized gas-liquid mixed fluid is introduced into the gas-liquid mixing chamber.
- a method for producing a nanofluid comprising the step of producing a fluid is provided.
- a nanofluid that can generate a large amount of nanofluid continuously and stably with a relatively simple and inexpensive structure, is easy to handle, and can drastically reduce manufacturing costs.
- a generation device and method can be obtained.
- a nanofluid generating apparatus and method for efficiently generating nanofluids can be obtained by enabling generation and selection of nanofluids according to various applications.
- FIG. 1 (A) is a schematic cross-sectional view of a nanofluid generating device 1 according to an embodiment of the present invention
- FIG. 1 (B) is marked with a circle in FIG. 1 (A).
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the filter mechanism F.
- the nanofluid generator 1 communicates with the generator 2 via the generator 2, the storage tank 3, the pressurizing pump (pressurizing means) 4, and the feed water source S force pressurizing pump 4 and the storage tank 3.
- a pipe H a filter mechanism F for selecting and removing nanofluid of a desired diameter
- a circulation channel CR for supplying the nanofluid removed by the primary filter to the storage tank 3 via the water supply source S
- a primary 'Consists of external supply channels 41a and 41b for supplying a plurality of types of nanofluids selected by the secondary filter to a plurality of external processing devices 40a and 40b, respectively.
- the pipe H between the water supply source S and the pressurizing pump 4 is provided with a pure water generator (not shown) (for example, Milli-Q Synthesis, manufactured by Millipore).
- the introduced water can be supplied to the pressure pump 4 in place of pure water.
- the pressurizing pump 4 can suck pure water from a pure water generating device, pressurize the pure water to 13 to 15 atm, and send the water to the storage tank 3.
- the upstream and downstream piping H force bypass circuit R of the pressurizing pump 4 is provided in a branched manner.
- the bypass circuit R is provided with an intake valve (intake means) 21, which is a check valve that is opened by the operation of the pressurizing pump 4 and intakes external air.
- the intake amount of the intake valve 21 is set to about 1 to 3 liters per minute.
- a predetermined proportion of pure water and air are stored in the storage tank 3 in a pressurized state.
- the setting of the storage capacity is appropriately changed according to the type of nanofluid to be generated and the generation capability of the generator 2.
- the pressurizing capacity of the pressurizing pump 4 is 13 to 15 atm, and the nanofluid generating capacity is set to 40 to 60 liters per minute, It is sufficient that the storage tank 3 has a capacity of about 12 to 15 liters.
- the water supply source S is replaced with the bathtub or pool, and the water containing the nanofluid generated by this apparatus is stored in the storage tank 3 It is possible to process 1 to 2 tons per minute by circulating while collecting.
- the generator 2 is formed of a material having excellent pressure resistance and water resistance, such as a stainless steel material, and is a cylindrical body whose axis is directed vertically. Both the upper end surface and the lower end surface are closed, a supply port 5 is provided on the upper end surface, and a discharge port 6 is provided on the lower end surface. As will be described later with reference to FIG. 3, the generator 2 can be divided into left and right parts, and is configured so that the inside can be sterilized, disinfected or cleaned (hereinafter collectively referred to as “cleaning”).
- the generator 2 is provided with a first partition plate a1, a second partition plate a2 and a third partition plate a3 at predetermined intervals along the axial direction. is doing.
- Upper surface force at which the supply port 5 is provided The internal space up to the first partition plate al is referred to as distribution space A, and the internal space up to the first partition plate al force second partition plate a2 is referred to as the gas-liquid mixing chamber 7 Call.
- the internal space from the second partition plate a2 to the third partition plate a3 is referred to as a valve chamber B, and the internal space from the third partition plate a3 to the lower end surface where the discharge port 6 is provided is derived. Called space C. These internal spaces A, 7, B, and C are configured as described below.
- the first partition plate al has a plurality of first communication holes 8a and second communication holes 8b on concentric circles having different radii of central axial forces, respectively, at predetermined intervals. It is provided through.
- the first communication hole 8a is located around the axial center of the generator 2 and is provided along the vertical direction (axial direction).
- the second communication hole 8b is located near the outer peripheral portion of the generator 2 and is provided in an oblique outer peripheral direction.
- a conical member 11 is suspended from the lower surface of the first partition plate la in the gas-liquid mixing chamber 7 at the axial center position of the generator 2.
- the portion where the first partition plate al force is suspended is a simple flange portion 11a, but the lower end of the flange portion 11a is a conical portion l ib formed in a conical shape.
- the conical member 11, in particular, the circumferential surface of the conical portion l ib is located immediately below the first communication hole 8a provided on the axial center side of the first partition plate al. Since these first communication holes 8a are provided in the vertical direction, the fluid flowing vertically from the communication holes 8a is received by the conical part 1 lb tapered peripheral surface of the conical member 11.
- a concave groove 12 is provided on the circumferential surface of the conical portion l ib of the conical member 11. Rather than being provided along the circumferential surface of the circular cone portion l ib, the concave groove 12 is preferably composed of a plurality of long grooves, and the force is also provided in a state where the depths are different from each other.
- a plurality of protrusions 9 and grooves 10 are provided alternately along the axial direction. Both the ridges 9 and the concave grooves 10 are provided along the inner wall peripheral surface of the generator 2 and have a hierarchical shape. Since the second communication hole 8b provided in the first partition plate al opens outward, the fluid flowing down the communication hole 8b is surely guided to the protrusion 9 or the groove 10. I got to be.
- the second partition plate a2 has a tapered shape in which a cross-sectional shape is inclined downward from the peripheral surface of the generator 2 toward the central axis, and a portion along the central axis at the lower end is opened. Form a funnel shape.
- the gas-liquid mixing chamber 7 and the valve chamber B communicate with each other through the opening Ka.
- Projections 9 are also provided on a portion facing the gas-liquid mixing chamber 7 on the upper surface side of the second partition plate a2.
- the protrusion 9 is provided only at the upper end of the second partition plate a2, and is similar to the other groove 10 between the protrusion 9 provided at the lowest stage of the gas-liquid mixing chamber 7.
- a concave groove 10 is formed.
- the turbulent flow generation mechanism Z is provided on the inner peripheral surface of the generator 2 and the second partition plate a2.
- the position and size of the protrusion 9, the position and size of the groove 10, the diameter and taper angle of the conical portion l ib of the conical member 11, the depth dimension of the groove 12 provided here, etc. are all generated. It can be set freely according to the type of fluid, the amount of production per hour, the pressure, etc.
- the height dimension of the ridge 9 and the depth dimension of the concave grooves 10 and 12 may both be 5 mm (height difference: maximum 10 mm).
- the volume of the gas-liquid mixing chamber 7, the number and diameter of the first and second communication holes 8a and 8b provided in the first partition plate al, the diameter of the generator 2, and the like are also determined. It can be set freely according to the type, amount of production per hour, and pressure.
- the second partition plate a2 on the same surface as the ridge 9 and on the inclined lower side from the ridge 9, a platinum chip that has a polished surface and ensures high smoothness is mounted. Consists of 1 smooth surface part Ha. That is, the upper surface of the second partition plate a2 excluding the protrusions 9a is formed into a very smooth surface by the first smooth surface portion Ha.
- platinum material is that the stainless steel and other metal materials that make up generator 2 generally have physical limitations on the smoothness of the surface due to polishing, and the width of the flow path described later. Cannot be set to the desired value. In contrast, platinum materials are required to have a surface smoothness accuracy of almost the limit and can form a desired flow path.
- the lower end side of the first smooth surface portion Ha becomes the opening Ka, and the stop valve body 15 is passed through the opening Ka.
- the stop valve body 15 has a flange 15a inserted through an opening Ka of the second partition plate a2 and an opening Kb provided along the central axis of the third partition plate a3, and an upper end of the flange 15a. It comprises a valve portion 15b that is integrally provided and a stopper portion 15c that is integrally provided at the lower end of the flange portion 15a.
- the flange 15a diameter of the stop valve body 15 is formed smaller than both the opening Ka diameter of the second partition plate a2 and the opening Kb diameter of the third partition plate a3. ing.
- the size of the shim is also set so that the valve portion 15b is positioned above the second partition plate a2 and the stopper portion 15c is positioned in the outlet space portion C on the lower side from the third partition plate a3. Therefore, the valve portion 15b rests on the inclined upper surface of the second partition plate a2, and the entire weight of the stop valve body 15 is supported by the valve portion 15b.
- the peripheral surface of the valve portion 15b is formed at the same taper angle as the taper angle of the second partition plate a2, and has a predetermined axial length (thickness).
- the circumference is second
- the first smooth surface portion Ha formed on the upper surface of the partition wall plate a2 is in intimate contact.
- valve portion 15b On the peripheral surface of the valve portion 15b, a platinum chip that has a polished surface and ensures high smoothness is mounted, thereby constituting a second smooth surface portion Hb. Therefore, the second partition plate a2 and the stop valve body 15 are in close contact with each other via the first smooth surface portion Ha and the second smooth surface portion Hb.
- a very narrow gap is necessarily formed between the smooth surface portion Ha of the second partition plate a2 and the smooth surface portion Hb of the stop valve body 15.
- stainless steel and other metal materials generally have physical limitations on the smoothness of the surface due to polishing. A 10 m gap will be formed.
- the gap can be minimized to the order of nm.
- the gap between the first smooth surface portion Ha and the second smooth surface portion Hb (hereinafter referred to as “ultra-fine ejection port”) 20 that is also made of platinum material.
- the maximum (minimum) can be narrowed to a very small state of about 0.2 ⁇ ⁇ (2 OOnm).
- This stop valve body 15 is separable from the main body of the generator 2. As will be described later, when the generator 2 is divided and cleaned, it is removed from the generator 2 to form one surface of the ultrafine discharge port 20. The entire surface including the surface of the valve portion 15b is configured to be cleaned. As a result, by periodically performing periodic cleaning of Z, it is possible to avoid the liquid component from adhering to the surface of the ultra-fine discharge port 20 over time and partially clogging, and to generate nano-particles. Impurities and solids can be prevented from entering the fluid.
- a plurality of through holes 16 are provided around the opening Kb through which the flange 15a of the stop valve body 15 passes, and through these through holes 16
- the valve chamber B communicates with the lead-out space C.
- a plurality of pipes (external supply paths 41 a to 41 b) communicating with the external processing devices 40 a to 40 c are connected to the discharge port 6 provided on the lower end surface of the generator 2 through the filter mechanism F. Connected.
- the configuration of filter mechanism F will be described later.
- the nanofluid generator 1 configured as described above, by driving the pressurizing pump 4, pure water is guided from the water supply source S via the pure water generator, and the intake valve From 21 Air is guided through the no-pass circuit R, and pure water and air are supplied to the storage tank 3 in a pressurized state.
- the storage tank 3 has a function of stabilizing the ratio of gas to the liquid, the pressure and the like of the pressurized gas-liquid mixed fluid collected.
- the pressurized gas-liquid mixed fluid once fills the decomposition space A, and then flows down through the first communication hole 8a and the second communication hole 8b into the gas-liquid mixing chamber 7. Led. That is, by providing the decomposition space A, the gas-liquid mixed fluid pressurized in a uniform state from the decomposition space A to the gas-liquid mixing chamber 7 can be distributed and guided.
- the gas-liquid mixed fluid may be pressurized after being supplied to the gas-liquid mixing chamber 7!
- the mixed fluid that has flowed down through the first communication hole 8a hits the conical portion 1 lb circumferential surface of the conical member 11 or the conical groove 12 provided on the circumferential surface of the conical portion l ib and rebounds. At this time, the water droplet of the mixed fluid that bounces against the 1 lb circumferential surface of the cone and the water droplet of the fluid that bounces off the concave groove 12 have different rebound angles.
- the gas-liquid mixed fluid guided to the gas-liquid mixing chamber 7 in a pressurized state is in a random direction due to the internal shape of the turbulent flow generation mechanism Z provided in the gas-liquid mixing chamber 7. Dispersed and turbulent flow continues. The rebound is repeated while colliding with any part, but each time the collision occurs, gas-liquid mixing and refinement are forced to proceed in a pressurized state.
- the first smooth surface portion formed on the second partition plate a2 It is forcibly guided to and passed through the ultra-fine discharge port 20 which is a gap between Ha and the second smooth surface portion Hb formed in the valve portion 15b of the stop valve body 15.
- the gas-liquid fluid is supplied to the valve chamber B instead of the nanofluid containing a large amount of nanobubbles by being forced to pass through the ultrafine discharge port 20 in a pressurized state.
- the particle size of the nanofluid containing nanobubbles is about 0.2 ⁇ ⁇ (200 ⁇ m), which is the same as the width of the ultrafine discharge port 20.
- the generated nanofluid was measured with a particle counter (Particle Sensor in Liquid KS-17) manufactured by Rion Co., Ltd., and 120,000 nanobubbles with ultrafine diameters of 50 to 90 nm existed in 1 ml. Was confirmed.
- the liquid pure water
- the nanofluid guided to the valve chamber B is sequentially guided from the valve chamber B to the lead-out space C via the plurality of through holes 16 to be filled.
- the nanofluid is once collected and stabilized, and then supplied from the discharge port 6 to a predetermined supply destination.
- This lead-out space C functions as a decompression unit and a storage tank that temporarily store the nanofluid discharged in a pressurized state, depressurize it to atmospheric pressure, weaken the flow rate, and stabilize it.
- a decompression section and a storage tank may be provided outside the discharge port 6 independently.
- the volume of the storage tank and the storage time are designed according to the use of the nanofluid, the pressure applied, and the type of gas / liquid.
- a nanofluid containing nanobubbles around 0.2 ⁇ (2 OOnm) can be stably generated from pure water and air while being an apparatus with a simple configuration, and handling It is easy to reduce the manufacturing cost.
- a predetermined diameter of the nanofluid stabilized in the derivation space C is selected.
- the filter mechanism F removes a nanofluid that exceeds a reference diameter set based on the diameter of a constituent (a molecule, a cell, or the like) of a minute unit of an object to be processed or a gap between a plurality of constituents.
- a constituent a molecule, a cell, or the like
- the filter mechanism F removes a nanofluid that exceeds a reference diameter set based on the diameter of a constituent (a molecule, a cell, or the like) of a minute unit of an object to be processed or a gap between a plurality of constituents.
- equipped with multiple filters Fl and F2 with different particle sizes to be removed equipped with multiple filters Fl and F2 with different particle sizes to be removed.
- the primary filter F1 is set to separate and remove relatively large-diameter nanofluids of several hundred to lOOOnm
- the secondary filter 2F is set to separate and remove nanofluids of lOOnm to several hundred nm.
- the large-diameter nanofluid separated by the primary filter F1 can be suitably used for water purification in closed water areas, water for seafood, hydroponic plants, etc., but in this embodiment, the circulation channel CR The nano-nification process is repeated by supplying the gas-liquid mixing chamber 7 via the above.
- the nanofluid that is sufficiently nano-sized as a gas-liquid mixture only the highly nano-nano nanofluid can be supplied to the external processing devices 40a and 40b. Even if nano-ization is sufficiently advanced, the mixing state and molecular diameter are more favorable for nano-processing than the normal liquid and gas supplied from the water supply source S and the intake valve 21. By circulating and reusing such nanofluids, it is possible to efficiently generate nanofluids with a small diameter.
- the nanofluid generating device 1 divides the generator 2 into left and right members 2a and 2b, and bolts the ends of the members 2a and 2b.
- the joint 50 is formed by fastening with ⁇ ⁇ nut ⁇ .
- an ultrafine discharge port 20 (a gap between the first smooth surface portion Ha of the second partition plate a2 of the gas-liquid mixing chamber 7 and the second smooth surface portion Hb of the valve portion 15b of the stop valve body 15 ( It is possible for liquid components to adhere to the ultra-fine channel) over time There is a possibility that the flow path is partially blocked or solid matter is mixed. For this reason, it is preferable to disassemble and clean along the ultrafine discharge port 20 (ultrafine flow path).
- the joint 50 of each member 2a, 2b has a lower mechanical strength than a non-joined part, and thus there is a risk that airtightness and hygiene will be lowered due to deterioration over time.
- the nanofluid is generated by applying a pressure of 10 atm or more, it is conceivable that the strength of the joint portion 50 is lowered and cannot withstand the high pressure. Therefore, in this embodiment, as shown in an enlarged view in FIG. 3 (b), the thickness near the joint 50 of the generator 2 is formed thicker than the non-joint, and a circle is formed around the outer periphery of the generator 2. Annular reinforcing material 51 was wound around to maintain the strength.
- the reinforcing member 51 is configured such that, for example, the end portion is formed in a wedge shape or a bowl shape to improve the tensile strength.
- the end portion is formed in a wedge shape or a bowl shape to improve the tensile strength.
- the storage tank 3 interposed between the pressurizing pump 4 and the generator 2 is omitted, and a pressurized liquid and gas mixed fluid guided from the pressurizing pump 4 and the intake valve 21 is used. Let's supply it directly to generator 2.
- each of the pressurized liquid and the pressurized gas may be supplied to the generator 2 to be mixed and a turbulent state may be obtained.
- the nanofluid can be continuously generated as in the case where the storage tank 3 is provided.
- the conical member 11 is provided along the central axis, and the ridges 9 and the concave grooves 10 are alternately and continuously provided on the inner peripheral wall of the generator 2.
- the present invention is not limited to this.
- a plurality of plates may be provided at predetermined intervals, and guide holes may be provided in different portions of these plates!
- the guide holes are not opposed to each other, so that the plate bodies become so-called baffle plates, and gas and liquid are forcibly mixed.
- the same effect can be obtained by providing a mesh body having a different mesh instead of the plate body.
- the mesh body since the pressurized gas-liquid mixed fluid is introduced into the gas-liquid mixing chamber 7, the mesh body needs to have sufficient rigidity to withstand the pressure.
- a structure that can efficiently create a turbulent flow state with respect to the gas-liquid mixed fluid in the gas-liquid mixing chamber 7 may be employed.
- the ultrafine discharge port 20 is an ultrafine gap that is inevitably formed in a state where the first and second smooth surface portions Ha and Hb made of platinum chips are in close contact with each other. If the discharge port can be narrowed to the nano level by improving the coating technology, it is possible to use a metal material other than brassiere.
- the fluid to be nano-sized is not limited to pure water or air, and various liquids and gases can be used depending on the application.
- ozone oxygen, etc.
- oxygen oxygen
- the lead-out space C is provided as a decompression unit and a storage tank.
- a separate storage tank is provided outside the generator 2, and the nano-particles discharged in a pressurized state into the storage tank.
- a built-in mechanism to depressurize and rectify the fluid may be incorporated.
- FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a cleaning processing apparatus 30 that is connected to the nanofluid generating apparatus 1 via a supply flow path 4 lb and is supplied with an ultrafine nanofluid that has passed through the secondary filter F 2. It is.
- the cleaning processing apparatus 30 includes a processing tank 31.
- This treatment tank 31 is composed of the nanofluid
- a nanofluid is received from the generation device 1 by using a head, and the nanofluid generation device 1 is disposed below the nanofluid generation device 1.
- An introduction port 32 is provided at the bottom of the processing tank 31, and the introduction port 32 communicates with the discharge port of the filter mechanism F of the nanofluid generating device 1 through the supply channel 41b.
- the cleaning treatment device 30 is placed in close contact with the side portion of the nanofluid generating device 1, and the nanofluid generating device 1
- a pump for supplying the nanofluid from the nanofluid generator 1 to the cleaning apparatus 30 may be provided in the middle of the supply flow path 41b that connects the discharge port 6 and the introduction port 32 of the cleaning apparatus 30.
- a plurality of plate portions are provided horizontally or inclined at a portion facing the introduction port 32, and the current regulating mechanism 33 is disposed so that only a part faces each other. Is provided.
- the rectifying mechanism 33 functions to rectify the nanofluid supplied from the introduction port 32 and guide it to the central portion in the processing tank 31. Then, the object to be processed W supported by a support mechanism (not shown) is accommodated in the central portion in the processing tank 31 facing the rectification direction by the rectification mechanism 33.
- the object to be processed W includes, for example, a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) and skin of a skin disease patient. In the following, an example of wafer cleaning will be described.
- the support mechanism holds a plurality of wafers W in a row with a narrow interval, and conveys the wafers W between the processing tank 31 and the outside of the processing tank 31 so as to be movable up and down.
- the support mechanism fixes the position of the wafer W so that there is no displacement. Outside the processing tank 31, the wafer W can be freely taken out of the support mechanism force, and the setting to the support mechanism can be performed with less effort.
- An overflow tank 34 is provided over the entire circumference of the outer surface of the upper end of the processing tank 31, and a drain pipe 35 communicating with a drain part (not shown) is connected to the bottom of the overflow tank 34.
- a predetermined amount of nanofluid is continuously supplied from the nanofluid generating apparatus 1 to the treatment tank 31, and the nanofluid is always full in the treatment tank 31. Then, the overflow from the treatment tank 31 overflows to the overflow tank 34 by the amount continuously supplied, and passes through the drain pipe 35. And drained to the outside.
- the wafer W supported by the support mechanism is carried into the processing tank 31. Since the nanofluid containing nanobubbles is already supplied to the treatment tank 31 from the nanofluid generator 1, all Ueno and W are immersed in the nanofluid.
- the nanofluid containing nanobubbles is continuously introduced from the discharge port 6 of the nanofluid generating device 1 into the treatment tank 31 through the supply flow path 41b and the introduction port 32.
- the nanofluid is rectified by the rectifying mechanism 33, is uniformly concentrated with respect to all the wafers W supported by the support mechanism, and is subjected to the cleaning process of the wafers W.
- the cleaning device 30 is provided with a support mechanism for transporting a plurality of wafers W into and out of the processing tank 31, and the wafer W is rotated in the processing tank 31 by this support mechanism, or (C) A function of reciprocating the W may be provided to further improve the cleaning efficiency for the wafer W.
- the force provided with the rectifying mechanism 33 in the treatment tank 31 is not limited to this.
- a jet mechanism that forcibly ejects the fluid may be provided to further improve the cleaning efficiency for the wafer W.
- a so-called shower mechanism is provided in which the nanofluid is continuously sprinkled on the wafer W and exposed to the nanofluid dispersion atmosphere for cleaning for a predetermined time. You may.
- the force exemplified for the wafer as the object to be processed W is not limited to this, and it can of course be applied to other cleaning devices such as LCD glass substrates, etching devices, and the like. .
- FIG. 1 is a schematic view and a partially enlarged view of a nanofluidic generator according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the filter mechanism.
- FIG. 3 is an overall perspective view of the generator and a partially enlarged view of a joint portion.
- FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a cleaning processing apparatus that communicates with the nanofluid generation apparatus via a pipe. Explanation of symbols
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Abstract
【課題】本発明は、比較的簡易で安価な構造で、大量のナノ流体を連続的、安定的に生成でき、取扱いが容易で、製造コストを飛躍的に低減でき、種々の用途に応じたナノ流体を生成・選択できるようにして、ナノ流体を効率的に生成できるナノ流体生成装置および方法を提供する。 【解決手段】直径が１μｍ未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置１は、供給された液体および気体に乱流を発生させて強制的に混合する気液混合室７と、気液混合室７に供給する基体及び液体を加圧する手段４と、混合された気液混合流体を加圧状態で気液混合室７から外部に吐出してナノ流体を生成する超微小吐出口２０と、生成されたナノ流体のうち、所定径以上のナノ流体を除去するフィルタ機構Ｆとを有する。
Description
明 細 書
ナノ流体生成装置及び方法
技術分野
[0001] 本発明は、直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する ナノ流体生成装置、その方法、ナノ流体を含む飲料水を生成する装置、その方法、 ナノ流体を利用した皮膚疾患などの治療装置、その方法、ナノ流体を利用した生物 の育成補助装置、その方法に関する。この出願は、 2005年 9月 23日に提出された 米国出願 60Z719, 937及び 2006年 2月 2日に提出された国際出願 PCTZJP20 06/301736に基づく優先権を主張するものであり、これらの出願に開示された全 ての事項はこの言及により本出願に組み込まれるものとする。
背景技術
[0002] 一般的に、直径が 1 m (lOOOnm)未満の微細気泡は「ナノバブル」と呼ばれ、こ れに対して直径が 1 μ m以上の微細気泡は「マイクロバブル」と呼ばれていて、これら ナノバブルとマイクロバブルは互いに区別して使用される。従来より、これらのナノバ ブルやマイクロバブルについては、以下の特許文献に示されるような種々の機能や 効能、製造方法などが知られている。
[0003] [特許文献 1]には、常圧下において発生時に略 30 m以下の気泡径を有し、発 生後は所定の寿命を持って徐々に微細化し、消滅'溶解することを特徴とする微細 気泡（マイクロバブル）の記載がある。
[0004] また、 [特許文献 1]には、マイクロバブルの気液溶解や、浄化機能あるいは生理活 性の促進などの特性を利用して、ダム貯水池などの閉鎖性水域に対する水質浄ィ匕 や、養殖魚介類あるいは水耕栽培野菜類の成長促進、さらには生物に対する殺菌- 浄ィ匕などに適用した例と、その結果が記載されている。
[0005] [特許文献 2]には、液体中にぉ 、て、液体の一部を分解することで、マイクロパブ ルのうち気泡径が 1 IX m未満の超微細気泡であるナノバブルを生成する方法が記載 されている。また、 [特許文献 3]には、ナノバブルを含む水により物体の洗浄を行うナ ノバブル利用洗浄方法や、ナノバルブ利用洗浄装置が記載されて ヽる。
[0006] [特許文献 4]には、液体中に含まれる微小気泡に物理的刺激を加えて、微小気泡 を急激に縮小させるナノバブルの製造方法が記載されている。さらに、 [特許文献 5] には、気泡の直径が 50〜500nmで、気泡内に酸素を含有する酸素ナノバルブが含 まれる水溶液力 なる酸素ナノバブル水およびその製造法に係る技術が記載されて いる。
[0007] また、 [特許文献 6]には、円筒内で加圧液体と気体とを旋回させて加圧気液を生 成し、この加圧気液を下流側に行くにつれて不連続的に径が大きくなるノズルから吐 出することで、キヤビテーシヨン現象を発生させてマイクロバブルを生成する装置が開 示されている。さらに、 [特許文献 7]には、気泡径が 50 m以下のマイクロバブルを 発生させてイオン水を生成する技術が開示されて 、る。
[0008] このようにナノバルブは、マイクロノ レブの機能に加えて、工学的機能に優れるとと もに、生物の細胞レベルに直接的に作用させることができるため、半導体ウェハの洗 浄、皮膚疾患の治療など、マイクロバブルより広い分野への適用が可能となり、さらな る高機能化が期待されている。
[0009] 特許文献 1 :特開 2002— 143885号公報
特許文献 2：特開 2003 - 334548号公報
特許文献 3：特開 2004 - 121962号公報
特許文献 4：特開 2005— 245817号公報
特許文献 5：特開 2005 - 246294号公報
特許文献 6：特開 2003 - 126665号公報
特許文献 7：特開 2006—43642号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] ところで、上記したナノバブルは、マイクロバブルが水中で縮小する過程で瞬間的 に生成されることが確認されている力 物理的に極めて不安定な特性がある。したが つて、安定的な製造や長期間の保持が困難であり、実用化におけるネックとなってい る。
[0011] そこで、たとえば [特許文献 3]においては、分解ガス化された溶液中で超音波を印
加し、ナノバブルを生成することが提案されている。しかしながら、超音波発生装置は 高価で、かつ機体が大きぐまたマッチングをとるのに困難で、取扱いが容易ではな V、ために普及の妨げになって 、る。
[0012] また、 [特許文献 1]においては、円筒状スペース内に円周方向に圧送液を供給し て負圧領域を形成し、この負圧領域に外部気体を吸引させることで、マイクロバブル を生成する方法および装置が開示されている。し力しながら、この装置ではマイクロ バブルを生成できても、より小径のナノバブルを安定的に生成することはできな!、。 同様に、 [特許文献 6]に開示された技術を応用しても、ナノオーダーのバブルを含 むナノ流体を安定的に低コストで生成することはできない。
[0013] さらに、ナノ流体は種々の利用分野において、要求されるナノバブルの径が異なる 。例えば、半導体ウェハなどの精密機器の洗浄や皮膚疾患の治療などにおいては、 基板上の部材ゃ細胞の大きさや隙間が数十 ηπ！〜 lOOnmであるため、これに応じた ナノバブルを含むナノ流体が必要となる。これに対して、閉鎖性水域における水質浄 ィ匕、養殖魚介類や水耕栽培野菜類の成長促進などにおいては、厳密な要求径はな V、ため、例えば数百 nm程度のナノ流体でも十分実用に耐え得る。
[0014] 本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、比較的簡易で安価 な構造で、大量のナノ流体を連続的、安定的に生成することができ、取扱いが容易 で、製造コストを飛躍的に低減できるナノ流体生成装置及び方法を提供することを目 的とするものである。
[0015] また、本発明の他の目的は、種々の用途に応じたナノ流体を生成 ·選択できるよう にして、ナノ流体を効率的に生成することである。
課題を解決するための手段
[0016] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の主要な観点によれば、直径が 1 m未 満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置にぉ 、て、供給された液 体および気体に乱流を発生させて強制的に混合する気液混合室と、気液混合室に 供給する基体及び液体を加圧する手段と、混合された気液混合流体を加圧状態で 気液混合室力 外部に吐出してナノ流体を生成する超微小吐出口と、生成されたナ ノ流体のうち、所定径以上のナノ流体を除去するフィルタ機構とを備えたことを特徴と
するナノ流体生成装置が提供される。
[0017] このような構成によれば、内部に多数の凹凸などの乱流発生機構を備えた気液混 合室に気体と液体とを供給し、これらをポンプなどの加圧手段で加圧しながら強制的 に混合することで気体と液体とが均一に混合された気液混合流体が生成され、この 気液混合流体を、流路がナノオーダーまで狭小化された超微小吐出口から加圧状 態を維持したまま吐出することで、気液混合流体の気体及び液体の多くがナノレべ ルまで微小化されたナノ流体が生成される。
[0018] ナノバブルのなかでも、例えば ΙΟΟη未満の超微小ナノバブルと、それ以上の径の ナノバブルとでは、機能や用途が大きく異なってくる。特に、半導体ウェハなどの精密 機器の洗浄や、生物の細胞に直接作用して生理活性を向上させる治療等の分野に おいては、部材の集積密度や細胞の大きさ、間隔（50〜80n)と同程度のナノ流体 が必要になる。そのため、本発明においては、フィルタ機構を設けて、用途に合致し た所望径以下 (以上)のナノ流体だけを選択的に分離して利用できるようにした。
[0019] また、このフィルタ機構で除去した比較的大径のナノ流体は、精密機器の洗浄や治 療には不向きであるが、例えば、ダム貯水池などの閉鎖性水域に対する水質浄化や 、養殖魚介類あるいは水耕栽培野菜類の成長促進、美顔'美容、飲料水などの分野 では、マイクロバブルに比して十分な有効性が期待できる。そのため、本発明の好ま L 、実施形態では、フィルタ機構で除去したナノ流体を複数の異なる用途に利用す るための複数の流路を設けることにした。
[0020] 例えば、最も上流の（吐出口に近 、)フィルタ機構では、ナノ化が十分進まずマイク ロレベルのバブルも含有する流体 (マイクロ流体)を分離除去して、循環流路を介し て気液混合室に供給したり、そのままマイクロ流体として利用する。次のフィルタ機構 では、比較的大径のナノ流体を分離除去して魚介類や植物などの成長促進や、入 浴'美容などに利用する。そして、これらのフィルタ機構を通過した超微小径のナノ流 体は、治療や精密機器の洗浄用に利用する。
[0021] 一方で、このナノ流体生成装置を治療等の専用にする場合には、フィルタ機構で 除去した比較的大径のナノ流体を循環流路を介して再度気液混合室に供給してナ ノ化を繰り返すことで、所望の超微小径のナノ流体を生成することが好ま ヽ。
[0022] ここで、フィルタ機構としては、ナノオーダーの所定径のナノバブルをフィルタリング する機能を備えている必要がある。例えば、金属テンプレート法ゃ共晶分解法などに よって作製されるセラミックスのメソポーラス薄膜である一次元ナノ貫通気孔膜を採用 できる。特に、金属テンプレート法では、一次元組織の大きさを容易にコントロールで きるので、同時エッチングによって種々のフィルタリングサイズのナノフィルタを作製で きる。このような、フィルタリングサイズの異なる複数のフィルタを用いることで、生成さ れたナノ流体を用途に応じて容易に選択'分離でき、生成されたナノ流体を無駄なく 利用できる。従って、全体的な生成効率を向上させることができる。
[0023] 本発明の第 2の主要な観点によれば、直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを 含むナノ流体を生成する装置において、供給された液体および気体に乱流を発生さ せて強制的に混合する気液混合室と、気液混合室に供給する気体及び液体を加圧 する手段と、混合された気液混合流体を加圧状態で気液混合室から外部に吐出して ナノ流体を生成する超微小吐出口と、生成されたナノ流体の一部又は全部を前記気 液混合室に導入してナノ流体を循環させる循環流路とを備えたことを特徴とするナノ 流体生成装置が提供される。
[0024] このような構成によれば、十分にナノ化されなかった例えばマイクロレベルの流体や 、上記した超微小なナノ流体が要求される特定分野に適用する場合に所望径以上 のナノ流体を夫々循環させて再度気液混合室に供給することで、所望のナノ流体を 確実に得ることができる。また、上記した第 1の実施形態のフィルタ機構と組み合わせ ることで、所望径のナノ流体だけを選択的に分離して利用し、それ以外のナノ流体を 循環させることができる。これにより、所望径のナノ流体を効率的に生成することがで きる。
[0025] 本発明の第 3の主要な観点によれば、直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを 含むナノ流体を生成する方法にお！ヽて、気体及び液体を気液混合室に供給する供 給工程と、供給工程の前若しくは後で、気体及び液体を加圧手段によって加圧する 加圧工程と、加圧状態で、前記気液混合室内に設けられ、供給された液体および気 体に乱流を発生させる乱流発生機構によって強制的に混合する混合工程と、混合さ れた気液混合流体を加圧したまま、前記気液混合室の出口側に設けられた超微小
吐出ロカ 外部に吐出してナノ流体を生成する吐出工程とを備えたことを特徴とする ナノ流体生成方法が提供される。
[0026] このような構成によれば、内部に多数の凹凸などの乱流発生機構を備えた気液混 合室に気体と液体とを供給し、これらをポンプなどの加圧手段で加圧しながら強制的 に混合することで気体と液体とが均一に混合された気液混合流体が生成され、この 気液混合流体を、流路がナノオーダーまで狭小化された超微小吐出口から加圧状 態を維持したまま吐出することで、気液混合流体の気体及び液体の多くがナノレべ ルまで微小化されたナノ流体を生成することができる。
[0027] 本発明の第 4の主要な観点によれば、直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを 含むナノ流体を生成する方法にお！ヽて、液体を加圧手段によって加圧して気液混合 室に供給する供給工程と、前記加圧手段の作動にともない、加圧手段の上流側と下 流側との圧力差によって気体を吸気し、気体を液体中に混入させる吸気工程と、加 圧された気液混合流体を前記気液混合室に導入し、この気液混合室内に設けられ た乱流発生手段によって気液混合流体をランダムな方向への跳ね返しを繰り返して 乱流を発生させる工程と、前記気液混合室の出口側に設けられた超微小吐出口から 気液混合流体を流出させることで、ナノバブルを含んだナノ流体を生成する工程とを 備えたことを特徴とするナノ流体生成方法が提供される。
[0028] このような構成によれば、第 3の主要な観点における方法と同様に、気液混合流体 の気体及び液体の多くがナノレベルまで微小化されたナノ流体を生成することができ る。
発明の効果
[0029] 本発明によれば、比較的簡易で安価な構造で、大量のナノ流体を連続的、安定的 に生成することができ、取扱いが容易で、製造コストを飛躍的に低減できるナノ流体 生成装置及び方法を得ることができる。
[0030] また、本発明によれば、種々の用途に応じたナノ流体を生成 ·選択できるようにして 、ナノ流体を効率的に生成するナノ流体生成装置及び方法を得ることができる。 発明を実施するための最良の形態
[0031] 以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
[0032] 図 1 (A)は、本発明の一実施の形態に係るナノ流体生成装置 1の模式的な断面図 であり、図 1 (B)は図 1 (A)で丸印を付した要部 Mを拡大した図、図 2は、フィルタ機 構 Fの摸式的な断面図である。
[0033] ナノ流体生成装置 1は、ジェネレータ 2と、貯溜タンク 3と、加圧ポンプ (加圧手段) 4 および、給水源 S力 加圧ポンプ 4と貯溜タンク 3を介してジェネレータ 2に連通する 配管 Hと、所望径のナノ流体を選択 ·除去するためのフィルタ機構 Fと、一次フィルタ で除去されたナノ流体を前記給水源 Sを介して貯留タンク 3に供給する循環流路 CR と、一次'二次フィルタで選別された複数種のナノ流体を複数の外部処理装置 40a、 40bに夫々供給するための外部供給流路 41a、 41bとから構成される。
[0034] 前記給水源 Sと加圧ポンプ 4との間の配管 Hには、図示しない純水生成装置 (例え ば、 Millipore社製、 Milli-Q Synthesis)が設けられていて、給水源 Sから導入した水を 純水に換えて加圧ポンプ 4に供給できる。前記加圧ポンプ 4は、純水生成装置から純 水を吸込み、 13〜 15気圧に加圧して前記貯溜タンク 3に送水することができる。
[0035] 前記加圧ポンプ 4の上流側と下流側の配管 H力 バイパス回路 Rが分岐して設けら れる。前記バイパス回路 Rには吸気弁（吸気手段） 21が設けられていて、この吸気弁 21は加圧ポンプ 4の作動にともなって開放され、外部空気を吸気する逆止弁である。
[0036] なお説明すると、加圧ポンプ 4が作動することによって、配管 Hにおける加圧ポンプ 4の上流側と下流側との圧力差が生じ、加圧ポンプ 4で加圧されて送られる純水中に 吸気弁 21から吸込まれたエア (外気）が混入し、この状態で貯溜タンク 3へ供給され るようになっている。
[0037] 前記加圧ポンプ 4の加圧能力が 13〜 15気圧である場合に、前記吸気弁 21の吸気 量は毎分 1〜3リットル程度に設定される。
[0038] 前記貯溜タンク 3には所定割合の純水とエアが加圧状態で貯溜されることになるが
、貯溜容量の設定は生成するナノ流体の種類や、前記ジェネレータ 2の生成能力な どに応じて適宜変更される。
[0039] たとえば、純水とエアと力もなる流体を生成し、加圧ポンプ 4の加圧能力が 13〜 15 気圧で、ナノ流体の生成能力を毎分 40〜60リットルに設定した場合は、前記貯溜タ ンク 3の容量を、 12〜 15リットル程度とすれば十分である。
[0040] また、浴槽やプールなどに貯溜された水をナノ流体に改質する場合は、前記給水 源 Sを浴槽やプールに置き換えるとともに、この装置で生成したナノ流体を含む水を 貯溜タンク 3に溜めつつ循環させることで、毎分 1〜2トンの処理が可能である。
[0041] 前記ジェネレータ 2は、たとえばステンレス材等の耐圧性と耐水性に優れた素材か ら形成され、軸心を上下方向に向けた筒状体である。上端面および下端面ともに閉 成されていて、上端面には供給口 5が設けられ、下端面には吐出口 6が設けられる。 このジェネレータ 2は、図 3を参照して後述するように、左右に分割可能で、内部を殺 菌 ·消毒若しくは洗浄 (以下、「洗浄」と総称する)できるよう〖こ構成される。
[0042] 前記ジェネレータ 2の内部には軸方向に沿って所定間隔を存して第 1の隔壁板 a 1 と、第 2の隔壁板 a2および第 3の隔壁板 a3が設けられ、内部を区画している。供給口 5が設けられる上端面力 第 1の隔壁板 alまでの内部空間を分配空間 Aと呼び、第 1 の隔壁板 al力 第 2の隔壁板 a2までの内部空間を気液混合室 7と呼ぶ。
[0043] そして、第 2の隔壁板 a2から第 3の隔壁板 a3までの内部空間を弁室 Bと呼び、第 3 の隔壁板 a3から吐出口 6が設けられる下端面までの内部空間を導出空間部 Cと呼ぶ 。これら内部空間 A, 7, B, Cは、以下に述べるように構成される。
[0044] 前記貯溜タンク 3の下端部には供給弁 22を備えた供給口体 3aが突設されて ヽて、 供給弁 22から下部側の供給口体 3a—部は、前記ジェネレータ 2の上端部に設けら れる供給口 5に気密構造を用いて挿入される。前記供給口体 3aの開口端はジエネレ ータ 2内部である前記分配空間 Aに延出している。
[0045] 前記第 1の隔壁板 alには、中心軸力 互いに異なる半径の同心円上に、それぞれ 所定間隔を存して、複数の第 1の連通孔 8aおよび第 2の連通孔 8bが板面を貫通して 設けられている。前記第 1の連通孔 8aはジェネレータ 2の軸心周辺に位置し、垂直方 向（軸方向）に沿って設けられる。前記第 2の連通孔 8bはジェネレータ 2の外周部付 近に位置し、斜め外周方向に向けて設けられている。
[0046] このことから、軸心側の第 1の連通孔 8aを導かれる流体は垂直方向に流下し、外周 側の第 2の連通孔 8bを導かれる流体は外方へ向って流下する。そして、前記分配空 間 Aは複数の第 1の連通孔 8aおよび第 2の連通孔 8bを介して、前記気液混合室 7と 連通状態にある。
[0047] 前記気液混合室 7における第 1の隔壁板 la下面で、ジェネレータ 2の軸心位置に は、円錐部材 11がー体に垂設される。この円錐部材 11において、第 1の隔壁板 al 力 垂設される部位は単純な杆部 11aであるが、杆部 11a下端は円錐状に形成され る円錐部 l ibとなっている。
[0048] 前記円錐部材 11の、特に円錐部 l ib周面は、第 1の隔壁板 alの軸心側に設けら れる第 1の連通孔 8aの直下部に位置している。これら第 1の連通孔 8aが垂直方向に 向けて設けられるところから、連通孔 8aから垂直に流下する流体を前記円錐部材 11 の円錐部 1 lbテーパー状周面で受けるよう形成される。
[0049] また、円錐部材 11の円錐部 l ib周面には凹溝 12が設けられる。この凹溝 12は円 錐部 l ib周面に沿って設けられるよりも、複数の長溝からなり、し力も互いに深さを異 ならせた状態で設けるほうがよい。
[0050] 一方、前記気液混合室 7の内周面には、複数の突条 9と凹溝 10が軸方向に沿って 交互に設けられる。前記突条 9および凹溝 10ともに、ジェネレータ 2の内壁周面に沿 つて設けられていて、互いに階層状をなしている。上記第 1の隔壁板 alに設けられる 第 2の連通孔 8bは外方に向って開口しているので、この連通孔 8bを流下する流体は 、前記突条 9もしくは凹溝 10に確実に導かれるようになって 、る。
[0051] 前記第 2の隔壁板 a2は、断面形状がジェネレータ 2の周面から中心軸に向って斜 め下方に傾斜するテーパー状をなすとともに、下端の中心軸に沿う部位は開口され 、いわゆる漏斗状をなす。この開口部 Kaを介して気液混合室 7と前記弁室 Bとが連 通する。
[0052] 前記第 2の隔壁板 a2における上面側である、気液混合室 7に面する部位にも突条 9が設けられている。前記突条 9は、特に第 2の隔壁板 a2の上端部にのみ設けられて いて、気液混合室 7の最下段に設けられる突条 9との間に、他の凹溝 10と同様の凹 溝 10が形成される。
[0053] このように、前記気液混合室 7におけるジェネレータ 2内周面と第 2の隔壁板 a2に設 けられる突条 9と凹溝 10、円錐部材 11の円錐部 l ibおよび円錐部 l ibに設けられる 凹溝 12等で乱流発生機構ほ L流発生手段) Zが構成される。
[0054] なお、乱流発生機構 Zであるジェネレータ 2内周面と第 2の隔壁板 a2に設けられる
突条 9の位置および大きさ、凹溝 10の位置および大きさ、円錐部材 11の円錐部 l ib の直径とテーパー角度、ここに設けられる凹溝 12の深さ寸法等は、全て生成するナ ノ流体の種類や時間当りの生成量、圧力等に応じて自由に設定できる。
[0055] たとえば、突条 9の高さ寸法と、凹溝 10, 12の深さ寸法を、いずれも 5mm (高低差： 最大 10mm)としてもよい。同様に、気液混合室 7の容積、第 1の隔壁板 alに設けら れる第 1、第 2の連通孔 8a, 8bの数と直径、ジェネレータ 2の直径なども、生成するナ ノ流体の種類や時間当りの生成量、圧力に応じて自由に設定できる。
[0056] 前記第 2の隔壁板 a2において、突条 9と同一面で、かつ突条 9より傾斜下部側には 、表面が研磨され高い平滑性を確保するプラチナチップが装着されていて、第 1の平 滑面部 Haを構成する。すなわち、第 2の隔壁板 a2の突条 9aを除く上面は、前記第 1 の平滑面部 Haによって極めて平滑な面に形成されている。
[0057] プラチナ材を選択した理由は、ジェネレータ 2を構成するステンレス材ゃ、その他の 金属材では、一般的に研磨による表面の平滑ィヒに物理的な限界があり、後述する流 路の幅を所望値に設定することができな 、。これに対してプラチナ材は表面の平滑 精度をほとんど極限値まで求められ、所望のオーダーの流路を形成できるからである
[0058] 前記第 1の平滑面部 Haの下端側が前記開口部 Kaとなって ヽて、この開口部 Kaに 止め弁体 15が揷通される。前記止め弁体 15は、第 2の隔壁板 a2の開口部 Kaおよび 第 3の隔壁板 a3の中心軸に沿って設けられる開口部 Kbに挿通する杆部 15aと、この 杆部 15aの上端に一体に連設される弁部 15bと、前記杆部 15aの下端に一体に連設 されるストッパ部 15cとからなる。
[0059] 前記止め弁体 15の杆部 15a直径は、第 2の隔壁板 a2の開口部 Ka直径と、第 3の 隔壁板 a3の開口部 Kb直径との、いずれに対しても小さく形成されている。しカゝも、弁 部 15bが第 2の隔壁板 a2の上部に位置し、ストッパ部 15cが第 3の隔壁板 a3から下 部側の前記導出空間部 Cに位置するよう寸法設定されているので、弁部 15bが第 2 の隔壁板 a2の傾斜上面に載り、この弁部 15bで止め弁体 15の全重量を支持する。
[0060] さらに、前記弁部 15bの周面は第 2の隔壁板 a2のテーパー角度と同一のテーパー 角度に形成されているうえに、所定の軸方向長さ（厚み）があり、弁部 15b周面は第 2
の隔壁板 a2の上面に形成される第 1の平滑面部 Haに密に接触して 、る。
[0061] 前記弁部 15bの周面には、表面が研磨され高い平滑性を確保するプラチナチップ が装着されていて、第 2の平滑面部 Hbを構成する。したがって、第 2の隔壁板 a2と止 め弁体 15とは、第 1の平滑面部 Haと第 2の平滑面部 Hbを介して密接状態にある。
[0062] 実際には、第 2の隔壁板 a2の平滑面部 Haと止め弁体 15の平滑面部 Hbとの間に、 必然的に極く狭い隙間が形成されている。上述したように、ステンレス材ゃ他の金属 材では一般的に研磨による表面の平滑ィ匕に物理的な限界があるため、平滑面状に した上記素材力 なる部材相互を密接させたところで、数 10 mの隙間が形成され てしまう。
[0063] これに対して、プラチナ材を用いて表面を極めて平滑な加工をなし平滑面部を形 成したうえで互いに密接させた場合には、隙間を nmオーダーまで極小化できる。ここ では、図 1 (B)に示すように、プラチナ材カもなる第 1の平滑面部 Haと第 2の平滑面 部 Hb相互の隙間（以下、「超微小吐出口」と呼ぶ） 20を、最大 (最小)で 0. 2 μ χη {2 OOnm)程度の超微小な状態に狭めることができる。
[0064] この止め弁体 15は、ジェネレータ 2本体と分離可能であり、後述するように、ジエネ レータ 2を分割洗浄する場合に、ジェネレータ 2から取り外して超微小吐出口 20の一 面を形成する弁部 15bの表面を含む全表面を洗浄できるように構成される。これによ り、定期 Z不定期に分解洗浄することで、超微小吐出口 20の表面に経時的に液体 成分が付着して部分的に閉塞されてしまうことを回避できると共に、生成するナノ流 体に不純物や固形物が混入することを防止できる。
[0065] 一方、前記第 3の隔壁板 a3において、止め弁体 15の杆部 15aが揷通する開口部 Kbの周辺に複数の貫通孔 16が設けられていて、これら貫通孔 16を介して弁室 Bと、 前記導出空間部 Cとが連通している。前記ジェネレータ 2の下端面に設けられる吐出 口 6には、図 2に示すように外部処理装置 40a〜40cに連通される複数の配管（外部 供給路 41 a〜41b)がフィルタ機構 Fを介して接続されるようになっている。フィルタ機 構 Fの構成につ ヽては後述する。
[0066] このようにして構成されるナノ流体生成装置 1にお 、て、加圧ポンプ 4を駆動するこ とにより給水源 Sから純水生成装置を介して純水が導かれるとともに、吸気弁 21から
ノ ィパス回路 Rを介してエアが導かれ、純水とエアは加圧された状態で貯溜タンク 3 に供給される。前記貯溜タンク 3は、集溜される加圧された気液混合流体の、液体に 対する気体の割合および圧力等を安定させる機能を有する。
[0067] 加圧された純水とエアの混合流体、すなわち気液混合流体が貯溜タンク 3内に所 定水位以上貯溜されるまで待機し、それから供給口体 3aに設けられる供給弁 22を 開放する。加圧された所定割合の気液混合流体は、供給口 5からジェネレータ 2内部 の最上段に形成される分解空間部 Aに供給される。
[0068] 加圧された気液混合流体は、一旦、前記分解空間部 Aに充満してから、第 1の連 通孔 8aと第 2の連通孔 8bを流下して気液混合室 7に導かれる。すなわち、前記分解 空間部 Aを備えたことで、分解空間部 Aから気液混合室 7へ均一な状態として加圧さ れた気液混合流体を分配案内できる。なお、気液混合流体を気液混合室 7に供給し てから加圧するようにしてもよ!、。
[0069] 第 1の連通孔 8aを流下した混合流体は、この直下部にある円錐部材 11の円錐部 1 lb周面もしくは、円錐部 l ib周面に設けられる凹溝 12に当たって跳ね返る。この時、 円錐部 1 lb周面に当たって跳ね返る混合流体の水滴と、凹溝 12に当たって跳ね返 る混合流体の水滴とでは、互 ヽに跳ね返り角度が異なる。
[0070] 上述の部位で跳ね返った水滴は第 1の隔壁板 alの互いに異なる部位に当たり、さ らに異なる角度で跳ね返る。また、第 2の連通孔 8bは斜め外方へ向けて設けられて V、るので、この連通孔 8bを流下する加圧された気液混合流体は斜め外方であるジヱ ネレータ 2の周面に設けられる突条 9もしくは凹溝 10に当たって跳ね返る。
[0071] 気液混合流体の水滴が前記突条 9もしくは凹溝 10に当たることにより、互いに異な る角度で跳ね返り、さらに第 1の隔壁板 al、円錐部材 11、他の突条 9、および凹溝 1 0、 12等の乱流発生機構 Zの構成部材全てに当たって跳ね返る作用を頻繁に繰り返 し、順次、下部側へ移動していく。
[0072] このようにして、加圧された状態で気液混合室 7に導かれた気液混合流体は、気液 混合室 7に備えられる乱流発生機構 Zの内部形状によってランダムな方向に飛散し、 乱流状態が継続する。そして、いずれかの部位に衝突しながら跳ね返りが繰り返され るが、衝突する都度、加圧状態のまま強制的に気液混合と微細化が進行する。
[0073] 気液混合室 7において乱流状態となることにより強制的に混合された気液流体は、 また加圧状態にあるので、第 2の隔壁板 a2に形成される第 1の平滑面部 Haと、止め 弁体 15の弁部 15bに形成される第 2の平滑面部 Hbとの隙間である超微小吐出口 2 0に強制的に導かれ、かつ通過させられる。
[0074] 前記超微小吐出口 20を加圧状態で強制的に通過させられることで、気液流体はナ ノバブルを大量に含むナノ流体に変わって弁室 Bに供出される。得られるナノバブル を含むナノ流体の粒径は、前記超微小吐出口 20の幅寸法と同様の 0. 2 ^ πι (200η m)前後となる。生成されたナノ流体をリオン株式会社製の微粒子計測器 (液中パー ティクルセンサ KS— 17)で測定したところ、 1ml中に、 50nm〜90nmの超微小径 のナノバブルが 12万個以上存在することが確認できた。なお、ナノ流体の生成にとも なって、液体 (純水）自体もナノレベルの微小なクラスタに分解されることとなり、液体 吸収性などを格段に向上させることができる。
[0075] 弁室 Bに導かれたナノ流体は、弁室 Bから順次、複数の貫通孔 16を介して導出空 間部 Cに導かれ充満する。前記導出空間部 Cは、ナノ流体を一旦集溜し安定化させ た状態にして、吐出口 6から所定の供給先へ供給する。この導出空間部 Cが、加圧 状態で吐出されたナノ流体を一時的に貯留して大気圧まで減圧し流速を弱めて安 定化させる減圧部及び貯留槽の機能を有する。なお、減圧部や貯留槽を吐出口 6の 外部に独立して設けてもよい。また、貯留槽の容積ゃ貯留時間などは、ナノ流体の用 途、加える圧力、気液の種類などに応じて設計される。
[0076] このようにして、簡易な構成の装置でありながら、純水およびエアから、 0. 2 μ χη {2 OOnm)前後のナノバブルを含むナノ流体を安定的に生成することができ、取扱いが 容易で、製造コストの低減化を図られる。
[0077] また、本実施形態では、図 2に示すように、生成されたナノ流体を用途に応じて選 別するため、前記導出空間部 Cで安定ィ匕されたナノ流体のうち、所定径のナノ流体を 複数段階でフィルタリングするフィルタ機構 Fと、一次フィルタ F1で分離された比較的 大径のナノ流体を前記給水源 S及び貯留タンク 3を介して気液混合室 7に供給する ための循環流路 CRと、一次.二次フィルタ Fl、 F2を通過したナノ流体を複数の外部 処理装置 40a、 40bに夫々供給する供給流路 41a、 41bとを備えている。
[0078] フィルタ機構 Fは、被処理体の微小単位の構成体 (分子や細胞など）の径、若しくは 複数の構成体の間隙に基づいて設定される基準径を越えるナノ流体を除去するもの であり、除去する粒径の異なる複数のフィルタ Fl、 F2を備えている。例えば、一次フ ィルタ F1は、数百〜 lOOOnm程度の比較的大径のナノ流体を分離除去し、二次フィ ルタ 2Fは、 lOOnm〜数百 nm程度のナノ流体を分離除去するように設定される。こ れにより、複数の用途に応じたナノ流体を選択でき、生成されたナノ流体を無駄なく 利用できる。
[0079] また、一次フィルタ F1で分離した大径のナノ流体は、閉鎖水域の水質浄化や魚介 類や水耕栽培植物用の用水などに好適に利用できるが、本実施形態では循環流路 CRを介して気液混合室 7に供給して再度ナノ化工程を繰り返すようにして 、る。すな わち、ナノ化が十分でな力 たナノ流体を混合気液として再利用することで、高度に ナノ化したナノ流体だけを外部処理装置 40a、 40bに供給できるようにした。ナノ化が 十分進まな力つたとしても、給水源 Sや吸気弁 21から供給される通常の液体及び気 体に比べれば、混合状態や分子径などはナノ化処理にとってより好ましい状態にあ るため、このようなナノ流体を循環させ再利用することで、微小径のナノ流体を効率的 に生成できる。
[0080] さらに、本実施形態のナノ流体生成装置 1は、図 3に示すように、ジェネレータ 2を、 左右の部材 2a、 2bに分割形成すると共に、各部材 2a、 2bの端部同士をボルト Β·ナ ット Νで締着させて接合部 50を構成して 、る。
[0081] 例えば、清涼飲料水 'ビールなどの飲料水や、液状の薬剤などの人体に直接摂取 •投与される物質、若しくはアトピーを始めとする皮膚疾患の治療用の薬剤や消毒液 などの人体に直接接する薬剤などの分野では、製造過程で衛生面や不純物の混入 防止などが厳重に管理される。そのため、このような分野で利用されるナノ流体を生 成する場合には、装置内部を頻繁に洗浄して衛生性を高度に維持しておく必要があ る。そこで、本実施形態では、装置内部を容易に洗浄できるように、ジェネレータ 2を 左右に分割して分解洗浄できるように構成した。特に、気液混合室 7の第 2の隔壁板 a2の第 1の平滑面部 Haと、止め弁体 15の弁部 15bの第 2の平滑面部 Hbとの隙間で ある超微小吐出口 20 (超微小流路）には、経時的に液体の成分が付着していく可能
性があり、部分的に流路を閉塞したり固形物が混入するおそれがある。そのため、こ の超微小吐出口 20 (超微小流路）に沿って分解して洗浄できるようにするのが好まし い。
[0082] 一方で、各部材 2a, 2bの接合部 50は、非接合部に比して機械的強度が低下する ため、経時劣化などにより気密性や衛生性が低下するおそれがある。特に、本実施 形態では、 10気圧以上の圧力を加えてナノ流体を生成するようにしているため、接 合部 50の強度が低下して高圧に耐え切れなくなることも考えられる。そのため、本実 施形態では、図 3 (b)に拡大して示すように、ジェネレータ 2の接合部 50付近の肉厚 を非接合部よりも厚肉に形成すると共に、ジェネレータ 2の外周に円環状の補強材 5 1を捲き回して強度を維持するように構成した。
[0083] 補強材 51は、例えば、端部が楔状ゃ鉤状に形成されて引っ張り強度が向上するよ うに構成される。これにより、ナノ流体の生成時は、十分な機械的強度を維持でき高 圧にも耐え得ると共に、洗浄時には容易に分解して内部を隈なく洗浄することができ る。なお、図示及び説明は省略するが、各流路ゃ貯留タンク 3、加圧手段 5、フィルタ 機構 Fなども、適宜の位置で上記したジェネレータ 2と同様に分割して洗浄可能であ ると共に、必要に応じて接合部の強度を強化するのが好ましい。
[0084] (変形例）
[0085] なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階 ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。そして、上述 した実施の形態に開示されて ヽる複数の構成要素の適宜な組み合せにより、さら〖こ 種々の発明を形成できる。
[0086] たとえば、加圧ポンプ 4とジェネレータ 2との間に介在されている貯溜タンク 3を省略 して、加圧ポンプ 4と吸気弁 21から導かれる加圧された液体と気体の混合流体を直 接ジェネレータ 2に直接供給するようにしてもょ 、。
[0087] あるいは、加圧された液体と加圧された気体のそれぞれをジェネレータ 2に供給し、 混合させるとともに乱流状態を得るようにしてもよい。この場合は、ジェネレータ 2にカロ 圧された液体および、加圧された気体のそれぞれを供給してから、ジェネレータ 2内 部の圧力や気液の割合等が安定するまでに多少時間 (数十秒〜数分程度）がかか
るが、一旦安定したあとは貯溜タンク 3を備えた場合と同様に、ナノ流体を連続的に 生成できる。
[0088] また、気液混合室 7の内部構造として、中心軸に沿って円錐部材 11を備えるととも に、ジェネレータ 2の内周壁に突条 9と凹溝 10を交互に連続して設けたが、これに限 定されるものではなぐたとえば所定間隔を存して複数枚の板体を設け、これら板体 の互いに異なる部位に案内孔を設けてもよ!、。
[0089] 上下の板体において案内孔相互が非対向となり、板体はいわゆる邪魔板となって、 気液の強制的な混合がなされる。この他、板体の代りに網目の異なる網目体を備え ても同様な作用効果が得られる。ただし、気液混合室 7には加圧された状態の気液 混合流体が導かれるので、前記網目体はその圧力に充分耐え得る剛性が必要とな る。要は、気液混合室 7において気液混合流体に対して効率よく乱流状態となり得る 構造を採用すればよい。
[0090] 前記超微小吐出口 20は、プラチナチップからなる第 1、第 2の平滑面部 Ha, Hbを 密接させた状態で必然的に形成される超微小隙間であるが、特殊な研磨技術ゃコ 一ティング技術の向上によって吐出口をナノレベルまで狭めることができれば、ブラ チナ以外の金属材を使用することも可能である。
[0091] また、ナノ化させる流体は、純水や空気に限らず、用途に応じて種々の液体、気体
(たとえば、オゾン、酸素等)を採用することが可能である。
[0092] さらに、上記した実施形態では減圧部及び貯留槽として導出空間部 Cを設けたが、 ジェネレータ 2の外部に別途貯留槽を設けて、この貯留槽内に加圧状態で吐出され たナノ流体を減圧 ·整流する機構を内蔵させてもょ ヽ。
[0093] (外部処理装置の例）
[0094] つぎに、上記した外部処理装置 40の一例として、前記ナノ流体生成装置 1から供 給されるナノ流体を利用して被処理体 Wを洗浄する洗浄処理装置 30について説明 する。
[0095] 図 3は、ナノ流体生成装置 1と供給流路 4 lbを介して連通され、前記二次フィルタ F 2を通過した超微細なナノ流体が供給される洗浄処理装置 30の概略構成図である。
[0096] この洗浄処理装置 30は、処理槽 31を備えている。この処理槽 31は前記ナノ流体
生成装置 1から、たとえば落差を利用してナノ流体を受ける構成となっていて、ナノ流 体生成装置 1よりも下方部位に配置されて 、る。前記処理槽 31の底部には導入口 3 2が設けられ、この導入口 32はナノ流体生成装置 1のフィルタ機構 Fの吐出口と供給 流路 41bを介して連通される。
[0097] なお、配置スペースの関係上、このような落差を確保できな 、場合は、ナノ流体生 成装置 1の側部に洗浄処理装置 30を密接して配置し、ナノ流体生成装置 1の吐出 口 6と洗浄処理装置 30の導入口 32を連通する前記供給流路 41bの中途部に、ナノ 流体をナノ流体生成装置 1から洗浄処理装置 30へ供給するポンプを設けてもよい。
[0098] 前記処理槽 31内において、前記導入口 32と対向する部位には複数の板部を水平 もしくは傾斜して設けられるとともに、互いに一部のみが対向するように配置された整 流機構 33が設けられる。
[0099] この整流機構 33は、前記導入口 32から供給されるナノ流体を整流して処理槽 31 内の中心部へ導く作用をなす。そして、前記整流機構 33による整流方向と対向する 処理槽 31内の中心部位には、図示しない支持機構により支持される被処理体 Wが 収容される。ここで前記被処理体 Wには、たとえば半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ 」と呼ぶ)や皮膚疾患患者の皮膚が含まれる。以下においては、ウェハの洗浄の例を 説明する。
[0100] 前記支持機構は、複数枚のウェハ Wを狭小の間隔を存して一列に保持し、かつ処 理槽 31内と処理槽 31外部との間に亘つて昇降自在に搬送する。当然ながら支持機 構は、ウェハ Wを搬送する際には、ウェハ Wの位置を固定し変位のないように確保す る。処理槽 31外部において、ウェハ Wは自由に支持機構力 取出し可能であり、ま た支持機構へのセッティングも手間が力からな 、構成となって 、る。
[0101] 前記処理槽 31における上端部外面の全周に亘つてオーバーフロー槽 34が設けら れ、このオーバーフロー槽 34の底部には図示しない排水部に連通する排水管 35が 接続される。
[0102] ナノ流体生成装置 1から所定量のナノ流体が継続して処理槽 31へ供給されていて 、処理槽 31にはナノ流体が常時、満杯状態にある。そして、継続して供給された分だ け処理槽 31からオーバーフローしてオーバーフロー槽 34へ溢出し、排水管 35を介
して外部へ排水される。
[0103] なお、支持機構に支持されたウェハ Wが外部力 処理槽 31内に収容されるにとも なって多量のナノ流体が処理槽 31からオーバーフロー槽 34へ溢出する力 オーバ 一フロー槽 34は全てを受け入れて処理槽 31から直接、外部へ流出させることがない
[0104] このようにして構成される洗浄処理装置 30にお ヽて、支持機構に支持されるウェハ Wが処理槽 31内へ搬入される。処理槽 31には、ナノ流体生成装置 1からナノバブル を含むナノ流体が供給されて既に満杯状態にあるので、全てのウエノ、 Wはナノ流体 中に浸漬される。
[0105] ナノバブルを含むナノ流体は、継続してナノ流体生成装置 1の吐出口 6から供給流 路 41bと導入口 32を介して処理槽 31内へ導かれて 、る。処理槽 31内にお 、てナノ 流体は整流機構 33によって整流され、支持機構に支持される全てのウェハ Wに対し 均一に集中して導かれ、ウェハ Wの洗浄処理に供される。
[0106] たとえウェハ Wに微小なパーティクル (不純物）が強固に固着していても、ナノ流体 に含まれるナノバブルがウェハ Wとパーティクルとの間に侵入し介在して、パーテイク ルをウエノ、 Wから剥離する。同様に、全てのパーティクルはナノ流体に含まれるナノ バブルによってウェハ Wから強制的に剥離され、ウェハ Wに対する洗浄効率は極め て高水準を保持することとなる。
[0107] なお、洗浄処理装置 30として、複数枚のウェハ Wを処理槽 31内外へ搬送する支持 機構を備えたが、この支持機構にウェハ Wを処理槽 31内で回転駆動し、もしくはゥェ ハ Wを往復移動させる機能を備えて、ウェハ Wに対する洗浄効率をより向上化させる ようにしてもよい。
[0108] さらに、処理槽 31内に整流機構 33を備えた力 これに限定されるものではなぐ整 流機構 33に代って、もしくは整流機構 33にカ卩えて、ウエノ、 Wに対してナノ流体を強 制的に噴出させる噴流機構を備え、ウェハ Wに対する洗浄効率をより向上化させるよ うにしてもよい。
[0109] もしくは、処理槽 31を備える代りに、ウェハ Wに対してナノ流体を連続的に振りかけ てナノ流体散布雰囲気中に所定時間暴露して洗浄する、いわゆるシャワー機構を備
えてもよい。
[0110] また、被処理体 Wとしてウェハを例示した力 これに限定されるものではなぐその 他の、たとえば LCDガラス基板等の洗浄装置や、エッチング装置等にも適用できるこ とは勿論である。
図面の簡単な説明
[0111] [図 1]本発明における実施の形態に係る、ナノ流体生成装置の模式図及び部分拡大 図。
[図 2]同、フィルタ機構の概略構成を示す模式図。
[図 3]同、ジェネレータの全体斜視図及び接合部の部分拡大図。
[図 4]同、ナノ流体生成装置に配管を介して連通する洗浄処理装置の概略構成図。 符号の説明
[0112] 1…ナノ流体生成装置、 2…ジェネレータ、 3…貯溜タンク、 4…加圧ポンプ (加圧手 段）、 7…気液混合室、 9…突条、 10· ··凹溝、 11· ··円錐部材、 12· ··凹溝、 20· ··超微 小吐出口、 21…吸気弁（吸気手段）、 31· ··処理槽、 40a、 40b…外部処理装置、 41 a、 41b…外部供給流路、 Α· ··分配空間部、 C…導出空間部 (減圧部、貯留槽)、 フィルタ機構、 CR…循環流路、 Z…乱流発生機構ほ L流発生手段)。
Claims
[1] 直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置にぉ ヽ て、
供給された液体および気体に乱流を発生させて強制的に混合する気液混合室と、 気液混合室に供給する気体及び液体を加圧する手段と、
混合された気液混合流体を加圧状態で気液混合室から外部に吐出してナノ流体 を生成する超微小吐出口と、
生成されたナノ流体のうち、所定径以上のナノ流体を除去するフィルタ機構と を備えたことを特徴とするナノ流体生成装置。
[2] 請求項 1の装置において、
さらに、前記フィルタ機構で除去されたナノ流体の一部又は全部を前記気液混合 室に導入してナノ流体を循環させる循環流路を備えたことを特徴とするナノ流体生成 装置。
[3] 請求項 1の装置において、
さらに、前記超微小吐出口から吐出されたナノ流体を貯留する貯留槽を備えたこと を特徴とするナノ流体生成装置。
[4] 請求項 1の装置において、
前記フィルタ機構は、除去するナノ流体の径が夫々異なるように設計された複数の フィルタ機構で構成され、
この装置は、さらに、複数のフィルタ機構で除去されたナノ流体の少なくとも一部を 外部装置に供給する供給路を備えた
ことを特徴とするナノ流体生成装置。
[5] 請求項 1の装置において、
前記フィルタ機構は、被処理体の微小単位の構成体 (分子や細胞など）の径、若し くは複数の構成体の間隙に基づいて設定される基準径を越えるナノ流体を除去する ものであり、
この装置は、さらに、フィルタ機構を通過した基準径以下のナノ流体を、前記被処 理体をナノ流体中に浸漬若しくは被処理体をナノ流体散布雰囲気中に暴露して処
理する処理装置に供給する処理水供給用流路を備えた
ことを特徴とするナノ流体生成装置。
[6] 請求項 1の装置において、
さらに、超微小吐出口から吐出されたナノ流体を減圧して前記フィルタ機構に供給 する減圧手段を備えたことを特徴とするナノ流体生成装置。
[7] 請求項 1の装置であって、
この装置は、前記気液混合室を含む構成部材の一部又は全部が分解して洗浄可 能であると共に、分解可能な各部材の接合部が、接合時において非接合部と同等若 しくはそれ以上の機械的強度で形成されて 、ることを特徴とするナノ流体生成装置。
[8] 請求項 7の装置であって、
前記超微小吐出口が、気液混合室に連通する超微小流路に沿って分解可能であ ることを特徴とするナノ流体生成装置。
[9] 直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置にぉ ヽ て、
供給された液体および気体に乱流を発生させて強制的に混合する気液混合室と、 気液混合室に供給する気体及び液体を加圧する手段と、
混合された気液混合流体を加圧状態で気液混合室から外部に吐出してナノ流体 を生成する超微小吐出口と、
生成されたナノ流体の一部又は全部を前記気液混合室に導入してナノ流体を循環 させる循環流路と
を備えたことを特徴とするナノ流体生成装置。
[10] 直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する方法にぉ ヽ て、
気体及び液体を気液混合室に供給する供給工程と、
供給工程の前若しくは後で、気体及び液体を加圧手段によって加圧する加圧工程 と、
加圧状態で、前記気液混合室内に設けられ、供給された液体および気体に乱流を 発生させる乱流発生機構によって強制的に混合する混合工程と、
混合された気液混合流体を加圧したまま、前記気液混合室の出口側に設けられた 超微小吐出ロカ 外部に吐出してナノ流体を生成する吐出工程と
を備えたことを特徴とするナノ流体生成方法。
[11] 直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する方法におい て、
液体を加圧手段によって加圧して気液混合室に供給する供給工程と、 前記加圧手段の作動にともない、加圧手段の上流側と下流側との圧力差によって 気体を吸気し、気体を液体中に混入させる吸気工程と、
加圧された気液混合流体を前記気液混合室に導入し、この気液混合室内に設けら れた乱流発生手段によって気液混合流体をランダムな方向への跳ね返しを繰り返し て乱流を発生させる工程と、
前記気液混合室の出口側に設けられた超微小吐出ロカ 気液混合流体を流出さ せることで、ナノバブルを含んだナノ流体を生成する工程と
を備えたことを特徴とするナノ流体生成方法。
[12] 請求項 10又は 11の方法において、
さらに、生成されたナノ流体のうち、所定径以上のナノ流体をフィルタ機構によって 分離'除去するフィルタリング工程を備えたことを特徴とするナノ流体生成方法。
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