JP7277180B2 - ウルトラファインバブル生成装置およびウルトラファインバブル生成方法 - Google Patents
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Description
<<UFB生成装置の構成>>
図1は、本発明に適用可能なウルトラファインバブル生成装置の一例を示す図である。本実施形態のUFB生成装置1は、前処理ユニット100、溶解ユニット200、T-UFB生成ユニット300、後処理ユニット400、及び回収ユニット500を含む。前処理ユニット100に供給された水道水などの液体Wは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、T-UFB含有液として回収ユニット500で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。詳細は後述するが、本明細書では急激な発熱に伴う膜沸騰を利用して生成したUFBをT-UFB(Thermal-Ultra Fine Bubble)と称す。
ここで、T-UFB含有液を生成するために使用可能な液体Wについて説明する。本実施形態で使用可能な液体Wとしては、例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコールなどの炭素数1乃至4のアルキルアルコール類。N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール。1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
次に、以上説明したT-UFB生成方法の特徴と効果を、従来のUFB生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にPPM~BPM程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもUFB化させることが可能である。1例としては、下記のような用途に応用する事ができる。
・浄水器に対し、T-UFB生成ユニットを配することにより、浄水効果やPH調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸水サーバなどにT-UFB生成ユニットを配することもできる。
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄水として、UFB含有液が注目されている。上記実施形態で説明したT-UFB生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたUFB含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。
・化粧品などにT-UFB含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。
これによって、発熱素子10が受ける消泡時のキャビテーションの影響を抑制することができる。このように、発熱素子10以外の位置に泡13が消泡する消泡位置181を設けることで、発熱素子10の破損を抑制し信頼性の高いUFB生成装置を得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
13 泡
180 凹部
181 消泡位置
232 壁
240 壁
300 T-UFB生成ユニット
301 チャンバー
304 シリコン基板
350 電極パッド
351 蓋基板
352 壁
353 供給配管
354 排出配管
355 供給口
356 排出口
Claims (14)
- ウルトラファインバブルを生成するウルトラファインバブル生成装置であって、
液体を加熱することで、直径が1.0μm未満のウルトラファインバブルを生成する複数のヒータと、前記ヒータと接続された配線と、が設けられた素子基板と、
生成されたウルトラファインバブルを含有する液体を回収する回収ユニットと、
を備えており、
前記ヒータの周囲の少なくとも一部に設けられ、前記ヒータの作用で発泡する泡の成長を規制する規制部材と、
前記規制部材と前記ヒータとの間に設けられ、所定の面積を有した第1領域と、
を有していることを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。 - 前記ヒータに対して、前記規制部材と反対の側には、前記ヒータと隣接して前記第1領域よりも広い面積を有した第2領域が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記規制部材は、シリコン基板である前記素子基板をエッチングで掘り込むことで形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記規制部材は、膜を積層することで形成されていることを特徴とする請求項2に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記規制部材は、前記ヒータとの間に前記第1領域を有した第1規制部材と、前記ヒータを挟んで互いに対向して配置される第2規制部材と、であることを特徴とする請求項4に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記第1規制部材と、前記第2規制部材とは、一体で形成されており、
前記第1規制部材と対向して設けられた、第3規制部材を更に備え、
一体で形成された前記第1規制部材および前記第2規制部材と、前記第3規制部材と、の間には、前記第2領域を含んでおり液体を流すことが可能な流路が形成されていることを特徴とする請求項5に記載のウルトラファインバブル生成装置。 - 前記ヒータの上には、前記ヒータをキャビテーションによる衝撃波から保護する耐キャビテーション膜が形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記素子基板には、前記ヒータを含む空間を形成するチャンバーが形成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記素子基板の端部に設けられ、前記素子基板の外部の外部配線と前記配線との接続を可能にする電極パッドと、
前記チャンバーは、供給口と、排出口とを有しており、
前記供給口と接続された供給配管から、前記チャンバーに液体を供給可能であり、前記排出口と接続された排出配管から、前記チャンバーの中の液体を排出可能であることを特徴とする請求項8に記載のウルトラファインバブル生成装置。 - 前記素子基板は、単結晶インゴッドをスライスして形成されたウェハ状態の基板であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記回収ユニットは、液体を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 気体を液体に溶解させる溶解ユニットを更に備えていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 生成されたウルトラファインバブルを含有する液体から不純物を除去する後処理ユニットを更に備えていることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 直径が1.0μm未満のウルトラファインバブルを生成するウルトラファインバブル生成方法であって、
基板にヒータを形成するヒータ形成工程と、
前記ヒータと液体とを接触させる接触工程と、
前記ヒータを駆動する駆動工程と、
前記ヒータの作用で発泡する泡の成長を、前記ヒータの周囲の少なくとも一部で規制部材によって規制する規制工程と、
前記規制部材と前記ヒータとの間の所定面積を有した領域で、前記泡を消泡する消泡工程と、
生成されたウルトラファインバブルを含有する液体を回収する回収工程と、
を備えていることを特徴とするウルトラファインバブル生成方法。
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