Способ генерирования ультрамелких пузырьков, устройство генерирования ультрамелких пузырьков и содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость

Изобретение относится к способу генерирования ультрамелких пузырьков и устройству генерирования ультрамелких пузырьков для генерирования ультрамелких пузырьков диаметром менее 1,0 мкм и содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков содержит блок генерирования, выполненный с возможностью генерировать ультрамелкие пузырьки путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом; и блок постобработки, выполненный с возможностью осуществлять заданную постобработку содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные блоком генерирования, и при этом блок постобработки включает в себя блок удаления, включающий в себя первый блок, который удаляет неорганический ион с использованием катионообменной смолы. Технический результат изобретения - эффективное формирование жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки с высокой чистотой. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Предпосылки создания изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к способу генерирования ультрамелких пузырьков и устройству генерирования ультрамелких пузырьков для генерирования ультрамелких пузырьков диаметром менее 1,0 мкм и содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] Недавно были разработаны методы для применения свойств мелких пузырьков, таких как микропузырьки микронного в диаметре размера и нанопузырьки нанометрового в диаметре размера. В частности, полезность ультрамелких пузырьков (далее также называются "УМП") диаметром менее 1,0 мкм подтверждена в различных областях.

[0003] Японский патент № 6118544 раскрывает устройство генерирования мелких воздушных пузырьков, которое генерирует мелкие пузырьки путем эжекции (выброса) жидкости под давлением из сбрасывающего давление (депрессионной) сопла, причем в жидкости сжат и растворен газ. Японский патент № 4456176 раскрывает устройство, которое генерирует мелкие пузырьки путем повторения разделения и преобразования потоков смешанной с газом жидкости с помощью смешивающего блока.

[0004] Оба устройства, описанные в японских патентах № 6118544 и № 4456176, генерируют не только УМП нанометрового в диаметре размера, но и относительно большое количество миллипузырьков миллиметрового в диаметре размера и микропузырьков микронного в диаметре размера. Однако, поскольку миллипузырьки и микропузырьки испытывают влияние плавучести (подъемной силы в жидкости), наиболее вероятно, что пузырьки постепенно поднимаются на поверхность жидкости и исчезают в течение долговременного хранения.

[0005] С другой стороны, УМП нанометрового в диаметре размера подходят для долговременного хранения, поскольку они с меньшей вероятностью испытывают влияние подъемной силы в жидкости и плавают в жидкости под действием броуновского движения. Однако, когда УМП генерируются с помощью миллипузырьков и микропузырьков или энергия границы раздела газ-жидкость УМП невелика, УМП испытывают влияние при исчезновении миллипузырьков и микропузырьков и с течением времени сокращаются в количестве.

Сущность изобретения

[0006] Таким образом, чтобы получить содержащую УМП жидкость, в которой снижение концентрации УМП может сдерживаться даже в течение долговременного хранения, требуется генерировать УМП высокой чистоты и высокой концентрации с большой энергией границы раздела газ-жидкость при формировании содержащей УМП жидкости.

[0007] Настоящее изобретение выполнено для решения вышеописанных проблем. Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства генерирования ультрамелких пузырьков и способ генерирования ультрамелких пузырьков, способный эффективно формировать жидкость, содержащую УМП с высокой чистотой.

[0008] В первом аспекте настоящего изобретения предоставлен способ генерирования ультрамелких пузырьков, содержащий: этап генерирования для генерирования ультрамелких пузырьков путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, генерировать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом; и этап постобработки (последующей обработки) для выполнения заданной постобработки содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные на этапе генерирования.

[0009] Во втором аспекте настоящего изобретения предоставлено устройство генерирования ультрамелких пузырьков, содержащее: блок генерирования, который генерирует ультрамелкие пузырьки путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, генерировать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом; и блок постобработки, который выполняет заданную постобработку содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные блоком генерирования.

[0010] В третьем аспекте настоящего изобретения предоставлена содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость, которая содержит ультрамелкие пузырьки, сгенерированные способом генерирования ультрамелких пузырьков, включающим: этап генерирования для генерирования ультрамелких пузырьков путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, генерировать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом; и этап постобработки для выполнения заданной постобработки содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные на этапе генерирования.

[0011] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0012] Фиг.1 является диаграммой, иллюстрирующей пример устройства генерирования УМП;

[0013] Фиг.2 является схематичной диаграммой конфигурации блока предварительной обработки;

[0014] Фиг.3A и 3B являются схематичной диаграммой конфигурации блока растворения и диаграммой для описания состояний растворения в жидкости;

[0015] Фиг.4 является схематичной диаграммой конфигурации блока генерирования Т-УМП;

[0016] Фиг.5A и 5B являются диаграммами для описания частностей нагревательного элемента;

[0017] Фиг.6A и 6B являются диаграммами для описания состояний пленочного кипения на нагревательном элементе;

[0018] Фиг.7A-7D являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные расширением пузырька пленочного кипения;

[0019] Фиг.8A-8C являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные сжатием пузырька пленочного кипения;

[0020] Фиг.9A-9C являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные повторным нагреванием жидкости;

[0021] Фиг.10A и 10B являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные ударными волнами, создаваемыми при исчезновении пузырька, сгенерированного при пленочном кипении;

[0022] Фиг.11A-11C являются диаграммами, иллюстрирующими пример конфигураций блока постобработки;

[0023] Фиг.12 является диаграммой, иллюстрирующей четвертый механизм постобработки; и

[0024] Фиг.13 является диаграммой, иллюстрирующей пятый механизм постобработки.

Подробное описание вариантов осуществления

<Конфигурация устройства генерирования УМП>

[0025] Фиг.1 является диаграммой, иллюстрирующей пример устройства генерирования УМП, применимого к настоящему изобретению. Устройство 1 генерирования УМП по этому варианту осуществления включает в себя блок 100 предварительной обработки, блок 200 растворения, блок 300 генерирования Т-УМП, блок 400 постобработки и коллекторный блок 500. Каждый блок выполняет уникальную обработку жидкости W, такой как водопроводная вода, подаваемая в блок 100 предварительной обработки, в вышеуказанном порядке, и обработанная таким образом жидкость W собирается в виде содержащей T-УМП жидкости коллекторным блоком 500. Функции и конфигурации блоков описаны ниже. Хотя частности описываются далее, УМП, генерируемые с использованием пленочного кипения, вызванного быстрым нагревом, называются термально-ультрамелкими пузырьками (Т-УМП).

[0026] Фиг.2 является схематичной диаграммой конфигурации блока 100 предварительной обработки. Блок 100 предварительной обработки по этому варианту осуществления выполняет обработку дегазации подаваемой жидкости W. Блок 100 предварительной обработки в основном включает в себя контейнер 101 дегазации, оросительную (спринклерную) головку 102, сбрасывающий давление насос 103, канал 104 ввода жидкости, канал 105 циркуляции жидкости и канал 106 выпуска жидкости. Например, жидкость W, такая как водопроводная вода, подается в контейнер 101 дегазации из канала 104 ввода жидкости через клапан 109. В этом процессе оросительная головка 102, предусмотренная в контейнере 101 дегазации, распыляет в виде тумана жидкость W в контейнере 101 дегазации. Оросительная головка 102 предназначена для обеспечения газификации жидкости W; однако в качестве механизма для обеспечения быстрого эффекта газификации может быть использована центрифуга или тому подобное.

[0027] Когда в контейнере 101 дегазации запасено некоторое количество жидкости W и затем сбрасывающий давление насос 103 запускается при всех закрытых клапанах, уже газифицированные газовые компоненты выпускаются, и также обеспечиваются газификация и выпуск газовых компонентов, растворенных в жидкости W. В этом процессе внутреннее давление контейнера 101 дегазации может сбрасываться до примерно от сотен до тысяч Па (1,0 торр - 10,0 торр) при контроле манометром 108. Газы, подлежащие удалению блоком 100 предварительной обработки, включают, например, азот, кислород, аргон, двуокись углерода и т.д.

[0028] Вышеописанная обработка дегазации может выполняться повторно на той же самой жидкости W с использованием канала 105 циркуляции жидкости. Более конкретно, оросительная головка 102 приводится в действие при закрытых клапане 109 канала 104 ввода жидкости и клапане 110 канала 106 выпуска жидкости и открытом клапане 107 канала 105 циркуляции жидкости. Это обеспечивает возможность жидкости W, запасенной в контейнере 101 дегазации и однократно дегазированной, повторно распыляться в контейнере 101 дегазации из оросительной головки 102. Кроме того, при приведении в действие сбрасывающего давление насоса 103, обработка газификации оросительной головкой 102 и обработка дегазации сбрасывающим давление насосом 103 выполняются повторно на той же самой жидкости W. Каждый раз, когда вышеописанная обработка с использованием канала 105 циркуляции жидкости выполняется повторно, можно поэтапно снижать содержание газовых компонентов в жидкости W. Как только получена жидкость W, дегазированная до требуемой чистоты, жидкость W переносится в блок 200 растворения через канал 106 выпуска жидкости при открытом клапане 110.

[0029] Фиг.2 иллюстрирует блок 100 дегазации, который сбрасывает давление части газа, газифицируя растворенное вещество; однако способ дегазации раствора не ограничен этим. Например, может быть использован способ нагревания и кипения для осуществления кипения жидкости W с газифицированием растворенного вещества или способ дегазации пленки для увеличения границы раздела между жидкостью и газом с использованием полых волокон. Серия SEPAREL (производимая корпорацией DIC) доступна в продаже в виде блока дегазации, использующего полые волокна. Серия SEPAREL использует поли(4-метилпентен-1) (PMP) для исходного материала полых волокон и используется для удаления воздушных пузырьков из чернил и тому подобного, поставляемых в основном для пьезоголовки. Кроме того, могут быть использованы совместно два или более из способа вакуумирования, способа нагревания и кипения и способа дегазации пленки.

[0030] Фиг.3A и 3B являются схематичной диаграммой конфигурации блока 200 растворения и диаграммой для описания состояний растворения в жидкости. Блок 200 растворения является блоком для растворения требуемого газа в жидкости W, подаваемой из блока 100 предварительной обработки. Блок 200 растворения по этому варианту осуществления в основном включает в себя контейнер 201 растворения, поворотный вал 203, снабженный поворотной пластиной 202, канал 204 ввода жидкости, канал 205 ввода газа, канал 205 выпуска жидкости и создающий давление (компрессорный) насос 207.

[0031] Жидкость W, подаваемая из блока 100 предварительной обработки, подается в контейнер 201 растворения через канал 204 ввода жидкости и запасается в нем. При этом в контейнер 201 растворения через канал 205 ввода газа подается газ G.

[0032] Как только заданные количества жидкости W и газа G запасены в контейнере 201 растворения, запускается компрессорный насос 207, повышая внутреннее давление контейнера 201 растворения до примерно 0,5 МПа. Между компрессорным насосом 207 и контейнером 201 растворения размещен предохранительный клапан 208. С помощью поворотной пластины 202 в жидкости, вращаемой посредством поворотного вала 203, подаваемый в контейнер 201 растворения газ G преобразуется в воздушные пузырьки, и контактная область между газом G и жидкостью W, увеличивается, способствуя растворению в жидкости W. Эта операция продолжается до тех пор, пока растворимость газа G не достигнет почти максимальной растворимости при насыщении. В этом случае может быть предусмотрен блок для снижения температуры жидкости для растворения газа в максимально возможной степени. Кода газ имеет низкую растворимость, также возможно повысить внутреннее давление контейнера 201 растворения до 0,5 МПа или выше. В этом случае материал и тому подобное контейнера должно быть оптимальным в целях безопасности.

[0033] После того как получена жидкость W, в которой компоненты газа растворены с требуемой концентрацией, жидкость W выпускается через канал 205 выпуска жидкости и подается на блок 300 генерирования Т-УМП. В этом процессе клапан 209 противодавления регулирует давление потока жидкости W, предотвращая излишнее увеличение давления во время подачи.

[0034] Фиг.3B является диаграммой, схематично иллюстрирующей состояния растворения газа G, помещенного в контейнер 201 растворения. Воздушный пузырек 2, содержащий компоненты газа G, помещенного в жидкость W, растворяется от участка в контакте с жидкостью W. Воздушный пузырек 2 таким образом постепенно сжимается, и затем жидкость 3 с растворенным газом возникает вокруг воздушного пузырька 2. Поскольку воздушный пузырек 2 испытывает влияние подъемной силы в жидкости, воздушный пузырек 2 может перемещаться в положение дальше от центра жидкости 3 с растворенным газом или отделяться от жидкости 3 с растворенным газом, становясь остаточным воздушным пузырьком 4. Более конкретно, в жидкости W, подаваемой в блок 300 генерирования Т-УМП через канал 206 выпуска жидкости, имеется смесь воздушных пузырьков 2, окруженных жидкостью 3 с растворенным газом, и воздушных пузырьков 2 и жидкости 3 с растворенным газом, отделенных друг от друга.

[0035] Жидкость 3 с растворенным газом на чертежах означает "область жидкости W, в которой концентрация растворения газа G, перемешанного в ней, относительно высока". В газовых компонентах, действительно растворенных в жидкости W, концентрация газовых компонентов в жидкости 3 с растворенным газом является наивысшей на участке, окружающем воздушный пузырек 2. В случае, где жидкость 3 с растворенным газом отделена от воздушного пузырька 2, концентрация газовых компонентов жидкости 3 с растворенным газом является наивысшей в центре упомянутой области, и концентрация постепенно снижается от центра. То есть, хотя область жидкости 3 с растворенным газом показана на фиг.3 как окруженная пунктирной линией для простоты пояснения, такой четкой границы в действительности не существует. Дополнительно, в настоящем изобретении газ, который не может быть растворен полностью, может считаться существующим в форме воздушного пузырька в жидкости.

[0036] Фиг.4 является схематичной диаграммой конфигурации блока 300 генерирования Т-УМП. Блок 300 генерирования Т-УМП в основном включает в себя камеру 301, канал 302 ввода жидкости и канал 303 выпуска жидкости. Поток из канала 302 ввода жидкости к каналу 303 выпуска жидкости через камеру 301 формируется не показанным проточным насосом. В качестве проточного насоса могут быть использованы различные насосы, включающие в себя диафрагменный насос, шестеренчатый насос и винтовой насос. В жидкости W, введенной из канала 302 ввода жидкости, подмешана жидкость 3 с растворенным газом из газа G, поданного блоком 200 растворения.

[0037] Подложка 12 элементов, снабженная нагревательным элементом 10, расположена на нижней секции камеры 301. С помощью заданного импульса напряжения, приложенного к нагревательному элементу 10, генерируемый за счет пленочного кипения пузырек 13 (далее также называется пузырьком 13 пленочного кипения) генерируется в области в контакте с нагревательным элементом 10. Затем за счет расширения и сжатия пузырька 13 пленочного кипения генерируется ультрамелкий пузырек (УМП) 11, содержащий газ G. В результате из канала 303 выпуска жидкости выпускается содержащая УМП жидкость W, содержащая множество УМП 11.

[0038] Фиг.5A и 5B являются диаграммами для иллюстрации подробной конфигурации нагревательного элемента 10. Фиг.5A иллюстрирует вид крупным планом нагревательного элемента 10, и фиг.5B иллюстрирует вид в сечении более широкой области подложки 12 элементов, включающей в себя нагревательный элемент 10.

[0039] Как проиллюстрировано на фиг.5A, в подложке 12 элементов по этому варианту осуществления на поверхность кремниевой подложки 304 наслоены термическая оксидная пленка 305 в качестве аккумулирующего тепло слоя и пленка 306 промежуточного слоя, также служащая в качестве аккумулирующего тепло слоя. В качестве пленки 306 промежуточного слоя может быть использована пленка SiO₂ или пленка SiN. На поверхности пленки 306 промежуточного слоя сформирован резистивный слой 307, а на поверхности резистивного слоя 307 частично сформирована проводка (проводной монтаж) 308. В качестве проводки 308 может быть использована проводка из Al-сплава из Al, Al-Si, Al-Cu или тому подобное. На поверхностях проводки 308, резистивного слоя 307 и пленки 306 промежуточного слоя сформирован защитный слой 309, выполненный из пленки SiO₂ или пленки Si₃n₄.

[0040] Устойчивая к кавитации пленка 310 для защиты защитного слоя 309 от химических и физических воздействий вследствие тепла, выделяемого резистивным слоем 307, сформирована на участке и вокруг участка на поверхности защитного слоя 309, соответствующего участку 311 теплового воздействия, который, в конце концов, является нагревательным элементом 10. Область на поверхности резистивного слоя 307, на которой не сформирована проводка 308, является участком 311 теплового воздействия, в котором резистивный слой 307 выделяет тепло. Нагревательный участок резистивного слоя 307, на котором не сформирована проводка 308, функционирует как нагревательный элемент (нагреватель) 10. Как описано выше, слои в подложке 12 элементов последовательно сформированы на поверхности кремниевой подложки 304 методом полупроводникового производства, и участок 311 теплового воздействия таким образом обеспечен на кремниевой подложке 304.

[0041] Конфигурация, проиллюстрированная на чертежах, является примером, и применимы различные другие конфигурации. Например, могут применяться конфигурация, в которой порядок наслоения резистивного слоя 307 и проводки 308 является противоположным, и конфигурация, в которой электрод соединен с нижней поверхностью резистивного слоя 307 (так называемая конфигурация штекерного электрода). Иными словами, как описано далее, может применяться любая конфигурация при условии, что конфигурация позволяет участку 311 теплового воздействия нагревать жидкость для создания пленочного кипения в жидкости.

[0042] Фиг.5B является примером вида в поперечном сечении области, включающей в себя схему, соединенную с проводкой 308 в подложке 12 элементов. Область 322 кармана n-типа и область 323 кармана p-типа частично обеспечены в верхнем слое кремниевой подложки 304, которая является проводником p-типа. В области 322 кармана n-типа сформирована p-МОП-структура 320, а в области 323 кармана p-типа сформирована n-МОП-структура 321 путем введения и диффузии примесей за счет ионной имплантации и тому подобного в обычной МОП-технологии.

[0043] p-МОП 320 включает в себя область 325 истока и область 326 стока, созданные частичным вводом примесей n-типа или p-типа в верхний слой области 322 кармана n-типа, проводка 335 затвора и т.д. Проводка 335 затвора нанесена на часть верхней поверхности области 322 кармана n-типа, исключая область 325 истока и область 326 стока, с изолирующей пленкой 328 затвора толщиной несколько сотен Å, расположенной между проводкой 335 затвора и верхней поверхностью области 322 кармана n-типа.

[0044] n-МОП-структура 321 включает в себя область 325 истока и область 326 стока, созданные частичным вводом примесей n-типа или p-типа в верхний слой области 323 кармана p-типа, проводку 335 затвора и т.д. Проводка 335 затвора нанесена на часть верхней поверхности области 323 кармана p-типа, исключая область 325 истока и область 326 стока, с изолирующей пленкой 328 затвора толщиной несколько сотен Å, расположенной между проводкой 335 затвора и верхней поверхностью области 323 кармана p-типа. Проводка 335 затвора выполнена из поликристаллического кремния толщиной от 3000 Å до 5000 Å, нанесенного методом ХОПФ. Логика (логическая схема) C-МОП настраивается с помощью p-МОП 320 и n-МОП 321.

[0045] В области 323 кармана p-типа n-МОП транзистор 330 для возбуждения элемента электротермического преобразования (нагревательного резистивного элемента) сформирован на участке, отличающемся от участка, включающего в себя n-МОП 321. n-МОП транзистор 330 включает в себя область 332 истока и область 331 стока, частично обеспеченные в верхнем слое области 323 кармана p-типа этапами введения и диффузии примесей, проводку 333 затвора и т.д. Проводка 333 затвора нанесена на часть верхней поверхности области 323 кармана p-типа, исключая область 332 истока и область 331 стока, с изолирующей пленкой 328 затвора, размещенной между проводкой 333 затвора и верхней поверхностью области 323 кармана p-типа.

[0046] В этом примере n-МОП транзистор 330 используется в качестве транзистора для возбуждения элемента электротермического преобразования. Однако транзистор для возбуждения не ограничен n-МОП транзистором 330, и может быть использован любой транзистор при условии, что транзистор имеет способность к возбуждению множественных элементов электротермического преобразования индивидуально и может реализовать вышеописанную прецизионную конфигурацию. Хотя в этом примере элемент электротермического преобразования и транзистор для возбуждения элемента электротермического преобразования сформированы на одной и той же подложке, они могут быть сформированы отдельно на разных подложках.

[0047] Разделительная область 324 оксидной пленки сформирована окислением области толщиной от 5000 Å до 10000 Å между элементами, такой как между p-МОП 320 и n-МОП 321 и между n-МОП 321 и n-МОП транзистором 330. Разделительная область 324 оксидной пленки разделяет элементы. Участок разделительной области 324 оксидной пленки, соответствующий участку 311 теплового воздействия, функционирует как аккумулирующий тепло слой 334, который является первым слоем на кремниевой подложке 304.

[0048] Методом ХОПФ на каждой поверхности элементов, таких как p-МОП 320, n-МОП 321 и n-МОП транзистор 330, формируется межслойная изоляционная пленка 336, включающая пленку PSG, пленку BPSG или тому подобное толщиной примерно 7000 Å. После того как межслойную изоляционную пленку 336 делают плоской путем тепловой обработки, Al-электрод 337 в качестве первого слоя проводки формируется в контактном отверстии, проходящем через межслойную изоляционную пленку 336 и изолирующую пленку 328 затвора. На поверхностях межслойной изоляционной пленки 336 и Al-электрода 337 методом плазменного ХОПФ формируется межслойная изоляционная пленка 338, включающая пленку SiO₂ толщиной от 10000 Å до 15000 Å. На поверхности межслойной изоляционной пленки 338 методом совместного распыления на участках, соответствующих участку 311 теплового воздействия и n-МОП транзистору 330, формируется резистивный слой 307, включающий пленку TaSiN толщиной примерно 500 Å. Резистивный слой 307 электрически соединяется с Al-электродом 337 вблизи области 331 стока через сквозное отверстие, сформированное в межслойной изоляционной пленке 338. На поверхности резистивного слоя 307 формируется проводка 308 из Al в качестве второго слоя проводки для проводящего соединения с каждым элементом электротермического преобразования. Защитный слой 309 на поверхностях проводки 308, резистивного слоя 307 и межслойной изоляционной пленки 338 включает в себя пленку SiN толщиной 3000 Å, сформированную методом плазменного ХОПФ. Устойчивая к кавитации пленка 310, нанесенная на поверхность защитного слоя 309, включает тонкую пленку толщиной примерно 2000 Å, которая является по меньшей мере одним металлом, выбранным из группы, состоящей из Ta, Fe, Ni, Cr, Ge, Ru, Zr, Ir и т.п. Могут применяться различные материалы, отличные от вышеописанного TaSiN, такие как TaN, CrSiN, TaAl, WSiN и т.п., при условии, что такой материал может создавать пленочное кипение в жидкости.

[0049] Фиг.6A и 6B являются диаграммами, иллюстрирующими состояния пленочного кипения при приложении заданного импульса напряжения к нагревательному элементу 10. В этом случае описан случай создания пленочного кипения при атмосферном давлении. На фиг.6A горизонтальная ось представляет время. Вертикальная ось на нижнем графике представляет напряжение, приложенное к нагревательному элементу 10, а вертикальная ось на верхнем графике представляет объем и внутреннее давление пузырька 13 пленочного кипения, генерируемого при пленочном кипении. С другой стороны, фиг.6B иллюстрирует состояния пузырька 13 пленочного кипения применительно к моментам времени 1-3, показанным на фиг.6A. Каждое из состояний описано ниже в хронологическом порядке. УМП 11, генерируемые при пленочном кипении, как описано далее, в основном генерируются вблизи поверхности пузырька 13 пленочного кипения. Состояния, проиллюстрированные на фиг.6B, представляют собой состояния, когда УМП 11, генерируемые блоком 300 генерирования, повторно подаются на блок 200 растворения по тракту циркуляции, и содержащая УМП 11 жидкость повторно подается в жидкостной канал блока 300 генерирования, как проиллюстрировано на фиг.1.

[0050] Перед приложением напряжения к нагревательному элементу 10, в камере 301 поддерживается по существу атмосферное давление. После приложения напряжения к нагревательному элементу 10, в жидкости в контакте с нагревательным элементом 10 создается пленочное кипение, и генерируемый таким образом воздушный пузырек (далее называемый пузырьком 13 пленочного кипения) расширяется из-за высокого давления, воздействующего изнутри (момент времени 1). Ожидается, что давление барботирования (образования пузырьков при кипении) в этом процессе составляет около 8-10 МПа, что является значением, близким к давлению насыщенного пара воды.

[0051] Время для приложения напряжения (длительность импульса) составляет около 0,5 мкс - 10,0 мкс, и пузырек 13 пленочного кипения расширяется по инерции от давления, полученного в момент времени 1 даже после приложения напряжения. Однако создаваемое при расширении отрицательное (разреженное) давление постепенно увеличивается внутри пузырька 13 пленочного кипения, и отрицательное давление действует в таком направлении, что пузырек 13 пленочного кипения сжимается. Спустя некоторое время объем пузырька 13 пленочного кипения становится максимальным в момент времени 2, когда сила инерции и отрицательное давление уравновешиваются, и затем пузырек 13 пленочного кипения быстро сжимается за счет отрицательного давления.

[0052] При исчезновении пузырька 13 пленочного кипения пузырек 13 пленочного кипения исчезает не на всей поверхности нагревательного элемента 10, а в одной или более очень небольших областях. По этой причине на нагревательном элементе 10 еще большая сила, чем при генерировании пузырьков в момент времени 1, создается в очень небольшой области, в которой пузырек 13 пленочного кипения исчезает (момент времени 3).

[0053] Генерирование, расширение, сжатие и исчезновение пузырька 13 пленочного кипения, как описано выше, повторяются каждый раз, когда импульс напряжения прикладывается к нагревательному элементу 10, и каждый раз генерируются новые УМП 11.

[0054] Состояния генерирования УМП 11 в каждом процессе генерирования, расширения, сжатия и исчезновения пузырька 13 пленочного кипения далее описаны подробно со ссылкой на фиг.7A-10B.

[0055] Фиг.7A-7D являются диаграммами, схематично иллюстрирующими состояния генерирования УМП 11, вызванные генерированием и расширением пузырька 13 пленочного кипения. Фиг.7A иллюстрирует состояние перед приложением импульса напряжения к нагревательному элементу 10. Жидкость W, в которой перемешаны жидкости 3 с растворенным газом, течет внутрь камеры 301.

[0056] Фиг.7B иллюстрирует состояние, когда к нагревательному элементу 10 приложено напряжение, и пузырек 13 пленочного кипения равномерно генерируется почти повсюду в области нагревательного элемента 10 в контакте с жидкостью W. Когда приложено напряжение, температура поверхности нагревательного элемента 10 быстро возрастает со скоростью 10°С/мкс. Пленочное кипение возникает в момент времени, когда температура достигает почти 300°С, и таким образом генерируется пузырек 13 пленочного кипения.

[0057] Затем температура поверхности нагревательного элемента 10 продолжает увеличиваться до около 600-800°С в течение приложения импульса, и жидкость вокруг пузырька 13 пленочного кипения также быстро нагревается. На фиг.7B область жидкости, которая находится вокруг пузырька 13 пленочного кипения и должна быстро нагреваться, указана как еще не формирующая пузырьков высокотемпературная область 14. Жидкость 3 с растворенным газом в пределах еще не формирующей пузырьков высокотемпературной области 14 превышает предел термического растворения и испаряется, превращаясь в УМП. Испаренные таким образом воздушные пузырьки имеют диаметры около 10 нм - 100 нм и большую энергию границы раздела (межфазного взаимодействия) газ-жидкость. Таким образом, воздушные пузырьки плавают независимо в жидкости W, не исчезая за короткое время. В этом варианте осуществления воздушные пузырьки, генерируемые тепловым воздействием от генерирования до расширения пузырька 13 пленочного кипения, называются первыми УМП 11A.

[0058] Фиг.7C иллюстрирует состояние, когда пузырек 13 пленочного кипения расширяется. Даже после приложения импульса напряжения к нагревательному элементу 10 пузырек 13 пленочного кипения продолжает расширение по инерции силы, полученной от его генерирования, и еще не формирующая пузырьков высокотемпературная область 14 также смещается и расширяется по инерции. Более конкретно, в процессе расширения пузырька 13 пленочного кипения жидкость 3 с растворенным газом в пределах еще не формирующей пузырьки высокотемпературной области 14 испаряется в виде нового воздушного пузырька и становится первым УМП 11A.

[0059] Фиг.7D иллюстрирует состояние, когда пузырек 13 пленочного кипения имеет максимальный объем. Когда пузырек 13 пленочного кипения расширяется по инерции, отрицательное давление внутри пузырька 13 пленочного кипения постепенно увеличивается вместе с расширением, и отрицательное давление действует, сжимая пузырек 13 пленочного кипения. В момент времени, когда отрицательное давление и сила инерции уравновешиваются, объем пузырька 13 пленочного кипения становится максимальным, а затем начинается сжатие.

[0060] На этапе сжатия пузырька 13 пленочного кипения имеются УМП, генерируемые процессами, проиллюстрированными на фиг.8A-8C (вторые УМП 11B), и УМП, генерируемые процессами, проиллюстрированными на фиг.9A-9C (третьи УМП 11C). Считается, что эти два процесса выполняются одновременно.

[0061] Фиг.8A-8C являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП 11, вызванные сжатием пузырька 13 пленочного кипения. Фиг.8A иллюстрирует состояние, когда пузырек 13 пленочного кипения начинает сжатие. Хотя пузырек 13 пленочного кипения начинает сжатие, окружающая жидкость W все еще имеет силу инерции в направлении расширения. Вследствие этого, сила инерции, действующая в направлении от нагревательного элемента 10, и сила, направленная к нагревательному элементу 10, вызванная сжатием пузырька 13 пленочного кипения, действуют в окружающей области, чрезвычайно близкой к пузырьку 13 пленочного кипения, и эта область подвергается сбросу давления. Эта область указана на чертежах как еще не формирующая пузырьков область 15 отрицательного давления.

[0062] Жидкость 3 с растворенным газом в пределах еще не формирующей пузырьков области 15 отрицательного давления превышает предел растворения под давлением и испаряется, превращаясь в воздушный пузырек. Испаренные таким образом воздушные пузырьки имеют диаметры примерно 100 нм и поэтому независимо плавают в жидкости W, не исчезая за короткое время. В этом варианте осуществления воздушные пузырьки, испаряемые под действием давления во время сжатия пузырька 13 пленочного кипения, называются вторыми УМП 11B.

[0063] Фиг.8B иллюстрирует процесс сжатия пузырька 13 пленочного кипения. Скорость сжатия пузырька 13 пленочного кипения ускоряется отрицательным давлением, и еще не формирующая пузырьков область 15 отрицательного давления также перемещается вместе со сжатием пузырька 13 пленочного кипения. Более конкретно, в процессе сжатия пузырька 13 пленочного кипения жидкости 3 с растворенным газом в пределах части еще не формирующей пузырьков области 15 отрицательного давления осаждаются друг за другом и становятся вторыми УМП 11B.

[0064] Фиг.8C иллюстрирует состояние непосредственно перед исчезновением пузырька 13 пленочного кипения. Хотя скорость перемещения окружающей жидкости W также увеличивается ускоренным сжатием пузырька 13 пленочного кипения, потеря давления возникает вследствие сопротивления проточного канала в камере 301. В результате область, занятая еще не формирующей пузырьков областью 15 отрицательного давления, дополнительно увеличивается, и генерируется некоторое количество вторых УМП 11B.

[0065] Фиг.9A-9C являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП путем повторного нагревания жидкости W во время сжатия пузырька 13 пленочного кипения. Фиг.9A иллюстрирует состояние, когда поверхность нагревательного элемента 10 покрыта сжимающимся пузырьком 13 пленочного кипения.

[0066] Фиг.9B иллюстрирует состояние, когда сжатие пузырька 13 пленочного кипения продолжается и часть поверхности нагревательного элемента 10 приходит в контакт с жидкостью W. В этом состоянии имеется тепло, сохраняющееся на поверхности нагревательного элемента 10, но этого тепла недостаточно, чтобы вызвать пленочное кипение, даже если жидкость W вступает в контакт с этой поверхностью. Область жидкости, подлежащей нагреву путем вступления в контакт с поверхностью нагревательного элемента 10, указана на чертежах как еще не формирующая пузырьков повторно нагретая область 16. Хотя пленочного кипения не происходит, жидкость 3 с растворенным газом в пределах еще не формирующей пузырьков повторно нагретой области 16 превышает предел термического растворения и испаряется. В этом варианте осуществления воздушные пузырьки, генерируемые повторным нагреванием жидкости W во время сжатия пузырька 13 пленочного кипения, называются третьими УМП 11C.

[0067] Фиг.9C иллюстрирует состояние, когда сжатие пузырька 13 пленочного кипения продолжается далее. Чем меньше пузырек 13 пленочного кипения, тем больше область нагревательного элемента 10 в контакте с жидкостью W, и третьи УМП 11C генерируются до тех пор, пока пузырек 13 пленочного кипения не исчезнет.

[0068] Фиг.10A и 10B являются диаграммами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные влиянием от исчезновения пузырька 13 пленочного кипения, сгенерированного при пленочном кипении (то есть тип кавитации). Фиг.10A иллюстрирует состояние непосредственно перед исчезновением пузырька 13 пленочного кипения. В этом состоянии пузырек 13 пленочного кипения быстро сжимается внутренним отрицательным давлением, и еще не формирующая пузырьков область 15 отрицательного давления окружает пузырек 13 пленочного кипения.

[0069] Фиг.10B иллюстрирует состояние непосредственно после того, как пузырек 13 пленочного кипения исчезает в момент p. Когда пузырек 13 пленочного кипения исчезает, акустические волны пробегают концентрически от точки p в качестве начальной точки под воздействием такого исчезновения. Акустическая волна является обобщенным термином для упругой волны, которая распространяется через что-либо, будь то газ, жидкость и твердое тело. В этом варианте осуществления волны сжатия жидкости W, которые являются поверхностью 17A высокого давления и поверхностью 17B низкого давления жидкости W, распространяются поочередно.

[0070] В этом случае жидкость 3 с растворенным газом в пределах еще не формирующей пузырьков области 15 отрицательного давления резонирует за счет ударных волн, создаваемых при исчезновении пузырька 13 пленочного кипения, и жидкость 3 с растворенным газом превышает предел растворения под давлением, и в момент времени, когда через нее проходит поверхность 17B низкого давления, выполняется фазовый переход. Более конкретно, некоторое количество воздушных пузырьков испаряется в еще не формирующей пузырьков области 15 отрицательного давления одновременно с исчезновением пузырька 13 пленочного кипения. В этом варианте осуществления воздушные пузырьки, генерируемые ударными волнами, создаваемыми при исчезновении пузырька 13 пленочного кипения, называются четвертыми УМП 11D.

[0071] Четвертые УМП 11D, генерируемые ударными волнами, создаваемыми при исчезновении пузырька 13 пленочного кипения, внезапно появляются за очень короткое время (1 мкс или менее) в очень узкой области в форме тонкой пленки. Диаметр достаточно меньше, чем диаметр первых-третьих УМП, и энергия границы раздела газ-жидкость выше, чем у первых-третьих УМП. По этой причине считается, что четвертые УМП 11D имеют характеристики, отличающиеся от характеристик первых-третьих УМП 11A-11C, и создают отличающиеся эффекты.

[0072] Дополнительно, четвертые УМП 11D равномерно генерируются во многих частях области концентрической сферы, в которой распространяются ударные волны, и четвертые УМП 11D равномерно существуют в камере 301 с момента их генерирования. Хотя многие из первых-третьих УМП уже существуют во время генерирования четвертых УМП 11D, присутствие первых-третьих УМП не влияет заметно на генерирование четвертых УМП 11D. Также считается, что первые-третьи УМП не исчезают вследствие генерирования четвертых УМП 11D.

[0073] Как описано выше, ожидается, что УМП 11 генерируются на нескольких этапах от генерирования до исчезновения пузырька 13 пленочного кипения за счет генерирования тепла нагревательным элементом 10. Первые УМП 11A, вторые УМП 11B и третьи УМП 11C генерируются вблизи поверхности пузырька пленочного кипения, генерируемого при пленочном кипении. В этом случае вблизи означает область в пределах примерно 20 мкм от поверхности пузырька пленочного кипения. Четвертые УМП 11D генерируются в области, через которую распространяются ударные волны, когда исчезает воздушный пузырек. Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует этапы до исчезновения пузырька 13 пленочного кипения, способ генерирования УМП не ограничен этим. Например, с помощью генерируемого пузырька 13 пленочного кипения, сообщающегося с атмосферным воздухом перед исчезновении пузырька, УМП могут также генерироваться, если пузырек 13 пленочного кипения не достигает стадии исчезновения.

[0074] Далее описаны остальные свойства УМП. Чем выше температура жидкости, тем ниже способность к растворению газовых компонентов, и чем ниже температура, тем выше способность к растворению газовых компонентов. Иными словами, стимулируется фазовый переход растворенных газовых компонентов и становится легче генерирование УМП по мере того, как температура жидкости повышается. Температура жидкости и растворимость газа находятся в обратной зависимости, и газ, превышающий растворимость при насыщении, преобразуется в воздушные пузырьки и появляется в жидкости по мере повышения температуры жидкости.

[0075] Поэтому, когда температура жидкости быстро возрастает от нормальной температуры, способность к растворению снижается без остановки, и начинается генерирование УМП. Способность к термическому растворению снижается по мере того, как возрастает температура и генерируется некоторое количество УМП.

[0076] Напротив, когда температура жидкости снижается от нормальной температуры, способность к растворению газа возрастает, и генерируемые УМП с большей вероятностью сжижаются. Однако такая температура достаточно ниже, чем нормальная температура. Дополнительно, поскольку однажды сгенерированные УМП имеют высокое внутреннее давление и большую энергию границы раздела газ-жидкость, даже если температура жидкости снижается, весьма маловероятно, что создается достаточно высокое давление для разрушения такой границы раздела газ-жидкость. Иными словами, однажды сгенерированные УМП не исчезают легко при условии, что жидкость хранится при нормальной температуре и нормальном давлении.

[0077] В этом варианте осуществления первые УМП 11A, описанные со ссылкой на фиг.7A-7C, и третьи УМП 11C, описанные со ссылкой на фиг.9A-9C, могут быть описаны как УМП, которые генерируются с использованием такой способности к термическому растворению газа.

[0078] С другой стороны, в зависимости между давлением и способностью к растворению жидкости, чем выше давление жидкости, тем выше способность к растворению газа, а чем ниже давление, тем ниже способность к растворению. Иными словами, стимулируется фазовый переход к газу для жидкости с растворенным газом, растворенным в этой жидкости, и генерирование УМП становится легче, когда давление жидкости снижается. Когда давление жидкости становится ниже нормального давления, способность к растворению сразу же снижается и начинается генерирование УМП. Способность к растворению под давлением снижается по мере того, как снижается давление и генерируется некоторое количество УМП.

[0079] Напротив, когда давление жидкости возрастает до величины выше нормального давления, способность к растворению газа возрастает, и генерируемые УМП более вероятно будут сжижены. Однако такое давление существенно выше атмосферного давления. Дополнительно, поскольку однажды сгенерированные УМП имеют высокое внутреннее давление и большую энергию границы раздела газ-жидкость, даже когда давление жидкости возрастает, весьма маловероятно, что создается достаточно высокое давление, чтобы разрушить такую границу раздела газ-жидкость. Иными словами, однажды сгенерированные УМП легко не исчезают, если жидкость хранится при нормальной температуре и нормальном давлении.

[0080] В этом варианте осуществления вторые УМП 11B, описанные со ссылкой на фиг.8A-8C, и четвертые УМП 11D, описанные со ссылкой на фиг.10A-10C, могут быть описаны как УМП, которые генерируются с использованием такой способности к растворению газа под давлением.

[0081] Эти первые-четвертые УМП, генерируемые в различных случаях, выше описаны отдельно; однако вышеописанные случаи генерирования возникают одновременно с событием пленочного кипения. Таким образом, по меньшей мере два типа из первых-четвертых УМП могут генерироваться одновременно, и эти случаи генерирования могут взаимодействовать, генерируя УМП. Следует отметить, что общим для всех случаев генерирования является то, что они вызываются изменением объема пузырька пленочного кипения, генерируемого явлением пленочного кипения. В этой спецификации способ генерирования УМП с использованием пленочного кипения, вызванного быстрым нагреванием, как описано выше, называется способом генерирования термально-ультрамелких пузырьков (Т-УМП). Дополнительно, УМП, генерируемые способом генерирования Т-УМП, называются Т-УМП, а жидкость, содержащая Т-УМП, генерируемые способом генерирования Т-УМП, называется содержащей Т-УМП жидкостью.

[0082] Почти все воздушные пузырьки, генерируемые способом генерирования Т-УМП, имеют размер 1,0 мкм или менее, и маловероятно, что будут генерироваться миллипузырьки и микропузырьки. То есть способ генерирования Т-УМП обеспечивает возможность преобладающего и эффективного генерирования УМП. Дополнительно, Т-УМП, генерируемые способом генерирования Т-УМП, имеют большую энергию границы раздела газ-жидкость, чем УМП, генерируемых традиционным способом, и Т-УМП легко не исчезают при хранении при нормальной температуре и нормальном давлении. Более того, даже если новые Т-УМП генерируются при новом пленочном кипении, возможно предотвратить исчезновение уже сгенерированных Т-УМП вследствие воздействия от нового генерирования. То есть можно сказать, что количество и концентрация Т-УМП, содержащихся в содержащей Т-УМП жидкости имеют свойства гистерезиса, зависящие от числа раз создания пленочного кипения в содержащей Т-УМП жидкости. Иными словами, можно регулировать концентрацию Т-УМП, содержащихся в содержащей Т-УМП жидкости, путем управления числом нагревательных элементов, обеспеченных в блоке 300 генерирования Т-УМП, и числом приложений импульса напряжения к нагревательным элементам.

[0083] Вновь выполняется ссылка на фиг.1. Как только содержащая УМП жидкость W с требуемой концентрацией УМП сформирована в блоке 300 генерирования Т-УМП, содержащая УМП жидкость W подается в блок 400 постобработки.

[0084] Фиг.11A-11C являются диаграммами, иллюстрирующими примеры конфигурации блока 400 постобработки по этому варианту осуществления. Блок 400 постобработки по этому варианту осуществления удаляет примеси в содержащей УМП жидкости W поэтапно в порядке от неорганических ионов, органических веществ и нерастворимых твердых веществ.

[0085] Фиг.11A иллюстрирует первый механизм 410 постобработки, который удаляет неорганические ионы. Первый механизм 410 постобработки включает в себя обменный контейнер 411, катионообменные смолы 412, канал 413 ввода жидкости, коллекторный трубопровод 414 и канал 415 выпуска жидкости. Обменный контейнер 411 содержит катионообменные смолы 412. Cодержащая УМП жидкость W, формируемая блоком 300 генерирования Т-УМП, вводится в обменный контейнер 411 через канал 413 ввода жидкости и поглощается катионообменными смолами 412, так что катионы в виде примесей удаляются. Такие примеси включают в себя металлические материалы и т.п., отслоившиеся от подложки 12 элементов блока 300 генерирования T-УМП. Например, металлические материалы могут представлять собой такие вещества, как SiO₂, SiN, SiC, Ta, Al₂O₃ и Ta₂O₅, аморфный сплав, содержащий Si, Al, W, Pt, Pd, Ta, Fe, Cr, Ni и т.п., и металлы платиновой группы, такие как Ir и Ru.

[0086] Катионообменные смолы 412 являются синтетическими смолами, в которых функциональная группа (ионообменная группа) введена в высокополимерную матрицу, имеющую трехмерную сетку, и внешняя форма синтетических смол представляет собой сферические частицы размером около 0,4-0,7 мм. Обычной высокополимерной матрицей является сополимер стирола и дивинилбензола, а функциональная группа может быть, например, из ряда метакриловой кислоты и ряда акриловой кислоты. Однако, вышеуказанный материал является примером. При условии, что материал может эффективно удалять требуемые неорганические ионы, вышеуказанный материал может быть заменен на другие материалы. Содержащая УМП жидкость W, поглощенная в катионообменных смолах 412 для удаления неорганических ионов, собирается коллекторным трубопроводом 414 и переносится на следующий этап (ступень) через канал 415 выпуска жидкости. В этом процессе в настоящем варианте осуществления нет необходимости удалять все неорганические ионы, содержащиеся в содержащей УМП жидкости W, подаваемой из канала 413 ввода жидкости, при условии, если удаляется по меньшей мере часть неорганических ионов.

[0087] Фиг.11B иллюстрирует второй механизм 420 постобработки, который удаляет органические вещества. Второй механизм 420 постобработки включает в себя накопительный контейнер 421, очистной фильтр 422, вакуумный насос 423, клапан 424, канал 425 ввода жидкости, канал 426 выпуска жидкости и канал 427 отсасывания воздуха. Внутренность накопительного контейнера 421 разделена очистным фильтром 422 на две, верхнюю и нижнюю, области. Канал 425 ввода жидкости соединен с верхней областью из обеих, верхней и нижней, областей, и канал 427 всасывания воздуха и канал 426 выпуска жидкости соединены с нижней областью. Как только вакуумный насос 423 приводится в действие при закрытом клапане 424, воздух в накопительном контейнере 421 выпускается через канал 427 отсасывания воздуха, доводя давление внутри накопительного контейнера 421 до отрицательного давления, и затем содержащая УМП жидкость W вводится из канала 425 ввода жидкости. Затем содержащая УМП жидкость W, из которой очистным фильтром 422 удалены примеси, накапливается в накопительном контейнере 421.

[0088] Примеси, удаленные очистным фильтром 422, включают в себя органические материалы, которые могут примешиваться в трубе или любом блоке, такие как, например, органические соединения, включающие кремний, силоксан и эпоксидная смола. Фильтрующая пленка, используемая для очистного фильтра 422, включает в себя фильтр из субмикронной сетки (фильтр с диаметром ячеек 1 мкм или менее), который может удалять бактерии, и фильтр из нм-сетки, который может удалять вирусы. Очистной фильтр, имеющий такой мелкий диаметр отверстий, может удалять воздушные пузырьки, превышающие диаметр отверстий фильтра. В частности, может иметь место случай, когда фильтр закупоривается мелкими воздушными пузырьками, поглощенными на отверстиях (сетке) фильтра, что может замедлить скорость фильтрации. Однако, как описано выше, большая часть воздушных пузырьков, генерируемых способом генерирования Т-УМП, описанным в настоящем варианте осуществления изобретения, имеют размер в диаметре 1 мкм или менее, и маловероятно, что будут генерироваться миллипузырьки и микропузырьки. То есть, поскольку вероятность генерирования миллипузырьков и микропузырьков весьма низка, возможно подавлять замедление скорости фильтрации вследствие поглощения воздушных пузырьков на фильтре. По этой причине выгодно применять очистной фильтр 422, снабженный фильтром с диаметром ячеек 1 мкм или менее, в системе, осуществляющей способ генерирования Т-УМП.

[0089] Примеры фильтрации, применимые в этом варианте осуществления, могут представлять собой так называемые тупиковую фильтрацию и тангенциальную (с поперечным потоком) фильтрацию. При тупиковой фильтрации направление потока подаваемой жидкости и направление потока отфильтрованной жидкости, проходящей через отверстия фильтра, являются одинаковыми, и более конкретно, направления потоков совпадают друг с другом. В противоположность этому, при тангенциальной фильтрации подаваемая жидкость протекает в направлении вдоль поверхности фильтра, и более конкретно, направление потока подаваемой жидкости и направление потока отфильтрованной жидкости, проходящей через отверстия фильтра, пересекаются друг с другом. Предпочтительно применять танценциальную фильтрацию, чтобы подавлять поглощение воздушных пузырьков на отверстиях фильтра.

[0090] После того как определенное количество содержащей УМП жидкости W будет накоплено в накопительном контейнере 421, вакуумный насос 423 останавливается и клапан 424 открывается для переноса содержащей Т-УМП жидкости из накопительного контейнера 421 на следующий этап через канал 426 выпуска жидкости. Хотя способ вакуумной фильтрации использован здесь в качестве способа удаления органических примесей, также может использоваться, например, способ гравитационной фильтрации и фильтрация под давлением в качестве способа фильтрации с использованием фильтра.

[0091] Фиг.11C иллюстрирует третий механизм 430 постобработки, который удаляет нерастворимые твердые вещества. Третий механизм 430 постобработки включает в себя контейнер 431 осаждения, канал 432 ввода жидкости, клапан 433 и канал 434 выпуска жидкости.

[0092] Сначала заданное количество содержащей УМП жидкости W подается в контейнер 431 осаждения через канал 432 ввода жидкости при закрытом клапане 433 и выдерживается в нем некоторое время. При этом твердые вещества в содержащей УМП жидкости W оседают на дно контейнера 431 осаждения под действием силы тяжести. Среди пузырьков в содержащей УМП жидкости относительно большие пузырьки, такие как микропузырьки, поднимаются на поверхность жидкости за счет подъемной силы в жидкости и также удаляются из содержащей УМП жидкости. По истечении достаточного времени открывается клапан 433 и содержащая УМП жидкость W, из которой удалены твердые вещества и большие пузырьки, переносится в коллекторный блок 500 через канал 434 выпуска жидкости. Пример применения трех механизмов постобработки последовательно показан в этом варианте осуществления; однако он не ограничен этим, и порядок трех механизмов постобработки может быть изменен, или может быть использован по меньшей мере один требуемый механизм постобработки.

[0093] С помощью вышеописанной обработки удалением для удаления примесей, включенной в постобработку, можно увеличивать чистоту T-УМП, содержащихся в сформированной содержащей T-УМП жидкости.

[0094] Снова выполняется ссылка на фиг.1. Содержащая T-УМП жидкость W, из которой удаляются примеси посредством блока 400 постобработки, может непосредственно переноситься в коллекторный блок 500 или может снова возвращаться в блок 200 растворения, реализуя систему циркуляции. Во втором случае блок 400 постобработки функционирует в качестве блока, выполняющего предварительную обработку для жидкости, подаваемой в блок 200 растворения. В случае, когда содержащая УМП жидкость после того, как генерируются T-УМП, снова возвращается в блок 200 растворения, концентрация растворения газа содержащей T-УМП жидкости W, которая снижается вследствие генерирования T-УМП, может увеличиваться. Предпочтительно, чтобы концентрация растворения газа снова могла компенсироваться до насыщенного состояния блоком 200 растворения. Если новые T-УМП генерируются блоком 300 генерирования T-УМП после компенсации, можно дополнительно увеличивать концентрацию УМП, содержащихся в содержащей T-УМП жидкости с вышеописанными свойствами. Таким образом, можно увеличивать концентрацию содержащихся УМП за счет ряда циркуляций через блок 200 растворения, блок 300 генерирования T-УМП и блок 400 постобработки, и можно переносить содержащую УМП жидкость W в коллекторный блок 500 после того, как получена заданная концентрация содержащихся УМП. Этот вариант осуществления показывает форму, в которой содержащая УМП жидкость, обработанная блоком 400 постобработки, возвращается в блок 200 растворения и циркулирует; однако, она не ограничена этим и содержащая УМП жидкость после прохождения через блок генерирования T-УМП, например, может снова возвращаться в блок 200 растворения до подачи в блок 400 постобработки таким образом, что постобработка выполняется блоком 400 постобработки после того, как концентрация T-УМП увеличивается, например, через несколько циркуляций.

[0095] Теперь снова просто описывается эффект возврата сформированной содержащей T-УМП жидкости W в блок 200 растворения согласно результатам конкретной верификации, проведенной авторами изобретения. Сначала 10000 единиц нагревательных элементов 10 размещали на подложке 12 элементов в блоке 300 генерирования T-УМП. Промышленную чистую воду использовали в качестве жидкости W, и жидкость W протекала в камере 301 блока 300 генерирования T-УМП на скорости протекающей текучей среды 1,0 литр/час. В этом состоянии к каждому из нагревательных элементов прикладывали импульс напряжения с напряжением 24 В и шириной импульса 1,0 мкс на частоте возбуждения 10 кГц.

[0096] Сформированная содержащая T-УМП жидкость W не возвращалась в блок 200 растворения и собиралась коллекторным блоком 500, либо число циркуляций составляло один, и приблизительно 3,6 триллиона единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в содержащей T-УМП жидкости W, собранной коллекторным блоком 500. С другой стороны, в результате выполнения десяти раз операции возврата содержащей T-УМП жидкости W в блок 200 растворения, или в результате десяти циркуляций, примерно 36 триллионов единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в содержащей T-УМП жидкости W, собранной коллекторным блоком 500. Другими словами, подтверждалось, что концентрация содержащихся УМП увеличивается приблизительно пропорционально числу циркуляций. Вышеописанную численную плотность УМП получали подсчетом УМП 11 диаметром менее 1,0 мкм, содержащихся в содержащей УМП жидкости W заданного объема, с помощью измерительного прибора, изготовленного компанией Shimadzu Corporation (номер модели SALD-7500).

[0097] Как описано выше, когда жидкость циркулирует через блок 200 растворения, блок 300 генерирования T-УМП и блок 400 постобработки посредством тракта циркуляции в этом порядке, можно формировать жидкость с требуемой концентрацией УМП.

[0098] Коллекторный блок 500 собирает и сохраняет содержащую УМП жидкость W, перенесенную из блока 400 постобработки. Содержащая Т-УМП жидкость, собранная коллекторным блоком 500, представляет собой содержащую УМП жидкость W с высокой чистотой, из которой удалены различные примеси.

[0099] В коллекторном блоке 500 содержащая УМП жидкость W может быть классифицирована по размеру Т-УМП путем выполнения некоторых этапов обработки фильтрации. Поскольку ожидается, что температура содержащей УМП жидкости W, полученной способом Т-УМП, выше нормальной температуры, коллекторный блок 500 может быть снабжен блоком охлаждения. Блок охлаждения может быть обеспечен для части блока 400 постобработки.

[0100] Схематичное описание устройства 1 генерирования УМП приведено выше; однако понятно, что проиллюстрированные блоки могут быть изменены, и не все из них необходимо обеспечивать. В зависимости от типа используемых жидкости W и газа G и предполагаемого использования формируемой содержащей Т-УМП жидкости, часть вышеописанных блоков может исключаться или может быть добавлен другой блок, отличный от вышеописанных блоков.

[0101] Например, когда газ, который должен содержаться в УМП, представляет собой атмосферный воздух, может исключаться блок дегазирования в качестве блока 100 предварительной обработки и блока 200 растворения. С другой стороны, в случае, если несколько видов газов должны содержаться в УМП, может добавляться другой блок 200 растворения. Также можно интегрировать функции некоторых блоков, проиллюстрированных на фиг.1, в один блок. Например, блок 200 растворения и блок 300 генерирования T-УМП могут интегрироваться друг с другом путем размещения нагревательного элемента 10 в контейнере 201 для растворения, проиллюстрированном на фиг.3A и 3B. В этом случае растворение газа и формирование T-УМП, содержащих газ, выполняются одновременно в едином блоке.

[0102] Блоки удаления примесей, как описано на фиг.11A-11C, могут предусматриваться выше по ходу от блока 300 генерирования T-УМП в качестве части блока предварительной обработки или могут предусматриваться как выше по ходу, так и ниже по ходу от него. Когда жидкость, подаваемая в устройство генерирования УМП, представляет собой водопроводную воду, дождевую воду, загрязненную воду или т.п., в жидкость могут быть включены органические и неорганические примеси. Если такая жидкость W, включающая в себя примеси, подается в блок 300 генерирования T-УМП, возникает риск ухудшения нагревательного элемента 10 и стимулирования явления высаливания. С помощью механизмов, которые проиллюстрированы на фиг.11A-11C, предусмотренных выше по ходу от блока 300 генерирования T-УМП, можно удалять вышеописанные примеси заранее и более эффективно формировать содержащую УМП жидкость с высокой степенью чистоты.

<Модификация блока постобработки>

[0103] Фиг.12 иллюстрирует четвертый механизм 450 постобработки, который может добавляться или заменяться каждым вышеописанным блоком 400 постобработки. Четвертый механизм 450 постобработки представляет собой блок повышающей обработки, который использует ультразвуковые вибрации, дополнительно увеличивая количество T-УМП, содержащихся в содержащей T-УМП жидкости W.

[0104] Четвертый механизм 450 постобработки включает в себя контейнер 451 для хранения, блок 455 генерирования вибраций, канал 452 введения жидкости, клапан 453 и канал 454 выпуска жидкости. Блок 455 генерирования вибраций включает в себя кабель 456, измерительный преобразователь 457, усилитель 458 мощности и рожок 459, и мощность, подаваемая через кабель 456, преобразуется измерительным преобразователем 457 в амплитуду механических вибраций и затем увеличивается усилителем 458 мощности, вызывая вибрацию рожка 459.

[0105] В случае работы механизма постобработки 450 сначала содержащая T-УМП жидкость W сохраняется (накапливается) в контейнере 451 для хранения через канал 452 введения жидкости с закрытым клапаном 453. Объем содержащей T-УМП жидкости W, подлежащей сохранению, составляет примерно объем, который по меньшей мере обеспечивает возможность помещения конца наконечника рожка 459 в содержащую T-УМП жидкость W. Затем, с помощью сохраненной содержащей T-УМП жидкости W и контейнера для хранения, открытого для атмосферного воздуха, блок 455 генерирования вибраций приводится в действие, вызывая вибрацию рожка 459, помещенного в содержащую T-УМП жидкость W. Следовательно, ультразвуковые вибрации генерируются в содержащей T-УМП жидкости W, в которую помещается конец наконечника рожка 459, и число T-УМП увеличивается.

[0106] В этом процессе, для эффективности, блок 455 генерирования вибраций предпочтительно приводится в действие многократно с заданными интервалами для каждого заданного времени. Можно регулировать концентрацию содержащихся T-УМП путем изменения частоты и периода времени и числа вибраций рожка 459.

[0107] Блок 455 генерирования вибраций останавливается, и клапан 453 открывается после повторения заданного числа вибраций в течение заданного периода времени, и затем содержащая T-УМП жидкость W, отрегулированная иметь требуемую концентрацию содержащихся веществ, переносится в коллекторный блок 500 через канал 454 выпуска жидкости.

[0108] Ниже описываются подробности конкретной верификации с использованием блока 300 генерирования T-УМП и блока 400 постобработки, включающего в себя четвертый механизм 450 постобработки, проведенной авторами изобретения. Сначала 10000 единиц нагревательных элементов 10 размещали на подложке 12 элементов в блоке 300 генерирования T-УМП. Промышленную чистую воду использовали в качестве жидкости W, и жидкость W протекала в камере 301 блока 300 генерирования T-УМП на скорости протекающей текучей среды 1,0 литр/час. В этом состоянии к каждому из нагревательных элементов прикладывали импульс напряжения с напряжением 24 В и шириной импульса 1,0 мкс на частоте приведения в действие 10 кГц.

[0109] Сформированная содержащая T-УМП жидкость W непосредственно собиралась коллекторным блоком 500, и 3,6 триллиона единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в собранной содержащей T-УМП жидкости W путем проверки концентрации содержащихся УМП. С другой стороны, в результате подачи сформированной содержащей T-УМП жидкости W в четвертый механизм 450 постобработки и выполнения десяти раз операции вибрации в рожке 459 при 100 кГц, 80 Вт в течение одной секунды, примерно 72 триллиона единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в собранной содержащей T-УМП жидкости W. Другими словами, концентрация содержащихся УМП может увеличиваться путем приложения ультразвуковых вибраций четвертым механизмом 450 постобработки. Вышеописанную численную плотность УМП получали путем подсчета УМП 11 с диаметром меньше 1,0 мкм, содержащихся в содержащей УМП жидкости W заданного объема, с помощью измерительного прибора, изготовленного компанией Shimadzu Corporation (номер модели SALD-7500).

[0110] Ниже описывается пример предпочтительного условия для увеличения УМП путем приложения ультразвуковых вибраций к содержащей T-УМП жидкости подобно этому варианту осуществления. Ультразвуковой рожок помещается в содержащую T-УМП воду, сообщающуюся с атмосферным воздухом в контейнере, и в течение одной-пяти секунд выполняется операция вибрации рожка при 50-500 кГц, 50-100 Вт. Более предпочтительно, чтобы операция повторялась примерно два-десять раз. В случае приложения ультразвука снаружи контейнера для хранения содержащей T-УМП жидкости через контейнер, операция вибрации рожка при 1-10 кГц, 10-50 Вт выполняется в течение 20-50 секунд с внутренностью контейнера, сообщающейся с атмосферным воздухом. Альтернативно, приложение в течение пяти-десяти секунд повторяется примерно два-десять раз.

[0111] Для сравнения, УМП практически не подтверждались в жидкости, собранной в случае, когда промышленная чистая вода непосредственно подавалась в четвертый механизм 450 постобработки и прикладывались ультразвуковые вибрации, идентичные вышеуказанным. Таким образом, четвертый механизм 450 постобработки, прикладывающий ультразвуковые вибрации, не предназначен для генерирования новых УМП в содержащей УМП жидкости, но имеет функцию увеличения числа УМП в жидкости, уже содержащей УМП.

[0112] Фиг.13 иллюстрирует пятый механизм 460 постобработки, который может добавляться или заменяться вышеописанным блоком 400 постобработки. Пятый механизм 460 постобработки представляет собой блок повышающей обработки, который использует высокоинтенсивный фокусированный ультразвук (HIFU), дополнительно увеличивающий количество T-УМП, содержащихся в содержащей T-УМП жидкости W.

[0113] Пятый механизм 460 постобработки включает в себя контейнер 461 для хранения, блок 465 генерирования вибраций, канал 462 введения жидкости, клапан 463 и канал 464 выпуска жидкости. Блок 465 генерирования вибраций включает в себя кабель 466, измерительный преобразователь 467 и ультразвуковой зонд 468. После того как питание подается через кабель 466, измерительный преобразователь 467 преобразует питание в частоты механических вибраций, и затем ультразвуковой зонд 468 генерирует ультразвук в мегагерцовой полосе частот. Сгенерированный ультразвук фокусируется в позиции на расстоянии примерно от нескольких мм до нескольких десятков мм от ультразвукового зонда 468, и в месте фокусировки вызываются быстрый нагрев и кавитация.

[0114] Такой быстрый нагрев и кавитация побуждают УМП вокруг места фокусировки колебаться и расщепляться в зависимости от условия. Дополнительно, в случае, когда продолжается формирование ультразвука ультразвуковым зондом 468, УМП вокруг места фокусировки разрушаются, и в результате генерируется большее количество УМП.

[0115] Блок 465 генерирования вибраций останавливается, и клапан 463 открывается после истечения заданного времени от генерирования ультразвука, и затем содержащая T-УМП жидкость W, отрегулированная иметь требуемую концентрацию содержащихся веществ, переносится в коллекторный блок 500 через канал 464 выпуска жидкости.

[0116] Ниже описываются подробности конкретной верификации с использованием блока 300 генерирования T-УМП и блока 400 постобработки, включающего в себя пятый механизм 460 постобработки, проведенной авторами изобретения. Сначала 10000 единиц нагревательных элементов 10 размещали на подложке 12 элементов в блоке 300 генерирования T-УМП. Промышленную чистую воду использовали в качестве жидкости W, и жидкость W протекала в камере 301 блока 300 генерирования T-УМП на скорости протекающей текучей среды 1,0 литр/час. В этом состоянии к каждому из нагревательных элементов прикладывали импульс напряжения с напряжением 24 В и шириной импульса 1,0 мкс на частоте приведения в действие 10 кГц.

[0117] Сформированная содержащая T-УМП жидкость W непосредственно собиралась коллекторным блоком 500, и 3,6 триллиона единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в собранной содержащей T-УМП жидкости W путем проверки концентрации содержащихся УМП. С другой стороны, в результате подачи сформированной содержащей T-УМП жидкости W в пятый механизм 460 постобработки и генерирования ультразвука ультразвуковым зондом 468 при 3,0 МГц, 36 Вт в течение 20 секунд, примерно 10,8 триллиона единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в собранной содержащей T-УМП жидкости W. Другими словами, концентрация содержащихся УМП может увеличиваться путем приложения фокусированного ультразвука пятым механизмом 460 постобработки. Вышеописанную численную плотность УМП получали путем подсчета УМП 11 с диаметром менее 1,0 мкм, содержащихся в содержащей УМП жидкости W заданного объема, с помощью измерительного прибора, изготовленного компанией Shimadzu Corporation (номер модели SALD-7500).

[0118] Для сравнения, УМП практически не подтверждались в жидкости, собранной в случае, когда промышленная чистая вода непосредственно подавалась в пятый механизм 460 постобработки, и прикладывался фокусированный ультразвук, идентичный вышеуказанному. Таким образом, пятый механизм 460 постобработки, прикладывающий фокусированный ультразвук, не предназначен для генерирования новых УМП в содержащей УМП жидкости, но имеет функцию увеличения количества УМП в жидкости, уже содержащей УМП.

<Жидкость и газ, применимые для содержащей T-УМП жидкости>

[0119] Теперь описывается жидкость W, применяемая для формирования содержащей Т-УМП жидкости. Жидкость W, применяемая в этом варианте осуществления, представляет собой, например, чистую воду, ионообменную воду, дистиллированную воду, биоактивную воду, магнитоактивную воду, лосьон, водопроводную воду, морскую воду, речную воду, очищенную и сточную воду, озерную воду, подземную воду, дождевую воду и т.д. Также может применяться смешанная жидкость, содержащая вышеуказанную жидкость и тому подобное. Также может использоваться смешанный раствор, содержащий воду и растворимый органический растворитель. Растворимый органический растворитель, используемый будучи смешанным с водой, конкретно не ограничивается; однако, следующее может представлять собой его конкретный пример. Группа алкиловых спиртов c углеродным числом 1-4, включая метиловый спирт, этиловый спирт, n-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, n-бутиловый спирт, втор-бутиловый спирт и трет-бутиловый спирт. Амидная группа, включая n-метил-2-пирролидон, 2-пирролидон, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, N,N-диметилформамид и N,N-диметилацетамид. Группа кетонов или группа кетоспиртов, включая ацетол и диацетоновый спирт. Группа циклических простых эфиров, включая тетрагидрофуран и диоксан. Группа гликолей, включая этиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, 1,3-пропиленгликоль, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,2-гександиол, 1,6-гександиол, 3-метил-1,5-пентандиол, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и тиодигликоль. Группа низшего простого алкилового эфира многоатомного спирта, включая монометиловый простой эфир этиленгликоля, моноэтиловый простой эфир этиленгликоля, монобутиловый простой эфир этиленгликоля, монометиловый простой эфир диэтиленгликоля, моноэтиловый простой эфир диэтиленгликоля, монобутиловый простой эфир диэтиленгликоля, монометиловый простой эфир триэтиленгликоля, моноэтиловый простой эфир триэтиленгликоля и монобутиловый простой эфир триэтиленгликоля. Группа полиалкиленгликолей, включая полиэтиленгликоль и полипропиленгликоль. Группа триолов, включая глицерин, 1,2,6-гексантриол и триметилпропан. Эти растворимые органические растворители могут использоваться индивидуально, или два или более из них могут быть использованы совместно.

[0120] Газовый компонент, который может вводиться в блок 200 растворения, представляет собой, например, водород, гелий, кислород, азот, метан, фтор, неон, двуокись углерода, озон, аргон, хлор, этан, пропан, воздух и т.д. Газовый компонент может быть газовой смесью, содержащей некоторые из вышеуказанных компонентов. Дополнительно, нет необходимости блоку 200 растворения растворять вещество в газообразном состоянии, и блок 200 растворения может растворять жидкость или твердое вещество, содержащее требуемые компоненты, в жидкости W. Растворение в этом случае может быть самопроизвольным растворением, растворением, вызванным приложением давления, или растворением, вызванным гидратацией, ионизацией и химической реакцией вследствие химической диссоциации.

<<Эффекты способа генерирования Т-УМП>>

[0121] Далее характеристики и эффекты вышеописанного способа генерирования Т-УМП описаны путем сравнения с традиционным способом генерирования УМП. Например, в традиционном устройстве генерирования воздушных пузырьков, как представлено способом Вентури, в части проточного канала обеспечена механическая конструкция сброса давления, такая как сопло сброса давления. Жидкость протекает при заданном давлении, проходя через конструкцию сброса давления, и воздушные пузырьки различных размеров генерируются в области ниже по ходу от конструкции сброса давления.

[0122] В этом случае среди генерируемых воздушных пузырьков, поскольку относительно большие пузырьки, такие как миллипузырьки и микропузырьки, испытывают влияние подъемной силы в жидкости, такие пузырьки поднимаются на поверхность жидкости и исчезают. Даже УМП, которые не испытывают влияния подъемной силы в жидкости, также могут исчезать с миллипузырьками и микропузырьками, поскольку энергия границы раздела газ-жидкость УМП не очень велика. Дополнительно, даже если вышеописанные конструкции сброса давления расположены последовательно, и одна и та же жидкость протекает через конструкции сброса давления повторно, невозможно сохранять в течение длительного времени УМП в количестве, соответствующем числу повторений. Иными словами, было затруднительно для содержащей УМП жидкости, генерируемой традиционным способом генерирования УМП, поддерживать концентрацию содержащихся УМП на заданном уровне в течение длительного времени.

[0123] В противоположность этому, в способе генерирования Т-УМП по этому варианту осуществления с использованием пленочного кипения на участке очень близко к нагревательному элементу локально происходят быстрое изменение температуры от нормальной температуры до примерно 300°С и быстрое изменение давления от нормального давления до примерно нескольких мегапаскалей. Нагревательный элемент имеет прямоугольную форму, имеющую одну сторону размером от несколько десятков до сотен мкм. Это составляет около 1/10 - 1/1000 размера обычного блока генерирования УМП. Дополнительно, в присутствии жидкости с растворенным газом в пределах области чрезвычайно тонкой пленки поверхности пузырька пленочного кипения, кратковременно превышающей предел термического растворения или предел растворения под давлением (за чрезвычайно короткое время менее микросекунд), происходит фазовый переход и жидкость с растворенным газом осаждается в виде УМП. В этом случае с трудом генерируются относительно большие пузырьки, такие как миллипузырьки и микропузырьки, и жидкость содержит УМП диаметром около 100 нм с чрезвычайно высокой чистотой. Более того, поскольку Т-УМП, генерируемые таким способом, имеют достаточно большую энергию границы раздела газ-жидкость, Т-УМП не разрушаются легко в окружающей среде при нормальных условиях и могут храниться в течение длительного времени.

[0124] В частности, настоящее изобретение, использующее явление пленочного кипения, которое обеспечивает возможность локального формирования в жидкости границы раздела с газом, может формировать границу раздела в части жидкости вблизи нагревательного элемента без воздействия на всю область жидкости, и область, в которой осуществляются тепловое воздействие и воздействие давления, может быть весьма локальной. В результате возможно стабильно генерировать требуемые УМП. С помощью дополнительных условий для генерирования УМП, применяемых к формированию жидкости посредством циркуляции жидкости, возможно дополнительно генерировать новые УМП с небольшими влияниями на уже сгенерированные УМП. В результате возможно относительно легко получать жидкость с УМП с требуемыми размером и концентрацией.

[0125] Более того, поскольку способ генерирования Т-УМП имеет вышеописанные свойства гистерезиса, возможно повышать концентрацию до требуемой концентрации при поддержании высокой чистоты. Иными словами, в соответствии со способом генерирования Т-УМП, возможно эффективно формировать допускающую длительное хранение содержащую УМП жидкость W с высокой чистотой и высокой концентрацией.

<<Конкретное применение содержащей Т-УМП жидкости>>

[0126] В общем, применения содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости различаются типом содержащегося газа. Любой тип газа может образовывать УМП при условии, что количество примерно от PPM до BPM газа может растворяться в жидкости. Например, содержащие ультрамелкие пузырьки жидкости могут применяться в следующих областях применения.

[0127] - Содержащая УМП жидкость, содержащая воздух, может предпочтительно применяться для очистки на промышленных, сельскохозяйственных, рыбопромысловых и медицинских объектах и тому подобном и для культивации растений и сельскохозяйственных и рыбопромысловых продуктов.

[0128] - Содержащая УМП жидкость, содержащая озон, может предпочтительно применяться не только для очистки на промышленных, сельскохозяйственных, рыбопромысловых и медицинских объектах и тому подобном, но и в применениях, предназначенных, например, для дезинфекции, стерилизации, устранения загрязнений и экологической очистки стоков и загрязненной почвы.

[0129] - Содержащая УМП жидкость, содержащая азот, может предпочтительно применяться не только для очистки на промышленных, сельскохозяйственных, рыбопромысловых и медицинских объектах и тому подобном, но и в применениях, предназначенных, например, для дезинфекции, стерилизации, устранения загрязнений и экологической очистки стоков и загрязненной почвы.

[0130] - Содержащая УМП жидкость, содержащая кислород, может предпочтительно применяться для очистки на промышленных, сельскохозяйственных, рыбопромысловых и медицинских объектах и тому подобном и для культивации растений и сельскохозяйственных и рыбопромысловых продуктов.

[0131] - Содержащая УМП жидкость, содержащая двуокись углерода, может предпочтительно применяться не только для очистки на промышленных, сельскохозяйственных, рыбопромысловых и медицинских объектах и тому подобном, но и в применениях, предназначенных, например, для дезинфекции, стерилизации, устранения загрязнений.

[0132] - Содержащая УМП жидкость, содержащая перфторуглеводороды в качестве медицинского газа, может предпочтительно применяться для ультразвуковой диагностики и лечения. Как описано выше, содержащая УМП жидкость может создавать эффекты в различных областях в медицине, химии, стоматологии, пищевой, промышленной, сельскохозяйственной и рыбопромысловой отраслях и т.д.

[0133] В каждом из применений чистота и концентрация УМП, содержащихся в содержащей УМП жидкости, важны для быстрого и надежного создания эффекта содержащей УМП жидкости. Иными словами, беспрецедентные эффекты могут ожидаться в различных областях при применении способа генерирования Т-УМП по этому варианту осуществления, который обеспечивает возможность генерирования содержащей УМП жидкости W с высокой чистотой и требуемой концентрацией. Далее приведен список применений, в которых способ генерирования Т-УМП и содержащая Т-УМП жидкость, как ожидается, являются предпочтительно применимыми.

(A) Применение для очистки жидкости

[0134] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в блоке очистки воды, ожидается усиление эффекта осветления воды и эффекта очистки регулирующей pH жидкости. Блок генерирования Т-УМП может также предусматриваться для сервера газированной воды.

[0135] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного для увлажнителя, ароматизатора, кофемашины и т.п., ожидается усиление эффекта увлажнения, эффекта дезодорирования и эффекта ароматизации в помещении.

[0136] - Если содержащая УМП жидкость, в которой блоком растворения растворен газообразный озон, формируется и используется для стоматологической обработки, обработки прижиганием и лечения ран с использованием эндоскопа, ожидается усиление эффекта медицинской очистки и антисептического эффекта.

[0137] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в резервуаре хранения воды многоквартирного жилого дома, ожидается усиление эффекта осветления воды и эффекта дехлорирования питьевой воды, подлежащей долговременному хранению.

[0138] - Если содержащая Т-УМП жидкость, содержащая озон или двуокись углерода, используется для процесса пивоварения японского саке, сетю, вина и т.д., в котором нельзя выполнять высокотемпературную обработку пастеризацией, ожидается более эффективная обработка пастеризацией, чем обработка традиционной жидкостью.

[0139] - Если содержащая УМП жидкость подмешивается в ингредиент в процессе производства пищи для конкретного использования по состоянию здоровья и пищи с полезными добавками, возможна обработка пастеризацией, и таким образом возможно обеспечить безопасную и полезную пищу без потери вкуса.

[0140] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного для тракта подачи морской воды и свежей воды для культивации в месте культивации продуктов рыбоводства, таких как рыба и жемчуг, ожидается содействие нересту и росту продуктов рыбоводства.

[0141] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в процессе очистки воды для консервирования пищи, ожидается улучшение состояния консервирования пищи.

[0142] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в блоке обесцвечивания для обесцвечивания воды бассейна или подземной воды, ожидается более высокий эффект обесцвечивания.

[0143] - За счет содержащей Т-УМП жидкости, используемой для ремонта трещин в бетонных блоках, ожидается улучшение эффекта ремонта трещин бетонных блоков.

[0144] - За счет Т-УМП, содержащихся в жидком топливе для машины, использующей жидкое топливо (такой как автомобиль, судно и самолет), ожидается повышение энергетической эффективности.

(B) Применение при очистке

[0145] В последнее время содержащие Т-УМП жидкости привлекли внимание в качестве очищающей воды для удаления загрязнений или подобного, прилипших к одежде. Если блок генерирования Т-УМП, описанный в вышеприведенном варианте осуществления, обеспечивается в стиральной машине, и содержащая УМП жидкость с более высокой чистотой и лучшей проницаемостью, чем у обычной жидкости, подается в стирающую емкость, ожидается дальнейшее улучшение моющей способности.

[0146] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в душе в ванной и моечной машине для подкладного судна, ожидается не только очищающий эффект для всех типов живых существ, включая тело человека, но и эффект способствования удалению загрязнений в виде пятен воды и плесени в ванной и подкладном судне.

[0147] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в стеклоочистителе для автомобилей, моечном аппарате высокого давления для очистки стенных блоков и тому подобного, установке мойки автомобилей, посудомоечной машине, установке мойки пищевых продуктов и т.п., ожидается дальнейшее улучшение эффектов очистки.

[0148] - За счет содержащей Т-УМП жидкости, используемой для очистки и технического обслуживания деталей, изготавливаемых на заводе, включая этап удаления грата после прессования, ожидается улучшение эффекта очистки.

[0149] - В производстве полупроводниковых элементов, если содержащая Т-УМП жидкость используется в качестве полирующей воды для полупроводниковой пластины, ожидается улучшение эффекта полировки. Дополнительно, если содержащая Т-УМП жидкость используется на этапе удаления резиста, улучшается стимулирование отслаивания резиста, который не отслаивается легко.

[0150] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в машинах для очистки и удаления загрязнений медицинских аппаратов, таких как медицинский робот, аппарат стоматологического назначения, контейнер для консервации органов и т.п., ожидается улучшение эффекта очистки и эффекта удаления загрязнений этих машин. Блок генерирования Т-УМП также применим для лечения животных.

(C) Фармацевтическое применение

[0151] - Если содержащая Т-УМП жидкость содержится в косметических препаратах и тому подобном, улучшается проникновение в подкожные клетки, и количество добавок, которые оказывают негативные влияния на кожу, такие как консерванты и ПАВ, может быть значительно сокращено. В результате возможно обеспечить более безопасную и более функциональную косметику.

[0152] - Если препарат с высокой концентрацией нанопузырьков, содержащий Т-УМП, используется в качестве контрастных веществ в приборах для медицинских исследований, таких как CT и MRI, отраженный свет рентгеновских лучей и ультразвуковых волн может использоваться эффективным образом. Это позволяет регистрировать более подробное изображение, которое полезно для начальной диагностики рака и тому подобного.

[0153] - Если вода с высокой концентрацией нанопузырьков, содержащая Т-УМП, используется в аппарате ультразвуковой обработки фокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU), мощность излучения ультразвуковых волн может быть снижена, и таким образом обработка (лечение) может быть сделана более неинвазвной. В частности, возможно уменьшить повреждение нормальных тканей.

[0154] - Возможно создать нанопузырьковый препарат путем использования нанопузырьков высокой концентрации, содержащих Т-УМП в качестве источника, модифицирования фосфолипида, образующего липосому в области отрицательного электрического заряда вокруг воздушного пузырька, и применения различных медицинских субстанций (таких как DNA и RNA) через фосфолипид.

[0155] - Если лекарственное средство, содержащее воду с высокой концентрацией пузырьков, созданной генерацией Т-УМП, переносится в дентальный канал для регенеративного лечения пульпы и твердой ткани зуба (дентина), лекарственное средство вводится глубоко в дентинный каналец за счет эффекта просачивания нанопузырьковой воды, и эффект дезинфекции улучшается. Это позволяет лечить инфицированный корневой канал пульпы зуба безопасным образом в короткое время.

[0156] Как описано выше, согласно способу генерирования ультрамелких пузырьков по настоящему изобретению, можно эффективно формировать содержащую УМП жидкость с высокой степенью чистоты посредством предоставления блока предварительной обработки и блока растворения перед блоком генерирования T-УМП.

[0157] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем прилагаемой формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации с тем, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные конструкции и функции.

1. Способ генерирования ультрамелких пузырьков, содержащий:

этап генерирования, на котором генерируют ультрамелкие пузырьки путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом; и

этап постобработки, на котором выполняют заданную постобработку содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные на этапе генерирования, и

при этом этап постобработки включает в себя первую обработку для удаления неорганического иона с использованием катионообменной смолы.

2. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, при этом

неорганический ион, подлежащий удалению первой обработкой, содержит металл, образующий нагревательный элемент.

3. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, при этом

неорганический ион, удаляемый первой обработкой, содержит по меньшей мере один, выбранный из Si, Al, W, Pt, Pd, Ta, Fe, Cr, Ni, Ir и Ru.

4. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором

этап постобработки включает в себя вторую обработку для удаления органического вещества с использованием очистного фильтра.

5. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 4, при этом

органическое вещество, подлежащее удалению второй обработкой, содержит по меньшей мере одно, выбранное из органического соединения, содержащего кремний, силоксана, эпоксидной смолы и бактерий.

6. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором

этап постобработки включает в себя третью обработку для удаления нерастворимого твердого вещества с использованием характеристик выпадения в осадок нерастворимого твердого вещества.

7. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором

этап постобработки включает в себя обработку увеличением для увеличения концентрации ультрамелких пузырьков, содержащихся в содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

8. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 7, в котором

при обработке увеличением концентрацию содержащихся ультрамелких пузырьков увеличивают путем генерирования ультразвука в содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

9. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 7, в котором

при обработке увеличением концентрацию содержащихся ультрамелких пузырьков увеличивают путем приложения фокусированного ультразвука к содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

10. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, дополнительно содержащий:

этап растворения, на котором любое из водорода, гелия, кислорода, азота, метана, фтора, неона, углекислого газа, озона, аргона, хлора, этана, пропана, воздуха и содержащей их газовой смеси растворяют в жидкости, подлежащей подаче на этапе генерирования, при этом

на этапе генерирования генерируют ультрамелкие пузырьки, содержащие внутри себя газ, который растворяют на этапе растворения.

11. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором

этап генерирования выполняют снова после того, как выполнен этап постобработки.

12. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, дополнительно содержащий:

этап, на котором собирают содержащую ультрамелкие пузырьки жидкость, обработанную на этапе постобработки.

13. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков, содержащее:

блок генерирования, выполненный с возможностью генерировать ультрамелкие пузырьки путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом; и

блок постобработки, выполненный с возможностью осуществлять заданную постобработку содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные блоком генерирования, и

при этом блок постобработки включает в себя блок удаления, включающий в себя первый блок, который удаляет неорганический ион с использованием катионообменной смолы.

14. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, при этом

неорганический ион, подлежащий удалению первым блоком, содержит металл, образующий нагревательный элемент.

15. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 14, при этом

неорганический ион, удаляемый первым блоком, содержит по меньшей мере один, выбранный из Si, Al, W, Pt, Pd, Ta, Fe, Cr, Ni, Ir и Ru.

16. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, в котором

блок удаления включает в себя второй блок, который удаляет органическое вещество с использованием очистного фильтра.

17. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 16, при этом

органическое вещество, подлежащее удалению вторым блоком, содержит по меньшей мере одно, выбранное из органического соединения, содержащего кремний, силоксана, эпоксидной смолы и бактерий.

18. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 16, в котором

очистной фильтр имеет диаметр сетки 1 мкм или менее.

19. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, в котором

блок удаления включает в себя третий блок, который удаляет нерастворимое твердое вещество с использованием характеристик выпадения в осадок нерастворимого твердого вещества.

20. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, в котором

блок постобработки включает в себя блок повышающей обработки, который увеличивает концентрацию ультрамелких пузырьков, содержащихся в содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

21. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 20, в котором

блок повышающей обработки увеличивает концентрацию содержащихся ультрамелких пузырьков путем генерирования ультразвука в содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

22. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 20, в котором

блок повышающей обработки увеличивает концентрацию содержащихся ультрамелких пузырьков путем приложения фокусированного ультразвука к содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.

23. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, дополнительно содержащее:

блок растворения, который растворяет любое из водорода, гелия, кислорода, азота, метана, фтора, неона, углекислого газа, озона, аргона, хлора, этана, пропана, воздуха и содержащей их газовой смеси в жидкости, подлежащей подаче в блок генерирования, при этом

блок генерирования генерирует ультрамелкие пузырьки, содержащие внутри себя газ, который растворяется блоком растворения.

24. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, дополнительно содержащее:

тракт циркуляции, через который жидкость, обработанная блоком постобработки, подается в блок генерирования.

25. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 13, дополнительно содержащее:

блок, который собирает содержащую ультрамелкие пузырьки жидкость, обработанную блоком постобработки.