Способ генерирования ультрамелких пузырьков, устройство генерирования ультрамелких пузырьков и содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость
Группа изобретений относится к способу и устройству генерирования ультрамелких пузырьков. Способ содержит этап предварительной обработки, на котором выполняют заданную предварительную обработку жидкости, этап генерирования, на котором генерируют ультрамелкие пузырьки диаметром менее 1,0 мкм путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, предварительная обработка которой выполнена, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом. При этом этап предварительной обработки включает первую обработку для удаления неорганического иона из жидкости с использованием катионообменной смолы и вторую обработку для многократной дегазации жидкости с помощью канала циркуляции жидкости. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного формирования содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости с высокой степенью чистоты. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 24 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 к содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости.
Описание предшествующего уровня техники
[0002] В последнее время были разработаны технологии 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 называемых "УМП") диаметром менее 1,0 мкм подтверждена в различных областях техники.
[0003] Японский патент № 6118544 раскрывает устройство генерирования мелких воздушных пузырьков, которое генерирует мелкие пузырьки путем эжекции (выброса) жидкости под давлением из сбрасывающего давление (депрессионного) сопла, причем в жидкости сжат и растворен газ. Японский патент № 4456176 раскрывает устройство, которое генерирует мелкие пузырьки путем повторения разделения и схождения потоков смешанной с газом жидкости с помощью смешивающего блока.
Сущность изобретения
[0004] Таким образом, чтобы получить содержащую УМП жидкость, в которой уменьшение концентрации УМП может подавляться даже в ходе долговременного хранения, требуется генерировать высокочистые и высококонцентрированные УМП с большой энергией границы раздела "газ-жидкость" при формировании содержащей УМП жидкости.
[0005] Настоящее изобретение выполнено для решения вышеуказанных проблем. Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства генерирования ультрамелких пузырьков и способа генерирования ультрамелких пузырьков, способных эффективно формировать содержащую УМП жидкость с высокой степенью чистоты.
[0006] В первом аспекте настоящего изобретения предоставлен способ генерирования ультрамелких пузырьков, содержащий: этап предварительной обработки для выполнения заданной предварительной обработки жидкости; и этап генерирования для генерирования ультрамелких пузырьков путем побуждения нагревательного элемента, который предусматривается в жидкости, для которой выполняется предварительная обработка, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом.
[0007] Во втором аспекте настоящего изобретения предоставлено устройство генерирования ультрамелких пузырьков, содержащее: блок предварительной обработки, который выполняет заданную предварительную обработку жидкости; и блок генерирования, который генерирует ультрамелкие пузырьки путем побуждения нагревательного элемента, который предусматривается в жидкости, для которой выполняется предварительная обработка, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом.
[0008] В третьем аспекте настоящего изобретения предоставлена содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость, которая содержит ультрамелкие пузырьки, сгенерированные способом генерирования ультрамелких пузырьков, включающим: этап предварительной обработки для выполнения заданной предварительной обработки жидкости; и этап генерирования для генерирования ультрамелких пузырьков путем побуждения нагревательного элемента, который предусматривается в жидкости, для которой выполняется предварительная обработка, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом.
[0009] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
[0010] Фиг.1 является схемой, иллюстрирующей пример устройства генерирования УМП;
[0011] Фиг.2 является схематичным изображением конфигурации блока предварительной обработки;
[0012] Фиг.3A и 3B являются схематичным изображением конфигурации блока растворения и схемой для описания состояний растворения в жидкости;
[0013] Фиг.4 является схематичным изображением конфигурации блока генерирования Т-УМП;
[0014] Фиг.5A и 5B являются схемами для описания подробностей нагревательного элемента;
[0015] Фиг.6A и 6B являются схемами для описания состояний пленочного кипения на нагревательном элементе;
[0016] Фиг.7A-7D являются схемами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные расширением пузырька пленочного кипения;
[0017] Фиг.8A-8C являются схемами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные сжатием пузырька пленочного кипения;
[0018] Фиг.9A-9C являются схемами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные повторным нагреванием жидкости;
[0019] Фиг.10A и 10B являются схемами, иллюстрирующими состояния генерирования УМП, вызванные ударными волнами, создаваемыми при исчезновении пузырька, сгенерированного при пленочном кипении;
[0020] Фиг.11A-11C являются схемами, иллюстрирующими пример конфигураций блока постобработки.
Описание вариантов осуществления
[0021] Оба устройства, описанные в японских патентах №№ 6118544 и 4456176, генерируют не только УМП нанометрового в диаметре размера, но также относительно большое число миллипузырьков миллиметрового в диаметре размера и микропузырьков микрометрового в диаметре размера. Однако, поскольку на миллипузырьки и микропузырьки влияет плавучесть (подъемная сила в жидкости), пузырьки вероятно постепенно поднимаются на поверхность жидкости и исчезают в ходе долговременного хранения.
[0022] С другой стороны, УМП нанометрового в диаметре размера подходят для долговременного хранения, поскольку они с меньшей вероятностью подвергаются влиянию плавучести и плавают в жидкости за счет броуновского движения. Однако, когда УМП генерируются с миллипузырьками и микропузырьками, или энергия поверхности (границы) раздела "газ-жидкость" УМП является небольшой, УМП подвергаются влиянию исчезновения миллипузырьков и микропузырьков и их число снижается со временем.
<<Конфигурация устройства генерирования УМП>>
[0023] Фиг.1 является схемой, 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 (последующей обработки) и коллекторный (собирающий) 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).
[0024] Фиг.2 является схематичным изображением конфигурации блока 100 предварительной обработки. Блок 100 предварительной обработки по этому варианту осуществления выполняет обработку дегазации подаваемой жидкости W. Блок 100 предварительной обработки главным образом включает в себя резервуар 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 резервуар 101 дегазации из канала 104 ввода жидкости через клапан 109. В этом процессе оросительная головка 102, предусмотренная в резервуаре 101 дегазации, распыляет в виде тумана жидкость W в резервуаре 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.
[0025] Когда в резервуаре 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 резервуара 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.
[0026] 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 резервуаре 101 дегазации и однократно дегазированной, повторно распыляться в резервуаре 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.
[0027] Фиг.2 иллюстрирует блок 100 дегазации, который сбрасывает давление газовой части, газифицируя растворенное вещество (компонент); однако способ дегазации раствора не ограничен этим. Например, может быть использован способ нагревания и кипения для осуществления кипения жидкости W с газифицированием растворенного компонента 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.
[0028] С помощью вышеописанной обработки дегазации, выполняемой в качестве предварительной обработки, можно повышать чистоту и растворимость требуемого газа в жидкости W при нижеописанной обработке растворения. Дополнительно, нижеописанный блок генерирования Т-УМП может повышать чистоту требуемых УМП, содержащихся в жидкости W. В частности, с помощью блока 100 предварительной обработки, предусмотренного перед блоком 200 растворения и блоком 300 генерирования Т-УМП, можно эффективно формировать содержащую УМП жидкость с высокой степенью чистоты.
[0029] Фиг.3A и 3B являются схематичным изображением конфигурации блока 200 растворения и схемой 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 главным образом включает в себя резервуар 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.
[0030] Жидкость W, подаваемая из блока 100 предварительной обработки, подается в резервуар 201 растворения через канал 204 ввода жидкости и запасается в нем. При этом в резервуар 201 растворения через канал 205 ввода газа подается газ G.
[0031] Как только заданные количества жидкости W и газа G запасены в резервуаре 201 растворения, запускается компрессорный насос 207, повышая внутреннее давление резервуара 201 растворения до примерно 0,5 МПа. Между компрессорным насосом 207 и резервуаром 201 растворения размещен предохранительный клапан 208. С помощью поворотной пластины 202 в жидкости, вращаемой посредством поворотного вала 203, подаваемый в резервуар 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. Когда газ имеет низкую растворимость, также возможно повысить внутреннее давление резервуара 201 растворения до 0,5 МПа или выше. В этом случае материал и тому подобное резервуара должно быть оптимальным в целях безопасности.
[0032] После того как получена жидкость W, в которой компоненты газа растворены в требуемой концентрации, 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.
[0033] Фиг.3B является схемой, иллюстративно демонстрирующей состояния растворения газа G, помещенного в резервуар 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.
[0034] 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.
[0035] Фиг.4 является схематичным изображением конфигурации блока 300 генерирования Т-УМП. Блок 300 генерирования Т-УМП главным образом 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.
[0036] 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.
[0037] Фиг.5A и 5B являются схемами для иллюстрации подробной конфигурации нагревательного элемента 10. Фиг.5A иллюстрирует вид крупным планом нагревательного элемента 10, а фиг.5B иллюстрирует вид в сечении более широкой области подложки 12 элементов, включающей в себя нагревательный элемент 10.
[0038] 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 подобного. На поверхностях проводки 308, резистивного слоя 307 и пленки 306 промежуточного слоя сформирован защитный слой 309, выполненный из пленки SiO2 или пленки Si3N4.
[0039] 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.
[0040] 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 в жидкости пленочного кипения.
[0041] 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. С помощью введения и диффузии примесей за счет ионной имплантации и тому подобного в обычном МОП-процессе в области 322 кармана n-типа сформирована p-МОП-структура 320, а в области 323 кармана p-типа сформирована n-МОП-структура 321.
[0042] 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.
[0043] 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) тактируемой КМОП-интегральной схемы настраивается с помощью p-МОП 320 и n-МОП 321.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] Фиг.6A and 6B являются схемами, 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, главным образом 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.
[0049] 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.
[0050] Время приложения электрического 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.
[0051] 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).
[0052] 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.
[0053] Далее со ссылкой на фиг.7A-10B подробнее описывается ситуация, когда УМП 11 формируются в каждом процессе из генерирования, расширения, сжатия и исчезновения пузырька 13 пленочного кипения.
[0054] Фиг.7A-7D являются схемами, иллюстративно демонстрирующими ситуацию, когда УМП 11 формируются вследствие генерирования и расширения пузырька 13 пленочного кипения. Фиг.7A иллюстрирует состояние перед приложением импульса напряжения к нагревательному элементу 10. Жидкость W, в которую подмешивается жидкость 3 с растворенным газом, протекает внутрь камеры 301.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] Фиг.8A-8C являются схемами, 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] 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.
[0064] Фиг.9A-9C являются схемами, 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.
[0065] 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.
[0066] 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.
[0067] Фиг.10A и 10B являются схемами, 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.
[0068] 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.
[0069] 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, осуществляется 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.
[0070] 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.
[0071] 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.
[0072] Как описано выше, ожидается, что УМП 11 генерируются на нескольких этапах от генерирования до исчезновения пузырька 13 пленочного кипения за счет выработки 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.
[0073] Далее описаны остальные свойства УМП. Чем выше температура жидкости, тем ниже способность к растворению газовых компонентов, а 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.
[0074] 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.
[0075] 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.
[0076] 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.
[0077] 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.
[0078] 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.
[0079] 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.
[0080] Эти первые-четвертые УМП, генерируемые в различных случаях, выше описаны отдельно; однако вышеописанные случаи генерирования происходят 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.
[0081] 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 не исчезают легко 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.
[0082] 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.
[0083] Фиг.11A-11C являются схемами, 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.
[0084] Фиг.11A иллюстрирует первый механизм 410 постобработки, который удаляет неорганические ионы. Первый механизм 410 постобработки включает в себя обменный резервуар 411, катионообменные смолы 412, канал 413 ввода жидкости, коллекторный трубопровод 414 и канал 415 выпуска жидкости. Обменный резервуар 411 хранит катионообменные смолы 412. Cодержащая УМП жидкость W, сформированная блоком 300 генерирования Т-УМП, впрыскивается в обменный резервуар 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, отслоившиеся от подложки 12 элементов блока 300 генерирования T-УМП, такие как SiO2, SiN, SiC, Ta, Al2O3 и Ta2O5 и Ir.
[0085] 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.
[0086] Фиг.11B иллюстрирует второй механизм 420 постобработки, который удаляет органические вещества. Второй механизм 420 постобработки включает в себя накопительный резервуар 421, очистной фильтр 422, вакуумный насос 423, клапан 424, канал 425 ввода жидкости, канал 426 выпуска жидкости и канал 427 отсасывания воздуха. Внутренняя часть накопительного резервуара 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, а 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 резервуаре 421 выпускается через канал 427 отсасывания воздуха, доводя давление внутри накопительного резервуара 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 резервуаре 421.
[0087] Примеси, удаленные очистным фильтром 422, включают в себя органические материалы, которые могут примешиваться в трубе или любом блоке, такие как органические компоненты, включающие в себя, например, кремний, силоксан и эпоксидную смолу. 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, имеет 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.
[0088] 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.
[0089] После того как определенное количество содержащей УМП жидкости W будет накоплено в накопительном резервуаре 421, вакуумный насос 423 останавливается и клапан 424 открывается для переноса содержащей Т-УМП жидкости из накопительного резервуара 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.
[0090] Фиг.11C иллюстрирует третий механизм 430 постобработки, который удаляет нерастворимые твердые вещества. Третий механизм 430 постобработки включает в себя резервуар 431 осаждения, канал 432 ввода жидкости, клапан 433 и канал 434 выпуска жидкости.
[0091] Сначала заданное количество содержащей УМП жидкости W подается в резервуар 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 резервуара 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.
[0092] Вновь выполняется ссылка на фиг.1. Содержащая T-УМП жидкость W, из которой блоком 400 постобработки удаляются примеси, может непосредственно переноситься в коллекторный блок 500 или может возвращаться снова в блок 200 растворения, реализуя систему циркуляции. Во втором случае концентрация растворения газа содержащей T-УМП жидкости W, которая снижается вследствие генерирования T-УМП, может повышаться. Предпочтительно, чтобы концентрация растворения газа снова компенсировалась до насыщенного состояния блоком 200 растворения. Если после компенсации блоком 300 генерирования T-УМП генерируются новые T-УМП, можно дополнительно увеличивать концентрацию УМП, содержащихся в содержащей T-УМП жидкости с вышеописанными свойствами. Иными словами, 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 которую содержащая УМП жидкость, обработанная блоком 400 постобработки, возвращается в блок 200 растворения и циркулирует; однако, она не ограничивается 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, так что постобработка выполняется блоком 400 постобработки после того, как концентрация T-УМП увеличивается через несколько циркуляций.
[0093] 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 (приведения в действие) 10 кГц.
[0094] Сформированную содержащую T-УМП жидкость W не возвращали в блок 200 растворения и собирали коллекторным блоком 500, либо число циркуляций составляло один, и примерно 3,6 триллионов единиц УМП на 1,0 мл подтверждались в содержащей T-УМП жидкости W, собранной коллекторным блоком 500. С другой стороны, в результате выполнения десять раз операции возврата содержащей T-УМП жидкости W в блок 200 растворения, либо выполнения циркуляции десять раз, 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 пропорционально числу циркуляций. Вышеописанную численную плотность УМП получали подсчетом УМП 41 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).
[0095] Как описано выше, с помощью жидкости, циркулирующей 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.
[0096] 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.
[0097] 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.
[0098] 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.
[0099] Например, когда газ, который должен содержаться в УМП, представляет собой атмосферный воздух, блок дегазации в качестве блока 100 предварительной обработки и блока 200 растворения может исключаться. С другой стороны, когда 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 резервуаре 201 для растворения, проиллюстрированном на фиг.3A и 3B. В этом случае растворение газа и генерирование T-УМП, содержащих газ, выполняются одновременно в едином блоке. В частности, электродный T-УМП-модуль монтируется в резервуаре 201 растворения газа в качестве высоконапорной камеры, чтобы приводить в действие множественные нагреватели, размещаемые в модуле, и таким образом создается пленочное кипение. В этом случае, если T-УМП-модуль размещается на дне резервуара 201 растворения газа, тепло, вырабатываемое в результате приведения в действие нагревателя, нагревает жидкость в резервуаре растворения газа и создается конвекция Марангони. Следовательно, можно перемешивать жидкость в резервуаре растворения газа без обеспечения средства циркуляции или перемешивания.
[0100] Блоки для удаления примесей, как описано на фиг.11A-11C, могут предусматриваться в качестве части блока предварительной обработки выше по ходу от блока 300 генерирования T-УМП или могут предусматриваться как выше, так и ниже по ходу от него. Когда жидкость, подлежащая подаче 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, как проиллюстрировано на фиг.11A-11C, предусмотренных выше по ходу от блока 300 генерирования T-УМП, можно заранее удалять вышеописанные примеси и более эффективно формировать содержащую УМП жидкость с высокой степенью чистоты.
[0101] В частности, в случае обеспечения в блоке предварительной обработки блока удаления примесей с использованием катионообменных смол, проиллюстрированного на фиг.11A, применение анионообменных смол способствует эффективному формированию T-УМП-воды. Это обусловлено тем, что поскольку T-УМП формируют ультрамелкие пузырьки, имеющие отрицательные заряды, удаление анионных примесей, таких как гидроксид-ионы и хлорид-ионы, имеющих отрицательные заряды в блоке предварительной обработки, позволяет формировать T-УМП-воду с высокой степенью чистоты. Анионообменные смолы, используемые в этом случае, могут представлять собой как сильноосновные анионообменные смолы, имеющие четвертичную аммониевую группу, так и слабоосновные анионообменными смолами, имеющие первичную-третичную аминогруппы. Любая предпочтительная смола может применяться в зависимости от типа используемой жидкости. В случае использования в качестве жидкости водопроводной воды или чистой воды, обычно можно выполнить функцию в достаточной степени за счет только последних из названных слабоосновных анионообменных смол.
<<Жидкость и газ, применимые для содержащей T-УМП жидкости>>
[0102] 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.
[0103] 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.
<<Конкретный пример случая использования газообразного озона>>
[0104] В качестве конкретного примера описывается случай использования газообразного озона в качестве газового компонента. Во-первых, способ генерирования газообразного озона может представлять собой способ разряда, способ электролиза и способ на основе лампы с ультрафиолетовым излучением. Ниже последовательно описываются эти способы.
(1) Способ разряда
[0105] Существуют способ диэлектрического барьерного разряда и способ ползучего разряда. В способе диэлектрического барьерного разряда высокое напряжение переменного тока прикладывается с помощью кислородсодержащего газа, протекающего между парой электродов, размещаемых в форме параллельной пластины или в форме коаксиального цилиндра. Таким образом в кислородсодержащем газе происходит разряд, а затем формируется газообразный озон. Поверхность одного из или обоих из пары электродов должна быть покрыта диэлектриком, таким как стекло. Разряд происходит в газе (воздухе или кислороде) вместе с чередующимися варьированиями положительных и отрицательных зарядов на поверхности диэлектрика.
[0106] С другой стороны, в способе ползучего разряда поверхность плоского электрода покрыта диэлектриком, таким как керамика, и поверхность диэлектрика снабжена линейным электродом для приложения высокого напряжения переменного тока между плоским электродом и линейным электродом. Таким образом на поверхности диэлектрика происходит разряд и формируется газообразный озон.
(2) Способ электролиза
[0107] В воде обеспечивается пара электродов с пленкой электролита, размещенной между ними, и напряжение постоянного тока прикладывается между двумя электродами. Таким образом происходит электролиз воды и на стороне формирования кислорода одновременно с генерированием кислорода генерируется газообразный озон. Фактически используемый блок генерирования озона представляет собой блок, использующий пористый титан, включающий слой платинового катализатора на отрицательном полюсе, пористый титан, включающий слой катализатора на основе диоксида свинца на положительном полюсе, катионообменную пленку на основе перфтороктансульфоновой кислоты в качестве электролизной пленки и т.п. Согласно этому устройству, можно генерировать озон с высокой концентрацией в 20% по массе.
(3) Способ на основе лампы с ультрафиолетовым излучением
[0108] Газообразный озон генерируется путем облучения воздуха ультрафиолетовым излучением с использованием принципа, идентичного принципу создания озонового слоя Земли. В качестве лампы с ультрафиолетовым излучением обычно используется ртутная лампа.
[0109] В случае использования газообразного озона в качестве газового компонента, блок генерирования газообразного озона, применяющий вышеописанные способы (1)-(3), может дополнительно добавляться к устройству 1 генерирования УМП на фиг.1.
[0110] Далее описывается способ растворения таким образом сгенерированного газообразного озона. В дополнение к методу создания повышенного давления и растворения, проиллюстрированному на фиг.3A и 3B, могут быть предусмотрены предпочтительные методы для растворения газообразного озона в жидкости W, которые представляют собой "метод растворения воздушных пузырьков", "метод пленочного растворения" и "метод растворения в уплотненном слое". Ниже последовательно описываются эти три метода в сравнении друг с другом.
(i) Метод растворения воздушных пузырьков
[0111] В этом методе газообразный озон подмешивается в жидкость W в виде пузырьков и протекает с жидкостью W, подлежащей разжижению. Например, существуют метод формирования пузырьков (барботирования), в котором газообразный озон нагнетается в резервуар, хранящий жидкость W, со дна, эжекторный (струйный) метод, при котором в части трубы обеспечивается узкая секция, в которой протекает жидкость W, и газообразный озон нагнетается в эту узкую секцию, метод перемешивания жидкости W и газообразного озона насосом и т.п. Метод растворения воздушных пузырьков представляет собой относительно компактный способ растворения и также используется в водоочистных установках и т.п.
(ii) Метод пленочного растворения
[0112] В этом методе жидкость W протекает через пористую тефлоновую пленку, а газообразный озон протекает снаружи пористой тефлоновой пленки таким образом, что газообразный озон поглощается и растворяется в жидкости W.
(iii) Метод растворения в уплотненной стенке (слое)
[0113] В этом методе жидкость W протекает сверху уплотненной стенки, а газообразный озон протекает со дна, так что создаются противотоки газообразного озона и жидкости, и газообразный озон растворяется в жидкости W в уплотненной стенке.
[0114] В случае применения вышеописанных методов (i)-(iii), блок 200 растворения устройства 1 генерирования УМП может превращаться из блока, имеющего конфигурацию, проиллюстрированную на фиг.3A и 3B, в блок, имеющий конфигурацию, применяющую один из способов (i)-(iii).
[0115] В частности, газообразный озон с высокой степенью чистоты затруднительно обрабатывать вследствие токсичности, и приобретение и использование газообразного озона с высокой степенью чистоты в канистре с газом ограничено, если не подготовлена специальная окружающая среда. В этом отношении вода с растворенным озоном может безопасно и легко формироваться таким методом, как вышеописанный метод разряда, метод электролиза и метод на основе лампы с ультрафиолетовым излучением, в котором озон генерируется, исходя из поданного кислорода, и растворяется одновременно в воде и т.п.
[0116] Таким образом, весьма затруднительно генерировать озоновые микропузырьки/ультрамелкие пузырьки традиционным методом генерирования микропузырьков и ультрамелких пузырьков за счет введения газа (например, метода Вентури, метода вихревого потока, метода создания повышенного давления и растворения и т.п.). Хотя можно генерировать озоновые ультрамелкие пузырьки, исходя из воды с растворенным озоном, кавитационным методом и т.п., по-прежнему остаются проблемы, такие как укрупнение устройства и трудность в достижении высокой концентрации озоновых ультрамелких пузырьков.
[0117] Напротив, способ генерирования T-УМП особенно предпочтителен в том, что озоновые ультрамелкие пузырьки с высокой концентрацией могут генерироваться, исходя из воды с растворенным озоном.
<<Эффекты способа T-УМП-генерирования>>
[0118] 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.
[0119] 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.
[0120] 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 довольно большую энергию границы раздела газ-жидкость, Т-УМП не разрушаются легко в окружающей среде при нормальных условиях и могут храниться в течение длительного времени.
[0121] 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.
[0122] 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>>
[0123] 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.
[0124] - 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.
[0125] - 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.
[0126] - 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.
[0127] - 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.
[0128] - 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.
[01229] - 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.
[0130] 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
[0131] - 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.
[0132] - 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.
[0133] - 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.
[0134] - 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.
[0135] - 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.
[0136] - 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.
[0137] - 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.
[0138] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в процессе очистки воды для консервирования пищи, ожидается улучшение состояния консервирования пищи.
[0139] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в блоке обесцвечивания для обесцвечивания воды бассейна или подземной воды, ожидается более высокий эффект обесцвечивания.
[0140] - За счет содержащей Т-УМП жидкости, используемой для ремонта трещин в бетонных блоках, ожидается улучшение эффекта ремонта трещин бетонных блоков.
[0141] - 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
[0142] 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.
[0143] - 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.
[0144] - 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.
[0145] - 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.
[0146] - 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.
[0147] - За счет блока генерирования Т-УМП, предусмотренного в машинах для очистки и удаления загрязнений медицинских аппаратов, таких как медицинский робот, аппарат стоматологического назначения, резервуар 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
[0148] - 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.
[0149] - 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.
[0150] - 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 неинвазивной. В частности, возможно уменьшить повреждение нормальных тканей.
[0151] - Возможно создать нанопузырьковый препарат с использованием 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.
[0152] - 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.
[0153] 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.
[0154] 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 предварительной обработки, на котором выполняют заданную предварительную обработку жидкости; и
этап генерирования, на котором генерируют ультрамелкие пузырьки диаметром менее 1,0 мкм путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, предварительная обработка которой выполнена, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом,
при этом этап предварительной обработки включает первую обработку для удаления неорганического иона из жидкости с использованием катионообменной смолы и вторую обработку для многократной дегазации жидкости с помощью канала циркуляции жидкости.
2. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
этап предварительной обработки включает третью обработку для растворения заданного газа в жидкости.
3. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
этап предварительной обработки включает первую обработку для удаления примеси из жидкости, вторую обработку для дегазации жидкости после выполнения для неё первой обработки и третью обработку для растворения заданного газа в жидкости после выполнения её второй обработки.
4. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 2, в котором
заданный газ выбран из водорода, гелия, кислорода, азота, метана, фтора, неона, углекислого газа, озона, аргона, хлора, этана, пропана, воздуха и содержащей их газовой смеси.
5. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 2, в котором
в третьей обработке для растворения заданного газа в жидкости с достижением растворимости при насыщении используют метод создания повышенного давления и растворения.
6. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 2, в котором
заданный газ содержит газообразный озон, и
этап предварительной обработки дополнительно включает этап, на котором генерируют газообразный озон, используя по меньшей мере один из метода разряда, метода электролиза и метода на основе лампы с ультрафиолетовым излучением.
7. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 6, в котором
в третьей обработке газообразный озон растворяют в жидкости, используя по меньшей мере один из метода создания повышенного давления и растворения, метода растворения воздушных пузырьков, метода пленочного растворения и метода растворения в уплотненном слое.
8. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
во второй обработке в газовой части, включенной в хранящий жидкость резервуар, сбрасывают давление, газифицируя растворенный компонент, содержащийся в жидкости, и выпуская растворенный компонент из резервуара.
9. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
первая обработка дополнительно включает обработку для удаления отрицательного иона с использованием анионообменной смолы.
10. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
первая обработка дополнительно включает обработку для удаления органического вещества с использованием очистного фильтра.
11. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
первая обработка дополнительно включает обработку для удаления нерастворимого твердого вещества с использованием характеристик выпадения в осадок нерастворимого твердого вещества.
12. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, в котором
этап предварительной обработки и этап генерирования многократно выполняют для жидкости.
13. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, дополнительно содержащий:
этап сбора, на котором собирают содержащую ультрамелкие пузырьки жидкость, содержащую ультрамелкие пузырьки, сгенерированные на этапе генерирования.
14. Способ генерирования ультрамелких пузырьков по п. 1, дополнительно содержащий:
этап удаления, на котором удаляют примесь из содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные на этапе генерирования, после этапа генерирования; и
выполняют этап предварительной обработки снова после выполнения этапа удаления.
15. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков, содержащее:
блок предварительной обработки, выполненный с возможностью выполнять заданную предварительную обработку жидкости; и
блок генерирования, выполненный с возможностью генерировать ультрамелкие пузырьки диаметром менее 1,0 мкм путем побуждения нагревательного элемента, предусмотренного в жидкости, предварительная обработка которой выполнена, вырабатывать тепло для создания пленочного кипения на границе раздела между жидкостью и нагревательным элементом,
при этом блок предварительной обработки содержит блок удаления, выполненный с возможностью удалять неорганический ион с использованием катионообменной смолы, и блок дегазации, выполненный с возможностью многократно дегазировать жидкость с помощью канала циркуляции жидкости.
16. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок предварительной обработки дополнительно содержит блок растворения, выполненный с возможностью растворять заданный газ в жидкости.
17. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок предварительной обработки дополнительно содержит блок удаления, выполненный с возможностью удалять примесь из жидкости, блок дегазации, выполненный с возможностью дегазировать жидкость после выполнения её обработки блоком удаления, и блок растворения, выполненный с возможностью растворять заданный газ в жидкости после выполнения её обработки блоком дегазации.
18. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок генерирования содержит камеру, выполненную с возможностью хранить жидкость, заданная предварительная обработка которой выполняется блоком предварительной обработки, причем нагревательный элемент предусмотрен в этой камере, блок приведения в действие, выполненный с возможностью приводить в действие нагревательный элемент, и блок растворения, выполненный с возможностью растворять заданный газ в хранящейся в камере жидкости.
19. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по любому из пп. 16-18, в котором
заданный газ выбран из водорода, гелия, кислорода, азота, метана, фтора, неона, углекислого газа, озона, аргона, хлора, этана, пропана, воздуха и содержащей их газовой смеси.
20. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 16, в котором
блок растворения выполнен с возможностью использовать метод создания повышенного давления и растворения для растворения заданного газа в жидкости с достижением растворимости при насыщении.
21. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 16, в котором
заданный газ содержит газообразный озон, и
блок предварительной обработки выполнен с возможностью генерировать газообразный озон с использованием по меньшей мере одного из метода разряда, метода электролиза и метода на основе лампы с ультрафиолетовым излучением.
22. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 21, в котором
блок растворения выполнен с возможностью растворять газообразный озон в жидкости с использованием по меньшей мере одного из метода создания повышенного давления и растворения, метода растворения воздушных пузырьков, метода пленочного растворения и метода растворения в уплотненном слое.
23. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок дегазации выполнен с возможностью сбрасывать давление в газовой части, включенной в хранящий жидкость резервуар, газифицируя растворенный компонент, содержащийся в жидкости, и выпуская растворенный компонент из резервуара.
24. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок удаления дополнительно выполнен с возможностью удалять отрицательный ион с использованием анионообменной смолы.
25. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок удаления дополнительно выполнен с возможностью удалять органическое вещество с использованием очистного фильтра.
26. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, в котором
блок удаления дополнительно выполнен с возможностью удалять нерастворимое твердое вещество с использованием характеристик выпадения в осадок нерастворимого твердого вещества.
27. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, дополнительно содержащее:
блок, выполненный с возможностью снова подавать содержащую ультрамелкие пузырьки жидкость, содержащую ультрамелкие пузырьки, сгенерированные блоком генерирования, в блок предварительной обработки.
28. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, дополнительно содержащее:
блок постобработки, выполненный с возможностью удалять примесь из содержащей ультрамелкие пузырьки жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, сгенерированные блоком генерирования; и
тракт циркуляции, через который обработанная блоком постобработки жидкость подается в блок предварительной обработки.
29. Устройство генерирования ультрамелких пузырьков по п. 15, дополнительно содержащее:
блок, выполненный с возможностью собирать содержащую ультрамелкие пузырьки жидкость, содержащую ультрамелкие пузырьки, сгенерированные блоком генерирования.
