JP2020138164A5

JP2020138164A5 - ウルトラファインバブル生成装置、ウルトラファインバブルの製造方法、及びウルトラファインバブル含有液

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Publication number: JP2020138164A5
Application number: JP2019036529A
Authority: JP
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2039-02-28

Description

本発明は、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブルの生成装置、ウルトラファインバブルの製造方法、及びウルトラファインバブル含有液に関する。

本発明は、液体を加熱可能に構成された発熱素子を有する発熱部と、前記発熱素子を駆動することで液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させるように構成された駆動手段と、前記駆動手段を制御するための制御手段と、を備えるウルトラファインバブル生成装置であって、前記ウルトラファインバブル生成装置は、液体に含有させるウルトラファインバブルの濃度の目標値を設定するための濃度設定手段と、液体中に前記濃度の目標値のウルトラファインバブルを生成するために必要な生成時間の目標値を設定するための生成時間設定手段と、を更に備え、前記制御手段が、前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値に応じて、ウルトラファインバブルの生成速度を調整することを特徴とする。

図１２（ａ）は本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａの概略構成を示す図である。ここに示すＵＦＢ生成装置１Ａは、上述の基本構成において示したものと同様に、前処理装置１００、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、回収ユニット５００を備える。但し、本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａでは、後処理ユニット４００で生成されたＵＦＢ含有液を溶解ユニット２００に導く還流経路４５０が設けられている。具体的には、後処理ユニット４００の液体導出路４３４（図１１（ｃ）参照）において導出バルブ４３３の上流側に還流経路４５０の一端が接続され、還流経路４５０の他端が溶解ユニット２００の溶解容器２０１（図３参照）に接続されている。さらに、還流経路４５０には、同経路４５０の連通、遮断を切換える循環バルブ４５１が設けられている。

また、図１２において、２１０は溶解ユニット２００の気体導入路２０５に設けられた気体導入バルブを、２１１は溶解ユニット２００の液体導入路２０４に設けられた液体導入バルブを示している。以下の説明において、これらのバルブ２１０、２１１をまとめて導入バルブ２１２とも言う。導入バルブ２１２、導出バルブ４３３及び循環バルブ４５１は以下に説明する制御部１０００によって制御される。

続いて、Ｓ１０４からＵＦＢを生成するための前準備を行う。まず、Ｓ１０４において導出バルブ４３３を閉じ、Ｓ１０５において循環バルブ４５１を開く。次に、導入バルブ２１２（気体導入バルブ２１０及び液体導入バルブ２１１（図１２参照））を閉じる。この後、Ｓ１０６において導入バルブ２１２を開く。これにより、溶解ユニット２００からＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び還流経路４５０を経て再び溶解ユニット２００へと戻る循環経路が形成され、ここに液体が供給される。

次に、Ｓ１１０では、Ｓ１０２で設定された目標生成時間が経過しているかを判定する。判定結果がＮｏの場合、すなわち目標生成時間が経過していない場合には、Ｓ１１１に進む。

Ｓ１１２では、Ｓ１１１で確認された動作発熱素子の数が、Ｓ１００において確認した動作発熱素子の数より減少しているかを判定する。すなわちＵＦＢの生成開始後（発熱素子の駆動後）の動作発熱素子の数（第１の動作発熱素子数）が、ＵＦＢの生成開始前（発熱素子の駆動前）の動作発熱素子数より減少しているかを判定する。また、Ｓ１１０～Ｓ１１３の処理を繰り返す間に行われるＳ１１２の判定では、前回の発熱素子の動作状況の確認処理によって確認した動作発熱素子数より今回の確認処理によって確認された動作発熱素子数が減少しているかを判定する。そして判定結果がＹｅＳの場合にはＳ１１３へ進み、判定結果がＮｏの場合にはＳ１１０に戻って処理を継続する。

Ｓ１０９でＵＦＢの生成を開始してから一定の時間が経過すると、Ｓ１１０では、還流経路４５０内を循環している現在のＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を計測部５０００によって計測する。計測部としては、拡大鏡とカメラを用いて光学的にＵＦＢ含有液のＵＦＢの数を計数してＵＦＢ濃度を計測する計測方式や、Ｚ電位を計測することによってＵＦＢ濃度を計測する方式等が知られているが、いずれの濃度検知方式を採るものも適用可能である。

この後、Ｓ１１５において循環バルブ４５１を閉じると共に、Ｓ１１６において導出バルブ４３３を開く。これにより、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００から後処理ユニット４００を経て生成されたＵＦＢ含有液は回収ユニット５００へと排出される。以上により、一連のＵＦＢ含有液の生成処理は終了する。

＜第２の実施形態の変形例＞
次に、第２の実施形態の変形例を説明する。前述の図１７に示す第２の実施形態では、計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度より低い場合に、ＵＦＢ生成速度を上昇させる例を示した。これに対し、この変形例では、計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度より低い場合には、図１７に示す第２の実施形態と同様にＵＦＢ生成速度を上昇させ、計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度より高まった場合には、ＵＦＢ生成速度を低下させる制御を行う。このようにＵＦＢ生成速度をＵＦＢ進捗濃度に応じて上昇、低下させることにより、目標のＵＦＢ濃度を有する目標生成量のＵＦＢ含有液を、より正確に目標の生成時間で生成することが可能になる。以下、図１８のフローチャートに沿って本変形例において実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を説明する。なお、図１８のＳ２００～Ｓ２１３の処理は、図１７のＳ２００～Ｓ２１３の処理と同様であるため、説明を省略する。

図１９に示す点１０７０４は、生成時間Ｔ３（＝６０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ濃度Ｄ３（＝６．０ｅ７個／ｍＬ）を示し、一点鎖線１０７１４が生成時間の経過に伴うＵＦＢ濃度推定値を示している。ここでＵＦＢ濃度Ｄ３は、生成時間Ｔ３（＝６０秒）が経過した時点でのＵＦＢ進捗濃度（＝６．０ｅ７個／ｍＬ）と同一の値であるため、Ｓ２１４及びＳ２２５の判定処理による判定結果がいずれもＮｏとなり、ＵＦＢ生成速度を維持したまま処理を継続する。図１９における一点鎖線１０７１５が生成時間に伴って増大するＵＦＢ濃度推定値を示している。

Claims

液体を加熱可能に構成された発熱素子を有する発熱部と、
前記発熱素子を駆動することで液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させるように構成された駆動手段と、
前記駆動手段を制御するための制御手段と、を備えるウルトラファインバブル生成装置であって、
前記ウルトラファインバブル生成装置は、
液体に含有させるウルトラファインバブルの濃度の目標値を設定するための濃度設定手段と、
液体中に前記濃度の目標値のウルトラファインバブルを生成するために必要な生成時間の目標値を設定するための生成時間設定手段と、を更に備え、
前記制御手段が、前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値に応じて、ウルトラファインバブルの生成速度を調整することを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記駆動手段によって駆動される前記発熱素子の駆動周波数と発熱量の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部は、前記発熱素子を複数含み、
前記制御手段は、複数の前記発熱素子のうち、前記駆動手段の駆動対象となる前記発熱素子の数を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部は、前記発熱素子を複数含み、
前記駆動手段の駆動対象となる前記発熱素子のうち、ウルトラファインバブルを生成可能な状態にある動作発熱素子の数を推定する推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記推定手段によって推定された前記動作発熱素子の数に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記推定手段は、前記発熱素子の駆動前と駆動後の少なくとも一方において前記動作発熱素子の数を推定することを特徴とする請求項４に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記発熱素子の駆動後に推定された前記動作発熱素子の数が、前記発熱素子の前記駆動後に推定された前記動作発熱素子の数より少ない場合には、前記駆動手段の駆動対象となる前記発熱素子の数の増加、前記発熱素子の駆動周波数の上昇、及び前記発熱素子の発熱量の増大のいずれかを実行させるように、前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項５に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値とに基づいて、前記ウルトラファインバブルの生成時間と対応付けたウルトラファインバブルの進捗濃度を設定する進捗濃度設定手段と、
前記ウルトラファインバブルの生成開始後に前記液体のウルトラファインバブルの濃度を計測する濃度計測手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記濃度計測手段によって計測された計測濃度と、当該計測濃度の計測時に対応する前記進捗濃度と、に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値とに基づいて、前記ウルトラファインバブルの生成時間と対応付けたウルトラファインバブルの進捗濃度を設定する進捗濃度設定手段と、
前記ウルトラファインバブルの生成開始後に前記液体のウルトラファインバブルの濃度を計測する濃度計測手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記濃度計測手段によって計測された計測濃度と、当該計測濃度の計測時に対応する前記進捗濃度と、前記発熱素子の駆動後に推定された前記動作発熱素子の数と、に基づいて前記生成速度を制御することを特徴とする請求項１ないし６に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記計測濃度が当該計測濃度に対応する前記進捗濃度より低い場合には、前記生成速度を上昇させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項７または８に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記計測濃度が当該計測濃度に対応する前記進捗濃度より高い場合には、前記生成速度を低下させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項９に記載のウルトラファインバブル生成装置。
液体にウルトラファインバブルを生成させるウルトラファインバブルの製造方法であって、
液体に含有させるウルトラファインバブルの濃度の目標値を設定するための濃度設定工程と、
液体中に前記濃度の目標値のウルトラファインバブルを生成するために必要な生成時間の目標値を設定するための生成時間設定工程と、
液体を加熱可能な発熱素子を駆動することで液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させる駆動工程と、を備え、
前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値とに応じて前記ウルトラファインバブルの生成速度を調整することを特徴とするウルトラファインバブルの製造方法。
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置によって生成されたウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液。