(57)【要約】【課題】微細気泡を安定して生成する。【解決手段】微細気泡生成ノズル２は、ノズル流路２０の上流側から順に連続する第１テーパ部２１２と、第１喉部２１３と、第１拡大部２２１と、第２テーパ部２２２と、第２喉部２２３と、第２拡大部２３１と、第３テーパ部２３２と、第３喉部２３３と、第３拡大部２３４とを備える。気体を加圧溶解させた加圧液は、第１テーパ部２１２において加速され、第１喉部２１３から第１拡大部２２１に向けて噴出される。これにより、加圧液に溶解している気体が微細気泡として液中に析出し、当該微細気泡はさらに微細化される。微細気泡含有液は、第２テーパ部２２２にて加速されて第２喉部２２３から第２拡大部２３１に向けて噴出され、第３テーパ部２３２にて加速されて第３喉部２３３から第３拡大部２３４に向けて噴出される。これにより、微細気泡がさらに微細化される。その結果、微細気泡を安定して大量に生成することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を加圧溶解させた加圧液から微細気泡を含む液体を生成する微細気泡生成ノズルであって、
加圧液が供給されるノズル流路の上流から下流に向かって流路面積が漸次減少する上流テーパ部と、
前記上流テーパ部の下流端に接続し、前記上流テーパ部からの流体を上流噴出口から噴出する上流喉部と、
前記上流噴出口に接続し、流路面積を拡大する拡大部と、
前記拡大部の下流端に接続し、上流から下流に向かって流路面積が漸次減少する下流テーパ部と、
前記下流テーパ部の下流端に接続し、前記下流テーパ部からの前記流体を下流噴出口から噴出する下流喉部と、
を備えることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の微細気泡生成ノズルであって、
前記上流テーパ部の内面および前記下流テーパ部の内面がそれぞれ、前記ノズル流路の中心軸を中心とする円錐面の一部であり、
前記中心軸を含む断面において、前記上流テーパ部の前記内面の成す角度、および、前記下流テーパ部の前記内面の成す角度がそれぞれ、９０°以下であることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の微細気泡生成ノズルであって、
前記上流喉部の長さが、前記上流喉部の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、
前記下流喉部の長さが、前記下流喉部の直径の１．１倍以上１０倍以下であることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルであって、
前記下流喉部の直径が、前記上流喉部の直径以上であることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルであって、
前記ノズル流路の中心軸を含む断面において、前記拡大部の前記上流噴出口から広がる面と前記中心軸との成す角度が、４５°以上９０°以下であることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルであって、
前記ノズル流路と同様の構造を有するもう１つのノズル流路と、
加圧液を前記ノズル流路と前記もう１つのノズル流路とに分岐させる分岐部と、
をさらに備えることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項７】
微細気泡生成装置であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルと、
加圧液を生成して前記微細気泡生成ノズルに供給する加圧液生成部と、
を備えることを特徴とする微細気泡生成装置。
【請求項８】
請求項７に記載の微細気泡生成装置であって、
前記加圧液生成部と前記微細気泡生成ノズルとを接続する加圧液流路と、
前記加圧液流路に設けられて前記加圧液流路内の加圧液の圧力を調整する調整弁と、
前記加圧液生成部内の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサからの出力に基づいて前記調整弁を制御する弁制御部と、
をさらに備えることを特徴とする微細気泡生成装置。
【請求項９】
微細気泡生成装置であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルと、
加圧液を生成して前記微細気泡生成ノズルに供給する加圧液生成部と、
前記微細気泡生成ノズルにて生成された液体が供給される対象液を貯溜する貯溜部と、
を備え、
前記微細気泡生成ノズルの前記下流噴出口が、前記ノズル流路の最下流の噴出口であり、
前記貯溜部の内面に、外側に向かって凹むとともに前記下流噴出口に接続され、前記下流噴出口から前記内面に至る流路面積を拡大する穴部が設けられることを特徴とする微細気泡生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を加圧溶解させた加圧液から微細気泡を含む液体を生成する微細気泡生成ノズル、および、当該微細気泡生成ノズルを備える微細気泡生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、直径が１ｍｍ以下の微細な気泡を含む液体が多様な分野で利用されており、液体中に微細気泡を発生させる様々な装置が提案されている。例えば、特許文献１の微細気泡発生装置では、流体旋回室内において気体と液体とが混合された混合流体を高速に旋回させ、旋回流に発生する剪断力により気泡が微細化される。そして、微細化された気泡が液体と共に供給される。
【０００３】
また、特許文献２の気液溶解混合装置では、管路を流れる混合流体が、ベンチュリ管を有する再分配器を通過した後、端面に複数のノズル孔が設けられたノズル部から噴出される。再分配器では、液体と管路の上部に集まった気泡とが、ベンチュリ管の喉部にて加速される。また、当該液体と気泡とは、ノズル部のダクト内において混合された後、気泡が液体内に分布した状態で、複数のノズル孔から噴出される。ノズル孔は、ダクトに比べて小さいため、ノズル孔を通過する液体は加速されて静圧が低くなる。このため、液体中に溶解している気体が微小気泡として析出する。また、液体に溶解していない気泡も、ノズル孔で加速される際の流れの乱れ等により細分化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２９２９０号公報
【特許文献２】特公平６−９３９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、直径が１μｍ未満の微細気泡（いわゆる、ナノバブル）を含む液体が、多様な分野において注目されており、微細気泡を安定して大量に生成し、微細気泡を含む液体を様々な流量で供給する技術が求められている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の装置では、旋回流を発生させる構造が複雑で設計パラメータが多いため、供給流量を変更した場合、微細気泡を安定的に生成するための設計に多大な時間を要する。また、供給流量を増大させる場合、水槽等に気泡と液体とを供給するためのノズルに加わる力が大きくなってしまう。ノズルに加わる力を軽減するために、生成された気泡を複数のノズルに分配することが考えられるが、特許文献１の装置では、装置の僅かな傾きによっても、生成された気泡が一方に偏ってしまい、複数のノズルにより均等に安定して気泡を供給することができない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、微細気泡を安定して生成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、気体を加圧溶解させた加圧液から微細気泡を含む液体を生成する微細気泡生成ノズルであって、加圧液が供給されるノズル流路の上流から下流に向かって流路面積が漸次減少する上流テーパ部と、前記上流テーパ部の下流端に接続し、前記上流テーパ部からの流体を上流噴出口から噴出する上流喉部と、前記上流噴出口に接続し、流路面積を拡大する拡大部と、前記拡大部の下流端に接続し、上流から下流に向かって流路面積が漸次減少する下流テーパ部と、前記下流テーパ部の下流端に接続し、前記下流テーパ部からの前記流体を下流噴出口から噴出する下流喉部とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微細気泡生成ノズルであって、前記上流テーパ部の内面および前記下流テーパ部の内面がそれぞれ、前記ノズル流路の中心軸を中心とする円錐面の一部であり、前記中心軸を含む断面において、前記上流テーパ部の前記内面の成す角度、および、前記下流テーパ部の前記内面の成す角度がそれぞれ、９０°以下である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の微細気泡生成ノズルであって、前記上流喉部の長さが、前記上流喉部の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、前記下流喉部の長さが、前記下流喉部の直径の１．１倍以上１０倍以下である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルであって、前記下流喉部の直径が、前記上流喉部の直径以上である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルであって、前記ノズル流路の中心軸を含む断面において、前記拡大部の前記上流噴出口から広がる面と前記中心軸との成す角度が、４５°以上９０°以下である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルであって、前記ノズル流路と同様の構造を有するもう１つのノズル流路と、加圧液を前記ノズル流路と前記もう１つのノズル流路とに分岐させる分岐部とをさらに備える。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、微細気泡生成装置であって、請求項１ないし６のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルと、加圧液を生成して前記微細気泡生成ノズルに供給する加圧液生成部とを備える。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の微細気泡生成装置であって、前記加圧液生成部と前記微細気泡生成ノズルとを接続する加圧液流路と、前記加圧液流路に設けられて前記加圧液流路内の加圧液の圧力を調整する調整弁と、前記加圧液生成部内の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサからの出力に基づいて前記調整弁を制御する弁制御部とをさらに備える。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、微細気泡生成装置であって、請求項１ないし６のいずれかに記載の微細気泡生成ノズルと、加圧液を生成して前記微細気泡生成ノズルに供給する加圧液生成部と、前記微細気泡生成ノズルにて生成された液体が供給される対象液を貯溜する貯溜部とを備え、前記微細気泡生成ノズルの前記下流噴出口が、前記ノズル流路の最下流の噴出口であり、前記貯溜部の内面に、外側に向かって凹むとともに前記下流噴出口に接続され、前記下流噴出口から前記内面に至る流路面積を拡大する穴部が設けられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、微細気泡を安定して生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態に係る微細気泡生成装置の断面図である。
【図２】混合ノズルの拡大断面図である。
【図３】微細気泡生成ノズルの拡大断面図である。
【図４】微細気泡生成ノズルの拡大断面図である。
【図５】他の微細気泡生成ノズルの拡大断面図である。
【図６】喉部間距離と微細気泡の密度との関係を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る微細気泡生成ノズルの断面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る微細気泡生成装置の断面図である。
【図９】水平流路の断面図である。
【図１０】堰止部を拡大して示す図である。
【図１１】液面の高さと気液接触面積の増加率との関係を示す図である。
【図１２】他の堰止部を拡大して示す図である。
【図１３】他の溶解流路部を示す断面図である。
【図１４】第４の実施の形態に係る微細気泡生成装置の断面図である。
【図１５】第５の実施の形態に係る微細気泡生成ノズルの断面図である。
【図１６】微細気泡生成ノズルを先端側から見た図である。
【図１７】第６の実施の形態に係る微細気泡生成ノズルの断面図である。
【図１８】微細気泡生成ノズルを先端側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細気泡生成装置１を示す断面図である。微細気泡生成装置１は、微細気泡生成ノズル２と、加圧液生成部３と、加圧液流路４と、貯溜部５とを備える。加圧液流路４は、加圧液生成部３と微細気泡生成ノズル２とを接続する。微細気泡生成ノズル２の先端部は、貯溜部５の側壁部５１に接続される。貯溜部５は、対象液９１を貯溜する。加圧液生成部３は、気体を液体に加圧溶解させた加圧液７１を生成し、加圧液流路４を介して加圧液７１を微細気泡生成ノズル２に供給する。微細気泡生成ノズル２は、加圧液７１から微細気泡を含む液体（以下、「微細気泡含有液７３」という。）を生成し、貯溜部５に貯溜された対象液９１に微細気泡含有液７３を供給する。
【００２０】
本実施の形態に係る微細気泡生成装置１では、加圧液生成部３により、水に空気を加圧溶解させた加圧液７１が生成される。また、微細気泡生成ノズル２により、直径が１μｍ未満の空気の微細気泡（いわゆる、ナノバブル）を含む水である微細気泡含有液７３が生成され、水である対象液９１中に供給される。図１では、図の理解を容易にするために、加圧液７１や対象液９１等の流体に破線にて平行斜線を付す（以下の類似の図においても同様）。なお、微細気泡生成装置１では、様々な種類の気体を様々な種類の液体に加圧溶解させた加圧液７１が利用されてよい。
【００２１】
加圧液生成部３は、混合ノズル３１と、溶解流路部３２と、ポンプ３３とを備える。加圧液生成部３では、ポンプ３３により混合ノズル３１に圧送された液体（本実施の形態では、水）と、外部から吸引された気体（本実施の形態では、空気）とが、混合ノズル３１により混合され、溶解流路部３２内に向けて噴出される。溶解流路部３２内は加圧されて大気圧よりも圧力が高い状態（以下、「加圧環境」という。）となっており、混合ノズル３１から噴出された液体と気体とが混合された流体（以下、「混合流体７２」という。）が、溶解流路部３２内を加圧環境下にて流れる間に、気体が液体に加圧溶解して加圧液７１が生成される。
【００２２】
図２は、混合ノズル３１を拡大して示す断面図である。混合ノズル３１は、ポンプ３３により圧送された液体が流入する液体流入口３１１と、気体が流入する気体流入口３１９と、液体流入口３１１から流入した液体および気体流入口３１９から流入した気体が混合された混合流体７２（図１参照）を噴出する混合流体噴出口３１２とを備える。液体流入口３１１、気体流入口３１９および混合流体噴出口３１２はそれぞれ略円形である。
【００２３】
液体流入口３１１から混合流体噴出口３１２に向かうノズル流路３１０の流路断面、および、気体流入口３１９からノズル流路３１０に向かう気体流路３１９１の流路断面も略円形である。流路断面とは、ノズル流路３１０や気体流路３１９１等の流路の中心軸に垂直な断面、すなわち、流路を流れる流体の流れに垂直な断面を意味する。また、以下の説明では、流路断面の面積を「流路面積」という。ノズル流路３１０は、流路面積が流路の中間部で小さくなるベンチュリ管状である。
【００２４】
混合ノズル３１は、液体流入口３１１から混合流体噴出口３１２に向かって順に連続して配置される導入部３１３と、第１テーパ部３１４と、喉部３１５と、気体混合部３１６と、第２テーパ部３１７と、導出部３１８とを備える。混合ノズル３１は、また、内部に気体流路３１９１が設けられた気体供給部３１９２を備える。
【００２５】
導入部３１３では、流路面積は、ノズル流路３１０の中心軸Ｊ１方向の各位置においてほぼ一定である。第１テーパ部３１４では、液体の流れる方向に向かって（すなわち、下流側に向かって）流路面積が漸次減少する。喉部３１５では、流路面積はほぼ一定である。喉部３１５の流路面積は、ノズル流路３１０において最も小さい。なお、ノズル流路３１０では、喉部３１５において流路面積が僅かに変化する場合であっても、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が喉部３１５と捉えられる。気体混合部３１６では、流路面積はほぼ一定であり、喉部３１５の流路面積よりも少し大きい。第２テーパ部３１７では、下流側に向かって流路面積が漸次増大する。導出部３１８では、流路面積はほぼ一定である。気体流路３１９１の流路面積もほぼ一定であり、気体流路３１９１は、ノズル流路３１０の気体混合部３１６に接続される。
【００２６】
混合ノズル３１では、液体流入口３１１からノズル流路３１０に流入した液体が、喉部３１５で加速されて静圧が低下し、喉部３１５および気体混合部３１６において、ノズル流路３１０内の圧力が大気圧よりも低くなる。これにより、気体流入口３１９から気体が吸引され、気体流路３１９１を通過して気体混合部３１６に流入し、液体と混合されて混合流体７２（図１参照）が生成される。混合流体７２は、第２テーパ部３１７および導出部３１８において減速されて静圧が増大し、混合流体噴出口３１２を介して溶解流路部３２内に噴出される。
【００２７】
図１に示すように、溶解流路部３２は、上下方向に積層される第１水平流路３２１と、第２水平流路３２２と、第３水平流路３２３と、第４水平流路３２４と、第５水平流路３２５とを備える。以下の説明では、第１水平流路３２１、第２水平流路３２２、第３水平流路３２３、第４水平流路３２４および第５水平流路３２５をまとめて指す場合、「水平流路３２１〜３２５」と呼ぶ。水平流路３２１〜３２５は、正確には、液体が流れる内部空間を形成する部位である。水平流路３２１〜３２５は、水平方向に延びる管路であり、水平流路３２１〜３２５の長手方向に垂直な断面は略矩形である。本実施の形態では、水平流路３２１〜３２５の幅は、約４０ｍｍである。
【００２８】
第１水平流路３２１の上流側の端部（すなわち、図１中の左側の端部）には、混合ノズル３１が取り付けられており、混合ノズル３１から噴出された後の混合流体７２は、加圧環境下にて図１中の右側に向かって流れる。本実施の形態では、混合ノズル３１から噴出された直後の混合流体７２は、第１水平流路３２１内の混合流体７２の液面よりも上方から噴出し、第１水平流路３２１の下流側の壁面（すなわち、図１中の右側の壁面）に衝突する前に、上記液面に直接衝突する。混合ノズル３１から噴出された混合流体７２を液面に直接衝突させるためには、第１水平流路３２１の長さを、混合ノズル３１の混合流体噴出口３１２（図２参照）の中心と第１水平流路３２１の下面との間の上下方向の距離の７．５倍よりも大きくすることが好ましい。
【００２９】
加圧液生成部３では、混合ノズル３１の混合流体噴出口３１２の一部または全体が、第１水平流路３２１内の混合流体７２の液面よりも下側に位置してもよい。これにより、上述と同様に、第１水平流路３２１内において、混合ノズル３１から噴出された直後の混合流体７２が、第１水平流路３２１内を流れる混合流体７２に直接衝突する。
【００３０】
第１水平流路３２１の下流側の端部の下面には、略円形の開口３２１ａが設けられており、第１水平流路３２１を流れる混合流体７２は、第１水平流路３２１の下方に位置する第２水平流路３２２へと開口３２１ａを介して落下する。なお、水平流路３２１〜３２５を流れる流体は、必ずしも気液混合状態であるとは限らないが、以下、単に、「混合流体７２」と呼ぶ（他の実施の形態においても同様である。）。第２水平流路３２２では、第１水平流路３２１から落下した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の右側から左側へと流れ、第２水平流路３２２の下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口３２２ａを介して、第２水平流路３２２の下方に位置する第３水平流路３２３へと落下する。第３水平流路３２３では、第２水平流路３２２から落下した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の左側から右側へと流れ、第３水平流路３２３の下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口３２３ａを介して、第３水平流路３２３の下方に位置する第４水平流路３２４へと落下する。図１に示すように、第１水平流路３２１〜第４水平流路３２４では、混合流体７２は、気泡を含む液体の層と、その上方に位置する気体の層に分かれている。
【００３１】
第４水平流路３２４では、第３水平流路３２３から落下した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の右側から左側へと流れ、第４水平流路３２４の下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口３２４ａを介して、第４水平流路３２４の下方に位置する第５水平流路３２５へと流入（すなわち、落下）する。第５水平流路３２５では、第１水平流路３２１〜第４水平流路３２４とは異なり、気体の層は存在しておらず、第５水平流路３２５内に充満する液体内において、第５水平流路３２５の上面近傍に気泡が僅かに存在する状態となっている。第５水平流路３２５では、第４水平流路３２４から流入した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の左側から右側へと流れる。
【００３２】
加圧液生成部３では、溶解流路部３２の水平流路３２１〜３２５を、段階的に緩急を繰り返しつつ上から下に流れ落ちる（すなわち、水平方向への流れと下方向への流れとを交互に繰り返しつつ流れる）混合流体７２において、気体が液体に徐々に加圧溶解する。第５水平流路３２５においては、液体中に溶解している気体の濃度は、加圧環境下における当該気体の（飽和）溶解度の６０％〜９０％にほぼ等しい。そして、液体に溶解しなかった余剰な気体が、第５水平流路３２５内において、視認可能な大きさの気泡として存在している。上下に隣接する水平流路３２１〜３２５における混合流体７２の流れの方向が逆向きであることにより、加圧液生成部３の小型が実現される。
【００３３】
溶解流路部３２は、第５水平流路３２５の下流側の上面から上方へと延びる余剰気体分離部３２６をさらに備え、余剰気体分離部３２６には混合流体７２が充満している。余剰気体分離部３２６の上下方向に垂直な断面は略矩形であり、余剰気体分離部３２６の上端部は、圧力調整用の絞り部３２７を介して大気開放されている。第５水平流路３２５を流れる混合流体７２の気泡は、余剰気体分離部３２６内を上昇して大気中に放出される。
【００３４】
このように、混合流体７２から余剰な気体が分離されることにより、少なくとも容易に視認できる大きさの気泡を実質的に含まない加圧液７１が生成され、第５水平流路３２５の下流側の端部（すなわち、図１中の右側の端部）に接続された加圧液流路４へと送出される。本実施の形態では、加圧液７１には、大気圧下における気体の（飽和）溶解度の約２倍以上の気体が溶解している。溶解流路部３２において水平流路３２１〜３２５を流れる混合流体７２の液体は、生成途上の加圧液７１と捉えることもできる。
【００３５】
微細気泡生成装置１は、調整弁６１と、圧力センサ６２と、弁制御部６３とをさらに備える。調整弁６１は、加圧液流路４に設けられて加圧液流路４内の加圧液７１の圧力を調整する。圧力センサ６２は、第１水平流路３２１の上方に配置され、加圧液生成部３の溶解流路部３２内の圧力を測定する。第１水平流路３２１の上方には、排気弁６４も設けられる。微細気泡生成装置１では、圧力センサ６２から出力された溶解流路部３２内の圧力の測定値が、予め定められた所定の圧力（好ましくは、０．１ＭＰａ〜０．４５ＭＰａ）となるように、弁制御部６３により調整弁６１が制御される。換言すれば、弁制御部６３は、圧力センサ６２からの出力に基づいて調整弁６１を制御する。これにより、温度変化により混合流体７２の粘度が変化しても、溶解流路部３２内の圧力変化が低減される。なお、調整弁６１は手動で操作されるものでもよい。溶解流路部３２から加圧液流路４へと導かれた加圧液７１は、微細気泡生成ノズル２に流入する。
【００３６】
図３は、微細気泡生成ノズル２を拡大して示す断面図である。微細気泡生成ノズル２は、それぞれが略円筒状の第１ノズル部２１、第２ノズル部２２および第３ノズル部２３が、加圧液流路４から貯溜部５に向かって（すなわち、上流から下流に向かって）順に連結されることにより形成される。第１ノズル部２１の上流側の端部は、加圧液流路４の下流側の端部に取り付けられる取付部２１９である。取付部２１９の下流端が、加圧液流路４から加圧液７１が流入するノズル入口２０１となる。第３ノズル部２３の下流端は、貯溜部５内の対象液９１（図１参照）に向かって開口するノズル出口２０２である。ノズル入口２０１およびノズル出口２０２はそれぞれ略円形である。ノズル入口２０１からノズル出口２０２に至るノズル流路２０の流路断面（すなわち、ノズル流路２０の中心軸Ｊ２に垂直な断面）も略円形である。
【００３７】
微細気泡生成ノズル２は、ノズル流路２０の上流側から順に連続する導入部２１１と、第１テーパ部２１２と、第１喉部２１３と、第１拡大部２２１と、第２テーパ部２２２と、第２喉部２２３と、第２拡大部２３１と、第３テーパ部２３２と、第３喉部２３３と、第３拡大部２３４とを備える。導入部２１１と、第１テーパ部２１２と、第１喉部２１３とは、第１ノズル部２１に形成される。第１拡大部２２１と、第２テーパ部２２２と、第２喉部２２３とは、第２ノズル部２２に形成される。第２拡大部２３１と、第３テーパ部２３２と、第３喉部２３３と、第３拡大部２３４とは、第３ノズル部２３に形成される。
【００３８】
導入部２１１の内面は、ノズル流路２０の中心軸Ｊ２を中心とする略円筒面であり、導入部２１１の流路面積はほぼ一定である。第１テーパ部２１２は、導入部２１１の下流端に接続する。第１テーパ部２１２の上流端における流路断面は、導入部２１１の下流端における流路断面と一致する。第１テーパ部２１２の内面は、中心軸Ｊ２を中心とする略円錐面の一部である。第１テーパ部２１２の流路面積は、ノズル流路２０の上流から下流に向かって（すなわち、加圧液７１の流れる方向に向かって）漸次減少する。中心軸Ｊ２を含む断面において、第１テーパ部２１２の内面の成す角度α１は、１０°以上９０°以下であることが好ましい。
【００３９】
第１喉部２１３は、第１テーパ部２１２の下流端に接続する。第１喉部２１３の上流端における流路断面は、第１テーパ部２１２の下流端における流路断面と一致する。第１喉部２１３の内面は、中心軸Ｊ２を中心とする略円筒面であり、第１喉部２１３の流路面積はほぼ一定である。第１喉部２１３の流路面積は、第１ノズル部２１において最も小さい。第１喉部２１３の中心軸Ｊ２が向く軸方向の長さは、好ましくは、第１喉部２１３の流路断面の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、より好ましくは、１．５倍以上２倍以下である。以下の説明では、流路の軸方向の長さを単に「長さ」といい、流路断面の直径を単に「直径」という。第１喉部２１３の下流端の開口は、第１テーパ部２１２から第１喉部２１３へと流入した流体を、噴流として下流側へと噴出する第１噴出口２１７である。なお、第１喉部２１３において流路面積が僅かに変化する場合であっても、第１ノズル部２１において、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が第１喉部２１３と捉えられる。
【００４０】
第１拡大部２２１は、第１喉部２１３の第１噴出口２１７に接続され、第１喉部２１３から流路面積を拡大する。第１拡大部２２１の内面は、第１噴出口２１７のエッジから径方向外側（すなわち、中心軸Ｊ２を中心とする径方向の外側）に広がる略円環状の第１面２２１ａと、第１面２２１ａの外周縁から下流側に向かって中心軸Ｊ２に平行に広がる略円筒状の第２面２２１ｂとを有する。中心軸Ｊ２を含む断面において、第１拡大部２２１の第１面２２１ａと中心軸Ｊ２との成す角度β１は、４５°以上９０°以下であることが好ましい。本実施の形態では、第１拡大部２２１の第１面２２１ａと中心軸Ｊ２との成す角度β１は９０°である。換言すれば、第１拡大部２２１の上流端における流路断面は、第１喉部２１３の第１噴出口２１７よりも大きく、当該流路断面の外周縁は、第１噴出口２１７のエッジから径方向外側に離間して第１噴出口２１７の周囲に位置する。
【００４１】
第２テーパ部２２２は、第１拡大部２２１の下流端に接続する。第２テーパ部２２２の上流端における流路断面は、第１拡大部２２１の下流端における流路断面と一致する。第２テーパ部２２２の内面は、中心軸Ｊ２を中心とする略円錐面の一部である。第２テーパ部２２２の流路面積は、上流から下流に向かって漸次減少する。中心軸Ｊ２を含む断面において、第２テーパ部２２２の内面の成す角度α２は、１０°以上９０°以下であることが好ましい。
【００４２】
第２喉部２２３は、第２テーパ部２２２の下流端に接続する。第２喉部２２３の上流端における流路断面は、第２テーパ部２２２の下流端における流路断面と一致する。第２喉部２２３の内面は、中心軸Ｊ２を中心とする略円筒面であり、第２喉部２２３の流路面積はほぼ一定である。第２喉部２２３の流路面積は、第２ノズル部２２において最も小さい。第２喉部２２３の長さは、好ましくは、第２喉部２２３の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、より好ましくは、１．５倍以上２倍以下である。第２喉部２２３の下流端の開口は、第２テーパ部２２２から第２喉部２２３へと流入した流体を、噴流として下流側へと噴出する第２噴出口２２７である。なお、第２喉部２２３において流路面積が僅かに変化する場合であっても、第２ノズル部２２において、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が第２喉部２２３と捉えられる。
【００４３】
第２拡大部２３１は、第２喉部２２３の第２噴出口２２７に接続され、第２喉部２２３から流路面積を拡大する。第２拡大部２３１の内面は、第２噴出口２２７のエッジから径方向外側に広がる略円環状の第１面２３１ａと、第１面２３１ａの外周縁から下流側に向かって中心軸Ｊ２に平行に広がる略円筒状の第２面２３１ｂとを有する。中心軸Ｊ２を含む断面において、第２拡大部２３１の第１面２３１ａと中心軸Ｊ２との成す角度β２は、４５°以上９０°以下であることが好ましい。本実施の形態では、第２拡大部２３１の第１面２３１ａと中心軸Ｊ２との成す角度β２は９０°である。換言すれば、第２拡大部２３１の上流端における流路断面は、第２喉部２２３の第２噴出口２２７よりも大きく、当該流路断面の外周縁は、第２噴出口２２７のエッジから径方向外側に離間して第２噴出口２２７の周囲に位置する。
【００４４】
第３テーパ部２３２は、第２拡大部２３１の下流端に接続する。第３テーパ部２３２の上流端における流路断面は、第２拡大部２３１の下流端における流路断面と一致する。第３テーパ部２３２の内面は、中心軸Ｊ２を中心とする略円錐面の一部である。第３テーパ部２３２の流路面積は、上流から下流に向かって漸次減少する。中心軸Ｊ２を含む断面において、第３テーパ部２３２の内面の成す角度α３は、１０°以上９０°以下であることが好ましい。
【００４５】
第３喉部２３３は、第３テーパ部２３２の下流端に接続する。第３喉部２３３の上流端における流路断面は、第３テーパ部２３２の下流端における流路断面と一致する。第３喉部２３３の内面は、中心軸Ｊ２を中心とする略円筒面であり、第３喉部２３３の流路面積はほぼ一定である。第３喉部２３３の流路面積は、第３ノズル部２３において最も小さい。第３喉部２３３の長さは、好ましくは、第３喉部２３３の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、より好ましくは、１．５倍以上２倍以下である。第３喉部２３３の下流端の開口は、第３テーパ部２３２から第３喉部２３３へと流入した流体を、噴流として下流側へと噴出する第３噴出口２３７である。なお、第３喉部２３３において流路面積が僅かに変化する場合であっても、第３ノズル部２３において、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が第３喉部２３３と捉えられる。好ましくは、第３喉部２３３の直径は、第２喉部２２３の直径以上であり、第２喉部２２３の直径は、第１喉部２１３の直径以上である。
【００４６】
第３拡大部２３４は、第３喉部２３３の第３噴出口２３７に接続され、第３喉部２３３から流路面積を拡大する。第３拡大部２３４の下流端は、ノズル出口２０２である。第３拡大部２３４の内面は、第３噴出口２３７のエッジから径方向外側に広がる略円環状の第１面２３４ａと、第１面２３４ａの外周縁から下流側に向かって中心軸Ｊ２に平行に広がる略円筒状の第２面２３４ｂとを有する。中心軸Ｊ２を含む断面において、第３拡大部２３４の第１面２３４ａと中心軸Ｊ２との成す角度β３は、４５°以上９０°以下であることが好ましい。本実施の形態では、第３拡大部２３４の第１面２３４ａと中心軸Ｊ２との成す角度β３は９０°である。換言すれば、第３拡大部２３４の上流端における流路断面は、第３喉部２３３の第３噴出口２３７よりも大きく、当該流路断面の外周縁は、第３噴出口２３７のエッジから径方向外側に離間して第３噴出口２３７の周囲に位置する。
【００４７】
本実施の形態では、第１テーパ部２１２と、第２テーパ部２２２と、第３テーパ部２３２とは同形状である。また、第１拡大部２２１と第２拡大部２３１とは同形状である。第１拡大部２２１、第２拡大部２３１および第３拡大部２３４の直径はそれぞれ、第１喉部２１３の直径、第２喉部２２３の直径および第３喉部２３３の直径の約４倍〜約５倍である。第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の直径はそれぞれ、上流から下流に向かうに従って増大することが望ましく、さらに望ましくは増大率が７％以下で増大することが望ましい。ここで増大率とは（下流の喉部の直径−上流の喉部の直径）÷下流の喉部の直径×１００（％）である。例えば、上流の喉部が第１喉部２１３とすると、下流の喉部は第２喉部２２３であり、上流の喉部が第２喉部２２３とすると、下流の喉部は第３喉部２３３である。
【００４８】
微細気泡生成ノズル２では、ノズル入口２０１からノズル流路２０に流入した加圧液７１は、第１テーパ部２１２において徐々に加速されつつ第１喉部２１３へと流入する。第１喉部２１３における加圧液７１の流速は、好ましくは秒速７ｍ〜３０ｍである。第１喉部２１３では、加圧液７１の静圧が低下するため、加圧液７１に溶解している気体が過飽和となって微細気泡として液中に析出する。微細気泡を含む液体、すなわち、微細気泡含有液７３は、第１噴出口２１７から第１拡大部２２１に向けて噴流として噴出される。第１拡大部２２１に噴出された微細気泡含有液７３中においても、微細気泡の析出は継続される。微細気泡は、第１噴出口２１７からの噴流により第１拡大部２２１内に生じる剪断力等により、さらに微細化される。
【００４９】
第１拡大部２２１を流れる微細気泡含有液７３は、第２テーパ部２２２において徐々に加速されつつ第２喉部２２３へと流入し、第２噴出口２２７から第２拡大部２３１に向けて噴流として噴出される。微細気泡含有液７３中の微細気泡は、当該噴流により第２拡大部２３１内に生じる剪断力等により、さらに微細化される。
【００５０】
第２拡大部２３１を流れる微細気泡含有液７３は、第３テーパ部２３２において徐々に加速されつつ第３喉部２３３へと流入し、第３噴出口２３７から第３拡大部２３４に向けて噴流として噴出される。微細気泡含有液７３中の微細気泡は、当該噴流により第３拡大部２３４内に生じる剪断力等により、さらに微細化される。微細気泡含有液７３は、第３拡大部２３４を通過して、貯溜部５内の対象液９１中へと拡散する。微細気泡生成ノズル２にて生成される微細気泡には、直径が１μｍ未満のいわゆるナノバブルが多く含まれる。
【００５１】
微細気泡を含む対象液９１は、図示省略の送出管を介して貯溜部５外に取り出され、様々な用途に使用される。対象液９１は、例えば、半導体装置の洗浄に使用される。また、貯溜部５から取り出された対象液９１を、加圧液生成部３のポンプ３３へと戻し、加圧液生成部３、加圧液流路４および微細気泡生成ノズル２を介して貯溜部５へと循環させてもよい。これにより、貯溜部５における対象液９１中の微細気泡の密度（すなわち、単位体積の対象液９１中に存在する微細気泡の個数）を増大させることができる。
【００５２】
微細気泡生成装置１では、微細気泡の生成を停止する際には、加圧液生成部３においてポンプ３３の駆動が停止される。そして、ポンプ３３から混合ノズル３１への液体の流れが停止するまでの間に排気弁６４が開放される。これにより、溶解流路部３２内の加圧された気体が、排気弁６４を介して外部へと放出される。その結果、溶解流路部３２内の気体の膨張により液体が混合ノズル３１およびポンプ３３へと逆流することを防止することができる。
【００５３】
図４は、微細気泡生成ノズル２の各部における圧力損失を説明するための図である。図４に示すように、導入部２１１および第１テーパ部２１２における圧力損失をΔＰａ１とし、第１喉部２１３における圧力損失をΔＰｂ１とする。また、第１拡大部２２１および第２テーパ部２２２における圧力損失をΔＰａ２とし、第２喉部２２３における圧力損失をΔＰｂ２とする。第２拡大部２３１および第３テーパ部２３２における圧力損失をΔＰａ３とし、第３喉部２３３における圧力損失をΔＰｂ３とする。第３拡大部２３４は、大気開放された貯溜部５内の対象液９１に向かって開放される短い流路である。したがって、第３拡大部２３４における圧力損失は小さいため、ここでは無視する。ノズル出口２０２における圧力を基準（ゼロ）とした場合のノズル入口２０１における圧力である入口圧力Ｐ０は、数１のように表される。入口圧力Ｐ０は、圧力センサ６２（図１参照）からの出力に基づいて弁制御部６３が調整弁６１を制御することにより、自動的に所定の圧力となる。本実施の形態では、入口圧力Ｐ０は、約０．１ＭＰａ〜約０．５ＭＰａである。
【００５４】
【数１】
2014104441.tif 000003
【００５５】
数１中のΔＰｂｉは、各喉部における圧力損失である。各喉部は短いため、各喉部における圧力損失ΔＰｂｉは、摩擦による損失を無視し、動圧による損失のみと見なすことができる。したがって、ΔＰｂｉは、各喉部における流速の二乗に比例する。
【００５６】
上述のように、各拡大部では、各拡大部の上流端に接続する喉部から噴出された噴流により生じる剪断力等により、微細気泡の更なる微細化が行われる。各喉部から拡大部に噴出された噴流の状態はおよそ相似であり、各拡大部において生じる剪断応力は喉部からの噴流の流速に比例する。したがって、当該剪断応力に起因すると考えられる剪断力、すなわち、微細気泡をさらに微細化する力は、喉部からの噴流の流速に比例する。換言すれば、各喉部からの噴流において微細気泡をさらに微細化する力は、各喉部における圧力損失ΔＰｂｉの平方根に比例する。このため、複数の喉部を設ける方が、喉部が１つである場合に比べて、気泡を微細化する力として圧力を有効に利用することができる。例えば、１つの喉部における圧力損失ΔＰｂｉを２００とすると、当該喉部にて気泡を微細化する力は１４．４（＝２００の平方根）であるが、当該喉部に代えて２つの喉部を設けた場合、２つの喉部において気泡を微細化する力は、２０（＝１００の平方根＋１００の平方根）となり、気泡を微細化する力が増大する。
【００５７】
微細気泡生成ノズル２では、微細気泡に所定の剪断力以上の力が働くことにより、当該微細気泡がさらに微細化されると考えられる。ただし、喉部から噴出される微細気泡含有液７３に含まれる全ての微細気泡が、１回の噴出で所望の大きさまで微細化される訳ではない。微細気泡生成ノズル２では、ノズル流路２０に複数の喉部が設けられるため、各喉部における圧力損失ΔＰｂｉは、喉部が１つのみ設けられる場合に比べて小さくなる。しかしながら、喉部からの噴流において微細気泡に働く剪断力は、上述のように、各喉部の圧力損失ΔＰｂｉの平方根に比例するため、圧力損失ΔＰｂｉがある程度小さくなっても、当該剪断力は、微細気泡をさらに微細化するに足る大きさ以上である。
【００５８】
このため、微細気泡生成ノズル２では、ノズル流路２０において複数の喉部を直列に配列し、微細気泡含有液７３の噴出を複数回行うことにより、微細気泡含有液７３中の微細気泡の更なる微細化を複数回行うことができる。その結果、微細気泡（ナノバブル）を安定して大量に生成することができる。ナノサイト社（NanoSight Limited)のＬＭ１０およびＬＭ２０による計測では、微細気泡生成ノズル２により、直径が約１００ｎｍを中心として１μｍ未満の範囲に分布するナノバブルが、１ｃｍ３の対象液９１中に約４億個生成される。なお、「微細気泡の直径」とは、上記測定装置にて測定される直径を指す。
【００５９】
微細気泡生成ノズル２では、ノズル流路２０の上流端であるノズル入口２０１から第１喉部２１３の第１噴出口２１７までにおける流体の圧力損失（＝ΔＰａ１＋ΔＰｂ１）は、ノズル入口２０１における加圧液７１の圧力である入口圧力Ｐ０の３０％以上であることが好ましい。これにより、第１喉部２１３および第１拡大部２２１において、加圧液７１から大量の微細気泡を析出させることができる。その結果、微細気泡生成ノズル２では、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。ここで、第１テーパ部２１２、第１喉部２１３、第１噴出口２１７、第１拡大部２２１、第２テーパ部２２２、第２喉部２２３および第２噴出口２２７をそれぞれ、上流テーパ部、上流喉部、上流噴出口、拡大部、下流テーパ部、下流喉部および下流噴出口と捉えると、上流喉部（第１喉部２１３）は、ノズル流路２０の最上流の喉部である。また、ノズル入口２０１から上流噴出口（第１噴出口２１７）までにおける流体の圧力損失は、上述のように、入口圧力Ｐ０の３０％以上であることが好ましい。
【００６０】
一方、第２テーパ部２２２、第２喉部２２３、第２噴出口２２７、第２拡大部２３１、第３テーパ部２３２、第３喉部２３３および第３噴出口２３７をそれぞれ、上流テーパ部、上流喉部、上流噴出口、拡大部、下流テーパ部、下流喉部および下流噴出口と捉えると、下流噴出口（第３噴出口２３７）は、ノズル流路２０の最下流の噴出口であり、第３拡大部２３４は、下流噴出口に接続されて流路面積を拡大する他の拡大部である。第３拡大部２３４が設けられることにより、貯溜部５内における対象液９１の流れが、第３噴出口２３７から噴出された直後の微細気泡含有液７３に対して影響を与えることを抑制することができる。これにより、第３噴出口２３７からの噴出直後の微細気泡含有液７３においても、微細気泡の更なる微細化が安定して行われるため、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。
【００６１】
上述のように、微細気泡生成ノズル２では、第１テーパ部２１２の内面が、ノズル流路２０の中心軸Ｊ２を中心とする円錐面の一部であり、図３に示すように、中心軸Ｊ２を含む断面において、第１テーパ部２１２の内面の成す角度α１が９０°以下である。これにより、第１テーパ部２１２における加圧液７１の圧力損失を抑制しつつ加圧液７１を速やかに加速することができる。また、導入部２１１および第１喉部２１３の直径を維持しつつ微細気泡生成ノズル２の長さを短くするという観点からは、第１テーパ部２１２の内面の成す角度α１が１０°以上であることが好ましい。
【００６２】
第２テーパ部２２２においても同様に、第２テーパ部２２２の内面が中心軸Ｊ２を中心とする円錐面の一部であり、第２テーパ部２２２の内面の成す角度α２が、１０°以上９０°以下であることにより、第２テーパ部２２２の長さを短くすることができるとともに、第２テーパ部２２２における微細気泡含有液７３の圧力損失を抑制しつつ微細気泡含有液７３を速やかに加速することができる。第３テーパ部２３２においても同様に、第３テーパ部２３２の内面が中心軸Ｊ２を中心とする円錐面の一部であり、第３テーパ部２３２の内面の成す角度α３が、１０°以上９０°以下であることにより、第３テーパ部２３２の長さを短くすることができるとともに、第３テーパ部２３２における微細気泡含有液７３の圧力損失を抑制しつつ微細気泡含有液７３を速やかに加速することができる。
【００６３】
微細気泡生成ノズル２では、上述のように、ノズル流路２０の上流から下流に向かうに従って、複数の喉部の直径が漸次増大することにより、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。また、第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の直径を全て約２．６０ｍｍにした場合も、微細気泡を安定して大量に生成することができる。以上のことから、微細気泡をより安定して大量に生成するためには、第３喉部２３３の直径は第２喉部２２３の直径以上であることが好ましく、第２喉部２２３の直径は第１喉部２１３の直径であることが好ましい。なお、微細気泡生成ノズル２では、第１喉部２１３の直径が第２喉部２２３の直径よりも僅かに大きい場合、および、第２喉部２２３の直径が第３喉部２３３の直径よりも僅かに大きい場合であっても、微細気泡を安定して大量に生成することができる。
【００６４】
上述のように、第１喉部２１３の長さは、第１喉部２１３の直径の１．１倍以上である。これにより、第１喉部２１３における流れが安定し、第１喉部２１３および第１噴出口２１７から噴出された噴流中において、微細気泡が安定して大量に生成される。さらに、第１噴出口２１７からの噴流により生じる剪断力等により、微細気泡の更なる微細化が安定的に行われる。また、第２喉部２２３および第３喉部２３３の長さはそれぞれ、第２喉部２２３および第３喉部２３３の直径の１．１倍以上である。これにより、第２喉部２２３および第３喉部２３３における流れが安定し、第２噴出口２２７および第３噴出口２３７からそれぞれ噴出された噴流により、微細気泡の更なる微細化が安定的に行われる。その結果、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。
【００６５】
第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の長さはそれぞれ、第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の直径の１０倍以下である。これにより、第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３のそれぞれにおいて、流体に生じる抵抗が過剰に大きくなることを防止することができるとともに、第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の高精度な形成を容易とすることもできる。微細気泡をより一層安定して大量に生成するという観点からは、第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の長さはそれぞれ、第１喉部２１３、第２喉部２２３および第３喉部２３３の直径の１．５倍以上２倍以下であることが、さらに好ましい。
【００６６】
微細気泡生成ノズル２では、中心軸Ｊ２を含む断面において、第１拡大部２２１の第１面２２１ａと中心軸Ｊ２との成す角度β１、第２拡大部２３１の第１面２３１ａと中心軸Ｊ２との成す角度β２、および、第３拡大部２３４の第１面２３４ａと中心軸Ｊ２との成す角度β３がそれぞれ、９０°である。これにより、各拡大部に向けて喉部の噴出口から噴出される噴流に対して、拡大部の内面が与える影響を低減することができる。その結果、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。
【００６７】
図５は、他の好ましい微細気泡生成ノズルを示す断面図である。図５に示す微細気泡生成ノズル２ａでは、第１拡大部２２１、第２拡大部２３１および第３拡大部２３４において、上述の角度β１、β２およびβ３がそれぞれ４５°である。第１拡大部２２１の第１面２２１ａ、第２拡大部２３１の第１面２３１ａ、および、第３拡大部２３４の第１面２３４ａはそれぞれ、中心軸Ｊ２を中心とする略円錐面の一部である。第１拡大部２２１の流路面積は、第１噴出口２１７から第１面２２１ａと第２面２２１ｂとの境界まで漸次増大し、当該境界から第２面２２１ｂの下流端まで一定である。第２拡大部２３１および第３拡大部２３４の流路面積においても同様である。微細気泡生成ノズル２ａにおいても、各拡大部に向けて喉部の噴出口から噴出される噴流に対して、拡大部の内面が与える影響を低減することができる。その結果、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。これらのことから、上述の角度β１、β２およびβ３をそれぞれ、４５°以上９０°以下とすることにより、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。
【００６８】
図４に示す微細気泡生成ノズル２では、第１拡大部２２１と第２テーパ部２２２との合計長さ、すなわち、第１喉部２１３の下流端である第１噴出口２１７と第２喉部２２３の上流端との間の距離（以下、「喉部間距離」という。）Ｌ１は、第１拡大部２２１の直径の約４．６倍である。また、第２喉部２２３の第２噴出口２２７と第３喉部２３３の上流端との間の喉部間距離Ｌ２は、第２拡大部２３１の直径の約４．６倍である。
【００６９】
図６は、図３および図４に示す微細気泡生成ノズル２において、第１拡大部２２１および第２拡大部２３１の長さを変更して、喉部間距離Ｌ１，Ｌ２を変更した場合に生成される微細気泡の密度を示す図である。図６に示すように、喉部間距離Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ拡大部の直径の約４．６倍である微細気泡生成ノズル２では、喉部間距離Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ拡大部の直径の約３．２倍である場合、および、約６倍である場合に比べて、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。微細気泡をより安定して大量に生成するという観点からは、喉部間距離Ｌ１は第１拡大部２２１の直径の３．５倍以上５．５倍以下であることが好ましく、喉部間距離Ｌ２は第２拡大部２３１の直径の３．５倍以上５．５倍以下であることが好ましい。
【００７０】
微細気泡生成ノズル２は、上述のように、第１ノズル部２１、第２ノズル部２２および第３ノズル部２３を連結することにより形成される。第１ノズル部２１、第２ノズル部２２および第３ノズル部２３を個別に製造することにより、微細気泡生成ノズル２を容易かつ高精度に製造することができる。また、微細気泡生成ノズル２を第１ノズル部２１、第２ノズル部２２および第３ノズル部２３に分解することにより、微細気泡生成ノズル２のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００７１】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る微細気泡生成装置の微細気泡生成ノズル２ｂを拡大して示す断面図である。第２の実施の形態に係る微細気泡生成装置は、図３に示す微細気泡生成ノズル２に代えて、微細気泡生成ノズル２とは先端部の構造が異なる微細気泡生成ノズル２ｂを備える。また、貯溜部５の微細気泡生成ノズル２ｂが取り付けられる部位の形状が、図１に示すものと異なる。その他の構成は、図１に示す微細気泡生成装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【００７２】
図７に示す微細気泡生成ノズル２ｂでは、図３に示す微細気泡生成ノズル２から第３拡大部２３４が省略される。したがって、微細気泡生成ノズル２ｂの第３噴出口２３７は、ノズル流路２０の最下流の噴出口であり、かつ、ノズル流路２０の下流端であるノズル出口２０２となる。
【００７３】
図７に示すように、貯溜部５の側壁部５１には貫通孔５３０が設けられる。貫通孔５３０には、貯溜部５の外側から微細気泡生成ノズル２ｂの先端部が挿入され、微細気泡生成ノズル２ｂが側壁部５１に取り付けられる。これにより、貯溜部５の側壁部５１の内面５２に、外側に向かって窪む穴部５３が設けられる。穴部５３の底面５３ａは、微細気泡生成ノズル２ｂの先端面である。微細気泡生成ノズル２ｂの第３噴出口２３７は、穴部５３の底面５３ａの中央部に位置し、穴部５３に接続される。穴部５３の底面５３ａは、微細気泡生成ノズル２ｂの中心軸Ｊ２を中心とする略円環面であり、第３噴出口２３７のエッジから径方向外側に広がる。穴部５３の内側面５３ｂは、微細気泡生成ノズル２ｂの中心軸Ｊ２を中心とする略円筒面であり、中心軸Ｊ２に垂直な穴部５３の断面は略円形である。
【００７４】
穴部５３は、第３噴出口２３７から貯溜部５の側壁部５１の内面５２に至る流路面積を、第３喉部２３３に比べて拡大する。すなわち、穴部５３は、図３に示す微細気泡生成ノズル２の第３拡大部２３４と同様の役割を果たす。貯溜部５に穴部５３が設けられることにより、微細気泡生成ノズル２ｂに第３拡大部２３４を設けることなく、貯溜部５内における対象液９１（図１参照）の流れが、第３噴出口２３７から噴出された直後の微細気泡含有液７３に対して影響を与えることを抑制することができる。これにより、第３噴出口２３７からの噴出直後の微細気泡含有液７３においても、微細気泡の更なる微細化が安定して行われるため、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。
【００７５】
図８は、第３の実施の形態に係る微細気泡生成装置１ａを示す断面図である。微細気泡生成装置１ａでは、加圧液生成部３が、図１に示す溶解流路部３２とは構造が異なる溶解流路部３２ａを備える。その他の構成は、図１に示す微細気泡生成装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【００７６】
図８に示すように、溶解流路部３２ａは、上側から下側に向かって順に配列される第１水平流路３２１と、第２水平流路３２２と、第３水平流路３２３と、第４水平流路３２４と、第５水平流路３２５とを備える。水平流路３２１〜３２５は、アングル状に湾曲した接続流路３２０にて直列に接続される。水平流路および接続流路３２０の内面は、例えば、鏡面仕上げされている。図９は、図８中の矢印Ａ−Ａの位置における水平流路３２１〜３２５の縦断面を示す図である。水平流路３２１〜３２５の長手方向に垂直な断面は略円形である。
【００７７】
図８に示すように、第１水平流路３２１の上流側の端部（すなわち、図８中の左側の端部）には、図１と同様に、混合流体７２を噴出する混合ノズル３１が取り付けられる。混合流体７２は、第１水平流路３２１内の混合流体７２の液面よりも上方にて混合ノズル３１から噴出され、当該液面に直接衝突する。なお、混合ノズル３１の混合流体噴出口３１２（図２参照）の一部または全体が、第１水平流路３２１内の混合流体７２の液面よりも下側に位置してもよい。これにより、混合ノズル３１から噴出された直後の混合流体７２が、第１水平流路３２１内を流れる混合流体７２に直接衝突する。
【００７８】
図８および図９に示すように、第１水平流路３２１の下流側の端部の下部には、堰止部３４が設けられる。第１水平流路３２１内において堰止部３４が混合流体７２の流れを妨げることにより、混合流体７２が第１水平流路３２１内に滞留するようにして貯溜される。混合流体７２は、堰止部３４を越えるようにして溢れて、接続流路３２０内を落下して第２水平流路３２２の上流側の端部に流れ込む。
【００７９】
第２水平流路３２２では、混合流体７２が加圧環境下にて図８中の右側から左側へと流れる。第２水平流路３２２においても、下流側の端部の下部に堰止部３４が設けられる。第２水平流路３２１内において堰止部３４が混合流体７２の流れを妨げることにより、混合流体７２が第２水平流路３２１内に滞留するようにして貯溜される。混合流体７２は、堰止部３４を越えて溢れ、接続流路３２０内を落下して第３水平流路３２２の上流側の端部に流れ込む。
【００８０】
第３水平流路３２３および第４水平流路３２４においても、同様に、堰止部３４が設けられ、混合流体７２が貯溜される。このように、堰止部３４は、水平流路の下部に固定されて当該下部を塞ぐ部位である。第３および第４水平流路３２３，３２４の端部では、混合流体７２が次の水平流路に向かって落下する。第３水平流路３２３では、混合流体７２が加圧環境下にて図１中の左側から右側へと流れ、第４水平流路３２４では、混合流体７２が加圧環境下にて右側から左側へと流れる。第１水平流路３２１〜第４水平流路３２４では、混合流体７２は、気体に接しつつ気体の下方を流れる。
【００８１】
第５水平流路３２５では、第１ないし第４水平流路３２１〜３２４とは異なり、堰止部３４は設けられない。第５水平流路３２５内には気体の層は存在しておらず、第５水平流路３２５内に充満する液体内において、第５水平流路３２５の上面近傍に気泡が僅かに存在する状態となっている。第５水平流路３２５では、第４水平流路３２４から流入した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の左側から右側へと流れる。第５水平流路３２５は、他の水平流路３２１〜３２４よりも長い。
【００８２】
加圧液生成部３では、水平流路３２１〜３２５および接続流路３２０を、段階的に緩急を繰り返しつつ上から下に流れ落ちる（すなわち、水平方向への流れと下方向への流れとを交互に繰り返しつつ流れる）混合流体７２において、気体が液体に徐々に加圧溶解する。第５水平流路３２５においては、液体中に溶解している気体の濃度は、加圧環境下における当該気体の（飽和）溶解度の６０％〜９０％にほぼ等しい。そして、液体に溶解しなかった余剰な気体が、第５水平流路３２５内において、視認可能な大きさの気泡として存在している。上下に隣接する水平流路における混合流体７２の流れの方向が逆向きであることにより、加圧液生成部３の小型が実現される。
【００８３】
図１０は、水平流路の断面と共に堰止部３４を拡大して示す図である。堰止部３４は、上端３４１が水平かつ流路の伸びる方向に垂直な直線状であり、最下部に、水平流路に沿って堰止部３４を貫通する微小貫通孔３４２を有する。上端３４１の上側は、堰止部３４から溢れる混合流体７２が流れる開口３５である。溶解流路部３２ａを製造する際には、まず、水平流路の断面と同じ大きさの円板に、微小貫通孔３４２および半円状の開口３５を形成した板部材が準備される。そして、各水平流路３２１〜３２４と接続流路３２０との間に上記板部材を挟むようにして溶接が行われる。
【００８４】
堰止部３４が設けられることにより、第１ないし第４水平流路３２１〜３２４では、混合流体７２の温度や粘度が変化しても、液面の高さ、すなわち、水位がおよそ一定に維持される。これにより、第１ないし第４水平流路３２１〜３２４において気体と混合流体７２との接触面積がおよそ一定に維持される。その結果、設計時に、加圧液７１の生産能力を計算により容易に予測することができる。また、加圧液７１の生産量を変化させても、単位体積当たり所望の量の気体が溶解した加圧液７１を容易に得ることができる。
【００８５】
特に、加圧液生成部３に、食品や薬品等のように衛生的な清潔さ（いわゆる、サニタリー特性）が求められる場合や、半導体処理等に用いられる超純水等の高度なクリーン度が求められる場合、流路を形成する管の断面は、鏡面加工が容易な円形であることが好ましく、サニタリー仕様の円形の管は容易に入手することができる。
【００８６】
流路断面が円形の場合、図１１に示すように、液面が流路の中央から上下に離れるほど、液面の僅かな上下動により気液接触面積が大きく変動する。図１１では、水平流路の半径の大きさを「１」と表現し、気液接触面積増加率の絶対値が大きいほど、液面高さ変動に対する気液接触面積の変化が大きいことを示している。堰止部３４が設けられない場合、加圧液７１の生産量に依存して液面の高さが大きく変動する。したがって、水平流路の断面が円形である場合に、堰止部３４が設けられることが特に好ましい。液面の高さが、図１１において、０．８〜１．２に維持されることが好ましい。また、堰止部３４により気液接触面積が広く維持可能であることから、加圧液生成部３の小型化も実現される。
【００８７】
さらに、流路断面が円形であることにより、流路の耐圧性能を向上することができる。これにより、管壁を薄くすることができる。なお、流路の内側面の断面が円形であれば、流路の外形は矩形等の他の形状であってもよい。
【００８８】
堰止部３４は、第１ないし第４水平流路３２１〜３２４内において、下流側の接続流路３２０との間に、すなわち、混合流体７２が次の水平流路に向かう直前の位置に設けられるため、各水平流路内において気体と液体との接触面積を大きくすることができる。その結果、加圧液７１の生産能力を向上することができる。
【００８９】
堰止部３４には、微小貫通孔３４２が設けられるため、加圧液７１が生産される間、堰止部３４にて堰止められた混合流体７２の一部は、微小貫通孔３４２から次の水平流路へと流れ出す。微小貫通孔３４２から流れ出す混合流体７２の量は少なく、堰止部３４から混合流体７２が溢れる状態は維持される。例えば、微小貫通孔３４２から流れ落ちる混合流体７２の量は、堰止部３４を越える混合流体７２の１／５以下、より好ましくは１／１０以下である。一方、微小貫通孔３４２が設けられることにより、加圧液７１の生産を停止した後に、溶解流路部３２ａ内に残留する液体を自然に加圧液流路４側、すなわち、溶解流路部３２ａの外部へと排出することができる。したがって、溶解流路部３２ａにサニタリー特性が求められる場合に、溶解流路部３２ａに微小貫通孔３４２が設けられることが特に好ましい。
【００９０】
図８に示すように、溶解流路部３２ａは、第５水平流路３２５の下流側の上面から上方へと延びる余剰気体分離部３２６をさらに備え、余剰気体分離部３２６には混合流体７２が充満している。余剰気体分離部３２６は、下部が２つの分かれてそれぞれ第５水平流路３２５に接続され、上部では１つに繋がっている。余剰気体分離部３２６の各管路も、断面は円形である。余剰気体分離部３２６の上端部は、絞り部３２７を介して大気開放されている。第５水平流路３２５を流れる混合流体７２の気泡は、余剰気体分離部３２６内を上昇して余剰な混合流体７２と共に放出される。余剰気体分離部３２６の下部が２つに分かれることにより、余剰気体の分離がより確実に行われる。なお、余剰気体分離部３２６の下部は、３つ以上に分かれていてもよいし、１つだけでもよい。
【００９１】
このように、混合流体７２から余剰な気体が分離されることにより、少なくとも容易に視認できる大きさの気泡を実質的に含まない加圧液７１が生成され、第５水平流路３２５の下流側の端部（すなわち、図１中の右側の端部）に接続された加圧液流路４へと送出される。本実施の形態では、加圧液７１には、大気圧下における気体の（飽和）溶解度の約２倍以上の気体が溶解している。溶解流路部３２ａにおいて水平流路３２１〜３２５および接続流路３２０を流れる混合流体７２は、生成途上の加圧液７１と捉えることもできる。
【００９２】
微細気泡生成装置１ａは、図１に示す微細気泡生成装置１と同様に、調整弁６１と、圧力センサ６２と、弁制御部６３とをさらに備える。本実施の形態では、調整弁６１として比例制御弁が利用されるが、調整弁６１は、リリーフ弁、通常のバルブ、固定絞り等の他の種類の弁であってもよい。第１水平流路３２１の上方には、排気弁６４も設けられる。微細気泡生成装置１ａでは、圧力センサ６２から出力された溶解流路部３２ａ内の圧力の測定値が、予め定められた所定の圧力（好ましくは、０．１ＭＰａ〜０．４５ＭＰａ）となるように、弁制御部６３により調整弁６１が制御される。溶解流路部３２ａから加圧液流路４へと導かれた加圧液７１は、微細気泡生成ノズル２に流入する。
【００９３】
図１２は、堰止部の他の例を示す図である。図１２に示す堰止部３４ａは、水平流路内において、水平かつ流路の伸びる方向に垂直な方向に設けられた梁状の部材である。混合流体７２は、堰止部３４の上端３４１を越えて次の水平流路へと流れ落ちる。また、堰止部３４の下端と水平流路の下部との間の隙間が、微小貫通孔３４２として機能する。図１２の堰止部３４ａの作用および効果は、図１０に示すものと同様である。
【００９４】
図１３は、溶解流路部３２ａの余剰気体分離部３２６以外の部位の他の例を示す図である。図１３の溶解流路部３２ａでは、堰止部３４として、図１０に示すものから微小貫通孔３４２が省かれたものが設けられる。また、溶解流路部３２ａでは、微小貫通孔３４２に代えて、堰止部３４の上流側に上下に並ぶ水平流路を繋ぐバイパス流路３６が設けられる。すなわち、第１水平流路３２１の堰止部３４の上流側に、第１水平流路３２１と第２水平流路３２２とを上下に繋ぐバイパス流路３６が設けられ、第２水平流路３２２の堰止部３４の上流側に、第２水平流路３２２と第３水平流路３２３とを上下に繋ぐバイパス流路３６が設けられ、第３水平流路３２３と第４水平流路３２４との間、第４水平流路３２４と第５水平流路３２５との間にも同様にバイパス流路３６が設けられる。上下に並ぶ水平流路は、接続流路３２０にて連絡するが、バイパス流路３６は、これらの水平流路を別途連絡する微小流路である。微細気泡生成装置１ａおよび溶解流路部３２ａの他の構造は、図８に示すものと同様である。
【００９５】
図１３に示す溶解流路部３２ａにおいても、図８と同様に、堰止部３４が設けられることにより、第１ないし第４水平流路３２１〜３２４では、混合流体７２の液面の高さがおよそ一定に維持される。これにより、気体と液体との接触面積がおよそ一定に維持される。その結果、単位体積当たり所望の量の気体が溶解した加圧液７１を容易に得ることができる。また、混合流体７２が次の水平流路に向かう直前の位置に堰止部３４が設けられるため、各水平流路内において気体と液体との接触面積を大きくすることができる。
【００９６】
堰止部３４の上流側には、バイパス流路３６が設けられるため、加圧液７１が生産される間、堰止部３４にて堰止められた混合流体７２の一部は、バイパス流路３６から次の水平流路へと流れ落ちる。バイパス流路３６から流れ落ちる混合流体７２の量は少なく、堰止部３４から混合流体７２が溢れる状態は維持される。バイパス流路３６を流れ落ちる混合流体７２の量は、堰止部３４を越える混合流体７２の１／５以下、より好ましくは１／１０以下である。一方、バイパス流路３６が設けられることにより、図８の場合と同様に、加圧液７１の生産を停止した後に、溶解流路部３２ａ内に残留する液体を自然に加圧液流路４側へと流出させることができる。
【００９７】
図８の堰止部３４が有する図１０の微小貫通孔３４２、図１２の微小貫通孔３４２、および、図１３のバイパス流路３６は、いずれも、堰止部３４，３４ａよりも上流側の水平流路内の空間（すなわち、堰止部３４，３４ａにより混合流体７２が貯溜される空間の下部）と、堰止部３４，３４ａよりも下流側の空間とを連絡し、上流側の水平流路内に貯溜される混合流体７２の一部を、堰止部３４，３４ａよりも下流側の空間へと導く連絡流路として機能する。このような機能を有する連絡流路は、図１０、図１２および図１３に示す構造により容易に実現することができるが、連絡流路はこれらの構造には限定されない。例えば、堰止部３４により貯溜される混合流体７２を接続流路３２０へと導く連絡流路が設けられてもよい。また、バイパス流路３６は、堰止部３４から上流側に離れて設けられてもよい。
【００９８】
図１４は、第４の実施の形態に係る微細気泡生成装置１ｂを示す断面図である。微細気泡生成装置１ｂでは、加圧液生成部３と微細気泡生成ノズル２との間にフィルタ８が配置される。その他の構成は、図１に示す微細気泡生成装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【００９９】
図１４に示す微細気泡生成装置１ｂでは、加圧液７１がフィルタ８を通過することにより、加圧液７１中のパーティクルが除去される。パーティクルは、原水、ポンプ３３、混合ノズル３１、流路等から発生する。フィルタ８が除去可能なパーティクルの最小径（パーティクルを球体とみなした場合の最小径）は、加圧液７１が微細気泡生成ノズル２を通過することにより生成される微細気泡の直径の最頻値、すなわち、最も個数が多い気泡の直径よりも小さい。具体的には、フィルタ８の通孔の平均幅が、微細気泡の直径の最頻値よりも小さい。換言すれば、フィルタ８が除去可能なパーティクルのサイズは、微細気泡の最頻サイズよりも小さい。ただし、フィルタ８が除去可能なパーティクルの最小径（サイズ）が、フィルタ８の製造者から提供されている場合は、その値を最小径とみなしてよい。
【０１００】
微細気泡生成装置１ｂでは、フィルタ８を通過する時点では、加圧液７１中に微細気泡は存在しない、または、存在する気泡の大部分がフィルタ８に捕獲されない非常に微小なものである。したがって、加圧液７１中のパーティクルは、フィルタ８により除去されるが、加圧液７１中に溶解している気体は、フィルタ８を通過する。そして、加圧液７１が微細気泡生成ノズル２を通過することにより、加圧液７１から大量の微細気泡が生成される。
【０１０１】
仮に、微細気泡を含む液体を生成した後に、フィルタを用いて当該液体からパーティクルを除去しようとすると、液体内の微細気泡がフィルタに捕獲されてしまい、フィルタにて大きな気泡が発生して微細気泡の数が減少したり、フィルタの処理流量が低下する等の現象が生じるおそれがある。微細気泡生成装置１ｂでは、微細気泡生成ノズル２よりも上流側において、加圧液７１がフィルタ８を通過することにより、微細気泡を含み、かつ、パーティクルが除去された液体を生成することが実現される。
【０１０２】
微細気泡生成装置１ｂでは、溶解流路部３２とフィルタ８との間の加圧液流路４上に、フィルタ８よりも通孔の平均幅が大きい補助フィルタが設けられてもよい。補助フィルタが除去可能なパーティクルの最小径は、フィルタ８が除去可能なパーティクルの最小径よりも大きいため、補助フィルタにより、加圧液７１中の大きなパーティクルが除去され、フィルタ８により、十分に小さいパーティクルが除去される。その結果、フィルタ８の寿命を長くすることができる。目の細かいフィルタ８は高価であるため、上述のように補助フィルタを設けることにより、フィルタ８のランニングコストを低減することができる。
【０１０３】
例えば、補助フィルタは最小径が１０００ｎｍ以上のパーティクルを除去し、フィルタ８は最小径が１００ｎｍ以上のパーティクルを除去する。場合によっては、フィルタ８は、最小径が３０ｎｍや１５ｎｍのパーティクルを除去する。半導体装置の製造工程において、図１４に示す微細気泡生成装置１ｂをウエハの洗浄装置の洗浄液生成に使用する場合、半導体回路の最小線幅が１９ｎｍであれば、例えば、ナノバブルの直径の最頻値は１００ｎｍ程度であり、フィルタ８により除去されるパーティクルの最小径は１５ｎｍ程度である。
【０１０４】
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置の微細気泡生成ノズル２ｃを拡大して示す断面図である。図１６は、微細気泡生成ノズル２ｃを先端側（下流端側）から見た図である。第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置は、図３に示す微細気泡生成ノズル２に代えて、微細気泡生成ノズル２と異なる構造を有する微細気泡生成ノズル２ｃを備える。その他の構成は、図１に示す微細気泡生成装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【０１０５】
図１５および図１６に示すように、微細気泡生成ノズル２ｃは、中心軸Ｊ３を中心とする略円柱状である。微細気泡生成ノズル２ｃは、２つのノズル流路２０と、第１分岐部２５１と、第２分岐部２５２と、第３分岐部２５３と、導出部２６とを備える。２つのノズル流路２０は同様の構造を有し、図１５に示すように、中心軸Ｊ３に平行に並列に配置される。各ノズル流路２０は、図３に示す微細気泡生成ノズル２のノズル流路２０と同様に、上流側から順に連続する導入部２１１と、第１テーパ部２１２と、第１喉部２１３と、第１拡大部２２１と、第２テーパ部２２２と、第２喉部２２３と、第２拡大部２３１と、第３テーパ部２３２と、第３喉部２３３と、第３拡大部２３４とを備える。導入部２１１は、２つのノズル流路２０により共有される。各テーパ部、各喉部および各拡大部の形状は、図３に示すノズル流路２０とほぼ同様である。
【０１０６】
導入部２１１の下流端には、２つの第１テーパ部２１２が接続する。２つの第１テーパ部２１２の間には、中心軸Ｊ３上に位置する第１分岐部２５１が配置される。本実施の形態では、第１分岐部２５１の外側面は、２つの第１テーパ部２１２の内側面である。加圧液流路４から導入部２１１へと導かれた加圧液７１（図１参照）は、第１分岐部２５１により、２つの第１テーパ部２１２に分岐する。換言すれば、第１分岐部２５１は、加圧液７１を２つのノズル流路２０に分岐させる。
【０１０７】
各第１テーパ部２１２に分岐した加圧液７１は、第１喉部２１３の第１噴出口２１７から第１拡大部２２１へと噴出される。上述のように、第１喉部２１３および第１拡大部２２１では、加圧液７１に溶解している気体が微細気泡として析出し、当該微細気泡は、噴流により生じる剪断力等によりさらに微細化される。２つの第１拡大部２２１は、下流部にて合流しており、各第１拡大部２２１を流れる微細気泡含有液７３（図１参照）は、第２テーパ部２２２に流入する前に合流する。
【０１０８】
２つの第２テーパ部２２２の間には、中心軸Ｊ３上に位置する第２分岐部２５２が配置される。微細気泡含有液７３は、第２分岐部２５２により、２つの第２テーパ部２２２に分岐する。各第２テーパ部２２２に分岐した微細気泡含有液７３は、第２喉部２２３の第２噴出口２２７から第２拡大部２３１へと噴出される。これにより、微細気泡含有液７３中の微細気泡がさらに微細化される。２つの第２拡大部２３１は、第１拡大部２２１と同様に下流部にて合流しており、各第２拡大部２３１を流れる微細気泡含有液７３は、第３テーパ部２３２に流入する前に合流する。
【０１０９】
２つの第３テーパ部２３２の間には、中心軸Ｊ３上に位置する第３分岐部２５３が配置される。微細気泡含有液７３は、第３分岐部２５３により、２つの第３テーパ部２３２に分岐する。各第３テーパ部２３２に分岐した微細気泡含有液７３は、第３喉部２３３の第３噴出口２３７から第３拡大部２３４へと噴出される。これにより、微細気泡含有液７３中の微細気泡がさらに微細化される。２つの第３拡大部２３４の下流端は、導出部２６に接続しており、各第３噴出口２３７から第３拡大部２３４へと噴出された微細気泡含有液７３は、導出部２６を介して貯溜部５内の対象液９１（図１参照）中に供給される。
【０１１０】
微細気泡生成ノズル２ｃでは、並列に配置される複数のノズル流路２０を設けることにより、第１噴出口２１７、第２噴出口２２７および第３噴出口２３７の直径を大きくすることなく、あるいは、これらの直径の増大を抑制しつつ、対象液９１に対する微細気泡含有液７３の供給量を増大させることができる。これにより、微細気泡含有液７３の噴出により微細気泡生成ノズル２ｃに加わる力の増大を抑制することができる。また、貯溜部５および微細気泡生成装置の大型化を抑制することができる。このように、微細気泡生成ノズル２ｃを利用することにより、微細気泡含有液７３の流量の変更、すなわち、微細気泡の供給量の変更に容易に対応することができる。
【０１１１】
微細気泡生成ノズル２ｃでは、第１分岐部２５１よりも上流側において気体は加圧液７１中に溶解しており、加圧液７１中に均等に存在している。したがって、第１分岐部２５１により複数のノズル流路２０に分岐する際に、気体がいずれかのノズル流路２０に偏ってしまうことが防止される。その結果、複数のノズル流路２０から噴出される微細気泡の量を均等とすることができる。また、複数の第１拡大部２２１の下流部、および、複数の第２拡大部２３１の下流部が合流しているため、複数のノズル流路２０から噴出される微細気泡の量をさらに均等とすることができる。
【０１１２】
図１に示す微細気泡生成装置１では、加圧液流路４が２つの配管に分岐され、２つの配管の先端に設けられた２つの微細気泡生成ノズル２から、貯溜部５内の対象液９１へと微細気泡含有液７３が供給されてもよい。上述のように、加圧液流路４内の加圧液７１では、気体は加圧液７１中に溶解しており、加圧液７１中に均等に存在している。したがって、加圧液流路４を複数の配管に分岐する際に、気体がいずれかの配管に偏ってしまうことが防止される。その結果、複数の微細気泡生成ノズル２から噴出される微細気泡の量を均等とすることができる。
【０１１３】
図１７は、本発明の第６の実施の形態に係る微細気泡生成装置の微細気泡生成ノズル２ｄを拡大して示す断面図である。図１８は、微細気泡生成ノズル２ｄを先端側（下流端側）から見た図である。第６の実施の形態に係る微細気泡生成装置は、図３に示す微細気泡生成ノズル２に代えて、微細気泡生成ノズル２と異なる構造を有する微細気泡生成ノズル２ｄを備える。その他の構成は、図１に示す微細気泡生成装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【０１１４】
図１７および図１８に示すように、微細気泡生成ノズル２ｄは、中心軸Ｊ３を中心とする略円柱状である。微細気泡生成ノズル２ｄは、７つのノズル流路２０と、第１分岐部２５１と、第２分岐部２５２と、第３分岐部２５３と、導出部２６とを備える。７つのノズル流路２０は互いに同様の構造を有し、中心軸Ｊ３に平行に並列に配置される。具体的には、１つのノズル流路２０が中心軸Ｊ３上に位置し、他の６つのノズル流路２０が、中心軸Ｊ３上のノズル流路２０の周囲に等角度間隔にて配列される。
【０１１５】
図１７に示すように、各ノズル流路２０は、図３に示す微細気泡生成ノズル２のノズル流路２０と同様に、上流側から順に連続する導入部２１１と、第１テーパ部２１２と、第１喉部２１３と、第１拡大部２２１と、第２テーパ部２２２と、第２喉部２２３と、第２拡大部２３１と、第３テーパ部２３２と、第３喉部２３３と、第３拡大部２３４とを備える。導入部２１１は、７つのノズル流路２０により共有される。各テーパ部、各喉部および各拡大部の形状は、図３に示すノズル流路２０とほぼ同様である。
【０１１６】
導入部２１１の下流端には、７つの第１テーパ部２１２が接続する。７つの第１テーパ部２１２の間には第１分岐部２５１が配置される。また、７つの第２テーパ部２２２の間には第２分岐部２５２が配置され、７つの第３テーパ部２３２の間には第３分岐部２５３が配置される。７つの第１拡大部２２１、および、７つの第２拡大部２３１は、それぞれの下流部にて合流する。７つの第３拡大部２３４の下流端は、導出部２６に接続する。
【０１１７】
微細気泡生成ノズル２ｄでは、加圧液流路４から導入部２１１へと導かれた加圧液７１が、第１分岐部２５１により、７つのノズル流路２０に分岐する。ノズル流路２０では、加圧液７１に溶解している気体が微細気泡として析出し、微細気泡の更なる微細化が行われる。そして、各ノズル流路２０の第３噴出口２３７から第３拡大部２３４へと噴出された微細気泡含有液７３が、導出部２６を介して貯溜部５内の対象液９１中に供給される。
【０１１８】
微細気泡生成ノズル２ｄでは、図１５に示す微細気泡生成ノズル２ｃと同様に、並列に配置される複数のノズル流路２０を設けることにより、第１噴出口２１７、第２噴出口２２７および第３噴出口２３７の直径を大きくすることなく、あるいは、これらの直径の増大を抑制しつつ、対象液９１に対する微細気泡含有液７３の供給量を増大させることができる。これにより、微細気泡含有液７３の噴出により微細気泡生成ノズル２ｄに加わる力の増大を抑制することができる。また、貯溜部５および微細気泡生成装置の大型化を抑制することができる。このように、微細気泡生成ノズル２ｄを利用することにより、微細気泡含有液７３の流量の変更、すなわち、微細気泡の供給量の変更に容易に対応することができる。
【０１１９】
微細気泡生成ノズル２ｄでは、第１分岐部２５１よりも上流側において気体は加圧液７１中に溶解しており、加圧液７１中に均等に存在している。したがって、第１分岐部２５１により複数のノズル流路２０に分岐する際に、気体がいずれかのノズル流路２０に偏ってしまうことが防止される。その結果、複数のノズル流路２０から噴出される微細気泡の量を均等とすることができる。また、複数の第１拡大部２２１の下流部、および、複数の第２拡大部２３１の下流部が合流しているため、複数のノズル流路２０から噴出される微細気泡の量をさらに均等とすることができる。
【０１２０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【０１２１】
上述の微細気泡生成ノズルでは、第１テーパ部２１２、第２テーパ部２２２および第３テーパ部２３２の内面は、必ずしも略円錐面の一部である必要はなく、例えば、略円錐面よりも内側に凸状に膨らむ曲面や、略円錐面よりも外側に凹状に膨らむ曲面であってもよい。また、図７に示す例とは異なる構造であっても、第３噴出口２３７から噴出された直後の微細気泡含有液７３が、貯溜部５内における対象液９１の流れの影響をあまり受けないように微細気泡生成ノズルが配置されるのであれば、微細気泡生成ノズルから第３拡大部２３４が省略されてよい。
【０１２２】
上述の微細気泡生成ノズルでは、ノズル流路２０の流路断面は円形には限定されず、例えば、矩形であってもよい。流路断面が円形ではない場合、第１喉部２１３の長さは、好ましくは、第１喉部２１３の有効直径の１．１倍以上１０倍以下（より好ましくは、１．５倍以上２倍以下）である。第２喉部２２３および第３喉部２３３においても同様である。これにより、流体に生じる抵抗が過剰に大きくなることを防止しつつ、微細気泡を安定して大量に生成することができる。また、好ましくは、第１喉部２１３の有効直径は、第２喉部２２３の有効直径以下であり、第２喉部２２３の有効直径は、第３喉部２３３の有効直径以下である。これにより、微細気泡をより安定して大量に生成することができる。
【０１２３】
図３に示す微細気泡生成ノズル２について、入口圧力Ｐ０やノズル流路２０の各部の大きさ等に関する上記条件下では、３つの喉部を有する構造が、２つの喉部を有する構造、および、４つの喉部を有する構造よりも、微細気泡を安定して大量に生成することができる。微細気泡生成ノズルでは、入口圧力Ｐ０等の条件の変更に合わせて、ノズル流路２０に直列に設けられる複数の喉部の個数が、様々に変更されてよい。例えば、第１テーパ部２１２と、第１喉部２１３と、第１拡大部２２１と、第２テーパ部２２２と、第２喉部２２３とを備え、第２喉部２２３の第２噴出口２２７から対象液９１へと微細気泡含有液７３を噴出する微細気泡生成ノズルが、微細気泡生成装置において利用されてもよい。
【０１２４】
加圧液生成部３では、混合ノズル３１から供給される気体が、加圧液流路４に到達するまでに全て液体に溶解するのであれば、余剰気体分離部３２６は省略されてもよい。溶解流路部３２，３２ａでは、５つの水平流路３２１〜３２５は、必ずしも上下方向に積層される必要はなく、各水平流路における混合流体の流れる方向が同じになるように、階段状に配置されてもよい。また、水平流路の数も５つには限定されず、様々に変更されてよい。ただし、混合ノズル３１が取り付けられる水平流路から落下した混合流体が流れるもう１つの流路が設けられることにより、液体に加圧溶解する気体の量を増大させることができる。
【０１２５】
加圧液生成部は、上述の構造を有するものには限定されず、様々な構造を有するものが利用されてよい。例えば、加圧されたタンクの上部から液体を噴霧すると同時に気体を送り込み、タンク内にて加圧溶解が行われる加圧タンクが加圧液生成部として利用されてもよい。また、上記実施の形態では、混合ノズル３１において、気体混合部３１６におけるノズル流路３１０内の圧力が大気圧よりも低くなることにより、気体流入口３１９から気体が吸引されるが、気体流入口３１９にボンベ等が接続されることにより、気体混合部３１６におけるノズル流路３１０内の圧力が大気圧以上の状態で、気体流入口３１９を介して気体混合部３１６に気体が供給されてもよい。
【０１２６】
上述の微細気泡生成装置は、直径が１μｍ以上１ｍｍ未満の微細気泡（いわゆる、マイクロバブル）の生成に利用されてもよい。この場合も、上記実施の形態と同様に、マイクロバブルを安定して大量に生成することができる。
【０１２７】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１，１ａ，１ｂ    微細気泡生成装置
２，２ａ〜２ｄ    微細気泡生成ノズル
３    加圧液生成部
４    加圧液流路
５    貯溜部
２０    ノズル流路
５２    内面
５３    穴部
６１    調整弁
６２    圧力センサ
６３    弁制御部
７１    加圧液
７３    微細気泡含有液
２１２    第１テーパ部
２１３    第１喉部
２１７    第１噴出口
２２１    第１拡大部
２２１ａ    （第１拡大部の）第１面
２２２    第２テーパ部
２２３    第２喉部
２２７    第２噴出口
２３１    第２拡大部
２３１ａ    （第２拡大部の）第１面
２３２    第３テーパ部
２３３    第３喉部
２３７    第３噴出口
２５１    第１分岐部
Ｊ２    （ノズル流路の）中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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