知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許7433840ウルトラファインバブル含有液の作製装置、及びウルトラファインバブル含有液の作製方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-09
(45)【発行日】2024-02-20
(54)【発明の名称】ウルトラファインバブル含有液の作製装置、及びウルトラファインバブル含有液の作製方法
(51)【国際特許分類】
B01B 1/00 20060101AFI20240213BHJP
B01F 21/00 20220101ALI20240213BHJP
B01F 23/20 20220101ALI20240213BHJP
B01F 23/2375 20220101ALI20240213BHJP
B01F 25/50 20220101ALI20240213BHJP
B01F 35/90 20220101ALI20240213BHJP
【ＦＩ】
B01B1/00
B01F21/00
B01F23/20
B01F23/2375
B01F25/50
B01F35/90
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019199116
(22)【出願日】2019-10-31
(65)【公開番号】P2021069994
(43)【公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-10-27
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山田 顕季
(72)【発明者】
【氏名】久保田 雅彦
(72)【発明者】
【氏名】山本 輝
(72)【発明者】
【氏名】今仲 良行
(72)【発明者】
【氏名】柳内 由美
(72)【発明者】
【氏名】石永 博之
(72)【発明者】
【氏名】尾崎 照夫
(72)【発明者】
【氏名】樫野 俊雄
【審査官】目代 博茂
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第２０４３９５７９５（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２００７－０２１３９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０４２７３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００３２２３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開昭６０－０１９００４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ１／００－１／７８
Ｂ０１Ｂ１／００－１／０８
Ｂ０１Ｄ１／００－８／００
Ｂ０１Ｄ１９／００－１９／０４
Ｂ０１Ｆ２１／００－２５／９０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体入力部から供給された液体を用いて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を作製し、当該作製したウルトラファインバブル含有液を液体出力部に出力する作製部と、
前記作製部の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記作製部は、
独立して動作可能な複数のウルトラファインバブル生成部と、
前記液体入力部から供給された液体に気体を溶解させて前記ウルトラファインバブル生成部に供給する少なくとも１つの気体溶解部と、
前記ウルトラファインバブル生成部によって作製されたウルトラファインバブル含有液を前記気体溶解部に戻して循環させる、独立して動作可能な少なくとも１つの循環ポンプと、を含み、
前記複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対し、独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられており、
前記気体溶解部は、前記液体入力部及び前記液体出力部に対して連通、遮断の切換えが可能に設けられており、
前記循環ポンプは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対して連通、遮断の切換えが可能に設けられていることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項2】
前記作製部は、独立して動作可能な複数の前記気体溶解部を含み、複数の前記気体溶解部のそれぞれは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対し、独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項3】
前記作製部は、独立して動作可能な複数の前記循環ポンプを含み、複数の前記循環ポンプのそれぞれは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対し、独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項4】
前記制御手段は、複数の前記気体溶解部の一部に動作不良が生じている場合、動作不良が生じていない他の前記気体溶解部の動作率を増加させ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含有液の作製装置。
【請求項5】
前記制御手段は、複数の前記循環ポンプの一部に動作不良が生じている場合、動作不良が生じていない他の前記循環ポンプの動作率を増加させることを特徴とする請求項１または３に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項6】
前記制御手段は、複数の前記気体溶解部それぞれの稼動開始タイミングを異ならせることを特徴とする請求項１、２または４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項7】
前記制御手段は、複数の前記循環ポンプそれぞれの稼動開始タイミングを異ならせることを特徴とする請求項１、３または５のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項8】
前記制御手段は、複数のウルトラファインバブル生成部、複数の前記気体溶解部、複数の前記循環ポンプそれぞれの寿命に基づく交換時期が重ならないように、複数のウルトラファインバブル生成部、複数の前記気体溶解部、複数の循環ポンプの動作を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項9】
液体入力部から供給された液体を用いて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を作製し、当該作製したウルトラファインバブル含有液を液体出力部に出力する作製部と、
前記作製部の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記作製部は、独立して動作可能な複数のウルトラファインバブル生成部を含み、前記複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対し、独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられており、
前記制御手段は、複数の前記ウルトラファインバブル生成部の一部に動作不良が生じている場合、動作不良が生じていない他の前記ウルトラファインバブル生成部の動作率を増加させることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項10】
液体入力部から供給された液体を用いて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を作製し、当該作製したウルトラファインバブル含有液を液体出力部に出力する作製部と、
前記作製部の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記作製部は、独立して動作可能な複数のウルトラファインバブル生成部を含み、前記複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対し、独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられており、
前記制御手段は、前記複数のウルトラファインバブル生成部それぞれの稼動開始タイミングを異ならせることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項11】
前記ウルトラファインバブル生成部から出力されたウルトラファインバブル含有液を貯蔵し、当該貯蔵した液体を前記液体出力部に出力するバッファ槽をさらに設けたこと特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項12】
前記ウルトラファインバブル生成部は、前記液体に膜沸騰を生じさせる発熱素子によって液体にウルトラファインバブルを生成することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載のウルトラファインバブル含有液の作製装置。
【請求項13】
液体入力部及び液体出力部に対し独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられた少なくとも１つの気体溶解部によって、前記液体入力部から供給された液体に気体を溶解させる溶解工程と、
前記液体入力部及び前記液体出力部に対して連通、遮断の切換えが可能に設けられ、独立して動作可能な複数のウルトラファインバブル生成部によって、前記気体溶解部から供給された液体中にウルトラファインバブルを生成する工程と、
前記液体入力部及び前記液体出力部に対して連通、遮断の切換えが可能に設けられ、独立して動作可能な少なくとも１つのポンプによって、前記ウルトラファインバブル生成部から前記気体溶解部に液体を戻して循環させる循環工程と、
前記ウルトラファインバブル生成部によって作製されたウルトラファインバブル含有液を前記液体出力部に出力する工程と、
を備えることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製方法。
【請求項14】
液体入力部及び液体出力部に対し独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられた複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれに液体を供給する工程と、
前記液体入力部から供給された液体を用いて、前記複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれが独立してウルトラファインバブル含有液を作製する工程と、
前記ウルトラファインバブル生成部によって作製されたウルトラファインバブル含有液を前記液体出力部に出力する工程と、
を備え、
複数の前記ウルトラファインバブル生成部の一部に動作不良が生じている場合、動作不良が生じていない他の前記ウルトラファインバブル生成部の動作率を増加させることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製方法。
【請求項15】
液体入力部及び液体出力部に対し独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられた複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれに液体を供給する工程と、
前記液体入力部から供給された液体を用いて、前記複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれが独立してウルトラファインバブル含有液を作製する工程と、
前記ウルトラファインバブル生成部によって作製されたウルトラファインバブル含有液を前記液体出力部に出力する工程と、
を備え、
前記複数のウルトラファインバブル生成部それぞれの稼動開始タイミングを異ならせることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブルを含有したウルトラファインバブル含有液を作製するウルトラファインバブル含有液作製装置、及びウルトラファインバブル含有液作製方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、直径がマイクロメートルサイズのマイクロバブル、及び直径がナノメートルサイズのナノバブル等の微細なバブルの特性を応用する技術が開発されてきている。特に、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブル（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ；以下、「ＵＦＢ」ともいう）については、その有用性が様々な分野において確認されている。
【0003】
特許文献１には、液体入力槽から供給された液体にＵＦＢ生成手段でＵＦＢを発生させた後、ＵＦＢ含有液を液体出力槽に出力するという経路を備える。さらに、液体出力槽に出力された液体を再び液体入力槽へと還流させる循環経路を形成し、ＵＦＢ生成手段に慰してＵＦＢ含有液を繰り返し通過させることにより、ＵＦＢの含有濃度を高めることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１９－０４２７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に開示の装置では、ＵＦＢ含有液の作製中に、ＵＦＢ生成手段やポンプ等の構成要素が故障した場合、故障部分の交換や修理等を行なう際にＵＦＢの生成が中断してしまい、ＵＦＢ含有液を供給できない状態に陥る可能性がある。現在、ＵＦＢ含有液は、様々な装置への供給に利用されており、ＵＦＢの供給が遮断されることにより、それらの装置の機能も停止せざるを得ないこととなる。特に、ＵＦＢ含有液を用いる医療機器や洗浄装置等においてはＵＦＢ含有液が継続して供給されることが望まれる。
【0006】
よって本発明は、ＵＦＢ含有液の供給が停止する可能性を低減することが可能なウルトラファインバブル含有液作製装置及びウルトラファインバブル含有液作製方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、液体入力部から供給された液体を用いて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を作製し、当該作製したウルトラファインバブル含有液を液体出力部に出力する作製部と、前記作製部の動作を制御する制御手段と、を備え、前記作製部は、独立して動作可能な複数のウルトラファインバブル生成部と、前記液体入力部から供給された液体に気体を溶解させて前記ウルトラファインバブル生成部に供給する少なくとも１つの気体溶解部と、前記ウルトラファインバブル生成部によって作製されたウルトラファインバブル含有液を前記気体溶解部に戻して循環させる、独立して動作可能な少なくとも１つの循環ポンプと、を含み、前記複数のウルトラファインバブル生成部のそれぞれは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対し、独立して連通、遮断の切換えが可能に設けられており、前記気体溶解部は、前記液体入力部及び前記液体出力部に対して連通、遮断の切換えが可能に設けられており、前記循環ポンプは、前記液体入力部及び前記液体出力部に対して連通、遮断の切換えが可能に設けられていることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の作製装置である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、ＵＦＢ含有液の供給が停止する可能性を低減することが可能なウルトラファインバブル含有液作製装置及びウルトラファインバブル含有液作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】ＵＦＢ液作製装置の一例を示す図である。
【図2】前処理ユニットの概略構成図である。
【図3】溶解ユニットの概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。
【図4】Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットの概略構成図である。
【図5】発熱素子の詳細を説明するための図である。
【図6】発熱素子における膜沸騰の様子を説明するための図である。
【図7】膜沸騰泡の膨張に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。
【図8】膜沸騰泡の収縮に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。
【図9】液体の再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。
【図10】膜沸騰で生成される泡の消泡時の衝撃波によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。
【図11】後処理ユニットの構成例を示す図である。
【図12】本実施形態におけるＵＦＢ液作製装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図14】第１実施形態の変形例の構成を示すブロック図である。
【図15】第１実施形態により実行される制御を示すタイミングチャートである。
【図16】本実施形態における制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図17】第１実施形態の制御動作を示すフローチャートであり、メインフローを示す。
【図18】第１実施形態の制御動作を示すフローチャートであり、サブフローを示す。
【図19】第２実施形態により実行される制御を示すタイミングチャートである。
【図20】第２実施形態により実行される制御を示すタイミングチャートである。
【図21】第２実施形態の変形例により実行される制御のタイミングチャートである。
【図22】第２実施形態における制御動作を示すフローチャートである。
【図23】第３実施形態により実行される制御を示すタイミングチャートである。
【図24】第３実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図25】Ｓ１０１８及びＳ１００４の処理の詳細を示すフローチャートである。
【図26】第４実施形態により実行される制御を示すタイミングチャートである。
【図27】第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図28】第６実施形態におけるＵＦＢ液作製装置の構成を示すブロック図である。
【図29】第６実施形態により実行される制御を示すタイミングチャートを示す。
【図30】第６実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図31】Ｓ１６１６で行う処理の詳細を示すフローチャートである。
【図32】第７実施形態の構成を示すブロック図である。
【図33】他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図34】従来のＵＦＢ液作製装置の構成を示すブロック図である。
【図35】従来のＵＦＢ液作製装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【0011】
（ＵＦＢ液作製装置の基本構成）
図１は、本発明に適用可能なＵＦＢ液作製装置１の基本構成の一例を示す図である。ＵＦＢ液作製装置１は、前処理ユニット１００、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び回収ユニット５００を含む。前処理ユニット１００に供給された液体道液体などの液体Ｗは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、Ｔ－ＵＦＢ含有液として回収ユニット５００で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。
図１は、本発明に適用可能なＵＦＢ液作製装置１の基本構成の一例を示す図である。ＵＦＢ液作製装置１は、前処理ユニット１００、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び回収ユニット５００を含む。前処理ユニット１００に供給された液体道液体などの液体Ｗは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、Ｔ－ＵＦＢ含有液として回収ユニット５００で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。
【0012】
図２は、前処理ユニット１００の概略構成図である。本実施形態の前処理ユニット１００は、供給された液体Ｗに対し脱気処理を行う。前処理ユニット１００は、主に、脱気容器１０１、シャワーヘッド１０２、減圧ポンプ１０３、液体導入路１０４、液体循環路１０５、液体導出路１０６を有する。例えば液体道液体のような液体Ｗは、開閉バルブ１０９を介して、液体導入路１０４から脱気容器１０１に供給される。この際、脱気容器１０１に設けられたシャワーヘッド１０２が、液体Ｗを霧状にして脱気容器１０１内に噴霧する。シャワーヘッド１０２は、液体Ｗの気化を促すためのものであるが、気化促進効果を生み出す機構としては、遠心分離器なども代替可能である。
【0013】
ある程度の液体Ｗが脱気容器１０１に貯留された後、全ての開閉バルブを閉じた状態で減圧ポンプ１０３を作動させると、既に気化している気体成分が排出されるとともに、液体Ｗに溶解している気体成分の気化と排出も促される。この際、脱気容器１０１の内圧は、圧力計１０８を確認しながら数百～数千Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ～１０．０Ｔｏｒｒ）程度に減圧されればよい。脱気ユニット１００によって脱気される気体としては、例えば窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素などが含まれる。
【0014】
以上説明した脱気処理は、液体循環路１０５を利用することにより、同じ液体Ｗに対して繰り返し行うことができる。具体的には、液体導入路１０４の開閉バルブ１０９と液体導出路１０６の開閉バルブ１１０を閉塞し、液体循環路１０６の開閉バルブ１０６、１０７を開放した状態で、シャワーヘッド１０２を作動させる。これにより、脱気容器１０１に貯留され、脱気処理が一度行われた液体Ｗは、再びシャワーヘッド１０２を介して脱気容器１０１に噴霧される。更に、減圧ポンプ１０３を作動させることにより、シャワーヘッド１０２による気化処理と減圧ポンプ１０３による脱気処理が、同じ液体Ｗに対し重ねて行われることになる。そして、液体循環路１０５を利用した上記繰り返し処理を行う度に、液体Ｗに含まれる気体成分を段階的に減少させていくことができる。所望の純度に脱気された液体Ｗが得られると、開閉バルブ１１０を開放することにより、液体Ｗは液体導出路１０６を経て溶解ユニット２００に送液される。
【0015】
なお、図２では、気体部を低圧にして溶解物を気化させる脱気ユニット１００を示したが、溶解した液体を脱気させる方法はこれに限らない。例えば、液体Ｗを煮沸して溶解物を気化させる加熱煮沸法を採用してもよいし、中空糸を用いて液体と気体の界面を増大させる膜脱気方法を採用してもよい。中空糸を用いた脱気モジュールとしては、ＳＥＰＡＲＥＬシリーズ（大日本インキ社製）が市販されている。これは、中空糸膜の原料にポリ４－メチルペンテン－１（ＰＭＰ）を用いて、主にピエゾヘッド向けに供給するインクなどから気泡を脱気する目的で使用されている。更に、真空脱気法、加熱煮沸法、及び膜脱気方法の２つ以上を併用してもよい。
【0016】
図３（ａ）及び（ｂ）は、溶解ユニット２００の概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。溶解ユニット２００は、前処理ユニット１００より供給された液体Ｗに対し所望の気体を溶解させるユニットである。本実施形態の溶解ユニット２００は、主に、溶解容器２１、回転板２２が取り付けられた回転シャフト２３、液体導入路２４、気体導入路２５、液体導出路２６、及び加圧ポンプ２７を有する。
【0017】
前処理ユニット１００より供給された液体Ｗは、液体導入路２４より、液体導入開閉バルブ２１１を介して溶解容器２１に供給され貯留される。一方、気体Ｇは気体導入路２５より気体導入開閉バルブを介して溶解容器２１に供給される。
【0018】
所定量の液体Ｗと気体Ｇが溶解容器２１に貯留されると、加圧ポンプ２７を作動し溶解容器２１の内圧を０．５Ｍｐａ程度まで上昇させる。加圧ポンプ２７と溶解容器２１の間には安全弁２８が配されている。また、回転シャフト２３を介して液中の回転板２２を回転させることにより、溶解容器２１に供給された気体Ｇを気泡化し、液体Ｗとの接触面積を大きくし、液体Ｗ中への溶解を促進する。そしてこのような作業を、気体Ｇの溶解度がほぼ最大飽和溶解度に達するまで継続する。この際、可能な限り多くの気体を溶解させるために、液体の温度を低下させる手段を配してもよい。また、難溶解性の気体の場合は、溶解容器２１の内圧を０．５ＭＰａ以上に上げる事も可能である。その場合は、安全面から容器の材料などを最適にする必要がある。
【0019】
気体Ｇの成分が所望の濃度で溶解された液体Ｗが得られると、液体Ｗは液体導出路２０６を経由して排出され、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給される。この際、背圧弁２０９は、供給時の圧力が必要以上に高くならないように液体Ｗの流圧を調整する。
【0020】
図３（ｂ）は、溶解容器２０１で混入された気体Ｇが溶解していく様子を模式的に示す図である。液体Ｗ中に混入された気体Ｇの成分を含む気泡２は、液体Ｗに接触している部分から溶解する。このため、気泡２は徐々に収縮し、気泡２の周囲には気体溶解液３が存在する状態となる。気泡２には浮力が作用するため、気泡２は気体溶解液３の中心から外れた位置に移動したり、気体溶解液３から分離して残存気泡４となったりする。すなわち、液体導出路２０６を介してＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給される液体Ｗには、気体溶解液３が気泡２を囲った状態のものや、気体溶解液３と気泡２が互いに分離した状態のものが混在している。
【0021】
なお、図において気体溶解液３とは、「液体Ｗ中において、混入された気体Ｇの溶解濃度が比較的高い領域」を意味している。実際に液体Ｗに溶解している気体成分においては、気泡２の周囲や、気泡２と分離した状態であっても領域の中心で濃度が最も高く、その位置から離れるほど気体成分の濃度は連続的に低くなる。すなわち、図３（ｂ）では説明のために気体溶解液３の領域を破線で囲っているが、実際にはこのような明確な境界が存在するわけではない。また、本発明においては、完全に溶解しない気体が、気泡の状態で液体中に存在しても許容される。
【0022】
図４は、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００の概略構成図である。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００は、主に、チャンバー３０１、液体導入路３０２、液体導出路３０３を備え、液体導入路３０２からチャンバー３０１内を経て液体導出路３０３に向かう流れが、不図示の流動ポンプによって形成されている。流動ポンプとしては、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ、スクリューポンプなど各種ポンプを採用することができる。液体導入路３０２から導入される液体Ｗには、溶解ユニット２００によって混入された気体Ｇの気体溶解液３が混在している。
【0023】
チャンバー３０１の底面には発熱素子１０が設けられた素子基板１２が配されている。発熱素子１０に所定の駆動パルス（電圧パルス）が印加されることにより、発熱素子１０に接触する領域に膜沸騰により生じる泡１３（以下、膜沸騰泡１３ともいう）が発生し、膜沸騰泡１３の膨張や収縮に伴って気体Ｇを含有するウルトラファインバブル（ＵＦＢ１１）が生成される。その結果、液体導出路３０３からは多数のＵＦＢ１１が含まれたＵＦＢ含有液Ｗが導出される。
【0024】
【0025】
図５（ａ）に示すように、本実施形態の素子基板１２は、シリコン基板３０４の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜３０５と、蓄熱層を兼ねる層間膜３０６と、が積層されている。層間膜３０６としては、ＳｉＯ２膜、または、ＳｉＮ膜を用いることができる。層間膜３０６の表面には抵抗層３０７が形成され、その抵抗層３０７の表面に、配線３０８が部分的に形成されている。配線３０８としては、Ａｌ、Ａｌ－Ｓｉ、またはＡｌ－ＣｕなどのＡｌ合金配線を用いることができる。これらの配線３０８、抵抗層３０７、及び、層間膜３０６の表面には、ＳｉＯ2膜、またはＳｉ3Ｎ4膜から成る保護層３０９が形成されている。
【0026】
保護層３０９の表面において、結果的に発熱素子１０となる熱作用部３１１に対応する部分、及び、その周囲には、抵抗層３０７の発熱に伴う化学的、及び物理的な衝撃から保護層３０９を保護するための耐キャビテーション膜３１０が形成されている。抵抗層３０７の表面において、配線３０８が形成されていない領域は、抵抗層３０７が発熱する熱作用部３１１である。配線３０８が形成されていない抵抗層３０７の発熱部分は、発熱素子（ヒータ）１０として機能する。このように素子基板１２における層は、半導体の製造技術によってシリコン基板３０４の表面に順次に形成され、これにより、シリコン基板３０４に熱作用部３１１が備えられる。
【0027】
なお、図に示す構成は一例であり、その他の各種構成が適用可能である。例えば、抵抗層３０７と配線３０８との積層順が逆の構成、及び抵抗層３０７の下面に電極を接続させる構成（所謂プラグ電極構成）が適用可能である。つまり、後述するように、熱作用部３１１により液体を加熱して、液体中に膜沸騰を生じさせることができる構成であればよい。
【0028】
図５（ｂ）は、素子基板１２において、配線３０８に接続される回路を含む領域の断面図の一例である。Ｐ型導電体であるシリコン基板３０４の表層には、Ｎ型ウェル領域３２２、及び、Ｐ型ウェル領域３２３が部分的に備えられている。一般的なＭＯＳプロセスによるイオンインプランテーションなどの不純物の導入、及び拡散によって、Ｎ型ウェル領域３２２にＰ－ＭＯＳ３２０が形成され、Ｐ型ウェル領域３２３にＮ－ＭＯＳ３２１が形成される。
【0029】
Ｐ－ＭＯＳ３２０は、Ｎ型ウェル領域３２２の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域３２５及びドレイン領域３２６と、ゲート配線３３５などから構成されている。ゲート配線３３５は、ソース領域３２５及びドレイン領域３２６を除くＮ型ウェル領域３２２の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。
【0030】
Ｎ－ＭＯＳ３２１は、Ｐ型ウェル領域３２３の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域３２５及びドレイン領域３２６と、ゲート配線３３５などから構成されている。ゲート配線３３５は、ソース領域３２５及びドレイン領域３２６を除くＰ型ウェル領域３２３の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。ゲート配線３３５は、ＣＶＤ法により堆積された厚さ３０００Å～５０００Åのポリシリコンからなる。これらのＰ－ＭＯＳ３２０及びＮ－ＭＯＳ３２１によって、Ｃ－ＭＯＳロジックが構成される。
【0031】
Ｐ型ウェル領域３２３において、Ｎ－ＭＯＳ３２１と異なる部分には、電気熱変換素子（発熱抵抗素子）の駆動用のＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０が形成されている。Ｎ－ＭＯＳトランジスタ３３０は、不純物の導入及び拡散などの工程によりＰ型ウェル領域３２３の表層に部分的に形成されたソース領域３３２及びドレイン領域３３１と、ゲート配線３３３などから構成されている。ゲート配線３３３は、Ｐ型ウェル領域３２３におけるソース領域３３２及びドレイン領域３３１を除く部分の表面に、ゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。
【0032】
本例においては、電気熱変換素子の駆動用トランジスタとして、Ｎ－ＭＯＳトランジスタ３３０を用いた。しかし、その駆動用トランジスタは、複数の電気熱変換素子を個別に駆動する能力を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることができるトランジスタであればよく、Ｎ－ＭＯＳトランジスタ４３０には限定されない。また本例においては、電気熱変換素子と、その駆動用トランジスタと、が同一基板上に形成されているが、これらは、別々の基板に形成してもよい。
【0033】
Ｐ－ＭＯＳ３２０とＮ－ＭＯＳ３２１との間、及びＮ－ＭＯＳ３２１とＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０との間等の各素子間には、５０００Å～１００００Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域３２４が形成されている。この酸化膜分離領域３２４によって各素子が分離されている。酸化膜分離領域３２４において、熱作用部３１１に対応する部分は、シリコン基板３０４上の一層目の蓄熱層３３４として機能する。
【0034】
Ｐ－ＭＯＳ３２０、Ｎ－ＭＯＳ３２１、及びＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０の各素子の表面には、ＣＶＤ法により、厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜、またはＢＰＳＧ膜などから成る層間絶縁膜３３６が形成されている。層間絶縁膜３３６を熱処理により平坦にした後に、層間絶縁膜３３６及びゲート絶縁膜４２８を貫通するコンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極３３７が形成される。層間絶縁膜３３６及びＡｌ電極３３７の表面には、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１００００Å～１５０００ÅのＳｉＯ２膜から成る層間絶縁膜３３８が形成される。層間絶縁膜３３８の表面において、熱作用部３１１及びＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０に対応する部分には、コスパッタ法により、厚さ約５００ÅのＴａＳｉＮ膜から成る抵抗層３０７が形成される。抵抗層３０７は、層間絶縁膜３３８に形成されたスルーホールを介して、ドレイン領域３３１の近傍のＡｌ電極３３７と電気的に接続される。抵抗層３０７の表面には、各電気熱変換素子への配線となる第２の配線層としてのＡｌの配線３０８が形成される。配線３０８、抵抗層３０７、及び層間絶縁膜３３８の表面の保護層３０９は、プラズマＣＶＤ法により形成された厚さ３０００ÅのＳｉＮ膜から成る。保護層３０９の表面に堆積された耐キャビテーション膜３１０は、Ｔａ、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｇｅ，Ｒｕ，Ｚｒ，Ｉｒ等から選択される少なくとも１つ以上の金属であり、厚さ約２０００Åの薄膜から成る。抵抗層３０７としては、上述したＴａＳｉＮ以外のＴａＮ０．８、ＣｒＳｉＮ、ＴａＡｌ、ＷＳｉＮ等、液体中に膜沸騰を生じさせることができるものであれば各種材料が適用可能である。
【0035】
図６（ａ）及び（ｂ）は、発熱素子１０に所定の電圧パルスを印加した場合の膜沸騰の様子を示す図である。ここでは、大気圧のもとでの膜沸騰を生じさせた場合を示している。図６（ａ）において、横軸は時間を示す。また、下段のグラフの縦軸は発熱素子１０に印加される電圧を示し、上段のグラフの縦軸は膜沸騰により発生した膜沸騰泡１３の体積と内圧を示す。一方、図６（ｂ）は、膜沸騰泡１３の様子を、図６（ａ）に示すタイミング１～３に対応づけて示している。以下、時間に沿って各状態を説明する。
【0036】
発熱素子１０に電圧が印加される前、チャンバー３０１内はほぼ大気圧が保たれている。発熱素子１０に電圧が印加されると、発熱素子１０に接する液体に膜沸騰が生じ、発生した気泡（以下、膜沸騰泡１３と称す）は内側から作用する高い圧力によって膨張する（タイミング１）。このときの発泡圧力は約８～１０ＭＰａとみなされ、これは液体の飽和蒸気圧に近い値である。
【0037】
電圧の印加時間（パルス幅）は０．５ｕＳｅｃ～１０．０ｕＳｅｃ程度であるが、電圧が印加されなくなった後も、膜沸騰泡１３はタイミング１で得られた圧力の慣性によって膨張する。但し、膜沸騰泡１３の内部では膨張に伴って発生した負圧力が徐々に大きくなり、膜沸騰泡１３を収縮する方向に作用する。やがて慣性力と負圧力が釣り合ったタイミング２で膜沸騰泡１３の体積は最大となり、その後は負圧力によって急速に収縮する。
【0038】
膜沸騰泡１３が消滅する際、膜沸騰泡１３は発熱素子１０の全面ではなく、１箇所以上の極めて小さな領域で消滅する。このため、発熱素子１０においては、膜沸騰泡１３が消滅する極めて小さな領域に、タイミング１で示す発泡時よりも更に大きな力が発生する（タイミング３）。
【0039】
以上説明したような膜沸騰泡１３の発生、膨張、収縮及び消滅は、発熱素子１０に電圧パルスが印加されるたびに繰り返され、そのたびに新たなＵＦＢ１１が生成される。
【0040】
次に、膜沸騰泡１３の発生、膨張、収縮及び消滅の各過程において、ＵＦＢ１１が生成される様子を更に詳しく説明する。
【0041】
図７（ａ）～（ｄ）は、膜沸騰泡１３の発生及び膨張に伴ってＵＦＢ１１が生成される様子を示す図である。図７（ａ）は、発熱素子１０に電圧パルスが印加される前の状態を示している。チャンバー３０１の内部には、気体溶解液３が混在した液体Ｗが流れている。
【0042】
図７（ｂ）は、発熱素子１０に電圧が印加され、液体Ｗに接している発熱素子１０のほぼ全域で膜沸騰泡１３が一様に発生した様子を示している。電圧が印加されたとき、発熱素子１０の表面温度は１０℃／μＳｅｃ以上の速度で急激に上昇し、ほぼ３００℃に達した時点で膜沸騰が起こり、膜沸騰泡１３が生成される。
【0043】
発熱素子１０の表面温度は、その後もパルスの印加中に６００～８００℃程度まで上昇し、膜沸騰泡１３の周辺の液体も急激に加熱される。図では、膜沸騰泡１３の周辺に位置し、急激に加熱される液体の領域を未発泡高温領域１４として示している。未発泡高温領域１４に含まれる気体溶解液３は熱的溶解限界を超えて析出しＵＦＢとなる。析出した気泡の直径は１０ｎｍ～１００ｎｍ程度であり、高い気液界面エネルギを有している。そのため、短時間で消滅することもなく液体Ｗ内で独立を保ながら浮遊する。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３の膨張時に熱的作用によって生成される気泡を第１のＵＦＢ１１Ａと称す。
【0044】
図７（ｃ）は、膜沸騰泡１３が膨張する過程を示している。発熱素子１０への電圧パルスの印加が終了しても、膜沸騰泡１３は発生したときに得た力の慣性によって膨張を続け、未発泡高温領域１４も慣性によって移動及び拡散する。すなわち、膜沸騰泡１３が膨張する過程において、未発泡高温領域１４に含まれた気体溶解液３が新たに気泡となって析出し、第１のＵＦＢ１１Ａとなる。
【0045】
図７（ｄ）は、膜沸騰泡１３が最大体積となった状態を示している。膜沸騰泡１３は慣性によって膨張するが、膨張に伴って膜沸騰泡１３の内部の負圧は徐々に高まり、膜沸騰泡１３を収縮しようとする負圧力として作用する。そして、この負圧力が慣性力と釣り合った時点で、膜沸騰泡１３の体積は最大となり、以後収縮に転じる。
【0046】
図８（ａ）～（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮に伴ってＵＦＢ１１が生成される様子を示す図である。図８（ａ）は、膜沸騰泡１３が収縮を開始した状態を示している。膜沸騰泡１３が収縮を開始しても、周囲の液体Ｗには膨張する方向の慣性力が残っている。よって、膜沸騰泡１３の極周囲には、発熱素子１０から離れる方向に作用する慣性力と、膜沸騰泡１３の収縮に伴って発熱素子１０に向かう力とが作用し、減圧された領域となる。図では、そのような領域を未発泡負圧領域１５として示している。
【0047】
未発泡負圧領域１５に含まれる気体溶解液３は、圧的溶解限界を超え、気泡として析出する。析出した気泡の直径は１００ｎｍ程度であり、その後短時間で消滅することもなく液体Ｗ内で独立を保ながら浮遊する。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３が収縮する際の圧力的作用によって析出する気泡を、第２のＵＦＢ１１Ｂと称す。
【0048】
図８（ｂ）は、膜沸騰泡１３が収縮する過程を示している。膜沸騰泡１３が収縮する速度は負圧力によって加速し、未発泡負圧領域１５も膜沸騰泡１３の収縮に伴って移動する。すなわち、膜沸騰泡１３が収縮する過程において、未発泡負圧領域１５が通過する箇所の気体溶解液３が次々に析出し、第２のＵＦＢ１１Ｂとなる。
【0049】
図８（ｃ）は、膜沸騰泡１３が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡１３の加速度的な収縮により、周囲の液体Ｗの移動速度も増大するが、チャンバー３０１内の流路抵抗によって圧力損失が生じる。その結果、未発泡負圧領域１５が占める領域は更に大きくなり、多数の第２のＵＦＢ１１Ｂが生成される。
【0050】
図９（ａ）～（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮時において、液体Ｗの再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。図９（ａ）は、発熱素子１０の表面が収縮する膜沸騰泡１３に被覆されている状態を示している。
【0051】
図９（ｂ）は、膜沸騰泡１３の収縮が進み、発熱素子１０の表面の一部が液体Ｗに接触した状態を示している。このとき発熱素子１０の表面には、液体Ｗが接しても膜沸騰には到らないほどの熱が残っている。図では、発熱素子１０の表面に接することにより加熱される液体の領域を未発泡再加熱領域１６として示している。膜沸騰には到らないものの、未発泡再加熱領域１６に含まれる気体溶解液３は、熱的溶解限界を超えて析出する。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３が収縮する際の液体Ｗの再加熱によって生成される気泡を第３のＵＦＢ１１Ｃと称す。
【0052】
図９（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮が更に進んだ状態を示している。膜沸騰泡１３が小さくなるほど、液体Ｗに接する発熱素子１０の領域が大きくなるため、第３のＵＦＢ１１Ｃは、膜沸騰泡１３が消滅するまで生成される。
【0053】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、膜沸騰で生成された膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃（所謂、キャビテーションの一種）によって、ＵＦＢが生成される様子を示す図である。図１０（ａ）は、膜沸騰泡１３が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡１３は内部の負圧力によって急激に収縮し、その周囲を未発泡負圧領域１５が覆う状態となっている。
【0054】
図１０（ｂ）は、膜沸騰泡１３が点Ｐで消滅した直後の様子を示している。膜沸騰泡１３が消泡するとき、その衝撃により音響波が点Ｐを起点として同心円状に広がる。音響波とは、気体、液体、固体を問わず伝播する弾性波の総称であり、本実施形態においては、液体Ｗの粗密、すなわち液体Ｗの高圧面１７Ａと低圧面１７Ｂ、とが交互に伝播される。
【0055】
この場合、未発泡負圧領域１５に含まれる気体溶解液３は、膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃波によって共振され、低圧面１７Ｂが通過するタイミングで圧的溶解限界を超えて相転移する。すなわち、膜沸騰泡１３の消滅と同時に、未発泡負圧領域１５内には多数の気泡が析出する。本実施形態ではこのような膜沸騰泡１３が消泡する時の衝撃波によって生成される気泡を第４のＵＦＢ１１Ｄと称す。
【0056】
膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃波よって生成される第４のＵＦＢ１１Ｂは、極めて狭い薄膜的領域に極めて短時間（１μＳ以下）で突発的に出現する。直径は第１～第３のＵＦＢよりも十分小さく、第１～第３のＵＦＢよりも気液界面エネルギが高い。このため、第４のＵＦＢ１１Ｄは、第１～第３のＵＦＢ１１Ａ～１１Ｃとは異なる性質を有し異なる効果を生み出すものと考えられる。
【0057】
また、第４のＵＦＢ１１Ｄは、衝撃波が伝播する同心球状の領域のいたる所で一様に発生するため、生成された時点からチャンバー３０１内に一様に存在することになる。第４のＵＦＢ１１Ｄが生成されるタイミングでは、第１～第３のＵＦＢが既に多数存在しているが、これら第１～第３のＵＦＢの存在が第４のＵＦＢ１１Ｄの生成に大きく影響することはない。また、第４のＵＦＢ１１Ｄの発生によって第１～第３のＵＦＢが消滅することもない。
【0058】
以上説明したように発熱素子１０の発熱により膜沸騰泡１３が発生し消泡するまでの複数の段階においてＵＦＢ１１が発生する。上述した例では膜沸騰泡１０が消泡するまでの例を示したがＵＦＢを発生させるためにはこれに限られない。例えば、発生した膜沸騰泡１０が消泡する前に大気と連通することで、膜沸騰泡１０が消耗まで至らない場合においてもＵＦＢの生成が可能である。
【0059】
次にＵＦＢの残存特性について説明する。液体の温度が高いほど気体成分の溶解特性は低くなり、温度が低いほど気体成分の溶解特性は高くなる。すなわち、液体の温度が高いほど、溶解している気体成分の相転移が促され、ＵＦＢが生成されやすくなる。液体の温度と気体の溶解度は反比例の関係にあり、液体の温度上昇により、飽和溶解度を超えた気体が気泡になって液体中に析出される。
【0060】
このため、液体の温度が常温から急激に上昇すると溶解特性が一気に下がり、ＵＦＢが生成され始める。そして、温度が上がるほど熱的溶解特性は下がり、多くのＵＦＢが生成される状況となる。
【0061】
反対に液体の温度が常温から下降すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたＵＦＢは液化しやすくなる。しかしながら、このような温度は、常温よりも十分に低い。更に、液体の温度が下がっても、一度発生したＵＦＢは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたＵＦＢは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。
【0062】
【0063】
一方、液体の圧力が高いほど気体の溶解特性は高くなり、圧力が低いほど溶解特性は低くなる。すなわち液体の圧力が低いほど、液体に溶解している気体溶解液の気体への相転移が促され、ＵＦＢが生成されやすくなる。
【0064】
液体の圧力が常圧ＲＰから下がると、溶解特性が一気に下がり、ＵＦＢが生成され始める。そして、圧力が下がるほど圧的溶解特性は下がり、多くのＵＦＢが生成される状況となる。
【0065】
反対に液体の圧力が常圧から上昇ると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたＵＦＢは液化しやすくなる。しかしながら、このような圧力は、大気圧よりも十分に高い。更に、液体の圧力が上がっても、一度発生したＵＦＢは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたＵＦＢは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。
【0066】
【0067】
以上では、生成される要因の異なる第１～第４のＵＦＢを個別に説明してきたが、上述した生成要因は、膜沸騰という事象に伴って同時多発的に起こるものである。このため、第１～第４のＵＦＢのうち少なくとも２種類以上のＵＦＢが同時に生成されることもあり、これら生成要因が互いに協働してＵＦＢを生成することもある。但し、いずれの生成要因も、膜沸騰現象によって招致されることは共通している。以下、本明細書では、このように急激な発熱に伴う膜沸騰を利用してＵＦＢを生成する方法を、Ｔ－ＵＦＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ－Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ）生成方法と称す。また、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成したＵＦＢをＴ－ＵＦＢ、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成されたＴ－ＵＦＢを含有する液体をＴ－ＵＦＢ含有液と称す。
【0068】
Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成される気泡はその殆どが１．０ｕｍ以下であり、ミリバブルやマイクロバブルは生成され難い。すなわち、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によれば、ＵＦＢのみが効率的に生成されることになる。また、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成されたＴ－ＵＦＢは、従来法によって生成されたＵＦＢよりも高い気液界面エネルギを有し、常温常圧で保存する限り簡単に消滅することはない。更に、新たな膜沸騰によって新たなＴ－ＵＦＢが生成されても、先行して生成されていたＴ－ＵＦＢがその衝撃によって消滅することもない。つまり、Ｔ－ＵＦＢ含有液に含まれるＴ－ＵＦＢの数や濃度は、Ｔ－ＵＦＢ含有液における膜沸騰の発生回数に対しヒステリシス特性を有すると言える。言い替えると、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００に配する発熱素子の数や発熱素子に対する電圧パルスの印加回数を制御することにより、Ｔ－ＵＦＢ含有液に含まれるＴ－ＵＦＢの濃度を調整することができる。
【0069】
再び図１を参照する。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００において、所望のＵＦＢ濃度を有するＴ－ＵＦＢ含有液Ｗが生成されると、当該ＵＦＢ含有液Ｗは、後処理ユニット４００に供給される。
【0070】
図１１（ａ）～（ｃ）は、本実施形態の後処理ユニット４００の構成例を示す図である。本実施形態の後処理ユニット４００は、ＵＦＢ含有液Ｗに含まれる不純物を、無機物イオン、有機物、不溶固形物、の順に段階に除去する。
【0071】
図１１（ａ）は、無機物イオンを除去するための第１の後処理機構４１０を示す。第１の後処理機構４１０は、交換容器４１１、陽イオン交換樹脂４１２、液体導入路４１３、集液体管４１４及び液体導出路４１５を備えている。交換容器４１１には、陽イオン交換樹脂４１２が収容されている。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００で生成されたＵＦＢ含有液Ｗは、液体導入路４１３を経由して交換容器４１１に注入され、陽イオン交換樹脂４１２に吸収され、ここで不純物としての陽イオンが除去される。このような不純物には、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００の素子基板１２より剥離した金属材料などが含まれ、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｔａ、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｉｒが挙げられる。
【0072】
陽イオン交換樹脂４１２は、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基（イオン交換基）を導入した合成樹脂であり、合成樹脂は０．４～０．７ｍｍ程度の球状粒子を呈している。高分子母体としては、スチレン－ジビニルベンゼンの共重合体が一般的であり、官能基としては例えばメタクリル酸系とアクリル酸系のものを用いることができる。但し、上記材料は一例である。所望の無機イオンを効果的に除去することができれば、上記材料は様々に変更可能である。陽イオン交換樹脂４１２に吸収され、無機イオンが除去されたＵＦＢ含有液Ｗは、集液体管４１４によって集液体され、液体導出路４１５を介して次の工程に送液される。
【0073】
図１１（ｂ）は、有機物を除去するための第２の後処理機構４２０を示す。第２の後処理機構４２０は、収容容器４２１、ろ過フィルタ４２２、真空ポンプ４２３、開閉バルブ４２４、液体導入路４２５、液体導出路４２６、及びエア吸引路４２７を備えている。収容容器４２１の内部は、ろ過フィルタ４２２によって上下２つの領域に分割されている。液体導入路４２５は、上下２つの領域のうち上方の領域に接続し、エア吸引路４２７及び液体導出路４２６は下方の領域に接続する。開閉バルブ４２４を閉じた状態で真空ポンプ４２３を駆動すると、収容容器４２１内の空気がエア吸引路４２７を介して排出され、収容容器４２２の内部が負圧になり、液体導入路４２５よりＵＦＢ含有液Ｗが導入される。そして、ろ過フィルタ４２２によって不純物が除去された状態のＵＦＢ含有液Ｗが収容容器４２１に貯留される。
【0074】
ろ過フィルタ４２２によって除去される不純物には、チューブや各ユニットで混合され得る有機材料が含まれ、例えばシリコンを含む有機化合物、シロキサン、エポキシなどが挙げられる。ろ過フィルタ４２２に使用可能なフィルタ膜としては、細菌系まで除去できるサブμｍメッシュのフィルタや、ウィルスまで除去できるｎｍメッシュのフィルタが挙げられる。
【0075】
収容容器４２１にＵＦＢ含有液Ｗがある程度貯留された後、真空ポンプ４２３を停止して開閉バルブ４２４を開放すると、収容容器４２１のＴ－ＵＦＢ含有液は液体導出路４２６を介して次の工程に送液される。なお、ここでは、有機物の不純物を除去する方法として真空ろ過法を採用したが、フィルタを用いたろ過方法としては、例えば重力ろ過法や加圧ろ過を採用することもできる。
【0076】
図１１（ｃ）は、不溶の固形物を除去するための第３の後処理機構４３０を示す。第３の後処理機構４３０は、沈殿容器４３１、液体導入路４３２、導出側開閉バルブ４３３及び液体導出路４３４を備えている。
【0077】
まず、開閉バルブ４３３を閉じた状態で沈殿容器４３１に所定量のＵＦＢ含有液Ｗを液体導入路４４２より貯留し、しばらく放置する。この間、ＵＦＢ含有液Ｗに含まれている固形物は、重力によって沈殿容器４３１の底部に沈降する。また、ＵＦＢ含有液に含まれるバブルのうち、マイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルも浮力によって液面に浮上し、ＵＦＢ含有液から除去される。十分な時間が経過した後開閉バルブ４３３を開放すると、固形物や大きなサイズのバブルが除去されたＵＦＢ含有液Ｗが液体導出路４３４を介して、回収ユニット５００に送液される。
【0078】
再度図１を参照する。後処理ユニット４００で不純物が除去されたＴ－ＵＦＢ含有液Ｗは、そのまま回収ユニット５００に送液してもよいが、再び溶解ユニット２００に戻すこともできる。後者の場合、Ｔ－ＵＦＢの生成によって低下したＴ－ＵＦＢ含有液Ｗの気体溶解濃度を、溶解ユニット２００において再び飽和状態まで補填することができる。その上で新たなＴ－ＵＦＢをＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００で生成すれば、上述した特性のもと、Ｔ－ＵＦＢ含有液のＵＦＢ含有濃度を更に上昇させることができる。すなわち、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００を巡る循環回数の分だけ、ＵＦＢ含有濃度を高めることができ、所望のＵＦＢ含有濃度が得られた後に、当該ＵＦＢ含有液Ｗを回収ユニット５００に送液することができる。
【0079】
回収ユニット５００は、後処理ユニット４００より送液されて来たＵＦＢ含有液Ｗを回収及び保存する。回収ユニット５００で回収されたＴ－ＵＦＢ含有液は、様々な不純物が除去された純度の高いＵＦＢ含有液となる。
【0080】
回収ユニット５００においては、何段階かのフィルタリング処理を行い、ＵＦＢ含有液ＷをＴ－ＵＦＢのサイズごと分類してもよい。また、Ｔ－ＵＦＢ方式により得られるＴ－ＵＦＢ含有液Ｗは、常温よりも高温であることが予想されるため、回収ユニット５００には冷却手段を設けてもよい。なお、このような冷却手段は、後処理ユニット４００の一部に設けられていてもよい。
【0081】
以上が、ＵＦＢ液作製装置１の概略であるが、図示したような複数のユニットは無論変更可能であり、全てを用意する必要は無い。使用する液体Ｗや気体Ｇの種類、また生成するＴ－ＵＦＢ含有液の使用目的に応じて、上述したユニットの一部を省略してもよいし、上述したユニット以外に更に別のユニットを追加してもよい。
【0082】
例えば、ＵＦＢに含有させる気体が大気である場合は、脱気ユニット１００や溶解ユニット２００を省略することができる。反対に、ＵＦＢに複数種類の気体を含ませたい場合は、溶解ユニット２００を更に追加してもよい。
【0083】
また、図１１（ａ）～（ｃ）で示すような不純物を除去するためのユニットは、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００よりも上流に設けてもよいし、上流と下流の両方に設けてもよい。ＵＦＢ液作製装置に供給される液体が液体道液体や雨液体、また汚染液体などの場合は、液体中に有機系や無機系の不純物が含まれている事がある。そのような不純物を含んだ液体ＷをＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給すると、発熱素子１０を変質させたり、塩析現象を招致したりするおそれが生じる。図１１（ａ）～（ｃ）で示すような機構をＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００よりも上流に設けておくことにより、上記のような不純物を事前に除去することができる。
【0084】
なお、以上の説明では、上述の各ユニットの開閉バルブ、ポンプ等を含むアクチュエータ部分を制御する制御装置が含まれ、制御装置を用いてユーザの設定に応じたＵＦＢ生成制御が行われる。この制御装置によるＵＦＢ生成制御については、以下に述べる実施形態において説明する。
【0085】
＜Ｔ－ＵＦＢ含有液に使用可能な液体及び気体＞
ここで、Ｔ－ＵＦＢ含有液を作製するために使用可能な液体Ｗについて説明する。本実施形態で使用可能な液体Ｗとしては、例えば、純液体、イオン交換液体、蒸留液体、生理活性液体、磁気活性液体、化粧液体、液体道液体、海液体、川液体、上下液体、湖液体、地下液体、雨液体などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、液体と液体溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。液体と混合して使用される液体溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、Ｓｅｃ－ブチルアルコール、ｔｅｒｔ－ブチルアルコールなどの炭素数１乃至４のアルキルアルコール類。Ｎ－メチル－２－ピロリドン、２－ピロリドン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－プロピレングリコール。１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，２－ヘキサンジオール、１，６－ヘキサンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、１，２，６－ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの液体溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。
ここで、Ｔ－ＵＦＢ含有液を作製するために使用可能な液体Ｗについて説明する。本実施形態で使用可能な液体Ｗとしては、例えば、純液体、イオン交換液体、蒸留液体、生理活性液体、磁気活性液体、化粧液体、液体道液体、海液体、川液体、上下液体、湖液体、地下液体、雨液体などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、液体と液体溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。液体と混合して使用される液体溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、Ｓｅｃ－ブチルアルコール、ｔｅｒｔ－ブチルアルコールなどの炭素数１乃至４のアルキルアルコール類。Ｎ－メチル－２－ピロリドン、２－ピロリドン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－プロピレングリコール。１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，２－ヘキサンジオール、１，６－ヘキサンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、１，２，６－ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの液体溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。
【0086】
溶解ユニット２００で導入可能な気体成分としては、例えば、液体素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、などが挙げられる。また、上記のいくつかを含む混合気体であってもよい。さらに、溶解ユニット２００では必ずしも気体状態にある物質を溶解させなくてもよく、所望の成分で構成される液体や固を液体Ｗに融解させてもよい。この場合の溶解としては、自然溶解のほか、圧力付与による溶解であってもよいし、電離による液体和、イオン化、化学反応を伴う溶解であってもよい。
【0087】
＜Ｔ－ＵＦＢ生成方法の効果＞
次に、以上説明したＴ－ＵＦＢ生成方法の特徴と効果を、従来のＵＦＢ生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。
次に、以上説明したＴ－ＵＦＢ生成方法の特徴と効果を、従来のＵＦＢ生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。
【0088】
この場合、生成された気泡のうち、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルには浮力が作用するため、やがて液面に浮上して消滅してしまう。また、浮力が作用しないＵＦＢについても、然程大きな気液界面エネルギを有していないので、ミリバブルやマイクロバブルとともに消滅してしまう。加えて、上記減圧構造を直列に配置し、同じ液体を繰り返し減圧構造に流したとしても、その繰り返し回数に応じた数のＵＦＢを、長期間保存することはできない。すなわち、従来のＵＦＢ生成方法によって生成されたＵＦＢ含有液では、ＵＦＢ含有濃度を所定の値で長期間維持することは困難であった。
【0089】
これに対し、膜沸騰を利用する本実施形態のＴ－ＵＦＢ生成方法では、常温から３００℃程度への急激な温度変化や、常圧から数メガパスカル程度への急激な圧力変化を、発熱素子の極近傍に局所的に生じさせている。当該発熱素子は、一辺が数十μｍ～数百μｍ程度の四辺形をしている。従来のＵＦＢ発生器の大きさに比べると、１／１０～１／１０００程度である。且つ、膜沸騰泡表面の極薄い膜領域に存在する気体溶解液が、熱的溶解限界または圧力的溶解限界を瞬間的に（マイクロ秒以下の超短時間で）超えることにより、相転移が起こりＵＦＢとなって析出する。この場合、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルは殆ど発生せず、液体には直径が１００ｎｍ程度のＵＦＢが極めて高い純度で含有される。更に、このように生成されたＴ－ＵＦＢは、十分に高い気液界面エネルギを有しているため、通常の環境下において破壊されにくく、長期間の保存が可能である。
【0090】
特に、液体に対し局所的に気体界面を形成できる膜沸騰現象を用いた本発明であれば、液体領域全体に影響を与えることなく、液体の一部に界面形成し、それに伴う熱的、圧力的に作用する領域を極めて局所的な範囲とすることができる。その結果、安定的に所望のＵＦＢを生成することができる。また、液体を循環して生成液体に対し更にＵＦＢの生成条件を付与することで、既存のＵＦＢへの影響を少なく新たなＵＦＢを追加生成することができる。その結果、比較的容易に、所望のサイズ、濃度のＵＦＢ液を製造することができる。
【0091】
更に、Ｔ－ＵＦＢ生成方法においては、上述したヒステリシス特性を有するため、高い純度のまま所望の濃度まで含有濃度を高めていくことができる。すなわち、Ｔ－ＵＦＢ生成方法よれば、高純度、高濃度で且つ長期間保存可能なＵＦＢ含有液を、効率的に生成することができる。
【0092】
＜＜Ｔ－ＵＦＢ含有液の具体的用途＞＞
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にＰＰＭ～ＢＰＭ程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもＵＦＢ化させることが可能である。１例としては、下記のような用途に応用する事ができる。
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にＰＰＭ～ＢＰＭ程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもＵＦＢ化させることが可能である。１例としては、下記のような用途に応用する事ができる。
【0093】
・空気を内包させたＵＦＢ含有液は、工業的・農液体産業・医療用などの洗浄や、植物・農液体産物の育成にも好適に用いることができる。
【0094】
・オゾンを内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農液体産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排液体や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。
【0095】
・窒素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農液体産業・医療用など洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排液体や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。
【0096】
・酸素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農液体産業・医療用など洗浄用途に加え、植物・農液体産物の育成にも好適に用いることができる。
【0097】
・二酸化炭素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農液体産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途などに好適に用いることができる。
【0098】
・医療用ガスであるパーフロロカーボンを内包したＵＦＢ含有液は、超音波診断や治療に好適に用いることができる。このように、ＵＦＢ含有液は、医療・薬品・歯科・食品・工業・農液体産業などの多岐に亘って、効果を発揮することができる。
【0099】
そして、それぞれの用途において、ＵＦＢ含有液の効果を迅速に且つ確実に発揮するためには、ＵＦＢ含有液に含まれるＵＦＢの純度と濃度が重要となる。すなわち、高純度で所望の濃度のＵＦＢ含有液を作製することが可能な本実施形態のＴ－ＵＦＢ生成方法を利用すれば、様々な分野でこれまで以上の効果を期待することができる。以下、Ｔ－ＵＦＢ生成方法及びＴ－ＵＦＢ含有液を好適に適用可能と想定される用途を列挙する。
【0100】
（Ａ）液体の精製的用途
・浄液体器に対し、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、浄液体効果やＰＨ調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸液体サーバなどにＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することもできる。
・浄液体器に対し、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、浄液体効果やＰＨ調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸液体サーバなどにＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することもできる。
【0101】
・加湿器、アロマディヒューザー、コーヒーメーカー等にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、室内の加湿効果や消臭効果及び香りの拡散効果を向上させることが期待できる。
【0102】
・溶解ユニットにおいてオゾンガスを溶解させたＵＦＢ含有液を作製し、これを歯科治療、火傷の治療、内視鏡使用時の傷の手当てなどで用いることにより、医療的な洗浄効果や消毒効果を向上させることが期待できる。
【0103】
・集合住宅の貯液体槽にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、長期間保存される飲料液体の浄液体効果や塩素の除去効果を向上させることが期待できる。
【0104】
・日本酒、焼酎、ワインなど、高温の殺菌処理を行うことができない酒造工程において、オゾンや二酸化炭素を含有するＴ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、従来よりも効率的に低温殺菌処理を行うことが期待できる。
【0105】
・特定保健食品や機能表示食品の製造過程で、原料にＵＦＢ含有液を混合させることで低温殺菌処理が可能になり、風味を落とさずに、安心かつ機能性を有する食品を提供することができる。
【0106】
・魚や真珠などの魚介類の養殖場所において、養殖用の海液体や淡液体の供給経路にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、魚介類の産卵や発育を促進させることが期待できる。
【0107】
・食材保存液体の精製工程にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、食材の保存状態を向上させることが期待できる。
【0108】
・プール用液体や地下液体などを脱色するための脱色器にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、より高い脱色効果を期待することができる。
【0109】
・コンクリート部材のひび割れ修復のためにＴ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、ひび割れ修復の効果向上を期待することができる。
【0110】
・液体燃料を用いる機器（自動車、船舶、飛行機）等の液体燃料に、Ｔ－ＵＦＢを含有させることにより、燃料のエネルギ効率を向上させることが期待できる。
【0111】
（Ｂ）洗浄的用途
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄液体として、ＵＦＢ含有液が注目されている。上記実施形態で説明したＴ－ＵＦＢ生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたＵＦＢ含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄液体として、ＵＦＢ含有液が注目されている。上記実施形態で説明したＴ－ＵＦＢ生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたＵＦＢ含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。
【0112】
・浴用シャワーや便器洗浄機にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、人体等、生物全般の洗浄効果のほか、浴室又は便器の液体垢やカビなどの汚染除去を促す効果を期待できる。
【0113】
・自動車などのウィンドウォッシャー、壁材などを洗浄するための高圧洗浄機、洗車機、食器洗浄機、食材洗浄機等においてＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、それぞれの洗浄効果を更に向上させることが期待できる。
【0114】
・プレス加工後のバリ取り工程など工場で製造した部品を洗浄・整備する際に、Ｔ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、洗浄効果を向上させることが期待できる。
【0115】
・半導体素子製造時、ウェハの研磨液体としてＴ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、研磨効果を向上させることが期待できる。また、レジスト除去工程においては、Ｔ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、剥離が困難なレジストの剥離を促すことが期待できる。
【0116】
・医療ロボット、歯科治療器、臓器の保存容器などの医療機器の、洗浄や消毒を行うための器機に、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、これら器機の洗浄効果や消毒効果の向上を期待することができる。また、生物の治療などにも適用可能である。
【0117】
（Ｃ）医薬品用途
・化粧品などにＴ－ＵＦＢ含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。
・化粧品などにＴ－ＵＦＢ含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。
【0118】
・ＣＴやＭＲＩなどの医療検査装置の造影剤に、Ｔ－ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブル製剤を活用することで、Ｘ線や超音波による反射光を効率的に活用でき、より詳細な撮影画像を得る事ができ、悪性腫瘍の初期診断などに活用できる。
【0119】
・ＨＩＦＵ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）と呼ばれている超音波治療器で、Ｔ－ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブル含有液体を用いることで、超音波の照射パワーを低下でき、より非侵襲的に治療をすることができる。特に、正常な組織へのダメージを低減することが可能になる。
【0120】
・Ｔ－ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブルを種にして、気泡周囲のマイナス電荷領域にリポソームを形成するリン脂質を修飾させ、そのリン脂質を介して、各種医療性物質（ＤＮＡや、ＲＮＡなど）を付与したナノバブル製剤を作成することができる。
【0121】
・歯髄や象牙質再生治療として、Ｔ－ＵＦＢ生成による高濃度ナノバブル含有液体を含む薬剤を歯管内に送液すると、ナノバブル含有液体の浸透作用により薬剤が象牙細管内に深く入り込み除菌効果を促進し、歯髄の感染根管治療を短時間かつ安全に行う事が可能である。
【0122】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態におけるＵＦＢ液作製装置は、その一部の構成要素が正常に機能しない状態となった場合にも、継続してＵＦＢ含有液を供給することが可能な構成を有する。このため、故障部品の交換処理などに起因してＵＦＢ含有液の供給が中断するという従来の装置の課題を解消することが可能となる。以下、本実施形態の有効性を明確にするため、まず、従来の装置の概略構成を説明し、その後、本実施形態の構成、作用を説明する。
次に、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態におけるＵＦＢ液作製装置は、その一部の構成要素が正常に機能しない状態となった場合にも、継続してＵＦＢ含有液を供給することが可能な構成を有する。このため、故障部品の交換処理などに起因してＵＦＢ含有液の供給が中断するという従来の装置の課題を解消することが可能となる。以下、本実施形態の有効性を明確にするため、まず、従来の装置の概略構成を説明し、その後、本実施形態の構成、作用を説明する。
【0123】
図３４は従来のＵＦＢ液作製装置の概略構成を示す図である。液体入力部１１１はＵＦＢを生成する対象の液体（例えば、水）を、開閉バルブＶ１１１を介して液体入力槽１１２に供給する。液体入力槽１１２は液体入力部１０１から供給されるＵＦＢ生成前の液体と、循環ポンプ１１６から供給されるＵＦＢ生成後のＵＦＢ含有液とが供給され、両液体が混合された液体を気体溶解部１１３に供給する。
【0124】
気体溶解部１１３は液体入力槽１１２から供給された液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製し、気体溶解液出力槽１１４に供給する。気体の溶解方法としては、加圧溶解法やバブリング等の手法を用いる。気体溶解液出力槽１１４は気体溶解部１１３から供給された気体溶解液を受け、ＵＦＢ生成部１１５に供給する役割を果たす。
【0125】
ＵＦＢ生成部１１５は、気体溶解液出力槽１１４から供給された気体溶解液内にＵＦＢを発生させてＵＦＢ含有液を作製し、作製したＵＦＢ含有液をＵＦＢ液出力槽１１７に供給する。ＵＦＢ液出力槽１１７は、ＵＦＢ生成手段１１５から供給されたＵＦＢ含有液を受容し、循環ポンプ１１６またはＵＦＢ含液出力部１１９にＵＦＢ含有液を供給する役割を果す。
【0126】
循環ポンプ１１６は、ＵＦＢ液出力槽１１７からＵＦＢ含有液の吸引し、液体入力槽１１２に供給する役割を果たす。本循環ポンプ１１６が、液体入力槽１１２→気体溶解部１１３→気体溶解液出力槽１１４→ＵＦＢ生成手段１０５→ＵＦＢ液出力槽１１７→循環ポンプ１１６→液体入力槽１１２、という循環経路において液体の循環を実現する。このように液体の循環を行うことにより、所望の密度のＵＦＢが存在するＵＦＢ含有液を作製することができる。作製されたＵＦＢ含有液は開閉バルブＶ１１７を介してＵＦＢ含有液出力部１１９へと出力される。ＵＦＢ含液出力部１１９は、洗浄装置や医療機器などの種々のＵＦＢ利用機器に対してＵＦＢ含有液を供給する。
【0127】
循環経路を循環する間に、液体は、以下のように変化する。
【0128】
・気体溶解部１１３で溶解された気体がＵＦＢ生成部１１５でＵＦＢ化されることにより、液体中の溶存気体量が低下する（但し、気体の総量である溶存気体＋ＵＦＢ内気体量はほぼ変わらない）。
【0129】
・溶存気体量が低下した液体は、循環経路を通って再び気体溶解部１１３に流入し、溶存気体量が増加する。これにより、気体の総量（溶存気体量＋ＵＦＢ内気体量）が増加する）。
【0130】
・溶存気体量は温度と気体種別によって定まる一定値で飽和するが、気体の総量（溶存気体＋ＵＦＢ内気体量）が飽和溶存気体量よりも大きい安定した気体内包液体が作製される。
【0131】
また、液体入力部１１１と液体入力槽１１２との間に開閉バルブＶ１１１が設けられ、ＵＦＢ液出力槽１１７とＵＦＢ液体出力部１１９との間に開閉バルブＶ１１７が設けられている。開閉バブルＶ１１１，Ｖ１１７は、いずれもＵＦＢ液体を作製する際には開状態（連通状態）にあり、気体溶解部１１３、ＵＦＢ生成部１１５、循環ポンプ１１６のいずれかを交換する場合には、開閉バルブＶ１１１及び開閉バルブＶ１１７を閉状態（遮断状態）として交換処理を行う。交換処理が完了すると、開閉バルブＶ１１１及び開閉バルブＶ１１７を開状態としてＵＦＢ含有液の作製を再開する。
【0132】
上記のように、従来のＵＦＢ液作製装置には、１つの循環経路が構成されている。循環経路には、気体溶解部１１３、ＵＦＢ生成手段１１５、循環ポンプ１１６などの構成要素が含まれており、これらに動作不良が発生する可能性がある。循環経路の一部の構成要素に動作不良が発生した場合、構成要素の交換・修理などの処理を行うことが必要となる。この場合、処理が完了するまでは、ＵＦＢ含有液の作製が停止し、ＵＦＢ含有液出力部１１９へのＵＦＢ含有液の供給が遮断されることとなる。
【0133】
このため、ＵＦＢ含有液出力部１１９に接続されている不図示のＵＦＢ利用機器が、常時一定のＵＦＢ液体の供給を受ける必要が有るものである場合、ＵＦＢ液作製装置の停止に伴ってＵＦＢ利用機器の稼動も停止せざるを得ない状況に陥る可能性がある。従って、医療機器やプラント等の連続稼動を必要とする状況で用いられるＵＦＢ利用機器では、ＵＦＢ液作製装置の停止が極めて大きな影響を及ぼすこととなる。本実施形態は、このような従来の装置の課題を解決し得るものであり、装置内の一部に動作不良が生じた場合にも、継続してＵＦＢ含有液の供給を行うことが可能な構成を有している。
【0134】
図１２は、本実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。ここに示すＵＦＢ液作製装置１Ａは、液体入力部１０１０と、第１ＵＦＢ液作製部１０２０と、第２ＵＦＢ液作製部１０３０と、ＵＦＢ液出力部（液体出力部）１０４０とを有する。
【0135】
第１ＵＦＢ液作製部１０２０及び第２ＵＦＢ液作製部１０３０は、同一の構成を備え、それぞれ開閉バルブＶ１０を介して液体入力部１０１０に接続されている。さらに、第１ＵＦＢ液作製部１０２０及び第２ＵＦＢ液作製部１０３０は、開閉バルブＶ５０を介してＵＦＢ液出力部１０４０に接続されている。
【0136】
第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０は、いずれも液体入力部１０１０から供給された液体を循環させつつ所望の濃度のＵＦＢ含有液を作製することが可能な構成を有している。第１ＵＦＢ液作製部１０２０及び第２ＵＦＢ液作製部１０３０で作製したＵＦＢ含有液は、開閉バルブＶ２０を介してＵＦＢ液出力部１０４０へと供給され、ＵＦＢ液出力部１０４０に供給されたＵＦＢ含有液は、不図示のＵＦＢ利用機器に供給される。ＵＦＢ利用機器としては、先の基本構成において説明したように、洗浄装置や医療機器等をはじめとする種々の装置を挙げることができる。なお、第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０とにより、本発明の作製部が構成されている。
【0137】
図１３は、図１２に示すＵＦＢ液作製装置１Ａの構成をより詳細に示すブロック図である。ＵＦＢ液作製装置１Ａには、前述のように、液体入力部１０１０と、ＵＦＢ液出力部１０４０と、第１ＵＦＢ液作製部１０２０と、第２ＵＦＢ液作製部１０３０とが設けられている。
【0138】
第１ＵＦＢ液作製部１０２０は、液体入力槽２０２、第１気体溶解部２０３１、気体溶解液出力槽２０４、第１ＵＦＢ生成部（第１ウルトラファインバブル生成部）２０５１、ＵＦＢ液出力槽２０７、第１循環ポンプ２０６１等の構成要素を含み構成されている。さらに、第１ＵＦＢ液作製部１０２０の各構成要素の間には、開閉バルブＶｉｎ３１，Ｖｏｕｔ３１，Ｖｉｎ５１，Ｖｏｕｔ５１，Ｖｉｎ６１，Ｖｏｕｔ６２が設けられている。
【0139】
また、第２ＵＦＢ液作製部１０３０は、液体入力槽２０２、第２気体溶解部２０３２、気体溶解液出力槽２０４、第２ＵＦＢ生成部（第２ウルトラファインバブル生成部）２０５２、ＵＦＢ液出力槽２０７、第２循環ポンプ２０６２等の構成要素を含み構成されている。さらに、第２ＵＦＢ液作製部１０２０の各構成要素の間には、開閉バルブＶｉｎ３２，Ｖｏｕｔ３２，Ｖｉｎ５２、開閉バルブＶｏｕｔ５２，Ｖｉｎ６２、開閉バルブＶｏｕｔ６２が設けられている。
【0140】
第１、第２ＵＦＢ液作製部１０２０，１０３０のそれぞれに設けられている各構成要素には、前述の基本構成に示した各部の構成を適用することができる。すなわち、液体入力槽２０２には、基本構成に示した前処理ユニット１００の構成を適用することができる。第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２及び気体溶解液出力槽２０４には、基本構成に示した溶解ユニット２００の構成を適用することができる。第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２には、基本構成に示したＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００の構成を適用することができる。ＵＦＢ液出力槽２０７には、基本構成に示した後処理ユニット４００を適用することができる。さらに、ＵＦＢ液出力部１０４０には、基本構成に示した回収ユニット５００の構成を適用することができる。
【0141】
以上のように、本実施形態においては、液体入力部１０１０とＵＦＢ液出力部１０４０との間に設けられた第１，第２ＵＦＢ液作製部１０２０，１０３０によって、ＵＦＢ含有液を作製するための２つの液体供給部が構成されている。なお、液体入力槽２０２、気体溶解液出力槽２０４、及びＵＦＢ液出力槽２０７は、第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０とにおける共通の構成要素となっている。但し、その他の構成要素は、互いに独立した構成を有している。
【0142】
ここで、上記の各構成要素の機能について説明する。液体入力部１０１０は、ＵＦＢを生成する対象の液体（例えば、水）を、第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０の共通の構成要素である液体入力槽２０２に、開閉バルブＶ１０を介して供給する。
【0143】
液体入力槽２０２は液体入力部１０１０から供給される液体と、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２から供給されるＵＦＢ含有液を受容する。また、液体入力槽２０２は、液体入力部１０１０から供給される液体と第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２から供給されるＵＦＢ含有液との混合液を、開閉バルブＶｉｎ３１，Ｖｉｎ３２を介して、第１，第２気体溶解部２０３１、２０３２に、供給する役割を果たす。
【0144】
第１気体溶解部２０３１及び第２気体溶解部２０３２は、それぞれ独立して動作可能な構成を有する。各気体溶解部２０３１，２０３２は、液体入力槽２０２から供給される液体に気体を溶解させて気体溶解液を作製し、作製した気体溶解液を開閉バルブＶｏｕｔ３１，Ｖｏｕｔ３２を介して気体溶解液体出力槽２０４に供給する。液体に対して気体を溶解させる方法としては、加圧溶解法やバブリング等の手法を用いる。
【0145】
第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０との共通の構成要素である気体溶解液出力槽２０４は、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２のそれぞれから供給される気体溶解液を受容する。そして、気体溶解液出力槽２０４は、受容した気体溶解液を、開閉バルブＶｉｎ５１，Ｖｉｎ５２を介して、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２とに供給する。
【0146】
第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２のそれぞれは独立して動作可能な構成を有する。各ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２は、気体溶解液出力槽２０４から供給された気体溶解液に対しＵＦＢを生成する。本実施形態では、前述の基本構成と同様に、ヒータを用いたＴ－ＵＦＢ方法によって、供給された気体溶解液中にＵＦＢを生成する。両ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２で作製したＵＦＢ含有液は、それぞれ、第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０の共通の構成要素であるＵＦＢ液出力槽２０７に移送される。
【0147】
ＵＦＢ液出力槽２０７は、第１ＵＦＢ生成部２０５１及び第２ＵＦＢ生成部２０５２からＵＦＢ含有液の供給を受け、第１循環ポンプ２０６１、第２循環ポンプ２０６２、及びＵＦＢ液出力部１０４０に供給する役割を果たす。
【0148】
第１循環ポンプ２０６１及び第２循環ポンプ２０６２は、ＵＦＢ液出力槽２０７からＵＦＢ含有液の供給を受け、液体入力槽２０２に供給する役割を果たす。第１循環ポンプ２０６１と第２循環ポンプ２０６２は、後述の制御部１０００によって互いに独立して動作可能となっている。
【0149】
また、液体入力部１０１０と液体入力槽２０２との間に設けられた開閉バルブＶ１０、及びＵＦＢ液出力槽２０７とＵＦＢ液出力部１０４０との間に設けられた開閉バルブＶ５０は、それぞれＵＦＢ液体を作製する際には開状態、すなわち液体が流通可能な状態とする。また、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、及び第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２を着荷時等に設置する場合には、開閉バルブＶ１０，Ｖ３０を閉じ、液体の流通が遮断された状態とする。そして、着荷後の設置処理が完了した状態で、開閉バルブＶ１０及び開閉バルブＶ５３を開状態としてＵＦＢ液の作製を開始する。
【0150】
液体入力槽２０２と第１気体溶解部２０３１との間に設けた開閉バルブＶｉｎ３１及び第１気体溶解部２０３１と気体溶解液出力槽２０４との間に設けた開閉バルブＶｏｕｔ３１は第１気体溶解部２０３１を稼動させる際には接続状態にある。また、第１気体溶解部２０３１の交換時には開閉バルブＶｉｎ３１を閉状態として交換処理を行う。交換処理が終了した後、開閉バルブＶｉｎ３１及び開閉バルブＶｏｕｔ３１を開状態として気体溶解部を再稼動させる。同様に、液体入力槽２０２と第２気体溶解部２０３２との間に設けた開閉バルブＶｉｎ３２及び第２気体溶解部２０３２と気体溶解液出力槽２０４との間に設けた開閉バルブＶｏｕｔ３２は、第２気体溶解部２０３２の稼動・交換に応じて開状態と閉状態とを切換える。
【0151】
このように開閉バルブの切換えを行うことにより、第１気体溶解部２０３１を交換する場合にも、第２気体溶解部２０３２を用いて気体溶解液を作製し続けることができる。このため、ＵＦＢ液の作製を中断せずに、ＵＦＢ含有液の作製と気体溶解部の交換とを並行して行うことができる。
【0152】
また、気体溶解液出力槽２０４と第１ＵＦＢ生成部２０５１との間には開閉バルブＶｉｎ５１が設けられ、第１ＵＦＢ生成部２０５１とＵＦＢ液出力槽２０７との間には開閉バルブＶｏｕｔ５１が設けられている。同様に、気体溶解液出力槽２０４と第２ＵＦＢ生成部２０５２との間には開閉バルブＶｉｎ５２が設けられ、第２ＵＦＢ生成部２０５２とＵＦＢ液出力槽２０７と間には開閉バルブＶｏｕｔ５２が設けられている。従って、これらの開閉バルブを適宜切り換えることにより、上述の気体溶解部を交換する場合と同様に、ＵＦＢ含有液の作製とＵＦＢ生成部の交換とを並行して行うことができる。
【0153】
さらに、ＵＦＢ液体出力槽２０７と第１循環ポンプ２０６１との間には開閉バルブＶｉｎ６１が設けられ、第１循環ポンプ２０６１と液体入力槽２０２との間には開閉バルブＶｏｕｔ６１が設けられている。また、ＵＦＢ液体出力槽２０７と第２循環ポンプ２０６２間には開閉バルブＶｉｎ６２が設けられ、第１循環ポンプ２０６２と液体入力槽２０２との間には開閉バルブＶｏｕｔ６２が設けられている。従って、これらの開閉バルブを適宜切り換えることにより、上述の気体溶解部を交換する場合と同様に、ＵＦＢ含有液の作製と循環ポンプの交換とを並行して行うことができる。
【0154】
図１４は、ＵＦＢ含有液の作製とＵＦＢ生成部の交換とを並行して行うことができる本実施形態fにおける変形例を示すブロック図である。なお、図１４において、図１３と同一部分には同一符号を付し、それらに関する説明の詳細は省略する。
【0155】
図１４において、切換バルブＳｉｎ０３は、第１気体溶解部２０３１と第２気体溶解部２０３２のいずれを稼動させるかを選択することができる。切換バルブＳｏｕｔ０３は、上記切換バルブＳｉｎ０３によって選択された気体溶解部（第１気体溶解部２０３１または第２気体溶解部２０３２）から供給された気体溶解液を気体溶解液出力槽２０４に出力する。
【0156】
また、切換バルブＳｉｎ０５は、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２のいずれのＵＦＢ生成部を稼動させるかを選択することができる。切換バルブＳｏｕｔ０５は切換バルブＳｉｎ０５によって選択されたＵＦＢ生成部（第１ＵＦＢ生成部２０５１または第２ＵＦＢ生成部２０５２）で作製されたＵＦＢ含有液をＵＦＢ液出力槽２０７に出力する。
【0157】
切換バルブＳｉｎ０６は、第１循環ポンプ２０６１と第２循環ポンプ２０６２のいずれを稼動させるかを選択することができる。切換バルブＳｏｕｔ０６は上記の切換バルブＳｉｎ０６の切り換えに連動して、選択された循環ポンプ（第１循環ポンプ２０６１または第２循環ポンプ２０６２）のＵＦＢ液体を液体入力槽２０２に出力する。
【0158】
このように、図１４に示す構成では単一の切換バルブを用いることによって、２つずつ設けられている気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプを、それぞれ切り換えて稼動させることができる。このような切換方式では、必ず１つの気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプが駆動状態となるため、動作が安定する利点がある。但し、気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプ等の構成要素のいずれかを２つ同時に稼動させる稼動形態を採ることが望ましい場合もある。この場合には、気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプのうち、２つ同時に稼動すべき構成要素の前後（上流側及び下流側）に、図１３に示すような開閉バルブを用い、残りの構成要素に対して切換バルブを用いるようにする。すなわち、切換バルブと開閉バルブを適宜組み合わせて使用するようにする。
【0159】
上記構成によれば、同一の機能を有する２つの構成要素のうち、一方の構成要素に動作不良が発生し、当該構成要素を交換または修理する場合にも、他方の構成要素によってＵＦＢ含有液の作製を継続して行うことが可能になる。例えば、第１ＵＦＢ生成部２０５１に動作不良が生じた場合にも、第２ＵＦＢ生成部２０５２によって液体の作製を継続しながら、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換作業を行うことが可能になる。同様に、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２のいずれか一方、あるいは第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２のいずれか一方に動作不良が生じた場合にも、他方の気体溶解部、あるいは他方の循環ポンプを用いてＵＦＢ含有液の作製を継続することが可能になる。但し、一方の構成要素に動作不良が発生し、他方の正常な構成要素のみを稼動させる場合、一方の構成要素が正常に稼動動作している場合と同様に他方の構成要素を稼動させると、ＵＦＢ含有液の作製能力が低下する。すなわち、ＵＦＢ含有液の濃度の低下、作製量の低下、または作製時間の増大などが発生する。
【0160】
そこで本実施形態では、一部の構成要素に動作不良が発生した場合にも、ＵＦＢ液作製装置としての作製能力を低下させずに、構成要素の交換を並行実施することが可能な制御を行う。
【0161】
図１５は本実施形態における制御動作を示すタイミングチャートであり、各構成要素を駆動する駆動タイミングを示している。図１５の縦軸は、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の動作率を示している。また、図１５の横軸は、時間の経過を表している。また、Ｔ１～Ｔ９のそれぞれは、ＵＦＢ生成部の駆動時間の基準となるタイミングを示しており、隣接する２つのタイミングの間の時間、例えばタイミングＴ１～Ｔ２の間の時間を１単位時間としている。
【0162】
本実施形態において、構成要素の交換が行われていない期間（Ｔ０～Ｔ１，Ｔ２～Ｔ３，Ｔ４～Ｔ５，Ｔ６～Ｔ７，Ｔ８～Ｔ９）での各構成要素の動作率を１００％とすると、構成要素の交換の行われる期間における交換対象の構成要素の動作率は０％としている。また、交換対象の構成要素と同一の機能を果す構成要素の動作率は２００％としている。例えば、Ｔ１～Ｔ２の期間では、第１気体溶解部２０３１の交換を行うので、第１気体溶解部２０３１の動作率は０％、第２気体溶解部２０３２の動作率は２００％としている。逆に、Ｔ７～Ｔ８の期間では、第２気体溶解部２０３２の交換を行うので、第１気体溶解部２０３１の動作率は２００％、第２気体溶解部２０３２の動作率は０％としている。
【0163】
同様に、Ｔ３～Ｔ４の期間では、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換を行うため、第１ＵＦＢ生成部２０５１の動作率は０％、第２ＵＦＢ生成部２０５２の動作率は２００％としている。Ｔ５～Ｔ６の期間では、第１循環ポンプ２０６１の交換を行うので、第１循環ポンプ２０６１の動作率は０％、第２循環ポンプ２０６２の動作率は２００％としている。
【0164】
このように、交換対象となる一方の構成要素と同じ機能を有する他方の構成要素を動作率２００％で動作させることによって、作製されるＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を低下させずに、ＵＦＢ含有液の作製と構成要素の交換とを並行して実施することができる。
【0165】
ここで、上記のような制御を実施するための制御系の概略構成を、図１６のブロック図に基づき説明する。図１６において、制御部１０００は、例えば、ＣＰＵ１００１、ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３などを含み構成されている。ＣＰＵ１００１は、ＵＦＢ液作製装置１Ａ全体を統括的に制御する制御手段としての機能を果たす。ＲＯＭ１００２はＣＰＵ１００１によって実行される制御プログラムや所定のテーブルその他の固定データを格納している。ＲＡＭ１００３は、種々の入力データを一時的に格納する領域や、ＣＰＵ１００１によって処理を実行する際の作業領域等を有する。操作表示部６０００は、ユーザによってＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度やＵＦＢ作製時間等を含む種々の設定操作を行う設定部６００１と、ＵＦＢ含有液の作製所要時間や装置の状態表示などを行う表示手段としての表示部６００２とを備える。
【0166】
制御部１０００は、素子基板１２に設けられた複数の発熱素子１０を有する発熱部１０Ｇの各発熱素子１０の駆動を制御する発熱素子駆動部（駆動手段）２０００を有する。発熱素子駆動部２０００は、ＣＰＵ１００１からの制御信号に応じた駆動パルスを発熱部１０Ｇに含まれる複数の発熱素子１０のそれぞれに印加する。各発熱素子１０は、印加された駆動パルスの電圧、周波数、パルス幅などに応じた熱を発する。
【0167】
制御部１０００は、ＵＦＢ液作製装置１Ａに設けられた開閉バルブ及び切換バルブ等からなるバルブ群３０００の制御を行う。さらに、制御部１０００は、ＵＦＢ発生装置１Ａ内に設けられた各種ポンプからなるポンプ群４０００や不図示のモータなどの制御も行う。また、ＵＦＢ液作製装置１Ａには、種々の計測を行う計測部５０００が設けられている。この計測部５０００には、例えば作製されているＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度や流量の計測を行う計測器、及びバッファ槽１０３９におけるＵＦＢ含有液の蓄積量を計測する計測器などが含まれる。この計測部５０００から出力された計測値は制御部１０００に入力される。
【0168】
図１７及び図１８は、制御部１０００によって実行されるＵＦＢ含有液作製時の制御動作を示すフローチャートであり、図１７はメインフローを、図１８はサブフローを示している。前述のように本実施形態では、ＵＦＢ液作製装置の構成要素の一部が動作不良となった場合にも、ＵＦＢ濃度を低下させずに、構成要素の交換とＵＦＢ含有液の作製とが並行して実行されるような制御を行う。なお、本明細書の説明において参照する図１７、図１８、図２２、図２４、図２５、図３１、図３２のフローチャートの各工程番号に付されているＳはステップを意味している。
【0169】
図１７において、Ｓ４０１では液体の充填を行う。これは、図１３に示す開閉バルブＶ１０、及び各構成要素の入口及び出口に接続された１２個の開閉バルブを開状態とし、開閉バルブＶ５０だけを閉状態とする。各構成要素への液体の充填が完了すると、開閉バルブＶ５０を開状態として液体の充填が完了する。次に、Ｓ４０２でＵＦＢ含有液の作製を開始する。ここでは、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２を全て動作させる。
【0170】
次に、Ｓ４０３～Ｓ４１４において、構成要素の交換処理の要否を判断し、その判断結果に基づいて動作不良が発生している構成要素に対する交換処理を行う。具体的には、以下の処理を実行する。
【0171】
まず、Ｓ４０３では、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換が必要になったかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（交換を必要とする場合）には、Ｓ４０４に進む。また、判定結果がＮＯの場合（交換を必要としない場合）にはＳ４０５に進む。なお、本実施形態では、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２のＵＦＢ生成方法として、基本構成で説明したＴ－ＵＦＢ方法を採用している。このため、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の交換を必要とするか否かの判定方法としては、
・各ＵＦＢ生成部に設けられた所定の割合のヒータが経時劣化によって加熱できなくなった状況を検出する方法
・実際の生成部の累積ヒート回数が、予め設定されているヒート回数に達した状況を検出する方法
・ＵＦＢ濃度計によってＵＦＢ生成部で作製したＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を取得することで、ＵＦＢ作製性能の劣化を取得する方法
等がある。
・各ＵＦＢ生成部に設けられた所定の割合のヒータが経時劣化によって加熱できなくなった状況を検出する方法
・実際の生成部の累積ヒート回数が、予め設定されているヒート回数に達した状況を検出する方法
・ＵＦＢ濃度計によってＵＦＢ生成部で作製したＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を取得することで、ＵＦＢ作製性能の劣化を取得する方法
等がある。
【0172】
このような判定方法により、Ｓ４０３において第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換が必要となったと判定された場合、Ｓ４０４では、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換処理を行う。この交換処理の詳細を図１８（ａ）に示す。なお、図１８（ａ）、（ｂ）は、図１３に示す構成を想定した処理を示している。
【0173】
図１８（ａ）において、Ｓ４０４１では、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換が必要である旨を表示し、ユーザに通知する。次に、Ｓ４０４２では、交換対象である第１ＵＦＢ生成部２０５１に設けられたヒータの駆動を停止し、交換対象でない第２ＵＦＢ生成部２０５２に設けられたヒータの駆動周波数を増大させる。本実施形態では、第２ＵＦＢ生成部２０５２のヒータの駆動周波数を２倍に増大させる。
【0174】
次に、Ｓ４０４３では、第１ＵＦＢ生成部２０５１の入口と出口に設けられた開閉バルブＶｉｎ５０１，Ｖｏｕｔ５０１を閉状態とする。これにより、第１ＵＦＢ生成部２０５１は、ＵＦＢ含有液の作製経路から隔離された状態となる。この後、開閉バルブＶｉｎ５１から開閉バルブＶｏｕｔ５１に至る経路内に存在する液体を、不図示の排液体開閉バルブを介して外部に排出することにより、交換作業時に作業者が液体に濡れるリスクを低減することができる。なお、液体排出時において、第１ＵＦＢ生成部２０５１の上流側に設けた不図示の大気開放開閉バルブを開くようにすれば、液体を速やかに排出することができる。また、開閉バルブＶｉｎ５１を最初に遮断し、液体を開閉バルブＶｏｕｔ５２を介してＵＦＢ液体出力槽２０７に流し、その後、開閉バルブＶｏｕｔ１５２を遮断すれば、同様に作業者が液体に濡れるリスクを低減することができる。
【0175】
次に、Ｓ４０４４では、隔離された第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換可能な状態となった旨を表示部６００２に表示し、ユーザに通知する。この時点で、ＵＦＢ含有液の作製経路を覆っている不図示のカバーのロック機構を解除する。この後、作業者はカバーを開けて、ＵＦＢ含有液の作製経路から隔離された第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換作業を行う（Ｓ４０４５）。
【0176】
第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換が終了すると、Ｓ４０４６へ進み、第１ＵＦＢ生成部２０５１の入口及び出口に接続された開閉バルブＶｉｎ５１，Ｖｏｕｔ５１を開状態とする。これにより、第１ＵＦＢ生成部２０５１は、ＵＦＢ含有液の作製経路に接続される。このとき、開閉バルブＶｉｎ５１を最初に開状態として、液体を十分に注入した後、開閉バルブＶｏｕｔ５１を開状態とすることで、ＵＦＢ含有液の作製経路への不要な空気の混入を低減することができる。この際、前述の不図示の大気開放開閉バルブを開状態とすることで、液体の注入を速やかに行うことができる。また、交換後、ＵＦＢ含有液の作製経路を覆う前述のカバーが閉じられると、カバーのロック機構を作動させ、カバーを閉じた状態に保つ。
【0177】
次に、Ｓ４０４７で交換済の第１ＵＦＢ生成部２０５１に設けられているヒータの駆動を開始し、交換対象でない第２ＵＦＢ生成部２０５２に設けられているヒータの駆動周波数を低減させる。本実施形態では、第１ＵＦＢ生成部２０５１、及び第２ＵＦＢ生成部２０５２の駆動周波数は、交換前の駆動周波数と同一にする。最後に、Ｓ４０４８で、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換が完了した旨、及び第１ＵＦＢ生成部２０５１のＵＦＢの生成が再開された旨を、表示部６００２を介してユーザに通知し、図１７のＳ４０５に進む。
【0178】
図１７において、Ｓ４０５では、第２ＵＦＢ生成部２０５２の交換が必要となったかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（交換を必要とする場合）には、Ｓ４０６へと進む。また、判定結果がＮＯの場合（交換を必要としない場合）にはＳ４０７へと進む。Ｓ４０６では、第２ＵＦＢ生成部２０５２の交換処理を行う。この交換処理の詳細を図１８（ｂ）に示す。
【0179】
図１８（ｂ）において、Ｓ４０６１～Ｓ４０６８は、図１８（ａ）におけるＳ４０４１～Ｓ４０４８に対応し、交換対象の構成要素が第２ＵＦＢ生成部２０５２となり、交換対象でない構成要素が第１ＵＦＢ生成部２０５１となる。対象となる構成要素は図１８（ａ）に示す例と入れ替わっているが、処理の内容自体は同様であるため、説明を省略する。
【0180】
Ｓ４０８６までの処理が完了すると、図１７中のＳ４０７に進む。Ｓ４０７では、第１気体溶解部２０３１の交換が必要となったかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（交換を必要とする場合）には、Ｓ４０８に進む。また、判定結果がＮＯの場合（交換を必要としない場合）にはＳ４０９へと進む。Ｓ４０８では、第１気体溶解部２０３１の交換処理を行う。この第１気体溶解部２０３１の交換処理は、内容としては図１８（ａ）と同様であるため、詳細説明は省略する。但し、第１気体溶解部２０３１の交換を必要とするか否かの判定方法としては、第１気体溶解部２０３１の稼動時間が予め設定されている稼動寿命時間に達したか否かを判定する方法を用いる。
【0181】
また、第１気体溶解部２０３１の交換作業中には、交換対象でない第２気体溶解部２０３１に対し、第２気体溶解部２０３１への気体の流入量を上げる制御、または第２気体溶解部２０３１内の圧力を高める制御などを行う。そして、交換処理が完了すると、Ｓ４０９に進む。
【0182】
Ｓ４０９では、第２気体溶解部２０３２の交換が必要となったかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（交換を必要とする場合）にはＳ４１０に進む。判定結果がＮＯの場合（交換を必要としない場合）にはＳ４１１に進む。Ｓ４１０では、第２気体溶解部２０３２の交換処理を行う。交換処理の内容はＳ４０８と同様であるため、説明を省略する。但し、交換の必要があるか否かの判定方法としては、ＵＦＢ生成部とは異なり、気体溶解部の稼動時間が予め設定されている稼動寿命時間に達したか否かを検出する方法等がある。
【0183】
Ｓ４１１では、第１循環ポンプ２０６１の交換が必要となったか否かを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（交換を必要とする場合）には、Ｓ４１２に進む。判定結果がＮＯの場合（交換を必要としない場合）にはＳ４１３に進む。
【0184】
Ｓ４１２では、第１循環ポンプ２０６１の交換処理を行う。交換処理の内容は図１８（ａ）と同様であるため、説明を省略する。但し、交換の必要があるか否かの判定方法としては、不図示の流量計等で循環ポンプの性能の劣化状況を取得する方法や、実際の循環ポンプの稼動時間が予め設定されている稼動寿命時間に達したか否かを判定する方法等がある。
【0185】
また、第１循環ポンプ２０６１の交換作業中には、交換対象でない第２循環ポンプ２０６２に対し、ポンプの回転数を増加させて流速を上げる制御を行う。そして、処理が完了すると、Ｓ４１３に進む。
【0186】
Ｓ４１３では、第２循環ポンプ２０６２の交換が必要となったかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合には、Ｓ４１４へと進む。判定結果がＮＯの場合にはＳ４１５へと進む。Ｓ４１４では、第２循環ポンプ２０６２の交換処理を行う。内容としてはＳ４１２と同様であるため、説明を省略する。処理が完了すると、Ｓ４１５に進む。
【0187】
次に、Ｓ４１５では、所望のＵＦＢ濃度を有するＵＦＢ含有液が所望量作製されたかを判定する。判定結果がＮＯの場合には、Ｓ４０３に進み、ＵＦＢ含有液の作製を継続する。判定結果がＹＥＳの場合には、Ｓ４１６に進む。
【0188】
Ｓ４１６では、ＵＦＢ含有液の作製を終了する。ここでは、開閉バルブＶ１０を閉状態とした後、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、及び第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の稼動を停止させる。また、開閉バルブＶ１０以外の開閉バルブは全て開状態とする。
【0189】
次に、Ｓ４１６では、作製したＵＦＢ含有液をＵＦＢ液出力部１０４０へ移送する。全てのＵＦＢ含有液がＵＦＢ液出力部１０４０に移送された後、開閉バルブＶ５０を閉状態とする。以上により、ＵＦＢ含有液の作製処理が完了する。この時点で全ての開閉バルブを閉状態にする。また、ＵＦＢ液出力部１０４０に設けた不図示の大気開放開閉バルブを開状態とすることにより、ＵＦＢ液出力部１０４０から、これに接続されたＵＦＢ液利用機器へのＵＦＢ液体の出力を円滑に行うことができる。
【0190】
以上のように本実施形態では、気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプの３種類の構成要素をそれぞれ２つずつ設けると共に、交換対象となる構成要素をＵＦＢ含有液の作製経路から隔離可能としている。さらに、一方の構成要素が動作不良となった場合には、同一の機能を有する正常な構成要素の動作を、適切に制御するように構成している。このため、ＵＦＢ含有液の濃度、作製量、及び作製時間等の作製能力を低下させることなく、継続してＵＦＢ含有液の作製を行いながら、動作不良が発生した構成要素の交換を行うことができる。以上、図１３に示す構成を有するＵＦＢ液作製装置の処理について説明したが、図１４に示す変形例においても、図１７に示すフローチャートに示す処理と略同様の処理を実行することが可能である。すなわち、図１４に示す構成では、各構成要素の入口と出口に接続された切換バルブの開閉を制御することによって、図１３に示す構成と同様にＵＦＢ含有液の作製処理を継続的かつ適正に行うことができる。
【0191】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第１，第２ＵＦＢ液作製部１０２０，１０３０のうち、一方のＵＦＢ液作製部の構成要素に動作不良が生じた場合、他方のＵＦＢ液作製部の構成要素を制御してＵＦＢ含有液の作製能力の低下を抑えつつ、ＵＦＢ含有液の作製を継続する例を示した。しかし、交換対象となる一方の構成要素の交換中に、交換対象ではない他方の構成要素にも動作不良が生じ、その交換が必要になる可能性もある。このように、同一の機能を有する２つの構成要素に同時に動作不良が発生した場合には、ＵＦＢ含有液の作製が停止することとなる。このため、第２実施形態では、同一の機能を有する構成要素の交換が同時に発生しないような制御を行う。
第１実施形態では、第１，第２ＵＦＢ液作製部１０２０，１０３０のうち、一方のＵＦＢ液作製部の構成要素に動作不良が生じた場合、他方のＵＦＢ液作製部の構成要素を制御してＵＦＢ含有液の作製能力の低下を抑えつつ、ＵＦＢ含有液の作製を継続する例を示した。しかし、交換対象となる一方の構成要素の交換中に、交換対象ではない他方の構成要素にも動作不良が生じ、その交換が必要になる可能性もある。このように、同一の機能を有する２つの構成要素に同時に動作不良が発生した場合には、ＵＦＢ含有液の作製が停止することとなる。このため、第２実施形態では、同一の機能を有する構成要素の交換が同時に発生しないような制御を行う。
【0192】
【0193】
図１９（ａ）は本実施形態が解決しようする課題を示すタイミングチャートであり、図１９（ｂ）は本実施形態によって実行される制御を示すタイミングチャートである。図１９（ａ），（ｂ）において横軸は時間を示し、縦軸は第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の駆動率を示している。また、Ｔ１～Ｔ９のそれぞれは、ＵＦＢ生成部の駆動時間の基準となるタイミングを示しており、隣接する２つのタイミングの間の時間、例えばタイミングＴ１～Ｔ２の間の時間を1単位時間としている。
【0194】
図１９（ａ）に示す例は、製品着荷時に装着した第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２の稼動を、同時に開始した場合を示している。この場合、稼動開始タイミングＴ０から６単位時間が経過したタイミングＴ６で第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２が共に寿命に達し、両方のＵＦＢ生成部の交換が必要となる。従って、交換作業が行われている時間（図では、Ｔ６～Ｔ７の期間）は、ＵＦＢ含有液の作製が停止されることとなる。
【0195】
一方、図１９（ｂ）は、本実施形態で実行される制御の例を示している。本例では、着荷後の初期設置を行った後、第１ＵＦＢ生成部２０５１の稼動と第２ＵＦＢ生成部２０５２の稼動を異なるタイミングで開始させる。具体的には、第２ＵＦＢ生成部２０５１の稼動をタイミングＴ０で開始し、第１ＵＦＢ生成部２０５１の稼動をタイミングＴ０より１単位時間遅いタイミングＴ１で開始させる。このように稼動開始タイミングを異ならせる制御は、両方のＵＦＢ生成部がＵＦＢ液作製装置１Ａの本体部に設置された状態で行うことも可能であるが、本体部への設置が完了したＵＦＢ生成部から順次稼動を開始させることによっても実現できる。例えば、第１ＵＦＢ生成部２０５１に先行して第２ＵＦＢ生成部２０５２を本体部に設置する場合、第２ＵＦＢ生成部２０５２の設置が完了した段階で第２ＵＦＢ生成部２０５２の稼動を開始させてＵＦＢの生成を行う。その後、第１ＵＦＢ生成部２０５１の設置が完了した段階で第１ＵＦＢ生成部２０５１の稼動を開始させ、両方のＵＦＢ生成部によってＵＦＢ含有液の作製を行う。このような制御を行うことにより、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の稼動開始タイミングを異ならせることが可能になる。
【0196】
上記のように第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２の稼動開始タイミングを異ならせる場合、単に、一方のＵＦＢ生成部を先行して稼動させるだけでは、先行して稼動させたＵＦＢ生成部によるＵＦＢ含有液の濃度、作製量が不足する場合もある。このため本実施形態では、第２ＵＦＢ生成部２０５２のみが稼動している時間（例えば、Ｔ０～Ｔ１）は、第１ＵＦＢ生成部２０５１の稼動分を補うべく、両方のＵＦＢ生成部が稼動する場合の２倍の動作率（２００％の動作率）で第２ＵＦＢ生成部２０５２を稼動させる。また、タイミングＴ１～Ｔ３の時間では、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の両方を稼動させる。このため、両方のＵＦＢ生成部の動作率は１００％とする。
【0197】
タイミングＴ３～Ｔ４の時間では、第２ＵＦＢ生成部２０５２の交換を行う。この時点までの第２ＵＦＢ生成部２０５２の動作実績（タイミングＴ０～Ｔ４の動作実績）は、動作率２００％が１単位時間、動作率１００％が２単位時間であるため、これらを合計した４単位時間となる。図１９（ａ）において説明したように、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の寿命は６単位時間である。しかし、本実施形態では、寿命時間未満の時間（４単位時間）が経過した時点で各ＵＦＢ生成部の交換を行う。タイミングＴ３～Ｔ４で第２ＵＦＢ生成部２０５２を交換する場合、第１ＵＦＢ生成部２０５１は動作率２００％で動作している。
【0198】
タイミングＴ４～Ｔ６の期間は、タイミングＴ１～Ｔ３の期間と同様に、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２をそれぞれ１００％の動作率で動作させる。その後、タイミングＴ６～Ｔ７の期間では、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換を行う。この時点までで、第１ＵＦＢ生成部２０５１の動作実績は、動作率２００％が１単位時間（Ｔ３～Ｔ４）、動作率１００％が４単位時間（Ｔ１～Ｔ３、Ｔ４～Ｔ６）の合計６単位時間動作となる。このように、第１ＵＦＢ生成部２０５１については、丁度寿命時間が経過したタイミングで交換を行う。この第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換作業中、第２ＵＦＢ生成部２０５２は動作率２００％で動作させる。この後、タイミングＴ７～Ｔ９の期間は、第１、第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２をそれぞれ１００％で動作させる。
【0199】
タイミングＴ９以降の動作については、不図示であるが、タイミングＴ９に達した時点で第２ＵＦＢ生成部２０５２を交換する。
【0200】
以上のように、本実施形態では、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２の稼動開始タイミングを異ならせると共に、第２ＵＦＢ生成部２０５２の最初の交換タイミングをＴ３，第１ＵＦＢ生成部２０５１の最初の交換タイミングをＴ６としている。
【0201】
その結果、第２回目以降の交換タイミングは、表１に示すようになる。
【0202】
【表1】
【0203】
表１及び図１９に示すように、本実施形態では、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の交換タイミングが等間隔で発生するようになっている。これにより、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２が同時に交換を必要とする虞はなくなる。従って、ＵＦＢ含有液の濃度、作製量、作製時間などを低下させることなく、寿命に達したＵＦＢ生成部の交換作業を行うことが可能になる。
【0204】
また、本実施形態では、第２ＵＦＢ生成部２０５１は寿命時間より短い時間（タイミングＴ０～Ｔ３の４単位時間）で交換した。従ってここで交換した第２ＵＦＢ生成部２０５２には２単位時間分の寿命が残されている。このため、第２ＵＦＢ生成部２０５２を保存しておき、ＵＦＢ含有液の作製終了直前の交換時において、保存しておいた第２ＵＦＢ生成部２０５２を再度利用することも可能である。例えばタイミングＴ１８でＵＦＢ含有液の作製を終了することが予め判っている場合には、交換タイミングＴ１５で第２ＵＦＢ生成部２０５２を交換する際に、タイミングＴ３の交換で取り外した第２ＵＦＢ生成部２０５２を再度装着する。これによれば、ＵＦＢ含有液の作製終了タイミングＴ１８で第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２が共に寿命に達することとなり、ＵＦＢ生成部を無駄なく有効に利用が可能になる。
【0205】
また、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２だけでなく、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２を同時に交換する必要が生じた場合にも、ＵＦＢ含有液の作製を中断せざるを得ない状況に陥ることがある。従って、本実施形態では、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２についても、図１９（ｂ）に示すような、稼動開始タイミングと交換タイミングを異ならせる制御を実施する。
【0206】
図２０は、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２等の構成要素に対し、図１９（ｂ）に示す制御と同様の制御を実施した場合のタイミングチャートを示す。
【0207】
図２０に示す例では、各構成要素の交換を以下のようなタイミングで行う。
・Ｔ０～Ｔ１で、第１ＵＦＢ生成部、第１気体溶解部、及び第１循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ３～Ｔ４で、第２ＵＦＢ生成部、第２気体溶解部、及び第２循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ６～Ｔ７で、第１ＵＦＢ生成部、第１気体溶解部、及び第１循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ９～Ｔ１０で、第２ＵＦＢ生成部、第２気体溶解部、及び第２循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ０～Ｔ１で、第１ＵＦＢ生成部、第１気体溶解部、及び第１循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ３～Ｔ４で、第２ＵＦＢ生成部、第２気体溶解部、及び第２循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ６～Ｔ７で、第１ＵＦＢ生成部、第１気体溶解部、及び第１循環ポンプの交換を行う。
・Ｔ９～Ｔ１０で、第２ＵＦＢ生成部、第２気体溶解部、及び第２循環ポンプの交換を行う。
【0208】
図２０に示す例では、Ｔ０、Ｔ３、Ｔ６、Ｔ９のそれぞれのタイミングで３種類の構成要素を交換することを想定した制御を行う。つまり、１単位時間内で３種類の構成要素の全ての交換を実施することができれば、ＵＦＢ含有液の作製を中断させることなく継続的に実施することが可能な制御となっている。
【0209】
しかし、作業者が１人しか居ない場合等、全ての交換を単位時間内で実施できない場合には、ＵＦＢ液体の作製を中断せざるを得なくなることが予想される。このような状況を想定して、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、第１、第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２のそれぞれの交換が同時に発生しないように制御した第２の実施形態の変形例を図２１のタイミングチャートに示す。
・Ｔ０～Ｔ１で、第２循環ポンプを交換し、第１循環ポンプを動作率２００％で動作させる。
・Ｔ１～Ｔ２で、第１気体溶解部を交換し、第２気体溶解部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ２～Ｔ３で、第１ＵＦＢ生成部を交換し、第２ＵＦＢ生成部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ３～Ｔ４で、第１循環ポンプを交換し、第２循環ポンプを動作率２００％で動作させる。
・Ｔ４～Ｔ５で、第２気体溶解部を交換し、第１気体溶解部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ５～Ｔ６で、第２ＵＦＢ生成部を交換し、第１ＵＦＢ生成部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ６～Ｔ７で、第２循環ポンプを交換し、第１循環ポンプを動作率２００％で動作させる。
・Ｔ７～Ｔ８で、第１気体溶解部を交換し、第２気体溶解部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ８～Ｔ９で、第１ＵＦＢ生成部を交換し、第２ＵＦＢ生成部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ０～Ｔ１で、第２循環ポンプを交換し、第１循環ポンプを動作率２００％で動作させる。
・Ｔ１～Ｔ２で、第１気体溶解部を交換し、第２気体溶解部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ２～Ｔ３で、第１ＵＦＢ生成部を交換し、第２ＵＦＢ生成部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ３～Ｔ４で、第１循環ポンプを交換し、第２循環ポンプを動作率２００％で動作させる。
・Ｔ４～Ｔ５で、第２気体溶解部を交換し、第１気体溶解部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ５～Ｔ６で、第２ＵＦＢ生成部を交換し、第１ＵＦＢ生成部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ６～Ｔ７で、第２循環ポンプを交換し、第１循環ポンプを動作率２００％で動作させる。
・Ｔ７～Ｔ８で、第１気体溶解部を交換し、第２気体溶解部を動作率２００％で動作させる。
・Ｔ８～Ｔ９で、第１ＵＦＢ生成部を交換し、第２ＵＦＢ生成部を動作率２００％で動作させる。
【0210】
このように、各構成要素の交換タイミングが異なるように制御することにより、ＵＦＢ含有液の作製速度及び生成ＵＦＢ濃度などの低下を抑制することができる。
【0211】
図２２に本実施形態で実行される制御動作のフローチャートを示す。制御動作を開始すると、まず、Ｓ６００において交換時期の設定を行う。図２１に示す制御を実施する場合、第１回目の交換時期及び第２回目以降の交換周期は、以下の表２に示す通りとなる。
【0212】
【表2】
【0213】
ここで設定した第１回目の交換時期及び第２回目以降の交換周期は、Ｓ８０３、Ｓ８０５、Ｓ８０７、Ｓ８０９、Ｓ８１１、Ｓ８１３の処理で用いられる。Ｓ８０１及びＳ８０２は、図１７におけるＳ４０１及びＳ４０２の処理と同様であるため説明を省略する。また、Ｓ８０３～Ｓ８１４では、各構成要素が交換時期にあるかの判断処理、及び当該判断処理の判断結果に基づいて各構成要素の交換作業を行うための交換処理を行う。各構成要素が交換時期にあるか否かの判断処理は、Ｓ８００で設定した設定値と、不図示のタイマーによる経時時間に基づいて行われる。以下、Ｓ８０３～Ｓ８１４の処理をより詳細に説明する。
【0214】
Ｓ８０３では、第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換時期に達したかを判断する。ここでは、第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換が着荷後の初めての交換であるか、２回目以降の交換であるかによって異なる判断を行う。すなわち、着荷後の第１回目の交換が行われるまでは、
第１回目の交換時期≦現在の経時時間
である場合に、Ｓ８０３の判断結果がＹＥＳとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換時期に達したと判断する。この場合、Ｓ８０４へ進み、第１回目の第１ＵＦＢ生成部の交換処理を行う。そして、第２回目の交換時期を、
第２回目の交換時期＝第１回目の交換時期＋第２回目以降の交換周期
と設定する。このように設定することで、図２１に示すようにＵＦＢ含有液の作製処理と交換処理とを並行して行うことが可能になる。Ｓ８０４において交換処理及び次回の交換時期の設定が終了するとＳ８０５に進む。
第１回目の交換時期≦現在の経時時間
である場合に、Ｓ８０３の判断結果がＹＥＳとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換時期に達したと判断する。この場合、Ｓ８０４へ進み、第１回目の第１ＵＦＢ生成部の交換処理を行う。そして、第２回目の交換時期を、
第２回目の交換時期＝第１回目の交換時期＋第２回目以降の交換周期
と設定する。このように設定することで、図２１に示すようにＵＦＢ含有液の作製処理と交換処理とを並行して行うことが可能になる。Ｓ８０４において交換処理及び次回の交換時期の設定が終了するとＳ８０５に進む。
【0215】
また、第１回目の交換までに
第１回交換時期＞現在の経過時間
と判断された場合には、Ｓ８０３の判定結果がＮＯとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換時期に達していないと判断する。この場合は、Ｓ８０５に進む。
第１回交換時期＞現在の経過時間
と判断された場合には、Ｓ８０３の判定結果がＮＯとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換時期に達していないと判断する。この場合は、Ｓ８０５に進む。
【0216】
一方、第Ｎ回目（Ｎは２以上の整数）以降の交換時期に関するＳ８０３の判断において、
第Ｎ回目の交換時期≦現在の経時時間
であると判断された場合には、判断結果がＹＥＳとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が第Ｎ回目の交換時期に達していると判断する。この場合、Ｓ８０４へ進み、第Ｎ回目の第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換処理を行う。そして、第Ｎ＋１回目の交換時期を、
第Ｎ＋１回目の交換時期＝第Ｎ回の交換時期＋第２回目以降の交換周期
と設定する。このように設定することで、図２１に示すようにＵＦＢ含有液の作製処理と交換処理とを並行して行うことが可能になる。Ｓ８０４において交換処理及び次回交換時期の設定が終了するとＳ８０５に進む。
第Ｎ回目の交換時期≦現在の経時時間
であると判断された場合には、判断結果がＹＥＳとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が第Ｎ回目の交換時期に達していると判断する。この場合、Ｓ８０４へ進み、第Ｎ回目の第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換処理を行う。そして、第Ｎ＋１回目の交換時期を、
第Ｎ＋１回目の交換時期＝第Ｎ回の交換時期＋第２回目以降の交換周期
と設定する。このように設定することで、図２１に示すようにＵＦＢ含有液の作製処理と交換処理とを並行して行うことが可能になる。Ｓ８０４において交換処理及び次回交換時期の設定が終了するとＳ８０５に進む。
【0217】
また、第Ｎ回目（Ｎは２以上の整数）以降の交換時期に関するＳ８０３判断において、
第Ｎ回交換時期＞現在の経過時間
であると判断された場合には、判断結果がＮＯとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が第Ｎ回目の交換時期に達していないと判断する。この場合、Ｓ８０５に進む。
第Ｎ回交換時期＞現在の経過時間
であると判断された場合には、判断結果がＮＯとなる。すなわち、第１ＵＦＢ生成部２０５１が第Ｎ回目の交換時期に達していないと判断する。この場合、Ｓ８０５に進む。
【0218】
Ｓ８０５～Ｓ８０６では、第２ＵＦＢ生成部２０５２に対して、同様に交換時期の判断、交換処理及び交換時期の更新を行う。処理内容はＳ８０３～Ｓ８０４と同様であるため説明を省略する。
【0219】
Ｓ８０７～Ｓ８１０では、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２に対して、同様に交換時期の判断及び交換処理、交換時期の更新を行う。処理内容はＳ８０３～Ｓ８０６と同様であるため説明を省略する。
【0220】
Ｓ８１１～Ｓ８１４では、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２に対して、同様に交換時期の判断、交換処理及び交換時期の更新を行う。処理内容はＳ８０３～Ｓ８０６と同様であるため説明を省略する。また、Ｓ８１５～Ｓ８１７の処理は図１７における中のＳ４１５～Ｓ４１７と同様であるため説明を省略する。
【0221】
以上のように、図２１及び図２２に示す制御では、各構成要素の初期の交換時期と交換時期の更新間隔の設定を行い、交換時に次回の更新時期を設定することで、同時に複数の交換処理が発生することを抑制する。これにより、ＵＦＢ含有液の作製処理と交換処理を並行して行うことが可能となり、１人の作業者であっても、ＵＦＢ液体の作製を継続させることが可能になる。
【0222】
【0223】
第２の実施形態では、複数の構成要素の交換時期が重なることでＵＦＢ含有液の作製が中断されることを防止するために、初期の交換時期と交換時期の更新間隔の設定を行う例を示した。しかし、例えば第１ＵＦＢ生成部２０５１を先に交換し、第２ＵＦＢ生成部２０５２を後に交換するようにした場合、先に交換する第１ＵＦＢ生成部２０５１については寿命に達する前に交換する必要があった。このため、交換された第１ＵＦＢ生成部２０５１をそのまま捨ててしまう場合には、部品コストが高くなり、作製するＵＦＢ含有液のコスト高を招くこととなる。また、寿命に達する前に交換された第１ＵＦＢ生成部２０５１を保管しておき、それをＵＦＢ含有液の作製の最後の時期に再利用するようにしたとしても、構成要素の品質を維持するための保管にコストが発生してしまう。
【0224】
そこで、本実施形態では、全ての構成要素がほぼ寿命に達したときに交換を行うようにして無駄を低減しつつ、交換タイミングが重ならないような制御を行う。
【0225】
図２３に本実施形態により実行される制御のタイミングチャートを示す。
【0226】
本実施形態では、Ｔ０より前の段階で第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の設置が完了していることとする。
【0227】
本実施形態では、Ｔ０のタイミングでの各部の動作率を以下のように設定する。
第１気体溶解部 １２０％
第２気体溶解部 ８０％
第１ＵＦＢ生成部 １５０％
第２ＵＦＢ生成部 ５０％
第１循環ポンプ ２００％
第２循環ポンプ ０％
第１気体溶解部 １２０％
第２気体溶解部 ８０％
第１ＵＦＢ生成部 １５０％
第２ＵＦＢ生成部 ５０％
第１循環ポンプ ２００％
第２循環ポンプ ０％
【0228】
このように動作率を設定することで、動作率が１００％を超える３種類の構成要素の交換時期は以下のように設定することができる。
第１気体溶解部 Ｔ５～Ｔ６
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ４～Ｔ５
第１循環ポンプ Ｔ３～Ｔ４
第１気体溶解部 Ｔ５～Ｔ６
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ４～Ｔ５
第１循環ポンプ Ｔ３～Ｔ４
【0229】
本実施形態ではいずれの構成要素も交換時期は６単位時間動作した時期である。最初に交換タイミングが来る第１循環ポンプ２０６１は、Ｔ３～Ｔ４の時期で交換を行う。この際、交換対象となっていない第２循環ポンプ２０６１の動作率は２００％となる。
【0230】
交換が終了した後は、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の動作率は、いずれも１００％となる。この結果、第２循環ポンプの交換時期は表３に示すようにＴ８～Ｔ９となる。
【0231】
【表3】
【0232】
以降は、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２は、いずれも平均して１００％の動作率で動作するため、各ＵＦＢ生成部は、６単位時間毎に交換が発生する。従って、交換時期は
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ４～５ Ｔ１０～１１ Ｔ１６～１７ Ｔ４～５＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ７～８ Ｔ１３～１４ Ｔ１９～２０ Ｔ７～８＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
となる。
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ４～５ Ｔ１０～１１ Ｔ１６～１７ Ｔ４～５＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ７～８ Ｔ１３～１４ Ｔ１９～２０ Ｔ７～８＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
となる。
【0233】
第１ＵＦＢ生成部２０５１の次に交換タイミングが来るのは第１気体溶解部２０３１であり、Ｔ５～Ｔ６で交換を行う。この際、交換対象となっていない第２気体溶解部２０３２の動作率は２００％となる。交換が終了した後は、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２はいずれも動作率１００％で動作する。その結果、第２気体溶解部の交換時期は、表４に示すように、Ｔ６～Ｔ７となる。
【0234】
【表4】
【0235】
以降は、いずれのＵＦＢ生成部も平均して１００％の動作率で動作するため、６単位時間毎に交換が発生する。このため、各ＵＦＢ生成部の交換時期は、
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ５～６ Ｔ１１～１２ Ｔ１７～１８ Ｔ５～６＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ６～７ Ｔ１２～１３ Ｔ１８～１９ Ｔ６～７＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
となる。
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ５～６ Ｔ１１～１２ Ｔ１７～１８ Ｔ５～６＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ６～７ Ｔ１２～１３ Ｔ１８～１９ Ｔ６～７＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
となる。
【0236】
これまで説明した交換タイミングを列挙すると、
第１循環ポンプ Ｔ３～４ Ｔ９～１０ Ｔ１５～１６ Ｔ３～４＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２循環ポンプ Ｔ８～９ Ｔ１４～１５ Ｔ２０～２１ Ｔ８～９＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ４～５ Ｔ１０～１１ Ｔ１６～１７ Ｔ４～５＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ７～８ Ｔ１３～１４ Ｔ１９～２０ Ｔ７～８＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ５～６ Ｔ１１～１２ Ｔ１７～１８ Ｔ５～６＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ６～７ Ｔ１２～１３ Ｔ１８～１９ Ｔ６～７＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
となり、いずれの交換時期も重ならないように制御できていることが理解されよう。
第１循環ポンプ Ｔ３～４ Ｔ９～１０ Ｔ１５～１６ Ｔ３～４＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２循環ポンプ Ｔ８～９ Ｔ１４～１５ Ｔ２０～２１ Ｔ８～９＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ４～５ Ｔ１０～１１ Ｔ１６～１７ Ｔ４～５＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ７～８ Ｔ１３～１４ Ｔ１９～２０ Ｔ７～８＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第１ＵＦＢ生成部 Ｔ５～６ Ｔ１１～１２ Ｔ１７～１８ Ｔ５～６＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
第２ＵＦＢ生成部 Ｔ６～７ Ｔ１２～１３ Ｔ１８～１９ Ｔ６～７＋６Ｎ（Ｎ＝０，１，２）
となり、いずれの交換時期も重ならないように制御できていることが理解されよう。
【0237】
図２４、及び図２５（ａ），（ｂ）は、本実施形態における制御動作を示すフローチャートである。図２４において、Ｓ１０００では、ＵＦＢ液作製装置が着荷時の状態、すなわち稼動前の状態であるかを判定する。判定結果がＹＥＳの揚合、すなわちＵＦＢ液作製装置が稼動前の状態である場合にはＳ１０１８に進む。また、判定結果がＮＯの場合、すなわちＵＦＢ液作製装置が既に稼動された状態である場合にはＳ１００１に進む。
【0238】
Ｓ１０１８では、着荷時特有の処理を行う。図２５（ａ）にＳ１０１８の処理の詳細を示す。図２５（ａ）において、Ｓ１０１８１では、第１ＵＦＢ生成部２０５１のＵＦＢ生成速度（第１ＵＦＢ生成速度）と第２ＵＦＢ生成部２０５２のＵＦＢ生成速度（第２ＵＦＢ生成速度）との関係が、
第１ＵＦＢ生成速度＞第２ＵＦＢ生成速度
となるように、各ＵＦＢ生成部の着荷時の生成速度を設定する。また、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２それぞれの交換時期を設定する。
第１ＵＦＢ生成速度＞第２ＵＦＢ生成速度
となるように、各ＵＦＢ生成部の着荷時の生成速度を設定する。また、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２それぞれの交換時期を設定する。
【0239】
Ｓ１０１８２では、第１気体溶解部２０５３の気体溶解速度（第１気体溶解速度）と第２気体溶解部２０２の気体溶解速度（第２気体溶解速度）との関係が、
第１気体溶解速度＞第２気体溶解速度
となるように、着荷時の各気体溶解部の溶解速度を設定する。また、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２の交換時期を設定する。
第１気体溶解速度＞第２気体溶解速度
となるように、着荷時の各気体溶解部の溶解速度を設定する。また、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２の交換時期を設定する。
【0240】
Ｓ１０１８３では、第１循環ポンプ２０６１による液体の流動速度（第１流動速度）と第２循環ポンプ２０６２による液体の流動速度（第２流動速度）との関係が、
第１流動速度＞第２流動速度
となるように、着荷時の各循環ポンプによる流動速度を設定する。また、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の交換時期を設定する。
第１流動速度＞第２流動速度
となるように、着荷時の各循環ポンプによる流動速度を設定する。また、第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の交換時期を設定する。
【0241】
このような設定を行うことによって、図２３に示すように、
・第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の交換タイミング
・第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２の交換タイミング
・第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の交換タイミング
が互いに異なるタイミングとなるように制御することが可能になる。
この際、
・第１，第２ＵＦＢ生成部の交換タイミングの差＞ＵＦＢ生成部の交換所要時間
・第１，第２気体溶解部の交換タイミングの差＞気体溶解部の交換所要時間
・第１，第２循環ポンプの交換タイミングの差＞循環ポンプの交換所要時間
となるように制御することで、各構成要素の交換とＵＦＢ含有液の作製とを並行して行うことが可能になる。
・第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の交換タイミング
・第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２の交換タイミング
・第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の交換タイミング
が互いに異なるタイミングとなるように制御することが可能になる。
この際、
・第１，第２ＵＦＢ生成部の交換タイミングの差＞ＵＦＢ生成部の交換所要時間
・第１，第２気体溶解部の交換タイミングの差＞気体溶解部の交換所要時間
・第１，第２循環ポンプの交換タイミングの差＞循環ポンプの交換所要時間
となるように制御することで、各構成要素の交換とＵＦＢ含有液の作製とを並行して行うことが可能になる。
【0242】
以上の処理を行った後、図２４のＳ１００１に進む。Ｓ１００１～Ｓ１００３の処理は、図２２のＳ８０１～Ｓ８０３の処理と同様であるため、説明を省略する。また、Ｓ１００３において第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換時期に達したと判定された場合（ＹＥＳと判定された場合）には、Ｓ１００４において第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換処理を行う。この交換処理の内容の詳細を図２５（ｂ）におけるＳ１００４１～１００４６に示す。Ｓ１００４１～１００４６の処理は、図１８（ａ）のＳ４０４１～Ｓ４０４６の処理と同様であるため、説明を省略する。
【0243】
Ｓ１００４７では、
第１ＵＦＢ生成部の生成速度≒第２ＵＦＢ生成部の生成速度
となる定常生成速度に設定する。その後、交換した第１ＵＦＢ生成部２０５１の次回の交換時期を設定し、Ｓ１００４８の処理に進む。なお、Ｓ１００４８の処理は、図１８（ａ）のＳ４０４８の処理と同様であり、説明を省略する。
第１ＵＦＢ生成部の生成速度≒第２ＵＦＢ生成部の生成速度
となる定常生成速度に設定する。その後、交換した第１ＵＦＢ生成部２０５１の次回の交換時期を設定し、Ｓ１００４８の処理に進む。なお、Ｓ１００４８の処理は、図１８（ａ）のＳ４０４８の処理と同様であり、説明を省略する。
【0244】
【0245】
次に、Ｓ１００６において、第２ＵＦＢ生成部２０５２の交換処理を行う。この第２ＵＦＢ生成部２０５２の交換処理は、図２５（ｂ）に示した第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換処理と同様に行なう。
【0246】
次に、Ｓ１００７及びＳ１００９の処理を行う。Ｓ１００７及びＳ１００９の処理は、図１７のＳ４０７及びＳ４０９の処理と同様であるため、説明を省略する。また、Ｓ１００８及びＳ１０１０では、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２の交換処理を行う。この第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２の交換処理は、Ｓ１００４及びＳ１００６における第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の交換処理と同様に行なう。
【0247】
次に、Ｓ１０１１及びＳ１０１３の処理は、図１７のＳ４１１及びＳ４１３の処理と同様であるため、説第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２の交換を行う。この第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２交換処理は、Ｓ１００４及びＳ１００６におけるＵＦＢ生成部２０５１，２０５２の交換処理と同様に行なう。さらに、Ｓ１０１５～Ｓ１０１７では、図１７のＳ４１５～Ｓ４１７と同様の処理を行う。
【0248】
以上のように、この第３実施形態では、同一機能を有する２つの構成要素を互いに異なる動作率で動作させるように制御することにより、同一機能を有する構成要素が寿命に達するタイミングをずらすことが可能になる。このため、同一機能を有する２つの構成要素の交換が同時に必要となるのを抑制しつつ、両構成要素を同じ位の累積動作率で交換することが可能になる。また、異なる種類の構成要素の間においても動作率を異ならせるように制御することによって、異なる構成要素の交換が同時に必要になるのを抑制しつつ、いずれの部品も同じ位の累積動作率で交換することが可能になる。
【0249】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を説明する。上記実施形態では、同一機能を有する構成要素を２つ並列して動作させる構成を示したが、同一機能を有する構成要素を３つ以上並列して動作させる構成を採る場合にも、同一機能を有する構成要素が同時に交換が必要となる状態の発生を抑制することができる。本実施形態では、同一の機能を有する構成要素を６個用いることで、交換対象となっていない構成要素の動作率の上昇を２割に抑えた例を示している。
次に、本発明の第４実施形態を説明する。上記実施形態では、同一機能を有する構成要素を２つ並列して動作させる構成を示したが、同一機能を有する構成要素を３つ以上並列して動作させる構成を採る場合にも、同一機能を有する構成要素が同時に交換が必要となる状態の発生を抑制することができる。本実施形態では、同一の機能を有する構成要素を６個用いることで、交換対象となっていない構成要素の動作率の上昇を２割に抑えた例を示している。
【0250】
図２６では、６個のＵＦＢ生成部（第１～第６ＵＦＢ生成部）を並列動作させる場合において、各ＵＦＢ生成部が順番に交換を要する状態となるように、以下のような制御を行う。
【0251】
・Ｔ０～Ｔ１において、全てのＵＦＢ生成部をそれぞれ動作率１００％で動作させる。本例では、第１ＵＦＢ生成部がタイミングＴ１で交換を要する状態となり、Ｔ０～Ｔ１において、第１ＵＦＢ生成部の交換を行う。このＴ１～Ｔ０の間で、第１ＵＦＢ生成部はＵＦＢ含有液の作製を停止し、動作率が０％となっている。このため、第１ＵＦＢ生成部が停止したことによって生じたＵＦＢ生成能力低下を、残りの５つのＵＦＢ生成部で分担することとなる。よって、Ｔ１～Ｔ２において、第２～第６ＵＦＢ生成部の動作率は１２０％となる。
【0252】
同様に、
・Ｔ２～Ｔ３において、第６ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ３～Ｔ４において、第４ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ４～Ｔ５において、第２ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ５～Ｔ６において、第５ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ６～Ｔ７において、第３ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ７～Ｔ８において、第１ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率１２０％とする。
・Ｔ２～Ｔ３において、第６ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ３～Ｔ４において、第４ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ４～Ｔ５において、第２ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ５～Ｔ６において、第５ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ６～Ｔ７において、第３ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率を１２０％とする。
・Ｔ７～Ｔ８において、第１ＵＦＢ生成部を交換し、他のＵＦＢ生成部の動作率１２０％とする。
【0253】
この様に、並行動作させる同一種類の構成要素数を増加させることにより、交換対象となっていない構成要素の動作率の増加を抑制することが可能となる。図２６に示す例では、６個の構成要素を同時に動作させる場合の通常の動作率（１００％）に対し、交換対象となっていない構成要素の動作率を２０％上昇させるだけで済む。このため、各ＵＦＢ生成部を性能限界近くの生成速度で安定して連続稼動と交換を並行して行うことが可能となる。
【0254】
（第５実施形態）
上記の実施形態では、循環ポンプを設けてＵＦＢ含有液を循環させる構成を示した。しかし、本発明は、循環ポンプを設けず、気体溶解部とＵＦＢ生成部を用いてＵＦＢ含有液を循環させない構成にも適用可能である。以下、第５実施形態として、ＵＦＢ含有液の作製を、循環ポンプを用いずに行う例を説明する。なお、本実施形態の特徴構成を明確にするため、本実施形態の説明に先立ち、循環経路を設けない従来のＵＦＢ液作製装置の基本的な構成を説明し、その後、本実施形態の構成、作用を説明する。
上記の実施形態では、循環ポンプを設けてＵＦＢ含有液を循環させる構成を示した。しかし、本発明は、循環ポンプを設けず、気体溶解部とＵＦＢ生成部を用いてＵＦＢ含有液を循環させない構成にも適用可能である。以下、第５実施形態として、ＵＦＢ含有液の作製を、循環ポンプを用いずに行う例を説明する。なお、本実施形態の特徴構成を明確にするため、本実施形態の説明に先立ち、循環経路を設けない従来のＵＦＢ液作製装置の基本的な構成を説明し、その後、本実施形態の構成、作用を説明する。
【0255】
図３５に、従来のＵＦＢ液作製装置の構成を示す。図３５に示す装置においては、前述の図３４に示した構成から循環ポンプ１０６を取り除いた構成となっており、図中、同一部分には同一符号を付し、詳細説明は省略する。
【0256】
図３５に示す従来のＵＦＢ液作製装置では、液体入力部１１１から、ＵＦＢ液出力部１１９に至る間に１つのＵＦＢ液作製部が形成されている。このため、ＵＦＢ液作製部に設けられている気体溶解部１１３あるいはＵＦＢ生成部１１５等の構成要素に動作不良が発生した場合、その構成要素の交換のためにＵＦＢ含有液の作製を停止させると共に、不図示のＵＦＢ利用機器の稼動も停止させる必要が生じる。これは、医療機器やプラント等の連続稼動を必要とする機器のへの利用において大きな課題となる。
【0257】
そこで、本実施形態におけるＵＦＢ液作製装置は、図２７に示すような構成を備える。図２７に示すＵＦＢ液作製装置は、図１３に示すＵＦＢ液作製装置から第１，第２循環ポンプ２０６１，２０６２を除いた構成を有し、その他の構成は図１３に示す構成と同様である。図２７において、図１３に示す構成と同一部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【0258】
図２７に示すように、本実施形態では、液体入力部１０１０とＵＦＢ液出力部１０４０との間に、２つのＵＦＢ液作製部が設けられている。従って、一方のＵＦＢ液作製部における気体溶解部またはＵＦＢ生成部に動作不良が生じた場合にも、他方のＵＦＢ液部の気体溶解部またはＵＦＢ生成部を用いて、ＵＦＢ含有液の作製と、気体溶解部またはＵＦＢ生成部の交換とを並行して行うことができる。
【0259】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を説明する。本実施形態では、上記実施形態における構成に加えて、ＵＦＢ液出力部の前段にバッファ槽を設け、ＵＦＢ液作製装置に設けられている構成要素の交換とＵＦＢ含有液の作製の並行作業を、より効率よく実現し得るものとなっている。
次に、本発明の第６実施形態を説明する。本実施形態では、上記実施形態における構成に加えて、ＵＦＢ液出力部の前段にバッファ槽を設け、ＵＦＢ液作製装置に設けられている構成要素の交換とＵＦＢ含有液の作製の並行作業を、より効率よく実現し得るものとなっている。
【0260】
図２８に第６実施形態におけるＵＦＢ液作製装置の構成を示す。本実施形態におけるＵＦＢ液作製装置は、図１３に示す構成と同様の構成を備えると共に、バルブＶ５０とＵＦＢ液出力部１０４０との間に、バッファ槽１０３９とバルブＶ５１を追加した構成を有する。なお、図１３に示した構成と同一部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。
【0261】
ＵＦＢ液体出力槽２０７は、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２から供給されるＵＦＢ含有液を受容し、受容したＵＦＢ含有液を、第１循環ポンプ２０６１と第２循環ポンプ２０６２、及びバッファ槽１０３９に供給する役割を果たす。
【0262】
バッファ槽１０３９は、ＵＦＢ液体出力槽２０７から供給されたＵＦＢ含有液を一旦貯蔵し、貯蔵したＵＦＢ含有液を適宜、ＵＦＢ液体出力部１０４０に供給する役割を果たす。具体的には、バッファ槽１０３９は、ＵＦＢ液出力槽２０７からのＵＦＢ含有液の供給量が、ＵＦＢ液出力部１０４０への出力量を上回っていた場合には、その剰余分を貯蔵する。また、ＵＦＢ液出力槽２０７からの供給量が、ＵＦＢ液出力部１０４０への出力量を下回った場合には貯蔵分をＵＦＢ液出力部１０４０へ提供する。このようにしてバッファ槽１０３９は、ＵＦＢ液出力部１０４０に対する出力量を一定にする役割を果たす。
【0263】
なお、ＵＦＢ含有液を作製する際には、ＵＦＢ液体出力槽２０７とバッファ槽１０３９との間に設けた開閉バルブＶ５０と、バッファ槽１０３９とＵＦＢ液体出力部１０４０との間に設けた開閉バルブＶ５１を開状態とする。また、着荷時等において、第１，第２気体溶解部２０３１，２０３２、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２、循環ポンプ２０６１，２０６２等の構成要素を設置する場合には、開閉バルブＶ１０、Ｖ５０、Ｖ５１を閉状態とする。そして、設置処理が完了した段階で、開閉バルブＶ１０、Ｖ５０、Ｖ５１を開状態とし、ＵＦＢ含有液の作製を開始する。
【0264】
以上の構成を有する本実施形態におけるＵＦＢ液作製装置では、装置内の構成要素が交換を要する状態となる前に、ＵＦＢ含有液の作製量を出力量よりも多く設定することで、ＵＦＢ含有液をバッファ槽１０３９に貯蔵しておくことが可能になる。従って、交換時期には、貯蔵したＵＦＢ含有液を提供することで、ＵＦＢ含有液の作製と構成要素の交換作業とを並行して行うことが可能になる。
【0265】
図２９に本実施形態により実行される制御のタイミングチャートを示す。図２９の上側の２段には、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２の駆動・交換のタイミングが示され、下側の２段には、バッファ槽１０３９におけるＵＦＢ含有液の貯蔵量と出力量とが示されている。
【0266】
図２９に示すように、本例では、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２とが、異なるタイミングで交換を要する状態となるように制御を行う。また、ＵＦＢ含有液の作製をＴ０から開始させ、バッファ槽ＵＦＢ含有液の出力をＴ１から開始させる。
【0267】
Ｔ０～Ｔ１の期間において、第１ＵＦＢ生成部２０５１は動作率１２０％で動作させ、第２ＵＦＢ生成部２０５２は動作率０％で動作させる。また、このＴ０～Ｔ１の期間ではＵＦＢ液体出力バッファ槽１０３９からのＵＦＢ含有液の出力は行わず、供給されるＵＦＢ含有液を全て貯蔵する。この結果、Ｔ１の時点で、ＵＦＢ液体出力バッファ槽には１２０％分のＵＦＢ含有液が貯蔵される。
【0268】
この後、Ｔ１～Ｔ２の期間において、第１ＵＦＢ生成部２０５１及び第２ＵＦＢ生成部２０５２はいずれも１２０％の動作率で動作させる。またこの間に、バッファ槽１０３９からは、２００％分のＵＦＢ含有液が出力される。その結果、Ｔ２の時点では、バッファ槽には１６０％分のＵＦＢ液体が貯蔵される。Ｔ２～Ｔ３の期間においてもＴ１～Ｔ２の期間と同様にＵＦＢ含有液の貯蔵が行われ、Ｔ３の時点における累積貯蔵量は２００％となる。
【0269】
Ｔ３のタイミングで第１ＵＦＢ生成部２０５１が交換タイミングに達し、Ｔ３～Ｔ４の期間で第１ＵＦＢ生成部２０５１の交換を行う。この間、第２ＵＦＢ生成部２０５２は動作率１２０％で動作させる。よって、Ｔ４の時点におけるバッファ槽１０３９の累積貯蔵量は１２０％となる。
【0270】
Ｔ４～Ｔ５及びＴ５～Ｔ６の期間は、Ｔ１～Ｔ２及びＴ２～Ｔ３の期間と同様の制御を行う。その結果、Ｔ５の累積貯蔵量は１６０％、Ｔ６の累積貯蔵量は２００％となる。
【0271】
Ｔ６のタイミングで第２ＵＦＢ生成部２０５２が交換タイミングに達し、Ｔ６～Ｔ７の期間で第２ＵＦＢ生成部２０５１の交換を行う。この間に、第１ＵＦＢ生成部２０５２は動作率１２０％で動作させる。よって、Ｔ７の時点における累積貯蔵量は１２０％となる。
【0272】
このように、ＵＦＢ液体出力バッファ槽１０３９を用いることで、ＵＦＢ生成部の交換とＵＦＢ含有液の作製とを並行して行いながら、ＵＦＢ生成部の最大動作率を抑えることが可能になる。すなわち、第１実施形態では、図１５に示すように、ＵＦＢ生成部の最大動作率が２００％であるのに対し、本実施形態ではＵＦＢ生成部の最大動作率を１２０％に抑えることが可能になる。これは、ＵＦＢ生成部の寿命が長ければ長い程、最大動作率を１００％に近づけることが可能であることを意味する。換言すれば、前述の第４実施形態と同様に、ＵＦＢ生成部の性能限界近くの生成速度で安定した連続稼動を行いつつ、交換作業を並行して行うことが可能になることを意味する。
【0273】
図３０及び図３１は、本実施形態により実行されるＵＦＢ含有液生成時の制御動作を示すフローチャートである。図３０において、Ｓ１６０１及びＳ１６１２の処理は、図１７のＳ４０１～Ｓ４１２の処理と同様であるため、説明を省略する。
【0274】
Ｓ１６１３では、第２循環ポンプ２０６２の交換が必要になったかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（交換を必要とする場合）には、Ｓ１６１４に進む。判定結果がＮＯの場合（交換を必要としない場合）にはＳ１６１５に進む。Ｓ１６１４では、第２気体溶解部２０６２の交換処理を行う。この交換処理の内容は、図１７のＳ４１４の処理と同様であるため、説明を省略する。処理が完了すると、Ｓ１６１５に進む。
【0275】
Ｓ１６１５では、バッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の出力が必要であるかを判定する。図２９に示す例では、ＦＢ含有液の作製速度（バッファ槽への供給速度）とＵＦＢ含有液の出力速度（バッファ槽への出力速度）との関係が、
ＵＦＢ含有液の作製速度≒ＵＦＢ含有液の出力速度
であるため、Ｔ１から継続してＵＦＢ含有液の出力が必要となっている。
ＵＦＢ含有液の作製速度≒ＵＦＢ含有液の出力速度
であるため、Ｔ１から継続してＵＦＢ含有液の出力が必要となっている。
【0276】
これに対し、
ＵＦＢ含有液の作製速度＞ＵＦＢ含有液の出力速度
の場合には、適宜一定の時間的な割合でバルブＶ５０の開閉を行うことによって、バッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の出力を制御する。あるいはバルブＶ５０の開度を制御することによって、バッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の出力速度を制御する。
ＵＦＢ含有液の作製速度＞ＵＦＢ含有液の出力速度
の場合には、適宜一定の時間的な割合でバルブＶ５０の開閉を行うことによって、バッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の出力を制御する。あるいはバルブＶ５０の開度を制御することによって、バッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の出力速度を制御する。
【0277】
Ｓ１６１５における判定結果がＹＥＳの場合（ＵＦＢ含有液の出力が必要である場合）にはＳ１６１６に進み、判定結果がＮＯの場合（ＵＦＢ含有液の出力が必要でない場合）にはＳ１６１７に進む。Ｓ１６１６では、バッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の出力を行う。図３１のフローチャートにＳ１６１６で行う処理の詳細を示す。
【0278】
Ｓ１６１９１では、開閉バルブＶ５０を開状態とし、ＵＦＢ液出力槽２０７とバッファ槽１０３９とを連通した状態とする。次に、Ｓ１６１９２では、ＵＦＢ液出力槽２０７からバッファ槽１０３９へのＵＦＢ含有液の供給を開始する。次に、Ｓ１６１９３では、必要な量のＵＦＢ含有液がバッファ槽１０３９に供給されたかを判定する。判定結果がＹＥＳの場合（供給が終了した場合）には、Ｓ１６１９４に進む。また、判定結果がＮＯの場合（供給が終了していない場合）には、Ｓ１６１９２に戻り、ＵＦＢ含有液の供給を継続する。
【0279】
Ｓ１６１９４では、開閉バルブＶ５０を閉状態とし、ＵＦＢ液出力槽２０７とバッファ槽１０３９との連通を遮断した後、図３０のＳ１６１７に進む。Ｓ１６１７～Ｓ１６１９の処理は、図１７のＳ４１５～Ｓ４１７の処理と同様であるため、説明を省略する。
【0280】
本実施形態では、Ｓ１６１６において開閉バルブＶ５０を開状態としてＵＦＢ出力液槽２０７とバッファ槽１０３９とを連通させるようにしたが、Ｓ１６１５における判定結果がＮＯであった場合には、ＵＦＢ出力槽２０７とバッファ槽１０３９との連通を遮断しても良い。
【0281】
このように、本実施形態では、液体出力バッファ槽１０３９を設け、図３０のフローチャートに示す制御を行うことにより、ＵＦＢ含有液の作製と構成要素の交換とを並行して行うことが可能になる。
【0282】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を説明する。本実施形態では、気体溶解部とＵＦＢ液出力槽との間に循環流路を形成すると共に、ＵＦＢ生成部とＵＦＢ液出力槽との間に循環流路を形成した例を説明する。
次に、本発明の第７実施形態を説明する。本実施形態では、気体溶解部とＵＦＢ液出力槽との間に循環流路を形成すると共に、ＵＦＢ生成部とＵＦＢ液出力槽との間に循環流路を形成した例を説明する。
【0283】
ＵＦＢ液作製装置１Ｂは、図３２に示すように、液体供給部１０、気体供給部２０、溶解ユニット３０、第１の貯蔵室４０、第１ＵＦＢ生成部６０１、第２ＵＦＢ生成部６０２等の構成要素を含み構成される。これらの構成要素が、液体や気体を移動可能なように配管で接続されている。図中の矢印の実線は液体の流れ、破線は気体の流れを示している。液体供給部１０は本発明の液体入力部に相当し、第１の貯蔵室４０は、本発明のＵＦＢ液出力部に相当する。また、第１ＵＦＢ生成部６０１、第２ＵＦＢ生成部６０２及び溶解ユニット３０によって本発明の作製部を構成している。
【0284】
液体供給部１０には液体１１が貯蔵されている。この液体１１は、ポンプ２３３によって、配管２３１と配管２３とで形成される経路を通じて第１の貯蔵室４０に供給される。また配管２３２の途中には脱気部２３４が配置され、液体１１に溶存している気体が除去されるようになっている。脱気部２３４の内部には、気体のみが通過できる不図示の膜が内蔵されており、気体が膜を通過することで気体と液体とに分離される。溶存気体はポンプ２３５によって吸引され、排気部２３６から排気される。このように供給する液体１１の溶存気体を除去しておくことで、後述する所望の気体を最大限に溶かし込むことが可能である。
【0285】
気体供給部２０は液体１１に溶かし込むための所望の気体を供給する機能を有する。気体供給部２０は、所望気体を包括するボンベの他、所望気体を連続的に発生することができる装置などでも良い。例えば、所望気体が酸素の場合、大気を取り込み、不要となる窒素を除去することで、連続的に酸素を生成し、内蔵されるポンプで送り込むようにすることも可能である。
【0286】
溶解ユニット３０は気体供給部２０から供給される気体を、第１の貯蔵室４０から供給される液体４１に溶解させる機能を有する。なお、この溶解ユニット３０には、不図示の溶解度センサが内蔵されている。気体供給部２０から供給される気体は前処理部３２で放電等の処理がなされ、供給管３１を通り、溶解部３３へと送り込まれる。また、溶解部３３には、第１の貯蔵室４０内の液体４１が配管２１１を通って供給される。この液体の供給はポンプ２１３によって行われる。溶解部３３では供給された液体４１に気体を溶解させる。溶解部３３の先には気液分離室３４が配設され、溶解部３３で溶解できなかった気体が排気部３５から排出される。気体溶解液は配管２１２を通って第１の貯蔵室４０に回収される。
【0287】
第１の貯蔵室４０は液体４１を貯蔵し、後述する第１の循環経路Ａと第２の循環経路Ｂを中継する役割を果たす。ここで、液体４１とは、より詳細には、溶解ユニット３０で気体を溶解させた気体溶解液と、後述する第１ＵＦＢ生成部６０１及び第２ＵＦＢ生成部６０２で作製されたＵＦＢ含有液の混合液である。
【0288】
第１の貯蔵室４０の外周の全域または一部には冷却部４４が配置されている。この冷却部４４によって第１の貯蔵室４０内の液体４１が冷却されるようになっている。液体の温度が低いほど気体の溶解度を高めることができるため、液温は低い方が好ましく、不図示の温度センサで１０℃以下程度に制御されている。
【0289】
冷却部４４の構成は、液体４１を所望の温度にすることができればどのようなものであっても良く、例えば、ペルチェ素子などの冷却装置の他、不図示のチラーによって低温にされた冷却液を循環させるような方式を採ることも可能である。この場合、冷却液が循環できる管が外周を取り巻くように取り付けられているか、あるいは、第１の貯蔵室４０の全体が２層構造になっていて、その間を冷却液が通るようにする構成であっても良い。また、冷却管を液体４１の中に通す構成であっても良い。このようにして液体４１が低温に管理され、気体が溶け込みやすい状態とすることで、溶解部３３において、効率良く気体を溶解させることが可能である。
【0290】
また、第１の貯蔵室４０に接続されている弁４５には、ＵＦＢ含有液を取り出すための取り出し口４６ａが形成された出力管４６が接続されている。液体４１のＵＦＢ濃度が不図示の濃度センサなどで管理され、所定値に達した場合には、弁４５を開き、ＵＦＢ含有液を取り出し口４６ａから取り出すことができる。なお、ＵＦＢ含有液の取り出し口は第１の貯蔵室４０以外の任意の場所に配置されていても良い。なお、第１の貯蔵室４０には、液体４１の温度や溶解度のムラを少なくするための撹拌機などを設けても良い。
【0291】
第１ＵＦＢ生成部６０１及び第２ＵＦＢ生成部６０２は第１の貯蔵室４０から供給される液体４１に溶存している気体からＵＦＢを生成する（気相析出させる）機能を有する。ＵＦＢを生成する手段としては、ベンチュリー方式等、ＵＦＢを生成できるものであればどのようなものでも良く、本実施形態においては、高精細なＵＦＢを効率良く生成するために、膜沸騰現象を応用してＵＦＢを生成する方式（Ｔ－ＵＦＢ方式）を適用している。具体的な構成としては、前述の基本構成で説明したようなものを適用することが好ましい。
【0292】
第１ＵＦＢ生成部６０１には、ポンプ２２３によって、第１の貯蔵室４０から配管２２１及び開閉バルブＶｉｎ６０１を通って液体４１が供給される。また、第２ＵＦＢ生成部６０２には、ポンプ２２３によって、第１の貯蔵室４０から配管２２１及び開閉バルブＶｉｎ６０２を通って液体４１が供給される。
【0293】
第１ＵＦＢ生成部６０１及び第２ＵＦＢ生成部６０２の上流には不純物やごみなどを捕集するフィルタ２２４が配設されており、ＵＦＢ生成部によるＵＦＢの生成が不純物やごみなどによって損なわれるのを抑制している。
【0294】
第１ＵＦＢ生成部６０１で作製されたＵＦＢ含有液は、開閉バルブＶｏｕｔ６０１及び配管２２２を通って第１の貯蔵室４０へと回収される。また、第２ＵＦＢ生成部６０２で作製されたＵＦＢを含むＵＦＢ含有液は、開閉バルブＶｏｕｔ６０２及び配管２２２を通って第１の貯蔵室４０へと回収される。
【0295】
なお、本例では、第１ＵＦＢ生成部６０１及び第２ＵＦＢ生成部６０２の上流にポンプ２２３を配置しているが、ポンプの配置はこれに限定されるものではなく、効率良くＵＦＢ含有液を作製できる位置であれば、他の位置に設けることも可能である。例えば、ＵＦＢ生成部６０１，６０２の下流に配置しても良い。さらに、ＵＦＢ生成部６０１，６０２の上流と下流の両方に配置しても良い。
【0296】
以上説明した上記装置構成において、気体や液体の種類は特に制限されるものではなく、自由に選択することが可能である。また、気体または気体溶解液と接する部分（配管３１、２１１、２１２、２２１、２２２、ポンプ２１３、２２３、フィルタ２２４、第１の貯蔵室４０、第１ＵＦＢ生成部ト６０１及び第２ＵＦＢ生成部６０２の接気液部等）は、耐腐食性の強い材料で形成されていることが好ましい。例えば、接気液説部には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂、ＳＵＳ３１６Ｌなどの金属やその他の無機材料が適用されていることが好ましい。これにより、腐食性の強い気体や液体であっても好適にＵＦＢを生成することが可能である。
【0297】
また、第１，第２ＵＦＢ生成部６０１，６０２におけるＵＦＢ含有液を流動させるポンプ２２３は、ＵＦＢ生成効率を損なわないよう、脈動や流量ばらつきの小さいポンプを適用することが望ましい。これにより、ＵＦＢ濃度のばらつきの小さいＵＦＢ含有液を効率的に作製することができる。
【0298】
上記のように、本実施形態のＵＦＢ液作製装置は、気体を溶解するための第１の循環経路Ａ（第１の貯蔵室４０→溶解ユニット３０→第１の貯蔵室４０）と、ＵＦＢを生成するための第２の循環経路Ｂ（第１の貯蔵室４０→ＵＦＢ生成部６０１及び６０２→第１の貯蔵室４０）の二つの循環経路を有する。これらの循環経路にはそれぞれポンプ２１３、２２３が配置されており、異なる条件で任意に循環させることが可能である。ここで、条件とは、循環流速や循環経路内の圧力、循環タイミングなどである。例えば、ＵＦＢ液作製装置の稼動開始直後は、液体４１が所定温度まで下がったら、所定の溶解度達するまで第１の循環経路Ａのみを循環させることができる。本実施形態では、第１の循環経路Ａの循環条件は、効率良く気体を加圧溶解させるため、流速を約５００～３０００ｍＬ／ｍｉｎ程度、圧力を０．２～０．６ＭＰａ程度とした。
【0299】
次に、第２の循環経路Ｂを循環し、ＵＦＢ生成部６０１及び６０２を動作させてＦＢを生成する。本実施形態では、第２の循環経路Ｂの循環条件は、流速を約３０～１５０ｍＬ／ｍｉｎ程度、圧力を０．１～０．２ＭＰａ程度とした。Ｔ－ＵＦＢ方法は膜沸騰による発泡～消泡の過程で発生する圧力差や熱を利用してＵＦＢを生成するため、循環条件としては比較的低速、低圧（大気圧）で良い。
【0300】
また、ＵＦＢ生成中、すなわち第２の循環経路Ｂの循環中において、第１の循環経路Ａの循環も行うことができる。その利点は次の通りである。液体４１に溶存していた気体がＵＦＢ生成部６０１及び６０２でＵＦＢとして析出すると、その体積分だけ、新たに気体が溶解できる領域が液体中に生まれる。従って、その液体を溶解ユニット３０へと供給して気体を溶解させ、再度、ＵＦＢ生成部６０１及び６０２でＵＦＢを生成することで、さらに濃度の高いＵＦＢ含有液を作ることが可能になる。この時の第１の循環経路Ｂの循環は必ずしも連続的である必要はなく、気体の溶解速度が高い場合には断続的に循環すれば良い。
【0301】
このように第１の循環経路Ａと第２の循環経路Ｂをそれぞれ異なる条件で循環可能な構成とすることで、気体溶解とＵＦＢ生成をそれぞれ同時に最適な条件で循環させることができ、効率良く高濃度なＵＦＢ含有液を作製することができる。
【0302】
上述した循環方法はあくまで一例であり、これに限ることなく、任意に循環方法を設定することができる。
【0303】
さらに、本実施形態のＵＦＢ液作製装置においては、前述の通りＴ－ＵＦＢ方式を採用しているため、ＵＦＢ生成部における圧力は大気圧程度で良い。従って、装置内で比較的高い圧力となる領域は、溶解ユニット３０に連通する配管２１１のポンプ２１３の下流から気液分離室３４までで良い。このため、安価かつ小型なＵＦＢ液作製装置を実現することが可能であり、メンテナンスも容易であるといった利点もある。
【0304】
また、第１，第２ＵＦＢ生成部６０１，６０２におけるＵＦＢ含有液を流動させるポンプ２２３は、ＵＦＢ生成効率を損なわないよう、脈動や流量ばらつきの小さいポンプを適用することが望ましい。これにより、ＵＦＢ濃度のばらつきの小さいＵＦＢ含有液を効率的に作製することができる。
【0305】
また、本実施形態では、液体供給部から供給された液体と気体とを溶解させた気体溶解液を、第１，第２ＵＦＢ生成部６０１，６０２に供給することによってＵＦＢ含有液を作製し、作製した液体を液体出力部としての第１の貯蔵室４０から出力させる構成を有する。このため、第１，第２ＵＦＢ生成部のうち、一方のＵＦＢ生成部に動作不良が生じた場合にも、他方のＵＦＢ生成部でＵＦＢ含有液の作製を継続しつつ、動作不良が生じたＵＦＢ生成部の交換を並行して行うことが可能になる。
【0306】
具体的には、上記の開閉バルブＶｉｎ６０１、Ｖｏｕｔ６０１、Ｖｉｎ６０２、Ｖｏｕｔ６０２の開閉を制御することによって、動作不良の発生したＵＦＢ含有液の作製経路から第１ＵＦＢ生成部６０１または第２ＵＦＢ生成部６０２を隔離させる。また、動作不良が発生していないＵＦＢ生成部はＵＦＢ含有液の作製経路との接続を保ち、当該ＵＦＢ生成部によってＵＦＢ含有液の作製を継続しながら、他方のＵＦＢ生成部の交換処理を行うことができる。
【0307】
また、ＵＦＢ生成部以外の構成要素、例えば、溶解ユニット３０、ポンプ２１３、ポンプ２２３などをそれぞれ複数備え、各構成要素の上流と下流に開閉バルブや切換バルブ等を配置するようにしても良い。これによれば、複数の溶解ユニットや複数のポンプにおいて、１つの溶解ユニットや１つのポンプに動作不良が発生した場合にも、他の正常な溶解ユニットやポンプを用いてＵＦＢ含有液の作製を継続することが可能になる。
【0308】
また、ＵＦＢ含有液の作製速度を維持するように気体溶解部としての溶解ユニット、ポンプを制御することで、ＵＦＢ濃度やＵＦＢ含有液の作製速度などの生成能力を大きく低下させることなく、ＵＦＢ含有液の作製を継続することが可能となる。
【0309】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプ等の構成要素をそれぞれ２つずつ設けた例を示した。しかし、これら３種類の構成要素の中の１つまたは２つを、単一の構成要素によって構成することも可能である。例えば、図３３に示すように、単一の気体溶解部２０３１と、単一の循環ポンプ２０６１とを備える構成とすることも可能である。但し、この場合にも、ＵＦＢ生成部については、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２を設ける。なお、図３３では、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２とを切換弁Ｓｉｎ２０６１，Ｓｏｕｔ２０６１により選択的に使用する例を示しているが、図１３に示す例と同様に、開閉バルブを用いることも可能である。
上記第１実施形態では、気体溶解部、ＵＦＢ生成部、循環ポンプ等の構成要素をそれぞれ２つずつ設けた例を示した。しかし、これら３種類の構成要素の中の１つまたは２つを、単一の構成要素によって構成することも可能である。例えば、図３３に示すように、単一の気体溶解部２０３１と、単一の循環ポンプ２０６１とを備える構成とすることも可能である。但し、この場合にも、ＵＦＢ生成部については、第１，第２ＵＦＢ生成部２０５１，２０５２を設ける。なお、図３３では、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２とを切換弁Ｓｉｎ２０６１，Ｓｏｕｔ２０６１により選択的に使用する例を示しているが、図１３に示す例と同様に、開閉バルブを用いることも可能である。
【0310】
また、上記第１実施形態では、液体入力部１０１０とＵＦＢ液出力部１０４０との間に設けられる第１ＵＦＢ液作製部１０２０と第２ＵＦＢ液作製部１０３０とが、互いに連通した構成を有している。すなわち、第１気体溶解部２０３１と第２気体溶解部２０３２とが液体入力槽と気体溶解液出力槽とによって互いに連通し、第１ＵＦＢ生成部２０５１と第２ＵＦＢ生成部２０５２とが、気体溶解液出力槽とＵＦＢ液出力槽とによって互いに連通している。さらに、第１循環ポンプと第２循環ポンプとがＵＦＢ液出力槽と液体入力槽とによって互いに連通している。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、第１ＵＦＢ液作製部と第２ＵＦＢ液作製部とを、互いに連通しない独立した構成とすることも可能である。この場合、各ＵＦＢ液作製部によって生成されたＵＦＢ含有液が１つの液体出力部に回収されるようにする。これによれば、いずれか一方のＵＦＢ液作製部に設けられる構成要素の一部に動作不良が発生した場合にも、他方のＵＦＢ液作製部によって生成動作を継続することが可能であり、ＵＦＢ含有液の作製と交換処理とを並行して実行することが可能になる。
【0311】
また、液体入力部１０１０とＵＦＢ液出力部１０４０との間に３つ以上のＵＦＢ液作製部を設けることも可能である。前述の第３実施形態では、６個のＵＦＢ生成部を設ける例を示したが、気体溶解部、循環ポンプなどの構成要素を３個以上設けることも可能である。
【符号の説明】
【0312】
１Ａ ウルトラファインバブル含有液作製装置
１０１０ 液体入力部
１０４０ ＵＦＢ液出力部
１０２０ 第１ＵＦＢ液作製部
１０３０ 第２ＵＦＢ液作製部
２０５１ 第１ＵＦＢ生成部
２０５２ 第２ＵＦＢ生成部
１０１０ 液体入力部
１０４０ ＵＦＢ液出力部
１０２０ 第１ＵＦＢ液作製部
１０３０ 第２ＵＦＢ液作製部
２０５１ 第１ＵＦＢ生成部
２０５２ 第２ＵＦＢ生成部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】