專利名稱：低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種可液化氣體洗凈系統(tǒng)，特別是有關(guān)一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的工業(yè)用洗凈制造程序多為濕式清洗方式，清洗介質(zhì)為溶劑、水或水性溶劑，以及添加清潔劑。然而，此種溶劑添加清洗方式需要干燥過程，而且有毒污染物及清潔劑溶解在水或溶劑中，必須經(jīng)過廢水/廢溶劑處理后始可排放。如今隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)溶劑有空氣污染，破壞臭氧層及導(dǎo)致溫室效應(yīng)等問題而逐漸被禁用，水洗制造程序耗費(fèi)大量水資源及電能，且也有廢水處理問題，因此清洗制造程序成本節(jié)節(jié)高漲。
近二十年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多可液化氣體在超臨界狀態(tài)(supercritical state)下具有似溶劑般的溶解力，而可被用來取代傳統(tǒng)的溶劑作萃取或洗凈用途。其中以二氧化碳(CO2)最常被使用在商業(yè)化批量生產(chǎn)的設(shè)備中，因其具有環(huán)保、安全、使用成本低又無污染之虞的優(yōu)點(diǎn)，但是，使用的CO2必須在高壓下操作，因其臨界點(diǎn)為31.1℃，73.8bar，所以設(shè)備昂貴，推廣不易。
用于清洗的稠相(dense phase)流體包括液態(tài)及超臨界狀態(tài)的可液化氣體，使用液態(tài)流體清洗可加上傳統(tǒng)的輔助清洗機(jī)構(gòu)，如超音波(ultrasonic)、噴嘴(nozzle)、攪拌器(agitator)、紫外線照射(UVradiation)等方式以加速清洗效果，如美國專利第5,068,040、5,316,591、5,370,740、5,337,746、5,377,705、5,456,759及5,522,938號等所揭示的；而使用超臨界狀態(tài)流體則利用其低表面張力與強(qiáng)溶解力特性將污染物溶解后，帶離物件表面以達(dá)到洗凈目的，如美國專利第4,944,837、5,013,366、5,267,455、5,355,901、5,370,742及5,401,322號等所揭示的。
CO2的狀態(tài)主要由溫度與壓力來決定，在不同狀態(tài)下溶解力不同，所使用的輔助洗凈機(jī)制也不盡相同。美國專利第5,013,366號提出相切換(phase shifting)法，先將CO2壓力提高至臨界壓力(Pc)或以上，再藉由控制其溫度，使其溫度高于或低于臨界溫度(Tc)的切換，以進(jìn)行不同的清洗機(jī)制，如

圖1的A←→A’點(diǎn)之間切換。另外，美國專利第5,514,220號提出壓力脈沖(pressure pulse)法，先將CO2加壓加溫至超臨界狀態(tài)，在等溫狀態(tài)下反復(fù)地提高、降低壓力，造成脈沖效果以去除污物，如圖1的B←→B’點(diǎn)之間切換。又如愛德華巴克(Edward Bok)等所發(fā)表的“用于單一芯片洗凈的超臨界流體(Supercritical Fluids for SingleWafer Cleaning)”(刊于Solid State Technology，June 1992，pp，117-120)揭露的循環(huán)式壓力(cycling pressure)則是在如圖1的C←→C’點(diǎn)之間切換。然而此類系統(tǒng)需用到高壓泵(pump)來提高壓力，以將高壓CO2注入清洗系統(tǒng)，因而設(shè)備成本高。
美國專利第5,3 39,844號揭露的低成本設(shè)備，主要分成兩類，一為中階(intermediate)洗凈系統(tǒng)，一為低階(low end)洗凈系統(tǒng)。前者主要由CO2貯存槽、熱交換器、洗凈槽、過濾器、壓縮機(jī)等構(gòu)成，洗凈槽內(nèi)有加熱/冷卻器、超音波產(chǎn)生器、噴嘴及液位指示器(level indicator)等。此系統(tǒng)要利用CO2在液體狀態(tài)下，可使用噴嘴、超音波等輔助洗凈機(jī)構(gòu)以強(qiáng)化洗凈效果，并未涉及不同相的切換，而且使用液位指示器以確認(rèn)待洗物件完全浸在液態(tài)CO2中，而其低階系統(tǒng)只由CO2鋼瓶、熱交換器、洗凈槽及分離槽構(gòu)成，洗凈槽內(nèi)有過濾器、噴嘴及超音波產(chǎn)生器，雖然組成簡單，但無液位指示器無法確保物件完全浸在液態(tài)CO2中，而且只能使用在液態(tài)CO2狀態(tài)，此外，在清洗完畢后，常因排放稠相流體的減壓速度太快，造成物件因瞬間降溫、空蝕(cavitation)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積在被洗物件表面上。鑒于上述先前技術(shù)的缺陷，因而需要提供一可使系統(tǒng)設(shè)備低成本化，又能符合精密洗凈要求的可液化氣體洗凈系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的主要目的是提供一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其利用稠相流體作為清洗介質(zhì)，且以低于臨界壓力狀態(tài)為操作起始點(diǎn)，因而不需使用高壓泵以將高壓稠相流體注入清洗系統(tǒng)，從而大幅降低設(shè)備成本，本發(fā)明的次要目的是提供一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其以定比容方式控制稠相流體溫度使其高于或低于臨界溫度(Tc)的切換，可使稠相流體在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換(phase shifting)，用以清洗該物件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其可藉由一流量計或磅秤量測本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)所需稠相流體的質(zhì)量，無需在清洗槽內(nèi)裝設(shè)液位檢測器或觀景窗，可減少系統(tǒng)設(shè)備成本。
本發(fā)明的再一目的是提供一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其在清洗槽出口提供一壓力控制器，以控制排放稠相流體的減壓速度，防止排放稠相流體的減壓速度太快，造成物件因瞬間降溫、空蝕(cavitation)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，以及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積在被洗物件表面上。
本發(fā)明的再一目的是提供一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其是以可液化氣體的固體狀態(tài)存在補(bǔ)充系統(tǒng)所需的稠相流體，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，以從選定物件上移除污染物，其特征在于其包含一密閉壓力清洗槽，以供容納一可液化氣體的清洗流體及該包含污染物的物件，該清洗槽具有一入口及一出口；一儲存槽，用以提供該清洗流體至該清洗槽；一流量計，用以計量該儲存槽供給該清洗槽的清洗流體的量；一溫度控制裝置，控制清洗室中所需的操作溫度，使該清洗流體沿一選定的等比容線，在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換；一壓力控制器，與出口銜接，以控制清洗流體的減壓速度；一分離裝置，與壓力控制器銜接，以分離清洗流體中的污染物；及一支撐裝置，以支撐該物件。
其另包含一第一過濾裝置位于該出口或清洗槽內(nèi)，以過濾清洗流體的金屬屑及雜質(zhì)。
其中該第一過濾裝置為磁性濾網(wǎng)，用以過濾10μm以上的金屬屑及雜質(zhì)。
其中該溫度控制裝置包含加熱裝置、冷卻裝置及溫度感測器。
其另包含一微處理器，以控制該流量計及溫度控制裝置。
其中該流量計是可量測累計的質(zhì)量或體積。
其另包含機(jī)械式清洗裝置位于該清洗槽內(nèi)，以加強(qiáng)洗凈效率。
其中該機(jī)械式清洗裝置是選自噴嘴，攪拌器，超音波或超高頻超音波(megasonic)裝置及其組合。
其另包含一回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)具有一第二過濾裝置，用以過濾10μm以下的雜質(zhì)，以純化該清洗流體，及一冷凝器將該清洗流體冷凝成液態(tài)。
其另包含一添加劑入口，以將添加劑加入該清洗槽內(nèi)。
本發(fā)明的目的也可以是這樣實(shí)現(xiàn)的一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，以從選定物件上移除污染物，其特征在于其包含一密閉壓力清洗憎，以供容納一可液化氣體的清洗流體及該包含污染物的物件，該清洗槽具有一入口及一出口；一溫度控制裝置，控制清洗室中所需的操作溫度，使該清洗流體沿一選定的等比容線，在固態(tài)及液氣平衡態(tài)之間變換，或在液氣平衡態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換；一壓力控制器，與出口銜接，以控制清洗流體的減壓速度；一分離裝置，與壓力控制器銜接，以分離清洗流體中的污染物；及一支撐裝置，以支撐該物件。
其另包含一第一過濾裝置位于該出口或清洗槽內(nèi)，以過濾清洗后清洗流體的金屬屑及雜質(zhì)。
其中該第一過濾裝置為磁性濾綢，用以過濾10μm以上的金屬屑及雜質(zhì)。
其中該溫度控制裝置包含加熱裝置、冷卻裝置及溫度感測器。
其另包含機(jī)械式清洗裝置位于該清洗槽內(nèi)，以加強(qiáng)洗凈效率。
其中機(jī)械式清洗裝置是選自噴嘴、攪拌器、超音波或超高頻超音波(megasonic)裝置及其組合。
其另包含一儲存槽，用以提供該清洗流體至該清洗槽；及一流量計，計量該儲存槽供給該清洗槽清洗流體的量。
其中流量計是可量測累計的質(zhì)量或體積。
其另包含一微處理器，以控制該流量計及溫度控制裝置。
其另包含一添加劑入口，以將添加劑加入該清洗槽內(nèi)。
本發(fā)明是一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，主要包含一儲存槽、一流量計、一清洗槽、一第一過濾裝置、一分離裝置、一第二過濾裝置及一冷凝器。儲存槽是用以儲存所需的清洗流體，以供清洗槽使用。儲存槽的清洗流體經(jīng)由流量計控制所需流量由噴嘴供給至清洗槽的清洗室。清洗槽設(shè)有一加熱裝置及一冷卻裝置，以控制清洗室中所需的操作溫度，使清洗流體在液相及超臨界相之間變換產(chǎn)生相位切換(phase shifting)。清洗后的清洗流體經(jīng)由出口流入一第一過濾裝置，以過濾清洗后清洗流體的雜質(zhì)。之后，經(jīng)過濾的清洗流體流入一分離裝置，以分離清洗液體雜質(zhì)及有機(jī)污染物。經(jīng)分離后的清洗流體進(jìn)入一第二過濾裝置。經(jīng)第二過濾裝置過濾的清洗流體流經(jīng)一冷凝器，經(jīng)冷凝器冷凝后，流回儲存槽。
本發(fā)明另提供一微處理器與溫度感測器、壓力感測器、加熱裝置及冷卻裝置相連接，以控制清洗室中所需的操作溫度與壓力。微處理器也與壓力控制器相連接，以控制排放二氧化碳的減壓速度。
本發(fā)明主要是利用定比容方式，控制稠相流體溫度使其高于或低于臨界溫度(Tc)的切換，可使稠相流體在液相及超臨界相之間變換產(chǎn)生相位切換(phase shifting)，用以清洗該物件。根據(jù)本發(fā)明的方法，其以低于臨界壓力狀態(tài)為起始點(diǎn)，因而本發(fā)明的設(shè)備不需使用高壓泵，以將稠相流體注入清洗槽中，而僅需將液態(tài)稠相流體直接注入清洗槽中，或直接將固態(tài)稠相流體置入清洗槽中即可，因而可大幅減少系統(tǒng)設(shè)備成本。
根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)可藉由一流量計，精確控制本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)清洗室所需稠相流體的質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)可直接將固態(tài)稠相流體置入清洗槽中即可，而無需在清洗槽內(nèi)裝置液位檢測器或觀景窗，也可減少系統(tǒng)設(shè)備成本。
本發(fā)明另在清洗槽出口提供一壓力控制器以控制排放稠相流體的減壓速度，以防止排放稠相流體的流速太快，造成物件因瞬間降溫、空蝕(cavitation)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積于被洗物件表面上。
下面配合附圖和較佳實(shí)施例，詳細(xì)說明本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)圖1為相切換(phase shifting)法、壓力脈沖(pressure pulse)法及循環(huán)壓力(cycling pressure)法的二氧化碳操作相圖(phasediagram)；圖2為本發(fā)明第一具體實(shí)施例低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的示意圖；圖3為本發(fā)明第二具體實(shí)施例低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的示意圖；圖4為本發(fā)明第三具體實(shí)施例低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的示意圖；圖5為本發(fā)明的定比容(constant specific volume)法的二氧化碳操作相圖(phase diagram)；圖6為本發(fā)明的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的微處理器控制示意圖；圖7為二氧化碳的壓力比容(Pυ)圖。
根據(jù)本發(fā)明的低成本可液化氣體洗凈方法，其是利用稠相流體(densephase fluid)作為清洗介質(zhì)，利用其低表面張力與強(qiáng)溶解力特性將污染物溶解后，帶離物件表面以達(dá)洗凈目的。本發(fā)明的稠相流體(dense phasefluid)，其可轉(zhuǎn)換成超臨界流體(supercritical fluid)，或在尚未改變待洗凈物件的物理或化學(xué)性質(zhì)的溫度及壓力，即可液化的氣體。這些可液化氣體典型包含，但不限于(1)碳?xì)浠衔?hydrocarbons)，如甲烷(methane)，乙烷(ethane)，丙烷(propane)，丁烷(butane)，戊烷(pentane)，己烷(hexane)，乙烯(ethylene)及丙烯(propylene)；(2)鹵代烴(halogenated hydrocarbons)，如；四氟甲烷(tetrafluoromethane)，氟氯甲烷(chlorodifluoromethane)，六氟化硫(sulfur hexafluoride)，全氟丙烷(perfluoropropane)；(3)無機(jī)物(inorganics)，如二氧化碳(carbon dioxide)，氨(ammonia)，氦(helium)，氬(argon)，氪(krypton)，氙(Xenon)及氧化亞氮(nitrousoxide)；(4)及其混合物。選擇用以除去一特定污染物的稠相流體需選自具有與目標(biāo)污染物相近似的化學(xué)溶解性。例如，一污染物的內(nèi)聚力主要是由氫鍵構(gòu)成，則所選擇的稠相流體需具有至少與其相當(dāng)?shù)臍滏I結(jié)合能力，以能產(chǎn)生溶解。
因二氧化碳是相當(dāng)便宜、無毒且容易液化，因而其為本發(fā)明的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的較佳稠相流體。本發(fā)明現(xiàn)以二氧化碳為較佳實(shí)施例，詳細(xì)說明本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。然而，熟悉本技藝人士應(yīng)可根據(jù)所欲清洗物件的特性，選擇上述合適的稠相流體，用以清洗該物件。因此，適用本發(fā)明的稠相流體并不局限于二氧化碳，上述合適的稠相液體皆可用以實(shí)施本發(fā)明，本發(fā)明被洗物件是包含金屬、非金屬及復(fù)合材料族群的材料，被洗去的污染物則包含有機(jī)、無機(jī)、離子化合物及微粒的族群。
二氧化碳的臨界溫度(Tc)為31.1℃，臨界壓力為73.8bar，二氧化碳的相圖(phase diagram)顯示于圖1，當(dāng)壓力高于臨界點(diǎn)時，控制其溫度使其高于或低于臨界溫度(Tc)的切換，可使二氧化碳在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換(phase shifting)。美國專利第5,013,366號對相切換的說明已有詳細(xì)揭示，在此并入本文參考，故不再贅述。
請參考圖2，其顯示本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)主要包含一儲存槽10，一流量計20，一清洗槽30，一第一過濾裝置42，一分離裝置51，一第二過濾裝置60，及一冷凝裝置70。儲存槽10是用以儲存所需的液態(tài)二氧化碳，以供清洗槽30使用，該儲存槽10較佳者為一壓力儲存槽或一鋼瓶，其溫度小于二氧化碳的臨界溫度(Tc)，較佳者為25℃，壓力為800-900psi。儲存槽10的液態(tài)二氧化碳經(jīng)由流量計20，而由控制閥22控制進(jìn)入清洗槽30的入口23。一添加劑入口21設(shè)在流量計20與控制閥22之間，以供加入所需的清洗添加劑。添加劑是具有氫鍵結(jié)或極性化合物的溶劑或界面活性劑。流量計20是用以量測進(jìn)入清洗槽30的所需二氧化碳流量，該流量計20可累計所流經(jīng)的流體質(zhì)量或體積。
清洗槽30具有一蓋體30a及槽壁30b，以界定一清洗室31，清洗室31具有一溫度感測器31a以感測清洗室31內(nèi)的溫度，及一壓力感測器31b以感測清洗室31內(nèi)的壓力。二氧化碳經(jīng)由流量計20控制所需的量，經(jīng)由沿槽壁30b設(shè)置的噴嘴32，供給至清洗室31中，且可藉此噴灑清洗待清洗物件。較佳者，噴嘴32沿槽壁30b以切線方向設(shè)置，使供給至清洗室31中的二氧化碳液體產(chǎn)生渦流。較佳者，清洗槽30也設(shè)有超音波裝置33或超高頻超音波(megasonic)裝置，以提供超音波洗凈，及設(shè)有攪拌裝置34，以提供攪拌洗凈功效。清洗槽30也可設(shè)有紫外線光，以提供殺菌作用。較佳者，清洗槽30也設(shè)有一供待洗物件置放的置物籃35，置物籃35是由置物籃支撐件36支撐在清洗室31中的適當(dāng)位置。清洗槽30設(shè)有一加熱裝置38及一冷卻裝置39，以控制清洗室31中所需的操作溫度，使其在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換。加熱裝置38較佳者為一加熱線圈，而冷卻裝置39較佳者為一冷卻水套。較佳者，加熱裝置38與冷卻裝置39可結(jié)合為一溫度控制裝置。較佳者，該溫度控制裝置也可為置于洗凈槽內(nèi)的熱交換器。根據(jù)清洗室31中所需的溫度，加熱裝置38及冷卻裝置39經(jīng)由微處理器控制其操作溫度。
清洗后的二氧化碳經(jīng)由出口41流入一第一過濾裝置42，以過濾清洗后二氧化碳的雜質(zhì)，第一過濾裝置42較佳者為磁性濾網(wǎng)，用以過濾10μm以上的金屬屑及雜質(zhì)。之后，經(jīng)過濾的二氧化碳流入一分離裝置51，以分離二氧化碳及污染物。若排放二氧化碳的減壓速度太快，會產(chǎn)生低溫汽爆，而嚴(yán)重?fù)p傷清洗物件表面。因此，分離裝置51與第一過濾裝置42之間較佳者是提供一壓力控制器43，以控制排放二氧化碳的減壓速度，以防止排放稠相流體的減壓速度太快，造成物件因瞬間降溫、空蝕(cavitation)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積在待洗物件表面上。
分離裝置51具有一排放閥52，以排放所分離的雜質(zhì)及污染物。較佳者，經(jīng)分離后的二氧化碳進(jìn)入一第二過濾裝置60，該第二過濾裝置60是用以過濾10μm以下的雜質(zhì)，較佳者為可拋棄式濾網(wǎng)。經(jīng)第二過濾裝置60過濾的二氧化碳流經(jīng)一冷凝裝置70，經(jīng)冷凝成為液態(tài)后，流回至儲存槽10。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例，可循環(huán)使用該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的二氧化碳。
請參考圖3，其顯示本發(fā)明另一具體實(shí)施例的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)是一較簡化的設(shè)備，其二氧化碳不可循環(huán)使用，但可設(shè)計成可攜帶式低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其主要包含一清洗槽30，具有一蓋體30a及槽壁30b，以界定一清洗室31，一溫度感測器31a以感測清洗室31內(nèi)的溫度；及一壓力感測器31b以感測清洗室31內(nèi)的壓力；一加熱裝置38及一冷卻裝置39，以控制清洗室31中所需的操作溫度，使其在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換。加熱裝置38較佳者為一加熱線圈，而冷卻裝置39較佳者為一冷凝器。較佳者，加熱裝置38與冷卻裝置39可結(jié)合為一溫度控制裝置。根據(jù)清洗室31中所需的溫度，加熱裝置38及冷卻裝置39經(jīng)由微處理器控制其操作溫度。較佳者，清洗槽30也設(shè)有超音波裝置33，以提供超音波洗凈功效。較佳者，清洗槽30也設(shè)有攪拌裝置34，以提供攪拌洗凈功效。較佳者，清洗槽30也設(shè)有一供待洗物件置放的置物籃35，置物籃3 5是由置物籃支撐件36支撐在清洗室31中的適當(dāng)位置。清洗槽30也可設(shè)一吊架36’供待洗物件吊放。清洗后的二氧化碳經(jīng)由出口41排出。較佳者，出口41提供一壓力控制器43以控制排放二氧化碳的減壓速度，以防止排放二氧化碳的減壓速度太快，造成物件因瞬間降溫、空蝕(cavitation)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積在被洗物件表面上。出口41排放的二氧化碳經(jīng)由分離裝置51，以過濾及減壓方式分離二氧化碳的雜質(zhì)及污染物。分離裝置51具有一排放閥52，以排放所分離的雜質(zhì)及污染物，及一排氣閥53，以排放分離的二氧化碳。
請參考圖4，其顯示本發(fā)明另一具體實(shí)施例的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第三具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)是一較簡化的設(shè)備，其二氧化碳不可循環(huán)使用。本發(fā)明的第三具體實(shí)施例與本發(fā)明的第一具體實(shí)施例的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)相似，其差異在于出口41排放的二氧化碳經(jīng)由分離裝置51分離后，二氧化碳及其雜質(zhì)及污染物分別由排氣閥53及排放閥52排放，而不加以循環(huán)回收。
以下詳細(xì)說明本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈方法的操作原理及方法。請參考圖5，本發(fā)明的低成本可液化氣體洗凈方法主要是利用定比容方式，控制二氧化碳溫度使其高于或低于臨界溫度(Tc)的切換，可使二氧化碳在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換，用以清洗該物件。根據(jù)本發(fā)明的定比容方法，注入清洗槽30中用以清洗的二氧化碳，其初始狀態(tài)可為液氯共存的X’點(diǎn)，而在X’及X”點(diǎn)之間沿其等比容線，控制其溫度使其高于或低淤臨界溫度(Tc)的變化，使二氧化碳在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相仞換。如圖所示，本發(fā)明選擇合適的等比容線，如800kg/m3，控制其溫度在20-40℃之間升降，即可使二氧化碳在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換，以達(dá)到所需的洗凈狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的定比容方法，二氧化碳的初始狀態(tài)可為固態(tài)的X點(diǎn)，而經(jīng)加熱使具沿固氣及液氣平衡線而達(dá)X’點(diǎn)，而再在X’及X”點(diǎn)之間沿其等比容線，控制其溫度使其高于或低于臨界溫度(Tc)的變化，使二氧化碳在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換，以達(dá)到所需的洗凈狀態(tài)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其以低于臨界壓力狀態(tài)為起始點(diǎn)，因而本發(fā)明的設(shè)備不需使用高壓泵，以將二氧化碳注入清洗槽30中，而僅需將液態(tài)二氧化碳直接由儲存槽10經(jīng)由流量計20計量注入清洗槽30中，或直接稱重量取固態(tài)二氧化碳(干冰)后置入清洗槽30中即可，因而可大幅減少系統(tǒng)設(shè)備成本。
請參照圖3，若清洗槽30的總?cè)莘e為V1，待清洗物件40的體積為V2，液態(tài)二氧化碳淹過待清洗物件而距蓋體30a的距離為S，清洗槽30的槽內(nèi)底面積為A，清洗槽30的溫度為T1，由二氧化碳的飽和蒸汽壓表可查得在溫度T1條件下的飽和液態(tài)二氧化碳比容為υf，氣態(tài)二氧化碳比容為υg，則計算所需充填二氧化碳的質(zhì)量如下液態(tài)二氧化碳體積Vf＝V1-V2-AS氣態(tài)二氧化碳體積Vg＝AS二氧化碳質(zhì)量M＝Vf/υf+Vg/υg＝[V1-V2-AS]/υf+AS/υg，(1)則在溫度T1條件下的初次充填二氧化碳比容為
υP(m3/kg)＝[V1-V2]/M(2)上述系統(tǒng)所需的二氧化碳的質(zhì)量M及其比容υP的計算式是用以說明本發(fā)明是可依定比容方式，控制二氧化碳溫度使其高于或低于臨界溫度(Tc)的切換，可使二氧化碳在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換，用以清洗該物件。掌握該項技藝的人員應(yīng)當(dāng)可以其他方式計算出所需的二氧化碳的質(zhì)量M及其比容υP，也可達(dá)成本發(fā)明的功效。
根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)可藉由一流量計20，較佳者為質(zhì)量流量計，或體積流量計經(jīng)過換算，可精確計量本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)清洗室31所需二氧化碳的質(zhì)量M。根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施例，該低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)可直接稱重量取固態(tài)二氧化碳(干冰)后置入清洗槽30中即可，而無需在清洗槽30內(nèi)裝置液位檢測器或觀景窗，也可減少系統(tǒng)設(shè)備成本。
請參考圖6所示的本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)的微處理器控制示意圖。徵處理器80可根據(jù)所預(yù)定的V1，V2，S，A，液態(tài)二氧化碳比容為υf，氣態(tài)二氧化碳比容為υg，由式(1)計算，求得所需二氧化碳質(zhì)量M，藉由流量計20計量進(jìn)入清洗槽30的二氧化碳量，配合控制閥22因而可精確控制系統(tǒng)所需二氧化碳的質(zhì)量。此外，微處理器80也與溫度感測器31a，壓力感測器31b，加熱裝置38及冷卻裝置39相連接以控制清洗室31中所需的操作溫度與壓力，微處理器也可與壓力控制器43相連接，以控制排放二氧化碳的減壓速度。
請參考圖7所示的二氧化碳的壓力比容(Pυ)圖。當(dāng)υP小于υc(臨界比容)時，如圖的A點(diǎn)，液體多于氣體。當(dāng)溫度由TA升至TB時，由A點(diǎn)移至B點(diǎn)(比容不變)，此時液面會升高，壓力PB也升高。當(dāng)由B點(diǎn)移至C點(diǎn)，溫度超過臨界溫度(Tc)時，則二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。由此壓力比容圖，可預(yù)測不同溫度下的壓力，且可控制所需二氧化碳的狀態(tài)為液態(tài)或超臨界狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其操作方法如下1、根據(jù)所預(yù)定的V1，V2，S，A，液態(tài)二氧化碳比容為υf，氣態(tài)二氧化碳比容為υg，由式(1)計算，求得所需二氧化碳質(zhì)量M。
2、以低于臨界壓力狀態(tài)為操作起始點(diǎn)，將所需二氧化碳質(zhì)量M注入清洗槽30中。請參考圖5，其初始狀態(tài)可為液氣共存的X’點(diǎn)，或可為固態(tài)的X點(diǎn)，而經(jīng)加熱使其沿固氣及液氣平衡線而達(dá)X’點(diǎn)。
3、由清洗槽30設(shè)置的噴嘴32，將所需二氧化碳供給至清洗室31中，且藉此噴嘴32噴灑清洗待清洗物件。當(dāng)二氧化碳淹過待清洗物件后，以超音波裝置33，以提供超音波洗凈，及攪拌裝置34，以提供攪拌洗凈。
4、微處理器根據(jù)溫度感測器31a所感測的溫度，可視需要控制加熱裝置38加熱清洗室31中的溫度。如需以超臨界狀態(tài)洗凈，則使溫度上升至高于臨界溫度(Tc)，使稠相流體變成超臨界狀態(tài)，利用其低表面張力與強(qiáng)溶解力特性將污染物溶解后，帶離待洗物件表面以達(dá)到更佳洗凈效果。
5、微處理器根據(jù)溫度感測器所感測的溫度，可視需要控制冷卻裝置冷卻清洗室中的溫度，使稠相流體由超臨界狀態(tài)變回液態(tài)。如需使清洗室中的稠相流體在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換產(chǎn)生相切換(phase shifting)循環(huán)，則可控制加熱裝置與冷卻裝置，使清洗室的溫度高于或低于臨界溫度(Tc)來回操作多次，直至洗凈完成。
6.在洗凈完成后，清洗后的二氧化碳經(jīng)由出口41流入第一過濾裝置42，以過濾清洗后二氧化碳的雜質(zhì)，第一過濾裝置42較佳者為磁性濾網(wǎng)，用以過濾10μm以上的金屬屑與雜質(zhì)。
7、過濾后的二氧化碳流入一分離裝置51，以分離二氧化碳中所含的雜質(zhì)及污染物。分離裝置51與第一過濾裝置42之間，提供一壓力控制器43以控制排放二氧化碳的減壓速度，以防止排放二氧化碳的減壓速度太快，造成物件因瞬閭降溫、空蝕(cavitation)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積在被洗物件表面上。
8、在取出已洗凈物件前，將已洗凈物件加熱至稍高于外部室溫的溫度，以防止已洗凈物件取出后，外部水汽凝結(jié)在該已洗凈物件表面。
9、經(jīng)分離后的二氧化碳進(jìn)入第二過濾裝置60。該第二過濾裝置60是用以過濾10μm以下的雜質(zhì)，較佳者為可拋棄式濾網(wǎng)。
10、經(jīng)第二過濾裝置60過濾后的純凈二氧化碳流經(jīng)一冷凝裝置70，經(jīng)冷凝成液態(tài)后流回至儲存槽10。因此，本發(fā)明可循環(huán)使用該系統(tǒng)的二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)系統(tǒng)的二氧化碳需補(bǔ)充時，可由二氧化碳槽車將液態(tài)二氧化碳補(bǔ)充至儲存槽10中，或直接將所需補(bǔ)充的二氧化碳量以固態(tài)干冰型態(tài)直接置入清洗槽30中，經(jīng)加熱成液態(tài)后經(jīng)由第一過濾裝置42，切換閥45，旁通回路44，第二過濾裝置60及冷凝裝置70而循環(huán)流回至儲存槽10。
由以上說明，根據(jù)本發(fā)明的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其利用稠相流體作為清洗介質(zhì)，且以低于臨界壓力狀態(tài)為操作起始點(diǎn)，因而不需使用高壓泵，以將稠相流體注入清洗槽中，而僅需將液態(tài)稠相流體直接注入清洗槽中，或直接將可液化氣體的固體狀態(tài)存在者置入清洗槽中即可，因而可大幅減少系統(tǒng)設(shè)備成本。本發(fā)明也藉由一流量計精確控制本發(fā)明低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)所需二氧化碳的質(zhì)量，而無需在清洗槽內(nèi)裝置液位檢測器或觀景窗，也可減少系統(tǒng)設(shè)備成本。本發(fā)明另在清洗槽出口提供一壓力控制器以控制排放二氧化碳的減壓速度，以防止排放二氧化碳的減壓速度太快，造成物件因瞬間降溫、空蝕(caviiaiion)現(xiàn)象或局部應(yīng)力集中，而嚴(yán)重?fù)p傷被洗物件表面，及產(chǎn)生已溶解在CO2中的污染物再沉積在被洗物件表面上。
權(quán)利要求
1.一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，以從選定物件上移除污染物，其特征在于其包含一密閉壓力清洗槽，以供容納一可液化氣體的清洗流體及該包含污染物的物件，該清洗槽具有一入口及一出口；一儲存槽，用以提供該清洗流體至該清洗槽；一流量計，用以計量該儲存槽供給該清洗槽的清洗流體的量；一溫度控制裝置，控制清洗室中所需的操作溫度，使該清洗流體沿一選定的等比容線，在液態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換；一壓力控制器，與出口銜接，以控制清洗流體的減壓速度；一分離裝置，與壓力控制器銜接，以分離清洗流體中的污染物；及一支撐裝置，以支撐該物件。
2.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一第一過濾裝置位于該出口或清洗槽內(nèi)，以過濾清洗流體的金屬屑及雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中該第一過濾裝置為磁性濾網(wǎng)，用以過濾10μm以上的金屬屑及雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中該溫度控制裝置包含加熱裝置、冷卻裝置及溫度感測器。
5.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一微處理器，以控制該流量計及溫度控制裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中該流量計是可量測累計的質(zhì)量或體積。
7.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含機(jī)械式清洗裝置位于該清洗槽內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中該機(jī)械式清洗裝置是選自噴嘴，攪拌器，超音波或超高頻超音波(megasonic)裝置及其組合。
9.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)具有一第二過濾裝置，用以過濾10μm以下的雜質(zhì)，以純化該清洗流體，及一冷凝器將該清洗流體冷凝成液態(tài)。
10.如權(quán)利要求1所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一添加劑入口，以將添加劑加入該清洗槽內(nèi)。
11.一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，以從選定物件上移除污染物，其特征在于其包含一密閉壓力清洗憎，以供容納一可液化氣體的清洗流體及該包含污染物的物件，該清洗槽具有一入口及一出口；一溫度控制裝置，控制清洗室中所需的操作溫度，使該清洗流體沿一選定的等比容線，在固態(tài)及液氣平衡態(tài)之間變換，或在液氣平衡態(tài)及超臨界狀態(tài)之間變換；一壓力控制器，與出口銜接，以控制清洗流體的減壓速度；一分離裝置，與壓力控制器銜接，以分離清洗流體中的污染物；及一支撐裝置，以支撐該物件。
12.如權(quán)利要求11所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一第一過濾裝置位于該出口或清洗槽內(nèi)，以過濾清洗后清洗流體的金屬屑及雜質(zhì)。
13.如權(quán)利要求12所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中該第一過濾裝置為磁性濾綢，用以過濾10μm以上的金屬屑及雜質(zhì)。
14.如權(quán)利要求11所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中該溫度控制裝置包含加熱裝置、冷卻裝置及溫度感測器。
15.如權(quán)利要求11所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含機(jī)械式清洗裝置位于該清洗槽內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中機(jī)械式清洗裝置是選自噴嘴，攪拌器，超音波或超高頻超音波(megasonic)裝置及其組合。
17.如權(quán)利要求11所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一儲存槽，用以提供該清洗流體至該清洗槽；及一流量計，計量該儲存槽供給該清洗槽清洗流體的量。
18.如權(quán)利要求17所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其中流量計是可量測累計的質(zhì)量或體積。
19.如權(quán)利要求17所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一微處理器，以控制該流量計及溫度控制裝置。
20.如權(quán)利要求11所述的低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng)，其特征在于其另包含一添加劑入口，以將添加劑加入該清洗槽內(nèi)。
全文摘要
一種低成本可液化氣體洗凈系統(tǒng),包含:一密閉壓力清洗槽,供容納一可液化氣體的清洗流體及包含污染物的物件,清洗槽有一入口及一出口;一儲存槽,用以提供清洗流體至清洗槽;一流量計,用以計量儲存槽供給清洗槽的清洗流體的量;一溫度控制裝置,控制清洗室中所需的操作溫度,使清洗流體沿一選定的等比容線,在液態(tài)及超臨界狀態(tài)間變換;一壓力控制器,與出口銜接,控制清洗流體的減壓速度;一分離裝置,與壓力控制器銜接,分離清洗流體中的污染物;及一支撐物件的支撐裝置。
文檔編號B08B13/00GK1362296SQ01100398
公開日2002年8月7日 申請日期2001年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月4日
發(fā)明者郭子禎 申請人:財團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心