CN104105540B - 流体二氧化碳的供给装置及供给方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供节能且高效的流体二氧化碳的供给装置及供给方法。流体二氧化碳的供给装置具备循环系统和将作为原料或回收气体的二氧化碳导入循环系统的二氧化碳导入部。该循环系统设有从二氧化碳中除去杂质和污染物的提纯部、具备使经过了提纯部的气体二氧化碳变成液体二氧化碳的冷凝器的储存部、具备将储存部的液体二氧化碳供给至使用点的第1泵的供给部、使由供给部供给而未在使用点使用的剩余的二氧化碳返回储存部的返回管路。二氧化碳导入部具备使二氧化碳的压力增大后将该二氧化碳导入循环系统的第2泵。

Description

流体二氧化碳的供给装置及供给方法
技术领域
本发明涉及供给能够在半导体设备制造过程、液晶显示设备制造过程等过程中使用的高洁净度的流体二氧化碳的供给装置及供给方法。
背景技术
在半导体设备、液晶显示设备等的制造中，重复进行将在表面形成有细微结构的晶片、基板等被处理体进行处理的工序。通过除去附着于被处理体的污染物从而达到并保持被处理体内的高度的洁净度，对于保持最终产品的品质、提高制造时的成品率来说至关重要。
近年来，在半导体设备、液晶显示设备等的制造工序中的被处理体的高度化、高集聚化、细微化等在进一步发展。随之开始指出现有的使用超纯水、药液的洗涤、干燥等湿式(Wet)洗涤处理的界限。为了克服该问题，使用具有低粘性和低表面张力等特征的超临界流体、特别是超临界二氧化碳进行洗涤、干燥的处理装置逐渐受到关注。超临界流体的密度接近液体，但粘性小且扩散性大而显示出类似于气体的举动。而且，超临界流体具有浸渍力优异、容易使污染成分扩散的性质，适合洗涤表面具有细微结构的被处理体。另外，由于在超临界状态下不产生表面张力，因此可以防止在洗涤后的干燥工序中，由残留于被处理体表面的流体的毛细管力引起的倒塌现象并进行干燥。
可以作为这样的超临界流体采用的物质有：二氧化碳、一氧化二氮(N2O)、二氧化硫(SO2)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和氟化烃等。特别是二氧化碳具有不燃性且无害的优点，以及因临界温度为约31℃、临界压力为约7.4MPa而容易处理的优点。通过将压缩到临界压力以上的液体二氧化碳(也称为液化二氧化碳气体)进行加热，可以得到超临界二氧化碳(也称为超临界二氧化碳气体)。近年来，正在研讨在半导体设备的制造过程中导入使用超临界二氧化碳的洗涤、干燥的工序。为此，需要能够稳定地供给将杂质和颗粒(微粒)数的含量降低到极限的高洁净度的二氧化碳。
在日本特开2006-326429号公报(以下记为专利文献1)中，公开了保持高度的洁净度供给超临界二氧化碳的系统。在专利文献1中记载的系统中，通过循环处理进行二氧化碳的提纯。该专利文献1中记载的系统具备使提纯的二氧化碳连续循环的循环系统和根据需要由循环系统向使用点(use point)供给超临界二氧化碳的供给系统。循环系统具备使气体二氧化碳液化的冷凝器、使液体二氧化碳气化的蒸发器/分离器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-326429号公报
发明内容
发明要解决的课题
在工业上实施专利文献1所示的系统的情况下，期望节能地实施供给二氧化碳的系统或供给方法。本申请发明人对于上述供给二氧化碳的系统新发现以下这样的问题。
即，需要在蒸发器中使液体二氧化碳气化，需要在冷凝器中使气体二氧化碳液化。也就是说，需要对二氧化碳供给或者从二氧化碳中获取相当于二氧化碳的潜热的能量。因此，在冷凝器和/或蒸发器中产生能量损失。特别是在专利文献1所示的系统中，由于在二氧化碳循环的循环系统内设置有冷凝器和蒸发器，因此在系统工作中的能量损失增大。
因此，本发明的目的在于提供节能且高效的流体二氧化碳的供给装置及供给方法。
用于解决课题的方法
本发明的一个方式涉及流体二氧化碳的供给装置。该供给装置具备循环系统和将作为原料或回收气体的二氧化碳导入循环系统的二氧化碳导入部。循环系统设有：从二氧化碳中除去杂质和污染物的提纯部、具备使经过了提纯部的气体二氧化碳变成液体二氧化碳的冷凝器的储存部、具备将储存部的液体二氧化碳供给至使用点的第1泵的供给部、使由供给部供给而未在使用点使用的剩余的二氧化碳向储存部返回的返回管路。二氧化碳导入部具备是二氧化碳的压力增大后将该二氧化碳导入循环系统的第2泵。导入储存部的气体二氧化碳的压力优选为例如3MPa以上且低于临界压力。
本发明的另一个方式涉及一种使用流体二氧化碳的供给装置的流体二氧化碳的供给方法，该流体二氧化碳的供给装置具备循环系统和将作为原料或回收气体的二氧化碳导入循环系统的二氧化碳导入部，该循环系统设有从二氧化碳中除去杂质和污染物的提纯部、具备使经过了提纯部的气体二氧化碳变成液体二氧化碳的冷凝器的储存部、具备将储存部的液体二氧化碳供给至使用点的第1泵的供给部、使由供给部供给而未在使用点使用的剩余的二氧化碳向储存部返回的返回管路，二氧化碳导入部具备使作为原料或回收气体的二氧化碳的压力增大后将二氧化碳导入循环系统的第2泵。该供给方法利用第2泵，按照导入储存部的气体二氧化碳的压力成为3MPa以上且低于临界压力的方式加压输送二氧化碳。
在上述供给装置中，通过二氧化碳导入部的第2泵使二氧化碳升压并将该二氧化碳导入循环系统内。由此，至少冷凝器内的二氧化碳的压力增大。将气体二氧化碳变成液体二氧化碳时的潜热随压力升高而减小。因此，在上述供给装置及供给方法中，可以降低在冷凝器内的能量损失。
需要说明的是，在专利文献1所示的系统中没有从冷凝器内的能量损失的角度的研究。在这种情况下，由二氧化碳源(高压气瓶)向循环系统导入二氧化碳即可，因此没有必要在导入二氧化碳的导入部设置增大二氧化碳的压力的泵。专利文献1中实际上没有公开这样的泵。
根据本发明，可以提供节能且高效的流体二氧化碳的供给装置及供给方法。
本发明的上述及其它目的、特征、优点可以由参照例示本发明的附图的以下说明来明确。
附图说明
图1为表示基于本发明的实施的一个方案的高洁净度的流体二氧化碳的供给装置的配管系统图。
图2为二氧化碳的焓线图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式参照附图进行说明。
图1为表示基于本发明的实施的一个方案的高洁净度的流体二氧化碳的供给装置的配管系统图。供给装置100是将提纯的流体二氧化碳、特别是液体或超临界二氧化碳供给至装置外的使用点200的装置。
供给装置100具有：提纯二氧化碳的提纯部10、将通过提纯部10提纯的二氧化碳以液体状态储存的储存部12、包括将储存的液体二氧化碳(液化二氧化碳气体)送至使用点200的泵25的供给部13、将作为原料气体或作为由使用点200回收的气体的二氧化碳通过提纯部10导入储存部12的二氧化碳导入部11。
对该供给装置100的各部分进一步详细说明。
作为二氧化碳导入部11，可以使用冷蒸发器(CE)或可移动式超低温容器(LGC/ELF)等二氧化碳罐14。当然，导入提纯部10的物质不限于作为原料气体的二氧化碳，也可以是作为在使用点200使用并回收的回收气体的二氧化碳。
二氧化碳罐14和提纯部10通过开关阀15连接，二氧化碳被导入提纯部10。在连接二氧化碳罐14与开关阀15之间的配管可以设有使二氧化碳升压的泵16。由二氧化碳罐14向提纯部10的二氧化碳的供给在储存部12内的二氧化碳保有量达到规定值以上时停止。
提纯部10可以包括对导入的二氧化碳进行过滤的过滤器17、对通过过滤器17的二氧化碳进行加热的蒸发器19、对由蒸发器19流出的气体二氧化碳进行过滤的过滤器21。另外，由过滤器21流出的气体二氧化碳供给至储存部12，也可以设置使排出过滤器17的气体二氧化碳不经由蒸发器19、过滤器21等而送至储存部12的旁通管及切换阀(未图示)。
储存部12可以包括使由提纯部10供给的气体二氧化碳液化的冷凝器22、暂时储存在冷凝器22内液化的二氧化碳的储槽23、设置于储槽23的出口而使液体二氧化碳(液化二氧化碳气体)过冷却的过冷却器24。
供给部13具有设置于储存部12的出口即过冷却器24的出口的泵25。泵25使液化二氧化碳气体升压并送出。泵25可以使用例如隔膜泵、柱塞泵等容积泵。在供给部13中，还可以设置有用于将在储存部12的液化二氧化碳气体升压，而将升压后的液化二氧化碳气体向半导体加工用腔室等使用点200输送的开关阀26。在使用点200未使用的剩余的液化二氧化碳气体经过保压阀27，经由具备调节液化二氧化碳气体的流量的流量调节阀68的返回管路28送至提纯部10或储存部12。需要说明的是，在从泵25的出口到开关阀26的供给路线中可以设置有物理地除去杂质的过滤器29。这是为了使万一来自供给部12的设备、配管、泵25的灰尘(微粒)不混入供给至使用点200的液化二氧化碳气体中。
此外，在本例中，由过滤器29的出口与返回管路28之间的供给路线分支出多条用于将二氧化碳供给至使用点200的配管30。由此分支出的各配管30设置有开关阀26。
开关阀26的出口设为可以通过过滤器31与使用点200连接。作为使用点200，可以考虑接受高洁净度的二氧化碳的供给的各种使用点。在图1所示的一例中，使用点200具备：连接于过滤器31的出口的质量流量调节器(MFC)32、连接于MFC32的出口的过滤器33、对经过过滤器33供给的高洁净度的二氧化碳进行加热并达到临界点以上的温度和压力形成超临界二氧化碳的加热器34、供给超临界二氧化碳来对晶片进行洗涤、干燥等处理的腔室(容器)35、连接于腔室35的出口并用于将使用点200内的二氧化碳的压力保持恒定的保压阀37。在使用点200使用的二氧化碳由保压阀37的出口排气。
当然，使用点200自身并不是构成本发明的供给装置100的要素。在上述例中，在使用点200内将液体二氧化碳加热到临界温度以上的温度而形成超临界二氧化碳。但是，也可以在供给装置100的供给部13设置加热装置，在供给部13加热液体二氧化碳而形成超临界二氧化碳。
在图1中，返回管路28包括分支成3条的分支管路60、61、62。这些分支管路60、61、62构成返回管路28的一部分。返回管路28具备选择在哪条分支管路60、61、62中返回流体二氧化碳的阀63、64、65、66。
通过第1分支管路60的流体二氧化碳酸被导入提纯部10的蒸发器19。通过第2分支管路61的流体二氧化碳酸被导入提纯部10的过滤器21。在任一种情况下，均通过储存部12、供给部13、返回管路28和提纯部10(或其一部分)，形成流体二氧化碳循环的循环系统。
通过第3分支管路62的流体二氧化碳酸被导入储存部12的储槽23。在这种情况下，通过储存部12(或其一部分)、供给部13和返回管路28，形成二氧化碳循环的循环系统。需要说明的是，第3分支管路62上可以设置有过滤器67。这样，在使用点200未使用的剩余的液化二氧化碳气体的一部分可以直接返回储存部12。
对上述供给装置100的基本操作的一个例子进行说明。
在图1所示的供给装置100中，在关闭与使用点200连接的开关阀26的状态下，首先，二氧化碳由二氧化碳罐14通过开关阀15供给至提纯部10。供给至提纯部10的二氧化碳依次通过过滤器17、蒸发器19和过滤器21。提纯的气体二氧化碳供给至储存部12，在冷凝器22内液化并暂时储存在储槽23中。储槽23的液体二氧化碳(液化二氧化碳气体)在过冷却器24内过冷却，通过泵25成为高压并输送，并通过过滤器29。在使用点200未使用的剩余的流体二氧化碳的至少一部分经由返回管路28上的流量调节阀68被导入提纯部10。以下，主要对流体二氧化碳通过返回管路28的第1分支管路60的情况进行说明。
通过第1分支管路60的流体二氧化碳供给至提纯部10的蒸发器19。蒸发器19内组装有加热器，使得在蒸发器19内形成二氧化碳的气液界面。供给至蒸发器19的液化二氧化碳气体气化，二氧化碳中的难挥发性的杂质、微粒残留于液相侧。并且，通过在蒸发器19中气化从而提纯的二氧化碳保持气体状态，被送至用于进一步除去微粒类的过滤器21。然后，提纯的气体二氧化碳通过在冷凝器22内冷却而再次液化，成为液化二氧化碳气体而返回储槽23。
如上所述，蒸发器19优选为在其内部形成二氧化碳的气液界面的气液分离器。在这种情况下，该蒸发器与蒸发全部二氧化碳的蒸发器相比，可以进行稳定且有效的提纯。气液分离器按照控制液面的方式由加热器加热。此时，由于气液分离器内的二氧化碳处于气液平衡的状态，因此，即使通过加热器加热，温度/压力也无显著的变化。
按照这样在供给装置100内以使二氧化碳多次通过提纯部10的方式进行循环，可以高洁净度地保持循环系统内的二氧化碳。
由二氧化碳导入部11向循环系统内导入二氧化碳之后立即使二氧化碳多次通过循环系统内的提纯部10，由此，二氧化碳内的微粒等杂质逐渐减少。并且，若二氧化碳的洁净度到达规定水平则打开开关阀26，向使用点200供给液体二氧化碳(液化二氧化碳气体)。二氧化碳的洁净度是否到达规定水平，通过检验进行了预先规定的规定时间以上的循环操作、或者通过使用检测洁净度的传感器进行判断即可。
若在储存部12内保有的二氧化碳量减少，则关闭开关阀26，停止对使用点200供给二氧化碳。然后，由二氧化碳罐14对提纯部10进行二氧化碳的供给，向储存部12内补给二氧化碳。优选对补给的二氧化碳进行基于循环操作的提纯处理。
在此之后，重复进行以下操作：在储存部12内的二氧化碳量达到规定值且二氧化碳的洁净度达到规定水平的时刻，打开开关阀26对使用点200供给二氧化碳，若储存部12内的二氧化碳量减少，则关闭开关阀26并向供给装置100内补给二氧化碳。
如上所述，为了保持二氧化碳的纯度，优选将在使用点200未使用的剩余的二氧化碳送至提纯部10。需要说明的是，可以通过返回管路28的第3分支管路62，将一部分二氧化碳直接送回储存部12。此时，若剩余的二氧化碳为液体的状态，则可以直接向储槽23导入剩余的二氧化碳。若剩余的二氧化碳为气体的状态，则可以向冷凝器22导入剩余的二氧化碳。
在储存部12内，液体二氧化碳和气体二氧化碳混合在一起，二氧化碳可以处于气液平衡状态。该平衡状态由二氧化碳的温度或压力决定(参照图2)。
图2为二氧化碳的焓线图。纵轴表示二氧化碳的压力，横轴表示焓。平行于纵轴的直线为等焓线，平行于横轴的直线为等压线。图中，通过实线表示饱和液线、饱和蒸气线和饱和固线。虚线表示等温线。
在一定压力下，气液平衡状态的温度是唯一确定的。相反，在一定温度下，气液平衡状态的压力是唯一确定的。
在一定压力下使气体二氧化碳液化的情况下，需要从气体二氧化碳中获取相当于该压力条件下的潜热的能量。因此，在冷凝器22中，仅需要相当于潜热的能量来冷却二氧化碳。另外，在一定压力下使液体二氧化碳气化的情况下，需要给予液体二氧化碳相当于该压力条件下的潜热的能量。因此，在蒸发器19中，仅需要相当于潜热的能量来加热二氧化碳。在此，潜热通过一定压力(或一定温度)下的饱和蒸气线上的焓与饱和液线上的焓之差来规定。例如，2MPa下的二氧化碳的潜热为约280kJ/kg，4MPa下的二氧化碳的潜热为约220kJ/kg。如图2所示，二氧化碳的潜热随压力增大而减小。
在专利文献1所示的系统中，没有考虑冷凝器内的能量损失的观点。在这种情况下，由二氧化碳源(高压气瓶)向循环系统导入二氧化碳即可，因此，没有必要在导入二氧化碳的导入部设置增大二氧化碳的压力的泵。实际上专利文献1中没有公开这样的泵。另外，若想要增大向循环系统内供给的二氧化碳的流量，设置不显著改变压力的增压泵即可。若二氧化碳的压力小，则配管、容器的耐压性可以低，配管、容器的壁厚也可以薄。因此，系统的初始成本变低。从这样的观点出发，在现有技术中，在向循环系统内导入二氧化碳的二氧化碳导入部没有设置使二氧化碳升压的泵。
但是，使二氧化碳在液体和气体之间发生状态变化时的潜热随二氧化碳的压力降低而变大(参照图2)。由此，本申请发明人发现在将低压的二氧化碳导入循环系统时冷凝器22和/或蒸发器19内的能量损失变大的问题。特别是在二氧化碳循环而液体与气体之间重复状态变化的情况下，该能量损失增大而导致运转成本增高。
在本发明中，通过在二氧化碳导入部11设置增大二氧化碳的压力的泵15，使冷凝器22和/或蒸发器19内的压力增大，可以减少伴随二氧化碳的状态变化的能量损失。由此，可以降低供给装置100的运转成本。
在工业上使用的大型供给装置中，由于需要大容量的二氧化碳，因此作为供给源的二氧化碳罐14可以使用CE、LGC(ELF)。CE、LGC(ELF)等容器内的二氧化碳的压力通常约为2MPa左右。此时，气液混合状态下的二氧化碳的温度为－20℃。因此，冷凝器22需要通过更低温的制冷剂冷却二氧化碳的冷却装置。由此，导致冷凝器22的效率变低且浪费能量。
因此，优选二氧化碳导入部11的泵16按照导入储存部12的气体二氧化碳的压力成为3MPa以上且低于超临界状态的临界点(参照图2中的符号CP)的临界压力的方式加压输送二氧化碳。由此，可以降低在冷凝器22和/或蒸发器19中伴随二氧化碳的状态变化的能量损失。由此，可以提供节能且高效的流体二氧化碳的供给装置及供给方法。
另外，更优选泵16按照导入储存部12的气体二氧化碳的压力成为4MPa以上的方式加压输送二氧化碳。由此，可以进一步降低伴随使二氧化碳在液体与气体之间发生状态变化的潜热，可以降低能量损失。
另外，在4MPa下气液平衡状态的温度变为约5℃(参照图2)。因此，有冷凝器22的冷却效率变高的优点。特别是可以使用水作为冷却二氧化碳的制冷剂，因此可以进一步降低供给装置100的运转成本。在这种情况下，冷凝器22具有利用冷却水冷却气体二氧化碳的装置、例如冷却水配管59即可。
另外，由于高压的二氧化碳的体积流量相比于低压的二氧化碳变小，因此还有能够减小在过滤器中的空间速度、线速度的优点。
需要说明的是，若升高二氧化碳的压力，则有必要提高构成循环系统的配管、容器的耐压，还有时初始成本变高。若考虑此种情况，优选二氧化碳导入部11的泵25按照导入储存部12的气体二氧化碳的压力成为6MPa以下的方式加压输送二氧化碳。
本申请要求以2012年2月2日申请的日本专利申请号第2012-20798号为基础的优先权，通过参照将其公开内容全部引入本文。
符号说明
100 流体二氧化碳的供给装置
200 使用点
10 提纯部
11 二氧化碳导入部
12 储存部
13 供给部
14 二氧化碳罐
15 开关阀
16 泵
17、21、29、31、33 过滤器
19 蒸发器
22 冷凝器
23 储槽
24 过冷却器
25 泵
26 开关阀
27、37 保压阀
28 返回管路
59 冷却水配管
60 第1分支管路
61 第2分支管路
62 第3分支管路
63、64、65、66 阀
68 流量调节阀

Claims (6)

1.一种流体二氧化碳的供给装置，其具备：
循环系统和将作为原料或回收气体的二氧化碳导入所述循环系统的二氧化碳导入部，
该循环系统设有：提纯部、储存部、具备将所述储存部的液体二氧化碳供给至使用点的第1泵的供给部、和使由所述供给部供给而未在所述使用点使用的剩余的二氧化碳返回所述储存部或所述提纯部的返回管路，
所述二氧化碳导入部具备使作为所述原料或回收气体的二氧化碳的压力增大后将该二氧化碳导入所述循环系统的第2泵，并且按照导入所述储存部的气体二氧化碳的压力成为3MPa以上且低于临界压力的方式进行了调整，
所述提纯部具备：使二氧化碳气化的蒸发器、和对被气化的二氧化碳进行过滤的过滤器，
所述储存部具备：使经过了所述提纯部的气体二氧化碳变成液体二氧化碳的冷凝器、和储存在所述冷凝器内液化的二氧化碳的储槽。
2.如权利要求1所述的流体二氧化碳的供给装置，其中，所述冷凝器具有利用冷却水将气体二氧化碳冷却的机构。
3.如权利要求1所述的流体二氧化碳的供给装置，其中，所述蒸发器是在内部形成二氧化碳的气液界面的气液分离器。
4.一种流体二氧化碳的供给方法，其为使用流体二氧化碳的供给装置的流体二氧化碳的供给方法，该流体二氧化碳的供给装置具备：
循环系统和将作为原料或回收气体的二氧化碳导入所述循环系统的二氧化碳导入部，
该循环系统设有：提纯部、储存部、具备将所述储存部的液体二氧化碳供给至使用点的第1泵的供给部、和使由所述供给部供给而未在所述使用点使用的剩余的二氧化碳返回所述储存部或所述提纯部返回管路，
所述二氧化碳导入部具备使作为所述原料或回收气体的二氧化碳的压力增大后将该二氧化碳导入所述循环系统的第2泵，
按照导入所述储存部的气体二氧化碳的压力成为3MPa以上且低于临界压力的方式进行调整，
所述提纯部具备：使二氧化碳气化的蒸发器、和对被气化的二氧化碳进行过滤的过滤器，
所述储存部具备：使经过了所述提纯部的气体二氧化碳变成液体二氧化碳的冷凝器、和储存在所述冷凝器内液化的二氧化碳的储槽。
5.如权利要求4所述的流体二氧化碳的供给方法，其中，在所述冷凝器内，利用冷却水将气体二氧化碳冷却使其变成液体二氧化碳。
6.如权利要求4所述的流体二氧化碳的供给方法，其中，在向所述冷凝器导入气体二氧化碳之前，在所述提纯部过滤气化后的二氧化碳。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103939733B (zh) * 2014-04-09 2016-08-17 陕西师范大学 液态二氧化碳流体的连续供给装置
KR102195037B1 (ko) * 2016-08-22 2020-12-24 후타바 인더스트리얼 컴패니 리미티드 이산화탄소 공급 장치
WO2018069778A1 (es) * 2016-09-20 2018-04-19 Universidad Industrial De Santander Sistema de recirculación de dióxido de carbono supercrítico que usa un dispositivo integrado de licuado y almacenamiento del fluido
JP6804278B2 (ja) * 2016-12-06 2020-12-23 東京エレクトロン株式会社 超臨界流体製造装置および基板処理装置
US20210125839A1 (en) * 2017-08-10 2021-04-29 Fujikin Incorporated Fluid supply device and fluid supply method
US11322372B2 (en) * 2017-08-13 2022-05-03 Fujikin Incorporated Fluid supply device and liquid discharge method of this device
JP6356328B1 (ja) * 2017-09-06 2018-07-11 伸和コントロールズ株式会社 超臨界二酸化炭素流体生成用の流体供給装置
CN107522201A (zh) * 2017-10-10 2017-12-29 华能国际电力股份有限公司 超临界二氧化碳系统运行过程中自动提纯装置及提纯方法
WO2019140033A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Edward Peterson Thermal cascade for cryogenic storage and transport of volatile gases
US11835270B1 (en) 2018-06-22 2023-12-05 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems
CN109080995B (zh) * 2018-10-10 2024-05-07 惠州市华达通气体制造股份有限公司 一种液体二氧化碳储罐气相外回收装置
US11408649B1 (en) 2018-11-01 2022-08-09 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems
US11448434B1 (en) 2018-11-01 2022-09-20 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems
US11052347B2 (en) 2018-12-21 2021-07-06 Entegris, Inc. Bulk process gas purification systems
JP7197396B2 (ja) * 2019-02-06 2022-12-27 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及び基板処理方法
US11801731B1 (en) 2019-03-05 2023-10-31 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems
EP3730199A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-28 Folium Biosciences Europe B.V. System and method for removal of gaseous contaminants from liquid or supercritical carbon dioxide
US11796230B1 (en) 2019-06-18 2023-10-24 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems
CN112678825A (zh) * 2020-12-31 2021-04-20 起时超临界高新技术(广州)有限公司 一种内置换热式超临界二氧化碳分离方法及设备
CN112974412A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 中国核动力研究设计院 放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置
US11892202B2 (en) 2021-09-23 2024-02-06 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001261320A (ja) * 2000-03-21 2001-09-26 Nippon Sanso Corp 精製液化炭酸ガスの供給方法と装置並びにドライアイススノーによる洗浄方法と装置
JP2005506694A (ja) * 2001-10-17 2005-03-03 プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド 中央二酸化炭素精製器
JP2006326429A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Japan Organo Co Ltd 流体供給システム
WO2011118405A1 (ja) * 2010-03-26 2011-09-29 三井造船株式会社 二酸化炭素の分離装置及び二酸化炭素の分離方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6612317B2 (en) * 2000-04-18 2003-09-02 S.C. Fluids, Inc Supercritical fluid delivery and recovery system for semiconductor wafer processing
KR100753493B1 (ko) * 2006-01-21 2007-08-31 서강대학교산학협력단 세정장치
JP5694048B2 (ja) * 2011-05-18 2015-04-01 オルガノ株式会社 高純度液化炭酸ガス製造方法及び装置
WO2012157648A1 (ja) * 2011-05-18 2012-11-22 オルガノ株式会社 高純度液化炭酸ガス製造方法及び装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001261320A (ja) * 2000-03-21 2001-09-26 Nippon Sanso Corp 精製液化炭酸ガスの供給方法と装置並びにドライアイススノーによる洗浄方法と装置
JP2005506694A (ja) * 2001-10-17 2005-03-03 プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド 中央二酸化炭素精製器
JP2006326429A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Japan Organo Co Ltd 流体供給システム
WO2011118405A1 (ja) * 2010-03-26 2011-09-29 三井造船株式会社 二酸化炭素の分離装置及び二酸化炭素の分離方法

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