CN106733945B - 一种超临界状态清洗系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超临界状态清洗系统，包括清洗室(4)、气体增压装置(11)、第一加热装置(5)和二氧化碳供给装置，所述的清洗室(4)分别与第一加热装置(5)和二氧化碳供给装置连接，其特征在于，所述的清洗室(4)连有真空泵组(1)。与现有技术相比，本发明将工件进入清洗室时带进来的空气抽干净，防止CO2与空气的混合，提高清洗效果。

Description

一种超临界状态清洗系统及方法
技术领域
本发明涉及一种热处理设备产品的清洗装置，尤其是涉及一种超临界状态清洗系统及方法。
背景技术
热处理行业在售的清洗设备，一般都是水基清洗机，极少数用的是碳氢溶剂清洗机。
水基清洗机是用水作为清洗介质，由于水是不能溶解油的，而水基清洗机大多数情况下都是清洗油淬后的工件，为了提高清洗效果，不得不调整水的温度和在水里面添加清洗剂(或防锈剂)。
水基清洗机的最大缺陷是水污染，因为清洗机长时间工作后，水里面含有乳化油，对清洗效果有相当大的影响，所以需要定期更换水。清洗下来的废油(淬火油)，也是要通过有资质的处理单位处理，不能回收再利用，从而使用成本也大大的提高。水基清洗机清洗后的工件还会存在清洁度不过关的问题，对于一些工件有盲孔或者细小的缝隙，基本上是洗不到，这也使得水基清洗机不能在高清洁度要求的行业里面应用。
碳氢溶剂清洗机是利用碳氢溶剂作为清洗介质，碳氢溶剂是石油烃的混合物，能溶解淬火油，清洗效果非常好，清洗后的工件表面非常干净。利用是碳氢溶剂的闪点低，通过加热的方式，将碳氢溶剂蒸馏出来，留下的淬火油还能继续回收再利用。
碳氢溶剂清洗机清洗效果好，而且没有污染，但是碳氢溶剂是易燃易爆物质，因此在用户在使用该设备时需加以防护，不是最优选择。
申请号为200810226688X的中国专利公开了一种半导体二氧化碳超临界吹扫清洗机，包括清洗室和分离室，清洗室与分离室通过密封的二氧化碳出气管连通，清洗室带有喷嘴，二氧化碳通过喷嘴直接喷射到清洗室底部的待清洗硅片上。然而该清洗室在工作过程中可能混入空气，不利于保证清洗效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全无污染、清洗效果好、清洗剂可循环利用的超临界状态清洗系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种超临界状态清洗系统，包括清洗室、气体增压装置、第一加热装置和二氧化碳供给装置，所述的清洗室分别与加热装置和二氧化碳供给装置连接，所述的清洗室连有真空泵组。
所述的二氧化碳供给装置包括相互连接的储存罐和缓存罐，所述的气体增压装置设置在缓存罐与清洗室之间的管路上，二氧化碳从储存罐流入缓存罐，经气体增压装置增压后进入清洗室。
所述的系统中的管路包括：两端分别与储存罐和缓存罐连接的第五管路、两端分别与缓存罐和清洗室连接的第三管路、两端分别与清洗室和缓存罐连接的第二管路以及两端分别与缓存罐和储存罐连接的第四管路，所述的气体增压装置与第三管路和第四管路分别连接，第二管路、第三管路、第四管路、第五管路上各自设有阀门。
清洗前，二氧化碳从储存罐输出，依次经过第五管路、缓存罐和第三管路进入清洗室，清洗后，二氧化碳从清洗室输出，依次经过第二管路、缓存罐和第四管路进入储存罐。
所述的系统还包括与清洗室连接的第一压力测量装置。
所述的系统还包括与缓存罐连接的第二压力测量装置。
所述的系统还包括分别与所述的储存罐连接的第二加热装置和第三压力测量装置。
所述的缓存罐上方设有干冰添加口。
所述的缓存罐底部设有废液回收口。
一种使用所述的超临界状态清洗系统进行清洗的方法，包括以下步骤：
S1，真空泵组启动，对装有目标工件清洗室抽真空；
S2，当清洗室中的真空度达到设定要求后，真空泵组关闭；
S3，储存罐中的二氧化碳经过缓存罐进入清洗室，气体增压装置启动；
S4，当清洗室中的压力达到设定压力时，二氧化碳停止进入清洗室，清洗室与外界之间的管路关闭，加热装置启动，使清洗室内达到设定温度，二氧化碳呈超临界状态；
S5，超临界状态的二氧化碳对目标工件进行清洗。
一种使用所述的超临界状态清洗系统进行二氧化碳回收的方法，包括；清洗室中的二氧化碳经过缓存罐进入储存罐，气体增压装置使缓存罐中的二氧化碳保持气态。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)清洗室连有真空泵组，将工件进入清洗室时带进来的空气抽干净，防止 CO2与空气的混合，提高清洗效果，工件表面无残留清洗剂。
(2)二氧化碳从储存罐流入缓存罐，缓存罐提供了二氧化碳缓冲空间，使清洗室内的气压变化容易控制。
(3)清洗前和清洗后，二氧化碳分别通过不同的管路进行流通，实现清洗和回收的分开，以缓存罐为中间节点，达到二氧化碳循环利用的效果；由于气体增压装置与第三管路和第四管路分别连接，可以在清洗前和清洗后使二氧化碳处于不同的物理状态，分别满足清洗要求和储存要求，结构精简；四个管路上各自设有阀门，管路开闭易于控制、互不影响。
(4)清洗室连有压力测量装置，保证清洗室中的二氧化碳是临界状态。
(5)缓存罐连有压力测量装置，保证缓存罐中的二氧化碳为气体状态，利于废液与二氧化碳的分离。
(6)储存罐连有压力测量装置和第二加热装置，可使得其中的二氧化碳为液态，节省储存空间。
(7)缓存罐上方设有干冰添加口，可以弥补二氧化碳在使用过程中的损耗。
(8)缓存罐底部设有废液回收口，可定期打开回收口将淬火油回收，防止缓存罐中过多淬火油污染二氧化碳。
附图说明
图1为本发实施例清洗系统的结构示意图；
附图标记：
1为真空泵组；2为第一管路；3为第一压力测量装置；4为清洗室；5为第一加热装置；6为目标工件；7为第二管路；8为第三管路；9为第四管路；10为第五管路；11为气体增压装置；12为第六阀门；13为第七阀门；14为第二压力测量装置；15为缓存罐；16为第三压力测量装置；17为第二加热装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种超临界状态清洗系统，该系统利用二氧化碳在超临界状态下能溶解非极性或极性较低的有机物，来清洗热处理工件；利用廉价的二氧化碳(干冰)作为清洗介质，调节温度和压力，使二氧化碳在液态、气态和超临界状态的切换，达到热处理工件的清洗要求。
CO2在温度大于31.1℃且压力大于73bar时，就处于超临界状态，超临界流体的密度比气体的密度大数百倍，其数值与液体相当，而粘度比液体小两个数量级，其数值与气体相当，扩散系数介于气体和液体之间约为气体的1/100，比液体要大数百倍。由此得知，超临界流体具有与液体相当的密度，故有与液体相似的可溶解溶质的特点，同时又具有气体易于扩散的特点，它的低粘度，高扩散性，有利于溶解在其中的物质扩散和向固体基质的渗透。在物质的超临界状态下，只要压力和温度稍有变化，密度就显著地变化，并相应地表现为溶解度的变化，本专利就是利用这些特性，达到本专利的目的。
本专利是通过CO2从一种状态转换到另外一种状态，来实现清洗工件的目的。选用CO2作为清洗介质，是因为CO2存在于自然界中，安全非易燃易爆，无毒，无腐蚀性，且实现CO2的超临界状态条件简单。
清洗设备上必须安装抽真空系统，将工件进炉时带进来的空气抽干净，防止 CO2与空气的混合，达不到清洗效果。抽完真空后，将二氧化碳补充到清洗室里面，利用增压系统将清洗室里面的压力增加到73bar以上，然后再对清洗室里面的 CO2加热，使温度保持在31.1℃以上，这时CO2就处于超临界状态。超临界状态的CO2能溶解非极性或极性较低的有机物，也就能将工件表面附着的淬火油溶解。
清洗结束后，将清洗室里面的CO2排放到到一个特定的缓存罐里面，控制这个缓存罐里面的压力，使得CO2处于气态，这样就能将超临界状态时溶解的淬火油释放出来。最后通过增压系统将气态CO2输送到存储罐里面，等待下一周期的工作。
整过清洗过程，不会掺杂其他的气体和液体，完美的回收再利用，节省能源，也能达到最好的清洗效果，给用户带来经济效益。
如图1所示，系统包括清洗室4、气体增压装置11、第一加热装置5和二氧化碳供给装置，清洗室4分别与第一加热装置5和二氧化碳供给装置连接，清洗室4 连有真空泵组1，二者通过第一管路2连接，第一管路2上设有第一阀门21。
二氧化碳供给装置包括相互连接的储存罐17和缓存罐15，气体增压装置11 设置在缓存罐15与清洗室4之间的管路上，二氧化碳从储存罐17流入缓存罐15，经气体增压装置11增压后进入清洗室4。
系统中的管路包括：两端分别与储存罐17和缓存罐15连接的第五管路10、两端分别与缓存罐15和清洗室4连接的第三管路8、两端分别与清洗室4和缓存罐15连接的第二管路7以及两端分别与缓存罐15和储存罐17连接的第四管路9，气体增压装置11与第三管路8和第四管路9连接，气体增压装置设置在缓存罐15 的中部，保证第三管路8和第四管路9中的不包含废液杂质。第二管路7、第三管路8、第四管路9、第五管路10上各自设有阀门。
清洗前，二氧化碳从储存罐17输出，依次经过第五管路10、缓存罐15和第三管路8进入清洗室4，清洗后，二氧化碳从清洗室4输出，依次经过第二管路7、缓存罐15和第四管路9进入储存罐17。
清洗室4上连接有第一压力测量装置3，缓存罐14连接有第二压力测量装置 14。储存罐17上连接有第二加热装置18和第三压力测量装置16。
缓存罐15上方设有干冰添加口13，底部设有废液回收口12。
使用本实施例的清洗系统清洗的方法，包括以下步骤：
S1，真空泵组1启动，对装有目标工件6清洗室4抽真空；
S2，当清洗室4中的真空度达到设定要求后，真空泵组1关闭；
S3，储存罐17中的二氧化碳经过缓存罐15进入清洗室4，气体增压装置11 启动；
S4，当清洗室4中的压力达到设定压力时，二氧化碳停止进入清洗室4，清洗室4与外界之间的管路关闭，第一加热装置5启动，使清洗室4内达到设定温度，二氧化碳呈超临界状态；
S5，超临界状态的二氧化碳对目标工件进行清洗。
一种使用超临界状态清洗系统进行二氧化碳回收的方法，包括；清洗室4中的二氧化碳经过缓存罐15进入储存罐17，气体增压装置11使缓存罐15中的二氧化碳保持气态。
真空泵组1通过第一阀门2与清洗室4连接。
具体操作过程如下：
首先将目标工件6装入到清洗室4里面，然后启动第一管路2上的阀门和真空泵组1，对清洗室4进行抽真空处理，目的是为了清除目标工件6带进来的空气，使得后一步骤加入的CO2不被污染，也是为了保证整个清洗系统里面的CO2洁净度。
当第一压力测量装置3检测到清洗室4里面的真空度达到设定的要求后，关闭第一管路2上的阀门和真空泵组1。然后打开第五管路10上的阀门、第三管路8 上的阀门和气体增压装置11，将储存罐17里面的CO2经过缓存罐15输送到清洗室4里面，清洗目标工件6。
当第一压力测量装置3检测到清洗室4里面的压力达到设定的压力(大于 73bar)后，停止输送CO2，再启动第一加热装置5，控制清洗室4里面的温度在设定温度(大于31.1℃)，这时保证清洗室4里面的CO2是处于超临界状态，达到清洗目标工件6的要求。
清洗完毕后，打开第二管路7上的阀门、第四管路9上的阀门和气体增压装置 11，将清洗室4里面的CO2通过经过缓存罐15输送到储存罐17里面，清洗工艺结束。
为了节省空间，控制第二加热装置18和第三压力测量装置16，使得CO2在储存罐17里面处于液态。
而通过第二压力测量装置14控制缓存罐15里面的CO2是处于气态，这样CO2从清洗室4里面的超临界状态到缓存罐15里面的气态转变，将超临界状态时溶解的淬火油释放到缓存罐15里面，定期打开第六阀门12，将淬火油回收。设备长时间的运行后，为了弥补CO2在使用过程中的损耗，可以通过第七阀门13完成补给。

Claims (6)

1.一种超临界状态清洗系统，包括清洗室(4)、气体增压装置(11)、第一加热装置(5)和二氧化碳供给装置，所述的清洗室(4)分别与气体增压装置(11)、第一加热装置(5)和二氧化碳供给装置连接，其特征在于，所述的清洗室(4)连有真空泵组(1)；
所述的二氧化碳供给装置包括相互连接的储存罐(17)和缓存罐(15)，所述的气体增压装置(11)设置在缓存罐(15)与清洗室(4)之间的管路上，二氧化碳从储存罐(17)流入缓存罐(15)，经气体增压装置(11)增压后进入清洗室(4)；
所述的系统中的管路包括：两端分别与储存罐(17)和缓存罐(15)连接的第五管路(10)、两端分别与缓存罐(15)和清洗室(4)连接的第三管路(8)、两端分别与清洗室(4)和缓存罐(15)连接的第二管路(7)以及两端分别与缓存罐(15)和储存罐(17)连接的第四管路(9)，所述的气体增压装置(11)与第三管路(8)和第四管路(9)分别连接，第二管路(7)、第三管路(8)、第四管路(9)、第五管路(10)上各自设有阀门，
清洗前，二氧化碳从储存罐(17)输出，依次经过第五管路(10)、缓存罐(15)和第三管路(8)进入清洗室(4)，清洗后，二氧化碳从清洗室(4)输出，依次经过第二管路(7)、缓存罐(15)和第四管路(9)进入储存罐(17)；
所述的系统还包括与清洗室(4)连接的第一压力测量装置(3)；
所述的系统还包括与缓存罐(15)连接的第二压力测量装置(14)。
2.根据权利要求1所述的一种超临界状态清洗系统，其特征在于，还包括分别与所述的储存罐(17)连接的第二加热装置(18)和第三压力测量装置(16)。
3.根据权利要求1所述的一种超临界状态清洗系统，其特征在于，所述的缓存罐(15)上方设有干冰添加口(13)。
4.根据权利要求1所述的一种超临界状态清洗系统，其特征在于，所述的缓存罐(15)底部设有废液回收口(12)。
5.一种使用如权利要求1～4任一所述的超临界状态清洗系统进行清洗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，真空泵组(1)启动，对装有目标工件(6)清洗室(4)抽真空；
S2，当清洗室(4)中的真空度达到设定要求后，真空泵组(1)关闭；
S3，储存罐(17)中的二氧化碳经过缓存罐(15)进入清洗室(4)，气体增压装置(11)启动；
S4，当清洗室(4)中的压力达到设定压力时，二氧化碳停止进入清洗室(4)，清洗室(4)与外界之间的管路关闭，第一加热装置(5)启动，使清洗室(4)内达到设定温度，二氧化碳呈超临界状态；
S5，超临界状态的二氧化碳对目标工件进行清洗。
6.一种使用如权利要求1～4任一所述的超临界状态清洗系统进行二氧化碳回收的方法，其特征在于，包括；清洗室(4)中的二氧化碳经过缓存罐(15)进入储存罐(17)，气体增压装置(11)使缓存罐(15)中的二氧化碳保持气态。
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