CN1362296A - 低成本可液化气体洗净系统 - Google Patents
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Abstract
一种低成本可液化气体洗净系统,包含:一密闭压力清洗槽,供容纳一可液化气体的清洗流体及包含污染物的物件,清洗槽有一入口及一出口;一储存槽,用以提供清洗流体至清洗槽;一流量计,用以计量储存槽供给清洗槽的清洗流体的量;一温度控制装置,控制清洗室中所需的操作温度,使清洗流体沿一选定的等比容线,在液态及超临界状态间变换;一压力控制器,与出口衔接,控制清洗流体的减压速度;一分离装置,与压力控制器衔接,分离清洗流体中的污染物;及一支撑物件的支撑装置。
Description
本发明有关一种可液化气体洗净系统，特别是有关一种低成本可液化气体洗净系统。
传统的工业用洗净制造程序多为湿式清洗方式，清洗介质为溶剂、水或水性溶剂，以及添加清洁剂。然而，此种溶剂添加清洗方式需要干燥过程，而且有毒污染物及清洁剂溶解在水或溶剂中，必须经过废水/废溶剂处理后始可排放。如今随着环保要求日益严格，传统溶剂有空气污染，破坏臭氧层及导致温室效应等问题而逐渐被禁用，水洗制造程序耗费大量水资源及电能，且也有废水处理问题，因此清洗制造程序成本节节高涨。
近二十年来，科学家发现许多可液化气体在超临界状态(supercritical state)下具有似溶剂般的溶解力，而可被用来取代传统的溶剂作萃取或洗净用途。其中以二氧化碳(CO2)最常被使用在商业化批量生产的设备中，因其具有环保、安全、使用成本低又无污染之虞的优点，但是，使用的CO2必须在高压下操作，因其临界点为31.1℃，73.8bar，所以设备昂贵，推广不易。
用于清洗的稠相(dense phase)流体包括液态及超临界状态的可液化气体，使用液态流体清洗可加上传统的辅助清洗机构，如超音波(ultrasonic)、喷嘴(nozzle)、搅拌器(agitator)、紫外线照射(UVradiation)等方式以加速清洗效果，如美国专利第5,068,040、5,316,591、5,370,740、5,337,746、5,377,705、5,456,759及5,522,938号等所揭示的；而使用超临界状态流体则利用其低表面张力与强溶解力特性将污染物溶解后，带离物件表面以达到洗净目的，如美国专利第4,944,837、5,013,366、5,267,455、5,355,901、5,370,742及5,401,322号等所揭示的。
CO2的状态主要由温度与压力来决定，在不同状态下溶解力不同，所使用的辅助洗净机制也不尽相同。美国专利第5,013,366号提出相切换(phase shifting)法，先将CO2压力提高至临界压力(Pc)或以上，再藉由控制其温度，使其温度高于或低于临界温度(Tc)的切换，以进行不同的清洗机制，如图1的A←→A’点之间切换。另外，美国专利第5,514,220号提出压力脉冲(pressure pulse)法，先将CO2加压加温至超临界状态，在等温状态下反复地提高、降低压力，造成脉冲效果以去除污物，如图1的B←→B’点之间切换。又如爱德华巴克(Edward Bok)等所发表的“用于单一芯片洗净的超临界流体(Supercritical Fluids for SingleWafer Cleaning)”(刊于Solid State Technology，June 1992，pp，117-120)揭露的循环式压力(cycling pressure)则是在如图1的C←→C’点之间切换。然而此类系统需用到高压泵(pump)来提高压力，以将高压CO2注入清洗系统，因而设备成本高。
美国专利第5,3 39,844号揭露的低成本设备，主要分成两类，一为中阶(intermediate)洗净系统，一为低阶(low end)洗净系统。前者主要由CO2贮存槽、热交换器、洗净槽、过滤器、压缩机等构成，洗净槽内有加热/冷却器、超音波产生器、喷嘴及液位指示器(level indicator)等。此系统要利用CO2在液体状态下，可使用喷嘴、超音波等辅助洗净机构以强化洗净效果，并未涉及不同相的切换，而且使用液位指示器以确认待洗物件完全浸在液态CO2中，而其低阶系统只由CO2钢瓶、热交换器、洗净槽及分离槽构成，洗净槽内有过滤器、喷嘴及超音波产生器，虽然组成简单，但无液位指示器无法确保物件完全浸在液态CO2中，而且只能使用在液态CO2状态，此外，在清洗完毕后，常因排放稠相流体的减压速度太快，造成物件因瞬间降温、空蚀(cavitation)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积在被洗物件表面上。鉴于上述先前技术的缺陷，因而需要提供一可使系统设备低成本化，又能符合精密洗净要求的可液化气体洗净系统，以解决现有技术的问题。
本发明的主要目的是提供一种低成本可液化气体洗净系统，其利用稠相流体作为清洗介质，且以低于临界压力状态为操作起始点，因而不需使用高压泵以将高压稠相流体注入清洗系统，从而大幅降低设备成本，
本发明的次要目的是提供一种低成本可液化气体洗净系统，其以定比容方式控制稠相流体温度使其高于或低于临界温度(Tc)的切换，可使稠相流体在液态及超临界状态之间变换产生相切换(phase shifting)，用以清洗该物件。
本发明的另一目的是提供一种低成本可液化气体洗净系统，其可藉由一流量计或磅秤量测本发明低成本可液化气体洗净系统所需稠相流体的质量，无需在清洗槽内装设液位检测器或观景窗，可减少系统设备成本。
本发明的再一目的是提供一种低成本可液化气体洗净系统，其在清洗槽出口提供一压力控制器，以控制排放稠相流体的减压速度，防止排放稠相流体的减压速度太快，造成物件因瞬间降温、空蚀(cavitation)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，以及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积在被洗物件表面上。
本发明的再一目的是提供一种低成本可液化气体洗净系统，其是以可液化气体的固体状态存在补充系统所需的稠相流体，
本发明的目的是这样实现的：一种低成本可液化气体洗净系统，以从选定物件上移除污染物，其特征在于：其包含：一密闭压力清洗槽，以供容纳一可液化气体的清洗流体及该包含污染物的物件，该清洗槽具有一入口及一出口；一储存槽，用以提供该清洗流体至该清洗槽；一流量计，用以计量该储存槽供给该清洗槽的清洗流体的量；一温度控制装置，控制清洗室中所需的操作温度，使该清洗流体沿一选定的等比容线，在液态及超临界状态之间变换；一压力控制器，与出口衔接，以控制清洗流体的减压速度；一分离装置，与压力控制器衔接，以分离清洗流体中的污染物；及一支撑装置，以支撑该物件。
其另包含一第一过滤装置位于该出口或清洗槽内，以过滤清洗流体的金属屑及杂质。
其中该第一过滤装置为磁性滤网，用以过滤10μm以上的金属屑及杂质。
其中该温度控制装置包含加热装置、冷却装置及温度感测器。
其另包含一微处理器，以控制该流量计及温度控制装置。
其中该流量计是可量测累计的质量或体积。
其另包含机械式清洗装置位于该清洗槽内，以加强洗净效率。
其中该机械式清洗装置是选自喷嘴，搅拌器，超音波或超高频超音波(megasonic)装置及其组合。
其另包含一回收系统，该回收系统具有一第二过滤装置，用以过滤10μm以下的杂质，以纯化该清洗流体，及一冷凝器将该清洗流体冷凝成液态。
其另包含一添加剂入口，以将添加剂加入该清洗槽内。
本发明的目的也可以是这样实现的：一种低成本可液化气体洗净系统，以从选定物件上移除污染物，其特征在于：其包含：一密闭压力清洗憎，以供容纳一可液化气体的清洗流体及该包含污染物的物件，该清洗槽具有一入口及一出口；一温度控制装置，控制清洗室中所需的操作温度，使该清洗流体沿一选定的等比容线，在固态及液气平衡态之间变换，或在液气平衡态及超临界状态之间变换；一压力控制器，与出口衔接，以控制清洗流体的减压速度；一分离装置，与压力控制器衔接，以分离清洗流体中的污染物；及一支撑装置，以支撑该物件。
其另包含一第一过滤装置位于该出口或清洗槽内，以过滤清洗后清洗流体的金属屑及杂质。
其中该第一过滤装置为磁性滤绸，用以过滤10μm以上的金属屑及杂质。
其中该温度控制装置包含加热装置、冷却装置及温度感测器。
其另包含机械式清洗装置位于该清洗槽内，以加强洗净效率。
其中机械式清洗装置是选自喷嘴、搅拌器、超音波或超高频超音波(megasonic)装置及其组合。
其另包含一储存槽，用以提供该清洗流体至该清洗槽；及一流量计，计量该储存槽供给该清洗槽清洗流体的量。
其中流量计是可量测累计的质量或体积。
其另包含一微处理器，以控制该流量计及温度控制装置。
其另包含一添加剂入口，以将添加剂加入该清洗槽内。
本发明是一种低成本可液化气体洗净系统，主要包含一储存槽、一流量计、一清洗槽、一第一过滤装置、一分离装置、一第二过滤装置及一冷凝器。储存槽是用以储存所需的清洗流体，以供清洗槽使用。储存槽的清洗流体经由流量计控制所需流量由喷嘴供给至清洗槽的清洗室。清洗槽设有一加热装置及一冷却装置，以控制清洗室中所需的操作温度，使清洗流体在液相及超临界相之间变换产生相位切换(phase shifting)。清洗后的清洗流体经由出口流入一第一过滤装置，以过滤清洗后清洗流体的杂质。之后，经过滤的清洗流体流入一分离装置，以分离清洗液体杂质及有机污染物。经分离后的清洗流体进入一第二过滤装置。经第二过滤装置过滤的清洗流体流经一冷凝器，经冷凝器冷凝后，流回储存槽。
本发明另提供一微处理器与温度感测器、压力感测器、加热装置及冷却装置相连接，以控制清洗室中所需的操作温度与压力。微处理器也与压力控制器相连接，以控制排放二氧化碳的减压速度。
本发明主要是利用定比容方式，控制稠相流体温度使其高于或低于临界温度(Tc)的切换，可使稠相流体在液相及超临界相之间变换产生相位切换(phase shifting)，用以清洗该物件。根据本发明的方法，其以低于临界压力状态为起始点，因而本发明的设备不需使用高压泵，以将稠相流体注入清洗槽中，而仅需将液态稠相流体直接注入清洗槽中，或直接将固态稠相流体置入清洗槽中即可，因而可大幅减少系统设备成本。
根据本发明的第一具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统可藉由一流量计，精确控制本发明低成本可液化气体洗净系统清洗室所需稠相流体的质量。根据本发明的第二具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统可直接将固态稠相流体置入清洗槽中即可，而无需在清洗槽内装置液位检测器或观景窗，也可减少系统设备成本。
本发明另在清洗槽出口提供一压力控制器以控制排放稠相流体的减压速度，以防止排放稠相流体的流速太快，造成物件因瞬间降温、空蚀(cavitation)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积于被洗物件表面上。
下面配合附图和较佳实施例，详细说明本发明的目的、特征和优点：
图1为相切换(phase shifting)法、压力脉冲(pressure pulse)法及循环压力(cycling pressure)法的二氧化碳操作相图(phasediagram)；
图2为本发明第一具体实施例低成本可液化气体洗净系统的示意图；
图3为本发明第二具体实施例低成本可液化气体洗净系统的示意图；
图4为本发明第三具体实施例低成本可液化气体洗净系统的示意图；
图5为本发明的定比容(constant specific volume)法的二氧化碳操作相图(phase diagram)；
图6为本发明的低成本可液化气体洗净系统的微处理器控制示意图；
图7为二氧化碳的压力比容(Pυ)图。
根据本发明的低成本可液化气体洗净方法，其是利用稠相流体(densephase fluid)作为清洗介质，利用其低表面张力与强溶解力特性将污染物溶解后，带离物件表面以达洗净目的。本发明的稠相流体(dense phasefluid)，其可转换成超临界流体(supercritical fluid)，或在尚未改变待洗净物件的物理或化学性质的温度及压力，即可液化的气体。这些可液化气体典型包含，但不限于：(1)碳氢化合物(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)卤代烃(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)无机物(inorganics)，如二氧化碳(carbon dioxide)，氨(ammonia)，氦(helium)，氩(argon)，氪(krypton)，氙(Xenon)及氧化亚氮(nitrousoxide)；(4)及其混合物。选择用以除去一特定污染物的稠相流体需选自具有与目标污染物相近似的化学溶解性。例如，一污染物的内聚力主要是由氢键构成，则所选择的稠相流体需具有至少与其相当的氢键结合能力，以能产生溶解。
因二氧化碳是相当便宜、无毒且容易液化，因而其为本发明的低成本可液化气体洗净系统的较佳稠相流体。本发明现以二氧化碳为较佳实施例，详细说明本发明的目的、特征和优点。然而，熟悉本技艺人士应可根据所欲清洗物件的特性，选择上述合适的稠相流体，用以清洗该物件。因此，适用本发明的稠相流体并不局限于二氧化碳，上述合适的稠相液体皆可用以实施本发明，本发明被洗物件是包含金属、非金属及复合材料族群的材料，被洗去的污染物则包含有机、无机、离子化合物及微粒的族群。
二氧化碳的临界温度(Tc)为31.1℃，临界压力为73.8bar，二氧化碳的相图(phase diagram)显示于图1，当压力高于临界点时，控制其温度使其高于或低于临界温度(Tc)的切换，可使二氧化碳在液态及超临界状态之间变换产生相切换(phase shifting)。美国专利第5,013,366号对相切换的说明已有详细揭示，在此并入本文参考，故不再赘述。
请参考图2，其显示本发明低成本可液化气体洗净系统的示意图。根据本发明的第一具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统主要包含一储存槽10，一流量计20，一清洗槽30，一第一过滤装置42，一分离装置51，一第二过滤装置60，及一冷凝装置70。储存槽10是用以储存所需的液态二氧化碳，以供清洗槽30使用，该储存槽10较佳者为一压力储存槽或一钢瓶，其温度小于二氧化碳的临界温度(Tc)，较佳者为25℃，压力为800-900psi。储存槽10的液态二氧化碳经由流量计20，而由控制阀22控制进入清洗槽30的入口23。一添加剂入口21设在流量计20与控制阀22之间，以供加入所需的清洗添加剂。添加剂是具有氢键结或极性化合物的溶剂或界面活性剂。流量计20是用以量测进入清洗槽30的所需二氧化碳流量，该流量计20可累计所流经的流体质量或体积。
清洗槽30具有一盖体30a及槽壁30b，以界定一清洗室31，清洗室31具有一温度感测器31a以感测清洗室31内的温度，及一压力感测器31b以感测清洗室31内的压力。二氧化碳经由流量计20控制所需的量，经由沿槽壁30b设置的喷嘴32，供给至清洗室31中，且可藉此喷洒清洗待清洗物件。较佳者，喷嘴32沿槽壁30b以切线方向设置，使供给至清洗室31中的二氧化碳液体产生涡流。较佳者，清洗槽30也设有超音波装置33或超高频超音波(megasonic)装置，以提供超音波洗净，及设有搅拌装置34，以提供搅拌洗净功效。清洗槽30也可设有紫外线光，以提供杀菌作用。较佳者，清洗槽30也设有一供待洗物件置放的置物篮35，置物篮35是由置物篮支撑件36支撑在清洗室31中的适当位置。清洗槽30设有一加热装置38及一冷却装置39，以控制清洗室31中所需的操作温度，使其在液态及超临界状态之间变换产生相切换。加热装置38较佳者为一加热线圈，而冷却装置39较佳者为一冷却水套。较佳者，加热装置38与冷却装置39可结合为一温度控制装置。较佳者，该温度控制装置也可为置于洗净槽内的热交换器。根据清洗室31中所需的温度，加热装置38及冷却装置39经由微处理器控制其操作温度。
清洗后的二氧化碳经由出口41流入一第一过滤装置42，以过滤清洗后二氧化碳的杂质，第一过滤装置42较佳者为磁性滤网，用以过滤10μm以上的金属屑及杂质。之后，经过滤的二氧化碳流入一分离装置51，以分离二氧化碳及污染物。若排放二氧化碳的减压速度太快，会产生低温汽爆，而严重损伤清洗物件表面。因此，分离装置51与第一过滤装置42之间较佳者是提供一压力控制器43，以控制排放二氧化碳的减压速度，以防止排放稠相流体的减压速度太快，造成物件因瞬间降温、空蚀(cavitation)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积在待洗物件表面上。
分离装置51具有一排放阀52，以排放所分离的杂质及污染物。较佳者，经分离后的二氧化碳进入一第二过滤装置60，该第二过滤装置60是用以过滤10μm以下的杂质，较佳者为可抛弃式滤网。经第二过滤装置60过滤的二氧化碳流经一冷凝装置70，经冷凝成为液态后，流回至储存槽10。因此，根据本发明的第一具体实施例，可循环使用该低成本可液化气体洗净系统的二氧化碳。
请参考图3，其显示本发明另一具体实施例的低成本可液化气体洗净系统的示意图。根据本发明的第二具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统是一较简化的设备，其二氧化碳不可循环使用，但可设计成可携带式低成本可液化气体洗净系统。根据本发明的第二具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统，其主要包含一清洗槽30，具有一盖体30a及槽壁30b，以界定一清洗室31，一温度感测器31a以感测清洗室31内的温度；及一压力感测器31b以感测清洗室31内的压力；一加热装置38及一冷却装置39，以控制清洗室31中所需的操作温度，使其在液态及超临界状态之间变换产生相切换。加热装置38较佳者为一加热线圈，而冷却装置39较佳者为一冷凝器。较佳者，加热装置38与冷却装置39可结合为一温度控制装置。根据清洗室31中所需的温度，加热装置38及冷却装置39经由微处理器控制其操作温度。较佳者，清洗槽30也设有超音波装置33，以提供超音波洗净功效。较佳者，清洗槽30也设有搅拌装置34，以提供搅拌洗净功效。较佳者，清洗槽30也设有一供待洗物件置放的置物篮35，置物篮3 5是由置物篮支撑件36支撑在清洗室31中的适当位置。清洗槽30也可设一吊架36’供待洗物件吊放。清洗后的二氧化碳经由出口41排出。较佳者，出口41提供一压力控制器43以控制排放二氧化碳的减压速度，以防止排放二氧化碳的减压速度太快，造成物件因瞬间降温、空蚀(cavitation)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积在被洗物件表面上。出口41排放的二氧化碳经由分离装置51，以过滤及减压方式分离二氧化碳的杂质及污染物。分离装置51具有一排放阀52，以排放所分离的杂质及污染物，及一排气阀53，以排放分离的二氧化碳。
请参考图4，其显示本发明另一具体实施例的低成本可液化气体洗净系统的示意图。根据本发明的第三具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统是一较简化的设备，其二氧化碳不可循环使用。本发明的第三具体实施例与本发明的第一具体实施例的低成本可液化气体洗净系统相似，其差异在于出口41排放的二氧化碳经由分离装置51分离后，二氧化碳及其杂质及污染物分别由排气阀53及排放阀52排放，而不加以循环回收。
以下详细说明本发明低成本可液化气体洗净方法的操作原理及方法。请参考图5，本发明的低成本可液化气体洗净方法主要是利用定比容方式，控制二氧化碳温度使其高于或低于临界温度(Tc)的切换，可使二氧化碳在液态及超临界状态之间变换产生相切换，用以清洗该物件。根据本发明的定比容方法，注入清洗槽30中用以清洗的二氧化碳，其初始状态可为液氯共存的X’点，而在X’及X”点之间沿其等比容线，控制其温度使其高于或低淤临界温度(Tc)的变化，使二氧化碳在液态及超临界状态之间变换产生相仞换。如图所示，本发明选择合适的等比容线，如800kg/m3，控制其温度在20-40℃之间升降，即可使二氧化碳在液态及超临界状态之间变换产生相切换，以达到所需的洗净状态。
根据本发明另一实施例的定比容方法，二氧化碳的初始状态可为固态的X点，而经加热使具沿固气及液气平衡线而达X’点，而再在X’及X”点之间沿其等比容线，控制其温度使其高于或低于临界温度(Tc)的变化，使二氧化碳在液态及超临界状态之间变换产生相切换，以达到所需的洗净状态。本发明的优点在于其以低于临界压力状态为起始点，因而本发明的设备不需使用高压泵，以将二氧化碳注入清洗槽30中，而仅需将液态二氧化碳直接由储存槽10经由流量计20计量注入清洗槽30中，或直接称重量取固态二氧化碳(干冰)后置入清洗槽30中即可，因而可大幅减少系统设备成本。
请参照图3，若清洗槽30的总容积为V1，待清洗物件40的体积为V2，液态二氧化碳淹过待清洗物件而距盖体30a的距离为S，清洗槽30的槽内底面积为A，清洗槽30的温度为T1，由二氧化碳的饱和蒸汽压表可查得在温度T1条件下的饱和液态二氧化碳比容为υf，气态二氧化碳比容为υg，则计算所需充填二氧化碳的质量如下：
液态二氧化碳体积Vf＝V1-V2-AS
气态二氧化碳体积Vg＝AS
二氧化碳质量M＝Vf/υf+Vg/υg＝[V1-V2-AS]/υf+AS/υg，(1)
则在温度T1条件下的初次充填二氧化碳比容为
υP(m3/kg)＝[V1-V2]/M (2)
上述系统所需的二氧化碳的质量M及其比容υP的计算式是用以说明本发明是可依定比容方式，控制二氧化碳温度使其高于或低于临界温度(Tc)的切换，可使二氧化碳在液态及超临界状态之间变换产生相切换，用以清洗该物件。掌握该项技艺的人员应当可以其他方式计算出所需的二氧化碳的质量M及其比容υP，也可达成本发明的功效。
根据本发明的第一具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统可藉由一流量计20，较佳者为质量流量计，或体积流量计经过换算，可精确计量本发明低成本可液化气体洗净系统清洗室31所需二氧化碳的质量M。根据本发明的第二具体实施例，该低成本可液化气体洗净系统可直接称重量取固态二氧化碳(干冰)后置入清洗槽30中即可，而无需在清洗槽30内装置液位检测器或观景窗，也可减少系统设备成本。
请参考图6所示的本发明低成本可液化气体洗净系统的微处理器控制示意图。徵处理器80可根据所预定的V1，V2，S，A，液态二氧化碳比容为υf，气态二氧化碳比容为υg，由式(1)计算，求得所需二氧化碳质量M，藉由流量计20计量进入清洗槽30的二氧化碳量，配合控制阀22因而可精确控制系统所需二氧化碳的质量。此外，微处理器80也与温度感测器31a，压力感测器31b，加热装置38及冷却装置39相连接以控制清洗室31中所需的操作温度与压力，微处理器也可与压力控制器43相连接，以控制排放二氧化碳的减压速度。
请参考图7所示的二氧化碳的压力比容(Pυ)图。当υP小于υc(临界比容)时，如图的A点，液体多于气体。当温度由TA升至TB时，由A点移至B点(比容不变)，此时液面会升高，压力PB也升高。当由B点移至C点，温度超过临界温度(Tc)时，则二氧化碳处于超临界状态。由此压力比容图，可预测不同温度下的压力，且可控制所需二氧化碳的状态为液态或超临界状态。
根据本发明的低成本可液化气体洗净系统，其操作方法如下：
1、根据所预定的V1，V2，S，A，液态二氧化碳比容为υf，气态二氧化碳比容为υg，由式(1)计算，求得所需二氧化碳质量M。
2、以低于临界压力状态为操作起始点，将所需二氧化碳质量M注入清洗槽30中。请参考图5，其初始状态可为液气共存的X’点，或可为固态的X点，而经加热使其沿固气及液气平衡线而达X’点。
3、由清洗槽30设置的喷嘴32，将所需二氧化碳供给至清洗室31中，且藉此喷嘴32喷洒清洗待清洗物件。当二氧化碳淹过待清洗物件后，以超音波装置33，以提供超音波洗净，及搅拌装置34，以提供搅拌洗净。
4、微处理器根据温度感测器31a所感测的温度，可视需要控制加热装置38加热清洗室31中的温度。如需以超临界状态洗净，则使温度上升至高于临界温度(Tc)，使稠相流体变成超临界状态，利用其低表面张力与强溶解力特性将污染物溶解后，带离待洗物件表面以达到更佳洗净效果。
5、微处理器根据温度感测器所感测的温度，可视需要控制冷却装置冷却清洗室中的温度，使稠相流体由超临界状态变回液态。如需使清洗室中的稠相流体在液态及超临界状态之间变换产生相切换(phase shifting)循环，则可控制加热装置与冷却装置，使清洗室的温度高于或低于临界温度(Tc)来回操作多次，直至洗净完成。
6.在洗净完成后，清洗后的二氧化碳经由出口41流入第一过滤装置42，以过滤清洗后二氧化碳的杂质，第一过滤装置42较佳者为磁性滤网，用以过滤10μm以上的金属屑与杂质。
7、过滤后的二氧化碳流入一分离装置51，以分离二氧化碳中所含的杂质及污染物。分离装置51与第一过滤装置42之间，提供一压力控制器43以控制排放二氧化碳的减压速度，以防止排放二氧化碳的减压速度太快，造成物件因瞬闾降温、空蚀(cavitation)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积在被洗物件表面上。
8、在取出已洗净物件前，将已洗净物件加热至稍高于外部室温的温度，以防止已洗净物件取出后，外部水汽凝结在该已洗净物件表面。
9、经分离后的二氧化碳进入第二过滤装置60。该第二过滤装置60是用以过滤10μm以下的杂质，较佳者为可抛弃式滤网。
10、经第二过滤装置60过滤后的纯净二氧化碳流经一冷凝装置70，经冷凝成液态后流回至储存槽10。因此，本发明可循环使用该系统的二氧化碳。
根据本发明，当系统的二氧化碳需补充时，可由二氧化碳槽车将液态二氧化碳补充至储存槽10中，或直接将所需补充的二氧化碳量以固态干冰型态直接置入清洗槽30中，经加热成液态后经由第一过滤装置42，切换阀45，旁通回路44，第二过滤装置60及冷凝装置70而循环流回至储存槽10。
由以上说明，根据本发明的低成本可液化气体洗净系统，其利用稠相流体作为清洗介质，且以低于临界压力状态为操作起始点，因而不需使用高压泵，以将稠相流体注入清洗槽中，而仅需将液态稠相流体直接注入清洗槽中，或直接将可液化气体的固体状态存在者置入清洗槽中即可，因而可大幅减少系统设备成本。本发明也藉由一流量计精确控制本发明低成本可液化气体洗净系统所需二氧化碳的质量，而无需在清洗槽内装置液位检测器或观景窗，也可减少系统设备成本。本发明另在清洗槽出口提供一压力控制器以控制排放二氧化碳的减压速度，以防止排放二氧化碳的减压速度太快，造成物件因瞬间降温、空蚀(caviiaiion)现象或局部应力集中，而严重损伤被洗物件表面，及产生已溶解在CO2中的污染物再沉积在被洗物件表面上。
Claims (20)
1、一种低成本可液化气体洗净系统，以从选定物件上移除污染物，其特征在于：其包含：一密闭压力清洗槽，以供容纳一可液化气体的清洗流体及该包含污染物的物件，该清洗槽具有一入口及一出口；一储存槽，用以提供该清洗流体至该清洗槽；一流量计，用以计量该储存槽供给该清洗槽的清洗流体的量；一温度控制装置，控制清洗室中所需的操作温度，使该清洗流体沿一选定的等比容线，在液态及超临界状态之间变换；一压力控制器，与出口衔接，以控制清洗流体的减压速度；一分离装置，与压力控制器衔接，以分离清洗流体中的污染物；及一支撑装置，以支撑该物件。
2、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一第一过滤装置位于该出口或清洗槽内，以过滤清洗流体的金属屑及杂质。
3、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中该第一过滤装置为磁性滤网，用以过滤10μm以上的金属屑及杂质。
4、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中该温度控制装置包含加热装置、冷却装置及温度感测器。
5、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一微处理器，以控制该流量计及温度控制装置。
6、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中该流量计是可量测累计的质量或体积。
7、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含机械式清洗装置位于该清洗槽内。
8、如权利要求7所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中该机械式清洗装置是选自喷嘴，搅拌器，超音波或超高频超音波(megasonic)装置及其组合。
9、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一回收系统，该回收系统具有一第二过滤装置，用以过滤10μm以下的杂质，以纯化该清洗流体，及一冷凝器将该清洗流体冷凝成液态。
10、如权利要求1所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一添加剂入口，以将添加剂加入该清洗槽内。
11、一种低成本可液化气体洗净系统，以从选定物件上移除污染物，其特征在于：其包含：一密闭压力清洗憎，以供容纳一可液化气体的清洗流体及该包含污染物的物件，该清洗槽具有一入口及一出口；一温度控制装置，控制清洗室中所需的操作温度，使该清洗流体沿一选定的等比容线，在固态及液气平衡态之间变换，或在液气平衡态及超临界状态之间变换；一压力控制器，与出口衔接，以控制清洗流体的减压速度；一分离装置，与压力控制器衔接，以分离清洗流体中的污染物；及一支撑装置，以支撑该物件。
12、如权利要求11所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一第一过滤装置位于该出口或清洗槽内，以过滤清洗后清洗流体的金属屑及杂质。
13、如权利要求12所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中该第一过滤装置为磁性滤绸，用以过滤10μm以上的金属屑及杂质。
14、如权利要求11所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中该温度控制装置包含加热装置、冷却装置及温度感测器。
15、如权利要求11所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含机械式清洗装置位于该清洗槽内。
16、如权利要求15所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中机械式清洗装置是选自喷嘴，搅拌器，超音波或超高频超音波(megasonic)装置及其组合。
17、如权利要求11所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一储存槽，用以提供该清洗流体至该清洗槽；及一流量计，计量该储存槽供给该清洗槽清洗流体的量。
18、如权利要求17所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其中流量计是可量测累计的质量或体积。
19、如权利要求17所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一微处理器，以控制该流量计及温度控制装置。
20、如权利要求11所述的低成本可液化气体洗净系统，其特征在于：其另包含一添加剂入口，以将添加剂加入该清洗槽内。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2001-01-04 CN CN 01100398 patent/CN1362296A/zh active Pending
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