KR20140142227A

KR20140142227A - 순환식 핵화 이송용 세척 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20140142227A
Application number: KR1020147021817A
Authority: KR
Inventors: 더블유. 리차드 플라비달
Original assignee: 에드벤스트 웨트 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2012-01-02
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2014-12-11
Also published as: SG11201403781PA; EP2800638A1; US20130167880A1; WO2013102857A1; US20130167879A1; US20130167878A1

Abstract

대기압보다 높은 압력으로부터 액체 및/또는 증기를, 또는 액체의 비등점에 걸쳐 증기를 순환시키는 압력을 포함하는 고압 순환식 핵화 이송(H-CNX) 공정이 개시된다. 고압은 고온에 의해 달성될 수 있으며, 이는 보다 효율적인 세척 및 저렴한 액체 매질의 추가적인 이점을 제공한다. 예를 들어 피스톤이나 벨로우즈를 통해 공정 챔버의 체적을 주기적으로 변경하는 단계를 포함하는 동적 순환식 핵화 이송(D-CNX) 공정이 개시된다. D-CNX 공정 및 시스템은, 진공으로부터 압력 조건으로 즉시 변경할 수 있고 진공 펌프를 제거하는 동적 챔버 체적을 포함할 수 있다. 공정 챔버 내측에서 비-증기, 비-응축성 기체 기포를 생성하고 이의 사용을 채용하는 방법이 개시된다. 이들 비-증기 기체 기포는 압력-제어 사이클에서 신속하게 팽창 및 압축될 수 있으며, 유체, 입자 및 부산물의 표면으로의 그리고 표면으로부터의 이송을 도울 수 있다. 기체 기포는 서로 반응하여 기체 부산물을 생성할 수 있는 2개의 액체를 혼합하거나, 객체의 표면과 반응하여 기체 부산물을 생성할 수 있는 액체 매질을 사용함으로써, 용존 기체로부터 액체 매질에 발생될 수 있다. 기체 발생은 진공 CNX, 고압 CNX, 또는 동적 CNX와 같은 순환식 핵화 이송(CNX) 공정과 함께 이용될 수 있다.

Description

순환식 핵화 이송용 세척 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR CLEANING FOR CYCLIC NUCLEATION TRANSPORT(CNX)}

본 출원은 2012년 1월 2일자로 출원된 발명의 명칭이 "세척 방법 및 시스템(Methods and systems for cleaning)"인 가특허 출원 일련번호 제 61/582,482 호로부터 우선권을 주장하며, 이에 의해 본 명세서에 전체가 인용에 의해 포함된다.

복잡한 형상을 갖는 부품 또는 장치는 작은 개구, 내부 사각 공간(dead space), 블라인드 홀(blind hole) 및 그 외 부품 내 접근이 곤란한 위치로 인해, 세척을 위한 특별한 도전을 제기한다. 전통적인 스프레이 및 음파 교반(sonic agitation)은 이들 영역에 효율적으로 접근할 수 없으며, 설사 이들 영역에 접근한다고 하여도, 이들 부품으로부터 너덜거리는 찌꺼기와 오염된 세척액을 제거하는 것은 곤란하거나 불가능할 것이다. 심지어 복잡한 매니폴드 유동 접속부는 일부 부품 내 포착 영역(trapped area) 및 사각 공간으로부터 오염물질을 효율적으로 씻어낼 수 없다.

일부 실시예에서, 대기압보다 높은 압력으로부터 액체 및/또는 증기를, 또는 액체의 비등점(boiling point)에 걸쳐 증기를 순환시키는 압력을 포함하는 고압(hyperbaric) 순환식 핵화 이송(H-CNX) 공정이 개시된다. 고압은 고온에 의해 달성될 수 있으며, 이는 보다 효율적인 세척 및 저렴한 액체 매질(medium)의 추가적인 이점을 제공한다. 순환(cycling)은 압력을 변동시킴으로써, 예를 들어 액체의 비등 압력 이상인 (그리고 일부 실시예에서 대기압보다 높은) 압력으로부터 (대기압보다 높거나 낮을 수 있는) 액체의 비등 압력 이하의 압력으로 변동시킴으로써 행해질 수 있다. 비등점 미만의 압력에서, 액체는 비등하기 시작하여, 기포가 발생한다. 공정 조건은 바람직하게는, 액체에 적어도 부분적으로 침지되어 있는 객체의 표면에 기포가 발생되도록 제어된다. 예를 들어, 비등 개시 시에, 기포는 대부분 객체의 표면에서 발생되며, 이에 따라 일부 실시예에서는, 비등 개시 조건을 유지하기 위해 감압이 제어되어, 액체 내에서 기포가 발생되는 엄격한 비등 체제를 방지한다.

일부 실시예에서, 예를 들어 피스톤이나 벨로우즈를 통해 공정 챔버의 체적을 주기적으로 변경하는 단계를 포함하는 동적 순환식 핵화 이송(D-CNX) 공정이 개시된다. D-CNX 공정 및 시스템은, 진공으로부터 압력 조건으로 즉시 변경할 수 있고 진공 펌프를 제거하는 동적 챔버 체적을 포함할 수 있다. D-CNX 공정의 잠재적 이점들에는 압력차를 생성하기 위해 진공 펌프를 사용하는 것보다 신속하고, 증기가 CNX 사이클마다 진공 펌프를 통해 용액으로부터 도출됨에 따른 순 증발 냉각 손실이 없다는 점; 휘발 성분이 진공 펌프를 통해 제거되기보다는 CNX 사이클마다 재-응축되리라는 사실로 인해 화학 혼합물이 일정하게 유지된다는 점; 진공 펌프 및 진공 펌프와 관련된 파이프, 밸브, 서지 탱크 및 격리 탱크가 요구되지 않는다는 점; (존재 시) 잠재적으로 인화가능한 증기가 집중되지 않고, 또한 진공 펌프를 통해 대기에 노출되지 않는다는 점; 재-압축 사이클 동안 위치 에너지를 재포착하는 능력으로 인해 효율이 높아진다는 점(<1/2 파워); 및 매 CNX 사이클에 있어 공정 챔버를 통과하는 유체의 연속적인 재순환 및 여과가 포함될 수 있다.

일부 실시예에서, 공정 챔버 내측에서 비-증기, 비-응축성 기체 기포를 생성하고 이의 사용을 채용하는 방법이 개시된다. 이들 비-증기 기체 기포는 압력-제어 사이클에서 신속하게 팽창 및 압축될 수 있으며, 유체, 입자 및 부산물의 표면으로의 그리고 표면으로부터의 이송을 도울 수 있다. 기체 또는 증기 기포에 대한 핵화 부위는 불연속적이거나 오염된 표면을 선호할 수 있으며, 통상적인 스프레이, 음파, 브러시가 닿을 수 없는 복잡한 3D 부품 구조체에서 볼 수 있는 사각 공간, 튜브 및 구멍 내측에 효율적으로 형성될 수 있다. 기체 기포는 서로 반응하여 기체 부산물을 생성할 수 있는 2개의 액체를 혼합하거나, 객체의 표면과 반응하여 기체 부산물을 생성할 수 있는 액체 매질을 사용함으로써, 용존(dissolved) 기체로부터 액체 매질에 발생될 수 있다. 기체 발생은 진공 CNX, 고압 CNX, 또는 동적 CNX와 같은 순환식 핵화 이송(CNX) 공정과 함께 이용될 수 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른 CNX 공정의 상이한 온도 및 압력 체제를 예시한다.
도 2는 상이한 수증기 압력 및 온도에 대한 수증기 엔탈피-엔트로피 차트를 예시한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 고압 CNX를 작동하기 위한 시스템을 예시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 고압 CNX 공정에 대한 흐름도를 예시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 고압 순환식 세척 및 건조 공정에 대한 흐름도를 예시한다.
도 6a 내지 도 6c는 일부 실시예에 따른 피스톤을 사용하는 동적 챔버를 예시한다.
도 7은 일부 실시예에 따른 동적 CNX 공정에 대한 흐름도를 예시한다.
도 8은 일부 실시예에 따른 동적 CNX 공정에 대한 흐름도를 예시한다.
도 9는 일부 실시예에 따른 효과적인 변위에 대한 공정 순서를 예시한다.
도 10은 일부 실시예에 따른 CNX 공정에 대한 흐름도 예를 예시한다.
도 11은 일부 실시예에 따른 CNX 공정에 대한 흐름도 예를 예시한다.
도 12는 일부 실시예에 따른 CNX 공정에 대한 흐름도 예를 예시한다.

진공 순환식 핵화 이송(V-CNX) 기술의 개발은 복잡한 형상을 갖는 객체의 세척 문제를 취급함에 있어 하나의 돌파구를 제시하였다. V-CNX의 경우, 그렇지 않으면 모든 세척 교반 또는 변위를 차단할 기하학적 구조 및 경계층과는 상관없이 유체를 변위시키고 은면(hidden surface)으로부터 오염물질을 축출할 진공 환경에서 증기 기포를 성장 및 붕괴시키는 것이 가능하였다. V-CNX의 주요 속성은 압력 제어 환경에서 모든 표면이 동일한 압력을 보인다는 점이다. 따라서, 그 표면이 바로 보이던 보이지 않던, 모든 표면에 증기 기포가 발생될 것이다. 압력이 유체 증기압 미만으로 유지되는 한, 핵화는 수그러들지 않고 계속되며, 변위 흐름은 계속하여 유동한다. 재-가압 시, 증기 기포는 붕괴되고, 새로운 유체 및 운동 에너지 둘 모두를 표면에 제공한다. 지금까지, V-CNX는 진공 공간을 생성하기 위해 진공 펌프를 사용하는 부압 체제(sub-atmospheric pressure regime)에서 작동되었다. 부압 체제에서, 물과 같은 통상의 공정 유체의 증기압은 정상 온도 범위에서 부압의 증기압을 갖는다. 진공 펌프는 기포 생성을 위해 필요한 환경, 예를 들어 진공 공간을 생성할 수 있다.

고압 순환식 핵화 이송(H- CNX )

일부 실시예에서, 본 발명은 대기압을 초과하는 압력으로부터 대기압을 초과하거나, 대략 대기압이거나, 또는 대기압 미만인 압력으로 압력을 순환시키는 단계를 포함하는 고압 순환식 핵화 이송(H-CNX) 공정을 개시한다. 압력은 액체 매질의 증기상 압력일 수 있다. 액체 매질은 부분적으로 용기를 채울 수 있으며, 이로써 용기의 일부는 액체 매질의 증기상을 위해 할애된다. 또한, 액체 매질이 용기 전체를 채울 수 있다. 액체 매질은 대기 온도를 초과한 온도에서 증기압을 갖는 과열수(superheated water)를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명은 기포 생성 및 소멸을 포함하는 CNX 공정 및 시스템에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 객체는 고증기압에서 고-에너지 액체 매질에 배치될 수 있다. 액체 매질로부터 에너지를 방출하도록 작용하는 기포를 형성하기 위해 저증기압 환경이 형성될 수 있다. 저에너지 방출 속도(release rate)로, 기포는 객체 표면에 핵화할 수 있다. 에너지가 고속으로 방출되면, 액체 매질에서 기포가 형성될 수 있다. 이어서, 기포는 상기 표면에서, 기포의 붕괴 동안 소멸되고, 객체 표면에 에너지가 제공될 수 있어, 부착된 모든 오염물질 또는 잔류물이 제거된다. 기포의 생성 및 소멸의 순환은 닿기 힘든 곳에서조차 객체 표면을 세척하는 역할을 할 수 있다. 에너지는 압력, 온도, 또는 화학적 능동(active) 액체의 형태를 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 객체는 밀봉된 용기 내 액체 매질에 부분적으로 또는 전체적으로 침지된다. 액체는 부분적으로 또는 전체적으로 용기에 채워질 수 있다. 액체 매질은 대기압을 초과하는 증기상 압력을 갖는다. 액체 매질은 비등 중이라거나 비등을 하려는 상태가 아니며, 이는 액체 내에서 객체 표면이나 액체 매질에 기포 형성이 이루어지지 않는다는 것을 의미한다. 밀봉된 용기 내 압력은 예를 들어, 릴리프 밸브를 대기로 개방시킴으로써 감소된다. 액체 매질이 높은 증기압에 있기 때문에, 압력을 감소시키는 것은 기포 형성, 예를 들어 기포는 객체 표면에 핵화되는 비등 개시를 야기할 수 있다. 이어서, 밀봉된 용기 내 압력은 예를 들어, 릴리프 밸브를 폐쇄함으로써, 그리고/또는 액체에 에너지를 추가함으로써 증가된다. 액체로부터의 에너지가 방출되어, 증기압을 증가시킬 수 있다. 추가적인 에너지가 예를 들어, 일정하게 또는 간헐적으로 액체에 추가될 수 있는데, 예를 들어 릴리프 밸브가 폐쇄된 기간 동안에만 액체에 추가될 수 있다. 액체에 저장된 에너지가 낮을 때, 예를 들어 액체 온도 또는 압력이 평형 레벨로 떨어질 때, 에너지가 추가될 수 있다. 추가된 에너지는 추가적인 가열 액체 또는 가열 증기를 제공하는 것과 같이 열 에너지의 형태를 가질 수 있다. 또한, 추가된 에너지는 예를 들어, 용기의 내측 또는 외측에 배치된 히터를 통해 액체를 가열시키는 것을 포함한다. 이어서, 기포는 높은 증기상 압력으로 인해 소멸된다. 압력 순환은 전술한 대기압에서의 압력 사이클로 반복될 수 있다. 기포의 순환, 예를 들어 기포 형성 및 소멸의 반복된 순서는 객체 표면의 세척을 야기할 수 있다.

일부 실시예에서, 압력은 점진적으로 감소할 수 있으며, 이로써 액체 내에 최소한의 기포가 형성되는 상태에서, 점점 더 많은 기포가 객체 표면에 핵화될 수 있다. 압력은 대기압을 초과하거나, 대기압을 초과하거나, 또는 대기압 미만의 값으로 감소할 수 있다. 따라서, 압력은 2개의 압력 값으로 순환할 수 있으며 여기서 이들 값 양자 모두는 대기압을 초과한다. 대안적으로, 압력은 대기압을 초과하는 압력으로부터 대략 대기압까지 순환할 수 있다. 대안적으로, 압력은 대기압을 초과하는 압력으로부터 대기압 미만까지 순환할 수 있다.

일부 실시예에서, 객체는 밀봉된 용기 내 기체 매질에 부분적으로 또는 전체적으로 침지된다. 기체는 부분적으로 또는 전체적으로 용기에 채워질 수 있다. 용기 내에는 어느 정도의 액체가 존재할 수 있으며, 또는 용기는 기체 매질로 채워질 수 있다. 기체 매질은 대기압을 초과하는 증기상 압력을 갖는다. 밀봉된 용기 내 압력은 예를 들어, 릴리프 밸브를 대기로 개방함으로써 감소된다. 이어서, 밀봉된 용기 내 압력은 예를 들어, 릴리프 밸브를 폐쇄함으로써, 그리고/또는 기체 또는 액체 매질에 에너지를 추가함으로써 증가된다. 릴리프 밸브를 폐쇄한 후에, 압력은 여전히 대기압을 초과한 압력에 있을 수 있는 평형 상태를 재-형성할 수 있다. 압력 순환은 압력이 대기압을 향해 점점 더 낮아지게끔 반복될 수 있다. 추가적인 액체 또는 증기가 용기에 추가되어, 용기 내 매질의 에너지를 증가시킬 수 있다. 그리고, 이어서 사이클이 반복될 수 있다. 추가적인 에너지는 또한, 용기의 내측 또는 외측에 배치되는 히터를 통해 가열됨으로써 추가될 수 있다.

일부 실시예에서, 액체 또는 기체 매질은 저장소를 통해 용기로 공급될 수 있다. 저장소는 적합한 압력에서 용기로의 액체 및 기체의 일정한 공급을 유지하기 위해 가열될 수 있다. 예를 들어, 용기로부터 저장소로 (또는 폐기물(waste) 용기로) 역으로 액체를 배수시키거나 기체를 방출함으로써, 그리고 적절한 압력에서 새로운 액체 또는 기체를 용기에 공급함으로써, 용기에서의 압력의 순환은 저장소를 통해 이루어질 수 있다.

일부 실시예에서, 액체를 고압으로 유지함으로써, 액체는 어떠한 기포 형성도 없이 보다 높은 온도에 도달될 수 있다. 순환 공정은 고온, 예를 들어 액체 매질의 비등 온도보다 높은 온도에서 행해질 수 있다. 보다 고가의 용제 또는 세척용 화학물질 대신 세척용으로 물과 같은 비싸지 않은 액체의 사용을 허용할 수 있다. 대기압으로의 복귀 시, 액체 증기가 신속하게 증발될 수 있기 때문에, 고온은 또한 객체의 건조를 허용할 수 있다. 고온은 또한, 130 또는 160도와 같은 고온에 노출되는 경우 미생물이 살아남을 수 없기 때문에, 살균을 허용할 수 있다.

또한, 본 발명은 예를 들어, 압력을 대기압 미만으로 감소시키는데 필요한 진공 펌프를 제거함으로써, 세척 설비를 간소화할 수 있다. 대신, 대기압을 초과하는 압력으로부터 압력을 감소시키는데 릴리프 밸브가 사용될 수 있다.

세척 및 다른 표면 처리 공정을 위해 증기 기포를 성장 및 붕괴시키는 CNX 기술을 사용하는 것의 이점은 많을 수 있다. CNX 공정은 대기압 체제보다 더 높은 압력에서뿐만 아니라, 부압 체제에서도 작동될 수 있다. 고압 챔버의 통합은 상승된 압력 범위에서 CNX 공정을 작동하는 것을 가능하게 할 수 있다. 고압 체제는 복잡한 부품 내측에서 현저하게 큰 변위력을 생성하여 세척을 개선할 수 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른 CNX 공정의 상이한 온도 및 압력 체제를 예시한다. 대기 체제(130)는 예를 들어 대기압에서 액체의 비등 온도 미만의 제한된 온도 범위를 제공할 수 있다. 예를 들어, 물인 액체에 대해, 온도 범위는 대기압에서의 물의 비등 온도인 100℃ 미만이다. 또한, 대기압 체제에서, 기포의 핵화는 원치 않는 공동 현상(cavitation)을 가질 수 있는 초음파 에너지를 필요로 할 수 있다.

부압 체제(120)는 대기압 미만의 압력 및 대기압에서의 비등 온도 미만의 온도를 포함할 수 있다. 부압 체제(120)는 또한, 예를 들어 대기압에서의 액체의 비등 온도 미만의 제한된 온도 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 물인 액체에 대해, 온도 범위는 대기압에서의 물의 비등 온도인 100℃ 미만이다. 부압 체제(120)는 예를 들어, 압력차가 1atm 미만인 완만한 압력 사이클에, 적합한 용제 혼합물에 의한 즉각적인 건조와 함께, 용제의 잠재적 회수 및 순환을 제공할 수 있다.

고압의 압력 체제(110)는 대기압을 초과하는 압력을 포함할 수 있다. 고압의 압력 체제(110)는 대기압에서 액체의 비등 온도보다 낮거나 높은 온도와 같은 보다 큰 공정 온도 범위를 가질 수 있다. 보다 높은 온도는 부품 처리 속도 및 세척 효율을 증가시키는 보다 신속한 반응 속도와 관련될 수 있다. 보다 큰 압력 사이클이 사용될 수 있으며, 예를 들어 기포 생성과 기포 소멸 사이의 압력차는 1atm보다 클 수 있다. 물 및 수증기는 위험하거나, 고가이거나, 또는 환경에 해로운 화학물질의 사용 없이, 상승된 온도에서 세척에 사용될 수 있다. 예를 들어, H-VCN 처리의 자연적인 결과로서 고압멸균 조건(autoclave condition)이 달성될 수 있기 때문에, 세척 공정에 의해 현장에서 살균이 이루어질 수 있다. 높은 온도 및 압력에서 탈이온수는 용제 없이 우수한 세척 및 탈지(degreasing)를 제공할 수 있다.

또한, 이러한 고압의 압력 체제(110)에서, 즉각적인 객체 건조는 추가된 용제 혼합물 없이 물 매질을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 주변의 과열 수증기(steam ambient)의 급격한 압력 강하는 객체 표면에서 액적을 증발시켜, 객체를 신속하게 건조시킬 수 있다. 고압의 압력 체제는 보다 효과적인 건조를 제공할 수 있는데, 부품의 표면 상에 포착된 액체를 신속하게 변위시키기 위해 증기 기포를 팽창시키는 능력뿐만 아니라 상승된 온도가 이러한 효과적인 건조에 도움이 된다.

H-CNX의 사용의 추가적인 이점에는 압력이 대기압으로 방출될 수 있기 때문에, 진공 펌프를 배제시킬 수 있는 것과 같은 간소화된 설계를 포함할 수 있다. 또한, 증대되고 해제된 압력이 주변 진공(vacuum ambient)을 생성하는 것보다 훨씬 신속하게 이루어질 수 있기 때문에, 진공 펌프의 배제에 의해 보다 신속한 순환이 달성될 수 있다. 고압 체제는 부압 체제와 비교하였을 때, 보다 강력한 기포 핵화 세척을 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명은 세척용 매질로서 (액체상 또는 기체상의) 수증기를 사용한다. 도 2는 상이한 수증기 압력 및 온도에 대한 수증기 엔탈피-엔트로피 차트를 예시한다. 수증기는 제1 포화 수증기(210)(예를 들어, 5 바의 압력 및 160℃의 온도)와 제2 포화 수증기(220)(예를 들어, 1 바 및 130℃) 사이에서 순환될 수 있다. 고압에서 저압으로는 예를 들어, 릴리프 밸브를 통한 단열 팽창에 의해 달성될 수 있다. 릴리프 밸브의 유출구가 주변 대기로 해제되거나, 재-활용을 위해 저장소로 재순환될 수 있다. 저압에서 고압으로는 수증기를 가열하거나 고압 및 고온의 새로운 수증기를 도입함으로써 달성될 수 있다. 새롭게 도입되는 수증기의 압력 및 온도는 작동점보다 더 높을 수 있으므로, 새롭게 도입되는 수증기는 용기 내에서 기존의 수증기와 혼합될 수 있고, 압력 및 온도의 작동점을 달성할 수 있다. 또한, 액체는 용기로부터 배수될 수도 있으며, (수증기에 더해, 또는 수증기를 대신하여) 새로운 액체가 도입되어 용기 내 수증기를 작동점에 이르게 할 수 있다. 배수의 유출구는 폐기물 용기로 해제될 수 있거나, 재-활용을 위해 저장소로 재순환될 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명은 고압 CNX에 대한 시스템 및 공정을 개시한다. 상기 시스템은 부품의 표면으로부터 공정 유체, 반응 부산물, 및/또는 원치 않는 잔해 및 오염물질을 변위 및 축출하기 위해, 부품의 표면에서 생성되거나 방출된 증기 및 기체 기포를 핵화 및 팽창시키기 위해 제어된 공정 챔버 압력 해제를 사용할 수 있다. 공정 챔버는 압력 해제 및 핵화 단계 이후에 재-가압되어, 증기 기포를 붕괴시키고, 새로운 공정 유체로 부품을 씻어내고, 또한 붕괴로부터 에너지를 도입하여 표면 반응을 향상시키고, 부품의 표면으로부터 반응 부산물 및/또는 원치 않는 잔해 및 오염물질을 변위시킬 수 있다. 가열 및 가압된 공정 유체 공급 저장소는 제어된 압력하의 고온 액체를 공정 챔버로 전달하거나, 제어된 압력하의 고온 증기 또는 수증기를 공정 챔버로 전달하는데 사용될 수 있다. 상기 시스템은 공급 저장소로부터의 압력하에 액체 또는 증기를 수용할 수 있는 고압 공정 챔버를 포함할 수 있다. 고압 공정 챔버는 공정 챔버로부터의 압력하에 증기를 방출할 수 있다. 챔버를 배수시키고 증기 건조 순서를 개시하기 위해, 고압 공정 챔버는 공정 챔버로부터의 압력하에 액체를 방출할 수 있다. 제어된 공정 챔버 압력 해제는 챔버가 배수된 후 부품 상에 또는 부품 내에 남아 있는 액체의 방울이 신속하게 변위 및 증발되도록, 압력하에서 증기를 핵화 및 팽창시키는데 사용될 수 있다.

일 예시적 공정에서, 공정 챔버는 저장소로부터의 액체로 채워진다. 이어서, 압력은 순환되는데, 예를 들어 기포의 형성을 위해 해제되고, 기포의 소멸을 위해 증가된다. 액체가 배수되고, 저장소로부터 새로운 액체가 대체될 수 있으며, 세척 사이클이 반복된다. 세척 완료 후에, 액체가 배수된다. 공정 챔버는 수증기로 채워진다. 압력은 순환될 수 있는데, 예를 들어 릴리프 밸브를 개방함으로써 해제될 수 있으며, 저장소로부터 새로운 수증기를 추가함으로써 증가될 수 있다. 세척 완료 후에, 수증기는 방출된다. 수증기 세척 사이클은 객체를 세척, 건조, 및 살균할 수 있다.

도 3은 일부 실시예에 따른 고압 CNX를 작동하기 위한 시스템을 예시한다. 챔버에는 액체(545)가 포함되고, 상기 액체는 객체(550)가 액체(545)에 침지되는 상태로 챔버를 부분적으로 채운다. 릴리프 밸브(520)는 챔버 압력을 해제하기 위해 챔버에 결합된다. 가열 액체는 예를 들어, 저장소(382)로부터 챔버에 도입될 수 있다. 고압의 압력으로부터의 순환식 핵화 공정은 액체 도입 후에 예를 들어, 릴리프 밸브(520)를 순환(예를 들어, 개방 및 폐쇄를 반복)시킴으로써 행해질 수 있다. 액체는 순환식 핵화 공정 동안 저장소로부터 일정하게 또는 간헐적으로 추가될 수 있다. 저장소는 적합한 압력, 예를 들어 고압의 압력에서 챔버로의 액체의 일정한 공급을 유지하기 위해 가열될 수 있다. 릴리프 밸브(320)는 기포를 생성 및 소멸시키는 비등 곡선을 가로질러, 고압에서 더 낮은 값으로의 순환에 의해 객체(350)를 세척하는 순환식 핵화 공정을 행할 수 있다. 드레인 밸브(348)는 예를 들어, 세척 공정이 완료된 때, 액체를 배수시키기 위해 포함될 수 있다. 또한, 밸브(388)는 가열된 증기를 챔버(342)로 전달하여, 객체(350)를 증기(340) 내에 침지시키도록 (바람직하게는 액체를 빼낸 후에) 개방될 수 있다. 공정 챔버(342)의 고온을 유지하기 위해 절연부(349)가 사용될 수 있다.

저장소(382)는 고 에너지 액체를 밸브(385)를 통해, 그리고 고 에너지 증기를 밸브(388)를 통해 챔버(342)로 공급할 수 있다. 히터(375)는 대기압을 초과하는 압력으로 액체(380)를 가열하는데 사용될 수 있다. 히터(375)는 액체(380)에 대해 적합한 온도 및 압력을 유지하기 위해 일정하게 가열될 수 있다. 가열된 액체를 챔버(342)로 전달하여 증기 부분(340)을 남겨둔 채로 액체(345) 내에 객체(350)를 침지시키기 위해 밸브(385)가 개방될 수 있다. 드레인 밸브(588)는 예를 들어, 세척 공정이 완료된 때, 저장소 내의 액체를 배수시키기 위해 포함될 수 있다. 저장소(382)의 고온을 유지하기 위해, 절연부(389)가 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 고압에서 액체를 유지함으로써, 액체는 어떠한 기포 형성도 없이 보다 높은 온도에 이를 수 있다. 따라서, 본 발명은 고온, 예를 들어 액체 매질의 비등 온도보다 높은 고온에서 순환 공정이 가능할 수 있다. 고온은 보다 고가의 용제 또는 세척용 화학물질 대신 세척용으로 물과 같은 비싸지 않은 액체의 사용을 가능하게 할 수 있다. 고온은 또한, 130 또는 160도와 같은 고온에 노출되는 경우 미생물이 살아남을 수 없기 때문에, 살균 상태가 가능할 수 있다.

또한, 본 발명은 예를 들어, 압력을 대기압 미만으로 감소시키기 위해 필요한 진공 펌프를 배제시킴으로써, 세척 설비를 간소화할 수 있다. 대신, 대기압을 초과하는 압력으로부터 압력을 감소시키는데 릴리프 밸브가 사용될 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 고압 CNX 공정에 대한 흐름도를 예시한다. 공정 챔버는 저장소로부터의 과열 액체로 채워질 수 있다. 이어서, 압력은 순환될 수 있는데, 예를 들어 기포의 형성을 위해 해제되고, 기포의 소멸을 위해 증가될 수 있다. 액체가 배수되고, 저장소로부터 새로운 액체가 대체될 수 있으며, 세척 사이클이 반복된다. 세척 완료 후에, 액체가 배수될 수 있다.

작업(400)에서, 객체가 챔버 내에 제공된다. 챔버는 예를 들어, o-링 시일에 의해 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 작업(410)에서, 액체는 객체를 적어도 부분적으로 침지시키기 위해 챔버로 유동될 수 있다. 액체는 챔버가 액체 부분 및 증기 부분을 갖도록 챔버를 부분적으로 채울 수 있다. 액체는 대기압에서 비등 온도를 초과하는 온도를 가질 수 있다. 액체는 과열 액체일 수 있다. 작업(420)에서, 챔버의 증기 부분에서의 증기압은 주기적으로 해제될 수 있다.

일부 실시예에서, 증기압은 객체의 표면에 기포가 발생될 수 있도록 하는 속도로 해제될 수 있다. 예를 들어, 최적화된 증기 해제, 예를 들어 제어된 릴리프 오리피스에서, 증기가 챔버로부터 빠져나가, 증기압을 감소시킬 수 있고, 기포가 객체의 표면에 발생될 수 있다. 압력 해제는 증기가 챔버로부터 신속하게 빠져나갈 수 있고, 기포가 액체 내에서 발생될 수 있기 때문에, 신속 증기 해제, 예를 들어 고 릴리프 오리피스를 최소화하도록 제어될 수 있다.

일부 실시예에서, 압력 해제를 중단하기 위한 시간은 발생된 기포를 소멸시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 증기 압력이 해제된 후에, 액체가 비등될 수 있으며, 이로써 증기압이 증가한다. 특정 시간이 경과한 후에, 예를 들어 압력이 평형 상태에 이르렀을 때, 증기압에 있어서의 증가는 기포 발생을 종료시킬 수 있다. 압력 해제를 중단하기 위한 시간은 챔버 내 압력 증대가 가능하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 액체는 과열 액체를 포함할 수 있다. 과열 액체는 110 내지 200℃와 같이 100℃를 초과하는 온도의 물을 포함할 수 있다. 과열 액체의 압력은 1 내지 20 바일 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 공정은 챔버로부터 과열 액체의 일부를 배수시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 챔버로부터의 증기압을 주기적으로 해제시키는 단계 후에, 액체는 냉각될 수 있고, 압력은 대기압에 도달할 수 있다. 챔버 내 액체의 전부 또는 일부는 재가열될 저장 챔버와 같은 재활용 챔버로 또는 배수시설로 배수될 수 있다. 과열 액체와 같은 추가적인 가열 액체가 챔버에 추가될 수 있다. 대안적으로 또는 부수적으로, 과열 수증기와 같은 추가적인 가열 증기가 챔버에 추가될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 공정은 과열 액체를 유동시키는 단계 및 주기적으로 압력을 해제시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 공정은 과열 액체를 유동시키는 단계, 주기적으로 압력을 해제시키는 단계, 및 과열 액체를 배수시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 건조 공정이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 공정은 객체에 붙어 있는 액체 방울을 증발시키기 위한 속도로, 상기 과열 액체 및/또는 과열 증기를 상기 챔버로부터 배수시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명은 고압 세척 및 건조 공정을 위한 시스템 및 공정을 개시한다. 압력은 고에너지 액체로 객체를 주기적으로 세척하기 위해 고압과 저압 사이에서 순환할 수 있다. 압력은 세척이 완료된 후에, 객체를 건조하기 위해 신속하게 해제될 수 있다.

도 5는 일부 실시예에 따른 고압의 주기적 세척 및 건조 공정을 위한 흐름도를 예시한다.

작업(500)에서, 객체가 챔버 내에 제공된다. 챔버는 예를 들어, o-링 시일에 의해 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 작업(510)에서, 액체는 객체를 적어도 부분적으로 침지시키기 위해 챔버로 유동될 수 있다. 액체는 챔버가 액체 부분 및 증기 부분을 갖도록 챔버를 부분적으로 채울 수 있다. 액체는 대기압에서 비등 온도를 초과하는 온도를 가질 수 있다. 액체는 과열 액체일 수 있다.

작업(520)에서, 액체가 배수된다. 작업(530)에서, 과열 수증기와 같은 증기가 챔버로 유동될 수 있다. 증기는 대기압에서 비등 온도를 초과하는 온도를 갖는다. 작업(540)에서, 증기가 빠져나갈 수 있다. 증기는 객체에 붙어 있는 액체 방울이 증발되는 속도로 챔버로부터 빠져나갈 수 있다.

일부 실시예에서, 과열 액체는 예를 들어, 기포를 발생 및 소멸시키기 위해 챔버 내에서 증기압을 순환시킴으로써, 객체를 세척하는데 사용될 수 있다. 추가적인 과열 액체 및/또는 증기가, 추가적인 순환을 위해 챔버에 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 액체는 과열 액체를 포함할 수 있다. 과열 액체는 110 내지 200℃와 같이 100℃를 초과하는 온도의 물을 포함할 수 있다. 과열 액체의 압력은 1 내지 20 바일 수 있다.

동적 순환식 핵화 이송(D- CNX )

CNX 공정은 밸브 및 진공 펌프를 사용하여 행해질 수 있다. 이 진공 펌프 기구는 밸브 개폐에 필요한 시간 및 진공 펌프 용량에 있어서의 제약으로 인해, 전형적으로 사이클 당 3 내지 8초를 필요로 한다. 또한, 챔버로부터의 증기 및 액체 방울을 연속적으로 펌핑하는 공정은 원치 않는 증발 냉각 및 유체 손실을 야기하는 경향이 있다. 이제, 기계적 CNX 기구는 각각의 핵화 사이클에 대한 시간을 몇 초가 아니라 몇 분의 1초로 단축시키기 위해 이들 문제를 다룰 수 있다. 기계적 CNX는 챔버 체적을 동적으로 변경시켜, 예를 들어 챔버 체적을 확장 또는 감소시켜 액체로부터 분리되어 있는 비-액체 공간을 생성 또는 붕괴시킬 수 있는 기구를 포함할 수 있다. 기계적 CNX는 챔버 체적 내 액체 레벨을 동적으로 낮추거나 올려서, 액체로부터 분리되어 있는 비-액체 공간을 생성하거나 붕괴시킬 수 있는 기구를 포함할 수 있다. 챔버 내 액체가 비압축성이기 때문에, 챔버 확장 공정은 챔버 체적에 있어서의 차이를 메우기 위해, 비-액체 공간, 예를 들어 진공 공간 또는 증기나 기체 공간을 생성할 수 있다. 비-액체 공간은 진공 공간을 포함할 수 있으며, 또한 액체로부터 증발되거나 방출된 증기 또는 기체를 포함할 수 있다. 상기 공정은 기포를 발생시키기 위해, 진공 펌프를 통해 챔버 내 진공을 형성하는 것과 유사할 수 있다. 챔버 체적 감소는 예를 들어, 진공을 액체로 대체하거나, 액체 내로 다시 증기 또는 기체를 재흡수시키거나, 또는 주변 외부로 증기 또는 기체를 방출시킴으로써, 비-액체 공간을 감소시킬 수 있다. 상기 공정은 기포를 소멸시키기 위해 챔버를 가압하는 것과 유사할 수 있다.

진공 CNX 기술은 세척 및 다른 표면 처리 공정을 위해 증기 기포를 성장 및 붕괴시키는데 사용될 수 있다. 진공 펌프의 사용은 사이클 타임을 제한할 수 있으며, 이는 챔버 압력 상승 및 하락을 순환시키는데 사용되는 복잡한 제어 기구에 의해 부여되는 시간 제약에 의해 통제된다. 챔버 벽에 직접 결합되는 기계 기구, 예를 들어 챔버 체적을 동적으로 변경시키는 피스톤의 구현은 핵화-재-가압 사이클을 현저하게 간소화할 수 있고 가속화할 수 있다. 이 개념은 동적 순환식 핵화 이송(D-CNX)으로 지칭된다.

액체의 주요 속성은 이들 액체가 본질적으로 비압축성이고, 따라서 또한 비-팽창성이라는 점이다. 완전히 액체로 채워지고 공기와 같은 압축성 기체로 채워지는 챔버의 상부에 간극이나 헤드스페이스(headspace)가 존재하지 않는 공정 챔버에서는, 공정 챔버의 체적에 있어서 심지어 가장 작은 팽창조차 진공 간극을 생성할 것이다. 이러한 결과적인 진공은 당연히, 즉각적인 증기 기포 핵화(CNX 공정)를 야기할 것이며, 증기 기포는 챔버 팽창이 중단될 때까지 계속하여 형성 및 성장할 것이다. 반대로, 공정 챔버 크기의 체적에 있어서의 수축은 이들 증기를 응축시킬 것이며, 기포는 붕괴될 것이다. 공정 챔버에 연결되는 간단한 피스톤은 챔버 체적 팽창 및 수축을 효율적으로 야기할 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명은 피스톤 작동식 기구를 채용하는 CNX를 행하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 피스톤 기구는 공정 챔버의 체적을 변경시키기 위해 공정 챔버에 통합될 수 있다. 예를 들어, 벨로우즈 시일은 공정 챔버의 체적이 벨로우즈의 수축 단계 동안 감소될 수 있고, 벨로우즈의 팽창 단계 동안 증가될 수 있도록 사용될 수 있다. 대안적으로, o-링 시일과 같은 다른 유형의 시일이 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 피스톤 기구는 주변 공기 또는 액체 매질에 의해 균형을 잡을 수 있다. 액체 저장소는 피스톤의 타단부에 결합될 수 있으며, 액체가 피스톤을 가로질러 액체 시일로 이동하는 것을 가능하게 되어, 이로써 공정 챔버로의 공기 누설을 방지할 수 있다.

피스톤 시스템은 절대 진공 및 챔버 시일 무결성(integrity)을 위한 벨로우즈 디자인을 사용하는 공정 챔버에 연결될 수 있으며, 또는 링 시일을 갖는 전통적인 피스톤 및 실린더가 통합될 수 있다. 예를 들어, 챔버 벽에 결합된 벨로우즈 시스템이 완전한 시일을 위해 사용될 수 있다. 챔버 벽에 결합된 피스톤 기구는 진공 무결성 및 누설 방지를 위해 다중 링 시일과 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, 피스톤은 공정 챔버 내외로의 약간의 누설이 작은 공정 유체 저장소에 포함되도록, 양쪽의 공정 유체와 함께 사용될 수 있다. 챔버 체적을 변경하기 위한 다른 방법이 사용될 수 있다.

일부 공정에서, 가스 부산물이 방출되도록, 부품과 공정 유체 사이의 반응이 있을 것이다. 이러한 가스 부산물은 진공 사이클 동안의 팽창 역시 반응 부산물 및 원치 않는 잔해를 부품들로부터 변위시키는 것에 도움이 될 것이기 때문에, 유리할 수 있다. 그러나, 압축성 기체의 전체 축적은 제로-헤드스페이스-액체-충전 공정 챔버에서는 바람직하지 않다. 축적된 기체는, 이러한 기체가 챔버 상부에서 압력 릴리프 밸브를 통해 재압축 사이클 상에서 축출되거나 "배출(burped out)"될 수 있는 공정 챔버의 상부까지 자연적으로 상승할 것이다.

또한, 피스톤의 후측면 상에서 이용 가능한 공정 유체 저장소의 개념의 경우에, 피스톤의 백스트로크 시, 공정 챔버 내로 신선한 유체를 공급하여, 피스톤의 인-스트로크 동안 압력 릴리프 밸브를 통해 임의의 기체 부산물뿐만 아니라, 과잉 공정 유체 양자 모두를 배출하는 것이 가능할 것이다. 이러한 방식으로, 각각의 백스트로크가 개시되기 전에, 일부 공정 유체 보충 및 제로 헤드스페이스의 보증이 존재할 것이다.

일부 실시예에서, 객체 세척을 위해 기포를 생성 및 소멸시키도록, 챔버 체적을 동적으로 변경시키는 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 제어된 공정 챔버 압력 해제는 공정 유체, 반응 부산물, 및/또는 원치 않는 잔해 및 오염물질을 부품의 표면으로부터 변위 및 축출시키기 위해, 부품의 표면에서 생산 또는 방출된 증기 및 기체 기포를 핵화 및 팽창시키는데 사용될 수 있다. 공정 챔버는 증기 기포를 붕괴시키고 새로운 공정 유체로 부품을 씻어내도록, 또한 표면 반응을 향상시키고 반응 부산물 및/또는 원치 않는 잔해 및 오염물질을 부품의 표면으로부터 변위시키기 위해, 상기 붕괴로부터의 에너지를 도입하도록, 압력 해제 및 핵화 단계 직후에 재-가압될 수 있다. 피스톤 작동은 진공과 재-가압 사이의 사이클로 공정 챔버의 체적을 효과적으로 변경하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤은 절대 시일 및 진공 무결성을 제공하기 위해 벨로우즈로 밀봉될 수 있다. 피스톤 및 실린더는 시일 및 진공 무결성을 제공하기 위해 링 시일과 함께 사용될 수 있다. 피스톤 및 실린더는 챔버 내로의 공기 누설을 방지하고 효율적인 진공 무결성을 제공하기 위해, 링 시일과 함께 사용될 수 있고 저장소 내 공정 유체로 지지될 수 있다. 압력 릴리프 체크 밸브는 공정 챔버 내측에서 방출되는 압축성 기체 부산물의 가능한 증대를 해제시키기 위해 챔버에 통합될 수 있다. 피스톤 및 실린더는, 챔버로의 공기 누설을 방지하기 위해, 그리고 충분한 진공 무결성을 제공하기 위해, 링 시일과 함께 사용될 수 있고 저장소 내 공정 유체에 의해 지지될 수 있으며, 백스트로크(backstroke) 동안 공정 유체가 진공하에서 챔버 내로 인입되고, 인-스트로크(instroke) 동안 과잉 유체 및 부산물 기체가 압력 릴리프 체크 밸브를 통해 공정 유체 저장소로 도로 축출되도록 실린더에 추가되는 블리드-인(bleed-in) 특징부와 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 피스톤은 체적을 변경시키기 위해 공정 챔버에 결합될 수 있으며, 이로써 공정 챔버 내 진공이 형성된다. 피스톤은 추종(slave) 실린더의 밀봉 공기에 대해 가압될 수 있으며, 이로써 공정 챔버의 누설을 방지한다. 액체는 피스톤 시일을 통해 누설될 수 있고, 배기 또는 진공이 임의의 누설 액체를 소개하기 위해 추종 실린더에 통합될 수 있다. 액체를 공정 챔버로 공급하기 위해 공정 저장소가 사용될 수 있다. 또한, 공정 유체 저장소는 액체 누설을 최소화하기 위해 피스톤의 타단부에 결합될 수 있다. 공정 저장소는 액체를 공정 챔버로 공급하기 위해 사용될 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 일부 실시예에 따른 피스톤을 사용하는 동적 챔버를 예시한다. 도 6a에서, 객체(640)는 챔버(600) 내 액체(612)에 침지된다. 챔버는 바람직하게는, 증기의 임의의 헤드스페이스를 갖지 않은 채로, 액체(612)로 완전히 채워진다. 체크 밸브(650)와 같은 릴리프 밸브가 용기의 상부 부분에 연결될 수 있으며, 이는 챔버 내 임의의 기체 요소를 방출할 수 있다. 피스톤(632)은 챔버 벽에 결합되며, 이는 챔버의 체적을 감소 또는 확장하는 힘에 의해 이동할 수 있다. 도시된 바와 같이, 힘(622)이 피스톤 상에 가압되고, 이에 의해 액체를 가압하여 모든 기포를 소멸시킨다. 챔버(660)는 피스톤의 반대측에 결합되어, 헤드스페이스가 릴리프 밸브(650)에 결합된 상태로 액체를 포함한다. 액체는 공정 챔버에 액체를 보충함과 함께, 피스톤을 가로질러 액체의 잠재적인 누설을 감소시킬 수 있다.

도 6b에서, 힘(624)이 피스톤을 잡아당겨, 공정 챔버의 체적을 확장시킨다. 객체(640)의 표면 상에 그리고 챔버 표면 상에의 기포(616)와 함께, 진공 헤드 스페이스(614)가 액체 피스톤(612)의 상부에 나타난다. 액체(664)는 챔버(660)에서 상승한다.

도 6c에서, 힘(626)이 피스톤을 추가로 잡아당겨, 챔버(660)의 도관(668)을 지나게 하여, 일부 액체를 챔버(660)로부터 공정 챔버로 방출한다. 챔버 내 액체가 증가할 수 있으며, 이에 따라 피스톤의 가압 동안, 과잉 액체가 챔버(660)로 복귀할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도관(688)은 피스톤(632) 근처에서 챔버 벽에 결합된다. 다른 구성이 사용될 수 있는데, 예를 들어 도관(668)이 챔버(600)의 임의의 다른 부분에 결합될 수 있다. 진공(614)이 챔버(600)에 형성되기 때문에, 흡입력이 존재하여 외부 액체를 챔버로 당길 수 있다. 또한, 도관(668)을 통과하는 유동을 제어하기 위한 니들 밸브와 같은 선택적 구성요소가 도관(668)에 결합될 수 있으며, 또는 역류를 방지하기 위해 체크 밸브가 도관(668)에 추가될 수 있다. 또한, 챔버(600)에 공급되는 액체를 가열하기 위해 히터가 도관(668)에 결합될 수 있다. 대안적으로, 저장소(660) 대신 상이한 저장소가 도관(668)에 연결되도록 사용될 수 있다.

도 7은 일부 실시예에 따른 동적 CNX 공정에 대한 흐름도를 예시한다. 작업(700)은 공정 챔버 내에 객체를 제공한다. 챔버는 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 챔버는 액체로 채워질 수 있다. 작업(710)은 비-액체 공간이 챔버에 형성되도록, 공정 챔버의 체적을 확장시킨다. 챔버 체적이 확장될 때, 객체의 표면에 기포가 형성될 수 있다. 작업(720)은 비-액체 공간이 감소되도록, 공정 챔버의 체적을 감소시킨다. 기포는 챔버 체적이 감소될 때 소멸될 수 있다. 단계(710 및 720)는 감소 전 확장 또는 확장 전 감소와 같은 임의의 순서로 실행될 수 있다. 작업(730)은 핵화 세척을 위해 체적 확장 및 감소의 단계를 반복한다. 선택적으로, 액체가 배수될 수 있다. 이어서, 선택적으로 객체는 예를 들어, 과열 수증기를 도입한 후 수증기를 통기시킴으로써 건조될 수 있다. 객체를 추가 건조시키기 위해, 수증기가 재-도입되고 재-통기될 수 있다.

일부 실시예에서, 비-액체 공간은 진공을 포함할 수 있다. 비-액체 공간은 액체로부터 방출된 기체 또는 증기를 포함할 수도 있다. 액체는 탈이온수와 같은 물을 포함할 수 있다. 액체는 챔버에 도입되기 전에, 예를 들어, 외부 히터에 의해 가열될 수 있다.

일부 실시예에서, 챔버 내 액체의 레벨은 기계적 기구에 의해 낮아지거나 높아질 수 있다.

일부 실시예에서, 챔버 체적은 피스톤에 의해 확장 또는 감소될 수 있다. 피스톤은 챔버에 대한 공기 누설을 방지하기 위해 액체 저장소에 결합될 수 있다.

일부 실시예에서, 챔버 체적이 확장될 때, 추가적인 액체 또는 기체가 챔버에 추가될 수 있다. 추가적인 액체는 피스톤에 결합된 저장소로부터, 또는 별도의 저장소로부터 제공될 수 있다. 추가적인 액체는 챔버로 진입하기 전에 가열될수 있다. 추가적인 액체는 화학적 액체를 포함할 수 있다. 챔버로의 추가적인 액체의 유동을 제어하기 위해, 제어식 유동 장치가 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 비-액체 공간의 적어도 일부가 챔버 체적 감소 동안 챔버로부터 제거된다. 예를 들어, 릴리프 밸브 또는 일-방향 밸브가 챔버 체적 감소 동안 챔버로부터 기체 또는 증기를 제거하는데 사용될 수 있다. 챔버 체적은 기체 또는 증기의 많은 부분을 챔버로부터 제거하기 위해 원래의 체적 미만으로 감소될 수 있다.

도 8은 일부 실시예에 따른 동적 CNX 공정에 대한 흐름도를 예시한다. 작업(800)은 공정 챔버 내에 객체를 제공한다. 챔버는 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 챔버는 액체로 채워질 수 있다. 작업(810)은 비-액체 공간이 챔버에 형성되도록 챔버 내 액체의 레벨을 낮춘다. 챔버 체적 내 액체 레벨이 낮아질 때, 객체의 표면에 기포가 형성될 수 있다. 작업(820)은 비-액체 공간이 감소되도록, 챔버 내 액체의 레벨을 높인다. 챔버 체적 내 액체 레벨이 높아질 때, 기포가 소멸될 수 있다. 단계(810 및 820)는 임의의 순서로 실행될 수 있다. 작업(830)은 핵화 세척을 위해 액체 레벨 하강 및 상승의 단계를 반복한다. 선택적으로, 액체가 배수될 수 있다. 이어서, 선택적으로, 객체는 예를 들어, 과열 수증기를 도입한 후 수증기를 통기시킴으로써 건조될 수 있다. 수증기는 객체를 추가로 건조시키기 위해 재-도입 및 재-통기될 수 있다.

얇은 액체 순환식 핵화 이송(얇은 액체 CNX )

세척 및 다른 표면 처리 공정을 위해 증기 기포를 성장 및 붕괴시키는 CNX 기술을 사용하는 이점은 명백하다. 이러한 이점은 효과적인 변위 기구로서 작용할 수도 있는 다른 기술에 대한 문호를 개방한다. 이러한 기구는 변위 매질로서 작용하도록 증기가 아닌 기체를 사용할 것이다. 증기와 기체 사이의 주요한 차이는 응축성인데 - 증기 기포는 증기압이 과도하게 되면, 붕괴되고 비압축성 액체로 전환되겠지만, 기체 기포는 일반적으로 (훨씬 느린 공정인) 액체로 용해될 수 없다면 사라지지 않을 것이다. 복잡한 부품 내측에 현저한 변위 체적 및 힘을 생성하기 위해 이러한 주요 차이가 이용될 수 있다.

일반적으로, 기체는 이상 기체 법칙 방정식, PV=nRT에 따라 팽창될 것이다. 곱 nRT는 일정한 것으로 상정될 수 있기 때문에, 기체의 체적 "V"은 압력 "P"에 반비례하여 변동될 것이다. 만약, 기체가 부품 내측에 포착되거나 수집되고, 대기압에서 체적 "x"을 갖는다면, 동일한 기체는 압력이 1/10 대기로 떨어질 때, "10x"의 체적을 가질 것이다. 이보다 훨씬 큰 팽창율이 간단한 고압 챔버의 사용에 의해 달성될 수 있다. 전술한 기술내용은 예시적인 목적으로 제공된 것으로, 본 발명의 유효성을 제한하고자 하는 의도는 없으며, 본 발명의 유효성은 특허청구범위에 의해 제한된다.

부품 내에서 발견될 수 있는 비-증기 기체의 몇몇 유사 소스가 존재한다. 예를 들어, 기체는 화학 반응으로부터의 기체 부산물로서 제공될 수 있다. 이는 부품의 표면 내 또는 표면 상의 재료와 공정 유체의 부산물일 수 있는데, 예를 들어 유체-부품 화학 반응일 수 있으며, 또는 용액에서 발견되는 화학물질 사이의 반응, 예를 들어 유체-유체 화학 반응으로서 생성되는 기체의 결과일 수 있다. 또한, 기체는 교반, 압력 강하, 화학 반응 또는 이들 메커니즘의 조합에 종속될 때 방출되는 공정 유체 내에 저장되는 용존 기체로서 제공될 수 있다.

부품 내측에 포착된 기체의 양이 부품의 내부 체적을 넘는 체적까지 팽창될 수 있으면, 완전한 변위가 달성될 수 있다. 일단 기체가 진공하에서 제거되면, 재-가압이 이루어져 신선한 공정 유체가 부품 내로 다시 돌아오게 되어 공정이 반복될 수 있다.

그렇지 않으면 부품 내측에 포착될 공정 유체, 반응 부산물, 및/또는 원치 않는 잔해 및 오염물질을 변위 및 축출하기 위해, 생성되거나 방출되어 부품 내측에 포착되거나 축적된 기체를 팽창시키는데 제어식 챔버 압력이 사용될 수 있다. 챔버는 새로운 공정 유체로 부품을 씻어내기 위해 펌프 다운 및 축출 단계 직후에 가압될 수 있다. 공정 유체 케미스트리는 처리될 부품의 표면 상의 또는 표면에서의 재료와 공정 유체 사이의 반응에 의해 부품 내로 도입될 때, 기체를 생성 또는 방출하는데 사용될 수 있다. 공정 유체 케미스트리는 공정 유체 내 상이한 화학물질들 사이에서의 반응에 의해 부품 내로 도입될 때, 기체를 생성 또는 방출하는데 사용될 수 있다. 공정 유체 케미스트리는 공정 유체 케미스트리에 용해된 기체를 방출함으로써 부품 내로 도입될 때, 기체를 생성 또는 방출하는데 사용될 수 있다. 회전 기구는 포착된 기체가 부품의 상이한 영역에 축적되고, 그렇지 않으면 부품 내측에 포착될 공정 유체, 반응 부산물, 및/또는 원치 않는 잔해 및 오염물질을 축출하도록, 복잡한 부품의 배향을 일정하게 변경하기 위해 포함될 수 있다.

CNX 공정에서, 순 체적(net volumetric) 증기 유출은 객체의 표면으로부터 주변 외부로, 또는 액체 레벨 위의 증기 헤드스페이스로 발생될 수 있다. 이러한 증기 유출은 기포가 객체 표면을 떠나가나, 객체 내 포착 공간을 빠져나간 결과일 수 있다.

도 9는 일부 실시예에 따른 효과적인 변위에 대한 공정 순서를 예시한다. 진공 헤드스페이스 없이, 기체는 객체 내측에 포착될 수 있다. 액체로 방출되는 추가적인 기체 종으로, 포착된 기체가 제거될 수 있고, 객체 내 캐비티가 세척용 액체로 채워질 수 있다.

도 10은 일부 실시예에 따른 CNX 공정에 대한 흐름도의 예를 예시한다. 작업(1000)에서, 객체가 챔버 내에 제공된다. 챔버는 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 작업(1010)에서, 액체는 객체를 부분적으로 침지시키기 위해 챔버로 유동될 수 있다. 작업(1020)에서, 기체는 액체로 용해된다. 작업(1030)에서, 챔버 내 기체 부분의 압력이 감소된다. 작업(1040)에서, 기체를 용해시키는 공정 및 압력을 감소시키는 공정이 반복된다.

일부 실시예에서, 공정은 예를 들어 기포를 순환시키기 위해 고압 액체를 사용하는 고압 CNX와 함께, 또는 예를 들어 기포의 발생 및 소멸을 위해 챔버 체적 변경을 사용하는 동적 CNX와 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 액체는 탈이온수와 같은 물을 포함할 수 있다. 액체는 챔버가 액체 부분 및 기체 부분을 갖도록 챔버를 부분적으로 채울 수 있다.

일부 실시예에서, 압력은 챔버 체적을 확장시킴으로써, 기체 부분을 펌핑함으로써, 또는 챔버 내 액체의 레벨을 낮춤으로써, 감소될 수 있다. 압력은 객체의 표면에 기포를 형성하도록 감소될 수 있다. 기체는 기포를 소멸시키도록 액체에 추가되거나 용해될 수 있다.

일부 실시예에서, 기체는 용해된 기체를 제공하기 위해 챔버 내 액체 또는 기체 부분으로 유동될 수 있다.

도 11은 일부 실시예에 따른 CNX 공정에 대한 흐름도의 예를 예시한다. 작업(1100)에서, 객체가 챔버 내에 제공된다. 챔버는 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 작업(1110)에서, 제1 액체는 객체를 적어도 부분적으로 침지시키기 위해, 챔버로 유동될 수 있다. 작업(1120)에서, 제2 액체가 챔버로 유동될 수 있다. 제1 액체 및 제2 액체는 기체 부산물을 생성하기 위해 서로 반응하도록 작동될 수 있다. 작업(1130)에서, 챔버 내 압력이 증가된다. 작업(1140)에서, 챔버 내 압력이 감소된다. 작업(1150)에서, 압력을 증가시키는 공정 및 감소시키는 공정이 반복된다.

일부 실시예에서, 공정은 예를 들어, 기포 순환을 위해 고압 액체를 사용하는 고압 CNX와 함께, 또는 기포의 생성 및 소멸을 위해 챔버 체적 변화를 사용하는 동적 CNX와 함께 사용될 수 있다.

도 12는 일부 실시예에 따른 CNX 공정에 대한 흐름도의 예를 예시한다. 작업(1200)에서, 객체가 챔버 내에 제공된다. 챔버는 주변 외부로부터 격리될 수 있다. 작업(1210)에서, 액체는 객체를 적어도 부분적으로 침지시키기 위해, 챔버로 유동될 수 있다. 액체는 기체 부산물을 생성하기 위해, 객체의 표면과 반응하도록 작동될 수 있다. 작업(1220)에서, 챔버 내의 압력은 증가된다. 작업(1230)에서, 챔버 내의 압력은 감소된다. 작업(1240)에서, 압력을 증가시키는 공정 및 감소시키는 공정이 반복된다.

Claims

주변 외부로부터 격리되어 있는 챔버 내에 객체를 제공하는 단계;
상기 챔버로 과열 액체를 유동시켜, 상기 객체를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계로서,
상기 과열 액체는 대기압에서 비등 온도보다 높은 온도를 가지며,
상기 과열 액체는 상기 챔버가 액체 부분과 증기 부분을 포함하도록 부분적으로 상기 챔버에 채워지는
상기 침지 단계;
상기 증기 부분의 증기압을 주기적으로 해제시키는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 증기압은 객체의 표면에 기포가 발생될 수 있도록 하는 속도로 해제되는 방법.
제 2 항에 있어서,
압력 해제를 중단하기 위한 시간은 발생된 기포를 소멸시키도록 구성되는 방법.
제 1 항에 있어서,
압력 해제를 중단하기 위한 시간은 상기 챔버 내 압력 증대가 가능하도록 구성되는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 과열 액체는 100℃를 초과하는 온도의 물을 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 과열 액체의 온도는 110 내지 200℃인 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 과열 액체의 압력은 1 내지 20 바인 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버로부터 과열 액체의 일부를 배수시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버에 과열 액체를 추가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버에 과열 증기를 추가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
과열 액체를 유동시키는 단계 및 압력을 주기적으로 해제시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 8 항에 있어서,
과열 액체를 유동시키는 단계, 압력을 주기적으로 해제시키는 단계, 및 과열 액체를 배수시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 객체에 붙어 있는 액체 방울을 증발시키기 위한 속도로, 상기 과열 액체 및 과열 증기를 상기 챔버로부터 배수시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
객체에 붙어 있는 액체 방울을 증발시키기 위한 속도로, 과열 증기를 상기 챔버로부터 배수시키는 단계를 더 포함하는 방법.
주변 외부로부터 격리되어 있는 챔버 내에 객체를 제공하는 단계;
상기 챔버로 과열 액체를 유동시켜, 상기 객체를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계로서,
상기 과열 액체는 대기압에서 비등 온도보다 높은 온도를 가지며,
상기 과열 액체는 상기 챔버가 액체 부분과 증기 부분을 포함하도록 부분적으로 상기 챔버에 채워지는
상기 침지 단계;
상기 과열 액체를 배수시키는 단계;
상기 챔버로 과열 증기를 유동시키는 단계로서,
상기 과열 증기는 대기압에서 비등 온도보다 높은 온도를 갖는
상기 과열 증기 유동 단계;
상기 과열 증기를 배수시키는 단계
를 포함하는 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 과열 액체의 온도는 110 내지 200℃인 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 과열 액체의 압력은 1 내지 20 바인 방법.
제 15 항에 있어서,
객체에 붙어 있는 액체 방울을 증발시키기 위한 속도로, 상기 과열 증기를 상기 챔버로부터 배수시키는 단계를 더 포함하는 방법.
챔버 및 저장소를 포함하며,
상기 챔버는 주변 외부로부터 격리되어 있고,
상기 챔버는 릴리프 밸브를 포함하며,
상기 챔버는 과열 액체를 수용하기 위한 액체 입구를 포함하고,
상기 챔버는 과열 증기를 수용하기 위한 기체 입구를 포함하며,
상기 저장소는 과열 액체 및 과열 증기를 저장하도록 구성되고,
상기 저장소는 이 저장소 내의 액체를 가열하는 히터를 포함하며,
상기 저장소는 챔버의 액체 입구에 결합되는 액체 도관을 포함하고,
상기 액체 도관은 과열 액체를 상기 저장소로부터 상기 챔버로 전달하도록 작동하며,
상기 저장소는 챔버의 기체 입구에 결합되는 기체 도관을 포함하고,
상기 기체 도관은 과열 증기를 상기 저장소로부터 상기 챔버로 전달하도록 작동하는 시스템.
제 19 항에 있어서,
상기 과열 액체는 110 내지 200℃의 온도 및 1 내지 20 바의 압력의 물을 포함하는 방법.
챔버 내에 객체를 제공하는 단계로서,
상기 챔버는 주변 외부로부터 격리되어 있고,
상기 챔버는 액체로 채워지는
상기 객체 제공 단계;
상기 챔버 내에 비-액체 공간이 형성되도록 챔버 체적을 확장시키는 단계;
상기 비-액체 공간이 감소되도록 상기 챔버 체적을 감소시키는 단계;
챔버 체적을 확장시키는 단계 및 감소시키는 단계를 반복하는 단계
를 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 비-액체 공간은 진공을 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 비-액체 공간은 액체로부터 방출된 기체 또는 증기를 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 액체는 물을 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 액체가 가열되는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 액체의 레벨은 기계적 기구에 의해 낮아지거나 높아지는 방법.
제 21 항에 있어서,
챔버 체적을 확장시키는 단계와 감소시키는 단계는 피스톤에 의해 행해지는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 챔버 체적이 확장될 때, 추가적인 액체 또는 기체가 상기 챔버로 유동하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 추가적인 액체가 가열되는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 추가적인 액체는 화학적 액체를 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서,
챔버 체적 감소 동안, 상기 비-액체 공간의 적어도 일부가 상기 챔버로부터 제거되는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 챔버 체적은 상기 객체의 표면에 기포를 형성하도록 확장되는 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 챔버 체적은 기포를 소멸시키도록 감소되는 방법.
챔버 내에 객체를 제공하는 단계로서,
상기 챔버는 주변 외부로부터 격리되어 있고,
상기 챔버는 액체로 채워지는
상기 객체 제공 단계;
상기 챔버 내에 비-액체 공간이 형성되도록 챔버 내 액체의 레벨을 낮추는 단계;
상기 비-액체 공간이 감소되도록 챔버 내 액체의 레벨을 높이는 단계;
챔버 내 액체의 레벨을 낮추는 단계 및 높이는 단계를 반복하는 단계
를 포함하는 방법.
제 34 항에 있어서,
상기 액체의 레벨은 기계적 기구에 의해 낮아지거나 높아지는 방법.
제 34 항에 있어서,
상기 액체의 레벨이 낮아질 때, 추가적인 액체 또는 기체가 상기 챔버로 유동하고, 그리고
상기 액체의 레벨이 높아질 때, 상기 비-액체 공간의 적어도 일부가 상기 챔버로부터 제거되는 방법.
챔버 및 상기 챔버에 결합되는 기구를 포함하며,
상기 챔버는 액체를 보유하도록 구성될 수 있고,
상기 챔버는 주변 외부로부터 격리되어 있으며,
상기 기구는 상기 챔버 내 액체의 레벨을 낮추거나 높이도록 작동 가능하고,
상기 챔버 내 액체의 레벨이 낮아질 때, 상기 챔버 내에 비-액체 공간이 형성되며,
상기 챔버 내 액체의 레벨이 높아질 때, 상기 비-액체 공간이 감소되는 시스템.
제 37 항에 있어서,
상기 기구는 피스톤을 포함하는 시스템.
제 37 항에 있어서,
상기 챔버 내 액체의 레벨이 낮아질 때, 추가적인 액체 또는 기체를 상기 챔버에 추가하기 위한 저장소를 더 포함하는 시스템.
제 37 항에 있어서,
상기 챔버 내 액체의 레벨이 높아질 때, 상기 비-액체 공간의 적어도 일부를 상기 챔버로부터 제거하기 위한 일-방향 밸브를 더 포함하는 시스템.
주변 외부로부터 격리되어 있는 챔버 내에 객체를 제공하는 단계;
상기 챔버로 액체를 유동시켜, 상기 객체를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계;
상기 액체에 기체를 용해시키는 단계;
상기 챔버 내 기체 부분의 압력을 감소시키는 단계;
기체를 용해시키는 단계 및 압력을 감소시키는 단계를 반복하는 단계
를 포함하는 방법.
제 41 항에 있어서,
상기 액체는 물을 포함하는 방법.
제 41 항에 있어서,
상기 액체는 상기 챔버가 액체 부분과 기체 부분을 포함하도록, 부분적으로 상기 챔버에 채워지는 방법.
제 41 항에 있어서,
압력을 감소시키는 단계는 챔버 체적을 확장시킴으로써 행해지는 방법.
제 41 항에 있어서,
압력을 감소시키는 단계는 기체 부분을 펌핑함으로써 행해지는 방법.
제 41 항에 있어서,
압력을 감소시키는 단계는 상기 챔버 내 액체의 레벨을 낮춤으로써 행해지는 방법.
제 41 항에 있어서,
상기 압력은 객체의 표면에 기포를 형성하기 위해 감소되는 방법.
제 41 항에 있어서,
기포를 소멸시키기 위해, 상기 액체에 기체를 용해시키는 방법.
제 41 항에 있어서,
액체에 기체를 용해시키는 상기 단계는 상기 챔버 내 액체에 기체를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
제 41 항에 있어서,
액체에 기체를 용해시키는 상기 단계는 상기 기체 부분에 기체를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
주변 외부로부터 격리되어 있는 챔버 내에 객체를 제공하는 단계;
상기 챔버로 제1 액체를 유동시켜, 상기 객체를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계;
상기 챔버로 제2 액체를 유동시키는 단계로서,
상기 제1 액체 및 제2 액체는 기체 부산물을 생성하기 위해 서로 반응하도록 작동 가능한
상기 제2 액체 유동 단계;
상기 챔버 내 기체 부분의 압력을 증가시키는 단계;
상기 챔버 내 기체 부분의 압력을 감소시키는 단계;
압력을 증가시키는 단계 및 감소시키는 단계를 반복하는 단계
를 포함하는 방법.
제 51 항에 있어서,
압력을 증가시키는 상기 단계는 챔버 체적을 감소시킴으로써 행해지거나,
압력을 증가시키는 상기 단계는 상기 챔버로 기체를 유동시킴으로써 행해지거나, 또는
압력을 증가시키는 상기 단계는 상기 챔버 내 액체의 레벨을 높임으로써 행해지는 방법.
제 51 항에 있어서,
압력을 감소시키는 상기 단계는 챔버 체적을 확장시킴으로써 행해지거나,
압력을 감소시키는 상기 단계는 상기 기체 부분을 펌핑함으로써 행해지거나, 또는
압력을 감소시키는 상기 단계는 상기 챔버 내 액체의 레벨을 낮춤으로써 행해지는 방법.
제 51 항에 있어서,
상기 객체의 표면에 기포를 형성하도록 압력이 감소되는 방법.
제 54 항에 있어서,
상기 기포를 소멸시키도록 압력이 증가되는 방법.
주변 외부로부터 격리되어 있는 챔버 내에 객체를 제공하는 단계;
상기 챔버로 액체를 유동시켜, 상기 객체를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계로서;
상기 액체는 기체 부산물을 생성하기 위해 상기 객체의 표면과 반응하도록 작동 가능한
상기 침지 단계;
상기 챔버 내 기체 부분의 압력을 증가시키는 단계;
상기 챔버 내 기체 부분의 압력을 감소시키는 단계;
압력을 증가시키는 단계 및 감소시키는 단계를 반복하는 단계
를 포함하는 방법.
제 56 항에 있어서,
압력을 증가시키는 상기 단계는 챔버 체적을 감소시킴으로써 행해지거나,
압력을 증가시키는 상기 단계는 상기 챔버로 기체를 유동시킴으로써 행해지거나, 또는
압력을 증가시키는 상기 단계는 상기 챔버 내 액체의 레벨을 높임으로써 행해지는 방법.
제 56 항에 있어서,
압력을 감소시키는 상기 단계는 챔버 체적을 확장시킴으로써 행해지거나,
압력을 감소시키는 상기 단계는 상기 기체 부분을 펌핑함으로써 행해지거나, 또는
압력을 감소시키는 상기 단계는 상기 챔버 내 액체의 레벨을 낮춤으로써 행해지는 방법.
제 56 항에 있어서,
상기 객체의 표면에 기포를 형성하도록 압력이 감소되는 방법.
제 59 항에 있어서,
상기 기포를 소멸시키도록 압력이 증가되는 방법.