TWI767052B - 流體供給裝置 - Google Patents

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日商伸和控制工業股份有限公司
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Abstract

在本發明具備之第1流體循環裝置中，藉由第1配管連接有熱交換器、儲存經熱交換器液化之第1流體之槽、汲出儲存於槽之第1流體之第1流體用泵、加熱自第1流體用泵汲出之第1流體之加熱器、及自加熱器被供給第1流體之第1流體供給部。第2流體循環裝置具有用於冷卻第2流體之冷卻器，藉由第2配管使經冷卻器冷卻之第2流體流通而返回至冷卻器。第2流體循環裝置之第2配管連接於熱交換器，且連接於槽及第1流體用泵，而第2流體將熱交換器、槽及第1流體用泵中之第1流體予以冷卻。第1流體為二氧化碳，第1流體循環裝置藉由利用泵將作為第1流體之二氧化碳升壓，且利用加熱器加熱二氧化碳，而生成超臨界二氧化碳流體。

Description

流體供給裝置
本發明係關於一種在供給例如超臨界流體等之流體時使用之適宜性之流體供給裝置。
作為被要求精密地溫控為所期望之溫度之流體，可舉出用於冷卻保持晶圓之載台之鹽水、或被期待在洗淨等之各種領域中之利用的超臨界流體等。作為超臨界流體之一例之超臨界二氧化碳流體可藉由在利用泵將液化狀態之二氧化碳升壓後，由加熱器加熱而生成。作為生成如此之超臨界二氧化碳流體之裝置，自先前已知悉循環型之生成裝置。該裝置一般而言除了泵及加熱器以外，還具有將進行了洗淨等後之超臨界二氧化碳流體冷卻並液化之冷卻部、及儲存經液化之二氧化碳之槽。藉此，藉由泵及加熱器將經液化之二氧化碳再次升壓及加熱，而可反覆地生成超臨界二氧化碳流體(例如，JP2014-101241A)。
已知悉如上述之超臨界二氧化碳流體之溶解力隨著密度之變化而增減，且其密度隨著溫度而變化。因此，超臨界二氧化碳流體之溫度為了獲得所期望之溶解力而被要求高精度地控制。此時，重要的是將加熱或升壓之前的經液化之二氧化碳之溫度維持為所期望之溫度。
[發明所欲解決之問題]
本發明係考量上述實際情況而完成者，其目的在於提供一種可將流體之溫度穩定地維持為所期望之溫度之流體供給裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之流體供給裝置之特徵在於：具備第1循環裝置，其藉由第1配管連接有用於將第1流體冷卻並液化之熱交換器、儲存經前述熱交換器液化之前述第1流體之槽、汲出儲存於前述槽之前述第1流體之泵、加熱自前述泵汲出之前述第1流體之加熱器、及自前述加熱器被供給前述第1流體之第1流體供給部，且在前述第1流體被供給至前述第1流體供給部之後使前述第1流體朝向前述熱交換器流出，或是可切換自前述加熱器朝前述第1流體供給部供給前述第1流體之狀態、與在來自前述加熱器之前述第1流體不朝前述第1流體供給部供給下由前述加熱器使前述第1流體朝向前述熱交換器流出之狀態；及第2流體循環裝置，其具有用於冷卻第2流體之冷卻器，藉由第2配管使經前述冷卻器冷卻之前述第2流體流通而返回至前述冷卻器；並且前述第2流體循環裝置之前述第2配管連接於前述熱交換器，且連接於前述槽及前述泵中之至少任一者；前述第2流體循環裝置在前述熱交換器中使前述第2流體與前述第1流體進行熱交換而冷卻前述第1流體，且在前述槽及前述泵中之至少任一者使前述第2流體與前述第1流體進行熱交換而冷卻前述第1流體。
根據本發明之流體供給裝置，即便在熱交換器中由第2流體冷卻之第1流體在到達槽或泵之前升溫，但該升溫藉由槽及/或泵中之第2流體之冷卻而受到抑制。藉此，可將流體(第1流體)之溫度特別是在泵與加熱器之間穩定地維持為所期望之溫度。
前述第2配管可使前述第2流體依前述槽或前述泵、前述熱交換器之順序流通。
根據該構成，由於可在靠近加熱器之位置儘量大地確保第2流體之冷凍能力，故而易於將第1流體之溫度控制為期望朝加熱器供給之所期望之溫度。
又，前述第2配管可使前述第2流體依前述泵、前述槽、前述熱交換器之順序流通。
根據該構成，由於可在靠近加熱器之位置儘量大地確保第2流體之冷凍能力，故而可易於將第1流體之溫度控制為期望朝加熱器供給之所期望之溫度，且可藉由使冷卻對象部分增加而提高溫度控制之穩定性。
又，前述第2配管亦可為具有下述者，泵連接部，其以能夠實現由前述泵之前述第2流體進行之前述第1流體之冷卻之方式連接於前述泵；及泵旁通部，其迂迴繞過前述泵連接部，而使前述第2流體在不流通過前述泵下朝下游側給送。
根據該構成，藉由於泵連接部及/或泵旁通部設置開閉閥或流量調節閥，而可調節泵之冷卻之有無或針對泵之冷凍能力。
又，可行的是，前述泵具有殼本體、及以密接於前述殼本體之狀態而安裝之泵蓋，於前述泵蓋形成有冷卻夾套，前述第2配管連接於前述泵蓋之冷卻夾套。
根據該構成，可容易地抑制因泵之驅動源之發熱而導致第1流體之溫度上升。
又，可行的是，前述槽具有槽本體、及以密接於前述槽本體之狀態而安裝之槽蓋，於前述槽蓋形成有冷卻夾套，前述第2配管連接於前述槽蓋之冷卻夾套。
根據該構成，可容易地冷卻槽內部之第1流體。
又，可行的是，前述第1流體為二氧化碳，前述第1液體循環裝置構成為藉由利用前述泵將前述第1流體升壓，且利用前述加熱器加熱前述第1流體，而生成超臨界二氧化碳流體。
根據該構成，可穩定地生成超臨界二氧化碳流體。 [發明之效果]
根據本發明，可將流體之溫度穩定地維持為所期望之溫度。
以下，參照附圖對本發明之各實施形態詳細地進行說明。
＜第1實施形態＞ 圖1係本發明之第1實施形態之流體供給裝置之概略圖。本實施形態之流體供給裝置1其一例係構成為生成及供給超臨界二氧化碳流體之裝置。如圖1所示般，該流體供給裝置1具備：第1流體循環裝置10，其使二氧化碳循環；及第2流體循環裝置20，其令用於冷卻由第1流體循環裝置10循環之二氧化碳之冷媒循環。
由第1流體循環裝置10循環之二氧化碳對應於本發明所言之第1流體，由第2流體循環裝置20循環之冷媒對應於本發明所言之第2流體。又，由第1流體循環裝置10循環之流體並不限定於二氧化碳，亦可為鹽水等。又，由第2流體循環裝置20循環之冷媒為乙二醇水溶液，但並不限定於此，該冷媒既可為其他之醇系防凍液，亦可為氟系冷媒等。
第1流體循環裝置10係藉由包含複數個管體之第1配管16連接以下部分而構成：作為用於將二氧化碳冷卻並液化之冷凝器而發揮功能之熱交換器11、儲存經熱交換器11冷卻並液化之二氧化碳之槽12、汲出儲存於槽12之液化二氧化碳且使液化二氧化碳升壓之第1流體用泵13、加熱自第1流體用泵13汲出且經升壓之液化二氧化碳而作為超臨界二氧化碳流體之加熱器14、及自加熱器14被供給超臨界二氧化碳流體之第1流體供給部15。
第1流體供給部15及熱交換器11經由第1配管16之一部分相互連接，第1流體供給部15在將被供給之超臨界二氧化碳流體為了特定之目的而使用之後，使其朝向熱交換器11流出。上述之特定之目的可為例如洗淨或乾燥等。亦即，第1流體供給部15既可為例如用於進行由超臨界二氧化碳流體實施之洗淨之洗淨槽，亦可為用於進行由超臨界二氧化碳流體實施之乾燥之容器或腔室等。
又，第2流體循環裝置20具有用於冷卻冷媒之冷卻器21，且構成為藉由例如包含複數個管體之第2配管22使經冷卻器21冷卻之冷媒流通並返回至冷卻器21。圖示之冷卻器21為熱交換器，藉由自外部之裝置另行被供給之其他冷媒而冷卻在其內部流通之冷媒。如此之其他冷媒可為例如在冷凍機內循環之冷媒。
又，在圖1中，符號31表示令用於使由第2流體循環裝置20循環之冷媒冷卻之其他冷媒流通之冷媒配管，冷媒配管31連接於冷卻器21。又，於冷媒配管31設置有用於調節流入冷卻器21之上述其他冷媒之流量之流量調節閥32。在本實施形態中，可藉由調節流量調節閥32之開度，而調節由第2流體循環裝置20循環之冷媒之溫度。
於第2配管22，設置有產生用於使冷媒流通之驅動力之第2流體用泵23、及用於加熱冷媒之冷媒加熱器24。而且，在本實施形態中，自第2流體用泵23噴出之冷媒，依冷卻器21、冷媒加熱器24之順序朝圖中之以箭頭所示之方向流通。
此處，本實施形態之第2流體循環裝置20之第2配管22在冷媒加熱器24之下游側且為第2流體用泵23之上游側之部分(冷卻器21之下游側且為上游側之部分)，連接於第1流體循環裝置10之熱交換器11，且連接於槽12及第1流體用泵13。藉此，在本實施形態中，第2流體循環裝置20在熱交換器11中使冷媒與二氧化碳(在本例中，主要為超臨界二氧化碳流體)進行熱交換而冷卻超臨界二氧化碳流體並使其液化，且在槽12及第1流體用泵13中亦使冷媒與二氧化碳(在本例中，主要為液化二氧化碳)進行熱交換而冷卻超臨界二氧化碳流體。
圖2係用於說明第1流體用泵13與第2配管22之連接態樣之第1流體用泵13之概略剖視圖。第1流體用泵13具有：葉輪131，其由省略圖示之馬達旋轉；殼本體132，其收容作為驅動部之葉輪131，且相應於驅動部之驅動使二氧化碳流體流入且噴出；及泵蓋133，其以密接於殼本體132之狀態而拆裝自如地安裝；且於泵蓋133形成有複數個冷卻夾套134。此處，第2配管22連接於泵蓋133之冷卻夾套134。藉此，自第2配管22供給至冷卻夾套134之冷媒經由冷卻夾套134及殼本體132將殼本體132之內部之液化二氧化碳予以冷卻。
又，在本實施形態中，殼本體132為圓筒狀，泵蓋133包含在殼本體132之周向上分割之複數個蓋要件133A。各蓋要件133A具有冷卻夾套134，且形成為沿殼本體132之外表面之圓弧形狀。殼本體132由於具有液化二氧化碳之噴出側流路及馬達之安裝部等而形狀複雜，但在本實施形態中，藉由利用經分割之蓋要件133A，而可在避免與噴出側流路及馬達之安裝部等之干擾之狀態下將泵蓋133小型且有效地安裝於殼本體132。又，泵蓋133之材質並無特別限定，但較佳為由熱傳導率高之材料形成。
又，在本實地的形態中，作為第1流體用泵13，係例示具有葉輪131之類型者，但第1流體用泵13亦可為具有隔膜泵、葉片泵、或齒輪泵等泵而成者。在第1流體用泵13為具有隔膜泵而成之情形下，於殼本體132安裝有作為驅動部之隔膜。此時，泵蓋133可以避開隔膜之方式安裝於殼本體132之外表面。
又，圖3係用於說明槽12與第2配管22之連接態樣之槽12之概略剖視圖。槽12具有：槽本體122，其儲存液化二氧化碳；槽蓋123，其以密接於槽本體122之狀態而拆裝自如地安裝；及絕熱殼體125，其將槽本體122及槽蓋123一體地覆蓋；且於槽蓋123形成有冷卻夾套124。此處，第2配管22連接於槽蓋123之複數個冷卻夾套124，藉此，自第2配管22供給至冷卻夾套124之冷媒經由冷卻夾套124及槽本體122將槽本體122之內部之液化二氧化碳予以冷卻。
在本實施形態中，由於槽本體122及槽蓋123被絕熱殼體125覆蓋，而抑制供給至冷卻夾套124之冷媒之溫度上升。如此之絕熱殼體125可為具有例如胺基甲酸酯等之絕熱材料而成者。又，槽蓋123之材質並無特別限定，但較佳為由熱傳導率高之材料形成。
又，返回圖1，本實施形態之流體供給裝置1具備控制器42，其基於檢測第1配管16中之第1流體用泵13之下游側且為加熱器14之上游側之部分之液化二氧化碳之溫度的溫度感測器41之檢測結果，而調節冷媒配管31上之流量調節閥32之開度及冷媒加熱器24之加熱量。該情形下，控制器42根據即將朝加熱器14供給液化二氧化碳之位置的液化二氧化碳之溫度而調節冷媒之冷凍能力。藉此，在本實施形態中，可以簡易之態樣將朝加熱器14供給之液化二氧化碳之溫度朝所期望之溫度控制。
在以上所說明之本實施形態之流體供給裝置1中，即便在熱交換器11中經冷媒冷卻之二氧化碳在到達槽12或第1流體用泵13之前升溫，但該升溫仍可藉由槽12及第1流體用泵13中之冷媒之冷卻而受到抑制。藉此，可將流體(二氧化碳)之溫度，特別是在第1流體用泵13與加熱器14之間穩定地維持為所期望之溫度。
又，在本實施形態中，第2配管22使冷媒依第1流體用泵13、槽12、熱交換器11之順序流通。藉此，由於可在靠近加熱器14之位置儘量大地確保冷媒之冷凍能力，故而易於將二氧化碳之溫度控制為期望朝加熱器14供給之所期望之溫度。
又，第1流體用泵13具有：殼本體132、及以密接於殼本體132之狀態而安裝之泵蓋133，且於泵蓋133形成有冷卻夾套134，第2配管22連接於泵蓋133之冷卻夾套134。藉此，可容易地抑制因第1流體用泵13之驅動源(在本例中為葉輪131之馬達)之發熱而導致二氧化碳之溫度上升，更具體而言可容易地抑制液化二氧化碳之氣化。此外，在本實施形態中，於安裝於殼本體132之泵蓋133連接有第2配管22，但第2配管22亦可連接於拆裝自如地安裝於馬達之殼體之其他構體之蓋，而構成為藉由冷媒將馬達之殼體予以冷卻。
又，槽12具有槽本體122、及以密接於槽本體122之狀態而安裝之槽蓋123，且於槽蓋123形成有冷卻夾套124，第2配管22連接於槽蓋123之冷卻夾套124。藉此，可容易地冷卻槽12內部之二氧化碳。
＜第2實施形態＞ 其次，一面參照圖4一面針對第2實施形態進行說明。針對本實施形態之構成部分中與第1實施形態之構成部分同樣者，賦予同一符號而省略其說明。
如圖4所示般，在本實施形態中，第2配管22在冷卻器21之下游側且為冷媒加熱器24之下游側分歧為複數個，具體而言為3個，且使分歧部22B1～B3分配為與第1流體用泵13、槽12、及熱交換器11連接。而且，各分歧部22B1～B形成為使在第1流體用泵13、槽12及熱交換器11中流通之冷媒返回第2流體用泵23之上游側。換言之，第2配管22具有：主流路部22A，其設置有冷卻器21、第2流體用泵23及冷媒加熱器24；及3個分歧部22B1～B3，其等自主流路部22A之下游端部分歧且在上游端部合流。其他之構成部分與第1實施形態相同。
又，於分歧部22B1～B3之各者設置有流量調節閥26。藉此，可調節用於冷卻第1流體用泵13、槽12及熱交換器11之各者的冷媒之流量，而能夠調節各自之冷卻程度。該等流量調節閥26係由控制器42控制。
根據本實施形態，由於易於將第1流體用泵13、槽12及熱交換器11之各者分別溫控為所期望之溫度，而可提高溫度維持之穩定性。
＜第3實施形態＞ 其次，一面參照圖5一面針對第3實施形態進行說明。針對本實施形態之構成部分中與第1或第2實施形態之構成部分相同者，賦予同一符號而省略其說明。
如圖5所示般，本實施形態中之第2配管22具有：泵連接部22X，其以能夠實現由第1流體用泵13之冷媒進行之二氧化碳之冷卻之方式連接於第1流體用泵13；及泵旁通部22Y，其迂迴繞過泵連接部22X，而在不使冷媒流通過第1流體用泵13下朝下游側給送。於泵連接部22X及泵旁通部22Y之各者，設置有可調節所流通之冷媒之流量之流量調節閥26。其他之構成與第1實施形態相同。此外，設置有僅切換開閉之開閉閥而取代流量調節閥26。
根據本實施形態，藉由於泵連接部22X及/或泵旁通部22Y設置開閉閥或流量調節閥，而可調節第1流體用泵13之冷卻之有無或針對第1流體用泵13之冷凍能力。
＜第4實施形態＞ 其次，一面參照圖6一面針對第4實施形態進行說明。針對本實施形態之構成部分中與第1至第3實施形態之構成部分相同者，賦予同一符號而省略其說明。
如圖6所示般，本實施形態之第1流體循環裝置10可切換自加熱器14朝第1流體供給部15供給超臨界二氧化碳流體之狀態，與在來自加熱器14之超臨界二氧化碳不朝第1流體供給部15供給下，加熱器14使超臨界二氧化碳流體朝向熱交換器11流出之狀態。更詳細而言，與上述之各實施形態不同，於第1配管16之加熱器14與第1流體供給部15之間設置有流量調節閥26。而且，第1配管16之第1流體供給部15之下游側端部未連接於熱交換器11。另一方面，自第1配管16之流量調節閥26與加熱器14之間延伸有分歧配管16A，並於分歧配管16A亦設置有流量調節閥26，且分歧配管16A之下游側端部連接於熱交換器11。在該構成中，藉由使二個流量調節閥26適當開閉而能夠實現上述之切換。根據本實施形態亦然，可獲得與第1實施形態相同之效果。
以上，說明了本發明之各實施形態，但本發明並不限於上述之實施形態之態樣。上述之各實施形態可在不脫離發明之要旨之範圍內，進行各種省略、置換、變更。
在上述之各實施形態中，例如使冷媒流通之第2配管22係連接於第1流體用泵13、槽12及熱交換器11，但第2配管22亦可僅與第1流體用泵13及槽12中之任一者、及熱交換器11連接。又，第2配管22之第2流體用泵23及冷媒加熱器24之位置亦非限定於上述之各實施形態之態樣者。例如，第2流體用泵23亦可設置於冷卻器21之下游側。
又，在前文中已述，第1實施形態中說明之第1流體用泵13可為具有隔膜泵而成者，圖7顯示如此之變化例之第1流體用泵13之剖視圖。該情形下，於殼本體132安裝有隔膜136，藉由隔膜136被柱塞137推拉，而二氧化碳流體在殼本體132中流動。在本變化例中，以避開隔膜136之方式於殼本體132拆裝自如地安裝有泵蓋133。如圖中之箭頭所示般，自第2配管22之上游部流經冷卻夾套134而朝第2配管22之下游部流出之冷媒，朝與二氧化碳流動之方向反方向地流動。
1‧‧‧流體供給裝置10‧‧‧第1流體循環裝置11‧‧‧熱交換器12‧‧‧槽13‧‧‧第1流體用泵14‧‧‧加熱器15‧‧‧第1流體供給部16‧‧‧第1配管16A‧‧‧分歧配管20‧‧‧第2流體循環裝置21‧‧‧冷卻器22‧‧‧第2配管22A‧‧‧主流路部22B1‧‧‧分歧部22B2‧‧‧分歧部22B3‧‧‧分歧部22X‧‧‧泵連接部22Y‧‧‧泵旁通部23‧‧‧第2流體用泵24‧‧‧冷媒加熱器26‧‧‧流量調節閥31‧‧‧冷媒配管32‧‧‧流量調節閥41‧‧‧溫度感測器42‧‧‧控制器122‧‧‧槽本體123‧‧‧槽蓋124‧‧‧冷卻夾套125‧‧‧絕熱殼體131‧‧‧葉輪132‧‧‧殼本體133‧‧‧泵蓋133A‧‧‧蓋要件134‧‧‧冷卻夾套136‧‧‧隔膜
圖1係本發明之第1實施形態之流體供給裝置之概略圖。 圖2係圖1所示之流體供給裝置之第1流體循環裝置之泵之概略剖視圖。 圖3係圖1所示之流體供給裝置之第1流體循環裝置之槽之概略剖視圖。 圖4係本發明之第2實施形態之流體供給裝置之概略圖。 圖5係本發明之第3實施形態之流體供給裝置之概略圖。 圖6係本發明之第4實施形態之流體供給裝置之概略圖。 圖7係顯示第1實施形態之變化例之圖。
1‧‧‧流體供給裝置
10‧‧‧第1流體循環裝置
11‧‧‧熱交換器
12‧‧‧槽
13‧‧‧第1流體用泵
14‧‧‧加熱器
15‧‧‧第1流體供給部
16‧‧‧第1配管
20‧‧‧第2流體循環裝置
21‧‧‧冷卻器
22‧‧‧第2配管
23‧‧‧第2流體用泵
24‧‧‧冷媒加熱器
31‧‧‧冷媒配管
32‧‧‧流量調節閥
41‧‧‧溫度感測器
42‧‧‧控制器

Claims (7)

  1. 一種流體供給裝置，其特徵在於：具備第1流體循環裝置，其藉由第1配管連接有用於將第1流體冷卻並液化之熱交換器、儲存經前述熱交換器液化之前述第1流體之槽、汲出儲存於前述槽之前述第1流體之泵、加熱自前述泵汲出之前述第1流體之加熱器、及自前述加熱器接受前述第1流體之第1流體供給部，且在前述第1流體被供給至前述第1流體供給部之後使前述第1流體朝向前述熱交換器流出，或是可切換自前述加熱器朝前述第1流體供給部供給前述第1流體之狀態、與在來自前述加熱器之前述第1流體不朝前述第1流體供給部供給下由前述加熱器使前述第1流體朝向前述熱交換器流出之狀態；及第2流體循環裝置，其具有用於冷卻第2流體之冷卻器，藉由第2配管使經前述冷卻器冷卻之前述第2流體流通而返回至前述冷卻器；並且前述第2流體循環裝置之前述第2配管連接於前述熱交換器，且連接於形成於前述槽之冷卻夾套及形成於前述泵之冷卻夾套，前述第2流體循環裝置在前述熱交換器中使前述第2流體與前述第1流體進行熱交換而冷卻前述第1流體，且在前述槽及前述泵中使前述第2流體與前述第1流體進行熱交換而冷卻前述第1流體，前述第1流體為二氧化碳，前述第1流體循環裝置構成為藉由利用前述泵將前述第1流體升壓，且利用前述加熱器加熱前述第1流體，而生成超臨界二氧化碳流體。
  2. 如請求項1之流體供給裝置，其中前述第2配管使前述第2流體依前述 泵、前述槽、前述熱交換器之順序流通。
  3. 如請求項1之流體供給裝置，其中前述第2配管具有：泵連接部，其以能夠實現由前述泵之前述第2流體進行之前述第1流體之冷卻之方式連接於前述泵；及泵旁通部，其迂迴繞過前述泵連接部，而以不使前述第2流體流通過前述泵的方式朝下游側給送。
  4. 如請求項1之流體供給裝置，其中前述泵具有殼本體、及以密接於前述殼本體之狀態而安裝之泵蓋，且於前述泵蓋形成有冷卻夾套，前述第2配管連接於前述泵蓋之冷卻夾套。
  5. 如請求項1之流體供給裝置，其中前述槽具有槽本體、及以密接於前述槽本體之狀態而安裝之槽蓋，且於前述槽蓋形成有冷卻夾套，前述第2配管連接於前述槽蓋之冷卻夾套。
  6. 如請求項1至5中任一項之流體供給裝置，其中前述第2流體為醇系防凍液或氟系冷媒。
  7. 如請求項6之流體供給裝置，其中於前述第2流體循環裝置更設置有第2流體用加熱器，其加熱經前述冷卻器冷卻之前述第2流體，且前述第2配管在前述第2流體用加熱器之下游側連接於前述熱交換器、前述槽及前述泵，且該流體供給裝置更具備：溫度感測器，其檢測在前述第1配管之前述泵之下游側且為前述加熱器之上游側之部分之前述第1流體之溫度； 及控制器，其基於前述溫度感測器之檢測結果而調節前述第2流體用加熱器之加熱量。
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