形成及调节CO2复合喷雾的方法和装置制造方法及图纸

公开了一种用于产生、输送及控制具有均匀密度和分布的微固体二氧化碳(CO2)粒子的微观量的方法及装置，供使用在CO2复合喷雾过程，其使用液体二氧化碳的压缩，以形成过饱和液体，其然后经由微毛细管冷凝成微小且高能的固体二氧化碳粒子，其被注入到推进剂气体流中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术人：杰克森·大卫；玛丽安·丽芙；索托·费利佩；李强代理案卷号2013-0484PCT相互引用本申请要求美国临时专利申请第61/836,635号(2013年6月18日提交)与第61/836,636号(2013年6月18日提交)的优先权，其在此并入本文供参考。
本专利技术涉及一种用于产生、控制、与投射(射出，喷射，projecting)浓密流体喷雾的方法和装置，且更具体地，涉及二氧化碳(CO2)固态-气态复合喷雾，诸如CleanLogixLLC公司商标的CO2CompositeSprayTM，用于精确清洁、冷却和切削(加工，machining)应用。更具体地，本专利技术为一种改善的CO2复合喷雾清洁方法和装置。
技术介绍
何尼克(S.A.Hoenig)首先提议使用具有由气态二氧化碳推进的次微米大小固态二氧化碳粒子所组成的强喷雾流以清洗细粒表面(参阅1985年9月的“Theapplicationofdryicetotheremovalofparticulatesfromopticalapparatus,spacecraft,semiconductorwafersandequipmentusedincontaminantfreemanufacturingprocesses”)。描述固态/气态二氧化碳喷雾的理论导致其归类为喷雾流形式的表面制备与清洁技术的种类。喷雾流中每种固态成分的动能的总和能够最佳地描述任何喷雾流中可用r>的能量，如下列公式的定义(KE＝1/2MV2)，其中：KE＝喷雾流中可用的动能；M＝喷雾流中每单位固体的质量；且V＝喷雾流中的固体速度。有益的固态/气态二氧化碳喷雾优于气喷(气态喷雾，gaseousspray)，优势在于公式中的质量项明显随着引入固体二氧化碳粒子而增加，这进而增加流中可用的动能。固态/气态二氧化碳喷雾流(具有远低于气喷流的喷嘴出口速度)将可达成气喷流无法做到的污染物去除。事实上，固态/气态二氧化碳喷雾流将可以达成气体喷雾流无法以任何喷嘴出口速度去除的污染物。在(参考上述)何尼克的最初努力之后，各种努力指向发展能够产生冻结粒子与输送气体的混合的喷雾流、以及固态/气态二氧化碳的喷雾流的方法和装置。无需特别努力，大部分只能在二氧化碳气喷中产生二氧化碳固态已达成系统清洁能力的优化。早期系统只达成略纯气喷清洁的稍微改善。同时，在那时后可用的二氧化碳不是非常纯；或者，如果是，其相当昂贵。不纯的二氧化碳应无法获得自然(原始，pristine)表面清洁度，而没有留下不想要的残渣，而纯且昂贵的二氧化碳成本高昂，需要发展浓密流体净化与输送系统。在1980后期，休斯飞机公司(HughesAircraftCompany)的研究人员开始调查及发展用于光学表面的新清洁技术。这些研究人员从先前的经验知道，临界光学表面(诸如气相沉积金涂层与自然抛光硅)在发生任何实体接触之时，将导致不利变化。休斯的研究人员能够借由设计远较佳于早期设计的设备以改善固态/气态二氧化碳喷雾清洁技术；不过，休斯飞机设备非常昂贵。在1980后期与1990早期，在见到休斯及一些其他机构(entities)所达到的成果之后，受到鼓励的其他公司便开始开发及销售固态/气态二氧化碳喷雾清洁设备。这些先前的努力成果例示如下：惠特洛克(W.H.Whitlock)等人在1989年2月21日公告的美国专利第4,806,171号；莱登(L.M.Layden)在1990年10月16日公告的专利第4,962,891号；史维恩(E.A.Swain)等人在1992年6月30日公告的专利第5,125,979号；彼得森(R.V.Peterson)等人在1994年5月31日公告的专利第5,315,793号；史立德(J.D.Sneed)等人在1994年10月11日公告的专利第5,354,384号；威利佛(J.F.Williford,Jr)在1994年11月15日公告的专利第5,364,474号；葛印卡(L.N.Goenka)在1995年2月21日公告的专利案第5,390,450号；克朗-施密特(K.Krone-Schmidt)等人在1995年4月25日公告的专利第5,409,418号；及(J.F.Williford,Jr)在1998年9月24日公告的专利案第5,558,110号。如此描述的习知低温喷雾清洁处理传统上使用超音频德拉伐(deLaval)型(收扩(convergent-divergent))喷嘴。德拉伐低温喷嘴的主要缺点在于流体流的喷嘴出口存在不平衡作用。周围的流体(环境大气)容易牵引喷嘴流体流，导致在从喷嘴出口排出以后，引起流体流快速扩散。这导致液滴或可升华的固态粒子快速膨胀，通过羽流扩散(plumeexpansion)或产生众多小固态粒子而导致清洁剂(固态粒子)明显损失，其通常需将喷嘴置于靠近要发生效力的基体表面。德拉伐CO2喷嘴通过快速焦耳汤姆森扩散处理而产生两相气溶胶(aerosol)(CO2(g)-CO2(l))，其浪费液态二氧化碳，且喷雾清洁能量主要只受到改变在喷嘴出口与表面之间距离变化、或液体CO2供应压力(参阅本文描述的鲍温(Bowen)的第′128号)的控制。不过，由于二氧化碳气溶胶粒子大小、数量与速度减少，所有这些都不利地影响喷雾清洁控制与效率，故这是反效果的。利用德拉伐喷嘴设计的习知低温喷雾技术的普遍另一缺点是大气污染物侵入及进入低温粒子流动流。最重要的方面是在喷雾羽流中存在大气水蒸气冷凝。冷喷雾羽流边界内含有的潮湿大气连同清洁喷雾粒子一起输送到表面，导致清洁处理复杂化。由于无法有效使升华粒子流不受大气环境影响、且喷雾边界内无足够热能力避免冷凝，故会引起水气。为了克服这些限制，在1990年代后期与2000年代早期，由第一专利技术人开发改善的CO2喷雾清洁与冷却技术包含独特的二氧化碳(CO2)“复合”喷雾(CO2CompositeSprayTM，CleanLogixLLC公司商标)，主要用于清洁、冷却与润滑方面的应用。CO2复合喷雾现阶段用在许多产业应用，其范围涵盖在组装操作过程，从硬盘机组件去除次微米粒子，以在精密机器操作过程去除切割工具与基体所引发的热。本专利技术的第一专利技术人开发用于产生及使用CO2复合喷雾的最近习知装置与方法是在美国专利第5,725,154号、第7,293,570号、与第7,451,941号描述。这些包括共轴CO2喷雾清洁装置(第′154号)、延续段弹性毛细管冷凝器组件(第′570号)、与在共轴喷雾输送装置与方法(第′941号)中的弹性增强焦耳汤姆森毛细管。...

【技术保护点】
一种用于产生和调节推进剂气体与二氧化碳的流的喷雾装置，包括：处于第一状态的二氧化碳，其为饱和液体；压缩处于所述第一状态的二氧化碳以形成第二状态，其在密度大于0.9g/ml为过饱和；使用高压泵调节所述压缩；处于所述第二状态的二氧化碳在微毛细管内冷凝从而形成第三状态，其为微观固体；混合所述推进剂气体与处于所述第三状态的所述二氧化碳以形成所述推进剂气体与二氧化碳的流；使用高压泵调节所述二氧化碳混合速率；以及借此所述流用于处理基体表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.18 US 61/836,636;2013.06.18 US 61/836,6351.一种用于产生和调节推进剂气体与二氧化碳的流的喷雾装置，包括：
处于第一状态的二氧化碳，其为饱和液体；
压缩处于所述第一状态的二氧化碳以形成第二状态，其在密度大于0.9g/ml为过饱和；
使用高压泵调节所述压缩；
处于所述第二状态的二氧化碳在微毛细管内冷凝从而形成第三状态，其为微观固体；
混合所述推进剂气体与处于所述第三状态的所述二氧化碳以形成所述推进剂气体与
二氧化碳的流；
使用高压泵调节所述二氧化碳混合速率；以及
借此所述流用于处理基体表面。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微毛细管为至少一个高压毛细管，用于接收
过饱和二氧化碳。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述微毛细管的长度为从6英寸至20英尺，外径为
从0.020英寸至0.125英寸，并且内径为从25微米至0.010英寸。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述微毛细管包括以平行流配置的一个或多个毛
细管，所述一个或多个毛细管的长度为从6英寸至20英尺，外径为从0.020英寸至0.125英
寸，并且内径为从25微米至0.010英寸。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述微毛细管包括聚醚醚酮或不锈钢高压毛细
管。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，使用所述高压泵将处于所述第一状态的二氧化碳
压缩至过饱和。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述高压泵将处于所述第一状态的二氧化碳压缩
至所述微毛细管中，以形成处于所述第二状态的二氧化碳，其为过饱和。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，过饱和的二氧化碳在所述微毛细管内被压缩至压
力介于900psi与10,000psi之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，过饱和的二氧化碳被压缩至压力介于1,000psi与
5,000psi之间。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，过饱和的二氧化碳被热控制在温度介于5℃与40
℃之间。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，过饱和的二氧化碳被热控制在温度介于10℃与
25℃之间。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述推进剂气体为清洁干空气、氮、氩或二氧化
碳。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述推进剂气体被热控制在温度介于5℃与250
℃之间。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述推进剂气体与处于所述第三状态的二氧化
碳共轴混合。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，使用可调节膨胀管混合所述推进剂气体与处于
所述第三状态的二氧化碳，所述可调节膨胀管用于接收由加压的所述微毛细管产生的处于
所述第三状态的二氧化碳。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，饱和的二氧化碳的压力介于500psi与900psi之
间。
17.根据权利要求1所述的装置，其中，饱和的二氧化碳的温度介于5℃与40℃之间。
18.根据权利要求1所述的装置，其中，过饱和的二氧化碳为液体或超临界流体。
19.根据权利要求1所述的装置，其中，处理喷雾在所述基体表面上产生的剪应力介于
10kPa与100MPa之间。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，处理喷雾在所述基体表面上产生的温度介于-40
℃与200℃之间。
21.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·杰克森，丽芙·玛丽安，费利佩·索托，李强，
申请(专利权)人：克林罗洁有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US