阅读说明：本技术 流体供给装置 (Fluid supply device ) 是由 上田祯一郎 猶原康宏 于 2018-08-29 设计创作，主要内容包括：在第1流体循环装置中,利用第1配管将热交换器、贮留由热交换器液化后的第1流体的罐、汲出贮留在罐中的第1流体的第1流体用泵、对从第1流体用泵中汲出的第1流体进行加热的加热器、以及由加热器供给第1流体的第1流体供给部连接。第2流体循环装置具有用于冷却第2流体的冷却器,利用第2配管使由冷却器冷却后的第2流体流通并返回冷却器。第2流体循环装置的第2配管与热交换器连接,并且与罐和第1流体用泵连接,第2流体对热交换器、罐和第1流体用泵中的第1流体进行冷却。第1流体为二氧化碳,第1流体循环装置利用泵将作为第1流体的二氧化碳升压,并且利用加热器将二氧化碳加热,由此生成超临界二氧化碳流体。(In the 1 st fluid circulation device, a heat exchanger, a tank for storing the 1 st fluid liquefied by the heat exchanger, a 1 st fluid pump for pumping out the 1 st fluid stored in the tank, a heater for heating the 1 st fluid pumped out from the 1 st fluid pump, and a 1 st fluid supply unit for supplying the 1 st fluid from the heater are connected by a 1 st pipe. The 2 nd fluid circulation device has a cooler for cooling the 2 nd fluid, and the 2 nd fluid cooled by the cooler is circulated by the 2 nd pipe and returned to the cooler. The 2 nd pipe of the 2 nd fluid circulation device is connected to the heat exchanger, and is also connected to the tank and the 1 st fluid pump, and the 2 nd fluid cools the 1 st fluid among the heat exchanger, the tank, and the 1 st fluid pump. The 1 st fluid is carbon dioxide, and the 1 st fluid circulation device generates a supercritical carbon dioxide fluid by pressurizing the carbon dioxide as the 1 st fluid with a pump and heating the carbon dioxide with a heater.)

流体供给装置

技术领域

本发明涉及在供给例如超临界流体等流体时适合使用的流体供给装置。

背景技术

作为要求将温度精密地控制在所期望的温度的流体，可以举出用于对保持晶片的载台进行冷却的盐水、可期待用于清洗等各种领域的超临界流体等。作为超临界流体的一例的超临界二氧化碳流体可通过将液化状态的二氧化碳利用泵升压后利用加热器进行加热而生成。作为生成这样的超临界二氧化碳流体的装置，以往已知有循环型的生成装置。该装置中，除了泵和加热器以外，通常还具有将进行了清洗等之后的超临界二氧化碳流体冷却并进行液化的冷却部、以及贮留液化后的二氧化碳的罐。由此，能够将液化后的二氧化碳利用泵和加热器再次进行升压和加热，反复地生成超临界二氧化碳流体(例如，JP2014-101241A)。

已知上述这样的超临界二氧化碳流体的溶解力根据密度的变化而增减，其密度根据温度而变化。因此，为了得到所期望的溶解力，要求高精度地控制超临界二氧化碳流体的温度。此时，将加热或升压之前的液化后的二氧化碳的温度维持在所期望的温度是很重要的。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是考虑上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够将流体的温度稳定地维持在所期望的温度的流体供给装置。

用于解决课题的手段

本发明的流体供给装置的特征在于，其具备：第1流体循环装置，其利用第1配管将热交换器、罐、泵、加热器以及第1流体供给部连接，其中，上述热交换器用于将第1流体冷却并液化，上述罐贮留由上述热交换器液化后的上述第1流体，上述泵汲出贮留在上述罐中的上述第1流体，上述加热器对由上述泵汲出的上述第1流体进行加热，上述第1流体供给部由上述加热器供给上述第1流体，上述第1流体循环装置能够对下述状态进行切换，所述状态为：将上述第1流体供给至上述第1流体供给部之后使上述第1流体朝向上述热交换器流出、或者将上述第1流体从上述加热器供给至上述第1流体供给部的状态，以及不将来自上述加热器的上述第1流体供给至上述第1流体供给部而通过上述加热器使上述第1流体朝向上述热交换器流出的状态；第2流体循环装置，其具有用于冷却第2流体的冷却器，利用第2配管使由上述冷却器冷却后的上述第2流体流通并返回上述冷却器，上述第2流体循环装置的上述第2配管与上述热交换器连接，并且与上述罐和上述泵中的至少一者连接，上述第2流体循环装置在上述热交换器中使上述第2流体与上述第1流体进行热交换而将上述第1流体冷却，并且在上述罐和上述泵中的至少一者中使上述第2流体与上述第1流体进行热交换而将上述第1流体冷却。

根据本发明的流体供给装置，即使在热交换器中利用第2流体冷却后的第1流体在到达罐或泵之前出现了升温，该升温也可以在罐和/或泵中通过利用第2流体的冷却而得到抑制。由此，能够将流体(第1流体)的温度在特别是泵和加热器之间稳定地维持在所期望的温度。

上述第2配管可以使上述第2流体依上述罐或上述泵、上述热交换器的顺序流通。

根据该构成，能够极大地确保靠近加热器的位置的第2流体的冷冻能力，因此容易将第1流体的温度控制在期望供给至加热器的所期望的温度。

另外，上述第2配管可以使上述第2流体依上述泵、上述罐、上述热交换器的顺序流通。

根据该构成，能够极大地确保靠近加热器的位置的第2流体的冷冻能力，因此容易将第1流体的温度控制在期望供给至加热器的所期望的温度，并且能够通过增加冷却对象部分而提高温度控制的稳定性。

另外，上述第2配管可以具有：按照能够在上述泵中利用上述第2流体进行上述第1流体的冷却的方式与上述泵连接的泵连接部；以及绕过上述泵连接部，使上述第2流体不在上述泵中流通而送到下游侧的泵旁路部。

根据该构成，通过在泵连接部和/或泵旁路部设置开闭阀或流量调节阀，能够对泵有无冷却或对于泵的冷冻能力进行调节。

另外，上述泵可以具有壳体主体、以及以与上述壳体主体密合的状态安装的泵罩，在上述泵罩形成有冷却套管，上述第2配管与上述泵罩的冷却套管连接。

根据该构成，能够容易地抑制由于泵的驱动源的放热所导致的第1流体的温度的上升。

另外，上述罐可以具有罐主体、以及以与上述罐主体密合的状态安装的罐罩，在上述罐罩形成有冷却套管，上述第2配管与上述罐罩的冷却套管连接。

根据该构成，能够容易地对罐内部的第1流体进行冷却。

另外，上述第1流体可以为二氧化碳，上述第1流体循环装置可以构成为利用上述泵将上述第1流体升压，并且利用上述加热器将上述第1流体加热，由此生成超临界二氧化碳流体。

根据该构成，能够稳定地生成超临界二氧化碳流体。

发明效果

根据本发明，能够将流体的温度稳定地维持在所期望的温度。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的流体供给装置的示意图。

图2是图1所示的流体供给装置中的第1流体循环装置的泵的示意截面图。

图3是图1所示的流体供给装置中的第1流体循环装置的罐的示意截面图。

图4是本发明的第2实施方式的流体供给装置的示意图。

图5是本发明的第3实施方式的流体供给装置的示意图。

图6是本发明的第4实施方式的流体供给装置的示意图。

图7是示出第1实施方式的变形例的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的各实施方式进行详细说明。

<第1实施方式>

图1是本发明的第1实施方式的流体供给装置1的示意图。作为一例，本实施方式的流体供给装置1构成为生成和供给超临界二氧化碳流体的装置。如图1所示，该流体供给装置1具备使二氧化碳循环的第1流体循环装置10、以及使制冷剂循环的第2流体循环装置20，该制冷剂用于对第1流体循环装置10所循环的二氧化碳进行冷却。

第1流体循环装置10所循环的二氧化碳对应于本发明所说的第1流体，第2流体循环装置20所循环的制冷剂对应于本发明所说的第2流体。需要说明的是，第1流体循环装置10所循环的流体并不限于二氧化碳，也可以为盐水等。另外，第2流体循环装置20所循环的制冷剂为乙二醇水溶液，但并不限于此，该制冷剂也可以为其他的醇系防冻液，还可以为氟系制冷剂等。

第1流体循环装置10是将热交换器11、罐12、第1流体用泵13、加热器14以及第1流体供给部15利用包含多个管体的第1配管16进行连接而构成的，其中，热交换器11作为冷凝器发挥功能，用于将二氧化碳冷却并液化，罐12贮留由热交换器11冷却并液化的二氧化碳，第1流体用泵13汲出贮留在罐12中的液化二氧化碳且使液化二氧化碳升压，加热器14对由第1流体用泵13汲出且经升压的液化二氧化碳进行加热而制成超临界二氧化碳流体，第1流体供给部15由加热器14供给超临界二氧化碳流体。

第1流体供给部15和热交换器11藉由第1配管16的一部分相互连接，第1流体供给部15在将所供给的超临界二氧化碳流体用于特定目的后，使其朝向热交换器11流出。上述的特定目的可以为例如清洗、干燥等。即，第1流体供给部15可以为例如用于利用超临界二氧化碳流体进行清洗的清洗槽，也可以为用于利用超临界二氧化碳流体进行干燥的容器或腔室等。

另外，第2流体循环装置20具有用于对制冷剂进行冷却的冷却器21，构成为利用例如包含多个管体的第2配管22使由冷却器21冷却后的制冷剂流通并返回冷却器21。图示的冷却器21为热交换器，在其内部流通的制冷剂利用从外部的装置另行供给的其他制冷剂进行冷却。这样的其他制冷剂可以为例如在冷冻机中循环的制冷剂。

需要说明的是，图1中，符号31表示使其他制冷剂流通的制冷剂配管，该其他制冷剂用于对第2流体循环装置20所循环的制冷剂进行冷却，制冷剂配管31与冷却器21连接。另外，制冷剂配管31中设置有用于对流入至冷却器21中的上述其他制冷剂的流量进行调节的流量调节阀32。本实施方式中，通过调节流量调节阀32的开度，能够对第2流体循环装置20所循环的制冷剂的温度进行调节。

在第2配管22中设置有产生用于使制冷剂流通的驱动力的第2流体用泵23、以及用于对制冷剂进行加热的制冷剂加热器24。并且，本实施方式中，从第2流体用泵23排出的制冷剂依冷却器21、制冷剂加热器24的顺序沿图中的箭头所示的方向流通。

此处，本实施方式中的第2流体循环装置20的第2配管22在制冷剂加热器24的下游侧且在第2流体用泵23的上游侧的部分(冷却器21的下游侧且上游侧的部分)与第1流体循环装置10的热交换器11连接，并且与罐12和第1流体用泵13连接。由此，本实施方式中，第2流体循环装置20在热交换器11中使制冷剂和二氧化碳(本例中主要为超临界二氧化碳流体)进行热交换而对超临界二氧化碳流体进行冷却并液化，并且在罐12和第1流体用泵13中也使制冷剂和二氧化碳(本例中主要为液化二氧化碳)进行热交换而对超临界二氧化碳流体进行冷却。

图2是用于说明第1流体用泵13和第2配管22的连接方式的第1流体用泵13的示意截面图。第1流体用泵13具有：通过省略图示的电动机而进行旋转的叶轮131；收纳作为驱动部的叶轮131、并且随着驱动部的驱动而使二氧化碳流体流入并排出的壳体主体132；以及以密合于壳体主体132的状态可拆装地安装的泵罩133，在泵罩133形成有多个冷却套管134。此处，第2配管22与泵罩133的冷却套管134连接。由此，从第2配管22供给至冷却套管134的制冷剂藉由冷却套管134和壳体主体132而对壳体主体132的内部的液化二氧化碳进行冷却。

另外，本实施方式中，壳体主体132为圆筒状，泵罩133包含沿壳体主体132的周向进行分割的多个罩元件133A。各罩元件133A具有冷却套管134，沿着壳体主体132的外表面形成为圆弧形状。壳体主体132具有液化二氧化碳的排出侧流路或电动机的安装部等，因此形状复杂，但本实施方式中，通过使用分割的罩元件133A，能够在避免与排出侧流路或电动机的安装部等的干扰的状态下将泵罩133紧凑且有效地安装于壳体主体132。需要说明的是，泵罩133的材质没有特别限定，优选由热传导率高的材料形成。

另外，本实施方式中，作为第1流体用泵13，例示出了具有叶轮131的类型的泵，但第1流体用泵13也可以包括隔膜泵、叶片泵或者齿轮泵等。在第1流体用泵13包括隔膜泵的情况下，在壳体主体132安装作为驱动部的隔膜。此时，泵罩133可以按照避开隔膜的方式安装在壳体主体132的外表面。

另外，图3是用于说明罐12与第2配管22的连接方式的罐12的示意截面图。罐12具有贮留液化二氧化碳的罐主体122、以与罐主体122密合的状态可拆装地安装的罐罩123、以及一体地覆盖罐主体122和罐罩123的绝热壳体125，在罐罩123形成有冷却套管124。此处，第2配管22与罐罩123的多个冷却套管124连接，由此，从第2配管22供给至冷却套管124的制冷剂藉由冷却套管124和罐主体122而对罐主体122的内部的液化二氧化碳进行冷却。

本实施方式中，通过将罐主体122和罐罩123用绝热壳体125覆盖，可抑制供给至冷却套管124中的制冷剂的温度上升。这样的绝热壳体125可以是具有例如聚氨酯等绝热材料而成的。另外，罐罩123的材质没有特别限定，优选由热传导率高的材料形成。

另外，回到图1，本实施方式的流体供给装置1具备控制器42，其基于对第1配管16中的第1流体用泵13的下游侧且加热器14的上游侧的部分的液化二氧化碳的温度进行检测的温度传感器41的检测结果来调节制冷剂配管31上的流量调节阀32的开度和制冷剂加热器24的加热量。这种情况下，控制器42根据液化二氧化碳即将供给至加热器14中的位置的液化二氧化碳的温度来调节制冷剂的冷冻能力。由此，在本实施方式中，能够利用简易的方式将供给至加热器14中的液化二氧化碳的温度控制在所期望的温度。

以上说明的本实施方式的流体供给装置1中，即使在热交换器11中利用制冷剂冷却后的二氧化碳在到达罐12或第1流体用泵13之前出现了升温，该升温也可在罐12和第1流体用泵13中通过利用制冷剂的冷却而得到抑制。由此，能够将流体(二氧化碳)的温度在特别是第1流体用泵13与加热器14之间稳定地维持在所期望的温度。

另外，本实施方式中，第2配管22使制冷剂依第1流体用泵13、罐12、热交换器11的顺序流通。由此，能够极大地确保靠近加热器14的位置的制冷剂的冷冻能力，因此容易将二氧化碳的温度控制在期望供给至加热器14的所期望的温度。

另外，第1流体用泵13具有壳体主体132、以及以与壳体主体132密合的状态安装的泵罩133，在泵罩133形成冷却套管134，第2配管22与泵罩133的冷却套管134连接。由此，能够容易地抑制通过第1流体用泵13的驱动源(本例中为叶轮131的电动机)的放热而使二氧化碳的温度上升的情况，更具体地说，能够容易地抑制液化二氧化碳的气化。需要说明的是，本实施方式中，第2配管22与安装于壳体主体132的泵罩133连接，但也可以构成为第2配管22与可拆装地安装于电动机的壳体的分体的罩连接，利用制冷剂对电动机的壳体进行冷却。

另外，罐12具有罐主体122、以及以与罐主体122密合的状态安装的罐罩123，在罐罩123形成冷却套管124，第2配管22与罐罩123的冷却套管124连接。由此，能够容易地对罐12内部的二氧化碳进行冷却。

<第2实施方式>

接着参照图4对第2实施方式进行说明。在本实施方式的构成部分中，对于与第1实施方式的构成部分同样的部分赋以相同符号并省略其说明。

如图4所示，本实施方式中，第2配管22在冷却器21的下游侧且在制冷剂加热器24的下游侧分支成多个，具体地说分支成3个，分支部22B1～B3分开地与第1流体用泵13、罐12以及热交换器11连接。并且，各分支部22B1～B3将在第1流体用泵13、罐12和热交换器11中流通的制冷剂返回到第2流体用泵23的上游侧。换言之，第2配管22具有设置有冷却器21、第2流体用泵23和制冷剂加热器24的主流路部22A、以及从主流路部22A的下游端部分支并在上游端部合流的3个分支部22B1～B3。其他构成部分与第1实施方式相同。

另外，在分支部22B1～B3分别设置有流量调节阀26。由此能够对分别用于冷却第1流体用泵13、罐12和热交换器11的制冷剂的流量进行调节，能够对各自的冷却的程度进行调节。这些流量调节阀26利用控制器42进行控制。

根据本实施方式，能够容易地将第1流体用泵13、罐12和热交换器11的温度各自分开地控制在所期望的温度，因此能够提高温度维持的稳定性。

<第3实施方式>

接着参照图5对第3实施方式进行说明。在本实施方式的构成部分中，对于与第1或第2实施方式的构成部分同样的部分赋以相同符号并省略其说明。

如图5所示，本实施方式中的第2配管22具有：按照能够在第1流体用泵13中利用制冷剂进行二氧化碳的冷却的方式与第1流体用泵13连接的泵连接部22X；以及绕过泵连接部22X，使制冷剂不在第1流体用泵13中流通而送到下游侧的泵旁路部22Y。在泵连接部22X和泵旁路部22Y分别设置有能够对所流通的制冷剂的流量进行调节的流量调节阀26。其他构成与第1实施方式相同。需要说明的是，也可以设置仅切换开闭的开闭阀来代替流量调节阀26。

根据本实施方式，通过在泵连接部22X和/或泵旁路部22Y设置开闭阀或流量调节阀，能够对第1流体用泵13有无冷却或对于第1流体用泵13的冷冻能力进行调节。

<第4实施方式>

接着参照图6对第4实施方式进行说明。在本实施方式的构成部分中，对于与第1～第3实施方式的构成部分同样的部分赋以相同符号并省略其说明。

如图6所示，本实施方式中的第1流体循环装置10能够对下述状态进行切换，所述状态为：从加热器14向第1流体供给部15供给超临界二氧化碳流体的状态；以及不将来自加热器14的超临界二氧化碳供给至第1流体供给部15而通过加热器14使超临界二氧化碳流体朝向热交换器11流出的状态。更详细地说，与上述各实施方式不同，在第1配管16中的加热器14与第1流体供给部15之间设置有流量调节阀26。并且，第1配管16中的第1流体供给部15的下游侧端部不与热交换器11连接。另一方面，在第1配管16中，从流量调节阀26和加热器14之间延伸出分支配管16A，在分支配管16A也设置有流量调节阀26，并且分支配管16A的下游侧端部与热交换器11连接。利用该构成，能够通过适当地开闭两个流量调节阀26来进行上述切换。利用本实施方式也可得到与第1实施方式同样的效果。

以上说明了本发明的各实施方式，但本发明并不限于上述实施方式的方案。上述的各实施方式可在不脱离发明要点的范围内进行各种省略、置换、变更。

上述各实施方式中，例如使制冷剂流通的第2配管22与第1流体用泵13、罐12和热交换器11连接，但第2配管22也可以仅与第1流体用泵13和罐12中的任一者、以及热交换器11连接。另外，第2配管22中的第2流体用泵23、制冷剂加热器24的位置也不限于上述各实施方式的方案。例如，第2流体用泵23也可以设置在冷却器21的下游侧。

另外，虽在上文进行了叙述，但第1实施方式中说明的第1流体用泵13可以包括隔膜泵，将这样的变形例的第1流体用泵13的截面图示于图7。这种情况下，隔膜136被安装于壳体主体132，通过将隔膜136利用柱塞137推拉，而使二氧化碳流体在壳体主体132中流动。本变形例中，泵罩133按照避开隔膜136的方式可拆装地安装于壳体主体132。如图中的箭头所示，从第2配管22的上游部流经冷却套管134并向第2配管22的下游部流出的制冷剂与二氧化碳的流动方向反向地流动。