产生喷雾剂的系统及使用该系统的冷却装置 发明的技术领域
本发明涉及一种产生喷雾剂的系统及使用该系统的冷却装置，具体地说，其涉及一种CO2喷雾剂产生系统，用于提供含有冷冻CO2的固体细小颗粒地CO2喷雾剂气流。现有技术背景
物理的或化学的污染物对于诸如LCD、导电薄膜和集成电路的小型的电子设备是非常有害的。由于这种微电子的设备的尺寸非常紧凑地压缩，由于灰尘产生的污染物对于产量和次品率来说是很大的不利因素。因此就产生了清洁微电子设备的必要性。
为解决上述问题，对于清洁微电子表面，有不同的建议的方法。
美国专利5,294,261公开了一种系统，其使用Ar或N2喷雾剂作为清洁媒介来清洁微电子表面。所述系统提供的清洁微电子表面的过程包括以下步骤：将高纯度和高度压缩的氩气和氮气冷冻至-160℃至-200℃的范围内，以形成一种低温物质，通过一个喷嘴或阀门，在低压下使所述低温物质膨胀，从而产生包含细小固体颗粒的喷雾剂，并使所述喷雾剂喷射到微电子的表面。在这种情况下，应将作为清洁媒介的所述氩气和氮气冷却到非常低的温度，在大气中所述低温几乎不能维持在固态，因为其具有高的温度差，因此，清洁的过程必须在几乎是真空的环境中。
另一美国专利5,486,132公开了使用CO2喷雾剂作为清洁媒介的用于清洁微电子表面的系统。在这种情况下，通过冷却装置将作为清洁剂的二氧化碳冷冻至相对较高的-80℃至-100℃的温度范围。
用于上述系统中冷却装置包括：包括了作为制冷剂的温度在-198℃以下的液态氮的热交换器，通过其将清洁媒介冷冻。因为控制温度很困难，因此所述使用液态氮的冷却装置的缺陷在于清洁剂可能会被过度地冷冻。如果所述清洁剂被过度地冷冻，在通过热交换器后进行膨胀之前，其有可能固化，而阻塞导管和喷嘴的通路。为防止出现上述情况，就要增加清洁媒介的压力，但这样做增加了清洁媒介的损耗。而且，所述冷却装置要求液态氮连续地提供到所述热交换器，结果是消耗了大量的液态氮。发明内容
为解决上述问题，使用了一种反向Carnot循环型的冷却装置，其使用了一种或混合气体作为制冷剂，其中所述制冷剂通过压缩机进行绝缘压缩、通过冷凝器进行冷凝、通过膨胀阀进行绝缘膨胀和蒸发器进行蒸发的过程进行循环。在这种情况下，通过蒸发器中的制冷剂，除去所述清洁媒介的热量并使其冷冻。
本发明的一个目的是，提供一种使用一种制冷剂的反向Carnot循环型的冷却装置，其中包括喷雾剂产生系统。
本发明的另一目的是，提供一种使用两种不同的制冷剂作为二级冷却的反向Carnot循环型的冷却装置，其中包括喷雾剂产生系统。
根据本发明的一个方面，冷却装置包括了一个如同线圈缠绕的蒸发器，其用于流动通过压缩机、冷凝器和膨胀阀而使其具有低温和低压的制冷剂；一个清洁媒介导管，用于流动清洁媒介，其包括了入口、出口和如同线圈缠绕在所述蒸发器上的中间部分；一个温度传感器，其设置于清洁媒介的导管的出口，用于测量释放的清洁媒介的温度；以及一个由温度传感器测量的温度控制的加热器。
根据本发明的另一方面，冷却装置包括了一个如同线圈缠绕的第一个蒸发器，其用于流动通过第一压缩机、第一冷凝器和第一膨胀阀；一个如同线圈缠绕的第二蒸发器，其用于流动第二种制冷剂通过第二压缩机、第二冷凝器和第二膨胀阀而成为低温和低压的，其中第二个冷凝器与第一个蒸发器相连；一个清洁媒介导管，其包括了入口、出口和如同线圈缠绕在所述蒸发器上的中间部分；一个设置于清洁媒介的导管的出口的温度传感器，其用于测量释放的清洁媒介的温度；以及一个由温度传感器检测的温度控制的加热器。
根据本发明的再一方面，一种喷雾剂产生系统，其包括一个用于提供清洁媒介的清洁媒介源，一个用于提供运载气体的运载气体源，一个用于冷冻来自所述清洁媒介源的清洁媒介的冷却装置，和一个用于喷射清洁媒介与晕载气体的混合气体的喷嘴，所述两种气体分别来自于所述冷却装置和运载气体源。
根据本发明的一个实施例，所述清洁媒介是二氧化碳。
根据本发明的一个实施例，在所述清洁媒介导管的中间部分将所述清洁媒介冷冻，从而将其转换为液相。
根据本发明的一个实施例，所述加热器设置为接触到所述蒸发器或清洁媒介导管的中间部分。
根据本发明的一个实施例，可通过所述加热器来调整所述清洁媒介的相位转换率。
根据本发明的一个实施例，所述清洁媒介的中间部分设置在蒸发器的内部，并与蒸发器同样地延伸。
根据本发明的一个实施例，所述清洁媒介导管的中间部分设置为环绕在所述蒸发器的周围，并与蒸发器同样地延伸。
根据本发明的一个实施例，在所述清洁媒介导管的中间部分，将所述清洁媒介冷冻到-80℃至-100℃的温度范围内。
根据本发明的一个实施例，所述第二个制冷剂的冷冻速率高于第一个制冷剂的冷冻速率。附图说明
图1是表示了根据本发明所述的喷雾剂产生系统的框图；
图2是表示了根据本发明的一个实施例的冷却装置的图；
图3是表示了根据本发明的另一实施例的冷却装置的图；以及
图4A-4C是表示了根据本发明各种实施例的形状如同线圈的蒸发器和冷却装置中的清洁媒介导管的中间部分的横截面图。本发明的优选实施例
图1表示了根据本发明所述的喷雾剂产生系统的结构，其包括清洁媒介源10、运载气体源20、喷嘴50和冷却装置30。
清洁媒介源10储存清洁媒介。优选地，使用高纯度的二氧化碳(CO2)或氩气(Ar)作为清洁媒介。为简要地描述，本发明以二氧化碳作为参照。从清洁媒介源10通过第一个导管14向冷却装置30提供二氧化碳。
参考图2，所述冷却装置30包括：反向Carnot循环型的冷冻器110，其通过循环冷却剂的冷却剂导管连接到压缩机112、冷凝器114、膨胀阀116和蒸发器118，具有入口122和出口124的清洁媒介导管120，和通过蒸发器118的用于流动二氧化碳的中间部分126，温度传感器130和加热器140。
使冷冻器110工作，将冷却剂以干燥的饱和蒸气提供到压缩机112，以产生绝热的压缩的过热的蒸气，然后通过冷凝器114将其冷凝，以转换为饱和的冷凝物。该冷却剂的冷凝是通过由相邻风扇装置115增强的大气来完成的。然后，通过膨胀阀116将所述饱和的冷凝物进行绝热地膨胀，以产生湿润的饱和蒸气，并依次通过蒸发器118，通过吸收从清洁媒介导管120的中间部分126流过的二氧化碳的热量来进行蒸发。
因此，通过中间部分126对进入到清洁媒介导管120的入口122的二氧化碳气体进行冷冻，使其部分地转换为液相。通过将清洁媒介导管120的中间部分126向沿线圈形状的蒸发器118以同样的结构延伸，以使它们的接触时间最长，来提高所述二氧化碳转换为液相的速率。有几种方法将清洁媒介导管120的中间部分126与蒸发器116的接触保持在一定的接触面积上。图4A-4C是表示了根据本发明各实施例的使清洁媒介导管120的中间部分126与蒸发器118接触的方法的横截面图。参照图4A，所述清洁媒介导管120的中间部分126可以是位于蒸发器118包围之中的单管。相反地，清洁媒介导管120的中间部分126可以是从外部包围蒸发器118的单管。另一种情况，清洁媒介导管120的中间部分126可以是与蒸发器118外部接触的多个管。优选地，通过诸如聚氨酯的绝缘材料使所述冷冻器110的蒸发器118和清洁媒介导管120的中间部分126与外部绝缘。
参照图2，通过清洁媒介导管120的中间部分126的二氧化碳通过清洁媒介导管120的出口124释放到冷却装置30外部。根据本发明，将通过清洁媒介导管120的出口124释放到冷却装置30外的二氧化碳的温度控制在-80℃到-100℃的范围内。
温度传感器130设置在清洁媒介导管120的出口124处，以检测释放的二氧化碳的温度。加热器140设置在清洁媒介导管120的中间部分126和蒸发器118外，以精确地控制二氧化碳的液化速率。将由温度传感器130检测到的二氧化碳的温度提供到控制电路，以控制加热器140的工作，这样在临近液化点被冷冻的所述清洁媒介中的气体和液体的比率，即二氧化碳的液化速率可以进行调整，从而更加精确地控制了从喷嘴产生的喷雾剂的量和颗粒的大小。
参照图3，为表示根据本发明第二实施例所述的冷却装置30，与实施例相比较，所用的二级冷冻系统包括：第一冷冻器310和第二冷冻器320。第一和第二冷冻器310和320是反向Carnot循环型的，它们分别包括压缩机312和322、冷凝器314和324、膨胀阀316和326、以及蒸发器318和328。所述第一冷冻器310使用第一种制冷剂R404，同时第二冷冻器320使用第二种制冷剂R32，它的制冷率高于第一种制冷剂R404。在第一冷冻器310中，第一种制冷剂的冷凝是通过靠近冷凝器314的风扇315加速大气来完成的。第一冷冻器310的第一蒸发器318 如同线圈状。第二冷冻器320的第二冷凝器324设置为穿过第一冷冻器的第一蒸发器318。因此，通过第二冷冻器320循环的第二种制冷剂通过与在第一冷冻器310内循环的第一种制冷剂进行热量交换而冷凝。将通过第一膨胀阀316的第一种制冷剂冷冻至-40℃到-50℃的温度范围内。因此，将通过第一冷冻器310的第一蒸发器318的第二冷冻器320的第二种制冷剂冷冻至-40℃到-50℃的温度范围内，其依次通过第二膨胀阀326，并最终地冷冻在-80℃到-100℃的温度范围内。通过与第二冷冻器320的第二蒸发器328的第二种制冷剂进行热量交换，将所述二氧化碳冷冻至-80℃到-100℃的温度范围内。根据本发明第二实施例的冷却装置30的其他结构和操作与第一实施例相同。
参照图1，通过流量调节器42向喷嘴50提供通过冷却装置30的二氧化碳。所述流量调节器42调节提供到喷嘴50的二氧化碳的量。
运载气体源20储存用于高速运载清洁媒介的运载气体。从运载气体源20通过压力调节器44和流量调节器46向喷嘴50提供所述运载气体。所述运载气体可以从空气、氮气(N2)和氩气(Ar)中选择，优选地为氮气(N2)。将提供到喷嘴50的氮气的压力调节到40Psi至160Psi之间的最佳值，该值可以使二氧化碳凝固。
将提供的二氧化碳和氮气混合在一起通过文氏管型(venturi-type)的喷嘴50。所述通过文氏管型的喷嘴50的二氧化碳由于焦耳-汤姆森效应而被冷冻，并转换为固相的细小颗粒，该细小颗粒构成了以高压向清洁的微电子表面喷射的喷雾剂。
本发明通过具体的实施例和附图进行了描述，显然，对于本领域普通技术人员来说，在未偏离本发明的精神的范围内，有很多的变化与修改。因此，本发明的全部范围应由以下的权利要求包括。