CN109073154B - 二氧化碳压缩和输送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了使用多个可逆热电装置的二氧化碳压缩和输送装置以及操作这种二氧化碳压缩和输送装置的方法。

Description

二氧化碳压缩和输送系统
背景技术
二氧化碳(CO2)压缩和输送系统可以被用于许多工业应用中，例如，相当普及的用途是用于半导体的清洁。对于这种应用而言，流动、输送特性和气体质量(特别是在污染物方面)是至关重要的。
在Swain等人的美国专利5,125,979中描述了二氧化碳基板清洁，其中，小的二氧化碳颗粒凝结成大的雪花。更具体地，Swain等人描述了一种清洁过程，该清洁过程包括将二氧化碳从孔口扩散到隔热室中以形成小的二氧化碳颗粒，将小的二氧化碳颗粒保留在隔离室中直到小的二氧化碳颗粒凝结成大的雪花为止，将大的雪花夹在惰性气体的高速涡流中以加速大的雪花，并且引导惰性气体流和被加速的大的雪花抵靠待清洁的基板的表面。
Leitch等人的美国专利6,889,508描述了下述二氧化碳净化和供应系统：其需要设置净化过滤器和比如接受罐的元件以便管理和处理中间液态二氧化碳。更具体地，Leitch等人描述了下述用于产生加压的液态二氧化碳流的分批过程和设备：包括从液态二氧化碳供应源中蒸馏出二氧化碳蒸汽的进料流，将二氧化碳蒸汽进料流引入到至少一个净化过滤器中，在冷凝器内冷凝被净化的进料流以形成中间液态二氧化碳流，将中间液态二氧化碳流引入到至少一个高压蓄积室中，加热高压蓄积室以将包含在其中的液态二氧化碳加压至输送压力，从而输送来自高压蓄积室的被加压的液态二氧化碳流，以及使被加压的液态二氧化碳流的输送停止以重新装满高压蓄积室。
Briglia等人的美国专利申请2015/0253076公开了一种通过串联连接的多个容器来净化和冷凝二氧化碳的方法和设备。更具体地，富含二氧化碳的混合物在第一钎焊铝板翅式热交换器中被冷却，来自被冷却的混合物的至少一种流体被送至具有蒸馏步骤和/或至少两次连续部分冷凝步骤的净化步骤，净化步骤产生二氧化碳贫化气体，二氧化碳贫化气体在第一热交换器中被再次加热，净化步骤产生富含二氧化碳的液体，该液体被膨胀然后被送至第二热交换器，膨胀的液体在第二热交换器中借助于该方法的流体被加热，热交换器仅在富含二氧化碳的液体与该方法的流体之间进行间接热交换，富含二氧化碳的液体在第二热交换器中至少部分地蒸发并且所形成的汽化气体在第一热交换器中被再次加热以形成富含二氧化碳的气体，该气体可以是该方法的最终产物。
Fogelman等人的美国专利申请2007/0204908公开了Dewars系统，Dewars系统具有用于从液相产生蒸汽的蒸汽发生器的加热热电装置，由于热电装置的唯一加热能力以及在气体输送回路上存在单向阀，这种系统不能用于气-液转换的可逆概念。
Bingham等人的美国专利申请2004/0089335公开了使用了安装在该装置的有限且狭窄部分上的热电装置的流体输送系统。
热电效应是温度差到电压的直接转换以及电压到温度差的直接转换。当各侧温度不同时，热电装置产生电压。相反，当向热电装置施加电压时，热电装置会产生温度差。
术语“热电效应”包括三种单独确定的效应：塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆逊效应。珀耳帖效应是在两个不同导体的带电接头处存在加热或冷却。当使电流流过两个导体之间的接头时，可以在接头处产生(或移除)热量。
本发明使用并利用可逆热电效应，即，装置能够引起加热和冷却的能力。表现出这种行为的最广泛使用的装置之一是珀耳帖装置，而仅引起加热的装置、比如基于焦耳-汤姆逊的装置不适合于实施本发明。
珀耳帖效应或珀耳帖装置的用于流体输送和控制的用途长期以来是公知的，例如在Jennings等人的美国专利3,801,204中所描述的。然而，该专利没有考虑二氧化碳的储存和液化，并且其中所描述的系统设想使用包括多个一般限定的环形同心通道的复杂结构。
发明内容
本文所公开的方法和设备实现了改进的二氧化碳压缩和输送系统，特别参照所涉及的阶段的数目，该系统的结构相对于现有技术更简单，并且本发明的第一方面包括二氧化碳压缩和输送系统，二氧化碳压缩和输送系统包括具有入口和出口的容器，其中，入口与具有外壁和内壁的二氧化碳流动通道接触，其中，二氧化碳在所述内壁与外壁之间流动，其中，存在多个可逆热电装置，所述多个可逆热电装置与二氧化碳流动通道接触且位于所述二氧化碳流动通道的外部，其特征在于，二氧化碳流动通道的宽度包括在1.0mm与10mm之间，并且其中，可逆热电装置的最小数目是三个，三个可逆热电装置分别对应于容器的下部部分、中部部分和上部部分进行安置。
本发明的优点与不存在用于气体压缩的机械泵有关；这确保了不会将固体颗粒或化学物质的形式的污染物添加至CO2流。
本文所公开的示例性实施方式中最有用的应用之一是二氧化碳半导体清洁。
通过阅读以下描述和对附图中的若干图的研究，这些实施方式和其他实施方式、特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
现在将参照附图对几个示例实施方式进行描述，其中，相同的部件具有相同的附图标记。示例实施方式旨在说明而非限制本发明。附图的唯一目的是说明本发明，并且不应被解释为或理解为对权利要求所包含的更广泛的范围的限制，此外，一些可选元件(管道、阀、电气控制件……)未被描绘，因为这些对于本领域普通技术人员解读本发明来说不是必需的。附图包括以下图：
图1是根据本发明所示的二氧化碳压缩和输送系统的侧视图；
图2是图1的横截面图；
图3是根据本发明制造的双容器二氧化碳压缩和输送系统的示意性气体回路的图；
图4示出了根据图3的双容器二氧化碳压缩系统的变型，其具有额外的冷却能力。
具体实施方式
人们惊讶地发现，二氧化碳压缩和输送系统具有包括在1mm至10mm的二氧化碳流动通道的宽度并且使用了多个可逆热电装置，未在上述任何参考的现有技术中公开的技术信息和教导通过热电效应与CO2管理(压缩和输送)的技术问题特别相关。
在本发明的发明构思中，系统容器的基本上整个长度有助于冷却(用于二氧化碳压缩)和加热(用于二氧化碳输送)，这意味着热电装置以理想的方式均匀地分布在容器的长度上。在最小构型中，这转化为使用三个热电装置，所述三个热电装置对应于二氧化碳压缩和输送系统容器的下部部分、中部部分和上部部分进行安置。这确保了在速度和控制方面能够更有效地以液态的形式储存二氧化碳并以气态形式释放二氧化碳。
术语容器表示适于容纳液态和气态二氧化碳的容器。在其更简单的构型中，气密缸具有两个开口，即，入口和出口。容器入口通过适当的管道、配件和阀与进入的二氧化碳供应源接触，并且类似地，容器出口通过适当的管道、配件和阀以气态形式输送二氧化碳。容器的优选和最常见的几何形状是筒状的。
术语“下”和“上”应当相对于容器入口而被考虑，特别是二氧化碳上部部分是靠近容器入口的部分，而下部部分是远离容器入口的部分。在优选实施方式中，可逆热电装置安置在容器的上部部分意味着可逆热电装置的中央安置在二氧化碳压缩和输送系统容器的长度的第一个四分之一处(靠近入口)，可逆热电装置安置在中间部分意味着可逆热电装置的中央安置在容器的长度的1/3与容器的长度的2/3之间处，并且最后，可逆热电装置安置在容器的下部部分意味着可逆热电装置的中央安置在容器的长度的最后四分之一处(远离入口)。
在优选的实施方式中，二氧化碳流动通道借助于分流器而获得，该分流器是沿着容器本体的内表面在旁边延伸且平行于容器本体的内表面延伸的元件。分流器与容器本体之间的间隙是二氧化碳流动通道的上述限定的宽度。在这种情况下，内壁由面向容器本体的分流器表面给出。通常，分流器具有空缸的结构，其外表面与容器的内壁共同限定二氧化碳流动通道，而其内部部分在适当的系统操作阶段期间容纳液体CO2。
分流器可以以在功能上是等同的且是本领域技术人员已知的许多替代方式固定于容器，最常见的设计是焊接的，但无论该技术如何，连接都需要是气密的。位于容器内部容积上的分流器通过周围的空的空间(CO2流动通道是由容器内部表面与分流器表面之间的间隔提供的)与容器的入口流体连通。此外，另一种不太优选的用于制造二氧化碳流动通道的替代解决方案是通过使用双壁容器而提供的，或者更确切地说通过具有延伸1mm至10mm的几何约束的空隙的容器而提供。
使用长度包括在20cm与120cm之间的分流器可以有效地获得用于CO2通道的1mm至10mm的窄范围。优选地，分流器半径与容器本体的内半径之间的比值包括在0.8与0.98之间，更优选地包括在0.9与0.97之间。在非筒形几何形状——可能虽然不太优选——的情况下，这种条件是指内切分流器与容器内部周边的比值。
必须强调的是，二氧化碳流动通道不需要沿着二氧化碳压缩和输送系统容器的整个长度延伸，这种情况在分流器长度最大时、即等于容器长度时实现，但是在优选的实施方式中，容器的最低的一个部分中没有这种元件。这确保了当可逆热电装置从冷却切换到加热时不会妨碍系统响应，因为液相到气相的转换非常高效，并且在容器的有限的(下部)部分中没有流动通道确保了与加热的(容器)壁的直接接触。就此而言，优选地，二氧化碳流动通道的长度为二氧化碳压缩和输送系统容器长度的0.25至0.75。
根据本发明的优选的可逆热电装置是标准的珀耳帖装置。出于本发明的目的，特别有利的是使用能够提供40℃至65℃之间的温度差以及5瓦特至50瓦特的除热功率的珀耳帖装置。
可逆热电装置优选地布置在二氧化碳流动通道的外表面上，并且两个相邻的装置之间的距离优选地包括在0.25cm与4cm之间，其中，该距离量取自珀耳帖末端并且这样的距离参数指的是相邻的(竖向的或水平的)珀耳帖装置的竖向的或水平的相对放置。
尽管本发明不受将可逆热电装置固定至二氧化碳流动通道的具体方式——例如焊接、导电热胶带、绝缘热胶带、导电胶合浆——的限制，但已发现的是使用导热率值大于0.070瓦特/m*K的导热膏可以改善系统在单个系统容器每小时所产生的CO2的量方面的性能。特别地，本发明人已经能够使用根据本发明的使用这种解决方案的系统始终如一地实现3.5kg/hr。
优选地，二氧化碳压缩和输送系统容器的外表面的10％至100％被可逆热电装置的有效部分覆盖(有效部分被定义为热电装置的对接触元件进行冷却或加热的部分)。
本发明的一个优点是：通过简单地改变可逆热电装置中的电流方向，根据本发明的系统可以容易地且自动地在加载-压缩阶段到输送阶段之间进行切换，从而不同于在以上所参照的美国专利6,889,508和美国专利申请2015/0253076中所示出的，本发明可以采用单个容器来用于二氧化碳压缩和输送。
本发明的一种变型设想使用并联操作的两个相同容器以确保连续操作，从而当一个容器处于加载/压缩阶段(热电装置冷却二氧化碳流动通道壁)时，另一个容器替代地输送二氧化碳(热电装置加热二氧化碳流动通道)。
用于根据本发明的二氧化碳压缩和输送系统的容器的优选几何形状是筒形的，如图1中所描绘的，其示出了根据本发明的单个容器系统的侧视图，而图2示出了单个容器系统的横截面图。
这些图示出了具有容器本体100的单个容器的二氧化碳压缩和输送系统子组件10，系统子组件10具有连接至容器本体100的子组件入口101和子组件出口102、上部排气口103以及下部热电偶104(下部指的是该元件靠近子组件出口102’并且因此靠近容器出口)。该系统子组件具有在容器本体100内部延伸且平行于容器本体100延伸的分流器105，并且分流器105限定用于气流的气体通路106。重点要强调的是，在图2中，分流器105是空的筒形件，并且相对于下部容器内部容积的色差(较暗部分)被用于指示和显示分流器105的延伸范围而并不是占用空间的指示。实际上，基本上整个容器内部容积都倾向于充满气态或者液态二氧化碳，稍后将更好地描述除了固体元件——比如配件、分流器壁(但不是其本体，因为分流器是空穴元件)之外的其他元件(排气管、热电偶)。
气体通路106与子组件入口101连通并且是二氧化碳流动通道。在容器本体100的外表面上存在多个珀耳帖装置111、111’、111”……111n，其将加热和冷却容器本体100。系统子组件10还包括多个管道配件108、108’、108”……108n以允许流体流动以改善珀耳帖装置的传热/散热。
这种流体流可以是例如水，其流速优选地包括在4.7升/分钟至6.6升/分钟之间。
图1和图2示出了本发明的一个优选实施方式，其中，二氧化碳压缩和输送系统具有感测热电偶104，感测热电偶104用于测量容器下部的温度以检查二氧化碳在不同的模式——输送/压缩——下的温度。
在优选的实施方式中，本发明设想的是存在液体二氧化碳传感器以用于确定液体二氧化碳的填充水平。排气口103——该排气口103具有被有用地安置在容器的上部(靠近入口)部分的排气管107——除了提供一些其他优点之外还可以实现该目的。特别地，除了排放部分CO2以便通过孔口(未示出)膨胀之外，它还可以在气体与气体的热交换的情况下提供冷却或者更通常地为进入的二氧化碳提供预冷却阶段。此外，由于该排气孔位于容器的处于操作中的最高温度下的部分中(待在本发明的上下文中解释，并且因此通常包括在-30℃与30℃之间)，所以气体排放也将移除/减少液化温度较高的污染物，改善系统出口释放的CO2质量。排气管107被设计成在冷凝序列期间使液体CO2从容器中穿出。排气管相对于103设定在特定高度处。排气管107的长度确保在CO2液面之上存在顶部空间(开放区域)，当液体CO2被加热并加压至其输送压力时，该顶部空间防止压缩容器100的过量增压。优选的设计允许压缩容器内的液面上方存在10％至30％的顶部空间，因此进入容器内的排气管的长度包括在容器的长度的10％至30％之间。对于排气管的从系统伸出至系统之外的部分——即使该部分对于本发明的目的而言不是关键的——而言，该部分通常很短、长度一般小于5cm，该部分原则上也可以是排气管的长度为零的外部部分，在这种情况下，排气管可以对应于系统入口而终止。
一旦液体CO2通过排气管107从压缩容器中排出，则压缩容器就被认为是满的。容器上方的热电偶监测所排出的CO2的温度，并且当所排出的CO2从气相变为液相时，温度迅速下降(10℃至-10℃)，因此表明容器充满液态CO2。热电偶的感测稍部与排气管107的末端部分之间的距离优选地包括在0cm与10cm之间。0cm表示热电偶几乎与排气管外侧端接触的情况。
如图2所示，分流器105可以设置为仅用于二氧化碳压缩和输送系统容器100的某一部分。
图1和图2致力于示出二氧化碳压缩和输送系统的核心，即，具有位于其内部的CO2通道流动和所设置的可逆的热电元件的容器结构。在一些实施方式中，对于整个系统，可以设想在其入口和出口处存在自动阀，存在用于连续操作的“双”容器，以及用于将温度从环境温度降低到-15℃至-25℃的入口热交换器。这种热交换器在本技术领域中是公知的并且可以是气-气或气-液的类型，优选为气-液的类型，其中，水是液体介质。
在加载阶段期间，优选的系统操作压力包括在20巴与24巴之间，而当系统切换到输送阶段时，热电装置中的电流被反向以从冷却模式变为加热模式，因此温度从大约23℃增加至输送温度，有用地，包括在0℃与30℃之间，其中，二氧化碳输送压力有用地包括在30巴与70巴之间，优选地为55巴与60巴之间，其中，理想设定点为58巴。如果系统在低于20巴的入口压力下运行和/或必须增加流量时，则必须例如通过增加额外的冷却来增加系统的冷却能力，如图4所示。额外的冷却能力有助于降低入口压力(6.7巴)并增加液体CO2的吞吐量。
在图3中示出了根据本发明优选实施方式制备的双容器的二氧化碳压缩和输送系统的气体回路的示意图。二氧化碳压缩和输送系统30包括并联连接的两个容器10、10’以用于连续操作(CO2供应)，该系统具有安置在系统入口处以用于二氧化碳预冷却的气-气热交换器，并且该系统包括以下元件：
●自动阀Av1和Av2，用于入口容器切换，
●自动阀Av3和Av4，用于容器排气以及轻微挥发性杂质的释放，
●自动阀Av5和Av6，用于出口容器切换，
●用于压力监测的压力传感器PX1、PX2，
●用于容器10温度监测的热电偶TC1、TC3、TC5、TC7、TC9，用于容器10’温度监测的热电偶TC2、TC4、TC6、TC8、TC10，更具体地：
o TC1和TC2用于监测从容器中排出的CO2的温度(用作填充传感器指示器)，
o TC3、TC5、TC4、TC6用于监测二氧化碳流动通道附近的温度，
o TC7和TC8用于监测容器底部处的温度，
o TC9和TC10在正常操作中用于监测容器内部的液体温度，
●在凝结过程期间中，孔口OR1计量从容器中释放的CO2。在图3中，仅一个孔口被用于双容器系统，因为相同的孔口通过阀Av3(用于容器10)和阀Av4(用于容器10’)连接至两个容器。
●PRV1和PRV2防止系统压缩和输送系统容器的过度增压。
需要强调的是，所有上述元件都是根据本发明的示例性实施方式所固有的。在其最常见的变型中，可以移除有用但不是必需的物件，比如热电偶的数目，因为在极低端处，系统可以通过仅一个热电偶操作，或者在相反侧添加另外的阀和其他流量控制元件，以及甚至添加第三个容器及其相关控制件。本领域普通技术人员容易想到的是所有这些变型都在本发明的范围内。
在图4中示出了图3的方案的特别相关的变型。在这种情况下，二氧化碳压缩和输送系统40具有附加元件，安装在系统入口上的制冷单元。有用地，这种系统的制冷能力包括在0.5kW与3kW之间。这种系统的存在意味着OR1不再与现在完全依赖于制冷单元的气-气热交换器连接。如上所述，该变型对于需要以较低入口压力(小于20巴)操作或需要较高吞吐量的系统而言特别有用。
图3和图4示出了两个容器的系统，但是气-气热交换器和可选的上游附加制冷系统的存在可以被用在单个容器系统中以及使用两个以上的容器的二氧化碳压缩和输送系统中。
下表1示出了系统的状态和相关的阀构型，以使一个容器处于产生模式且使另一个容器处于准备模式或预备切换模式，以确保连续产生CO2。该表、下述的表和对状态及其序列的任何考虑在图3和图4的实施方式之间是共用的。
表1：双容器系统的状态序列
Figure BDA0001751994790000091
在表1中，以灰色着色的容器状态使可逆热电装置设定为加热，而具有白色背景的容器状态指示可逆热电装置设定为冷却的容器状态。
在表2中替代地表示除了输送之外的所有阶段的典型持续时间，其持续时间是双容器的非输送阶段的函数，通常是这些阶段(排气、冷凝、净化、加压、均衡)的总和。
表2：典型的系统状态持续时间
Figure BDA0001751994790000092
就所涉及的容器数目、阶段数目和它们的持续时间而言，上述方法仅是示例性的并且反映了实施本发明的最佳方式，在第二方面中，上述方法是通过使用根据本发明的二氧化碳压缩和输送系统的二氧化碳压缩方法所固有的。在单个容器的情况下，所需的阶段是冷凝、加压和输送，并且可以通过控制热电供应电流以最简单的形式实现，以便从加热切换到冷却二氧化碳流动通道以及入口阀和出口阀。
在两个容器的二氧化碳压缩和输送系统的最一般情况下，容器排序成使得第一容器和第二容器交替地处于输送阶段。
尽管已经使用特定术语和装置描述了各种实施方式，但是这样的描述仅用于说明目的。所使用的词语是描述性词语而非限制性词语。应当理解的是，在不脱离由书面公开和附图所支持的本发明的精神和各种变形的范围的情况下，本领域普通技术人员可以作出改型和变型。另外，应当理解的是，各种其他实施方式的各方面可以整体地或部分地互换。因此，旨在根据本发明的真实精神和范围来解释权利要求而不受限制或禁止。

Claims (21)

1.一种二氧化碳压缩和输送系统，所述二氧化碳压缩和输送系统包括容器，所述容器具有入口、出口和本体，其中，所述入口与具有外壁和内壁的二氧化碳流动通道接触，其中，二氧化碳在所述内壁与所述外壁之间流动，其中，存在多个可逆热电装置，所述可逆热电装置与所述二氧化碳流动通道接触且位于所述二氧化碳流动通道的外部，其特征在于，所述二氧化碳流动通道的宽度在1.0mm与10mm之间，并且所述可逆热电装置的最小数目为三个，三个所述可逆热电装置分别对应于所述容器的下部部分、中部部分和上部部分进行安置，
其中所述二氧化碳流动通道由位于与所述入口流体连通的中空分流器与容器本体内表面之间的间隙形成，
其中所述系统还包括两个容器，所述两个容器并联连接且交替地操作，并且其中所述系统经配置为执行冷凝二氧化碳的步骤，在此步骤期间，所述可逆热电装置经配置为冷却所述二氧化碳流动通道，入口打开，以及出口关闭。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳压缩和输送系统，还包括二氧化碳液体传感器水平仪。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述二氧化碳液体传感器水平仪包括感测热电偶，所述感测热电偶安置在距排气管出口小于10cm的距离处，所述排气管穿过所述容器入口。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述排气管的在所述二氧化碳压缩和输送系统的容器内的长度部分位于所述容器的顶部处，并且所述长度部分的长度在压缩容器的长度的10％与30％之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述容器是筒形的。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述二氧化碳流动通道的长度在20cm与120cm之间。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述二氧化碳流动通道的长度为所述二氧化碳压缩和输送系统的容器的长度的0.25至0.75。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述二氧化碳流动通道对应于所述容器的入口而起始。
9.根据权利要求1所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述分流器的半径与所述容器的内半径之间的比值在0.80与0.98之间。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，多个所述可逆热电装置是多个珀耳帖热电装置。
11.根据权利要求10所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述珀耳帖热电装置与所述二氧化碳压缩和输送系统容器的外表面接触，并且两个相邻的装置之间的距离在0.25cm与4cm之间。
12.根据权利要求10所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，珀耳帖热电装置的除热功率在5瓦特至50瓦特之间。
13.根据权利要求10所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述珀耳帖热电装置借助于导热膏连接至所述二氧化碳压缩和输送系统的容器。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述二氧化碳压缩和输送系统的容器的外表面的10％至100％被所述可逆热电装置覆盖。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，在所述二氧化碳压缩和输送系统的下部部分存在感测热电偶。
16.根据权利要求1至4中的任一项所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述容器的入口连接至气-气热交换器。
17.根据权利要求16所述的二氧化碳压缩和输送系统，其中，所述气-气热交换器位于制冷系统的下游。
18.使用根据权利要求1所述的二氧化碳压缩和输送系统的二氧化碳供给方法，所述方法包括以下阶段，以下阶段各自的特征在于以下主要特点：
-输送，可逆热电元件加热二氧化碳流动通道、入口被关闭、出口被打开；
-冷凝，所述可逆热电元件冷却所述二氧化碳流动通道、所述入口被打开、所述出口被关闭；
-加压，所述可逆热电元件加热所述二氧化碳流动通道、所述入口被关闭、所述出口被关闭。
19.根据权利要求18所述的方法，包括第一容器和第二容器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一容器和所述第二容器彼此相同。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一容器和所述第二容器交替地处于所述输送阶段。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190170441A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-06 Larry Baxter Pressure-Regulated Melting of Solids with Warm Fluids
US20190170440A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-06 Larry Baxter Pressure-Regulated Melting of Solids
TWI723642B (zh) * 2019-11-22 2021-04-01 哈伯精密股份有限公司 冷卻裝置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106214244A (zh) * 2011-03-02 2016-12-14 远藤护理有限公司 低温医疗系统

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1388672A (en) 1971-05-13 1975-03-26 British Oxygen Co Ltd Liquefied gas storage container
US4593529A (en) * 1984-12-03 1986-06-10 Birochik Valentine L Method and apparatus for controlling the temperature and pressure of confined substances
US5268102A (en) 1990-07-13 1993-12-07 Isco, Inc. Apparatus and method for supercritical fluid extraction
US5287702A (en) * 1992-05-15 1994-02-22 Preferred Co2 Systems, Inc. Carbon dioxide storage with thermoelectric cooling for fire suppression systems
DE19920314A1 (de) * 1999-05-03 2000-11-09 Linde Tech Gase Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Abgabe von verflüssigtem Gas
CN1159538C (zh) 2000-06-27 2004-07-28 波克股份有限公司 用来制备压缩的高纯度液态二氧化碳流的装置和方法
US6439278B1 (en) 2001-03-16 2002-08-27 Neogas Inc. Compressed natural gas dispensing system
JP2002340294A (ja) * 2001-05-11 2002-11-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液化ガス気化装置
US20030188540A1 (en) * 2002-04-03 2003-10-09 John Van Winkle Cooling system for a beverage dispenser
US6889508B2 (en) * 2002-10-02 2005-05-10 The Boc Group, Inc. High pressure CO2 purification and supply system
US6755026B2 (en) * 2002-10-24 2004-06-29 Tech Medical Devices Inc. Thermoelectric system to directly regulate the temperature of intravenous solutions and bodily fluids
US6921858B2 (en) * 2002-11-08 2005-07-26 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Method and apparatus for pressurizing a liquefied gas
US7648682B2 (en) 2004-07-08 2010-01-19 Air Products And Chemicals, Inc. Wick systems for complexed gas technology
US20060123801A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-15 Cool Clean Technologies, Inc. Device for applying cryogenic composition and method of using same
US7638058B2 (en) 2005-04-07 2009-12-29 Matheson Tri-Gas Fluid storage and purification method and system
US20070204908A1 (en) * 2006-02-22 2007-09-06 Mettler-Toledo Autochem, Inc. High purity carbon dioxide delivery system using dewars
KR101353582B1 (ko) 2007-05-11 2014-01-22 서울반도체 주식회사 자외선 발광 다이오드를 이용한 유체 정화 장치
US20120085070A1 (en) 2007-12-11 2012-04-12 TOKITAE LLC, a limited liability company of the State of Delaware Establishment and maintenance of low gas pressure within interior spaces of temperature-stabilized storage systems
JP4968037B2 (ja) * 2007-12-13 2012-07-04 株式会社デンソー 背圧制御弁およびそれを用いた低圧燃料システム
US20100126531A1 (en) 2008-11-25 2010-05-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method and apparatus for cleaning semiconductor device fabrication equipment using supercritical fluids
NO330286B1 (no) 2009-01-30 2011-03-21 Inst Energiteknik Kontinuerlig drevet hydrogenkompressor og fremgangsmate ved drift av denne
EP2466186A1 (en) 2010-12-16 2012-06-20 Air Products and Chemicals, Inc. A process for filling a gas storage container
JP2014071936A (ja) * 2012-09-27 2014-04-21 Toyota Industries Corp 温度調節装置
JP5708606B2 (ja) * 2012-09-27 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 熱電発電装置
CA2900791A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Vittorio SCIPOLO Non-condensing gas sampling probe system
JP5976604B2 (ja) 2013-03-29 2016-08-23 富士フイルム株式会社 熱電変換材料、熱電変換素子、熱電発電用物品及びセンサー用電源
US9221067B2 (en) * 2013-06-18 2015-12-29 Cleanlogic Llc CO2 composite spray method and apparatus
JP2015175819A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 検出装置、および、検出方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106214244A (zh) * 2011-03-02 2016-12-14 远藤护理有限公司 低温医疗系统

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Publication number Publication date
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