JP2019510171A - 二酸化炭素圧縮及び送達システム - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の可逆熱電素子を使用する二酸化炭素圧縮及び送達装置において具現化され、そのような二酸化炭素圧縮及び送達装置を操作する方法に関する。

Description

二酸化炭素（ＣＯ_２）圧縮及び送達システムは、多くの工業的用途で使用することができ、例えば、半導体を洗浄するためのかなり普及した使用がある。この用途では、流量、送達特性、及び（特に汚染物質の点での）ガス品質が最も重要である。

小さな二酸化炭素粒子が大きな雪片に凝集している二酸化炭素の基材洗浄は、Ｓｗａｉｎらの特許文献１に記載されている。より具体的には、Ｓｗａｉｎらは、小さな二酸化炭素粒子を形成するために二酸化炭素をオリフィスから断熱チャンバ内に膨張させることと、小さな二酸化炭素粒子が大きな雪片に凝集するまで断熱チャンバ内で小さな二酸化炭素粒子を保持することと、大きな雪片を加速するために大きな雪片を不活性ガスの高速渦内に同伴することと、不活性ガス及び加速された大きな雪片の流れを洗浄すべき基材の表面に向けることとを含む洗浄プロセスについて記載している。

Ｌｅｉｔｃｈらの特許文献２には、中間の液体二酸化炭素を管理し取り扱うために精製フィルタ及び受けタンクなどの構成要素の存在を必要とする、二酸化炭素精製及び供給システムが記載されている。より具体的には、Ｌｅｉｔｃｈらは、加圧された液体二酸化炭素流を製造するためのバッチプロセス及び装置であって、液体二酸化炭素供給源からの二酸化炭素蒸気の供給流を蒸留することと、二酸化炭素蒸気供給流を少なくとも１つの精製フィルタに導入することと、中間の液体二酸化炭素流を形成するために凝縮器内で精製された供給流を凝縮させることと、中間の液体二酸化炭素流を少なくとも１つの高圧蓄積チャンバ内に導入することと、その中に含まれる液体二酸化炭素を送達圧力まで加圧するために高圧蓄積チャンバを加熱することと、高圧蓄積チャンバから加圧された液体二酸化炭素流を送達することと、高圧蓄積チャンバを補充するための加圧された液体二酸化炭素流の送達を停止することとを含む、バッチプロセス及び装置について記載している。

Ｂｒｉｇｌｉａらの特許文献３には、直列に接続された複数の容器を用いて二酸化炭素を精製及び凝縮する方法及び装置が開示されている。より具体的には、二酸化炭素に富む混合物は第１ろう付アルミニウムプレートフィン熱交換器で冷却され、冷却された混合物から得られた少なくとも１つの流体は、蒸留工程及び／又は少なくとも２つの連続した分縮工程を有する精製工程に送られ、精製工程で、二酸化炭素が枯渇したガスを生成し、それは第１熱交換器で再加熱され、精製工程で、二酸化炭素に富む液体を生成し、それは膨張された後、本方法の流体によって加熱される第２熱交換器に送られ、この熱交換器では、二酸化炭素に富む液体と本方法の流体との間だけの間接的熱交換を行い、二酸化炭素に富む液体は、第２熱交換器において少なくとも部分的に蒸発し、生じた気化ガスは、第１熱交換器で再び加熱されて、本方法の最終生成物となり得る二酸化炭素に富むガスを形成する。

Ｆｏｇｅｌｍａｎらの特許文献４には、液相からの蒸気発生器用の加熱熱電素子を有するデユア瓶システムが開示されているが、このようなシステムは、熱電素子の加熱のみの性能並びにガス送達回路上の一方向のバルブの存在の両方により、ガスから液体への変換の可逆的概念に対して使用することができない。

Ｂｉｎｇｈａｍらの特許文献５には、装置の限られた狭い部分に設置された熱電素子を使用する流体送達システムが開示されている。

熱電効果は、温度差の電圧への直接変換及びその逆の直接変換である。熱電素子は、両側に異なる温度が存在する場合に電圧を生成する。逆に、それに電圧が印加されると、それは温度差を生じる。

用語「熱電効果」は、３つの別々に特定された効果：ゼーベック効果、ペルチェ効果、及びトムソン効果、を包含する。ペルチェ効果は、２つの異なる導体の電化接合部での加熱又は冷却の存在である。２つの導体間の接合部を介して電流を流すと、接合部で熱が発生する（又は除去される）ことがある。

米国特許第５，１２５，９７９号明細書 米国特許第６，８８９，５０８号明細書 米国特許出願第２０１５／０２５３０７６号明細書 米国特許出願第２００７／０２０４９０８号明細書 米国特許出願第２００４／００８９３３５号明細書 米国特許第３，８０１，２０４号明細書

本発明は、可逆熱電効果、すなわち、加熱及び冷却の両方を引き起こす素子の性能を使用及び利用する。このような挙動を示す最も広く使用されている素子の１つはペルチェ素子であるが、一方で、ジュール−トムソンベースの素子のような加熱を引き起こすのみの素子は、本発明を実施するのに適していない。

流体の送達及び制御のためのペルチェ効果又はペルチェ素子の使用は、例えばＪｅｎｎｉｎｇｓらの特許文献６に記載されているように、長い間知られている。しかしながら、この特許は、二酸化炭素の貯蔵及び液化を考慮しておらず、そこに記載されているシステムは、複数の一般に定義された環状同心路（ｃｈａｎｎｅｌ）を含む複雑な構造の使用を想定している。

本明細書に開示された方法及び装置は、先行技術よりも単純な構造を有する二酸化炭素のための改善された圧縮及び送達システムを達成し、具体的に関連する段階の数に言及しており、その第１の態様は、入口及び出口を有する容器を備える二酸化炭素圧縮及び送達システムであって、入口は、外壁及び内壁を有する二酸化炭素流路に接触しており、二酸化炭素が前記内壁及び外壁の間を流れ、前記二酸化炭素流路と接触してその外側には、複数の可逆熱電素子が存在し、二酸化炭素流路の幅は１．０ｍｍと１０ｍｍの間に含まれ、可逆熱電素子の最小数は３であり、それぞれ容器の下部、中間部及び上部に対応して配置されていることを特徴とする、二酸化炭素圧縮及び送達システムに存する。

本発明の利点は、ガス圧縮のための機械的ポンプが存在しないことに関連する：これにより、固体粒子の形態又は化学物質の形態の何れの汚染もＣＯ_２流に添加されないことが保証される。

本明細書に開示された例示的な実施形態に対する最も有用な用途の１つは、二酸化炭素の半導体洗浄である。

これらの及び他の実施形態、特徴及び利点は、以下の説明及び図面のうちの幾つかの図の検討を読むことにより、当業者には明らかになるであろう。

幾つかの例示的な実施形態を、図面を参照して説明するが、同様の構成要素には同様の参照番号が付されている。例示的な実施形態は、本発明を説明することを意図しており、本発明を限定することは意図していない。これらの図は、本発明を例示する目的のみを有するものであって、特許請求の範囲に包含されるようなより一般的な範囲の限定として理解及び解釈されるものではなく、更なる幾つかの任意の構成要素（配管、バルブ、電気制御など）は、当業者による理解のために必要ではないものとして、描かれてはいない。図面には、以下の図が含まれる。

本発明により示される二酸化炭素圧縮及び送達システムの側面図である。 図１の断面図である。 本発明により製造された２つの容器を有する二酸化炭素圧縮及び送達システムのための模式的ガス回路図である。 追加の冷却能力を有する、図３による２つの容器を有する二酸化炭素圧縮システムの変形例を示す図である。

驚くべきことに、１と１０ｍｍの間に含まれる二酸化炭素流路の幅を有し、複数の可逆熱電素子、技術的情報及び上記の先行文献の何れにも開示されていない教示を使用する二酸化炭素圧縮及び送達システムは、熱電効果によるＣＯ_２管理（圧縮及び送達）の技術的問題に具体的に関連していることが発見された。

本発明の独創的な概念において、本質的にシステム容器の全長は、（二酸化炭素圧縮のための）冷却及び（二酸化炭素送達のための）加熱に寄与し、熱電素子が容器の長さ全体にわたって理想的に均一に分配されていることを意味する。最小構成では、このことは、二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の下部、中間部及び上部に対応して配置された３つの熱電素子の使用と言い換えられる。これにより、二酸化炭素を液体形態で貯蔵しそれをガス形態で放出する、速度及び制御の点でより効率的な性能が保証される。

容器との用語は、液体及びガスの両方の形態の二酸化炭素を保持するのに適した入れ物と特定される。そのより単純な構成では、２つの開口、入口及び出口を有する気密シリンダである。容器の入口は、適切な配管、継手（ｆｉｔｔｉｎｇ）及びバルブを介して流入する二酸化炭素供給物と接触し、同様に容器の出口は、適切な配管、継手及びバルブを介して、ガス形態の二酸化炭素を送達する。容器に対する好ましい最も一般的な形状は、円筒形である。

下及び上との用語は、容器の入口に対して相対的に考慮されるべきであり、特に、二酸化炭素の上部は、容器の入口に近接する部分であり、一方で、下部は、容器の入口から遠い部分である。好ましい実施形態では、その上部に配置された可逆熱電素子は、その中心が二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の長さの（入口に近い）最初の４半分に配置されることを意味し、中間部に配置された可逆熱電素子は、その中心が容器の長さの１／３と２／３の間に配置されることを意味し、最後に、その下部に配置された可逆熱電素子は、その中心が容器の長さの（入口から遠い）最後の４半分に配置されることを意味する。

好ましい実施形態では、二酸化炭素流路は、容器本体の内側面に沿って平行に延びる構成要素である流れ転換器（ｆｌｏｗ ｄｉｖｅｒｔｅｒ）を用いて得られる。転換器と容器本体との間の隙間は、二酸化炭素流路の上記で定義された幅である。この場合、内壁は、容器本体に面する転換器の表面によって与えられる。典型的に、転換器は、その外側面が容器、二酸化炭素流路の内壁で画定され、一方で、適切なシステム運転段階の間にその内部が液体ＣＯ_２を収容するように、空のシリンダの構造を有する。

転換器は、機能的に等価であり当業者に周知である多くの代替方法で容器に固定することができ、最も一般的には、その設計技法は溶接であるが、どの技法であっても接続は気密である必要がある。容器の内部容積上にある転換器は、周囲の空の空間（内側の容器面と転換器の表面との間の距離によって与えられるＣＯ_２流路）を介してその入口と流体連通している。二酸化炭素流路を作るためのあまり好ましくない別の解決策は、二重壁の容器を使用することによって、又はより正確には、１〜１０ｍｍの幾何学的制約に適合する間隙を有する容器によって与えられる。

ＣＯ_２路の１〜１０ｍｍの狭い範囲は、２０と１２０ｃｍの間に含まれる長さを有する転換器で有用に得られる。好ましくは、転換器の半径と容器本体の内側半径との間の比は、０．８と０．９８の間、より好ましくは０．９と０．９７の間に含まれる。可能ではあるがあまり好ましくない非円筒形状の場合、この条件は、内接転換器の円周と内側の容器円周との比を指す。

二酸化炭素流路は、二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の全長に沿って延びる必要はなく、そのような状況は、転換器の長さが最大、すなわち容器の長さに等しい場合に達成されるが、好ましい実施形態では、容器の一部、最も低い部分は、このような構成要素がないことを強調しなければならない。これにより、液相から気相への転移が非常に効率的であるため、可逆熱電素子が冷却から加熱に切り替えられたときにシステム応答の妨害がないことが保証され、容器の限定された（より下の）部分に流路が存在しないことにより、加熱された（容器）壁との直接接触が保証される。これに関して、好ましくは、二酸化炭素流路は、二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の長さの０．２５〜０．７５の間に含まれる長さを有する。

本発明による好ましい可逆熱電素子は、標準のペルチェ素子である。本発明の目的のためには、４０℃〜６５℃の間の温度差を５ワット〜５０ワットの熱除去力（ｈｅａｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｐｏｗｅｒ）で提供することができるペルチェ素子の使用が特に有利である。

可逆熱電素子は、好ましくは、二酸化炭素流路の外側面上に配置され、２つの隣接する素子間の距離は、好ましくは、０．２５ｃｍ〜４ｃｍの間に含まれ、ここで、距離は、ペルチェの四肢から得られ、このような距離パラメータは、（垂直又は水平に）隣接するペルチェ素子の垂直又は水平の相互配置を指す。

本発明は、可逆熱電素子を二酸化炭素流路に固定する特定の方法、例えばはんだ付け、熱伝導性テープ、断熱性テープ、伝導性接着剤ペーストなどによって限定されないが、熱伝導率の値が０．０７０ワット／ｍ＊Ｋを超える熱伝導性ペーストを使用すると、単一のシステム容器によって生成される時間当たりのＣＯ_２量に関してシステム性能が向上することが分かった。特に、本発明者らは、このような解決策を使用する本発明によるシステムを用いて、３．５ｋｇ／時を一貫して達成することができた。

好ましくは、二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の外側面の１０％〜１００％が、可逆熱電素子の活性部分によって覆われる（活性部分は、接触している構成要素を冷却又は加熱する熱電素子の部分として定義される）。

本発明の利点の１つは、本発明によるシステムが、可逆熱電素子において電流方向を単純に変化させることで、負荷−圧縮段階と送達段階との間で容易かつ自動的に切り替えることができることであり、従って、先に参照した特許文献２（米国特許第６，８８９，５０８号明細書）及び特許文献３（米国特許出願第２０１５／０２５３０７６号明細書）に示されている内容とは異なり、二酸化炭素圧縮及び送達のために単一容器を適切に使用することができる。

本発明の変形例の１つは、連続運転を保証するために並列に作動する２つの同等の容器の使用を想定しており、従って、一方が（熱電素子が二酸化炭素流路壁を冷却する）負荷／圧縮段階にある場合、他方は代わりに、二酸化炭素を送達する（熱電素子が二酸化炭素流路を加熱する）。

本発明による二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の好ましい形状は、本発明による単一容器を有するシステムの側面を示し、その断面図が図２に示されている図１に描かれているように、円筒形である。

それらの図は、容器本体１００を有する単一容器を有する二酸化炭素圧縮及び送達システムのサブアセンブリ１０であって、容器本体１００に接続されたサブアセンブリの入口１０１及びサブアセンブリの出口１０２と、上部通気（ｖｅｎｔｉｎｇ）ポート１０３と、下部熱電対１０４（下部とは、サブアセンブリの出口１０２’、故に容器の出口にこの構成要素が近いことを指す）とを有する、サブアセンブリ１０を示す。このシステムのサブアセンブリは、容器本体１００の内部を平行に延び、ガス流のためのガス通路１０６を画定する流れ転換器１０５を有する。図２において、転換器１０５は空のシリンダであり、下部の容器の内部容積に対する色差（より暗い）は、その程度を示し見えるようにするために使用され、占有された空間を示すものではないことを強調することが重要である。実際には本質的に、容器の内部容積の全体は、後に詳しく説明される継手、転換器の壁（それが洞窟要素（ｃａｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）であれば、その本体ではない）、及び他の構成要素（通気管、熱電対）などの中空でない（ｓｏｌｉｄ）構成要素を除いて、ガス形態又は液体形態の何れかである二酸化炭素で満たされやすい。

ガス通路１０６は、サブアセンブリの入口１０１と連通しており、二酸化炭素流路である。容器本体１００の外側面上には、容器本体１００を加熱及び冷却する複数のペルチェ素子１１１、１１１’、１１１’’、・・・、１１１^ｎが存在する。システムのサブアセンブリ１０はさらに、複数の配管継手１０８、１０８’、１０８’’、・・・、１０８^ｎを備え、流体流がペルチェ素子による熱伝達／散逸を改善することを可能にする。

そのような流体流は、例えば水であり得、好ましくは４．７リットル／分〜６．６リットル／分の間に含まれる流速を有する。

図１及び２は、本発明の好ましい実施形態を示しており、ここで、二酸化炭素圧縮及び送達システムは、異なるモード、送達／圧縮における二酸化炭素の温度をチェックするために容器の下部の温度を測定するための検出熱電対１０４を有する。

好ましい実施形態では、本発明は、液体二酸化炭素の充填レベルを決定するための液体二酸化炭素センサの存在を想定している。（入口に近い）容器の上部に有用に配置された通気管１０７を有する通気ポート１０３は、幾つかの他の利点に加えてこの目的を果たすことができる。特に、ＣＯ_２の一部を廃棄することに加えて、オリフィス（図示せず）を介した膨張により、ガス−ガス熱交換の場合には冷却を提供し、又はより一般的には、流入する二酸化炭素に対して予冷段階を提供することができるようにする。また、この通気は、運転中の最高温度（本発明の文脈で解釈されるため、典型的には−３０℃と３０℃の間に含まれる）の容器の部分にあるので、ガス排出はまた、より高い液化温度を有する汚染物質を除去し／減少させ、システムの出口によって放出されるＣＯ_２の品質を向上させる。通気管１０７は、凝縮シーケンスの間に容器から液体ＣＯ_２を送り出すように設計されている。通気管は、１０３に対して特定の高さに設定されている。通気管１０７の長さにより、ＣＯ_２液体レベルよりも上方にヘッドスペース（開放領域）が存在することが保証され、このヘッドスペースは、液体ＣＯ_２が加熱されてその送達圧力まで加圧されたときの圧縮容器１００の過圧を防止する。好ましい設計は、圧縮容器内において液体レベルの上方に１０〜３０％のヘッドスペースを可能にし、従って、容器の内部に入る通気管の長さは、容器の長さの１０〜３０％の間に含まれる。システムから出ている通気管の部分に関して、本発明の目的上重要ではないが、それは通常短く、典型的には５ｃｍ未満の長さであり、原則として通気管の外側部分の長さがゼロであることも可能であり、この場合、通気管はシステムの入口に対応して終わっている。

一旦液体ＣＯ_２が通気管１０７を通って圧縮容器から排出されると、圧縮容器は満ちていると考えられる。容器の上方の熱電対は、排出されたＣＯ_２の温度を監視し、排出されたＣＯ_２が気相から液相になると温度が急激に低下する（１０℃から−１０℃）ため、容器が液体ＣＯ_２で満ちていることの指標となる。熱電対検出チップと通気管１０７の末端部との間の距離は、好ましくは０と１０ｃｍの間に含まれる。０ｃｍは、熱電対が通気管の外端とほぼ接触している場合を示している。

図２に示すように、流れ転換器１０５は、二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器１００の特定の部分に対してのみ存在してもよい。

図１及び２は、二酸化炭素圧縮及び送達システムの中核部、すなわちその内部にＣＯ_２路流を有する容器構造及び可逆熱電素子の配置に専念している。幾つかの実施形態では、完全なシステムは、入口及び出口での自動バルブの存在、連続運転のための「２つの」容器の存在、温度を周囲温度から−１５℃〜−２５℃まで低下させる入口の熱交換器を想定してもよい。そのような熱交換器は、当該技術分野において一般的に知られており、ガス−ガス又はガス−液体のタイプのものであり得る；水が液体媒体である後者が好ましい。

好ましいシステム運転圧力は、負荷段階の間、２０と２４バールの間に含まれ、システムが送達段階に切り替えられると、熱電素子における電流が逆転して冷却モードから加熱モードに変化し、結果として温度は、約２３℃から送達温度まで上昇し、有益には０℃と３０℃の間に含まれ、二酸化炭素の送達圧力は有益には３０と７０バールの間、好ましくは５５と６０バールの間に含まれ、理想的な設定点は５８バールである。システムが２０バール未満の入口圧力で操作され、及び／又は流量容量を増加させなければならない場合、例えば図４に示すように余分の冷却を加えることによって、システムの冷却能力を高める必要がある。余分の冷却能力は、入口圧力を下げ（６．７バール）、液体ＣＯ_２の処理量を増やす手助けをすることができる。

本発明の好ましい実施形態に従って製造された２つの容器を有する二酸化炭素圧縮及び送達システムのためのガス回路模式図が、図３に示されている。二酸化炭素圧縮及び送達システム３０は、連続運転（ＣＯ_２供給）のために並列に接続された２つの容器１０，１０’を備え、二酸化炭素の予冷のためにシステムの入口に配置されたガス−ガス熱交換器を有し、システムは以下の構成要素を備える：
・入口容器を切り替えるための自動バルブＡｖ１及びＡｖ２；
・容器の通気及び軽質揮発性不純物の放出のための自動バルブＡｖ３及びＡｖ４；
・出口容器を切り替えるための自動バルブＡｖ５及びＡｖ６；
・圧力を監視するための圧力変換器ＰＸ１、ＰＸ２；
・容器１０の温度を監視するための熱電対ＴＣ１、ＴＣ３、ＴＣ５、ＴＣ７、ＴＣ９、容器１０’の温度を監視するための熱電対ＴＣ２、ＴＣ４、ＴＣ６、ＴＣ８、ＴＣ１０、より具体的には：
○容器から排出されるＣＯ_２温度を監視するための（充填センサ指標（ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）として使用される）ＴＣ１及びＴＣ２、
○二酸化炭素流路のすぐ近くの温度を監視するためのＴＣ３、ＴＣ５、ＴＣ４、ＴＣ６、
○容器の底部での温度を監視するためのＴＣ７及びＴＣ８、
○通常運転において容器の内部の液体温度を監視するためのＴＣ９及びＴＣ１０；
・オリフィスＯＲ１は、凝縮シーケンスの間、容器からのＣＯ_２放出を測定する。図３の概略図では、同じオリフィスがバルブＡｖ３（容器１０用）及びＡｖ４（容器１０’用）を介して両方の容器に接続されているため、２つの容器を有するシステムに対して１つのオリフィスのみが使用されている；
・ＰＲＶ１及びＰＲＶ２は、システムの圧縮及び送達システムの容器の過圧を防止する。

上記の全ての要素が本発明による例示的な実施形態に本来備わっているものであることは、強調されるべきである。その最も一般的な変形例の中には、極めて低性能（ｌｏｗ ｅｎｄ）においてシステムは１つのみの熱電対で作動することができるため、多数の熱電対などの有用ではあるが本質的ではないアイテムを除去することができ、又は他方では、更なるバルブ及び他の流れ制御要素を追加することができ、さらには第３の容器及びそれに付随する制御器を追加することができる。それらの変形例は全て、当業者によって容易に想到できるため、本発明の範囲内である。

図３の図表の特に関連する変形例が図４に示されている。この場合、二酸化炭素圧縮及び供給システム４０は、追加要素、システムの入口に取り付けられた冷却ユニットを提示する。このようなシステムは、有益には、０．５ｋＷと３ｋＷの間に含まれる冷却能力を有する。このようなシステムが存在することは、ＯＲ１がガス−ガス熱交換器にもはや接続されておらず、ガス−ガス熱交換器がここでは冷却ユニットに完全に依存していることを暗示する。上述のように、この変形例は、より低い入口圧力（２０バール未満）で操作される必要があるか、又はより高い処理能力を必要とするシステムに対して特に有用である。

図３及び４は、２つの容器を有するシステムを示しているが、ガス−ガス熱交換器及び任意の上流の追加の冷却システムの存在は、単一容器を有するシステム並びに２つ以上の容器を使用する二酸化炭素圧縮及び送達システムにおいて使用することができる。

以下の表１は、連続的なＣＯ_２生成を保証するために、１つの容器を生成モードに、もう１つを準備中又は切り替えの準備が整っている状態にするための、システム及び関連するバルブ構成の状態を示す。この表、以下のもの、及び状態とそれらのシーケンシングについての考慮事項は、図３及び図４の実施形態の間で共通するものである。

表１において、灰色で塗られた容器の状態は、加熱に設定された可逆熱電素子を有し、一方で、白い背景を有するものは、冷却に設定された可逆熱電素子を有する容器の状態を示す。

典型的な持続時間が代わりに、送達を除く全ての段階に対して表２に示されており、その持続時間は２つの容器を有する非送達段階に相関しており、それは典型的には、これらの段階（通気、凝縮、パージ、加圧、等化（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ））の合計である。

関与する容器の数、段階の数及びそれらの持続時間の観点から、上に例示した方法は、例示に過ぎず、本発明を実施するための最良の形態を反映し、それは、その第２の態様において、本発明による二酸化炭素圧縮及び送達システムを使用することによる二酸化炭素の圧縮方法を本来備える。単一容器の場合、必要な段階は凝縮、加圧及び送達であり、二酸化炭素流路、及び入口及び出口バルブを加熱から冷却に切り替えるために熱電供給電流を制御することによって、最も単純な形態で達成することができる。

２つの容器を有する二酸化炭素圧縮及び送達システムの最も一般的な場合において、第１の容器及び第２の容器が交互に送達段階になるように、容器が順序付けされる（ｓｅｑｕｅｎｃｅｄ）。

様々な実施形態が特定の用語及び素子を使用して説明されているが、そのような説明は例示的な目的に過ぎない。使用される語は、限定ではなく説明するための語である。本開示及び図面によって支持される様々な発明の精神又は範囲から逸脱することなく当業者によって変更及び変形がなされ得ることは理解されるべきである。さらに、様々な他の実施形態の態様は、全体的又は部分的に入れ替えることができることを理解されたい。従って、特許請求の範囲は、限定又は禁反言なしに、本発明の真の精神及び範囲に従って解釈されることが意図される。

１０ 容器（サブアセンブリ）
１０’ 容器
３０ システム
４０ システム
１００ 容器本体
１０１ サブアセンブリの入口
１０２ サブアセンブリの出口
１０３ 上部通気ポート
１０４ 下部熱電対、検出熱電対
１０５ 流れ転換器
１０６ ガス通路
１０７ 通気管
１０８、１０８’、１０８’’、１０８^ｎ 配管継手
１１１、１１１’、１１１’’、１１１^ｎ ペルチェ素子
Ａｖ１、Ａｖ２、Ａｖ３、Ａｖ４、Ａｖ５、Ａｖ６ 自動バルブ
ＴＣ１、ＴＣ２、ＴＣ３、ＴＣ４、ＴＣ５、ＴＣ６、ＴＣ７、ＴＣ８、ＴＣ９、ＴＣ１０ 熱電対
ＰＸ１、ＰＸ２ 圧力変換器
ＯＲ１ オリフィス

Claims (23)

1. 入口と出口と本体とを有する容器を備える二酸化炭素圧縮及び送達システムであって、前記入口は、外壁及び内壁を有する二酸化炭素流路に接触しており、二酸化炭素が前記内壁及び外壁の間を流れ、前記二酸化炭素流路と接触してその外側には、複数の可逆熱電素子が存在し、前記二酸化炭素流路の幅は１．０ｍｍと１０ｍｍの間であり、可逆熱電素子の最小数は３であり、それぞれ前記容器の下部、中間部及び上部に対応して配置されていることを特徴とする、二酸化炭素圧縮及び送達システム。
2. 二酸化炭素液体センサレベルをさらに備える、請求項１に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
3. 前記二酸化炭素液体センサレベルは、通気管の出口から１０ｃｍ未満の距離で配置された検出熱電対を備え、前記通気管は前記容器の入口を通り抜ける、請求項２に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
4. 前記二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の内部の前記通気管の長さは、前記容器の上部に位置しており、圧縮容器の長さの１０％と３０％の間に含まれる、請求項３に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
5. 前記容器は円筒形である、請求項１から４の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
6. 前記二酸化炭素流路は、前記入口と流体連通している流れ転換器と前記容器の本体の内側面との間の隙間によって形成される、請求項１から５の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
7. 前記二酸化炭素流路の長さは、２０ｃｍと１２０ｃｍの間に含まれる、請求項１から６の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
8. 前記二酸化炭素流路の長さは、前記二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の長さの０．２５〜０．７５の間に含まれる、請求項１から６の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
9. 前記二酸化炭素流路は、前記容器の入口に対応して始まる、請求項８に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
10. 前記転換器の半径と前記容器の内側半径との間の比は、０．８と０．９８の間、好ましくは０．９と０．９７の間に含まれる、請求項６に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
11. 前記複数の可逆熱電素子は、ペルチェ熱電素子である、請求項１から１０の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
12. 前記ペルチェ素子は、前記二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の外側面に接触しており、２つの隣接する素子間の距離は、０．２５と４ｃｍの間に含まれる、請求項１１に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
13. 前記ペルチェ熱電素子の熱除去力は、５〜５０ワットの間に含まれる、請求項１１に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
14. 前記ペルチェ熱電素子は、熱伝導性ペーストを用いて、前記二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器に接続される、請求項１１から１３の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
15. 前記二酸化炭素圧縮及び送達システムの容器の外側面の１０％〜１００％が、前記可逆熱電素子によって覆われる、請求項１から１４の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
16. 検出熱電対は、前記システムの下部に存在する、請求項１から１５の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
17. 前記容器の入口は、ガス−ガス熱交換器に接続される、請求項１から１６の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
18. 前記ガス−ガス熱交換器は、冷却システムの下流にある、請求項１７に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
19. 並列に接続され、交互に作動する２つの容器を備える、請求項１から１８の何れか１項に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システム。
20. それぞれ以下の主な特徴によって特徴付けられた以下の段階：
    −送達であって、可逆熱電素子は前記二酸化炭素流路を加熱し、入口は閉じており、出口は開いている；
    −凝縮であって、可逆熱電素子は前記二酸化炭素流路を冷却し、入口は開いており、出口は閉じている；
    −加圧であって、可逆熱電素子は前記二酸化炭素流路を加熱し、入口は閉じており、出口は閉じている；
    を含む、請求項１に記載の二酸化炭素圧縮及び送達システムを用いて二酸化炭素を供給する方法。
21. 第１及び第２の容器を備える、請求項２０に記載の方法。
22. 容器は互いに同等である、請求項２０に記載の方法。
23. 第１の容器及び第２の容器は、交互に送達段階にある、請求項２２に記載の方法。