TWI484114B

TWI484114B - 壓力容器之釋壓系統及方法

Info

Publication number: TWI484114B
Application number: TW100138778A
Authority: TW
Inventors: Martin Fetner; Rolf Schlake; Ernie Schlegel
Original assignee: Applied Separations Inc
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2015-05-11
Also published as: TW201235590A

Description

壓力容器之釋壓系統及方法

本發明為一種壓力容器之釋壓系統及方法，尤指一種可用於超臨界流體萃取系統之壓力容器。

超臨界流體萃取系統一般使用在10,000 psi及150℃下之高壓與高溫二氧化碳(CO₂ )。由於這些系統不使用有毒的化學物從起子基質材料中萃取出終端化合產物，故符合環保且為「綠能」系統。二氧化碳在超臨界狀態下同時具有氣體及液體的特性，而正是因此種超臨界流體的雙重特性，才能提供理想的條件在短時間內以高回收度萃取化合物。

超臨界流體系統之主要構件為一包含二氧化碳與基質材料的壓力容器。該壓力容器尚包括被萃取之終端化合產物。在正常情況下，係藉由容器兩端之截止閥將二氧化碳封閉在容器內，其中一個截止閥為進口閥，而另一截止閥則為出口閥。此二個截止閥皆與壓力容器上之流體進、出口端連結。當進口閥開啟時，二氧化碳會進入壓力容器內。在一預定壓力時，進口閥則關閉並將二氧化碳封閉在壓力容器內。在一段時間後，出口閥會開啟，而二氧化碳與被萃取之終端化合產物或一部份的基質材料則會衝出壓力容器外。接著，出口閥則關閉並完成循環。

不過，有時候此一簡易的循環在排空壓力容器時會碰到問題。有時候萃取物的物理特性使其成為類似聚合樹脂之黏膠狀的物質，而此種物質會塗佈在壓力容器的內表面上。在此情況下，當操作員企圖開啟出口閥時，此黏膠狀的物質可能會發生膠著效應而阻塞出口端。因此，操作員必須將設備停機並開啟進口閥，以試圖將壓力容器內的物質經由進口端排出。然則，此萃取物膠著反應後，亦可能阻塞進口端。此時，操作員面對的是一可能含有10,000 psi的二氧化碳之封閉的壓力容器，但沒有可用及可靠的方法以排空該壓力容器，以及移除在壓力容器內部已膠著反應的萃取物。

因此，本發明係提供一種改進的措施，以在前述狀況下對該壓力容器進行減壓。

本發明之實施例係提供一釋壓系統及方法，以便在進、出口端被阻塞時，可導通壓力容器並對該壓力容器進行減壓為本發明主要目的。

本發明再一目的為該釋壓系統進一步包括一種可刺穿膠著層或沉積物的方法，例如使用一穿孔元件建立與大氣相連結之出口點與流體流路，以將氣體或液體從壓力容器排出，藉以降低壓力容器內的超額壓力。在減壓後，操作員可從壓力容器內移除已膠著化的萃取物。釋壓系統之實施例可進一步包括一位於壓力容器內之安全潰裂盤，該安全潰裂盤提供一可裂開之壓力邊界，可選擇性地由後敘之穿孔元件穿透。

本發明第三目的為在一實施例中，一釋壓系統係用以對一壓力容器進行減壓。該壓力容器具有一安全潰裂盤，此安全潰裂盤係位於壓力容器內部延伸至外部的流體端口內。釋壓系統可包括一長形外部元件，該外部元件具有一中央通道，並與流體端口接合以便安裝至流體端口。

本發明第四目的為在一實施例中，外部元件可為圓柱形，並與流體端口螺接。釋壓系統進一步包括一長形內部穿孔元件，此穿孔元件為可移動式，其至少一部份係位於外部元件內，並由外部元件支撐。該可轉動式的內部穿孔元件係與外部元件連接，並經由轉動內部穿孔元件，該穿孔元件可相對於外部元件做軸向移動。內部穿孔元件進一步包括一長形穿刺元件，該穿刺元件其至少一部份係位於外部元件之中央通道內。穿刺元件包括一錐狀端，以刺破安全潰裂盤。

本發明第五目的為在一實施例中，穿刺元件可自外部元件向外凸出提供操作，刺破安全潰裂盤。

本發明第六目的為在一較佳實施例中，藉由轉動穿孔元件，可進一步操作穿刺元件，使其經由流體端口伸入壓力容器，以穿透任何可能會阻塞流體端口截面之沈積物質。

本發明第七目的為在一實施例中，流體端口可為一釋壓端口。藉由在一遠離安全潰裂盤之回退位置與一伸入及刺破安全潰裂盤之延伸位置間轉動穿孔元件，可使穿刺元件在軸向上移動。

本發明第八目的為在另一實施例中，該釋壓系統包括一位於流體端口中並具有一安全潰裂盤之安全潰裂盤組件；一中空之外螺栓，該外螺栓具有一與流體端口螺接之螺桿，且該外螺栓界定一自近端延伸至遠端之中央通道；一內螺栓，該內螺栓具有一與外螺栓之中央通道螺接之螺桿，且經由轉動內螺栓，內螺栓可相對於外螺栓做軸向移動；以及一長形穿刺元件，該穿刺元件係自內螺栓向外凸出且其至少一部份係位於外螺栓之中央通道內。該穿刺元件最好具備一帶有尖端之錐狀端，以刺破安全潰裂盤。藉由在一遠離安全潰裂盤之回退位置與一經流體端口伸入壓力容器內部之延伸位置間轉動內螺栓，可使穿刺元件在軸向上移動，其中藉由自回退位置移動至延伸位置，可使穿孔元件刺破安全潰裂盤。當穿刺元件在回退位置時，穿刺元件之錐狀端可完全納入及隱藏在其內，或其一部份自外部元件的中央通道向外凸出。

本發明第九目的為提供對一壓力容器進行減壓的方法。該方法包括下列的步驟：將一巢狀的螺栓組件安裝至從壓力容器內部延伸至外部之一個長形流體端口上，該螺栓組件包括一具有一中央通道之第一中空外螺栓，及一與該第一中空外螺栓同心對位之第二內螺栓，該第二內螺栓係部份插入第一中空外螺栓；將內螺栓沿著軸向推入外螺栓；以一安裝在第二內螺栓之長形穿刺元件來刺破一位於流體端口內的安全潰裂盤；以及經由螺栓組件將氣體或液體自壓力容器排出，藉此降低壓力容器內的壓力。該方法進一步包括在刺破安全潰裂盤後，將穿刺元件經由流體端口伸入壓力容器內，其中穿刺元件可用以穿透可能會在壓力容器內形成之阻塞流體端口的沈積物質。

第1A圖及1B圖顯示可用於超臨界流體萃取系統之一典型壓力容器。在一實施例中，壓力容器10為一厚壁之鋼質(最好為不鏽鋼)中空柱體(可使用其他高強度的材料)，其一端或兩端具有可封閉及可移除之蓋體11、12。蓋體可螺接至壓力容器之具有對應螺紋的端部，或者亦可用先前技術中任何其他之適當方法(如凸緣端部)將蓋體固定至壓力容器上。各自具有長形柱狀通孔的進口端13與出口端14可位於壓力容器的相對端部，在本實施例中係位於端蓋內。在其他實施例中，進口端13及出口端14可位於壓力容器內的其他位置。第1A圖顯示一具有二個蓋體11、12的壓力容器，而且各蓋體具有單一個進口端13及出口端14。該進口端13、出口端14完全延伸至各自的蓋體11、12，而且流體會自進口端13、出口端14流入壓力容器10的內部。該壓力容器10內部囤置有高壓及高溫下的基質材料M。此壓力容器10組態係一種可能會引發如先前技術所述之基質材料M，因物理反應為膠著物阻塞流路的問題，其中如已膠著的物質會阻塞進口端13及出口端14(請參見第1A圖)。

如第1A圖所示，進口閥15、出口閥16係經由管路17與進口端13、出口端14連結，使二氧化碳流入壓力容器內及便於移除二氧化碳與萃取物。

第2圖顯示一具有釋壓系統20之改良式壓力容器10，以在非正常之運轉條件下控制壓力的釋放，而在此非正常運轉條件下會發生萃取物膠著的問題。第3圖為第2圖中的釋壓系統20之放大圖。第2圖及第3圖中顯示的特殊設計之端蓋22可用以取代第1圖中的壓力容器10之一或二個蓋體11、12。在本實施例的設計中，端蓋22內被鑽入一額外的流體端口，如釋壓端口24，以用於釋放壓力。除了如第1A圖所示之以相同的方式安裝釋壓端口24外，在端蓋22內的任何適當位置上亦可安裝傳統的進口端13。此進口端13亦可安裝在其他位置，如第2圖所示之將一側向的進口端13’安裝在壓力容器10之周圍側壁26上。釋壓端口24可位於端蓋22上，如圖顯示之蓋體的中心軸或其他位置。因此，本發明不受釋壓端口24或進口端13位置的限制。釋壓端口24係經由端蓋22自壓力容器10的壓力容器外部18完全延伸至壓力容器內部19，其中並形成容納基質材料M與二氧化碳的容室。

如第2圖及第3圖所示，在一實施例中，釋壓端口24最好為一具有圓形截面之長形柱狀通孔，並界定一縱軸LA。如第3圖所示，釋壓端口24可包括一第一大直徑部28，該第一大直徑部28具有一自端蓋22之外表面29起，往內延伸至壓力容器10的第一通孔直徑；及一第二小直徑部95，該第二小直徑部95具有一小於第一通孔直徑且自端蓋22之內表面94往外延伸至鄰近第一大直徑部28之第二通孔直徑。第二小直徑部95比第一大直徑部28短，而第一大直徑部28之尺寸係被設計以接納外螺栓60的螺桿90。在第一大直徑部28及第二小直徑部95之間形成一階級部27，以界定一扁平之環狀就位表面25來安裝下述之安全潰裂盤組件30。第一大直徑部28之第一直徑其大小最好能容納一標準尺寸的安全潰裂盤32。應注意的是，在其他實施例中，釋壓端口24的直徑為固定不變，其中第一大直徑部28及第二小直徑部95則具有相同的直徑。釋壓端口24的通孔其軸向長度係大於該通孔的直徑，而且最好要大很多。在某些實施例中，釋壓端口24的通孔長度係至少為端口直徑的兩倍大。

請繼續參閱第2圖與第3圖，該釋壓系統20具有一安全潰裂盤組件30，該組件係位於釋壓端口24內，並且最好是靠近蓋體的內側及介於壓力容器10的壓力容器外部18與壓力容器內部19間。安全潰裂盤32為一由金屬片製成的薄盤，在某些實施例中，開設弱點或壓凹以在一設定值之下，迫開釋壓。安全潰裂盤32一般用來保護壓力容器以避免過壓。圖中的安全潰裂盤32具有一外部環狀就位凸緣34，該環狀就位凸緣34係固定在一可分離之外支撐元件36與內支撐元件37間，但可被壓縮在此兩元件間，以及自此二元件間移除。在某些實施例中，可界定斜角環狀表面33或座體38，以接納該環狀就位凸緣34。在一實施例中，安全潰裂盤32的環狀就位凸緣34可包括一對應之斜角表面39，與內支撐元件37的環狀座體38連結。在某些具代表性的實施例中，環狀就位凸緣34的角度可無限制的介於約30度至45度之間。因此，在某些實施例中，安全潰裂盤32的環狀就位凸緣34可為鈍頭錐形，並具有如圖中所示位於錐體內縮處之可破裂且為曲形或圓頂形的中央部40。安全潰裂盤32的環狀就位凸緣34可進一步包括一向外凸出之直立式外部環狀邊緣96，該外部環狀邊緣96靠近斜角表面39以與內支撐元件37之一對應的直立或扁平式環狀表面相連結(如圖所示)，以協助將安全潰裂盤32適當的定位在內部元件的中央。

安全潰裂盤組件30的外支撐元件36可包括一對應的斜角環狀表面33，該表面被賦予斜角以配合內支撐元件37之斜角環狀表面33或座體38的角度，使安全潰裂盤32的環狀就位凸緣34夾壓在其內，以將安全潰裂盤32固定在安全潰裂盤組件30中。

在某些實施例中，內支撐元件37、外支撐元件36最好由任何適當的金屬材料構成，如鋼、不鏽鋼、鈦等等。在一較佳實施例中，內支撐元件37、外支撐元件36係由不鏽鋼構成。

請繼續參閱第2圖及第3圖，安全潰裂盤組件30的內支撐元件37、外支撐元件36各自具有中心孔徑35、31，可使穿刺元件80以及二氧化碳或其他氣體自壓力容器10向外流出穿過該組件(請參閱第3圖)。內支撐元件37、外支撐元件36最好為圓形(沿著縱軸LA檢視)以配合釋壓端口24的圓柱形通孔。

在其他可能的實施例中，雖然安全潰裂盤32的環狀就位凸緣34具有斜角(如第3圖所示)，但仍可具有傳統扁平或直立的外型(如美國專利6,341,383之環狀凸緣)。在此等實施例中，扁平狀的環狀就位凸緣34會與縱軸LA垂直，而內支撐元件37的環狀就位凸緣34與外支撐元件36的對應斜角環狀表面33則皆為扁平狀並與縱軸LA垂直，以壓縮介於其兩者間的安全潰裂盤32之環狀就位凸緣。因此，安全潰裂盤32的環狀就位凸緣34並不侷限於如圖示的為具有斜角。

應注意的是，含有安全潰裂盤32、外支撐元件36及內支撐元件37之安全潰裂盤組件30為一獨立的組件，並可與端蓋22及螺栓組件50分離。因此，可藉由將安全潰裂盤組件30自端蓋22外部經由釋壓端口24的第一大直徑部28插入釋壓端口24的方式來安裝安全潰裂盤組件30，相對地，亦可用類似的方式來移除此安全潰裂盤組件30。

請繼續參閱第2圖及第3圖，安全潰裂盤32包括位於外部環狀就位凸緣34內側之可破裂曲形或圓頂形的中央部40。在傳統的技術中，圓頂形的中央部40具有一內凹表面41與一鄰近的外凸表面42，此二個表面係位於安全潰裂盤32的相對側面。不過，在顯示之實施例中，安全潰裂盤32最好是安裝在安全潰裂盤組件30上，位於與該安全潰裂盤32用於壓力容器10以釋放過高壓力的相反方向，其作用如後所述。因此，在此例中，安全潰裂盤32的方位為圓頂形中央部40之內凹表面41往內面向壓力容器10的壓力容器內部19，而鄰近的外凸表面42則面向外側。此方位係用以防止安全潰裂盤32因壓力容器10的內壓而破裂，因為安全潰裂盤32的作用是提供一次性使用的出口點給來自壓力容器內部19的氣體。安全潰裂盤32最好被設計成可承受遠高於壓力容器的最高額訂壓力而不會破裂。應瞭解的是，本發明實施例所用的安全潰裂盤32是不同於傳統用以防止壓力容器過壓的技藝。因此，如所述，當安全潰裂盤32被穿刺元件80故意穿透時，安全潰裂盤32會被穿透及破裂，並非因壓力容器10內的過高壓力。

雖然安全潰裂盤32最好的方位為內凹表面41面向壓力容器10的方向，但只要安全潰裂盤被設計成不會因壓力容器內的過高壓力而失效，亦可以設計成使內凹表面41朝向遠離壓力容器的方向。

如第3圖所示，在一較佳實施例中，安全潰裂盤組件30之內支撐元件37、外支撐元件36界定一被放大的容室43，該容室43係靠近蓋體的內側或內表面，且朝向壓力容器10的壓力容器內部19，以接納一標準尺寸的安全潰裂盤。因此，相較於外支撐元件36、內支撐元件37的中心孔徑31、35，該容室43在徑向上被放大，而該些中心孔徑31、35的直徑則小於容室43的直徑。此種設計係用來增進流體自安全潰裂盤32之內支撐元件37的較小直徑之中心孔徑35至外支撐元件36的較大直徑之中心孔徑31的流動轉換(如第3圖所示)。

請參閱第2圖至第5圖，釋壓系統20進一步包括一穿孔或穿刺裝置，在一實施例中，該裝置為一可安裝在壓力容器10的端蓋22上之兩件式螺栓組件50。該螺栓組件50係與釋壓端口24同心對齊及定位。在配置時，可操作螺栓組件50以刺破安全潰裂盤32，以及更重要的是，當產生黏膠狀的萃取物時，可存取壓力容器10內部以釋放內含的壓力。螺栓組件50包括一圓柱形的第一中空外螺栓60及一圓柱形的第二內螺栓70，在一實施例中，該第二內螺栓70其至少一部分由第一螺栓支撐，且可螺接至第一螺栓內。該中空外螺栓60為螺栓組件50之一基礎安裝元件，而且當固定及安裝在端蓋22時，最好維持固定不動。如所述，第二內螺栓70為一執行第二轉動操作之穿孔元件，並由於內、外螺栓的螺接，所以轉動第二內螺栓70可使其在軸向上做相對於外螺栓60與端蓋22之移動。

該中空之圓柱形外螺栓60其至少一部份係位於端蓋22內之釋壓端口24的內部，如第2圖及第3圖所示。在一較佳實施例中，中空外螺栓60可經由一帶有螺牙的附件而固定在端蓋22上或自端蓋22脫離。較佳的實施例為，以一帶有螺牙的附件轉動外螺栓60，將其與端蓋22連結或安裝至端蓋22，因此在啟動釋壓系統20後，可輕易地移除螺栓組件50以存取及取代一次性的安全潰裂盤32。

在較佳實施例中，中空的外螺栓60包括外螺牙61與內螺牙62，這些螺牙係被嵌入一軸向延伸之內部中央通道63內。此中央通道63係經由中空外螺栓60自一開放之近端64完全延伸至一開放之遠端65(如第3圖所示)。外螺牙61係螺入一位於端蓋22內之對應螺牙21並與其相螺接，該螺牙21係位於端蓋22內至少一部份之釋壓端口24上。

在較佳實施例中，中央通道63可具有圓形截面，並含有不同截面直徑的分段(如第3圖所示)，其中小直徑段66係位於中空外螺栓60靠近安全潰裂盤組件30的遠端65部分，一稍大直徑的中段67鄰近此小直徑段，而另一更大直徑段68則位於近端64部分。此中央通道63的尺寸係被設計以接納第二內螺栓70內的螺桿71，相對地，該螺桿71亦可自中央通道63移除。在其他可能的實施例中，整段中央通道63可具有均勻一致的直徑。

在第2圖及第3圖所示的實施例中，中空外螺栓60的遠端65亦可用來將安全潰裂盤組件30就地固定在釋壓端口24內，靠近朝向壓力容器10之端蓋22內側。因此，外螺栓60可抵抗作用在釋壓端口24內之安全潰裂盤32的壓力容器10之內壓(在安全潰裂盤32被第二內螺栓70刺破前)。不過，在其他實施例中，可藉由其他方式(未顯示在圖中)將安全潰裂盤組件30固定在端蓋22內。當中空外螺栓60完全螺入端蓋22時，中空外螺栓60的遠端65會與安全潰裂盤組件30的外支撐元件36連結，並將整個組件壓縮在階級部27與釋壓端口24的環狀就位表面25，如第3圖所示。

請繼續參閱第2圖至第5圖，中空外螺栓60包括一圓柱形的螺桿90，該螺桿係被設計以被接納至釋壓端口24內；以及一鄰近的操作端91，該操作端91係維持在端蓋22的外側，而中空外螺栓60則安裝在端蓋22上。可將外螺栓60安裝至端蓋22的外螺栓60上的外螺牙61最好係位於至少一部份之螺桿90上。在一較佳實施例中，該操作端91可為傳統的六角形螺帽，讓使用者或操作員使用對應的工具，如手動六角形扳手或電動套筒扳手，將中空外螺栓60螺入端蓋22中。

如第2圖及第3圖所示，中空的外螺栓60進一步包括至少一個，但最好是一對徑向開啟的排氣端或排氣孔93，流體會在該排氣孔93與中央通道63之間流動，而該排氣孔會被操作以排出自壓力容器10釋放的內壓及二氧化碳。在一實施例中，排氣孔93係徑向往外延伸並橫越至中空外螺栓60的中央通道63。在其他可能的實施例中，排氣孔93與中央通道63間可有一90°以外的角度。在較佳實施例中，流體進一步在排氣孔與一圓形的環狀凹洞23間流動，該環狀凹洞23係形成在端蓋22的外表面29內。最好的方式則是將中空的外螺栓60設計成當中空外螺栓60完全螺入端蓋22時，在外螺栓60的操作端91與端蓋22之外表面29之間提供一間隙G，如第3圖所示。在配置及啟動釋壓系統20時，此種方式替逃脫的二氧化碳或其他氣體提供一通道。如此得到的優點為，排氣孔93與環狀凹洞23可一同將二氧化碳或其他氣體自中空外螺栓60向外排出，故氣體不會排向啟動釋壓系統20的使用者。

雖然第2圖及第3圖所示的實施例具有兩個排氣孔93，其他的實施例則可依據壓力容器10減壓的速率來使用一個、三個或多個排氣孔。例如，一較佳實施例使用四個徑向相對的排氣孔93。因此，本發明並不侷限於可以安裝的排氣孔93數目。

如第2圖至第5圖所示，圓柱形狀的第二內螺栓70包括一螺桿71，該螺桿71界定一遠端74；以及一鄰近之被放大的操作端72，該操作端72則界定一近端75。螺桿71的直徑最好小於操作端91的直徑，因此螺桿71可配合在外螺栓60之中央通道63的內側。在一實施例中，至少一部份的螺桿71包括與外螺栓60中央通道63內的內螺牙62匹配的螺牙73，以轉動第二內螺栓70的方式將第二內螺栓70與外螺栓60連結。因此，轉動第二內螺栓70會依轉動方向之不同，在軸向上將第二內螺栓70朝向壓力容器10移動，或使第二內螺栓70遠離壓力容器。

如第2圖至第4圖所示，在中央通道63內的第一中空外螺栓60上的內螺牙62可使得帶有螺牙之第二內螺栓70被螺入中空的較大外螺栓60。因此，第二內螺栓70最好可在軸向上做相對於外螺栓60的移動。最好的方式是，在第二內螺栓70完全螺入外螺栓60時(如第3圖所示)，內螺栓70的螺桿71其長度的設計應以不會阻礙中空外螺栓60的排氣孔為原則。此種設計會使外螺栓60的中央通道63維持至少開啟至排氣孔93的所在位置，因此不會阻擋二氧化碳或其他氣體向外的流路。在一較佳實施例中，第二內螺栓70的操作端72可被設計成一傳統的六角螺帽，讓使用者或操作員利用六角形扳手或套筒扳手將第二內螺栓70螺入外螺栓60中。

如第2圖至第5圖所示，第二內螺栓70包括一軸向的穿刺元件80，該元件具有一工作端。在某些實施例中，該工作端可為錐形並具有一尖端81以刺破安全潰裂盤32。在某些實施例中，整個穿刺元件80最好為一延伸之圓柱狀。穿刺元件80為一懸臂並且在將第二內螺栓70安裝在端蓋22上的中空外螺栓60之內時，從第二內螺栓70螺桿71之遠端74往安全潰裂盤32與壓力容器10的方向穿刺。第二內螺栓70可作為穿刺元件80在軸向上移動之載體。因此，包含尖端81在內的穿刺元件80可在外螺栓60的中央通道63內，藉由以相對方向轉動第二內螺栓70的方式，在軸向上做往前或往後之相對於外螺栓60、安全潰裂盤32、及壓力容器10的移動。

在某些實施例中，穿刺元件80可為一圓柱形的尖釘82，如第6圖所示。該尖釘82之一端為一尖端83，另一端則為安裝端87。穿刺元件80亦可為傳統具有退屑槽的鑽頭84，如第7圖所示。該鑽頭84的一端為尖端85，鄰近處有一切割面86，而另一端則為安裝端87。因為在轉動第二內螺栓70時，第二內螺栓70係同時在外螺栓60內移動，所以帶有退屑槽的鑽頭84會以傳統的旋轉方式來操作，以鑽切安全潰裂盤32。若使用電動起子來轉動第二內螺栓70，則第二內螺栓70會在軸向上快速移動，而鑽頭84的鑽孔動作會快速地刺破安全潰裂盤32。不過，只要該穿刺元件80之一端可被設計及操作來刺破安全潰裂盤32與穿透阻塞壓力容器10上端蓋22內的釋壓端口24之膠著物，則任何形式或設計的穿刺元件80皆可使用。

如第2圖及第3圖所示，在某些實施例中，穿刺元件80可固定在第二內螺栓70內，亦可自第二內螺栓70移除，其中，與穿刺元件80尖端81相對的安裝部或安裝端87係固定在一軸向通孔88內。該軸向通孔88縱向延伸通過螺桿71，且一部份係縱向延伸至第二內螺栓70的操作端72內。穿刺元件80可在安裝端87、工作端97之間具備無螺牙的螺桿，並經由自徑向與側向插入一傳統的定位螺絲92，以及與第二內螺栓70操作端72中之一帶有螺牙的延伸孔89在徑向上連結，而固定在第二內螺栓70內。此外，在其他可能的實施例中，第二內螺栓70的軸向通孔88可具有螺牙，以與在穿刺元件80之螺桿(圖中未顯示)上形成的螺牙相連結。最好的方式是，包括工作端97及尖端81的穿刺元件80之直徑被設計成小於中空外螺栓60中的中央通道63的直徑，以在其兩者之間建立將二氧化碳或其他氣體自壓力容器排出的流路或通道。在第二內螺栓70之穿刺元件80為一帶有退屑槽之鑽頭84(請參閱第7圖)的實施例中，一由退屑動作而形成的螺旋狀空隙會建立一與端蓋22及壓力容器10外部相連之額外的排氣通道。

在其他的實施例中，穿刺元件80可以為一獨立結構之第二內螺栓70的不可移動的構件或永久性的零件，其中操作端72、螺桿71、及穿刺元件80係由單一材料所構成，該材料是以加工或其他形式來構成各零件。

如進一步所述，穿刺元件80與第二內螺栓70可同時自一軸向回退位置(如虛線所示，在該位置上，穿刺元件尚未刺破安全潰裂盤32)移動至一軸向延伸位置(如實線所示，在該位置上，穿刺元件80刺破安全潰裂盤32並可進一步地經由與釋壓端口24相連的開口伸入至壓力容器10的壓力容器內部19，以穿透如第2圖及第3圖所示的膠黏層)。

如第2圖至第4圖所示，穿刺元件80(包括第6圖與第7圖所示之尖釘82與鑽頭84)自安裝端87至尖端81的直徑可以皆為均勻一致。因此，含有尖端81之穿刺元件80的工作端97之直徑可約略與穿刺元件80安裝端87及工作端97之間的中段螺桿相同。因此，含有尖端81之穿刺元件80可完全插入並通過外螺栓60後側的近端64與前側的遠端65，如第3圖所示。因此在安裝穿刺元件80時，穿刺元件80可以經由中央通道63插入，並通過外螺栓60的近端64(以及第二內螺栓70的螺桿71)，直到尖端81靠近外螺栓60的近端64或稍微自外螺栓60的遠端65往前延伸為止。相反的，穿刺元件80的尖端81則可經由遠端65進入中央通道63而完全回退至外螺栓60內。

在某些實施例中，螺栓組件50(亦即外螺栓60與第二內螺栓70)最好由任何適當的材料構成，如鋼或鋼的合金，包括不鏽鋼或鈦等等，其中一實施例係使用不鏽鋼。此外，穿刺元件80亦最好由適當的材料構成，如鋼、不鏽鋼、或鈦等等。內支撐元件37、外支撐元件36及安全潰裂盤組件30的安全潰裂盤32亦最好由適當的材料構成，如鋼、不鏽鋼、或鈦等等。

如第3圖所示，端蓋22的總厚度(沿著縱軸LA測量)大約為2.5英吋(因此，釋壓端口24亦為相同長度)。對此種大小的端蓋22而言，外螺栓60的總長度可大約為3英吋，而第二內螺栓70則較長，自操作端72的近端75算起至穿刺元件80遠側的尖端81止，大約為3.75英吋(請參閱第3圖及第4圖)。最好的設計是，外螺栓60的長度應大於端蓋22的厚度，而第二內螺栓70的長度則需大於外螺栓60的長度，因此第二內螺栓70與穿刺元件80皆可回退及插入壓力容器10的壓力容器內部19。外螺栓60的柄端直徑大約為0.41英吋，中央通道大約為0.25英吋，而第二內螺栓70的柄端直徑則大約為0.19英吋，穿刺元件80的直徑大約為0.16英吋。在此設計中，相對於釋壓端口24，端蓋22的小直徑部95之孔徑大約為0.32英吋，而第一大直徑部28的孔徑則大約為0.52英吋。應注意的是，只要釋壓系統20的功能可以維持，則任何適當的尺寸皆可使用。因此，本發明並不侷限於前述的元件尺寸。

以下將主要依據第2圖及第3圖來揭露一操作萃取式壓力容器10之釋壓系統20的方法。第一步，先將安全潰裂盤組件30完全插入釋壓端口24，最好是插到就位於階級部27。

包含第二內螺栓70、外螺栓60(亦請參閱第4圖)之螺栓組件50可被組合或分解。至少做為第二內螺栓70之支撐基礎的中空外螺栓60則接著安裝至壓力容器10的端蓋22上。此一步驟是藉由旋轉外螺栓60並將其螺入端蓋22中至少一部份帶有螺牙的釋壓端口24而達成，不論是否已插入第二內螺栓70。最好的方式是，將外螺栓60在釋壓端口24內沿軸向推進，直到完全就位及適當地抵靠在安全潰裂盤組件30，如第3圖所示。這會將安全潰裂盤32就地固定，其中外螺栓60會壓縮位於外支撐元件36、內支撐元件37之間的安全潰裂盤32。使用者可用任何適當的工具，如六角形扳手或套筒扳手，與外螺栓60之操作端91接合，以旋轉外螺栓60並將其推入釋壓端口24中。

若還未安裝第二內螺栓70，則下一步是將第二內螺栓70安裝在外螺栓60中，而外螺栓60係以固定的方式安裝在端蓋22上，如第2圖及第3圖所示。安裝第二內螺栓70的方法是以第一旋轉方向來轉動第二內螺栓70，將螺牙73與外螺栓60之中央通道63內的對應內螺牙62接合。此時，第二內螺栓70會在釋壓端口24內向著壓力容器10的方向前進。在啟動與配置釋壓系統20前，最好只將一部份的第二內螺栓70螺入外螺栓60至一足夠的程度，使穿刺元件80的尖端81位於一軸向回退位置，此位置係遠離安全潰裂盤32，而且最好不與其接觸或刺破它(請參閱第3圖，回退位置係以虛線之第二內螺栓70的遠端74與操作端72，以及虛線之穿刺元件80來說明)。穿刺元件80可被完全拉出或一部份自外螺栓60與中央通道63向前凸伸，如第2圖及第3圖所示。第二內螺栓70只需被螺入外螺栓60內，並沿著軸向往前推進至就地固定的程度，直到配置穿刺元件80為止。使用者可用任何適當的工具，如六角形扳手或套筒扳手，與第二內螺栓70之操作端72接合，以旋轉第二內螺栓70並將其推入外螺栓60中。

接著，在啟動釋壓系統20時，使用者或操作員繼續以第一旋轉方向來轉動第二內螺栓70(及向前凸伸之穿刺元件80)，藉此將第二內螺栓70沿著軸向往前推進以更深入固定的中空外螺栓60，並同時朝向壓力容器10前進(請參見第2圖與第3圖，以及方向箭頭)。應注意的是，藉由第二內螺栓70，穿刺元件80可具有軸向運動及旋轉動作。第二內螺栓70與穿刺元件80持續沿軸向朝著安全潰裂盤32與釋壓端口24之第二小直徑部95的開口前進，並進入壓力容器10的壓力容器內部19。最後，穿刺元件80的尖端81會與安全潰裂盤32接合，並將其刺破。在某些實施例中，安全潰裂盤32可遠離面對壓力容器10端蓋22的內表面94。這可釋放位於安全潰裂盤32與壓力容器10間的任何內壓；不過，直到阻礙釋壓端口24之膠著物被穿刺元件80刺破，否則二氧化碳並不會從壓力容器10釋放。因此，在刺破安全潰裂盤32之後，使用者接著繼續以相同的第一旋轉方向來轉動第二內螺栓70，將其沿軸向往前朝向壓力容器10的內部推進，並穿透塗佈在壓力容器10內側與端蓋22之內表面94及釋壓端口24之任何膠著物(請參見第3圖)。這與第3圖中的實線所示之第二內螺栓70與穿刺元件80的延伸位置相對應。最好的方式是，穿刺元件80具有足夠的長度，以凸伸至壓力容器10內部至一足夠的程度，以滿足刺穿可能會阻塞釋壓端口24之膠著物，以祈得最大預期刺穿厚度。

一旦安全潰裂盤32與膠著物被位於延伸位置的穿刺元件80刺破，即會開啟一通向大氣的流路。壓力容器內的二氧化碳(或其他在壓力容器內的氣體或液體)會經由中空外螺栓60的中央通道63從壓力容器10向外流動，並經由外螺栓之排氣孔93與端蓋22之外表面29之環狀凹口23(請參見第3圖中的虛線及代表氣體流向的箭頭)排出至大氣。這個優點是，被封閉的壓力會以一種受控制的方式從萃取式壓力容器10釋放出來。使用者可藉由以與第一旋轉方向相反之第二旋轉方向來轉動第二內螺栓70的方式以增加氣體的逃脫速率，直到穿刺元件80回到如第3圖之虛線所示的回退位置。此時穿刺元件80係被定位以將最少可能的阻礙提供給在中央通道63及釋壓端口24之第二小直徑部95內之氣流。

在壓力容器10被減壓後，端蓋22可安全地自壓力容器10移除，而膠著物接著可移除。除了端蓋22之外，相對端的出口蓋體11亦可被淨空。

應注意的是，依據本發明之實施例，在使用具有釋壓系統20之高壓力容器10時，以及當所有的進口端13、出口端14內表通路都被萃取物親和介面膠著反應而阻塞時(如先前技術所述)，此時的好處是提供一種方式在受控制的條件下對壓力容器10進行排氣。具有穿刺元件80的第二內螺栓70係往前推進至安全潰裂盤32內，直到該安全潰裂盤32破裂或被刺破為止。當安全潰裂盤32被刺破或破裂時，高壓氣體及一部份的膠著物會自螺栓組件50的排氣通道吹出。若在壓力完全釋放前，膠著物因聚合力而再次封閉釋壓端口24，則穿刺元件80可回退並再次往前推進至壓力容器10內，藉此視需要第二次、第三次、甚至多次再開啟端口。在使用本發明對壓力容器進行排氣之後，端蓋22可被移除以安全地開啟壓力容器。

依據本發明，釋壓系統20的好處是在使用完安全潰裂盤組件30之後，可以輕易地更換它。無論第二內螺栓70是否仍在插入狀態，外螺栓60皆可自端蓋22移除。接著將安全潰裂盤組件30自端蓋22的釋壓端口24移除，以取代一次性的安全潰裂盤32。此時可在安全潰裂盤組件30之內支撐元件37、外支撐元件36間插入一新的安全潰裂盤32。接著將安全潰裂盤組件30插回到釋壓端口24內，然後將外螺栓60重新螺入端蓋22內，直到與安全潰裂盤組件30接合並壓縮該組件為止。此時，釋壓系統20已可視需要再次使用。

雖然本發明實施例係涉及用於超臨界流體萃取系統之壓力容器，但應注意的是，本發明具備更廣的應用性。因此本釋壓系統的實施例可用於其他使用含高壓流體或氣體之壓力容器，而仍具備類似的益處。因此，本發明並不只侷限於流體萃取系統。

依據本發明，雖然釋壓系統20係安裝在壓力容器10之可移除式端蓋22內，但應注意的是，螺栓組件50與安全潰裂盤組件30亦可位於壓力容器10的其他部位或附屬組件中。因此，在某些實施例中，螺栓組件50及安全潰裂盤組件30可直接位於壓力容器10的周圍側壁26中，只要該周圍側壁26有足夠的厚度以容納這些組件。此外，對於可能不具備可移除式端蓋之壓力容器，如較大的壓力容器，螺栓組件50與安全潰裂盤組件30可位於一具有凸緣的接管中，其中一與第2圖及第3圖之端蓋22有類似設計的管口凸緣或凸板係以螺栓固定在一凸緣上，而該凸緣則以一短管或管嘴固定在壓力容器內。在這些不同的安裝方式中，螺栓組件50與安全潰裂盤組件30皆與此處所揭露的相同，而操作方式也一樣。依據本發明之揭露，已熟習相關技藝者可在無須進一步描述或過度的實驗下，充分利用這些不同的安裝位置。更應注意的是，螺栓組件50與安全潰裂盤組件30可製成任何適當的大小，且係取決於壓力容器的大小，故壓力容器內的氣體或流體可在合理的時間內以適當的流量及較低的壓力排出，以便存取壓力容器。

因此，用於安裝螺栓組件50與安全潰裂盤組件30之釋壓端口24可配置在任何有適當平面或曲面設計之壓力容器子結構內(例如端蓋、側壁、管口凸緣、或類似的元件)，只要該子結構具有足夠的厚度以支撐及容納這些附屬元件。

以上所揭示的，僅係本案數較佳實施方式而已，不能以此來限定本案實施例的範圍，本技術領域內的一般技術人員根據本案所做的均等變化，以及本領域內技術人員熟知的改變，都應仍屬本案專利涵蓋的範圍。

10．．．壓力容器

11、12．．．蓋體

13、13’．．．進口端

14．．．出口端

15．．．進口閥

16．．．出口閥

17．．．管路

18．．．壓力容器外部

19．．．壓力容器內部

20．．．釋壓系統

21、73．．．螺牙

22．．．端蓋

23．．．環狀凹洞

24．．．釋壓端口

25．．．環狀就位表面

26．．．周圍側壁

LA．．．縱軸

27．．．階級部

28．．．第一大直徑部

29．．．外表面

30．．．安全潰裂盤組件

32．．．安全潰裂盤

33．．．斜角環狀表面

34．．．環狀就位凸緣

31、35．．．中心孔徑

36．．．外支撐元件

37．．．內支撐元件

38．．．座體

39．．．斜角表面

40．．．中央部

41．．．內凹表面

42．．．外凸表面

43．．．容室

50．．．螺栓組件

60．．．外螺栓

61．．．外螺牙

62．．．內螺牙

63．．．中央通道

64、75．．．近端

65、74．．．遠端

66．．．小直徑段

67．．．中段

68．．．更大直徑段

70．．．第二內螺栓

71．．．螺桿

72、91．．．操作端

80．．．穿刺元件

81、83、85．．．尖端

82．．．尖釘

84．．．鑽頭

86．．．切割面

87．．．安裝端

88．．．軸向通孔

89．．．延伸孔

90．．．螺桿

91．．．操作端

92．．．定位螺絲

93．．．排氣孔

94．．．內表面

95．．．第二小直徑部

96．．．外部環狀邊緣

97．．．工作端

G．．．間隙

M．．．基質材料

第1A圖為一傳統壓力容器之截面側視圖，此壓力容器係無限制的用於材料萃取過程中。

第1B圖為第1A圖中之壓力容器的端面圖，顯示進口端及蓋體。

第2圖為本發明揭露之具有一釋壓系統的壓力容器之一實施例的截面側視圖。

第3圖為第2圖中，端蓋的截面放大側視圖。

第4圖為第2圖及第3圖中，螺栓組件自壓力容器脫離後之截面放大側視圖。

第5圖為第3圖中之釋壓系統的端面圖。

第6及第7圖為第2至4圖中，穿刺元件之二種可能實施例的側視圖。