[发明专利]二氧化碳压缩和输送系统

说明书

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。

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