TW201527213A - 形成固體二氧化碳之方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示將液體二氧化碳轉變為固體雪且壓縮為線。一遮罩界定圍繞一成形腔室之一絕緣氣室/空間，該絕緣氣室/空間減少熱傳遞至該成形腔室。產生於程序之一部分氣相流填充該絕緣氣室/空間，進一步減少熱傳遞。
Description
本發明係關於將液體低溫材料轉變為固體低溫材料，且特定言之係關於一種用於由液體二氧化碳形成固體二氧化碳之方法及裝置。
諸如用於產生固體二氧化碳顆粒之二氧化碳系統係為人熟知的，且連同各種相關聯組成部分一起展示在美國專利第4,843,770號、第5,018,667號、第5,050,805號、第5,071,289號、第5,188,151號、第5,249,426號、第5,288,028號、第5,301,509號、第5,473,903號、第5,520,572號、第6,024,304號、第6,042,458號、第6,346,035號、第6,695,679號、及第6,824,450號中，該等專利之全部以引用的方式併入本文。另外，2010年10月19日申請之標題為「METHOD AND APPARATUS FOR FORMING CARBON DIOXIDE PARTICLES INTO BLOCKS」的美國專利臨時申請案第61/394688號、2011年10月19日申請之標題為「METHOD AND APPARATUS FOR FORMING CARBON DIOXIDE PARTICLES INTO BLOCKS」的美國專利申請案第13/276,937號、2011年5月19日申請之標題為「METHOD AND APPARATUS FOR FORMING CARBON DIOXIDE PARTICLES」的美國專利臨時申請案第61/487837號、2012年1月23日申請之標題為「METHOD AND APPARATUS FOR SIZING CARBON DIOXIDE
PARTICLES」的美國專利臨時申請案第61/589551號、2012年1月30日申請之標題為「METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING CARBON DIOXIDE PARTICLES」的美國專利臨時申請案第61/592313號、2012年10月24日申請之標題為「APPARATUS INCLUDING AT LEAST AN IMPELLER OR DIVERTER AND FOR DISPENSING CARBON DIOXIDE PARTICLES AND METHOD OF USE」的美國專利臨時申請案第61/717,818號、2012年2月2日申請之標題為「APPARATUS AND METHOD FOR HIGH FLOW PARTICLE BLASTING WITHOUT STORAGE」的美國專利臨時申請案第61/594,347號、2012年3月8日申請之標題為「APPARATUS AND METHOD FOR HIGH FLOW PARTICLE BLASTING WITHOUT STORAGE」的美國專利臨時申請案第61/608,639號、及2013年2月1刀申請之標題為「APPARATUS AND METHOD FOR HIGH FLOW PARTICLE BLASTING WITHOUT STORAGE」的美國專利申請案第13/757,133號以引用的方式併入本文。
儘管此專利在解釋本發明時具體言之係關於二氧化碳，然本發明不限於二氧化碳，而是可應用於任意合適之低溫材料。因此，本文對於二氧化碳之參考不限於二氧化碳，而是應被理解為包含任意合適之低溫材料。
固體低溫材料，諸如固體二氧化碳，可藉由許多方式形成。藉由經由相變將液體二氧化碳轉變為小固體顆粒(「雪」)，且藉由推動雪穿過模腔使該雪形成為固體二氧化碳線，可形成此等固體顆粒。可將線切割或打碎為短塊，從而形成顆粒。由於此程序，在將液體二氧化碳轉變為固體二氧化碳線期間，一部分二氧化碳變為氣相。大部分此氣相轉變在形成固相雪期間發生。
許多事物(諸如在何壓力下實施此程序、相變下游之背壓、流
率、熱傳遞等等)可影響該程序之良率及效率。本發明之許多態樣包含副產氣相材料排放，副產氣相材料排放降低其內形成雪之腔室內之背壓且減少至該腔室之熱傳遞。
2‧‧‧系統
4‧‧‧框架
6‧‧‧液壓貯器
8‧‧‧馬達/泵
10‧‧‧外殼
12‧‧‧控制項及控制面板
14‧‧‧成形子總成
16‧‧‧液壓氣缸/液壓腔室
18‧‧‧成形腔室總成
20‧‧‧冷卻/出口總成
22‧‧‧遮罩
24‧‧‧成形腔室
24a‧‧‧內表面
24b‧‧‧外表面
26‧‧‧排放孔
28‧‧‧排放孔
32‧‧‧內部腔室
34‧‧‧第一端
36‧‧‧氣缸配接器
38‧‧‧液壓端板
40‧‧‧液壓端板
42‧‧‧連接桿
44‧‧‧第二端
46‧‧‧端板
48‧‧‧隔板/板
48a‧‧‧板
50‧‧‧密封件
52‧‧‧連接桿
52a‧‧‧螺母
54‧‧‧間隔片
58‧‧‧間隔片
60‧‧‧活塞
62‧‧‧液壓桿
64‧‧‧密封帶
66‧‧‧模板
66a‧‧‧模腔
68‧‧‧背襯板
70‧‧‧排放孔
72‧‧‧網篩總成
74‧‧‧絕緣氣室/空間、環形氣室/空間、內部空間
76‧‧‧注入歧管
76a‧‧‧歧管
78‧‧‧內部埠/注入埠/管
80‧‧‧液體二氧化碳源/管
82‧‧‧配件
84‧‧‧固持板/壓力感測埠
86‧‧‧緊固件/管
88‧‧‧鍵槽孔
90‧‧‧可移動門
92‧‧‧鉸鏈軸
94‧‧‧氣缸
96‧‧‧熱交換器
98‧‧‧管
100‧‧‧網篩
100a‧‧‧凸緣部分
102‧‧‧弓狀框架構件
104‧‧‧弓狀框架構件
106‧‧‧安裝構件
108‧‧‧安裝構件
併入此說明書中且組成此說明書之一部分之隨附圖式繪示實施例，且與上文給出的本發明之一般描述及下文給出的實施例之詳細描述一起用以解釋本發明之原理。
圖1係根據本發明之教示所構造之一系統的一右前側透視圖，該系統用於形成固體二氧化碳材料；圖2及圖3係圖1之系統之一成形子總成的一右前端透視圖，該成形子總成包含一驅動氣缸、省略遮罩之成形腔室、及一冷卻總成；圖4與圖2及圖3相似，繪示成形腔室之橫截面；圖5係一替代實施例之一透視圖，其繪示鄰近成形腔室之一熱交換器；及圖6係圖1之系統之通風網篩的一分解透視圖。
現將參考隨附圖式中所繪示之一或多個實施例。
在下列描述中，貫穿若干視圖，類似參考字元指定類似或相應零件。又，在下列描述中，應瞭解，諸如前面、背面、內部、外部等等之術語係方便字詞且不應解釋為限制性術語。在本文所描述之裝置或其等之部分可在其他定向中附接或利用的範圍內，此專利中所使用之術語不意謂限制性。
參考圖1，展示一系統，整體上係以2指示，該系統將液體二氧化碳轉變為可打碎或切割為更短部分或微粒之固體線。應注意，在圖1中未繪示用於打碎或切割線之一裝置。在所描繪之實施例中，系統2包含一框架，整體上係以4指示，該框架支撐液壓貯器6、馬達/泵8及
含有控制項及控制面板12之外殼10。成形子總成14亦由框架承載，且包含液壓氣缸16，成形腔室總成18及冷卻/出口總成20。在圖1中可見，成形腔室總成18包含遮罩22，該遮罩22界定圍繞成形腔室24之絕緣氣室/空間(見圖2至圖4)。遮罩22之內部與排放孔26流體連通，藉此部分副產氣相流自遮罩22之內部排放。視需要，排放孔26可具有一減壓，以自遮罩22之內部牽引部分副產氣體。
遮罩22亦可包含經定位於遮罩22之一低點上之排放孔28，該排放孔28允許遮罩22內之任意冷凝物或其他液體自該排放孔排放至承滴盤30上。可為承滴盤30鋪設一外部排水管。
參考圖2至圖4，繪示成形子總成。在所描繪之實施例中，成形腔室24係界定內部空間32之一氣缸。腔室24包含繞著氣缸配接器36引導之第一端34，該第一端34經固定至液壓端板38。液壓氣缸16具有習知構造，其中藉由連接桿42將液壓端板38固定至液壓端板40。
腔室24包含第二端44，該第二端44呈階狀，且以端板46中之一互補形階狀鑽孔引導。第一端34與第二端44中間係具有一鑽孔之隔板48，腔室24經安置穿過該鑽孔。密封件50可係安置在形成於鑽孔中之一環形溝槽中。
藉由複數個連接桿52，將成形腔室總成18一起固持至液壓氣缸16。第一複數個間隔片54使端板46及板48維持由間隔片54界定之一隔開關係，且第二複數個間隔片58使板48及液壓端板42維持由間隔片58界定之一隔開關係。在所描繪之實施例中，藉由與盲孔螺紋接合，連接桿52於一端經固定至端板46，且藉由螺母52a，連接桿52將成形腔室總成18一起強制固持至液壓端板42。引導直徑、間隔片及連接桿提供適當對準及對抗力，以推進二氧化碳穿過模板(下文所描述)。
活塞60經安置以在成形腔室24內軸向往復運動，該活塞60連接至液壓腔室16之液壓桿62。一或多個密封帶64經設置以在活塞60與成
形腔室24之內表面24a之間形成一密封部。
端板46承載具有複數個模腔66a且由背襯板68支撐的模板66，該背襯板68使相對薄之模板66的結構維持抵抗透過由雪形成之一塊固體二氧化碳而由活塞60施加至模板66的力。
成形腔室24包含經形成穿過成形腔室24之壁的複數個排放孔70。在成形腔室24之外表面24b上，網篩總成72覆蓋排放孔70，防止雪流動穿過排放孔，同時允許副產氣體自排放孔流出。
遮罩22在一端由板48引導一步且在另一端由端板46引導(例如)0.010至0.020餘隙以提供一小幅滑動配合，且由任意合適之密封材料(諸如Teflon®膠帶)密封其間之餘隙。遮罩22由固持板84固持在板46上，固持板84以任意合適之方式(諸如透過延伸穿過鍵槽孔88之複數個緊固件86)固定至板46。使用任意合適之材料及方法(諸如透過Teflon®膠帶)可在遮罩22與板46之間提供一密封件。另外，透過任意合適之材料及方法(諸如透過Teflon®膠帶)，可在固持板84與板46之間提供一密封件。遮罩22因此界定絕緣氣室/空間74，該絕緣氣室/空間74固持任意排放氣體於鄰近形成腔室24處。氣室空間74形成圍繞成形腔室24之一絕緣腔室，該絕緣腔室填充有低溫排出氣體，藉此減少熱量傳遞至成形腔室24。
注入歧管76固定至外表面24b且包含內部埠78，該內部埠78使液體二氧化碳源80與內部空間32選擇性地流體連通。在所描繪之實施例中，80係描繪為接合配件82且延伸穿過板48至埠78中之一管。使用線路中之一閥門(未展示)可將管80選擇性地連接至一液體二氧化碳源。替代地，可提供實際相變噴嘴以在導致液體變相為固體雪之條件下將液體二氧化碳注入至內部32中。如上文所提及，一部分液體流及可能一部分成形雪在藉由來自活塞60之往復運動之循環壓縮被壓縮且再壓縮成一乾冰塊時變為氣體。氣相二氧化碳可通過排放孔70，較佳地以
允許控制內部空間32內之背壓的一方式。壓力感測埠84與內部空間32流體連通，且透過配件及管86連接至一定位於外部之壓力傳感器。可監測內部壓力作為注入液體之量及壓力控制之部分。
氣相變化中之二氧化碳處於低溫，且由遮罩22容納於鄰近成形腔室24處且在絕緣氣室/空間74內。環形氣室/空間74不僅覆蓋排放孔70及排放孔70附近之一邊界，而且實質上覆蓋整個成形腔室24，且在所描繪之實施例中覆蓋其等全部。此提供一絕緣區域且當該絕緣區域充滿所排放之低溫副產氣體時，進一步冷卻成形腔室24。圍繞一成形腔室。
為形成固體二氧化碳，在任意合適之壓力下，藉由透過注入埠78將加壓液體二氧化碳注入至內部腔室32中，加壓液體二氧化碳驟冷為固體而形成雪。在內部腔室32內存在一足量雪之後，活塞60前進，推進雪使其抵靠模板66。在啟動期間，藉由可移動門90封閉背襯板68中之孔，在所描繪之實施例中，藉由氣缸94之選擇性致動，該可移動門90繞鉸鏈軸92樞轉。由於門90密封背襯板68中之孔，氣體及雪不可自孔流出。在冷卻循環期間，雪可驟熱為氣體作為使成形總成18之溫度降低至一穩態操作溫度之程序的部分。在此冷卻循環期間，液壓氣缸總成之液壓係低的，直至由活塞60之重複循環所形成之乾冰塊的厚度足以被推進抵靠模板66且被模板66阻止為止。當液壓超過一可選預定量時，可使活塞66循環達可選預定額外循環次數且隨後打開門90，允許固體線產生而開始成形且自模板66流出。一切割機或一葉輪(兩者皆未展示)可安置在模板66及門90之下游以將線切割或打碎為短段或短塊。
在操作成形總成18期間，副產冷氣之一緩流經收集且經固持鄰近於成形腔室24之外表面24b。儘管來自環境及任意組成部分之熱量被升高其溫度之氣體吸收，鄰近成形腔室24之外表面24b之所得溫度保持
顯著低於環境溫度，藉此減少熱傳遞至成形腔室24。此改良程序之效率及良率。
圖4繪示一替代實施例，其中熱交換器96經安置與成形腔室24呈一熱交換關係。圖24將熱交換器96繪示為一線圈，該線圈經連接至液體二氧化碳源。在所描繪之實施例中，管98提供一流動路徑，該流動路徑自板48a鄰近外表面24b盤繞至歧管76a，在所描繪之實施例中，板48a直接接觸外表面24b。替代地，管78可提供向後穿過板48a之一流動路徑，其中至內部空間74之一管提供一流動路徑，該流動路徑回到如上文針對歧管76所繪示般構造且安置之一歧管。
圖6繪示網篩總成72之一半，網篩總成72之各半部包括網篩100及在徑向方向上提供強度及固持之兩個弓狀框架構件102及104。安裝構件106接合凸緣部分100a，該凸緣部分100a可被固定至網篩總成72之另一網篩的配合凸緣部分/安裝構件。可使用安裝構件108將端100b直接固定至外表面24b。網篩100可係由網篩材料層(諸如在0.187交錯中心上具有0.125英寸之孔、厚0.30英寸且40%打開之多孔304不銹鋼；30/0.0110金屬絲；304 SST金屬絲布；150/0.0026金屬絲；304 SST金屬絲布及60/0.0065、304 SST金屬絲布)製成。可以任意合適之方式，於網篩總成72之周邊將網篩總成72密封至外表面24b。
為達圖解說明及描述之目的，已呈現上述描述。其非旨在詳盡或限制本發明於所揭示之確切形式。根據上文教示，明顯之修改或變動係可能的。選擇且描述實施例以繪示本發明及其應用之原理，以藉此使得一般技術者能夠在各項實施例中利用本發明，且使用適於所設想之特定用途之各種修改。儘管僅詳細解釋有限數量之本發明之實施例，然應瞭解，本發明之範疇不限於上文描述中所闡明或圖式中所繪示之組件之構造及配置的細節。本發明可具有其他實施例且可以各種方式實行或實施。又，為達清晰之目的，本文使用特定術語。應瞭
解，各特定術語包含以一相似方式操作以實現一相似目的之全部技術等效物。希望本發明之範疇係由隨本發明提交之申請專利範圍界定。
14‧‧‧成形子總成
16‧‧‧液壓氣缸/液壓腔室
24‧‧‧成形腔室
24b‧‧‧外表面
40‧‧‧液壓端板
42‧‧‧連接桿
46‧‧‧端板
48‧‧‧隔板/板
52‧‧‧連接桿
52a‧‧‧螺母
54‧‧‧間隔片
58‧‧‧間隔片
72‧‧‧網篩總成
82‧‧‧配件
86‧‧‧緊固件/管
90‧‧‧可移動門
92‧‧‧鉸鏈軸
Claims (15)
- 一種經組態以將液體低溫材料轉變為固體低溫材料之系統，該系統包括：a.一成形腔室，其經組態以接收該低溫材料之顆粒，該成形腔室包括：i.一第一端；ii.一第二端；iii.一內部腔室；及iv.一外表面；b.一模板，其由該第二端承載，該模板具有至少一模腔；c.一活塞，其經安置在該內部腔室中，且可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第二位置相較於該第一位置更靠近該模板；及d.一圍封空間，其圍繞該成形腔室，該圍封空間自鄰近該第二端之一位置延伸至鄰近該第一位置之至少一位置，該圍封空間經組態以容納氣相低溫材料於鄰近該成形腔室之該外表面處。
- 如請求項1之系統，其中該第一端鄰近該第一位置。
- 如請求項1之系統，其中該圍封空間係由下列界定：a.一遮罩，其經安置繞著該外表面且與該外表面分隔開，該遮罩具有一第一端及一第二端；b.一第一板，其經安置鄰近該第一位置，該第一板與該成形腔室且與該遮罩之該第一端密封接合；及c.一第二板，其經安置鄰近該第二位置，該第二板與該成形腔室且與該遮罩之該第二端密封接合。
- 如請求項3之系統，其包括一排放孔，該圍封空間與該排放孔流體連通。
- 如請求項4之系統，其中該排放孔相較於該圍封空間具有一更低之壓力。
- 如請求項3之系統，其包括複數個連接桿，該複數個連接桿之各連接桿之至少一各自部分經完全安置在圍封空間內，且在該第一板與該第二板之間延伸。
- 如請求項1之系統，其中該成形腔室包括在該內部腔室與該圍封空間之間延伸之至少一排放孔，該至少一排放孔經安置在該第一位置與鄰近該第一位置之該第二位置之間。
- 如請求項1之系統，其包括一注入埠，該注入埠經組態以將液體低溫材料之至少一部分驟冷為固體低溫材料，且經安置以將該固體低溫材料注入至該內部腔室中。
- 一種經組態以將液體低溫材料轉變為固體低溫材料之系統，該系統包括：a.一成形腔室，其經組態以接收該低溫材料之顆粒，該成形腔室包括一內部腔室及一外表面；b.一注入埠，其經組態以將液體低溫材料之至少一部分驟冷為固體低溫材料，且經安置以將該固體低溫材料注入至該內部腔室中；及c.一流動路徑，其經組態以使該注入埠與一液體低溫材料源流體連通，該流動路徑之至少一部分經安置與該成形腔室呈一熱交換關係。
- 如請求項9之系統，其中該流動路徑之該至少一部分包括一熱交換器，該熱交換器經安置鄰近該外表面之一部分。
- 如請求項9之系統，其包括圍繞該成形腔室之至少一部分之一圍 封空間，且其中該流動路徑之該至少一部分係安置在該圍封空間內。
- 如請求項9之系統，其包括經安置繞著該外表面且與該外表面分隔開之一遮罩，該遮罩至少部分界定該圍封空間。
- 如請求項12之系統，其中該遮罩包括一第一端及一第二端，且該系統包括第一及第二分隔開之板，該第一板與該第一端及該成形腔室密封接合，且該第二板與該第二端及該成形腔室密封接合。
- 如請求項13之系統，其中該圍封空間係由該遮罩、該第一板、該第二板及該成形腔室界定。
- 如請求項9之系統，其包括一排放孔，該圍封空間與該排放孔流體連通。
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