JP2013519041A - 流体を液化し且つ液化流体を貯蔵するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
流体の流れを液化し且つ液化流体を貯蔵するデュワーシステムが構成される。デュワーシステムは単一の可搬なハウジング内に配置される。デュワーシステムの構成部品を単一のハウジング内に配置することは、液化流体が、流体を液化するよう構成される熱交換組立体と液化流体を貯蔵するよう構成される貯蔵組立体との間で、強化された方法で移転されることを可能にする。1つの実施態様において、デュワーシステムによって液化され且つ貯蔵される流体の流れは、酸素(例えば、純酸素)、窒素、及び/又は、何らかの他の流体である。
Description
(関連出願の参照)
本出願は、2009年9月29日に出願された米国仮特許出願番号第61/246,558号の35 U.S.C.§119(e)の下の優先権の利益を主張し、その全文を参照としてここに組み込む。
本出願は、2009年9月29日に出願された米国仮特許出願番号第61/246,558号の35 U.S.C.§119(e)の下の優先権の利益を主張し、その全文を参照としてここに組み込む。
本発明は、流体の液化に関し、液化される流体(液化流体)の貯蔵に関する。具体的には、本発明は、一体的且つ統合的な方法で液化及び貯蔵をもたらすシステムに関する。
液化流体の温度を下げ且つ圧力を上げることによって酸素、窒素、及び/又は、他の流体のような流体を液化するよう構成されるシステムが知られている。同様に、液化流体を貯蔵するよう構成されるシステムも知られている。しかしながら、これらのシステムは、一般的には、別個の課題に対する別個の解決策として構成されている。結果的に、流体を別々に液化し且つ貯蔵するよう構成される従来的な装置は、液化システムから貯蔵システムへの流体の移動に依存するが、それは非効率的であり、誤作動及び故障の傾向がある。更に、液化及び貯蔵のための別個のシステムを実施することは、そのような便利な解決策の可搬性、入手可能性、及び/又は、有用性を抑制し得る。
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
本発明の1つの特徴は、流体を液化し且つ液化流体を貯蔵するよう構成されるシステムに関する。1つの実施態様において、システムは、ハウジングと、熱交換器と、流体貯蔵組立体とを含む。ハウジングは、ハウジングの内部を大気から実質的に封止するよう構成される。熱交換組立体は、ハウジング内に配置される。熱交換組立体は、ハウジングの内側からハウジングの外側に通じる流体導管を含み、流体導管は、ハウジングの外側に配置される流体流生成器から、気体状態にある流体の流れを受け入れるよう構成される。熱交換組立体は、流体導管を介して熱交換組立体内に受け入れられる流体の流れを液化するよう構成される。流体貯蔵組立体は、ハウジング内に配置される。流体貯蔵組立体は、熱交換組立体と流体連絡し、熱交換組立体によって液化される流体を貯蔵するよう構成される。
本発明の他の特徴は、流体を液化し且つ液化流体を貯蔵する方法に関する。1つの実施態様において、方法は、キャビティを大気から実質的に封止すること、流体導管を通じてキャビティの外側からキャビティ内に気体状態にある流体の流れを受け入れること、流体導管を介してキャビティ内に受け入れられる流体の流れを液化すること、液化される流体をキャビティ内に配置される貯槽内に方向付けること、及び、液化流体を貯槽内に貯蔵することを含み、流体の流れは気体状態においてキャビティ内に受け入れられる。
本発明の更に他の特徴は、流体を液化し且つ液化流体を貯蔵するよう構成されるシステムに関する。1つの実施態様において、システムは、キャビティを大気から実質的に封止する手段と、キャビティの外側からキャビティ内に気体状態にある流体の流れを受け入れる手段と、キャビティ内に受け入れられる流体の流れを液化する手段と、液化流体を貯槽内に貯蔵する手段とを含み、流体の流れは、気体状態において、受け入れる手段によってキャビティ内に受け入れられ、流体の流れを液化する手段は、キャビティ内に配置される。
本発明のこれらの及び他の目的、機能及び特徴、並びに、操作の方法、構造の関連素子の機能、部品の組み合わせ、及び、製造の経済は、添付の図面を参照して以下の記載及び付属の請求項の考察した後、明らかになるであろう。それらの全ては本明細書の一部であり、同様な番号は様々な図面中の対応する部品を指している。本発明の1つの実施態様において、ここに例示される構造的な構成部品は比例的に描写されている。しかしながら、図面は例示及び記載の目的のためだけであり、本発明を限定するものではないことが明示的に理解されるべきである。加えて、ここにおける任意の1つの実施態様に示され或いは記載される構造的な機能を他の実施態様においても同様に使用し得ることが理解されなければならない。しかしながら、図面は例示及び記載の目的のためだけであり、本発明の限界の定義として意図されていないことが明示的に理解されるべきである。明細書及び請求項中で使用されるとき、文脈が他のことを明確に示さない限り、不定冠詞の単一形態は、複数の指示物を含む。
図1及び2は、流体の流れを液化し且つ液化される流体(液化流体)を貯蔵するよう構成されるデュワーシステム(Dewar system)10を例示している。デュワーシステム10は、単一の可搬なハウジング12内に配置される。デュワーシステム10の構成部品を単一ハウジング内に配置することは、流体を液化するよう構成される熱交換組立体14と液化流体を貯蔵するよう構成される貯蔵組立体16との間で、液化流体が強化された方法で移動されることを可能にする。例えば、ハウジング12内に熱交換組立体14と貯蔵組立体16とを密閉することの故に、流体は、周囲環境に対して個別に絶縁される必要のある導管又はライン(線)を必要とせずに、熱交換組立体14と貯蔵組立体16との間で移動される。他の例として、ハウジング12内での熱交換組立体14及び貯蔵組立体16の密閉は、デュワーシステム10の可搬性及び/又は有用性を強化し得る。1つの実施態様において、デュワーシステム10によって液化され且つ貯蔵される流体の流れは、酸素(例えば、純酸素)、窒素、及び/又は、何らかの他の流体である。
ハウジング12は、ハウジング12の内部を大気から実質的に封止するよう構成される。よって、ハウジング12の内部は、周囲環境から実質的に封止されたキャビティ(空洞)18を形成する。これは、ハウジング12のキャビティ18内に配置されるデュワーシステム10の構成部品のために、周囲環境からの幾らかの隔離をもたらす。この隔離を強化するために、ハウジング12を絶縁材料で形成し得る。非限定的な実施例として、ハウジング12をステンレス鋼及び/又は他の材料で形成し得る。熱交換組立体14及び貯蔵組立体16を環境から更に絶縁するために、1つの実施態様では、ハウジング12と熱交換組立体14及び/又は貯蔵組立体16が配置されるキャビティ18の部分との間で、ハウジング12を排気し得る。創成される真空は、熱交換組立体14及び/又は貯蔵組立体16のための絶縁及び/又は保護の強化層をもたらし得る。絶縁をもたらすことに加えて、ハウジング12は、その中に配置される構成部品のための構造的保護も提供する。よって、ハウジング12は、落下、衝突、及び/又は、デュワーシステム10が受ける他の力によって引き起こされる破壊に抗するよう剛的である。加えて、追加的な1つ又はそれよりも多くの層の放射線バリアとしてハウジング12の内部及び/又はハウジング内に収容される構成部品を塗工するよう絶縁ラップ(図示せず)も使用し得る。
1つの実施態様において、ハウジング12は、第一ピース20と、第二ピース22とで形成される。第一ピース20は、キャビティ18が縁部24によって形成される開口を有するよう、ハウジング12のキャビティ18を形成する。第二ピース22は蓋であり、キャビティ18を環境から実質的に封止するよう、キャビティ18の縁部24で第一ピース20に選択的に結合される。図1及び2に示されるように、解放可能な締結具26(例えば、ボルト及びナット)を介して、第一ピース20と第二ピース22との間の選択可能な結合を達成し得る。他の実施態様では、第一ピース20を第二ピース22と選択的に結合するための代替的な機構を実施し得る。例えば、解放可能なキャッチ及び/又はラッチ、ネジ嵌め、摩擦嵌め、プレス嵌め、スナップ嵌め、回止め機構、及び/又は、構成部品を選択的に結合するための他の機構を介して、第一ピース20を第二ピース22に選択的に結合し得る。図1及び2に例示される実施態様では、第一ピース20と第二ピース22とを互いに完全に分離し得るが、これに限定されることは意図されていない。むしろ、1つ又はそれよりも多くの場所で、取り外し不能な方法において、第一ピース20と第二ピース22とを互いに結合し得る。例えば、蝶番を介して第一ピース20と第二ピース22とを1つ又はそれよりも多くの場所で結合し得る。第一ピース20を第二ピースから部分的に分離し、互いに離れる方向に旋回して、ハウジング12のキャビティ18を大気に晒し得る。1つの実施態様において、第一ピース20及び第二ピース22は、取り外し不能な方法で結合される(例えば、溶接される)。
熱交換組立体14は、気体状態にある流体の流れを受け入れ、受け入れた流体の流れを液化するよう構成される。熱交換組立体14は、ハウジング12の外部の流体源(図示せず)から流体の流れを受け入れる。流体源は、例えば、流体流生成器(例えば、圧力揺動吸着生成器)、貯蔵キャニスタ、壁ガス接続、及び/又は、他の流体源を含み得る。
熱交換組立体14は、流体の温度を下げることによって流体の流れを液化するよう構成される。これは流体を1気圧で約100°K以下に過冷却することを含み得る。以下に議論するように、1つの実施態様において、熱交換組立体14は、圧縮器冷却冷媒の循環によって動作する。しかしながら、これに限定されることは意図されず、流体流を液化するために、他の種類の熱交換システムをハウジング12内に(全体的に又は部分的に)配置し得る。例えば、圧縮器冷却冷媒(例えば、液体窒素)よりもむしろ、何らかの他の種類の過冷却流体を熱交換組立体14内で循環し得る。
貯蔵組立体16は、熱交換組立体14によって液化される液体を貯蔵するよう構成される。1つの実施態様において、貯蔵組立体16は、貯蔵貯槽28を含む。貯蔵貯槽28は、熱交換組立体14によって液化される流体が貯蔵貯槽28内に向けられるよう、熱交換組立体14と流体連絡する。次に、液化流体は、必要とされるまで、貯蔵貯槽28内に保持される。液化流体が貯蔵貯槽28内に貯蔵されると、貯蔵貯槽28内の温度は、流体の一部が沸騰し始めて気体状態になる地点まで上昇し得る。この沸騰流体の少なくとも一部をハウジングから排出して、貯蔵貯槽28内の圧力を管理可能なレベルに維持する。
1つの実施態様において、ハウジング12はシリンダとして形成される。ハウジング12のこの実施態様は、第二ピース22によって形成される頂部30と、第一ピース20によって形成される底部32とを有する。ハウジング12が、図1及び2に示される実施態様における底部32の上に位置付けられるとき、熱交換組立体14及び貯蔵組立体16は、熱交換組立体14が貯蔵組立体16の上に位置付けられる垂直構造において、ハウジング12内に配置される。
1つの実施態様において、貯蔵組立体16は、第一ピース20と一体的に又は固定的に形成される。ここで使用されるとき、第一ピース20と一体的又は固定的な貯蔵組立体16の形成は、標準的な使用及び/又は保守の間に、これらの2つの構成部品が分離されることが意図されないような貯蔵組立体16及び第一ピース20の構造を指す。貯蔵組立体16及び第一ピース20の分離を達成し得るが、これらの構成部品の間の確実な又は統合的な取付けへの言及は、典型的な使用の間のこの取付けの相対強度及び耐久性を反映している。
1つの実施態様において、熱交換器組立体14は、第二ピース22と一体的に又は固定的に形成される。ここで使用されるとき、第二ピースと一体的又は固定的な熱交換組立体の形成への言及は、標準的な使用及び/又は保守の間に、これらの2つの構成部品が分離されることが意図されないような熱交換組立体14及び第二ピース22の構造を指す。熱交換組立体14及び第二ピース22の分離を達成し得るが、これらの構成部品の間の固定的な及び/又は一体的な取付けへの言及は、典型的な使用の間のこの取付けの相対強度及び耐久性を反映している。
図1及び2に例示される実施態様における貯蔵組立体16と第一ピース20との一体的且つ固定的な形成、及び、熱交換組立体14と第二ピース22との一体的且つ固定的な形成の故に、第一ピース20と第二ピース22とを分離して、第二ピース22を第一ピース20から取り外すことは、ハウジング12のキャビティ18からの熱交換組立体14の引き抜きをもたらす。しかしながら、この分離は、貯蔵組立体16をキャビティ18内に残す。よって、ハウジング12の第二ピース22がハウジング12の第一ピース20から分離されるとき、熱交換組立体14を貯蔵組立体16との流体連絡に置くインターフェース組立体34は、熱交換組立体14が流体連絡貯蔵組立体16から選択的に解放されることを可能にする。
図3及び4は、ハウジング12が底部32の上に位置付けられるとき、(一方が他方の上に位置するよりもむしろ)熱交換組立体14及び貯蔵組立体16がハウジング12内に並んで配置される、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。図3及び4に描写される1つ又はそれよりも多くの実施態様では、熱交換組立体14を熱交換組立体14と一体的に且つ固定的に形成し得るよう、ハウジング12の第二ピース22は、熱交換組立体14の上に配置される。
図4に示されるデュワーシステム10の図面では、流体出口36が貯蔵組立体16とハウジング12の外部との間の選択的な流体連絡をもたらす。流体出口36は、貯蔵貯槽28内の圧力維持のために及び/又は使用のために、貯蔵組立体16内に貯蔵される流体が貯蔵貯槽28から放出されることを可能にする。流体出口36は、出口導管38と、出口弁40とを含む。出口導管38は、貯蔵貯槽28内からの流体をハウジング12の外部に運ぶ。出口弁40は、貯蔵貯槽28からの流体を貯蔵貯槽28から制御可能な方法で放出し得るよう、出口導管38を選択的に封止するよう構成される。1つの実施態様では、出口弁40よりもむしろ、流体出口36は、インターフェース組立体34が貯蔵貯槽28からの流体の放出を可能にする弁組立体と確実にインターフェース接続されることを可能にする、インターフェース(例えば、ネジ山付き構成部品、回止め付き機構を備える構成部品等)を含み得る。貯蔵貯槽28からの流体を(例えば、圧力維持のために)気体状態において及び/又は(例えば、使用のために)液体状態において放出するように流体出口36を構成し得る。
図5及び6は、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。図5及び6に例示される実施態様において、第二ピース22は、第一ピース20の縁部24に選択的に結合される実質的に平坦な蓋として形成されていない。その代わり、第二ピース22自体がハウジング12のキャビティ18の一部を形成している。図5及び6中に見ることができるように、熱交換組立体14は、第二ピース22によって形成されるキャビティ18の一部の内側に入れ子状に構成されているのに対し、貯蔵組立体16は、第一ピース20によって形成されるキャビティ18の一部の内側に入れ子状に構成されている。
1つの実施態様では、ガスケット42が第一ピース20と第二ピース22との間に配置されている。1つ又はそれよりも多くの開口44がガスケット42内に形成されている。ハウジング12内に収容されるデュワーシステム10の構成部品は、1つ又はそれよりも多くの開口44を通じてハウジング12の外部と連絡する。例えば、開口44を通じて流体源からの流体を熱交換組立体に連絡し、開口44を通じて貯蔵貯槽28内に貯蔵される流体をハウジングの外部に連絡し、且つ/或いは、1つ又はそれよりも多くの開口44を通じてハウジング12内のデュワーシステム10の他の構成部品をハウジング12の外部と連絡し得る。
図7及び8は、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。図7及び8に例示される実施態様において、貯蔵貯槽16は熱交換組立体14内に配置されている。図7及び8に示されるデュワーシステム10の描写において、貯蔵貯槽16は、熱交換組立体14内に完全に位置付けられるように示されている。これに限定されることは意図されていない。1つの実施態様において、熱交換組立体14は貯蔵組立体16を部分的にだけ取り囲んでいる。
図9乃至13は、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示しており、熱交換組立体14は、図1及び2に示される方法において貯蔵組立体16の上に位置付けられている。図9を特に参照すると、熱交換組立体14は、ハウジング12内に配置される熱交換ハウジング46によって包まれるように示されている。熱交換ハウジング46は、熱交換組立体14と周囲環境との間の他の絶縁層をもたらし、ハウジング12と熱交換ハウジング46との間に気体(又は真空)のポケットを創成し、それは熱交換組立体14を更に絶縁する。
1つの実施態様において、熱交換組立体14は、冷媒導管48を含む。冷媒導管48は(例えば、第二ピース22で)ハウジング12を通過し、熱交換組立体14をハウジング12の外部と連絡する。冷媒導管48は、冷却冷媒の流れを受け入れ且つ循環するよう構成される。冷却冷媒の流れを、例えば、ハウジング12の外側に配置され且つ冷媒を冷却するコンプレッサ(図示せず)から受け取り得る。冷媒導管48の長さを通過した後、冷媒導管48によってハウジング12から外に冷媒を運搬し得る(例えば、更なる冷却及び再循環のためにコンプレッサに戻し得る)。1つの実施態様では、冷媒導管48をコイル内に配置し、或いは、全体的に熱交換組立体14の容積を最小限化しながら、その内部に含められる冷媒導管48の長さを増大するよう設計される、何らかの他のラビリンス構造内に配置し得る。
図9に見ることができるように、1つの実施態様において、熱交換組立体14は、熱交換組立体14と熱連絡して配置される流体導管50を含む。1つの実施態様では、冷媒導管48が流体導管50の長さに沿ってヒートシンクを形成するよう、流体導管50は、冷媒導管48の隣に及び/又は冷媒導管48と接触して配置される。流体導管50は、(例えば、第二ピース22で)ハウジング12を通過し、ハウジング12の外部と連絡する。流体導管50は、流体源から気体状態において流体の流れを受け取るように構成される。受け取られる流体の流れは、流体導管50を通じて方向付けられる。流体の流れが流体導管50を通過すると、熱が冷媒導管48によって流体から除去される。これは流体の流れの温度を流体が気体状態から液体状態に変換される地点まで減少する。流体導管50内の流体からの熱の除去は、流体の流れの温度を過冷レベルまで減少し得る。
1つの実施態様において、熱交換組立体14は、冷ヘッド(cold head)52を含む。冷媒導管48の長さに沿って流体の流れを方向付けた後、流体導管50は、流体の流れを冷ヘッド52内にもたらし得る。冷ヘッド52は、流体導管50内で液化されない如何なる流体も冷ヘッド52内で液化されるよう、流体の流れの温度を更に減少するよう構成される。図9に例示される1つの実施態様において、冷ヘッド52は、二次冷媒導管54と、凝結チャンバ56とを含む。
二次冷媒導管54は、(例えば、冷媒導管48、外部源等から)冷却冷媒を受け取り、冷媒を循環するよう構成される。二次冷媒導管54は、冷ヘッド52と熱連絡する。1つの実施態様において、二次冷媒導管54、冷ヘッド52の外側の周りに配置され、冷ヘッド52のためのヒートシンクをもたらす。
凝結チャンバ56は、冷ヘッド52の本体によって形成される。凝結チャンバ56は、流体入口58と、流体出口60とを含む。流体入口58は流体導管50と連絡し、冷却され且つ少なくとも部分的に液化された流体を流体導管から受け取る。流体出口60は貯蔵貯槽28と連絡し、貯蔵のために液化流体を貯蔵貯槽にもたらす。1つの実施態様では、1つ又はそれよりも多くの融合構造(coalescing structure)62が凝結チャンバ56内に形成される。融合構造62は過冷表面を形成するよう構成され、未だ液化されていない流体を過冷表面の上で凝結し得る。融合構造62は、二次冷媒導管54によって冷ヘッド52にもたらされるヒートシンクによって冷却される。1つの実施態様において、凝結チャンバ56は、銅、アルミニウム、又は、二次冷媒導管54による融合構造62からの熱の除去を増大する他の材料のような、熱伝導性材料で形成される。
運転中、少なくとも部分的に液化された流体は、流体入口58を通じて冷ヘッド52内に導入され、流体出口60に向かって移動する。流体が流体入口58から流体出口60に凝結チャンバ56を通過するとき、液化されていない流体は融合構造62の上で凝結されるようになる。よって、貯蔵及び/又は使用のために冷ヘッド52から貯蔵貯槽28にもたらされる流体は、実質的に完全に液化される。
図9は、トランスフィル管64(transfill tube)と、流体通気口66とを更に例示している。トランスフィル管64は、(例えば、使用のために)貯蔵貯槽28内の液化流体をハウジング12の外部と連絡するよう構成される。流体通気口66は、貯蔵貯槽28内に貯蔵される流体が排気されるのを可能にする。例えば、流体通気口66を通じて(沸騰後に)気体状態にある流体を貯蔵貯槽28から選択的に排気することによって、貯蔵貯槽28内に貯蔵される液化流体が沸騰することによって引き起こされる貯蔵貯槽28内の高圧を規制し得る。
図9に見ることができるように、1つの実施態様において、インターフェース組立体34は、貯槽ネック68と、貯槽蓋70とを含む。貯槽ネック68は、熱交換組立体14に向かって面する貯蔵組立体16の貯蔵貯槽28内の開口に設けられる。貯槽ネック68は、概ね円筒形の形状を有する。デュワーシステム10が組み立てられ且つ運転可能であるとき、貯蔵ネック68は、貯蔵貯槽28と反対側の貯槽ネック68の端部で、熱交換ハウジング46内に形成される開口72内に取り外し可能に位置付けられる。図9に例示される1つの実施態様において、デュワーシステム10が組み立てられ且つ運転可能であるとき、冷ヘッド52は貯蔵ネック68の内側に配置されるよう構成される。
貯槽蓋70は、貯槽ネック68によって貯蔵貯槽28内の開口を充填するよう構成され、それによって、貯蔵貯槽28を取り囲む。1つの実施態様において、貯槽蓋70は、貯蔵貯槽28を封止する。例えば、図10は、貯槽蓋70によって支持されるシール74の拡大図を提供している。シール74は、Oリング76と、貯槽蓋70上の所定位置にOリング76を保持するバネバッカ(spring backer)78とを含む。デュワーシステム10が組み立てられ且つ運転可能であるとき、Oリング76は、貯蔵貯槽28の開口に形成されるリップ(lip)80と接触し、貯蔵貯槽28を封止する。
図11は、熱交換組立体14とインターフェース組立体34との一体的な拡大図を提供し、図12は、インターフェース組立体34のみの拡大図を提供している。これらの拡大図に見ることができるように、1つの実施態様において、冷ヘッド52内に形成される融合構造62は、スペーサ84によって分離される複数のスクリーンメッシュ82を含む。熱伝導を通じた二次冷媒導管54による融合構造62からの熱の除去を増大するために、スクリーンメッシュ82及び/又はスペーサ84を銅、アルミニウム、又は、他の材料で形成し得る。
図13は、第二ピース22と一体的に又は固定的に形成された熱交換組立体14の図面を提供している。具体的には、図13に示される図面において、ハウジング12を開放するために第一ピース20から第二ピース22を分離することは、熱交換組立体14がハウジング12から取り外されることをもたらす。図13に見ることができるように、熱交換組立体14に加えて、1つの実施態様において、第二ピース22は、インターフェース組立体34の少なくとも一部(例えば、リップ80)を支持する。
図14乃至17は、熱交換組立体14が図1及び2に示される方法において貯蔵組立体16の頂部の上に位置付けられる、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。図14乃至17に例示される1つ又はそれよりも多くの実施態様において、熱交換組立体14は、二次冷媒導管又は凝結チャンバを含まない。その代わり、流体導管50から放出される流体は、貯槽ネック68によって形成されるチャンバ内にもたらされる。例えば、図15の拡大図に見ることができるように、このチャンバ内には冷ヘッド52も配置される。
冷ヘッド52は、冷ヘッド52上の表面積の量を増大する傾向を有する断面を有して形成される。流体が流体導管50から貯槽ネック68によって形成されるチャンバ内に進入すると、依然として気体状態にある流体は、冷ヘッド52と接触するようになる。これは流体を凝結させ、次に、貯蔵のために貯蔵貯槽28内に流下させる。
図15に見ることができるように、貯槽ネック68内のチャンバは、部分的に蓋86によって形成される。蓋86は貯槽ネック68と協働してチャンバを形成するが、蓋86はチャンバを熱交換組立体14から封止しない。その代わり、気体状態にある貯蔵貯槽28内の流体は、蓋86を通じて及び/又は蓋86を回って、貯蔵貯槽28から熱交換組立体14内に漏れ得る。例えば、蓋86と貯槽ネック68との間の係合を封止し得ず、且つ/或いは、蓋86は図16に示される通気開口88を形成し得る。図14に戻ると、貯蔵貯槽28から気体状態において熱交換組立体14内に漏れ出す流体を、流体出口90を通じてハウジング12から(例えば、大気に)放出し得る。
図17は、熱交換組立体14と、第二ピース22との一体的及び/又は固定的な形成の故にデュワーシステム10から分離される、インターフェース組立体34の一部(例えば、蓋86)との図面を提供している。図17に見ることができるように、図14乃至17に例示される1つの実施態様において、第一ピース20から分離する第二ピース22は、(冷ヘッド52を備える)熱交換組立体14及び蓋86がハウジング12のキャビティ18から取り外されることを可能にする。
図18乃至21は、熱交換組立体14が図1及び2に示される方法において貯蔵組立体16の頂部の上に位置付けられる、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。図18乃至21に例示される1つの実施態様において、冷ヘッド52は、貯槽ネック68内に配置されておらず、その代わり、熱交換組立体14の残部と共に熱交換ハウジング46内に位置付けられている。
図19及び20に見ることができるように、インターフェース組立体34は、貯槽ネック68と貯蔵貯槽28とを熱交換ハウジング46から封止する蓋92を含む。図21に示されるように、ハウジング12の第二ピース22がハウジング12の第一ピース20から分離されるとき、蓋92は、熱交換組立体14と共にキャビティ18から取り外される。
図22は、熱交換組立体14が図1及び2に示される方法において貯蔵組立体16の頂部の上に位置付けられる、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。しかしながら、図22に例示される1つの実施態様において、貯槽ネック68は、貯槽貯蔵28からキャビティ18内の開口までハウジング12を貫通して延在し、デュワーシステム10が完全に組み立てられるとき、ハウジング12の第二ピース22と係合するよう構成される。よって、ハウジング12の内部が排気(pump down)され、内部に真空を形成するならば、真空空間は、貯蔵貯槽28及び貯槽ネック68を取り囲む。
図22に例示される1つの実施態様において、熱交換組立体14は、熱交換ハウジング46内に収容されず、その代わり、ハウジング12の内側の真空空間内で貯槽ネック68の少なくとも一部を取り囲むよう構成される。例えば、冷媒導管48及び流体導管50を、ハウジング12内に形成される真空空間内で、貯槽ネック68の周りに巻き付け得る。一部の実施態様では、流体導管50を冷媒導管48の周りに巻き付け得る。これは冷媒導管48を通じて流れる冷媒によって流体導管50内の流体から除去される熱の量を増大し得る。
図22に例示される1つの実施態様において、熱交換組立体14は、ハウジング12の第二ピース22と一体的に及び/又は固定的に形成される。よって、第一ピース20から第二ピース22を取り外すことによってハウジング12が分解されるならば、熱交換組立体14はキャビティ18から引き抜かれる。しかしながら、これに限定されることは意図されず、1つの実施態様では、第二ピース22が第一ピース20から取り外されるならば、熱交換組立体14がキャビティ18内に位置付けられたままの状態であるように、熱交換組立体14は、ハウジング12の第一ピース20と共に一体的に又は固定的に形成される。
図23及び24は、熱交換組立体14及び貯蔵組立体16が図3及び4に示されるような方法においてハウジング12内に並んで位置付けられる、デュワーシステム10の1つ又はそれよりも多くの実施態様を例示している。1つの実施態様において、流体は流体導管50によって熱交換組立体14内に受け入れられ、図9乃至13に関して上述した方法と殆ど同じ方法で、熱が流体導管50内の流体から除去される。次に、流体は冷ヘッド52内に計量分配され、冷ヘッド52自体は、熱交換組立体14の残部と共に熱交換ハウジング46内に配置される。
図23及び24に例示される1つの実施態様では、熱交換組立体14によって液化された後、流体がインターフェース組立体34によって冷ヘッド52から貯蔵貯槽28に供給される。この実施態様では、インターフェース組立体34は、冷ヘッド52を貯蔵貯槽28と連絡するサイフォン導管94を含む。ハウジング12からの取り外しのために熱交換組立体14を貯蔵組立体16から選択的に分離し得るよう、サイフォン導管94を解放可能な二個(ツーピース)構造で形成し得る。或いは、サイフォン導管94を、冷ヘッド52の出口から貯蔵貯槽28の入口まで走る、単一の又は少なくとも実質的に解放不能な導管として形成し得る。
図24の拡大図に具体的に見ることができるように、熱交換ハウジング46と貯蔵貯槽28との間で、サイフォン導管94を形成する材料の厚みは、熱交換組立体14内の材料の厚みよりも大きくあり得る。これはサイフォン導管94によって形成される流路を絶縁し、且つ/或いは、ハウジング12の内部が真空下にある実施態様において、サイフォン導管94がその構造的完全性を維持するのを可能にし得る。
現時点で最も実用的且つ好適であると考えられる実施態様に基づき本発明を例示の目的のために詳細に記載したが、そのような詳細は専らその目的のためであること、並びに、本発明は開示の実施態様に限定されず、逆に、付属の請求項の精神及び範囲内にある変更及び均等構成をカバーすることが意図されることが理解されるべきである。例えば、本発明は、可能な限り、任意の実施態様の1つ又はそれよりも多くの機能を任意の他の実施態様の1つ又はそれよりも多くのの機能と組み合わせ得ることを想定することが理解されなければならない。
Claims (15)
- 流体を液化し且つ該液化される流体を貯蔵するよう構成されるシステムであって、
ハウジングと、該ハウジング内に配置される熱交換器と、前記ハウジング内に配置される流体貯蔵組立体とを含み、
前記ハウジングは、前記ハウジングの内部を大気から実質的に封止するよう構成され、
前記熱交換組立体は、前記ハウジングの内側から前記ハウジングの外側に通じる流体導管を含み、該流体導管は、前記ハウジングの外側に配置される流体流生成器から、流体の流れを、その気体状態において受け入れるよう構成され、前記熱交換組立体は、前記流体導管を介して、前記熱交換組立体内に受け入れられる前記流体の流れを液化するよう構成され、
前記流体貯蔵組立体は、前記熱交換組立体と流体連絡し、前記流体貯蔵組立体は、前記熱交換組立体によって液化される流体を貯蔵するよう構成される、
システム。 - 前記ハウジングは、第一ピースと、第二ピースとを含み、前記第一ピース及び前記第二ピースは選択的に連結されて、前記ハウジングの内部を大気から実質的に封止するよう構成され、前記熱交換組立体は、前記ハウジングの前記第一ピースと一体的に又は固定的に形成され、前記流体貯蔵組立体は、前記ハウジングの前記第二ピースと一体的に又は固定的に形成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記ハウジングの前記第二ピースは、前記ハウジングの前記第二ピースの縁部によって形成される開口を有するキャビティを形成し、前記ハウジングの前記第一ピースは蓋であり、該蓋は、前記ハウジングの前記第二ピースの前記縁部に選択的に結合されて、前記ハウジングの前記第一ピースによって形成される前記キャビティを大気から実質的に封止する、請求項2に記載のシステム。
- 前記貯蔵組立体は、貯蔵貯槽から前記ハウジングに延びる貯槽ネックを含み、前記液化される流体が前記貯蔵貯槽から放出されることを可能にし、前記ハウジングと前記貯蔵組立体との間に真空空間が形成され、前記熱交換組立体は、前記真空空間内に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記流体は、酸素である、請求項1に記載のシステム。
- 流体を液化し且つ該液化される流体を貯蔵する方法であって、
キャビティを大気から実質的に封止すること、
流体導管を通じて前記キャビティの外側から前記キャビティ内に気体状態にある流体の流れを受け入れること、
前記流体導管を介して前記キャビティ内に受け入れられる前記流体の流れを液化すること、
前記液化される流体を前記キャビティ内に配置される貯槽内に方向付けること、及び
前記液化される流体を前記貯槽内に貯蔵することを含み、
前記流体の流れは、気体状態において前記キャビティ内に受け入れられる、
方法。 - 前記キャビティを大気から実質的に封止することは、前記ハウジングの内部に形成される前記キャビティを大気から実質的に封止するよう、ハウジングの第二ピースに選択的に結合される前記ハウジングの第一ピースによって行われ、前記流体の流れの液化を行う熱交換組立体が、前記ハウジングの前記第一ピースと一体的に又は固定的に形成され、前記貯蔵貯槽は、前記ハウジングの前記第二ピースと一体的又は固定的に形成される、請求項6に記載の方法。
- 前記ハウジングの前記第二ピースは、前記キャビティが前記ハウジングの前記第二ピースの縁部によって形成される開口を有するように前記キャビティを形成し、前記ハウジングの前記第一ピースは蓋であり、該蓋は、前記蓋を前記ハウジングの前記第二ピースの前記縁部に選択的に結合させることが、前記ハウジングの前記第一ピースによって形成される前記キャビティを大気から実質的に封止するように形成される、請求項7に記載の方法。
- 前記流体の流れの液化を行う熱交換組立体が真空の下にある前記キャビティの一部の内に配置され、且つ、前記貯蔵貯槽の外部にある、請求項6に記載の方法。
- 前記流体は、酸素である、請求項6に記載の方法。
- 流体を液化し且つ該液化される流体を貯蔵するよう構成されるシステムであって、
キャビティを大気から実質的に封止する手段と、
前記キャビティの外側から前記キャビティ内に気体状態にある流体の流れを受け入れる手段と、
前記キャビティ内に受け入れられる前記流体の流れを液化する手段と、
前記液化される流体を前記キャビティ内に貯蔵する手段とを含み、
前記流体の流れは、気体状態において、前記受け入れる手段によって前記キャビティ内に受け入れられ、
前記流体の流れを液化する手段は、前記キャビティ内に配置される、
システム。 - 前記キャビティを大気から封止する手段は、第一ピースと、第二ピースとを含み、前記第一ピース及び前記第二ピースは選択的に結合されて、前記キャビティを大気から封止し、前記液化する手段は、前記実質的に封止する手段の前記第一ピースと一体的又は固定的に形成され、前記貯蔵する手段は、前記実質的に封止する手段の前記第二ピースと一体的又は固定的に形成される、請求項11に記載のシステム。
- 前記実質的に封止する手段の前記第二ピースは、前記キャビティが前記実質的に封止する手段の前記第二ピースの縁部によって形成される開口を有するように前記キャビティを形成し、前記実質的に封止する手段の前記第一ピースは蓋であり、該蓋は、前記蓋を前記実質的に封止する手段の前記第二ピースの前記縁部に選択的に結合させることが、前記キャビティを大気から実質的に封止するように形成される、請求項12に記載のシステム。
- 前記貯蔵する手段の外部にある前記キャビティの前記部分は真空の下にあり、それによって、真空空間を創成し、前記液化する手段は、前記真空空間内に配置される、請求項11に記載のシステム。
- 前記流体は、酸素である、請求項11に記載のシステム。
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