JP2013537609A - 流体を液化及び保存するシステム並びに方法 - Google Patents

Abstract

流体が、気体状態から液体状態へ液化され、その液化流体は保存される。一実施形態では、流体は酸素である。流体を液化するために使用されるシステムの耐久性、耐用寿命、信頼性、及び効率性を向上させる様々な機構が採用される。

Description

本特許出願は、米国３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）のもとで、優先権の利益を主張する。２００９年９月２８日出願の仮出願６１／２４６１６５は、その内容が、ここに、参照して組み込まれる。

本発明は、流体を気体状態から液体状態へ液化し、その液体状態の流体を保存することに関する。

周囲の温度と圧力で、流体を液化し、保存するシステムは知られている。しかしながら、そうしたシステムは、その液化及び／又は保存アセンブリ内に集まることがある水分が原因となって、非信頼性、非効率性及び非有効性の影響を受けやすい。さらに、液化流体は、保存の間、気体状態へボイルオフ（boil off）し始めるが、流体を液化し保存する従来のシステムは、液化流体を保存する保存アセンブリ内で圧力を調整する効率的な機構（メカニズム）を提供していない。

本発明の一側面は、流体を気体状態から液体状態へ液化し、その液化流体を保存するように構成されたシステムに関する。一実施形態では、本システムは、液化アセンブリ、保存アセンブリ、センサアセンブリ及びコントローラを含む。その液化アセンブリは、流体のフローを気体状態から液体状態へ液化する構成を有する。その保存アセンブリは、その液化アセンブリと流体連通し、液化アセンブリにより液化された流体を保存する構成を有する。そのセンサは、出力信号を生成する構成を有し、その出力信号は、保存アセンブリ内での流体の圧力に関する情報を伝達する。そのコントローラは、そのセンサと動作可能に通信し、その液化アセンブリをその出力信号に応じてコントロールする。その出力信号は、センサにより生成され、保存アセンブリ内の流体の圧力が、閾値以上であるかどうかを示す。その閾値で、液化アセンブリが、保存アセンブリ内の温度を低下させるように、保存アセンブリに導入されるべき追加の流体の液化を開始する。それにより、保存アセンブリ内で、気体状態へボイルオフした流体を、液化状態に凝縮し戻すことにより、保存アセンブリ内の圧力を低下することができる。

本発明の他の側面は、流体を気体状態から液体状態に液化し、その液化流体を保存する方法に関する。一実施形態では、本方法は、流体のフローを気体状態から液体状態へ液化するステップ；その液化流体を容器に保存するステップ；その容器内の圧力を検出するステップ；及び、容器内の流体が気体状態へボイルオフした結果、その容器内の圧力が閾値レベルを超えて上昇することに応じてその容器内で、保存用に追加の流体の液化を開始するステップであって、容器内に保存するための追加の流体の液化と過冷却は、容器内の温度を低下させる、ステップを有し、それにより、保存アセンブリ内で、気体状態へボイルオフした流体を、液化状態に凝縮し戻すことにより、保存アセンブリ内の圧力を低下することができる。

また、本発明の他の側面は、流体を気体状態から液体状態へ液化し、その液化流体を保存するシステムに関する。一実施形態では、本システムは、流体のフローを気体状態から液体状態へ液化する手段；その液化流体を容器内に保存する手段；その容器内の圧力を検出する手段；及び、その容器内の流体が気体状態へボイルオフした結果、その容器内の圧力が閾値レベルを超えて上昇したことに応じて、その容器内に保存するための追加の流体の液化を開始する液化開始手段であって、容器内に保存するための前記追加の液化は、その容器内の温度を低下させる、液化開始手段を有し、それにより、気体状態へボイルオフした容器内の流体を、液化状態に凝縮し戻すことにより、保存アセンブリ内の圧力を低下することができる。

本発明の、これらの及び他の目的、要素及び特徴は、関連する構成要素と部品の組合せの操作と方法、及び製造の経済性と同様、以下の説明と付属の特許請求の範囲を、添付の図面を参照して、（そのすべては本明細書の部分を形成する）考慮することでより明らかになるだろう。添付の図面では、同様の参照番号は、それぞれの図での対応する部分を表す。本発明の一実施形態では、ここで例示される構造的な各要素は、一定の尺度で表示される。しかし、各図面は、例示と説明の目的のみで表され、本発明を限定するものではないことは明確に理解されるべきである。加えて、如何なる一実施形態においても、その中に示され説明される構造上の特徴は、他の実施例でも同様に用いることができることは理解されるべきである。しかし、各図面は、例示と説明の目的のみで表され、本発明の範囲を定義することを意図するものではないことは明確に理解されるべきである。本明細書及び本特許請求の範囲で使用されるように、「一つの」及び「その」の単数形は、その文脈が明確に指示している場合を除き、複数の参照を含む。

図１は、本発明の１つ以上の実施形態に従った、流体を気体状態から液体状態へ液化し、その液化流体を保存するシステムを示す。 図２は、本発明の１つ以上の実施形態に従った、気体状態の流体のフローを液体状態へ液化し始めるための、液化アセンブリを調整する方法を示す。 図３は、本発明の１つ以上の実施形態に従った、気体状態の流体のフローを液体状態へ液化し始めるための、液化アセンブリを調整する方法を示す。 図４は、本発明の１つ以上の実施形態に従った、流体ドライヤーの効率性を維持する方法を示す。 図５は、本発明の１つ以上の実施形態に従った、流体を気体状態から液体状態へ液化し、その液化流体を保存する方法を示す。

図１は、流体を気体状態から液体状態へ液化し、その液化流体を保存するように構成されたシステム１０を図式的に例示したものである。一実施形態では、流体は酸素である。しかし、これは限定することを意図せず、ここで説明するシステム１０（ここでは１つのシステム内で説明し、そのシステムは酸素以外の流体を液化及び／又は保存する）の１つ又は複数の特徴の結合は、この開示の範囲に含まれる。非限定的な例として、その流体は、窒素又は他の流体でもよい。以下で議論されるように、システム１０は、システム１０の、及び／又はそのシステムの個別の要素の、耐久性、耐用寿命及び効率性を向上させる特徴を含む。一実施形態では、システム１０は、コントローラ１２、液化アセンブリ１４、保存アセンブリ１６、流体方向アセンブリ１８、及び／又は他の要素を有する。

コントローラ１２は、システム１０の中で、情報処理とコントロール機能を供給するよう構成される。または、コントローラ１２は、１つ又は複数の、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように設計されたデジタル回路、情報を処理するように設計されたアナログ回路、ステートマシーン（state machine）、及び／又は電子的に情報を処理する他の機構を含んでもよい。コントローラ１２は図１では単一の実体として示されるが、これは例示的な目的のためだけである。いくつかの実施では、コントローラ１２は複数のプロセッサを含んでもよい。これらのプロセッサは、同じ装置内に物理的に配置されてもよく、又は、コントローラ１２は、連動して操作される複数のデバイスの機能の処理を表してもよい。例えば、一実施形態では、コントローラ１２で実現される機能は、熱交換アセンブリ１４に動作可能に接続された第１プロセッサと、保存アセンブリ１６に動作可能に接続された第２プロセッサと、及び／又は、流体方向付けアセンブリ１８に動作可能に接続された第３プロセッサとの間で分配される。コントローラ１２とシステム１０の各要素との間の動作可能な接続は、有線通信回線、無線、通信回線、ネットワーク通信回線、及び／又は専用通信回線を介して、達成されてもよい。一実施形態では、１つまたは複数のコミュニケーションバスがシステム１０に含まれ、そのコミュニケーションバスは、システム１０の各要素とコントローラ１２との間で、出力の経由を決め、通信し、そして入力をコントロールする。

一実施形態では、コントローラ１２は、コントロールインターフェース１３と関連付けられる。コントロールインターフェース１３は、コントロール入力を受信するように構成され、そのコントロール入力は、コントローラ１２による、システム１０の１つ以上の要素のコントロールに関連する。例えば、コントロールインターフェース１３は、ユーザインターフェース及び／又はシステムインターフェースを含んでもよい。コントロールインターフェース１３のユーザインターフェースは、システム１０とユーザとの間にインターフェースを提供するように構成され、そのインターフェースを通して、ユーザは、情報をシステム１０に供給し、システム１０から情報を受信してもよい。これにより、データ、結果、及び／又は指示、そして他の如何なる通信可能なアイテム（集合的に「情報」という）が、ユーザとシステム１０との間で通信可能となる。コントロールインターフェース１３のユーザインターフェースに包含されるのに適したインターフェースデバイスの例は、キーパッド、ボタン、スイッチ、キーボード、ノブ、レバー、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、スピーカー、マイクロフォン、表示ライト、警報、そしてプリンタを含む。一実施形態では、コントロールインターフェース１３のユーザインターフェースは、実際には複数の分離したインターフェースを含み、その機能については以下で説明される。

他の通信技術、有線であれ無線であれ、も本発明によって、コントロールインターフェース１３のユーザフェースとして考慮されることは理解すべきである。例えば、本発明は、コントロールインターフェース１３のユーザインターフェースが、電子記憶装置によって提供されるリムーバブル記憶装置インターフェースと共に一体化されてもよいことを考慮する。この例では、情報は、ユーザがシステム１０の具体化をカスタマイズすることができるよう、リムーバブル記憶装置（例えば、スマートカード、フラッシュドライブ、リムーバブルディスク等）からシステム１０へロードされてもよい。システム１０の使用のため、コントロールインターフェース１３のユーザインターフェースとして適用される、他の例示の入力デバイス及び技術は、ＲＳ２３２ポート、ＲＦリンク、ＩＲリンク、（電話、ケーブル又は他の）モデムを含むが、それに限定されない。要するに、システム１０との情報通信のための如何なる技術も、本発明によって、コントロールインターフェース１３のユーザインターフェースとして考慮される。

コントロールインターフェース１３のシステムインターフェースは、システム１０の要素（例えば、液化アセンブリ１４、保存アセンブリ１６、及び／又は流体方向付けアセンブリ１８の個々の要素）の操作において、変更のコールを受けとるよう構成され、そのコールはシステム１０内から生じる。そうしたコールは、コントローラ１２それ自身によって生成されてもよい。非限定的具体例では、保存アセンブリ１６、又はコントローラ１２は、保存アセンブリ１６と関連するコントロール機能を実行するときには、保存のために保存アセンブリ１６へ供給される液化流体のフローの減少又は増加のコールを発してもよい。コントロールインターフェース１３のシステムインターフェースは、システム１０の要素の動作の変更コールを受けとるように構成され、その変更コールは、システム１０と連携して動作する他のシステムによって発せられる。

液化アセンブリ１４は、流体のフローを気体状態から液体状態へ液化するように構成される。その液化アセンブリ１４は、その流体の相が転移するまで、その流体から熱を除去することにより、流体のフローを液化する。液化アセンブリ１４は、相転移を充分に下回るまで、流体を冷却する。例えば、流体が酸素である一実施形態では、液化アセンブリ１４は、酸素を１バールで約−１８３℃まで冷却する。及び／又は、他の温度まで冷却する。液化アセンブリ１４は、導管２０、熱交換アセンブリ２２、バルブ２４、及び／又は、他の要素を含んでもよい。

導管２０は、入口２６と出口２８とを有し、その導管２０は、流体を入口２６から出口２８へ方向付ける流路を形成する。入口２６は、システム１０に配置され、流体ガスフロー生成器３０によりシステム１０に供給された気体状態の流体のフローを受けとる。その流体ガスフロー生成器３０は、システム１０の中に、システム１０の一体部分として含まれてよく、又は、流体ガスフロー生成器３０は、システム１０の外部にあって、システム１０と連結し、流体のフローをシステム１０に供給してもよい。非限定的な例では、流体ガスフロー生成器３０は、１つ以上の圧力旋回吸着システム、及び／又は他のガスフロー生成器を含んでよい。一実施形態では、導管２０は、例えば銅などの金属物質、及び／又は他の物質で形成された或る長さの管を有する。一実施形態では、導管２０で形成される流路は、コイル形状を有するか、又は、所定範囲内で流路の路長を拡張する他の形状を有する。

熱交換アセンブリ２２は、導管２０と熱的に連通しシステム１０内に配置される。熱交換アセンブリは、導管２０内の流体から熱を除去するように構成される。例えば、一実施形態では、熱交換アセンブリ２２は、圧縮機冷却システムを有し、その圧縮気冷却システムは、導管２０との熱の伝達で（例えば、直接接触して）、本体又は導管２０自体を冷却する。

コントローラ１２は、熱交換アセンブリ２２と動作可能に通信し、熱交換アセンブリの操作をコントロールする。これは、少なくとも第１状態と第２状態とで動作するように、熱交換アセンブリ２２をコントロールすることを含む。第１状態では、熱交換アセンブリ２２は、導管内の流体から熱を除去し、その流体を気体状態から液体状態へ変換する。第２状態では、熱交換アセンブリ２２は、導管内の流体から実質的により少ない熱を除去する。例えば、熱交換アセンブリ２２が前述の圧縮機冷却システムを含む実施形態では、第２状態では、熱交換アセンブリ２２内に含まれる圧縮機の動作は、低減されるか又は停止されてもよい。

コントローラ１２は、熱交換アセンブリ２２をコントロールして、導管を流れる流体を液化する間、熱交換アセンブリ２２は、第１状態で動作する。様々な理由のため、コントローラ１２は、熱交換アセンブリ２２の操作を第１状態から第２状態へスイッチしてもよい。例えば、もしシステム１０の電源が切られるか、又はユーザにより一時停止される（例えば、コントローラ１２への入力により）なら、コントローラ１２は、熱交換アセンブリ２２をコントロールして、第２状態で動作する。他の例として、もし保存アセンブリ１６の保存容量に達したならば、コントローラ１２は、熱交換アセンブリ２２をコントロールし、第２状態で動作し、保存用の液体流体を生成するのを停止する。さらに他の例として、もし流体ガスフロー生成器３０が、気相状態の流体フローを現在生成していないのなら、コントローラ１２は、熱交換アセンブリ２２をコントロールし、第２状態で動作する。

熱交換アセンブリ２２を第１状態で動作する間、導管２０を流れる流体は液化されるが、流体内の水分（例えば、水蒸気及び／又は液体）は、その流体から凍りだし、導管２０の内部に霜を形成する。流体の液化の間、この霜は、それ自身、又は導管２０の部分で導管２０の壁に張り付く傾向はなく、その部分では、流体は、気体状態である（たとえば、導管２０の部分は相対的に入口２６に近い）。しかしながら、導管２０の後段の部分（導管２０の部分は、相対的に出口２８に近い）では、流体は液体状態に変換され、導管２０を通る流体の流速は、実質的に遅い。この流速の低下は、導管２０の後段の部分において、導管２０内で霜を生じさせることがあり、目詰まりを生じさせることもある。

一実施形態では、導管２０の内径は、入口２６から出口２８へ向かって減少する。導管２０の内径における漸進的な減少は、流体内部に霜を増大させ、導管２０を目詰まりさせることがある。さらに、従来の液化システムでは、もし熱交換アセンブリ２２が第２状態で動作するなら、導管２０内の温度は上昇する。このことは、導管２０内の霜を軟化させる（しかし、多くの実施では、その温度は完全に融解するほど高温にはならないだろう）。熱交換アセンブリ２２が第１状態に戻るとすぐに、その霜は、更に軟化され、その後、導管２０を通る最初の流体フローにより、導管２０の下方へ出口２８に向かって移動される。この軟化した霜は、導管２０の壁、及び／又は、それ自体に、より付着しやすく、目詰まりを形成する。導管２０内部の目詰まりは、ネガティブな発生と考えられる。なぜなら、目詰まりは、ダウンタイムをもたらし、メンテナンス（例えば、導管２０の洗浄又は交換）が必要となり、システム１０、及び／又は流体ガスフロー生成器３０の他の要素への付随的なダメージを生じ、及び／又は、他のネガティブな影響を有するからである。

バルブ２４は、流体を、導管２０の出口２８から保存アセンブリ１６に方向付けるか、又は、出口２８でシステム１０から流体を排出するように構成されている。一実施形態では、バルブ２４は第１モード及び第２モードで動作可能である。第１モードでは、バルブ２４は、流体を、導管２０の出口２８からシステム１０の外へ排出する。このことは、流体を、大気へ、及び／又は或る廃棄物容器へ排出することを含んでもよい。第２モードでは、バルブ２４は、流体を、導管２０の出口２８から、保存アセンブリ１６へ方向付ける。

バルブ２４は、コントローラ１２により、第１モードと第２モードの間でコントロールされる。コントローラ１２は、バルブ２４をコントロールし、導管２０内の目詰まりを低減する。これは、熱交換アセンブリ２２を第２状態と第１状態との間でスイッチするとき、バルブ２４を操作し、導管２０の水分を除去することを含む。例えば、一実施形態では、コントロールインターフェース１３は、コントロール信号を受信し、そのコントロール信号は、液化アセンブリ１４内の流体の液化を開始するため（又は再開始）、コントローラ１２が熱交換アセンブリ２２を第２状態から第１状態へスイッチすべきことを示すものである。そうしたコントロール信号に応じて、コントローラ１２は、バルブ２４をコントロールし、流体ガスフロー生成器３０（又は他の気体源）からの気体状態の流体が導管２０を流れる間は、第１モードで動作する。これは、熱交換アセンブリ２２が、動作を第２状態から第１状態へ実際にスイッチする前に発生してもよい。導管２０を通る気体状態の流体フローは、液化アセンブリ１４内の流体の液化を開始する前に、導管２０から、前の操作からの導管２０内の残りの霜を除去する。

一実施形態では、コントローラ１２は、所定の時間、第１モードでバルブ２４を操作する。その所定の時間は、ユーザの入力に応じて決定されてもよい。一実施形態では、システム１０は、バルブ２４の排出口に又はその近くに１つ以上のセンサを更に有し、そのセンサは、バルブ２４で排出される流体に含まれる水分含有量を検出する。コントローラ１２は、バルブ２４で排出される流体に含まれる水分含有量が所定の閾値未満になるまで、バルブ２４を第１モードで操作する。その所定の閾値は、ユーザの入力に応じて決定される。導管２０内の水分が、気体状態の流体フローにより除去されると、コントローラ１２はバルブ２４を第２モードで操作するようにコントロールし、導管２０内の流体の液化を開始するように液化アセンブリ１４をコントロールする。これは、熱交換アセンブリ２２を、第２状態から第１状態の動作へスイッチすることを含んでもよい。

保存アセンブリ１６は、液化アセンブリ１４と流体連通しており、液化アセンブリ１４で液化された流体を保存するように構成されている。一実施形態では、保存アセンブリ１６は保存容器３２と１つ以上のセンサ３４を有する。保存アセンブリ１６の幾つか又はすべては、デュワーコンテナー（Dewar container）の中で形成されてもよい。

保存容器３２は、保存アセンブリ１６が液化アセンブリ１４から受け取る液化流体を保持するように構成される。その液化流体は、第２モードでバルブ２４を操作し流体を液化アセンブリ１４から入口３６へ方向付けるように、入口３６を介して、バルブ２４と流体で連通して保存アセンブリ１６の中へ受け取られる。気体状態の流体は、流体方向付けアセンブリ１８と流体で連通している出口３８を通じて、保存容器３２から放出される。流体は、保存容器３２から、液体状態で流体液体出口３９を通じて放出される。

センサ３４は、保存容器３２内の圧力に関する情報を伝達する出力信号を生成するよう、構成される。一実施形態では、センサ３４は、出口３８に又はその近くに配置される。センサ３４は、センサ３４によって生成される出力信号がコントローラ１２に通信されるよう、コントローラ１２と動作可能に通信している。

保存容器３２で液化流体を保存する間、流体の温度は、上昇し始めるかもしれない（例えば、液化流体と周囲温度と間の極端に大きな温度差のため）。温度が上昇するにつれ、流体の幾らかは、流体状態からボイルオフ（boil off）し始め、気体状態になる。流体の気体状態は液体状態よりも大きな量を要するので、流体のボイルオフは、保存容器３２内の圧力を上昇させる。もしこの圧力上昇が軽減されないのなら、或る時点で、保存容器３２は漏れるか、及び／又は破裂するだろう。

従来のシステムでは、バルブは、ボイルオフによって発生する保存容器３２内の圧力を軽減するための出口３８に又はその近くに置かれている。例えば、バルブは、所定の閾値レベルでボイルオフガス（boiled off gas）に放出するように開かれるように構成されており、それにより、保存容器３２内の圧力を閾値レベル未満に戻す。例えば、高圧出口４１は、もし圧力が或る所定の閾値を越えたときは、機械的に開かれ、又は「破裂」するように構成されてもよい。しかし、この保存容器３２内の圧力を規制するメカニズムは、非効率である。保存容器３２内で保存する流体を液化する際に利用されるリソースは、基本的には、浪費されてしまっており、その流体は最終的にはボイルオフし排出される。さらに、ボイルオフした流体の幾らかを排出することは、残りの液化流体の温度クリープ（temperature creep）の問題になんら対処していない。

システム１０は、保存容器３２内の圧力を、従来のシステムよりも効率的に調整するよう構成されている。保存容器３２内の流体の幾らかを単に排出するよりむしろ、システム１０は、保存容器３２内の温度を低下し、それによりボイルオフした流体の幾らかを液体状態に凝縮し戻し、保存容器３２内の圧力を低減する。

一実施形態では、コントローラ１２は、センサ３４で生成される出力信号を受け取り、保存容器３２内の圧力が高すぎるかどうか（例えば、或る閾値を超える）を決定する。もし、圧力が高すぎるのなら、出力信号が生成され、コントローラ１２に、液化アセンブリ１４をコントロールし、保存容器３２内へ導入されるべき追加の流体の液化を開始するようコントロールさせる。液化アセンブリ１４から保存容器３２へ受け取られる液化流体の温度は、ボイルオフの温度よりもはるかに低く、そのボイルオフの温度で、保存容器３２内の流体は、液体から気体に転換する。そのようにして、液化アセンブリ１４から保存容器３２へ追加の液化流体を導入することは、保存容器３２内の全体的な温度を低下させる。一般的には、最近にボイルオフされたばかりの流体の温度は、そのボイルオフの温度よりあまり高くない。従って、追加の流体を導入することによる保存容器３２内の全体的な温度の低下は、ボイルオフガスの少なくとも幾らかの凝縮をもたらし、その凝縮は、入れ替わりに、保存容器３２内の圧力を低下する。

もし液化アセンブリ１４が現在流体を液化していないのなら、液化アセンブリ１４による、追加の流体の液化の開始は、流体を液化し始めることを含む。もし液化アセンブリ１４が現在流体を液化しているのなら、液化アセンブリ１４による追加の流体の液化の開始は、液化される流体の量を増加することを含む。例えば、もし液化アセンブリ１４が所定速度で流体を液化するのなら、液化の速度は、追加の流体を液化するのを開始するように増加してもよい。

充分理解されるように、保存容器３２内での上昇した温度に応答して、システム１０の操作をすることは、一見、従来のシステムの応答とは正反対である。保存容器３２から流体を放出するよりむしろ、システム１０は、より多くの流体を加え、追加の流体の相対的に低い温度に依存し、そして、ボイルオフした流体の凝縮を発生することにより、保存容器３２内の圧力を低減する。保存容器３２内で圧力を調整するこの解決手法は、従来の解決法よりも効率的である。なぜなら、保存容器３２内で保存のために乾燥され液化された流体は、単純には大気へ放出されないからである。

流体方向付けアセンブリ１８は、流体ガスフロー生成器３０とシステム１０との間で、保存アセンブリ１６と大気との間で、及び／又はシステム１０と１つ以上のほかの目標との間で、流体を方向付けるよう構成される。一実施形態では、流体方向付けアセンブリ１８は流体入力４０、導管２０、流体ドライヤー４４、第１バルブ４６及び第２バルブ４８を有する。

流体入力４０は、流体ガスフロー生成器３０により生成される液体のフローを受け入れるように構成される。一実施形態では、流体入力４０は、流体ガスフロー生成器３０を着脱可能にシステム１０と接続し、その結果、流体ガスフロー生成器３０で生成される気体状態の流体フローは、処理及び／又は保存のため、システム１０の中へ受け入れることが可能になる。

導管４２は、流体入力４０で受け入れた気体状態の流体フローを、液化のため、液化アセンブリ１４へ運ぶよう構成される。導管４２は、流体入力４０と液化アセンブリ１４との間に、気体状態の流体フローのための流路を形成する。一実施形態では、導管４２は、１つ以上の或る長さの管を有し、その管は、例えば銅などの金属物質、例えばＰＶＣやＴｙｇｏｎなどの非金属物質、及び／又は、他の物質で形成される。一実施形態では、導管４２は、１つ以上の流体ドライヤー４４、第１バルブ４６、及び／又は第２バルブ４８を格納する集合体を有する。

流体ドライヤー４４は、流体入力４０で受けとる気体流体のフローが、液化アセンブリ１４への途中で、流体ドライヤー４４を通って導かれるように、導管４２で形成される流路内に配置される。流体ドライヤー４４は、気体状態の流体のフローから水分を、その流体のフローが液化アセンブリ１４に達する前に除去するように構成される。上記で議論したように、流体フロー内の水分は、液化アセンブリ１４内で、関連する不利な点と共に、その原因になり得る。さらに、流体のフローの水分は、液化流体内に不純物を生じることもあり、その液化流体は最終的には保存アセンブリ１６へ保存される。従って、流体ドライヤー４４の機能は、システム１０の効率性、効果、信頼性、及び／又は耐久性には重要となる。

一実施形態では、流体ドライヤー４４は、乾燥剤を有するカートリッジ又は容器を含む。気体状態の流体フローがカートリッジを通るので、乾燥剤は、流体のフローから水分を除去する。一実施形態では、別の種類の水分除去媒体が、乾燥剤に替わって使用される。

第１バルブ４６は、導管４２によって形成される流路の、流体ドライヤー４４と流体入力４０との間に配置される。第１バルブ４６は、第１モード及び第２モードで選択的に動作可能である。コントローラ１２は、第１バルブ４６と動作可能に通信し、コントローラ１２は、第１モードと第２モードとの間で、第１バルブ４６の動作をコントロールする。第１モードでは、第１バルブ４６は、液体入力４０で受け取った気体状態の流体フローを、導管４２に沿って液化アセンブリ１４の方へ方向付ける。第２モードでは、第１バルブは、液体入力４０で受け取った気体状態の流体フローをシステム１０から排出する。これは、流体フローを大気、及び／又は、廃棄容器へ放出することを含んでもよい。

一実施形態では、コントローラ１２は第１バルブ４６をコントロールし、システム１０へ導入される水分を低減させる。これは、流体ドライヤー４４（又はその要素）の寿命を延ばし、液化アセンブリ１４、及び／又は、保存アセンブリ１６に到達する水分を低減する。幾つかの具体例では、流体ガスフロー生成器３０により生成される流体フローの水分含有量は、流体ガスフロー生成器３０が流体フローの生成を開始するとき、初期レベル（フロー生成の開始時点）から、より低い平衡レベルに落ちるかもしれない。例えば、流体ガスフロー生成器３０は、吸収技術を使用してもよく、その吸収技術は、開始されると、続行する操作の間、現在の一般的なレベルの水分に対して上昇した水分レベルを含む流体フローを生成する。

一実施形態では、システム１０に導入される水分を低減するため、コントローラ１２は、第１バルブを第２モードで動作し、流体フローの水分含有量が低減するまで、流体入力４０で受け取った流体フローを、システム１０から排出するようコントロールする。一旦流体入力４０で受け取った流体フローの水分レベルが低下すると、コントローラ１２は、第１バルブをコントロールし、流体入力４０で受けた流体のフローが導管４２を通して液化アセンブリ１４に供給されるように、第１モードで動作する。流体フローの水分レベルが減少するのを確実にするため、コントローラ１２は、第１バルブ４６をコントロールし、流体ガスフロー生成器３０による生成開始から所定期間、第２モードで動作してもよい。その所定期間は、ユーザの入力に基づいてもよい。その所定期間は、約３０分、約６０分、約９０分又は、他の期間であってもよい。コントローラ１２は、流体ガスフロー生成器３０との通信に基づいて（例えば、コントロールインターフェース１３を介して）、流体ガスフロー生成器３０が、流体フローの生成を開始したことを決定する。

非限定的な代替例として、コントローラ１２は、流体フローの水分量の直接の測定に基づいて、第１バルブ４６をコントロールしてもよい。流体フローの水分量の直接の測定は、システム１０内で流体入力４０と第１バルブ４６との間に含まれるセンサから、コントローラ１２によって、取得されてもよいし、及び／又は、（流体ガスフロー生成器３０が水分センサを含むなら）流体ガスフロー生成器３０それ自体から取得されてもよい。コントローラ１２は、センサ、及び／又は流体ガスフロー生成器３０による水分測定と、所定の閾値とを比較してもよい。所定の閾値は、ユーザの入力に基づいて決定されてもよい。その所定の閾値は、約−６０℃露点、及び／又は他の水分レベルでもよい。

第２バルブ４８は、導管４２で形成される流路の中に、流体ドライヤー４４の第１バルブ４６からみて反対側に位置する。第２バルブは、第１モードと第２モードで動作可能である。第１モードでは、第２バルブ４８は、導管４２により形成される流路内の流体フローを、液化のため液化アセンブリ１４の導管２０へ連絡する。第２モードでは、第２バルブ４８は、導管４２の流路を保存アセンブリ１６の出口３８と連絡する。コントローラ１２は、第２バルブ４８の動作をコントロールし、流体ドライヤー４４を乾燥する。これは、流体ドライヤー４４の寿命を延ばし、第１バルブ４６の効果を拡張し、及び／又は他の利点を提供する。

一般的には、動作の間、コントローラ１２は、液化のため、導管４２内の流体フローを液化アセンブリ１４に方向付けるよう、第２バルブ４８を第１モードでコントロールする。しかしながら、定期的に、コントローラ１２は、短期間の間、第２モードで動作するよう、第２バルブ４８をコントロールする。この第２バルブのスイッチングと連動して、コントローラ１２はまた、第２モードで動作するよう、第１バルブ４６をコントロールする。これにより、保存アセンブリ１６で保存され、気体状態にボイルオフされた流体の幾らかが、導管４２の中へ導かれ、そして、導管４２を通って進み、第１バルブ４６を通ってシステム１０から排出される。前述したことから理解されるように、保存アセンブリ１６に保存された流体は、液化アセンブリ１４による液化の後、相対的に乾燥している。それは、流体ドライヤー４４を通って流れるので、第２バルブ４８を通って導管４２へ導かれた乾燥流体は、少なくとも、流体ドライヤー４４に蓄積していた水分の少なくとも幾らかを取り除き、第１バルブ４６によってシステム１０から水分を排出するだろう。

コントローラ１２は、流体ドライヤー４４を上述の方法で乾燥するように、第１バルブ４６と第２バルブ４８を、１つ以上のトリガーイベントでコントロールしてトリガーされてもよい。一実施形態では、トリガーイベントは、圧力、及び／又は、保存容器３２内の圧力及び／又は流体の量で、保存容器３２内の流体の幾らかが大気へ排出されるべきレベルまで上昇することである。一実施形態では、トリガーイベントは、流体ドライヤー４４が乾燥した前回の時間からの時間の経過である。一実施形態では、トリガーイベントは、流体の幾らかの量が、液化アセンブリ１４により液化されたことの決定（例えば、コントローラ１２内での）である。一実施形態では、トリガーイベントは、ユーザ命令の受信（例えば、コントロールインターフェース１３を介して）である。

保存アセンブリ１６から排出される流体のバースト（burst）によって、流体ドライヤー４４から水分を除去することは、流体ドライヤー４４の温度を上昇させることで増進されてもよい。一実施形態では、これを利用して、流体方向付けアセンブリ１８は、加熱器５０を有し、その加熱器は、保存アセンブリ１６から流体ドライヤー４４を通じて流体を排出する間、流体ドライヤー４４の温度を上昇させる。その加熱器５０は、流体ドライヤー４４の温度を約７５℃より高く、及び／又は、周囲の温度より高い他の温度まで上昇させてもよい。一実施形態では、加熱器５０は、廃熱を生成する液化アセンブリ１４の一要素を含むか、又は、液化アセンブリ１４の１つ以上の要素により生成される廃熱で加熱される一素子を含む。非限定的な例では、加熱器５０は、熱交換アセンブリ２２と連結する冷却圧縮機により生じる廃熱を利用することも可能であり、一実施形態では、熱交換アセンブリ２２は冷却圧縮機を含む。

流体方向付けアセンブリ１８の構成は、上述のシステム１０に導かれる水分を低減するために説明したメカニズムに関して、限定することを意図していないことは理解されるだろう。バルブ、及び／又は導管の他の構成は、無限の数の置換が可能であり、上述のメカニズムの実現のため組み立てられることが可能であり、そうした他の構成は、本明細書の開示の範囲内である。

図２は、気体状態の流体フローを液体状態へ液化を開始するための、液化アセンブリを調整する方法５２を示す。以下で提示される方法５２の操作は、例示目的である。幾つかの実施形態では、方法５２は、説明されない１つ以上の追加的な操作と共に実現してもよく、及び／又は、議論される１つ以上の追加的な操作を有しないで実現してもよい。さらに、図２と以下で説明される、方法５２の操作の順序は、限定的であることを意図しない。一実施形態では、方法５２は、或るシステムにより実施され、そのシステムは、図１で示し且つ上述した、システム１０の少なくとも幾つかの要素を含む。しかし、他の実施形態では、方法５２は、他の文脈において実現することができ、本明細書の開示の範囲から逸脱するものではない。

操作５４では、流体ガスフロー生成器から連絡を受ける。その連絡は、その流体ガスフロー生成器が、液化のため、気体状態の流体フローの生成を開始したことを示す。一実施形態では、操作５４は、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のコントローラにより実行される。

操作５６では、流体ガスフロー生成器により生成された気体状態の流体フローが受け取られる。流体フローは、流体フローを液化するように構成されたシステムの流体入力で受け取られてもよい。一実施形態では、操作５６は、流体方向付けアセンブリの流体入力により実行され、その流体入力は、（図１で示し且つ上述した）流体方向付けアセンブリ１８の流体入力４０と同一又は類似である。

操作５８では、流体入力で受けた流体フローが排出される（例えば、大気へ）。一実施形態では、操作５８は、流体入力と流体連通しているバルブによって実行される。例えば、そのバルブは、（図１で示し且つ上述した）第１バルブ４６と同一又はであってもよい。

操作６０では、流体フローが流体ガスフロー生成器から排出することを続行すべきかどうかについて決定される。一実施形態では、この決定は、流体ガスフロー生成器が流体フローの生成を開始してから、所定の時間が経過し、流体フローの水分含有量が減少したことを決定することを含む。一実施形態では、操作６０での決定は、流体ガスフロー生成器から受けとられる流体フローの水分含有量を検出することを含み、その水分含有量検知に基づいて決定を行うことを含む（例えば、水分含有量を或る閾値と比較する）。操作６０は、流体ガスフロー生成器、及び／又は流体フローを大気へ排出するバルブ、の一方又は両方と動作可能に通信しているコントローラによって実行される。例えば、そのコントローラは、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のものであってよい。

操作６０で、流体フローの排出が続行されるべきとの決定がなされると、方法５２は、操作５８に戻る。操作６０で、流体フローの排出が続行されるべきでないとの決定がなされると、方法５２は操作６２へ進む。操作６２では、流体フローの排出を停止し、流体フローは、液化のため、液化モジュールに供給される。一実施形態では、大気への流体フローの排出は、バルブにより停止され、流体フローは、流体方向付けアセンブリによって、液化モジュールへ供給される。その液体方向付けアセンブリは、（図１で示し且つ上述した）流体方向付けアセンブリ１８と同一又は類似のものであってよい。

図３は、気体状態の流体フローを液体状態へ液化を開始するための、液化アセンブリを調整する方法６６を示す。以下で提示される方法６６の操作は、例示を目的とするものである。幾つかの実施形態では、方法６６は、説明されない１つ以上の追加的な操作と共に実施されるか、及び／又は議論される１つ以上の操作を有さずに実施されてもよい。更に、図３と以下で説明される、方法６６の操作の順序は、限定的であることを意図しない。一実施形態では、方法６６は、システムにより実行され、そのシステムは、（図１で示し且つ上述した）システム１０の少なくとも幾つかの要素を含む。しかし、他の実施形態では、方法６６は、本明細書の開示の範囲から逸脱することなく、他の文脈において実現することができる。

操作６８では、気体状態の流体フローは、液化アセンブリと連絡する導管の入口で受け取られ、その液化アセンブリは、流体を気体状態から液体状態へ液化するよう構成される。一実施形態では、操作６８は、導管の入口により実行され、その導管の入口は、（図１で示し且つ上述した）導管２０の入口２６と同一又は類似のものである。

操作７０では、コントロール信号が受信される。そのコントロール信号は、液化アセンブリと連絡する熱交換アセンブリが第１状態から第２状態へスイッチされるべきことを示す。第１状態では、熱交換アセンブリは、導管内の流体から、熱を除去し、流体を気体状態から液体状態へ転換する。第２状態では、熱交換アセンブリは、導管内の流体から、第１状態で除去されるよりも実質的に少ない熱を除去する。一実施形態では、操作７０は、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のコントローラにより実行される。

操作７２では、操作７０でのコントロール信号の受信に応答して、導管の入口で受け取った流体は、その入口から出口へ導管を通った後、排出される（例えば、大気へ）。一実施形態では、操作７２は、コントローラにより実行され、そのコントローラは、導管の出口から下流に位置するバルブをコントロールする。コントローラ及び／又はバルブは、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２及び／又はバルブ２４と同一又は類似のものであってもよい。

操作７４では、流体フローの排出を続行すべきかについて、又は保存のため保存アセンブリへ方向づけるかについて、決定を行う。一実施形態では、操作７４での決定には、導管から残りの水分を除去する一定の期間、液体フローが排出されたかを決定することを含む。その期間は、所定の期間であってもよい。操作７４は、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のコントローラにより実行されてもよい。

もし操作７４で、流体フローは排出を続行すべきとの決定がなされるなら、方法６６は操作７２に戻る。操作７４で、流体フローはこれ以上排出を続行すべきでないとの決定がなされるなら、方法６６は操作７６へ進む。操作７６では、熱交換器が第２状態から第１状態の動作へスイッチし、導管を通る流体フローの液化を開始する。一実施形態では、操作７６は、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のコントローラにより実行される。

操作７８では、流体フローの排出は、導管を通過した後に停止し、その結果、流体フローは、保存のため、保存アセンブリへ方向付けられることになる。一実施形態では、操作７８は、流体フローを排出していたバルブをコントロールするコントローラにより実行される。そのコントローラは、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のものであってもよい。

図４は、液化流体を保存する方法８０を示す。以下で提示される方法８０の操作は、例示を目的とするものである。幾つかの実施形態では、方法８０は、説明されない１つ以上の追加的な操作と共に実施されるか、及び／又は議論される１つ以上の操作を有さずに実施されてもよい。更に、図４と以下で説明される、方法８０の操作の順序は、限定的であることを意図しない。一実施形態では、方法８０は、システムにより実行され、そのシステムは、図１で示し且つ上述した、システム１０の少なくとも幾つかの要素を含む。しかし、他の実施形態では、方法８０は、本明細書の開示の範囲から逸脱することなく、他の文脈において実現することができる。

操作８２では、液化アセンブリにより液化された流体が保存される。一実施形態では、液化アセンブリは、（図１で示し且つ上述した）液化アセンブリ１４と同一又は類似のものであり、操作８２は、（図１で示し且つ上述した）保存アセンブリ１６と同一又は類似の保存アセンブリにより実行される。

操作８４では、保存アセンブリに保存される流体であって、気体状態へボイルオフした流体が、流体ドライヤーを通して排出される。その流体ドライヤーは、液化のために液化モジュールへ導入された気体状態の流体から、水分を除去するよう構成される。操作８４の開始は、１つ以上のトリガーイベントの発生に基づいて行われてもよい。一実施形態では、流体ドライヤーは、（図１で示し且つ上述した）流体ドライヤー４４と同一又は類似のものであり、操作８４は、流体方向付けアセンブリによって、コントローラのコントロールの下で実行される。その流体方向付けアセンブリ及びそのコントローラは、（図１で示し且つ上述した）流体方向付けアセンブリ１８及びコントローラ１２と同一又は類似のものである。

一実施形態では、操作８６で、流体ドライヤーは、その流体ドライヤーの温度が操作８４の間上昇するように加熱される。操作８６は、（図１で示し且つ上述した）加熱器５０と同一又は類似の加熱器により実行されてもよい。

図５は、流体を、気体状態から液体状態へ液化する方法８８を示している。以下で提示される方法８８の操作は、例示を目的とするものである。幾つかの実施形態では、方法８８は、説明されない１つ以上の追加的な操作と共に実施されるか、及び／又は議論される１つ以上の操作を有さずに実施されてもよい。更に、図５と以下で説明される、方法８８の操作の順序は、限定的であることを意図しない。一実施形態では、方法８８は、システムにより実行され、そのシステムは、図１で示し且つ上述した、システム１０の少なくとも幾つかの要素を含む。しかし、他の実施形態では、方法８８は、本明細書の開示の範囲から逸脱することなく、他の文脈において実現することができる。

操作９０では、流体フローは気体状態から液体状態へ液化される。一実施形態では、操作９０は液化アセンブリにより実行され、その液化アセンブリは（図１で示し且つ上述した）液化アセンブリ１４と同一又は類似のものである。

操作９２では、液化された流体が保存される。一実施形態では、操作９２は保存容器により実行され、その保存容器は、（図１で示し且つ上述した）保存容器３２と同一又は類似のものである。

操作９４では、保存容器内の圧力が検出される。一実施形態では、操作９４は、センサ及びコントローラにより実行され、そのセンサ及びそのコントローラは、（図１で示し且つ上述した）センサ３４及びコントローラ１２と同一又は類似のものである。

操作９６では、検出圧力に応じて、保存用の流体の液化は調整される。例えば、もし保存容器内の流体がボイルオフし、保存容器内の圧力が上昇したなら（例えば、所定の閾値を超えて）、操作９６は、その保存容器内の圧力を低下させるため、追加の流体の液化を開始することを含む。他の具体例として、保存容器内の圧力が充分に低いときは、保存のために液化される流体の量は、減少してもよい。一実施形態では、操作９６は、コントローラのコントロールの下で、液化アセンブリによって実行され、その液化アセンブリは、（図１で示し且つ上述した）液化アセンブリ１４と同一又は類似のものであり、そのコントローラは、（図１で示し且つ上述した）コントローラ１２と同一又は類似のものである。

本発明は、例示の目的で、最も実用的で好ましいと現在考えられる実施形態に基づき、詳細に説明してきたが、そうした詳細は、例示の目的のみであり、本発明は開示した実施形態に限定されるものでなく、しかし、逆に、付属の特許請求の範囲の精神と範囲内での変形や均等な装置を含むことを意図することは理解されるべきである。例えば、本発明は、可能な範囲で、実施形態の１つ又は複数の特徴を、他の実施形態の１つ又は複数の特徴と組み合わせることが可能であることを意図するものであることは、理解されるべきである。

Claims (15)

1. 流体を気体状態から液体状態へ液化し、前記液化流体を保存するシステムであって：
   流体フローを気体状態から液体状態へ液化する、液化アセンブリ；
   前記液化アセンブリと流体連通する保存アセンブリであって、前記液化アセンブリによって液化された流体を保存する、保存アセンブリ；
   保存アセンブリ内の前記流体の圧力に関する情報を伝達する出力信号を生成する、センサ；及び、
   前記センサと動作可能に通信するコントローラであって、当該コントローラは、前記保存アセンブリ内の前記流体の圧力が閾値以上であることを示す、前記センサにより生成された前記出力信号に応じて、前記液化アセンブリをコントロールして、前記液化アセンブリに、前記保存アセンブリ内の温度を低減するために、前記保存アセンブリに導入されるべき追加の流体の液化を開始させ、それにより、前記保存アセンブリ内の、気体状態へボイルオフした流体を液体状態に凝縮し戻すことにより、前記保存アセンブリ内の圧力を低減する、コントローラ；
   を有する、システム。
2. 前記液化アセンブリをコントロールして、前記液化アセンブリに、前記保存アセンブリに導入されるべき追加の流体の液化を開始させることには、流体が前記保存アセンブリに導入されるための液化される速度を増加することを含む、請求項１記載のシステム。
3. 前記コントローラは、前記保存アセンブリ内の前記圧力が前記追加の流体により減少するように構成され、当該コントローラは前記液化アセンブリをコントロールして、液化される追加の流体の量を減少させる、請求項１記載のシステム。
4. 前記保存アセンブリ内で気体状態にある流体を、大気へ排出し、前記保存アセンブリ内の圧力を開放する流体方向付けアセンブリを更に有し、前記コントローラは当該流体方向付けアセンブリをコントロールする、請求項１記載のシステム。
5. 前記流体は酸素である、請求項１記載のシステム。
6. 流体を気体状態から液体状態へ液化し、前記液化した流体を保存する方法であって：
   流体フローを気体状態から液体状態へ液化するステップ；
   前記液化した流体を容器に保存するステップ；
   前記容器内の圧力を検出するステップ；及び、
   前記容器内の流体が気体状態へボイルオフした結果、前記容器内の圧力が、閾値レベルを超えて上昇したことに応じて、前記容器内に保存するための追加の流体の液化を開始するステップであって、容器内に保存するための前記追加の流体の液化は、容器内の温度を低下させ、それにより、気体状態へボイルオフした容器内の流体を、液体状態に凝縮し戻すことにより、容器内の圧力を低減する、ステップ、
   を有する、方法。
7. 前記容器内に保存するための追加の流体の液化を開始することには、流体が前記容器内に保存するために液化される速度を上昇させることを含む、請求項６記載の方法。
8. 前記容器内の圧力が低下することに応じて、前記容器内に保存するための液化される追加の流体の量を減少させるステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
9. 前記容器内で気体状態にある流体を大気に排出し、前記容器内の圧力を開放するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
10. 前記流体は酸素である、請求項６記載の方法。
11. 流体を気体状態から液体状態へ液化し、前記液化した流体を保存するシステムであって：
    流体フローを気体状態から液体状態へ液化する液化手段；
    前記液化した流体を容器に保存する保存手段；
    前記容器内の圧力を検出する検出手段；及び、
    前記容器内の流体が気体状態へボイルオフした結果、容器内の圧力が、閾値レベルを超えて上昇したことに応じて、前記容器内に保存するための追加の流体の液化を開始する液化開始手段であって、容器内に保存するための前記追加の液体の液化は、容器内の温度を低下させ、それにより、気体状態へボイルオフした容器内の流体を、液体状態に凝縮し戻すことにより、容器内の圧力を低減する、液化開始手段、
    を有する、システム。
12. 前記容器内に保存するため追加の流体の液化を開始する前記液化開始手段は、流体が前記容器内で保存するために液化される速度を上昇させる、請求項１１記載のシステム。
13. 容器内の圧力が低下することに応じて、前記容器内に保存するため液化される追加の流体の量を減少させる減少手段をさらに含む、請求項１１記載のシステム。
14. 前記容器内で気体状態にある流体を大気に排出する排出手段であって、前記容器内の圧力を開放する手段をさらに含む、請求項１１記載のシステム。
15. 前記流体は酸素である、請求項１１記載のシステム。

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