JP5198867B2 - 液化ガスおよびガスの貯蔵 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国暫定特許出願第６０／６２２，４８３号、名称「Ｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｏｒｉｎｇ ａ Ｇａｓ」（２００４年１０月２６日出願）の利益を主張するものである。本出願はまた、米国暫定特許出願第６０／６６７，６６１号、名称「Ｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｏｒｉｎｇ ａ Ｇａｓ」（２００５年５月２日出願）の利益を主張するものである。本出願はまた、米国特許出願第１１／１３１，０７１号、名称「Ｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｏｒｉｎｇ ａ Ｇａｓ」（２００５年５月１６日出願）の優先権を主張するものである。上述の出願は、全ての目的に対して、それらを参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。

（技術分野）
本出願は、液化ガスの少なくとも一部を使用する場所での、液化ガスの製造および貯蔵に関する。特に、本発明は、酸素治療患者の住居における液化酸素の製造および貯蔵、ならびにそれらのコスト、安全性、および／または効率の改善に関する。

空気および酸素、窒素、およびアルゴンなどの空気の構成要素のような低沸点ガスの液化は、１００年以上にわたって行われており、工業規模での当該のガスの液化は、２０世紀初頭から行われている。一般に、市販の液化機は、１日あたり数百トンもの低温液体を製造するようにデザインされている。当該の工業用の液化機は、信頼性があり、また比較的高いエネルギ効率で液化ガスを製造することができる。比較的少量しか液化ガスを必要としない消費者に対しては、デュワーとして公知の小型の断熱容器に、市販の装置によって製造した液化ガスを充填して消費者に運搬する。少量の液化ガスの消費者には、患者に供給するための酸素と、冷媒として使用する窒素を必要とする病院が挙げられる。また、医師による家庭酸素療法が行われる慢性呼吸機能不全を患っている人々には、液化ガスをその患者の住居に供給することが可能である。

当初、当該の液化機を提供する試みには、大型の液化装置を小型化するための労力を伴った。しかし、一般にクロードサイクルまたはその改良型に基づいている当該のシステムの複雑さから、これらの試みは失敗している。また、当該の液化機の小型化によってもたらされる超小型の機械的構成要素は、製造費用が高く、動作が不安定であった。現在の液化機は、しばしば複雑なおよび／または費用のかかる液化構成要素を伴い、しばしば液化システムを、住居用、小型化、および／または携帯用途にするための安全機能が欠如している。

上述の理由から、酸素治療の患者の住居などのような液化ガスが使用される場所において、比較的少量の液化ガスを製造および貯蔵する安全性、効率、および／またはコストを改善するための方法および装置の提供が好ましい。

（発明の開示）
小規模用途の液化装置によって、液体酸素製造の安全性と効率を向上させ、なおかつコストを低減するための装置および方法を開示する。一実施態様では、クライオクーラーとデュワーとの間のインターフェースのために液体酸素バリアを追加して、デュワーの転倒のときの液体酸素の漏出速度を制御することが可能である。ボイルオフ管をデュワーに流動的に接続することによって、転倒したデュワーから膨張したガスを逃がすことができ、一方で、液体をボイルオフ管内に安全に残すことができる。傾斜スイッチを使用して、液化装置が転倒または傾斜したかどうかを識別して、当該の状態が生じたときに、システムへの電力を遮断することが可能である。傾斜スイッチは、水銀スイッチとすることが可能であり、少なくとも４５°の転倒または傾斜のときに電力を遮断するように機能させることが可能である。

一実施態様では、クライオクーラーのコールドフィンガーは、デュワー内に延在し、デュワーの過充填を防ぐことが可能である。コールドフィンガーは、その一端が酸素の沸点よりも高い温度であり、他端が酸素の沸点よりも低い温度である、温度勾配を有する。ガスが液化してデュワーを満たすとき、液面は、温度が酸素の沸点を超えているコールドフィンガーのレベルまでしか上昇しない。このレベルでは、酸素を液化するのに十分冷却されたコールドフィンガーの露出部分がないので、液面はそれ以上上昇しない。これによって、電気的ではなく機械的手段によるデュワーの過充填を防ぐことが可能である。別様には、液面センサーを使用して、液面が所定の限度を越えたときにシステムの停止を起動させることが可能である。

一実施態様では、液化装置は、調整器およびオリフィスを使用して供給ストリームを制御して、酸素濃縮器からの定常供給ストリームを保つ。固定した構成の調整器およびオリフィスを使用することによって、濃縮器からＵＳＰ９３気体酸素を受け取ることによってＵＳＰ９３承認の液体酸素を製造できるようになり、また定常流量でシステムの残りの部分を通させることができる。液化装置内の調整器およびオリフィスの組み合わせによって、費用もかからなくなり、また可変流量の弁、すなわち制御ループにおいて制御器によって制御される可変流量の弁よりも製造が容易になりうる。

一実施態様では、デュワーと流体連通する圧縮機が、デュワーを加圧してトランスフィル管から携帯型ストローラに液体酸素を押し出すことが可能である。この加圧は、外気を使用して達成することが可能である。携帯型液体酸素ストローラは、液化装置上でトランスフィル弁とインターフェースするように構成された弁によって、トランスフィル弁上に押し下げることが可能である。携帯型液体酸素ストローラは、特にＵＳＰ９３酸素用に構成するか、またはこれとの使用が承認されたものとすることが可能である。トランスフィル弁上に携帯型ストローラを配置する動作によって、トランスフィルスイッチを作動させることが可能であり、トランスフィル管以外のデュワーからあらゆる流体排出口を閉じるように作用させることが可能である。デュワーの流体排出口の閉鎖によって、ソレノイド弁を作動させて、デュワーからの通気管路を閉じることを伴うことが可能である。トランスフィルスイッチは、前もって設定された制限時間後にトランスフィルプロセスを終了させる、プログラム可能なロジック装置に接続することも可能である。供給管路および通気管路内に配置することが可能な圧力逃し弁によって、トランスフィルプロセス中の液化装置のデュワーまたは配管の過圧を防ぐことが可能である。

一実施態様では、濃縮器からの供給ガス流は、患者用に１つと、液化用に１つの、２つの流れに分離される。患者流は、患者用の流量計で制御し、所定の限度に設定することが可能である。患者流の出力によって、カニューレ管路と加湿器要素を接続することができる。

一実施態様では、液化装置は、取り付け用シュラウドとともに保持することが可能である。取り付けシュラウドには、二分割のものが挙げられる。二分割のものは、クライオクーラーフランジおよびデュワーフランジとの間に配置されるＯリングによって、クライオクーラーフランジとデュワーフランジの両方を包含するように構成された締め付け要素を含むことが可能である。取り付けシュラウド、つまり締め付け要素を閉じると、締め付け要素に対向する軸方向力が生じて、クライオクーラーフランジおよびデュワーフランジを互いに押してＯリングに加圧する力を提供する。これによって、クライオクーラーフランジとデュワーフランジとの間が密封され、液化装置が転倒した場合であっても、ガスまたは液体酸素の漏出を防ぐ。取り付けシュラウドは、筐体アセンブリにデュワーおよびクライオクーラーを固定することも可能である。防震部材を取り付けシュラウドと筐体との間に取り付けて、ノイズおよび振動を改善することが可能である。取り付けシュラウドに冷却ファンを固定して、クライオクーラーフィンおよび電気部品を冷却することができる。取り付けシュラウドのデザイン自体は、密閉型の空気経路を提供してクライオクーラーの冷却フィンを介した空気の経路を定めることが可能であり、クライオクーラーが過熱したり、ディスプレーサが固着したりする可能性が減じられる。

一実施態様では、液化装置は、ベローズネックを有するステンレス鋼製のデュワーを用いる。金属ネック管を備えた金属デュワーは、複合ネック管を備えたガラスデュワーまたは金属デュワーよりも耐久性がある場合がある。金属ネック管によって、高酸素環境による引火の懸念が減じられる。全金属のデュワー構造によって、デュワーの頂部に取り付けフランジを直接的に溶接することができ、その結果、デュワーとクライオクーラーフランジとの間をより良好に密封できる。ベローズネックのデザインによって、熱的な導電率が減じられ、デュワー内部からの熱損失がさらに減じられる。当該のデュワーのデザインによって、製造が容易になり、また必要なアセンブリ部品の数が減じられる。

本発明の様々な実施態様による、ガスの液化または液体ガスの貯蔵における安全性を高めるための装置を提供する。当該の装置の実施態様は、携帯型医療ガス治療のための液体ガスを収容するように機能する容器と、第１の開口部と第２の開口部とを備えたボイルオフ槽であって、前記第１の開口部は、前記容器と流体連通し、前記容器の転倒または傾斜のときに、急速に膨張するガスおよび液体ガスの混合物を受けるように構成されたボイルオフ槽とを含む。前記ボイルオフ槽は、前記急速に膨張する混合物内の前記液体ガスが前記ボイルオフ槽の底部に沈下できるように、また、前記急速に膨張する混合物内の前記ガスが前記第２の開口部を経て前記ボイルオフ槽から出られるように構成され得る。当該の実施態様は、ガス通気管路をさらに備えることが可能であり、前記ボイルオフ槽は、前記ガス通気管路を経て前記容器と流体連通し、前記ガス通気管路は、前記容器からガスを通気させる。前記ボイルオフ槽は、前記液体ガスが気化して、前記第２の開口部を経て前記ボイルオフ槽を出るまで、前記急速に膨張する混合物から沈下する前記液体ガスを収容するようにさらに構成され得る。場合によっては、前記ボイルオフ槽は、第１の端部および第２の端部を有する円筒状の槽とすることが可能であり、前記第１の端部は第１の開口部を備え、前記第２の端部は前記第２の開口部を備える。また別の例では、前記ボイルオフ槽は、第１の端部および第２の端部を有する円筒状の槽とすることが可能であり、前記第１の端部は第１の開口部を備え、前記第２の開口部は前記第２の端部よりも前記第１の端部の近くに位置する。

装置の実施態様は、前記第１の開口部と流体連通する通気管路をさらに備えることが可能であり、前記通気管路は、クライオクーラーから離れて１方向に延在する。当該の場合、前記クライオクーラーは前記容器と流体連通することが可能であり、前記第２の開口部は、前記通気管路が前記クライオクーラーから離れて延在する方向の実質的に反対側に開口させることが可能である。他の装置の実施態様は、コールドフィンガーを備えるクライオクーラーをさらに備えることが可能であり、前記コールドフィンガーは、前記容器内に延在し、ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能する。

様々な他の装置の実施態様は、前記容器が所定の加速度より大きい加速度になったときに、前記クライオクーラーの電力回路を遮断するように構成された加速度計をさらに備えることが可能である。いくつかの場合では、装置の実施態様は、前記容器の転倒のときに、前記急速に膨張する混合物が、前記容器から前記ボイルオフ槽に移動する速度を減少させるための手段をさらに含むことが可能である。さらに他の場合では、装置の実施態様は、酸素ガスの供給ストリームを供給するように機能する酸素濃縮器と、前記酸素濃縮器から前記クライオクーラーに前記供給ストリームを搬送するように構成された供給管と、前記供給管内に位置する一方向逆止め弁と、をさらに備えることが可能である。当該の場合、前記一方向逆止め弁は、前記供給ストリームが、前記酸素濃縮器から前記クライオクーラーに一方向に流れることができるように、また前記クライオクーラーから前記酸素濃縮器への反対方向への背圧を防ぐように構成することが可能である。

実施態様のさらに別の例によれば、前記装置は、第１の端部および第２の端部を有する第１の圧力逃し管路であって、前記第１の圧力逃し管路の前記第１の端部は、前記一方向逆止め弁と前記クライオクーラーとの間の位置において前記供給管と流体連通し、前記第１の圧力逃し管路の前記第２の端部は、前記ボイルオフ槽と流体連通し、前記第１の圧力逃し弁は、前記供給管内の第１の圧力が所定の圧力を超えたときに、液体が前記第１の圧力逃し管路を通って前記供給管から前記ボイルオフ槽に流れることができるように構成された第１の圧力逃し管路をさらに備えることが可能である。当該の場合では、装置の実施態様は、第１の端部と第２の端部とを有する通気管であって、前記通気管の前記第１の端部は前記容器と流体連通し、前記通気管の前記第２の端部は前記ボイルオフ槽と流体連通し、前記通気管はガスが前記容器から出られるように構成された通気管と、前記通気管と流体連通する第２の圧力逃し管路であって、前記通気管内の第２の圧力が前記所定の圧力を超えたときに、液体が前記第２の圧力逃し管路を通って前記通気管から流れることができるように構成された第２の圧力逃し管路と、をさらに備えることが可能である。実施態様の当該の場合によれば、前記通気管は、前記通気管を通って流れないように機能するソレノイド弁を備えることが可能であり、前記第２の圧力逃し管路は、前記ソレノイド弁をバイパスすることが可能である。

本発明の他の様々な実施態様による、ガスの液化または液体ガスの貯蔵における安全性を高めるための装置を提供する。当該の実施態様は、液体酸素ガスを収容するように機能するデュワーと、コールドフィンガーを備えるクライオクーラーであって、前記コールドフィンガーは、前記デュワー内に延在し、酸素ガスを前記デュワー内に封じ込めるために液化するように機能するクライオクーラーと、前記デュワーが所定の角度で転倒したときに、前記クライオクーラーの電力回路を遮断するように構成されたスイッチと、を備えることが可能である。いくつかの場合では、前記スイッチは水銀スイッチであり、前記所定の角度は少なくとも約４５°とすることが可能である。

本発明の様々な実施態様による、転倒のときにおける液体酸素の漏出速度を減少させるための装置を提供する。当該の実施態様は、酸素治療のための液体酸素を収容するように機能する容器と、コールドフィンガーを備えるクライオクーラーであって、前記コールドフィンガーは、前記容器内に延在し、酸素ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能するクライオクーラーと、前記クライオクーラーと、外側の前記容器と、内側の前記コールドフィンガーとによって画定され、前記酸素ガスが通って流れる環状流路と、バリアであって、前記環状流路内に位置し、前記容器の転倒のときに、前記環状流路の断面積を減少させて、急速に膨張する前記液体酸素および前記酸素ガスの組み合わせの漏出速度を減少させるように構成されたバリアと、を備えることが可能である。実施態様のいくつかの場合では、実施態様は、前記コールドフィンガーを囲む前記クライオクーラー上に形成された第１のフランジと、前記容器上に形成された第２のフランジであって、前記第１のフランジに開放可能に接続されて前記環状流路を形成し、前記酸素ガスが、前記環状流路を通って、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間で逃げることなく、前記クライオクーラーと前記容器との間を流れる第２のフランジと、をさらに備えることが可能である。実施態様の他の場合では、前記第１のフランジは、第１の傾斜表面を形成する前記第２のフランジに近づくにつれて外径が増加し、前記第２のフランジは、第２の傾斜表面を形成する前記第１のフランジに近づくにつれて外径が増加する。当該の場合では、実施態様の装置は、前記第１の傾斜表面および前記第２の傾斜表面に適合するように構成されたクランプであって、前記クランプは、前記第１および第２の傾斜表面のそれぞれに垂直力を加えて、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジを互いに押す、対応する軸方向力を発生するようにさらに構成されたクランプをさらに備える。実施態様のさらに別の場合では、前記バリアは、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間に少なくとも部分的に位置するか、または、別様には、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間に挿入することが可能である。いくつかの場合では、前記バリアは、前記クライオクーラーおよび／または前記デュワーと一体とすることが可能である。

本発明による装置のいくつかの実施態様は、第１の開口部および第２の開口部を備えるボイルオフ槽であって、前記第１の開口部は、前記容器と流体連通し、前記容器の転倒のときに、前記急速に膨張する前記液体酸素および前記酸素ガスの組み合わせを受けるように構成され、前記ボイルオフ槽は、前記急速に膨張する組み合わせ内の前記液体酸素が前記ボイルオフ槽の底部に沈下できるように、また、前記急速に膨張する組み合わせ内の前記酸素ガスが前記第２の開口部を経て前記ボイルオフ槽から出られるように構成されたボイルオフ槽をさらに備えることが可能である。装置の他の実施態様によれば、前記バリアは、約１／１０，０００乃至１／１５，０００インチに前記環状流路の断面幅を減じる。装置のさらに他の実施態様によれば、前記環状流路は第１の環状流路であり、前記内側は第１の内側であり、前記外側は第１の外側であり、前記バリアは、前記コールドフィンガーの少なくとも一部を囲むように構成された流れ誘導部であって、前記流れ誘導部は、前記第１の環状流路の少なくとも一部を第２の環状流路および第３の環状流路に分離させる流れ誘導部を備えることが可能である。当該の実施態様によれば、前記第２の環状流路は、第２の外側の前記流れ誘導部と、前記第１の内側の前記コールドフィンガーとによって画定され、前記第３の環状流路は、前記クライオクーラーと、前記第１の外側の前記容器と、第２の内側の前記流れ誘導部とによって画定され、供給ストリームガスは、前記第２の環状流路を通って流れ、通気ガスは前記第３の環状流路を通って流れる。

本発明の様々な他の実施態様による、酸素ガスの液化における安全性を高めるための装置を提供する。当該の実施態様は、携帯型酸素治療のための液体酸素を収容するように機能する容器と、コールドフィンガーと放熱器とを備えたクライオクーラーであって、前記コールドフィンガーは、前記容器内に延在し、酸素ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能するクライオクーラーと、前記放熱器の近傍に温度センサーを備えた温度検出回路と、を備えることが可能である。当該の実施態様によれば、前記温度検出回路は、検出温度が適切なクライオクーラーの動作に適合しない所定の温度を超えたときに、前記クライオクーラーの電力回路を遮断することが可能である。

本発明の様々な他の実施態様による、酸素ガスの液化における安全性を高めるための装置を提供する。当該の実施態様は、携帯型酸素治療のための液体酸素を収容するように機能する容器と、コールドフィンガーを備えたクライオクーラーであって、前記コールドフィンガーは、前記容器内に延在し、酸素ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能するクライオクーラーと、前記コールドフィンガーの近傍に温度センサーを備えた温度検出回路と、を備えることが可能である。当該の実施態様によれば、前記温度検出回路は、検出温度が適切なクライオクーラーの動作に適合しない所定の温度を超えたときに、前記クライオクーラーの電力回路を遮断するように機能することが可能である。

本発明の様々な別の実施態様による、ガス液化の安全性を高めるための装置を提供する。当該の実施態様は、携帯型酸素治療のための液体酸素を収容するように機能する容器と、コールドフィンガーを備えたクライオクーラーであって、前記コールドフィンガーは、前記容器内に延在し、酸素ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能するクライオクーラーと、前記酸素ガスの供給ストリームを供給するように機能する酸素濃縮器と、を備えることが可能である。当該の実施態様は、前記酸素濃縮器から前記クライオクーラーに前記供給ストリームを搬送するように構成された供給管と、前記供給管と流体連通する酸素純度センサーであって、前記供給ストリームの酸素純度を監視し、前記酸素純度を示す信号を送信するように構成された酸素純度センサーと、前記信号を受信し、前記酸素純度のグラフィック表現を表示するように構成された酸素純度インジケータと、を備えることが可能である。例えば、前記グラフィック表現は、前記酸素純度が酸素治療の使用に対する所定のレベルを超えている場合は緑とし、前記酸素純度が所定のレベル未満である場合は赤とすることが可能である。別の可能な例では、前記グラフィック表現は、前記供給ストリームにおける前記酸素ガスの容量のパーセンテージを示すデジタル数値表現とすることが可能である。いくつかの場合では、所定のレベルは、９０容量パーセントとすることが可能である。

本発明の実施態様の他の機能は、添付図面およびそれに続く詳細な説明から明らかになろう。

ここ数年、クライオクーラーは、集中的に開発されている。当初、クライオクーラーは、軍用の、赤外線センサー、半導体チップ、マイクロ波電子機器、高温超電導アプリケーション、光ファイバ増幅器などの冷却用途用に開発された。クライオクーラーは、約２０Ｋ乃至１５０Ｋの範囲の温度で動作するこれらの用途用に開発され、その冷却能力は、１ワット未満乃至１００ワット以上であった。加えて、上記の軍用用途用に開発されたクライオクーラーは、クライオクーラーの最低温度点、またはそれに近い温度で熱入力を提供した。例えば、冷却される構成要素は、一般にクライオクーラーの冷点（「コールドフィンガー」）に取り付けられ、最小の伝導損失で、その構成要素に熱を直接伝達した。しかし、小型のガス液化機に使用する場合、液化および迅速な冷却の各パラメータの正確な制御のような機能は不要であり、装置のコストを増加させるだけである。

酸素治療中の患者が、比較的小型だが安定した量の酸素を必要とすることに関して、当該の患者の要求を満たす複数の方法が存在する。酸素治療患者が酸素を受け取る最も一般的な方法は、工業プラントにおいて製造された酸素の定期的な供給によるものである。酸素は、加圧気体または液体のいずれかとして供給することが可能である。加圧気体として供給される場合、高圧下で貯蔵されること、および非常に反応しやすいことから、酸素は危険物となる。液体として供給される酸素は、経時的に液化ガスの不可避な加温によって生じるボイルオフに起因する損失が生じやすい。特別に断熱した容器またはデュワーを使用した場合であっても当該の損失が生じるので、新鮮な液体酸素の供給を週単位で行わなければならない。

外気中の酸素を取り出すか、またはこれを濃縮する装置の提供も公知である。これらの装置では、潜在的に危険な材料の貯蔵が不要となる。しかし、これらの装置は、一般に携帯型ではないので、連続的な酸素治療にある人は、自身の住居から外出するために、しばしば商用の「ボンベ入り」の酸素に依存しなければならない。

ここ数年で、家庭用酸素液化装置に対していくらかの進歩があった。当該の装置には、米国特許第５，８９３，２７５号、名称「Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｍａｌｌ Ｖｏｌｕｍｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」（１９９７年９月４日出願）、および米国特許第６，２１２，９０４号、名称「Ｌｉｑｕｉｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」（１９９９年１１月１日出願）が挙げられ、それぞれのコンテンツは、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。

いくつかの従来のガス液化装置は、一般に複雑な、および／または費用のかかる凝縮器構造を用いている。以前は、液化効率を改善するために、供給ガスストリームを冷表面に接触させることが好ましいと考えられていた。また、以前は、クライオクーラーの冷表面に取り付けられた二重壁の凝縮器構造のような冷却構造を用いること、および凝縮器構造を介して供給ガスを導いて、液化が生じる表面積を増加させることが好ましいとも考えられていた。

加えて、家庭用酸素液化装置には、装置の転倒または過熱のときの損傷または破損を防ぐための安全機構がしばしば不足している。転倒した貯蔵デュワーから漏れた液体酸素は、温表面に触れると急速に膨張して沸騰し、多量の液体酸素が排出口を通って急激に噴霧また噴出することになる。転倒のときに液化装置の電力が入ったままになっていれば、漏れた酸素が、火花または炎に触れた場合に火災を引き起こす危険もある。構成要素の過熱によって、液化装置に損害を与える場合もある。クライオクーラーを用いた液化装置では、クライオクーラーは、過熱またはディスプレーサの固着を被る場合がある。液体酸素貯蔵デュワーの過充填も危険である。いくつかの酸素液化装置は、電子コントローラに依存して、液体酸素の製造を停止させる。他の安全性の懸念は、別のデュワーから携帯型液体酸素ストローラのトランスフィルを伴うことであり、このプロセスによって、携帯型液体酸素ストローラの一部が、別のデュワーへの接続において時折凍結することがあり、それによって携帯型ストローラの過充填またはデュワーの過排出が生じる。

医療酸素は処方薬品とみなされる場合があるので、政府機関が管理する場合がある。例えば、米国では食品医薬局（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｒｔａｔｉｏｎ；ＦＤＡ）が、酸素液化装置を管理している。米国薬局方（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐｈａｒｍａｃｏｐｅｉａ；ＵＳＰ）が承認した酸素液化装置に財源が費やされている。ＵＳＰ承認の装置は、約９９．０％純粋な酸素を製造する。ＵＳＰ９３承認の装置は、９３％純粋（許容範囲±３％）な酸素を製造する。ＵＳＰ承認の装置は、約９９．０％の純度を達成するために、しばしばより高いコストで、酸素液化プロセスを達成しようとする。これは、高度なフィードバック、および酸素を含む供給ガスの流量を変化させる制御ループを使用することによって行うことが可能である。しかし、当該の最適化プロセスに使用される必要なセンサーおよび制御器は、高価になり得る。

本出願では、小規模用途の液化装置によって、液体酸素製造の安全性と効率を向上させ、なおかつコストを低減するための装置および方法を開示する。本発明の実施態様の１つ以上の側面を参照するために、本願明細書には様々な用語が使用される。「住居用」、「小規模用途」、または「携帯型」液化装置とは、１日に２５リットルもの液体ガスを製造するように機能する液化装置のことである。一般に、当該の装置は、２４時間で、約１．５リットルの範囲で少量の液体ガスを製造する。本願明細書で用いられる、用語「ボイルオフ槽」および「相分離器」は代替可能に使用され、液体ガスが容器の底部に沈下して徐々に沸騰することができ、一方で、ガスがその容器から出られるようにすることによって、ガスおよび液体相を分離させるために、急速に膨張するガスと液体との混合物を受け取ることができるあらゆる容器のことであるといった、広範な意味で使用される。「ボイルオフ管」とは、ボイルオフ槽の構成の１つの特定の実施態様のことである。本願明細書で用いられる、用語「デュワー」は、液体ガス（例、液体酸素）を受け取る、および／または貯蔵するように機能する容器（例、低温断熱容器）のことであるといった、広範な意味で使用される。本願明細書で用いられる、用語「携帯型デュワー」、「ストローラ」、および「携帯型ストローラ」は代替可能に使用され、移動性の医療ガス治療のために容器の担送、カートでの運搬などが行えるような、液体ガス（例、液体酸素）を受け取る、および／または貯蔵するように機能する容器（例、低温断熱容器）のことであるといった、広範な意味で使用される。

本願明細書で用いられる、用語「流体連通」は、液体が、別の要素を経て直接的または間接的に要素間を流れることができるように関連している要素のことであるといった、広範な意味で使用される。本願明細書で用いられる、用語「供給管」、「供給管路」、および「供給ホース」は代替可能に使用され、濃縮器からクライオクーラーおよび／またはデュワーにガスを移すように機能する、あらゆる流体流機構であるといった、広範な意味で使用される。本願明細書で用いられる、用語「通気管」、「通気管路」、および「通気ホース」は代替可能に使用され、クライオクーラーおよび／またはデュワーから離れてガスを移すように機能する、あらゆる流体流機構であるといった、広範な意味で使用される。本願明細書で用いられる、用語「放熱器」は、ある領域から熱を受け取り、それを別の領域で解放するように機能する、熱的な機構であるといった、広範な意味で使用される。放熱器の実施態様の一例は、クライオクーラー冷却フィンである。本願明細書で用いられる、単数の表記は、１つ以上の要素という因習的な意味で使用される。本願明細書で用いられる、「一実施態様では」、「一実施態様による」などのフレーズは、概して、そのフレーズに続く特別な機能、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施態様に含まれ、本発明の複数の実施態様に含めることが可能であることを意味する。重要なことに、当該のフレーズは、必ずしも同じ実施態様を参照しているわけではない。

図５を参照する。酸素濃縮器に接続された本発明の一実施態様の概念的システム図であり、液化サイクル中の液体の流れを示す図である。酸素濃縮器５３０は、濃縮酸素の流れを出力する。図５において、「ＦＦＦ」は酸素の供給流が存在することを示し、「ＰＰＰ」は患者の気体酸素流が存在することを示し、「ＶＶＶ」は通気ガス流が存在することを示す。代表的な濃縮器５３０は、１分あたり約５乃至１０リットルの酸素を出力することが可能である。一実施態様では、酸素濃縮器は、ＵＳＰ９３承認の酸素流を出力する。本発明のいくつかの実施態様によれば、酸素濃縮器５３０の出力流量は、その最大値に設定することが可能である。出力流は、酸素濃縮器５３０から、供給流管路５１２「ＦＦＦ」および患者流管路５３４「ＰＰＰ」に分岐する。患者流は、患者オリフィス５３６を通る。患者オリフィス５３６は、患者流管路５３４が供給流管路５１２の流れを「奪う」ことのないように構成する、換言すれば、過剰な濃縮器５３０の出力流が患者流管路５３４を通ることができ、供給流管路５１２を通るには十分でないように構成することが可能である。患者オリフィス５３６を通った後、患者流は患者流量計５３８を通るが、これによって、患者は、患者流管路５３４から受け取る酸素の流量を調整することができる。一実施態様では、患者流量計５３８は、ニードル弁の形態の可変オリフィスを備える。患者流管路５３４は、酸素濃縮器に見られるものに類似した接続ポートを提供することが可能であり、必要に応じて、カニューレ管路または加湿器を接続することができる。

一実施態様では、供給流管路５１２における供給ガスの流量は、圧力調整器５４０およびオリフィス５４２によって一定の速度に保たれる。酸素濃縮器５３０は、一般に約６乃至８ポンド／平方インチゲージ（ＰＳＩＧ）の出口圧力を有する。圧力調整器５４０は、供給流の圧力を減じるように動作する。一実施態様では、供給流れの圧力は、３．８ＰＳＩＧに減じられる。調整器５４０を通った後に、供給流は、オリフィス５４２を通る。一実施態様では、オリフィス５４２は、直径が０．０１６インチである。圧力３．８ＰＳＩＧでの酸素供給流は、直径０．０１６インチのオリフィスを毎分約１．２５リットルの割合で流れる。本発明のいくつかの実施態様によれば、圧力調整器５４０とオリフィス５４２との組み合わせによって、液化に供給される酸素ガスの供給流量を一定にすることができる。別様には、異なる圧力調整器５４０および／または異なるサイズのオリフィス５４２を選択することによって、様々な他の固定流量を達成することが可能である。

固定圧力調整器５４０および固定直径オリフィス５４２を用いた液化装置は、制御器を備えた可変弁を用いもののような、可変フロー制御フィードバックループを用いたシステムに優る利点を有する。例えば、調整器５４０とオリフィス５４２との組み合わせによって、コストを下げ、可変フローシステムよりも製造を容易にすることが可能である。調整器５４０とオリフィス５４２との組み合わせを使用した一実施態様では、酸素濃縮器５３０からの濃縮ＵＳＰ９３酸素は、単純に固定圧力に調整して、ＵＳＰ９３酸素として液化されるＵＳＰ９３酸素ガスの定常流を送る固定直径のオリフィスを介して送ることが可能である。

次に、供給流は、一方向逆止め弁５４４を通って乾燥剤カートリッジ５５０に入る。本発明のいくつかの実施態様によれば、乾燥剤カートリッジ５５０は、オプションの要素である。一実施態様では、乾燥剤カートリッジ５５０は、携帯型ガス液化装置におけるガス供給ストリームを除湿するための、着脱自在に取り付け可能な乾燥剤カートリッジである。乾燥剤カートリッジ５５０は、小型で携帯型であることが好ましい。乾燥剤カートリッジ５５０は、霜の形成を低減または防ぐことが可能であり、含水量を減じて液化装置の全体的な効率を増加させることが可能である。

一実施態様では、乾燥剤カートリッジは、ガス供給ストリーム入口と、ガス供給ストリーム入口と連通する除湿域と、除湿域と連通する除湿ガス供給ストリーム出口とを備える。ガス供給ストリーム入口は、酸素濃縮器５３０のようなガス供給ストリーム生成装置からのガス供給ストリームを受けるように構成することが可能である。除湿ガス供給ストリーム出口は、低温ユニットに除湿ガス供給ストリームを移動させるように構成することが可能である。乾燥剤カートリッジ５５０の様々な実施態様は、米国特許出願第１０／８８４，３１８号、名称「Ｄｅｓｉｃｃａｎｔ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ」（２００４年７月１日出願）に詳述されており、そのコンテンツは参照することによりその全体が組み込まれる。

乾燥剤カートリッジ５５０を通った後に、供給流れは、状況に応じてフィルタ５５２を通る場合がある。一実施態様では、フィルタ５５２は、１０ミクロンのフィルタである。供給流は、次いで供給流管５１２を通って、クライオクーラー５０２とデュワー５２０とのインターフェース近くのクライオクーラー５０２に入ることが可能である。供給流は、コールドフィンガー５０８を通って液化され、その後デュワー５２０に沈下する。ボイルオフガスおよび／または液化されなかった一部の供給流は、デュワー５２０に残って通気管５１４から流出することが可能な、通気流（ＶＶＶ）を発生させることが可能である。通気流は、次いで、常開ソレノイド弁５５６を通ってボイルオフ管５６０に入ることが可能である。ボイルオフ管５６０によって、ガスはシステムから大気に出る。

一実施態様では、ボイルオフ管５６０は、液化装置の安全性を高める。液体酸素バリア１１８を使用しても、液体酸素は、依然としてデュワー５２０が転倒した場合にデュワー５２０から流出する場合がある。ボイルオフ管５６０は、液体酸素バリア１１８とともに機能して、装置の転倒のときに、液体酸素が液化装置の通気ポートから噴霧されないようにすることが可能である。転倒のときに、液体酸素が供給管路５１２および通気管路５１４を通って流れると、その体積はガスに沸騰するときに約８００倍の割合で膨張し、その結果、圧力が増加したときに残りの液体を前方に押し出す場合がある。ボイルオフ管５６０は、残りの液体が流路から沈下して、通気ポートを介してシステムの外に液体を押し出さずに、ガスを液化装置から通気できるようにする容量を提供する。これは、結果的に、人が急速に膨張する酸素ガスおよび液体酸素の混合物と接触する可能性を最小限に抑えることが可能である。一実施態様では、ボイルオフ管５６０は、その側面に敷設したときに液体をプールすることが可能な断面を提供する、幅広断面の管系を備える。ボイルオフ管５６０内にプールされる液体は、ガスに沸騰してボイルオフ管５６０から安全に通気される。一実施態様では、ボイルオフ管５６０は、ＰＶＣパイプによって構成される。

図２３は、本発明のいくつかの実施態様による、図５の概念的システム図に類似した概念的システム図の部分的な図である。図５および６と同様に、図２３の要素の構成は、尺度または距離のような要素間の空間的関係を必ずしも示すわけではないが、図２３は、デュワー２３２０と、コールドフィンガー２３０８と、クライオクーラー２３０１と、ボイルオフ槽２３８５との間の指向的な方向関係を表す。ボイルオフ槽２３８５は、別の実施態様である。ボイルオフ槽２３８５の「底部」は、それに向かって液体が重力で引っ張られる、ボイルオフ槽２３８５の表面である。「底部」の位置は、ボイルオフ槽２３８５の方向に基づいて変化する場合がある。デュワー２３２０およびボイルオフ槽２３８５が直立位置にあるとき、重力は矢印２３０２の方向と同じような方向に作用する。直立位置では、液体ガスは、デュワー２３２０の底部に収容され、通気ガス（ボイルオフガスおよび／または非液化供給流ガスなど）は、通気管路２３１４を通ってデュワー２３２０および／またはクライオクーラー２３０１の外に出て、常開ソレノイド弁２３５６を通ってボイルオフ槽２３８５に入り、ボイルオフ通気口２３８７を通って出る。本発明のいくつかの実施態様によれば、供給管路２３１２を通るコールドフィンガー２３０８への供給ストリームガスの正の流れを保つことによって、外気のような大気ガスが、ボイルオフ通気口２３８７のような開口通気管路を通って、ボイルオフ槽２３８５、クライオクーラー２３０１、および／またはデュワー２３２０に入らないようにすることが可能である。

デュワー２３２０、クライオクーラー２３０１、およびボイルオフ槽２３８５は、重力が矢印２３０６の方向と同じような方向に重力が作用する、最低限好適な位置に転倒および／または傾斜する場合がある。当該の場合、デュワー２３２０内の液体ガスは、液体ガスの沸点か、またはそれよりも暖かいデュワー２３２０、クライオクーラー２３０１、および／またはコールドフィンガー２３０８の一部と接触する場合があり、液体ガスを蒸発および／または膨張させる。この急速に膨張するガスと液体の混合物は、デュワーを加圧して、急速に膨張する混合物を、供給管路２３１２および／または通気管路２３１４を通して、デュワー２３２０／クライオクーラー２３０１のインターフェースから迅速に流出させる。重力が方向２３０６に作用する最低限好適な位置では、重力が、暖かい供給管路２３１２および／または通気管路２３１４を通して液体ガスをさらに引っ張る。供給管路２３１２を通る急速に膨張する混合物は、一方向逆止め弁５４４によって濃縮器５３０へ逆流しないようにするか、または一方向逆止め弁６４８によって圧縮機６４６へ逆流しないようにすることが可能である。代わりに、供給管路２３１２を通る急速に膨張する混合物は、圧力逃し弁２３５４を通って逃し管路２３９５を通り、開口部２３９３を経てボイルオフ槽２３８５に入ることが可能である。通気管路２３１４を通る急速に膨張する混合物は、ソレノイド弁２３５６を通って、開口部２３９１を経てボイルオフ槽２３８５に入ることが可能である。別様には、ソレノイド弁２３５６が閉じている場合、またはソレノイド弁２３５６が急速に膨張する混合物を十分通過させなかった場合、その混合物は、圧力逃し弁２３５８を通って逃し管路２３９９を通り、開口部２３９１を経てボイルオフ槽２３８５に入ることが可能である。開口部２３８９は、大気に開口する。例えば、開口部２３８９は、ボイルオフ槽２３８５からボイルオフ通気口２３８７を経て大気に開口する。

急速に膨張するガスおよび液体ガスの混合物が、開口部２３９１および／または２３９３を経てボイルオフ槽２３８５に入るとき、ガスおよび液体ガスの混合物の液相は、ボイルオフ槽２３８５の底部に沈下することが可能であり、ガスおよび液体ガスの混合物の気相は、開口部２３８９を経てボイルオフ槽２３８５から出ることが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、ガスおよび液体ガスの混合物は、開口部２３９１および／または２３９３に対向するボイルオフ槽２３８５の側面の方へ、ボイルオフ槽２３８５に噴霧することが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、ボイルオフ槽２３８５は細長い円筒状であり、開口部２３８９は、開口部２３９１および／または２３９３に最も近い端部に近接して、またはその近くに配置することが可能である。当該の構成によって、ボイルオフ槽２３８５内の液体をボイルオフ通気口２３８７および／または開口部２３８９の外に噴霧できるようにせずに、ボイルオフ槽２３８５および／またはデュワー２３２０を転倒直後に直立させることができる。本発明のいくつかの実施態様によれば、ボイルオフ槽２３８５の端部、および開口部２３８９および／または開口部２３９３の近くに開口部２３８９を備えることによって、最大の液体容量が得られ、一方で、ボイルオフ槽２３８５を可能な限り小さく維持することができる。ボイルオフ槽２３８５の形状および構成、および開口部２３９１、２３９３、および／または２３８９の位置に従って、適切な量の液体を収容するようにボイルオフ槽２３８５のサイズを選択しなければならない。例えば、本発明の一実施態様によれば、ボイルオフ槽２３８５の容量は、全液面に相当するデュワーにおける液体容量の１／３にほぼ等しい。別の例として、液体ガスデュワーが、約１．５リットルの液体ガスを保持している場合、約０．５リットルの容量を有するボイルオフ槽２３８５を使用することが可能である。別様には、ボイルオフ槽２３８５の容量は、本発明のいくつかの実施態様によれば、全液面に相当するデュワーにおける液体容量の半分にほぼ等しい。

デュワー２３２０、クライオクーラー２３０１、およびボイルオフ槽２３８５は、矢印２３０４の方向と同じような方向に重力が作用する位置に転倒または傾斜する場合がある。本発明のいくつかの実施態様によれば、特に当該の場合には、重力が供給流管路２３１２および／または通気管路２３１４の方に液体ガスを引っ張るように作用しないので、当該の場合、通気管２３１４および／または通気管２３８７の長さによって、液体ガスが、液相内の開口部２３８９および／またはボイルオフ通気口２３８７を出る前に、液体ガスを沸騰させることができる。デュワー２３２０、クライオクーラー２３０１、およびボイルオフ槽２３８５は、矢印２３０２、２３０４、２３０６によって示される方向に垂直な方向に重力が作用する位置に転倒または傾斜する場合もある。当該の場合、供給管２３１２および流通管２３１４は、その側面に延在させることが可能であり、また適度な量の液体ガスが、沸騰する間に液体ガスの収容に利用可能な、ボイルオフ槽２３８７のほぼ半分の量をデュワー２３２０から逃がすことができ、一方で、通気ガスが開口部２３８９を通って逃れるための液体経路を残しておくことができる。

ボイルオフ槽２３８５は、開口部２３９１、２３９３、および２３８９とともに示されているが、ボイルオフ槽２３８５は、代わりに、様々な実施態様に基づいて、開口部２３８９および開口部２３９１または開口部２３９３のいずれかとともに構成することが可能である。別様には、開口部２３９１および／または開口部２３９３の反対側のボイルオフ槽２３８５の端部に開口部２３８９を配置することによって（例えば、ボイルオフ槽５６０と表されている）、ボイルオフ槽２３８５は、あらゆる方向の転倒において液体ガスを一様に収容することができる。しかし、開口部２３９１および開口部２３９３の反対側のボイルオフ槽２３８５の端部に開口部２３８９を配置することで、ボイルオフ槽２３８５の転倒直後に直立させたときに、液体ガスが、ボイルオフ通気口２３８７から外に出てしまう場合がある。

開口部２３９１、２１９３、および２３８９は、管を介した流れを収容するためのできるだけ小さなサイズの開口部であるが、開口部２３９１、２１９３、および２３８９のサイズおよび形状は、変更することが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、複数のボイルオフ槽を使用することが可能である。ボイルオフ槽５６０、６６０、２３８５は、円筒として示されているが、本発明の実施態様によるボイルオフ槽は、多量の低温液体を保持または封入することができるあらゆる形状とすることが可能である。例えば、本発明の実施態様によるボイルオフ槽は、これに限定されないが、球、立方体、箱型、Ｕ型容量、円筒、半球、半円筒、角錐、円錐、半角錐、半円錐、および／または環状体とすることが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、ボイルオフ槽は、デュワー２３２０の一部または全てを囲む。当該のボイルオフ槽の構成は、場合によってはスペースを節約することが可能である。本願明細書で提供される開示基づいて、当業者は、本発明の様々な実施態様によるボイルオフ槽の複数の異なる可能な形状、サイズ、および構成を理解されよう。

図６は、本発明の実施態様による、トランスフィルサイクル中の図５のシステムに類似したシステムを示す図である。一実施態様では、デュワー６２０から携帯型ストローラ６６８への液体酸素のトランスフルを行うために、圧縮器６４６を使用して、デュワー６２０ひいては供給管路６１２を加圧する。圧縮器６４６を作動させてトランスフィルを開始する。図６において、「ＰＰＰ」は、患者気体酸素流の存在を示し、「ＨＨＨ」は、圧縮器６４６からの外気流のようなガス流の存在を示し、「ＬＬＬ」は、液体酸素流のような液体ガス流の存在を示す。

液体酸素の製造中にデュワー６２０内のシステム圧力を低く保つために、通気管路６１４を大気へ開口させる。デュワー６２０への外気の逆流は、クライオクーラー６０２への気体酸素のわずかな正の流れを保つことによって、また通気管路６１４内に一方向逆止め弁５９９を備えることによって防ぐ。しかし、液体酸素のトランスフィルには、デュワー６２０における高い圧力を必要とする。したがって、デュワー６２０内部の圧力を高められるように、トランスフィル中に、常開ソレノイド弁６５６を閉じる。トランスフィル管６６２は、デュワー６２０の外部のトランスフィル弁６６４をデュワー６２０の内部に接続する。トランスフィル管６６２の一端はデュワー６２０の内部に延在し、他端はデュワー６２０の外部に延在する。一実施態様では、トランスフィル管６６２は金属製であり、断熱デュワー６２０の２つの壁と真空空間を通っている。

圧縮器６４６は、外気を吸気して圧縮し、一方向逆止め弁６４８を介してそれを送る。逆止め弁６４４、６４８は、圧縮空気が圧縮器６４６、濃縮器６３０、または患者流に逆流するのを実質的に防ぐ。例えば、逆止め弁６４４は、液化またはトランスフィル中の濃縮器６３０への逆流を防ぐだけでなく、患者供給６３４の過供給も防ぐことが可能である。逆止め弁５４４は、類似した機能を行うことが可能である。トランスフィル中に、濃縮器６３０からの気体酸素流は、患者流管路６３４、患者オリフィス６３６、患者流量計６３８を続けて通る。圧縮器６４６は、供給管路６１２に外気を取り込み続けるので、デュワー内の液体上部の空間が加圧状態になり、液体上部に下向きの力が発生して、デュワー６２０の液体が押されてトランスフィル管６６２に入る。液体は、次いでトランスフィル弁６６４を通って携帯型酸素ストローラ６６８に入る。

圧縮器６４６に加えて、他の手段を使用して、トランスフィルプロセスのためにデュワー６２０の内部を加圧することが可能である。例えば、デュワー６２０内にヒーターを配置して、デュワー内の圧力が十分高くなるまで酸素を沸騰させて、デュワー６２０の液体を押してトランスフィル管６６２を通すことが可能である。別の例として、熱源を介して十分な熱を供給してデュワー６２０内の圧力を高めることが可能なように、熱源をデュワー６２０の内部ではなく近くに配置することが可能である。さらに別の例として、気化器ループまたは制御可能な熱漏れを使用して、トランスフィルプロセスのためにデュワー６２０の内部を加圧することが可能である。

一実施態様では、トランスフィルプロセスは、ストローラ６６８をトランスフィル弁６６４に合わせて、トランスフィル弁６６４に押しつけたときに始まる。トランスフィルスイッチ６６６は、ストローラ６６８がトランスフィル弁６６４に係合されたときに作動するように構成することが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、トランスフィルスイッチ６６６は、押しボタン式のスイッチであり、携帯型ストローラ６６８が弁６６４に係合したときに、携帯型ストローラ６６８の弁インターフェース面６９７が押さえるかまたは押圧することが可能である。他の実施態様によれば、トランスフィルスイッチ６６６は近接検出スイッチであり、携帯型ストローラ６６８が弁６６４と係合するように十分近づいたときに起動するように構成される。トランスフィルスイッチ６６６は、圧縮器６４６を作動させてソレノイド弁６５６を閉じることが可能である。一実施態様では、携帯型ストローラに対する液体酸素のトランスフィルは、プログラム可能なロジック装置の入力のときの状態の変化を通じて作動され、圧縮器６４６を動作させたり、ソレノイド弁を閉じたり、トランスフィルの開始からの時間を監視したり、また所定時間の経過後にトランスフィルを終了させるように動作させることが可能である。これにより、ストローラ６６８がトランスフィル弁６６４に固着して、ユーザーが、ストローラ６６８をトランスフィル弁６６４およびトランスフィルスイッチ６６６から取り除くことによる、手動でのトランスフィルプロセスの終了を妨げる場合において、デュワー６２０の過排出を防ぐことが可能であり、またトランスフィル中の携帯型ストローラ６６８の過充填を最小限に抑えることが可能である。

一実施態様では、携帯型ストローラ６６８は、ＵＳＰ９３承認のストローラである。ストローラ６６８は、患者が液体酸素を持ち運ぶために使用する装置である。酸素濃縮器は、現在ＵＳＰ９３酸素に対して承認されているが、それらは気体酸素を製造する。液体は、携帯用途に対する酸素の最も好都合な状態であるので、患者には液体状態の酸素が最も求められる場合がある。患者は、既存の同等量の気体酸素用のものよりも小型軽量の容器で多くの量の酸素を搬送することができる。携帯型ストローラ６６８は、所定の速度で液体酸素を沸騰させて、患者に呼吸に適した酸素の流れを提供することが可能である。

一実施態様では、圧力逃し弁６５４、６５８は、デュワー６２０の過圧を防止する。逃し弁６５４は、ボイルオフ管６６０に供給管路６１２を接続し、逃し弁６５８は、ボイルオフ管６６０に通気管路６１４を接続する。別様には、圧力逃し弁６５４は、圧力逃し管路６９８に沿って配置することが可能である。圧力逃し管路６９８は、供給管路６１２と流体連通する第１の端部と、ボイルオフ管６６０と流体連通する第２の端部を有する。一実施態様では、圧力逃し弁６５４は、供給管路６１２内の圧力が１２ＰＳＩＧなどの所定の圧力（許容差１０％）になったときに開くように構成することができ、それによって、高圧の液体が供給管路６１２から流出して圧力逃し管路６９８を通ってボイルオフ管６６０に流れる。いくつかの実施態様では、圧力逃し弁６５８は、圧力逃し管路６９９に沿って配置することが可能である。圧力逃し管路６９９は、通気管路６１４と流体連通する第１の端部およびボイルオフ管６６０と流体連通する第２の端部を有することが可能である。別様には、圧力逃し管路６９９の第２の端部を、通気管路６１４と流体連通させることも可能である。例えば、通気管路６１４がソレノイド弁６５６を備えた実施態様では、圧力逃し管路６９９は、通気管路６１４においてソレノイド弁６５６を単純にバイパスすることが可能である。一実施態様では、圧力逃し弁６５８は、通気管路６１４内の圧力が１２ＰＳＩＧなどの所定の圧力（許容差１０％）になったときに開くように構成することができ、それによって、高圧の液体が供給管路６１４から流出して圧力逃し管路６９９を通ってボイルオフ管６６０に流れる。

図２９は、本発明の様々な実施態様による、ソース２９０２によって供給される圧縮器２９０４の電力回路、および／またはソース２９０３によって供給されるソレノイド２９０５の電力回路を生成するトランスフィルスイッチ２９０１の概念的配線図である。圧縮器２９０４は、液化中は通常作動しない。ソレノイド弁６５６は常開であるが、デュワー６２０内部の圧力を高めることができるように、トランスフィル中に閉じておくことが可能である。トランスフィルスイッチ２９０１は、例えば、トランスフィル弁と係合されるときに、携帯型ストローラまたは携帯型デュワーの底部によって押圧することが可能である。トランスフィルスイッチは、次いで圧縮器２９０４回路および／またはソレノイド２９０５回路を構築することが可能である。

図３０は、本発明の様々な実施態様による、トランスフィルのタイムアウトフローチャートの図である。上述の一実施態様では、携帯型ストローラに対する液体酸素のトランスフィルは、プログラム可能なロジック装置の入力のときの状態の変化を通じて作動され、圧縮器６４６を動作させたり、ソレノイド弁６５６を閉じたり、トランスフィルの開始からの時間を監視したり、また所定時間の経過後にトランスフィルを終了させるように動作させることが可能である。様々な装置を使用して、図３０のフロー図の要素を実装することが可能である。例えば、当該の装置には、これに限定されないが、マイクロコントローラおよび／またはプロセッサ、離散的ハードウェア半導体、および／またはプログラマブル論理装置が挙げられる。本発明のいくつかの実施態様によれば、ある方法を使用して、所定の時間の後にトランスフィルプロセスを停止させて、携帯型ストローラまたは携帯型デュワーの過充填を防止することが可能である。トランスフィルタイミングプロセスは、ブロック３００１から始まる。トランスフィルスイッチが入っているかどうかの判断を行う（ブロック３００２）。トランスフィルスイッチが入っていなければ、プロセスはブロック３００２の直前まで継続される。トランスフィルスイッチが入っていれば、図２９を使用して上述したように、圧縮器およびソレノイドが動作可能となる（ブロック３００３）。いくつかの実施態様のクロックを使用して、タイマーカウントを開始する（ブロック３００４）。タイマーカウントが所定のカウントになったかどうかの判定を行う（ブロック３００５）。例えば、タイマーカウントが２分になったかどうかの判定を行う。別の例として、所定のカウントを１分４０秒にすることが可能である。所定のカウントまたは所定の時間は、満たされる容器の予想される容量および／または容器への液体ガスの流量に基づいた、あらゆる時間とすることが可能である。当該の所定の時間はいずれも、トランスフィルプロセスの始めの間は、液体ガスを移すためにトランスフィル装置を十分に冷却した状態で液体ガスを沸騰させるので、液体ガスがデュワーとストローラとの間を移されない、という事実を考慮することも可能である。タイマーカウントが所定のカウントになっていなければ、タイマーカウントは正に増分され、プロセスはブロック３００５の直前に戻る。タイマーカウントが所定のカウントになったら、トランスフィル時間プロセスを終了する（ブロック３００６）。

図１３は、本発明のいくつかの実施態様による、携帯型ストローラ１３６８のインターフェースを示す図である。一実施態様では、トランスフィルプロセスは、雌型弁１３７７をトランスフィル弁１３６４に合わせて、矢印１３６７で示される方向に、トランスフィル弁１３６４に押しつけたときに始まる。トランスフィルスイッチ１３６６は、ストローラ１３６８上の雌型弁１３７７がトランスフィル弁１３６４と係合されるときに作動するように構成することが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、トランスフィルスイッチ１３６６は、押しボタン式のスイッチであり、携帯型ストローラ１３６８の雌型弁１３７７が弁１３６４に係合したときに、携帯型ストローラ１３６８の弁インターフェース面１３９７が押さえるかまたは押圧することが可能である。

図２４は、本発明のいくつかの実施態様による、雄型トランスフィル弁２４６６および雌型弁２４６７のインターフェースの部分的な断面図である。ガス液化装置は、トランスフィル管と流体連通する弁マウント２４７３をその中に備えることが可能である。トランスフィル管は、例えば弁マウント２４７３と液体ガスを収容するように機能するデュワーとの間に延在する。本発明のいくつかの実施態様によれば、弁マウント２４７３は、ねじ付き外径を有する弁本体２４７５を取り付けることが可能な、ねじ付きの内径を有することが可能である。弁本体２４７５は、液体酸素のような液体が流れることが可能な、流体流路２４６５を備えることが可能である。弁棒２４８１は、液体流路２４６５内に配置して、押圧されるまで液体流路２４６５を閉じておくように構成することが可能である。１つ以上のスプリング（図示せず）を使用して、弁棒２４８１を閉位置に付勢することが可能である。雌型弁２４６７は、例えば携帯型ストローラに取り付けるために、ねじつきの外径を有する弁本体を備えることが可能である。雌型弁２４６７は、液体流路２４６３および弁棒２４７７を備えることも可能である。弁棒２４７７は、流体流路２４６３内に配置して、押圧されるまで液体流路２４６３を閉じておくように構成することが可能である。弁棒２４７７は、１つ以上のスプリング（図示せず）を介して閉位置に付勢することも可能である。雌型弁２４６７を備えた携帯型ストローラを、トランスフィル弁２４６６を備えた携帯用途の液化装置とインターフェースするとき、雌型弁２４６７をトランスフィル弁２４６６に押圧して、弁棒２４７７に弁棒２４８１を押圧することが可能であり、それによって、図２４に示されるように流体流路２４６５および流体流路２４６３が開き、液体酸素のような液体ガスがデュワーから携帯型ストローラに流れることができる。本発明のいくつかの実施態様によれば、テフロン（登録商標）環２４６１を雌型弁２４６７とトランスフィル弁２４６６との間に使用して、弁２４６７が弁２４６６に押圧されている間、弁のインターフェースを一時的に密封して、トランスフィルプロセス中の液体ガスの漏出を防ぐことが可能である。

更なる安全対策として、トランスフィル弁２４６６および／または雌型弁２４６７を、従来のＵＳＰトランスフィル弁に適合しないように特に構成することが可能である。ＵＳＰトランスフィル弁を使用して、デュワーから携帯型ストローラにＵＳＰ純度９９％の液体酸素を移すことが可能である。しかし、政府の監督団体は、ＵＳＰ９３承認のストローラをＵＳＰトランスフィル弁と適合させないようにすることを求める場合がある。当該の問題に対するソリューションの一実施態様は、ＵＳＰ携帯型ストローラ用の事実上標準的な弁インターフェースの存在によって可能となる。当該の可能なソリューションは、ＵＳＰ携帯型ストローラの標準のＵＳＰ弁インターフェースが、弁マウント２４７３に合わないように、またＵＳＰ９３酸素の液化装置の弁棒２４８１を押し下げることができないような、標準のＵＳＰ弁インターフェースの内径よりも大きな外径２４７１を有する弁マウント２４７３の開発を伴う。ＵＳＰ９３ストローラは、より大きな内径２４６９によって弁マウント２４７３および／または弁本体２４７５に合わせた、雌型弁２４６７によって構成することが可能である。トランスフィル弁２４６６をＵＳＰ携帯型ストローラに適合しないようにするためのソリューションの別の実施態様は、ＵＳＰ携帯型ストローラ弁のトランスフィル弁への押し付けによって、ＵＳＰ携帯型ストローラが弁棒２４８１に十分近づいて、流体流路２４６３または流体流路２４６５を開かないように、弁本体２４７５のような、弁２４６６の突出した雄型部分を、ＵＳＰ携帯型ストローラ弁の雌型キャビティよりも短くすることを伴う場合がある。本発明のいくつかの実施態様によれば、標準のＵＳＰ弁を備えた携帯型ストローラは、トランスフィル弁２４６６には合わないが、雌型弁２４６７を備えた携帯型ストローラは、トランスフィル弁２４６６および／または標準のＵＳＰトランスフィル弁に合うように構成することが可能である。本願明細書における説明によって、当業者は、トランスフィル弁２４６６および／または雌型弁２４６７を、対応するＵＳＰ（純度９９％）承認の弁と適合しないように構成および／または変更することが可能であることを認識されよう。

図１を参照する。クライオクーラーフランジ１０４およびデュワーフランジ１１６における、クライオクーラー１０２とデュワー１２０とのインターフェースである。Ｏリング１０６は、デュワーフランジ１１６とクライオクーラーフランジ１０４との間に配置して、デュワーフランジ１１６とクライオクーラーフランジ１０４との間を密封することが可能である。Ｏリング１０６は、シリコン製のものであってよい。コールドヘッド１１０を備えたコールドフィンガー１０８は、クライオクーラー１０２からデュワー１２０に下方に延在する。濃縮酸素ガスの供給流は、供給管１１２に入り、コールドヘッド１１０で液化されてデュワー１２０に落ちる。デュワー１２０からのボイルオフガスは、通気管１１４を通って出る。液体酸素バリア１１８は、デュワー１２０とクライオクーラー１０２との間に位置させて、デュワー１２０が転倒したときのガスの流れおよび液体の膨張を制御することが可能である。

いくつかの従来のガス液化装置は、一般に、クライオクーラーのコールドヘッドに取り付けられた、複雑な、および／または費用のかかる凝縮器構造を用いている。以前は、液化効率を改善するために、供給ガスストリームを冷表面エンクロージャに接触させることが好都合であると考えられていた。また、以前は、クライオクーラーの冷表面に取り付けられた二重壁の凝縮器構造のような冷却構造を用いること、および凝縮器構造を介して供給ガスを導いて、液化が生じる表面積を増加させることが好都合であるとも考えられていた。しかし、本発明の実施態様は、酸素ガスを液化するコールドヘッド１１０を備えたコールドフィンガー１０８構造を単純に用いている。ガスの供給ストリームをコールドフィンガー１０８に接触させる代わりに、または高表面領域凝縮構造を介して、本発明の実施態様によって、酸素ガスを供給管路１１２に通してコールドフィンガー１０８の近傍に導くことができる。コールドフィンガー１０８によって生じる極低温よって、コールドフィンガー１０８の表面に低圧領域が生じる。この低圧領域すなわち「低温圧」は、液化のためのコールドフィンガー１０８の方へのガスの供給ストリームを引き出す。本発明の実施態様の本概念を用いることで、特に複雑な二重壁構造または螺旋状の凝縮器構造が取り除かれて、コストおよび複雑さが減じられる。

液体酸素バリア２０６１の流れ誘導部２０６５は、コールドフィンガー１０８のコールドヘッド１１０を囲む場合、またはコールドヘッド１１０には達しない場合があるが、図２０および２１を参照して下述するように、本発明の様々な実施態様によれば、流れ誘導部２０６５は、単に気体酸素および他のガスの流れを導くだけであり、凝縮器ではない。流れ誘導部２０６５は、流入ガスを流れ誘導部２０６５の内部を通して導くことが可能であり、これによってコールドフィンガー１０８および／またはコールドヘッド１１０の近傍にガスが保持される。デュワー１２０からの流出ガス、すなわち通気ガスは、それが通気管路１１４を通って出るとき、流れ誘導部２０６５の外側に沿って通ることが可能である。コールドヘッド２１１０と流れ誘導部２０６５との間のより小さな開口部によって、液体酸素が液化後に滴下することができ、流れ誘導部２０６５の外部の大きな開口部によって、通気ガスのようなガスがデュワーから出ることができる。したがって、本発明のいくつかの実施態様によれば、流れ誘導部２０６５は、ガス流を導く役目をする。本発明のいくつかの実施態様によれば、流れ誘導部２０６５は、トランスフィルプロセスの直後の外気の液化を防ぐ役目をすることも可能である。

図１に示される液化システムの実施態様も、複雑な、および／または費用のかかる凝縮器構造を必要としないという理由から、図１に示される液化装置の実施態様も、流入ガスの酸素純度を最高にしようとすることによってではなく、流入ガスの酸素純度を維持しようとすることによって、液化のコストを減じることが可能である。図１に示される本発明の実施態様は、ほぼ酸素ガスの流入供給ストリームの酸素純度の、またはそれ以上の純度の液体酸素を製造することが可能である。これは、例えば、調整器５４０およびオリフィス５４２を使用して、濃縮器５３０からの酸素の供給ストリームの流量を固定することによって、またコールドフィンガー１０８を、酸素の液化温度か、またはこれより低い実質的に一定の温度に保つことによって達成することが可能である。多くの酸素濃縮器は、ＵＳＰ９３純度の酸素ガスを出力する。したがって、本発明の実施態様は、ＵＳＰ９３の供給ストリームを液化して液化純度を最高にするのではなく、ＵＳＰ９３純度の酸素ガスを発生させることによって、ＵＳＰ酸素ガスの供給流を液化して純度を保持する。当該の最高化には、しばしばより複雑な制御器およびハードウェアが必要であり、また、しばしば小規模の家庭またはオフィス用途の酸素液化のコストを大きく増加させるので、従来技術の装置に関連する共通の欠点として存在する。本発明の様々な実施態様によって達成される酸素純度の効率的かつ有効なメンテナンスは、特定のデザイン、構造、動作、およびクライオクーラー１０２、デュワー１２０、供給管路１１２、通気管路１１４、コールドフィンガー１０８、および本発明の実施態様の他の液化関連の構造物の配置によって少なくとも部分的に可能となる。

本発明の実施態様による液化システムが平衡状態を達成すると、液化されるガスの一定の流れによるクライオクーラー１０２への一定のロード、およびシステムの一定の熱損失が存在する。クライオクーラー１０２への電力も一定のままであるので、コールドフィンガー１０８は、デュワー１２０が満たされるまで、実質的に一定の温度を維持することが可能である。ガスの供給ストリームの全てが液化された場合、液化ガスの酸素純度は、ガスの供給ストリームの酸素純度と同じままとなる。しかし、当該のシステムは、次の理由から、ガスの供給流の純度と比較して、液化ガスの純度を保つか、わずかに高めることが可能である。空気の３つの主要な構成要素は、酸素９０．２Ｋ、アルゴン８７．３Ｋ、および窒素７７．４Ｋの沸点（液化温度）を有する。コールドフィンガー１０８先端の温度が７７Ｋより冷えていても、正の供給流れが保たれれば、ガスの供給ストリームの全てが液化されず、アルゴンおよび窒素に対してわずかに大きな割合の酸素を液化する。当該の液化システムの平衡状態温度が８７Ｋであれば、酸素およびアルゴンだけを液化する。類似した事象は、これらの３つのガスの異なる沸点温度により、選択的なボイルオフでの液化後にも生じる場合がある。酸素は、アルゴンまたは窒素よりも高い沸点温度を有するので、デュワー１２０の熱的な非効率性により、わずかに低い割合の酸素が沸騰する。液体ガスが液化装置内の貯蔵デュワー１２０から、患者が呼吸をするであろう携帯型デュワーに移された後に、選択的なボイルオフが継続して生じたとしても、生成ガスは、液化前の最初の供給ガスの純度か、またはそれ以上の純度を依然として保つことになる。これは、選択的な液化、および患者が液体携帯型ストローラからガスを呼吸する前に、すでに液体純度を増加させた、貯蔵および移動中の選択的なボイルオフによるものである。

断熱デュワー１２０を備えた液化装置が液体酸素を満たしたデュワー１２０の側に転倒したとき、液体酸素は、デュワー１２０の口から流出してクライオクーラーフランジ１０４へ流れることができる。この領域は、大質量の金属によって非常に暖かい場合があり、また供給管１１２および通気管１１４への直接的なアクセスを提供する場合がある。液体酸素を急激に暖めることによって、液体が急速に沸騰して急速な体積膨張を生じる場合がある。この急速な膨張によって、気体酸素とともに液体酸素が供給管１１２および通気管１１４を通させる場合があり、その結果、液体酸素が液化装置の通気ポートから噴霧される場合がある。

液体酸素バリア１１８は、転倒のときに液体酸素が断熱デュワー１２０から漏れる速度を著しく低下させるように構成することが可能である。液体酸素バリア１１８は、転倒のときに液体酸素が漏れる開口部のサイズを減じる。液体酸素バリア１１８は、クライオクーラーフランジ１０４またはデュワーフランジ１１６、あるいはその両方の直径よりもより小さい直径を有することが可能である。液体酸素バリア１１８は、クライオクーラーフランジ１０４とデュワーフランジ１１６との間に挿入するか、またはクライオクーラーフランジ１０４だけに挿入するか、あるいはデュワーフランジ１１６だけに挿入する別個の部品とすることが可能である。別様には、液体酸素バリア１１８は、クライオクーラーフランジ１０４またはデュワーフランジ１１６に統合することが可能である。

図３は、クライオクーラーフランジ３０４とデュワーフランジ３１６との間に挿入された液体酸素バリア３１８を示す図である。Ｏリング３０６は、クライオクーラーフランジ３０４およびデュワーフランジ３１６との間の密封を助力する。濃縮ガスは、液化される前に供給管３１２に入る。デュワー３２０からのボイルオフガスは、通気管３１４通って出る。液体酸素バリア３１８によって、デュワー３２０の転倒のときに生じた圧力を通気させることができるが、その圧力は、制御された安全な速度で通気させることができる。一実施態様では、液体酸素バリア３１８は、より小さな開口部３０１の内径と外径の差が約１／１０，０００乃至１／１５，０００インチである、より小さな開口部３０１に対する、デュワー３２０とクライオクーラー３０２との間のコールドフィンガー３０８の周辺の開口部を制限する。より小さな開口部３０１は、環状流路３９５内に設置することが可能である。環状流路３９５は、図３に示されるように、クライオクーラーフランジ３０４および／またはデュワーフランジ３１６によって外側に、およびコールドフィンガー３０８および／またはクライオクーラー３０２によって内側に形成または画定することが可能である。別様には、環状流路３９５は、図３に示されるように、クライオクーラー３０２および／またはデュワー３２０によって外側に、およびコールドフィンガー３０８および／またはクライオクーラー３０２によって内側に形成または画定することが可能である。バリア３１８は、より小さな開口部３０１でのように、環状流路３９５の幅を狭くする、および／または環状流路３９５の断面積を減じる役目をすることが可能である。バリア３１８を備えても、ガスは、依然としてクライオクーラー３０２とデュワー３２０との間を流れることができる。しかし、デュワー３２０の転倒または傾斜のときに、バリア３１８は、急速に膨張するガスと液体の混合物がデュワー３２０からクライオクーラー３０２に流れることができる速度を減少させる役目をすることが可能である。好適な実施態様では、液体酸素バリア３１８は、テフロン（登録商標）で構成することが可能である。

本発明のいくつかの実施態様によれば、バリア３１８は、クライオクーラーフランジ３０４とデュワーフランジ３１６との間に配置、挿入、または介入させることが可能である。当該の実施態様では、締め付け要素１８３１、１９３１（図１８参照）は、バリア３１８を適切な場所に固定し、同時に、Ｏリングを通じてクライオクーラーフランジ３０４およびデュワーフランジ３１６を固定することが可能である。他の実施態様では、バリア３１８は、クライオクーラー３０２、デュワー３２０および／またはコールドフィンガー３０８と一体にすることが可能である。図１９はまた、本発明の一実施態様の、クライオクーラーおよびデュワー内部の側面斜視図、断面図であり、コールドフィンガーおよび液体酸素バリア１９１８の一実施態様を示す図である。

図２０および２１を参照する。これらは、液体酸素バリア２０６１の別の実施態様を示す図である。液体酸素バリア２０６１、２１６１は、液体酸素バリア部２０６３と、流れ誘導部２０６５とを備える。流れ誘導部２０６５は、コールドフィンガー２１０８の長さ方向に延在する。流れ誘導部２０６５は、代わりに、コールドヘッド２１１０を含むコールドフィンガー２１０８の長さ方向に延在させることが可能である。流れ誘導部２０６５は、管状とすることが可能である。別様には、流れ誘導部２０６５は、コールドフィンガー２１０８を囲み、供給管路５１２からコールドヘッド２１１０の方に供給ガス流を導く、あらゆる形状のものとすることが可能である。いくつかの実施態様では、液体酸素バリア２０６１、２１６１は、テフロン（登録商標）材で構成することが可能である。供給流は、供給流管路５１２から開口部２０６９を通り、コールドヘッド２１１０の方へ流れ誘導部２０６５の内部を流れる。通気ガスは、流れ誘導部２０６５の外側に沿って流れ、開口部２０６７を通って通気管路５１４の外側へ流れる。液体酸素バリア部２０６３は、供給ガスが内側を流れて通気ガスが外側を流れるような異なる構成のものであるが、転倒のときの液体および気体酸素の過度の漏出を防ぐことにおいて、液体酸素バリア１１８、３１８、１９１８と同じ機能を果たす。

図９乃至１１は、本発明の一実施態様による、液化装置の下部筐体アセンブリの斜視図である。図９乃至１１は、供給管９１２、１０１２と、通気管９１４、１０１４と、ソレノイド弁１０５６と、供給管１０１２の逃し弁１０５４と、フィルタ１０５２と、通気管１０１４の逃し弁１１５８と、ベントポート１１７０と、ボイルオフ管１１６０とを示す。一実施態様では、供給管１０１２および／または通気管１０１４は、内径１／４インチのビニル管である。また、その上に上部筐体アセンブリを挿入することができる取り付けスロット１１７２も示す。

図１２および１３は、本発明の一実施態様による、液化装置の外側ハウジング１２８０の斜視図であり、着脱可能な加湿器１２８４の可能な配置を示す図である。加湿器ボトル１２８４は、患者流通管５３４に取り付けられる。液化プロセスでは、水蒸気が酸素に混入することが許容されないので、加湿器を酸素濃縮器５３０の出口で使用することはできない。一実施態様では、加湿器ボトルは、カニューレを取り付けるための取り付けノズル１２８６を備える。患者流量計１２３８によって、患者は、受け取る酸素の流量を調整することができる。外側ハウジング１２８０の上部は、トランスフィル弁１２６４の上にストローラ６６８を合わせ易くするために、携帯型ストローラ６６８の底部の形をした凹部を有する。凹部１２８２はまた、携帯型ストローラ６６８を収容して、携帯型ストローラ６６８がトランスフィルスイッチ６６６を押し下げられるようにする。凹部１２８２は、外側ハウジング１２８０上に形成された凹部とすることが可能であり、携帯型ストローラ６６８の弁インターフェース面６９７に合うように形成される。ストローラ６６８はまた、ストローラ６６８がトランスフィル弁１２６４に係合されたときに、２つの弁の間の接続が開き、液体がそれらの間を自由に流れることができるように、特にトランスフィル弁１２６４とインターフェースする弁も有する。

一実施態様では、外側ハウジング１２８０は、ハンドル１２８８を有する。ハンドル１２８８は、患者が取り扱うこと、および液化装置の動きを容易にすることが可能である。ハンドル１２８８は、カニューレを使用しない間、カニューレをハンドルの周りに巻いて格納することができるように構成することも可能である。別様には、ハンドルは、締結具によって外側ハウジング１２８０に固定することが可能であり、この締結具は、外側ハウジング１２８０の内側に沿ってワイヤーを適切な場所に保持するように機能する。例えば、ハンドル１２８８がねじによって外側ハウジング１２８０に固定されている場合、外側ハウジング１２８８の内側のワイヤーは、２つのネジ頭間の外側ハウジング１２８８の内側に固定されたストラップの下に敷設することが可能であるので、ワイヤーの配置が固定される。一実施態様では、ハンドルは、外側ハウジング１２８８と一体にすることが可能である。

図１４は、本発明の一実施態様による、液化装置の外側ハウジング１４８０の上部斜視図であり、トランスフィル弁１４６４およびトランスフィルスイッチ１４６６の一実施態様を示す図である。

図１５は、本発明の一実施態様による、液化装置の上部筐体１５９４に取り付けシュラウド１５９０によって固定されるクライオクーラー１５０２およびデュワー１５２０の側面斜視図である。取り付けシュラウド１５９０は、冷却ファンマウント１５９２を備える。一実施態様では、上部筐体１５９４は、下部筐体の取り付けスロット１１７２（図１１参照）に合う取り付けペグ１５９６を有する。一実施態様では、取り付けシュラウド１５９０は、防振部材１５９８を介して上部筐体１５９４に固定される。防振部材１５９８は、取り付けシュラウド１５９０が上部筐体１５９４と接触する場所（４つの取り付けボルト）において、クライオクーラー１５０２および取り付けシュラウド１５９０を上部筐体１５９４から分離することによって、振動によるノイズを大幅に減じる。防振部材１５９８は、ゴムで形成することが可能である。例えば、防振部材１５９８は、Ｂｕｎａ−Ｎゴムによって形成することが可能である。別様には、防振部材１５９８は、あらゆる他の防振材料または装置で形成することが可能である。例えば、防振部材１５９８は、スプリング緩衝アセンブリを備えることが可能である。

図１６は、本発明の一実施態様による、取り付けシュラウド１６９０およびデュワー１６２０の背面の斜視図である。取り付けシュラウド１６９０の内側の形状は、クライオクーラーの冷却フィンを通じて気流を導くようなものとすることが可能である。ファンは、ファンハウジング１６９２内に取り付けて、矢印１６７５で示される方向に空気を引っ張ることが可能である。結果的に、空気は、空気取入口１６７１に矢印１６７３で示される方向に入り、クライオクーラーの冷却フィンに吹き付けられ、ファンハウジング１６９２を通って取り付けシュラウド１６９０から出る。図１７は、取り付けシュラウド１７９０の部分的な切断図を示し、クライオクーラー１７０２およびクライオクーラー冷却フィン１７１１を明示する。

図１８は、本発明の一実施態様による、クライオクーラーフランジ１８０４とデュワーフランジ１８１６との間のインターフェースを示す図である。取り付けシュラウド１８９０は、２つの別個の部分で構成することが可能である。取り付けシュラウド１８９０は、代わりに２分割で構成することが可能である。２つの取り付けシュラウドの片割れは、ボルト穴１６７７のようなボルト穴を通して、互いにボルトで固定することが可能である。一実施態様では、取り付けシュラウド１８９０は、締め具すなわち締め付け要素１８３１、１９３１を備える。締め付け要素１８３１、１９３１は、図１８に示されるように、クライオクーラーフランジ１８０４およびデュワーフランジ１８１６の少なくとも一部を包含する。クライオクーラーフランジ１８０４は、クライオクーラーフランジ１８０４がデュワーフランジ１８１６に近づくにつれてその外径が大きくなる、クライオクーラーのネック部分１８３５から外へ通じる傾斜部表面を含む。デュワーフランジ１８１６は、デュワーフランジ１８１６がクライオクーラーフランジ１８０４に近づくにつれてその外径が大きくなる、デュワーのネック部分１８３３から外へ通じる傾斜部表面も含む。締め具１８３１、１９３１は、デュワーフランジ１８１６およびクライオクーラーフランジ１８０４の傾斜部表面に適合させて、例えばそれらに垂直力を加えるように構成することが可能である。クライオクーラーフランジ１８０４およびデュワーフランジ１８１６の傾斜部表面に加えた垂直力は、締め付け要素１８３１、１９３１の２つの片割れがフランジ１８０４、１８１６の周りに固定されて締め付けられるので、２つのフランジ１８０４、１８１６を押す、対応する軸方向力を発生させる。締め付け要素１８３１、１９３１のアプリケーションに従ったＯリング１０６の圧縮は、クライオクーラーフランジ１８０４およびデュワーフランジ１８１６のインターフェースから、転倒のときであっても、気体または液体酸素を漏出させない役目をする。

図４を参照する。本発明の一実施態様による、液体酸素の製造を遅らせるための、電気的ではなく機械的な手段である。コールドフィンガー４０８は、デュワー４２０に延在する。コールドフィンガー４０８は、温度勾配を有する。コールドフィンガー４０８の一端４１３は、酸素の沸点よりも高い温度であり、他端４１５は、酸素の沸点よりも低い温度である。酸素が液化してデュワー４２０を満たすとき、液面４１７は、温度が酸素の沸点を超えているコールドフィンガー４０８のレベルにまでしか上昇しない。この液面４１７では、コールドフィンガー４０８のいかなる露出部分も、酸素を液化させるまで十分に冷却されていないので、液面がさらに上昇することはない。これによって、デュワー４２０の過充填が防止される。

別様には、低温液体レベルセンサー７８９を使用して、デュワーの液面が所定の限度を越えたときにシステムを停止させることが可能である。図７は、本発明の一実施態様の低温液体レベルセンサー７８９の側面図である。平行板７８３は、非導電性ねじ７８１とともに取り付けプレート７８５の両側に保持することが可能である。低温液体レベルセンサー７８９は、図８に示される本発明の一実施態様にあるように、デュワー８２０の上部に接続して、デュワー８２０の長さ方向に延在させることが可能である。デュワー内の液体酸素のような液体ガスのレベルを測定する容量法を用いることが可能である。この方法では、平行板７８３または平行な円筒（図示せず）を使用することが可能である。デュワー８２０内の液面が上昇するにしたがって、平行板７８３の間の気体酸素が徐々に液体酸素に置き換わる。気体酸素と液体酸素との間の誘電率の変化により、平行板７８３の間で測定される静電容量が変化する。この静電容量の変化は、デュワー８２０内の液面の変化に対応し、それを測定して、ユーザーに表示するための使用可能な形態に変換することが可能である。一実施態様では、デュワー内の液面は、デュワーの１／４（１／４、１／２、３／４、フル）の分解能で、バーランプの形態で表示される。一実施態様では、デュワー８２０内の液面は、デジタル読み出しで表示される。

コンデンサ低温液体レベルセンサー７８９は、１．０を越える誘電率のような一定の誘電率を有する非導電性材料によって分離される、２つ以上の金属導電性板で構成することが可能である。当該の低温液体レベルセンサー７８９を使用して、液体酸素またはほぼあらゆる他の低温液体の液面を測定することが可能である。低温酸素液体レベルセンサー７８９は、気相と液相との間の酸素の誘電率における変化の差を測定することが可能である。これは、液体高さに直接関連する可変容量を発生させる。液面の複数の異なる表示は、低温液体レベルセンサー７８９を用いることによって可能となる。

本発明の別の実施態様によれば、他のタイプの低温液体レベルセンサーを使用することが可能である。例えば、フロートを一般的な自動車用の燃料レベルセンサーとして使用可能な様態に類似した様態で、フロートを使用して低温液面を測定することが可能である。当該の場合、フロートが所望の液体の表面を上下に移動するときに、可変抵抗を通じてフロートアームを移動させる。この可変抵抗は、公知の電源から可変電圧を発生し、この可変電圧は、電圧計などに接続して表示することが可能である。低温液体レベルセンサーの他の別の実施態様によれば、抵抗法を使用することが可能である。当該の方法では、例えば、銅に対して一定の熱伝導率（３．９８ワット毎センチメートル−ケルビン）および銅の抵抗率を用いて、低温液体の気相と液相との間の点を検出することが可能である。当該の気相と液相との間のレベル点は、２、３℃程度の差温の変化のような、差温の変化があり、気相は液相よりも多くの電力を導通するので、熱伝導率における差異を有する。液面の高さは、気相に導通した電力量によって検出されるように、液相の高さに基づいて計算することが可能である。気相に導通したより少ない電力は、より高い液面に対応させることが可能である。低温液体レベルセンサーのさらに他の別の実施態様によれば、半導体法を使用することが可能である。当該の方法は、低温に露出されたときに伝導特性が変化する、特別なダイオード構造を用いることが可能である。場合によっては、特別なダイオード構造は、マイクロコントローラ／プロセッサによって制御される、個々の点を監視する装置とすることが可能である。低温液体レベルセンサーの更なる別の実施態様によれば、超音波法を使用することが可能である。当該の方法は、パルス化された高周波数または超高周波数の超音波トランスデューサを使用して、測定する液体の表面からの反射信号の「ドップラー効果」を測定することが可能である。「ドップラー効果」の測定値が短くなるほど、低温液面が高くなる。

図２２は、効率的なデュワー２２２０のデザインを示す図である。液体酸素は、内槽２２１７内に貯蔵することが可能である。内槽２２１７は、外槽２２１５に収容される。内槽２２１７と外槽２２１５との間は、対流熱伝達を最小限に抑えるための略真空空間である。ＳｕｐｅｒＷｒａｐのようなラッピング材料２２１９を、内槽２２１７の周囲に巻きつけて、放射伝熱を遅らせる。コールドゲッター２２１１は、真空空間内から逸脱した水分子を捕らえる。温表面ゲッター２２１３は、真空空間内から水素分子を捕らえる。トランスフィル管２２６２は、内槽２２１７を通ってベローズネック２２２１に到達し、そこに複数回巻きつけられてから、外槽２２１５を通って外に出る。真空空間内のトランスフィル管２２６２を長くすることによって、また管２２６２の断面積を狭くすることによって、導電性熱損失が最小限に抑えられる。導電性熱損失は、ベローズネック２２２１によっても最小限に抑えられる。内槽２２１７は、ベローズネック２２２１によって外槽２２１５に接続される。ベローズネック２２２１は、図２２に示されるように、アコーディオン形状として、熱が通って逃げなければならない経路を長くすることが可能である。他のベローズネックのデザインを用いて、熱が通って逃げなければならない経路を長くすることが可能である。

図２を参照する。フィン温度センサー２９９は、クライオクーラーの冷却フィンに近接して設置することが可能である。加えて、コールドフィンガー温度センサー２９７は、クライオクーラーのコールドフィンガーに近接して設置することが可能である。フィン温度センサー２９９は、潜在的に危険な状態または損害を与える状態を検出することが可能である。例えば、異常に高いフィンの温度を検出することで、冷却ファンが故障してクライオクーラーが過熱していることを示すことが可能である。フィン温度センサー２９９は、液化装置が、直射日光下に、または異常に暖かい部屋に配置されたかどうか、あるいは冷却通気が遮断されたかどうかを検出することも可能である。コールドフィンガー温度センサー２９７は、クライオクーラー内のディスプレーサが動かなくなり、コールドフィンガーが冷却されずに温まったかどうかを検出することが可能である。別の液体酸素バリア２０６１を使用する方法（図２０および２１を参照）では、代わりにコールドフィンガー温度センサー２９７を、流れ誘導部２０６５の内部に設置することが可能である。フィン温度センサー２９９またはコールドフィンガー温度センサー２９７のいずれかが異常に高い温度を検出したときに、回路は、クライオクーラーの制御に対して「停止」信号をラッチして、モーターを停止させる。この障害中に、ユーザーに対して表示ランプを点灯させることが可能である。「停止」信号は、温度が高すぎる状態が依然として存在していなければ、液化装置へ電力を再循環させることによって解除することが可能である。

図２７は、本発明の様々な実施態様による、液化システムの電気部品をオフにするための温度検出回路の概念的配線図である。信号調整器は、温度センサーまたは熱電対２７０１、２７０２に接続することが可能である。信号調整器は、温度センサー２７０１、２７０２のうちの１つ、両方、またはそれ以上の温度センサーに対応する温度信号を出力する。一例として、温度センサー２７０１は、除去温度としても公知の、クライオクーラー２７０４の冷却フィンの近くで温度を測定するように設置する、および／または構成することが可能である。さらに別の例として、温度センサー２７０２は、クライオクーラー２７０４のコールドフィンガーの近くで温度を測定するように設置する、および／または構成することが可能である。この信号は、比較器２７０７によって参照電圧と比較される。温度センサー２７０１、２７０２のいずれかが、異常に高い温度を検出したときに、示された回路は、クライオクーラーのＰＷＭ制御器２７０６に対して「停止」信号をラッチして、ソース２７０５からクライオクーラー２７０４に電力を供給する電力回路を遮断することによって、クライオクーラー２７０４のモーターを停止させる。温度センサー２７０１または温度センサー２７０２のいずれかが、異常に高い温度を検出したときに、クライオクーラー２７０４から電力を取り除くことが可能である。例えば、本発明のいくつかの実施態様によれば、温度センサー２７０１が、クライオクーラーの冷却フィン温度が６５℃より高いことを検出するか、または温度センサー２７０２が、コールドフィンガーの温度が５０℃より高いことを検出することが可能である。この障害中に、ユーザーに対して表示ランプを点灯させることが可能である。「停止」信号は、温度が高すぎる状態が依然として存在していなければ、液化装置へ電力を再循環させることによって解除することが可能である。

図２５は、本発明の様々な実施態様による、液化システムの電気部品をオフにするための衝撃検出機構の概念的配線図である。ソース２５０６からロード２５０５に供給される電力は、作動接点アセンブリ（すなわち、回路遮断器またはリレー、あるいは半導体回路）を通る。アクチュエータ機構２５０４に電力が加えられる限り、電力は接点アセンブリを通ることができる。転倒状態中に、加速度計２５０１または他の衝撃検出装置２５０１の検出出力は、増幅器２５０２によって所望の範囲に増幅される。この電圧範囲は、アナログ−ビット変換器に入力され、比較器２５０３において公知の電圧と比較される。「ビット」出力は、スイッチング装置を起動させる。スイッチング装置が作動中であれば、回路保護装置は、アクチュエータ機構２５０４への電力を取り除き、またロード２５０５への電力を取り除く。ロード２５０５は、これに限定されないが、クライオクーラー、クライオクーラードライバ、冷却ファン、回路基板、および／または電力によって動作する他の要素とすることが可能である。

図２６は、本発明の様々な実施態様による、液化システムの電気部品をオフにするための転倒または傾斜スイッチの概念的配線図である。転倒／傾斜スイッチ２６０１は、角度の回転、または傾斜を受けたときに、その状態を「オン」から「オフ」へ、または「オフ」から「オン」へ切り替えることができるあらゆるスイッチとすることが可能である。転倒／傾斜スイッチ２６０１は、デュワー、クライオクーラー、および／またはガス液化システムのあらゆる他の要素に取り付けて、取り付けた要素が転倒および／または傾斜したことを判断することが可能である。例えば、転倒／傾斜スイッチ２６０１は、水銀スイッチとすることが可能である。転倒／傾斜スイッチ２６０１は、所定の角度で転倒または傾斜したときに、状態を変更するように構成することが可能である。例えば、所定の角度を４５°とすることが可能である。別様には、所定の角度は、転倒または過度の傾斜状態を示すあらゆる角度とすることが可能である。例えば、所定の角度を３０°から６０°の範囲とすることが可能である。ソース２６０６からロード２６０５に供給される電力は、作動接点アセンブリ（すなわち、回路遮断器またはリレー、あるいは半導体回路）を通る。アクチュエータ機構２６０４に電力が加えられる限り、電力は接点アセンブリを通ることができる。転倒状態中に、転倒／傾斜スイッチ２６０１が起動して、アクチュエータ機構２６０４への電力を取り除き、それによって、ロード２６０５への電力が取り除かれる。ロード２５０５は、これに限定されないが、クライオクーラー、クライオクーラードライバ、冷却ファン、回路基板、および／または電力によって動作する他の要素とすることが可能である。

図２８は、本発明の様々な実施態様による、酸素純度の測定および酸素純度を表示するための表示オプションの概念的配線図である。酸素純度を検出する複数の方法が存在する。例えば、酸素純度は、ガルバニック型マイクロ「燃料電池」法によって、または光屈折法によって測定することが可能である。各酸素純度検出要素は、異なる使用可能な出力を提供することが可能であり、それぞれが専用の変換回路を必要とする場合がある。同様に、酸素純度の情報を表示するためのそれぞれの可能な方法は、専用の変換回路および／または方法を必要とする場合がある。図６に示されるように、酸素純度センサー５６８は、供給流れ管路５１２内に設置することが可能である。例えば、酸素純度センサー５６８は、液化前のどこかに、供給流管路５１２と流体連通して、および／または供給流管路５１２に沿って設置することが可能である。酸素純度センサー５６８が入力圧力に敏感である場合、酸素純度センサーは、圧力調整器５４０および／またはオリフィス５４２の下流の供給流管路５１２内に配置することが可能である。

本発明の一実施態様によれば、「燃料電池」センサーのようなセンサー２８０１を使用して、酸素純度を測定することが可能である。検出した酸素純度は、例えば、数値ＬＥＤインジケータ２８０３、純度バーＬＥＤインジケータ２８０４、および／または有色ＬＥＤ２８０５のような、様々なグラフィック表現を通じて表示することが可能である。「燃料電池」の使用可能な検出出力は、これに限定されないが、酸素１パーセントあたりのミリボルトに対応する信号とすることが可能である。この信号は、所要の電圧範囲に増幅することが可能である。単純な合／否タイプの情報表示を使用するときは、増幅信号を一連のアナログ−ビット変換器に入力することが可能である。ディスプレイドライバ２８０２は、次いで独立したＬＥＤまたはランプをＯＮにして、気体酸素純度レベルの合／否状態を示す。例えば、ディスプレイドライバ２８０２は、数値ＬＥＤインジケータ２８０３を通じて数値的な純度の測定値を示すことが可能である。いくつかの実施態様によれば、ディスプレイドライバ２８０２は、純度バーＬＥＤインジケータ２８０４を通じてグラフィカルな純度の測定値を表示することが可能である。さらに他の実施態様によれば、ディスプレイドライバ２８０２は、緑色、黄色、および／または赤色のＬＥＤ２８０５を通じて、純度の測定値の合／否を表示することが可能である。当該の場合、緑色ＬＥＤの点灯を、満足な酸素純度レベルを知らせるものとし、黄色のＬＥＤの点灯を、必ずしも深刻ではないが酸素純度に問題の出る可能性があることを知らせるものとし、赤色ＬＥＤの点灯を、酸素純度レベルが危険なほど低いことを知らせるものとすることが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、満足な酸素純度の範囲は、酸素が８５容量％を越える純度である。

図３１は、本発明の様々な実施態様による、クライオクーラーの低電力モードを示す概念的配線図である。本発明の実施態様の液化装置においてデュワーが満たされると、クライオクーラーは動作を続けるが、酸素の液化は継続しない。これは、コールドフィンガーのある点まで液面が上昇して、クライオクーラーのコールドフィンガーのいかなる露出部分も、酸素の液化温度よりも低くならないからである。デュワーが満たされた状態で全出力でクライオクーラーを動作し続けると、エネルギを過剰に消費する場合がある。デュワーが満たされたことを検出したときに、クライオクーラーから電力を完全に取り除くことが可能であるが、電力を取り除く代わりに電力を下げることで、クライオクーラーの構成要素の摩耗を減じて、クライオクーラーのコールドスタートに関連するあらゆるノイズを除去することが可能である。クライオクーラーおよび／または冷却ファンの低電力モードを実装することの潜在的な利点には、これに限定されないが、ノイズレベルの低減、過剰な熱の発生の低減、デュワー内の液体ガスに対する液体のボイルオフ率の低減、および／またはクライオクーラーの摩耗の低減、などが挙げられる。クライオクーラーの低電力モードを実装することで、および／またはファンを冷却することで、デュワーが満たされている間の電力消費を５０パーセント以上削減し、全体的な電力消費を３０乃至３５パーセント削減することが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、低電力または省エネルギモードは、低温液体レベルセンサーが、デュワーの液面が満たされたことを検出したときに起動して、低温液体レベルセンサーが、デュワーが所定の液面になったことを検出したときに通常モードに戻すことが可能である。例えば、低温液体レベルセンサーが、デュワーが全液面の３／４になったことを検出したときに通常モードに戻すことが可能である。

本発明のいくつかの実施態様によれば、クライオクーラーおよび／または冷却ファンに供給される電力を所定の電力レベルに単純に減じることによって、低電力モードにすることが可能である。図３１は、クライオクーラードライバ３１０２への電力を減じるように機能する回路の一実施態様を示す。通常動作では、ＰＷＭ設定点３１０１の全電圧をクライオクーラードライバ３１０２に加えることが可能である。低温液体レベルセンサーは、液面電圧３１０３を供給するが、この電圧は、増幅して基準電圧と比較して、いつ液面が満たされたか、およびいつ低電力モードにしなければならないのかを判断することが可能である。低電力動作を起動するときに、スイッチング装置が更なる抵抗を介してグラウンド経路を提供して、冷却器ドライバ３１０２の回路に加えられ流伝圧を減じる、分圧器を構築する。加えられた電力は、クライオクーラーのエネルギ消費要件に基づいて、所与の液化システムの広範囲の可能な電力、流体流、および／または熱力学的特性に設定することが可能である。本発明のいくつかの実施態様によれば、加えられた電力は、中央にあるがその全範囲を通して変位しないクライオクーラー内にピストンを保持するように選択することが可能である。

図３２は、本発明の様々な実施態様による、交流冷却ファンの低電力モードを示す概念的配線図である。第１の回路図３２０１は、ソース３２０４によって電力が供給される交流ファン３２０３の低電力モードを示す。通常動作中に、タイマー３２０６を有するＰＷＭ／ランダム位相制御器３２０５に全設定点電圧が加えられ、全電圧を冷却ファン３２０３に加える。ノイズ低減のためにファンの速度を下げたいとき、および完全な液体酸素の製造が必要ではないときに、スイッチング装置を、第２の抵抗を介してグラウンド経路を構築するように作動させることが可能である。当該のスイッチング装置は、低温液体レベルセンサーが基準電圧を超える液面電圧３２０７信号を供給するときに、作動させることが可能である。これによって、分圧器回路が構築され、ＰＷＭ／ランダム位相ファンドライバ３２０５の電圧設定点を減じて、ファンを減速する。

図３３は、本発明の様々な実施態様による、直流冷却ファンの低電力モードを示す概念的配線図である。第２の回路図３２０２は、直流ファン３２０８の低電力モードを示す。液体ガスをそれ以上製造する必要がないときに電力を減じるのではなく、ファンの速度を自動的に増減させて、一定のクライオクーラー除去温度（または冷却フィン温度）を所定の温度に保つことが可能である。除去温度は、監視および設定点との比較が可能である。この差に基づいて、スイッチング装置をＰＷＭ制御器３２０９によって、より高いまたはより低い速度でパルスさせて、ファン３２０８の空気流を制御して、クライオクーラーの温度を設定する。

クライオクーラーに供給される電力を所定の電力に単純に減じることによって、低電力モードにする実施態様によれば、システムは最終的には平衡状態になるが、その状態では、コールドフィンガー先端の温度は、これに限定されないが、クライオクーラーの冷却効率、およびクライオクーラーが従属する熱的なロードを含む、因子を組み合わせたものに依存しうる。クライオクーラーが受ける熱的なロードは、これに限定されないが、コールドフィンガーを通じて導かれるガスの流量、ガスの流入温度、およびデュワーおよびデュワーシールフランジの熱的な非効率性を含む、因子に依存しうる。別々に製造された構成要素間の物理的な差異に基づいて、これらのパラメータの全てに変動が存在しうるので、クライオクーラーに対する流入電力は、最悪の場合の変動に対応するように、十分高く設定しなければならない。当該のクライオクーラーの電力設定によって、クライオクーラーが、十分な液化速度の達成に必要な電力よりも大きな電力を引き出す場合がある。当該の余分の電力は、液化中に、概してコールドフィンガーの温度を更に下げる場合がある。しかし、本発明のいくつかの別の実施態様によれば、ライオクーラーに供給される電力を所定のレベルに単純に減じる代わりに、コールドフィンガーの冷却端の温度を監視して、クライオクーラーに供給される電力を調整することによって、低電力モードにして、低電力モード中に所定の冷却端の温度を保つことが可能である。当該の別の実施態様では、デュワーが満たされるまで液体が製造され、クライオクーラーに供給される電力は、コールドフィンガーの先端温度を監視しながら減じることが可能である。冷却端部の所定の温度は、スケールで測定されるデュワー内の液体の容量が保持される温度が見つかるまで、実験的に温度を変化させることによって見出すことが可能である。当該の方法は、場合によっては、より費用効果の優れた省エネルギのデザインを可能にし、また経時的にクライオクーラーの効率の潜在的な向上も補うことが可能である。

液化装置は、他の電子システムを用いて、安全性、効率、およびコストを改善することも可能である。例えば、最初に電力をシステムに加えたときに、全てのユーザー表示ランプを点灯させて、全てのランプが正常に作動していることをユーザーが確認できるようにすることが可能である。しばらく経過した後に、電源ランプを除く全てのランプを消灯して、システムに通常の動作を行わせることが可能である。

加えて、様々な電子手段を用いて、クライオクーラーを制御することが可能である。適切なＲＭＳ電圧が加えられるように、クライオクーラーのファイアリング角度を変化させて、外部の作動条件が変化したときに、所望のピストン行程を保持することが可能である。ピストン行程の制御ループは、行程設定点と、再構成回路からのピストン振幅を比較する。これは、ランダム位相、オプトアイソレーショントライアックドライバに対するファイアリング角度を制御することによって達成することが可能である。ファイアリングトライアック装置およびフロントエンドの再構成回路は、制御およびフィードバック回路から電気的に絶縁することが可能である。また、クライオクーラーピストンの行程は、モーターの独立した逆起電力を使用して、モーター電流の独立した監視を行って算定することが可能である。得られたモーター速度の積分により、ピストン行程のリアルタイムのセンサーレス測定値が得られる。クライオクーラーの電源投入シーケンスの開始のときに、クライオクーラーのピストンは、ＡＣ電圧を整流して冷却器への得られたＤＣ電力を制御することによって、その最高の状態に持ち上げられる。これは、ランダム位相、オプトアイソレーショントライアックドライバに対するファイアリング角度、および全波ダイオードブリッジとトライアックとの組み合わせの使用を制御することによって達成される。

図３４は、本発明の様々な実施態様による、住居用酸素治療のためのガスの液化における酸素純度の保持方法を示すフローチャート３４００の図である。ガスの供給ストリームは、酸素濃縮器から受け取る（ブロック３４０２）。クライオクーラーが提供される。クライオクーラーはコールドフィンガーを含む。コールドフィンガーは、容器内に延在して、容器内にガスを封じ込めるためのガスを液化するように機能する（ブロック３４０４）。コールドフィンガーは、酸素の液化温度か、またはこれより低い実質的に一定の温度に保つことが可能である（ブロック３４０６）。ガスの供給ストリームの少なくとも一部が液化され、液化ガスの酸素純度は、実質的にガスの供給ストリームの酸素純度であるか、またはこれより高い（ブロック３４０８）。ガスの供給ストリームは、コールドフィンガーの表面におけるガスの供給ストリームの液化によって発生する低圧で、少なくとも部分的にコールドフィンガーに引き出すことが可能である（ブロック３４１０）。液化ガスは、容器内に蓄えることが可能である（ブロック３４１２）。本発明のいくつかの実施態様によれば、携帯型デュワーを提供して、移動性の医療ガス治療のための液体ガスを貯蔵することが可能である（ブロック３４１４）。また、液化ガスは、容器から携帯型デュワーに移すことが可能である（ブロック３４１６）。

図３５は、本発明の様々な実施態様による、住居用医療ガス液化および貯蔵における消費電力を減じるための方法、およびクライオクーラーの低電力モードを起動するための方法を示すフローチャートの図である。フローチャート３５００は、住居用医療ガス液化および貯蔵における消費電力を減じるための方法を示す。ガスの供給ストリームは、酸素濃縮器から受け取ることが可能である（ブロック３５０２）。クライオクーラーを提供することが可能である。クライオクーラーはコールドフィンガーを含む。コールドフィンガーは、容器内に延在して、容器内にガスを封じ込めるためのガスの供給ストリームの少なくとも一部を液化するように機能する（ブロック３５０４）。液体レベルセンサーを容器内に取り付けることが可能であり、このセンサーは、容器内の液面を検出するように機能する（ブロック３５０６）。検出された液面が、第１の所定の液面か、またはそれを超えているかどうかの判断を行う（ブロック３５０８）。そうでない場合には、液体レベルセンサーは、液面の検出を継続する（ブロック３５０８）。検出された液面が第１の所定の液面か、または、全液面のように、それを超えている場合は、クライオクーラーの低電力モードを起動することが可能である（ブロック３５１０）。

フローチャート３５０１は、クライオクーラーの低電力モードを起動するための方法を示す。メンテナンス温度を選択することが可能である（ブロック３５１２）。また、コールドフィンガーの温度を監視することが可能である（ブロック３５１４）。クライオクーラーへの電力供給は、コールドフィンガーの温度をメンテナンス温度に保つように変化させることが可能である（ブロック３５１６）。

図３６は、本発明の様々な実施態様による、クライオクーラーの低電力モードを起動するための方法を示すフローチャート３６００、３６０１の図である。フローチャート３６００は、クライオクーラーの低電力モードを起動するための方法を示す。クライオクーラーへの電力供給は、低電力の設定値まで減じることが可能である（ブロック３６１２）。デュワー内の液面が、第２の所定の液面か、またはそれより低いかどうかを判断することが可能である（ブロック３６１４）。そうでない場合には、液面の検出を継続することが可能である（ブロック３６１４）。デュワー内の液面が、第２の所定の液面か、または、総液面の３／４のような、それより低い場合は、クライオクーラーへの電力供給を全出力の設定値に戻すことが可能である（ブロック３６１６）。フローチャート３６０１は、低電力モードを起動するための方法の更なる要素を示す。冷却ファンを提供することが可能である（ブロック３６１８）。冷却ファンへの電力供給は、低電力の設定値まで減じることが可能である（ブロック３６２０）。デュワー内の液面が、第２の所定の液面か、またはそれより低いかどうかを判断することが可能である（ブロック３６２２）。そうでない場合には、液面の検出を継続することが可能である（ブロック３６２２）。デュワー内の液面が、第２の所定の液面か、または、総液面の３／４のような、それより低い場合は、冷却ファンへの電力供給を全出力の設定値に戻すことが可能である（ブロック３６２４）。

本発明の好適な実施態様を図を参照して説明したが、本発明がこれらの実施態様のみに限定されないことは明らかである。様々な修正、変更、バリエーション、代用物、および同等物は、請求項に説明されるように、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者に明らかになろう。例えば、本開示における用語「酸素」の使用は、概して、窒素、酸素、アルゴン、空気、および／またはそれらの混合物のようなあらゆる液化可能な、医学的に有用なガスと置き換えることが可能である。加えて、医学的に有用なガスとして言及されているが、本発明の実施態様を使用して、工業用または他の用途に有用な液体ガスを製造することが可能である。

図１は、本発明の一実施態様のクライオクーラーとデュワーとのインターフェースの断面図、切断図である。 図２は、本発明の一実施態様のクライオクーラーおよびデュワーの断面図、切断図であり、温度センサーの可能な配置を示す図である。 図３は、本発明の一実施態様のクライオクーラーとデュワーとのインターフェース内に位置する液体酸素の一実施態様の断面図、切断図である。 図４は、本発明の一実施態様のクライオクーラーとデュワーとのインターフェースの断面図、切断図であり、デュワー内の最大の維持可能な液体酸素レベルを示す図である。 図５は、酸素濃縮器に接続された本発明の一実施態様の概念的システム図であり、液化サイクル中の液体の流れを示す図である。 図６は、酸素濃縮器に接続された本発明の一実施態様の概念的システム図であり、トランスフィルサイクル中の液体の流れを示す図である。 図７は、本発明の一実施態様の液体レベルセンサーの側面図である。 図８は、本発明の一実施態様のデュワーの断面図、切断図であり、その内部における図７の液体レベルセンサーの配置を示す図である。 図９は、本発明の一実施態様による、液化装置の下部筐体アセンブリの斜視図である。 図１０は、本発明の一実施態様の、下部筐体アセンブリの別の斜視図である。 図１１は、本発明の一実施態様の、下部筐体アセンブリの別の斜視図である。 図１２は、本発明の一実施態様による、液化装置の外側ハウジングの斜視図であり、着脱可能な加湿器の可能な配置を示す図である。 図１３は、本発明の一実施態様による、トランスフィル弁およびトランスフィルスイッチを備えた外側ハウジング、および雌型弁を備えた携帯型ストローラの部分的な断面図である。 図１４は、本発明の一実施態様による、液化装置の外側ハウジングの上部斜視図であり、トランスフィル弁およびトランスフィルスイッチの一実施態様を示す図である。 図１５は、本発明の一実施態様による、液化装置の上部筐体に取り付けたシュラウドによって固定されるクライオクーラーおよびデュワーの側面斜視図である。 図１６は、本発明の一実施態様による、取り付けシュラウドおよびデュワーの斜視図である。 図１７は、切断図で示される取り付けシュラウドを備えた、図１６に類似した側面斜視図である。 図１８は、取り付けシュラウドの切断図を伴った、クライオクーラー／デュワーフランジインタフェースの側面斜視図である。 図１９は、本発明の一実施態様の、クライオクーラーおよびデュワーインターフェース内部の側面斜視図、断面図であり、コールドフィンガーおよび液体酸素バリアの一実施態様を示す図である。 図２０は、本発明の一実施態様による、液体酸素バリアおよび流れ誘導部の側面斜視図である。 図２１は、本発明の一実施態様の、クライオクーラーおよびデュワーインターフェース内部の側面斜視図、断面図であり、コールドフィンガー、液体酸素バリア、および流れ誘導部の一実施態様を示す図である。 図２２は、本発明の一実施態様による、デュワーの側面図である。 図２３は、本発明のいくつかの実施態様による、図５の概念的システム図に類似した概念的システム図の部分的な図である。 図２４は、本発明のいくつかの実施態様による、雄型トランスフィル弁と雌型弁インターフェースの部分的な断面図である。 図２５は、本発明の様々な実施態様による、液化システムの電気部品をオフにするための衝撃検出機構の概念的配線図である。 図２６は、本発明の様々な実施態様による、液化システムの電気部品をオフにするための転倒スイッチの概念的配線図である。 図２７は、本発明の様々な実施態様による、液化システムの電気部品をオフにするための温度検出回路の概念的配線図である。 図２８は、本発明の様々な実施態様による、酸素純度の測定および酸素純度を表示するための表示オプションの概念的配線図である。 図２９は、本発明の様々な実施態様による、圧縮機電力回路および／またはソレノイド電力回路を備えるためのトランスフィルスイッチの概念的配線図である。 図３０は、本発明の様々な実施態様による、トランスフィルのタイムアウトフローチャートの図である。 図３１は、本発明の様々な実施態様による、クライオクーラーの低電力モードを示す概念的配線図である。 図３２は、本発明の様々な実施態様による、冷却ファンの低電力モードを示す概念的配線図である。 図３３は、本発明の様々な実施態様による、冷却ファンの低電力モードを示す概念的配線図である。 図３４は、本発明の様々な実施態様による、ガスの液化における酸素純度の保持方法を示すフローチャートの図である。 図３５は、本発明の様々な実施態様による、住居用医療ガス液化および貯蔵における消費電力を減じるための方法、およびクライオクーラーの低電力モードを起動するための方法を示すフローチャートの図である。 図３６は、本発明の様々な実施態様による、クライオクーラーの低電力モードを起動するための方法を示すフローチャートの図である。

Claims (22)

1. ガスの液化または液体ガスの貯蔵における安全性を高めるための装置であって、
   携帯型医療ガス治療のための液体ガスを収容するように機能する容器と、
   第１の開口部と第２の開口部とを備えたボイルオフ槽であって、前記第１の開口部は、前記容器と流体連通し、前記容器の転倒または傾斜のときに、急速に膨張するガスおよび液体ガスの混合物を受けるように構成され、前記第２の開口部は、前記容器よりも大きな外側空間と流体連通し、前記ボイルオフ槽は、前記急速に膨張する混合物内の前記液体ガスが前記ボイルオフ槽の底部に沈下できるように、また、前記急速に膨張する混合物内の前記ガスが前記第２の開口部を経て前記ボイルオフ槽から出て、前記外側空間に逃げるように構成されたボイルオフ槽と、
   を備える装置。
2. ガス通気管路をさらに備え、
   前記ボイルオフ槽は、前記ガス通気管路を経て前記容器と流体連通し、前記ガス通気管路は、前記容器からガスを通気させるように機能する、請求項１に記載の装置。
3. 前記ボイルオフ槽は、前記液体ガスが気化して、前記第２の開口部を経て前記ボイルオフ槽を出るまで、前記急速に膨張する混合物から沈下する前記液体ガスを収容するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記ボイルオフ槽は、第１の端部および第２の端部を有する円筒状の槽であり、前記第１の端部は前記第１の開口部を備え、前記第２の端部は前記第２の開口部を備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記ボイルオフ槽は、第１の端部および第２の端部を有する円筒状の槽であり、前記第１の端部は前記第１の開口部を備え、前記第２の開口部は前記第２の端部よりも前記第１の端部の近くに位置する、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の開口部と流体連通する通気管路をさらに備え、
   前記通気管路は、クライオクーラーから離れて第１の方向に延在し、前記クライオクーラーは前記容器と流体連通し、前記第２の開口部は第２の方向に開口し、前記第１の方向は前記第２の方向とは実質的に反対である、請求項５に記載の装置。
7. コンデンサを備えるクライオクーラーをさらに備え、
   前記コンデンサは、ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能する、請求項１に記載の装置。
8. 前記容器が所定の加速度より大きい加速度になったときに、前記クライオクーラーの電力回路を遮断するように構成された加速度計をさらに備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記容器の転倒のときに、前記急速に膨張する混合物が、前記容器から前記ボイルオフ槽に移動する速度を減少させるための手段をさらに含む、請求項７に記載の装置。
10. 酸素ガスの供給ストリームを供給するように機能する酸素濃縮器と、
    前記酸素濃縮器から前記クライオクーラーに前記供給ストリームを搬送するように構成された供給管と、
    前記供給管内に位置する一方向逆止め弁であって、前記供給ストリームが、前記酸素濃縮器から前記クライオクーラーに一方向に流れることができるように、また前記クライオクーラーから前記酸素濃縮器への反対方向への背圧を防ぐように構成された一方向逆止め弁と、
    をさらに備える、請求項７に記載の装置。
11. 第１の端部および第２の端部を有する第１の圧力逃し管路であって、前記第１の圧力逃し管路の前記第１の端部は、前記一方向逆止め弁と前記クライオクーラーとの間の位置において前記供給管と流体連通し、前記第１の圧力逃し管路の前記第２の端部は、前記ボイルオフ槽と流体連通し、前記第１の圧力逃し弁は、前記供給管内の第１の圧力が所定の圧力を超えたときに、液体が前記第１の圧力逃し管路を通って前記供給管から前記ボイルオフ槽に流れることができるように構成された第１の圧力逃し管路と、
    第１の端部と第２の端部とを有する通気管であって、前記通気管の前記第１の端部は前記容器と流体連通し、前記通気管の前記第２の端部は前記ボイルオフ槽と流体連通し、前記通気管はガスが前記容器から出られるように構成された通気管と、
    前記通気管と流体連通する第２の圧力逃し管路であって、前記通気管内の第２の圧力が前記所定の圧力を超えたときに、液体が前記第２の圧力逃し管路を通って前記通気管から流れることができるように構成された第２の圧力逃し管路と、
    をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
12. 前記通気管は、前記通気管を通って流れないように機能するソレノイド弁を備え、前記第２の圧力逃し管路は、前記ソレノイド弁をバイパスする、請求項１１に記載の装置。
13. 転倒のときにおける液体酸素の漏出速度を減少させるための装置であって、
    携帯型医療ガス治療のための液体酸素を収容するように機能する容器と、
    コールドフィンガーを備えるクライオクーラーであって、前記コールドフィンガーは、前記容器内に延在し、酸素ガスを前記容器内に封じ込めるために液化するように機能するクライオクーラーと、
    前記クライオクーラーと、外側の前記容器と、内側の前記コールドフィンガーとによって画定され、前記酸素ガスが通って流れる環状流路と、
    バリアであって、前記環状流路内に位置し、前記容器の転倒のときに、前記環状流路の断面積を減少させて、急速に膨張する前記液体酸素および前記酸素ガスの組み合わせの漏出速度を減少させるように構成されたバリアと、
    を備える装置。
14. 前記コールドフィンガーを囲む前記クライオクーラー上に形成された第１のフランジと、
    前記容器上に形成された第２のフランジであって、前記第１のフランジに開放可能に接続されて前記環状流路を形成し、前記酸素ガスが、前記環状流路を通って、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間で逃げることなく、前記クライオクーラーと前記容器との間を流れる第２のフランジと、
    をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記第１のフランジは、第１の傾斜表面を形成する前記第２のフランジに近づくにつれて外径が増加し、前記第２のフランジは、第２の傾斜表面を形成する前記第１のフランジに近づくにつれて外径が増加する装置であって、
    前記第１の傾斜表面および前記第２の傾斜表面に適合するように構成されたクランプであって、前記第１および第２の傾斜表面のそれぞれに垂直力を加えて、前記第１のフランジおよび前記第２のフランジを互いに押す、対応する軸方向力を発生するようにさらに構成されたクランプをさらに備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記バリアは、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間に少なくとも部分的に位置する、請求項１４に記載の装置。
17. 前記バリアは、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間に挿入される、請求項１６に記載の装置。
18. 第１の開口部および第２の開口部を備えるボイルオフ槽であって、
    前記第１の開口部は、前記容器と流体連通し、前記容器の転倒のときに、前記急速に膨張する前記液体酸素および前記酸素ガスの組み合わせを受けるように構成され、前記ボイルオフ槽は、前記急速に膨張する組み合わせ内の前記液体酸素が前記ボイルオフ槽の底部に沈下できるように、また、前記急速に膨張する組み合わせ内の前記酸素ガスが前記第２の開口部を経て前記ボイルオフ槽から出られるように構成されたボイルオフ槽をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
19. 前記バリアは、クライオクーラーと一体である、請求項１３に記載の装置。
20. 前記バリアは、約１／１０，０００乃至１／１５，０００インチに前記環状流路の断面幅を減じる、請求項１３に記載の装置。
21. 前記環状流路は第１の環状流路であり、前記内側は第１の内側であり、前記外側は第１の外側であり、前記バリアは、
    前記コールドフィンガーの少なくとも一部を囲むように構成された流れ誘導部であって、前記流れ誘導部は、前記第１の環状流路の少なくとも一部を第２の環状流路および第３の環状流路に分離させ、前記第２の環状流路は、第２の外側の前記流れ誘導部と、前記第１の内側の前記コールドフィンガーとによって画定され、前記第３の環状流路は、前記クライオクーラーと、前記第１の外側の前記容器と、第２の内側の前記流れ誘導部とによって画定される流れ誘導部を備え、
    供給ストリームガスは、前記第２の環状流路を通って流れ、通気ガスは前記第３の環状流路を通って流れる、請求項１３に記載の装置。
22. 前記外側空間が前記容器を取り巻く大気である、請求項１に記載の装置。

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