JP5634658B2 - 気体状の流体生成物を形成する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、気体状流体を形成する装置、より具体的には、気体状流体の少なくとも１つのパラメータを制御する方法及び装置に関する。

気体状流体の温度及びその他のパラメータを制御することは、製造又はその他の工程にとって望ましいことが判明している。その一例は、蒸発した前駆体材料を冷却してナノ粒子を形成するため焼入流体として低温流体を使用することである。焼入流体の温度制御は、ナノ粒子の製造を著しく助けることができる。焼入流体の温度制御は、製造されるナノ粒子の数及びサイズに影響を与え、また、流量及び圧力の変動を最小にし且つ、エネルギの節約を助けることができる。

焼入流体、特に、気体の温度制御は、一部分、気体を同一気体の液化したより低温の流れと混合することにより、実現することができる。この型式のかかる液体／気体の混合体は、その後、例えば、流量を増大させ又は流量の変動を避けるため所望の最終範囲に維持することができる。しかし、液体／気体の混合体を提供する装置は、関連する温度及び圧力に依存して、液体及び気体の流れを組み合わせることが難しいから、問題点がないわけではない。

本発明の方法は、実質的に液体状態の第一の流体流と、実質的に液体状態の第二の流体流とを単一の流体源から供給するステップを備えている。第二の流体流の少なくとも一部分は、蒸発されて気体状流体を形成する。第一及び第二の流体流の少なくとも一方の流量は変化させる。この方法は、第一及び第二の流体流を組み合わせて気体状の流体生成物を製造することを可能にし、その少なくとも１つのパラメータは、第一及び第二の流体流の少なくとも一方の流量を変化させることによる影響を受ける。

本発明の排出流（ｏｕｔｌｅｔ ｓｔｒｅａｍ）の形成装置は、実質的に液体状態の流体を保持する流体容器を備えている。気体発生器が上記の流体容器と接続されている。また、第一の流体管も上記流体容器と接続されている。第一の流体管が第一の弁を介して生成物の排出マニホルドと接続されている。気体発生器は、第二の弁を介して生成物の排出マニホルドと接続されている。第一の弁及び第二の弁は、生成物の排出マニホルドにて形成された排出流の少なくとも１つのパラメータを制御するよう作用可能である。

全体として、本発明の方法は、温度又はその他のパラメータが制御された気体状の流体生成物又は排出流を形成するため使用することができる。本発明に従って、パラメータが制御された排出流を形成する方法は、単一の流体源から実質的に液相の第一の流体流を単一の流体源から供給するステップと、実質的に液相の第二の流体流を単一の流体源から供給するステップと、第二の流体流の少なくとも一部分を蒸発させて気体状流体を形成するステップと、第一の流体流を第二の流体流と組み合わせ温度制御した排出流を形成するステップとを備えている。その他の実施の形態において、温度が制御された排出流を形成する方法は、また、第一の流体流に対し所望の圧力を供給するステップと、排出流に対する所望の圧力を形成するステップと、液相の第一の流体流中の圧力を最小にするステップと、及び（又は）第一の流体流の圧力を制御して流量の変動を減少させるステップとを備えることもできる。別の実施の形態は、第二の流体流に対し所望の圧力を供給するステップと、排出流に対する所望の圧力を形成するステップと、液相の第二の流体中の圧力を最小にするステップと、及び（又は）第二の流体流の圧力を制御して流量の変動を減少させるステップとを備えることができる。更に別の実施の形態は、第一の流体流及び第二の流体流の双方に対し所望の圧力を供給するステップを備えている。

本発明に従って排出流のパラメータ（例えば、温度、圧力、流量）を制御する方法の別の実施の形態は、単一の供給源から液相材料の２つの別個の流れを除去するステップと、第一の弁を有する第一の管に上記２つの別個の流れの第一の流れを通すステップと、気体発生器と、第二の弁とを有する第二の管に第二の流れを通すステップと、第一及び第二の流体流を制御された関係にて混合し、制御されたパラメータを有する排出流を形成するステップとを備えている。制御されるパラメータが温度である１つの実施の形態において、この方法は、温度を制御して排出流の沸点と雰囲気温度との間の範囲内の選んだ値に温度を維持するステップを更に備えることができる。

更なる実施の形態において、第一及び第二の流体流（それぞれ第一及び第二の流体管によって運ばれる）を混合させるステップは、単一の流体排出流を形成するのみならず、単一の流体排出流のパラメータを制御するためにも行われる。このように、以下により詳細に説明するように、本発明の装置は、パラメータが制御された排出流を提供し、その制御されたパラメータは第一及び第二の流体流の少なくとも一方及び排出流の温度、圧力又は体積流量の１つ又はより多くである。

本発明の１つの実施の形態に従った気体状流体発生装置１０は、添付図面に図示されており、また、少なくとも液相１２の流体１４を保持する流体容器１１を備えることができる。流体１４は、それぞれの第一及び第二の流体管１６、１７を通して生成物の排出マニホルド１８に分与される。気体発生器２０は、図示するように、第二の流体管１７内に配設されるか又は該第二の流体管１７と接続されている。しかし、別の実施の形態において、気体発生器２０は、第一の流体管１６内に配設するか又は該第一の流体管１６と接続することもできる。以下に更に詳細に説明するように、気体発生器２０は、実質的に液相１２の流体１４を受け取り且つ流体１４の少なくとも一部を蒸発させて気体状流体を形成する。

装置１０は、低温流体と共に特に使用可能であるが、本発明は、何れの点にても低温流体に限定されるものではない。本明細書にて使用する「低温流体」とは、雰囲気圧力にて約１１０Ｋ（−１６３．１５℃）以下の温度で沸騰する液体を意味する。低温流体は、水素、ヘリウム、窒素、酸素、アルゴン、空気及びメタンを含むが、これらにのみ限定されるものではない。低温流体は、雰囲気温度に露呈されるときは適当ではないであろう。すなわち、液体形態の低温流体がかかる雰囲気温度に露呈されたとき、これらの低温流体は、急速に沸騰温度に達し、これにより状態を気体の形態に変化させる。その低温流体は殆どの周囲温度に比して依然として極めて低温度であるから、その当初の沸騰温度における低温流体の実際の温度は、殆ど重要ではないことがしばしばである。しかし、特定の低温度を望むシステムが登場しており、このため、これらシステムに対するパラメータ（温度及び（又は）圧力）が制御された排出流体流であることが好まれる。

次に、別の実施の形態に関して図面をより具体的に参照すると、本発明の装置１０はタンクの形態とすることができるが、必ずしもそうする必要はない流体容器１１を備えている。流体容器１１は、第一及び第二の流体管１６、１７と流体的に接続され、これらの流体管は、また、最終的に互いに接続して生成物の排出マニホルド１８を画成し又は形成する。第一及び第二の流体管１６、１７の双方の流体容器１１との接続は、全体として、流体１４を液相１２にて流体容器１１から運ぶのを許容するような仕方にて実現される。例えば、図面に示すように、流体容器１１と第一及び第二の流体管１６、１７との間のかかる接続は、液体−気体の境界面１５の下方にて実現することができる。図面には、流体容器１１が液相１２の流体１４を保持し、また、気体−液体境界面１５の上方に示すように、流体１４の気体相１３を保持する（必ずしも必要ではないが）状態も概略図的にて示されている。

気体発生器２０は、第二の流体管１７と接続することができる。図面に示した実施の形態において、気体発生器２０は、熱交換器２１と、２つの保持容器２２、２３とを備えている。一例としての気体発生器２０は、米国、オハイオ州、クリーブランドに所在するチャートインダストリーズ（Ｃｈａｒｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）インクのトリフェクタ（Ｔｒｉｆｅｃｔａ）（登録商標名）装置である。気体発生器２０は、気体発生器２０からの気体状流体に対する流量の制御、圧力の制御、又は温度の制御を別個に又は組み合わせて行うことのできる型式のものとすることができる。

装置１０は、全体として次のように作用することができる。流体１４は、第一及び第二の流体管１６、１７内に且つこれら流体管を通って流れる第一及び第二の流体流にて流体容器１１から吸引することができる。本明細書に示し且つ説明したように、液相１２の流体１４は、少なくとも最初に第一及び第二の流体管１６、１７内に導入され且つこれら流体管内に流れる。第一の流体管１６内の第一の流体流である液体は、生成物の排出マニホルド１８まで進む一方、第二の流体管１７内の第二の流体流である液体は、気体発生器２０に進み、この気体発生器にてこの液体は処理される（必要であるならば）。気体発生器２０は、第二の流体流を液体から気体に変化させ、次に、この気体は、第二の流体管１７を介して生成物の排出マニホルド１８に運ばれる。排出マニホルド１８において、第二の流体流は第一の流体流と混合されて排出流１９を形成する。第一の流体流は、依然として全体として液相であることがしばしばであるが、輸送中、少しの沸騰又は完全な沸騰が生じることがある。従って、第一の流体流は、全体として第二の流体流の気相よりも低温度となる傾向にある。かかる場合、第一の及び第二の流体流の（混合前）の独立的なパラメータ（例えば、温度、圧力及び流量）は、最終的に排出流１９のパラメータに寄与し且つ共にパラメータを形成する。このため、排出流１９は混合した生成物を有し、また、第一又は第二の流体流との何れかと比較したとき、異なる温度又はその他のパラメータ（例えば圧力及び流量）を有することになろう。このように、排出マニホルド１８から出る排出流１９は、場合によっては、１つの気相又は２つの混合相すなわち気体及び液体の何れかにて形成されるものとみなすことができる。

第一及び第二の流体流は、互いに接触させ且つ混合させて所定のレベル又は制御された範囲の製造パラメータ（例えば、温度、圧力、流量）を有する排出流１９を形成することができる。第一及び第二の流体流の相対的なパラメータは既知であり、選ばれ且つ（又は）制御されるため、排出流１９のパラメータもまた操作し、選択し且つ（又は）制御することができる。多くの場合、装置１０の１つ又はより多くの部品（例えば、第一及び第二の流体管１６、１７）の物理的、機械的及び（又は）配管上の制約（例えば、寸法、形状、長さ等）は、第一及び第二の流体流のパラメータに寄与し且つ（又は）そのパラメータを生じさせ、これによりその排出流１９のパラメータに影響を与える。こうした理由のため、また、当該技術の当業者に周知であるように、１つ又はより多くの弁を流体管１６、１７に挿入して、第一及び第二の流体流の混合を制御し、このため、排出流１９のパラメータを制御することができる。例えば、図示するように、第一の弁２６を第一の流体管１６内に挿入し且つ（又は）第二の弁２７を第二の流体管１７内に挿入することができる。

図示するように、第一の弁２６は、第一の流体管１６に配設され且つ第一の流体管１６内の第一の流体流の排出マニホルド１８（及び排出流１９）への第一の流体流の流量を変化させ、これにより排出流１９の温度を調節するため使用することができる。作動時、第一の弁２６は、完全に開くか又は部分的に開き、又は完全に閉じて生成物の排出マニホルド１８内の排出流１９が第一の流体流から供給分の全て、又はその一部を受け取り又はその供給分を受け取らないようにすることができる。このように、第一の弁２６は、第一の流の流れを所望の任意の程度に絞るよう操作することができる。同様に、第二の弁２７は、第二の弁２７にて使用し第二の流体流が排出マニホルド１８に入るときのその第二の流体のパラメータを制御し、これにより排出流１９のパラメータに影響を与えることができる。図示した実施の形態において、第二の弁２７は圧力パラメータを制御するため使用される。例えば、第二の弁２７は、第二の流体流の圧力を所望のレベルまで降下させ、第一の流体流との混合を保証すべく使用することができる。第一の弁２６を操作する場合と同様に、第二の弁２７は完全に開くか又は部分的に開き、又は完全に閉じて、排出マニホルド１８内の排出流１９が第二の流体流から供給分の全て、又はその一部を受け取り又はその供給分を受け取らないようにすることができる。第二の流体流からの供給の程度は、排出流１９のパラメータに影響を与える。第一の弁２６又は第二の弁２７の何れも完全に閉じることができることを考慮して、排出流１９は、最終的に第一の流体流又は第二の流体流の何れか一方のみを保持することができる。図示した実施の形態において、第一の弁２６は、温度を制御するため使用され、第二の弁２７は、圧力を制御するため使用されるが、その他の実施の形態において、１つ又はより多くの同様の弁を使用して第一及び第二の流体流及び排出流１９の任意のパラメータを別個に又は組み合わせて制御することができる。

別の実施の形態は、少なくとも１つのパラメータの検知装置を備える選択的な制御システム３０を有することもできる。図示した実施の形態は、排出流１９のパラメータの制御を助け得るように排出マニホルド１８内に含められた排出流の温度センサ３２と、排出流の圧力センサ３４とを保持している。例えば、排出流の温度センサ３２は、排出マニホルド１８の内部、該マニホルドを通して又は該マニホルドの出口にて排出流１９の温度を測定することができる。その後、排出流の温度センサ３２からの情報を使用して、排出マニホルド１８内の排出流１９の温度を変化させるため装置１０の機械的な変更が必要であるかどうかを決定することができる。次に、弁２６、２７の何れかを操作して所望の変化を実行することができる。場合によっては、温度表示から、第一の管１６内の第一の流体流からの供給量を変化させることが必要であり、このため、第一の弁２６を操作することを必要とすることがある。その他の場合、第二の流体流からの排出流１９の供給量を変化させるために第二の弁２７を操作することが必要となることがある。

図示した実施の形態はまた、排出マニホルド１８内、該マニホルドを通して、また該マニホルドの出口における排出流１９の圧力を測定する排出流の圧力センサ３４を備えている。従って、排出流の圧力センサ３４は、第二の流体管１７内の流体流の必要な変化を表示することができる。例えば、第一の流体管１６内の第一の流体流の圧力との適合可能性を向上させ、これにより排出マニホルド１８における第一及び第二の流体流の混合を向上させ又はその混合を可能にするためにだけ、第二の流体管１７内の第二の流体流の圧力を降下させることが望ましいことがある。更に、第一の弁２６を排出流の温度センサ３２と共に、また、第二の弁２７を排出流の圧力センサ３４と共に、別個に又は組み合わせて使用することは、第一及び第二の管１６、１７の各々における流体流の圧力を制御することを可能にすることができる。かかる圧力の制御は、排出マニホルド１８から出る排出流１９の流量の変動、又は流れの変化を減少させ又は最小にするため、使用することができる。

排出流の温度センサ３２及び排出流の圧力センサ３４は、選択随意的ではあるが、動的又は可変パラメータの制御を行うため、多くの実施の形態にてかかるセンサ３２、３４が好まれるであろう。例えば、可変パラメータの制御は、１つ又はより多くの特定の要求入力（例えば、温度、圧力又は流量に関して）に適合することを許容する。可変パラメータの制御は、１つ又はより多くの供給パラメータ（温度、圧力及び（又は）流量）が変化する場合でさえ、制御された実質的に一定の供給分を許容することもできる。

１つの実施の形態において、第一の弁２６及び第二の弁２７は、手操作にて操作可能である。更に、排出流の温度センサ３２及び排出流の圧力センサ３４から得られた情報は、人間が手操作にて読み取り且つ解釈することができる。弁２６、２７は、センサ３２、３４から発生されたデータの人的解釈に基づいて手動にて操作することもできる。しかし、図面に示した実施の形態において、これらの操作は、温度コントローラ３６及び圧力コントローラ３７を使用することにより自動化することが可能である。概略図的に図示するように、温度コントローラ３６は、排出流の温度センサ３２と第一の弁２６との間に配設し、排出流の温度センサ３２から入力（例えば、温度測定値）を受け取り、またその入力を使用して第一の弁２６を通る第一の流体の流れを制御する（すなわち、多かれ少なかれ開き、閉じ又は単に絞る）ことができる。これにより、温度コントローラ３６は、第一の流体流が排出流１９に与える影響力を変化させることができる。これと代替的に又は追加的に、圧力コントローラ３７は同様に、排出流圧力センサ３４及び第二の弁２７と共に使用することができる。圧力コントローラ３７は、排出流の圧力センサ３４と第二の弁２７との間に配設して入力（例えば、圧力測定値）を受け取り、またその入力を使用して第二の弁２７を通る第二の流体流の流れを制御する（多かれ少なかれ、開き、閉じ又は単に絞る）ことができる。

温度コントローラ３６及び圧力コントローラ３７は、人間によってプログラム化するか又はコントローラ３６、３７の何れか一方又はその双方を制御することができる大型のシステムの１つ又はより多くのその他の部分と相互作用可能であるようにすることができる。図示した実施の形態は、排出流の温度センサ３２と第一の弁２６との間に配設された温度コントローラ３６を示し、また、排出流の圧力センサ３４と第二の弁２７との間に配設された圧力コントローラ３７を示しているが、コントローラ３６、３７は、当該技術の当業者に周知であるように任意の位置に配置することができる。このように、コントローラ３６、３７の何れか一方又はその双方は、それぞれの弁２６、２７の一方又はその双方を内蔵するか又はそれらの弁に配設することができる。同様に、コントローラ３６、３７の何れか一方、又は双方は、排出流温度センサ３２及び排出流圧力センサ３４の何れか一方又はその双方に内蔵するか、又はそれらのセンサに配設することができる。

図面に示した別の実施の形態は、特に、気体発生器２０の下流にて第二の流体管１７内の気体の流れを保証することを主たる目的として、補助的な熱交換器４０を備えることができる。熱交換器４０は、図示する如く、当該技術の当業者に全体として理解されるように、バイパス弁４１と、バイパス配管４２と、関係したバイパス入口弁４３及びバイパス出口弁４５とを備え、熱交換器４０内の流れを制御することができる。また、気体発生器２０及び熱交換器４０の双方の下流にて温度を測定するため、気体発生器の温度センサ４７（図示するように）を含めて第二の流体管１７内の第二の流体流が十分、気相に変換されたかどうかを決定することができる。かかる変換が望ましい程度でないならば、気体発生器の温度センサ４７からのデータを使用して熱交換器４０を通る流れを調節し、第二の流体流を気体に変化させるのに十分な熱を加えることもできる。熱交換器４０を通る流れは、第二の流体管１７を通って熱交換器４０に達する第二の流体流の所望の量を遮断するため使用することのできるバイパス弁４１によって主として制御することができる。図示しないが、気体発生器の温度センサ４７は、少なくとも１つのコントローラ（図示せず）と接続する一方、該コントローラは気体発生器２０又は熱交換器４０の何れか一方又はその双方と接続し（バイパス弁４１にて）、第二の流体流の気体への望ましい相変化を保証することができる。上記の少なくとも１つのコントローラ（図示せず）は、気体発生器２０又は熱交換器４０、バイパス弁４１に内蔵するか又はこれらに配設し又は気体発生器温度センサ４７に設けることができる。

代替的な実施の形態は、熱交換器４０、気体発生器の温度センサ４７、弁２６、２７、センサ３２、３４又はコントローラ３６、３７の１つ又はより多くが設けられていないものを包含することができる。弁２６、２７が存在しない１つの代替的な実施の形態の一例は、寸法（長さ、直径及び同様のもの）が調整された第一及び第二の流体管１６、１７を含むことができる。管が細ければ細いほど、流れはより絞られ、また、流体流は益々小さくなる。このように、第一の流体管１６が第二の流体管１７よりも遥かに細い場合、第二の流体流に与える第一の流体流のパラメータの影響は最小とされよう。第一の流体管１６が十分に細いならば、排出マニホルド１８から出る排出流１９は、パラメータの点にて第二の流体流と同様になるであろう。しかし、より全体的には、第一及び第二の流体流の相対的な寸法比は、第一及び第二の流体管１６、１７の直径によって決定されるように排出流１９のパラメータの制御に影響を与えるであろう。同様に、例えば、第一の流体流１６内のその移動長さに起因する、第一の流体流の相対的な温度又は圧力変化は、排出マニホルド１８における排出流１９のパラメータに影響を与えるであろう。例えば、移動長さがより長いことは、流体流を次のものに露呈させる可能性がある、すなわち（ａ）より大きい温度上昇（雰囲気温度が流体の沸点よりも高いならば）；（ｂ）冷却効果の増大（流体の沸点が雰囲気温度より高いならば）又は（ｃ）より大きい圧力変化（例えば、管内の沸騰に起因する状態の任意の変化のため）。しかし、かかる場合、把握し及び（又は）予め選んだ管の寸法、長さ、直径、接続部及び同様のものがその温度制御を含んで排出流１９の最終的なパラメータの制御に影響する可能性がある。その何れの場合でも、これらの相対的な部分を慎重に選ぶことで、例えば、特定範囲の温度、圧力又は体積流量にて望ましい排出流１９のパラメータ制御を実行することが可能である。

１つの好ましく且つ色々な選択随意的な実施の形態について説明したが、好ましい実施の形態は、上述した特徴の全てを含むことができる。より具体的には、図面を参照すると、装置１０は、少なくとも液相１２の流体１４を保持する流体容器１１を備えることができる。２つの流体連通管（第一の流体管１６及び第二の流体管１７）は、第一の流体管１６が実質的に液相の第一の流体流を受け取りまた、第二の流体管１７が実質的に液相の第二の流体流を受け取ることの双方を許容するような態様にて流体容器１１と接続することができる。好ましい実施の形態において、排出マニホルド１８を画成し又は形成する接続部まで、第一の流体管１６は第一の流体流を運び、第二の流体管１７は第二の流体流を運ぶ。第一の流体流は、排出マニホルド１８にて第二の流体流と組み合わされて排出流１９を形成する。気体発生器２０は、流体容器１１と排出マニホルド１８との間にて第二の流体管１７内に配設される。気体発生器２０は、第二の流体管１７を介して熱交換器４０及び気体発生器の温度センサ４７と接続される。気体発生器２０、熱交換器４０及び気体発生器の温度センサ４７は、第二の流体流の相を液体から気体に変化させる過程にて作動し、また、適正な程度の対流が生じることを保証する。更に、気体発生器の温度センサ４７は、コントローラ（図示せず）を通して気体発生器２０又は熱交換器４０の何れか又は双方と接続し（バイパス弁４１にて）気体への相変化を保証する。好ましい実施の形態において、第二の弁２７は、気体発生器の温度センサ４７と生成物の排出マニホルド１８との間に配設された第二の流体管１７と接続し、生成物の排出マニホルド１８内への第二の流体流の流れを制御することができる。第一の弁２６は、流体容器１１と排出マニホルド１８との間に配設された第一の流体管１６と接続し、排出マニホルド１８内への第一の流体流の流れを制御することができる。このため、第一及び第二の流体流の流れを制御することにより、第一の弁２６及び第二の弁２７は、排出マニホルド１８内の第一及び第二の流体流の混合状態を制御して排出流１９を発生させ、これにより排出流１９の少なくとも１つのパラメータを制御することができる。好ましい実施の形態は、排出マニホルド１８内に又は排出マニホルド１８に隣接して排出流の温度センサ３２を有することもできる。排出流の温度センサ３２は、温度コントローラ３６と接続することができる一方、該温度コントローラは、第一の弁２６と接続することができる。排出流の温度センサ３２は、排出流１９の温度を測定するため使用することができ、かかる測定値は、温度コントローラ３６により使用されて第一の弁２６を調節し、これにより排出マニホルド１８に入る第一の流体流の流れを制御することができる。同様に、好ましい実施の形態は、排出マニホルド１８内に又は該マニホルドに隣接して排出流の圧力センサ３４を有することもできる。排出流圧力センサ３４は、圧力コントローラ３７と接続することができる一方、該圧力コントローラは第二の弁２７と接続することができる。排出流の圧力センサ３４は、排出流１９の圧力を測定するため使用し、その測定値は、圧力コントローラ３７により使用されて第二の弁２７を調節し、これにより排出マニホルド１８に入る第二の流体流の流れを制御することができる。第一及び第二の流体流の流れを制御することを利用して排出マニホルド１８から出る排出流１９の少なくとも１つの望ましいパラメータを提供することができる。

第一及び第二の流体管１６、１７を同一の流体容器１１と接続すること、及び第一及び第二の流体流の双方に対して少なくとも液相１２の流体１４を排出することは、幾つかの点にて有益であることが理解できる。例えば、排出流１９は、圧力及び流量にて依存して変動するであろう、気体から液体への相変化温度よりも高い温度にて、単に気相ではないから、この排出流１９に対するより優れた温度制御を実現することができる。上述したように、気体状形態の排出流１９は、液体と混合した気体を別個に又は組み合わせて含み、液体は気体を冷却するのみならず、液体が蒸発され、コロイド状に懸濁され、又は気体中にエローゾル化されたかどうかを問わず、液体が気体中に懸濁された気体／液体の混合体をも冷却することができる。その何れの場合でも、より低温度は、気体流を液体流と組み合わせることによって実現することができる（液体流は、最初、単に幾つかの点にて蒸発させた液体ではあるが、依然として全体として、主たる気体相の流れよりも低温度である）。更に、気相を液相と混合することによって排出流１９の温度を制御する能力は、冷却のため単一相の排出流体（気体のみの形態又は液体のみの形態）を使用することで制限することができる、別のシステムにて望ましい冷却効果を提供する。気体のみの形態は、極めて高温（相対的に）であり、また、液体のみの形態は極めて低温度であろう。更に、作動可能なシステム内にて冷却した気体を使用して冷却することの有利な効果は、冷却率を一層良く制御し、これによりシステム全体を一層良く制御することを許容することになる。温度及び流れの制御は、冷却した気体を使用するとき、共に向上させることもできる。しかし、システムの温度を制御するため、液体を使用するとき、温度変化は、これらの変化を償うため液体の流れに変化を引き起こし、これによりシステムの全体の流れを変化させる可能性がある。温度が制御された気体冷却システムは、これと同一種類の流れの変化を必要とせずに、温度変化をカバーすることができる。

本発明の装置１０及び方法は、エネルギの消費量を最小にすると共に、気体と混合するときに使用される液体の圧力を最小限にすることもできる。例えば、本発明は、一方が気体の形態の流体を保持し、もう一方が液体の形態の流体を保持する２つの別個の容器（図示せず）を使用して液体の形態を２つの容器から吸引し且つその後に液体の形態を気体の形態と混合させ、気体状の生成物を形成することの必要性を解消する。２容器システムは、必要とされる在庫量を２倍にし且つ、２つの容器は全体として２倍のスペースを占めるため、作用可能な寸法上の問題を招来する。他方、液相及び別個の気相の双方を保持する単一のタンクは、混合を生じさせるのに必要な気体の圧力を得るため、許容し得ない程に高い液体圧力を形成することを必要とするであろう。例えば、流体が単一の容器から２つの別個の液相及び気相にて排出されるならば、気体及び液体の圧力は同様となり、且つ混合を生じさせるであろう。しかし、極低温の流体が使用されるならば、液相の極低温流体は、管内にて沸騰し且つ蒸発して管内に上昇した圧力を発生させ、これによりその圧力が容器の圧力にてその他の管内にて排出された気相と混合するのを阻止することになる。このように、極低温流体（又はその他のもの）が供給される本発明の装置１０は、液体冷却流体の圧力を最小にするという望ましい効果を有することができる。

上記の説明は、本発明を示し且つ説明する目的のため記載したものである。これは、本発明を開示された正確な実施の形態にのみ限定し又は制限することを意図するものではない。本発明の色々な実施の形態について説明したが、本発明を理解した後、当該技術の当業者には、当然にその改変例及び変更例が案出されるものと予想される。しかし、かかる適宜な改変例は、依然として本発明の範囲に属するものであることが予想される。このため、本発明は、特許請求の範囲に従って解釈されるべきである。

本発明に従った気体状の生成物を形成する装置の１つの実施の形態を示す概略図である。

Claims (17)

1. 気体状の流体生成物を形成する方法において、
   液体状態の第一の流体流を、流体容器に保持された単一の流体源から供給するステップと、
   液体状態の第二の流体流を前記単一の流体源から供給するステップと、
   前記第二の流体流を蒸発させ、気体状の流体流を形成するステップと、
   前記気体状の流体流を膨張させて前記気体状の流体流の圧力を減少させるステップと、
   前記液体状態の第一の流体流及び前記気体状の流体流を混合して気体状の流体生成物を形成するステップとを備える、気体状の流体生成物を形成する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記単一の流体源から第一及び第二の流体流を供給するステップが、極低温の単一流体源から第一及び第二の極低温流体流を供給するステップを備える、方法。
3. 請求項１に記載の方法において、気体状の流体生成物の温度を前記第一の流体流の流量を変化させることにより制御するステップを更に備える、方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記第一の流体流の流量を変化させるステップが、前記第一の流体流を第一の弁に通すステップを備える、方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記気体状の流体流を膨張させるステップが、前記気体状の流体流を第二の弁に通すステップから成る、方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   前記気体状の流体生成物の圧力を検出するステップと、
   前記検出された気体状の流体生成物の圧力に基づいて第二の弁を作動させるステップと、を更に備える、方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記気体状の流体生成物の温度を検出するステップと、
   前記検出された気体状の流体生成物の温度に基づいて第一の弁を作動させるステップと、を更に備える、方法。
8. 請求項１に記載の方法において、前記第二の流体流を蒸発させた後、前記気体状の流体流を膨張させる前に、前記気体状の流体流を更に加熱するステップを備える、方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記気体状の流体流を膨張させて前記気体状の流体流の圧力を減少させるステップが、第二の弁により前記気体状の流体流の圧力を制御することを含み、これによって、前記液体状態の第一の流体流及び圧力が制御された前記気体状の流体流を混合して形成される前記気体状の流体生成物の圧力が制御される、方法。
10. 請求項１に記載の方法において、前記気体状の流体流を膨張させるステップ及び前記第一の流体流及び前記気体状の流体流を混合するステップが、流体の沸騰温度及び雰囲気温度の間で前記気体状の流体生成物の温度を変化させるように行われる、方法。
11. 気体状の流体生成物を形成する装置において、
    液体状態の流体を保持する流体容器と、
    入口端と、出口端とを有する気体発生器であって、前記気体発生器の入口端は前記流体容器と接続され、且つ液体状態の流体を受け入れ、液体状態の流体を蒸発させて気体状の流体流を発生させる、前記気体発生器と、
    入口端と出口端とを有する第一の流体管であって、前記第一の流体管の入口端は前記流体容器と接続され且つ液体状態の流体を受け入れる、前記第一の流体管と、
    入口端と、出口端とを有する第二の弁であって、前記第二の弁の入口端は前記気体発生器の出口端と接続され、前記第二の弁は前記気体発生器からの流体流を膨張させて圧力を減少させる、前記第二の弁と、
    第一の入口と、第二の入口と、出口とを有する排出マニホルドであって、前記第一の入口は前記第一の流体管の出口端と接続され、前記第二の入口は前記第二の弁の出口端と接続され、前記第二の弁からの減圧された気体状の流体流を前記第一の流体管からの流体と混合させて気体状の流体生成物を形成する、前記排出マニホルドと、
    を備える、気体状の流体生成物を形成する装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、前記流体容器と前記排出マニホルドとの間で前記第一の流体管に配置されていて、前記第一の流体管の流体の流量を変化させる第一の弁を更に備える、装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、前記第一の弁及び前記第二の弁に接続されていて、前記排出マニホルドの出口から排出された気体状の流体生成物の温度及び圧力を制御するように、前記第一の弁及び前記第二の弁を作動させる制御装置を更に備える、装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、
    前記制御装置が、
    前記排出マニホルドの出口における前記気体状の流体生成物の温度を測定する温度センサと、
    前記温度センサからの情報を使用して、前記気体状の流体生成物の温度を制御するように前記第一の弁を作動させる温度コントローラと、
    前記排出マニホルドの出口における前記気体状の流体生成物の圧力を測定する圧力センサと、
    前記圧力センサからの情報を使用して、前記気体状の流体生成物の圧力を制御するように前記第二の弁を作動させる圧力コントローラとを備える、装置。
15. 請求項１４に記載の装置において、前記温度コントローラは、流体の沸騰温度及び雰囲気温度の間で前記気体状の流体生成物の温度を変化させるように、前記第一の弁を作動させる、装置。
16. 請求項１４に記載の装置において、前記圧力コントローラは、前記気体状の流体生成物の圧力を制御するように、前記第二の弁を作動させる、装置。
17. 請求項１１に記載の装置において、入口端及び出口端を有する熱交換器であって、前記熱交換器の入口端が前記気体発生器の出口端に接続され、前記熱交換器の出口端が前記第二の弁の入口端に接続された前記熱交換器を更に備える、装置。

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