專利名稱：：液態到高壓氣體的轉換填充系統和方法
技術領域：
：本發明大體涉及氧氣生成、存儲以及輸送領域，并且特別涉及一種經濟且有效地將氧氣轉換填充(transfill)到便攜式氧氣輸送裝置的系統和方法。
背景技術：
：越來越多的人在醫院之外使用氧氣治療，允許他們過上積極的、有價值的生活。患有哮喘、氣腫、慢性支氣管炎、職業肺病、肺癌、囊腫性纖維化、充血性心力衰竭或者其它呼吸障礙的人們會在家中使用氧氣治療以及在家庭之外使用便攜式氧氣治療裝置。近年來氧氣治療技術的發展給予那些依賴于氧氣的人們多種室內及便攜選擇來進行氧氣治療。就個人而言，在醫療機構之外有三種主要的方式來施行氧氣治療(1)氧氣濃縮器，(2)液態氧氣裝置，以及(3)壓縮氣體裝置。這三種類型方案中的每一種都提供了各自的優點和不利之處。第一，通常為變壓吸附系統形式的氧氣濃縮器是一種用于家庭使用的氧氣治療的良好來源。變壓吸附(“PSA”)系統是有利的，原因是它們能夠處理包含大約21%氧氣的環境空氣，并且使氧氣與環境空氣分離。由此，能夠向使用者供應高濃度氧氣。然而為了與它們的使用目的相適應，氧氣濃縮器通常是笨重的并且需要連接到動力源(例如插座)。由此，氧氣濃縮器不適于便攜性并且不能用于走動人員的使用。第二，液態氧氣(“L0X”)系統能夠提供一種便攜式氧氣治療的便利方法。液態氧氣是有利的，原因是與壓縮氣態氧氣相比占用顯著更小的空間。常規的LOX系統包括放置在室內的大型固定LOX存儲罐。常規的系統還包括小型、便攜式輸送設備，該設備能夠通過固定單元而被填充用于戶外旅行。許多第一代現有技術系統由于便攜式輸送設備的低LOX容積以及受限的LOX低流量而具有有限的應用。為了保持液態狀態，氧氣必須保持在相對較低的溫度，例如大約零下300華氏溫度(-300°F)。由此，存儲在LOX系統中的液態氧氣將會蒸發，即便是沒有被使用者所使用。以這種方式，LOX系統具有相對較短的使用階段，無論使用者是否實際上使用氧氣該使用階段都會終止。第三，壓縮氧氣系統通常用于各種不同類型的氧氣治療病人，包括那些相對活動的病人和/或那些不是始終需要氧氣的病人，例如僅僅在走路時或者進行身體活動時。容納壓縮氧氣的小型罐非常適用于便攜性，原因是它們具有相對較輕的重量以及它們能夠在沒有使用時保持氧氣的供應。然而，小型便攜式壓縮氧氣裝置受限于依賴于規定的流速它們能夠持續多久、罐的尺寸(體積)以及罐的壓力等級。由此，便攜式壓縮氧氣裝置必須經常重新填充。許多現有技術系統嘗試解決由列舉的家庭氧氣治療裝置所帶來的缺點。例如，一些氧氣濃縮器被設計成使得使用者能夠從氧氣濃縮器填充便攜式壓縮氧氣罐。美國專利No.5,853,062(‘062專利)描述了一種變壓吸附系統，該系統能夠提供第一壓力和第二壓力氧氣濃縮空氣。如’062專利的圖1中所示，PSA能夠接收環境空氣以及將濃縮氧氣的空氣在第一低壓出口106輸出，以用于被使用者使用。通常地，使用者會以類似于多數PSA系統的方式將鼻套管連接到第一低壓出口106。此外，，062專利的PSA系統提供了從濃縮器104到壓力增強器109的第二輸出。壓力增強器109具有驅動氣缸以及第一和第二級集氣筒。壓力增強器109的驅動氣缸能夠進行操作從而壓縮濃縮器104的氣態氧氣以及被連接到高壓出口112。由此，使用者能夠使氣筒與壓縮氣體連接以及再次裝填。美國專利No.6，446，630(，630專利)描述了一種PSA系統，該系統被配置成同時地向使用者提供氧氣治療以及填充便攜式氧氣罐。如’630專利的圖1中所示，系統提供了與流量位置控制閥14相連接的氧氣濃縮器11，該控制閥14與吸入傳感器21連通。當吸入傳感器21檢測到使用者在吸入時，濃縮器向使用者提供氧氣。當使用者沒有吸入時，流量位置控制閥14將氧氣濃縮器11的輸出連接到壓縮機17。壓縮機17進行操作從而壓縮由氧氣濃縮器11所生成的、沒有被使用者所使用的氣體。一旦壓縮了足夠的氣體量，則便攜式氣筒18能夠被填充以用于使用者使用。美國專利No.6，889，726(’726專利)描述了一種裝置用于填充具有壓縮機和氧氣濃縮器的便攜式高壓罐。如’726專利中圖2所示，系統提供了氧氣濃縮器12，其具有篩床24和流量限定器28的標準配置，該篩床連接到產品罐22。由此，氧氣濃縮器12可以進行操作從而向使用者裝置14(例如鼻套管)提供濃縮氧氣的氣體。此外，當濃縮器12的輸出大于供應使用者裝置14的需求時，來自于使用者裝置14的過多濃縮氣體被引導到壓縮機60。如’726專利中圖1所示，壓縮機60使流入其中的濃縮氧氣氣體壓縮并且將氣體輸出到連接器70。當便攜式罐連接到連接器70時，從壓縮機60輸出的相對高壓的氣態氧氣流動穿過連接器70并且流入便攜式罐20中。如’726專利中所公開，通過壓縮機60來填充便攜式罐20需要大約1到12小時。’726專利還公開了連接到壓縮機60的存儲罐90。當便攜式罐20沒有連接到連接器70時，壓縮機60能夠填充存儲罐90。一旦存儲罐90被填滿，便攜式罐20能夠連接到連接器70并且在與直接從壓縮機60填充相比更短的時間階段內進行填充。如’726專利中所公開，用于存儲罐90的最初填充時間可以長達一個星期。盡管適用于它們預期的目的，但是常規的氧氣轉換填充系統遭受許多缺點。最顯著的缺點是這些系統需要壓縮機。壓縮機的使用給使用者帶來了許多缺點。值得注意地，壓縮機需要極大數量的能量來進行操作。例如，’726專利中公開的系統的壓縮機必須不間斷地運行整整一個星期來填充系統的存儲罐。這種大量的使用會需要大量的電能并且對于使用者來說是昂貴的。此外，壓縮機通常是笨重的并且在操作中以及在動力循環期間產生巨大的噪音。例如，用于現有技術中氣態氧氣轉換填充系統的壓縮機可能根據使用者的氧氣需求而定期地開啟和關閉，原因是壓縮機僅僅在存在過度供應時才接收氧氣。對于基于壓縮機的氣態氧氣轉換填充系統的使用者而言，另一個缺點是壓縮機通常需要周期性的維護和修理。由于要在現有的氣態氧氣轉換填充系統的壓縮機上實施相對較高的需求，例如連續地產生超過2000psi的壓力，因此這些壓縮機經常發生故障。當壓縮機發生故障時，由于來自于濃縮器的氣態氧氣的壓力遠遠低于便攜式壓縮氧氣裝置所需要的壓力，因此整個氣態氧氣轉換填充系統不能進行操作。現有技術中氣態氧氣轉換填充系統的另一個缺點涉及到對于填充便攜式氣體容器所必需的時間周期。例如，，726專利中氣態氧氣轉換填充系統需要長達12小時來從壓縮機填充便攜式罐。由于從濃縮器輸出的氧氣壓力較低，因此需要大量的時間將氣體加壓到足以用于便攜的水平。在商業規模上，便攜式壓縮氧氣裝置最常見地是使用工業規模裝置的系統并且在工業過程中填充氣態氧氣。例如，商用氧氣供應者通常具有包括使用大容量液態氧氣杜瓦瓶以及氣動壓縮機的轉換填充系統。常規的大容量液態氧氣杜瓦瓶通常是存儲在商用氧氣供應者倉庫中的不靈便且極其笨重的裝置。這些常規的大容量液態氧氣杜瓦瓶通常產生相對較低壓力的氣態氧氣，在每平方英寸大小約為100到300磅力。在氣動壓縮機已經對氣態氧氣施加壓力之后，能夠向便攜式壓縮氧氣裝置填充受壓氣體。該方法具有許多缺點和限制。最顯著的一個是工業過程對于氧氣治療裝置的使用者而言是完全不能獲得的。此外，該工業過程必須由熟練技術人員在工業環境中以極高精度完成從而減小損傷風險。此外，該過程需要商用氧氣提供者從使用者家中取回便攜式壓縮氧氣裝置，將這些裝置帶回到工業系統的場所以便再次填充，并且隨后將便攜式壓縮氧氣裝置送回到使用者家中。這樣對于商用氧氣提供者和使用者來說花費很高、效率低下而且緩慢復雜。
發明內容本發明描述了氧氣轉換填充方法及系統。本發明的示例性實施例提供了一種氧氣(氣體)轉換填充方法，該方法包括將一定量液態氧氣(氣體)輸送到液態氧氣蒸發裝置中的蒸發室的步驟。接下來，該方法包括使一定量液態氧氣中的一部分在蒸發室內蒸發以及將一定量氣態氧氣在蒸發室內保持在預定壓力水平的步驟。最后，該方法包括向便攜式壓縮氧氣裝置填充預定壓力水平的一定量氣態氧氣。本發明的另一個示例性實施例提供了一種高壓氧氣(氣體)轉換填充系統，該系統包括具有蒸發室的液態氧氣(氣體)蒸發裝置，該蒸發室能夠接收一定量液態氧氣并且將該一定量液態氧氣中的一部分蒸發成一定量氣態氧氣。蒸發室能夠將一定量氣態氧氣保持在足以存儲在便攜式壓縮氧氣裝置中的預定壓力水平。通過接下來參考附圖而給出的說明以及附加的權利要求，本發明的這些及其它目的、特征和特性，以及結構中相關元件的操作方法及功能、部件的組合以及制造的經濟性將會變得更加清楚，所有這些構成了該說明書的一部分，其中不同附圖中類似的參考標記表示的對應部件。然而，可以清楚理解到，附圖僅僅用于解釋和描述的目的并且不被看作是對發明范圍的限定。如在說明書和權利要求書中所使用的，單數形式“一個”和“該”包括復數個對象，除非行文中明確地表示出相反的含義。圖1提供了根據本發明示例性實施例的氧氣轉換填充系統的示意圖；圖2提供了根據本發明示例性實施例的氧氣轉換填充方法的示意圖；圖3提供了根據本發明示例性實施例的氧氣轉換填充系統、LOX源杜瓦瓶、以及便攜式壓縮氧氣裝置的示意圖；圖4提供了根據本發明可選實施例的氧氣轉換填充系統的示意圖；圖5提供了根據本發明可選實施例的氧氣轉換填充系統的示意圖。具體實施例方式本發明設法解決常規氧氣轉換填充系統的缺點。顯著地，本發明提供了用于氧氣轉換填充的方法和系統，其有效地將氣態氧氣輸送到便攜式壓縮氧氣裝置。由此，根據本發明提供的氧氣轉換填充系統能夠安全且快速地填充便攜式容器。本發明提供了與常規受控的工業過程截然不同的方法和系統，該方法和系統能夠讓使用者在家中安全地完成氧氣轉換填充。應當認識的是，盡管氧氣在此被描述作為本發明轉換填充過程中所使用的氣體，但是其它氣體或氣體混合物例如氮氣、氦氣、氦氣-氧氣(氦氧混合氣)等同樣地適用于在本發明的設備和方法中使用。在示例性實施例中，本發明提供了一種氧氣轉換填充方法，該方法包括將一定量液態氧氣輸送到液態氧氣蒸發裝置中的蒸發室的步驟。接下來，該方法包括使該一定量液態氧氣中的一部分在蒸發室內蒸發并且將該一定量氣態氧氣在蒸發室內保持在預定壓力水平的步驟。最后，該方法包括向便攜式壓縮氧氣裝置填充在預定壓力水平的一定量氣態氧氣的步驟。除了氧氣轉換填充方法之外，本發明還提供了一種氧氣轉換填充系統，該系統包括具有蒸發室的液態氧氣蒸發裝置，該蒸發室能夠接收一定量液態氧氣并且將該一定量液態氧氣中的一部分蒸發成一定量氣態氧氣。該蒸發室能夠將該一定量氣態氧氣保持在預定壓力水平，該壓力水平足以用來存儲到便攜式壓縮氧氣裝置中。根據本發明的氧氣轉換填充系統和方法允許使用者在家中安全地完成從液態氧氣源的氣態氧氣轉換填充。在這之前，使用者不能夠在家中對低溫液態狀態下的氧氣完成氧氣轉換填充。通過現有技術裝置向便攜式氧氣容器填充的主要方法需要壓縮機的昂貴且耗時的使用。依靠壓縮機將氣態氧氣從低壓狀態變到高壓狀態需要大量的時間和電力，增加了使用者的費用。對于多數常規系統，使用者必須提前計劃出何時需要便攜式氣態氧氣容器，從而使得壓縮機要被驅動足夠長的時間段(有時數小時)來填充這些容器。本發明的系統和方法克服了現有技術的這些缺點，并且允許使用者快速地填充便攜式氧氣容器以便使用。更像是制作一壺咖啡，使用者通過本發明的系統和方法能夠快速地填充便攜式壓縮氧氣裝置以及出行。圖1提供了根據本發明示例性實施例的氧氣轉換填充系統100的示意圖。圖1顯示了根據氧氣轉換填充系統100的示例性實施例、用于液態氧氣蒸發裝置105的基本配置。如圖1所示，液態氧氣蒸發裝置105包括蒸發室110。此外，液態氧氣蒸發裝置105能夠通過端口115接收液態氧氣120。端口115與蒸發室110連通。由此，液態氧氣120能夠被輸送到蒸發室110。一旦處于蒸發室110內，液態氧氣120被允許沸騰或者蒸發從而生成一定量氣態氧氣125。該一定量氣態氧氣125被保持在蒸發室110的空的部分或者頂部空間中。明顯地，液態氧氣蒸發裝置105的蒸發室110能夠將氣態氧氣125保持在相對高的壓力。在示例性實施例中，蒸發室110能夠將氣態氧氣保持在從IOOpsig到5，OOOpsig范圍的壓力。例如并且非限制性地，蒸發室110可以始終地將氣態氧氣保持在大約2000psig。在可選實施例中，蒸發室110可被配置以及設置成將氧氣保持在4000psig或者4000psig左右的壓力。本領域技術人員可以理解到，氧氣轉換填充系統的不同實施方式具有不同的需要，由此，蒸發室110能夠被配置成適應不同的壓力范圍。在示例性實施例中，蒸發室110中的液態氧氣120被允許沸騰，直到在蒸發室內部達到氣態氧氣125的某一預定壓力。一旦達到預定壓力，使用者能夠通過端口115輸出氣態氧氣125，從而填充便攜式壓縮氧氣裝置。本發明的氧氣轉換填充系統100相對傳統轉換填充系統具有許多顯著改進，原因是沒有其它裝置提供了液態到氣態氧氣的轉換填充。與許多現有技術中的氧氣轉換填充系統不同，本發明的氧氣轉換填充系統100不需要壓縮機。例如，現有技術系統中的可呼吸氣態氧氣通常以較低壓力水平供應，并且由此必須使用壓縮機將氣體壓縮到足以存儲在便攜式罐中的壓力水平。在氧氣轉換填充系統100的示例性實施例中，由于氣態氧氣125以足以存儲在便攜式壓縮氧氣裝置中的壓力水平從端口115輸出，因此不需要壓縮機。在此，“足以存儲在便攜式壓縮氧氣裝置中的壓力水平”這一語句被用于表示能夠存儲在容器中足以用于便攜使用的壓力。本領域技術人員可以理解，“足以存儲在便攜式壓縮氧氣裝置中的壓力水平”會根據實施方式進行改變。例如并且非限制性地，普通的便攜式壓縮氧氣存儲裝置能夠存儲壓力在500psig到2000psig之間的氧氣。可選擇地，其它便攜式壓縮氧氣裝置能夠存儲在較高壓力1500psig到4000psig之間的氧氣。氧氣轉換填充系統100的液態氧氣蒸發裝置105依賴于液態氧氣120的固有性質，從而生成在足以用于存儲在便攜式壓縮氧氣裝置中的壓力水平下的氣態氧氣125。更具體地，液態氧氣在101.325kPa(760mmHg)下的沸騰點是90.188K(-182.96°C)；由此，液態氧氣在暴露于周圍環境的系統中容易沸騰。由此，當液態氧氣被注入到蒸發室110中時，液態氧氣將會自然沸騰從而生成氣態氧氣125。本領域技術人員應當理解到，圖1中的氧氣轉換填充系統100是示例性實施例，并且氧氣轉換填充系統可以通過多種不同方式進行配置，而不會脫離本發明的范圍。例如并且非限制性地，蒸發室110可被配置成具有非常小的頂部空間或者場所以用于一定量的氣態氧氣，以及氣態氧氣能夠被輸出到另一個室以便存儲。這樣，不需要使用氣化容器來存儲從蒸發過程生成的氣體。在氣化容器和高壓氣體存儲容器之間可設置止回閥。本發明還預見到，氣化容器中剩下的氣體(例如在填充便攜式存儲容器之后)能夠被存儲在氣化容器中或者能夠被用于其它用途。一種用途是使氣體返回到液化裝置。即，剩下的氣體能夠流回到液化系統中從而被再次液化。圖2提供了根據本發明示例性實施例的氧氣轉換填充方法200的示意圖。圖2中所示的氧氣轉換填充方法200顯示了便利且有效的過程，通過該過程，使用者可以將氧氣轉換填充到便攜式壓縮氧氣裝置。首先，步驟205包括將一定量液態氧氣輸送到液態氧氣蒸發裝置中的蒸發室。在示例性實施例中，該一定量液態氧氣能夠從固定的LOX源杜瓦瓶被輸送。本領域技術人員可以理解到，液態氧氣蒸發裝置能夠通過各種源進行填充，包括LOX產生裝置，即從空氣中產生液態氧氣或者其它氣體的裝置。美國專利No.5，893，175；6，212，904；5，979，440；6，651，653；6，681，764以及6，698，423，這些專利中每一個的內容都通過引用而被包括在此，公開了用來生成液態氧氣供應的便攜式系統。接下來，步驟210涉及在蒸發室內使一定量液態氧氣中的一部分蒸發。由此，一旦液態氧氣已經進入到蒸發室，引起或者允許液態進行沸騰并且在蒸發室的空的區域內生成一定量氣態氧氣。本發明預見到，可以提供部件來幫助或者促進蒸發(氣化)過程。例如，一個或多個加熱元件可以與蒸發室一同設置從而控制蒸發室中流體的溫度。一定量液態氧氣中一部分的蒸發在蒸發室內生成了一定量氣態氧氣并且增加了蒸發室內的壓力水平。在步驟215，該一定量氣態氧氣被保持在預定壓力水平。可以理解至IJ，壓力調節裝置(例如減壓閥、加熱器或者其它裝置)能夠被用于調節蒸發室內氣態氧氣的壓力。最后，步驟220涉及向便攜式壓縮氧氣裝置填充預定壓力水平的一定量氣態氧氣。由此，在示例性實施例中，一旦蒸發室內的氣態氧氣的壓力達到預定壓力水平，它能夠被輸出到便攜式壓縮氧氣裝置中。當然，即便蒸發室內的氣態氧氣的壓力沒有達到預定壓力水平，蒸發室內的氣態氧氣能夠從蒸發室輸送到便攜式壓縮氧氣裝置，但是這樣做不會完全填充便攜式壓縮氧氣裝置。圖2中所示的氧氣轉換填充系統的方法200向使用者提供了一種快速的方法，通過該方法能夠填充氣體存儲罐用于便攜使用。使用常規的氣體轉換填充系統會耗費使用者幾個小時來借助壓縮機填充便攜式氣體罐。使用圖2中所示的氧氣轉換填充方法200的示例性實施例，使用者能夠決定離開家、通過液態氧氣蒸發裝置來快速地填充一個或多個便攜式高壓氣體罐、并且使一個或多個罐為提供便攜式氧氣治療做好準備。圖3提供了根據本發明示例性實施例的氧氣轉換填充系統100、L0X源杜瓦瓶305以及便攜式壓縮氧氣(高壓氣體存儲)裝置310的示意圖。如圖3中所示的示例性實施例，氧氣轉換填充系統100被配置成從LOX源杜瓦瓶305接收液體。LOX源杜瓦瓶305可以是具有真空區域的杜瓦瓶。LOX源杜瓦瓶305的真空區域使得良好的隔絕成為可能，并且由此杜瓦瓶305的內容物在延長的時間段內保持成液態狀態并且具有相對最小的沸騰，而不需要制冷設備。由此，LOX源杜瓦瓶305能夠保持相對大容量的液態氧氣并且能夠多次重新填充氧氣轉換填充系統100。LOX源杜瓦瓶(例如LOX源杜瓦瓶305)通常是大的、笨重的并且難于運輸。由此，LOX源杜瓦瓶通常通過卡車帶到家中并且由專業人員運輸。如圖3所示，LOX源杜瓦瓶305可具有液態源管路370。液態源管路370使得液態氧氣從LOX源杜瓦瓶305提取出來。LOX源杜瓦瓶305可被用于將液態氧氣轉換填充到多個不同裝置。例如并且非限制性地，液態源管路370可以連接到便攜式LOX填充連接器315，它能夠使液態氧氣被傳送到便攜式LOX裝置。此外，在示例性實施例中，LOX源杜瓦瓶305包括安全閥375，其能夠釋放LOX源杜瓦瓶305中的過度壓力。在示例性實施例中，液態氧氣蒸發裝置105能夠連接到LOX源杜瓦瓶305的液態源管路370，從而使得液態氧氣能夠從杜瓦瓶305輸送到液態氧氣蒸發裝置。如圖3所示，液態氧氣蒸發裝置105包括輸入端口320。輸入端口320能夠通過液態轉換填充管路325連接到液態源管路370。在示例性實施例中，液態轉換填充管路325包括止回閥，例如低溫止回閥330。低溫止回閥330能夠被用于允許液態氧氣從LOX源杜瓦瓶305流到液態氧氣蒸發裝置105并且防止氣態氧氣沿著相反路徑流回到LOX源杜瓦瓶中。液態氧氣蒸發裝置105還包括液體填充管335，液態氧氣通過該液體填充管335從輸入端口320輸送能夠到蒸發室110中。如圖3所示，蒸發室110可以以各種比例容納液態氧氣以及氣態氧氣。例如并且非限制性地，蒸發室110能夠被填充到等于液體填充管335端部高度的水平。如圖3所示，在示例性實施例中，液態氧氣蒸發裝置105還包括輸出端口340。在示例性實施例中，輸出端口340可被用于將氣態氧氣從液態氧氣蒸發裝置105排出。在示例性實施例中，氣體使用管345將輸出端口340連接到蒸發室110的內部。由此，容納在蒸發室中的氣態氧氣能夠從液態氧氣蒸發裝置中提取出來。如圖3所示，輸出端口340能夠被配置成使得便攜式壓縮氧氣裝置310能夠通過氧氣轉換填充系統100而被填充。在示例性實施例中，氧氣轉換填充系統100提供了便攜式氣體轉換填充管路350，該管路350連接到液態氧氣蒸發裝置105的輸出端口340。如圖3中所示的示例性實施例所示，便攜式氣體轉換填充管路350包括便攜式氣體填充連接器355。便攜式氣體填充連接器355能夠實現便攜式壓縮氧氣裝置(例如裝置310)方便的、可取下的連接。在示例性實施例中，便攜式壓縮氧氣裝置310能夠連接到便攜式氣體填充連接器355，并且來自于氧氣轉換填充系統100的氣態氧氣能夠填充裝置310。在示例性實施例中，便攜式氣體轉換填充管路350能夠提供安全閥360和冗余安全閥365，用于確保系統的安全。安全閥360能夠有助于防止在液態氧氣蒸發裝置105中形成過度壓力。在液態氧氣蒸發裝置105的蒸發室110內部的壓力超過預定極限的情況下、例如由于蒸發室110中液態氧氣的蒸發，安全閥360能夠打開并且將氣態氧氣排出到大氣。假如安全閥360失效，冗余安全閥365確保液態氧氣蒸發裝置105內部的壓力不會超過預定極限。氧氣轉換填充系統100的便攜式氣體轉換填充管路350還能夠提供高壓閥370和排放口377。在示例性實施例中，高壓閥370和排放口377被用于將氣態氧氣從液態氧氣蒸發裝置105排出。例如并且非限制性地，在重新填充液態氧氣蒸發裝置105之前，高壓閥370能夠被打開，從而使液態氧氣蒸發裝置105的蒸發室110中的全部氣態氧氣排放。此外，高壓閥370和排放口377能夠被用于控制容納在氧氣轉換填充系統中氣態氧氣的壓力，從而使得在填充便攜式壓縮氧氣裝置310之前，能夠獲得用于氧氣轉換填充的期望壓力水平。根據本發明的氧氣轉換填充方法200的示例性實施例，使用者能夠使用圖3中所示的氧氣轉換填充系統100，從而安全、便利且快速地填充便攜壓縮氧氣裝置310。氧氣轉換填充方法200的第一個步驟，使用如圖3中所示的氧氣轉換填充系統100的示例性實施例，涉及通過將液態轉換填充管路325連接到液態源管路370，從而從LOX源杜瓦瓶305向蒸發室110填充液態氧氣。一旦連接，來自于LOX源杜瓦瓶305的液體能夠通過低溫止回閥330流入到蒸發室110。接下來，蒸發室110中的液態氧氣能夠允許沸騰。沸騰過程能夠通過將液態氧氣蒸發裝置105自然加溫到周圍環境的溫度而發生或者能夠通過液態氧氣蒸發裝置105中的加熱設備而催生。一旦蒸發室110中的液態開始沸騰，在蒸發室內開始形成氣態氧氣。根據氧氣轉換填充方法的示例性實施例，蒸發室110將形成的氣態氧氣保持在預定壓力水平。一旦達到預定壓力水平，氣態氧氣能夠從液態氧氣蒸發裝置105輸出到連接到便攜式氣體填充連接器355的便攜式壓縮氧氣存儲裝置310。整個方法可以由使用者在家中快速且安全地完成。此外，整個氧氣轉換填充方法能夠在相對較短的時間階段內完成，例如少于5分鐘，并且優選地少于2分鐘。顯著地，根據本發明示例性實施例而提供的、使用氧氣轉換填充方法200不需要任何外部能量源或者機械源。然而，對于常規系統，壓縮機必須通過外部能量源而進行驅動從而生成便攜式氣體。如圖3所示，本發明示例性實施例的氧氣轉換填充系統100的所有部件都是無源的。產生便攜式壓力水平下的氣態氧氣所需的能量是注入到液態氧氣蒸發裝置105中的液態氧氣所固有的。由此，對于進行氧氣轉換填充所必需的能量實際上是在低溫液態氧氣形成期間被加入的。在這種情況下，依賴于液態氧氣在低溫沸騰點之上溫度的蒸發的自然過程產生受壓氣體，而不是使用壓縮機的常規方法。圖4提供了根據本發明可選實施例的氧氣轉換填充系統100的示意圖。本領域技術人員可以理解的是，氧氣轉換填充系統100的液態氧氣蒸發裝置105能夠以多種不同方式進行配置，而不會脫離本發明的范圍。圖4中所示的液態氧氣蒸發裝置105的可選擇實施例包括隔絕層405，從而有助于蒸發室110的絕絕。液態氧氣的沸騰點顯著地低于環境溫度；由此，蒸發室110必須被隔絕，從而降低蒸發室與周圍環境之間的傳熱率并且防止注入到蒸發室中的液態氧氣的快速蒸發。在圖4所示的示例性實施例中，隔絕層405被設置作為蒸發室110的內襯。隔絕層405可以是能夠降低蒸發室110與周圍環境之間傳熱率的多種不同材料類型中的一種或者是材料的組合。例如并且非限制性地，隔絕層405可以是能夠降低傳熱率的泡沫或纖維材料。在示例性實施例中，隔絕層405包括合成含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)，也被稱為TefIon。由于蒸發室110的目的是使液態氧氣沸騰，因此隔絕層405的目的并不是完全地防止蒸發室與周圍環境之間的熱傳遞。由此，隔絕層405可以根據氧氣轉換填充系統100的液態氧氣蒸發裝置105的給定實施方式所期望的參數而進行配置。例如并且非限制性地，如果液態氧氣蒸發裝置105的特定實施例被配置成使液體以相對較快速度沸騰，那么隔絕層405可被配置成對于傳熱率提供較小的限制量。在可選實施例中，例如圖4中所示，氧氣轉換填充系統100的液態氧氣蒸發裝置105設置有加熱裝置410，用于在期望時有助于液態氧氣溫度的升高和控制。對于具有加熱裝置410的液態氧氣蒸發裝置105的可選實施例，隔絕層405可被配置成對傳熱率具有較大的限制量，原因是周圍環境不再是使蒸發室110中液態氧氣溫度升高的唯一因素。由此，在所有液體沸騰之前，蒸發室110能夠在較長階段保持一定量液態氧氣。對于圖4中所示的實施例，當期望提升蒸發室110中液態氧氣的沸騰速度時，可以使用加熱裝置410。本發明還設想到，設置與蒸發室110相聯系的冷卻系統(未示出)來控制溫度，并且由此控制容納在蒸發室110中的氣體和/或液態的壓力。如圖4中所示的示例性實施例所示，氧氣轉換填充系統100可包括液態轉換填充管路325，使得能夠從源容器接收液態氧氣。在示例性實施例中，液態氧氣轉換填充管路325連接到液態氧氣蒸發裝置105上的輸入端口320。此外，輸入端口320連接到與蒸發室110連通的液體填充管335。由此，液態氧氣蒸發裝置105能夠被連接到液態氧氣源容器以及液體能夠通過液體填充管335注入到蒸發室110中。液體填充管335設置有止回閥415，從而允許液態氧氣通過液體填充管335注入，但是防止容納在蒸發室110中的氣態氧氣通過液體填充管335離開。圖4中所示的液態氧氣蒸發裝置105的示例性實施例提供了氣體使用管345，通過該氣體使用管345，氣態氧氣能夠從蒸發室110輸出。氣體使用管345可被連接到輸出端口340，該輸出端口340進一步連接到氣體轉換填充管路350。氣體轉換填充管路350可設置氣體填充連接器420，各種不同的氣態氧氣容器可以連接到該連接器420。通過這種方式，氧氣轉換填充系統100能夠被用于填充大型及小型便攜式氧氣治療裝置以及大型氣體存儲容器。使用者期望不同的便攜式壓縮氧氣裝置以用于不同的目的和應用。下表提供了本領域內用于便攜式壓縮氧氣裝置的各種標準表1用于便攜式壓縮氧氣裝置的一般規范<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>根據本發明的氧氣轉換填充系統100的各種實施例能夠被用于填充表1中列出的全部不同類型的便攜式壓縮氧氣裝置以及多種其它裝置。不同的便攜式壓縮氧氣裝置為使用者提供了不同的好處，由此，氧氣轉換填充系統100可被配置成填充最適合使用者需要的便攜式氧氣治療裝置類型。在圖4中所示的示例性實施例中，氧氣轉換填充系統100被用于填充氧氣存儲容器425，該容器是相對較大的氣態氧氣容器。氣體存儲容器425的容積大于圖3中所示的便攜式壓縮氧氣裝置310。例如并且非限制性地，氣體存儲容器425可以是能夠保持680升氣態氧氣的E儲罐。某些便攜式氧氣治療裝置需要通過根據本發明的氧氣轉換填充方法200從而與氣體存儲容器425進行多次反復。換句話說，氧氣轉換填充系統100在從液態到氧氣轉換填充的一次循環中只能產生便攜式氧氣治療裝置中全部容積的一部分。由此，為了填充全部容積，需要再次填充蒸發室、使液態沸騰為氣體、以及將高壓氣體轉移到氣體存儲容器。這個過程可以根據需要被重復。除了能夠被配置成產生不同體積氣態氧氣的能力之外，氧氣轉換填充系統100的各種實施例可被配置成產生多種壓力水平的氣態氧氣。在非限制性示例中，可以期望配置氧氣轉換填充系統100用于生成2000psig的氣態氧氣以用于某一便攜式氧氣治療裝置以及3000psig的氣態氧氣用于其它的便攜式氧氣治療裝置。對于氧氣轉換填充系統100的不同實施例，輸入到預定體積的蒸發室110中的氧氣量決定了由氧氣轉換填充系統所生成的氣態氧氣的壓力水平。液態氧氣具有8601的膨脹率。由此，概括地講，一升液態形態的氧氣等于860升氣態形態的氧氣。這個膨脹率使得蒸發室110內能夠產生壓縮氣體。基于該膨脹率，可以計算出為了生成期望壓力水平下的期望量的氣態氧氣，氧氣轉換填充系統100的液態氧氣蒸發裝置105所需的液態氧氣量。具體地，可以使用下面的VanDerWaals公式來計算出在給定體積中生成期望的氣態氧氣壓力水平所必須的液態氧氣量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中P=壓力(巴)V=體積(升)η=氣體量(摩爾)R=通用氣體常數0.0831451(使用巴和升為單位時)T=溫度(開氏溫標)a=對于真實氧氣氣體的VanDerWaals常數1.382barL2/mol2，以及b=對于真實氧氣氣體的VanDerWaals常數0.03186L/mol。通過求解VanDerWaals公式中的氣體量摩爾數(η)，可以確定出在膨脹到氣體時為了在蒸發室Iio的給定體積內生成期望壓力所需的液態氧氣的摩爾數。求解上面的VanDerWaals公式的η導致了下面的三次公式。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>通過代入蒸發室110的給定體積(V)以及期望壓力(P)，上面的公式能夠求解出η。用η乘以氧氣的分子量(31.9988)，得到了對于期望的氧氣轉換填充所必須的液態氧氣量。下面的表2提供了根據使用上述公式計算出來的對于填充一般的便攜式氧氣治療裝置所必須的液態氧氣量的說明。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>液態氧氣蒸發裝置105可以設置有多個不同裝置，使得使用者能夠對于特定的蒸發室110容易地注入根據上述公式計算出來的適當液態氧氣量。在圖4所示的示例性實施例中，液態氧氣蒸發裝置105設置有液體填充管335，該填充管335穿透到蒸發室110內部的預定深度。由此，使用者能夠將液態氧氣注入到蒸發室110中，直到聽到突突響聲，告知使用者蒸發室110內液態氧氣的高度已經達到與液體填充管335深度相等的高度，并且可以終止液態氧氣的注入。以這種方式，液體填充管335可以設置在對于液體填充管以下液態氣體提供必要體積的深度。在可選實施例中，液態氧氣蒸發裝置105包括傳感器，該傳感器被配置成向填充蒸發室110的使用者指示出已經添加了液態氧氣的適當量。例如，與液態轉換填充管路325相聯系的流量傳感器能夠監測出輸送到蒸發室的液體量。在更先進的實施例中，當期望的液體量已經提供到蒸發室時，系統自動地中斷液體向蒸發室的傳送。圖5提供了根據本發明另一個可選實施例的氧氣轉換填充系統100的示意圖。在該可選實施例中，氧氣轉換填充系統100能夠從便攜式液態氧氣容器505進行填充。示例性實施例的便攜式液態氧氣容器505能夠被使用者運輸從而允許在室外填充便攜式壓縮氧氣裝置。例如并且非限制性地，使用者可以將便攜式液態氧氣容器505放置在她/他車輛的行李箱中或者放置在手提箱中。這樣，使用者能夠非常方便地制出用于液態氧氣蒸發裝置105的液態氧氣。在示例性實施例中，便攜式液態氧氣容器505包括內部液態氧氣容器510，該內部液態氧氣容器510容納一定量液態氧氣。液態氧氣裝置505的內部液態氧氣容器510經由填充端口515而由靜止容器進行填充。填充端口515允許與靜止液態氧氣杜瓦瓶的可取下連接。在示例性實施例中，填充端口515適于與靜止LOX存儲容器的排出端口互配連接。互配連接可以通過直接連接機構或者通過傳送導管(未示出)。填充端口515通過填充管路525連接到內部液態氧氣容器510，從而通過填充管535將液態氧氣傳送到內部液態氧氣容器510。便攜式液態氧氣容器505還包括外部容器530。外部容器530與內部液態氧氣容器510之間的空間被抽空到至少局部真空，從而使得傳遞到內部液態氧氣容器510內的LOX的熱傳遞降到最低。在示例性實施例中，便攜式液態氧氣容器505可包括液體使用管540。液體使用管540可被包含在填充管535中并且能夠向下延伸到內部液態氧氣容器510的下部。液態氧氣能夠穿過液態氧氣使用管535到達液體使用連接器545。當然，使用管以及填充管可以不需要彼此包含，而是能夠分開的管子。在示例性實施例中，液態氧氣蒸發裝置105能夠連接到便攜式液態氧氣容器505的液體使用連接器545，從而使得液態氧氣被輸送到氧氣轉換填充系統100。如圖5所示，液態氧氣蒸發裝置105包括連接到便攜式液態氧氣容器505的液體使用連接器545的輸入端口320。液態氧氣蒸發裝置105包括液體填充管335，通過該填充管液態氧氣從輸入端口320輸送到蒸發室110內。如圖3所示，蒸發室110可以容納各種比率的液態氧氣和氣態氧氣。例如并且非限制性地，蒸發室110可以填充到等于液體填充管335的高度。根據本發明氧氣轉換填充方法200的示例性實施例，使用者能夠使用圖5中所示的氧氣轉換填充系統100從而安全、便利且快速地填充便攜式壓縮氧氣裝置310(未示出)。在圖5所示的示例性實施例中，氧氣轉換填充方法200可以依賴便攜式液態氧氣容器505作為液態氧氣源。這個特定實施例向使用者提供了增強的靈活性。由于圖5中所示的便攜式液態氧氣容器505能夠在室外運輸，因此使用者能夠幾乎在所有地方填充便攜式壓縮氧氣裝置。例如并且非限制性地，使用者可以將便攜式液態氧氣容器505放置在轎車的行李箱中。由此，無論何時需要再次填充便攜式壓氧壓縮裝置，使用者都能夠通過使用轎車行李箱中的便攜式液態氧氣容器505來完成本發明的氧氣轉換填充方法200的示例性實施例。此外，在另一個非限制性示例中，使用者可以將便攜式液態氧氣容器505運輸到旅館房間或者暫時住所，例如RV、營地、朋友或親戚的家中。由此，無論何時需要再次填充便攜式壓氧壓縮裝置，使用者都能夠通過使用旅館房間或者使用者暫時住所中的便攜式液態氧氣容器505來完成本發明的氧氣轉換填充方法200的示例性實施例。使用如圖5所示的氧氣轉換填充系統100的示例性實施例的氧氣轉換填充方法200的示例性實施例的第一步驟涉及通過將液體使用連接器545連接到液態氧氣蒸發裝置105的輸入端口320從而從便攜式液態氧氣容器505向蒸發室110填充液態氧氣。一旦連接，來自于液體使用連接器545的液體會流到蒸發室110中。接下來，蒸發室內的液態氧氣被允許沸騰。沸騰過程通過將液態氧氣蒸發裝置105自然升溫到周圍環境而發生或者通過液態氧氣蒸發裝置105中的加熱設備而引起。一旦蒸發室中的液體開始沸騰，則蒸發室110中開始形成氣態氧氣。根據氧氣轉換填充方法200的示例性實施例，蒸發室110將形成的氣態氧氣保持在預定壓力水平。一旦達到該預定壓力水平，氣態氧氣就會從液態氧氣蒸發裝置105輸出到與輸出端口340相連接的便攜式壓縮氧氣裝置。整個方法可以由使用者在便攜式液態氧氣容器最近的異地位置快速安全地完成。可以理解的是，如上面所描述以及附圖中所顯示，本發明提供了一種能夠進行快速且方便轉換填充的氣態氧氣轉換填充系統。它還能夠在沒有壓縮機的情況下填充便攜式氣態氧氣罐。此外，該轉換填充系統使得使用者能夠安全方便地從使用者家中的液態源完成高壓氧氣轉換填充。盡管本發明基于當前被認作是最合乎實際且優選的實施例而詳細描述以用于解釋的目的，但是可以理解的是，這種細節僅僅用于該目的并且本發明不局限于公開的實施例，并且相反地，本發明打算覆蓋附加權利要求精神和范圍內的改進和等同設置。例如，應當理解的是，本發明預見到，在可能的程度上，任何實施例的一個或多個特征可以與任何其它實施例的一個或多個特征相結合。權利要求一種氧氣轉換填充方法，包括步驟將一定量液態氧氣輸送到液態氧氣蒸發裝置中的蒸發室；使所述一定量液態氧氣中的至少一部分在蒸發室內蒸發；將一定量氣態氧氣在蒸發室內保持在預定壓力水平；以及向便攜式壓縮氧氣裝置填充所述一定量氣態氧氣。2.如權利要求1所述的氧氣轉換填充方法，其特征在于，輸送、蒸發、保持以及填充步驟由使用者在所述使用者的家中進行。3.如權利要求1所述的氧氣轉換填充方法，其特征在于，填充便攜式壓縮氧氣裝置的步驟在將所述一定量液態氧氣輸送到蒸發室的步驟之后在少于兩分鐘之內進行。4.如權利要求1所述的氧氣轉換填充方法，其特征在于，蒸發、保持以及填充步驟在沒有外部能量源的情況下進行。5.如權利要求1所述的氧氣轉換填充方法，其特征在于，所述預定壓力水平范圍從大約1，500psig到大約3，OOOpsig。6.如權利要求1所述的氧氣轉換填充方法，其特征在于，將所述一定量液態氧氣輸送到蒸發室的步驟是通過將所述液態氧氣蒸發裝置連接到液態源杜瓦瓶而進行。7.如權利要求1所述的氧氣轉換填充方法，其特征在于，還包括將便攜式壓縮氧氣裝置連接到來自于所述液態氧氣蒸發裝置的輸出管路的步驟、以及在填充步驟之后使所述便攜式壓縮氧氣裝置脫離連接的步驟。8.一種氧氣轉換填充系統，包括液態氧氣蒸發裝置，所述液態氧氣蒸發裝置包括適于接收一定量液態氧氣并且將所述一定量液態氧氣中的一部分蒸發成一定量氣態氧氣的蒸發室，其中，所述蒸發室能夠將所述一定量氣態氧氣保持在足以存儲在便攜式壓縮氧氣裝置中的預定壓力水平。9.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，所述氧氣轉換填充系統適于在沒有外部能量源的情況下填充所述便攜式壓縮氧氣裝置。10.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，所述氧氣轉換填充系統不包含壓縮機。11.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，所述液態氧氣蒸發裝置適于可取下地連接到液態氧氣源杜瓦瓶，以接收所述一定量液態氧氣。12.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，所述液態氧氣蒸發裝置適于可取下地連接到所述便攜式壓縮氧氣裝置。13.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，所述便攜式壓縮氧氣裝置可取下地連接到所述液態氧氣蒸發裝置。14.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，所述預定壓力水平范圍從大約1，500psig到大約3，OOOpsig。15.如權利要求8所述的氧氣轉換填充系統，其特征在于，使用者能夠帶著所述氧氣轉換填充系統走動。16.一種填充便攜式壓縮氧氣裝置的方法，包括步驟將一定量液態氧氣注入到液態氧氣蒸發裝置；以及在注入所述一定量液態氧氣的步驟之后的時間段內，向便攜式壓縮氧氣裝置的容積填充處于預定壓力水平的一定量氣態氧氣，其中，所述時間段少于三十分鐘。17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，在所述預定壓力水平下，所述容積與所述時間段的比大于5升/分鐘(LPM)。18.一種系統，包括液態氧氣蒸發裝置，所述液態氧氣蒸發裝置能夠接收一定量液態氧氣、將所述一定量液態氧氣的一部分蒸發成一定量氣態氧氣、以及在500psig以上的預定壓力水平輸出所述一定量氣態氧氣，其中，所述系統不包含壓縮機。19.如權利要求18所述的系統，其特征在于，所述系統不需要輸入動力，從而生成處于500psig以上預定壓力水平的所述一定量氣態氧氣。20.一種氧氣系統，包括能夠存儲一定量液態氧氣以及一定量氣態氧氣的室，其中，所述一定量氣態氧氣處于500psig以上的壓力水平。21.如權利要求20所述的氧氣系統，其特征在于，所述一定量氣態氧氣通過使所述一定量液態氧氣蒸發而生成。22.如權利要求21所述的氧氣系統，其特征在于，所述室被設置成具有預定容積，使得當所述一定量液態氧氣中的預定量在所述室中被蒸發時，壓力水平超過lOOOpsig。23.如權利要求21所述的氧氣系統，其特征在于，所述室被設置成具有預定容積，使得當所述一定量液態氧氣中的預定量在所述室中被蒸發時，壓力水平超過2000psig。24.如權利要求21所述的氧氣系統，其特征在于，所述室適于與便攜式壓縮氧氣裝置連通，并且所述一定量氣態氧氣中的至少一部分被用于填充所述便攜式壓縮氧氣裝置。25.如權利要求20所述的氧氣系統，其特征在于，所述一定量氣態氧氣被保持在所述室中超過4個小時。全文摘要本發明描述氧氣轉換填充方法及系統，所述方法包括將一定量液態氧氣輸送到液態氧氣蒸發裝置中的蒸發室的步驟。接下來，使一定量液態氧氣中的至少一部分在蒸發室內蒸發以及將一定量氣態氧氣在蒸發室內保持在預定壓力水平。所述方法包括向便攜式壓縮氧氣裝置填充至少一部分氣態氧氣。文檔編號F17C5/06GK101836028SQ200880112550公開日2010年9月15日申請日期2008年10月21日優先權日2007年10月22日發明者G·N·霍爾德申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司