CN220707046U - 一种气体充装系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种气体充装系统，其包括给料单元、加压单元、纯化单元、充装单元、控制模块；所述给料单元、所述加压单元、所述纯化单元、所述充装单元之间依次通过管道连接；所述给料单元包括给料端口和第一净化装置，所述充装单元包括充装端口和第二净化装置；所述控制模块与所述第一净化装置、所述第二净化装置电连接，用于控制所述第一净化装置和所述第二净化装置。相对于现有技术，本申请可以在气体充装期间有效净化充装系统，降低终端产品的污染风险。

Description

一种气体充装系统

技术领域

本申请涉及高纯气体充装纯化领域，具体是一种气体充装系统。

背景技术

随着半导体工业技术的持续发展，我国电子气体市场发展空间也将持续扩大，其中电子级氦气是电子半导体产业不可或缺的关键材料。随着行业的发展，产品纯度要求越来越高，充装作为最终环节对产品质量的影响很大。

在气体封装的过程中，对于充装系统洁净度把控尤为重要，由于现有封装的系统不涉及充装容器和充装管道纯化检测，如果发生初始杂质污染，将会导致终端产品的不合格，导致质量事故。

鉴于此，亟需提供一种气体充装系统，在气体充装期间有效净化充装系统，降低终端产品的污染风险。

实用新型内容

针对现有技术中的充装系统无法对充装系统进行净化，保障气体纯净度的技术缺点，本申请提出了一种具备对充装系统进行纯化和检测的充装系统。

一种气体充装系统，其特征在于，包括给料单元、加压单元、纯化单元、充装单元、控制模块；

所述给料单元、所述加压单元、所述纯化单元、所述充装单元之间依次通过管道连接；

所述给料单元包括给料端口和第一净化装置，所述给料端口与所述第一净化装置之间通过管道连接；

所述充装单元包括充装端口和第二净化装置，所述充装端口与所述第二净化装置之间通过管道连接；

所述控制模块与所述第一净化装置、所述第二净化装置电连接，用于控制所述第一净化装置和所述第二净化装置。

优选的，所述第一净化装置包括第一高压置换吹扫装置、第一低压置换吹扫装置、第一真空泵、第一分析装置；

所述第一高压置换吹扫装置通过控制阀与所述第一净化装置的管道总线连接；

所述第一低压置换吹扫装置通过控制阀与所述第一净化装置的管道总线连接；

所述第一真空泵通过控制阀与所述第一净化装置的管道总线连接；

所述第一分析装置通过控制阀与所述第一净化装置的管道总线连接。

优选的，所述第二净化装置包括：第二高压置换吹扫装置、第二低压置换吹扫装置、第二真空泵、第二分析装置；

所述第二高压置换吹扫装置通过控制阀与所述第二净化装置的管道总线连接；

所述第二低压置换吹扫装置通过控制阀与所述第二净化装置的管道总线连接；

所述第二真空泵通过控制阀与所述第二净化装置的管道总线连接；

所述第二分析装置通过控制阀与所述第二净化装置的管道总线连接。

优选的，所述给料端口包括第一给料端口和与所述第一给料端口配合使用的第一给料阀、第二给料端口和与所述第二给料端口配合使用的第二给料阀。

优选的，所述充装端口包括第一充装端口和与所述第一充装端口配合使用的第一充装阀、第二充装端口和与所述第二充装端口配合使用的第二充装阀。

优选的，所述加压单元包括PCV阀、控制阀、缓冲罐、膜压机；

所述PCV阀、所述控制阀、所述缓冲罐、所述膜压机之间通过管道依次连接。

优选的，所述膜压机通过管道、控制阀形成自循环线路。

优选的，所述纯化单元包括：吸附装置、终端净化吸气装置、脱氢装置；

所述吸附装置设置在靠近所述加压单元的一侧；

所述脱氢装置设置在靠近所述充装单元的一侧；

所述终端净化吸气装置设置在所述吸附装置和所述脱氢装置之间；

优选的，所述加压单元和所述纯化单元，通过管道和控制阀形成系统回流大循环线路。

优选的，所述第一充装端口和所述第二充装端口设置有电子天平；

所述第一充装端口和所述第二充装端口设置多个用于连接充装容器的充装接口。

相对于现有技术缺点，本技术方案提供了一种气体充装系统。由于在给料端口和充装端口都设置有净化装置，通过控制模块的控制，能够在气体充装的过程中对给料口和充装口进行净化和分析检测，以保证纯净的给料环境和充装环境。于此同时充装端口的净化装置，还可以对充装容器进行净化和分析检测，进一步保障了气体在运输的过程中不被污染。此外，除了保证纯净的充装环境外，本系统中设置的纯化单元还可以对气体本身进行净化除杂，更进一步的提高了气体的纯净度。由上可知，本申请提供的气体充装系统可以对充装系统、充装容器进行净化和检测，对气体净化除杂，有效避免气体污染，显著提高了气体充装过程中的纯净度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的气体充装系统的一种装配示意图；

图2为本实施例提供的气体充装系统的给料单元的示意图；

图3为本实施例提供的气体充装系统的充装单元的示意图；

图4为本实施例提供的气体充装系统的加压单元的示意图；

图5为本实施例提供的气体充装系统的系统回流大循环线路的示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本实用新型实施例提供了一种气体充装系统，包括给料单元100、加压单元200、纯化单元300、充装单元400、控制模块；给料单元100、所述加压单元200、纯化单元300、充装单元400之间依次通过管道连接；给料单元100包括给料端口110和第一净化装置120，给料端口110与第一净化装置120之间通过管道连接；充装单元400包括充装端口410和第二净化装置420，充装端口410与第二净化装置420之间通过管道连接；控制模块与第一净化装置120、第二净化装置420电连接，用于控制第一净化装置120和第二净化装置420。

需要说明的是，在本申请的具体实施例中，充装系统内的所有管道均采用锈钢316L EP级材质的输送管道，以保证整个系统具体更强大抗压能力，纯化单元满足高压需求(3000Psia)。控制装置具体为PLC控制，其中预先装有自动净化检测顺控程序，一键操作，减少人为操作干预。本充装系统的具体实施中所采用的真空泵为Edwards真空泵，Edwards真空泵先进的油压回路可提供有效的润滑，当泵关闭时，弹簧式分配阀可提供油和空气反吸保护，传动轴杆上安装有工业级滚柱轴承，可靠性很高，使用寿命和无故障工作时间也更长，该泵重心低，高速运行稳定性好。

在本申请的其他实施例中，控制装置还可以通过单片机、CAN等控制实现，在此不做限定。

在气体充装领域对于充装系统和充装容器的洁净度把控尤为重要。由于系统不涉及对二者的净化检测，如发生初始气瓶的杂质污染，将会导致终端产品的不合格。由于现有封装的系统不涉及充装容器和充装管道纯化检测，如果发生初始杂质污染，将会导致终端产品的不合格，导致质量事故。

本申请所提供的气体充装系统，由于在给料端口和充装端口都设置有净化装置，通过控制模块的控制，能够在气体充装的过程中对给料口和充装口进行净化和分析检测，以保证纯净的给料环境和充装环境。于此同时充装端口的净化装置，还可以对充装容器进行净化和分析检测，进一步保障了气体在运输的过程中不被污染。此外，除了保证纯净的充装环境外，本系统中设置的纯化单元还可以对气体本身进行净化除杂，更进一步的提高了气体的纯净度。相较于传统的气体充装，本系统可以有效提高充装气体的纯净度，防止气体在充装的过程中被污染。

作为一种更加优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，第一净化装置120包括第一高压置换吹扫装置121、第一低压置换吹扫装置122、第一真空泵123、第一分析装置124；第一高压置换吹扫装置121通过控制阀V11与第一净化装置120的管道总线连接；第一低压置换吹扫装置122通过控制阀V12与第一净化装置120的管道总线连接；第一真空泵123通过控制阀V13与第一净化装置120的管道总线连接；第一分析装置124通过控制阀V14与第一净化装置120的管道总线连接。

具体的，当原料气入厂分析合格后，通过给料端口110进入到充装系统；连接完成后，首先通过控制装置的控制界面选择自动净化程序，第一净化装置120接收到控制信号后，先打开控制阀V12，通过第一低压置换吹扫装置122对每个给料歧管进行正低压吹扫，防止空气等杂志进入系统；吹扫完成后，打开控制阀V11，通过第一高压置换吹扫装置121进行气体保压测试，合格后排放系统内余气，打开控制阀V13，由真空泵123进行抽真空操作，并完成静态真空测试，测试完成后打开控制阀V14，分析装置124对气体压力和纯净度检测合格后正式进入到预充装环节。分析装置124具体为一种微量水分析仪，在其他实施例中也可以是微量氧分析仪；经过分析仪器初步检验后，所采集的样本将继续分去分析实验室持续在线分析。系统规范的净化检测程序，可以为气体充装提供一个纯净的环境，防止气体在连接给料的过程中受到污染。

作为一种更加优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，第二净化装置420包括：第二高压置换吹扫装置421、第二低压置换吹扫装置422、第二真空泵423、第二分析装置424；第二高压置换吹扫装置421通过控制阀V41与第二净化装置420的管道总线连接；第二低压置换吹扫装置422通过控制阀V42与第二净化装置420的管道总线连接；第二真空泵423通过控制阀V43与第二净化装置420的管道总线连接；第二分析装置424通过控制阀V44与第二净化装置420的管道总线连接。

具体的，当充装端口410与充装容器连接完成时，通过PLC控制模块开启自动净化程序，第二净化装置420接收到控制信号后先打开控制阀V42，通过第二低压置换吹扫装置422对每个歧管和充装容器进行正低压吹扫，吹扫完成后，打开控制阀V41，通过第二高压置换吹扫装置421进行气体保压测试，合格后排放系统内余气，打开控制阀V43，由真空泵423进行抽真空操作，Edwards真空泵阀对原料管线及充装管线抽真空处理，直至抽空小于30毫托为合格。测试完成后打开控制阀V44，分析装置124对气体压力和纯净度检测合格后正式进入到充装环节。此过程可以净化充装端口和充装容器，防止气体在充装的过程中受到污染。

作为一种优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，给料端口110包括第一给料端口111和与第一给料端口111配合使用的第一给料阀I1、第二给料端口112和与第二给料端口112配合使用的第二给料阀I2。

通过设置双给料端口，可以实现连续切换给料，提高充装系统的给料效率。

作为一种优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，充装端口410包括第一充装端口411和与第一充装端口411配合使用的第一充装阀O1、第二充装端口412和与第二充装端口412配合使用的第二充装阀O2。

此设计可用于不间断的连续充装操作，当完成第一充装端口411的产品批次充装后可切换至第二充装端口412继续充装，有效提高本系统的充装效率。

作为一种优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，加压单元包括PCV阀210、控制阀C1、缓冲罐220、膜压机230；PCV阀210、控制阀C1、缓冲罐220、膜压机230之间通过管道依次连接。膜压机通过管道、控制阀C2形成自循环线路。

其中需要说明的是，PCV阀210是一种计量控制阀，其由阀体，阀门，阀盖，弹簧组成，不可分解。

需要进一步说明的是，膜压机加载初期，需要进行油路润滑并建立油压达到加载工况。设置自循环线路，有充分的时间对膜压机运行初期的空载工况进行检查。

膜压机的选型采用水冷无油二级加压。原料氦气经过PCV阀210减压至60-80PSI压力，进入缓存罐220。而后进入膜压机本体，膜压机设计有自循环线路控制阀C2，减压后的原料经过无油膜压机两及加压到16.5Mpa。当膜压机初始启动阶段，完成膜压机本体加载条件后，关闭C2进行膜压机加载。

作为一种优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，纯化单元300包括：吸附装置、终端净化吸气装置、脱氢装置；吸附装置设置在靠近加压单元的一侧；脱氢装置设置在靠近充装单元的一侧；终端净化吸气装置设置在吸附装置和脱氢装置之间；纯化单元300与加压单元200之间设置有控制阀C3。

纯化工艺由吸附工序和终端净化吸气工序及脱氢工序组成。当膜压机初始启动阶段，完成膜压机本体加载条件后，关闭C2进行膜压机加载，并开启控制阀C3进入纯化单元400。经膜压机加载的终端气体产品经过纯化单元脱除杂质。

纯化单元设计为40Nm3/h处理量，容器及管线材质均采用不锈钢316L EP级材质，耐压等级为20Mpa以上等级。原料气进入吸附装置后，深度脱除气体中的O2、CO2、H2O等杂质。然后气体进入吸气装置，吸气装置内装填吸气剂，吸气剂在电加热高温下具有极高活性，可将气体中O2、H2O、CO、CO 2、N2、CH4、TCH等杂质纯化至10ppb级。净化后的气体经过换热器与阶段产品气换热后流入后端脱氢工序。气体进入脱氢装置，反应器内装填脱氢催化剂，常温下具有极高活性，可将气体中H2杂质纯化至10ppb级，净化后的气体流入充装端口。

为满足更高纯度气体充装，本申请中的纯化单元设计成小型集成一体化装置，实施安装便捷。针对氦气特点，采用高效吸附剂、吸气剂，产品气纯度高、控制平稳。并采用内外加热结合反应器，净化纯度高，装置故障低，维护量小。

作为一种优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，加压单元200和纯化单元300，通过管道和控制阀C4形成系统回流大循环线路。

完成膜压机本体加载条件后，关闭C2进行膜压机加载，并开启C3进入纯化工艺，当压力加载至原料压力值时，开启C4回流大循环阀，进行氦气纯化后大循环。在线分析端持续进行充装端口的分析，当纯化产品指标合格后，关闭大循环进行产品充装。

作为一种优选的实施方式，本技术方案的具体实施例中，第一充装端口411和第二充装端口412设置有电子天平；

在充装前，将终端产品瓶放在高精度电子天平上，先进行清零操作；在充装的过程中可以实时监控充装数据，在充装完成后，为确保充装量的准确性，充装完成后将产品瓶静置在电子天枰上进行复称。瓶阀及其与瓶口连接的密封是否良好，氦检测仪进行泄漏检测。瓶体的温度是否有异常升高的迹象，瓶体是否出现鼓包变形或泄漏等严重缺陷。一旦发现过量充装，应立即处理，及时将超装的气体妥善排出，严禁超装的钢瓶出厂。

更进一步的，第一充装端口411和第二充装端口412设置多个用于连接充装容器的充装接口。

在每一批次的充装容器中，由于设置多个用于连接充装容器的充装接口，一个端口可以连接有多个充装容器；通过设置不同的接口类型，可以用于连接包括钢瓶，槽车，鱼雷车在内的多种充装容器。此设计可用于不间断的连续充装操作，提高充装效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种气体充装系统，其特征在于，包括给料单元(100)、加压单元(200)、纯化单元(300)、充装单元(400)、控制模块；

所述给料单元(100)、所述加压单元(200)、所述纯化单元(300)、所述充装单元(400)之间依次通过管道连接；

所述给料单元(100)包括给料端口(110)和第一净化装置(120)，所述给料端口(110)与所述第一净化装置(120)之间通过管道连接；

所述充装单元(400)包括充装端口(410)和第二净化装置(420)，所述充装端口(410)与所述第二净化装置(420)之间通过管道连接；

所述控制模块与所述第一净化装置(120)、所述第二净化装置(420)电连接，用于控制所述第一净化装置(120)和所述第二净化装置(420)。

2.根据权利要求1所述的气体充装系统，其特征在于，

所述第一净化装置(120)包括第一高压置换吹扫装置(121)、第一低压置换吹扫装置(122)、第一真空泵(123)、第一分析装置(124)；

所述第一高压置换吹扫装置(121)通过控制阀V11与所述第一净化装置(120)的管道总线连接；

所述第一低压置换吹扫装置(122)通过控制阀V12与所述第一净化装置(120)的管道总线连接；

所述第一真空泵(123)通过控制阀V13与所述第一净化装置(120)的管道总线连接；

所述第一分析装置(124)通过控制阀V14与所述第一净化装置(120)的管道总线连接。

3.根据权利要求2所述的气体充装系统，其特征在于，

所述第二净化装置(420)包括：第二高压置换吹扫装置(421)、第二低压置换吹扫装置(422)、第二真空泵(423)、第二分析装置(424)；

所述第二高压置换吹扫装置(421)通过控制阀V41与所述第二净化装置(420)的管道总线连接；

所述第二低压置换吹扫装置(422)通过控制阀V42与所述第二净化装置(420)的管道总线连接；

所述第二真空泵(423)通过控制阀V43与所述第二净化装置(420)的管道总线连接；

所述第二分析装置(424)通过控制阀V44与所述第二净化装置(420)的管道总线连接。

4.根据权利要求1所述的气体充装系统，其特征在于，

所述给料端口(110)包括第一给料端口(111)和与所述第一给料端口(111)配合使用的第一给料阀(I1)、第二给料端口(112)和与所述第二给料端口(112)配合使用的第二给料阀(I2)。

5.根据权利要求4所述的气体充装系统，其特征在于，

所述充装端口(410)包括第一充装端口(411)和与所述第一充装端口(411)配合使用的第一充装阀(O1)、第二充装端口(412)和与所述第二充装端口(412)配合使用的第二充装阀(O2)。

6.根据权利要求1所述的气体充装系统，其特征在于，

所述加压单元包括PCV阀(210)、控制阀C1、缓冲罐(220)、膜压机(230)；

所述PCV阀(210)、所述控制阀C1、所述缓冲罐(220)、所述膜压机(230)之间通过管道依次连接。

7.根据权利要求6所述的气体充装系统，其特征在于，

所述膜压机通过管道、控制阀C2形成自循环线路。

8.根据权利要求1所述的气体充装系统，其特征在于，

所述纯化单元(300)包括：吸附装置、终端净化吸气装置、脱氢装置；

所述吸附装置设置在靠近所述加压单元的一侧；

所述脱氢装置设置在靠近所述充装单元的一侧；

所述终端净化吸气装置设置在所述吸附装置和所述脱氢装置之间；

所述纯化单元(300)与所述加压单元(200)之间设置有控制阀C3。

9.根据权利要求3、5、7、8中任意一项所述的气体充装系统，其特征在于，

所述加压单元(200)和所述纯化单元(300)，通过管道和控制阀C4形成系统回流大循环线路。

10.根据权利要求9所述的气体充装系统，其特征在于，

所述充装端口(410)设置有电子天平；

所述充装端口(410)设置多个用于连接充装容器的充装接口。