DE10037955A1 - Pressurized gas canister and method of filling and emptying involve attachment for vertical connection, cap and functional elements. - Google Patents
Pressurized gas canister and method of filling and emptying involve attachment for vertical connection, cap and functional elements.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Druckgasflasche mit einem Ventil, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abfüllen und zur Entnahme von Gasen.The invention relates to a compressed gas cylinder with a valve, a device and a Filling and extraction processes for gases.
Druckgasflaschen enthalten gewöhnlich Absperrventile mit seitlichem Gasausgang. Die Befüllung von Druckgasflaschen erfolgt daher im Gasabfüllstand von der Seite über eine am Gasausgang verschraubte Gasleitung. Die Gasabfüllung erfordert mehrere manuelle Schritte und ist daher aufwendig. Ein solches Gasabfüllverfahren wird beispielsweise in DE 197 04 868 C1 (interne Bezeichnung MG 2029) beschrieben.Pressurized gas cylinders usually contain shut-off valves with a side gas outlet. Compressed gas cylinders are therefore filled from the side in the gas filling level via a gas line screwed to the gas outlet. Filling the gas requires several manual steps and is therefore complex. Such a gas filling process is described, for example, in DE 197 04 868 C1 (internal designation MG 2029 ).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Druckgasflaschen und eine Vorrichtung für eine vereinfachte Gasabfüllung und Handhabung bereitzustellen.The invention has for its object pressurized gas cylinders and a device for to provide simplified gas filling and handling.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckgasflasche mit den in Anspruch 1 und einer Vorrichtung mit den in Anspruch 2 beschriebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a compressed gas cylinder with the in claim 1 and Device with the features described in claim 2 solved.
Bei Druckgasflaschen mit vertikalem, selbstschließendem Ventil ist das Ventil an der Druckgasflaschenöffnung am Kopf der Druckgasflasche angeordnet, wobei der Ventileingang und der Ventilausgang in der Längsachse der Druckgasflasche liegen. Als Ventilausgang wird die von der Druckgasflasche wegweisende, äußere Ventilöffnung bezeichnet, die unter anderem zur Gasbefüllung der Druckgasflasche dient. Das vertikale, selbstschließende Ventil wird als sogenanntes Flaschenventil als Absperrventil bei Druckgasflaschen eingesetzt. Das vertikale, selbstschließende Ventil wird vorzugsweise bei Druckgasflaschen für einen Fülldruck von Mittel- oder Hochdruck, insbesondere bei Druckgasflaschen für einen Fülldruck im Bereich von 15 bis 300 bar, vorteilhaft im Bereich von 30 bis 300 bar und besonders vorteilhaft im Bereich von 50 bis 300 bar eingesetzt. Beispielsweise eignen sich Druckgasflaschen mit vertikalem, selbstschließendem Ventil bei der Wiedergewinnung und dem Recycling von feuchten Gasen bei Fülldrücken im Bereich von 15 bis 150 bar, insbesondere 50 bis 150 bar z. B. bei der Abfüllung von Xenon-haltigen Gasen zur Wiedergewinnung und Aufarbeitung.For compressed gas cylinders with a vertical, self-closing valve, the valve is on the Pressurized gas bottle opening arranged at the head of the pressurized gas bottle, the The valve inlet and the valve outlet lie in the longitudinal axis of the compressed gas cylinder. The valve outlet is the outer one pointing away from the compressed gas bottle Valve opening referred to, among other things, for gas filling the compressed gas bottle serves. The vertical, self-closing valve is called a bottle valve Shut-off valve used in compressed gas cylinders. The vertical, self-closing Valve is preferably used in compressed gas cylinders for a filling pressure of medium or High pressure, especially with compressed gas cylinders for a filling pressure in the range of 15 to 300 bar, advantageously in the range from 30 to 300 bar and particularly advantageously in Range from 50 to 300 bar. For example, compressed gas cylinders are suitable with vertical, self-closing valve for recovery and the Recycling of moist gases at filling pressures in the range from 15 to 150 bar, in particular 50 to 150 bar z. B. in the filling of xenon-containing gases Recovery and processing.
Ein vertikales, selbstschließendes Ventil ist gekennzeichnet durch einen Ventilkörper, der einen in der Regel geradlinig verlaufenden Gaseweg zwischen Ventileingang und Ventilausgang aufweist. Im Bereich des Ventileinganges ist in der Regel ein Außengewinde angebracht, das zur Befestigung des Ventiles an der Druckgasflasche, insbesondere an einem Innengewinde an der Druckgasflaschenöffnung, dient. In der durch Ventileingang und Ventilausgang verlaufenden Achse ist in der Regel das Schließelement angeordnet. Das Schließelement besteht zum Beispiel aus einem Schließkörper und einer Druckfeder. Das Schließelement öffnet vorzugsweise gegen den Gasdruck der Druckgasflasche, wobei der Schließkörper von einer Druckfeder und vom Gasdruck der Druckgasflasche gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, der vorzugsweise im Bereich des Ventilausganges angeordnet ist. Der Schließkörper enthält in der Regel einen stabförmigen Fortsatz, dessen Ende gewöhnlich bis zur Außenkante des Ventilausganges reicht. Das Ventil wird in der Regel durch Herunterdrücken des Schließkörpers gegen den Federdruck und gegen den Gasdruck geöffnet. Dies geschieht beispielsweise mit einem Stift (Stößel) einer Öffnungsvorrichtung. Ventilkörper und Schließkörper bestehen im allgemeinen aus Metall, z. B. Messing oder Edelstahl.A vertical, self-closing valve is characterized by a valve body, which is generally a straight gas path between the valve inlet and Has valve outlet. In the area of the valve inlet there is usually a External thread attached, which is used to attach the valve to the Pressurized gas bottle, especially on an internal thread on the Pressurized gas bottle opening. In the through valve inlet and valve outlet extending axis, the closing element is usually arranged. The The closing element consists, for example, of a closing body and a compression spring. The closing element preferably opens against the gas pressure of the compressed gas bottle, the closing body of a compression spring and the gas pressure of the Pressurized gas bottle is pressed against a valve seat, which is preferably in the area the valve outlet is arranged. The closing body usually contains one rod-shaped extension, the end of which usually extends to the outer edge of the Valve output is sufficient. The valve is usually pushed down by the Closing body opened against the spring pressure and against the gas pressure. This happens for example with a pin (plunger) of an opening device. Valve body and closing body are generally made of metal, e.g. B. brass or stainless steel.
Eine Druckgasflasche mit vertikalem, selbstschließendem hat viele Vorteile. Die Druckgasflasche mit dem weitgehend integrierten Ventil (kurzes, über die Druckgasflasche überstehendes Teil) ist bei Sturz sehr sicher, da die Gefahr des Abscherens des Ventiles am Flaschenkopf weitgehend eliminiert ist. Die Druckgasflasche ist einfacher befüllbar als mit herkömmlichen Ventilen, insbesondere ist eine Befüllung einfacher automatisierbar. Ferner sind Toträume im Gasweg minimiert. Bei Abfüllung von feuchten Gasen vermeidet dies eine Ansammlung von Kondensat im Ventil. A pressurized gas cylinder with a vertical, self-closing one has many advantages. The Pressurized gas cylinder with the largely integrated valve (short, over the Compressed gas cylinder protruding part) is very safe in the event of a fall, since the Shear of the valve on the bottle head is largely eliminated. The Pressurized gas bottle is easier to fill than with conventional valves, in particular, filling is easier to automate. Furthermore there are dead spaces in the Gas path minimized. This avoids when filling with moist gases Accumulation of condensate in the valve.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Abfüllvorrichtung zur vertikalen Befüllung von Druckgasflaschen, insbesondere von Druckgasflaschen für einen Fülldruck im Bereich von Mittel- oder Hochdruck. Die Abfüllvorrichtung enthält in der Regel einen Abfüllkopf, der vorzugsweise in der Vertikalen beweglich ist. Der Abfüllkopf besteht im allgemeinen aus einem Grundkörper, der einen Gaseingang und einen oder mehrere Gasausgänge aufweist, mit einer Öffnungsvorrichtung für ein vertikales, selbstschließendes Ventil, einem Ventilanschlußteil (Teil zur Kopplung der Vorrichtung mit dem Ventil der Druckgasflasche) und vorzugsweise einem oder mehreren Absperrelementen für Gas. Der Grundkörper ist in der Regel aus Metall (z. B. Messing oder Edelstahl). In den Grundkörper ist vorteilhaft ein Druckregler integriert. Am Grundkörper sind vorteilhaft auch ein oder mehrere Druckmeßinstrumente, insbesondere Druckaufnehmer, und auch ein oder mehrere Temperaturfühler angeordnet. Der Grundkörper trägt oder enthält vorzugsweise die Funktionselemente wie Öffnungsvorrichtung, Absperrelemente und Meßfühler. Öffnungsvorrichtung und Absperrelemente sind manuell oder automatisch bedienbar (mechanisch, elektrisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben). Automatische oder steuerbare Absperrelemente sind z. B. Magnetventile oder pneumatische Ventile.Another object of the invention is a filling device for vertical Filling compressed gas cylinders, in particular compressed gas cylinders for one Filling pressure in the range of medium or high pressure. The filling device contains in the As a rule, a filling head that is preferably movable vertically. The Filling head generally consists of a base body, which is a gas inlet and has one or more gas outlets, with an opening device for one vertical, self-closing valve, a valve connection part (part for coupling the Device with the valve of the compressed gas bottle) and preferably one or several shut-off elements for gas. The base body is usually made of metal (e.g. brass or stainless steel). A pressure regulator is advantageous in the base body integrated. One or more are advantageously also on the base body Pressure measuring instruments, in particular pressure transducers, and also one or more Temperature sensor arranged. The base body preferably carries or contains the Functional elements such as opening device, shut-off elements and sensors. Opening device and shut-off elements can be operated manually or automatically (mechanical, electrical, electromechanical, hydraulic or pneumatic ) Operated. Automatic or controllable shut-off elements are e.g. B. solenoid valves or pneumatic valves.
Der Abfüllkopf wird vorteilhaft zur Befüllung, Entnahme von Gas oder zur kombinierten Befüllung und Entnahme von Gas eingesetzt (Füll-/Entnahmekopf). Ein solcher Abfüllkopf enthält vorteilhaft einen integrierten einstufigen, zweistufigen oder mehrstufigen Druckminderer.The filling head is advantageous for filling, withdrawing gas or Combined filling and extraction of gas used (filling / extraction head). On such a filling head advantageously contains an integrated one-stage, two-stage or multi-stage pressure reducer.
Zur Verbindung (Kopplung) von Abfüllkopf mit dem Ventil der Druckgasflasche wird entweder der Abfüllkopf oder die Druckgasflasche bewegt (Senken oder Heben). Vorzugsweise enthält die Abfüllvorrichtung eine Einrichtung zum Bewegen (Absenken und Heben) des Abfüllkopfes oder eine Einrichtung zum Bewegen (Heben und Absenken) der Druckgasflasche.For connecting (coupling) the filling head to the valve of the compressed gas bottle either the filling head or the compressed gas cylinder moves (lowering or lifting). The filling device preferably contains a device for moving (Lowering and lifting) of the filling head or a device for moving (lifting and lowering) the compressed gas bottle.
Zur Kopplung des Abfüllkopfes mit dem Flaschenventil enthält der Abfüllkopf eine Anschlußeinrichtung, die vorzugsweise eine "greifende" oder steckbare Anschlußeinrichtung darstellt. Die Anschlußeinrichtung enthält vorteilhaft eine Aufnahmebuchse, genannt Zentrierring, die den Ventilkopf im Bereich des Außengewindes am Ventilausgang aufnimmt.The filling head contains a for coupling the filling head to the bottle valve Connection device, which is preferably a "gripping" or pluggable Represents connection device. The connection device advantageously contains one Receiving sleeve, called centering ring, which the valve head in the area of External thread at the valve outlet.
Die Anschlußeinrichtung ist vorteilhaft mit beweglichen Spannbacken ausgestattet, die vorzugsweise pneumatisch betätigt werden. Die Spannbacken sind vorteilhaft in der Aufnahmebuchse angeordnet und greifen am Außengewinde des Ventilausganges der Druckgasflasche an. Dies erübrigt ein Verschrauben des Ventilausganges mit dem Abfüllkopf. Die Anschlußeinrichtung enthält vorteilhaft eine Sicherheitsverriegelung, die gewährleistet, daß ein Befüllen nur möglich ist, wenn die mechanische Kopplung vollständig erfolgt ist, die Verbindung mit der Druckgasflasche dicht ist und ein Lösen der Verbindung zwischen Anschlußeinrichtung und Ventil nur möglich ist, wenn kein Gasdruck anliegt. Vorteilhaft enthält die Anschlußeinrichtung ein Mittel, das bei Erreichen der Abfüllposition des Ventilkopfes, einen Kontakt oder ein Signal auslöst. Beispielsweise ist das Mittel ein Näherungsschalter, der ein Signal "auf" oder "zu" an eine Steuerung oder Steuereinheit weitergibt. Die Anschlußeinrichtung ist für einen automatischen Betrieb der Vorrichtung vorzugsweise gesteuert, insbesondere mit einer Steuerung oder Steuereinheit verbunden.The connection device is advantageously equipped with movable clamping jaws, which are preferably operated pneumatically. The jaws are advantageous in the receptacle and arranged on the external thread of the Valve outlet of the compressed gas bottle. This eliminates the need to screw the Valve outlet with the filling head. The connection device advantageously contains one Safety lock that ensures that filling is only possible if the mechanical coupling is complete, the connection with the Pressurized gas bottle is tight and a loosening of the connection between Connection device and valve is only possible if there is no gas pressure. The connection device advantageously contains a means which, when the Filling position of the valve head, triggers a contact or a signal. For example the means is a proximity switch that sends a signal "open" or "closed" to a controller or passes on control unit. The connection device is for an automatic Operation of the device preferably controlled, in particular with a controller or control unit connected.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Befüllung von Druckgasflaschen, das mit vertikalen, selbstschließenden Ventilen und entsprechenden Anschlußeinrichtungen arbeitet. Das Verfahren dient vorzugsweise zur automatischen oder teilautomatischen Befüllung von Druckgasflaschen. Das Verfahren arbeitet in der Regel mit einem vertikal bewegbaren Abfüllkopf für die Kopplung an die Druckgasflasche. Die vertikale Bewegung des Abfüllkopfes zum Druckgasflaschenventil und vom Druckgasflaschenventil weg erfolgt vorzugsweise gesteuert.Another object of the invention is a method for filling Pressurized gas cylinders with vertical, self-closing valves and corresponding connection devices works. The method is preferably used for automatic or semi-automatic filling of compressed gas cylinders. The The process usually works with a vertically movable filling head for the Coupling to the compressed gas bottle. The vertical movement of the filling head to Compressed gas cylinder valve and away from the compressed gas cylinder valve is preferably carried out controlled.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung von vertikalen, selbstschließenden Ventilen bei Druckgasflaschen und bei der Befüllung von Druckgasflaschen, vorzugsweise der Befüllung in einem Gasabfüllstand. The invention also relates to the use of vertical, self - closing valves for pressurized gas cylinders and for filling Pressurized gas cylinders, preferably filling in a gas filling station.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.The invention is explained with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt ein Schema einer Druckgasflasche mit vertikalem, selbstschließendem Ventil. Fig. 1 shows a diagram of a gas cylinder with a vertical, self-closing valve.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Abfüllkopf zur vertikalen Gasabfüllung mit einer Druckgasflasche. Fig. 2 shows schematically a filling head for vertical gas filling with a compressed gas bottle.
Das in Fig. 1 gezeigte Ventil 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der zwischen Ventileingang 4 und Ventilausgang 5 einen linear verlaufenden Gaseweg enthält. In diesem Gaseweg ist der Schließkörper 3 und die Druckfeder 6 angeordnet. Am Grundkörper sind die Außengewinde 7 und 8 angebracht. Das Ventil wird mit Hilfe des kantigen Kragens 10 (z. B. Sechskant) in das Gewinde der Druckgasflaschenöffnung der Druckgasflasche 9 geschraubt. Die Befüllung der Druckgasflasche 9 erfolgt über die Ventilöffnung am Ventilausgang 5 durch Niederdrücken des Schließköpers 3 vom Ventilsitz 11 in Richtung des Ventileinganges 4.The valve 1 shown in Fig. 1 comprises a main body 2 which includes a linearly extending Gaseweg between the valve inlet 4 and outlet 5 valve. The closing body 3 and the compression spring 6 are arranged in this gas path. The external threads 7 and 8 are attached to the base body. The valve is screwed into the thread of the compressed gas bottle opening of the compressed gas bottle 9 using the angular collar 10 (e.g. hexagon). The pressurized gas bottle 9 is filled via the valve opening at the valve outlet 5 by depressing the closing body 3 from the valve seat 11 in the direction of the valve inlet 4 .
Der in Fig. 2 gezeigte Abfüllkopf 12 ist Teil einer Gasabfüllvorrichtung. Der Abfüllkopf 12 weist einen Grundkörper 13 (z. B. Messing oder Edelstahl) auf, der mehrere Bohrungen für den Gaseweg enthält und an dem die Funktionselemente Öffnungseinrichtung 14, Absperrelemente 15, 16, 17 und 18 (Auf/Zu-Ventile), Druckregler 19, Druckaufnehmer 20, Temperaturfühler 21, Gaseingang 22 (ein oder mehrere) und die Gasausgänge 23, 24, 25 aufweist. Der Abfüllkopf ist in der Vertikalen beweglich, alternativ wird die Druckgasflasche 9 mit dem Ventil 1 zur Anschlußeinrichtung 26 bewegt und nach der Gasbefüllung von der Druckgasflasche 9 weg bewegt. Das Ventil 1 wird durch die Öffnungseinrichtung 14 geöffnet. Die Öffnungseinrichtung 14 enthält einen Stift (Stößel), der vorzugsweise elektromechanisch oder pneumatisch betrieben, den Schließkörper 3 (in Fig. 1 gezeigt) zum Öffnendes Ventiles 1 niederdrückt. The filling head 12 shown in FIG. 2 is part of a gas filling device. The filling head 12 has a base body 13 (e.g. brass or stainless steel) which contains several bores for the gas path and on which the functional elements opening device 14 , shut-off elements 15 , 16 , 17 and 18 (open / close valves), pressure regulator 19 , pressure sensor 20 , temperature sensor 21 , gas inlet 22 (one or more) and the gas outlets 23 , 24 , 25 . The filling head can be moved vertically, alternatively the compressed gas bottle 9 is moved with the valve 1 to the connection device 26 and, after the gas filling, is moved away from the compressed gas bottle 9 . The valve 1 is opened by the opening device 14 . The opening device 14 contains a pin (plunger), which is preferably operated electromechanically or pneumatically, depresses the closing body 3 (shown in FIG. 1) to open the valve 1 .
Die Gasausgänge 23, 24, 25 dienen zum Beispiel zur Entnahme von Gasproben für die Analyse (Gasausgang 25), zur Druckentlastung (Gasausgänge 23, 24) oder als Abgaskanal (Gasausgang 23) beim Spülen der Gaswege im Abfüllkopf 12.The gas outlets 23 , 24 , 25 are used, for example, to take gas samples for analysis (gas outlet 25 ), to relieve pressure (gas outlets 23 , 24 ) or as an exhaust gas duct (gas outlet 23 ) when flushing the gas paths in the filling head 12 .
In die Anschlußeinrichtung 26 sind vorteilhaft pneumatisch betriebene Spannzangen integriert, die an dem Gewinde 7 (siehe Fig. 1) des Ventiles 1 angreifen. Die Anschlußeinrichtung 26 enthält in der Regel einen Dichtring 27. Insbesondere durch die Anschlußeinrichtung 26 läßt sich der Totraum bei der Gasabfüllung minimieren, da Gasabfüllleitungen nicht benötigt werden. Darüberhinaus ist der Grundkörper leicht im Totraum zu minimieren. Der Abfüllkopf 12 mit dem Grundkörper 13 gestattet einen sehr kompakten Aufbau. Alternativ kann der Abfüllkopf bis auf die Öffnungseinrichtung 14, einen verkleinerten Grundkörper 13 und der Anschlußeinrichtung 26 reduziert werden, wobei die übrigen, benötigten Funktionselemente über externe Gasleitungen je nach Bedarf angeschlossen werden. Für einen automatischen oder teilautomatischen Betrieb werden steuerbare Funktionselemente wie Absperrelemente 15, 16, 17, 18 und Öffnungseinrichtung 14 eingesetzt. Die Funktionselemente und die Meßwertaufnehmer 20, 21 sind vorteilhaft mit einer Steuerung oder Steuereinheit verbunden.Pneumatically operated collets are advantageously integrated into the connecting device 26 and act on the thread 7 (see FIG. 1) of the valve 1 . The connecting device 26 generally contains a sealing ring 27 . The dead space during gas filling can be minimized in particular by the connecting device 26 , since gas filling lines are not required. In addition, the base body can be easily minimized in the dead space. The filling head 12 with the base body 13 allows a very compact structure. Alternatively, the filling head can be reduced to the opening device 14 , a reduced base body 13 and the connecting device 26 , the other required functional elements being connected as required via external gas lines. Controllable functional elements such as shut-off elements 15 , 16 , 17 , 18 and opening device 14 are used for automatic or semi-automatic operation. The functional elements and the transducers 20 , 21 are advantageously connected to a control or control unit.
Der Abfüllkopf 12 ist besonders bevorzugt Teil einer mobilen oder leicht transportablen Vorrichtung, wird aber auch mit Vorteil in einer ortsfesten Vorrichtung eingesetzt. The filling head 12 is particularly preferably part of a mobile or easily transportable device, but is also advantageously used in a stationary device.
11
vertikales, selbstschließendes Ventil
vertical, self-closing valve
22
Grundkörper
body
33
Schließkörper
closing body
44
Ventileingang
valve inlet
55
Ventilausgang
valve outlet
66
Druckfeder
compression spring
77
Außengewinde am Grundkörper im Bereich des Ventilausganges
External thread on the base body in the area of the valve outlet
88th
Außengewinde am Grundkörper im Bereich des Ventileinganges
External thread on the base body in the area of the valve inlet
99
Druckgasflasche
Pressure cylinder
1010
Vier- oder sechskantiger Kragen am Grundkörper zur Montage
Four or six-sided collar on the base body for assembly
1111
Ventilsitz
valve seat
1212
Abfüllkopf
filling head
1313
Grundkörper
body
1414
Öffnungseinrichtung
opening device
1515
, .
1616
, .
1717
, .
1818
Absperrelemente (Auf/Zu-Ventile)
Shut-off elements (on / off valves)
1919
Druckregler
pressure regulator
2020
Druckaufnehmer
Pressure transducer
2121
Temperaturfühler
temperature sensor
2222
Gaseingang gas input
2222
(ein oder mehrere)
(one or more)
2323
, .
2424
, .
2525
Gasausgänge
gas outputs
2626
Anschlußeinrichtung
connecting device
2727
Dichtring
seal
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