JP2004197783A - High pressure gas filling method, device and filling port structure used for the method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素(O2)や亜酸化窒素(N2O)などの支燃性ガス、LPGや水素(H2)などの可燃性ガス、或いはそれらの混合ガスを、高圧で容器に充填し密封するための方法及びその方法に使用する装置と充填口構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
手軽でコンパクトな小型ガス容器は、ミニガスカートリッジと呼ばれ、消火器、ライフジャケット、生ビールサーバーなど身近に利用されている。そして、このようなミニガスカートリッジとして、二酸化炭素(CO2)、窒素ガス(N2)、アルゴンガス(Ar)ヘリウムガス(He)などの不活性ガスの他、酸素や亜酸化窒素などの支燃性ガス、或いはLPGや水素などの可燃性ガスを充填したものも多く使用されている。
【0003】
不活性ガスを充填したミニガスカートリッジを製造する際には、これらのガスを容器に充填した後、封板を溶接して密封することにより漏洩防止を図っている。この封板を溶接する方法は漏洩のない密封方法であり、適正な品質管理、検査によって、半永久的に漏洩を防止することが可能である。
【0004】
一方、支燃性ガスや可燃性ガスを充填したミニガスカートリッジを製造する際には、それらのガスが爆発等を引き起こしやすいという理由から、封板を溶接することができなかった。そこで、支燃性ガスや可燃性ガスを充填した容器は、バルブによって締め付ける方法か、カシメによる方法で密封しているのが現状である。
【0005】
【特許文献】
特願2001−342648
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、封板を溶接する以外の方法では十分な密封を行うことができず、防災用など長期間に渡ってガス圧力やガス量を保持することが要求される場合には、災害防止への安全上並びに径済性においても不都合があった。
【0007】
そこで、本発明は、支燃性又は可燃性を有するガスが充填された容器に封板を溶接することを可能とする高圧ガスの充填方法及びその方法に使用する装置と充填口構造を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる高圧ガスの充填方法は、天板と、該天板の外周に鍔を残して該天板の裏面に突出する筒状の脚部とからなる本体を有し、該本体の高圧ガスを充填する容器の開口部に面する部分にガス充填間隙を形成する突起を備える封板を使用するものである。該高圧ガスの充填に際し、まず、該脚部の外径より大きい内径を有する環状で該突起より軟質の金属パッキンを該封板に介装し、該開口部を該封板及び該金属パッキンとともに気密の空間で包囲する。続いて、該空間及び該容器の内部に支燃性又は可燃性を有する充填ガスを圧力差により注入し、該開口部に対し該空間内で進退する封止手段により該封板を該開口部に圧着させ該容器を密封状態とする。そして、該空間の内部を不活性ガスで置換した後、該封板を該容器に溶接することを特徴とする。
【0009】
この充填方法によれば、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器に封板を圧着させて仮の密封を行い、封板の周囲に存在するガスを不活性ガスに置換することで、封板を不活性ガス雰囲気に置くことができる。そのため、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器であっても、そこに封板を溶接することが可能となる。この際、金属パッキンは封板を開口部に押し着けることで変形し、開口部と封板との間に形成されたガス充填間隙が塞がった状態となるので、ガス充填間隙の形成をしつつ、その間隙を溶接することなしに塞ぐことが可能となっている。また、開口部を気密に包囲する空間を設けることにより、充填ガスを容器に注入する際は容器内を高圧に保ちながら封板を開口部へ押し着けることが可能となり、かつ封板を溶接する際は封板の周囲を不活性ガスで置換することが可能となっている。なお、封板の圧着による容器の密封度はできるだけ高いことが望ましいが、封板と開口部との間に多少の隙間が形成されている場合でも、空間内の不活性ガスの圧力を高めて容器内充填ガスの漏洩を極めて低くすることにより溶接を安全に行うことができる。
【0010】
また、この充填方法によれば、充填ガスが注入される場所(空間及び容器)の容積は確定しているので、正確な質量の充填が可能となる。
更に、工程数が少なく、超高圧ガスを短時間でしかも大量に処理できるため、製品のコストを低減することができる。
更にまた、溶接を不活性ガス雰囲気の中で行うため、酸化やその他反応がおこらず高品質な溶接面と強度が確保できる。
【0011】
該金属パッキンは、少なくとも一つの鋭角を有する断面形状をなし、該内周は該鋭角の頂部が連続して形成されたもので、該突起は該脚部の外周に形成されており、該突起を該内周に当接させることにより該脚部表面と該金属パッキンとの間に該ガス充填間隙を形成するようにしてもよい。
こうすると、開口部に載置された状態にある金属パッキンの上面には、その内周から外側上方へ徐々に高くなる傾斜面が形成される。そして、この傾斜面と封板本体の容器開口部に面する部分とで形成されたガス充填間隙において、充填ガスは傾斜面に沿って容器内部に流入することになる。そのため、充填ガスを容器内部に注入する際の抵抗を低減し、効率よく注入することができる。
【0012】
更に、金属パッキンの材質は、焼鈍処理を行った銅とすることが好ましく、そうすると、封板を圧着させる際に必要な軟性をもたせることができる。
【0013】
該容器の底部を通電可能な状態で支持し、該封止手段を溶接用電源に接続し、該封板を該開口部に抵抗溶接してもよい。
こうすると、溶接を短時間で容易に行うことができる。また、開口部全周を均一に溶接することができ、シール性を高めることができる。
【0014】
該溶接用電源を、該空間に接続された該充填ガスの濃度分析計の計測値に応じて制御してもよい。
こうすると、充填ガスによる溶接時の事故を未然に防止できる。
【0015】
該充填ガスを該空間及び該容器の内部に注入する前に、該空間の内部を真空引きしてもよい。
こうすると、充填ガスを注入する前に容器内部の空気が取り除かれるので、高純度のガスを充填することができる。
【0016】
該充填ガスを、該空間及び該容器の内部に注入する前に、バッファ容器に貯蔵しておいてもよい。
こうすると、コンプレッサー等の装置で充填するよりも、充填作業を速やかに行うことができる。
【0017】
本発明にかかる高圧ガス充填装置は、容器の開口部を保持する保持手段と、該容器の底部に通電可能に当接して該容器を支持する支持手段と、不活性ガス供給手段と、支燃性又は可燃性を有する充填ガスを供給する充填ガス供給手段とを備える。該保持手段は、該開口部を気密に包囲する空間と、該開口部に対して進退する封止手段とを備える。該空間は、開閉自在の排気口を有する。該不活性ガス供給手段と該充填ガス供給手段は、開閉弁を介して該空間に各別に連通している。該支持手段及び該封止手段は、溶接用電源に接続されている。
【0018】
この充填装置によれば、保持手段で容器を保持すると、容器の開口部が気密の空間で包囲されるので、その空間を使用して充填ガス供給手段から充填ガスを容器に注入することができる。また、その空間は開閉自在の排気口を有することから、空間に充満した充填ガスを排除しながら不活性ガス供給手段より不活性ガスを注入し、容器の開口部周辺を不活性ガス雰囲気にすることができる。更に、保持手段は開口部に対して進退する封止手段を備えることから、容器を保持した状態において、必要に応じて封止手段を開口部に向かって移動させ、そこに必要な圧力をかけることができる。更にまた、支持手段及び封止手段は溶接用電源に接続されているため、封止手段を開口部に接触させることにより、そこに抵抗電流を流して抵抗溶接をすることができる。そのため、本発明にかかる上記高圧ガスの充填方法に使用できる。
【0019】
該空間は、真空引き手段に開閉弁を介して連通していてもよい。
こうすると、充填ガスを注入する前に容器内部の空気が取り除かれるので、高純度のガスを充填することができる。
【0020】
該封止手段は、該封板の接触部分に着脱自在の電極を有し、該支持手段は、該底部の接触部分に着脱自在の電極を有していてもよい。
こうすると、充填作業を繰り返すことにより消耗する電極を容易に交換することができ、装置保守作業のための停止時間を短縮することができる。
【0021】
該支持手段は、該底部に適合し、該容器の軸線を定位置に配置するようにしてもよい。
こうすると、溶接を正確に行うことができ、製品の品質を高めることができる。
【0022】
該充填ガス供給手段と該空間の間にバッファ容器が設けられていてもよい。
こうすると、コンプレッサー等の装置で充填するよりも、充填作業を速やかに行うことができる。
【0023】
該開口部は該容器の縮径された首部頂端に形成され、該保持手段は該空間に連通する挿入口を有し、該挿入口は着脱自在のシール部材を備え、該首部が該挿入口に密着挿入されてもよい。
こうすると、容器の形状を利用して空間を気密に保つことができる。また、充填作業を繰り返すことにより消耗するシール部材を容易に交換することができ、装置保守作業のための停止時間を短縮することができる。
【0024】
該挿入口の直径は変更自在となっており、該支持手段の該底部を支持する部分の直径は変更自在となっていてもよい。
こうすると、直径の異なる様々な種類の容器に対応することができる。
【0025】
該保持手段と該支持手段は相対移動自在となっていてもよい。
こうすると、長さの異なる様々な種類の容器に対応することができる。
【0026】
該溶接用電源は、該空間に接続された該充填ガスの濃度分析計の計測値に応じて制御されていてもよい。
こうすると、充填ガスによる溶接時の事故を未然に防止できる。
【0027】
本発明にかかる充填口構造は、天板と、該天板の外周に鍔を残して該天板の裏面に突出する筒状の脚部とからなる本体を有し、該本体の高圧ガスを充填する容器の開口部に面する部分に突起を備える封板に、該脚部の外径より大きい内径を有する環状で該突起より軟質の金属パッキンが介装され、該本体と該金属パッキンとの間に該突起を介してガス充填間隙が形成されることを特徴とする。
【0028】
この充填口構造によれば、容器の開口部に対し、ガス充填間隙を形成するとともに、その間隙を、金属パッキンの変形を利用して溶接することなく塞ぐことができる。そのため、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器であっても、まず金属パッキンの変形を利用した仮の密封を行うことにより、開口部周辺の充填ガスを取り除き封板を溶接することが可能となる。
【0029】
【発明実施の形態】
図1〜4に、本発明にかかる高圧ガス充填装置及び充填口構造の具体例を示す。図1は、同充填口構造を有する容器が同充填装置に設置された状態を示し、(a)は容器を含めた同充填装置の概観を示す図、(b)は同充填口構造を拡大して示す正断面図である。図2は、同充填口構造に使用される封板の底面図である。図3は、同充填口構造におけるガス充填間隙が金属パッキンの変形によって塞がれた状態を示し、(a)は容器を含めた同充填装置の概観を示す図、(b)は同充填口構造を拡大して示す正断面図である。図4は、同充填装置の安全確保用設備を説明するブロック図である。
【0030】
図1(a)に示すように、この高圧ガス充填装置1は、容器30の開口部31を保持する保持手段2と、容器30の底部32に通電可能に当接して容器30を支持する支持手段3と、不活性ガス供給手段6と、支燃性又は可燃性を有する充填ガスを供給する充填ガス供給手段7とを備える。
保持手段2は、ステー51に固定され、開口部31を気密に包囲する空間4と、開口部31に対して進退する封止手段5とを備えている。この封止手段5は、支持手段3と共に溶接用電源10に接続されている。
空間4は、開閉自在の排気口8を有している。排気口8は、図示しない排ガス回収容器に連通しており、空間4から排気口8を通って排出されたガスが回収されるようになっている。
不活性ガス供給手段6と充填ガス供給手段7は、開閉弁9a、9bを介して空間4に各別に連通している。
【0031】
この充填装置1によれば、保持手段2で容器30を保持すると、容器30の開口部31が気密の空間4で包囲されるので、その空間4を使用して充填ガス供給手段7から充填ガスを容器に注入することができる。また、その空間4は開閉自在の排気口8を有することから、空間に充満した充填ガスを排除しながら不活性ガス供給手段6より不活性ガスを注入し、容器30の開口部31周辺を不活性ガス雰囲気にすることができる。更に、保持手段2は開口部31に対して進退する封止手段5を備えることから、容器30を保持した状態において、必要に応じて封止手段5を開口部31に向かって移動させ、そこに必要な圧力をかけることができる。更にまた、支持手段3及び封止手段5は溶接用電源10に接続されているため、封止手段3を開口部31に接触させることにより、そこに抵抗電流を流して抵抗溶接をすることができる。
【0032】
図1(b)に示すように、開口部31は、封板20と金属パッキン40とから構成される充填口構造を有している。封板20は、天板21と、天板21の外周に鍔21aを残して天板21の裏面に突出する筒状の脚部22とからなる本体23を有し、本体23の開口部31に面する部分に突起24を備えている。一方、金属パッキン40は、封板20の脚部22外径より大きい内径41を有する環状で突起24より軟質となっており、封板20に介装されている。そして、封板20の本体23と金属パッキン40との間に突起24を介してガス充填間隙Sが形成されている。なお、図1(b)において、ガス充填間隙Sの構造を明確にするため、封板20の軸線Xの左側には図2のA線における断面が、軸線Xの右側には図2のB線における断面が示されている。図3(b)も同様である。
【0033】
この充填口構造によれば、容器30の開口部31に対し、ガス充填間隙Sを形成するとともに、その間隙Sを、金属パッキン40の変形を利用して溶接することなく塞ぐことができる。そのため、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器であっても、まず金属パッキン40の変形を利用した仮の密封を行うことにより、開口部31周辺の充填ガスを取り除き封板20を溶接することが可能となる。
【0034】
この充填装置1及び充填口構造を使用し、本発明にかかる高圧ガスの充填方法を実施する場合、以下のようになる。
高圧ガスの充填に際し、まず、封板20に金属パッキン40を介装し、本体23と金属パッキン40との間に突起24を介してガス充填間隙Sが形成される状態、すわなち上記充填口構造を構成しておく。また、排気口8及び両開閉弁9a、9bを閉じておく。
次に、図1に示すように、容器30を保持手段2で保持し、その開口部31を封板20及び金属パッキン40とともに気密の空間4で包囲する。続いて、排気口8及び不活性ガス供給手段6用の開閉弁9aを閉じた状態たまま、充填ガス供給手段7用の開閉弁9bを開き、空間4及び容器30の内部に充填ガスを圧力差により注入する。充填ガスの注入が終了したら、封止手段5により封板20を開口部31に圧着させ容器30を、図3に示す密封状態とする。この際、金属パッキン40は封板20を開口部31に押し着けることで変形し、開口部31と封板20との間に形成されたガス充填間隙Sが塞がった状態となるので、ガス充填間隙Sの形成をしつつ、その間隙Sを溶接することなしに塞ぐことが可能となっている。
容器30が密封されたら、今度は充填ガス供給手段7用の開閉弁9bを閉じ、排気口8及び不活性ガス供給手段6用の開閉弁9aを開いて、空間4の内部を不活性ガスで置換する。置換が終了したら、排気口8及び両開閉弁9a、9bを閉じておく。
そして、最後に、溶接電源10を作動させ封止手段5に通電し、封板20を開口部31に溶接し、容器30を保持手段2から取り外して一連の作業が終了となる。なお、封板20の圧着による容器30の密封度はできるだけ高いことが望ましいが、封板20と開口部31との間に多少の隙間が形成されている場合でも、空間4内の不活性ガスの圧力を高めて容器30内充填ガスの漏洩を極めて低くすることにより溶接を安全に行うことができる。
【0035】
この充填方法によれば、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器30に封板20を圧着させて仮の密封を行い、封板20の周囲に存在するガスを不活性ガスに置換することで、封板20を不活性ガス雰囲気に置くことができる。そのため、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器であっても、そこに封板を溶接することが可能となる。
【0036】
また、この充填方法によれば、充填ガスが注入される場所(空間4及び容器30)の容積は確定しているので、正確な質量の充填が可能となる。
更に、工程数が少なく、超高圧ガスを短時間でしかも大量に処理できるため、製品のコストを低減することができる。
更にまた、溶接を不活性ガス雰囲気の中で行うため、酸化やその他反応がおこらず高品質な溶接面と強度が確保できる。
【0037】
充填装置1を使用した場合、封板20を開口部31に抵抗溶接することになるが、その場合、溶接を短時間で容易に行うことができ、また、開口部31全周を均一に溶接することでシール性を高めることができるので好ましい。
【0038】
金属パッキン40は、少なくとも一つの鋭角を有する断面形状をなし、内周41はこの鋭角の頂部が連続して形成されたもので、突起24は脚部22の外周に形成されており、突起24を内周41に当接させることにより脚部22表面と金属パッキン40との間にガス充填間隙Sが形成されている。
この場合、開口部31に載置された状態にある金属パッキン40の上面には、その内周41から外側上方へ徐々に高くなる傾斜面が形成される。そして、この傾斜面と封板本体23の容器開口部31に面する部分とで形成されたガス充填間隙において、充填ガスは傾斜面に沿って容器内部に流入することになる。そのため、充填ガスを容器30内部に注入する際の抵抗を低減し、効率よく注入することができる。
【0039】
なお、封板20として、突起24が鍔21aの裏面に突設された公知のものを使用してもよい。その場合、突起24が金属パッキン40の上面に当接しガス充填間隙Sを形成することになるので、金属パッキン40の断面形状を例えば円形としても、充填ガスの流路抵抗を低減することができる。
【0040】
金属パッキン40の材質は、焼鈍処理を行った銅となっている。この場合、封板20を圧着させる際に必要な軟性をもたせることができる。
【0041】
空間4は、真空引き手段11に開閉弁12を介して連通されている。そして、充填ガスを空間4及び容器30の内部に注入する前に、空間4の内部を真空引きするようになっている。
こうすると、充填ガスを注入する前に容器30内部の空気が取り除かれるので、高純度のガスを充填することができる。
【0042】
充填ガス供給手段7と空間4の間にバッファ容器15が設けられている。そして、充填ガスを、空間4及び容器30の内部に注入する前に、バッファ容器15に貯蔵しておくようになっている。
この場合、コンプレッサー等の装置で充填するよりも、充填作業を速やかに行うことができる。
【0043】
封止手段5は、封板20の接触部分に着脱自在の電極13を有し、支持手段3は、容器底部32の接触部分に着脱自在の電極14を有している。
この場合、充填作業を繰り返すことにより消耗する電極を容易に交換することができ、装置保守作業のための停止時間を短縮することができる。
【0044】
支持手段3は、容器底部32に適合し、容器30の軸線Xを定位置に配置するようになっている。
この場合、溶接を正確に行うことができ、製品の品質を高めることができる。
【0045】
開口部31は容器30の縮径された首部33頂端に形成され、保持手段2は空間4に連通する挿入口16を有している。そして、この挿入口16は着脱自在のシール部材17を備え、首部33が挿入口16に密着挿入されるようになっている。
この場合、容器30の形状を利用して空間4を気密に保つことができる。また、充填作業を繰り返すことにより消耗するシール部材17を容易に交換することができ、装置保守作業のための停止時間を短縮することができる。
【0046】
挿入口16の直径は変更自在となっており、支持手段3の容器底部32を支持する部分の直径は変更自在となっている。
この場合、直径の異なる様々な種類の容器に対応することができる。
【0047】
支持手段3は、保持手段2に対して進退自在となっており、保持手段2と支持手段3は相対移動自在の関係になっている。
この場合、長さの異なる様々な種類の容器に対応することができる。
【0048】
図4に示すように、空間4には、充填ガスの濃度分析計18が接続されている。そして、溶接用電源10は、この濃度分析計18の計測値に応じて制御されている。例えば、充填ガスとして酸素が充填される場合、空間4の酸素濃度が10%以下となった場合にのみ、溶接用電源10が作動して封止手段5に通電されるようになっている。
こうすると、充填ガスによる溶接時の事故を未然に防止できる。
【0049】
また、空間4にはデジタル式圧力計52が接続され、その計測値が制御装置54に出力されるようになっている。更に、空間4には、デジタル式圧力計52の作動を補償するためのアナログ式圧力計53が接続されている。一方、両開閉弁9a、9bは、制御装置55による圧力に応じた開閉の制御が行われている。これら開閉弁9a、9bの開閉にはタイムラグ制御が用いられており、両開閉弁9が同時に開かないようになっている。そして、溶接用電源10は、これら制御装置54、55によっても制御されるようになっている。
この場合、溶接用電源10の作動に対し二重のインタロックを設けることで、充填ガス雰囲気下における溶接を防止し、安全性を高めることができる。
【0050】
【発明の効果】
本発明にかかる高圧ガスの充填方法によれば、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器に封板を圧着させて仮の密封を行い、封板の周囲に存在するガスを不活性ガスに置換することで、封板を不活性ガス雰囲気に置くことができる。そのため、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器であっても、そこに封板を溶接することが可能となる。また、充填ガスが注入される場所(空間及び容器)の容積は確定しているので、正確な質量の充填が可能となる。更に、工程数が少なく、超高圧ガスを短時間でしかも大量に処理できるため、製品のコストを低減することができる。更にまた、溶接を不活性ガス雰囲気の中で行うため、酸化やその他反応がおこらず高品質な溶接面と強度が確保できる。
【0051】
請求項2によれば、充填ガスを容器内部に注入する際の抵抗を低減し、効率よく注入することができる。
【0052】
請求項3によれば溶接を短時間で容易に行うことができる。また、開口部全周を均一に溶接することができ、シール性を高めることができる。
【0053】
請求項7による、本発明にかかる高圧ガス充填装置よれば、本発明にかかる高圧ガスの充填方法に使用できる。
【0054】
請求項4又は15によれば、充填ガスによる溶接時の事故を未然に防止できる。
【0055】
請求項5又は8によれば、高純度のガスを充填することができる。
【0056】
請求項6又は11によれば、コンプレッサー等の装置で充填するよりも、充填作業を速やかに行うことができる。
【0057】
請求項9によれば、充填作業を繰り返すことにより消耗する電極を容易に交換することができ、装置保守作業のための停止時間を短縮することができる。
【0058】
請求項10によれば、溶接を正確に行うことができ、製品の品質を高めることができる。
【0059】
請求項12によれば、容器の形状を利用して空間を気密に保つことができる。また、充填作業を繰り返すことにより消耗するシール部材を容易に交換することができ、装置保守作業のための停止時間を短縮することができる。
【0060】
請求項13によれば、直径の異なる様々な種類の容器に対応することができる。
【0061】
請求項14によれば、長さの異なる様々な種類の容器に対応することができる。
【0062】
請求項16による、本発明にかかる充填口構造によれば、支燃性又は可燃性を有する充填ガスが充填された容器であっても、まず金属パッキンの変形を利用した仮の密封を行うことにより、開口部周辺の充填ガスを取り除き封板を溶接することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる高圧ガス充填装置及び充填口構造の具体例を、同充填口構造を有する容器が同充填装置に設置された状態で示し、(a)は容器を含めた同充填装置の概観を示す図、(b)は同充填口構造を拡大して示す正断面図である。
【図2】同充填口構造に使用される封板の底面図である。
【図3】同充填口構造におけるガス充填間隙が金属パッキンの変形によって塞がれた状態を示し、(a)は容器を含めた同充填装置の概観を示す図、(b)は同充填口構造を拡大して示す正断面図である。
【図4】同充填装置の安全確保用設備を説明するブロック図である。
【符号の説明】
1 高圧ガス充填装置
2 保持手段
3 支持手段
4 空間
5 封止手段
6 不活性ガス供給手段
7 充填ガス供給手段
8 排気口
9a、9b、12 開閉弁
10 溶接用電源
11 真空引き手段
13、14 電極
15 バッファ容器
16 挿入口
17 シール部材
18 濃度分析計
20 封板
21 天板
21a 鍔
22 脚部
23 本体
24 突起
30 容器
31 開口部
32 底部
33 首部
40 金属パッキン
41 内径
S ガス充填間隙
X 軸線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to oxygen (O Two ) And nitrous oxide (N Two O) and other supporting gases, LPG and hydrogen (H Two The present invention relates to a method for filling a container with a flammable gas such as flammable gas or a mixture thereof at a high pressure and sealing it, and an apparatus and a filling port structure used in the method.
[0002]
[Prior art]
A handy and compact small gas container is called a mini gas cartridge, and is commonly used in fire extinguishers, life jackets, draft beer servers, and the like. And as such a mini gas cartridge, carbon dioxide (CO Two ), Nitrogen gas (N Two ), Argon gas (Ar), inert gas such as helium gas (He), as well as a gas filled with a combustible gas such as oxygen or nitrous oxide, or a combustible gas such as LPG or hydrogen. I have.
[0003]
When manufacturing a mini-gas cartridge filled with an inert gas, the gas is filled in a container, and a sealing plate is welded and sealed to prevent leakage. This method of welding the sealing plate is a sealing method without leakage, and it is possible to prevent the leakage semipermanently by appropriate quality control and inspection.
[0004]
On the other hand, when manufacturing a mini gas cartridge filled with a flammable gas or a flammable gas, the sealing plate could not be welded because the gas easily caused an explosion or the like. Therefore, at present, a container filled with a combustible gas or a combustible gas is sealed by a method of tightening with a valve or a method of caulking.
[0005]
[Patent Document]
Japanese Patent Application 2001-342648
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, sufficient sealing cannot be achieved by any method other than welding the sealing plate, and when it is required to maintain gas pressure and gas amount for a long period of time, such as for disaster prevention, There were also disadvantages in terms of safety and diameter.
[0007]
Therefore, the present invention provides a method for filling high-pressure gas, which enables a sealing plate to be welded to a container filled with gas having flammability or flammability, an apparatus used for the method, and a filling port structure. The purpose is to:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The method for filling a high-pressure gas according to the present invention includes a main body including a top plate and a cylindrical leg projecting from the back surface of the top plate while leaving a flange on the outer periphery of the top plate. A sealing plate having a projection forming a gas filling gap is used in a portion facing an opening of a gas filling container. Upon filling with the high-pressure gas, first, an annular metal packing having an inner diameter larger than the outer diameter of the leg and softer than the protrusion is interposed on the sealing plate, and the opening is formed together with the sealing plate and the metal packing. Surround in an airtight space. Subsequently, a filling gas having flammability or flammability is injected into the space and the interior of the container by a pressure difference, and the sealing plate is moved toward and away from the opening in the space by the sealing means. To make the container hermetically sealed. After the interior of the space is replaced with an inert gas, the sealing plate is welded to the container.
[0009]
According to this filling method, a sealing plate is pressed against a container filled with a filling gas having flammability or combustibility to perform temporary sealing, and the gas present around the sealing plate is replaced with an inert gas. Thus, the sealing plate can be placed in an inert gas atmosphere. Therefore, even if the container is filled with a filling gas having flammability or flammability, the sealing plate can be welded to the container. At this time, the metal packing is deformed by pressing the sealing plate against the opening, and the gas filling gap formed between the opening and the sealing plate is closed, so that the gas filling gap is formed. The gap can be closed without welding. In addition, by providing a space that hermetically surrounds the opening, when the filling gas is injected into the container, the sealing plate can be pressed against the opening while maintaining the inside of the container at a high pressure, and the sealing plate is welded. In this case, the periphery of the sealing plate can be replaced with an inert gas. It is desirable that the degree of sealing of the container by pressing the sealing plate is as high as possible.However, even when a small gap is formed between the sealing plate and the opening, the pressure of the inert gas in the space is increased. Welding can be performed safely by making the leakage of the filling gas in the container extremely low.
[0010]
Further, according to this filling method, the volume of the place (space and container) into which the filling gas is injected is fixed, so that accurate filling of the mass is possible.
Further, since the number of steps is small and ultra-high pressure gas can be processed in a large amount in a short time, the cost of the product can be reduced.
Furthermore, since welding is performed in an inert gas atmosphere, oxidation and other reactions do not occur, and a high-quality weld surface and strength can be secured.
[0011]
The metal packing has a cross-sectional shape having at least one acute angle, the inner periphery is formed by continuously forming the apex of the acute angle, and the protrusion is formed on the outer periphery of the leg. The gas filling gap may be formed between the surface of the leg portion and the metal packing by contacting the gasket with the inner periphery.
In this way, an inclined surface is formed on the upper surface of the metal packing placed in the opening so as to gradually increase from the inner periphery to the upper outside. Then, in the gas filling gap formed by the inclined surface and the portion of the sealing plate body facing the container opening, the filling gas flows into the container along the inclined surface. Therefore, resistance at the time of injecting the filling gas into the inside of the container can be reduced and the filling gas can be efficiently injected.
[0012]
Further, the material of the metal packing is preferably copper that has been subjected to an annealing treatment, so that the necessary flexibility can be imparted when the sealing plate is pressed.
[0013]
The bottom of the container may be supported in an electrically conductive state, the sealing means may be connected to a welding power source, and the sealing plate may be resistance-welded to the opening.
In this case, welding can be easily performed in a short time. In addition, the entire periphery of the opening can be uniformly welded, and the sealing performance can be improved.
[0014]
The welding power source may be controlled according to a measurement value of a concentration analyzer of the filling gas connected to the space.
This can prevent an accident at the time of welding due to the filling gas.
[0015]
Before injecting the filling gas into the space and the inside of the container, the inside of the space may be evacuated.
In this case, since the air inside the container is removed before the filling gas is injected, a high-purity gas can be filled.
[0016]
The filling gas may be stored in a buffer container before being injected into the space and the interior of the container.
In this case, the filling operation can be performed more quickly than when filling is performed by a device such as a compressor.
[0017]
The high-pressure gas filling apparatus according to the present invention includes: a holding unit that holds an opening of a container; a supporting unit that abuts on the bottom of the container so as to be able to conduct electricity to support the container; an inert gas supply unit; Filling gas supply means for supplying a filling gas having flammability or flammability. The holding means includes a space that hermetically surrounds the opening, and sealing means that advances and retreats with respect to the opening. The space has an openable and closable exhaust port. The inert gas supply means and the filling gas supply means are individually connected to the space via an on-off valve. The support means and the sealing means are connected to a welding power source.
[0018]
According to this filling device, when the container is held by the holding means, the opening of the container is surrounded by the airtight space, so that the filling gas can be injected from the filling gas supply means into the container using the space. . In addition, since the space has an openable and closable exhaust port, an inert gas is injected from an inert gas supply unit while excluding a filling gas filled in the space, and an atmosphere around the opening of the container is set to an inert gas atmosphere. be able to. Further, since the holding means includes a sealing means which advances and retreats with respect to the opening, in a state where the container is held, the sealing means is moved toward the opening as necessary, and a necessary pressure is applied thereto. be able to. Furthermore, since the support means and the sealing means are connected to the welding power source, by bringing the sealing means into contact with the opening, a resistance current can be passed therethrough to perform resistance welding. Therefore, it can be used for the method for filling high-pressure gas according to the present invention.
[0019]
The space may communicate with the evacuation unit via an on-off valve.
In this case, since the air inside the container is removed before the filling gas is injected, a high-purity gas can be filled.
[0020]
The sealing means may have a detachable electrode at a contact portion of the sealing plate, and the support means may have a detachable electrode at a contact portion of the bottom.
This makes it possible to easily replace the electrode that is consumed by repeating the filling operation, and to reduce the downtime for the device maintenance operation.
[0021]
The support means may be adapted to the bottom and position the axis of the container in place.
In this case, welding can be performed accurately, and the quality of the product can be improved.
[0022]
A buffer container may be provided between the filling gas supply means and the space.
In this case, the filling operation can be performed more quickly than when filling is performed by a device such as a compressor.
[0023]
The opening is formed at the top end of the reduced diameter neck of the container, the holding means has an insertion port communicating with the space, the insertion port is provided with a detachable sealing member, and the neck is the insertion port. May be inserted closely.
In this case, the space can be kept airtight by utilizing the shape of the container. Further, the seal member consumed by repeating the filling operation can be easily replaced, and the downtime for the device maintenance operation can be reduced.
[0024]
The diameter of the insertion port may be changed, and the diameter of a portion supporting the bottom of the support means may be changed.
This makes it possible to accommodate various types of containers having different diameters.
[0025]
The holding means and the support means may be relatively movable.
In this way, it is possible to cope with various types of containers having different lengths.
[0026]
The power supply for welding may be controlled according to a measurement value of a concentration analyzer of the filling gas connected to the space.
This can prevent an accident at the time of welding due to the filling gas.
[0027]
The filling port structure according to the present invention has a main body composed of a top plate and a cylindrical leg protruding from the back surface of the top plate while leaving a flange on the outer periphery of the top plate, and the high-pressure gas of the main body is On a sealing plate provided with a projection at a portion facing the opening of the container to be filled, an annular and softer metal packing than the projection having an inner diameter larger than the outer diameter of the leg is interposed, and the main body, the metal packing and A gas filling gap is formed through the projection.
[0028]
According to this filling port structure, a gas filling gap can be formed in the opening of the container, and the gap can be closed without welding by utilizing the deformation of the metal packing. Therefore, even if the container is filled with a flammable or flammable filling gas, the sealing plate is first welded by removing the filling gas around the opening by performing temporary sealing using the deformation of the metal packing. It is possible to do.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 show specific examples of a high-pressure gas filling apparatus and a filling port structure according to the present invention. 1A and 1B show a state in which a container having the filling port structure is installed in the filling apparatus, FIG. 1A is a diagram showing an overview of the filling apparatus including the container, and FIG. 1B is an enlarged view of the filling port structure. FIG. FIG. 2 is a bottom view of a sealing plate used in the filling port structure. 3A and 3B show a state in which a gas filling gap in the filling port structure is closed by deformation of a metal packing, FIG. 3A is a diagram showing an overview of the filling apparatus including a container, and FIG. It is a front sectional view which expands and shows a structure. FIG. 4 is a block diagram illustrating equipment for ensuring safety of the filling device.
[0030]
As shown in FIG. 1A, the high-pressure
The holding means 2 includes a
The
The inert gas supply means 6 and the filling gas supply means 7 are individually connected to the
[0031]
According to the
[0032]
As shown in FIG. 1B, the
[0033]
According to this filling port structure, the gas filling gap S can be formed in the
[0034]
When the method for filling high-pressure gas according to the present invention is performed using the
When filling the high-pressure gas, first, a metal packing 40 is interposed on the sealing
Next, as shown in FIG. 1, the
When the
Finally, the
[0035]
According to this filling method, the sealing
[0036]
Further, according to this filling method, since the volume of the place (the
Further, since the number of steps is small and ultra-high pressure gas can be processed in a large amount in a short time, the cost of the product can be reduced.
Furthermore, since welding is performed in an inert gas atmosphere, oxidation and other reactions do not occur, and a high-quality weld surface and strength can be secured.
[0037]
When the
[0038]
The metal packing 40 has a cross-sectional shape having at least one acute angle. The inner periphery 41 is formed by continuously forming the peaks of the acute angle. The
In this case, on the upper surface of the metal packing 40 placed in the
[0039]
In addition, as the sealing
[0040]
The material of the metal packing 40 is annealed copper. In this case, the sealing
[0041]
The
In this way, the air inside the
[0042]
A buffer container 15 is provided between the filling gas supply means 7 and the
In this case, the filling operation can be performed more quickly than by using a device such as a compressor.
[0043]
The sealing means 5 has a detachable electrode 13 at a contact portion of the sealing
In this case, the electrodes consumed by repeating the filling operation can be easily replaced, and the downtime for the device maintenance operation can be reduced.
[0044]
The support means 3 is adapted to the container bottom 32 and to position the axis X of the
In this case, welding can be performed accurately, and the quality of the product can be improved.
[0045]
The
In this case, the
[0046]
The diameter of the insertion port 16 is changeable, and the diameter of the portion of the support means 3 that supports the container bottom 32 is changeable.
In this case, various types of containers having different diameters can be accommodated.
[0047]
The support means 3 is capable of moving forward and backward with respect to the holding means 2, and the holding means 2 and the support means 3 are in a relationship in which they can move relative to each other.
In this case, various types of containers having different lengths can be accommodated.
[0048]
As shown in FIG. 4, the
This can prevent an accident at the time of welding due to the filling gas.
[0049]
A digital pressure gauge 52 is connected to the
In this case, by providing a double interlock for the operation of the
[0050]
【The invention's effect】
According to the method for filling a high-pressure gas according to the present invention, a sealing plate is pressed against a container filled with a filling gas having flammability or flammability to perform temporary sealing, and gas existing around the sealing plate is removed. By replacing with an inert gas, the sealing plate can be placed in an inert gas atmosphere. Therefore, even if the container is filled with a filling gas having flammability or flammability, the sealing plate can be welded to the container. Further, since the volume of the place (space and container) into which the filling gas is injected is determined, accurate filling of the mass becomes possible. Further, since the number of steps is small and ultra-high pressure gas can be processed in a large amount in a short time, the cost of the product can be reduced. Furthermore, since welding is performed in an inert gas atmosphere, oxidation and other reactions do not occur, and a high-quality weld surface and strength can be secured.
[0051]
According to the second aspect, the resistance at the time of injecting the filling gas into the inside of the container can be reduced, and the gas can be efficiently injected.
[0052]
According to the third aspect, welding can be easily performed in a short time. In addition, the entire periphery of the opening can be uniformly welded, and the sealing performance can be improved.
[0053]
According to the high-pressure gas filling apparatus of the present invention according to claim 7, it can be used for the high-pressure gas filling method of the present invention.
[0054]
According to
[0055]
According to
[0056]
According to the sixth or eleventh aspect, the charging operation can be performed more quickly than the charging operation using a device such as a compressor.
[0057]
According to the ninth aspect, it is possible to easily replace the electrode that is consumed by repeating the filling operation, and it is possible to reduce the stop time for the device maintenance operation.
[0058]
According to the tenth aspect, welding can be performed accurately, and the quality of a product can be improved.
[0059]
According to the twelfth aspect, the space can be kept airtight by utilizing the shape of the container. Further, the seal member consumed by repeating the filling operation can be easily replaced, and the downtime for the device maintenance operation can be reduced.
[0060]
According to the thirteenth aspect, it is possible to cope with various types of containers having different diameters.
[0061]
According to claim 14, various kinds of containers having different lengths can be accommodated.
[0062]
According to the filling port structure of the present invention according to claim 16, even if the container is filled with a filling gas having flammability or combustibility, first, provisional sealing using deformation of the metal packing is performed. This makes it possible to remove the filling gas around the opening and weld the sealing plate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a specific example of a high-pressure gas filling apparatus and a filling port structure according to the present invention in a state where a container having the filling port structure is installed in the filling apparatus. The figure which shows the external appearance of an apparatus, (b) is a front sectional view which expands and shows the filling port structure.
FIG. 2 is a bottom view of a sealing plate used in the filling port structure.
3A and 3B show a state in which a gas filling gap in the filling port structure is closed by deformation of a metal packing, FIG. 3A is a diagram showing an overview of the filling apparatus including a container, and FIG. It is a front sectional view which expands and shows a structure.
FIG. 4 is a block diagram illustrating equipment for ensuring safety of the filling device.
[Explanation of symbols]
1 High pressure gas filling equipment
2 holding means
3 support means
4 Space
5 Sealing means
6 Inert gas supply means
7 Filling gas supply means
8 Exhaust port
9a, 9b, 12 On-off valve
10 Power supply for welding
11 Evacuation means
13, 14 electrodes
15 Buffer container
16 insertion slot
17 Sealing member
18 Concentration analyzer
20 Seal plate
21 Top plate
21a Tsuba
22 legs
23 Body
24 protrusion
30 containers
31 Opening
32 bottom
33 Neck
40 Metal packing
41 inner diameter
S gas filling gap
X axis
Claims (16)
該脚部(22)の外径より大きい内径(41)を有する環状で該突起(24)より軟質の金属パッキン(40)を該封板(20)に介装し、該開口部(31)を該封板(20)及び該金属パッキン(40)とともに気密の空間(4)で包囲し、
該空間(4)及び該容器(30)の内部に支燃性又は可燃性を有する充填ガスを圧入し、
該開口部(31)に対し該空間(4)内で進退する封止手段(5)により該封板(20)を該開口部(31)に圧着させて該容器(30)を密封状態とし、
該空間(4)の内部を不活性ガスで置換した後、該封板(20)を該容器(30)に溶接することを特徴とする高圧ガスの充填方法。A body (23) comprising a top plate (21) and a cylindrical leg (22) projecting from the back surface of the top plate (21) while leaving a flange (21a) on the outer periphery of the top plate (21). A sealing plate (20) having a projection (24) forming a gas filling gap (S) at a portion of the main body (23) facing the opening (31) of the container (30) for filling with high-pressure gas. use,
An annular metal packing (40) having an inner diameter (41) larger than the outer diameter of the leg (22) and being softer than the projection (24) is interposed in the sealing plate (20), and the opening (31) Surrounded by an airtight space (4) together with the sealing plate (20) and the metal packing (40),
Pressurizing a filling gas having flammability or combustibility into the space (4) and the container (30),
The sealing plate (20) is pressed against the opening (31) by the sealing means (5) which advances and retreats in the space (4) with respect to the opening (31), and the container (30) is sealed. ,
A method for filling with a high-pressure gas, comprising replacing the inside of the space (4) with an inert gas, and then welding the sealing plate (20) to the container (30).
該保持手段(2)は、該開口部(31)を気密に包囲する空間(4)と、該開口部(31)に対して進退する封止手段(5)とを備え、
該空間(4)は、開閉自在の排気口(8)を有し、
該不活性ガス供給手段(6)と該充填ガス供給手段(7)は、開閉弁(9a,9b)を介して該空間(4)に各別に連通しており、
該支持手段(3)及び該封止手段(5)は、溶接用電源(10)に接続されていることを特徴とする高圧ガス充填装置。Holding means (2) for holding the opening (31) of the container (30), and supporting means (3) for supporting the container (30) by abutting on the bottom (32) of the container (30) in an energizable manner. And an inert gas supply means (6), and a filling gas supply means (7) for supplying a filling gas having flammability or combustibility,
The holding means (2) includes a space (4) that hermetically surrounds the opening (31), and a sealing means (5) that advances and retreats with respect to the opening (31),
The space (4) has an openable / closable exhaust port (8),
The inert gas supply means (6) and the filling gas supply means (7) are individually connected to the space (4) via on-off valves (9a, 9b),
The high-pressure gas filling device, wherein the support means (3) and the sealing means (5) are connected to a welding power source (10).
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