JP2018066390A - ガス充填方法及びガス充填設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス容器の最高充填圧力を超えてガスの充填が行われることを防止可能としたガス充填方法を提供する。【解決手段】最高充填圧力が高圧である高圧用ガス容器と、最高充填圧力が低圧である低圧用ガス容器とのうち、高圧用ガス容器に対してガスの充填を行う際に、ガス容器に対するガスの充填を開始するステップと、ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、低圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、ガス容器に対するガスの充填を自動で停止するステップと、ガス容器の中で低圧用ガス容器の有無を確認するステップと、低圧用ガス容器が存在しないことを確認した後に、ガス容器に対するガスの充填を手動で再開するステップと、ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、高圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、ガス容器に対するガスの充填を終了するステップとを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ガス充填方法及びガス充填設備に関する。

例えば、ボンベなどの高圧ガス容器（以下、ガス容器という。）は、比較的少量のガスを輸送や消費する場合に、よく用いられている。このようなガス容器は、ガスが充填される容器本体と、容器本体の上端に取り付けられ、且つ容器本体に充填されたガスの供給又は充填若しくは停止を制御する容器弁とから構成されている。

ここで、一般的なガス容器に対する高圧ガスの充填方法について説明する。
先ず、ガス容器にガスを充填する前は、使用済みのガス容器の容器弁を開いて、この容器本体内に残存するガスを外部に排出する。このとき、ガスを放出する音がほとんど聞こえなくなった時点で、容器弁を閉じてガスの排出を終了させる。これは、不純物が容器本体内に混入することを防ぐためである。また、容器本体内を完全に空にするため、容器本体内を真空引きする場合もある。

次に、例えば下記特許文献１に記載されるようなガス充填設備において、ガス容器に対するガスの充填を行う。具体的には、このガス容器をガス充填台に設置し、容器弁のガス充填口に継手（図示せず。）を介してガスの充填配管を接続する。

通常、充填開始前のこの時点では、これから行う充填の充填終了圧力と、これから充填を行う全てのガス容器の最高充填圧力とを照らし合わせて、この充填終了圧力が最高充填圧力を超えていないかを確認し、誤充填（過充填）の発生を未然に防いでいる。

次に、容器弁を開いた後、充填配管の上流側から圧縮機によって圧送されたガスが容器本体内に供給され、ガスの充填が開始される。その後、充填が継続され、ガス容器の最高充填圧力（通常、３５℃換算で１４．７ＭＰａＧ又は１９．６ＭＰａＧ）までガスが充填された段階で、圧縮機を停止し、更に容器弁を閉じる。

最後に、充填配管内に残留するガスを排出した後、継手と充填配管とを容器弁のガス充填口から外すことで、ガス容器へのガスの充填が終了する。

特許第４５９８２５４号公報

ところで、従来のガス充填方法では、上述した充填終了圧力がガス容器の最高充填圧力を超えていないかを確認する作業について、充填開始前にしか確認する機会がなかった。このため、充填終了圧力が最高充填圧力を超えていた場合でも、充填が一旦開始されてしまうと、非常停止ボタンなどにより非常停止させない限り、充填終了圧力まで充填を停止させることがなかった。したがって、最高充填圧力が１４．７ＭＰａＧである低圧用ガス容器に誤って、最高充填圧力が１９．６ＭＰａＧである高圧用ガス容器と同じ充填終了圧力まで過充填してしまう懸念があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ガス容器の最高充填圧力を超えてガスの充填が行われることを防止可能としたガス充填方法及びガス充填設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 ガス容器に対してガスの充填を行うガス充填設備において、最高充填圧力が高圧である高圧用ガス容器と、最高充填圧力が低圧である低圧用ガス容器とのうち、前記高圧用ガス容器に対してガスの充填を行う際に、
前記ガス容器に対するガスの充填を開始する第１のステップと、
前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、前記ガス容器に対するガスの充填を自動で停止する第２のステップと、
前記ガス容器の中で前記低圧用ガス容器の有無を確認する第３のステップと、
前記低圧用ガス容器が存在しないことを確認した後に、前記ガス容器に対するガスの充填を手動で再開する第４のステップと、
前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、前記高圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、前記ガス容器に対するガスの充填を終了する第５のステップとを含むことを特徴とするガス充填方法。
〔２〕 前記第４のステップにおいて、前記ガス充填設備に設けられた確認ボタンを手動で操作することによって、前記ガス容器に対するガスの充填が再開されることを特徴とする前記〔１〕に記載のガス充填方法。
〔３〕 前記第１のステップと前記第５のステップとの間において、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力が異なる毎に、前記第２のステップ、前記第３のステップ及び前記第４のステップを繰り返し行うことを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のガス充填方法。
〔４〕 最高充填圧力が異なる複数のガス容器に対してガスの充填を行い、
前記第３のステップと前記第４のステップとの間において、最高充填圧力となった前記ガス容器に対するガスの充填を終了することを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載のガス充填方法。
〔５〕 前記高圧用ガス容器の最高充填圧力を３５℃換算で１９．６ＭＰａＧとし、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力を３５℃換算で１４．７ＭＰａＧとすることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載のガス充填方法。
〔６〕 ガス容器に対してガスの充填を行うガス充填設備であって、
前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部が測定した充填圧力に基づいて、前記ガス容器に対するガスの充填を開始又は停止する制御を行う制御部と、
前記ガス容器に対するガスの充填が自動停止された後に、前記制御部に対して前記ガス容器に対するガスの充填を再開させる指令を出す確認ボタンとを備え、
最高充填圧力が高圧である高圧用ガス容器と、最高充填圧力が低圧である低圧用ガス容器とのうち、前記高圧用ガス容器に対してガスの充填を行う場合において、
前記制御部は、前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、前記ガス容器に対するガスの充填を停止する制御を行うことを特徴とするガス充填設備。
〔７〕 ガスが貯留された貯留容器と、
前記貯留容器に貯留されたガスを前記ガス容器に向けて圧送する圧縮機とを備え、
前記制御部は、前記圧縮機の駆動を制御することによって、前記ガス容器に対するガスの充填を開始又は停止する制御を行うことを特徴と前記〔６〕に記載のガス充填設備。

以上のように、本発明によれば、ガス容器の最高充填圧力を超えてガスの充填が行われることを防止可能としたガス充填方法及びガス充填設備を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係るガス充填設備の構成を示す系統図である。 本発明のガス充填方法を用いた場合の充填開始から充填終了までのガス容器に充填されるガスの充填圧力の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１に示すガス充填設備１の構成について説明する。なお、図１は、ガス充填設備１の構成を示す系統図である。

本実施形態のガス充填設備１は、図１に示すように、複数のガス容器Ｂに対してガスの充填を自動で行う自動充填設備であり、充填終了圧力が異なるガスの充填を行うことが可能となっている。

ガス充填設備１においてガスの充填が行われるガス容器Ｂには、通常、容器本体の内容積が５０Ｌ以下の高圧ガス容器が用いられている。また、内容積が３．４〜５０Ｌの容器本体の材料としては、一般的に、マンガン鋼やアルミニウム合金等の金属が用いられている。また、内容積が０．４〜１０Ｌの容器本体の材料としては、一般的に、ＦＲＰ製が用いられている。

通常、窒素ガスや酸素ガス、アルゴンガスなどを充填するガス容器Ｂには、同じ内容積でも、最高充填圧力が３５℃換算で１４．７ＭＰａＧである低圧用ガス容器と、最高充填圧力が３５℃換算で１９．６ＭＰａＧである高圧用ガス容器とがある。

本実施形態のガス充填設備１は、貯槽２と、主充填配管３と、蒸発器４と、圧縮機５と、ガス充填台６と、圧力測定部７と、従充填配管８と、手動開閉弁９と、制御部１０と、確認ボタン１１とを概略備えている。

貯槽２は、ガスを貯留する貯留容器である。本実施形態では、貯槽２内において、低温液化ガスの状態でガスを貯留しているが、高圧ガスの状態でガスを貯留してもよい。この場合、後述する蒸発器４が不要となる。また、本実施形態では、貯槽２の材料にＳＵＳ３０４を用いているが、ガスと反応せずに低温や高圧に耐え得る材料であれば、これに特に限定されるものではない。

主充填配管３は、貯槽２からのガスを下流側に供給する配管である。主充填配管３は、一端が貯槽２に接続され、他端が複数本に分岐した従充填配管８と接続されている。本実施形態では、主充填配管３の材料にＳＵＳ３０４を用いているが、ガスと反応せずに低温や高圧に耐え得る材料であれば、これに特に限定されるものではない。また、主充填配管３の外径サイズは２５Ａであるが、このサイズも任意に変更可能である。

蒸発器４は、主充填配管３の貯槽２と圧縮機５との間に設けられて、低温液化ガスの状態で供給されるガスを蒸発（気化）させる。本実施形態では、蒸発器４の材料にＳＵＳ３０４を用いているが、ガスと反応せずに低温や高圧に耐え得る材料であれば、これに特に限定されるものではない。

圧縮機５は、主充填配管３の蒸発器４の下流（二次）側に設けられて、蒸発器４で蒸発させたガスをガス容器Ｂに向けて圧送する。圧縮機５は、制御部１０と電気的に接続されて、この制御部１０により駆動が制御される。圧縮機５は、１９．６ＭＰａＧまでガスを圧縮できればよく、様々な方式の圧縮機を用いることができる。

本実施形態では、圧縮機５を蒸発器４の下流（二次）側に設けたが、圧縮機５の代わりに液ポンプを蒸発器４の上流（一次）側に設けることもできる。また、本実施形態では、蒸発器４で蒸発したガスの圧力が低いため、圧縮機５を設けているが、仮に貯槽２が超高圧の状態でガスを貯留し、この貯槽２とガス容器Ｂとの間の差圧を利用して充填（差圧充填という。）を行う場合は、圧縮機５が不要となる。この場合、圧縮機５の代わりに自動開閉弁を設けて、この自動開閉弁の開閉によりガスの充填を開始又は停止する制御を行う。

ガス充填台６は、複数のガス容器Ｂが設置される場所であり、これら複数のガス容器Ｂをチェーンで固定することができる。ガス容器Ｂには、容器弁のガス充填口に継手（図示せず。）を介して従充填配管８を接続する。

圧力測定部７は、主充填配管３の圧縮機５の下流（二次）側に設けられて、ガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力を測定する圧力計である。圧力測定部７は、制御部１０と電気的に接続されて、この制御部１０に測定値を送信する。

圧力測定部７は、主充填配管３に設けた場合に限らず、従充填配管８に設けることも可能である。また、本実施形態では、圧力測定部７として、静電容量式の圧力計を用いたが、１９．６ＭＰａＧまで圧力を測定が可能で、且つ、測定値を制御部１０に送信できるものであればよく、ブルドン管型など様々な方式の圧力計を用いることができる。

従充填配管８は、主充填配管３からのガスを下流側のガス容器Ｂに供給する配管である。本実施形態では、従充填配管８の材料にＳＵＳ３０４を用いているが、ガスと反応せずに低温や高圧に耐え得る材料であれば、これに特に限定されるものではない。また、従充填配管８の外径サイズは１／４インチであるが、このサイズも任意に変更可能である。さらに、従充填配管８には、フレキシブルホースを使用することも可能である。

手動開閉弁９は、従充填配管８毎に設けられて、手動により開閉される。本実施形態では、手動開閉弁９に玉型弁を用いているが、ガスの流れを制御できればよく、ボール弁など様々な方式の開閉弁を使用することができる。

制御部１０は、圧力測定部７が測定した測定値（充填圧力）に基づいて、ガス容器Ｂに対するガスの充填を開始又は停止する制御を行う。本実施形態では、制御部１０にＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を用いているが、これに限定されることなく、その他の制御装置を用いてもよい。

本実施形態では、制御部１０において、充填終了圧力を３５℃換算で１４．７ＭＰａＧ又は１９．６ＭＰａＧに設定することができる。また、充填終了圧力の切り替えは、スイッチ（図示せず。）で行われる。なお、充填終了圧力は、必ずしもガス容器の最高充填圧力と一致している必要はなく、場合によって最高充填圧力よりも低い値に設定することも可能である。

確認ボタン１１は、制御部１０と電気的に接続されて、手動で押圧操作される。確認ボタン１１は、ガス容器Ｂに対するガスの充填が自動停止された後に、制御部１０に対してガス容器Ｂに対するガスの充填を再開させる指令（停止解除信号）を送信する。

本実施形態では、確認ボタン１１に押ボタンスイッチを用いているが、タッチパネルの画面上に設けられた確認ボタン１１であってもよい。さらに、同一ロットとして接続された全ガス容器Ｂの容器番号と圧力仕様（最高充填圧力）とがタッチパネルの画面に表示され、そのガス容器Ｂ毎に確認ボタン１１が設けられていることが好ましい。これにより、タッチパネルの画面上で各ガス容器Ｂの圧力仕様（最高充填圧力）を確認すると共に、確認ボタン１１を操作することができる。

次に、上記ガス充填設備１を用いた本実施形態のガス充填方法について、図２に示すグラフを参照しながら説明する。なお、図２は、本発明のガス充填方法を用いた場合の充填開始から充填終了までのガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力の変化を示すグラフである。

本実施形態のガス充填設備１では、先ず、充填準備工程として、ガス充填台６に複数のガス容器Ｂを設置する。また、ガス容器Ｂには、容器弁のガス充填口に継手を介して従充填配管８を接続する。

本実施形態では、最高充填圧力が３５℃換算で１９．６ＭＰａＧである高圧用ガス容器に対して、ガスの充填を行うため、充填終了圧力を３５℃換算で１９．６ＭＰａＧに設定する。

充填開始前のこの時点では、これから行う充填の充填終了圧力と、ガス容器Ｂの最高充填圧力とを照らし合わせて、この充填終了圧力が最高充填圧力を超えていないかを確認する。すなわち、ガス充填台６に設置されたガス容器Ｂの中で低圧用ガス容器の有無を確認する。これにより、低圧用ガス容器に対する誤充填（過充填）の発生を未然に防いでいる。

次に、各ガス容器Ｂの容器弁を全て開放すると共に、ガス容器Ｂに接続された各従充填配管８の手動開閉弁９を開放する。その後、充填開始工程（本発明のステップ１に相当する。）として、圧縮機５の駆動によりガスの充填を開始する。

これにより、充填工程として、圧縮機５によって圧送されたガスが各ガス容器Ｂ内に供給され、ガスの充填が行われる。充填工程では、圧力測定部７がガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力を測定し、その測定値を制御部１０に送信する。

次に、ガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力が、低圧用ガス容器の最高充填圧力である１４．７ＭＰａＧ（低圧側充填終了圧力）となったときに、一次停止工程（本発明の第２のステップに相当する。）として、制御部１０が圧縮機５を停止し、ガス容器Ｂに対するガスの充填を自動で停止させる。

次に、確認工程（本発明の第３のステップに相当する。）として、ガス充填台６に設置されたガス容器Ｂの中で低圧用ガス容器の有無を確認する。確認工程では、ガス容器Ｂの中で低圧用ガス容器が発見された場合、この低圧用ガス容器に接続された従充填配管８の手動開閉弁９と、この低圧用ガス容器の容器弁とを閉止する。この時点で、低圧用ガス容器に対するガスの充填が終了する。

次に、充填中のガス容器Ｂの中に低圧用ガス容器が存在しないことを確認した後に、確認ボタン１１を手動で押圧操作する。これにより、再開工程（本発明の第４のステップに相当する。）として、圧縮機５の一次停止が解除され、圧縮機５の駆動によりガス容器Ｂに対するガスの充填が再開される。

次に、ガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力が、高圧用ガス容器の最高充填圧力である１９．６ＭＰａＧ（高圧側充填終了圧力）となったときに、充填終了工程（本発明の第５のステップに相当する。）として、制御部１０が圧縮機５を停止し、ガス容器Ｂに対するガスの充填を自動で停止させる。その後、各ガス容器Ｂに接続された全ての従充填配管８の手動開閉弁９と、各ガス容器Ｂの容器弁とを閉止する。これにより、全てのガス容器Ｂに対するガスの充填が終了する。

以上のように、本実施形態によれば、ガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力が、低圧用ガス容器の最高充填圧力（１４．７ＭＰａＧ）となったときに、ガス容器Ｂに対するガスの充填を自動で停止し、ガス容器Ｂの中で低圧用ガス容器の有無を確認し、低圧用ガス容器が存在しないことを確認した後に、ガス容器Ｂに対するガスの充填を手動で再開する。これにより、ガス容器Ｂの中で低圧用ガス容器が発見された場合は、この低圧用ガス容器に対するガスの充填を終了することができる。したがって、この低圧用ガス容器に誤って、高圧用ガス容器と同じ充填終了圧力までガスが充填（過充填）されてしまうことを防ぐことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、圧縮機５を蒸発器４の下流（二次）側に設けたが、圧縮機５の代わりに液ポンプを蒸発器４の上流（一次）側に設けることもできる。

また、貯槽２が超高圧の状態でガスを貯留し、この貯槽２とガス容器Ｂとの間の差圧を利用して充填（差圧充填という。）を行う場合において、圧縮機５の代わりに自動開閉弁を設けた場合は、この自動開閉弁の開閉によりガスの充填を開始又は停止する制御を行ってもよい。

さらに、上記実施形態では、充填終了圧力を１４．７ＭＰａＧ又は１９．６ＭＰａＧに設定する場合を例示しているが、更に最高充填圧力の高いガス容器Ｂに対して、１９．６ＭＰａＧを越える充填終了圧力まで充填を行うようにしてもよい。

この場合、上述した充填開始工程と充填終了工程との間の充填工程内において、ガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力が、１４．７ＭＰａＧ、１９．６ＭＰａＧとなる毎に、一次停止工程と、確認工程と、再開工程とを繰り返し設けることによって、ガス容器Ｂの最高充填圧力を超えてガスの充填が行われることを防止することができる。その場合、各確認工程での確認ボタンは、誤操作を防ぐために異なることが好ましい。

また、本発明では、最高充填圧力が異なる複数のガス容器Ｂに対してガスの充填を行い、上述した充填開始工程と充填終了工程との間の充填工程内において、ガス容器Ｂに充填されるガスの充填圧力が、それぞれの最高充填圧力となる毎に、一次停止工程と、確認工程と、再開工程とを繰り返し設けて、確認工程と再開工程との間で、最高充填圧力となったガス容器Ｂの充填を順次終了するようにしてもよい。

１…ガス充填設備 ２…貯槽 ３…主充填配管 ４…蒸発器 ５…圧縮機 ６…ガス充填台 ７…圧力測定部 ８…従充填配管 ９…手動開閉弁 １０…制御部 １１…確認ボタン Ｂ…ガス容器

Claims (7)

1. ガス容器に対してガスの充填を行うガス充填設備において、最高充填圧力が高圧である高圧用ガス容器と、最高充填圧力が低圧である低圧用ガス容器とのうち、前記高圧用ガス容器に対してガスの充填を行う際に、
   前記ガス容器に対するガスの充填を開始する第１のステップと、
   前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、前記ガス容器に対するガスの充填を自動で停止する第２のステップと、
   前記ガス容器の中で前記低圧用ガス容器の有無を確認する第３のステップと、
   前記低圧用ガス容器が存在しないことを確認した後に、前記ガス容器に対するガスの充填を手動で再開する第４のステップと、
   前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、前記高圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、前記ガス容器に対するガスの充填を終了する第５のステップとを含むことを特徴とするガス充填方法。
2. 前記第４のステップにおいて、前記ガス充填設備に設けられた確認ボタンを手動で操作することによって、前記ガス容器に対するガスの充填が再開されることを特徴とする請求項１に記載のガス充填方法。
3. 前記第１のステップと前記第５のステップとの間において、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力が異なる毎に、前記第２のステップ、前記第３のステップ及び前記第４のステップを繰り返し行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス充填方法。
4. 最高充填圧力が異なる複数のガス容器に対してガスの充填を行い、
   前記第３のステップと前記第４のステップとの間において、最高充填圧力となった前記ガス容器に対するガスの充填を終了することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のガス充填方法。
5. 前記高圧用ガス容器の最高充填圧力を３５℃換算で１９．６ＭＰａＧとし、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力を３５℃換算で１４．７ＭＰａＧとすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のガス充填方法。
6. ガス容器に対してガスの充填を行うガス充填設備であって、
   前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力を測定する圧力測定部と、
   前記圧力測定部が測定した充填圧力に基づいて、前記ガス容器に対するガスの充填を開始又は停止する制御を行う制御部と、
   前記ガス容器に対するガスの充填が自動停止された後に、前記制御部に対して前記ガス容器に対するガスの充填を再開させる指令を出す確認ボタンとを備え、
   最高充填圧力が高圧である高圧用ガス容器と、最高充填圧力が低圧である低圧用ガス容器とのうち、前記高圧用ガス容器に対してガスの充填を行う場合において、
   前記制御部は、前記ガス容器に充填されるガスの充填圧力が、前記低圧用ガス容器の最高充填圧力となったときに、前記ガス容器に対するガスの充填を停止する制御を行うことを特徴とするガス充填設備。
7. ガスが貯留された貯留容器と、
   前記貯留容器に貯留されたガスを前記ガス容器に向けて圧送する圧縮機とを備え、
   前記制御部は、前記圧縮機の駆動を制御することによって、前記ガス容器に対するガスの充填を開始又は停止する制御を行うことを特徴と請求項６に記載のガス充填設備。

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