JPH10318496A - ガス容器の充填方法 - Google Patents

ガス容器の充填方法

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JPH10318496A JP10057941A JP5794198A JPH10318496A JP H10318496 A JPH10318496 A JP H10318496A JP 10057941 A JP10057941 A JP 10057941A JP 5794198 A JP5794198 A JP 5794198A JP H10318496 A JPH10318496 A JP H10318496A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスの温度が急激に上昇しない方法によって単
一ガスまたは混合ガスを空のガス容器に充填すること 【解決手段】ガスの急激な加熱を回避するのに十分低い
速度で、最初にガスを容器に流入することによりガス容
器を充填し、その後、最大充填速度が達成されるまでは
充填速度を増加する。そして容器が充填された状態に近
づいたとき、流量を減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス貯蔵容器への
ガスの充填方法に関し、更に詳しくは圧力差により容器
にガスを充填するときに、所望量の単一ガスあるいは混
合ガスを、より正確にガスシリンダに充填する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ガスシリンダやガスボンベのようなガス
貯蔵容器は、通常、所望の圧力に達するまで容器内へガ
スを充填することにより、ガスで充満される。容器を可
能な限り迅速に充填することが好ましいが、容器に目標
量のガスを正確に充填することも重要である。ガス容器
内のガス量を正確に測定することを困難にする一つの問
題は、含まれるガスの温度と圧力との関係である。気体
の法則によって、一定体積でのガス量によって与えられ
る圧力は、その温度に正比例する。従って、ガスの温度
が上がるに従ってガスの圧力も高くなる。従って圧力測
定により、ガス貯蔵容器に充填する場合には、容器がそ
の「充填」状態に達したときに、容器内のガスが予め選
択された温度になっており、これにより正しいガス量が
確実に各容器に充填されていることが重要である。
【０００３】ガス容器を短時間で充填することが好まし
いから、充填バルブを開放位置に直ちにいっぱいに開く
ことが通常である。この結果、空の容器内へガスが急激
に送り込まれるため、ガスが容器の壁に衝突して、容器
内へ充填されたガスの温度が急激に上昇する。容器内へ
の急激な充填により、充填行程の間中、急激な温度上昇
が続くわけではなく、容器内に連続してガスが充填され
るとき、最初に加熱したガスは冷却される。しかしガス
の温度は充填行程の間に所定温度に戻らないことがあ
る。そのため、所定温度までガス温度を冷却するための
時間消費行程なしには、正しいガス量を容器内へ充填す
ることが困難あるいは不可能である。
【０００４】ガス容器に混合ガスを充填する場合には、
問題は悪化する。この場合、容器が第１のガスを所望量
含むようになるまで第１のガスを容器に充填し、次いで
第２のガスを容器に所望量になるまで充填する。全ての
ガスが容器に充填されるまで、この行程を繰り返す。混
合ガスの組成は、精密な仕様に合うことが通常必要であ
る。従って各ガス成分の充填の終了点に近づくとき、混
合ガスの温度を狭い範囲内にすることが必要である。充
填行程の早い段階で過剰な加熱が生じる場合には、第１
ガス成分の最終圧力測定をする前に冷却しなければなら
ず、また混合ガスの各成分の最終圧力測定前に多分冷却
しなければならないであろう。
【０００５】ガス容器に一定のガス量を正確に充填する
ことを困難にする他の現象は、ガスが流れるガスパイプ
ライン内の圧力低下が、パイプラインを流れるガスの速
度に正比例することである。即ち、パイプラインを通過
するガスの速度が大きくなると、一定長さのパイプライ
ンでの圧力の低下が大きくなる。従ってガス容器の上流
の圧力ゲージを有するガス管から、ガスをガス容器に充
填する場合には、圧力ゲージでの圧力は、容器内の実際
の圧力よりも高くなる。そのため、ガスが速い速度で充
填ラインに流れており、この圧力ゲージを使用して充填
行程のカットオフポイントを決定する場合には、ガス容
器には正しい量のガスが充填されない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】充填時間が重要である
とともに充填の正確さも重要であるから、ガスを空の容
器に導入するときに、ガスの温度が急激に上昇しない方
法によって、単一ガスまたは混合ガスを空のガス容器に
充填することが望ましい。また充填ラインの圧力ゲージ
の示す圧力と容器内の実際の圧力との差によって生じる
誤差をなくし、あるいは最小にすることが望ましい。本
発明は、これらの目的に合う方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、特に充填行程
の初期に充填する容器内の温度が急に上昇することをな
くし又は最小にする方法により、ガス容器に単一ガスま
たは混合ガスを充填する方法である。本発明の広い実施
例は、(a) 空のガス容器内にガスを初期速度で流し始
める行程と、(b) 所定の最大流量が達成されるまで、
ガス容器内へのガスの流量を増加する行程と、(c) ガ
ス容器内のガスの測定した量と所望の最終量との差が減
少するに従って、ガス容器内へのガスの流量を減少する
行程と、(d) ガス容器がガスの所望の最終量を含むと
き、ガス容器内へのガスの流入を停止する行程とを有す
る。
【０００８】好ましい実施例では、ガス容器へのガスの
流量が所定の最大流量に達するまでに必要な時間が、ガ
スの全充填時間の約２５〜７５％の範囲内である。
【０００９】好ましい実施例では、ガス容器がガスの所
望の最終量の約７５〜９５％を含むとき、行程(c)を始
める。
【００１０】広い実施例又は好ましい実施例では、行程
(a)で設定する初期速度を十分に低くして、ガス容器内
のガスの温度の急激な上昇を回避することが好ましい。
同様に広い実施例又は好ましい実施例では、行程(b)で
の容器内へのガス流量の増加割合を十分に低くして、ガ
ス容器内のガスの温度の急激な上昇を回避することが好
ましい。
【００１１】上記いづれかの実施例において、行程(b)
の間のガス容器内へのガス流量の増加割合を一定にする
か、所定の最大流量と測定された流量との差が減少する
に従って、行程(b)の間のガス容器内へのガスの流量を
増加することができる。同様に上記いづれかの実施例に
おいて、行程(c)の間のガス容器内へのガスの流量の減
少の割合を一定にするか、ガス容器内のガスの実際量と
ガス容器内のガスの所望の最終量との差が減少するに従
って、行程(c)の間のガス容器内へのガスの流量を減少
することができる。
【００１２】本発明の好ましい側面では、ガス容器内の
ガスの実際量とガス容器内のガスの所望の最終量とを、
ガス容器内に含まれるガスの分圧によって決定する。
【００１３】本発明は、２以上の異なるガスの混合ガス
をガス容器に充填するために使用できる。混合ガスの１
またはそれ以上の成分を上記実施例のいづれか１つの方
法を使用してガス容器に充填できる。
【００１４】また混合ガスのガス成分をガス容器に連続
して充填し、２またはそれ以上のガス成分の各々に行程
(a)〜(d)を繰り返して上記広い実施例のいづれかの方法
によって各ガス成分を容器に充填する技術により、本発
明を使用してガス容器に混合ガスを充填することもでき
る。
【００１５】本発明の更に好ましい実施例では、ガス容
器が、容器に充填されるガスの所望の最終量の約８５〜
９５％を含むとき、行程(c)を開始する。
【００１６】本発明の方法は、圧力測定によりガスシリ
ンダに充填する場合に特に適している。
【００１７】好ましい他の実施例では、本充填方法の種
々の行程でのガス流量を、予め選択したプログラムによ
って決定する。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の１つの特徴は、ガスが最
初に速い速度で空の容器に充填されたとき、空の容器の
壁にガスが衝突してガスが急激に加熱し、熱が消散する
ことができないが、容器に入ってくるガスの力を緩和す
るのに十分な量のガスが容器内に既に存在すれば、ガス
の急激な温度上昇は起こらない、ということを利用して
いる。
【００１９】本発明の他の特徴は、ガス管内での圧力低
下は、ガス管を通過するガス流の速度に逆比例している
ことを利用している。従って容器内に含まれるガスが、
容器内のガスの急激な温度上昇を防止するのに十分な量
になるまでは、最初はガスを容器にゆっくり導入し、そ
の後充填バルブが十分に開放するまで容器内へのガスの
導入速度を次第に増加していき、容器内のガス量が所望
の値に近づくに従って容器内へのガスの導入速度を次第
に減少させていき、充填ラインの圧力ゲージの示す圧力
と容器内の圧力との差を減少させ、それにより充填行程
の最終時点でこの差によって生じる誤差を減少しあるい
は最小にすることによって、ガス圧力ゲージを有するガ
ス充填ラインを介して、正確なガス量をガス容器に素早
く充填することができる。
【００２０】本発明は、圧力測定によってガスシリンダ
を充填するためのシステムを示す添付図面により、良く
理解することができる。本システムは、充填するガスシ
リンダのバッテリ、供給源からガスシリンダへガスを搬
送するライン、圧力検知装置Ａおよびガスの充填速度を
制御する制御ユニットＣを有する。本システムは、ガス
シリンダに単一ガス又は混合ガスを充填するために使用
することができ、これらのガスはライン２，４及び６を
介して貯蔵源（図示せず）からシステムに供給される。
バルブ８，１０及び１２は、各々、ライン２，４及び６
を通るガス流量を制御する。ライン２，４及び/又は６
を流れるガスは、流量制御装置１６を有するライン１４
内に流れ込む。流量制御装置１６は、可変オリフィスの
ように、ライン１４の流れを制御することができるどの
ような手段でも構わない。流量制御装置１６は、制御ル
ープ１８を介して制御ユニットＣから受けた信号に応答
して作動する。制御ユニットＣは、典型的には圧力検知
装置Ａから受けた信号を分析するコンピュータであり、
該ユニットは必要により流量制御装置１６に信号を送
り、ライン１４を流れるガスの流量を調節する。流量制
御装置１６の下流では、ライン１４はシリンダ充填マニ
ホールド２０に接続しており、該シリンダ充填マニホー
ルド２０は、順にバルブ２８，３０及び３２を介してガ
スシリンダ２２，２４および２６に各々接続している。
圧力検知手段Ａは、圧力検知ライン３４に接続されたラ
インタップを介してライン１４内の圧力を測定する。圧
力検知手段Ａは、制御ループ３６を介して制御ユニット
Ｃに信号を送る。
【００２１】選択された単一ガスを、ライン２を介して
システムに接続された供給源から図に示すシステムのガ
スシリンダ２２に充填する本発明の行程を以下説明す
る。バルブ８及び２８は開放している。流量制御装置１
６は、入流ガスが空のシリンダ２２の壁に衝突すること
により、著しい温度上昇がガスシリンダ内で生じる限界
流量以下の初期ガス流量を提供するように設定されてい
る。十分なガスがガスシリンダ内へ導入されて、シリン
ダ２２内のガスの急激な温度上昇を防止する緩衝作用が
提供されたとき、シリンダ内に充填されたガスが著しく
加熱することを避けるような増加割合で、充填行程の第
１段階の間、流量を徐々に増加させていく。もちろん、
シリンダ内のガスが過剰な加熱を引き起こさないという
目的に照らして、可能な限り素早く、ライン１４を介し
て最大ガス流量を達成することが望ましい。流量は一定
割合で、あるいは可変割合で増加しても良い。一般に充
填行程が進行するに従って、ガス流量を、より急速に増
加させることができる。即ち、シリンダ内のガス圧とラ
イン１４内のガス圧との差が減少するに従って、ガス充
填速度の感度が次第に減少してくる。従って通常は、充
填行程が進行するに従って、ライン１４を通るガス流量
を増加することが好ましい。圧力センサＡによる圧力と
して測定した、シリンダ内に充填すべき全ガス量の約５
〜２５％、好ましくは約５〜１５％だけガスシリンダが
充填されたときに、最大ガス流量に到達することが望ま
しい。
【００２２】充填行程の第２段階は、最大速度でガスを
シリンダ内に充填する行程を有する。この段階は、圧力
センサＡによる圧力として測定した、シリンダに充填す
る全体ガス量の約７５〜９５％、好ましくは約８５〜９
５％の量がシリンダに充填されるまで続けられる。そし
て充填行程は、その第３段階に入る。
【００２３】行程の第３段階の間、シリンダに充填され
るガス流量は次第に減少し、制御ループ３４がライン１
４に入る地点での圧力とガスシリンダ２２内の圧力との
差が減少する。圧力センサＡにより測定された圧力と目
標圧力との差が減少するに従って充填速度が減り続け、
所望の終了点に達する直前の流量は十分小さくなって、
ライン３４がライン１４に接続する地点での圧力とシリ
ンダ２２内の圧力との差が僅かになる。圧力センサＡに
より検出された圧力は、シリンダ２２内の圧力を正確に
反映する。第２圧力が所望の終了点に達すると、制御ユ
ニットＣが流量制御装置１６を閉鎖してシリンダ２２内
へのガスの流入を止める。各シリンダ２２，２４及び２
６を上記行程によって充填することにより、各シリンダ
には実質的に同量のガスが充填される。
【００２４】本発明の行程を、ガスシリンダに混合ガス
を充填するために用いる場合には、所望の順番でバルブ
８，１０及び１２を開けることにより、上記行程を混合
ガスの各ガス成分毎に繰り返す。シリンダに最初に最も
軽いガスを充填して、シリンダ内でガスがより早く混合
するようにすることが通常好ましい。混合ガスを準備す
るときに、シリンダ内に充填されるべき第１ガス成分の
量が十分に多いために、他のガス成分をシリンダに充填
するときにガスシリンダの温度上昇が防止される場合に
は、流量制御装置１６の開口速度を厳密にせずに、急激
な温度上昇を伴うことなしに流量制御装置を急に開ける
ことができる。しかしシリンダに導入される第１ガス成
分の量が少ない場合には、第１ガス成分をゆっくり導入
し、そしてシリンダ内に十分な全ガス量を導入して、残
りの充填行程の間の急激な温度上昇を防止できるように
十分なガス緩衝作用を提供するまで、第２ガス成分（お
よび、おそらく続くガス成分）を最初ゆっくりと流し込
むことが必要である。
【００２５】上記の行程は、フィードバック技術を実行
したときの本発明の方法である。前に示したように、本
発明の方法はフィードフォワード行程を実行することも
できる。フィードフォワード行程においては、本発明の
方法の種々の行程中のガス流量を、例えば所定のプログ
ラムによって制御することができる。
【００２６】本発明の範囲において、従来の機器を利用
して、システム内のガス流量を監視したり自動調節する
ことにより、システムを完全に自動化して効果的な方法
で連続的に作動させることができる。
【００２７】
【実施例１】添付図面に示すシステムを変更して、水の
体積で約５０リットルの１４本のガスシリンダに、９８
モル％のアルゴンと２モル％の酸素から構成される混合
ガスを、２１．１℃の基準温度で１８２．０２バール
（bara）の最終圧力に成るように同時に充填した。酸素
供給源をライン２に接続し、アルゴン供給源をライン４
に接続した。両方のガス成分を２０６バール（bara）の
圧力で供給した。充填前に、シリンダを開放して、約
０．４バール（bara）の初期圧力になるように排気し
た。この間、オリフィス制御バルブ１６とシリンダバル
ブとを開放状態にし、バルブ１６の上流のラインを排気
した。
【００２８】所望の混合ガスを生じるために、シリンダ
温度が２１．１℃で３．８５バール（bara）の酸素の目
標分圧が必要である。
【００２９】バルブ１６を閉じ、バルブ８を開放して充
填行程を開始した。全てのシリンダバルブを開放状態に
しておいた。そして流量制御バルブ１６を、その最大開
度の約１％開けた。これにより、ライン２０内が約０．
４８バールの初期圧力に上がった。制御ユニットＣがバ
ルブ１６のオリフィスサイズを調節し、圧力上昇の割合
がほぼ毎分０．６９バールとなった。シリンダ内の酸素
分圧が３．８５バール（bara）に達したとき、バルブ８
を閉じた。バルブ１６のオリフィスを、その最大の１％
に再度設定し、アルゴン供給バルブ１０を開いた。オリ
フィスを制御して、圧力上昇の割合がほぼ毎分１０バー
ルになるようにした。最終圧力（２１．１℃で１８２．
０２バール（bara）以下の圧力５．５バールにおいて、
ガス流量を毎分１．７バールに減らし、最終圧力以下の
１．４バールにおいて、ガス流量を毎分０．６９バール
に減らした。２１．１℃で１８２．０２バール（bara）
の全圧に達したとき、供給バルブ１０と全てのシリンダ
バルブを閉じた。シリンダ内の混合ガスを分析して、平
均１．８６％の酸素を含むことが分かった。
【００３０】上記と対照的に、シリンダへの酸素導入の
開始時に、ライン１４のオリフィスを完全に開いたと
き、バルブ８が開かれた最初の１秒間に、圧力は１３．
８バール以上に上がった。即ち圧力は、２１．１℃で
３．８５バール（bara）の目標値を越えた。
【００３１】本発明を特定の装置構成と特定の例を特に
参照しながら説明したが、これらの特徴は単に本発明の
代表例に過ぎず、変更例が考えられる。例えば、ガスシ
リンダ以外の容器に本発明の方法によって充填すること
もできるし、他の装置構成を本発明で使用することもで
きる。同様に、ガス容器に３種類以上のガス成分を含む
混合ガスを充填することもできる。本発明の範囲は、特
許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によってガスシリンダを充填する
ために有用なシステムを示す。コンプレッサ、熱交換機
及びバルブを含む補助装置は、本発明の理解のために必
要なく、発明の検討を簡単にするために図面から省略さ
れている。
【符号の説明】
２，４，６、１４ ライン ８，１０，１２、２８，３０，３２ バルブ １６ 流量制御装置 １８、３６ 制御ループ ２０ シリンダ充填マニホールド ２２，２４、２６ ガスシリンダ ３４ 圧力検知ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレ・ミッケ アメリカ合衆国ニュージャージー州07901, サミット，スプリングフィールド・アベニ ュー 777，アパートメント ６ (72)発明者 ラマチャンドラン・クリッシュナムルティ アメリカ合衆国ニューヨーク州10977− 6909，チェスナット・リッジ，ロス・アベ ニュー 13

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】(a) ガス容器内にガスを初期速度で流し
    始める行程と、(b) 所定の最大流量が達成されるま
    で、前記ガス容器内への前記ガスの流量を増加する行程
    と、(c) 前記ガス容器内の前記ガスの測定量と所望の
    最終量との差が減少するに従って、前記ガス容器内への
    前記ガスの流量を減少する行程と、(d) 前記ガス容器
    が前記ガスの所望の最終量を含むとき、前記ガス容器内
    への前記ガスの流入を停止する行程とを有する、ガス容
    器へのガスの充填方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記ガス
    容器への前記ガスの流量が前記所定の最大流量に達する
    までに必要な時間が、前記ガスの全充填時間の約２５〜
    ７５％の範囲内である充填方法。
  3. 【請求項３】請求項１記載の方法であって、前記ガス容
    器が前記ガスの所望の最終量の約７５〜９５％を含むと
    き、前記行程(c)を開始する充填方法。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方法
    であって、前記初期速度を十分に低くして、前記ガス容
    器内のガスの温度の急激な上昇を回避する充填方法。
  5. 【請求項５】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方法
    であって、前記容器内への前記ガスの流量の増加割合を
    十分に低くして、前記ガス容器内のガスの温度の急激な
    上昇を回避する充填方法。
  6. 【請求項６】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方法
    であって、前記行程(b)の間の前記ガス容器内へのガス
    流量の増加割合が一定である充填方法。
  7. 【請求項７】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方法
    であって、前記所定の最大流量と前記測定された流量と
    の差が減少するに従って、前記行程(b)の間の前記ガス
    容器内への前記ガスの流量が増加する充填方法。
  8. 【請求項８】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方法
    であって、前記行程(c)の間の前記ガス容器内への前記
    ガスの流量の減少の割合が一定である充填方法。
  9. 【請求項９】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方法
    であって、前記ガス容器内の前記ガスの実際量と前記ガ
    ス容器内の前記ガスの所望の最終量との差が減少するに
    従って、前記行程(c)の間の前記ガス容器内への前記ガ
    スの流量が減少する充填方法。
  10. 【請求項１０】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方
    法であって、前記ガス容器内の前記ガスの実際量と前記
    ガス容器内の前記ガスの所望の最終量とが、前記ガス容
    器内に含まれる前記ガスの分圧によって決定される充填
    方法。
  11. 【請求項１１】ガス容器に２以上のガスの混合ガスを充
    填する方法であって、前記混合ガスの少なくとも１つの
    ガス成分を、請求項１〜３のいづれか１つの方法によっ
    て前記ガス容器に充填する充填方法。
  12. 【請求項１２】請求項１１記載の方法であって、前記混
    合ガスの各ガス成分に前記行程(a)〜(d)を繰り返すこと
    により、前記混合ガスのガス成分を連続的に前記ガス容
    器に充填する充填方法。
  13. 【請求項１３】請求項１記載の方法であって、前記ガス
    容器が前記ガスの所望の最終量の約８５〜９５％を含む
    とき、前記行程(c)を開始する充填方法。
  14. 【請求項１４】請求項１〜３のいづれか１つに記載の方
    法であって、前記ガス容器がガスシリンダである充填方
    法。
  15. 【請求項１５】請求項１記載の方法であって、前記行程
    (a)〜(c)の間に前記ガスの流量を予め選択されたプログ
    ラムによって決定する充填方法。
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