JP5009061B2 - Gas filling method and gas filling device - Google Patents
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- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
本発明は、ガスボンベなどの圧力容器に、酸素などのガスを充填する方法および装置に関し、さらに詳しくは、昇圧ポンプや圧縮機などの駆動動力機器を使用することなく、圧力容器にガスを充填することが可能なガス充填方法およびガス充填装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for filling a pressure vessel such as a gas cylinder with a gas such as oxygen, and more specifically, fills the pressure vessel with a gas without using a driving power device such as a booster pump or a compressor. The present invention relates to a gas filling method and a gas filling apparatus.
圧力容器にガスを充填する方法は、一般的に普及している技術である。そのガス充填方法としては、主に、昇圧ポンプ、圧縮機などを用いて充填ガスを昇圧して高圧ガスを得た後、この高圧ガスを圧力容器内に移送する方法が挙げられる。このように昇圧ポンプなどを用いる方法では、充填ガスが少量の場合、適合する昇圧ポンプなどがなかった。
また、充填ガスが支燃性ガスである場合、支燃性ガスを急激に昇圧すると、圧縮断熱に伴う温度上昇や燃焼の危険性があるため、昇圧時の安全機構が必要となる。
さらに、圧力容器に高純度のガスを充填する必要がある場合、昇圧ポンプなどを用いると、充填ガスが汚染されるおそれがあり好ましくない。
The method of filling a pressure vessel with gas is a technique that is generally popular. Examples of the gas filling method include a method of boosting the filling gas using a booster pump, a compressor or the like to obtain a high-pressure gas, and then transferring the high-pressure gas into the pressure vessel. Thus, in the method using a booster pump or the like, there is no suitable booster pump or the like when the filling gas is small.
In addition, when the filling gas is a combustion-supporting gas, if the combustion-supporting gas is rapidly increased in pressure, there is a risk of temperature increase and combustion associated with compression insulation, so a safety mechanism at the time of pressure increase is required.
Furthermore, when it is necessary to fill the pressure vessel with a high-purity gas, using a booster pump or the like is not preferable because the filling gas may be contaminated.
従来、液化ガス貯槽内に貯留されている低温の液化ガスを、昇圧ポンプを使用せずに昇圧して圧力容器に充填する方法として、液化ガス貯槽内の液化ガスを加圧槽へ移送し、加圧槽に設けた加圧蒸発器で液化ガスの一部を気化して昇圧し、液化ガス貯槽内の液化ガスよりも高圧のガスを得た後、この高圧ガスを圧力容器に充填する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この方法では、液化ガスを加圧槽へ移送する際、加圧槽の冷却を充填対象である液化ガスで行っている。そのため、加圧槽が冷却されるまで、液化ガスは気化され、気化したガスを放出しなければならないためロスが発生する。そのため、この方法は、高価なガスを使用する場合には不向きである。
Conventionally, as a method of increasing the pressure of a low-temperature liquefied gas stored in a liquefied gas storage tank without using a booster pump and filling the pressure vessel, the liquefied gas in the liquefied gas storage tank is transferred to the pressurized tank, A method of vaporizing a part of the liquefied gas with a pressurized evaporator provided in the pressurized tank and increasing the pressure to obtain a gas higher in pressure than the liquefied gas in the liquefied gas storage tank, and then filling the high pressure gas into the pressure vessel Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
However, in this method, when the liquefied gas is transferred to the pressurized tank, the pressurized tank is cooled with the liquefied gas to be filled. Therefore, the liquefied gas is vaporized until the pressurized tank is cooled, and loss occurs because the vaporized gas must be released. Therefore, this method is not suitable when using an expensive gas.
また、本発明者等は、充填ガス以外の加温用ガスにより、液化した充填ガスを加温・昇圧した後、圧力容器に充填する方法を検討している。
しかしながら、この方法は、充填ガスが急激に昇圧するおそれがあるため、充填ガスが支燃性ガスである場合、急激な昇圧に伴って燃焼の危険性があるから、支燃性ガスには適用することができない。
However, since this method may increase the pressure of the filling gas rapidly, there is a risk of combustion accompanying the rapid pressure increase when the filling gas is a combustion-supporting gas. Can not do it.
よって、本発明における課題は、ポンプなどの駆動動力機器を用いることなく、支燃性ガスであっても、安全に圧力容器に充填することができ、さらにはロスがほとんどなく圧力容器に充填ガスを充填することができるようにすることにある。 Therefore, the problem in the present invention is that it is possible to safely fill a pressure vessel even with a combustion-supporting gas without using a driving power device such as a pump, and there is almost no loss, and the filling gas is filled in the pressure vessel. It is to be able to be filled.
本発明のガス充填方法は、ガスを液化・気化する液化気化槽を備えたガス充填装置を用いて、圧力容器にガスを充填するガス充填方法であって、前記液化気化槽が収容された液化気化槽ジャケット内に冷媒を供給することにより、前記液化気化槽を冷却して、前記液化気化槽内の充填ガスを液化して液化ガスとするとともに、前記圧力容器に充填する充填ガスの総量および圧力から必要な液化ガス量を算出する液化工程と、前記液化気化槽ジャケット内の冷媒を排出する排出工程と、前記排出工程の後、前記液化気化槽ジャケット内に加温用ガスを供給することにより、前記液化気化槽内の液化ガスを気化して前記圧力容器に充填する加温・昇圧工程を有し、前記加温・昇圧工程において、前記圧力容器内の圧力および前記液化気化槽ジャケット内の圧力に基づいて、前記液化気化槽ジャケット内への加温用ガスの供給量を調節し、前記圧力容器への充填ガスの充填速度を制御することを特徴とする。 The gas filling method of the present invention is a gas filling method for filling a pressure vessel with a gas using a gas filling device equipped with a liquefied vaporizing tank for liquefying and vaporizing the gas, wherein the liquefied vaporizing tank is accommodated. By supplying a refrigerant into the vaporization tank jacket, the liquefaction vaporization tank is cooled, and the filling gas in the liquefaction vaporization tank is liquefied into a liquefied gas, and the total amount of the filling gas filled in the pressure vessel and A liquefaction step of calculating a required amount of liquefied gas from the pressure, a discharge step of discharging the refrigerant in the liquefied vaporization tank jacket, and supplying a heating gas into the liquefied vaporization tank jacket after the discharge step And a heating / pressurizing step for vaporizing the liquefied gas in the liquefied vaporizing tank and filling the pressure vessel, and in the warming / pressurizing step, the pressure in the pressure vessel and the liquefied vaporizing tank jacket Based on the pressure in the bets, to adjust the supply amount of the warming gas to the liquefied vaporization vessel jacket, and controlling the filling rate of the filling gas into the pressure vessel.
前記排出工程において、前記圧力容器内の圧力の上昇を確認しながら、前記液化気化槽ジャケット内の冷媒を一定量ずつ間欠的に排出することが好ましい。 In the discharging step , it is preferable that the refrigerant in the liquefied vaporization tank jacket is discharged intermittently by a certain amount while confirming an increase in pressure in the pressure vessel.
本発明のガス充填装置は、圧力容器にガスを充填するためのガス充填装置であって、ガスを液化・気化する液化気化槽と、該液化気化槽を収容した液化気化槽ジャケットと、前記圧力容器に充填する充填ガスの総量および圧力から必要な液化ガス量を算出するとともに、前記圧力容器内の圧力および前記液化気化槽ジャケット内の圧力に基づいて、前記液化気化槽ジャケット内への加温用ガスの供給量を調節し、前記圧力容器への充填ガスの充填速度を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。 The gas filling device of the present invention is a gas filling device for filling a pressure vessel with a gas, a liquefied vaporizing tank for liquefying and vaporizing the gas, a liquefied vaporizing tank jacket containing the liquefied vaporized tank, and the pressure The required amount of liquefied gas is calculated from the total amount and pressure of the filling gas to be filled in the container, and based on the pressure in the pressure vessel and the pressure in the liquefied vaporization tank jacket, heating into the liquefied vaporization tank jacket is performed. And a control unit for adjusting a supply amount of the working gas and controlling a filling rate of the filling gas into the pressure vessel.
前記制御部は、前記圧力容器内の圧力の上昇を確認しながら、前記液化気化槽ジャケット内の冷媒を一定量ずつ間欠的に排出するように制御することが好ましい。 It is preferable that the control unit performs control so as to intermittently discharge the refrigerant in the liquefied vaporization tank jacket by a certain amount while confirming an increase in pressure in the pressure vessel.
本発明によれば、液化気化槽を内包する液化気化槽ジャケット内に冷媒を供給し、液化気化槽にて、充填ガスを他の冷媒により冷却して液化した後、この液化ガスを充填ガスとは異なる加温用ガスにより加温して気化して、圧力容器に充填するので、充填ガスをパージする必要が無く、ロスが生じない。したがって、特に高価なガスを圧力容器に充填する際に適している。
また、液化気化槽ジャケット内の圧力に基づいて、液化気化槽ジャケット内への加温用ガスの供給量を調節し、圧力容器への充填ガスの充填速度を制御するので、液化気化槽と圧力容器における急激な圧力の上昇を防止することができ、ガスの断熱圧縮などによる急激な温度上昇を防止することができるから、支燃性ガスに好適である。
According to the present invention, a refrigerant is supplied into a liquefied vaporization tank jacket that encloses a liquefied vaporization tank. Since the gas is heated and vaporized by different heating gases and filled in the pressure vessel, there is no need to purge the filling gas and no loss occurs. Therefore, it is suitable when filling a pressure vessel with especially expensive gas.
In addition, the amount of heating gas supplied into the liquefied vaporization tank jacket is adjusted based on the pressure in the liquefied vaporization tank jacket, and the filling rate of the filling gas into the pressure vessel is controlled. A rapid increase in pressure in the container can be prevented, and a rapid temperature increase due to adiabatic compression of the gas can be prevented, which is suitable for a combustion-supporting gas.
「ガス充填装置」
図1は、本発明のガス充填装置の一例を示す概略構成図である。
この例のガス充填装置は、充填ガスを貯留するバッファータンク3と、充填ガスを液化・気化する液化気化槽10と、液化気化槽10を収容し、気密構造にて一体化した液化気化槽ジャケット11と、制御部29とから概略構成されている。
"Gas filling device"
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the gas filling apparatus of the present invention.
The gas filling apparatus of this example includes a buffer tank 3 for storing a filling gas, a liquefied vaporizing
バッファータンク3は、管22、および、その中途に設けられたマスフローコントローラ1とエア駆動弁2から構成され、バッファータンク3に充填ガスを供給するための充填ガス供給ラインと、圧力計4とを備えている。
液化気化槽10は、液化気化槽10内の充填ガスの圧力を測定する圧力計9を備えるとともに、管23と、その中途に設けられたエア駆動弁6およびマスフローコントローラ5とから構成される移送ラインを介して、バッファータンク3に接続されている。また、液化気化槽10は、管24と、その中途に設けられたエア駆動弁21とから構成され、圧力容器20に充填ガスを充填するための充填ラインを介して、圧力容器20に接続されている。
また、マスフローコントローラ5は、移送した液化ガスの流量を積算する機能を有している。
The buffer tank 3 includes a
The liquefying and vaporizing
The mass flow controller 5 has a function of integrating the flow rate of the transferred liquefied gas.
さらに、液化気化槽10は、その中途に調節弁8とエア駆動弁7が設けられた管25を介して、バッファータンク3に接続されている。この管25は、何らかの原因により液化気化槽10内の圧力が上昇した場合、液化気化槽10内の充填ガスをバッファータンク3に戻すため、あるいは、充填後において系内に残った充填ガスをバッファータンク3に回収するための戻りラインである。
Furthermore, the
液化気化槽ジャケット11は、管26と、その中途に設けられた蒸発器15および電磁弁16とから構成され、液化気化槽ジャケット11に加温するガスを供給するための加温ガス供給ラインを備えている。
また、液化気化槽ジャケット11は、管27と、その中途に設けられた電磁弁17とから構成され、液化気化槽ジャケット11に冷媒を供給するための冷媒供給ラインを備えている。
さらに、液化気化槽ジャケット11は、管28と、その中途に設けられた電磁弁18とから構成され、液化気化槽ジャケット11から冷媒を排出するための排気ラインを備えている。
The liquefying and vaporizing tank jacket 11 includes a
The liquefied vaporization tank jacket 11 includes a
Further, the liquefying and vaporizing tank jacket 11 includes a
また、液化気化槽ジャケット11は、気化した冷媒を大気放出するための調節弁13と電磁弁14とを並列に備えている。
また、液化気化槽ジャケット11は、冷媒の液面を計測するための液面計19と、冷媒の圧力を感知する圧力計12とを備えている。
Moreover, the liquefied vaporization tank jacket 11 is equipped with the
The liquefied vaporization tank jacket 11 includes a
制御部29では、圧力容器20に充填する充填ガスの総量および圧力から必要な液化ガス量を算出する。
また、制御部29は、圧力容器20内の圧力および液化気化槽ジャケット11内の圧力に基づいて、液化気化槽ジャケット11内への加温用ガスの供給量を調節し、圧力容器20への充填ガスの充填速度を制御する。
さらに、制御部29は、圧力容器20内の圧力の上昇を確認しながら、液化気化槽ジャケット11内の冷媒を一定量ずつ間欠的に排出するように制御する。
The
Further, the
Further, the
「ガス充填方法」
次に、図1に示したガス充填装置を使用し、圧力容器にガスを充填する方法(ガス充填方法)について説明する。
このガス充填方法は、充圧工程、液化工程、加温・昇圧工程および圧力回収工程から構成されている。
この説明において、充填ガスとしては支燃性ガスの酸素同位体ガス、冷媒としては液化窒素を用いる場合を例示する。酸素同位体ガスは、通常の酸素と同様に支燃性であり、非常に高価なガスである。
"Gas filling method"
Next, a method (gas filling method) for filling the pressure vessel with gas using the gas filling apparatus shown in FIG. 1 will be described.
This gas filling method includes a charging step, a liquefaction step, a heating / pressurizing step, and a pressure recovery step.
In this description, an oxygen isotope gas of a combustion-supporting gas is used as the filling gas, and liquefied nitrogen is used as the refrigerant. The oxygen isotope gas is a combustion-supporting gas like ordinary oxygen and is a very expensive gas.
(充圧填工程)
まず、バッファータンクに充填ガスである酸素同位体ガスを導入する工程(充圧填工程)について説明する。
エア駆動弁2,6を開、エア駆動弁7,21を閉とするとともに、マスフローコントローラ5を全開とし、マスフローコントローラ1を徐々に設定値の最大値まで開くことにより、バッファータンク3および充填ガス供給ラインに、緩やかに酸素同位体ガスを導入する。
なお、マスフローコントローラ1の前段には、充填ガスの貯槽や、空気から充填ガスとその他のガスとに分離するための空気分離装置(図示略)などが設けられている。エア駆動弁2の開閉により、充填ガスが一気に流れたり、停止して、この空気分離装置の気液バランスを乱すおそれがあるため、マスフローコントローラ1を徐々に開とする。
(Filling and filling process)
First, a process of introducing an oxygen isotope gas that is a filling gas into the buffer tank (a filling pressure filling process) will be described.
The
In addition, a front stage of the mass flow controller 1 is provided with a filling gas storage tank, an air separation device (not shown) for separating the air into a filling gas and other gases. The gas flow controller 1 is gradually opened because there is a possibility that the filling gas may flow or stop at once due to the opening and closing of the air drive valve 2 and disturb the gas-liquid balance of the air separation device.
次いで、圧力計4により、バッファータンク3内の圧力を測定し、規定圧力に達したらマスフローコントローラ1を徐々に設定値0(閉)とし、設定値が0に到達した後、エア駆動弁2を閉とし、バッファータンク3および充填ガス供給ラインへの酸素同位体ガスの導入(充圧填)を終了する。
なお、上記の規定圧力を、酸素同位体ガスの原料自体の圧力値未満とする。
Next, the pressure in the buffer tank 3 is measured by the pressure gauge 4, and when the specified pressure is reached, the mass flow controller 1 is gradually set to the set value 0 (closed), and after the set value reaches 0, the air drive valve 2 is turned on. Then, the oxygen isotope gas introduction (packing pressure filling) into the buffer tank 3 and the filling gas supply line is completed.
The specified pressure is set to be less than the pressure value of the oxygen isotope gas raw material itself.
(液化工程)
次に、酸素同位体ガスを液化する工程(液化工程)について説明する。
上記の充圧填工程にて、バッファータンク3および充填ガス供給ラインへの酸素同位体ガスの導入が完了した後、圧力容器20および管24を酸素でパージし、充填ライン内の空気分などを除去しておく。
次に、エア駆動弁21を開とし、その時点における圧力計4による測定値を制御システム(図示略)に保存する。この圧力計4による測定値(圧力値)は、液化開始時において、バッファータンク3および充填ガス供給ライン(管23)に存在する酸素同位体ガスの圧力、並びに、液化気化槽10および充填ライン(管24)に存在するガスの圧力を示す。
なお、この圧力値は、酸素同位体ガスの流量の積算(酸素同位体ガスの充填量)の終了判定に用いられる。
(Liquefaction process)
Next, the process (liquefaction process) which liquefies oxygen isotope gas is demonstrated.
After the introduction of the oxygen isotope gas into the buffer tank 3 and the filling gas supply line is completed in the above filling and filling step, the
Next, the air drive valve 21 is opened, and the value measured by the pressure gauge 4 at that time is stored in a control system (not shown). The measured value (pressure value) by the pressure gauge 4 is the pressure of the oxygen isotope gas existing in the buffer tank 3 and the filling gas supply line (pipe 23), the
This pressure value is used to determine the end of integration of the oxygen isotope gas flow rate (filling amount of oxygen isotope gas).
次いで、エア駆動弁6を開のまま維持し、マスフローコントローラ5の設定値を一定として、バッファータンク3から液化気化槽10へ移送する酸素同位体ガスの流量が一定となるようにする。
Next, the
次いで、液化気化槽ジャケット11に設けられた液面計19の測定値に応じて、電磁弁17の開閉を制御し、液化気化槽ジャケット11に冷媒である液化窒素を規定値まで供給する。なお、液面計19の測定値が常に規定値付近になるよう電磁弁17の開閉を制御する。
この際、液化気化槽ジャケット11に導入した液化窒素の蒸発分を大気放出するために、圧力計12と調節弁13を調節することにより、液化気化槽ジャケット11内の圧力をPID制御する。
Next, the opening and closing of the
At this time, the pressure in the liquefied vaporization tank jacket 11 is PID controlled by adjusting the
なお、液化窒素を供給する規定値は、液化気化槽ジャケット11の容積の70〜90%程度が好ましい。
また、調節弁13を調節しても液化窒素の蒸発分の大気放出を十分に行えない場合、電磁弁14を常時、開とし、蒸発分の大気放出能力を上げることも有効である。
また、液化気化槽ジャケット11へ液化窒素を導入する際、液化気化槽ジャケット11内の圧力が規定値以上に達した場合、電磁弁17を閉として液化窒素の導入を一時的に中断する機構が設けられていればより安全であるので好ましい。
The specified value for supplying liquefied nitrogen is preferably about 70 to 90% of the volume of the liquefied vaporization tank jacket 11.
In addition, when the
In addition, when introducing liquefied nitrogen into the liquefied vaporization tank jacket 11, when the pressure in the liquefied vaporization tank jacket 11 reaches a specified value or more, a mechanism for temporarily interrupting the introduction of liquefied nitrogen by closing the
このように液化気化槽ジャケット11を液化窒素で満たすことにより、液化気化槽10を冷却する。その結果、液化気化槽10内にて酸素同位体ガスが液化され、液化気化槽10内の圧力が低下する。すると、バッファータンク3に充填された酸素同位体ガスは、マスフローコントローラ5を通じて液化気化槽10に移送され、液化される。
そして、マスフローコントローラ5を流れる酸素同位体ガスの流量を積算し、この積算量が既定値に達した時、マスフローコントローラ5の設定値を0(閉)として、エア駆動弁6,17を閉とする。
また、液化窒素の蒸発分を大気放出するために、電磁弁14を開としている場合、こちらも同時に閉とする。
Thus, the liquefied
Then, the flow rate of the oxygen isotope gas flowing through the mass flow controller 5 is integrated, and when this integrated amount reaches a predetermined value, the set value of the mass flow controller 5 is set to 0 (closed), and the
Further, when the electromagnetic valve 14 is opened in order to release the liquefied nitrogen vapor to the atmosphere, it is also closed at the same time.
なお、バッファータンク3から液化気化槽10へ移送する酸素同位体ガスの積算量、すなわち、充填量の既定値は、下記の式(1)に基づいて算出される。
(P2+0.1013)×(V1+V2+V3)/0.1013−(P1+0.1013)×(V1+V2+V3)/0.1013 (1)
但し、式(1)中、P1は液化開始時において、圧力計4が示す圧力値であり、バッファータンク3および充填ガス供給ライン(管23)に存在する酸素同位体ガスの圧力、並びに、液化気化槽10および充填ライン(管24)に存在するガスの圧力を表している。P2は圧力容器20への充填目標圧力、V1は液化気化槽10の体積、V2は圧力容器20の体積、V3は液化気化槽10と圧力容器20を接続する管24の体積+αを表している。
The integrated amount of oxygen isotope gas transferred from the buffer tank 3 to the
(P2 + 0.1013) × (V1 + V2 + V3) /0.1013− (P1 + 0.1013) × (V1 + V2 + V3) /0.1013 (1)
However, in Formula (1), P1 is the pressure value which the pressure gauge 4 shows at the time of the start of liquefaction, the pressure of the oxygen isotope gas which exists in the buffer tank 3 and the filling gas supply line (pipe 23), and liquefaction The pressure of the gas which exists in the
上記の式(1)の第一項は、充填目標圧力下における液化気化槽10の体積+圧力容器20の体積+管24の体積+αの体積を、標準圧力(0℃、1atm)時の体積に換算した数値である。一方、第二項は、液化開始前に管24と液化気化槽10に入っていた酸素同位体ガスの体積を引いた数値である。
The first term of the above formula (1) is the volume at the standard pressure (0 ° C., 1 atm) as the volume of the liquefied
また、V3において、充填配管の体積にα(体積)を加えた値とするのは、後述する加温・昇圧工程にて、バッファータンク3に酸素同位体ガスが僅かに戻ることがあるため、その不足分を補正する必要があるからである。 In addition, in V3, the value obtained by adding α (volume) to the volume of the filling pipe is because the oxygen isotope gas may slightly return to the buffer tank 3 in the heating and pressurizing process described later. This is because the shortage needs to be corrected.
また、ガス充填装置の周囲の温度Tを測定可能な場合、上記の式(1)を、下記の式(2)のように変更することによって、より正確に酸素同位体ガスの積算量の規定値を決定することができる。
[(P2+0.1013)×(V1+V2+V3)/0.1013−(P1+0.1013)×(V1+V2+V3)/0.1013]×T/273 (2)
なお、上記式のTは液化工程開始時に測定した値である。
Further, when the temperature T around the gas filling device can be measured, the above formula (1) is changed to the following formula (2) to thereby more accurately define the integrated amount of oxygen isotope gas. The value can be determined.
[(P2 + 0.1013) × (V1 + V2 + V3) /0.1013− (P1 + 0.1013) × (V1 + V2 + V3) /0.1013] × T / 273 (2)
T in the above formula is a value measured at the start of the liquefaction process.
次いで、電磁弁18を開として、液化気化槽ジャケット11内に充填した液化窒素を排出する。
この際、液化気化槽ジャケット11内の液化窒素の量が少なくなるに伴って、液化気化槽10にて液化している酸素同位体ガスが気化し、圧力計9によって測定される、圧力容器20内の酸素同位体ガスの圧力値が急激に上昇する危険性がある。
そこで、図2に示すように、液化気化槽ジャケット11内に充填されている液化窒素を一定量ずつ、間欠的に液化窒素を排出する。それとともに、酸素同位体ガスの急激な昇圧を防止するために、液化窒素を一定量排出する度に、圧力計9により酸素同位体ガスの圧力を確認して、酸素同位体ガスの圧力が規定圧力以上に上昇した場合には液化窒素の排出を一時的に中断し、酸素同位体ガスの圧力が規定圧力以下に低下した後、液化窒素の排出を再開する。
Next, the
At this time, as the amount of liquefied nitrogen in the liquefied vaporization tank jacket 11 decreases, the oxygen isotope gas liquefied in the liquefied
Therefore, as shown in FIG. 2, the liquefied nitrogen is discharged intermittently by a certain amount of the liquefied nitrogen filled in the liquefied vaporization tank jacket 11. At the same time, the pressure of the oxygen isotope gas is determined by checking the pressure of the oxygen isotope gas with the pressure gauge 9 every time a certain amount of liquefied nitrogen is discharged in order to prevent sudden pressure increase of the oxygen isotope gas. When the pressure rises above the pressure, the discharge of liquefied nitrogen is temporarily interrupted, and the discharge of liquefied nitrogen is resumed after the pressure of the oxygen isotope gas drops below the specified pressure.
次いで、液化気化槽ジャケット11内の液化窒素の液面が液化気化槽ジャケット11の容積の1%以下まで下がった時点で、電磁弁18を閉とし、液化窒素の排出を終了する。
なお、液化窒素を排出する間隔は、液化気化槽10に充填されている酸素同位体ガスの総量の10%程度ずつとすることが好ましいが、より少量ずつ排出することによって安全性を高めることができる。
Next, when the liquid level of the liquefied nitrogen in the liquefied vaporization tank jacket 11 falls to 1% or less of the volume of the liquefied vaporization tank jacket 11, the
The interval at which the liquefied nitrogen is discharged is preferably about 10% of the total amount of oxygen isotope gas filled in the liquefied
(加温・昇圧工程)
次に、酸素同位体ガスを加温・昇圧する工程(加温・昇圧工程)について説明する。
上記の液化工程が完了した、電磁弁16を開とし、蒸発器15により気化した液化窒素(加温用ガス)を、液化気化槽ジャケット11に移送し、電磁弁13を介して大気放出することによって液化気化槽10を加温する。この液化気化槽10の加温により、この槽内の酸素同位体ガスは気化し、昇圧する。
(Heating / Pressurizing process)
Next, a process of heating / pressurizing the oxygen isotope gas (heating / pressurizing process) will be described.
When the above liquefaction process is completed, the
そして、気化した酸素同位体ガスが圧力容器20に移送され、充填が開始される。
ここでは、圧力計12の測定値および圧力計9の測定値に応じて、電磁弁16の開閉を制御し、液化気化槽ジャケット11内への加温用ガスの供給量を調節し、圧力容器20への充填ガスの充填速度を制御する。
すなわち、圧力計12の測定値(液化気化槽ジャケット内の圧力値)が所定の値よりも高くなった場合、電磁弁16を閉とし、加温用ガスの移送を停止して液化気化槽10の熱交換能力を下げる。一方、圧力計12の測定値が所定の値よりも低くなった場合、電磁弁16を開とし、加温用ガスの移送を再開して液化気化槽ジャケット11へ、連続的に気化した液化窒素の供給し、液化気化槽10を加温して熱交換能力を上げる。
Then, the vaporized oxygen isotope gas is transferred to the
Here, according to the measured value of the
That is, when the measured value of the pressure gauge 12 (pressure value in the liquefied vaporization tank jacket) becomes higher than a predetermined value, the
この加温・昇圧工程では、調節弁13を調節することにより、圧力計9と圧力計12の両方をPID制御する。
圧力計9と圧力計12のPID制御をハイセレクターとし、開出力が大きい方を優先する。
なお、圧力計12のPID制御の設定値を一定とすることにより、液化気化槽ジャケット11内の圧力が異常に上昇するのを防止している。
In this heating / pressurizing step, both the pressure gauge 9 and the
The PID control of the pressure gauge 9 and the
In addition, by making the set value of PID control of the
一方、圧力計9のPID制御の設定値は、傾きを数段に分けて徐々に上昇することにより、充填圧力まで昇圧する。
このように圧力計9のPID制御の設定値を徐々に上昇することによって、調節弁13により液化気化槽ジャケット11を通過する加温ガス(窒素ガス)の流量を調節して、酸素同位体ガスを徐々に昇圧することができる。
図3は、圧力計9のPID制御の設定値を3段階に分け、酸素同位体ガスを徐々に昇圧した例を示す。この例では、昇圧開始時には液化気化槽ジャケット11が十分に暖められていないため昇圧速度を遅くし(1段目)、液化気化槽ジャケット11が十分に暖めた後、昇圧速度を速くし(2段目)、昇圧の最後においてはほとんどの酸素同位体ガスが気化しているため昇圧速度を遅くする(3段目)。
On the other hand, the set value of PID control of the pressure gauge 9 is increased to the filling pressure by gradually increasing the slope in several stages.
In this way, by gradually increasing the set value of PID control of the pressure gauge 9, the flow rate of the heated gas (nitrogen gas) passing through the liquefied vaporization tank jacket 11 is adjusted by the
FIG. 3 shows an example in which the PID control set value of the pressure gauge 9 is divided into three stages, and the oxygen isotope gas is gradually increased. In this example, since the liquefied vaporization tank jacket 11 is not sufficiently warmed at the start of pressurization, the pressure increase speed is slowed down (first stage). At the end of the pressurization, most of the oxygen isotope gas is vaporized, so the pressurization speed is slowed down (third stage).
また、この加温・昇圧工程における安全機構として、調節弁8により圧力計9の値をPID制御する。この調節弁8によるPID制御の設定値を、充填ガスの圧力容器20への充填圧力にβを加えた値とし、この加算分βを充填圧力の1〜5%程度の値とすることが好ましい。
また、調整弁8を開とする直前に、エア駆動弁7を開とし、液化気化槽10内の圧力の超過分(気化した酸素同位体ガスの超過分)をバッファータンク3に戻す。
さらに、調節弁8を調節することにより、圧力計9の値の変化率に関するPID制御を同時に行い、この制御をハイセレクターとし、酸素同位体ガスが急激に昇圧しても対応できるようにすることによってさらに安全性を高めることができる。
In addition, as a safety mechanism in the heating / pressurizing process, the value of the pressure gauge 9 is PID controlled by the control valve 8. The set value of PID control by the control valve 8 is preferably a value obtained by adding β to the filling pressure of the filling gas into the
Immediately before opening the regulating valve 8, the air drive valve 7 is opened, and the excess of the pressure in the liquefied vaporization tank 10 (the excess of vaporized oxygen isotope gas) is returned to the buffer tank 3.
Furthermore, by adjusting the control valve 8, PID control regarding the rate of change of the pressure gauge 9 is simultaneously performed, and this control is used as a high selector so that the oxygen isotope gas can be dealt with even when the pressure is rapidly increased. Can further increase safety.
この加温・昇圧工程は、圧力計9の測定値が、充填ガスの圧力容器20への充填圧力に達した時点で終了とする。すなわち、この時点で、圧力容器20への酸素同位体ガスの充填を終了する。
This heating / pressurizing step ends when the measured value of the pressure gauge 9 reaches the filling pressure of the filling gas into the
(圧力回収工程)
次に、各ラインに残留する充填ガスをバッファータンクに回収する工程(圧力回収工程)について説明する。
圧力容器20の元弁(図示略)を閉とし、エア駆動弁7と調節弁8を開として、バッファータンク3に酸素同位体ガス(の超過分)を回収する。このバッファータンク3に回収した酸素同位体ガスは、次回の充填ガスの充填時に再利用することができる。
(Pressure recovery process)
Next, a process of recovering the filling gas remaining in each line in the buffer tank (pressure recovery process) will be described.
The main valve (not shown) of the
次いで、充填ガス供給ライン、移送ライン、充填ライン、戻りラインなどの各ラインに残留する充填ガスをバッファータンク3に回収した後、エア駆動弁21を閉として、圧力容器20を取り出す。
Next, after the filling gas remaining in each line such as the filling gas supply line, the transfer line, the filling line, and the return line is collected in the buffer tank 3, the air driving valve 21 is closed and the
なお、この圧力回収工程においても、調節弁8により圧力計9の値をPID制御する。この際、圧力計9のPID制御の設定値を徐々に下降させることにより、酸素同位体ガスが急速にバッファータンク3に移送されることを防止する。 In this pressure recovery step, the value of the pressure gauge 9 is PID controlled by the control valve 8. At this time, the oxygen isotope gas is prevented from being rapidly transferred to the buffer tank 3 by gradually lowering the set value of the PID control of the pressure gauge 9.
1・・・マスフローコントローラ、2・・・エア駆動弁、3・・・バッファータンク、4・・・圧力計、5・・・マスフローコントローラ、6・・・エア駆動弁、7・・・エア駆動弁、8・・・調節弁、9・・・圧力計、10・・・液化気化槽、11・・・液化気化槽ジャケット、12・・・圧力計、13・・・調節弁、14・・・電磁弁、15・・・蒸発器、16・・・電磁弁、17・・・電磁弁、18・・・電磁弁、19・・・液面計、20・・・圧力容器、21・・・エア駆動弁、29・・・制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mass flow controller, 2 ... Air drive valve, 3 ... Buffer tank, 4 ... Pressure gauge, 5 ... Mass flow controller, 6 ... Air drive valve, 7 ... Air drive Valves, 8 ... Control valve, 9 ... Pressure gauge, 10 ... Liquefaction vaporization tank, 11 ... Liquefaction vaporization tank jacket, 12 ... Pressure gauge, 13 ... Control valve, 14 ... -Solenoid valve, 15 ... Evaporator, 16 ... Solenoid valve, 17 ... Solenoid valve, 18 ... Solenoid valve, 19 ... Liquid level gauge, 20 ... Pressure vessel, 21 ... -Air drive valve, 29 ... control part.
Claims (4)
前記液化気化槽が収容された液化気化槽ジャケット内に冷媒を供給することにより、前記液化気化槽を冷却して、前記液化気化槽内の充填ガスを液化して液化ガスとするとともに、前記圧力容器に充填する充填ガスの総量および圧力から必要な液化ガス量を算出する液化工程と、
前記液化気化槽ジャケット内の冷媒を排出する排出工程と、
前記排出工程の後、前記液化気化槽ジャケット内に加温用ガスを供給することにより、前記液化気化槽内の液化ガスを気化して前記圧力容器に充填する加温・昇圧工程を有し、
前記加温・昇圧工程において、前記圧力容器内の圧力および前記液化気化槽ジャケット内の圧力に基づいて、前記液化気化槽ジャケット内への加温用ガスの供給量を調節し、前記圧力容器への充填ガスの充填速度を制御することを特徴とするガス充填方法。 A gas filling method for filling a pressure vessel with gas using a gas filling device equipped with a liquefied vaporization tank for liquefying and vaporizing gas,
By supplying a refrigerant into the liquefied vaporization tank jacket in which the liquefied vaporization tank is accommodated, the liquefied vaporization tank is cooled, and the filling gas in the liquefied vaporization tank is liquefied to become a liquefied gas, and the pressure A liquefaction step of calculating the amount of liquefied gas required from the total amount and pressure of the filling gas filled in the container ;
A discharge step of discharging the refrigerant in the liquefied vaporization tank jacket ;
After the discharging step , by supplying a heating gas into the liquefied vaporization tank jacket, the liquefied vaporization tank is vaporized and filled into the pressure vessel by a heating / pressurizing process,
In the heating / pressurizing step, based on the pressure in the pressure vessel and the pressure in the liquefied vaporization tank jacket, the supply amount of the heating gas into the liquefied vaporization tank jacket is adjusted, and the pressure vessel is supplied. A gas filling method comprising controlling a filling speed of a filling gas.
ガスを液化・気化する液化気化槽と、該液化気化槽を収容した液化気化槽ジャケットと、前記圧力容器に充填する充填ガスの総量および圧力から必要な液化ガス量を算出するとともに、前記圧力容器内の圧力および前記液化気化槽ジャケット内の圧力に基づいて、前記液化気化槽ジャケット内への加温用ガスの供給量を調節し、前記圧力容器への充填ガスの充填速度を制御する制御部とを備えたことを特徴とするガス充填装置。 A gas filling device for filling a pressure vessel with gas,
A liquefied vaporization tank for liquefying and vaporizing gas, a liquefied vaporization tank jacket containing the liquefied vaporized tank, a total amount of filling gas filled in the pressure vessel, and a required liquefied gas amount are calculated from the pressure vessel. A control unit that adjusts the supply amount of the heating gas into the liquefied vaporization tank jacket based on the internal pressure and the pressure in the liquefied vaporization tank jacket, and controls the filling rate of the filling gas into the pressure vessel And a gas filling device.
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