(57)【要約】  圧力容器（１）、特にエアバッグシステム中の圧力容器を、ガスまたはガス混合物で充填するための方法において、１種以上の低温で凝固したガス、および任意に、低温で液化したガスを、圧力容器（１）中に導入する。
2008501918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器（１）、特にエアバッグシステムにおける圧力容器にガスまたはガス混合物を充填するための方法であって、少なくとも１種の低温で凝固したガスおよび／または少なくとも１種の低温で凝固したガス混合物を圧力容器（１）中に導入することによるか、または少なくとも１種の凝固したガスまたは凝固したガス混合物若しくはガススラッシュ（gas slush）を、冷却した圧力容器（１）中で製造することによる方法。
【請求項２】
さらに、少なくとも１種の低温で液化したガス若しくはガス混合物、および／またはガス状態にある少なくとも１種のガス若しくはガス混合物を、前記圧力容器（１）中に導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
低温で凝固したガスまたはガス混合物の導入を、前記圧力容器（１）における少なくとも１種のガスの凝縮（condensation）により達成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
凝固したガス若しくはガス混合物、またはガススラッシュの導入または製造後に、固体相、液相またはガス相にある少なくとも１種のガスを、前記圧力容器（１）中にさらに充填することを特徴とする請求項１〜３のうちの一項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１種の低温で凝固したガス若しくはガス混合物、または少なくとも１種の低温で液化したガス若しくはガス混合物を、収容器中の、または貯蔵手段を有する前記圧力容器（１）中に導入することを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載の方法。
【請求項６】
充填した後に前記圧力容器（１）を閉じることにより温めるか、または積極的に加熱することによって、前記圧力容器（１）中に圧力が発生することを特徴とする請求項１〜５のうちの一項に記載の方法。
【請求項７】
圧力容器（１）の、ガスまたはガス混合物による加圧充填のための、少なくとも１種の低温で凝固したガスまたはガス混合物の使用。
【請求項８】
前記圧力容器（１）が、エアバッグシステムのガス発生器であることを特徴とする請求項７に記載の使用。
【請求項９】
低温で凝固したガス若しくはガス混合物、および／または低温で液化したガスまたはガス混合物を、特に容器または圧力容器（１）中に計り入れるための、少なくとも１つの収容器および／または貯蔵手段の使用。
【請求項１０】
加圧された、ガス充填した圧力容器（１）の製造のための、少なくとも１種の低温で凝固したガスまたはガス混合物の使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、圧力容器、特にエアバッグシステムの圧力容器をガスで充填するための方法に関する。
【０００２】
車両中のエアバッグは、新しいタイプのガス発生器をますます用いており、これは、万一事故の場合には、数ミリ秒でエアバッグを膨らませる。高圧ガス貯蔵システムが、ガス発生器として用いられている。
【０００３】
種々のガスを充填したガス発生器は、１０００ｂａｒまでの圧力でのその製造および充填の双方に関して、製造における非常に大きい技術的問題をもたらす。特に急速な充填中の圧縮熱は、正確に予め定めた多量のガスを導入するためには、これらの圧力が必要とされるということを意味する。これらは、エアバッグの後の膨張特性にとって極めて重要である。
【０００４】
非常に高価で複雑なピストンまたはダイヤフラム圧縮機が、非常に高い圧力を発生させるために必要とされる。これは、高額な投資費用、並びに高額な操業費および維持費を要する。さらに、相応して複雑で高価な下流のガス供給が、これらの圧力について必要とされる。
【０００５】
これらの問題に対する１つの考えられる解決策は、低温充填法であり、これは例えば、EP 0 033 386 A1 または DE 198 17 324 A1 に記載されている。この方法においては、圧力容器中に導入されるガスを、充填操作前に液化するか、またはその沸点よりもほんのわずかに高い温度にまで少なくとも冷却する。このような状況で好ましい冷却剤は、液体窒素である。ガス体積は、（圧力が一定のままである場合には）冷却中の温度にほぼ比例するため、このようにして、有効貯蔵容量を、少なからぬ量まで増加させることができる。
【０００６】
本発明は、圧力容器のガスまたはガス混合物による高圧充填のための代替方法を提供する目的に基づく。
【０００７】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する方法により達成される。
【０００８】
本発明による方法（プロセス）は、圧力容器中に導入される前、最中または後に低温で凝固した相に変換される少なくとも１種のガスを含む。例えば、ガスを、低温で凝固した相に変換して、圧力容器に導入するか、またはガスをそれ相応に冷却した圧力容器中に導入することにより、圧力容器中で、低温で凝固した相として凝縮する（condense）。このようにして、圧力容器に充填する間、低温で凝固した（氷）状態の１種以上のガスを利用することにより、ガス充填圧力容器を高圧で製造することができる。導入操作（充填プロセス）中は、過剰圧力をかける必要がないか、または比較的低い過剰圧力をかける必要があるだけである。圧力容器中の圧縮ガス混合物の製造のために、有利には、異なる、低温で凝固したガスを用いる。さらに、有利には、少なくとも１種の低温で凝固したガスと少なくとも１種の他のガスを、圧縮ガス混合物の製造のために用いる。圧縮ガス混合物の製造のために、少なくとも１種の低温で凝固したガスの導入を、少なくとも１種の低温で液化したガス、および／またはガス状態にある他の冷たいガス若しくは温かいガスの導入と組み合わせることができる。有利には、低温で凝固したガスと、任意に、低温で液化したガスとを圧力容器に導入した後に、冷たいガスを加える（例えば、圧縮ガスとして。すなわち、圧力容器にガスをポンプで送り込むことによる）。ガスと言う語は、純粋なガスまたはガス混合物を含む。圧力容器を、低温で凝固したガス、および任意に、低温で液化したガスおよび／またはガス状態にあるガスで充填した後に、圧力容器を閉じる。
【０００９】
低温で液化したガスは、冷却（クーリング）により液化させたガス、例えば低温で液化した窒素（ＬＮ２）、低温で液化した酸素、低温で液化したアルゴン、低温で液化した水素、または低温で液化したヘリウムである。
【００１０】
低温で凝固したガスは、冷却（冷凍）により凝固させたガス、例えば低温で凝固した窒素、低温で凝固した酸素、低温で凝固したアルゴン、または低温で凝固した二酸化炭素である。これは、液体相と固体相の間の転移相（transition phase）のガスまたはガス混合物であるスラッシュガス（slush gas）も含む。氷状に凍結させた、若しくは低温で凝固したガス、またはスラッシュガスは、アイスガス（ice gas）として知られる。
【００１１】
一例として、液体窒素（−１９６℃）中で氷状に凍結させたアルゴン（三重点温度  −１８９℃）は、室温における加圧されないアルゴンと比較して、約１０００倍増加した密度を有し得る。例えば、圧力容器を、アルゴンアイスで充填した後に素早く閉じると、圧力は、その周囲からの熱の吸収を通じて、充填レベルに応じて、一例として、数百ｂａｒにまで、例えば、６０％の充填レベルについては約９５０ｂａｒにまで大幅に上昇する。
【００１２】
アイスガス（低温で凝固したガスまたはスラッシュガス）で充填する１つの具体的な利点は、その高い潜熱であり、アイスガスが温かいまたは予備冷却された圧力容器中に導入される際に、より低い蒸発損失をもたらす。
【００１３】
アイスガス充填に対するさらなる改善を、WO 02/086379 A1 および DE 101 19 115 A1（内部ファイルリファレンス  ＭＧ２４４５）（これにより明示の参照がなされたものとする）中に記載されるように、例えば、低い熱浸透率を有する材料で、容器の内壁をコーティングすることにより達成することができる。
【００１４】
アイスガス充填に対するさらなる改善を、移動容器を用いることにより達成することができ、ここで、アイスガスは、圧力容器中に導入される。この移動容器は、一時的に低温のアイスガスを収容することができる、任意のタイプの収容器、例えばプラスチック容器または金属容器であり得る。この方法の変形を、以下に記述する。
【００１５】
アイスガスのさらなる利点は、良好な計量性をもたらすことである。必要な充填質量を、氷の状態にあるガスの体積および密度により簡単に決定することができる。
【００１６】
さらなる改善を、氷または雪の形態にある塊の、機械的なまたはガス圧下での、好ましくは低温での圧縮により達成することができる。
【００１７】
ガス混合物の充填についての考えられる方法は、冷却した圧力容器中への予め混合したガスの充填である。有利には、混合物のうちの少なくとも１種のガスの三重点が、充填中または充填後のその凝固を確実にするために、冷却浴温度よりも低い。好ましくは、圧力容器を、充填中、液体窒素浴中に浸漬させる。
【００１８】
考えられるガス混合物は、例えば、Ａｒ／Ｏ２、Ａｒ／Ｎ２、Ａｒ／Ｈ２、若しくはＡｒ／Ｈｅ、若しくはＡｒ／Ｏ２／Ｎ２、Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２、Ａｒ／Ｏ２／Ｈｅ、Ａｒ／Ｎ２／Ｈ２、Ａｒ／Ｎ２／Ｈｅ、またはＡｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅから選択される２種、３種、４種若しくは５種のガスの混合物である。
【００１９】
ガス混合物の充填についてのさらなる変形は、圧力容器中での１種のガスの凝固後の、またはアイスガスの充填後の、追加のガスの充填である。例えば、Ａｒ／Ｏ２、Ａｒ／Ｎ２、Ａｒ／Ｈ２、若しくはＡｒ／Ｈｅの混合物、またはＡｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅから選択される２種、３種、４種若しくは５種の混合物の製造のため、固体またはスラッシュアルゴンである程度既に充填した圧力容器中に、例えば、ガス状若しくは液体の酸素、ガス状若しくは液体の窒素、ガス状若しくは液体の水素、またはガス状若しくは液体のヘリウムを充填することができる。凝固した、または部分的に凝固した、および液化したガスへの追加のガスの充填は、例えば液体窒素浴中になお浸漬されている際には圧力容器の冷却中に、または圧力容器を冷却浴から出した後に行うことができる。
【００２０】
例は、液体窒素浴中に浸漬した圧力容器中へのアルゴンの充填後、または充填と同時の酸素（沸点  １ｂａｒにおいてマイナス１８６℃）の充填であり、これによって酸素は、液体相へと凝縮し、その密度を約８５０倍増加させるようになる。他の例は、アルゴンアイスを含む圧力容器への水素またはヘリウムの充填であり、これによって水素は冷却され、その密度をそれぞれ約５倍（水素）、３．７倍（ヘリウム）だけ増加させるようになる。
【００２１】
圧力容器、特にエアバッグシステム中の圧力容器をガスまたはガス混合物で充填するための方法のさらなる変形は、少なくとも１つの収容器および／または低温で凝固したガス若しくはガス混合物を貯蔵するための手段を用いる、圧力容器中への低温で凝固したガスまたは低温で凝固したガス混合物の導入により特徴付けられる。
【００２２】
収容器は、低温で凝固したガスまたはガス混合物を（固体相として）収容し、一般的に、少なくとも短期間これを貯蔵するのに適している容器または容器状の構造体のような入れ物について用いられる総括的な言葉である。容器の例は、小さなチューブ、カップ、カプセル、中空球、または中空体を含む。容器状の構造体は、一般的に軟質材料または薄肉材料、例えばフィルムから作製される中空構造体である。容器状の構造体の例は、ホース状の構造体、パウチ、袋、ホース、特には片側を閉じたホース、またはポケットを含む。収容器は、一般的に、充填開口部を有する。この充填開口部は閉鎖可能でもよい。
【００２３】
収容器は、有利には、低い熱浸透率を有する材料から作製されるか、または低い熱伝導率を有する材料から作製される。WO 02/086379 A1 および DE 101 19 115 A1 （内部ファイルリファレンス MG 2445）（これにより明示の参照がなされたものとする）に記述される、低い熱浸透率を有する材料でコーティングされた内壁を有する容器も適している。
【００２４】
収容器は、有利には、とりわけ下端に、さらなる断熱部を有する。あるいは、収容器を圧力容器中に導入する前に、断熱要素を圧力容器中に導入する。１つ以上の断熱要素を、例えば、内壁上に、および／または圧力容器内部中の底面領域中に配置する。断熱要素は、例えば、低い熱伝導率を有する材料から作製されるスペーサのタイプである。
【００２５】
収容器は、有利には、圧力容器の充填および封止後に、例えば、蒸発または導入されたガスのうちの１種との化学反応によって、蒸発、溶融または溶解する材料から成る。この場合に、収容器は、最終的にはその固体構造を失って、圧力容器中でガス状になる。
【００２６】
収容器は、有利には、凝固したガス、例えば、凝固した二酸化炭素から作製され得る。
【００２７】
低温で液化したガスまたはガス混合物を貯蔵する手段（貯蔵手段）は、一般的に、液体を吸収する吸収材料、吸収発泡体、細管材料、粉末吸収剤、または粒子若しくはパーツのような容器または貯蔵手段である。低温で液化したガスまたはガス混合物を収容する貯蔵手段を、有利には、液化ガスまたはガス混合物が固体になるか、または液体部分と固体部分に変化する温度にまで冷却してもよい。貯蔵材料への装填は、例えば、適切な低温度の貯蔵材料中での固体としてのガスの凝固によっても達成される。
【００２８】
貯蔵手段は、液化したおよび／または凝固したガスの貯蔵のために用いられる。収容器は、液化したガスおよび凝固したガスを含んでいてもよく、例えば、液体窒素および固体アルゴン粒子若しくは塊を有する収容器、または液体窒素および固体二酸化炭素粒子若しくは塊を有する収容器、または液体窒素、固体アルゴン粒子若しくは塊、および固体二酸化炭素粒子若しくは塊を含む収容器である。貯蔵手段を、凝固したガス、例えば、液化したまたは凝固したガスを入れ込むガスの固体構造体から製造してもよい。
【００２９】
収容器または貯蔵手段は、好ましくは、低温で凝固したガス若しくはガス混合物で充填または装填する前に、低温で凝固したガス若しくはガス混合物の温度（例えば、融点）またはこれ以下にまで予備冷却される。
【００３０】
本方法において、低温で凝固したおよび／若しくは液化したガスで充填または装填した収容器または貯蔵手段は、圧力容器中に導入される。収容器または貯蔵手段の使用は、低温で凝固したガスおよび低温で液化したガスの簡単な計量を可能にする。貯蔵手段は、収容器無しで用いられるか、または収容器中で用いられる。
【００３１】
高圧において、圧力容器をガスで充填するための方法は、低温で凝固した状態のこれらのガスを用いる。圧力容器の充填中に、過圧をかける必要はないか、または比較的低い過圧をかける必要があるのみであり、すなわち、圧力容器は、好ましくは、加圧されない状態で、または低い圧力で充填される。圧力容器に充填するための方法は、一般的に、ガスを高圧で充填した圧力容器を製造するために用いられる。充填された圧力容器は、一般的に、周囲温度（例えば、室温、すなわち０〜４０℃の範囲の温度）で、少なくとも１００ｂａｒ絶対圧、好ましくは少なくとも１５０ｂａｒ、特に好ましくは少なくとも２００ｂａｒ、特に少なくとも３００ｂａｒのガス圧力を有する。本方法を、例えば３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００ｂａｒ絶対圧またはこれ以上のガス圧力を有する、ガス充填圧力容器を製造するために用いることができる。
【００３２】
圧力容器は、一般的に、圧縮ガス容器、例えば圧縮ガスシリンダ、タンク、圧力缶、または圧力カートリッジである。圧力容器は、例えば、エアバッグシステムにおけるガス発生器として知られるものである。予備冷却される、またはされない圧力容器を、本方法において用いる。予備冷却とは、低温で凝固したガスまたはガス混合物の導入前に、導入される、低温で凝固したガスまたはガス混合物の融点に相当する温度、またはより低い温度にまで圧力容器を冷却することを意味する。
【００３３】
本方法において、低温で凝固したおよび／または液化したガスを収容する１つ以上の収容器および／または貯蔵手段を、圧力容器中に移動させる。収容器または貯蔵手段は、同種の低温で凝固したまたは液化したガスを含むか、異なる種類の低温で凝固したまたは液化したガスを含む。さらに、１種以上の液体またはガス状のガスを、圧力容器中に充填してもよい。
【００３４】
予備冷却される、またはされない圧力容器を充填した後、これを閉じ、その後導入されるガスと共に圧力容器を昇温する。これは、一般的に、続く使用温度（周囲温度または室温）にまで昇温する。周囲温度への昇温は、例えば、周囲との熱交換により達成される。あるいは、昇温は、積極的な加熱により達成される。
【００３５】
昇温後、最終充填圧力、すなわち二次充填圧力（平衡圧）が、所望の温度、一般的に周囲温度に対して定まる。最終充填圧力は、導入されたガスの量により決定される。
【００３６】
アルゴンについてのガスアイスデバイス（アルゴンアイス高圧充填のための試験装置）の例を、図１に説明する。図２は、アルゴン源であるガス風船を空にすることを伴う、圧力容器におけるアルゴンの凝縮および固化後の、図１のデバイスの細部を示す。図３は、図１のデバイスと共に用いられる、追加のガス源を示す。
【００３７】
図１は、圧力容器１、チューブ連結部８を有する充填チューブ２、遮断弁３、アルゴンガス（１ｂａｒ、１５℃）で充填したガス風船４、マノメータ５、圧力容器１中のアルゴンアイス６、液体窒素浴７を示す。
【００３８】
密度の増加を測定するために、風船４からの定めた質量のアルゴンを、予め計算した容器体積中で凍結する。この目的のために、風船４を、液体窒素７中に浸漬されている容器１に、細いチューブ２によって接続する。風船４が空になったら（図２；図１のデバイスの空になった風船を詳しく示す）直ちに、遮断弁３を閉じて、容器１を液体窒素浴から取り出すことができる。試験容器１中の低温アルゴンの昇温に由来する圧力の上昇を、マノメータ５を用いて観察する。充填質量に対応する最終圧力には、完全に周囲温度にまで昇温した後に到達する。
【００３９】
図２は、アルゴンガスが、冷却された圧力容器１中で凝固される際、デバイスにおいて圧力が存在しないことを表す。
【００４０】
液体窒素浴７からの圧力容器１の取り出しの前、または後に、空の風船４をチューブ連結器８から切り離すことができ、他のガス源を接続してもよい。この状態を図３に示す。
【００４１】
図３は、ガス１０で充填され、連結チューブ１１を備える追加のガス貯蔵器９を示す。
【００４２】
図２のガス貯蔵器９は、異なるガス１０、例えば窒素ガスを含む。図１のガス風船４および連結チューブ８に代わるガス貯蔵器９と連結チューブ１１は、図１の遮断弁３に接続される。このようにして、液体状態またはガス状態にある１種以上のガスを、圧力容器１に、これを最終的に閉じる前に、さらに充填することができる。
【００４３】
本方法を行う充填デバイスは、同様の構成のものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】記載なし。
【図２】記載なし。
【図３】記載なし。
【図１】
2008501918.tif 000003
【図２】
2008501918.tif 000004
【図３】
2008501918.tif 000005
【国際調査報告】
2008501918.tif 000006
2008501918.tif 000007
2008501918.tif 000008