CN107076359B - 用于自动装填流体瓶的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种瓶装填系统，配置成以各种流体压力用流体自动装填流体瓶。瓶装填系统可包括多个压力控制歧管，它们操作性地连接到一起并且设置在流体存储容器和流体出口之间的流体回路中。控制单元可与所述多个压力控制歧管通信。控制单元配置成操作所述多个压力控制歧管以按连接至流体出口的流体瓶的额定流体压力输出流体。

Description

用于自动装填流体瓶的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月6日提交的美国临时专利申请No.62/060,161的优先权，其内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及用于装填流体容器(例如加压流体瓶、罐等)的系统和方法。更具体地说，完全自动化的装填系统。

背景技术

加压流体瓶用在各种应用中。例如，自给式呼吸器(SCBA)一般包括气瓶，用于给个人提供安全清洁空气以用于呼吸。SCBA配置成由个人(例如，救援队员、消防队员等)穿戴，以在危险或者其它不安全环境中提供可呼吸的空气。当配置成用于在水下使用时，SCBA一般称为自给式潜水呼吸器(SCUBA)。

SCBA一般包括高压罐(例如4,500psi)，高压罐连接至压力调节器，压力调节器则连接至吸入连接装置(例如吸嘴、嘴罩或者面罩)。罐、压力调节器和吸入连接装置中的至少一个可固定至背架，该背架允许个人将SCBA例如背在背上。在使用之后，流体罐或者瓶需要重新装填以备将来之用。

各种呼吸用气瓶(例如SCBA和SCUBA)可配置成用于各种装填压力。例如，5500psi、4500psi、3000psi和2216psi的压力。配置用于重新装填呼吸用气瓶的已知充装站可包括手动选择阀，其允许个人选择特定压力。许多已知的充装站仅提供两种压力选择，并且配有许多接头和管。因而，已知的充装站需要操作者有足够的训练和经验，以便对配置成可装填至不同压力的流体瓶进行正确装填。

此外，已知的充装站一般不能防止个人将流体瓶装填至不正确的压力。例如，个人会不慎和/或不知觉地将4500psi流体瓶仅装填至3500psi，或者过度装填到5500psi。

已知的充装站包括由手动选择阀控制的多个并联压力调节器和卸压阀。这种系统依靠个人来选择用于正在装填的特定呼吸用气瓶的正确压力。另一种已知的充装站包括单个调节器，其由个人调节以用于各种压力需求。无论哪种情况，个人都有可能不正确地调节压力设定。此外，个人有可能将卸压阀压力设定得过高，从而不能保护较低设定下的呼吸用气瓶。

发明内容

本发明的实施例提供了一种瓶装填系统，配置有多个可选预定压力调节器和相应的卸压阀，可以由控制系统电启动，以自动地将流体瓶装填至额定流体压力。瓶装填系统可包括多个压力控制歧管(或者模块)，它们按串联方式操作性地连接到一起并且设置在流体存储容器和流体出口之间的流体回路中。控制单元可与压力控制歧管通信。控制单元配置成操作压力控制歧管以按连接至流体出口的流体瓶的额定流体压力输出流体。

在至少一个实施例中，控制单元配置成识别连接至流体出口的流体瓶，并且操作所述多个压力控制歧管以按额定流体压力输出流体。

每个压力控制歧管可包括与控制单元操作性地通信的电磁阀、由电磁阀控制的先导阀、压力调节器、单向阀和卸压阀。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的瓶装填系统的示意图。

图2示出了从根据本发明实施例的压力控制歧管的第一侧看的立体图。

图3示出了从根据本发明实施例的压力控制歧管的第二侧看的立体图。

图4示出了根据本发明实施例的压力控制歧管的俯视图。

图5示出了根据本发明实施例的沿图4的线A-A的压力控制歧管剖视图。

图6示出了根据本发明实施例的沿图4的线B-B的压力控制歧管剖视图。

图7示出了根据本发明实施例的从图4的线E-E看的压力控制歧管视图。

图8示出了根据本发明实施例的从图4的线C-C看的压力控制歧管视图。

图9示出了根据本发明实施例的从图4的线D-D看的压力控制歧管视图。

图10示出了根据本发明实施例的沿图4的线G-G的压力控制歧管剖视图。

图11示出了根据本发明实施例的模块化压力控制组件的俯视立体图。

图12示出了根据本发明实施例的模块化压力控制组件的俯视图。

具体实施方式

结合附图阅读，将更好地理解前面的概述以及下面对实施例的详细说明。如本文中使用的，按单数形式记载并且以“一”或者“一个”开头的元件或者步骤应理解为不排除多个元件或者步骤，除非明确地陈述了这种排除。此外，措辞“一个实施例”不应解释为排除也包括了记载特征的其它实施例的存在。此外，除非明确地有相反陈述，否则“包括”或者“具有”有特定特性的一元件或者多个元件的实施例可包括不具有该特性的其它元件。

本发明的实施例提供了一种自动充装站系统或者瓶重新装填站系统，其中，无需用户干预就可选择正确的装填压力。本发明的实施例适应多种所需的装填压力，并且消除、最少化或者减少了在现有充装站中存在的许多接头和管。本发明的实施例提供了用于自动地重新装填流体瓶的系统和方法，避免了不慎把流体瓶装填至不正确压力。

图1示出了根据本发明实施例的瓶装填系统10的示意图。系统10可包括流体输出回路12，流体输出回路12包括出口14，出口14配置成可拆卸地连接至流体瓶的颈部和/或喷嘴。流体输出回路12可包括多个压力控制歧管16，每个压力控制歧管16配置成可操作以输出流体直到特定压力。如图所示，系统10可包括三个模块化压力控制歧管16、16’、16”，每个压力控制歧管16、16’、16”配置成可操作以输出流体直到不同压力。流体输出回路12还包括进口18，进口配置成连接至流体存储容器。每个压力控制歧管16、16’、16”可包括电磁阀20、20’、20”、先导阀22、22’、22”、单向阀25、25’、25”、和卸压阀24、24’、24”。图1还示出了出口块80。

系统10的各部件(包括压力控制歧管12)可操作性地连接至控制单元30，控制单元可通过有线或者无线连接方式操作性地连接至各部件并且与各部件通信。控制单元30可配置成控制系统10的运行，以便自动地装填流体瓶。

本文描述的各个实施例提供了有形且非暂时性(例如，不是电信号)可机读的媒介或者介质，其上记录有指令，用于供控制单元30(可以是处理器或者计算机或者可以包括处理器或者计算机)运行系统10以执行本文描述方法的一个或多个实施例。媒介或介质可以是CD-ROM、DVD、软盘、硬盘、光盘、闪存RAM驱动器中的任一种，或者是其它类型的计算机可读媒介，或者它们的组合。

各个实施例和/或部件(例如，控制单元、模块或者它们之中的部件和控制器)也可实施为一个或多个计算机或者处理器的组成部分。计算机或者处理器可包括计算装置、输入装置、显示单元和界面，例如用于访问互联网。计算机或者处理器可包括微处理器。微处理器可连接至通信总线。计算机或者处理器还可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或者处理器还可包括存储装置，存储装置可以是硬盘驱动器或者是移动存储驱动器(例如软盘驱动器、光盘驱动器等)。存储装置还可以是用于将计算机程序或者其它指令加载到计算机或者处理器中的其它类似器件。

如本文中使用的，术语“计算机”、“控制单元”或者“模块”可包括任何基于处理器或者基于微处理器的系统，其包括采用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASICs)、逻辑电路和任何能执行本文所述功能的其它电路或者处理器的系统。上述例子仅是示例性的，因此绝不是要限制术语“计算机”、“控制单元”或者“模块”的定义和/或意思。

计算机或者处理器执行保存在一个或多个存储元件中的指令集，以便处理数据。存储元件还可依照要求或者需要存储数据或者其它信息。存储元件的形式可为信息源或者处理机内部的物理存储元件。

指令集可包括各种命令，其指令作为处理机的计算机或者处理器执行具体操作，例如本文所描述主题的各个实施例的方法和过程。指令集可以为软件程序的形式。软件可以为各种形式，例如系统软件或者应用软件。此外，软件的形式可以为一系列单独的程序或者模块、一较大程序内的程序模块、或者一程序模块的一部分。软件还可包括面向对象编程形式的模块化编程。处理机对输入数据的处理可响应于用户命令，或者响应于在前处理的结果，或者响应于由另一处理机发出的请求。

本文实施例简图可示出一个或多个控制单元或者模块。应理解的是，控制单元或者模块代表电路模块，电路模块可实施为具有执行本文所述操作的关联指令(例如，存储在诸如计算机硬盘驱动器、ROM、RAM等有形且非临时性计算机可读存储介质上的软件)的硬件。硬件可包括硬接线成执行本文所述功能的状态机电路。可选地，硬件可包括电子电路，电子电路包括和/或连接到一个或多个基于逻辑的装置(例如微处理器、处理器、控制器等)。可选地，模块可代表处理电路，例如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或者微处理器。各个实施例中的电路模块可配置成执行一种或多种算法以执行本文所述的功能。该一种或多种算法可包括本文所公开实施例的方面，不管在流程图或者方法中是否清楚地标明。

如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括保存在存储器中用于由计算机执行的任何计算机程序，包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅是示例性的，因此不限制可用于存储计算机程序的存储器类型。

图2和图3示出了分别从根据本发明实施例的压力控制歧管16的第一侧和第二侧看的立体图。参见图2和图3，每个压力控制歧管16可包括外壳40，外壳容纳和/或支承空气入口42、排气口44、电磁阀46、先导阀48、可调节的压力调节器50、卸压阀52和出口端口54。

图4示出了根据本发明实施例的压力控制歧管16的俯视图。图5示出了根据本发明实施例的沿图4的线A-A的压力控制歧管16的剖视图。图6示出了根据本发明实施例的沿图4的线B-B的压力控制歧管16的剖视图。图7示出了根据本发明实施例的从图4的线E-E看的压力控制歧管16的视图。图8示出了根据本发明实施例的从图4的线C-C看的压力控制歧管16的视图。图9示出了根据本发明实施例的从图4的线D-D看的压力控制歧管16的视图。图10示出了根据本发明实施例的沿图4的线G-G的压力控制歧管16的剖视图。

图11示出了根据本发明实施例的模块化压力控制组件70的俯视立体图。图12示出了模块化压力控制组件70的俯视图。参见图11和图12，多个压力控制歧管16可连接到一起，以提供不同压力的流体装填。如图11和图12中所示，两个压力控制歧管16可连接至出口块80，该出口块可包括空气出口喷嘴82、先导阀84和电磁阀86。

参见图1-12，本发明的实施例提供了一种系统，例如系统10，其提供了模块化歧管块(例如压力控制歧管16)形式的气动控制，允许电子/电气选择呼吸用气瓶的预定装填压力，以支持自动式呼吸用气瓶充装站。全自动充装站的优点包括：较少的劳动、一致的瓶装填做法、消除了操作员误差和操作者仅需较低技能水平。

为了实现自动充装站，控制单元30可配置成为给定类型的呼吸用气瓶选择正确的装填压力。例如，控制单元30可配置成确定连接至系统10的流体瓶类型，并且操作压力控制歧管16(例如，通过打开或关闭其中的空气路径)来将流体瓶装填至恰当的压力。例如，控制单元30可通过RFID识别、序列号识别、连接接口等来确定流体瓶的恰当流体装填压力。另外，系统10可包括冗余安全特征，以便在系统的一个或者多个部件未能正确运行时防止呼吸用气瓶的不正确装填。

系统10提供了模块化设计，其包括多个歧管块，例如多个压力控制歧管16，每个可包括配置用于具体功能的部件。系统10可以是可扩展的，因为压力控制歧管16可堆叠，以便依据最终用户的需要而支持从两种压力、四种压力或者甚至更多种压力中自动选择压力。流控歧管模块(截流)，例如出口块80，可定位在堆的末端。

每个压力控制歧管16可以是相同的，从而产生规模经济并且简化服务支持。用于系统10的管道可使用从主控制歧管进入的单个高压管线和排出至充装站的一个高压管线，从而易于将系统10添加到现有系统上并且降低了潜在泄漏的几率。此设计能够以数种方式防止由于机械故障而导致呼吸用气瓶不慎过度装填或者装填不够的单点故障。

系统10可包括压缩机、存储瓶、充装站、气动控制面板和电子控制器。通常，此系统的最终用户希望以不同的额定压力来装填多种呼吸用气瓶。例如，额定压力可包括2216psi、3000psi、4500psi和5500psi。

系统10可包括与先导阀串联的一系列预定压力调节器，先导阀由相应的三通电磁阀控制。回路设置成使得：一系列预定压力调节器中的每个下一调节器设定为比前一调节器更低的压力，并且每个调节器可与设定为合适压力的卸压阀配对。除非已经通过启动相应电磁阀而打开了先导阀中的一个，否则供应给正装填的呼吸用气瓶的默认压力是一系列预定压力调节器中最后一个压力调节器的压力(最低压力)，从而建立了防止过度加压的“故障保护”条件。

如图1中所示，例如，电磁阀20、20’、20”可通电以便输出5500psi。电磁阀20’、20”可通电以便输出4500psi。电磁阀20”可通电以便输出3000psi。如果电磁阀都不通电，则默认压力可以是2216psi。每个压力调节器和相应卸压阀24、24’、24”可通过下游单向阀而与回路的其余部分隔离开，以当压力调节器未在用时防止较高压力打开卸压阀。

如图1中所示，先导阀84可用来控制进入充装站的空气流量。除非控制器(例如控制单元30)感测到已经满足所有所需安全条件，否则先导阀84可以不允许空气进入充装站。安全条件可包括充装站的门关闭并锁住以及已经插入具有相容额定压力的瓶。先导阀84还可用作通过对来自读取呼吸用气瓶压力的压力传感器的输入作出反应而对压力调节器进行冗余压力控制并且在合适压力下关闭。

先导阀可对来自系统中可用来感测作为呼吸用空气所供给气体状态的回路的低压空气作出反应。此回路中的空气压力可以是150psi。例如，通过刚性弹簧可抵抗系统中的高压空气而使先导阀保持关闭。

当三通电磁阀20未通电时，三通电磁阀20使阀中的启动腔向大气中放空，从而防止因高压空气泄漏而不慎打开阀。因为不是所有的最终用户都需要四种不同的压力，所以系统10配置成由一个个歧管块或者压力控制歧管16(模块)构成，它们可叠放在一起以达到所期望的受控压力。图2-10显示并描绘了此模块的特征。每个模块可包括可调节的压力调节器50、先导阀48、单向阀25和卸压阀52。每个模块还可包括四个夹紧螺栓孔以及进口端口83与出口端口54。图11和图12显示了两个模块与流控模块组装到一起以产生三压力系统。

虽然各个空间性和方向性术语例如顶、底、下、中、侧、水平、竖直、前等可用来描述本发明的实施例，但应理解这些术语仅是相对于附图中所示定向而使用的。定向可以颠倒、旋转或者以其它方式改变成使得上部为下部(反之亦然)，水平变为竖直等。

应理解的是，上述说明为示例性的，而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可用于相互组合。另外，在不脱离本发明范围的情况下可以做出许多变型，以使具体情况或者材料适应本发明各个实施例的教导。虽然本文中所描述的材料尺寸和类型意在定义本发明各个实施例的参数，但是这些实施例决不是限制性，而是示例性实施例。通过看上述说明，本领域普通技术人员将明白许多其它实施例。因此，本发明各个实施例的范围应该参考所附权利要求以及权利要求的全部等同范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作术语“包含”和“在其中”的等同。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不是要给对象强加数字要求。此外，以下权利要求的限定特征不是按装置加功能的形式撰写的，不应根据35U.S.C§112(f)来解释，除非且直到权利要求的限定特征明确采用了“用于…的装置”加上没有其它结构特征的功能性陈述。

本说明书用实例来公开本发明的各个实施例(包括最佳方式)，以及使本领域普通技术人员能实施本发明的各个实施例，包括制造和使用任何装置或者系统并执行任何包含的方法。本发明各个实施例的可专利性范围是由权利要求所定义的，并且可包括本领域技术人员明白的其它实例。如果这样的其它实例具有不同于权利要求文字措辞的结构元件，或者如果这样的其它实例包括与权利要求文字措辞无实质差别的等同结构元件，则这样的其它实例也在权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种瓶装填系统，配置成通过从多个预定压力中选择正确调节的装填压力来自动装填流体瓶，流体瓶具有额定压力，该瓶装填系统包括：

多个压力控制歧管，它们按串联方式操作性地连接到一起并且设置在流体存储容器和流体出口之间的流体回路中，每个压力控制歧管以对应于流体瓶额定压力的预定呼吸用气瓶装填压力把流体输出到每个流体瓶；和

控制单元，其与所述多个压力控制歧管通信，控制单元配置成操作所述多个压力控制歧管以按连接至流体出口的流体瓶的预定呼吸用气瓶装填压力输出流体。

2.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，控制单元配置成识别连接至流体出口的流体瓶以及流体瓶的额定压力，并且操作所述多个压力控制歧管以按流体瓶的额定压力输出流体。

3.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，每个压力控制歧管包括与控制单元操作性通信的电磁阀。

4.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，每个压力控制歧管包括先导阀。

5.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，每个压力控制歧管包括压力调节器。

6.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，每个压力控制歧管包括卸压阀。

7.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，所述多个压力控制歧管中的每个压力控制歧管都是相同的模块，可附接至相邻模块以增加额外可选的预定呼吸用气瓶装填压力。

8.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，所述多个压力控制歧管中的每个压力控制歧管包括具有相应电磁阀的压力调节器，每个压力调节器具有压力，这些压力调节器布置成一系列以使该系列中的每个下一压力调节器设定为比前一压力调节器更低的压力，当电磁阀都未被启动时对所装填瓶的输出压力默认为最低压力。

9.根据权利要求8所述的瓶装填系统，其中，每个压力控制歧管包括先导阀，最后一个先导阀紧邻所述一系列压力调节器中的最后一个压力调节器之后，该最后一个先导阀用于控制进入待装填瓶中的流体流量。

10.根据权利要求9所述的瓶装填系统，其中，最后一个先导阀允许在已经满足所需安全条件时使流体通过以给瓶装填流体。

11.根据权利要求9所述的瓶装填系统，其中，与控制单元一起使用的各先导阀作为对压力调节器进行冗余压力控制，在已经达到正确流体压力之后各先导阀截止流体流动。

12.根据权利要求1所述的瓶装填系统，其中，流体瓶的额定流体压力从2216psi、3000psi、4500psi和5500psi中选择。