用於自動裝填流體瓶的系統和方法與流程

2023-05-29 06:19:26 2

相關申請的交叉引用

本申請要求2014年10月6日提交的美國臨時專利申請no.62/060,161的優先權，其內容通過引用結合到本文中。

本發明的實施例大體上涉及用於裝填流體容器(例如加壓流體瓶、罐等)的系統和方法。更具體地說，完全自動化的裝填系統。

背景技術：

加壓流體瓶用在各種應用中。例如，自給式呼吸器(scba)一般包括氣瓶，用於給個人提供安全清潔空氣以用於呼吸。scba配置成由個人(例如，救援隊員、消防隊員等)穿戴，以在危險或者其它不安全環境中提供可呼吸的空氣。當配置成用於在水下使用時，scba一般稱為自給式潛水呼吸器(scuba)。

scba一般包括高壓罐(例如4,500psi)，高壓罐連接至壓力調節器，壓力調節器則連接至吸入連接裝置(例如吸嘴、嘴罩或者面罩)。罐、壓力調節器和吸入連接裝置中的至少一個可固定至背架，該背架允許個人將scba例如背在背上。在使用之後，流體罐或者瓶需要重新裝填以備將來之用。

各種呼吸用氣瓶(例如scba和scuba)可配置成用於各種裝填壓力。例如，5500psi、4500psi、3000psi和2216psi的壓力。配置用於重新裝填呼吸用氣瓶的已知充裝站可包括手動選擇閥，其允許個人選擇特定壓力。許多已知的充裝站僅提供兩種壓力選擇，並且配有許多接頭和管。因而，已知的充裝站需要操作者有足夠的訓練和經驗，以便對配置成可裝填至不同壓力的流體瓶進行正確裝填。

此外，已知的充裝站一般不能防止個人將流體瓶裝填至不正確的壓力。例如，個人會不慎和/或不知覺地將4500psi流體瓶僅裝填至3500psi，或者過度裝填到5500psi。

已知的充裝站包括由手動選擇閥控制的多個並聯壓力調節器和卸壓閥。這種系統依靠個人來選擇用於正在裝填的特定呼吸用氣瓶的正確壓力。另一種已知的充裝站包括單個調節器，其由個人調節以用於各種壓力需求。無論哪種情況，個人都有可能不正確地調節壓力設定。此外，個人有可能將卸壓閥壓力設定得過高，從而不能保護較低設定下的呼吸用氣瓶。

技術實現要素：

本發明的實施例提供了一種瓶裝填系統，配置有多個可選預定壓力調節器和相應的卸壓閥，可以由控制系統電啟動，以自動地將流體瓶裝填至額定流體壓力。瓶裝填系統可包括多個壓力控制歧管(或者模塊)，它們按串聯方式操作性地連接到一起並且設置在流體存儲容器和流體出口之間的流體迴路中。控制單元可與壓力控制歧管通信。控制單元配置成操作壓力控制歧管以按連接至流體出口的流體瓶的額定流體壓力輸出流體。

在至少一個實施例中，控制單元配置成識別連接至流體出口的流體瓶，並且操作所述多個壓力控制歧管以按額定流體壓力輸出流體。

每個壓力控制歧管可包括與控制單元操作性地通信的電磁閥、由電磁閥控制的先導閥、壓力調節器、單向閥和卸壓閥。

附圖說明

圖1示出了根據本發明實施例的瓶裝填系統的示意圖。

圖2示出了從根據本發明實施例的壓力控制歧管的第一側看的立體圖。

圖3示出了從根據本發明實施例的壓力控制歧管的第二側看的立體圖。

圖4示出了根據本發明實施例的壓力控制歧管的俯視圖。

圖5示出了根據本發明實施例的沿圖4的線a-a的壓力控制歧管剖視圖。

圖6示出了根據本發明實施例的沿圖4的線b-b的壓力控制歧管剖視圖。

圖7示出了根據本發明實施例的從圖4的線e-e看的壓力控制歧管視圖。

圖8示出了根據本發明實施例的從圖4的線c-c看的壓力控制歧管視圖。

圖9示出了根據本發明實施例的從圖4的線d-d看的壓力控制歧管視圖。

圖10示出了根據本發明實施例的沿圖4的線g-g的壓力控制歧管剖視圖。

圖11示出了根據本發明實施例的模塊化壓力控制組件的俯視立體圖。

圖12示出了根據本發明實施例的模塊化壓力控制組件的俯視圖。

具體實施方式

結合附圖閱讀，將更好地理解前面的概述以及下面對實施例的詳細說明。如本文中使用的，按單數形式記載並且以「一」或者「一個」開頭的元件或者步驟應理解為不排除多個元件或者步驟，除非明確地陳述了這種排除。此外，措辭「一個實施例」不應解釋為排除也包括了記載特徵的其它實施例的存在。此外，除非明確地有相反陳述，否則「包括」或者「具有」有特定特性的一元件或者多個元件的實施例可包括不具有該特性的其它元件。

本發明的實施例提供了一種自動充裝站系統或者瓶重新裝填站系統，其中，無需用戶幹預就可選擇正確的裝填壓力。本發明的實施例適應多種所需的裝填壓力，並且消除、最少化或者減少了在現有充裝站中存在的許多接頭和管。本發明的實施例提供了用於自動地重新裝填流體瓶的系統和方法，避免了不慎把流體瓶裝填至不正確壓力。

圖1示出了根據本發明實施例的瓶裝填系統10的示意圖。系統10可包括流體輸出迴路12，流體輸出迴路12包括出口14，出口14配置成可拆卸地連接至流體瓶的頸部和/或噴嘴。流體輸出迴路12可包括多個壓力控制歧管16，每個壓力控制歧管16配置成可操作以輸出流體直到特定壓力。如圖所示，系統10可包括三個模塊化壓力控制歧管16，每個壓力控制歧管16配置成可操作以輸出流體直到不同壓力。流體輸出迴路12還包括進口18，進口配置成連接至流體存儲容器。每個壓力控制歧管16可包括電磁閥20、先導閥22、單向閥25和卸壓閥24。

系統10的各部件(包括壓力控制歧管12)可操作性地連接至控制單元30，控制單元可通過有線或者無線連接方式操作性地連接至各部件並且與各部件通信。控制單元30可配置成控制系統10的運行，以便自動地裝填流體瓶。

本文描述的各個實施例提供了有形且非暫時性(例如，不是電信號)可機讀的媒介或者介質，其上記錄有指令，用於供控制單元30(可以是處理器或者計算機或者可以包括處理器或者計算機)運行系統10以執行本文描述方法的一個或多個實施例。媒介或介質可以是cd-rom、dvd、軟盤、硬碟、光碟、快閃記憶體ram驅動器中的任一種，或者是其它類型的計算機可讀媒介，或者它們的組合。

各個實施例和/或部件(例如，控制單元、模塊或者它們之中的部件和控制器)也可實施為一個或多個計算機或者處理器的組成部分。計算機或者處理器可包括計算裝置、輸入裝置、顯示單元和界面，例如用於訪問網際網路。計算機或者處理器可包括微處理器。微處理器可連接至通信總線。計算機或者處理器還可包括存儲器。存儲器可包括隨機存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。計算機或者處理器還可包括存儲裝置，存儲裝置可以是硬碟驅動器或者是移動存儲驅動器(例如軟盤驅動器、光碟驅動器等)。存儲裝置還可以是用於將電腦程式或者其它指令加載到計算機或者處理器中的其它類似器件。

如本文中使用的，術語「計算機」、「控制單元」或者「模塊」可包括任何基於處理器或者基於微處理器的系統，其包括採用微控制器、精簡指令集計算機(risc)、專用集成電路(asics)、邏輯電路和任何能執行本文所述功能的其它電路或者處理器的系統。上述例子僅是示例性的，因此絕不是要限制術語「計算機」、「控制單元」或者「模塊」的定義和/或意思。

計算機或者處理器執行保存在一個或多個存儲元件中的指令集，以便處理數據。存儲元件還可依照要求或者需要存儲數據或者其它信息。存儲元件的形式可為信息源或者處理機內部的物理存儲元件。

指令集可包括各種命令，其指令作為處理機的計算機或者處理器執行具體操作，例如本文所描述主題的各個實施例的方法和過程。指令集可以為軟體程序的形式。軟體可以為各種形式，例如系統軟體或者應用軟體。此外，軟體的形式可以為一系列單獨的程序或者模塊、一較大程序內的程序模塊、或者一程序模塊的一部分。軟體還可包括面向對象編程形式的模塊化編程。處理機對輸入數據的處理可響應於用戶命令，或者響應於在前處理的結果，或者響應於由另一處理機發出的請求。

本文實施例簡圖可示出一個或多個控制單元或者模塊。應理解的是，控制單元或者模塊代表電路模塊，電路模塊可實施為具有執行本文所述操作的關聯指令(例如，存儲在諸如計算機硬碟驅動器、rom、ram等有形且非臨時性計算機可讀存儲介質上的軟體)的硬體。硬體可包括硬接線成執行本文所述功能的狀態機電路。可選地，硬體可包括電子電路，電子電路包括和/或連接到一個或多個基於邏輯的裝置(例如微處理器、處理器、控制器等)。可選地，模塊可代表處理電路，例如一個或多個現場可編程門陣列(fpga)、專用集成電路(asic)或者微處理器。各個實施例中的電路模塊可配置成執行一種或多種算法以執行本文所述的功能。該一種或多種算法可包括本文所公開實施例的方面，不管在流程圖或者方法中是否清楚地標明。

如本文所使用的，術語「軟體」和「固件」是可互換的，並且包括保存在存儲器中用於由計算機執行的任何電腦程式，包括ram存儲器、rom存儲器、eprom存儲器、eeprom存儲器和非易失性ram(nvram)存儲器。上述存儲器類型僅是示例性的，因此不限制可用於存儲電腦程式的存儲器類型。

圖2和圖3示出了分別從根據本發明實施例的壓力控制歧管16的第一側和第二側看的立體圖。參見圖2和圖3，每個壓力控制歧管16可包括外殼40，外殼容納和/或支承空氣入口42、排氣口44、電磁閥46、先導閥48、可調節的壓力調節器50、卸壓閥52和出口埠54。

圖4示出了根據本發明實施例的壓力控制歧管16的俯視圖。圖5示出了根據本發明實施例的沿圖4的線a-a的壓力控制歧管16的剖視圖。圖6示出了根據本發明實施例的沿圖4的線b-b的壓力控制歧管16的剖視圖。圖7示出了根據本發明實施例的從圖4的線e-e看的壓力控制歧管16的視圖。圖8示出了根據本發明實施例的從圖4的線c-c看的壓力控制歧管16的視圖。圖9示出了根據本發明實施例的從圖4的線d-d看的壓力控制歧管16的視圖。圖10示出了根據本發明實施例的沿圖4的線g-g的壓力控制歧管16的剖視圖。

圖11示出了根據本發明實施例的模塊化壓力控制組件70的俯視立體圖。圖12示出了模塊化壓力控制組件70的俯視圖。參見圖11和圖12，多個壓力控制歧管16可連接到一起，以提供不同壓力的流體裝填。如圖11和圖12中所示，兩個壓力控制歧管16可連接至出口塊80，該出口塊可包括空氣出口噴嘴82、先導閥84、電磁閥86和可調節的調節器88。

參見圖1-12，本發明的實施例提供了一種系統，例如系統10，其提供了模塊化歧管塊(例如壓力控制歧管16)形式的氣動控制，允許電子/電氣選擇呼吸用氣瓶的預定裝填壓力，以支持自動式呼吸用氣瓶充裝站。全自動充裝站的優點包括：較少的勞動、一致的瓶裝填做法、消除了操作員誤差和操作者僅需較低技能水平。

為了實現自動充裝站，控制單元30可配置成為給定類型的呼吸用氣瓶選擇正確的裝填壓力。例如，控制單元30可配置成確定連接至系統10的流體瓶類型，並且操作壓力控制歧管16(例如，通過打開或關閉其中的空氣路徑)來將流體瓶裝填至恰當的壓力。例如，控制單元30可通過rfid識別、序列號識別、連接接口等來確定流體瓶的恰當流體裝填壓力。另外，系統10可包括冗餘安全特徵，以便在系統的一個或者多個部件未能正確運行時防止呼吸用氣瓶的不正確裝填。

系統10提供了模塊化設計，其包括多個歧管塊，例如多個壓力控制歧管16，每個可包括配置用於具體功能的部件。系統10可以是可擴展的，因為壓力控制歧管16可堆疊，以便依據最終用戶的需要而支持從兩種壓力、四種壓力或者甚至更多種壓力中自動選擇壓力。流控歧管模塊(截流)，例如出口塊80，可定位在堆的末端。

每個壓力控制歧管16可以是相同的，從而產生規模經濟並且簡化服務支持。用於系統10的管道可使用從主控制歧管進入的單個高壓管線和排出至充裝站的一個高壓管線，從而易於將系統10添加到現有系統上並且降低了潛在洩漏的機率。此設計能夠以數種方式防止由於機械故障而導致呼吸用氣瓶不慎過度裝填或者裝填不夠的單點故障。

系統10可包括壓縮機、存儲瓶、充裝站、氣動控制面板和電子控制器。通常，此系統的最終用戶希望以不同的額定壓力來裝填多種呼吸用氣瓶。例如，額定壓力可包括2216psi、3000psi、4500psi和5500psi。

系統10可包括與先導閥串聯的一系列預定壓力調節器，先導閥由相應的三通電磁閥控制。迴路設置成使得：一系列預定壓力調節器中的每個下一調節器設定為比前一調節器更低的壓力，並且每個調節器可與設定為合適壓力的卸壓閥配對。除非已經通過啟動相應電磁閥而打開了先導閥中的一個，否則供應給正裝填的呼吸用氣瓶的默認壓力是一系列預定壓力調節器中最後一個壓力調節器的壓力(最低壓力)，從而建立了防止過度加壓的「故障保護」條件。

如圖1中所示，例如，電磁閥1、2和3可通電以便輸出5500psi。電磁閥2和3可通電以便輸出4500psi。電磁閥3可通電以便輸出3000psi。如果電磁閥都不通電，則默認壓力可以是2216psi。每個壓力調節器和相應卸壓閥可通過下遊單向閥而與迴路的其餘部分隔離開，以當壓力調節器未在用時防止較高壓力打開卸壓閥。

如圖1中所示，先導閥#4可用來控制進入充裝站的空氣流量。除非控制器(例如控制單元30)感測到已經滿足所有所需安全條件，否則先導閥#4可以不允許空氣進入充裝站。安全條件可包括充裝站的門關閉並鎖住以及已經插入具有相容額定壓力的瓶。先導閥#4還可用作通過對來自讀取呼吸用氣瓶壓力的壓力傳感器的輸入作出反應而對壓力調節器進行冗餘壓力控制並且在合適壓力下關閉。

先導閥可對來自系統中可用來感測作為呼吸用空氣所供給氣體狀態的迴路的低壓空氣作出反應。此迴路中的空氣壓力可以是150psi。例如，通過剛性彈簧可抵抗系統中的高壓空氣而使先導閥保持關閉。

當電磁閥未通電時，三通電磁閥使閥中的啟動腔向大氣中放空，從而防止因高壓空氣洩漏而不慎打開閥。因為不是所有的最終用戶都需要四種不同的壓力，所以系統10配置成由一個個歧管塊或者壓力控制歧管16(模塊)構成，它們可疊放在一起以達到所期望的受控壓力。圖2-10顯示並描繪了此模塊的特徵。每個模塊可包括壓力調節器、先導閥、單向閥和卸壓閥。每個模塊還可包括四個夾緊螺栓孔以及進口埠與出口埠。圖12和圖13顯示了兩個模塊與流控模塊組裝到一起以產生三壓力系統。

雖然各個空間性和方向性術語例如頂、底、下、中、側、水平、豎直、前等可用來描述本發明的實施例，但應理解這些術語僅是相對於附圖中所示定向而使用的。定向可以顛倒、旋轉或者以其它方式改變成使得上部為下部(反之亦然)，水平變為豎直等。

應理解的是，上述說明為示例性的，而非限制性的。例如，上述實施例(和/或其方面)可用於相互組合。另外，在不脫離本發明範圍的情況下可以做出許多變型，以使具體情況或者材料適應本發明各個實施例的教導。雖然本文中所描述的材料尺寸和類型意在定義本發明各個實施例的參數，但是這些實施例決不是限制性，而是示例性實施例。通過看上述說明，本領域普通技術人員將明白許多其它實施例。因此，本發明各個實施例的範圍應該參考所附權利要求以及權利要求的全部等同範圍來確定。在所附權利要求中，術語「包括」和「其中」用作術語「包含」和「在其中」的等同。此外，術語「第一」、「第二」和「第三」等僅用作標記，而不是要給對象強加數字要求。此外，以下權利要求的限定特徵不是按裝置加功能的形式撰寫的，不應根據35u.s.c§112(f)來解釋，除非且直到權利要求的限定特徵明確採用了「用於…的裝置」加上沒有其它結構特徵的功能性陳述。

本說明書用實例來公開本發明的各個實施例(包括最佳方式)，以及使本領域普通技術人員能實施本發明的各個實施例，包括製造和使用任何裝置或者系統並執行任何包含的方法。本發明各個實施例的可專利性範圍是由權利要求所定義的，並且可包括本領域技術人員明白的其它實例。如果這樣的其它實例具有不同於權利要求文字措辭的結構元件，或者如果這樣的其它實例包括與權利要求文字措辭無實質差別的等同結構元件，則這樣的其它實例也在權利要求的範圍內。