CN103328876B - 用于充装气体的自动紧凑系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及再填充气瓶(3)的系统(1)以及方法，该系统能够安装在零售设施或者车辆上，以允许消费者或用户在便于消费者的居住区或其附近直接对空的气瓶(3)进行再填充。系统(1)包括快速联接器(9)，该联接器(9)能够自动地连接气瓶的注入阀(7)与供应管路(15)，供应管路在贮存器(2)和快速联接器(9)之间延伸，用于将流体传输至气瓶。在填充操作期间，气瓶(3)位于锁定的隔室(4)内部，以防止用户访问。控制面板(5)允许消费者选择要输送的预定的流体量。

Description

用于充装气体的自动紧凑系统和方法

技术领域

本发明涉及用于充装气体的紧凑系统和方法，该系统能够安装在任何零售设施，以便通过消费者或其他用户来自动地并且安全地充装气瓶，或者安装在能够行驶到诸如居民区等便于消费者的地点的车辆中，使消费者或其他用户能够自动地填充气瓶，从而避免了气瓶交换或运输到供应商公司及其附加成本。

背景技术

用于为住宅供应气体的管道系统是已知的，其分布网络还未达到全部都市区域，使得必需在没有被此网络覆盖的地点使用气瓶。

消费者需要在气瓶的内容物用完之后更换气瓶，这种更换能够例如直接在填充气瓶的经营处完成，或者在指定日期等待供应商的卡车经过，在该处进行气瓶交换的交易。

这些气瓶更换系统具有一些缺点，例如，在公司和住宅地之间运输气瓶——无论是空的或满的——的成本，这增加了产品的成本。另外，气瓶在此运输或储存中会受到磨损，需要维护和喷涂，这也将增加了产品的成本。

另外的缺点还有在没有完全消耗完内容物的情况下更换气瓶。发生这种情况是由于消费者担心可能在做饭过程中会用完气体，因此消费者在气瓶变空之前就进行更换。由于消费者不会收到对气瓶中所含气体的任何补偿，因此这给消费者增加了额外和不必要的成本。

为了能够销售确定量的气体，不仅避免在气瓶中过度充装气体，又使消费者能够仅支付所充装的气体，存在包括计量装置的充装系统，该计量装置辅助计算要充装的气体量。这些系统能够确定气罐中所含气体的密度、选择气瓶中气体的密度、计算添加到气瓶中的气体的预定量，控制气体流动等。

以尽管有效但是不利的方式，这些填充系统较重、非常复杂并且包括许多部件。另外，这些填充系统包括许多测量和计算装置，并且如果其中任何一个装置失效，那么充装都会受损或者甚至不能进行。

这些计量装置的另一个缺点是，由于其不具有任何结构上的设置使其能够在用于填充气瓶的车辆上使用。

为了解决这些不便，本发明提出用于充装气体的自动紧凑系统和方法，它能够安装在任何地点或车辆上。通过该方式，本发明能够在诸如加油站的零售设施处安装，使得用户能够自己将气瓶带到该地点并填充气瓶。或者，还能够将本发明安装在去往住宅区的车辆上，直接在其使用地及消费者面前充装气体。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统。系统包括具有用于供应流体体积的贮存器的车辆、用于接纳气瓶的隔室、以及在贮存器与隔室之间延伸的用于将加压流体输送至气瓶的供应管路。隔室安装在车辆上，相对于车辆绕第一轴线做倾斜运动，使得当车辆位于倾斜表面时，隔室呈现水平定向。

根据本发明的另一个方面，填充便携式气瓶的方法包括下列步骤：确定隔室或者各个隔室的倾斜角；如果倾斜角大于或等于预定角度，终止此方法；如果倾斜角小于预定角度，允许访问隔室。

根据本发明的又一个方面，填充便携式气瓶的方法包括下列步骤：确定隔室或者各个隔室的倾斜角；如果倾斜角大于或等于预定角度，终止此方法；如果倾斜角小于预定角度，允许访问隔室；将气瓶定位在隔室内；检测隔室门的关闭位置；自动锁定隔室门以防止使用者访问；程序输入要从贮存器输送至气瓶的预选的流体量；使可伸缩联接器朝向气瓶上的注入阀移动，从而将联接器连接至注入阀；确定联接器与注入阀之间已产生适当的连接；通过供应管路将流体从贮存器引入气瓶；当确定已传输了预定量的流体时，停止流体从贮存器的流动；使联接器从注入阀处缩回；以及解锁隔室门以允许使用者访问，从而将气瓶从隔室中取出。

附图说明

通过结合附图考虑，能够更充分地理解本发明的优选实施方式的以下详细描述，其中，在所有图中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：

图1示出了本发明的充装气体的紧凑系统1的示意性立体图；

图2示出了本系统1的隔室4的示意性立体图；

图3示出了具有气瓶3的隔室4内部的正面立体图；

图4示出了不具有气瓶3的隔室4的内部的另一正面立体图；

图5示出了充装气体的紧凑系统1的立体图，在一个应用示例中，该系统为四轮车辆C；

图6示出了本系统1的另一应用示例，其中，隔室4配备有采用立式支杆41形式的底部结构，使隔室4离开其被紧固的地面。

图7示出了充装气体的紧凑方法的方块图；

图8是根据本发明的另一实施方式的停在倾斜道路上的再填充车辆的立体图；

图9是示出再填充系统的后部倾斜特征的侧视立面图；

图10是示出了再填充系统的侧部倾斜特征的后视立面图；

图11是车辆以及再填充系统的一部分的放大的后部立体图，其中移去了系统的某些部分，以图示倾斜机理以及气瓶在系统中的定位和再填充的方式；

图12是用于操作本发明的再填充系统的加压控制回路的示意图；以及

图13是表示再填充系统的优选地操作方法的流程图。

应当指出，附图意于仅对本发明的示例性实施方式进行描述，并因此不应理解为限制其范围。还应当指出附图不一定成比例。现将参考附图对本发明做更加详细地描述。

具体实施方式

如附图所示，本发明涉及用于再填充便携式气瓶、气罐或其他容器的系统1。该系统1能够安装在零售设施(见图6)或者车辆上(见图5)。本发明能够用于在消费者将空的或部分填充的气瓶或储罐带到再填充站——例如零售设施处的固定站点或者安装在车辆诸如短尾卡车、厢式卡车、带边斗的摩托车等上的移动再填充站的情况下进行任何再填充操作。待在气瓶3或其他容器中再填充的流体包括——但不限于——液态丙烷(LPG)气体，甲烷气体，丁烷气体，天然气，GLP(液化气)以及其他液化气体或其组合，或者能够用于为终端用户供应能量需求的其他流体。应当理解这里使用的术语“流体”和“气体”可以指代待输送到气瓶3或其他容器的商品的液体状态和/或气体状态。还应当理解这里所述的气瓶3优选地是压力容器形式，使得气瓶3中接收的流体被加压，以维持液气共存状态，用于将可燃物以众所周知的方式供应到诸如火炉、热水器、冰箱、干衣机等装置。然而，应当理解本发明能用于在使终端用户与容器以及传输至气瓶或容器的内容物隔离的情况下对未加压的气瓶或者容器进行再填充，仍然允许终端用户预先选择转移至容器的流体量。

系统1优选地包括：用于填充气瓶3的气体贮存器2和至少一个配备有托架13的隔室4，以不受限制的方式限定为凹口部的托架13位于隔室的底部以容纳气瓶3。托架13优选地被支承在设置在隔室4的底部上的重量测量系统12上，隔室4通过门6闭合。每个隔室4包括可伸缩支架10和将贮存器2连接至联接器9的气体软管15，该可伸缩支架10是快速联接器9的一部分。快速联接器9能够通过已经包含在将要进行填充的气瓶3中的安全阀而联接至连接组件7。适当的安全阀优选地包括止回阀组件或其他类似组件，其允许当快速联接器9联接至连接组件7时流体从贮存器2进入气瓶3、而防止当快速联接器9与连接组件7分离时气体从气瓶3中逸出。适当的安全阀在2009年5月19日公布的Flavio Camilotti的待决的巴西公开申请NO.P10703145-9A2中公开，其公开内容通过参引合并于本文。连接组件7的安全阀还优选地与过载控制机构(未图示)相关联，该过载控制机构设置在气瓶3内，用于当气瓶3的内容物已经达到预定的水平或压力时锁闭安全阀并且中断气体输入气瓶3。气瓶3的连接组件7既能够与快速联接器9联接用于对气瓶再填充流体，也能够联接至诸如煤气炉、电冰箱、热水器等外部设备(未图示)。快速联接器9能够包括适当的设备来联接气瓶3的连接组件7。

尽管隔室4示出为具有实体墙和实体门，应当理解隔室4不限于此，而可以在不背离本发明范围和精神的情况下采用笼或其他结构的形式，只要此隔室能够防止在再填充步骤期间触及隔间内的气瓶3和其他部件。

优选地，压力传感器(未图示)位于贮存器2的输出与联接器9之间，用于监控系统1压力。特别地，压力传感器(未图示)优选地位于联接器9中，用于监控气瓶3的内部压力。通过该方式，当气瓶3的内部压力超过其承载能力最大值时，能够终止气瓶3的再填充。在气瓶3达到或已经完全充满的情况下，过载控制机构自动锁定连接组件7的安全阀。一旦安全阀锁闭，供给系统的气体压力将会上升，如压力传感器所检测的，从而终止气瓶3的再填充操作。流体从贮存器2向气瓶3的传输能够由诸如泵、计量装置等任何已知的现有技术装置实施。

根据本发明的一种实施方式，托架13优选地包括便利地紧固至隔间4的箱体40，该箱体40可用于将可伸缩支架10支承在其上表面上。支架10优选地相对于托架13中心地定位，从而允许对联接器9关于气瓶3的连接器7进行精确地控制。以该方式，气瓶3被支承在箱体40的位于测量系统12上的托架13中，并且联接器9精确地连接至连接器7。应当理解，在不背离本发明的精神和范围下，可以去除箱体40并且架子(未图示)或其他支承结构可以连接至隔室4来支承可伸缩支架10。

优选地，测量系统12包括配备有一个或多个诸如荷载单元的传感器的测量器，用于在再填充操作期间监控以及控制气瓶3的重量。然而，应当理解测量系统12也能包括其他用于监控和控制气瓶3重量的众所周知的设备。

系统1还包括逆流阀或者止回阀(未图示)，其优选地位于流体连接至贮存器的供给管路或软管15中，以防止在气瓶3内的压力大于贮存器2内的压力情况下流体从气瓶3向贮存器2的回流。

系统1还包括具有复合的处理和管理单元的控制面板5，该处理和管理单元通过载入的计算机程序来管理系统1的操作。计算机程序对系统1的各种功能进行管理，诸如：联接器9朝向和远离连接组件7的运动、在再填充之前和再填充之后接收位于隔室4的托架13中的气瓶3的重量测量、允许终端用户预选所要充装的气体量、在达到气瓶3内气体的压力或重量极限时进行通告、以及监控气瓶3的有效期。处理和管理单元优选地包括微处理器等来执行所述的各种功能。

测量系统12用于在再填充之前和之后检查气瓶3的重量、并根据预选的付款额检查向气瓶3传输的气体量或者由用户预定的量。通过该方式，测量系统12与加载在处理和管理单元中的程序进行通信，当充装了预定量的气体时、或者达到通过气瓶3的重量测量加上充装气体的重量而得到的装满的气瓶的预定最大重量时进行报告，从而终止再填充过程。

系统1还优选地包括读取装置(未图示)，该读取装置识别并且解译由制造商指定的信息，诸如气瓶3的有效(过期)日期。其他信息可以包括但不限于政府规范、气瓶3的编号、经销商或供应商的名称、以及对于经销商或气瓶3的状况重要的其他信息。例如，涉及气瓶3已经再填充次数的信息、以及能够通过另外的传感器(未图示)检测到的气瓶壁和/或接缝处的不期望的应力。如果所需的信息是完全静态的，例如，仅涉及过期日期、规范、编号等的信息，那么微芯片可以为只读类型并且在制造气瓶时在工厂预先编程。然而如果所需要的信息是动态的，例如再填充的次数、气瓶的应力等，那么微芯片等可以包含能够动态接收和记录信息的可重写式装置。适合的芯片能够包括射频识别(RFID)技术、可编程的只读存储设备等。替代地，静态信息可以存储为一维的或者二维条形码，用于在再填充过程中通过光阅读器读取。设想可以使用能确保读取气瓶3过期日期和其他信息的其他任何设备。如果已到过期日期，则计算机程序通知处理和管理单元来取消再填充操作。

隔室4由门6关闭，门6优选地配备有一对锁紧机构8，以避免门6在再填充操作期间打开，从而避免气瓶3被错误地移走。锁紧机构8优选地包括气动致动器(图12)，气动致动器在有加压气体存在情况下进行致动以锁紧门，并且当移除加压气体时停用。回位弹簧能够以众所周知的方式形成气动致动器的一部分，使得锁紧机构8能够在没有加压气体时返回到正常的解锁位置。应当理解锁紧机构8不限于气动致动器，而是能够在不背离本发明的精神和范围情况下包括任何适当的致动器，如液压致动器，电动操作的螺线管致动器，机动锁紧机构等。通过处理和管理单元进行控制，锁紧机构8在闭合门6时进行致动，并且在终止或取消再填充操作时解锁。隔室4还包括通风口14，如果在再填充过程中有气体排放，则通风口允许气体逸出，从而避免气体聚集并局限在隔室4内。

为了方便再填充气瓶3的各步骤，本系统1优选地包括位于控制面板5上的键盘5a和数字显示器50(见图2、5和6)。键盘5a用于在执行再填充过程之前输入所需信息，诸如再填充量、期望支付数额、与信用卡或银行卡交易相关的安全码、识别信息等。显示器50用于查看涉及再填充过程的信息，诸如但不限于气瓶3在首次置于托架13上时的初始重量数据、选定的再填充量、再填充过程已经结束的指示、已达到压力极限的指示、已达到最大重量极限的指示、再填充过程已被取消的指示等。显示器50优选地位于隔室4的上方。如图5所示，独立的显示器50和键盘5a与各个隔室4相关联。然而，应当理解单一的键盘和显示器也能够与所有隔室相关联。包括供应的流体的再填充操作的付款能够通过诸如信用卡、借记卡、现金或燃料代金券等任何方式完成。

系统1还优选地包括传感器(未图示)，用于检测快速联接器9是否完全地或部分地与气瓶3的连接器7联接，并且如果已检测到部分联接或未联接则向处理和管理单元发送信号来取消再填充操作。传感器可以是光传感器、磁场效应传感器、限位开关、或用于检测快速联接器9与连接器7之间的相对位置的其他装置。

本发明还提出与用于再填充气瓶3或其他容器的系统1相关联的气体计量装置，其用于向气瓶3分配确定量的流体。该气体计量装置具有与注射器相似的简单构造和与注射器相似地工作，其本体部配备有气体输入和输出，其活塞沿本体部在缩回位置与伸出位置之间移动，使得在活塞朝向缩回位置移动时本体部填充气体、并且当活塞在本体部中朝向伸出位置移动时将气体排放到气瓶3中。

本系统和计量装置还包括处理和管理单元、以及集成在计算机程序中的温度传感器，其根据从温度传感器接收的信息精确地计算气体体积。程序根据气体的体积和温度计算气体的质量或重量，从而确定活塞必须缩回的距离，该距离通过位置传感器测量，使得所需数量的气体进入计量装置，从而随后当活塞朝向伸出位置向前移动时被分配到气瓶3。

特别地，本系统1优选地包括气体计量装置，用于将气体注入气瓶3中。计量装置优选地连接至贮存器2的气体输出软管15，以便于通过联接器9将气体注入气瓶3。

计量装置优选地具有与注射器类似的形式，并且配备有中空的本体部和插入在本体部中的活塞，该活塞能够沿本体部在缩回和伸出位置之间移动。本体部配备有气体输入和气体输出，因此，当活塞沿着与本体部的输入相反的方向朝向缩回位置移动时，形成填充有来自输入的气体的内腔。当活塞沿着本体部的输入的方向朝向伸出位置移动时，腔体变空，从而通过输出排出气体。

计量装置优选地包括设置在本体部中和/或软管15中的温度传感器(未图示)、以及与活塞相关联的位置传感器。温度传感器以及位置传感器与系统1的面板5的处理和管理单元中加载的程序进行通信，处理和管理单元接收并处理所述的传感器的信息。

由于诸如GLP和LPG气体的许多流体在温度影响下会经历体积变化，因此温度传感器能够使处理和管理单元通过计算由传感器获得的读数的平均值并且确定活塞成比例的推进量来补偿温度变化，从而通过由位置传感器进行监控的活塞移动而精确地限定充装气体的量。

本体部内部由活塞分成两个腔体，第一腔体是供应气瓶的临时的气体贮存器，而第二腔体用于当经由其开口注入流体时辅助活塞的运动，使得活塞在腔体内朝向伸出位置前进。气体输入由软管连接至贮存器2，而气体输出连接至将气体导入气瓶3的软管15。

计量装置优选地还包括分别安装在气体输入和输出的两个逆止阀或止回阀。当本体部的活塞沿着与本体部的输入相反的方向移动时，阀允许气体从贮存器2传递到腔体，但阻止沿相反方向传递，而当活塞沿着本体部的输入方向移位来再填充气瓶3时，阀允许气体从腔体输出，但阻止其沿相反方向传递。

活塞能够通过任何已知的装置移动，例如，凭借通过本体部的腔体的开口注入和/或抽回流体的液压泵(未图示)，该腔体相关于活塞与腔体相反。通过该方式，当将流体注入腔体中时，活塞推挤腔体的气体，将其通过输出排出本体部。当抽回液压流体或加压或停止注入流体时，由于腔体所含的气体的压力并且由于流体抽回而导致的腔体中的负压力，使得活塞后退。计量装置还可包括设置在腔体中的弹簧(未图示)，该弹簧推动活塞并且持续地沿着与输入相反的方向迫压活塞，使得腔体保持充满气体，当液压泵(未图示)作用于活塞上时，气体通过输出排出。

根据本发明的另一实施方式，计量装置能够可替代地包括柱塞，柱塞的杆连接至活塞，促使活塞在本体部内向前和向后移动。在该特定情况下，根据活塞的运动，腔体的开口允许气体输入和输出，避免在腔体中形成真空。因此计量装置被再填充气体，柱塞的杆后退，使得活塞后退，允许气体进入腔体中。位置传感器能够安装在活塞中或者柱塞的杆中或者本体部中。

计量装置流体连接至气体供应卡车C的贮存器，该贮存器特别地包括漏斗形的下部21，以便将液化气体导入计量装置的输入。利用该布置，软管15在输出与隔室4之间延伸，用于经由快速联接器9连接至气瓶3。

计量装置能够安装在气体贮存器2的内部或外部。当安装在贮存器2的内部时，由于处于气体的环境中，使得气体通过开口进行输入或输出，避免了腔体中出现真空。在这种特定情况下，贮存器2的支持有计量装置的下部由盖关闭。

根据本发明的另一实施方式，当计量装置安装在贮存器2的外部时，软管可包括线圈(未显示)以辅助进入腔体的气体温度的初步稳定。

在使用中，气体经由软管进入计量装置、穿过阀、经由输入进入腔体，此时测量气体的温度作为在充装或再填充过程开始的数值。在用户通过面板5选定气体的重量值之后，活塞致动，使得气体经由软管15排出计量装置，软管15进而经由快速联接器9以及气瓶3的连接组件7将气体导入气瓶3。

作为附加的安全措施，当使用计量装置时，重量测量系统12确保不会超过气瓶3的最大重量。因此，如果会发生系统压力监控失效，或者与连接组件7的安全阀相关联的过载控制机构失效，那么重量测量系统12会辨别出重量超出并且传达至监控系统以终止再填充。

根据图5所示的本系统1的应用示例，3个隔室4优选地位于具有单一气体贮存器2的卡车C上，使得系统1能够行驶到居民区等地，以便在方便的地点直接为消费者填充气瓶3。应当理解本发明不限于3个隔室4或单一贮存器2，而是可以在不背离本发明的精神和范围下，具有更多个或更少个隔室以及多于一个的贮存器。

根据本发明的另一实施方式，如图6所示，具有隔室4的本系统1安装在诸如加油站、超市或购物中心停车场等零售设施处的固定位置。通过该设置，隔室4优选地位于底部结构上，特别地采用立式支座41的形式，从而保持隔室4高于地面。

优选地，再填充操作自动地完成，因此本发明包括气体再填充或充装方法，其包括下列步骤，如图7所示:

1.在方块51中，将气瓶3定位于填充隔室4中；

2.在方块52中，测量气瓶3的重量；

3.在方块53中，关闭门6并且自动地启用隔室4的一个或多个锁紧机构8；

4.在方块54中，读取由制造商指定的涉及气瓶3的过期日期的信息；

5.在方块55中，如果已检测到气瓶3的过期日期，终止再填充操作；

6.在方块56中，如果气瓶3未到其过期日期，则通过控制面板5选定要充装的气体量；

7.在方块57中，将快速联接器9与气瓶3的连接组件7联接；

8.在方块58中，如果快速联接器9与连接组件7联接不当，终止再填充操作；

9.在方块59中，将在方块56中选择的预选量的气体从贮存器2传输至气瓶3；

10.在方块60中，确定柱塞运动和压力(当使用如之前所述的柱塞型的计量装置时)；

11.当在方块61中确定已经达到气瓶压力极限、气瓶重量极限或柱塞前进量时，在方块62中终止再填充操作；

12.将快速联接器9与气瓶3的连接组件7断开；

13.停用隔室4的门6的锁紧机构8；以及

14.将气瓶3从隔室4中取出。

如上述步骤1所指出的，气瓶3位于箱体40内的托架13中，在此对其重量进行测量，箱体位于测量系统12之上。托架13使气瓶3的连接组件7与快速联接器9保持对中，使得联接器9能够与连接组件7进行自动联接。

在步骤3中，隔室4的安全门6关闭，从而在再填充操作期间将气瓶3与用户或他人隔离开。当关闭门6时，锁紧机构8启用。同时，可伸缩支架10致动从而将快速联接器9移动到伸出位置以联接气瓶3的连接组件7。然后用户通过在控制面板5上的键盘5A上按下合适的按键从而选定气体量。

一旦已经选择了气体量，则气体从贮存器2传输至气瓶3，同时测量系统12测量气瓶3的重量变化。该传输能够在液压泵或气压泵(未图示)的辅助下或者利用计量装置10完成。

气瓶3的内部压力由位于软管15中或快速联接器9中的压力传感器(未图示)监控，以在达到气瓶3容量极限时中断气体流动。通过该方式，不仅能够当达到预选的气体量时中断气体传输，并且能够在气瓶3的内部压力超过气瓶3的预定的最大值时中断气体传输。

当达到预选的气体量或者达到气瓶3的压力极限时，再填充结束，中断从贮存器2向气瓶3的气体流动。在此情况下，通过将可伸缩支架10移动至其缩回位置，进而释放安全门6的锁紧机构8，从而使快速联接器9与连接组件7断开。控制面板5的显示器50指示出需要向消费者收取的最终费用。如上所述，锁紧机构8优选地是自动的，并因此优选地配备有在门关闭或打开的情况下发出指示从而阻止或终止再填充操作的传感器(未图示)。

根据发明的另一实施方式，系统1的一部分能够手动操作。在此情况下，快速联接器9与气瓶3的连接组件7的联接由操作员在关闭隔室4之前手动完成。在关闭隔室4之后，气体从容器2中释放直到气瓶3的重量达到期望值或者达到其压力极限。

当使用计量装置时或者在将联接器9联接至连接组件7之后，本方法还包括下列步骤：

A.在确定腔体的温度以及活塞的位置后启用计量装置，用来填充腔体的整个容积；

B.通过腔体的温度值、活塞的初始位置以及上述步骤6中所选气体量，计算气体的密度、腔体中的气体的质量、以及活塞所需的移动量。

C.活塞朝向位于气体向供应管路或软管15的输出附近的伸出位置前进；并且

D.如果达到气瓶3的压力极限或者重量极限，或者达到步骤B中所限定的活塞位置，则中断活塞的前进。

在该特定情况下，当通过温度传感器(未图示)以及位置传感器完成对腔体温度以及活塞位置的读取时，在将快速联接器9与连接组件7联接之后，激活计量装置。在接收到这些读取数据后，系统1的面板5的处理和管理单元的程序计算气体的密度、腔体中所含气体的质量，以及活塞的前进量，从而将由操作员预选的气体量充装到气瓶3中。

如果腔体中所含的质量值小于选定的对气瓶3再填充的数值，则活塞被致动使其从本体部中后退以在所述腔体中输入更多气体。如果腔体中所含的质量数值大于选定的用于对气瓶3再填充数值，则启动活塞的运动以充装气瓶3。这种活塞的用于将气体输送到气瓶3的运动在选定量的气体已经输送到气瓶3之后中断。如果超过气瓶3的压力、或者达到选定重量，则处理和管理单元的程序中断活塞的运动，从而停止气体的输送。

如上所述以及附图所示的本发明的用于充装气体的自动紧凑系统和方法极大地降低了运输以及保存气瓶的成本，因此能够使售给消费者的产品的最终价格降低。

利用与目前用于交换气瓶的同样的卡车，将有利地减少与驾驶车辆相关的成本，由于必须运输的只有贮存器中的气体重量，而不是大量预先填充的气瓶3的更重的重量，因此能够更好地利用卡车的载重能力。本系统和方法能够附加地或替代地用于轻型卡车、厢式卡车、带边斗的摩托车等，使得能够在通常难以进入的、卡车通常无法到达的地点进行再填充。另外，在零售设施安装本系统将会减少必须在库存中放置的预填充容器的数量，并且节约产品成本，因为燃料运输成本由于消费者自己运输气瓶进行再填充而显著减少。

现在参考图8-11，示出了根据本发明另一实施方式的用于再填充便携式气瓶、储罐或者其他容器的系统100。在图9-11中，系统100的某些部分已被移除，以图示倾斜机构以及气瓶在系统中的定位和再填充的方式。系统100在结构上与之前描述的系统1有些相似，并且优选地包括倾斜机构101，该倾斜机构用于将系统100的再填充部分103枢转地连接至诸如短尾卡车102的具有大型储罐或贮存器104的机动车辆。尽管示出了一个储罐或者贮存器104，应当理解在不背离本发明的精神和范围情况下能够在卡车102上安装多个较小的贮存器。

如图11所示，再填充部分103优选地绕两个相互正交的轴线106和轴线108枢转，因此当车辆停靠时再填充部分103在再填充过程期间总是水平的。如果13所示，车辆102在路缘石112以及人行道114的附近停靠在倾斜的道路110上。存在以下可能性，即，当车辆停靠并且准备好进行再填充操作时道路110或者其他表面以第一角度X向下倾斜(图9)并以第二角度Y向下倾斜(图10)。多向枢转连接器116能够使系统100的再填充部分3不受表面的角度或倾斜度的影响而保持水平。通过该方式，气瓶3在再填充操作之前以及之后的重量测量会更加准确。

枢转连接器116优选地包括连接至第二轴承部分119的第一轴承部分118，第二轴承部分119又刚性地连接至框架120，框架120支承各再填充隔室或模块121、各隔室中的托架122、位于托架122下方的称重器124、在隔室121中位于托架122上的气瓶3以及其他先前所述部件。第一轴承轴126沿着轴线106延伸穿过第一轴承部分118、并且固定地连接至支架128——该支架128又刚性地安装至车辆102，从而允许系统100绕第一轴线106倾斜运动。同样地，第二轴承轴130沿轴线108延伸穿过第二轴承部分119，从而允许系统100绕第二轴线108倾斜运动。

如之前的实施方式，各隔室121优选地由延伸跨过隔室的顶板132和封闭各隔室121并允许进入各隔室来插入和移除气瓶3的门134来封闭。如先前所述的一对锁紧机构8优选地与各个门134相关联，以在再填充操作期间自动地锁紧门并且在再填充操作已终止时自动地解锁门。尽管示出了三个隔室，然而在不背离本本发明的精神和范围情况下能够提供更多或更少数量的隔室。

可以提供约束结构(未图示)来防止系统100在车辆102运动期间绕轴线106和108运动。设想可以提供双轴线倾斜传感器(未图示)等，用于在允许再填充操作包括解锁门134之前确定再填充部分103是否处于绕轴线106和108的小的可接受倾斜范围内的可接受的水平。

现在参考图12，示出了用于确保安全再填充操作的控制系统140的图表。为了便于描述，控制系统140示出为用于两个再填充隔室121。应当理解，在不背离本发明的精神和范围情况下，控制系统140能够包括仅用于一个再填充隔室的部件，或者用于多于两个再填充隔室的部件。控制系统140优选地采用气动系统形式并因此将在文中进行描述。然而，应当理解，本发明不限于气动系统，而是能够包括其它控制系统或者由其他控制系统代替，诸如不需要加压空气的电动螺线管、或者电动控制和气动控制的组合。控制系统140包括阀142，阀142能够电动地或气动地操作以在闭合状态和开启状态之间进行切换，从而控制来自空气压缩机(未图示)、气体储罐(未图示)、或其他加压空气源的加压空气的分配。当阀142处于开启状态时，加压空气经由空气维护模块151自由地流入四个不同的控制模块144、146、148和150，空气维护模块优选地包括一个或多个空气过滤器153、干燥器155以及压力调节器157。

如所示出的，第一控制模块144优选地包括喷射系统152以及用于各再填充隔室121的喷射阀154，喷射阀154用于当喷射阀154处于开启状态时操作泵或计量装置以将流体分配到气瓶3。

第二控制模块146优选地是门锁控制器，其包括之前所述的一对锁紧机构8以及锁紧阀156，锁紧阀156用于在锁紧阀156开启时对锁紧机构8进行致动。各锁紧机构优选地包括气缸壳体158、位于气缸158中的柱塞头160、从柱塞头延伸出气缸的柱塞杆162、以及回位弹簧164，该回位弹簧164用于当除去空气压力时自动地使柱塞头和柱塞杆返回至缩回状态。在操作中，当锁紧阀156开启时，受压的空气将会作用于柱塞头160以迫使柱塞杆162到达伸出气缸壳体158之外的伸出位置，从而接合锁紧结构164，如图11所示，由此将门134锁定在关闭位置。

第三控制模块148优选地包括用于流体连接至气动阀168的每个再填充隔室121的成对的门传感器166，气动阀168又连接至开关170。门传感器166均优选地采用具有位于柱塞轴174的端部的辊172的气动传感器阀的形式。传感器阀在结构上与锁紧机构8相似。当门134位于适当关闭的位置时，辊172将与门的一部分接触从而将传感器阀向缩回位置移动，造成加压空气将阀168移动至开启开关170的位置，该开关由之前所述的处理和管理单元感应，从而对与感应门134相关联的特定再填充隔室121启动再填充操作。

第四控制模块180优选地包括对于系统100的操作可能需要的气动设备152。此设备能够包括但不限于空气制动器、泵、锁、另外的安全机构和传感器等。每个阀142、154、156和166优选地包括用于在需要时释放空气压力的气动消音器171。

现在参考图13，示出了用于从车辆102对一个或多个气瓶3进行再填充(图8)的优选的示例性方法和步骤180的方块图。在方块182中，在能够启动再填充操作之前，具有贮存器104的车辆102处于停靠状态。在发动机运行的情况下，设定驻车制动器并且释放流体泵或计量装置进行操作。

在方块184中，如果使用泵而不是之前所述的计量装置，则接合车辆的动力输出装置(PTO)轴来驱动泵。同时，锁定已在之前设定的车辆的驻车制动器。通过该方式，驻车制动器在再填充过程期间的任何时刻都不会被释放。该步骤确保当操作员忙于再填充过程和消费者时，消除了有人进入驾驶室解除制动器或者开走车辆的风险。此时，模块121及其包括再填充部分103的各部件被释放或解锁。

在方块186中，如果已经确定再填充部分103绕轴线106、108中的一条或两条的倾斜程度大于预定的角度或度数，则模块将自动锁住以防止接近以及操作系统。然而，如果再填充部分103处于可接受的倾斜极限之内，那么锁紧机构将自动解锁以允许打开门134并进入隔室。根据本发明的一种示例性实施方式，最大允许倾斜度大约是五度。然而，应当理解在不背离本发明的精神和范围情况下最大允许倾斜度能够更大或更小。

在方块188中，在已检测到气瓶3已被适当地装入隔室121并且门134已经适当地关闭之后，启用锁紧机构8以防止门开启。

在方块190中，与处理管理单元相关的读取器读取储罐的信息并且确定是否已到储罐的过期日期。如果没有，则气瓶3是有效的并且继续再填充过程。然而，如果已到过期日期，那么气瓶3失效并且停止再填充操作并将门解锁以取出气瓶3。

在方块192中，与快速联接器9或供应管路15相关联的预压力传感器接近阀末端并且检测气瓶3的连接组件7是否已出现或正出现泄漏或损坏。如果预压传感器检测到稳定压力，那么再填充操作继续。然而，如果预压传感器检测到压力降，那么确定存在潜在的不安全情况，并且终止再填充操作并且解锁门。还能够使用气体泄漏传感器在对气瓶进行再填充时检测气体逸出以终止操作。

在方块194中，压力振荡传感器检测何时气瓶3或供应管路15的压力上升达到或超过预定值或百分数，这表示气瓶充满，然后终止流体流入气瓶，解锁门并且启用打印机来打印涉及该过程的信息，该信息可包括传输的流体的总体积、流体的总成本、任何错误信息、支付确认等。

在方块196中，在流体传输期间监控气瓶3的重量。如果确定气瓶的总重量等于或大于预定值，那么终止流体流入气瓶，优选地产生可听信号，并且解锁门以便取出再填充的气瓶。

在方块198中，当已确定气瓶已被填充到其容量或预选量，激活可视以及可听信号，解锁门，并且如前所述启动打印机来打印信息。

在方块200中，确定紧急开关是否已被致动。如果已致动，则立即终止之前所有操作并且切断系统100的电源以防止在泄露的情况下发生火灾。优选地，在车辆102上设置至少三个紧急按钮以便于用户或消费者触及，一个按钮在车辆驾驶室与贮存器之间位于车辆102的任一侧，另一个按钮位于车辆后部以便于触及。应当理解在不背离本发明精神和范围情况下能够提供更多个或更少个紧急按钮。

应当理解在整篇说明书中使用的术语“优选地”是指本发明的一个或多个示例性实施方式，因此不做任何限定意义的解释。

还应当理解术语“连接”及其派生词是指两个或多个部件能够直接地附连在一起或通过一个或多个中间构件或间接地附连在一起。另外，在整篇说明书中使用的方向和/或位置的术语表示相对的、而不是绝对的方向和/或位置。

应该理解本领域的普通技术人员能够在不背离本概括的发明概念的情况下对上述实施方式做出改变。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是意于包括在如附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (19)

1.一种用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，所述系统包括具有用于供应流体体积的贮存器的车辆、用于接纳所述气瓶的隔室、以及在所述贮存器与所述隔室之间延伸的用于将加压流体输送至所述气瓶的供应管路，其特征在于：

可伸缩联接器连接至所述供应管路，所述可伸缩联接器位于所述隔室内并且在为所述气瓶填充预选量的流体的填充操作期间能够自动地朝所述气瓶上的注入阀移动，从而与所述注入阀连接并且在压力下将一定量的流体从所述贮存器输送至所述气瓶；

第一传感器定位成用于检测何时所述预选量的流体已被输送至所述气瓶；

处理器与控制面板、所述第一传感器以及所述可伸缩联接器可操作地相关联以在所述第一传感器检测到预选量的流体已被输送至所述气瓶中时自动地停止所述填充操作并且将所述可伸缩联接器从所述注入阀移开；以及

所述隔室安装在所述车辆上，相对于所述车辆绕第一轴线做倾斜运动，使得当所述车辆位于倾斜表面时，所述隔室呈现水平定向。

2.根据权利要求1所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，所述隔室安装在所述车辆上，相对于所述车辆绕与所述第一轴线垂直的第二轴线做倾斜运动，使得当所述车辆位于倾斜表面时，所述隔室呈现水平定向。

3.根据权利要求1或2所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于：

所述隔室是封闭的，并且具有带有锁紧机构的隔室门，使得所述隔室只有在填充操作之前及之后能够由使用者访问以装载和卸载所述气瓶；

控制面板具有使用者界面，用于选择要被输送至所述气瓶的加压流体量。

4.根据权利要求2所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，设置有倾斜传感器以用于检测所述隔室的枢转角度，所述处理器与所述倾斜传感器可操作地相关联，用于当所述枢转角度超过预定值时终止所述填充操作。

5.根据权利要求1所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，所述第一传感器确定所述气瓶的压力极限和重量极限的其中之一。

6.根据权利要求5所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，当所述第一传感器检测到已经达到所述气瓶的极限时，所述处理器能够被操作以在所述预选量的流体的输送完成之前停止所述填充操作。

7.根据权利要求6所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，所述第一传感器确定所述气瓶的重量极限和容积极限的其中之一。

8.根据权利要求7所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，设置有第二传感器以用于确定所述气瓶的压力极限。

9.根据权利要求8所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，当所述第一传感器以及所述第二传感器中的至少一个检测到已经达到所述气瓶的重量极限、容积极限和压力极限的至少其中之一时，所述处理器能够被操作以在所述预选量的流体的输送完成之前停止所述填充操作。

10.根据权利要求9所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，所述第一传感器包括用于感测所述气瓶的重量的荷载单元。

11.根据权利要求6所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，设置有另一传感器以用于确定所述可伸缩联接器与所述气瓶上的所述注入阀之间的正确连接，在已发生不当连接时，所述处理器能够被操作以取消所述填充操作并且使所述可伸缩联接器缩回。

12.根据权利要求3所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，安置有至少一个门传感器以用于监控所述隔室门的打开位置和关闭位置，在至少一个门传感器检测到隔室门的打开情况时，所述处理器能够被操作以阻止或取消所述填充操作。

13.根据权利要求3所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，显示器联接至所述处理器以用于指示要被输送至所述气瓶的选定的流体量以及指示所述填充操作的完成。

14.根据权利要求3所述的用于为便携式气瓶填充预选量的流体从而为使用者供应能源需求的系统，其特征在于，设置有多个隔室，每个隔室具有分离的并且可独立操作的隔室门、可伸缩联接器、控制面板、以及可操作地连接至至少一个控制器的第一传感器。

15.一种使用权利要求1所述的系统填充便携式气瓶的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

确定所述隔室的倾斜角；

如果所述倾斜角大于或等于预定角度，则终止所述方法；以及

如果所述倾斜角小于所述预定角度，则允许访问所述隔室。

16.一种使用权利要求3所述的系统填充便携式气瓶的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

确定所述隔室或者各个隔室的倾斜角；

如果所述倾斜角大于或等于预定角度，则终止所述方法；

如果所述倾斜角小于所述预定角度，则允许访问所述隔室；

将气瓶定位在所述隔室内；

检测所述隔室门的关闭位置；

自动锁定所述隔室门以防止使用者访问；

程序输入要从所述贮存器输送至所述气瓶的预选的流体量；

使所述可伸缩联接器朝向所述气瓶上的所述注入阀移动，从而将所述可伸缩联接器连接至所述注入阀；

确定所述可伸缩联接器与所述注入阀之间已产生适当的连接；

通过所述供应管路将流体从所述贮存器引入所述气瓶；

当确定已传输了所述预选量的流体时，停止流体从所述贮存器的流动；

使所述可伸缩联接器从所述注入阀处缩回；以及

解锁所述隔室门以允许使用者访问，从而将所述气瓶从所述隔室中取出。

17.根据权利要求16所述的使用权利要求3所述的系统填充便携式气瓶的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

确定所述车辆的紧急制动器是否已被设定；以及

将所述紧急制动器锁定在设定位置从而防止在执行所述方法期间所述车辆的移动。

18.根据权利要求16所述的使用权利要求3所述的系统填充便携式气瓶的方法，其特征在于，当已经发生下列情况至少其中之一时，在将所述预选量的流体传输到所述气瓶之前停止所述填充操作并解锁所述隔室门，所述情况包括：1)已达到所述气瓶的压力极限；2)已达到所述气瓶的重量极限；3)已发生所述可伸缩联接器与所述注入阀之间的连接不当。

19.根据权利要求16所述的使用权利要求3所述的系统填充便携式气瓶的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在将所述可伸缩联接器连接于所述注入阀之前，检测所述气瓶的有效使用日期；以及，解锁所述隔室门以允许使用者在没有流体传输至所述气瓶情况下取出所述气瓶。