EP0813022A1 - Apparatus for filling bottles with liquefied petroleum gas - Google Patents

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EP0813022A1
EP0813022A1 EP19970430013 EP97430013A EP0813022A1 EP 0813022 A1 EP0813022 A1 EP 0813022A1 EP 19970430013 EP19970430013 EP 19970430013 EP 97430013 A EP97430013 A EP 97430013A EP 0813022 A1 EP0813022 A1 EP 0813022A1
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EP
European Patent Office
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filling
flow meter
lpg
bottle
mass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19970430013
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German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Solis
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Provencale D'automation Et De Mecanique
Original Assignee
Provencale D'automation Et De Mecanique
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Publication date
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    • F17C2270/059—Mass bottling, e.g. merry belts

Definitions

  • the present invention relates to an automatic filling device for a generally metallic bottle or reservoir with liquefied gas, particularly liquefied petroleum gas (LPG) such as butane or propane.
  • LPG liquefied petroleum gas
  • the technical field of the invention is that of the manufacture of an automatic gas cylinder filling installation.
  • the object of the present invention is to provide improved installations or apparatus for filling gas cylinders.
  • the objective of the invention consists more particularly in making it possible to fill gas cylinders with improved precision and at a high rate.
  • the scales fitted to the filling carousel have a relatively poor precision which, taking into account in addition the time constant (or dead time or reaction time) of the electromechanical or electropneumatic systems for closing the filling conduits, results in disparities in the filling of bottles, of the order of a hundred grams or more.
  • the bottles are actually filled with at least a hundred grams above or below the filling reference value; in order to guarantee a minimum filling of a gas cylinder to a determined value, the reference value must therefore be approximately one hundred grams greater than this determined value; as a result, therefore, a significant loss of product unnecessarily introduced into the bottle.
  • Patent application EP 653 585 describes an installation for filling motor vehicle tanks with gas, which comprises a mass flow meter, for example of the type using those of the Coriolis effect, and a control valve disposed upstream of the flow meter ; a non-return valve fitted to the tank to be filled, the volume of which is unknown; filling is carried out by a succession of steps making it possible to obtain complete filling corresponding to the desired pressure (approximately 200 bars); the device comprises a sensor for measuring the pressure prevailing in the tank to be filled and a temperature sensor; filling is carried out by several successive filling steps, each followed by a pressure control step and calculation of a corrected maximum pressure.
  • This slow process and device cannot be used to automatically fill gas cylinders in less than three seconds.
  • the solution to the problem posed consists in using, instead of the scales normally used to control or dose the quantity of LPG introduced into the bottle during its filling, a mass flow meter.
  • the ambient temperature at which such installations must operate can be very variable in a range which may for example range from 0 ° C to 40 ° C;
  • the pressure prevailing in the bottle during its filling can be different depending in particular on the nature of the liquefied gas which is introduced therein, the LPG supply pressure at which the gas is delivered to the filling installation can vary in significant proportions (for example from 7 bars to 20 Bars, while the pressure in the bottle is of the order of 5 bars) depending on the design and sizing of the various organs located upstream, from a large capacity main tank from which the LPG is delivered and conveyed, to the filling apparatus, including various apparatus situated on the LPG supply conduits from this supply reservoir to the bottles to be filled; such pressure and temperature variations in
  • the invention is particularly applicable to the filling of substantially identical gas cylinders containing a mass of LPG ranging from approximately 3 to 30 kg, under a pressure of the order of 5 to 15 bars.
  • the invention makes it possible to propose automatic filling installations which are less costly and whose maintenance is very much easier compared to the scales comprising complex and bulky electro-mechanical assemblies; in addition, such filling installations using mass flowmeters do not require a control of adjustment of the flowmeters (dosing control) after commissioning, and make it possible to ensure very high repeatability or fidelity of filling.
  • dosing control adjustment of the flowmeters
  • FIG. 1 illustrates in schematic perspective an installation for automatic filling of a gas cylinder equipped with mass flow meters in accordance with the invention.
  • Figure 2 illustrates in schematic perspective view a detail of embodiment according to a preferred embodiment of a mass flow meter used in installations according to the invention.
  • FIGS 3 and 4 illustrate, by simplified diagrams, a diagram of the LPG supply conduits which, as usual, include a pressure regulator which can be eliminated in an installation according to the invention.
  • FIG. 5 schematically illustrates a timing diagram for filling a bottle.
  • the installation 1 for automatic filling of a gas cylinder 5, 6, 7, comprises an inlet conveyor 15 with belt or chain, with a longitudinal axis 17, and comprises a conveyor 16 with longitudinal axis 18 for evacuating the bottles 7 after filling them on the roundabout 9.
  • a residue control flip-flop or input flip-flop 13 is provided on or along the input conveyor 15, to measure the weight of the bottle before filling it, ie the tare (increased if necessary by the mass residual gas present in the bottle).
  • the installation 1 may further comprise a control scale or an outlet scale 14 disposed on or along the outlet conveyor 16 in order to control the bottles after they have been filled, although thanks to the invention this scale is made generally useless. .
  • the installation comprises a device 19 for ejecting the bottles, the filling of which is not satisfactory on an ejection support, which ejector 19 may essentially consist of a jack actuating a pusher along an axis 21 along which extends the ejection support, so that only the correctly filled bottles continue their movement on the output conveyor 16 beyond the ejection station.
  • the operation of the scales 13, 14, the ejection device 19 and the arena 9 are placed under the control of the central unit 12 such as a programmable controller.
  • the filling carousel 9 comprises a support in the form of a disc or circular crown with a vertical axis 11, which support is rotatably mounted along this vertical axis 11.
  • the carousel comprises a plurality of juxtaposed stations or locations 8 for filling on each of which a bottle can be introduced, coming from the inlet conveyor 15, by a mechanical device not shown.
  • Each filling station or location 8 is equipped with a direct mass flow meter 2 placed on an LPG supply pipe from the station in question.
  • a valve 3 such as a solenoid valve is arranged downstream of the mass flow meter 2, on the flexible pipe 10 for example connecting the mass flow meter 2 to a clamp 4 for filling capable of being connected to the filling nozzle 5 of the valve d '' a bottle on station 8.
  • the different mass flowmeters equipping each of the stations 8 are each associated with a converter (not shown), which delivers an impulse electrical signal representative of the mass of LPG having passed through the mass flowmeter; each of these converters delivers said signal to an electronic concentrator 25 preferably located on the carousel 9 inside a pressurized cabinet 23, which can process the signals emitted by the various converters associated with each of the mass flowmeters and transmit them (via a rotary joint or pressurized rotary joint 24 and connecting means 22) to the central control unit 12 managing the filling installation; control of valves 3 (by electrical signals or opening or closing control tires) can be carried out by the concentrator 25 or by the central unit 12.
  • the preferred mass flow meter 2 for use in an LPG bottle filling apparatus comprises two portions of tubes 26 formed in open loops, the two ends of which are fixed to a common support 27 ; the flow meter 2 is traversed by the entire stream of LPG supplied to a bottle located on a filling station, and the two tube portions 26 are arranged in parallel on the LPG supply duct so that in each tube portion 26, circulates substantially half of the LPG current delivered to the bottle.
  • Each loop 26 is equipped with a transverse bar 30 fixed in the vicinity of each of its ends to two respective substantially diametrically opposite portions of the loop formed by the tube 26, each bar 30 being fixed by its central part to a bar 32 s' extending along an axis 35 perpendicular to the plane of FIG. 2 and fixed to said common support 27, the two torsion bars 32 each associated with one of the loops 26 being parallel to one another as are said loops and said transverse bars 30.
  • An preferably electromagnetic actuator 31 is arranged in the vicinity of the ends of the bars 30 to cause an oscillation in phase opposition of the bars and the tube loops, that is to say torsional oscillations along the axes 35, in phase opposition as marked with arrows 33 and 34 respectively.
  • Two inductive sensors 36 are arranged near portions 37 of the loops 26, symmetrically with respect to the torsion bars 32.
  • a circuit generally used for supplying a carousel 9 for filling gas cylinders with secondary supply conduits 10, comprises a main supply pipe 39 delivering the LPG stored in the tank 38 to the carousel 9 via a rotary union 41; in the case where a return line is not provided as illustrated in FIG. 3, maintaining the supply pressure of the carousel at a substantially constant value is generally obtained by a pressure regulator 42 located on a bypass line 40 returning to the reservoir 38;
  • the regulator 42 for maintaining the pressure is generally located on this said return pipe which is connected to the carousel 9 by a second rotary connector 41 ; this regulator 42 for maintaining a pressure within a determined range can be eliminated by using a mass flow meter according to the invention.
  • the abscissa axis represents time and the ordinate axis represents the mass flow rate of liquefied gas passing through the flow meter and actually introduced into the bottle.
  • the curve of variation of the flow during a filling operation which is illustrated in this figure shows that the transient flow 57 of start of filling varies from a zero value at the time 50 when a signal corresponding to the opening order arrives at the filling valve, up to a value 54 corresponding to the normal filling flow rate, which is reached at time 51; the time interval separating instants 50 and 51 can be of the order of 0.5 seconds.
  • the flow 58 retains a value 54 which is substantially constant until the arrival at time 52 of the order to close the filling valve; the flow 59 then decreases to a zero value which it reaches at the time 53; taking into account the flow rate values usually used, the quantities of identified gases 55 and 56 flowing during the transient periods of opening and closing of the valve (s), can each be of the order of approximately 50 grams; these quantities can be very variable depending on the environmental conditions of the installation, can also vary from one valve to another, and also vary depending on the evolution over time of the behavior of the valve and its control mechanism; due to the very high sensitivity, linearity and precision of the mass flow meter, these changes can be measured and taken into account by the electronic control unit to constantly modify and for each filling station, the set values to be observed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

The automatic LPG bottle filling station has a carousel (9) accepting empty bottles (6) from a conveyor line and returning filled bottles (7) to a second conveyor line. The carousel has a holder (8) for individual gas bottles (5). A filler unit (2,3,4) is adjacent to each holder on the carousel. The filler unit includes a hose with a clamp (4) to fit over the top of the gas bottle, a control valve (3) and a mass flow meter (2). The flow meter delivers an impulse signal representing the mass of gas passing through the meter. The impulses are delivered to a central controller (12) which opens or closes the control valve (3). Faulty bottles are automatically ejected from the carousel.

Description

La présente invention est relative à un appareil de remplissage automatique de bouteille ou réservoir généralement métallique, par du gaz liquéfié, particulièrement du gaz de pétrole liquéfié (GPL) tel que du butane ou du propane.The present invention relates to an automatic filling device for a generally metallic bottle or reservoir with liquefied gas, particularly liquefied petroleum gas (LPG) such as butane or propane.

Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'installation de remplissage automatique de bouteille de gaz.The technical field of the invention is that of the manufacture of an automatic gas cylinder filling installation.

Il est connu par le brevet FR2681 934 (Provençale d'Automation et de Mécanique) une installation de remplissage de bouteille de gaz liquéfié qui comporte une unité de pesage des bouteilles en amont d'un carrousel, un automate programmable relié à l'unité de pesage pour déterminer le poids de gaz à introduire dans chaque bouteille pour son remplissage et commandant la vanne de remplissage qui équipe un poste de remplissage ; l'installation comporte également une unité de pesage située en aval du carrousel pour contrôler après remplissage la quantité de gaz effectivement introduit dans les bouteilles ; le carrousel est équipé d'une pluralité de bascules de contrôle du poids de la bouteille au fur et à mesure de son remplissage.It is known from patent FR2681 934 (Provençale d'Automation et de Mécanique) a liquefied gas bottle filling installation which includes a bottle weighing unit upstream of a carousel, a programmable controller connected to the weighing to determine the weight of gas to be introduced into each bottle for filling and controlling the filling valve fitted to a filling station; the installation also includes a weighing unit located downstream of the carousel to control after filling the quantity of gas actually introduced into the bottles; the carousel is equipped with a plurality of scales for controlling the weight of the bottle as it is filled.

La présente invention a pour objectif de procurer des installations ou appareils de remplissage de bouteille de gaz améliorés.The object of the present invention is to provide improved installations or apparatus for filling gas cylinders.

L'objectif de l'invention consiste plus particulièrement à permettre de remplir des bouteilles de gaz avec une précision améliorée et à une cadence élevée. En effet, les bascules équipant des carrousel de remplissage ont une précision relativement médiocre ce qui, compte tenu en outre de la constante de temps (ou temps mort ou temps de réaction) des systèmes électromécaniques ou électropneumatiques de fermeture des conduits de remplissage, entraîne des disparités dans le remplissage des bouteilles, de l'ordre d'une centaine de grammes ou plus.The objective of the invention consists more particularly in making it possible to fill gas cylinders with improved precision and at a high rate. Indeed, the scales fitted to the filling carousel have a relatively poor precision which, taking into account in addition the time constant (or dead time or reaction time) of the electromechanical or electropneumatic systems for closing the filling conduits, results in disparities in the filling of bottles, of the order of a hundred grams or more.

Il en résulte que les bouteilles sont effectivement remplies d'au moins une centaine de grammes au dessus ou au dessous de la valeur de consigne de remplissage ; afin de garantir un remplissage minimum d'une bouteille de gaz à une valeur déterminée, la valeur de consigne devra donc être supérieure d'une centaine de grammes environ à cette valeur déterminée ; il en résulte par conséquent, une perte importante de produit introduit inutilement dans la bouteille.As a result, the bottles are actually filled with at least a hundred grams above or below the filling reference value; in order to guarantee a minimum filling of a gas cylinder to a determined value, the reference value must therefore be approximately one hundred grams greater than this determined value; as a result, therefore, a significant loss of product unnecessarily introduced into the bottle.

La demande de brevet EP 653 585 décrit une installation de remplissage de réservoirs de véhicules automobiles par du gaz, qui comporte un débitmètre massique, par exemple du type de ceux utilisant l'effet de Coriolis, et une vanne de contrôle disposée en amont du débitmètre ; un clapet anti-retour équipe le réservoir à remplir dont le volume est inconnu ; le remplissage s'effectue par une succession d'étapes permettant d'obtenir le remplissage complet correspondant à la pression souhaitée (environ 200 bars) ; le dispositif comporte un capteur de mesure de la pression régnant dans le réservoir à remplir et un capteur de température ; le remplissage s'effectue par plusieurs étapes successives de remplissage, chacune suivie d'une étape de contrôle de pression et de calcul d'une pression maximale corrigée.Patent application EP 653 585 describes an installation for filling motor vehicle tanks with gas, which comprises a mass flow meter, for example of the type using those of the Coriolis effect, and a control valve disposed upstream of the flow meter ; a non-return valve fitted to the tank to be filled, the volume of which is unknown; filling is carried out by a succession of steps making it possible to obtain complete filling corresponding to the desired pressure (approximately 200 bars); the device comprises a sensor for measuring the pressure prevailing in the tank to be filled and a temperature sensor; filling is carried out by several successive filling steps, each followed by a pressure control step and calculation of a corrected maximum pressure.

Ce procédé et ce dispositif, qui sont lents, ne sont pas utilisables pour remplir automatiquement, en moins de trois secondes des bouteilles de gaz.This slow process and device cannot be used to automatically fill gas cylinders in less than three seconds.

La solution au problème posé consiste à utiliser, au lieu des bascules habituellement utilisées pour contrôler ou doser la quantité de GPL introduit dans la bouteille au cours de son remplissage, un débitmètre massique.The solution to the problem posed consists in using, instead of the scales normally used to control or dose the quantity of LPG introduced into the bottle during its filling, a mass flow meter.

Il a été en effet constaté que de façon surprenante, de tels débitmètres peuvent être utilisés dans cette application particulière alors que de nombreux essais de débitmètres divers tels que notamment des débitmètres à aubes tournantes, des débitmètres à clapets, des débitmètres à tourbillons, des débitmètres à tubes de Pitot ou Venturi, des débitmètres électromagnétiques, à ultrasons se sont révélés infructueux.It has indeed been found that, surprisingly, such flowmeters can be used in this particular application while numerous tests of various flowmeters such as in particular rotary vane flowmeters, valve flowmeters, vortex flowmeters, flowmeters with Pitot or Venturi tubes, electromagnetic flowmeters, with ultrasound have proved unsuccessful.

Ceci résulte vraisemblablement du fait que les installations industrielles de remplissage automatique de bouteille de gaz doivent traiter et remplir des bouteilles à des cadences très élevées, par exemple de l'ordre de 1200 bouteilles par heure et parfois plus, et sont soumises à des contraintes d'environnement sévères notamment en matière de vibrations ; en outre la température ambiante à laquelle de telles installations doivent fonctionner peut être très variable dans une plage pouvant par exemple aller de 0°C à 40°C ; d'autre part, la pression régnant dans la bouteille durant son remplissage peut être différente suivant notamment la nature du gaz liquéfié qui y est introduit en outre, la pression d'alimentation en GPL à laquelle le gaz est délivré à l'installation de remplissage peut varier dans des proportions importantes (par exemple de 7 bars à 20 Bars, tandis que la pression dans la bouteille est de l'ordre de 5 bars) en fonction de la conception et du dimensionnement des différents organes situés en amont, à partir d'un réservoir principal de grande capacité à partir duquel le GPL est délivré et acheminé, jusqu'aux appareils de remplissage, incluant différents appareils situés sur les conduits d'alimentation en GPL depuis ce réservoir d'alimentation jusqu'aux bouteilles à remplir ; de telles variations de pression et de température notamment rendent difficiles et peu envisageable industriellement l'utilisation de débitmètre pour contrôler avec précision le remplissage de bouteille de GPL.This probably results from the fact that industrial installations for automatic filling of gas cylinders have to process and fill cylinders at very high rates, for example of the order of 1200 bottles per hour and sometimes more, and are subject to constraints d harsh environment, particularly in terms of vibrations; furthermore, the ambient temperature at which such installations must operate can be very variable in a range which may for example range from 0 ° C to 40 ° C; on the other hand, the pressure prevailing in the bottle during its filling can be different depending in particular on the nature of the liquefied gas which is introduced therein, the LPG supply pressure at which the gas is delivered to the filling installation can vary in significant proportions (for example from 7 bars to 20 Bars, while the pressure in the bottle is of the order of 5 bars) depending on the design and sizing of the various organs located upstream, from a large capacity main tank from which the LPG is delivered and conveyed, to the filling apparatus, including various apparatus situated on the LPG supply conduits from this supply reservoir to the bottles to be filled; such pressure and temperature variations in particular make it difficult and hardly conceivable industrially the use of a flow meter to precisely control the filling of the LPG bottle.

Il a donc été constaté que l'utilisation d'un débitmètre massique direct, de préférence utilisant l'effet de Coriolis, pouvait être utilisé dans ces installations de remplissage de bouteille de GPL, malgré les contraintes d'environnement défavorables et très variables et permet d'obtenir une précision de remplissage des bouteilles de gaz très nettement améliorée, qui est de l'ordre d'une dizaine de grammes environ.It was therefore found that the use of a direct mass flow meter, preferably using the Coriolis effect, could be used in these LPG bottle filling installations, despite the unfavorable and highly variable environmental constraints and makes it possible to obtain a very significantly improved filling accuracy for gas cylinders, which is of the order of about ten grams.

L'invention s'applique particulièrement au remplissage de bouteilles de gaz sensiblement identiques, contenant une masse de GPL allant de 3 à 30 kg environ, sous une pression de l'ordre de 5 à 15 bars.The invention is particularly applicable to the filling of substantially identical gas cylinders containing a mass of LPG ranging from approximately 3 to 30 kg, under a pressure of the order of 5 to 15 bars.

Selon des modes préférentiels de réalisation de l'invention :

  • ledit débitmètre est un débitmètre utilisant l'effet de Coriolis ;
  • ledit appareil comporte une pince d'emplissage et une vanne (telle qu'une électrovanne ou une vanne pneumatique ou autopneumatique) disposée entre ledit débitmètre massique et ladite pince d'emplissage, de sorte que l'on maintient le débitmètre massique en pression et on évite de favoriser la formation de bulles ou poches gazeuses dans la conduite d'alimentation en GPL située en amont du débitmètre.
  • ledit appareil comporte en outre un convertisseur de mesure associé audit débitmètre, qui est apte à émettre un signal numérique et/ou impulsionnel représentatif de la masse de GPL ayant traversé le débitmètre ;
  • ledit appareil comporte une unité électronique de contrôle tel qu'un automate programmable apte à commander l'ouverture et la fermeture d'une vanne située sur la conduite de remplissage de la bouteille, laquelle unité centrale de contrôle comporte des moyens de mesure de la masse de GPL traversant le débitmètre après qu'un ordre de fermeture ait été envoyé à ladite vanne, afin de tenir compte du temps de réponse de système électromécanique de coupure de l'alimentation en GPL d'une part ainsi que des caractéristiques hydrodynamiques transitoires de la vanne lors de sa fermeture d'autre part ;
  • ledit appareil comporte un manège ou carrousel muni d'une pluralité de postes ou supports de bouteille pour leur remplissage, et ledit appareil comporte pour chaque poste d'emplissage un ensemble comportant successivement disposés sur le conduit d'alimentation en GPL : un débitmètre massique et son convertisseur associé, une vanne de fermeture d'une canalisation d'alimentation en GPL, et une pince d'emplissage ;
  • ledit appareil comporte une bascule d'entrée apte à peser des bouteilles destinées à être remplies qui sont acheminées par un convoyeur d'arrivée sur un manège rotatif comportant une pluralité de postes de remplissage lequel appareil comporte en outre un éjecteur de bouteille dont le remplissage est défectueux sur un support d'éjection, laquelle bascule d'entrée et lequel éjecteur sont commandés par une unité centrale de commande ;
  • ledit appareil est dénué de bascule de sortie apte à contrôler le remplissage des bouteilles et/ou est dénué d'un régulateur de pression d'alimentation en GPL ;
  • ledit débitmètre massique comporte deux tubes en forme de boucle parallèles superposées ou juxtaposées, chaque boucle étant équipée d'un barreau transversal ou diamétral monté sur une barre de torsion, chacune des boucle étant apte à osciller en rotation autour de l'axe longitudinal de la barre de torsion sous l'action d'actionneurs électromagnétiques, lesdites deux boucles étant aptes à osciller en opposition de phase et ledit débitmètre comporte deux détecteur inductifs sensibles aux mouvements d'oscillation ou de torsion desdites boucles, et comporte des moyens de délivrance d'un signal proportionnel au déphasage entre les déplacements desdites deux boucles, qui est proportionnel au débit massique traversant le débitmètre ;
  • lesdits deux tubes en forme de boucle dans lesquels circule le GPL sont raccordés en parallèle sur le circuit d'alimentation en GPL de la pince d'emplissage de bouteille et de préférence sont des tubes sans soudure.
According to preferred embodiments of the invention:
  • said flow meter is a flow meter using the Coriolis effect;
  • said apparatus comprises a filling clamp and a valve (such as a solenoid valve or a pneumatic or autopneumatic valve) disposed between said mass flow meter and said filling clamp, so that the mass flow meter is kept under pressure and avoids promoting the formation of bubbles or gas pockets in the LPG supply line located upstream of the flow meter.
  • said device further comprises a converter associated with said flow meter, which is capable of emitting a digital and / or pulse signal representative of the mass of LPG having passed through the flow meter;
  • said device comprises an electronic control unit such as a programmable automaton capable of controlling the opening and closing of a valve located on the filling line of the bottle, which central control unit includes means for measuring the mass of LPG passing through the flow meter after a closing order has been sent to said valve, in order to take into account the response time of the electromechanical system for cutting off the LPG supply on the one hand as well as the characteristics transient hydrodynamics of the valve when it is closed on the other hand;
  • said device comprises a merry-go-round or carousel provided with a plurality of stations or bottle supports for filling them, and said device comprises for each filling station a set comprising successively disposed on the LPG supply duct: a mass flow meter and its associated converter, a valve for closing an LPG supply pipe, and a filling clamp;
  • said apparatus comprises an input scale capable of weighing bottles intended to be filled which are conveyed by an arrival conveyor on a rotary carousel comprising a plurality of filling stations which apparatus further comprises a bottle ejector the filling of which is defective on an ejection support, which input rocker and which ejector are controlled by a central control unit;
  • said device is devoid of an output rocker capable of controlling the filling of the bottles and / or is devoid of an LPG supply pressure regulator;
  • said mass flow meter has two superimposed or juxtaposed parallel loop-shaped tubes, each loop being equipped with a transverse or diametral bar mounted on a torsion bar, each of the loops being able to oscillate in rotation about the longitudinal axis of the torsion bar under the action of electromagnetic actuators, said two loops being able to oscillate in phase opposition and said flow meter comprises two inductive sensors sensitive to the oscillatory or torsional movements of said loops, and comprises means for delivering a signal proportional to the phase shift between the displacements of said two loops, which is proportional to the mass flow passing through the flow meter;
  • said two loop-shaped tubes in which the LPG circulates are connected in parallel to the LPG supply circuit of the bottle filling clamp and preferably are seamless tubes.

L'invention permet de proposer des installations de remplissage automatique moins coûteuses et dont la maintenance est très nettement facilitée comparativement aux bascules comportant des ensembles électro-mécaniques complexes et volumineux ; en outre de telles installations de remplissage utilisant des débitmètres massiques ne nécessitent pas de contrôle de réglage des débitmètres (de contrôle de dosage) après la mise en service, et permettent d'assurer une très grande répétabilité ou fidélité d'emplissage. En outre, grâce à une très grande sensibilité et à une très grande dynamique de ce type de capteur, il est possible de tenir compte pour le contrôle de remplissage d'une bouteille, de la quantité de gaz introduite dans celle-ci après qu'une vanne de fermeture de la conduite d'alimentation de celle-ci ait été commandé, c'est à dire à continuer de mesurer la quantité de gaz introduite dans la bouteille pendant ( et le cas échéant après) la fermeture de cette vanne.The invention makes it possible to propose automatic filling installations which are less costly and whose maintenance is very much easier compared to the scales comprising complex and bulky electro-mechanical assemblies; in addition, such filling installations using mass flowmeters do not require a control of adjustment of the flowmeters (dosing control) after commissioning, and make it possible to ensure very high repeatability or fidelity of filling. In addition, thanks to a very high sensitivity and a very high dynamic range of this type of sensor, it is possible to take into account for the control of filling of a bottle, the quantity of gas introduced into it after that a valve for closing the supply line of the latter has been ordered, that is to say to continue measuring the quantity of gas introduced into the bottle during (and if necessary after) the closure of this valve.

Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation d'un appareil selon l'invention.The numerous advantages provided by the invention will be better understood through the following description which refers to the appended drawings, which illustrate without any limiting character preferred embodiments of an apparatus according to the invention.

Sauf indication contraire les repères numériques identiques dans les différentes figures, désignent des éléments identiques ou similaires
   la figure 1 illustre en perspective schématique une installation de remplissage automatique de bouteille de gaz équipée de débitmètres massiques conformément à l'invention. La figure 2 illustre en vue schématique en perspective un détail de réalisation selon un mode préféré d'un débitmètre massique utilisé dans des installations conformes à l'invention.Unless otherwise indicated, identical reference numerals in the various figures denote identical or similar elements
FIG. 1 illustrates in schematic perspective an installation for automatic filling of a gas cylinder equipped with mass flow meters in accordance with the invention. Figure 2 illustrates in schematic perspective view a detail of embodiment according to a preferred embodiment of a mass flow meter used in installations according to the invention.

Les figures 3 et 4 illustrent par des synoptiques simplifiés un schéma des conduits d'alimentation en GPL qui comportent comme habituellement un régulateur de pression qui peut être éliminé dans une installation selon l'invention.Figures 3 and 4 illustrate, by simplified diagrams, a diagram of the LPG supply conduits which, as usual, include a pressure regulator which can be eliminated in an installation according to the invention.

La figure 5 illustre schématiquement un chronogramme de remplissage d'une bouteille.FIG. 5 schematically illustrates a timing diagram for filling a bottle.

Par référence à la figure 1, l'installation 1 de remplissage automatique de bouteille de gaz 5, 6, 7, comporte un convoyeur d'entrée 15 à bande ou à chaîne, d'axe longitudinal 17, et comporte un convoyeur 16 d'axe longitudinal 18 d'évacuation des bouteilles 7 après leur remplissage sur le manège 9.With reference to FIG. 1, the installation 1 for automatic filling of a gas cylinder 5, 6, 7, comprises an inlet conveyor 15 with belt or chain, with a longitudinal axis 17, and comprises a conveyor 16 with longitudinal axis 18 for evacuating the bottles 7 after filling them on the roundabout 9.

Une bascule de contrôle de résidus ou bascule d'entrée 13 est prévue sur ou le long du convoyeur d'entré 15, pour mesurer le poids de la bouteille avant son remplissage c'est à dire la tare (augmentée le cas échéant de la masse de gaz résiduel présent dans la bouteille).A residue control flip-flop or input flip-flop 13 is provided on or along the input conveyor 15, to measure the weight of the bottle before filling it, ie the tare (increased if necessary by the mass residual gas present in the bottle).

L'installation 1 peut comporter en outre une bascule de contrôle ou une bascule de sortie 14 disposée sur ou le long du convoyeur de sortie 16 afin de contrôler les bouteilles après leur remplissage, bien que grâce à l'invention cette bascule soit rendue généralement inutile.The installation 1 may further comprise a control scale or an outlet scale 14 disposed on or along the outlet conveyor 16 in order to control the bottles after they have been filled, although thanks to the invention this scale is made generally useless. .

L'installation comporte une dispositif 19 d'éjection des bouteilles dont le remplissage n'est pas satisfaisant sur un support 20 d'éjection, lequel éjecteur 19 peut être essentiellement constitué par un vérin actionnant un poussoir selon un axe 21 selon lequel s'étend le support d'éjection, afin que seules les bouteilles correctement remplies continuent leur déplacement sur le convoyeur 16 de sortie au delà du poste d'éjection.The installation comprises a device 19 for ejecting the bottles, the filling of which is not satisfactory on an ejection support, which ejector 19 may essentially consist of a jack actuating a pusher along an axis 21 along which extends the ejection support, so that only the correctly filled bottles continue their movement on the output conveyor 16 beyond the ejection station.

Le fonctionnement des balances 13, 14, du dispositif d'éjection 19 et du manège 9 sont placés sous la commande de l'unité centrale 12 telle qu'un automate programmable.The operation of the scales 13, 14, the ejection device 19 and the arena 9 are placed under the control of the central unit 12 such as a programmable controller.

Le manège 9 de remplissage comporte un support en forme de disque ou de couronne circulaire d'axe vertical 11, lequel support est monté rotatif selon cet axe vertical 11.The filling carousel 9 comprises a support in the form of a disc or circular crown with a vertical axis 11, which support is rotatably mounted along this vertical axis 11.

Le manège comporte une pluralité de postes ou emplacements 8 juxtaposés de remplissage sur chacun desquels une bouteille peut être introduite, venant du convoyeur d'entrée 15, par un dispositif mécanique non représenté.The carousel comprises a plurality of juxtaposed stations or locations 8 for filling on each of which a bottle can be introduced, coming from the inlet conveyor 15, by a mechanical device not shown.

Chaque poste ou emplacement 8 de remplissage est équipé d'un débitmètre massique direct 2 placé sur une canalisation d'alimentation en GPL du poste considéré.Each filling station or location 8 is equipped with a direct mass flow meter 2 placed on an LPG supply pipe from the station in question.

Une vanne 3 telle qu'une électrovanne est disposé en aval du débitmètre massique 2, sur la canalisation 10 par exemple souple reliant le débitmètre massique 2 à une pince 4 d'emplissage apte à être connectée sur l'embout de remplissage 5 du robinet d'une bouteille disposée sur le poste 8.A valve 3 such as a solenoid valve is arranged downstream of the mass flow meter 2, on the flexible pipe 10 for example connecting the mass flow meter 2 to a clamp 4 for filling capable of being connected to the filling nozzle 5 of the valve d '' a bottle on station 8.

Les différents débitmètres massiques équipant chacun des postes 8 sont chacun associé à un convertisseur (non représenté), qui délivre un signal électrique impulsionnel représentatif de la masse de GPL ayant traversé le débitmètre massique ; chacun de ces convertisseurs délivre ledit signal à destination d'un organe électronique concentrateur 25 de préférence situé sur le carrousel 9 à l'intérieur d'une armoire pressurisée 23, qui peut traiter les signaux émis par les différents convertisseurs associés à chacun des débitmètre massiques et les transmettre (par l'intermédiaire d'un joint rotatif ou joint tournant pressurisé 24 et de moyen de liaison 22) à l'unité de contrôle centrale 12 gérant l'installation de remplissage ; le pilotage des vannes 3 (par des signaux électriques ou pneumatiques de commande d'ouverture ou de fermeture) peut être effectué par l'organe concentrateur 25 ou par l'unité centrale 12.The different mass flowmeters equipping each of the stations 8 are each associated with a converter (not shown), which delivers an impulse electrical signal representative of the mass of LPG having passed through the mass flowmeter; each of these converters delivers said signal to an electronic concentrator 25 preferably located on the carousel 9 inside a pressurized cabinet 23, which can process the signals emitted by the various converters associated with each of the mass flowmeters and transmit them (via a rotary joint or pressurized rotary joint 24 and connecting means 22) to the central control unit 12 managing the filling installation; control of valves 3 (by electrical signals or opening or closing control tires) can be carried out by the concentrator 25 or by the central unit 12.

Par référence à la figure 2, le débitmètre massique 2 préféré pour utilisation dans un appareil de remplissage de bouteille de GPL conforme à l'invention, comporte deux portions de tubes 26 conformés en boucles ouvertes dont les deux extrémités sont fixées à un support commun 27 ; le débitmètre 2 est traversé par la totalité du courant de GPL délivré à une bouteille située sur un poste de remplissage, et les deux portions de tube 26 sont disposées en parallèle sur le conduit d'alimentation en GPL de sorte que dans chaque portion de tube 26, circule sensiblement la moitié du courant de GPL délivré à la bouteille.With reference to FIG. 2, the preferred mass flow meter 2 for use in an LPG bottle filling apparatus according to the invention, comprises two portions of tubes 26 formed in open loops, the two ends of which are fixed to a common support 27 ; the flow meter 2 is traversed by the entire stream of LPG supplied to a bottle located on a filling station, and the two tube portions 26 are arranged in parallel on the LPG supply duct so that in each tube portion 26, circulates substantially half of the LPG current delivered to the bottle.

Chaque boucle 26 est équipé d'un barreau transversal 30 fixé au voisinage de chacune de ses extrémités à deux portions respectives sensiblement diamétralement opposées de la boucle formée par le tube 26, chaque barreau 30 étant fixé par sa partie centrale à une barre 32 s'étendant selon un axe 35 perpendiculaire au plan de la figure 2 et fixé audit support commun 27, les deux barres de torsion 32 chacune associée à une des boucles 26 étant parallèles entre elles de même que lesdites boucles et lesdits barreaux transversaux 30.Each loop 26 is equipped with a transverse bar 30 fixed in the vicinity of each of its ends to two respective substantially diametrically opposite portions of the loop formed by the tube 26, each bar 30 being fixed by its central part to a bar 32 s' extending along an axis 35 perpendicular to the plane of FIG. 2 and fixed to said common support 27, the two torsion bars 32 each associated with one of the loops 26 being parallel to one another as are said loops and said transverse bars 30.

Un actionneur de préférence électromagnétique 31 est disposé au voisinage des extrémités des barreaux 30 pour provoquer une oscillation en opposition de phase des barreaux et des boucles de tube, c'est à dire des oscillations de torsion selon les axes 35, en opposition de phase comme repéré par les flèches 33 et 34 respectivement.An preferably electromagnetic actuator 31 is arranged in the vicinity of the ends of the bars 30 to cause an oscillation in phase opposition of the bars and the tube loops, that is to say torsional oscillations along the axes 35, in phase opposition as marked with arrows 33 and 34 respectively.

Deux capteurs inductifs 36 sont disposés à proximité de portions 37 des boucles 26, symétriquement par rapport aux barres de torsion 32.Two inductive sensors 36 are arranged near portions 37 of the loops 26, symmetrically with respect to the torsion bars 32.

Le GPL circulant dans la boucle 26 représenté en partie supérieure de la figure 2, qui pénètre dans celle-ci selon la flèche 28, subit du fait des oscillation de la boucle, une accélération ou une décélération qui, compte tenu de l'accélération de Coriolis, provoque une force différente dans la première moitié de chaque boucle 26 et dans la deuxième moitié de celle-ci, lesquelles forces engendrent une déformation de la boucle qui est proportionnelle au débit massique de GPL circulant dans celle-ci ; un déphasage entre les signaux produits les capteurs de mouvement 36 en résultant est proportionnel au débit massique, lequel déphasage peut être intégré par un convertisseur pour donner une information fiable et précise de la masse de GPL ayant traversé le débitmètre dans un intervalle de temps déterminé.The LPG circulating in the loop 26 represented in the upper part of FIG. 2, which enters it according to arrow 28, undergoes due to the oscillation of the loop, an acceleration or a deceleration which, taking account of the acceleration of Coriolis, causes a different force in the first half of each loop 26 and in the second half of this one, which forces generate a deformation of the loop which is proportional to the mass flow rate of LPG circulating in the latter; a phase shift between the signals produced by the resulting motion sensors 36 is proportional to the mass flow rate, which phase shift can be integrated by a converter to give reliable and precise information of the mass of LPG having passed through the flow meter in a determined time interval.

Par référence à la figure 3, un circuit généralement utilisé pour l'alimentation d'un carrousel 9 de remplissage de bouteilles de gaz par des conduits secondaires d'alimentation 10, comporte une canalisation principale d'alimentation 39 délivrant le GPL stocké dans le réservoir 38 au carrousel 9 par l'intermédiaire d'un raccord tournant 41 ; dans le cas où une canalisation de retour n'est pas prévu comme illustré figure 3, le maintien de la pression d'alimentation du carrousel à une valeur sensiblement constante est généralement obtenu par un régulateur de pression 42 situé sur une canalisation de bipasse 40 retournant au réservoir 38 ; Par référence à la figure 4 où l'installation représentée est équipée d'une canalisation de retour 43, le régulateur 42 de maintien de la pression est généralement situé sur cette dite canalisation de retour qui est reliée au carrousel 9 par un deuxième raccord tournant 41 ; ce régulateur 42 de maintient d'une pression dans une plage déterminée peut être éliminé grâce à l'utilisation d'un débitmètre massique conforme à l'invention.With reference to FIG. 3, a circuit generally used for supplying a carousel 9 for filling gas cylinders with secondary supply conduits 10, comprises a main supply pipe 39 delivering the LPG stored in the tank 38 to the carousel 9 via a rotary union 41; in the case where a return line is not provided as illustrated in FIG. 3, maintaining the supply pressure of the carousel at a substantially constant value is generally obtained by a pressure regulator 42 located on a bypass line 40 returning to the reservoir 38; With reference to FIG. 4 where the installation shown is equipped with a return pipe 43, the regulator 42 for maintaining the pressure is generally located on this said return pipe which is connected to the carousel 9 by a second rotary connector 41 ; this regulator 42 for maintaining a pressure within a determined range can be eliminated by using a mass flow meter according to the invention.

Par référence à la figure 5, l'axe des abscisses représente le temps et l'axe des ordonnées représente le débit massique de gaz liquéfié traversant le débitmètre et effectivement introduit dans la bouteille.With reference to FIG. 5, the abscissa axis represents time and the ordinate axis represents the mass flow rate of liquefied gas passing through the flow meter and actually introduced into the bottle.

La courbe de variation du débit lors d'une opération de remplissage qui est illustrée sur cette figure montre que le débit transitoire 57 de début d'emplissage varie d'une valeur nulle au moment 50 où un signal correspondant à l'ordre d'ouverture arrive à la vanne de remplissage, jusqu'à une valeur 54 correspondant au débit normal de remplissage, qui est atteinte à l'instant 51 ; l'intervalle de temps séparant les instants 50 et 51 peut être de l'ordre de 0.5 seconde.The curve of variation of the flow during a filling operation which is illustrated in this figure shows that the transient flow 57 of start of filling varies from a zero value at the time 50 when a signal corresponding to the opening order arrives at the filling valve, up to a value 54 corresponding to the normal filling flow rate, which is reached at time 51; the time interval separating instants 50 and 51 can be of the order of 0.5 seconds.

Le débit 58 conserve une valeur 54 sensiblement constante jusqu'à l'arrivée au moment 52 de l'ordre de fermeture de la vanne de remplissage ; le débit 59 décroit ensuite jusqu'à une valeur nulle qu'il atteint au moment 53 ; compte tenu des valeurs de débit habituellement utilisées les quantités de gaz repérées 55 et 56 s'écoulant pendant les périodes transitoires d'ouverture et de fermeture de la ou des vanne(s), peuvent être chacune de l'ordre de 50 grammes environ ; ces quantités peuvent être très variables en fonction des conditions d'environnement de l'installation, peuvent aussi varier d'une vanne à un autre, et varier en outre en fonction de l'évolution dans le temps du comportement de la vanne et de son mécanisme de commande ; du fait de la très grande sensibilité, linéarité et précision du débitmètre massique, ces évolutions peuvent être mesurées et prises en compte par l'organe électronique de commande pour modifier en permanence et pour chaque poste de remplissage, les valeurs de consigne à respecter.The flow 58 retains a value 54 which is substantially constant until the arrival at time 52 of the order to close the filling valve; the flow 59 then decreases to a zero value which it reaches at the time 53; taking into account the flow rate values usually used, the quantities of identified gases 55 and 56 flowing during the transient periods of opening and closing of the valve (s), can each be of the order of approximately 50 grams; these quantities can be very variable depending on the environmental conditions of the installation, can also vary from one valve to another, and also vary depending on the evolution over time of the behavior of the valve and its control mechanism; due to the very high sensitivity, linearity and precision of the mass flow meter, these changes can be measured and taken into account by the electronic control unit to constantly modify and for each filling station, the set values to be observed.

Claims (10)

Appareil de remplissage automatique de bouteilles par du gaz liquifié, qui comporte un manège (9) muni d'une pluralité de postes (8) ou supports de bouteilles pour leur remplissage, chaque poste (8) d'emplissage comportant une pince (4) d'emplissage, caractérisé en ce que chaque poste (8) d'emplissage comporte un débitmètre massique (2).Apparatus for automatically filling bottles with liquefied gas, which comprises a roundabout (9) provided with a plurality of stations (8) or bottle supports for filling them, each filling station (8) comprising a clamp (4) filling, characterized in that each filling station (8) comprises a mass flow meter (2). Appareil selon la revendication 1 dans lequel ledit débitmètre est un débitmètre utilisant l'effet de Coriolis.The apparatus of claim 1 wherein said flow meter is a flow meter using the Coriolis effect. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 qui comporte une pince (4) d'emplissage et une vanne (3) disposée entre ledit débitmètre massique et ladite pince d'emplissage.Apparatus according to any one of claims 1 or 2 which comprises a filling clamp (4) and a valve (3) disposed between said mass flow meter and said filling clamp. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui comporte en outre un convertisseur de mesure associé audit débitmètre et apte à émettre un signal impulsionnel représentatif de la masse de GPL traversant le débitmètre.Apparatus according to any one of claims 1 to 3, which further comprises a converter associated with said flow meter and capable of emitting a pulse signal representative of the mass of LPG passing through the flow meter. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 qui comporte une unité de contrôle (12) apte à commander l'ouverture et la fermeture de ladite vanne (3) située sur la conduite (10) de remplissage de la bouteille, laquelle unité de contrôle comporte des moyens de mesure de la masse de GPL traversant le débitmètre après qu'un ordre de fermeture ait été envoyé à ladite vanne.Apparatus according to any one of claims 1 to 4 which comprises a control unit (12) capable of controlling the opening and closing of said valve (3) located on the pipe (10) for filling the bottle, which unit control comprises means for measuring the mass of LPG passing through the flow meter after a closing order has been sent to said valve. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 qui comporte un éjecteur (19) de bouteille dont le remplissage est défectueux sur un support (20) d'éjection et qui est dénué de bascule (14) de sortie apte à contrôler le remplissage des bouteilles (7).Apparatus according to any one of claims 1 to 5 which comprises a bottle ejector (19) whose filling is defective on an ejection support (20) and which is devoid of an output rocker (14) capable of controlling the filling bottles (7). Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 qui est dénué d'organe (tel qu'une vanne) régulateur (42) de la pression d'alimentation en GPL ou de retour de GPL.Apparatus according to any one of claims 1 to 5 which is devoid of a member (such as a valve) regulating (42) the pressure of supply of LPG or return of LPG. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ledit débitmètre massique comporte deux tubes (26) en forme de boucle parallèles superposées, chaque boucle étant équipée d'un barreau (30) transversal monté sur une barre (32) de torsion, chacune des boucles étant apte à osciller en rotation autour de l'axe longitudinal de la barre de torsion sous l'action d'actionneurs (31) électromagnétiques, lesdites deux boucles étant aptes à osciller en opposition de phase, et ledit débitmètre comporte deux détecteur (36) sensibles aux mouvements d'oscillation desdites boucles, et comporte des moyens de délivrance d'un signe proportionnel au déphasage entre les déplacements desdites deux boucles, qui est proportionnel au débit massique traversant le débitmètre.Apparatus according to any one of claims 1 to 6 wherein said mass flow meter comprises two tubes (26) in form of superimposed parallel loops, each loop being fitted with a transverse bar (30) mounted on a torsion bar (32), each of the loops being capable of oscillating in rotation about the longitudinal axis of the torsion bar under the action of electromagnetic actuators (31), said two loops being able to oscillate in phase opposition, and said flow meter comprises two detector (36) sensitive to the oscillating movements of said loops, and includes means for delivering a sign proportional to the phase shift between the displacements of said two loops, which is proportional to the mass flow passing through the flow meter. Appareil selon la revendication 8 dans lequel lesdits deux tubes en forme de boucle dans lesquels circule le GPL sont raccordés en parallèle sur le circuit d'alimentation en GPL.Apparatus according to claim 8 wherein said two loop-shaped tubes in which the LPG flows are connected in parallel to the LPG supply circuit. Procédé de remplissage automatique de bouteilles par du gaz liquéfié, par un appareil de remplissage comportant un manège (9) muni d'une pluralité de postes (8) de remplissage, comportant chacun une pince d'emplissage, caractérisé en ce qu'on utilise un débitmètre massique pour mesurer la quantité de gaz effectivement introduite dans la bouteille.Method for automatically filling bottles with liquefied gas, by a filling device comprising a carousel (9) provided with a plurality of filling stations (8), each comprising a filling clamp, characterized in that use is made a mass flow meter to measure the quantity of gas actually introduced into the bottle.
EP19970430013 1996-06-14 1997-06-13 Apparatus for filling bottles with liquefied petroleum gas Withdrawn EP0813022A1 (en)

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