KR20140103832A - 가스를 용기에 담기 위한 자동화된 소형 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소비자 또는 사용자가 소비자에게 편리한 주거 지역 또는 근처에서 빈 실린더(3)를 직접 재충전 하는 것을 가능하게 하기 위해 소매 판매대들 또는 차량에 설치될 수 있는, 가스 실린더(3)들을 재충전하는 시스템(1) 및 방법에 관련된다. 상기 시스템(1)은 실린더의 충전 밸브(7)와 자동으로 연결되는 급속 커플러(9) 및 상기 실린더에 유체를 전달하기 위해 저장소(2) 와 상기 급속 커플러(9)의 사이에서 연장되는 공급 라인(15)을 포함한다. 재충전 작업 중에는, 상기 실린더(3)는 사용자의 접근을 방지하기 위해 잠겨진 격실(4) 안에 위치된다. 제어 패널(5)은 소비자가, 전달될 유체의 미리 결정된 양을 선택하는 것을 가능하게 한다.

Description

가스를 용기에 담기 위한 자동화된 소형 시스템 및 방법{Automated compact system and method for bottling gas}

본 발명은 소비자 또는 다른 사용자들에 의해 자동적이며 안전하게 가스 실린더들을 충전하기 위하여 임의의 소매 판매대(retail sales establishment)에 설치될 수 있거나, 소비자 또는 다른 사용자들이 자동으로 가스 실린더들을 채우는 것을 가능하게 하기 위하여 주택 지역들과 같이 소비자에게 편리한 장소들로 이동될 수 있는 차량들에 설치될 수 있어서 실린더 교환 또는 공급 회사로의 수송 및 그 수반되는 비용을 피할 수 있도록 하는, 가스를 용기에 담기 위한 소형 시스템 및 방법에 관련된다.

가스를 공급하기 위한 파이프라인 시스템들은 주택 지역들에는 알려져 있으나, 그 배급망이 아직은 모든 대도시 지역들에는 미치지 못해, 그러한 배급망이 미치지 않는 장소들에서는 실린더들을 사용하는 것이 필요하다.

소비자들은 그 내용물이 모두 소진되자마자 예를 들어 실린더들을 충전하는 영업장에서 직접 실린더들을 교체하기도 하며 또는 공급자의 트럭이 지나가기를 기다리기도 하는데, 상기 공급자는 예정된 날짜에 트럭이 지나가는 장소에서 실린더를 교체함으로써 판매를 하게 된다.

이러한 실린더 교체 시스템은 몇 가지 단점들을 가지는데, 이는 실린더들이 비었든 가득 찼든 간에 회사와 주택 지역 간에 실린더들을 수송하는 비용과 같은 것들로서, 이는 제품의 비용을 상승시킨다. 더군다나, 실린더들은 수송 또는 보관 중에 마모되고 보수 및 도색을 필요로 하는데, 이 또한 제품의 비용을 상승시킨다.

또 다른 단점은 그 내용물이 완전히 소진되지 않은 상태에서 실린더를 교체한다는 것이다. 이는 소비자가 조리 도중에 가스가 소진될 것을 걱정되어, 실린더가 비워지기 전에 이를 교체하기 때문에 발생한다. 이것은 소비자가 실린더 안에 담겨진 가스에 대해서 어떠한 변상도 받지 않기 때문에 소비자에게 추가적이고 불필요한 비용을 부담시킨다.

정해진 양의 가스를 판매하는 것을 가능하게 하고, 실린더에 가스를 과도하게 충전하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 소비자가 충전된 가스만큼만 지불하는 것을 가능하게 하기 위하여, 용기에 담기는 가스의 양을 계산하는 것을 돕는 투여 장치(dosing device)들을 포함하는 충전 시스템들이 존재한다. 이러한 시스템들은 가스 탱크에 포함된 가스 밀도의 판별, 실린더 안의 가스 밀도의 선택, 실린더에 추가할 가스의 미리 정해진 양의 계산, 및 가스 흐름의 조절 등을 가능하게 한다.

불리한 방식에서는, 비록 효율적이지만, 이러한 충전 시스템들은 무겁고, 매우 복잡하며, 많은 부품들을 포함한다. 더군다나 그것들은 많은 측정 및 계산 장치들 포함하며, 이들 중 어느 하나라도 고장인 경우에 충전에 장애가 발생되거나 불가능해지기까지 한다.

이러한 투여 장치들의 또 다른 불리한 점은 가스 실린더들을 충전하기 위하여 차량들에서 이들을 사용하는 것을 가능하게 하는 구조적 배치를 갖추지 않는다는 점이다.

이러한 불편함을 해결하기 위하여, 본 발명은 임의의 장소 또는 차량에 설치 될 수 있는, 가스를 담기 위한 자동화된 소형 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 방식으로, 본 시스템은 연료 보급소와 같은 소매 판매대들에 설치될 수 있어서 사용자가 스스로 실린더를 상기 장소로 가져와서 충전하는 것을 가능하게 한다. 또는 그것은 주택 지역들로 이동할 수 있는 차량들에 설치될 수 있으며, 그것이 사용되는 장소이자 소비자 앞에서 가스를 직접 용기에 담게 된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 사용자의 에너지 수요를 충족하기 위하여 미리 선택된 양의 유체로 휴대형 가스 실린더를 충전하기 위한 시스템이 제공된다. 본 시스템은 임의의 부피의 유체를 공급하기 위한 저장소(reservoir)를 갖춘 차량, 가스 실린더를 수납하기 위한 격실(compartment), 가압된 유체를 상기 가스 실린더로 전달하기 위하여 상기 저장소와 상기 격실 사이에서 연장되는 공급 라인을 포함한다. 상기 격실은 차량이 경사진 표면에 위치되어 있을 때 수평 방위를 취하도록 상기 차량에 대하여 제1 축을 중심으로 한 기울어지는 움직임이 가능하도록 차량에 설치된다.

본 발명의 추가적인 형태에 따르면, 휴대형 가스 실린더에 충전하는 방법은: 상기 격실 또는 각각의 격실의 기울임 각도를 판정하는 단계; 상기 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 크거나 같으면, 본 방법을 종료하는 단계; 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 작으면 격실로의 접근을 허용하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 추가적인 형태에 따르면, 휴대형 가스 실린더에 충전하는 방법은: 상기 격실 또는 각각의 격실의 기울임 각도를 판정하는 단계; 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 크거나 같으면 본 방법을 종료하는 단계; 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 작으면 격실로의 접근을 허용하는 단계; 격실 안에 가스 실린더를 위치시키는 단계; 격실 문(compartment door)의 닫힌 위치를 탐지하는 단계; 사용자에 의한 접근을 방지하기 위해 상기 격실 문을 자동으로 잠그는 단계; 미리 선택된 양의 유체가 상기 저장소로부터 상기 가스 실린더로 전달되도록 프로그래밍하는 단계; 리트랙터블 커플러(retractable coupler)를 가스 실린더 상의 충전 밸브를 향해 이동시켜 상기 커플러를 충전 밸브에 연결하는 단계; 상기 커플러와 충전 밸브 간에 적절한 연결이 이루어졌는지 판정하는 단계; 상기 공급 라인을 통해 상기 저장소로부터 가스 실린더로 유체를 향하게 하는 단계; 미리 결정된 양의 유체가 전달되었음이 판정되면 상기 저장소로부터의 유체의 흐름을 중단시키는 단계; 상기 충전 밸브로부터 상기 커플러를 원위치로 되돌려놓는 단계; 및 격실로부터 가스실린더를 제거하기 위해 사용자에 의한 접근을 허용하기 위하여 격실 문의 잠금을 해제하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 선호되는 실시예들에 대한 다음의 자세한 설명은 부속하는 도면들과 연계하여 고려되면 가장 잘 이해될 것인바, 유사한 지정부호들은 유사한 요소들을 지시하며, 도면들의 설명은 다음과 같다:
도 1은 본 발명의, 가스를 용기에 담는 소형 시스템(1)의 도식적인 사시도이다;
도 2는 본 시스템(1)의 격실(4)의 도식적인 사시도이다;
도 3은 가스 실린더(3)와 함께 격실(4)의 내부를 나타내는 전면 사시도이다;
도 4는 실린더(3)가 없는 격실(4)의 내부를 나타내는 또 하나의 전면 사시도이다;
도 5는 4륜 차량(C)인 일 응용예에서 가스를 용기에 담는 소형시스템(1)의 사시도이다;
도 6은 본 시스템(1)의 또 다른 일 응용예로서, 격실(4)은 수직 막대(41)들의 형태인 저부 구조를 갖추며, 이는 상기 격실을 고정되는 지상으로부터 거리를 두게 한다;
도 7은 본 시스템(1)에 결합된 가스 투여 장치(D)의 부분 단면에서의 측방도로서, 상기 투여 장치(D)는 트럭(C)의 가스 저장소(2)의 외부에 위치된다;
도 7a 는 도 7의 A의 상세한 확대도이다;
도 8은 가스 투여 장치(D)의 단면도이다;
도 9는 가스 투여 장치(D)의 구조상 변형예의 단면도이다;
도 10은 도9의 투여 장치(D)의 사시도이다;
도 11은 가스 저장소(2) 내부에 위치한 투여 장치(D)의 부분 단면에서의 측방도이다;
도 11a는 도 10의 B의 자세한 확대도이다;
도 12는 가스를 용기에 담는 소형화된 방법의 블록 다이어그램을 나타낸다;
도 13은 경사진 도로상에 주차된 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 재충전 차량의 사시도이다;
도 14는 재충전 시스템의 후방 기울임 특징을 도시하는 측면도이다;
도 15는 재충전 시스템의 측방 기울임 특징을 도시하는 후면도이다;
도 16은 시스템에서 가스 실린더들이 위치되고 재충전되는 방식과 기울임 메커니즘을 도시하기 위해서 시스템의 일부가 제거된 재충전 시스템 및 차량의 일 부분의 확대된 후방 사시도이다;
도 17은 본 발명의 재충전 시스템을 작동하기 위한 가압된 제어 회로(pressurized control circuit)의 도식적인 다이어그램이다; 그리고
도 18은 재충전 시스템의 작동의 선호되는 방법을 나타내는 흐름 다이어그램이다.
상기 도면들은 오로지 본 발명의 실시예들 만을 도시하기 위해 의도된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다는 점을 주의한다. 또한 상기 도면들은 반드시 실제 비율에 의한 것이 아님을 주의한다. 본 발명은 부속하는 도면들을 참고로 하여 더욱 자세하게 설명될 것이다.

첨부된 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명은 휴대용 가스 실린더들, 탱크들, 또는 다른 용기들을 재충전하기 위한 시스템(1)에 관련된다. 상기 시스템(1)은 소매 판매대들 (도 6), 또는 차량에 (도 5, 7, 11) 설치될 수 있다. 본 발명은, 소비자가, 비어있거나 부분적으로 채워진 실린더 또는 탱크를 소매 판매대에 있는 고정된 보급소(stationary station)와 같은 재충전 보급소 또는 밥테일(bobtail) 트럭, 밴, 사이드카가 부착된 모터사이클 등과 같은 차량에 설치된 이동식 재충전 보급소에 가져오는 경우에 행해지는 임의의 재충전 작업을 위해 사용될 수 있다. 실린더(3) 또는 다른 용기에 재충전되는 유체는 액화 프로판 가스(LPG), 메탄 가스, 부탄 가스, 천연가스, GLP, 그리고 다른 액화 가스들, 또는 이들의 조합들 또는 최종 사용자의 에너지 수요를 충족하기 위해 사용될 수 있는 다른 유체들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기에 사용된 “유체” 및 “가스”의 용어들은 실린더 또는 다른 용기로 전달되는 물품들의 액체 상태 및/또는 가스 상태를 지칭하는 것이다. 여기에 설명된 실린더(3)는, 바람직하게는 실린더(3)에 담기는 유체가 스토브, 물 가열기, 냉장고, 의류 건조기 등과 같은 기기에 잘 알려진 방식으로 가연성 연료를 공급하기 위하여 액체 및 가스 상태로 함께 유지되도록 가압되는 압력 용기의 형태를 갖는다. 한편으로, 본 발명은, 최종 사용자를 용기 및 실린더 또는 용기에 전달되는 내용물들로부터 격리시키면서, 가압되지 않은 실린더들이나 용기들을 재충전하기 위해 사용될 수 있으나, 최종 사용자가 용기에 전달될 유체의 양을 사전에 선택하는 것을 가능하게 한다.

시스템(1)은 바람직하게는 가스 실린더(3)들을 충전하기 위한 가스 저장소(2), 가스 실린더(3)들을 수용하기 위하여 격실의 기저(base)에서, 비제한적 방법으로는 리세스(recess)로 정의되는, 크래들(13)을 갖춘 적어도 하나의 격실(4)을 포함한다. 크래들(13)은 바람직하게는 중량 측정 시스템(12) 상에 떠받쳐지며, 순차로 문(6)에 의해 닫혀지는 격실(4)의 기저 상에 배치된다. 각각의 격실(4)은 급속 커플러(9)의 일부분인 리트랙터블 서포트(retractable support)(10)와 상기 저장소(2)를 상기 커플러(9)에 연결하는 가스 호스(15)를 포함한다. 급속 커플러(9)는 재충전될 실린더(3)들에 이미 통합된 안전 밸브를 가진 연결 조립체(7)에 결합될 수 있다. 적합한 안전 밸브는 바람직하게는 상기 급속 커플러(9)가 상기 연결 조립체(7)에 연결되었을 때 저장소(2)로부터 나온 유체가 가스 실린더(3)로 들어가는 것을 가능하게 하고, 상기 급속 커플러(9)가 상기 연결 조립체(7)로부터 연결 해제되었을 때 가스가 실린더(3)로부터 새어 나오는 것을 방지하도록 하는, 체크 밸브 조립체(check valve assembly) 또는 그와 유사한 것을 포함한다. 적합한 안전 밸브는 플라비오 카밀로티(Flavio Camilotti)에 의해 출원 중이고 2009. 5. 19. 공개된 브라질 공개 특허 출원 제P10703145-9 A2에 개시되어 있고, 이는 참조를 위해 여기에 포함되어 있다. 또한 상기 연결 조립체(7)의 안전 밸브는 바람직하게는 과부하 제어 메커니즘(도시되지 않음)과 연계되어 있는데, 이는 상기 안전 밸브의 잠금을 위해 실린더(3) 안에 배치되며, 실린더(3)의 내용물이 미리 결정된 압력 수준에 도달한 때에 실린더(3) 안의 가스 유입을 차단한다. 실린더(3)의 연결 조립체(7)는 실린더를 유체로 재충전하기 위해 급속 커플러(9)를 연결하는 것을 허용할 뿐만 아니라, 가스 스토브, 냉장고, 물 가열기 등(도시되지 않음)과 같은 외부 기기에 연결하는 것도 허용한다. 급속 커플러(9)는 가스 실린더(3)의 연결 조립체(7)와의 연결을 위한 어떠한 적합한 장치를 포함할 수 있다.

격실(4)은 단단한 벽들 및 단단한 문과 함께 도시되어 있으나, 격실(4)은 그에만 제한되는 것은 아니고, 상기 격실이 재충전 절차 중에 격실 안의 다른 구성요소들 및 실린더로의 접근을 방지할 수 있는 한, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 케이지(cage) 또는 다른 구성의 형태일 수 있다.

바람직하게는, 압력 센서(도시되지 않음)는 시스템(1)의 압력을 감시하기 위하여 저장소(2)의 출구부와 커플러(9) 사이에 위치된다. 특히, 압력 센서(도시되지 않음)는 바람직하게는 실린더(3)의 내부 압력을 감시하기 위해 커플러(9) 에 위치된다. 이러한 방식으로, 실린더(3)의 내부 압력이 그 용량의 최대값을 초과할 때, 실린더(3)의 재충전은 종료될 수 있다. 실린더(3)가 완전히 적재된 상황에는, 과부하 제어 메커니즘이 자동적으로 연결 조립체(7)의 안전 밸브를 잠근다. 일단 안전 밸브가 잠기면, 압력 센서에 의해 탐지되는 것과 같이, 공급 시스템의 가스 압력은 상승할 것이며, 그리하여 실린더(3)의 재충전 작업을 종료시킨다. 저장소(2)로부터 실린더(3)로의 유체의 전달은 펌프, 투여 장치 등의 종래의 어떠한 알려진 장치에 의해서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 크래들(13)은 바람직하게는 편의상 격실(4)에 고정되는 상자(40)를 통합하며, 상기 상자는 그 상측 표면 상에서 리트랙터블 서포트(10)를 떠받치기 위해 사용될 수 있다. 상기 서포트(10)는 실린더(3)의 커넥터(7)에 대한 관계에서 커플러(9)의 정밀한 제어를 가능하게 하기 위해 바람직하게는 크래들(13)에 대해서 중심부에 위치된다. 이러한 방식으로, 실린더(3)는 상자(40)의 크래들(13)에서 떠받쳐지며, 상기 크래들은 순차로 측정 시스템(12)상에 위치되고, 커플러(9)는 커넥터(7)에 정확히 연결된다. 상자(40)는 제거될 수 있고, 선반(도시되지 않음) 또는 다른 지지 구조는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남이 없이, 리트랙터블 서포트(10)를 떠받치기 위해 격실(4)에 연결될 수 있다.

바람직하게는, 측정시스템(12)은 재충전 작업 중에 가스 실린더(3)의 무게를 감시하고 제어하기 위해 로드 셀(load cell)들과 같은 하나 또는 그 이상의 센서들이 장착된 저울(scale)을 포함한다. 그러나, 측정 시스템(12)는 가스 실린더(3)의 무게를 감시하고 제어하기 위해 다른 잘 알려진 장치들을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

시스템(1)은 바람직하게는 상기 저장소에 유체적으로 연결된 공급 라인 또는 호스(15)에 위치된 역류 밸브 또는 체크 밸브 (도시되지 않음)를 추가로 포함하여, 실린더(3) 내부의 압력이 저장소(2) 내부의 압력 보다 큰 경우에, 실린더(3)로 부터 저장소(2)로의 유체의 역류를 방지한다.

시스템(1)은 결합된 처리 및 관리 유닛(coupled processing and management unit)을 갖춘 제어 패널(5)를 추가로 포함하는 바, 상기 유닛은 적재된 컴퓨터 프로그램을 통해 시스템(1)의 작동을 관리한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 다음과 같은 시스템(1)의 다양한 기능들을 관리한다: 연결 조립체(7)를 향하고 그로부터 멀어지는 커플러(9)의 이동; 재충전 이전 및 이후에 격실(4)의 크래들(13)에 위치된 실린더(3)의 중량 측정값의 수신; 최종 사용자가 용기에 담길 가스의 양을 미리 선택하는 것을 가능하게 함; 실린더(3)안의 가스의 압력 또는 중량 제한에 도달 한 때에 알림; 및 실린더(3)의 유효 기일을 감시함. 상기 처리 및 관리 유닛은 바람직하게는 설명된 다양한 기능들을 실행하기 위해 마이크로프로세서 또는 그와 유사한 것을 포함한다.

측정시스템(12)은 실린더(3)을 채우기 위해 전달된 가스의 양 또는 미리 선택된 지불 금액에 따라 사용자에 의해 미리 정해진 양 뿐만 아니라, 재충전 이전 및 이후에 실린더(3)의 중량을 확인하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 측정 시스템(12)은 상기 처리 및 관리 유닛에 적재된 프로그램과 통신하여, 용기에 담긴 가스의 중량을 더한 실린더(3)의 중량 측정을 통해, 미리 정해진 가스의 양이 용기에 담겨진 때 또는 가득 찬 실린더의 미리 결정된 최대 중량에 이른 때에 보고하고, 재충전을 종료한다.

또한 시스템(1)은 바람직하게는 실린더(3)의 유효(만료) 기일과 같이 제조자에 의해 명시된 정보를 식별하고 해석하는 판독 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 다른 정보로는 정부 명세 사항들, 실린더(3)의 일련번호, 배포자 또는 공급자의 이름, 그 밖에 배포자나 실린더(3)의 상태에 중요한 다른 정보를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

예를 들어, 실린더(3)가 재충전된 횟수들에 관련된 정보, 추가적인 센서들(도시되지 않음)에 의해 실린더 벽 및/또는 솔기들에서 검출될 수 있는 바람직하지 않은 응력들이 그것이다. 만약 요망되는 정보가 예를 들어 단지 만료 기일, 명세사항들, 일련번호 등과 관련된 정보같이 순수하게 정적(static)인 것이면, 마이크로 칩은 읽기 전용 유형일 수 있고 실린더의 제조 중에 공장에서 미리 프로그램 될 수 있다. 그러나 만약 요망되는 정보가 예를 들어 재충전 횟수, 실린더 응력 등과 같이 동적(dynamic)인 것이면, 마이크로 칩 또는 이와 유사한 것은 정보를 동적으로 수신하고 기록할 수 있는 재 기록 가능한 장치를 포함할 수 있다. 적합한 칩은 무선주파수 인식(radio frequency identification; RFID) 기술, 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리 장치 등을 포함할 수 있다. 대안적으로, 정적인 정보는 재충전 작업 중에 광학 리더(optical reader)에 의한 판독을 위하여 일 차원 또는 이 차원 바코드로서 저장될 수 있다. 실린더(3)의 만료 기일 및 다른 정보의 판독을 보장하는 어떠한 다른 장치가 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 만료 기일이 도달 한 때, 컴퓨터 프로그램은 상기 처리 및 관리 유닛에 재충전 작업을 취소하라고 알려준다.

격실(4)은, 바람직하게는 문(6)이 재충전 작업 중에 열리는 것을 방지하여 실린더(3)가 잘못하여 제거되는 것을 방지하는 한 쌍의 잠금 메커니즘(8)들을 갖춘 문(6)에 의해서 닫힌다. 상기 잠금 메커니즘(8)은 바람직하게는 문을 잠그기 위해서 가압된 공기의 존재에 의해 작동되고 가압된 공기가 제거될 때 작동 해제되는 공압 작동기(pneumatic actuator)(도 17)를 포함한다. 리턴 스프링(return spring)은 잠금 메커니즘(8)이 가압된 공기가 존재하지 않을 때 보통의 잠금 해제 상태로 돌아오도록 잘 알려진 방식으로 공압 작동기의 일부분을 형성할 수 있다. 잠금 메커니즘(8)은 공압 작동기들에만 제한되는 것은 아니고 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는, 수력학적 작동기들, 전기 작동식의 솔레이노이드 작동기들, 동력화된 잠금 메커니즘들 등과 같은 임의의 적합한 작동기를 포함할 수 있다. 잠금 메커니즘(8)들은 상기 처리 및 관리 유닛에 의해 제어되어, 문(6)이 닫히면 작동되고 재충전 작업의 종료 또는 취소에 따라 잠금 해제된다. 격실(4)은 재충전 중에 가스가 방출되는 경우에, 가스의 방출을 허용하는 배출구를 더 포함하여, 격실(4) 내부에서 가스가 모이고 갇히는 것을 방지한다.

실린더(3)들을 재충전하는 다양한 단계들을 용이하게 하기 위해서, 본 시스템(1)은 바람직하게는 및 제어 패널(5) 상에 위치된 키보드(5a) 및 디지털 디스플레이(50)를 포함한다(도 2, 5 및 6). 키보드(5a)는 재충전량, 요망되는 지불 금액, 신용카드 또는 은행 카드 거래와 연계되는 보안 코드들, 동일성 확인 정보 등과 같이, 재충전 절차를 시작하기 전에 요구되는 정보를 입력하는데 유용하다. 상기 디스플레이(50)는 실린더(3)가 크래들(13) 상에 처음 놓였을 때 실린더(3)의 초기 중량 데이터; 선택된 재충전량; 재충전 절차가 종료되었다는 표시; 압력 제한에 도달하였다는 표시; 최대 중량에 도달하였다는 표시; 재충전 절차가 취소되었다는 표시 등과 같은 재충전 절차에 관련된 정보를 표시하는데 유용하나 이러한 정보에만 제한되는 것은 아니다. 상기 디스플레이(50)는 바람직하게는 격실(4)의 위에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 개별적인 디스플레이(50) 및 키보드(5a)는 각각의 격실(4)과 연계된다. 그러나, 단일의 키보드 및 디스플레이가 모든 격실 들에 연계될 수 있음이 이해될 것이다. 제공된 유체를 포함하여, 재충전 작업에 대한 지불은 신용 카드, 직불 카드, 현금, 연료 바우처(fuel voucher) 등과 같은 임의의 수단에 의해서 수행될 수 있다.

시스템(1)은 바람직하게는 급속 커플러(9)가 실린더(3)의 커넥터(7)와 완전히 연결되었는지 부분적으로 연결되었는지 탐지하기 위한 센서(도시되지 않음)를 더 포함하고, 일부 연결 또는 연결되지 않았음이 탐지된 경우에는 재충전 작업을 취소하기 위하여 그 신호를 처리 및 관리 유닛에 보낸다. 상기 센서는 광학 센서(optical sensor), 자기장 효과 센서(magnetic field effect sensor), 제한 스위치(limit switch) 또는 상기 급속 커플러(9) 및 커넥터(7) 간의 상대적인 위치를 탐지하기 위한 다른 장치일 수 있다.

도 7내지 도10을 참조하면, 본 발명은 정해진 양의 유체를 실린더(3)에 분배하기 위한, 가스 실린더(3) 또는 다른 용기를 재충전하기 위한 시스템(1)에 연관된 가스 투여 장치를 추가로 제시한다. 이것은 간단한 구조이고 주사기(syringe)와 유사하게 작동하는 바, 이것의 몸통(body)에는 가스 입구부 및 출구부가 갖추어지고, 상기 몸통을 따라 후퇴된 위치(retracted position)와 연장된 위치(extended position) 사이에서 이동되는 피스톤을 갖추며, 이는 후퇴된 위치를 향해 피스톤이 이동함으로써 상기 몸통이 가스로 채워지도록 하고, 상기 피스톤이 몸통의 연장된 위치를 향해 이동할 때, 가스를 가스 실린더(3)로 방출한다.

본 시스템 및 투여 장치는 처리 및 관리 유닛, 그리고 컴퓨터 프로그램에 통합되어 온도 센서들로부터 수신한 정보에 따라 가스의 부피를 정확하게 계산하는 온도 센서들을 추가로 포함한다. 상기 프로그램은 가스의 질량 또는 중량을 계산하여, 그 부피와 온도에 따라 상기 피스톤이 얼마나 많이 들어가야 하는지 판정하는데, 이는 피스톤 센서에 의해 측정되어, 요망되는 양의 가스가 투여 장치에 들어가서, 피스톤이 연장된 위치를 향해 전방으로 이동될 때 실린더(3)로 분배되도록 한다.

특히, 본 시스템(1)은 바람직하게는 가스를 실린더(3)에 주입하는 가스 투여 장치(D)를 포함한다. 상기 투여 장치(D)는 바람직하게는 가스를 커플러(9)를 통하여 실린더(3)로 주입하기 위해, 저장소(2)의 가스 출구부의 호스(15)에 연결된다.

상기 투여 장치(D)는 바람직하게는 주사기와 유사한 형태를 가지며 공동형 몸통(hollow body)(D2) 및 후퇴된 위치와 연장된 위치 사이에서 상기 몸통을 따라 움직일 수 있는, 몸통(D2)에 삽입된 피스톤(D3)이 갖추어 진다. 상기 몸통(D2)은 가스 입구부(D4) 및 출구부(D5)를 갖추어, 후퇴된 위치를 향해 몸통(D2)의 입구부(D4)에 반대 방향으로 피스톤(D3)을 이동시킴에 따라, 내부 챔버(D6)가 입구부(D4)로부터의 가스로 채워지도록 형성된다. 이 챔버(D6)는, 가스를 출구부(D5)를 통해 배출시키도록, 연장된 위치를 향한 몸통(D2)의 입구부(D4)의 방향으로 피스톤(D3)을 움직임에 따라 비워진다.

상기 투여 장치(D)는 바람직하게는 몸통(D2) 및/또는 호스(15)에 배치된 온도 센서들(도시되지 않음) 및 피스톤(D3)과 연계된 위치 센서(D1)를 포함한다. 온도센서들 및 위치센서(D1)는, 언급된 센서들의 정보를 수신하고 처리하는, 시스템(1)의 패널(5)의 처리 및 관리 유닛에 적재된 프로그램과 통신되는 상태에 있다.

GLP 및 LPG 가스와 같은 여러 유체들은 온도의 영향에 기인하는 부피 변동을 겪게 되므로, 온도센서들은, 위치 센서(D1)에 의해 감시되는 피스톤의 이동으로써, 용기에 담길 가스의 양을 정확하게 한정하기 위하여, 센서들을 통해 얻어지는 판독 값들의 평균을 계산하고 피스톤(D3)의 비례적 전진을 판정함으로써 상기 처리 및 관리 유닛이 온도 변동에 대해 보정 하는 것을 가능하게 한다.

몸통(D2)은 피스톤(D3)에 의해 내부적으로 두 챔버(D6, D7)들로 나뉘어 지는데, 제1 챔버(D6)는 실린더(D3)에 공급하는 임시적인 가스 저장소이고, 제2 챔버(D7)는 그 개구부(D11)를 통해서 유체의 주입이 이루어질 때 피스톤(D3)의 이동을 보조하기 위해 사용되어, 피스톤(D3)이 챔버(D6)의 연장된 위치를 향해 전진하도록 한다. 가스 입구부(D4)는 호스(D10)을 경유하여 저장소(2)에 연결되나, 출구부(D5)는 실린더(3)로 가스를 향하게 하는 호스(15)에 연결된다(도 7 및 도11).

또한 투여 장치(D)는 바람직하게는 가스 입구부(D4) 및 출구부(D5)에 설치되는 두 개의 역류 방지 밸브(anti-return valve)들 또는 체크 밸브(D8, D9)들을 각각 포함한다. 밸브(D8)는, 몸통(D2)의 입구부(D4)에 대해 반대 방향으로 몸통(D2)의 피스톤(D3)을 움직임에 따라, 저장소(2)로부터 챔버(D6)로의 가스의 진행을 허용하지만 그 반대방향으로의 진행은 방지하고, 그 반대로 밸브(D9)는, 실린더(3)의 재충전을 위하여, 피스톤(D3)이 몸통(D2)의 입구부(D4)의 방향으로 이동될 때, 챔버(D6)로부터 가스의 배출을 허용하지만 반대 방향으로의 가스의 진행은 방지한다.

피스톤(D3)은 예를 들어 몸통(D2)의 챔버(D7)의 입구부(D11)를 통해 유체를 주입 및/또는 빼내는 수력학적 펌프(도시되지 않음)와 같은, 임의의 알려진 수단에 의해서, 피스톤(D3)에 대한 관계에서 챔버(D6)의 반대로 움직여질 수 있다. 이러한 방식으로, 챔버(D7)안에 유체를 주입함에 따라, 피스톤(D3)은 챔버(D6)의 가스에 맞서서 누르고, 가스를 출구부(D5)를 통해 몸통(D2)의 외부로 배출한다. 수력학적 유체를 배출하거나 압력이 가해지거나, 주입이 중지되는 경우, 챔버(D6)안에 담긴 가스의 압력에 기인하여, 또한 유체의 배출에 따른 챔버(D7)안의 음압(negative pressure)에 기인하여 피스톤(D3)이 후퇴한다. 또한 투여 장치(D)는 챔버(D6)안에 배치되는 스프링(도시되지 않음)을 포함할 수 있는데, 이는 피스톤(D3)을 눌러 지속적으로 입구부(D4)의 반대방향으로 피스톤을 향하도록 강제하여, 챔버(D6)가 가스로 가득채워져 유지되는 것을 가능하게 하며, 수력학적 펌프(도시되지 않음)가 피스톤(D3)에 작용할 때, 상기 가스는 출구부(D5)를 통해 배출된다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 투여 장치(D)는 그 막대(rod)가 피스톤(D3)에 연결되는 플런저(D12)를 대안적으로 포함하고, 몸통(D2)안에서의 피스톤의 후방 및 전방 운동을 촉진한다. 이 특정 상황에서, 챔버(D7)의 개구부(D11)는 피스톤(D3)의 움직임에 따라 공기의 유입 및 유출을 허용하며, 챔버(D7)내의 진공의 형성을 방지한다. 그리하여 투여 장치(D)는 가스로 재충전되고, 플런저(D12)의 막대(D13)는 후퇴하며, 피스톤(D3)를 후퇴시키고, 가스가 챔버(D6)안으로 들어오도록 허용한다. 피스톤 센서(D1)는 피스톤(D3) 또는 플런저(D12)의 막대(D13) 또는 몸통(D2)에 설치될 수 있다.

상기 투여 장치(D)는 가스 공급 트럭(C)의 저장소(2)에 유체적으로 연결되어 있으며, 상기 저장소는 특히 액화된 가스가 투여 장치(D)의 입구부(D4)로 향하도록 하기 위하여, 깔때기(funnel) 형상의 하측 부분(21)을 포함한다. 이러한 배치와 함께, 호스(15)는 급속 커플러(9)를 경유하여 가스 실린더(3)들로의 연결을 위하여 출구부(D5)와 격실(4) 사이에서 연장되어 있다.

상기 투여 장치(D)는 가스 저장소(2)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 저장소(2)의 내부에 설치될 때에는(도 11 및 11a), 가스로 된 환경 안에 있음으로 인해, 개구부(D11)를 통한 가스의 유입 또는 유출이 일어나며, 이는 챔버(D7)안의 진공을 방지한다. 이 특정한 상황에서, 저장소(2)의 하측 부분은 투여 장치(D)가 떠받혀 지는 덮개(T)에 의하여 덮힌다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 투여 장치(D)가 저장소(2)의 외부에 설치될 때(도 7 및 7a), 호스(D10)는, 챔버(D6)에 들어가는 가스 온도의 1차적 안정화를 보조하기 위해 코일(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.

사용시에는, 가스는 호스(D10)를 통하여 투여 장치(D)에 들어가고, 밸브(D8)를 통과하며, 입구부(D4)를 통하여 챔버(D6)로 진행하며, 이때, 그 온도는 용기 채움 또는 재충전과정의 시작을 위해 측정된다. 중량에 의한 가스의 양이 패널(5)을 통하여 사용자에 의해서 선택된 후에, 피스톤(D3)이 작동하여, 가스가 호스(15)를 통하여 투여 장치(D)로부터 나가도록 하고, 이는 순차로 가스를 급속 커플러(9)와 실린더(3)의 연결 조립체(7)를 경유하여 실린더(3)로 향하게 한다.

추가적인 안전 조치로서, 투여 장치(D)가 사용될 때, 중량 측정 시스템(12)은 실린더(3)의 최대 중량이 초과되지 않도록 보장한다. 따라서, 시스템 압력 감시가 실패하거나 연결 조립체(7)의 안전 밸브와 연계된 과부하 제어 메커니즘이 실패한다면, 중량 측정 시스템(12)은 초과 중량을 확인하여 재충전을 종료하기 위해 감시 시스템과 통신한다.

도 5에 도시된 본 시스템(1)의 응용예에 따르면, 시스템(1)이 주택 지역 등으로 이동하고 소비자를 위한 편리한 위치에서 직접 실린더(3)들을 충전하는 것을 가능하게 하기 위해서 세 개의 격실(4)들이 바람직하게는 단일 가스 용기(2)를 갖춘 트럭(C) 위에 위치된다. 본 발명은 세 개의 격실(4)들 또는 단일 저장소(2)에만 제한되는 것이 아니고, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 한 셋보다 많거나 적은 격실들 및 하나 보다 많은 저장소를 구비할 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 격실(4)을 구비한 본 시스템(1)은 가솔린 주유소, 슈퍼마켓 또는 쇼핑센터 주차장 등과 같은 소매 판매대의 고정된 위치에 설치된다. 이러한 배치에 있어서, 격실(4)은 바람직하게는, 특히 격실(4)을 지면 위로 올려서 유지시키는 수직 서포트(41)의 형태로 된 기초 구조상에 위치된다.

바람직하게는, 재충전 작업은 자동적으로 수행되고, 그리하여 본 발명은 도12에 도시된 바와 같이, 다음의 단계들을 포함하는 가스 재충전 또는 용기에 담는 방법을 포함한다:

1. 충전 격실(4)안에 실린더(3)를 위치시키는 블록 51의 단계;

2. 실린더(3)의 중량을 측정하는 블록 52의 단계;

3. 문(6)을 닫고 격실(4)의 하나 또는 그 이상의 잠금 메커니즘(8)들을 자동적으로 활성화시키는 블록 53의 단계;

4. 실린더(3)의 만료 기일과 관련하여 제조자에 의해 명시된 정보를 판독하는 블록 54의 단계;

5. 실린더(3)의 만료 기일이 탐지되면 재충전 작업을 종료하는 블록 55의 단계;

6. 실린더(3)가 그 만료 기일에 이르지 못하였으면 제어 패널(5)을 통해 용기에 채울 가스의 양을 선택하는 블록 56의 단계;

7. 급속 커플러(9)를 실린더(3)의 연결 조립체(7)와 연결하는 블록 57의 단계;

8. 급속 커플러(9)와 연결 조립체(7)가 잘못 연결되면 재충전 작업을 종료하는 블록 58의 단계;

9. 블록 56에서 선택된 미리 선택된 양의 가스를 저장소(2)로부터 실린더(3)로 전달하는 블록 59의 단계;

10. (사전에 설명된 바와 같이 플런저 유형의 투여 장치(D)를 사용할 때) 플런저의 운동 및 압력을 판정하는 블록 60의 단계;

11. 블록 61에서 실린더의 압력 제한, 실린더의 중량 제한 또는 플런저의 전진에 이르렀음이 판정되었을 때, 재충전 작업을 종료하는 블록 62의 단계;

12. 실린더(3)의 연결 조립체(7)로부터 급속 커플러(9)의 연결을 분리하는 단계;

13. 격실(4) 문(6)의 잠금 메커니즘(8)을 비활성화시키는 단계; 및

14. 격실(4)로부터 실린더(3)를 꺼내는 단계.

위의 단계 1에 나타낸 바와 같이, 실린더(3)는 측정 시스템(12) 상에 위치된 상자(40) 내부의 크래들(13)에 위치되며, 상기 측정 시스템에서 그 무게가 측정된다. 크래들(13)은 실린더(3)의 연결 조립체(7)를 급속 커플러(9)와 중심이 맞도록 유지시키고, 커플러(9)의 연결 조립체(7)와의 자동 연결을 가능하게 한다.

단계 3에서, 격실(4)의 안전 문(6)은 재충전 작업 중에 실린더(3)를 사용자 또는 다른 사람들로부터 격리시키기 위해 닫혀 진다. 문(6)을 닫으면, 잠금 메커니즘(8)이 활성화된다. 동시에 급속 커플러(9)를 실린더(3)의 연결 조립체(7)와의 연결을 위해 연장된 위치로 이동시키기 위해 리트랙터블 서포트(10)가 작동된다. 가스의 양은 제어 패널(5)상의 키보드(5a)의 적절한 키들을 누름으로써 사용자에 의해 선택된다.

일단 가스의 양이 선택되면, 측정 시스템(12)이 실린더(3)의 중량의 변화를 측정하는 동안 가스는 저장소(2)로부터 실린더(3)로 전달된다. 이 전달은 수력학적 펌프 또는 공기 압력 펌프(도시되지 않음)의 도움으로 또는 투여 장치(D)를 이용하여 수행될 수 있다.

실린더(3)의 내부 압력은 실린더(3)의 용량 제한에 이르면 가스 흐름을 중단시키기 위해 호스(15) 또는 급속 커플러(9)에 위치된 압력 센서(도시되지 않음)에 의해 감지된다. 이러한 방식으로, 가스 전달은 미리 선택된 가스의 양에 도달될 때 뿐만 아니라, 실린더(3)의 내부 압력이 실린더(3)를 위한 미리 결정된 최대값을 초과할 때 중단될 수 있다.

미리 선택된 가스의 양 또는 실린더(3)의 압력 제한에 도달한 때에, 재충전은 종료되고, 저장소(2)로부터 실린더(3)로의 가스 흐름은 중단된다. 이 상황에서, 급속 커플러(9)는 리트랙터블 서포트(10)를 그것의 후퇴된 위치로 이동시킴으로써 연결 조립체(7)로부터 연결 해제되고, 이는 순차로 안전 문(6)의 잠금 메커니즘(8) 을 해제시킨다. 제어 패널(5)의 디스플레이(50)는 소비자에게 부과될 최종 가격을 표시한다. 위에 설명된 바와 같이, 잠금 메커니즘(8)은 바람직하게는 자동화되어 있고, 따라서 바람직하게는 상기 문이 닫혔는지 또는 문이 열려서 재충전 작업을 방지 또는 종료시켜야 하는지를 나타내주는 센서(도시되지 않음)를 갖춘다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 시스템(1)의 일부는 수동으로 작동될 수 있다. 이러한 경우에는 급속 커플러(9)를 실린더(3)의 연결 조립체(7)와 연결하는 것은 격실(4)을 닫기 전에 작업자에 의해서 수동으로 수행된다. 격실(4)을 닫은 후에, 가스는 실린더(3)의 중량이 요망되는 값에 이를 때까지 또는 실린더의 압력 제한에 이를 때까지 용기(2)로부터 방출된다.

연결 조립체(7)에 커플러(9)를 연결시킨 후, 투여 장치(D)가 사용될 때, 본 방법은 다음의 단계들을 추가로 포함한다:

A. 챔버(D6)의 전체 부피를 충전하기 위해 챔버(D6)의 온도 및 피스톤(D3)의 위치를 검증함으로써 투여 장치(D)를 활성화하는 단계;

B. 챔버(D6)의 온도 값들, 피스톤(D3)의 최초 위치 및 상기 단계 6에서 선택된 가스의 양으로부터 가스의 밀도, 챔버(D6)안의 가스의 질량에 의한 양, 및 피스톤(D3)의 필요한 이동량을 계산하는 단계;

C. 가스의 공급 라인 또는 호스(15)로의 출구부 근처의 연장된 위치를 향하여 피스톤(D3)을 전진시키는 단계; 및

D. 실린더(3)의 압력 제한 또는 중량 제한에 도달되거나, 또는 단계 B에서 정해진 피스톤의 위치에 도달되면 피스톤(D3)의 전진을 중단시키는 단계.

이 특정한 상황에서, 투여 장치(D)는 커플러(9)를 연결 어셈블리(7)와 연결시킨 후에, 온도 센서들(도시되지 않음) 및 위치 센서(D1)에 의해서, 챔버(D6)의 온도 및 피스톤(D3)의 위치 판독이 마쳐진 때에 활성화된다. 이러한 판독값들을 수신한 후에, 시스템(1)의 패널(5)의 처리 및 측정 유닛의 프로그램은 가스의 밀도, 챔버(D6)안에 담겨진 가스의 질량에 의한 양 및 피스톤(D3)의 전진을 계산하여, 작동자에 의해 미리 선택된 가스의 양이 실린더(3)에 담겨지도록 한다.

챔버(D6)안에 담겨진 질량의 값이 실린더(3)의 재충전을 위해 선택된 값보다 작다면, 피스톤(D3)은 상기 챔버(D6)안에 더 많은 가스의 유입을 위해 작동되어, 몸통(D2)으로부터 피스톤의 후퇴를 촉진한다. 챔버(D6)안에 담긴 질량의 값이 실린더(3)의 재충전을 위해 선택된 값보다 크면, 피스톤(D3)의 이동은 실린더(3)를 충전하기 위해 활성화된다. 실린더(3)로 가스를 전달하기 위한 피스톤의 이러한 이동은 선택된 가스의 양이 실린더(3)에 전달된 후에 중단된다. 실린더(3)안의 압력이 초과되거나 선택된 중량에 도달한 경우에, 상기 처리 및 관리 유닛의 프로그램은 피스톤(D3)의 이동을 중단시켜 가스의 전달을 중지시킨다.

상기 설명된 것과 같이 그리고 부속하는 도면들에 도시된 바와 같은 본 발명의, 가스를 용기에 담기 위한 자동화된 소형 시스템 및 방법은 가스 실린더들의 수송 및 보존의 비용을 상당히 절감함을 나타내며, 이에 따라 소비자에게 판매되는 제품의 최종 가격을 절감시킬 수 있다.

가스 실린더들을 교체하기 위해 현재 사용되는 동종의 트럭들을 사용함에 있어서, 많은 개수의 미리 채워진 가스 실린더(3)들의 무거운 중량 대신 저장소 내의 가스의 중량만이 수송되도록 하며, 이는 차량의 적재 용량을 더 잘 이용할 수 있게 하기 때문에, 차량의 운전과 연계된 비용을 유리하게 절감하게 된다. 본 시스템 및 방법은 추가적으로 또는 대안적으로 경 트럭들, 밴들, 사이드카를 부착한 모터사이클들 등에서 사용될 수 있으며, 이는 트럭이 일반적으로 가지 못하는, 일반적으로 접근하기 어려운 지역에서 재충전을 가능하게 한다. 추가적으로, 본 시스템을 소매 판매대들에 설치하는 것은 재고목록에 가지고 있어야 하는 미리 충전된 용기들의 개수를 감소시키고 또한 소비자가 재충전을 위해 가스 실린더를 수송하므로 연료 수송 비용이 실질적으로 감소되어 제품 비용을 절약한다.

도 13 내지 16을 참조하면, 본 발명의 추가 실시예에 따른 휴대용 가스 실린더, 탱크 또는 다른 용기들을 재충전하기 위한 시스템(100)이 도시되어 있다. 기울임 메커니즘 및 가스실린더가 시스템에 위치되고 재충전되는 방식을 도시하기 위해서 시스템(100)의 부분들이 도 14내지 16에서 제거되었다. 시스템(100)은 이전에 설명된 시스템(1)과 구조면에서 다소 유사하고 바람직하게는 큰 탱크 또는 저장소(104)를 갖춘 밥테일 트럭(102)와 같이, 동력화된 차량에 시스템(100)의 재충전 부분(103)을 피봇(pivot)방식으로 연결하기 위한 기울임 메커니즘(101)을 포함한다. 하나의 탱크 또는 저장소(104)가 도시되어 있지만, 복수의 더 작은 저장소들이 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 트럭(102)에 설치될 수 있음이 이해될 것이다.

도16에 도시된 바와 같이, 재충전 부분(103)은 바람직하게는 두 개의 상호 직교하는 축들(106 및 108)을 중심으로 회전하여, 차량이 주차되어 있을 때 재충전 부분(103)이 재충전 작업 중에 항상 수평이 되도록 한다. 도13에 도시된 바와 같이, 차량(102)은 연석(curb) (112)과 보도(114) 옆의 경사진 도로(110) 상에 주차되어 있다. 차량이 주차되고 재충전 작업을 시작할 준비가 되었을 때 도로(110) 또는 다른 표면이 제1 각도(X)(도14) 및 제2각도(Y)(도 15)로 아래방향으로 경사질 가능성이 있다. 다중 피봇된 커넥터(multi-pivoted connector)(116)는 시스템(100)의 재충전 부분(3)이 표면의 각도 또는 경사에 무관하게 수평을 이루는 것을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 재충전 작업의 이전 및 이후 모두의 가스 실린더(3)들의 중량 측정은 더욱 정교해질 것이다.

피봇된 커넥터(116)(pivoted connector)는 바람직하게는 제2 베어링 부분(second bearing portion)(119)에 연결된 제1 베어링 부분(first bearing portion)(118)을 포함하며, 차례로 상기 제2 베어링 부분은 프레임(120)에 견고하게 연결되고, 상기 프레임은 각각의 재충전 격실 또는 모듈(121), 각각의 격실 안의 크래들(122), 크래들(122) 아래의 중량 저울(124), 크래들(122) 위의 격실(121)에 위치된 가스 실린더(3) 및 이전에 설명된 다른 구성요소들을 지지한다. 제1 베어링 샤프트(126)는 제1 베어링 부분(118)을 통과하여 축(106)을 따라 연장되고 제1 축(106) 중심으로 시스템(100)의 기울임 운동을 허용하기 위해 차량(102)에 견고하게 설치되는 서포트(support)(128)에 고정적으로 연결된다. 이와 같은 방식으로 제2 베어링 샤프트(130)는 제2 축(108) 주위로 시스템(100)의 기울임 운동을 허용하기 위하여 제2 베어링 부분(119)을 통과하여 축(108)을 따라 연장된다.

이전의 실시예에서와 같이, 각각의 격실(121)은 바람직하게는 격실들을 가로질러 연장되는 상부 패널(132) 및 각각의 격실(121)을 에워싸며 가스 실린더(3)를 삽입하고 제거하기 위해 격실로의 접근을 허용하는 문(134) 에 의해서 에워싸인다. 이전에 설명된 것과 같은 한 쌍의 잠금 메커니즘은 바람직하게는 재충전 작업 중에 상기 문을 자동으로 잠그고 재충전 작업이 종료되었을 때 상기 문을 자동으로 잠금 해제하는 각각의 문(134)와 연계된다. 3개의 격실 들이 도시되었지만, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 이보다 더 많거나 더 적은 격실들이 제공될 수 있다.

억제 구조(도시되지 않음)는 차량(102)의 이동 중에 축(106 및 108)들 중심으로 시스템(100)의 움직임을 방지하기 위해 제공될 수 있다. 이중 축 기울임 센서(dual-axis tilt sensor)(도시되지 않음) 또는 이와 유사한 것이, 재충전 부분(103)이, 문(134)들의 잠금 해제를 포함하여, 재충전 작업이 허용되기 전에 축들(106, 108) 중심으로 수용 가능한 기울임의 작은 범위 안의 수용 가능한 수준에 있는지를 판정하기 위해 제공될 수 있다.

도 17을 참조하면, 안전한 재충전 작업을 보장하기 위한 제어 시스템(140)의 다이어그램이 도시된다. 제어 시스템(140)은 설명을 용이하게 하기 위해서 두 개의 재충전 격실(121)들에 대해 도시된다. 제어 시스템(140)은 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남이 없이 오로지 하나의 재충전 격실을 위한 구성요소들 또는 두 개 이상의 재충전 격실들을 위한 구성요소들을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제어 시스템(140)은 바람직하게는 공기 압력식 시스템의 형태이고 그러한 맥락에서 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 공기 압력식 시스템에만 제한되는 것은 아니고 가압된 공기를 필요로 하지 않는 전기 솔레노이드들 또는 전기식 및 공기 압력식 제어기들의 조합과 같은 다른 제어 시스템들을 포함하거나 그것들과 교체될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상기 제어 시스템(140)은 폐쇄 및 개방 상태들 간을 전환하여 공기 압축기(도시되지 않음), 공기 탱크(도시되지 않음) 또는 다른 가압된 공기 원천으로부터의 가압된 공기의 분배를 제어하기 위해 전기식 또는 공기 압력식으로 작동될 수 있는 밸브(142)를 포함한다. 밸브(142)가 개방 상태에 있을 때에는, 가압된 공기는 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 공기 필터(153)들, 건조기(155) 및 압력 조절장치(pressure regulator)(157) 를 포함하는 공기 유지 모듈(air maintenance module)(151)을 경유하여 네 개의 상이한 제어 모듈들(144, 146, 148, 150)로 자유롭게 흘러간다.

도시된 바와 같이, 제1 제어모듈(144)은 바람직하게는 스프레이 밸브(154)가 실린더(3)로 유체를 분배하기 위하여 개방 상태에 있을 때 펌프나 투여 장치의 작동을 위하여, 각각의 재충전 격실(121)을 위한 스프레이 시스템(152) 및 스프레이 밸브(154)를 포함한다.

제2 제어 모듈(146)은 바람직하게는 앞서 설명된 것과 같은 한 쌍의 잠금 메커니즘(8)들 및 잠금 밸브(156)가 열렸을 때 잠금 메커니즘(8)을 작동시키기 위한 잠금 밸브(156)를 포함하는 문 잠금 제어기이다. 각각의 잠금 메커니즘은 바람직하게는 공기 실린더 하우징(158), 실린더(158)에 위치된 플런저 헤드(160), 플런저 헤드로부터 실린더의 바깥으로 연장되는 플런저 막대(162), 및 공기 압력이 제거되었을 때 플런저 헤드 및 막대를 후퇴된 상태(retracted state)로 자동으로 되돌리기 위한 리턴 스프링(return spring)(164)을 포함한다. 작동 중에는, 잠금 밸브(156)가 열렸을 때, 압력이 가해진 공기는 플런저 헤드(160)에 대하여 작용하여 플런저 막대(162)를 실린더 하우징(158)의 바깥의 연장된 위치로 강제하여 도 16에 도시된 바와 같이 잠금 구조(164)를 맞물리게 하여 폐쇄 위치로 문(134)을 잠근다.

제3 제어 모듈(148)은 바람직하게는 각각의 재충전 격실(121)을 위한 한 쌍의 문 센서(door sensor)(166)들을 포함하는바, 상기 센서는 공기 압력식 밸브(168)에 유체적으로 연결되고, 상기 밸브는 차례로 스위치(170)에 연결된다. 문 센서(166)들은 각각 바람직하게는 플런저 샤프트(174)의 단부에 위치된 롤러(172)를 갖춘 공기 압력식 센서 밸브의 형태이다. 상기 센서 밸브는 잠금 메커니즘(8)과 구조적으로 유사하다. 문(134)이 적절하게 폐쇄 위치에 있을 때, 롤러(172)들은 문의 부분과 접촉하게 되어 후퇴된 위치(retracted position)로 상기 센서 밸브를 이동시키게 되고, 이는 가압된 공기로 하여금 밸브(168)를 일 위치로 이동시켜, 이전에 설명된 처리 및 관리 유닛에 의해서 감지되는 스위치(170)을 활성화시키고, 감지된 문(134)와 연계되는 특정한 재충전 격실(121)을 위한 재충전 작업을 시작하게 한다.

제4 제어 모듈(180)은 바람직하게는 시스템(100)의 작동을 위해 필요할 수 있는 공기 압력식 장치(152)를 포함한다. 그러한 장치는 공기 브레이크들, 펌프들, 잠금장치들, 추가적인 안전 메커니즘들 및 센서들 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 각각의 밸브(142, 154, 156, 및 166)는 바람직하게는 필요하게 될 때 공기 압력을 완화하기 위한 공기 압력식 소음기(pneumatic silencer)(171)를 포함한다.

도 18을 참조하면, 차량(102)으로부터 하나 또는 그 이상의 실린더(3)들을 재충전하기 위한 선호되는 예시 방법 또는 절차(180)의 블록 다이어그램이 도시된다. 블록 182에서, 재충전 작업이 시작될 수 있기 전에, 저장소(104)를 갖춘 차량(102)이 주차된다. 엔진이 가동되고 있는 상태로, 주차 브레이크가 설정되고 유체 펌프 또는 투여 장치는 작동을 위해 자유롭게 된다.

블록 184에서, 이전에 설명된 투여 장치 대신에 펌프가 사용되면, 차량의 동력 인출(power take-off; PTO) 샤프트가 펌프를 구동하기 위해 맞물린다. 이와 동시에, 사전에 걸려있던 차량의 주차 브레이크는 잠기게 된다. 이러한 방식으로, 주차 브레이크는 재충전 절차 중에 어느 때에도 풀릴 수 없다. 이 단계는 조작자가 재충전 절차 및 고객들에 몰두하고 있을 동안, 누군가가 운전석에 들어와 브레이크를 풀거나 차량을 운전하게 되는 위험이 제거되는 것을 보장한다. 이 시점에서, 모듈(121) 들 및 재충전 부분(103)을 포함한 그들의 다양한 구성요소들은 자유롭게 되거나 잠금 해제된다.

블록 186에서, 하나 또는 두 축들(106, 108) 을 중심으로 한 재충전 부분(103)의 경사가, 미리 결정된 각도 보다 큰 것으로 판정되면, 모듈들은 시스템의 접근 및 작동을 방지하기 위해 자동적으로 잠긴다. 그러나 재충전 부분(103)이 허용될 수 있는 기울임 제한 안에 있다면, 잠김 메커니즘들은 문(134)들의 열림 및 격실들로의 접근을 허용하도록 자동적으로 잠금 해제된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 최대로 허용되는 경사는 약 5도이다. 그러나 최대로 허용되는 경사는 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 그보다 클 수도 있고 작을 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

블록 188에서, 실린더(3)가 격실(121)에 올바로 적재되고 문(134)이 올바로 닫혔음이 탐지된 후에, 잠금 메커니즘(8)들은 문이 열리는 것을 방지하기 위해 활성화 될 것이다.

블록 190에서, 처리 및 관리 유닛과 연계된 판독기(reader)는 탱크로부터 정보를 판독하고 탱크의 만료 기일이 도달하였는지를 판정한다. 도달하지 않았다면, 실린더(3)는 인증되고 재충전 과정은 계속된다. 그러나 만료 기일이 도달되었다면, 실린더(3)는 무효화 되고 재충전 과정은 중단되며 문은 실린더(3)를 제거하기 위해 잠금 해제된다.

블록 192에서, 급속 커플러(9) 또는 공급 라인(15)에 연계된 압력 전 센서(pre-pressure sensor)는 밸브 팁(valve tip)에 접근하여 실린더(3)의 연결 조립체(7)에 누출이나 손상이 발생했는지 또는 발생하고 있는지 탐지한다. 압력 전 센서가 꾸준한 압력을 탐지하면, 재충전 작동이 계속된다. 그러나 압력 전 센서가 압력의 저하를 탐지하면, 잠재적으로 안전하지 못한 상태가 존재하는 것으로 판정되고 재충전 작업은 종료되며 문은 잠금 해제된다. 가스 누출센서도 실린더가 재충전되는 중에 가스의 누출을 탐지하여 작동을 종료시키기 위해 사용될 수 있다.

블록 194에서, 압력 진동 센서(pressure oscillation sensor)는 실린더(3) 또는 공급 라인(15)의 압력의 상승치가 미리 정해진 값 또는 퍼센트에 이르거나 이를 초과하는 때, 즉 실린더가 가득 찼음을 나타내는 때를 탐지하고, 실린더로 들어가는 유체의 흐름을 종료시키며, 문을 잠금 해제시키고, 프린터가 절차에 관련된 정보를 인쇄하도록 활성화시키는데, 상기 정보는 전달된 유체의 전체 부피, 유체의 전체 비용, 임의의 오류 메시지들, 지불 확인 등을 포함할 수 있다.

블록 196에서, 실린더(3)의 중량은 유체 전달 중에 감시된다. 실린더의 전체 중량이 미리 결정된 값과 같거나 그보다 큰 것으로 판정되면, 실린더로의 유체의 흐름은 종료되고, 바람직하게는 들을 수 있는 신호가 생성되며, 재충전된 실린더가 제거될 수 있도록 문이 잠금 해제된다.

블록 198에서, 실린더가 그 용량 또는 미리 선택된 양까지 충전되었다고 판정된 때, 들을 수 있고 볼 수 있는 신호들이 활성화되고, 문이 잠금 해제되며, 프린터가 앞서 설명된 것과 같은 정보를 인쇄하기 위해 활성화된다.

블록 200에서, 비상 스위치가 작동되었는지 여부가 판정된다. 작동되었다면, 앞서의 모든 작동들은 즉시 종료되고 누출의 경우에 있을 수 있는 화재 위험을 방지하기 위해 시스템(100)에 대한 동력원이 차단된다. 바람직하게는, 적어도 3개의 비상 버튼들이 사용자 또는 고객에 의한 용이한 접근을 위하여 차량(102)에 제공되는데, 용이한 접근을 위하여 차량의 운전석 및 저장소 사이에서 차량(102)의 각 측에 하나씩 그리고 차량의 후방 단부에 다른 하나가 제공된다. 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남이 없이 그 보다 더 많거나 적은 비상 버튼들이 제공될 수 있음이 이해될 것이다.

명세서 전체를 통해 사용된 것과 같은 “바람직하게는”의 용어는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들을 가리키는 것이며 어떤 제한적인 의미로 해석되지 않음이 이해될 것이다.

“연결하다”의 용어 및 이의 파생형은 하나 또는 그 이상의 중간 요소들을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 서로 부착될 수 있는 둘 또는 그 이상의 부분들을 가리키는 것임이 추가로 이해 될 것이다. 추가적으로, 본 명세서 전체를 통해 사용되었을 수 있는 “지향” 및/또는 “위치”의 용어는 절대적인 지향들 및/또는 위치들 대신, 상대적인 것들을 나타내는 것이다.

본 기술 분야에서 숙련된 사람들에 의해서, 폭넓은 발명적 개념으로부터 벗어남이 없이 상기 설명된 실시예에 변화들이 가해질 수 있음이 이해될 것이다. 그러므로 본 발명은 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 첨부된 청구항들에 의해서 정의된 바와 같은 본 발명의 취지와 범위 내에서의 변경을 포함하려는 의도임이 이해된다.

Claims (19)

1. 사용자의 에너지 수요를 충족하기 위하여 미리 선택된 양의 유체로 휴대용 가스 실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 임의의 부피의 유체를 공급하기 위한 저장소를 갖춘 차량, 상기 가스 실린더를 수납하기 위한 격실, 상기 가스 실린더에 가압된 유체를 전달하기 위해 상기 저장소와 상기 격실 사이에서 연장되는 공급 라인(supply line) 을 포함하고, 상기 시스템은,
   리트랙터블 커플러(retractable coupler)가 상기 공급 라인에 연결되고, 상기 커플러는 상기 격실에 위치하며 충전 작동 중에 상기 가스 실린더 상의 충전 밸브를 향해 자동으로 이동 가능하여 상기 충전 밸브와 연결되고, 압력하에 있는 임의의 양의 유체를 상기 저장소로부터 상기 가스 실린더에 전달하고;
   제1 센서가 미리 선택된 양의 유체가 상기 가스 실린더에 전달된 때를 탐지하도록 배치되며; 그리고
   처리기(processor)가, 상기 제1 센서가 미리 선택된 양의 유체가 상기 가스 실린더에 전달되었음을 탐지하였을 때 자동적으로 충전 작업을 중단하고 상기 커플러를 상기 충전 밸브로부터 이동시키도록, 제어 패널, 상기 제1 센서 및 상기 리트랙터블 커플러와 작동 가능하게 연계됨; 을 특징으로 하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   휴대용 가스 실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 격실이 상기 제1 축 및 상기 제1축에 대해 상호 직각을 이루는 제2축을 중심으로 상기 차량에 대하여 기울임 운동을 하도록 상기 차량에 설치되어, 상기 차량이 경사진 표면에 위치될 때 상기 격실이 수평 지향을 이루도록 함을 특징으로 하는, 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   휴대용 가스 실린더를 충전하기 위한 시스템으로서,
   상기 격실은 충전 작업 이전 및 이후에 상기 가스 실린더를 싣고 내리기 위해 오로지 사용자에 의해서만 접근 가능하도록 에워싸이고 잠금 메커니즘을 갖춘 문을 구비하며; 그리고
   제어 패널은 상기 가스 실린더에 전달될 가압된 유체의 양을 선택하기 위한 사용자 인터페이스를 구비함; 을 특징으로 하는, 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   휴대용 가스 실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 기울임 센서(tilt sensor)가 상기 격실의 피봇 각도(pivot angle)를 탐지하기 위해 제공되며, 상기 처리기는, 상기 피봇 각도가 미리 결정된 값을 초과할 때 충전 작업을 종료시키기 위해 상기 기울임 센서와 작동 가능하게 연계됨을 특징으로 하는, 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   휴대용 가스 실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 제1센서는 상기 가스 실린더에 대한 압력 제한 및 중량 제한 중의 하나를 판정함을 특징으로 하는, 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 제1센서가 상기 가스 실린더의 제한에 도달하였음을 탐지한 때, 상기 처리기는, 미리 선택된 양의 유체의 전달이 완료되기 전에 충전 작업을 중지하도록 작동될 수 있음을 특징으로 하는, 시스템.
7. 제 6항에 있어서,
   휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 제1센서는 상기 가스 실린더의 중량 제한 및 부피 제한 중의 하나를 판정함을 특징으로 하는, 시스템.
8. 제 7항에 있어서,
   휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 제 2센서가 상기 가스 실린더의 압력 제한을 판정하기 위하여 제공됨을 특징으로 하는, 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 제1 센서 및 제2센서 중 적어도 하나가 상기 가스 실린더의 중량 제한, 부피 제한 및 압력제한 중 적어도 하나에 도달하였음을 탐지한 때, 상기 처리기는, 미리 선택된 양의 유체의 전달이 종료되기 전에 충전 작업을 중단하도록 작동될 수 있음을 특징으로 하는, 시스템.
10. 제 9항에 있어서,
    휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 제1센서는 상기 가스 실린더의 중량을 감지 하기 위하여 로드 셀(load cell)을 포함함을 특징으로 하는, 시스템.
11. 제6 항에 있어서,
    휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 추가적인 센서가 상기 리트랙터블 커플러와 상기 가스 실린더 상의 충전 밸브간의 정확한 연결을 판정하기 위해 제공되고, 상기 처리기는, 잘못된 연결이 발생했을 때 충전 작업을 취소하고 상기 커플러를 원위치로 되돌리도록 작동 될 수 있음을 특징으로 하는, 시스템.
12. 제 3 항에 있어서,
    휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 상기 문의 개방 및 폐쇄 위치를 감시하기 위해 적어도 하나의 문 센서(door sensor) 가 위치되고, 상기 처리기는, 적어도 하나의 문 센서가 문의 개방 상태를 탐지하였을 때 충전 작업을 방지 하거나 취소하도록 작동될 수 있음을 특징으로 하는, 시스템.
13. 제 3항에 있어서,
    휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 디스플레이가, 상기 가스 실린더에 전달 될 유체의 선택된 양을 나타내고 충전 작업의 완료를 나타내기 위해서 상기 처리기에 연결됨을 특징으로 하는, 시스템.
14. 제3항에 있어서,
    휴대용 가스실린더를 충전하기 위한 시스템으로서, 복수의 격실들이 제공되고, 각각의 격실은, 분리되고 독립적으로 작동 가능한 문, 리트랙터블 커플러, 제어 패널, 및 적어도 하나의 제어기에 작동 가능하게 연결되는 제1 센서를 구비함을 특징으로 하는, 시스템.
15. 제 1 항의 시스템을 사용하는 휴대용 가스 실린더를 충전하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 격실의 기울임 각도를 판정하는 단계;
    상기 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 크거나 이와 같으면 상기 방법을 종료하는 단계; 및
    상기 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 작다면 상기 격실로의 접근을 허용하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
16. 제 3 항의 시스템을 사용하는 휴대용 가스 실린더를 충전하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 격실 또는 각각의 격실의 기울임 각도를 판정하는 단계;
    상기 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 크거나 이와 같으면 상기 방법을 종료하는 단계;
    상기 기울임 각도가 미리 결정된 각도보다 작다면 상기 격실로의 접근을 허용하는 단계; 및
    상기 격실 안에 가스 실린더를 위치시키는 단계;
    상기 격실 문의 폐쇄 위치를 탐지하는 단계;
    사용자에 의한 접근을 방지하기 위해 상기 격실 문을 자동으로 잠그는 단계;
    상기 저장소로부터 상기 가스 실린더로 전달될 유체의 미리 선택된 양을 프로그래밍 하는 단계;
    상기 리트랙터블 커플러를 상기 가스 실린더 상의 충전 밸브를 향해 이동시켜 상기 충전 밸브에 상기 커플러를 연결시키는 단계;
    상기 커플러와 상기 충전 밸브간에 적절한 연결이 이루어졌는지 판정하는 단계;
    상기 공급 라인을 통해 상기 저장소로부터 상기 가스 실린더로 유체를 향하게 하는 단계;
    미리 결정된 양의 유체가 전달되었음이 판정되었을 때, 상기 저장소로부터의 유체의 흐름을 중단시키는 단계;
    상기 충전 밸브로부터 상기 커플러를 원위치로 되돌리는 단계; 및
    상기 격실로부터 상기 가스 실린더를 제거하도록 사용자에 의한 접근을 허용하기 위해 상기 격실 문을 잠금 해제하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
17. 제16항에 있어서,
    휴대용 가스 실린더를 충전하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 차량의 비상 브레이크가 설정되었는지 판정하는 단계; 및
    설정 위치에 있는 상기 비상 브레이크를 잠가서 본 방법 도중 상기 차량의 이동을 방지하도록 하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는, 방법.
18. 제16항에 있어서,
    휴대용 가스 실린더를 충전하는 방법으로서, 상기 방법은, 다음의 조건들 중의 적어도 하나가 발생하였을 때, 미리 결정된 양의 유체가 상기 가스 실린더에 전달되기 전에 충전 작업이 중단되고 상기 격실 문이 잠금 해제되는 것을 특징으로 하는 방법으로서, 상기 조건들은: 1) 상기 가스 실린더의 압력 제한에 도달됨; 2) 상기 가스 실린더의 중량 제한에 도달됨; 및 3) 상기 리트랙터블 커플러와 상기 충전 밸브간에 부정확한 연결이 발생함;인, 방법.
19. 제16항에 있어서,
    휴대용 가스 실린더를 충전하는 방법으로서, 상기 방법은, 상기 커플러를 상기 충전 밸브에 연결하기 전에 상기 가스 실린더의 유효한 사용 일자를 탐지하는 단계; 및 상기 가스 실린더에 유체를 전달함이 없이 사용자로 하여금 상기 가스 실린더를 제거하도록 허용하기 위해 상기 격실 문을 잠금 해제하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는, 방법.

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