CN102629693B - 具有用于气体检测的集成装置的用于气态燃料的加燃料喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用于气体检测的集成装置的用于气态燃料的加燃料喷嘴，具体地，一种用于将气态燃料分送至车辆的加燃料喷嘴包括主体，该主体具有导管，所述导管形成在主体中并构造成允许气态燃料从其中流过。导管终止于主体的分送端。主体的分送端在加燃料操作期间与车辆的燃料入口形成接口。加燃料喷嘴还包括邻近导管设置在主体的分送端处的传感器。传感器构造成在加燃料操作期间检测气态燃料的泄漏。

Description

具有用于气体检测的集成装置的用于气态燃料的加燃料喷嘴
技术领域
本发明涉及一种用于给氢燃料电池供能车辆再加燃料的系统和方法，且更具体地涉及一种用于给氢燃料电池供能车辆再加燃料的喷嘴。
背景技术
燃料电池已被提出作为用于电动车辆和各种其他应用的清洁、高效和对环境负责的功率源。尤其地，燃料电池已被确定为是用于现代车辆的传统内燃机的潜在替代。
已知一种燃料电池为质子交换膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池通常包括三个基本部件：阴极、阳极和电解质膜。阴极和阳极通常包括支撑在碳粒子上并与离聚物混合的细分的催化剂诸如铂。电解质膜被夹在阴极与阳极之间，以形成膜电极组件(MEA)。MEA常常设置在多孔扩散介质(DM)之间，该多孔扩散介质(DM)有助于用于电化学燃料电池反应的通常为氢和氧的气态反应剂的输送。单独的燃料电池可串联堆叠到一起，以形成能够给氢燃料电池供能车辆提供动力的燃料电池组。
为了使氢燃料电池供能车辆对消费者是可行的选择，加燃料站必须能够可靠地分送气态氢燃料。通常安装在加燃料站的用于气态加燃料的分送系统被认为可在进行泄漏检查之后操作。然而，安装期间的泄漏检查不提供机会来给检测会在分送系统的操作寿命期间出现的泄露。安装泄漏检查还不允许人们确定是否出现特定车辆的加燃料期间的干涉泄漏。通常，在分送系统的操作寿命期间仅检测到例如由管线剪切或软管损坏引起的重大泄漏。在车辆接口处的小的泄漏通常不能够被加燃料站和顾客检测到，这导致气态氢燃料到环境的不合需要的释放。
在Noujima等的美国专利申请公布No.2005/0276749中公开了一种用于分送氢燃料的已知系统，藉此该美国专利申请公布的全部内容在此以参考的方式并入。Noujima等描述了一种氢燃料供应机，其大体上由以下组成：燃料供应喷嘴，其具有用于接收待由传感器网发送的数据的天线，该传感器网是设置在阀的下游的流率传感器；中央处理单元，其用于处理所传送的数据以确定阀的开度；存储器，其用于将所发送数据和中央处理单元的处理结果存储在其中；以及阀控制单元，其用于遵从中央处理单元的处理结果控制阀。Noujima等另外声明通过将流率传感器附接至从气态燃料库存单元延伸到燃料供应喷嘴的管道的任何部分，可以迅速地检测气体泄漏和流动异常。然而，Noujima等的氢燃料供应机和燃料供应喷嘴不能检测在燃料电池供能车辆的加燃料操作期间可出现在燃料供应喷嘴与燃料电池供能车辆的接口处的泄漏。
存在对用于燃料电池供能车辆的气态加燃料期间的连续泄漏检测的系统和方法的持续需求。
发明内容
根据本发明，令人惊讶地发现了一种用于在燃料电池供能车辆的气态加燃料期间的连续泄漏检测的系统和方法。
在第一实施例中，用于将气态燃料分送至车辆的加燃料喷嘴包括主体和传感器。主体具有形成在其中的导管。导管允许气态燃料从其中流过。导管终止于主体的分送端。主体的分送端形成在加燃料操作期间与车辆的燃料入口的接口。传感器邻近导管设置在主体的分送端处。传感器构造成在加燃料操作期间检测气态燃料的泄漏。
在另一实施例中，用于在车辆的加燃料操作期间检测气态燃料的泄漏的系统包括分送器、柔性燃料管线和加燃料喷嘴。分送器选择性地分送气态燃料。柔性的燃料管线与分送器流体连通。加燃料喷嘴与柔性的燃料管线流体连通以便分送气态燃料。加燃料喷嘴包括主体，主体具有形成在其中的导管。导管允许气态燃料从其中流过。导管终止于主体的分送端。主体的分送端形成在加燃料操作期间与车辆的燃料入口的接口。传感器邻近导管设置在主体的分送端处。传感器构造成在加燃料操作期间检测气态燃料的泄漏。
在另一实施例中，用于在车辆的加燃料操作期间检测气态燃料的泄漏的方法包括步骤：提供一种系统，其包括用于选择性地分送气态燃料的分送器、与分送器流体连通的柔性的燃料管线、以及加燃料喷嘴，所述加燃料喷嘴具有主体和传感器，所述主体具有导管，导管形成在主体中并构造成允许气态燃料从其中流过，导管终止于主体的分送端，所述传感器邻近导管设置在主体的分送端处；提供具有构造成接收气态燃料的燃料入口的车辆；将加燃料喷嘴插入车辆的燃料入口，接口形成在加燃料喷嘴的分送端与燃料入口之间；以及使气态燃料从分送器流向加燃料喷嘴以便将气态燃料分送至车辆，其中传感器构造成在加燃料操作期间检测气态燃料在接口处的泄漏。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于向车辆分送气态燃料的加燃料喷嘴，包括：
具有导管的主体，所述导管形成在所述主体中并构造成允许所述气态燃料从其中流过，所述导管终止于所述主体的分送端，所述主体的所述分送端形成在加燃料操作期间与所述车辆的燃料入口的接口；以及
设置在所述主体的所述分送端处的传感器，所述传感器构造成检测在所述加燃料操作期间所述气态燃料的泄漏。
2. 根据方案1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器在所述主体的所述分送端处暴露。
3. 根据方案1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器包括用于将所述气态燃料的在所述接口处泄漏的部分输送至所述传感器的探测管线。
4. 根据方案3所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器镶入在所述主体中，所述探测管线设置在所述传感器与所述主体的所述分送端之间。
5. 根据方案1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器是氢传感器。
6. 根据方案1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器与控制器信号通信，所述控制器构造成当在所述接口处存在所述气态燃料的泄漏时提供警报和关断所述气态燃料到所述加燃料喷嘴的供应中的至少一个。
7. 根据方案6所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器是与所述控制器有线通信和与所述控制器无线通信中的一个。
8. 一种用于检测在车辆的加燃料操作期间气态燃料的泄漏的系统，包括：
分送器，其用于选择性地分送所述气态燃料；
柔性的燃料管线，其与所述分送器流体连通；以及
加燃料喷嘴，其与所述柔性的燃料管线流体连通以便分送所述气态燃料，所述加燃料喷嘴包括：具有导管的主体，所述导管形成在所述主体中并构造成允许所述气态燃料从其中流过，所述导管终止于所述主体的分送端，所述主体的所述分送端形成在加燃料操作期间与所述车辆的燃料入口的接口；以及设置在所述主体的所述分送端处的传感器，所述传感器构造成检测在所述加燃料操作期间所述气态燃料的泄漏。
9. 根据方案8所述的系统，其中所述传感器在所述主体的所述分送端处暴露。
10. 根据方案8所述的系统，其中所述传感器包括用于将所述气态燃料的在所述接口处泄漏的部分输送至所述传感器的探测管线。
11. 根据方案10所述的系统，其中所述传感器镶入在所述主体中，所述探测管线设置在所述传感器与所述主体的所述分送端之间。
12. 根据方案8所述的系统，其中所述传感器是氢传感器。
13. 根据方案8所述的系统，其中所述传感器与控制器信号通信，所述控制器构造成关断所述气态燃料到所述加燃料喷嘴的供应和提供指示在所述接口处存在所述气态燃料的泄漏的警报中的至少一个。
14. 根据方案13所述的系统，其中所述传感器是与所述控制器有线通信和与所述控制器无线通信中的一个。
15. 根据方案13所述的系统，其中所述控制器设置在所述分送器上。
16. 一种用于检测在车辆的加燃料操作期间气态燃料的泄漏的方法，包括步骤：
提供一种系统，其包括：用于选择性地分送所述气态燃料的分送器；与所述分送器流体连通的柔性的燃料管线；以及加燃料喷嘴，所述加燃料喷嘴与所述燃料管线连通并包括主体和传感器，所述主体具有导管，所述导管形成在所述主体中并构造成允许所述气态燃料从其中流过，所述导管终止于所述主体的分送端，所述传感器邻近所述导管设置在所述主体的所述分送端；
将所述加燃料喷嘴插入所述车辆的燃料入口；以及
使所述气态燃料从所述分送器流向所述加燃料喷嘴，以便将所述气态燃料分送至所述车辆，其中所述传感器构造成检测在所述加燃料操作期间所述气态燃料的泄漏。
17. 根据方案16所述的方法，其中所述传感器与控制器信号通信，当传感器在所述加燃料操作期间检测到所述气态燃料的泄漏时，所述控制器关断所述气态燃料到所述加燃料喷嘴的供应和当在所述接口处存在所述气态燃料的泄漏时提供警报中的至少一个。
18. 根据方案16所述的方法，其中所述传感器在所述主体的所述分送端处暴露。
19. 根据方案16所述的方法，其中所述传感器包括用于输送泄漏的所述气态燃料的部分至所述传感器的探测管线。
20. 根据方案16所述的方法，其中所述传感器是氢传感器。
附图说明
尤其地当根据在此描述的附图考虑时，本发明的以上以及其他的优点将从以下的详细说明对本领域技术人员容易地变得显而易见。
图1是根据本发明一个实施例的包括加燃料喷嘴的用于气态燃料的燃料系统的示意性侧视立面图；
图2是图1所示的加燃料喷嘴的放大局部侧视剖面图；
图3是图1所示的加燃料喷嘴的放大局部侧视剖面图，还图示了车辆的通过加燃料喷嘴的加燃料操作；
图4是图3所示的加燃料喷嘴的放大局部侧视剖面图，还图示了通过在加燃料喷嘴与车辆之间的接口处的加燃料喷嘴的连续泄漏检测；以及
图5是根据本发明另一实施例的具有与传感器连通的探测管线的加燃料喷嘴的放大局部侧视剖面图，并且还图示了通过在加燃料喷嘴与车辆之间的接口处的加燃料喷嘴的连续泄漏检测。
具体实施方式
以下的详细说明和附图描述并图示了本发明的各种实施例。说明和附图用于使得本领域的技术人员能够做出并使用本发明，并且不意于以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，介绍的步骤的顺序本质上是示例性的，并因此不是必需的或关键的。
现在参考图1-5，本发明包括用于在车辆6(图4和5所示)的加燃料操作期间检测气态燃料4的泄漏的系统2。作为非限制性示例，车辆6可以是燃料电池供能车辆。系统2包括用于选择性地分送气态燃料4诸如气态氢的分送器8。柔性的燃料管线10与分送器8流体连通。加燃料喷嘴12与柔性的燃料管线10流体连通，用于在加燃料操作期间将气态燃料4分送至车辆6。
本发明的加燃料喷嘴12包括主体14，主体14具有形成在其中的导管16。导管16构造成允许气态燃料4从中流过。导管16终止于主体14的分送端18。主体14的分送端18形成在加燃料操作期间与车辆6的燃料入口22的接口20(图3-5所示)。传感器24邻近导管16设置在主体14的分送端18处。传感器24构造成在车辆6的加燃料操作期间检测气态燃料4的泄漏。
在图2-4所示的特定的实施例中，传感器24在主体14的分送端18处暴露，并在加燃料操作期间检测气态燃料4的泄漏。例如，由于加燃料喷嘴12与燃料入口22的未对准，所以间隙26可存在于主体14的分送端18与车辆6的邻近燃料入口22的部分之间的接口20处。替代地，间隙26可由例如由于损坏的加燃料喷嘴12造成的燃料入口22与分送端18之间的干涉产生。在加燃料喷嘴12与车辆6的燃料入口22之间采用聚合物密封件(未示出)的情况下，泄漏可由加燃料喷嘴12的操作寿命期间不期望的密封劣化产生。还应意识到的是，气态燃料4在接口20处的其他泄漏还可由传感器24检测到。
传感器24可发射传感器信号，例如以引起警报或致动与传感器24通信的切断装置。传感器24可按照需要设置在导管16上方或下方。熟练的技工应意识到的是，气态燃料相对于空气的密度可指示传感器24设置在导管16上方还是下方。在本发明的范围内还可采用围绕导管16的多个传感器24。
如图5所示，加燃料喷嘴12还可具有与传感器24流体连通的探测管线28。探测管线28构造成将气态燃料4在接口20处泄漏的部分输送至传感器24。在某些实施例中，可使探测管线28处于真空下，以便抽取气态燃料4在接口20处泄漏的部分。探测管线28允许传感器24设置在除分送端18的表面处以外的位置。例如，传感器24可镶入在主体14中，探测管线设置在传感器24与主体14的分送端18之间。本领域普通技术人员应意识到的是，传感器24可按照需要安置在加燃料喷嘴12的主体14内任何其他合适位置。
在说明性的实施例中，传感器24为氢传感器，并且系统2的分送器8选择性地分送作为气态燃料4的气态氢。熟练的技工可为检测氢泄漏选择合适类型的传感器24。作为非限制性示例，用于检测氢泄漏的传感器24可包括微制作点接触氢传感器、光纤氢传感器、MEMS氢传感器、薄钯膜传感器、厚钯膜传感器和基于肖特基二极管的氢气传感器中的一种。按照需要还可采用其他类型的氢传感器。本领域的技术人员还应理解的是，用于检测其他类型的气态燃料4的泄漏的本发明的系统2和方法的使用同样在本发明的范围内。
本发明还包括用于在车辆6的加燃料操作期间检测气态燃料4的泄漏的方法。方法首先包括提供用于分送气态燃料4的系统2和具有构造成从系统2接收气态燃料的燃料入口22的车辆6的步骤。加燃料喷嘴12插入车辆6的燃料入口22。接口20形成在加燃料喷嘴12的分送端18与车辆6的邻近燃料入口22的部分之间。然后例如由操作分送器8的顾客使气态燃料4从分送器8流向加燃料喷嘴12，以便将气态燃料4分送至车辆6。如上所述，传感器24构造成在加燃料操作期间检测气态燃料4在接口20处的泄漏。
重新参考图1，系统2还可包括与传感器24通信的控制器30。在一个示例中，控制器30构造成关断气态燃料4从分送器8到加燃料喷嘴12的供应。在另一示例中，控制器30向站、顾客和维护人员中的一个提供指示在接口20处存在气态燃料4的泄漏的警报。传感器24可至少是例如通过通信线路32导线连接至控制器和设置成与控制器30无线通信中的一个。在操作中，传感器24可用于连续地检测控制器30并与控制器30通信，使得控制器30可相对于加燃料操作期间在接口20处出现的气态燃料4的泄漏采取合适的行动。因此有利地提供用于在车辆6的气态加燃料期间的连续泄漏检测的系统2和方法。
尽管为了例证本发明示出某些代表性的实施例和细节，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的在所附权利要求中进一步描述的范围的情况下可作出各种变化。

Claims (20)

1.一种用于向车辆分送气态燃料的加燃料喷嘴，包括：
具有导管的主体，所述导管形成在所述主体中并构造成允许所述气态燃料从其中流过，所述导管终止于所述主体的分送端，所述主体的所述分送端形成在加燃料操作期间与所述车辆的燃料入口的接口，所述车辆的燃料入口接纳所述分送端，其中所述分送端的端表面定向成横向于所述导管，所述端表面构造成在所述接口处接触所述车辆的所述燃料入口，并且所述端表面定位在所述主体的远端处；以及
设置在所述主体的所述分送端的端表面处的传感器，所述传感器构造成检测在所述加燃料操作期间所述气态燃料的泄漏。
2.根据权利要求1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器在所述主体的所述分送端处暴露。
3.根据权利要求1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器包括用于将所述气态燃料的在所述接口处泄漏的部分输送至所述传感器的探测管线。
4.根据权利要求3所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器镶入在所述主体中，所述探测管线设置在所述传感器与所述主体的所述分送端之间。
5.根据权利要求1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器是氢传感器。
6.根据权利要求1所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器与控制器信号通信，所述控制器构造成当在所述接口处存在所述气态燃料的泄漏时提供警报和关断所述气态燃料到所述加燃料喷嘴的供应中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的加燃料喷嘴，其中所述传感器是与所述控制器有线通信和与所述控制器无线通信中的一个。
8.一种用于检测在车辆的加燃料操作期间气态燃料的泄漏的系统，包括：
分送器，其用于选择性地分送所述气态燃料；
柔性的燃料管线，其与所述分送器流体连通；以及
加燃料喷嘴，其与所述柔性的燃料管线流体连通以便分送所述气态燃料，所述加燃料喷嘴包括：具有导管的主体，所述导管形成在所述主体中并构造成允许所述气态燃料从其中流过，所述导管终止于所述主体的分送端，所述主体的所述分送端形成在加燃料操作期间与所述车辆的燃料入口的接口，所述车辆的燃料入口接纳所述分送端，其中所述分送端的端表面定向成横向于所述导管，所述端表面构造成在所述接口处接触所述车辆的所述燃料入口，并且所述端表面定位在所述主体的远端处；以及设置在所述主体的所述分送端的端表面处的传感器，所述传感器构造成检测在所述加燃料操作期间所述气态燃料的泄漏。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器在所述主体的所述分送端处暴露。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器包括用于将所述气态燃料的在所述接口处泄漏的部分输送至所述传感器的探测管线。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器镶入在所述主体中，所述探测管线设置在所述传感器与所述主体的所述分送端之间。
12.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器是氢传感器。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器与控制器信号通信，所述控制器构造成关断所述气态燃料到所述加燃料喷嘴的供应和提供指示在所述接口处存在所述气态燃料的泄漏的警报中的至少一个。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述传感器是与所述控制器有线通信和与所述控制器无线通信中的一个。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器设置在所述分送器上。
16.一种用于检测在车辆的加燃料操作期间气态燃料的泄漏的方法，包括步骤：
提供一种系统，其包括：用于选择性地分送所述气态燃料的分送器；与所述分送器流体连通的柔性的燃料管线；以及加燃料喷嘴，所述加燃料喷嘴与所述燃料管线连通并包括主体和传感器，所述主体具有导管，所述导管形成在所述主体中并构造成允许所述气态燃料从其中流过，所述导管终止于所述主体的分送端，所述车辆的燃料入口接纳所述分送端，其中所述分送端的端表面定向成横向于所述导管，所述端表面构造成在接口处接触所述车辆的所述燃料入口，并且所述端表面定位在所述主体的远端处，所述传感器邻近所述导管设置在所述主体的所述分送端的端表面；
将所述加燃料喷嘴插入所述车辆的燃料入口；以及
使所述气态燃料从所述分送器流向所述加燃料喷嘴，以便将所述气态燃料分送至所述车辆，其中所述传感器构造成检测在所述加燃料操作期间所述气态燃料的泄漏。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器与控制器信号通信，当传感器在所述加燃料操作期间检测到所述气态燃料的泄漏时，所述控制器关断所述气态燃料到所述加燃料喷嘴的供应和当在所述接口处存在所述气态燃料的泄漏时提供警报中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器在所述主体的所述分送端处暴露。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器包括用于输送泄漏的所述气态燃料的部分至所述传感器的探测管线。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器是氢传感器。
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