CN104051754B - 热压力释放设备和相关的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及热压力释放设备和相关的系统和方法。用于检测和/或感测在热压力释放设备内的缺陷的装置、方法和系统。热压力释放装置可包括其内具有流体的泡。在一些实施方式中，传感器可被用于确定泡内的流体是否超过填充水平阈值。在确定流体低于填充水平阈值时，采取动作。在一些实施方式中，动作可包括提供通知。

Description

热压力释放设备和相关的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于检查和/或感测在热压力释放设备中的缺陷的装置、方法和系统。例如，在一些实施例中，本公开涉及燃料电池车辆中的热压力释放设备，该车辆包括一个或多个传感器以检测该设备的部件的状态，例如玻璃泡的流体水平。
背景技术
氢动力燃料电池车辆通常采用高压罐或其它的容器来容纳压缩氢气。这种高压容器经常包括一个或多个压力释放设备。这种压力释放设备可被定位在高压容器的端部，在该位置可定位各种阀、压力调节器、连接器、过流量限制器等以允许该容器被填充压缩氢气以再加燃料。
这种压力释放设备可以是热启动的。换句话说，当氢气被暴露给高温时，压力释放设备可被启动以释放压力，该压力否则会导致容器破裂。一些这种压力释放设备包括易碎泡，该泡包括暴露给来自车辆和/或容器的热的液体。当被加热到预定温度时，该泡被构造成爆炸，由此打开一个出口并允许氢气离开该容器。
不过，因为这种设备可能依赖于液体的存在以在预定温度爆炸，所以最重要的是，如果该泡损失其液体的一些或全部，用户或技师要得到通知。例如，如果该泡出现裂纹但没有完全爆炸，就会发生这种情况。
本发明的发明人由此已经确定，令人满意的是提供一种用于检查和/或感测在热压力释放设备内的缺陷的装置、方法和系统，以例如检测在这个设备的泡内的流体损失和/或泡的状态中的缺陷，和/或以克服本发明的一个或多个其它局限。
发明内容
本文公开了用于检测和/或感测在热压力释放设备内的缺陷的装置、方法和系统。一些实施例和实施方式可尤其用于气体动力的燃料电池车辆，例如氢气。
在一些实施例中，热压力释放设备可被提供，其包括壳体、构造成与包括气体的容器流体联接的气体入口端口、与气体入口端口流体联接的气体出口端口、和活塞。活塞可被构造成在关闭位置和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞阻挡了气体入口端口和气体出口端口之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口与气体入口端口流体连通。该设备可还包括泡，该泡定位成使得保持活塞处于关闭位置。在一些实施例中，该泡可包括玻璃泡或者可包括另外相对易碎的材料使得该泡可在某些条件下破裂以启动热压力释放设备。该泡可被进一步构造成使得一旦泡破裂，活塞被允许移动到打开位置。
该设备可还包括构造成检测泡的状态的传感器。传感器可包括光学传感器、电容传感器和结构传播噪音传感器中的至少一个。由传感器感测的状态可例如包括在泡内存在裂纹，或者在泡内的流体（例如液体）的体积。在构造成检测泡内的液体的体积的实施例中，在泡完整无损时该泡可包括液体内的气泡，并且传感器可被构造成通过检测气泡的大小来检测该泡内的流体的体积（因为气泡的大小可根据泡内的液体的体积而变化）。
一些实施例可包括至少一个定位成邻接泡的热输入开口。在这些实施例中，传感器可被定位在至少一个热输入开口内。
在根据本发明的一个实施例的车辆的示例中，车辆可包括气体容器，其包括气体，例如氢气。在一些实施例中，车辆可包括燃料电池电动车辆。气体容器可包括容器出口端口。车辆可还包括与气体容器联接的热压力释放装置。热压力释放装置可包括与容器出口端口流体联接的气体入口端口，与气体入口端口流体联接的气体出口端口，和活塞。活塞可被构造成在关闭位置和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞阻挡了气体入口端口和气体出口端口之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口与气体入口端口流体连通。
热压力释放装置可还包括泡，例如玻璃泡或其它易碎/可破碎的泡，该泡被定位成以保持活塞处于关闭位置。该泡可被构造成使得一旦泡破碎，活塞被允许移动到打开位置。热压力释放装置可还包括构造成检测泡内的流体的体积的传感器。在一些实施例中，流体可包括气泡，并且传感器可被构造成通过检测气泡的大小来检测流体的体积。
在用于抑制车辆内的热压力释放装置出现故障的方法的一些实施方式中，该方法可包括检查车辆中的热压力释放装置，其中该热压力释放装置包括泡。该泡可以是易碎的和/或可破碎的，并且可包括流体。该方法可还包括确定泡内的流体是否超过填充水平阈值，并且在确定该流体低于填充水平阈值时，采取包括提供通知、停用与热压力释放装置相关联的系统、更换热压力释放装置、和修复热压力释放装置中的至少一个的动作。
在一些实施方式中，检查热压力释放装置的步骤可包括使用传感器感测泡内的流体的体积。如果泡内的流体包括气泡，那么使用传感器感测泡内的流体的体积的步骤可包括感测气泡的大小。
在其中动作包括通知的实施方式中，该通知可包括可见通知，例如报警灯，和可闻通知，例如哔哔声噪音中的至少一个。
本申请还提供了如下方案：
方案1. 一种热压力释放装置，其包括：
壳体；
构造成与包括气体的容器流体联接的气体入口端口；
与气体入口端口流体联接的气体出口端口；
活塞，其被构造成在关闭位置和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞阻挡了气体入口端口和气体出口端口之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口与气体入口端口流体连通；
泡，其定位成保持活塞处于关闭位置，其中该泡被构造成使得一旦该泡破裂，就允许活塞移动到打开位置；以及
构造成检测该泡的状态的传感器。
方案2. 如方案1所述的热压力释放装置，其中该泡包括玻璃泡。
方案3. 如方案1所述的热压力释放装置，其中传感器可包括光学传感器、电容传感器和结构传播噪音传感器中的至少一个。
方案4. 如方案1所述的热压力释放装置，其中所述状态包括在泡中存在裂纹。
方案5. 如方案1所述的热压力释放装置，其中所述状态包括在泡中的流体的体积。
方案6. 如方案5所述的热压力释放装置，其中该泡包括在该泡完整无损时所述流体内的气泡。
方案7. 如方案6所述的热压力释放装置，其中传感器被构造成通过检测所述气泡的大小来检测在所述泡内的流体的体积。
方案8. 如方案1所述的热压力释放装置，还包括定位成邻接所述泡的至少一个热输入开口。
方案9. 如方案8所述的热压力释放装置，其中传感器被定位在所述至少一个热输入开口内。
方案10. 一种车辆，其包括：
包括气体的气体容器，其中气体容器包括容器出口端口；以及
与该气体容器联接的热压力释放装置，其中该热压力释放装置包括：
与容器出口端口流体联接的气体入口端口；
与气体入口端口流体联接的气体出口端口；
活塞，其被构造成在关闭位置和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞阻挡了气体入口端口和气体出口端口之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口与气体入口端口流体连通；
泡，其定位成保持活塞处于关闭位置，其中该泡被构造成使得一旦该泡破裂，就允许活塞移动到打开位置；以及
构造成检测该泡内的流体的体积的传感器。
方案11. 如方案10所述的车辆，其中气体容器包括氢气容器。
方案12. 如方案11所述的车辆，其中该车辆包括燃料电池电动车辆。
方案13. 如方案10所述的车辆，其中所述流体包括气泡，并且其中所述传感器被构造成通过检测该气泡的大小来检测所述流体的体积。
方案14. 一种用于抑制车辆中的热压力释放装置的故障的方法，该方法包括如下步骤：
检测车辆内的热压力释放装置，其中热压力释放装置包括泡；
确定该泡内的流体是否超过填充水平阈值；以及
当确定该流体低于填充水平阈值时，采取包括提供通知、停用与热压力释放装置相关联的系统、更换热压力释放装置、和修理热压力释放装置中的至少一个的动作。
方案15. 如方案14所述的方法，其中检查热压力释放装置的步骤可包括使用传感器感测泡内的流体的体积。
方案16. 如方案15所述的方法，其中传感器可包括光学传感器、电容传感器和结构传播噪音传感器中的至少一个。
方案17. 如方案15所述的方法，其中泡内的流体包括气泡。
方案18. 如方案17所述的方法，其中使用传感器感测泡内的流体的体积的步骤包括感测气泡的大小。
方案19. 如方案14所述的方法，其中所述动作包括通知，并且其中所述通知包括可见通知和可闻通知中的至少一个。
方案20. 如方案19所述的方法，其中通知包括可见通知，并且其中可见通知包括报警灯。
附图说明
参照附图描述了本发明的非限定性且非排他性实施例，这包括本公开的各种不同的实施例，附图中：
图1是热压力释放装置的一个实施例的透视图。
图2是热压力释放装置的一个实施例的横截面图。
图3说明了包括热压力释放装置的车辆的示例。
图4是说明用于抑制车辆内的热压力释放装置出现故障的方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
下面提供了对根据本公开的各种不同的实施例的系统和方法的详细描述。虽然描述了若干实施例，但是应该理解，本公开不限于所公开的任意一个具体实施例，而是包含了多种替换、改进、和等同方式。而且，虽然在下面的描述中公开了多个具体的细节以提供对本文公开的实施例的透彻的理解，但是一些实施例可被实践为不具有这些细节中的一些或全部。而且，为了清楚的目的，本领域中熟知的某些技术材料没有被具体描述以避免不必要地使本公开模糊不清。
参照附图可最佳地理解本公开的实施例，附图中同样的部分可由同样的数字标记。容易理解，所公开的实施例的部件，如在本文中的附图中概括地描述和说明的，可被以多种不同的构造被布置和设计。因此，下面对本公开的系统和方法的实施例的具体描述不是用来限制本公开的范围，其如权利要求所述，而仅是代表本公开的可能的实施例。而且，方法的步骤不一定需要以任何特定的顺序执行，或者甚至是按顺序执行，这些步骤也不一定需要只被执行一次，除非另有具体说明。
本文公开的装置、系统和方法的实施例被用于检查和/或感测在热压力释放设备内的缺陷。本文公开的一些实施例和实施方式可尤其用在燃料电池车辆中，例如构造成使用氢气运行的燃料电池。现在将参照附图更具体地描述更具体的实施例和实施方式。
图1是热压力释放装置100的实施例的透视图。热压力释放装置100可被构造成与罐或其它包括气体的容器联接，气体例如是氢气，并且在一些实施例中，热压力释放装置100可被包含在车辆内，例如燃料电池车辆。
热压力释放装置100包括壳体105。壳体105包括气体入口端口110。气体入口端口110可被构造成与包括气体的容器流体联接，气体例如是氢气。气体入口端口110也可与在热压力释放装置100上的一个或多个气体出口端口120流体联接。如此，当连接气体出口端口120和气体入口端口110的通道未被阻挡时，如下面更具体地讨论的，来自气体罐/容器的气体可被允许通过该通道离开罐/容器。在一些实施例中，一个或多个这样的通道可一直延伸通过壳体105，从而建立了两个气体出口端口120，如在图2中所示。
热压力释放装置100可还包括一个或多个热输入开口130。易碎的泡140可被定位在一个或多个热输入开口130内。泡140可包含流体142。流体142优选地包括液体。热输入开口130可允许来自热压力释放装置100外部的热被传到泡140内的流体142。在一些实施例中，传热构件－其可包括细长的导热材料片－可从壳体105的外部延伸并且接触泡140以进一步促进这种传热。一些实施例可被构造成使得热被从一个或多个远程区域，例如一个或多个在车辆的发动机舱内的区域，传到泡140（更具体地说，是传到泡140内的流体142）。
泡140可还被构造成使得泡140内的流体142包括气泡145。在一些实施例中，流体142可包括例如甘油。气泡145可包括例如空气。在包括气泡的实施例中，如下面更具体地讨论的，气泡145可被用作代替物来确定在泡140内的流体的量或体积。例如，传感器，例如在图2内示出的传感器150，可被用于检测气泡145的大小，并且由此至少近似地确定残留在泡140内的流体142的量。
传感器150可包括本领域技术人员可获得的用于检测泡140的状态的数个传感器中的任一个。这种传感器的示例包括但不限于光学传感器、电容传感器、和结构传播噪音传感器。如在图2的横截面视图中所示，传感器150可在一些实施例中被定位在热输入开口130中的一个或多个内。在其它的实施例中，传感器150可被定位在其它的位置，例如直接定位在泡140上，定位在壳体105里面等。
如上面提及的，在一些实施例中，传感器150可被构造成通过检测泡140内的流体142的体积来检测泡140的状态，因为流体142的量变低可指示泡140内的裂纹和/或裂缝。在一些实施例中，传感器150可通过检测泡140内的气泡145的大小来检测泡140内的流体142的体积。在其它的实施例中，传感器150可被构造成通过直接检测在玻璃或其它材料制造的泡140内的裂纹和/或其它结构缺陷的存在来检测泡140的状态。
传感器150可还包括天线152。天线152可被构造成传输信号，优选地是无线信号，其包含关于泡140的状态的信息，例如泡140内的流体142的体积。例如，在其中热压力释放装置100被包含在车辆内的实施例中，信号可被从天线152传输个车辆内的一个或多个其它的系统。例如，在达到阈值条件时，例如泡140内的流体142的预定阈值体积，信号可被传输到车辆内的显示系统以通知使用者，例如驾驶员或技师，该热压力释放装置有故障，需要修理，和/或需要物理检查。
热压力释放装置100可还包括定位在壳体105内的活塞160。活塞160可被构造成在关闭位置（图2中所示）和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞160阻挡了在气体入口端口110和气体出口端口120之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口120与气体入口端口110流体连通。在图2中描述的实施例中，泡140被定位成在完整无损时保持活塞160处于关闭位置。不过，一旦泡140破碎，活塞160被允许移动到打开位置，在打开位置活塞160已经滑到图2的视角中的左侧。在图2的实施例中，打开位置，尽管未被描述，包括了如下构造：其中活塞160基本上占据了之前由泡140占据的空间，使得在气体出口端口120和气体入口端口110之间的通道未被阻挡，以允许气体从气体容器（未描述）离开容器。
在图2中描述的实施例中，热压力释放装置100还包括活塞引导件165。活塞引导件165允许活塞160在其内滑动，使得，在应用足够量的压力时，并且通常在不存在完整无损的泡140的情况下，活塞160可在活塞引导件165的界限内滑动，如上面讨论的。
图3说明了包括热压力释放装置的车辆200的示例。如在该图中所示，车辆200可包括燃料电池系统210。燃料电池系统210可进而包括容器220、热压力释放装置230、传感器235、控制模块240和燃料电池堆250。如上面描述的，容器220可包括气体，例如氢气，并且可与热压力释放装置230联接，使得容器220内过大的压力可通过热压力释放装置230释放，而不是导致容器220的爆炸或其它方式的破裂。
热压力释放装置230可包括传感器235。应该理解，传感器235可在一些实施例中是热压力释放装置230的一部分，并且在其它的实施例中，单独的传感器235可被利用并且与热压力释放装置230联合地被操作。传感器235可例如包括光学传感器、电容传感器或结构传播噪音传感器。
传感器235可与控制模块240通信地联接。控制模块240可包括电子器件以监测和/或控制燃料电池系统210的操作。控制模块240可与燃料电池堆250联接使得在控制模块240内的电子器件可被用于监测和/或控制燃料电池堆250的操作。燃料电池堆250可包括第一多个燃料电池，每一个燃料电池都具有阳极、阴极和设置它们之间的电解质。
燃料电池系统210可与电驱动马达260和/或车辆显示系统270通信联接。如此，从传感器接收的信息可被传输到车辆显示系统270以给用户提供一个或多个关于热压力释放装置230的当前状态的报警。例如，当检测到热压力释放装置230的泡内的液体低于阈值水平时，传感器235可被构造成传输信号给车辆显示系统270，这可引起车辆显示系统270例如发出可闻报警，启动报警灯，或以其它方式通知驾驶员和/或技师热压力释放装置230不是按预期地操作并且可能需要被更换和/或进一步检查。
图4是说明用于抑制车辆内的热压力释放装置出现故障的方法400的实施方式的流程图。方法400开始于步骤405。步骤410可包括检查车辆内的热压力释放装置。在一些实施例中，步骤410可包括使用传感器感测热压力释放装置的泡内的流体的体积。在其中热压力释放装置包括在泡内的流体内的气泡的实施方式中，使用传感器感测泡内的流体的体积的步骤可包括感测气泡的大小，因为在某些实施例中气泡的大小可被预期为响应于流体的体积的降低而增加。
在步骤415，可确定泡内的流体是否超过填充水平阈值。在一些实施方式中，可通过视觉方式做出这种确定。在其它的实施方式中，可使用从传感器获得的数据来做出这个确定。例如，从传感器获得的数据可被与预定的填充水平阈值比较。可采取一个或多个额外的步骤，这取决于体积/填充水平是否超过阈值。
例如，在确定流体低于填充水平阈值时，方法400可前进到步骤420，在那里可采取动作以阻止或至少抑制热压力释放装置的故障。在一些实施方式中，动作可包括提供通知、停用与热压力释放装置相关联的系统、更换热压力释放装置、和修理热压力释放装置中的一个或多个。
在其中动作包括通知的实施方式中，通知可包括例如可见通知、可闻通知或触觉通知。可见通知的示例包括一个或多个灯，例如LED灯，在显示屏上的图像等。在一些实施例和实施方式中，可见通知可被提供在热压力释放装置和/或相关联的气体容器/罐上。在其它的实施例和实施方式中，可见通知可被提供在相关的系统上，例如车辆的显示系统。可闻通知的示例包括例如哔哔声噪音、警报器、可闻振动等。和可见通知一样，可闻通知可在扬声器或其它装置上被提供以产生被提供在热压力释放装置和/或相关的气体容器/罐上的噪音，或者替换地，可闻通知可在车辆的扬声器或其它设备上被提供，在这种情况下热压力释放装置可与一个或多个车辆系统连接以允许它们之间的通信。触觉通知的示例可包括例如振动、最小电击、热等，这可例如在方向盘和/或车辆的换挡杆上被提供。
在其中动作包括停用与热压力释放装置相关联的系统的实施方式中，动作可包括例如停用车辆的燃料电池系统。在一些实施方式中，这种极端的步骤仅在响应于多重标准时被采用。例如，一些实施例和实施方式可被构造成仅在响应于接收到热压力释放装置可能出现故障的通知以及与热压力释放装置相关的温度已经超过阈值温度的单独通知时才停用车辆的基本系统。
当在步骤420采取了动作以防止或至少抑制热压力释放装置的故障后，方法400可返回到步骤405并重新开始。另一方面，如果在步骤415确定流体水平高于填充水平阈值，那么方法400可在步骤415之后返回到步骤405，如图4所示。
已经参照了各种不同的实施例描述了前面的具体说明。不过，本领域技术人员将意识到，在不脱离本公开的范围的情况下可做出各种不同的改进和变化。例如，各种不同的操作步骤、以及执行操作步骤的部件，可以替换的方式被实施，这取决于特定的应用或考虑了任意数量的与该系统的操作相关联的成本函数。因此，步骤中的任意一个或多个可被删除、改进、或与其它步骤组合。而且，本公开应该被认为是说明性的而不是限制性的，并且全部这些改进被意在被包括在本发明的范围内。同样地，上面已经参照各种不同的实施例描述了益处、其它的优点、和解决问题的方案。不过，益处、优点、解决问题的方案、和可产生任何益处、优点、或方案或者使其更加显著的任何元素不应被理解为是关键性的、必需的、或基本的特征或元素。
本领域技术人员将意识到，对上面描述的实施例的细节可做出许多变化，而不脱离本发明的嵌在的原理。本发明的范围应该、因此仅由后面的权利要求决定。

Claims (19)

1.一种热压力释放装置，其包括：
壳体；
构造成与包括气体的容器流体联接的气体入口端口；
与气体入口端口流体联接的气体出口端口；
活塞，其被构造成在关闭位置和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞阻挡了气体入口端口和气体出口端口之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口与气体入口端口流体连通；
泡，其定位成保持活塞处于关闭位置，其中该泡被构造成使得一旦该泡破裂，就允许活塞移动到打开位置；以及
构造成检测该泡的状态的传感器，其中所述传感器被构造成检测在该泡破裂以允许所述活塞移动到所述打开位置之前的状态。
2.如权利要求1所述的热压力释放装置，其中该泡包括玻璃泡。
3.如权利要求1所述的热压力释放装置，其中传感器可包括光学传感器、电容传感器和结构传播噪音传感器中的至少一个。
4.如权利要求1所述的热压力释放装置，其中所述状态包括在泡中存在裂纹。
5.如权利要求1所述的热压力释放装置，其中所述状态包括在泡中的流体的体积。
6.如权利要求5所述的热压力释放装置，其中该泡包括在该泡完整无损时所述流体内的气泡。
7.如权利要求6所述的热压力释放装置，其中传感器被构造成通过检测所述气泡的大小来检测在所述泡内的流体的体积。
8.如权利要求1所述的热压力释放装置，还包括定位成邻接所述泡的至少一个热输入开口。
9.如权利要求8所述的热压力释放装置，其中传感器被定位在所述至少一个热输入开口内。
10.一种车辆，其包括：
包括气体的气体容器，其中气体容器包括容器出口端口；以及
与该气体容器联接的热压力释放装置，其中该热压力释放装置包括：
与容器出口端口流体联接的气体入口端口；
与气体入口端口流体联接的气体出口端口；
活塞，其被构造成在关闭位置和打开位置之间被移动，在关闭位置中活塞阻挡了气体入口端口和气体出口端口之间的流体连通，在打开位置中气体出口端口与气体入口端口流体连通；
泡，其定位成保持活塞处于关闭位置，其中该泡被构造成使得一旦该泡破裂，就允许活塞移动到打开位置；以及
构造成检测该泡内的流体的非零体积的传感器。
11.如权利要求10所述的车辆，其中气体容器包括氢气容器。
12.如权利要求11所述的车辆，其中该车辆包括燃料电池电动车辆。
13.如权利要求10所述的车辆，其中所述流体包括气泡，并且其中所述传感器被构造成通过检测该气泡的大小来检测所述流体的体积。
14.一种用于抑制车辆中的热压力释放装置的故障的方法，该方法包括如下步骤：
检测车辆内的热压力释放装置，其中热压力释放装置包括泡；
确定该泡内的流体是否超过填充水平阈值；以及
当确定该流体低于填充水平阈值时，采取包括提供通知、停用与热压力释放装置相关联的系统、更换热压力释放装置、和修理热压力释放装置中的至少一个的动作，其中检测热压力释放装置的步骤包括使用传感器感测所述泡内的所述流体的体积。
15.如权利要求14所述的方法，其中传感器可包括光学传感器、电容传感器和结构传播噪音传感器中的至少一个。
16.如权利要求14所述的方法，其中泡内的流体包括气泡。
17.如权利要求16所述的方法，其中使用传感器感测泡内的流体的体积的步骤包括感测气泡的大小。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述动作包括通知，并且其中所述通知包括可见通知和可闻通知中的至少一个。
19.如权利要求18所述的方法，其中通知包括可见通知，并且其中可见通知包括报警灯。
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