TW201131100A - Methods for making a fuel cartridge and of sensing the fuel level in a pressurized fuel container of a fuel cell system - Google Patents

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201131100 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明係有關於整合燃料供給器及燃料油位壓力感測 器的裝置及方法。 I：先前技術3 發明背景 在過去數年期間，用以產生大量與少量電力之燃料電 • 池的普及性與可行性係顯著增加。燃料電池與化學成分（諸 如氫氣與氧氣）引起電化學反應，以產生電力與熱量。某些 燃料電池係與電池類似，但其能夠在供應電力之同時加以 「重新充電」。燃料電池亦較燃燒碳氫化合物之發電機更為 冷卻且乾淨。 燃料電池提供一DC(直流電）電壓，其能夠用以供應馬 達、燈光、電腦，或是任何電子設備之電力。燃料電池具 有許多不同類型，燃料電池之類型一般係歸納成五種群組 ® 其中之一種：質子交換薄膜(PEM)燃料電池、鹼性燃料電池 (AFC)、磷酸燃料電池（PAFC)、固態氧化物燃料電池 (SOFC)，以及熔碳燃料電池(MCFC)。 各個上述之燃料電池使用氧氣與氫氣產生電力，週遭 空氣典型供應一燃料電池用之氧氣。事實上，對於PEM燃 料電池而言，普通之空氣能夠直接泵送入陰極中。然而， 氫氣並非如氧氣一般能夠立即取得。由於一些原因，使氫 氣難以製造、儲存與分配，包括其具有高度之易燃性。因 201131100 此，必須採取嚴格的安全預防措施，以降低可能的危害。 一種普遍用以製造氫氣供燃料電池使用之方法係透過 使用一重組器（reformer)。碳氫化合物或其他產生氫氣之燃 料係注入重組器中，藉由重組器產生之氫氣接著係能夠注 入燃料電池，其中氫氣與氧氣或是其他氧化物產生反應， 以產生所需的電力。使用一重組器容許利用丙烷、丁烷、 或是一些其他能夠立即取得之天然氣作為氫氣燃料源產生 電力。 這些天然氣典型係以高蒸氣壓力（分壓大於1大氣壓）或 是低蒸氣壓力（分壓小於1大氣壓）貯存於一容器中，且當系 統需要氫氣時係加以使用。儘管碳氫化合物之貯存典型係 相當簡單，典型上欲預測殘留在一壓力容器中之燃料油位 係有所困難。 一種用以判定殘留在一壓力容器中之燃料量的方法係 有關估算已經由該壓力容器通過進入重組器之燃料量。接 著由容器容量減去經過估算之燃料量，以判定殘留燃料之 可能量，且隨後判定出一車輛或是其他結合該燃料電池之 裝置在重新裝填燃料前能夠作用的時間量。儘管此方法通 常有用，但其實行價格昂貴，且對於需要準確燃料油位資 料的資源而言，該方法則不夠準確。 另一種先前用以判定一壓力容器中之殘留燃料量的方 法係有關使燃料與加壓空氣繞行(routing)通過一些壓力感 測器，以建立一差異壓力訊號。燃料與加壓空氣之間的壓 力差異能夠用以預測低燃料情況。然而，為了將燃料與加 201131100 壓空氣供應到壓力感測器，至少必須將兩個流體互連器安 排到燃料供應。這些流體互連器會顯著地增加燃料供應容 器之成本，並增加了由於一個或更多該等互連器之密封不 足而導致燃料洩漏的可能性。 【發明内容:j 發明概要 在許多可行實施例之中，本發明提供一種燃料供給 器，該燃料供給器包括一燃料容器，其具有一内部腔室， • 用以容納燃料、以及一壓力感測單元，其配置於該燃料容 器的内部腔室之中。壓力感測單元係構造成提供一指示殘 留在燃料容器中之燃料量的輸出訊號。 圖式簡單說明 所附圖式顯示本發明之各種實施例，且係為本說明書 之一部分。顯示之實施例僅係為本發明之範例，且不限制 本發明之範鳴。 第1圖顯示根據一示範性實施例之一碳氫化合物燃料 ® 供給器的元件。 第2A圖顯示根據一示範性實施例之一碳氫化合物燃料 供應連接器以及監測單元。 第2B圖顯示根據一示範性實施例之一碳氫化合物燃料 供應連接器以及監測單元的另擇視圖。 第3圖係為一分解圖，其顯示根據一示範性實施例之一 碳氫化合物燃料供應連接器與檢測單元的連接元件。 第4圖係為一橫剖面圖，其顯示根據一示範性實施例之 201131100 一碳氫化合物燃料供給器的内部元件。 第5圖係為-橫剖面圖’其顯示根據_示範性實施例之 一碳氫化合物燃料供給器的内部元件與功能。 第6圖顯示根據一示範性實施例，一連接到一另擇燃料 供給器之碳氫化合物燃料供應連接器與監測單元。 第7與7A圖顯示根據一示範性實施例，一連接到一另擇 燃料供給器之碳氫化合物燃料供應連接器與監測單元。 第8A與8B圖顯示根據示範性實施例，内部壓力與殘留 在一燃料容器中的燃料體積之間的典型關係。 修 第9圖顯示根據一示範性實施例之一遙控傳送單元。 第10圖顯示根據一示範性實施例，一碳氫化合物燃料 供應連接器與I測單元上之一遙控傳送單元的成果。 第11圖顯示根據一示範性實施例之遙控傳送單元的一 系統連接器。 在所有圖式中’相同之參考數字代表類似(但未必完全 相同）的元件。 t ^ 鲁 詳細說明 文中揭露一種用以整合一燃料供給器以及一燃料油位 感測器之裝置與方法。燃料供給器與燃料油位感測器能夠用 以對燃料電池提供一反應物。根據一示範性實施方法（以下 將更為完整加以說明），一燃料供給器與一燃料油位感測器 係加以整合’以致於使該燃料油位感測器係位於燃料供給器 之内部’以便基於内部壓力測量，提供使用者燃料供給器中 £ 6 201131100 之殘留燃料的準確估算，同時降低燃料洩漏之可能性。 為求說明起見，在以下說明中係提出許多特定細節， 乂便對本發明提供透徹之理解。然而，顯然對於熟諳此技 π之人士而& ’其能夠實行本發明而無須這些特定細節。 本》兒明書中有關「一實施例」係表示有關包括於本發明之 至少一種實施例中的實施例所說明之一特殊特性、構造、 或是特徵。本發明書之各處中出現「在一實施例中」的用 词並不一定參考相同之實施例。 示範性構造 第1圖顯示一燃料源之示範性實施例，其能夠提供加壓 碳氫化合物給一燃料需求系統，同時提供使用者準確估算 谷納於該燃料源之加壓燃料殘留供應。如第1圖中所示，本 燃料源可包括一燃料容器（丨〇 〇)以及一燃料供應連接器及監 測單元（15 0)。燃料容器（1 〇 〇)能夠與燃料供應連接器及監測 單元（150)整體形成，或是該燃料容器（1〇〇)與燃料供應連接 器及監測單元（150)二者可為個別且不同之單元，其能夠形 於與不同的位置，且稍後藉著流體加以結合。 第1圖中所示之燃料容器（100)的實施例可具有任何形 狀’但較佳係為一圓筒狀的燃料容器（1〇〇) ’其包括一腔室 (未顯示）’該腔室係以一種方式形成，以便容納加壓碳氫化 合物，諸如丙烧或丁烧、或是其他燃料。燃料容器（丨⑽)係 形成一本體’其具有一末梢尾端（11〇)以及一鄰近尾端 020)。燃料容器（100)之鄰近尾端（120)包括一機構，用以藉 著流體將燃料容器（100)結合到一燃料供應連接器及監測單 201131100 元（150)。燃料容器（100)能夠使用任何結合機構（包括但未限 定螺紋連接、黏著、干涉配合、或是任何機械裝置，諸如 螺栓、鉚釘、角釘、或是一金屬夾管)藉著流體結合到一燃 料供應連接器及監測單元（150)。由於製造與實施成本低而 能夠選擇一金屬夾管。一上結合脊狀物（135)係圍繞燃料容 器（100)之一口部（130)形成，燃料容器（1〇〇)上之該上結合脊 狀物（135)能夠容納金屬夾管，從而形成流體結合。

一燃料供應連接器及監測單元（150)之元件係在第2A 圖中進一步顯示，其能夠流體結合到燃料容器（1〇〇)之鄰近 尾端（120)。根據第2A圖中所示之實施例，燃料供應連接器 與監測單元（150)包括一系統結合突出物(2〇〇)、一結合脊狀 物（280)、一襯墊容納溝槽（27〇)、_離開内腔(230)、以及一 壓力感測單元(210) ’其以一種方式結合到燃料供應連接器 及監測單元（15 〇) ’以致於使該壓力感測單元(2丨〇)係位於燃 料各器（刚’第1圖）中’其中該壓力感測單元能夠與燃料供 給器相接觸。 在第2A圖所示之實施例中，系統結合突出物(期)係為 一成夠容納並以流體結合到—燃料需求系統之突出物。該 系統結合突出物(20G)可為-公式或母式連接器，其能夠以 抓體連接到-燃料需求系統。系統連接突出物之内部元件 係於以下參考第5與6圖進一步加以說明。 第2A圖之離開内腔(23〇)提供一流體通道用以透過離 開孔徑排除任何容納於壓力_射之加壓冊，並使其 到達任何隨後之燃料雜系統或是裝置。離開内腔⑽)起 201131100 始於燃料供應連接器與監測單即5G)之燃料側，並延伸穿 過該燃料供應連接n與監測單元(15G)之本體，透過系統結 合突出物_)之尾端離開。此構造能夠用以將燃料從燃料 容器（100 ;第1圖）之内部透過燃料供應連接器與監測單元 (15 0)傳送到任何外部系統(其係結合到該系統結合突出物 (200))。根據第2A圖中所顯示之實施例，由離開内腔⑽) 所形成之腔室包含-gj形橫剖面。然而，該離開内腔⑺〇) 當然能夠具有任何的橫剖面形狀。 圍繞離開内腔（23〇)之材料形成一固定脊（staking keel)(235)。固定脊(235)包括形成離開内腔(230)之橫向延伸 材料，其可包括一些脊狀物(237p 一燃料袋(43〇 ;第4圖） 能夠附裝到固定脊(235)，藉以提供燃料到離開内腔(23〇)， 同時防止任何燃料洩漏到燃料袋之外部。燃料袋能夠藉著 任何固定機構附接到固定脊(235)，包括（但未限定）位於該 等脊狀物(237)之間的壓縮封口，或是任何機械扣件。燃料 袋(430;第4圖）能夠透過一熱固定程序(heat staking pr〇cess) 附裝到固定脊（235)，其中將熱與壓力施加到一燃料袋 (430，第4圖）’該燃料袋包括一最内層，該最内層本質上係 由聚乙烯或是其他可熱固定材料所製造。當施加熱與壓力 時’脊狀物(237)以及燃料袋(43〇 ;第4圖）之最内層會部分 炫化在一起’形成一流體緊密封口。 燃料供應連接器及監測單元（150)之結合脊狀物（28〇) 係為一唇片，其能夠藉著使用一金屬夾管(4〇〇 ;第5圖）連接 到一壓力燃料容器之鄰近尾端。然而，燃料供應連接器及 201131100 監測單元（150)能夠藉由任何方法連接到一壓力燃料容器 (100 ;第1圖）之鄰近尾端（120)，該方法能夠使壓力燃料容 器與燃料供應連接器及監測單元（150)流體連接。結合方法 可包括（但非限定於)一扣環、螺紋、一擠壓配件、黏著、一 干涉配合，或是任何的機械扣件。

加壓燃料容器（10 0;第1圖）與燃料供應連接器及監測單 元（150)之間的流體連接能夠藉著使用一〇形環(41〇;第4圖） 或是其他襯墊式密封件（其會在加壓櫃（丨〇〇 ;第1圖）之鄰近 尾端（120)的内壁與襯墊容納溝槽（27〇)之間形成一擠壓配 合)進一步加以確保。襯墊容納溝槽(27〇)對於一〇形環、一 方形橫剖面襯墊、或是任何密封裝置（其在燃料容器（1〇〇 ; 第1圖）與燃料供應連接器及監測單元（15〇)之間形成一流體 封口）之密封提供一位置與支樓。 …本"你*㊇平以及其相|

成能夠執行並傳送-些對應包含於加壓燃料容器（獅； 圖）中之燃料的壓力測t。壓力感測單元⑽)能夠藉由_ 塑膠螺釘(22_定_料供應連接器及監測單元⑽) 等塑膠螺釘係藉由緊_定脊㈢)上方形成於燃料化 接器及監測單元(15G)之本體中的扣件容納孔徑⑽. 圖)加以容納。壓力感測單元⑽)能夠藉著任何機構固; 燃料供應連接器及監測單元(15G)，該機構能夠充分JU 力感測單元⑽），同日辣持—雜軸所需的壓力 括(但非限幻機械扣件，諸如敎、鉚釘'釘子或是平頭 黏著、提供—干涉配合之預形成凸片等等。在-實施例

S 10 201131100 該等用以將壓力感測單元(210)固定到燃料供應連接器及監 測單元（150)之扣件係為金屬自攻螺釘。 在第2A圖中所示的實施例中，該壓力感測單元(210)包 括一記憶單元(240)、銲線(245)、一壓力感測器（250)、以及 一固定到一堅硬基質（255)之撓性電路(260)。撓性電路(260) 能夠藉由一黏著劑固定到堅硬基質（255)，該堅硬基質（255) 對於撓性電路(260)提供穩定性，避免使該電路(260)產生撓 曲，其會干擾該壓力感測器（250)所測得之壓力測量值。堅 硬基質（255)可由任何材料加以製造，該材料本質上具有低 熱膨脹係數’藉以避免將與溫度有關之應力傳遞到壓力感 測器（250)。可行之材料包括（但非限定）陶瓷材料或是塑 膠。在一實施例中，該堅硬基質(255)係為一陶瓷基質（諸如 一樊土），因其具有低熱膨脹係數、高化學耐蝕性、與許多 黏著劑相容、並且具有抗蠕變性。 壓力感測單元(210)之壓力感測器（250)可為一差異壓 力轉換器或是一絕對壓力轉換器，當作用在壓力感測單元 (210)上之相對或絕對壓力有所改變時，該壓力感測器會提 供一輸出資料。一記憶單元（240)亦係結合到該堅硬基質 (255)，壓力感測單元(210)之記憶單元(240)可為任何記憶貯 存裝置’其能夠貯存該壓力感測器（250)所蒐集之壓力資 料。記憶單元(240)亦貯存校正資料或壓力/體積特徵。 第2A圖中所示之撓性電路(260)較佳係為一包括傳導 引線（未顯示）之印刷電路基質。壓力感測器（250)與記憶單 元(240)能夠使用銲線(245)連接到撓性電路(26〇)之傳導引 201131100 線(未顯示）。鲜線(245)可由金、銘、或一些其他適當的傳 導材料所製造，該等銲線將記憶單元(240)與壓力感測器 (250)通信地結合到撓性電路(260)。撓性電路(26〇)從堅硬基 質(255)延伸’穿過襯墊容納溝槽(270)，並延伸到位於燃料 容器（100 ;第1圖）之燃料供應連接器及監測單元（15〇)的頂 部上。由於撓性電路(260)係如第2A圖中所示之方式穿過襯 整容納溝槽(270) ’該撓性電路(260)係藉由〇形環(41〇 ;第6 圖）或是其他類型之襯墊所施加的擠壓而密封，且不會容許 燃料洩漏。 第2B圖進一步顯示壓力感測單元(21〇)之元件。如第2B 圖中所示，該壓力感測單元(210)延伸到燃料供應連接器及 監測單元（150)之頂部。一些配置於撓性電路(260)上之傳導 接點（261〜266)係位於燃料供應連接器及監測單元（丨5〇)的 頂部上。可如第2B圖中所示，為傳導墊形式之該等傳導接 點(261〜266)係由金、錫或是其他傳導材料所製造，並透過 撓性電路(260)之傳導引線通信地結合到壓力感測器（25〇) 以及圮憶單元(240)。以此方式，該等傳導接點（261〜266) 作為壓力感測器（250，第2A圖）與記憶單元(24〇 ;第2A圖） 以及一主裝置（1100;第11圖）之間的電子連接器。 在第2B圖中所示之實施例中，該等電子連接器包括一 接地連接器（261)、一共用集電極電壓(Vcc)連接器(262)、一 時脈連接器(263)、-資料連接器(264)、_壓力輸出正極(p 輸出+)連接器(265)、以及-壓力輸出負極(p輸出連接器 (266)。接地連接器（261)與Vcc連接器（262)對壓力感測器 12 201131100 、第八圖）以及s己憶單元(24〇)提供電力。時脈線路(加) 連接:與資料線路(264)連接器對記憶裝置提供一串列介 串歹i ;ι面係為一種介面，其一次傳送一筆資料。根 據實把例’，己憶單元(24〇 ;第从圖）能夠根據現有燃料植 或由壓力感測器（25〇)所蒐集的資訊貯存及/或傳送資 料田用於—壓力差異電容器時，P輸出+連接器（265)以及 P輸出-連接器(266)提供一對應藉由壓力《測器（250 ;第2A 圖）所測量之不同壓力的輸出電壓。 傳導接點（261〜266)能夠以一些方式通信地結合到主裝 置（1100;第11圖），包括（但不限定）形成該系統結合單元之 一部分的電子導線、或是形成燃料櫃外罩之一部分，並通 信地結合到該主裝置的導線。 第3圖顯示一壓力感測單元(21 〇)之元件在一差異塵力 測里情況中的佈置方式。如第3圖中所示，撓性電路(260) 係如以上所述之方式結合到堅硬基質（255)。延伸貫穿燃料 供應連接器與監測單元（150)之本體，並穿過系統結合突出 物（200)離開的離開内腔（230)係透過一壓力接取内腔（310) 以及一基質内腔(320)流體結合到壓力感測器（250)。基質内 腔(320)係為一腔室，其自堅硬基質（255)與壓力感測器（250) 相接觸之一點延伸到該堅硬基質（255)的相反侧。在堅硬基 質（255)的相反側上，基質内腔(320)係與壓力接取内腔(310) 流體連接。壓力接取内腔(310)自堅硬基質（255)伸入離開内 腔(230)。以此構造’壓力感測器（25〇)能夠測量任何行進通 過離開内腔(230)繞行到一外部系統之燃料。一◦形環(300) 13 201131100 或是其他密封裝置亦係圍繞壓力接取内腔(310)設置，以便 在堅硬基質（255)與燃料供應連接器及監測單元（150)之間 形成一封口。此0形環(300)防止任何藉由壓力感測器（250) 測量壓力之氣體洩漏進入加壓燃料容器（1〇〇;第1圖）的非燃 料容納腔室中。 第3圖亦顯示壓力感測單元(210)固定到燃料供應連接 器及監測單元（150)之本體的方式。燃料供應連接器及監測 單元（150)之本體包含一些扣件容納孔徑（350)。位於堅硬基 質之孔徑（340)以及撓性電路上之孔徑（330)係對應該等扣 件容納孔徑(350)。當該等扣件容納孔徑(35〇)與堅硬基質之 孔徑(340)以及撓性電路之孔徑(330)同中心時，一螺釘或是 其他鎖緊裝置便能夠穿過該等孔徑(330〜350)，並將壓力感 測單元（210)固定到燃料供應連接器及監測單元（15〇)之本 體。此外，第3圖顯示記憶單元(240)與壓力感測器（25〇)能 夠使用任何黏著劑直接地固定到該堅硬基質（255)。 第4圖係為本燃料供應連接器及監測單元（15〇)在其組 裝狀態中於測量差異壓力時的一橫剖面圖。如第4圖中所 示，燃料容器（100)係結合到燃料供應連接器及監測單元 (150)。第4圖中所示之燃料容器（1〇〇)與燃料供應連接器及 監測單元(150)係使用一金屬夾管(4〇〇)機械結合◊能夠使用 任何結合機構結合燃料容器⑽)與燃料供應連接器及監測 單元（150) ’包括（但未限定）一螺紋連接、黏著、干涉配合、 或疋任何機械裝置，諸如螺釘、鉚釘、平頭釘、或是金屬 夾管。由於將燃料供應連接器與監測單元（15〇)結合在定 201131100 位如此便會擠壓—個或更多的〇形環⑽）、方形橫剖面 襯塾、或是其他襯㈣軸件，並在加龍（_之鄰近尾 端（120 ’第1圖）與燃料供應連接器及監測單元⑴〇)的襯塾 冓槽(270 ’第2Α圖）之間形成—擠壓配合。此擠廢配合 月t夠防止任何燃料或推進劑自加壓櫃（1⑽)泡漏。 第4圖亦顯不一容納燃料(45〇)之燃料袋(43〇)，其係藉 著°又備（460)流體結合到燃料供應連接器及監測單元 (150)。該⑦備(46G)可為_^件，其能夠將燃料袋(43〇)流體 密封到燃料供應連接器及監測單別150)，該配件包括(但未 限定）一擠壓配件。一推進劑氣體或液體(44〇)係位於該燃料 &(430)與加壓櫃之間。裝置(糊)能夠防止任何燃料自燃料 袋(430)洩漏，並與推進劑（44〇)相混合。一閥（42〇)係位於該 燃料袋(430)與燃料需求系統（未顯示）之間，該閥（42〇)形成 燃料供應連接器及監測單元（15〇)之結合突出物(2〇〇 ;第2A 圖）之一部分。燃料供應連接器及監測單元（15〇)之閥（42〇) 係用以調節從燃料袋（430)釋放進入一燃料系統之燃料 (45〇)。第4圖中所示之閥（420)係為一種Schrader型閥。然 而’任何能夠調節釋放加壓燃料之閥皆能夠併入本燃料供 應連接器及監測單元（150)。 第11圖顯示根據一示範性實施例，一燃料供應連接器 及監測單元（150)之系統連接方式。如第η圖中所示，壓力 感測器（2 50)之傳導接點係透過一電路連接器（丨丨2 〇)通信地 結合到一主處理裝置（11〇0)。此外，第η圖顯示該系統結合 突出物(200)直接地結合到燃料需求系統（1110)。通信地社 15 201131100 合到壓力感測器（250)之該處理裝置（11 〇〇)可包括（但未限定) 一專用積體電路(ASIC)或是其他處理裝置。通信地結合主 處理裝置（11 〇〇)與壓力感測器（250)之傳導接點的電路連接 器（1120)可包括(但非限定）一單獨絕緣導體、一串列親線、 或是無線通訊技術。 示範性實施成果與操作 第5圖顯示適當連接到一燃料需求系統之一燃料供應 連接器及監測單元（150)的一示範性實施例之適當操作。如 第5圖中所示，燃料(450)係容納於一燃料袋(43〇)之内部腔 室中，並以加壓推進劑(440)充滿加壓榧（1〇〇)所形成之内部 腔室的剩餘部分。當燃料供應連接器及監測單元（150)結合 到加壓櫃（100)時’並不會擠壓該燃料供應連接器及監測單 元（150)之閥（420)，故沒有燃料(450)會流出。然而，一流體 緊密封口係形成於燃料供應連接器及監測單元（15〇)之結合 脊狀物(280)與加壓櫃（1〇〇)的上結合脊狀物〇35)之間。加壓 櫃（100)與燃料供應連接器及監測單元（15〇)能夠加以結 合、加壓與貯存在一起經過一段相當長的時間，而不會洩 漏或釋放燃料。 當燃料供應連接器及監測單元（15 〇)係結合到一燃料需 求系統時，該燃料需求系統連結器之一閥引動器（未顯示） 會進入系統結合突出物(200 ;第2A圖），並擠壓該閥(420)。 一旦擠壓燃料供應連接器及監測單元（15〇)之閥(420)，便容 許容納於燃料袋(430)中之燃料(450)流出，並將燃料供應到 燃料需求系統。 201131100 如第5圖中所示，能夠供應一加壓推進劑(440)以充填加 壓櫃（100)之腔室’並對燃料袋(430)提供壓力，使該燃料袋 (430)中之燃料(450)被消耗。該加壓推進劑(440)可為任何惰 性氣體’其能夠充分加壓以消耗燃料(450)。根據此示範性 實施例，容納於燃料袋(430)之燃料(450)係為甲醇、戊烷、 已烧’或是其他低蒸發壓力之液體燃料。當燃料袋(43〇)中 之燃料(450)被消耗時，加壓推進劑(440)之壓力根據理想氣 體定律而降低。 第8A圖顯示惰性推進劑(440 ;第5圖）之壓力隨著容納 於燃料袋(430)中的燃料(450)消耗而降低之情形。再次參考 第5圖，當閥(420)係藉由一系統結合裝置引動、並容許燃料 (450)流出且加壓該燃料需求系統時，該燃料(45〇)會進入離 開内腔(230)。離開之燃料(450)不僅對離開内腔(23〇)加壓， 同時亦對於壓力接取内腔(310)加壓，並將一壓力施加於壓 力感測器（250)上。由於離開燃料(45〇)將壓力施加於壓力感 測器（250)之一側，且惰性推進劑（44〇)將壓力施加於該壓力 感測器（250)之另一側上，該壓力感測器便能夠將代表差異 壓力之電壓透過撓性電路(260)傳遞到傳導接點（26丨〜266 ; 第2B圖）。代表施加在壓力感測器（25〇)上之差異壓力的電壓 接著能夠傳遞到一主處理裝置（1100;第丨丨圖）。主處理裝置 (11〇〇 ’第11圖）能夠包含指令(instructi〇n)，當接取時其會 使用第8A圖中所示之壓力/體積特徵，將該等代表施加於壓 力感測器⑽)上之差異壓力的電壓轉換成—燃料油位顯 示，s亥燃料油位接著能夠報知給系統使用者。此燃料油位 17 201131100 計算能夠㈣判定’以致於使其能_續告知系統使用者 容納於燃料袋(430)中之燃料油位。 根據一實施例，—記憶裝置(24G;第2A圖）係併入本燃 料系統，以便貯存感測器校正與現有燃料油位。藉著併入 »己隐裝置(240 ’第2A圖）’-部分使用之燃料電池能夠從 -主系統移到另-系統，例如從一第—主系統移到一第二 主系統。一旦移動之後，該記憶裝置(240;第2A圖)可接著 將感測器财、差異壓力、及其後的目前㈣油位傳達給 主處理裝置（11GG，第110)。或者，如果不需要記憶裝置 (240;第2A圖）(因為加壓概陶沒有從—燃料需求系統移 到另一系統）’燃料油位資訊便能夠貯存於主處理裝置 (1100,第11圖）之記憶體中，以節省製造燃料電池之成本。 額外之資料能夠貯存於記憶裝置(240;第2榻），包括(但非 限定)新資料、保固資料、使用資料、以及溫度補償值。 如果使用有機推進劑(諸如丙烧、異丁燒、或是異戊院 (2甲基丁烧)）’而不是使用惰性氣體作為第5圖中所示之燃 料供給器的實施例之加壓推進劑㈣，燃料袋(例中之燃 枓(450)在整個燃料供應之壽命中會顯出相當穩定之壓力。 第_顯示此實施例之一典型壓力/體積特徵。如第剛中 戶^丄燃料_)在燃料大部分壽命中㈣—相當穩定之壓 _ =分之燃_)已經供應到燃料需求系統，且 燃枓&開始萎陷，則壓力將會產生額外 失能夠藉由^壓力Μ 11(250)加明量 此壓力知 燃料供應壽命之最後約5〜2G%的燃料油位_用以監測 田位。根據此實施 201131100 例，能夠藉由差異壓力感測器（250)測量燃料油位的部分係 依照燃料袋(430)之特殊設計、所使用之推進劑種類、以及 其他因素而定。先前所使用之計算燃料流量，並自總量減 去該流量的方法能夠在壓力大致上固定時用以估算燃料之 耗損。一旦壓力開始下降，藉由差異壓力感測器（250)所測 量之測量值以及為人所熟知之壓力/體積特徵接著係加以 實行，以判定燃料櫃（100)中之殘留燃料油位。 另擇實施例 • 根據第6圖中所示之一另擇實施例，其能夠使用一絕對 壓力轉換器（650)感應來自於一加壓櫃（100)中之壓力變化， 而無需使用一燃料袋（430 ;第4圖）。如第6圖中所示，一低 蒸氣壓力燃料(600)(諸如曱醇、戊烷、或是已烷)係充入加壓 燃料櫃（100)之内部腔室。低蒸氣壓力燃料(600)接著係藉由 添加一惰性推進劑（610)加壓，該惰性推進劑（610)能夠泵送 進入加壓燃料櫃（100)，以便加壓該低蒸氣壓力燃料(600)。 當燃料櫃（100)係結合到一燃料消耗系統時，便會擠壓燃料 ® 供應連接器及監測單元（150)之閥（420)，且燃料(600)係容許 流入該燃料消耗系統（1110 ;第11圖）。隨著燃料係發配進入 燃料消耗系統（1110 ;第11圖），便會產生第8A圖中所示之壓 力/體積關係。由於燃料櫃（100)内部之整體壓力係對應一已 知燃料體積，藉由絕對壓力轉換器（650)所產生之壓力資料 能夠送到一主處理裝置（1100 ;第11圖），壓力資料於該裝置 轉換成為一燃料油位，其接著能夠報知給系統使用者。由於 絕對壓力轉換器（650)使用一單獨壓力值測量燃料櫃（100)中 19 201131100 之絕對壓力，故不需要壓力接取内腔(310 ;第5圖）。 使用第6圖中所示之設定’藉著以一高蒸氣壓力燃料加 壓容納於加壓櫃（1〇〇)之内部腔室中的燃料(600)，亦能夠產 生一穩定的燃料壓力。高蒸氣壓力燃料(諸如乙烷、丙烧、 異丁烷與丁烷)係為高於某種壓力之液體。根據一實施例， 參考第6圖加以說明’燃料(600)係以一液體供應於加壓燃料 櫃（100)中。當壓下閥(420)且容許燃料流出時，絕對壓力轉 換器（650)將會感應到某一固定壓力（如第8圖中所示），直到 沒有任何自由液體燃料存在為止。一旦自由液體燃料轉換 成為氣體並流出以後，加壓燃料櫃中之絕對内部壓力將會 開始下降，直到該内部壓力達到大氣壓力為止。絕對壓力 轉換器係能夠感應壓力下降’並能夠使壓力下降與一相關 燃料油位產生關聯。此燃料油位接著能夠傳達給使用者。 第7圖顯示一併入壓力感應裝置之另擇實施例。如第7 圖中所示，本燃料供應連接器及監測單元(15〇)能夠併入一 便用

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沒取^ (710)之燃料供給器。該燃料供應連接器及 測單元（150)能夠製造成如以上於第7圖中所述，使其具有 從脊部(keel)延伸之沒取管⑽）。或者，燃料供應連接器 監測單元⑽)能夠由金屬製造，並内建有失管(彻），如 7A圓中所示。_喷嘴與脊部接著能魅人並延伸穿遇 厲燃料供應連接器及監測單元⑽），此等加壓罐典型得 同標準喷漆罐。另外，塑膠料能夠内建1，以致於 壓下閥時，該閥係開啟，且容許燃料流人—燃料需東系j 本燃料供應連接器及監測單元⑽)與相關感測器（術 夠併入且實行於任何的燃料供應構造。第7賴_示能 20 201131100 將一方形橫剖面襯塾(41 〇’)併入一燃料供應連接器及監測 單元（150)的情形。 第9圖顯示壓力感應裝置(900)之一另擇實施例。如第9 圖中所示，該壓力感應裝置(900)可為一遙控單元，其使用 射頻(RF)訊號傳送蒐集之壓力資料》壓力感應裝置(9〇〇)之 一RF傳送實施例包括一壓力感測器（25〇)結合到一堅硬基 質（255)，該壓力感測器（250)亦透過如上述之焊線(245)通信 鲁 地結合到一撓性電路(960)。壓力感應裝置(9〇〇)之RF傳送實 施例亦包括一記憶體(930)，該記憶體上包含指令，當存取 時，該記憶體係構造成轉換從壓力感測器（25〇)接收之訊 號，並以RF訊號傳送該等訊號。該等RF訊號接著係從記憶 體(930)傳送到一天線(910)，其依序將該等RF訊號傳送到— RF接收器（未顯示），該接收器係通信地結合到一主處理裝 置（11〇〇 ;第11圖）。該計算裝置接著能夠將RF訊號轉換成 顯不給使用者之殘留燃料油位的圖像。用以操作壓力感測 • 器（250)以及rF傳送實施例之記憶體（93〇)的電力能夠藉由 RF壓力感應裝置（9〇〇)以&RF接收器（未顯示）之間的^^結 合加以提供。 壓力感應裝置（9〇〇)之RF傳送實施例能夠結合到燃料 供應連接器及監測單元（丨5〇)，如第1〇圖中所示。堅硬基質 (255)較佳係藉著將—扣件㈣扣緊德()、並穿入燃料 #應連接器及監測單元（15())之本體鎖緊而結合到該燃料供 &監測單元（15())。壓力感應裝置(刪)之天線⑼〇) 接向燃料供應連接器及監測單元(15G)之頂部 21 201131100 延伸。根據此實施例，該壓力感應裝置以及其相關信號傳 送元件係完全容納於燃料供應連接器及監測單元（150)之 中。由於消除了將電子讯5虎運送到燃料供應連接器及監測 單元（150)之頂部表面的需求，燃料供應連接器及監測單元 (150)與加壓燃料榧（1〇〇)之間的流體密封能夠更為穩固，且 降低了影響壓力感測單元之可能性。 遙控壓力感測單元（900)之天線(91〇)部分亦能夠位於 加壓燃料櫃（100)的外部，以容許尺!^控制器之天線（未顯示） 之位置更為接近傳送天線，並從而增加兩個天線之間的傳 導結合。 總而言之，文中以其各種實施例說明之系統增加了一 燃料供給器中之燃料油位的預測能力，同時保有安全特 性。更具體而言，所說明之燃料系統提供一種裝置，用以 將一燃料供應容器整合連接到一燃料油位感測器。藉著整 合燃料供應容器與一燃料油位感測器，能夠立即報知使用 者一燃料電池中之殘留燃料油位，同時維持系統之流體整 體性。 先刖之說明僅用以顯示並說明本發明的實施例，其並 非預計作為徹底詳盡之說明，或是將本發明限制在任何先 刖說明之形式。能夠按照上述學說進行許多修正與變化， 本發明之範疇預計係藉由以下專利申請範圍加以界定。 【圖式•簡孕"說*明】 第1圖顯示根據一示範性實施例之一碳氫化合物燃料 供給器的元件。 £ 第2A圖顯示根據一示範性實施例之一碳氫化合物燃料 22 201131100 供應連接器以及監測單元。 第2B圖顯示根據-示範性實施例之一碳氮化合物辦料 供應連接器以及監測單元的另擇視圖。 第3圖係為一分解圖，其部千 丹扁不根據一示範性實施例之一 碳氫化合物燃料供應連接器與檢測單元的連接元件。 第4圖係為-橫剖面圖’其顯示根據—示紐實施例之 一碳氫化合物燃料供給器的内部元件。 第5圖係為一橫剖面圖，其類示奸诚 _ ^ 叫升貝不根據一不範性實施例之 一碳氫化合物燃料供給器的内部元件與功能。 第6圖顯示根據-示範性實施例，—連接到—另擇燃料 供給器之碳風化合物燃料供應連接器與監測單元。 第7與7B圖顯示根據一示範性實施例，—連接到一另擇 燃料供給器之奴氫化合物燃料供應連接器與監測單元。 第8A與8B圖顯示根據示範性實施例，内部壓力與殘留 在一燃料容器中的燃料體積之間的典型關係。 第9圖顯示根據一示範性實施例之一遙控傳送單元。 第10圖顯示根據一示範性實施例，一碳氫化合物燃料 供應連接器與監測單元上之一遙控傳送單元的成果。 第11圖顯示根據一示範性實施例之遙控傳送單元的一 系統連接器。 【主要元件符號說明】 130…口部 135···上結合脊狀物 150…燃料供應連接器及監測單 100···燃料容器/燃料櫃 110…肖尾端 120...離近尾端 23 201131100 元 340…基質孔徑 200···系統結合突出物 350···扣件容納孔徑 210…壓力感測單元 400…金屬夾管 220…塑膠螺釘 410’···方形橫剖面襯墊 230···離開内腔 420…閥 235…固定脊 430…燃料袋 237…脊狀物 440…推進劑 240…記憶裝置 450、600···燃料 245…銲線 460…言史備 250…壓力感測器 610…惰性推進劑 255…堅硬基質 650···絕對壓力轉換器 260· ··壓力感測單元/撓性電路 710…汲取管 261、262、263、264、265、266··· 900···壓力感應裝置 傳導接點 910···天線 270…襯墊容納溝槽 920…扣緊孔徑 280…結合脊狀物 930…記憶體 300、410…0形環 960…撓性電路 310…壓力接取内腔 1100…主處理裝置 320…基質内腔 1110···燃料需求系統 330...撓性電路孔徑 1120…電路連接器

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Claims (1)

1. 2〇113ll〇〇 七、申請專利範圍： L 一種製造燃料卡匣之方法，其包含： 形成一燃料容器； 將一壓力轉換器結合到一陶曼基質； 結合-位於該基質上之撓性電路，並使該壓力轉換 器通信地結合到該撓性電路； 將該陶瓷基質結合到一燃料系統結合器；及

   使該燃料㈣結合n與燃料容^相結合，使得該壓 力轉換器係配置於該燃料容器中。 2.如申請專利範圍第丨項之製造燃料卡厘之方法，其中該 繞性電路進—步包含—射頻天線，其係構造成傳送一^ β亥廢力轉換器之指示殘留在該燃料容器中之燃料量的 輸出訊號。 3. —種感應燃料電池系統之加壓燃料容器中 的方法，其包含： 之燃料油位

   —將自—燃料容器之燃料提供至-燃料電池，該燃料 容器容納一量之燃料與另一燃料推進劑兩者； 直接測量該燃料容器内之該燃料與該 間之差異壓力；及 將該麼力與-已知的壓力/體積特性進 判定容納於該燃料容器中之燃料的體積，並輪出^以 於該燃料容器内之燃料之該體積的指示。 各'，内 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中直接測量 器内之壓力係進一步包含： …枓谷 將一塵力❹讀置設置於該燃料容ΙΜ，其中节 壓 25 201131100 力感測裝置係構造成傳送一指示殘留在該燃料容器中 之燃料量的輸出訊號；及 將自該壓力感測裝置之該輸出訊號傳送至一計算 裝置。 5. —種感應燃料電池系統之加壓燃料容器中的燃料油位 之方法，其包含： 自一燃料容器將燃料提供至一燃料電池； 以一壓力感測裝置直接測量在該燃料容器内之壓 力； 將該内部壓力與一已知的壓力/體積特性進行比 較’以判定容納於該燃料容器中之燃料的體積；及 使用一形成該壓力感測裝置之整體部分的射頻天 線而傳送自該壓力感測裝置之指示在該燃料容器中之 燃料體積的輸出訊號。 6. —種感應燃料電池系統之加壓燃料容器中的燃料油位 之方法，其包含： 自一燃料容器將燃料提供至一燃料電池； 以一壓力感測裝置直接測量在該燃料容器内之壓 力； 將該内部壓力與一已知的壓力/體積特性進行比 較，以判定容納於該燃料容器中之燃料的體積；及 將自該壓力感測裝置之指示在該燃料容器中之燃 料體積的輸出訊號沿著傳導引線傳送至設置於該燃料 容器外部之傳導墊。 26