TWM446856U - 燃料電池系統和電子裝置 - Google Patents

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Description

燃料電池系統和電子裝置 新型領域
本新型係有關於燃料電池系統和電子裝置，特別是有關於整合燃料供給器及燃料油位壓力感測器的裝置。
 新型背景
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 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技術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技術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。儘管此技術通常有用，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，該技術則不夠準確。
另一種先前用以判定一壓力容器中之殘留燃料量的技術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 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。
 新型概要
在許多可行實施例之中，本新型提供一種燃料供給器，該燃料供給器包括一燃料容器，其具有一內部腔室，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內部腔室之中。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。
所附圖式顯示本新型之各種實施例，且係為本說明書之一部分。顯示之實施例僅係為本新型之範例，且不限制本新型之範疇。
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。
 較佳實施例之詳細說明
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技術。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。根據一示範性實施技術(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內部，以便基於內部壓力測量，提供使用者燃料供給器中 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，以便對本新型提供透徹之理解。然而，顯然對於熟諳此技藝之人士而言，其能夠實行本新型而無須這些特定細節。本說明書中有關「一實施例」係表示有關包括於本新型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。本新型書之各處中出現「在一實施例中」的用詞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容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(100)以及一燃料供應連接器及監測單元(150)。燃料容器(100)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(100)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(100)，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，諸如丙烷或丁烷、或是其他燃料。燃料容器(100)係形成一本體，其具有一末梢尾端(110)以及一鄰近尾端(120)。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 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(100)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(100)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(200)、一結合脊狀物(280)、一襯墊容納溝槽(270)、一離開內腔(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(150)，以致於使該壓力感測單元(210)係位於燃料容器(100，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(200)係為一能夠容納並以流體結合到一燃料需求系統之突出物。該系統結合突出物(200)可為一公式或母式連接器，其能夠以流體連接到一燃料需求系統。系統連接突出物之內部元件係於以下參考第5與6圖進一步加以說明。
第2A圖之離開內腔(230)提供一流體通道，用以透過離開孔徑排除任何容納於壓力燃料槽中之加壓燃料，並使其到達任何隨後之燃料消耗系統或是裝置。離開內腔(230)起 始於燃料供應連接器與監測單元(150)之燃料側，並延伸穿過該燃料供應連接器與監測單元(150)之本體，透過系統結合突出物(200)之尾端離開。此構造能夠用以將燃料從燃料容器(100；第1圖)之內部透過燃料供應連接器與監測單元(150)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，由離開內腔(230)所形成之腔室包含一圓形橫剖面。然而，該離開內腔(230)當然能夠具有任何的橫剖面形狀。
圍繞離開內腔(230)之材料形成一固定脊(staking keel)(235)。固定脊(235)包括形成離開內腔(230)之橫向延伸材料，其可包括一些脊狀物(237)。一燃料袋(430；第4圖)能夠附裝到固定脊(235)，藉以提供燃料到離開內腔(230)，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 process)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)，該燃料袋包括一最內層，該最內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(430；第4圖)之最內層會部分熔化在一起，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(280)係為一唇片，其能夠藉著使用一金屬夾管(400；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 監測單元(150)能夠藉由任何技術連接到一壓力燃料容器(100；第1圖)之鄰近尾端(120)，該技術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。結合技術可包括(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(100；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O形環(410；第4圖)或是其他襯墊式密封件(其會在加壓櫃(100；第1圖)之鄰近尾端(120)的內壁與襯墊容納溝槽(270)之間形成一擠壓配合)進一步加以確保。襯墊容納溝槽(270)對於一O形環、一方形橫剖面襯墊、或是任何密封裝置(其在燃料容器(100；第1圖)與燃料供應連接器及監測單元(150)之間形成一流體封口)之密封提供一位置與支撐。
顯示於第2A圖中之壓力感測單元(210)以及其相關總成能夠執行並傳送一些對應包含於加壓燃料容器(100；第1圖)中之燃料的壓力測量。壓力感測單元(210)能夠藉由一些塑膠螺釘(220)固定到燃料供應連接器及監測單元(150)，該等塑膠螺釘係藉由緊鄰固定脊(235)上方形成於燃料供應連接器及監測單元(150)之本體中的扣件容納孔徑(350；第3圖)加以容納。壓力感測單元(210)能夠藉著任何機構固定到燃料供應連接器及監測單元(150)，該機構能夠充分支撐壓力感測單元(210)，同時維持一流體密封所需的壓力，其包括(但非限定)機械扣件，諸如螺釘、鉚釘、釘子或是平頭釘、黏著、提供一干涉配合之預形成凸片等等。在一實施例中， 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(260)之傳導引 線(未顯示)。銲線(245)可由金、鋁、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(260)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(150)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墊容納溝槽(270)，該撓性電路(260)係藉由O形環(410；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(210)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(150)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(250)以及記憶單元(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(240；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)、一資料連接器(264)、一壓力輸出正極(P輸出+)連接器(265)、以及一壓力輸出負極(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 (250；第2A圖)以及記憶單元(240)提供電力。時脈線路(263)連接器與資料線路(264)連接器對記憶裝置提供一串列介面。一串列介面係為一種介面，其一次傳送一筆資料。根據一實施例，記憶單元(240；第2A圖)能夠根據現有燃料櫃及/或由壓力感測器(250)所蒐集的資訊貯存及/或傳送資料。當用於一壓力差異電容器時，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感測器(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(210)之元件在一差異壓力測量情況中的佈置方式。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)離開的離開內腔(230)係透過一壓力接取內腔(310)以及一基質內腔(320)流體結合到壓力感測器(250)。基質內腔(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)的相反側。在堅硬基質(255)的相反側上，基質內腔(320)係與壓力接取內腔(310)流體連接。壓力接取內腔(310)自堅硬基質(255)伸入離開內腔(230)。以此構造，壓力感測器(250)能夠測量任何行進通過離開內腔(230)繞行到一外部系統之燃料。一O形環(300) 或是其他密封裝置亦係圍繞壓力接取內腔(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O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(100；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(350)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(150)之本體。此外，第3圖顯示記憶單元(240)與壓力感測器(250)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(150)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(100)與燃料供應連接器及監測單元(150)係使用一金屬夾管(400)機械結合。能夠使用任何結合機構結合燃料容器(100)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、或是任何機械裝置，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(150)結合在定 位，如此便會擠壓一個或更多的O形環(410)、方形橫剖面襯墊、或是其他襯墊型密封件，並在加壓櫃(100)之鄰近尾端(120；第1圖)與燃料供應連接器及監測單元(150)的襯墊容納溝槽(270；第2A圖)之間形成一擠壓配合。此擠壓配合能夠防止任何燃料或推進劑自加壓櫃(100)洩漏。
第4圖亦顯示一容納燃料(450)之燃料袋(430)，其係藉著一設備(460)流體結合到燃料供應連接器及監測單元(150)。該設備(460)可為一配件，其能夠將燃料袋(430)流體密封到燃料供應連接器及監測單元(150)，該配件包括(但未限定)一擠壓配件。一推進劑氣體或液體(440)係位於該燃料袋(430)與加壓櫃之間。裝置(460)能夠防止任何燃料自燃料袋(430)洩漏，並與推進劑(440)相混合。一閥(420)係位於該燃料袋(430)與燃料需求系統(未顯示)之間，該閥(420)形成燃料供應連接器及監測單元(150)之結合突出物(200；第2A圖)之一部分。燃料供應連接器及監測單元(150)之閥(420)係用以調節從燃料袋(430)釋放進入一燃料系統之燃料(450)。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11圖中所示，壓力感測器(250)之傳導接點係透過一電路連接器(1120)通信地結合到一主處理裝置(1100)。此外，第11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)。通信地結 合到壓力感測器(250)之該處理裝置(1100)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(1100)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、一串列纜線、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(430)之內部腔室中，並以加壓推進劑(440)充滿加壓櫃(100)所形成之內部腔室的剩餘部分。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(150)之結合脊狀物(280)與加壓櫃(100)的上結合脊狀物(135)之間。加壓櫃(100)與燃料供應連接器及監測單元(150)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(150)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(150)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。
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、已烷，或是其他低蒸發壓力之液體燃料。當燃料袋(430)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(450)會進入離開內腔(230)。離開之燃料(450)不僅對離開內腔(230)加壓，同時亦對於壓力接取內腔(310)加壓，並將一壓力施加於壓力感測器(250)上。由於離開燃料(450)將壓力施加於壓力感測器(250)之一側，且惰性推進劑(440)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(261~266；第2B圖)。代表施加在壓力感測器(250)上之差異壓力的電壓接著能夠傳遞到一主處理裝置(1100；第11圖)。主處理裝置(1100；第11圖)能夠包含指令(instruction)，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(250)上之差異壓力的電壓轉換成一燃料油位顯示，該燃料油位接著能夠報知給系統使用者。此燃料油位 計算能夠持續判定，以致於使其能夠持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，一記憶裝置(240；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。藉著併入一記憶裝置(240；第2A圖)，一部分使用之燃料電池能夠從一主系統移到另一系統，例如從一第一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)可接著將感測器刻度、差異壓力、及其後的目前燃料油位傳達給主處理裝置(1100；第11圖)。或者，如果不需要記憶裝置(240；第2A圖)(因為加壓櫃(100)沒有從一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2A圖)，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(諸如丙烷、異丁烷、或是異戊烷(2甲基丁烷))，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(440)，燃料袋(430)中之燃料(450)在整個燃料供應之壽命中會顯出相當穩定之壓力。第8B圖顯示此實施例之一典型壓力/體積特徵。如第8B圖中所示，燃料(450)在燃料大部分壽命中顯出一相當穩定之壓力。一旦大部分之燃料(450)已經供應到燃料需求系統，且燃料袋開始萎陷，則壓力將會產生額外之損失。此壓力損失能夠藉由差異壓力感測器(250)加以測量，能夠用以監測燃料供應壽命之最後約5~20%的燃料油位。根據此實施 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技術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)(諸如甲醇、戊烷、或是已烷)係充入加壓燃料櫃(100)之內部腔室。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)內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 之絕對壓力，故不需要壓力接取內腔(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(100)之內部腔室中的燃料(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、丙烷、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內部壓力將會開始下降，直到該內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(150)能夠併入一使用一汲取管(710)之燃料供給器。該燃料供應連接器及監測單元(150)能夠製造成如以上於第7圖中所述，使其具有一從脊部(keel)延伸之汲取管(710)。或者，燃料供應連接器及監測單元(150)能夠由金屬製造，並內建有夾管(400)，如第7A圖中所示。塑膠噴嘴與脊部接著能夠插入並延伸穿過金屬燃料供應連接器及監測單元(150)，此等加壓罐典型係如同標準噴漆罐。另外，塑膠嵌件能夠內建一閥，以致於當壓下閥時，該閥係開啟，且容許燃料流入一燃料需求系統。本燃料供應連接器及監測單元(150)與相關感測器(650)能夠併入且實行於任何的燃料供應構造。第7A圖亦顯示能夠 將一方形橫剖面襯墊(410’)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(900)之一RF傳送實施例包括一壓力感測器(250)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)通信地結合到一撓性電路(960)。壓力感應裝置(900)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(250)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訊號傳送到一RF接收器(未顯示)，該接收器係通信地結合到一主處理裝置(1100；第11圖)。該計算裝置接著能夠將RF訊號轉換成顯示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(930)的電力能夠藉由RF壓力感應裝置(900)以及RF接收器(未顯示)之間的RF結合加以提供。
壓力感應裝置(900)之RF傳送實施例能夠結合到燃料供應連接器及監測單元(150)，如第10圖中所示。堅硬基質(255)較佳係藉著將一扣件穿過扣緊孔徑(920)、並穿入燃料供應連接器及監測單元(150)之本體鎖緊而結合到該燃料供應連接器及監測單元(150)。壓力感應裝置(900)之天線(910)部分接著能夠朝向燃料供應連接器及監測單元(150)之頂部 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。由於消除了將電子訊號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)與加壓燃料櫃(100)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(910)部分亦能夠位於加壓燃料櫃(100)的外部，以容許RF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。
先前之說明僅用以顯示並說明本新型的實施例，其並非預計作為徹底詳盡之說明，或是將本新型限制在任何先前說明之形式。能夠按照上述學說進行許多修正與變化，本新型之範疇預計係藉由以下專利申請範圍加以界定。
100‧‧‧燃料容器/燃料櫃
110‧‧‧末梢尾端
120‧‧‧離近尾端
130‧‧‧口部
135‧‧‧上結合脊狀物
150‧‧‧燃料供應連接器及監測單元
200‧‧‧系統結合突出物
210‧‧‧壓力感測單元
220‧‧‧塑膠螺釘
230‧‧‧離開內腔
235‧‧‧固定脊
237‧‧‧脊狀物
240‧‧‧記憶裝置
245‧‧‧銲線
250‧‧‧壓力感測器
255‧‧‧堅硬基質
260‧‧‧壓力感測單元/撓性電路
261、262、263、264、265、266‧‧‧傳導接點
270‧‧‧襯墊容納溝槽
280‧‧‧結合脊狀物
300、410‧‧‧O形環
310‧‧‧壓力接取內腔
320‧‧‧基質內腔
330‧‧‧撓性電路孔徑
340‧‧‧基質孔徑
350‧‧‧扣件容納孔徑
400‧‧‧金屬夾管
410’‧‧‧方形橫剖面襯墊
420‧‧‧閥
430‧‧‧燃料袋
440‧‧‧推進劑
450、600‧‧‧燃料
460‧‧‧設備
610‧‧‧惰性推進劑
650‧‧‧絕對壓力轉換器
710‧‧‧汲取管
900‧‧‧壓力感應裝置
910‧‧‧天線
920‧‧‧扣緊孔徑
930‧‧‧記憶體
960‧‧‧撓性電路
1100‧‧‧主處理裝置
1110‧‧‧燃料需求系統
1120‧‧‧電路連接器
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一碳氫化合物燃料供給器的內部元件。
第5圖係為一橫剖面圖，其顯示根據一示範性實施例之一碳氫化合物燃料供給器的內部元件與功能。
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，內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。
100‧‧‧燃料容器/燃料櫃
110‧‧‧末梢尾端
120‧‧‧離近尾端
130‧‧‧口部
135‧‧‧上結合脊狀物
150‧‧‧燃料供應連接器及監測單元

Claims (24)

  1. 一種燃料電池系統，其包含：一燃料電池；一燃料源；一燃料流動路徑，其流體地結合該燃料電池與該燃料源；一燃料油位感應裝置，其配置於該燃料源中，其中該燃料油位感應裝置包括一壓力感測單元，其係構造成提供一指示殘留在該燃料源中之燃料量的輸出訊號；及一連接路徑，其通信地用於傳送該輸出訊號至一計算裝置；其中該連接路徑進一步包含一射頻傳送器，其係完全地設置於該燃料源中。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池系統，其中該射頻傳送器傳送壓力溫度補償資料至一個遠端位置。
  3. 一種燃料電池系統，其包含：一燃料電池；一燃料源；一燃料流動路徑，其流體地結合該燃料電池與該燃料源；一燃料油位感應裝置，其配置於該燃料源中，其中該燃料油位感應裝置包括一壓力感測單元，其係構造成提供一指示殘留在該燃料源中之燃料量的輸出訊號； 一燃料袋，以容納設置於該燃料源內之燃料，其中該燃料袋係流體地結合到該燃料流動路徑；一加壓推進劑，以對該燃料提供壓力，其中該加壓推進劑係占據一位於該燃料袋與該燃料源之內壁間之區域；及一壓力接取內腔，係位於該燃料流動路徑內，其中該壓力接取內腔係將自該燃料之壓力提供至該壓力感測單元。
  4. 如申請專利範圍第3項之燃料電池系統，其中該壓力感測單元包含一差異壓力轉換器，其係構造成感測一於該燃料之壓力與該加壓推進劑之壓力間的差異壓力。
  5. 一種燃料電池系統，其包含：一燃料電池；一燃料源，其係構造成含有一量之燃料與另一量之燃料推進劑兩者；一燃料流動路徑，其流體地結合該燃料電池與該燃料源；及一燃料油位感應裝置，其配置於該燃料源中，其中該燃料油位感應裝置包括一壓力感測單元，其係構造成藉由感測一於該燃料與該燃料推劑間之壓力差異而提供一指示殘留在該燃料源中之燃料量的輸出訊號。
  6. 一種燃料電池系統，其包含：一燃料電池；一燃料源，其係構造成含有燃料； 一燃料流動路徑，其流體地結合該燃料電池與該燃料源；一燃料油位感應裝置，其配置於該燃料源中，其中該燃料油位感應裝置包括一壓力感測單元，其係構造成提供一指示殘留在該燃料源中之燃料量的輸出訊號；一低蒸氣壓力燃料，其係設置於該燃料源內；及一惰性推進劑，其亦設置於該燃料源內，以加壓該低蒸氣壓力燃料。
  7. 如申請專利範圍第6項之燃料電池系統，其中該壓力感測單元係包含一絕對壓力轉換器，其係構造成感測該低蒸氣壓力燃料之絕對壓力。
  8. 如申請專利範圍第6項之燃料電池系統，其進一步包含一容納於該燃料源中之該燃料的燃料袋，該惰性推進劑係設置於該燃料袋外部。
  9. 一種電子裝置，其包含：一燃料電池，其係構造成提供電力至一電氣負載；一燃料源，其包含一未被一非燃料材料所吸附之燃料；一燃料路徑，其流體地結合該燃料電池與該燃料源；及一燃料油位感應裝置，其係結合至該燃料源，其中該燃料油位感應裝置包括一壓力感測器，其係設置於該燃料源內並構造成提供一指示殘留在該燃料源中之燃料量的輸出訊號， 其中該燃料油位感應裝置係包含：一陶瓷基質；一壓力轉換器，其係結合到該陶瓷基質；一撓性電路，其通信地結合到該壓力轉換器；及一連接路徑，其通信地結合到該撓性電路，其中該連接路徑係構造成將該輸出訊號傳送到一顯示裝置。
  10. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，其中該連接路徑進一步包含：傳導引線，其等係通信地結合到該壓力轉換器；及傳導接點，其等係通信地結合到該等傳導引線，其中該等傳導接點係位於該燃料源外部。
  11. 一種電子裝置，其包含：一燃料電池，其係提供電力至一電氣負載；一燃料源；一燃料路徑，其流體地結合該燃料電池與該燃料源；一燃料油位感應裝置，其係結合至該燃料源，其中該燃料油位感應裝置係構造成提供一指示殘留在該燃料源中之燃料量的輸出訊號；及一連接路徑，其通信地用於傳送該輸出訊號，其中該連接路徑進一步包含一射頻傳送器，其係完全地設置於該燃料源中。
  12. 如申請專利範圍第11項之電子裝置，其中該射頻傳送器傳送壓力溫度補償資料至一個遠端位置。
  13. 一種燃料電池系統，其包含：產生構件，其係用於自一電化學反應產生電力；貯存構件，其係用於貯存用於該燃料電池系統之加壓燃料；感測構件，其係流體地結合至該貯存構件，以感測一量之該加壓燃料；及結合構件，其係用於將該感測構件結合至該產生構件；其中該感測裝置係構造成提供一指示殘留在該貯存構件中之燃料量的輸出訊號；其中該感測構件進一步包含：一強化構件；一壓力轉換器，其係結合到該強化構件；訊號傳送構件，其通信地結合到該壓力轉換器；及連接構件，其通信地結合到該訊號傳送構件，其中該連接構件係構造成將該輸出訊號傳送到一計算裝置。
  14. 如申請專利範圍第13項之燃料電池系統，其中該連接構件進一步包含：傳導引線，其等係通信地結合到該壓力轉換器；及傳導接點，其等係通信地結合到該等傳導引線，其 中該等傳導接點係位於該貯存構件外部。
  15. 如申請專利範圍第13項之燃料電池系統，其中該連接構件進一步包含一射頻傳送器，其係完全地設置於該貯存構件中。
  16. 一種燃料電池系統，其包含：一燃料電池；一燃料容器，其具有一用以容納燃料之內部腔室；一壓力感測單元，其包含一配置於該內部腔室中之壓力感測器；及一記憶單元，其係設置於該壓力感測單元上並構造成貯存用於該壓力感測單元之資料；其中該壓力感測單元係構造成提供一指示殘留在該燃料容器中之燃料量的輸出訊號；其中該記憶單元係貯存由該壓力感測單元所收集之壓力資料；及其中該記憶單元係構造成當該燃料容器自一第一主系統被移動至一第二主系統時，輸出該壓力資料。
  17. 一種燃料電池系統，其包含：一燃料電池；一燃料容器，其具有一用以容納燃料之內部腔室；一壓力感測單元，其包含一配置於該內部腔室中之壓力感測器；及一記憶單元，其係設置於該壓力感測單元上並構造成貯存用於該壓力感測單元之資料； 其中該壓力感測單元係構造成提供一指示殘留在該燃料容器中之燃料量的輸出訊號；其中該記憶單元係與該壓力感測單元整合，使得該壓力感測單元與該記憶單元可以作為一單一單元而被移動於不同的燃料容器之間。
  18. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其中該壓力感測單元包含一絕對壓力轉換器，其係構造成感測該燃料之一絕對壓力。
  19. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其進一步包含一計算裝置，其通信地結合到該壓力感測單元，其中該計算裝置係將該壓力感測單元之該輸出訊號轉換成一基於該輸出訊號之殘留在該燃料容器中之燃料量的使用者可讀取顯示。
  20. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其中該記憶單元係貯存用於該燃料容器之壓力/體積特性。
  21. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其中該記憶單元係貯存用於該壓力感測單元之校正資料。
  22. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其中該記憶單元係貯存用於在該燃料供給器內之燃料的新資料資訊。
  23. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其中該記憶單元係貯存溫度補償值。
  24. 如申請專利範圍第17項之燃料電池系統，其中該記憶單元係貯存保固資料。
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