專利名稱：具有用于氣體檢測的集成裝置的用于氣態(tài)燃料的加燃料噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于給氫燃料電池供能車輛再加燃料的系統(tǒng)和方法，且更具體地涉及一種用于給氫燃料電池供能車輛再加燃料的噴嘴。
背景技術(shù)：
燃料電池已被提出作為用于電動車輛和各種其他應(yīng)用的清潔、高效和對環(huán)境負(fù)責(zé)的功率源。尤其地，燃料電池已被確定為是用于現(xiàn)代車輛的傳統(tǒng)內(nèi)燃機的潛在替代。已知一種燃料電池為質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池。PEM 燃料電池通常包括三個基本部件陰極、陽極和電解質(zhì)膜。陰極和陽極通常包括支撐在碳粒子上并與離聚物混合的細(xì)分的催化劑諸如鉬。電解質(zhì)膜被夾在陰極與陽極之間，以形成膜電極組件(MEA)。MEA常常設(shè)置在多孔擴散介質(zhì)(DM)之間，該多孔擴散介質(zhì)(DM)有助于用于電化學(xué)燃料電池反應(yīng)的通常為氫和氧的氣態(tài)反應(yīng)劑的輸送。單獨的燃料電池可串聯(lián)堆疊到一起，以形成能夠給氫燃料電池供能車輛提供動力的燃料電池組。為了使氫燃料電池供能車輛對消費者是可行的選擇，加燃料站必須能夠可靠地分送氣態(tài)氫燃料。通常安裝在加燃料站的用于氣態(tài)加燃料的分送系統(tǒng)被認(rèn)為可在進(jìn)行泄漏檢查之后操作。然而，安裝期間的泄漏檢查不提供機會來給檢測會在分送系統(tǒng)的操作壽命期間出現(xiàn)的泄露。安裝泄漏檢查還不允許人們確定是否出現(xiàn)特定車輛的加燃料期間的干涉泄漏。通常，在分送系統(tǒng)的操作壽命期間僅檢測到例如由管線剪切或軟管損壞引起的重大泄漏。在車輛接口處的小的泄漏通常不能夠被加燃料站和顧客檢測到，這導(dǎo)致氣態(tài)氫燃料到環(huán)境的不合需要的釋放。在Noujima等的美國專利申請公布No. 2005/0276749中公開了一種用于分送氫燃料的已知系統(tǒng)，藉此該美國專利申請公布的全部內(nèi)容在此以參考的方式并入。Noujima等描述了一種氫燃料供應(yīng)機，其大體上由以下組成燃料供應(yīng)噴嘴，其具有用于接收待由傳感器網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)的天線，該傳感器網(wǎng)是設(shè)置在閥的下游的流率傳感器；中央處理單元，其用于處理所傳送的數(shù)據(jù)以確定閥的開度；存儲器，其用于將所發(fā)送數(shù)據(jù)和中央處理單元的處理結(jié)果存儲在其中；以及閥控制單元，其用于遵從中央處理單元的處理結(jié)果控制閥。Noujima等另外聲明通過將流率傳感器附接至從氣態(tài)燃料庫存單元延伸到燃料供應(yīng)噴嘴的管道的任何部分，可以迅速地檢測氣體泄漏和流動異常。然而，Noujima等的氫燃料供應(yīng)機和燃料供應(yīng)噴嘴不能檢測在燃料電池供能車輛的加燃料操作期間可出現(xiàn)在燃料供應(yīng)噴嘴與燃料電池供能車輛的接口處的泄漏。存在對用于燃料電池供能車輛的氣態(tài)加燃料期間的連續(xù)泄漏檢測的系統(tǒng)和方法的持續(xù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)了一種用于在燃料電池供能車輛的氣態(tài)加燃料期間的連續(xù)泄漏檢測的系統(tǒng)和方法。在第一實施例中，用于將氣態(tài)燃料分送至車輛的加燃料噴嘴包括主體和傳感器。主體具有形成在其中的導(dǎo)管。導(dǎo)管允許氣態(tài)燃料從其中流過。導(dǎo)管終止于主體的分送端。主體的分送端形成在加燃料操作期間與車輛的燃料入口的接口。傳感器鄰近導(dǎo)管設(shè)置在主體的分送端處。傳感器構(gòu)造成在加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料的泄漏。在另一實施例中，用于在車輛的加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料的泄漏的系統(tǒng)包括分送器、柔性燃料管線和加燃料噴嘴。分送器選擇性地分送氣態(tài)燃料。柔性的燃料管線與分送器流體連通。加燃料噴嘴與柔性的燃料管線流體連通以便分送氣態(tài)燃料。加燃料噴嘴包括主體，主體具有形成在其中的導(dǎo)管。導(dǎo)管允許氣態(tài) 燃料從其中流過。導(dǎo)管終止于主體的分送端。主體的分送端形成在加燃料操作期間與車輛的燃料入口的接口。傳感器鄰近導(dǎo)管設(shè)置在主體的分送端處。傳感器構(gòu)造成在加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料的泄漏。在另一實施例中，用于在車輛的加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料的泄漏的方法包括步驟提供一種系統(tǒng)，其包括用于選擇性地分送氣態(tài)燃料的分送器、與分送器流體連通的柔性的燃料管線、以及加燃料噴嘴，所述加燃料噴嘴具有主體和傳感器，所述主體具有導(dǎo)管，導(dǎo)管形成在主體中并構(gòu)造成允許氣態(tài)燃料從其中流過，導(dǎo)管終止于主體的分送端，所述傳感器鄰近導(dǎo)管設(shè)置在主體的分送端處；提供具有構(gòu)造成接收氣態(tài)燃料的燃料入口的車輛；將加燃料噴嘴插入車輛的燃料入口，接口形成在加燃料噴嘴的分送端與燃料入口之間；以及使氣態(tài)燃料從分送器流向加燃料噴嘴以便將氣態(tài)燃料分送至車輛，其中傳感器構(gòu)造成在加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料在接口處的泄漏。本發(fā)明還提供如下方案
I. 一種用于向車輛分送氣態(tài)燃料的加燃料噴嘴，包括
具有導(dǎo)管的主體，所述導(dǎo)管形成在所述主體中并構(gòu)造成允許所述氣態(tài)燃料從其中流過，所述導(dǎo)管終止于所述主體的分送端，所述主體的所述分送端形成在加燃料操作期間與所述車輛的燃料入口的接口 ；以及
設(shè)置在所述主體的所述分送端處的傳感器，所述傳感器構(gòu)造成檢測在所述加燃料操作期間所述氣態(tài)燃料的泄漏。2.根據(jù)方案I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器在所述主體的所述分送端處暴露。3.根據(jù)方案I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器包括用于將所述氣態(tài)燃料的在所述接口處泄漏的部分輸送至所述傳感器的探測管線。4.根據(jù)方案3所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器鑲?cè)朐谒鲋黧w中，所述探測管線設(shè)置在所述傳感器與所述主體的所述分送端之間。5.根據(jù)方案I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器是氫傳感器。6.根據(jù)方案I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器與控制器信號通信，所述控制器構(gòu)造成當(dāng)在所述接口處存在所述氣態(tài)燃料的泄漏時提供警報和關(guān)斷所述氣態(tài)燃料到所述加燃料噴嘴的供應(yīng)中的至少一個。7.根據(jù)方案6所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器是與所述控制器有線通信和與所述控制器無線通信中的一個。8. 一種用于檢測在車輛的加燃料操作期間氣態(tài)燃料的泄漏的系統(tǒng)，包括分送器，其用于選擇性地分送所述氣態(tài)燃料；
柔性的燃料管線，其與所述分送器流體連通；以及
加燃料噴嘴，其與所述柔性的燃料管線流體連通以便分送所述氣態(tài)燃料，所述加燃料噴嘴包括具有導(dǎo)管的主體，所述導(dǎo)管形成在所述主體中并構(gòu)造成允許所述氣態(tài)燃料從其中流過，所述導(dǎo)管終止于所述主體的分送端，所述主體的所述分送端形成在加燃料操作期間與所述車輛的燃料入口的接口；以及設(shè)置在所述主體的所述分送端處的傳感器，所述傳感器構(gòu)造成檢測在所述加燃料操作期間所述氣態(tài)燃料的泄漏。9.根據(jù)方案8所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器在所述主體的所述分送端處暴露。10.根據(jù)方案8所述的系統(tǒng)，其中所述傳 感器包括用于將所述氣態(tài)燃料的在所述接口處泄漏的部分輸送至所述傳感器的探測管線。11.根據(jù)方案10所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器鑲?cè)朐谒鲋黧w中，所述探測管線設(shè)置在所述傳感器與所述主體的所述分送端之間。12.根據(jù)方案8所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器是氫傳感器。13.根據(jù)方案8所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器與控制器信號通信，所述控制器構(gòu)造成關(guān)斷所述氣態(tài)燃料到所述加燃料噴嘴的供應(yīng)和提供指示在所述接口處存在所述氣態(tài)燃料的泄漏的警報中的至少一個。14.根據(jù)方案13所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器是與所述控制器有線通信和與所述控制器無線通信中的一個。15.根據(jù)方案13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器設(shè)置在所述分送器上。16. 一種用于檢測在車輛的加燃料操作期間氣態(tài)燃料的泄漏的方法，包括步驟 提供一種系統(tǒng)，其包括用于選擇性地分送所述氣態(tài)燃料的分送器；與所述分送器流
體連通的柔性的燃料管線；以及加燃料噴嘴，所述加燃料噴嘴與所述燃料管線連通并包括主體和傳感器，所述主體具有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管形成在所述主體中并構(gòu)造成允許所述氣態(tài)燃料從其中流過，所述導(dǎo)管終止于所述主體的分送端，所述傳感器鄰近所述導(dǎo)管設(shè)置在所述主體的所述分送端；
將所述加燃料噴嘴插入所述車輛的燃料入口 ；以及
使所述氣態(tài)燃料從所述分送器流向所述加燃料噴嘴，以便將所述氣態(tài)燃料分送至所述車輛，其中所述傳感器構(gòu)造成檢測在所述加燃料操作期間所述氣態(tài)燃料的泄漏。17.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述傳感器與控制器信號通信，當(dāng)傳感器在所述加燃料操作期間檢測到所述氣態(tài)燃料的泄漏時，所述控制器關(guān)斷所述氣態(tài)燃料到所述加燃料噴嘴的供應(yīng)和當(dāng)在所述接口處存在所述氣態(tài)燃料的泄漏時提供警報中的至少一個。18.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述傳感器在所述主體的所述分送端處暴露。19.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述傳感器包括用于輸送泄漏的所述氣態(tài)燃料的部分至所述傳感器的探測管線。20.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述傳感器是氫傳感器。


尤其地當(dāng)根據(jù)在此描述的附圖考慮時，本發(fā)明的以上以及其他的優(yōu)點將從以下的詳細(xì)說明對本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地變得顯而易見。
圖I是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括加燃料噴嘴的用于氣態(tài)燃料的燃料系統(tǒng)的示意性側(cè)視立面 圖2是圖I所示的加燃料噴嘴的放大局部側(cè)視剖面 圖3是圖I所示的加燃料噴嘴的放大局部側(cè)視剖面圖，還圖示了車輛的通過加燃料噴嘴的加燃料操作；
圖4是圖3所示的加燃料噴嘴的放大局部側(cè)視剖面圖，還圖示了通過在加燃料噴嘴與車輛之間的接口處的加燃料噴嘴的連續(xù)泄漏檢測；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有與傳感器連通的探測管線的加燃料噴嘴的放大局部側(cè)視剖面圖，并且還圖示了通過在加燃料噴嘴與車輛之間的接口處的加燃料噴嘴的連續(xù)泄漏檢測。
具體實施例方式以下的詳細(xì)說明和附圖描述并圖示了本發(fā)明的各種實施例。說明和附圖用于使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出并使用本發(fā)明，并且不意于以任何方式限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于所公開的方法，介紹的步驟的順序本質(zhì)上是示例性的，并因此不是必需的或關(guān)鍵的?，F(xiàn)在參考圖1-5，本發(fā)明包括用于在車輛6(圖4和5所示)的加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料4的泄漏的系統(tǒng)2。作為非限制性示例，車輛6可以是燃料電池供能車輛。系統(tǒng)2包括用于選擇性地分送氣態(tài)燃料4諸如氣態(tài)氫的分送器8。柔性的燃料管線10與分送器8流體連通。加燃料噴嘴12與柔性的燃料管線10流體連通，用于在加燃料操作期間將氣態(tài)燃料4分送至車輛6。本發(fā)明的加燃料噴嘴12包括主體14，主體14具有形成在其中的導(dǎo)管16。導(dǎo)管16構(gòu)造成允許氣態(tài)燃料4從中流過。導(dǎo)管16終止于主體14的分送端18。主體14的分送端18形成在加燃料操作期間與車輛6的燃料入口 22的接口 20 (圖3-5所示)。傳感器24鄰近導(dǎo)管16設(shè)置在主體14的分送端18處。傳感器24構(gòu)造成在車輛6的加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料4的泄漏。在圖2-4所示的特定的實施例中，傳感器24在主體14的分送端18處暴露，并在加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料4的泄漏。例如，由于加燃料噴嘴12與燃料入口 22的未對準(zhǔn)，所以間隙26可存在于主體14的分送端18與車輛6的鄰近燃料入口 22的部分之間的接口 20處。替代地，間隙26可由例如由于損壞的加燃料噴嘴12造成的燃料入口 22與分送端18之間的干涉產(chǎn)生。在加燃料噴嘴12與車輛6的燃料入口 22之間采用聚合物密封件(未示出)的情況下，泄漏可由加燃料噴嘴12的操作壽命期間不期望的密封劣化產(chǎn)生。還應(yīng)意識到的是，氣態(tài)燃料4在接口 20處的其他泄漏還可由傳感器24檢測到。傳感器24可發(fā)射傳感器信號，例如以引起警報或致動與傳感器24通信的切斷裝置。傳感器24可按照需要設(shè)置在導(dǎo)管16上方或下方。熟練的技工應(yīng)意識到的是，氣態(tài)燃料相對于空氣的密度可指示傳感器24設(shè)置在導(dǎo)管16上方還是下方。在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可采用圍繞導(dǎo)管16的多個傳感器24。如圖5所示，加燃料噴嘴12還可具有與傳感器24流體連通的探測管線28。探測管線28構(gòu)造成將氣態(tài)燃料4在接口 20處泄漏的部分輸送至傳感器24。在某些實施例中，可使探測管線28處于真空下，以便抽取氣態(tài)燃料4在接口 20處泄漏的部分。探測管線28允許傳感器24設(shè)置在除分送端18的表面處以外的位置。例如，傳感器24可鑲?cè)朐谥黧w14中，探測管線設(shè)置在傳感器24與主體14的分送端18之間。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)意識到的是，傳感器24可按照需要安置在加燃料噴嘴12的主體14內(nèi)任何其他合適位置。在說明性的實施例中，傳感器24為氫傳感器，并且系統(tǒng)2的分送器8選擇性地分送作為氣態(tài)燃料4的氣態(tài)氫。熟練的技工可為檢測氫泄漏選擇合適類型的傳感器24。作為非限制性示例，用于檢測氫泄漏的傳感器24可包括微制作點接觸氫傳感器、光纖氫傳感器、MEMS氫傳感器、薄鈀膜傳感器、厚鈀膜傳感器和基于肖特基二極管的氫氣傳感器中的一種。按照需要還可采用其他類型的氫傳感器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)理解的是， 用于檢測其他類型的氣態(tài)燃料4的泄漏的本發(fā)明的系統(tǒng)2和方法的使用同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明還包括用于在車輛6的加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料4的泄漏的方法。方法首先包括提供用于分送氣態(tài)燃料4的系統(tǒng)2和具有構(gòu)造成從系統(tǒng)2接收氣態(tài)燃料的燃料入口 22的車輛6的步驟。加燃料噴嘴12插入車輛6的燃料入口 22。接口 20形成在加燃料噴嘴12的分送端18與車輛6的鄰近燃料入口 22的部分之間。然后例如由操作分送器8的顧客使氣態(tài)燃料4從分送器8流向加燃料噴嘴12，以便將氣態(tài)燃料4分送至車輛6。如上所述，傳感器24構(gòu)造成在加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料4在接口 20處的泄漏。重新參考圖1，系統(tǒng)2還可包括與傳感器24通信的控制器30。在一個示例中，控制器30構(gòu)造成關(guān)斷氣態(tài)燃料4從分送器8到加燃料噴嘴12的供應(yīng)。在另一示例中，控制器30向站、顧客和維護(hù)人員中的一個提供指示在接口 20處存在氣態(tài)燃料4的泄漏的警報。傳感器24可至少是例如通過通信線路32導(dǎo)線連接至控制器和設(shè)置成與控制器30無線通信中的一個。在操作中，傳感器24可用于連續(xù)地檢測控制器30并與控制器30通信，使得控制器30可相對于加燃料操作期間在接口 20處出現(xiàn)的氣態(tài)燃料4的泄漏采取合適的行動。因此有利地提供用于在車輛6的氣態(tài)加燃料期間的連續(xù)泄漏檢測的系統(tǒng)2和方法。盡管為了例證本發(fā)明示出某些代表性的實施例和細(xì)節(jié)，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的在所附權(quán)利要求中進(jìn)一步描述的范圍的情況下可作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于向車輛分送氣態(tài)燃料的加燃料噴嘴，包括 具有導(dǎo)管的主體，所述導(dǎo)管形成在所述主體中并構(gòu)造成允許所述氣態(tài)燃料從其中流過，所述導(dǎo)管終止于所述主體的分送端，所述主體的所述分送端形成在加燃料操作期間與所述車輛的燃料入口的接口 ；以及 設(shè)置在所述主體的所述分送端處的傳感器，所述傳感器構(gòu)造成檢測在所述加燃料操作期間所述氣態(tài)燃料的泄漏。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器在所述主體的所述分送端處暴露。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器包括用于將所述氣態(tài)燃料的在所述接口處泄漏的部分輸送至所述傳感器的探測管線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器鑲?cè)朐谒鲋黧w中，所述探測管線設(shè)置在所述傳感器與所述主體的所述分送端之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器是氫傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器與控制器信號通信，所述控制器構(gòu)造成當(dāng)在所述接口處存在所述氣態(tài)燃料的泄漏時提供警報和關(guān)斷所述氣態(tài)燃料到所述加燃料噴嘴的供應(yīng)中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加燃料噴嘴，其中所述傳感器是與所述控制器有線通信和與所述控制器無線通信中的一個。
8.一種用于檢測在車輛的加燃料操作期間氣態(tài)燃料的泄漏的系統(tǒng)，包括 分送器，其用于選擇性地分送所述氣態(tài)燃料； 柔性的燃料管線，其與所述分送器流體連通；以及 加燃料噴嘴，其與所述柔性的燃料管線流體連通以便分送所述氣態(tài)燃料，所述加燃料噴嘴包括具有導(dǎo)管的主體，所述導(dǎo)管形成在所述主體中并構(gòu)造成允許所述氣態(tài)燃料從其中流過，所述導(dǎo)管終止于所述主體的分送端，所述主體的所述分送端形成在加燃料操作期間與所述車輛的燃料入口的接口；以及設(shè)置在所述主體的所述分送端處的傳感器，所述傳感器構(gòu)造成檢測在所述加燃料操作期間所述氣態(tài)燃料的泄漏。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器在所述主體的所述分送端處暴露。
10.一種用于檢測在車輛的加燃料操作期間氣態(tài)燃料的泄漏的方法，包括步驟 提供一種系統(tǒng)，其包括用于選擇性地分送所述氣態(tài)燃料的分送器；與所述分送器流體連通的柔性的燃料管線；以及加燃料噴嘴，所述加燃料噴嘴與所述燃料管線連通并包括主體和傳感器，所述主體具有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管形成在所述主體中并構(gòu)造成允許所述氣態(tài)燃料從其中流過，所述導(dǎo)管終止于所述主體的分送端，所述傳感器鄰近所述導(dǎo)管設(shè)置在所述主體的所述分送端； 將所述加燃料噴嘴插入所述車輛的燃料入口 ；以及 使所述氣態(tài)燃料從所述分送器流向所述加燃料噴嘴，以便將所述氣態(tài)燃料分送至所述車輛，其中所述傳感器構(gòu)造成檢測在所述加燃料操作期間所述氣態(tài)燃料的泄漏。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有用于氣體檢測的集成裝置的用于氣態(tài)燃料的加燃料噴嘴，具體地，一種用于將氣態(tài)燃料分送至車輛的加燃料噴嘴包括主體，該主體具有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管形成在主體中并構(gòu)造成允許氣態(tài)燃料從其中流過。導(dǎo)管終止于主體的分送端。主體的分送端在加燃料操作期間與車輛的燃料入口形成接口。加燃料噴嘴還包括鄰近導(dǎo)管設(shè)置在主體的分送端處的傳感器。傳感器構(gòu)造成在加燃料操作期間檢測氣態(tài)燃料的泄漏。
文檔編號H01M8/04GK102629693SQ20121002231
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者J.舒爾策 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司