专利名称：燃料电池水处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池供电装置的领域，更具体地涉及自动从燃料电池供电车辆的车载容纳槽排出燃料电池产生的水。
背景技术：
燃料电池是公知的并通常用来借助电化学反应而产生电能。燃料电池通过使例如氢、甲醇、烃或例如天然气的燃料以及典型为空气的氧化剂与两个合适的电极以及一种电解液接触而发电。当氢用作燃料且空气用作氧化剂时，由于这种反应的副产物是热和水，因此将燃料电池用于发电可提供潜在的环境利益。当利用其它燃料和氧化剂时，副产物也因此不同。 相比更传统的发电设备，例如矿物燃料或核放射性能，燃料电池具有污染较少、产生的噪音较低、能量密度增加和能量转换效率较高的优势。燃料电池发电量与燃料和氧化剂的消耗率成正比。燃料电池可用于需要电力的多种装置，作为非限定例，其包括便携式电子产品、家用或工厂用发电系统、大型发电系统、军用设备、航天工业以及诸如汽车、卡车和公车之类的车辆电力系统。用燃料电池供电的车辆所必须解决的一个普遍问题是去除燃料电池内由化学反应产生的水。在操作中，燃料电池产生大量的水。需要某些方式将这种水从车辆中去除，并且这种去除就车辆操作人员而言需要额外量的努力和额外的工作步骤。传统地，水或水蒸气之前只是简单地排放至燃料电池系统外的周围环境或允许排放或滴至地面上。这些处理方法根据燃料电池系统的实际应用可能是不合需要的。水也可以存储在容纳槽中以供将来手动处理。在前述例子中，水存储在容纳槽中以供将来某时手动排放是优选的，然而水的手动排放为燃料电池供电车辆的操作增添了额外的操作复杂性。配备有其它动力源的车辆除燃料操作外不需要同等的排水操作。额外的排水步骤费时并且增加了保持燃料电池供电车辆运作所需的活动量。没有将水去除也可能导致燃料电池的功能性困难或燃料电池供电车辆使用的最终削减，直到水被手动排出为止。因此要求纳入自动化系统和方法来去除水并省去将水从车辆排出的一个或多个独立步骤的需要。在燃料电池供电的车辆补给燃料的同时，水可以自动从容纳槽抽出或排
出ο
发明内容
本发明通过省去将水从车载水容纳槽手动排水所需的一个或多个独立步骤来克服之前燃料电池供电车辆的缺陷。本发明提供操作燃料电池供电车辆的系统和方法，其中来自水容纳槽的蓄水排放可在燃料补给过程之前、之中或之后自动完成。在车辆操作者方面不需要特殊的附加动作。
自动排放操作可以自定时，即提供与车辆燃料补给的时间量和/或燃料补给期间提供给车辆的燃料量相当的容水量和排放时间。正确地设定刻度，将至少与所补充的燃料在随后要产生的水相当的足够量的水从车辆容纳槽中排出。在一个实施例中，提供一种使用燃料站(fuel station)(或者燃料电池系统)之内的泵的汽车排水系统和方法，其中用来再填满车辆上的燃料槽的喷嘴也例如通过泵提供吸力以将所蓄积的水从车辆容纳槽抽出并送至外部容纳槽或合适的排水沟。在另一实施例中，提供一种汽车排水系统和方法，以当感测系统检测到燃料供给正在进行或自动装卸车连接于燃料喷嘴时开启水容纳槽上的排水阀。此时排水阀的作用使水排入作为燃料站地面区域的一部分的合适集水槽或排水沟。在又一实施例中，从燃料电池供电车辆去除水的方法包括将来自燃料电池的水收集到容纳槽中，该燃料电池和容纳槽设置在自动装卸车上；将燃料喷嘴联接于设置在自动装卸车上的燃料接头，该燃料接头流体连通于容纳槽和燃料槽；并在将燃料喷嘴联接于燃料接头后，自动将水从容纳槽排出。又一实施例提供包括燃料电池供电车辆的系统和方法。燃料电池设置在车辆上并适用于产生可用的电能和水。燃料槽和容纳槽也设置在车辆上。燃料槽包括燃料电池用的燃料供给源，容纳槽则容纳水。容纳槽排水阀流体连通于容纳槽。燃料接头设置在车辆上并适用于密封地联接于相配的燃料喷嘴。车辆还包括位于燃料接头上或其附近的感测系统，该感测系统适用于感测燃料喷嘴联接于燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一个，并当感测到燃料喷嘴联接于燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一个时打开容纳槽排水阀以使水排出。在一些实施例中，感测系统适用于当未感测到燃料喷嘴耦合于燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一个时关闭容纳槽排水阀。可将排水阀的尺寸和结构设置成使其在燃料补充期间排出一定量的水，该一定量的水大于或等于当燃料电池消耗在燃料补充期间提供给车辆的燃料时燃料电池所产生的水量。在一些实施例中，燃料槽的尺寸和结构被设置成使其接受最大燃料供给量，该最大燃料供给量能产生刚好少于或等于容纳槽最大容量的水量。在一些实施例中，双端口接头被设置在车辆上并适用于密封地联接于相配的双端口燃料喷嘴。燃料管流体连通于燃料槽和双端口接头，而水管流体连通于容纳槽和双端口接头。可包括泵送系统以将水从容纳槽输送通过水管和双端口接头并通过双端口燃料喷嘴。燃料管和水管在双端口接头处处于并置和同轴中的至少一种关系。在一些实施例中，双端口接头包括燃料端口和出水端口。该双端口接头适用于同时接受来自燃料喷嘴的燃料以填满燃料槽并将水从容纳槽排出。在一些实施例中，双端口燃料喷嘴流体连通于燃料站，燃料站包括燃料存储槽以及燃料站储水槽和排水沟中的至少一者。燃料站可包括泵送系统，该泵送系统适用于将水从容纳槽通过水管和双端口接头并通过双端口燃料喷嘴而输送至燃料站储水槽和排水沟中的至少一者。在又一实施例中，将水从燃料电池供电车辆去除的方法包括将来自燃料电池的水收集到容纳槽中，该燃料电池和容纳槽设置在车辆上；将燃料喷嘴联接于设置在车辆上的燃料接头，该燃料接头流体连通于容纳槽和燃料槽；感测燃料喷嘴耦合于燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一个；以及，在将水从容纳槽排出的同时用燃料填充燃料槽。在一些实施例中，燃料喷嘴包括双端口燃料喷嘴，而燃料接头包括相配的双端口燃料接头。该方法进一步包括将双端口燃料喷嘴联接于双端口燃料接头，并通过双端口燃料接头和双端口燃料喷嘴而将水从容纳槽排出。在一些实施例中，双端口燃料喷嘴流体连通于燃料站，而燃料站包括燃料存储槽以及储水槽和地漏中的至少一者。该方法还包括通过双端口燃料接头和双端口燃料喷嘴而将水从容纳槽排至储水槽和地漏中的至少一者，并同时通过从燃料存储槽经双端口燃料喷嘴和双端口燃料接头将燃料送入车辆上的燃料槽而再对车辆补充燃料。在一些实施例中，该方法还可包括在将燃料喷嘴联接至燃料接头后，将水从容纳槽通过排水阀排出。从容纳槽通过排水阀排出的水可进入地漏。在一些实施例中，车辆包括自动装卸车，该自动装卸车包括牵引单元和相对于牵引单元安装的垂直可移动平台。该平台可在高位和低位之间垂直移动。在一些实施例中，车辆包括自动装卸车，该自动装卸车包括牵引单元和相对于牵引单元安装的支柱。该支柱包括固定底部和可垂直伸展的支柱部。可垂直移动的平台附连于可伸展的支柱部，该平台随着可伸展支柱部在高位和低位之间垂直移动。前面和其它目的和优势将在后面的详细说明中体现出来。在说明书中，参照示出本发明较佳实施例的附图。
图1是利用燃料电池系统的车辆的立体图；图2是适用于自动排出燃料电池所产生的水的燃料电池系统的一个实施例的示意图；图3是适用于图2所示燃料电池系统的双端口接头的平面图；图4是适用于图2所示燃料电池系统的替代性双端口接头的平面图；图5是密封联接于图3的双端口接头并经由燃料供给软管联接于燃料站的燃料喷嘴的局部截面侧视图；图6是配置成自动排出由燃料电池产生的水的燃料电池系统的替代性实施例的示意图；以及图7是配置成自动排出由燃料电池产生的水的燃料电池系统的另一替代性实施例的示意图。尽管本发明可以有多种改型和替代形式，然而已通过示例在附图中对其特定实施例予以示出并在本文中详细说明。然而要理解，特定实施例在本文中的说明并非旨在将本发明限定在所公开的特定形式，相反，本发明涵盖落在所附权利要求书定义的本发明精神和范围内的所有改型、等效物和替代。
具体实施例方式下面将参照后面的实施例对本发明进行更详细的说明。要注意下面对较佳实施例的说明在这里只是为了阐述和说明。它并不是排他的或将本发明限定在所公开的确切形式。现在参照附图，更具体地参见图1，图中示出包含燃料电池系统12的代表性车辆的一般配置，例如自动装卸车10。为简单起见，详细说明将描述与包含燃料电池系统12的自动装卸车10相关的实施例。要理解本发明的细节也可有益于或适用于多种设备和车辆。 尽管自动装卸车10以举例的方式图示为直立式、前后姿态操作者结构的自动装卸车，然而对本领域内技术人员很明显的是，本发明的特征不局限于这种类型的车辆，也可设置在各种其它类型的车辆中，包括但不局限于其它原料运送和装卸车辆结构。如所见那样，自动装卸车10的一个实施例包括牵引单元14，该牵引单元14包括具有供操作者进出的开口 18的操作室16。操作室16包括在操作室16前方附近安装在牵引器14上的控制杆20。方向盘观也设置并安装在其控制的转轮30上方。自动装卸车10 包括靠近支柱22的两个负重轮32。支柱22相对于牵引单元14安装。支柱22包括固定底部23和可垂直伸展的支柱部25，平台27附连于可伸展支柱部25。可伸展支柱部25抬高和降低平台27。平台27图示为包括叉杆M并承载重物26。参见图1和图2，自动装卸车10图示为包括燃料电池系统12。燃料电池系统12 包括多个部件，包括与燃料槽44和水容纳槽46流体连通的燃料电池42。燃料接头48图示为在牵引单元14的侧部50上。燃料接头48为燃料喷嘴提供途径从而以对汽油供能车辆相同的方式为燃料电池12补充燃料。在某些实施例中，燃料接头48也提供从容纳槽46排水的途径。可选择地，容纳槽46还包括用于排水的排水阀56。来自燃料槽44的燃料经过燃料管40且可供燃料电池42使用。如前所述，随着燃料电池42消耗燃料和氧化剂，产出物包括电能和水52。因此，随着燃料从燃料槽44消耗掉，来自燃料电池42的水蓄积在水容纳槽46中。水52从燃料电池42因重力而通过容纳槽管54 (或直接)流入容纳槽46。要理解，水52在燃料电池42工作期间也可泵送或以其它方式输送至容纳槽。可相应地设计水容纳槽46和燃料槽44中一者或两者的尺寸，由此随着燃料从燃料槽消耗掉，水容纳槽46中具有足够的空间以容纳所产生的水。在尺寸理想的系统中，随着最后一点燃料消耗完，水容纳槽46装满或接近装满。现在参见图3和图4，其中示出燃料接头48的替代性配置。如图3所示，双端口接头60包括将燃料通过燃料管64提供至燃料槽44的第一端口 62以及并置的第二端口 66，第二端口 66通过水管68将水从容纳槽46去除。如业内所示，可包括一个或多个密封件70、72、74以为燃料喷嘴80提供密封的接头，这将在下文中描述。图4示出替代的双端口接头60’，其中第一端口 62和第二端口 66例如配置成一个在另一个之内，即如图所示大致同轴的。现在参见图5，燃料喷嘴80用来向燃料电池12补充燃料。燃料喷嘴80图示为通过软管联接于燃料供给泵或燃料站86，并密封地联接于双端口接头60。燃料喷嘴80包括相配的通道82，用于提供燃料从燃料站86的燃料存储槽84至双端口接头60上的第一端口 62的流体流动路径。当使用该双端口接头时，燃料喷嘴80也可如图所示地配备有相配的通道88，用于提供将水52从水容纳槽46排出的流体流动路径。水通过水管68和第二端口 66并通过通道88从容纳槽46排至燃料站86的储水槽90。储水槽90理想地具有比自动装卸车10上的容纳槽46更大的容量。
当燃料喷嘴80如图所示适当地连接于双端口接头60时，燃料供给过程开始，并在燃料供给过程的同时、之前或之后，水泵送系统92通过水管68和燃料喷嘴80从水容纳槽46将蓄积的水抽取至储水槽90，例如通过吸取。要理解，泵送系统92可如图所示地包括燃料站86的部件，或者，泵送系统92可包含在自动装卸车10上的燃料电池系统12中。 泵送系统可包括可用于泵送流体的任意已知的泵结构(例如作为非限定例的活塞泵、吹风机、涡轮机、风扇、线性泵、旋叶泵、离心泵、往复泵、隔膜泵或其组合)，并可手动操作或自动操作(例如AC或DC供电的)。如此，每当燃料电池系统12补充燃料时，水自动地从自动装卸车10的车载容纳槽 46转移至燃料站86处的储水槽90。替代地，水可从容纳槽46转移至适当的排水沟108。 水容纳槽46的容量可设计成燃料消耗量的正函数，因此直接关联于燃料槽44存储容量的尺寸。因此，燃料供给操作时间可一直适应该泵送系统92排出积蓄水52所需的时间量，不管是部分还是完全补充燃料。参见图6，图中示出燃料电池系统112的替代性实施例。在附图中，相同部件用图 1-2中的相同附图标记来表示。为简单和简明起见，不再重复对这些部件的说明。在该实施例中，感测系统100适于感测何时燃料喷嘴80联接于燃料接头102和/ 或何时燃料供给正在进行。多种感测装置对本领域内技术人员来说是明显的，例如作为非限定例的开关、流体流量传感器、机械连接、液压连接和/或气压连接。在该实施例中，燃料接头102可包括用于燃料转移的单燃料端口 104。当感测出其中任一种情况时(即当燃料喷嘴80连接于燃料接头102和/或当燃料供给正在进行时)，感测系统100使水容纳槽46 上的排水阀106(例如开/闭电磁阀)开启并允许水52排出。在一个实施例中，感测系统 100可位于燃料接头102上或在其附近以检测燃料喷嘴80何时连接于燃料接头102。在另一实施例中，或与前一实施例组合地，感测系统100可定位成检测燃料通过燃料接头和/或通过燃料管64的燃料流动，和/或检测输入燃料的压力。燃料站86现场可配备一个或多个合适的地漏108以蓄水，和/或允许水52排至例如建筑物的排水系统110。当燃料供给完成或停止时和/或从燃料接头102取下燃料喷嘴80时，感测系统100将感测出任一状况并使水容纳槽上的排水阀106关闭。与上述包括泵送系统92的燃料电池系统12相似，该燃料电池系统112也提供自动排水过程，并类似于泵送结构，可以是自定时的，提供与供给车辆的燃料量成正比的排水时间。图7示出另一替代实施例的燃料电池系统212，该系统212具有利用如上所述的泵送系统92和感测系统100中的一者或两者的能力。当自动装卸车10补充燃料和/或联接于燃料喷嘴80时，泵送系统92可从容纳槽46抽水，或者感测系统100可通过排水阀106 排空容纳槽46。将泵送系统92和感测系统100合并作为燃料电池系统212的一部分给予自动装卸车10的使用者对自动装卸车补充燃料并在具有或不具有双端口燃料喷嘴80和仅有排水沟108可用的燃料站排水的额外灵活性。已相当详细地描述了较佳实施例。然而对所述较佳实施例的许多修正和变化是本领域内技术人员所熟知的。因此，本发明不应当局限于所述实施例。
权利要求
1.一种燃料电池供电的车辆，包括燃料电池，所述燃料电池设置在所述车辆上并适于产生可用电能和水； 燃料槽，所述燃料槽设置在所述车辆上以容纳所述燃料电池的燃料供给源； 容纳槽，所述容纳槽设置在所述车辆上以容纳水； 容纳槽排水阀，所述容纳槽排水阀与所述容纳槽流体连通； 燃料接头，所述燃料接头设置在所述车辆上并适于密封地联接于相配的燃料喷嘴； 感测系统，所述感测系统适用于感测所述燃料喷嘴联接于所述燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一者，并当感测出所述燃料喷嘴联接于所述燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一者时打开所述容纳水槽排水阀以允许将水排出。
2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述感测系统在所述燃料接头上或在所述燃料接头附近。
3.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述感测系统进一步适用于当未感测出所述燃料喷嘴联接于所述燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一者时关闭所述容纳槽排水阀。
4.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述燃料槽的尺寸和结构设计成接受最大燃料供给，所述最大燃料供给能产生刚好少于或等于所述容纳槽最大容量的水量。
5.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述排水阀的尺寸和结构设计成使其在燃料补充期间排出一定量的水，该一定量的水大于或等于当燃料电池消耗在燃料补充期间提供给车辆的燃料时燃料电池所产生的水量。
6.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括自动装卸车，所述自动装卸车包括牵引单元和相对于所述牵引单元安装的可垂直移动平台，所述平台可在高位和低位之间垂直移动。
7.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括自动装卸车，所述自动装卸车包括牵引单元；相对于所述牵引单元安装的支柱，所述支柱包括固定的底部和可垂直伸展的支柱部；以及附连于所述可伸展支柱部的可垂直移动平台，所述平台能随着可伸展支柱部在高位和低位之间垂直移动。
8.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，还包括双端口接头，所述双端口接头设置在车辆上并适用于密封地联接于相配的双端口燃料喷嘴；与所述燃料槽和所述双端口接头流体连通的燃料供给管；以及与所述容纳槽和所述双端口接头流体连通的水管。
9.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，还包括泵送系统，所述泵送系统适用于从所述容纳槽通过所述水管并通过所述双端口接头和所述双端口燃料喷嘴转移水。
10.如权利要求8所述的车辆，其特征在于， 所述双端口接头包括燃料端口和出水端口。
11.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述燃料供给管和所述水管在所述双端口接头处处于并置和同轴关系中的至少一者。
12.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述双端口接头适用于同时容纳来自燃料喷嘴的燃料以填充燃料槽以及将水从所述容纳槽排出。
13.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述双端口燃料喷嘴流体流动连通于燃料站，所述燃料站包括燃料存储槽以及燃料站储水槽和排水沟中的至少一者。
14.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述燃料站还包括泵送系统，所述泵送系统适用于将水从所述容纳槽通过所述水管并通过所述双端口接头和所述双端口燃料喷嘴输送至燃料站储水槽和排水沟中的至少一者。
15.一种从燃料电池供电车辆去除水的方法，所述方法包括将来自燃料电池的水收集到容纳槽中，所述燃料电池和容纳槽设置在车辆上； 将燃料喷嘴联接于设置在车辆上的燃料接头，所述燃料接头流体连通于所述容纳槽和燃料槽；感测所述燃料喷嘴联接于所述燃料接头和燃料供给正在进行这两者中的至少一者；以及用燃料填充所述燃料槽，同时将水从所述容纳槽中排出。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述燃料喷嘴包括双端口燃料喷嘴，而所述燃料接头包括相配的双端口燃料接头。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述车辆包括自动装卸车，所述自动装卸车包括牵引单元和相对于所述牵引单元安装的可垂直移动平台，所述平台可在高位和低位之间垂直移动。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述车辆包括自动装卸车，所述自动装卸车包括牵引单元；相对于所述牵引单元安装的支柱，所述支柱包括固定的底部和可垂直伸展的支柱部；以及附连于所述可伸展支柱部的可垂直移动平台，所述平台能随着可伸展支柱部在高位和低位之间垂直移动。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将所述双端口燃料喷嘴联接于所述双端口燃料接头；以及将水从所述容纳槽通过所述双端口燃料接头和所述双端口燃料喷嘴排出。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述双端口燃料喷嘴流体连通于燃料站，所述燃料站包括燃料存储槽以及储水槽和地漏中的至少一者。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括将水从所述容纳槽通过双端口燃料接头和所述双端口燃料喷嘴排放至所述储水槽和所述地漏中的至少一者；以及同时，通过将燃料从所述燃料存储槽通过所述双端口燃料喷嘴和所述双端口燃料接头输送入车辆上的燃料槽而对车辆补充燃料。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在将所述燃料喷嘴联接于所述燃料接头后，将水从所述容纳槽通过排水阀排出ο
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于， 将水从所述容纳槽通过所述排水阀排出而将水排入地漏。
全文摘要
自动化系统和方法将水从燃料电池供电车辆去除并省去将水排出所需要的一个或多个独立步骤。水可从车辆容纳槽泻出或排出，同时，对燃料电池供电车辆补充燃料。
文档编号B60R16/033GK102222794SQ20101029064
公开日2011年10月19日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年4月16日
发明者A·博尔迪尼, R·戴 申请人:雷蒙德股份有限公司