DE102007028804A1 - Liquid level measuring system for measuring level of liquid of direct methanol fuel Cells systems, has container of prismatic form, which has inlet and outlet - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsstandsmesssystem, insbesondere auf Flüssigkeitsstandsmesssystem für Direkt-Methanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC).The Invention relates to liquid level measuring system, in particular to liquid level measuring system for Direct methanol fuel cell systems (DMFC).
Technischer Hintergrund der Erfindung und Stand der TechnikTechnical background of Invention and prior art
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umwandelt. Eine Brennstoffzelle besteht in der Regel aus zwei Elektroden, die durch eine Membran oder einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Die Anode wird mit dem Brennstoff, zum Beispiel Wasserstoff, Methan oder Methanol, umspült und der Brennstoff wird dort oxidiert. Die Kathode wird mit dem Oxidationsmittel umspült, zum Beispiel Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Kaliumthiocyanat, das an der Elektrode reduziert wird. Die zur Realisation der einzelnen Komponenten verwendeten Materialien sind je nach Brennstoffzellentyp unterschiedlich zu wählen.A Fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical reaction energy a continuously supplied fuel and a Oxidizing agent converts into electrical energy. A fuel cell usually consists of two electrodes passing through a membrane or an electrolyte are separated from each other. The anode will with the fuel, for example hydrogen, methane or methanol, lapped and the fuel is oxidized there. The cathode is lapped with the oxidizing agent, for example oxygen, Hydrogen peroxide or potassium thiocyanate, which reduces at the electrode becomes. The ones used to realize the individual components Materials vary depending on the fuel cell type choose.
Kompakte Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) sind momentan im Fokus der Entwicklung in vielen Elektronikunternehmen. Es wird erwartet, dass sie die Leistungsversorgung von mobilen Elektronikvorrichtungen ersetzen oder verändern, da sie längere Bedienzeiten und ein schnelleres Aufladen ermöglichen. Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC; direct methanol fuell cell) sind Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen, die schon bei Temperaturen im Bereich von ca. 60–120°C arbeiten. Als Elektrolyt verwendet dieser Zellentyp eine Polymermembran. Methanol (CH3OH) wird ohne vorherige Reformierung zusammen mit Wasser direkt der Anode zugeführt und dort oxidiert. An der Anode entsteht als Abgas Kohlendioxid (CO2). Der der Kathode als Oxidationsmittel zugeführte Luftsauerstoff reagiert mit H+-Ionen und Elektroden zu Wasser. Der Vorteil der DMFC liegt in der Verwendung eines flüssigen, sehr leicht speicherbaren und überaus billigen Energieträgers, der zum Beispiel in Kunststoffpatronen verbreitet werden kann. Zudem existiert eine weit verzweigte Infrastruktur für Methanol bereits in vielen Bereichen, zum Beispiel durch die Verwendung als Frostschutzzusatz im Scheibenwischerwasser für Kraftfahrzeuge. Dieser Brennstoffzellentyp kann – je nach Auslegung – Leistungen im Bereich von einigen mW bis einigen 100 KW erbringen. DMFCs eignen sich insbesondere für den portablen Einsatz in elektronischen Geräten als Ersatz und Ergänzung zu herkömmlichen Akkumulatoren. Typische Einsatzgebiete liegen in der Telekommunikation und der Energieversorgung von Notebooks.compact Direct methanol fuel cell systems (DMFC) are currently in focus the development in many electronics companies. It is expected, that they power the power of mobile electronic devices replace or change because they have longer service times and allow faster charging. Direct methanol fuel cells (DMFC) are low-temperature fuel cells, even at temperatures in the range of approx. 60-120 ° C work. As the electrolyte, this cell type uses a polymer membrane. Methanol (CH3OH) is combined with water without prior reforming supplied directly to the anode and oxidized there. At the anode arises as exhaust gas carbon dioxide (CO2). The cathode as the oxidant supplied oxygen reacts with H + ions and electrodes to water. The advantage of the DMFC is the use of a liquid, very easily storable and extremely cheap energy source, which can be disseminated for example in plastic cartridges. moreover There is a widely branched infrastructure for methanol already in many areas, for example by the use as antifreeze additive in windscreen wiper water for motor vehicles. This fuel cell type can - depending on the design - services in the field from a few mW to a few 100 KW. DMFCs are particularly suitable for portable use in electronic devices as a replacement and supplement to conventional accumulators. Typical applications are in telecommunications and the Power supply of notebooks.
Die Oxidation des Methanols am Katalysator der Anode erfolgt stufenweise, wobei mehrere Reaktionswege mit unterschiedlichen Zwischenprodukten in der Diskussion stehen. Um die Effizienz der Brennstoffzelle hochzuhalten, ist es erforderlich, die Reaktionsprodukte rasch aus der Umgebung der Elektrode zu entfernen. Aufgrund der herrschenden Temperaturen und des zugrunde liegenden Chemismus entsteht ein Flüssig/Gas-Gemisch aus CO2, Wasser, Wasserdampf und nicht umgesetztem Methanol. Aus diesem Flüssig/Gas-Gemisch muss das CO2 abgetrennt werden, um nach Einjustierung der Methanolkonzentration die flüssige Brennstoffmischung erneut der Anode zuzuführen. Die Abtrennung der Gase geschieht mit Hilfe eines CO2-Separators.The Oxidation of the methanol at the catalyst of the anode takes place stepwise, having multiple reaction pathways with different intermediates in the discussion stand. To uphold the efficiency of the fuel cell, It is necessary to rapidly remove the reaction products from the environment remove the electrode. Due to the prevailing temperatures and the underlying chemistry creates a liquid / gas mixture from CO2, water, water vapor and unreacted methanol. For this Liquid / gas mixture, the CO2 must be separated to after adjustment of the methanol concentration, the liquid Re-fuel mixture to the anode. The separation The gases are produced with the help of a CO2 separator.
An der Kathode bildet sich aus nicht verbrauchter Luft, Wasser und Wasserdampf ebenfalls ein Flüssig/Gas-Gemisch. Um eine lange Autarkie des Systems zu erreichen, muss ein möglichst großer Teil des Wassers von der Luft abgetrennt und in den Anodenkreislauf zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist ein Wärmetauscher hinter dem Kathodenausgang der Brennstoffzelle angeordnet, um das Gemisch zu kühlen und so eine Kondensation des Wasserdampfes zu erreichen.At the cathode is formed from unused air, water and water Water vapor also a liquid / gas mixture. To one To achieve long autarky of the system, one must as possible much of the water is separated from the air and into the Anodenkreislauf be returned. To this The purpose is a heat exchanger behind the cathode outlet the fuel cell arranged to cool the mixture and to achieve a condensation of the water vapor.
Dem Wärmetauscher nachgelagert ist ein Luftseparator angeordnet, der den Luftstrom vom flüssigen Wasser abtrennt, um das Wasser wieder in den Anodenkreislauf zurückzuführen. Die Separatoren dienen demnach vornämlich dem Wassermanagement und der Entfernung von CO2 aus dem Gleichgewicht. Herkömmliche Separatoren trennen das Phasengemisch aus flüssigen und gas- beziehungsweise dampfförmigen Komponenten, wobei die gas- beziehungsweise dampfförmigen Komponenten an die Umgebung abgegeben werden.the Downstream heat exchanger is arranged an air separator, which separates the air flow from the liquid water to the Return water back to the anode circuit. Accordingly, the separators are primarily used for water management and the removal of CO2 from the equilibrium. conventional Separators separate the phase mixture from liquid and gas or vapor components, whereby the gas or vaporous components to the environment be delivered.
Die Separatoren oder Abscheider dienen demnach vornämlich dem Wassermanagement und der Entfernung von CO2 aus dem Gleichgewicht. Sie werden zumeist als separate Einrichtungen verwirklicht, die mit der eigentlichen Brennstoffzelle jeweils über eine für das Flüssig/Gas-Gemisch gängige Zuleitung verbunden ist. Dieser räumliche Abstand bedingt auch einen Temperaturgradienten und aus dem sich langsam abkühlenden Flüssig/Gas-Gemisch kondensiert Wasser aus. Herkömmliche Separatoren trennen das Phasengemisch aus flüssigen und gas- beziehungsweise dampfförmigen Komponenten, wobei die gas- beziehungsweise dampfförmigen Komponenten an die Umgebung abgegeben werden. Auch die vorliegende Erfindung setzt hier an.The Separators or separators therefore serve the purpose Water management and the removal of CO2 from the equilibrium. They are mostly realized as separate institutions, the with the actual fuel cell each over one for the liquid / gas mixture common supply connected is. This spatial distance also requires a Temperature gradient and from the slowly cooling Liquid / gas mixture condenses water out. conventional Separators separate the phase mixture from liquid and gas or vapor components, wherein the Gas or vaporous components to the environment be delivered. The present invention also starts here.
Bekannt ist, einen Separator zur Trennung des Flüssig/Gas-Gemisches mit einer porösen Membran auszustatten. Die poröse Membran ist mit ihrer Innenseite dem Flüssig/Gas-Gemisch zugewandt und ihre Außenseite steht mit der Umgebung in Kontakt. Weiterhin sind derartige Membranen in der Regel mit hydrophoben Materialien beschichtet oder bestehen aus diesen. Von der Innenseite der Membran erstrecken sich Diffusionskanäle zur Außenseite, die so dimensioniert sind, dass an der Innenseite befindliches (flüssiges) Wasser nicht eindringen, jedoch Gas nach Außen diffundieren kann.It is known to provide a separator for separating the liquid / gas mixture with a porous membrane. The porous membrane faces the liquid / gas mixture with its inside and its outside is in contact with the environment. Furthermore, such membranes in the Re gel coated with hydrophobic materials or consist of these. From the inside of the membrane diffusion channels extend to the outside, which are dimensioned so that located on the inside (liquid) water does not penetrate, but gas can diffuse to the outside.
Bei den Separatoren oder Abscheidern des Standes der Technik wird das Flüssig/Gas-Gemisch in einen Hohlraum verbracht, der an die gaspermeable Membran grenzt. Ein Volumen des Hohlraums und eine relative Lage der Membran richten sich nach der Orientierung des Separators im Betrieb und den zu erwartenden Volumina an Flüssig/Gas-Gemisch. Das Volumen des Hohlraums wird so vorgegeben, dass sich das Flüssig/Gas-Gemisch nach Eintritt in den Hohlraum in eine Gas- und Flüssigphase separieren kann und diese dann über das gesamte Volumen des Hohlraums voneinander getrennt vorliegen. Die Membran wird so angeordnet, dass sie an eine Oberseite des Hohlraums grenzt, die im geregelten Betrieb mit der Gasphase in Kontakt steht. An der Unterseite wird die Flüssigphase abgeführt. Eine hinreichende Funktionalität derartiger Separatoren ist jedoch nur dann gewahrt, wenn die Ausrichtung des Separators im Raum beachtet wird. Der Separator darf allenfalls um wenige Grade aus seiner aufrechten Position verschwenkt werden, damit die Gasphase weiterhin an der Membran anliegt. Gerade für den mobilen Einsatz von Brennstoffzellen ist dieser Umstand jedoch limitierend.at the separators or separators of the prior art is the Liquid / gas mixture spent in a cavity at the the gas-permeable membrane is adjacent. One volume of the cavity and one relative position of the membrane depend on the orientation of the Separators in operation and the expected volumes of liquid / gas mixture. The volume of the cavity is set so that the liquid / gas mixture after entering the cavity into a gas and liquid phase can separate and then over the entire volume of the cavity are separated from each other. The membrane will be like this arranged to abut an upper side of the cavity, the is in regular operation with the gas phase in contact. At the Bottom, the liquid phase is discharged. A sufficient functionality of such separators however, only if the orientation of the separator in the Space is noticed. The separator may at most by a few degrees be pivoted from its upright position, thus the gas phase continues to rest against the membrane. Especially for the mobile Use of fuel cells, however, this circumstance is limiting.
Vorrichtungen
des Standes der Technik, die die Funktionen einen CO2-Seperators,
eines Wasserseparators und eines Mischers kombinieren sind aus
In
Verschiedene
Prinzipien für Flüssigkeitsstandssensoren existieren,
basierend auf einer elektrischen Kapazitätsmessung wie
in
Die Messung des Füllstandes ist für die Funktion eines DMFC-Systems kritisch: es muss sichergestellt werden, dass allein Flüssigkeit zum Stapel geführt wird und daher muss eine vorgegebene Menge an Flüssigkeit während des Betriebes gespeichert werden.The Measurement of the level is for the function of a DMFC system critical: it must be ensured that alone Liquid is led to the stack and therefore must have a predetermined amount of liquid during of the operation.
Jedoch sind entsprechende Vorrichtungen und insbesondere Flüssigkeitsstandsmessungen nicht orientierungsunabhängig und dies kann ein Problem in tragbaren Geräten erzeugen, für die ein Betrieb in geneigter Position möglich sein sollte.however are appropriate devices and in particular liquid level measurements not independent of orientation and this can be a problem in portable Generate devices for which operation in inclined Position should be possible.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Grundaufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Flüssigkeitsstandsmesssystem für Brennstoffzellensysteme anzugeben, welches die Orientierungsunabhängigkeit des Systems erhöht.The Basic task of the invention is the disadvantages described above overcome in the prior art. In particular it is An object of the invention is a liquid level measuring system for fuel cell systems indicating the orientation independence of the system increases.
Ein Flüssigkeitsstandsmesssystem ist gemäß Anspruch 1 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, welche individuell oder in jeder Kombination implementiert werden können.One Liquid level measuring system is according to claim 1 indicated. Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims which individually or in any combination can be implemented.
Demzufolge wird ein Flüssigkeitsstandsmesssystem zur Messung eines Flüssigkeitsstandes eines DMFC-Brennstoffzellensystems angegeben, wobei das Flüssigkeitsstandsmesssystem einen Behälter von prismatischer Form aufweist, wobei der Behälter wenigstens einen Einlass und wenigstens einen Auslass aufweist, wobei das Flüssigkeitsstandsmesssystem ein Mittel zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes umfasst, welches wenigstens einen Messpunkt zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes aufweist, wobei der wenigstens eine Messpunkt auf einer Achse lokalisiert ist, die vom geometrischen Schwerpunkt einer Unterseite des Behälters bis zu dem geometrischen Schwerpunkt einer Oberseite des Behälters reicht.As a result, is a liquid level measuring system for measuring a Liquid level of a DMFC fuel cell system specified, wherein the liquid level measuring system a Container of prismatic shape, wherein the container has at least one inlet and at least one outlet, the liquid level measuring system being a means for determining the liquid level comprises, which at least one Having a measuring point for determining a liquid level, wherein the at least one measuring point is located on an axis is that of the geometric center of gravity of a bottom of the container to the geometric center of gravity of a top of the container enough.
Vorteilhafterweise kann durch die angegebene Anordnung des wenigstens einen Messpunktes das System unabhängig von der Orientierung arbeiten, da die Füllstandsdetektion oder -messung unabhängig von der Orientierung ist. Es wird sichergestellt, dass allein Flüssigkeit zum Flüssigkeitsauslass des Systems geführt wird.advantageously, can by the specified arrangement of the at least one measuring point the System work independently of the orientation, since the Level detection or measurement independent of the orientation is. It ensures that only liquid led to the liquid outlet of the system.
Bevorzugt sind wenigstens drei Messpunkte entlang der Achse lokalisiert, wobei ein erster Messpunkt in Bezug zum maximal möglichen Flüssigkeitsstand steht, ein zweiter Messpunkt in Bezug zum gewünschten Flüssigkeitsstand steht, und ein dritter Messpunkt in Bezug zum minimalen erlaubten Flüssigkeitsstand steht. Jedoch kann auch ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstandssensor entlang der Achse lokalisiert sein, der ein Kontinuum an Messpunkten entlang der Achse aufweist.Preferably, at least three measuring points are located along the axis, wherein a first measuring point is related to the maximum possible liquid level, a second measuring point is related to the desired liquid level, and a third Measuring point is related to the minimum allowed liquid level. However, a continuous liquid level sensor may also be located along the axis which has a continuum at measurement points along the axis.
Das Mittel zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes ist bevorzugt durch einen Sensor mit einer röhrenförmigen Struktur ausgebildet.The Means for determining the liquid level is preferred by a sensor with a tubular structure educated.
Der Behälter kann ein CO2-Abscheider eines Direktmethanol-Brennstoffzellensystems sein. Der wenigstens eine Einlass kann einen Wasser-/Lufteinlass und der wenigstens eine Auslass einen Gasauslass und einen Flüssigkeitsauslass umfassen. Der Behälter kann ferner ein Wasserabscheider eines Direktmethanol-Brennstoffzellensystems sein, wobei der Behälter eine Kombination eines CO2-Abscheiders und eines Wasserabscheiders eines Direktmethanol-Brennstoffzellensystems darstellt, wobei der Behälter einen ersten Einlass zum Empfang eines Einlassstromes von einem Wärmetauscher, und einen zweiten Einlass zum Empfang eines Einlassstromes von einem Brennstoffzellenstapel aufweist.The container may be a CO2 separator of a direct methanol fuel cell system. The at least one inlet may include a water / air inlet and the at least one outlet comprises a gas outlet and a liquid outlet. The container may further be a water separator of a direct methanol fuel cell system, the container comprising a combination of a CO 2 separator and a water separator of a direct methanol fuel cell system, the container having a first inlet for receiving an inlet stream from a heat exchanger, and a second inlet for Receiving an inlet stream from a fuel cell stack has.
Bevorzugt ist die Höhe des Behälters größer ist als die Breite. Dies bewirkt den Vorteil, dass der Neigungswinkel des Behälters, bei dem der Behälter noch arbeiten kann, vergrößert wird.Prefers the height of the container is larger as the width. This has the advantage that the angle of inclination the container in which the container is still working can, is increased.
Der Behälter kann ein Durchlassloch in der Oberseite des Behälters zur Einführung des Mittels zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in den Behälter aufweisen.Of the Container may have a passage hole in the top of the container for introducing the liquid level determining agent in the container.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Flüssigkeitsstandsmesssystem ferner eine Spannungsquelle und einen Messkreislauf zur Messung eines Stromes, wobei das Mittel zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes umfasst: einen ersten Draht verbunden mit der Spannungsquelle und so angeordnet, dass wenigstens ein Kontaktpunkt zum Inneren des Behälters auf der Oberfläche des Mittels zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes ausgebildet ist, wenigstens ein zweiter Draht verbunden mit dem Messschaltkreis und so angeordnet, dass ein Kontaktpunkt zum Inneren des Behälters auf der Oberfläche des Mittels zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes ausgebildet ist, an einer entsprechenden Stelle des wenigstens einen Kontaktpunktes des ersten Drahtes, so dass der wenigstens erste Kontaktpunkt des ersten Drahtes und der Kontaktpunkt des wenigstens einen zweiten Drahtes ein Paar von Messpunkten für den Flüssigkeitsstand innerhalb des Behälters ausbildet.In In a preferred embodiment, the fluid level measuring system comprises Furthermore, a voltage source and a measuring circuit for measurement a stream, wherein the means for determining a liquid level comprises: a first wire connected to the voltage source and arranged so that at least one point of contact with the interior of the Container on the surface of the means of determination a liquid level is formed, at least one second wire connected to the measuring circuit and arranged so that a contact point to the interior of the container on the surface the means for determining a liquid level formed is, at a corresponding point of the at least one contact point of the first wire so that the at least first contact point of the first wire and the contact point of the at least one second Wire a pair of liquid level measuring points forms within the container.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein erster Draht drei Kontaktpunkte zum Inneren des Behälters an drei unterschiedlichen Höhen des Mittels zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes ausbilden und drei zweite Drähte, jeder entsprechend einen Kontaktpunkt zum Inneren des Behälters an drei Höhen am Mittel zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes ausbilden, die den Höhen der drei Kontaktpunkte des ersten Drahtes entsprechen, so dass drei Paare von Messpunkten eines Flüssigkeitsstandes ausgebildet werden, die einem ersten Messpunkt, der einem maximalen Flüssigkeitsstand entspricht, und einen zweiten Messpunkt, der einem minimalen Flüssigkeitsstand entspricht, und einen dritten Messpunkt, der einem Flüssigkeitsstand entspricht, der für die Arbeit des Systems geeignet ist, umfassen.In In another embodiment, a first wire three contact points to the interior of the container at three different Heights of the means for determining a liquid level train and three second wires, each one corresponding to one Contact point to the inside of the container at three heights form at the means for determining a liquid level, the heights of the three contact points of the first wire correspond, so that formed three pairs of measuring points of a liquid level which are a first measuring point, the maximum fluid level corresponds, and a second measuring point, the minimum liquid level corresponds, and a third measuring point, which is a liquid level appropriate for the work of the system, include.
Gemäß der Erfindung sind die Paare von Kontaktpunkten entlang eines Schnittes der Symmetrieebenen des Behälters platziert, damit ein vergrößerte Orientierungsunabhängigkeit sichergestellt wird.According to the Invention are the pairs of contact points along a section the symmetry planes of the container placed so that increased orientation independence is ensured.
Die Drähte können Drähte aus Edelmetall sein.The Wires can be wires made of precious metal.
Die Spannung der Spannungsquelle kann 5 V betragen oder zwischen 1 V bis 15 V variieren.The Voltage of the voltage source can be 5 V or between 1 V vary to 15V.
Der Behälter kann zwei Symmetrieebenen aufweisen, die durch die entsprechenden Symmetrieachsen der Grundfläche des Behälters führen, wobei das Mittel zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstandes entlang einer Linie angeordnet ist, die die Schnittlinie der Symmetrieebenen ausbildet.Of the Container may have two planes of symmetry through the corresponding symmetry axes of the base of the Container, with the means of determination a liquid level along a line is, which forms the intersection line of the symmetry planes.
Der Behälter kann eine Höhe aufweisen, die mehr als das Zweifache der Größe der Breite des Behälters ist.Of the Container may have a height exceeding twice the size of the width of the container is.
Die Messung kann auf dem Unterschied zwischen der Leitfähigkeit durch ein Gas oder eine Flüssigkeit basieren. Ein Ausgangssignal des Systems, das durch einen Messpunkt erzeugt wird, kann höher sein, wenn der Messpunkt in einer Flüssigkeit eingetaucht ist, die in dem Behälter enthalten ist, als wenn der Messpunkt in ein Gas eingetaucht ist, welches in dem Behälter enthalten ist.The Measurement can be based on the difference between the conductivity by a gas or a liquid. An output signal of the system generated by a measurement point can be higher if the measuring point is immersed in a liquid, which is contained in the container as if the measuring point immersed in a gas contained in the container is.
Der geometrische Schwerpunkt ist durch den Schnittpunkt der Symmetrieachsen der Unterseite bzw. der Oberfläche definiert. In einer anderen Definition ist der geometrische Schwerpunkt der Unterseite bzw. der Oberseite als Punkt definiert, in dem sich zwei beliebige Linien, welche die entsprechende Oberfläche in zwei Flächen A und B von gleicher Größe unterteilen, schneiden.Of the Geometric center of gravity is through the intersection of the symmetry axes the bottom or the surface defined. In a other definition is the geometric center of gravity of the bottom or the top defined as a point in which any two Lines showing the corresponding surface in two planes Divide and cut A and B of equal size.
Wenn die Masse auf der Oberseite und/oder der Unterseite gleichverteilt ist, ist der geometrische Schwerpunkt der Flächen gleich dem Schwerpunkt der entsprechenden Fläche.If the mass on the top and / or bottom equally distributed is, the geometric center of gravity of the surfaces is the same the center of gravity of the corresponding area.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung und die entsprechenden Zeichnungen näher beschrieben werden.The Invention will be described below with reference to the embodiments the invention and the corresponding drawings in more detail to be discribed.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention
Die Messung des Flüssigkeitsstandes ist für Vorrichtungen mit einer offenen Oberfläche der Flüssigkeit (ein Behälter gefüllt mit einer Flüssigkeit oder einem Gas) nicht unabhängig von der Orientierung, wenn die Form des Behälters nicht einigen geometrischen Bedingungen entspricht und wenn die Flüssigkeitsstandssensorposition nicht mit Bedacht gewählt ist. Für die Funktion des Systems ist eine Messung des Flüssigkeitsstandes an einigen diskreten Punkten notwendig, aber nicht notwendigerweise eine kontinuierliche Messung.The Liquid level measurement is for devices with an open surface of the liquid (a Container filled with a liquid or a gas) not independent of the orientation, if the shape of the container does not meet some geometric conditions corresponds and if the liquid level sensor position not chosen wisely. For the function of the system is a measurement of the liquid level Some discrete points are necessary, but not necessarily a continuous measurement.
Im Folgenden wird der Begriff Flüssigkeitsstandsensor zur Definition eines Sensors benutzt, der einen kontinuierlichen Wert eines Flüssigkeitsstandes zurückgibt (wie zum Beispiel kapazitive Sensoren). Der Begriff Flüssigkeitsstanddetektor wird für eine Vorrichtung verwendet, die Information gibt, ob eine Flüssigkeit vorhanden ist oder nicht.in the The term liquid level sensor is referred to below Definition of a sensor that uses a continuous value returns a liquid level (such as Example capacitive sensors). The term liquid level detector is used for a device that gives information whether a liquid is present or not.
Eine
unerlässliche Funktion des Systems ist die Separation oder
Abscheidung von CO2 aus dem Auslassstrom,
der aus dem Stapelanodenauslass
Ein
Anodenkreislauf für ein Brennstoffgemisch besteht aus einer
CO2-Separator-/Mischervorrichtung, die stromabwärts vom
Stapelbrennstoffauslass
Ein
Füllstandsmesssystem ist im Behälter
Bevorzugt
wird ein leitendes Messprinzip verwendet. Der erste Draht
Die
Spannungsquelle hat typischerweise 5 V, kann aber auch zwischen
1 V und 15 V liegen. Das Ausgangssignal, wenn von Flüssigkeit
umgeben, ist von gleicher Größenordnung (ca. 5
V). Das Ausgangssignal kann auch so ausgebildet sein, dass es sich
invers zur obigen Beschreibung verhält, in Abhängigkeit
der Ansprüche der Steuerschaltung, die das Signal analysiert.
Diese Signalinversion kann durch eine Inverterstufe innerhalb des
Ansteuerschaltkreises
Die
Oberfläche der Sensorröhre
Eine
orientierungsunabhängige Messung kann dadurch realisiert
werden, dass die Messvorrichtung (Sensor oder Detektor) auf einer
Linie senkrecht zum geometrischen Schwerpunkt der Basis
In
dem Falle, in dem nur eine Flüssigkeitsdetektion installiert
ist, würden bevorzugt drei verschiedene Füllstände
verwendet werden: Ein Füllstand zur Anzeige eines maximalen
Flüssigkeitsstandes
In
Die
Achse
Im
gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Messpunkt
Der
Zwischenmesspunkt
Auf
gleicher Art und Weise kann eine höhere Anzahl von Füllstandsmesspunkten
entlang der Achse
Im
Grenzfall kann ein kontinuierlicher Füllstandssensor entlang
der Achse
Das Flüssigkeitsstandsmesssystem ist besonders vorteilhaft, wenn mehr als ein Paar von Messpunkten verwendet wird, da dann all die verschiedenen Messpunkte den Füllstand unabhängig vom Neigungswinkel messen können.The Liquid level measuring system is particularly advantageous if more than one pair of measurement points is used, then all the different measuring points independently of the level can measure from the angle of inclination.
Die
Orientierungsunabhängigkeit der Füllstandsmessung
für einen Sensor, der entlang der Vertikalen des Schwerpunktes
angeordnet ist, ist in
Der
maximale Neigungswinkel, bei dem das System immer noch arbeitsfähig
ist, d. h. bei dem immer noch nur Flüssigkeit zum Auslass
Der
mögliche Winkel alpha
In
einem alternativen Ausführungsbeispiel, wie in
Der
Fachmann wird feststellen, dass für eine sachgemäße
Arbeit des Detektors, die Sensorröhre
Das Sensorgehäuse ist bevorzugt aus Plastik geformt. Es kann aus einem hydrophoben Material, wie z. B. PTFE oder PVDF, geformt sein, um eine Adhäsion bei einem niedrigen Füllstand, welche eine Quelle für ein falsches Signal sein kann, zu vermeiden.The Sensor housing is preferably molded from plastic. It can from a hydrophobic material, such as. As PTFE or PVDF shaped be an adhesion at a low level, which may be a source of a wrong signal, too avoid.
Die
Erfindung bringt die folgenden Vorteile in ein DMFC-System ein.
Zum einen ist die Füllstandsmessung unabhängig
von der Orientierung der Vorrichtung im Rahmen eines Winkel von ±45° oder mehr,
in beiden Richtungen, in Abhängigkeit vom Verhältnis
der Höhe zur Breite des Behälters
- 1010
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 1111
- Einlassöffnunginlet port
- 1212
- Pumpepump
- 1313
- Auslassöffnungoutlet
- 1515
- Einlassöffnunginlet port
- 1616
- Auslassöffnungoutlet
- 2020
- CO2-AbscheiderCO 2 separator
- 2222
- Mischermixer
- 2323
- Pumpepump
- 3030
- Brennstofftankfuel tank
- 3131
- VentilValve
- 5050
- Wärmetauscherheat exchangers
- 5252
- Auslassöffnungoutlet
- 5555
- LüfterFan
- 6060
- Luftabscheiderair separator
- 6161
- Auslassventiloutlet valve
- 6262
- Leitungmanagement
- 7070
- Pumpepump
- 101101
- Wasser/Luft-Einlassstrom (vom Wärmetauscher)Water / air inlet stream (from the heat exchanger)
- 102102
- BrennstoffeinlassstromFuel inlet stream
- 103103
- Brennstoffauslassstromflow of fuel
- 104104
- Auslassöffnung für Gase (CO2 und Luft)Outlet opening for gases (CO 2 and air)
- 105105
- BrennstoffgemischstandFuel mixture stand
- 106106
- Wasser, durch die Schwerkraft fallendWater, falling by gravity
- 107107
- FlüssigkeitsstandssensorLiquid level sensor
- 200200
- Spannungsquelle für den Betrieb des Flüssigkeitsstanddetektorsvoltage source for the operation of the liquid level detector
- 201a, b, c, d201a, b, c, d
- Eingearbeitete (Edel-)MetalldrähteBuilt (Precious) metal wires
- 202a, b, c, d202a, b, c, d
- Kontaktpunkte der DrähteContact points the wires
- 203203
- Flüssigkeitsstand oberhalb des Detektorsliquid Level above the detector
- 204204
- Flüssigkeitsstand unterhalb des Detektorsliquid Level below the detector
- 205b, c, d205b c, d
- Stromverstärker mit Ansteuerschaltungcurrent amplifier with drive circuit
- 206a206a
- Füllstandsdetektorausgabesignal, ErdeLevel detector output signal, earth
- 206b, c, d206b, c, d
-
Füllstandsdetektorausgabesignal, Signal
für Kontaktpunkte
202b , c, dLevel detector output signal, signal for contact points202b , c, d - 207207
- Flüssigkeitsstanddetektor/Mittel zum Messen eines FlüssigkeitsstandesLiquid level detector / means for Measuring a liquid level
- 208208
- Eingeschlossenes Isoliermaterial für Detektordrähtetrapped Insulating material for detector wires
- 209209
- Durchlass für Detektorröhrepassage for detector tube
- 210210
- Behältercontainer
- 301301
- Träger für Flüssigkeitsstandsensoren/-detektorencarrier for liquid level sensors / detectors
- 302302
- Flüssigkeitsstandmesspunkt für das maximale NiveauLiquid level measuring point for the maximum level
- 303303
- Flüssigkeitsstandmesspunkt für das BetriebsniveauLiquid level measuring point for the operating level
- 304304
- Flüssigkeitsstandmesspunkt für das minimale NiveauLiquid level measuring point for the minimum level
- 305305
- Erste Symmetrieachse der OberseiteFirst Symmetry axis of the top
- 305a305a
- Erste Symmetrieachse der UnterseiteFirst Symmetry axis of the underside
- 306306
- Zweite Symmetrieachse der OberseiteSecond Symmetry axis of the top
- 306a306a
- Zweite Symmetrieachse der UnterseiteSecond Symmetry axis of the underside
- 307307
- Schwerpunkt der Oberseitemain emphasis the top
- 307a307a
- Schwerpunkt der Unterseitemain emphasis the bottom
- 308308
- Oberseitetop
- 308a308a
- Unterseitebottom
- 309309
-
Beliebige
Linie auf der Oberseite
308 , die die Oberseite308 in zwei Flächen gleicher Größe teiltAny line on the top308 that the top308 divides into two areas of equal size - 309a309a
-
Beliebige
Linie auf der Unterseite
308a , die die Unterseite308a in zwei Flächen gleicher Größe teiltAny line on the bottom308a that the bottom308a divides into two areas of equal size - 310310
-
Achse,
die die Schwerpunkte
307 und307a verbindetAxis, which are the focal points307 and307a combines - 400400
- FlüssigkeitsstandszielLiquid level target
- 401401
- Flüssigkeitsoberfläche bei angestellter Positionliquid surface in employed position
- 402402
- Flüssigkeitsoberfläche bei vertikaler Positionliquid surface in vertical position
- 500500
- Flüssigkeitsoberfläche bei vertikaler Positionliquid surface in vertical position
- 501501
- Flüssigkeitsoberfläche mit Winkelliquid surface with angle
- 502502
- Winkel alphaangle alpha
- 503503
- Breite der Behälterbasiswidth the container base
- 504504
- Flüssigkeitshöheliquid height
- 505505
- Änderung des Flüssigkeitsstandes an der Seitemodification the fluid level on the side
- 506506
- Minimale Höhe der Flüssigkeit an der Seiteminimal Height of liquid on the side
- 507507
- Gesamthöhe des Behälterstotal height of the container
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120103 |