KR102286844B1 - 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 워터 트랩에 구비될 수 있는 정전용량형 수위센서의 수위 측정 방법에 관한 것으로서, 정전용량 측정을 위한 복수개의 전극을 포함하는 수위센서; 상기 수위센서에서 서로 인접하여 배치될 수 있는 상부 전극 및 하부 전극; 을 포함하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에 있어서, (a) 상기 하부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계; 및 (b) 상기 상부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에 관한 발명이다.

Description

정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법 {A method for leveling of capacitive level sensor}
본 발명은 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 복수개의 전극이 배열된 정전용량형 수위센서에서 상/하부에 인접하여 위치하는 복수개의 전극 출력 값의 변화량에 따라, 수위센서 내부에서 수면이 상승하거나 하강하는 동안, 실제 수면의 높이를 판단할 수 있는 방법에 관한 것이다.
연료 전지 시스템의 주된 구성 중 연료 전지 스택은 일종의 발전 장치로서, 공기 중의 산소와 외부에서 공급된 수소를 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 장치이다.
즉, 연료전지 스택으로 공급된 수소가 연료극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 공기극으로 넘어가게 되며, 연이어 공기극에 공급된 산소는 외부도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키게 된다.
이러한 연료전지 스택의 반응에 있어서, 스택의 연료극 출구에서 나오는 가스에는 공기극에서 건너온 응축수가 다량으로 포함되어 있는데, 이 응축수가 원활하게 배출되지 않을 경우에는 스택 내부에 그대로 쌓여 수소의 반응을 방해하게 되고, 결국 스택의 출력 및 운전 안정성을 저해하므로, 연료전지 시스템에 연료극 응축수를 제거하기 위한 워터 트랩이 설치되고 있다. 따라서, 연료전지 스택에서 생성된 물은 연료전지 스택의 설계 구조상 중력에 의해 아래로 떨어지게 되어 있으며, 아래로 떨어진 물은 워터 트랩 장치에 모이게 된다.
이러한 워터 트랩 장치는 응축수를 모았다가 일정 수위 이상이 되면 워터 트랩의 일단에 설치된 드레인 밸브등을 통하여 외부로 배출하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 연료전지 스택에서 발생된 물이 중력에 의하여 낙하되어 워터 트랩 내에 일정량 이상의 물이 저장되면, 이를 최고수위 감지센서에서 감지하여 워터 트랩 바닥쪽 드레인 밸브의 개방에 의해, 물이 외부로 배출된다.
다만, 정전용량형 수위센서를 통하여 워터 트랩 장치에 저장된 물의 최고수위를 감지하는 경우, 물의 양이 증가하는 것에 의한 것과 별도로, 워터 트랩 내부의 온도가 증가할 때, 고온 상태에 의해 정전용량형 수위센서가 오작동을 일으키는 경우가 있을 수 있다. 이에 따라, 워터 트랩 내부의 수위가 실제보다 높게 측정되어 불필요하게 드레인 밸브가 개방되는 상황이 발생할 수 있다.
일본 공개 특허 제2014-144240호 (2014. 08. 07.)
위와 같은 문제점, 즉 정전용량형 수위센서가 측정한 수면의 높이가 온도에 의한 오작동에 의한 높이로서 실제 높이와 상이한지, 실제로 해당 높이까지 물이 차오른 것인지를 정확히 구별할 필요가 존재한다. 따라서, 본 발명에서는 복수개의 전극에서 측정된 출력 값의 변화량을 소정의 값과 비교하여, 온도에 의하여 수위 센서가 오작동하는 경우를 제거하고, 실제 수면의 수위만을 출력할 수 있는 정전용량형 수위센서 출력 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예로서, 정전용량 측정을 위한 복수개의 전극을 포함하는 수위센서; 상기 수위센서에서 서로 인접하여 배치될 수 있는 상부 전극 및 하부 전극;을 포함하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에 있어서, (a) 상기 하부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계; 및 (b) 상기 상부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
또한, 상기 하부 전극의 출력 값 변화량이 소정의 값 미만이고, 상기 상부 전극 출력 값 변화량이 소정의 값 이상인 경우, 상기 상부 전극의 수위를 출력하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
또한, 정전용량 측정을 위한 복수개의 전극을 포함하는 수위센서; 상기 수위센서에서 서로 인접하여 배치될 수 있는 상부 전극 및 하부 전극;을 포함하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에 있어서, (a) 상기 상부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계; 및 (b) 상기 하부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
또한, 상기 상부 전극의 출력 값 변화량이 소정의 값 미만이고, 상기 하부 전극 출력 값 변화량이 소정의 값 이상인 경우, 상기 하부 전극의 수위를 출력하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
또한, 상기 수위센서는 상기 복수개의 전극으로부터 측정 값을 수신하는 제어부(MCU);를 더 포함하고, 상기 제어부는 일정 주기마다 출력 값의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
또한, 상기 수위센서의 상기 복수개의 전극은 각 전극에 대응되는 출력 값이 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
또한, 상기 각 전극의 하단 높이를 상기 출력 값으로서 설정한 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법을 포함한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 워터 트랩 내부가 고온인 상태에서도 정전용량형 수위센서가 측정하는 수면 높이가 실제 수면의 높이인지, 오판인지를 판단할 수 있다.
또한, 워터 트랩 내부의 고온 상태에 따른 오작동을 고려하기 위해 워터 트랩에 별도로 구비하였던 온도 센서를 구비하지 않을 수 있다. 이에 따라, 연료전지 워터트랩의 구성이 간소화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 워터 트랩에 아날로그 방식의 수위 센서를 채택하는 것에 비하여 수위 측정의 신속한 응답성을 확보하여 적절한 시점에 드레인 밸브를 개방하여 물을 외부로 배출할 수 있다. 따라서, 잘못 측정된 수위에 의해 연료 전지 시스템 또는 스택이 과도하게 생성된 수분에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 전극을 포함하는 정전용량형 수위센서의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 출력 값을 나타낸 것으로써, 실제 수면의 높이에 따라 상, 하부에 배치된 인접한 전극 간의 출력 값이 변할 수 있는 여러 경우의 수를 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 워터 트랩 내부의 수면이 상승하는 경우, 실제 수면 높이를 출력하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 워터 트랩 내부의 수면이 하강하는 경우, 실제 수면 높이를 출력하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 수면의 높이에 따라 복수개의 전극이 수면의 높이에 따라 각각 출력할 수 있는 출력 값을 그래프로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
차량에 탑재되는 연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 장치, 연료 전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기 공급 장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 냉각 시스템과 연료전지 시스템에 구비되는 복수개의 밸브의 개방/폐쇄를 조절할 수 있는 제어부등을 포함하여 구성될 수 있다.
연료 전지 시스템의 구성 중 스택으로부터 생성된 물이 배출되는 부분의 구성에 대하여 살펴보면, 스택과 연결되는 워터 트랩(10)과, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 워터 트랩(10)의 일단, 바람직하게는 하단부에 외부로 연결될 수 있는 드레인 밸브가 연료 전지 시스템에 존재할 수 있다.
워터 트랩(10)은 스택에서 생성된 응축수를 일시적으로 저장하였다가 한번에 외부로 배기하기 위한 구성으로서, 드레인 밸브가 개방됨에 따라, 중력에 의해 워터 트랩(10) 내부의 물이 외부로 배기될 수 있다. 다만, 드레인 밸브를 개방하는 주기 및/또는 빈도는 연료전지 시스템 전체의 효율에 영향을 미칠 수 있으므로, 드레인 밸브의 개방이 실제로 필요한 정확한 시점에 밸브를 개방하는 것이 중요하다.
다시 말하자면, 워터 트랩(10) 내부에 물(응축수)이 없는 경우에 드레인 밸브가 개방된다면, 연료 전지 시스템 내의 수소가 드레인 밸브를 통해 불필요하게 외부로 배기될 수 있으므로, 차량의 연료 효율에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 또한, 워터 트랩(10) 내부에 다량의 물이 생성되었음에 불구하고 외부로 배출되지 않는다면, 스택의 수분 과다 및 플러딩 현상(flooding)에 의해 연료 전지 시스템에 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 워터 트랩(10)에는 내부의 수위를 측정하기 위한 센서가 워터 트랩 내부의 일면에 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 트랩은 정전용량형 수위센서를 구비할 수 있으며, 바람직하게는 복수개의 전극(100)을 포함하는 정전용량형 수위센서를 워터 트랩 내벽 일면에 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 수위센서는 MCU(Micro control unit)(110)를 포함할 수 있다. 해당 MCU(110)는 각 전극(100)에서 측정되는 정전용량의 값(출력 값) 및 이와 관계된 값들을 수집하고, 상기 출력 값에 기반하여 드레인 밸브의 개폐 여부를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 전극(100)을 포함하는 정전용량형 수위센서의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 정전용량형 수위센서는 복수개의 전극(100)을 포함할 수 있다. 복수개의 전극(100)은 나란히 배치될 수 있으며, 바람직하게는 중력방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다.
또한, 복수개의 전극(100)은 해당 전극에 대응되는 출력 값이 미리 설정될 수 있다. 바람직하게는 출력 값은 해당 전극의 하단 높이에 대응되는 값으로서 설정될 수 있다. 따라서, 복수개의 전극(100) 중 낮은 위치에 배치되는 전극은 상대적으로 출력 값이 낮으며, 높은 위치에 배치되는 전극은 상대적으로 높은 출력 값을 가질 수 있다. 나아가, 복수개의 전극(100)은 서로 다른 출력 값을 각각 일정하게 출력할 수 있다. 즉, 복수개의 전극(100)은 각각 해당 전극의 하단 높이에 대응되는 값을 수위로써 출력할 수 있다. (도 5 참고)
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에서는 우선, 복수개의 전극(100)에서 내보내는 출력 값의 변화량을 측정할 수 있다. 상세하게는 MCU(110)에 의해 복수개의 전극(100) 출력 값의 변화량(X)을 일정 주기 간격으로 지속적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 변화량(X)을 측정하는 일회의 실시 시간은 일정 시간으로 지정된 짧은 시간으로써 매우 짧은 시간 구간(간격)을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 일정 시간 동안 변화량(X)을 측정하며, 해당 측정을 일정 주기 간격으로 반복, 지속적으로 실시할 수 있다.
정전용량형 수위센서의 복수개의 전극 중, 하나의 전극에서 물에 의해 전극이 공기와 접촉하는 면적이 줄어듦에 따라, 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이상으로 변화할 수 있다. 즉, 물에 의하여 전극이 공기에 노출되는 면적이 변하는 경우에만 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이상으로 변화할 수 있다.
따라서, 하나의 전극에서, 전극의 모든 면이 물에 잠기거나, 공기에 노출되는 경우(즉 수면이 해당 전극면에 존재하지 않는 경우)에는 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이상으로 변할 수 없다.
그러므로, 본 발명의 MCU(110)에서는 전극(100) 출력 값의 변화량(X)을 소정의 값(A)와 비교할 수 있으며, 이에 따라 해당 전극의 범위(해당 전극의 하단 높이와 상단 높이 사이)에 실제 수면이 위치하는지를 우선적으로 판단할 수 있다. 나아가, 소정의 값(A)은 정전용량의 측정 단위 및 정밀도에 따라, 나아가 연료전지 시스템의 규모에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.
이러한, 전극(100) 출력 값의 변화량(X)과 소정의 값(A)의 비교는 워터 트랩(10) 내부로 물이 유입되어 수면이 상승하는 것에 의해 전극의 측정값이 변화하는 정도와 온도가 변함에 따라 전극의 측정값이 변화하는 정도가 상이하다는 차이에 기반한 것 일 수 있다. 즉, 워터 트랩(10) 내부의 온도가 고온이 되는 경우, 워터 트랩(10) 내부의 수증기 압이 증가할 수 있으며, 증가된 수증기압에 의해 워터 트랩(10) 내부의 정전용량형 수위센서의 전극(100) 표면에 액적이 맺힐 수 있다. 이에 따라, 액적이 맺힌 전극에서는 실제 해당 높이까지 물이 차오르지 않았음에도 액적에 의해 미약한 수준의 출력 값을 출력할 수 있다.
다만, 고온의 다습한 환경에서는 다량의 액적이 형성될 수 있으며, 이에 따라 하나의 전극에서 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)이상의 출력 값을 출력할 수도 있다.
따라서, 본 발명에서는 정전용량형 수위센서에서 측정된 값이 실제 수면의 상승 또는 하강에 의한 것임을 보다 정확히 하기 위하여, 즉, 다량의 액적이 생성되는 경우까지도 모두 고려하여, 서로 인접하여 배치될 수 있는 상부 전극 및 하부 전극 간의 출력 값 변화량(X)을 비교하여 실제 수면의 높이를 예측할 수 있다. 본발명에서 지칭하는 상부 전극 및/또는 하부 전극은 상대적인 개념으로써, 복수개의 전극에 있어서, 상대적으로 위에 배치된 전극이 상부 전극, 상대적으로 아래에 배치된 전극이 하부 전극일 수 있다. 따라서, 도 1의 ② 내지 ⑨의 위치에 배치된 전극은 상부 전극 또는 하부 전극이 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(100)의 출력 값을 나타낸 것으로써, 수면의 높이에 따라 상, 하부에 배치된 인접한 전극 간의 출력 값을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 상부 전극(100T)와 하부전극(100B)의 아래에 수면이 위치하는 경우, 두 전극 모두에서 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이하의 값을 나타내고 있다.
수면이 계속 상승하여 실제 수면이 하부 전극의 하단 높이를 초과하여 하부 전극이 공기와 노출되는 면적이 줄어드는 경우, 즉, 하부 전극이 물에 잠기는 경우에는 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)보다 클 수 있다. 다만, 이 경우, 수면의 높이가 상부 전극의 높이에 이르지 못하였으므로 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)은 소정의 값(A)보다는 작을 수 있다.
만일, 하부 전극에 모두 물이 찬 후, 수면의 높이가 아직 상부 전극의 높이에 이르지 못한 경우, 최초의 상태(수면의 높이가 하부 전극의 최하단 높이에 이르지 못한 상태)와 마찬가지로 상부 전극 및 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)은 소정의 값(A)보다는 작을 수 있다.
나아가, 수면의 높이가 상부 전극의 최하단 높이에 이르러 상부 전극이 수면으로 잠기기 시작하는 경우, 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)은 소정의 값(A)보다 클 수 있다. 이 때 하부 전극의 경우, 전극의 전부가 물에 잠겨있는 상태이므로 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)은 소정의 값(A)보다는 작을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 워터 트랩(10) 내부의 수면이 상승하는 경우, 실제 수면 높이를 출력하는 과정을 도시한 순서도이다. 도 3을 참고하면, 수위가 상승하는 경우, 우선, 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)을 초과하는지를 판단할 수 있다.
만일, 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)를 초과하는 경우, 해당 전극에 다량의 액적이 맺히거나, 해당 전극이 가지는 범위의 높이에 실제 수면이 존재하는 것으로써, 하부 전극의 아래에 위치하는 또 다른 전극 값과 비교하여, 다량의 액적에 의한 것인지 실제 수면이 존재하는 것인지 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 실제 수면의 높이 판단에 있어, 하부 전극이 새로운 상부 전극으로서 판단의 기준이 될 수 있다.
반면, 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)을 초과하지 않는 경우에는 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)과 소정의 값(A)을 비교할 수 있다. 이 경우, 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이하인 경우, 실제 수면은 하부 전극의 아래 또는 하부 전극과 상부 전극 사이의 일지점에 위치할 수 있다. (도 2의 첫 번째 및 세 번째 경우에 해당) 또한, 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이상인 경우, 실제 수면은 상부 전극의 하단 높이와 상단 높이 사이의 어느 높이에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, MCU(110)에서는 상부 전극에 대응되는 출력값 및 수위(상부 전극의 하단 높이)를 실제 수면의 높이로서 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 워터 트랩(10) 내부의 수면이 하강하는 경우, 실제 수면 높이를 출력하는 과정을 도시한 순서도이다. 수면이 하강하는 경우, 실제 수면 높이를 출력하는 과정은 수면이 상승하는 경우 수면 높이를 출력하는 과정에서 상부, 하부 전극과 위/아래 개념을 바꾸어(Reverse) 판단하는 과정일 수 있다.
도 4를 참고하면, 수위가 하강하는 경우, 우선, 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)을 초과하는지를 판단할 수 있다.
만일, 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)를 초과하는 경우, 해당 전극에 다량의 액적이 맺히거나, 해당 전극이 가지는 범위의 높이에 실제 수면이 존재하는 것으로써, 상부 전극의 위에 위치하는 또 다른 전극 값과 비교할 수 있다. 이 경우, 실제 수면의 높이 판단에 있어, 상부 전극이 새로운 하부 전극으로서 판단의 기준이 될 수 있다.
반면, 상부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A)을 초과하지 않는 경우, 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)과 소정의 값(A)을 비교할 수 있다. 이 경우, 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이하인 경우, 실제 수면은 상부 전극의 위 또는 상부 전극과 하부 전극 사이의 일지점에 위치할 수 있다. (도 2의 첫 번째 및 세 번째 경우에 해당) 또한, 하부 전극의 전극 출력 값의 변화량(X)이 소정의 값(A) 이상인 경우, 실제 수면은 하부 전극의 최상단 높이와 최하단 높이 사이의 어느 일 지점에 위치하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, MCU(110)에서는 하부 전극에 대응되는 출력값 및 수위(하부 전극의 하단 높이)를 실제 수면의 높이로서 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 전극(100)의 출력 값을 나타낸 그래프이다. 도 5에서는 수면의 높이에 따라 전극 값의 출력이 변화하는 추이를 나타내고 있다. 즉, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 도 1의 ① 내지 ⑩의 위치에 배열된 전극은 미리 설정된 값(해당 전극의 하단 높이에 대응되는 값)을 출력할 수 있으며, 도 3 및 도 4의 전극 수위 출력 방법에 따라, 출력한다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, MCU(110)에서는 전극의 출력 값에 기반하여, 실제 수면 높이의 범위를 판단할 수 있다.
다만, 도 5를 참고하면, 전술한대로 본 발명에서는 하나의 전극이 출력하는 값은 해당 전극 하단 높이로써 일정한 출력 값을 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 실제 수위가 높아짐에 따라, 계단식 형태의 출력 값이 출력될 수 있다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 출력 형태는, 워터 트랩(10)의 특성과 관련있는 것으로서, 워터 트랩(10)에서는 정밀한 수면의 높이를 측정하는 것이 요구된다기보다는 실제 수면이 어느 범위(range) 내에 위치하는지를 파악하여, 드레인 밸브의 개방이 필요한 시점인지 아닌지를 정확히 판단하는 것이 중요할 수 있다.
즉, 정확한 수면의 높이를 측정하기 위해 걸리는 시간 및 과정을 단축하면서, 실제 수면이 어느 범위 이내에 존재하는지를 빠르게 파악하여, 일정 정도 이상의 물이 차오른 경우, 드레인 밸브를 개방하여 물을 외부로 배출하는 것이 워터 트랩(10)의 목적인 바, 연료전지 시스템에 탑재되는 워터 트랩(10)의 정전용량형 수위센서는 해당 목적에 부합하는 수위 출력 방법 및 구성이 요구될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 아날로그 수위센서에 비해 신속한 응답성을 확보할 수 있으며, 기존 기술에서는 온도에 의한 오인을 추종, 방지 및 보정하기 위해 필요하였던 온도 센서를 제거하면서도 워터 트랩(10) 내부의 실제 수위가 어느 높이에 위치하는지를 정확히 판단할 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 핵심 사상은 중력 방향으로 배치될 수 있는 정전용량형 수위센서의 복수개의 전극에 있어서, 상/하부 전극 각각의 전극 출력 값의 변화량(X)과 소정의 값(A)을 비교함으로써, 고온에서 생성될 수 있는 액적에 의한 수면 높이의 오판을 방지할 수 있다는 것이 특징이다. 즉, 종래에 하나의 전극 값에 의하여는 실제 수면의 높이에 의한 것인지, 고온 상태의 워터 트랩 내부 액적에 의한 오판인지를 구별할 수 없었으나, 본 발명에서는 온도 선세를 제거하면서도 정확한 구별이 가능하다는 것이 본 발명의 특징임에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명, 기술하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고 있다. 그리고 상기에서 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 워터 트랩
100 : 전극
110 : MCU

Claims (7)

  1. 정전용량 측정을 위한 복수개의 전극을 포함하는 수위센서;
    상기 수위센서에서 서로 인접하여 배치될 수 있는 상부 전극 및 하부 전극;
    을 포함하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에 있어서,
    (a) 상기 하부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 상부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 하부 전극의 출력 값 변화량이 소정의 값 미만이고, 상기 상부 전극 출력 값 변화량이 소정의 값 이상인 경우, 상기 상부 전극의 수위를 출력하고,
    상기 하부 전극의 모든 면은 물에 잠긴 상태이고, 상기 상부 전극은 물과 접촉하여 공기와 접촉하는 면적이 줄어듦에 따라 상기 상부 전극의 출력 값 변화량이 소정의 값 이상으로 변화되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법.
  2. 삭제
  3. 정전용량 측정을 위한 복수개의 전극을 포함하는 수위센서;
    상기 수위센서에서 서로 인접하여 배치될 수 있는 상부 전극 및 하부 전극;
    을 포함하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법에 있어서,
    (a) 상기 상부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 하부 전극의 출력 값 변화량을 측정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 상부 전극의 출력 값 변화량이 소정의 값 미만이고, 상기 하부 전극 출력 값 변화량이 소정의 값 이상인 경우, 상기 하부 전극의 수위를 출력하고,
    상기 상부 전극의 모든 면은 공기에 노출된 상태이고, 상기 하부 전극은 공기에 노출되어 물과 접촉하는 면적이 줄어듦에 따라 상기 하부 전극의 출력 값 변화량이 소정의 값 이상으로 변화되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수위센서는
    상기 복수개의 전극으로부터 측정 값을 수신하는 제어부(MCU);
    를 더 포함하고, 상기 제어부는 일정 주기마다 출력 값의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법.
  6. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수위센서의 상기 복수개의 전극은 각 전극에 대응되는 출력 값이 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 각 전극의 하단 높이를 상기 출력 값으로서 설정한 것을 특징으로 하는 정전용량형 수위센서 수위 출력 방법.


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