KR20060120412A

KR20060120412A - 액면 레벨 검출 장치

Info

Publication number: KR20060120412A
Application number: KR1020060041109A
Authority: KR
Inventors: 시소 기노우치
Original assignee: 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2006-11-27
Also published as: JP2006322845A

Abstract

기포를 포함한 유체이더라도 센서 감도를 악화시키지 않고 액면 레벨을 계측할 수 있는 액면 레벨 검출 장치를 제공한다.

기포를 포함한 유체가 유입 및 유출되는 용기 (20) 내에, 용기 (20) 내의 유체의 액면 높이를 측정하는 필름 형상의 측정면을 갖는 액면 레벨 센서 (30) 를 배치하여 이루어지고, 액면 레벨 센서 (30) 는 용기 (20) 내에서 기포를 포함한 유체의 유동 방향에 측정면 (31) 이 대략 대향하도록 배치되고, 측정면 (31) 은 유체의 상류 측면이 커버체 (32) 로 덮혀짐과 함께, 커버체 (32) 는 상하 방향에 봉부 (33a) 를 갖는 융기부 (33) 를 구비하여 이루어진다.

Description

액면 레벨 검출 장치{LIQUID LEVEL DETECTOR}

도 1 은 본 실시 형태에서의 액면 레벨 검출 장치를 믹싱 탱크로 한 연료 전지의 개요도이다.

도 2 는 본 실시 형태에서의 액면 레벨 검출 장치의 개요 사시도이다.

도 3 은 액면 레벨 센서의 측정면의 구조 개념도이다.

도 4 는 액면 레벨 센서의 정면도이다.

도 5 는 액면 레벨 센서의 배면도이다.

도 6 은 용기 본체 내에서의 액면 레벨 센서의 사시도이다.

부호의 설명

1 발전 셀

2 연료 탱크

3 믹싱 탱크

4 제어 시스템 회로

20 용기 본체

21 순환 유입관

22 물 공급관

23 연료 공급관

24 순환 유출관

30 액면 레벨 센서

31 측정면

32 홀더

33 융기부

33a 봉부

일본 공개특허공보 평8-329804호

본 발명은 필름 형상의 측정면을 갖는 액면 레벨 센서에 의해 유체의 액면 높이를 측정하는 액면 레벨 검출 장치에 관하여, 특히 유체가 기포를 포함한 것인 경우에 양호한 감도를 유지할 수 있는 액면 레벨 검출 장치에 관한 것이다.

종래부터 액면 레벨을 검출하기 위해, 정전 용량형의 액면 레벨 센서가 사용되고 있다. 정전 용량형의 센서로서는, 예를 들어 특허문헌 1 의 내용과 같은 것이다. 액면 레벨을 검출하기 위한 정전 용량형 센서는, 기준 전극과 검출 전극의 정전 용량을 각각 계측함으로써 액면 높이를 검출하지만, 기준 전극은 용기의 저부 근방에 배치되기 위해, 기준 전극에 대한 배선 부분도 정전 용량을 갖게 되어버려 오차가 생긴다. 기준 전극에 대한 배선 부분이 정전 용량을 갖지 않도록 하기 위해, 배선 부분의 주위에 시일드를 설치하고, 또한 모든 전극 및 시일드를 박막 내에 설치한 필름형의 액면 레벨 센서가 알려져 있다.

필름형의 액면 레벨 센서는, 메탄올을 사용한 연료 전지 (DMFC) 에서, 물과 메탄올을 혼합하는 믹싱 탱크 내의 액면 높이를 감시하기 위해 사용된 것이다. DMFC 에서는, 발전 셀로부터 이산화탄소의 기포를 포함한 물이 믹싱 탱크로 유입된다.

그러나, 기포를 포함한 물이 믹싱 탱크 내에 유입되면 기포가 액면 레벨 센서의 표면에 부착하고, 그로 인해 센서의 감도를 저하시키거나, 또는 센서로부터의 출력 전압이 안정되지 않는다는 문제점을 갖고 있었다. 특히, 센서의 감도를 향상시키기 위해, 액면 레벨 센서를 믹싱 탱크 내에서 액면에 대해 경사지게 배치한 경우에는, 하향의 면에 기포가 부착함과 함께 성장하여 더욱 센서의 감도를 악화시킨다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 기포를 포함한 유체이더라도 센서 감도를 악화시키지 않고 액면 레벨을 계측할 수 있는 액면 레벨 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치는 기포를 포함한 유체가 유입 및 유출되는 용기 내에, 그 용기 내의 유체의 액면 높이를 측정하는 필름 형상의 측정면을 갖는 액면 레벨 센서를 배치하여 이루어지는 액면 레벨 검출 장치로서,

상기 액면 레벨 센서는 상기 용기 내에서 기포를 포함한 유체의 유동 방향으로 상기 측정면이 대략 대향하도록 배치되고, 상기 측정면은 유체의 상류 측면을 커버체로 덮혀짐과 함께, 그 커버체는 상하 방향으로 봉부를 갖는 융기부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치는, 상기 커버체의 융기부는 상기 봉부의 좌우를 각각 곡면으로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치는 상기 커버체의 융기부는 상기 봉부의 좌우를 각각 곡면으로 구성하여 대략 반원호 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치는, 상기 커버체의 융기부는 좌우 대칭 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

그리고, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치는, 상기 액면 레벨 센서의 측정면은 상기 용기 내에서 유체의 액면에 대하여 경사 형상으로 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 따라 상세히 설명한다. 본 실시 형태에서 액면 레벨 검출 장치는, 연료 전지의 연료를 혼합하는 믹싱 탱크로서 사 용되고 있다. 도 1 에는, 본 실시 형태에서의 액면 레벨 검출 장치를 믹싱 탱크로 한 연료 전지의 개요도를 나타내고 있다. 이 연료 전지는, 메탄올을 연료로 하는 DMFC 이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이 연료 탱크 (2) 로부터 메탄올이 공급되고, 믹싱 탱크 (3) 에서 메탄올과 물이 혼합되어 발전 셀 (1) 에 공급된다. 또한, 발전 셀 (1) 에 대해서는 공기 펌프 (15) 에 의해 공기가 보내져 발전에 필요한 산소가 공급된다.

발전 셀 (1) 로부터는 발전시에 양극측에서 생긴 이산화탄소의 기포를 포함하는 순환 유체가 배출되어 믹싱 탱크 (3) 에 유입된다. 또한, 음극측에서 생긴 물도 믹싱 탱크 (3) 에 유입된다. 연료 탱크 (2) 와 믹싱 탱크 (3) 사이에는 메탄올을 보내는 공급 펌프 (10) 가 설치되고, 믹싱 탱크 (3) 와 발전 셀 (1) 사이에는 혼합된 연료를 보내는 액송 펌프 (11) 가 설치된다.

발전 셀 (1) 의 바로 앞에는, 연료 농도 센서 (16) 가 설치되어 있어, 발전 셀 (1) 에 공급되는 메탄올과 물의 혼합 연료의 농도를 감시하고 있다. 공급 펌프 (10) 및 액송 펌프 (11) 는, 연료 농도 센서 (16) 에서 측정되는 혼합 연료의 농도 정보에 기초하여, 제어 시스템 회로 (4) 에 의해 동작이 제어된다.

발전 셀 (1) 로부터 믹싱 탱크 (3) 로의 순환 유체의 공급관에는, 기체 밸브(13) 가 설치되어 있고, 유체 중의 이산화탄소를 대기 중에 방출한다. 다만, 유체 중의 기포는 완전하게는 제거할 수 없고, 순환 유체는 이산화탄소의 기포를 포함한 상태로 믹싱 탱크 (3) 에 유입된다. 또한, 발전 셀 (1) 로부터 믹싱 탱크 (3) 에 물을 공급하는 관에도, 기체 밸브(14) 가 설치되어 있고, 또한 액체 밸 브(12) 도 설치되어 있다. 발전 셀 (1) 의 음극 단자는 접지되고, 양극 단자는 DCDC 컨버터 (5) 를 개재시켜 외부로 꺼내진다. 또한, 그 도중에는 보조 전지 (6) 도 설치된다.

이러한 구성을 갖는 본 실시 형태의 연료 전지는, 연료 탱크 (2) 로부터 메탄올이, 발전 셀 (1) 로부터 물이, 각각 믹싱 탱크 (3) 에 유입하여 혼합되고, 발전 셀 (1) 의 양극측에 공급된다. 또한, 공기 펌프 (15) 에 의해 산소가 발전 셀 (1) 의 음극측에 공급된다. 발전 셀 (1) 은, 전해질막을 중첩하고 양극과 음극가 대향하여 구성되어 물과 메탄올 및 공기가 공급됨으로써 화학 반응이 생기고, 그로 인해 양극과 음극 사이에서 전류를 취득할 수 있다.

도 2 에는, 본 실시 형태에서의 액면 레벨 검출 장치의 개요 사시도를 나타내고 있다. 본 실시 형태에서의 액면 레벨 검출 장치는 도 1 에 나타내는 믹싱 탱크 (3) 이고, 용기 본체 (20) 내를 유체가 혼합되면서 유동하는 것이다. 용기 본체 (20) 에는, 발전 셀 (1) 로부터의 기포를 포함하는 순환 유체가 유입되는 순환 유입관 (21) 과, 발전 셀 (1) 로부터의 물이 유입되는 물 공급관 (22) 과, 연료 탱크 (2) 로부터의 메탄올이 유입되는 연료 공급관 (23) 과, 혼합된 유체를 발전 셀 (1) 에 공급하기 위한 순환 유출관 (24) 을 구비하고 있다.

용기 본체 (20) 내에는, 액면 레벨 센서 (30) 가 배치되어 있다. 액면 레벨 센서 (30) 는, 필름 형상의 측정면 (31) 내에 측정을 위한 전극을 매입한 것으로, 용기 본체 (20) 의 외부에 설치된 측정 회로 (34) 에 접속되어 있다. 이 액면 레벨 센서 (30) 는, 용기 본체 (20) 내에서 순환 유체의 유동 방향에 대략 대 향하도록 배치됨과 함께, 유체의 액면에 대해서는 경사 형상이 되도록 배치된다.

액면 레벨 센서 (30) 는 용기 본체 (20) 내의 유체의 액면에 대하여 경사 형상이 되도록 배치되어 있는 것으로, 액면 레벨의 변동에 대한 센서 감도를 향상시킬 수 있다. 한편, 유입되는 순환 유체에 포함되는 기포가 액면 레벨 센서 (30) 의 유체 상류 측면에 부착하기 쉽게 되어 있다. 이로 인해, 액면 레벨 센서 (30) 의 측정면 (31) 중 유체 상류 측면을 커버체 (32) 로 덮고, 이 커버체 (32) 에는 융기부 (33) 를 설치하는 것으로, 기포가 액면 레벨 센서 (30) 에 부착되지 않고 유동하도록 할 수 있다.

다음으로, 액면 레벨 센서 (30) 의 상세에 대해 설명한다. 도 3 에는, 액면 레벨 센서 (30) 의 측정면 (31) 의 선단 부근에서의 구조 개념도를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 필름 형상의 측정면 (31) 의 내부에는, 기준 전극 (40) 과 구동 전극 (41) 및 검출 전극 (42) 이 병설되어 있고, 기준 전극 (40) 과 구동 전극 (41) 사이 및 구동 전극 (41) 과 검출 전극 (42) 의 사이의 각 정전 용량을 계측하는 것으로, 용기 본체 (20) 내의 액면 레벨을 측정하도록 하고 있다. 또한, 기준 전극 (40) 의 선단부 이외의 부분에 대해서는, 시일드 (43) 가 4 주위를 둘러싸도록 배치되어 있고, 기준 전극 (40) 은 선단부 이외의 부분에서 정전 용량을 갖지 않도록 되어 있다.

도 4 에는, 액면 레벨 센서 (30) 의 정면도를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 필름 형상의 측정면 (31) 은 그 주연부를 수지로 이루어지는 홀더 (32) 에 의해 유지되고, 유체 속에서 측정면 (31) 이 굴곡하지 않도록 되어 있다. 또한, 도 5 에는 액면 레벨 센서 (30) 의 배면도를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 홀더 (32) 의 배면측에는, 측정면 (31) 의 배면측을 대략 덮는 커버부 (32a) 가 형성되어 있고, 또한 커버부 (32a) 에는 길이 방향을 따라 융기부 (33) 가 형성되어 있다.

융기부 (33) 는, 커버부 (32a) 의 상하 방향에 봉부 (33a) 를 갖고 있고, 봉부 (33a) 를 중심으로 좌우에 경사면이 형성되어 이루어진 것이다. 또한, 봉부 (33a) 의 상하부에도 경사면이 형성되어 있다. 봉부 (33a) 는 커버부 (32a) 의 좌우 방향 대략 중심선 상에 배치되고, 융기부 (33) 는 커버부 (32a) 에서 좌우 대략 대칭 형상으로 되어 있다.

용기 본체 (20) 내에서 융기부 (33) 는, 기포를 포함한 유체의 상류 방향에 대향하도록, 즉 순환 유입관 (21) 의 유입구에 대향하도록 배치된다. 도 6 에는, 용기 본체 (20) 내에서의 액면 레벨 센서 (30) 의 사시도를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 용기 본체 (20) 내에 유입한 기포를 포함하는 순환 유체는 액면 레벨 센서 (30) 의 배면측에 형성된 융기부 (33) 에 의해 좌우로 분리되어 유출측으로 유동한다.

액면 레벨 센서 (30) 의 순환 유체 상류 측면에 융기부 (33) 가 형성되어 있으므로 기포를 좌우로 흐르기 쉽게 할 수 있고, 액면 레벨 센서 (30) 의 측정면 (31) 에 기포가 괴지 않도록 할 수 있다. 따라서, 기포를 포함하는 유체이더라도 감도를 악화시키는 것이 없는 액면 레벨 검출 장치로 할 수 있다.

지금까지 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였는데, 본 발명의 적용은 본 실시 형태에는 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에서 여러 가지로 적용될 수 있는 것이다. 본 실시 형태에서는, 융기부 (33) 를 2 개의 경사면으로 구성하였지만, 이것에 한정되지 않고 봉부 (33a) 에서 좌우에 곡면을 형성하여 대략 반원호 형상의 형상으로 해도 된다. 또한, 융기부 (33) 대신에 커버부 (32a) 를 평면 형상에 형성함과 함께, 커버부 (32a) 에 기포가 부착할 수 없을 것 같은 미세한 요철을 갖는 표면 처리를 실시하도록 해도 된다.

본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치에 의하면, 액면 레벨 센서의 측정면은 유체의 상류 측면이 커버체로 덮히고, 커버체는 상하 방향에 봉부를 갖는 융기부를 구비하여 이루어짐으로써, 유체에 포함되는 기포가 봉부를 중심으로 좌우로 흐르기 때문에, 액면 레벨 센서에 대한 기포의 부착을 막을 수 있고, 기포를 포함한 유체이더라도 센서 감도를 악화시키지 않고 액면 레벨을 계측할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치에 의하면, 커버체의 융기부는 봉부의 좌우를 각각 경사면으로 구성되거나 또는 각각 곡면으로 구성되어 대략 반원호 형상으로 형성되어 있음으로써 기포를 효율적으로 측정면의 좌우 측방으로 흐르게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치에 의하면, 커버체의 융기부는 좌우 대칭 형상으로 형성되어 있음으로써, 보다 효율적으로 기포를 측정면의 좌우 측방으로 흐르게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 액면 레벨 검출 장치에 의하면, 액면 레벨 센서의 측정면은 용기 내에서 유체의 액면에 대해 경사 형상으로 배치되어 이루어짐으로써, 액면의 변동에 대한 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.

Claims

기포를 포함한 유체가 유입 및 유출되는 용기 내에, 그 용기 내의 유체의 액면 높이를 측정하는 필름 형상의 측정면을 갖는 액면 레벨 센서를 배치하여 이루어지는 액면 레벨 검출 장치로서,

상기 액면 레벨 센서는 상기 용기 내에서 기포를 포함한 유체의 유동 방향으로 상기 측정면이 대략 대향하도록 배치되고, 상기 측정면은 유체의 상류 측면이 커버체로 덮혀짐과 함께, 상기 커버체는 상하 방향으로 봉부를 갖는 융기부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액면 레벨 검출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 커버체의 융기부는 상기 봉부의 좌우를 각각 경사면으로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액면 레벨 검출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 커버체의 융기부는 상기 봉부의 좌우를 각각 곡면으로 구성하여 대략 반원호 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 액면 레벨 검출 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 커버체의 융기부는 좌우 대칭 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징 으로 하는 액면 레벨 검출 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 액면 레벨 센서의 측정면은 상기 용기 내에서 유체의 액면에 대하여 경사 형상으로 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 액면 레벨 검출 장치.