KR20070093853A

KR20070093853A - 액체 높이 감지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20070093853A
Application number: KR1020070024476A
Authority: KR
Inventors: 슈 히스-밍; 댕 팽-이
Original assignee: 안티그 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2007-09-19
Also published as: DE102007011132A1; JP2007248462A; TW200734608A; US20070214881A1; TWI287627B

Abstract

본 발명에서는 내부 공간이 통과 연결되어 통에 있는 액체 연료의 높이를 감지하는 액체 높이 감지 장치를 통에 넣는다. 액체 높이 감지 장치는 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되어 내부 공간에 있는 액체 연료를 가열하는 데 사용되는 히터, 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되어 내부 공간에 있는 액체 연료의 온도를 측정하는 데 사용되는 하나 이상의 온도 센서, 온도 센서에서 측정된 액체 연료의 온도 신호를 받아서 액체 연료의 온도 변화 비율을 계산하고 온도 변화 비율에 따라 통에 들어 있는 액체 연료의 높이로 변환하는 액체 높이 계산 장치 등으로 구성된다.

액체 연료, 액체 높이, 감지 장치, 연료 전지

Description

액체 높이 감지 장치 및 그 방법{LIQUID LEVEL DETECTION DEVICE AND THE MOTHOD THEREOF}

도 1a는 본 발명에 따라 액체 높이 감지 장치를 설치하기 위한 구조 도면이다.

도 1b는 도 1a에 있는 액체 높이 감지 장치를 다양한 형태로 변형한 구조 도면이다.

도 2는 도 1a와 도 1b에서 내부 공간에 들어 있는 각 액체 연료의 온도와 가열 시간 사이의 관계 도표이다.

도 3은 본 발명에 따라 액체 연료에 대한 액체 높이 감지 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 4는 도 1a에 있는 액체 높이 감지 장치를 다양한 형태로 변형한 구조 도면이다.

-주요 구성 요소에 대한 설명-

10 액체 높이 감지 장치 100 내부 공간

101 속이 빈 외피 102 히터

104 온도 센서 106 액체 높이 계산 장치

108 제어 밸브 12 통

14 액체 연료 21 곡선

23 곡선 25 곡선

40 액체 높이 감지 장치 400 내부 공간

402 히터 404 온도 센서

405 액체 높이 계산 장치 406 온도 센서

408 온도 센서 410 온도 센서

412 온도 센서 42 통

44 액체 연료

본 발명은 액체 높이 감지 장치와 관련이 있고, 특히 액체 연료 공급 장치에 들어 있는 액체 연료를 감지하는 데 사용된다.

연료 전지는 전극 작용을 통해 연료와 산화제에 들어 있는 화학 에너지를 바로 전기 에너지로 변환하는 전기 생산 장치이다. 다양한 분류 방법을 사용한 많은 종류의 연료 전지가 있다. 전해질의 특성에 따라 구분하면 알칼리 연료 전지(AFC), 인산 연료 전지(PAFC), 양자 교환막 연료 전지(PEMFC), 용융 탄산염 연료 전지(MCFC), 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 등의 서로 다른 다섯 가지 종류의 전해질 연료 전지가 있다. 여기서 메탄올을 수소로 변형하지 않고 직접 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료 전지가 포함되는 양자 교환막 연료 전지는 더 높은 에너지를 갖는 고급 기술 중 하나로, 대형 발전 장치, 휴대폰 발전기, 휴대용 전원 공급 장치 등에 사용된다.

하지만 직접 메탄올 연료 전지와 같은 액체 연료 전지를 상용화하기 위해서는 전기 출력의 안정성이라는 문제를 극복해야 한다. 따라서, 연료 부족이 발생해서 액체 연료 전지가 정상적인 전력을 공급하지 못하는 상황이 발생하지 않게 하려면 액체 연료 전지의 시스템 설계에서 액체 연료 공급 장치에 들어가는 액체 연료의 부피가 적당한 범위 이내로 유지되어야 한다. 액체 연료의 부피를 유지하려면 언제든지 액체 연료 공급 장치에 들어 있는 액체 연료의 양을 측정할 수 있도록 액체 높이 감지 장치가 있어야 한다. 즉, 액체 연료 공급 장치에 들어 있는 액체 연료의 높이를 감지해서 액체 높이가 지정된 표준 범위 이내로 유지되도록 함으로써 연료 전지의 공급 품질을 유지시키고 전자 제품이 연료 전지의 불안정한 전원 공급으로 인해 손상되지 않도록 해야 한다.

본 발명의 주된 목적은 액체 연료의 양이 부족할 경우에 즉시 반응을 하도록 하기 위해 연료 전지에 필요한 액체 연료의 양이 부족한지를 모니터하는 액체 높이 감지 장치를 연료 전지에 제공하는 것이다.

본 발명에서는 내부 공간이 통과 연결되어 통에 있는 액체 연료의 높이를 감지하는 액체 높이 감지 장치를 통에 넣는다. 액체 높이 감지 장치는 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되어 내부 공간에 있는 액체 연료를 가열하는 데 사용 되는 히터, 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되어 내부 공간에 있는 액체 연료의 온도를 측정하는 데 사용되는 하나 이상의 온도 센서, 온도 센서에서 측정된 액체 연료의 온도 신호를 받아서 액체 연료의 온도 변화 비율을 계산하고 온도 변화 비율에 따라 통에 들어 있는 액체 연료의 높이로 환산하는 액체 높이 계산 장치 등으로 구성된다.

도 1a는 본 발명에 따라 액체 높이 감지 장치를 설치하기 위한 구조 도면이다. 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(10)은 통(12)에 들어 있는 액체 연료 (14)의 높이를 감지하는 데 사용되고, 통(12)에 연결된 내부 공간(100)이 있다. 여기서 통(12)는 연료 전지에 필요한 액체 연료를 공급하기 위한 액체 연료 공급 탱크이고, 액체 연료(14)는 메탄올 수용액이나 순수 메탄올 용액이 될 수 있다. 또한, 내부 공간(100)은 부피가 작은 공간으로, 내부 공간(100)의 폭 W는 1 mm ~ 3 mm 범위가 될 수 있다. 도 1a에서 보는 것처럼 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(10)에는 속이 비어 있는 외피(101)이 있는데, 속이 빈 이 외피(101)의 소재는 내부 공간(100)의 열을 유지하고 공간 내부의 열을 막고 내부 공간(100)에 있는 액체 연료(14)의 온도가 외부의 영향을 받지 않도록 단열 소재로 된 속이 비어 있는 외피(101)을 사용할 수 있다. 또, 속이 빈 외피(101)의 표면은 부식 방지 및 산화 방지 처리할 수 있다.

도 1a를 보면, 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(10)은 히터(102), 하나 이상의 온도 센서 (104), 액체 높이 계산 장치(106) 등으로 구성되고, 각각에 대하여 자세하게 설명하면, 히터(102)는 액체 연료(14)를 가열하기 위해 액체 높이 감 지 장치의 내부 공간(100)에 설치된다. 히터(102)에는 가열봉이나 가열 도선을 사용할 수 있고, 히터(102)는 고정된 가열 전원으로 액체 연료(14)를 가열할 수 있다.

온도 센서(104)는 액체 높이 감지 장치(10)의 내부 공간(100)에 설치되어, 각각 내부 공간(100)의 서로 다른 위치에서 액체 연료 (14)의 온도를 측정한다. 온도 센서 (104)의 표면은 부식 방지 및 산화 방지 처리를 할 수 있다.

액체 높이 계산 장치(106)은 온도 센서(104)에서 측정된 액체 연료(14)의 온도 신호를 받아서 액체 연료(14)의 온도 변화 비율을 계산하고 온도 변화 비율에 따라 통(12)에 있는 액체 연료(14)의 높이로 환산하는 데 사용된다. 액체 높이 계산 장치(106)에는 마이크로프로세서를 부품으로 사용할 수 있고, 액체 높이 계산 장치(106)은 전기적으로 온도 센서(104)에 연결된다. 또한, 히터(102)는 전기적으로 액체 높이 계산 장치(106)에 연결될 수 있고, 히터(102)는 액체 높이 계산 장치(106)의 제어를 받아 가열 전력 및 가열 시간이 제어될 수 있다.

도 1a에서 보는 것처럼 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(10)에는 액체 높이 감지 장치(10)의 내부 공간(100)으로부터 통(12)를 분리하기 위해 제어 밸브(108)이 포함될 수 있다. 여기서 제어 밸브(108)은 전기적으로 액체 높이 계산 장치(106)에 연결될 수 있고, 제어 밸브(108)은 액체 높이 계산 장치(106)에 의해 제어된다. 히터(102)가 아직 액체 연료(14)를 가열하지 않았으면, 제어 밸브(108)이 열린다. 그러나 액체 연료(14)가 균형 상태에 있고 히터(102)가 액체 연료(14)를 가열하기 위해 준비하고 있으면 제어 밸브(108)이 닫힌다. 따라서 액체 연 료(14)에 대한 히터(102)의 가열 효과와 효율을 높일 수 있다.

도 1b는 도 1a에 있는 액체 높이 감지 장치를 다양하게 변형한 구조 도면이다. 여기서 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(10)은 도 1b에서 보는 것처럼 통(12)에 하나로 통합되도록 설계되었는데, 이것이 유일하게 도 1a와 다른 부분이다.

도 2는 각각 도 1a와 도 1b에서 내부 공간(100)에 들어 있는 액체 연료의 온도와 가열 시간 사이의 관계를 보여주는 도표이다. 예를 들어, 히터(102)가 0.5W의 가열 전력을 사용하여 액체 연료(14)를 계속 가열한다. 도 2에서는 세 개의 곡선(21, 23, 25)를 통해 서로 다른 세 가지 액체 연료 각각에 대하여 온도 센서(104)에 의해 측정된 액체 연료(14)의 평균 온도와 10 cm, 5 cm 및 3 cm의 액체 높이(h)에 따른 히터(102)의 가열 시간 사이의 관계를 보여준다. 세 곡선 (21, 23, 25)의 기울기(또는 온도 변화 비율)는 모두 다르다. 본 발명은 이러한 물리적 특성을 기반으로, 각 시간에 액체 연료(14)에 대한 온도 변화 속도를 측정하여 통(12)에 들어 있는 액체 연료(14)의 액체 높이(h)로 환산한다.

설명한 것처럼 해당 시간에 온도 센서(104)에 의해 측정된 액체 연료(14)의 평균 온도를 30℃로 가정한다. 그 다음에는 액체 높이 계산 장치(106)이 온도 값(=30℃)을 받아서 온도 변화 비율을 0.625(℃/sec)로 계산하고, 액체 높이 계산 장치(106)이 사전에 작성된 실험 데이터베이스(예: 도 2)를 사용하여 10 cm에서 액체 연료 높이(h)에 대한 선형 기울기를 통해 0.625(℃/sec)의 온도 변화 비율을 얻는다. 따라서 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(10)이 온도 변화 비율(=0.625 ℃/sec)을 통해 해당 시간에 액체 연료(14)의 액체 높이(h)를 10 cm로 환산할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따라 액체 연료에 대한 액체 높이 감지 방법을 보여주는 흐름도이다. 본 발명에 따른 액체 높이 감지 방법(30)은 액체 연료 공급 탱크(12)에 들어 있는 액체 연료의 높이(h)를 감지하는 데 사용된다. 여기서 액체 연료 공급 탱크(12)는 메탄올 수용액이나 순수 메탄올 용액과 같이 연료 전지에 필요한 액체 연료를 공급하는 데 사용된다. 본 발명에 따른 액체 높이 감지 방법(30)에는 단계(300)부터 단계 (308)까지가 포함된다. 본 발명에 따른 방법(30)을 아래에서 설명하며, 도 1a 및 도 1b의 구현 방법을 함께 참조한다.

단계(300)은 액체 높이 감지 장치(10)을 제공하는 것이다. 여기서 액체 높이 감지 장치(10)에는 내부 공간(100)이 있고, 이 내부 공간은 하나 이상의 히터(102), 하나 이상의 온도 센서(104), 액체 높이 계산 장치(106), 제어 밸브 등으로 구성된다. 내부 공간(100)은 액체 연료 공급 탱크(12)와 연결되고, 히터(102) 및 온도 센서(104)는 액체 높이 감지 장치(10)의 내부 공간(100)에 설치된다.

단계(302)는 액체 높이 감지 장치(10)의 내부 공간(100)에서 액체 연료 공급 탱크(12)를 분리하기 위해 제어 밸브(108)을 작동하는 것이다.

단계(304)는 히터(102)가 내부 공간(100)에 있는 액체 연료(14)를 가열하게 하는 것이다. 여기서 히터(102)의 가열 전력은 고정된 값이고, 가열하는 동안 내부 공간(100)에 있는 액체 연료(14)가 정적이기 때문에 가열 에너지가 내부 공간에 있는 액체 연료(14)에 의해 완전히 흡수될 수 있고, 액체 연료의 흐름에 의해 에너지 가 방출되지 않는다.

단계 (306)은 온도 센서(104)가 내부 공간(100)에 있는 액체 연료(14)의 온도를 측정하게 하는 것이다. 단계 (308)은 액체 높이 계산 장치(106)이 온도 센서(104)에 의해 측정된 액체 연료(14)에 대한 온도 신호를 받아서 내부 공간(100)에 들어 있는 액체 연료(14)의 온도 변화 속도를 계산한 후에 온도 변화 속도에 따라 액체 연료 공급 탱크(12) 내부에 있는 액체 연료(14)의 액체 높이(h)로 환산하게 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 액체 높이 감지 방법(30)은 내부 공간(100)에 들어 있는 액체 연료(14)의 온도를 더 정확하게 측정하는 데 사용되며, 액체 연료(14)의 온도를 나타내는 값으로, 온도 센서(104)에서 측정된 액체 연료(14)의 평균 온도를 계산하는 것이 여기에 포함된다.

도 4는 도 1a에 있는 액체 높이 감지 장치를 다양한 형태로 변형한 구조 도면이다. 도 4에서 보는 것처럼, 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치(40)은 히터(402), 온도 센서 (404, 406, 408, 410, 412), 액체 높이 계산 장치(105) 등으로 구성되며, 자세한 내용은 아래에서 설명한다.

히터 402는 액체 연료(44)를 가열하기 위해 액체 높이 감지 장치(40)의 내부 공간(400)에 설치된다. 히터(402)에는 가열봉이나 가열 도선을 사용할 수 있고, 히터(402)는 고정된 가열 전원으로 액체 연료(44)를 가열할 수 있다.

온도 센서(404, 406, 408, 410, 412)는 내부 공간(400)의 서로 다른 위치에서 액체 연료(44)의 온도를 측정하기 위해 액체 높이 감지 장치(40)의 내부 공간( 400)에 설치된다. 또한, 온도 센서(404, 406, 408, 410, 412)는 액체 높이 감지 장치(40)의 내부 공간(400), 즉 내부 공간(400)의 바닥부터 내부 공간(400)의 맨 위까지 일정한 피치를 갖고 설치된다. 또한, 온도 센서(404, 406, 408, 410, 412)의 표면은 부식 방지 및 산화 방지 처리를 할 수 있다.

액체 높이 계산 장치(405)은 온도 센서(404, 406, 408, 410, 412)에서 측정된 액체 연료(44)의 온도 신호를 받아서 액체 연료(44)의 온도 변화 비율을 계산하고 온도 변화 비율에 따라 통(42)에 있는 액체 연료(44)의 높이로 환산하는 데 사용된다. 또한, 본 발명에서는 액체 높이 아래에 있는 온도 센서와 액체 높이 위에 있는 온도 센서에서 측정된 온도 사이에 큰 차이가 있다는 이론이 적용될 수 있기 때문에, 추가로 액체 높이 계산 장치 (406)이 그룹으로 묶인 인접한 두 개의 온도 센서에서 측정된 온도 사이의 차이를 계산하고 이 차이 중의 최대값에 따라 통(42)에 있는 액체 연료의 높이 범위를 판단할 수 있다. 도 4를 예로 들면, 액체 높이 감지 장치(40)의 내부 공간(400)이 5개의 워터마크로 분리되고, 각 부분이 20% 워터마크를 나타낸다. 액체 연료(44)의 액체 높이가 온도 센서(404, 406) 사이로 이동하면 액체 높이 계산 장치(405)가 온도 센서(404, 406)에 의해 측정된 액체 연료 44의 두 온도가 가장 큰 차이값을 갖는 것으로 계산하게 되고, 따라서 통(42)에 있는 액체 연료의 액체 높이가 20%~40% 워터마크 범위에 있는 것으로 판단한다.

끝으로, 본 발명의 특징과 효과를 다음과 같이 요약할 수 있다.

1. 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치의 구조는 그다지 복잡하지 않기 때 문에, 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치는 저렴한 비용으로 제조할 수 있고 쉽게 대량 생산할 수 있다.

2. 본 발명에 따른 액체 높이 감지 장치는 액체 연료 공급 탱크에 들어 있는 액체 연료의 높이 측정에서 우수한 반응 감도를 제공할 수 있고, 언제든지 액체 연료의 높이가 기본 설정된 표준 범위 내에 들어가는지를 모니터하고 액체 연료 공급 장치에 들어 있는 액체 연료의 양이 기준으로 충분한지 응답할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발병의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

히터, 하나 이상의 온도 센서 및 액체 높이 계산 장치로 구성된 통에 내부 공간이 연결되도록 형성되어, 상기 통에 들어 있는 액체 연료의 높이를 감지하는 액체 높이 감지 장치로서:

상기 히터는 내부 공간의 액체 연료를 가열하기 위해 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되고;

상기 하나 이상의 온도 센서는 내부 공간에 있는 액체 연료의 온도를 측정하기 위해 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되고;

상기 액체 높이 계산 장치는 온도 센서에 의해 측정되는 액체 연료의 온도 신호를 받아서 액체 연료의 온도 변화 비율을 계산하고 통에 있는 액체 연료의 높이로 환산하는, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 액체 높이 감지 장치에서 온도 센서는 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 바닥부터 맨 위까지 피치를 갖도록 설치되는, 액체 높이 감지 장치.
제 2항에 있어서,

상기 액체 높이 계산 장치는 그룹에 포함된 인접한 두 개의 온도 센서에 측정된 온도 사이의 차이를 계산해서 그 차이값 중 최대값에 따라 통에 들어 있는 액 체 연료의 높이 범위를 판단하는, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에는 통을 분리하는 제어 밸브가 포함되는, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 히터의 가열 전력은 고정된 값인, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 통은 연료 전지에 필요한 액체 연료를 공급하기 위한 액체 연료 공급 탱크인, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 액체 연료는 메탄올 수용액인, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 액체 연료는 순수한 메탄올 용액인, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 내부 공간의 폭은 1 mm ~ 3 mm 범위 내인, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 히터는 가열봉 및 가열 도선 또는 그들 중 어느 하나인, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 액체 높이 계산 장치는 마이크로프로세서인, 액체 높이 감지 장치.
제 5항에 있어서,

상기 액체 높이 감지 장치에서 히터의 가열 전력은 0.5W인, 액체 높이 감지 장치.
제 1에 있어서,

상기 액체 높이 감지 장치에는 속이 빈 외피가 있고 이 외피의 소재는 절연 소재인, 액체 높이 감지 장치.
제 13에 있어서,

속이 빈 외피의 표면은 부식 방지 처리 및 산화 방지 처리 또는 그들 중 어 느 하 처리되는, 액체 높이 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 온도 센서의 표면은 부식 방지 및 산화 방지 처리되는, 액체 높이 감지 장치.
연료 전지에 필요한 액체 연료를 공급하는 데 사용되는 액체 연료 공급 탱크에 들어 있는 액체 연료의 높이를 감지하는 데 사용되는 액체 높이 감지 방법으로서:

내부 공간, 하나 이상의 히터, 하나 이상의 온도 센서, 액체 높이 계산 장치, 제어 밸브 등으로 구성되는 액체 높이 감지 장치를 제공하는 단계로서, 여기서 내부 공간은 액체 연료 공급 탱크에 연결되고, 히터와 온도 센서는 액체 높이 감지 장치의 내부 공간에 설치되도록 액체 높이 감지 장치를 제공하는 단계;

상기 액체 높이 감지 장치의 내부 공간으로부터 액체 연료 공급 탱크를 분리하는 제어 밸브를 작동하는 단계;

상기 히터로 내부 공간에 있는 액체 연료를 가열하는 단계;

상기 온도 센서가 내부 공간에 있는 액체 연료의 온도를 측정하는 단계;

상기 액체 높이 계산 장치가 온도 센서에서 측정된 액체 연료의 온도 신호를 받아서 액체 연료의 온도 변화 비율을 계산하고 온도 변화 비율에 따라 통에 있는 액체 연료의 높이로 변환하는 단계를 포함하는, 액체 높이 감지 방법.
제 16항에 있어서,

상기 액체 높이 계산 장치는 온도 센서에서 측정된 액체 연료의 평균 온도를 계산하여 액체 연료의 온도를 나타내는 값으로 제공하는, 액체 높이 감지 방법.
제 16항에 있어서,

액체 연료는 메탄올 수용액인, 액체 높이 감지 방법.
제 16항에 있어서,

액체 연료는 순수한 메탄올 용액인, 액체 높이 감지 방법.
제 16항에 있어서,

히터의 가열 전력은 고정된 값인, 액체 높이 감지 방법.