TWI277234B - Concentration detection device and fuel supplying tank with the same - Google Patents

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TWI277234B TW094141053A TW94141053A TWI277234B TW I277234 B TWI277234 B TW I277234B TW 094141053 A TW094141053 A TW 094141053A TW 94141053 A TW94141053 A TW 94141053A TW I277234 B TWI277234 B TW I277234B
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Description

I277234 / 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種濃度偵測步署 電池所使狀祕㈣崎度。測燃料 【先前技術】 燃料電池是一種將儲存在燃料
電極反應錢轉化為魏的發電^减射的化學能通過 多,而曰八_古^々士置。燃料電池的義相當 而^ _方式也各有所刊,若依電解質 區分’有驗性燃料電池、磷酸燃料電 崎 炫融碳酸㈣料電池、固態氧化物 ^換繼枓电池 _ 奶^然科電池等五種不同雷解皙 的燃料電池。其中,質子交換膜嫩 、 ^ . ......枓电池又包含所謂直接甲醇 ^ 私甲醇為燃料,而不需先改質成氫氣,係目前 研“讀純技術之―,其制目 用發電機、攜帶式電源等。 ^ *如直接甲醇轉電池這類的液態轉電池,在邁向 的過程中皆需克服—個問題,即液態燃料濃度之控制。 燃料濃妓愈低,所產生的電力就愈少;液態燃 Γ,所產生的電力就愈多。因此,勢必需有一種濃 衣置來_監控液_料的濃度,以麵其濃度始終維 、-預㈣標準值’如財可維舰料電池的供電品質,而 5 1277234 , 且電子產品也不會因燃料電池的電力供應不穩定而受到損傷。 【發明内容】 本發明之第一目的係提供一種濃度偵測裝置,用以隨時反 ’ 應出燃料電池所需液態燃料的濃度。 • 本發明之第二目的係提供一種用於液態燃料電池的燃料 供給槽,乃设置有燃料濃度偵測裝置,能夠隨時反應出燃料供 給槽内的液態燃料濃度。 §9 |達成本發明上述目的,本發明提供-種濃度侧裝置, 用以偵測一容器内之液態燃料的濃度,該濃度偵測裝置包括: 一旋轉機構,係位於該液態燃料之液面下,且可在χ—γ平面上 旋轉出一角度0,該旋轉機構包含:至少三個以上的浮動物 體,係彼此連結且該每一個浮動物體比重係不大於該液態燃料 比重p ’該些浮動物體依據一力矩平衡方程式F( 0,ρ = 〇, 以使得该旋轉機構可在該液態燃料之液面下達到靜止狀態。藉 此使得當該液態燃料的濃度產生變化時,偵測出該旋轉機構之 旋轉角度0,再根據該力矩平衡方程式F(0,= 〇以求 _ 得該液態燃料比重P,因而可換算出該液態燃料的濃度。 為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及功效, • 茲藉由下述具體實施例,並配合所附之圖式,對本發明詳加說 明如后。 【實施方式】 第一 A圖係依據本發明之濃度偵測裝置之一具體實施例的 6 1277234 :視圖。第-B圖係第- A圖之濃度偵職置於—狀態下的示 意圖:在第- A圖中,燃料供給槽⑴具有一殼體⑽,採以 中空谷讀構’且絲容納並供給—燃料電池所需之燃料,即 液態燃料(12) ’而且液態燃料⑽可以係_甲醇水溶液。燃料 供給槽(1)進-步包含:第-入口⑽)、第二入口(1〇2)、出 口(104)。第一入口(1〇〇)係用來注入燃料至燃料供給槽⑴ 内。第二入口(1〇2)係用來注入水溶液至燃料供給槽(1)内,以 稀釋燃料之i辰度。出口(1〇4)係用來輪出燃料至燃料電池之一 流道板的入口(圖中未顯示)。 本發明之濃度偵測裝置係用以偵測燃料供給槽(1 )内之液 態燃料(12)的濃度,該濃度侧裝置包括—旋轉機構⑽,係位 於液態燃料(12)之液面下且具有旋射心(145),以及可在χ—γ 伟上旋轉出-角度θ(如第二圖所示)。參考第一 Α圖所示, 旋轉機構(14)包含:第一浮動物體(刚)、第二浮動物體(142) 及第二洋動物體(144),且彼此湘連桿(146)以連結。其中,第 ->予動物體(140)、第二浮動物體⑽)及第三浮動物體(144)係 由耐腐姓材料所製成的球體,該些浮動物體之f量分別係m、 M2、M3,體積分別係V2、V3,且其比重皆不大於液態燃料 (12)的比重p。參考第一 b圖所示,該些浮動物體之質心與其 方疋轉中心(145)在X-γ平面上的距離分別係L1、L2、L3,而且第 于動物體(140)之質心、第二浮動物體(142)之質心及旋轉中心 (145)之中('在χ—γ平面上所形成之夾肖為,第—浮動物體 (140)之質心、該第三浮動物體(144)之質心及旋轉中心(145)在 X-Y平面上所形成之夾角為03。
1277234 第二圖顯示第一 B圖之濃度偵測裝置於另一狀態下的示意 圖。此時,液態燃料(12)的濃度已產生變化,由於每一個浮動物 體(140)、(142)、(144)所受到的浮力也會隨著改變,因而使得旋 轉機構(14)在X-Y平面上旋轉出一旋轉角度0。最後,第一浮動 物體(14〇)、苐二浮動物體(142)及第三浮動物體(144)將依據下列 之力矩平衡方程式: (Ml-p · VI) · U · cos + (M2-p · V2) · L2 · cos (<9 + 02) + (M3-p · V3) · L3 · cos(0 + 03卜〇 ; 其中,Ml、M2、M3、V卜 V2、V3、U、L2、L3、02、6>3 係-常數。藉由上述之力矩平衡方程式咐,P)=G,以使得旋 轉機構(I4)可在液態燃料⑽之液面下達到靜止狀態。此外,由於 旋轉機構(14)之旋轉歧Θ只能有-個正確代表值,因此必須依 據下列判別式: 、 [δ F(<9 ’ p) /⑽]> 〇 ;而決定出一 0值,其中符號⑽ 代表偏微分。 ±藉由實施本發明,以使得當液態燃料(12)的濃度產生變化 日守’债測ϋ}旋觀構(⑷之旋㈣度p,雜據該力矩平衡方程 式^,ρ) = 0以求得液態燃料⑽的比重ρ,因而可換^ 液祕,(12)的濃度。假設液態燃料⑽係—甲醇水溶液,便可 ,過如第二騎示的甲醇水溶液濃度與比重的轉麟照表 异出對應於比重ρ㈣醇水溶液濃度。 、 第四圖係本發明之濃度伽彳裝置之—較佳具體實 施例的液 態燃 8 1277234
Ml=l.86(g) ; M2=l.46(g) ; M3=2.36(g) ; Vl=2(cm3); V2=1.6(cm3) ; V3=2.5(cm3) ; Ll=42(mm) ; L2=41.7(mm); L3=43(mm); 0 2=112·3。; 0 3=206.50。
參考第四圖所示,可容易地找出一特定旋轉角度(0)所對應的 液態燃料比重(p)。另外,當液態燃料比重(口)在α9至1時,曲 線最為陡峭,其間旋轉機構之旋轉角度(0)自6〇。變化至30。,中間 的落差將近有100。之多。此實驗結果意謂,該較佳具體實施例的 濃度偵測裝置特別適合用於偵測比重(ρ)介於0.9至1的液態燃料 之濃度’例如第三圖所示的甲醇水溶液係一代表例,原因在於該 較佳具體實施例的濃度偵測裝置在此比重區間(〇·9〜1)的反應靈 敏度相當高’當液態燃料之濃度一產生變化時,所對應之液態燃 料比重(ρ)亦隨著變化,此時觀察者或觀測裝置可易於測量此具有 明顯幅度的旋轉角度(0 ),因而能夠帶給液態燃料的濃度感測作業 極大的便利性。當然,本發明之濃度偵測裝置除了可應用於甲醇 水溶液外,同時亦能夠應用在採用其他具有不同比重之液態燃料 的燃料電池。 最後,歸納本發明之特點及功效如下: 1.本發明之濃度偵測裝置為更有利於製造,可預先設定以下參 數·· VI = V2 = V3 ; LI = L2 = L3 ; Θ2=120° ; Θ3=240°,並且 令m、M2、M3成一等比數列(亦即Ml= r · M3 ; M2= r2 · M3),因 而本發明濃度偵測裝置具有製造成本低廉,且容易大量製造之優 2·本發明之濃度偵測裝置具有極佳反應靈敏度,所以能夠帶給液 態燃料的濃度感測作業極大的便利性。因此,應用本發明濃度偵 9 1277234 優良的濃度偵 測裝置之液態燃料電池的燃料供給槽,本 測能力。 ,、有 施例配叫體實關揭露如上,然其所脑的具體實 用以限縣發明,任何熟悉此技藝者,在不脫離本發明 =神和範圍内,當可作各種之更動與潤飾,其所作之更動與潤 ,白屬於本㈣之齡’本發明之锻顧當視伽巧請專利 乾圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第一 Α圖係依據本發明之濃度偵測裝置之一具體實施例的侧視 圖; 第一B圖係第一a圖之濃度偵測裝置於一狀態下的示意圖; 第二圖顯示第一B圖之濃度偵測裝置於另一狀態下的示意圖; 第三圖係曱醇水溶液之濃度與比重的轉換對照表; 第四圖係本發明之濃度偵測裝置之一較佳具體實施例的液態燃 料濃度與旋轉機構之旋轉角度的關係圖。 【主要元件符號說明】 燃料供給槽(1) 殼體(10) 第一入口 (100) 第二入口(102) 出口(104) 液態燃料(12) 10 1277234 旋轉機構(14) 第一浮動物體(140) 第二浮動物體(142) 第三浮動物體(144) 旋轉中心(145) 連桿(146)

Claims (1)

1277234 ~___ ‘· f f年"月π曰修(更)正本 十、申請專利範圍: ------一^_ L種浪度偵測裝置,用以偵測一容器内之液態燃料的濃度,該濃 度偵測裝置包括··一旋轉機構,係位於該液態燃料之液面下且 具有一旋轉中心,以及可在Χ_γ平面上旋轉出一角度Θ,該旋 轉機構包含: 至少二個以上的浮動物體,係彼此連結且該每一個浮動物 體比重係不大於該液態燃料比重ρ,該些浮動物體依據一力矩 平衡方程式F(0,ρ) = 〇,以使得該旋轉機構可在該液態燃料 I 之液面下達到靜止狀態; 藉此使彳于當该液態燃料的濃度產生變化時,偵測出該旋轉機構之 旋轉角度Θ,再根據該力矩平衡方程式F(0,々)= 〇以求得該液 態燃料比重Ρ,因而可換算出該液態燃料的濃度。 2·如申請專利範圍第1項所述之濃度偵測裝置,其中該些浮動物體 係包括··一第一浮動物體、一第二浮動物體及一第三浮動物體, 且該些浮動物體之質量分別係Ml、M2、M3,該些浮動物體之 體積分別係VI、V2、V3,該些浮動物體之質心與該旋轉中心在 ’ X-Y平面上的距離分別係U、L2、L3,且該第一浮動物體之質 心、該第二浮動物體之質心及該旋轉中心在X_Y平面上所形成之 夾角為02,該第一浮動物體之質心、該第三浮動物體之質心及 該旋轉中心在Χ-Υ平面上所形成之夾角為03。 3·如申請專利範圍第2項所述之濃度偵測裝置,其中之 函式為 F(0,ρ)二(ΜΙ-ρ · VI) · L1 · cos (9 +(Μ2-0 · V2) · L2 · cos (0 + θ 2) + (M3- ρ · V3) · L3 · cos (0 + 0 3)。 4·如申請專利範圍第3項所述之濃度偵測裝置,其中該旋轉機構之 12 <.S 只77234 -%轉角度θ係依據-姻式[dF(0,ρ) /δθ] >。而決定, 式中哺號δ係代表偏微分。 5·如申請專利範圍第2項所述之濃度侧裝置,其中νι V3,L1=τ〇 τι 二 u L2 = L3,02=120。,03=240。,且 Ml、M2、lVn & 等比數列。 為一 6. 如申請專利範卿丨項所述之濃度_裝置’其中該浮動物 一球體。 恭 7. 如中料圍第丨項所述之濃度侧裝置,其中該容器係—燃 φ 料供給槽,用以供給一燃料電池所需之燃料。 ’、、、 8. 如申料利範圍第7項所述之濃度侧裝置,其巾親態 一甲醇水溶液。 ‘、、、 9. 如申請專利範圍第8項所述之濃度侧裝置,其中該浮動物體係 一耐腐蚀材料。 ' 10·如申請專利範圍第7項所述之濃度偵測裝置,其中該燃料供給 槽’進-步包含-第-人口’係用以注人燃料至該燃料供給槽内。 丨1.如申請專利範圍第w項所述之濃度_裝置,其中該燃料供給 槽’進-步包含-第二人口,铜以注人水溶液至該燃料供給槽 内。 12.如申請專利範圍第11項所述之濃度侧裝置,其中該燃料供給 槽’進-步包含-出π,用以輸出其燃料至雜料電池之一流道 板的入口。 13·—種用於液態燃料電池的燃料供給槽,包括·· H係呈巾空容H結構,肋容納一液 態燃料;以及 ’辰度制裝置’係位於該殼體内,用以侧該液態燃料的 S 13 1277234 /辰度,该濃度偵測裝置至少包含一旋轉機構,係位於該液態燃料 之液面下且具有一旋轉中心,以及可在χ-γ平面上旋轉出一角度 Θ,其中該旋轉機構包含·· 至少三個以上的浮動物體,係彼此連結且該每一個浮動物 體比重係不大於該液態燃料比重P,該些浮動物體依據一力矩平 衡方程式F(0,p) = (),以使得該旋轉機構可在該液態燃料之液 面下達到靜止狀態; 藉此使得當該液態燃料的濃度產生變化時,偵測出該旋轉機構之 • 旋轉角度…再根據該力矩平衡方程式F(0,p) = 〇以求得該液 態燃料比重p,因而可換算出該液態燃料的濃度。 I4·如申請專利範圍第U項所述之燃料供給槽,其中該些浮動物體 係包括:一第一浮動物體、一第二浮動物體及一第三浮動物體, 且該些浮動物體之質量分別係Ml、M2、M3,該些浮動物體之 體積分別係VI、V2、V3,該些浮動物體之質心與該旋轉中心在 平面上的距離分顺u、L2、L3,頭第—雜物體之質 φ 〜、该第一浮動物體之質心及該旋轉中心在X-Y平面上所形成之 夹角為Θ2,該第一浮動物體之質心、該第三浮動物體之質心及 該旋射心在χ_γ平面上所職之劾為θ3。 15·如申請專利範圍第14項所述之燃料供給槽,其中_,⑴之 函式為咐,Ρ) = (Μ11 ·νΐ)·υ,θ+(Μ2-ρ ·ν2)· U 02) + (Μ3-Ρ · V3) · L3 · cos(0 + Θ3)。 l6辦轉鄕IIJS丨5項所狀轉供給槽,其巾織轉機構之 旋轉角度Θ係依據一判別式[dF⑴,W /⑽]〉〇而決定, 該判別式中的符號δ係代表偏微分。 1277234 17·如申請專利範圍第14項所述之燃料供給槽,其中V1 = V2 — V3 ’ L1 = L2 = L3,θ 2=120。,昨240。,且奶、M2、m = 專比數列。 ’ 18.如申請專利範圍第13項所述之燃料供給槽,其中該浮動物 一球體。 “ 19. 如申請專利範圍第13項所述之燃料供給槽,其中該液態燃料係 一甲醇水溶液。 20. 如申請專利範圍第19項所述之燃料供給槽,其中該浮動物體係 /耐腐餘材料。 21·如申请專利範圍第13項所述之燃料供給槽,其中該殼體,進一 资包含主第一入口,係用以注入該液態燃料至該燃料供給槽内。 22·如申明專利範圍第21項所述之燃料供給槽,其中該殼體,進一 少包含-第二人口,_以注人水溶液至魏料供給槽内。 23·如申明專利範圍第22顿述之燃料供給槽,其中該殼體,進一 梦包含-Λ口’用崎出該液態燃料至該液龍料電池之一流道 板的入口。
15 1277234 •, 七、指定代表圖:
* (一)本案指定代表圖為:第(一 A _ (二)本代表圖之元件符號簡單說明: 1燃料供給槽 ^ 10殼體 " 12液悲燃料 14旋轉機構 100 第一入口 102 第二入口 104 出口 140第一浮動物體 142第二浮動物體 144第三浮動物體 146連桿 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式:
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