TWI489103B - Fluid cooling system and liquid fluid detection joint and measuring device - Google Patents

Description

流體冷卻系統及其液態流體檢測接頭與量測裝置

本發明係有關於一種液態流體量測裝置，特別是有關於一種根據阻抗值的變化以檢測流體流速及溫度的流體冷卻系統及其液態流體檢測接頭與量測裝置。

由於傳統車輛冷卻系統均透過冷卻液(純水)進行各系統進行冷卻以達到最佳的運作溫度。燃油引擎車主要透過引擎運作時帶動水泵使冷卻液進行循環，進而達到冷卻的效果。例如美國US 20120316711 A1號專利公開了一種冷卻系統，其主要提供散熱予電子系統或熱源，以確保散熱系統穩定運作因此冷卻系統需提供檢測管線內是否提供液冷正常的流道運作，此方式防止管線冷卻效果下降所造成的系統損壞。但此專利中提供一種利用監測幫浦轉速以判定冷卻系統是否正常，但於行車中系統出錯時無法即時判別。

另有些傳統電動車系統，如台灣TW201100270號專利，其為直接偵測水溫以判別冷卻系統是否正常運作，一但水溫過高則提供警示駕駛者提供相對應措施。此專利中提供一車輛輔助冷卻利用偵測壓力之方法進行冷卻機制啟動與否，但此系統無法判定當水溫過高時之警訊。

電動車系統相較於傳統燃油引擎車系統較為特殊，電動車系統欲使冷卻液循環需仰賴電力提供馬達水泵進行水循環的運作。傳統電動車針對水冷系統無法判對水流大小，並且無法第一時間即得知水泵運作失 敗。進而導致設備溫度過高造成損壞。冷卻系統管線一旦破裂，即使水泵運作成功也無法即時掌握。導致駕駛者於駕駛過程中才發現各組件溫度異常，此時往往已造成各組件的損壞並發生危險。而一旦馬達水泵運作異常將無法判別冷卻水循環是否正常運作。即使正常運作亦無法有效判別其運作行為是否合乎應有的效果。

本發明的目的在於提供一種流體冷卻系統及其液態流體檢測接頭與量測裝置，採用至少二組具有彈性的低阻抗針腳重疊與分開時的比阻抗值變化，以檢測水流大小、溫度與管線是否破裂進行檢測。

為達成前述提供液態流體量測裝置目的，本發明的技術手段包含：一阻抗量測單元與一比阻抗值檢測單元。比阻抗值檢測單元包括一對導電片及一對具有彈性的低阻抗針腳，該對具有彈性的低阻抗針腳係分別與該阻抗量測單元電性耦接，每一低阻抗針腳具有一頭端及一相對的尾端，其與該管道水流方向呈非平行設置，每一該頭端係分別固設於該管道壁面，每一該尾端趨向該管道的中央方向延伸並形成開放端，且每一該尾端連接該些導電片其中之一，並使二導電片面對面並互相接觸，該對低阻抗針腳並與該阻抗量測單元電性耦接以量測其阻抗值。

在一實施例中，該對導電片係可為磁性金屬片或非磁性金屬片。

在一實施例中，該對低阻抗針腳係由壓電材料製成，藉由壓電材料變形量對應於流體流速。

為達成前述之提供液態流體檢測接頭的目的，本發明的技術手段包含：一主體與一對接口；主體，其具有一腔體；接口，分別與該腔體連通；該腔體與該對接口共同形成一供流體流通的管道，並於該腔體內 設置如前述的比阻抗值檢測單元。

為達成前述之提供流體冷卻系統的目的，本發明的技術手段包含：水路管道、水泵、如前述的液態流體檢測接頭以及阻抗量測單元。水路管道係提供該流體循環流動之路徑；水泵係連接於該水路管道上，以驅動該流體循環流動；液態流體檢測接頭係以該對接口連接於該水路管道上；阻抗量測單元係與該液態流體檢測接頭之該對具有彈性的低阻抗針腳電性耦接。

本發明的特點至少有：本發明之新型態的冷卻系統檢測設備，該系統可有效運用於電動車系統與燃油車系統中，該系統不僅成本低，體積小，重量輕且安裝方便。本發明不僅可檢測水流大小、溫度與管線是否破裂進行檢測。此外，水的解離常數會隨著水溫而改變，因而比阻抗值會受到水溫的影響而變化，並且水溫對純水的阻抗關係成反比，因此量測其導電關係即可獲得水溫，可克服傳統電動車系統為直接偵測水溫以判別冷卻系統是否正常運作的方式無法偵測冷卻系統是否正常運作；以及傳統電動車針對水冷系統無法判別水流大小，並且無法第一時間即得知水泵運作失敗等缺陷。

10‧‧‧管道

11‧‧‧流體

20‧‧‧液態流體量測裝置

21‧‧‧阻抗量測單元

22‧‧‧比阻抗值檢測單元

221,221’‧‧‧導電片

222‧‧‧低阻抗針腳

2221‧‧‧頭端

2222‧‧‧尾端

30‧‧‧液態流體檢測接頭

31‧‧‧主體

311‧‧‧腔體

3111‧‧‧平面側壁

3112‧‧‧螺孔

32‧‧‧接口

33‧‧‧螺絲

40‧‧‧流體冷卻系統

41‧‧‧水路管道

42‧‧‧水泵

43‧‧‧液態流體檢測接頭

X‧‧‧長軸

圖1為本發明一實施例之比阻抗值與溫度的關係座標圖；圖2為本發明一實施例之應用於具有流體的管道內的液態流體量測裝置剖面示意圖；圖3為圖2中液態流體量測裝置的比阻抗值檢測單元被流體推彎過程的剖面示意圖；圖4為圖3中液態流體量測裝置的比阻抗值檢測單元被流體推彎而分開的剖 面示意圖；圖5為本發明一實施例之比阻抗值檢測單元平面圖；圖6為本發明一實施例之液態流體檢測接頭的立體圖；圖7為本發明一實施例之液態流體檢測接頭的側視圖；以及圖8為本發明一實施例之流體冷卻系統示意圖。

茲配合圖式說明本發明之實施例如下。

如圖1所繪示的本發明一實施例之比阻抗值與溫度的關係座標圖。本發明的理論基礎如下：

水中的離子含量也就是導電物質的總含量，可用電子導電率來加以表示。電子導電率，即電子流動"容易"的程度，與水中離子含量成正比關係。而阻抗值(=比阻抗值)則表示電子流動"困難"的程度，其值隨著水中離子含量減少而增加。因此，比阻抗值與導電率呈倒數關係。由於自來水、蒸餾水中含有較多的離子，因此以導電率來表示，而超純水所含離子較少，以比阻抗值來表示。

此外水的解離常數(Ksp)會隨著水溫而改變，因而比阻抗值會受到水溫的影響而變化，25℃的超純水，其比阻抗值為18.2MΩ．cm，但在0℃時則為84.2MΩ．cm，100℃則為1.3MΩ．cm，在25℃附近時，溫度每上升1℃，其比阻抗值則下降0.84MΩ．cm。因此，純水系統與超純水系統的導電度(比阻抗)一般會換算成水溫25℃來表示。所以最乾淨的水(超純水)的理論比阻抗值為18.2~18.3MΩ．cm(25℃)。其比阻抗值與溫度的關係請參見圖1所示，而比阻抗值與導電關係如下表1所示；表1

透過上述不難發現水溫對純水的阻抗關係成反比，因此量測導電關係即可獲得水溫。

請參照圖2~圖4所示，圖2為本發明一實施例之應用於具有流體的管道內的液態流體量測裝置剖面示意圖、圖3為圖2中液態流體量測裝置的比阻抗值檢測單元被流體推彎過程的剖面示意圖以及圖4為圖3中液態流體量測裝置的比阻抗值檢測單元被流體推彎而分開的剖面示意圖。在本實施例中的液態流體量測裝置20是可應用在一具有流體11的管道10上。該液態流體量測裝置20包括阻抗量測單元21和比阻抗值檢測單元22。比阻抗值檢測單元22包括一對彈性體的低阻抗針腳222及一對導電片221；每一低阻抗針腳222具有一頭端2221及一相對的尾端2222，其由該頭端2221連接該尾端2222所定義的長軸X係與該管道10內的流體流動方向呈非平行設置，且每一頭端2221係分別固設於該管道10壁面，並使其尾端2222趨向該管道10的中央方向延伸並形成自由端，每一該尾端2222連接該些導電片221其中之一，並使二導電片221面對面並互相接觸；同時，該對低阻抗針腳222 與該阻抗量測單元21電性耦接以應用該阻抗量測單元21來量測低阻抗針腳的阻抗值。

在進一步的實施例中，該對導電片221係可為非磁性金屬片，此實施態樣中，當該管道10內流體11流動速度提高而使流體11施加於該二導電片221的推力大於該二低阻抗針腳222的彈性變形力後，該二低阻抗針腳222彎曲並將該二導電片221分開(此時該比阻抗值檢測單元22的阻抗值發生變化，並可由該阻抗量測單元21檢知，並判定該管道10內流體11呈流動狀態)，當該管道10內流體流動的推力小於該低阻抗針腳222的彈性變形回復力時，該二導電片221回復原位置而面對面並互相接觸而得以傳導其阻抗值。

在另一實施例中，該對導電片221’係可為磁性金屬片，並於二導電片221’在面對面時互相吸附，確保得以互相接觸以傳導其阻抗值，二導電片221’的磁吸力應該要大於該些低阻抗針腳222的彈性變形力，當該管道10內流體11流動速度高於一特定值時，施加於該二導電片221’的推力始大於該二導電片221’的磁吸力，因而將該二導電片221’分開(此時該比阻抗值檢測單元22的阻抗值發生變化，並可由該阻抗量測單元21檢知)，並使該低阻抗針腳222彈性變形而彎曲，當該管道10內流體11流動推力小於該低阻抗針腳222的彈性變形回復力時，該二導電片221’回復原始位置而面對面互相磁吸。

進一步言，如圖2所示，當該管道10內流體11無流動或流動速度極低時，磁性金屬的導電片221’將兩端的低阻抗針腳222相連接。此階段阻抗為最低。因此透過阻抗量測單元21即可判定流體11無運作或運作流速極低。如圖3、圖4所示，當該管道10內流體11流動時，磁性金屬的導電片221’將兩端的低阻抗針腳222相分離。此階段阻抗由低轉為最高。因此透 過阻抗量測單元21即可判定流體11開始運作。

請參照圖5所示之本發明一實施例之比阻抗值檢測單元平面圖。本實施例中可知，即使於管道10中加裝此液態流體量測裝置20，對於管道10內流體11流動壓力改變影響不大，主要原因為該比阻抗值檢測單元22所需求的面積不大。另，透過磁性元件的導電片221’可避免低阻抗針腳222復歸時位移量偏移所造成的影響。

在進一步的實施例中，該對低阻抗針腳222係可由壓電材料製成，如此一來，當該對低阻抗針腳222對應流體11不同的流速而產生不同程度的彎曲時，其可產生不同的阻抗(可反映在阻抗量測單元21的讀數上)，因而可判定更精細的流體11流速變化。

在一實施例中，該對低阻抗針腳互呈180度相對設置，但不以此為限。

請參見圖6繪示的本發明一實施例之液態流體檢測接頭的立體圖以及圖7本發明一實施例之液態流體檢測接頭的側視圖。在此實施例中的液態流體檢測接頭30，係包括主體31與一對接口32；主體31具有一腔體311；該對接口32係分別設置於該主體31的兩端(較佳者，該兩端呈一直線，但不以此為限)，該對接口32的內部空間分別與該腔體311連通；其中，該腔體311與該對接口32共同形成一供流體11流通的管道10，並於該腔體311內設置如前述實施例中的比阻抗值檢測單元22，也就是說，當該腔體311內的流體11靜止、低流速或高流速時，其比阻抗值將可藉由該對低阻抗針腳222傳遞，因此只需以一阻抗量測單元21量測其值，即可準確判定該液態流體檢測接頭30內的流體11狀態，進而推知整個冷卻系統(後述)的運作狀態。

具體而言，該液態流體檢測接頭30的一實施例可為：該腔體 311具有面對面的二平面側壁3111，每一平面側壁3111上具有一螺孔3112，該對具有彈性的低阻抗針腳222係分別夾置於二螺絲33上，並於每個螺絲33螺鎖於該螺孔3112之後，可將該低阻抗針腳222固定在該腔體311。當然，此一實施例中，該對低阻抗針腳222係可由壓電材料製成者。

如圖8所繪示的本發明一實施例之流體冷卻系統示意圖。本實施例揭示本發明的應用，其應用的流體冷卻系統40，包括：一水路管道41、一水泵42、一液態流體檢測接頭30，以及一阻抗量測單元21。水路管道41係提供該流體循環流動之路徑；水泵42係連接於該水路管道41上，以驅動該流體11循環流動；液態流體檢測接頭30係以該對接口連接於該水路管道41上；而阻抗量測單元21係與該液態流體檢測接頭30之該對具有彈性的低阻抗針腳222電性耦接。如此一來，當該水泵42作動時，可驅使該水路管道41內的冷卻流體循環流動，並可由該阻抗量測單元21量測其液態流體檢測接頭30內的阻抗，以判讀流體冷卻系統內的水流大小、溫度與管線是否破裂。

承上所述，本發明的優點至少有：本發明為一新型態的冷卻系統檢測設備，該系統可有效運用於電動車系統與燃油車系統中，甚至可應用在其他的管道內流體的量測，該系統不僅成本低，體積小，重量輕且安裝方便。本發明不僅可檢測水流大小、溫度與管線是否破裂進行檢測。此外，水的解離常數會隨著水溫而改變，因而比阻抗值會受到水溫的影響而變化，並且因為水溫對純水的阻抗關係成反比，因此量測其導電關係即可獲得水溫，可克服傳統電動車系統為直接偵測水溫以判別冷卻系統是否正常運作，但卻無法即時偵測出諸如冷卻系統管線破裂而造成冷卻系統運作異常的問題，以及傳統電動車針對水冷系統無法判別水流大小，並且無法第一時間即得知水泵運作失敗或運作效率下降等缺陷。

前述本發明所採用的技術手段之實施方式或實施例，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧管道

11‧‧‧流體

20‧‧‧液態流體量測裝置

21‧‧‧阻抗量測單元

22‧‧‧比阻抗值檢測單元

221,221’‧‧‧導電片

222‧‧‧低阻抗針腳

2221‧‧‧頭端

2222‧‧‧尾端

Claims (10)

1. 一種液態流體量測裝置，適於一具有流體的管道內，其包含：一阻抗量測單元；以及一比阻抗值檢測單元，包括：一對導電片；及一對具有彈性的低阻抗針腳，每一低阻抗針腳具有一頭端及一相對的尾端，其與該管道內的流體流動方向呈非平行設置，每一該頭端係分別固設於該管道壁面，每一該尾端趨向該管道的中央方向延伸並形成自由端，且每一該尾端連接該些導電片其中之一，並使二導電片互相接觸，該對低阻抗針腳並分別與該阻抗量測單元電性耦接以量測其阻抗值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液態流體量測裝置，其中，該對導電片係為非磁性金屬片，當該管道內流體流動速度提高而使流體施加於該二導電片的推力大於該二低阻抗針腳的彈性變形力後，該二低阻抗針腳彎曲並將該二導電片分開，當該管道內流體流動的推力小於該低阻抗針腳的彈性變形回復力時，該二導電片回復原位置而互相接觸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液態流體量測裝置，其中，該對導電片係為磁性金屬片，並於面對面時互相吸附，其磁吸力大於該些低阻抗針腳的彈性變形力，當該管道內流體流動速度高於一特定值時，施加於該二導電片的推力始大於該二導電片的磁吸力，而將該二導電片分開，並使該低阻抗針腳彈性變形而彎曲，當該管道內流體流動推力小於該低阻抗針腳的彈性變形回復力時，該二導電片回復原始位置而互相磁吸。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之液態流體量測裝置，其中，該對低阻抗 針腳係由壓電材料製成。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之液態流體量測裝置，其中，該對低阻抗針腳互呈180度相對設置。
6. 一種液態流體檢測接頭，包括：一主體，其具有一腔體；以及一對接口，係分別設置於該主體的兩端，該對接口內部空間分別與該腔體連通；其中，該腔體與該對接口共同形成一供流體流通的管道，並於該腔體內設置如申請專利範圍第1項之比阻抗值檢測單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之液態流體檢測接頭，其中，該腔體具有面對面的二平面側壁，每一平面側壁上具有一螺孔，該對具有彈性的低阻抗針腳係分別夾置於二螺絲上，並於每個螺絲螺鎖於該螺孔後，將該低阻抗針腳固定在該腔體者。
8. 如申請專利範圍第6項所述之液態流體檢測接頭，其中，該對低阻抗針腳係由壓電材料製成。
9. 一種流體冷卻系統，包括：一水路管道，其係提供一流體循環流動之路徑；一水泵，其係連接於該水路管道上，以驅動該流體循環流動；一如申請專利範圍第6項之液態流體檢測接頭，其係以該對接口連接於該水路管道上；以及一阻抗量測單元，係與該液態流體檢測接頭之該對具有彈性的低阻抗針腳電性耦接。
10. 如申請專利範圍第9項所述之流體冷卻系統，其中，該對低阻抗針腳係由壓電材料製成。