专利名称：液位侦测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及容室内液位的侦测装置，特别是涉及液态燃料供给装置内所装盛液态燃料量的侦测。
背景技术：
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。燃料电池的种类相当多，而且分类的方式也各有所不同，若依电解质性质不同加以区分，有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池等五种不同电解质的燃料电池。其中，质子交换膜燃料电池又包含所谓直接甲醇燃料电池，直接以甲醇为燃料，而不需先改质成氢气，是目前研发能量较高的技术之一，其应用目标包含大型发电厂、汽车用发电机、携带式电源等。
然而，如直接甲醇燃料电池这类的液态燃料电池，在迈向商品化的过程中皆需克服一个问题，即电力输出的稳定性。因此，在液态燃料电池系统设计中，液态燃料供给装置所装盛的液态燃料量必须维持在合理范围内，才不致于有燃料短缺的情形发生，而使得液态燃料电池无法正常供应电力。因此，势必需要有一种液位侦测装置来随时测量液态燃料供给装置内装盛的液态燃料量，亦即侦测液态燃料供给装置内液态燃料的液面高度，确保其液面高度能够维持在预设的标准范围内，这样才能维持燃料电池的供电品质，而且电子产品也不会因燃料电池的电力供应不稳定而受到损伤。
发明内容
本发明的主要目的是给燃料电池提供一种液位侦测装置，用来随时监测燃料电池所需的液态燃料量是否足够，从而当液态燃料量发生短缺时，可据以实时作出反应。
为达成本发明上述目的，本发明提供一种液位侦测装置，用来侦测容室内液态燃料的液面高度，且有一个内部空间与该容室彼此相通，该液位侦测装置包括一个加热器，设置于该液位侦测装置的内部空间，用来对该内部空间的液态燃料进行加热；一个以上的温度传感器，设置于该液位侦测装置的内部空间，用来测量该内部空间液态燃料的温度值；以及一个液位计算装置，用来接收该些温度传感器所测量该液态燃料的温度值，并计算出该液态燃料额温度变化速率，再依据该温度变化速率而换算出位于该容室的液态燃料的液面高度。
本发明的特点及功效如下本发明液位侦测装置的构造并不繁琐复杂，因而本发明液位侦测装置具有制造成本低廉，且容易大量制造的优点。
另外，本发明液位侦测装置对于液态燃料供给槽内液态燃料的液面高度测量具有极佳反应灵敏度，可随时监测液态燃料的液面高度是否落于预设的标准范围内，进而具体反应出液态燃料供给装置内装盛的液态燃料量是否足够，以供外界参考。
为使本技术领域的技术人员了解本发明的目的、特征及功效，特由下述具体实施例，并结合附图，对本发明详加说明如下。
图1A为本发明液位侦测装置一个具体实施例的构造示意图。
图1B为图1A液位侦测装置变化实施例的构造示意图。
图2为图1A及图1B中位于内部空间的液态燃料温度与加热时间的关系图。
图3为本发明液态燃料的液位侦测方法的流程图。
图4为图1A液位侦测装置的另一个变化实施例的构造示意图。
主要组件符号说明液位侦测装置(10)内部空间(100)中空壳体(101)加热器(102)温度传感器(104)液位计算装置(106)控制阀(108)容室(12)液态燃料(14)曲线(21)、(23)、(25)液位侦测装置(40)内部空间(400)加热器(402)温度传感器(404)、(406)、(408)、(410)、(412)液位计算装置(405)容室(42)液态燃料(44)具体实施方式
图1A为本发明液位侦测装置一个具体实施例的构造示意图。本发明的液位侦测装置(10)，是用来侦测容室(12)内液态燃料(14)的液面高度，且有一内部空间(100)与容室(12)彼此相通。其中，容室(12)为液态燃料供给槽，用来供给燃料电池所需之液态燃料。而液态燃料(14)可以是甲醇水溶液或是纯甲醇溶液。此外，内部空间(100)乃一小容积之空间，内部空间(100)的宽度W可以介于1毫米至3毫米之间。另外，如图1A所示，本发明的液位侦测装置(10)具有一中空壳体(101)，且中空壳体(101)的材质可使用绝热材料，或者可以用绝热材料来包覆中空壳体(101)，这样可保持住内部空间(100)的热量，而避免内部加热的热量散失，亦可避免受到外界环境的干扰而影响其内部空间(100)的液态燃料(14)温度值。此外，中空壳体(101)的表面可进一步经过抗腐蚀及/或防酸之处理。
参考图1A所示，本发明的液位侦测装置(10)包括加热器(102)、一个以上的温度传感器(104)、液位计算装置(106)，分别说明如下内文加热器(102)设置于液位侦测装置(10)的内部空间(100)，用来对液态燃料(14)进行加热。加热器(102)可以采用加热棒或是加热丝，而且，加热器(102)能够以一个固定值的加热功率来对液态燃料(14)进行加热。
该些温度传感器(104)设置于液位侦测装置(10)的内部空间(100)，用来分别测量位于内部空间(100)的液态燃料(14)在不同地点的温度值。而温度传感器(104)的表面可进一步经过抗腐蚀及/或防酸之处理。
液位计算装置(106)用来接收该些温度传感器(104)所测量液态燃料(14)的温度值，并计算出液态燃料(14)的温度变化速率，再根据该温度变化速率而换算出位于容室(12)的液态燃料(14)的液面高度。液位计算装置(106)可以采用微处理器来作为具体组件。液位计算装置(106)为电气性连接于该些温度传感器(104)。另外，加热器(102)亦可以电气性连接至液位计算装置(106)，且加热器(102)受控于液位计算装置(106)，使得加热器(102)的加热功率与加热时间得以控制。
又如图1A所示，本发明的液位侦测装置(10)可进一步包括控制阀(108)，可用以隔离容室(12)与液位侦测装置(10)的内部空间(100)。其中，控制阀(108)可以电气性连接至液位计算装置(106)，且控制阀(108)受控于液位计算装置(106)，当加热器(102)尚未对液态燃料(14)进行加热时，控制阀(108)系处于开启状态，然而当液态燃料(14)处于平衡状态下且加热器(102)准备对液态燃料(14)进行加热时，则控制阀(108)处于关闭状态。如此，可增进加热器(102)对液态燃料(14)的加热效果及效率。
图1B为图1A液位侦测装置的变化实施例的构造示意图。其中如图1B所示，本发明的液位侦测装置(10)被设计成与容室(12)一体成型，此点为与图1A的唯一不同处。
图2为图1A及图1B中位于内部空间(100)的液态燃料温度与加热时间的关系图。加热器(102)例如采用0.5瓦特的加热功率来持续对液态燃料(14)进行加热，请结合参照图2所示，三条曲线(21)、(23)、(25)分别代表在三个不同的液态燃料液面高度(h)为10公分、5公分、3公分下，该些温度传感器(104)所测得液态燃料(14)的平均温度与加热器(102)的加热时间两者之间的关系。三条曲线(21)、(23)、(25)的斜率(或称作温度变化速率)皆不相同，本发明正是通过此项物理特性，由测知当时液态燃料(14)的温度变化速率，而换算出位于容室(12)的液态燃料(14)的液面高度(h)。
由上述说明，例如假设该些温度传感器(104)当时所量测到液态燃料(14)的平均温度值为30℃。接着，液位计算装置(106)接收该温度值(＝30℃)且进而计算出温度变化速率为0.625(℃/sec)，然后液位计算装置(106)便可依据预先建立好的实验数据数据库(如图2所示)，得知0.625(℃/sec)的温度变化速率为液态燃料液面高度(h)为10公分的直线斜率。因而，本发明的液位侦测装置(10)可依据该温度变化速率(＝0.625℃/sec)而换算出当时液态燃料(14)的液面高度(h)为10公分。
图3显示本发明液态燃料液位侦测方法的流程图。本发明的液位侦测方法(30)，是用来侦测液态燃料供给槽(12)内液态燃料的液面高度(h)，其中液态燃料供给槽(12)用来供给燃料电池所需的液态燃料，例如甲醇水溶液或纯甲醇溶液。本发明的液位侦测方法(30)包括步骤(300)至步骤(308)，请参照图1A与图1B的具体实施例，现分别说明本发明方法(30)如下。
步骤(300)为提供液位侦测装置(10)，其中液位侦测装置(10)具有内部空间(100)，且至少具有加热器(102)、一个以上的温度传感器(104)、液位计算装置(106)以及控制阀(108)，其中内部空间(100)系与液态燃料供给槽(12)彼此相通，且加热器(102)与该些温度传感器(104)设置于液位侦测装置(10)的内部空间(100)。
步骤(302)为致动控制阀(108)，以使得液态燃料供给槽(12)与液位侦测装置(10)的内部空间(100)彼此隔离。
步骤(304)是用加热器(102)对内部空间(100)的液态燃料(14)进行加热，其中加热器(102)的加热功率为固定值，进行加热时，内部空间(100)内的液态燃料(14)是静止的，使得所加热的热量可以被内部空间(100)内的液态燃料(14)完全吸收，热量不会因液态燃料流动而散失。
步骤(306)是用温度传感器(104)测量内部空间(100)液态燃料(14)的温度值。步骤(308)是用液位计算装置(106)接收该些温度传感器(104)所测量液态燃料(14)的温度值，并计算出内部空间(100)液态燃料(14)的温度变化速率，再依据该温度变化速率而换算出位于液态燃料供给槽(12)内的液态燃料(14)的液面高度(h)。
再者，本发明的液位侦测方法(30)为了更加精准测量到内部空间(100)里液态燃料(14)的温度值，可进一步包含计算该些温度传感器(104)所测量到液态燃料(14)的温度值的平均值，以做为液态燃料(14)的温度值的代表值。
图4为图1A液位侦测装置的另一个变化实施例的构造示意图。参考图4所示，本发明的液位侦测装置(40)包括加热器(402)、温度传感器(404)、(406)、(408)、(410)、(412)、液位计算装置(405)，分别说明如下内文加热器(402)设置于液位侦测装置(40)的内部空间(400)，用以对液态燃料(44)进行加热。加热器(402)可以采用加热棒或是加热丝，而且，加热器(402)能够以一个固定值的加热功率来对液态燃料(44)进行加热。
温度传感器(404)、(406)、(408)、(410)、(412)设置于液位侦测装置(40)的内部空间(400)，用来分别量测位于内部空间(400)的液态燃料(44)在不同地点的温度值。而且，该些温度传感器(404)、(406)、(408)、(410)、(412)是从内部空间(400)的底部至顶部且以间隔方式设置于液位侦测装置(40)的内部空间(400)。此外，温度传感器(404)、(406)、(408)、(410)、(412)的表面亦可进一步经过抗腐蚀及/或防酸之处理。
1、液位计算装置(405)用来接收该些温度传感器(404)、(406)、(408)、(410)、(412)所测量液态燃料(44)的温度值，并计算出液态燃料(44)的温度变化速率，再依据该温度变化速率而换算出位于容室(42)的液态燃料(44)的液面高度。此外，本发明亦利用液面下的温度传感器与液面上的温度传感器二者所量测到的温度值有很大落差的原理，因此液位计算装置(406)可进一步用以分批计算两相邻温度传感器温度值的差距值，且依据该些差距值之中的最大值而判定出位于容室(42)的液态燃料的液面高度范围。以图4为例，液位侦测装置(40)的内部空间(400)被划分为五段水位，每一段代表20％的水位，当液态燃料(44)的液面高度走到温度传感器(404)、(406)二者之间时，液位计算装置(405)将计算得出温度传感器(404)、(406)所量测液态燃料(44)的两个温度值有最大的差距，因而可判定出位于容室(42)的液态燃料的液面高度系落于20％～40％的水位范围内。
虽然本发明已就具体实施例详述如上，然而其目的并不是用来限定本发明，对本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本发明的保护范围应当以前附权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种液位侦测装置，用来侦测一个容室内液态燃料的液面高度，且有一个内部空间与该容室彼此相通，其特征在于，该液位侦测装置包括一个加热器，设置于该液位侦测装置的内部空间，用来对该内部空间的液态燃料进行加热；一个以上的温度传感器，设置于该液位侦测装置的内部空间，用来测量该内部空间的液态燃料的温度值；以及一个液位计算装置，用来接收该些温度传感器所测量该液态燃料的温度值，并计算出该液态燃料的温度变化速率，再依据该温度变化速率换算出该容室内液态燃料的液面高度。
2.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该些温度传感器是自该内部空间的底部至该内部空间顶部且以间隔方式设置于该液位侦测装置的内部空间。
3.如权利要求2所述的液位侦测装置，其特征在于，该液位计算装置分批计算两相邻温度传感器温度值的差距值，且依据该些差距值之中的最大值而判定出该容室内液态燃料的液面高度范围。
4.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，进一步包括一个控制阀，用来隔离该容室与该液位侦测装置的内部空间。
5.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该加热器的加热功率为固定值。
6.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该容室是一个液态燃料供给槽，用来供给燃料电池所需的液态燃料。
7.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该液态燃料为甲醇水溶液。
8.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该液态燃料为纯甲醇溶液。
9.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该内部空间的宽度介于1毫米至3毫米之间。
10.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该加热器为加热棒和/或加热丝。
11.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该液位计算装置是一个微处理器。
12.如权利要求5所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该加热器的加热功率为0.5瓦特。
13.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该液位侦测装置具有一个中空壳体，且该中空壳体的材质为绝热材料。
14.如权利要求13所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该中空壳体表面经过抗腐蚀和/或防酸的处理。
15.如权利要求1所述的液位侦测装置，其特征在于，其中该温度传感器表面经过抗腐蚀和/或防酸的处理。
16.一种液位侦测方法，用来侦测一个液态燃料供给槽内液态燃料的液面高度，其特征在于，其中该液态燃料供给槽是用来供给一个燃料电池所需的液态燃料，该液位侦测方法包括提供一个液位侦测装置，该液位侦测装置具有一个内部空间，且至少具有一个加热器、一个以上的温度传感器、一个液位计算装置以及一个控制阀，其中该内部空间与该液态燃料供给槽彼此相通，且该加热器与该些温度传感器设置于该液位侦测装置的内部空间；致动该控制阀，使该液态燃料供给槽与该液位侦测装置的内部空间彼此隔离；利用该加热器对该内部空间的液态燃料进行加热；利用该温度传感器测量该内部空间液态燃料的温度值；利用该液位计算装置接收该些温度传感器所测量该液态燃料的温度值，并计算出该内部空间液态燃料的温度变化速率，再依据该温度变化速率换算出位于该液态燃料供给槽内的液态燃料的液面高度。
17.如权利要求16所述的液位侦测方法，其特征在于，进一步包含利用该液位计算装置计算该些温度传感器所测量到该液态燃料温度值的平均值，以做为该液态燃料温度值的代表值。
18.如权利要求16所述的液位侦测方法，其特征在于，其中该液态燃料为甲醇水溶液。
19.如权利要求16所述的液位侦测方法，其特征在于，其中该液态燃料为纯甲醇溶液。
20.如权利要求16所述的液位侦测方法，其特征在于，其中该加热器的加热功率为固定值。
全文摘要
本发明是一种液位侦测装置，用来侦测容室内液态燃料的液面高度，且有一内部空间与该容室彼此相通，该液位侦测装置包括一个加热器，设置于该液位侦测装置的内部空间，用来对该内部空间的液态燃料进行加热；一个以上的温度传感器，设置于该液位侦测装置的内部空间，用来测量该内部空间液态燃料的温度值；以及一个液位计算装置，用来接收该些温度传感器所测量该液态燃料的温度值，并计算出该液态燃料的温度变化速率，再依据该温度变化速率换算出位于该容室的液态燃料的液面高度。
文档编号G01F23/22GK101038197SQ20061006505
公开日2007年9月19日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者许锡铭, 邓丰毅 申请人:胜光科技股份有限公司