專利名稱：濃度偵測裝置的制作方法
技術領域：
本新型涉及一種濃度偵測裝置，且特別是一種用以偵測燃料電池的液態(tài)燃料濃度的濃度開關。
背景技術：
燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電極反應直接轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池的種類相當多，而且分類的方式也各有所不同，若依電解質性質不同加以區(qū)分，有堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池等五種不同電解質的燃料電池。其中，質子交換膜燃料電池又包含所謂直接甲醇燃料電池，直接以甲醇為燃料，而不需先改質成氫氣，是目前研發(fā)能量較高的技術之一，其應用目標包含大型發(fā)電廠、汽車用發(fā)電機、攜帶式電源等。
然而，如直接甲醇燃料電池這類的液態(tài)燃料電池，在邁向商品化的過程中都需克服一個問題，即液態(tài)燃料濃度的控制。理論上，液態(tài)燃料濃度若愈低，所產生的電力就愈少；液態(tài)燃料濃度若愈高，所產生的電力就愈多。因此，勢必需有一種濃度偵測裝置來隨時監(jiān)控液態(tài)燃料的濃度，以確保其濃度始終維持在一預設的標準值，如此方可維持燃料電池的供電品質，而且電子產品也不會因燃料電池的電力供應不穩(wěn)定而受到損傷。
新型內容本新型的主要目的是提供燃料電池一種濃度偵測裝置，用以隨時監(jiān)控燃料電池所需液態(tài)燃料的濃度，當其濃度發(fā)生變化時，可實時作出反應。
為達成本新型上述目的，本新型提供一種濃度偵測裝置，用以偵測一容器內的液態(tài)燃料的濃度，該濃度偵測裝置包括一旋轉機構，位于該液態(tài)燃料的液面下且具有一旋轉中心，該旋轉機構包含一第一浮動物體，其比重是不大于該液態(tài)燃料比重，且具有一體積V值及一質量M值，該第一浮動物體的質心與該旋轉中心在X-Y平面上的距離為L。一第二浮動物體，連結該第一浮動物體，其比重是不大于該液態(tài)燃料比重，且具有該體積V值及一質量r·M值，該第二浮動物體的質心與該旋轉中心在X-Y平面上的距離為L，且該第二浮動物體、該旋轉中心及該第一浮動物體的質心在X-Y平面上所形成的夾角為120°，其中r值是一大于0的常數。以及一第三浮動物體，連結該第一浮動物體及該第二浮動物體，其比重是不大于該液態(tài)燃料比重，且具有該體積V值及一質量r2·M值，該第三浮動物體的質心與該旋轉中心在X-Y平面上的距離為L，且該第三浮動物體、該旋轉中心及該第二浮動物體的質心在X-Y平面上所形成的夾角為120°。藉此可經由觀察該旋轉機構是否改變其原本旋轉方向，而獲知該液態(tài)燃料的濃度已變化至一特定濃度。
為使熟悉該項技術人員了解本新型的目的、特征及功效，茲通過下述具體實施例，并配合附圖，對本新型詳加說明如后。


圖1A是依據本新型的濃度偵測裝置的一具體實施例的側視圖；圖1B是1圖1A的旋轉機構14于一狀態(tài)下的俯視示意圖；圖1C顯示圖1A的旋轉機構14于另一狀態(tài)下的俯視示意圖；圖2是甲醇水溶液的濃度與比重的轉換對照表；圖3是本新型的濃度偵測裝置的一較佳具體實施例的液態(tài)燃料濃度與旋轉機構的旋轉角度的關系圖；圖4顯示圖1A的旋轉機構14于再一狀態(tài)下的俯視示意圖。
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(tài)燃料(12)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)具體實施方式
圖1A是依據本新型的濃度偵測裝置的一具體實施例的側視圖。圖1B是圖1A的旋轉機構14于一狀態(tài)下的俯視示意圖。在圖1A中，燃料供給槽(1)具有一中空的殼體(10)，用以容納且供給一燃料電池所需的燃料，即液態(tài)燃料(12)，而且液態(tài)燃料(12)可以是一甲醇水溶液。燃料供給槽(1)進一步包含第一入口(100)，是用以注入燃料至燃料供給槽(1)內；第二入口(102)，是用以注入水溶液至燃料供給槽(1)內，以稀釋燃料的濃度；以及出口(104)，用以輸出其燃料至燃料電池的一流道板的入口(圖中未顯示)。
本新型的濃度偵測裝置是用以偵測燃料供給槽(1)內的液態(tài)燃料(12)的濃度，該濃度偵測裝置包括一旋轉機構(14)，是位于液態(tài)燃料(12)的液面下且具有旋轉中心(145)，以及可在X-Y平面上旋轉出一角度θ(如圖1B所示)。參考圖1A所示，旋轉機構(14)包含第一浮動物體(140)、第二浮動物體(142)及第三浮動物體(144)，且彼此利用連桿(146)以連結。其中，第一浮動物體(140)的質量為M值，第二浮動物體(142)的質量為r·M值，第三浮動物體(144)的質量為r2·M值，該r值是一大于0的常數；此外，該些浮動物體都是由耐腐蝕材料所制成的球體，都具有相同體積V值，且其比重皆不大于液態(tài)燃料(12)的比重ρ。參考圖1B所示，該些浮動物體的質心與旋轉中心(145)在X-Y平面上的距離皆為L，而且第二浮動物體(142)的質心、旋轉中心(145)、及第一浮動物體(140)的質心在X-Y平面上所形成的夾角為120°，且第三浮動物體(144)的質心、旋轉中心(145)、第二浮動物體(142)的質心在X-Y平面上所形成的夾角為120°。
圖1C顯示圖1A的旋轉機構14于另一狀態(tài)下的俯視示意圖。此時，液態(tài)燃料(12)的濃度已產生變化，由于每一個浮動物體(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θ1。最后，第一浮動物體(140)、第二浮動物體(142)及第三浮動物體(144)將依據下列的力矩平衡方程式(M-ρ·V)·L·cosθ+(r·M-ρ·V)·L·cos(θ+120°)+(r2·M-ρ·V)·L·cos(θ+240°)＝0；其中，M、V、r、L是一常數。通過上述的力矩平衡方程式F(θ，ρ)＝0，以使得旋轉機構(14)可在液態(tài)燃料(12)的液面下達到靜止狀態(tài)。此外，由于旋轉機構(14)的旋轉角度θ1只能有一個正確代表值，因此必須依據下列判別式[ F(θ，ρ)/θ]＞0；而決定出θ1值，其中符號是代表偏微分。
通過實施本新型，以使得當液態(tài)燃料(12)的濃度產生變化時，偵測出旋轉機構(14)的旋轉角度θ，再根據該力矩平衡方程式F(θ，ρ)＝0以求得液態(tài)燃料(12)的比重ρ，因而可換算出液態(tài)燃料(12)的濃度。假設液態(tài)燃料(12)是一甲醇水溶液，便可透過如圖2所示的甲醇水溶液濃度與比重的轉換對照表，來換算出對應于比重ρ的甲醇水溶液濃度。當然，本新型的濃度偵測裝置除了可應用于甲醇水溶液外，同時亦能夠應用在采用其它具有不同比重的液態(tài)燃料的燃料電池。
在本新型的濃度偵測裝置的最佳化設計中，r值的選定可以通過給予一特定液態(tài)燃料比重ρ，且經由下列計算式[F(θ，ρ)/θ]＝0；而求出該r值，其中符號是代表偏微分。
圖3是本新型的濃度偵測裝置的一較佳具體實施例的液態(tài)燃料比重(ρ)與旋轉機構的旋轉角度(θ)的關系圖。該較佳具體實施例的諸項基本數據為M＝0.1(g)；r＝2.83；L＝13.8(mm)；V＝1(cm3)。其中r值，是在液態(tài)燃料比重(ρ)為0.96的條件下，經由計算式[F(θ，ρ)/θ]＝0所求出。參考圖3所示，可容易地找出一特定旋轉角度(θ)所對應的液態(tài)燃料比重(ρ)。當ρ值由0.1朝向1增加時，θ變小，意謂著旋轉機構(14)會進行旋轉。而在ρ趨近于0.96時，旋轉機構(14)的狀態(tài)正如圖1C所示，此時θ1＝165°。然而，當ρ＝0.96時，旋轉機構(14)會進行近180度的大幅度旋轉，最后旋轉機構(14)的狀態(tài)如圖4所示，此時θ2＝345°。由于θ1與θ2之間是一大角度的差距，因而可以讓觀察者或觀測裝置容易察覺旋轉機構(14)的變化。因此，可經由觀察旋轉機構(14)是否改變其原本旋轉方向，而獲知液態(tài)燃料(12)的濃度已變化至一特定濃度，以圖3的實施例為例，該特定濃度是對應于液態(tài)燃料比重(ρ)為0.96的液態(tài)燃料濃度。
最后，歸納本新型的特點及功效如下1.本新型的濃度偵測裝置使用具有相同體積、質量成等比數列的浮動物體(140)、(142)、(144)，且該些浮動物體與旋轉中心(145)的距離皆相同，因而本新型濃度偵測裝置具有制造成本低廉，且容易大量制造的優(yōu)點。
2.本新型的濃度偵測裝置除了對于液態(tài)燃料(12)的濃度量測具有極佳反應靈敏度，能夠帶給液態(tài)燃料的濃度感測作業(yè)極大的便利性外，亦可隨時監(jiān)測液態(tài)燃料(12)的濃度是否已變化至一特定濃度，因而本新型的濃度偵測裝置可作為一種偵測液態(tài)燃料的特定濃度的濃度開關。
雖然本新型已以具體實施例公開如上，然其所公開的具體實施例并非用以限定本新型，任何熟悉該項技術的人員，在不脫離本新型的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，其所作的更動與潤飾皆屬于本新型權利要求所保護的范疇。
權利要求1.一種濃度偵測裝置，用以偵測一容器內的液態(tài)燃料的濃度，其特征在于，該濃度偵測裝置包括一旋轉機構，是位于該液態(tài)燃料的液面下且具有一旋轉中心，該旋轉機構包含一第一浮動物體，其比重是不大于該液態(tài)燃料比重，且具有一體積V值及一質量M值，該第一浮動物體的質心與該旋轉中心在X-Y平面上的距離為L；一第二浮動物體，連結該第一浮動物體，其比重是不大于該液態(tài)燃料比重，且具有該體積V值及一質量r·M值，該第二浮動物體的質心與該旋轉中心在X-Y平面上的距離為L，且該第二浮動物體的質心、該旋轉中心及該第一浮動物體的質心在X-Y平面上所形成的夾角為120°，其中r值是一大于0的常數；以及一第三浮動物體，連結該第一浮動物體及該第二浮動物體，其比重是不大于該液態(tài)燃料比重，且具有該體積V值及一質量r2·M值，該第三浮動物體的質心與該旋轉中心在X-Y平面上的距離為L，且該第三浮動物體的質心、該旋轉中心及該第二浮動物體的質心在X-Y平面上所形成的夾角為120°；藉此可經由觀察該旋轉機構是否改變其原本旋轉方向，而獲知該液態(tài)燃料的濃度已變化至一特定濃度。
2.如權利要求1所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該旋轉機構可在X-Y平面上旋轉出一角度θ，且其是依據一力矩平衡方程式F(θ，ρ)＝(M-ρ·V)·L·cosθ+(r·M-ρ·V)·L·cos(θ+120°)+(r2·M-ρ·V)·L·cos(θ+240°)＝0，以使得該旋轉機構可在該液態(tài)燃料的液面下達到靜止狀態(tài)，以及ρ是代表該液態(tài)燃料的比重。
3.如權利要求2所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該r值是通過具有一已知ρ值的計算式[F(θ，ρ)/θ]＝0而求出，該判別式中的符號是代表偏微分。
4.如權利要求1所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該浮動物體是一球體。
5.如權利要求1所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該容器是一燃料供給槽，用以供給一燃料電池所需的燃料。
6.如權利要求1所述的濃度偵測裝置，其特征在于該液態(tài)燃料是一甲醇水溶液。
7.如權利要求6所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該浮動物體是一耐腐蝕材料。
8.如權利要求5所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該燃料供給槽，進一步包含一第一入口，是用以注入燃料至該燃料供給槽內。
9.如權利要求8所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該燃料供給槽，進一步包含一第二入口，是用以注入水溶液至該燃料供給槽內。
10.如權利要求9所述的濃度偵測裝置，其特征在于，該燃料供給槽，進一步包含一出口，用以輸出其燃料至該燃料電池的一流道板的入口。
專利摘要本實用新型是一種濃度偵測裝置，用以偵測一容器內的液態(tài)燃料的濃度，該濃度偵測裝置包括一旋轉機構，是位于該液態(tài)燃料的液面下且具有一旋轉中心，該旋轉機構包含第一浮動物體其質量為M值、第二浮動物體其質量為r·M值、第三浮動物體其質量為r2·M值，其中第一、二、三浮動物體的比重都是不大于液態(tài)燃料比重，且都具有相同的體積V值，以及第一、二、三浮動物體與旋轉中心在X－Y平面上的距離為L，且第一、二、三浮動物體以120°夾角而連結成三角結構。藉此可通過觀察該旋轉機構是否改變其原本旋轉方向，而獲知該液態(tài)燃料的濃度已變化至特定濃度。
文檔編號G01N9/36GK2893693SQ200520145280
公開日2007年4月25日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權日2005年12月22日
發(fā)明者鐘雅健, 陳逸先, 鄧豐毅, 湯毓麟 申請人:勝光科技股份有限公司