專利名稱：光學基甲醇傳感器的流動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學基甲醇傳感器的流動裝置，特別是，涉及提供甲醇到光學基甲醇傳感器的流動裝置，該傳感器光學測量甲醇的濃度。
背景技術(shù)：
直接供液燃料電池主要以甲醇作為燃料。當高濃度的甲醇供給到直接供液燃料電池的陽極時，由于從陽極到陰極通過電解質(zhì)膜的燃料的交叉(氫離子交換膜)，燃料電池的發(fā)電效率大幅降低。因此，濃度為0.5至2M(2至8體積百分比)的稀釋甲醇被廣泛采用。
直接供液燃料電池系統(tǒng)包括燃料箱，其中存儲高濃度或者純的甲醇。通過混合燃料箱中的甲醇和水箱中的再生水或水而具有均勻的濃度的混合燃料被提供到陽極。此時，需要用于檢測混合燃料濃度的甲烷傳感器。
具有在光學基傳感器內(nèi)將樣品提供到光學基傳感器的流道的設備在美國專利No.6,183,696中已公開。流道能干擾傳感器的光的路徑，且傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供與光學基甲醇傳感器的外表面接觸的流道和增加光學基甲醇傳感器可靠性的流動裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了光學基甲醇傳感器，其包括內(nèi)箱體，其環(huán)繞光學基甲醇傳感器；外箱體，其環(huán)繞內(nèi)箱體；流道，其在內(nèi)箱體中形成在光學基甲醇傳感器的全反射面上；燃料入口，其通過內(nèi)箱體和外箱體形成，且給流道提供液體燃料；和燃料出口，其通過內(nèi)箱體和外箱體形成，且排放已流過流道的液體燃料到外箱體的外部。
內(nèi)箱體可包括流道和燃料出口之間的流動通道，從而液體燃料可接觸光學基甲醇傳感器的表面。
流動通道可以是彎曲溝槽。
內(nèi)箱體可由具有比光學基甲醇傳感器的傳感器主體更高的熱導率的材料形成，且外箱體可由具有比光學基甲醇傳感器的傳感器主體更低的熱傳導率的材料形成。
液流通道中液體燃料的流速可設計為15至40厘米/秒。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了光學基甲醇傳感器流動裝置，其包括箱體，其環(huán)繞光學基甲醇傳感器；導流器，其置于箱體和光學基甲醇傳感器之間，且包括形成在光學基甲醇傳感器的全反射面上的流道和引導流經(jīng)流道的液體燃料接觸光學基甲醇傳感器第一側(cè)面的開口；燃料入口，其通過內(nèi)箱體和外箱體形成，且給流道供給液體燃料；和燃料出口，其通過內(nèi)箱體和外箱體形成，且排放已流過流道的液體燃料到外箱體的外部。
流動裝置還包括排出流動管線，其安裝在箱體和與光學基甲醇傳感器的第一側(cè)面相對的第二側(cè)面之間，其中已流過導流器開口的液體燃料通過排出流動管線移動到燃料出口。
流道可以是形成在導流器上以與全反射面接觸的溝槽。


參照附圖通過詳細描述其中的示范性實施例，本發(fā)明的上述和其他的特征和優(yōu)點將會更明顯，其中圖1是光學基甲醇傳感器的剖面圖，該光學基甲醇傳感器適于根據(jù)本發(fā)明實施例的光學基甲醇傳感器的流動裝置；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的部分透視圖；圖3A和圖3B是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的運行；圖4是透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的運行；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的導流器的透視圖；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的流動裝置測試結(jié)果的曲線圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的剖面圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中顯示了本發(fā)明的示范性實施例。
圖1是適于根據(jù)本發(fā)明實施例的流動裝置的光學基甲醇傳感器的剖面圖。光學基甲醇傳感器10與在美國專利5,898,503和6,183,696號中公開的光學基傳感器或者德州儀器(Texas Instruments)的折射率傳感器類似。
參照圖1，發(fā)光單元30和受光單元40形成在基板20上。光圈32形成在發(fā)光單元30前面，從而從光發(fā)射單元30發(fā)出的光可分散在預定的角度范圍內(nèi)。傳感器10包括光進入其中的第一表面11和改變在第一表面11上全反射的光的光路的第二表面12。在第二表面12上反射的光進入受光單元40。參考數(shù)字50表示流道(flow channel)，其形成為與第一表面11接觸。在第一表面11上全反射的光的量(或者角度范圍)依據(jù)流道中甲醇的濃度而改變，且因此光在受光單元40上的輻照范圍改變。參考數(shù)字14是金屬線，因為金屬線與發(fā)光單元30和受光單元40電連接，因此該金屬線給傳感器10提供電源且從傳感器10輸出信號。
發(fā)光單元30可以是發(fā)光二極管(LED)，且受光單元40可以是光電二極管陣列。在流道50中的甲醇的濃度可以通過測量在第一表面11上全反射的光的量而檢測出。
甲醇燃料的折射率依據(jù)其溫度大幅變化。因此，在直接供液燃料電池中，當該電池的溫度比氣溫高30至50℃時，折射率對含有甲醇的燃料的溫度非常敏感。此外，由于例如由塑料形成的傳感器主體60的不均勻熱變形，受光單元40上的受光區(qū)可能變形，而這可能在測量甲醇的濃度中導致誤差。
另外，當在流道50中含有甲醇的液體燃料的流速較慢時，氣泡聚集在與第一表面11接觸的流道50中。氣泡可通過改變反射光的強度導致甲醇傳感器10不正確的測量。
因此，為了應用光學基甲醇傳感器10到直接供液燃料電池上，需要維持傳感器主體60均勻的溫度和在光學基甲醇傳感器10與液體燃料接觸的區(qū)域(即，在流道50中)內(nèi)液體燃料的流速高于預定的速度。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的無導流器的光學基甲醇傳感器流動裝置的部分透視圖。圖3A和3B是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的運行，而圖4是透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的運行，并顯示了導流器和光學基甲醇傳感器的結(jié)合。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的導流器的透視圖。圖2至5中相同的參考數(shù)字表示圖1中相同的元件，并且因此省略了對其詳細描述。
甲醇傳感器10安裝在箱體110的上部，將甲醇傳感器10的基板20和金屬線14暴露出來。導流器150和排出流動管線170形成在箱體110和甲醇傳感器10之間。箱體110包括燃料進口112和燃料出口114，液體燃料通過燃料進口112進入，液體燃料通過燃料出口114排出。
導流器150包括與燃料進口112連接以通過液體燃料的流道160和連接到流道160低端的開口151。流道160可形成為長管，也可形成為面對甲醇傳感器10的第一表面11的溝槽(沒有示出)。當流道160形成為溝槽時，液體燃料可與第一表面11接觸而流過溝槽。
流道160主要形成在第一表面11的縱向方向上。通過流道160低端的液體燃料通過開口151與第一側(cè)面13接觸，該開口151形成在甲醇傳感器10的傳感器主體60的第一側(cè)面13和箱體110之間。
排出流動管線170的低端連接到燃料出口114。排出流動管線170安裝在與第一側(cè)面13相對的第二側(cè)面15上。
導流器150可由金屬或者透明塑料形成。
流道160中的液體燃料的流速必須維持在不允許氣泡在流道160中停留的速度，即大約15至40厘米/秒。
現(xiàn)將參照圖3至圖5描述根據(jù)本發(fā)明實施例的流動裝置的運行。通過燃料入口112進入的液體燃料流過流道160。同時，甲醇傳感器10通過輻射光到第一表面11并接受被第一表面11全反射的光來測量甲醇的濃度。
流過流道160的液體燃料通過開口151進入第一側(cè)面13和箱體110之間的空的空間。接下來，液體燃料與第二側(cè)面15接觸后通過排出流動管線170和燃料出口114排放到外部。液體燃料流過排出流動管線170和導流器150時與傳感器主體60的很多表面接觸。因此，第一表面11和傳感器主體60其他部分之間的溫差可以減小。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例流動裝置的測試結(jié)果的曲線圖。流過流道的液體燃料是流速為40ml/min的1.0M的甲醇。流道的橫截面積是3.14mm2。因此，液體燃料的速度是21厘米/秒。圖6顯示了18個小時濃度測量的結(jié)果。參照圖6，在早期階段，測量到了由于溫度變化引起的濃度變化，但是，當溫度穩(wěn)定時被測量的濃度是均勻的。此結(jié)果是由于在流道中壓制了在液體燃料流的氣泡的聚集，并且由于導流器增加了液體燃料和傳感器主體之間的接觸表面，甲醇傳感器的均勻溫度得以維持。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的光學基甲醇傳感器流動裝置的剖面圖。圖7中相同的參考數(shù)字表示圖1中相同的元件，因此省略了對其的詳細描所述。
甲醇傳感器10被內(nèi)箱體210和外箱體220雙層環(huán)繞。甲醇傳感器10的基板20的一端外露，且用于電連接到外部終端的金屬線14形成在基板20的外露端上。內(nèi)箱體210和外箱體220包括進入液體燃料的燃料進口212和222和從內(nèi)箱體210和外箱體220排出液體燃料的燃料出口214和224。
內(nèi)箱體210包括流道槽216和流道例如接觸傳感器主體60的彎曲槽218。流道槽216與甲醇傳感器10的第一表面11接觸，且彎曲槽218與傳感器主體60的第一側(cè)面13和第二側(cè)面15接觸。彎曲槽218連接到燃料出口214。彎曲槽218能保證甲醇傳感器10的傳感器主體60的溫度均勻分布。
內(nèi)箱體210可由具有高導熱率而使甲醇傳感器10的傳感器主體60的溫度均勻的材料形成，例如鋁、不銹鋼等。
外箱體220可由具有低熱導率的材料形成，例如塑料如PVC、PS、尼龍等。塑料保持內(nèi)箱體210的溫度均勻。
現(xiàn)將參照圖7描述根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的流動裝置的運行。
通過燃料入口212和222進入的液體燃料流過流道槽216。同時，甲醇傳感器10通過輻射光到第一表面11和接受被第一表面11全反射的光來測量甲醇的濃度。
已流過流道槽216的液體燃料通過彎曲槽218與傳感器主體60的第一側(cè)面13接觸，且通過彎曲槽(沒有示出)與第二側(cè)面15接觸之后通過燃料出口214和224排放到外部。液體燃料通過彎曲槽218可接觸傳感器主體60的很多表面，并且因此減小傳感器主體60的第一表面11和其他部分之間的溫差。
內(nèi)箱體210由于其高熱導率維持傳感器主體60的溫度均勻，且外箱體220維持內(nèi)箱體210的溫度均勻。在流道槽216中液體燃料的流速設計為大約15至40厘米/秒，以壓制氣泡在流道槽216內(nèi)的聚集。甲醇傳感器10均勻的溫度和在流道槽216中對氣泡的壓制提高了甲醇傳感器10濃度測量的可靠性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學基甲醇傳感器流動裝置維持甲醇傳感器的溫度均勻，并且通過設計液體燃料在流道中的流速來壓制氣泡在流道中的聚集，從而增加甲醇傳感器的精確性。
盡管本發(fā)明參照示范性實施例已經(jīng)進行詳細示出和描述，但是本領(lǐng)域的普通的技術(shù)人員會認識到，在其上進行的形式上和細節(jié)上的各種變化都不脫離如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學基甲醇傳感器流動裝置，包括內(nèi)箱體，其環(huán)繞光學基甲醇傳感器；外箱體，其環(huán)繞該內(nèi)箱體；流道，其在該內(nèi)箱體中，形成在該光學基甲醇傳感器的全反射表面上；燃料進口，其通過該內(nèi)箱體和該外箱體形成，并且給該流道提供液體燃料；和燃料出口，其通過該內(nèi)和外箱體形成，并且排放已流過該流道的該液體燃料到該外箱體的外部。
2.如權(quán)利要求1所述的流動裝置，其中該內(nèi)箱體包括在該流道和該燃料出口之間的流動通道，在此該液體燃料與該光學基甲醇傳感器的表面接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的流動裝置，其中該流動通道為彎曲溝槽。
4.如權(quán)利要求1所述的流動裝置，其中該內(nèi)箱體由具有比該光學基甲醇傳感器的該傳感器主體熱導率更高的材料形成。
5.如權(quán)利要求4所述的流動裝置，其中該內(nèi)箱體由金屬形成。
6.如權(quán)利要求1所述的流動裝置，其中該外箱體由具有比該光學基甲醇傳感器的該傳感器主體熱導率更低的材料形成。
7.如權(quán)利要求6所述的流動裝置，其中該外箱體由塑料材料形成。
8.如權(quán)利要求1所述的流動裝置，其中該流道中的該液體燃料的流速設計為15至40厘米/秒。
9.一種光學基甲醇傳感器流動裝置，包括箱體，其環(huán)繞該光學基甲醇傳感器；導流器，其置于該箱體和該光學基甲醇傳感器之間，且包括形成該流道的溝槽和開口，該流道形成在該光學基甲醇傳感器的全反射面上，而該開口引導流經(jīng)該流道的液體燃料接觸該光學基甲醇傳感器的第一側(cè)面；燃料進口，其通過該箱體形成，以給該流道提供液體燃料；和燃料出口，其通過該箱體形成，以排放已流過該流道的該液體燃料到該箱體的外部。
10.如權(quán)利要求9所述的流動裝置，還包括安裝在該箱體和與該光學基甲醇傳感器的該第一側(cè)面相對的第二側(cè)面之間的排出流動管線，其中已流過該導流器的該開口的該液體燃料通過該排放流道移動到該燃料出口。
11.如權(quán)利要求9所述的流動裝置，其中該流道是溝槽，該溝槽形成在該導流器上，以與該全反射表面接觸。
12.如權(quán)利要求9所述的流動裝置，其中該流道中的該液體燃料的流速設計為15至40厘米/秒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學基甲醇傳感器的流動裝置。該流動裝置包括內(nèi)箱體，其環(huán)繞該光學基甲醇傳感器；外箱體，其環(huán)繞該內(nèi)箱體；流道，在內(nèi)箱體中，形成在該光學基甲醇傳感器的全反射面上，燃料進口，其通過內(nèi)箱體和外箱體形成，且給流道供給液體燃料；和燃料出口，其通過內(nèi)箱體和外箱體形成，且排放已流過流道的液體燃料到外箱體外部。
文檔編號G01M99/00GK101074922SQ200710002130
公開日2007年11月21日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者姜尚均, 孫東岐, 趙雄浩, 崔相鉉, 張錫洛 申請人:三星Sdi株式會社