流体产量计算装置以及流体产生装置

摘要

本文披露了一种利用电磁感应理论的流体产量计算装置。根据本发明的一种实施方式，该流体产量计算装置包括：相应于流体产量的电流流过其的电线；磁性传感器，测量由该电流感应的磁力；以及流体产量计算单元，通过由该磁性传感器测得的磁力来计算流体产量。传统流量测量装置是通过测量由流体形成的磁力所感应的电流或电压、或通过利用流体测量传感器来测量流量。然而，借助于本发明，可以使装置小型化并且可通过测量由相应于流体产量的电流所感应的磁场而准确地进行所述测量。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年4月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2007-0040539号的优先权，将其披露的全部内容以引用方式结合于本文。

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，更具体地说，涉及一种流体产量计算装置(fluid production computation apparatus)，其通过测量由相应于(根据)产生的流体流动的电流所感应的磁场来计算流体产量。

背景技术

测量流体产量的传统流量测量装置可以大致分成两种类型。第一种类型的流量测量装置通过将由流过管道的流体形成的磁力(magnetism)转换成电信号来测量流量。换言之，第一种类型的流量测量装置是基于由磁场(其是由流过管道的流体所形成)的变化所感应的电流或电压来测量流量。然而，由于这种流量测量方法仅在流体流过管道的情况下才可以进行，所以如果流体流过的管道被阻塞或渗漏，则不能准确地测量流体产量。

第二种类型的流量测量装置是通过在流体流过的管道中安装流量传感器(流量检测器，flow sensor)来测量流量。换言之，第二种类型的流量测量装置获得由安装在流体流过的管道中的传感器(直接测量流量)测得的流量值。然而，该第二种类型的流量测量装置不能用于小尺寸的装置如便携式装置。

发明内容

因此，本发明提供了一种流体产量计算装置，其可以通过测量由相应于产生的流体流过的电流所感应的磁场来计算流体产量。

本发明还提供了一种流体产量计算装置，其可以通过测量由电流产生的磁力而不是在流体输送通道中安装流量测量传感器而实现小型化。

此外，本发明提供了一种流体产量计算装置，其可以以低成本加以制造，因为可以通过利用电磁性能而在后来对电流进行积分。

本发明一个方面的特征在于一种流体产量计算装置，其通过测量由相应于流体产量流动的电流所感应的磁场来计算流体产量。

根据本发明的一种实施方式，流体产量计算装置可以包括：相应于流体产量的电流流过的电线(线路，line)；磁性传感器(磁力检测器，magnetic sensor)，测量由该电流感应的磁力；以及流体产量计算单元，通过由该磁性传感器测得的磁力来计算流体产量。同时，流体产量计算装置可以进一步包括钝化膜(passivation film)，用于防止在电线周围形成的磁力失真(distorted)。可以相应于(根据)由流过该电线的电流所感应的磁力的方向来布置磁性传感器。

本发明另一个方面的特征在于一种流体产量计算装置，其通过测量由相应于流体产量流过的电流所感应的磁场来计算流体产量。

根据本发明的一种实施方式，流体产生装置可以包括：电解池，包含电解质水溶液；第一电极，被置于该电解池中，放入该电解质水溶液中并释放电子；第二电极，被置于电解池中，放入电解质水溶液中并接受电子以产生流体；电线，将第一电极连接于第二电极以使电子可以通过该电线；磁性传感器，测量由移动电子产生的电流所感应的磁力；以及流体产量计算单元，通过由该磁性传感器测得的磁力来计算流体产量。

同时，该流体产生装置可以进一步包括控制器，其通过比较计算的流体产量和输入的目标量来调节该电线的电子移动量。

第一电极可以由具有比第二电极相对更大的电离倾向(离子化倾向，ionization tendency)的金属制成。在第二电极处可以产生氢。

磁性传感器可以相应于(根据)由流过电线的电流所感应的磁力的方向来布置。

附图说明

根据以下描述、所附权利要求以及附图，将可以更好地理解本发明的这些和其它特性、方面以及优点，附图中：

图1是截面图，其示出了根据本发明的一种实施方式的包括流体产量计算单元的流体产生装置；

图2是曲线图，其示出了电流量和产生的氢气量之间的关系；

图3是一个实例，示出了根据本发明的一种实施方式的在电流流过电线的情况下电流和感应的磁场的方向；

图4A是侧视图，其示出了根据本发明的一种实施方式的一种流体产量计算装置；以及

图4B是正视图，其示出了根据本发明的一种实施方式的一种流体产量计算装置。

具体实施方式

由于可以存在本发明的各种各样的置换和实施方式，所以将参照附图描述和说明某些实施方式。然而，这决不是将本发明局限于某些实施方式，而是应当解释为包括由本发明的精神和范围所涵盖的所有置换、等同物以及替代。在整个附图中，类似的元件被给予类似的附图标记。在本发明的整个说明书中，当确定描述某种技术以避开本发明的该点时，则略去有关的详细描述。

术语如“第一”和“第二”可以用于描述不同的元件，但以上元件不应被局限于以上术语。以上术语仅用来将一个元件区别于另一个元件。例如，第一元件可以被称作第二元件，并且反之亦然，而没有偏离本发明的权利要求的范围。术语“和/或”将包括多个所列项目的组合或多个所列项目的任何一个。

在本说明书中所使用的术语仅用来描述某些实施方式，而决不是用来限制本发明。除非另有清楚的说明，单数形式的表述包括复数含意。在本说明书中，表述如“包括”或“包含”是指特性、数量、步骤、操作、元件、部分或它们的组合，而不应被解释为排除一种或多种其它特性、数量、步骤、操作、元件、部分或它们的组合的任何存在或可能性。

除非另有限定，在本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有本发明所述技术领域的技术人员通常理解的相同含意。在常用词典中所定义的任何术语应被认为是具有在相关领域的上下文中的相同含意，并且除非另有明确限定，不应解释为具有理想的或过分形式主义的含意。

在下文，将参照附图详细描述本发明的一些实施方式。

图1是截面图，示出了根据本发明的一种实施方式的包括流体产量计算单元的流体产生装置。流体产生装置100可以包括电解池110、第一电极120、第二电极130、电线140以及流体产量计算装置150。在本发明中，流体可以包括液体类型和气体类型。然而，为了便于理解和描述，以下描述基于第一电极120和第二电极130分别由镁和不锈钢制成的情况，并且同时产生氢气(H₂)。

电解池110可以包括电解质水溶液115。电解质水溶液115可以包括离子。流体产生装置100可以通过利用包括在电解质水溶液115中的离子来产生氢气。例如，如图1所示，包含氢离子的电解质水溶液115可以通过利用该氢离子在后来产生氢气(H₂)。

在电解质水溶液115中，可以使用LiCl、KCl、NaCl、KNO₃、NaNO₃、CaCl₂、MgCl₂、K₂SO₄、Na₂SO₄、MgSO₄和/或AgCl作为电解质。

而且，电解池110可以包括第一电极120和第二电极130，其各自的全部或部分面积(区域，area)被放入电解质水溶液115中。

第一电极120可以是有源电极(active electrode)。在该第一电极120中，由于在镁(Mg)电极和水(H₂O)之间的电离能的差异，所以镁(Mg)电极可以释放两个电子(e^-)而被氧化成镁离子(Mg²⁺)。同时，释放的电子可以通过电线140和流体产量计算装置150移动到第二电极130。

第二电极130可以是非有源电极(non-active electrode)。在该第二电极130中，水可以接受自第一电极释放的电子而被分解成氢。

根据本发明的一种实施方式，第一电极120可以由具有相对较大电离倾向的金属制成，如碱性金属类，例如，铝(Al)、锌(Zn)、铁(Fe)以及镁。和第一电极120的金属相比，第二电极130可以由具有相对较小电离倾向的金属制成，如铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、铁(Fe)以及不锈钢。

上述化学反应可以总结成以下化学反应式1。

【化学反应式1】

第一电极120：Mg→Mg²⁺+2e^-

第二电极130：2H₂O+2e^-→H₂+2(OH)^-

总反应：Mg+2H₂O→Mg(OH)₂+H₂

在上述化学反应中，反应速度和反应效率可以由各种因素决定。决定反应速度的因素可以是第一和/或第二电极的面积大小、电解质水溶液115的浓度、电解质水溶液115的类型、第一和/或第二电极的数量、第一和/或第二电极的连接类型以及第一和/或第二电极的电阻。

如果上述因素发生变化，则流过在第一电极120和第二电极130之间的电线140的电流量(即，电子量)可以发生变化(取决于反应状态)，其导致电化学反应(例如化学反应式1)速度的变化。电化学反应速度的变化可以引起在第二电极130处产生的氢气量发生变化。换言之，产生的流体量可以相应于流过电线140的电流量而变化。

这可以在理论上表示为如以下公式1所示的法拉第定律。

【公式1】

在这里，N_氢表示每秒产生的氢气量(mol)，V_氢表示每秒产生的氢气体积(ml/min)。i、n和E分别指电流(C/s)、反应电子数和每1mol电子的电荷。

参照化学反应式1，由于在第二电极130处两个氢电子发生反应，所以n是2并且1mol电子的电荷大约为(-)96485库仑。

可以通过将1分钟内产生的氢气量乘以1mol氢气的容积(即，22,400ml)来估计在1分钟内产生的氢气的容积。

本发明涉及一种测量流体产生量的装置，其中通过利用上述在电流量(流过在第一电极120和第二电极130之间的电线140)和产生的氢气量之间的关系。下面将描述相应的原理。

位于电线140上的流体产量计算装置150可以包括流体产量计算单元。流体产量计算装置150可以通过评估由流过电线140的电流所感应的磁场的值来计算流体产量。

根据本发明的一种实施方式，流体产生装置100可以进一步包括控制器。该控制器通过比较流体产量和使用者输入的目标量，可以控制流过电线140的电子移动量(电流)。同时，该控制器通过包括流体产量计算装置150或通过连接至流体产量计算装置150以调节电流量，而可以最终控制流体产量。根据本发明的一种实施方式，流体产生装置100可以将控制器设置在连接第一电极120和第二电极130的电线140上，从而控制第一电极120和第二电极130的电阻。换言之，基于上述公式1改变第一电极120和第二电极130之间的电阻则可以导致调节在第一电极120和第二电极130之间流动的电流的大小，从而产生所需量的流体。

在下文，将参照图2描述在根据本发明的一种实施方式的流体产量装置100中，在第一电极120和第二电极130之间流动的电流量和产生的流体量(例如，在该实施方式中的氢气)之间的关系。

图2是曲线图，其示出了电流量和产生的氢气量之间的关系。在这里，产生的氢气量可提作每1分钟计算的流率。

参照图2的曲线图，可以看到，产生的氢气的流量(ml/min)按照流过电线140(连接在第一电极120和第二电极130之间)的电流量来确定。换言之，x轴的电流值的增加可以引起在1分钟内产生的氢气流量(ml/min)一起增加。还可以看到，该曲线具有线性特性。根据本发明的一种实施方式，流体产量计算装置150可以利用线性特性，这意味着电流量和单位时间内的氢气产量(ml/min)成正比。换言之，当测得由电流感应的磁场时，由于该电流和磁场值也成正比，所以可以通过磁场值来估计流体产量。

在下文，将参照图3详细描述通过利用由流过电线340的电流所感应的磁场来测量流体产量的方法。

图3是一个实例，其示出了根据本发明的一种实施方式的在电流流过电线340的情况下电流和感应的磁场的方向。

如果电流310以图3所示的箭头方向流动，则根据右手定则在电线340周围形成磁场330。具体地，如果电流310流动的方向被调节到和姆指相同的方向并且电流310在其中流动的电线340由剩余的4个手指握住，则磁场330可以在由这些手指握住的方向形成。同时，形成的磁场330可以在电线340周围以环形形成。

在下文，将描述通过利用由电流310所感应的磁场330来测量流体产量的方法。

首先，在描述有关于该测量方法以前，将描述安培定律，该定律表明了电流和磁场之间的关系。安培定律表明，在由电流感应的磁场中，使单位刺激沿着一定路径移动所需要的功的量与穿过表面的总电流成比例，其边缘是路径。因此，当电流I流过较长的直线时，感应的磁场和电流I之间的关系将基于以上描述加以描述。

【公式2】

∮B·dl＝μ₀I

安培定律可以表示为公式2。在这里，B、I、μ₀以及dl是指磁场、电流、真空下的磁导率以及单位路径的长度。公式2可以展开为以下公式3。

【公式3】

∮B·dl＝∮Bdl＝B∮dl＝B[2πr]＝μ₀I

$B\left(r\right)=\frac{{\mu }_{0}I}{2\mathrm{\pi r}}$

通过公式3，磁场可以被感应为$B\left(r\right)=\frac{{\mu }_{0}I}{2\mathrm{\pi r}}.$其时，在真空下的磁导率μ₀可以表示为μ₀＝4π×10^-7(Tm/A)，并且r 320是指在电流流过的电线340和在电线340周围感应的环形磁场330之间的半径。通过这种方式，本发明可以通过利用以下公式4来计算产生的流体量。

【公式4】

FH＝A×B(r)

产生的流体量FH与自公式3导出的磁场B(r)成比例。同时，A是比例常数。导出比例关系的理由可以是因为以上所述的由于流体产量与电流量成比例并且如参照图3所描述的磁场也与电流成比例，所以流体产量可以与磁场成比例。换言之，如果在电线340和测得的磁场的位置之间的r 320为常数，则剩余的(从$B\left(r\right)=\frac{{\mu }_{0}I}{2\mathrm{\pi r}}$不包括电流I)也可以是常数。同样地，由于如图2所示的电流和流体产量也具有线性比例，所以可以导出公式4。

这里，由于反应水平因为流体产量计算装置150的周围温度以及在电极和电线之间的接触电阻可能会发生变化，所以公式4可以表示为以下公式5。

【公式5】

FH＝A×B(r)+C

这时，A是比例常数而C是考虑到反应受外部环境影响的常数。A和C(被定义为实数)可以分别作为实验值加以估计。

本发明涉及通过公式2至公式5计算流体产量的装置。虽然传统技术通过测量电流或电压(由流体流动形成的磁场变化所感应)来计算流体产量，但本发明是通过测量由相应于流体产量流动的电流所感应的磁场来计算流体产量。而且，这可以利用这样的原理，即流体产量与电流(如公式1所示的法拉第定律)成比例。

在下文，将参照图4A和图4B描述根据本发明的一种实施方式的流体产量计算装置的结构和用于去除失真(不正常)磁力的钝化膜的结构。图4A是侧视图，其示出了根据本发明的一种实施方式的流体产量计算装置，而图4B是正视图，其示出了根据本发明的一种实施方式的流体产量计算装置。

在图4A中，如果假设电流以右侧方向流过电线430，则可以根据上述安培右手定则来确定磁场的方向410和420。具体地，如果电流流动的方向被调节到和姆指相同的方向并且电流在其中流动的电线430由其余4个手指握住，则磁场可以以由这些手指握住的方向形成。因此，如图4A所示，虽然磁场410可以具有从纸的后表面穿透到前表面的方向(在图4A中绘制在电线430的上部)，但磁场420可以具有从前表面穿透到后表面的方向(在电线430的下部)。将磁性传感器440以和在电线430周围形成的磁场相同的方向环形放置。更具体地，将至少一个磁性传感器440在电线430周围以一定距离成环形布置。由于磁性传感器440检测由通过电线430的电流所感应的磁场，所以准确地检测感应的磁场需要将磁性传感器440以和磁场方向相同的方向加以布置。而且，虽然图4A是在两个磁性传感器440的情况下的侧视图，但根据本发明的一种实施方式可以放置至少一个磁性传感器。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，更多的磁性传感器可以使它准确并且不会出现测量磁场方面的错误。

磁性传感器440可以连接到流体产量计算单元460。通过利用磁场值(由磁性传感器440测得)和公式5，流体产量计算单元460可以计算流体产量。换言之，通过测量磁场(通过利用磁性传感器440并基于磁场和氢气产量之间的关系)，流体产量计算单元460可以计算在1分钟内产生的氢气量。

这时，流体产量计算装置可以进一步包括钝化膜450，用于防止磁性传感器440的磁场测量值失真(如上所述)。根据本发明的一种实施方式，可以将钝化膜450以包覆磁性传感器440的环形放置在电线430周围。用来防止磁性传感器440受到外部磁场影响的钝化膜450可以由不允许磁力穿透的任何材料制成。这是因为即使如在公式5中使用了用于校正外部环境的常数，但外部磁力可能会影响由电线430所感应的磁场，进而失真。外部磁力可以是地磁、由电子器件感应的磁力以及由磁性物质感应的磁力。

此外，除了防止外部磁力的影响，钝化膜450还可以起固定磁性传感器440的位置的作用。

图4B是正视图，其示出了流体产量计算装置的磁性传感器440和钝化膜450。参照图4B，可以看到，磁性传感器440被置于电线430周围并且钝化膜450包覆磁性传感器440。磁性传感器440和钝化膜450可以有助于准确测量磁场值而不失真。基于此，流体产量计算单元460可以计算流体产量。