JP2007184275A - 濃度感知装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】濃度感知装置及びその方法の提供。
【解決手段】液体燃料の濃度感知に用い、しかも内部空間を備え、該液体燃料を収容する。濃度感知装置は加熱器、１個以上の温度センサー、濃度計算装置を含む。該加熱器は該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料に対して加熱を行う。該各温度センサーは該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料の温度値を測定する。該濃度計算装置は該各温度センサーが測定した該液体燃料の温度値を受け取り、該液体燃料の温度変化レートを算出し、該温度変化レートに基づき対応する液体燃料濃度を換算する。
【選択図】図１

Description

本発明は一種の濃度感知装置及びその方法に関する。特に一種の燃料電池に使用する液体燃料の濃度を感知する濃度感知装置及びその方法に係る。

燃料電池は燃料と酸化剤中に蓄えられる化学エネルギーを電極反応を通して直接電気エネルギーに転化する発電装置である。燃料電池の種類は非常に多く、しかも分類の方式もそれぞれ異なる。電解性質の差異により区分するなら、アルカリ性燃料電池、燐酸燃料電池、陽子交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池の５種に分類される。内、陽子交換膜燃料電池はいわゆる直接メチルアルコール燃料電池を含み、メチルアルコールを直接燃料とし、水素ガスに変化させる必要がない。現在開発されている中ではエネルギー効率が高い技術の一つで、大型発電所、自動車用発電機、携帯式電源などへの応用が期待されている。
しかし、直接メチルアルコール燃料電池などのタイプの液体燃料電池は、商品化の過程において克服しなければならない問題がある。それは液体燃料の濃度の制御である。理論的には、液体燃料の濃度が低ければ、発生する消費電力は少なく、液体燃料の濃度が高ければ高いほど、発生する消費電力も多くなる。このため、濃度感知装置により液体燃料の濃度を随時モニタし、設定された標準値に濃度を維持するよう確保する必要がある。こうして初めて、液体燃料電池の電源供給品質を維持可能で、しかも燃料電池の電源供給不安定のために電子製品が損傷する恐れを払拭することができる。

本発明は濃度感知装置を提供し、燃料電池が必要とする液体燃料の濃度を随時監視し、濃度に変化が発生した時には即時に反応することができ、
すなわちそれは、液体燃料の濃度感知に用い、しかも内部空間を備え、該液体燃料を収容し、該濃度感知装置は加熱器、１個以上の温度センサー、濃度計算装置を含み、
該加熱器は該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料に対して加熱を行い、
該１個以上の温度センサーは該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料の温度値を測定し、
該濃度計算装置は該各温度センサーが測定した該液体燃料の温度値を受け取り、該液体燃料の温度変化レートを算出し、該温度変化レートに基づき対応する液体燃料濃度を換算することを特徴とする濃度感知装置及びその方法である。

請求項１の発明は、液体燃料の濃度感知に用い、しかも内部空間を備え、該液体燃料を収容し、加熱器、１個以上の温度センサー、濃度計算装置を含み、
該加熱器は該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料に対して加熱を行い、
該１個以上の温度センサーは該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料の温度値を測定し、
該濃度計算装置は該各温度センサーが測定した該液体燃料の温度値を受け取り、該液体燃料の温度変化レートを算出し、該温度変化レートに基づき対応する液体燃料濃度を換算することを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記加熱器の加熱消費電力は固定値であることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記濃度感知装置は入口と出口を備え、該入口は燃料供給槽が送出する液体燃料を受け取り、該出口は該内部空間に送出された液体燃料を該燃料供給槽内部に回流させることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記燃料供給槽は燃料電池が必要とする燃料を供給することを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記液体燃料はメチルアルコール水溶液であることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記内部空間の幅は１ｍｍから３ｍｍの間であることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記加熱器は加熱棒及び/或いは加熱ワイヤーであることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記加熱器の表面には抗腐食及び/或いは防酸化処理を施すことを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記温度センサーの表面には抗腐食及び/或いは防酸化処理を施すことを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記濃度計算装置はマイクロプロセッサーであることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項１１の発明は、請求項２記載の濃度感知装置において、前記加熱器の加熱消費電力は０．５ワットであることを特徴とする濃度感知装置としている。
請求項１２の発明は、請求項１記載の濃度感知装置において、前記濃度感知装置は中空ケース体で、しかも該中空ケース体の材質は絶熱材料であることを特徴とする濃度感知装置としている。

請求項１３の発明は、燃料供給槽内の液体燃料の濃度を感知し、該燃料供給槽は燃料電池が必要とする燃料を供給し、該濃度感知方法は以下のステップを含み、
濃度感知装置を提供し、該濃度感知装置は内部空間を備え、少なくとも加熱器、１個以上の温度センサー、濃度計算装置を備え、該加熱器と該各温度センサーは該濃度感知装置の内部空間に設置し、
該燃料供給槽内の液体燃料を該濃度感知装置の内部空間に流通させ、
該加熱器は該内部空間の液体燃料に対して加熱を行い、
該温度センサーは該内部空間の液体燃料の温度値を測定し、
該濃度計算装置は該温度センサーが測定した液体燃料の温度値を受け取り、該内部空間の液体燃料の温度変化レートを計算し、該温度変化レートに基づき、対応する液体燃料の濃度を換算することを特徴とする濃度感知方法としている。
請求項１４の発明は、請求項１３記載の濃度感知方法において、前記濃度感知方法さらに液体燃料の循環伝送ルートを該燃料供給槽と該濃度感知装置の間に設置することを特徴とする濃度感知方法としている。
請求項１５の発明は、請求項１３記載の濃度感知方法において、前記濃度感知方法さらに該濃度計算装置は該温度センサーが測定した該液体燃料の温度値の平均値を該液体燃料の温度値の代表値とすることを特徴とする濃度感知方法としている。
請求項１６の発明は、請求項１４記載の濃度感知方法において、前記濃度感知装置は入口と出口を備え、該入口は燃料供給槽が送出する液体燃料を受け取り、該出口は該内部空間に送出された液体燃料を該燃料供給槽内部に回流させることを特徴とする濃度感知方法としている。
請求項１７の発明は、請求項１３記載の濃度感知方法において、前記液体燃料はメチルアルコール水溶液であることを特徴とする濃度感知方法としている。
請求項１８の発明は、請求項１３記載の濃度感知方法において、前記加熱器の加熱消費電力は固定値であることを特徴とする濃度感知方法としている。

本発明濃度感知装置の構造はシンプルであるため、製造コストが低廉で、しかも大量生産が容易である。さらに本発明濃度感知装置液体燃料の濃度測定に対して最良の反応敏感度を備えるため、液体燃料の濃度が特定の濃度に変化していないか否かを随時監視することができ、これにより液体燃料の濃度感知作業の利便性を大幅に向上させることができる。

本発明濃度感知装置の構造表示図である図１に示すように、本発明濃度感知装置１０は液体燃料１２の濃度の感知に用いる。しかも該濃度感知装置１０は内部空間１００を備え、該液体燃料１２を収容する。該液体燃料１２はメチルアルコールである。
該内部空間１００は小容積の空間で、該内部空間１００の幅Ｗは１ミリから３ミリの間である。
さらに図１に示すように、本発明の濃度感知装置１０は中空ケース体１０１を備える。該中空ケース体１０１の材質は絶熱材料で、或いは絶熱材料を使用し該中空ケース体１０１を包覆し、該内部空間１００の熱量を保持し、内部で加熱した熱量の散逸を防止する。またこれにより、外界環境の該内部空間１００の液体燃料１２温度値に対する干渉を防止することができる。

本発明の濃度感知装置１０はさらに図１に示すように、加熱器１０２、１個以上の温度センサー１０４、濃度計算装置１０６を含む。
該加熱器１０２は該濃度感知装置１０の内部空間１００に設置し、該液体燃料１２に加熱を行う。該加熱器１０２は加熱棒或いは加熱ワイヤーを採用し、しかも該加熱器１０２はある固定値の加熱消費電力により、該液体燃料１２に対して加熱を行う。さらに該加熱器１０２の表面には抗腐食及び/或いは防酸化処理を施す。
該各温度センサー１０４は該濃度感知装置１０の内部空間１００に設置し、該内部空間１００の液体燃料１２の様々な地点における温度値を測定する。さらに該温度センサー１０４の表面には抗腐食及び/或いは防酸化処理を施す。
該濃度計算装置１０６は該各温度センサー１０４が測定した該液体燃料１２の温度値を受け取り、該液体燃料１２の温度変化レートを計算し求める。続いて、該温度変化レートに基づき、相対する液体燃料の濃度を換算する。該濃度計算装置１０６はマイクロプロセッサーを具体的パーツとして採用することができる。該濃度計算装置１０６は該各温度センサー１０４に電気的に連接する。さらに該加熱器１０２も該温度計算装置１０６に電気的に連接し、しかも該加熱器１０２は該温度計算装置１０６に制御され、これにより該加熱器１０２の加熱消費電力と加熱時間は制御を受ける。

図１中液体燃料の温度と加熱時間の関係図である図２に示すように、該加熱器１０２が０．５ワットの加熱消費電力で該液体燃料１２に対して加熱を行うとする。
図２に示すように、３本の曲線３１、３３、３５はそれぞれ５％、１０％、２０％の３種の異なる液体燃料濃度における、該温度センサー１０４が測定する液体燃料１２の平均温度と加熱器１０２の加熱時間との間の関係を示す。
ここで、該３本の曲線３１、３３、３５のスロープ（或いは、温度変化レート）がそれぞれ異なることに注意されたい。本発明はこの物理特性において、その時の液体燃料１２の温度変化レートを利用し、対応する液体燃料濃度を換算するものである。
例えば、該温度センサー１０４が測定した液体燃料１２の平均温度が２０℃であるとする。該温度計算装置１０６は該温度値（＝２０℃）を受け取り、温度変化レートを０．７（℃/sec）と計算する。次に、該温度計算装置１０６は予め確立してある実験データ（図２参照）に基づき、０．７（℃/sec）の温度変化レートの液体燃料濃度は２０％の直線スロープであることを導く。こうして、本発明の濃度感知装置１０は該温度変化レート（＝０．７℃/sec）に基づき、その時の液体燃料１２の濃度を２０％と換算する。

本発明濃度感知装置１０実施例の表示図である図３に示すように、該濃度感知装置１０は燃料供給槽２０内の液体燃料１２の濃度を感知する。該燃料供給槽２０は燃料電池が必要とする燃料を供給する。
該濃度感知装置１０はさらに入口１００a、出口１００ｂを設置する。該入口１００aは該燃料供給槽２０が送出する液体燃料を受け取り、該出口１００ｂは該内部空間１００に送出された液体燃料を該燃料供給槽２０内部に回流させる。

本発明液体燃料の濃度感知方法のフローチャートである図４に示すように、本発明の濃度感知方法３０は該燃料供給槽２０内の液体燃料１２の濃度感知に用い、該燃料供給槽２０は燃料電池が必要とするメチルアルコールなどの燃料を供給する。
本発明の濃度感知方法３０はステップ３００からステップ３０８を含む。図３の実施例を合わせて以下に説明する。
ステップ３００では、濃度感知装置１０を提供する。該濃度感知装置１０は内部空間１００を備え、少なくとも加熱器１０２、１個以上の温度センサー１０４、濃度計算装置１０６を備え、該加熱器１０２と該各温度センサー１０４は該濃度感知装置１０の内部空間１００に設置する。
ステップ３０２では、燃料供給槽２０内の液体燃料１２を該濃度感知装置１０の内部空間１００に流通させる。
ステップ３０４では、該加熱器１０２は該内部空間１００の液体燃料１２に対して加熱を行い、該加熱器１０２の加熱消費電力は固定値である。加熱を行う時、該内部空間１００内の液体燃料１２は静止しているため、加熱された熱エネルギーは該内部空間１００内の液体燃料１２により完全に吸収され、熱エネルギーは液体燃料１２の流動により散逸することはない。
ステップ３０６では、該温度センサー１０４は該内部空間１００の液体燃料１２の温度値を測定する。
ステップ３０８では、該濃度計算装置１０６は該温度センサー１０４が測定した液体燃料１２の温度値を受け取り、該内部空間１００の液体燃料１２の温度変化レートを計算し、該温度変化レートに基づき、対応する液体燃料の濃度を換算する。

さらに本発明の濃度感知方法３０はさらに、該液体燃料１２の循環伝送ルート（図３の矢印参照）を該燃料供給槽２０と該濃度感知装置１０の間に設置する。
該液体燃料１２の循環伝送ルート中には１個或いは複数のポンプ２２を設置し、該液体燃料１２の流動を促進し、該濃度感知装置１０には入口１００a、出口１００ｂを設置し、該燃料供給槽２０が送出する液体燃料を受け取り、該出口１００ｂは該内部空間１００に送出された液体燃料を該燃料供給槽２０内部に回流させる。
さらに本発明の濃度感知方法３０は該内部空間１００内の液体燃料１２の温度値の測定をさらに正確にするために、該各温度センサー１０４が測定した液体燃料１２の温度値の平均値を計算し、該液体燃料１２の温度値の代表値とする。

本発明濃度感知装置の構造表示図である。 図１中液体燃料の温度と加熱時間の関係図である。 本発明濃度感知装置実施例の表示図である。 本発明液体燃料の濃度感知方法のフローチャートである。

符号の説明

１０ 濃度感知装置
１００ 内部空間
１００a 入口
１００ｂ 出口
１０１ 中空ケース体
１０２ 加熱器
１０４ １個以上の温度センサー
１０６ 濃度計算装置
１２ 液体燃料
２０ 燃料供給槽
２２ ポンプ
３０ 濃度感知方法
３１、３３、３５ 曲線

Claims (18)

1. 液体燃料の濃度感知に用い、しかも内部空間を備え、該液体燃料を収容し、加熱器、１個以上の温度センサー、濃度計算装置を含み、
   該加熱器は該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料に対して加熱を行い、
   該１個以上の温度センサーは該濃度感知装置の内部空間に設置し、該液体燃料の温度値を測定し、
   該濃度計算装置は該各温度センサーが測定した該液体燃料の温度値を受け取り、該液体燃料の温度変化レートを算出し、該温度変化レートに基づき対応する液体燃料濃度を換算することを特徴とする濃度感知装置。
2. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記加熱器の加熱消費電力は固定値であることを特徴とする濃度感知装置。
3. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記濃度感知装置は入口と出口を備え、該入口は燃料供給槽が送出する液体燃料を受け取り、該出口は該内部空間に送出された液体燃料を該燃料供給槽内部に回流させることを特徴とする濃度感知装置。
4. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記燃料供給槽は燃料電池が必要とする燃料を供給することを特徴とする濃度感知装置。
5. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記液体燃料はメチルアルコール水溶液であることを特徴とする濃度感知装置。
6. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記内部空間の幅は１ｍｍから３ｍｍの間であることを特徴とする濃度感知装置。
7. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記加熱器は加熱棒及び/或いは加熱ワイヤーであることを特徴とする濃度感知装置。
8. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記加熱器の表面には抗腐食及び/或いは防酸化処理を施すことを特徴とする濃度感知装置。
9. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記温度センサーの表面には抗腐食及び/或いは防酸化処理を施すことを特徴とする濃度感知装置。
10. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記濃度計算装置はマイクロプロセッサーであることを特徴とする濃度感知装置。
11. 請求項２記載の濃度感知装置において、前記加熱器の加熱消費電力は０．５ワットであることを特徴とする濃度感知装置。
12. 請求項１記載の濃度感知装置において、前記濃度感知装置は中空ケース体で、しかも該中空ケース体の材質は絶熱材料であることを特徴とする濃度感知装置。
13. 燃料供給槽内の液体燃料の濃度を感知し、該燃料供給槽は燃料電池が必要とする燃料を供給し、該濃度感知方法は以下のステップを含み、
    濃度感知装置を提供し、該濃度感知装置は内部空間を備え、少なくとも加熱器、１個以上の温度センサー、濃度計算装置を備え、該加熱器と該各温度センサーは該濃度感知装置の内部空間に設置し、
    該燃料供給槽内の液体燃料を該濃度感知装置の内部空間に流通させ、
    該加熱器は該内部空間の液体燃料に対して加熱を行い、
    該温度センサーは該内部空間の液体燃料の温度値を測定し、
    該濃度計算装置は該温度センサーが測定した液体燃料の温度値を受け取り、該内部空間の液体燃料の温度変化レートを計算し、該温度変化レートに基づき、対応する液体燃料の濃度を換算することを特徴とする濃度感知方法。
14. 請求項１３記載の濃度感知方法において、前記濃度感知方法さらに液体燃料の循環伝送ルートを該燃料供給槽と該濃度感知装置の間に設置することを特徴とする濃度感知方法。
15. 請求項１３記載の濃度感知方法において、前記濃度感知方法さらに該濃度計算装置は該温度センサーが測定した該液体燃料の温度値の平均値を該液体燃料の温度値の代表値とすることを特徴とする濃度感知方法。
16. 請求項１４記載の濃度感知方法において、前記濃度感知装置は入口と出口を備え、該入口は燃料供給槽が送出する液体燃料を受け取り、該出口は該内部空間に送出された液体燃料を該燃料供給槽内部に回流させることを特徴とする濃度感知方法。
17. 請求項１３記載の濃度感知方法において、前記液体燃料はメチルアルコール水溶液であることを特徴とする濃度感知方法。
18. 請求項１３記載の濃度感知方法において、前記加熱器の加熱消費電力は固定値であることを特徴とする濃度感知方法。

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