JP2013062191A - メタノール濃度センサの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】貯留タンクにメタノール濃度センサおよび液位センサの両方を設置する場合において、装置数の削減および配線や配管の簡略化を図ることを目的とする。
【解決手段】本発明は、燃料中のメタノール濃度を測定するメタノール濃度センサの取付構造であって、液位センサ２００は、フロート２０６と、燃料の液位を検知するセンサ部（リードスイッチ２０４）とを有するフロート式センサであり、濃度センサ（ＳＡＷセンサ２５０）は、圧電体２６０上に形成されたすだれ状電極（ＩＤＴ）と、無線送受信部（無線送受信回路２９２）とを有し、無線送受信部が受信した高周波信号の印加による圧電効果により発生した弾性表面波の伝播状態に基づいて液体の性状を検知する無線式ＳＡＷセンサであり、液位センサのフロートの、濃度センサにおける弾性表面波の伝播面（ＳＡＷ伝播面２５４）が燃料と接液する位置に取り付けられることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、メタノール型燃料電池に供給する燃料を貯留する貯留タンクに、燃料中のメタノール濃度を測定する濃度センサを取り付けるメタノール濃度センサの取付構造に関するものである。

近年、動力源として燃料電池を搭載した車両（移動体）の開発が加速していて、その１つとして、燃料電池を搭載した電動車いす（以下、セニアカーと称する）が開発されている。かかるセニアカーでは、従来動力源として用いられていた充電式の鉛蓄電池（バッテリ）に替えて、メタノールを燃料とするダイレクトメタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell；以下、ＤＭＦＣと称する）が搭載されている。

ＤＭＦＣは、燃料電池車に搭載される燃料電池として主流となっている固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell；以下、ＰＥＦＣと称する）の１つである。ＤＭＦＣも含め、ＰＥＦＣでは、燃料極（負極）、固体高分子膜（電解質）、空気極（正極）からなる基本部品（膜／電極接合体）を導電板（バイポーラプレート）で挟み込むことにより、単セル（single cell）と呼ばれる１つの発電単位を構成し、この単セルを複数積層して直列に接続した燃料電池スタック（fuel cell stack）を用いている。

ＤＭＦＣでは、燃料電池用燃料として後述する循環燃料が燃料極に、空気が空気極に供給され、循環燃料に含まれるメタノール中の水素と、空気中の酸素とを化学反応させて発電を行っている。循環燃料は、原燃料である高濃度メタノール水溶液（例：５４ｗｔ％）を、純水や燃料電池生成水（燃料電池において発電時の化学反応により生成された水）を希釈液として用いて希釈することにより調整される。故に、上記のようなＤＭＦＣを用いた発電システム（以下、ＤＭＦＣシステムと称する）では、原燃料を貯留する原燃料タンク、希釈水を貯留する希釈水タンク、調整された循環燃料を貯留する貯留タンク（希釈タンクとも称される）が設けられる。

ところで、メタノールを燃料とするＤＭＦＣでは、循環燃料においてメタノールが高濃度になると、燃料極に供給された循環燃料に含まれるメタノールが固体高分子膜を透過して空気極に達するクロスオーバーと呼ばれる現象（クロスリークとも称される）発生する。この現象が起きると、メタノールが空気極でも反応してしまうため、エネルギーロスや起電力の著しい低下を招く。したがって、ＤＭＦＣシステムでは、貯留タンクに貯留される循環燃料のメタノール濃度を適切な値（例えば３ｗｔ％）に管理する必要がある。メタノール濃度を管理する装置としては、例えば特許文献１において、メタノールの密度、屈折率、音波（超音波）の伝播時間などの濃度依存性を利用した燃料濃度検出器を用いることが提案されている。

またＤＭＦＣにおいて安定した発電を行うためには、燃料極への循環燃料の確実な供給が必須である。故に、ＤＭＦＣシステムでは、上述した循環燃料のメタノール濃度の管理に加えて、貯留タンクにおける循環燃料の液位（液量）の管理も重要になる。液位を管理する装置としては、例えば特許文献２では発光素子から発せられた信号の受光素子での受光を検出する、いわゆる光学式センサが提案されている。

特開２０１０−１５３２７６号公報 特開２００７−００５１６６号公報

上述したようにＤＭＦＣシステムでは、貯留タンクに貯留される循環燃料のメタノール濃度および液位の両方の管理が重要である。したがって、貯留タンクに対して、メタノール濃度センサと液位センサ（または液面センサ）とを各々設置する必要がある。このため、装置数やそれにまつわる部品点数が増加してしまったり、それらの接続に必要な配線が複雑化してしまったりする。

例えば貯留タンクに対してメタノール濃度センサを取り付ける場合、貯留タンク内の循環燃料をメタノール濃度センサに送出するためのポンプや配管が必要である。ここで、仮に貯留タンクに循環燃料を循環させる配管上にメタノール濃度センサを設置すれば、上記のポンプや配管を設けなくても済む。しかしながら、このような構成であると、メタノール濃度センサにおける圧力損失が大きいため、燃料電池を適正に作動させるために必要な流量の循環燃料を送液することが困難になるという課題が生じてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、循環燃料を貯留する貯留タンクにメタノール濃度センサおよび液位センサの両方を設置する場合において、装置数の削減および配線や配管の簡略化を図ることが可能なメタノール濃度センサの取付構造を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるメタノール濃度センサの取付構造の代表的な構成は、メタノール型燃料電池に供給する燃料を貯留する貯留タンクに取り付けられ該燃料中のメタノール濃度を測定する濃度センサを備えるメタノール濃度センサの取付構造であって、貯留タンク内に設置され燃料の液位を検知する液位センサをさらに備え、液位センサは、浮力を有するフロートと、フロートの位置に基づいて燃料の液位を検知するセンサ部とを有し、貯留タンク内の燃料中に浮かべられるフロート式センサであり、濃度センサは、圧電体上に形成されたすだれ状電極と、無線信号の送受信を行う無線送受信部とを有し、無線送受信部が受信した高周波信号がすだれ状電極に印加されることによって生じた圧電効果により発生した弾性表面波の伝播状態に基づいて液体の性状を検知する無線式ＳＡＷセンサであり、液位センサのフロートの、濃度センサにおける弾性表面波の伝播面が燃料と接液する位置に取り付けられることを特徴とする。

上記構成によれば、メタノール濃度を測定する濃度センサが、液位センサのフロートに取り付けられるため、従来濃度センサへの燃料の送出に必要であったポンプや配管を不要とすることができる。したがって、圧力損失等の不具合を生じさせることなく、装置数の削減や配管の簡略化、設備の小型化を図ることが可能である。また濃度センサが無線式のＳＡＷセンサであることにより、かかる濃度センサとの信号の送受信に要する配線が不要となる。このため、より一層の設備の簡略化を達成することができる。

上記のフロートに取り付けられフロートの姿勢を保つバランサをさらに有するとよい。かかる構成によれば、フロートひいては液位センサおよび濃度センサの姿勢（バランス）を好適に確保することが可能となる。

本発明によれば、循環燃料を貯留する貯留タンクにメタノール濃度センサおよび液位センサの両方を設置する場合において、装置数の削減および配線や配管の簡略化を図ることが可能なメタノール濃度センサの取付構造を提供することができる。

移動体に搭載されるＤＭＦＣシステムの構成を例示する概略図である。 貯留タンクに設置される液位センサの詳細を例示する概略図である。 本実施形態のＳＡＷセンサの概略図である。 第１実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造の概略図である。 第２実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造の概略図である。 第３実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造の概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（ＤＭＦＣシステム１００）
図１は、移動体に搭載されるＤＭＦＣシステムの構成を例示する概略図である。なお、図１に示す構成は例示にすぎず、これに限定するものではない。図１に示すように、本実施形態のＤＭＦＣシステム１００は、移動体である燃料電池車（不図示）に搭載されるダイレクトメタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ１１０と称する）を備える。当業者には周知であるため詳細は図示しないが、ＤＭＦＣ１１０は、燃料であるメタノール水溶液が供給される燃料極（負極）と、酸化剤としての酸素（空気）が供給される空気極（正極）と、燃料極および空気極の間に配置される固体高分子膜を有する。

ＤＭＦＣ１１０では、ケミカルエアフィルタ１２２を通過した空気が、コンプレッサ１２４によって空気経路１２０ａを通じて空気極（不図示）の入口に供給される。またＤＭＦＣ１１０では、後述する貯留タンク１６０に貯留された燃料（以下、循環燃料と称する）が、循環ポンプ１３２を動力として第１循環経路１３０ａ上のイオン交換樹脂１３４を通過した後に燃料極（不図示）の入口に供給される。そして、ＤＭＦＣ１１０では、供給された循環燃料（メタノール水溶液）に含まれるメタノール中の水素と、空気中の酸素とを化学反応させて発電が行われる。ＤＭＦＣ１１０における発電時の反応式は次式の通りである。
燃料極：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
空気極：６Ｈ＋＋６ｅ−＋３／２Ｏ２→３Ｈ２Ｏ

詳細には、ＤＭＦＣ１１０の燃料極では、カーボンに坦持された白金、ルテニウムを含む触媒反応で、メタノールと水とが反応して水素イオン、電子、および二酸化炭素が生成される。また反応副生成物として微量のホルムアルデヒド、ギ酸も生成される。燃料極において生成された水素イオンは、固体高分子膜を通過して空気極側へ移動し、空気中の酸素と結合して水となる。そして、燃料極において生成された電子は、電力として外部に出力され、モータ（不図示）を回転させるための駆動力、すなわち燃料電池車が走行するための駆動力となる。

上述したように、ＤＭＦＣ１１０の燃料極に供給される循環燃料は貯留タンク１６０に貯留されている。貯留タンク１６０には、原燃料タンク１７０に貯留された高濃度メタノール水溶液（原燃料）が燃料ポンプ１４２を動力として原燃料経路１４０を通じて供給される。また貯留タンク１６０には、希釈水タンク１８０に貯留された希釈水（水）が水ポンプ１５２を動力として水経路１５０を通じて供給される。そして、貯留タンク１６０において、希釈水によって原燃料が希釈され所定のメタノール濃度に調整された循環燃料が貯留される。

貯留タンク１６０に貯留された循環燃料は、第１循環経路１３０ａを通じてＤＭＦＣ１１０の燃料極に供給され、燃料極の出口からは、未反応の循環燃料（メタノール水溶液）と二酸化炭素、反応副生成物が気液状態で排出され、第２循環経路１３０ｂを通じて貯留タンク１６０に送出される。すなわち、循環燃料は、第１循環経路１３０ａおよび第２循環経路１３０ｂによってＤＭＦＣ１１０と貯留タンク１６０とを循環している。

一方、ＤＭＦＣ１１０の空気極の出口からは、水（発電時の化学反応により生成された水）と空気が気液状態で排出され、排出経路１２０ｂ上の熱交換器１２６を通過した後に希釈水タンク１８０に送出される。したがって、希釈水タンク１８０に貯留され貯留タンク１６０に供給される希釈水には、空気極の出口から排出された、発電時の化学反応により生成された水も用いられることとなる。

上記の貯留タンク１６０、原燃料タンク１７０および希釈水タンク１８０には、その各々に貯留される液体の液位を検知する液位センサ２００、１７２および１８２が設置されている。これにより、貯留タンク１６０、原燃料タンク１７０および希釈水タンク１８０の液量を適切に管理することができる。

（液位センサ２００）
図２は、貯留タンク１６０に設置される液位センサ２００の詳細を例示する概略図である。図２に示す本実施形態の液位センサ２００は、貯留タンク１６０内の燃料中に浮かべられるフロート式センサである。なお、理解を容易にするために、図２では、液位センサ２００のフロート２０６およびその近傍のステム２０２を断面で図示している。

図２に示す液位センサ２００では、フロートガイドパイプであるステム２０２にフロート２０６が支持されている。フロート２０６は、低溶出、耐メタノールおよび耐酸性を有する材料、例えば発泡ポリプロピレンからなり、浮力を有するいわゆる浮きである。ステム２０２の上部および下部には、上部ストッパ２１０ａおよび下部ストッパ２１０ｂが設けられていて、フロート２０６はその浮力によって、上部ストッパ２１０ａおよび下部ストッパ２１０ｂの間でステム２０２の軸方向（上下方向）に移動可能である。

またステム２０２の内部には、フロート２０６の位置に基づいて燃料（循環燃料）の液位を検知するセンサ部としてリードスイッチ２０４が設けられている。リードスイッチ２０４は、当該ＤＭＦＣシステム１００（図１参照）の動作を制御するＤＭＦＣ制御部１０２に接続されている。一方、フロート２０６の内部にはマグネット２０８が埋設されている。このような構成により、貯留タンク１６０に貯留されている循環燃料の液面１６０ａに浮いているフロート２０６のマグネット２０８によってステム２０２内のリードスイッチ２０４が作動し、リードスイッチ２０４からの液位信号がＤＭＦＣ制御部１０２に出力される。

ＤＭＦＣ制御部１０２には、燃料ポンプ１４２および水ポンプ１５２も接続されている。これにより、ＤＭＦＣ制御部１０２は、リードスイッチ２０４からの液位信号を受け、貯留タンク１６０に貯留される循環燃料の液位が所定値未満であった場合には、燃料ポンプ１４２および水ポンプ１５２を駆動させる。そして、ＤＭＦＣ制御部１０２は、後述するＳＡＷセンサ２５０（濃度センサ）の出力値も参照して循環燃料のメタノール濃度が所定値（例えば３％）が維持されるように希釈水タンク１８０からの希釈水と１７０からの原燃料の送液量（送液位）を調整しつつ、循環燃料の液位が所定値に達するよう制御を行う。一方、貯留タンク１６０に貯留される循環燃料の液位が所定値以上であった場合には、ＤＭＦＣ制御部１０２は、燃料ポンプ１４２と水ポンプ１５２を停止し、貯留タンク１６０への希釈水および原燃料の送液を停止する。

なお、液位センサ１７２および１８２については、上記説明した液位センサ２００と同様の構成を有するため説明を省略する。ただし、液位センサ１７２および１８２については、必ずしも液位センサ２００のようなフロート式センサを用いる必要はなく、他の構成の液位センサを用いることも可能である。

ここで、循環燃料においてメタノールが高濃度になると、クロスオーバー現象によってＤＭＦＣ１１０に不具合が生じる。このため、貯留タンク１６０では、液位（液量）だけでなく、循環燃料のメタノール濃度も適切に管理する必要がある。しかしながら、従来のＤＭＦＣシステムでは、液位センサ２００と濃度センサ（ＳＡＷセンサ２５０）の両方を設置することにより、装置数やそれにまつわる部品点数が増加してしまったり、それらの接続に必要な配線が複雑化してしまったりしていた。

そこで、本実施形態では、貯留タンク１６０にメタノール濃度センサおよび液位センサの両方を設置する場合において、装置数の削減および配線や配管の簡略化を図ることが可能なメタノール濃度センサの取付構造について説明する。詳細には、図２に示すように、本実施形態の特徴として、貯留タンク１６０に貯留される循環燃料の液位を検知する液位センサ２００のフロート２０６に、かかる循環燃料中のメタノール濃度を検知する濃度センサとしてＳＡＷセンサ２５０が設けられる。なお、理解を容易にするために、ＳＡＷセンサ２５０について先に詳述した後に、その取付構造について説明する。

図３は、本実施形態のＳＡＷセンサ２５０の概略図であり、図３（ａ）はＳＡＷセンサ２５０の構成を示す概略図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のセンサ部２５２の詳細を示す概略図であり、図３（ｃ）はＳＡＷセンサ２５０の測定原理式である。ＳＡＷセンサ２５０は、圧電効果によって、固体表面に沿って伝播する波である弾性表面波（Surface Acoustic Wave；以下、ＳＡＷと称する）を発生させ、かかるＳＡＷの伝播状態に基づいて液体の性状を検知するセンサである。

図３（ｂ）に示すように、ＳＡＷセンサ２５０のセンサ部２５２では、圧電体２６０上に２つのセンシング部として第１センシング部２７０および第２センシング部２８０が設けられている。圧電体２６０は、歪みを加えると電界が生じ、電界を加えると歪みが生じる物質からなり、例えばＬｉＴａＯ３を例示することができる。この圧電体２６０上に形成される第１センシング部２７０および第２センシング部２８０には各々すだれ状電極（Interdigital Transducer；以下、ＩＤＴと称する：）が形成されている。

詳細には、第１センシング部２７０には、入力側ＩＤＴ２７２および出力側ＩＤＴ２７４が形成されていて、それらの間にはＳＡＷ伝播面として電気的短絡部２７６が設けられている。一方、第２センシング部２８０には入力側ＩＤＴ２８２および出力側ＩＤＴ２８４が形成されていて、それらの間にはＳＡＷ伝播面として電気的開放部２８６が設けられている。電気的短絡部２７６は、基板面が金属膜で被覆された電気的に短絡な領域であり、電気的開放部２８６は、基板面が露出した電気的に開放な領域である。以下、電気的短絡部２７６および電気的開放部２８６を総じてＳＡＷ伝播面２５４と称する。

図３（ａ）に示すように、上記説明したセンサ部２５２を圧電体２６０側においてプリント基板２９０に接合することによりＳＡＷセンサ２５０が構成される。センサ部２５２を実装するプリント基板２９０には、フロート２０６を構成するモールド樹脂（本実施形態においては発泡ポリプロピレン）の成形温度よりも溶融温度が高い材料、例えばポリイミド、液量ポリマー、ガラスセラミックス等、を用いることが好ましい。なお、本実施形態の特徴として、プリント基板２９０には、無線送受信部として機能する無線送受信回路２９２が設けられているが、これについては後に詳述する。

後述するようにＳＡＷ伝播面２５４（電気的短絡部２７６および電気的開放部２８６）が貯留タンク１６０に貯留される循環燃料に接触するようにＳＡＷセンサ２５０を配置し（図２参照）、第１センシング部２７０および第２センシング部２８０に、ＩＤＴの構造によって決定された所定の周波数の高周波信号を印加する。すると、圧電効果によって入力側ＩＤＴ２７２および入力側ＩＤＴ２８２が励起されてＳＡＷが発生する。発生したＳＡＷは、第１センシング部２７０では、入力側ＩＤＴ２７２、電気的短絡部２７６、出力側ＩＤＴ２７４の順にそれらの表面を伝播し、第２センシング部２８０では、入力側ＩＤＴ２８２、電気的開放部２８６、出力側ＩＤＴ２８４の順にそれらの表面を伝播する。

このとき、電気的短絡部２７６では、伝搬するＳＡＷにより発生する電界が溶液に侵入しないため、循環燃料の密度粘度積（力学的変化）のみが検出される。一方、電気的開放部２８６では、ＳＡＷの電界が溶液に侵入するため、循環燃料の密度粘度積に加え、比誘電率や導電率（電気的変化）が検出可能である。したがって、第１センシング部２７０の出力側ＩＤＴ２７４からの出力信号と、第２センシング部２８０の出力側ＩＤＴ２８４からの出力信号の差動を取ることにより溶液の比誘電率・導電率を測定することができる。

ＳＡＷセンサ２５０の測定原理式については図３（ｃ）に示すとおりである。図３（ｃ）中、特に式（３）はＳＡＷの減衰量Δαと溶液の導電率・誘電率との関係式であり、式（４）はＳＡＷの伝搬速度Ｖと導電率、誘電率との関係式である。当業者には周知であるため詳述は避けるが、図３（ｃ）に示す式（１）〜（４）では、所定温度に対して比誘電率および導電率が既知である標準溶液を基準とし、同種の溶液と標準溶液との差分として振幅比および位相差を求めることにより、かかる溶液の比誘電率および導電率が算出される。

本実施形態において上記の溶液に該当する循環燃料では、そのメタノール濃度によって溶液（循環燃料）の密度粘度積（静粘度）や比誘電率が変化する。したがって、それらの変化によって変動するＳＡＷの位相や振幅を上述したＳＡＷセンサ２５０によって測定することにより、循環燃料のメタノール濃度を検出することができる。なお、循環燃料（メタノール水溶液）の密度粘度積、比誘電率および導電率は温度によっても変わるが、ステム２０２の下部に温度センサ（不図示）を別途設け、かかる温度センサで循環燃料の温度を測定し、その温度信号をＤＭＦＣ制御部１０２に出力することにより、温度補正が可能である。

（第１実施形態）
図４は、第１実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造の概略図であり、図４（ａ）は図２に示すフロート２０６の下方斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の下平面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。なお、理解を容易にするために、図４（ｂ）および（ｃ）では、フロート２０６に埋設されていて視認できない部材を破線にて図示している。

図４に示すように、第１実施形態の取付構造において、メタノール濃度センサであるＳＡＷセンサ２５０はフロート２０６の下部に埋設される。詳細には、図４（ｃ）に示すようにＳＡＷセンサ２５０は、そのプリント基板２９０が、発泡ポリプロピレンからなるフロート２０６にモールドされ、それと一体化した状態で埋設されている。

フロート２０６の下面２０６ａにおいて、センサ部２５２に対応する領域に、上方に向かって窪んだ凹部２０６ｂが形成されている。これにより、ＳＡＷ伝播面２５４（電気的短絡部２７６および電気的開放部２８６）がフロート２０６の下面２０６ａから露出する。したがって、貯留タンク１６０に貯留される循環燃料の液面１０６ａ（図２参照）にフロート２０６が浮かんだ際に、ＳＡＷ伝播面２５４に循環燃料を確実に接液させることが可能となる。

ここで、ＳＡＷセンサ２５０が取り付けられるフロート２０６の下面２０６ａ、すなわちＳＡＷセンサ取付面が常時循環燃料に接液されていると、凹部２０６ｂとセンサ部２５２の境界面から循環燃料が侵入し、第１センシング部２７０の入力側ＩＤＴ２７２および出力側ＩＤＴ２７４、ならびに第２センシング部２８０の入力側ＩＤＴ２８２および出力側ＩＤＴ２８４、加えてプリント基板２９０（以下、これらを総じて非接液部と称する。）に接液する可能性がある。

そこで本実施形態では、凹部２０６ｂとセンサ部２５２の境界に、メタノール水溶液である循環燃料に耐液性を有する被覆材２９４を塗布することにより、かかる境界を封止（保護）し、循環燃料の浸入の一層の防止を図っている。なお、被覆材２９４としては、オレフィン系、エポキシ系、シリコン系等の材料からなる耐液性被覆剤を好適に用いることができる。

上記構成のように、メタノール濃度を測定する濃度センサであるＳＡＷセンサ２５０を、液位センサ２００のフロート２０６に取り付けることにより、従来濃度センサへの燃料の送出に必要であったポンプや配管を不要とすることができる。したがって、貯留タンクに循環燃料を循環させる配管上に濃度センサを設置した場合に生じる圧力損失等、ＤＭＦＣシステム１００の動作に不具合を生じさせることなく、装置数の削減や配管の簡略化、設備の小型化を図ることが可能である。

また本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、フロート２０６の下部にバランサ２９６を埋設している。これにより、フロート２０６、ひいては液位センサ２００およびＳＡＷセンサ２５０（濃度センサ）の姿勢を好適に確保可能となり、安定した測定を行うことができる。

更に、より一層の設備の簡略化を図るために、本実施形態では、ＳＡＷセンサ２５０を無線式にしている。詳細には、上述したように本実施形態のＳＡＷセンサ２５０のセンサ部２５２では、プリント基板２９０に、無線送受信部として機能する無線送受信回路２９２が設けられている。そして、図２に示すように、貯留タンク１６０には、かかる無線送受信回路２９２との無線の送受信を行う濃度センサ制御部３００が設けられている。

濃度センサ制御部３００は、ＳＡＷ発振回路、検出回路、演算回路、電源、および無線送受信回路およびアンテナを含む無線送受信部、検出結果をＤＭＦＣ制御部１０２に出力する出力回路等（不図示）を含んで構成される。濃度センサ制御部３００の無線送受信部から発信された入力信号は、ＳＡＷセンサ２５０の無線送受信回路２９２で受信される。これにより、入力側ＩＤＴ２７２および入力側ＩＤＴ２８２が励起されてＳＡＷが発生し、溶液（循環燃料）に接液しているＳＡＷ伝播面２５４を伝播したＳＡＷの出力信号がＳＡＷセンサ２５０の無線送受信回路２９２から発信される。

発信された出力信号は、濃度センサ制御部３００の無線送受信部に入力され、かかる濃度センサ制御部３００の演算回路において振幅比および位相差が比誘電率、ひいては循環燃料中のメタノール濃度に変換され、その濃度情報が出力回路を通じてＤＭＦＣ制御部１０２に出力される。このように、ＳＡＷセンサ２５０を、濃度センサ制御部３００との入力信号および出力信号を無線によって行う無線式とすることにより、それらの信号の送受信に要する配線が不要になる。したがって、より一層の設備の簡略化を達成することができる。

ＤＭＦＣ制御部１０２では、濃度センサ制御部３００から出力された濃度情報を受け、循環燃料のメタノール濃度が所定値未満であった場合には、燃料ポンプ１４２を駆動して原燃料を貯留タンク１６０内に送液し、循環燃料濃度が所定値に達するよう制御を行う。一方、循環燃料のメタノール濃度が所定値以上であった場合には、水ポンプ１５２を駆動して希釈水を貯留タンク１６０内に送液し、循環燃料濃度が所定値に達するよう制御を行う。

以上説明したように、本実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造によれば、メタノール濃度センサであるＳＡＷセンサ２５０が、液位センサ２００のフロート２０６に取り付けられるため、２つのセンサを一体化することができる。したがって、従来濃度センサへの燃料の送出に必要であったポンプや配管を不要とすることができ、装置数の削減や配管の簡略化、設備の小型化を図ることが可能である。また濃度センサとして無線式のＳＡＷセンサ２５０を用いることにより、信号の送受信に要する配線が不要となるため、より一層の設備の簡略化を達成することができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造の概略図であり、図５（ａ）は図２に示すフロート２０６の下方斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の下平面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、以下の実施形態では、第１実施形態のメタノール濃度センサの取付構造と同一の機能や構成を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、メタノール濃度センサであるＳＡＷセンサ２５０はフロート２０６の内部に埋設されていたのに対し、第２実施形態では、図５に示すようにプリント基板２９０の裏面に塗布した接着剤２９８によって、ＳＡＷセンサ２５０がフロート２０６の下面２０６ａに接着されている（取り付けられている）。このような構成であっても、ＳＡＷセンサ２５０のセンサ部２５２のＳＡＷ伝播面２５４（電気的短絡部２７６および電気的開放部２８６）を循環燃料の液面１６０ａ（図２参照）と良好に接触させ、液位センサ２００およびＳＡＷセンサ２５０（メタノール濃度センサ）を一体化し装置構成の簡略化を図ることができる。

上記の接着剤は、フロート２０６を構成するモールド樹脂、例えば本実施形態においては発泡ポリプロピレンのようなオレフィン系材料への接着性が高い材料からなるとよい。また接着剤２９８は、耐熱性、耐液性および低溶出性を有することが好ましい。

また上述した第１実施形態では非接液部（入力側ＩＤＴ２７２および出力側ＩＤＴ２７４、ならびに入力側ＩＤＴ２８２および出力側ＩＤＴ２８４、プリント基板２９０）は、フロート２０６内部に配置され、かかるフロート２０６によって被覆されているため、循環燃料との接触が防がれていた。これに対し、第２実施形態のようにＳＡＷセンサ２５０がフロート２０６の下面２０６ａに取り付けられると非接液部が露出し、循環燃料と接触が生じてしまう。このため、本実施形態では非接触部を被覆材２９４によって被覆し、循環燃料との接液を防いでいる。

なお、第２実施形態のようにフロート２０６の下面２０６ａにＳＡＷセンサ２５０を取り付ける場合には、ＳＡＷセンサ２５０のセンサ部２５２が、液位センサ２００のステム２０２に設けられた下部ストッパ２１０ｂ（図２参照）に接触するおそれがある。このため、第２実施形態の取付構造では、バランサ２９６の下面をＳＡＷセンサ２５０の下端面よりも下方に配置する。すなわち、フロート２０６の下面２０６ａからバランサ２９６の下面までの高さｈ１をＳＡＷセンサ２５０の高さｈ２よりも大きく設定する。これにより、バランサ２９６がスペーサとして機能するため、センサ部２５２と下部ストッパ２１０ｂとの接触を防止することができる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態にかかるメタノール濃度センサの取付構造の概略図であり、図６（ａ）は図２に示すフロート２０６の下方斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の下平面図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。

第１実施形態の取付構造ではメタノール濃度センサであるＳＡＷセンサ２５０はフロート２０６の下部に埋設されていたのに対し、第３実施形態の取付構造ではＳＡＷセンサ２５０はフロート２０６の側面に埋設されている。このように、ＳＡＷセンサ２５０は、必ずしもフロート２０６の下部に設けられる必要はなく、側面等、センサ部２５２のＳＡＷ伝播面２５４が循環燃料と接液する位置であれば、フロート２０６のいかなる位置にも取り付けることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、メタノール型燃料電池に供給する燃料を貯留する貯留タンクに、燃料中のメタノール濃度を測定する濃度センサを取り付けるメタノール濃度センサの取付構造に利用することができる。

１００…ＤＭＦＣシステム、１０２…ＤＭＦＣ制御部、１１０…ＤＭＦＣ、１２０ａ…空気経路、１２０ｂ…排出経路、１２２…ケミカルエアフィルタ、１２４…コンプレッサ、１２６…熱交換器、１３０ａ…第１循環経路、１３０ｂ…第２循環経路、１３２…循環ポンプ、１３４…イオン交換樹脂、１４０…原燃料経路、１４２…燃料ポンプ、１５０…水経路、１５２…水ポンプ、１６０…貯留タンク、１６０ａ…液面、１７０…原燃料タンク、１７２…液位センサ、１８０…希釈水タンク、１８２…液位センサ、２００…液位センサ、２０２…ステム、２０４…リードスイッチ、２０６…フロート、２０６ａ…下面、２０６ｂ…凹部、２０８…マグネット、２１０ａ…上部ストッパ、２１０ｂ…下部ストッパ、２５０…ＳＡＷセンサ、２５２…センサ部、２５４…ＳＡＷ伝播面、２６０…圧電体、２７０…第１センシング部、２７２…入力側ＩＤＴ、２７４…出力側ＩＤＴ、２７６…電気的短絡部、２８０…第２センシング部、２８２…入力側ＩＤＴ、２８４…出力側ＩＤＴ、２８６…電気的開放部、２９０…プリント基板、２９２…無線送受信回路、２９４…被覆材、２９６…バランサ、２９８…接着剤、３００…濃度センサ制御部

Claims (2)

1. メタノール型燃料電池に供給する燃料を貯留する貯留タンクに取り付けられ該燃料中のメタノール濃度を測定する濃度センサを備えるメタノール濃度センサの取付構造であって、
   前記貯留タンク内に設置され前記燃料の液位を検知する液位センサをさらに備え、
   前記液位センサは、
   浮力を有するフロートと、該フロートの位置に基づいて前記燃料の液位を検知するセンサ部とを有し、前記貯留タンク内の燃料中に浮かべられるフロート式センサであり、
   前記濃度センサは、
   圧電体上に形成されたすだれ状電極と、無線信号の送受信を行う無線送受信部とを有し、該無線送受信部が受信した高周波信号が前記すだれ状電極に印加されることによって生じた圧電効果により発生した弾性表面波の伝播状態に基づいて液体の性状を検知する無線式ＳＡＷセンサであり、前記液位センサのフロートの、該濃度センサにおける前記弾性表面波の伝播面が前記燃料と接液する位置に取り付けられることを特徴とするメタノール濃度センサの取付構造。
2. 前記フロートに取り付けられ該フロートの姿勢を保つバランサをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のメタノール濃度センサの取付構造。

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