JP4128160B2 - 混合比検出装置の制御方法 - Google Patents
混合比検出装置の制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4128160B2 JP4128160B2 JP2004194260A JP2004194260A JP4128160B2 JP 4128160 B2 JP4128160 B2 JP 4128160B2 JP 2004194260 A JP2004194260 A JP 2004194260A JP 2004194260 A JP2004194260 A JP 2004194260A JP 4128160 B2 JP4128160 B2 JP 4128160B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- incandescent
- methanol
- detecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 162
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels, explosives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
- H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
本発明は、被検出物を含む混合液から、混合液に対する被検出物の混合比率を検出する混合比検出装置に関し、具体的には、ダイレクトメタノール燃料電池などに用いられるメタノールと水の混合比率を検出する混合比検出装置、いわゆるメタノール水溶液濃度センサに関する。
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器などの電源への利用が期待されている。
このＤＭＦＣのアノードへ供給するメタノール水溶液の濃度は、高いとＤＭＦＣ内部の固体高分子膜の劣化を促進させ、信頼性が低下してしまうという問題があり、低いとＤＭＦＣから充分な出力を取り出すことができないため、０．５〜４ｍｏｌ／Ｌ望ましくは０．８〜１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整した方が良く、この濃度域の幅を小さくすることが、ＤＭＦＣを安定して運転させることにつながることが分かっている。
しかしながら、ＤＭＦＣを有するシステムの場合、ＤＭＦＣを長時間に渡って運転させ、且つ、システムの小型・軽量化を図るため、一般的には、２０ｍｏｌ／Ｌ以上の高濃度メタノールタンクを備え、ＤＭＦＣのアノードへ供給する前に濃度を薄く調整して供給する方式を取っている。そこで、メタノール水溶液の濃度を、システム内部で０．８〜１．５ｍｏｌ／Ｌに調整するために、高精度で小型のメタノール水溶液濃度センサが求められており、光学式（特許文献１参照）、超音波式、或いは、比重による方式など様々な種類のセンサが研究されているが、高精度で小型・軽量、しかも低コスト且つ低消費電力が求められるＤＭＦＣシステム搭載用メタノール水溶液濃度センサは未だ開発されていない。
特開２００１−１２４６９５号公報
上記のような光学式の濃度センサでは、水溶液中に気泡やコンタミなどが存在した場合に、測定精度が低下してしまう虞があった。また、検出装置を常に稼動させていると、測定による消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、高精度で小型・軽量、しかも低コスト且つ低消費電力の濃度センサ、特に、ＤＭＦＣ搭載用のメタノール水溶液濃度センサを提供することを目的とする。
請求項１の発明の混合比検出装置の制御方法は、少なくとも赤外領域の光を含む光を発生させる白熱光源と、混合液を介して前記白熱光源からの前記赤外領域の光を受光可能な位置に設けられ、前記赤外領域の光を検出する第１光検出手段と、前記混合液を介して前記白熱光源からの前記赤外領域の光を受光可能な位置、かつ、前記第１光検出手段よりも前記白熱光源からの距離が小さくなるように設けられ、前記第１光検出手段とは範囲が異なる領域の光を検出する第２光検出手段と、前記第１光検出手段と前記第２光検出手段からの信号に基づいて混合比率に関する信号を出力すると共に、前記白熱光源と前記第１光検出手段と前記第２光検出手段を制御する制御手段を備えて、被検出物を含む前記混合液から、前記混合液に対する前記被検出物の混合比率を検出する混合比検出装置の制御方法であって、前記白熱光源を点灯するＯＮステップと、前記白熱光源を消灯するＯＦＦステップと、を有し、前記ＯＮステップと前記ＯＦＦステップとを所定の間隔にて繰り返すことを特徴とするものである。
このことにより、タングステン等のフィラメントを用いた白熱光源特有のラッシュ電流の課題が解消され、検出に必要な電力の消費を抑えることが可能となる。
さらに、本発明の混合比検出装置の制御方法は、前記第１光検出手段または前記第２光検出手段から異常な信号が検出された時に、前記ＯＮステップと前記ＯＦＦステップとを所定の間隔にて繰り返さずに、所定の時間前記白熱光源を点灯させ続けることを特徴とするものである。
これにより、光路上に気泡がついた場合にも、白熱光源からの熱により気泡を排除することが可能になる。
以上のように本発明によれば、高精度で小型・軽量、しかも低コスト且つ低消費電力の濃度センサを提供することが可能となり、また、ダイレクトメタノール燃料電システムを安定して運転させることが可能となる。
本発明に係るメタノール水溶液濃度センサ（以下、濃度センサと略記する）１００の構成について、図を用いて詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る濃度センサ１００の構成を表した模式図であり、濃度センサ１００は、図７のＤＭＦＣシステム２００のアノードにメタノール水溶液が供給される直前の配管２１２に設けられている。メタノール水溶液供給配管２１２は、図７に示すようにユニット化されており、樹脂材料を射出成形することにより製造された複数の板状部材を組み合わせて配管ユニット２１０を構成している。
濃度センサ１００は、光源１０と１個乃至複数の受光素子、メタノール水溶液供給配管２１２を介して光源１０及び受光素子と対向する位置に配置されたミラー１２、受光素子の近傍に配置されたサーミスタ１４、光源１０や受光素子やサーミスタ１４の制御及び信号の授受を行うセンサ制御部１６などからなっており、本実施の形態では、水の吸収波長である１４５０ｎｍ近辺の近赤外領域に受光感度を有する第１受光素子１８と、第１受光素子１８よりも短波長側の可視光領域に受光感度を有する第２受光素子２０の２つの受光素子１８、２０を用いる。２種類の受光素子を用いることにより、メタノール水溶液の濃度を正確に測定することが可能となる。また、汚れやコンタミの存在についても、波長域の異なる信号の組合せから検出が可能となる。
光源１０は、タングステンなどをフィラメントに用いた白熱電球が、可視光領域から赤外領域まで出射し、しかも小型且つ安価なので適している。本実施の形態では、定格１００ｍＡ、５Ｖの白熱電球を用いた。ミラー１２は、可視光領域から近赤外領域の広い範囲に対して、高い反射率で反射するものを選択することが望ましい。また、サーミスタ１４は第１受光素子１８と第２受光素子２０の間に配置し、受光素子１８、２０からの信号に温度補正をかけるのに用いる。したがって、間に配置できない場合には、特に温度（熱線）の影響を受けやすい第１受光素子１８に近いところに配置した方が良い。
センサ制御部１６には図示しないが、光源１０のＯＮ／ＯＦＦの制御、特に光源１０が本実施の形態のように白熱電球に場合には、電流を流した直後にラッシュ電流（フィラメントが低温のときには抵抗が低いため、ｍｓｅｃオーダーの時間ではあるが、通常使用時の１０〜１０００倍程度の電流が流れてしまう現象）が流れないようにする回路も含む光源制御回路、受光素子１８、２０からの信号及びサーミスタ１４からの信号を基にメタノール水溶液濃度を演算する演算回路、演算回路にて導き出されたメタノール水溶液濃度を外部へ送信する通信回路などからなっている。これらの回路は濃度センサ１００の外部に設け、受光素子１８、２０からの信号及びサーミスタ１４からの信号などを外部のセンサ制御部１６にてメタノール水溶液濃度に演算しても良い。
受光素子１８、２０は、上述のように受光感度領域が異なる素子を用いても良いが、図２に示すように、近赤外領域の光を透過するフィルタ２４ａ及び可視光領域の光を透過するフィルタ２４ｂを配置（図２）しても、同様の効果が得られる。近赤外領域の光を受光する方の受光素子１８を、光源１０から離して配置する方が、光源１０からの熱線の影響が小さくなるので望ましい。
濃度センサ１００の周囲は断熱材２６で覆い、光源１０からの熱が外部に放出されること無く、メタノール水溶液供給配管２１２を温めるのに用いられるようにする。更に、光源１０はメタノール水溶液供給配管２１２に近接するように配置すると、効果的に温めることができる。これにより、濃度センサ１００の光路上に気泡が付着し、光を遮って濃度を測定することができなくなってしまった場合でも、光源１０からの熱で温められて気泡が膨張し、割れやすくなる、或いは、水流の抵抗が大きくなって流されやすくなる。
光源１０及び受光素子１８、２０は、樹脂材料から製造されたハウジング２８に嵌め込まれるように取り付けられており、このように取り付けることにより、位置が固定され、衝撃などの外乱の影響を受けにくくなると共に、遮光効果もあるので、光源１０からメタノール水溶液の中を通らずに直接受光素子１８、２０へ到達してしまう光を遮蔽することが可能となる。
次に、濃度センサ１００の制御方法について、各実施例で説明する。
図３（ａ）に示すように、実施例１では、光源１０を３０ｓｅｃ間隔で、１．５ｓｅｃ点灯させる。本実施の形態のように光源１０として白熱電球を用いる場合には、上述のようにラッシュ電流の影響を受けるため、光源１０からの光が安定するまでの時間を考慮して、受光素子１８、２０は光源１０の点灯後１ｓｅｃ経過した時点の光を測定し電圧に変換する。このとき、予めメタノール水溶液の濃度が所定の高濃度状態、例えば２ｍｏｌ／Ｌのときの透過光に対して受光素子１８、１０が５Ｖを出力するように設定しておく。
通常の運転時であれば、図３（ｂ）に示すように、閾値を例えば上限を１．２ｍｏｌ／Ｌ、下限を０．８ｍｏｌ／Ｌに設定し、下限値を所定時間下回っていることを検出したときには、濃度センサ１０からＤＭＦＣシステム２００の制御部２２０へ濃度が低下している旨の信号が送られ、これを受けて、高濃度メタノールタンク２３０から高濃度のメタノールがバッファタンク２３２へ供給される。そして、上限値を超えたところ、或いは、所定の供給量を供給したところで、高濃度メタノールタンク２３０からの供給を停止する。
図４（ａ）のようにメタノール水溶液中に気泡などが混入し、測定時の光路上にかかった場合には、図３（ｂ）のＸ１のように異常な値が検出される。気泡などが測定時に通過しただけであれば、次の測定時には通常の値に戻るが、図４（ｂ）のようにメタノール水溶液供給配管２１２の光路を妨げる位置に付着した場合には、次の測定時にも通常の値に戻らず、異常な値が検出される。このような場合には、光源１０を１．５ｓｅｃで消灯することなく点灯させた状態にし、光源１０からの熱によって気泡を膨張させる。
このような光源１０のＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことによって、光源１０による消費エネルギを低減させることができると共に、気泡などによって測定が妨げられた場合にも、気泡を除去して測定することが可能となる。
〔参考例〕
〔参考例〕
図５は参考例の濃度センサ３００の構成を示す模式図である。本参考例の濃度センサ３００の設置場所は、実施例と同様でよい。
参考例の濃度センサ３００の光源は、コヒーレントな光を出射する光源（レーザ光を出射する光源）が適しており、メタノール検出用の波長２３１０ｎｍの第１光源３１０と水分検出用の波長１３７８ｎｍの第２光源３１１の２種類の光源を用いる。
各光源３１０、３１１から出射された光を、それぞれ第１偏光ビームスプリッタ３１２および第２偏光ビームスプリッタ３１３にて分割し、分割したそれぞれの光３１４、３１５、３１６、３１７を、同じ光源から分割された光どうし（光３１４と光３１５、あるいは、光３１６と光３１７）少しずつ周波数が異なるように、音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）３１８、３１９、３２０、３２１を用いて、光の周波数を約４０ＭＨｚ（数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度）変化させる。
分割した一方の光３１４、３１６は、測定光３１４、３１６としてメタノール水溶液の流れるメタノール水溶液供給配管２１２に照射し、光路がメタノール水溶液中を通るようにする。また、分割した他方の光３１５、３１７は、参照光３１５、３１７としてメタノール水溶液中を通さず、空気中を通るよう光路を設ける。
測定光３１４、３１６がメタノール水溶液を通過後、第３偏光ビームスプリッタ３２２および第４偏光ビームスプリッタ３２３にて、同じ光源から分割された光どうし（光３１４と光３１５、あるいは、光３１６と光３１７）を合わせて偏光板３２４、３２５を通すと、少しずつ周波数の異なる光が掛算され、光の強さが掛け合わされた光どうしの周波数差で強弱する信号が受光素子３２６、３２７から得られる。いわゆる、光ヘテロダイン干渉計である。
光ヘテロダイン干渉計は、測定光が微弱になってしまう測定系でも参照光により信号を大きくすることができるため、ノイズに強く、高精度・高感度な測定が可能となるという特性を有している。したがって、メタノールや水の吸光特性が顕著な２３１０ｎｍ、１３７８ｎｍの光源を用いても、測定が可能となり、かつ、顕著な吸光特性を示す波長であるので正確な濃度測定が可能となる。更に、メタノール検出用の参照波長として１６６９ｎｍの第３光源を用いると、より正確なメタノール水溶液濃度検出が可能となる。
〔その他の事項〕
上記実施の形態では、濃度センサ１００はＤＭＦＣのアノードにメタノール水溶液が供給される直前の配管に取り付ける場合について説明したが、取り付け場所は、メタノール水溶液が供給される直前の配管に限定されるものではなく、バッファタンク２３２、ＤＭＦＣ本体２４０のマニホールドの部分、メタノール水溶液の排出側の配管などでも良い。また、配管の寸法は、濃度センサ１００において光路長が５ｍｍを超えないように設定することが望ましく、必要な流量を確保するために配管の内側寸法が２．５ｍｍ以上（光路長で５ｍｍ以上）となってしまうような場合には、厚み寸法が小さい流路を設けてその部分に配置することが望ましい。
〔その他の事項〕
上記実施の形態では、濃度センサ１００はＤＭＦＣのアノードにメタノール水溶液が供給される直前の配管に取り付ける場合について説明したが、取り付け場所は、メタノール水溶液が供給される直前の配管に限定されるものではなく、バッファタンク２３２、ＤＭＦＣ本体２４０のマニホールドの部分、メタノール水溶液の排出側の配管などでも良い。また、配管の寸法は、濃度センサ１００において光路長が５ｍｍを超えないように設定することが望ましく、必要な流量を確保するために配管の内側寸法が２．５ｍｍ以上（光路長で５ｍｍ以上）となってしまうような場合には、厚み寸法が小さい流路を設けてその部分に配置することが望ましい。
そのほか、図６に示すように、光源１０から第１受光素子１８までと光源１０から第２受光素子２０までの光路長差Ｌと、メタノール水溶液供給配管２１２中を流れるメタノール水溶液の流速Ｖとの関係から、メタノール水溶液中の同じ部分を測定した光は、第１受光素子１８の方が遅れて受光素子に入射すると考えられる。そこで、第１受光素子１８にて光を測定するタイミングを、第２受光素子２０よりも遅らせる補正を加えると、更に正確に測定することが可能となる。
本発明の実施の形態では、ＤＭＦＣに特化して説明したが、メタノール水溶液などアルコール類の濃度を高精度に測定できる本発明は、アルコール含有飲料の製造過程や検査にも利用できる。
１０ 光源
１２ ミラー
１４ サーミスタ
１６ センサ制御部
１８ 第１受光素子
２０ 第２受光素子
２２ 回折格子
２４ フィルタ
２６ 断熱材
２８ ハウジング
１００ メタノール水溶液濃度センサ
２００ ダイレクトメタノール燃料電池システム
２１０ 配管ユニット
２１２ メタノール水溶液供給配管
２２０ ＤＭＦＣシステム制御部
２３０ 高濃度メタノールタンク
２３２ バッファタンク
２４０ ＤＭＦＣ本体
１２ ミラー
１４ サーミスタ
１６ センサ制御部
１８ 第１受光素子
２０ 第２受光素子
２２ 回折格子
２４ フィルタ
２６ 断熱材
２８ ハウジング
１００ メタノール水溶液濃度センサ
２００ ダイレクトメタノール燃料電池システム
２１０ 配管ユニット
２１２ メタノール水溶液供給配管
２２０ ＤＭＦＣシステム制御部
２３０ 高濃度メタノールタンク
２３２ バッファタンク
２４０ ＤＭＦＣ本体
Claims (1)
- 少なくとも赤外領域の光を含む光を発生させる白熱光源と、
混合液を介して前記白熱光源からの前記赤外領域の光を受光可能な位置に設けられ、前記赤外領域の光を検出する第１光検出手段と、
前記混合液を介して前記白熱光源からの前記赤外領域の光を受光可能な位置、かつ、前記第１光検出手段よりも前記白熱光源からの距離が小さくなるように設けられ、前記第１光検出手段とは範囲が異なる領域の光を検出する第２光検出手段と、
前記第１光検出手段と前記第２光検出手段からの信号に基づいて混合比率に関する信号を出力すると共に、前記白熱光源と前記第１光検出手段と前記第２光検出手段を制御する制御手段を備えて、
被検出物を含む前記混合液から、前記混合液に対する前記被検出物の混合比率を検出する混合比検出装置の制御方法であって、
前記白熱光源を点灯するＯＮステップと、
前記白熱光源を消灯するＯＦＦステップと、を有し、
前記ＯＮステップと前記ＯＦＦステップとを所定の間隔にて繰り返し、前記第１光検出手段または前記第２光検出手段から異常な信号が検出された時に、前記ＯＮステップと前記ＯＦＦステップとを所定の間隔にて繰り返さずに、所定の時間前記白熱光源を点灯させ続けることを特徴とする混合比検出装置の制御方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004194260A JP4128160B2 (ja) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | 混合比検出装置の制御方法 |
| KR20050040937A KR20060046059A (ko) | 2004-06-30 | 2005-05-17 | 혼합비 검출 장치, 혼합비 검출 장치의 제어 방법 및혼합비 검출 장치 탑재의 연료 전지 시스템 |
| CNB2005100761287A CN100573103C (zh) | 2004-06-30 | 2005-06-08 | 混合比检测装置及其控制方法、及搭载它的燃料电池系统 |
| US11/169,711 US7414244B2 (en) | 2004-06-30 | 2005-06-30 | Mixing ration detecting apparatus, method of controlling mixing ration detecting apparatus, and fuel cell system incorporating mixing ratio detecting apparatus |
| KR1020080002014A KR100866743B1 (ko) | 2004-06-30 | 2008-01-08 | 혼합비 검출 장치 및 이를 탑재한 연료 전지 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004194260A JP4128160B2 (ja) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | 混合比検出装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006017539A JP2006017539A (ja) | 2006-01-19 |
| JP4128160B2 true JP4128160B2 (ja) | 2008-07-30 |
Family
ID=35512931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004194260A Expired - Fee Related JP4128160B2 (ja) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | 混合比検出装置の制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7414244B2 (ja) |
| JP (1) | JP4128160B2 (ja) |
| KR (2) | KR20060046059A (ja) |
| CN (1) | CN100573103C (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200803022A (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-01 | Syspotek Corp | Mini-fuel cell system |
| US20080246955A1 (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-09 | Nippon Soken, Inc. | Method of detecting alcohol concentration and alcohol concentration detecting apparatus |
| CN103562708A (zh) * | 2011-04-08 | 2014-02-05 | Abb研究有限公司 | 分析仪器及其操作方法 |
| CN102872689B (zh) * | 2012-08-20 | 2014-07-09 | 中国计量学院 | 基于红外差分光谱法沼气检测与提纯控制系统 |
| WO2015104885A1 (ja) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | シャープ株式会社 | 光強度検出装置および検出方法 |
| JP6516484B2 (ja) * | 2015-01-23 | 2019-05-22 | シャープ株式会社 | 液中溶存物濃度測定装置 |
| US10407296B2 (en) * | 2016-10-12 | 2019-09-10 | Knappco Corporation | Optical fluid sensors for cross contamination control systems |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5096277A (en) * | 1982-08-06 | 1992-03-17 | Kleinerman Marcos Y | Remote measurement of physical variables with fiber optic systems |
| SE466157B (sv) | 1989-04-25 | 1992-01-07 | Migrata Uk Ltd | Saett att bestaemma glukoshalten hos helblod samt engaangskuvett foer detta |
| JPH04200071A (ja) | 1990-11-29 | 1992-07-21 | Toshiba Corp | 画像形成装置 |
| JPH1137936A (ja) | 1996-05-31 | 1999-02-12 | Norihiro Kiuchi | 液濃度検出装置 |
| JP3939782B2 (ja) | 1996-07-05 | 2007-07-04 | 株式会社島津製作所 | 光散乱体の測定装置 |
| JPH1178686A (ja) | 1997-08-29 | 1999-03-23 | Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk | 車載ランプ駆動回路 |
| JP2001124695A (ja) | 1999-10-28 | 2001-05-11 | Nok Corp | アルコール／水の混合比率検出方法及びアルコール／水の混合比率検出装置 |
| KR20030002047A (ko) | 2001-06-30 | 2003-01-08 | 기우치 노리히로 | 액 농도 검출 방법 및 장치 |
| KR100625968B1 (ko) | 2002-10-14 | 2006-09-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지 시스템 |
| KR20040043436A (ko) | 2002-11-18 | 2004-05-24 | 에스.와이. 엔터프라이즈 리미티드 | 식품위해물 분석기 |
-
2004
- 2004-06-30 JP JP2004194260A patent/JP4128160B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-05-17 KR KR20050040937A patent/KR20060046059A/ko not_active Application Discontinuation
- 2005-06-08 CN CNB2005100761287A patent/CN100573103C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-06-30 US US11/169,711 patent/US7414244B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-01-08 KR KR1020080002014A patent/KR100866743B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060046059A (ko) | 2006-05-17 |
| JP2006017539A (ja) | 2006-01-19 |
| US7414244B2 (en) | 2008-08-19 |
| US20060000975A1 (en) | 2006-01-05 |
| KR20080015896A (ko) | 2008-02-20 |
| CN100573103C (zh) | 2009-12-23 |
| CN1715877A (zh) | 2006-01-04 |
| KR100866743B1 (ko) | 2008-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100866743B1 (ko) | 혼합비 검출 장치 및 이를 탑재한 연료 전지 시스템 | |
| JP4643875B2 (ja) | ガスセンサ機構 | |
| CN108387527B (zh) | 可消除交叉干扰的光声光谱油气检测装置 | |
| JP2009031282A (ja) | 水晶により測定精度を向上させる光音響分光ガス検出方法及び検出器 | |
| JP2009047677A (ja) | レーザ式ガス分析計 | |
| JP2007024568A (ja) | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 | |
| US7977638B2 (en) | Long-term stable optical sensor arrangement, especially a hydrogen sensor, and combined gas sensor arrangement | |
| JP2009276308A (ja) | ガス計測装置 | |
| JP2011158307A (ja) | ガス濃度測定装置 | |
| JP2006038721A (ja) | ガス濃度検出装置 | |
| JP2010096561A (ja) | レーザ式ガス分析計の校正装置 | |
| JP4445452B2 (ja) | ガス検知装置 | |
| JP2001124695A (ja) | アルコール／水の混合比率検出方法及びアルコール／水の混合比率検出装置 | |
| JP3059661B2 (ja) | ガス濃度測定装置 | |
| JP3691329B2 (ja) | ガス濃度測定装置 | |
| Zhang et al. | CH4/C2H6 dual‐gas detection system based on off‐axis integrated cavity output spectroscopy | |
| JP4418972B2 (ja) | 光学式メタノールセンサの流路装置 | |
| KR101324545B1 (ko) | 레이저 빔 보정을 통한 안정화와 에너지 효율 향상을 위한 극자외선 발생장치 | |
| JP2011174820A (ja) | 光源駆動回路、ガスセンサ | |
| JP5152096B2 (ja) | 電解質膜の劣化検出方法 | |
| US20220120677A1 (en) | Device for measuring a relative humidity level inside the enclosure of a watch case | |
| KR100646134B1 (ko) | 광음향효과를 사용한 광주파수 변이량 측정방법 | |
| US20080062403A1 (en) | Transmission fluid concentration detector | |
| JP2006250878A (ja) | 光学測定方法及び光学測定装置 | |
| JP2006153596A (ja) | ガス検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051227 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070626 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070810 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080206 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080304 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080313 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080415 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080513 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120523 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130523 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |