(57)【要約】【課題】  燃料の濃度検出を支障なく行うことができる燃料電池ユニットおよび本燃料電池ユニットにて行われる制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】  燃料電池ユニットは、燃料電池と、燃料電池に供給される燃料を格納するタンクと、タンクから送出される燃料を冷却する冷却器と、冷却器から送出される燃料を格納する濃度センサ部と、タンクと前記冷却器との間に設けられるポンプと、ポンプと接続され、前記タンク内の燃料を前記冷却器に送出するとともに前記冷却器内の冷却された燃料を前記濃度センサ部に送出するように前記ポンプを駆動させるコントローラとを具備する。【選択図】  図６
2006310200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に供給される燃料を格納するタンクと、
前記タンクから送出される燃料を冷却する冷却器と、
前記冷却器から送出される燃料を格納する濃度センサ部と、
前記タンクと前記冷却器との間に設けられるポンプと、
前記ポンプと接続され、前記タンク内の燃料を前記冷却器に送出するとともに前記冷却器内の冷却された燃料を前記濃度センサ部に送出するように前記ポンプを駆動させるコントローラと、
を具備することを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記冷却器に設けられ、前記冷却器内の燃料に含まれる気泡を取り除く気泡除去部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記コントローラは、前記ポンプを間歇的に駆動させる手段を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記コントローラは前記ポンプを駆動した後から所定の時間が経過すると前記濃度センサ部に送出された燃料の濃度を検出する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
前記冷却器に設けられる温度センサをさらに具備し、
前記コントローラは前記温度センサと接続され、前記温度センサを用いて検出された温度が略一定値となった場合に前記ポンプを駆動させる手段を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項６】
前記タンクと前記燃料電池とを接続する第１の流路と、
前記第１の流路とは異なり、前記タンクと前記濃度センサとを接続する第２の流路と、
前記冷却器は、前記第２の流路上の、前記タンクと前記濃度センサとの間に設けられることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項７】
前記濃度センサ部は燃料中を通過するパルスの音速を用いるセンサ部であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項８】
燃料電池と、燃料電池に供給される燃料を格納するタンクと、タンクから送出される燃料を冷却する冷却器と、冷却器から送出される燃料を格納する濃度センサ部と、タンクと前記冷却器との間に設けられるポンプとを具備する燃料電池ユニットにて行われる制御方法において、
前記ポンプを駆動することで前記タンク内の燃料を前記冷却器に送出し、
前記ポンプを駆動することで前記冷却器で冷却された燃料を前記濃度センサ部に送出することを特徴とする制御方法。
【請求項９】
前記タンクから前記冷却器に送出された燃料に含まれる気泡を除去し、
前記気泡が除去された燃料を前記冷却器から前記濃度センサ部に送出することを特徴とする請求項８記載の制御方法。
【請求項１０】
前記ポンプを間歇的に駆動させることを特徴とする請求項８記載の制御方法。
【請求項１１】
前記ポンプを駆動した後から所定の時間が経過すると前記濃度センサ部に送出された燃料の濃度を検出することを特徴とする請求項８記載の制御方法。
【請求項１２】
前記冷却器に設けられる温度センサを用いて検出された温度が略一定値となった場合に前記ポンプを駆動させることを特徴とする請求項８記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に燃料電池に供給される燃料の濃度測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の方式として、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ： Direct Methanol Fuel Cell）が挙げられる。この種の燃料電池は、低濃度のメタノール水溶液を用いて発電を行い、所定の濃度値のメタノール水溶液を用いて発電を行うと発電効率がよいことがわかっている。発電によるメタノールの消費に対しては高濃度のメタノールを補充し、水の消費に対しては化学反応により生成される水を回収することで補充を行っている。このため、補充される高濃度のメタノールと水とを混合してメタノール水溶液を生成するための混合タンクが備えられている。
【０００３】
発電を支障なく継続させるためには、ＤＭＦＣセルへ供給されるメタノール水溶液中のメタノール濃度が所定の範囲内に収まるように維持する必要がある。そのメタノール濃度の検出には濃度センサが使用される。濃度センサの種類としては、液体中の音速や屈折率を利用するものがある。
【０００４】
発電中においては、燃料供給流路の中のメタノール水溶液中に気泡を含む場合がある。この状態が続くと、正確な濃度検出が行えなくなり、発電に支障をきたすことになる。
【０００５】
気泡を取り除く手法としては、例えば特許文献１の技術が挙げられる。この文献には、メタノール濃度の計算結果があらかじめ設定した基準範囲の中に入っていなければ、濃度センサに泡が付着している可能性があるため、燃料供給流路に設けられるポンプの動作量を変更することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−９５３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＤＭＦＣは、メタノール水溶液の温度が比較的高温の状態で効率よく発電するものとなっている。これに対し、比較的高温の状態の燃料が流れる燃料供給流路に設置される濃度センサは、ＤＭＦＣが効率よく発電する際のメタノール水溶液の温度よりも低い温度、または安定した温度で適切に動作する。このため、濃度センサが比較的高温の状態の熱を直接受ける場合、濃度センサは適切に濃度検出を行えなくなり、制御に支障をきたす可能性がある。特に、液体中の音速や屈折率を利用する濃度センサの場合には、そのような問題が起こりやすい。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、燃料の濃度検出を支障なく行うことができる燃料電池ユニットおよび本燃料電池ユニットにて行われる制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係わる燃料電池ユニットは、燃料電池と、前記燃料電池に供給される燃料を格納するタンクと、前記タンクから送出される燃料を冷却する冷却器と、前記冷却器から送出される燃料を格納する濃度センサ部と、前記タンクと前記冷却器との間に設けられるポンプと、前記ポンプと接続され、前記タンク内の燃料を前記冷却器に送出するとともに前記冷却器内の冷却された燃料を前記濃度センサ部に送出するように前記ポンプを駆動させるコントローラとを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項８に係わる燃料電池ユニットにて行われる制御方法は、燃料電池と、燃料電池に供給される燃料を格納するタンクと、タンクから送出される燃料を冷却する冷却器と、冷却器から送出される燃料を格納する濃度センサ部と、タンクと前記冷却器との間に設けられるポンプとを具備する燃料電池ユニットにて行われる制御方法において、前記ポンプを駆動することで前記タンク内の燃料を前記冷却器に送出し、前記ポンプを駆動することで前記冷却器で冷却された燃料を前記濃度センサ部に送出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料の濃度検出を支障なく行うことができる燃料電池ユニットおよび本燃料電池ユニットにて行われる制御方法を提供することを目的とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニットを示す外観図である。図１に示すように、この燃料電池ユニット１０は、情報処理装置、例えばノート型パーソナルコンピュータの後部を載置するための載置部１１と、燃料電池ユニット本体１２とから構成される。燃料電池ユニット本体１２には、電気化学反応で発電を行うＤＭＦＣスタックや、ＤＭＦＣスタックに対して燃料となるメタノールや空気を注入、循環させるための補機（ポンプやバルブ等）を内蔵している。
【００１３】
また、燃料電池ユニット本体１２のユニットケース１２ａ内部の例えば左端に、着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されており、この燃料カートリッジを交換できるように、カバー１２ｂは取り外し可能となっている。
【００１４】
載置部１１には情報処理装置が載置される。載置部１１の上面には、情報処理装置と接続するための接続部としてドッキングコネクタ１４が設けられている。一方、情報処理装置の例えば底面後部には、燃料電池ユニット１０と接続するための接続部としてドッキングコネクタ２１（図示していない）が設けられており、燃料電池ユニット１０のドッキングコネクタ１４と機械的、電気的に接続される。また、載置部１１上に三箇所の位置決め突起１５とフック１６が設けられており、対応して設けられた情報処理装置の底面後部の三箇所の穴に、位置決め突起１５とフック１６が挿入される。
【００１５】
情報処理装置を燃料電池ユニット１０から取り外す時は、図２に示した燃料電池ユニット１０のイジェクトボタン１７を押すことにより、ロック機構（図示していない）の解除が行われて、容易に取り外すことができる。
【００１６】
また、燃料電池ユニット本体１２の例えば右側面には、発電設定スイッチ１１２と燃料電池運転スイッチ１１６が設けられる。
【００１７】
発電設定スイッチ１１２は、燃料電池ユニット１０での発電を許可或いは禁止するためにユーザが予め設定するためのスイッチであり、例えばスライド型スイッチで構成される。
【００１８】
燃料電池運転スイッチ１１６は、例えば、燃料電池ユニット１０で発電される電力で情報処理装置１８が動作している時に、情報処理装置１８の動作は継続しつつ燃料電池ユニット１０での発電のみを停止させるような場合等に用いる。この場合、情報処理装置１８は内蔵された二次電池の電力を用いて動作を継続することになる。燃料電池運転スイッチ１１６は、例えばプッシュスイッチ等で構成される。
【００１９】
図２は、情報処理装置１８（例えば、ノート型パーソナルコンピュータ）を燃料電池ユニット１０の載置部１１の上に載置、接続した時の外観を示す図である。
【００２０】
なお、図１、図２に示した燃料電池ユニット１０の形状や大きさ、或いはドッキングコネクタ１４の形状や位置等は、種々の形態が考えられる。
【００２１】
図３は、燃料電池ユニット１０の系統図を示したものであり、特にＤＭＦＣスタックとその周辺に設けられた補機について細部の系統を示している。
【００２２】
燃料電池ユニット１０は、発電部４０と、燃料電池ユニット１０の制御部である燃料電池制御部４１とから構成される。燃料電池制御部４１は発電部４０の制御を行う他、情報処理装置１８との通信を行う通信制御部としての機能を有する。
【００２３】
発電部４０は、発電を行うための中心となるＤＭＦＣスタック４２を有する他、燃料となるメタノールを収納する燃料カートリッジ４３を有する。燃料カートリッジ４３には高濃度のメタノールが封入されている。燃料カートリッジ４３は、燃料を消費した時には容易に交換できるよう、着脱可能となっている。
【００２４】
また、一般に、ダイレクトメタノール型燃料電池においては、発電効率をあげるためにクロスオーバ現象を低減する必要がある。このために高濃度メタノールを希釈して低濃度化し、これを燃料極４７に注入することが有効である。この実現のため、燃料電池ユニット１０では、希釈循環システム６２を採用しており、発電部４０に希釈循環システム６２の実現に必要な補機６３を設ける。
【００２５】
補機６３には液体流路に設けられるものと気体流路に設けられるものがある。
【００２６】
液体流路においては、燃料電池カートリッジ４３の出力部から燃料供給ポンプ４４が配管接続され、燃料供給ポンプ４４の出力部から混合タンク４５に接続される。混合タンク４５の出力部は送液ポンプ４６に接続され、送液ポンプ４６の出力部は送液バルブ３１を介してＤＭＦＣスタック４２の燃料極４７に接続される。
【００２７】
燃料極４７の出力部は混合タンク４５に配管接続される。このように送液ポンプ４６の動力により液体が混合タンク４５へ還流する液体流路を「第１の液体流路」と称するものとする。なお、送液ポンプ４６は、燃料極４７の入力側に設ける代わりに、燃料極４７の出力側に設けるようにしてもよい。また、送液バルブ３１は、必ずしも必要とされるものではない。
【００２８】
また、水回収タンク５５の出力部は水回収ポンプ５６に配管接続され、水回収ポンプ５６の出力部は混合タンク４５に接続される。
【００２９】
上記第１の液体流路における送液ポンプ４６と燃料極４７との間には分岐が設けられ、この分岐を経由してメタノール水溶液を混合タンク４５へと還流させる別の流路（パイプ等）が設けられる。この流路を、「第２の液体流路」と称するものとする。
【００３０】
第２の液体流路は、メタノール水溶液中のメタノール濃度の検出を行うために設けられた専用の流路である。第２の液体流路には、送液ポンプ３２が設けられ、この送液ポンプ３２の出力部は濃度センサ６０を介して混合タンク４５に接続される。また、図３中には示していないが第２の液体流路中に冷却器を設ける。冷却器については後述にて詳細に説明する。
【００３１】
濃度センサ６０は混合タンク２２３内の燃料水溶液の濃度を検出するために設けられる。燃料電池制御部４１は濃度センサ６０と接続され、燃料電池制御部４１は濃度センサ６０を用いて検出した濃度の値に基づき、燃料供給ポンプ４４による混合タンク４５への燃料の投入量を制御する。
【００３２】
濃度センサ６０は、例えば燃料水溶液中での音波の伝達速度が濃度により変化する性質を利用して、その濃度を測定するタイプや、燃料水溶液の比誘電率を検出することで濃度を検出するタイプ等が考えられる。いずれのタイプの濃度センサであっても、目的である濃度の測定が可能であれば構わない。音波を用いた濃度センサ６０の特性については後述にて説明する。
【００３３】
また、濃度センサ６０が濃度検出を行うのに必要なメタノール水溶液の量は、少量（発電部４０内で使用されるメタノール水溶液全体と比較すれば無視できる程度）で済む。すなわち、第２の液体流路の内径は第１の液体流路の内径よりもかなり小さくなっており、第２の液体流路に流入するメタノール水溶液の量はかなり少量である。これにより、ＤＭＦＣスタック４２への燃料供給に悪影響を及ぼさずに済むようになっている。
【００３４】
一方、気体流路においては、送気ポンプ５０が送気バルブ５１を介してＤＭＦＣスタック４２の空気極５２に接続される。空気極５２の出力部は凝縮器５３に接続される。また、混合タンク４５からも、混合タンクバルブ４８を介して凝縮器５３に接続される。凝縮器５３は排気バルブ５７を介して排気口５８に接続される。この凝縮器５３には、水蒸気を効果的に凝縮するフィンが備えられている。また、冷却ファン５４は凝縮器５３の近傍に配設される。
【００３５】
次に、燃料電池ユニット１０の発電部４０の発電メカニズムについて、燃料と空気（酸素）の流れに沿って説明する。
【００３６】
まず、燃料カートリッジ４３内の高濃度メタノールは、燃料供給ポンプ４４によって、混合タンク４５に流入される。混合タンク４５の内部で高濃度メタノールは、回収された水や燃料極４７からの低濃度メタノール（発電反応の残余分）等と混合されて希釈され、低濃度メタノールが生成される。低濃度メタノールの濃度は発電効率の高い濃度を保てるように制御される。
【００３７】
この濃度制御は、例えば、濃度センサ６０の検出結果を基に、燃料電池制御部４１が燃料供給ポンプ４４によって混合タンク４５に供給される高濃度メタノールの量を制御することによって実現される。または、混合タンク４５に環流する水の量を水回収ポンプ５６等で制御することによって実現できる。
【００３８】
また、混合タンク４５には、混合タンク４５内のメタノール水溶液の液量を検出する液量センサ６１や、温度を検出する温度センサ６４が備えられており、これらの検出結果は燃料電池制御部４１に送られて発電部４０の制御などに使用される。
【００３９】
混合タンク４５で希釈されたメタノール水溶液は送液ポンプ４６で加圧されて、ＤＭＦＣスタック４２の燃料極（負極）４７に注入される。燃料極４７では、メタノールの酸化反応が行われることで電子が発生する。酸化反応で生成される水素イオン（Ｈ+）はＤＭＦＣスタック４２内の固体高分子電解質膜４２２を透過して空気極（正極）５２に達する。
【００４０】
一方、燃料極４７で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液とともに再び混合タンク４５に環流する。二酸化炭素は混合タンク４５内で気化し、混合タンクバルブ４８を介して、凝縮器５３へ向かい、最終的には排気バルブ５７を介して、排気口５８から外部へ排気される。
【００４１】
他方、空気（酸素）の流れは、吸気口４９から取り込まれ、送気ポンプ５０で加圧され、送気バルブ５１を介し空気極（正極）５２に注入される。空気極５２では、酸素（Ｏ2）の還元反応が進行し、外部の負荷からの電子（ｅ-）と、燃料極４７からの水素イオン（Ｈ+）と、酸素（Ｏ2）から水（Ｈ2Ｏ）が水蒸気として生成される。この水蒸気は空気極５２から排出され、凝縮器５３に入る。凝縮器５３では、冷却ファン５４によって水蒸気が冷却されて水（液体）となり、水回収タンク５５内に一時的に蓄積される。この回収された水は水回収ポンプ５６によって混合タンク４５へと環流し、高濃度メタノールを希釈するための希釈循環システム６２が構成される。
【００４２】
この希釈循環システム６２による燃料電池ユニット１０の発電メカニズムからわかるように、ＤＭＦＣスタック４２から電力が取り出す、即ち、発電を開始するために、各部のポンプ４４，４６，５０，５６やバルブ４８、５１、５７或いは冷却ファン５４等の補機６３を駆動させる。これによってメタノール水溶液と空気（酸素）がＤＭＦＣスタック４２内に注入されそこで電気化学反応が進行することによって電力が得られる。一方、発電を停止するには、これらの補機６３の駆動を停止することによる。次に、濃度センサ６０の構成について説明する。
【００４３】
図４は、濃度センサ６０の構成の一例について説明する図である。
【００４４】
濃度センサ６０は、例えば、送信端６０Ａ、受信端６０Ｂ、センサＩＣ６０Ｃ、及び温度センサ（サーミスタ）６０Ｄを有する。なお、送信端６０Ａと受信端６０Ｂとの間に流路部分が位置するようにする。
【００４５】
送信端６０Ａは、受信端６０Ｂへ向けて所定のパルスを定期的に発信するものである。受信端６０Ｂは、受信端６０Ｂから発信されるパルスを受信するものである。センサＩＣ６０Ｃは、送信端６０Ａからパルスが発信されるタイミングと受信端でパルスが受信されるタイミングとの差に基づき、パルスが上記流路部分におけるメタノール水溶液中を通過したときの音速を検出するものである。
【００４６】
また、温度センサ６０Ｄは、上記流路部分において流れるメタノール水溶液の温度を検出するものである。メタノール水溶液中のメタノールの濃度は、メタノール水溶液の温度に応じて変化することが知られている。このため、温度センサ６０Ｄにより検出される温度も、メタノール濃度の計測に使用される。次に、濃度センサ６０を用いて検出されるメタノールの濃度とメタノール水溶液中の音速との関係について説明する。
【００４７】
図５は、メタノールの濃度および温度とメタノール水溶液中の音速との関係を表したグラフの一例である。
【００４８】
図５に示すように、メタノール水溶液の濃度変化に伴うメタノール水溶液中の音速の変化量は、メタノール水溶液の温度が低ければ低いほど、大きな変化量となる。メタノール水溶液中の音速の変化量が大きいほど濃度センサ６０の検出感度が上がる。従って、濃度センサ６０を用いてメタノール水溶液の濃度を測定する場合、メタノール水溶液の温度が低いほうが好ましい。
【００４９】
また、図５に示すとおり、メタノール水溶液中の音速の変化量はメタノール水溶液の濃度とメタノール水溶液の温度とで決定されるため、濃度センサ６０を用いたメタノール水溶液の濃度の測定の精度をあげるには、メタノール水溶液中の音速の変化量の測定精度をあげるだけではなく、メタノール水溶液の温度の測定精度をあげる必要がある。次に、図３を用いて説明した第２の液体流路中に設けられる混合タンク４５、濃度センサ６０および冷却器の配置関係について説明する。
【００５０】
図６は、第２の液体流路中に設けられる混合タンク４５、濃度センサ６０および冷却器の配置関係の一例について説明した図である。
【００５１】
冷却器６５は混合タンク４５と濃度センサ６０とを結ぶ第２の液体流路中に設けられる。また、冷却器６５は送液ポンプ３２と濃度センサ６０との間に設けられる。
【００５２】
冷却器６５は濃度センサ６０に送出されるメタノール水溶液を冷却するために設けられる。濃度センサ６０に送出されるメタノール水溶液を冷却器６５を用いて冷却する理由は、図５を用いて説明したとおり、濃度センサ６０の精度を高い精度に保つためである。
【００５３】
冷却器６５はサーミスタ（温度センサ）６６を有する。サーミスタ６６は冷却器６５の温度を測定するために設けられる。サーミスタ６６は燃料電池制御部４１と接続されており、燃料電池制御部４１はサーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて送液ポンプ３２を制御する。
【００５４】
さらに、冷却器６５には、メタノール水溶液中に含まれる気泡を取り除くための気泡抜き機構（気泡除去部）が設けられる。気泡抜き機構として、例えば、冷却器６５と混合タンク４５とを結ぶ気体流路７２に、気液分離膜７３を設ける機構が考えられる。
【００５５】
メタノール水溶液中に気泡が発生する原因として、メタノール水溶液の沸点が低いことが挙げられる。混合タンク４５から冷却器６５に送出されるメタノール水溶液の温度は比較的高温であるため、メタノール水溶液中に気泡が発生している可能性がある。また、燃料極４７で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素が気泡としてメタノール水溶液中に含まれる可能性もある。
【００５６】
メタノール水溶液中のパルスの音速と気泡中のパルスの音速とは異なるので、メタノール水溶液中に発生した気泡の影響で、濃度センサ６０を用いて測定するメタノール水溶液の濃度値に誤差が生じる恐れがある。そこで、上述にて説明した気泡抜き機構でメタノール水溶液中に含まれる気泡を取り除く必要がある。
【００５７】
燃料電池制御部４１が送液ポンプ３２を制御することで、混合タンク４５内のメタノール水溶液は冷却器６５に送出されるとともに、冷却器６５にて冷却されているメタノール水溶液は濃度センサ６０に送出される。冷却器６５から濃度センサ６０に送出されるメタノール水溶液は、冷却器６５にて気泡が抜かれている水溶液である。次に、サーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて燃料電池制御部４１が行う送液ポンプ３２の制御および濃度センサ６０にて行う第１の濃度測定タイミング制御例について説明する。
【００５８】
図７は、サーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて燃料電池制御部４１が行う送液ポンプ３２の制御および濃度センサ６０にて行う第１の濃度測定タイミング制御例を説明する図である。
【００５９】
燃料電池制御部４１は時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間（ｔｐ１：送液期間と称す）に送液ポンプ３２を駆動制御することで、混合タンク４５から冷却器６５にメタノール水溶液を送出させる。混合タンク４５内に存在したメタノール水溶液が冷却器６５に送出されるので、冷却器６５の温度が上昇する。
【００６０】
燃料電池制御部４１は時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間（ｔｐ２：冷却期間と称す）に送液ポンプ３２の駆動を停止する。混合タンク４５から冷却器６５に送液期間ｔｐ１にて送出されてきたメタノール水溶液は、冷却期間ｔｐ２にて冷却器６５で冷却される。冷却器６５の周囲の温度条件の変化が無ければ冷却器６５によって冷却されたメタノール水溶液の温度はほぼ一定となる。また、冷却期間ｔｐ２にて冷却器６５で冷却されるメタノール水溶液から気泡が抜かれる。
【００６１】
燃料電池制御部４１は時刻ｔ３〜ｔ４の間（ｔｐ３：送液期間と称す）に送液ポンプ３２を駆動制御する。送液ポンプ３２が駆動されることで冷却期間ｔｐ２にて冷却器６５で冷却されるメタノール水溶液は冷却器６５から濃度センサ６０に送出される。送液期間ｔｐ３の間に冷却器６５から濃度センサ６０に送出されたメタノール水溶液の温度は、濃度センサ６０内のメタノール水溶液が送出される前（ｔｐ２間）に濃度センサ６０内に存在したメタノール水溶液の温度と比較して、若干上昇する、または若干下がる可能性がある。
【００６２】
燃料電池制御部４１は時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間（ｔｐ４：冷却期間と称す）に送液ポンプ３２の駆動を停止する。送液期間ｔｐ３中に冷却器６５から濃度センサ６０に送出されたメタノール水溶液の温度は、冷却期間ｔｐ４中に、ほぼ一定値となる。送液期間ｔｐ３中に冷却器６５から濃度センサ６０に送出されたメタノール水溶液の温度と濃度センサ６０の周辺の温度との間に温度差が生じている可能性があるので、この温度差が収束した後に濃度センサ６０を用いて濃度センサ６０内のメタノール水溶液の濃度を測定する。温度差が収束する期間として、時刻ｔ５〜時刻ｔ６の間（ｔｐ５：測定待ち期間）を設ける。
【００６３】
上の手順の場合、濃度センサ６０を用いたメタノール水溶液の濃度の測定は、時刻ｔ１から（ｔｐ１＋ｔｐ２＋ｔｐ３＋ｔｐ５）経過後に開始される。
【００６４】
このように、燃料電池制御部４１によって送液ポンプ３２を間歇的に駆動させ、混合タンク４５から送出されるメタノール水溶液を冷却器６５で冷却するとともにメタノール水溶液に含まれる気泡を抜いた後、冷却器６５から濃度センサ６０に冷却および気泡が抜かれたメタノール水溶液を送出し、一定時間が経過した後に濃度センサ６０を用いてメタノール水溶液の濃度を測定することで、きわめて高い精度でメタノール水溶液の濃度を測定することが可能となる。次に、サーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて燃料電池制御部４１が行う送液ポンプ３２の制御および濃度センサ６０にて行う第２の濃度測定タイミング制御例について説明する。
【００６５】
図８は、サーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて燃料電池制御部４１が行う送液ポンプ３２の制御および濃度センサ６０にて行う第２の濃度測定タイミング制御例を説明する図である。
【００６６】
図７を用いて説明した第１の濃度測定タイミング制御例と異なる点は、冷却器６５内のメタノール溶液の温度が一定となった後、送液ポンプ３２を駆動して混合タンク４５から冷却器６５にメタノール水溶液を送出するという点である。
【００６７】
冷却器６５内のメタノール溶液の温度が一定となった後に送液ポンプ３２を駆動することで、冷却器６５内の一定温度であるメタノール溶液を濃度センサ６０に送出することが可能となる。さらに例えば濃度センサ６０に断熱機構等を設けることで断熱処理等を施し濃度センサ６０における熱の授受を排除することで、濃度センサ６０を構成する回路等の温度特性に影響されることなく、濃度センサ６０の温度を一定に保つことが可能となり、より高い精度で濃度センサ６０内のメタノール水溶液の濃度を測定することが可能となる。また、測定待ちの時間を調整することで測定遅延時間／測定間隔の調整も可能となる。
さらに、冷却時間を大幅に伸ばす必要がある場合には、最大冷却時間を定め、図６および図７を用いて説明した制御の利点を取り入れてもよい。次に、メタノールの濃度および温度とメタノール水溶液中の比誘電率との関係について説明する。
【００６８】
図９は、メタノールの濃度および温度とメタノール水溶液の比誘電率との関係の一例を表したグラフである。
【００６９】
図９に示すように、メタノール水溶液の濃度変化に伴うメタノール水溶液中の比誘電率の変化量は、メタノール水溶液の温度によらず、ほぼ同じである。ただしメタノール水溶液の温度によって比誘電率の値は変化するため、温度測定の制度を確保する必要がある。
【００７０】
図７および図８を用いて説明した制御では、冷却器６５で所定の期間に亘って冷却したメタノール水溶液を濃度センサ６０に送出し、メタノール水溶液の温度が略一定の温度である状態にて濃度センサ６０を用いてメタノール水溶液の濃度を測定している。従って、図６および図７を用いて説明した制御では、濃度センサ６０内のメタノール水溶液の比誘電率の値の変化も極めて少なくなり、濃度センサ６０の測定精度を高い精度に保つことが可能となる。
【００７１】
本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示されている全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】燃料電池ユニットの一例を示す外観図。
【図２】燃料電池ユニットに情報処理装置を接続した状態の一例を示す外観図。
【図３】燃料電池ユニットの発電部の構成の一例を主に示す系統図。
【図４】濃度センサの構成の一例について説明する図。
【図５】メタノールの濃度および温度とメタノール水溶液中のパルスの音速との関係を表したグラフの一例。
【図６】第２の液体流路中に設けられる混合タンク４５、濃度センサ６０および冷却器の配置関係の一例について説明した図。
【図７】サーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて燃料電池制御部４１が行う送液ポンプ３２の制御および濃度センサ６０にて行う第１の濃度測定タイミング制御例を説明する図。
【図８】サーミスタ６６を用いて測定した冷却器６５の温度に基づいて燃料電池制御部４１が行う送液ポンプ３２の制御および濃度センサ６０にて行う第２の濃度測定タイミング制御例を説明する図。
【図９】メタノールの濃度および温度とメタノール水溶液の比誘電率との関係の一例を表したグラフ。
【符号の説明】
【００７３】
１０…燃料電池ユニット、１１…載置部、１２…燃料電池ユニット本体、
１４…ドッキングコネクタ、４０…発電部、４１…燃料電池制御部、
４２…ＤＭＦＣスタック、４３…燃料カートリッジ、４４…燃料供給ポンプ、４５…混合タンク、４６…送液ポンプ、４７…燃料極（負極）、
４８…混合タンクバルブ、５０…送気ポンプ、５１…送気ポンプ、
５２…空気極（正極）、５３…凝縮器、５４…冷却ファン、５５…水回収タンク、５６…水回収ポンプ、５７…排気バルブ、５８…排気口、６０…濃度センサ、６０Ａ…送信端、６０Ｂ…受信端、６０Ｃ…センサＩＣ、６０Ｄ…温度センサ、６１…液量センサ、６２…希釈循環システム、６３…補機、６４…温度センサ
６５…冷却器、６６…サーミスタ、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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