(57)【要約】      （修正有）【課題】環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置に関し、濃度センサーと燃料電池中の流体温度を一致させ、温度差が原因で誤差が生じるのを防ぐ。【解決手段】主として燃料電池システムにおける流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａに設置され、光源装置２２から出力される光信号は流体循環装置１２内の流体を通って光センサー２１ａに投射され、光センサー２１ａは流体濃度に対応する電気信号を演算装置に出力し、光センサー２１ａから出力される電気信号と温度検知ユニット４から出力される電気信号に基づいて、流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａでの流体濃度を計算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体循環装置の流体濃度センサーに用いられる、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置であって、光信号を出力する発光素子を含む光源装置と、少なくとも光センサーを含むと共に、前記光センサーは前記光源装置からの光信号を受信し前記光信号の強度に対応する電気信号を出力する光感知装置と、前記流体循環装置に対応して設置され、前記流体循環装置内の流体温度を検知するための温度検知ユニットと、演算装置を含み、前記光感知装置の光センサーと前記光源装置は前記流体循環装置の部分スペースの両端に対応して設置され、前記光源装置から出力される光信号は前記流体循環装置内の流体を通って前記光感知装置の光センサーに投射され、前記光感知装置の光センサーは前記光信号と前記流体濃度に対応する電気信号を前記演算装置に出力し、さらに、前記演算装置は濃度-電流値-温度の関係の判断手段を含み、前記濃度-電流値-温度関連の判断手段は、前記光感知装置の光センサーから出力される電気信号と前記温度検知ユニットから出力される電気信号に基づいて、前記流体循環装置の流体連通スペースでの流体濃度を計算することを特徴とする、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項２】
前記光センサーは電流値を出力し、前記電流値は、前記光源装置の光束が前記流体循環装置のスペースの一部分を通る時の流体の光透過性に対応することを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項３】
前記流体の濃度-電流値-温度関係は、データ対応表の方式と関数関係式のいずれか一つの方式で前記演算装置に設定された後、前記濃度センサーと温度検知ユニットによって前記流体の光透過性と温度にフィードバックされ流体の温度を判断することを特徴とする請求項２に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項４】
前記流体循環装置の内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性であることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項５】
前記光源装置が出力される光源は赤外線、可視光、シングルチャネル光線のいずれか一つから選択されることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項６】
前記光センサーは感光性素子であることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項７】
前記濃度センサーは反射素子を有し、光源装置により前記反射素子に投射された光束を前記光感知装置に移転させることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項８】
前記流体連通スペースは流体を伝送する流路或いは流体を貯蔵する流体溝を含むことを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項９】
流体循環装置の流体濃度センサーに用いられる、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置であって、半導体の発光素子である光源装置であり、前記光源装置は光信号と前記光源装置が定電圧下で操作し減圧した電気信号を出力し、前記の減圧された電気信号は前記光源装置が位置する箇所の温度に対応することと、少なくとも光センサーを含むと共に、前記光センサーは前記光源装置からの光信号を受信し、前記光信号の強度に対応する電気信号を出力する光感知装置と、演算装置を含み、前記光感知装置の光センサーと前記光源装置は前記流体循環装置の部分スペースの両端に対応して設置され、前記光源装置から出力される光信号は前記流体循環装置内の流体を通って前記光感知装置の光センサーに投射され、前記光源装置から出力される光信号は前記光源装置に提供される特定電圧の直流電力の電圧に対応し、前記光感知装置の光センサーは前記光信号と前記流体濃度に対応する電気信号を前記演算装置に出力し、さらに、前記演算装置は濃度-電流値-温度の関係の判断手段を含み、前記濃度-電流値-温度関連の判断手段は、前記光感知装置の光センサーから出力される電気信号と前記光源装置から出力される減圧された電気信号に基づいて、前記流体循環装置の流体連通スペースでの流体濃度を計算することを特徴とする、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１０】
前記光感知装置は電流値を出力し、前記電流値は、前記光源装置の光束が前記流体循環装置設置スペースを通り抜ける際の流体の光透過性に対応することを特徴とする、請求項９に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１１】
前記流体の濃度-電流値-温度関係は、データ対応表の方式と関数関係式のいずれか一つの方式を用いて前記演算装置に設定された後、前記濃度センサーと温度検知ユニットを用いて前記流体の光透過性と温度にフィードバックされ流体の温度を判断することを特徴とする、請求項1０に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１２】
前記流体循環装置の内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性であることを特徴とする、請求項９に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１３】
前記光源装置が出力される光源は赤外線、可視光、シングルチャネル光線のいずれか一つから選択されることを特徴とする、請求項９に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１４】
前記光センサーが感光性素子であることを特徴とする請求項９に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１５】
前記濃度センサーは反射素子を有し、光源装置により前記反射素子に投射された光束を前記光感知装置に移転させることを特徴とする、請求項９に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項１６】
前記流体連通スペースは流体を伝送する流路或いは流体を貯蔵する流体溝を含むことを特徴とする、請求項９に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置に関し、特に透過光学性質の変化による流体濃度の獲得の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体測定装置は、流体の濃度や密度、或いは流体量といった流体の物理的特徴の計測に使用されている。一般的な流体測定装置は通常体積が大きく素子が複雑であり、同時にそれが原因でコストも高くなりがちである。しかしながら、体積が小さくコストが低い製品に対する市場の需要は日増しに高まっている。燃料電池システムを例にとってみると、現在燃料電池システムを携帯式電子装置に使用する傾向が次第に顕著になってきている。従来の燃料電池は、水素に富んだ流体（メタノールのような）と酸素の流体を利用して電気化学反応を起こし電力を出力する電池コアを有する。従って、いつ燃料流体の濃度や残量が不足し燃料の流体を補充しなければならないかを、操作の過程で使用者に知らせる必要があるので、燃料流体容器内における燃料流体の液位及び容量を検知しなければならない。しかし、一般的な燃料液体容器における燃料流体濃度及び燃料液体残量の検知は、高価な計測センサーで行われており、携帯式電気製品の中で大量に使用しなければならない現在の状況においては、相当不経済的である。
【０００３】
その他に、燃料電池システムの電気化学反応中、電気化学反応が進行するにつれ燃料流体温度が変化し、計測の結果に誤差が生じてしまうので、流体温度に応じて温度補償をしないと流体の物理的特徴の正確な計測ができなくなる。
【０００４】
本発明の発明者は従来の流体量計測装置の欠陥を発見し必要性を感じたことから、現在の需要に合う流体濃度センサーを発明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置に関し、前記濃度センサーと前記燃料電池中の流体温度を一致させ、温度差が原因で誤差が生じるのを防ぐことを目的とする。
【０００６】
当該分野において通常の知識を有する者に本発明を理解してもらうために、下記に具体的な実施例並びに添付図を用いて、その特徴と効能を詳しく説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
流体循環装置の流体濃度センサーに用いられる、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置であって、光信号を出力する発光素子を含む光源装置と、少なくとも光センサーを含むと共に、前記光センサーは前記光源装置からの光信号を受信し前記光信号の強度に対応する電気信号を出力する光感知装置と、前記流体循環装置に対応して設置され、前記流体循環装置内の流体温度を検知するための温度検知ユニットと、演算装置を含み、前記光感知装置の光センサーと前記光源装置は前記流体循環装置の部分スペースの両端に対応して設置され、前記光源装置から出力される光信号は前記流体循環装置内の流体を通って前記光感知装置の光センサーに投射され、前記光感知装置の光センサーは前記光信号と前記流体濃度に対応する電気信号を前記演算装置に出力し、さらに、前記演算装置は濃度-電流値-温度の関係の判断手段を含み、前記濃度-電流値-温度関連の判断手段は、前記光感知装置の光センサーから出力される電気信号と前記温度検知ユニットから出力される電気信号に基づいて、前記流体循環装置の流体連通スペースでの流体濃度を計算することを特徴とする、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の主要素子の関連図である。本発明は主に燃料電池システム１の濃度センサー２に使用される。前記濃度センサー２は、前記燃料電池システム１内部の流体を貯蔵或いは出力する箇所に対応し設置され、前記濃度センサー２を通じて前記燃料電池システム１中の流体を検知し、前記流体濃度に対応する電気信号を演算装置３へ出力し、前記演算装置によって前記電気信号に対応する流体濃度が判断される。
【０００９】
前記燃料電池システム１は、燃料電池電力発生部１１及び流体循環装置１２を含む。その内、前記燃料電池電力発生部１１は、触媒物質を有し、水素に富んだ流体と酸素の流体を用いて電気化学反応を進行させ化学エネルギーを電気エネルギーに変換して出力するエネルギー変換器である。また、前記流体循環装置１２は、前記燃料電池システム１の電気化学反応で必要となる流体と反応後の残余溶液を貯蔵したり伝送したりするのに用いられる。
【００１０】
前記濃度センサー２は、光感知装置２１及び光源装置２２を含む。その内、前記光感知装置２１は光信号を電気信号に変換するために用いられ、前記光センサーは光源の照射を受けると、受けた光の量に応じて対応する電流値やその他の電気信号を分別して出力する。また、前記光源装置２２は光源を提供するのに用いられ、前記光源は赤外線、可視線或いはシングルチャンネル光線のいずれかである。
【００１１】
前記演算装置３はロジック演算手段を有し、前記濃度センサー２が出力する電気信号の処理や、前記電気信号が対応する流体濃度の演算に用いられる。前記演算装置３は電気回路によって成り立ち、各センサーが光の照射状態に対応して出力した電流値を獲得するのに用いられ、前記電流値を有する電気信号を出力する。前記演算装置３の信号を出力するインターフェースはＳＭＢｕｓ伝送インターフェース或いは１２Ｃ伝送インターフェースを採用することができる。
【００１２】
図１及び図２を参考にしていただきたい。図２は、本発明第一の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記燃料電池システム１における前記流体循環装置１２は流体連通スペース１２ａを含み、前記流体循環装置１２中の流体１２ｂを前記流体連通スペース１２ａを通じて伝送したり貯蔵したりすることができる。前記流体循環装置１２が貯蔵する流体１２ｂは純水とその他混合物を混ぜ合わせたものであり、前記流体１２ｂの濃度は前記流体１２ｂ中で純水の占める成分比率によって決まる。また、前記光感知装置２１は少なくとも光センサー２１ａを有する。前記光センサー２１ａは感光性素子であり、光信号を電気信号に変換するのに用いられ、前記光センサーは光源の照射を受けると、受けた光の量に応じて対応する電流値やその他の電気信号を分別して出力することができる。また、前記光感知装置２１と前記光源装置２２は流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａ内部の両側に対応して設置され、前記光源装置２２から放射される光束２２ａは前記循環装置１２を通って前記光感知装置２１の光センサー２１ａに到達する。
【００１３】
環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置では、前記濃度センサー２中の光源装置２２から生じた光束２２ａは、前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａ内で前記流体１２ｂを通り抜けるとき、前記光束２２ａのエネルギーの一部は前記流体連通スペース１２ａ内の流体１２ｂに吸収される。さらに、残った光束２２ａのエネルギーは前記光感知装置２１の光センサー２１ａに入り、前記光感知装置２１の光センサー２１ａは受けた光の強度に応じて、対応する電気信号に変換する。最後に、前記演算装置３が前記電気信号に応じて演算をすることで、前記流体連通スペース１２ａの流体１２ｂの濃度を得ることができる。
【００１４】
前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａの内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性である。したがって、外界の光が前記光センサー２１ａの受信する光信号に干渉するのを防ぐことができる。その他に、前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａの一部分は、前記流体循環装置１２中の流体１２ｂを伝送・貯蔵するための空間となっていて、前記流体連通スペース１２ａは流体１２ｂを伝送する流体の流路や流体１２ｂの流体溝を含んでいる。
【００１５】
前記濃度センサー２は前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａ内に設置される。前記濃度センサー２全体の温度は前記流体１２ｂの影響を受けるため、環境温度の影響から生じる不必要な誤差を避けることができる。前記燃料電池システム１はその他にも温度検知ユニット４を含む。前記温度検知ユニット４は、前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａの一部分に対応し設置され、前記温度検知ユニット４は前記流体連通空間１２ａの流体１２ｂ温度を測定できる。図３で示す濃度−電流値−温度の関係図を参考にしていただきたい。前記光センサー２１ａは前記光源装置２２の光源信号を受信するとき、受信した光源の強度に応じて対応する電気信号を出力し、前記光源装置２２が提供する光束２２ａは、その一部が通過するときに流体１２ｂに吸収され、残りは前記流体１２ｂを通り抜けるという特性をもつ。前記流体１２ｂが前記光束２２ａのエネルギーの一部を吸収することに対する影響、または前記光束２２ａの光透過性に影響する要素に、前記流体１２ｂの濃度と温度がある。まずは前記濃度センサー２を利用して、特定の温度下ならびに対応する特定の流体濃度下で、前記濃度−電流値−温度の対応関係を設定することで、濃度測定時の温度補償とする。前記流体の濃度-電流値-温度関係は、データ対応表の方式或いは関数関係式によって前記演算装置内に設定された後、前記濃度センサーと温度検知ユニットを用いて前記流体の光透過性と温度にフィードバックされ流体の濃度を判断する。その他、データ対応表の実施方式を使用する際、前記演算装置３は今の濃度−電流値−温度の関係に応じて、外挿法や内挿法を用いてその他の濃度−電流値−温度の関係データを得ることができる。 
【００１６】
図４で示しているのは、本発明第二の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記の実施例と異なる点は、前記温度検知ユニット４の効能を光源装置２２で代替するところにある。前記光源装置２２は半導体発光素子なので、特定電圧の直流電流を光源装置２２に入力するとき、前記光源装置２２から生じた光束２２ａの照度や強度は、入力された前記特定電圧の直流電流に対応する。しかし、光源装置２２は異なる環境温度によって異なる減圧が生じるので、この光源装置２２の特性を利用して環境温度を検知し、前記実施例の温度検知ユニット４を代替することができる。具体的な実施例を挙げると、定電圧の直流電流を光源装置２２に提供し、異なる温度下で、電力が前記光源装置２２を通った後の減圧を測定することで、前記光源装置２２の減圧と温度の関係を設定できる。従って、前記実施例中の本発明の濃度装置においては、前記光源装置２２の減圧と温度の関係に基づき、前記光源装置２２の減圧を測定して光源装置２２の設置場所における環境温度信号及び前記光源装置２２の照度を得ることで、前記光感知装置２１がフィードバックする電気信号を補償し、前記光感知装置２１がフィードバックする電気信号が環境温度の影響を除去することができるし、前記光源装置２２の照度が分かっている状況であれば、前記流体１２ｂの濃度と相関する電気信号を得ることができる。
【００１７】
図５で示しているのは、本発明第三の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記燃料電池システム１の内、前記流体循環装置１２は流体連通スペース１２ａを含み、前記流体循環装置１２の流体１２ｂは前記流体連通スペース１２ａを通って伝送や貯蔵が行われる。前記流体循環装置１２が貯蔵する流体１２ｂは純水とその他の混合物を混ぜ合わせたものから成り、前記流体１２ｂの濃度は前記流体１２ｂ中の純水が占める成分比率によって決定される。さらに、前記光感知装置２１は少なくとも光センサー２１ａを含み、前記光センサー２１ａは感光性素子であり光信号を電気信号に変換するのに用いられ、前記光センサーは光源照射を受けると、受けた光の量に従って対応する電流値或いはその他電気信号を出力する。また、前記光感知装置２１と前記光源装置２２は前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａ内部に対応し設置され、前記光源装置２２が光束２２ａを投射するとき、その光束２２ａはまず反射素子２３に発射され、続いて前記反射素子２３を利用して前記光束２２ａの向きを変え前記光感知装置２１上に射出し、前記光源装置２２が発射した光束２２ａは前記流体循環装置１２を通って前記光感知装置２１の光センサー２１ａに到達する。
【００１８】
前記本発明の環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置において、前記濃度センサー２中の光源装置２２から生じた光束２２ａが前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａ内の前記流体１２ｂを通り抜ける時、前記光束２２ａのエネルギーの一部分は前記流体連通スペース１２ａ中の流体１２ｂに吸収される。残った光束２２ａのエネルギーは反射素子２３によって方向を変えられ、前記光感知装置２１の光センサー２１ａに入射し、前記光感知装置２１の光センサー２１ａは受信した光信号の強度に応じて対応する電気信号に変換する。最後に、前記演算装置３が前記電気信号に応じて演算を行い、前記流体連通スペース１２ａの流体１２ｂの濃度を得ることができる。
【００１９】
前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａの内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性である。したがって、外界の光が前記光センサー２１ａの受信する光信号に干渉するのを防ぐことができる。その他に、前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａの一部分は、前記流体循環装置１２中にある流体１２ｂを伝送・貯蔵するための空間となっていて、前記流体連通スペース１２ａは流体１２ｂを伝送する流体の流路や流体１２ｂの流体溝を含んでいる。
【００２０】
さらに、前記濃度センサー２は前記流体循環装置１２の流体連通空間１２ａ内に設置し、前記濃度センサー２全体の温度は前記流体１２ｂの影響を受ける。それにより、環境温度の影響で不必要な誤差を生じさせるのを避けることができる。前記燃料電池システム１はその他に温度検知ユニット４を含み、前記温度検知ユニット４は前記流体循環装置１２の流体連通スペース１２ａの一部分に対応し設置されることで、前記温度検知ユニット４は前記流体連通スペース１２ａの流体１２ｂ温度を測定できる。図３が示している濃度−電流値−温度の関係図は、前記濃度センサー２が特定温度且つ対応する特定の流体濃度下で得た濃度−電流値−温度の関係曲線である。前記濃度−電流値−温度の関係は、データ対応表の方式或いは関数関係式によって前記演算装置３の中に設定され、前記演算装置３は前記濃度センサー２及び前記温度検知ユニット４を通して、前記流体１２ｂの光透過性と温度にフィードバックされ、流体１２ｂの濃度を判断する。その他に、データ対応表の実施方式を使用するとき、前記演算装置３は今の濃度−電流値−温度の関係をもとに、外挿法や内挿法を用いてその他の濃度−電流値−温度の関係データを獲得することができる。    
【００２１】
図６は本発明第四の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記第三の実施例と異なる点は、前記温度検知ユニット４の効能を光源装置２２で代替するところにある。前記の光源装置２２は半導体発光素子であり、特定電圧の直流電流を前記光源装置２２に入力する際、前記光源装置２２から生じる光束２２ａの照度は入力された前記特定電圧の直流電力に対応する。しかし、前記光源装置２２は異なる環境の温度に応じて異なる減圧が生じるため、この光源装置２２の特性を利用して環境温度を測定することで、前記実施例の温度検知ユニット４の代わりになる。具体的な実施例を挙げると、定電圧の直流電流を光源装置２２に提供し、異なる温度下で、電力が前記光源装置２２を通った後の減圧を測定することで、前記光源装置２２の減圧と温度の関係を設定できる。従って、前記実施例中の本発明の濃度センサーにおいては、前記光源装置２２の減圧と温度の関係に基づき、前記光源装置２２の減圧を測定して光源装置２２の設置場所における環境温度信号及び前記光源装置２２の照度を得ることで、前記光感知装置２１がフィードバックする電気信号を補償し、前記光感知装置２１がフィードバックする電気信号が環境温度の影響を除去することができるし、前記光源装置２２の照度が分かっている状況であれば、前記流体１２ｂの濃度と相関する電気信号を得ることができる。
【００２２】
従って、本発明が提供する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置は、前記濃度センサーを前記流体連通スペース内に設置することで環境温度の影響で生じる誤差を低減させる。それゆえ、本発明は優れた進歩性を有して、特許申請の要件を満たしており、特許法に基づきここに特許出願をするものである。本発明が特許権の許可を早めにいただけるとありがたく存じます。
【００２３】
以上の本発明の詳細説明は、本発明の好ましい実施例の一つにすぎず、本発明の特許の範囲を限定するものではない。本発明で開示した趣旨に照らして行ったすべての変更および修正は本発明の範囲内に含まれており、特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明主要素子の関連図
【図２】本発明第一の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【図３】本発明の濃度−電流値−温度の関係図
【図４】本発明第二の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【図５】本発明第三の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【図６】本発明第四の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【符号の説明】
【００２５】
１  燃料電池システム
１１  燃料電池電力発生部
１２  流体循環装置
１２a  流体連通スペース
１２b  流体
２  濃度センサー
２１  光感知装置
２１a  光センサー
２２  光源装置
２２a  光束
２３  反射素子
３  演算装置
４  温度検知ユニット
【図１】
2008256686.tif 000003
【図２】
2008256686.tif 000004
【図３】
2008256686.tif 000005
【図４】
2008256686.tif 000006
【図５】
2008256686.tif 000007
【図６】
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