(57)【要約】    【課題】  体積が小さく軽量的である燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置を提供する。【解決手段】  燃料濃度が異なると、超音波の通過速度が異なるため、非接触方式により超音波が燃料での速度を測定して、それを、標準燃料濃度での超音波の速度や予めに決められた音波速度と比較して、燃料濃度を制御する。【選択図】図1
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、標準参考プールと燃料混合プールがあり、分離器により、当該標準参考プールと当該燃料混合プールとに分かれて、両者の温度を均衡する比較燃料プールと、
第１の整形回路と第２の整形回路と断続パルス発生器があり、当該標準参考プールと当該燃料混合プールが、それぞれ当該第１の整形回路と当該第２の整形回路に接続される超音波部品と、
一端が当該整形回路の一端に接続される比較器と、
一端が当該比較器の他端に接続されるサーバーと、
純燃料プールと、
一端が当該サーバーの他端に接続され、上下端が当該純燃料プールと当該比較燃料プールに接続される制御ゲートと、が含有されることを特徴とする、燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項２】
当該比較器は、演算操作（OP）増幅器やトランジスター或いはフリップフロップ（FLIP-FLOP）回路のうちの何れかの一つからなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項３】
当該制御ゲートは、一方向及び双方向のうちの何れかの一つからなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項４】
当該制御ゲートは、バルブ及びポンプのうちの何れかの一つからなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項５】
当該純燃料プールの溶液は、メタノールであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項６】
当該メタノールの最適な濃度は、比較燃料プールの濃度であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項７】
当該比較器と当該サーバーとの間には、更に、増幅器とアナログ/ディジタル（A/D）変換器が接続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項８】
当該アナログ/ディジタル変換器は、シングルチップであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項９】
当該標準参考プールの燃料濃度は、実際操作による最適な燃料濃度であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１０】
当該第１の整形回路と当該標準参考プールとは、第１の変換子によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１１】
当該第１の変換子は、圧電素子であることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１２】
当該圧電素子は、センサーであることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１３】
当該第２の整形回路と当該燃料混合プールとは、第２の変換子によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１４】
当該第２の変換子は、圧電素子であることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１５】
当該圧電素子は、センサーであることを特徴とする請求項１4に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１６】
当該比較燃料プールと当該断続パルス発生器とは、圧電素子である第３の変換子によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１７】
少なくとも、
燃料混合プールと、
整形回路と断続パルス発生器及び任意に設定できる燃料濃度を表示する電子回路とを有する超音波部品と、
当該燃料混合プールに設置され、温度補正する温度素子と、
一端が当該比整形回路の一端と当該電子回路の一端に接続される比較器と、
一端が当該比較器の他端に接続されるサーバーと、
純燃料プールと、
一端が当該サーバーの他端に接続され、また、上下端が当該純燃料プールと当該比較燃料プールに接続される制御バルブと、
が含有されることを特徴とする、燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【請求項１８】
当該整形回路と当該燃料混合プールとは、変換子によって接続されることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、係提供燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置で、変換子で狭窄且つ断続的なパルス信号を発信及び受信し、当該信号は、燃料プールを通過した後、比較器へ伝送され、標準燃料濃度や予めに決められた音速から得られた基準信号と時間的に比較され、両信号の時間差をサーブ制御器の制御信号としてバルブやポンプを制御して、燃料濃度を制御する目的を達成する。
【背景技術】
【０００２】
科技の発展とともに大自然の資源の消費量が増加し、このエネルギーの問題を解決するために、内燃機関に代替できる高い効率と低い排出汚染の燃料電池が提案された。1957年に、Willard T. Grubbによって、陽イオン交換膜型燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell、PEMC）が提案されているが、当該陽イオン交換膜型燃料電池は水素ガスを燃料とするため、ボンベで高圧方式により水素ガスを貯蔵することや水素吸蔵合金方式により貯蔵することを利用しているが、危険性が高い問題や、貯蔵重量が重すぎて燃料の供給が不便である等の問題を解決しなければならなかった。
【０００３】
上記の問題を解決するため、補充が便利であり且つ安全性が高いメタノール溶液を燃料とする直接メタノール燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell、DMFC）が提案され、当該直接メタノール燃料電池は、体積が小さいし、安定的且つ長期に電源が供給できるが、発電効率は、パワーが上記の陽イオン交換膜型燃料電池の1/3から1/5までに低く、また、当該メタノール溶液の透過率（Methanol acrossover）が、直接に当該直接メタノール燃料電池の効率に影響を与えるし、当該メタノール溶液の濃度と操作温度が、直接に電気エネルギーの出力効果に影響を与えるため、同じ温度では、異なるメタノール溶液の濃度により、電流出力密度が異なる。直接メタノール燃料電池について、メタノール溶液濃度の検知をするには、電気化学的（Electrochemical）な方式が多く用いられ、しかし、所定の時間に使用すると一酸化炭素（CO）が生成し、電極プラチナ（Pt）の活性が低下し、センサーを交換しなければならないため、コストが高くなり、また、電気化学的方式のセンサーは体積が大きくて、体積を極小化することを求められている現在において、直接メタノール燃料電池は実用的ではない。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、本考案の主な目的は、燃料電池に使用される、成本が低いと体積が小さく軽量的である燃料濃度検知及び制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
燃料濃度が異なると超音波の通過速度が異なるため、非接触方式により超音波が燃料の速度を測定して、それを、標準燃料濃度での超音波の速度や予め決められた音波速度と比較して、燃料濃度を制御する目的を達成する。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本考案に係わる燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置の第１の実施例の概念図である。図のように、比較燃料プール１が含有され、当該比較燃料プール１は、分離器１５により標準参考プール１１と燃料混合プール１２とが形成され、当該標準参考プールには標準混合比の燃料が充填され、当該分離器１５は燃料と化学的な反応を起こさない高熱伝導材からなり、二つの燃料プールの温度を均一にし、また、当該標準参考プール１１と当該燃料混合プール１２は、それぞれ、超音波部品２の第１の整形回路２１１と第２の整形回路２１２に接続され、また、当該第１の整形回路２１１と当該標準参考プール１１とを接続する位置に第１の変換子１１１があり、当該第２の整形回路２１２と当該燃料混合プール１２とを接続する位置に第２の変換子１２１があり、また、当該標準参考プール１１と当該燃料混合プール１２との間に第３の変換子１３が設置され、当該第３の変換子１３は当該超音波部品２の断続パルス発生器２２に接続され、当該第１の変換子１１１は、当該第２の変換子１２１及び当該第３の変換子１３とが等距離であり、また、当該第１の整形回路２１１の一端と当該第２の整形回路２１２の一端とは比較器３に接続され、当該比較器３は、演算パワー（OP）増幅器やトランジスターであり、当該比較器３の他端はサーバー４の一端に接続され、また、当該サーバー４の他端は制御ゲート５の一端に接続され、当該制御ゲート５は一方向や双方向制御のバルブやポンプであり、また、当該制御ゲート５の上下端は純燃料プール６と当該比較燃料プール１とに接続される。上記の構造により、新しい燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置が形成される。
【０００７】
上記の断続パルス発生器２２が連続的な断続パルス信号を提供することにより、当該第３の変換子１３を励起して、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、また、縦波の形態で当該標準参考プール１１と当該燃料混合プール１２を通過させて、当該第１の変換子１１１と当該第２の変換子１２１とへ伝達し、当該縦波は超音波であり、そして、当該機械エネルギーを電気エネルギーに変換して、当該第１の整形回路２１１と当該第２の整形回路２１２に転送され、サイン波を方形波に整形してから、当該比較器３に転送されて比較をする。当該燃料混合プール１２の燃料濃度と当該標準参考プール１１の燃料濃度とが同じである時、当該第３の変換子１３が発射した超音波は、同時に当該第１の変換子１１１と当該第２の変換子１２１とに到達し、時間差がなく、当該燃料混合プール１２の燃料濃度と当該標準参考プール１１の燃料濃度とが異なる時、当該第３の変換子１３が発射した超音波は、濃度が異なることにより、当該第１の変換子１１１と当該第２の変換子１２１とに到達する時間が異なるため、時間差があり、当該時間差の値を当該比較器３で比較した後、当該サーバー４に対して、制御信号を発信して、当該制御ゲート５を駆動することにより、当該純燃料プール６から当該燃料混合プール１２へ燃料を供給し、これにより、当該標準参考プール１１の燃料濃度と当該燃料混合プール１２の燃料濃度を一定に維持する。
【０００８】
図２は、本考案に係わる燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置の第２の実施例の概念図である。図のように、本実施例は、図１の第２の整形回路２１２の代わりに整形回路２１を使用し、また、図１の標準参考プール１１、第１の変換子１１１、第３の変換子１３及び第１の整形回路２１１の代わりに、予めに調整設定可能な電子回路２３を使用し、そして、燃料混合プール１２に温度補正するための温度素子１４が設置され、そのため、本実施例において、上記の各素子の他に、更に、断続パルス発生器２２があり、当該整形回路２１、当該断続パルス発生器２２及び当該電子回路２３により超音波部品が構成され、当該燃料混合プール１２は当該整形回路２１に接続され、また、当該整形回路２１と当該燃料混合プール１２とは変換子１２１によって接続され、当該変換子１２１は断続パルス発生器２２に接続され、当該整形回路２１の一端と当該電子回路２３の一端とは比較器３に接続され、当該比較器３のもう一端は、サーバー４の一端に接続され、当該サーバー４の他端は制御ゲート５の一端に接続され、また、当該制御ゲート５の上下端は純燃料プール６と当該燃料混合プール１２に接続される。
【０００９】
上記の断続パルス発生器２２が連続的な断続パルス信号を提供することにより、当該変換子１２１を励起して、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、超音波を提供して、縦波形態で当該燃料混合プール１２を通過させて、当該超音波は当該燃料混合プール１２の壁により反射された後、当該変換子１２１に受信され、当該整形回路２１により正弦（サイン）波を方形波に整形した後、当該電子回路２３の予め決められた（タイムベース）信号とともに、当該比較器３に伝送されて比較され、当該燃料混合プール１２の燃料濃度は、当該電子回路２３の予めに決められた燃料濃度と異なる場合、当該比較器３から当該サーバー４に対して制御信号を発信して、当該制御ゲート５を駆動し、当該純燃料プール６から当該燃料混合プール１２に対して燃料を供給することにより、当該燃料混合プール１２の燃料濃度の均衡を維持する。
【００１０】
本考案の燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置は、電気化学（Electrochemical）に基づいて、当該標準参考プール１１の燃料濃度は当該燃料混合プール１２の最適な燃料濃度であり、当該燃料混合プール１２の燃料濃度は、当該標準参考プール１１の燃料濃度より低い場合、濃度が異なるため、当該超音波が当該第１の変換子１１１と当該第２の変換子１１２に到達する時間が異なり、当該比較器３で比較して時間差を得て、当該サーバー４で当該制御ゲート５を駆動し、当該純燃料プール６から、濃度が100％のメタノール溶液を当該燃料混合プール１２へ注入し、これにより、当該燃料混合プール１２の濃度と当該標準参考プール１１の濃度を3.5〜4％に均衡維持する。本考案は、温度変化や電極汚染の問題を解消できるため、図１において、当該燃料混合プール１２と当該標準参考プール１１との間には、当該分離器１５により、当該燃料混合プール１２と当該標準参考プール１１の温度を均衡し、即ち、図１の当該第１の変換子１１１と当該第２の変換子１１２は同じ環境に位置し、また、図２の場合、当該電子回路２３と当該温度素子１４により上記の問題が解消される。また、図１の当該第１の変換子１１１と当該第２の変換子１１２はともにセンサーであり、僅かの電力しか要らないからコストの低減が出来、また、当該燃料混合プール１２の濃度変化を極小化でき、また、当該センサーは超音波素子でもいいし、当該超音波素子はマイクロ・エレクトロメカニカル工程により体積微小化の特性を持つ。
【００１１】
上記のように、本考案に係わる燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置は、「濃度が異なることによる時間差を利用すること」を主な戦略とし、有効に従来の各々の欠点を解消するため、コストの低減や体積の微小化及び高敏感度等のメリットが得られ、そのため、本考案は、より進歩的且つ実用的であり、そして、ユーザーをより満足できるから、法に従って実用新案登録請求を出願する。
【００１２】
以上の説明は、ただ、本考案のより良い実施例であり、本考案の実用新案登録請求の範囲は、それによって制限されず、また、本考案の実用新案登録請求の範囲及び考案明細書内容に基づく等価な変化や修正は、全てが本考案の実用新案登録請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案に係わる燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置の第１の実施例の概念図である。
【図２】本考案に係わる燃料電池の燃料濃度検知及び制御装置の第２の実施例の概念図である。
【符号の説明】
【００１４】
１     比較燃料プール 
１１   標準参考プール 
１１１ 第１の変換子 
１２   燃料混合プール 
１２１ 第２の変換子 
１３   第３の変換子 
１４   温度素子 
１５   分離器 
２     超音波部品 
２１   整形回路 
２１１ 第１の整形回路 
２１２ 第２の整形回路 
２２   断続パルス発生器 
２３   電子回路 
３     比較器 
４     サーバー 
５     制御器 
６     純燃料プール 
【図１】
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【図２】
0003114475.tif 000004