(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料中のメタノール濃度を光学的に測定する光学式メタノールセンサ本体と、前記液体燃料を前記光学式メタノールセンサ本体に接触させる流路装置とを備える光学式メタノールセンサの流路装置であって、
前記光学式メタノールセンサ本体を取り囲む内部ハウジングと、
前記内部ハウジングを取り囲む外部ハウジングと、
前記内部ハウジングにおいて、前記光学式メタノールセンサ本体の全反射面に対応して形成されるフローチャンネルと、
前記内部ハウジングおよび前記外部ハウジングを貫通して形成され、前記フローチャンネルに前記液体燃料を供給する引入口と、
前記内部ハウジングおよび前記外部ハウジングを貫通して形成され、前記フローチャンネルを通過した前記液体燃料を前記内部ハウジングおよび前記外部ハウジングの外部に排出する排出口と、
を備え、
前記内部ハウジングにおいて、前記フローチャンネルと前記排出口との間には、流路がさらに形成され、前記流路は、前記液体燃料を前記光学式メタノールセンサ本体の表面と接触させることを特徴とする、光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項２】
前記流路は、蛇行溝であることを特徴とする、請求項１に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項３】
前記内部ハウジングは、前記光学式メタノールセンサ本体より熱伝導度の高い物質から形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項４】
前記内部ハウジングは、金属で形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項５】
前記外部ハウジングは、前記光学式メタノールセンサ本体より熱伝導度の低い物質から形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項６】
前記外部ハウジングは、プラスチック物質から形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項７】
前記フローチャンネルにおける前記液体燃料の流速は、１５〜４０ｃｍ／ｓｅｃに設定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項８】
液体燃料中のメタノール濃度を光学的に測定する光学式メタノールセンサ本体と、前記液体燃料を前記光学式メタノールセンサ本体に接触させる流路装置とを備える光学式メタノールセンサの流路装置であって、
前記光学式メタノールセンサ本体を取り囲むハウジングと、
前記光学式メタノールセンサ本体の全反射面に対応して形成されるフローチャンネル、および前記フローチャンネルを通過した液体燃料を前記光学式メタノールセンサ本体の第１側面と接触するように誘導する開口部を備え、前記ハウジングと前記光学式メタノールセンサ本体との間に配置されるフローガイドと、
前記ハウジングを貫通して形成され、前記フローチャンネルに前記液体燃料を供給する引入口と、
前記ハウジングを貫通して形成され、前記フローチャンネルを通過した前記液体燃料を前記ハウジングの外部に排出する排出口と、
を備えることを特徴とする、光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項９】
前記光学式メタノールセンサ本体の前記第１側面に対向する第２側面と前記ハウジングとの間に設置される排出流路をさらに備え、
前記フローガイドの前記開口部を通過した前記液体燃料は、前記排出流路を通じて前記排出口に移動することを特徴とする、請求項８に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項１０】
前記フローチャンネルは、前記フローガイドと前記光学式メタノールセンサ本体の前記全反射面との間に位置する溝であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【請求項１１】
前記フローチャンネルにおける前記液体燃料の流速は、１５〜４０ｃｍ／ｓｅｃに設定されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の光学式メタノールセンサの流路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式メタノールセンサの流路装置に係り、特にメタノールの濃度を光学的に測定するセンサにメタノールを供給する流路装置に関する。
【０００２】
直接液体燃料電池は、主にメタノールを燃料として使用する。アノード電極に供給されるメタノールが高濃度である場合、メタノールは、電解質膜（水素イオン交換膜）でクロスオーバーを起こすことがある。クロスオーバーは、燃料（メタノール）がイオン交換膜を通過する現象である。この現象によって、直接液体燃料電池の発電性能は、大きく低下する。従って、一般的に、０．５〜２Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）（２〜８ｖｏｌ．％）の低濃度メタノールに希釈して使用する。
【０００３】
直接液体燃料電池システムは、高濃度メタノールまたは純粋なメタノールを保存した燃料タンクを備える。そして、直接液体燃料電池システムは、燃料タンクからのメタノールおよび水を混合して、所定の濃度で均一にした混合燃料をアノード電極に供給する。この場合、水は、直接液体燃料電池システムの駆動時に生成したものを回収して使用するか、または別途のウォータータンクから供給されるものを使用する。このとき、混合燃料の濃度を測定するメタノールセンサが必要である。
【０００４】
特許文献１には、光学式メタノールセンサの内部にサンプル（燃料）を供給するフローチャンネルを備える装置を開示している。
【背景技術】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１８３，６９６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８９８，５０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術のフローチャンネルは、光学式メタノールセンサ内部の光路を干渉する。また、上記従来技術のフローチャンネルを備えることによって、光学式メタノールセンサ内部の構造は、複雑になる。これにより、光学式メタノールセンサによるメタノール濃度測定を正確に実施することができない場合がある。また、光学式メタノールセンサ本体の温度が不均一となる場合や、流路チャンネル（フローチャンネル）内でバブルが発生および蓄積する場合でも、メタノール濃度測定を正確に実施できない。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光学式メタノールセンサの信頼性を向上させる流路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、液体燃料中のメタノール濃度を光学的に測定する光学式メタノールセンサ本体と、液体燃料を光学式メタノールセンサ本体に接触させる流路装置とを備える光学式メタノールセンサの流路装置であって、光学式メタノールセンサ本体を取り囲む内部ハウジングと、内部ハウジングを取り囲む外部ハウジングと、内部ハウジングにおいて、光学式メタノールセンサ本体の全反射面に対応して形成されるフローチャンネルと、内部ハウジングおよび外部ハウジングを貫通して形成され、フローチャンネルに液体燃料を供給する引入口と、内部ハウジングおよび外部ハウジングを貫通して形成され、フローチャンネルを通過した液体燃料を内部ハウジングおよび外部ハウジングの外部に排出する排出口とを備える光学式メタノールセンサの流路装置が提供される。
【０００９】
内部ハウジングにおいて、フローチャンネルと排出口との間には、流路がさらに形成されてよい。流路は、液体燃料を光学式メタノールセンサ本体の表面と接触させることができる。
【００１０】
流路は、内部ハウジングの内面に形成される蛇行溝であってよい。
【００１１】
内部ハウジングは、光学式メタノールセンサ本体より熱伝導度の高い物質から形成されてよい。この場合、内部ハウジングは、金属で形成されてよい。
【００１２】
外部ハウジングは、光学式メタノールセンサ本体より熱伝導度の低い物質から形成されてよい。この場合、外部ハウジングは、プラスチック物質から形成されてよい。
【００１３】
フローチャンネルにおける液体燃料の流速は、１５〜４０ｃｍ／ｓｅｃに設定されてよい。
【００１４】
本発明によれば、液体燃料を別途の流路装置で流通して光学式メタノールセンサ本体で濃度測定を実施する。当該流路装置は、光学式メタノールセンサの外部表面（全反射面）に液体燃料を接触させる流路チャンネル（フローチャンネル）を備える。これにより、光学式メタノールセンサ内部にフローチャンネルを備える従来技術で発生するフローチャンネルの光路の干渉を防止できる。また、本発明によれば、フローチャンネル内を通過した液体燃料を光学式メタノールセンサ本体の外部表面（第１側面および第２側面）に接触させるために、内部ハウジングにおいて、フローチャンネルと排出口との間に、流路（蛇行溝）を設けている。これにより、光学式メタノールセンサ本体の温度を均一に維持できるため、光学式メタノールセンサの第１面で反射した光の屈折率を変化することなく、受光部に反射光を供給できる。さらに、上記流路（蛇行溝）を介して液体燃料を光学式メタノールセンサ本体の表面に多くの面積で接触させることができるので、光学式メタノールセンサ本体の温度を液体燃料の温度に等しくすることができる。これにより、測定する液体燃料の温度および屈折率が変化しない。さらに、フローチャンネル内を通過する液体燃料の流速を上記の範囲に設定するため、フローチャンネル内でバブルの発生および蓄積を抑制することができる。以上の作用より、光学式メタノールセンサのメタノール濃度測定を正確に実施することができるため、光学式メタノールセンサの信頼性を向上できる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、液体燃料中のメタノール濃度を光学的に測定する光学式メタノールセンサ本体と、液体燃料を光学式メタノールセンサ本体に接触させる流路装置とを備える光学式メタノールセンサの流路装置であって、光学式メタノールセンサ本体を取り囲むハウジングと、光学式メタノールセンサ本体の全反射面に対応して形成されるフローチャンネル、およびフローチャンネルを通過した液体燃料を光学式メタノールセンサ本体の第１側面と接触するように誘導する開口部を備え、ハウジングと光学式メタノールセンサ本体との間に配置されるフローガイドと、ハウジングを貫通して形成され、フローチャンネルに液体燃料を供給する引入口と、ハウジングを貫通して形成され、フローチャンネルを通過した液体燃料をハウジングの外部に排出する排出口とを備える光学式メタノールセンサの流路装置が提供される。
【００１６】
光学式メタノールセンサ本体の第１側面に対向する第２側面とハウジングとの間に設置される排出流路をさらに備えることができる。フローガイドの開口部を通過した液体燃料は、排出流路を通じて排出口に移動することができる。
【００１７】
フローチャンネルは、フローガイドと光学式メタノールセンサ本体の全反射面との間に位置する溝（開口溝）であってよい。
【００１８】
フローチャンネルにおける液体燃料の流速は、１５〜４０ｃｍ／ｓｅｃに設定されてよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、光学式メタノールセンサの流路装置は、光学式メタノールセンサの温度を均一にでき、流路チャンネル（フローチャンネル）での液体燃料の流速を設定することにより、流路チャンネル（フローチャンネル）でのバブル生成およびバブル蓄積を抑制できる。また、流路チャンネル（フローチャンネル）は、光学式メタノールセンサの全反射面で反射された光の光路を干渉しない。これにより、光学式メタノールセンサの信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、従来技術の光学式メタノールセンサの断面図である。このような光学式メタノールセンサは、米国特許第５，８９８，５０３号明細書および米国特許第６，１８３，６９６号明細書に開示された光学式センサまたはテキサスインスツルメンツの屈折率センサと類似している。
【００２２】
図１に示すように、基板２０上に発光部３０および受光部４０が設置される。発光部３０の前にはアパーチャ３２が形成されて、発光部３０から放出される光を一定の角度範囲に拡散して放出する。光学式メタノールセンサ本体６０には、発光部３０からの光が入射される第１面１１と、第１面１１で全反射された光の光路を変更する第２面１２とが形成される。第２面１２で反射された光は、受光部４０に入射される。フローチャンネル５０は、第１面１１と接触されるように形成される。フローチャンネル５０内部のメタノールの濃度に応じて第１面１１で全反射される光量（または、角度範囲）は、変化する。このような変化は、受光部４０での光の照射範囲を変更させる。金属配線１４は、発光部３０および受光部４０に電気的に接続され、光学式メタノールセンサ本体６０へ電気を供給し、かつ光学式メタノールセンサ本体６０からの信号を出力する。
【００２３】
発光部３０は、一つのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）であり、受光部４０は、フォトダイオードアレイであってよい。発光部３０からの光が第１面１１で全反射されて、受光部４０に入射される光の量（または、角度範囲）を測定すると、フローチャンネル５０でのメタノールの濃度を検出できる。
【００２４】
メタノールの光の屈折率は、測定温度によって大きく変化する。したがって、大気温度より約３０℃〜約５０℃高い直接液体燃料電池のメタノール含有燃料の濃度を測定する場合、メタノールの光の屈折率は、メタノール含有燃料の温度に非常に敏感となる。つまり、光学式メタノールセンサ自体の温度と、流入される液体燃料（メタノール）の温度との間に差がある場合がある。液体燃料が光学式メタノールセンサに流入される時、この差により、液体燃料の温度が変化して、液体燃料（メタノール）の光の屈折率が変化することになり、実際の液体燃料（メタノール）の濃度を正確に測定できないこともある。ここで、メタノールの光の屈折率とは、上記で説明したように、発光部３０から放出された光を第１面１１で全反射させた時の光の屈折率である。この時、第１面１１に接するフローチャンネル５０にはメタノールなどの液体燃料が通過するため、第１面１１で全反射される光の屈折率は、フローチャンネル５０内のメタノール濃度に対応することになる。光学式メタノールセンサ１０は、第１面１１で全反射された光の量（または、角度範囲）に基づいて、フローチャンネル５０内のメタノール濃度を測定するため、第１面１１で全反射された光の屈折率を変化することなく受光部に供給する必要がある。
【００２５】
また、光学式メタノールセンサ本体６０、例えばプラスチック材質の光学式メタノールセンサ本体６０が熱的変形を起こすことにより、受光部４０での受光領域が変わることになる。これにより、光学式メタノールセンサ１０において、メタノール濃度の測定エラーをもたらすことになる。さらに、メタノールがフローチャンネル５０を通過することにより、第１面１１と光学式メタノールセンサ本体６０の第２面１２との間で、温度差が生じることになる。この結果、第１面１１で全反射された光が第２面１２で反射される際、第１面１１によって全反射されたメタノールの光の屈折率は、第２面１２の第１面１１との温度差によって変化される。これにより、フローチャンネル５０を通過するメタノール濃度を正確に測定できない。以上より、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一に維持することが必要である。
【００２６】
また、フローチャンネル５０において、メタノールを含む液体燃料の流速が遅い場合、第１面１１と接触するフローチャンネル５０内でバブルが発生および蓄積されることになる。このバブルは、第１面１１における反射光の量を大きく変化させることになり、結局、光学式メタノールセンサ１０の濃度測定エラーをもたらすことになる。
【００２７】
したがって、光学式メタノールセンサ１０を直接液体燃料電池に適用するためには、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を所定の値に維持し、光学式メタノールセンサ本体６０と液体燃料とが接触する領域（フローチャンネル５０）において、液体燃料の流速を所定の速度以上に維持することが必要である。
【００２８】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の部分斜視図であって、フローガイドを除いた図面である。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の断面図であり、フローガイドおよび光学式メタノールセンサ本体の結合を説明する図面である。図４は、本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の斜視図であって、フローガイドおよび光学式メタノールセンサ本体の結合を説明する図面である。図５は、本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置に具備されるフローガイドの斜視図である。図１の光学式メタノールセンサ１０と同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサ１０の流路装置は、ハウジング１１０、フローガイド１５０、引入口１１２、排出口１１４を備える。本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサ１０は、流路装置とともに光学式メタノールセンサ本体６０を備える。光学式メタノールセンサ本体６０は、フローチャンネル１６０内を通過する液体燃料（メタノール）の濃度を測定する。流路装置は、液体燃料を光学式メタノールセンサ本体６０に接触させることができる。ハウジング１１０は、光学式メタノールセンサ本体６０を取り囲む。フローガイド１５０は、ハウジング１１０と光学式メタノールセンサ本体６０との間に配置され、フローチャンネル１６０および開口部１５１を備える。フローチャンネル１６０は、光学式メタノールセンサ本体６０の全反射面（第１面１１）に対応するように形成される。開口部１５１は、フローチャンネル１６０を通過した液体燃料を光学式メタノールセンサ本体６０の第１側面１３に接触するように誘導する。引入口１１２は、ハウジング１１０を貫通して形成され、フローチャンネル１６０に液体燃料を供給する。排出口１１４は、ハウジング１１０を貫通して形成され、フローチャンネル１６０を通過した液体燃料をハウジング１１０の外部に排出する。光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１は、発光部から放出される光を全反射する全反射面である。
【００３０】
光学式メタノールセンサ本体６０の基板２０および金属配線１４が突出して露出されるように、ハウジング１１０の上部に、光学式メタノールセンサ本体６０が設置される。ハウジング１１０と光学式メタノールセンサ本体６０との間には、フローガイド１５０および排出流路１７０が設置される。ハウジング１１０には、液体燃料が流入される引入口１１２と、ハウジング１１０から液体燃料を排出する排出口１１４とが形成される。
【００３１】
フローガイド１５０には、引入口１１２と連結され、液体燃料が通過するフローチャンネル１６０と、フローチャンネル１６０の下端と連結される開口部１５１とが形成される。フローチャネル１６０を光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１（全反射面）に対応させるように、フローガイド１５０は配置される。フローチャンネル１６０は、長い略トンネル状であってよい。また、フローチャンネル１６０は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１に対向する面を開口することにより形成される溝であってよい。言い換えると、フローチャンネル１６０は、フローガイド１５０と光学式メタノールセンサ本体６０の全反射面（第１面１１）との間に位置する溝である。フローチャンネル１６０が略溝状である場合、溝に液体燃料が流れると、液体燃料は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１と接触する。フローチャンネル１６０が略トンネル状である場合、フローチャンネル１６０が第１面１１と接触しているため、液体燃料は、フローチャンネル１６０を介して第１面１１と接触することになる。上記では、フローチャンネル１６０の形状について説明したが、本発明の実施形態では、上記形状に限定されず、多様な形状を適用できる。
【００３２】
フローチャンネル１６０は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１の長手方向に沿って形成される。フローチャンネル１６０の下端を通過した液体燃料は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１側面１３とハウジング１１０との間に位置する開口部１５１を通じて第１側面１３と接触する。
【００３３】
排出流路１７０の下端は、排出口１１４と連結される。排出流路１７０は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１側面１３に対向する第２側面１５とハウジング１１０との間に設置される。これにより、フローガイド１５０の開口部１５１を通過した液体燃料は、第１側面１３に接触して、第２側面１５に移動して排出流路１７０を通じて排出口１１４に移動することができる。
【００３４】
フローガイド１５０は、金属またはプラスチックで形成されることが望ましい。
【００３５】
フローチャンネル１６０における液体燃料の流速は、フローチャンネル１６０内でバブルが発生および堆積しない程度を必要とし、約１５〜約４０ｃｍ／ｓｅｃが要求される。
【００３６】
本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の作用を、図４を参照して詳細に説明する。まず、引入口１１２に流入された液体燃料は、フローチャンネル１６０を通過する。このとき、光学式メタノールセンサ本体６０は、発光部（図示せず）から第１面１１（全反射面）に光を照射し、第１面１１から全反射された光を受光部（図示せず）で受光して、フローチャンネル１６０内のメタノールの濃度を測定する。受光部および発光部は、光学式メタノールセンサ本体６０内部に配置される。この時、第１面１１で全反射された光は、第１面１１以外の他の部分で反射されてから、受光部に入射されることもあるので、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一にする必要がある。また、光学式メタノールセンサ本体６０の温度と液体燃料の温度には、差がある場合ある。この差により、フローチャンネル１６０で液体燃料が光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１に接触する際、液体燃料の温度が変化して、第１面１１で全反射される液体燃料（メタノール）の光の屈折率も変化する。よって、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一にする必要がある。
【００３７】
そして、フローチャンネル１６０を通過した液体燃料は、開口部１５１を通じて第１側面１３とハウジング１１０との間の空間に移動して、第１側面１３に接触する。次いで、液体燃料は、第２側面１５と接触した後、排出流路１７０および排出口１１４を通じて外部に排出される。フローガイド１５０、排出流路１７０などにより、液体燃料は、光学式メタノールセンサ本体６０と多くの面積で接触することができる。これにより、光学式メタノールセンサ本体６０において、第１面１１と他の部分との間で発生する温度差を減らすことができる。よって、第１面１１で全反射された光は、第１面１１以外の他の部分で反射しても、その屈折率を変化することなく受光部に入射されるので、メタノール濃度を正確に測定できる。また、フローガイド１５０、排出流路１７０などにより、液体燃料（メタノール）を光学式メタノールセンサ本体６０の表面と多く接することにより、液体燃料の実際の温度で光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一にできる。これにより、フローチャンネル１６０内を通過する液体燃料の温度は、変化しないため、メタノール濃度を正確に測定できる。さらに、本発明の第１実施形態では、光学式メタノールセンサ本体６０内部にフローチャンネルを設けないで、フローチャンネルを備える流路装置を別途に設けている。これにより、光学式メタノールセンサ本体６０内部において、発光部から放出されて第１面１１（全反射面）で全反射される光は、受光部に入射されるまで、フローチャンネルなどに光路を干渉されない。
【００３８】
図６は、本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置を使用した実験結果を示すグラフである。流路チャンネル（フローチャンネル）を通過する液体燃料は、１．０Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）メタノールであって、流量が４０ｍｌ／ｍｉｎであった。流路チャンネル（フローチャンネル）の断面積は、３．１４ｍｍ２であった。したがって、流路チャンネル（フローチャンネル）の通過流速は、２１ｃｍ／ｓｅｃであった。図６で、温度は、光学式メタノールセンサ本体の温度であり、濃度は、フローチャンネルを通過する液体燃料（メタノール）の濃度を測定した結果である。１８時間テストした結果である図６を参照すると、初期温度の変化によって濃度変化があったが、その後温度を安定することができ、かつ濃度の測定量を所定の値で維持できた。このような結果は、設定された液体燃料の流速によって流路チャンネル（フローチャンネル）でのバブルの発生および蓄積を抑制できたためである。また、フローガイドおよび排出流路により、液体燃料の光学式メタノールセンサ本体と接触する面積が増大することにより、光学式メタノールセンサ自体の温度を所定の値に維持できたためであると解釈される。
【００３９】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の断面図である。図１の光学式メタノールセンサ１０と同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
光学式メタノールセンサ本体６０は、内部ハウジング２１０および外部ハウジング２２０により、二重に取り囲まれる。光学式メタノールセンサ本体６０の基板２０の一端は露出され、一端には、外部との電気的接続のための金属配線１４が形成される。つまり、基板２０の一端は、外部に突出され、当該一端に金属配線１４が形成される。内部ハウジング２１０および外部ハウジング２２０には、液体燃料が流入される引入口２１２、引入口２２２と、内部ハウジング２１０および外部ハウジング２２０から液体燃料を排出する排出口２１４、排出口２２４とが形成される。内部ハウジング２１０には、引入口２１２、排出口２１４が形成され、外部ハウジング２２０には、引入口２２２、排出口２２４が形成される。
【００４１】
言い換えると、本発明の第２実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置は、内部ハウジング２１０、外部ハウジング２２０、フローチャンネル２１６、引入口２１２、引入口２２２、排出口２１４、排出口２２４を備える。本発明の第２実施形態に係る光学式メタノールセンサは、流路装置とともに光学式メタノールセンサ本体６０を備える。光学式メタノールセンサ本体６０は、フローチャンネル２１６内を通過するメタノールの濃度を測定する。流路装置は、液体燃料を光学式メタノールセンサ本体６０に接触させることができる。内部ハウジング２１０は、光学式メタノールセンサ本体６０を取り囲む。外部ハウジング２２０は、内部ハウジング２１０を取り囲む。フローチャンネル２１６は、内部ハウジング２１０において、光学式メタノールセンサ本体６０の全反射面（第１面１１）に対応して形成される。光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１は、発光部から放出される光を全反射する全反射面である。引入口２１２、引入口２２２は、内部ハウジング２１０および外部ハウジング２２０を貫通して形成され、フローチャンネル２１６に液体燃料を供給する。排出口２１４、排出口２２４は、内部ハウジング２１０および外部ハウジング２２０を貫通して形成され、フローチャンネル２１６を通過した液体燃料を内部ハウジング２１０および外部ハウジング２２０の外部に排出する。
【００４２】
引入口２１２および引入口２２２は、連結され、排出口２１４および排出口２２４は、連結される。これにより、引入口２１２および引入口２２２を介して液体燃料がフローチャンネル２１６に供給され、排出口２１４および排出口２２４を介して液体燃料が外部に排出される。
【００４３】
内部ハウジング２１０には、フローチャンネル２１６、光学式メタノールセンサ本体６０と接触する流路である蛇行溝２１８が形成される。フローチャンネル２１６は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１と接触し、蛇行溝２１８は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１側面１３および第２側面（図示せず）と接触する。上述にように、フローチャンネル２１６は、長い略トンネル状であってよい。また、フローチャンネル２１６は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１に対向する内部ハウジング２１０の面を開口することにより形成される溝であってよい。フローチャンネル２１６が略溝状である場合、溝に液体燃料が流れると、液体燃料は、光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１と接触する。フローチャンネル２１６が略トンネル状である場合、フローチャンネル２１６が第１面１１と接触しているため、液体燃料は、フローチャンネル２１６を介して第１面１１と接触することになる。蛇行溝２１８は、フローチャンネル２１６の下端および排出口２１４と連結される。第２側面は、第１側面１３に対向する面である。蛇行溝２１８は、第１側面１３側でフローチャンネル２１６の下端と連結され、第２側面側で、排出口２１４と連結される。言い換えると、内部ハウジング２１０において、フローチャンネル２１６と排出口２１４との間には、流路が形成される。当該流路は、液体燃料を光学式メタノールセンサ本体６０の表面（第１側面１３および第２側面）と接触させることができる。流路は、蛇行溝２１８である。蛇行溝２１８は、内部ハウジング２１０の光学式メタノールセンサ本体６０と接触する内面に形成される。蛇行溝２１８は、光学式メタノールセンサ本体６０の温度分布を均一にすることができる。本発明の実施形態では、蛇行溝２１８で形成されているが、その形状に限定されず、多様な形状の溝で形成されてよい。
【００４４】
内部ハウジング２１０は、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一できるように、光学式メタノールセンサ本体６０より熱伝導度の高い物質、例えばアルミニウム、ステンレススチールなどの金属で形成されてよい。
【００４５】
外部ハウジング２２０は、光学式メタノールセンサ本体６０より熱伝導度の低い物質、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、ナイロンなどのプラスチック物質で形成されることが望ましい。このようなプラスチック物質で形成される外部ハウジング２２０は、内部ハウジング２１０の温度を均一にすることができる。
【００４６】
本発明の第２実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の作用を、図７を参照して詳細に説明する。引入口２１２、引入口２２２に流入された液体燃料は、フローチャンネル２１６を通過する。このとき、光学式メタノールセンサ本体６０は、発光部（図示せず）から第１面１１に光を照射し、第１面１１から全反射された光を受光部（図示せず）で受光して、フローチャンネル２１６内を通過するメタノールの濃度を測定する。受光部および発光部は、光学式メタノールセンサ本体６０内部に配置される。この時、第１面１１で全反射された光は、第１面１１以外の他の部分で反射されてから、受光部に入射されることもあるので、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一にする必要がある。また、光学式メタノールセンサ本体６０の温度と液体燃料の温度には、差がある場合ある。この差により、フローチャンネル２１６で液体燃料が光学式メタノールセンサ本体６０の第１面１１に接触する際、液体燃料の温度が変化して、第１面１１で全反射される液体燃料（メタノール）の光の屈折率も変化する。よって、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一にする必要がある。
【００４７】
フローチャンネル２１６を通過した液体燃料は、蛇行溝２１８を通じて光学式メタノールセンサ本体６０の第１側面１３と接触した後、蛇行溝（図示せず）を通じて第２側面と接触して、排出口２１４、排出口２２４を通じて外部に排出される。このような蛇行溝２１８により、液体燃料は、光学式メタノールセンサ本体６０と多くの面積で接触することができる。これにより、光学式メタノールセンサ本体６０において、第１面１１と他の部分との間の温度差を減らすことができる。従って、第１面１１で全反射された光は、第１面１１以外の他の部分で反射しても、その屈折率を変化することなく受光部に入射されるので、メタノール濃度を正確に測定できる。また、蛇行溝２１８により、液体燃料（メタノール）が光学式メタノールセンサ本体６０と多く接することになるため、液体燃料の実際の温度で光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一にできる。これにより、フローチャンネル２１６内を通過する液体燃料の温度は、変化しないため、メタノール濃度を正確に測定することができる。さらに、本発明の第２実施形態では、光学式メタノールセンサ本体６０内部にフローチャンネルを設けないで、フローチャンネルを備える流路装置を別途に設けている。これにより、光学式メタノールセンサ本体６０内部において、発光部から放出されて第１面１１（全反射面）で全反射される光は、受光部に入射されるまで、フローチャンネルなどに光路を干渉されない。
【００４８】
また、内部ハウジング２１０は、光学式メタノールセンサ本体６０より熱伝導度が高いため、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を所望の値に維持できる。外部ハウジング２２０も内部ハウジング２１０の温度を所望の値で維持することができる。一方、流路チャンネル（フローチャンネル）２１６における液体燃料の流速は、約１５〜約４０ｃｍ／ｓｅｃに設定されるため、フローチャンネル２１６において、バブルの発生および蓄積を抑制することができる。以上、本発明の実施形態によると、光学式メタノールセンサ本体６０の温度を均一に維持でき、かつフローチャンネル２１６において、バブルの発生および蓄積を抑制できる。これにより、光学式メタノールセンサ１０のメタノール濃度測定の信頼性を向上することができる。従って、本発明の実施形態の流路装置を備える光学式メタノールセンサを直接液体燃料電池システムに適用すると、液体燃料のメタノール濃度を正確に測定できるので、メタノールのクロスオーバー等が起こらない。これにより、直接液体燃料電池システムの性能を向上できる。
【００４９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、光学式メタノールセンサの流路装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来技術の光学式メタノールセンサの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の部分斜視図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置に具備されるフローガイドの斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置を使用した実験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光学式メタノールセンサの流路装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０      光学式メタノールセンサ
１１      第１面
１３      第１側面
１４      金属配線
１５      第２側面
２０      基板
６０      光学式メタノールセンサ本体
１５０      フローガイド
１５１      開口部
１６０      フローチャンネル
１７０      排出流路
２１０      内部ハウジング
２１２、２２２      引入口
２１４、２２４      排出口
２１６      フローチャンネル
２１８      蛇行溝
２２０      外部ハウジング
【図１】
0004418972.tif 000002
【図２】
0004418972.tif 000003
【図３Ａ】
0004418972.tif 000004
【図３Ｂ】
0004418972.tif 000005
【図４】
0004418972.tif 000006
【図５】
0004418972.tif 000007
【図６】
0004418972.tif 000008
【図７】
0004418972.tif 000009