(57)【要約】【課題】液体燃料電池用の燃料濃度制御方法の提供。【解決手段】本発明は液体燃料電池用の燃料濃度制御方法である。手順（１０１）は液体燃料電池を提供し、それは少なくとも、第一組の膜電極と第二組の膜電極が含まれている。手順（１０３）は第二組の膜電極に予定の最低限濃度の陽極液体燃料を注入し、第二組の膜電極を定電圧の出力条件の下で、化学反応を発生させて第一電流を生成させる同時に、第一電流値を記録する。手順（１０５）は第一組と第二組の膜電極に濃度が測定待ちの陽極液体燃料を注入し、第二組の膜電極を同じ定電圧の出力条件の下で、化学反応をさせて第三電流を生成させる。第二組の膜電極に注入される濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は手順（１０３）でのすでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料の温度とは同様である。手順（１０７）はI3≦I1＋εの時に、手順（１０５）の陽極液体燃料の濃度を増加するものであり、ここでのI1は第一電流値、I3は第三電流値、そして、当該εは濃度の許容値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料電池用の燃料濃度制御方法において、下記ステップを包括し、
（Ａ）液体燃料電池を提供し、当該液体燃料電池は少なくとも、第一組の膜電極と第二組の膜電極を含めて、第一組の膜電極は付加を供給するための電流を生成する用途に使われ、また、第二組の膜電極は陽極液体燃料の濃度の検知デバイスとして使われ、
（Ｂ）すでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料を第二組の膜電極に注入し、第二組の膜電極を定電圧の出力条件の下で、電化学反応を発生させて第一電流を生成させ、それから、第一電流が安定になってから、第一電流値を記録し、
（Ｃ）濃度が測定待ちの陽極液体燃料を第一組の膜電極と第二組の膜電極に注入し、定電圧の出力条件の下で、第二組の膜電極を電化学反応を発生させて第三電流を生成させ、ここで、当該第二組の膜電極に注入する濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は、手順（Ｂ）での予定される最低限濃度の陽極液体燃料の温度と同様であり、
（Ｄ）I3≦I1＋εである時に、手順（Ｃ）での陽極液体燃料の濃度を上げ、またこの濃度が上げられて測定待ちの陽極液体燃料を再び、第一組の膜電極と第二組の膜電極に注入し、ここで、I1は第一電流値、I3は第三電流値、そして、εは濃度の許容値であることを特徴とする液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項２】
当該第一組の膜電極の数量は少なくとも一セット以上であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項３】
当該第二組の膜電極の数量は一セットであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項４】
当該第二組の膜電極の数量は少なくとも一セット以上であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項５】
当該手順（Ｂ）の陽極液体燃料の予定最低限の濃度値は２Ｖ％〜８Ｖ％の範囲から選択される濃度であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項６】
当該第二組の膜電極が同様の定電圧の出力条件下で、生成する電圧は一つの固定電圧値に固定されていることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項７】
当該固定電圧値は０.１ボルト（Ｖ）から０.６Ｖ電圧の範囲から選択される固定電圧値であることを特徴とする請求項６記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項８】
当該すでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料の温度は、２０℃から８０℃の範囲から選択される固定温度値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項９】
当当該濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は、２０℃から８０℃の範囲から選択される固定温度値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項１０】
当該濃度許容値εは０より大きいものであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項１１】
当該陽極液体燃料はメタノール、エタノール、メチラール（DMM）から選択されるものであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【請求項１２】
当該手順（Ｃ）が更に第一組の膜電極を電化学反応を起こさせて第二電流を生成させ、この第二電流は負荷に供するものとして使用されることを含むことを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は濃度計、特に液体燃料電池用の燃料濃度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体電池の測定に使用される。例えば、直接メタノール型燃料電池の燃料濃度に利用された従来の方法は、濃度センサーを用いて燃料濃度を測定する程度の技術にとどまっている。これらの従来の方法は、燃料濃度の測定問題を解決できたが、軽・薄・短な液体燃料電池に使用しようとしたら、濃度センサーの体積も合わせて変わらなければならない。そうでなければ、ますますコンパクトに製造されてきた液体燃料電池の内部では、濃度センサーを取り付けるのができなくなる。また、従来の方法は長時間に使われると、電化学の特性が変化して測定の誤差が生じてしまうという使用上の制限がある。
【０００３】
本発明の発明者は従来の方法について前述の欠点に鑑み、よく考えた結果に液体燃料電池用の燃料濃度制御方法を発明した。本発明の方法は液体燃料電池の膜電極を利用して濃度の検知デバイスとして使用するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主要目的は、液体燃料電池用の陽極液体燃料濃度制御方法を提供することにある。この制御方法は電化学が反応している最中の液体燃料電池が当時に使っている燃料の濃度を測定するのに使用される。
【０００５】
以上に述べた目的を達成するために、本発明が提供する液体燃料電池用の燃料濃度制御方法は次の手順を含めている：手順（１０１）は液体燃料電池を提供しており、ここの液体燃料電池は少なくとも、第一組の膜電極と第二組の膜電極を含めている。第一組の膜電極は電流を生成して負荷を供給するのに使われる。そして、第二組の膜電極は陽極液体燃料濃度を測定する検知デバイスとして使われる。手順（１０３）は第二組に、膜電極に予定の最低限の濃度の陽極液体燃料を注入し、第二組の膜電極を定電圧の出力条件の下で、電化学の反応をさせて第一電流を生成させ、そして、第一電流が安定になってから、その第一電流値を記録する。手順（１０５）は第一組と第二組膜電極に濃度が測定待ちの陽極液体燃料を注入し、第二組の膜電極を同じ定電圧の出力条件の下で、電化学反応をさせて第三電流を生成させる。ここで、第二組の膜電極に注入される濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は、手順（１０３）の予定の最低限の濃度の陽極液体燃料の温度とは同様である。手順（１０７）はI3≦I1＋εの時に、手順（１０５）の陽極液体燃料の濃度を上げ、そして、濃度が上げられて測定待ちの陽極液体燃料を再び第一組と第二組の膜電極に注入する。ここでI1は第一電流値、I3は第三電流値、当該εは濃度の許容値である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、液体燃料電池用の燃料濃度制御方法において、下記ステップを包括し、
（Ａ）液体燃料電池を提供し、当該液体燃料電池は少なくとも、第一組の膜電極と第二組の膜電極を含めて、第一組の膜電極は付加を供給するための電流を生成する用途に使われ、また、第二組の膜電極は陽極液体燃料の濃度の検知デバイスとして使われ、
（Ｂ）すでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料を第二組の膜電極に注入し、第二組の膜電極を定電圧の出力条件の下で、電化学反応を発生させて第一電流を生成させ、それから、第一電流が安定になってから、第一電流値を記録し、
（Ｃ）濃度が測定待ちの陽極液体燃料を第一組の膜電極と第二組の膜電極に注入し、定電圧の出力条件の下で、第二組の膜電極を電化学反応を発生させて第三電流を生成させ、ここで、当該第二組の膜電極に注入する濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は、手順（Ｂ）での予定される最低限濃度の陽極液体燃料の温度と同様であり、
（Ｄ）I3≦I1＋εである時に、手順（Ｃ）での陽極液体燃料の濃度を上げ、またこの濃度が上げられて測定待ちの陽極液体燃料を再び、第一組の膜電極と第二組の膜電極に注入し、ここで、I1は第一電流値、I3は第三電流値、そして、εは濃度の許容値であることを特徴とする液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項２の発明は、当該第一組の膜電極の数量は少なくとも一セット以上であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項３の発明は、当該第二組の膜電極の数量は一セットであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項４の発明は、当該第二組の膜電極の数量は少なくとも一セット以上であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項５の発明は、当該手順（Ｂ）の陽極液体燃料の予定最低限の濃度値は２Ｖ%〜８Ｖ%の範囲から選択される濃度であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項６の発明は、当該第二組の膜電極が同様の定電圧の出力条件下で、生成する電圧は一つの固定電圧値に固定されていることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項７の発明は、当該固定電圧値は０.１ボルト（Ｖ）から０.６Ｖ電圧の範囲から選択される固定電圧値であることを特徴とする請求項６記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項８の発明は、当該すでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料の温度は、２０℃から８０℃の範囲から選択される固定温度値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項９の発明は、当当該濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は、２０℃から８０℃の範囲から選択される固定温度値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項１０の発明は、当該濃度許容値εは０より大きいものであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項１１の発明は、当該陽極液体燃料はメタノール、エタノール、メチラール（ＤＭＭ）から選択されるものであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
請求項１２の発明は、当該手順（Ｃ）が更に第一組の膜電極を電化学反応を起こさせて第二電流を生成させ、この第二電流は負荷に供するものとして使用されることを含むことを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池用の燃料濃度制御方法としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は液体燃料電池用の燃料濃度制御方法、液体燃料電池用の陽極液体燃料濃度制御方法を提供することにある。この制御方法は電化学が反応している最中の液体燃料電池が当時に使っている燃料の濃度を測定するのに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明が液体燃料電池システムの燃料濃度制御方法に使われた流れ図である。そして、図２は本発明の燃料濃度制御方法を実施した液体燃料電池システムの表示図である。本発明は、第二組の膜電極２０１を陽極液体燃料濃度を測定する検知デバイスとして使用している。燃料濃度制御方法１は、当時に液体燃料電池２０にある陽極液体燃料の燃料濃度を制御するのに使用できる。方法１には手順（１０１）から手順（１０７）が含まれ、それぞれについて以下で説明する。
【０００９】
図２では、気体と液体の分離メカニズムにおける効能は、第一組の膜電極２０３と第二組の膜電極２０１の陽極反応生成物を収集し、そして、陽極反応の生成物が含む気体を排除して陽極液体燃料だけを残すことにある。本発明はこの回収された陽極液体燃料を再利用することができる。燃料液位置の検知メカニズムにおける効能は、メイン貯蔵タンク２１の陽極液体燃料の位置の高さを検知することにある。
【００１０】
手順（１０１）は液体燃料電池２０を提供している。この手順が提供した液体燃料電池２０には少なくとも、第一組の膜電極２０３及び第二組の膜電極２０１が含まれている。第一組の膜電極２０３を構成する膜電極の数量は一セットか一セット以上でよい。例えば、第一組の膜電極２０３は積重ね式（Ｓｔａｃｋ）または平面式（Ｐｌａｎａｒ）の燃料電池の仕組みを採用している。第二組の膜電極２０１の膜電極を構成する数量は一セットかこれ以上でよい。第二組の膜電極２０１の膜電極を構成する膜電極数が二セット以上（二セットを含む）であるの時には、それらの膜電極セットプラス、マイナスの電極端を直列か並列に連結することができる。ただし、本発明をより分かりやすく説明するために、本発明では、単一膜電極セットの第二組の膜電極２０１を例にとって説明している。
【００１１】
図２の液体燃料電池のシステム２では、第一組の膜電極２０３は空気、そしてメイン貯蔵タンク２１からの陽極液体燃料を取得してからすぐに、第一組の膜電極２０３は電化学反応が発生して外部の負荷に供するように電流を生成する。陽極液体燃料は、第二組の膜電極２０１の注入は空気、そして特定の貯蔵タンク２３のからの陽極液体燃料、または、メイン貯蔵タンク２１からの陽極液体燃料を取得してから、温度制御メカニズム２５の温度処理を経て予定温度に維持できてから、第二組の膜電極２０１に注入される。第二組の膜電極２０１が空気と陽極液体燃料を取得すると、直ちに電化学反応を起こして第一電流と第三電流を生成する。
【００１２】
手順（１０３）では、すでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料を第二組の膜電極２０１に注入する。そして、第二組の膜電極２０１を定電圧の出力条件の下で、電化学反応を発生させて第一電流を生成させるる。そして、第一電流が安定になってから、第一電流値I1を記録する。図３の液体燃料電池システムの実行手順（１０３）の操作表示図を参照すること。まず、混合メカニズム２７は、貯水タンク２９の水と付属貯蔵タンク３１の高濃度の陽極液体燃料を混ぜ合わせ、混合後の陽極液体燃料の溶液濃度をすでに予定された最低限の濃度値にする。例えば、陽極液体燃料の溶液の具体例ではメタノール溶液を取り、３Ｖ%のメタノール燃料を特定の貯蔵タンク２３に注ぎ込む。液体燃料電池システム２が手順（１０３）を実行することになれば、特定の貯蔵タンク２３からのすでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料（温度制御メカニズム２５を経て温度処理がされて予定温度に、例えば４０℃、維持する陽極液体燃料）は、４０℃のすでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料を第二組の膜電極２０１に注入し、そして同時に、第二組の膜電極２０１のプラス、マイナスの電圧端２０１の出力電圧を同一電圧値、例えば、０.３ボルト（Ｖ）に固定する。すなわち、第二組の膜電極２０１は定電圧の出力条件の下で、定電圧の第一電流を出力するということになる。生成された第一電流が安定になってから、液体燃料電池システム２は第一電流値I1を記録する。
【００１３】
手順（１０５）は、濃度が測定待ちの陽極液体燃料を第一組の膜電極２０３と、第二組の膜電極２０１に注入し、第一組の膜電極２０３を電化学反応をさせて第二電流を生成させ、第二組の膜電極２０１を同様の定電圧の出力条件の下で、電化学反応をさせて第三電流を生成させる。ここでの濃度が測定待ちの陽極液体燃料の温度は、手順（１０３）でのすでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料と同様である。図４の液体燃料電池システムの実行手順（１０５）の操作表示図を参照すること。メイン貯蔵タンク２１は濃度が測定待ちの陽極液体燃料を貯蔵し、メイン貯蔵タンク２１における陽極液体燃料は、第一組の膜電極２０３と温度制御メカニズム２５のそれぞれに注入される。そして、温度制御メカニズム２５は陽極液体燃料の温度を、すでに予定された最低限濃度の陽極液体燃料と同じ温度、例えば４０℃に維持する。それから、４０℃の濃度が測定待ちの陽極液体燃料を、第二組の膜電極２０１に注入する。同時に、第二組の膜電極２０１のプラス、マイナスの電圧端の出力電圧を同様の定電圧値、例えば０.３ボルト（Ｖ）に固定する。すなわち、第二組の膜電極２０１は同様の電圧の出力条件の下で、固定電圧の第三電流を出力するということになる。この時の液体燃料電池システム２は随時に第三電流値I3を記録することができる。
【００１４】
手順（１０５）において、第一組の膜電極２０３電化学反応を起こして第二電流を生成する。当該第二電流は負荷への電力供給に使われる。
【００１５】
手順（１０７）はI3≦I1＋εの時に、手順（１０５）での陽極液体燃料の濃度を上げ、この濃度が上げられて測定待ちの陽極液体燃料を再び、第一組の膜電極２０３と第二組の膜電極２０１に注入する。前述のI1は第一電流値、I3は第三電流値、そしてεは濃度の許容値であり、εの値は０より大きいはず。図５の液体燃料電池システムの実行手順（１０７）の操作表示図を参照してください。混合メカニズム２７は貯水タンク２９の水と付属貯蔵タンク３１における高濃度の陽極液体燃料を混ぜ合わせ、混合後の陽極液体燃料の溶液濃度は、メイン貯蔵タンク２１内の濃度が測定待ちの陽極液体燃料より高いはず。それから、混合メカニズム２７における高濃度の陽極液体燃料をメイン貯蔵タンク２１内に注ぎ込むことにより、測定待ちの陽極液体燃料の濃度を達成する。
【００１６】
図６は本発明の液体燃料電池システムが平常時での操作表示図である。液体燃料電池システム２が本発明の燃料濃度の制御方法１を実行しない時に、メイン貯蔵タンク２１からの陽極液体燃料は第一組の膜電極２０３に注入され、第一組の膜電極２０３が空気と液体燃料を取得した後、直ちに電化学反応を起こさせて外部の負荷に供するように電流を生成させる。液体燃料電池システム２は本発明の制御方法１を実行しないため、第二組の膜電極２０１は電化学反応が起こらない処理法を採用しても良い。
【００１７】
前述の陽極液体燃料はメタノール、エタノール、メチラール（DMM）からのいずれでも良い。もちろん、本発明の精神と原理を理解すれば、本発明が適用する陽極液体燃料の具体範例は前述の内容には限られない。
【００１８】
本発明の燃料濃度の制御方法１は膜電極を濃度の検知デバイスとして利用し、電流変化を介して陽極液体燃料の濃度変化を把握し、そして同時に最低限の燃料の第一電流を参考基準とし、濃度制御が影響されないように、膜電極２０１の効能異変による測定誤差を排除できるので、本発明は斬新の発明だと言える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が液体燃料電池システムの燃料濃度制御方法に使われた流れ図である。
【図２】本発明の燃料濃度制御方法を実施した液体燃料電池システムの表示図である。
【図３】本発明の燃料濃度制御方法を実施した液体燃料電池システムに関する実行手順（１０３）の操作表示図である。
【図４】本発明の燃料濃度制御方法を実施した液体燃料電池システムに関する実行手順（１０５）の操作表示図である。
【図５】本発明の燃料濃度制御方法を実施した液体燃料電池システムに関する実行手順（１０７）の操作表示図である。
【図６】本発明の燃料濃度制御方法を実施した液体燃料電池システムが平常時での操作表示図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  燃料濃度の制御方法
２  液体燃料電池システム
２０１  第二組の膜電極
２０３  第一組の膜電極
２０  液体燃料電池
２１  メイン貯蔵タンク
２３  特定の貯蔵タンク
２５  温度制御メカニズム
２７  混合メカニズム
２９  貯水タンク
３１  貯蔵タンク
【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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