(57)【要約】【課題】芳香族化合物および有機ハイドライドを含む混合液体の少なくとも一方の濃度を決定する混合液体の濃度測定装置、水素生成システムおよび濃度測定方法を提供する。【解決手段】混合液体の濃度測定装置は、芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体中に配置される一対の第１の電極１０２を有し、混合液体の静電容量を測定する第１の静電容量測定器１１０と、混合液体中に配置され、芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵する参照容器２０５と、参照容器２０５内に配置された一対の第２の電極２０２を有し、参照容器内の芳香族化合物または有機ハイドライドの静電容量を測定する第２の静電容量測定器２１０と、混合液体の静電容量と、参照容器内の芳香族化合物または有機ハイドライドの静電容量とに基づき、混合液体中の芳香族化合物および有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する演算器１０４とを備える。【選択図】図１
2016102680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体を貯蔵する貯蔵容器中に配置される一対の第１の電極を有し、前記貯蔵容器内の混合液体の静電容量を測定する第１の静電容量測定器と、
前記混合液体中に配置され、前記芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵する参照容器内に配置される一対の第２の電極を有し、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量を測定する第２の静電容量測定器と、
前記混合液体の静電容量と、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量とに基づき、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する演算器と
を備える濃度測定装置。
【請求項２】
前記芳香族化合物はトルエンであり、前記有機ハイドライドはメチルシクロヘキサンである請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記参照容器は、金属によって形成されている請求項１または２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記参照容器は前記芳香族化合物を貯蔵する請求項１から３のいずれかに記載の濃度測定装置。
【請求項５】
入口及び出口を有し、芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体を貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器の前記出口から送出された前記混合液体を受け取り、前記混合液体中の前記有機ハイドライドの少なくとも一部を芳香族化合物に変換することによって水素ガスを生成し、前記芳香族化合物を含む反応後の混合液体を前記入口から前記貯蔵容器へ送出する水素生成装置と、
前記貯蔵容器内に少なくとも前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極がそれぞれ配置された複数の請求項１から４のいずれかに記載の濃度測定装置と、
を備えた水素生成システム。
【請求項６】
前記複数の濃度測定装置は、前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極が前記入口近傍に配置された第１の混合液体の濃度測定装置および前記出口近傍に配置された第２の混合液体の濃度測定装置を含む請求項５に記載の水素生成システム。
【請求項７】
前記貯蔵容器は少なくとも対向する一対の側面を有し、前記入口および前記出口は、前記対向する一対の側面の鉛直方向における上端にそれぞれ位置している請求項５または６に記載の水素生成システム。
【請求項８】
前記第１の混合液体の濃度測定装置の前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極は、前記入口の前記鉛直方向における下方に位置し、
前記第２の混合液体の濃度測定装置の前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極は、前記出口近傍に位置する、請求項５から７のいずれかに記載の水素生成システム。
【請求項９】
前記第１の混合液体の濃度測定装置の決定した前記少なくとも一方の濃度および前記第２の混合液体の濃度測定装置の決定した前記少なくとも一方の濃度の差が所定の値以内である場合、前記少なくとも一方の濃度を出力する判定器をさらに備える請求項６に記載の水素生成システム。
【請求項１０】
芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体中に一対の第１の電極を配置し、前記一対の第１の電極によって前記混合液の静電容量を測定し、
芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵する参照容器を前記混合液体中に配置し、前記参照容器内に一対の第２の電極を配置し、前記一対の第２の電極によって、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量を測定し、
前記混合液体の静電容量および前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量に基づき、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する、濃度測定方法。
【請求項１１】
前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極を２組用意し、前記混合液体中の第１の位置および第２の位置において、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度をそれぞれ決定し、
前記第１の位置において決定した前記少なくとも一方の濃度および前記第２の位置において決定した前記少なくとも一方の濃度の差が所定の値以内である場合、前記混合液体の濃度として、前記少なくとも一方の濃度を出力する請求項１０に記載の濃度測定方法。
【請求項１２】
前記芳香族化合物がトルエンであり、前記有機ハイドライドがメチルシクロヘキサンである請求項１０または１１に記載の濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、混合液体の濃度測定装置、水素生成システムおよび濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２種類の液体を含む混合液体における１成分の濃度を求める方法として、混合液体の静電容量または抵抗値を測定する方法が検討されている。一般に液体は種類に応じた固有の静電容量および抵抗値を備えており、２種類の液体の混合比に応じて、混合液体の静電容量および抵抗値が変化するからである。
【０００３】
例えば、特許文献１は、自動車等に用いるアルコールとガソリンとを混合した液体中に一対の電極を配置し、その電極間の抵抗値を測定することによって、アルコール濃度を求める装置を開示している。特許文献２は、ダイレクトメタノール型燃料電池の燃料として用いられるメタノールと水とを混合したメタノール水溶液中に一対の電極を配置し、その電極の間静電容量を測定することによって、メタノール濃度を測定する装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１２７９４４号公報
【特許文献２】特開２００５−３０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素の貯蔵システムとして、化学反応による芳香族化合物および芳香族化合物に水素を付加した有機ハイドライドとの変換を利用する方法が検討されている。このため、芳香族化合物および有機ハイドライドを含む混合液体の少なくとも一方の濃度を測定することが求められている。
【０００６】
本願の限定的ではないある例示的な一実施形態は、芳香族化合物および有機ハイドライドを含む混合液体の少なくとも一方の濃度を決定する混合液体の濃度測定装置、水素生成システムおよび濃度測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の濃度測定装置は、芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体を貯蔵する貯蔵容器中に配置される一対の第１の電極を有し、前記貯蔵容器内の混合液体の静電容量を測定する第１の静電容量測定器と、前記混合液体中に配置され、前記芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵する参照容器内に配置される一対の第２の電極を有し、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量を測定する第２の静電容量測定器と、前記混合液体の静電容量と、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量とに基づき、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する演算器とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の混合液体の濃度測定装置によれば、外乱要因による影響を抑制し、正確な混合液体中の一成分の濃度を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかる濃度測定装置の一例を示す構成図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係る水素生成システムの一例を示す構成図である。
【図３】図３は、図２に示す水素生成システムの貯蔵容器を上面から見た模式図である。
【図４】図４は、図２に示す水素生成システムにおける濃度測定方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願発明者は、芳香族化合物および有機ハイドライドを含む混合液体中に一方の濃度を測定する方法として、静電容量を測定することを詳細に検討した。その結果、芳香族化合物および有機ハイドライドを含む混合液体では、アルコールとガソリンとを混合した液体あるいはメタノールと水とを混合したメタノール水溶液に比べ、混合液体の濃度変化による静電容量の変化が小さいことが分かった。これは、芳香族化合物と有機ハイドライドとの双極子モーメントの差が、アルコールとガソリンあるいはメタノールと水に比べて小さいからと考えられる。
【００１１】
このため、芳香族化合物および有機ハイドライドを含む混合液体では、２つの成分の濃度変化による静電容量の変化と、測定される液体の温度変化および測定に用いる電極対の外部環境から受ける外乱要因などよって変化する静電容量とを区別することができず、混合液体の一方の濃度を正確に求めることが困難であることが分かった。
【００１２】
このような課題に鑑み、本願発明者は新規な構造を有する混合液体の濃度測定装置を想到した。本開示の混合液体の濃度測定装置、水素生成システムおよび濃度の測定方法の概要は以下の通りである。
【００１３】
［項目１］
芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体を貯蔵する貯蔵容器中に配置される一対の第１の電極を有し、前記貯蔵容器内の混合液体の静電容量を測定する第１の静電容量測定器と、前記混合液体中に配置され、前記芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵する参照容器内に配置される一対の第２の電極を有し、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量を測定する第２の静電容量測定器と、前記混合液体の静電容量と、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量とに基づき、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する演算器とを備える濃度測定装置。この構成によれば、参照容器に貯蔵される芳香族化合物または有機ハイドライドの温度と混合液体とは同じになるため、参照容器内の芳香族化合物または有機ハイドライドの静電容量を用いて、芳香族化合物または有機ハイドライドの比誘電率を補正することにより、温度等の外乱要因の影響を低減し、混合液体中の芳香族化合物および有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度をより正確に測定することが可能となる。
［項目２］
前記芳香族化合物はトルエンであり、前記有機ハイドライドはメチルシクロヘキサンである項目１に記載の濃度測定装置。この構成によれば、静電容量の差が小さいトルエンおよびメチルシクロヘキサンの混合液体中の一方の濃度を正確に測定することが可能となる。
［項目３］
前記参照容器は、金属によって形成されている項目１または２に記載の濃度測定装置。この構成によれば、参照容器に貯蔵される芳香族化合物または有機ハイドライドの温度が混合液体の温度と速く一致するため、濃度変化の応答性の高い濃度測定装置が実現する。
［項目４］
前記参照容器は前記芳香族化合物を貯蔵する項目１から３のいずれかに記載の濃度測定装置。この構成によれば、参照容器内の芳香族化合物が長期間安定であるため、長期間精度の高い計測を行うことが可能となる。
［項目５］
入口及び出口を有し、芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体を貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器の前記出口から送出された前記混合液体を受け取り、前記混合液体中の前記有機ハイドライドの少なくとも一部を芳香族化合物に変換することによって水素ガスを生成し、前記芳香族化合物を含む反応後の混合液体を前記入口から前記貯蔵容器へ送出する水素生成装置と、前記貯蔵容器内に少なくとも前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極がそれぞれ配置された複数の項目１から４のいずれかに記載の濃度測定装置とを備えた水素生成システム。この構成によれば、複数の位置で濃度を測定するため、貯蔵容器に、脱水素反応後の混合液体が戻される場合でも正確な濃度の測定を行うことができる。
［項目６］
前記複数の濃度測定装置は、前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極が前記入口近傍に配置された第１の混合液体の濃度測定装置および前記出口近傍に配置された第２の混合液体の濃度測定装置を含む項目５に記載の水素生成システム。
［項目７］
前記貯蔵容器は少なくとも対向する一対の側面を有し、前記入口および前記出口は、前記対向する一対の側面の鉛直方向における上端にそれぞれ位置している項目５または６に記載の水素生成システム。
［項目８］
前記第１の混合液体の濃度測定装置の前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極は、前記入口の前記鉛直方向における下方に位置し、前記第２の混合液体の濃度測定装置の前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極は、前記出口近傍に位置する、項目５から７のいずれかに記載の水素生成システム。
［項目９］
前記第１の混合液体の濃度測定装置の決定した前記少なくとも一方の濃度および前記第２の混合液体の濃度測定装置の決定した前記少なくとも一方の濃度の差が所定の値以内である場合、前記少なくとも一方の濃度を出力する判定器をさらに備える項目６に記載の水素生成システム。この構成によれば、混合液体に対流が生じる場合でも正確な濃度の測定を行うことができる。
［項目１０］
芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体中に一対の第１の電極を配置し、前記一対の第１の電極によって前記混合液の静電容量を測定し、芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵する参照容器を前記混合液体中に配置し、前記参照容器内に一対の第２の電極を配置し、前記一対の第２の電極によって、前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量を測定し、前記混合液体の静電容量および前記参照容器内の前記芳香族化合物または前記有機ハイドライドの静電容量に基づき、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する、濃度測定方法。
［項目１１］
前記一対の第１の電極および前記一対の第２の電極を２組用意し、前記混合液体中の第１の位置および第２の位置において、前記混合液体中の前記芳香族化合物および前記有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度をそれぞれ決定し、前記第１の位置において決定した前記少なくとも一方の濃度および前記第２の位置において決定した前記少なくとも一方の濃度の差が所定の値以内である場合、前記混合液体の濃度として、前記少なくとも一方の濃度を出力する項目１０に記載の濃度測定方法。
［項目１２］
前記芳香族化合物がトルエンであり、前記有機ハイドライドがメチルシクロヘキサンである項目１０または１１に記載の濃度測定方法。
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら混合液体の濃度測定装置の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る混合液体の濃度測定装置１０１の一構成例を示している。図１に示すように、混合液体の濃度測定装置１０１は、第１の静電容量測定器１１０と、第２の静電容量測定器２１０と、参照容器２０５と、演算器１０４とを備える。
【００１６】
第１の静電容量測定器１１０は、貯蔵容器１０５に貯蔵された芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体１０６の静電容量を測定する。
【００１７】
（有機ハイドライド及び芳香族化合物について）
芳香族化合物であるベンゼン、トルエン、ビフェニル、ナフタレン、１−メチルナフタレン、２−エチルナフタレンを水素化すると、それぞれ、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ビシクロヘキシル、デカリン、１−メチルデカリン及び２−エチルデカリンが得られる。本明細書においては、水素を添加することによってＣ−Ｃ単結合に変換されることになるＣ＝Ｃ二重結合（Ｃ＝Ｎを含む）を有する有機化合物は、「芳香族化合物」という。用語「芳香族化合物」は、水素が添加されることによってＣ＝Ｃ二重結合またはＣ−Ｃ単結合に変換されることになるＣ≡Ｃ三重結合を有する有機化合物をも含む。上記のような芳香族化合物（例えばベンゼン）を用いることにより、水素を水素化物（例えばシクロヘキサン）の形で貯蔵することができる。また、アセトンを水素化すると、２−プロパノールが得られる。したがって、アセトンを用いて水素を２−プロパノールの形で貯蔵することが可能である。本明細書では、上記に例示したようなベンゼン、アセトン等の水素化により得られる水素化物（シクロヘキサン、２−プロパノール等）を有機ハイドライドと称する。一方、芳香族化合物の例は、ベンゼンまたはアセトンである。
【００１８】
第１の静電容量測定器１１０は、一対の第１の電極１０２と電気容量測定回路１０３とを含む。少なくとも一対の第１の電極１０２は、貯蔵容器１０５に設けられ、貯蔵容器１０５に貯蔵された混合液体１０６中に配置され、接している。第１の電極１０２は、例えば、一定の間隔で平行に配置された平板状の電極対によって構成されている。電気容量測定回路１０３は、例えば、発振回路、カウンタ、位相比較器などを含み、一対の第１の電極１０２間の静電容量を測定する。電気容量測定回路１０３は、例えば、特許文献２に開示された回路構成を備えていてもよい。また、電気容量測定回路１０３は、ＬＣＲメータなどの通常用いられる電気容量測定器であってもよい。電気容量測定回路１０３は静電容量ではなく、静電容量に対応する電圧値を求めてもよい。
【００１９】
参照容器２０５は、貯蔵容器１０５に貯蔵された混合液体１０６中に配置される。参照容器２０５は、混合液体１０６を構成する芳香族化合物または有機ハイドライドと同じ（同種の）化合物を貯蔵する。本実施形態では、芳香族化合物２０６を貯蔵する。参照容器２０５は、芳香族化合物および有機ハイドライドのうち、長期間貯蔵されてもより化学変化が生じにくい方を貯蔵することが好ましい。例えば、長期間の貯蔵によって、有機ハイドライドから水素が脱離する可能性がある場合、参照容器２０５が有機ハイドライドを貯蔵していると、水素の脱離によって、参照容器２０５内の有機ハイドライドの比誘電率などの物性が変化したり、参照容器２０５内に水素が貯蔵され、静電容量測定の外乱要因となり得る。また、参照容器２０５内の圧力が高まり、参照容器２０５に変形等が生じる可能性がある。このため、有機ハイドライドから水素が脱離する可能性がある場合には、参照容器２０５は芳香族化合物を貯蔵することが好ましい。
【００２０】
参照容器２０５は、例えば、貯蔵容器１０５の内側の上面、側面、または底面に接して固定される。または、参照容器２０５は、固定部を介して、貯蔵容器１０５の内側の上面、側面、または底面に固定される。
【００２１】
参照容器２０５内の芳香族化合物２０６の温度が混合液体１０６の温度と速く同一となるように、参照容器２０５は熱伝導性に優れた材料によって形成されていてもよい。また、芳香族化合物および有機ハイドライドに対して腐食性に優れる材料によって形成されていてもよい。具体的には、参照容器２０５は、ステンレス、アルミニウムの金属によって構成されていてもよい。
【００２２】
第２の静電容量測定器２１０は、参照容器２０５に貯蔵された芳香族化合物の静電容量を測定する。このために、第２の静電容量測定器２１０は、一対の第２の電極２０２と電気容量測定回路２０３とを含む。少なくとも一対の第２の電極２０２は、参照容器２０５に設けられ、芳香族化合物２０６中に配置され、接している。
【００２３】
第２の静電容量測定器２１０は、第１の静電容量測定器１１０と同様に構成されている。特に、第１の電極１０２と第２の電極２０２とは、同じ材料で形成され、同じ形状を有していることが好ましい。また、それぞれ一対の電極間の距離も同じであることが好ましく、配線抵抗、接続抵抗など電気的特性が等しいことが好ましい。第１の電極１０２および第２の電極２０２の形状は平板に限定されず、径の異なる２つの円筒状のものを同心円状に配置した形状を有していてもよい。
【００２４】
演算器１０４は、第１の静電容量測定器１１０が測定した混合液体１０６の静電容量および第２の静電容量測定器２１０が測定した芳香族化合物２０６の静電容量に基づき、混合液体１０６中の芳香族化合物および有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度を決定する。演算器１０４は電子回路によって構成されていてもよいし、マイクロコンピュータなどによって構成されていてもよい。
【００２５】
演算器１０４は、例えば、芳香族化合物および有機ハイドライドの比誘電率を既知の物性値として用い、比誘電率に加成性が成立すると仮定することによって、混合液体中に芳香族化合物および有機ハイドライドの濃度を求めることができる。この際、第２の静電容量測定器２１０が測定した芳香族化合物２０６の静電容量に基づき、参照容器２０５内に貯蔵されている芳香族化合物２０６の比誘電率を求めることによって、２つの液体の比誘電率の温度変化を補償する。詳細については以下において説明する。
【００２６】
次に、混合液体の濃度測定装置１０１の動作および濃度測定方法を説明する。貯蔵容器１０５に貯蔵される混合液体１０６は、燃料電池等の水素原料として用いる有機ハイドライド、及び有機ハイドライドから水素を取り出された芳香族化合物が混合した液体である。本願明細書において、混合液体１０６は、芳香族化合物および有機ハイドライドのいずれか一方のみを含んでいてもよい。例えば、有機ハイドライドとしてメチルシクロヘキサンを用いる場合、水素を取り出された芳香族化合物はトルエンであり、混合液体１０６はメチルシクロヘキサンとトルエンとが混合した液体である。芳香族化合物および有機ハイドライドの組み合わせは、ベンゼンとシクロへキサン、ナフタレンとデカリン、キシレンとジメチルシクロヘキサン等であってもよい。  燃料電池等を動作させる場合、まずメチルシクロヘキサンのみを貯蔵容器１０５内に満たし、貯蔵容器１０５内のメチルシクロヘキサンを例えば水素生成装置（図示せず）に供給し、脱水素反応によってメチルシクロヘキサンから水素を取り出す。その後、水素を取り出した後に生成するトルエンを回収し、貯蔵容器１０５内に戻す。これにより、１つの貯蔵容器１０５内にメチルシクロヘキサンとトルエンとを貯蔵する。１つの貯蔵容器１０５で脱水素反応前後の混合液体１０６を貯蔵することによって、水素生成装置における上述の脱水素反応の収率が１００％ではない場合に、未反応のメチルシクロヘキサンを含む混合液体を再度、水素生成装置に供給することが容易となる。つまり、バッチ処理ではなく、連続運転を行うことが容易となる。
【００２７】
燃料電池等の動作時間が長くなり、水素、すなわちメチルシクロヘキサンの使用量が増えると、徐々に貯蔵容器１０５内のメチルシクロヘキサンの濃度が低下し、トルエンの濃度が増加する。このため、貯蔵容器１０５内の有機ハイドライドで燃料電池等を動作できる時間を知るためには、貯蔵容器１０５内の混合液体１０６の有機ハイドライド（上記例では、メチルシクロヘキサン）および芳香族化合物（上記例では、トルエン）の少なくとも一方の濃度を検出することが好ましい。
【００２８】
混合液体の濃度測定装置１０１は、貯蔵容器１０５内の混合液体１０６の有機ハイドライドおよび芳香族化合物の少なくとも一方の濃度を決定するために、第１の静電容量測定器１１０および第２の静電容量測定器２１０が混合液体１０６および参照容器２０５内の芳香族化合物２０６の静電容量をそれぞれ求める。
【００２９】
具体的には、第１の静電容量測定器１１０および第２の静電容量測定器２１０がそれぞれ混合液体１０６および芳香族化合物２０６の静電容量を測定する。この時、参照容器２０５は、混合液体１０６中に位置しているため、混合液体１０６の温度と参照容器２０５内の芳香族化合物２０６の温度はほぼ一致している。
【００３０】
演算器１０４は測定した静電容量から混合液体１０６および芳香族化合物２０６の比誘電率を求める。例えば、混合液体１０６の静電容量Ｃ1とし、一対の第１の電極１０２の電極面積をＳ1とし電極間距離をｄ1とした場合、混合液体１０６の比誘電率ε1はε1＝Ｃ1・ｄ1／Ｓ1の関係式から算出することができる。同様に、芳香族化合物２０６の静電容量Ｃ2とし、一対の第２の電極２０２の電極面積をＳ2とし、電極間距離をｄ2とした場合、芳香族化合物２０６の比誘電率ε2はε2＝Ｃ2・ｄ2／Ｓ2の関係式から算出することができる。
【００３１】
算出される芳香族化合物２０６の比誘電率ε2は、既知の芳香族化合物単体の比誘電率と一致するはずである。しかしながら、静電容量は測定される液体の温度、測定に用いる電極の状態などの外乱要因によって変化する。このため、算出される芳香族化合物２０６の比誘電率ε2は、既知の芳香族化合物単体の比誘電率と一致しない。
【００３２】
上述したように、有機ハイドライドと芳香族化合物との双極子モーメントの差は小さく、比誘電率の差も小さいため、測定される混合液体の濃度による静電容量の変化も小さい。したがって、外乱要因の影響が大きいと、正確な有機ハイドライドおよび芳香族化合物の濃度を求めることも困難となる。
【００３３】
本実施形態では、芳香族化合物２０６の静電容量を混合液体１０６と同じ条件で測定することにより、混合液体１０６の温度や測定に用いる第１の電極１０２の状態などの外乱を排除し、正確な有機ハイドライドおよび芳香族化合物の濃度を求めることができる。具体的には、演算器１０４は、例えば、既知の値である室温における芳香族化合物および有機ハイドライドの比誘電率の値を貯蔵しており、これらの比誘電率を測定した芳香族化合物２０６の比誘電率ε2で補正する。
【００３４】
例えば、室温における芳香族化合物および有機ハイドライドの既知の比誘電率をεaおよびεhとする。補正後の芳香族化合物の比誘電率をεa’および有機ハイドライドの比誘電率をεh’は、以下の式（１）により求められる。
【数１】
2016102680.tif 000003
【００３５】
したがって、混合液体１０６中の芳香族化合物２０６の濃度をｘとすれば、以下の式（２）の関係が成り立つ。
【数２】
2016102680.tif 000004
【００３６】
よって、以下の式（３）により、芳香族化合物２０６の濃度ｘを求めることができる。また、有機ハイドライドの濃度は１−ｘとして求められる。
【数３】
2016102680.tif 000005
【００３７】
有機ハイドライドとしてメチルシクロヘキサン（室温での比誘電率εh：２．０）を用い、芳香族化合物としてトルエン（室温での比誘電率εa：２．４）を用いた場合の混合液体１０６中のメチルシクロヘキサンの濃度を測定する一例を示す。第１の静電容量測定器１１０および第２の静電容量測定器２１０が測定した静電容量から、混合液体１０６の比誘電率ε1が２．２であり、芳香族化合物２０６の比誘電率ε2が２．５であると求められたとする。
【００３８】
この場合、式（３）に、ε1、ε2、εh、εaの値をそれぞれ代入することによって、ｘ＝０．７１４（７１．４％）と求まる。
【００３９】
一方、第２の静電容量測定器２１０が測定した静電容量を用いて比誘電率を補正しない場合のメチルシクロヘキサンの濃度ｘ’は、以下の式（４）をｘ’について解くことによって求められる。
【数４】
2016102680.tif 000006
【００４０】
式（４）に、ε1、εh、εaの値をそれぞれ代入することによって、ｘ’＝０．５（５０％）と求まる。
【００４１】
このように、芳香族化合物２０６の比誘電率ε2を用いない場合の芳香族化合物２０６の濃度は、比誘電率ε2を用いる場合に比べて２０％以上異なる。つまり、混合液体の濃度測定装置１０１によれば、２種類の液体の静電容量の差が小さい場合でも、混合液体中の一方の濃度を正確に求めることが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の混合液体の濃度測定装置および濃度測定方法によれば、参照容器に芳香族化合物または有機ハイドライドを貯蔵し、参照容器は測定すべき混合液体中に配置されるため、参照容器に貯蔵される芳香族化合物または有機ハイドライドは、混合液体と同じ温度にある。したがって、参照容器内の芳香族化合物または有機ハイドライドの静電容量を用いて、芳香族化合物または有機ハイドライドの比誘電率を補正することにより、温度等の外乱要因の影響を低減し、混合液体中の芳香族化合物および有機ハイドライドの少なくとも一方の濃度をより正確に測定することが可能となる。
【００４３】
また、参照容器に貯蔵する液体が芳香族化合物である場合、長期間の使用でも水素発生による変質が抑制され、濃度測定の外乱要因による影響を抑制できる。また、参照容器の変形等を抑制することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら水素生成システムの実施形態を説明する。
【００４５】
図２は、本実施の形態に係る水素生成システム２０１の一構成例を示している。水素生成システム２０１は、水素生成装置３０１と、貯蔵容器１０５と、第１の混合液体の濃度測定装置１０１Ａと、第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ｂと、判定器１０７とを備える。
【００４６】
貯蔵容器１０５は、第１の実施形態で説明したように、芳香族化合物および有機ハイドライドの混合液体１０６を貯蔵する。初期状態では、混合液体１０６は、有機ハイドライドのみを貯蔵している。貯蔵容器１０５は、入口１０５ａおよび出口１０５ｂを有する。
【００４７】
水素生成装置３０１は、貯蔵容器１０５の出口１０５ｂから送出された混合液体１０６を受け取り、混合液体１０６中の有機ハイドライドの少なくとも一部を芳香族化合物に変換することによって水素ガスを生成し、芳香族化合物を含む反応後の混合液体１０６’を入口１０５ａから貯蔵容器１０５へ送出する。水素生成装置３０１の具体的な構成の一例は例えば、国際公開２００６／１２０８４１号等に開示された水素生成装置を用いることができる。
【００４８】
図２に示すように、貯蔵容器１０５は、例えば、対向する一対の側面１０５ｓ、１０５ｔを有し、入口１０５ａおよび出口１０５ｂは、側面１０５ｓ、１０５ｔにそれぞれ設けられている。より具体的には、入口１０５ａおよび出口１０５ｂは、側面１０５ｓ、１０５ｔの鉛直方向における上端にそれぞれ位置している。図３は、貯蔵容器１０５を上面から見た図である。貯蔵容器１０５は例えば上面から見て側面１０５ｓ、１０５ｔを２辺とする矩形形状を有し、例えば、入口１０５ａおよび出口１０５ｂは、矩形の対角方向にそれぞれ位置している。
【００４９】
第１の混合液体の濃度測定装置１０１Ａおよび第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ｂには第１の実施形態で説明した混合液体の濃度測定装置１０１を用いることができる。図２では、第１の混合液体の濃度測定装置１０１Ａおよび第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ｂの全体が混合液体１０６中に貯蔵されているように示しているが、第１の静電容量測定器の第１の電極１０２および参照容器２０５が混合液体１０６中に貯蔵され、接していればよい。第１の混合液体の濃度測定装置１０１Ａは、入口１０５ａの鉛直方向における下方（第１の位置）に位置し、第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ｂは、出口１０５ｂ近傍（第２の位置）に位置している。
【００５０】
判定器１０７は、第１の混合液体の濃度測定装置１０１Ａおよび第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ｂから第１の混合液体の濃度測定装置１０１Ａの決定した混合液体１０６中の芳香族化合物または有機ハイドライドの濃度および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ｂの決定した混合液体１０６中の芳香族化合物または有機ハイドライドの濃度を受け取り、これらの濃度の差が所定の値、例えば、３％以内である場合、濃度の値を出力する。例えば、水素生成システム２０１は表示装置を更に備え、表示装置に濃度を出力してもよい。また、水素生成装置３０１の制御器や水素生成システム２０１全体を制御する他の制御装置に濃度を出力してもよい。
【００５１】
図４は水素生成システム２０１の動作を説明するフローチャートである。図２および図４を参照しながら水素生成システム２０１の動作を説明する。
【００５２】
上述したように水素生成システム２０１は、貯蔵容器１０５から混合液体１０６を水素生成装置３０１に供給し、水素生成装置３０１で混合液体１０６内の有機ハイドライドから水素を取り出し、その後、混合液体１０６’を貯蔵容器１０５に戻すことで、混合液体１０６から連続的に水素を取り出す。水素生成装置３０１で水素を取り出した混合液体１０６’は、貯蔵容器１０５内の混合液体１０６に比べ芳香族化合物の濃度が高くなっている。また、水素生成装置３０１での水素脱離プロセスのため混合液体１０６’の温度は混合液体１０６の温度よりも高い。このため、混合液体１０６’が、貯蔵容器１０５に戻された際に、混合液体１０６と混合液体１０６’との濃度差および温度差により貯蔵容器１０５内で対流が起こる。対流が起こっている間は、貯蔵容器１０５内で混合液体１０６の芳香族化合物および有機ハイドライドの濃度が均一にならず、貯蔵容器１０５内における位置によって、混合液体１０６の芳香族化合物および有機ハイドライドの濃度が異なってしまう可能性がある。このため、図２に示すように第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂを貯蔵容器１０５の対角に配置し、それぞれの位置での混合液体１０６の芳香族化合物および有機ハイドライドの濃度を測定し、それらの濃度差を検知することで、対流が起こっていることを推定することができる。
【００５３】
図３に示すように、第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂによって、芳香族化合物または有機ハイドライドの濃度を測定する（Ｓ１０１）。測定結果は、判定器１０７に出力される。
【００５４】
判定器１０７は２つの濃度の差を求める。例えば、濃度差が３％以下である場合、判定器１０７は貯蔵容器１０５内の混合液体１０６は対流していいないと判断する（Ｓ２０２）。例えば、第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂが測定した濃度をｘ1、ｘ2とした場合、下記式（５）を満たす場合に対流が生じていないと判断する。
【数５】
2016102680.tif 000007
この場合、第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂが測定した濃度ｘ1、ｘ2のいずれか一方、あるいは、濃度ｘ1、ｘ2の平均値を表示装置等へ出力する（Ｓ１０５）。
【００５５】
一方、例えば、濃度差が３％より大きい場合、判定器１０７は貯蔵容器１０５内の混合液体１０６は対流していると判断する（Ｓ１０２）。例えば、式（５）を満たさない場合に対流が生じていると判断する。
【００５６】
対流が起こっている間は、混合液体１０６の芳香族化合物または有機ハイドライドの正確な濃度を測定できないため、所定の時間間隔で第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂが芳香族化合物または有機ハイドライドの濃度を繰り返して測定する（Ｓ１０３）。第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂが測定した濃度ｘ1、ｘ2が式（５）を満たさなくなった場合、つまり、２つの濃度差が３％以下となった場合、判定器１０７は貯蔵容器１０５内の混合液体１０６が対流していないと判断する（Ｓ１０４）。判定器１０７は、この場合、第１および第２の混合液体の濃度測定装置１０１Ａ、１０１Ｂが測定した濃度ｘ1、ｘ2のいずれか一方、あるいは、濃度ｘ1、ｘ2の平均値を表示装置等へ出力する（Ｓ１０５）。
【００５７】
なお、本実施形態では、水素生成システム２０１は２つの混合液体の濃度測定装置を備えていたが、３つ以上の濃度測定装置を備えていてもよい。この場合、濃度測定装置が決定した３つ以上の濃度うち、いずれの２つの濃度においても差が３％より大きいかどうかで対流の有無を判断してもよい。また、対流の有無の判断基準は３％に限らず他の所定の値であってもよい。
【００５８】
更に判定器１０７によって混合液体の対流の有無を判定していたが、判定器１０７の代わりに複数の混合液体の濃度測定装置が求めた濃度の平均を求める演算器のみを備えていてもよい。単純な平均を求める場合でも１箇所の濃度を求める場合に比べて、芳香族化合物または有機ハイドライドの正確な濃度を求めることが可能である。
【００５９】
このように本実施形態の水素生成システム２０１によれば、混合液体中の芳香族化合物または有機ハイドライドの濃度を測定する混合液体の濃度測定装置を複数備える。このため、複数求められた濃度に基づき、混合液体中の芳香族化合物または有機ハイドライドの正確な濃度を測定することが可能となる。また、複数求めた濃度に基づき混合溶液が対流しているかどうかを判定することによって、混合液体中の芳香族化合物または有機ハイドライドのより正確な濃度を測定することが可能となる。
【００６０】
本願に開示された具体的な実施形態は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、発明は、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本開示の混合液体の濃度測定装置、濃度測定方法および水素生成システムは、測定される液体の温度や測定に用いる電極の状態などの外乱の影響を抑制し、簡便な方法で有機ハイドライドおよび芳香族化合物の濃度を正確に測定することができる。このため、有機ハイドライドを燃料電池（燃料電池給電システム、燃料電池自動車等）の水素原料として用いる場合に、水素原料として使用可能な有機ハイドライドの量を知るために有用である。また、その他の有機ハイドライドを利用するシステム・デバイス等にも応用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ  濃度測定装置
１０２      第１の電極
１０３      電気容量測定回路
１０４      演算器
１０５      貯蔵容器
１０５ａ    入口
１０５ｂ    出口
１０５ｓ、１０５ｔ    側面
１０６、１０６’  混合液体
１０７      判定器
１１０      第１の静電容量測定器
２０１      水素生成システム
２０２      第２の電極
２０３      電気容量測定回路
２０５      参照容器
２０６      芳香族化合物
２１０      第２の静電容量測定器
３０１      水素生成装置
【図１】
2016102680.tif 000008
【図２】
2016102680.tif 000009
【図３】
2016102680.tif 000010
【図４】
2016102680.tif 000011