(57)【要約】【課題】隨時燃料電池が必要とする液体燃料の濃度を監視制御し、その濃度に変化が発生したとき、即時に対応することを可能にする。【解決手段】本考案の燃料電池用液体燃料の濃度計測装置は、前記内部空間が内部に形成された殼体と、前記濃度計測装置の内部空間に設置され、且つ、一定の加熱時間継続して前記液体燃料に対し加熱を行う加熱器と、前記濃度計測装置の内部空間に設置され、且つ、前記液体燃料の温度値に基づき対応する電気抵抗値を出力する少なくとも１つ以上の熱感知装置と、前記熱感知装置が出力する電気抵抗値を受け取り、且つ、少なくとも１つ以上の曲線方程式に基づき前記液体燃料の濃度を算出する濃度計算装置を含み、そのうち、前記曲線方程式が各項の異なる既知濃度の液体燃料の条件下で且つ少なくとも前記加熱時間及び前記電気抵抗値の２つのパラメータ値に基づき確立された多項方程式である。【選択図】図１Ｂ
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
濃度計測装置であって、燃料電池用の液体燃料の濃度計測に用いられ、且つ、前記液体燃料を収容する内部空間を備えており、前記濃度計測装置が、前記内部空間が内部に形成された殼体と、前記濃度計測装置の内部空間に設置され、且つ、一定の加熱時間継続して前記液体燃料に対し加熱を行う加熱器と、前記濃度計測装置の内部空間に設置され、且つ、前記液体燃料の温度値に基づき対応する電気抵抗値を出力する少なくとも１つ以上の熱感知装置と、前記熱感知装置が出力する電気抵抗値を受け取り、且つ、少なくとも１つ以上の曲線方程式に基づき前記液体燃料の濃度を算出する濃度計算装置を含み、そのうち、前記曲線方程式が各項の異なる既知濃度の液体燃料の条件下で且つ少なくとも前記加熱時間及び前記電気抵抗値の２つのパラメータ値に基づき確立された多項方程式であることを特徴とする、濃度計測装置。
【請求項２】
前記加熱器の加熱仕事率が固定値であることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項３】
前記殼体の側面に燃料供給槽が出力する液体燃料を受け入れる入口と、内部空間の液体燃料を出力し前記燃料供給槽に戻す出口を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項４】
前記燃料供給槽が前記燃料電池に必要な燃料の供給に用いられることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項５】
前記液体燃料がメタノール水溶液であることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項６】
前記内部空間の幅が１ミリメートルから３ミリメートルの間であることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項７】
前記加熱器が加熱プローブ及び／または加熱ワイヤであることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項８】
前記濃度計算装置がマイクロプロセッサであることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項９】
前記加熱器の加熱仕事率が０．５ワットであることを特徴とする、請求項２に記載の濃度計測装置。
【請求項１０】
前記殼体の材質が断熱材料であることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項１１】
前記殼体の内側表面に耐腐蝕及び／または抗酸化処理を施したことを特徴とする、請求項１０に記載の濃度計測装置。
【請求項１２】
前記熱感知装置の表面に耐腐蝕及び／または抗酸化処理を施したことを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項１３】
前記加熱器が前記殼体を貫通することを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【請求項１４】
前記熱感知装置がサーミスタであることを特徴とする、請求項１に記載の濃度計測装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は濃度計測装置に関し、特に燃料電池に使用する液体燃料の濃度を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電極反応を介して燃料と酸化剤中の化学エネルギーを直接電気エネルギーに転化する発電装置である。燃料電池の種類は多く、また分類方法もさまざまであり、電解質の性質の違いで区分する場合、アルカリ燃料電池、リン酸燃料電池、陽イオン交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池等、５つの異なる電解質の燃料電池がある。そのうち、陽イオン交換膜燃料電池はさらにメタノール直接型燃料電池を含み、これは水素に改質する必要なく直接メタノールを燃料とするもので、現在開発されている中でもエネルギーが最も高い技術の一つであり、その応用ターゲットには大型発電所、自動車用発電機、携帯型電源等が含まれる。
【０００３】
しかしながら、メタノール直接型燃料電池のような液体燃料電池は、商品化に向かう過程において液体燃料濃度の制御という一つの問題を克服する必要がある。理論上、液体燃料濃度が低ければ低いほど、発生する電力が少なくなり、液体燃料濃度が高ければ高いほど、発生する電力が多くなる。このため、濃度計測装置で隨時液体燃料の濃度を監視制御し、濃度が常に一定の予め定められた基準値を維持できるよう確保する必要があり、これにより燃料電池の給電品質を維持すると共に、燃料電池の電力供給不安定により電子製品にダメージを与えることがないようにすることができる。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案の主な目的は、隨時燃料電池が必要とする液体燃料の濃度を監視制御し、その濃度に変化が発生したとき、即時に対応することを可能にする、燃料電池液体燃料の濃度計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案の上述の目的を達するため、本考案の濃度計測装置は、燃料電池に用いる液体燃料の濃度を計測するために用いられ、且つ、前記液体燃料を収容する内部空間を備え、前記濃度計測装置が、内部に前記内部空間が形成された殼体と、前記濃度計測装置の内部空間内に設置され、且つ、一定の加熱時間継続して前記液体燃料に対し加熱を行う加熱器と、前記濃度計測装置の内部空間内に設置され、且つ、前記液体燃料の温度値に基づき対応する電気抵抗値を出力する少なくとも１つ以上の熱感知装置と、前記熱感知装置が出力する電気抵抗値を受け取り、且つ、少なくとも１つ以上の曲線方程式に基づき前記液体燃料の濃度を算出する濃度計算装置を含み、そのうち、前記曲線方程式が各項の異なる既知濃度の液体燃料の条件下で且つ少なくとも前記加熱時間及び前記電気抵抗値の２つのパラメータ値から確立された多項方程式であることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００６】
本考案の濃度計測装置は構造が複雑でないため、本考案の濃度計測装置には製造コストが低く、大量製造がしやすいという利点がある。
【０００７】
本考案の濃度計測装置は液体燃料の濃度計測に極めて優れた反応敏感性を備えているため、隨時液体燃料の濃度が特定の濃度に変化したか否かを監視できるため、液体燃料の濃度計測作業に極めて大きな利便性をもたらす。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
本考案の目的、特徴及び効果について関連技術者に理解を促すため、以下、具体的な実施例に図面を組み合わせ、本考案について詳細に説明する。
【０００９】
図１Ａに本考案の濃度計測装置の立体外観図を示す。図１Ｂに本考案の濃度計測装置の内部構造立体透視図を示す。本考案の濃度計測装置１は、燃料電池用液体燃料の濃度の計測に用いられ、且つ、前記液体燃料を収容する内部空間１００を備え、そのうち、前記液体燃料はメタノール水溶液とすることができ、前記内部空間１００は小さな容積の空間であり、幅Wは１ミリメートル〜３ミリメートルの間とすることができる。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本考案の濃度計測装置１は、殼体１０、加熱器１２、少なくとも１つ以上の熱感知装置１４、濃度計算装置１６を含み、それぞれについて以下で説明する。前記殼体１０は内部に内部空間１００が形成される。且つ、図１Ｂに示すように、この殼体１０の側面に入口１０２と出口１０４が設けられ、前記入口１０２は燃料供給槽(図示しない)が出力する液体燃料を受け取り、前記出口１０４は内部空間１００の液体燃料を出力して前記燃料供給槽に戻すことができる。そのうち、前記燃料供給槽は前記燃料電池に必要な燃料を供給することができる。さらに、殼体１０の材質は断熱材料とするか、または断熱材料で殼体１０を包覆することができ、これにより内部空間１００の熱を保持し、内部で加熱された熱が失われるのを防ぎ、同時に外界環境の干渉が内部空間１００の液体燃料の温度値に影響するのを回避することができる。このほか、殼体１０の内側表面にはさらに耐腐蝕及び／または抗酸化処理を施すことができる。
【００１１】
加熱器１２は濃度計測装置１の内部空間１００に設置され、且つ、一定の加熱時間継続して前記液体燃料に対し加熱を行う。加熱器１２は加熱プローブまたは加熱ワイヤを採用することができ、且つ、加熱器１２は一定の値の加熱仕事率で液体燃料に対し加熱を行うことができるものとする。図１Ｂに示すように、加熱器１２は殼体１０を貫通し、外界の電力供給ユニット(図示しない)に電気的に接続される。
【００１２】
熱感知装置１４は濃度計測装置１の内部空間１００に設置され、且つ、内部空間１００の液体燃料の温度値に基づき対応する電気抵抗値を出力する。そのうち、熱感知装置１４はサーミスタを具体的部材として使用することができる。このほか、熱感知装置１４の表面にはさらに耐腐蝕及び／または抗酸化処理を施すことができる。
【００１３】
濃度計算装置１６は信号ワイヤ１４０を介して熱感知装置１４が出力する電気抵抗値を受け取り、且つ、濃度計算装置１６は少なくとも１つ以上の曲線方程式に基づき前記液体燃料の濃度を算出する。そのうち、前記曲線方程式は各項の異なる既知濃度の液体燃料の条件下で且つ少なくとも前記加熱時間及び前記電気抵抗値の２つのパラメータ値から確立された多項方程式とする。且つ、濃度計算装置１６はマイクロプロセッサを具体的部材として採用できる。
【００１４】
図２に図１Ｂの熱感知装置１４が出力する電気抵抗値と加熱時間の関係図を示す。そのうち、加熱器１２が例えば０．５ワットの加熱仕事率で液体燃料に対し継続して加熱を行う場合、図１Ｂも組み合わせて参照すると、三本の曲線２１、２３、２５がそれぞれ３つの異なる液体燃料濃度３％、５％、１０％下で、熱感知装置１４が内部空間１００の液体燃料の温度値に基づき出力した対応する電気抵抗値と加熱器１２の加熱時間の２つのパラメータ値により確立された多項方程式を表す。三本の曲線２１、２３、２５の変化の程度から分かるように、熱感知装置１４は負温度係数を有し、加熱時間の増加に伴い、液体燃料の温度値が徐々に上昇し、熱感知装置１４が出力する電気抵抗値が徐々に下がる。このほか、異なる濃度の液体燃料の温度上昇速度は皆異なるため、異なる濃度の液体燃料下の熱感知装置１４の電気抵抗値の変化程度も異なる。本考案は上述の特性に基づいて、予め確立した実験データ(図２に示す)により、濃度計算装置１６でそのときの加熱時間及び電気抵抗値の２つのパラメータ値を測定し、これら２つのパラメータ値に符合する曲線方程式を算出し、これに基づき対応する液体燃料濃度の推算を行う。
【００１５】
上述の説明に基づき、例えば、仮に熱感知装置１４が出力する電気抵抗値が1０００Ωであるとし、加熱時間が６０秒とする。続いて、濃度計算装置１６が図２のようなデータベースに基づきこれら２つのパラメータ値が曲線２１の曲線方程式を満たすと算出し、これにより対応する液体燃料濃度が３％であると推算する。
【００１６】
以上本考案について具体的な実施例を掲げて説明してきたが、開示された具体的実施例は本考案を制限するものではなく、関連技術を知る者によれば本考案の要旨の範囲内を逸脱せず各種変化や修飾が可能であり、それら変化や修飾はすべて本考案の範疇に含まれるものとみなし、本考案の保護範囲は付属の特許請求の範囲により定められるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本考案の濃度計測装置の立体外観図である。
【図１Ｂ】本考案の濃度計測装置の内部構造の立体透視図である。
【図２】図１Ｂの熱感知装置１４が出力する電気抵抗値と加熱時間の関係図である。
【符号の説明】
【００１８】
１        濃度計測装置
１０      殼体
１００    内部空間
１０２    入口
１０４    出口
１２      加熱器
１４      熱感知装置
１４０    信号ワイヤ
１６      濃度計算装置
２１、２３、２５    曲線
【図１Ａ】
0003131600.tif 000003
【図１Ｂ】
0003131600.tif 000004
【図２】
0003131600.tif 000005