(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の液体燃料の濃度を探知する濃度探知装置の提供。【解決手段】第一浮動物体１４０の比重は該液体燃料１２の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量Ｍ値を備え、該第一浮動物体の質心と回転中心１４５のX-Y平面上における距離はＬである。該第二浮動物体１４２は該第一浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ．Ｍ値を備え、該第二浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第二浮動物体の質心、該回転中心及び該第一浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、内ｒ値は０の常数より大きい。該第三浮動物体１４４は該第一浮動物体と該第二浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ2・Ｍ値を備える。【選択図】図１
0003129416.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
容器内の液体燃料の濃度を探知するために用い、回転機構を含み、
該回転機構は該液体燃料の液面下に位置し回転中心を備え、該回転機構は第一浮動物体、第二浮動物体、第三浮動物体を含み、
該第一浮動物体の比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量Ｍ値を備え、該第一浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、
該第二浮動物体は該第一浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ・Ｍ値を備え、該第二浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第二浮動物体の質心、該回転中心及び該第一浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、内ｒ値は０の常数より大きく、
該第三浮動物体は該第一浮動物体と該第二浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ2・Ｍ値を備え、該第三浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第三浮動物体の質心、該回転中心及び該第二浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、
こうして該回転機構がその元々の回転方向を変えていないかどうかを観察することで、該液体燃料の濃度が既に特定の濃度に変化していないかどうかを知ることができることを特徴とする濃度探知装置。
【請求項２】
請求項１記載の濃度探知装置において、前記回転機構のX-Y平面上において角度θの回転を行うことができ、しかもトルク平衡方程式F(θ，ρ)=(M-ρ・V)・L・cosθ+(r・M-ρ・V) ・L・cos(θ+120°)+( r2・M-ρ・V) ・L・cos(θ+240°)=0に基づき、こうして該回転機構は該液体燃料の液面下において静止状態を達成し、及びρは該液体燃料の比重を表すことを特徴とする濃度探知装置。
【請求項３】
請求項２記載の濃度探知装置において、前記ｒ値は既に求められたρ値を備えた計算式
【数１】
0003129416.tif 000010
により求められ、該判別式中の記号
【数２】
0003129416.tif 000011
は偏微分を表すことを特徴とする濃度探知装置。
【請求項４】
請求項１記載の濃度探知装置において、前記浮動物体は球体であることを特徴とする濃度探知装置。
【請求項５】
請求項１記載の濃度探知装置において、前記容器は燃料供給槽で、燃料電池が必要とする燃料を供給することを特徴とする濃度探知装置。
【請求項６】
請求項１記載の濃度探知装置において、前記液体燃料はメチルアルコール水溶液であることを特徴とする濃度探知装置。
【請求項７】
請求項６記載の濃度探知装置において、前記浮動物体は耐腐食材料であることを特徴とする濃度探知装置。
【請求項８】
請求項５記載の濃度探知装置において、前記燃料供給槽はさらに該燃料供給槽内に燃料を注入する第一入口を含むことを特徴とする濃度探知装置。
【請求項９】
請求項８記載の濃度探知装置において、前記燃料供給槽はさらに水溶液を該燃料供給槽に注入する第二入口を含むことを特徴とする濃度探知装置。
【請求項１０】
請求項９記載の濃度探知装置において、前記燃料供給槽はさらに燃料を該燃料電池の流道板の入口に送出する出口を含むことを特徴とする濃度探知装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は一種の濃度探知装置に関する。特に一種の燃料電池の液体燃料の濃度を探知する濃度スイッチである濃度探知装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は燃料と酸化剤中に蓄えられる化学エネルギーを電極反応を通して直接電気エネルギーに転化する発電装置である。燃料電池の種類は非常に多く、しかも分類の方式もそれぞれ異なる。電解性質の差異により区分するなら、アルカリ性燃料電池、燐酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池の５種に分類される。内、質子交換膜燃料電池はいわゆる直接メチルアルコール燃料電池を含み、メチルアルコールを直接燃料とし、水素ガスに変化させる必要がない。現在開発されている中ではエネルギー効率が高い技術の一つで、大型発電所、自動車用発電機、携帯式電源などへの応用が期待されている。
【０００３】
しかし、直接メチルアルコール燃料電池などのタイプの液体燃料電池は、商品化の過程において克服しなければならない問題がある。それは液体燃料の濃度の制御である。理論的には、液体燃料の濃度が低ければ、発生する電力は少なく、液体燃料の濃度が高ければ高いほど、発生する電力も多くなる。このため、濃度探知装置により液体燃料の濃度を随時モニタし、設定された標準値に濃度を維持するよう確保する必要がある。こうして初めて、液体燃料電池の電源供給品質を維持可能で、しかも燃料電池の電源供給不安定のために電子製品が損傷する恐れを払拭することができる。
【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、燃料電池の濃度探知装置を提供し、燃料電池が必要とする液体燃料の濃度を随時モニタし、その濃度に変化が生じた時には、即時に反応を発する。
【０００５】
上述の目的のため、本考案は、濃度探知装置を提供し、それは容器内の液体燃料の濃度を探知するために用い、回転機構を含み、
該回転機構は該液体燃料の液面下に位置し回転中心を備え、該回転機構は、第一浮動物体、第二浮動物体、第三浮動物体を含み、
該第一浮動物体の比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量Ｍ値を備え、該第一浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、
該第二浮動物体は該第一浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ．Ｍ値を備え、該第二浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第二浮動物体の質心、該回転中心及び該第一浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、内ｒ値は０の常数より大きく、
該第三浮動物体は該第一浮動物体と該第二浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ2・Ｍ値を備え、該第三浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第三浮動物体の質心、該回転中心及び該第二浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、
こうして該回転機構がその元々の回転方向を変えていないかどうかを観察することで、該液体燃料の濃度が既に特定の濃度に変化していないかどうかを知ることができる濃度探知装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の考案は、主に容器内の液体燃料の濃度を探知するために用い、回転機構を含み、
該回転機構は該液体燃料の液面下に位置し回転中心を備え、該回転機構は第一浮動物体、第二浮動物体、第三浮動物体を含み、
該第一浮動物体の比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量Ｍ値を備え、該第一浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、
該第二浮動物体は該第一浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ・Ｍ値を備え、該第二浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第二浮動物体の質心、該回転中心及び該第一浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、内ｒ値は０の常数より大きく、
該第三浮動物体は該第一浮動物体と該第二浮動物体に連結し、その比重は該液体燃料の比重より小さく、しかも体積Ｖ値及び質量ｒ2・Ｍ値を備え、該第三浮動物体の質心と該回転中心のX-Y平面上における距離はＬで、しかも該第三浮動物体の質心、該回転中心及び該第二浮動物体の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°で、
こうして該回転機構がその元々の回転方向を変えていないかどうかを観察することで、該液体燃料の濃度が既に特定の濃度に変化していないかどうかを知ることができることを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項２の考案は、請求項１記載の濃度探知装置において、前記回転機構のX-Y平面上において角度θの回転を行うことができ、しかもトルク平衡方程式F(θ，ρ)=(M-ρ・V)・L・cosθ+(r・M-ρ・V) ・L・cos(θ+120°)+( r2・M-ρ・V) ・L・cos(θ+240°)=0に基づき、こうして該回転機構は該液体燃料の液面下において静止状態を達成し、及びρは該液体燃料の比重を表すことを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項３の考案は、請求項２記載の濃度探知装置において、前記ｒ値は既に求められたρ値を備えた計算式
【数３】
0003129416.tif 000003
により求められ、該判別式中の記号
【数４】
0003129416.tif 000004
は偏微分を表すことを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項４の考案は、請求項１記載の濃度探知装置において、前記浮動物体は球体であることを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項５の考案は、請求項１記載の濃度探知装置において、前記容器は燃料供給槽で、燃料電池が必要とする燃料を供給することを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項６の考案は、請求項１記載の濃度探知装置において、前記液体燃料はメチルアルコール水溶液であることを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項７の考案は、請求項６記載の濃度探知装置において、前記浮動物体は耐腐食材料であることを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項８の考案は、請求項５記載の濃度探知装置において、前記燃料供給槽はさらに該燃料供給槽内に燃料を注入する第一入口を含むことを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項９の考案は、請求項８記載の濃度探知装置において、前記燃料供給槽はさらに水溶液を該燃料供給槽に注入する第二入口を含むことを特徴とする濃度探知装置としている。
請求項１０の考案は、請求項９記載の濃度探知装置において、前記燃料供給槽はさらに燃料を該燃料電池の流道板の入口に送出する出口を含ことを特徴とする濃度探知装置としている。
【考案の効果】
【０００７】
本考案は同一の体積、質量同等数列となる３個の浮動物体を使用し、該各浮動物体と該回転中心の距離はすべて等しいため、本考案濃度探知装置の製造コストは低廉で、しかも大量製造が容易である。さらに、本考案濃度探知装置は液体燃料の濃度測定に対して極めて良好な反応感度を備え、液体燃料の濃度探知作業を非常に便利にすることができる他、液体燃料の濃度が既に特定の濃度に変化していないかどうかを随時モニタ可能であるため、本考案の濃度探知装置は液体燃料の特定濃度を探知する一種の濃度スイッチをすることもできる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
本考案濃度探知装置の具体的実施例の側面図である図１に示すように、燃料供給槽１は中空のケース体１０を備え、燃料電池が必要とする燃料を蓄え、しかも供給する。液体燃料１２はメチルアルコール水溶液である。
該燃料供給槽１は第一入口１００、第二入り口１０２、出口１０４を含む。
該第一入口１００は燃料を該燃料供給槽１内に注入するために用い、該第二入口１０２は水溶液を該燃料供給槽１内に注入し、燃料の濃度を希釈するために用いる。該出口１０４はその燃料を燃料電池の流道板の入口(図示なし)に送出するために用いる。
【０００９】
本考案の濃度探知装置は該燃料供給槽１内の液体燃料１２の濃度を探知し、該濃度探知装置は回転機構１４を含む。該回転機構１４は該液体燃料１２の液面下に位置し、しかも回転中心１４５を備え、X-Y平面上において角度θの回転を行うことができる(図２参照)。
図１に示すように、該回転機構１４は第一浮動物体１４０、第二浮動物体１４２、第三浮動物体１４４を含み、しかも相互に連棒１４６を利用し連結する。
該第一浮動物体１４０の質量はM値で、該第二浮動物体１４２の質量はr・M値で、第三浮動物体１４４の質量はr2・M値である。該ｒ値は０より大きい常数である。
該各浮動物体は耐腐食材質で製造する球体で、みな同一の体積V値を持ち、しかもその比重は該液体燃料１２の比重ρより大きい。図２に示すように、該各浮動物体の質心と回転中心１４５のX-Y平面上における距離はすべてＬで、しかも該第二浮動物体１４２の質心、該回転中心１４５、該第一浮動物体１４０の質心がX-Y平面上において形成する挟角は１２０°である。しかも該第三浮動物体の質心、該回転中心１４５、該第二浮動物体１４２の質心がX-Y平面上において形成する挟角も１２０°である。
【００１０】
次に図１の回転機構の別の状態での俯瞰表示図である図３に示すように、この時、液体燃料１２の濃度は既に変化を生じており、該各浮動物体１４０、１４２、１４４は浮力も受け変化しているため、該回転機構１４はX-Y平面上において回転角度θ1を回転する。最後に、該第一浮動物体１４０、該第二浮動物体１４２、該第三浮動物体１４４は以下のトルク平衡方程式のようになる。
(M-ρ・V)・L・cosθ+(r・M-ρ・V) ・L・cos(θ+120°)+( r2・M-ρ・V) ・L・cos(θ+240°)=0;
内、Ｍ、Ｖ、ｒ、Ｌは常数である。上記のトルク平衡方程式F(θ，ρ)=0により、該回転機構１４は該液体燃料１２の液面下において静止状態を達成することができる。この他、該回転機構１４の回転角度θ1は正確な代表値だけであるため、以下の判別方式に基づく必要がある。
【数５】
0003129416.tif 000005
によりθ1の値を決定する。内、記号
【数６】
0003129416.tif 000006
は偏微分を表す。
本考案の実施により、該液体燃料１２の濃度に変化が生じた時には、該回転機構１４の回転角度θを探知し、さらに該トルク平衡方程式F(θ，ρ)=0に基づき、液体燃料１２の比重ρを求め、こうして液体燃料１２の濃度を換算することができる。
仮に液体燃料１２がメチルアルコール水溶液であるとすると、図４に示すメチルアルコール水溶液の濃度と比重の転換対照表に基づき、対応する比重ρのメチルアルコール水溶液濃度を換算することができる。当然、本考案の濃度探知装置はメチルアルコール水溶液以外にも応用可能で、他の異なる比重の液体燃料を採用する燃料電池にも同様に応用することができる。
本考案の濃度探知装置の最適設計では、ｒ値の選定は特定の液体燃料の比重ρによって行うことができる。その際には以下の計算式を用いる。
【数７】
0003129416.tif 000007
によりｒ値を求める。内、記号 
【数８】
0003129416.tif 000008
は偏微分を表す。
【００１１】
本考案濃度探知装置の最適具体的実施例の液体燃料比重ρと回転機構の回転角度θの関係図である図５に示すように、最適実施例の基本数値は：M=0.1(g);  r=2.83;  L=13.8(mm);V=1(cm3)である。内、ｒ値は液体燃料比重(ρ)が0.96の条件において、計算式 
【数９】
0003129416.tif 000009
により求める。図５に示すように、特定回転角度(θ)が対応する液体燃料比重(ρ)を簡単に探し出すことができる。ρ値が0.1から1に増加する時、θは小さくなり、すなわち該回転機構１４は回転を行っている。ρ値が0.96に近づいている時、該回転機構１４はちょうど図３に示す状態で、この時、θ1＝は165°である。さらに、ρ＝0.96である時には、該回転機構１４は１８０度に近い大幅な回転を行い、最後に該回転機構１４は図６に示す状態となる。この時、θ2＝345°である。θ1とθ2間には大きな角度の差があるため、観察者或いは探知装置は該回転機構１４の変化を容易に察知することができる。こうして、該回転機構１４が元々の回転方向と違っていないかどうかを観察することで、該液体燃料１２の濃度が既に特定の濃度に変化したことを知ることができる。図５の実施例を例とすると、該特定濃度は該液体燃料比重ρが0.96である液体燃料濃度である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本考案濃度探知装置の具体的実施例の側面図である。
【図２】図１の回転機構のある状態での俯瞰表示図である。
【図３】図１の回転機構の別の状態での俯瞰表示図である。
【図４】メチルアルコール水溶液の濃度と比重の転換対照表である。
【図５】本考案濃度探知装置の最適具体的実施例の液体燃料濃度と回転機構の回転角度の関係図である。
【図６】図１の回転機構のさらに別の状態での俯瞰表示図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  燃料供給槽
１０  ケース体
１００  第一入口
１０２  第二入口
１０４  出口
１２  液体燃料
１４  回転機構
１４０  第一浮動物体
１４２  第二浮動物体
１４４  第三浮動物体
１４５  回転中心
１４６  連棒
【図１】
0003129416.tif 000012
【図２】
0003129416.tif 000013
【図３】
0003129416.tif 000014
【図４】
0003129416.tif 000015
【図５】
0003129416.tif 000016
【図６】
0003129416.tif 000017