説明

環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置

【課題】環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置に関し、濃度センサーと燃料電池中の流体温度を一致させ、温度差が原因で誤差が生じるのを防ぐ。
【解決手段】主として燃料電池システムにおける流体循環装置12の流体連通スペース12aに設置され、光源装置22から出力される光信号は流体循環装置12内の流体を通って光センサー21aに投射され、光センサー21aは流体濃度に対応する電気信号を演算装置に出力し、光センサー21aから出力される電気信号と温度検知ユニット4から出力される電気信号に基づいて、流体循環装置12の流体連通スペース12aでの流体濃度を計算する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置に関し、特に透過光学性質の変化による流体濃度の獲得の提供に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の流体測定装置は、流体の濃度や密度、或いは流体量といった流体の物理的特徴の計測に使用されている。一般的な流体測定装置は通常体積が大きく素子が複雑であり、同時にそれが原因でコストも高くなりがちである。しかしながら、体積が小さくコストが低い製品に対する市場の需要は日増しに高まっている。燃料電池システムを例にとってみると、現在燃料電池システムを携帯式電子装置に使用する傾向が次第に顕著になってきている。従来の燃料電池は、水素に富んだ流体(メタノールのような)と酸素の流体を利用して電気化学反応を起こし電力を出力する電池コアを有する。従って、いつ燃料流体の濃度や残量が不足し燃料の流体を補充しなければならないかを、操作の過程で使用者に知らせる必要があるので、燃料流体容器内における燃料流体の液位及び容量を検知しなければならない。しかし、一般的な燃料液体容器における燃料流体濃度及び燃料液体残量の検知は、高価な計測センサーで行われており、携帯式電気製品の中で大量に使用しなければならない現在の状況においては、相当不経済的である。
【0003】
その他に、燃料電池システムの電気化学反応中、電気化学反応が進行するにつれ燃料流体温度が変化し、計測の結果に誤差が生じてしまうので、流体温度に応じて温度補償をしないと流体の物理的特徴の正確な計測ができなくなる。
【0004】
本発明の発明者は従来の流体量計測装置の欠陥を発見し必要性を感じたことから、現在の需要に合う流体濃度センサーを発明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置に関し、前記濃度センサーと前記燃料電池中の流体温度を一致させ、温度差が原因で誤差が生じるのを防ぐことを目的とする。
【0006】
当該分野において通常の知識を有する者に本発明を理解してもらうために、下記に具体的な実施例並びに添付図を用いて、その特徴と効能を詳しく説明する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
流体循環装置の流体濃度センサーに用いられる、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置であって、光信号を出力する発光素子を含む光源装置と、少なくとも光センサーを含むと共に、前記光センサーは前記光源装置からの光信号を受信し前記光信号の強度に対応する電気信号を出力する光感知装置と、前記流体循環装置に対応して設置され、前記流体循環装置内の流体温度を検知するための温度検知ユニットと、演算装置を含み、前記光感知装置の光センサーと前記光源装置は前記流体循環装置の部分スペースの両端に対応して設置され、前記光源装置から出力される光信号は前記流体循環装置内の流体を通って前記光感知装置の光センサーに投射され、前記光感知装置の光センサーは前記光信号と前記流体濃度に対応する電気信号を前記演算装置に出力し、さらに、前記演算装置は濃度-電流値-温度の関係の判断手段を含み、前記濃度-電流値-温度関連の判断手段は、前記光感知装置の光センサーから出力される電気信号と前記温度検知ユニットから出力される電気信号に基づいて、前記流体循環装置の流体連通スペースでの流体濃度を計算することを特徴とする、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
図1は本発明の主要素子の関連図である。本発明は主に燃料電池システム1の濃度センサー2に使用される。前記濃度センサー2は、前記燃料電池システム1内部の流体を貯蔵或いは出力する箇所に対応し設置され、前記濃度センサー2を通じて前記燃料電池システム1中の流体を検知し、前記流体濃度に対応する電気信号を演算装置3へ出力し、前記演算装置によって前記電気信号に対応する流体濃度が判断される。
【0009】
前記燃料電池システム1は、燃料電池電力発生部11及び流体循環装置12を含む。その内、前記燃料電池電力発生部11は、触媒物質を有し、水素に富んだ流体と酸素の流体を用いて電気化学反応を進行させ化学エネルギーを電気エネルギーに変換して出力するエネルギー変換器である。また、前記流体循環装置12は、前記燃料電池システム1の電気化学反応で必要となる流体と反応後の残余溶液を貯蔵したり伝送したりするのに用いられる。
【0010】
前記濃度センサー2は、光感知装置21及び光源装置22を含む。その内、前記光感知装置21は光信号を電気信号に変換するために用いられ、前記光センサーは光源の照射を受けると、受けた光の量に応じて対応する電流値やその他の電気信号を分別して出力する。また、前記光源装置22は光源を提供するのに用いられ、前記光源は赤外線、可視線或いはシングルチャンネル光線のいずれかである。
【0011】
前記演算装置3はロジック演算手段を有し、前記濃度センサー2が出力する電気信号の処理や、前記電気信号が対応する流体濃度の演算に用いられる。前記演算装置3は電気回路によって成り立ち、各センサーが光の照射状態に対応して出力した電流値を獲得するのに用いられ、前記電流値を有する電気信号を出力する。前記演算装置3の信号を出力するインターフェースはSMBus伝送インターフェース或いは12C伝送インターフェースを採用することができる。
【0012】
図1及び図2を参考にしていただきたい。図2は、本発明第一の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記燃料電池システム1における前記流体循環装置12は流体連通スペース12aを含み、前記流体循環装置12中の流体12bを前記流体連通スペース12aを通じて伝送したり貯蔵したりすることができる。前記流体循環装置12が貯蔵する流体12bは純水とその他混合物を混ぜ合わせたものであり、前記流体12bの濃度は前記流体12b中で純水の占める成分比率によって決まる。また、前記光感知装置21は少なくとも光センサー21aを有する。前記光センサー21aは感光性素子であり、光信号を電気信号に変換するのに用いられ、前記光センサーは光源の照射を受けると、受けた光の量に応じて対応する電流値やその他の電気信号を分別して出力することができる。また、前記光感知装置21と前記光源装置22は流体循環装置12の流体連通スペース12a内部の両側に対応して設置され、前記光源装置22から放射される光束22aは前記循環装置12を通って前記光感知装置21の光センサー21aに到達する。
【0013】
環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置では、前記濃度センサー2中の光源装置22から生じた光束22aは、前記流体循環装置12の流体連通スペース12a内で前記流体12bを通り抜けるとき、前記光束22aのエネルギーの一部は前記流体連通スペース12a内の流体12bに吸収される。さらに、残った光束22aのエネルギーは前記光感知装置21の光センサー21aに入り、前記光感知装置21の光センサー21aは受けた光の強度に応じて、対応する電気信号に変換する。最後に、前記演算装置3が前記電気信号に応じて演算をすることで、前記流体連通スペース12aの流体12bの濃度を得ることができる。
【0014】
前記流体循環装置12の流体連通スペース12aの内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性である。したがって、外界の光が前記光センサー21aの受信する光信号に干渉するのを防ぐことができる。その他に、前記流体循環装置12の流体連通スペース12aの一部分は、前記流体循環装置12中の流体12bを伝送・貯蔵するための空間となっていて、前記流体連通スペース12aは流体12bを伝送する流体の流路や流体12bの流体溝を含んでいる。
【0015】
前記濃度センサー2は前記流体循環装置12の流体連通スペース12a内に設置される。前記濃度センサー2全体の温度は前記流体12bの影響を受けるため、環境温度の影響から生じる不必要な誤差を避けることができる。前記燃料電池システム1はその他にも温度検知ユニット4を含む。前記温度検知ユニット4は、前記流体循環装置12の流体連通スペース12aの一部分に対応し設置され、前記温度検知ユニット4は前記流体連通空間12aの流体12b温度を測定できる。図3で示す濃度−電流値−温度の関係図を参考にしていただきたい。前記光センサー21aは前記光源装置22の光源信号を受信するとき、受信した光源の強度に応じて対応する電気信号を出力し、前記光源装置22が提供する光束22aは、その一部が通過するときに流体12bに吸収され、残りは前記流体12bを通り抜けるという特性をもつ。前記流体12bが前記光束22aのエネルギーの一部を吸収することに対する影響、または前記光束22aの光透過性に影響する要素に、前記流体12bの濃度と温度がある。まずは前記濃度センサー2を利用して、特定の温度下ならびに対応する特定の流体濃度下で、前記濃度−電流値−温度の対応関係を設定することで、濃度測定時の温度補償とする。前記流体の濃度-電流値-温度関係は、データ対応表の方式或いは関数関係式によって前記演算装置内に設定された後、前記濃度センサーと温度検知ユニットを用いて前記流体の光透過性と温度にフィードバックされ流体の濃度を判断する。その他、データ対応表の実施方式を使用する際、前記演算装置3は今の濃度−電流値−温度の関係に応じて、外挿法や内挿法を用いてその他の濃度−電流値−温度の関係データを得ることができる。
【0016】
図4で示しているのは、本発明第二の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記の実施例と異なる点は、前記温度検知ユニット4の効能を光源装置22で代替するところにある。前記光源装置22は半導体発光素子なので、特定電圧の直流電流を光源装置22に入力するとき、前記光源装置22から生じた光束22aの照度や強度は、入力された前記特定電圧の直流電流に対応する。しかし、光源装置22は異なる環境温度によって異なる減圧が生じるので、この光源装置22の特性を利用して環境温度を検知し、前記実施例の温度検知ユニット4を代替することができる。具体的な実施例を挙げると、定電圧の直流電流を光源装置22に提供し、異なる温度下で、電力が前記光源装置22を通った後の減圧を測定することで、前記光源装置22の減圧と温度の関係を設定できる。従って、前記実施例中の本発明の濃度装置においては、前記光源装置22の減圧と温度の関係に基づき、前記光源装置22の減圧を測定して光源装置22の設置場所における環境温度信号及び前記光源装置22の照度を得ることで、前記光感知装置21がフィードバックする電気信号を補償し、前記光感知装置21がフィードバックする電気信号が環境温度の影響を除去することができるし、前記光源装置22の照度が分かっている状況であれば、前記流体12bの濃度と相関する電気信号を得ることができる。
【0017】
図5で示しているのは、本発明第三の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記燃料電池システム1の内、前記流体循環装置12は流体連通スペース12aを含み、前記流体循環装置12の流体12bは前記流体連通スペース12aを通って伝送や貯蔵が行われる。前記流体循環装置12が貯蔵する流体12bは純水とその他の混合物を混ぜ合わせたものから成り、前記流体12bの濃度は前記流体12b中の純水が占める成分比率によって決定される。さらに、前記光感知装置21は少なくとも光センサー21aを含み、前記光センサー21aは感光性素子であり光信号を電気信号に変換するのに用いられ、前記光センサーは光源照射を受けると、受けた光の量に従って対応する電流値或いはその他電気信号を出力する。また、前記光感知装置21と前記光源装置22は前記流体循環装置12の流体連通スペース12a内部に対応し設置され、前記光源装置22が光束22aを投射するとき、その光束22aはまず反射素子23に発射され、続いて前記反射素子23を利用して前記光束22aの向きを変え前記光感知装置21上に射出し、前記光源装置22が発射した光束22aは前記流体循環装置12を通って前記光感知装置21の光センサー21aに到達する。
【0018】
前記本発明の環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置において、前記濃度センサー2中の光源装置22から生じた光束22aが前記流体循環装置12の流体連通スペース12a内の前記流体12bを通り抜ける時、前記光束22aのエネルギーの一部分は前記流体連通スペース12a中の流体12bに吸収される。残った光束22aのエネルギーは反射素子23によって方向を変えられ、前記光感知装置21の光センサー21aに入射し、前記光感知装置21の光センサー21aは受信した光信号の強度に応じて対応する電気信号に変換する。最後に、前記演算装置3が前記電気信号に応じて演算を行い、前記流体連通スペース12aの流体12bの濃度を得ることができる。
【0019】
前記流体循環装置12の流体連通スペース12aの内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性である。したがって、外界の光が前記光センサー21aの受信する光信号に干渉するのを防ぐことができる。その他に、前記流体循環装置12の流体連通スペース12aの一部分は、前記流体循環装置12中にある流体12bを伝送・貯蔵するための空間となっていて、前記流体連通スペース12aは流体12bを伝送する流体の流路や流体12bの流体溝を含んでいる。
【0020】
さらに、前記濃度センサー2は前記流体循環装置12の流体連通空間12a内に設置し、前記濃度センサー2全体の温度は前記流体12bの影響を受ける。それにより、環境温度の影響で不必要な誤差を生じさせるのを避けることができる。前記燃料電池システム1はその他に温度検知ユニット4を含み、前記温度検知ユニット4は前記流体循環装置12の流体連通スペース12aの一部分に対応し設置されることで、前記温度検知ユニット4は前記流体連通スペース12aの流体12b温度を測定できる。図3が示している濃度−電流値−温度の関係図は、前記濃度センサー2が特定温度且つ対応する特定の流体濃度下で得た濃度−電流値−温度の関係曲線である。前記濃度−電流値−温度の関係は、データ対応表の方式或いは関数関係式によって前記演算装置3の中に設定され、前記演算装置3は前記濃度センサー2及び前記温度検知ユニット4を通して、前記流体12bの光透過性と温度にフィードバックされ、流体12bの濃度を判断する。その他に、データ対応表の実施方式を使用するとき、前記演算装置3は今の濃度−電流値−温度の関係をもとに、外挿法や内挿法を用いてその他の濃度−電流値−温度の関係データを獲得することができる。
【0021】
図6は本発明第四の具体的な実施例である素子の一部分の側面図である。前記第三の実施例と異なる点は、前記温度検知ユニット4の効能を光源装置22で代替するところにある。前記の光源装置22は半導体発光素子であり、特定電圧の直流電流を前記光源装置22に入力する際、前記光源装置22から生じる光束22aの照度は入力された前記特定電圧の直流電力に対応する。しかし、前記光源装置22は異なる環境の温度に応じて異なる減圧が生じるため、この光源装置22の特性を利用して環境温度を測定することで、前記実施例の温度検知ユニット4の代わりになる。具体的な実施例を挙げると、定電圧の直流電流を光源装置22に提供し、異なる温度下で、電力が前記光源装置22を通った後の減圧を測定することで、前記光源装置22の減圧と温度の関係を設定できる。従って、前記実施例中の本発明の濃度センサーにおいては、前記光源装置22の減圧と温度の関係に基づき、前記光源装置22の減圧を測定して光源装置22の設置場所における環境温度信号及び前記光源装置22の照度を得ることで、前記光感知装置21がフィードバックする電気信号を補償し、前記光感知装置21がフィードバックする電気信号が環境温度の影響を除去することができるし、前記光源装置22の照度が分かっている状況であれば、前記流体12bの濃度と相関する電気信号を得ることができる。
【0022】
従って、本発明が提供する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置は、前記濃度センサーを前記流体連通スペース内に設置することで環境温度の影響で生じる誤差を低減させる。それゆえ、本発明は優れた進歩性を有して、特許申請の要件を満たしており、特許法に基づきここに特許出願をするものである。本発明が特許権の許可を早めにいただけるとありがたく存じます。
【0023】
以上の本発明の詳細説明は、本発明の好ましい実施例の一つにすぎず、本発明の特許の範囲を限定するものではない。本発明で開示した趣旨に照らして行ったすべての変更および修正は本発明の範囲内に含まれており、特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明主要素子の関連図
【図2】本発明第一の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【図3】本発明の濃度−電流値−温度の関係図
【図4】本発明第二の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【図5】本発明第三の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【図6】本発明第四の具体的な実施例である素子の一部の側面図
【符号の説明】
【0025】
1 燃料電池システム
11 燃料電池電力発生部
12 流体循環装置
12a 流体連通スペース
12b 流体
2 濃度センサー
21 光感知装置
21a 光センサー
22 光源装置
22a 光束
23 反射素子
3 演算装置
4 温度検知ユニット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体循環装置の流体濃度センサーに用いられる、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置であって、光信号を出力する発光素子を含む光源装置と、少なくとも光センサーを含むと共に、前記光センサーは前記光源装置からの光信号を受信し前記光信号の強度に対応する電気信号を出力する光感知装置と、前記流体循環装置に対応して設置され、前記流体循環装置内の流体温度を検知するための温度検知ユニットと、演算装置を含み、前記光感知装置の光センサーと前記光源装置は前記流体循環装置の部分スペースの両端に対応して設置され、前記光源装置から出力される光信号は前記流体循環装置内の流体を通って前記光感知装置の光センサーに投射され、前記光感知装置の光センサーは前記光信号と前記流体濃度に対応する電気信号を前記演算装置に出力し、さらに、前記演算装置は濃度-電流値-温度の関係の判断手段を含み、前記濃度-電流値-温度関連の判断手段は、前記光感知装置の光センサーから出力される電気信号と前記温度検知ユニットから出力される電気信号に基づいて、前記流体循環装置の流体連通スペースでの流体濃度を計算することを特徴とする、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項2】
前記光センサーは電流値を出力し、前記電流値は、前記光源装置の光束が前記流体循環装置のスペースの一部分を通る時の流体の光透過性に対応することを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項3】
前記流体の濃度-電流値-温度関係は、データ対応表の方式と関数関係式のいずれか一つの方式で前記演算装置に設定された後、前記濃度センサーと温度検知ユニットによって前記流体の光透過性と温度にフィードバックされ流体の温度を判断することを特徴とする請求項2に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項4】
前記流体循環装置の内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性であることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項5】
前記光源装置が出力される光源は赤外線、可視光、シングルチャネル光線のいずれか一つから選択されることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項6】
前記光センサーは感光性素子であることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項7】
前記濃度センサーは反射素子を有し、光源装置により前記反射素子に投射された光束を前記光感知装置に移転させることを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項8】
前記流体連通スペースは流体を伝送する流路或いは流体を貯蔵する流体溝を含むことを特徴とする、請求項1に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項9】
流体循環装置の流体濃度センサーに用いられる、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置であって、半導体の発光素子である光源装置であり、前記光源装置は光信号と前記光源装置が定電圧下で操作し減圧した電気信号を出力し、前記の減圧された電気信号は前記光源装置が位置する箇所の温度に対応することと、少なくとも光センサーを含むと共に、前記光センサーは前記光源装置からの光信号を受信し、前記光信号の強度に対応する電気信号を出力する光感知装置と、演算装置を含み、前記光感知装置の光センサーと前記光源装置は前記流体循環装置の部分スペースの両端に対応して設置され、前記光源装置から出力される光信号は前記流体循環装置内の流体を通って前記光感知装置の光センサーに投射され、前記光源装置から出力される光信号は前記光源装置に提供される特定電圧の直流電力の電圧に対応し、前記光感知装置の光センサーは前記光信号と前記流体濃度に対応する電気信号を前記演算装置に出力し、さらに、前記演算装置は濃度-電流値-温度の関係の判断手段を含み、前記濃度-電流値-温度関連の判断手段は、前記光感知装置の光センサーから出力される電気信号と前記光源装置から出力される減圧された電気信号に基づいて、前記流体循環装置の流体連通スペースでの流体濃度を計算することを特徴とする、環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項10】
前記光感知装置は電流値を出力し、前記電流値は、前記光源装置の光束が前記流体循環装置設置スペースを通り抜ける際の流体の光透過性に対応することを特徴とする、請求項9に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項11】
前記流体の濃度-電流値-温度関係は、データ対応表の方式と関数関係式のいずれか一つの方式を用いて前記演算装置に設定された後、前記濃度センサーと温度検知ユニットを用いて前記流体の光透過性と温度にフィードバックされ流体の温度を判断することを特徴とする、請求項10に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項12】
前記流体循環装置の内、前記光源装置から光束が発射される部分と前記光感知装置が光束を受信する別の部分に対応する箇所は透光性であり、前記流体循環装置のその他の部分は非透光性であることを特徴とする、請求項9に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項13】
前記光源装置が出力される光源は赤外線、可視光、シングルチャネル光線のいずれか一つから選択されることを特徴とする、請求項9に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項14】
前記光センサーが感光性素子であることを特徴とする請求項9に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項15】
前記濃度センサーは反射素子を有し、光源装置により前記反射素子に投射された光束を前記光感知装置に移転させることを特徴とする、請求項9に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。
【請求項16】
前記流体連通スペースは流体を伝送する流路或いは流体を貯蔵する流体溝を含むことを特徴とする、請求項9に記載する環境温度の影響を低減させる効果を有する透過式濃度装置。

【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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【公開番号】特開2008−256686(P2008−256686A)
【公開日】平成20年10月23日(2008.10.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−79690(P2008−79690)
【出願日】平成20年3月26日(2008.3.26)
【出願人】(505349390)思柏科技股▲ふん▼有限公司 (30)
【出願人】(506293904)アンティグ テクノロジー コーポレーション (20)
【氏名又は名称原語表記】Antig Technology Corporation
【Fターム(参考)】