JP2006071426A - Concentration measuring device, concentration measuring method, fuel cell system and operation method of fuel cell system - Google Patents

Concentration measuring device, concentration measuring method, fuel cell system and operation method of fuel cell system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentration measuring device and a concentration measuring method capable of measuring accurately and quickly the concentration of a specific component even in the case of a gas or a liquid wherein the concentration of the specific component is not determined to one relative to the sound velocity of a propagating ultrasonic wave, in concentration measurement by the concentration measuring device using an ultrasonic sensor. <P>SOLUTION: This concentration measuring device has the ultrasonic sensor, a calculation part for integrating the intensity of a received ultrasonic wave, and a storage part storing beforehand a correlation between an integrated value and the concentration of the specific component. The concentration measuring device has a fluidization part 34b for fluidizing a gas or a liquid, one or more heat exchange parts 41, two or more ultrasonic sensors 2b, 2c, the calculation part 9b for calculating the sound velocity of the ultrasonic wave, and the storage part 10b storing beforehand a correlation between the sound velocity and the concentration of the specific component. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度を測定する濃度測定装置、濃度測定方法に関するものである。また、燃料と空気を用いて所要の発電を行う燃料電池システムとその運転方法に関するものである。   The present invention relates to a concentration measuring apparatus and a concentration measuring method for measuring the concentration of a specific component contained in a gas or liquid. The present invention also relates to a fuel cell system that performs required power generation using fuel and air and an operation method thereof.

燃料電池システムの発電部は、燃料と酸素（酸化剤ガス）を電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池システムは、発電により生成される生成物が主として水であることから、環境を汚染することがない発電素子として近年注目されている。例えば、自動車を駆動するための駆動電源や、家庭用コジェネレーションシステムとして使用する試みが行われている。   The power generation unit of the fuel cell system is a power generation element that generates power by electrochemically reacting fuel and oxygen (oxidant gas). In recent years, a fuel cell system has attracted attention as a power generation element that does not pollute the environment because a product generated by power generation is mainly water. For example, attempts have been made to use it as a driving power source for driving an automobile or a home cogeneration system.

さらに、上述の自動車駆動用の駆動電源等に止まらず、例えば、ノート型パソコン、携帯電話及びＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯型電子機器の駆動電源としての燃料電池システムの開発も活発に行われている。このような燃料電池システムにおいては、所要の電力を安定して出力できるとともに、携帯可能なサイズ及び重量とされることが重要となり、このような要求に対応するべく各種技術開発が盛んに行われている。   Furthermore, the development of a fuel cell system as a driving power source for portable electronic devices such as a notebook personal computer, a cellular phone, and a PDA (Personal Digital Assistant) is actively conducted, not limited to the driving power source for driving the automobile described above. It has been broken. In such a fuel cell system, it is important that the required power can be stably output and the size and weight are portable, and various technologies have been actively developed to meet such demands. ing.

燃料電池システムは、電解質の違いや燃料の供給方法等によって様々なタイプのものに分類されるが、メタノールを水素に改質せずに燃料として直接用いるダイレクトメタノール型の燃料電池システム（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）も提案されている。ダイレクトメタノール型の燃料電池システムでは、アノード側で主としてＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−の如き反応が起き、カソード側で主として３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏの如き反応が起きる。アノード側で発生したプロトン（Ｈ＋）が電解質によってカソード側に伝達され、全体としてＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏの反応が起きて、発電とともにアノード側で二酸化炭素、カソード側で水が生成される。 The fuel cell system is classified into various types depending on the difference in electrolyte, the fuel supply method, etc., but the direct methanol fuel cell system (Direct Methanol Fuel) that directly uses methanol as fuel without reforming methanol into hydrogen. Cell: DMFC) has also been proposed. In a direct methanol type fuel cell system, a reaction such as CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − occurs mainly on the anode side, and a reaction such as 3 / 2O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O mainly occurs on the cathode side. Happens. Proton (H + ) generated on the anode side is transmitted to the cathode side by the electrolyte, and a reaction of CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O occurs as a whole. Water is produced.

ダイレクトメタノール型の燃料電池システムでは、燃料として純粋なメタノールを供給するだけでは、アノードでの発電反応が進行しないため、メタノールに水を混合した燃料をアノードに供給する必要がある。このときの燃料供給方法として、予めメタノールと水を適切な組成で混合しておく方法が提案されている。一方、燃料を循環させる燃料循環流路を設置して、循環する燃料に対して純粋なメタノールを補充するとともに、発電反応により生成された水を回収して燃料に補充する方法が提案されている。   In a direct methanol fuel cell system, simply supplying pure methanol as a fuel does not cause a power generation reaction at the anode, so it is necessary to supply a fuel in which methanol and water are mixed to the anode. As a fuel supply method at this time, a method of previously mixing methanol and water with an appropriate composition has been proposed. On the other hand, a method has been proposed in which a fuel circulation passage for circulating fuel is installed to replenish pure methanol with respect to the circulating fuel, and to collect and replenish the fuel generated by the power generation reaction. .

循環する燃料に対して純粋なメタノールと、発電によって生成された水とを燃料に補充する場合には、燃料中のメタノール濃度を一定に保つために濃度センサを設置する必要がある。なぜならば、燃料のメタノール濃度が低下すると、燃料のエネルギー密度が低下するからである。また、メタノール濃度が高い燃料を発電部に供給すると、メタノールが電解質をクロスオーバーし、発電部の発電効率を低下させるだけでなく、発電体が劣化しやすくなるからである。   When the fuel is replenished with pure methanol for the circulating fuel and water generated by power generation, it is necessary to install a concentration sensor in order to keep the methanol concentration in the fuel constant. This is because when the fuel methanol concentration decreases, the energy density of the fuel decreases. In addition, when fuel having a high methanol concentration is supplied to the power generation unit, the methanol crosses over the electrolyte, not only lowering the power generation efficiency of the power generation unit, but also the power generation body easily deteriorates.

燃料中のメタノール濃度の測定を行う濃度測定装置として、超音波センサを用いた濃度測定装置が考えられる。超音波センサを用いた濃度測定装置の基本的な測定原理について簡単に説明すると、まず、超音波発信部から出力された超音波が超音波受信部に受信されるまでの時間tを測定し、予め測定されている超音波の伝播距離Ｌを時間tで除した音速ｖを算出する。次に、音速ｖは液体の温度Ｔによっても変化するので、温度センサによって液体の温度Ｔを測定する。最後に、液体の温度、超音波の音速および液体に含まれている特定の成分の濃度の関係を示した検量データに、算出した音速ｖと測定した温度Ｔをあてはめて液体に含まれている特定の成分の濃度を検出する。   As a concentration measuring device that measures the concentration of methanol in fuel, a concentration measuring device using an ultrasonic sensor is conceivable. To briefly explain the basic measurement principle of the concentration measuring apparatus using an ultrasonic sensor, first, the time t until the ultrasonic wave output from the ultrasonic wave transmitting unit is received by the ultrasonic wave receiving unit is measured, The speed of sound v is calculated by dividing the ultrasonic propagation distance L measured in advance by time t. Next, since the speed of sound v also changes depending on the temperature T of the liquid, the temperature T of the liquid is measured by a temperature sensor. Finally, the calculated sound speed v and the measured temperature T are applied to the calibration data showing the relationship between the temperature of the liquid, the speed of sound of the ultrasonic wave, and the concentration of a specific component contained in the liquid, and are included in the liquid. Detect the concentration of a specific component.

しかしながら、燃料電池システムの燃料として使用されるメタノール水溶液のようなアルコール水溶液のアルコール濃度と、アルコール水溶液中を伝播する超音波の音速との関係は極大値をもつ二次曲線となり、１値の音速に対し２値のアルコール濃度が存在する。このため、超音波センサを用いた濃度測定装置では、アルコール水溶液のアルコール濃度を正確に求めることが困難であった。   However, the relationship between the alcohol concentration of an aqueous alcohol solution such as an aqueous methanol solution used as a fuel for the fuel cell system and the sound velocity of the ultrasonic wave propagating in the alcohol aqueous solution becomes a quadratic curve having a maximum value, and the sound velocity of one value In contrast, there are binary alcohol concentrations. For this reason, it is difficult for the concentration measuring apparatus using the ultrasonic sensor to accurately determine the alcohol concentration of the alcohol aqueous solution.

アルコール水溶液のアルコール濃度を正確に求めるための方法としては、ヒータを用いてアルコール水溶液を加熱し、加熱前と加熱後のアルコール水溶液に対してそれぞれの超音波の音速を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、加熱前のアルコール水溶液中に発信した超音波の音速に対する加熱後のアルコール水溶液中に発信した超音波の音速の変化率により、アルコール水溶液のアルコール濃度を１値に特定できるとしている。
特開平１１−２３５４１号公報 As a method for accurately determining the alcohol concentration of an aqueous alcohol solution, a method is proposed in which the aqueous alcohol solution is heated using a heater, and the ultrasonic velocity of each ultrasonic solution is measured before and after the heating. (For example, refer to Patent Document 1). According to this method, the alcohol concentration of the alcohol aqueous solution can be specified as a single value based on the rate of change of the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted into the alcohol aqueous solution after heating with respect to the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted into the alcohol aqueous solution before heating. .
JP 11-23541 A

しかしながら、特許文献１の方法による濃度測定方法は、液体の温度が変化した後でなければ加熱後の測定を行えないため、アルコール濃度が検出されるまで幾分かの時間がかかる。これでは、迅速な測定が要求される場合、例えば燃料電池システムにおける燃料のアルコール濃度の測定に適用することができない。   However, since the concentration measurement method according to the method of Patent Document 1 cannot perform measurement after heating unless the temperature of the liquid has changed, it takes some time until the alcohol concentration is detected. In this case, when quick measurement is required, it cannot be applied to measurement of the alcohol concentration of the fuel in the fuel cell system, for example.

そこで本発明は、アルコール水溶液に含まれるアルコールの濃度を正確かつ迅速に測定することが可能な濃度測定装置と濃度測定方法および本発明に係る濃度測定装置を適用した燃料電池システムとその運転方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a concentration measuring device and a concentration measuring method capable of accurately and quickly measuring the concentration of alcohol contained in an alcohol aqueous solution, a fuel cell system to which the concentration measuring device according to the present invention is applied, and an operating method thereof. The purpose is to provide.

上記の課題を解決するため本発明に係る濃度測定装置は、気体もしくは液体中に超音波を発信する超音波発信部と、該超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、該超音波受信部にて受信された超音波の受信信号を処理する計算部と、該計算部にて算出された値と、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部とを有することを特徴とする。このような構成とすることで、超音波の音速ではなく、超音波の受信信号によって特定成分の濃度を検出することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になる。   In order to solve the above problems, a concentration measuring apparatus according to the present invention includes an ultrasonic transmission unit that transmits ultrasonic waves in a gas or a liquid, and an ultrasonic reception unit that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission unit. A calculation unit that processes an ultrasonic reception signal received by the ultrasonic reception unit, a value calculated by the calculation unit, and a concentration of a specific component contained in the gas or the liquid And a storage unit that stores the correlation in advance. By adopting such a configuration, it is possible to detect the concentration of a specific component not by the speed of ultrasonic waves but by an ultrasonic reception signal. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear.

また、上記構成において、前記計算部にて、前記受信信号を積分することができる。このようにすることで、受信信号同士の差異を明確にすることができる。   In the above configuration, the reception signal can be integrated by the calculation unit. By doing in this way, the difference between received signals can be clarified.

次に、本発明に係る濃度測定方法は、気体もしくは液体中に超音波を発信する超音波発信工程と、該超音波発信工程により発信された超音波を受信する超音波受信工程と、該超音波受信工程にて受信された超音波の受信信号を処理する計算工程と、該計算工程にて算出された値を用いて、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程とを有することを特徴とする。このような濃度測定方法とすることで、超音波の音速ではなく、超音波の受信信号によって特定成分の濃度を検出することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になる。   Next, the concentration measuring method according to the present invention includes an ultrasonic wave transmitting step for transmitting an ultrasonic wave in a gas or a liquid, an ultrasonic wave receiving step for receiving the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmitting step, and the ultrasonic wave Concentration detection for calculating the concentration of a specific component contained in the gas or the liquid using the calculation step for processing the ultrasonic reception signal received in the sonic wave reception step and the value calculated in the calculation step And a process. By adopting such a concentration measurement method, it is possible to detect the concentration of a specific component not by the speed of ultrasonic waves but by the received signals of ultrasonic waves. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear.

次に、本発明に係る燃料電池システムは、燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムであって、前記発電部に供給される燃料中に超音波を発信する超音波発信部と、該超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、該超音波受信部にて受信された超音波の受信信号を処理する計算部と、該計算部にて算出された値と、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部とを有することを特徴とする。このような構成とすることで、超音波の音速ではなく、超音波の受信信号によって特定成分の濃度を検出することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になる。   Next, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air, and that transmits ultrasonic waves into the fuel supplied to the power generation unit. A sound wave transmission unit, an ultrasonic wave reception unit that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic wave transmission unit, a calculation unit that processes reception signals of ultrasonic waves received by the ultrasonic wave reception unit, and the calculation unit And a storage unit that stores in advance the correlation between the value calculated in step 1 and the concentration of the specific component contained in the fuel. By adopting such a configuration, it is possible to detect the concentration of a specific component not by the speed of ultrasonic waves but by an ultrasonic reception signal. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear.

次に、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムの運転方法であって、前記発電部に供給される燃料中に超音波を発信する超音波発信工程と、該超音波発信工程により発信された超音波を受信する超音波受信工程と、該超音波受信工程にて受信された超音波の受信信号を処理する計算工程と、該計算工程にて算出された値を用いて、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程とを有することを特徴とする。このような運転方法とすることで、超音波の音速ではなく、超音波の受信信号によって特定成分の濃度を検出することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になる。   Next, an operation method of the fuel cell system according to the present invention is an operation method of a fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air, and the fuel cell system includes a fuel supplied to the power generation unit. An ultrasonic transmission step for transmitting ultrasonic waves, an ultrasonic reception step for receiving ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic transmission step, and a calculation for processing an ultrasonic reception signal received in the ultrasonic reception step And a concentration detection step of obtaining a concentration of a specific component contained in the fuel using the value calculated in the calculation step. By setting it as such an operation method, it becomes possible to detect the density | concentration of a specific component with the received signal of an ultrasonic wave instead of the speed of sound of an ultrasonic wave. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear.

次に、本発明に係る濃度測定装置は、気体もしくは液体を流動させる流動部と、流動している前記気体もしくは前記液体を冷却もしくは加熱することにより、前記気体もしくは前記液体に温度勾配を発生させる少なくとも１つ以上の熱交換部と、前記気体もしくは前記液体中の温度が異なる箇所に超音波を発信する少なくとも２つ以上の超音波発信部と、該超音波発信部と対をなし、該超音波発信部から発信された超音波を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信部と、前記超音波受信部にて受信された超音波の音速を計算する計算部と、該計算部にて算出された超音波の音速と、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部とを有することを特徴とする。このような構成とすることで、同一の気体もしくは液体から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。   Next, the concentration measuring apparatus according to the present invention generates a temperature gradient in the gas or the liquid by cooling or heating the flowing part of the gas or the liquid and the flowing part of the gas or the liquid. At least one or more heat exchange units, at least two or more ultrasonic transmission units that transmit ultrasonic waves to locations where the temperature of the gas or the liquid is different, and the ultrasonic transmission unit are paired, At least two or more ultrasonic receiving units that receive ultrasonic waves transmitted from the sound wave transmitting unit, a calculating unit that calculates the sound velocity of the ultrasonic waves received by the ultrasonic receiving unit, and a calculation performed by the calculating unit And a storage unit that stores in advance a correlation between the speed of sound of the generated ultrasonic wave and the concentration of a specific component contained in the gas or the liquid. With such a configuration, a plurality of different measurement results can be quickly obtained from the same gas or liquid.

次に、本発明に係る濃度測定方法は、気体もしくは液体を流動させる工程と、流動している前記気体もしくは前記液体を冷却もしくは加熱することにより、前記気体もしくは前記液体に温度勾配を発生させる工程と、前記気体もしくは前記液体中の温度が異なる少なくとも２箇所以上に超音波を発信する超音波発信工程と、該超音波発信工程により発信されたそれぞれの超音波を受信する超音波受信工程と、該超音波受信工程にて受信されたそれぞれの超音波の音速を計算する計算工程と、該計算工程にて算出された少なくとも２値以上の超音波の音速を用いて、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程とを有することを特徴とする。このような濃度測定方法とすることで、同一の気体もしくは液体から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。   Next, the concentration measuring method according to the present invention includes a step of flowing a gas or a liquid, and a step of generating a temperature gradient in the gas or the liquid by cooling or heating the flowing gas or the liquid. And an ultrasonic wave transmitting step of transmitting ultrasonic waves to at least two or more different temperatures in the gas or the liquid, and an ultrasonic wave receiving step of receiving each ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmitting step, Using the calculation step of calculating the sound speed of each ultrasonic wave received in the ultrasonic wave reception step, and the sound speed of the ultrasonic wave of at least two values calculated in the calculation step, the gas or the liquid And a concentration detecting step for determining the concentration of the specific component contained therein. By using such a concentration measurement method, it is possible to quickly obtain a plurality of different measurement results from the same gas or liquid.

次に、本発明に係る燃料電池システムは、燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムであって、前記発電部に供給される燃料を流動させる流動部と、流動している前記燃料を冷却もしくは加熱することにより、前記燃料に温度勾配を発生させる熱交換部と、前記燃料中の温度の異なる箇所に超音波を発信する少なくとも２つ以上の超音波発信部と、該超音波発信部と対をなし、該超音波発信部から発信された超音波を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信部と、前記超音波受信部にて受信された超音波の音速を計算する計算部と、該計算部にて算出された超音波の音速と、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部とを有することを特徴とする。このような構成とすることで、同一の燃料から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。   Next, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air, a flow unit for flowing fuel supplied to the power generation unit, and a flow A heat exchanging unit that generates a temperature gradient in the fuel by cooling or heating the fuel, and at least two ultrasonic transmitting units that transmit ultrasonic waves to different locations in the fuel; , At least two ultrasonic receivers that are paired with the ultrasonic transmitter and receive the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter, and the speed of the ultrasonic waves received by the ultrasonic receiver. And a storage unit that stores in advance a correlation between the sound velocity of the ultrasonic wave calculated by the calculation unit and the concentration of the specific component contained in the fuel, To do. With such a configuration, it is possible to quickly obtain a plurality of different measurement results from the same fuel.

次に、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムの運転方法であって、前記発電部に供給される燃料を流動させる工程と、流動している前記燃料を冷却もしくは加熱することにより、前記燃料に温度勾配を発生させる工程と、前記燃料中の温度が異なる少なくとも２箇所以上に超音波を発信する超音波発信工程と、該超音波発信工程により発信されたそれぞれの超音波を受信する超音波受信工程と、該超音波受信工程にて受信されたそれぞれの超音波の音速を計算する計算工程と、該計算工程にて算出された少なくとも２値以上の超音波の音速を用いて、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程とを有することを特徴とする。このような運転方法とすることで、同一の燃料から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。   Next, an operation method of a fuel cell system according to the present invention is an operation method of a fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air, and flows fuel supplied to the power generation unit A step of generating a temperature gradient in the fuel by cooling or heating the flowing fuel, and an ultrasonic wave transmitting step of transmitting ultrasonic waves to at least two places having different temperatures in the fuel An ultrasonic reception step for receiving the respective ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic transmission step, a calculation step for calculating the speed of sound of each ultrasonic wave received in the ultrasonic reception step, and the calculation step And a concentration detection step of obtaining a concentration of a specific component contained in the fuel using at least the binary sound velocity calculated in (1). By adopting such an operation method, it is possible to quickly obtain a plurality of different measurement results from the same fuel.

本発明に係る濃度測定装置によれば、超音波受信部にて受信された超音波の受信信号を処理する計算部を有する構成としたことから、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度を、超音波の音速を用いることなく検出することが可能となる。つまり、気体もしくは液体中に発信された超音波の音速と、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するような気体もしくは液体であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になり、濃度をより正確に検出することが可能となる。   According to the concentration measuring apparatus according to the present invention, since the calculation unit that processes the ultrasonic reception signal received by the ultrasonic reception unit is provided, the concentration of a specific component contained in the gas or liquid is determined. It is possible to detect without using the speed of sound of ultrasonic waves. That is, in the relationship between the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted in the gas or liquid and the concentration of a specific component contained in the gas or liquid, a gas having a binary value corresponding to a single sound velocity. Or even if it is a liquid, it becomes possible to measure the density | concentration correctly and rapidly. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear, and the concentration can be detected more accurately.

本発明に係る濃度測定方法によれば、超音波受信工程にて受信された超音波の受信信号を処理する計算工程を有する濃度測定方法としたことから、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度を、超音波の音速を用いることなく検出することが可能となる。つまり、気体もしくは液体中に発信された超音波の音速と、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するような気体もしくは液体であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になり、濃度をより正確に検出することが可能となる。   According to the concentration measuring method according to the present invention, since the concentration measuring method has a calculation step of processing the ultrasonic reception signal received in the ultrasonic reception step, the specific component contained in the gas or liquid is obtained. The concentration can be detected without using the speed of sound of ultrasonic waves. That is, in the relationship between the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted in the gas or liquid and the concentration of a specific component contained in the gas or liquid, a gas having a binary value corresponding to a single sound velocity. Or even if it is a liquid, it becomes possible to measure the density | concentration correctly and rapidly. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear, and the concentration can be detected more accurately.

本発明に係る燃料電池システムによれば、超音波受信部にて受信された超音波の受信信号を処理する計算部を有する構成としたことから、燃料に含まれる特定の成分の濃度を、超音波の音速を用いることなく検出することが可能となる。つまり、燃料中に発信された超音波の音速と燃料に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するアルコール水溶液などの燃料であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になり、濃度をより正確に検出することが可能となる。   According to the fuel cell system of the present invention, since the calculation unit that processes the ultrasonic reception signal received by the ultrasonic reception unit is provided, the concentration of the specific component contained in the fuel It is possible to detect without using the speed of sound waves. In other words, in the relationship between the speed of sound of ultrasonic waves transmitted into the fuel and the concentration of a specific component contained in the fuel, the fuel is an alcohol aqueous solution or the like whose concentration of two or more values corresponds to one sound velocity. In addition, the concentration can be measured accurately and quickly. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear, and the concentration can be detected more accurately.

本発明に係る燃料電池システムの運転方法によれば、超音波受信工程にて受信された超音波の受信信号を処理する計算工程を有する運転方法としたことから、燃料に含まれる特定の成分の濃度を、超音波の音速を用いることなく検出することが可能となる。つまり、燃料中に発信された超音波の音速と燃料に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するアルコール水溶液などの燃料であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。また、受信された超音波の受信信号を処理することにより、受信された超音波の受信信号同士の差異が明確になり、濃度をより正確に検出することが可能となる。   According to the operation method of the fuel cell system according to the present invention, since the operation method includes the calculation process of processing the ultrasonic reception signal received in the ultrasonic reception process, the specific component contained in the fuel The concentration can be detected without using the speed of sound of ultrasonic waves. In other words, in the relationship between the speed of sound of ultrasonic waves transmitted into the fuel and the concentration of a specific component contained in the fuel, the fuel is an alcohol aqueous solution or the like whose concentration of two or more values corresponds to one sound velocity. In addition, the concentration can be measured accurately and quickly. Further, by processing the received ultrasonic reception signal, the difference between the received ultrasonic reception signals becomes clear, and the concentration can be detected more accurately.

本発明に係る濃度測定装置によれば、気体もしくは液体を流動させる流動部と、流動している気体もしくは液体を冷却もしくは加熱することにより、気体もしくは液体に温度勾配を発生させる少なくとも１つ以上の熱交換部と、気体もしくは液体中の温度が異なる箇所に超音波を発信する少なくとも２つ以上の超音波発信部と、超音波発信部と対をなし、超音波発信部から発信された超音波を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信部とを有する構成としたことから、同一の気体もしくは液体から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。したがって、気体もしくは液体中に発信された超音波の音速と、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するような気体もしくは液体であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。   According to the concentration measuring apparatus according to the present invention, at least one or more of generating a temperature gradient in the gas or liquid by cooling or heating the flowing gas or liquid and the fluidizing part that flows the gas or liquid. The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitting part, paired with the ultrasonic wave transmitting part and at least two ultrasonic wave transmitting parts that transmit ultrasonic waves to a location where the temperature in the gas or liquid is different. Therefore, it is possible to quickly obtain a plurality of different measurement results from the same gas or liquid. Therefore, in the relationship between the sound velocity of ultrasonic waves transmitted in a gas or liquid and the concentration of a specific component contained in the gas or liquid, a gas whose binary value or higher corresponds to a single sound velocity. Or even if it is a liquid, it becomes possible to measure the density | concentration correctly and rapidly.

本発明に係る濃度測定方法によれば、気体もしくは液体を流動させる工程と、流動している気体もしくは液体を冷却もしくは加熱することにより、気体もしくは液体に温度勾配を発生させる工程と、気体もしくは液体中の温度が異なる少なくとも２箇所以上に超音波を発信する超音波発信工程と、超音波発信工程により発信されたそれぞれの超音波を受信する超音波受信工程とを有する濃度測定方法としたことから、同一の気体もしくは液体から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。したがって、気体もしくは液体中に発信された超音波の音速と、気体もしくは液体に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するような気体もしくは液体であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。   According to the concentration measuring method of the present invention, the step of flowing a gas or liquid, the step of generating a temperature gradient in the gas or liquid by cooling or heating the flowing gas or liquid, and the gas or liquid Because the concentration measuring method has an ultrasonic wave transmitting step for transmitting ultrasonic waves to at least two places having different temperatures and an ultrasonic wave receiving step for receiving the respective ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic wave transmitting step. A plurality of different measurement results can be quickly obtained from the same gas or liquid. Therefore, in the relationship between the sound velocity of ultrasonic waves transmitted in a gas or liquid and the concentration of a specific component contained in the gas or liquid, a gas whose binary value or higher corresponds to a single sound velocity. Or even if it is a liquid, it becomes possible to measure the density | concentration correctly and rapidly.

本発明に係る燃料電池システムによれば、発電部に供給される燃料を流動させる流動部と、流動している燃料を冷却もしくは加熱することにより、燃料に温度勾配を発生させる熱交換部と、燃料中の温度の異なる箇所に超音波を発信する少なくとも２つ以上の超音波発信部と、超音波発信部と対をなし、超音波発信部から発信された超音波を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信部とを有する構成としたことから、同一の燃料から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。したがって、燃料に発信された超音波の音速と、燃料に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するアルコール水溶液のような燃料であっても、その濃度を正確かつ迅速に測定することが可能となる。   According to the fuel cell system according to the present invention, a fluid part that flows the fuel supplied to the power generation part, a heat exchange part that generates a temperature gradient in the fuel by cooling or heating the flowing fuel, At least two or more ultrasonic transmitters that transmit ultrasonic waves to different locations in the fuel and at least two ultrasonic transmitters that are paired with the ultrasonic transmitters and receive ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitters Therefore, it is possible to quickly obtain a plurality of different measurement results from the same fuel. Therefore, in the relationship between the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted to the fuel and the concentration of a specific component contained in the fuel, the fuel is an alcohol aqueous solution in which a concentration of two or more values corresponds to one sound velocity. However, the concentration can be measured accurately and quickly.

本発明に係る燃料電池システムの運転方法によれば、発電部に供給される燃料を流動させる工程と、流動している燃料を冷却もしくは加熱することにより、燃料に温度勾配を発生させる工程と、燃料中の温度が異なる少なくとも２箇所以上に超音波を発信する超音波発信工程と、超音波発信工程により発信されたそれぞれの超音波を受信する超音波受信工程とを有する運転方法としたことから、同一の燃料から複数の異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。したがって、燃料に発信された超音波の音速と、燃料に含まれる特定の成分の濃度との関係において、１値の音速に対して２値以上の濃度が対応するアルコール水溶液のような燃料であっても、その濃度を正確に測定することが可能となる。   According to the operation method of the fuel cell system according to the present invention, the step of flowing the fuel supplied to the power generation unit, the step of generating a temperature gradient in the fuel by cooling or heating the flowing fuel, Because it is an operation method having an ultrasonic wave transmitting step for transmitting ultrasonic waves to at least two or more places where the temperatures in the fuel are different, and an ultrasonic wave receiving step for receiving the respective ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic wave transmitting step. A plurality of different measurement results can be quickly obtained from the same fuel. Therefore, in the relationship between the sound velocity of the ultrasonic wave transmitted to the fuel and the concentration of a specific component contained in the fuel, the fuel is an alcohol aqueous solution in which a concentration of two or more values corresponds to one sound velocity. However, the concentration can be accurately measured.

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

図１は本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態を示す構成図である。図１に示した燃料電池システム３０は、燃料電池発電部３１に対して、メタノールと水を混合したメタノール水溶液を燃料として供給し、外部からの空気を取り込んで燃料中のメタノールと空気中の酸素を消費して発電を行うものである。また、図１において、実線の矢印はメタノール、燃料および空気の流れを示し、点線の矢印は制御信号もしくは情報の流れを示すものである。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system 30 shown in FIG. 1 supplies a methanol aqueous solution in which methanol and water are mixed to the fuel cell power generation unit 31 as fuel, takes in air from the outside, and methanol in the fuel and oxygen in the air To generate electricity. In FIG. 1, solid arrows indicate the flow of methanol, fuel, and air, and dotted arrows indicate the flow of control signals or information.

本実施形態に係る燃料電池システム３０は、燃料電池発電部３１、燃料循環系、空気処理系および制御系により構成されている。燃料循環系として燃料電池発電部３１、燃料タンク３３、燃料供給ポンプ３７、燃料混合器３２および燃料循環ポンプ３４を備えており、空気処理系として空気供給ポンプ３５、気液分離器３６および送液ポンプ３９を備えている。また、制御系として液面センサ３８、制御ユニット４０および後述する濃度測定装置１を備えており、濃度測定装置１は、超音波センサ２、温度センサ１１および制御ユニット４０に内蔵されている計算機９と記憶装置１０からなる。   The fuel cell system 30 according to this embodiment includes a fuel cell power generation unit 31, a fuel circulation system, an air treatment system, and a control system. A fuel cell power generation unit 31, a fuel tank 33, a fuel supply pump 37, a fuel mixer 32, and a fuel circulation pump 34 are provided as a fuel circulation system, and an air supply pump 35, a gas-liquid separator 36, and a liquid feed as an air treatment system. A pump 39 is provided. Further, a liquid level sensor 38, a control unit 40, and a concentration measuring device 1 to be described later are provided as a control system. The concentration measuring device 1 is a computer 9 built in the ultrasonic sensor 2, the temperature sensor 11 and the control unit 40. And the storage device 10.

図２は、燃料混合器３２に取り付けられた濃度測定装置１の概略説明図である。圧電セラミックスなどの圧電素子からなる超音波トランスデューサ３と、超音波トランスデューサ３と対面して設けられた反射板４とを備える一般的な超音波センサ２が、超音波センサ２の上部に設けられたフランジ５を介して締結部材６によって燃料混合器３２に取り付けられている。また、超音波トランスデューサ３と反射板４は燃料中に浸水しており、この超音波トランスデューサ３から発信された超音波は、反射板４により反射され、受信超音波となって超音波トランスデューサ３に受信される。つまり、超音波発信部が超音波受信部を兼ねる構成となっている。   FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of the concentration measuring device 1 attached to the fuel mixer 32. A general ultrasonic sensor 2 including an ultrasonic transducer 3 made of a piezoelectric element such as piezoelectric ceramic and a reflection plate 4 provided so as to face the ultrasonic transducer 3 is provided above the ultrasonic sensor 2. It is attached to the fuel mixer 32 by the fastening member 6 through the flange 5. Further, the ultrasonic transducer 3 and the reflection plate 4 are immersed in the fuel, and the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transducer 3 are reflected by the reflection plate 4 and become reception ultrasonic waves to the ultrasonic transducer 3. Received. That is, the ultrasonic transmission unit also serves as the ultrasonic reception unit.

超音波センサ２から伸びている配線７は制御ユニット４０に接続されており、超音波センサ２による測定結果と、超音波センサ２に一体に設けられた温度センサ１１による測定結果を制御ユニット４０に伝送できるようになっている。この温度センサ１１は、熱電対やサーミスタを用いることができる。また、温度センサ１１は、超音波トランスデューサ３の近傍の温度を測定できるのならば、超音波センサ２と一体である必要はない。   The wiring 7 extending from the ultrasonic sensor 2 is connected to the control unit 40, and the measurement result by the ultrasonic sensor 2 and the measurement result by the temperature sensor 11 provided integrally with the ultrasonic sensor 2 are sent to the control unit 40. It can be transmitted. The temperature sensor 11 can be a thermocouple or a thermistor. Further, the temperature sensor 11 does not need to be integrated with the ultrasonic sensor 2 as long as the temperature in the vicinity of the ultrasonic transducer 3 can be measured.

制御ユニット４０は上述したように、計算部である計算機９と、記憶部である記憶装置１０を備えている。計算機９は、受信超音波強度の積分をはじめとするメタノール濃度を検出するための各種演算を行う。また、記憶装置１０には、メタノール濃度と温度が既知である試験サンプルにおける受信超音波強度の積分値と、積分時間と、メタノール濃度との相関関係が、検量データとして予め記憶されている。この検量データは、燃料混合器３２に滞留している燃料から測定されるであろうメタノール濃度と温度の範囲を十分に含んでおり、温度センサ１１にて測定された燃料の温度と、計算機９にて算出された受信超音波強度の積分値を用いて燃料のメタノール濃度を求めることができるようになっている。   As described above, the control unit 40 includes the computer 9 as a calculation unit and the storage device 10 as a storage unit. The calculator 9 performs various calculations for detecting the methanol concentration, including integration of the received ultrasonic intensity. Further, the storage device 10 stores in advance, as calibration data, the correlation between the integrated value of the received ultrasonic intensity, the integration time, and the methanol concentration in a test sample whose methanol concentration and temperature are known. This calibration data sufficiently includes the range of methanol concentration and temperature that would be measured from the fuel staying in the fuel mixer 32. The temperature of the fuel measured by the temperature sensor 11 and the computer 9 The methanol concentration of the fuel can be obtained using the integrated value of the received ultrasonic intensity calculated in step (1).

このように、濃度測定装置１および燃料電池システム３０は、受信超音波強度の積分を行う計算機９を備えることにより、超音波の音速を用いることなく燃料のメタノール濃度を検出することが可能となっている。特に、メタノール水溶液のメタノール濃度を正確に検出するには超音波の音速が２値必要であるが、受信超音波強度を用いれば、メタノール濃度を１値で正確かつ迅速に検出することが可能である。また、受信超音波強度を積分することにより、受信超音波強度同士の差異が明確になり、メタノール濃度をより正確に検出することが可能となる。   As described above, the concentration measuring apparatus 1 and the fuel cell system 30 include the computer 9 that integrates the received ultrasonic intensity, and thus can detect the methanol concentration of the fuel without using the ultrasonic velocity. ing. In particular, to detect the methanol concentration of the methanol aqueous solution accurately, the sound velocity of the ultrasonic wave requires two values. However, if the received ultrasonic wave intensity is used, the methanol concentration can be detected accurately and quickly with a single value. is there. Further, by integrating the received ultrasonic intensity, the difference between the received ultrasonic intensities becomes clear and the methanol concentration can be detected more accurately.

図３は、超音波センサ２を用いた濃度測定装置１のブロック図である。濃度測定装置１は、超音波トランスデューサ駆動用パルスを出力するパルス回路２１と、電気音響変換により電気信号と超音波を相互変換する超音波トランスデューサ３と、超音波トランスデューサ３が受信した超音波を十分な振幅の受信信号に増幅する増幅回路２３と、上述した計算機９、記憶装置１０および温度センサ１１を備えている。なお、これらパルス回路２１と増幅回路２３は、超音波センサ２に内蔵されている。   FIG. 3 is a block diagram of the concentration measuring apparatus 1 using the ultrasonic sensor 2. The concentration measuring apparatus 1 has a pulse circuit 21 that outputs a pulse for driving an ultrasonic transducer, an ultrasonic transducer 3 that mutually converts an electric signal and an ultrasonic wave by electroacoustic conversion, and an ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer 3 sufficiently. The amplifier circuit 23 amplifies the received signal with a large amplitude, the computer 9, the storage device 10, and the temperature sensor 11 described above. The pulse circuit 21 and the amplifier circuit 23 are built in the ultrasonic sensor 2.

また、制御ユニット４０は、燃料のメタノール濃度に基づいて燃料供給ポンプ３７に対して制御信号を送出し、燃料タンク３２から燃料混合器３２に対して供給されるメタノールの吐出量を調整する。燃料供給ポンプ３７に対して送出する制御信号は、燃料のメタノール濃度と、燃料タンク３３に貯蔵されているメタノールの濃度とから演算によって求める。この制御信号は、燃料のメタノール濃度に対応した高濃度メタノールの混合量を予めデータとして蓄積しておき、制御信号で混合量を指示するものである。また、制御ユニット４０は、燃料循環ポンプ３４と空気供給ポンプ３５とに制御信号を送り、燃料電池発電部３１の発電量をコントロールすることもできる。   The control unit 40 sends a control signal to the fuel supply pump 37 based on the methanol concentration of the fuel, and adjusts the discharge amount of methanol supplied from the fuel tank 32 to the fuel mixer 32. The control signal sent to the fuel supply pump 37 is obtained by calculation from the methanol concentration of fuel and the concentration of methanol stored in the fuel tank 33. In this control signal, a mixing amount of high-concentration methanol corresponding to the methanol concentration of fuel is accumulated as data in advance, and the mixing amount is indicated by the control signal. The control unit 40 can also send a control signal to the fuel circulation pump 34 and the air supply pump 35 to control the power generation amount of the fuel cell power generation unit 31.

燃料電池発電部３１は、パーフルオロスルホン酸などの高分子電解質膜を集電体で挟み込んだ接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）のアノード側にメタノールが供給され、カソード側に酸素が供給されることで発電反応が行われるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。もしくは、接合体を積層したスタックセル構造であってもよい。燃料電池発電部１で発電反応によって生じた電力は、燃料電池発電部３１に接続された負荷（図示せず）に対して供給されて消費される。   In the fuel cell power generation unit 31, methanol is supplied to the anode side of a joined body (MEA: Membrane Electrode Assembly) in which a polymer electrolyte membrane such as perfluorosulfonic acid is sandwiched between current collectors, and oxygen is supplied to the cathode side. This is a direct methanol fuel cell (DMFC) in which a power generation reaction is performed. Alternatively, a stacked cell structure in which bonded bodies are stacked may be used. The electric power generated by the power generation reaction in the fuel cell power generation unit 1 is supplied to and consumed by a load (not shown) connected to the fuel cell power generation unit 31.

燃料タンク３３は、燃料電池発電部３１で発電に用いられるメタノールを貯蔵しておき、燃料混合器３２に対してメタノールを供給する容器である。燃料タンク３３に貯蔵するメタノールの濃度はエネルギー密度を向上させるために純粋なメタノールであることが望ましいが、水と混合されたメタノール水溶液であっても構わない。   The fuel tank 33 is a container that stores methanol used for power generation in the fuel cell power generation unit 31 and supplies methanol to the fuel mixer 32. The concentration of methanol stored in the fuel tank 33 is preferably pure methanol in order to improve the energy density, but may be an aqueous methanol solution mixed with water.

燃料タンク３３と燃料混合器３２との間には、燃料供給ポンプ３７が接続されており、燃料供給ポンプ３７の圧送能力によってメタノールを燃料混合器３２に対して供給することが可能となっている。また、燃料供給ポンプ３７は、制御ユニット４０によってメタノールの流量が調整される。   A fuel supply pump 37 is connected between the fuel tank 33 and the fuel mixer 32, and methanol can be supplied to the fuel mixer 32 by the pressure feeding capability of the fuel supply pump 37. . In addition, the fuel supply pump 37 has its methanol flow rate adjusted by the control unit 40.

燃料混合器３２は、燃料電池発電部３１で発電に用いられた燃料を受け取るとともに、気液分離器３６で回収した水を受け取る。また、燃料混合器３２は、発電に用いられてメタノール濃度が低下した燃料に対し、燃料タンク３３から受け取ったメタノールを加えることにより、適当なメタノール濃度に再調整する。   The fuel mixer 32 receives the fuel used for power generation by the fuel cell power generation unit 31 and also receives the water collected by the gas-liquid separator 36. In addition, the fuel mixer 32 re-adjusts the fuel concentration to an appropriate methanol concentration by adding methanol received from the fuel tank 33 to the fuel having a reduced methanol concentration used for power generation.

また、燃料混合器３２は上述したように、濃度測定装置の構成要素である超音波センサ２と温度センサ１１が取り付けられている、燃料混合器３２に滞留している燃料のメタノール濃度を検出できるようになっている。   Further, as described above, the fuel mixer 32 can detect the methanol concentration of the fuel staying in the fuel mixer 32 to which the ultrasonic sensor 2 and the temperature sensor 11 which are components of the concentration measuring device are attached. It is like that.

液面センサ３８は、燃料混合器３２に滞留している燃料の量を測定する装置である。例えば、二枚の電極板が対向するように燃料混合器３２の内壁に一枚ずつ電極板を配置し、電極間の電気容量を測定することで、電極板のどの位置まで液体が到達しているかを測定する電気容量測定装置などを用いることができる。また、液面センサ３８は、測定した情報を制御ユニット４０に伝達する。燃料の量を測定するセンサとしては、液面センサ３８の代わりに、燃料混合器３２の重さを測定する重量計や、燃料混合器３２に流入する燃料の量と、流出する燃料の量とを積算して滞留する燃料の量を算出する積算計などを用いるとしても良い。また、燃料循環ポンプ３４は、燃料混合器３２で混合された燃料を燃料電池発電部３１のアノード側集電体に送出する。   The liquid level sensor 38 is a device that measures the amount of fuel remaining in the fuel mixer 32. For example, by placing electrode plates one by one on the inner wall of the fuel mixer 32 so that the two electrode plates face each other, and measuring the electric capacity between the electrodes, the liquid can reach any position on the electrode plate. An electric capacity measuring device for measuring whether or not there is any can be used. Further, the liquid level sensor 38 transmits the measured information to the control unit 40. As a sensor for measuring the amount of fuel, instead of the liquid level sensor 38, a weigh scale for measuring the weight of the fuel mixer 32, the amount of fuel flowing into the fuel mixer 32, and the amount of fuel flowing out It is also possible to use an accumulator or the like that calculates the amount of fuel that stays by accumulating. Further, the fuel circulation pump 34 sends the fuel mixed by the fuel mixer 32 to the anode-side current collector of the fuel cell power generation unit 31.

空気供給ポンプ３５は、燃料電池システムの外部に存在する空気を取り込み、取り込んだ空気を燃料電池発電部３１のカソード側集電体に供給するための空気供給装置である。燃料電池発電部３１が発電に用いる酸素量を十分に供給することが可能であれば、空気供給ポンプ３５は必ずしも必要ではなく、空気取り入れ口を開口して空気の取り入れを行う構成としても良い。   The air supply pump 35 is an air supply device that takes in air existing outside the fuel cell system and supplies the taken air to the cathode-side current collector of the fuel cell power generation unit 31. If the fuel cell power generation unit 31 can sufficiently supply the amount of oxygen used for power generation, the air supply pump 35 is not necessarily required, and an air intake port may be opened to take in air.

気液分離器３６は、燃料電池発電部３１から流れてきた空気と水からなる気液二相流を空気と水とに分離する装置である。例えば、遠心力によって気体と液体を分離するサイクロン式や、ラジエータなどの凝縮部を有する気液分離器を用いることができる。気液分離器３６で分離された水は、気液分離器３６の内部に滞留した後に、送液ポンプ３９が燃料混合器３２へ送り出すことで燃料の調整に利用される。また、気液分離器３６で分離された空気は燃料電池システムの外部に放出される。   The gas-liquid separator 36 is a device that separates a gas-liquid two-phase flow composed of air and water flowing from the fuel cell power generation unit 31 into air and water. For example, a cyclone type that separates gas and liquid by centrifugal force, or a gas-liquid separator having a condensing part such as a radiator can be used. The water separated by the gas-liquid separator 36 stays inside the gas-liquid separator 36, and then is sent to the fuel mixer 32 by the liquid feed pump 39 to be used for fuel adjustment. Further, the air separated by the gas-liquid separator 36 is released to the outside of the fuel cell system.

以上のように構成される燃料電池システム３０の運転方法を以下に説明する。   A method of operating the fuel cell system 30 configured as described above will be described below.

まず最初に、温度センサ１１が燃料の温度を計算機９に出力すると同時に、超音波センサ２が以下のように、燃料混合器３２に滞留している燃料中にて超音波の発信および受信を行う。パルス回路２１が超音波トランスデューサ駆動用パルスを出力すると、超音波トランスデューサ駆動用パルスを受けた超音波トランスデューサ３が燃料中に超音波を発信する。燃料中に発信された超音波は、反射板４により反射され、超音波トランスデューサ３に受信される。受信超音波の受信信号は、増幅回路２３により増幅され、計算機９に出力される。また、超音波トランスデューサ駆動用パルスの周波数と、増幅回路２３による増幅率は、記憶装置１０に予め記憶されている検量データを作成した際の周波数および増幅率と同一の値である。   First, the temperature sensor 11 outputs the temperature of the fuel to the computer 9, and at the same time, the ultrasonic sensor 2 transmits and receives ultrasonic waves in the fuel staying in the fuel mixer 32 as follows. . When the pulse circuit 21 outputs an ultrasonic transducer driving pulse, the ultrasonic transducer 3 that has received the ultrasonic transducer driving pulse transmits ultrasonic waves into the fuel. The ultrasonic wave transmitted into the fuel is reflected by the reflecting plate 4 and received by the ultrasonic transducer 3. The reception signal of the reception ultrasonic wave is amplified by the amplification circuit 23 and output to the computer 9. Further, the frequency of the ultrasonic transducer driving pulse and the amplification factor by the amplifier circuit 23 are the same values as the frequency and amplification factor when the calibration data stored in advance in the storage device 10 is created.

次に、計算機９が、受信信号である受信超音波強度に対して所定の時間分だけ積分を行う。つづいて、計算機９が、記憶装置１０に予め記憶されている検量データを読み込み、測定された温度と、算出された積分値とを検量データにあてはめることにより、メタノール濃度の検出が行われる。   Next, the computer 9 performs integration for a predetermined time with respect to the received ultrasonic intensity that is the received signal. Subsequently, the calculator 9 reads the calibration data stored in advance in the storage device 10 and applies the measured temperature and the calculated integral value to the calibration data, thereby detecting the methanol concentration.

以上のような濃度測定方法による測定結果を以下に例示する。図４および図５に、燃料中に所定の強度で発信した超音波の受信超音波の波形を例示する。図４は、３０℃のメタノール水溶液における受信超音波強度を、横軸を測定時間として時系列に表したグラフである。図５は、６０℃のメタノール水溶液における受信超音波強度を、図４と同様に横軸を測定時間として時系列に表したグラフである。   The measurement result by the above concentration measuring methods is illustrated below. FIG. 4 and FIG. 5 exemplify waveforms of received ultrasonic waves of ultrasonic waves transmitted with a predetermined intensity in the fuel. FIG. 4 is a graph showing the received ultrasonic intensity in a methanol aqueous solution at 30 ° C. in time series with the horizontal axis as the measurement time. FIG. 5 is a graph showing the received ultrasonic intensity in a 60 ° C. aqueous methanol solution in chronological order with the horizontal axis as the measurement time, as in FIG.

図４のグラフと図５のグラフそれぞれから、受信超音波強度はメタノール濃度の影響を受けていることが分かる。また、図４のグラフと図５のグラフにおいて、同一のメタノール濃度における受信超音波強度を比較することにより、受信超音波強度は燃料の温度の影響も受けていることが分かる。つまり、燃料の温度と受信超音波強度を測定すれば、超音波の音速を２回測定することなく、正確かつ迅速に燃料のメタノール濃度を検出することが可能である。   It can be seen from the graphs of FIGS. 4 and 5 that the received ultrasonic intensity is affected by the methanol concentration. Further, comparing the received ultrasonic intensity at the same methanol concentration in the graph of FIG. 4 and the graph of FIG. 5, it can be seen that the received ultrasonic intensity is also affected by the temperature of the fuel. That is, if the temperature of the fuel and the received ultrasonic intensity are measured, it is possible to detect the methanol concentration of the fuel accurately and quickly without measuring the ultrasonic velocity twice.

例えば、温度とメタノール濃度が既知である燃料中に発信した超音波の受信超音波強度の最大値を所定の温度ごとに検量データとして記憶装置１０に記憶させておき、温度が既知でメタノール濃度が未知である燃料における受信超音波強度の最大値をこの検量データにあてはめれば、メタノール濃度が未知である燃料のメタノール濃度を検出することができる。   For example, the maximum value of the received ultrasonic intensity of the ultrasonic wave transmitted into the fuel whose temperature and methanol concentration are known is stored in the storage device 10 as calibration data for each predetermined temperature, and the temperature is known and the methanol concentration is If the maximum value of the received ultrasonic intensity in the unknown fuel is applied to the calibration data, the methanol concentration of the fuel whose methanol concentration is unknown can be detected.

しかしながら、図４のグラフにおける０ｍｏｌ％と１ｍｏｌ％の受信超音波強度の比較からも分かるように、受信超音波強度に明確な差異が出ない場合もある。このような場合は、受信超音波強度を積分することで、その差異を明確にすることが可能である。図４および図５に示した受信超音波強度を所定の時間だけ積分したグラフを図６および図７に示す。図６のグラフおよび図７のグラフから分かるように、受信超音波強度の積分値は、メタノール濃度が受信超音波強度に与える影響をより明確に表し、より正確なメタノール濃度の検出を可能とする。例えば、濃度が未知で温度が３０℃の燃料における受信超音波強度を０．００００１秒間だけ積分した積分値が４０５であり、図６のグラフが記憶装置１０に記憶されている検量データであるならば、濃度が未知である燃料のメタノール濃度は１ｍｏｌ％であることが容易に分かる。   However, as can be seen from the comparison of the received ultrasonic intensity of 0 mol% and 1 mol% in the graph of FIG. 4, there may be no clear difference in the received ultrasonic intensity. In such a case, the difference can be clarified by integrating the received ultrasonic intensity. Graphs obtained by integrating the received ultrasonic intensity shown in FIGS. 4 and 5 for a predetermined time are shown in FIGS. As can be seen from the graph of FIG. 6 and the graph of FIG. 7, the integrated value of the received ultrasonic intensity more clearly represents the influence of the methanol concentration on the received ultrasonic intensity, and enables more accurate detection of the methanol concentration. . For example, if the integrated value obtained by integrating the received ultrasonic intensity in the fuel whose concentration is unknown and the temperature is 30 ° C. for 0.00001 second is 405, and the graph of FIG. 6 is the calibration data stored in the storage device 10. For example, it is easily understood that the methanol concentration of the fuel whose concentration is unknown is 1 mol%.

次に、制御ユニット４０は、検出されたメタノール濃度に基づいて制御信号を燃料供給ポンプ３７に送信し、燃料タンク３３から燃料混合器３２にメタノールを送液する。そして、メタノールと低濃度の燃料が混合することにより、燃料混合器３２内の燃料は適当なメタノール濃度の燃料となる。   Next, the control unit 40 transmits a control signal to the fuel supply pump 37 based on the detected methanol concentration, and sends methanol from the fuel tank 33 to the fuel mixer 32. Then, by mixing the methanol and the low concentration fuel, the fuel in the fuel mixer 32 becomes an appropriate methanol concentration fuel.

適当なメタノール濃度となった燃料は、燃料循環ポンプ３２により燃料発電部３１に送られる。一方、酸化剤である空気は、空気供給ポンプ３５により外気から燃料電池発電部３１に供給される。なお、受信超音波強度の測定から燃料の供給までを構成要素毎に段階的に説明したが、実際には、これら一連の手順は各構成要素において絶え間なく連続的に行われている。   The fuel having an appropriate methanol concentration is sent to the fuel power generation unit 31 by the fuel circulation pump 32. On the other hand, air as an oxidant is supplied from the outside air to the fuel cell power generation unit 31 by the air supply pump 35. Although the steps from the measurement of the received ultrasonic intensity to the fuel supply have been described step by step for each component, in practice, these series of procedures are continuously performed continuously in each component.

燃料電池発電部３１に供給された燃料は内部流路を経てアノードに供給され、また、燃料電池発電部３１に供給された空気は、燃料とは別の内部流路を経てカソードに供給される。すると上述したように、燃料電池発電部３１にて発電反応が行われると同時に、アノード側に二酸化炭素、カソード側に水が発生する。   The fuel supplied to the fuel cell power generation unit 31 is supplied to the anode via an internal flow path, and the air supplied to the fuel cell power generation unit 31 is supplied to the cathode via an internal flow path different from the fuel. . Then, as described above, at the same time as the power generation reaction is performed in the fuel cell power generation unit 31, carbon dioxide is generated on the anode side and water is generated on the cathode side.

最後に、アノードに供給された燃料は、メタノールが一部消費されて燃料電池発電部３１から排出される。排出された燃料は、上述したように燃料混合器３２にて適当なメタノール濃度に再調整される。一方、燃料電池発電部３１から排出された空気と水は、気液分離器３６にて空気と水とに分離された後、水は燃料混合器３２に送られ、空気は燃料電池システムの外部に放出される。   Finally, part of the methanol supplied to the anode is consumed and discharged from the fuel cell power generation unit 31. The discharged fuel is readjusted to an appropriate methanol concentration in the fuel mixer 32 as described above. On the other hand, the air and water discharged from the fuel cell power generation unit 31 are separated into air and water by the gas-liquid separator 36, and then the water is sent to the fuel mixer 32, where the air is outside the fuel cell system. To be released.

以上、本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態について説明した。なお、燃料のメタノール濃度の測定に用いた濃度測定装置１の適用は、燃料電池システムに限られるものではない。   Heretofore, the first embodiment of the fuel cell system according to the present invention has been described. The application of the concentration measuring device 1 used for measuring the methanol concentration of fuel is not limited to the fuel cell system.

図８は本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態を示す構成図である。図８に示した燃料電池システム３０ｂは、燃料電池発電部３１ｂに対して、メタノールと水を混合したメタノール水溶液を燃料として供給し、外部からの空気を取り込んで燃料中のメタノールと空気中の酸素を消費して発電を行うものである。また、図１１において、実線の矢印はメタノール、燃料および空気の流れを示し、点線の矢印は制御信号もしくは情報の流れを示すものである。   FIG. 8 is a configuration diagram showing a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system 30b shown in FIG. 8 supplies a methanol aqueous solution in which methanol and water are mixed as fuel to the fuel cell power generation unit 31b, takes in air from the outside, and methanol in the fuel and oxygen in the air To generate electricity. In FIG. 11, solid arrows indicate the flow of methanol, fuel, and air, and dotted arrows indicate the flow of control signals or information.

本実施形態に係る燃料電池システム３０ｂは、燃料電池発電部３１ｂ、燃料循環系、空気処理系および制御系より構成されている。燃料循環系として燃料電池発電部３１ｂ、燃料タンク３３ｂ、燃料供給ポンプ３７ｂ、燃料混合器３２ｂおよび燃料循環ポンプ３４ｂを備えており、空気処理系として空気供給ポンプ３５ｂ、気液分離器３６ｂおよび送液ポンプ３９ｂを備えている。また、制御系として液面センサ３８ｂ、制御ユニット４０ｂおよび濃度測定装置１ｂを備えており、濃度測定装置１ｂは、燃料循環ポンプ３４ｂ、超音波センサ４ｂ、４ｃ温度センサ１１ｂ、１１ｃ、燃料混合器に設けられている熱交換部４１および制御ユニット４０に内蔵されている計算機９ｂと記憶装置１０ｂからなる。   The fuel cell system 30b according to this embodiment includes a fuel cell power generation unit 31b, a fuel circulation system, an air treatment system, and a control system. A fuel cell power generation unit 31b, a fuel tank 33b, a fuel supply pump 37b, a fuel mixer 32b, and a fuel circulation pump 34b are provided as a fuel circulation system, and an air supply pump 35b, a gas-liquid separator 36b, and a liquid supply are provided as an air treatment system. A pump 39b is provided. Further, a liquid level sensor 38b, a control unit 40b, and a concentration measuring device 1b are provided as a control system. The concentration measuring device 1b includes a fuel circulation pump 34b, ultrasonic sensors 4b, 4c, temperature sensors 11b, 11c, and a fuel mixer. It comprises a computer 9b and a storage device 10b built in the heat exchange section 41 and the control unit 40 provided.

図９は、燃料混合器３２ｂに取り付けられた濃度測定装置１ｂの概略説明図である。圧電セラミックスなどの圧電素子からなる超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃと、超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃと対面して設けられた反射板４ｂ、４ｃとを備える一般的な超音波センサ２ｂ、２ｃが、超音波センサ２ｂ、２ｃの上部に設けられたフランジ５ｂ、５ｃを介して締結部材６ｂ、６ｃによって燃料混合器３２ｂに取り付けられている。また、超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃと反射板４ｂ、４ｃは燃料中に浸水していおり、この超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃから発信された超音波は、反射板４ｂ、４ｃにより反射され、受信超音波となって超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃに受信される。つまり、超音波発信部が超音波受信部を兼ねる構成となっている。   FIG. 9 is a schematic explanatory diagram of the concentration measuring device 1b attached to the fuel mixer 32b. General ultrasonic sensors 2b and 2c including ultrasonic transducers 3b and 3c made of piezoelectric elements such as piezoelectric ceramics and reflecting plates 4b and 4c provided facing the ultrasonic transducers 3b and 3c are ultrasonic waves. It is attached to the fuel mixer 32b by fastening members 6b and 6c via flanges 5b and 5c provided on the upper portions of the sensors 2b and 2c. Further, the ultrasonic transducers 3b and 3c and the reflection plates 4b and 4c are immersed in the fuel, and the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transducers 3b and 3c are reflected by the reflection plates 4b and 4c, and receive ultrasonic waves. And received by the ultrasonic transducers 3b and 3c. That is, the ultrasonic transmission unit also serves as the ultrasonic reception unit.

燃料混合器３２ｂは流動部である燃料循環ポンプ３４ｂと接続されているため、燃料混合器３２ｂ内の燃料は流動した状態となっている。また、燃料混合器３２ｂには熱交換部４１が設けられており、燃料の流れの上流から下流にかけて温度勾配が発生するようになっている。超音波センサ２ｂを熱交換部４１より上流側に取り付け、超音波センサ２ｃを熱交換部４１より下流側に取り付けることにより、超音波センサ２ｂ、２ｃおよび熱交換部４１は、燃料の流れ方向に対して直列になるように配置されている。このように配置することで、１つの測定対象から２つの異なる測定結果を迅速に得ることが可能となる。また、熱交換部４１は放熱板や伝熱管を用いることができる。   Since the fuel mixer 32b is connected to the fuel circulation pump 34b which is a fluidizing part, the fuel in the fuel mixer 32b is in a fluid state. The fuel mixer 32b is provided with a heat exchanging portion 41 so that a temperature gradient is generated from upstream to downstream of the fuel flow. By attaching the ultrasonic sensor 2b to the upstream side from the heat exchanging part 41 and attaching the ultrasonic sensor 2c to the downstream side from the heat exchanging part 41, the ultrasonic sensors 2b, 2c and the heat exchanging part 41 are in the fuel flow direction. In contrast, they are arranged in series. By arranging in this way, it is possible to quickly obtain two different measurement results from one measurement object. The heat exchanging part 41 can use a heat radiating plate or a heat transfer tube.

超音波センサ２ｂ、２ｃから伸びている配線７ｂ、７ｃは制御ユニット４０に接続されており、超音波センサ２ｂ、２ｃの測定結果と、超音波センサ２ｂ、２ｃに一体に設けられた温度センサ１１ｂ、１１ｃの測定結果を情報処理部８ｂに伝送できるようになっている。この温度センサ１１ｂ、１１ｃは、熱電対やサーミスタを用いることができる。また、温度センサ１１ｂ、１１ｃは、超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃの近傍の温度を測定できるのならば、超音波センサ２ｂ、２ｃと一体である必要はない。   The wirings 7b and 7c extending from the ultrasonic sensors 2b and 2c are connected to the control unit 40, and the measurement results of the ultrasonic sensors 2b and 2c and the temperature sensor 11b provided integrally with the ultrasonic sensors 2b and 2c. , 11c can be transmitted to the information processing unit 8b. The temperature sensors 11b and 11c can use thermocouples or thermistors. The temperature sensors 11b and 11c do not need to be integrated with the ultrasonic sensors 2b and 2c as long as they can measure the temperature in the vicinity of the ultrasonic transducers 3b and 3c.

制御ユニット４０ｂは上述したように、計算部である計算機９ｂと記憶部である記憶装置１０ｂを備えている。計算機９ｂは、超音波の音速の算出をはじめとするメタノール濃度を検出するための各種演算を行う。また、記憶装置１０ｂには、また、メタノール濃度と温度が既知である試験サンプルにおける超音波の音速と、温度と、メタノール濃度との相関関係が、検量データとして予め記憶されている。この検量データは、燃料混合器３２ｂに滞留している燃料から測定されるであろうメタノール濃度と温度の範囲を十分に含んでおり、温度センサ１１ｂ、１１ｃにて測定された燃料の温度と、計算機９ｂにて算出された超音波の音速を用いて燃料のメタノール濃度を求めることができるようになっている。したがって、燃料電池システム３０ｂおよび濃度測定装置１ｂは、同一の燃料から得た２つの異なる音速値を用いて、燃料のメタノール濃度を正確かつ迅速に検出することが可能となる。   As described above, the control unit 40b includes the computer 9b as a calculation unit and the storage device 10b as a storage unit. The computer 9b performs various calculations for detecting the methanol concentration, including the calculation of the speed of sound of ultrasonic waves. In addition, the storage device 10b stores in advance, as calibration data, the correlation between the ultrasonic sound velocity, the temperature, and the methanol concentration in a test sample whose methanol concentration and temperature are known. This calibration data sufficiently includes the range of methanol concentration and temperature that would be measured from the fuel remaining in the fuel mixer 32b, and the temperature of the fuel measured by the temperature sensors 11b and 11c, The methanol concentration of the fuel can be obtained using the speed of sound of the ultrasonic wave calculated by the computer 9b. Therefore, the fuel cell system 30b and the concentration measuring device 1b can accurately and quickly detect the methanol concentration of the fuel using two different sound velocity values obtained from the same fuel.

図１０は、超音波センサ２ｂ、２ｃを用いた濃度測定装置１ｂのブロック図である。濃度測定装置１ｂは、時間測定スタート信号を出力してから受信信号が入力されるまでの時間を測定するカウンタ回路２２ｂ、２２ｃと、カウンタ回路２２ｂ、２２ｃから時間測定スタート信号を受けて超音波トランスデューサ駆動用パルスを出力するパルス回路２１ｂ、２１ｃと、電気音響変換により電気信号と超音波を相互変換する超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃと、超音波トランスデューサ３ｂ、３ｃが受信した超音波を十分な振幅の受信信号に増幅する増幅回路２３ｂ、２３ｃと、上述した計算機９ｂ、記憶装置１０ｂおよび温度センサ１１ｂを備えている。なお、パルス回路２１ｂ、カウンタ回路２２ｂおよび増幅回路２３ｂは、超音波センサ２ｂに内蔵されており、パルス回路２１ｃ、カウンタ回路２２ｃおよび増幅回路２３ｃは、超音波センサ２ｃに内蔵されている。   FIG. 10 is a block diagram of the concentration measuring apparatus 1b using the ultrasonic sensors 2b and 2c. The concentration measurement apparatus 1b receives the time measurement start signal from the counter circuits 22b and 22c and the counter circuits 22b and 22c that measure the time from when the time measurement start signal is output to when the reception signal is input. Pulse circuits 21b and 21c that output driving pulses, ultrasonic transducers 3b and 3c that mutually convert electrical signals and ultrasonic waves by electroacoustic conversion, and ultrasonic waves received by the ultrasonic transducers 3b and 3c have sufficient amplitude. Amplifying circuits 23b and 23c for amplifying the received signal, and the computer 9b, the storage device 10b, and the temperature sensor 11b described above are provided. The pulse circuit 21b, the counter circuit 22b, and the amplification circuit 23b are built in the ultrasonic sensor 2b, and the pulse circuit 21c, the counter circuit 22c, and the amplification circuit 23c are built in the ultrasonic sensor 2c.

また、制御ユニット４０ｂは、燃料のメタノール濃度に基づいて燃料供給ポンプ３７ｂに対して制御信号を送出し、燃料タンク３２ｂから燃料混合器３２ｂに対して供給されるメタノールの吐出量を調整する。燃料供給ポンプ３７ｂに対して送出する制御信号は、燃料のメタノール濃度と、燃料タンク３３ｂに貯蔵されているメタノールの濃度とから演算によって求める。この制御信号は、燃料のメタノール濃度に対応した高濃度メタノールの混合量を予めデータとして蓄積しておき、制御信号で混合量を指示するものである。また、制御ユニット４０ｂは、燃料循環ポンプ３４ｂと空気供給ポンプ３５ｂとに制御信号を送り、燃料電池発電部３１ｂの発電量をコントロールすることもできる。   Further, the control unit 40b sends a control signal to the fuel supply pump 37b based on the methanol concentration of the fuel, and adjusts the discharge amount of methanol supplied from the fuel tank 32b to the fuel mixer 32b. The control signal sent to the fuel supply pump 37b is obtained by calculation from the methanol concentration of fuel and the concentration of methanol stored in the fuel tank 33b. In this control signal, a mixing amount of high-concentration methanol corresponding to the methanol concentration of fuel is accumulated as data in advance, and the mixing amount is indicated by the control signal. The control unit 40b can also send a control signal to the fuel circulation pump 34b and the air supply pump 35b to control the power generation amount of the fuel cell power generation unit 31b.

燃料電池発電部３１ｂは、パーフルオロスルホン酸などの高分子電解質膜を集電体で挟み込んだ接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）のアノード側にメタノールが供給され、カソード側に酸素が供給されることで発電反応が行われるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。もしくは、接合体を積層したスタックセル構造であってもよい。燃料電池発電部１で発電反応によって生じた電力は、燃料電池発電部３１ｂに接続された負荷（図示せず）に対して供給されて消費される。   In the fuel cell power generation unit 31b, methanol is supplied to the anode side and oxygen is supplied to the cathode side of a joined body (MEA: Membrane Electrode Assembly) in which a polymer electrolyte membrane such as perfluorosulfonic acid is sandwiched between current collectors. This is a direct methanol fuel cell (DMFC) in which a power generation reaction is performed. Alternatively, a stacked cell structure in which bonded bodies are stacked may be used. The electric power generated by the power generation reaction in the fuel cell power generation unit 1 is supplied to and consumed by a load (not shown) connected to the fuel cell power generation unit 31b.

燃料タンク３３ｂは、燃料電池発電部３１ｂで発電に用いられるメタノールを貯蔵しておき、燃料混合器３２ｂに対してメタノールを供給する容器である。燃料タンク３３ｂに貯蔵するメタノールの濃度はエネルギー密度を向上させるために純粋なメタノールであることが望ましいが、水と混合されたメタノール水溶液であっても構わない。   The fuel tank 33b is a container that stores methanol used for power generation by the fuel cell power generation unit 31b and supplies methanol to the fuel mixer 32b. The concentration of methanol stored in the fuel tank 33b is preferably pure methanol in order to improve the energy density, but may be an aqueous methanol solution mixed with water.

燃料タンク３３ｂと燃料混合器３２ｂとの間には、燃料供給ポンプ３７ｂが接続されており、燃料供給ポンプ３７ｂの圧送能力によってメタノールを燃料混合器３２ｂに対して供給することが可能となっている。また、燃料供給ポンプ３７ｂは、制御ユニット４０ｂによってメタノールの流量が調整される。   A fuel supply pump 37b is connected between the fuel tank 33b and the fuel mixer 32b, and methanol can be supplied to the fuel mixer 32b by the pumping ability of the fuel supply pump 37b. . Further, in the fuel supply pump 37b, the flow rate of methanol is adjusted by the control unit 40b.

燃料混合器３２ｂは、燃料電池発電部３１ｂで発電に用いられた燃料を受け取るとともに、気液分離器３６ｂで回収した水を受け取る。また、燃料混合器３２ｂは、発電に用いられてメタノール濃度が低下した燃料に対し、燃料タンク３３ｂから受け取ったメタノールを加えることにより、適当なメタノール濃度に再調整する。   The fuel mixer 32b receives the fuel used for power generation by the fuel cell power generation unit 31b and also receives the water collected by the gas-liquid separator 36b. Further, the fuel mixer 32b re-adjusts to an appropriate methanol concentration by adding the methanol received from the fuel tank 33b to the fuel used for power generation and having a reduced methanol concentration.

また、燃料混合器３２ｂは、濃度測定装置の構成要素である超音波センサ２ｂ、２ｃ、温度センサ１１ｂ、１１ｃおよび熱交換部４１が取り付けられており、燃料混合器３２に滞留している燃料のメタノール濃度を検出できるようになっている。   The fuel mixer 32b is equipped with ultrasonic sensors 2b and 2c, temperature sensors 11b and 11c, and a heat exchanging unit 41, which are constituent elements of the concentration measuring device, and the fuel mixer 32b The methanol concentration can be detected.

液面センサ３８ｂは、燃料混合器３２ｂに滞留している燃料の量を測定する装置である。例えば、二枚の電極板が対向するように燃料混合器３２ｂの内壁に一枚ずつ電極板を配置し、電極間の電気容量を測定することで、電極板のどの位置まで液体が到達しているかを測定する電気容量測定装置などを用いることができる。また、液面センサ３８ｂは、測定した情報を制御ユニット４０ｂに伝達する。燃料の量を測定するセンサとしては、液面センサ３８ｂの代わりに、燃料混合器３２ｂの重さを測定する重量計や、燃料混合器３２ｂに流入する燃料の量と、流出する燃料の量とを積算して滞留する燃料の量を算出する積算計などを用いるとしても良い。また、燃料循環ポンプ３４ｂは、燃料混合器３２ｂで混合された燃料を燃料電池発電部３１ｂのアノード側集電体に送出する。   The liquid level sensor 38b is a device that measures the amount of fuel remaining in the fuel mixer 32b. For example, by placing electrode plates one by one on the inner wall of the fuel mixer 32b so that the two electrode plates face each other, and measuring the capacitance between the electrodes, the liquid can reach any position on the electrode plate An electric capacity measuring device for measuring whether or not there is any can be used. The liquid level sensor 38b transmits the measured information to the control unit 40b. As a sensor for measuring the amount of fuel, instead of the liquid level sensor 38b, a weigh scale for measuring the weight of the fuel mixer 32b, the amount of fuel flowing into the fuel mixer 32b, and the amount of fuel flowing out It is also possible to use an accumulator or the like that calculates the amount of fuel that stays by accumulating. The fuel circulation pump 34b sends the fuel mixed by the fuel mixer 32b to the anode current collector of the fuel cell power generation unit 31b.

空気供給ポンプ３５ｂは、燃料電池システムの外部に存在する空気を取り込み、取り込んだ空気を燃料電池発電部３１ｂのカソード側集電体に供給するための空気供給装置である。燃料電池発電部３１ｂが発電に用いる酸素量を十分に供給することが可能であれば、空気供給ポンプ３５ｂは必ずしも必要ではなく、空気取り入れ口を開口して空気の取り入れを行う構成としても良い。   The air supply pump 35b is an air supply device for taking in air existing outside the fuel cell system and supplying the taken-in air to the cathode current collector of the fuel cell power generation unit 31b. If the fuel cell power generation unit 31b can sufficiently supply the amount of oxygen used for power generation, the air supply pump 35b is not necessarily required, and an air intake port may be opened to take in air.

気液分離器３６ｂは、燃料電池発電部３１ｂから流れてきた空気と水からなる気液二相流を空気と水とに分離する装置である。例えば、遠心力によって気体と液体を分離するサイクロン式や、ラジエータなどの凝縮部を有する気液分離器を用いることができる。気液分離器３６ｂで分離された水は、気液分離器３６ｂの内部に滞留した後に、送液ポンプ３９ｂが燃料混合器３２ｂへ送り出すことで燃料の調整に利用される。また、気液分離器３６ｂで分離された空気は燃料電池システムの外部に放出される。   The gas-liquid separator 36b is a device that separates a gas-liquid two-phase flow composed of air and water flowing from the fuel cell power generation unit 31b into air and water. For example, a cyclone type that separates gas and liquid by centrifugal force, or a gas-liquid separator having a condensing part such as a radiator can be used. The water separated by the gas-liquid separator 36b stays inside the gas-liquid separator 36b, and is then used for fuel adjustment by the liquid feed pump 39b being sent to the fuel mixer 32b. Further, the air separated by the gas-liquid separator 36b is released to the outside of the fuel cell system.

以上のように構成される燃料電池システム３０ｂの運転方法を以下に説明する。   A method for operating the fuel cell system 30b configured as described above will be described below.

まず最初に、温度センサ１１ｂが燃料の温度Ｔ１を計算機９ｂに出力すると同時に、超音波センサ２ｂが以下のように、超音波の発信および受信を行う。カウンタ回路２２ｂが、時間測定スタート信号を出力するとともに、超音波の伝播時間ｔ１の測定を始める。次に、時間測定スタート信号を受けたパルス回路２１ｂが、超音波トランスデューサ駆動用パルスを出力する。次に、超音波トランスデューサ駆動用パルスを受けた超音波トランスデューサ３ｂが、燃料中に超音波を発信する。燃料中に発信された超音波は、反射板４ｂにより反射され、超音波トランスデューサ３ｂに受信される。受信超音波の受信信号は、増幅回路２３ｂにより増幅され、カウンタ回路２２ｂに送られる。カウンタ回路２２ｂは、受信信号を受けると時間の測定を終了し、超音波の発信から受信までの間に経過した伝播時間ｔ１を計算機９ｂに出力する。 First, simultaneously with the temperature sensor 11b outputs a temperature T 1 of the fuel to the computer 9b, as the ultrasonic sensor 2b is the following, the making and receiving of the ultrasonic wave first. Counter circuit 22b is, and outputs a time measurement start signal, starts the measurement of the propagation time of ultrasonic t 1. Next, the pulse circuit 21b receiving the time measurement start signal outputs an ultrasonic transducer driving pulse. Next, the ultrasonic transducer 3b that has received the ultrasonic transducer driving pulse transmits ultrasonic waves into the fuel. The ultrasonic wave transmitted into the fuel is reflected by the reflecting plate 4b and received by the ultrasonic transducer 3b. The reception signal of the reception ultrasonic wave is amplified by the amplification circuit 23b and sent to the counter circuit 22b. Counter circuit 22b ends the measurement of the receiving the time the received signal, and outputs the propagation time t 1 has elapsed between the time received from the transmission of the ultrasonic wave to the computer 9b.

つづいて、温度センサ１１ｂおよび超音波センサ２ｂよりも下流側にある温度センサ１１ｃが燃料の温度Ｔ２の測定を行い、超音波センサ２ｃが超音波の伝播時間ｔ２の測定を行う。超音波センサ２ｃによる超音波の伝播時間ｔ２の測定方法は、超音波トランスデューサ３ｃ、反射板４ｃ、パルス回路２１ｃ、カウンタ回路２２ｃおよび増幅回路２３ｂを用いて、上述の超音波センサ２ｂの場合と同様に行う。このようにすることで、同一の燃料から値の異なる２つの測定結果を迅速に得ることが可能となる。 Then, perform the measurement temperature sensor 11c is a temperature T 2 of the fuel downstream side of the temperature sensor 11b and the ultrasonic sensor 2b, the ultrasonic sensor 2c is to measure the propagation time of the ultrasonic t 2. The ultrasonic wave propagation time t2 is measured by the ultrasonic sensor 2c using the ultrasonic transducer 3c, the reflecting plate 4c, the pulse circuit 21c, the counter circuit 22c, and the amplifier circuit 23b, as in the case of the ultrasonic sensor 2b described above. To do. In this way, it is possible to quickly obtain two measurement results having different values from the same fuel.

次に、計算機９ｂが、超音波センサ２ｂ、２ｃにて測定された伝播時間ｔ１、ｔ２を用いて、超音波の音速ｖ１、ｖ２の算出を行う。超音波の音速ｖ１は、超音波トランスデューサ３ｂと反射板４ｂとの往復距離Ｌ１とすれば、ｖ１＝Ｌ１／ｔ１で表すことができる。ここで、超音波トランスデューサ３ｂと反射板４ｂとの往復距離Ｌ１は予め測定されている。また、超音波の音速ｖ２に関しても同様に、超音波トランスデューサ３ｃと反射板４ｃとの往復距離をＬ２として、Ｌ２を伝播時間ｔ２で除することにより算出する。 Next, the computer 9b calculates the ultrasonic sound velocities v 1 and v 2 using the propagation times t 1 and t 2 measured by the ultrasonic sensors 2b and 2c. The sound velocity v 1 of the ultrasonic wave can be expressed as v 1 = L 1 / t 1 when the reciprocating distance L 1 between the ultrasonic transducer 3b and the reflection plate 4b is used. Here, the reciprocating distance L 1 between the ultrasonic transducer 3b and the reflection plate 4b is previously measured. Similarly, with respect to ultrasonic sound velocity v 2, the reciprocating distance of the reflection plate 4c and the ultrasonic transducer 3c as L 2, is calculated by dividing the L 2 in propagation time t 2.

つづいて、計算機９ｂは、記憶装置１０ｂから検量データを読み込み、以下のようにメタノール濃度の検出を行う。図１１に温度Ｔ１とＴ２に対応する検量データのグラフを示す。上述の測定で得られた音速ｖ１と温度Ｔ１を図１１の検量データにあてはめると、温度Ｔ１におけるメタノール濃度はＣ１ＨｉｇｈとＣ１Ｌｏｗの２値が考えられる。また、温度Ｔ２におけるメタノール濃度は、音速ｖ２をあてはめると、Ｃ２ＨｉｇｈとＣ２Ｌｏｗの２値が考えられる。しかしながら、測定対象は、同一の燃料であるから、この燃料のメタノール濃度はＣ１ＨｉｇｈとＣ２Ｈｉｇｈの近傍であることを容易に知ることができる。つまり、同一の燃料から得られた値の異なる２値の音速により、燃料のメタノール濃度を正確かつ迅速に検出することが可能である。 Subsequently, the computer 9b reads the calibration data from the storage device 10b and detects the methanol concentration as follows. FIG. 11 shows a graph of calibration data corresponding to the temperatures T 1 and T 2 . When the sound velocity v 1 and the temperature T 1 obtained by the above measurement are applied to the calibration data of FIG. 11, the methanol concentration at the temperature T 1 can be two values, C 1 High and C 1 Low. Further, regarding the methanol concentration at the temperature T 2 , when the sound velocity v 2 is applied, two values of C 2 High and C 2 Low can be considered. However, since the measurement object is the same fuel, it can be easily known that the methanol concentration of this fuel is in the vicinity of C 1 High and C 2 High. That is, it is possible to accurately and quickly detect the methanol concentration of the fuel based on binary sound speeds having different values obtained from the same fuel.

次に、制御ユニット４０ｂは検出されたメタノール濃度に基づいて制御信号を燃料供給ポンプ３７ｂに送信し、燃料供給ポンプ３７ｂは燃料タンク３３ｂから燃料混合器３２ｂにメタノールを送液する。そして、メタノールと低濃度の燃料が混合することにより、燃料混合器３２ｂ内の燃料は適当なメタノール濃度の燃料となる。   Next, the control unit 40b transmits a control signal to the fuel supply pump 37b based on the detected methanol concentration, and the fuel supply pump 37b sends methanol from the fuel tank 33b to the fuel mixer 32b. Then, by mixing the methanol and the low concentration fuel, the fuel in the fuel mixer 32b becomes an appropriate methanol concentration fuel.

適当なメタノール濃度となった燃料は、燃料循環ポンプ３２ｂにより燃料発電部３１ｂに送られる。一方、酸化剤である空気は、空気供給ポンプ３５ｂにより外気から燃料電池発電部３１ｂに供給される。なお、超音波の伝播時間ｔ１、ｔ２の測定から燃料の供給までを構成要素毎に段階的に説明したが、実際には、これら一連の手順は各構成要素において絶え間なく連続的に行われている。 The fuel having an appropriate methanol concentration is sent to the fuel power generation unit 31b by the fuel circulation pump 32b. On the other hand, air as an oxidant is supplied from the outside air to the fuel cell power generation unit 31b by the air supply pump 35b. Although the steps from the measurement of the ultrasonic propagation times t 1 and t 2 to the fuel supply have been described step by step for each component, in practice, these series of procedures are performed continuously and continuously in each component. It has been broken.

燃料電池発電部３１ｂに供給された燃料は内部流路を経てアノードに供給され、また、燃料電池発電部３１ｂに供給された空気は、燃料とは別の内部流路を経てカソードに供給される。すると上述したように、燃料電池発電部３１ｂにて発電反応が行われると同時に、アノード側に二酸化炭素、カソード側に水が発生する。   The fuel supplied to the fuel cell power generation unit 31b is supplied to the anode through the internal flow path, and the air supplied to the fuel cell power generation unit 31b is supplied to the cathode through the internal flow path different from the fuel. . Then, as described above, the power generation reaction is performed in the fuel cell power generation unit 31b, and at the same time, carbon dioxide is generated on the anode side and water is generated on the cathode side.

最後に、アノードに供給された燃料は、メタノールが一部消費されて燃料電池発電部３１ｂから排出される。排出された燃料は、上述したように燃料混合器３２ｂにて適当なメタノール濃度に再調整される。一方、燃料電池発電部３１ｂから排出された空気と水は、気液分離器３６ｂにて空気と水とに分離された後、水は燃料混合器３２ｂに送られ、空気は燃料電池システムの外部に放出される。   Finally, part of the methanol supplied to the anode is consumed and discharged from the fuel cell power generation unit 31b. The discharged fuel is readjusted to an appropriate methanol concentration in the fuel mixer 32b as described above. On the other hand, after the air and water discharged from the fuel cell power generation unit 31b are separated into air and water by the gas-liquid separator 36b, the water is sent to the fuel mixer 32b, and the air is outside the fuel cell system. To be released.

以上、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態について説明した。なお、燃料のメタノール濃度の測定に用いた濃度測定装置１ｂの適用は、燃料電池システムに限られるものではない。
Heretofore, the second embodiment of the fuel cell system according to the present invention has been described. The application of the concentration measuring device 1b used for measuring the methanol concentration of fuel is not limited to the fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 濃度測定装置１の概略説明図である。1 is a schematic explanatory diagram of a concentration measuring device 1. FIG. 濃度測定装置１のブロック図である。1 is a block diagram of a concentration measuring device 1. FIG. ３０℃のメタノール水溶液における受信超音波強度を示すグラフである。It is a graph which shows the received ultrasonic intensity in 30 degreeC methanol aqueous solution. ６０℃のメタノール水溶液における受信超音波強度を示すグラフである。It is a graph which shows the received ultrasonic intensity in 60 degreeC methanol aqueous solution. ３０℃のメタノール水溶液における受信超音波強度の積分値を示すグラフである。It is a graph which shows the integrated value of the received ultrasonic intensity in 30 degreeC methanol aqueous solution. ６０℃のメタノール水溶液における受信超音波強度の積分値を示すグラフである。It is a graph which shows the integrated value of the received ultrasonic intensity in 60 degreeC methanol aqueous solution. 本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態を示すシステム構成図である。It is a system configuration figure showing a 2nd embodiment of a fuel cell system concerning the present invention. 濃度測定装置１ｂの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the density | concentration measuring apparatus 1b. 濃度測定装置１ｂのブロック図である。It is a block diagram of concentration measuring device 1b. 超音波の音速と燃料の温度と燃料のメタノール濃度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ultrasonic sound velocity, the temperature of fuel, and the methanol concentration of fuel.

符号の説明Explanation of symbols

１、１ｂ...濃度測定装置
２、２ｂ、２ｃ...超音波センサ
３、３ｂ、３ｃ...超音波トランスデューサ
４、４ｂ、４ｃ...反射板
５、５ｂ、５ｃ...フランジ
６、６ｂ、６ｃ...締結部材
７、７ｂ、７ｃ...配線
９、９ｂ...計算機
１０、１０ｂ...記憶装置
１１、１１ｂ、１１ｃ...温度センサ
２１、２１ｂ、２１ｃ...パルス回路
２２ｂ、２２ｃ...カウンタ回路
２３、２３ｂ、２３ｃ...増幅回路
３０、３０ｂ...燃料電池システム
３１、３１ｂ...燃料電池発電部
３２、３２ｂ...燃料混合器
３３、３３ｂ...燃料タンク
３４、３４ｂ...燃料循環ポンプ
３５、３５ｂ...空気供給ポンプ
３６、３６ｂ...気液分離器
３７、３７ｂ...燃料供給ポンプ
３８、３８ｂ...液面センサ
３９、３９ｂ...送液ポンプ
４０、４０ｂ...制御ユニット
４１...熱交換部
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２...距離
ｔ、ｔ１、ｔ２...時間
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２...温度
ｖ、ｖ１、ｖ２...音速

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1b ... Concentration measuring device 2, 2b, 2c ... Ultrasonic sensor 3, 3b, 3c ... Ultrasonic transducer 4, 4b, 4c ... Reflector plate 5, 5b, 5c ... Flange 6, 6b, 6c ... fastening members 7, 7b, 7c ... wiring 9, 9b ... computer 10, 10b ... storage devices 11, 11b, 11c ... temperature sensors 21, 21b, 21c. ..Pulse circuits 22b, 22c ... counter circuits 23, 23b, 23c ... amplifier circuits 30, 30b ... fuel cell systems 31, 31b ... fuel cell power generation units 32, 32b ... fuel mixers 33, 33b ... Fuel tanks 34, 34b ... Fuel circulation pumps 35, 35b ... Air supply pumps 36, 36b ... Gas-liquid separators 37, 37b ... Fuel supply pumps 38, 38b ... Liquid level sensors 39, 39b ... liquid feed pumps 40, 40b ... control unit 41 ... heat exchange parts L, L 1 , L 2 ... distance t, t 1 , t 2 ... time T, T 1 , T 2 ... temperature v, v 1 , v 2 ... sound speed

Claims (9)

気体もしくは液体中に超音波を発信する超音波発信部と、
該超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、
該超音波受信部にて受信された超音波の受信信号を処理する計算部と、
該計算部にて算出された値と、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部と
を有することを特徴とする濃度測定装置。 An ultrasonic transmitter that transmits ultrasonic waves into a gas or liquid;
An ultrasonic receiver that receives the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
A calculation unit for processing an ultrasonic reception signal received by the ultrasonic reception unit;
A concentration measurement apparatus comprising: a storage unit that stores in advance a correlation between a value calculated by the calculation unit and a concentration of a specific component contained in the gas or the liquid. 前記計算部は、前記受信信号を積分することを特徴とする請求項１記載の濃度測定装置。   The concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit integrates the reception signal. 気体もしくは液体中に超音波を発信する超音波発信工程と、
該超音波発信工程により発信された超音波を受信する超音波受信工程と、
該超音波受信工程にて受信された超音波の受信信号を処理する計算工程と、
該計算工程にて算出された値を用いて、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程と
を有することを特徴とする濃度測定方法。 An ultrasonic transmission process for transmitting ultrasonic waves in a gas or liquid;
An ultrasonic wave receiving step for receiving the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmitting step;
A calculation step of processing the ultrasonic reception signal received in the ultrasonic reception step;
A concentration measurement method comprising: a concentration detection step of obtaining a concentration of a specific component contained in the gas or the liquid using the value calculated in the calculation step. 燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムであって、
前記発電部に供給される燃料中に超音波を発信する超音波発信部と、
該超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、
該超音波受信部にて受信された超音波の受信信号を処理する計算部と、
該計算部にて算出された値と、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部と
を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air,
An ultrasonic transmission unit that transmits ultrasonic waves into the fuel supplied to the power generation unit;
An ultrasonic receiver that receives the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
A calculation unit for processing an ultrasonic reception signal received by the ultrasonic reception unit;
A fuel cell system comprising: a storage unit that stores in advance a correlation between a value calculated by the calculation unit and a concentration of a specific component contained in the fuel. 燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記発電部に供給される燃料中に超音波を発信する超音波発信工程と、
該超音波発信工程により発信された超音波を受信する超音波受信工程と、
該超音波受信工程にて受信された超音波の受信信号を処理する計算工程と、
該計算工程にて算出された値を用いて、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程と
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 An operation method of a fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air,
An ultrasonic transmission step of transmitting ultrasonic waves into the fuel supplied to the power generation unit;
An ultrasonic wave receiving step for receiving the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmitting step;
A calculation step of processing the ultrasonic reception signal received in the ultrasonic reception step;
A method for operating a fuel cell system, comprising: a concentration detection step of obtaining a concentration of a specific component contained in the fuel using the value calculated in the calculation step. 気体もしくは液体を流動させる流動部と、
流動している前記気体もしくは前記液体を冷却もしくは加熱することにより、前記気体もしくは前記液体に温度勾配を発生させる少なくとも１つ以上の熱交換部と、
前記気体もしくは前記液体中の温度が異なる箇所に超音波を発信する少なくとも２つ以上の超音波発信部と、
該超音波発信部と対をなし、該超音波発信部から発信された超音波を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信部と、
前記超音波受信部にて受信された超音波の音速を計算する計算部と、
該計算部にて算出された超音波の音速と、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部と
を有することを特徴とする濃度測定装置。 A fluidizing section for flowing gas or liquid;
At least one or more heat exchange units that generate a temperature gradient in the gas or the liquid by cooling or heating the flowing gas or the liquid;
At least two or more ultrasonic transmitters that transmit ultrasonic waves to locations where the temperature in the gas or the liquid is different;
A pair of the ultrasonic transmitter, and at least two ultrasonic receivers for receiving the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
A calculation unit that calculates the speed of sound of the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave reception unit;
A concentration measuring apparatus comprising: a storage unit that stores in advance a correlation between a sound velocity of the ultrasonic wave calculated by the calculation unit and a concentration of a specific component contained in the gas or the liquid . 気体もしくは液体を流動させる工程と、
流動している前記気体もしくは前記液体を冷却もしくは加熱することにより、前記気体もしくは前記液体に温度勾配を発生させる工程と、
前記気体もしくは前記液体中の温度が異なる少なくとも２箇所以上に超音波を発信する超音波発信工程と、
該超音波発信工程により発信されたそれぞれの超音波を受信する超音波受信工程と、
該超音波受信工程にて受信されたそれぞれの超音波の音速を計算する計算工程と、
該計算工程にて算出された少なくとも２値以上の超音波の音速を用いて、前記気体もしくは前記液体に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程と
を有することを特徴とする濃度測定方法。 Flowing gas or liquid;
Generating a temperature gradient in the gas or liquid by cooling or heating the flowing gas or liquid; and
An ultrasonic wave transmitting step of transmitting ultrasonic waves to at least two or more different temperatures in the gas or the liquid;
An ultrasonic reception step of receiving each ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transmission step;
A calculation step of calculating the speed of sound of each ultrasonic wave received in the ultrasonic wave reception step;
And a concentration detecting step for obtaining a concentration of a specific component contained in the gas or the liquid using at least two or more ultrasonic sound speeds calculated in the calculating step. . 燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムであって、
前記発電部に供給される燃料を流動させる流動部と、
流動している前記燃料を冷却もしくは加熱することにより、前記燃料に温度勾配を発生させる熱交換部と、
前記燃料中の温度の異なる箇所に超音波を発信する少なくとも２つ以上の超音波発信部と、
該超音波発信部と対をなし、該超音波発信部から発信された超音波を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信部と、
前記超音波受信部にて受信された超音波の音速を計算する計算部と、
該計算部にて算出された超音波の音速と、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度との相関関係を予め記憶している記憶部と
を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air,
A fluidizing section for flowing fuel supplied to the power generation section;
A heat exchanging unit that generates a temperature gradient in the fuel by cooling or heating the flowing fuel; and
At least two ultrasonic transmitters for transmitting ultrasonic waves to different locations in the fuel; and
A pair of the ultrasonic transmitter, and at least two ultrasonic receivers for receiving the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
A calculation unit that calculates the speed of sound of the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave reception unit;
A fuel cell system comprising: a storage unit that stores in advance a correlation between a sound velocity of an ultrasonic wave calculated by the calculation unit and a concentration of a specific component contained in the fuel. 燃料と空気を用いて所要の発電を行う発電部を有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記発電部に供給される燃料を流動させる工程と、
流動している前記燃料を冷却もしくは加熱することにより、前記燃料に温度勾配を発生させる工程と、
前記燃料中の温度が異なる少なくとも２箇所以上に超音波を発信する超音波発信工程と、
該超音波発信工程により発信されたそれぞれの超音波を受信する超音波受信工程と、
該超音波受信工程にて受信されたそれぞれの超音波の音速を計算する計算工程と、
該計算工程にて算出された少なくとも２値以上の超音波の音速を用いて、前記燃料に含まれる特定の成分の濃度を求める濃度検出工程と
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。

An operation method of a fuel cell system having a power generation unit that performs required power generation using fuel and air,
Flowing fuel supplied to the power generation unit;
Generating a temperature gradient in the fuel by cooling or heating the flowing fuel; and
An ultrasonic wave transmitting step of transmitting ultrasonic waves to at least two or more different temperatures in the fuel;
An ultrasonic reception step of receiving each ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transmission step;
A calculation step of calculating the speed of sound of each ultrasonic wave received in the ultrasonic wave reception step;
And a concentration detecting step for determining a concentration of a specific component contained in the fuel using at least two ultrasonic sound speeds calculated in the calculating step. .

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