浓度测量用光学部件、浓度测量单元及燃料电池转让专利
申请号 : CN200480011521.1
文献号 : CN100580423C
文献日 : 2010-01-13
发明人 : 荒泽龙
申请人 : 阿尔卑斯电气株式会社
摘要 :
提供一种能够从低浓度到高浓度进行高精度测量的浓度测量用光学部件。从检查用光源(P)射出的光(P1)在第1光学元件(11)的射出面(11b)和流通于通路(15)内的被测量物质(7)的边界面，对应于被测量物质(7)的浓度(折射率)而以折射角(θ2)被折射，进而在入射到第2光学元件(12)中时被折射成与基准光轴(O-O)平行的光(P3)。光(P3)在从第2光学元件(12)射出时通过设在其射出面(12b)上的放大机构(16)进一步较大地折射而向外部射出。
权利要求 :
1、一种浓度测量单元，其是在内部设置有用于被测量流体从中通 过的通路的浓度测量用光学部件，其中，设置有：第1光学元件，其具有入射检查用光的第1入射面和射出所述光的 第1射出面；
第2光学元件，其具有从所述第1射出面射出的光入射的第2入射 面和射出所述光的第2射出面；
在所述第1光学元件的所述第1射出面与所述第2光学元件的所述 第2入射面相对置的间隙中设置有所述通路；
放大机构，其用于将透过所述第1光学元件并相对于所述第1射出 面的垂线成角度地入射到所述通路内而被所述被测量流体折射并从所 述第2入射面入射到所述第2光学元件且从所述第2射出面射出的检查 用光的射出光轴、与将入射到所述第1入射面的所述检查用光的入射光 轴用直线延长到所述第2射出面的外侧的基准光轴之间的距离放大；
测定所述被放大的距离的测定元件，
从被测定的所述距离，检测出所述被测量流体内的物质的浓度。
2、如权利要求1所述的浓度测量单元，其中，所述放大机构为衍 射机构。
3、如权利要求1或2所述的浓度测量单元，其中，所述放大机构 一体地形成在所述第2光学元件的射出面上。
4、如权利要求1～3的任一项所述的浓度测量单元，其中，在所述 第1光学元件的入射面上一体地设置有凹曲面。
5、如权利要求1～4的任一项所述的浓度测量单元，其中，所述第 1光学元件与所述第2光学元件由相同的光学材料一体地形成。
6、如权利要求1～5的任一项所述的浓度测量单元，其中，在所述 第1光学元件与第2光学元件之间的所述通路的一个端部上设置有使所 述被测量流体流入的流入口；在另一个端部上设置有使被测量流体从所 述通路流出的流出口。
7、一种具有浓度测量单元的燃料电池，其通过夹着电解质膜而对 置地配置有阳极和阴极的发电部、并向所述阳极侧供给有机燃料的同时 向所述阴极侧供给氧化剂气体来进行发电，其中，所述有机燃料是通过设置在权利要求6所述的浓度测量单元中的通 路供给至所述阳极侧。
8、如权利要求7所述的具有浓度测量单元的燃料电池，其特征在 于，光学部件的流入口与混合箱连结，光学部件的流出口与所述发电部 的阳极侧连结。
说明书 :
技术领域
本发明涉及测量被测量物质的浓度用的光学部件，特别涉及能够装 载在直接甲醇型燃料电池等上且能够高精度地测量从低浓度到高浓度 的全范围的浓度测量用光学部件、具有该光学部件的浓度测量单元、及 具有该浓度测量单元的燃料电池。
背景技术
近年来，以快速发展的固体高分子型燃料电池(PEFC)的技术为基 础、不对甲醇进行改性而作为直接燃料的直接甲醇型燃料电池(DMFC) 的研究很活跃。
由于上述DMFC不使用氢容器和改性器，所以紧凑且启动快，负荷 变化响应性也好，因此对于它作为汽车或电子设备等的便携式电源的利 用寄予希望。
上述DMFC的构造与上述PEFC大致相同，在设于发电部上的阳极 侧，甲醇与水反应而生成氢、电子和二氧化碳，上述生成的氢在固体高 分子电解质膜中移动，在阴极侧与氧、电子结合而变成水，此时电流在 上述阳极和阴极之间流动。
这种以往的DMFC由于将燃料的浓度设定为容易产生其性能的3～ 6％左右，所以有因能量密度的关系而使燃料箱容易变大、燃料电池整 体难以小型化的问题。
另一方面，在采用高浓度甲醇的情况下，有发电效率较差、DMFC 的输出电压变得不稳定的缺点，但高浓度燃料由于体积能量密度较高， 所以能够大幅度减小燃料体积，与例如3～6％浓度的情况相比，能够将 燃料箱小型化为十分之一或更小的体积。
因而，如果采用高浓度甲醇作为燃料，在向发电部供给的阶段将浓 度稀释化而调整到最合适的浓度，则能够提供小型化且发电效率优良的 燃料电池。
以往，作为测量被测量物质的浓度的装置，存在例如特开平11- 281574号公报的专利文献所示那样的技术。在专利文献中所述的浓度测 量装置(折射率浓度计)中，将从光源14入射到三角柱棱镜13中的光， 在三角柱棱镜13与被测量物质7的分界面上两分为透射光和反射光， 在由上述受光元件22接受到其中的反射光时，利用反射光的明暗的分 界位置因被测量物质7的折射率不同而移动的特点，通过将该明暗的分 界位置的变化作为由受光元件22受光的光量的变化检测出来，能够求 得被测量物质7的浓度。
但是，在上述折射率浓度计中，如表示其测量结果的图6(参照特 许文献1)所示，有在被测量物质的浓度较高时受光元件的输出值较低、 如果浓度变低则上述输出值变高的趋势。即，如果被测量物质的浓度变 高，则被测量物质的折射率变大，临界角也变大，所以反射光的比例变 少而透射光的比例变多。由此，给予受光元件的光(反射光)的整体光 量变少，所以在高浓度的区域中有上述明暗的分界位置(分界线)容易 变得不明显、检测精度降低的问题。由此，为了正确地检测明暗的分界 位置而高精度地检测浓度，需要受光灵敏度优良的昂贵的受光元件。
此外，由于上述折射率浓度计是利用光的全反射性质的设备，所以 三角柱棱镜的折射率(n1)必须比被测量物质的折射率(n2)大(n1＞n2)， 但由于一般被测量物质的折射率表现出浓度越高折射率越大的趋势，所 以能够由上述折射率浓度计测量的浓度限定为被测量物质的折射率比 三角柱棱镜的折射率低的情况。即，在上述折射率浓度计中，有可测量 的浓度限定为低浓度、对于高浓度的测量有局限的问题。
由于上述DMFC不使用氢容器和改性器，所以紧凑且启动快，负荷 变化响应性也好，因此对于它作为汽车或电子设备等的便携式电源的利 用寄予希望。
上述DMFC的构造与上述PEFC大致相同，在设于发电部上的阳极 侧，甲醇与水反应而生成氢、电子和二氧化碳，上述生成的氢在固体高 分子电解质膜中移动，在阴极侧与氧、电子结合而变成水，此时电流在 上述阳极和阴极之间流动。
这种以往的DMFC由于将燃料的浓度设定为容易产生其性能的3～ 6％左右，所以有因能量密度的关系而使燃料箱容易变大、燃料电池整 体难以小型化的问题。
另一方面，在采用高浓度甲醇的情况下，有发电效率较差、DMFC 的输出电压变得不稳定的缺点，但高浓度燃料由于体积能量密度较高， 所以能够大幅度减小燃料体积，与例如3～6％浓度的情况相比，能够将 燃料箱小型化为十分之一或更小的体积。
因而，如果采用高浓度甲醇作为燃料，在向发电部供给的阶段将浓 度稀释化而调整到最合适的浓度，则能够提供小型化且发电效率优良的 燃料电池。
以往，作为测量被测量物质的浓度的装置，存在例如特开平11- 281574号公报的专利文献所示那样的技术。在专利文献中所述的浓度测 量装置(折射率浓度计)中，将从光源14入射到三角柱棱镜13中的光， 在三角柱棱镜13与被测量物质7的分界面上两分为透射光和反射光， 在由上述受光元件22接受到其中的反射光时，利用反射光的明暗的分 界位置因被测量物质7的折射率不同而移动的特点，通过将该明暗的分 界位置的变化作为由受光元件22受光的光量的变化检测出来，能够求 得被测量物质7的浓度。
但是，在上述折射率浓度计中，如表示其测量结果的图6(参照特 许文献1)所示，有在被测量物质的浓度较高时受光元件的输出值较低、 如果浓度变低则上述输出值变高的趋势。即，如果被测量物质的浓度变 高，则被测量物质的折射率变大，临界角也变大，所以反射光的比例变 少而透射光的比例变多。由此，给予受光元件的光(反射光)的整体光 量变少，所以在高浓度的区域中有上述明暗的分界位置(分界线)容易 变得不明显、检测精度降低的问题。由此，为了正确地检测明暗的分界 位置而高精度地检测浓度，需要受光灵敏度优良的昂贵的受光元件。
此外，由于上述折射率浓度计是利用光的全反射性质的设备，所以 三角柱棱镜的折射率(n1)必须比被测量物质的折射率(n2)大(n1＞n2)， 但由于一般被测量物质的折射率表现出浓度越高折射率越大的趋势，所 以能够由上述折射率浓度计测量的浓度限定为被测量物质的折射率比 三角柱棱镜的折射率低的情况。即，在上述折射率浓度计中，有可测量 的浓度限定为低浓度、对于高浓度的测量有局限的问题。
发明内容
本发明是用来解决上述以往的课题的，目的是提供一种能够从低浓 度到高浓度的全范围中高精度地测量被测量物质的浓度的光学部件、以 及具有该光学部件的浓度测量单元。
此外，本发明的目的是提供一种能够提高发电效率并供给稳定的电 压的具有浓度测量单元的燃料电池。
本发明是一种设置有用于被测量物质从中通过的通路的光学部件， 其中，设置有：
第1光学元件，其具有入射检查用光的入射面和面对上述通路的射 出面；第2光学元件，其具有面对上述通路的入射面和射出上述光的射 出面；
放大机构，其用于将透过上述第1光学元件而被上述通路内的被测 量物质折射并透过上述第2光学元件的光的射出光轴、和上述检查用光 的入射光轴之间的距离放大。
在上述技术方案中，上述衍射机构优选为多个凹凸槽或缝隙。
在本发明的光学部件及具有上述光学部件的浓度测量单元中，利用 了检查用光从第1光学元件入射到被测量物质中时的折射角根据被测量 物质的浓度而变化的特点。
即，透过第2光学元件的光的光轴因上述折射而相对于检查用光的 光轴(基准光轴)发生移动，所以通过检测此时的移动量而能够测量被 测量物质的浓度，但由于上述移动量很小，所以在根据该移动量求出的 被测量物质的浓度中有可能包含较大的误差。
所以在本发明中通过由放大机构放大后测量上述移动量，能够抑制 测量误差带来的影响，能够高精度地测量上述被测量物质的浓度。
此时，上述放大机构优选为衍射机构，例如为多个凹凸槽或缝隙等。
此外，上述放大机构优选为一体地形成在上述第2光学元件的射出 面上。
在上述机构中，由于不需要单独设置放大机构，所以能够降低制造 成本，并且能够实现小型化。
此外，上述第1光学元件的射出面与第2光学元件的入射面相互平 行且相对于检查用光的入射光轴的轴向是倾斜的。
进而，优选为在上述第1光学元件的入射面上一体地设有凹曲面。
上述机构由于能够缩小从光源照射的检查用光的束径，所以能够使 测量精度成为高精度。此外，由于可以不使用昂贵的激光部件，所以能 够使制造成本变得低廉。
此外，本发明的浓度测量单元的特征在于，设有：上述任一项所述 的光学部件；发光元件，其使检查用光入射至上述第1光学元件的入射 面；受光元件，其用于接受透过上述放大机构的光。
上述发明通过单元化而能够实现小型化。
在上述技术方案中，在上述第1光学元件与第2光学元件之间的上 述通路的一个端部上设有使上述被测量物质流入上述通路中的流入口； 在另一个端部上设有使被测量物质从上述通路流出的流出口。
上述机构通过分别在流入口和流出口配管，能够使被测量物质在通 路内流通。
此外，本发明的具有浓度测量单元的燃料电池，其通过夹着电解质 膜而对置配置有阳极和阴极的发电部，并向所述阳极侧供给有机燃料的 同时向所述阴极侧供给氧化剂气体来进行发电，其中，
上述有机燃料是通过设置在前面所述的浓度测量单元中的通路供 给至上述阳极侧。
此时，光学部件的流入口与混合箱连结，光学部件的流出口与上述 发电部的阳极侧连结。
上述发明能够使燃料电池小型化，并且能够使供给到发电部的有机 燃料的浓度为一定，所以能够提高发电效率、能够使燃料电池的输出电 压变得稳定。
此外，本发明的目的是提供一种能够提高发电效率并供给稳定的电 压的具有浓度测量单元的燃料电池。
本发明是一种设置有用于被测量物质从中通过的通路的光学部件， 其中，设置有：
第1光学元件，其具有入射检查用光的入射面和面对上述通路的射 出面；第2光学元件，其具有面对上述通路的入射面和射出上述光的射 出面；
放大机构，其用于将透过上述第1光学元件而被上述通路内的被测 量物质折射并透过上述第2光学元件的光的射出光轴、和上述检查用光 的入射光轴之间的距离放大。
在上述技术方案中，上述衍射机构优选为多个凹凸槽或缝隙。
在本发明的光学部件及具有上述光学部件的浓度测量单元中，利用 了检查用光从第1光学元件入射到被测量物质中时的折射角根据被测量 物质的浓度而变化的特点。
即，透过第2光学元件的光的光轴因上述折射而相对于检查用光的 光轴(基准光轴)发生移动，所以通过检测此时的移动量而能够测量被 测量物质的浓度，但由于上述移动量很小，所以在根据该移动量求出的 被测量物质的浓度中有可能包含较大的误差。
所以在本发明中通过由放大机构放大后测量上述移动量，能够抑制 测量误差带来的影响，能够高精度地测量上述被测量物质的浓度。
此时，上述放大机构优选为衍射机构，例如为多个凹凸槽或缝隙等。
此外，上述放大机构优选为一体地形成在上述第2光学元件的射出 面上。
在上述机构中，由于不需要单独设置放大机构，所以能够降低制造 成本，并且能够实现小型化。
此外，上述第1光学元件的射出面与第2光学元件的入射面相互平 行且相对于检查用光的入射光轴的轴向是倾斜的。
进而，优选为在上述第1光学元件的入射面上一体地设有凹曲面。
上述机构由于能够缩小从光源照射的检查用光的束径，所以能够使 测量精度成为高精度。此外，由于可以不使用昂贵的激光部件，所以能 够使制造成本变得低廉。
此外，本发明的浓度测量单元的特征在于，设有：上述任一项所述 的光学部件；发光元件，其使检查用光入射至上述第1光学元件的入射 面；受光元件，其用于接受透过上述放大机构的光。
上述发明通过单元化而能够实现小型化。
在上述技术方案中，在上述第1光学元件与第2光学元件之间的上 述通路的一个端部上设有使上述被测量物质流入上述通路中的流入口； 在另一个端部上设有使被测量物质从上述通路流出的流出口。
上述机构通过分别在流入口和流出口配管，能够使被测量物质在通 路内流通。
此外，本发明的具有浓度测量单元的燃料电池，其通过夹着电解质 膜而对置配置有阳极和阴极的发电部，并向所述阳极侧供给有机燃料的 同时向所述阴极侧供给氧化剂气体来进行发电，其中，
上述有机燃料是通过设置在前面所述的浓度测量单元中的通路供 给至上述阳极侧。
此时，光学部件的流入口与混合箱连结，光学部件的流出口与上述 发电部的阳极侧连结。
上述发明能够使燃料电池小型化，并且能够使供给到发电部的有机 燃料的浓度为一定，所以能够提高发电效率、能够使燃料电池的输出电 压变得稳定。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方案的浓度测量用光学部件的俯视 图。
图2是表示甲醇的水溶液的浓度(wt％)和折射率的关系的曲线图。
图3是图1的局部放大图，是用来说明与基准光轴的距离Δy1的图。
图4是表示使用了图1的光学部件的浓度测量单元的剖视图。
图5是表示组装了浓度测量单元的燃料电池的循环系统的结构图。
图2是表示甲醇的水溶液的浓度(wt％)和折射率的关系的曲线图。
图3是图1的局部放大图，是用来说明与基准光轴的距离Δy1的图。
图4是表示使用了图1的光学部件的浓度测量单元的剖视图。
图5是表示组装了浓度测量单元的燃料电池的循环系统的结构图。
具体实施方式
图1是表示作为本发明的实施方案的浓度测量用光学部件的俯视 图，图2是表示被测量物质为水与甲醇的混合液(甲醇的水溶液)时的 甲醇的水溶液的浓度(wt％)和折射率的关系的曲线图，图3是图1的 局部放大图，是用来说明与光轴的距离Δy1的图。另外，图1所示的附 图标记O-O表示基准光轴，检查用的光源的光轴(入射光轴)在与上 述基准光轴O-O一致的状态下从图示X1侧向X2侧照射。
图1所示的浓度测量用光学部件10由第1光学元件11和第2光学 元件12构成。上述第1光学元件11和第2光学元件12是由透明玻璃 或丙烯酸类树脂等形成的棱镜。一边的第1光学元件11具有在图示X1 侧相对于上述基准光轴O-O垂直形成的入射面11a、和在图示X2侧 相对于上述基准光轴O-O以规定的倾斜角度φ倾斜而形成的射出面 11b。另一边的第2光学元件12具有在图示X1侧相对于上述基准光轴 O-O上述的倾斜角度φ倾斜而形成的入射面12a、和在图示X2侧相对 于上述基准光轴O-O垂直形成的射出面12b。此外，在上述第2光学 元件12的射出面12b上形成有放大机构16。上述放大机构16为例如由 多个凹凸槽或缝隙形成的衍射机构等，设在从上述第2光学元件12的 射出面12b射出的光的光路上。
在上述第1光学元件11的侧部上分别形成有从上述射出面11b向 图示Y1方向和Y2方向突出的对置片11c和对置片11d。同样，在上述 第2光学元件12的侧部上分别形成有从上述射出面12b向图示Y1方向 和Y2方向突出的对置片12c和对置片12d。
并且，上述第1光学元件11和第2光学元件12在上述射出面11b 和入射面12a之间隔开一定的宽度尺寸w而对置配置，在其间形成通路 15。即，上述射出面11b形成上述通路15的一个(X1侧)面，上述入 射面12a形成上述通路15的另一个(X2侧)面。此外，一边的上述对 置片11c和对置片12c形成上述通路15的流入口15a，另一边的上述对 置片11d和对置片12d形成上述通路15的流出口15b。
下面说明用上述光学部件10测量有机燃料(例如甲醇)等被测量 物质的浓度的方法。另外，以下将第1光学元件11和第2光学元件12 的折射率设为n1，将透过第1光学元件11的光入射到射出面11b上时 的入射角设为01，将在被测量物质7上的折射角设为θ2，将被测量物 质7的折射率设为n2，将从放大机构16射出的光的折射角(射出角) 设为θ3。
被测量物质7的浓度测量，是在使被测量物质7从上述流入口15a 向着流出口15b在上述通路15内流通的状态下进行的。
如果在图示X1侧设置检查用光源P，从该光源P向图示X2方向照 射直线状的光(激光等)P1，则上述光(检查用光)P1的光轴(入射 光轴)在与上述基准光轴O-O一致的状态下相对于上述第1光学元件 11的入射面11a垂直入射，透过上述第1光学元件11内而到达被测量 物质7。于是，上述光P1透过第1光学元件11的射出面11b和被测量 物质7的边界面而入射到被测量物质中，此时入射到被测量物质7中的 光P2的折射角θ2由斯内尔法则，用下式表示。
θ2＝sin-1(n1/n2·sinθ1) 式1
其中，如图2所示，上述被测量物质7的折射率n2与被测量物质7 的浓度有关。由此，如果上述浓度发生变化，则入射到被测量物质7中 的光P2的折射角θ2与其相对应地变化。
另外，图2所示的折射率n2是设空气的折射率为1.00时的相对折 射率。
使横截上述通路15内的光P2(即在被测量物质7内前进的光P2) 从第2光学元件12的入射面12a入射到第2光学元件12的内部中。此 时，由于第2光学元件12的折射率为与上述第1光学元件11的折射率 相同的n1，所以透过第2光学元件12内的光P3的光轴相对于上述光 轴O-O(或光P1)平行。但是，如图1所示，光P3的光轴相对于上 述光轴O-O在图示Y2方向被平行移动了距离Δy1。
另外，如图3所示，如果用通路15的宽度尺寸w和折射角θ2表示 距离Δy1，则为以下的公式。
Δy1＝w·(tanθ1-tanθ2)·cos01 式2
在第2光学元件12内沿图示X2方向直线传播的光P3从第2光学 元件12的射出面12b射出到外部，但由于此时在上述射出面12b上形 成有放大机构16，所以射出到外部的光P4在被较大地折射的状态下射 出。
如果在从上述射出面12b沿X2方向隔开规定距离L的位置上，相 对于上述基准光轴O-O垂直地设置屏幕(受光元件的受光面)S，则 由光P4在上述屏幕S上形成光点P5，此时相对于上述光P3的光轴的 光点P5(光P4的射出光轴)向Y2方向的距离Δy2用以下的公式表示。
Δy2＝L·tanθ3 式3
由此，距离基准光轴O-O的总距离Δy(＝Δy1+Δy2)，如果使 用上述式1至式3，则如以下的式4那样表示。
Δy＝Δy1+Δy2
＝w·(tanθ1-tanθ2)·cosθ1+L·tanθ3
＝w·(tanθ1-tan[sin-1(n1/n2·sinθ1)])·cosθ1+L·tanθ3 式4
即，上述放大机构16具有将上述距离Δy1放大为总距离Δy的功 能。
因为上述式4所示的w、n1、θ1为常数，所以上述总距离Δy依赖 于被测量物质7的折射率n2而变化。此外，如上述那样，上述折射率 n2具有依赖于被测量物质7的浓度而变化的关系。
由此，如果能够知道上述光点P5(光P4的射出光轴)的总距离Δy， 则能够求出上述被测量物质7的折射率n2、即浓度。
具体地讲，将预先通过测量求得的上述总距离Δy与被测量物质7 的浓度的关系作为数据事先存储起来，在实际使用上述浓度测量用的光 学部件10测量时，根据在该测量时得到的总距离Δy选择与其对应的数 据，由此能够求出被测量物质7的浓度。
此外，上述折射率n2容易受到被测量物质7的温度带来的影响， 有时也会因温度的不同而在上述总距离Δy中产生变动。由此，优选为 将例如每个温度下的上述总距离Δy与被测量物质7的浓度的关系作为 数据事先存储起来。或者也可以预先取得温度校正用的数据，用上述温 度校正用数据校正所测量的原始的总距离Δy后求出浓度。
另外，通过测量上述式2所示的距离Δy1，也能够与上述同样地测 量被测量物质7的浓度。但是，由于上述距离Δy1比距离Δy2小，特 别是由图2、式1及式2可知，折射率n2的变化量很小，所以上述距离 Δy1也很小。因此，如果在上述很小的距离Δy1中包含少量的测量误 差，则有可能降低对被测量物质7的浓度的测量精度。与此相对应，由 于上述距离Δy2是将上述很小的距离Δy1实际上放大后的距离，所以 即使在上述距离Δy2的测量时包含同样的测量误差，也能够减小这种误 差的影响。由此，不会降低上述浓度测量用光学部件10的浓度测量精 度。
因而，作为应设置在上述屏幕S的位置上的受光元件，不再需要使 用高精度的元件。由此，能够使用成本较低廉的受光元件。
另外，上述放大机构16并不限于一体地设置在上述第2光学元件 12的射出面12b上，也可以是在上述第2光学元件12的射出面12b与 上述屏幕(受光元件的受光面)S之间、且单独设置在上述光P3的光 路上的结构。但是，如上述那样一体地形成在上述第2光学元件12的 射出面12b上与作为其它部件设置的情况相比较，由于能够削减部件件 数，所以能够使制造成本变得低廉。
此外，在本发明中，利用了透过第1光学元件11的射出面11b与 被测量物质7的边界面的透射光，而不是像上述特许文献1所述的折射 率浓度计那样利用全反射的性质。由此，不需要使第1光学元件11的 折射率n1与被测量物质7的折射率n2的关系为n1＞n2。
并且，在n1≤n2(高浓度)的情况下，由于不发生全反射，所以在 上述第1光学元件11中直线传播的光P1能够透过上述边界面。
此外，即使在n1＞n2(低浓度)的情况下，如果上述光P1的入射角 θ1比临界角小，也能够透过边界面。
这里，n1＞n2情况下的临界角θc由以下的式5规定。
θc＝sin-1n2/n1 式5
如果上述被测量物质7的浓度变低，则折射率n2变小，所以临界 角θc也变小。由此，在被测量物质7的浓度较低的情况下，并不一定 总维持着临界角θc＞入射角θ1的关系，也可以假想光P1不透过上述边 界面的情况。
但是，上述入射角θ1的设定依赖于第1光学元件11的入射面11a 的倾斜角度φ，所以通过按照使上述倾斜角度φ尽可能地大的方式形成 上述入射面11a，就能够维持上述临界角θc＞入射角θ1的关系，即使在 低浓度的情况下上述光P1也能够透过上述边界而。由此，本发明的光 学部件10能够在从低浓度到高浓度的全范围内高精度地测量被测量物 质7的浓度。
另外，上述第1光学元件11与第2光学元件12也可以一体地形成， 此时的上述通路15的截面做成矩形状的贯通孔就可以。如果这样一体 化，则能够更低成本地形成上述光学元件。并且能够进一步提高上述射 出面11b与上述入射面12a的平行度的精度。
接着说明浓度测量单元。
图4是表示使用了图1的光学部件的浓度测量单元的剖视图。图4 所示的浓度测量单元20在壳体21的内部中设有上述浓度测量用光学部 件10。上述壳体21由合成树脂形成，在一个(图示X1侧)端面上形 成有安装孔21a，在该安装孔21a内固定有作为检查用光源而起作用的 发光元件22。此外，在另一个(图示X2侧)的端面上也形成有安装孔 21b，在该安装孔21b内固定有受光元件23。
上述发光元件22为例如指向性优良的发光二极管等，更优选为能 够输出直线光的半导体激光二极管。此外，受光元件23为例如光敏二 极管、半导体位置检测元件(PSD：Position Sensitivity Diodes)或CCD (Charge Couple Device)等。
另外，仅就上述发光元件22照射的光的指向性而言，在缺乏直线 性、上述总距离Δy的测量精度(浓度的测量精度)不好的情况下，优 选为如图4那样在上述第1光学元件11的入射面11a上形成球面状的 凹曲面11f。此时，上述凹曲面11f发挥透镜的作用，所以能够将从发 光元件22扩散射出的光的束径聚集而缩小光圈，能够提高上述总距离 Δy的测量精度。
另外，通过在发光元件22与第1光学元件11的入射面11a之间配 置凸透镜也能够将光缩小光圈，但如果如上述那样在上述第1光学元件 11的入射面11a上-体地形成凹曲面11f，则可以不需要有作为其它部 件设置的所需要的上述凸透镜，所以能够使制造成本变得低廉。
在上述壳体21的图示Y方向的两侧面上形成有开口部21c和开口 部21d，此外，在上述壳体21的内壁上形成有段差部21e和段差部21f。 作为上述光学部件10的第1光学元件11和上述第2光学元件12都将 上述对置片11c和对置片12c插入到上述开口部21c中，并将上述对置 片11d和对置片12d插入到上述开口部21d中。并且，上述第1光学元 件11在上述入射面11a的两侧部由上述壳体21的段差部21e定位的状 态下通过粘接材料被固定，同样，上述第2光学元件12在上述射出面 12b的两侧部由上述壳体21的段差部21f定位的状态下被固定。由此， 上述第1光学元件11的射出面11b和第2光学元件12的入射面12a具 有一定的宽度尺寸w而整体以平行的状态相对置。
一体地设置有上述光学部件10、发光元件22和受光元件23的壳体 21通过由未图示的盖封闭，就完成了浓度测量单元20的组装。在上述 浓度测量单元20中，与上述第1光学元件11的射出面11b和第2光学 元件12的入射面12a对置的空间，通过由上述壳体21的底板和未图示 的盖从四面密封，从而形成上述通路15。由此，能够使被测量物质7 从上述对置片11c和对置片12c的流入口15a向对置片11d和对置片12d 的流出口15b流通。
并且，在使被测量物质7流通到上述浓度测量单元20的通路15中 的状态下，如果从上述发光元件22向受光元件23照射光，则上述受光 元件23能够检测到对应于被测量物质7的浓度而变化的上述总距离Δ y。由此，能够根据表示上述总距离Δy与被测量物质7的浓度的关系的 数据求出被测量物质7的浓度。
接着说明装载有上述浓度测量单元的燃料电池。
图5是表示组装有图4的浓度测量单元的燃料电池的循环系统的结 构图。图5所示的燃料电池30为直接甲醇型燃料电池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)型，构建出使燃料(甲醇水溶液)以发电部40为中 心循环供给的系统。
上述发电部40为由阳极41和阴极42构成的电极夹着由传导氢(H+) 的固体高分子构成的电解质膜(例如全氟磺酸类离子交换膜)43而成的 电池单元经多级层叠而得到的结构。
在上述发电部40的外部设有储存有高浓度的甲醇(CH3OH)的燃 料箱51和混合箱52。在上述燃料箱51和混合箱52的输入部之间设置 有补充泵61，上述甲醇从燃料箱51被输送到混合箱52。
在上述发电部40的阴极42侧和上述混合箱52的输入部之间设有 循环泵62，并且上述混合箱52的输出部与上述发电部40的阳极41侧 经由上述浓度测量单元20连结。即，通过使用软管等配管部件，将上 述混合箱52的输出部与上述浓度测量单元20的上述流入口15a连结， 同样，将上述浓度测量单元20的上述流出口15b与上述发电部40的阳 极41侧连结。
此外，上述发电部40的阴极42侧与上述混合箱52连结，能够将 由发电部40产生的水(H2O)供给至混合箱52。进而，在上述发电部 40的阴极42侧连结着输送泵63，能够从外部将作为氧化剂气体的氧 (O2)供给至阴极42。
另外，在上述燃料电池30中设置有控制部70，能够进行对从上述 补充泵61、循环泵62及输送泵63等输送出的液体或气体的供给量的调 整，以及通过根据从上述浓度测量单元20的受光元件23输出的输出数 据求出上述总距离Δy来进行被测量物质(甲醇水溶液)的浓度测量等。
在上述燃料电池30中，高浓度的甲醇被从上述燃料箱51向混合箱 52输送。此时，甲醇的供给量是由接受到上述控制部70的指令的补充 泵61来进行的。在上述混合箱52中，使用循环泵62从发电部40输送 的残余的甲醇(低浓度)、同样从发电部40排出的水、和从上述燃料箱 51输送的高浓度的甲醇被聚集在一起。它们在混合箱52中被混合，重 新生成规定的低浓度的甲醇水溶液(CH3OH+H2O)，通过上述循环泵 62输送给发电部40的阳极41侧。
此时，上述浓度测量单元20测量上述甲醇水溶液的浓度，将由浓 度测量单元20所检测的输出数据输送给控制部70。控制部70用上述方 法根据上述输出数据求出在上述通路15内流通的被测量物质7即甲醇 水溶液的浓度。并且，在测量的浓度低于规定的浓度时，通过向打开方 向驱动上述补充泵61的输出阀，进行使从燃料箱51输送出的上述高浓 度的甲醇的供给量增多的调整。此外，在上述浓度超过了规定的浓度时， 通过向关闭方向驱动上述补充泵61的输出阀，进行使高浓度的甲醇的 供给量减少的调整。由此，能够将从上述混合箱52输送出的甲醇水溶 液总维持为规定的浓度。
这样，在上述燃料电池30中，将设定为规定浓度的甲醇水溶液输 送给上述发电部40的阳极41。此外，将规定量的氧从通过控制部70 调整的输送泵63供给至发电部40的阴极42。
对于上述发电部40内的阳极41，上述甲醇(CH3OH)与水(H2O) 反应，生成氢(H+)、电子(e-)和二氧化碳(CO2)。此时的反应一般 用以下的化学公式表示。
CH3OH+H2O→CO2+6H+6e
此时，如果在阳极41与阴极42之间连接负荷电阻R，则上述电子 (e-)移动到阴极42，所以在上述负荷电阻R中有电流流过。在阳极 41中生成的氢(H+)在上述电解质膜43中移动而到达阴极42，在上述 阴极42中，与从上述输送泵63供给的氧(O2)及移动到阴极42的电 子(e-)结合而生成水(H2O)。此时的反应一般用以下的化学公式表示。
3/2O2+6H+6e-→3H2O
另外，整体的反应一般用以下的化学公式表示。
CH3OH+H2O→CO2+3H2O
并且，在上述阴极42中生成的水(H2O)被供给到混合箱52，作 为用来稀释上述高浓度甲醇的水而再利用。
此外，在上述发电部40中没有被使用的残余的甲醇通过循环泵62 被再次输送给混合箱52，在输送给发电部40的阳极41的规定的低浓度 甲醇水溶液的生成中再利用。
上述燃料电池30能够将总为一定浓度的甲醇水溶液供给到发电部 40，所以能够提高燃料电池的发电效率、提供稳定的输出电压。并且由 于能够使用高浓度的甲醇，所以能够使燃料箱、即整个燃料电池30小 型薄型化，并且能够延长作为电池的寿命。
另外，在上述实施方案中，说明了使用有机燃料即甲醇作为被测量 物质的情况，但在本发明的浓度测量用光学部件及浓度测量单元中可测 量的被测量物质并不限于有机燃料或甲醇。
如上所述，在本发明中，能够提供可高精度地测量被测量物质的浓 度的光学部件。
此外，通过将光学部件、发光元件及受光元件收容在壳体内，能够 提供一体化的浓度测量单元。
此外，组装了浓度测量单元的燃料电池由于能够将甲醇的浓度维持 为一定，所以能够提高发电效率、提供稳定的输出电压。
图1所示的浓度测量用光学部件10由第1光学元件11和第2光学 元件12构成。上述第1光学元件11和第2光学元件12是由透明玻璃 或丙烯酸类树脂等形成的棱镜。一边的第1光学元件11具有在图示X1 侧相对于上述基准光轴O-O垂直形成的入射面11a、和在图示X2侧 相对于上述基准光轴O-O以规定的倾斜角度φ倾斜而形成的射出面 11b。另一边的第2光学元件12具有在图示X1侧相对于上述基准光轴 O-O上述的倾斜角度φ倾斜而形成的入射面12a、和在图示X2侧相对 于上述基准光轴O-O垂直形成的射出面12b。此外，在上述第2光学 元件12的射出面12b上形成有放大机构16。上述放大机构16为例如由 多个凹凸槽或缝隙形成的衍射机构等，设在从上述第2光学元件12的 射出面12b射出的光的光路上。
在上述第1光学元件11的侧部上分别形成有从上述射出面11b向 图示Y1方向和Y2方向突出的对置片11c和对置片11d。同样，在上述 第2光学元件12的侧部上分别形成有从上述射出面12b向图示Y1方向 和Y2方向突出的对置片12c和对置片12d。
并且，上述第1光学元件11和第2光学元件12在上述射出面11b 和入射面12a之间隔开一定的宽度尺寸w而对置配置，在其间形成通路 15。即，上述射出面11b形成上述通路15的一个(X1侧)面，上述入 射面12a形成上述通路15的另一个(X2侧)面。此外，一边的上述对 置片11c和对置片12c形成上述通路15的流入口15a，另一边的上述对 置片11d和对置片12d形成上述通路15的流出口15b。
下面说明用上述光学部件10测量有机燃料(例如甲醇)等被测量 物质的浓度的方法。另外，以下将第1光学元件11和第2光学元件12 的折射率设为n1，将透过第1光学元件11的光入射到射出面11b上时 的入射角设为01，将在被测量物质7上的折射角设为θ2，将被测量物 质7的折射率设为n2，将从放大机构16射出的光的折射角(射出角) 设为θ3。
被测量物质7的浓度测量，是在使被测量物质7从上述流入口15a 向着流出口15b在上述通路15内流通的状态下进行的。
如果在图示X1侧设置检查用光源P，从该光源P向图示X2方向照 射直线状的光(激光等)P1，则上述光(检查用光)P1的光轴(入射 光轴)在与上述基准光轴O-O一致的状态下相对于上述第1光学元件 11的入射面11a垂直入射，透过上述第1光学元件11内而到达被测量 物质7。于是，上述光P1透过第1光学元件11的射出面11b和被测量 物质7的边界面而入射到被测量物质中，此时入射到被测量物质7中的 光P2的折射角θ2由斯内尔法则，用下式表示。
θ2＝sin-1(n1/n2·sinθ1) 式1
其中，如图2所示，上述被测量物质7的折射率n2与被测量物质7 的浓度有关。由此，如果上述浓度发生变化，则入射到被测量物质7中 的光P2的折射角θ2与其相对应地变化。
另外，图2所示的折射率n2是设空气的折射率为1.00时的相对折 射率。
使横截上述通路15内的光P2(即在被测量物质7内前进的光P2) 从第2光学元件12的入射面12a入射到第2光学元件12的内部中。此 时，由于第2光学元件12的折射率为与上述第1光学元件11的折射率 相同的n1，所以透过第2光学元件12内的光P3的光轴相对于上述光 轴O-O(或光P1)平行。但是，如图1所示，光P3的光轴相对于上 述光轴O-O在图示Y2方向被平行移动了距离Δy1。
另外，如图3所示，如果用通路15的宽度尺寸w和折射角θ2表示 距离Δy1，则为以下的公式。
Δy1＝w·(tanθ1-tanθ2)·cos01 式2
在第2光学元件12内沿图示X2方向直线传播的光P3从第2光学 元件12的射出面12b射出到外部，但由于此时在上述射出面12b上形 成有放大机构16，所以射出到外部的光P4在被较大地折射的状态下射 出。
如果在从上述射出面12b沿X2方向隔开规定距离L的位置上，相 对于上述基准光轴O-O垂直地设置屏幕(受光元件的受光面)S，则 由光P4在上述屏幕S上形成光点P5，此时相对于上述光P3的光轴的 光点P5(光P4的射出光轴)向Y2方向的距离Δy2用以下的公式表示。
Δy2＝L·tanθ3 式3
由此，距离基准光轴O-O的总距离Δy(＝Δy1+Δy2)，如果使 用上述式1至式3，则如以下的式4那样表示。
Δy＝Δy1+Δy2
＝w·(tanθ1-tanθ2)·cosθ1+L·tanθ3
＝w·(tanθ1-tan[sin-1(n1/n2·sinθ1)])·cosθ1+L·tanθ3 式4
即，上述放大机构16具有将上述距离Δy1放大为总距离Δy的功 能。
因为上述式4所示的w、n1、θ1为常数，所以上述总距离Δy依赖 于被测量物质7的折射率n2而变化。此外，如上述那样，上述折射率 n2具有依赖于被测量物质7的浓度而变化的关系。
由此，如果能够知道上述光点P5(光P4的射出光轴)的总距离Δy， 则能够求出上述被测量物质7的折射率n2、即浓度。
具体地讲，将预先通过测量求得的上述总距离Δy与被测量物质7 的浓度的关系作为数据事先存储起来，在实际使用上述浓度测量用的光 学部件10测量时，根据在该测量时得到的总距离Δy选择与其对应的数 据，由此能够求出被测量物质7的浓度。
此外，上述折射率n2容易受到被测量物质7的温度带来的影响， 有时也会因温度的不同而在上述总距离Δy中产生变动。由此，优选为 将例如每个温度下的上述总距离Δy与被测量物质7的浓度的关系作为 数据事先存储起来。或者也可以预先取得温度校正用的数据，用上述温 度校正用数据校正所测量的原始的总距离Δy后求出浓度。
另外，通过测量上述式2所示的距离Δy1，也能够与上述同样地测 量被测量物质7的浓度。但是，由于上述距离Δy1比距离Δy2小，特 别是由图2、式1及式2可知，折射率n2的变化量很小，所以上述距离 Δy1也很小。因此，如果在上述很小的距离Δy1中包含少量的测量误 差，则有可能降低对被测量物质7的浓度的测量精度。与此相对应，由 于上述距离Δy2是将上述很小的距离Δy1实际上放大后的距离，所以 即使在上述距离Δy2的测量时包含同样的测量误差，也能够减小这种误 差的影响。由此，不会降低上述浓度测量用光学部件10的浓度测量精 度。
因而，作为应设置在上述屏幕S的位置上的受光元件，不再需要使 用高精度的元件。由此，能够使用成本较低廉的受光元件。
另外，上述放大机构16并不限于一体地设置在上述第2光学元件 12的射出面12b上，也可以是在上述第2光学元件12的射出面12b与 上述屏幕(受光元件的受光面)S之间、且单独设置在上述光P3的光 路上的结构。但是，如上述那样一体地形成在上述第2光学元件12的 射出面12b上与作为其它部件设置的情况相比较，由于能够削减部件件 数，所以能够使制造成本变得低廉。
此外，在本发明中，利用了透过第1光学元件11的射出面11b与 被测量物质7的边界面的透射光，而不是像上述特许文献1所述的折射 率浓度计那样利用全反射的性质。由此，不需要使第1光学元件11的 折射率n1与被测量物质7的折射率n2的关系为n1＞n2。
并且，在n1≤n2(高浓度)的情况下，由于不发生全反射，所以在 上述第1光学元件11中直线传播的光P1能够透过上述边界面。
此外，即使在n1＞n2(低浓度)的情况下，如果上述光P1的入射角 θ1比临界角小，也能够透过边界面。
这里，n1＞n2情况下的临界角θc由以下的式5规定。
θc＝sin-1n2/n1 式5
如果上述被测量物质7的浓度变低，则折射率n2变小，所以临界 角θc也变小。由此，在被测量物质7的浓度较低的情况下，并不一定 总维持着临界角θc＞入射角θ1的关系，也可以假想光P1不透过上述边 界面的情况。
但是，上述入射角θ1的设定依赖于第1光学元件11的入射面11a 的倾斜角度φ，所以通过按照使上述倾斜角度φ尽可能地大的方式形成 上述入射面11a，就能够维持上述临界角θc＞入射角θ1的关系，即使在 低浓度的情况下上述光P1也能够透过上述边界而。由此，本发明的光 学部件10能够在从低浓度到高浓度的全范围内高精度地测量被测量物 质7的浓度。
另外，上述第1光学元件11与第2光学元件12也可以一体地形成， 此时的上述通路15的截面做成矩形状的贯通孔就可以。如果这样一体 化，则能够更低成本地形成上述光学元件。并且能够进一步提高上述射 出面11b与上述入射面12a的平行度的精度。
接着说明浓度测量单元。
图4是表示使用了图1的光学部件的浓度测量单元的剖视图。图4 所示的浓度测量单元20在壳体21的内部中设有上述浓度测量用光学部 件10。上述壳体21由合成树脂形成，在一个(图示X1侧)端面上形 成有安装孔21a，在该安装孔21a内固定有作为检查用光源而起作用的 发光元件22。此外，在另一个(图示X2侧)的端面上也形成有安装孔 21b，在该安装孔21b内固定有受光元件23。
上述发光元件22为例如指向性优良的发光二极管等，更优选为能 够输出直线光的半导体激光二极管。此外，受光元件23为例如光敏二 极管、半导体位置检测元件(PSD：Position Sensitivity Diodes)或CCD (Charge Couple Device)等。
另外，仅就上述发光元件22照射的光的指向性而言，在缺乏直线 性、上述总距离Δy的测量精度(浓度的测量精度)不好的情况下，优 选为如图4那样在上述第1光学元件11的入射面11a上形成球面状的 凹曲面11f。此时，上述凹曲面11f发挥透镜的作用，所以能够将从发 光元件22扩散射出的光的束径聚集而缩小光圈，能够提高上述总距离 Δy的测量精度。
另外，通过在发光元件22与第1光学元件11的入射面11a之间配 置凸透镜也能够将光缩小光圈，但如果如上述那样在上述第1光学元件 11的入射面11a上-体地形成凹曲面11f，则可以不需要有作为其它部 件设置的所需要的上述凸透镜，所以能够使制造成本变得低廉。
在上述壳体21的图示Y方向的两侧面上形成有开口部21c和开口 部21d，此外，在上述壳体21的内壁上形成有段差部21e和段差部21f。 作为上述光学部件10的第1光学元件11和上述第2光学元件12都将 上述对置片11c和对置片12c插入到上述开口部21c中，并将上述对置 片11d和对置片12d插入到上述开口部21d中。并且，上述第1光学元 件11在上述入射面11a的两侧部由上述壳体21的段差部21e定位的状 态下通过粘接材料被固定，同样，上述第2光学元件12在上述射出面 12b的两侧部由上述壳体21的段差部21f定位的状态下被固定。由此， 上述第1光学元件11的射出面11b和第2光学元件12的入射面12a具 有一定的宽度尺寸w而整体以平行的状态相对置。
一体地设置有上述光学部件10、发光元件22和受光元件23的壳体 21通过由未图示的盖封闭，就完成了浓度测量单元20的组装。在上述 浓度测量单元20中，与上述第1光学元件11的射出面11b和第2光学 元件12的入射面12a对置的空间，通过由上述壳体21的底板和未图示 的盖从四面密封，从而形成上述通路15。由此，能够使被测量物质7 从上述对置片11c和对置片12c的流入口15a向对置片11d和对置片12d 的流出口15b流通。
并且，在使被测量物质7流通到上述浓度测量单元20的通路15中 的状态下，如果从上述发光元件22向受光元件23照射光，则上述受光 元件23能够检测到对应于被测量物质7的浓度而变化的上述总距离Δ y。由此，能够根据表示上述总距离Δy与被测量物质7的浓度的关系的 数据求出被测量物质7的浓度。
接着说明装载有上述浓度测量单元的燃料电池。
图5是表示组装有图4的浓度测量单元的燃料电池的循环系统的结 构图。图5所示的燃料电池30为直接甲醇型燃料电池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)型，构建出使燃料(甲醇水溶液)以发电部40为中 心循环供给的系统。
上述发电部40为由阳极41和阴极42构成的电极夹着由传导氢(H+) 的固体高分子构成的电解质膜(例如全氟磺酸类离子交换膜)43而成的 电池单元经多级层叠而得到的结构。
在上述发电部40的外部设有储存有高浓度的甲醇(CH3OH)的燃 料箱51和混合箱52。在上述燃料箱51和混合箱52的输入部之间设置 有补充泵61，上述甲醇从燃料箱51被输送到混合箱52。
在上述发电部40的阴极42侧和上述混合箱52的输入部之间设有 循环泵62，并且上述混合箱52的输出部与上述发电部40的阳极41侧 经由上述浓度测量单元20连结。即，通过使用软管等配管部件，将上 述混合箱52的输出部与上述浓度测量单元20的上述流入口15a连结， 同样，将上述浓度测量单元20的上述流出口15b与上述发电部40的阳 极41侧连结。
此外，上述发电部40的阴极42侧与上述混合箱52连结，能够将 由发电部40产生的水(H2O)供给至混合箱52。进而，在上述发电部 40的阴极42侧连结着输送泵63，能够从外部将作为氧化剂气体的氧 (O2)供给至阴极42。
另外，在上述燃料电池30中设置有控制部70，能够进行对从上述 补充泵61、循环泵62及输送泵63等输送出的液体或气体的供给量的调 整，以及通过根据从上述浓度测量单元20的受光元件23输出的输出数 据求出上述总距离Δy来进行被测量物质(甲醇水溶液)的浓度测量等。
在上述燃料电池30中，高浓度的甲醇被从上述燃料箱51向混合箱 52输送。此时，甲醇的供给量是由接受到上述控制部70的指令的补充 泵61来进行的。在上述混合箱52中，使用循环泵62从发电部40输送 的残余的甲醇(低浓度)、同样从发电部40排出的水、和从上述燃料箱 51输送的高浓度的甲醇被聚集在一起。它们在混合箱52中被混合，重 新生成规定的低浓度的甲醇水溶液(CH3OH+H2O)，通过上述循环泵 62输送给发电部40的阳极41侧。
此时，上述浓度测量单元20测量上述甲醇水溶液的浓度，将由浓 度测量单元20所检测的输出数据输送给控制部70。控制部70用上述方 法根据上述输出数据求出在上述通路15内流通的被测量物质7即甲醇 水溶液的浓度。并且，在测量的浓度低于规定的浓度时，通过向打开方 向驱动上述补充泵61的输出阀，进行使从燃料箱51输送出的上述高浓 度的甲醇的供给量增多的调整。此外，在上述浓度超过了规定的浓度时， 通过向关闭方向驱动上述补充泵61的输出阀，进行使高浓度的甲醇的 供给量减少的调整。由此，能够将从上述混合箱52输送出的甲醇水溶 液总维持为规定的浓度。
这样，在上述燃料电池30中，将设定为规定浓度的甲醇水溶液输 送给上述发电部40的阳极41。此外，将规定量的氧从通过控制部70 调整的输送泵63供给至发电部40的阴极42。
对于上述发电部40内的阳极41，上述甲醇(CH3OH)与水(H2O) 反应，生成氢(H+)、电子(e-)和二氧化碳(CO2)。此时的反应一般 用以下的化学公式表示。
CH3OH+H2O→CO2+6H+6e
此时，如果在阳极41与阴极42之间连接负荷电阻R，则上述电子 (e-)移动到阴极42，所以在上述负荷电阻R中有电流流过。在阳极 41中生成的氢(H+)在上述电解质膜43中移动而到达阴极42，在上述 阴极42中，与从上述输送泵63供给的氧(O2)及移动到阴极42的电 子(e-)结合而生成水(H2O)。此时的反应一般用以下的化学公式表示。
3/2O2+6H+6e-→3H2O
另外，整体的反应一般用以下的化学公式表示。
CH3OH+H2O→CO2+3H2O
并且，在上述阴极42中生成的水(H2O)被供给到混合箱52，作 为用来稀释上述高浓度甲醇的水而再利用。
此外，在上述发电部40中没有被使用的残余的甲醇通过循环泵62 被再次输送给混合箱52，在输送给发电部40的阳极41的规定的低浓度 甲醇水溶液的生成中再利用。
上述燃料电池30能够将总为一定浓度的甲醇水溶液供给到发电部 40，所以能够提高燃料电池的发电效率、提供稳定的输出电压。并且由 于能够使用高浓度的甲醇，所以能够使燃料箱、即整个燃料电池30小 型薄型化，并且能够延长作为电池的寿命。
另外，在上述实施方案中，说明了使用有机燃料即甲醇作为被测量 物质的情况，但在本发明的浓度测量用光学部件及浓度测量单元中可测 量的被测量物质并不限于有机燃料或甲醇。
如上所述，在本发明中，能够提供可高精度地测量被测量物质的浓 度的光学部件。
此外，通过将光学部件、发光元件及受光元件收容在壳体内，能够 提供一体化的浓度测量单元。
此外，组装了浓度测量单元的燃料电池由于能够将甲醇的浓度维持 为一定，所以能够提高发电效率、提供稳定的输出电压。