JP2005302471A - 燃料電池用燃料残量計、燃料電池システム、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 機器の姿勢を問わず正確に液体燃料の残量を検知可能な、燃料電池用燃料残量計、燃料電池システム、及び電子機器を提供する。
【解決手段】 内側収納容器１１０及び外側収納容器１２０の２重構造とし、外側収納容器に対し支持部材を介して内側収納容器を移動自在な構造とした。よって、内側収納容器内の液体量に応じた内側収納容器の重量変化、移動量変化に基づいて液量決定用部材は、内側収納容器内の液量を決定用の情報を提供する。従って、いわゆるモバイル機器において内側収納容器の姿勢位置が変化しても、当該燃料電池用燃料残量計によれば液量を検出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、携帯機器に搭載する燃料電池、特に液体燃料を使用する燃料電池における燃料電池用燃料残量計、該燃料電池用燃料残量計を有する燃料電池システム、及び該燃料電池システムを備えた電子機器に関する。

電子機器駆動用の燃料電池としては、小型軽量化が可能で、かつ安価な、メタノールを燃料とするダイレクト形メタノール燃料電池が有望視されている。
図２０に燃料電池の原理的な構成図を、図２１に液体燃料を用いた機器、例えば石油ストーブの燃料残量検出手段を示す。図２０に示す燃料電池部５０において、１は高濃度メタノールを収納した燃料カートリッジであり、２は水を収納した水タンクであり、３は燃料及び水を送るポンプであり、４は濃度１０％以下のメタノール水溶液を収納する燃料タンクであり、５はメタノール濃度センサを有し濃度制御用の信号を発する濃度検知制御部であり、６は反応膜を有する発電部である。７はポンプ３を制御するための信号線であり、８は高濃度メタノール燃料を送る管であり、９は水を送る管であり、１０はメタノール水溶液を発電部６に送る管であり、１１は発電部６における発電の際に生じた水を水タンク２へ回収する管である。

このように構成された燃料電池部５０は、ダイレクトメタノール方式をとり、まず、燃料カートリッジ１に収納される液体燃料２０としての高濃度のメタノールと、水タンク２に収納される水２１とを燃料タンク４にて混ぜ、１０％以下の濃度のメタノール水溶液を作る。燃料タンク４から上記メタノール水溶液を発電部６に送り、発電部６は上記メタノール水溶液と大気中の酸素とを用いて上記反応膜で発電を行う。その際、水が生成される。又、生成した水は、水タンク２又は燃料タンク４に回収される（例えば特許文献１参照。）。
発電動作により、燃料カートリッジ１内の高濃度メタノールがなくなったときには、使用者は、当該燃料電池システム内に設けられる燃料カートリッジ１内に新たな高濃度メタノールを補充するか、あるいは燃料カートリッジ１を着脱可能な構造として、新たな高濃度メタノールを充填した燃料カートリッジ１に交換する方法が考えられる。

又、液体燃料を使った機器として例えばストーブを例に採り、該ストーブに備わる燃料残量検出手段について図２１を参照して説明する。図２１において、１３は液体燃料タンクであり、１４は液体燃料タンク１３内の燃料の液面を確認するための透明窓であり、１５は透明窓１４に記された目盛りであり、１６は液体燃料タンク１３の燃料供給口であり、１７は液体燃料タンク１３内の液体燃料の液面を示している。このような燃料残量検出手段では、石油ストーブのように機器の姿勢が一定の場合には、液面１７が水平となるため、当該石油ストーブ内の液体燃料の残量を、透明窓１４を通して検出することが可能である。
米国特許５５９９６３８号

燃料電池においては、上記燃料カートリッジ１内に高濃度のメタノール燃料が存在するときには、一定濃度のメタノール水溶液が上記反応膜に供給され続け、安定した発電が行われるが、機器使用中に燃料カートリッジ１内の高濃度メタノール燃料が無くなると、上記メタノール水溶液濃度が低下し、石油ストーブのように急に停止してしまい、発電が停止してしまう。
そこで、燃料カートリッジ内のメタノール燃料残量を検知する手段が必要となる。しかし、電子機器、特に携帯機器における２次電池の代わりとして、液体燃料を用いた燃料電池を使用する場合には、機器の保持中あるいは使用中において、該機器の姿勢が一定でないことから、上記燃料カートリッジ内で液体燃料が移動する。よって、図２１のような、液面の高さから液体燃料の残量を常に検出する手段は使用できないという課題がある。又、液面を目視にて検知する場合、筐体前面の見やすい位置に燃料カートリッジや、残量計の透明窓を配置する必要があり、機器設計上の制約もある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、機器の姿勢を問わず正確に液体燃料の残量を検知可能な、燃料電池用燃料残量計、該燃料電池用燃料残量計を有する燃料電池システム、及び該燃料電池システムを備えた電子機器を提供することを目的とする。

上述の問題点を解決するために本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様の燃料電池用燃料残量計は、発電を行う発電部へ供給される液体燃料又は上記発電部にて生成される水を収納する内側収納容器と、
上記内側収納容器を包囲する外側収納容器であって、該外側収納容器に対して上記内側収納容器を上記外側収納容器の内側で移動自在に支持する支持部材を上記内側収納容器と上記外側収納容器との隙間に有し、該支持部材を介して上記内側収納容器を内側に収納する外側収納容器と、
上記隙間に設けられ、上記内側収納容器及び上記外側収納容器の相対的な移動に基づいて上記内側収納容器内の液量を決定するための情報を提供する液量決定用部材と、
を備えたことを特徴とする。

上記燃料電池用燃料残量計では、内側収納容器及び外側収納容器の２重構造とし、外側収納容器と内側収納容器との隙間に設けた支持部材を介して外側収納容器内で内側収納容器が自由に移動可能な構造とした。よって、内側収納容器に収納されている液体の量に応じて内側収納容器の重量が変化し、該重量の変化に伴い内側収納容器の移動量が変化する。よって、上記重量変化及び移動量変化に基づいて液量決定用部材は、内側収納容器内の液量を決定するための情報を提供する。

又、本発明の第２態様である燃料電池システムは、上記第１態様の燃料電池用燃料残量計と、
上記燃料電池用燃料残量計に備わる内側収納容器に接続され発電を行う燃料電池部と、を備えたことを特徴とする。

又、本発明の第３態様の電子機器は、上記第２態様の燃料電池システムと、
上記燃料電池システムに備わる上記燃料電池部に接続され上記燃料電池部から電力供給を受ける負荷部と、を備えたことを特徴とする。

上記燃料電池用燃料残量計は、例えば携帯用の電子機器等に使用されることから、使用時における姿勢は定まらない。このような使用状態においても上記内側収納容器内の液量を正確に提供するため、上記液量決定用部材は、次のように構成することができる。上記内側収納容器は、第１側面と、該第１側面に直交する第２側面とを有して構成される。上記液量決定用部材は、上記第１側面を重力方向又はほぼ重力方向に沿わせて上記内側収納容器を配置したとき、及び上記第２側面を重力方向又はほぼ重力方向に沿わせて上記内側収納容器を配置したときの両方において、上記液量を提供可能な構成を有する。具体的には、上記液量決定用部材が例えば目印部材と残量表示部材とを有するときには、上記内側収納容器がいずれの方向を向いて配置されたときでも上記目印部材による残量指示が可能なように、上記残量表示部材には、同心円上に残量目盛りを記す。又、上記液量決定用部材が例えば液量検出器を有するときには、上記内側収納容器がいずれの方向を向いて配置されたときでも上記液量検出器に対して液量情報を送出させる当接部材に設けられる。

上記第１態様の燃料電池用燃料残量計、上記第２態様の燃料電池システム、及び上記第３態様の電子機器によれば、上記燃料電池用燃料残量計では、外側収納容器に対して内側収納容器を移動可能な構成とし、かつ液量決定用部材を備えた。よって、いわゆるモバイル機器に燃料電池部が設けられ上記内側収納容器の姿勢位置が変化し内部の液体位置が定まらない場合でも、内側収納容器に収納されている液体の量に応じて内側収納容器の移動量が変化することから、液量決定用部材を介して液量を検出することができる。又、該燃料電池用燃料残量計を有する燃料電池システム、及び該燃料電池システムを有する電子機器においても、液体燃料の残量を確認することができる。
又、上記支持部材により、上記内側収納容器に作用する衝撃を緩和することができ、例えば落下時等における内側収納容器の破損を抑制することもできる。

上記燃料電池用燃料残量計に備わる液量決定用部材を、目印部材及び残量表示部材を有して構成することで、電気的な構成を必要とせずに、上記内側収納容器の姿勢位置にかかわらず内側収納容器内の液量を確認することができる。

燃料電池用燃料残量計の液量決定用部材に液量検出器を設け、さらに液量決定装置及び残量表示部を上記燃料電池用燃料残量計に設けることで、内側収納容器内の液量を電気的に検出することができる。よって、より高い精度にて内側収納容器内の液量を決定することができる。
上記液量検出器として、歪検出器や圧力検出器を用いることで、簡易かつコンパクトにて構成することができる。

緩衝材にて上記支持部材を構成することで、支持部材を省略することができ、簡易な構成を採ることができる。

変換部を設けることで、液体燃料を直接測定するのではなく発電に伴い発電部にて生成される水の量を検出して液体燃料の残量に換算することもできる。このような検出方法をとることで、液体燃料の残量検出のバリエーションを増やすことができる。

上記内側収納容器の姿勢位置は変化し内部の液体が移動することから、液量検出器にて検出される液量情報も変動する。よって、上記液量情報からサンプリングした複数のデータから代表液量情報を決定したり、平均値を求めたりして液量を求めることで、より高い精度にて液体燃料の残量を求めることができる。

本発明の実施形態である、燃料電池用燃料残量計、該燃料電池用燃料残量計を備えた燃料電池システム、及び該燃料電池システムを備えた電子機器について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
ここで、上記燃料電池用燃料残量計は、図２０を参照して上述したダイレクト形メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）を有する構成に用いられるものであり、さらに、該燃料電池用燃料残量計及び上記燃料電池システムは、携帯可能な電子機器に備えられる。よって、図２０の発電部６へ供給するための上記メタノール等の液体燃料２０や、発電時に上記発電部６にて生成される水２１を収納する各容器は、その姿勢が随時変化する可能性があり、上記液体燃料２０及び水２１は、上記容器内にて自由に移動可能である。本実施形態の燃料電池用燃料残量計は、このような状況において、上記液体燃料の残量を正確に検出するためのものである。

図１に示すように、上述の燃料電池用燃料残量計１０１は、大別して、内側収納容器１１０と、外側収納容器１２０と、液量決定用部材１４０とを備える。
内側収納容器１１０は、発電を行う上記発電部６へ供給するための液体燃料、即ち、上記発電部６へ供給される濃度調整済の供給燃料の元となる原液燃料つまり本実施形態では１００％のメタノールの液体燃料２０を収納する。内側収納容器１１０の容量は、例えば５０〜１００ミリリットル程度である。発電動作に伴いメタノールが消費されることから、上記供給燃料に含まれるメタノール濃度を発電動作中、一定に維持するため、内側収納容器１１０に収納した上記液体燃料２０は、徐々に減っていく。よって、内側収納容器１１０における液体燃料２０の残量を検出することは重要である。当該燃料電池用燃料残量計１０１は、内側収納容器１１０における液体燃料２０の残量を検出する装置である。
尚、内側収納容器１１０は、第１側面に相当する周面１１３と、該周面に直交し第２側面に相当する側面１１４とを有する。

尚、後述するように、内側収納容器１１０は、外側収納容器１２０に対して着脱可能とし、液体燃料２０が無くなったときには、液体燃料２０を満たした新たな内側収納容器１１０と交換可能であったり、又、液体燃料２０を注入可能な構造を有する。
又、内側収納容器１１０は、発電動作に伴い上記発電部６で生成される水２１を収納することもできる。この場合、上記原液の液体燃料２０は、別の収納容器に収納される。よって、本明細書では、内側収納容器１１０に収納されている上記液体燃料２０又は水２１を総称して液体１１１と記す。

上記外側収納容器１２０は、内側収納容器１１０を包囲し内側に収納する容器であり、内側収納容器１１０とで２重構造を構成する。又、上記外側収納容器１２０は、内側収納容器１１０と外側収納容器１２０との隙間１２１に支持部材を有し、該支持部材にて、外側収納容器１２０に対して内側収納容器１１０を移動可能な状態に支持して収納する。
上記液量決定用部材１４０は、上記隙間１２１に設けられ、内側収納容器１１０及び外側収納容器１２０の相対的な移動に基づいて内側収納容器１１０内の液量を決定するための情報を提供する部材である。

上述のように構成される燃料電池用燃料残量計１０１について、より具体的な構造を示す図４に基づいて説明する。図４に示す燃料電池用燃料残量計１０１では、上記隙間１２１に上記支持部材１３０を図示している。支持部材１３０としては、例えばスプリングや板バネのような弾性部材が使用可能であり、支持部材１３０にて、外側収納容器１２０に対して内側収納容器１１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動自在な状態にて、外側収納容器１２０内に収納される。尚、外側収納容器１２０と内側収納容器１１０とを相対的に移動可能とするため、内側収納容器１１０から例えば液体燃料等の液体１１１を取り出す管１１２と外側収納容器１２０との接続部分には、内側収納容器１１０の移動を極力妨げない程度の弾性を有する部材１２２ａが設けられている。

第１実施形態；
上記液量決定用部材１４０として、図４に示す第１実施形態の燃料電池用燃料残量計１０１では、内側収納容器１１０に設けた目印部材１４１と、残量表示部材１４２とを有する。残量表示部材１４２は、目印部材１４１に対応して外側収納容器１２０に設けられ、内側収納容器１１０と外側収納容器１２０との相対的移動に従い移動する目印部材１４１を表示可能な部材であり、目印部材１４１の位置にて内側収納容器１１０内の液体１１１の量を表示する。残量表示部材１４２としては、図６及び図７に示すような、例えば残量表示用の目盛りを記した透明な板状部材が相当する。

尚、図４に示す第１実施形態では、液量決定用部材１４０は外側収納容器１２０の一箇所に設けているが、図５に示すように、複数箇所に設けることもできる。
目印部材１４１及び残量表示部材１４２を有する液量決定用部材１４０は、内側収納容器１１０内の液量の多、少に応じて内側収納容器１１０の重量が変化することから、外側収納容器１２０に設けた残量表示部材１４２に対して内側収納容器１１０の目印部材１４１が移動し、その移動量は、上記液量の多、少に比例する。よって、図６の（ａ）及び図７の（ａ）に示すように、内側収納容器１１０内の液量がゼロになったときに、目印部材１４１が残量表示部材１４２の空目盛り１４２１に位置し、図６の（ｂ）及び図７の（ｂ）に示すように、内側収納容器１１０内に液体１１１が一杯あるときに、目印部材１４１が残量表示部材１４２の満目盛り１４２２に位置するように、上記支持部材１３０の弾性力を調整しておくことで、図６の（ａ）〜（ｃ）及び図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、内側収納容器１１０内の液体１１１の残量を表示することができる。尚、残量を確認するときには、液体１１１を重力方向に位置させた状態で残量表示部材１４２に対する目印部材１４１の位置を確認する。
このように、目印部材１４１及び残量表示部材１４２を有する液量決定用部材１４０は、簡易に残量表示計を構成することができ、コスト的にも有利である。

第２実施形態；
次に、図２等を参照して、第２実施形態における燃料電池システム２０１について説明する。
燃料電池システム２０１は、燃料電池部２１０と、燃料電池用燃料残量計２２０とを有する。ここで、燃料電池部２１０は、図２０を参照して説明した燃料電池部５０における構成と基本的に同じであるが、燃料カートリッジ１に代えて、以下に説明する燃料カートリッジ１０２を使用する。燃料電池部２１０におけるその他の構成は、燃料電池部５０の構成に同じであり、ここでの説明は省略する。

燃料電池用燃料残量計２２０は、上記燃料カートリッジ１０２と、液量決定装置２２１と、燃料残量表示部２２２とを有する。
燃料カートリッジ１０２は、上述の燃料電池用燃料残量計１０１の構成とほぼ同様の構成を有する。即ち、燃料カートリッジ１０２は、上記内側収納容器１１０と、外側収納容器１２３と、流量決定用部材１４３とを備え、上記支持部材１３０を削除し、さらに流量決定用部材１４０を流量決定用部材１４３に変更している。よってここでは内側収納容器１１０についての説明は省略する。
燃料電池用燃料残量計１０１では、燃料カートリッジそのものに燃料残量計としての流量決定用部材１４０を設けたが、燃料カートリッジ１０２では、燃料残量を電気的に検出し内側収納容器１１０内の液量に応じた液量情報を発生する液量検出器を流量決定用部材１４３に取り付けることで、内側収納容器１１０及び外側収納容器１２３の相対的な移動に基づいて内側収納容器１１０内の液量を決定する。よって、当該燃料電池用燃料残量計２２０では、実際に燃料残量を決定し表示する部分は、流量決定用部材１４３、より詳しくは上記液量検出器に接続される上記液量決定装置２２１及び上記燃料残量表示部２２２に該当する。

燃料カートリッジ１０２では、図９及び図１２に示すように、外側収納容器１２３は、第１容器１２３１及び第２容器１２３２の２分割構造であり、ヒンジ１２３３を介して回動することで、内側収納容器１１０を露出させることができる。よって、内側収納容器１１０が例えば液体燃料を収納している場合で、該液体燃料が消費され空になったときには、内側収納容器１１０の交換が容易に行える。

上記流量決定用部材１４３は、図８〜図１１に示すように、内側収納容器１１０と外側収納容器１２３との隙間１２１において、内側収納容器１１０の直径方向における２箇所に設けられる。又、該流量決定用部材１４３は、外側収納容器１２３に対して内側収納容器１１０を内側で移動可能に支持する上述の支持部材としても機能する。尚、本実施形態では、このように２箇所に設けているが、上記直径方向において少なくとも１箇所に設ければよく、３箇所以上設けることもできる。但し、流量決定用部材１４３を１箇所に設ける場合には、上述の支持部材１３０が必要になると思われる。
このような流量決定用部材１４３は、内側収納容器１１０及び外側収納容器１２３の相対的な移動により互いに干渉する第１当接部材１４３１及び第２当接部材１４３３と、上記相対的移動により第１当接部材１４３１に生じる歪みを検出する歪検出器１４３２と、内側収納容器１１０内の液量に応じて第２当接部材１４３３にて生じる押圧力を検出する圧力センサ１４３４とを有する。尚、上記歪検出器１４３２及び上記圧力センサ１４３４が液量検出器の機能を果たす一例に相当する。本実施形態では、図９及び図１０に示すように、第２当接部材１４３３は、内側収納容器１１０の周面に直径方向に沿って突設された４角状の部材であり、第１当接部材１４３１は、外側収納容器１２３の内面に、上記直径方向に沿って突設された板状の部材であり、第２当接部材１４３３を取り囲み、かつ第２当接部材１４３３の各側面に対して平行に配置され、それぞれが独立して移動可能な４枚の板状の部材である。又、図１０では図示を省略しているが、圧力センサ１４３４は、第２当接部材１４３３の軸方向において外側収納容器１２３の内面に配置される。

さらに詳しく説明すると、内側収納容器１１０の軸方向、及び該軸方向に直交する方向、つまりＸ軸方向、並びにＹ軸及びＺ軸方向への、内側収納容器１１０及び外側収納容器１２３の相対的な移動を検出するため、一つの第２当接部材１４３３に対して、Ｘ軸方向には第１当接部材１４３１ａ、１４３１ｂが配置され、Ｙ軸方向には、第１当接部材１４３１ｃ、１４３１ｄが配置される。又、第１当接部材１４３１ａ、１４３１ｂ、１４３１ｃ、１４３１ｄには、それぞれ上記歪検出器１４３２ａ、１４３２ｂ、１４３２ｃ、１４３２ｄが取り付けられ、各歪検出器１４３２ａ〜１４３２ｄは、上記液量決定装置２２１に接続される。又、上記圧力センサ１４３４にて、Ｚ軸方向に作用する押圧力が検出可能である。

以上のように構成された流量決定用部材１４３は、内側収納容器１１０の管１１２が上側又は下側に位置し内側収納容器１１０が傾斜又は縦置きの姿勢になったとき、つまり外側収納容器１２３に対して内側収納容器１１０が重力方向に沿って例えばＸ軸方向に移動したときには、図１１の（ａ）に示すように、第２当接部材１４３３と第１当接部材１４３１ａ又は第１当接部材１４３１ｂとが干渉し、第１当接部材１４３１ａ又は第１当接部材１４３１ｂは撓む。勿論、該撓み量は、内側収納容器１１０の重量、つまり内側収納容器１１０に収納されている液体１１１の量に比例する。よって、歪検出器１４３２ａ又は歪検出器１４３２ｂは、第１当接部材１４３１ａ又は第１当接部材１４３１ｂの撓み量に応じた液量情報を液量決定装置２２１へ送出する。又、内側収納容器１１０がＹ軸方向に移動したときには、図１１の（ｂ）に示すように、第２当接部材１４３３と第１当接部材１４３１ｃ又は第１当接部材１４３１ｄとが干渉し、第１当接部材１４３１ｃ又は第１当接部材１４３１ｄは撓み、歪検出器１４３２ｃ又は歪検出器１４３２ｄは、その撓み量に応じた液量情報を液量決定装置２２１へ送出する。又、内側収納容器１１０が図示のように横置きの姿勢では、内側収納容器１１０は、重力方向に沿ってＺ軸方向に押圧力を生じる。よって、第２当接部材１４３３は、圧力センサ１４３４ａ又は圧力センサ１４３４ｂを押圧する。勿論、該押圧力は、内側収納容器１１０に収納されている液体１１１の量に比例する。よって、圧力センサ１４３４ａ又は圧力センサ１４３４ｂは、上記押圧力に応じた液量情報を液量決定装置２２１へ送出する。尚、上記液量情報は、具体的には、歪検出器１４３２ａ〜１４３２ｄが送出する歪値であり、及び圧力センサ１４３４ａ、１４３４ｂが送出する圧力値である。

このように流量決定用部材１４３を設けることで、燃料カートリッジ１０２、つまり内側収納容器１１０がいかなる姿勢であっても、内側収納容器１１０は流量決定用部材１４３にて外側収納容器１２３内に支持され、かつ内側収納容器１１０内の液体１１１の残量に応じた液量情報を送出することができる。

液量決定装置２２１は、歪検出器１４３２ａ、１４３２ｂ、１４３２ｃ、１４３２ｄ、及び圧力センサ１４３４ａ、１４３４ｂから供給される上記液量情報から内側収納容器１１０内の液体１１１の残量を求める。残量の求め方としては以下の方法がある。即ち、液量決定装置２２１の記憶部２２１１に、図１３に示すような、歪検出器１４３２ａ〜１４３２ｄ、及び圧力センサ１４３４ａ、１４３４ｂが送出する液量情報と、液体１１１の残量との関係を表す相関情報を予め格納しておき、該相関情報に従い上記残量を求める。尚、当該燃料電池用燃料残量計２２０を有する電子機器の姿勢変化の際における、加速度負荷、振動付与等により、図１４に示すように上記液量情報は時々刻々変化する。よって、上記残量を求めるための代表液量情報の決定方法としては、変化する液量情報から複数のサンプリングを行い、この内からある時刻における液量情報を代表液量情報とすることもできるし、又、サンプリングした複数の液量情報の平均値を求め代表液量情報とすることもできる。このように代表液量情報の決定は、液量決定装置２２１における代表液量情報決定部２２１２にて実行される。
このようにサンプリングされた複数の液量情報から代表液量情報を求める機能を有することで、例えば振動等の外乱により短時間に液量情報が変動する場合にも、上記外乱によるカートリッジの重量変動を抑えることができ、正確な残量を求めることが可能となる。

上記残量表示部２２２は、液量決定装置２２１に接続され液量決定装置２２１が送出する上記液体燃料の残量を表示する。

以上説明したように燃料電池用燃料残量計２２０によれば、燃料カートリッジ１０２には流量決定用部材１４３を設けたことから、機器の姿勢を問わず正確に液体燃料の残量を検知することが可能である。
尚、第１当接部材１４３１と第２当接部材１４３３との取り付けは、上述の形態に限定されず、第１当接部材１４３１を内側収納容器１１０の周面に立設し、第２当接部材１４３３を外側収納容器１２３の内面に立設してもよい。この場合、圧力センサ１４３４は、内側収納容器１１０の周面に設けられる。

又、上記燃料カートリッジ１０２の変形例として、図１５に示す燃料カートリッジ１０３を構成することもできる。燃料カートリッジ１０３について以下に説明する。尚、燃料電池システム２０１における燃料電池部２１０の構成、及び燃料電池用燃料残量計２２０における燃料カートリッジを除いた部分の構成は、上述の第２実施形態の構成に同じである。
上記燃料カートリッジ１０３は、内側収納容器１１０と、外側収納容器１２０と、支持部材１３０と、流量決定用部材１４４とを有する。内側収納容器１１０は、上述の支持部材１３０を介して外側収納容器１２０の内側にて移動可能に支持される。尚、外側収納容器１２０に代えて、上述の外側収納容器１２３を使用することもできる。

流量決定用部材１４４は、外側収納容器１２０の内面に、内側収納容器１１０の直径方向に沿って立設された１枚の板状の第１当接部材１４４１と、内側収納容器１１０の周面に、上記第１当接部材１４４１を挟むように適宜な隙間をあけて平行でかつ内側収納容器１１０の直径方向に沿って立設された２枚の板状の第２当接部材１４４２と、第１当接部材１４４１に取り付けられた、液量検出器の機能を果たす一例に相当する歪検出器１４４３とを有する。又、図示するように、流量決定用部材１４４は、流量決定用部材１４４ａ、流量決定用部材１４４ｂ、流量決定用部材１４４ｃの３つあり、流量決定用部材１４４ａ、１４４ｂは、内側収納容器１１０の周面１１３部分に対応して、流量決定用部材１４４ｃは内側収納容器１１０の側面１１４部分に対応して、それぞれ取り付けられている。又、流量決定用部材１４４ａ、１４４ｂでは、第１当接部材１４４１及び第２当接部材１４４２の配置方向を、互いに９０度異ならせている。尚、第１当接部材１４４１は、第２当接部材１４４２に比べて剛性の柔らかい材料を使用している。よって、当該燃料カートリッジ１０３の姿勢により、内側収納容器１１０及び外側収納容器１２０の相対的移動により、第１当接部材１４４１と第２当接部材１４４２とが当接したときには、図１６の（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２当接部材１４４２は撓まず、第１当接部材１４４１が撓む。

即ち、外側収納容器１２０に対して内側収納容器１１０が図１５のＸ軸方向に移動したときには、流量決定用部材１４４ａにおける第１当接部材１４４１の歪検出器１４４３が第１当接部材１４４１の伸縮を検出する。又、外側収納容器１２０に対して内側収納容器１１０が図１５のＹ軸方向に移動したときには、流量決定用部材１４４ｂにおける第１当接部材１４４１の歪検出器１４４３が第１当接部材１４４１の伸縮を検出する。又、外側収納容器１２０に対して内側収納容器１１０が図１５のＺ軸方向に移動したときには、流量決定用部材１４４ｃにおける第１当接部材１４４１の歪検出器１４４３が第１当接部材１４４１の伸縮を検出する。尚、各歪検出器１４４３は、図２に示す上述の流量決定装置２２１に接続されている。

上述のようにして各歪検出器１４４３にて検出された上記液量情報に基づいて内側収納容器１１０内の液体１１１の残量を求める動作については、上述した燃料電池用燃料残量計２２０の場合に同じである。よって、ここでの説明は省略する。

以上説明した、流量決定用部材１４４を有する燃料カートリッジ１０３によれば、上述の燃料カートリッジ１０２の場合に比べて以下のような効果がある。即ち、燃料カートリッジ１０３では、支持部材１３０でも内側収納容器１１０を保持することにより、内側収納容器１１０の管１１２を中心とした回転運動を抑制し、内側収納容器１１０の側壁は、外側収納容器１２０の側壁に対して常に平行を保つことが可能となる。その結果、上記回転運動により、第２当接部材１４４２と第１当接部材１４４１が斜めに接触し、歪検出器１４４３が適正な変位量を検出できなくなるのを抑制することができる。
尚、第１当接部材１４４１と第２当接部材１４４２との取り付けは、上述の形態に限定されず、第１当接部材１４４１を内側収納容器１１０の周面に立設し、第２当接部材１４４２を外側収納容器１２０の内面に立設してもよい。

さらに又、上記燃料カートリッジ１０２の変形例として、図１７に示す燃料カートリッジ１０４を構成することもできる。燃料カートリッジ１０４について以下に説明する。尚、燃料電池システム２０１における燃料電池部２１０の構成、及び燃料電池用燃料残量計２２０における燃料カートリッジを除いた部分の構成は、上述の第２実施形態の構成に同じである。

上記燃料カートリッジ１０４は、内側収納容器１１０と、外側収納容器１２４と、支持部材１３１と、流量決定用部材１４５とを有する。外側収納容器１２４は、図９及び図１２を参照して説明した外側収納容器１２３と同様に、第１容器１２４１及び第２容器１２４２に２分割可能な構造を採っており、図１８に示すようにヒンジ１２４３を介して回動することで、内側収納容器１１０を露出させることができる。
上記支持部材１３１は、内側収納容器１１０と、外側収納容器１２４との隙間１２１に充填された緩衝材にてなる。該緩衝材１３１は、例えばゲル状で弾性力を有する樹脂材や、液体を封入した袋状部材等が該当する。尚、内側収納容器１１０は、緩衝材１３１を介して外側収納容器１２３の内側にて移動可能に支持される。
内側収納容器１１０内の液量に応じて内側収納容器１１０の重量が変化することから、上記流量決定用部材１４５は、緩衝材１３１の内部又は外部に設けられ、内側収納容器１１０の重量、つまり内側収納容器１１０内の液量に応じて緩衝材１３１に生じる圧力を検出し該圧力に応じた液量情報を発生する圧力検出器である。該圧力検出器１４５は液量検出器の機能を果たす一例に相当する。

このように構成される燃料カートリッジ１０４では、内側収納容器１１０内の液体１１１の残量に応じて内側収納容器１１０は、緩衝材１３１を押圧することから、緩衝材１３１には該押圧力に応じた圧力が生じる。該圧力は、上記圧力検出器１４５にて検出され、上記液量情報として上記液量決定装置２２１へ送出される。
以上のようにして圧力検出器１４５にて検出された上記液量情報に基づいて内側収納容器１１０内の液体１１１の残量を求める動作については、上述した燃料電池用燃料残量計２２０の場合に同じである。よって、ここでの説明は省略する。

上述の燃料カートリッジ１０４によれば、内側収納容器１１０内の液体１１１の残量に対応して生じる緩衝材１３１による圧力は、緩衝材１３１内では均一となる。よって、圧力検出器１４５を緩衝材１３１のいかなる位置に配置しても、一つの圧力検出器１４５で緩衝材１３１内の圧力の変化、即ち内側収納容器１１０内の液体１１１の残量変化を検知することができる。よって、センサ数の削減による低コスト化を図ることができる。

上述した第２実施形態、及びその変形例では、内側収納容器１１０内の液体１１１は、メタノール等の液体燃料２０を想定している。しかしながら上述したように、内側収納容器１１０は、発電により燃料電池部２１０にて生成される水２１を収納する容器として使用することもできる。この場合、生成された水量から、消費された液体燃料の量を換算する必要がある。内側収納容器１１０を水２１の収納容器として使用する場合であっても、図２に示すように、内側収納容器１１０を有する燃料カートリッジに備わる歪検出器及び圧力検出器は、液量決定装置２２１に接続される。ここで液量決定装置２２１には、上記変換を行う変換部２２１３を有する必要がある。該変換部２２１３には、図１９に示すような、生成された水２１を収納する内側収納容器１１０の例えば重量と、液体燃料残量との関係を示す相関情報が予め格納されている。よって、変換部２２１３は、上記歪検出器及び圧力検出器が送出する上記液量情報を、上記相関情報に基づいて換算を行い、液体燃料残量を求める。

以上説明した燃料電池用燃料残量計１０１、及び燃料電池システム２０１は、図３に示すような携帯可能な電子機器３０１、例えばノート型のパーソナルコンピュータ等に取り付けられ、燃料電池システム２０１の燃料電池部２１０から上記電子機器３０１の負荷部３１０へ電力供給がなされる。このような電子機器３０１において、燃料残量は、機器のディスプレイ上あるいは筐体表面等、使用者の目につく箇所に表示される。さらに、電子機器３０１は、燃料残量が一定以下になった場合には、音による警告を発するように構成することが望ましい。

本発明は、携帯機器に搭載する燃料電池、特に液体燃料を使用する燃料電池における燃料電池用燃料残量計、該燃料電池用燃料残量計を有する燃料電池システム、及び該燃料電池システムを備えた電子機器に適用可能である。

本発明の実施形態である燃料電池用燃料残量計の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態である燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態である電子機器の一例の斜視図である。 本発明の実施形態である燃料電池用燃料残量計の構成を示す図である。 図４に示す燃料電池用燃料残量計の変形例を示す図である。 図４及び図５に示す燃料電池用燃料残量計の液量決定用部材における液量の表示例を示す図である。 図４及び図５に示す燃料電池用燃料残量計の液量決定用部材における液量の表示例を示す図である。 図２に示す燃料電池システムに備わる燃料カートリッジの一例を示す図である。 図８に示すＡ−Ａ部から見た燃料カートリッジの断面図である。 図８に示す液量決定用部材の詳細を示す斜視図である。 図８に示す液量決定用部材の動作を説明するための図である。 図８に示す燃料カートリッジを開いた状態の図である。 図２に示す燃料電池システムにおいて液体燃料の残量の求め方を説明するためのグラフである。 図２に示す燃料電池システムにおいて液体燃料の残量の求め方を説明するためのグラフである。 図２に示す燃料電池システムに備わる燃料カートリッジの他の例を示す図である。 図１５に示す燃料カートリッジに備わる液量決定用部材の動作を説明するための図である。 図２に示す燃料電池システムに備わる燃料カートリッジのさらに別の例を示す図である。 図１７に示す燃料カートリッジを開いた状態の図である。 発電に伴い生成される水の量から液体燃料の残量に換算するための関係を説明するためのグラフである。 従来の燃料電池システムの構成を示す図である。 従来の液体燃料計の一例を示す図である。

符号の説明

６…発電部、
１１０…内側収納容器、１１１…液体、１２０…外側収納容器、１２１…隙間、
１３０…支持部材、１３１…緩衝材、１４０…液量決定用部材、１４１…目印部材、
１４２…残量表示部材、１４５…圧力検出器、
２０１…燃料電池システム、２１０…燃料電池部、２２０…燃料電池用燃料残量計、
２２１…液量決定装置、２２２…液量表示部、
３１０…負荷部、
１４３１…第１当接部材、１４３２…歪検出器、１４３３…第２当接部材、
１４３４…圧力センサ、１４４１…第１当接部材、１４４２…第２当接部材、
１４４３…歪検出器、
２２１２…代表液量情報決定部、２２１３…変換部。

Claims (11)

1. 発電を行う発電部（６）へ供給される液体燃料（２０）又は上記発電部にて生成される水（２１）を収納する内側収納容器（１１０）と、
   上記内側収納容器を包囲する外側収納容器であって、該外側収納容器に対して上記内側収納容器を上記外側収納容器の内側で移動自在に支持する支持部材（１３０）を上記内側収納容器と上記外側収納容器との隙間（１２１）に有し、該支持部材を介して上記内側収納容器を内側に収納する外側収納容器（１２０）と、
   上記隙間に設けられ、上記内側収納容器及び上記外側収納容器の相対的な移動に基づいて上記内側収納容器内の液量を決定するための情報を提供する液量決定用部材（１４０）と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池用燃料残量計。
2. 上記液量決定用部材は、上記内側収納容器内の液量に応じた液量情報を発生する液量検出器（１４３２、１４３４、１４４３、１４５）を有し、上記燃料電池用燃料残量計は、さらに、上記液量検出器に接続され、上記液量情報に基づいて上記内側収納容器内の上記液量を求める液量決定装置（２２１）と、該液量決定装置に接続され上記液体燃料の残量を表示する残量表示部（２２２）とを備える、請求項１記載の燃料電池用燃料残量計。
3. 上記液量検出器は、上記内側収納容器及び上記外側収納容器に設けられ上記内側収納容器及び上記外側収納容器の相対的な移動により互いに干渉する当接部材（１４３１、１４３３、１４４１、１４４２）に設けられ、上記相対的移動により上記当接部材に生じる歪みを検出する歪検出器（１４３２、１４４３）である、請求項２記載の燃料電池用燃料残量計。
4. 上記液量検出器は、さらに、上記液量に応じて生じる押圧力を検出する圧力検出器（１４３４）である、請求項３記載の燃料電池用燃料残量計。
5. 上記支持部材は、上記隙間に充填された緩衝材（１３１）であり、上記液量決定用部材は、上記緩衝材の内部又は外部に設けられ上記液量に応じて上記緩衝材に生じる圧力を検出し該圧力に応じた液量情報を発生する圧力検出器（１４５）を有し、上記燃料電池用燃料残量計は、さらに、上記圧力検出器に接続され、上記液量情報に基づいて上記内側収納容器内の上記液量を求める液量決定装置（２２１）と、該液量決定装置に接続され上記液体燃料の残量を表示する残量表示部（２２２）とを備える、請求項１記載の燃料電池用燃料残量計。
6. 上記内側収納容器の収納液体が上記水であるとき、上記液量決定装置は、上記発電部にて生成される水の容量と上記発電部にて消費される液体燃料の容量との関係情報に基づいて上記水の液量情報を上記液体燃料の液量情報に変換する変換部（２２１３）を有する、請求項２から５のいずれかに記載の燃料電池用燃料残量計。
7. 上記液量決定装置は、上記液量情報からサンプリングされた複数のデータに基づいて代表液量情報を決定する代表液量情報決定部（２２１２）を有する、請求項２から６のいずれかに記載の燃料電池用燃料残量計。
8. 上記代表液量情報決定部は、上記複数のデータからその平均値を求め該平均値を上記代表液量情報とする、請求項７記載の燃料電池用燃料残量計。
9. 上記内側収納容器が収納する液体が上記液体燃料であるとき、上記液量決定用部材は、上記内側収納容器に設けた目印部材（１４１）と、該目印部材に対応して上記外側収納容器に設けられ上記相対的移動に従い移動する上記目印部材を表示可能であり該目印部材の位置にて上記液量を表示する残量表示部材（１４２）とを有する、請求項１記載の燃料電池用燃料残量計。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池用燃料残量計（２２０）と、
    上記燃料電池用燃料残量計に備わる内側収納容器に接続され発電を行う燃料電池部（２１０）と、
    を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
11. 請求項１０記載の燃料電池システム（２０１）と、
    上記燃料電池システムに備わる上記燃料電池部に接続され上記燃料電池部から電力供給を受ける負荷部（３１０）と、
    を備えたことを特徴とする電子機器。
    

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