JP2006126106A

JP2006126106A - 液体残量検知方法

Info

Publication number: JP2006126106A
Application number: JP2004317613A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nakamura; 保昭中村
Original assignee: Tokai Corp
Current assignee: Tokai Corp
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2006-05-18
Also published as: US7946170B2; US20100126265A1; WO2006049190A1; CN101048644A; EP1821079A1; US7658103B2; KR20070067735A; US20090056421A1

Abstract

【課題】液体残量検知方法において、液体の残量を目視によらず正確に検知することができ、再充填の場合に過充填を防止する。
【解決手段】液体供給口１２６を有する容器本体１０８と、容器本体１０８の内部に形成され、液体供給口１２６に連通された、液体１１９を封入する液体貯蔵室１１８とを備え、液体１１９が、液体貯蔵室１１８の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により液体供給口１２６から容器外へ供給される液体供給容器１００の液体残量検知方法において、液体１１９の１次供給圧力を検知して液体貯蔵室１１８内の液体１１９の残量を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、燃料電池に燃料を供給する燃料供給装置に使用される燃料カートリッジの燃料即ち液体の残量を検知する液体残量検知方法に関するものである。

従来、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として、燃料電池を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された燃料電池は、燃料電池の燃料極にメタノールを直接供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ, Direct Methanol Fuel Cell）であり、また、パーソナルコンピュータは、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、単に、ノートＰＣという）である。このノートＰＣは、ノートＰＣ本体を覆うカバー部材の先端の外縁即ち、ヒンジ結合部と反対側の外縁に、燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジが取り付けられ、カバー部材内に配置された燃料電池のパネルに燃料を供給するようになっている。
特開２００２−４９４４０号公報（図１、図２）

特許文献１に開示されたような燃料カートリッジは、透明樹脂製とすることにより内部の燃料の残量を目視により確認することができる。また、ノートＰＣ本体内に組み込んだ場合は、ノートＰＣ本体に確認窓を設けることにより燃料の残量を確認することができる。

また、燃料残量を目視によらず電気的に検知して、ソフトウエア上で燃料残量を管理して、例えば、ノートＰＣの液晶表示面に燃料残量を逐次表示し、残量が少なくなると警告表示するような使い方をしたい場合がある。

また、ノートＰＣのような機器から取り外した燃料カートリッジに燃料を補充する場合、目視による燃料残量の確認では再充填量を正確に把握することができない。従って、過充填を防ぐためには一度容器内の燃料を全て廃棄した後、所定量の燃料を充填する必要がある。

本発明は、このような観点に鑑みてなされたものであり、液体の残量を目視によらず正確に検知することができ、再充填の場合に過充填を防止する液体残量検知方法を提供することを目的とする。

本発明の液体残量検知方法は、液体供給口を有する容器本体と、容器本体の内部に形成され、液体供給口に連通された、液体を封入する液体貯蔵室とを備え、液体が、液体貯蔵室の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により液体供給口から容器外へ供給される液体供給容器の液体残量検知方法において、液体の１次供給圧力を検知して液体貯蔵室内の液体の残量を検知することを特徴とするものである。

また、本発明の一実施形態において、液体供給容器の雰囲気温度に基づいて検知された液体の残量を補正することができる。

また、液体の残量Ｖは、式

により測定することができる。

また、検知された液体の残量Ｖは、式

により補正することが好ましい。

また、液体貯蔵室内には、液体貯蔵室内を移動して容積を縮小する隔壁部材が配置され、隔壁部材は、液体貯蔵室と容器本体の間に加圧状態に封入された圧縮ガスにより付勢されてもよい。

また、本発明の液体残量検知方法は、液体供給口を有する容器本体および容器本体内部に形成され、液体供給口に連通された、液体を封入する液体貯蔵室を備え、液体が、液体貯蔵室の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により液体供給口から容器外へ供給される液体供給容器と、液体供給容器に接続されて１次供給圧力で供給される液体を２次供給圧力に減圧するとともに、減圧した２次供給圧力の液体を外部に供給するレギュレータとを備えた液体供給装置の液体残量検知方法において、２次供給圧力を検知して液体貯蔵室内の液体の残量を検知することを特徴とするものである。

また、レギュレータに、１次供給圧力の液体を外部に供給する検知部が設けられ、２次供給圧力の検知の代わりに、検知部から供給される液体の１次供給圧力を検知して液体の残量を検知することを可能とすることができる。

また、液体供給装置の雰囲気温度に基づいて検知された液体の残量を補正するようにしてもよい。

本発明の液体残量検知方法は、液体が液体貯蔵室の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により液体供給口から容器外へ供給される液体供給容器の液体残量検知方法において、液体の１次供給圧力を検知して液体貯蔵室内の液体の残量を検知するので、１次供給圧力をモニタすることにより、逐次正確に液体の残量を確認することができる。従って、液体を再充填する場合も正確な量を充填することができるので、過充填を防止することができる。

また、液体供給容器の雰囲気温度に基づいて検知された液体の残量を補正する場合は、さらに精度の高い液体残量検知を行うことができる。

液体の残量Ｖを、式

により測定する場合は、正確に液体の残量を検知することができる。

さらに、検知された液体の残量Ｖを、式

により補正する場合は、一層精度の高い液体残量を検知することができる。

また、本発明の液体残量検知方法は、液体供給口を有する容器本体および容器本体内部に形成され、液体供給口に連通された、液体を封入する液体貯蔵室を備え、液体が、液体貯蔵室の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により液体供給口から容器外へ供給される液体供給容器と、液体供給容器に接続されて１次供給圧力で供給される液体を２次供給圧力に減圧するとともに、減圧した２次供給圧力の液体を外部に供給するレギュレータとを備えた液体供給装置の液体残量検知方法において、２次供給圧力を検知して液体貯蔵室内の液体の残量を検知するので、液体供給装置を組み込んだ状態で液体の残量を正確に検知することができる。

また、レギュレータに、１次供給圧力の液体を外部に供給する検知部が設けられ、２次供給圧力の検知の代わりに、検知部から供給される液体の１次供給圧力を検知して液体の残量を検知することを可能とした場合は、１次供給圧力の液体からでも２次供給圧力の液体からでも液体残量を検知することができる。

また、液体供給装置の雰囲気温度に基づいて検知された液体の残量を補正する場合は、一層正確な液体残量を検知することができる。

図１は、本発明の液体残量検知方法が用いられる燃料供給装置（液体供給装置）の縦断面図である。燃料供給装置（以下、単に供給装置という）１は、レギュレータ２と、このレギュレータ２が取り付けられた燃料カートリッジ（液体供給容器）（以下、単にカートリッジという）１００から構成される。カートリッジ１００内には、例えば、燃料電池用の燃料（液体）１１９が充填される。

最初に、カートリッジ１００について説明する。カートリッジ１００は全体が円筒形をしており、中空円筒状の外容器（容器本体）１０８と、この外容器１０８の開放した下端を密閉する下蓋１１２とを有する。なお、ここで上下とは、便宜上、図１における上下方向をいうものとする。外容器１０８内には、円筒状の内容器１１４が配置され、さらに内容器１１４内の下部には隔壁部材１１６が配置される。この隔壁部材１１６によって内容器１１４内に、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール燃料１１９を貯蔵する燃料貯蔵室(液体貯蔵室)１１８が形成される。内容器１１４の外周面と、外容器１０８の内周面との間には、筒状の間隙Ｓが形成されるように内容器１１４と外容器１０８との寸法が決められる。

外容器１０８の材質は、強靭性の点でポリカーボネイト樹脂が好ましいが、ＡＳ樹脂やＡＢＳ樹脂でもよい。また、内容器１１４の材質は、耐メタノール燃料性の点でポリプロピレン樹脂が好ましい。これらの外容器１０８および内容器１１４が、透明である場合は、燃料１１９の消費に応じて内容器１１４内を移動する隔壁部材１１６の位置がわかり、燃料貯蔵室１１８内の燃料１１９の残量を目視で把握することができる。しかし、本願発明の液体残量検知方法においては、透明であることは必ずしも必要ではない。外容器１０８の下蓋１１２は、例えば、ポリカーボネイト樹脂からなり、外容器１０８に超音波溶着により固定される。カートリッジ１００の上壁１１０は外容器１０８と一体に形成されているが、別体に形成して下蓋１１２と同様に外容器１０８に超音波溶着して取付けてもよい。

上壁１１０の中央には、カートリッジ１００の構成部品である接続部１０２が取り付けられている。接続部１０２は全体が筒状に構成され、雄ねじが形成された取付部１２２および上壁１１０の外面に密接するフランジ部１２４を有する。接続部１０２は、取付部１２２が上壁１１０のねじ孔１２０に螺入されて取り付けられる。接続部１０２は、接続部１０２の長手方向に沿って上下に貫通する断面円形の貫通孔(液体供給口)１２６を有する。貫通孔１２６内には、頂部に大径部１３０を有する封止軸１２８が、貫通孔１２６内を摺動可能に配置されている。大径部１３０の上面には凹み１２８ａが形成されている。

封止軸１２８の上端の大径部１３０は、貫通孔１２６の内面に摺接し、下端の周溝には弁体即ちＯリング１３２が装着されている。また、貫通孔１２６の中央部分には縮径部１３４が形成されている。前述の封止軸１２８の大径部１３０と縮径部１３４との間には、圧縮コイルばね１３６が縮装され、通常は封止軸１２８を上方へばね付勢している。これによりＯリング１３２は、縮径部１３４の下面に圧接されて燃料貯蔵室１１８内は封止された状態となっている。図１では、封止軸１２８は後述するレギュレータ２の柱状突起１２により下方に押圧されて変移している。また、接続部１０２の上端近傍に、周溝１３８が形成され、この周溝１３８内にＯリング１４０が装着されている。また、取付部１２２の下端近傍の周溝にはＯリング１４２が装着され、上壁１１０とのシールに供される。

内容器１１４の下端は開放しており、閉鎖した頂壁１４４には、接続部１０２に対応して中央に概ね円柱状の凸部１４６が形成されている。凸部１４６には貫通孔１４６aが上下方向に形成されている。頂壁１４４の内面は、隔壁部材１１６の上面１１６ｄと略相補形状となっている。この形状により燃料１１９を無駄なく排出することができる。

隔壁部材１１６は、内容器１１４内に配置される外径を有する円板状乃至は円柱状の上部１１６ａと、この上部１１６ａの下端に上部１１６ａと一体に形成されたリブ１４８を有する。リブ１４８は、複数箇所に放射状に形成されている。上部１１６ａの外周には周溝１１６ｂが形成され、この周溝１１６ｂにはＯリング１５０が装着されている。このＯリング１５０は、内容器１１４の内面と摺接し、燃料貯蔵室１１８内を密封状態に維持する。上部１１６ａの下部中央には、環状溝１１６ｃが形成されて、環状溝１１６ｃの内側がボス１５２となる。環状溝１１６ｃと下蓋１１２との間には圧縮コイルばね１５４が介装される。

内容器１１４の下部には内容器１１４の長手方向に沿って切欠１１４ａが形成されている。この切欠１１４ａは、内容器１１４の下端に開放しており、その長さは、図６に示すように隔壁部材１１６が下端部にあるときのＯリング１５０の直下から下方に至る長さを有する。そして、内容器１１４と外容器１０８との間の空間１５６は、切欠１１４ａを介して隔壁部材１１６の下部空間１５８と連通する。空間１５６には加圧ガスＧが封入され、この加圧ガスＧの圧力により内容器１１４内の隔壁部材１１６を上方に押圧するようになっている。従って、燃料貯蔵室１１８内の燃料１１９は常に加圧された状態にあり、接続部１０２の封止が解除されれば直ちに接続部１０２から外部に燃料１１９が排出されるように構成されている。加圧ガスＧとしては不活性ガスが使用される。

次に、図２を合わせて参照してレギュレータ２について説明する。図２は、液体供給容器１００に装着する前の図１のレギュレータ２のみを拡大して示す拡大断面図である。レギュレータ２は、本体部６とカバー部８からなるケース４を有する。本体部６およびカバー部８は、各々例えば、円形或いは矩形の同様な形状のフランジ６ａ、８ａを有する。これらのフランジ６ａ、８ａは、互いに対向するように配置され、フランジ６ａ、８ａの間に後述するダイヤフラム８２を挟んで、ねじ（図示せず）により相互に固定されて一体化されている。カバー部８には円形凸部８ｂが突設され、この円形凸部８ｂには、さらに、ねじ調節部８ｃが突設されている。

本体部６には、円筒状の導入凸部３が、下向きに形成されている。なお、ここで、上下とは、便宜上、図１および図２における上下方向をいう。導入凸部３には、カートリッジ１００の接続部１０２が装着される導入口３ａが形成されている。導入凸部３の導入口３ａ内には隔壁１０が形成されている。隔壁１０には前述の封止軸１２９を押圧するための柱状突起１２が下向きに形成されている。さらに、柱状突起１２の近傍には、隔壁１２に隣接する中間室１４に連通する複数の透孔１６が穿設されている。本体部６には、中間室１４の上部に隔壁１８を介して調圧室２０が形成されている。隔壁１８の中央には、孔２２が穿設されている。また、導入凸部３には、導入口３ａに連通する検知孔５ａを有する検知ノズル(検知部)５が側方に向けて形成されている。

また、カバー部８は、ダイヤフラム８２とサポータ８６を収容する凹部即ち大気室２４を有する。この大気室２４は、雌ねじが形成されたねじ調節部８ｃの孔２４ａと連通する。そして、この孔２４ａには、調圧ねじ２６が螺入されて固定される。この調圧ねじ２６には、大気室２４と外部の大気圧の環境とを連通する透孔２６ａと、下向きの環状肩２６ｂが形成されている。

本体部６とカバー部８との間には、概ね円板状のダイヤフラム８２が、前述の如く両面からフランジ６ａ、８ａにより押圧された状態で取り付けられている。ダイヤフラム８２は、中心に開口８２ａを有するとともに、開口８２ａと同心且つ大気室２４側に環状隆起部８２ｂを有する。ダイヤフラム８２には、調圧室２０側に封止部材３０が取り付けられ、反対側即ち大気室２４側にはサポータ８６が取り付けられる。

封止部材３０は、ダイヤフラム８２への取付面となるフランジ部３０ａと、フランジ部３０ａから突出するボス部３０ｂと、このボス部３０ｂから隔壁１８の孔２２に挿通される封止軸(シャフト)３２とを同心に有する。封止部材３０には、ダイヤフラム８２の開口８２ａに位置合わせして、ねじ穴３０ｃが形成されている。封止軸３２の先端部にはＯリング３４が被冠されている。このＯリング３４は、封止軸３２に形成された周溝内に配置されている。これら封止軸３２とＯリング３４により１次圧力(１次供給圧力)を２次圧力（２次供給圧力）に減圧する調整弁が構成される。

前述のサポータ８６は、概ね円板乃至はコマ状の部材であり、中央に封止部材３０のねじ穴３０ｃに螺入される雄ねじ部８６ａが形成されている。この構成により、ダイヤフラム８２は、封止部材３０とサポータ８６により挟持された状態となる。換言すると、封止部材３０は、ダイヤフラム８２を挟んでサポータ８６と係合することによって、ダイヤフラム８２に取り付けられている。

前述の調圧ねじ２６の環状肩２６ｂとサポータ８６の間には圧縮コイルばね７０が縮装され、ダイヤフラム８２に適切な圧力を付勢している。この圧力は調圧ねじ２６によって調節される。即ち、レギュレータ２の使用状態において、調圧室２０内の２次圧力と、大気圧との差が略一定になるように調圧される。調圧室２０には、２次圧力の燃料を排出する排出口３８が側方に向けて形成されている。

このように形成されたレギュレータ２をカートリッジ１００に取付けると、図１に示すように導入口３ａの内面にＯリング１４０が密接し、柱状突起１２が封止軸１２８の頂部１２８ａを下方に押圧する。これにより、Ｏリング１３２が縮径部１３４から離隔して封止を解除し燃料１１９が噴出可能となる。そして、１次圧力の燃料１１９が透孔１６から中間室１４内に流入する。また、同時に検知孔５ａからも外部に流出するので、検知ノズル５に接続した圧力検知部５０で、１次圧力を検知することができる。

中間室１４内に流入した燃料１１９は、中間室１４から孔２２と封止軸３２の間隙を通って調圧室２０に流入する。調圧室２０内の圧力が高くなると、ダイヤフラム８２は図２に示す位置から図１に示す位置に上昇する。この調圧室２０は、ダイヤフラム８２に隣接する大気室２４の大気圧に対して、予め所望の２次圧力になるように調圧ねじ２６により設定されている。従って、調圧室２０内に流入した燃料１１９は、調圧室２０内が２次圧力になると、Ｏリング３４が隔壁１８に当接して、孔２２を閉鎖し、それ以上の燃料１１９の流入が阻止される。

燃料供給装置１の使用時においては、燃料１１９が排出口３８から排出されて、使用に供されると、調圧室２０内の圧力が所定の２次圧力より低下する。この結果、ダイヤフラム８２は、圧縮コイルばね７０により調圧室２０側に押し出される。その結果、Ｏリング３４が隔壁１８から離れ、設定された２次圧力より高い圧力の中間室１４内の燃料１１９が、隔壁１８の孔２２と封止軸３２の間の間隙を通って調圧室２０に流入する。そして、調圧室２０の圧力が所望の２次圧力に上昇したところで、ダイヤフラム８２は上方向へ復帰し、Ｏリング３４が再び隔壁１８に圧接されて、中間室１４と調圧室２０は互いに閉鎖される。燃料１１９の供給の継続中、燃料１１９の消費に応じて、この動作が反復してなされ、調圧室２０内は略一定な２次圧力に維持される。

燃料１１９が時間の経過とともに消費されて少なくなるにつれて、加圧ガスＧにより隔壁部材１１６が内容器１１４内に加圧ガスＧの圧力により少しずつ押し込まれる。そして、隔壁部材１１６が頂壁１４４に近接するまで、燃料１１９が接続部１０２から排出される。

次に、このように構成された燃料供給装置１のカートリッジ１００の燃料残量の検知から表示に至る概念について、再び図１を参照して説明する。排出口３８または検知ノズル５からそれぞれ排出された２次圧力、１次圧力の燃料１１９は、圧力検知部５０で２次圧力または１次圧力が測定される。次に、この測定された圧力は、電気的変換部５２で燃料残量が計算されるとともに演算されて燃料残量が電気的な値に変換される。そして、例えば、液晶等の表示部５４で、この燃料残量が表示される。これら圧力検知部５０、電気的変換部５２、表示部５４は、例えば、ノートＰＣ（図示せず）自体に内蔵される。

次に、圧力検知部５０で検知された１次圧力が電気的変換部５２で、どのように燃料残量に変換されるかについて図３を参照して説明する。図３は、カートリッジ１００内の燃料残量Ｖと、１次圧力Ｐの相関関係を示すグラフである。この図３から燃料残量Ｖの計算式が以下のようにして導き出される。

燃料残量Ｖを横軸に、１次圧力Ｐを縦軸にとって、任意の残量Ｖ_０のときの１次圧力Ｐ_０を測定する。次に、残量Ｖ_０より少ない残量Ｖ_１での１次圧力Ｐ_１を測定する。これにより、相関性を示すグラフが得られる。このグラフは所定の傾斜を有する直線即ち１次関数で示される。このときの縦軸の切片はＰ_ｂとなる。なお、残量Ｖ_０とＶ_１の差が大きいほどグラフの正確な傾斜が得られるが、残量Ｖ_１が０即ち燃料残量が全くない状態では正確な値が得られないので避ける必要がある。即ち、残量Ｖが０に近づくほど、１次圧力Ｐは矢印１７０で示すように、所定の傾斜を示す直線から急激に降下して、Ｖ＝０のときＰ＝０となる。また、残量Ｖが０に近づくと、１次圧力Ｐは急激に０に向かうため、１次圧力ＰがＰ_ｂ以下になる時点をモニタすれば残量Ｖが０になる直前が判る。

この相関性を示すグラフは、Ｐ＝｛（Ｐ_０−Ｐ_１）/（Ｖ_０−Ｖ_１）｝×Ｖ＋Ｐ_ｂの式に近似させることができる。この式から燃料残量Ｖを求める式に変換すると、燃料残量Ｖは、次の数式１

により得られる。残量Ｖと、モニタ時（測定時）の１次圧力Ｐ以外は、既に求められているので、Ｐを測定すればＶを得ることができる。これらの演算が電気的変換部５２でなされる。

上記実施形態では、残量Ｖと１次圧力Ｐとの相関性を一次関数で近似させることができたが、他の相関関係（例えば、２次曲線、対数或いは指数）の場合でも近似式を適用して同様に検知することができる。また、近似式が求まらない場合であっても、残量と一次圧力との関係を記憶させておくことによってモニタ時の残量を検知することが可能である。

ところで、モニタ時の残量Ｖと１次圧力Ｐ以外のパラメータ：Ｐ_０、V₀、Ｐ_１、V₁、P_bの計測時の雰囲気温度Ｔ_０とモニタ時の雰囲気温度Ｔが異なると、検知された１次圧力Ｐに誤差が生じるので、得られた残量Ｖの値は誤差を含んだものとなる。従って、残量Ｖを次の式で補正することにより、一層正確な燃料残量Ｖ´を次のようにして算出することができる。

検知された圧力Ｐを補正してＰ_ｈ（ｋＰ）とする場合について説明する。パラメータとなるＰ_０、Ｖ_０、Ｐ_１、Ｖ_１、Ｐ_ｂを測定したときの雰囲気温度をＴ_０（ケルビン）、Ｐ（ｋＰ）を測定したときの温度をＴ（ケルビン）とすると、Ｐ_ｈ/Ｐ＝Ｔ/Ｔ_０となり、これから、補正された１次圧力Ｐ_ｈ＝（Ｔ/Ｔ_０）×Ｐが得られる。このＰ_ｈを上記残量Ｖを求める式のＰに適用すると、補正された燃料残量Ｖ´が得られる。
即ち、補正された燃料残量Ｖ´は、次の数式２

により得られる。

このようにして燃料残量の正確な値が測定されれば、必要な燃料１１９の充填量は、満充填量から燃料残量を差し引くことにより容易に演算により計算される。

次に、具体的な実施例を示す。
（実施例１（温度補正無しの場合））
パラメータが、V₀＝6ｍL、P₀＝350ｋPa、V_１＝1ｍL、P_１＝169ｋPa、P_b＝133ｋPa、T₀＝293.15Kのとき、モニタした圧力Ｐは、P＝205ｋPaであった。そのときの燃料残量Vは、前述の数式１を適用して、

（実施例２（温度補正を行う場合））
モニタした圧力Pが、P＝205ｋPaであり、モニタした時の雰囲気温度TがT＝313.15ｋPaのとき、補正された燃料残量V´は、前述の数式２を適用して、

以上、１次側圧力から液体残量を検知する方法について述べたが、次に、レギュレータ２の２次側圧力から液体残量を検知する方法について説明する。この方法は、レギュレータ出力（２次側圧力）が１次圧力に相関することを利用するものである。しかし、２次側圧力は、弁体（Ｏリング３４）に１次圧力が加わることにより誤差が生じる。従って、この誤差を加味して２次側圧力を測定することにより、比較的正確に１次圧力を推測し、この１次圧力に基づいて液体残量を求めることができる。

まず最初に、１次圧力の変動に伴う２次圧力の調圧特性即ち１次圧力と２次圧力の関連性について、図４および図５を参照して説明する。図４は、レギュレータ２の圧力調整機能を説明するための機構図、図５は１次圧力に対する２次圧力の調圧特性を示す、レギュレータ２の特性図をそれぞれ示す。この図５の特性図は、カートリッジ１００から燃料１１９を供給した際に、このカートリッジ１００内の１次圧力が徐々に低下することに対する１次調整弁となるＯリング３４の受圧誤差を考慮したものである。

図４において、受圧誤差を考慮しない場合のＯリング３４による調圧特性は、１次圧力をＰ１、２次圧力をＰ２（大気圧との差圧）、ダイヤフラム８２の有効面積をＳｄ、その変位量をΔＺ、圧縮コイルばね７０のセット荷重をＦ、バネ定数をＫとした場合に、ダイヤフラム８２の釣り合いは、Ｆ＋ΔＺ・Ｋ＝Ｐ２・Ｓｄとなり、これから２次圧力Ｐ２は、
Ｐ２＝（Ｆ／Ｓｄ）＋（ΔＺ・Ｋ／Ｓｄ）となり、ダイヤフラム８２は、ΔＺ＝（Ｐ２・Ｓｄ／Ｋ）−（Ｆ／Ｋ）まで移動し、上記Ｐ２＝（Ｆ／Ｓｄ）＋（ΔＺ・Ｋ／Ｓｄ）の２次圧力で安定する。

つまり、１次圧力Ｐ１が、Ｐ１≧（Ｆ／Ｓｄ）＋（ΔＺ・Ｋ／Ｓｄ）において、この１次圧力変化に関係なく２次圧力Ｐ２は一定となり、図５の実線Ｑに相当する理想となる調圧特性である。図５におけるａ点でＰ１＝（Ｆ／Ｓｄ）＋（ΔＺ・Ｋ／Ｓｄ）となり、それより高い１次圧力Ｐ１の領域で２次圧力Ｐ２が一定となる。

次に、Ｏリング３４の受圧誤差すなわち１次圧力Ｐ１が、封止軸３２を後退させる方向に作用する圧力損失を考慮すると、ダイヤフラム８２の釣り合いは、Ｆ＋ΔＺ・Ｋ＝Ｐ２・Ｓｄ＋Ｐ１・Ｓ１（但し、Ｏリング３４の投影面積＝Ｓ１）となり、これから２次圧力Ｐ２は、Ｐ２＝（Ｆ／Ｓｄ）＋（ΔＺ・Ｋ／Ｓｄ）−（Ｐ１・Ｓ１／Ｓｄ）となる。この調圧特性は、図５の鎖線Ｃ１と同様の特性であり、理想特性Ｑより−（Ｐ１・Ｓ１／Ｓｄ）だけずれる特性となる。従って、図５中Ｃ１で示すように、１次圧力Ｐ１の上昇に伴い２次圧力Ｐ２が低下する特性となる。この直線的な傾斜の度合いは、１次圧力Ｐ１と２次圧力Ｐ２を実測することにより得られる。

次に、２次圧力から燃料残量を検知する場合の実施例について説明する。
（実施例３（２次圧力から燃料残量を検知する場合（温度補正無し））
まず、１次圧力と２次圧力の関係を測定しておく。ここで、使用したカートリッジは、液体燃料を２５ｍＬ収容可能であり、T₀＝293.15K、Ｖ_０＝25ｍＬ時の圧力Ｐ_０が300ｋＰａ、Ｖ_１＝10ｍＬ時の１次圧Ｐ_１が180ｋＰａのカートリッジを使用した。このときの１次圧力と２次圧力の関係は次の表１に示すような関係になる。

このグラフから以下の式で２次圧力を測定することにより１次圧力が求まる。
１次圧力＝−２７．８１４×２次圧力＋８４５．４（数式３）
このとき、Ｐ_ｂ＝100ｋＰａとなる。モニタした２次圧力は２４ｋＰａであった。よって１次圧力Ｐは、上記数式３を使用して、Ｐ＝−２７．８１４×２４＋８４５．４＝１７７．８６４ｋＰａとなり、実施例１と同様に数式１を用いて計算を行うと燃料残量Ｖは、

（実施例４（２次圧力から燃料残量を検知する場合（温度補正有り））
実施例３と同じカートリッジにおいて、雰囲気温度ＴがＴ＝313.15Ｋのとき、モニタした２次圧力が２２ｋＰａであった。実施例３と同様に数式３を用いて１次圧力Ｐを求めると、Ｐ＝−２７．８１４×２３＋８４５．４＝２０５．６７８ｋＰａとなり、これを実施例２と同様に数式２を適用して計算すると、補正された燃料残量Ｖ´は

（実施例５（２次圧力から燃料残量を検知する場合））
カートリッジ容量が２５ｍLの品を使用し、２次圧力と燃料残量の関係を、予め測定した。この関係は、次の表２に示すような曲線のグラフとなった。

このグラフから、燃料残量Vと２次圧力の関係は、
Ｖ＝-0.3896×（２次圧力）^２＋14.019×２次圧力-101.9 （数式４）
となり、この数式４を用いることで２次圧力から燃料残量が把握できる。例えば、２次圧力のモニタ値が２３ｋＰａの時の燃料残量Ｖは、Ｖ＝-0.3896×23²+14.019×23-101.9＝14.49ｍＬとなる。

次に、図６を参照して、図１に示すカートリッジ１００に燃料１１９を充填する場合の態様について説明する。図６は、アダプタを取り付けた状態を示すカートリッジ１００の断面図である。図６では、カートリッジ１００にレギュレータ２の代わりにアダプタ２００が取り付けられている。このアダプタ２００は、空になったカートリッジ１００或いは燃料残量が少なくなったカートリッジ１００に燃料１１９を充填する場合に使用される。アダプタ２００はレギュレータ２の導入凸部３の構成と略同じである。アダプタ２００は、円筒状の本体２０２、この本体２０２内に形成された壁２０４、導入口２０２ａ、壁２０４の中央から導入口２０２ａ内に垂下された柱状突起２０６、および導入口２０２ａに連通する検知ノズル２０８を有する。アダプタ２００にはレギュレータ２の透孔１６に相当するものが形成されていない。

アダプタ２００を接続部１０２に取り付けると、柱状突起２０６が封止軸１２６を押圧して、１次圧力の燃料１１９が燃料貯蔵室１１８から導入口２０２ａを通過して、検知ノズル２０８の孔２０８ａから排出される。次に、排出された燃料１１９の圧力が測定され、必要な充填量が計算される。しかる後、アダプタ２００が外されて、図示しない燃料充填装置に接続部１０２が接続されて、接続部１０２の貫通孔１２６から燃料１１９が充填される。

また、アダプタ２００の他の態様(図示せず)としては、壁２０４に透孔１６と同様な透孔およびこの透孔を開閉する弁を設けた構成が考えられる。この態様のアダプタで１次圧力を検知する場合は、弁で透孔を閉鎖し、残量が確認できた後は、弁を開放してアダプタ２００を接続部１０２に装着した状態で、燃料１１９を透孔からカートリッジ１００の燃料貯蔵室１１８に供給するようにしてもよい。

本発明の液体残量検知方法が用いられる液体供給装置の縦断面図図１のレギュレータを拡大して示す拡大断面図図１の燃料カートリッジ内の燃料残量と、１次圧力の相関関係を示すグラフ図１のレギュレータの圧力調整機能を説明するための機構図１次圧力に対する２次圧力の調圧特性を示す、レギュレータの特性図アダプタを取り付けた状態を示す燃料カートリッジの断面図

符号の説明

１燃料供給装置（液体供給装置）
２レギュレータ
５検知ノズル(検知部)
１００燃料カートリッジ（液体供給容器）
１０８外容器（容器本体）
１１８燃料貯蔵室（液体貯蔵室）
１１９燃料(液体)
１２６貫通孔(液体供給口)

Claims

液体供給口を有する容器本体と、該容器本体の内部に形成され、前記液体供給口に連通された、液体を封入する液体貯蔵室とを備え、前記液体が、前記液体貯蔵室の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により前記液体供給口から容器外へ供給される液体供給容器の液体残量検知方法において、
前記液体の前記１次供給圧力を検知して前記液体貯蔵室内の前記液体の残量を検知することを特徴とする液体残量検知方法。
前記液体供給容器の雰囲気温度に基づいて前記検知された液体の残量を補正することを特徴とする請求項１記載の液体残量検知方法。
前記液体の残量Ｖが、式

により測定されることを特徴とする請求項１または２記載の液体残量検知方法。
前記検知された液体の残量Ｖが、式

により補正されることを特徴とする請求項３記載の液体残量検知方法。
液体供給口を有する容器本体および該容器本体内部に形成され、前記液体供給口に連通された、前記液体を封入する液体貯蔵室を備え、前記液体が、前記液体貯蔵室の容積が加圧下で縮小されることによって生成される１次供給圧力により前記液体供給口から容器外へ供給される液体供給容器と、該液体供給容器に接続されて前記１次供給圧力で供給される前記液体を２次供給圧力に減圧するとともに、減圧した前記２次供給圧力の液体を外部に供給するレギュレータとを備えた液体供給装置の液体残量検知方法において、
前記２次供給圧力を検知して前記液体貯蔵室内の前記液体の残量を検知することを特徴とする液体残量検知方法。
前記レギュレータに、前記１次供給圧力の前記液体を外部に供給する検知部が設けられ、前記２次供給圧力の検知の代わりに、前記検知部から供給される前記液体の前記１次供給圧力を検知して前記液体の残量を検知することを可能としたことを特徴とする請求項５記載の液体残量検知方法。
前記液体供給装置の雰囲気温度に基づいて前記検知された液体の残量を補正することを特徴とする請求項５または６記載の液体残量検知方法。