JP2007205811A - 水位センサおよび燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器が傾いた場合も検出精度の低下を防止することのできる水位センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 対向する２枚の電極１００間に存在する物質に応じて測定される静電容量の値が変化する。槽４１ａ内の液体の水位が変化すると、電極１００に触れる液体と気体の割合が変化するため、水位の変化を静電容量の変化として検出することができる。槽４１ａの側壁４１ｍには２組の対向する電極１００が設けられている。槽４１ａが傾いていることにより、１組の対向する電極１００間の静電容量値が正常に測定できず水位を検出できない場合でも、もう１組の対向する電極１００間の静電容量値を測定することで傾いた状態での水位を検出することができる。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、容器内に収容された液体の水位を検知する水位センサに関する。

従来、容器内の液体の水位を測定する水位センサとしては、電極間の抵抗値を測定するものや、静電容量を測定するものが知られている。電極間抵抗値を利用する水位センサには、導電性を有する液体を収容した容器内に、液体が接することにより通電可能となる電極部が設けられている。電極部は液体の減少に伴って液面が低下する方向の複数位置に配置されている。容器内の液面より上側にある電極部は液体に接しておらず、液面より下側にある電極部は液体に接した状態となる。電圧を印加し、各電極部の通電状態を検出することで、どの電極部の位置まで液面があるかを知ることができる。一方、静電容量を測定する水位センサは、液面の位置によって静電容量が変化する電極を容器内の水深方向に亘って対向させるように設ける。例えば、この電極間の静電容量の変化に伴う電流や発振周波数の変化を検出することで液面を検知する。静電容量値は電極面積に対して液体の占める割合が大きくなるにつれて、その変化量が小さくなる特性がある。そのため、容器内の水位の高い位置では水位の変化に対して静電容量の変化が小さく検出精度が落ちるという問題がある。

この問題を解決するものとして、例えば特許文献１に記載したものが挙げられる。水位の高い位置と低い位置で電極間距離が狭くなり、容器の鉛直方向中心に向かうに従って電極間距離が広くなるように電極を形成している。また水位の高い位置と低い位置で電極自体の幅を大きくすることで静電容量の変化に線形性をもたせることができ、静電容量の変化を検出しやすくなる。さらに、測定電極間の電気力線を制御するダミー電極を設けることで、測定電極間の電気力線を容器内に集中させ、水位の変化に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
特開２００３−５７０９７号公報

しかし、上記の方式の場合、容器内の水位によって電極間距離や電極自体の幅を変える必要があり、さらにダミー電極を設けるため電極の構造が特殊になる。また液体を収容する容器が傾いた場合に精度が落ちるという問題がある。

そこで本発明の目的は、容器が傾いた場合も検出精度の低下を防止することのできる水位センサを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る水位センサは、液体を収容する容器であって、対向して設けられる第１および第２の側壁と、前記第１および第２の側壁の対向方向と異なる方向に対向する第３および第４の側壁とを有する容器と、前記第１および第２の側壁に設けられる一対の第１の電極と、前記第３および第４の側壁に設けられる一対の第２の電極と、前記第１の電極間と前記第２の電極間の静電容量値を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された静電容量値から前記容器内の液体の水位を検知する検知手段と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、容器が傾いた場合も検出精度の低下を防止することのできる水位センサを提供することができる。

以下本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池１の外観斜視図である。図２は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池とノート型コンピュータをドッキングさせた状態を示す外観斜視図である。燃料電池１は例えばノート型コンピュータ１０の外部電源として用いられる。この燃料電池１はダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。メタノールと水を混合した予混合液を燃料とし、この予混合液を空気中の酸素と電解質膜で化学反応させることによって発電させる。このＤＭＦＣは、水素を燃料に用いる燃料電池よりも取り扱いが容易で、装置全体を小型にまとめることができる。

燃料電池１は、直方体に形成された本体１１と、本体１１の底に沿って平坦に延出した載置部１２とを有している。本体１１の壁部には多数の通気孔１１ａが形成されている。本体１１の内部には後述する発電部が納められている。本体１１の一部は、カバー１１ｂとして取り外せるように形成されている。本体１１のカバー１１ｂを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている

載置部１２は、ノート型コンピュータ１０の後部とドッキングできるように形成されている。載置部１２の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部１２の上面には、ノート型コンピュータ１０を連結するロック機構１３と、燃料電池１から電力をノート型コンピュータ１０に供給するためのコネクタ１４とが設けられている。

ロック機構１３は、載置部１２上の３箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起１３１とフック１３２とを備える。ノート型コンピュータ１０の後部底面には、ロック機構１３に連結される係合孔、およびコネクタ１４に接続されるソケットが設けられている。ノート型コンピュータ１０が載置部１２に押し当てられると、ロック機構１３がノート型コンピュータ１０の係合孔に挿入される。フック１３２によって載置部１２にノート型コンピュータ１０が保持される。その結果、ノート型コンピュータ１０のソケットがコネクタ１４と電気的に接続される。この状態で、本体１１に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池１は、発電を開始する。

載置部１２は、さらにイジェクトボタン１５を備える。このイジェクトボタン１５を押すと、ロック機構１３のフック１３２が解除され、ノート型コンピュータ１０を燃料電池１から取り外すことができるようになる。

図３は燃料電池本体内部に収納された発電部の外観斜視図である。発電部２は、燃料タンク３１、混合タンク４１、起電部５０、排液冷却器７１、第１の冷却ファン７２、復水器８１、第２の冷却ファン８２、濃度センサ９０、および送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５等を備える。これらはベースマニホールド１００の上に載置され、一体に支持される。混合液や水等の流体を流す複数の流路は、ベースマニホールド１００の中に形成されている。ベースマニホールド１００は、外径が矩形状のベース基板およびベース基板とほぼ同一外形に形成された板状のカバー部材を有している。ベース基板には、流路となる溝が形成され、カバー部材は、これらの溝を覆うようにベース基板に張り合わされている。

排液冷却器７１は、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２を挟んで、復水器８１と並べて配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。復水器８１は、水平方向に対して傾斜して伸びる複数の凝縮管と、この凝縮管の回りに取り付けられる冷却フィンとを備える。第２の冷却ファン８２は、復水器８１の凝縮管に取り付けられた冷却フィンに沿って、本体１１の通気孔１１ａを通して取り入れた外気を送る。

図４は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池の系統図である。発電部２は、燃料供給部３０と予混合液循環部４０と起電部５０と空気供給部６０と燃料冷却部７０と水回収部８０と濃度センサ９０とを備える。

燃料供給部３０は、燃料タンク３１と燃料供給路３２と燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４とで構成されている。予混合液循環部４０は、混合タンク４１と循環ポンプ４２と混合液供給路４３と混合液回収路４４とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とで構成されている。起電部５０は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは、アノード（燃料極）５１とカソード（空気極）５２とこれらの間に挟まれる電解質膜５３とで構成されている。空気供給部６０は、送気ポンプ６１と吸気バルブ６２と吸気フィルタ６３とで構成されている。燃料冷却部７０は、排液冷却器７１と第１の冷却ファン７２と予混合液冷却器７３とで構成される。水回収部８０は、復水器８１と第２の冷却ファン８２と回収槽８３と水供給路８４と水回収ポンプ８５とで構成される。濃度センサ９０は、音速センサが適用されている。物質中の音速を計測することでその物質の密度が分かる。これを基に燃料であるメタノールと水との分子量から予混合液の濃度が求まる。

燃料タンク３１には、液体燃料として高濃度のメタノールが入れられている。燃料タンク３１は、取替えが簡単な燃料カートリッジとして構成されている。したがって、燃料タンク３１を取り替える際は、本体１１に設けられたカバー１１ｂを取り外し、燃料タンク３１を本体１１から取り出す。燃料タンク３１は、燃料供給路３２によって混合タンク４１に連通されている。燃料供給路３２の途中には、燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４が設けられている。燃料バルブ３３は、電磁弁であり、燃料ポンプ３４とともに制御部３によって、動作制御される。

制御部３は、燃料バルブ３３、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、吸気バルブ６２、第１の冷却ファン７２、第２の冷却ファン８２、水位センサ８３ａ、水回収ポンプ８５、排気バルブ８８、濃度センサ９０、水位センサ１００と信号線で接続され、これらを制御する。制御部３は、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５の各々の流量、および吸気バルブ６２、排気バルブ８８の各々の開度によって、燃料電池１内の各流体の流れを制御する補機を構成している。

混合タンク４１は槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。混合タンク４１の槽４１ａには燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。
混合液供給路４３および混合液回収路４４は、混合タンク４１と起電部５０との間に設けられ、予混合液を循環させるループを形成している。混合液供給路４３は、混合タンク４１から起電部５０へ予混合液を送通する。混合液回収路４４は、起電部５０から混合タンク４１へ予混合液を送通する。

混合液供給路４３には、循環ポンプ４２とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とが設けられている。フィルタ４５は、混合タンク４１と循環ポンプ４２との間に配置されている。イオンフィルタ４６は、循環ポンプ４２と循環逆止弁４７との間に配置されている。循環ポンプ４２は、予混合液を混合タンク４１から起電部５０へ送液する。

混合液回収路４４には、排液冷却器７１が設けられている。排液冷却器７１は、複数回折り返された伝熱管と、この伝熱管の周りに直角に取り付けられた多数の放熱フィンとを有している。また、第１の冷却ファン７２が、排液冷却器７１に取り付けられる。第１の冷却ファン７２は、本体１１の通気孔１１ａから外気を冷却空気として吸い込み、放熱フィンに沿う方向に空気を送る。

起電部５０には、アノード５１とカソード５２とが電解質膜５３を挟むように配置されている。アノード５１には混合液供給路４３及び混合液回収路４４が接続され、予混合液が流される。カソード５２には空気供給部６０と通じる吸気路６４及び復水器８１と通じる排気路８６が接続され、空気が流される。

図５は起電部のセル構造を模式的に示した図である。起電部５０では、アノード５１に流される予混合液中のメタノールおよび水が電解質膜５３を介して、カソード５２に流される空気中の酸素と反応し、発電される。このとき、アノード５１側では、反応生成物として二酸化炭素が生成される。生成された二酸化炭素は余った予混合液とともに混合液回収路４４に排出される。また、カソード５２側では、水が水蒸気の状態で生成される。生成された水は湿り空気となって排気路８６に排出される。

空気供給部６０は、送気ポンプ６１で吸気フィルタ６３から酸素を含む空気を吸い込み、吸気路６４を通してカソード５２に送通する。送気ポンプ６１とカソード５２との間には、吸気バルブ６２が設けられている。排気路８６は、復水器８１、排気フィルタ８７および排気バルブ８８を通って、排気口８９へと通じている。排気口８９は本体１１の通気孔１１ａに向かって開口している。

排気路８６を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器８１で凝縮され、復水器８１の下部に配置される回収槽８３に溜まる。回収槽８３は、水供給路８４によって混合液回収路４４の途中に連通している。水位センサ８３ａが回収槽８３に設けられ、溜まった水の水位を検出する。水供給路８４の途中には、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとが設けられている。水回収ポンプ８５は、回収槽８３の水を混合タンク４１に送る。

また、復水器８１で水分がある程度回収された空気は、復水器８１の上部から排気され、排気フィルタ８７へと送通される。排気フィルタ８７は、金属触媒などにより構成される。排気フィルタ８７は排気路８６を通して排気される空気中に含まれるメタノールなどの有害物質を除去する。排気フィルタ８７の直下には、貯溜部８７ａが設けられている。この貯溜部８７ａは回収路８７ｃを介して、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとの間で水供給路８４に連通される。回収路８７ｃは貯溜部８７ａへの逆流を防止する逆止弁８７ｂを備える。

濃度センサ９０は、予混合液中のメタノール濃度を計測するために、バイパス路９１の途中に設けられている。バイパス路９１は、循環ポンプ４２とイオンフィルタ４６との間の混合液供給路４３から分岐され、混合タンク４１に予混合液を還流する。濃度センサ９０の検出分解能が熱によって低下することを防止するために、バイパス路９１には、濃度センサ９０の上流に予混合液冷却器７３が設けられる。

予混合液冷却器７３は、第１の冷却ファン７２によって形成される冷却空気流に対し排液冷却器７１の上流側に配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。濃度センサ９０に送られる予混合液は、予混合液冷却器７３を通過することで冷却される。この場合、予混合液冷却器７３の冷却能力は、濃度センサ９０に送られる予混合液の温度を４０℃以下にする程度であることが望ましい。

燃料電池１の動作中、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２が駆動され、本体１１に形成された通気孔１１ａを通して外気が本体１１内に導入される。通気孔１１ａを通して本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、予混合液冷却器７３および排液冷却器７１を通り、第１の冷却ファン７２に吸気される。第２の冷却ファン８２により本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、復水器８１を通って第２の冷却ファン８２に吸気される。また、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２から排気された空気は、起電部５０およびその周囲を通過した後、本体１１の外部に排気される。

発電を行う時は、制御部３によってポンプやバルブの動作が制御される。制御部３は燃料ポンプ３４を駆動させ、燃料タンク３１から混合タンク４１に高濃度のメタノールを供給する。燃料流入口３２ａから噴出したメタノールは、混合タンク４１内で、既存の予混合液、アノードから還流された予混合液、混合液回収路４４の途中で復水器８１の回収槽８３から戻された水と、攪拌希釈される。この攪拌は、燃料流入口３２ａから噴出するメタノールの流れ、および混合液流入口４４ａから噴出する予混合液の流れによって行われる。

メタノールが足された予混合液は、循環ポンプ４２によってアノード５１に供給される。カソード５２には、送気ポンプ６１によって空気が供給されている。供給されたメタノールおよび空気は、アノード５１とカソード５２との間に設けられた電解質膜５３で化学反応する。その結果、アノード５１とカソード５２との間に電力が発生する。起電部５０で発生した電力は、制御部３からコネクタ１４を介してノート型コンピュータＰへ供給される。

発電反応に伴い、起電部５０のアノード５１側には二酸化炭素が生成され、カソード５２側には水（水蒸気）が生成される。アノード５１側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった予混合液は、混合液回収路４４へ送られ、排液冷却器７１を通して冷却された後、混合タンク４１に還流する。

混合タンク４１に還流した二酸化炭素は、混合タンク４１内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜４１ｋを通過して、混合タンク４１から生成ガス回収路８６ａを通って排気路８６の途中に合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともに排気フィルタ８７に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ８８を介して、最終的には排気口８９から外部へ排気される。気液分離膜４１ｋを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、排気フィルタ８７を通過することで排気フィルタ８７に回収除去される。

カソード５２側に生じた水は、その大部分が水蒸気となって空気とともに排気路８６に排出される。水分を含む湿り空気は、復水器８１によって水分が凝縮分離される。空気は、排気バルブ８８を通り、排気口８９から本体１１内に排気される。本体１１内の空気は更に通気孔１１ａを通して外部に排気される。復水器８１によって凝縮された水は、回収槽８３に溜まり、水回収ポンプ８５で混合液回収路４４の途中に注入される。水は混合タンク４１へ送られ、メタノールと混合された後、混合液供給路４３から再び起電部５０へ供給される。

また、復水器８１によって回収しきれず復水器８１よりも下流側の排気路８６で結露した水は、排気フィルタ８７の直下に設けられる貯溜部８７ａに溜められる。貯留部８７ａに溜められた水は水供給路８４を介して混合液回収路４４の途中に合流される。

混合タンク４１内におけるメタノールの濃度は、濃度センサ９０によって検出される。制御部３は、検出された濃度に応じて水回収ポンプ８５を作動させ、回収槽８３から混合タンク４１へ供給する水の量を調整する。これにより、予混合液のメタノールの濃度を一定に維持する。また、排気路８６を通じて回収される水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、復水器８１の冷却能力を制御することにより調整される。復水器８１の冷却能力は回収槽８３の水位に応じて、調整する。本実施形態では、水位センサ８３ａにより検出された水位に応じて第２の冷却ファン８２の駆動電圧を制御する。冷却ファン８２の制御により復水器８１の冷却能力を調整し、水の回収量を制御する。水回収ポンプ８５が制御部３により正転駆動される間、逆止弁８５ａが開き、逆止弁８７ｂが閉じられる。回収槽８３内の水は、水供給路８４および逆止弁８５ａから混合液回収路４４を通って混合タンク４１へ送られる。

また、制御部３は、一定の動作期間ごとに水回収ポンプ８５を所定時間、逆転駆動させる。貯溜部８７ａ内に溜まった水を回収槽８３に回収する。水回収ポンプ８５が逆転駆動されると、逆止弁８７ｂが開き、逆止弁８５ａが閉じられる。この結果、貯溜部８７ａに溜まった水および復水器８１より下流の排気路８６内で結露した水は、回収路８７ｃ、逆止弁８７ｂ、および水供給路８４を通って回収槽８３に回収される。その後、回収された水は、混合タンク４１へ供給され、メタノールの希釈に用いられる。

図６は混合タンクの分解斜視図である。混合タンク４１は、槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。槽４１ａと蓋４１ｂとの合わせ面を機密にするために、パッキング４１ｃが槽４１ａのシート面に装着されている。パッキング４１ｃは蓋４１ｂに設けても良い。蓋４１ｂは、内部と外部とを通じさせる連通孔４１ｅを有している。この連通孔４１ｅは混合タンク４１の内側に向かって突出する内部孔口４１ｆにチューブ４８の基端４８ａが取り付けられている。連通孔４１ｅの外部孔口４１ｇは、混合タンク４１の外側に向かって突出し、キャップ４９で塞がれている。キャップ４９は、ビス４９ａで蓋４１ｂに取外せるように固定されている。キャップ４９の内側には、シール部材となるＯリングが取り付けられている。蓋４１ｂは、Ｏリングで密閉される範囲の内側となる外部孔口４１ｇの脇に、内部に繋がる通気孔４１ｈをさらに有している。槽４１ａと蓋４１ｂとはネジ４１ｊと槽４１ａに設けられたネジ穴４１ｋとにより接続される。槽４１ａの側壁４１ｍには後述する電極あるいは電極シートが設けられる。

燃料電池１のメンテナンスなどのために、メタノールを含む予混合液が循環する系統を開放する場合、開放した箇所から予混合液が流出しないように、混合タンク４１から予め抜き取る。予混合液を抜き取るには、まず混合タンク４１の蓋４１ｂに取り付けられたキャップ４９を取外す。露出された連通孔４１ｅの外部孔口４１ｇにシリンジやスポイトなどの吸引器を装着しチューブ４８の先端４８ｂから混合タンク４１内の予混合液を抜き取る。

図７は本発明に係る水位センサを採用した混合タンクの槽部分を示す外観斜視図である。ここでは槽４１ａの中で液体が収容される部分だけを簡略化して記載している。槽４１ａの側壁４１ｍには電極１００が形成されている。槽４１ａ内の電極１００ａが設けられた面と対向する面に設けられた電極を電極１００ｃとし、電極１００ａの設けられた面と直交する面に設けられた電極を電極１００ｂとする。電極１００ｂと対向する面に設けられた電極１００ｄの記載を一部省略しているが、電極１００ｄは電極１００ｂと同じ面積になるように形成される。

金属めっきにより側壁４１ｍに直接形成された電極１００の表面には撥水膜１０２を施している。撥水膜１０２は例えば、フッ素系高分子材料からなる。混合タンク４１内の混合液中に金属イオンが溶出すると発電性能が低下するため、少なくとも電極１００が液体に触れないように電極１００の上から撥水膜１０２を施す必要がある。電極１００の面積は測定するべき水位の範囲に応じて調節すれば良く、底面４１ｎまで水位を検出できるようにしても良い。

誘電率が物質によって固有であることから、対向する２枚の電極１００間に存在する物質に応じて測定される静電容量の値が変化する。２枚の電極１００間に異なる複数の物質が存在している場合、電極１００に接している面積によっても静電容量の値は変化する。槽４１ａ内の液体の水位が変化すると、電極１００に触れる液体と気体の割合が変化するため、水位の変化を静電容量の変化として検出することができる。実際に槽４１ａの水位を検出する時は、例えば物質と水位に対応した静電容量の値をあらかじめ調べておき、図示しないメモリにテーブルや計算式として記憶させておく。静電容量の値を測定した時はメモリに記憶されたテーブルを参照し水位を算出する。

図８は図７中の矢印Ａの方向から示す槽部分の断面模式図である。電極１００は槽４１ａの側壁４１ｍに直接金属めっきを施すことで形成する。金めっき等を施すことで槽４１ａの側壁４１ｍの一部を電極として利用することができる。フレキシブルプリント基板等を用いて電極１００を直接槽４１ａの外に延出することで、コネクタ接続用の端子部１０１を電極１００と一体に設けることもできる。ここでは記載を省略しているが、電極１００ａ、電極１００ｂ、電極１００ｃ、電極１００ｄにそれぞれ対応して端子部１０１を設けても良い。

図９は本発明に係る電極シートを示す外観斜視図である。図１０は電極シートを着脱可能な構造の混合タンクの槽部分を示す外観斜視図である。図１１は図１０中の矢印Ｂの方向から示す槽部分の断面模式図である。図７では静電容量を検出するための電極１００および撥水膜１０２を槽４１ａの側壁４１ｍに直接形成していたが、着脱可能な電極シート１０５により静電容量を検出するようにしても良い。電極シート１０５は例えば液晶性プラスチックから成る。電極シート１０５の表面には金属めっきにより電極１００が形成されている。金等で形成された電極１００の表面には撥水膜１０２が施してある。フレキシブルプリント基板等を用いて電極１００を直接槽４１ａの外に延出することで、コネクタ接続用の端子部１０１を一体に設けることができる。槽４１ａの側壁４１ｍおよび底面４１ｎには複数のガイド１０７、ガイド１０８が設けられている。電極シート１０５は動かないようにガイド１０７、ガイド１０８に沿って設置される。ガイド１０８は、２つの延出部１０８ａを有し、互いに直角な２面の内壁４１ｍの両方に電極シート１０５を装着することができるような形状をしている。混合タンク４１の揺れや振動により電極シート１０５が動かなければ、ガイド１０８だけで電極シート１０５を固定するようにしても良い。接着剤を用いると混合液に不純物が混ざる要因となり得るため、電極シート１０５は側壁４１ｍに接着はせずガイド１０７に沿って差し込むだけで固定する。電極シート１０５に故障や精度低下等の不具合が生じた場合も電極シート１０５を交換することで容易に修理することが出来る。

図１２は本発明に係る槽と蓋との接合状態を示す模式図である。混合タンク４１は槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。槽４１ａと蓋４１ｂとの合わせ面を機密にするために、パッキング４１ｃが槽４１ａのシート面に装着されている。パッキング４１ｃは蓋４１ｂに設けても良い。電極１００は例えば側壁４１ｍに直接金属めっきを施すことにより形成されている。電極１００の表面には撥水膜１０２が施されている。電極１００の一部はフレキシブルプリント基板等を用いて端子部１０１として槽４１ａの外に延出されている。槽４１ａと蓋４１ｂとは一部に端子部１０１を挟んで接合されるが、槽４１ａあるいは蓋４１ｂにパッキング４１ｃを設けることで槽４１ａと蓋４１ｂとの接合を密にすることができる。電極シート１０５とガイド１０７、ガイド１０８を用いる場合も、パッキング４１ｃを設け接合を密にする点は同様である。

図１３は本発明に係る混合タンクが傾いた状態を示す模式図である。この図においては、液面の様子を分かりやすくするため、電極１００ｄの一部および撥水膜１０２やガイド１０７、ガイド１０８の記載を省略している。側壁４１ｍに直接金属めっきをすることにより電極１００を形成する場合と、電極シート１０５を用いる場合と、合わせて説明する。

図１３に示すように混合タンク４１がＸ軸方向に傾いている時、電極１００ａは全く液体に接していないが、電極１００ａと対向する電極１００ｃは液体に接している。一方、電極１００ｂと電極１００ｄに液体が接する面積は同じである。そのため、電極１００ａと電極１００ｃとの間で検出される静電容量の値と、電極１００ｂと電極１００ｄとの間で検出される静電容量の値とは大きく異なる。
電極１００ａと電極１００ｃとの間では、液体の接する面積が大きく異なることから水位を検出することはできない。この時、検出される静電容量の値は混合タンク４１が傾いていない場合と比較して異常な値になる。電極１００ａと電極１００ｃとの間で異常な静電容量値が検出されることで、Ｘ軸方向に混合タンク４１が傾いていることが分かる。電極１００ｂと電極１００ｄに液体が接する面積は同じであるため、電極１００ｂと電極１００ｄの間の静電容量の値を測定することで、傾いた状態での水位を検出することができる。

混合タンク４１の側壁４１ｍの対向する面に設けた２組の電極１００あるいは電極シート１０５により、２軸で水位検出が可能である。混合タンク４１が傾いた状態となり、ある内壁に設けられた電極１００に液体が接していない状態においては、他の液体に接している電極１００を用いて水位を検出することができ、同時にどの方向に傾いているかを検出することも可能となる。

混合タンク４１に収容されている液体の体積と混合タンク４１の各方向に対する傾きと、その時の静電容量値との関係をあらかじめ調べておけば、静電容量値を測定することで液体の水位に加えて、より精密な傾きも検出することが可能となる。

本実施形態を実施した場合、容器が傾いた場合も検出精度の低下を防止することができる。水位の誤検出を防止し検出精度を向上させることで、混合タンク４１内の混合液が溢れて漏出するのを防ぐことができる。また混合タンク４１内の混合液が不足し、混合液不足による燃料電池１の出力低下を防ぐことができる。

本発明に係る水位センサを採用した燃料電池は、上述したノート型コンピュータに限らず、モバイル機器、携帯端末等の他の電子機器の電源としても使用可能である。

本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。

本発明に係る水位センサを採用した燃料電池の外観斜視図。 本発明に係る水位センサを採用した燃料電池とノート型コンピュータをドッキングさせた状態を示す外観斜視図。 燃料電池本体内部に収納された発電部の外観斜視図。 燃料電池の発電システムの系統図。 起電部のセル構造を示す模式図。 混合タンクの分解斜視図。 本発明に係る水位センサを採用した混合タンクの槽部分を示す外観斜視図。 図７中の矢印Ａの方向から示す槽部分の断面模式図。 本発明に係る電極シートを示す外観斜視図。 電極シートを着脱可能な構造の混合タンクの槽部分を示す外観斜視図。 図１０中の矢印Ｂの方向から示す槽部分の断面模式図。 本発明に係る槽と蓋との接合状態を示す模式図。 本発明に係る混合タンクが傾いた状態を示す模式図。

符号の説明

１…燃料電池、２…発電部、３…制御部、１０…ノート型コンピュータ、１１…本体、１１ａ…通気孔、１１ｂ…カバー、１２…載置部、１３…ロック機構、１４…コネクタ、１５…イジェクトボタン、３１…燃料タンク、３２…燃料供給路、３２ａ…燃料流入口、４１…混合タンク、４１ａ…槽、４１ｂ…蓋、４１ｅ…連通孔、４１ｆ…内部口孔、４１ｇ…外部口孔、４１ｍ…側壁、４１ｎ…底面、４３…混合液供給路、４３ａ…混合液流出口、４４…混合液回収路、４４ａ…混合液流入口、４８…チューブ、４９…キャップ、５１…アノード、５２…カソード、５３…電解質膜、６３…吸気フィルタ、６４…吸気路、７１…排液冷却器、７２…第１の冷却ファン、７３…予混合液冷却器、８１…復水器、８２…第２の冷却ファン、８３…回収槽、８４…水回収路、８６…排気路、８７…排気フィルタ、９０…濃度センサ、１００…電極、１０１…端子部、１０２…撥水膜、１０５…電極シート、１０７…ガイド、１０８…ガイド

Claims (12)

1. 液体を収容する容器であって、
   対向して設けられる第１および第２の側壁と、
   前記第１および第２の側壁の対向方向と異なる方向に対向する第３および第４の側壁とを有する容器と、
   前記第１および第２の側壁に設けられる一対の第１の電極と、
   前記第３および第４の側壁に設けられる一対の第２の電極と、
   前記第１の電極間と前記第２の電極間の静電容量値を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定された静電容量値から前記容器内の液体の水位を検知する検知手段と、
   を具備することを特徴とする水位センサ。
2. 前記第１および第２の電極は前記側壁に金属めっきを施すことにより形成されることを特徴とする請求項１記載の水位センサ。
3. 前記第１および第２の電極はシート状電極により形成されることを特徴とする請求項１記載の水位センサ。
4. 前記側壁には前記シート状電極が着脱されるガイド部を有することを特徴とする請求項３記載の水位センサ。
5. 前記シート状電極は端部を有し、前記端部から延出する端子部を有することを特徴とする請求項３記載の水位センサ。
6. 前記容器は上端部に開口部を有し、この開口部は蓋により閉じられるとともに、前記端子部の一部はシール部材を介して、前記容器と前記蓋との間に挟まれることを特徴とする請求項５記載の水位センサ。
7. 液体燃料が収容された燃料タンクと、
   前記液体燃料と、空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う起電部と、
   前記燃料タンク内の前記液体燃料の水位を検出する水位センサと、を備え、
   前記水位センサは、
   前記燃料タンク内に対向して設けられる第１および第２の側壁と、
   前記第１および第２の側壁の対向方向と異なる方向に対向する第３および第４の側壁とを有する容器と、
   前記第１および第２の側壁に設けられる一対の第１の電極と、
   前記第３および第４の側壁に設けられる一対の第２の電極と、
   前記第１の電極間と前記第２の電極間の静電容量値を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定された静電容量値から前記容器内の液体の水位を検知する検知手段と、
   を具備することを特徴とする燃料電池。
8. 前記第１および第２の電極は前記側壁に金属めっきを施すことにより形成されることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
9. 前記第１および第２の電極はシート状電極により形成されることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
10. 前記側壁には前記シート状電極が着脱されるガイド部を有することを特徴とする請求項９記載の燃料電池。
11. 前記シート状電極は端部を有し、前記端部から延出する端子部を有することを特徴とする請求項９記載の燃料電池。
12. 前記燃料タンクは上端部に開口部を有し、この開口部は蓋により閉じられるとともに、前記端子部の一部はシール部材を介して、前記燃料タンクと前記蓋との間に挟まれることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
    

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