JP2008305609A - 液体残量検出装置、燃料電池、液体残量検出方法及び液体残量検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池に使用される、内部で水素生成反応を生じる燃料カートリッジにおいて、より少ない消費電力量で残量検出を行うことを可能とする。
【解決手段】 反応用液体１１を収容する液体容器１と、固体の反応用物質２１を収容するとともに反応用液体１１及び反応用物質２１を反応させて水素を生成する反応室２と、反応室２に備えられ水素を反応室２外部へと供給する水素供給口２２と、反応室２の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、液体容器１から反応室２に反応用液体１１を送る送液路３と、反応用液体１１が液体容器１から反応室２に送られたことを検出する送液検出部４と、送液検出部４により反応用液体１１の送液が検出された場合にのみ、反応用液体１１の残量を検出する残量検出部５とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部で水素を生成する燃料電池の燃料カートリッジに適用可能な液体残量検出装置、燃料電池、液体残量検出方法及び液体残量検出プログラムに関するものである。

従来、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子機器の電源として固体高分子型燃料電池を用いたものが知られている。上記燃料電池で電気化学反応を起こし電気に変換する物質としては水素、メタノールが挙げられる。また水素を発生させるために熱分解や加水分解によって水素を発生する水素化物を使用する場合がある。以上の水素、メタノール、金属水素化物を総称して燃料と呼ぶ。上記燃料電池を長時間にわたって連続運転する場合には途中で燃料電池に燃料を補給する必要がある。そこで従来では燃料電池に燃料を補給する方法として燃料の入った容器を燃料電池本体から取り外せるようなカートリッジにし、連続運転中に燃料がなくなると燃料電池からカートリッジを取り外し燃料の入った別のカートリッジ（燃料カートリッジ）に交換する方法がとられている。

ところで燃料カートリッジを適切な頃合で交換をするために、上記燃料電池の使用中に常時燃料カートリッジ内の燃料残量を検出する方法がある(例えば、特許文献１参照)。
特開２００６−１２６１０６

しかし電流を伴う燃料残量検出方法において燃料残量を常時検出していると使用する電力量が大きく、燃料電池と接続される電子機器に使用できる有効な電力量が少なくなってしまう。また、それを解決するために一定時間毎に断続的に燃料残量を検出すると、燃料消費が激しい場合においてはある残量検出から次の残量検出までの間に燃料残量が無くなってしまい、適切なタイミングで残量が検出できない場合がある。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の使用中に燃料カートリッジの適切な燃料残量をより少ない消費電力量で検出することができる液体残量検出装置、燃料電池、液体残量検出方法及び液体残量検出プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の様態は、反応用液体を収容する液体容器と、固体の反応用物質を収容するとともに前記反応用液体及び前記反応用物質を反応させて水素を生成する反応室と、前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、前記液体容器から前記反応室に前記反応用液体を送る送液路と、前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られたことを検出する送液検出部と、前記送液検出部により前記反応用液体の送液が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出する残量検出部と、を備えることを特徴とする液体残量検出装置にある。

かかる第１の様態では液体容器と反応室を有する燃料カートリッジにおいて、反応室から水素供給口を介して水素が反応室外部へと排出されて内部圧力が減少すると反応用液体が反応室に送液され、反応用物質と反応用液体が接触し水素生成反応が生じることにより反応室の内部圧力が上昇し送液が停止する。つまり反応用液体の送液は断続的に行われる。従来は常時行っていた残量検出を、反応用液体が液体容器から反応室へと送液されたことを検出した場合のみ行うことによってより少ない消費電力量での残量検出が可能となる。

本発明の第２の様態は、第１の様態に記載の液体残量検出装置において、前記送液路は、前記送液路を塞ぐ閉状態と前記送液路を塞がない開状態とのいずれか一方の状態を保持する開閉部を備え、前記送液検出部は、前記開閉部が前記送液路を塞がない開状態を検出し、前記残量検出部は、前記送液検出部により前記開状態が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出することをさらに特徴とする液体残量検出装置にある。

かかる第２の様態では開閉部の開状態を送液検出部で検出することによって反応用液体の送液を検出する。また反応用液体の液体容器への逆流を防止しながら、燃料電池を使用中に液体溶液の送液の有無を送液検出部で検出し、従来は常時行っていた残量検出を、液体溶液が送液されている間のみ残量検出部を作動させることによってより少ない電力での残量検出が可能となる。

本発明の第３の様態は、前記送液検出部は、押された状態において送液状態と判断する釦と、前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られている場合にのみ前記釦を押圧する可動部とを備え、前記残量検出部は、前記可動部により前記釦が押圧された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出することを特徴とする液体残量検出装置にある。

かかる第３の様態では、釦の状態を送液検出部で検出することによって反応用液体の送液を検出する。また開閉部によって反応用液体の液体容器への逆流を防止しながら、従来は常時行っていた残量検出を、液体溶液の送液の有無を送液検出部で検出し液体溶液が送液されている間のみ残量検出部を作動させることによってより少ない電力での残量検出が可能となる。

本発明の第４の様態は、前記反応室に内部圧力を検出する気体圧力検出部をさらに備え、前記送液検出部は、前記反応室の内部圧力が所定圧を下回った状態を前記反応用液体が送液されている状態であると検出することを特徴とする液体残量検出装置にある。

かかる第４の様態では、反応室の内部圧力を気体圧力検出部で検出し、反応室の内部圧力が所定値以下になった場合に送液検出部は送液を検出する。また従来は常時行っていた残量検出を、液体溶液が送液されている間のみ残量検出部を作動させることによってより少ない消費電力量での残量検出が可能となる。

本発明の第５の様態は、第１の様態に記載の液体残量検出装置において、前記液体容器の内部圧力を検出する液体圧力検出部をさらに備え、前記液体容器は、前記反応用液体の容量の大きさに応じた圧力を前記反応用液体に与える加圧部をさらに備え、前記残量検出部は、前記反応用液体にかかる圧力を残量として検出することを特徴とする液体残量検出装置にある。

かかる第５の様態では、液体圧力検出部によって検出される加圧部が反応用液体にかける圧力を、残量検出部で検出することによって液体残量を検出することが出来る。また従来は常時行っていた残量検出を、液体溶液の送液の有無を送液検出部で検出し、液体溶液が送液されている間のみ液体圧力部及び残量検出部を作動させることによってより少ない消費電力量での残量検出が可能となる。

本発明の第６の様態は、前記反応室の内部圧力を検出する気体圧力検出部と、前記液体容器の内部圧力を検出する液体圧力検出部と、前記液体容器は、前記反応室内に備えられており、前記液体容器は、前記反応室の内部圧力と前記反応用液体の容量の大きさに応じた圧力とを合算圧力として前記反応用液体に与える加圧部をさらに備え、前記残量検出部は、前記反応室の内部圧力と前記合算圧力との差圧を前記反応用液体の残量として検出することを特徴とする液体残量検出装置にある。

かかる第６の様態では、燃料電池を使用中に液体容器が反応室の圧力を受け変動をする水素発生器において、液体容器の内部圧力と反応室の内部圧力の差圧、即ち加圧部が液体容器にかける圧力を残量検出部で検出することによって液体残量を検出することができる。また従来は常時行っていた残量検出を、液体溶液の送液の有無を送液検出部で検出し、液体溶液が送液されている間のみ気体圧力検出部及び液体圧力検出部及び残量検出部を作動させることによってより少ない消費電力量での残量検出が可能となる。

本発明の第７の態様は、上記液体残量検出装置と、生成された前記水素を用いて発電を行う発電部とを備える燃料電池であることを要旨とする。

本発明の第８の様態は、反応用液体を収容する液体容器と、固体の反応用物質を収容するとともに前記反応用液体及び前記反応用物質を反応させて水素を生成する反応室と、前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、前記液体容器から前記反応室に前記反応用液体を送る送液路とを備える燃料送液装置で動作する液体残量検出方法であって、前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られたことを検出する送液検出ステップと、前記送液検出部により前記反応用液体の送液が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出する残量検出ステップと、を備えることを要旨とする。

本発明の第９の様態は、反応用液体を収容する液体容器と、固体の反応用物質を収容するとともに前記反応用液体及び前記反応用物質を反応させて水素を生成する反応室と、前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、前記液体容器から前記反応室に前記反応用液体を送る送液路とを備える燃料送液装置で動作する液体残量検出プログラムであって、コンピューターを、前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られたことを検出する送液検出部と、前記送液検出部により前記反応用液体の送液が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出する残量検出部として機能させることを要旨とする。

本発明によれば、燃料電池の使用中に燃料カートリッジの適切な燃料残量をより少ない消費電力量で検出することができる。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る燃料カートリッジの液体残量検出装置の第１実施形態例の構成図である。以下図１に基づいて第１実施形態例を説明する。なお、液体燃料検出方法及び液体燃料検出プログラムは液体残量検出装置と同様の機能及び効果を奏するため、ここでの詳細な説明は省略する。

液体容器１は反応用液体１１を収容しており、反応室２は反応用物質２１を収容している。液体容器１と反応室２は送液路３によって接続されており、液体容器１に収容される反応用液体１１は送液路３を通り反応室２へと送液される。また送液路３は反応室２の内部圧力が所定圧を下回った場合にのみ送液をする。所定圧（基準圧力）とは具体的には液体容器１の内部圧力や外気圧力等である。反応室２に送液された反応用液体１１は反応用物質２１と接触することにより水素生成反応を生じる。反応用液体１１と反応用物質２１の組み合わせの例としては触媒水溶液と（例えばりんご酸水溶液と水素化ホウ素ナトリウム）、水素貯蔵水溶液と固体触媒（例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液と白金）、水溶液と金属（例えば水とアルミニウム）がある。水素生成反応により生じた水素は水素供給口２２を介して反応室２の外部へと排出される。

送液路３には送液検出部４が備えられている。送液検出部４の具体例としては、ピトー菅のように流体に生じる圧力損失からの送液検出、送液路を挟み込むように電磁コイルを設置し導電性を持つ液体が送液路を流れることにより発生する起電力からの送液検出、流体に超音波を伝播させ流れにより生じる時間差からの送液検出などがある。

また液体容器１の内部に残余している反応用液体１１の量を検出する残量検出部５がある。残量検出部５の具体例として液体容器１の距離の変位から液体体積を求め残量を検出する方法がある。図２に距離の検出を用いた検出法の構成を示す。液体容器１の体積は内部の反応用液体１１の容積に伴って変形する。また液体容器１までの距離を検出する距離センサ５１が備えられており、液体容器１の底面と距離センサ５１の距離は距離センサ固定部５２によって固定されている。距離センサ５１の具体例としてはレーザーや赤外線等の光を発し対象物からの反射光によって距離を検出する光学式距離センサ、超音波を発し反射波がセンサで受信されるまでの時間から距離を検出する超音波センサ等がある。また液体容器１の上面には距離センサ５１から発せられた信号を反射する反射板５３が備えられている。反応用液体１１が反応室２に送液されると液体容器１もそれに伴い体積を減少し反射板５３が距離センサ５１から離れていく。このとき距離センサ５１にて反射板５３までの距離を測定することで反応用液体１１の残量を検出することができる。

また送液検出部４で得た信号から残量検出部５の動作を制御する制御部９を備える。前記の信号は信号線９１を介して送液検出部４から制御部９を通過し残量検出部５へと送信される。

送液検出部４で反応用液体１が送液されたことを検出した場合だけ、残量検出部５を動作させる。反応用液体１１が送液されていないときは液体容器１に残余している反応用液体１１の残量は変化しないため、また残量検出部５の動作は送液検出部４で反応用液体１が送液されたことを検出してから時間差が生じても良い。また残量検出部５は反応用液体１１が送液されている場合常に動作していても、反応用液体１１が送液されている間における極短時間だけ動作させても良い。

上記のような構成の液体残量検出装置においては、燃料電池を使用中に液体溶液１１の送液の有無を送液検出部４で検出し、液体溶液１１が送液されている間のみ残量検出部５を作動させることによって、より少ない消費電力量での液体残量検出が可能である。
（第２実施形態）
図３は本発明に係る燃料カートリッジの液体残量検出装置の第２実施形態例の構成図である。以下図３に基づいて第２実施形態例を説明する。なお、第１実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

送液路３には開閉部６が備えられている。開閉部６の具体例の構成図を図４（ａ）（ｂ）に示す。送液路３中には内部に流路３１が形成されており図中の左側の液体容器側から図中の右側の反応室側に向かって流路の断面積が順次減少する構造になっている可撓性を有する部材でできた逆止弁体６１が取り付けられている。可撓性を有する部材の例としてはブチルゴム、二トリルゴム等のゴム材やPETやシリコーンなどがあげられる。逆止弁体６１の溶液容器側には送液路３に部分的に埋設された固定部６２がある。固定部６２により反応用液体１１が移動しても逆止弁体６１は反応用液体１に流されることはなくその場にとどまる。図中の矢印は反応溶液の流れる方向である。逆止弁体６１の自由端には電極６３が備えられている。

以下図４（ａ）を用いて閉弁時の動作を説明する。液体容器１の内部圧力が反応室２の内部圧力よりも低い状況では反応用液体１１は反応室側から溶液容器側へと移動しようとするが、逆止弁体６１は反応室側から圧力を受けて溶液容器側へと撓んで流路３１が狭まり送液路３を閉じる。このため液体容器１の内部圧力が反応室２の内部圧力よりも低い状況では反応用液体１１は反応室２へ送液されない。このとき逆止弁体６１の自由端が接触しているため、電極６３も互いに接触し通電する。

以下図４（ｂ）を用いて開弁時の動作を説明する。液体容器１の内部圧力が反応室２の内部圧力よりも高い状況では、逆止弁体６１は溶液容器側から圧力を受けて反応室側へと撓んで流路３１がひろがり反応溶液１１は流路３１を通り抜け反応室側へと送液される。このとき逆止弁体６１とともに電極６３は互いに離間することによって通電が遮断される。送液検出部４はこの電極６３の通電の有無から開閉部６の開閉を検出することによって送液を検出する。

開閉部６のその他の具体例の構成図を図４（ｃ）（ｄ）に示す。送液路３の内部に反応用液体１１が流動する流路３１がある。送液路３には開閉部６が形成されている。開閉部６は送液路３の壁面と固定されるヒンジ部６４があり、ヒンジ部６４にはヒンジ部６４を軸に回転移動し導電性を有する部材からなる逆止弁体６１が接続されている。送液路３には逆止弁体６１の図中左側の液体容器１側への移動を規制し逆支弁体６１と密着することによって流路３１を遮断する干渉部６５が形成されている。干渉部６５には電極６３が備えられており逆止弁体６１と接触することによって電極６３が通電する。

以下図４（ｃ）を用いて閉弁時の動作を説明する。液体容器１の内部圧力が反応室２の内部圧力よりも低い状況では、逆止弁体６１は図中右側の反応室２から圧力を受け干渉部６５と密着することにより流路が遮断される。このため液体容器１の内部圧力が反応室２の内部圧力よりも高い状況では反応用液体１１反応室２へ送液されない。このとき逆止弁体６１は電極６３に接触しており電極６３は通電する。

以下図４（ｄ）を用いて開弁時の動作を説明する。液体容器１の内部圧力が反応室２の内部圧力よりも高い状況では、逆止弁体６１は図中左側の液体容器１から圧力を受けヒンジ部６４を軸にして干渉部６５と離間する方向に移動する。このため流路は開通し、反応用液体１１は液体容器１から反応室２へと送液される。このとき逆止弁体６１と電極６３と離間することにより通電が遮断される。送液検出部４はこの電極６３の通電の有無から開閉部６の開閉を検出することによって送液を検出する。

上記のような構成の液体残量検出装置においては、反応用液体１１の液体容器１への逆流を防止しながら、燃料電池を使用中に液体溶液１１の送液の有無を送液検出部４で検出し、液体溶液１１が送液されている間のみ残量検出部５を作動させることによって、より少ない消費電力量での液体残量検出が可能である。
（第３実施形態）
図５は本発明に係る燃料カートリッジの液体残量検出装置の第３実施形態例のである。以下図５に基づいて第３実施形態例を説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第３実施形態に係る液体残量検出装置は、図３に示した送液検出部４が釦４１を備え開閉部６に釦を押す可動部６３がある。

図５に示すように開閉部６は２層に分かれた送液路３内の２層の流路３１の間に穿たれた連結孔３２に可動部６６が備えられており、可動部６６は連結孔３２を貫通し可動部６６が液体容器１側である図中上方向に移動すると連結孔３２が塞がれる構造になっている。可動部６６は可撓性のシート６７によって送液路３の壁面と連結されている。また可動部６６が図中上方向に移動することにより押される釦４１が備えられている。図中下側の可撓性のシート６７には反応室２に繋がっており反応室２の内部圧力が加わっている。そのため可動部６６には図中下側から反応室２の内部圧力が与える荷重、図中上側から液体容器１の内部圧力が与える荷重がかかっており、その圧力の大小関係により可動部６６が移動する。即ち液体容器１の内部圧力が与える荷重が反応室２の内部圧力が与える荷重よりも小さいとき、可動部６６は図５（ａ）のように図中上方向に移動して連結孔３２を塞ぎ送液を遮断し、このとき釦４１は可動部によって押されている。液体容器１の内部圧力が与える荷重が反応室２の内部圧力が与える荷重よりも大きいとき、可動部６６は図５（ｂ）のように図中下方向に移動して連結孔３２の送液を遮断し、このとき釦４１は押されていない。

送液検出部４はこの釦４１が押されているか否かを電気的に検出することによって送液を検出する。

上記のような構成の液体残量検出装置においては、反応用液体１１の液体容器１への逆流を防止し、送液中に導電材料を設置しないことで送液検出部４の劣化を防止し、燃料電池を使用中に液体溶液１１の送液の有無を送液検出部４で検出し液体溶液１１が送液されている間のみ残量検出部５を作動させることによって、より少ない消費電力量での液体残量検出が可能である。
（第４実施形態）
図６は本発明に係る燃料カートリッジの液体残量検出装置の第４実施形態例の構成図である。以下図６に基づいて第４実施形態例を説明する。なお、第１実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第４実施形態に係る液体残量検出装置は、図１に示した液体残量検出装置にさらに反応室２の内部圧力を検出する気体圧力検出部７１を備えている。

図７は第４実施形態に係る燃料検出装置において一定流量で水素を排出したときの水素生成反応に伴う反応室２の内部圧力の遷移図である。図中の実践で描かれた曲線は反応室２の内部圧力、点線は送液路３において送液がなされる所定圧力であり、反応室２の内部圧力が所定圧力を下回った状態で反応用液体１１が送液される。この例では所定圧力を液体容器１の内部圧力としている。反応室２の内部圧力が液体容器１の内部圧力よりも高く水素生成反応が生じないａ区間においては反応用液体１１の送液はされず一定の流量で水素が排出され、反応室２の内部圧力が液体容器１の内部圧力よりも低いｂ区間においては反応用液体１１が送液される。ｂ区間において反応用液体１１が送液され反応用物質２１と接触し水素生成反応が生じると発生した水素により反応室２の内部圧力は上昇する。反応室２の内部圧力が液体容器１の内部圧力よりも高くなると送液は停止されるが水素生成反応がまだ続いているｂ区間の状態に移行する。

上記のような構成の液体残量検出装置においては、燃料電池を使用中に液体溶液１１の送液の有無を気体圧力検出部７１及び送液検出部４で検出し、液体溶液１１が送液されている間のみ残量検出部５を作動させることによって、より少ない消費電力量での液体残量検出が可能である。
（第５実施形態）
図８は本発明に係る燃料カートリッジの液体残量検出装置の第５実施形態例の構成図である。以下図８に基づいて第５実施形態例を説明する。なお、第１実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第５実施形態は第１実施形態の液体残量検出装置にさらに反応用液体１１の容積に応じて変化する圧力を反応用液体１１に与える加圧部８と、液体容器１の内部圧力を検出する液体圧力検出部７２を備えている。

ここで図９を用いて液体容器１と加圧部８の具体例を説明する。液体容器１は例えばSUS、アルミニウム、アクリルのように剛性を有する部材でできており内部に反応水溶液１１が収容し、底部には可動な板材として加重板１２が配置されており、液体容器１の内側面と加重板１２の間には液体容器１内と外部の密封性を得るＯリング１３を設けてある。また液体容器１と加重板１２の間に加圧部８として圧縮ばね８１が設けられており反応用液体は常に加圧された状態となっている。また液体容器１には送液路３が接続されており、送液路３を反応用液体１１が流れる条件になると加圧された反応用液体１１は液体容器１から押し出される。反応用液体１１が押し出されると圧縮ばね８１の伸長力によって加重板１２は押され液体容器１内の反応用液体１１の体積は減少する。圧縮ばね８１は長さによって異なった荷重を加重板１２にかける。したがって反応用液体１１の容積に応じて液体容器１の内部圧力が圧力する。

さらに図１０を用いて液体容器１と加圧部８のその他の具体例を説明する。可撓性を有する部材からなる液体容器１に加重板１２が備えられ、加圧部８として加重板１２を液体容器１がつぶれる方向に押し圧を加える圧縮ばね８１が備えられていても良い。可撓性材料は例えば、ポリプロピレン、ＰＥＴ、シリコーン、シリコーンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム等がある。溶液の量に応じて圧縮ばね８１の長さも変化し、圧縮ばね８１の長さに応じた液体容器１の内部圧力が変化する。

さらに図１１を用いて液体容器１と加圧部８のその他の具体例を説明する。液体容器１の部材に収縮性のある材料を用いても良い。収縮性のある材料としては低密度プロピレン、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート等がある。液体容器１に容器の素材自体の収縮力がかかっているため加圧部８の機能は液体容器１が満たす。そのため反応用液体１１の容積に応じて液体容器１の内部圧力が変化する。

事前に液体容器１の内部圧力と反応用液体の対応関係がわかっていれば、液体圧力検出部７２において液体容器１の内部圧力を検出することで反応用液体１１の残量を検出することができる。

上記のような構成の液体残量検出装置においては燃料電池を使用中に液体溶液１１の送液の有無を送液検出部４で検出し、液体溶液１１が送液されている間のみ液体圧力検出部７２及び残量検出部５を作動させることによって、より少ない消費電力量での液体残量検出が可能である。
（第６実施形態）
図１２は本発明に係る燃料カートリッジの液体残量検出装置の第５実施形態例の構成図である。以下図１２に基づいて第５実施形態例を説明する。なお、第１実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

液体容器１は反応室２の内部に収容される。液体容器１は内部に収容される反応用液体１１の量に応じて内部体積を変化させ、また反応室２の内部圧力を受ける。具体的な構造としては第５実施形態であげた液体容器１の構造が挙げられる。

送液路３には開閉部６が設けられている。開閉部６は反応室２の内部圧力が所定圧力以下になったときに開く弁である。即ち、液体容器１の内部圧力は加圧部８により加圧され開閉部６が開くための所定圧力よりも高い状態に維持されており、開閉部６は反応室２の内部圧力が所定圧力以下となったときに液体容器１から反応室２への反応用液体１１の流通を許容する状態に開閉部６が開く構成とされている。

また反応室２の内部圧力を検出する気体圧力検出部７１と、液体容器１の内部圧力を検出する液体圧力検出部７２を備えている。

上述した反応室における作用を記述する。

反応室２の内部圧力が開閉部６を開状態にする所定圧力よりも低くなると開閉部６は開き、さらに水液体容器１は加圧部８により加圧されているため反応用液体１１が送液路３を介して反応室２に送液される。

反応室１に送液された反応用液体１１は反応用物質２１と接触し水素を発生させる。発生した水素により反応室２の内部圧力が前記の所定圧力よりも高くなると開閉部６は閉状態になり反応用液体１１の送液は停止される。反応用液体１１が送液されなくなると反応室２での水素生成反応は低下する。発生した水素は水素供給口２２から排出される。水素が排出された反応室２の内部圧力は低下し前記所定圧力よりも低くなると開閉部６が開状態となり再び送液が開始される。

一方図中の点線は電気的接続を表す。気体圧力検出部７１と液体圧力検出部７２はそれぞれ残量検出部５と電気的接続をしている。反応用液体１１にかかる圧力は反応室２における水素生成反応での圧力も加味された合算圧力がかかっているため反応用液体１１にかかる圧力だけからは燃料残量を求めることが難しい。そこで残量検出部５では液体圧力検出部７２で検出した反応水溶液１１にかかる圧力と、気体圧力検出部７２で検出した反応室２の内部圧力から加圧部８が反応用液体１１に与える圧力を検出し、検出した圧力から反応用液体１１の残量を検出する。

ここで第１実施形態における燃料残量検出方法について記述する。

図１３は水素での水素供給口２２から一定の流量で水素が排出されているときの水素発生反応において反応用液体１１にかかる圧力と反応室２の内部圧力の経時変化を表す図である。縦軸に圧力、横軸に時間をとっている。点線は開閉部６が開く所定圧力を、一点鎖線は液体圧力検出部７２での検出値すなわち液体容器１の内部圧力を、破線は気体圧力検出部７１での検出値すなわち反応室２の内部圧力を、実線は加圧部８が液体容器１に与える圧力値をそれぞれ示している。

反応室２は予め水素が充填されており開閉部６が開く所定圧力よりも高圧に保たれている。反応室２の内部の水素は一定の流量で水素供給口２２から排出されているためａ区間では反応室２の内部圧力は一定の傾きで減少していく。ｂ区間では反応室２の内部圧力が開閉部６を開状態にする所定圧力よりも低くなり開閉部６が開状態になり反応用液体１１が液体容器１から送液路３を介して反応室２に送液される。送液された反応用液体１１は反応室２内の固体の反応用物質２１と接触し水素生成反応を生じ、反応室２の内部圧力は上昇する。ｃ区間において水素生成反応により反応室２の内部圧力が開閉部６が開く所定圧力よりも高くなると開閉部６は閉状態となり送液は停止される。ｄ区間において水素生成反応が終了すると再び反応室２の内部の水素は一定の流量で水素供給口２２から排出されているため反応室２の内部圧力は一定の傾きで減少していく。以降ｂ、ｃ、ｄ区間の動作を繰り返すことによって液体容器１内の反応用液体１１は減少していく。また水素生成反応は開始直後は勢いよく反応するが、反応が進むにつれ反応用物質２１の表面を反応生成物質が覆い反応がゆるやかになる。そのため図１３のように反応が進むごとに水素生成反応による反応室２内の圧力上昇はゆるやかになっていく。

ここで液体容器１の内部圧力を読み取ると、液体容器１は反応室２の圧力も合算され反応室２での水素生成反応の圧力変化に伴い大きく変化しているためこの値だけから反応用液体１１の残量を導き出すことは難しい。そこで気体圧力検出部７１で検出した反応室２の内部圧力と、上記の液体圧力検出部７１で検出した液体容器１の内部圧力を残量検出部５に入力し、残量検出部５では液体容器１の内部圧力と反応室２の内部圧力の差圧から加圧部８が反応用液体１１に与える圧力値のみを検出できる。また加圧部８が反応用液体１１に与える圧力は反応用液体１１が減るに従って減少していく。液体容器１の内部圧力と反応室２の内部圧力の差圧がなくなったときを残量燃料がない状態と捉える。送液検出部４で送液を検出した場合のみ残量検出部５においてこの加圧部８が反応用液体１１に与える圧力値から反応用液体１１の残量を検出する。

上記のような構成の液体残量検出装置においては燃料電池を使用中に液体容器１が反応室２の圧力を受け変動をする燃料カートリッジにおいても、液体溶液１１の送液の有無を送液検出部４で検出し、液体溶液１１が送液されている間のみ気体圧力検出部７１及び液体圧力検出部７２及び残量検出部５を作動させることによって、より少ない消費電力量での液体残量検出が可能である。

なお、各実施形態における液体残量検出装置は、生成された水素を用いて発電を行う発電部を備える燃料電池にも当然に適用することができるのは勿論のことである。

本発明に係る液体残量検出装置の第１実施形態の構成図である。 図１における残量検出部の具体例を示す構成図である。 本発明に係る液体残量検出装置の第２実施形態の構成図である。 図３における開閉部の具体例を示す構成図である 本発明に係る液体残量検出装置の第３実施形態における送液検出の構成図である。 本発明に係る液体残量検出装置の第４実施形態の構成図である。 図６の構成における水素生成反応時の反応室の内部圧力の経時変化を示す図である。 本発明に係る液体残量検出装置の第５実施形態の構成図である。 図８における液体容器と加圧部の具体例を示す構成図である。 図８における液体容器と加圧部のその他の具体例を示す構成図である。 図８における液体容器と加圧部のさらにその他の具体例を示す構成図である。 本発明に係る液体残量検出装置の第６実施形態の構成図である。 図１２の構成における水素生成反応時の反応室、液体容器、加圧部、の圧力の経時変化を示す図である。

符号の説明

１…液体容器、１１…反応用液体、１２…加重板、１３…Oリング、２…反応室、２１…反応用物質、２２…水素供給口、３…送液路、３１…流路、３２…連結孔、４…送液検出部、４１…釦、５…残量検出部、５１…距離センサ、５２…距離センサ固定部、５３…反射板、６…開閉部、６１…逆止弁体、６２…固定部、６３…電極、６４…ヒンジ部、６５…干渉部、６６…可動部、６７…シート、７１…気体圧力検出部、７２…液体圧力検出部、８…加圧部、８１…圧縮ばね、

Claims (9)

1. 反応用液体を収容する液体容器と、
   固体の反応用物質を収容するとともに前記反応用液体及び前記反応用物質を反応させて水素を生成する反応室と、
   前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、
   前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、前記液体容器から前記反応室に前記反応用液体を送る送液路と、
   前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られたことを検出する送液検出部と、
   前記送液検出部により前記反応用液体の送液が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出する残量検出部と、
   を備えることを特徴とする液体残量検出装置。
2. 前記送液路は、前記送液路を塞ぐ閉状態と前記送液路を塞がない開状態とのいずれか一方の状態を保持する開閉部を備え、
   前記送液検出部は、前記開状態を検出し、
   前記残量検出部は、前記送液検出部により前記開状態が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出することをさらに特徴とする請求項１記載の液体残量検出装置。
3. 前記送液検出部は、押された状態において送液状態と判断する釦と、前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られている場合にのみ前記釦を押圧する可動部とを備え、
   前記残量検出部は、前記可動部により前記釦が押圧された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出することを特徴とする請求項１記載の液体残量検出装置。
4. 前記反応室に内部圧力を検出する気体圧力検出部をさらに備え、
   前記送液検出部は、前記反応室の内部圧力が所定圧を下回った状態を前記反応用液体が送液されている状態であると検出することを特徴とする請求項１記載の液体残量検出装置。
5. 前記液体容器の内部圧力を検出する液体圧力検出部をさらに備え、
   前記液体容器は、前記反応用液体の容量の大きさに応じた圧力を前記反応用液体に与える加圧部をさらに備え、
   前記残量検出部は、前記反応用液体にかかる圧力を残量として検出することを特徴とする請求項１記載の液体残量検出装置。
6. 前記反応室の内部圧力を検出する気体圧力検出部と、
   前記液体容器の内部圧力を検出する液体圧力検出部とを備え、
   前記液体容器は、前記反応室内に備えられており、
   前記液体容器は、前記反応室の内部圧力と前記反応用液体の容量の大きさに応じた圧力とを合算圧力として前記反応用液体に与える加圧部をさらに備え、
   前記残量検出部は、前記反応室の内部圧力と前記合算圧力との差圧を前記反応用液体の残量として検出することを特徴とする請求項１記載の液体残量検出装置。
7. 請求項１に記載の液体残量検出装置と、
   生成された前記水素を用いて発電を行う発電部と
   を備えることを特徴とする燃料電池。
8. 反応用液体を収容する液体容器と、
   固体の反応用物質を収容するとともに前記反応用液体及び前記反応用物質を反応させて水素を生成する反応室と、
   前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、
   前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、前記液体容器から前記反応室に前記反応用液体を送る送液路と
   を備える燃料送液装置で動作する液体残量検出方法であって、
   前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られたことを検出する送液検出ステップと、
   前記送液検出部により前記反応用液体の送液が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出する残量検出ステップと、
   を備えることを特徴とする液体残量検出方法。
9. 反応用液体を収容する液体容器と、
   固体の反応用物質を収容するとともに前記反応用液体及び前記反応用物質を反応させて水素を生成する反応室と、
   前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、
   前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合にのみ、前記液体容器から前記反応室に前記反応用液体を送る送液路と
   を備える燃料送液装置で動作する液体残量検出プログラムであって、
   コンピューターを、
   前記反応用液体が前記液体容器から前記反応室に送られたことを検出する送液検出部と、
   前記送液検出部により前記反応用液体の送液が検出された場合にのみ、前記反応用液体の残量を検出する残量検出部として機能させることを特徴とする液体残量検出プログラム。

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