JP2009170340A

JP2009170340A - 燃料容器、発電装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2009170340A
Application number: JP2008009059A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Kabasawa; 康成椛澤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: JP5211711B2

Abstract

【課題】簡易な構造で燃料の残量を検出することができる燃料容器、発電装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】発光素子３２１及び受光素子３２２が表面に配列された本体１０１に対して発光素子３２１及び前記受光素子３２２と対向するように装着され、内部に燃料２０７を収容する筐体２０１，２０２と、筐体２０１，２０２内において燃料２０７の収容量に従って発光素子３２１及び受光素子３２２の配列方向に移動する移動体２０３とを備え、筐体２０１，２０２の発光素子３２１及び受光素子３２２との対向部には発光素子３２１から放射される光を透過させる窓部材２０２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料容器、発電装置及び電子機器に関する。

近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。

燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。そこで、アルコール類やガソリンといった液体燃料を改質させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質型の燃料電池装置が開発されている。

液体燃料を用いる燃料電池装置では、液体燃料が貯留された燃料カートリッジ内の燃料の残量を検出する種々の残量検出手段が考えられている。例えば、燃料カートリッジ内部に複数の導電端子を配置し、導電端子を短絡させるピストンが燃料の消費に応じて移動したときの抵抗値の変化や、燃料容積の違いによって変化する静電容量を検出することで、燃料残量を計測することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１５８６６７号公報

しかし、燃料カートリッジ内部に導電端子を配置する場合には、構造が複雑となってしまうことや、耐メタノール性を考慮して導電端子やピストンの材料選定をしなければならず、また導電端子とピストンとの間の接触抵抗を一定にしなければならないため高精度の設計が要求されるといった問題があった。

本発明の課題は、簡易な構造で燃料の残量を検出することができる燃料容器、発電装置及び電子機器を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料容器であって、
内部に燃料を収容する筐体と、前記筐体内の燃料の収容量を検知するための発光素子の光に対して反射性であり、前記筐体内の燃料の収容量に従って移動する移動体と、を備え、
前記筐体は、前記移動体が前記発光素子に対向する側に透光部を有し、前記透光部以外では前記発光素子の光を遮光することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料容器であって、前記筐体の一部は、前記発光素子の光に対して遮光性の金属薄板からなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料容器であって、前記筐体内の燃料を供給する供給部と、前記燃料によって引き起こされる反応の副生成物を外部から流入する流入部と、前記副生成物中の気体成分のみを外へ排気する排気部と、外部から空気を取り込む吸気部と、を有することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料容器であって、
前記吸気部は不純物を除去する除去部材を有し、前記排気部は気体成分のみを透過する気液分離部材を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、発電装置であって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料容器が接続され、前記燃料容器より供給される燃料を用いて発電する燃料電池を備える本体を備え、
前記本体の前記燃料容器の透光部との対向面には、前記発光素子と、前記発光素子の光を前記移動体によって反射された光を受光する受光素子と、を備える残量検知部が複数配列されていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、燃料容器であって、
内部に燃料を収容する筐体と、前記筐体内の燃料の収容量を検知するための発光素子の光に対して反射性であり、前記筐体内を仕切り前記筐体内の燃料の収容量にしたがって一方向に移動する移動体とを備え、
前記筐体内の前記移動体により二分される一方の空間には前記燃料が収容され、
前記筐体の前記移動体が移動する方向の一端部には前記燃料を供給する供給部が設けられ、
前記筐体の他端部には、前記燃料によって引き起こされる反応の副生成物を外部から前記筐体内の前記移動体により二分される他方の空間内に流入させる流入部が設けられるとともに、前記副生成物中の気体成分のみを前記筐体外へ排気する排気部が設けられ、
さらに外部から空気を取り込む吸気部が設けられていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、発電装置であって、請求項６に記載の燃料容器が接続され、前記燃料容器より供給される燃料を用いて発電するとともに前記副生成物を生成する燃料電池を備える本体を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、電子機器であって、請求項５または７に記載の発電装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構造で燃料の残量を検出することができる燃料容器、発電装置及び電子機器を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電子機器１０００を示すブロック図であり、図２は電子機器１０００の背面、上面、右側面を示す斜視図である。この電子機器１０００はノート型パーソナルコンピュータである。

電子機器１０００は、発電装置１と、発電装置１から供給される電気エネルギーにより駆動される電子機器本体１００１と、を備える。発電装置１は後述するように、電気エネルギーを生成し電子機器本体１００１に出力する。

次に、発電装置１について詳細に説明する。この発電装置１は、発電装置本体１０１と、発電装置本体１０１から着脱自在の燃料容器２を備えており、発電装置本体１０１は、、燃料容器２、燃料容器２の原燃料等の流体を流す流路を有する流路基板３、原燃料を改質する反応装置４、改質されてなる水素等により発電する燃料電池５、燃料電池５からの出力電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ６、燃料電池５からの出力電圧をチャージする二次電池７等を備える。

燃料容器２には、燃料封入部２１と、燃料封入部２１の原燃料２０７を排出する供給部２２と、燃料電池５等からの排出された水を回収する水回収部２６と、水回収部２６に排出する水を含む流体を流入する流入部２１０と、外部から空気を取り込む吸気部２２０と、水回収部２６から気体を排気する排気部２３０と、が設けられている。
燃料封入部２１には、液体の原燃料２０７が貯留される。ここで、原燃料としては、例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の液体燃料や、液体燃料と水との混合液である。なお、液体燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。燃料封入部２１には原燃料２０７が排出される供給部２２が設けられており、供給部２２は流路基板３のポンプ３１の吸液部３１ａと接続される。この供給部２２は例えば、可撓性・弾性を有する材料（例えば、エラストマー）をダックビル状に形成した逆止弁（弁体２２ｂ）を備え、そのダックビル状の先端を燃料容器２の内部に向けた状態で嵌め込まれている。供給部２２が逆止弁であるため、原燃料２０７が供給部２２の燃料排出孔から燃料容器２の外への漏れを防止することができる。吸液部３１ａが供給部２２に挿入されることで、燃料容器２内の燃料封入部２１からポンプ３１に原燃料２０７が供給される。

吸気部２２０には、外部からの空気を吸気する通路となる吸気流路２３が設けられており、吸気流路２３には空気中の塵等の物理的あるいは化学的な不純物を除去するエアフィルタ２２２が設けられている。吸気流路２３は流路基板３のエアポンプ３２と連通している。
流入部２１０は流路基板３の排気ポート３０２と接続される。
水回収部２６には水回収器３５から排出され排出バルブ３３ｃを通過した排気ガスが流入部２１０より流入する。水回収部２６は、排気部２３０に設けられた気液分離膜２３２により外部と仕切られており、排気ガスに含まれる水蒸気が結露した水が水回収部２６に残り、残存酸素や窒素、二酸化炭素等の気体のみが気液分離膜２３２を通して外部に放出される。これにより排気ガスに含まれる液体の生成水が水回収部２６に回収される。

この電子機器１０００においては、図２に示すように、燃料容器２が電子機器１０００の背面側に設けられており、図３に示すように後述するカートリッジ搬送体４００を軸に電子機器１０００の端面から突出するように燃料容器２を回転動作させて取り外すことができる。

流路基板３には、流体が流れる各種流路が設けられ、流路は適宜ポンプ３１、エアポンプ３２、各種バルブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ及び流量計３４、水回収器３５等と連結されている。
燃料容器２が発電装置本体１０１に実装されると、ポンプ３１，３１はそれぞれ供給部２２に接続され、必要に応じて燃料封入部２１に貯留された原燃料２０７を吸引し、吸引された原燃料２０７は燃料供給バルブ３３ａによって反応装置４内の気化器４１に送液される。
エアポンプ３２は、吸気部２２０のエアフィルタ２２２を透過した空気を吸引し、各空気供給バルブ３３ｂが、吸引された空気を後述する一酸化炭素除去器４３、触媒燃焼器４５、及び燃料電池５の酸素極に供給する。
水回収器３５は触媒燃焼器４５及び燃料電池５の酸素極から排出される水を回収し、残った水蒸気等の気体は発電装置本体１０１に実装された燃料容器２に対応する排出バルブ３３ｃによって水回収部２６に配送される。水回収器３５が回収できる許容量に達したら、水回収器３５から液体の状態で水回収部２６に送られてもよい。また、水回収器３５は燃料電池５を加湿する加湿器５１で空気を加湿するのに用いられた余剰の水も回収する。
なお、水回収器３５はポンプも兼ねており、回収した水は改質等の反応系や加湿に用いるために排出バルブ３３ｃによって気化器４１や加湿器５１に供給される。

反応装置４は、気化器４１、改質器４２、一酸化炭素除去器４３、二次電池でチャージされた電気エネルギーによって発熱する電気ヒーターであるヒーター４４、触媒燃焼器４５、これらを外部から断熱する断熱容器４６を備える。
気化器４１は、改質器４２や一酸化炭素除去器４３を加熱する触媒燃焼器４５やヒーター４４等からの余熱の伝搬等により約１１０〜１６０℃程度に加熱され、燃料容器２から送られた原燃料２０７と、水回収器３５から送られた水とを気化させる。気化器４１で気化した混合気は改質器４２へ送られる。

改質器４２は内部に流路が形成され、流路の壁面に触媒が担持されている。改質器４２は気化器４１から送られる混合気を触媒燃焼器４５やヒーター４４からの伝熱により約３００〜４００℃程度に加熱され、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって、燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。

ここで、原燃料がメタノールの場合、改質器４２では主に次式（１）に示すような主反応である水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
なお、化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような副反応によって、副生成物として一酸化炭素が微量に生成される。
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）
（１）式及び（２）式の反応による生成物（改質ガス）は一酸化炭素除去器４３に送出される。

一酸化炭素除去器４３の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。一酸化炭素除去器４３には改質器４２で生成された改質ガス及び、外部の空気が送られる。一酸化炭素除去器４３は約１６０〜１９０℃程度に維持され、改質ガスのうちの一酸化炭素が触媒により次式（３）のような主反応（選択酸化反応）により優先的に酸化される。これにより主生成物として二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素を燃料電池５に供給可能な１０ｐｐｍ程度まで低濃度化することができる。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ …（３）
なお、改質器４２及び一酸化炭素除去器４３は起動時にはヒーター４４の熱により一時的に所望の温度に加熱され、燃料電池５が発電を開始して燃料電池５内の余剰の水素が触媒燃焼器４５に供給されて触媒燃焼器４５が触媒燃焼すると、ヒーター４４による発熱を抑えて改質器４２及び一酸化炭素除去器４３が所望の温度範囲に制御される。
一酸化炭素除去器４３を通過した水素を含む改質ガスは流路基板３の改質ガス供給バルブ３３ｄを通って燃料電池５に送出される。なお、必要に応じて、改質ガス供給バルブ３３ｅを開き、改質ガスを触媒燃焼器４５に供給する。

ヒーター４４は、薄膜抵抗体であり、電力を消費して熱を発生させるヒーターの役割を果たす。また、温度に依存した電気抵抗が変化するため、抵抗値を計測することで温度計測に用いられ、温度センサの役割を果たす。

触媒燃焼器４５の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。触媒燃焼器４５には後述するように燃料電池５を通過した未反応の改質ガス（オフガス）と外部の空気との混合気体が送られ、オフガス中に残留する水素が空気により燃焼される。これにより気化器４１における混合液の気化や改質器４２における改質反応等に用いられる反応熱が供給される。なお、触媒燃焼器４５に供給する空気の量を調整することで、供給される反応熱の量が調整される。

断熱容器４６は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）やコバール合金等の金属板や、ガラス基板等により形成された筐体の内壁面に熱線反射膜を形成してなり、内部に気化器４１、改質器４２、一酸化炭素除去器４３、ヒーター４４、触媒燃焼器４５が収容されている。断熱容器４６の内部空間は気体分子による熱伝導や対流を防ぐため、低圧（０．１Ｐａ以下）に維持されている。

燃料電池５は固体高分子型燃料電池であり、両面に燃料極（アノード）及び酸素極（カソード）が形成された固体高分子電解質膜と、燃料極に改質ガスを供給しあるいは酸素極に酸素を供給するセパレータとが積層されている。

固体高分子電解質膜は水素イオンを透過するが、酸素分子や水素分子、電子を通さない性質を有する。固体高分子電解質膜の燃料極側では、一酸化炭素除去器４３から送出された改質ガス中の水素による次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（４）
生成した水素イオンは固体高分子電解質膜を透過して酸素極側に到達する。生成した電子は外部回路を通って酸素極側に到達する。ここで、外部回路とはＤＣ／ＤＣコンバータ６である。

固体高分子電解質膜の酸素極側では、固体高分子電解質膜を透過した水素イオンと、空気中の酸素と外部回路を通って到達した電子とにより、次式（５）に示すように水が生成される。
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（５）
なお、空気供給バルブ３３ｂを通って酸素極側に供給される空気は、事前に加湿器５１により充分に加湿される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、燃料電池５により出力された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１００１に供給する機能の他に、二次電池７に充電する機能を有する。これにより、発電装置１が動作していない時にも、二次電池７に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体１００１に供給することができる。

〔発電装置の具体的な構造〕
次に、発電装置１の具体的な構造について説明する。図４は発電装置１の上面、背面及び左側面を示す斜視図であり、図５は発電装置１の上面、正面及び左側面を示す斜視図である。

発電装置１は、全体が直方体形状となっており、一般にノート型パーソナルコンピュータで使用されているリチウムイオン二次電池に近いサイズ及び形状となっている。また、発電装置１の正面には、電力供給用端子１１０が設けられている。電力供給用端子１１０は電子機器本体１００１に設けられた図示しない電源コネクタと接続される。

発電装置１の発電装置本体１０１が上部筐体１０２及び下部筐体１０３で覆われた構造となっている。上部筐体１０２及び下部筐体１０３には、それぞれ後述するカートリッジ搬送体４００の軸突起４０１が係合される貫通孔１０４，１０４が設けられている。

図６は燃料容器２の下面、背面及び右側面を示す斜視図である。２つの燃料容器２は直方体形状であり、図４、図５に示すように上下に重ね合わせられる。
図７は図６のVII−VII矢視断面図であり、図８は燃料容器２の分解斜視図である。燃料容器２は、遮光材２０１と、窓部材２０２と、移動体２０３と、流動体２０４と、着脱部２０５とから概略構成される。燃料封入部２１のうち一側面及び上下２面の計３面を遮光する遮光材２０１と、二側面に跨って形成された窓部材２０２と、残りの一側面に設けられた着脱部２０５により燃料容器２の容器が形成され、移動体２０３及び流動体２０４により燃料容器２内の空間が仕切られる。本実施形態においては、移動体２０３及び流動体２０４は燃料容器２内の空間を左右に分断している。図８において移動体２０３及び流動体２０４により仕切られた左側の空間が燃料封入部２１となり、右側（着脱部２０５側）の空間が水回収部２６となる。燃料封入部２１には原燃料２０７が貯留される。
移動体２０３は、後述する発光素子３２１により放射される光を反射する材料からなり、例えば金属により形成されている。

流動体２０４は、移動体２０３の外側に設けられ、遮光材２０１及び窓部材２０２と移動体２０３との隙間を塞ぎかつ摩擦を低減する。流動体２０４としては、液体の原燃料２０７及び水に対し不溶性又は難溶性であり、かつ、後述する発光素子３２１により放射される光を透過させることが好ましい。流動体２０４としては、例えば、ポリブテン，流動パラフィン，スピンドル油等の鉱油類やジメチルシリコーン油、メチルフェニルシリコーン油等のシリコーン油類を用いることができる。

遮光材２０１は、燃料容器２の上面、背面及び下面を形成する部材であり、断面略Ｕ字型に形成されている。遮光材２０１は、後述する受光素子３２２により検出される波長の光を遮る材料、例えば金属により形成されている。具体的には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｍｇ合金、Ａｌ合金等の薄板材をプレス加工等によって成型することで遮光材２０１を形成することができる。

一般に金属は遮光性が高く、肉厚が薄くても紫外から赤外にかけての透過率が低い。このため、金属の薄板材を用いた場合には、遮光材２０１の厚さを薄くすることができ、燃料容器２の容積を大きくすることができる。特に、Ｍｇは比強度（引張強度／比重）が１６０ＭＰａ（引張強度２５５〜３０５ＭＰａ／比重１．７８〜１．８）と高く、ポリプロピレンの（ＰＰ）比強度３０ＭＰａ（引張強度２７〜３０ＭＰａ／比重０．９５〜０．９６）と比べて５倍以上高い。これは同じ厚さのＭｇの引張強度がＰＰの引張強度の５倍以上であることを示しており、同じＭｇを使用した場合にはＰＰを使用した場合と同じ引張強度を得るのに１／５の厚さ（例えば０．２ｍｍ程度）で足りることを意味する。

本実施の形態においては、燃料容器２が略直方体形状であり、最も面積が大きい上面及び下面と、次に面積が大きい背面とを、金属の薄板材で形成することにより、燃料容器２の容積をより大きくすることができる。この３面は隣接するため、一枚の薄板材から成型することができ、簡易な構造とすることができる。

窓部材２０２は、燃料容器２の前面及び右側面を形成する部材であり、断面略Ｌ字型に形成されている。窓部材２０２は後述する受光素子３２２により検出される波長の光を透過させる材料、例えばポリプロピレン樹脂等により形成されている。
なお、窓部材２０２の表面のうち、燃料容器２の右側面を形成する部分には、後述する受光素子３２２により検出される波長の光を遮るように、遮光部材２０２ａが設けられている。遮光部材２０２ａは例えば、遮光性の塗装、コーティング、あるいはフィルムである。窓部材２０２の表面のうち、遮光部材２０２ａが設けられていない部分が、発光素子３２１の光に対して透明である透光部２０２ｂになる。
遮光材２０１と窓部材２０２とは接着剤や溶着等による接合で一体化される。

窓部材２０２の右端部には、ポンプ３１と接続される供給部２２が設けられている。図９は供給部２２を示す断面図である。窓部材には前後方向に貫通孔２２ａが設けられており、貫通孔２２ａに弁体２２ｂが挿入されて弁体２２ｂの外側に固定リング２２ｃを嵌め込むことにより弁体２２ｂが固定されることで供給部２２が形成されている。弁体２２ｂは逆止弁であり、弁体２２ｂの中央には燃料封入部２１の内外を貫通するスリット２２ｄが形成されている。

図１０はポンプ３１の吸液部３１ａと接続された状態の供給部２２を示す断面図である。図１０に示すように、弁体２２ｂのスリット２２ｄに吸液部３１ａが挿入されると、燃料容器２内の燃料封入部２１からポンプ３１に原燃料２０７が供給される。

着脱部２０５は燃料容器２の左端部に設けられており、燃料容器２の他の部分よりも上下方向に薄くなっている。着脱部２０５は、カートリッジ搬送体４００のカートリッジ保持部４０３に着脱される。着脱部２０５には、円弧状の凹部２０５ａが形成されている。この凹部２０５ａは後述する円筒形のエアポンプ３２の外周面と当接して配置され、カートリッジ搬送体４００の回動に伴ってエアポンプ３２の外周面に沿って摺動する。

また、着脱部２０５の流入部２１０が設けられた部分の上面及び下面には、後述するカートリッジ搬送体４００の係止突起４２２と係合する係合凹部２０６Ａ，２０６Ｂが形成されている。なお、両面に係合凹部２０６Ａ，２０６Ｂが形成されているため、燃料容器２は上下のいずれのカートリッジ搬送体４００にも取付け可能である。

着脱部２０５の凹部２０５ａよりも前方には、流路基板３の排気ポート３０２と接続される流入部２１０が設けられている。
図１１は流入部２１０を示す断面図である。着脱部の前方には左端面より左右方向に貫通孔２１１が設けられており、固定リング２１３を嵌め込むことにより弁体２１２が貫通孔２１１内に固定されることで流入部２１０が形成されている。
図１２は流路基板３の排気ポート３０２と接続された状態の流入部２１０を示す断面図である。排気ポート３０２からの排気ガスは流入部２１０から弁体２１２を通過し、燃料容器２内の水回収部２６に流入する。

着脱部２０５の凹部２０５ａの後方には、吸気部２２０、排気部２３０が設けられている。図１３は吸気部２２０及び排気部２３０の構造を示す断面図である。
吸気部２２０は、空気導入孔２２１、エアフィルタ２２２、シール材２２３を備える。図１３に示すように、吸気部２２０には凹部２０５ａから後方に貫通する空気導入孔２２１が設けられている。空気導入孔２２１の位置は後述するエアポンプ３２の吸気口３２ａの位置と対応し、エアポンプ３２に空気を導入する吸気流路２３となる。空気導入孔２２１はエアフィルタ２２２により塞がれている。エアフィルタ２２２は空気中の塵埃、硫黄酸化物や窒素酸化物等が空気導入孔２２１を通過するのを防止する。
空気導入孔２２１の凹部２０５ａ側には外周に沿ってシール材２２３が設けられている。シール材２２３は吸気口３２ａと着脱部２０５との隙間を閉塞する。

排気部２３０は、排気口２３１と、気液分離膜２３２とを備える。図１３に示すように、着脱部２０５の後部において、燃料容器２の内側から外側に貫通する排気口２３１が設けられている。気液分離膜２３２は流入部２１０から燃料容器２の水回収部２６内に流入する排気ガス中の液体の水が排気口２３１を通過するのを防止する。排気ガス中の気体成分は気液分離膜２３２を通過して排気口２３１から外部へ排出される。以上により、排気ガス中の液体の生成水が水回収部２６に貯留される。

図１４、図１５は上部筐体１０２及び下部筐体１０３を取り去った状態の発電装置１の上面、背面及び左側面を示す斜視図である。また、図１６は発電装置１から燃料容器２を取り外した発電装置本体１０１を示す上面、背面及び左側面を示す斜視図であり、図１７は発電装置本体１０１を示す下面、背面及び右側面を示す斜視図であり、図１８は発電装置本体１０１の上面、正面及び左側面を示す斜視図である。また、図１９は発電装置本体１０１からカートリッジ搬送体４００及び付勢装置５００を取り外した状態の上面、背面及び左側面を示す分解斜視図であり、図２０は発電装置本体１０１からカートリッジ搬送体４００及び付勢装置５００を取り外した状態の上面、背面及び右側面を示す分解斜視図である。

図１４、図１５に示すように、発電装置１の左右方向に流路基板３が配置され、流路基板３の正面には各種バルブ３３や流量計３４、反応装置４、燃料電池５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６及び二次電池７等が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６は電力供給用端子１１０と接続されている。

流路基板３の背面側つまり燃料容器２との対向面側には、吸液部３１ａ、複数の反射型フォトセンサ３２０，３２０，・・・、フレーム３０１、排気ポート３０２等が設けられている。フレーム３０１には、水回収器３５、エアポンプ３２、付勢装置５００、固定部材６００等が固定されている。また、エアポンプ３２の外周部に沿ってカートリッジ搬送体４００が配置されている。

吸液部３１ａは流路基板３の右端部に設けられ、燃料容器２の供給部２２と接続される。水回収器３５は流路基板３の左端部に設けられている。なお、水回収器３５は流路基板３を介して排気ポート３０２と接続されている。
反射型フォトセンサ３２０，３２０，・・・は、発光素子３２１と受光素子３２２とを備え、移動体２０３を検出する。発光素子３２１としては、例えば発光ダイオード等を用いることができる。受光素子３２２としては、例えばフォトトランジスタ等を用いることができる。

発光素子３２１からは受光素子３２２により検出される波長の光が放射される。発光素子３２１から放射された光は燃料容器２の窓部材２０２を透過する。移動体２０３が近傍にある反射型フォトセンサ３２０では、発光素子３２１から放射され窓部材２０２を透過した光が移動体２０３により反射され、窓部材２０２を再び透過して受光素子３２２で検出される。一方、遮光材２０１や遮光部材２０２ａが受光素子３２２により検出される波長の光を遮る材料からなるため、燃料容器２の外部から入射した光を受光素子３２２が検出することはない。このため、光が検出された受光素子３２２を特定することにより、移動体２０３の位置を特定し、燃料容器２の残量を検出することができる。

水回収器３５の右側には、上下２つの付勢装置５００が配置され、付勢装置５００の後部にエアポンプ３２が配置されている。

排気ポート３０２はゴム状の弾性体からなり、図２０に示すように、流路基板３の付勢装置５００よりも右側より後方向に突出し、先端が右方向に屈曲している。排気ポート３０２は燃料容器２の流入部２１０と接続される。

フレーム３０１は水回収器３５、エアポンプ３２、付勢装置５００、固定部材６００等を流路基板３に固定するとともに、燃料容器２の取付け位置を定める。また、フレーム３０１には、エアポンプ３２の周囲に、カートリッジ搬送体４００の溝部４０５と係合する円弧状の凸部３１０が設けられている。

エアポンプ３２は円筒形であり、図１９、図２０に示すように上下方向を軸方向として中央部でフレーム３０１を貫通して設けられている。エアポンプ３２の外周部には、エアフィルタ２２２と連通する箇所以外をシール材２２３で塞がれた吸気口３２ａが設けられている。
フレーム３０１の上下には、カートリッジ搬送体４００がエアポンプ３２の外周部に沿って配置されている。

カートリッジ搬送体４００には燃料容器２が取り付けられ、図５、図１５に示すように燃料容器２を回動させる。
カートリッジ搬送体４００は、軸突起４０１と、接続部４０２と、カートリッジ保持部４０３と、ギヤ部４０４と、を備える。

上側のカートリッジ搬送体４００の上端部、下側のカートリッジ搬送体４００の下端部には、それぞれ上部筐体１０２及び下部筐体１０３の貫通孔１０４，１０４と係合する軸突起４０１が設けられており、カートリッジ搬送体４００は軸突起４０１を中心に回動可能である。なお、軸突起４０１はエアポンプ３２の中心軸上に配置されており、カートリッジ搬送体４００の軌跡はエアポンプ３２の外周面と同心円となる。

接続部４０２は、軸突起４０１とカートリッジ保持部４０３とを接続し、軸突起４０１を中心にカートリッジ保持部４０３を回動させる。
カートリッジ保持部４０３は、エアポンプ３２の外周部に沿って略円弧状に形成されており、前端に燃料容器２を挿入する際のガイドとなるガイドプレート４１０及びカートリッジ固定部４２０が設けられ、後端に係止部４３０が設けられている。ガイドプレート４１０は燃料容器２の正面と当接し、燃料容器２の吸気部２２０及び流入部２１０をカートリッジ保持部４０３に向けて案内する。

図２１はカートリッジ保持部４０３の前部の内側部分を示す斜視図である。カートリッジ保持部４０３の前部には、ガイドプレート４１０よりも後方にカートリッジ固定部４２０が設けられている。カートリッジ固定部４２０は、カートリッジ搬送体４００と一体に形成された渦巻状の板バネ４２１と、板バネ４２１の端部の内側面に設けられた係止突起４２２とを備える。係止突起４２２は板バネ４２１の端部に設けられているため、カートリッジ保持部４０３の厚さ方向に揺動可能である。係止突起４２２、４２２はそれぞれ燃料容器２の係合凹部２０６Ａ，２０６Ｂに係合し、燃料容器２を固定する。

ここで、カートリッジ固定部４２０に燃料容器２を固定する手順について説明する。
まず、ガイドプレート４１０に沿って燃料容器２をカートリッジ保持部４０３に向けてスライドさせる。カートリッジ保持部４０３に燃料容器２の左端部が挿入されると、図２２に示すように、燃料容器２の着脱部２０５が係止突起４２２と当接し、板バネ４２１が弾性変形して係止突起４２２が押し上げられる。

さらに燃料容器２の着脱部２０５がカートリッジ保持部４０３の奥まで挿入されると、図２３に示すように、係合凹部２０６Ａが係止突起４２２の位置に配置されるため、係止突起４２２は板バネ４２１の復元力により係合凹部２０６Ａに挿入される。これにより、燃料容器２の着脱部２０５がカートリッジ保持部４０３内に固定される。
以上により、カートリッジ固定部４２０に燃料容器２が固定される。

なお、カートリッジ固定部４２０に燃料容器２が固定された状態において、吸気流路２３を塞ぐことがないように、吸気部２２０と対応する位置に貫通孔４３１を有するエアフィルタ保護部４３２が設けられている。このため燃料容器２が発電装置本体１０１に装着されると、エアフィルタ２２２の外側にエアフィルタ保護部４３２が配置されることになり、さらにエアフィルタ保護部４３２の外側に、エアフィルタ保護部４３２の貫通孔４３１が形成されている部分との間でわずかな隙間をもって離間する固定部材６００が配置され、図１３の矢印に示すように、この隙間から吸気流路２３を通じて空気を吸気する。なお、固定部材６００は、エアフィルタ保護部４３２に対して上、下、右方向の三方が開放されている。

カートリッジ保持部４０３には、エアポンプ３２の外周部に沿って略円弧状の溝部４０５が形成されている。溝部４０５にはフレーム３０１の凸部３１０が挿入される。凸部３１０は、溝部４０５の弧の一部となる形状であって、凸部３１０が溝部４０５に挿入された状態で、カートリッジ保持部４０３は溝部４０５の弧に沿って、つまりエアポンプ３２の外周部に沿って回動する。

カートリッジ保持部４０３の前側部分から左方向に略円弧状のギヤ部４０４が延出している。ギヤ部４０４は付勢装置５００のギヤ５０５と噛み合っている。

図２４は付勢装置５００を示す斜視図であり、図２５は図２４のXXV−XXV切断線における一部切り欠き斜視断面図である。図２４、図２５に示すように、付勢装置５００は、筐体５０１と、固定部材５０２と、回転軸５０３と、コイルスプリング５０４と、ギヤ５０５とからなる。

筐体５０１は下端が開口した筒状であり、上端が回転軸５０３の上部側の軸受となっている。筐体５０１内にはコイルスプリング５０４、回転軸５０３及び固定部材５０２が挿入される。筐体５０１はフレーム３０１に固定される。
回転軸５０３は、上端に切り欠き５３１が設けられており、上端がギヤ５０５の係合孔５５１に挿入されることでギヤ５０５が回転軸５０３と係合した状態で回転軸５０３とともに回動できる。また、回転軸５０３は円環状の固定部材５０２の中央に挿入されているとともに、コイルスプリング５０４の中央に挿入されている。

回転軸５０３の上部には、軸方向と垂直に貫通孔５３２が設けられており、貫通孔５３２にコイルスプリング５０４の一端が挿入される。コイルスプリング５０４の他端は固定部材５０２に固定されている。回転軸５０３の下端は拡径しており、固定部材５０２を係止して回転軸５０３から脱落するのを防止している。固定部材５０２は回転軸５０３の下部側の軸受となっている。固定部材５０２は筐体５０１に固定される。

ギヤ５０５は中央に係合孔５５１を有し、筐体５０１から突出する回転軸５０３の上端と係合する。コイルスプリング５０４に蓄勢すると、回転軸５０３及びギヤ５０５はコイルスプリング５０４の復元力によりいずれかの回転方向に付勢される。このため、燃料容器２は、付勢装置５００によって電子機器本体１００１に収納された状態から回動して取り外しやすい状態になろうとするか（図２から図３に移行）、電子機器本体１００１に収納されていない状態から回動して収納された状態になろうとする（図３から図２に移行）。
なお、コイルスプリング５０４の代わりにゼンマイ等の弾性体を用いてもよく、付勢装置５００の代わりに、ステッピングモータ等を用いて電気的にカートリッジ搬送体４００を回動させてもよい。

例えば、ガイドプレート４１０が流路基板３に近づく方向に燃料容器２及びカートリッジ搬送体４００を回動させると、コイルスプリング５０４に蓄勢される。この状態では、カートリッジ搬送体４００はコイルスプリング５０４により、ガイドプレート４１０が流路基板３から離れる方向に付勢されることになる。

フレーム３０１の左後端部には、上下方向を軸方向とする回動軸３０３と、トーションスプリング３０４とが設けられている。回動軸３０３には、固定部材６００が回動可能に取り付けられる。また、トーションスプリング３０４は固定部材６００をカートリッジ搬送体４００と当接するように前方向に付勢する。

図２６は燃料容器２を発電装置本体１０１に取り付けた状態における固定部材６００とカートリッジ搬送体４００との位置関係を示す平面図である。図２６に示すように、固定部材６００の前面には、カートリッジ搬送体４００の係止部４３０を係止する係止爪６０１が設けられている。この状態において、係止爪６０１には、付勢装置５００により付勢されたカートリッジ搬送体４００の係止部４３０が当接しており、付勢装置５００の付勢力に抗してカートリッジ搬送体４００を係止している。このとき、係止爪６０１は、エアフィルタ保護部４３２の貫通孔４３１を覆っていない。

トーションスプリング３０４の付勢力に抗して固定部材６００を後方に引くと、係止爪６０１によるカートリッジ搬送体４００の係止が解除され、カートリッジ搬送体４００は図２６において左回転方向に回転する。一方、左回転方向に回転したカートリッジ搬送体４００を反対方向に回転させると、固定部材６００がトーションスプリング３０４の付勢力により前方に付勢されているので、ガイドプレート４１０が流路基板３と平行に配置された位置で係止爪６０１によりカートリッジ搬送体４００が係止される。

なお、回動軸３０３と軸突起４０１との距離は、軸突起４０１から係止部４３０までの距離と固定部材６００の長さとを加えた長さよりも短く、係止爪６０１と係止部４３０との当接部は、回動軸３０３よりも前方に位置しているため、固定部材６００はカートリッジ搬送体４００により前方向に回転する方向（図２６において右回転方向）に付勢される。このため、固定部材６００は係止部４３０と当接するように付勢され、不用意に外れることがない。
また、固定部材６００と貫通孔４３１との間には隙間が形成されているため、固定部材６００が吸気流路２３を塞ぐことはない。

次に、燃料容器２の着脱方法について説明する。まず、図１６に示すように、固定部材６００によるカートリッジ搬送体４００の係止を解除した状態にする。次に、ガイドプレート４１０に沿って燃料容器２をカートリッジ保持部４０３に向けてスライドさせ、図１５に示すように燃料容器２をカートリッジ搬送体４００に固定する。次に、図１４に示すように、付勢装置５００の付勢力に抗して燃料容器２を前方に押し込む。すると、トーションスプリング３０４の付勢力により固定部材６００が前方に回動しカートリッジ搬送体４００を係止する。
このとき、供給部２２とポンプ３１とが接続され、排気ポート３０２と流入部２１０とが接続される。

一方、図１４の状態から燃料容器２を取り外すには、まずトーションスプリング３０４の付勢力に抗して固定部材６００を後方に引く。すると、係止爪６０１によるカートリッジ搬送体４００の係止が解除され、燃料容器２及びカートリッジ搬送体４００は図１５に示すように後方にせり出してくる。その後、燃料容器２をガイドプレート４１０に沿って引き出すことで、図１６に示すように燃料容器２をカートリッジ搬送体４００から取り外すことができる。

なお、燃料容器２のカートリッジ搬送体４００への装着が不完全である場合には、図２２に示すように、係止突起４２２が係合凹部２０６Ａに係合せず、板バネ４２１が外側へ突出した状態となる。この状態でカートリッジ搬送体４００を前方に回動させようとすると、板バネ４２１が上部筐体１０２の回転防止部１０６にぶつかる。したがって、カートリッジ搬送体４００の回動が妨げられ、図５の位置でカートリッジ搬送体４００の回動が停止される。

したがって、燃料容器２がカートリッジ搬送体４００に不完全に装着されたまま回動して供給部２２とポンプ３１とがぶつかることを防ぐことができる。また、燃料容器２が発電装置本体１０１に接続できないことにより、操作者が接続不良に気づき、目視または触覚により容易に確認することができる。

このように、本実施の形態によれば、カートリッジ搬送体４００に燃料容器２を装着し、押し込むことで電子機器１０００に容易に燃料容器２を装着することができる。また、固定部材６００を後方に引くだけで燃料容器２が後方にせり出してくるので、容易に燃料容器２を取り外すことができる。

また、燃料容器２に水回収部２６が設けられているため、燃料容器２の廃棄と同時に水回収部２６に貯留された生成水を廃棄することができる。さらに、エアフィルタ２２２が燃料容器２と一体に設けられているため、燃料容器２の交換と同時にエアフィルタ２２２を交換することができる。

また、燃料容器２の左端部に、円弧状の凹部２０２が形成されており、この凹部２０２を円筒形のエアポンプ３２の外周面と当接して配置し、カートリッジ搬送体４００の回動に伴ってエアポンプ３２の外周面に沿って摺動させることで、容易に燃料容器２を回動させることができる。

また、燃料容器２にはカートリッジ搬送体４００に着脱される着脱部２０１と反対側の端部に供給部２２が設けられているので、供給部２２の軌跡の曲率半径が大きくなり、より容易に吸液部３１ａを供給部２２に挿入することができる。

また、燃料容器２を上下に配置しているので、固定部材６００も上下に近接して配置することができ、着脱の操作がしやすいという利点がある。
一方、固定部材６００を後方に引くことで燃料容器２を取り外すので、不用意にぶつかったりした場合であっても、燃料容器２が外れることがない。

また、燃料容器２は、原燃料２０７が排出される供給部２２が前面にあり、吸気部２２０の空気導入孔２２１や、排気流路２５となる流入部２１０は燃料容器２の左側面に設けられているため、供給部２２と吸気部２２０及び流入部２１０との間で接続間違いが生じることがない。
このように、燃料容器２を第１方向に移動して、図５に示すように、燃料容器２の流入部２１０を発電装置本体１０１の排気ポート３０２に連結するとともに、燃料容器２の吸気部２２０を発電装置本体１０１の吸気口３２ａに連結してから、燃料容器２を第２方向に移動して、図４に示すように、燃料容器２の供給部２２を発電装置本体１０１の吸液部３１ａに連結している。このため、燃料容器２の供給部２２を流入部２１０や吸気部２２０と異なる面に配置でき、供給部２２、流入部２１０、吸気部２２０、ひいては排気部２３０のレイアウトの自由度が高くなり、１つの燃料容器に供給部２２、流入部２１０、吸気部２２０、排気部２３０を設けてもコンパクトな構造にすることが可能となる。

なお、以上の実施形態においては、ノート型パーソナルコンピュータについて説明したが、本発明はこれに限らず、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器に本発明を適用してもよい。

本発明に係る電子機器１０００を示すブロック図である。電子機器１０００の背面、上面、右側面を示す斜視図である。電子機器１０００の背面、上面、右側面を示す斜視図である。発電装置１の上面、背面及び左側面を示す斜視図である。発電装置１の上面、正面及び左側面を示す斜視図である。燃料容器２の上面、正面及び左側面を示す斜視図である。図６のVII−VII矢視断面図である。燃料容器２の分解斜視図である。供給部２２を示す断面図である。ポンプ３１の吸液部３１ａと接続された状態の供給部２２を示す断面図である。流入部２１０を示す断面図である。流路基板３の排気ポート３０２と接続された状態の流入部２１０を示す断面図である。吸気部２２０及び排気部２３０の構造を示す断面図である。上部筐体１０２及び下部筐体１０３を取り去った状態の発電装置１の上面、背面及び左側面を示す斜視図である。上部筐体１０２及び下部筐体１０３を取り去った状態の発電装置１の上面、背面及び左側面を示す斜視図である。発電装置１から燃料容器２を取り外した発電装置本体１０１を示す上面、背面及び左側面を示す斜視図である。発電装置本体１０１を示す下面、背面及び右側面を示す斜視図である。発電装置本体１０１の上面、正面及び左側面を示す斜視図である。発電装置本体１０１からカートリッジ搬送体４００及び付勢装置５００を取り外した状態の上面、背面及び左側面を示す分解斜視図である。発電装置本体１０１からカートリッジ搬送体４００及び付勢装置５００を取り外した状態の上面、背面及び右側面を示す分解斜視図である。カートリッジ保持部４０３の前部の内側部分を示す斜視図である。カートリッジ固定部４２０に燃料容器２を固定する手順を示す模式図である。カートリッジ固定部４２０に燃料容器２を固定する手順を示す模式図である。付勢装置５００を示す斜視図である。図２４のXXV−XXV切断線における一部切り欠き斜視断面図である。燃料容器２を発電装置本体１０１に取り付けた状態における固定部材６００とカートリッジ搬送体４００との位置関係を示す平面図である。

符号の説明

１発電装置
２燃料容器
５燃料電池
２２供給部
１０１発電装置本体
２０１遮光材
２０２窓部材
２０３移動体
２１０流入部
２２２エアフィルタ
２３０排気部
３２０反射型フォトセンサ
３２１発光素子
３２２受光素子
１０００電子機器

Claims

内部に燃料を収容する筐体と、前記筐体内の燃料の収容量を検知するための発光素子の光に対して反射性であり、前記筐体内の燃料の収容量に従って移動する移動体と、を備え、
前記筐体は、前記移動体が前記発光素子に対向する側に透光部を有し、前記透光部以外では前記発光素子の光を遮光することを特徴とする燃料容器。
前記筐体の一部は、前記発光素子の光に対して遮光性の金属薄板からなることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
前記筐体内の燃料を供給する供給部と、前記燃料によって引き起こされる反応の副生成物を外部から流入する流入部と、前記副生成物中の気体成分のみを外へ排気する排気部と、外部から空気を取り込む吸気部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料容器。
前記吸気部は不純物を除去する除去部材を有し、前記排気部は気体成分のみを透過する気液分離部材を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料容器。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料容器が接続され、前記燃料容器より供給される燃料を用いて発電する燃料電池を備える本体を備え、
前記本体の前記燃料容器の透光部との対向面には、前記発光素子と、前記発光素子の光を前記移動体によって反射された光を受光する受光素子と、を備える残量検知部が複数配列されていることを特徴とする発電装置。
内部に燃料を収容する筐体と、前記筐体内の燃料の収容量を検知するための発光素子の光に対して反射性であり、前記筐体内を仕切り前記筐体内の燃料の収容量にしたがって一方向に移動する移動体とを備え、
前記筐体内の前記移動体により二分される一方の空間には前記燃料が収容され、
前記筐体の前記移動体が移動する方向の一端部には前記燃料を供給する供給部が設けられ、
前記筐体の他端部には、前記燃料によって引き起こされる反応の副生成物を外部から前記筐体内の前記移動体により二分される他方の空間内に流入させる流入部が設けられるとともに、前記副生成物中の気体成分のみを前記筐体外へ排気する排気部が設けられ、
さらに外部から空気を取り込む吸気部が設けられていることを特徴とする燃料容器。
請求項６に記載の燃料容器が接続され、前記燃料容器より供給される燃料を用いて発電するとともに前記副生成物を生成する燃料電池を備える本体を備えることを特徴とする発電装置。
請求項５または７に記載の発電装置を備えることを特徴とする電子機器。