JP5194824B2 - 発電装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、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に連結することによって発電することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２７０２１０号公報

ところで、このような燃料電池装置では、燃料カートリッジが適切に装着されているかどうかを判定する機能を有しているわけではないため、安全に動作できない恐れがある。

本発明の課題は、安全に動作できる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に記載の発電装置は、
燃料容器からの燃料に基づいて発電する発電部と、
光源と、
前記燃料容器と連結される連結部と、
前記連結部に連結された燃料容器が反射した光源からの光を検出する光センサと、
前記光センサでの受光状態に基づいて前記燃料容器が前記連結部に連結されているかどうか判断する制御部と、
を有し、
前記光源は所定の周波数で光を発し、前記制御部は前記光センサが受光した光の周波数成分をサンプリングすることを特徴とする。
前記制御部は、前記光センサが受光した光が、前記光源が発する光の所定の周波数と一致している周波数成分を有する場合、前記燃料容器が前記連結部に連結されているとみなし、前記光センサが受光した光が、前記光源が発する光の所定の周波数と一致している周波数成分を有していない場合、前記燃料容器が前記連結部に連結されていないとみなしてもよい。
前記燃料容器は前記光源との対向部が前記光源からの光を透過し、前記対向部以外の部分が前記光源からの光を透過しないことが好ましい。
前記燃料容器は、内部に燃料を収容する筐体と、前記筐体内において燃料の収容量に従って移動する移動体と、を有し、前記移動体には前記光源からの光を反射する移動反射材が設けられ、
前記光センサは前記移動反射材で反射された光を受光して、残量を検出してもよい。
前記光センサは、前記移動体の移動方向に沿って複数個配列されていてもよい。
前記光源は、前記移動体の移動方向に沿って複数個配列されていてもよい。
上述の発電装置を電子機器に適用することができる。

本発明によれば、安全に動作できる。

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。

〔電子機器〕
図１は、本発明が適用される電子機器９０を示すブロック図である。この電子機器９０はノート型パーソナルコンピュータ、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である。

電子機器９０は、燃料容器１０を収容でき、燃料容器１０内の燃料に基づいて発電する発電装置本体３０を有する発電装置１と、発電装置１で生成された電気エネルギーによって電気的に動作する電子機器本体９４とを備える。
発電装置本体３０は、筐体９５（図２参照）内に収納され、電子機器本体９４と着脱自在な構造になっている。

燃料容器１０は、発電装置本体３０に対して着脱自在に設けられ、発電装置本体３０が用いる液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の組成に水素原子を含む化合物）を貯蔵する燃料貯蔵部１１や、水を貯蔵する水貯蔵部１３を備える。
なお、筐体９５及び燃料容器１０の具体的な構造については、後述する。

〔発電装置本体〕
次に、発電装置本体３０について詳細に説明する。発電装置本体３０は、燃料容器１０に貯留された燃料の電気化学反応により電気エネルギーを生成するものであり、流路基板４０と、反応装置６０と、燃料電池８０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２に接続される二次電池９３と、これらを制御する制御部９１と、を備える。

制御部９１は発電装置本体３０全体を制御する。特に、制御部９１は図１１に示すような電気回路を備え、後述するように、光源４８及び複数の光センサ４９を制御する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ９２は燃料電池８０により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換し、電子機器本体９４に直接供給する機能及び二次電池９３に充電する機能を有する。これにより発電装置本体３０は、任意に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２から電気エネルギーを電子機器本体９４に出力することができる。

〔流路基板〕
流路基板４０には流体が流れる各種流路４４が設けられ、流路４４は適宜ポンプ４１Ａ、４１Ｂ、エアポンプ４２、エアフィルタ４３、水回収器４５、各種バルブ４６及び流量計４７等と連結されている。また、後述するように、流路基板４０には、燃料容器１０との対向面に、光源４８及びそれぞれ所定の位置に配列された複数の光センサ４９，４９，・・・を備える。
流路基板４０には燃料容器１０が着脱可能に設けられるとともに、反応装置６０、燃料電池８０が固定されている。
ポンプ４１Ａ、４１Ｂはそれぞれ燃料容器１０に貯留された水１８及び液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）１７を吸引して、吸引された原燃料１７をバルブ４６のうちのON-OFFバルブを通過して反応装置６０内の気化器６１に送液する。ポンプ４１Ａ、４１Ｂは、それぞれ収容される燃料容器１０の数だけ設けられている。またポンプ４１Ａは、加湿するために燃料電池８０に水を供給している。
エアポンプ４２は、エアフィルタ４３を介して空気を吸引し、吸引された空気はバルブ４６のうちの制御バルブを通過して後述する一酸化炭素除去器６３、燃焼器６４、及び燃料電池８０の酸素極に供給する。
ポンプ４１Ａ、４１Ｂ、エアポンプ４２、各種バルブ４６及び流量計４７は、制御部９１により制御される。流量計４７は、制御バルブによって流れる空気の流量を測定し、制御部９１は、流量計４７からの空気の流量情報データに基づいてバルブ４６のうちの制御バルブを適宜調整する。

〔反応装置〕
反応装置６０は、気化器６１、改質器６２、一酸化炭素除去器６３、燃焼器６４及び、これらを収容する箱状の断熱容器６５を備える。
気化器６１はポンプ４１Ａ、４１Ｂから送られた混合液を燃焼器６４から発生する熱、図示しないヒーターから発生する熱、改質器６２からの伝熱により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器６１で気化した混合気は改質器６２へ送られる。

改質器６２の内部の流路の壁面に触媒が担持されている。改質器６２は気化器６１から送られる混合気を、燃焼器６４から発生する熱または図示しないヒーターから発生する熱により、約３００〜４００℃程度に加熱し、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。

なお、原燃料がメタノールの場合、改質器６２では主に次式（１）に示すような水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
一酸化炭素は化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような式によって微量に副生される。
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６３に送出される。
一酸化炭素除去器６３は、改質器６２で（２）式の反応により発生した一酸化炭素を酸素と反応させ、（３）式に示す反応により除去する。
ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂・・・（３）
一酸化炭素除去器６３の反応は約１１０〜１６０℃程度で行われる。なお、一酸化炭素除去器６３は気化器６１と一体に設けられており、燃焼器６４から発生する熱または図示しないヒーターから発生する熱、改質器６２からの伝熱により加熱される。
一酸化炭素が除去された改質ガスは燃料電池８０に送出される。

〔燃料電池〕
燃料電池８０は、電解質８１と、その一方の面に形成された燃料極８２（アノード）と、他方の面に形成された酸素極８３（カソード）とを備え、燃料極８２には反応装置６０で生成された水素を含む改質ガスが供給され、酸素極８３には空気が供給され、水素と酸素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する。

電解質８１に水素イオン透過性の固体高分子電解質を用いる固体高分子型の燃料電池では、燃料極８２において、下記の電気化学反応式（４）に示すように、混合気中の水素は燃料極８２の触媒粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離される。そして、分離された水素イオンは電解質８１を通じて酸素極８３に伝導し、電子は燃料極８２により取り出される。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-・・・（４）

一方、酸素極８３においては、下記の電気化学反応式（５）に示すように、酸素極８３に移動した電子と、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンとが反応して水が生成される。
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ・・・（５）
生成した水は水回収器４５により回収され、適宜燃料貯蔵部１２から供給された燃料１７と混合して気化器６１に供給して改質反応に再利用される。このとき、ポンプ４１Ａは、水回収器４５からの水の供給量に応じて水貯蔵部１３内の水１８を取り込み量を制御する。

なお、電解質８１に酸素イオン透過性の固体酸化物電解質を用いる固体酸化物型の燃料電池としてもよい。この場合、酸素極８３では空気中の酸素と図示しないカソード出力電極より供給される電子により、次式（６）に示すように酸素イオンが生成される。酸素極８３で生成された酸素イオンは電解質８１を透過して燃料極８２に到達する。
Ｏ₂＋４ｅ^-→２Ｏ^2- …（６）

燃料極８２では、電解質８１を透過した酸素イオンと、改質ガス中の水素との下記の電気化学反応式（７）のような反応が起こる。
Ｈ₂＋Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- …（７）
なお、固体酸化物型の燃料電池を用いた場合には、燃料極８２で水が生成するので、オフガスの燃焼器６４への流路の途中に水回収器４５を設ければよい。

また、固体酸化物型の燃料電池では、下記の電気化学反応式（８）のような反応が起こるため、改質ガス中に一酸化炭素が含まれていてもよい。このため、固体酸化物型の燃料電池を用いる場合には、反応装置６０に一酸化炭素除去器６３が不要である。
ＣＯ＋Ｏ^2-→ＣＯ₂＋２ｅ^- …（８）

上記いずれのタイプの燃料電池においても、燃料極８２で電子が生じ、酸素極８３で電子が消費されることで電位差が生じるため、これを電気エネルギーとして用いることができる。
燃焼器６４には、いずれのタイプの燃料電池においても、燃料電池８０の燃料極８２に供給された改質ガス（オフガス）のうちの未反応の水素が供給され、バルブ４６から供給された空気によって燃焼される。燃焼熱は気化器６１、改質器６２、一酸化炭素除去器６３を加熱するのに用いられる。

〔電子機器の具体的構成〕
次に、電子機器９０の具体的な構成について例を挙げて説明する。
図２は電子機器９０の後部を示す斜視図である。なお、この電子機器９０はノート型パーソナルコンピュータである。

筐体９５には発電装置本体３０が内蔵されており、筐体９５の後部には、燃料容器１０を連結する連結部９８を備えている。連結部９８には、各燃料容器１０の上面及び下面に形成された溝形状のレール部７１、７１にスライド移動自在に係合するガイド部９２と、後述する燃料容器１０の燃料排出部１４及び水排出部１５とそれぞれ着脱自在の着脱部９６，９７と、が設けられている。

着脱部９６は、ゴム等の復元力のある蛇腹状の弾性被覆体と、燃料排出部１４に連結される燃料導入管５１と、を備えている。燃料導入管５１は、燃料容器１０が発電装置本体３０に取り付けられていないときに弾性被覆体に覆われている。燃料容器１０を発電装置本体３０に取り付ける際に、弾性被覆体に燃料排出部１４が押しつけられて弾性被覆体が収縮して燃料導入管５１が露出するような切り込み９９が弾性被覆体に設けられている。

着脱部９７は、ゴム等の復元力のある蛇腹状の弾性被覆体と、水排出部１５に連結される水導入管５０と、を備えている。水導入管５０は、燃料容器１０が発電装置本体３０に取り付けられていないときに弾性被覆体に覆われている。燃料容器１０を発電装置本体３０に取り付ける際に、弾性被覆体に水排出部１５が押しつけられて弾性被覆体が収縮して水導入管５０が露出するような切り込み１００が弾性被覆体に設けられている。

なお、筐体９５において、後面の燃料容器１０の側面との対向部は、後述する光源４８より放出される波長の光に対する透過性を有する透過窓９５Ａにより形成され、それ以外は光源４８より放出される波長の光に対して不透明な材料で形成されている。透過窓９５Ａとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル等の透明材料を用いてもよく、または透明材料を用いることなしに光源４８や光センサ４９を剥き出しとした構造であってもよい。また連結部９８は、着脱部９６，９７に燃料排出部１４及び水排出部１５が連結される位置まで、燃料容器１０がレール部７１、７１をガイド部９２、９２に沿ってスライドしたときに、燃料容器１０が筐体９５から取り外されないように燃料容器１０の後部に形成されたロック溝７３を係合するフック部７２が設けられている。

図３は電子機器９０の筐体９５に内蔵された発電装置本体３０を前側から見た斜視図であり、図４は発電装置本体３０を後側から見た斜視図である。図３に示すように、流路基板４０の前面に反応装置６０、燃料電池８０、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２、二次電池９３及び制御部９１が設けられている。

また、図４に示すように、流路基板４０の後面の中央部には、連結部９８内に配置されたポンプ４１Ａ、４１Ｂ、エアポンプ４２及びエアフィルタ４３が設けられている。ポンプ４１Ａは、水導入管５０を介して燃料容器１０内の水１８を取り込み、ポンプ４１Ｂは、燃料導入管５１を介して燃料容器１０内の燃料１７を取り込み、取り込まれた水１８及び燃料１７は、混合された状態で気化器６１に導入される。

さらに、流路基板４０の後面には、透過窓９５Ａと対応する位置に、各燃料容器１０，１０にそれぞれ対応する光源４８，４８及び複数配列された光センサ４９，４９，・・・が設けられている。つまり、流路基板４０には、収容される１つの燃料容器１０に対して１つの光源４８と複数の光センサ４９が設けられている。光源４８，４８及び光センサ４９，４９，・・・は同一の流路基板４０上に設けられるため、同一の工程により容易に取り付けることができる。

光源４８は、後述する光センサ４９，４９，・・・により検出される波長の光を放出する。光源４８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。光センサ４９，４９，・・・により検出される波長の光としては、例えば赤外光（近赤外線を含む）を用いることができる。発光ダイオード上面には集光レンズが形成され、発光した光を概平行光として放出する。あるいは集光レンズを使わずに赤外レーザーを使用しても良い。

光センサ４９，４９，・・・は、光源４８より放出される光を検出し、制御部９１に出力する。赤外線を検知する光センサ４９，４９，・・・としては、光導電型、ショットキー接合型、ｐｎ接合型などがあり、例えばシリコンフォトトランジスタ、ゲルマニウムフォトトランジスタを用いることができ、０．６ｍｍ角のシリコンフォトトランジスタを２ｍｍピッチで２０〜４０個程直線状に配列されている。
なお、光センサ４９，４９，・・・の配列方向は、後述する筐体１１内の移動体２０の移動方向である。

図５はプレーナータイプのシリコンフォトトランジスタチップ４９Ａを示す斜視図である。このようなフォトトランジスタチップ４９Ａは、表面に受光面４９ａ、エミッタ電極４９ｂ及びコレクタ電極４９ｃを備える。フォトトランジスタチップ４９Ａの裏面を流路基板４０に接着等により固定し、エミッタ電極４９ｂ及びコレクタ電極４９ｃを、ワイヤーボンディグにより形成された配線４９ｄ，４９ｅによって流路基板４０に設けられた図示しない配線と導通させることで複数の光センサ４９，４９，・・・を配列してもよい。

図６は、予めパッケージングされたチップ型フォトトランジスタ４９Ｂを示す斜視図である。このようなチップ型フォトトランジスタ４９Ｂでは、検出光を透過する樹脂４９ｆにより半導体４９ｉの受光面が包埋されている。チップ型フォトトランジスタのエミッタ電極４９ｇ及びコレクタ電極４９ｈを流路基板４０に設けられた図示しない配線に半田付けすることにより流路基板４０に取り付けることができる。

図７は燃料容器１０を示す斜視図であり、図８は図７のVIII−VIII線で破断した状態の燃料容器１０を示す斜視図である。図８に示すように、燃料容器１０は、筐体１１と、移動体２０とを備える。
筐体１１内には、燃料貯蔵部１２と、水貯蔵部１３とが設けられている。
図７に示すように、筐体１１の筐体９５との対向面には、長手方向の端部に、燃料排出部１４と、水排出部１５とが設けられている。燃料排出部１４は、燃料１７が貯蔵された燃料貯蔵部１２に連通するための孔を有するゴム等の弾性体であり、着脱部９６と接続されて燃料１７を発電装置本体３０に供給する。水排出部１５は、水１８が貯蔵された水貯蔵部１３に連通するための孔を有するゴム等の弾性体であり、着脱部９７と接続されて水１８を発電装置本体３０に供給する。

また、筐体１１の透過窓９５Ａと対向する部分は、光源４８より放出される波長の光に対する透過性を有する透過部１１Ａにより形成されている。筐体１１の透過部１１Ａや透過部１１Ａ以外の部分は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル等の材料を用いて形成することができる。
筐体１１の透過窓９５Ａと対向する部分が透過部１１Ａにより形成されているため、後述する固定反射鏡１９や移動反射鏡２１を筐体１１の内部に設けることができる。

筐体１１の透過部１１Ａ以外の部分は、光センサ４９，４９，・・・が検出する波長の光を遮光または吸収するような材料を含んでいるため、燃料容器１０を筐体９５に取り付けた状態では、燃料容器１０が透過窓９５Ａを覆うため、外部からの光が燃料容器１０を介して光センサ４９，４９，・・・に入射されることがなく誤動作を防止することができる。

ここで、光センサ４９，４９，・・・により検出される波長の光として赤外光を用いる場合には、筐体１１を形成する材料に赤外光を遮光または吸収する材料を添加したものを用いて筐体１１の透過部１１Ａ以外の部分を形成することができる。あるいは、筐体１１の透過部１１Ａ以外の部分を、赤外光を遮光または吸収する材料でコーティングしてもよい。

なお、筐体１１の透過部１１Ａ以外の部分に適用される光を遮光または吸収する材料としては、例えばアルミニウム塩を用いることができる。このようなアルミニウム塩としては、例えばナガセケムテックス株式会社製ＮＩＲ−ＡＭ１〜４等を用いることができる。このような光を遮光または吸収する材料を表面で被膜する場合、反射してノイズとならないように表面粗さの大きくして曇らせる無鏡面構造であることが好ましい。また、上記のように複数のフォトトランジスタを個々に配列する以外にもTSL210 640×1 Line Sensor Array （Texas Advanced Optoelectronic Solutions社製）のようにまとめて配列してももよい。

燃料貯蔵部１２内には、燃料１７の貯蔵量に追従して筐体１１の長手方向に移動する移動体２０が設けられている。移動体２０の外側には、燃料貯蔵部１２の内壁面との隙間を塞ぎかつ摩擦を低減する燃料１７に対し不溶性又は難溶性の流動体２３が設けられている（図９参照）。流動体２３としては、具体的にはポリブテン，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が好ましい。筐体１１内で燃料１７の末端は、移動体２０及び流動体２３によって完全に被覆されている。このような構造の場合、燃料１７が燃料排出部１４から排出されて燃料１７の末端が変位するとき、排出量に応じて燃料１７の末端側で負圧が生じる。この負圧によって移動体２０及び流動体２３が燃料１７の末端を被覆し続けるように燃料１７の末端とともに移動する。

また、燃料貯蔵部１２の内壁には、燃料排出部１４に連通するのと反対側の端部に、固定反射鏡１９が設けられている。固定反射鏡１９は燃料容器１０を筐体９５に取り付けたときに光源４８と対応する位置に配置される。固定反射鏡１９は透過窓９５Ａ、透過部１１Ａを透過した光源４８からの光を移動体２０に向けて反射する。

移動体２０には、固定反射鏡１９が設けられた燃料貯蔵部１２の内壁と対向する面に、移動反射鏡２１が設けられている。移動反射鏡２１は燃料容器１０を筐体９５に取り付けたときに、複数配列されたいずれかの光センサ４９と対応する位置に配置され、燃料貯蔵部１２の燃料１７の排出に伴って光センサ４９の配列方向に沿って移動体２０とともに直線状に移動する。移動反射鏡２１は固定反射鏡１９からの光を反射して移動反射鏡２１に最も近接している光センサ４９に出射する。移動体２０の移動に伴い、移動反射鏡２１により反射される光が照射される位置が変わるので、移動反射鏡２１に最も近接している光センサ４９が最も光を検出する。そして、最も光を検出した光センサ４９の位置によって燃料１７の末端、つまり燃料１７の残量を特定することができる。

次に、燃料貯蔵部１２内の燃料残量を検出する方法について説明する。
図９は燃料貯蔵部１２内に燃料１７が完全に充填された状態の発電装置を示す断面図であり、図１０は燃料貯蔵部１２内の燃料１７が消費された状態の発電装置を示す断面図である。

まず、制御部９１は、光源４８を発光させ、光センサ４９，４９，・・・が検出する波長の光Ｌを放射させる。光源４８から放射された光Ｌは、矢印に示すように透過窓９５Ａ、透過部１１Ａを透過した後、固定反射鏡１９により移動反射鏡２１に向かって反射される。さらに移動反射鏡２１で反射された光Ｌは、透過部１１Ａ、透過窓９５Ａを透過して、移動体２０の位置に対応する位置のいずれかの光センサ４９に入射する。

燃料貯蔵部１２内に燃料１７が完全に充填された状態では、図９に示すように、移動反射鏡２１で反射された光Ｌは、透過部１１Ａ、透過窓９５Ａを透過して、最も光源４８に近い位置の光センサ４９に入射する。

燃料貯蔵部１２内の燃料１７が消費された状態では、図１０の矢印Ｍに示すように、移動体２０が光センサ４９の配列方向に移動する。このため、移動反射鏡２１で反射された光Ｌは、透過部１１Ａ、透過窓９５Ａを透過して、移動体２０の位置に対応する光センサ４９に入射する。このとき、隣接する光センサ４９，４９間に隙間があり、この隙間に移動反射鏡２１が位置しても、移動反射鏡２１で反射された光は多少拡散されているので、最も移動反射鏡２１に近い位置の光センサ４９が最も光を受光することができる。

移動体２０の位置は燃料貯蔵部１２内の燃料１７の残量に対応する。したがって、制御部９１がどの光センサ４９が光Ｌを最も受光したかを判別することにより、移動反射鏡２１の位置を判定し、燃料貯蔵部１２内の燃料１７の残量を検出することができる。

次に、光センサ４９が光Ｌを受光したか否かを判別する制御部９１の電気回路について説明する。図１１は光源４８及び光センサ４９を駆動する制御部９１の電気回路図の一例である。
図１１の電気回路図においては、光源４８として赤外発光ダイオードが用いられている。赤外発光ダイオードのアノードは抵抗Ｒ＿ＬＥＤの一端と接続されている。抵抗Ｒ＿ＬＥＤの他端は電源Ｖ＿ＬＥＤに接続されている。
光源４８のカソードはトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ−Ｎ）のドレインに接続されている。トランジスタのソースはグラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタのゲートは制御部９１のパルス出力端子（ＬＥＤ＿ＯＮ）に接続されている。
制御部９１は、オンレベルの制御パルスをパルス出力端子（ＬＥＤ＿ＯＮ）よりトランジスタのゲートに出力する。ゲートに制御パルスが入力された場合、ソース−ドレイン間が導通し、電源Ｖ＿ＬＥＤより電流が赤外発光ダイオード及び抵抗Ｒ＿ＬＥＤに流れて赤外発光ダイオードが赤外線Ｌを照射する。

図１１の電気回路図においては、光センサ４９としてｎｐｎ型のフォトトランジスタＱ１〜Ｑｎが用いられている。フォトトランジスタＱ１〜Ｑｎのコレクタ側には電源Ｖｓが供給されており、エミッタ側はシュミットトリガー回路ＳＣＨ１〜ＳＣＨｎに接続されている。また、フォトトランジスタＱ１〜Ｑｎのエミッタ側はそれぞれ対応する抵抗Ｒ１〜Ｒｎを介してグラウンドＧＮＤに接続されている。

シュミットトリガー回路ＳＣＨ１〜ＳＣＨｎはフォトトランジスタＱ１〜Ｑｎから入力される電圧が一定の電圧ＶＨを超えたときに制御部９１に受光信号を出力する。一方、フォトトランジスタＱ１〜Ｑｎから入力される電圧がＶＨよりも低い一定の電圧ＶＬ以下となったときには受光信号の出力を停止する。
なお、いずれかのフォトトランジスタＱ１〜Ｑｎからシュミットトリガー回路ＳＣＨ１〜ＳＣＨｎに入力される電圧は、光源４８から放射された光Ｌが入射したフォトトランジスタではＶＨよりも高く、光Ｌが入射していないフォトトランジスタではＶＬよりも低い。

次に、制御部９１による処理について説明する。図１２は制御部９１における制御を示すフローチャートである。
まず、制御部９１は、周波数ｆで光源４８を発光させる（ステップＳ１）。次に、制御部９１は、フォトトランジスタＱ１〜Ｑｎに対応するシュミットトリガー回路ＳＣＨ１〜ＳＣＨｎからの入力（受光信号）を、２ｆ以上の周波数で１／ｆ秒以上サンプリングする（ステップＳ２）。
いずれのシュミットトリガー回路ＳＣＨ１〜ＳＣＨｎからも受光信号が入力されない場合は（ステップＳ３→Ｎｏ）、制御部９１は燃料容器１０が連結部９８に連結されていないものと判断する（ステップＳ４）。

シュミットトリガー回路ＳＣＨ１〜ＳＣＨｎのいずれかから受光信号が入力されている場合には（ステップＳ３→Ｙｅｓ）、制御部９１はサンプリングした受光信号をフーリエ解析し、受光信号に周波数ｆの成分があるかないかについて判断する（ステップＳ５）。
受光信号に周波数ｆの成分がない場合には（ステップＳ５→Ｎｏ）、受光された光は光源４８以外の光とみなし、制御部９１は燃料容器１０が連結部９８に連結されていない（燃料容器１０によって遮光していない）ものと判断する（ステップＳ４）。

受光信号に周波数ｆの成分がある場合には（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、制御部９１はシュミットトリガー回路ＳＣＨから入力されている全ての受光信号に周波数ｆの成分があるか否かを判断する（ステップＳ６）。受光信号のいずれかに周波数ｆの成分がない場合には（ステップＳ６→Ｎｏ）固定反射鏡１９及び移動反射鏡２１が光源４８及び光センサ４９に対して適切な角度に配置されていないため、光源４８の光が光センサ４９に入射されていないとみなして、制御部９１は燃料容器１０が連結部９８に完全に連結されていない（不完全に装着されている）ものと判断する（ステップＳ７）。

受光信号の全てに周波数ｆの成分がある場合には（ステップＳ６→Ｙｅｓ）、制御部９１は燃料容器１０が完全に装着されているものと判断し（ステップＳ８）、受光信号が入力されたシュミットトリガー回路に対応するフォトトランジスタの位置を燃料の残量位置として特定する。受光信号が入力されたシュミットトリガー回路ＳＣＨが複数あった場合には、それらに対応するフォトトランジスタＱの中央の位置を移動反射鏡２１の位置と判断し、燃料の残量位置を特定する（ステップＳ９）。例えば、シュミットトリガー回路ＳＣＨ２，ＳＣＨ３より入力された受光信号に周波数ｆの成分がある場合には、フォトトランジスタＱ２，Ｑ３の間に移動反射鏡２１があると判断する。

以上により、制御部９１が燃料容器１０の装着が完全に行われているか否かを判断するとともに、燃料貯蔵部１２内の燃料１７の残量を検出することができる。また、光源４８を所定の周波数ｆで発光させ、周波数ｆの受光信号が出力された光センサ４９の位置から燃料貯蔵部１２内の燃料１７の残量を検出するため、燃料容器１０が完全に装着されている場合のみ残量を検出し、燃料容器１０が装着されていない場合や不完全に装着されている場合はその旨の警告をすることができる。なお、警告は、例えば発電装置本体３０に光源、スピーカ等を設け、光や音により警告を行うことができる。あるいは、電子機器本体９４に設けられた表示部やスピーカを用いて光や音により警告を行うことができる。

＜変形例１＞
図１３は第１の変形例に係る燃料容器１１０を示す断面図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。

燃料容器１１０は、光センサ１４９により検出される波長の光を透過する透過材により形成されている。図１３に示すように、燃料貯蔵部１１２の燃料排出部１１３に連通するのと反対側の端部の壁は、燃料容器１１０を筐体１９５に取り付けたときに、光源１４８と対応する位置に配置される。なお、燃料容器１１０の発電装置本体１３０と対向する面を除く外表面は、光センサ１４９により検出される波長の光を反射または吸収する材料でコーティングされている。

燃料貯蔵部１１２の長手方向の壁には、光源１４８から放射される光の光路上に、切り欠き１１６が形成されている。切り欠き１１６における燃料容器１１０の界面の一部は、光源１４８からの光の入射方向に対して所定の角度傾いており、光源１４８から放射される光をこの界面において、燃料貯蔵部１１１の部材の屈折率と切り欠き１１６内の空気等の気体の屈折率差によって移動体１２０に向かって全反射する全反射面１１９となっている。すなわち、全反射面１１９は、固定反射鏡１９と同じ役割を果たす。

移動体１２０は、光センサ１４９により検出される波長の光を透過する透過材により形成されている。移動体１２０の内部には空洞１２２が形成されている。移動体１２０の空洞１２２との界面は、全反射面１１９により反射される光の入射方向に対して所定の角度に傾いており、全反射面１１９により反射される光を、移動体１２０の部材の屈折率と空洞１２２内の空気の屈折率差によって発電装置本体３０の方向に反射する全反射面１２１となっている。すなわち、全反射面１２１は、移動反射鏡２１と同じ役割を果たす。

このように、全反射面１１９，１２１を設けることで、固定反射鏡１９及び移動反射鏡２１を省略し、移動体１２０の稼動範囲を拡大することができ、燃料の充填量を増大させることができる。

＜変形例２＞
図１４は第２の変形例に係る燃料容器２１０を示す断面図である。本変形例においては、発電装置２３０には、燃料容器２２０の燃料排出部１４が設けられたのと反対側の側面と対向するように、光源２４８が設けられている。

本変形例においては、変形例１と同様に、移動体２２０に全反射面２２１が設けられており、光源２４８より放射される光は全反射面２２１により発電装置本体２３０の方向に反射される。このように、光源２４８の位置を燃料容器２１０の側面と対向する位置に設けることで、固定反射鏡１９や全反射面１１９を燃料容器２１０に設ける必要がなくなるため、移動体２２０の稼動範囲をさらに拡大することができ、燃料の充填量を増大させることができる。
＜変形例３＞
図１５は第３の変形例に係る発電装置本体３０を後側から見た斜視図であり、図１６は第３の変形例に係る燃料貯蔵部１２内の燃料１７が消費された状態の発電装置を示す断面図である。
上記実施形態ではライン状に配置した複数の光センサ４９と単一の光源４８で構成したが、各燃料容器ごとに、ライン状に配置した複数の発光ダイオード４８と単一の光センサ４９を配置している。
このような構造では、ライン状に配置した複数の光源４８を単一の光センサ４９に近い順、つまり燃料容器１０内の燃料１７の残量が多いと想定されている位置（図中右側）或いは残量が少ないと想定されている位置（図中左側）から順に点灯すると、移動反射鏡２１の位置に最も近接している光源４８からの光の出射のタイミングで光センサ４９が受光して受光信号を制御部９１に出力するので、制御部９１はこの受光信号のタイミングから受光した光センサ４９の位置を特定し、燃料容器１０内の燃料１７の残量を特定することができる。この場合、複数の光源４８は特定の周波数で発光してもよいが、特定の周波数で発光しなくても、光源４８の発光のタイミングに応じて受光センサ４９が受光しているかどうかを制御部９１が検知することで連結部９８に連結しているかどうかを判断することができる。また、隣接している位置に順次点灯するだけでなく、例えば、残量１／２の位置、残量３／４の位置、残量１／４の位置……と任意の位置の光源４８を異なるタイミングで発光してもよい。
上記各変形例は、整合性がある限り適宜組合せ自在である。

また上記各実施形態では、センサを燃料容器内に設けることなく、また燃料容器内に抵抗を図るための導電端子を設けることなく、光の光路を変えて容易に燃料の残量を検出することができる。
また上記各実施形態では、複数の光センサに対応した光源を一つだけ設けるだけで済み、簡易な構造で燃料の残量を検出することができる。

以上の実施形態においては、改質型の発電装置について説明したが、燃料を直接燃料電池に供給するダイレクトメタノール型の発電装置に本発明を適用してもよい。すなわち、燃料を直接、ダイレクトメタノール型の燃料電池に供給してもよい。

本発明が適用される電子機器９０を示すブロック図である。 電子機器９０の後部を示す斜視図である。 発電装置本体３０を前側から見た斜視図である。 発電装置本体３０を後側から見た斜視図である。 プレーナータイプのシリコンフォトトランジスタチップを示す斜視図である。 チップ型フォトトランジスタを示す斜視図である。 燃料容器１０を示す斜視図である。 図７のVIII−VIII線で破断した状態の燃料容器１０を示す斜視図である。 燃料貯蔵部１１内に燃料１７が完全に充填された状態の発電装置を示す断面図である。 燃料貯蔵部１１内の燃料１７が消費された状態の発電装置を示す断面図である。 光源４８及び光センサ４９を駆動する制御部９１の電気回路図の一例である。 制御部における制御を示すフローチャートである。 第１の変形例に係る燃料容器１１０を示す断面図である。 第２の変形例に係る燃料容器２１０を示す断面図である。 第３の変形例に係る発電装置本体３０を後側から見た斜視図である。 第３の変形例に係る燃料貯蔵部１２内の燃料１７が消費された状態の発電装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ 燃料容器
１１ 筐体
１１Ａ 透過部
１２ 燃料貯蔵部
１７ 燃料
１９，２１ 反射鏡
２０ 移動体
３０ 発電装置本体
４８ 光源
４９ 光センサ
８０ 燃料電池
９０ 電子機器

Claims (7)

1. 燃料容器からの燃料に基づいて発電する発電部と、
   光源と、
   前記燃料容器と連結される連結部と、
   前記連結部に連結された燃料容器が反射した光源からの光を検出する光センサと、
   前記光センサでの受光状態に基づいて前記燃料容器が前記連結部に連結されているかどうか判断する制御部と、
   を有し、
   前記光源は所定の周波数で光を発し、前記制御部は前記光センサが受光した光の周波数成分をサンプリングすることを特徴とする発電装置。
2. 前記制御部は、前記光センサが受光した光が、前記光源が発する光の所定の周波数と一致している周波数成分を有する場合、前記燃料容器が前記連結部に連結されているとみなし、前記光センサが受光した光が、前記光源が発する光の所定の周波数と一致している周波数成分を有していない場合、前記燃料容器が前記連結部に連結されていないとみなすことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記燃料容器は前記光源との対向部が前記光源からの光を透過し、前記対向部以外の部分が前記光源からの光を透過しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
4. 前記燃料容器は、内部に燃料を収容する筐体と、前記筐体内において燃料の収容量に従って移動する移動体と、を有し、前記移動体には前記光源からの光を反射する移動反射材が設けられ、
   前記光センサは前記移動反射材で反射された光を受光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置。
5. 前記光センサは、前記移動体の移動方向に沿って複数個配列されていることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
6. 前記光源は、前記移動体の移動方向に沿って複数個配列されていることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置を備えることを特徴とする電子機器。

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