(57)【要約】  【課題】  携帯端末機器に搭載可能な燃料電池の残量を、２次電池と同様に電圧信号によって容易に検出することを可能とすること。  【解決手段】  燃料電池１００内に、スライド型可変抵抗（摺動子１１７と炭素皮膜抵抗体１１９とからなる）を設け、摺動子１１７を、燃料タンク１１０内の可動隔壁１１６に接続する。炭素皮膜抵抗体１１９の両端には、燃料電池１００によって発電される定電圧が印加される。その定電圧を抵抗分圧した電圧が、摺動子１１７および残量検出端子１２３を経由して取り出される。摺動子１１６の位置は、副生成物の増加に伴って移動することから、燃料電池１００の燃料の残量を、電圧信号によって検出することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の燃焼反応により発電を行う発電部と、前記燃料を収容する燃料部と、発電に伴って生成される副生成物を収納する副生成物収容部とを具備する燃料電池であって、
前記燃料電池の出力電圧端子間に接続された抵抗と、前記燃料電池の発電によって生成される副生成物の増加に伴って、前記抵抗の主面に接触しながら移動する可動電極端子とを備えた可変抵抗器と、
前記可変抵抗器の、前記可動電極端子を介して取り出される電圧を、前記燃料部における前記燃料の残量検出信号として外部に出力するための燃料残量検出端子とを有する燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記可動電極端子は、前記抵抗の主面に接触しながら移動する摺動接点をもつ摺動子であり、前記可変抵抗器は、スライド型可変抵抗器であり、
前記スライド型可変抵抗器の、前記摺動子を介して取り出される電圧を、前記燃料部における前記燃料の残量検出信号として外部に出力するようにした燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池であって、
燃料タンク中に、前記燃料部と前記副生成物収容部を隔てる可動隔壁が設けられ、この可動隔壁は、前記副生成物収容部に収容される前記副生成物の量が増加するに従って所定方向に移動し、また、前記可動隔壁に、前記摺動子の前記摺動接点とは反対側の一端が接続されている燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記燃料電池は、メタノール水溶液と酸素との化学反応によって発電し、前記副生成物として水を生成するメタノール直接型燃料電池である燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池の、前記燃料残量検出端子から出力される前記残量検出信号を受けて、前記燃料の残量を検出する燃料残量検出部と、
その検出結果に基づいて、ユーザに燃料残量情報を報知する報知部と、
を有する電気機器。
【請求項６】
請求項５記載の電気機器であって、
前記電気機器は、携帯端末装置であることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および電気機器に関し、特に、燃料の残量を電気的に検出する検出機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、民生用や産業用のあらゆる分野において、様々な化学電池が使用されている。例えば、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池は、時計やカメラ、玩具、携帯型の音響機器等に多用されている。
【０００３】
一方、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池は、近年普及が著しい携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の携帯機器に利用されている。
【０００４】
また、近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに従い、環境への影響（負担）が少なく、かつ、例えば、３０〜４０％程度の極めて高いエネルギー利用効率を実現することができる燃料電池が注目されており、上述した化学電池に代わる電源として期待されている。
【０００５】
燃料電池は、物質の燃焼エネルギーを直接電気エネルギーに変換することから、従来の２次電池に比べて数倍のエネルギー効率であることから、携帯電話端末等の携帯機器における電池寿命を長時間化が可能であるという特徴がある。また、発電の際に生成される副生成物が、例えば、水と二酸化炭素だけで低公害性であり、燃料および酸素の供給さえ行うことができれば、持続的な発電が可能である。
【０００６】
従来、燃料電池においては強制的に流通させて正極に酸素を供給する酸素供給機構や負極に燃料を供給する燃料供給機構が必須であり、装置が大型化するという問題があったが、特許文献１に記載されるような技術を用いることによって、それらの機構を取り除いた小型の燃料電池が製造可能となってきており、電気機器の電源としての利用価値が高まってきている。
【０００７】
燃料電池は、その電解質層の種類に基づいて、リン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型などに類別される。携帯電子機器用途の電源としては、室温付近の低温にて作動可能であること、および、振動に強く大量生産が容易な固体電解質を備えることなどから、固体高分子型の燃料電池が適している。
【０００８】
固体高分子型燃料電池においては、燃料供給方法として、水素ガスを燃料極に接触させる手法、有機燃料を改質して水素ガスを生成した後にその水素ガスを燃料極に接触させる手法、および、反応によってプロトンを供給可能な液体燃料を燃料極に対して直接に供給する手法などが知られている。
【０００９】
水素ガスを使用する手法は、水素ガスの取り扱いが困難であったり、有機燃料を改質するための装置が必要であったりするため、携帯電子機器の小型電源には適さない。そのため、携帯電子機器用途の小型電源を構成するという観点からは、液体燃料を使用する燃料電池が適しているといえる。
【００１０】
特に、液体燃料としてのメタノール水溶液を燃料極に対して直接に供給するメタノール直接型燃料電池（ダイレクトメタノール方式の燃料電池）は、燃料の取り扱いが容易であり、副生成物も水（と若干の二酸化炭素）であり、人体に無害であることから、近年、注目されている。
【００１１】
メタノール直接型燃料電池では、メタノール水溶液が供給された燃料極では、下記の式（１）に示すように、メタノールと水が反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）、プロトン（Ｈ＋）、および電子（ｅ−）が生ずる。
【００１２】
燃料極で生じたプロトンは高分子電解質層を通って空気極に向かい、電子は、燃料極に接続された外部回路に流れる。外部回路にて仕事を終えた電子は空気極に向かう。また、二酸化炭素は系外に排出される。
ＣＨ３ＣＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−              （式１）
【００１３】
また、空気極では、下記の式（２）に示すように、空気から得られる酸素（Ｏ２）と、燃料極から到来したプロトン（Ｈ＋）と、燃料極から外部回路を経て到来した電子（ｅ−）とが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成する。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ （式２）
【００１４】
メタノール直接型燃料電池において、比較的大型の燃料電池では、燃料タンクに収容されている燃料の液面を検出するための装置や、当該燃料の重量を検出するための装置が併設される場合がある。
【００１５】
これらの装置によって、燃料電池の燃料極に供給するために燃料タンクに収容されている燃料の残量を予測することができ、ひいては、燃料補充の必要性を検知することが可能となる。比較的大型の燃料電池 では、通常、その燃料タンクの配設姿勢が一定であるため、上述のように燃料タンク内の燃料液面や燃料重量を検出する装置を備えることにより、燃料の残存量ないし減少量を容易に検出することが可能である。
【００１６】
燃料の液面を検出することによって燃料残量を予測する装置を具備する燃料電池システムは、例えば、特許文献２に記載されている。
【００１７】
【特許文献１】特開２０００−２６８８３５号公報
【００１８】
【特許文献２】特開平５−２５８７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ニッケル水素電池のような二次電池は、出力電圧が時間の経過と共に低下するため、出力電圧のレベルを検出することによって、電池の残量を求めることができる。しかし、燃料電池では、出力電圧は燃料の残量にかかわらずほぼ一定であり、出力電圧を監視して燃料の残量を検出するという手法は採用できない。
【００２０】
また、小型の燃料電池を携帯電話端末のような携帯機器に搭載した場合、携帯機器は、その姿勢を種々に変化させることから（つまり、一定の姿勢が維持されるという保障がないことから）、特許文献２に記載されるような燃料の液面を検出するという手法は採用できない。
【００２１】
本発明は、このような考察に基づいてなされたものであり、携帯端末機器に搭載可能な燃料電池の残量を、２次電池と同様に電圧信号によって容易に検出することを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の燃料電池は、前記燃料電池の出力電圧端子間に接続された抵抗と、前記燃料電池の発電によって生成される副生成物の増加に伴って、前記抵抗の主面に接触しながら移動する可動電極端子とを備えた可変抵抗器と、前記可変抵抗器の、前記可動電極端子を介して取り出される電圧を、前記燃料部における前記燃料の残量検出信号として外部に出力するための燃料残量検出端子とを有する。
また本発明の燃料電池は、さらに、前記燃料電池の出力電圧端子間に接続された抵抗と、前記燃料電池の発電によって生成される副生成物の増加に伴って、前記抵抗の主面に接触しながら移動する摺動接点をもつ摺動子とを備えるスライド型可変抵抗器と、このスライド型可変抵抗器の、前記摺動子を介して取り出される電圧を、前記燃料部における前記燃料の残量検出信号として外部に出力するための燃料残量検出端子とを有する。
【００２３】
燃料電池の出力電圧は、燃料の消費（時間経過）に関係なくほぼ一定であり、このために、出力電圧の直接監視による燃料の残量検出はできないが、本発明では、この燃料電池の出力電圧の定電圧特性を、逆に積極的に利用する。すなわち、燃料電池の出力電圧を、スライド型可変抵抗器の抵抗の両端に電源電圧（定電圧）として印加する。上記抵抗は、摺動子の摺動接点などの端子電極の位置にて２分割され（つまり、上記定電圧が２本の抵抗によって抵抗分圧されることになり）、その抵抗分圧された電圧が、摺動子を経由して取り出される。燃料電池の出力電圧は、上記のとおり時間に対して一定とみなすことができるから、摺動子を経由して取り出される電圧は、摺動子の位置のみに依存して変化することになる。そして、本発明では、摺動子の位置が、燃料電池の発電によって生成される副生成物の（体積の）増加に伴って移動するようにする。副生成物が増加するということは、燃料電池の発電によって燃料が残量が減ったことを意味する。副生成物の（体積）の増加に伴いスライド型可変抵抗器の摺動子の位置が変化し、その変位に伴って、その摺動子を経由して取り出される電圧の値も変化することから、結果的に、燃料の残量を電圧値として観測する（検出する）ことが可能となる。また、残量検出機構の構成が簡単であり、小型の燃料電池にも適用できる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池の一態様では、燃料タンク中に、前記燃料部と前記副生成物収容部を隔てる可動隔壁が設けられ、この可動隔壁は、前記副生成物収容部に収容される前記副生成物の量が増加するに従って所定方向に移動し、また、前記可動隔壁に、前記摺動子の前記摺動接点とは反対側の一端が接続されている。
【００２５】
燃料タンク内を、可動隔壁によって２分割し、一方の空間を燃料部とし、他方の空間を副生成物収容部とする。可動隔壁には、上記の摺動子の一端が（直接的あるいは間接的に）接続される。燃料電池による発電がすすむと、副生成物収容部における副生成物の体積が増加していき、これに伴い可動隔壁が押圧されることから、可動隔壁が燃料部側に押し出され（つまり、燃料部側に移動）、この可動隔壁の移動によって摺動子の摺動接点が移動し、この摺動子を経由して取り出される電圧（抵抗分圧された電圧）が変化する。可動隔壁の移動をスムーズに行わせるために、副生成物収容部の内部には、その副生成物を吸収してその体積が大きく増加する吸収材（高吸水性ポリマー等）を充填しておくのが望ましい。また、可動隔壁が所定方向に移動するように、上記の可変抵抗器には、摺動子の動く方向を規制するためのガイドを設けるのが望ましい。また、副生成物収容部からの圧力によって可動隔壁が移動すると、その分、燃料部の容積が減って燃料が効率的に発電部に押し出されることになり、燃料を十分に使い切ることができるという効果も得られる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池は、前記燃料残量検出端子から出力される前記燃料の残量を示す電圧信号は、二次電池の時間に対する出力電圧の特性と同様の特性をもつものを含む。
【００２７】
これにより、二次電池の出力電圧の検出による残量検出技術（実績のある残量検出技術）を、燃料電池の残量検出技術にも適用することができる。また、電気機器に二次電池と燃料電池の双方を搭載し、直接の電源として二次電池を使用し、燃料電池は、二次電池のバックアップ用として使用する（つまり、二次電池の残量が少なくなったときに、燃料電池による発電によって二次電池を充電する目的で使用する）こともあり得る。本態様の技術を用いれば、二次電池の残量と燃料電池の残量を共通の残量検出器にて検出でき、残量検出器の構成を簡素化でき、電気機器の小型化に資する。
【００２８】
また、本発明の燃料電池の他の態様では、前記燃料電池は、メタノール水溶液と酸素との化学反応によって発電し、前記副生成物として水を生成するメタノール直接型燃料電池である。
【００２９】
液体燃料としてのメタノール水溶液を燃料極に対して直接に供給するメタノール直接型燃料電池は、燃料の取り扱いが容易であり、副生成物も水（と若干の二酸化炭素）であり、人体に無害であり、また、燃料電池自体の小型化も可能であることから、携帯電話等の携帯機器への搭載も可能である。したがって、メタノール直接型燃料電池に、本発明の燃料残量検出技術を適用することにより、小型軽量機器にも搭載可能な、使い勝手のよい電源システムを実現することができる。
【００３０】
また、本発明の電気機器は、本発明の燃料電池の、前記燃料残量検出端子から出力される前記残量検出信号を受けて、前記燃料の残量を検出する燃料残量検出部と、その検出結果に基づいて、ユーザに燃料残量情報を報知する報知部とを有する。
【００３１】
電気機器内において、本発明の燃料電池から出力される、燃料の残量を示す電圧を用いて燃料残量自動的に検出し、燃料が少量となったときには、電気機器のユーザにその旨を遅滞なく報知するようにしたものである。これにより、ユーザは、燃料が少量となったことを知ることができ、適切なタイミングでの燃料充填や燃料電池の交換を行うことが可能となる。
【００３２】
また、本発明の電気機器は、携帯端末装置である。
【００３３】
本発明によって、携帯電話端末等の携帯端末において、電池の消耗度合を、適切なタイミングでユーザに示すことができ、ユーザの使い勝手が向上する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明では、燃料電池の出力電圧が定電圧特性を示すことを積極的に利用すると共に、実績のある電気要素である可変抵抗を使用し、上記の定電圧を抵抗分圧した電圧を可動電極端子を経由して取り出す構成とし、かつ、副生成物の増加に伴って可動電極端子が変位する構成とし、これによって、燃料電池の燃料の残量を電圧値として、容易に検出することが可能となる。
【００３５】
また、本発明で採用する残量検出機構は、その構成が簡単であり、小型化にも適する。
【００３６】
また、副生成物の体積の増加に伴って可動隔壁が移動し、この可動隔壁の移動によって摺動子の摺動接点が移動する構成とすることによって、簡単な構成でもって、燃料残量を無理なく（効率的に）検出することができる。ここで、副生成物収容部の内部に、副生成物を吸収してその体積が大きく増加する吸収材（高吸水性ポリマー等）を充填しておくことによって、可動隔壁の移動を、よりスムーズに行わせることができる。また、可変抵抗器に、摺動子の動く方向を規制するガイドを設けることによって、電気機器が傾けられた場合等でも、摺動子を所定方向に移動させることができる。
【００３７】
また、副生成物に押圧されて可動隔壁が燃料部側に移動することによって、燃料が効率的に発電部に押し出されることになり、燃料を十分に使い切ることができるという効果も得られる。
【００３８】
また、燃料の残量を示す電圧信号に、二次電池の時間に対する出力電圧の特性と同様の特性をもたせることによって、二次電池の出力電圧の検出による残量検出技術（実績のある残量検出技術）を、燃料電池の残量検出技術にも適用することが可能となる。
【００３９】
また、電気機器に二次電池と燃料電池の双方を搭載し、直接の電源として二次電池を使用し、燃料電池は、二次電池のバックアップ用として使用する場合に、二次電池の残量と燃料電池の残量を共通の残量検出器にて検出でき、検出器の構成を簡素化できる。
【００４０】
また、メタノール直接型燃料電池に、本発明の燃料残量検出技術を適用することにより、小型軽量機器にも搭載可能な、使い勝手のよい電源システムを実現することができる。
【００４１】
また、本発明によって、電気機器内において、本発明の燃料電池から出力される、燃料の残量を示す電圧を用いて燃料残量自動的に検出し、燃料が少量となったときには、電気機器のユーザにその旨を遅滞なく報知することが可能となる。よって、ユーザは、燃料が少量となったことを知ることができ、適切なタイミングでの燃料充填や燃料電池の交換を行うことが可能となる。
【００４２】
本発明によって、携帯電話端末等の携帯端末において、電池の消耗度合を、適切なタイミングでユーザに示すことができ、ユーザの使い勝手が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
まず、燃料電池と二次電池の出力電圧の特性の相違について説明する。
【００４４】
図８は、メタノール直接型燃料電池およびリチウムイオン二次電池の、放電時間に対する出力電圧の変化を示す特性図である。図中、点線で示される特性線Ｓ１は、リチウムイオン二次電池の出力電圧の特性を示す。また、実線で示される特性線Ｓ２は、燃料電池の出力電圧の特性を示す。なお、本特性は１ｃ放電（１時間で放電完了）の場合の特性である。
【００４５】
図示されるように、リチウムイオン二次電池は、放電時間に対して、出力電圧が単調減少する特性を示す。一方、燃料電池は、その出力電圧が放電時間に対してほぼ一定であり、定電圧特性を示すことがわかる。本発明では、この燃料電池の出力電圧の定電圧性を利用して、スライド型可変抵抗器における抵抗をバイアスし、摺動子によって分圧点を決め、この定電圧を抵抗分圧し、電圧を摺動子を介して取り出すという構成を採用する。
【００４６】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
【００４７】
図１は、本発明の燃料電池（メタノール直接型燃料電池）の構成の概要と、その燃料電池を搭載した携帯機器における燃料残量の検出・報知のための構成の一例を示すブロック図である。
【００４８】
燃料電池１００は、携帯電話端末等の携帯機器に搭載されており、燃料タンク１１０（燃料部１１２と副生成物回収部１１４を具備する）と、発電部１２０と、出力電圧端子（１２１，１２２）と、燃料の残量検出端子１２３と、を有する。
【００４９】
燃料電池１００の出力電圧端子（１２１，１２２）から得られる電源電圧は、携帯機器の内部回路１３０に供給される。また、燃料電池１００の出力電圧端子（１２１，１２２）から得られる電源電圧（Ａ１，Ａ２）は、副生成物回収部１１４にも与えられる。
【００５０】
また、副生成物回収部１１４から、燃料の残量を示す電圧信号（Ａ３）が、残量検出端子１２３に与えられる。残量検出端子１２３から得られる残量検出信号（電圧信号）は、携帯機器内に設けられている残量検出部１４０に与えられる。
【００５１】
この残量検出部１４０によって燃料残量が所定のしきい値以下となったことが検出されると、報知部１５０が駆動され、燃料が残り少ないことが、光、音、警告表示等によってユーザに報知される。
【００５２】
図２は、図１に示される発電部の基本的な構造と、その発電動作を説明するための図である。
【００５３】
発電部１２０において生じる化学変化は、先の（式１）、（式２）に記載されるとおりである。
【００５４】
図示されるように、負極１１は燃料を酸化して燃料から電子とプロトンを取り出すものである。正極１２は酸素を還元して発生させた電子と負極において発生したプロトンとを反応させて水を精製するものである。電解質層１３は負極１１において発生したプロトンを輸送するためのものであり、電子伝導性をもたず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。
【００５５】
また、１４は触媒層であり、負極１１および正極１２と電解質層の間にはそれぞれの化学反応を促進させるための触媒が配置されている。
【００５６】
負極における燃料となるものはメタノール水溶液である。燃料は、図１の燃料部１１２から燃料供給口１１ａを介して負極で酸化される燃料として供給される。負極１１により発生したプロトンは、電解質層を介して輸送され正極に伝導される。
【００５７】
正極においては空気供給口１２ａ（図１では不図示）から空気が供給され、空気中に含まれる酸素により負極において発生したプロトンを反応させて水を生成する。
【００５８】
また、電子は負極の端部に設置されている負極端子１１ｂから、正極１２の端部に設置されている正極端子１２ｂをとおって正極まで移動することにより、直流電流を発生させ負荷に対して電力を供給している。
【００５９】
この結果、正極から供給される酸素分子と結合して、水が生成される。その結果、正極からは水、負極からは二酸化炭素が生成され、１２ｃの排出口より水が、１１ｃの排気口より二酸化炭素が排出される。
【００６０】
図３は、図１に示される燃料電池の、具体的な内部構成の例を示す図である。図３において、図１と同じ部分には同じ参照符号を付している。
【００６１】
図示されるように、燃料タンク１１０は、内側タンクＰ１と外側タンクＰ２を備える二重構造をもつ。
【００６２】
内側タンクＰ１は、燃料部１１２と、副生成物収納部１１４と、両者を隔てる可動隔壁１６と、を備える。
【００６３】
また、外側タンクＰ２の上側内壁の主面には、炭素皮膜抵抗体などからなる抵抗１１９が形成されている。また、この抵抗１１９の主面には、摺動接点（図中の黒丸で示される部分）を備える摺動子１１７が形成されている。摺動子１１７は、燃料検出端子１２３に電気的に接続されている。
【００６４】
摺動子１１７の摺動接点の反対側の端部は、可動隔壁１１６の上端部に接続（固定）されている。
【００６５】
抵抗１１９と摺動子１１７は、スライド式可変抵抗器を構成している。
【００６６】
燃料電池１００の出力電圧は、スライド型可変抵抗器の抵抗１１９の両端に電源電圧（定電圧）として印加される。抵抗１１９は、摺動子１１７の摺動接点の位置にて２分割され（つまり、上記定電圧が２本の抵抗によって抵抗分圧されることになり）、その抵抗分圧された電圧が、摺動子１１７および燃料検出端子１２３を経由して外部に取り出される。
【００６７】
燃料電池１００の出力電圧は、図８に示したとおり、放電時間に対してほぼ一定とみなすことができるから、摺動子１１７を経由して取り出される電圧は、摺動子１１７の位置のみに依存して変化することになる。
【００６８】
燃料電池による発電がすすむと、副生成物収容部１１４における副生成物（水）の体積が増加していき、これに伴い可動隔壁１１６が押圧されることから、この可動隔壁１１６が燃料部１１２側に押し出され（つまり、可動隔壁１１６が、図３の点線の矢印に示されるように、燃料部側に移動し）、この可動隔壁１１２の移動によって摺動子１１７の摺動接点が移動し、この摺動子１１７を経由して取り出される電圧（抵抗分圧された電圧）が変化する。
【００６９】
副生成物が増加するということは、燃料電池の発電によって燃料が残量が減ったことを意味する。上記のとおり、副生成物の（体積）の増加に伴いスライド型可変抵抗器の摺動子の位置が変化し、その変位に伴って、その摺動子を経由して取り出される電圧の値も変化することから、結果的に、燃料の残量を電圧値として観測する（検出する）ことが可能となる。この残量検出機構の構成は簡単であり、小型の燃料電池にも適用が可能である。
【００７０】
また、副生成物（水）の体積増加を、可動隔壁１１６の変位に正確に変換するために（可動隔壁１１６の移動をスムーズに行わせるために）、副生成物収容部１１４における収納容器の内部には、その副生成物（水）を吸収してその体積が大きく増加する吸収材（高吸水性ポリマー等）を充填しておく。
【００７１】
また、燃料電池が搭載されている携帯機器が、傾けられた場合にも、可動隔壁１１６が所定方向に移動するように、上記の可変抵抗器には、摺動子の動く方向を規制するためのガイドが設けられる（可変抵抗器の構造については、図５を用いて説明する）。
【００７２】
また、副生成物収容部１１４からの圧力によって可動隔壁１１６が移動すると、その分、燃料部１１２の容積が減って燃料（メタノール水溶液）が効率的に発電部１２０に押し出されることになり、燃料を十分に使い切ることができるという効果も得られる。
【００７３】
図４（ａ）〜（ｃ）は、発電の進行に伴う副生成物の増加と、摺動子の変位との関係を説明するための燃料電池の要部の断面図である。
【００７４】
副生成物収納部１１４内には、伸縮自在の収納容器（Ｒ）が設けられており、燃料電池の発電に伴い生成される副生成物である水は、この収納容器（Ｒ）内に収容される。この収納容器（Ｒ）には、高吸水性ポリマー等からなる吸収材（不図示）が充填されている。
【００７５】
図４（ａ）に示すように、初期状態では、収納容器（Ｒ）内には、副生成物たる水は蓄積されていないために、可動隔壁１１６は、右端に位置している。高電圧側の端子１２２と摺動子１１７との間に介在する抵抗の抵抗値はＲ１である。
【００７６】
図４（ｂ）に示すように、発電が進むと、収納容器（Ｒ）内には、副生成物たる水が蓄積されて体積が急速に増加し、その圧力によって可動隔壁１１６が燃料部１１２側（図中の左側）に押圧され、移動する。高電圧側の端子１２２と摺動子１１７との間に介在する抵抗の抵抗値はＲ２に変化する。
【００７７】
図４（ｃ）に示すように、発電がさらに進むと、収納容器（Ｒ）内には、副生成物たる水が多量に蓄積され、可動隔壁１１６は、さらに燃料部１１２側（図中の左側）に移動する。高電圧側の端子１２２と摺動子１１７との間に介在する抵抗の抵抗値はＲ３に変化する。
【００７８】
抵抗１１９の両端には、燃料電池１００から出力される定電圧が印加されており、摺動子１１７の移動によって、抵抗分圧点が移動し、燃料残量検出端子１２３から出力される電圧が変化する。すなわち、発電時間が長くなるにつれて、燃料残量検出端子１２３から出力される電圧（残量検出電圧）が低下していく。したがって、燃料の残量を示す電圧信号に、図８に点線で示される二次電池の特性線Ｓ１と同様の単調減少特性をもたせることができる。
【００７９】
これによって、二次電池の出力電圧の検出による残量検出技術（実績のある残量検出技術）を、燃料電池の残量検出技術にも適用することが可能となる。
【００８０】
また、電気機器に二次電池と燃料電池の双方を搭載し、直接の電源として二次電池を使用し、燃料電池は、二次電池のバックアップ用として使用する場合に、二次電池の残量と燃料電池の残量を共通の残量検出器にて検出でき、検出器の構成を簡素化できる。
【００８１】
図５は、スライド型可変抵抗器の構成の一例を示す平面図である。
【００８２】
図示されるように、短冊形状のセラミック基板２３の中央には、長手方向に沿ってスリット（ガイド）２９が形成されている。
【００８３】
また、セラミック基板２３上には、直線状に印刷された炭素皮膜抵抗体２８（前掲の図面の抵抗１１９に相当する）が設けられている。
【００８４】
また、参照符号１８ａ〜１８ｃは、下地に銀ペーストが塗布された導電性金属薄板（ターミナル）である。この導電性金属薄板１８ａには、端子１２２を介して、燃料電池１００の高レベル出力電圧が印加され、導電性金属薄板１８ｂには、端子１２１を介して低レベル出力電圧が接続される。また、導電性金属薄板１８ｃには、残量検出端子１２３が接続される。
【００８５】
また、スリット（ガイド）２９には、金属薄片２４（前掲の図面の摺動子１１７に相当する）が、摺動自在に嵌着される。
【００８６】
この金属片２４（つまり、摺動子１１７）は、炭素皮膜抵抗体２８ならびに導電性金属薄板１８ｃに接触しつつ、スリット（ガイド）２９に沿って移動することができる。上記のとおり、金属片２４（つまり、摺動子１１７）は、可動隔壁１１６に接続されており、可動隔壁１１６の移動に連動して、図中の点線の矢印の方向に移動する。
【００８７】
摺動子２４の移動に伴って、抵抗分圧点の位置が変化し、電圧が単調減少する。その電圧のレベルの変化は、残量検出端子１２３を介して検出することが可能である。
【００８８】
スライド型可変抵抗器は、電気機器において広く用いられている実績のある部品であり、信頼性が高く、出力電圧の精度も高く保つことができ、また、構成が簡単であるため、燃料電池の小型化にも適する。
（第２の実施形態）
【００８９】
図６は、燃料電池を電源（バッテリー）として使用する、折り畳み式の携帯電話端末の外観を示す斜視図である。図６において、燃料タンク回りの構成については、前掲の図面と同じ参照符号を付している。
【００９０】
図示されるように、折り畳み式の携帯電話端末３００は、上側筐体３５０と、下側筐体３５２と、を具備する。この下側筐体３５２には蓋３５４が設けられており、この蓋３５４の下には、燃料タンク１１０を収納するための窪み（燃料タンク１１０の収納部）が設けられている。この窪みの下には、燃料電池の発電部１２０が設けられている。
【００９１】
燃料タンク１１０は、上述のとおり、可動隔壁１１６によって燃料部と副生成物収容部に分離されており、各部には、燃料注液用の突起部Ｋ１と、副生成物（水）の注入用突起Ｋ２が設けられている。
【００９２】
また、燃料タンク１１０を収納するための窪み（燃料タンク１１０の収納部）には、各突起（Ｋ１，Ｋ２）に対応する凹部Ｑ１，Ｑ２が設けられている。
【００９３】
図７は、図６に示される携帯電話端末の内部の要部構成を示すブロック図である。説明の簡略化のため、図７においては、前掲の図面と共通する部分には、同じ参照符号を付している。
【００９４】
携帯電話端末３００は、メタノール直接型の燃料電池１００と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（直流レベル変換器）３１０と、このＤＣ−ＤＣコンバータ３１０から供給される電源電圧にて動作する携帯電話端末の内部回路３２０と、電源制御部３３０（残量検出部３３２と、残量検出管理部３３４と、電圧制御部３３６と、報知部３３８と、を備える）と、を有する。
【００９５】
メタノール直接型の燃料電池１００には、スイッチＳＷ１が設けられており、このスイッチＳＷ１は、燃料の残量を検出するタイミングにおいてのみオンし、それ以外の期間ではオフし、これによって、抵抗１１９に、常時、電流が流れることを防止して、消費電力を削減している。スイッチＳＷ１のオン／オフは、電源制御部３３０内の、残量検出管理部３３４によって制御される。
【００９６】
電源制御部３３０内の残量検出部３３２は、燃料電池１００の燃料（メタノール水溶液）の残量を、燃料電池１００の残量検出端子２３から出力される電圧のレベルによって判定する。この残量検出部３３２は、その電圧のレベルが所定のしきい値以下となると、残量検出管理部３３４に、燃料の残量が少ないことを示す信号を送り、これを受けて、残量管理部３３４は、報知部３３８を駆動し、音、光、警告表示等によって、ユーザに、燃料電池の残量が残り少ないことを報知する。
【００９７】
したがって、ユーザは、燃料が少量となったことを知ることができ、適切なタイミングでの燃料充填や燃料電池の交換を行うことが可能となる。
【００９８】
電源制御部３３０の電圧制御部３３６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０の直流レベル変換動作を制御することによって、携帯電話端末の内部回路３２０に供給する電源電圧のレベルを、適宜、調整する。
【００９９】
このように、本発明によって、燃料電池の残量を自動的に検出し、燃料が少量となったときには、ユーザにその旨を遅滞なく報知することが可能となる。よって、ユーザは、燃料が少量となったことを知ることができ、適切なタイミングでの燃料充填や燃料電池の交換を行うことが可能となり、携帯電話端末の利便性が向上する。
【０１００】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々、変形、応用が可能である。例えば、スライド型可変抵抗器は、燃料タンクの外に別途設ける構成としてもよい。また、メタノール直接型燃料電池以外の燃料電池にも適用することができる。
【０１０１】
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池の出力電圧が定電圧特性を示すことを積極的に利用すると共に、実績のある電気要素であるスライド型可変抵抗を使用し、上記の定電圧を抵抗分圧した電圧を摺動子を経由して取り出す構成とし、かつ、副生成物の増加に伴って摺動子が変位する構成とし、これによって、燃料電池の燃料の残量を電圧値として容易に検出することが可能となる。
【０１０２】
また、本発明で採用する残量検出機構は、その構成が簡単であり、小型化にも適する。
【０１０３】
また、副生成物の体積の増加に伴って可動隔壁が移動し、この可動隔壁の移動によって摺動子の摺動接点が移動する構成とすることによって、簡単な構成でもって、燃料残量を無理なく（効率的に）検出することができる。ここで、副生成物収容部の内部に、副生成物を吸収してその体積が大きく増加する吸収材（高吸水性ポリマー等）を充填しておくことによって、可動隔壁の移動を、よりスムーズに行わせることができる。また、可変抵抗器に、摺動子の動く方向を規制するガイドを設けることによって、電気機器が傾けられた場合等でも、摺動子を所定方向に移動させることができる。
【０１０４】
また、副生成物に押圧されて可動隔壁が燃料部側に移動することによって、燃料が効率的に発電部に押し出されることになり、燃料を十分に使い切ることができるという効果も得られる。
【０１０５】
また、燃料の残量を示す電圧信号に、二次電池の時間に対する出力電圧の特性と同様の特性をもたせることによって、二次電池の出力電圧の検出による残量検出技術（実績のある残量検出技術）を、燃料電池の残量検出技術にも適用することが可能となる。
【０１０６】
また、電気機器に二次電池と燃料電池の双方を搭載し、直接の電源として二次電池を使用し、燃料電池は、二次電池のバックアップ用として使用する場合に、二次電池の残量と燃料電池の残量を共通の残量検出器にて検出でき、検出器の構成を簡素化できる。
【０１０７】
また、メタノール直接型燃料電池に、本発明の燃料残量検出技術を適用することにより、小型軽量機器にも搭載可能な、使い勝手のよい電源システムを実現することができる。
【０１０８】
また、本発明によって、電気機器内において、本発明の燃料電池から出力される、燃料の残量を示す電圧を用いて燃料残量を自動的に検出し、燃料が少量となったときには、電気機器のユーザにその旨を遅滞なく報知することが可能となる。よって、ユーザは、燃料が少量となったことを知ることができ、適切なタイミングでの燃料充填や燃料電池の交換を行うことが可能となる。
【０１０９】
本発明によって、携帯電話端末等の携帯端末において、電池の消耗度合を、適切なタイミングでユーザに示すことができ、ユーザの使い勝手が向上する。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、燃料電池における燃料残量を、二次電池場合と同様に、電圧信号で検出することを可能とし、燃料電池による電源システムの小型機器への適用を推進するという効果を奏し、したがって、携帯電話端末やＰＤＡ等の携帯端末装置、電子スチルカメラ、ラップトップ型コンピュータ等の電気機器に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の燃料電池（メタノール直接型燃料電池）の構成の概要と、その燃料電池を搭載した携帯機器における燃料残量の検出・報知のための構成の一例を示すブロック図
【図２】図１に示される発電部の基本的な構造と、その発電動作を説明するための図
【図３】図１に示される燃料電池の、具体的な内部構成の例を示す図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、発電の進行に伴う副生成物の増加と、摺動子の変位との関係を説明するための燃料電池の要部の断面図
【図５】スライド型可変抵抗器の構成の一例を示す平面図
【図６】燃料電池を電源（バッテリー）として使用する、折り畳み式の携帯電話端末の外観を示す斜視図
【図７】図６に示される携帯電話端末の内部の要部構成を示すブロック図
【図８】メタノール直接型燃料電池およびリチウムイオン二次電池の、放電時間に対する出力電圧の変化を示す特性図
【符号の説明】
【０１１２】
１１ａ  燃料（メタノール水溶液）供給口
１１  負極
１１ｂ  負極端子
１１ｃ  排気口
１２  正極
１２ｂ  正極端子
１３  電解質層
１４  触媒
１２ｃ  副生成物（水）注入口
１８ａ〜１８ｃ  導電性金属薄板
２８  炭素皮膜抵抗体
２３  セラミック基板
２４  摺動子として機能する金属片
１００  燃料電池
１１０  燃料タンク
１１２  燃料部
１１４  副生成物収納部
１１６  可動隔壁
１１７  摺動子
１１９  抵抗（炭素皮膜抵抗体など）
１２０  発電部
１２１，１２２  燃料電池の出力電圧印加端子
１２３  残量検出端子
１３０  携帯機器の内部回路
１４０  残量検出部
１５０  報知部
３００  携帯電話端末
３１０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３２０  携帯電話端末の内部回路
３３０  電源制御部
３３２  残量検出部
３３４  残量検出管理部
３３６  電圧制御部
３３８  報知部
３５０  上側筐体
３５２  下側筐体
３５４  蓋
Ｋ１，Ｋ２  燃料の注液口と副生成物（水）の注入口
Ｑ１，Ｑ２  Ｋ１，Ｋ２に対応する凹部
Ｐ１  内側タンク
Ｐ２  外側タンク
Ｒ  副生成物の収容容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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