(57)【要約】小型燃料電池（１０）は、携帯電子機器（１２）に電力を提供し、燃料貯蔵庫（１４）と、貯蔵庫内の液体燃料（１８）の量を測定するデバイス（１６）とを有する。燃料電池は、アルコールまたは他の炭化水素等の液体炭化水素燃料から得られる水素により作動する。液体燃料は、一般的には、改質プロセスにより水素に変換される。燃料電池に取り付けられた貯蔵庫は、貯蔵庫内の液体炭化水素燃料の量を測定する、携帯電子機器の使用者が目視により判別可能な指示部（１９）を備える。一般に、指示部は、覗き窓、容量エレメント、抵抗エレメント、貯蔵庫の透明部分、フロート、または音声受承器に接続された音声搬送器から構成される。
2005521031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールから得られる水素により作動し得る燃料電池と、
該燃料電池に対して適切に取り付けられた、メタノールを貯蔵する貯蔵庫とを備え、
前記貯蔵庫は、燃料量測定手段を有する携帯電子機器のための燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料量測定手段は、覗き窓、フロート、透明な貯蔵庫、抵抗エレメント、および容量エレメントのうちから選択される請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料量測定手段は、音声搬送器および音声受承器を備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
液体炭化水素燃料から得られる水素により作動する燃料電池と、
該燃料電池に取り付けられた、液体炭化水素燃料を収容する貯蔵庫とを備え、
前記貯蔵庫は、携帯電子機器の使用者が目視により判定可能な、貯蔵庫内の液体炭化水素燃料の量を測定するための指示部を有する携帯電子機器のための燃料電池システム。
【請求項５】
前記指示部は、覗き窓、フロート、透明な貯蔵庫、および検出手段のうちから選択される請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記検出手段は、抵抗エレメントおよび容量エレメントのうちから選択される請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記検出手段は、音声搬送器および音声受承器を備える請求項５に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記指示部は、液晶ディスプレイを備える請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
無線送信器および無線受信器を有する携帯電子機器と、
該携帯電子機器と電気的かつ機械的に接続された、メタノールから得られる水素により作動し得る燃料電池と、
前記燃料電池に適切に取り付けられた、メタノールを貯蔵する貯蔵庫とを備え、
前記貯蔵庫は、燃料量測定手段をさらに備える、携帯電子機器に電力を供給するための燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料量測定手段は、携帯電子機器上の液晶ディスプレイを備える請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料量測定手段は、前記燃料電池上に配置された液晶ディスプレイを備える請求項９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の容器内または貯蔵タンク内の液体燃料の液面レベルおよび／または量を、測定および表示するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ほとんど全ての電子機器、特に、携帯電話、双方向ラジオ、ラップトップコンピュータ、電子手帳（ＰＤＡ）が、小型化および軽量化されている。このような進歩は、一つには、より小さい容器内に、より大量の電力の封入を可能にする、ニッケル−金属水素化物、リチウムイオン、空気亜鉛、およびリチウムポリマー等の、新しい電池用の化学物質が開発されたことにより可能となった。これらの二次電池または充電式電池は、その電気容量が消耗すると再充電する必要がある。この再充電は、一般的には、交流電流を２〜１２ボルトの低圧の直流電流に変換する電池充電器に、電池を接続して行われる。充電のサイクルは、一般に、最短で１〜２時間であり、通常は４〜１４時間である。最近の電池は、以前の世代の電池に比べて相当な進歩を遂げているが、今尚、複雑な充電工程を必要とし、かつ充電速度が遅いという不都合を有している。電解質電池を燃料電池と置き換える試みが開始されている。簡単に言えば、燃料電池は、触媒を用いて水素分子を水素イオンと電子とに分解し、その後薄膜を通して電子を抽出して電力とし、その一方で、水素イオンを酸化してＨ２Ｏにして、この副産物である水を放出する。
【０００３】
燃料電池における大きな利点は、電解質電池と比較すると、小型の容器内にて、大量の電力を供給し得ることにある。しかしながら、消費者の間で燃料電池が広く普及されるために、使用済み燃料電池に液体水素燃料を補給する方法の問題についての、洗練された実用的な解決方法が今尚摸索されている。水素源としてメタノールを使用して、目新しい方法によるか、または直接メタノール燃料電池内で、触媒を用いてメタノールを変換または「改質」する試みも開始されている。メタノールは、水素ガスと比較すると、容易に入手でき、また保管および貯蔵が容易であり得るため、消費者にとって水素ガスよりも魅力的である。しかしながら、メタノールも時折補充する必要があり、メタノールを電力源とする小型燃料電池の使用者が、燃料が枯渇するまでの燃料電池の作動時間を、容易にかつ迅速に判定できることが望ましい。換言すれば、貯蔵容器内に残留する液体メタノールの量を測定できることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本明細書には、新規と推定される本発明の特徴を定義する特許請求の範囲が添付されているが、本発明は、下記の説明を、同様の参照番号が付された図面と関連させて考察することにより、より深い理解が得られるであろう。図面を参照すると、携帯電子機器１２の電源として使用され得る小型の燃料電池１０には、燃料貯蔵庫１４が取り付けられており、該燃料貯蔵庫１４は、貯蔵庫内の液体燃料１８の量を測定するための手段１６を有する。燃料電池は、アルコールまたは他の炭化水素等の液体水素燃料から得られる水素により作動する。液体燃料は、一般的には、改質プロセスにより水素に変換される。燃料電池に取り付けられた貯蔵庫は、携帯電子機器の使用者が目視により判定可能な指示部１９を備え、貯蔵庫内に存在する液体炭化水素燃料の量が測定される。一般に、指示部１９は、覗き窓、容量エレメント、抵抗エレメント、貯蔵庫の透明部分、フロート、または音声受承器に接続された音声搬送器から構成される。代替的な実施態様では、燃料電池内の液体燃料の液面レベルは、貯蔵庫上または貯蔵庫内のセンサと適切に接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または一連の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のディスプレイ２０によって、電子機器の使用者に通知される。ディスプレイ２０は、電子機器上、燃料電池上、または燃料電池の貯蔵庫上に配置されることが好ましい。
【０００５】
貯蔵タンク内の液面レベルと液体量とを測定する多くの方法が開発されている。自動車の燃料タンク内の燃料レベルを測定するシステムの一つでは、タンク内の可変抵抗を使用する。可変抵抗のワイパアームは、タンク内の燃料の液面を監視するフロート（浮き）に、ピボットを介して接続されている。別のシステムでは、液体の容器内またはタンク内の液浸キャパシタユニットまたはプローブと、適切な電気回路と測定および指示機器との組み合わせを使用する。ここでは、液体自体が、電極間に誘電体を形成する。浸漬キャパシタの容量値は可変であり、容器内の液面レベルに応じて変化する。容器内の異なる領域に、複数の電極対によるキャパシタユニットを構成することにより、液体の揺動または盛り上がり、および液面の移動による影響が低減されて、液浸ユニットの正確な静電容量値が得られる。液浸キャパシタユニット（単一の電極対または複数の電極対の構成）は、２個の等容量の固定コンデンサを有するブリッジ回路に電気接続されている。各固定コンデンサは、ブリッジ回路のアームを形成している。ブリッジ回路の残りの２個のアームは、可変キャパシタと液浸キャパシタから構成される。ブリッジ回路（公知のホイートストン型）は、所定周波数の交流電源、検出器、および測定表示回路に接続されている。ブリッジ回路は、容器内のキャパシタユニットの電極間の誘電体空間内に液体が残存する間は、不平衡状態にあるように構成されている。
【０００６】
ウッド（Ｔ．Ｊ．Ｗｏｏｄ）に付与された「容量型液面センサ(Capacitive Liquid Level Sensor)」と題名された米国特許第４，１９４，３９５号では、液面レベルを測定するための容量型センサは、平行に配列された複数の同様の電極型を有するキャパシタを備える。（互いに隔離された）各キャパシタの誘電体空間は、測定されるべき液体を受容し、（存在するならば、液体上部の空気とともに）同空間において誘電体を形成することにより、各キャパシタの静電容量値が定められる。キャパシタは等しく構成されているため、各キャパシタは、キャパシタの電極間において液体の誘電体（および、存在すれば空気）が等しい領域を占有する場合のみ、等しい静電容量値を示す。容器内の液体の液位または体積が測定されているときに、液体が揺動したり、通常の液面レベル参照面に対して配向が変わった場合、（誘電体として機能する）液体は、キャパシタの異なる領域を占有するため、各キャパシタは異なる静電容量値を示す。関連する回路がキャパシタに問い合わせを行い、各静電容量が等しい値に近づいた時、本システムはその値の一つを読み取り、容器内に残留する液体の液面レベルまたは体積を記録する。この種類のシステムは、貯蔵庫内またはタンク内の液体量を測定する一方で、燃料レベルの移動、揺動、または貯蔵庫の配向の問題を克服する。
【０００７】
本発明の別の一実施態様では、覗き窓を使用して、貯蔵庫内の燃料量を目視により判定する。図１に示すように、貯蔵庫１４は、容器に一体化された部分、即ち、容器１４の透明部分としての覗き窓１６を有し得る。これは、例えば、貯蔵庫１４をプラスチックから形成し、覗き窓１６を透明プラスチックから形成することによって構成され得る。従って、使用者は覗き窓を目視して、燃料レベルを、覗き窓の一部分であるか、または貯蔵庫上に刻印された目盛りまたは指示部１９と対応させる。別の視認方法の一つは、燃料貯蔵庫の全体を透明または半透明な材料から形成して、燃料レベルを任意の角度から容易に目視できるようにする。いずれの視認方法においても、燃料レベルを判定する補助として、燃料に着色剤を任意に添加してもよい。
【０００８】
さらに別の一実施態様では、貯蔵庫内の燃料の電気抵抗を測定することによって、貯蔵庫内の燃料レベルを測定する。この方法は、貯蔵庫の対向する端部に配置された導電性エレメントを使用して行われる。導電性エレメントは、燃料の抵抗を測定するために使用される。燃料レベルが高い場合、測定される抵抗値が小さくなる。その後、抵抗値は、同抵抗値に対応する燃料レベルを提供する参照表と相互参照されて、ディスプレイ、音声メッセージ、発光ダイオードゲージ、または他の通常の手段を介して使用者に通知される。
【０００９】
本発明の更なる実施態様は、音声信号を使用する。音声信号を燃料貯蔵庫内に搬送して、貯蔵庫内にて適切に配置された検出器で同信号を検出する。信号応答は検出器により測定されて、この測定値は参照表と比較され、測定値に対応する燃料レベルが判定されて、ディスプレイ、音声メッセージ、発光ダイオードゲージ、または他の通常の手段を介して使用者に通知される。これに代わって、スピーカーを使用して正弦波信号を生成する一方で、スピーカーコイルの電気抵抗を測定してもよい。貯蔵庫内の燃料レベルと、燃料レベルに対応する燃料上部の気体空間とに従って、燃料上部の空間内の気体を動かすためにスピーカーに要求される力が、所定の電気抵抗を形成し、それにより燃料レベルが判定され得る。さらに、音声測定方法の別の一実施態様では、音声信号を燃料の液面に跳ね返らせて、容器の頂部から燃料の液面までの距離を判定することにより、燃料レベルを測定する。この距離は、貯蔵庫の頂部から燃料の液面への信号の搬送時間と、反射された信号が貯蔵庫の頂部へ戻る受承時間との時間遅れを算出することにより測定され得る。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様を図示して解説してきたが、本発明はこれらの実施態様に限定されないことは明らかであろう。当業者は、付随の請求項に定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、数々の改良、変更、バリエーション、置換、および等価物を想起するであろう。例えば、第二の貯蔵庫内に水が保管されて、メタノールを希釈するために使用される場合、上述と同様の付加的な液面測定手段が装着されて、第二の貯蔵庫内の水の量を測定するために使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施態様による、目視により判定可能な指示部を有する燃料電池を電源とする電子機器の当尺図。
【図１】
2005521031.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月29日(2004.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールから得られる水素により作動し得る燃料電池と、
該燃料電池に対して適切に取り付けられた、メタノールを貯蔵する貯蔵庫とを備える、携帯電子機器のための燃料電池システムであって、
前記貯蔵庫内には、貯蔵されているメタノールの量を測定するための燃料量測定手段が配置され、該燃料量測定手段は、貯蔵庫内の対向する端部に配置された導電性エレメントを備え、さらに前記燃料量測定手段は、
前記導電性エレメント間の電気抵抗を測定し、 
測定された電気抵抗を、同電気抵抗に対応する貯蔵されたメタノールレベルを提供する参照表と相互参照するように適合されている燃料電池システム。
【請求項２】
液体炭化水素燃料から得られる水素により作動する燃料電池と、
前記燃料電池に取り付けられた、液体炭化水素燃料を貯蔵する貯蔵庫とを備える、携帯電子機器のための燃料電池システムであって、前記貯蔵庫内には、貯蔵されている液体炭化水素燃料の量を測定するための検出手段が配置され、該検出手段は、貯蔵庫内の対向する端部に配置された導電性エレメントを備え、さらに前記検出手段は、
前記導電性エレメント間の電気抵抗を測定し、
測定された電気抵抗を、同電気抵抗に対応する貯蔵された液体炭化水素燃料レベルを提供する参照表と相互参照するように適合されている燃料電池システム。
【請求項３】
前記携帯電子機器の使用者が目視により判定可能な指示部をさらに備え、該指示部は、貯蔵された液体炭化水素燃料レベルを表示するディスプレイを備える請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ディスプレイは、前記携帯電子機器上に設けられた請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ディスプレイは、前記燃料電池上に配置された請求項３に記載の燃料電池システム。
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月19日(2004.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本明細書には、新規と推定される本発明の特徴を定義する特許請求の範囲が添付されているが、本発明は、下記の説明を、同様の参照番号が付された図面と関連させて考察することにより、より深い理解が得られるであろう。図１を参照すると、携帯電子機器１２の電源として使用され得る小型の燃料電池１０には、燃料貯蔵庫１４が取り付けられており、該燃料貯蔵庫１４は、貯蔵庫内の液体燃料１８の量を測定するための手段１６を有する。燃料電池は、アルコールまたは他の炭化水素等の液体水素燃料から得られる水素により作動する。液体燃料は、一般的には、改質プロセスにより水素に変換される。燃料電池に取り付けられた貯蔵庫は、携帯電子機器の使用者が目視により判定可能な指示部１９を備え、貯蔵庫内に存在する液体炭化水素燃料の量が測定される。一般に、指示部１９は、覗き窓、容量エレメント、抵抗エレメント、貯蔵庫の透明部分、フロート３０（図２参照）、または音声受承器に接続された音声搬送器とともに働く。代替的な実施態様では、燃料電池内の液体燃料の液面レベルは、貯蔵庫上または貯蔵庫内のセンサと適切に接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または一連の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のディスプレイ２０によって、電子機器の使用者に通知される。ディスプレイ２０は、電子機器上、燃料電池上、または燃料電池の貯蔵庫上に配置されることが好ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
貯蔵タンク内の液面レベルと液体量とを測定する多くの方法が開発されている。自動車の燃料タンク内の燃料レベルを測定するシステムの一つでは、タンク内の可変抵抗を使用する。可変抵抗のワイパアームは、タンク内の燃料の液面を監視するフロート（浮き）に、ピボットを介して接続されている。図４に示すように、別のシステムでは、液体の容器内またはタンク内の液浸キャパシタユニット４５またはプローブと、適切な電気回路と測定および指示機器との組み合わせを使用する。ここでは、液体自体が、電極間に誘電体を形成する。浸漬キャパシタの容量値は可変であり、容器内の液面レベルに応じて変化する。容器内の異なる領域に、複数の電極対によるキャパシタユニットを構成することにより、液体の揺動または盛り上がり、および液面の移動による影響が低減されて、液浸ユニットの正確な静電容量値が得られる。液浸キャパシタユニット（単一の電極対または複数の
電極対の構成）は、２個の等容量の固定コンデンサを有するブリッジ回路に電気接続されている。各固定コンデンサは、ブリッジ回路のアームを形成している。ブリッジ回路の残りの２個のアームは、可変キャパシタと液浸キャパシタから構成される。ブリッジ回路（公知のホイートストン型）は、所定周波数の交流電源、検出器、および測定表示回路に接続されている。ブリッジ回路は、容器内のキャパシタユニットの電極間の誘電体空間内に液体が残存する間は、不平衡状態にあるように構成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
図３に示すように、さらに別の一実施態様では、貯蔵庫内の燃料の電気抵抗４０を測定することによって、貯蔵庫内の燃料レベルを測定する。この方法は、貯蔵庫の対向する端部に配置された導電性エレメント３５を使用して行われる。導電性エレメントは、燃料の抵抗を測定するために使用される。燃料レベルが高い場合、測定される抵抗値が小さくなる。その後、抵抗値は、同抵抗値に対応する燃料レベルを提供する参照表と相互参照されて、ディスプレイ、音声メッセージ、発光ダイオードゲージ、または他の通常の手段を介して使用者に通知される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図５に示すように、本発明の更なる実施態様は、音声信号を使用する。音声信号を音声搬送器５０によって燃料貯蔵庫内に搬送して、貯蔵庫内にて適切に配置された、音声受承器５５等の検出器で同信号を検出する。信号応答は検出器により測定されて、この測定値は参照表と比較され、測定値に対応する燃料レベルが判定されて、ディスプレイ、音声メッセージ、発光ダイオードゲージ、または他の通常の手段を介して使用者に通知される。これに代わって、図６に示すように、スピーカー６０を使用して正弦波信号を生成する一方で、スピーカーコイル６５の電気抵抗を測定してもよい。貯蔵庫内の燃料レベルと、燃料レベルに対応する燃料上部の気体空間とに従って、燃料上部の空間内の気体を動かすためにスピーカーに要求される力が、所定の電気抵抗を形成し、それにより燃料レベルが判定され得る。さらに、図７に示すように、音声測定方法の別の一実施態様では、音声信号７０を燃料の液面７５に跳ね返らせて、容器の頂部から燃料の液面までの距離８０を判定することにより、燃料レベルを測定する。この距離は、貯蔵庫の頂部から燃料の液面への信号の搬送時間と、反射された信号８５が貯蔵庫の頂部へ戻る受承時間との時間遅れを算出することにより測定され得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【図１】本発明の一実施態様による燃料電池を電源とする電子機器の当尺図。
【図２】図１の電子機器内で使用される燃料電池の一実施態様。
【図３】図１の電子機器内で使用される燃料電池の一実施態様。
【図４】図１の電子機器内で使用される燃料電池の一実施態様。
【図５】図１の電子機器内で使用される燃料電池の一実施態様。
【図６】図１の電子機器内で使用される燃料電池の一実施態様。
【図７】図１の電子機器内で使用される燃料電池の一実施態様。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図２】
2005521031.tif 000004
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図３】
2005521031.tif 000005
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図４】
2005521031.tif 000006
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５】
2005521031.tif 000007
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図６】
2005521031.tif 000008
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図７】
2005521031.tif 000009
【国際調査報告】
2005521031.tif 000010