(57)【要約】【課題】  簡単な構成で燃料電池装置の燃料残量検出を行うことができ、また燃料残量が少なくなってもユーザが容易に燃料保持部の交換を行うことができ、効率的な燃料電池装置を提供する。【解決手段】  燃料残量検出機能を有する燃料保持部を２つ以上設け、負荷駆動時に使用する燃料保持部の選択を行うことができる燃料電池装置とする。【効果】  燃料保持部の方向自在性，残量検出，効率的な燃料交換を行うことができ、負荷使用にあって信頼性の高い燃料電池装置を提供できる。【選択図】図２
2005158667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用の燃料を貯蔵した燃料保持部を有する燃料電池装置において、
前記燃料保持部を少なくとも２つ以上備え、前記２つ以上の燃料保持部から少なくとも１つの燃料保持部を選択して使用することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃料保持部の少なくとも１つ以上が着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料保持部は燃料残量検出手段を有し、前記２つ以上の燃料保持部の中から燃料残量の最も少ない燃料保持部を選択して発電を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項４】
燃料保持部と、前記燃料保持部を収容する収容部と、燃料電池装置に対して着脱可能な発電モジュールとを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記収容部は、前記２つ以上の燃料保持部の燃料残量から燃料保持部の状態を判別する状態判別手段と、前記状態判別手段から前記２つの燃料保持部の状態判別信号を受信して前記２つの燃料保持部を選択する燃料選択手段を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項６】
発電用の燃料を貯蔵した燃料保持部を有する燃料電池装置の制御方法において、
前記燃料電池装置は少なくとも２つ以上の燃料保持部を備え、
前記２つ以上の燃料保持部から少なくとも１つの燃料保持部を選択して使用することを特徴とする燃料電池装置の制御方法。
【請求項７】
前記燃料保持部が２つであって、前記２つの燃料保持部全てを使用する第１の使用モードと、一つの燃料保持部を使用する第２の使用モードと、前記一つの燃料保持部とは異なる燃料保持部を使用する第３の使用モードと、前記２つの燃料保持部全てを使用しない第４の使用モードを有することを特徴とする請求項６記載の燃料電池装置の制御方法。
【請求項８】
発電用の燃料を封入する燃料保持部を有する燃料電池装置において、
燃料保持部に電気抵抗を有する２つの導電部と、２つの導電部と電気的に接続し燃料の残量によって前記２つの導電部間を移動する導電部接続部を設け、前記２つの導電部間の電気抵抗又は静電容量の少なくとも１つを検出し、前記検出結果より前記燃料の残量を算出することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項９】
前記燃料保持部を少なくとも２つ以上有し、前記２つ以上の燃料保持部の中から１つを選択して使用することを特徴とする請求項８記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記導電部接続部は、前記燃料電池の１セルあたりの電圧が１.０Ｖ 以下となる抵抗体であることを特徴とする請求項８記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記燃料保持部は、円筒型のカートリッジ型であって、燃料供給側を封入する封入部と、ピストン型の前記導電部接続部とを有することを特徴とする請求項８記載の燃料電池装置。
【請求項１２】
前記導電部は、板状であって前記燃料を封入する燃料室内面に貼り付けられ、前記導電部接続部の移動に対して垂直な方向の幅は、前記導電部接続部側が前記封入部側よりも大きいことを特徴とする請求項１１記載の燃料電池装置。
【請求項１３】
燃料保持部の、少なくとも片端にネジ部を設けたことを特徴とする請求項１１記載の燃料電池装置。
【請求項１４】
前記燃料保持部に光透過性のある材料を用いたことを特徴とする請求項１１記載の燃料電池装置。
【請求項１５】
前記燃料保持部は、弾性体と燃料供給側を封入する封入部を有し、前記弾性体を拡張するように燃料を保持することを特徴とする請求項８記載の燃料電池装置。
【請求項１６】
燃料保持部内の燃料の残量から重量を求めて、前記算出された重量を２つ以上の燃料保持部の重量バランスの演算に用いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項１７】
外部から燃料保持部の残液を抜き取り、洗浄するための液体を注入することを特徴とする請求項８記載の燃料電池装置。
【請求項１８】
請求項１記載の燃料電池装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１９】
発電用の燃料を貯蔵した燃料保持部と発電部を有する燃料電池装置において、
前記燃料保持部と前記発電部の燃料循環路に燃料タンクを設け、前記燃料保持部の燃料がなくなったときには、前記燃料タンクを用いて発電を行うことを特徴とする燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置及びそれを搭載した電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子技術の進歩によって、電話機，ノート型パーソナルコンピュータ，オーディオ・ビジュアル機器、あるいは、モバイル端末機器などが小型化され、携帯用電子機器として急速に普及が進んでいる。携帯用電子機器用電源として、燃料電池電源が考えられている。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを電気化学的に直接電気エネルギーに変換するので、通常のエンジン発電機などの内燃機関を用いた発電機のような動力部を必要とせず、小型発電デバイスとしての実現性は高い。また、燃料電池は、燃料を補給する限り発電を継続するので、通常の二次電池を使用する場合のような、充電のために一時負荷などの機器の動作を停止することが不要になる。このような燃料電池については改質するなどして水素を用いるタイプが一般的に知られている。これらが主に８０度以上を動作温度とするのに対し、室温でも動作する燃料電池には、液体燃料を燃料電池の燃料極において直接酸化するタイプのものがあり、代表的なものにメタノールを直接酸化するタイプの燃料電池（ＤＭＦＣ）があげられる。
【０００３】
従来の二次電池では、放電量による電池起電力の変化から残量を検出し、使用者に表示やアラームなど何らかの手段により電池残量を通知する機能を有するものが多い。しかしながら燃料電池においては、発電部を満たす燃料濃度等が変化しない限り出力特性に変化が現れず、燃料切れまで至って発電電圧が低下する。従って、燃料の残量検出や安定した燃料供給による負荷への効率的な電力供給が課題となる。燃料電池の燃料供給方法としては、燃料パックに発電用燃料を封入し、該燃料パック内に水等の副生成物の回収袋を設け、使用によって副生成物の量が増しその圧力で発電用燃料を供給することで、発電用燃料をほぼ完全になくなるまで供給する燃料電池が例としてあげられる(例えば、特許文献１)。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３６８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯機器などに用いる場合、従来の二次電池のようにどの方向でも機能不全が起こらないような方向自在性の確保と、機器を使用状態にしたまま空になった燃料カートリッジを交換するホットスワップ機能の実現，軽量小型化で信頼性の高い燃料電池装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
負荷に電力を供給し、発電用燃料を貯蔵した燃料保持部を少なくとも２つ以上有し、２つ以上の燃料保持部を選択的に使用する燃料電池装置とする。
【発明の効果】
【０００７】
方向自在性を確保でき、効率的に使用機器からの交換を行うことができる小型で軽量の燃料電池装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明における燃料電池装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の燃料電池装置を負荷に装着した外観図であって、図２は燃料電池装置のブロック図である。本実施例では、再充填できない使い捨ての燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂを燃料保持部にするため、ユーザは燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂの使いきりを確認して交換する形となる。また、燃料電池として直接メタノール型燃料電池(ＤＭＦＣ)を用いている。パネル型の場合は、アノード側の燃料供給装置に、毛細管現象を用いた吸い上げ材による燃料供給や、ポンプにより燃料を循環させる方法の燃料供給のうち、少なくとも１つを用いる構成が知られている。積層型の場合は、アノード側の燃料供給装置にはポンプを用いて、カソード側の空気供給装置にはファンやブロアを用いる構成が知られている。本実施例では上記構成に従うものとする。
【００１０】
本実施例における燃料電池装置は、図２に示すように２つの燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂと、燃料選択手段２１，ＤＣ／ＤＣコンバータ２５，状態判別制御手段２２を有した収容部２０，発電モジュール３０から構成され、燃料カートリッジ１０ａと１０ｂ，収容部２０，発電モジュール３０が、それぞれ分離可能な構成となっている。それぞれを分離可能とすることで異常個所の交換やリサイクル時の分別がより簡単になる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５には、起動用に一次電池，二次電池，キャパシタなどの蓄電器も備えている。また、負荷５０には図１に示したノート型のパーソナルコンピュータの他、デジタルビデオカメラ，デジタルスチルカメラ，ＰＤＡ，携帯電話のような小型携帯機器を用いてもよい。
【００１１】
まず、状況に応じて使用すべき燃料カートリッジを選択する燃料選択手段２１の詳細について以下で説明する。
【００１２】
燃料選択手段２１は、４つの燃料使用モードを持つ。第１のモードが両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂから燃料を使用するモード、第２のモードが燃料カートリッジ10ａのみから燃料を使用するモード、第３のモードが燃料カートリッジ１０ｂのみから燃料を使用するモード、第４のモードが両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂから燃料を使用しないモードである。
【００１３】
第１のモードは、２つの燃料カートリッジ両方から発電部へ燃料を供給するため、より速やかに発電モジュール３０における電力出力を開始することができるモードである。特に燃料電池装置の起動時に用いて発電モジュール３０への燃料供給を迅速に行うためのモードである。
【００１４】
第２のモードと第３のモードは、燃料を選択的に使用するモードである。燃料の選択の基準として、両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂの残量検出結果と残量検出時に同時に検出可能な燃料カートリッジの着脱検出結果を用いる。
【００１５】
両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂが装着されている場合、残量検出結果に基づき燃料残量の少ない方を用いる。また、残量検出結果が同じ場合はどちらか一方を用いるように設定する。これにより、２つの燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂが同時に燃料切れになることは避けられる。また、ユーザが燃料切れの燃料カートリッジを交換する場合でも、もう一方の燃料カートリッジの燃料残量がある間に交換すれば良いため、機器を遮断せずに燃料カートリッジの交換（ホットスワップ）をする場合でも、燃料交換している時間、負荷５０を駆動させるのに必要な分量の燃料バッファや１次電池，２次電池を内蔵する必要がなくなり、より小型軽量化を実現することができる。
【００１６】
第４のモードは、負荷５０のシャットダウン後やＡＣアダプタ４０が接続されているときに燃料を使用しないようにするモードである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５からの出力が一定電流以下であることから負荷５０のシャットダウンやスタンバイを検知し、燃料カートリッジからの燃料供給を止めることによって、発電モジュール３０におけるクロスオーバーを始めとする燃料透過などによる燃料消費を最小限に抑える。また、負荷５０を再起動するときの燃料供給モードを第４のモードからスタートに固定できる。ＡＣアダプタ
４０が接続されているときも同様で、ＡＣアダプタ４０の接続を検知し、燃料カートリッジ１０からの燃料供給を止めることによって、発電モジュール３０におけるクロスオーバーのような燃料透過などによる燃料消費を最小限に抑える。
【００１７】
また、２つの燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂが両方未装着または両方残量０の場合もこのモードとなる。
【００１８】
以上で挙げた４つのモードを使い分けるフローを図３に示す。図３に示すように２つの燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂとＡＣアダプタ４０の接続状態に応じて使い分け、片方の燃料カートリッジの残量がほぼ０になった時点で、燃料の残っている燃料カートリッジに切り替える。このため、エネルギーをより効率的に使用することができる。
【００１９】
次に上記で述べた機能に対し、発電モジュール３０への燃料供給だけでなく発電モジュール３０からの燃料の戻り経路を追加した燃料循環も可能な構成において図１６を用い、以下で説明する。
【００２０】
燃料選択手段２１は、５つの燃料使用モードを持つ。第１のモードが両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂから燃料を使用するモード、第２のモードが燃料カートリッジ10ａのみから燃料を使用するモード、第３のモードが燃料カートリッジ１０ｂのみから燃料を使用するモード、第４のモードが両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂおよび発電モジュールからの燃料の戻り経路も使用せず遮断するモード、第５のモードが発電モジュール３０からの燃料の戻り経路のみを使用して燃料を循環させるモードである。
【００２１】
第１から第４のモードまでの機能は前記と同様である。
【００２２】
第５のモードは、燃料カートリッジから収容部および発電モジュールに供給されて残った燃料を循環するモードである。パネル型燃料電池の場合では、発電量が少ないときなどに新たに燃料を加える必要のない場合に燃料を循環することで、濃度分布の偏りや二酸化炭素の詰まりを防ぐことができる。積層型燃料電池の場合では、常に発電モジュール３０に燃料を送りつづけなければならないため、適時第２または第３のモードと第５のモードを使い分けることで、カートリッジからの新しい燃料と戻った燃料との供給を切り替えて燃料を絶えず供給することができる。また、第２または第３のモードと第５のモードとの切り替えを完全に分離せずに、両方の流路をシェアできるようにしてもよい。
【００２３】
以上で挙げた５つのモードを使い分けるフローを図１７に示す。図１７に示すように２つの燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂおよび燃料循環とＡＣアダプタ４０の接続状態に応じて使い分けることにより、エネルギーをより効率的に使用することができる。
【００２４】
次に２つの燃料カートリッジに加え、燃料電池からの戻り燃料を貯めるための内部タンク２６と燃料供給手段２７を備えた構成において図２０を用い、以下で説明する。
【００２５】
図２０において、燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂまたは内部タンク２６の残量０の検出は、燃料供給手段２７からの運転情報をもとに検出しても良い。例えばＤＣモータを用いたポンプの場合ならば、そのエンコーダの信号から二酸化炭素などエアをかんだ空転の状態，燃料を送り出せない静止の状態を状態判別制御手段２２で判別することができる。また、流量センサを用いても良い。
【００２６】
燃料選択手段２１は、５つの燃料使用モードを持つ。第１のモードが両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂから燃料を使用するモード、第２のモードが燃料カートリッジ10ａのみから燃料を使用するモード、第３のモードが燃料カートリッジ１０ｂのみから燃料を使用するモード、第４のモードが両方の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂおよび発電モジュール３０からの燃料の戻り経路にある内部タンク２６も使用せず遮断するモード、第５のモードが発電モジュール３０からの燃料の戻り経路にある内部タンク２６を使用して燃料を循環させるモードである。
【００２７】
第５のモードは、燃料カートリッジ１０ａもしくは１０ｂから収容部２０および発電モジュール３０に供給されて内部タンク２６に残った燃料を循環するモードである。内部タンク２６の０検出は、燃料供給手段２７からの運転信号を用いれば簡易に判別可能である。例えば内部タンク２６がほぼ空になり、二酸化炭素などのエアが燃料供給手段２７に送り込まれて空転した場合でも、後述するような燃料カートリッジに切り替えることで加圧された燃料が燃料供給手段２７に送り込まれるため、燃料供給不能という機能不全を起こすことはない。パネル型燃料電池の場合では、発電量が少ないときなどに新たに燃料を加える必要のない場合に燃料を循環することで、濃度分布の偏りや二酸化炭素の詰まりを防ぐことができる。積層型燃料電池の場合では、常に発電モジュール３０に燃料を送りつづけなければならないため、適時第２または第３のモードと第５のモードを使い分けることで、燃料カートリッジからの新しい燃料と戻った燃料との供給を切り替えて、燃料を絶えず供給することができる。また、第２または第３のモードと第５のモードとの切り替えを完全に分離せずに、両方の流路をシェアできるようにしてもよい。
【００２８】
また、両方の燃料カートリッジの残量が０になった場合も、第５のモードで内部タンク２６が０になるまで待つことによって、負荷５０がノートＰＣなどであった場合でも、データ退避までの時間をもたせることができる。
【００２９】
以上で挙げた５つのモードを使い分けるフローを図２１に示す。図２１に示すように２つの燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂおよび内部タンク２６とＡＣアダプタ４０の接続状態に応じて使い分けることにより、エネルギーをより効率的に使用することができる。
【００３０】
次に図２１に示した燃料電池装置の構成で、燃料カートリッジ１つと内部タンク２６を持つ構成について、図２２と図２３で説明する。
【００３１】
図２２では１つの燃料カートリッジ１０ｃであるため、燃料選択手段２１は、図２０，図２１で述べたうちの第２のモード，第４のモード，第５のモードという３つの燃料使用モードを持つことになる。
【００３２】
第２のモードは燃料カートリッジ１０ｃから燃料を使用するモード、第４のモードは燃料カートリッジ１０ｃおよび発電モジュール３０からの燃料の戻り経路にある内部タンク２６も使用せず遮断するモード、第５のモードは発電モジュール３０からの燃料の戻り経路にある内部タンク２６を使用して燃料を循環させるモードである。これら３つのモードを使い分けるフローを図２３に示すが、３つのモードは、既に述べた実施例の機能と同様の機能を持つ。
【００３３】
次に本実施例にて使用する燃料カートリッジの構造について、図４を用いて説明する。
【００３４】
燃料カートリッジ１０の構造はシリンダ構造の中に燃料を封入し、シリンダ１９の内壁に導電端子１１を２枚貼り付け、燃料を封入し、かつ燃料の使用に従い、シリンダ１９の円筒方向に移動するピストン１２が導電端子１１の間を短絡する構造である。なお円筒形のシリンダ１９の中心軸を対称に２枚の板状の導電端子１１を、シリンダの内壁に貼り付けている。シリンダ１９の壁面材料は耐メタノール性，絶縁性，ガラス，プラスチックなどの光透過性のある材料を用いる。燃料供給側封入材１３には耐メタノール性，ゴムなどの絶縁性のある材料で燃料吸出し用の針３４が貫通できるものを用いる。シリンダ１９内壁の導電端子１１は、耐メタノール性があるもの、例えばＳＵＳ，チタン，導電性フィルムなどを用いる。また、燃料がピストン１２や燃料供給側封入材１３を通して漏れないような厚さにしたときに、内部の燃料抵抗より２桁以上小さくなるような抵抗値となる幅に加工する。また、ピストン１２は、導電性ゴムなどを使い、導電端子１１との接触性となるシール性と、導電性の良いものにする。もちろん、ピストン１２自体を導電体にするのではなく、導電端子１１の間を短絡するような金属や導電性ゴムなどの短絡端子をピストン部分に追加しても良い。なお、ピストン１２においても耐メタノール性のあるものを選定することが望ましい。
【００３５】
図１９に、本実施例の燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂの模式図を示す。図１９（ａ）は内部の構成を示す斜視図、図１９（ｂ）は断面図である。ピストン１２と燃料供給側封入材１３には、それぞれ燃料の漏れのないようＯリング３１，３２が設けられている。また、ピストン１２は、バネ３３の圧力によって燃料を一定の容積に収めている。ピストン１２には短絡端子１５を設けている。
【００３６】
燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂの実施例を断面図である図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。燃料の変化と共に２枚の導電端子１１を短絡させるピストン１２が移動する。燃料供給側から見た２枚の導電端子１１間の抵抗が変化するのを検出することにより燃料カートリッジ内の燃料残量を読み取ることができる。また燃料カートリッジ接続検出も、同様に開放状態かどうか導電端子１１間抵抗を検出することにより容易に実現できる。図６に燃料カートリッジのシリンダ内の構造を、片方の導電端子１１側から見た図を示す。燃料供給側に近い方を、反対側より細くするように導電端子１１の幅に変化を与えることによって、燃料残量が少なくなるに従い、より感度の高い残量検出が可能になる。また、図７に示すような導電端子１１の構造およびピストン１２にピストン材料よりも抵抗率の低い短絡端子１５を追加することによって、燃料の０検出も可能になる。燃料が０になると、短絡端子１５が導電端子１１の突起部に接触して、電気抵抗が著しく変化する方式を採用している。燃料０検出のためには導電端子１１とは別に０検出端子を設けてもよい。燃料カートリッジ壁面のシリンダ１９は光透過性があるため、使用者が燃料カートリッジ内の燃料残量を確認できるのに加えて、収容部２０の燃料カートリッジの収容箇所を光透過性のある材料で構成することによってピストンの位置が使用者に目視可能となる。従って、負荷５０の使用中および負荷５０を使用していないときにも燃料カートリッジに残された残量を確認することができる。ピストン１２の色についても赤色など使用者の視認性のいいものに着色してもよい。
【００３７】
また、燃料カートリッジのピストン１２を絶縁材としても良い。本構造にすることにより、燃料の使用と共にピストン１２に封入された燃料の幅が変化するため、導電端子１１間の燃料抵抗の変化や導電端子１１間の静電容量の変化を検出することにより、燃料カートリッジの残量検出が可能である。また、カートリッジ収容箇所も光透過性のある材料で構成することによってピストン１２の位置が使用者に目視可能となり、機器の使用中および機器を使用していないときにも燃料カートリッジに残された残量を確認することができる。ピストン１２を視認性のいい色に着色してもよい。
【００３８】
また、図１８に示すように、燃料を耐メタノール性のある風船などのような弾性体12ａを膨張させて封入し、封入口を先の実施例と同様の性質をもつ燃料供給側封入材１３で閉じる構成としても良い。シリンダ１９の壁面材料は光透過性のある材料を使い、円筒内壁に２枚の導電端子１１を貼り付ける。導電端子１１は、前述した材料に加え、さび等の環境変化量による影響が出にくい材質が望ましい。さらに、燃料を封入した弾性体の収縮と連動して動作し、導電端子１１間を短絡する短絡端子１５をつける。短絡端子の構造は、導電性ゴムなどによるピストン構造や導電端子１１に常時接触可能なばね構造を用いる。弾性体の収縮により燃料が自動的に燃料カートリッジ外に押し出されることで供給でき、かつ収縮と連動して動く短絡端子の移動により変化する導電端子１１間抵抗を検出することで燃料カートリッジの残量検出が可能である。弾性体を用いることで、より燃料の供給が効率的となり、また燃料が漏れにくくなるという効果を有する。また、燃料カートリッジの接続検出もでき、燃料残量の検出感度も導電端子１１の幅に変化を与えることによって調整可能である。また、カートリッジ収容部も光透過性のある材料で構成することによってピストン１２の位置が使用者に目視可能となり、負荷５０の使用中および負荷５０を使用していないときにも燃料カートリッジに残された残量を確認することができる。また、短絡端子や弾性体を視認性のいい色に着色してもよい。
【００３９】
また、カートリッジの外形はこれまで述べてきた円筒形だけではなく、図２４に示すようなカード型や角柱，三角柱など形状に自由度を持たせることも可能である。図２４は、燃料カートリッジの外観図であるが、図１８と同一部は同符号を用いている。特にカード型は収納にスペースを取らないという効果がある。
【００４０】
また、燃料カートリッジの上記構成から短絡端子を削除、もしくは絶縁材を用いたピストン１２としても良い。本構成により、弾性体の収縮により燃料を自動的に燃料カートリッジ外に供給でき、燃料の変化と共に弾性体に封入された燃料の幅が変化するため、端子間の静電容量の変化を検出することにより、燃料カートリッジの残量検出が可能である。また、カートリッジ収容部も光透過性のある材料で構成することによってピストン１２の位置が使用者に目視可能となり、機器の使用中および機器を使用していないときにも燃料カートリッジに残された残量を確認することができる。また、ピストン１２や弾性体を視認性のいい色に着色してもよい。
【００４１】
また、燃料カートリッジ収容部に並行するように、新たに２枚の導電端子を設け、導電端子間の静電容量を測定することによりカートリッジ内の燃料残量を測定してもよい。
【００４２】
また、図８に示すように、燃料カートリッジの燃料供給口部分にネジ部１６を設けて、収容部２０への取り付け時に回転させて取り付けることにより、正確かつ漏れのない収容部２０への取り付けを実現することができる。また図９に示すように、燃料カートリッジの販売時にはネジ部１６にキャップ１７を取り付けることにより、店頭販売時の燃料漏れ事故の防止を図ることができる。
【００４３】
また、燃料カートリッジに、カソードの給気をフィルタリングするフィルタ３５と、フィルタ３５を通気する位置に給気口３６を設けても良い。燃料カートリッジ１０ａを例として、断面図及び外観図を図２５と図２６に示す。フィルタ３５の材料には、綿，化学繊維，活性炭などを使うことが考えられるが、機能として空気中のほこりや花粉をフィルタリングするのに加え、硫黄など燃料電池のカソードに悪影響を及ぼす物質を吸着できる材料を使うことが望ましい。
【００４４】
続いて、燃料カートリッジの抵抗を測定して残量を検出する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５を用いた例について説明する。
【００４５】
図１０にＤＭＦＣから負荷５０へ一定電圧で電力供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータとの接続例を示す。図１０では昇圧チョッパ型を用いている。昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて電圧の安定化を実現することにより、ＤＭＦＣの直列セル数を少なくすることができ、部品点数も減ることで実装密度を上げることができる。また、その他にもフォワード型を始めとした絶縁型や多積層のＤＭＦＣを用いる場合は、降圧チョッパ型を用いるなど負荷５０の仕様に応じて適切なものを用いるとよい。本発明では、ＤＭＦＣの出力端に図に示すように、ＤＭＦＣの単セルあたりの電圧を１Ｖ以下に下げるような高抵抗値の抵抗素子Ｒ１を接続する。また抵抗素子Ｒ１の代替として定電圧ダイオード（図では点線で示す）を接続してもよい。このような電圧制限を加えることにより、単セル最高電圧が１Ｖ以下となるためＤＭＦＣの触媒の析出を防ぐことができる点、ＤＭＦＣ全体での最大出力電圧が下がるためＤＣ／ＤＣコンバータにおいてより低耐圧の素子を利用できるという点、同様にＤＭＦＣ全体での最大出力電圧が下がるため、ＤＭＦＣ出力端に接続する電気２重層コンデンサを始めとしたキャパシタの直列数を下げられるという点で効果がある。
【００４６】
抵抗検出型の燃料カートリッジにおける残量検出の例は、図１１に示すようにＤＭＦＣの出力端に接続する抵抗素子の代替として燃料カートリッジ１０を接続する方式である。図に示すように、燃料カートリッジにかかる電圧が最大で１.２Ｖ 以下になるように燃料カートリッジと直列に抵抗Ｒ２を接続する。これにより燃料カートリッジ１０が接続されている場合はカートリッジ接続端電圧が１.２Ｖ 以下となり、燃料カートリッジ１０が接続されていない場合はカートリッジ接続端電圧がＤＭＦＣの出力電圧（１.２Ｖ 以上）となることから接続検出は容易である。燃料カートリッジ１０にかかる電圧をマイコンのＡ／Ｄポートなどで検出することによって、燃料カートリッジ１０の接続検出および燃料カートリッジ１０の残量検出が可能となり、検出値を元にして燃料カートリッジの使用選択が可能である。
【００４７】
抵抗検出型の燃料カートリッジにおける残量検出の第２の例は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続する方式である。燃料カートリッジにかかる電圧が最大で１.２Ｖ 以下になるように燃料カートリッジと直列に抵抗を接続する。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続することにより、燃料カートリッジにかかる電圧をノートＰＣのような負荷５０のインタフェース端子に接続し、負荷側へ燃料カートリッジの残量情報を直接伝達可能となる。
【００４８】
燃料選択方式の例は、図１２に示すように燃料カートリッジ１０ａと燃料カートリッジ１０ｂの間にステップモータ２１ａを配置して燃料の流路を選択する方式が挙げられる。他にも、電磁弁で各流路の開閉を制御する方式，燃料供給用ポンプを選択的に使用する方式が挙げられる。
【００４９】
ステップモータと電磁弁を使う方式では燃料を燃料カートリッジ外に供給する動力が必要となるが、収容部に取り付けられたばね機構により押し出す方式があげられる。更に、主に図１８に示したように弾性体の収縮を動力源とする方式もあげられる。もちろん補助としてばね機構を取り付けてもよい。また、燃料カートリッジのピストン１２に磁性体を内蔵し、燃料吸い出し口付近に磁石などを配置することで補助動力としてもよい。
【実施例２】
【００５０】
使い捨ての燃料カートリッジではなく、複数回利用可能で燃料再充填可能な燃料タンクを用いた場合の構成について以下で説明する。
【００５１】
本実施例における燃料タンクは図１３に示すように、実施例１における燃料供給側封入材１３が着脱可能で装着時のみ燃料を外部に供給可能な逆止弁１８を有している。
【００５２】
燃料タンクへの燃料再充填の方法を以下で図を用いて説明する。
【００５３】
第１の再充填方法は、燃料タンクを取り外して再補充する場合の方法である。図１４に示すようにチャージャー６０を使い、燃料タンク側に燃料を加圧して再補充する。チャージャー６０は補充用の燃料が視認可能で、ＬＥＤなどで補充中、補充完了などの動作状態が表示されるものである。燃料タンクの満補充はチャージャー６０側の圧力センサ，燃料タンクからの残量検出の少なくとも１つ以上を使うことにより検出でき、補充を終了できる。
【００５４】
第２の再充填方法は収容部にチャージャー６０を接続して再補充する方法である。このときの装置構成を図１５に示す。実施例１における４つの燃料供給モードに加え、チャージャー６０の接続を検出してチャージャー６０から燃料タンクへの流路を直結させる燃料チャージモードが加わる。第１の再充填方法と同様に燃料タンクの満補充はチャージャー６０側の圧力センサ，燃料タンクからの残量検出の少なくとも１つ以上を使うことにより検出でき、補充を終了できる。
【００５５】
また、チャージャー６０のコネクタを、電力供給端子も備えて負荷５０への電力供給を行う端子構成にする。または燃料タンクに直結されている流路の他に発電部への流路も備える端子構成にする。前記２つの構成のうち少なくとも１つの構成を持つことで、燃料タンクを両方再充填中にも負荷駆動の安全性を高めることができる。
【００５６】
また、２つの実施例を両方兼ね備えたシステムで使用者が選択可能なものにしてもよい。
【実施例３】
【００５７】
上記実施例１と２に加えて発電部のクリーニング機能を追加した場合の実施例を、以下で説明する。
【００５８】
実施例１においては、図２における燃料カートリッジ１０ａ，１０ｂとＡＣアダプタ
４０端子に接続する構成のクリーナーでクリーニングする。燃料カートリッジの一方からクリーニング液（純水など）を注入し、もう一方から廃液を回収する。
【００５９】
またクリーニング中の電力供給はＡＣアダプタ４０より行う。
【００６０】
実施例２においては、図１５におけるチャージャー６０接続部に接続する。実施例１と同様にクリーニング液（純水など）を注入し、廃液を回収する。クリーニング中の電力供給はチャージャー６０接続部またはＡＣアダプタ４０から行う。
【００６１】
実施例３においては、発電モジュール３０を収容部２０から切り離して直接クリーナーに接続する。燃料供給口からクリーニング液（純水など）を注入し、廃液を回収してクリーニングを行う。
【００６２】
また、実施例１において実施例２におけるチャージャー６０接続部のようなクリーナー接続部を設けてもよい。
【実施例４】
【００６３】
負荷５０が、脚機構を有したロボットのように、移動する際に重心が絶えず変動するような機器であり、燃料電池装置を適用した場合について以下で説明する。
【００６４】
脚機構を有したロボットに前述したシステムを用いる場合も、傾きなどによる機能不全を防ぐために、実施例１のような燃料カートリッジの構造が非常に有効である。しかしながら、２つ以上の燃料保持部を有する場合、重心の大きな偏りを防ぐために前述した実施例の燃料選択に加え、残量の偏りが一定以上とならないように残量の多い燃料保持部の燃料を使う。また、従来の２次電池を使う場合とは異なり、燃料保持部の重量が変化するため、燃料残量情報を駆動可能時間の演算に用いるなど駆動計画に用いるだけではなく、残量情報から燃料保持部の重さも計算し、ＺＭＰ（Zero Moment Point）の演算に利用する。本実施例により、重心の偏りを防ぐことができる。
【実施例５】
【００６５】
電子機器の他の例についても説明する。負荷５０が、掃除機のように、ユーザの操作による方向自在性が求められるような機器であり、燃料電池装置を適用した場合について以下で説明する。
【００６６】
掃除機に前述したシステムを用いる場合も、方向自在性を実現するために、実施例１のような燃料カートリッジの構造が非常に有効である。中でもハンドクリーナのような高い方向自在性の求められる機器にも適用できる。本実施例においては、図２５，図２６のカートリッジを使うことで、排気のフィルタに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の燃料電池装置を搭載した負荷の模式図である。
【図２】本発明の一実施例である燃料電池装置のブロック図である。
【図３】本発明の一実施例である燃料使用選択フローチャートである。
【図４】本発明の一実施例である燃料カートリッジの外観図である。
【図５】本発明の燃料カートリッジの燃料消費に伴う変化を示した断面図である。
【図６】本発明における検出感度を変更した導電端子の模式図である。
【図７】本発明に０検出機能を追加した燃料カートリッジの断面図である。
【図８】本発明にネジ機構を追加した燃料カートリッジの断面図である。
【図９】本発明に漏れ防止用キャップを追加した燃料カートリッジの断面図である。
【図１０】本発明に高電圧防止用抵抗を追加したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図１１】本発明の高電圧防止用抵抗に燃料カートリッジの残量検出抵抗を利用したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図１２】本発明にステップモータを使った燃料選択手段の断面図である。
【図１３】本発明に再補充を可能にした燃料タンクの断面図である。
【図１４】本発明に燃料タンクとチャージャーを接続した外観図である。
【図１５】本発明にチャージャー機能を接続したブロック図である。
【図１６】本発明の他の実施例である燃料電池装置のブロック図である。
【図１７】本発明の他の実施例である燃料使用選択フローチャートである。
【図１８】本発明の燃料カートリッジの他の実施例を示す断面図である。
【図１９】本発明の一実施例の燃料カートリッジの模式図である。
【図２０】本発明の他の実施例である燃料電池装置のブロック図である。
【図２１】本発明の他の実施例である燃料使用選択フローチャートである。
【図２２】本発明の他の実施例である燃料電池装置のブロック図である。
【図２３】本発明の他の実施例である燃料使用選択フローチャートである。
【図２４】本発明の燃料カートリッジの他の実施例を示す外観図である。
【図２５】本発明の燃料カートリッジの他の実施例を示す断面図である。
【図２６】本発明の燃料カートリッジの他の実施例を示す外観図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１０ａ，１０ｂ…燃料カートリッジ、１１…導電端子、１２…ピストン、１２ａ…弾性体、１３…燃料供給側封入材、１４…シリンダ側面、１５…短絡端子、１６…ネジ部、１７…キャップ、１８…逆止弁、１９…シリンダ、２０…収容部、２１…燃料選択手段、２１ａ…ステップモータ、２２…状態判別制御手段、２５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０…発電モジュール、４０…ＡＣアダプタ、５０…負荷、６０…チャージャー。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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