(57)【要約】【課題】  携帯型の電気機器に設けられる燃料電池の液体燃料の残量を確実に把握する。【解決手段】  携帯電気機器に設けられる燃料電池において、センサ群４１６および液量演算部４１７を備える燃料容器４２４を設ける。【選択図】  図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯電気機器に適用される燃料電池の燃料極に供給する液体燃料を収容する燃料収容室と、
前記燃料収容室内の複数箇所における前記液体燃料の液面の位置を検知する液面検知部と、
前記液面検知部で検知された前記液面の位置から前記液体燃料の残量を算出する演算部と、
を有することを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用燃料容器において、
前記液面検知部は、前記燃料収容室に設けられ、前記液面の位置を検知する３個以上の液面センサを含み、
前記液面センサは、すべてが同一直線上に位置しないように設けられていることを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池用燃料容器において、
前記液面検知部は、前記燃料収容室に設けられ、前記液面の位置を検知する２個以上の液面センサと、
前記液面の傾斜状態を検知する傾斜センサと、
を含むことを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池用燃料容器において、
前記液面検知部は、前記燃料収容室に設けられ、前記液面の位置を検知する液面センサと、
前記液面の傾斜状態を検知する複数の傾斜センサと、を含むことを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池用燃料容器において、
前記液面検知部は、
磁性体を備え、前記液面に沿って移動するフロートと、
前記フロートの位置を検知する磁気センサと、
を有することを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池用燃料容器において、前記演算部で算出された前記残量を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池用燃料容器において、前記演算部で算出された前記残量に基づき、前記燃料収容室から前記燃料電池への前記液体燃料の供給を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の燃料電池用燃料容器において、前記燃料電池に着脱可能に設けられるカートリッジであることを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項９】
燃料極を有する燃料電池本体と、
前記燃料極に供給される液体燃料が収容される燃料収容室を備える燃料容器と、
前記燃料収容室内の複数箇所における前記液体燃料の液面の位置を検知する液面検知部と、
前記液面検知部で検知された前記液面の位置から前記液体燃料の残量を算出する演算部と、
を含むことを特徴とする携帯電気機器用燃料電池。
【請求項１０】
燃料極を有する燃料電池本体と、前記燃料極に供給される液体燃料が収容される燃料容器と、を含み、前記燃料容器が請求項１乃至８いずれかに記載の燃料電池用燃料容器であることを特徴とする携帯電気機器用燃料電池。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の携帯電気機器用燃料電池において、
前記液体燃料が収容され、当該携帯電気機器用燃料電池に着脱可能に設けられる燃料カートリッジと、
前記燃料極または酸化剤極から排出される液体を回収する燃料回収部と、をさらに備え、
前記燃料容器は、前記燃料カートリッジと前記燃料回収部とに連通する燃料混合槽であることを特徴とする携帯電気機器用燃料電池。
【請求項１２】
請求項９または１０に記載の携帯電気機器用燃料電池において、前記燃料容器は、前記液体燃料が収容され、当該携帯電気機器用燃料電池に着脱可能に設けられる燃料カートリッジであることを特徴とする携帯電気機器用燃料電池。
【請求項１３】
請求項９乃至１２いずれかに記載の携帯電気機器用燃料電池において、前記燃料容器中の前記液体燃料の燃料成分濃度を測定する燃料濃度測定手段をさらに備えることを特徴とする携帯電気機器用燃料電池。
【請求項１４】
請求項１３に記載の携帯電気機器用燃料電池において、前記演算部は、前記燃料容器中の前記液体燃料の前記残量および前記燃料成分濃度に基づき、当該携帯電気機器用燃料電池の使用可能時間を算出することを特徴とする携帯電気機器用燃料電池。
【請求項１５】
請求項９乃至１４いずれかに記載の携帯電気機器用燃料電池を備えることを特徴とする携帯電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用燃料容器、それを用いた携帯電気機器用燃料電池、および携帯電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の到来とともに、パーソナルコンピュータ等の電気機器で扱う情報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電気機器の消費電力も著しく増加してきた。特に、携帯型の電気機器では、処理能力の増加に伴って消費電力の増加が問題となっている。現在、このような携帯型の電気機器では、一般的にリチウムイオン電池が電源として用いられているが、リチウムイオン電池のエネルギー密度は理論的な限界に近づいている。そのため、携帯型の電気機器の連続使用期間を延ばすために、ＣＰＵの駆動周波数を抑えて消費電力を低減しなければならないという制限があった。
【０００３】
このような状況の中で、リチウムイオン電池に変えて、エネルギー密度が大きく、エネルギー効率の高い燃料電池を電気機器の電源として用いることにより、携帯型の電気機器の連続使用期間が大幅に向上することが期待されている。
【０００４】
近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを原料として、メタノールを改質して水素を生成させるメタノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。直接型の燃料電池では、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、携帯型の電気機器へ適用することの利点が大きい。また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。
【０００５】
ここで、携帯型の電気機器に対しては、電源の使用可能時間を知りたいという要請があった。このため、燃料電池を電源とする場合、燃料の残量を確実に把握することが求められていた。
【０００６】
特許文献１には、液体燃料を収容する燃料容器を備える燃料電池が例示されている。この構成において、燃料容器を透明または半透明の材料で構成し、液体燃料に発泡スチロールの浮き材を添加することにより、液体燃料の残存量を確認することが示されている。
【特許文献１】特開２００１−９３５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、携帯型パーソナルコンピュータ等の携帯型の電気機器においては、機器を水平に設置した状態で使用されるとは限られない。傾斜した状態で設置されたり、使用されたりすると、液面の位置が変動する。このため、従来の構成では、燃料容器中に収容された液体燃料の残存量の正確な把握が困難であった。
【０００８】
一方、携帯型パーソナルコンピュータ等の携帯型の電気機器においては、前述のように、燃料カートリッジを含む燃料容器に残存する液体の残量、燃料カートリッジの交換時期、燃料電池の使用可能時間等を正確に把握することに対する要求は高い。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯型の電気機器に設けられる燃料電池の液体燃料の残量を確実に把握する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、携帯電気機器に適用される燃料電池の燃料極に供給する液体燃料を収容する燃料収容室と、前記燃料収容室内の複数箇所における前記液体燃料の液面の位置を検知する液面検知部と、前記液面検知部で検知された前記液面の位置から前記液体燃料の残量を算出する演算部と、を有することを特徴とする燃料電池用燃料容器が提供される。
【００１１】
本発明に係る燃料電池用燃料容器は、液面検知部を有する。液面検知部は、燃料収容室内の複数箇所における液体燃料の液面の位置を検知する。このため、一箇所の液面を検知する場合に比べて正確な液面の位置の把握が可能となる。よって、燃料容器が傾斜した状態で使用されている場合や、液面が変動する状態で使用されている場合にも、燃料容器中の液体の残量を正確に把握することができる。
【００１２】
本発明によれば、燃料極を有する燃料電池本体と、前記燃料極に供給される液体燃料が収容される燃料収容室を備える燃料容器と、前記燃料収容室内の複数箇所における前記液体燃料の液面の位置を検知する液面検知部と、前記液面検知部で検知された前記液面の位置から前記液体燃料の残量を算出する演算部と、を含むことを特徴とする携帯電気機器用燃料電池が提供される。
【００１３】
本発明に係る携帯電気機器用燃料電池は、燃料収容室内の複数箇所における液面の位置を液面検知部で検知し、検知された液面の位置から液体燃料の残量を算出する演算部を備える構成となっている。このため、一箇所の液面を検知する構成の燃料電池に比べて正確な液面の位置の把握が可能となる。よって、携帯電気機器用燃料電池が傾斜した状態で使用される場合や、液面が変動する状態で使用される場合においても、燃料容器中の液体の残量を正確に把握される構成となっている。
【００１４】
本発明によれば、燃料極を有する燃料電池本体と、前記燃料極に供給される液体燃料が収容される燃料容器と、を含み、前記燃料容器が前記燃料電池用燃料容器であることを特徴とする携帯電気機器用燃料電池が提供される。
【００１５】
本発明に係る携帯電気機器用燃料電池は、上述の燃料容器を含むため、傾斜面に設置されて使用された場合にも、液体燃料の残量、燃料の補充のタイミング、または燃料電池の使用可能時間等を確実に把握することが可能な構成となっている。
【００１６】
本発明において、前記液面検知部は、前記燃料収容室に設けられ、前記液面の位置を検知する３個以上の液面センサを含み、前記液面センサは、すべてが同一直線上に位置しないように設けられていてもよい。３個以上の液面センサが設けられており、これらが一直線上に位置しないため、各センサの設置位置における液面の位置に基づいて、燃料収容室の液面をさらに正確に決定することができる。このため、燃料容器が傾いている場合であっても、燃料収容室中の液体燃料の残量を確実に把握することができる。
【００１７】
本発明において、前記液面検知部は、前記燃料収容室に設けられ、前記液面の位置を検知する２個以上の液面センサと、前記液面の傾斜状態を検知する傾斜センサと、を含んでもよい。傾斜センサにて液面の傾斜状態が検知されるため、これと２個以上の液面センサとを用いることにより、燃料容器が傾いている場合であっても、液面および液体燃料の残量を確実に把握することができる。なお本発明において、液面の傾斜状態とは、燃料容器を水平面に設置した際の液面からの傾斜角度を指す。
【００１８】
本発明において、前記液面検知部は、前記燃料収容室に設けられ、前記液面の位置を検知する液面センサと、前記液面の傾斜状態を検知する複数の傾斜センサと、を含んでもよい。複数の傾斜センサを有するため、これを用いて互いに平行でない２方向以上の傾斜状態を検知することができる。この傾斜状態と１箇所以上において液面センサで検知される液面の位置に関する情報とを組み合わせて用いることにより、液面が傾斜している場合であっても、液面の位置および液体燃料の残量を確実に把握することができる。
【００１９】
本発明において、前記液面検知部は、磁性体を備え、前記液面に沿って移動するフロートと、前記フロートの位置を検知する磁気センサと、を有してもよい。液面に沿って移動するフロートの位置を磁気センサで検知することにより、液面の位置が変動しやすい場合でも、液面の位置を確実に検知することができる。
【００２０】
本発明において、前記演算部で算出された前記残量を表示する表示部をさらに備える構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池を使用する際に、使用者が、燃料容器内に収容された液体燃料の残量を把握することができる。
【００２１】
本発明において、前記演算部で算出された前記残量に基づき、前記燃料収容室から前記燃料電池への前記液体燃料の供給を制御する制御部をさらに備える構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池の燃料極に供給される液体燃料の濃度または量を確実に制御することができる。このため、燃料電池が安定な出力を発揮できる構成とすることができる。
【００２２】
本発明の燃料電池用燃料容器において、前記燃料電池に着脱可能に設けられるカートリッジであってもよい。こうすることにより、カートリッジ内の液体燃料の残量、カートリッジ内の燃料の使用可能時間、またはカートリッジの交換時期等を把握することができる。
【００２３】
また、本発明の携帯電気機器用燃料電池において、前記液体燃料が収容され、当該携帯電気機器用燃料電池に着脱可能に設けられる燃料カートリッジと、前記燃料極または酸化剤極から排出される液体を回収する燃料回収部と、をさらに備え、前記燃料容器は、前記燃料カートリッジと前記燃料回収部とに連通する燃料混合槽であってもよい。このようにすれば、燃料混合槽中の液体燃料の液面を複数箇所で検知することができる。よって、燃料混合槽中の液体燃料の液量を確実に算出することができる。
【００２４】
また、本発明の携帯電気機器用燃料電池において、前記燃料容器は、前記液体燃料が収容され、当該携帯電気機器用燃料電池に着脱可能に設けられる燃料カートリッジであってもよい。このようにすれば、燃料カートリッジ中の液体燃料の液面を複数箇所で検知することができる。よって、燃料カートリッジ中の液体燃料の液量を確実に算出することができる。
【００２５】
本発明において、前記燃料容器中の前記液体燃料の燃料成分濃度を測定する燃料濃度測定手段をさらに備えてもよい。こうすることにより、燃料濃度と液体の残量から、液体燃料中の燃料成分の量を算出することができる。
【００２６】
本発明において、前記演算部は、前記燃料容器中の前記液体燃料の前記残量および前記燃料成分濃度に基づき、当該携帯電気機器用燃料電池の使用可能時間を算出する構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池を使用する際に、使用者が、燃料容器内に収容された燃料成分の残量または燃料電池の使用可能時間をさらに正確に把握することができる。また、燃料容器が燃料電池用燃料カートリッジの場合、カートリッジの交換時期を把握することができる。
【００２７】
本発明によれば、前記携帯電気機器用燃料電池を備えることを特徴とする携帯電気機器が提供される。本発明に係る携帯電気機器は、以上に説明した携帯電気機器用燃料電池を備えるため、傾斜面での使用時や、液面が変動しやすい状況で使用された場合にも、電源となる燃料電池の使用可能時間の使用可能時間を確実に把握可能な構成となっている。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、燃料収容室内の複数箇所における液体燃料の液面の位置を検知する液面検知部と、液面検知部で検知された液面から液体燃料の残量を算出する演算部と、を設けることにより、携帯型の電気機器に設けられる燃料電池の液体燃料の残量を確実に把握する技術が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３０】
なお、以下の実施形態で説明する燃料電池の用途は特に限定されないが、たとえば携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤー等の小型電気機器に適切に用いられる。
【００３１】
（第一の実施形態）
図１７は、本実施形態に係る燃料容器の構成を示すブロック図である。図１７に示した燃料容器４２４は、センサ群４１６および液量演算部４１７を含む。
【００３２】
センサ群４１６は、燃料容器４２４中に収容された液体燃料の液面の位置を検知する複数のセンサから構成される。具体的には、３つのレベルセンサ４０２ａ、レベルセンサ４０２ｂ、およびレベルセンサ４０２ｃを有する。これらのレベルセンサは燃料容器４２４の燃料収容室内に設けられ、燃料収容室内の３箇所における液面を検知する。
【００３３】
センサ群４１６にて検知された液面に関する情報は、各センサのセンサＩＤとともに、電気的信号として液量演算部４１７に入力される。液量演算部４１７は、センサ群４１６で検知された液面の位置に対応する電気的信号から、燃料収容室の液面の位置を求め、これに基づき燃料収容室内の液体燃料の残量を算出する。このとき、液量演算部４１７は、記憶部４２８の情報を参照する。
【００３４】
記憶部４２８には、センサＩＤとセンサ設置位置座標との対応関係が記憶されている。また、記憶部４２８には、センサ群４１６で検知された電気的信号と、水面位置との対応関係が記憶されている。また、記憶部４２８には、燃料容器４２４の形状および体積に関する情報が、センサ設置位置座標および水面位置に対応づけて記憶されている。このため、記憶部４２８を参照することにより、液量演算部４１７は、センサ群４１６の位置と液面の水位を関連づけて求めることができる。液量演算部４１７液面の水位を３点について求めることができるため、これを用いて液面を決定することができる。よって、決定された液面と、記憶部４２８に記憶された燃料容器４２４の形状や体積に関する容器情報に基づき、燃料容器４２４中に収容された液体の量を算出することができる。
【００３５】
ここで、燃料容器４２４中の液体燃料の残量の算出方法の一例を具体的に示す。図２２は、３つのレベルセンサを用いた残量算出方法を説明する図である。図２２に示したように、ここでは、燃料容器４２４の形状が直方体である場合を例に説明する。また、レベルセンサ４０２ａ〜レベルセンサ４０２ｃの３つのレベルセンサは、互いに平行な直方体の３辺における液面４２７ａ〜液面４２７ｃの位置を検知するものとする。また、記憶部４２８には、各レベルセンサで得られる電気的信号と各辺における液面の位置の対応関係が記憶されている。
【００３６】
液量演算部４１７は、まず、レベルセンサ４０２ａ〜レベルセンサ４０２ｃからの電気的信号と、記憶部４２８に記憶された情報に基づき、それぞれの辺における液面の高さである液面４２７ａ〜液面４２７ｃを算出する。これより、液面４２７ａ〜液面４２７ｃは、レベルセンサ４０２ａ〜レベルセンサ４０２ｃが設けられた辺の長さに対する液面の高さの割合が求められる。そして、液面４２７ａ〜液面４２７ｃの位置より、レベルセンサが設けられた三辺に平行でレベルセンサを有しない辺における液面４２７ｄが求められる。このため、燃料容器４２４中の液体の液面が決定する。これより、燃料容器４２４の体積に対する液量の割合が求められる。このため、液量演算部４１７において、燃料容器４２４の液面の位置および液体の残量が算出される。
【００３７】
また、図１８は、本実施形態に係る燃料容器４２４の別の構成を示すブロック図である。図１８に示した燃料容器４２４は、図１７の構成に加えて、さらに表示部４１８を有する。表示部４１８は、液量演算部４１７で算出された液体燃料の残量に関する情報を表示する。表示部４１８において、残量は、液量に応じて連続的に変化して表示される構成であってもよいし、所定の段階ごとに表示するように構成されていてもよい。
【００３８】
以下、図１７または図１８に示した構成の燃料容器を適用した燃料電池について説明する。
【００３９】
図１は、本実施形態に係る燃料電池を示す図である。図１の燃料電池４００は、燃料電池本体１００および燃料カートリッジ４０１を有する。燃料カートリッジ４０１は、燃料電池本体１００に着脱可能に設けられ、改質器等を介さずに燃料電池本体１００に直接供給される液体燃料を保持する容器である。なお、燃料カートリッジ４０１の詳細な構成については、第二の実施形態にて後述する。また、図１には示していないが、燃料電池本体１００は、単セル構造１０１の酸化剤極における電池反応で生成する水をリザーバタンク１３８６に回収する酸化剤極側廃液回収管を有する。
【００４０】
燃料電池本体１００は、複数の単セル構造１０１、燃料容器８１１、仕切板８５３、燃料流出管１１１１、燃料回収管１１１３、ポンプ１１１７、リザーバタンク１３８６、レベルセンサ４０２、およびコネクタ１１２３を含む。なお、図１に示した３つのレベルセンサ４０２はいずれもリザーバタンク１３８６内に設けられている。この場合、リザーバタンク１３８６が、図１７および図１８における燃料容器４２４に対応する構成となっている。また、図１には示していないが、燃料電池４００は、これらのレベルセンサ４０２で検知される信号に基づき液面の位置およびリザーバタンク１３８６中の液体燃料の残量を算出する液量演算部４１７および記憶部４２８を有し、図１８に示した構成とする場合、表示部４１８をさらに有する。
【００４１】
図１にもどり、燃料電池本体１００において、燃料カートリッジ４０１に収容された液体燃料が燃料１２４として単セル構造１０１に供給される。燃料流出管１１１１には、ポンプ１１１７が設けられている。燃料容器８１１には、燃料流出管１１１１を経由して燃料１２４が供給される。燃料流出管１１１１は、リザーバタンク１３８６に連通している。燃料容器８１１に流入した燃料１２４は、燃料容器８１１内に設けられた複数の仕切板８５３に沿って流れ、複数の単セル構造１０１に順次供給される。
【００４２】
単セル構造１０１に供給された燃料１２４のうち、電池反応に用いられなったものは、燃料回収管１１１３からリザーバタンク１３８６に回収される。回収された残存燃料は、リザーバタンク１３８６において、酸化剤極側廃液回収管から回収された水および燃料カートリッジ１３６１から供給される燃料１２４と混合された後、再び燃料流出管１１１１から燃料容器８１１に供給される。
【００４３】
なお、本実施形態および以下の実施形態において、燃料回収管１１１３および酸化剤極側廃液回収管からリザーバタンク１３８６に回収される液体を廃液と呼ぶ。廃液は、燃料極で電池反応に使用されなかった液体燃料を含む。また、廃液は、酸化剤極で生成する水を含む。
【００４４】
ポンプ１１１７として、たとえば消費電力が非常に小さい小型の圧電モーター等の圧電素子を用いることができる。また、図１には図示していないが、燃料電池４００は、ポンプ１１１７の動作を制御する制御部を有することができる。
【００４５】
図２３は、制御部を有する燃料電池本体１００の構成の一例を示すブロック図である。図２３に示した燃料電池本体１００において、リザーバタンク１３８６の基本構成は、図１８に示した燃料容器４２４の構成と同様である。図２３においては、燃料電池本体１００がさらに制御部４３０および調節部４２３を有する。
【００４６】
制御部４３０は、液量演算部４１７に接続し、液量演算部４１７で算出されたリザーバタンク１３８６中の液体燃料の残量に応じて調節部４２３の駆動を制御する。制御部４３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＩＣ（Integrated Circuit）とすることができる。制御部４３０は、予めプログラムされ、記憶装置（不図示）に記憶された手順に従って動作する構成とすることができる。また、制御部４３０は、リレーなどによるシーケンス回路とすることもできる。
【００４７】
調節部４２３は、リザーバタンク１３８６から単セル構造１０１への燃料１２４の供給または燃料カートリッジ４０１からリザーバタンク１３８６への液体燃料の供給を調節する調節部材である。たとえば図１に示した燃料電池４００におけるポンプ１１１７に対応する。
【００４８】
なお、図２３に示したように、制御部４３０が表示部４１８も制御する構成としてもよい。こうすれば、燃料の残量に応じて使用者に使用可能時間等をさらに確実に提示することができる。
【００４９】
次に、燃料電池４００に設けられた単セル構造１０１の構成を説明する。
図２は、図１のＡ−Ａ'断面図である。単セル構造１０１は、燃料極１０２、酸化剤極１０８および固体電解質膜１１４を含む。燃料電池４００においては、１枚の固体電解質膜１１４の一方の面に複数の燃料極１０２が設けられ、他方の面に複数の酸化剤極１０８が設けられている。対向する一組の燃料極１０２と酸化剤極１０８とで単セル構造１０１が構成される。このため、複数の単セル構造１０１が固体電解質膜１１４を共有し、同一の平面内に配置された構成となっている。
【００５０】
固体電解質膜１１４は、燃料極１０２と酸化剤極１０８を隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体電解質膜１１４は、水素イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体電解質膜１１４を構成する材料としては、スルフォン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子材料が好ましく用いられる。
【００５１】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、それぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質の微粒子とを含む燃料極側触媒層および酸化剤極側触媒層をそれぞれ基体上に形成した構成とすることができる。
【００５２】
燃料極側触媒層の触媒としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム、またはこれらの合金等が例示される。酸化剤極１０８に用いる酸化剤極側触媒層の触媒としては、燃料極側触媒層と同様のものを用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、燃料極側触媒層および酸化剤極側触媒層の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもどちらでもよい。
【００５３】
燃料極１０２、酸化剤極１０８ともに、基体としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等の多孔性基体を用いることができる。
【００５４】
このように構成された燃料電池４００において、各単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤が供給される。本実施形態および以降の実施形態において、燃料１２４は、単セル構造１０１に供給される液体燃料を指し、燃料成分である有機溶媒を含む。燃料成分としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、シクロパラフィン等の液体炭化水素等、ホルマリン、ギ酸、あるいはヒドラジン等の液体燃料を用いることができる。液体燃料は、水溶液とすることができる。また、燃料１２４には酸またはアルカリを加えることもできる。これにより、水素イオンのイオン伝導性を高めることができる。酸化剤としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
【００５５】
次に、リザーバタンク１３８６の構成について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、レベルセンサ４０２の配置を説明する平面図および斜視図である。また、図４は、レベルセンサ４０２の構成を模式的に示す断面図である。
【００５６】
図１を用いて前述したように、リザーバタンク１３８６の燃料収容室の内部には、３つのレベルセンサ４０２が設けられている。レベルセンサ４０２は、リザーバタンク１３８６の内壁に接着剤等を用いて接着することにより固定することができる。また、図３（ａ）中に点線で示したように、３つのレベルセンサ４０２は、３つすべてが一直線上に並ばないように配置されていれば特に制限はない。たとえば、レベルセンサ４０２を同一平面に並べて設置することができる。たとえば図２２に示したように、直方体のリザーバタンク１３８６の３辺に沿って設けることもできる。
【００５７】
また、図４に示したように、レベルセンサ４０２は、たとえば磁気センサとすることができる。磁気センサは、円筒形のフロートガイド４０８および磁石を内蔵したマグネットフロート４０９を有する。フロートガイド４０８の上下には、二つのホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂがそれぞれ設けられている。ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂは、マグネットフロート４０９からの距離に応じた磁場の強さの変化を電圧変化として検知する。ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂとして、具体的には、たとえば、旭化成電子社製ホール素子ＨＧシリーズ等を利用することができる。
【００５８】
リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液面の変動に伴い、マグネットフロート４０９に内蔵された磁石がフロートガイド４０８の内部を上下移動する。なお、フロートガイド４０８内に燃料１２４は自由に流入可能に構成されている。磁石が上下方向に動くことにより、ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂで検知される電圧の大きさが変化する。
【００５９】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、マグネットフロート４０９が図４に示した位置にある場合のホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂのそれぞれにおいて検知される電圧の大きさを模式的に示す図である。図４では、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液量が比較的多い場合が例示されている。マグネットフロート４０９がホールセンサ４０７ａに近い側に位置している。このため、図５（ａ）および図５（ｂ）を比較するとわかるように、ホールセンサ４０７ａで検知される電圧の大きさは、ホールセンサ４０７ｂで検知される電圧の大きさよりも大きい。これらの電圧は、マグネットフロート４０９の位置により変動する。よって、ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂで検知される電圧の大きさから、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液面の位置を検知することができる。
【００６０】
このとき、ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂは、図１７に示した液量演算部４１７に接続し、液量演算部４１７が、液面の解析用の記憶部４２８に接続する構成としてもよい。記憶部４２８には、たとえばホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂで検知される電圧の大きさを液面の高さに対応させるデータが記憶されている。このようにすれば、ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂで検知された電圧の値を用いて、液量演算部４１７において確実に液面の位置を算出することができる。
【００６１】
また、記憶部４２８には、３つのレベルセンサ４０２で検知される液面の位置をリザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液量に対応させるデータが記憶されている。このため、ホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７ｂからなるレベルセンサ４０２を３個を用いて、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の残量を確実に把握することができる。
【００６２】
なお、図４に示したホールセンサ４０７ａおよびホールセンサ４０７に代えて、フロートガイド４０８に沿って複数のリードスイッチを設け、それぞれの高さにおける磁場の強さを検知することにより、液面を検出してもよい。この場合、フロートガイド４０８の上下移動に伴うリードスイッチの開閉を検出する検出部は、リザーバタンク１３８６を含む燃料電池本体１００の所定の位置に設けることができる。
【００６３】
次に、図１に示した燃料電池４００の効果を説明する。
燃料電池４００においては、リザーバタンク１３８６に複数のレベルセンサ４０２が配置されている。このため、リザーバタンク１３８６の液面を複数箇所について検知することができる。よって、レベルセンサ４０２を一つ設けた場合に比べ、リザーバタンク１３８６の液面を正確に検出することができる。したがって、リザーバタンク１３８６が傾斜した状態で使用されたり、リザーバタンク１３８６の液面が変動しやすい状態で使用される場合にも、リザーバタンク１３８６内の液体燃料の液面を確実に検出することができる。さらに、液面の位置を正確に検知可能であるため、液面の位置とリザーバタンク１３８６の形状に関する情報を用いて、リザーバタンク１３８６内の液体燃料の残量を確実に把握することができる。
【００６４】
複数のレベルセンサ４０２を設けることによりもたらされる効果は、リザーバタンク１３８６に３つ以上のレベルセンサ４０２を配設した際に顕著に発揮される。これらのレベルセンサ４０２のすべてが同一直線上に配置されてはいないため、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液面の位置に対応する電気的信号を３点について検知することができる。また、レベルセンサ４０２が液量演算部４１７に接続している。液量演算部４１７において、レベルセンサ４０２にて得られた電気的信号と、記憶部４２８に記憶された情報とを用いて、レベルセンサ４０２の位置情報とその位置における液面情報とがセットで求められる。このため、リザーバタンク１３８６中の液体燃料の液面が確実に求められる。また、リザーバタンク１３８６内の液体燃料の残量を算出することができる。
【００６５】
また、液量演算部４１７で算出された残量は、液量演算部４１７に接続する表示部４１８に表示される。よって、燃料１２４の残量が少なくなった際には、所定のタイミングで燃料カートリッジ４０１の交換または燃料１２４の補充を促すことが可能となる。
【００６６】
このように、リザーバタンク１３８６内の３点の液面を把握することにより、図３（ｂ）に示したように、燃料電池４００が傾斜している場合にも、液量演算部４１７において、その液面の位置を確実に把握することができる。このため、携帯型の電気機器のように、傾斜面に設置されたり、傾斜した状態で使用されたりする可能性が高い電気機器にも好適に適用可能な構成とすることができる。
【００６７】
さらに、燃料電池本体１００に制御部４３０が設けられている場合、液量演算部４１７で算出されるリザーバタンク１３８６中の燃料１２４の残量に応じて、燃料カートリッジ４０１からの液体燃料の補給を制御することができる。このため、所望の濃度の１２４を安定的に供給することができる。よって、クロスオーバーを抑制しつつ、高い出力を安定的に発揮させることができる。また、制御部４３０を設けることにより、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の残量に応じて、単セル構造１０１の燃料極１０２への燃料１２４の供給を制御することができる。このため、燃料電池４００全体を小型化しつつ、燃料１２４を効率よく利用し、単セル構造１０１における発電を長期間安定的に行わせることができる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、レベルセンサ４０２をリザーバタンク１３８６中に配置したが、レベルセンサ４０２は燃料供給系を構成する他の燃料容器に設けることもできる。たとえば、燃料極１０２に隣接して設けられた燃料容器８１１または燃料カートリッジ４０１がレベルセンサ４０２を備える構成としてもよい。燃料カートリッジ４０１にレベルセンサ４０２を設ける構成については、第二の実施形態において詳細に説明する。
【００６９】
また、本実施形態において、リザーバタンク１３８６に２つのレベルセンサ４０２を設置する場合には、リザーバタンク１３８６の長手方向に二つのレベルセンサ４０２を並べて配置することができる。図６は、二つのレベルセンサ４０２を用いる場合について、レベルセンサ４０２のリザーバタンク１３８６への配置例を示す図である。こうすることにより、レベルセンサ４０２を２つとする場合にも燃料電池４００またはリザーバタンク１３８６の傾斜を考慮して、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の量を把握することができる。また、少なくとも同一直線上に存在しない３つのレベルセンサ４０２を含む３つ以上のレベルセンサ４０２を設置することにより、リザーバタンク１３８６の液面の位置をさらに確実に検知することができる。
【００７０】
また、本実施形態において、液量演算部４１７は、センサ群４１６で検知された液面に関する情報を用いて燃料１２４の残量を算出するが、このとき、複数のレベルセンサ４０２で指示された液面のうち、所定のものを取捨選択して用いることもできる。こうすれば、燃料１２４の残量をより一層正確に算出することができる。
【００７１】
たとえば、レベルセンサ４０２ａ〜４０２ｃのうち、あるセンサで測定された液面が測定可能な範囲を超えている場合、具体的には、たとえば、記憶部４２８にレベルセンサ４０２で検知される液面の位置の範囲を記憶させておき、リザーバタンク１３８６の高さを超えている場合には、このセンサの測定結果を用いないようにすることができる。また、３つのレベルセンサ４０２のうち、ある一つのセンサから求められた液面の位置が他の二つのセンサから求められた液面の位置から突出している場合には、突出した液面を考慮せずに、残りの二つのセンサから求められた液面の位置を用いてリザーバタンク１３８６内の燃料１２４の液面を算出してもよい。
【００７２】
また、以上においては、燃料電池本体１００が、図１７または図１８に示した燃料容器４２４の構成に対応するリザーバタンク１３８６を有する場合を例に説明したが、液量演算部４１７、表示部４１８、および記憶部４２８は、燃料電池本体１００の所定の位置に設けられていればよく、必ずしもリザーバタンク１３８６に設けられていなくてもよい。
【００７３】
たとえば、本実施形態に係る燃料電池の構成を図２４のようにしてもよい。図２４は、図２３に示した燃料電池において、液量演算部４１７、表示部４１８、および記憶部４２８がリザーバタンク１３８６以外に設けられている構成を示す図である。
【００７４】
（第二の実施形態）
第一の実施形態においては、リザーバタンク１３８６に３つのレベルセンサ４０２が設けられた構成の燃料電池４００（図１）について説明したが、燃料電池において、３つのレベルセンサ４０２を燃料カートリッジ４０１に設ける構成とすることもできる。本実施形態では、こうした構成の燃料電池について説明する。
【００７５】
図９は、本実施形態に係る燃料電池４１０の構成を模式的に示す平面図である。以下、第一の実施形態に記載の燃料電池４００と異なる部分を中心に説明する。図９の燃料電池４１０においては、図１の燃料電池４００においてリザーバタンク１３８６に設けられていた３つのレベルセンサ４０２が、燃料カートリッジ４０１の内部に配置されている。３つのレベルセンサ４０２の配置は、すべてが同一直線上に位置しなければよく、たとえば第一の実施形態において図２２を用いて例示した配置とすることができる。
【００７６】
ここで、燃料カートリッジ４０１と燃料電池本体１００の燃料流出管１１１１は、接続部４１１にて接続される。これにより、燃料カートリッジ４０１に収容された液体燃料が燃料電池本体１００の燃料流出管１１１１から燃料極１０２へと供給される。また、レベルセンサ４０２に検知される電気的信号を燃料電池本体１００の側で検出することが可能となる。
【００７７】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、接続部４１１の構成を拡大して示す図である。図１０（ａ）は、燃料カートリッジ４０１が燃料電池本体１００に接続されていない状態を示し、図１０（ｂ）は、これらが連結された状態を示す。
【００７８】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示したように、燃料カートリッジ４０１は、燃料流出管１１１１に挿入される凸状の接続部１２２５を有する。接続部１２２５の端面は、シール部材１３７５により被覆され、封止されている。また、接続部１２２５の内部の側面に導電性の端子Ｘ１（不図示）、Ｘ２、およびＸ３（不図示）が設けられている。これらの端子は、図１２を用いて後述するように、それぞれ別のレベルセンサ４０２に接続している。
【００７９】
シール部材１３７５は、セルフシール性を有する弾性部材である。シール部材１３７５として、たとえばセプタムやリシールを用いることができる。シール部材１３７５は、液体燃料に対する耐性を有し、密閉可能な材料とすることが好ましい。このような材料として、たとえば、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等のエラストマーを用いることができる。シール部材１３７５をエチレンプロピレンゴムとする場合、エチレンとプロピレンの共重合体（ＥＰＭ）またはエチレンとプロピレンと第３成分の共重合体（ＥＰＤＭ）を用いることができる。また、シール部材１３７５を加硫ゴムとすることもできる。
【００８０】
また、燃料電池本体１００の燃料流出管１１１１の端部には、接続部１２２５の形状に対応して凹状に成形された嵌合部１２０５が設けられている。嵌合部１２０５の後退面に、接続部４１１の中心軸に実質的に平行に燃料流出管１１１１の中心から燃料流出管１１１１の内外に向かって延在する中空針１３７９が設けられている。また、嵌合部１２０５の外側壁には、端子Ｘ１（不図示）、Ｘ２、およびＸ３（不図示）に対応する位置に導電性の端子Ｙ１（不図示）、Ｙ２、およびＹ３（不図示）が設けられている。
【００８１】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、接続部１２２５および嵌合部１２０５における端子の配置を模式的に示す平面図である。図１１（ａ）は、燃料電池本体１００の燃料流出管１１１１に形成された嵌合部１２０５に設けられた端子Ｙ１〜Ｙ３を示している。また、図１１（ｂ）は、燃料カートリッジ４０１の接続部１２２５に設けられた端子Ｘ１〜Ｘ３を示している。
【００８２】
図１０（ｂ）に示したように、嵌合部１２０５に接続部１２２５が挿入されてこれらが嵌合すると、中空針１３７９がシール部材１３７５を貫通するため、燃料カートリッジ４０１中の液体燃料が燃料流出管１１１１へと移動可能となる。また、嵌合部１２０５と接続部１２２５が嵌合すると、端子Ｘ１と端子Ｙ１、端子Ｘ２とＹ２、および端子Ｘ３とＹ３が接触し、これらの電気的な導通が確保される。
【００８３】
燃料カートリッジ４０１および燃料電池本体１００を以上のように構成したとき、燃料カートリッジ４０１内の各レベルセンサ４０２で検知された液面の位置は、たとえば図１２に示した方法により燃料電池本体１００の側で検出することができる。
【００８４】
図１２は、図９に示した燃料電池４１０の構成を説明する図である。図１２において、燃料カートリッジ４０１は、端子Ｘ２、および端子Ｘ３は、それぞれレベルセンサ４０２ａ、レベルセンサ４０２ｂ、およびレベルセンサ４０２ｃに接続している。
【００８５】
また、燃料電池本体１００は、複数の接続端子Ｙ１、Ｙ２、およびＹ３と、接続端子Ｙ１〜Ｙ３間の電気的接続状態を検出する検出部４２９と、検出部４２９に接続する液量演算部４１７を含む。さらに、燃料電池本体１００は、液量演算部４１７に接続する記憶部４２８および表示部４１８を有する。
【００８６】
測定の際には、レベルセンサ４０２ａ〜レベルセンサ４０２ｃで検知された電気的信号を、それぞれ検出部４２９において検出する。そして、液量演算部４１７は、検出部４２９が検出した電気的接続状態に基づき、記憶部４２８を参照してレベルセンサ４０２ａ〜レベルセンサ４０２ｃの液面の位置を検出する。さらに、液量演算部４１７は、これらの３つのレベルセンサ４０２を用いて検出された液面の位置に基づき、記憶部４２８を参照して、燃料カートリッジ４０１中の液体燃料の残量を算出する。そして、残量を表示部４１８に表示する。
【００８７】
このように、本実施形態では、燃料カートリッジ４０１に収容された液体燃料の残量を確実に把握することができる。このとき、レベルセンサ４０２で検知される電気的信号を、燃料電池本体１００の側で検出することができるので、燃料カートリッジ４０１の構成を簡素化することが可能である。
【００８８】
図２１は、以上で説明した燃料電池を搭載した電気機器の一例を示す模式図である。本実施の形態における電気機器は、携帯型パーソナルコンピュータである。携帯型パーソナルコンピュータ２１０において、底面部に燃料電池本体１００が設けられており、背面部に燃料カートリッジ４０１が装着された構成となっている。図２１には示していないが、燃料カートリッジ４０１に３つのレベルセンサ４０２が設けられている。このように、本実施形態に係る燃料電池が携帯型のパーソナルコンピュータに取り付けられ、持ち運び時やコンピュータ使用時に傾けられたりしても、燃料カートリッジ４０１中の液体燃料の残量を確実に検知することができる。
【００８９】
なお、以上においては、燃料カートリッジ４０１に設けられたレベルセンサ４０２で検知される電気的信号を、燃料電池本体１００側で検出する構成としたが、燃料カートリッジ４０１の側でレベルセンサ４０２で検知される電気的信号を直接検出する構成としてもよい。
【００９０】
たとえば、図１２に示した燃料電池において、燃料カートリッジ４０１が検出部４２９、液量演算部４１７、記憶部４２８、および表示部４１８を備える構成とすることができる。こうすることにより、燃料カートリッジ４０１中の液体燃料の残量を燃料カートリッジ４０１自体で直接検出し、また表示することができる。
【００９１】
また、たとえば、燃料電池本体１００が制御部４３０を有し、制御部４３０は、燃料カートリッジ４０１に設けられた液量演算部４１７で算出された液体燃料の残量を算出し、算出した残量に応じて燃料電池本体１００の運転を制御する構成としてもよい。たとえば、図２４に示した燃料電池の場合と同様に、燃料電池本体１００が制御部４３０を有し、制御部４３０は、液量演算部４１７で算出された液体燃料の残量に応じて燃料電池本体１００の運転を制御する構成としてもよい。たとえば、制御部４３０は、装着された燃料カートリッジ４０１内に残存する液体燃料の残量に応じて、図１に示したポンプ１１１７の駆動を制御することができる。このとき、制御部４３０は、燃料カートリッジ４０１中の燃料の残量に応じて、たとえば、燃料カートリッジ４０１からリザーバタンク１３８６への液体燃料の供給量を制御することもできる。また、制御部４３０が燃料カートリッジ４０１に設けられていてもよい。
【００９２】
（第三の実施形態）
第一または第二の実施形態に係る燃料電池では、リザーバタンク１３８６に３つのレベルセンサ４０２を設けたが、レベルセンサ４０２と傾斜センサとを組み合わせてリザーバタンク１３８６または燃料カートリッジ４０１中の燃料１２４の液面を検出することもできる。以下、図１に示した燃料電池４００において、３つのレベルセンサ４０２に代えてレベルセンサ４０２と傾斜センサを用い、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の残量を算出する場合を例に説明する。
【００９３】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液量を算出可能な構成を示す図である。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は平面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）では、リザーバタンク１３８６に２つのレベルセンサ４０２を設けるとともに、燃料電池本体１００に傾斜センサを１つ設けた構成を示す図である。
【００９４】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示した構成では、リザーバタンク１３８６の長手方向に二つのレベルセンサ４０２を並べて配置するとともに、当該長手方向の傾斜角度を検知する傾斜センサ４０３を配置している。傾斜センサ４０３は、燃料電池本体１００内のリザーバタンク１３８６の設置面の水平面に対する傾斜角度を検知する。
【００９５】
傾斜センサとして、設置面の傾斜角度に応じて電圧等の電気的信号が変化するように構成されたセンサを用いることができる。具体的には、たとえば、オムロン社製のＤ５Ｒ（リニア）等を用いることができる。このような傾斜センサを燃料電池本体１００に設けることにより、レベルセンサ４０２の設置数が少ない場合にも、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の残量を確実に把握することができる。
【００９６】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の液量を算出可能な別の構成を示す図である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は平面図である。図７（ａ）および図８（ｂ）では、リザーバタンク１３８６の中央付近に１つのレベルセンサ４０２を設けるとともに、燃料電池本体１００に傾斜センサを２つ設けた構成を示す図である。
【００９７】
２つの傾斜センサ４０３は、リザーバタンク１３８６と同一平面に設置し、互いに異なる方向の傾斜角度を検知できるように配置する。こうすることにより、リザーバタンク１３８６に１つのレベルセンサ４０２のみを設置した場合であっても、２方向の傾斜角度を検出することができるため、燃料１２４の残量を確実に把握することができる。
【００９８】
なお、以上においては、リザーバタンク１３８６の外部に傾斜センサ４０３を設ける構成を例に説明したが、傾斜センサ４０３をリザーバタンク１３８６の内部に設置してもよい。
【００９９】
また、以上においては、傾斜角度に応じて電気的信号が連続的に変化する傾斜センサ４０３を用いる場合を例に説明したが、傾斜センサ４０３として、所定の角度の前後で電源が出入するスイッチタイプのセンサを用いてもよい。また、こうした傾斜センサ４０３には、必要に応じて適宜オフセットを設けることもできる。オフセットとして、具体的には、燃料電池４００の設置面から所定の角度をなして傾斜センサを配置する角度調整台等を用いることができる。こうすれば、スイッチタイプのセンサの可動範囲を燃料電池４００の使用状態に応じて調節することができる。
【０１００】
（第四の実施形態）
以上の実施形態に記載の燃料電池において、燃料容器内の燃料成分濃度を検知する濃度センサがさらに設けられた構成とすることもできる。ここで、濃度センサを設ける燃料容器は、燃料カートリッジ４０１、リザーバタンク１３８６、燃料容器８１１のいずれでもよく、また、燃料供給系の他の領域に設けることもできる。
【０１０１】
以下、リザーバタンク１３８６の液量が算出される第一の実施形態に記載の燃料電池の構成を例に説明する。図１９は、本実施形態に係る燃料電池の燃料容器の構成を示すブロック図である。図１９に示した燃料容器は、図１８に示した燃料容器４２４に設けられた構成要素に加え、さらに濃度センサ４１９、濃度演算部４２０、制御部４３０、および調節部４２３を有する。また、液量演算部４１７および濃度演算部４２０は、演算処理部４２１に含まれる。
【０１０２】
図１９の構成では、濃度センサ４１９で検知される電気的信号に基づき、濃度演算部４２０において、リザーバタンク１３８６中の液体の燃料成分の濃度を算出する。そして、濃度演算部４２０で算出された燃料成分濃度と液量演算部４１７で算出された液体燃料の残量から、燃料成分残量演算部４２６において、リザーバタンク１３８６中の燃料成分の残量が算出される。
【０１０３】
このような構成とすることにより、燃料容器４２４の設置状態によらず、リザーバタンク１３８６中の燃料成分の残量を確実に把握することができる。そして、燃料成分の残量に関する情報を表示部４１８にて表示することができる。
【０１０４】
また、図２０は、本実施形態に係る燃料容器の別の構成を示す図である。図２０に示した燃料容器は、図１９に示した構成において、演算処理部４２１がさらに使用可能時間演算部４２２を有する。こうすることにより、燃料成分残量演算部４２６で算出された燃料成分の残量に基づき、使用可能時間演算部４２２が記憶部４２８を参照して燃料電池４００の使用可能時間を求め、表示部４１８に表示することができる。
【０１０５】
図１３は、図１９または図２０に示した構成が適用された燃料電池の構成を模式的に示す平面図である。図１３の燃料電池の構成は基本的には図１に示した燃料電池４００と同様であるが、リザーバタンク１３８６にさらに濃度計１１１９が設けられている点が異なる。
【０１０６】
まず、濃度計１１１９の構成と、リザーバタンク１３８６で混合されて燃料容器８１１に供給される燃料１２４の濃度制御の方法について説明する。ここでは、リザーバタンク１３８６に設けられた濃度計１１１９を用いてリザーバタンク１３８６中の液体のメタノール濃度を検出し、各ポンプ１１１７の動作をフィードバック制御する場合を例に説明する。
【０１０７】
図１４は、燃料電池本体１１０９に設けられた燃料濃度の測定を行う濃度測定系の周辺構成を示す図である。図１４では、リザーバタンク１３８６中に設けられたレベルセンサ４０２等の液量検出系の構成は図示していない。
【０１０８】
図１４において、濃度測定系は、センサ６６８と、濃度演算部４２０と、制御部４３０と、ポンプ１１１７とを含む。センサ６６８および濃度演算部４２０が濃度計１１１９に対応する構成となっている。
【０１０９】
センサ６６８は、リザーバタンク１３８６内の燃料１２４の燃料成分濃度を検出するのに用いられる。センサ６６８は、高分子膜６６５と、第１の電極端子６６６と、第２の電極端子６６７とを含む。高分子膜６６５は、プロトン伝導性を有する高分子膜である。高分子膜６６５は、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４を含浸するように構成され、燃料１２４中のアルコール濃度に応じてプロトン伝導度が変化する材料により構成される。この構成によれば、高分子膜６６５のプロトン伝導度の変化に基づき、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４のメタノール濃度を検出することができる。
【０１１０】
高分子膜６６５は、燃料１２４のアルコール濃度に応じてプロトン伝導度が変化する材料により構成することができる。たとえば、単セル構造１０１の固体電解質膜１１４と同様の材料により構成することができる。
【０１１１】
第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７は、高分子膜６６５表面または高分子膜６６５中に互いに離間して設けられる。ここで、高分子膜６６５は、アルコール濃度に応じてプロトン伝導度が変化する材料により構成されるので、第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７との間に高分子膜６６５を介して電流を流した場合、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４のアルコール濃度に応じて第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７間の抵抗値が変化する。濃度演算部４２０は、第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７間の抵抗値に基づき、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４のアルコール濃度を測定する。濃度演算部４２０の詳細な構成については後述する。濃度演算部４２０が測定したリザーバタンク１３８６中の燃料１２４のアルコール濃度は制御部４３０に伝達される。
【０１１２】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、センサ６６８を詳細に示す図である。図１５（ａ）は、センサ６６８の第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７が設けられた面を示す図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の側面図である。第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７は、燃料１２４中に安定に存在し、導電性を有する材料により構成することができる。第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７は、導電性ペーストにより高分子膜６６５に貼り付けることができる。導電性ペーストとしては、金や銀等の金属を含むポリマーペーストや、アクリルアミド等ポリマー自体が導電性を有するポリマーペーストを用いることができる。第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７は、それぞれ配線７１０ａおよび配線７１０ｂを介して、図１４に示した濃度演算部４２０に電気的に接続される。
【０１１３】
なお、以上で説明したのは、センサ６６８の構成の一例であって、濃度の測定方法は以下の態様に限られない。たとえば、電極間の抵抗値の変化を測定することにより濃度を算出するセンサであってもよい。また、電極間に流す電流は、直流とすることもできる。
【０１１４】
図１４および図１５に示した構成の濃度測定系を設けることにより、図１９または図２０に示した濃度演算部４２０において、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４の燃料成分濃度が確実に算出され、燃料成分残量演算部４２６に伝達される。また、液量測定部４１２においては、レベルセンサ４０２にて得られた液面レベルからリザーバタンク１３８６中の液量が算出される。この液量も、燃料成分残量演算部４２６に伝達される。
【０１１５】
なお、制御部４３０は、燃料成分残量演算部４２６で算出された燃料成分の残量に基づき、調節部４２３の駆動を制御することができる。具体的には、たとえば、図１３に示した燃料電池に設けられたポンプ１１１７の運転を制御することができる。
【０１１６】
なお、図１４に示したように、燃料カートリッジ４０１は、燃料極１０２に供給される燃料１２４よりも燃料成分の濃度が高い高濃度燃料７２５を収容していてもよい。そして、制御部４３０は、濃度演算部４２０により測定されたアルコール濃度が適正な範囲内であるか否かを判断し、リザーバタンク１３８６中の燃料１２４のアルコール濃度が適正な範囲内となるようにポンプ１１１７を制御することができる。このポンプ１１１７は、制御部４３０の制御に基づき、燃料カートリッジ４０１からリザーバタンク１３８６に供給する高濃度燃料７２５の供給量を制御する。
【０１１７】
また、制御部４３０は、ポンプ１１１７を制御する処理を繰り返してもリザーバタンク１３８６中の燃料１２４のアルコール濃度が適正な範囲内にならない場合、表示部４１８に警告を発生させてもよい。さらに、制御部４３０は、リザーバタンク１３８６から燃料容器８１１への燃料１２４の供給を制御してもよい。このとき、制御部４３０は、燃料流出管１１１１中のポンプ１１１７の動作を制御する。この制御は、燃料電池本体１００からの出力をさらに検出し、検出値に応じてフィードバックする構成とすることもできる。
【０１１８】
図１６は、濃度演算部４２０の構成を詳細に示す図である。濃度演算部４２０は、第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７との間の抵抗値を測定する抵抗測定部（Ｒ／Ｏ）６８２と、抵抗測定部６８２が測定した抵抗値に基づき、リザーバタンク１３８６中のアルコール濃度を算出する濃度算出部（Ｓ／Ｏ）６８４と、第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７の間の抵抗値とメタノール濃度との関係を示す参照データを記憶する参照データ記憶部６８５とを含む。抵抗測定部６８２としては、たとえばブリッジを備えた交流インピーダンスメータを用いることができる。第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７との間の抵抗値は、２０ｍＶ以下の低振幅の交流を用いて測定することができる。濃度算出部６８４は、参照データ記憶部６８５を参照して参照データに基づき濃度算出部６８４が測定した抵抗値からメタノール濃度を算出する。
【０１１９】
この構成によれば、高分子膜６６５に第１の電極端子６６６および第２の電極端子６６７を付けただけの簡易な構成でリザーバタンク１３８６中のアルコール濃度を検出し、燃料容器８１１に供給する燃料１２４の濃度を制御することができる。
【０１２０】
そして、レベルセンサ４０２で検知される燃料１２４の残量と燃料１２４中の燃料成分の濃度とを組み合わせることにより、リザーバタンク１３８６中の燃料成分の残量をさらに正確に把握することができる。燃料成分の残量を把握することにより、単セル構造１０１に供給する燃料１２４の濃度の制御をより一層確実に行うことができる。
【０１２１】
また、記憶部４２８に燃料成分の残量の基準値を記憶させておき、残量が記憶部４２８に記憶された所定の基準を下回った場合には、表示部４１８に警告表示を行ってもよい。こうすれば、燃料成分の残量が所定の基準を下回った際に、燃料カートリッジ４０１の交換をうながす構成とすることが可能となる。
【０１２２】
なお、以上の実施形態に記載の燃料電池において、燃料容器に設けられる液面センサはレベルセンサ４０２には限定されず、他のセンサとしてもよい。たとえば、燃料容器に透明な窓部を設けておき、窓部から燃料容器に光を照射してその反射率または透過率を測定することにより液面を求める構成の光センサを用いることもできる。
【０１２３】
また、燃料カートリッジ１１０３のタンク中の液体の液面の検出方法は以上の方法に限られない。たとえば、静電容量を用いたセンサや、超音波センサなどを用いることもできる。
【０１２４】
また、以上の実施形態に記載の燃料電池において、濃度の異なる複数の液体燃料を保持し、燃料電池本体に着脱可能な燃料カートリッジを有する構成としてもよい。この場合、濃度の異なる複数の液体燃料を混合し、所定の濃度に調製した後、燃料極に供給するリザーバタンク１３８６は、燃料カートリッジ中の複数のタンクのうち一つとすることもできるし、燃料電池本体１００に設けることもできる。
【０１２５】
これらの構成においても、燃料カートリッジを構成する複数のタンクのうちの一つまたは複数にセンサ群４１６を設けることにより、液量演算部４１７で当該タンク中の液量を算出することができる。このため、タンクが空になった際には速やかに交換することができる。さらに、複数のタンクを分離可能な構成としてもよい。こうすれば、それぞれのタンクを異なるタイミングで交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'断面図である。
【図３】本実施形態に係る燃料電池の液面センサの配置を示す図である。
【図４】本実施形態に係る燃料電池に用いられる液面センサの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る燃料電池に用いられる液面センサを説明する図である。
【図６】本実施形態に係る燃料電池の液面センサの配置を示す図である。
【図７】本実施形態に係る燃料電池の液面センサの配置を示す図である。
【図８】本実施形態に係る燃料電池の液面センサの配置を示す図である。
【図９】本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す平面図である。
【図１０】本実施形態に係る燃料電池の燃料カートリッジと燃料電池本体との接続部の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】本実施形態に係る燃料電池の燃料カートリッジと燃料電池本体との接続部の構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である
【図１４】本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である
【図１５】図１４の濃度計の構成を詳細に示す図である。
【図１６】図１４の濃度測定部の構成を詳細に示す図である。
【図１７】本実施形態に係る燃料電池の燃料容器の構成を模式的に示す図である。
【図１８】本実施形態に係る燃料電池の燃料容器の構成を模式的に示す図である。
【図１９】本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【図２０】本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【図２１】本実施形態に係る携帯用電気機器の構成を模式的に示す図である。
【図２２】本実施形態に係る燃料電池の燃料容器内の液体の残量の算出方法を説明する図である。
【図２３】本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【図２４】本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１００  燃料電池本体
１０１  単セル構造
１０２  燃料極
１０８  酸化剤極
１１４  固体電解質膜
１２４  燃料
２１０  携帯型パーソナルコンピュータ
４００  燃料電池
４０１  燃料カートリッジ
４０２  レベルセンサ
４０２ａ  レベルセンサ
４０２ｂ  レベルセンサ
４０２ｃ  レベルセンサ
４０３  傾斜センサ
４０７  ホールセンサ
４０７ａ  ホールセンサ
４０７ｂ  ホールセンサ
４０８  フロートガイド
４０９  マグネットフロート
４１０  燃料電池
４１１  接続部
４１２  液量測定部
４１６  センサ群
４１７  液量演算部
４１８  表示部
４１９  濃度センサ
４２０  濃度演算部
４２１  演算処理部
４２２  使用可能時間演算部
４２３  調節部
４２４  燃料容器
４２６  燃料成分残量演算部
４２７ａ  液面
４２７ｂ  液面
４２７ｃ  液面
４２７ｄ  液面
４２８  記憶部
４２９  検出部
４３０  制御部
６６５  高分子膜
６６６  電極端子
６６７  電極端子
６６８  センサ
６８２  抵抗測定部
６８４  濃度算出部
６８５  参照データ記憶部
７１０ａ  配線
７１０ｂ  配線
７２５  高濃度燃料
８１１  燃料容器
８５３  仕切板
１１０３  燃料カートリッジ
１１０５  高濃度燃料タンク
１１０９  燃料電池本体
１１１１  燃料流出管
１１１３  燃料回収管
１１１５  高濃度燃料流入管
１１１７  ポンプ
１１１９  濃度計
１１２３  コネクタ
１２０５  嵌合部
１２２５  接続部
１３６１  燃料カートリッジ
１３７５  シール部材
１３７９  中空針
１３８６  リザーバタンク
【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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