(57)【要約】【課題】  燃料容器内に封入されている発電用燃料の残量の程度を、安定して、且つ、比較的簡単な構成で検出することを可能とすること。【解決手段】  発電用燃料が封入される燃料タンク１１内には、発電用燃料の残量に応じて発電用燃料との接触面積が変化するよう、所定間隔をおいて対向配置された２つの電極から成る電極対１２が設けられている。残量検出部２５は、電極対１２を構成する２つの電極に所定の入力電圧Ｖｉｎを印加し、この電圧印加により２つの電極間の充電電圧Ｖｏｕｔが所定の基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでの充電時間Ｔを基に、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈ、即ち残量を検出する。【選択図】図１
2007042332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給する発電用燃料が封入される燃料容器と、
前記燃料容器の内周面に沿って設けられ、前記発電用燃料の残量の変化に応じて該発電用燃料との接触面積が変化するよう所定間隔をおいて対向配置された２つの検出電極と、
前記検出電極間に抵抗を介して所定電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段の電圧印加による前記検出電極間の充電電圧の変化に基づいて、前記燃料容器内の前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段と、
を備える残量検出装置。
【請求項２】
前記残量検出手段は、前記充電電圧が所定の基準電圧に達するまでの充電時間を基に、前記燃料容器内の発電用燃料の残量を検出することを特徴とする請求項１に記載の残量検出装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段により前記検出電極間に印加される電圧はパルス電圧であることを特徴とする請求項１に記載の残量検出装置。
【請求項４】
前記発電用燃料は、炭化水素系燃料であることを特徴とする請求項１に記載の残量検出装置。
【請求項５】
前記検出電極の一端が前記燃料容器の外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の残量検出装置。
【請求項６】
発電用燃料が封入される燃料容器と、前記燃料容器に封入されている前記発電用燃料を用いて発電する発電手段と、を備える電源システムを備え、該電源システムにより発電した電力によって駆動する電子機器であって、
前記燃料容器の内周面に沿って設けられ、前記発電用燃料の残量の変化に応じて該発電用燃料との接触面積が変化するよう所定間隔をおいて対向配置された二つの検出電極と、
前記検出電極間に抵抗を介して所定電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段の電圧印加による前記検出電極間の充電電圧の変化に基づいて、前記燃料容器内の前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
前記残量検出手段は、前記充電電圧が所定の基準電圧に達するまでの充電時間を基に、前記燃料容器内の発電用燃料の残量を検出することを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】
前記電圧印加手段により前記検出電極間に印加される電圧はパルス電圧であることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項９】
前記発電用燃料は、炭化水素系燃料であることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料容器内に封入されている発電用燃料の残量を検出する残量検出装置及びこれを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、民生用や産業用のあらゆる分野において、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン乾電池等の二次電池といった様々な化学電池が使用されている。
【０００３】
また近年では、従来の化学電池に代わり、環境への影響（負担）が小さく、且つ、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等の電源システムの実用化のための研究、開発が盛んに行われている。
【０００４】
燃料電池を有する電源システムでは、予め発電用燃料が充填、封入された燃料容器から供給される発電用燃料を用いて電力発生（発電）を行うが、使用中の燃料容器内の発電用燃料が少なくなった場合、速やかに新たな燃料容器に交換するため、使用中の燃料容器中の発電用燃料の残量を常に把握しておく必要がある。
【０００５】
ところで、容器内に液体が残っているか否かを検出する方法として、液体が光源と受光器との間に介在し、透過光量の変化によって液体の有無を検出する光センサ方式や、液体が電極間に介在し、電極間の抵抗値の変化によって液体の有無を検出する抵抗検出方式、液体が電極間に介在し、電極間の静電容量の変化によって液体の有無を検出する静電容量方式といった方法が知られている。
【０００６】
静電容量方式を用いた液体有無検出方法として、例えば特許文献１には、インクジェットプリンタにおけるインクの有無を検出する方法が開示されている。かかるインクジェットプリンタでは、内部にインクを収納するインク収納容器の底面が傾斜し、インク収納容器の下方に傾斜底面と並行に電極が配置されている。そして、インク収納容器内のインクが減少し、インク液面がインク収納容器の底面の傾斜領域に達すると、電極とインクとの対向面積が小さくなってキャパシタンスが小さくなる。この電極とインクとの対向面積に応じて変化するキャパシタンス（静電容量）を検出することにより、インクの有無を検出している。
【特許文献１】特開２００１−６３０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した光センサ方式では、発光部及び受光量検出装置を有し、外部からの光の影響を受けるために構造が複雑となる問題があった。また、抵抗検出方式では、発電用燃料の抵抗値が高いため、ノイズを受け易いという問題があった。また、静電容量方式の応用として、交流電圧を印加して交流電流の半波電流を測定する方式や、マルチバイブレータを形成してパルスを周期的に発生させ、一定時間内のパルス数をカウントする方式、パルス電圧を印加して充放電電流の到達値を測定する方式等があるが、何れも、アナログ回路（Ａ／Ｄ変換器）や発振回路、検波回路等の複雑な回路構成を要し、消費電力も大きくなるという問題があった。また、特許文献１の技術を含む液体有無検出方法は、そもそも液体の有無を判定するものであり、液体の残量が具体的にどの程度であるのかを検出することは難しかった。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、燃料容器内に封入されている発電用燃料の残量の程度を、安定して、且つ、比較的簡単な構成で検出することを可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池に供給する発電用燃料が封入される燃料容器と、前記燃料容器の内周面に沿って設けられ、前記発電用燃料の残量の変化に応じて該発電用燃料との接触面積が変化するよう所定間隔をおいて対向配置された二つの検出電極と、前記検出電極間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段の電圧印加による前記検出電極間の充電電圧の変化に基づいて、前記燃料容器内の前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段と、を備える残量検出装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の残量検出装置において、前記残量検出手段は、前記充電電圧が所定の基準電圧に達するまでの充電時間を基に、前記燃料容器内の発電用燃料の残量を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の残量検出装置において、前記電圧印加手段により前記検出電極間に印加される電圧はパルス電圧であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の残量検出装置において、前記発電用燃料は、炭化水素系燃料であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の残量検出装置において、前記検出電極の一端が前記燃料容器の外部に露出していることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、発電用燃料が封入される燃料容器と、前記燃料容器に封入されている前記発電用燃料を用いて発電する発電手段と、を備える電源システムを備え、該電源システムにより発電した電力によって駆動する電子機器であって、前記燃料容器の内周面に沿って設けられ、前記発電用燃料の残量の変化に応じて該発電用燃料との接触面積が変化するよう所定間隔をおいて対向配置された二つの検出電極と、前記検出電極間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段の電圧印加による前記検出電極間の充電電圧の変化に基づいて、前記燃料容器内の前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段と、を備えることを特徴とする電子機器である。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子機器において、前記残量検出手段は、前記充電電圧が所定の基準電圧に達するまでの充電時間を基に、前記燃料容器内の発電用燃料の残量を検出することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の電子機器において、前記電圧印加手段により前記検出電極間に印加される電圧はパルス電圧であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の電子機器において、前記発電用燃料は、炭化水素系燃料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料容器内に配置された２つの検出電極に抵抗を介して所定電圧が印加され、検出電極間の充電電圧の変化に基づいて、燃料容器内の発電用燃料の残量が検出される。ここで、各検出電極それぞれの発電用燃料との接触面積は燃料容器内の発電用燃料の残量に応じて変化し、発電用燃料の残量に応じて各検出電極間の静電容量が変化することに基づいて、充電電圧の変化から容器内の発電用燃料の残量の程度を簡単に検出することができて、小型化を図ることができ、また、外部からの光等の影響を受けず、ノイズの影響も受け難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態を説明する。
【００２０】
［電源システム］
図１は、本実施形態における電源システム１の要部構成を示すブロック図である。同図によれば、電源システム１は、大別して、発電用燃料（液体燃料）が封入された燃料容器である燃料カートリッジ１０と、燃料カートリッジ１０が着脱自在に結合され、結合された燃料カートリッジ１０から供給される発電用燃料に基づいて所定の電力（電気エネルギー）を発生（発電）する発電モジュール２０とを備えて構成される。
【００２１】
この電源システム１は例えば各種の電子機器に内蔵され、当該電子機器等に駆動電力を供給するものであり、その構成要素のうち、燃料カートリッジ１０はこの機器に設けられている収納部に対して任意に着脱可能に構成される。
【００２２】
また電源システム１は、例えば、その組成に水素を含有する炭化水素系燃料を発電用燃料として、これを改質反応により改質して水素ガスを発生させ、この水素ガスを用いて発電する燃料改質型である。この場合、発電用燃料としては、メタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、常温、常圧下で気体であるジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料を適用することができる。
【００２３】
［発電モジュール］
図１において、発電モジュール２０は、結合された燃料カートリッジ１０から供給される発電用燃料を用いて、電気化学反応や燃料反応等により電気エネルギーを発生（発電）するものであり、例えばエタノール（ＣＨ３ＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）との混合液を発電用燃料として水素ガス（Ｈ２）を発生する場合にあっては、蒸発器２１と、改質器２２と、ＣＯ除去器２３と、燃料電池２４と、残量検出部２５とを備えて構成される。
【００２４】
蒸発器２１は、燃料カートリッジ１０から供給される発電用燃料に対して、ヒータ等で概ね沸点程度の温度条件の雰囲気を設定することにより、この発電用燃料であるメタノール及び水を気化させる。
【００２５】
改質器２２は、蒸発器２１により気化されたメタノール及び水を、ヒータ等で概ね３００℃の温度条件の雰囲気に設定することにより、次の化学反応式（２）に示すように、水素（Ｈ２）と副生成物の二酸化炭素（ＣＯ２）の混合ガスに変換する。この改質器２２は、例えばメタノールを改質するための細い流路からなるマイクロリアクタであり、式（２）に示す化学反応を能率よく進行させるための周知の触媒が流路の内表面に担持されている。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２    ・・（２）
【００２６】
ＣＯ除去器２３は、改質器２２で生成された水素と二酸化炭素を主成分とする混合ガスに含まれる微量の副生成物のうち、燃料電池２４の発電特性に悪影響を及ぼす一酸化炭素（ＣＯ）を、次式（３）に示す化学反応により、水素ガス（Ｈ２）と二酸化炭素ガス（ＣＯ２）とに変換して除去する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２    ・・（３）
【００２７】
更に、ＣＯ除去器２３は、式（３）に示す科学反応で除去し切れなかった一酸化炭素ガスを、次式（４）に示す科学反応により二酸化炭素ガスに変換する。これにより、混合ガス中の一酸化炭素ガスの濃度を、燃料電池２４の発電特性に悪影響が及ばない範囲まで低めることができる。
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２    ・・（４）
【００２８】
燃料電池２４は、改質器２２により生成され、ＣＯ除去器２３により一酸化炭素が除去された高濃度の水素ガスを用いて所定の電気エネルギーを発生する水素−酸素燃料電池であり、例えば白金や白金−ルテニウム合金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極（カソード）と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極（アノード）と、燃料極と空気極との間に介挿されたフィルム状の高分子電解質膜とを有して構成される。そして、この燃料電池２４では、燃料極にＣＯ除去器２３から水素ガスが供給され、空気極に大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給されることにより、電気化学反応が進行して発電が行われ、電気エネルギーが発生される。
【００２９】
具体的には、燃料極に水素ガスが供給されると、次式（５）に示すように、燃料極に付着されている触媒により、電子（ｅ−）が分離した水素イオン（プロトン：Ｈ＋）が発生し、高分子電解質膜を介して空気極に透過するとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出される。
３Ｈ２→６Ｈ＋＋６ｅ−    ・・（５）
【００３０】
一方、空気極に空気が供給されると、次の式（６）に示すように、空気極に付着されている触媒により、電子（ｅ−）と、高分子電解質膜を透過した水素イオンと、空気中の酸素ガスが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ    ・・（６）
【００３１】
このような一連の電気化学反応式は、概ね６０〜８０℃という比較的低温の環境下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水のみとなる。また発生される電気エネルギーは、燃料極に供給される水素ガスの量に依存する。即ち、燃料カートリッジ１０と蒸発器２１との間に介在される不図示のポンプによって燃料極に供給される水素ガスの量を制御することにより、発生される電気エネルギーを任意に調整することができる。
【００３２】
［燃料カートリッジ］
図２は、本実施形態における燃料カートリッジ１０の一例である。同図（ａ）は水平断面図を示し、同図（ｂ）は垂直断面図を示している。同図によれば、燃料カートリッジ１０は、その内部に発電用燃料が充填、封入された燃料タンク１１と、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量を検出するための電極対（検出電極）１２とを備えている。
【００３３】
燃料タンク１１は、例えば略円柱形状を成して形成され、その底部には、燃料タンク１１内の発電用燃料を発電モジュール２０に供給するための送出口１１ａが設けられている。送出口１１ａには、燃料カートリッジ１０が発電モジュール２０に結合された状態でのみ、燃料タンク１１に封入されている発電用燃料の供給が可能となるよう、制御弁が設けられている。これにより、燃料カートリッジ１０が発電モジュール２０から分離されている状態において、燃料タンク１１内の発電用燃料が燃料カートリッジ１０の外部に漏出することはない。
【００３４】
電極対１２は、略平板状に形成された２つの電極１２ａ，１２ｂの組からなる。各電極１２ａ，１２ｂは、互いに対向し、且つその長手方向が燃料タンク１１の上下方向に一致するよう、燃料タンク１１の内周面に沿って配置されている。また、各電極１２ａ，１２ｂは、その上端が燃料タンク１１の上面に到達し、下端が少なくとも燃料カートリッジ１０の底面に達するように配置されている。そして、例えば各電極１２ａ，１２ｂの下端が燃料カートリッジ１０の底面から露出するように構成されて、燃料カートリッジ１０が発電モジュール２０と結合されると、電極１２ａ，１２ｂそれぞれの下端が、電子機器における燃料カートリッジ１０の収納部内面に設けられた受電端子と接触することにより、電極１２ａ，１２ｂが残量検出部２５と電気的に接続されるように構成される。なお、各電極１２ａ，１２ｂの上端が燃料カートリッジ１０の上面から露出されて、燃料カートリッジ１０の収納部内面に設けられた受電端子と接触するようにしてもよい。
【００３５】
図３は、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量がそれぞれ異なる場合の、電極１２ａ，１２ｂと発電用燃料の関係を示す模式図である。同図左側は、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量が燃料タンク１１の容積の約８０％に相当する場合を示しており、電極１２ａ，１２ｂそれぞれが、燃料タンク１１の底面から長さＬ１の部分で発電用燃料と接触している。また、同図右側は、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量が燃料タンク１１の容積の約３０％に相当する場合を示しており、電極１２ａ，１２ｂそれぞれが、燃料タンク１１の底面から長さＬ２の部分で発電用燃料と接触している。
【００３６】
ここで、電極１２ａ，１２ｂは、上述のように、その長手方向が燃料タンク１１の長手方向に一致するように配置されているので、電極１２ａ，１２ｂが発電用燃料と接触する部分の面積（接触面積）は、燃料タンク１１内の発電用燃料が燃料タンク１１の容積に占める割合に応じたものとなる。即ち、電極１２ａ，１２ｂの間の静電容量（電極間容量）Ｃを考えた場合、この電極間容量Ｃは、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量に応じた値となる。
【００３７】
図４は燃料タンク１１内における各電極の配置をモデル化した図であり、図５は電極間容量Ｃの等価回路を示す。すなわち、燃料タンク１１内における各電極は、図４に示すように、電極１２ａ，１２ｂそれぞれの燃料タンク１１の底面から上面までの長さをＬ０、幅をｗとし、この電極１２ａ，１２ｂが間隔ｄをおいて対向配置されているとする。また、燃料タンク１１内における発電用燃料の液面の高さがｈであるとする。そして、電極１２ａ，１２ｂの間の電極間容量Ｃは、図５の等価回路に示すように、発電用燃料に接触している下部分の容量Ｃ１と、空気に接している上部分の容量Ｃ２との合成容量となり、次式で与えられる。
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２
＝（ε０×ε１×ｗ×ｈ＋ε０×ε２×ｗ×（Ｌ０−ｈ））／ｄ    ・・（１）
上式（１）において、ε０は真空の誘電率、ε１は発電用燃料の比誘電率、ε２は空気の比誘電率である。
【００３８】
図６は、上式（１）より算出される電極間容量Ｃの具体的な値の一例を示す表である。但し、同図では、発電用燃料の液面の高さｈを、０．１０，０．０９，・・・，０．０１，０．００［ｍ］と、０．０１［ｍ］刻みで変化させた場合の、容量Ｃ１，Ｃ２及び電極間容量Ｃのそれぞれの計算値を示している。但し、電極１２ａ，１２ｂの長さＬ０を「０．１［ｍ］」、幅ｗを「０．００３［ｍ］」、電極１２ａ，１２ｂの間隔ｄを「０．００１［ｍ］」としている。また、真空の誘電率ε０を「８．８５４×１０−１２［Ｆ／ｍ］」、発電用燃料をエタノールとしてこの比誘電率ε１を「２４．３」、空気の比誘電率ε２を「１．０００５９」としている。
【００３９】
図７は、図６のグラフであり、横軸を発電用燃料の液面の高さｈとして、縦軸に容量Ｃ１，Ｃ２及び電極間容量Ｃの各値をプロットしている。同図によれば、発電用燃料の液面の高さｈに対する容量Ｃ１，Ｃ２の変化を見ると、容量Ｃ１は大きく変化し、容量Ｃ２は殆ど変化しない。これは、空気と発電用燃料との誘電率の差に基づくものであり、発電用燃料であるエタノールの誘電率が、空気のそれの約２４倍と大きいからである。つまり、電極間容量Ｃは、主に容量Ｃ２、即ち燃料タンク１１内の発電用燃料の残量にほぼ依存して変化する。
【００４０】
残量検出部２５は、上述のように燃料タンク１１内の発電用燃料の残量に応じて電極対１２の電極間容量Ｃが異なることを利用して、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量を検出するものである。図８は、残量検出部２５の回路構成を示す図である。同図によれば、残量検出部２５は、抵抗２６と、コンパレータ２７と、残量算出部２８とを備えて構成される。
【００４１】
抵抗２６は、一端に入力電圧Ｖｉｎが印加され、他端がコンパレータ２７の負入力端子（−）に接続されている。また、この抵抗２６とコンパレータ２７の負入力端子（−）との接続点に、燃料カートリッジ１０の電極間容量Ｃが接続されている。詳細には、電極対１２を構成する電極１２ａ，１２ｂのうち、一方の電極が接続され、他方の電極は接地されている。
【００４２】
コンパレータ２７の負入力端子（−）は、抵抗２６と電極間容量Ｃとの接続点に接続され、電極間容量Ｃの充電電圧Ｖｏｕｔが入力される。正入力端子（＋）には、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。そして、コンパレータ２７は、入力される充電電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号を出力する。具体的には、例えば充電電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合には、出力信号をハイレベルとし、充電電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆ以上である場合には、出力信号をロウレベルとする。
【００４３】
残量算出部２８は、コンパレータ２７の出力信号に基づいて、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量を算出する。具体的には、入力電圧Ｖｉｎとして所定レベルのパルス波形が印加されると、この入力電圧Ｖｉｎのレベルに応じた電流が抵抗２６を介して電極間容量Ｃに流れて電極間容量Ｃが充電され、充電電圧Ｖｏｕｔが上昇する。この充電電圧Ｖｏｕｔの上昇速度は、抵抗２６の抵抗値と電極間容量Ｃの容量値の積による時定数の大きさによって変化する。
【００４４】
図９は、電極間容量Ｃの違いによる充電電圧Ｖｏｕｔの変化の一例を示す表である。同図では、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈ、及び、電極間容量Ｃを、図６に示した値とし、充電時間を入力電圧Ｖｉｎの入力直後の０．００［ｍｓ］から１．００［ｍｓ］までの０．０５［ｍｓ］毎の充電電圧Ｖｏｕｔの値を示している。但し、入力電圧Ｖｉｎを「３［Ｖ］」、抵抗Ｒを「１０［ＭΩ］」としている。
【００４５】
図１０は、図９のグラフであり、横軸を充電時間とし、縦軸に発電用燃料の液面の高さｈ毎の充電電圧Ｖｏｕｔの各値をプロットしている。同図に示すように、発電用燃料の液面の高さｈにより、充電時間に対する充電電圧Ｖｏｕｔの変化が異なる。具体的には、例えば高さｈが大きい、即ち電極間容量Ｃが大きい程、時定数が大きくなり、充電電圧Ｖｏｕｔがある所定電圧に達するまでの時間が長くなる。
【００４６】
このように、充電時間に対する電極間容量Ｃの充電電圧Ｖｏｕｔの変化、即ち充電電圧Ｖｏｕｔが所定電圧に達する充電時間は、該電極間容量Ｃの値によって決まる。また電極間容量Ｃは、燃料タンク１１や電極１２ａ，１２ｂのサイズ、発電用燃料の種類等によって決まる。このため、該電源システム１の構成条件（燃料タンク１１や電極１２ａ，１２ｂのサイズ、電極１２ａ，１２ｂの配置位置、発電用燃料の種類等）を基に、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈと、充電電圧Ｖｏｕｔが所定の基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでの充電時間を対応付けたテーブルを予め用意しておくことで、充電時間に対する電極間容量Ｃの充電電圧Ｖｏｕｔの変化から、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈ、即ち残量を算出することができる。
【００４７】
残量算出部２８は、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈの違いによる電極間容量Ｃの充電電圧Ｖｏｕｔの変化の違いを利用して、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量を算出する。即ち、コンパレータ２７の出力信号がハイレベルからロウレベルに変化した時点を充電電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに達した時点と判断し、入力電圧Ｖｉｎの印加時点から、この充電電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに達したと判断した時点までの時間を算出する。そして、この算出した時間から、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈ、即ち燃料タンク１１内の発電用燃料の残量を算出する。
【００４８】
図１１は、残量検出部２５の具体的な動作例を説明する図である。同図中、上部は入力電圧Ｖｉｎ及び充電電圧Ｖｏｕｔの波形を示し、下部はコンパレータ２７の出力信号の波形を示している。但し、入力電圧Ｖｉｎを３［Ｖ］、基準電圧Ｖｒｅｆを２．５［Ｖ］とした場合である。
【００４９】
先ず、初期状態として、入力電圧Ｖｉｎ及び充電電圧Ｖｏｕｔがともにゼロであるとする。従って、コンパレータ２７の出力信号はハイレベルである。時刻ｔ１において、入力電圧Ｖｉｎとして３［Ｖ］のパルス電圧を印加すると、抵抗２６を介して電流が電極間容量Ｃに流れ込み、充電電圧Ｖｏｕｔが徐々に上昇する。この間、コンパレータ２７の出力信号はハイレベルのままである。
【００５０】
そして、時刻ｔ２において、充電電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆである２．５［Ｖ］に達すると、コンパレータ２７の出力信号がハイレベルからロウレベルに変化する。すると、残量算出部２８は、入力電圧Ｖｉｎが入力された時刻ｔ１から、コンパレータ２７の出力信号がロウレベルに変化した時刻ｔ２までの充電時間Ｔを算出し、この充電時間Ｔに対応する高さｈを判断する。即ち、この充電時間Ｔが、例えば０．６［ｍｓ］であった場合、図９によれば、充電時間が０．６［ｍｓ］の時点で充電電圧Ｖｏｕｔが２．５［Ｖ］となる電極間容量Ｃは３３．６［ｐＦ］であり、そのときの燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈは０．０５［ｍ］である。つまり、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量は、この燃料タンク１１の容積の５０％（＝０．０５／０．１０）である。
【００５１】
ここで、入力電圧Ｖｉｎとしてのパルス電圧を、例えば所定間隔で定期的に印加することにより、発電用燃料の残量を定期的に検出することができる。また、このパルス電圧の印加を、この電源システム１が内蔵された機器の使用者の操作により行うようにして、必要なときに発電用燃料の残量を検出して確認するようにしてもよい。
【００５２】
［作用・効果］
以上、本実施形態の電源システム１によれば、発電用燃料が封入される燃料タンク１１内に、発電用燃料の残量に応じて発電用燃料との接触面積が変化するよう、２つの電極１２ａ，１２ｂが所定間隔をおいて対向配置されている。そして、残量検出部２５により、この電極１２ａ，１２ｂに入力電圧Ｖｉｎとしてパルス電圧が印加され、電極間容量Ｃの充電電圧Ｖｏｕｔが所定電圧Ｖｒｅｆに達するまでの充電時間Ｔを基に、燃料タンク１１内の発電用燃料の液面の高さｈ、即ち残量が検出される。ここで、電極間容量Ｃは、電極１２ａ，１２ｂの発電用燃料との接触面積、即ち発電用燃料の残量に応じて異なるが、この電極間容量Ｃの違いにより、入力電圧Ｖｉｎの印加による充電電圧Ｖｏｕｔの変化が異なる。このため、充電電圧Ｖｏｕｔが所定の基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでの充電時間Ｔから、燃料タンク１１内の発電用燃料の残量を検出することができる。この場合、燃料タンク１１内に２つの電極１２ａ，１２ｂを対向配置し、残量検出部２５において、主に抵抗２６とコンパレータ２７とを備える比較的簡単な構成によるため、小型化を図ることができ、また、消費電力を低減することができる。更に、電極間容量Ｃの変化による時定数の変化に基づいて発電用燃料の残量を検出するものであるため、外部からの光等の影響を何ら受けるものではなく、また、充電電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較するものであって、微少電流を検出するようなものではないため、外部からのノイズの影響も受け難いようにすることができる。
【００５３】
［変形例］
尚、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。例えば、上述した実施形態では発電モジュール２０を燃料改質型としたが、これに限らず、発電用燃料として液体燃料又は液化燃料を用いるものであれば他の方式であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施形態における電源システムの構成図。
【図２】燃料カートリッジの一例。
【図３】燃料の残量が異なる場合の各電極と発電用燃料との関係模式図。
【図４】燃料タンク内における各電極の配置例。
【図５】電極間容量Ｃの等価回路。
【図６】電極間容量Ｃの具体例。
【図７】図６のグラフ。
【図８】残量検出部の構成図。
【図９】電極間容量Ｃ毎の充電時間に対する充電電圧Ｖｏｕｔの具体例。
【図１０】図９のグラフ。
【図１１】発電用燃料の残量検出の動作例。
【符号の説明】
【００５５】
１    電源システム
１０  燃料カートリッジ
１１  燃料タンク
１２  電極対
１２ａ，１２ｂ  電極
２０  発電モジュール
２１  蒸発器
２２  改質器
２３  ＣＯ除去器
２４  燃料電池
２５  残量検出部
２６  抵抗
２７  コンパレータ
２８  残量算出部
【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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