(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の液体燃料を保持する第一の室と、第二の液体燃料を保持する第二の室と、前記第一の室と前記第二の室とを区画する隔壁と、燃料電池本体に固定される取り付け部と、を有し、
前記第二の室は、前記第二の液体燃料を前記燃料電池本体に導出するための燃料導出口と、前記第一の室に設けられた燃料導出口から導出された前記第一の液体燃料が導入される燃料導入口と、を有しており、
前記第一の室を含む第一の容器と、前記第二の室を含み、前記第一の容器に対して着脱可能に構成された第二の容器とを有する、
燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項２】
前記第一の容器と前記第二の容器とが互いに嵌合する嵌合部を有する、請求項１に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記第二の室は、前記第一の液体燃料と前記第二の液体燃料とを混合する燃料混合槽である、請求項１または２に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記第一の液体燃料と前記第二の液体燃料の色が異なる、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記燃料導出口を被覆する被覆部材を有し、前記被覆部材は除去可能なシート状である、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
前記燃料導出口を被覆する被覆部材を有し、前記被覆部材はセルフシール性を有する弾性部材である、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
外部から前記第一の液体燃料の液面または前記第二の液体燃料の液面を検出するための検出窓が、前記第一の室または前記第二の室に設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項８】
前記検出窓は、前記燃料電池本体から出射された光が透過するように構成されている、請求項７に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項９】
前記第一の室または前記第二の室に、前記第一の液体燃料の液面の位置または前記第二の液体燃料の液面の位置を指示する液面指示部材が設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１０】
前記液面指示部材は、前記第一の液体燃料または前記第二の液体燃料に浮くフロートを有している、請求項９に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１１】
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、請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジとを有する燃料電池。
【請求項１２】
前記燃料電池本体に、前記第一の液体燃料および前記第二の液体燃料を混合する燃料混合槽が設けられている、請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記燃料電池本体に、前記第一の液体燃料の液面の位置または前記第二の液体燃料の液面の位置を測定する測定部が設けられている、請求項１１または１２に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用燃料カートリッジおよびそれを有する燃料電池に関する。
【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子機器で扱う情報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増加してきた。特に、携帯型の電子機器では、処理能力の増大に伴う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子機器では、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、携帯型の電子機器の連続使用期間を延ばすためには、ＣＰＵ（central  processing  unit）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約があった。【０００３】
このような状況の中で、リチウムイオン電池に代えて、エネルギー密度が大きく熱交換率の高い燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携帯型の電子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】
燃料電池は、燃料極および酸化剤極（以下、これらを「触媒電極」とも呼ぶ。）と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、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の燃料電池や、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。【０００５】
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。
３Ｈ２ → ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ−    （１）
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ６Ｈ＋  ＋  ＣＯ２  ＋  ６ｅ−    （２）
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。
３／２Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ    （３）
特に、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、携帯型の電子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。【０００６】
このような液体燃料供給型の燃料電池では、長期間の使用に供するという観点では、燃料極に供給する液体中の燃料成分濃度を高くすることが好ましい。【０００７】
ところが、水に対して親和性の高いメタノールなどの有機液体燃料を用いる場合、燃料成分の濃度が高いほど、燃料成分が、水分を含んだ固体電解質膜に拡散して酸化剤極まで到達するクロスオーバーが生じやすかった。クロスオーバーは、本来燃料極において電子を提供すべき有機液体燃料が酸化剤極側で酸化されてしまい、燃料として有効に使用されないことから、電圧や出力の低下、燃料効率の低下を引き起こす。このため、燃料極に供給する液体中の燃料成分濃度を高くすることは困難であった。【０００８】
そこで、高濃度のメタノールが収容される燃料タンクと、燃料タンク中のメタノールを水で希釈する混合タンクとを有する燃料電池が提案されている（特開２００３−２２３２４３号公報）。この発明では、ノート型パーソナルコンピュータに採用される燃料電池において、混合タンクに上記式（３）の反応で生成する水を導入することにより、高濃度のメタノールを希釈して、燃料電池に供給する構成が採用されている。【０００９】
ところが、この構成では、所定の燃料成分濃度の液体燃料を燃料電池に安定的に供給する上で改善の余地があった。また、酸化剤極で生成する水を混合タンクに導入するための機構が必要であったため、装置構成が複雑であった。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて、燃料電池に所定の濃度の液体燃料を安定的に供給する技術を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明によれば、第一の液体燃料を保持する第一の室と、第二の液体燃料を保持する第二の室と、第一の室と第二の室とを区画する隔壁と、燃料電池本体に固定される取り付け部とを有し、第二の室は、第二の液体燃料を燃料電池本体に導出するための燃料導出口と、第一の室に設けられた燃料導出口から導出された第一の液体燃料が導入される燃料導入口と、を有しており、第一の室を含む第一の容器と、第二の室を含み、第一の容器に対して着脱可能に構成された第二の容器とを有することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジが提供される。
【００１２】
この燃料電池用燃料カートリッジは、取り付け部を有するため、燃料電池本体に着脱可能に取り付けられる。このため、第一の室または第二の室中の液体を使い切った時点で容易に新しいカートリッジと交換することができる。また、第二の室に燃料導出口が設けられているため、第二の室中の液体を燃料電池本体に安定的に供給することができる。また、この燃料電池用燃料カートリッジは第一の室と第二の室とを有し、これらの室は隔壁によって区画されているため、これらの室に異なる濃度の燃料を収容することができる。また、濃度の異なる二種類の燃料を用いることができ、これらの燃料の濃度が既知であると、燃料電池本体に供給する燃料の濃度を安定的に制御することができる。その結果、所望の濃度の液体燃料を燃料電池本体に安定的に供給することができる。
【００１３】
この燃料電池用燃料カートリッジにおいて、燃料導出口が第一の室にもさらに設けられている。こうすることにより、第一の液体燃料および第二の液体燃料を燃料電池本体に確実に供給することができる。このため、燃料電池本体に、所定の濃度の燃料を安定的に供給することができる。
【００１４】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジでは、第一の液体燃料および第二の液体燃料という二種類の濃度の燃料を収容している。このため、燃料電池本体に供給される液体燃料の濃度は、第一の液体燃料または第二の液体燃料の濃度となる。ところが、燃料電池本体を使用する際には、出力特性が変動することがある。そこで、燃料電池本体に供給する液体燃料の濃度を所望の値に調節することができれば、燃料電池をより一層安定的に動作させることができるため、好ましい。
【００１５】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第二の室は、第一の室に設けられた燃料導出口から導出された第一の燃料が導入される燃料導入口をさらに有している。こうすることにより、第一の液体燃料を第二の室に導入することができる。このため、第二の室中の第二の液体燃料に第一の液体燃料を添加し、所望の濃度に調節することができる。よって、所望の濃度の燃料を燃料電池本体に安定的に供給することができる。
【００１６】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第二の室は、第一の液体燃料と第二の液体燃料とを混合する燃料混合槽であってもよい。こうすることにより、燃料混合槽において第一の液体燃料と第二の燃料を混合した後、燃料電池本体に供給することができる。このため、燃料電池本体に所望の濃度の燃料をさらに安定的に供給することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第一の液体燃料と第二の液体燃料の色が異なってもよい。このような構成とすれば、色の差異を把握することで第一の液体燃料または第二の液体燃料の濃度や残量を容易に把握することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、第一の液体燃料および第二の液体燃料という二種類の濃度の燃料を収容することができ、このような燃料電池用カートリッジを用いる場合、第一の液体と第二の液体の消費速度が異なることがある。このため、いずれか一方が残存した状態でカートリッジの交換の必要が生じることを解決することがさらに好ましい。そこで、この課題を解決し、所望の濃度の液体燃料を燃料電池本体にさらに安定的に供給することを可能にするために、本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第一の室を含む第一の容器と、第二の室を含み、第一の容器に対して着脱可能に構成された第二の容器とを設けている。こうすることにより、それぞれの容器の内容物の消費に応じてこれらを異なるタイミングで交換することができる。このため、燃料の使用効率を向上させることができる。また、燃料電池本体に、酸化剤極で生成した水の回収機構を設ける必要がない。また、回収した水を凝縮するための凝縮器が不要となる。このため、燃料電池本体の構成を簡素化することができる。このため、携帯機器に適用される燃料電池にも好適に利用することができる。
【００１９】
この燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第一の容器と第二の容器とを嵌合する嵌合部を有してもよい。こうすることにより、第一の容器と第二の容器を簡便な構成で確実に着脱可能とすることができる。
【００２０】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、燃料導出口を被覆する被覆部材を有し、被覆部材は除去可能なシート状に形成されていてもよい。これにより、使用前の液体燃料の漏出を抑制することができる。また、使用する際にはシートを除去することにより、燃料電池本体に液体燃料を供給することができる。
【００２１】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、燃料導出口を被覆する被覆部材を有し、被覆部材はセルフシール性を有する弾性部材であってもよい。なお、本明細書において、セルフシール性とは、針等の尖った貫通部材で突き刺された際に、その貫通部分において貫通部材とその周辺とが密閉される性質をいう。セルフシール性を有する部材の代表的なものは、ゴム等からなる弾性部材であり、シリコーンゴム等からなるセプタムや、エチレンプロピレンゴム等からなるリシール等が例示される。弾性部材は、針等の尖った物体で突き刺された際に塑性変形を起こし、尖った物体とその周辺とが好適に密閉される。セルフシール性を有する弾性部材で被覆部材を構成することにより、使用時においても貫通部材と被覆部材とが貫通部分において密着し、液体燃料の漏出を抑制できる。このため、燃料電池を安全に動作させることができる。貫通部分が予定されている場合には、少なくとも貫通部分とその周辺が弾性部材で構成され、セルフシールが機能すればよい。貫通部分に予めスリットを設け、スリットの側壁にシリコンオイル等の潤滑剤を塗布してもよい。
【００２２】
また、本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第一の液体燃料または第二の液体燃料の残存状況を把握することができれば、これらを使い切った段階で速やかに新しいものと交換することができるため、好ましい。そこで、本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、外部から第一の液体燃料の液面または第二の液体燃料の液面を検出するための検出窓が、第一の室または第二の室に設けられた構成とすることが好ましい。この構成によれば、第一の液体燃料の液面または第二の液体燃料の液面を、検出窓を介して外部から容易に検出することができる。このため、これらの液体燃料の残量を確実に把握することができる。よって、燃料電池本体に所定の濃度の液体燃料をさらに安定的に供給することができる。
【００２３】
この燃料電池用燃料カートリッジにおいて、検出窓は、燃料電池本体からの出射光が透過するように構成されてもよい。こうすることにより、外部から検出窓に光を照射して、第一の液体燃料の液面または第二の液体燃料の液面を検出することができる。このため、これらの残量を容易に把握することができる。
【００２４】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、第一の室または第二の室に、第一の液体燃料の液面の位置または第二の液体燃料の液面の位置を指示する液面指示部材が設けられてもよい。こうすることにより、液面支持部材の位置を検出することにより、第一の液体燃料の液面または第二の液体燃料の液面を検出することができる。このため、これらの残量を確実に把握することができる。
【００２５】
この燃料電池用燃料カートリッジにおいて、液面指示部材は、液面に浮くフロートを有する構成とすることができる。こうすることにより、液面指示部材が液面をより正確に指示する構成とすることができる。
【００２６】
本発明によれば、燃料極を有する燃料電池本体と、燃料極に供給される液体燃料が収容される、前記したいずれかの構成の燃料電池用燃料カートリッジとを有することを特徴とする燃料電池が提供される。この燃料電池は、カートリッジを交換することにより、燃料電池本体に液体燃料を確実に供給することができる。よって、燃料極に所定の濃度の燃料を安定的に供給することができる。
【００２７】
本発明の燃料電池において、燃料電池本体に、第一の液体燃料および第二の液体燃料を混合する燃料混合槽が設けられてもよい。こうすることにより、燃料電池用燃料カートリッジの構成を簡素化することができる。このため、燃料電池用燃料カートリッジの製造コストを低減することができる。
【００２８】
本発明の燃料電池において、燃料電池本体に、第一の液体燃料または第二の液体燃料の液面を測定する測定部が設けられてもよい。こうすることにより、第一の液体燃料または第二の液体燃料の残量を確実に把握することができる。また、燃料電池用燃料カートリッジの構成を簡素化することができる。
【００２９】
この燃料電池の測定部として、種々の構成を採用することができる。たとえば、検出窓を介して燃料電池用燃料カートリッジ内部に光を照射する光源と、光源からの出射光を受光する受光部とを含む構成とすることができる。また、フロートに磁石を設け、そのフロートを燃料電池用燃料カートリッジ内の第一の液体燃料中または第二の液体燃料中に浮かせた状態とし、磁石によって発生する磁場を検出する構成とすることができる。また、測定部が、検査用音波を発生する発音部と、検査用音波を集音する集音部とを有し、燃料電池用燃料カートリッジが、検査用音波を内部に導入する導入部と、検査用音波が外部に導出される導出部とを有し、発音部で発生した検査用音波と、導出部から導出される音波との状態により、第一の液体燃料の液面の位置または第二の液体燃料の液面の位置を検出する構成としてもよい。
【００３０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせもまた、本発明の態様として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の構造を模式的に示す図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ'線断面図である。
【図３Ａ】図１に示す燃料電池の高濃度燃料タンクの構成を示す断面図である。
【図３Ｂ】図１に示す燃料電池の混合タンクの構成を示す断面図である。
【図４Ａ】図１に示す燃料電池の高濃度燃料タンクの構成を示す図である。
【図４Ｂ】図１に示す燃料電池の混合タンクの構成を示す図である。
【図５】図１に示す燃料電池の燃料カートリッジの構成を示す図である。
【図６】図１に示す燃料電池の高濃度燃料タンクの液面表示窓から液面の位置を測定する方法を説明する図である。
【図７】本発明の燃料電池の単セル構造を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の構造を模式的に示す図である。
【図９】図８に示す燃料電池の燃料カートリッジの構成を示す断面図である。
【図１０Ａ】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の高濃度燃料タンクの構成を示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の高濃度燃料タンクの構成を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す燃料電池の燃料電池本体の構成を示す断面図である。
【図１２】図１０の高濃度燃料タンクを図１１の燃料電池本体に接続した状態を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の高濃度燃料タンクの構成を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の混合タンクの構成を示す図である。
【図１３Ｃ】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の混合タンクの構成を示す図である。
【図１４】図１３に示す燃料電池の高濃度燃料タンクおよび混合タンクの構成を示す図である。
【図１５Ａ】本発明の第４の実施形態の燃料電池の高濃度燃料タンクおよび混合タンクの変形例の構成を示す断面図である。
【図１５Ｂ】本発明の第４の実施形態の燃料電池の高濃度燃料タンクおよび混合タンクの変形例の構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の磁気センサの構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の高濃度燃料タンク中の高濃度燃料の液面を検出する方法を説明するための図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の燃料電池の構成を示す図である。
【図１９】図１８のＤ−Ｄ'線断面図である。
【図２０】本発明の燃料電池に設けられた燃料濃度の制御系およびその周辺構成を示す図である。
【図２１Ａ】図２０のセンサを詳細に示す図である。
【図２１Ｂ】図２０のセンサを詳細に示す図である。
【図２２】本発明の燃料電池の燃料電池本体のコネクタの構成を示す斜視図である。
【図２３】本実施形態に係る燃料電池の燃料カートリッジの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、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電池用燃料カートリッジ（以下「燃料カートリッジ」という）を有する燃料電池システム（以下「燃料電池」という）に関して説明する。本発明の燃料電池において、燃料カートリッジは、濃度の異なる複数の液体燃料を収容し、また互いに着脱可能な複数の燃料タンクを有する。【００３３】
さらに、本発明の燃料電池は、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、しかる後に燃料極に供給する燃料混合タンクを有する。混合タンクは、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、燃料電池本体に設けることもできる。燃料濃度の調整のために、それぞれの濃度の液体燃料を混合タンクに供給するポンプ等の送液部材と、送液の有無または送液量を制御する制御部が設けられている。【００３４】
本発明の燃料電池においては、燃料極に所望の濃度の液体燃料を安定的に供給することができる。このため、クロスオーバーを抑制し、高い出力を安定的に発揮させることができる。【００３５】
また、燃料カートリッジ中に保持される複数の液体燃料の残量を検知する残量検出計を有する。このため、各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。このとき、タンクが分離可能であるため、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。このため、燃料の使用効率を向上させることができる。【００３６】
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、同じ構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。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、ポータブル音楽プレーヤー等の小型電子機器に適切に用いられる。【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における燃料電池の構造を模式的に示した平面図である。図１の燃料電池１１０１は、燃料電池本体１１０９および燃料カートリッジ１１０３を含む。そして、燃料電池本体１１０９は、複数の単セル構造１０１、燃料容器８１１、仕切板８５３、燃料供給管１１１１、燃料回収管１１１３、高濃度燃料供給管１１１５、ポンプ１１１７、濃度計１１１９、液面計１１２１、およびコネクタ１１２３を含む。【００３８】
燃料カートリッジ１１０３は、燃料電池本体１１０９に着脱可能に構成されたカートリッジである。燃料カートリッジ１１０３は、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７が嵌合部１１２７により着脱可能に連結されて構成されている。高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７は、連結された状態で、燃料電池本体１１０９に着脱される。初期状態では、混合タンク１１０７には低濃度燃料が充填されており、高濃度燃料タンク１１０５には、混合タンク１１０７中の液体よりも高い燃料成分濃度を有する高濃度燃料７２５が充填されている。【００３９】
低濃度燃料および高濃度燃料７２５の濃度は適宜選択される。たとえば、有機燃料成分がメタノールである場合、低濃度燃料中にはたとえば５０体積％以下程度の濃度のメタノール水溶液または水を収容することができる。燃料１２４の濃度は燃料電池本体１１０９に供給するために適した濃度である。このとき、高濃度燃料タンク１１０５中には、燃料１２４以上の高濃度のメタノール水溶液またはメタノールを収容することができる。【００４０】
高濃度燃料タンク１１０５および混合タンク１１０７は、燃料成分に対する耐性を有する材料により構成されていることが好ましい。このような材料として、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル、シリコーン等の樹脂材料が例示される。【００４１】
燃料容器８１１には、混合タンク１１０７にて所定の燃料成分濃度に調製された燃料１２４が、燃料供給管１１１１を介して供給される。燃料１２４は、燃料容器８１１内に設けられた複数の仕切り板８５３に沿って流れ、複数の単セル構造１０１に順次供給される。複数の単セル構造１０１を循環した燃料は、燃料回収管１１１３を介して混合タンク１１０７に回収される。燃料回収管１１１３から回収される回収燃料１１５５の濃度は、濃度計１１１９にて測定される。【００４２】
なお、単セル構造１０１の詳細な構成については後述する。また、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および水を含む。燃料１２４に含まれる燃料成分としては、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、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。以下、燃料成分がメタノールである場合を例に説明する。また、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。【００４３】
高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５は、燃料電池本体１１０９中の高濃度燃料供給管１１１５を介して混合タンク１１０７に流入する。燃料供給管１１１１および高濃度燃料供給管１１１５にはポンプ１１１７が設けられ、混合タンク１１０７から燃料容器８１１への燃料１２４の流出量と、高濃度燃料タンク１１０５から混合タンク１１０７への高濃度燃料７２５の流入量が調節される。【００４４】
混合タンク１１０７では、当初充填された低濃度燃料、燃料回収管１１１３から回収された回収燃料１１５５、および高濃度燃料タンク１１０５から補充される高濃度燃料７２５が混合される。混合タンク１１０７中の液体の燃料成分濃度は、単セル構造１０１に供給するために好適な濃度に調整され、混合タンク１１０７の燃料濃度に応じて、高濃度燃料供給管１１１５を通過する燃料量が調節される。【００４５】
ポンプ１１１７としては、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を用いることができる。また、図１には図示していないが、後述するように、燃料電池１１０１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。【００４６】
図２は、図１の燃料カートリッジ１１０３のＡ−Ａ'線断面図である。図２に示すように、高濃度燃料タンク１１０５には、燃料カートリッジ１１０３を燃料電池本体１１０９のコネクタ１１２３に装着した際に高濃度燃料供給管１１１５に連通する位置に、燃料流入管接続孔１１１５ａが設けられている。また、混合タンク１１０７には、燃料カートリッジ１１０３を燃料電池本体１１０９に装着した際に燃料供給管１１１１、燃料回収管１１１３、および高濃度燃料供給管１１１５にそれぞれ連通する位置に、燃料流出管接続孔１１１１ａ、燃料回収管接続孔１１１３ｂ、および燃料流入管接続孔１１１５ｂがそれぞれ設けられている。また、高濃度燃料タンク１１０５および混合タンク１１０７は、燃料電池本体１１０９との対向面に、液面表示窓１１２５を有する。【００４７】
図２２は、燃料電池本体１１０９のコネクタ１１２３周辺を示す斜視図である。また、図２３は、燃料カートリッジ１１０３の構成を示す斜視図である。図２３の燃料カートリッジ１１０３は、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７とが連結した状態を示している。図２２および図２３に示したように、コネクタ１１２３は、燃料カートリッジ１１０３との接触面に、凸状に形成された支持部１１９３を有する。また、燃料カートリッジ１１０３の側面には、支持部１１９３に対応する形状の溝部１１９５が設けられている。燃料カートリッジ１１０３の溝部１１９５をコネクタ１１２３の支持部１１９３に嵌合させてスライドさせることにより、燃料カートリッジ１１０３を燃料電池本体１１０９に装着することができる。【００４８】
図３Ａおよび図４Ａは、使用前の高濃度燃料タンク１１０５を示す図である。また、図３Ｂおよび図４Ｂは、使用前の混合タンク１１０７を示す図である。図３Ａおよび図３Ｂは、図２と同方向から見た図である。図４Ａおよび図４Ｂは、図１と同方向から見た図である。【００４９】
図３Ａおよび図３Ｂに示したように、当初、燃料流入管接続孔１１１５ａは、シール１１２９により被覆され、燃料流出管接続孔１１１１ａ、燃料回収管接続孔１１１３ｂ、および燃料流入管接続孔１１１５ｂは、シール１１２９によって被覆されている。このため、高濃度燃料タンク１１０５および混合タンク１１０７の内容物の漏出が防止されている。これらのタンクを使用する際には、引剥部１１３１からシール１１２９を剥離し、それぞれのタンクから除去して、各接続孔を開口させた状態で使用する。【００５０】
シール１１２９は、高濃度燃料タンク１１０５または混合タンク１１０７を使用する際に剥離可能に形成されていればよい。たとえば各種プラスチック材料の薄膜の表面に酢酸ビニルなどのエマルジョン系粘着剤が塗布された構成とすることができる。また、エポキシ系やシリコーン系の接着剤を用いてもよい。【００５１】
また、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、高濃度燃料タンク１１０５は凹部１１３３を有し、これに嵌合可能な凸部１１３５が混合タンク１１０７に設けられている。図５は、凹部１１３３と凸部１１３５を嵌合させた状態を示す図である。図５は、図１と同方向から見た図である。図５に示した状態で、燃料カートリッジ１１０３を燃料電池本体１１０９に装着することができる。【００５２】
また、図３Ａおよび図３Ｂに示したように、高濃度燃料タンク１１０５および混合タンク１１０７には、燃料電池本体１１０９と対向する面に液面表示窓１１２５が設けられている。液面表示窓１１２５は、透明部材からなり、高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５または混合タンク１１０７中の液体の残量が外部から測定できるように構成されている。【００５３】
図６は、高濃度燃料タンク１１０５の液面表示窓１１２５から液面を測定する方法を説明する図である。ここでは、高濃度燃料タンク１１０５の場合を例に説明するが、混合タンク１１０７についても同様の構成を採用することができる。【００５４】
燃料電池本体１１０９の液面計１１２１は、光源１１３７および受光部１１３９を含む。光源１１３７は、液面表示窓１１２５に光を照射する。図６では、高濃度燃料７２５の残存領域に光が照射されている。照射光は、液面表示窓１１２５を透過可能な光とする。たとえば、可視光とすることができる。また、照射光はレーザー光であってもよい。また、受光部１１３９は、たとえば光源１１３７からの出射光のうち、高濃度燃料タンク１１０５からの反射光を検出する。光が高濃度燃料７２５の残存領域に照射された場合と、空隙に照射された場合とで、反射光の強度や出射角度が変化することを利用することにより、高濃度燃料７２５の液面を検出することができる。たとえば、液面の測定は、光源１１３７または受光部１１３９を図６の上下方向に走査して行ってもよい。【００５５】
次に、図１に示した単セル構造１０１の構成を、図７を参照して説明する。図７は、単セル構造１０１を模式的に示した断面図である。各単セル構造１０１は、燃料極１０２、酸化剤極１０８、および固体電解質膜１１４を含む。前述したように、単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料極側セパレータ１２０を介して燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤極側セパレータ１２２を介して酸化剤１２６が供給される。【００５６】
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。【００５７】
固体電解質膜１１４を構成する材料としては、スルホン基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基などの強酸基やカルボキシル基などの弱酸基などの極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。このような有機高分子としては、
スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子や、
ポリスチレンスルホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、架橋アルキルスルホン酸誘導体、フッ素樹脂骨格およびスルホン酸からなるフッ素含有高分子などの共重合体や、
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸のようなアクリルアミド類とｎ−ブチルメタクリレートのようなアクリレート類とを共重合させて得られる共重合体や、
スルホン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン社製：登録商標）、アシプレックス（旭化成社製：登録商標））や、
カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオンＳ膜（旭硝子社製））などが例示される。このうち、スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子が選択された場合、有機液体燃料の透過を抑制でき、クロスオーバーによる電池効率の低下を抑えることができる。【００５８】
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１０６および酸化剤極側触媒層１１２を、基体１０４および基体１１０上にそれぞれ形成した構成とすることができる。触媒としては、白金や、白金とルテニウムの合金等が例示される。燃料極１０２および酸化剤極１０８の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもよい。【００５９】
基体１０４および基体１１０の表面には撥水処理が施されていてもよい。前述したように、燃料１２４としてメタノールを用いた場合、燃料極１０２で二酸化炭素が発生する。燃料極１０２で発生した二酸化炭素の気泡が燃料極１０２付近に滞留すると、燃料極１０２への燃料１２４の供給が阻害され、発電効率の低下の原因となる。そこで、基体１０４の表面に、親水性コート材あるいは疎水性コート材による表面処理を行うことが好ましい。親水性コート材により表面処理すると、基体１０４の表面における燃料の流動性が高められる。これにより二酸化炭素の気泡は燃料１２４とともに移動しやすくなる。また、疎水性コート材により処理すると、基体１０４の表面に、気泡の形成の原因となる水分の付着を軽減できる。したがって、基体１０４の表面上における気泡の形成を軽減できる。親水性コート材としては、たとえば酸化チタン、酸化ケイ素等が挙げられる。一方、疎水性コート材としては、ポリテトラフルオロエチレン、シラン等が例示される。【００６０】
以上のようにして構成された単セル構造１０１を図１に示すように配置することにより、複数の単セル構造１０１が直列に接続された燃料電池本体１１０９を得ることができる。なお、単セル構造１０１を積み重ねることにより、燃料電池セルスタックを含む燃料電池を得ることもできる。【００６１】
燃料電池１１０１は以上の構成を採用しているため、燃料回収管１１１３から回収された回収燃料１１５５は、混合タンク１１０７にて、好適な濃度に調節されて、再度燃料容器８１１に供給される。このため、簡素な装置構成で、安定した濃度の燃料１２４の供給が可能となる。【００６２】
また、燃料カートリッジ１１０３の高濃度燃料タンク１１０５または混合タンク１１０７の一方の残存量が低下した際に、それぞれを異なるタイミングで交換することができる。このため、各タンクの内容物を最後まで使用することができる。よって、燃料の使用効率を向上させることができる。【００６３】
次に、濃度計１１１９の構成と、混合タンク１１０７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、混合タンク１１０７に濃度センサが設けられ、混合タンク１１０７中の液体のメタノール濃度に基づき、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挙げて説明する。【００６４】
図２０は、燃料電池本体１１０９に設けられた燃料濃度の制御系およびその周辺構成を示す図である。図２０において、制御系は、センサ６６８と、濃度測定部６７０と、制御部６７２と、ポンプ１１１７と、警告提示部６８０とを含む。センサ６６８および濃度測定部６７０が濃度計１１１９を構成している。【００６５】
センサ６６８は、混合タンク１１０７内の燃料１２４中の有機燃料成分（メタノール等）の濃度を検出するために用いられる。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、混合タンク１１０７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。高分子膜６６５は例えば単セル構造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。混合タンク１１０７中の燃料１２４のアルコール濃度に応じてプロトン伝導性が変化するので、第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７の間に高分子膜６６５を介して電流を流した場合、第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７の間の抵抗値が変化する。濃度測定部６７０は、第１の電極端子６６６と第２の電極端子６６７の間の抵抗値と、測定部６７０に記憶されている検量線データとを対照することにより、混合タンク１１０７中の燃料１２４のアルコール濃度を測定する。【００６６】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、センサ６６８を詳細に示す図である。図２１Ａ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２１Ｂは、図２１Ａ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に貼り付けられてもよい。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が用いられてもよい。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２１Ａ、図２１Ｂに示した濃度測定部６７０に電気的に接続される。【００６７】
図２０において、濃度測定部６７０が測定した混合タンク１１０７中の燃料１２４のアルコール濃度は、制御部６７２に伝達される。制御部６７２は、濃度測定部６７０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、混合タンク１１０７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、高濃度燃料供給管１１１５中に設けられたポンプ１１１７を制御する。このポンプ１１１７は、制御部６７２に制御されて、高濃度燃料タンク１１０５から混合タンク１１０７に供給する高濃度燃料７２５の供給量を制御する。【００６８】
また、制御部６７２は、ポンプ１１１７を制御する処理を繰り返しても混合タンク１１０７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、警告提示部６８０に警告を発生させる。さらに、制御部６７２は、混合タンク１１０７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６７２は、燃料供給管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１１０９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。【００６９】
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、混合タンク１１０７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。【００７０】
（第二の実施形態）
第一の実施形態の燃料電池１１０１は、燃料カートリッジ１１０３に含まれる二つのタンクの一方が混合タンク１１０７である構成であるが、混合タンク１１０７は、燃料電池本体１１０９に設けられていてもよい。【００７１】
図８は、本実施形態に係る燃料電池１１４１の構成を模式的に示す図である。図８の燃料電池１１４１の基本構成は図１の燃料電池１１０１とほぼ同様であるが、燃料電池本体１１５１に混合タンク１１４３が設けられており、燃料カートリッジ１１４７は混合タンク１１０７に代えて低濃度燃料タンク１１４５を備えている点が異なる。以下、第一の実施の形態との差異を中心に詳述する。【００７２】
混合タンク１１４３は、混合タンク１１０７と同様に、燃料供給管１１１１および燃料回収管１１１３を介して燃料容器８１１に連通する。また、混合タンク１１４３では、燃料容器８１１に供給する燃料１２４が所望の濃度になるように、燃料回収管１１１３から回収された回収燃料１１５５に高濃度燃料７２５および低濃度燃料１１４９が添加される。この過程でそれぞれの燃料が混合されるため、燃料供給管１１１１から所定の濃度の燃料１２４が燃料容器８１１に供給される。【００７３】
燃料カートリッジ１１４７において、低濃度燃料タンク１１４５と高濃度燃料タンク１１０５とは、図１の燃料カートリッジ１１０３と同様に、着脱可能に分離したタンクである。これらが嵌合部１１２７で嵌合した状態で、燃料電池本体１１５１のコネクタ１１２３に装着し、燃料電池本体１１５１に高濃度燃料７２５および低濃度燃料１１４９を供給することができる。【００７４】
図９は、図８のＡ−Ａ'線断面図である。図９に示したように、低濃度燃料タンク１１４５には、低濃度燃料流入孔１１５３ａが設けられている。低濃度燃料タンク１１４５の使用前は、高濃度燃料タンク１１０５と同様に、低濃度燃料流入孔１１５３ａを被覆するシール１１２９（図９には不図示）を低濃度燃料タンク１１４５に設けることができる。【００７５】
低濃度燃料１１４９は、低濃度燃料タンク１１４５から低濃度燃料流入管１１５３中を移動して、混合タンク１１４３へと流入する。低濃度燃料流入管１１５３には、低濃度燃料１１４９の流量を調節するためのポンプ１１１７が設けられている。また、高濃度燃料７２５は、図１の燃料電池１１０１と同様に、高濃度燃料タンク１１０５から高濃度燃料供給管１１１５中を移動し、混合タンク１１４３へと流入する。高濃度燃料供給管１１１５にもポンプ１１１７が設けられている。【００７６】
本実施の形態では、濃度計１１１９にて測定される回収燃料の濃度に応じて、混合タンク１１４３中の燃料濃度を調整できるので、単セル構造１０１の燃料極１０２に、より確実に所望の濃度の燃料１２４を安定的に供給することができる。【００７７】
なお、本実施形態において、低濃度燃料１１４９中の燃料濃度に特に制限はなく、高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５の濃度よりも小さい範囲で適宜選択することができる。また、燃料成分を含まない水とすることもできる。こうすれば、さらに効率よく混合タンク１１４３中の燃料１２４の濃度を調節することができる。【００７８】
また、燃料電池１１４１は、濃度計１１１９で計測された燃料濃度に応じて、燃料供給管１１１１、高濃度燃料供給管１１１５、および低濃度燃料流入管１１５３にそれぞれ設けられたポンプ１１１７の動作を制御する制御部を有してもよい。【００７９】
なお、燃料電池１１４１では、低濃度燃料１１４９が低濃度燃料タンク１１４５から混合タンク１１０７に供給されるため、燃料回収管１１１３を設けない構成とすることもできる。酸化剤極１０６で生成した水を、燃料回収管１１１３を介して回収しないので、生成した水を回収するための凝縮器等の回収機構も不要となる。このため、燃料電池本体１１５１の構成を簡素化することができる。たとえば携帯機器に適用される燃料電池としてさらに好適に利用することができる。【００８０】
（第三の実施形態）
以上説明した燃料電池において、燃料カートリッジを構成する各タンクに設けられた流入口または流出口を、シール１１２９で被覆する構成に代えて、以下の構成を採用してもよい。以下、図１の燃料電池１１０１に用いられた高濃度燃料タンク１１０５の場合を例に説明するが、燃料カートリッジを構成する他のタンクについてもこの構成を用いることができる。【００８１】
図１０Ａは、本実施形態の高濃度燃料タンク１１０５の構成を示す図である。また、図１０Ｂは、図１０Ａの燃料流入管接続孔１１１５ａの近傍のＢ−Ｂ'線断面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示したように、燃料流入管接続孔１１１５ａの上部と内部にシール部材１１５７が設けられている。シール部材１１５７は、セルフシール性を有する弾性部材である。シール部材１１５７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１１５７は、高濃度燃料７２５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１１５７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：ethylene-propylene
copolymer）またはエチレンとプロピレンと第３成分の共重合体（ＥＰＤＭ：ethylene‐propylene diene terpolymer）を用いることができる。また、シール部材を加硫ゴムとすることもできる。【００８２】
図１１は、このような高濃度燃料タンク１１０５に接続可能な燃料電池本体１１０９を示す図である。図１１は、図１と同方向から見た図であり、高濃度燃料供給管１１１５近傍を拡大した図である。図１１の燃料電池本体１１０９は、高濃度燃料供給管１１１５に連通する中空針１１５９を有する。使用前は、中空針１１５９はカバー１１６１で保護されている。【００８３】
図１２は、図１０Ｂの高濃度燃料タンク１１０５を図１１の燃料電池本体１１０９に接続した様子を示す図である。カバー１１６１を外して燃料電池本体１１０９に燃料カートリッジ１１０３を接続すると、高濃度燃料タンク１１０５のシール部材１１５７を中空針１１５９が貫通する。これにより、中空針１１５９を介して高濃度燃料タンク１１０５と高濃度燃料供給管１１１５とが接続されて、高濃度燃料７２５の移動が可能となる。また、このとき、シール部材１１５７によって高濃度燃料７２５の漏出を抑制することができる。また、燃料電池本体１１０９から燃料カートリッジ１１０３を取り外す、すなわち中空針１１５９をシール部材１１５７から抜き取ると、中空針１１５９により形成された貫通穴が閉じ再び密閉機能が発揮される（リシール性を有する）。リシール性によりシール部材１１５７が再栓されるため、使用後の高濃度燃料タンク１１０５中の残存物の漏出を防止できる。【００８４】
なお、高濃度燃料タンク以外の燃料タンクおよびこれらを取り付ける燃料電池本体１１０９の各接続部位の構成にも、以上の構成を利用することができる。【００８５】
（第四の実施形態）
以上説明した燃料電池に用いられる燃料カートリッジにおいて、タンクを円筒形としてもよい。この場合、タンク同士の接続は、たとえば以下のようにすることができる。以下、第一の実施形態に記載の燃料カートリッジ１１０３の構成を例に挙げて説明する。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、および図１４は、燃料カートリッジ１１０３を構成する高濃度燃料タンク１１０５および混合タンク１１０７の構成を示す図である。なお、図１３Ｃは、図１３ＢのＣ−Ｃ'線断面図である。図１３Ａ〜図１３Ｃおよび図１４においては、燃料流出管接続孔１１１１ａ等の接続孔は図示されていない。【００８６】
図１３Ａに示したように、高濃度燃料タンク１１０５は、一端に接続部１１６４を有する。接続部１１６４は中空であり、端面には、リング状の接続孔１１６３が設けられている。接続孔１１６３は、幅広の領域を２箇所有し、他の部分は幅狭となっている。【００８７】
図１３Ｂおよび図１３Ｃに示したように、混合タンク１１０７は、一方の端面に２つの突起部１１６５を有する。突起部１１６５はＴ字型の断面形状を有し、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７とを対向させた際に、接続孔１１６３内に挿入される位置および大きさとなっている。【００８８】
図１４は、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７を連結させた状態を示す図である。図１４に示したように、混合タンク１１０７の突起部１１６５を接続孔１１６３の幅広の領域に挿入し、タンク１１０５，１１０７の一方を他方に対し、円筒の中心軸を中心として回転させることにより、突起部１１６５の幅狭の領域が接続部１１６４の幅狭の領域をスライドする。この状態で固定することにより、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７とが連結される。【００８９】
また、図１５Ａおよび図１５Ｂは、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７の別の接続方法を示す図である。図１５Ａは、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７とが接続された状態を示す図であり、図１５Ｂは、接続前の状態を示す図である。図１５Ａおよび図１５Ｂにおいても、燃料流出管接続孔１１１１ａ等の接続孔は図示していない。【００９０】
図１５Ａおよび図１５Ｂに示したように、高濃度燃料タンク１１０５は、接続部１１８５を有する。接続部１１８５の内壁には雌ネジ部が形成されている。また、混合タンク１１０７は、接続部１１８７を有し、接続部１１８７の外壁には雄ネジ部が形成されている。接続部１１８５と接続部１１８７のネジ部を連結させることにより、高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７を連結させることができる。【００９１】
上述した、高濃度燃料タンクと混合タンクとの接続機構において、高濃度燃料タンクと混合タンクとで嵌め合いの関係を逆にする、すなわち高濃度燃料タンク１１０５に雄ネジ部を混合タンクに雌ネジ部を設ける方法を取ってもよい。【００９２】
以上の構成によれば、簡便な方法で高濃度燃料タンク１１０５と混合タンク１１０７を連結させることができる。また、これらが連結された状態で固定することができる。【００９３】
（第五の実施形態）
本実施形態は、以上説明した燃料電池において、燃料カートリッジの燃料タンク中の液体の残量を検出する別の方法に関する。以下、図１の燃料電池１１０１の高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５の液面を検出する場合を例に説明するが、本実施形態の構成は、他のタンク内の液体の液面の検出にも適用可能である。【００９４】
本実施形態では、マグネットフロート式の液面レベルセンサを用いて、高濃度燃料７２５の液面を検出する。高濃度燃料タンク１１０５中に、磁気センサが設けられている。磁気センサは、たとえば、液面が移動する方向に、複数の磁電変換素子と抵抗器を所定の間隔で複数個並列に接続したものを内蔵した有底管体を有することができる。また、有底管体の外周に、磁石が固定されたフロートが上下動自在に嵌め込まれている。フロートが液面の位置の変化により移動するに伴って、ＯＮ−ＯＦＦを繰り返しながらフロート位置近傍の素子が作動するように磁電変換素子を配置する。フロートとともに磁石が上下動すると、リードスイッチの接点を接離する。このとき、フロート近傍のリードスイッチが閉じられる。閉じられたリードスイッチの位置によって、端子間の抵抗値が変化するため、端子間の電圧が変化する。この電圧の変化を磁気センサに接続された検出器によって検出することにより、液面を検出することができる。【００９５】
図１６は、磁気センサ１１６７の構成を模式的に示す図である。磁気センサ１１６７は、円柱形状のフロートガイド１１６９および磁石１１７１を内蔵したフロート１１７３を有する。フロートガイド１１６９の上下には、ストッパー１１７７およびストッパー１１７９がそれぞれ設けられている。また、フロートガイド１１６９の内部には、円柱の中心軸方向に沿って複数のリードスイッチ１１７５ａ〜１１７５ｄが設けられている。リードスイッチ１１７５ａ〜１１７５ｄは、リード線（不図示）を介して回路基板（不図示）に並列に接続されており、各リードスイッチの間に、抵抗器（不図示）が設けられている。磁気センサ１１６７のリード線（不図示）は、液面の位置を検出する検出部（不図示）に接続されて、リードスイッチの開閉を検出できるようになっている。【００９６】
高濃度燃料７２５の液面の位置の変動に伴い、フロート１１７３に内蔵された磁石１１７１がフロートガイド１１６９に沿って上下する。磁石１１７１が上下方向に動くことにより、リードスイッチ１１７５ａ〜１１７５ｄのうちの一部が開閉する。たとえば、図１６では、リードスイッチ１１７５ｃが閉、他のリードスイッチは開となる。フロート１１７３の移動により、磁石１１７１近傍に形成される磁界により閉じるリードスイッチの位置が変化するため、検出部にて検出される電圧が変化し、この電圧を検出することにより、液面の位置を検出することができる。【００９７】
なお、本実施形態において、検出部が解析部に接続され、解析部が、液面の位置の解析用の参照データ記憶部に接続されていてもよい。参照データ記憶部には、たとえば、検出部で検出される電圧の大きさを液面の位置（高さ）に対応させたデータを記憶させることができる。このようにすれば、検出部で検出された電圧の値を用いて、解析部において確実に液面の位置を算出することができる。【００９８】
なお、本実施形態の構成において、各リードスイッチの開閉を燃料電池本体側で検出する場合、燃料電池本体１１０９または燃料電池１１０１の液面計１１２１が検出機構に相当する。また、タンクは液面表示窓１１２５を有しなくてよい。【００９９】
本実施形態によれば、燃料カートリッジ１１０３を構成するタンク中の液体の残量を確実に検出することができる。このため、タンクの交換をタイミングよく行うことができる。【０１００】
なお、図１６の構成では、複数のリードスイッチを用いて、各リードスイッチの位置する高さにおける磁場の強さを検知することにより、液面を検出する。しかし、磁気センサ１１６７は、フロート１１７３の磁気的信号を電気的信号に変換できる素子であれば、リードスイッチ以外の素子を用いる構成とすることもできる。たとえば、リードスイッチに代えてホールセンサを用いることもできる。また、フロート１１７３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、燃料電池本体１１０９に設けておくこともでき、高濃度燃料タンク１１０５に設けてもよい。【０１０１】
（第六の実施形態）
以上説明した燃料電池において、燃料カートリッジ１１０３を構成するタンクの液面の位置の検出に、タンク中の空間の体積に応じた共振周波数特性の変化を利用したセンサを用いてもよい。【０１０２】
図１７は、高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５の液面の位置を検出する方法を説明するための図である。燃料電池の液面計１１２１は、発振部１１８１および受振部１１８３を有する。発振部１１８１および受振部１１８３として、たとえば圧電体の振動子を用いることができる。また、受振部１１８３は、振動を電気信号に変換する変換部（不図示）に接続され、変換部は、変換部で得られた電気的信号を用いて液面の高さを算出する解析部（不図示）に接続されている。【０１０３】
高濃度燃料７２５の液面の高さによって高濃度燃料タンク１１０５の空隙の体積が変化する。そこで、発振周波数を変化させながら音波等をタンク内に導入すると、液面に生じる定在波の共振周波数が変化する。そこで、受振部１１８３では、この共振周波数を検知する。受振部１１８３で検知された共振周波数を、変換部にて電気信号に変換し、得られた電気信号を用いて解析部にて液面の高さを算出する。このような構成とすれば、共振周波数の変化に応じて高濃度燃料７２５の液面の位置を検出することができる。【０１０４】
なお、本実施形態においても、第五の実施形態と同様に、解析部が、液面の位置の解析用の参照データ記憶部に接続されていてもよい。参照データ記憶部には、たとえば、検出部で検出される電圧の大きさを液面の高さに対応させたデータを記憶させることができる。【０１０５】
（第七の実施形態）
以上説明した燃料電池において、燃料カートリッジ１１０３を構成するタンクに収容される液体の色を互いに異なる色にすることもできる。たとえば、図１の燃料電池１１０１の場合、高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５の色と、混合タンク１１０７中の低濃度燃料１１４９の色を異なる色にすることができる。また、図８の燃料電池１１４１の場合、高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５の色と、低濃度燃料タンク１１４５中の低濃度燃料１１４９の色を異なる色にすることができる。異なる色の組み合わせは適宜選択することができるが、たとえば、高濃度燃料７２５を青、低濃度燃料１１４９を黄色にすることができる。【０１０６】
燃料カートリッジ１１０３を構成する各燃料タンク中の液体の色を異ならせることにより、燃料電池のユーザが各燃料タンクを使用する際に、目視で液体の色を確認することができるため、タンクの種類を誤ることなく確実に交換することができる。このため、燃料電池をより一層安全に使用することができる。【０１０７】
また、各燃料タンク中の燃料の色を異ならせることにより、色の検知を液面の検出に用いることができる。この場合、図１および図８のＡ−Ａ'線方向に平行な方向に光を照射することが好ましい。以下、図８の燃料電池１１４１に本実施形態の液面測定方法を適用する場合を例に説明するが、図１の燃料電池１１０１の場合にもこの構成を利用することができる。【０１０８】
図１８は、本実施形態の燃料電池の構成を示す図である。図１８では、燃料カートリッジ１１０３に連通する配管は不図示とした。この燃料電池では、燃料電池本体１１０９のコネクタ１１２３の、低濃度燃料タンク１１４５の端面近傍に光源１１８９が設けられ、高濃度燃料タンク１１０５の端面近傍に受光部１１９１が設けられている。なお、光源１１８９と受光部１１９１の配置は逆であってもよい。【０１０９】
図１９は、図１８のＤ−Ｄ'線断面図である。図１９では、高濃度燃料タンク１１０５中の高濃度燃料７２５の液面が、低濃度燃料タンク１１４５中の低濃度燃料１１４９の液面よりも低い場合を例示している。図１９に示したタンクの断面には、低濃度燃料１１４９および高濃度燃料７２５がともに残存していない領域（空隙の領域）、低濃度燃料１１４９のみ残存している領域、および低濃度燃料１１４９と高濃度燃料７２５がともに残存している領域が存在する。このうち、低濃度燃料１１４９のみ残存している領域は、低濃度燃料１１４９の色に着色されている。また、低濃度燃料１１４９と高濃度燃料７２５がともに残存している領域は、これらの混合色となっている。【０１１０】
光源１１８９からの光の照射を図１９の上下方向にスキャンし、受光部１１９１で色を検知することにより、図中の上下方向のどの位置までが何色に着色されているかを検出することができる。このため、得られた着色パターンから、低濃度燃料１１４９および高濃度燃料７２５の液面を検出することが可能となる。【０１１１】
この構成によれば、燃料カートリッジ１１０３を構成する各タンク中の液体の残量を簡便な方法で容易に検出することができる。【０１１２】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。これらの実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【０１１３】
たとえば、以上の実施形態では、燃料カートリッジ１１０３が二槽である場合を例に説明したが、燃料カートリッジ１１０３は複数の容器を含んでいればよく、二槽の場合に限定されない。【０１１４】
また、燃料カートリッジ１１０３のタンク中の液体の液面の位置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。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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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２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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