(57)【要約】【課題】  より簡便な構成で液体燃料の残量を検知することが可能な燃料電池を内蔵した電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】  ポータブルコンピュータ１の底面２ｃと脚部１２との間に位置するように荷重センサ１４が設けられる。荷重センサ１４により脚部１２にかかる荷重を検出することができる。ポータブルコンピュータ１に内蔵される燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量に応じて、脚部１２にかかる荷重が変化する。そのため荷重センサ１４により検出される荷重から燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量が算出されたら、演算結果をＬＣＤ５に表示する。ユーザはＬＣＤ５に表示された内容から燃料カートリッジ９内にどれくらい液体燃料が残っているかを認識することができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚部を有する筐体と、
前記筐体に設けられる装着部から前記筐体に装着される燃料カートリッジと、
前記筐体に内蔵されるとともに、前記燃料カートリッジから供給される液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う燃料電池と、
前記脚部にかかる荷重を検出する荷重センサと、
前記荷重センサによる検出される荷重から、前記燃料カートリッジ内の液体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２】
前記残量検出手段は、前記筐体に前記燃料カートリッジが装着されている時に検出される第１の荷重と、前記筐体に前記燃料カートリッジが装着されていない時に検出される第２の荷重との差から前記液体燃料の残量を算出することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記脚部は前記筐体の底面に複数設けられ、前記荷重センサは前記複数の脚部のうちの少なくとも一つの脚部にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項２記載の電子機器。
【請求項４】
前記荷重センサは前記筐体の底面と前記脚部との間に介在して設けられることを特徴とする請求項３記載の電子機器。
【請求項５】
前記荷重センサは、前記筐体の底面と前記脚部との間であって前記筐体の前記燃料カートリッジの重心近傍に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項４記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を内蔵する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易である。ＤＭＦＣは発電の際に排出される未使用燃料を再度発電のために使用することができるため、小型で長時間運転が求められる電子機器の電源として適している。
【０００３】
ＤＭＦＣを安定動作させるためには、スタックへ供給する濃度または未使用燃料の濃度を検出し、検出されたメタノール濃度に応じた量の濃度の高いメタノールを供給する必要がある。また、使用中に燃料カートリッジ内の高濃度メタノール燃料がなくなると、メタノール水溶液濃度が低下し、発電が停止してしまうことがあるため、メタノール燃料の残量も検出する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、機器の姿勢を問わずに液体燃料の残量を正確に検知することを目的とした燃料電池用燃料残量計、燃料電池システムが開示されている。内側収納容器と外側収納容器の２重構造とし、外側収納容器に対し支持部材を介して内側収納容器を移動自在な構造としている。内側収納容器内の液体量に応じた内側収納容器の重量変化、移動量変化に基づいて液量決定用部材は、内側収納容器内の液量を決定するための情報を提供する。このようにして、内側収納容器の姿勢位置が変化しても、液量を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−３０２４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の方式の場合、液体燃料の残量を検知するため多くのセンサを必要とし、構造が複雑であるため、小型化が難しく、コストも高くなるという問題がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、より簡便な構成で液体燃料の残量を検知することが可能な燃料電池を内蔵した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係る電子機器は、脚部を有する本体と、前記本体に装着される燃料カートリッジと、前記本体に内蔵されるとともに、前記燃料カートリッジから供給される液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う燃料電池と、前記脚部にかかる荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサによる検出される荷重から、前記燃料カートリッジ内の液体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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、より簡便な構成で液体燃料の残量を検知することが可能な燃料電池を内蔵した電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施形態では電子機器としてポータブルコンピュータを例に説明する。図１は本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータを示す外観斜視図である。ポータブルコンピュータ１は筐体２を備え、筐体２にはディスプレイユニット３がヒンジ部４を介して回動可能に取り付けられている。ディスプレイユニット３は筐体２の上面２ａが開放される開き位置と、筐体２の上面２ａが覆われる閉じ位置とで回動可能である。ディスプレイユニット３内にはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）５から構成される表示装置が組み込まれる。
【００１０】
筐体２内には複数の電子部品を搭載した回路基板が収容されている。筐体２の上面２ａには、ユーザによる入力操作を行うためのタッチパッド６およびキーボード７が取り付けられる。筐体２内には複数の電子部品を搭載した後述する回路基板が収容されている。筐体２の上面２ａにはポータブルコンピュータ１の電源をオン／オフするための電源スイッチ８も設けられる。また筐体２の側面２ｂには、液体燃料が充填された燃料カートリッジ９を装着するための装着部１０が設けられ、装着部１０から燃料カートリッジ９を着脱する。
【００１１】
図２は本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータの底面を示す図である。図３は本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータの脚部の断面を拡大して示す図である。ポータブルコンピュータ１の底面２ｃには、ポータブルコンピュータ１を支える脚部１２が複数設けられる。図３に示すように、ポータブルコンピュータ１の底面２ｃと脚部１２との間に位置するように荷重センサ１４が設けられる。ここでは、荷重センサ１４と接する窪んだ面も底面２ｃと呼ぶ。図３に図示している構造以外にも、無論底面２ｃを平坦なものとしても良い。脚部１２は、荷重センサ１４と接触する上面１２ａとポータブルコンピュータ１を例えば机に載置した時に、机と接触する下面１２ｂとを有する。荷重センサ１４により脚部１２にかかる荷重を検出することができる。荷重センサ１４は複数の脚部１２に対応して、それぞれの脚部１２と底面２ｃとの間に設けられ、それぞれの脚部１２にかかる荷重を検出する。後に詳述するように、ポータブルコンピュータ１に内蔵される燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量に応じて、脚部１２にかかる荷重が変化する。そのため荷重センサ１４により検出される荷重から燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量を知ることができる。
【００１２】
荷重センサ１４は筐体２の底面２ｃと脚部１２との間であって、装着部１０から装着された燃料カートリッジ９の重心Ｇに対応する位置の近傍に配置されることが望ましい。なお、荷重センサ１４は少なくとも一つの脚部１２に対応して設けてれば良い。必ずしも複数の荷重センサ１４を設けなくても良いが、複数の荷重センサ１４を設ければ複数の荷重センサ１４により検出される荷重の変化から燃料カートリッジ９の残量をより精度良く見積もることができる。荷重センサ１４により検出された荷重は、アナログ信号又はデジタル信号として信号線によりポータブルコンピュータ１の内部に送られ、制御に利用される。
【００１３】
図４は本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータおよび同ポータブルコンピュータに内蔵される燃料電池のシステム構成を示す図である。ポータブルコンピュータ１には、ＣＰＵ２０、ノースブリッジ２１、主メモリ（ＲＡＭ）２２、グラフィックスコントローラ２３、メモリ（ＶＲＡＭ）２４、サウスブリッジ２５、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２６、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ２７、エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）３０、およびＬＣＤ５、タッチパッド６、キーボード７、電源スイッチ８等が設けられている。
【００１４】
ＣＰＵ２０は、ポータブルコンピュータ１の各コンポーネントの動作を制御するプロセッサである。このＣＰＵ２０は、ＨＤＤ２６から主メモリ（ＲＡＭ）２２にロードされるオペレーティングシステムおよび各種アプリケーションプログラム／ユーティリティプログラムを実行する。主メモリ（ＲＡＭ）２２は、各種データバッファの格納にも用いられる。また、ＣＰＵ２０は、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ２７に格納されたＢＩＯＳ（Basic Input Output System）も実行する。ＢＩＯＳはハードウェア制御のためのプログラムである。
【００１５】
ノースブリッジ２１は、ＣＰＵ２０のローカルバスとサウスブリッジ２５との間を接続するブリッジデバイスである。また、ノースブリッジ２１は、ＰＣＩ  Ｅｘｐｒｅｓｓバスなどを介してグラフィックスコントローラ２３との通信を実行する機能も有している。さらに、ノースブリッジ２１には、主メモリ（ＲＡＭ）１２を制御するメモリコントローラも内蔵されている。
【００１６】
グラフィクスコントローラ２３はポータブルコンピュータ１のディスプレイモニタとして使用されるＬＣＤ５に表示する内容や輝度を制御する表示コントローラである。このグラフィクスコントローラ２３は、ＯＳまたはアプリケーションプログラムによってビデオメモリ（ＶＲＡＭ）２４に書き込まれた表示データに対応する映像信号をＬＣＤ５に送出する。
【００１７】
サウスブリッジ２５は、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バスおよびＬＰＣ（Low Pin Count）バスにそれぞれ接続されている。ＨＤＤ２６は、ＯＳや各種のアプリケーションプログラムを格納する。
【００１８】
エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラ（ＥＣ／ＫＢＣ）３０は、電源管理のためのエンベデッドコントローラと、タッチパッド６およびキーボード７などを制御するキーボードコントローラとが集積された１チップマイクロコンピュータである。ＥＣ／ＫＢＣ３０は、電源部３１と共同して、ユーザによる電源スイッチ８の操作に応答してコンピュータ１をパワーオン／パワーオフする処理を実行する。電源部３１は、ポータブルコンピュータ１に内蔵されたバッテリ３２からの電力、またはＡＣアダプタ３３を介して外部から供給される電力、または燃料電池４０により供給される電力を用いて、ポータブルコンピュータ１内の各コンポーネントに供給すべき電力を生成する。
【００１９】
燃料電池４０はダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）である。メタノールと水を混合した予混合液を燃料とし、この予混合液を空気中の酸素と電解質膜で化学反応させることによって発電させる。このＤＭＦＣは、水素を燃料に用いる燃料電池よりも取り扱いが容易で、装置全体を小型にまとめることができる。
【００２０】
発電部６０は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは、アノード（燃料極）６１とカソード（空気極）６２とこれらの間に挟まれる電解質膜６３とで構成されている。
【００２１】
燃料カートリッジ９には、液体燃料として高濃度のメタノールが入れられている。燃料カートリッジ９から燃料供給路７１によってバッファタンク７０に液体燃料が供給される。燃料供給路７１の途中には、図示しない燃料バルブと燃料ポンプが設けられている。燃料バルブは電磁弁であり、燃料バルブおよび燃料ポンプは制御部５０によって、動作制御される。
【００２２】
バッファタンク７０には温度センサ５１、濃度センサ５２が設けられる。温度センサ５１および濃度センサ５２によりバッファタンク内の液体燃料の温度および濃度が測定され、測定された温度および濃度に基づいて、制御部５０は燃料バルブや燃料ポンプ等を制御する。
【００２３】
混合液供給路７３および混合液回収路７４は、バッファタンク７０と発電部６０のアノード６１との間に設けられ、予混合液を循環させるループを形成している。混合液供給路７３は、バッファタンク７０から発電部６０へ予混合液を送通する。混合液回収路７４は、発電部６０からバッファタンク７０へ予混合液を送通する。
【００２４】
混合液供給路７３には、図示しない循環ポンプやイオンフィルタや循環逆止弁などが必要に応じて設けられる。混合液回収路７４には、図示しない排液冷却器が設けられ、発電部６０で発電に使用されバッファタンク７０に還流される液体燃料を冷却する。
【００２５】
発電部６０に供給されたメタノールおよび空気は、アノード６１とカソード６２との間に設けられた電解質膜６３で化学反応する。その結果、アノード６１とカソード６２との間に電力が発生する。発電部６０で発生した電力は、制御部５０からＤＣ−ＤＣコンバータ５６を介してポータブルコンピュータ１の電源部３１へ供給される。
【００２６】
カソード６２には吸気口５４及び排気口５５が接続される。図示しない送気ポンプで吸気口５４から酸素を含む空気を吸い込み、空気供給路７５を通してカソード６２に送通する。吸気口５４とカソード６２との間には、必要に応じて吸気バルブが設けられる。
【００２７】
発電部６０では、アノード６１に流される予混合液中のメタノールおよび水が電解質膜５３を介して、吸気口５４から空気供給路７５を通ってカソード６２に流される空気中の酸素と反応し、発電される。このとき、アノード６１側では、反応生成物として二酸化炭素が生成される。生成された二酸化炭素は余った予混合液とともに混合液回収路７４に排出される。また、カソード６２側では、水が水蒸気の状態で生成される。生成された水は湿り空気となって排気路７６を通って排気口５５に排出される。排気路７６を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器で凝縮されバッファタンク７０に送られる。
【００２８】
制御部５０は、各種のバルブやポンプ等と信号線で接続され、燃料電池４０内を循環する液体や気体の流れを制御する。
【００２９】
図５は本発明の実施形態に係る燃料カートリッジ内の燃料残量を測定する際の手順を示すフローチャートである。まず燃料電池４０の電源をオンする（ステップ１−１）。燃料電池４０はポータブルコンピュータ１に内蔵されているが、燃料電池４０を起動するための電源スイッチを筐体２に設けても良いし、電源スイッチ８を押下することによりポータブルコンピュータ１を起動した際に合わせて燃料電池４０も起動するようにしても良い。燃料電池４０の電源をオンしたら、燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量を検出するための残量検出アプリケーションを起動させる（ステップ１−２）。残量検出アプリケーションはポータブルコンピュータ１の主メモリ２２にロードされＣＰＵ２０により実行される。残量検出アプリケーションは、荷重センサ１４にかかる荷重に基づいて燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量を演算により求めることができる。
【００３０】
次にポータブルコンピュータ１に燃料カートリッジ９が装着されているか否かを検出する（ステップ１−３）。燃料カートリッジ９が装着されているか否かは、例えばポータブルコンピュータ１のＥＣ／ＫＢＣ３０とＢＩＯＳが協同することで検出することができる。燃料カートリッジ９が装着されている場合は（ステップ１−３のＮｏ）、ポータブルコンピュータ１から燃料カートリッジ９を抜き取り（ステップ１−４）、燃料カートリッジ９を装着していない状態において荷重センサ１４にかかる荷重Ｗ１を測定する（ステップ１−５）。荷重センサ１４により荷重を測定する時は、例えばユーザにキーボード７の特定キーを押下させることで、荷重測定を開始するようにしても良い。
【００３１】
燃料カートリッジ９を装着していない状態の荷重を測定したら、燃料カートリッジ９を装着し（ステップ１−６）、燃料カートリッジ９を装着した状態において荷重センサ１４にかかる荷重Ｗ２を測定する（ステップ１−７）。図６は荷重センサにより測定される荷重と、燃料カートリッジ内に残留する液体燃料の量との関係を示す図である。図６に示すように、荷重センサ１４により測定される荷重と、燃料カートリッジ９内に残留する液体燃料の量とは比例すると考えられる。従って荷重Ｗ１および荷重Ｗ２を測定したら、演算により荷重Ｗ２−Ｗ１の値を求め、燃料カートリッジ９の装着時と未装着時の荷重の違いから液体燃料の残量を算出することができる（ステップ１−８）。この時、液体燃料の残量と荷重センサ１４にかかる荷重との関係を予め求めておき、その関係を示す式やテーブルをＨＤＤ２６から主メモリ２２にロードして算出するようにしても良い。
【００３２】
燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量が算出されたら、演算結果をＬＣＤ５に表示する（ステップ１−９）。ユーザはＬＣＤ５に表示された内容から燃料カートリッジ９内にどれくらい液体燃料が残っているかを認識することができる。
【００３３】
残量検出アプリケーションが起動され、燃料カートリッジ９未装着時の荷重Ｗ１が既に測定されている時であれば、ポータブルコンピュータ１に燃料カートリッジ９が装着され、燃料電池４０が発電を行っている状態であっても、燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量を知ることができる。
【００３４】
また、予備の燃料カートリッジ９の残量を知りたい場合は、予備の燃料カートリッジ９を筐体２の上面２ａに置いた状態で荷重センサ１４により検出される荷重と、予備の燃料カートリッジ９を筐体２の上面２ａに置いていない状態で荷重センサ１４により検出される荷重とを比較することで、予備の燃料カートリッジ９内の液体燃料の残量を知ることができる。図７は予備の燃料カートリッジ内の燃料残量を測定する際に表示される画面の一例を示す図である。ＬＣＤ５に、図７に示すような画面を表示し、残量を検出する予備の燃料カートリッジ９を筐体２の上面２ａに置くように促すことができる。
【００３５】
以上の説明のように、本実施形態によれば、より簡便な構成で液体燃料の残量を検知することが可能な燃料電池を内蔵した電子機器を提供することができる。本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータを示す外観斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータの底面を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータの脚部を拡大して示す図。
【図４】本発明の実施形態に係るポータブルコンピュータおよび同ポータブルコンピュータに内蔵される燃料電池のシステム構成を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料カートリッジ内の燃料残量を測定する際の手順を示すフローチャート。
【図６】荷重センサにより測定される荷重と、燃料カートリッジ内に残留する液体燃料の量との関係を示す図。
【図７】予備の燃料カートリッジ内の燃料残量を測定する際に表示される画面の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１…ポータブルコンピュータ、２…筐体、３…ディスプレイユニット、５…ＬＣＤ、６…タッチパッド、７…キーボード、８…電源スイッチ、９…燃料カートリッジ、１０…装着部、１２…脚部、１４…荷重センサ、２０…ＣＰＵ、２１…ノースブリッジ、２２…主メモリ、２３…グラフィックスコントローラ、２５…サウスブリッジ、２６…ＨＤＤ、２７…ＢＩＯＳ−ＲＯＭ、３０…ＥＣ／ＫＢＣ、３１…電源部、３２…バッテリ、３３…アダプタ、４０…燃料電池、５０…制御部、５１…温度センサ、５２…濃度センサ、５４…吸気口、５５…排気口、５６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、６０…発電部、６１…アノード、６２…カソード、６３…電解質膜、７０…バッファタンク、７１…燃料供給路、７３…混合液供給路、７４…混合液回収路、７５…空気供給路、７６…排気路
【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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