水位センサ
【課題】 誤検出を防止でき検出精度を向上させる水位センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 水位センサ１００の基板１０１はセラミックス等から成り、基板１０１の表面１０１ａには検出電極１０５と参照電極１０６とが形成されている。各電極部には表面に金メッキが施されている。基板１０１の表面１０１ａのうち検出電極１０５及び参照電極１０６を除いた領域には撥水膜１０９が施されている。基板１０１の表面１０１ａの検出電極１０５と参照電極１０６との間が撥水膜１０９を介して隔てられている。そのため、残留した液体により検出電極１０５と参照電極１０６とが繋がり通電されることで水位が誤検出されるのを防止することができる。
【解決手段】 水位センサ１００の基板１０１はセラミックス等から成り、基板１０１の表面１０１ａには検出電極１０５と参照電極１０６とが形成されている。各電極部には表面に金メッキが施されている。基板１０１の表面１０１ａのうち検出電極１０５及び参照電極１０６を除いた領域には撥水膜１０９が施されている。基板１０１の表面１０１ａの検出電極１０５と参照電極１０６との間が撥水膜１０９を介して隔てられている。そのため、残留した液体により検出電極１０５と参照電極１０６とが繋がり通電されることで水位が誤検出されるのを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間抵抗値を利用した水位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液の水深を測定する水位センサとしては抵抗体を用いたものが知られている。電極間抵抗値を利用して水位を測定するものとして、例えば特許文献１に記載したものが挙げられる。導電性を有する液体を収容した容器内には、液体が接することにより通電可能となる電極部が設けられている。電極部は、容器内の液体の減少に伴って液面が低下する方向の複数位置に配置されている。容器内の液面より上側にある電極部は液体に接しておらず、液面より下側にある電極部は液体に接した状態となる。そして、電圧が印加されると、液体は導電性を有することから、液体に接していない電極部は通電されず、液体に接している電極部は通電されることとなる。したがって、各電極部の通電状態を検出することで、どの電極部の位置まで液面があるかを知ることができる。電極部に残留した液体による液面の誤検出を防ぐため、電極部の表面には撥水処理が施されている。電極部の最表面には金メッキが施され、電極部の金属が溶出するのを防ぐとともに電極部の特性が経時劣化を起こさないようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２９１３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし上記の方式の場合、電極部のみに撥水処理を施しているため、電極部以外に残留した液体が再び電極部に付着し、誤検出を引き起こす可能性がある。
【０００４】
そこで本発明の目的は誤検出を防止でき検出精度を向上させる水位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明に係る水位センサは導電性を有する液体を内部に収容する容器と、前記液体に少なくとも一部が浸漬するように設置される基板と、前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、少なくとも前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、誤検出を防止でき検出精度を向上させる水位センサ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】
【０００７】
以下本発明に係る水位センサの実施形態について図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池１の外観斜視図である。図２は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池とノート型コンピュータをドッキングさせた状態を示す外観斜視図である。燃料電池１は例えばノート型コンピュータ１０の外部電源として用いられる。この燃料電池１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。
【０００９】
燃料電池１は、直方体に形成された本体１１と、本体１１の底に沿って平坦に延出した載置部１２とを有している。本体１１の壁部には多数の通気孔１１ａが形成されている。本体１１の内部には後述する発電部が納められている。本体１１の一部は、カバー１１ｂとして取り外せるように形成されている。本体１１のカバー１１ｂを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている
【００１０】
載置部１２は、ノート型コンピュータ１０の後部とドッキングできるように形成されている。載置部１２の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部１２の上面には、ノート型コンピュータ１０を連結するロック機構１３と、燃料電池１から電力をノート型コンピュータ１０に供給するためのコネクタ１４とが設けられている。
【００１１】
ロック機構１３は、載置部１２上の３箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起１３１とフック１３２とを備える。ノート型コンピュータ１０の後部底面には、ロック機構１３に連結される係合孔、およびコネクタ１４に接続されるソケットが設けられている。
【００１２】
ノート型コンピュータ１０が載置部１２に押し当てられると、ロック機構１３がノート型コンピュータ１０の係合孔に挿入される。フック１３２によって載置部１２にノート型コンピュータ１０が保持される。その結果、ノート型コンピュータ１０のソケットがコネクタ１４と電気的に接続される。この状態で、本体１１に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池１は、発電を開始する。
【００１３】
載置部１２は、さらにイジェクトボタン１５を備える。このイジェクトボタン１５を押すと、ロック機構１３のフック１３２が解除され、ノート型コンピュータ１０を燃料電池１から取り外すことができるようになる。
【００１４】
図３は燃料電池本体内部に収納された発電部の外観斜視図である。発電部２は、燃料タンク３１、混合タンク４１、起電部５０、排液冷却器７１、第１の冷却ファン７２、復水器８１、第２の冷却ファン８２、濃度センサ９０、および送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５等を備える。これらはベースマニホールド１００の上に載置され、一体に支持される。混合液や水等の流体を流す複数の流路は、ベースマニホールド１００の中に形成されている。ベースマニホールド１００は、外径が矩形状のベース基板およびベース基板とほぼ同一外形に形成された板状のカバー部材を有している。ベース基板には、流路となる溝が形成され、カバー部材は、これらの溝を覆うようにベース基板に張り合わされている。
【００１５】
排液冷却器７１は、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２を挟んで、復水器８１と並べて配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。復水器８１は、水平方向に対して傾斜して伸びる複数の凝縮管と、この凝縮管の回りに取り付けられる冷却フィンとを備える。第２の冷却ファン８２は、復水器８１の凝縮管に取り付けられた冷却フィンに沿って、本体１１の通気孔１１ａを通して取り入れた外気を送る。
【００１６】
図４は本発明に係る液面センサを採用した燃料電池の系統図である。発電部２は、燃料供給部３０と予混合液循環部４０と起電部５０と空気供給部６０と燃料冷却部７０と水回収部８０と濃度センサ９０とを備える。
【００１７】
燃料供給部３０は、燃料タンク３１と燃料供給路３２と燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４とで構成されている。予混合液循環部４０は、混合タンク４１と循環ポンプ４２と混合液供給路４３と混合液回収路４４とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とで構成されている。起電部５０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）５１とカソード（空気極）５２とこれらの間に挟まれる電解質膜５３とで構成されている。空気供給部６０は、送気ポンプ６１と吸気バルブ６２と吸気フィルタ６３とで構成されている。燃料冷却部７０は、排液冷却器７１と第１の冷却ファン７２と予混合液冷却器７３とで構成される。水回収部８０は、復水器８１と第２の冷却ファン８２と回収槽８３と水供給路８４と水回収ポンプ８５とで構成される。濃度センサ９０は、音速センサが適用されている。物質中の音速を計測することでその物質の密度が分かる。これを基に燃料であるメタノールと水との分子量から予混合液の濃度が求まる。
【００１８】
燃料タンク３１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。燃料タンク３１は、取替えが簡単な燃料カートリッジとして構成されている。したがって、燃料タンク３１を取り替える際は、本体１１に設けられたカバー１１ｂを取り外し、燃料タンク３１を本体１１から取り出す。燃料タンク３１は、燃料供給路３２によって混合タンク４１に連通されている。燃料供給路３２の途中には、燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４が設けられている。燃料バルブ３３は、電磁弁であり、燃料ポンプ３４とともに制御部３によって、動作制御される。
【００１９】
制御部３は、燃料バルブ３３、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、吸気バルブ６２、第１の冷却ファン７２、第２の冷却ファン８２、水位センサ８３ａ、水回収ポンプ８５、排気バルブ８８、濃度センサ９０、水位センサ１００と信号線で接続され、これらを制御する。制御部３は、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５の各々の流量、および吸気バルブ６２、排気バルブ８８の各々の開度によって、燃料電池１内の各流体の流れを制御する補機を構成している。
【００２０】
混合タンク４１は槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。混合タンク４１の槽４１ａには燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。
混合液供給路４３および混合液回収路４４は、混合タンク４１と起電部５０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４３は、混合タンク４１から起電部５０へ予混合液を送通する。混合液回収路４４は、起電部５０から混合タンク４１へ予混合液を送通する。
【００２１】
混合液供給路４３には、循環ポンプ４２とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とが設けられている。フィルタ４５は、混合タンク４１と循環ポンプ４２との間に配置されている。イオンフィルタ４６は、循環ポンプ４２と循環逆止弁４７との間に配置されている。循環ポンプ４２は、予混合液を混合タンク４１から起電部５０へ送液する。
【００２２】
混合液回収路４４には、排液冷却器７１が設けられている。排液冷却器７１は、複数回折り返された伝熱管と、この伝熱管の周りに直角に取り付けられた多数の放熱フィンとを有している。また、第１の冷却ファン７２が、排液冷却器７１に取り付けられる。第１の冷却ファン７２は、本体１１の通気孔１１ａから外気を冷却空気として吸い込み、放熱フィンに沿う方向に空気を送る。
【００２３】
起電部５０には、アノード５１とカソード５２とが電解質膜５３を挟むように配置されている。アノード５１には混合液供給路４３及び混合液回収路４４が接続され、予混合液が流される。カソード５２には空気供給部60と通じる吸気路64及び復水器８１と通じる排気路８６が接続され、空気が流される。
【００２４】
図５は起電部のセル構造を模式的に示した図である。起電部５０では、アノード５１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、カソード５２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５１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４４に排出される。また、カソード５２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８６に排出される。
【００２５】
空気供給部６０は、送気ポンプ６１で吸気フィルタ６３から酸素を含む空気を吸い込み、吸気路６４を通してカソード５２に送通する。送気ポンプ６１とカソード５２との間には、吸気バルブ６２が設けられている。排気路８６は、復水器８１、排気フィルタ８７および排気バルブ８８を通って、排気口８９へと通じている。排気口８９は本体１１の通気孔１１ａに向かって開口している。
【００２６】
排気路８６を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器８１で凝縮され、復水器８１の下部に配置される回収槽８３に溜まる。回収槽８３は、水供給路８４によって混合液回収路４４の途中に連通している。水位センサ８３ａが回収槽８３に設けられ、溜まった水の水位を検出する。水供給路８４の途中には、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとが設けられている。水回収ポンプ８５は、回収槽８３の水を混合タンク４１に送る。
【００２７】
また、復水器８１で水分がある程度回収された空気は、復水器８１の上部から排気され、排気フィルタ８７へと送通される。排気フィルタ８７は、金属触媒などにより構成される。排気フィルタ８７は排気路８６を通して排気される空気中に含まれるメタノールなどの有害物質を除去する。排気フィルタ８７の直下には、貯溜部８７ａが設けられている。この貯溜部８７ａは回収路８７ｃを介して、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとの間で水供給路８４に連通される。回収路８７ｃは貯溜部８７ａへの逆流を防止する逆止弁８７ｂを備える。
【００２８】
濃度センサ９０は、予混合液中のメタノール濃度を計測するために、バイパス路９１の途中に設けられている。バイパス路９１は、循環ポンプ４２とイオンフィルタ４６との間の混合液供給路４３から分岐され、混合タンク４１に予混合液を還流する。濃度センサ９０の検出分解能が熱によって低下することを防止するために、バイパス路９１には、濃度センサ９０の上流に予混合液冷却器７３が設けられる。
【００２９】
予混合液冷却器７３は、第１の冷却ファン７２によって形成される冷却空気流に対し排液冷却器７１の上流側に配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。濃度センサ９０に送られる予混合液は、予混合液冷却器７３を通過することで冷却される。この場合、予混合液冷却器７３の冷却能力は、濃度センサ９０に送られる予混合液の温度を４０℃以下にする程度であることが望ましい。
【００３０】
燃料電池１の動作中、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２が駆動され、本体１１に形成された通気孔１１ａを通して外気が本体１１内に導入される。通気孔１１ａを通して本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、予混合液冷却器７３および排液冷却器７１を通り、第１の冷却ファン７２に吸気される。第２の冷却ファン８２により本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、復水器８１を通って第２の冷却ファン８２に吸気される。また、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２から排気された空気は、起電部５０およびその周囲を通過した後、本体１１の外部に排気される。
【００３１】
発電を行う時は、制御部３によってポンプやバルブの動作が制御される。制御部３は燃料ポンプ３４を駆動させ、燃料タンク３１から混合タンク４１に高濃度のメタノールを供給する。燃料流入口３２ａから噴出したメタノールは、混合タンク４１内で、既存の予混合液、アノードから還流された予混合液、混合液回収路４４の途中で復水器８１の回収槽８３から戻された水と、攪拌希釈される。この攪拌は、燃料流入口３２ａから噴出するメタノールの流れ、および混合液流入口４４ａから噴出する予混合液の流れによって行われる。
【００３２】
メタノールが足された予混合液は、循環ポンプ４２によってアノード５１に供給される。カソード５２には、送気ポンプ６１によって空気が供給されている。供給されたメタノールおよび空気は、アノード５１とカソード５２との間に設けられた電解質膜５３で化学反応する。その結果、アノード５１とカソード５２との間に電力が発生する。起電部５０で発生した電力は、制御部３からコネクタ１４を介してノート型コンピュータＰへ供給される。
【００３３】
発電反応に伴い、起電部５０のアノード５１側には二酸化炭素が生成され、カソード５２側には水（水蒸気）が生成される。アノード５１側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった予混合液は、混合液回収路４４へ送られ、排液冷却器７１を通して冷却された後、混合タンク４１に還流する。
【００３４】
混合タンク４１に還流した二酸化炭素は、混合タンク４１内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜４１ｋを通過して、混合タンク４１から生成ガス回収路８６ａを通って排気路８６の途中に合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともに排気フィルタ８７に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ８８を介して、最終的には排気口８９から外部へ排気される。気液分離膜４１ｋを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、排気フィルタ８７を通過することで排気フィルタ８７に回収除去される。
【００３５】
カソード５２側に生じた水は、その大部分が水蒸気となって空気とともに排気路８６に排出される。水分を含む湿り空気は、復水器８１によって水分が凝縮分離される。空気は、排気バルブ８８を通り、排気口８９から本体１１内に排気される。本体１１内の空気は更に通気孔１１ａを通して外部に排気される。復水器８１によって凝縮された水は、回収槽８３に溜まり、水回収ポンプ８５で混合液回収路４４の途中に注入される。水は混合タンク４１へ送られ、メタノールと混合された後、混合液供給路４３から再び起電部５０へ供給される。
【００３６】
また、復水器８１によって回収しきれず復水器８１よりも下流側の排気路８６で結露した水は、排気フィルタ８７の直下に設けられる貯溜部８７ａに溜められる。貯留部８７ａに溜められた水は水供給路８４を介して混合液回収路４４の途中に合流される。
【００３７】
混合タンク４１内におけるメタノールの濃度は、濃度センサ９０によって検出される。制御部３は、検出された濃度に応じて水回収ポンプ８５を作動させ、回収槽８３から混合タンク４１へ供給する水の量を調整する。これにより、予混合液のメタノールの濃度を一定に維持する。また、排気路８６を通じて回収される水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、復水器８１の冷却能力を制御することにより調整される。復水器８１の冷却能力は回収槽83の水位に応じて、調整する。本実施形態では、水位センサ８３ａにより検出された水位に応じて第２の冷却ファン８２の駆動電圧を制御する。冷却ファン８２の制御により復水器８１の冷却能力を調整し、水の回収量を制御する。水回収ポンプ８５が制御部３により正転駆動される間、逆止弁８５ａが開き、逆止弁８７ｂが閉じられる。回収槽８３内の水は、水供給路８４および逆止弁８５ａから混合液回収路４４を通って混合タンク４１へ送られる。
【００３８】
また、制御部３は、一定の動作期間ごとに水回収ポンプ８５を所定時間、逆転駆動させる。貯溜部８７ａ内に溜まった水を回収槽８３に回収する。水回収ポンプ８５が逆転駆動されると、逆止弁８７ｂが開き、逆止弁８５ａが閉じられる。この結果、貯溜部８７ａに溜まった水および復水器８１より下流の排気路８６内で結露した水は、回収路８７ｃ、逆止弁８７ｂ、および水供給路８４を通って回収槽８３に回収される。その後、回収された水は、混合タンク４１へ供給され、メタノールの希釈に用いられる。
【００３９】
図６は混合タンクの分解斜視図である。図７は混合タンクの槽を上から見た平面図である。混合タンク４１は、槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。槽４１ａは、図７に示すように、燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。混合タンク４１内において、混合液流入口４４ａは、混合液流出口４３ａよりも燃料流入口３２ａに近い位置に開口している。槽４１ａと蓋４１ｂとの合わせ面を機密にするために、パッキング４１ｃが槽４１ａのシート面に装着されている。蓋４１ｂは、内部と外部とを通じさせる連通孔４１ｅ有している。この連通孔４１ｅは混合タンク４１の内側に向かって突出する内部孔口４１ｆにチューブ４８の基端４８ａが取り付けられている。連通孔４１ｅの外部孔口４１ｇは、混合タンク４１の外側に向かって突出し、キャップ４９で塞がれている。キャップ４９は、ビス４９ａで蓋４１ｂに取外せるように固定されている。キャップ４９の内側には、シール部材となるＯリングが取り付けられている。蓋４１ｂは、Ｏリングで密閉される範囲の内側となる外部孔口４１ｇの脇に、内部に繋がる通気孔４１ｈをさらに有している。
【００４０】
燃料電池１のメンテナンスなどのために、メタノールを含む予混合液が循環する系統を開放する場合、開放した箇所から予混合液が流出しないように、混合タンク４１から予め抜き取る。予混合液を抜き取るには、まず混合タンク４１の蓋４１ｂに取り付けられたキャップ４９を取外す。露出された連通孔４１ｅの外部孔口４１ｇにシリンジやスポイトなどの吸引器を装着しチューブ４８の先端４８ｂから混合タンク４１内の予混合液を抜き取る。
【００４１】
図８は本発明の実施形態に係る水位センサの外観斜視図である。以後の説明において、同じ構成のものについては一つを代表して説明する。混合タンク４１には予混合液の水位を測るための水位センサ１００が設けられている。水位センサ１００の基板１０１は混合タンク４１を密封するように蓋４１ｂに取付けられている。予混合液は人体に有害であるため、漏出しないように予混合液の水位を管理する必要がある。
【００４２】
水位センサ１００の基板１０１はセラミックス等から成り、基板１０１の先端にはボンディングワイヤ１０２を介してコネクタ１０３が取り付けられている。基板１０１の表面１０１ａには配線パターン１０４と複数の検出電極（第１の電極）１０５と複数の参照電極（第２の電極）１０６とが形成されている。以下、第１の電極は検出電極１０５、第２の電極は参照電極１０６として説明する。水位センサ１００はコネクタの端子部１０３ａを介して制御部３と電気的に接続される。
【００４３】
図９は図８中のＡ−Ａ´線に沿って示す検出電極の断面模式図である。検出電極１０５の電極部１０７は例えば銅から成る。各電極部１０７には表面１０７ａに金メッキ１０８が施されている。電極部１０７の表面１０７ａに金メッキ１０８を施すことで、電極部１０７の銅が溶出し混合タンク４１内の予混合液中に流出することを防止できる。金メッキ１０８により電極部１０７の特性が経時劣化を起こすのを防ぐこともできる。基板１０１の表面１０１ａのうち電極部１０７以外の箇所には撥水膜１０９が施されている。撥水膜１０９は例えば、フッ素系高分子材料からなる。図６に示すように、混合タンク４１に取付けられた水位センサ１００の基板１０１で、槽４１ａよりも外に突出している部分には撥水膜を塗布していなくても良い。電極部１０７は金メッキ１０８と撥水膜１０９とにより覆われることになる。そのため、電極部１０７の銅は溶液に触れることなく、銅が溶液中に溶出するのを防ぐことができる。参照電極１０６の断面も同様に電極部１０７、金メッキ１０８、撥水膜１０９からなる構造となっている。
【００４４】
図８に示すように検出電極１０５及び参照電極１０６はそれぞれ独立した配線パターン１０４に接続されている。検出電極１０５と隣接する参照電極１０６との間には一定の間隔Ｌが設けられている。検出電極１０５は基板１０１上において、混合タンク４１内の水位の低下方向の位置に複数形成されている。本実施形態では混合タンク４１内の水位に対して、検出電極１０５ａが一番高い位置にあり、検出電極１０５ａは混合タンク４１内の予混合液が満タンの時に液面に接する。検出電極１０５ｈが一番低い位置にあり、混合タンク４１の底面近傍に位置するよう設置されている。参照電極１０６は検出電極１０５の電位の基準となる。参照電極１０６は一つの配線パターン１０４に並列接続され、図示しない電源に接続されている。検出電極１０５は図示しないグラウンドに接続されている。
【００４５】
混合タンク４１内の液面より上側にある検出電極１０５及び参照電極１０６は液体に接していない。混合タンク内４１の液面より下側にある検出電極１０５及び参照電極１０６は液体に接した状態となる。混合タンク４１内の水位を測定する際は、制御部３の指示により行う。制御部３からの指示により検出電極１０５と参照電極１０６との間に電圧が印加されると、液体は導電性を有することから、液体に接していない検出電極１０５と参照電極１０６とは通電されず、液体に接している検出電極１０５と参照電極１０６とは通電されることとなる。したがって、検出電極１０５と参照電極１０６との通電状態を検出することで、どの検出電極１０５の位置まで水位があるかを知ることができる。
【００４６】
電極部１０７や基板１０１に液体が残留し、検出電極１０５と参照電極１０６とが通電すると水位の誤検出を招くことがある。そのため本実施形態に係る水位センサでは、金メッキ１０８を施された電極部１０７以外の基板１０１の表面１０１ａに撥水膜１０９が施されている。基板１０１の表面１０１ａに撥水膜１０９を施すことで、水位が低下した後も基板１０１の表面１０１ａに液体が残留しない。水位が低下したにもかかわらず、残留した液体により水位が誤検出されてしまうことを防止することができる。一方、検出電極１０５と参照電極１０６とには撥水膜は施されていないが、基板１０１の表面１０１ａの検出電極１０５と参照電極１０６との間が撥水膜１０９を介して隔てられている。そのため、電極に残留した液体により検出電極１０５と参照電極１０６とが繋がり通電されるのを防止することができる。
【００４７】
図１０乃至図１２は図８に示した水位センサと検出電極及び参照電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図である。図８の水位センサと同一のものは同一の符号を付し説明を省略する。図１０に示すように複数の参照電極１０６は一つの配線パターン１０４に直列に形成されても良い。図８に示したものと比較して、検出電極１０５と参照電極１０６との形成される領域を狭くすることができるため基板１０１の大きさを小さくすることができる。検出電極１０５と参照電極１０６との間には間隔Ｌが設けられている。間隔Ｌは少なくとも検出電極１０５の幅Ｌ１、あるいは参照電極１０６の幅Ｌ２以上になるように設定されている。検出電極１０５と参照電極１０６との間に間隔Ｌを設けることで、検出電極１０５及び参照電極１０６に液体が残留した場合でも、液体により検出電極１０５と参照電極１０６とが繋がり通電するのを防止することができる。検出電極１０５の数や設置する間隔は任意に変えることが可能である。上下に並ぶ検出電極１０５間あるいは参照電極１０６間にも間隔Ｍが設けられている。間隔Ｍは少なくとも検出電極１０５の幅Ｍ１、あるいは参照電極１０６の幅Ｍ２以上になるように設定されている。
【００４８】
図１１に示すように、複数の検出電極１０５が基板１０１に対して斜めに配列するように形成され、複数の参照電極１０６がそれぞれ対応する検出電極１０５の隣に位置するように形成されても良い。図１２に示すように、参照電極１０６は基板１０１の表面１０１ａに亘って延びるように形成された一つの電極とし、複数の検出電極１０５が所定の間隔Ｌを介して参照電極１０６の両側に形成されても良い。本実施形態では基板１０１の表面１０１ａに撥水膜を施したが、基板１０１そのものを撥水性のあるフッ素系高分子材料等から形成してもよい。
【００４９】
水位の誤検出を防止し検出精度を向上させることで、混合タンク４１内の混合液が溢れて漏出するのを防ぐことができる。また混合タンク４１内の混合液が不足し、混合液不足による燃料電池１の出力低下を防ぐことができる。
【００５０】
本実施形態を実施した場合、混合タンク内の水位の誤検出を防止し検出精度を向上させることができる。
【００５１】
本発明に係る水位センサを採用した燃料電池は、上述したノート型コンピュータに限らず、モバイル機器、携帯端末等の他の電子機器の電源としても使用可能である。
【００５２】
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】
【００５３】
【図１】本発明に係る水位センサを採用した燃料電池の外観斜視図。
【図２】本発明に係る水位センサを採用した燃料電池とノート型コンピュータをドッキングさせた状態を示す外観斜視図。
【図３】燃料電池本体内部に収納された発電部の外観斜視図。
【図４】燃料電池の発電システムの系統図。
【図５】起電部のセル構造を示す模式図。
【図６】混合タンクの分解斜視図。
【図７】混合タンクの槽を上から見た平面図。
【図８】本発明に係る水位センサの外観斜視図。
【図９】図８中のＡ−Ａ´線に沿って示す検出電極の断面模式図。
【図１０】図８に示した水位センサと電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図。
【図１１】図８、１０に示した水位センサと電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図。
【図１２】図８、１０、１１に示した水位センサと電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池、２…発電部、３…制御部、１０…ノート型コンピュータ、１１…本体、１１ａ…通気孔、１１ｂ…カバー、１２…載置部、１３…ロック機構、１４…コネクタ、１５…イジェクトボタン、３１…燃料タンク、３２…燃料供給路、３２ａ…燃料流入口、４１…混合タンク、４１ａ…槽、４１ｂ…蓋、４１ｅ…連通孔、４１ｆ…内部口孔、４１ｇ…外部口孔、４３…混合液供給路、４３ａ…混合液流出口、４４…混合液回収路、４４ａ…混合液流入口、４８…チューブ、４９…キャップ、５１…アノード、５２…カソード、５３…電解質膜、６３…吸気フィルタ、６４…吸気路、７１…排液冷却器、７２…第１の冷却ファン、７３…予混合液冷却器、８１…復水器、８２…第２の冷却ファン、８３…回収槽、８４…水回収路、８６…排気路、８７…排気フィルタ、９０…濃度センサ、１００…水位センサ、１０５…検出電極、１０６…参照電極、１０８…金メッキ、１０９…撥水膜、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間抵抗値を利用した水位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液の水深を測定する水位センサとしては抵抗体を用いたものが知られている。電極間抵抗値を利用して水位を測定するものとして、例えば特許文献１に記載したものが挙げられる。導電性を有する液体を収容した容器内には、液体が接することにより通電可能となる電極部が設けられている。電極部は、容器内の液体の減少に伴って液面が低下する方向の複数位置に配置されている。容器内の液面より上側にある電極部は液体に接しておらず、液面より下側にある電極部は液体に接した状態となる。そして、電圧が印加されると、液体は導電性を有することから、液体に接していない電極部は通電されず、液体に接している電極部は通電されることとなる。したがって、各電極部の通電状態を検出することで、どの電極部の位置まで液面があるかを知ることができる。電極部に残留した液体による液面の誤検出を防ぐため、電極部の表面には撥水処理が施されている。電極部の最表面には金メッキが施され、電極部の金属が溶出するのを防ぐとともに電極部の特性が経時劣化を起こさないようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２９１３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし上記の方式の場合、電極部のみに撥水処理を施しているため、電極部以外に残留した液体が再び電極部に付着し、誤検出を引き起こす可能性がある。
【０００４】
そこで本発明の目的は誤検出を防止でき検出精度を向上させる水位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明に係る水位センサは導電性を有する液体を内部に収容する容器と、前記液体に少なくとも一部が浸漬するように設置される基板と、前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、少なくとも前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、誤検出を防止でき検出精度を向上させる水位センサ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】
【０００７】
以下本発明に係る水位センサの実施形態について図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池１の外観斜視図である。図２は本発明に係る水位センサを採用した燃料電池とノート型コンピュータをドッキングさせた状態を示す外観斜視図である。燃料電池１は例えばノート型コンピュータ１０の外部電源として用いられる。この燃料電池１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。
【０００９】
燃料電池１は、直方体に形成された本体１１と、本体１１の底に沿って平坦に延出した載置部１２とを有している。本体１１の壁部には多数の通気孔１１ａが形成されている。本体１１の内部には後述する発電部が納められている。本体１１の一部は、カバー１１ｂとして取り外せるように形成されている。本体１１のカバー１１ｂを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている
【００１０】
載置部１２は、ノート型コンピュータ１０の後部とドッキングできるように形成されている。載置部１２の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部１２の上面には、ノート型コンピュータ１０を連結するロック機構１３と、燃料電池１から電力をノート型コンピュータ１０に供給するためのコネクタ１４とが設けられている。
【００１１】
ロック機構１３は、載置部１２上の３箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起１３１とフック１３２とを備える。ノート型コンピュータ１０の後部底面には、ロック機構１３に連結される係合孔、およびコネクタ１４に接続されるソケットが設けられている。
【００１２】
ノート型コンピュータ１０が載置部１２に押し当てられると、ロック機構１３がノート型コンピュータ１０の係合孔に挿入される。フック１３２によって載置部１２にノート型コンピュータ１０が保持される。その結果、ノート型コンピュータ１０のソケットがコネクタ１４と電気的に接続される。この状態で、本体１１に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池１は、発電を開始する。
【００１３】
載置部１２は、さらにイジェクトボタン１５を備える。このイジェクトボタン１５を押すと、ロック機構１３のフック１３２が解除され、ノート型コンピュータ１０を燃料電池１から取り外すことができるようになる。
【００１４】
図３は燃料電池本体内部に収納された発電部の外観斜視図である。発電部２は、燃料タンク３１、混合タンク４１、起電部５０、排液冷却器７１、第１の冷却ファン７２、復水器８１、第２の冷却ファン８２、濃度センサ９０、および送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５等を備える。これらはベースマニホールド１００の上に載置され、一体に支持される。混合液や水等の流体を流す複数の流路は、ベースマニホールド１００の中に形成されている。ベースマニホールド１００は、外径が矩形状のベース基板およびベース基板とほぼ同一外形に形成された板状のカバー部材を有している。ベース基板には、流路となる溝が形成され、カバー部材は、これらの溝を覆うようにベース基板に張り合わされている。
【００１５】
排液冷却器７１は、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２を挟んで、復水器８１と並べて配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。復水器８１は、水平方向に対して傾斜して伸びる複数の凝縮管と、この凝縮管の回りに取り付けられる冷却フィンとを備える。第２の冷却ファン８２は、復水器８１の凝縮管に取り付けられた冷却フィンに沿って、本体１１の通気孔１１ａを通して取り入れた外気を送る。
【００１６】
図４は本発明に係る液面センサを採用した燃料電池の系統図である。発電部２は、燃料供給部３０と予混合液循環部４０と起電部５０と空気供給部６０と燃料冷却部７０と水回収部８０と濃度センサ９０とを備える。
【００１７】
燃料供給部３０は、燃料タンク３１と燃料供給路３２と燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４とで構成されている。予混合液循環部４０は、混合タンク４１と循環ポンプ４２と混合液供給路４３と混合液回収路４４とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とで構成されている。起電部５０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）５１とカソード（空気極）５２とこれらの間に挟まれる電解質膜５３とで構成されている。空気供給部６０は、送気ポンプ６１と吸気バルブ６２と吸気フィルタ６３とで構成されている。燃料冷却部７０は、排液冷却器７１と第１の冷却ファン７２と予混合液冷却器７３とで構成される。水回収部８０は、復水器８１と第２の冷却ファン８２と回収槽８３と水供給路８４と水回収ポンプ８５とで構成される。濃度センサ９０は、音速センサが適用されている。物質中の音速を計測することでその物質の密度が分かる。これを基に燃料であるメタノールと水との分子量から予混合液の濃度が求まる。
【００１８】
燃料タンク３１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。燃料タンク３１は、取替えが簡単な燃料カートリッジとして構成されている。したがって、燃料タンク３１を取り替える際は、本体１１に設けられたカバー１１ｂを取り外し、燃料タンク３１を本体１１から取り出す。燃料タンク３１は、燃料供給路３２によって混合タンク４１に連通されている。燃料供給路３２の途中には、燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４が設けられている。燃料バルブ３３は、電磁弁であり、燃料ポンプ３４とともに制御部３によって、動作制御される。
【００１９】
制御部３は、燃料バルブ３３、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、吸気バルブ６２、第１の冷却ファン７２、第２の冷却ファン８２、水位センサ８３ａ、水回収ポンプ８５、排気バルブ８８、濃度センサ９０、水位センサ１００と信号線で接続され、これらを制御する。制御部３は、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５の各々の流量、および吸気バルブ６２、排気バルブ８８の各々の開度によって、燃料電池１内の各流体の流れを制御する補機を構成している。
【００２０】
混合タンク４１は槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。混合タンク４１の槽４１ａには燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。
混合液供給路４３および混合液回収路４４は、混合タンク４１と起電部５０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４３は、混合タンク４１から起電部５０へ予混合液を送通する。混合液回収路４４は、起電部５０から混合タンク４１へ予混合液を送通する。
【００２１】
混合液供給路４３には、循環ポンプ４２とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とが設けられている。フィルタ４５は、混合タンク４１と循環ポンプ４２との間に配置されている。イオンフィルタ４６は、循環ポンプ４２と循環逆止弁４７との間に配置されている。循環ポンプ４２は、予混合液を混合タンク４１から起電部５０へ送液する。
【００２２】
混合液回収路４４には、排液冷却器７１が設けられている。排液冷却器７１は、複数回折り返された伝熱管と、この伝熱管の周りに直角に取り付けられた多数の放熱フィンとを有している。また、第１の冷却ファン７２が、排液冷却器７１に取り付けられる。第１の冷却ファン７２は、本体１１の通気孔１１ａから外気を冷却空気として吸い込み、放熱フィンに沿う方向に空気を送る。
【００２３】
起電部５０には、アノード５１とカソード５２とが電解質膜５３を挟むように配置されている。アノード５１には混合液供給路４３及び混合液回収路４４が接続され、予混合液が流される。カソード５２には空気供給部60と通じる吸気路64及び復水器８１と通じる排気路８６が接続され、空気が流される。
【００２４】
図５は起電部のセル構造を模式的に示した図である。起電部５０では、アノード５１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、カソード５２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５１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４４に排出される。また、カソード５２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８６に排出される。
【００２５】
空気供給部６０は、送気ポンプ６１で吸気フィルタ６３から酸素を含む空気を吸い込み、吸気路６４を通してカソード５２に送通する。送気ポンプ６１とカソード５２との間には、吸気バルブ６２が設けられている。排気路８６は、復水器８１、排気フィルタ８７および排気バルブ８８を通って、排気口８９へと通じている。排気口８９は本体１１の通気孔１１ａに向かって開口している。
【００２６】
排気路８６を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器８１で凝縮され、復水器８１の下部に配置される回収槽８３に溜まる。回収槽８３は、水供給路８４によって混合液回収路４４の途中に連通している。水位センサ８３ａが回収槽８３に設けられ、溜まった水の水位を検出する。水供給路８４の途中には、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとが設けられている。水回収ポンプ８５は、回収槽８３の水を混合タンク４１に送る。
【００２７】
また、復水器８１で水分がある程度回収された空気は、復水器８１の上部から排気され、排気フィルタ８７へと送通される。排気フィルタ８７は、金属触媒などにより構成される。排気フィルタ８７は排気路８６を通して排気される空気中に含まれるメタノールなどの有害物質を除去する。排気フィルタ８７の直下には、貯溜部８７ａが設けられている。この貯溜部８７ａは回収路８７ｃを介して、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとの間で水供給路８４に連通される。回収路８７ｃは貯溜部８７ａへの逆流を防止する逆止弁８７ｂを備える。
【００２８】
濃度センサ９０は、予混合液中のメタノール濃度を計測するために、バイパス路９１の途中に設けられている。バイパス路９１は、循環ポンプ４２とイオンフィルタ４６との間の混合液供給路４３から分岐され、混合タンク４１に予混合液を還流する。濃度センサ９０の検出分解能が熱によって低下することを防止するために、バイパス路９１には、濃度センサ９０の上流に予混合液冷却器７３が設けられる。
【００２９】
予混合液冷却器７３は、第１の冷却ファン７２によって形成される冷却空気流に対し排液冷却器７１の上流側に配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。濃度センサ９０に送られる予混合液は、予混合液冷却器７３を通過することで冷却される。この場合、予混合液冷却器７３の冷却能力は、濃度センサ９０に送られる予混合液の温度を４０℃以下にする程度であることが望ましい。
【００３０】
燃料電池１の動作中、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２が駆動され、本体１１に形成された通気孔１１ａを通して外気が本体１１内に導入される。通気孔１１ａを通して本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、予混合液冷却器７３および排液冷却器７１を通り、第１の冷却ファン７２に吸気される。第２の冷却ファン８２により本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、復水器８１を通って第２の冷却ファン８２に吸気される。また、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２から排気された空気は、起電部５０およびその周囲を通過した後、本体１１の外部に排気される。
【００３１】
発電を行う時は、制御部３によってポンプやバルブの動作が制御される。制御部３は燃料ポンプ３４を駆動させ、燃料タンク３１から混合タンク４１に高濃度のメタノールを供給する。燃料流入口３２ａから噴出したメタノールは、混合タンク４１内で、既存の予混合液、アノードから還流された予混合液、混合液回収路４４の途中で復水器８１の回収槽８３から戻された水と、攪拌希釈される。この攪拌は、燃料流入口３２ａから噴出するメタノールの流れ、および混合液流入口４４ａから噴出する予混合液の流れによって行われる。
【００３２】
メタノールが足された予混合液は、循環ポンプ４２によってアノード５１に供給される。カソード５２には、送気ポンプ６１によって空気が供給されている。供給されたメタノールおよび空気は、アノード５１とカソード５２との間に設けられた電解質膜５３で化学反応する。その結果、アノード５１とカソード５２との間に電力が発生する。起電部５０で発生した電力は、制御部３からコネクタ１４を介してノート型コンピュータＰへ供給される。
【００３３】
発電反応に伴い、起電部５０のアノード５１側には二酸化炭素が生成され、カソード５２側には水（水蒸気）が生成される。アノード５１側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった予混合液は、混合液回収路４４へ送られ、排液冷却器７１を通して冷却された後、混合タンク４１に還流する。
【００３４】
混合タンク４１に還流した二酸化炭素は、混合タンク４１内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜４１ｋを通過して、混合タンク４１から生成ガス回収路８６ａを通って排気路８６の途中に合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともに排気フィルタ８７に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ８８を介して、最終的には排気口８９から外部へ排気される。気液分離膜４１ｋを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、排気フィルタ８７を通過することで排気フィルタ８７に回収除去される。
【００３５】
カソード５２側に生じた水は、その大部分が水蒸気となって空気とともに排気路８６に排出される。水分を含む湿り空気は、復水器８１によって水分が凝縮分離される。空気は、排気バルブ８８を通り、排気口８９から本体１１内に排気される。本体１１内の空気は更に通気孔１１ａを通して外部に排気される。復水器８１によって凝縮された水は、回収槽８３に溜まり、水回収ポンプ８５で混合液回収路４４の途中に注入される。水は混合タンク４１へ送られ、メタノールと混合された後、混合液供給路４３から再び起電部５０へ供給される。
【００３６】
また、復水器８１によって回収しきれず復水器８１よりも下流側の排気路８６で結露した水は、排気フィルタ８７の直下に設けられる貯溜部８７ａに溜められる。貯留部８７ａに溜められた水は水供給路８４を介して混合液回収路４４の途中に合流される。
【００３７】
混合タンク４１内におけるメタノールの濃度は、濃度センサ９０によって検出される。制御部３は、検出された濃度に応じて水回収ポンプ８５を作動させ、回収槽８３から混合タンク４１へ供給する水の量を調整する。これにより、予混合液のメタノールの濃度を一定に維持する。また、排気路８６を通じて回収される水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、復水器８１の冷却能力を制御することにより調整される。復水器８１の冷却能力は回収槽83の水位に応じて、調整する。本実施形態では、水位センサ８３ａにより検出された水位に応じて第２の冷却ファン８２の駆動電圧を制御する。冷却ファン８２の制御により復水器８１の冷却能力を調整し、水の回収量を制御する。水回収ポンプ８５が制御部３により正転駆動される間、逆止弁８５ａが開き、逆止弁８７ｂが閉じられる。回収槽８３内の水は、水供給路８４および逆止弁８５ａから混合液回収路４４を通って混合タンク４１へ送られる。
【００３８】
また、制御部３は、一定の動作期間ごとに水回収ポンプ８５を所定時間、逆転駆動させる。貯溜部８７ａ内に溜まった水を回収槽８３に回収する。水回収ポンプ８５が逆転駆動されると、逆止弁８７ｂが開き、逆止弁８５ａが閉じられる。この結果、貯溜部８７ａに溜まった水および復水器８１より下流の排気路８６内で結露した水は、回収路８７ｃ、逆止弁８７ｂ、および水供給路８４を通って回収槽８３に回収される。その後、回収された水は、混合タンク４１へ供給され、メタノールの希釈に用いられる。
【００３９】
図６は混合タンクの分解斜視図である。図７は混合タンクの槽を上から見た平面図である。混合タンク４１は、槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。槽４１ａは、図７に示すように、燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。混合タンク４１内において、混合液流入口４４ａは、混合液流出口４３ａよりも燃料流入口３２ａに近い位置に開口している。槽４１ａと蓋４１ｂとの合わせ面を機密にするために、パッキング４１ｃが槽４１ａのシート面に装着されている。蓋４１ｂは、内部と外部とを通じさせる連通孔４１ｅ有している。この連通孔４１ｅは混合タンク４１の内側に向かって突出する内部孔口４１ｆにチューブ４８の基端４８ａが取り付けられている。連通孔４１ｅの外部孔口４１ｇは、混合タンク４１の外側に向かって突出し、キャップ４９で塞がれている。キャップ４９は、ビス４９ａで蓋４１ｂに取外せるように固定されている。キャップ４９の内側には、シール部材となるＯリングが取り付けられている。蓋４１ｂは、Ｏリングで密閉される範囲の内側となる外部孔口４１ｇの脇に、内部に繋がる通気孔４１ｈをさらに有している。
【００４０】
燃料電池１のメンテナンスなどのために、メタノールを含む予混合液が循環する系統を開放する場合、開放した箇所から予混合液が流出しないように、混合タンク４１から予め抜き取る。予混合液を抜き取るには、まず混合タンク４１の蓋４１ｂに取り付けられたキャップ４９を取外す。露出された連通孔４１ｅの外部孔口４１ｇにシリンジやスポイトなどの吸引器を装着しチューブ４８の先端４８ｂから混合タンク４１内の予混合液を抜き取る。
【００４１】
図８は本発明の実施形態に係る水位センサの外観斜視図である。以後の説明において、同じ構成のものについては一つを代表して説明する。混合タンク４１には予混合液の水位を測るための水位センサ１００が設けられている。水位センサ１００の基板１０１は混合タンク４１を密封するように蓋４１ｂに取付けられている。予混合液は人体に有害であるため、漏出しないように予混合液の水位を管理する必要がある。
【００４２】
水位センサ１００の基板１０１はセラミックス等から成り、基板１０１の先端にはボンディングワイヤ１０２を介してコネクタ１０３が取り付けられている。基板１０１の表面１０１ａには配線パターン１０４と複数の検出電極（第１の電極）１０５と複数の参照電極（第２の電極）１０６とが形成されている。以下、第１の電極は検出電極１０５、第２の電極は参照電極１０６として説明する。水位センサ１００はコネクタの端子部１０３ａを介して制御部３と電気的に接続される。
【００４３】
図９は図８中のＡ−Ａ´線に沿って示す検出電極の断面模式図である。検出電極１０５の電極部１０７は例えば銅から成る。各電極部１０７には表面１０７ａに金メッキ１０８が施されている。電極部１０７の表面１０７ａに金メッキ１０８を施すことで、電極部１０７の銅が溶出し混合タンク４１内の予混合液中に流出することを防止できる。金メッキ１０８により電極部１０７の特性が経時劣化を起こすのを防ぐこともできる。基板１０１の表面１０１ａのうち電極部１０７以外の箇所には撥水膜１０９が施されている。撥水膜１０９は例えば、フッ素系高分子材料からなる。図６に示すように、混合タンク４１に取付けられた水位センサ１００の基板１０１で、槽４１ａよりも外に突出している部分には撥水膜を塗布していなくても良い。電極部１０７は金メッキ１０８と撥水膜１０９とにより覆われることになる。そのため、電極部１０７の銅は溶液に触れることなく、銅が溶液中に溶出するのを防ぐことができる。参照電極１０６の断面も同様に電極部１０７、金メッキ１０８、撥水膜１０９からなる構造となっている。
【００４４】
図８に示すように検出電極１０５及び参照電極１０６はそれぞれ独立した配線パターン１０４に接続されている。検出電極１０５と隣接する参照電極１０６との間には一定の間隔Ｌが設けられている。検出電極１０５は基板１０１上において、混合タンク４１内の水位の低下方向の位置に複数形成されている。本実施形態では混合タンク４１内の水位に対して、検出電極１０５ａが一番高い位置にあり、検出電極１０５ａは混合タンク４１内の予混合液が満タンの時に液面に接する。検出電極１０５ｈが一番低い位置にあり、混合タンク４１の底面近傍に位置するよう設置されている。参照電極１０６は検出電極１０５の電位の基準となる。参照電極１０６は一つの配線パターン１０４に並列接続され、図示しない電源に接続されている。検出電極１０５は図示しないグラウンドに接続されている。
【００４５】
混合タンク４１内の液面より上側にある検出電極１０５及び参照電極１０６は液体に接していない。混合タンク内４１の液面より下側にある検出電極１０５及び参照電極１０６は液体に接した状態となる。混合タンク４１内の水位を測定する際は、制御部３の指示により行う。制御部３からの指示により検出電極１０５と参照電極１０６との間に電圧が印加されると、液体は導電性を有することから、液体に接していない検出電極１０５と参照電極１０６とは通電されず、液体に接している検出電極１０５と参照電極１０６とは通電されることとなる。したがって、検出電極１０５と参照電極１０６との通電状態を検出することで、どの検出電極１０５の位置まで水位があるかを知ることができる。
【００４６】
電極部１０７や基板１０１に液体が残留し、検出電極１０５と参照電極１０６とが通電すると水位の誤検出を招くことがある。そのため本実施形態に係る水位センサでは、金メッキ１０８を施された電極部１０７以外の基板１０１の表面１０１ａに撥水膜１０９が施されている。基板１０１の表面１０１ａに撥水膜１０９を施すことで、水位が低下した後も基板１０１の表面１０１ａに液体が残留しない。水位が低下したにもかかわらず、残留した液体により水位が誤検出されてしまうことを防止することができる。一方、検出電極１０５と参照電極１０６とには撥水膜は施されていないが、基板１０１の表面１０１ａの検出電極１０５と参照電極１０６との間が撥水膜１０９を介して隔てられている。そのため、電極に残留した液体により検出電極１０５と参照電極１０６とが繋がり通電されるのを防止することができる。
【００４７】
図１０乃至図１２は図８に示した水位センサと検出電極及び参照電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図である。図８の水位センサと同一のものは同一の符号を付し説明を省略する。図１０に示すように複数の参照電極１０６は一つの配線パターン１０４に直列に形成されても良い。図８に示したものと比較して、検出電極１０５と参照電極１０６との形成される領域を狭くすることができるため基板１０１の大きさを小さくすることができる。検出電極１０５と参照電極１０６との間には間隔Ｌが設けられている。間隔Ｌは少なくとも検出電極１０５の幅Ｌ１、あるいは参照電極１０６の幅Ｌ２以上になるように設定されている。検出電極１０５と参照電極１０６との間に間隔Ｌを設けることで、検出電極１０５及び参照電極１０６に液体が残留した場合でも、液体により検出電極１０５と参照電極１０６とが繋がり通電するのを防止することができる。検出電極１０５の数や設置する間隔は任意に変えることが可能である。上下に並ぶ検出電極１０５間あるいは参照電極１０６間にも間隔Ｍが設けられている。間隔Ｍは少なくとも検出電極１０５の幅Ｍ１、あるいは参照電極１０６の幅Ｍ２以上になるように設定されている。
【００４８】
図１１に示すように、複数の検出電極１０５が基板１０１に対して斜めに配列するように形成され、複数の参照電極１０６がそれぞれ対応する検出電極１０５の隣に位置するように形成されても良い。図１２に示すように、参照電極１０６は基板１０１の表面１０１ａに亘って延びるように形成された一つの電極とし、複数の検出電極１０５が所定の間隔Ｌを介して参照電極１０６の両側に形成されても良い。本実施形態では基板１０１の表面１０１ａに撥水膜を施したが、基板１０１そのものを撥水性のあるフッ素系高分子材料等から形成してもよい。
【００４９】
水位の誤検出を防止し検出精度を向上させることで、混合タンク４１内の混合液が溢れて漏出するのを防ぐことができる。また混合タンク４１内の混合液が不足し、混合液不足による燃料電池１の出力低下を防ぐことができる。
【００５０】
本実施形態を実施した場合、混合タンク内の水位の誤検出を防止し検出精度を向上させることができる。
【００５１】
本発明に係る水位センサを採用した燃料電池は、上述したノート型コンピュータに限らず、モバイル機器、携帯端末等の他の電子機器の電源としても使用可能である。
【００５２】
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】
【００５３】
【図１】本発明に係る水位センサを採用した燃料電池の外観斜視図。
【図２】本発明に係る水位センサを採用した燃料電池とノート型コンピュータをドッキングさせた状態を示す外観斜視図。
【図３】燃料電池本体内部に収納された発電部の外観斜視図。
【図４】燃料電池の発電システムの系統図。
【図５】起電部のセル構造を示す模式図。
【図６】混合タンクの分解斜視図。
【図７】混合タンクの槽を上から見た平面図。
【図８】本発明に係る水位センサの外観斜視図。
【図９】図８中のＡ−Ａ´線に沿って示す検出電極の断面模式図。
【図１０】図８に示した水位センサと電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図。
【図１１】図８、１０に示した水位センサと電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図。
【図１２】図８、１０、１１に示した水位センサと電極の配置が異なる他の水位センサの外観斜視図。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池、２…発電部、３…制御部、１０…ノート型コンピュータ、１１…本体、１１ａ…通気孔、１１ｂ…カバー、１２…載置部、１３…ロック機構、１４…コネクタ、１５…イジェクトボタン、３１…燃料タンク、３２…燃料供給路、３２ａ…燃料流入口、４１…混合タンク、４１ａ…槽、４１ｂ…蓋、４１ｅ…連通孔、４１ｆ…内部口孔、４１ｇ…外部口孔、４３…混合液供給路、４３ａ…混合液流出口、４４…混合液回収路、４４ａ…混合液流入口、４８…チューブ、４９…キャップ、５１…アノード、５２…カソード、５３…電解質膜、６３…吸気フィルタ、６４…吸気路、７１…排液冷却器、７２…第１の冷却ファン、７３…予混合液冷却器、８１…復水器、８２…第２の冷却ファン、８３…回収槽、８４…水回収路、８６…排気路、８７…排気フィルタ、９０…濃度センサ、１００…水位センサ、１０５…検出電極、１０６…参照電極、１０８…金メッキ、１０９…撥水膜、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
前記液体に少なくとも一部が浸漬するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
少なくとも前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項２】
前記基板は端部がコネクタと接続され、前記コネクタが接続された端部と前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除いた前記基板の表面に撥水膜が塗布されたことを特徴とする請求項１記載の水位センサ。
【請求項３】
前記液体に浸漬する前記基板は、少なくとも前記端部は前記液体に浸漬しないように設置されることを特徴とする請求項２記載の水位センサ。
【請求項４】
前記コネクタが接続された前記基板は、前記端部が前記容器の外に突出するように設置されたことを特徴とする請求項２又は３記載の水位センサ。
【請求項５】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
撥水性を有し、前記容器内に収容された液体の少なくとも一部が接触するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項６】
前記複数の第１の電極それぞれと互いに隣り合って配置された前記複数の第２の電極との間に、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極いずれかの電極の幅以上の間隔が空けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の水位センサ。
【請求項７】
前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とが互いに平行に整列して配置されたことを特徴とする請求項６記載の水位センサ。
【請求項８】
前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の表面に金メッキが施されたことを特徴とする請求項１乃至７記載の水位センサ。
【請求項９】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
前記液体に少なくとも一部が浸漬するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極と所定の間隔を介して前記複数の第１の電極の並びに沿って延びる第２の電極と、
少なくとも前記複数の第１の電極と前記第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項１０】
前記基板は端部がコネクタと接続され、前記コネクタが接続された端部と前記複数の第１の電極と前記第２の電極とを除いた前記基板の表面に撥水膜が塗布されたことを特徴とする請求項９記載の水位センサ。
【請求項１１】
前記液体に浸漬する前記基板の少なくとも前記端部は前記液体に浸漬しないように設置されることを特徴とする請求項１０記載の水位センサ。
【請求項１２】
前記コネクタが接続された前記基板は、前記端部が前記容器の外に突出するように設置されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の水位センサ。
【請求項１３】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
撥水性を有し、前記容器内に収容された液体の少なくとも一部が接触するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極と所定の間隔を介して前記複数の第１の電極の並びに沿って延びる第２の電極と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項１４】
前記複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極の並びに沿って延びる第２の電極との間に、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極いずれかの電極の幅以上の間隔が空けられていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の水位センサ。
【請求項１５】
前記複数の第１の電極が整列して配置され、前記第２の電極が前記複数の第１の電極の並びに沿って平行に延びることを特徴とする請求項１４記載の水位センサ。
【請求項１６】
前記複数の第１の電極及び前記第２の電極の表面に金メッキが施されたことを特徴とする請求項９乃至１６記載の水位センサ。
【請求項１７】
液体燃料が収容された燃料タンクと、
前記液体燃料と、空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う起電部と、
前記燃料タンク内の前記液体燃料の水位を検出する水位センサと、を備え、
前記水位センサは、
前記混合タンク内の予混合液に少なくとも一部が接触するように設置された基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
少なくとも前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜と、
を具備することを特徴とすることを特徴とする燃料電池。
【請求項１８】
前記水位センサは、前記基板の端部がコネクタと接続され、前記コネクタが接続された前記端部と前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除いた前記基板の表面に撥水膜が塗布されたことを特徴とする請求項１７記載の燃料電池。
【請求項１９】
前記水位センサは、前記液体に浸漬する前記基板の少なくとも前記端部は前記液体に浸漬しないように設置されることを特徴とする請求項１８記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記水位センサは、前記コネクタが接続された前記基板の前記端部が前記容器の外に突出するように設置されたことを特徴とする請求項１８又は１９記載の燃料電池。
【請求項２１】
液体燃料が収容された燃料タンクと、
前記液体燃料と、空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う起電部と、
前記燃料タンク内の前記液体燃料の水位を検出する水位センサと、を備え、
前記水位センサは、
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
撥水性を有し、前記容器内に収容された液体の少なくとも一部が接触するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２２】
前記水位センサは、前記複数の第１の電極それぞれと互いに隣り合って配置された前記複数の第２の電極との間に、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極いずれかの電極の幅以上の間隔が空けられていることを特徴とする請求項２０又は２１記載の燃料電池。
【請求項２３】
前記水位センサは、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とが互いに平行に整列して配置されたことを特徴とする請求項２２記載の燃料電池。
【請求項２４】
前記水位センサは、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の表面に金メッキが施されたことを特徴とする請求項１７乃至２３記載の燃料電池。
【請求項１】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
前記液体に少なくとも一部が浸漬するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
少なくとも前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項２】
前記基板は端部がコネクタと接続され、前記コネクタが接続された端部と前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除いた前記基板の表面に撥水膜が塗布されたことを特徴とする請求項１記載の水位センサ。
【請求項３】
前記液体に浸漬する前記基板は、少なくとも前記端部は前記液体に浸漬しないように設置されることを特徴とする請求項２記載の水位センサ。
【請求項４】
前記コネクタが接続された前記基板は、前記端部が前記容器の外に突出するように設置されたことを特徴とする請求項２又は３記載の水位センサ。
【請求項５】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
撥水性を有し、前記容器内に収容された液体の少なくとも一部が接触するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項６】
前記複数の第１の電極それぞれと互いに隣り合って配置された前記複数の第２の電極との間に、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極いずれかの電極の幅以上の間隔が空けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の水位センサ。
【請求項７】
前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とが互いに平行に整列して配置されたことを特徴とする請求項６記載の水位センサ。
【請求項８】
前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の表面に金メッキが施されたことを特徴とする請求項１乃至７記載の水位センサ。
【請求項９】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
前記液体に少なくとも一部が浸漬するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極と所定の間隔を介して前記複数の第１の電極の並びに沿って延びる第２の電極と、
少なくとも前記複数の第１の電極と前記第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項１０】
前記基板は端部がコネクタと接続され、前記コネクタが接続された端部と前記複数の第１の電極と前記第２の電極とを除いた前記基板の表面に撥水膜が塗布されたことを特徴とする請求項９記載の水位センサ。
【請求項１１】
前記液体に浸漬する前記基板の少なくとも前記端部は前記液体に浸漬しないように設置されることを特徴とする請求項１０記載の水位センサ。
【請求項１２】
前記コネクタが接続された前記基板は、前記端部が前記容器の外に突出するように設置されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の水位センサ。
【請求項１３】
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
撥水性を有し、前記容器内に収容された液体の少なくとも一部が接触するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極と所定の間隔を介して前記複数の第１の電極の並びに沿って延びる第２の電極と、
を具備することを特徴とする水位センサ。
【請求項１４】
前記複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極の並びに沿って延びる第２の電極との間に、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極いずれかの電極の幅以上の間隔が空けられていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の水位センサ。
【請求項１５】
前記複数の第１の電極が整列して配置され、前記第２の電極が前記複数の第１の電極の並びに沿って平行に延びることを特徴とする請求項１４記載の水位センサ。
【請求項１６】
前記複数の第１の電極及び前記第２の電極の表面に金メッキが施されたことを特徴とする請求項９乃至１６記載の水位センサ。
【請求項１７】
液体燃料が収容された燃料タンクと、
前記液体燃料と、空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う起電部と、
前記燃料タンク内の前記液体燃料の水位を検出する水位センサと、を備え、
前記水位センサは、
前記混合タンク内の予混合液に少なくとも一部が接触するように設置された基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
少なくとも前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除く前記基板の表面に塗布された撥水膜と、
を具備することを特徴とすることを特徴とする燃料電池。
【請求項１８】
前記水位センサは、前記基板の端部がコネクタと接続され、前記コネクタが接続された前記端部と前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とを除いた前記基板の表面に撥水膜が塗布されたことを特徴とする請求項１７記載の燃料電池。
【請求項１９】
前記水位センサは、前記液体に浸漬する前記基板の少なくとも前記端部は前記液体に浸漬しないように設置されることを特徴とする請求項１８記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記水位センサは、前記コネクタが接続された前記基板の前記端部が前記容器の外に突出するように設置されたことを特徴とする請求項１８又は１９記載の燃料電池。
【請求項２１】
液体燃料が収容された燃料タンクと、
前記液体燃料と、空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う起電部と、
前記燃料タンク内の前記液体燃料の水位を検出する水位センサと、を備え、
前記水位センサは、
導電性を有する液体を内部に収容する容器と、
撥水性を有し、前記容器内に収容された液体の少なくとも一部が接触するように設置される基板と、
前記基板の表面に配置される複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極それぞれと所定の間隔を介して隣り合って配置される複数の第２の電極と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２２】
前記水位センサは、前記複数の第１の電極それぞれと互いに隣り合って配置された前記複数の第２の電極との間に、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極いずれかの電極の幅以上の間隔が空けられていることを特徴とする請求項２０又は２１記載の燃料電池。
【請求項２３】
前記水位センサは、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とが互いに平行に整列して配置されたことを特徴とする請求項２２記載の燃料電池。
【請求項２４】
前記水位センサは、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の表面に金メッキが施されたことを特徴とする請求項１７乃至２３記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１２１０９６（Ｐ２００７−１２１０９６Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１３２６３（Ｐ２００５−３１３２６３）
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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