JP2017512362A - 燃料源、燃料電池システム、及び関連する方法 - Google Patents

Abstract

燃料源（１００）、流体ゲージアダプタ（３００）、燃料電池システム（２００）、及び関連する方法。燃料源（１００）は、電子多安定ディスプレイ（１０６）を備えるゲージ（１０４）を有する。燃料電池システム（２００）及び方法は、燃料源（１００）から燃料を受け取ることと、燃料電池システム（２００）の燃料消費量を決定すること（２１２）と、燃料消費量に従って燃料源の物質レベルを算出すること（２１４）と、物質レベルに従って燃料源の流体ゲージの電子多安定ディスプレイを更新すること（２１６）と、に関する。【選択図】図１

Description

本開示は、電気泳動インクディスプレイなどの電子多安定ディスプレイを備える燃料源または流体ゲージアダプタに関する。

いくつかの従来の燃料電池システムは、燃料反応器などの燃料源を利用し、燃料反応器は、固体反応物質及び液体反応物質を貯蔵して、燃料を必要とするときに反応物質を混合して水素ガスを生成する。次いで、水素ガスは、燃料として燃料電池システムに供給される。

残存する反応物質の量を表示するために、燃料反応器に加えて機械的構成を提供することができる。このような機械的構成を提供する欠点としては、通常、可動部及び場合により、キャリブレーションの設備を必要とすることであり、その両方は燃料反応器の設計及び製造の複雑性を増大させる場合がある。

あるいは、使用中のときに、燃料電池システムはその燃料消費量を推定することができ、これにより燃料源中に残された燃料の量を算出して表示しても良い。しかしながら、このような方式において、燃料源が燃料電池システムに接続されているときに、燃料レベルをシステムに認識させるために、燃料カートリッジの記憶装置において残存燃料レベルを記憶する必要がある。また、燃料源が燃料電池装置に接続されていないときに、残存する燃料レベルを表示することは不可能である。

本発明の第１の態様によれば、燃料源が燃料電池システムに提供され、燃料源は電子多安定ディスプレイを備えるゲージを有する。

第１の態様による燃料源は、電源を必要とすることなく、交換可能な燃料源から利用可能な燃料の表示を提供することができる。このため、燃料源が燃料セルスタックから切断されているときに、燃料レベルを表示することができる。しかしながら、このようなゲージは、いかなる可動部も必要としない場合もあり、これにより製造をより容易にし、かつより信頼性が高いゲージを提供することができる。また、安定状態であるとき、電子多安定ディスプレイは電力を消費しないために、他の表示技術を使用するよりもゲージの電力消費量は少ない。

電子多安定ディスプレイは、電子ペーパーディスプレイを備えても良い。電子ペーパーディスプレイは、電気泳動インクを備えても良い。燃料源は、リードバックユニットを備えても良い。リードバックユニットは、電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより燃料源の物質レベルを決定するように構成されても良い。電気的特性は、電子多安定ディスプレイの１つ以上の画素に関しても良い。電気的特性は、電子多安定ディスプレイの抵抗または静電容量であっても良い。このようにして、燃料源が使用中でないときに物質レベル（または反応物質レベル）をディスプレイに記憶することができ、記憶装置に冗長なレベルを記憶させることができる。

本発明のさらなる態様によれば、燃料源から燃料を受け取るように構成され、かつ
燃料電池システムの燃料消費量を決定し、
燃料消費量に従って燃料源の物質レベルを算出して、
物質レベルに従って燃料源の流体ゲージの電子多安定ディスプレイを更新するように構成された、制御装置を備える燃料電池システムが提供される。

燃料電池システムは、第１の態様の燃料源と組み合わせて使用することができる。

制御装置は、電子多安定ディスプレイから物質レベルを受信するように構成されても良い。制御装置は、燃料消費量及び読み取られた物質レベルに従って流体貯蔵装置のその後の物質レベルを算出するように構成されても良い。ディスプレイの物質レベルは、ディスプレイの１つ以上の画素の電気的特性を測定することを含んでも良い。制御装置は、燃料電池システムの出力電圧、電流、または電力に従って燃料消費量を決定するように構成されても良い。

燃料電池システムは、燃料入口ラインに提供されても良い流量計を備えても良い。制御装置は、計量された流量に従って燃料消費量を決定するように構成されても良い。

本発明のさらなる態様によれば、
燃料源から燃料を受け取ることと、
燃料電池システムの燃料消費量を決定することと、
燃料消費量に従って燃料源の物質レベルを算出することと、
物質レベルに従って燃料源の流体ゲージの電子多安定ディスプレイを更新することと、を含む、燃料電池システムの作動方法及びコンピュータプログラムが提供される。

本発明のさらなる態様によれば、
電子多安定ディスプレイを備える流体ゲージと、
アダプタの入口と出口との間の流路と、
流路中の流体の特性を測定するように構成された流体特性測定装置と、
流体の特性に従って流体貯蔵装置の流体レベルを算出して、
流体レベルに従って流体ゲージの電子多安定ディスプレイを更新する
ように構成された、制御装置と、を備える、流体ゲージアダプタが提供される。

このような流体ゲージアダプタの設備により、電子多安定ディスプレイが従来の燃料源を提供することが可能になり、これにより本発明の第１の態様に関連して記載される、改善された製造の容易性、削減された電力消費量、及びより高い有用性という利点を提供する。

制御装置は、ディスプレイを定期的に更新しても良い。流体ゲージアダプタは、流路を通る流体流量を使用して発電するように構成された発電機を備えても良い。流体ゲージアダプタは、再生可能エネルギー源を備えても良い。

本発明のさらなる態様によれば、本発明者らは、物質貯蔵容器を提供し、該容器は、電子多安定ディスプレイを備えるゲージを有し、かつ、電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより容器中の物質レベルの決定をもたらすように構成されたリードバックユニットを含む。

このことは、物質貯蔵容器が容器中の消費可能な物質のレベルを記憶するために電子多安定ディスプレイを使用することが可能であるために、別個のメモリ及びディスプレイを必要としないことから、有利である。リードバックユニットは、容器がディスプレイを読み取り、かつ情報をさらなるシステムに提供することが可能であるように構成されても良い。あるいは、リードバックユニットは、センサ接続を備えても良く、これにより、物質貯蔵容器中の物質を消費する、物質貯蔵容器が接続するシステムは、ディスプレイの電気的特性を測定することができる。物質は、燃料または他の任意の消耗品であっても良い。

本発明のさらなる態様によれば、本発明者らは、物質貯蔵容器から物質を受け取るように構成されたシステムを提供し、該容器は、電子多安定ディスプレイを備えるゲージを有し、該システムは、電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより容器中の物質レベルを決定するように構成される。

このことは、システムが、物質レベルを直接的に導出するために多安定ディスプレイを使用することが可能であるために有利である。

本発明のさらなる態様によれば、本発明者らは、物質レベルを表示するように構成された電子多安定ディスプレイを備える貯蔵容器中の物質の物質レベルを決定する方法であって、
電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定して、そこから物質レベルを導出することを含む、方法を提供する。

本方法は、貯蔵容器から消費された物質量を決定するステップと、最新の物質レベルで電子多安定ディスプレイを更新するステップとを含んでも良い。

以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。

燃料電池システムの燃料源の模式図を例証する。 図１に示すような燃料源から燃料を受け取って、燃料源のゲージを更新するように構成された燃料電池システムを例証する。 図２ａの燃料電池システムの作動方法を例証する。 流体ゲージアダプタの内部の模式図を例証する。 流体ゲージアダプタの外部の模式図を例証する。

図１は、燃料電池システムの燃料源１００を例証する。通常、燃料反応器として提供される燃料源１００は、固体反応物質及び流体反応物質（液体及び／または気体）を貯蔵し、反応物質を混合して、次に出口１０２を通じて供給される水素燃料を生成しても良い。このような燃料源は、流体貯蔵装置の一例である。

燃料源は、本実施例において、燃料源中の残存反応物質レベルを表示する電子多安定ディスプレイ１０６を備えるゲージ１０４を有する。示されるゲージ１０４は、棒グラフの形態をとるが、任意の好適な表現を使用しても良いことが理解されよう。

電子多安定ディスプレイ１０６は、電力を消費することなく複数の安定状態のうちの１つを維持することができる。すなわち、多安定ディスプレイは、複数の受動表示状態を有する。ディスプレイは、貯蔵中または使用中ではないときに、ある継続時間または数カ月、もしくは場合により数年間その状態を維持する。しかしながら、ディスプレイの画素状態を変えるために、電力は消費される。多安定ディスプレイは、電子ペーパーディスプレイとして従来技術において記載されることがあり、例えば、Ａｍａｚｏｎ Ｋｉｎｄｌｅ（登録商標）電子書籍端末において使用されている。電気泳動インクディスプレイは、好適なコントラスト及び電力消費特性をゲージ１０４に提供する電子ペーパーディスプレイの部類である。このようなディスプレイの背景は、反射性媒体によって提供することができ、これにより多くの用途のためのバックライトは必要とされない。したがって、このようなディスプレイは、日光可読であると考えられる。必要に応じて、着色フィルタをスクリーンに提供しても良い。

以下の図２ａ及び図２ｂの燃料電池システム及び関連する方法を参照しながらさらに考察するように、燃料電池が使用中であるときに、燃料電池システムは、ゲージを更新することができる。

燃料電池システムに燃料源が接続されていないとき、つまり電力が利用できないときでも、電子多安定ディスプレイ１０６によってゲージ１０４が提供されるために、残存する燃料出力容量の量を燃料源１００に表示することができる。燃料カートリッジ１００に電子多安定ディスプレイ１０６を提供することによって、表示回路から制御回路を分離することが可能であり、制御装置は、燃料電池システムの一部として（燃料源の一部としてではなく）提供され、多くの燃料源の間で共有されても良い。それが燃料電池システムに係合され、燃料を提供する場合、各燃料源は制御装置へのアクセスを要するのみである。したがって、システムと燃料源とを合わせた構成部品数は、減少させることができ、燃料源をより容易かつより安価に製造し得るという効果を伴う。

燃料源１００は、電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより燃料源の物質レベル（または反応物質レベル）を決定するように構成されたリードバックユニット（図示せず）を提供しても良い。例えば、画素の静電容量または抵抗は、その色またはグレースケール値に関し得る。リードバックユニットからの小さな電気信号に応答して、静電容量及び抵抗の組合せを測定することにより各画素に記憶された物質レベルを決定することが可能になる。したがって、ディスプレイ１０６の個々の画素の一部または全ての電気的特性もしくは特性を測定することによって、リードバックユニットは、装置が最後に起動されたときの、燃料ゲージの状態がどのようであったかを決定することができる。このようにして、燃料源が使用中でないとき、メモリユニットにではなく、ディスプレイに物質レベルを記憶することができる。燃料源１００が燃料電池システムに接続されるとき、リードバックユニットは、燃料電池システムによって照会されても良い。このようにして、燃料電池システムは、燃料電池システム中の燃料源１００の履歴状態の経過を追う、または燃料源１００のメモリモジュール中の燃料源１００の履歴状態を記憶することを必要とせずに、燃料源からどれくらいの燃料が抽出されても良いかを決定することができる。

図２ａは、燃料電池構成部品２０２及び制御装置２０４を備える燃料電池システム２００を例証する。燃料電池システム２００は、取り外し可能または交換可能な燃料源、例えば図１を参照して上述した燃料源から燃料を受け取るように構成される。燃料電池システム２００のポート２０６は、従来の様式において燃料源の出口と係合するように構成されても良い。

制御装置２０４は、図２ｂを参照して記載する方法を実行するように構成される。制御装置２０４は、少なくとも部分的に、コンピュータプログラムによって提供されても良い。まず燃料源が接続されると、制御装置は、燃料源の電子多安定ディスプレイから物質レベルを必要に応じて受信するステップ２１０を実行することができる。燃料源が燃料反応器である場合には、図１の実施例と同様に、物質レベルは燃料源中に残存する反応物質のレベルであっても良い。あるいは、燃料源が缶またはタンクである場合、物質レベルは残存する燃料のレベルであっても良い。

燃料源が燃料電池システム２００に接続されているときに、電子多安定ディスプレイの状態は物質レベルを表し、これはディスプレイの状態が従前に接続された燃料電池システムにより最後に設定されたときと同じであるからである。制御装置は、図１に記載したように、燃料源のから物質レベルを受信しても良い２１０。あるいは、制御装置はそれ自体、リードバックユニットの機能を実行して、ディスプレイの１つ以上の画素の電気的特性または特性を測定することにより物質レベルを受信しても良い２１０。

本方法は、燃料電池システム２００の燃料消費量を決定するステップ２１２をさらに含む。当技術分野で知られているように、決定２１２は、燃料電池システムの出力電圧、電流、または電力に従って実行しても良い。あるいは、燃料消費量は、燃料源からの、または燃料電池システム２００内の燃料流量に従って決定されても良い２１２。燃料流量は、燃料ポート２０６に接続された燃料入口ライン２０８の流量計（図示せず）を使用して、測定することができる。

次いで、燃料源の物質レベルは、燃料消費量に従って算出される２１４。例えば、制御装置２０４は、メモリに保持された履歴物質レベルから、経時的な流体消費量の積分を差し引いても良い。燃料電池システム２００がディスプレイから物質レベルを受信する場合には、制御装置２０４は、燃料消費量及び読み取られた物質レベルに従って燃料源のその後の物質レベルを算出しても良い２１４。

図２ｂの方法の最終ステップは、物質レベルに従って燃料源の電子多安定ディスプレイを更新すること２１６に関する。更新は、燃料源と係合するポート２０６によって、接続、例えばシリアルリンクを介して、送信されても良い。更新ステップ２１６は、多安定ディスプレイのディスプレイ駆動ハードウェアに指示することを含んでも良い。あるいは、燃料電池システムは、ディスプレイ駆動ハードウェアを備え、ディスプレイに信号を直接送信しても良い。

図３ａ及び３ｂはそれぞれ、流体ゲージアダプタ３００の内部及び外部の概略図を例証する。流体ゲージアダプタ３００は、入口３０１及び出口３０２を有する。アダプタ３００は、電子多安定ディスプレイ３０６を備える流体ゲージ３０４を備える。したがって、アダプタ３００の入口２０１は、流体ゲージの機能性を流体貯蔵装置に提供するために、流体貯蔵装置、例えば燃料源または流体シリンダに付けても良い。

図３ａの内部図で分かるように、アダプタ３００は、入口３０１と出口３０２との間の流路３０８、及び流路中の流体の特性を測定するように構成された流体特性測定装置３１０を有する。例えば、流体の特性は、流体の圧力であっても良く、この場合、流体特性測定装置３１０は気圧計であっても良い。あるいは、流体の特性は、流体の流量であっても良く、この場合、流体特性測定装置３１０は流量計であっても良い。

流路３０８を通る流体流量を使用して発電するように構成される発電機を流路３０８に提供しても良い。一部の実施例において、流体特性測定装置３１０及び発電機は、一体型装置によって提供されても良い。このような実施例において、電力、電圧、または電流出力のレベルは、流路３０８を通る流体流量を表しても良い。

流体ゲージアダプタ３００は、発電機に加えて、または発電機に代わるものとして、再生可能エネルギー源（図示せず）も備えることができる。ソーラーパネル及び風車は、再生可能電源の例である。より広範には、再生可能電源の用語は、電池電力などの再生することができるあらゆる電源を包含しても良い。

制御装置３１２は、流体ゲージアダプタ３００内に提供される。（けれども）制御装置は、図２ｂの方法と同様の方法を実行するように構成される。すなわち、制御装置３１２は、流体特性測定装置３１０から流体の特性を受信し、特性から流体流速を決定して、流体流速に従って、入口に接続された流体貯蔵装置の流体レベルを算出するように構成される。次いで、制御装置３１２は、流体レベルに従って流体ゲージ３０４の電子多安定ディスプレイ３０６を更新する。

スイッチ３１４は、流体ゲージアダプタ３００の外側に提供されることにより、ユーザ入力を提供することができる。ユーザ入力は、流体ゲージアダプタ３００が全流体貯蔵装置に接続されていることを表すことができる。制御装置は、スイッチからユーザ入力を受信するように構成され、これによりユーザ入力が受信される場合、全ゲージ表示を表示するように電子多安定ディスプレイ３０６を設定することができる。本実施例において、ゲージ３０４は、円グラフの形態をとるが、任意の好適な表現を使用しても良いことが理解されよう。

ユーザ入力が受信される場合、流体の特性を測定することによって、制御装置２１２は流体の全てのレベル特性を設定することができる。その後、流体貯蔵装置中に残存する流体の比率を決定するために、制御装置３１２は、流体特性測定装置３１０から受信された流体の特性と、全てのレベル特性とを比較する。制御装置は、常時ではなく、定期的にディスプレイを更新するように構成することができる。制御装置の定期的な作動は、制御装置の電力消費量を削減し、これにより発電機または再生可能燃料源に対する要求を限定することができる。

一例に関して記載された特徴が別の実施形態に対して記載されても良いことは理解されよう。本明細書に記載の実施形態は、燃料電池システムの燃料を貯蔵する燃料反応器に関するが、あらゆる物質を貯蔵するあらゆる物質貯蔵容器にこのような多安定ディスプレイが提供されても良い。このように、多安定ディスプレイまたは貯蔵容器は、貯蔵容器によってまたは容器が接続するシステムによってディスプレイ自体が読み取られることを可能にする、リードバックユニットを含んでも良い。したがって、容器から得られた、または容器に追加された物質量は、システムによって決定され、ディスプレイから読み取られた物質レベルから減算または読み取られた物質レベルに追加されても良い。次いで、最新の物質レベルを表示し、その結果それを記憶するように、多安定ディスプレイを更新することができる。次いで、容器は、その物質レベルを保持し、かつ表示した状態でシステムから切断されても良い。

Claims (20)

1. 燃料電池システムの燃料源であって、電子多安定ディスプレイを備えるゲージを有する、前記燃料源。
2. 前記電子多安定ディスプレイが、電子ペーパーディスプレイを備える、請求項１に記載の燃料源。
3. 前記電子ペーパーディスプレイが、電気泳動インクを備える、請求項２に記載の燃料源。
4. 前記電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより前記燃料源の物質レベルを決定するように構成されたリードバックユニットを備える、先行請求項のいずれか１項に記載の燃料源。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料源から燃料を受け取るように構成され、かつ制御装置を備える燃料電池システムであって、前記制御装置が、
   前記燃料電池システムの燃料消費量を決定し、
   前記燃料消費量に従って前記燃料源の物質レベルを算出して、
   前記物質レベルに従って前記燃料源の前記流体ゲージの電子多安定ディスプレイを更新するように構成された、前記燃料電池システム。
6. 前記制御装置が、
   前記電子多安定ディスプレイから物質レベルを受信して、
   前記燃料消費量及び前記読み取られた物質レベルに従って前記燃料源のその後の物質レベルを算出するように構成される、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記ディスプレイの前記物質レベルの受信が、前記ディスプレイの１つ以上の画素の電気的特性を測定することを含む、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記制御装置が、前記燃料電池システムの出力電圧、電流、または電力に従って前記燃料消費量を決定するように構成される、請求項５〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
9. 燃料入口ラインの流量計を備え、前記制御装置が、計量された流量に従って前記燃料消費量を決定するように構成される、請求項５〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
10. 燃料電池システムの作動方法であって、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料源から燃料を受け取ることと、
    前記燃料電池システムの燃料消費量を決定することと、
    前記燃料消費量に従って前記燃料源の物質レベルを算出することと、
    前記物質レベルに従って前記燃料源の前記流体ゲージの電子多安定ディスプレイを更新することと、を含む、前記方法。
11. 請求項１０に記載の方法を実行するように構成された、コンピュータプログラム。
12. 流体ゲージアダプタであって、
    電子多安定ディスプレイを備える流体ゲージと、
    前記アダプタの入口と出口との間の流路と、
    前記流路中の流体の特性を測定するように構成された流体特性測定装置と、
    制御装置であって、
    前記流体の前記特性に従って流体貯蔵装置の流体レベルを算出して、
    前記流体レベルに従って前記流体ゲージの前記電子多安定ディスプレイを更新するように構成された、前記制御装置と、を備える、前記流体ゲージアダプタ。
13. 前記制御装置が、前記ディスプレイを定期的に更新する、請求項１２に記載の流体ゲージアダプタ。
14. 前記流路を通る前記流体流量を使用して発電するように構成された発電機を備える、請求項１２または請求項１３に記載の流体ゲージアダプタ。
15. 再生可能エネルギー源を備える、請求項１２または請求項１３に記載の流体ゲージアダプタ。
16. 物質貯蔵容器であって、電子多安定ディスプレイを備えるゲージを有し、前記電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより前記容器中の物質レベルの決定をもたらすように構成されたリードバックユニットを含む、前記物質貯蔵容器。
17. 電子多安定ディスプレイを備えるゲージを有する物質貯蔵容器から物質を受け取るように構成されたシステムであって、前記電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定することにより前記容器中の物質レベルを決定するように構成される、前記システム。
18. 貯蔵容器中の物質の物質レベルの決定方法であって、前記貯蔵容器は、前記物質レベルを表示するように構成された電子多安定ディスプレイを備え、前記方法は、
    前記電子多安定ディスプレイの電気的特性を測定して、そこから前記物質レベルを導出することを含む、前記方法。
19. 添付図面に従った、本明細書に記載される燃料源、流体ゲージアダプタ、または燃料電池システム。
20. 添付図面に従った、本明細書に記載される燃料電池システムの作動方法。

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