(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池を電源とする情報端末装置において、外部に露出した開口部から、カソード生成水、電解質膜を通り抜けてカソード側へ行った燃料或いは燃料に含まれる水分が、端末を構成する機器の内部に浸入して故障の原因になるのを抑制する。【解決手段】燃料電池を主電源とする折りたたみ式の電子機器において、外部に露出する開口部が、電子機器を折りたたんだときに端末によって遮断され、しかも表示画面或いは操作キーと対面しないようにする。これにより、端末不使用時に開口部を遮断し、また表示画面及び操作キーと接触しないようにする。【選択図】図１７
2006178596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部と、入力信号を演算し出力する実装部とが折りたたみ可能に接続されている、主電源として燃料電池を備えた電子機器であって、前記燃料電池が収納された筐体を備え、前記筐体の一部に外部に露出する開口部を有するものにおいて、前記表示部と前記実装部とが折りたたまれたときに、前記開口部が前記表示部の背面になるように構成したことを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項２】
請求項１において、補助電源として二次電池が搭載されている燃料電池搭載電子機器。
【請求項３】
表示部と実装部とがヒンジによって可動できるように接続されている電子機器であって、燃料電池が収納された筐体を備え、前記筐体の一部に外部に露出する開口部を有するものにおいて、前記表示部と前記実装部がヒンジを介して折りたたまれたときに、前記開口部が前記表示部の背面になるように構成したことを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項４】
請求項３において、前記燃料電池が固体高分子のイオン交換膜よりなる電解質膜を挟んで一方にアノード、他方にカソードを有し、メタノールを燃料として発電する直接メタノール形燃料電池よりなることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項５】
請求項４において、前記電解質膜と前記アノード及び前記カソードが一体化された膜／電極接合体を備えたことを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項６】
請求項４において、前記ヒンジの部分に燃料カートリッジホルダーを有し、前記燃料カートリッジホルダーに燃料カートリッジが挿入されることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項７】
請求項３において、補助電源として二次電池が搭載されている燃料電池搭載電子機器。
【請求項８】
請求項３において、前記実装部の背面側に前記燃料電池を収納した筐体が設けられ、前記筐体の前記実装部の背面に当たる部分に前記開口部が設けられ、前記表示部の背面側が前記開口部を有する筐体の方向に折りたたまれることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項９】
請求項３において、前記表示部の背面側に前記燃料電池を収納した筐体が設けられ、前記筐体の前記表示部の背面に当たる部分に前記開口部が設けられ、前記開口部を有する側が前記実装部の方向に折りたたまれることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項１０】
請求項３において、前記表示部の背面側と前記実装部の背面側の両方にそれぞれ前記燃料電池を収納した筐体が設けられ、前記表示部を有する側に設けられた前記筐体は前記表示部の背面に当たる部分に前記開口部を有し、前記実装部を有する側に設けられた前記筐体は前記実装部の背面に当たる部分に前記開口部を有し、それぞれの前記開口部が対面するように折りたたまれることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項１１】
請求項３において、前記燃料電池を収納した筐体が前記表示部及び前記実装部と独立して、前記表示部の背面側で前記実装部との間に設けられ、前記筐体の前記表示部の背面と対向する面に前記開口部が設けられ、前記開口部を有する側が前記表示部の方向に折りたたまれることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項１２】
請求項３において、前記燃料電池を収納した筐体が前記表示部及び前記実装部と独立して、前記表示部の背面側で前記実装部との間に設けられ、前記筐体の前記実装部と対向する面に前記開口部が設けられ、前記実装部が前記開口部を有する面の方向に折りたたまれることを特徴とする燃料電池搭載電子機器。
【請求項１３】
請求項３において、前記実装部の表面に操作キーが備えられている燃料電池搭載電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主電源として燃料電池を備えた電子機器に係り、特に表示部と実装部とに分かれ、両者が折りたたみ可能に構成されている電子機器に関する。本発明は携帯型電話機あるいはノート型パーソナルコンピュータのような携帯型情報端末装置に適用するのに適する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型電話機或いはノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型情報端末装置の主電源として燃料電池が注目されている。特に、固体高分子のイオン交換膜よりなる電解質膜とアノード、カソード、必要に応じて更に拡散層を一体化した膜／電極接合体(MEA：Membrane  Electrode  Assembly)を有し、燃料としてメタノールを使用する直接形メタノール燃料電池或いはヒドラジン等の液体を使用する燃料電池が注目されている。直接形メタノール燃料電池(DMFC：Direct  Methanol  Fuel  Cell)は、近い将来バイオマスからのメタノールの生産が期待されることから、特に注目されている。
【０００３】
燃料電池は燃料が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電機である。燃料はアノードにおいて電気化学的に酸化され、カソードでは酸素が還元されて、両電極間には電気的なポテンシャルの差が生じる。このときに外部回路として負荷が両極間にかけられると電解質中にイオンの移動が生起し、外部負荷には電気エネルギーが取り出される。酸化剤ガスには空気又は酸素ガスが用いられる。
【０００４】
DMFCを搭載した携帯機器では、DMFCを筐体に収納し、筐体に外部に露出する開口部を形成し、開口部を開放状態或いは機器の操作キー側に折りたためるように構成したものが既に知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開2004-55307号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
背景技術に記載した従来例では、カソードで酸素の還元反応により生じた生成水、電解質膜を通り抜けてカソード側へ浸入したメタノール燃料或いは燃料中に含まれる水分が、外部に露出した開口部を通って、操作キーの隙間から機器の内部に入りやすく、電気回路の故障、絶縁不良の原因になりやすいという課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、外部に露出した開口部から、カソード生成水、電解質膜を通り抜けてカソード側へ行った燃料或いは燃料に含まれる水分が機器の内部に浸入するのを抑制できるようにした燃料電池搭載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】
【０００８】
本発明は、燃料電池を主電源とする折りたたみ式の電子機器において、燃料電池を収納する筐体に設けられる開口部が、電子機器を折りたたんだときに表示部の背面側に位置するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電子機器を折りたたんだときに、開口部が表示部の表示画面に対面しないので、カソード生成水、燃料或いは燃料に含まれる水分等が開口部を通って電子機器の内部へ侵入するのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、DMFCを例にとって説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。メタノールを燃料とする燃料電池では、以下に示す電気化学反応によってメタノールの持っている化学エネルギーが直接電気エネルギーに変換される形で発電される。アノード側ではメタノール水溶液が（１）式に従って反応して炭酸ガスと水素イオンと電子に解離する。
【００１１】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−            …（１）
生成された水素イオンは電解質膜中をアノードからカソード側に移動し、カソード電極上で空気中から拡散してきた酸素ガスと電極上の電子と（２）式に従って反応して水を生成する。
【００１２】
６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ                  …（２）
発電に伴う全化学反応は（３）式に示すようにメタノールが酸素によって酸化されて炭酸ガスと水とを生成する反応になり、化学反応式はメタノールの火炎燃焼と同じになる。
【００１３】
ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ              …（３）
単セルの開路電圧は概ね1.2V、燃料が電解質膜を浸透する影響で実質的には0.85〜1.0Vであり、特に限定されるものではないが実用的な負荷運転の下での電圧は0.2〜0.6V程度の領域が選ばれる。従って、実際に電源として用いる場合には負荷機器の要求にしたがって所定の電圧が得られるように単セルを直列接続して用いる。また、適宜、並列に接続することで電池容量を調整することが可能である。
【００１４】
本発明の実施態様の１つは、図１７に示すように、燃料電池が収納された筐体を実装部の背面側に設け、実装部の背面に当たる部分に大気中の空気を取り込むための開口部を設け、表示部の背面側が前記開口部を有する筐体の方向に折りたたまれるように構成することである。
【００１５】
本発明の他の実施態様は、図１８に示すように、燃料電池が収納された筐体を表示部の背面側に設け、表示部の背面に当たる部分に開口部を設け、その開口部を有する側が実装部の方向に折りたたまれるように構成することである。
【００１６】
更に他の実施態様は、図１９に示すように、燃料電池が収納された筐体を、表示部の背面側と実装部の背面側の両方に設け、いずれも表示部あるいは実装部の背面に当たる部分に開口部を設け、両者の開口部が対面するように折りたためる構成とすることである。
【００１７】
本発明の他の実施態様は、図２０に示すように、燃料電池が収納された筐体を独立して設け、空気が取り込まれる開口部を、表示部の背面あるいは実装部の背面に対向する面に設けた構成とすることである。
【００１８】
本発明によれば、発明の効果として記載した効果のほかに、燃料電池による発電が行われないときには、開口部が遮断されるので、大気中の塵埃が開口部を通って機器の内部に侵入するのを防止できるという効果がある。
【００１９】
主電源である燃料電池の構成について説明する。図１は電源システムの構成を示している。電源システムは、燃料電池１、燃料カートリッジ２、出力端子３及び排ガス口４から構成されている。燃料カートリッジ２は高圧液化ガス、高圧ガス又はバネなどの圧力によって燃料を送り出す方式であり、燃料を図２に示す燃料室１２に供給するとともに、燃料室内を液体燃料で大気圧よりも高い圧力に維持する。発電に伴って、燃料室の燃料が消費されると燃料カートリッジ２から燃料が補給される。電池出力は直流/直流変換器５を介して負荷機器に供給される。直流/直流変換器５は制御器６によって制御され、制御器６は燃料電池１、燃料カートリッジ２の燃料残量、直流/直流変換器５の運転時及び停止時の状況等にかかわる信号をもとに、直流/直流変換器５を制御する。制御器６には、燃料カートリッジ２の残量が設定値を下回る状況になった場合或いは空気拡散量などが所定の範囲から外れた場合に、直流/直流変換器５から負荷への電力供給を停止し、また音響、音声、パイロットランプ又は文字表示などの異常警報を発する機能を持たせることができる。
【００２０】
図２は燃料電池の部品構成を示している。燃料電池１は、燃料室１２の両面にそれぞれアノード端板１３ａ、ガスケット７、拡散層付きのMEA１１、ガスケット７、カソード端板１３ｃが順次に積層された構造を有する。なお、図２では、燃料室１２の一部に燃料カートリッジホルダー１４が取り付けられているが、これは一例であり、これに限定されるものではない。積層体は面内の加圧力が略均一になるようにネジで固定して一体化される。
【００２１】
図３に燃料室１２の両面に発電部を有する燃料電池１の斜視図を示す。燃料電池１は、燃料室１２の両面に複数の単セルが直列接続され、それぞれの面の直列単セル群はさらに接続端子１６により直列接続され、出力端子３から電力を取り出す構造になっている。なお、図３には積層体を固定するためのネジ１５が示されている。燃料は、燃料カートリッジ２から供給され、アノードで生成した炭酸ガスは、図５に示す排ガスモジュールを介して排ガス口４から排出される。
【００２２】
図４に燃料室１２の平面図とＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示す。燃料室１２には燃料を分配するための複数のリブ２１が設けられ、リブ支持板２３の支持を受けて両面貫通のスリット２２ａを形成している。リブ支持板２３は、燃料室１２の厚さよりは薄く、この部分に燃料分配のための溝部が形成され、かつ、リブ支持板には、図５に示す気液分離管３１を支持する孔２４が設けられている。また、燃料室１２には、排ガス口４、電池締め付け用ネジ孔２５ａ、燃料カートリッジ受け口２６及び燃料カートリッジホルダー１４が設けられている。燃料室２１の材質には高密度塩化ビニル、高密度ポリエチレン、高密度ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン類、ポリエーテルスルフォン類、ポリカーボネートを用いると良い。また、炭素板、鋼、ニッケル、アルミニウム合金、マグネシウム合金或いはステンレススチールの表面を不働態化処理したもの或いはそれらの表面に樹脂を塗布して絶縁化したものなどを用いるとよい。
【００２３】
燃料や酸化剤ガスなどの流体を分配するスリット２２ａは、図４では平行溝構造をとっているが、流体が面内で均一に分配される構造であれば、他の構造でもよい。また、図３では電池構成部材をネジ１５によって締め付けて、電気的接触と液体燃料のシールを図っているが、これも本実施例に限定されるものではなく、例えば、電池部材をそれぞれ接着性高分子フィルムで張り合わせて、筐体などで加圧或いは締め付けてもよい。これらの方法は、電源を軽量、薄型化を図る上で有効な方法である。
【００２４】
図５に排ガスモジュール３０の構造の一例を示す。排ガスモジュール３０は複数の撥水性で多孔質の中空糸状又は筒状の気液分離管３１がモジュール基板３２に開口部をもって密着して接合されている。この気液分離管３１の外径は、図４に示した気液分離管３１を支持する孔２４に挿入可能な大きさが選ばれ、モジュール基板３２に接続されていない端は管が閉じられている。気液分離管３１に用いられる材料は、通気性が高く、撥水性の強いものが望ましく、多孔質ポリテトラフルオロエチレン中空糸、ポリテトラフルオロエチレンフィブリルを押し出し成型したチューブ、あるいは、織布や不織布で作られたチューブを撥水化処理したものなどが好適である。
【００２５】
図６は、燃料室１２と図５に示した排ガスモジュール３０とを組み合わせた構成を示す。排ガスモジュール３０の各々の気液分離管３１は、燃料室１２に設けられたリブ支持板２３の孔２４を通して固定されている。モジュール基板３２は排ガス口４に接続されており、それぞれの気液分離管にて回収されたガスを電池外に排気する機能を持っている。このような構造にすることによって、気液分離管は炭酸ガスが発生するアノードの近傍で、対向する２つのアノードとほぼ等距離に設置されることになり、燃料カートリッジを装着すると、燃料室内は所定の圧力で燃料が満たされた状態になる。また、発電しないときには、気液分離管の撥水性によって、その細孔内に燃料が特定の圧力に達するまでは進入できない。これにより、特定の圧力以下では燃料の漏洩がなく、燃料内の溶存ガスの脱気および発電開始とともに発生する炭酸ガスは気液分離管に捕捉されて、液体燃料の圧力で電池外へ排気される。
【００２６】
図７に燃料室に接合されるアノード端板１３ａの平面図とＡ−Ａ断面図を示す。アノード端板１３ａの面内には６個の単セルが配置される。アノード端板には、６個の単セルを直列に電気接続するためのカレントコレクタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと絶縁性シート４１が一体化されており、それぞれのカレントコレクタには複数のスリット２２ｂが設けられている。絶縁性シート４１には、電池部品の一体化、締め付けのために、複数のネジ孔２５ｂが設けられている。カレントコレクタ４２の材料は特に限定されないが、炭素板、ステンレススチール、チタン、タンタルなどの板、或いはこれらの金属材料と他の金属、例えば炭素鋼、ステンレススチール、銅、ニッケル等とをクラッドした複合板などを用いることできる。
【００２７】
また、絶縁性シート４１は、面内に配置されたカレントコレクタ４２がそれぞれ一体化接合でき、絶縁性、平面性を確保できる材料であれば特に限定はない。高密度塩化ビニル、高密度ポリエチレン、高密度ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン類、ポリエーテルスルフォン類、ポリカーボネート、ポリイミド系樹脂或いはこれらをガラス繊維強化したものなどを用いると良い。また、鋼、ニッケル、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレススチールなどの金属の表面を不働態化処理、或いは表面に樹脂を塗布して絶縁化したものを用いることもできる。
【００２８】
本実施例の燃料電池は、燃料室１２に形成されたリブでMEAを固定する方式であり、アノード端板１３ａは大きな剛性を必要とせずにカレントコレクタ４２とMEA１１の電気的接触が達成できるので薄型化が可能であり、0.05〜1.0mmの厚さにすることが可能である。その結果、発電に伴ってアノードで発生する炭酸ガスが電極面近傍で大きく成長することなく離脱するために、炭酸ガスの電極面における気泡成長を抑制でき、高い発電性能を維持することができる。また、アノード端板表面に化学的に親水基を導入、或いは酸化チタンに代表される親水性物質を分散、担持して、アノード端板を親水化すると、発電により発生した炭酸ガスがアノード端板に付着、滞留することなく、速やかに移動するために、アノード近傍の炭酸ガス脱気に大きな効果がある。
【００２９】
図８に同一面内に複数の単セルを直列に配置したカソード端板１３ｃの平面図とＡ−Ａ断面図を示す。カソード端板１３ｃは、基板８１に複数のカレントコレクタ４２を接合するためのザグリ部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ、そのザグリ部８２に酸化剤である空気及び生成物である水蒸気を拡散させるためのスリット２２ｃが設けられ、更に燃料電池部品を締め付けて一体化するためのネジ孔２５ｃが設けられている。基板８１の材料は、面内に配置されたカレントコレクタ４２が接合でき、絶縁性、平面性を確保でき、更にMEAと十分に低い接触抵抗となるように面内締め付けが可能な剛性を持ったものがよく、アノード端板と同様の材料を用いることができる。
【００３０】
図９には、図８に示したカソード端板用の基板８１のザグリ部８２に、図１０に示すカレントコレクタを接合してなるカソード端板１３ｃの平面図とＡ−Ａ断面図を示す。カソード端板１３ｃには、面内に６個の単セルのカソードと接触、集電する６個のカレントコレクタ４２と燃料電池部品を締め付けて一体化するためのネジ孔２５ｃが設けられている。カレントコレクタ４２は、基板８１のフランジ面と可能な限り同一面を構成するように、ザグリ部８２に嵌め込まれて接着剤で接合されることが望ましい。このときの接着剤には、メタノール水溶液に溶解、膨潤せず、メタノールよりも電気化学的に安定なものを使用するのが良く、エポキシ樹脂系接着剤は好適である。
【００３１】
また、カレントコレクタ４２と基板８１の一方の面が同一面を形成することも特に限定的なものではなく、この部分に段差が生じるような構造の場合、例えば、基板８１にザグリ部８２を設けることなくカレントコレクタ４２を接合することも可能であり、シールのために用いられるガスケットの構造、厚みを変更することで対応できる。
【００３２】
図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）にアノード端板１３ａ，１３ｃに接合されるカレントコレクタの構造を示す。カレントコレクタ４２ａは、（ａ）に示すように電池の出力端子３を備え、面内には燃料もしくは酸化剤である空気を拡散させるためのスリット２２ｂが設けられている。カレントコレクタ４２ｂ，４２ｃには同一面内の単セルを直列に接続するためのインターコネクタ５１ｂ，５１ｃとスリット２２ｂが設けられている。また、カレントコレクタ４２ａにはフィン５２ａが、カレントコレクタ４２ｂにはフィン５２ｂが、カレントコレクタ４２ｃにはフィン５２ｃが設けられている。なお、カレントコレクタをカソード端板に接合するときには、フィンは設けなくてもよい。
【００３３】
カレントコレクタ４２の材料は特に限定するものではないが、炭素板、ステンレススチール、チタン、タンタル、或いはこれらの金属材料と他の金属、例えば炭素鋼、ステンレススチール、銅、ニッケル等とのクラッド板などを用いるとよい。また、金属系カレントコレクタにおいては、加工されたカレントコレクタの通電接触部に金のような耐食性貴金属をメッキすること、或いは導電性炭素塗料などを塗布して実装時の接触抵抗を低減することが望ましく、電池の出力密度向上と長期性能安定性の確保に有効である。
【００３４】
アノード触媒には、たとえば炭素系粉末担体に白金とルテニウムを分散担持したものを用いることができ、カソード触媒には、たとえば炭素系担体に白金微粒子を分散担持したものを用いることができる。触媒の主成分である白金の炭素粉末に対する担持量は一般的には50重量％以下が好ましく、場合によっては30wt%以下でも高い性能の電極を形成することが可能である。電極中の白金量は、アノード電極では0.5〜5mg/cm2、カソード電極では0.1〜2mg/cm2が好ましい。
【００３５】
電解質膜に水素イオン導電性材料を用いると大気中の炭酸ガスの影響を受けることなく安定な燃料電池を実現できる。このような材料としては、ポリパーフルオロスチレンスルフォン酸、パーフルオロカーボン系スルフォン酸などに代表されるスルフォン酸化したフッ素系ポリマーがある。また、ポリスチレンスルフォン酸、スルフォン酸化ポリエーテルスルフォン類、スルフォン酸化ポリエーテルエーテルケトン類などの炭化水素系ポリマーをスルフォン化した材料がある。このほかに炭化水素系ポリマーをアルキルスルフォン酸化した材料がある。これらの材料を電解質膜として用いれば一般に燃料電池を80℃以下の温度で作動することができる。また、タングステン酸化物水和物、ジルコニウム酸化物水和物、スズ酸化物水和物などの水素イオン導電性無機物を耐熱性樹脂若しくはスルフォン酸化樹脂にミクロ分散した複合電解質膜等を用いることによって、より高温域まで作動する燃料電池とすることもできる。特にスルフォン酸化されたポリエーテルスルフォン類、ポリエーテルエーテルスルフォン類或いは水素イオン導電性無機物を用いた複合電解質膜は、ポリパーフルオロカーボンスルフォン酸類に比較して燃料のメタノール透過性の低い電解質膜として好ましい。いずれにしても水素イオン伝導性が高く、メタノール透過性の低い電解質膜を用いると燃料の発電利用率が高くなる。
【００３６】
図１１（ａ）に本発明の実施例に用いたMEA１１の構造を示す。電解質膜６１にはアルキルスルフォン酸化ポリエーテルスルフォンを用いた。アノード６２aには炭素担体(XC72R：キャボット社製)に白金とルテニウムを1：1の原子比で担持し、白金担持量を30重量％としたものを用いた。カソード６２ｃには炭素担体(XC72R：キャボット社製)に白金を30重量％担持したものを用いた。バインダーには、電解質膜のアルキルスルフォン酸化ポリエーテルスルフォンと同じ高分子で電解質膜よりもスルフォン酸化当量重量の小さいものを用いた。このようなバインダーの選択によって、電極触媒に分散される電解質の水及びメタノールのクロスオーバー量を電解質膜よりも大きくとることができ、電極触媒上への燃料拡散が促進されて、電極性能が向上する。
【００３７】
図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に本実施例に用いられるアノード拡散層７０ａ及びカソード拡散層７０ｃの構成を示す。カソード拡散層７０ｃは、撥水性を強めて、カソード近傍の水蒸気圧を高め、生成水蒸気の拡散排気と水の凝集を防ぐための撥水層７２と多孔質炭素基板７１ｃから構成されている。撥水層７２はカソード６２ｃと接するように積層される。アノード拡散層７０ａとアノード６２ａの面接触に関しては特に限定はなく、アノード拡散層を多孔質炭素基板７１ａによって形成することができる。多孔質炭素基板７１ｃには導電性で多孔質な材料、たとえば炭素繊維の織布或いは不織布などが用いることができる。また、アノード拡散層７０ａには導電性と多孔性の条件を満たす炭素繊維の織布或いは不織布などのほかに、電気化学的に活性な金属系材料、例えばステンレススチール繊維不織布、多孔質チタン、多孔質タンタルなどを用いることもできる。
【００３８】
図１２にガスケット７の平面図とＡ−Ａ断面図を示す。ガスケット７は、複数の実装するMEAに対応した、貫通切抜きの通電部９１と締め付けネジを通すための複数のネジ孔２５ｄ及びアノード端板、カソード端板のインターコネクタを接続する電導体を貫通させる接続孔９２から構成される。ガスケット７は、アノード６２ａに供給される燃料及びカソード６２ｃに供給される酸化剤ガスをシールするためのものであり、通常用いられるEPDMなどの合成ゴム、フッ素系のゴム、シリコンゴムなどをガスケット材として使用することができる。
（燃料電池の作製と発電試験）
図１３に、作製したDMFCの斜視図を示す。この燃料電池１は、燃料室１２、図に示していないがスルフォメチル化ポリエーテルスルフォンを電解質膜として用いたMEA、ガスケットを挟んだカソード端板１３ｃとアノード端板１３ａを有し、発電部は燃料室１２の片方の面に実装されている。この燃料室１２の外周には、燃料供給管２８と排ガス口４が設けられている。また、アノード端板１３及びカソード端板１３ｃの外周部には一対の出力端子３が設けられている。電池の組み立て構成は、図２に示した部品構成とほとんど同じであり、燃料室１２の片面に発電部が実装されている点と、燃料カートリッジホルダーが燃料室１２と一体化されていない点が異なる。燃料室１２には高圧塩化ビニル、アノード端板にはポリイミド樹脂フィルム、カソード端板にはガラス繊維強化エポキシ樹脂を用いた。
【００３９】
図１４に、MEA１１の実装レイアウトとＡ−Ａ断面図を示す。このDMFCには、燃料室１２と一体化されたアノード端板１３ａの表面スリット部に発電部サイズが、16mm×18mmで、大きさが22mm×24mmのMEAが12枚実装される。燃料室内部には図１４のＡ−Ａ断面図に示したように、気液分離管３１を組み合わせた気液分離モジュールが、燃料室１２内に設けられた燃料分配溝２７の中に挿入されている。気液分離モジュールの一方の端部は排ガス口４に接続されている。また、燃料分配溝２７の一方は、燃料室１２の外周部に位置する燃料供給管２８に接続されている。図１４には図示されていないカレントコレクタは、アノード端板１３ａの外表面に、アノード端板表面と同一平面となるように接着され、単セルをそれぞれ直列接続するためのインターコネクタ５１及び出力端子３が設けられている。カレントコレクタの材料には0.3mm厚みのチタン板を用い、電極と接触する表面に約0.1μm程度の金を蒸着した。
【００４０】
図１５にはカソード端板１３ｃの平面図とＡ−Ａ断面図を示す。カソード端板１３ｃにはガラス繊維強化エポキシ樹脂板2.5mmを基板８１として用いた。この基板の表面には、上記と同じように金を蒸着した厚さ0.3mmのチタン製カレントコレクタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃをエポキシ樹脂で接着した。基板８１とカレントコレクタ４２には、空気拡散のためのスリット２２を設け、それぞれ連通するように接着した。
【００４１】
このようにして作製した電源用燃料電池のサイズは、115mm×90mm×9mmである。作製した燃料電池の燃料室１２に30重量％メタノール水溶液を注入し、室温で発電試験を実施したところ、出力は4.2V、1.2Wであった。
【実施例１】
【００４２】
上記で作製したDMFCを最大出力2W、平均出力約1Wの携帯用情報端末に実装した例を図１７に示す。この携帯用情報端末は、タッチパネル式入力装置が一体化された表示部１０１、アンテナ１０３、燃料電池１を収納した筐体１００、実装部としてのメインボード１０２および二次電池１０６を備えている。表示部には情報を表示する画面が配備されている。二次電池にはリチウムイオン二次電池を用いた。筐体１００は、燃料電池とメインボードの収納を兼ねており、燃料電池とメインボードを区画するための隔壁１０５を有する。メインボード１０２には、プロセッサ、揮発及び不揮発メモリ、電力制御部、燃料電池及び二次電池の制御部、燃料モニタなどの機器及び電子回路などが実装されている。表示部側とメインボード側は燃料カートリッジ２のホルダーを兼ねたヒンジ１０４で連結されており、矢印の方向に折りたためる構造になっている。二次電池は補助電源として機能する。
【００４３】
隔壁１０５は、電子部品が搭載されているメインボード１０２側に燃料電池１から発生した熱を伝え難くし、電子部品の誤動作を防止する役目をする。この隔壁１０５の部分に断熱シート１０９を配置して断熱効果を高めてもよい。断熱シート１０９には、耐メタノール性材料を使用するのがよく、シリコン樹脂、塩素化ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂等のプラスチック材料などは好適である。また、中空二重構造にして断熱効果を高めてもよい。隔壁１０５に吸水性機能を持たせて、燃料電池１から漏れた燃料がメインボード１０２側へ浸透するのを阻止するのも好ましい。吸水性機能のみでは、限界含水量に近くなると交換する必要があることから、吸水性のみならず水分を揮発させる機能を持たせるようにしても良い。吸水し、直ちに水分を揮発させる、いわゆる吸水速乾性材料としては、毛細管現象により水分を拡散させることで速乾性を有する円筒形や菱形が重なった形状のポリエステル繊維が好ましい。また、繊維の一本一本に吸水発散性機能を施したポリエステル繊維、中空構造を有している繊維、表面に凹凸を設けることで表面積を増大させた繊維、異型断面繊維を用いた表裏吸水勾配構造素材なども好ましい。防水シートを隔壁１０５の部分に配置しても良く、この防水シート材料としては、ウレタン、EPDM(エチレンプロピレンゴム)、フッ素樹脂等がある。断熱シートと防水シートを重ね合わせてもよい。
【００４４】
筐体１００には、大気中の空気を取り込むための開口部１０８が形成されている。燃料電池のカソードは、この開口部１０８に近い側に設けることが望ましいが、発生する水分の排出や空気の取り込む経路を確保することで、開口部と反対側に配置することも可能である。
【００４５】
ヒンジ１０４の一部を透明にする、或いは空孔をあけることで燃料カートリッジ内の燃料の減り具合を可視的に確認することが可能である。また、燃料カートリッジは、ヒンジ１０４以外の場所、例えば携帯情報端末を持ったときの最下部に位置する部分に設けてもよく、この場合には、重心が低い位置になるので利用者が持った際に軽く感じられる。また、燃料カートリッジを大容量にした際にも交換等の対応が容易である。
【００４６】
開口部１０８を有する面の裏側に空気フィルタ１１１を設けておくと、気体の拡散性が高くなり、粉塵などの進入を防ぐことができる。空気フィルタの材料としては、たとえば合成樹脂の単糸をメッシュ状にしたもの、あるいは織布が好適である。本実施例においては、撥水性の高いポリテトラフルオロエチレン単糸メッシュを用いた。
【００４７】
本実施例では、電源は燃料電池１と二次電池１０６のハイブリッド使用となっている。これは、使用した燃料電池の出力が1.2Wと、携帯用情報端末の最大出力をカバーできないためであり、負荷の高い端末の起動時、データ転送時等にはリチウムイオン二次電池からも電力を供給する仕組みとなっている。ただし、携帯用情報端末の平均出力は1Wであり、通常の低消費電力時においては、燃料電池のみから携帯用情報端末へ電力を供給するとともに、高出力時に消費したリチウムイオン二次電池を充電する事ができる。このようなシステムとすることで電源をコンパクトに保ちながら、充電時間を必要としない携帯機器用に最適な電源が実現できる。
【００４８】
なお、電源を燃料電池のみで構成した場合には、カソードに空気を供給する開口部１０８が塞がれてしまうと、発電に必要な酸素の供給がシャットアウトされるため、燃料電池は全く発電できない状況に陥ってしまい、機器停止時のわずかな消費電力も供給する事ができなくなる。この対策として、機器停止時もカソード極を開放状態にしておくことが考えられるが、大気中の塵埃が混入する恐れがある。電源を燃料電池とリチウムイオン二次電池のハイブリッドとすることで、停止時に開口部を塞いだ状態にしても電力を供給することが可能となる。
【００４９】
本実施例では、情報端末を矢印方向に折りたたんだときに、開口部１０８が表示部の画面と対面しないように遮断されるので、開口部を通って、たとえ燃料あるいは水分が漏れ出したとしても、端末の内部に浸入して故障の原因になるのを防止できる。また、端末の不使用時に大気中の塵埃等が混入するのを防止できる。
【００５０】
本実施例は、操作キーを持たない端末の例であるが、操作キーがあった場合でも、本実施例の構造にすることにより、操作キーの隙間から水分、燃料等が入るのを防止可能である。なお、本実施例では表示部側を矢印方向に折りたたむように説明したが、実装部側を矢印と反対方向に折りたたんでも良いことはいうまでもない。これは以下の実施例の場合でも同様である。
【実施例２】
【００５１】
本実施例による燃料電池実装携帯用情報端末を図１８に示す。本実施例では、表示部１０１の背面に燃料電池１が収納された構成となっている。表示部側を矢印の方向に折りたたむことにより、携帯用端末の停止時には開口部１０８は遮断された状態となる。この構造でも、端末を折りたたんだときに開口部１０８と表示部１０１とが直接対面することはないので、実施例１の場合と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００５２】
本実施例による燃料電池実装携帯用情報端末を図１９に示す。図１９では、表示部１０１の背面および実装部の下部に燃料電池１が収納された構造となっている。矢印の方向に折りたたむことにより、不使用時に開口部を遮断し、しかも表示部と開口部が対面しないようにすることができ、実施例１と同様の効果が得られる。なお、この実施例では、出力1．2Wの燃料電池が２台装着されており、燃料電池のみで2．4Wと携帯用情報端末の最大出力2Wをまかなえる仕様になっている。しかし、折りたたんでカソードを保護するためには、補助電源として二次電池は必須である。ただし、二次電池の容量は実施例１及び２のときよりは小さくてよい。
【実施例４】
【００５３】
本実施例による燃料電池実装携帯用情報端末を図２０に示す。図２０では、表示部１０１、メインボード１０２および二次電池１０６とは独立した状態で、燃料電池１を収納した筐体１００がヒンジ部１０４に取り付けられている。この実施例でも、筐体１００を矢印１１８の方向に折りたたむことにより、開口部１０８が表示部と対面せず、しかも開口部を遮断することができる。また、メインボード１０２を矢印１１６或いは矢印１１７の方向に折りたたむことによっても、開口部１０８を遮断し、かつ表示部と対面しないようにすることができる。
[比較例]
比較例による燃料電池実装携帯用情報端末を図１６示す。この例では開口部１０８が携帯情報端末利用者の顔側に位置しているため、携帯情報端末を持ったときに、手のひら等で開口部が塞がり、空気の取り込みにくい。また、矢印方向へ折りたたんだときに、カソード生成水が開口部を通って表示装置側に漏洩しやすいという問題がある。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、直接メタノール形燃料電池を電源として使用する携帯端末の普及に貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】燃料電池電源システムの構成を示す概略図。
【図２】DMFCを積層方法について説明した斜視図。
【図３】カートリッジホルダー付燃料電池電源の斜視図。
【図４】燃料室の構造の一例を示す平面図と断面図。
【図５】排ガスモジュールの一例を示す平面図と正面図。
【図６】燃料室と排ガスモジュールとが一体化された構造の一例を示す平面図。
【図７】アノード端板の一例を示す平面図と断面図。
【図８】カソード端板の一例を示す平面図と断面図。
【図９】カレントコレクタとカソード端板を一体化した構造の一例を示す平面図と断面図。
【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）はアノードカレントコレクタの一例を示す平面図と断面図。
【図１１】（ａ）（ｂ）（ｃ）はMEA及び拡散層の構造の一実例を示す平面図と断面図。
【図１２】ガスケットの一例を示す平面図と断面図。
【図１３】本発明の実施例による燃料電池の外観を示す斜視図。
【図１４】燃料室とアノード端板を一体化したものにMEAを配置した構造を示す平面図と断面図。
【図１５】カレントコレクタ付カソード端板の実施例を示す平面図と断面図。
【図１６】燃料電池を搭載した携帯情報端末の比較例を示す概略図。
【図１７】本発明による携帯情報端末の一実施例を示す概略図。
【図１８】本発明の他の実施例による携帯情報端末の概略図。
【図１９】本発明による携帯情報端末の別の実施例を示す概略図。
【図２０】本発明の携帯情報端末の更に別の実施例を示す概略図。
【符号の説明】
【００５６】
１…燃料電池、２…燃料カートリッジ、３…出力端子、４…排ガス口、５…直流/直流変換器、６…制御器、７…ガスケット、１１…MEA、１２…燃料室、１３ａ…アノード端板、１３ｃ…カソード端板、１４…燃料カートリッジホルダー、１００…筐体、１０１…表示部、１０２…メインボード、１０３…アンテナ、１０４…ヒンジ、１０５…隔壁、１０６…二次電池、１０８…開口部。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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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