(57)【要約】【課題】生成水を放出する機器の生成水放出面から迅速、かつ、確実に生成水を除去する。【解決手段】生成水を放出する放出面１１を有する機器１２と、機器１２の放出面１１に対し、所定の間隙１３を形成して対向配置される振動板１４と、を備え、振動板１４は、間隙１３内に突設される複数の突起１５を有し、振動板１４を振動させることにより、生成水を霧化あるいは気化し、間隙１３外に除去する。【選択図】図１
2011034809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生成水を放出する放出面を有する機器と、
前記機器の放出面に対し、所定の間隙を形成して対向配置される振動板と、を備え、
前記振動板は、前記間隙内に突設される複数の突起を有し、
前記振動板を振動させることにより、前記生成水を霧化あるいは気化し、前記間隙外に除去する、
ことを特徴とする生成水除去装置。
【請求項２】
請求項１記載の生成水除去装置において、
前記複数の突起は、前記振動板に対して同一方向に沿って斜めに突設されていることを特徴とする生成水除去装置。
【請求項３】
請求項２記載の生成水除去装置において、
前記突起は、前記生成水の移送方向に対して、その先端部が上流側を向いていることを特徴とする生成水除去装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の生成水除去装置において、
前記放出面は、酸化剤を吸入するとともに、前記生成水を放出する孔が設けられて、前記機器としての燃料電池の一部を構成しており、
前記突起または前記突起の先端部は、前記孔を避けた位置に設けられている、
ことを特徴とする生成水除去装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の生成水除去装置において、
前記突起の表面は、親水性材料で形成されていることを特徴とする生成水除去装置。
【請求項６】
請求項５記載の生成水除去装置において、
前記放出面の表面は、撥水性材料で形成されていることを特徴とする生成水除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成水除去装置に係り、特に携帯可能な小型の機器により生成された生成水を迅速かつ確実に除去することが可能な生成水除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池は、エネルギー変換効率が高く、然も発電反応によって有害物質を発生しないため、種々の電気機器のエネルギー源として注目されている。
【０００３】
燃料電池を構成する単位セルは、電解質層の両側に酸化剤極及び燃料極を配置して膜・電極接合体(ＭＥＡ)を構成している。
さらに、単位セルは、膜・電極接合体を構成する酸化剤極の表面を覆って、複数本の空気供給溝が凹設された酸化剤極側導電性プレートが配置され、さらに酸化剤極側導電性プレートの外側にガスセパレーターが配置されている。又、膜・電極接合体を構成する燃料極の表面を覆って、複数本の燃料ガス供給溝が凹設された燃料極側導電性プレートが配置されている。
【０００４】
上記構成を有する燃料電池においては、酸化剤極側導電性プレートの空気供給溝に空気が送り込まれるとともに、燃料極側導電性プレートの燃料ガス供給溝に燃料ガスが送り込まれることによって、発電が行なわれる。
【０００５】
ところで、近年、小型電子機器に電源として燃料電池を搭載することが検討されており、例えば、薄型化の可能なダイレクトメタノール型燃料電池(ＤＭＦＣ)が有力視されている。ＤＭＦＣでは、空気や酸素などの酸化性気体を酸化剤極２２に供給し、メタノールなどの燃料を気体又は液体のまま燃料極に供給することにより、発電が行なわれる。
【０００６】
しかしながら、小型の電子機器に燃料電池を搭載するためには、酸化剤極に酸化剤としての空気（酸素）を供給する場合に、それらを供給するガス供給装置の小型化が必要となる。
【０００７】
従来、小型のガス供給装置として、燃料電池を振動させることによりガスを供給する装置が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。特許文献１は、振動体により形成された複数のチャンバを使用して気体を噴出する気体噴出装置を提案しており、特許文献２は、酸化剤極、燃料極、セパレーター等を振動させる加振手段を備える燃料電池を提案している。
【特許文献１】特開２００５−２４３４９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池においては、発電の過程で水が生成されるが、生成された水（生成水）がうまく外部に排出されないと、振動体の振動を妨げたり、直接的に酸化剤の供給を妨げることとなり、ひいては、効率的な発電が行えないこととなっていた。
そこで、本発明の目的は、生成水を放出する機器の生成水放出面から迅速、かつ、確実に生成水を除去することが可能な生成水除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１態様は、生成水を放出する放出面を有する機器と、前記機器の放出面に対し、所定の間隙を形成して対向配置される振動板と、を備え、前記振動板は、前記間隙内に突設される複数の突起を有し、前記振動板を振動させることにより、前記生成水を霧化あるいは気化し、前記間隙外に除去する、ことを特徴としている。
上記構成によれば、振動板に設けられた複数の突起は、振動板を振動させることにより、前記生成水を霧化あるいは気化し、前記間隙外に除去する。
したがって、生成水を確実、かつ、迅速に除去することができる。
【００１０】
本発明の第２態様は、第１態様において、前記複数の突起は、前記振動板に対して同一方向に沿って斜めに突設されていることを特徴とする。
上記構成によれば、一の突起が放射した音響ビームが他の突起に遮られる可能性が低減し、音響流を発生させて、音響流に乗せて確実に生成水を除去できる。
【００１１】
本発明の第３態様は、第２態様において、前記突起は、前記生成水の移送方向に対して、その先端部が上流側を向いていることを特徴としている。
上記構成によれば、音響流を生成水の移送方向に沿って生じさせることができ、確実に生成水を移送させて、除去することができる。
本発明の第４態様は、第１態様ないし第３態様のいずれかにおいて、前記放出面は、酸化剤を吸入するとともに、前記生成水を放出する孔が設けられて、前記機器としての燃料電池の一部を構成しており、前記突起または前記突起の先端部は、前記孔を避けた位置に設けられている、ことを特徴としている。
上記構成によれば、これは、突起または突起の先端部が酸化剤の吸入及び生成水の除去を物理的に妨げることがなく、燃料電池の発電効率を高く維持することができる。
【００１２】
本発明の第５態様は、第１態様ないし第４態様のいずれかにおいて、前記突起の表面は、親水性材料で形成されていることを特徴としている。
上記構成によれば、突起は、生成水を容易に捕獲して、確実に生成水を霧化あるいは気化し、間隙外に除去することができる。
【００１３】
本発明の第６態様は、第１態様ないし第５態様のいずれかにおいて、前記放出面の表面は、撥水性材料で形成されていることを特徴としている。
上記構成によれば、振動板に設けられた複数の突起が振動板を振動させることにより、生成水を霧化あるいは気化するに際し、放出面から容易に生成水を引き離して、除去することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生成水を放出する機器の生成水放出面から迅速、かつ、確実に生成水を除去することができ、機器の生成水を生成する反応あるいは処理を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の生成水除去装置の原理説明図である。
生成水除去装置１０は、生成水を放出する放出面１１を有する機器１２と、放出面１１に対し、所定の間隙１３を形成して対向配置される振動板１４と、を備え、振動板１４は、間隙１３内に突設される複数の突起１５を有している。
そして、振動板１４を振動させることにより、生成水１６は、突起１５あるいは振動板１４から振動エネルギーを与えられて霧化あるいは気化する。
この結果、生成水は、間隙１３内に留まることなく間隙１３外に迅速に除去される。
【００１６】
図２は、第１実施形態の生成水除去装置を備えた携帯型の燃料電池ユニットの概要構成図である。
燃料電池ユニット２０は、大別すると、燃料電池２０Ａと、燃料電池２０Ａを構成し、生成水を放出する放出面として機能する酸化剤極２２に対し、所定の間隙２６を介して対向するように配置された音波を発生するとともに、複数の突起２７が間隙２６内に突設される平板状の振動板２８と、振動板２８を振動させる圧電素子２９と、を備えている。
突起２７は、振動板２８に対して切り起こし加工により形成したり、埋め込みあるいは接着により形成したりすることが可能であるが、切り起こし加工により形成する方が構造が単純化されるため望ましい。
【００１７】
図３は、燃料電池の概要構成説明図である。
燃料電池２０Ａは、電解質層２１の両側にそれぞれ設けられた酸化剤極２２と、燃料極２３とを配置して構成される膜・電極接合体２４と、を備えている。ここで、酸化剤極２２は、酸化剤極電極として機能し、燃料極２３はアノード電極として機能している。
酸化剤極２２には、酸化剤としての酸素を含む空気が供給される。
燃料極２３には、メタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が毛細管現象により供給される。
これらの結果、燃料電池２０Ａは、メタノール燃料中のメタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
酸化剤極２２は、酸化剤極触媒層２２Ａおよび酸化剤極基体２２Ｂを有する。酸化剤極触媒層２２Ａは、電解質層２１に接合されている。酸化剤極基体２２Ｂは、通気性を有する材料で構成されている。酸化剤極基体２２Ｂを通過した空気が酸化剤極触媒層２２Ａに供給される。
【００１８】
酸化剤極２２側の電解質層２１の周縁部に酸化剤極側ガスケット３１が設けられている。酸化剤極側ガスケット３１を介して酸化剤極側ハウジング３２が設置されている。酸化剤極側ハウジング３２には、酸化剤としての酸素を含む空気を取り込むともに、反応により生成される生成水を放出する孔３３が設けられている。なお、この孔３３に対して、突起２７の先端部が位置しないように突起２７は形成されている。これは、突起２７が酸化剤の取り込み及び生成水の除去を物理的に妨げないようにするためである。
そして、孔３３から流入した空気は、酸化剤極２２、酸化剤極側ガスケット３１および酸化剤極側ハウジング３２により形成された空気室３４に流入し、酸化剤極基体２２Ｂに到達する。なお、酸化剤極側ハウジング３２は撥水性であることが望ましい。酸化剤極側ハウジング３２を構成する材料としては、ステンレス系金属、チタン系合金などの金属材料、または、アクリル樹脂、エポキシ、ガラスエポキシ樹脂、シリコン、セルロース、ナイロン（登録商標）、ポリアミドイミド、ポリアリルアミド、ポリアリルエーテルケトン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリグリコール酸、ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタラート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン、硬質ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂が挙げられる。
【００１９】
次に、燃料極側ガスケット３５について説明する。
本実施形態の燃料極側ガスケット３５は、全体が気液分離フィルターで形成されている。気液分離フィルターは、燃料極２３で生成したガスを透過する一方で、メタノール燃料を遮断する気液分離機能を備える。気液分離機能を発現する材料として、織布、不織布、メッシュ、フェルト、またはオープンポアを有するスポンジ状の材料のような多孔質の材料が上げられる。
【００２０】
多孔質材料を構成する組成物として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＣＴＦＥ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、パーフロロ環状重合体などが挙げられる。
【００２１】
気液分離フィルターは、撥水性であることが好ましい。ここで、撥水性とは、液体燃料をはじく性質のことであり、より詳細には、Ｚｉｓｍａｎプロットにより算出される臨界表面張力が液体燃料の表面張力よりも低い性質のことをいう。
【００２２】
燃料極２３は、燃料極触媒層２３Ａおよび燃料極基体２３Ｂを有する。燃料極触媒層２３Ａは、電解質層２１に接合されている。燃料極基体２３Ｂは、多孔質材料で構成されている。毛細管現象により燃料極基体２３Ｂを通過したメタノール燃料が燃料極触媒層２３Ａに供給される。燃料極基体２３Ｂは、親水性を示す導電性材料が好ましい。ここでいう親水性とは、液体燃料となじむ性質のことであり、より詳細には、Ｚｉｓｍａｎプロットにより算出される臨界表面張力が液体燃料の表面張力よりも高い性質をいう。例えば、カーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス、ならびにそれらに親水性被膜を施したもの、チタン系合金、ステンレス系合金のシートにエッチングで均一な微細孔を設置し、耐食導電性被膜（例えば、金、白金などの貴金属）を施したもの等が挙げられる。
【００２３】
燃料極２３側の電解質層２１の周縁部に燃料極側ガスケット３６が設けられている。燃料極側ガスケット３６を介して燃料極側ハウジング３７が設置され、燃料極２３、燃料極側ガスケット３６および燃料極側ハウジング３７により、メタノール燃料が貯蔵される燃料室３８が形成されている。この燃料室３８には、スペーサ３９が設けられている。
燃料室３８に貯蔵されたメタノール燃料は、燃料極２３に直に供給される。なお、燃料極側ガスケット３６の詳細については後述する。
燃料極側ハウジング３７は、耐メタノール性、耐酸性、機械的剛性などの特性を具備することが望ましい。さらに、燃料極側ハウジング３７は、親水性であることが望ましい。なお、燃料極側ハウジング３７には、燃料電池２０Ａの外部に設けられた燃料タンク（図示せず）などからメタノール燃料を吸い上げる燃料吸引部（図示せず）を有し、燃料室３８内にメタノール燃料が適宜補充される。
【００２４】
燃料極側ハウジング３７を構成する材料としては、酸化剤極側ハウジング３２について例示した材料を用いることができる。
また、スペーサ３９により燃料極２３と、燃料極側ハウジング３７との距離が保持されている。また、スペーサ３９により燃料極２３が電解質層２１に押さえつけられるため、燃料極２３と電解質層２１との接触性が向上する。
【００２５】
なお、燃料室３８内に設けられるスペーサ３９は、耐メタノール性、耐酸性、機械的剛性などの特性を有することが望ましい。さらに、スペーサ３９が燃料極２３を分断するような形状の場合には、生成ガスがスペーサ３９を透過可能であることが望ましいため、多孔質材料を用いることができる。たとえば、スペーサ３９として、上述した気液分離フィルターと同様な多孔質材料の他に、ポリエチレン、ナイロン（登録商標）、ポリエステル、レーヨン、綿、ポリエステル／レーヨン、ポリエステル／アクリル、レーヨン／ポリクラールなどで形成された織布、不織布、メッシュ、フェルト、またはオープンポアを有するスポンジ状の材料のような多孔質の材料、または、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化タンタル、炭化ケイ素、セピオライト、アタパルジャイト、ゼオライト、酸化ケイ素、酸化チタンなどの無機固体が挙げられる。
【００２６】
振動板２８としては、軽量でヤング率の高い材質、例えば、アルミニウムが好ましい。
しかしながら、金属であればジュラルミン、ステンレス、チタンでもよく、セラミックスであれば、アルミナ、チタン酸バリウム、フェライト、二酸化ケイ素、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素でもよく、プラスチックであればフッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド、ポリアセタール、エチレンビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）でもよい。
また、振動板２８の表面から突起２７の先端部までの高さは、２．０〜３．０ｍｍ程度であり、振動板２８の厚さは、１.０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、圧電素子２９としては、圧電定数が大きい材質、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。しかしながら、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）といった圧電セラミックスや、水晶（ＳｉＯ２）であってもよい。
【００２７】
ここで、酸化剤極２２に供給されるガス（空気あるいは酸素）は、振動板２８の振動によって移送される。また酸化剤極２２によって生成された水（生成水）は、振動板２８に突設された複数の突起２７により振動エネルギーが与えられて霧化あるいは気化されて間隙２６外へ排出される。
この場合において、突起２７の先端と酸化剤極２２との間の距離は、酸化剤極２２上の生成水に触れる範囲として、０.１〜１.０ｍｍであることが好ましい。すなわち、酸化剤極２２と振動板２８の平板部との間の距離は、振動板２８の表面から突起２７の先端部までの高さが、２．０〜３．０ｍｍ程度であることから、２．１〜４．０ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
ここで、圧電素子２９による振動の周波数は、超音波域、可聴周波数域、低周波数域のすべてを含む。可聴周波数域及び低周波数域は、超音波域と比較してエネルギー損失が少ないというメリットがある。又、超音波域及び低周波数域は、可聴周波数域と比較して、利用者にノイズとして認識され難いというメリットがある。
【００２９】
また、突起２７の表面及び振動板２８の酸化剤極２２側表面は、親水性とされており、酸化剤極２２の振動板２８側表面は、撥水性とされている。
突起２７の表面及び振動板２８の酸化剤極２２側表面は、例えば、酸化チタン被膜などの親水性を有する皮膜を形成する表面処理を行うことができる。親水性の被膜としては、酸化チタンに限らず、窒化珪素や酸化鉄でもよい。
【００３０】
また、酸化剤極２２の表面は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）被膜などの撥水性を有する皮膜を形成する表面処理を行うことができる。撥水性の被膜としては、ＰＴＦＥに限らず、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）でもよい。
【００３１】
このように、撥水性の表面を有する酸化剤極２２から生成された生成水は、親水性の突起２７、ひいては、振動板２８へと付着する。酸化剤極２２から突起２７、ひいては、振動板２８へ移動する生成水は、表面張力のため、外部に漏れにくい。そして、振動板２８、ひいては、突起２７を、超音波により振動させることにより、突起２７及び振動板２８に付着した水は霧化あるいは気化して、霧（水滴）あるいは水蒸気となり、空気の流れに沿って間隙２６外への除去されていく。
【００３２】
図４は、圧電素子の周波数変動を説明するための図（その１）である。
図５は、圧電素子の周波数変動を説明するための図（その２）である。
燃料電池２０Ａは、振動板２８の振動を制御し、突起２７を含む振動板２８の共振周波数を与える制御回路を備えるようにしてもよい。
この場合において、突起２７あるいは、振動板２８に生成水が付着した場合、その共振周波数が変化するので、図４に示すように、制御回路は、生成水付着後の共振周波数へ追従するように制御する。例えば、制御回路として圧電素子２９を用いる場合、入力電流が最大になる周波数が共振周波数となるため、図５に示すように、入力電流が最大となる極大値を求め、共振周波数とする。
以上の説明では、突起２７および振動板２８を振動させる手段として圧電素子２９を用いていたが、圧電素子２９に代えて磁歪素子を用いてもよい。また、圧電素子２９や磁歪素子は、コーティングにより防水されていることが望ましい。
間隙２６外へ除去した生成水は、そのまま大気中に放出させても良いが、水吸収剤を設けて、徐々に大気中に放出するようにしてもよい。
【００３３】
次に、本実施形態に係る燃料電池の制御方法について説明する。
図６は、本第１実施形態に係る燃料電池ユニットの機能ブロック図である。
を示す。ここでは、燃料電池２０Ａを制御する補機４０として、マイコン・昇圧回路４１、圧電素子２９を記載しているが、これらの補機４０を燃料電池２０Ａ内に組み込む構成としてもよい。
【００３４】
マイコン・昇圧回路４１は、電圧、その周波数の調整により、突起２７および振動板２８の振動モード、振動速度を制御する制御信号を圧電素子２９に供給する。この場合において、マイコン・昇圧回路４１が圧電素子２９へ印可する電圧波形は、超音波域の正弦波、矩形波、三角波、ノコギリ波などである。
圧電素子２９は、燃料電池２０Ａ内に配置された振動板２８を振動させ、酸素供給や生成水の除去を行う。このため、燃料電池２０Ａの発電効率を向上させることができる。
この場合において、又、マイコン・昇圧回路４１は、図６に示すように、燃料電池２０Ａから電力を供給されてもよく、図示していない外部の電源から電力を供給されてもよい。
【００３５】
また、燃料電池２０Ａからマイコン・昇圧回路４１に対して、発電量情報を通知してもよい。ここで、マイコン・昇圧回路４１は、発電量が所望量よりも多い場合は、圧電素子２９に印加する電圧を下げ、酸化剤として酸素の供給量を小さくすることによって発電量を減少させる。一方、発電量が所望量よりも少ない場合は、圧電素子２９に印加する電圧を上げ、酸化剤としての酸素の供給量を大きくすることによって発電量を増加させる。
【００３６】
また、マイコン・昇圧回路４１は、酸化剤極２２と突起２７との距離を圧電素子の振動振幅を変えることで調整し、生成水の除去量、空気供給量を変え、発電効率を調整してもよいし、突起２７および振動板２８の共振周波数が複数存在する場合、周波数調整により振動モードを変化させ、酸化剤供給量、生成水蒸発量を調整してもよい。消費電力を少なくするために、必要時にのみ間欠的駆動させてもよい。
【００３７】
図７は、燃料電池の制御処理フローチャートである。
図８は、圧電素子の周波数変動を説明するための図（その３）である。
次に、圧電素子２９の振動板２８の制御方法について、図７及び図８を参照して説明する。以下に示す処理は、圧電素子２９を制御する、マイコン・昇圧回路４１によって実行される。
【００３８】
まず、マイコン・昇圧回路４１は、圧電素子２９の周波数の初期値を設定する（ステップＳ１０１）。例えば、圧電素子２９の初期時の周波数（ｆ）として、６０ｋＨｚを設定する。
そして、マイコン・昇圧回路４１は、初期時の周波数（ｆ）に設定した状態の電流値を測定し、電流値（Ｉi）及び電流値（Ｉold）に代入する。なお、電流値（Ｉi）とは、毎回更新される電流値を示し、電流値（Ｉold）とは、前回測定された電流値を示す。なお、最初の測定時には、電流値（Ｉi）及び電流値（Ｉold）に当該測定により得られた同じ値が保存される。
【００３９】
以下の説明においては、前回検知した周波数よりも周波数を上げる場合をＵＰモードと呼び、前回検知した周波数よりも周波数を下げるモードをＤＯＷＮモードと呼ぶものとする。
次にマイコン・昇圧回路４１は、ＵＰモードへ処理を移行する（ステップＳ１０３）。
次に、マイコン・昇圧回路４１は、電流値（Ｉi）が前回の電流値（Ｉold）以上であるか否かを判別する（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０４の判別において、前回の電流値（Ｉold）以上である場合は（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、現在の周波数（ｆ）が最大周波数（ｆmax）よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１０５）。ここで、最大周波数（fmax）は、図８に示すように、予め設定されている値とする。
ステップＳ１０５の判別において、現在の周波数（ｆ）が最大周波数より小さい場合は（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、周波数をインクリメントし（ステップＳ１０７）、今回の電流値（Ｉi）を前回の電流値（Ｉold）に代入するとともに、インクリメント後の電流値を電流値（Ｉi）に代入し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０４の処理に戻る。
ステップＳ１０５の判別において、現在の周波数（ｆ）が最大周波数より小さくない場合には、マイコン・昇圧回路４１は、図７（ｂ）に示すＤＯＷＮモード処理（ステップＳ２０１）に処理を移行する。
続いてマイコン・昇圧回路４１は、電流値（Ｉi）が前回の電流値（Ｉold）よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２０２）。
ステップＳ２０２の判別において、電流値（Ｉi）が前回の電流値（Ｉold）大きい場合には（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、マイコン・昇圧回路４１は、現在の周波数（ｆ）が最小周波数（ｆmin）よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２０３）。ここで、最小周波数（fmin）は、図８に示すように、予め設定されている値とする。
ステップＳ２０３の判別において、現在の周波数（ｆ）が最小周波数（ｆmin）よりも大きい場合は（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、マイコン・昇圧回路４１は、周波数をデクリメントする（ステップＳ２０５）。
続いて、マイコン・昇圧回路４１は、今回の電流値（Ｉi）を前回の電流値（Ｉold）に代入するとともに、デクリメント後の電流値を電流値（Ｉi）に代入し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０２の処理に戻ることとなる。
一方、現在の周波数（ｆ）が最小周波数（ｆmin）よりも大きくない場合は（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、マイコン・昇圧回路４１は、ＵＰモードへ処理を移行する（ステップＳ２０４）、すなわち、図７（ａ）に示した、ステップＳ１０３へ処理を移行し、以下、同様の処理を行う。
以上の説明のように、マイコン・昇圧回路４１は、１つ前に検出した周波数及び電流値をもとに、ＵＰモードあるいはＤＯＷＮモードへ移行し、これらの処理を繰り返すことにより圧電素子２９の周波数を最適な値へと設定することとなる。
【００４０】
これらの結果、本実施形態に係る燃料電池ユニット２０によると、複数の突起２７を有する振動板２８を発電状態、ひいては、生成水の生成状態に合わせて駆動することができ、間隙２６内の空気による拡散と、突起２７および振動板の振動に起因する音響流により発電の結果生成された生成水を容易に間隙２６外へと除去することができる。したがって、酸化剤としての酸素の供給を効率よく行うことができ、燃料電池２０Ａの発電効率を向上させることができる。
【００４１】
また、振動板２８の酸化剤極２２側表面は、親水性であり、酸化剤極２２の振動板２８側表面は、撥水性である。このため、生成水が、酸化剤極２２側から振動板２８の突起２７側へ移動しやすくなり、生成水と突起２７あるいは振動板２８の接する面積が大きくなる。この結果、エネルギーを伝えやすくなり、より効率的に生成水を除去することができる。
さらに、突起２７を設けない場合と比較して、酸化剤極２２と振動板２８との間の間隙２６を大きく確保することが可能となるため、酸化剤としての酸素の実効的な供給経路（供給流路）を大きくすることができ、圧力損失の低減が可能となり、発電効率を向上させることができる。
【００４２】
また、突起２７あるいは振動板２８の励振により、電解質層２１の内部を共振させた場合には、酸化剤極２２表面に付着する水、あるいは、燃料極２３の表面膜の表面に付着する二酸化炭素を流路へ拡散させることができ、より発電効率を向上させることができる。
【００４３】
以上の説明は、燃料電池２０Ａ単体に本実施形態の生成水除去装置を設けて燃料電池ユニット２０を構成したものであったが、以下においては、本実施形態の生成水除去装置を備えた燃料電池を各種電子機器に適用した場合について説明する。
図９は、本発明に係る生成水除去装置を備えた燃料電池を搭載した折り畳み式の携帯電話端末の説明図である。
携帯電話端末７０は、表示側筐体７１と操作側筐体７２とをヒンジ機構７３によって互いに開閉可能に連結したものであって、表示側筐体７１の内面にはメインディスプレイ７１ｂ、外面には図示しないサブディスプレイが配備されている。また、表示側筐体７１と操作側筐体７２の開閉を検知するために、表示側筐体７１の内面には突起７１ａが設けられ、一方、操作側筐体７２の内面には、突起７１ａによってオン／オフされるべき開閉検知スイッチ７２ａが設けられている。
【００４４】
図１０は、携帯電話端末に燃料電池を取り付けた場合の説明図である。
携帯電話端末７０においては、表示側筐体７１若しくは操作側筐体７２の内部に本発明に係る生成水除去装置を備えた燃料電池が内蔵され、或いは、図１０に示すように、表示側筐体７１の背面に、本発明に係る生成水除去装置を備えた燃料電池ユニット２０が取り付けられる。
燃料電池ユニット２０は、カバー７６の内部に配置され、このカバー７６には、空気を吸入すべき吸入口７６ａと、空気を排出すべき排出口７６ｂとが形成されている。この吸入口７６ａ及び排出口７６ｂには、燃料電池ユニット２０Ａで発生した液体状の水がカバー７６外に漏れないように、図示しない気液分離フィルターが設けられている。
【００４５】
図１１は、カバー内に収納された燃料電池ユニットの説明図である。
図１１に示すように、吸入口７６ａ及び排出口７６ｂはそれぞれ、カバー７６の振動板２８との対向領域の外側に配置されている。したがって、吸入口７６ａから吸入された酸化剤としての酸素を含む空気は、振動板２８によって遮られることなく間隙２６に流れ込み、その後、振動板２８によって遮られることなく、排出口７６ｂから排出される。この結果、効率のよい空気の移動が実現される。また、排水部７７を、間隙２６の終端部に対向させて配置すれば、燃料電池の酸化剤極側で生成された水（不要物）が、空気と共に排水部７７へ向かって流れるので、排水口７７ｂから効率よく水を排出することができる。
ここで、排水部７７の排水口７７ｂは、メッシュ構造となっていてもよい。
【００４６】
図１２は他の携帯電話端末に燃料電池を取り付けた場合の説明図である。
図１３は、さらに他の携帯電話端末に燃料電池を取り付けた場合の説明図である。
また、図１２および図１３に示すように、表示側筐体７１の背面に燃料電池ユニット２０が取り付けられている携帯電話端末において、カバー７６の側面や上下の端面に吸入口７６ａ及び排出口７６ｂを開設することも可能である。
【００４７】
［２］第２実施形態
上記第１実施形態において、生成水あるいは酸化剤（酸素）を含むガス（空気）は、突起２７および振動板２８の振動に起因する空気の拡散および音響流によって間隙２６外へ移送されると説明したが、実際には、空気の拡散が主体であった。本第２実施形態では、生成水あるいは酸化剤（酸素）を含むガス（空気）が、主として振動板と酸化剤曲との間の間隙内に発生する音響流により移送される場合の実施形態について説明する。
図１４は、第２実施形態の原理説明図である。図１４において、図１の原理説明図と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
【００４８】
ここで、音響流について説明する。音響流は、音場によって作り出される定常的な流体の流れであって、振動板２８と反射板として機能する酸化剤極２２表面とを対向配置して、突起２７および振動板２８に振動を加えて超音波域の定在波を発生させた場合には、突起２７あるいは振動板２８と、反射板として機能する酸化剤極２２表面と、の間に気柱共振が発生し、これに伴って、突起２７あるいは振動板２８と、反射板として機能する酸化剤極２２表面と、の間に渦状の流れが生じる。気柱共振が発生したときに、音圧の勾配を作ることにより、流路内の流体は、音圧の高い方から低い方へ流れる流れが生じることとなる。この流れを、音響流という。こうして発生した音響流によって、燃料電池２０Ａにおいては、生成水あるいは酸化剤（酸素）を供給するガス（空気）が移送される。
【００４９】
このように、酸化剤極２２から放出され、霧化あるいは気化した生成水および酸化剤極２２に送り込まれる酸化剤（酸素）を含むガスは、間隙２６内に発生する音響流によって効率よく移送されることにより、生成水を効率よく除去できるとともに、酸化剤極２２に効率良く酸素を送り込むことができる。
【００５０】
本実施形態においては、音圧勾配は、以下のように作成される。
振動板２８は、複数の突起２７Ａを有しているが、この複数の突起２７Ａは、振動板２８に対して同一方向に沿って所定角度θ（＜９０°）斜めに突設されおり、生成水の移送方向（矢印Ａで示す）に対して、突起２７Ａの先端部が上流側を向いているように構成されている。
図１５は、音響ビームの伝達状態の説明図である。
この結果、突起２７Ａおよび振動板２８が振動して発生する音響ビームは、図１５（ａ）に示すように、突起２７Ａに反射される音響ビームＢは、図１５（ｂ）に示す間隙２６内に垂直に突設される突起２７の場合と比較して、反射される比率が下がり、間隙２６内に効率よく音圧勾配を形成することができ、音響流を効率よく発生させて、効率的に間隙２６外へ音響流を流すことが可能となる。
したがって、より効率的に生成水の除去および酸化剤極２２への酸化剤である酸素の供給を行うことができ、より効率的な発電が行える。
【００５１】
［３］実施形態の変形例
上述した各実施形態並びに応用例は、すべての点において例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態並びに構成例の説明ではなく特許請求の範囲によって規定され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内におけるすべての変更が含まれる。
例えば、上述した燃料電池においては、生成水が間隙２６内に溜まると、間隙２６内を流れる空気の流動抵抗となって、十分な空気供給量（酸化剤供給量）を確保することが出来ず、燃料電池の発電効率が低下することになる。
そこで、間隙２６内に水が溜まったことを検出した時点で、運転状態を通常運転から水除去運転に切り換えるように構成することも可能である。
【００５２】
この場合において、間隙２６に水が溜まった時点は、間隙２６内に配置した図示しない音圧センサー及びこの音圧センサーの出力が入力される音圧検知回路によって検出した間隙２６内の音圧の大きさに基づいて判別することができる。
図１６は、音圧分布の説明図である。
図１６(ａ)は、突起２７及び振動板２８に水滴が付着していない状態における間隙２６に沿う所定方向の音圧分布を示し、図１６(ｂ)は、突起２７あるいは振動板２８に水滴が付着している状態における所定方向と同一方向の音圧分布を示している。
【００５３】
図１６に示すように、突起２７あるいは振動板２８に水滴が付着することによって間隙２６内の音圧は大幅に低下している。そこで、検知した音圧が所定の閾値よりも低下した時点をもって、間隙２６内に生成水が溜まったものと判断することができるので、生成水除去に最適な周波数および電圧で突起２７及び振動板２８を駆動するように構成することが可能である。
この結果、生成水が間隙２６内に溜まるまでは、酸化剤としての酸素の酸化剤極２２への供給効率が高い周波数および電圧で突起２７及び振動板２８を駆動することにより、発電効率を高めることができるとともに、発電効率が低下する生成水が溜まった時点では、生成水除去効率を高めることで、発電効率の高い期間を長くすることができ、実効的な発電効率を高くすることができる。
【００５４】
以上の説明は、生成水が溜まったことを直接的に検出するものであるが、生成水が溜まるまでの時間はおよそ想定できるので、例えば、酸化剤としての酸素の酸化剤極２２への供給効率が高い周波数および電圧で突起２７及び振動板２８を駆動する通常運転（発電運転）の期間を第１の所定時間（例えば、１０分）とし、その後、生成水除去効率が高い周波数および電圧で突起２７及び振動板２８を駆動する生成水除去運転の期間を第２の所定時間（例えば、１０ｍ秒）とし、通常運転と生成水除去運転とを交互に切り換えることで発電効率を維持するように構成することも可能である。
【００５５】
なお、間隙２６内に３個以上の音圧センサーを配設して、間隙２６内の音圧分布を監視すし、間隙２６内に水が溜まった時点を検知することも可能である。
また、間隙２６内に生成水が溜まってくると、間隙２６内の共振周波数が変化するため、突起２７および振動板２８を振動させるための圧電素子２９に流れる電流が低下するので、この低下を検知することによって、音圧センサーを用いることなく、通常運転制御から生成水除去運転制御に移行させることも可能である。
【００５６】
この場合において、通常運転制御から生成水除去運転制御に変更するのに伴って、突起２７および振動板２８の振動周波数も変化し、振動の節の数と腹の数が変化して、この過程で節の位置と腹の位置が移動することになるが、生成水除去運転制御においても、突起２７あるいは振動板２８に付着している水滴は、節の位置から腹の位置へ移動する傾向があるため、周波数変更後の振動における腹の位置に水が集中することになる。
【００５７】
そこで、生成水除去運転制御中においても、周波数を変更することにより、突起２７および振動板２８の様々な位置を節から腹、腹から節とすることにより、効率的に生成水を霧化あるいは気化して除去することが可能となる。
同様に、通常運転から生成水除去運転への切り換えは、振動板２８)の振動周波数を縦振動モードの共振周波数から横振動モードの共振周波数に切り換えることによって行うことも可能である。
【００５８】
以上の説明においては、本発明に係る生成水除去装置を備えた燃料電池は、携帯電話端末に使用した場合について説明したが、これに限らず、携帯電話機等を充電するための充電器、ビデオカメラ等のＡＶ機器、携帯用ゲーム機、ナビゲーション装置、ハンディクリーナ、業務用発電器、ロボット等、あらゆる電子機器の電源として用いることが出来る。
また、この様な生成水除去装置を用いることで燃料電池を平面モジュールとすることが出来る。
【００５９】
さらに本発明に係る生成水除去装置は、燃料電池に用いる構成に限らず、上述の如きあらゆる電子機器の電源以外の用途にも応用することが可能であって、例えば電子機器を構成する電子回路部の表面に沿って本発明に係る生成水除去装置を適用し、移送しているガス（空気）、水により電子回路部を冷却する構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態の生成水除去装置の原理説明図である。
【図２】第１実施形態の生成水除去装置を備えた携帯型の燃料電池ユニットの概要構成図である。
【図３】燃料電池の概要構成説明図である。
【図４】圧電素子の周波数変動を説明するための図（その１）である。
【図５】圧電素子の周波数変動を説明するための図（その２）である。
【図６】本第１実施形態に係る燃料電池ユニットの機能ブロック図である。
【図７】燃料電池の制御処理フローチャートである。
【図８】圧電素子の周波数変動を説明するための図（その３）である。
【図９】発明に係る生成水除去装置を備えた燃料電池を搭載した折り畳み式の携帯電話端末の説明図である。
【図１０】携帯電話端末に燃料電池を取り付けた場合の説明図である。
【図１１】カバー内に収納された燃料電池ユニットの説明図である。
【図１２】他の携帯電話端末に燃料電池を取り付けた場合の説明図である。
【図１３】さらに他の携帯電話端末に燃料電池を取り付けた場合の説明図である。
【図１４】第２実施形態の原理説明図である。
【図１５】音響ビームの伝達状態の説明図である。
【図１６】音圧分布の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  生成水除去装置
１１  放出面
１２  機器
１３  間隙
１４  振動板
１５  突起
１６  生成水
２０  燃料電池ユニット
２０Ａ  燃料電池
２６  間隙
２７，２７Ａ  突起
２８  振動板
２９  圧電素子
Ｂ  音響ビーム
【図１】
2011034809.tif 000003
【図２】
2011034809.tif 000004
【図３】
2011034809.tif 000005
【図４】
2011034809.tif 000006
【図５】
2011034809.tif 000007
【図６】
2011034809.tif 000008
【図７】
2011034809.tif 000009
【図８】
2011034809.tif 000010
【図９】
2011034809.tif 000011
【図１０】
2011034809.tif 000012
【図１１】
2011034809.tif 000013
【図１２】
2011034809.tif 000014
【図１３】
2011034809.tif 000015
【図１４】
2011034809.tif 000016
【図１５】
2011034809.tif 000017
【図１６】
2011034809.tif 000018