(57)【要約】【課題】騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる燃料電池及び電気機器装置を提供すること。【解決手段】燃料電池本体２から発生する熱をヒートパイプにより構成される冷却装置３によって冷却するようにしているので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。また、冷却装置３を、流路基板１５と対向基板１６とウイック基板１７ａ〜１７ｉとコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉとを組み込み及び張り合わせで構成したので、小型薄型化が可能で、コンパクトな燃料電池１を構成することが可能である。【選択図】　図１
2004047380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体と、
ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置と
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体は、空気極である第１の層と、固体高分子膜からなる第２の層と、燃料極である第３の層とを積層した構造であり、
前記エバポレータ部は、前記第１の層に近接して積層された板状の構造である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体で発生した水を、前記ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させる手段を更に具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
燃料電池本体と、ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置とを具備する燃料電池を電源として搭載したことを特徴とする電子機器装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源として搭載される燃料電池及びそれらの電子機器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源には、従来からリチウムイオンバッテリーなどの２次電池が用いられている。
【０００３】
このような電子機器装置では、処理部や表示部等が益々大きな電力を消費するようになってきており、加えて長時間の使用に耐え得る電源が求められている。
【０００４】
そこで、これらの電子機器装置の電源として燃料電池を用いることが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの電子機器装置に燃料電池を搭載した場合、燃料電池から発生する熱によって誤動作等の問題が発生する虞がある。
【０００６】
そこで、例えばファンにより燃料電池を冷却するような構成が考えられるが、冷却能力の点や騒音の点で問題になる可能性が高い。特に、最近のこれらの電気機器装置では、処理部や表示部等から発生する熱でさえもファンによる冷却が問題となっているため、ファン以外の新たな冷却手段が求められるものと考えられる。
【０００７】
本発明は、このような事情に基づきなされたもので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる燃料電池及び電気機器装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る燃料電池は、燃料電池本体と、ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、燃料電池から発生する熱をヒートパイプにより構成される冷却装置によって冷却するようにしているので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。
【００１０】
ここで、ヒートパイプとは、例えば管の内壁に毛細管構造を持たせた金属製パイプであり、内部は真空で、少量の水もしくは代替フロンなどが封入されている。ヒートパイプの一端を熱源に接触させて加熱すると、内部の液体が蒸発して気化し、このとき潜熱（気化熱）として、熱が取り込まれる。そして、低温部へ高速に（ほぼ音速で）移動し、そこで、冷やされてまた液体に戻り、熱を放出する（凝縮潜熱による熱放出）。液体は毛細管構造を通って（もしくは重力によって）元の場所へ戻るので、連続的に効率よく熱を移動させることができる。
【００１１】
本発明では、前記燃料電池本体は、空気極である第１の層と、固体高分子膜からなる第２の層と、燃料極である第３の層とを積層した構造であり、前記エバポレータ部は、前記第１の層上に積層された板状の構造であることが好ましい。
【００１２】
これにより、小型薄型化が可能となり、ラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源として搭載される形態として非常に好ましいものになるからである。
【００１３】
本発明では、前記燃料電池本体で発生した水を、前記ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させる手段を更に具備することもより好ましい。
【００１４】
燃料電池では、水素と酸素とが結合して水が生じる。従来の燃料電池では、このような水は排出するような構成が採用されていた。これに対して、本発明では、燃料電池本体で発生した水を、ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させるように構成したので、即ち燃料電池本体で発生した水を再利用できるように構成したので、燃料電池で発生した水を捨てる必要はなくなり、また作動液を外部から供給する必要もなくなる。
【００１５】
本発明の別の観点に係る電子機器装置は、携帯型の装置において、燃料電池本体と、ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置とを具備する燃料電池を電源として搭載したことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（燃料電池の構成）
図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池の構成を示す斜視図、図２はその断面図である。
【００１８】
これらの図に示すように、燃料電池１は、燃料電池本体２と、冷却装置３とを有する。
【００１９】
燃料電池本体２は、空気／水の流路基板４と空気極５と固体高分子膜６と燃料極７とを順次積層して構成される。
【００２０】
空気／水の流路基板４は、空気極５内に空気（Ｏ２）を導入するための空気導入部８及び生成された水を外部に排出するための水排出口９が設けられている。
【００２１】
固体高分子膜６は、触媒を担持し、電解質膜として機能している。
【００２２】
燃料極７は、水素吸収合金からなる。なお、燃料極７は、水素を供給するための流路と極との組み合わせとすることも可能である。
【００２３】
そして、空気極５と燃料極７との間に負荷１００が接続されるようになっている。
【００２４】
冷却装置３は、矩形で板状のヒートパイプであり、流路基板４と積層して配置されたエバポレータ領域１０と、コンデンサ領域１１と、これらエバポレータ側とコンデンサ側との間で作動液を循環させるための液循環領域１２とを有する。
【００２５】
図３はこの冷却装置３の構成を示す分解斜視図、図４はその側面図、図５はその平面図である。
【００２６】
これらの図に示すように、エバポレータ領域１０は、それぞれ独立してエバポレータとして機能する例えば９個のエバポレータ部１０ａ〜１０ｉを有する。同様に、コンデンサ領域１１も、それぞれ独立してコンデンサとして機能し、それそれが上記の各エバポレータ部１０ａ〜１０ｉに対応する例えば９個のコンデンサ部１１ａ〜１１ｉを有する。液循環領域１２には、各エバポレータ部１０ａ〜１０ｉと各コンデンサ部１１ａ〜１１ｉとの間に、エバポレータ部からコンデンサ部に気化された作動液（気体の状態）を流通する流路である気相ライン１３ａ〜１３ｉ及びコンデンサ部からエバポレータ部に例えば水である作動液（液体の状態）が流通する流路である液相ライン１４ａ〜１４ｉが設けられている。
【００２７】
ここで、冷却装置３は、上記の各部を構成するために、流路基板１５、対向基板１６、９個のウイック基板１７ａ〜１７ｉ及び９個のコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを有する。
【００２８】
流路基板１５はフッ素樹脂等からなる矩形の基板であり、流路基板１５の表面には上記の各部を構成するための溝１９ａ〜１９ｅが形成されている。より具体的には、流路基板１５の表面には、エバポレータ部１０ａ〜１０ｉを構成する液体供給溝１９ａ及び気体回収溝１９ｂ、液相ライン１４ａ〜１４ｉを構成する液体流路溝１９ｃ、気相ライン１３ａ〜１３ｉを構成する気体流通溝１９ｄ、コンデンサ部１１ａ〜１１ｉを構成するコンデンサ溝１９ｅが形成されている。また、流路基板１５の裏面から各液体供給溝１９ａにはリザーバ孔２５ａ〜２５ｉが貫通し、流路基板１５の裏面から各気体回収溝１９ｂにはオーバフロー水口２６ａ〜２６ｉが貫通している。
【００２９】
図２に示したように、各リザーバ孔２５ａ〜２５ｉと燃料電池本体２の水排出口９とは、例えばフッ素樹脂からなる配管２７を介して接続され、燃料電池本体２で生じた水が配管２７を介して作動液として冷却装置３に供給されるようになっている。また、オーバフロー水口２６ａ〜２６ｉからは同様にフッ素樹脂からなる配管２８を介して外部に排出されるようになっている。
【００３０】
対向基板１６は同様にフッ素樹脂等からなる矩形の基板であり、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが組み込まれる孔２０が設けられている。
【００３１】
各ウイック基板１７ａ〜１７ｉは、熱伝導性の良い、例えばニッケル、銅等の金属からなり、表面には多数の溝２１が形成されている。各溝２１は、作動液である水を毛細管現象により移動させることができるような幅で形成されている。
【００３２】
各コンデンサ基板１８ａ〜１８ｉも、同様に熱伝導性の良い、例えばニッケル、銅等の金属からなり、表面には上記と同様の多数の溝２２が形成されている。
【００３３】
本実施形態に係る冷却装置３は、対向基板１６の各孔２０に各ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及び各コンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを組み込むと共に、流路基板１５と対向基板１６とを張り合わせることでヒートパイプを構成する流路が形成されるようになっている。なお、組み込み及び針合わせには例えば接着剤としてポリイミド樹脂が使用されている。
【００３４】
次に、このように構成された冷却装置３による冷却動作について説明する。
【００３５】
燃料電池本体２から発生する熱は、冷却装置３におけるエバポレータ部１０ａ〜１０ｉに伝達し、この熱によってエバポレータ部１０ａ〜１０ｉに溜まっている液体は蒸発して気体になる。
【００３６】
この気体は、気相ライン１３ａ〜１３ｉを通ってコンデンサ部１１ａ〜１１ｉに流入し、コンデンサ部１１ａ〜１１ｉで熱を放出して再び液体になる。
【００３７】
この液体は、液相ライン１４ａ〜１４ｉを通ってエバポレータ部１０ａ〜１０ｉに流入する。
【００３８】
そして、エバポレータ部１０ａ〜１０ｉからの熱により再び気体になってコンデンサ部１１ａ〜１１ｉに流入する。
【００３９】
本実施形態に係る冷却装置３では、このような液体及び気体の循環により、エバポレータ部１０ａ〜１０ｉからコンデンサ部１１ａ〜１１ｉに熱を移動させて冷却を行う。
【００４０】
このように本実施形態に係る燃料電池１では、燃料電池本体２から発生する熱をヒートパイプにより構成される冷却装置３によって冷却するようにしているので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。また、冷却装置３を、流路基板１５と対向基板１６とウイック基板１７ａ〜１７ｉとコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉとを組み込み及び張り合わせで構成したので、小型薄型化が可能で、コンパクトな燃料電池１を構成することが可能である。従って、本実施形態に係る燃料電池１は、ラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源として搭載される形態として非常に好ましいものになる。更に、燃料電池本体２で発生した水を、ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させるように構成したので、即ち燃料電池本体で発生した水を再利用できるように構成したので、ヒートパイプにより構成される冷却装置３に対して作動液を外部から供給する必要もなくなる。
【００４１】
なお、上記の燃料電池１を積層させるような構造であっても勿論かまわない。
【００４２】
（燃料電池の製造方法）
次に、上記のように構成された燃料電池１の製造方法について説明する。
【００４３】
図６は燃料電池１の製造の工程を示したものである。
【００４４】
まず、空気／水の流路基板４と空気極５と固体高分子膜６と燃料極７とを積層することによって燃料電池本体２を製造する（ステップ６０１）。
【００４５】
一方、冷却装置３については以下のように製造する。
【００４６】
流路基板１５、対向基板１６、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを形成する（ステップ６０２〜６０５）。
【００４７】
流路基板１５については、フッ素樹脂からなる矩形の基材に溝１９ａ〜１９ｅ、リザーバ孔２５ａ〜２５ｉ及びオーバフロー水口２６ａ〜２６ｉを形成する。
【００４８】
対向基板１６については、同様にフッ素樹脂からなる矩形の基材にウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが組み込まれる孔２０を形成する。
【００４９】
より具体的には、流路基板１５及び対向基板１６は例えばＴＩＥＧＡ（Ｔｅｆｌｏｎ　Ｉｎｃｌｕｄｅｄ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　Ｇａｌｖａｎｉｃｆｏｒｍｉｎｇ）法によって形成される。このＴＩＥＧＡ法について図７に基づき説明する。
【００５０】
まず、図７（ａ）に示すように、流路基板１５及び対向基板１６上に、マスクとして、パターンニングされたメタルマスク３７を配置する。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、シンクロトロン光を照射することによって、流路基板１５及び対向基板１６上に溝や孔を形成する。ここで、シンクロトロン光とは、電子又は陽電子を光速近くまで加速し、磁場の中で進行方向を曲げることにより発生する電磁波をいう。
【００５２】
次に、図７（ｃ）に示すように、メタルマスク３７を除去し、流路基板１５及び対向基板１６の溝や孔の形成が完了する。
【００５３】
次に、図７（ｄ）に示すように、熱圧着時に必要な接着層の形成を行う。流路基板１５及び対向基板１６上に形成された溝及び孔の部分にレジスト層３９を形成する。そして、フッ素樹脂表面に、ＦＣＶＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ　Ｃａｔｈｏｄｉｃ　Ｖａｃｕｕｍ　Ａｒｃ）法によって注入層を形成する。本実施形態では注入層として銅層３８が用いられているが、例えばシリコンを注入層として用いてもよい。
【００５４】
そして、図７（ｅ）に示すように、レジスト層３９を剥離し、接着層が形成され、流路基板１５及び対向基板１６が完成する。
【００５５】
なお、流路基板１５及び対向基板１６はシンクロトロン光の照射により形成されているが、例えばエキシマレーザー等のレーザー光の照射による形成や金型成型による形成、又は反応性イオンエッチング法等により形成しても良い。さらに、銅層３８を形成する際には、エキシマレーザーなどによってフッ素樹脂の表面を改質させた後に、蒸着やスパッタリングなどの方法によって形成しても良い。この方法により、効率的に基板を形成することができる。
【００５６】
溝を有するウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉは例えばＵＶ−ＬＩＧＡと呼ばれる方法によって形成される。図８に基づきＵＶ−ＬＩＧＡの工程について具体的に説明する。
【００５７】
まず、図８（ａ）に示すように、プレート４３上例えば有機材料であるＳＵ−８からなるレジスト層４２を形成し、その上にパターンニングされたレジスト膜４１を形成する。これをパターン基板４０と呼ぶ。
【００５８】
次に、図８（ｂ）に示すように、パターン基板４０の上方からＵＶを照射し、レジスト層４２のエッチングを行う。
【００５９】
次に、図８（ｃ）に示すように、このパターン基板４０からレジスト膜４１を剥離し、この表面にニッケルＮｉの電鋳でニッケル層４４を形成する。
【００６０】
そして、図８（ｄ）に示すように、パターン基板４０からニッケル層４４を剥離する。剥離したニッケル層４４が溝を有するウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉとなる。
【００６１】
なお、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉの形成は、例えば反応性イオンエッチング法によっても可能である。
【００６２】
以上のようにして流路基板１５、対向基板１６、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが形成される。
【００６３】
次に、対向基板１６の孔２０にウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを組み込む（ステップ６０６）。
【００６４】
次に、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが組み込まれた対向基板１６と流路基板１５とを接合する（ステップ６０７）。
【００６５】
このように形成された冷却装置３と燃料電池本体２とを例えば接着剤により接着する（ステップ６０８）。
【００６６】
そして、冷却装置３のリザーバ孔２５ａ〜２５ｉと燃料電池本体２の水排出口９とを例えばフッ素樹脂からなる配管２７により接続し、冷却装置３のオーバフロー水口２６ａ〜２６ｉに同様にフッ素樹脂からなる配管２８を接続する（ステップ６０９）。
【００６７】
（電子機器装置）
次に、本発明に係る燃料電池１が搭載された電子機器装置について説明する。
【００６８】
図９は本発明に係る燃料電池１が搭載された電子機器装置としてのノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと呼ぶ。）の概略斜視図である。
【００６９】
ＰＣ１５０は、当該ＰＣ１５０を駆動するために、上記構成の燃料電池１を電源として搭載している。
【００７０】
なお、ここでは、電子機器装置としてＰＣを例にとり説明したが、本発明に係る燃料電池は携帯電話やディジタルカメラ、ビデオカメラ等の他の電子機器装置にも搭載することが可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる燃料電池及び電気機器装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した燃料電池の断面図である。
【図３】図１に示した冷却装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示した冷却装置の側面図である。
【図５】図３に示した冷却装置の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る燃料電池の製造工程を示すフロー図である。
【図７】ＴＩＥＧＡ法を説明するための図である。
【図８】ＵＶ−ＬＩＧＡの工程を説明するための図である。
【図９】本発明に係る燃料電池が搭載された電子機器装置としてのパーソナルコンピュータの概略斜視図である。
【符号の説明】
１　燃料電池
２　燃料電池本体
３　冷却装置
４　空気／水の流路基板
５　空気極
６　固体高分子膜
７　燃料極
９　水排出口
１０　エバポレータ領域
１１　コンデンサ領域
１２　液循環領域
１０ａ〜１０ｉ　エバポレータ部
１１ａ〜１１ｉ　コンデンサ部
１３ａ〜１３ｉ　気相ライン
１４ａ〜１４ｉ　液相ライン
１５　流路基板
１６　対向基板
１７ａ〜１７ｉ　ウイック基板
１８ａ〜１８ｉ　コンデンサ基板
２５ａ〜２５ｉ　リザーバ孔
２７　配管
【図１】
2004047380.tif 000003
【図２】
2004047380.tif 000004
【図３】
2004047380.tif 000005
【図４】
2004047380.tif 000006
【図５】
2004047380.tif 000007
【図６】
2004047380.tif 000008
【図７】
2004047380.tif 000009
【図８】
2004047380.tif 000010
【図９】
2004047380.tif 000011