(57)【要約】【課題】  発電効率の良い燃料電池を備えた電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】  発熱部を備えた電子機器本体と、前記電子機器本体に電力を供給する燃料電池本体と、液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽と、前記燃料貯蔵槽に接続され前記燃料電池本体に前記液体燃料を輸送する燃料供給ポンプと該液体燃料が流れる流路を有する燃料供給系と、前記発熱部で発生する熱を前記液体燃料に供給する伝熱体とを備え、前記燃料供給系は、前記熱を供給された液体燃料から生成する気泡を該液体燃料から分離する気液分離器を備えたことを特徴とする電子機器。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部を備えた電子機器本体と、
前記電子機器本体に電力を供給する燃料電池本体と、
液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽と、
前記燃料貯蔵槽に接続され前記燃料電池本体に前記液体燃料が流れる流路を有する燃料供給系と、
前記発熱部で発生する熱を前記液体燃料に供給する伝熱体とを備え、
前記燃料供給系は、前記熱を供給された液体燃料から生成する気泡を該液体燃料から分離する気液分離器を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記燃料電池本体に前記液体燃料を輸送する燃料供給ポンプを有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記気液分離器が前記燃料供給ポンプより上流側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に関し、さらに詳しくは、携帯電話、携帯型端末、ノート型パーソナルコンピュータ、電子カメラなどの携帯電子機器本体と電源としての燃料電池本体とを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の到来とともに、パーソナルコンピュータ等の電子機器で扱う情報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増加してきた。特に、携帯型の電子機器では、処理能力の増加に伴って消費電力の増加が問題となっている。現在、このような携帯型の電子機器では、一般的にリチウムイオン電池が電源として用いられているが、リチウムイオン電池のエネルギー密度は理論的な限界に近づいている。そのため、携帯型の電子機器の連続使用期間を延ばすために、ＣＰＵの駆動周波数を抑えて消費電力を低減しなければならないという制限があった。
【０００３】
このような状況の中で、リチウムイオン電池に変えて、エネルギー密度が大きい燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携帯型の電子機器の連続使用期間が大幅に向上することが期待されている。
【０００４】
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、液体燃料を用いたものが開発されている。安価で取り扱いの容易なメタノールを原料として、メタノールを改質して水素を生成させるメタノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。
【０００５】
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。
【０００６】
３Ｈ2  →  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ-    （１）
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。
【０００７】
ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ６Ｈ+  ＋  ＣＯ2  ＋  ６ｅ-    （２）
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。
【０００８】
（３／２）Ｏ2  ＋  ６Ｈ+  ＋  ６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ    （３）
特に、直接型の燃料電池では、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、小型化および軽量化を図ることができ、携帯型の電子機器へ適用することの利点が大きい。また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。
【０００９】
直接型の燃料電池は、単位セルの発生電圧が１Ｖ以下であるため、携帯電話等の携帯機器に応用するためには、高電圧を発生させるために複数のセルを直列に連結する必要がある。自動車用や家庭の定置用燃料電池の場合には各単位セルを縦方向に連結する、スタック構造をとるのが一般的であるが、携帯機器用ダイレクトメタノール固体高分子型燃料電池の場合には、機器の厚さの制約等から平面内で連結する方法が用いられる場合が多い。
【００１０】
近年、非特許文献１に示すように燃料電池カートリッジを機器に組み込んで用い、燃料を使い切ると燃料カートリッジを交換することで長期に使用できる方式が検討されている。
【００１１】
また、携帯機器の小型化に伴い、ダイレクトメタノール固体高分子型燃料電池の高出力化が必要とされている。ダイレクトメタノール固体高分子型燃料電池の高出力化には、液体燃料を加温する方法が知られている。一般にダイレクトメタノール固体高分子型燃料電池の場合、液体燃料を８０℃〜９０℃程度の比較的高温で燃料電池を作動させることで、発電効率を高くすることが出来る。
【００１２】
そのため、ダイレクトメタノール固体高分子型燃料電池を用いた従来の燃料電池システムは、燃料電池の加温装置を別途備えたものがある。しかし、その結果、システムが大型化する問題があった。
【００１３】
このような問題に対し、近年、発熱部を備えた電子機器からの熱を燃料貯蔵容器に供給する燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照。）。
【非特許文献１】燃料電池２００５  日経ＢＰ社  Ｐ．７２
【特許文献１】特開２００２−２３１２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記特許文献１の様に燃料電池の液体燃料を加温すると、液体燃料中の溶存気体が気泡となり、燃料供給ポンプの性能が低下し、燃料供給に支障を来す問題が生じた。更に燃料電池内に気泡が入ると燃料極での反応面積が小さくなり発電効率が悪くなるという問題が発生した。
【００１５】
本発明は、このような問題を解決するためになされ、発電効率の良い燃料電池を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の本発明の目的は以下の手段によって達成することが出来る。
【００１７】
請求項１に係る電子機器は、発熱部を備えた電子機器本体と、
前記電子機器本体に電力を供給する燃料電池本体と、
液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽と、
前記燃料貯蔵槽に接続され前記燃料電池本体に前記液体燃料が流れる流路を有する燃料供給系と、
前記発熱部で発生する熱を前記液体燃料に供給する伝熱体とを備え、
前記燃料供給系は、前記熱を供給された液体燃料から生成する気泡を該液体燃料から分離する気液分離器を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２に係る電子機器は、請求項１に記載の電子機器において、前記燃料電池本体に前記液体燃料を輸送する燃料供給ポンプを有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３に係る電子機器は、請求項１又は２に記載の電子機器において、前記気液分離器が前記燃料供給ポンプより上流側に配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電子機器本体の発熱部で発生した熱を燃料電池本体の燃料となる液体燃料の加温に用い、加温された液体燃料から生成する気泡を気液分離器で除去することにより、燃料電池本体の反応部、特に燃料極における温度を比較的高温で作動させることが出来、発電効率が上がると共に、液体燃料中の気泡は除去されているので、燃料極近傍に生じる気泡の付着による発電効率低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に、本発明の第１の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。図１において、電子機器１０は発熱部３０を備えた電子機器本体１５、電子機器本体１５に電力を供給する燃料電池本体８０、燃料電池に用いる液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽２０、燃料貯蔵槽２０に接続され燃料電池本体８０に液体燃料を流路５０を通じて輸送する燃料供給ポンプ７０（ここでは、流路５０と燃料供給ポンプ７０を含めて燃料供給系と称す）、発熱部３０で発生する熱を液体燃料に供給する伝熱体４０、及び、熱を供給された液体燃料から生成する気泡を液体燃料から分離する気液分離器６０、とを備えている。
【００２２】
電子機器本体が作動するときに発熱部３０で発生する熱は、伝熱体４０を介して流路５０を通過中の液体燃料に供給される。熱が供給されることにより加温された液体燃料は、二酸化炭素などの気体の飽和溶解度が低下するので、溶存していた気体が気泡となる。流路５０の途中に配置された気液分離器６０により、液体燃料中で生成した気泡を分離除去することができる。気泡が除去された液体燃料が、燃料電池本体８０に供給されるので、電力を効率よく発生することができ、電子機器本体に良好に電力を供給する。燃料電池本体８０は、おもに電解質膜８２と燃料極８１、酸化剤極８３から成っている。
【００２３】
電子機器本体１５としは、発熱部３０を備えた携帯型のものが適しており、例えば、携帯電話、携帯型端末、ノート型パソコン、電子カメラなどの携帯電子機器が好適な一例として挙げられる。また、発熱部３０は、使用時に発熱するものであれば良く、その種類については特に限定されるものではないが、発熱させることを目的とした部材ではなく、作動させるための通電により副産物として発熱するような部材が適している。発熱部３０は、電子機器本体１５の構成によって異なるが、多くの場合、中央演算素子（ＣＰＵ）、メモリーチップ、ディスプレー表示素子、あるいはそのバックライト等が好適な一例として挙げられる。また、電子カメラでは、固体撮像素子が挙げられる。
【００２４】
図１においては、電子機器本体１５は、１個の発熱部３０を備えている例が図示されているが、発熱部３０を２個以上備えるものであっても良い。また、燃料貯蔵槽２０からの燃料供給系は１系統であるが、複数の燃料供給系を配備しても良い。特に、燃料貯蔵槽２０に貯蔵されている液体燃料が、その種類に応じて複数の燃料貯蔵槽に分かれているものについては、その種類に対応した数の燃料供給系を配備してもよい。
【００２５】
燃料電池本体８０は、液体燃料を用い、常温付近で作動するものであれば良く、その種類については特に限定されるものではない。燃料電池本体８０としては、具体的には、固体高分子型燃料電池が好適な一例として挙げられる。
【００２６】
液体燃料としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ギ酸、ギ酸ナトリウム、ホルムアルデヒド、エチレングリコール等の酸素を含む液体有機化合物と水との混合物からなる液体燃料が供給されるタイプが良い。特に、燃料としてメタノール水溶液を供給するタイプの燃料電池、すなわち、ダイレクトメタノール固体高分子型燃料電池は、燃料が安価で、その貯蔵も容易であり、触媒存在下では室温付近で電気化学反応が比較的容易に進行するので、携帯電子機器用の電源として好適である。
【００２７】
液体燃料の貯蔵方法としては、電子機器本体１５内に燃料貯蔵槽２０が組み込まれているのが小型化の面から好ましい。特に、燃料貯蔵槽２０が取り外し可能なカートリッジ方式のものであれば、長期間使用するのに便利である。また、燃料貯蔵槽２０は、例えばメタノール水溶液を燃料として用いる場合に、メタノール貯蔵槽と水貯蔵槽に分かれていても良い。
【００２８】
伝熱体４０は、発熱部３０で発生した熱を燃料供給系内の液体燃料に供給するものである。また、この伝熱体４０は、液体燃料を加温すると同時に燃料電池本体８０の構成要素である酸化剤極８３に供給される空気を加温しても良いし、また、燃料電池本体８０の全体を加温するようにしても良い。
【００２９】
このように燃料電池本体８０に供給する液体燃料や酸化剤極８３に供給される空気を加温することにより、燃料電池本体８０の発電効率を高くすることが出来る。
【００３０】
伝熱体４０に用いる材料としては、熱伝導率が高く安価な材料が良く、例えば銅や銅合金、アルミ、アルミ合金などを用いることが好ましい。
【００３１】
伝熱体４０から液体燃料に熱を伝達する方法としては、燃料供給系にパイプを用い、そのパイプを伝熱体４０に接触するようにすればよいが、伝熱体４０自体に燃料供給系としての流路５０を形成することも出来る。図２に伝熱体４０に形成された燃料供給系の流路５０の好ましい形状の概略図を示す。
【００３２】
図２に示すように伝熱体４０の内部にジグザグ状の流路５０を形成することで、液体燃料の伝熱体４０内での滞留時間が長くなり、伝熱効率を上げることが出来る。
【００３３】
また、電子機器本体１５の起動時には、伝熱体４０が、十分に温度が上昇していないので、液体燃料を次のような運転方法により、加温した後に燃料電池本体８０に供給することが好ましい。すなわち、液体燃料を伝熱体４０の出口近傍まで燃料供給ポンプ７０で流し、そこで燃料供給ポンプ７０を一時停止し、伝熱体４０の温度を上昇させることで液体燃料の温度が上昇した後に燃料供給ポンプ７０の駆動を再開させる。このようにすることで電子機器本体１５の起動時における出力低下を防止することが出来る。
【００３４】
伝熱体４０を通過し、加温した液体燃料を気液分離器６０により液体燃料中に発生した気泡を除去する。気液分離器６０としては、図３（ａ）、（ｂ）に示すような液体燃料中の気泡をトラップし、除去する構成を有するものを用いることが出来る。図３の分離器では、加温され、気泡の発生した液体燃料が流入口６１から気泡トラップ部６２に入り、段差部分６４で気泡の大部分が引っかかり、補足される。細くされた気泡は大きくなると気泡排出口６３から大気中に放出される。よって、燃料供給ポンプ７０への気泡混入が抑制される。なお、図３に示した気液分離器６０の詳細については、本願出願人から出願された特願２００４−１８１５４６号明細書に記載してある。なお、上のような段差を利用したトラップを含む分離器に限らず、液体中から気泡を分離除去できる方法であれば任意の方法を用いることが出来る。
【００３５】
燃料供給ポンプ７０は、燃料電池の燃料である液体燃料の一定量を燃料電池本体８０に供給できるものであれば、特に限定されないが、圧電素子を用いて簡単な構成で微少量の液体を高精度に搬送できるマイクロポンプが好ましい。マイクロポンプの詳細については、特開２００１−３２２０９９号公報に記載されている。
【００３６】
以上のように熱を供給された液体燃料から生成する気泡を液体燃料から分離する気液分離器６０を備えた本実施形態の電子機器は、加温された液体燃料から発生する気泡を効率よく取り除くことができる。この加温され且つ気泡が除去された液体燃料を燃料電池本体８０に供給することにより、燃料電池本体８０を構成する燃料極８１における気泡の付着を防止することができ、また、電解質膜８２と燃料極８１と酸化剤極８３での温度を高く維持できるので、燃料電池の出力密度を向上させることが出来る。
【００３７】
図４に本発明の第２の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態における燃料貯蔵槽２０が高濃度の液体燃料貯蔵槽２１と希釈用の水貯蔵槽２２に分かれており、それぞれの液体燃料及び水を燃料供給ポンプ７１、７２によって、混合、希釈され、流路５０を通して、燃料電池本体８０の燃料極８１側に供給するものである。この時、高濃度の液体燃料及び水は、第１の実施の形態と同様に発熱部３０で発生した熱により伝熱体４０を介して加温される。その後、図５に詳しく示すように気液分離器６０と燃料供給ポンプ７１、７２を用いて、加温された高濃度の液体燃料及び水から生成した気泡を除去した後、混合、希釈し、燃料電池本体８０に供給する。このようにして、液体燃料が高濃度の液体燃料と水に、別々の貯蔵槽２１、２２に分かれていてもそれぞれを加温し、気泡を除去することにより、燃料電池の出力密度を向上させることが出来る。
【００３８】
本第２の実施の形態では、発熱部３０と伝熱体４０をそれぞれ１つずつ用いたものを示したが、発熱部や伝熱体４０が複数であっても良い。また、高濃度液体燃料と水それぞれが気液分離器６０を通過した後、混合、希釈するように構成しているが、それぞれの液体を混合、希釈した後に気液分離器６０を通過させ、気泡を除去するように構成しても良い。
【００３９】
図６に本発明の第３の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態において、酸化剤極８３に供給する酸化剤である空気が通る空気通路５１と空気供給ポンプ７３を付加している。空気通路５１にある空気を発熱部３０の熱により伝熱体４０を介して加温し、空気供給ポンプ７３により燃料電池本体８０の酸化剤極８３に供給している。このように酸化剤極８３に供給する空気を加温することにより、より速く燃料電池本体８０の温度を上げることができ、燃料電池の出力密度を向上させることができる。酸化剤極８３で生成した水と反応後の余剰の空気は、空気排出口５２から排出される。
【００４０】
図７に本発明の第４の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態において、発熱部３０と伝熱体４０との間にペルチェ素子９０を取り付けたものである。ペルチェ素子９０は発熱部３０を冷却すると共に発熱部３０の反対側の面では、伝熱体４０を加熱する効果がある。発熱部３０と伝熱体４０との間にペルチェ素子９０を取り付けることにより、電子機器本体１５の電源オンと同時にペルチェ素子９０を作動させることにより、より効率的に発熱部３０を冷却することが出来ると共に、ペルチェ素子で発生する熱を伝熱体４０を介して、より短時間で液体燃料や水、空気の温度を昇温させることが出来、より安定して発電効率を上げることが出来る。
【００４１】
図８に本発明の第５の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態に加えて燃料循環通路５３と弁１００、１０１を付加したものである。電子機器本体１５の起動時には、伝熱体４０の温度が十分に上昇していないので、弁１００を閉じて弁１０１を開けることで、液体燃料を燃料循環通路５３で循環させ、伝熱体４０が十分に温度上昇し、液体燃料を十分に加温させる。その後、弁１００を開け、弁１０１を閉じることにより、十分に温度上昇し、気液分離器６０で気泡を除去した液体燃料を燃料電池本体８０に供給する。このようにすることにより、電子機器本体１５の起動初期における燃料電池の発電効率を十分に高めることが出来る。この時の弁１００及び１０１の開閉は、燃料供給通路５０の液体燃料の温度をセンサーで検知することにより、制御することが好ましい。
【００４２】
以上、本発明の各実施の形態によれば、特別な加熱装置を必要とせず、電子機器本体の発熱部の熱を用いて、液体燃料や希釈用の水、酸化剤極に供給する空気を加熱し、また、加熱した液体燃料を気液分離器により気泡の除去を行うことで、発電効率の高い燃料電池を大型化することなく、電子機器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。
【図２】本発明に係る伝熱体に形成された燃料供給系の流路の概略形状を示す。
【図３】本発明に係る気液分離器の概略図を示す。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。
【図５】本発明に係る気液分離器と燃料供給ポンプの概略図を示す。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る電子機器の概念図を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１０、１１、１２、１３、１４  電子機器
１５  電子機器本体
２０  燃料貯蔵槽
２１  高濃度の液体燃料貯蔵槽
２２  水貯蔵槽
３０  発熱部
４０  伝熱体
５０  流路
５１  空気通路
５２  空気排出口
５３  燃料循環通路
６０  気液分離器
６１  流入口
６２  気泡トラップ部
６３  気泡排出口
６４  段差部分
７０、７１、７２  燃料供給ポンプ
７３  空気供給ポンプ
８０  燃料電池本体
８１  燃料極
８２  電解質膜
８３  酸化剤極
９０  ペルチェ素子
１００、１０１  弁
【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】
2007059312.tif 000008
【図７】
2007059312.tif 000009
【図８】
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