(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動時に発熱する発熱部と、
前記発熱部に隣接して設けられ、前記発熱部において発生した熱を除熱するために設けられた放熱部と、
電力供給源である燃料電池と、を少なくとも備え、
前記燃料電池は、燃料供給部と、前記燃料供給部より液体燃料が供給される発電部とによりなり、
前記燃料供給部は、液体燃料を収容する燃料タンクと液体燃料が流れる燃料流路とによりなり、
前記燃料流路は、少なくとも一部が前記放熱部中に設けられていることを特徴とする電気機器。
【請求項２】
前記放熱部と、前記発熱部と、前記燃料流路とが積層されて形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
【請求項３】
前記燃料供給部は、前記発熱部の発熱状態に応じて供給する燃料の流量を調整する流量調整部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電気機器。
【請求項４】
表示部をさらに備え、かつ前記発熱部がＣＰＵを含む電子回路を収容してなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気機器。
【請求項５】
前記発電部が前記発熱部もしくは前記表示部に隣接して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電気機器。
【請求項６】
請求項１記載の電気機器の駆動方法であって、
前記燃料流路から供給された液体燃料によって前記発熱部を冷却し、かつ前記発熱部の熱を吸収した液体燃料を前記発電部に供給することを特徴とする電気機器の駆動方法。
【請求項７】
作動時に発熱する発熱部および当該発熱部に隣接して設けられ、前記発熱部において発生した熱を除熱するために設けられた放熱部を含む電気機器に電力を供給するとともに、液体燃料を収容する燃料タンクと、液体燃料が流れる燃料流路とにより構成された燃料供給部を含み、前記燃料流路の少なくとも一部が前記放熱部中に設けられている燃料電池であって、
前記発熱部の発熱状態に応じて燃料極に供給する液体燃料の流量を調整する流量調整部を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
前記燃料極に供給する燃料は、常温で液体であることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池、電気機器および電気機器の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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く、熱交換率の高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、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。
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。
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。
３／２Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ    （３）
【０００６】
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、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は、燃料電池本体や燃料を高温にした方がメタノール酸化反応の活性が高まり、電池効率および出力密度が向上するという特徴をも有する。そのため、直接型の燃料電池において、燃料等を加熱して燃料極に供給するのが好ましい。しかし、携帯型の電子機器では利用できる電力に制限があるため、燃料等を加熱するために専用のヒータを設けるのは難しく、これまでは、室温や低温条件で性能を高める工夫をしなければならなかった。また、改質型の燃料電池においても、メタノールを改質して水素を生成する際には、メタノールを加熱する必要がある。
【０００８】
一方、パーソナルコンピュータ等の電子機器では、ＣＰＵの高駆動周波数化に伴い消費電力が増え、ＣＰＵが高熱化するという問題がある。この問題に対応するため、ＣＰＵの熱を放熱するヒートシンクを設け、冷却ファンによる強制空冷を行なう等してＣＰＵを冷却するという手法がとられている。しかし、冷却ファンによる空冷の場合、騒音が生じてしまう。また、利用できる電力に制限のある携帯型の電子機器に、消費電力が大きい冷却ファンを用いるのは好ましくない。さらに、携帯型の電子機器の小型化に伴い、冷却機構も小型化にする必要があるが、こうした小型化された冷却機構では、充分な冷却能力を得ることは一般に困難である。そのため、特に携帯型の電子機器では、発熱量を減らす観点から、ＣＰＵの駆動周波数を抑えているのが現状である。したがって、ＣＰＵ等の発熱部分を効果的に冷却する方法も望まれている。
【０００９】
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、燃料電池の電池効率および出力密度を向上させることを目的とする。本発明の別の目的は、電気機器の発熱を抑えることにある。本発明のさらに別の目的は、携帯型の電気機器を小型化および軽量化することにある。本発明のまた別の目的は、携帯型のパーソナルコンピュータにおいて、ＣＰＵの駆動周波数を高めることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、作動時に発熱する発熱部と、発熱部に隣接して設けられ、発熱部において発生した熱を除熱するために設けられた放熱部と、電力供給源である燃料電池と、を少なくとも備え、燃料電池は、燃料供給部と、燃料供給部より液体燃料が供給される発電部とによりなり、燃料供給部は、液体燃料を収容する燃料タンクと液体燃料が流れる燃料流路とによりなり、燃料流路は、少なくとも一部が放熱部中に設けられていることを特徴とする電気機器が提供される。燃料流路は、発電部に供給する燃料に発熱部の熱を伝達可能に構成され、発熱部の熱を吸収した燃料を発電部に供給することができる。
【００１２】
発熱部の発熱機能は、電気機器本来の機能を実現する際に発熱する部位により実現することができる。発熱部の熱としては、たとえば電気機器の作動中に過熱する部位の熱や、他の目的で加熱された部位の余熱や廃熱を利用することができる。これにより、燃料電池の燃料の加熱のために専用のヒータ等を設けることなく燃料を加熱することができるので、余分な電力を消費することなく、燃料電池の電池効率および出力密度の向上を図ることができる。
【００１４】
ここで、発熱部は、たとえば電気機器の作動中に過熱する部位とすることができる。これにより、燃料電池の燃料で発熱部を冷却することができるので、冷却機構を別途設ける必要がなく、電気機器の消費電力を低減することができる。また、電気機器を軽量化、小型化することもできる。
【００１５】
本発明の電気機器において、流量経路の少なくとも一部は放熱部中に設けることができる。放熱部は、発熱部の放熱を助けるための部品である。放熱部は、例えば多数の放熱フィンを持つ金属により構成することができる。
本発明の電気機器において、放熱部と、発熱部と、燃料流路とを積層して形成することができる。
本発明の電気機器において、燃料供給部は、発熱部の発熱状態に応じて供給する燃料の流量を調整する流量調整部を有することができる。
本発明の電気機器は、表示部をさらに備えることができ、かつ発熱部がＣＰＵを含む電子回路を収容した構成とすることができる。この構成により、ＣＰＵの熱を燃料電池の燃料に吸収させることができるので、ＣＰＵを効率的に冷却することができるとともに、燃料電池の電池効率および出力密度を向上することができる。
本発明の電気機器において、発電部は、発熱部もしくは表示部に隣接して設けることができる。
本発明の電気機器において、発電部は、電解質と、電解質を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極とを少なくとも備えることができ、燃料極は、表示部に接する側に設けることができる。
本発明によれば、燃料流路から供給された液体燃料によって発熱部を冷却し、かつ発熱部の熱を吸収した液体燃料を発電部に供給することを特徴とする電気機器の駆動方法が提供される。
【００１６】
本発明によれば、作動時に発熱する発熱部および当該発熱部に隣接して設けられ、発熱部において発生した熱を除熱するために設けられた放熱部を含む電気機器に電力を供給するとともに、液体燃料を収容する燃料タンクと、液体燃料が流れる燃料流路とにより構成された燃料供給部を含み、燃料流路の少なくとも一部が放熱部中に設けられている燃料電池であって、発熱部の発熱状態に応じて燃料極に供給する液体燃料の流量を調整する流量調整部を有することを特徴とする燃料電池が提供される。ここで、燃料極に供給する燃料は、常温で液体とすることができる。燃料電池は、燃料が燃料極に直接供給される直接型とすることができる。直接型の燃料電池において、燃料を加熱することにより、電池効率や出力密度を向上させることができる。また、燃料電池は、固体電解質膜として高分子膜を用いる高分子電解質型とすることができる。
【００１７】
燃料供給部はさらに、発熱部の発熱状態を検知する温度センサを含むことができる。ここで、発熱状態とは、発熱部自体の温度でもよく、発熱部の熱を吸収した燃料の温度でもよい。流量調整部は、たとえば圧電素子等の送液ポンプにより構成することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における燃料電池本体の単セル構造を模式的に示した断面図である。燃料電池本体１００は、複数の単セル構造１０１を有する。各単セル構造１０１は、燃料極１０２、酸化剤極１０８および固体電解質膜１１４から構成される。固体電解質膜１１４は、燃料極１０２と酸化剤極１０８を隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体電解質膜１１４は、水素イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。
【００３２】
固体電解質膜１１４を構成する材料としては、スルフォン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、スルフォン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１,４−フェニレン）、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族縮合系高分子；スルフォン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン社製）（登録商標）、アシプレックス（旭化成社製））；カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオンＳ膜（旭硝子社製）（登録商標））；等が例示される。
【００３３】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、それぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質の微粒子とを含む燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２を基体１０４および１１０上に形成した構成とすることができる。基体１０４および１１０の表面は撥水処理してもよい。
【００３４】
燃料極側触媒層１０６の触媒としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム、またはこれらの合金等が例示される。酸化剤極側触媒層１１２の触媒としては、燃料極側触媒層１０６と同様のものを用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもどちらでもよい。
【００３５】
触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（電気化学社製）（登録商標）、ＸＣ７２（Vulcan社製）等）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等が例示される。炭素粒子の粒径は、たとえば、０．０１〜０．１μｍ、好ましくは０．０２〜０．０６μｍとする。
【００３６】
燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２における固体電解質の微粒子は、同一のものであっても異なるものであってもよい。ここで、固体電解質の微粒子は、固体電解質膜１１４と同じ材料を用いることができるが、固体電解質膜１１４とは異なる材料や、複数の材料を用いることもできる。
【００３７】
燃料極１０２、酸化剤極１０８ともに、基体１０４および１１０としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等の多孔性基体を用いることができる。また、基体１０４および１１０の撥水処理にはポリテトラフルオロエチレン等の撥水剤を用いることができる。
【００３８】
本発明における燃料電池本体１００の製造方法は特に制限がないが、たとえば以下のようにして作製することができる。
【００３９】
まず、一般的に用いられている含浸法によって炭素粒子に触媒を担持させる。次に触媒を担持させた炭素粒子と固体電解質の微粒子を溶媒に分散させ、ペースト状としたのち、撥水化処理を行った基体１０４または１１０に塗布、乾燥させることによって燃料極１０２および酸化剤極１０８が得られる。
【００４０】
ここで、炭素粒子の粒径は、たとえば０．０１〜０．１μｍとする。また、固体電解質の微粒子の粒径は、たとえば０．０５〜１μｍとする。炭素粒子と固体電解質の微粒子とは、たとえば、重量比で２：１〜４０：１の範囲で用いられる。また、ペースト中の水と溶質との重量比は、たとえば、１：２〜１０：１程度とする。触媒粒子の粒径は、たとえば１ｎｍ〜１０ｎｍとする。基体１０４または１１０へのペーストの塗布方法については特に制限がないが、たとえば、刷毛塗り、スプレー塗布、およびスクリーン印刷法等の方法を用いることができる。ペーストは、約１μｍ〜２ｍｍの厚さで塗布される。ペーストを塗布した後、使用する材料に応じた加熱温度および加熱時間で加熱し、燃料極１０２および酸化剤極１０８が作製される。加熱温度および加熱時間は、用いる材料によって適宜に選択されるが、たとえば、加熱温度１００℃〜２５０℃、加熱時間３０秒間〜３０分とすることができる。
【００４１】
本発明における固体電解質膜１１４は、用いる材料に応じて適宜な方法を採用して作製することができる。たとえば固体電解質膜１１４を有機高分子材料で構成する場合、有機高分子材料を溶媒に溶解ないし分散した液体を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性シート等の上にキャストして乾燥させることにより得ることができる。
【００４２】
以上のようにして作製した固体電解質膜１１４を、燃料極１０２および酸化剤極１０８で挟み、ホットプレスし、単セル構造１０１を得る。このとき、燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２が固体電解質膜１１４と接するようにする。ホットプレスの条件は、材料に応じて選択されるが、固体電解質膜１１４や燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２中の固体電解質の微粒子を有機高分子で構成する場合、これらの有機高分子の軟化温度やガラス転位温度を超える温度とすることができる。具体的には、たとえば、温度１００〜２５０℃、圧力１〜１００ｋｇ／ｃｍ２、時間１０秒〜３００秒とする。
【００４３】
単セル構造１０１を平面内で複数個並べて、直列、または並列に接続して燃料電池本体１００を製造する。また、単セル構造１０１を燃料極側エンドプレート１２０および酸化剤極側エンドプレート１２２で挟んだ状態で積み重ねることにより、複数の単セル構造１０１が直列に接続されたスタック構造とすることもできる。この場合、複数のスタック構造を並列に接続することにより、燃料電池本体１００が製造される。
【００４４】
以上のように構成された燃料電池本体１００において、各単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料極側エンドプレート１２０を介して燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤極側エンドプレート１２２を介して酸化剤１２６が供給される。
【００４５】
燃料１２４としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。有機液体燃料は、水溶液とすることができる。酸化剤１２６としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
【００４６】
図２は、本発明の実施の形態に係る電気機器の一例を示すブロック図である。本実施の形態における電気機器は、携帯型パーソナルコンピュータである。携帯型パーソナルコンピュータ２１０は、携帯型パーソナルコンピュータ２１０の作動時に発熱する発熱部２１２と、発熱部２１２からの熱を放熱するように構成された放熱部２２６と、電力供給源となる燃料電池とを含む。本実施の形態における燃料電池は、上述した燃料電池本体１００と、発熱部２１２の熱を吸収した燃料を燃料電池本体１００の各単セル構造１０１（図１参照）の燃料極１０２（図１参照）に供給する燃料供給部とを有する。燃料供給部は、燃料を収容する燃料タンク２１６と、燃料極１０２（図１参照）に供給する燃料の流量を調整する流量調整部２１８と、発熱部２１２の発熱状態を検知する温度センサ２２０と、燃料供給用配管２２２と、燃料回収用配管２２４とを有する。放熱部２２６には燃料の流路が設けられる。
【００４７】
発熱部２１２としては、たとえばＣＰＵ、ハードディスク、電源モジュール、メモリ、ディスプレイ、および周辺機器等が例示される。この中でも特に、ＣＰＵの過熱が問題であるため、燃料電池本体１００に供給する燃料でＣＰＵを冷却すると、ＣＰＵを効率よく冷却することができるとともに燃料を加熱することができるので、より効果的である。
【００４８】
図３は、本実施の形態における携帯型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。携帯型パーソナルコンピュータ２１０は、キーボード等が設けられる第一の筐体２３２と、ディスプレイ２４０等が設けられる第二の筐体２３４とを有する。ここでは、説明のためにキーボード等の操作部分を取り外した状態で示す。第二の筐体２３４は、第一の筐体２３２に対して回転可能に取付けられる。携帯型パーソナルコンピュータ２１０は、本体を支持する支持体２３９を有する。
【００４９】
携帯型パーソナルコンピュータ２１０は、ＣＰＵ２３６やハードディスク２３８を有する。携帯型パーソナルコンピュータ２１０を作動させると、ＣＰＵ２３６やハードディスク２３８は発熱する。燃料供給部は、ＣＰＵ２３６やハードディスク２３８を発熱部２１２として燃料による除熱を行なう。
【００５０】
本実施の形態において、燃料電池本体１００は、ディスプレイ２４０の背面に設けられる。ディスプレイ２４０は、液晶に限られないが、たとえばバックライトを使用する液晶ディスプレイの場合、バックライトの発熱によっても燃料電池本体１００の温度が上昇し、さらに出力を高めることができる。一方、これにより、ディスプレイ２４０は除熱されるので、携帯型パーソナルコンピュータを安定的に作動させることができる。また、他の例において燃料電池本体１００は、上述したＣＰＵ２３６等の発熱部２１２近傍に設けることもできる。
【００５１】
燃料タンク２１６は、キーボードの背面、つまり、ＣＰＵ２３６やハードディスク２３８等の発熱部２１２の実装面の背面に設けられる。これにより、燃料タンク２１６も発熱部２１２の熱で加熱されるので、燃料の加熱および発熱部２１２の除熱をより効率よく行なうことができる。
【００５２】
流量調整部２１８は、たとえば送液用ポンプである。ここで、燃料電池本体１００に供給されるべき燃料の流量は、たとえば、１０ｃｃ／分程度またはそれ以下と比較的少ないため、消費電力が非常に小さい小型の圧電モーター等の圧電素子を送液用ポンプとして利用することができる。したがって、従来の冷却ファンで空冷する方法よりも、低消費電力で効率的に発熱部２１２を冷却することができる。さらに、ファンを使用しないため、騒音も発生しないという利点もある。
【００５３】
図２に示した温度センサ２２０は、たとえばサーミスタである。流量調整部２１８は、ＣＰＵ２３６等の発熱部２１２の温度に応じて、燃料電池本体１００に好ましい温度の燃料が供給されるように、たとえばＰＩＤ方式で燃料の流量を調整する。ここで、燃料電池本体１００に供給されるのに好ましい燃料の温度は、３０〜１００℃である。
【００５４】
図４は、本実施の形態におけるＣＰＵ部分の構造を詳細に示す斜視図である。放熱部２２６は、たとえばヒートシンクである。放熱部２２６には燃料の流路が蛇行状に形成される。これにより、ＣＰＵ２３６の熱と燃料との熱交換の効率化を図ることができる。放熱部２２６中の流路は、アルミニウム製パイプにより形成することができる。また、放熱部２２６がアルミニウム製のヒートシンク等である場合、放熱部２２６中の流路は放熱部２２６と一体に形成することができる。放熱部２２６中の流路および放熱部２２６がアルミニウム製の場合、アルミニウム製パイプの内部等の燃料に接する部分は、例えば金メッキ等の燃料に腐食されにくい材料により形成することができる。
【００５５】
次に、図１から図４を参照して、燃料電池により携帯型パーソナルコンピュータ２１０に電力を供給させる動作を説明する。燃料タンク２１６に収容された燃料は、燃料供給用配管２２２を通ってＣＰＵ２３６およびハードディスク２３８等の発熱部２１２に接続して設けられた放熱部２２６に導かれる。燃料が放熱部２２６中の流路を通過する過程で、発熱部２１２の熱が燃料に吸収される。これにより、発熱部２１２が効率的に冷却されると共に、燃料が加熱される。燃料は、発熱部２１２からの熱を吸収した後、再び燃料供給用配管２２２を通って燃料電池本体１００の各単セル構造１０１の燃料極１０２に供給される。燃料電池本体１００において、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には空気中の酸素が取り込まれ、発電が行われる。燃料電池本体１００で使用されなかった燃料は、燃料回収用配管２２４を通って燃料タンク２１６に戻される。
【００５６】
本実施の形態によれば、ＣＰＵ２３６等の発熱部２１２の冷却を効率的に行なうことができ、かつ、その廃熱を利用して燃料電池の出力を向上させることができる。このように、本実施の形態によれば、ＣＰＵを効果的に冷却することができると共に、燃料電池の出力を向上させることができるので、従来の携帯型パーソナルコンピュータへの高い駆動周波数のＣＰＵの適用を阻害していた要因を一度に解消することができる。そのため、携帯型パーソナルコンピュータであっても、高い駆動周波数のＣＰＵを用いることができる。
【００５７】
【実施例】
以下に本発明の燃料電池について実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００５８】
（実施例１）
燃料電池本体は以下のようにして製造した。固体電解質膜としてはナフィオン１１７（デュポン社製）を用いた。燃料極および酸化剤極の両方とも、炭素粒子としてデンカブラック（電気化学社製）、触媒として白金とルテニウムの合金、固体電解質の微粒子として５％ナフィオンアルコール溶液（アルドリッチ・ケミカル社製）を用いた。また、基体としては、燃料極および酸化剤極の両方とも、カーボンペーパー（東レ社製：ＴＧＰ−Ｈ−１２０）を用いた。
【００５９】
まず、５％ナフィオンアルコール溶液に、触媒が担持されたデンカブラックを混ぜ、５０℃で約３時間超音波分散器にかけて、ペースト状にした。ナフィオン１１７のこのペースト状の試料をカーボンペーパーにスクリーン印刷法で塗布した後、１００℃で乾燥し、燃料極および酸化剤極を得た。これらの燃料極および酸化剤極をナフィオン１１７の両面にホットプレスすることにより、単セル構造を形成した。ここで、燃料極および酸化剤極の面積は６ｃｍ２とした。室温において、この単セル構造の燃料極に２０％メタノール水溶液を燃料として供給し、酸化剤極に空気を供給すると、６００ｍＡの電流で０．４２Ｖの出力電圧が得られた。
【００６０】
このようにして形成された複数の単セル構造を平面内で直列および並列に接続して、横２５ｃｍ、縦１８ｃｍ、厚さ０．７ｃｍの燃料電池本体を製造した。また、横２５ｃｍ、縦５ｃｍ、高さ１．５ｃｍの燃料タンクに濃度１０％のメタノール水溶液を充填した。
【００６１】
燃料電池本体および燃料タンクは、携帯用パーソナルコンピュータのキーボードの背面に並べて設置した。このとき、燃料電池の酸化剤極が燃料電池本体の下側、すなわち、携帯用パーソナルコンピュータと反対側の面になるように燃料電池本体を設置した。酸化剤極に空気が供給されるように、携帯型パーソナルコンピュータの下側に３ｍｍ程度のスペースを設けた。メタノール水溶液がＣＰＵの放熱部を通る構成とし、流量を１〜２ｃｃ／分としてメタノール水溶液を燃料電池本体の燃料極に供給した。また、燃料電池本体に到達する直前のメタノール水溶液の温度、およびＣＰＵの表面温度をそれぞれ測定するために、燃料供給配管の燃料電池本体近傍とＣＰＵ表面に温度センサを設けた。
【００６２】
携帯型パーソナルコンピュータを動作させていないとき、すなわち、ＣＰＵが停止している状態では、燃料電池本体に到達する直前のメタノール水溶液の温度は約２０℃（室温）であった。一方、携帯型パーソナルコンピュータを動作させてＣＰＵが動いている状態でメタノール水溶液を流すと、燃料電池本体に到達する直前のメタノール水溶液の温度は徐々に高くなり、３０分後には５０℃程度に上昇した。このとき、ＣＰＵの表面温度は６０℃程度に維持することができた。メタノール水溶液を流した場合であっても、送液用ポンプが小型で騒音がほとんどないため、ファンを使用した場合と比べて騒音が解消された。一方、ＣＰＵが動いている状態でメタノール水溶液を流さなかった場合には、ＣＰＵ表面の温度は８０℃程度まで上昇した。
【００６３】
次に、燃料電池本体の出力を調べた。ＣＰＵが動作していない場合の燃料電池本体の出力は１５Ｗであった。一方、ＣＰＵを動作させると出力は増加し、１０分後には２３Ｗ程度で安定した。
【００６４】
以上のように、本実施例では、携帯型パーソナルコンピュータの発熱部、特にＣＰＵの冷却に燃料電池用の液体燃料を利用した後にその燃料を燃料電池本体の燃料極に供給することにより、発熱部の温度上昇を効率的に抑制できると共に電源である燃料電池の出力を向上させることができた。
【００６５】
（実施例２）
実施例１と同様にして単セル構造を形成した。複数の単セル構造を平面内で直列および並列に接続して、横２６ｃｍ、縦２０ｃｍ、厚さ０．６ｃｍの燃料電池本体を製造した。また、横２５ｃｍ、縦６ｃｍ、高さ２ｃｍの燃料タンクに濃度１５％のメタノール水溶液を充填した。
【００６６】
燃料タンクを携帯用パーソナルコンピュータの下部に設置し、燃料電池本体を液晶ディスプレイの背面に設置した。このとき、燃料電池の酸化剤極が燃料電池本体の上側、すなわち、液晶ディスプレイと反対側の面になるように燃料電池本体を設置した。これにより、酸化剤極が空気を取り込める構造になっている。メタノール水溶液がＣＰＵの放熱部を通る構成とし、流量を１〜２ｃｃ／分としてメタノール水溶液を燃料電池本体の燃料極に供給した。
【００６７】
携帯型パーソナルコンピュータを動作させていないときの燃料電池本体に到達する直前のメタノール燃料の温度は約２０℃（室温）であった。一方、携帯機器を動作させた状態でメタノール水溶液を流すと、燃料電池本体に到達する直前のメタノール水溶液の温度は徐々に高くなり、３０分後には５０℃程度に上昇した。このとき、ＣＰＵの表面温度は６０℃程度に維持できた。
【００６８】
次に、燃料電池本体の出力を調べた。液晶ディスプレイのバックライトを使用せず、かつ、ＣＰＵが動作していない場合、燃料電池の出力は１８Ｗ程度であった。ＣＰＵを動作させた場合、燃料電池の出力は増加し、１０分後には２６Ｗ程度で安定した。さらに、ＣＰＵを動作させ、かつ、液晶ディスプレイのバックライトを点灯させた場合、燃料電池本体の温度が５０℃以上に到達した。このとき、燃料電池の出力はさらに増加し、１０分後には３０Ｗ程度の出力が得られた。
【００６９】
以上のように、本実施例では、携帯型パーソナルコンピュータの発熱部、特にＣＰＵの冷却に燃料電池用の液体燃料を利用した後にその燃料を燃料電池本体の燃料極に供給し、さらに燃料電池本体を液晶ディスプレイのバックライトの熱で加熱することにより、電源である燃料電池の出力をさらに向上させることができた。また、燃料電池本体が携帯型パーソナルコンピュータの上部に設けられるので、酸化剤極に容易に空気を取り込むことができる。
【００７０】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、その各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を説明する。
【００７１】
以上の実施の形態では、電気機器として携帯型パーソナルコンピュータの例を説明したが、電気機器はＰＤＡや携帯電話等の携帯型の電子機器であってよい。また、電気機器は、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ等の電子機器であってもよい。これらの電子機器もＣＰＵを有し、燃料電池の燃料をＣＰＵの冷却に用いるとともにＣＰＵで燃料を加熱して燃料電池の性能を高めることができるからである。さらに、電気機器は、たとえば掃除機やアイロン等の電気製品であってもよい。これらの電気製品も電源ユニット等の発熱部を有し、その熱により燃料を加熱して燃料電池の性能を高めることができるからである。
【００７２】
また、実施の形態では、メタノール等の有機液体燃料を燃料極に直接供給する直接型の燃料電池について説明したが、たとえば改質器を用いた改質型の燃料電池において、有機液体燃料を改質する際の加熱手段として、電気機器に本来備わっている構成部品の発熱を利用することもできる。また、改質前の有機液体燃料を用いてＣＰＵ等の過熱する部分の除熱を行なうこともできる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池により電気機器に電力を供給する際に、電気機器の発熱部と燃料電池に供給する燃料との熱交換を行なうことにより、発熱部を効率的に冷却でき、かつ、燃料電池の出力を高めることができる。そのため、小型で高出力の燃料電池を提供することが可能となる。特に、携帯型のコンピュータにおいて、従来問題となっていた電力不足とＣＰＵの過熱の問題をともに解決することができるので、携帯型のコンピュータに高駆動周波数のＣＰＵを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池本体の単セル構造を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電気機器の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態における携帯型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図４】本実施の形態におけるＣＰＵ部分の構造を詳細に示す斜視図である。
【符号の説明】
１００  燃料電池本体
１０１  単セル構造
１０２  燃料極
１０４  基体
１０６  燃料極側触媒層
１０８  酸化剤極
１１０  基体
１１２  酸化剤極側触媒層
１１４  固体電解質膜
１２０  燃料極側エンドプレート
１２２  酸化剤極側エンドプレート
１２４  燃料
１２６  酸化剤
２１０  携帯型パーソナルコンピュータ
２１２  発熱部
２１６  燃料タンク
２１８  流量調整部
２２０  温度センサ
２２２  燃料供給用配管
２２４  燃料回収用配管
２２６  放熱部
２３２  第一の筐体
２３４  第二の筐体
２３６  ＣＰＵ
２３８  ハードディスク
２３９  支持体
２４０  ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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