燃料電池及びそれを用いる携帯機器
【課題】携帯機器の電源として利用可能であり、携帯機器の電気回路の発熱を利用して発電能力が向上可能な燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上可能な携帯機器を提供する。
【解決手段】電気回路３４ａ，３４ｂを有する携帯機器３２の電源として使用される燃料電池１０。この燃料電池１０は、電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱を吸熱する吸熱部３０ａ，３０ｂと、吸熱部３０ａ，３０ｂに吸熱された熱を、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部１８に伝達する電池側熱伝達部材２０ａ，２０ｂと、を有する。
【解決手段】電気回路３４ａ，３４ｂを有する携帯機器３２の電源として使用される燃料電池１０。この燃料電池１０は、電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱を吸熱する吸熱部３０ａ，３０ｂと、吸熱部３０ａ，３０ｂに吸熱された熱を、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部１８に伝達する電池側熱伝達部材２０ａ，２０ｂと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路を有する携帯機器の電源として使用される燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、電気回路を有する携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料側電極と酸化剤側電極とによって電解質膜を挟持した燃料電池が用いられている。このような燃料電池では、発電能力を向上するために、酸化剤電極に供給される酸化剤を加熱することが行われている。
【０００３】
特許文献１の燃料電池発電装置では、電力変換装置の発熱を利用して酸化剤としての空気を加熱している。詳細に説明すると、図６に示されるように、燃料電池１００は電力変換装置１０２に直流電圧を出力し、電力変換装置１０２は直流電圧を交流電圧に変換して負荷１０４に出力するようになっている。ここで、電力変換装置１０２には水冷用冷却器１０６が付設されており、この水冷用冷却器１０６には熱媒循環回路１０８が接続されている。この熱媒循環回路１０８には熱媒循環用ポンプ１１０及びラジエータ１１２が配設されている。このラジエータ１１２は、空気を酸化剤側電極１１６ｂに供給するための反応空気ブロウ１１４の空気吸い込み部に配置されている。電力変換装置１０２の発熱により加熱された熱媒は、熱媒循環用ポンプ１１０によってラジエータ１１２へと移送され、熱交換によって空気吸い込み部近傍の空気を加熱する。加熱された空気は、反応空気ブロウ１１４によって酸化剤側電極１１６ｂに供給される。このようにして、電力変換装置１０２の発熱を反応空気の加熱に利用している。
【特許文献１】特開２００２−８６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の燃料電池発電装置では、熱媒を利用して反応空気を加熱している。このため、熱媒を循環させるための熱媒循環回路１０８、熱媒を移送する熱媒循環用ポンプ１１０、及び、熱媒と反応空気との熱交換を行うためのラジエータ１１２が必須となっている。即ち、多数かつ複雑な構成要素が必要となっており、各種携帯機器に適用することが困難となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、携帯機器の電源として利用可能であり、携帯機器の電気回路の発熱を利用して発電能力が向上可能な燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上可能な携帯機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい一実施態様は、電気回路を有する携帯機器の電源として使用される燃料電池であって、前記電気回路から発生した熱を吸熱する吸熱部と、前記吸熱部に吸熱された熱を、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に伝達する電池側熱伝達部材と、を有することを特徴とする燃料電池である。
【０００７】
好ましくは、前記吸熱部は、前記電気回路又は当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材の接触部と接触する。
【０００８】
好ましくは、前記吸熱部は、前記電気回路又は前記回路側熱伝達部材と分離可能である。
【０００９】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記吸熱部で吸熱された熱を伝達する。
【００１０】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねている。
【００１１】
本発明の好ましい別の一実施態様は、燃料電池を電源として使用可能に構成され、電気回路を有する携帯機器であって、前記電気回路と熱的に接続され当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材と、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に熱的に接続されている電池側熱伝達部材と接触し、前記回路側熱伝達部材に伝達された熱を当該電池側熱伝達部材に伝達する接触部と、を有することを特徴とする携帯機器である。
【００１２】
好ましくは、前記回路側熱伝達部材は、前記電気回路と直接的又は間接的に接続されている。
【００１３】
好ましくは、前記接触部は、前記電池側熱伝達部材と分離可能である。
【００１４】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記接触部から伝達された熱を伝達する。
【００１５】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねている。
【００１６】
好ましくは、前記電気回路は、撮像素子を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料電池が携帯機器の電源として利用可能となっており、その発電能力を携帯機器の電気回路の発熱を利用して向上することが可能となっている。また、携帯機器が燃料電池を電源として使用可能に構成されており、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上することが可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態の燃料電池１０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように電解質膜１４を有する。この電解質膜１４として、例えば、ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ（登録商標）が用いられる。
【００１９】
そして、電解質膜１４の両面には、夫々、燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂが密着して配置されている。これら燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂとして、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等のウェブに触媒を担持したものが用いられる。ここで、燃料側電極１６ａの触媒は使用される燃料に応じて選択されている。例えば、燃料がメタノール水溶液の場合には白金・ルテニウム触媒、燃料が水素化ホウ素ナトリウム水溶液等の苛性アルカリ水溶液の場合には水素吸蔵合金を用いるのが好ましい。一方、酸化剤側電極１６ｂの触媒としては、例えば白金が用いられる。
【００２０】
燃料側電極１６ａに燃料が供給され、酸化剤側電極１６ｂに酸化剤が供給されると、電解質膜１４を介して化学反応が進行するようになっている。即ち、電解質膜１４、燃料側電極１６ａ、及び、酸化剤側電極１６ｂによって、発電のための燃料及び酸化剤（まとめて活物質と称する）に反応を起こさせるための反応部１８が形成されている。
【００２１】
燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂの、電解質膜１４側とは反対側の面には、夫々、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂが密着して配置されている。これら燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、導電体、例えばステンレス、チタン、炭素によって形成されている。好ましくは、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、比較的熱伝導率の大きい導電体、例えば炭素、ステンレスによって形成されている。
【００２２】
燃料側セパレータ２０ａの、燃料側電極１６ａ側の面には溝２２が延設されている。この溝２２の内壁面と、燃料側電極１６ａの、燃料側セパレータ２０ａ側の面とによって、燃料が流動される燃料経路２４ａが形成されている。また、燃料経路２４ａの両端部は、夫々、燃料側セパレータ２０ａに形成されている図示しない貫通孔を介して、燃料側セパレータ２０ａの側面に連通されている。一端部の貫通孔を介して燃料経路２４ａは燃料供給管２６ａに接続され、他端部の貫通孔を介して燃料経路２４ａは燃料排出管２８ａに接続されている。本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａの、燃料側電極１６ａ側とは反対側の面により、外部からの熱を吸熱する燃料側吸熱部３０ａが形成されている。この燃料側吸熱部３０ａで吸熱された熱は、燃料側セパレータ２０ａを介して反応部１８に伝達されるようになっている。
【００２３】
同様に、酸化剤側セパレータ２０ｂの、酸化剤側電極１６ｂ側の面には溝２２が延設され、この溝２２の内壁面と、酸化剤側電極１６ｂの、酸化剤側セパレータ２０ｂ側の面とによって、酸化剤が流動される酸化剤経路２４ｂが形成されている。また、溝２２の一端部の貫通孔を介して酸化剤経路２４ｂは酸化剤供給管２６ｂに接続され、他端部の貫通孔を介して酸化剤経路２４ｂは酸化剤排出管２８ｂに接続されている。また、酸化剤側セパレータ２０ｂの、酸化剤側電極１６ｂ側とは反対側の面によって酸化剤側吸熱部３０ｂが形成されており、この酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱は酸化剤側セパレータ２０ｂを介して反応部１８に伝達されるようになっている。
【００２４】
即ち、本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱を反応部１８に伝達する電池側熱伝達部材が形成されている。さらに、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、夫々、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱を燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを規定する溝２２の内壁面に伝達するようになっている。
【００２５】
以下、上述した燃料電池１０を電源として使用する本実施形態の携帯機器３２を説明する。携帯機器３２としては、デジタルカメラ、ノート型パソコン、携帯電話、デジタルムービーカメラ等の様々な機器が選択可能である。
【００２６】
本実施形態の携帯機器３２は、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂに夫々密着される第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂを有する。例えば、これらを接着剤で密着させる場合は、接着剤として熱伝導性のよいシリコーン系の材料を含む接着剤等が適するが、これに限定されるものではない。第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、携帯機器３２を使用する際に発熱するものである。また、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、１つの電気電子素子により構成されていてもよく、２つ以上の電気電子素子から構成されていてもよいし、配線基板等に実装されている電気電子素子群でもよい。
【００２７】
そして、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、好ましくは、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂに効率よく熱を伝達するように、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂに対して配置されている。例えば、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂが配線基板等に実装されている電気電子素子群である場合には、配線基板の熱放出が最大の領域が燃料側吸熱部３０ａ又は酸化剤側吸熱部３０ｂに接触するように配置されている。本実施形態では、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂの、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂと接触している面は、燃料側吸熱部３０ａ又は酸化剤側吸熱部３０ｂとほぼ合同な形状を有する。
【００２８】
本実施形態では、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂの、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂと接触している面により、夫々、電池側熱伝達部材としての燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂに熱を伝達する燃料側接触部３６ａ及び酸化剤側接触部３６ｂが形成されている。また、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱を燃料側接触部３６ａ及び酸化剤側接触部３６ｂに伝達する回路側熱伝達部材を兼ねている。
【００２９】
ここで、携帯機器３２としてデジタルカメラが選択されている場合には、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂとしては、撮像素子、燃料電池１０と併用されている２次電池、燃料電池１０の出力電圧を所望の電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータ等が用いられる。具体的には、撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合デバイス）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型撮像素子等が用いられる。また、２次電池には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等が用いられており、デジタルカメラの消費電力が特に大きい場合には、電力を安定供給するためにコンデンサ等が用いられる。なお、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、それらの機能を損なわないように配設されている。例えば、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂとしてＣＣＤが用いられる場合には、ＣＣＤの撮像面が燃料側セパレータ２０ａ又は酸化剤側セパレータ２０ｂとは反対側に配置されるようにＣＣＤが配設される。
【００３０】
次に、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２の作用について説明する。携帯機器３２を使用する際には燃料電池１０で発電を行う。即ち、補機を用いて、水素ガス、アルコール水溶液、水素化ホウ素ナトリウム水溶液等の燃料を燃料供給管２６ａを介して燃料経路２４ａに導入し、燃料経路２４ａの一端部から他端部へと流動させる。同様に、補機を用いて、空気、酸素等の酸化剤を酸化剤供給管２６ｂを介して酸化剤経路２４ｂに導入し、酸化剤経路２４ｂの一端部から他端部へと流動させる。燃料経路２４ａを流動する燃料は燃料側電極１６ａに接し、酸化剤経路２４ｂを流動する酸化剤は酸化剤側電極１６ｂに接して、反応部１８で電気化学反応が進行して発電が行われる。この電力を利用して携帯機器３２が作動される。なお、電気化学反応の結果生成した物質、消費されなかった燃料、酸化剤等は、燃料排出管２８ａ、酸化剤排出管２８ｂを介して排出される。
【００３１】
携帯機器３２の作動により、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂが発熱する。第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱は燃料側接触部３６ａ及び酸化剤側接触部３６ｂを介して燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂに吸熱される。燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達され、反応部１８が加熱される。また、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって、燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを規定する溝２２の内壁面に伝達され、そして、燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを流動されている燃料及び酸化剤が内壁面を介して加熱される。このような加熱の結果、反応部１８における電気化学反応が促進され、発電能力が向上される。
【００３２】
従って、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２は次の効果を奏する。第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達され、反応部１８が加熱されている。即ち、電気回路３４の発熱を利用して反応部１８を加熱して燃料電池１０の発電能力を向上させる構成が少数かつ簡単な構成要素によって形成されており、発電能力を向上させる構成を小型化することが可能となっている。このため、燃料電池１０は、携帯機器３２の電源として利用可能であり、かつ、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂの発熱を利用してその発電能力を向上することが可能となっている。換言すれば、携帯機器３２は、燃料電池１０を電源として使用可能に構成されており、かつ、その第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂの発熱によって燃料電池１０の発電能力を向上することが可能となっている。
【００３３】
また、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱を、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８自体に直接伝達する構成となっている。このため、燃料又は酸化剤を加熱して反応部１８を間接的に加熱するよりも、効率的に反応部１８を加熱することが可能となっている。従って、電気回路３４の発熱量が少ない場合であっても、所望の発電能力を得ることが比較的容易になっている。
【００３４】
そして、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって、燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを規定する溝２２の内壁面に伝達され、燃料及び酸化剤が内壁面を介して加熱されている。このような燃料及び酸化剤の加熱により、反応部１８における電気化学反応が促進され、発電能力が向上されている。
【００３５】
さらに、本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、吸熱部で吸熱された熱を反応部１８に伝達する電池側熱伝達部材を兼ねている。また、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材を兼ねている。このため、部品点数が削減されており、更なる小型化と安価な製造が可能となっている。
【００３６】
なお、本実施形態では、燃料側と酸化剤側との両方で電気回路からの発熱を利用する構成となっているが、一方の側でのみ電気回路からの発熱を利用する構成としてもよい。
【００３７】
図２は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の燃料電池１０では、燃料及び酸化剤を自己拡散により燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂに供給するようになっている。
【００３８】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、燃料側セパレータ２０ａには、燃料を燃料側電極１６ａへと拡散させるための複数の貫通溝３８が並設されている。即ち、これら貫通溝３８は燃料経路２４ａを形成している。また、本実施形態では第１の電気回路３４ａ（図１参照）は用いられていない。燃料側セパレータ２０ａの、燃料側電極１６ａ側とは反対側の面には、燃料を収容する燃料タンク４０が配設されている。この燃料タンク４０は、燃料側セパレータ２０ａへと燃料を供給するための図示しない供給孔を有する。
【００３９】
酸化剤側セパレータ２０ｂには、酸化剤を酸化剤側電極１６ｂへと拡散させるための複数の貫通溝３８が並設されている。即ち、これら貫通溝３８は酸化剤経路２４ｂを形成している。酸化剤側セパレータ２０ｂの、酸化剤側電極１６ｂとは反対側の面の四隅には、凸部４２が一体形成されている。これら凸部４２の突出端面によって電気回路３４が支持されている。本実施形態では、凸部４２が電気回路３４から発生した熱を吸熱する酸化剤側吸熱部３０ｂを形成している。そして、酸化剤側セパレータ２０ｂと電気回路３４との間には、酸化剤側セパレータ２０ｂの貫通溝３８と外部とを連通する連通部４４が形成されている。なお、凸部４２は貫通溝３８と外部とを連通するように電気回路３４を支持する様々な個数及び配置を採ることが可能である。また、凸部４２及び電気回路３４を一体形成してもよいし、酸化剤側セパレータ２０ｂ、凸部４２、及び、電気回路３４を一体形成してもよい。
【００４０】
本実施形態では、電気回路３４からの放射によっても酸化剤側セパレータ２０ｂに熱が伝達されるようになっている。このため、酸化剤側セパレータ２０ｂの、電気回路３４に対面する表面は、好ましくは放射を吸収しやすい表面構造になっている。例えば、酸化剤側セパレータ２０ｂの、電気回路３４に対面する表面は、黒色表面、又は、微細な凹凸を有する表面によって構成されている。
【００４１】
次に、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２の作用について説明する。燃料電池１０で発電を行う際には、燃料タンク４０から燃料が燃料側セパレータ２０ａの貫通溝３８を介して燃料側電極１６ａに拡散される。また、酸化剤としては外部空気が用いられ、外部から空気が酸化剤側セパレータ２０ｂと電気回路３４との間の連通部４４、及び、酸化剤側セパレータ２０ｂの貫通溝３８を介して酸化剤側電極１６ｂに拡散される。そして、反応部１８で電気化学反応が進行して発電が行われる。
【００４２】
電気回路３４から発生した熱は、凸部４２に吸熱され、酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達され、反応部１８が加熱される。また、凸部４２で吸熱された熱は、酸化剤側セパレータ２０ｂによって酸化剤経路２４ｂを規定する貫通溝３８の内壁面に伝達され、酸化剤経路２４ｂで拡散している酸化剤が内壁面を介して加熱される。さらに、電気回路３４から発生した熱は、放射によって、酸化剤側セパレータ２０ｂの、電気回路３４に対面する表面に吸収される。表面に吸収された熱は、凸部４２に吸熱された熱と同様に、酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達される。また、電気回路３４から発生した熱は、放射によって、貫通溝３８を介して直接反応部１８に吸収される。加えて、連通部４４内の空気は、電気回路３４の、酸化剤側セパレータ２０ｂ側の面によって加熱され対流を生じる。電気回路３４から発生した熱は、空気の対流によっても酸化剤側セパレータ２０ｂ又は反応部１８に伝達される。このような加熱の結果、反応部１８における電気化学反応が促進され、発電能力が向上される。
【００４３】
従って、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２は次の効果を奏する。凸部４２及び酸化剤側セパレータ２０ｂを介した熱伝導に加えて、放射、対流によっても電気回路３４から発生する熱を反応部１８に伝達している。このため、電気回路３４から発生した熱の内、廃熱となる熱の割合を低下させることが可能となっている。従って、電気回路３４の発熱量が少ない場合であっても、所望の発電能力を得ることが比較的容易になっている。
【００４４】
また、燃料を燃料側セパレータ２０ａの貫通溝３８を介して燃料側電極１６ａに拡散させており、また、外部の空気を連通部４４、及び、酸化剤側セパレータ２０ｂの貫通溝３８を介して酸化剤側電極１６ｂに拡散させている。即ち、燃料及び酸化剤を供給するための補機が必要ではなく、燃料電池１０の構成が簡単化され、小型化が可能となっている。このため、燃料電池１０がさらに携帯機器３２に適したものとなっている。
【００４５】
図３は、本発明の第３実施形態を示す。第２実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態は、第２実施形態において、燃料側でも電気回路からの発熱を利用するようにしたものである。
【００４６】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、本実施形態の燃料側セパレータ２０ａは、一体的に順に連設されている本体部４６、連結部４８、及び、接続子５０を有する。本体部４６は第２実施形態の燃料側セパレータ２０ａと同様の構成となっており、燃料側電極１６ａ、燃料タンク４０が配設されている。また、接続子５０は板状の部材であり、その一面には第１の電気回路３４ａが密着して配設されている。本実施形態では、接続子５０の、第１の電気回路３４ａに接触する面が、第１の電気回路３４ａからの熱を吸熱する燃料側吸熱部３０ａを形成している。また、本体部４６、連結部４８、及び、接続子５０有する燃料側セパレータ２０ａが電池側熱伝達部材を兼ねている。
【００４７】
ここで、接続子５０の他面に第３の電気回路を密着して配設してもよい。また、連結部４８は、直線的な長板形状、屈曲しているＬ字形状、Ｊ字形状等の様々な形状を採り得る。また、連結部４８は、形状可変のベローズ状であってもよい。なお、本体部４６、連結部４８、又は、接続子５０は、互いに別体的に形成してもよい。別体的に形成する場合であっても、連結部４８及び接続子５０は熱伝導率の高い材料で形成することが好ましい。また、連結部４８及び接続子５０の個数は１つに限定されず、本体部４６に複数の連結部４８及び接続子５０を連設するようにしてもよい。
【００４８】
次に、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２の作用について説明する。第１の電気回路３４ａから発生した熱は、燃料側吸熱部３０ａに吸熱され、燃料側セパレータ２０ａの接続子５０、連結部４８、本体部４６によって反応部１８に伝達される。
【００４９】
従って、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２は次の効果を奏する。燃料側セパレータ２０ａは接続子５０を有し、この接続子５０には第１の電気回路３４ａが密着して配設されており、第１の電気回路３４ａから発生する熱は、接続子５０、連結部４８及び本体部４６を介して反応部１８に伝達されている。そして、接続子５０は、様々な個数、形状、配置で形成することが可能である。即ち、携帯機器３２の内部要素の形状、配置に応じて接続子５０を形成することが可能であり、携帯機器３２の設計の自由度が向上されている。
【００５０】
なお、酸化剤側セパレータ２０ｂについても、本実施形態の燃料側セパレータ２０ａのように接続子５０を有する構成とすることが可能である。また、第１実施形態のような補機を用いる燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂについても、接続子５０を有する構成とすることが可能である。
【００５１】
図４は、本発明の第４実施形態を示す。第３実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、図４に示されるように、第１の電気回路３４ａが燃料側セパレータ２０ａの接続子５０にねじ５１を用いたねじ止めによって着脱自在に装着されている。即ち、燃料側セパレータ２０ａ（電池側熱伝達部材を兼ねる）の燃料側吸熱部３０ａは、第１の電気回路３４ａ（回路側熱伝達部材を兼ねる）と分離可能となっている。換言すれば、第１の電気回路３４ａ（回路側熱伝達部材を兼ねる）の燃料側接触部３６ａは、燃料側セパレータ２０ａ（電池側熱伝達部材を兼ねる）と分離可能となっている。本実施形態では、接続子５０を第１の電気回路３４ａから分離して、燃料電池１０を交換することが可能となっている。
【００５２】
図５は、本発明の第４実施形態の変形例を示す。第３実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とを別体的に形成している。図５（Ａ）に示されるように、回路側熱伝達部材５２は長板状の部材である。また、回路側熱伝達部材５２は、その一面の一側方が燃料側セパレータ２０ａの接続子５０に密着するように、接続子５０にねじ５１を用いたねじ止めにより着脱自在に装着されている。また、回路側熱伝達部材５２の一面の他側方には、第１の電気回路３４ａが回路側熱伝達部材５２に密着するようにねじ５１を用いてねじ止めにより着脱自在に装着されている。
【００５３】
本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａの接続子５０の、回路側熱伝達部材５２と接触する面によって燃料側吸熱部３０ａが形成されており、回路側熱伝達部材５２の、接続子５０と接触する面によって燃料側接触部３６ａが形成されている。また、燃料側吸熱部３０ａは回路側熱伝達部材５２と分離可能となっており、換言すれば、燃料側接触部３６ａは燃料側セパレータ２０ａ（電池側熱伝達部材を兼ねる）と分離可能となっている。
【００５４】
図５（Ｂ）は、燃料電池１０及び携帯機器３２の概略構成を携帯機器としてデジタルカメラを選択して示す図である。本実施形態では、接続子５０を回路側熱伝達部材５２から分離することにより、図５（Ｂ）で点線によって示される燃料電池１０を交換することが可能となっている。
【００５５】
なお、本実施形態等及びその変形例において部材同士の接続に用いられているねじ止めは接続方法の一例であり、接続方法はねじ止めに限定されるものではない。即ち、熱伝導が行なわれる程度に部材同士が接触するような接続方法であればよく、弾性部材やクリップ等を利用して接続が維持されるような構成でもよい。さらに、一方の部材に突起を設け他方に設けられた凹部または穴に嵌合させるような接続方法でもよい。
【００５６】
また、本実施形態及びその変形例では、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とが直接的に接続されている。代わって、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とを間接的に接続するようにしてもよい。即ち、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とは共に剛性の高い部材であるため、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とを直接的に接続する場合には、接続面において充分な密着性が得られず熱伝導効率が低下する場合がある。この場合には、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２との間に、熱伝導性及び密着性に優れる弾性部材、例えばシリコーンゴム膜を介設することが好ましい。このシリコーンゴム膜を介して、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とは熱的に接続されることになり、熱伝導効率の低下を防止することが可能となる。
【００５７】
なお、シリコーンゴム膜等の熱伝導性及び密着性に優れる弾性部材は、熱伝達の効率を確保することを目的とするものであるから、電気回路と回路側熱伝達部材との間以外にも、熱伝達を行う様々な部材間に適用することが可能である。また、他の実施形態及び変形例にも適用できることは言うまでもない。例えば、第１実施形態において、セパレータの吸熱部と電気回路の接触部との間に弾性部材を配置して、セパレータと電気回路とを間接的に接続することにより、熱伝達の効率を確保することが可能である。
【００５８】
ところで、電池側の吸熱部と回路側の接触部とは、燃料電池と携帯機器とを分離する境界となり、その分離の頻度が他の部分より相当多くなることが想定される。このため、吸熱部と接触部との間に上記のような弾性部材を配置してこれら間の接続を確実にし、熱伝達の効率を確保するようにすることは、製品の信頼性向上の観点からより好ましい。
【００５９】
なお、第１実施形態では補機を用いる燃料電池、第２乃至第４の実施形態では補機を用いない燃料電池について説明している。これらを組み合わせて、燃料側でのみ補機を用い酸化剤側で補機を用いない、あるいは、酸化剤側でのみ補機を用い燃料側で補機を用いない構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、携帯機器の電源として利用可能であり、携帯機器の電気回路の発熱を利用して発電能力が向上可能な燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上可能な携帯機器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す分解斜視図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す分解斜視図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図３】（Ａ）は本発明の第３実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す分解斜視図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図４】本発明の第４実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図５】（Ａ）は本発明の第４実施形態の変形例の燃料電池及び携帯機器を示す断面図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器の全体の概略構成を携帯機器としてデジタルカメラを選択して示す断面図。
【図６】従来の燃料電池発電装置を示す概略図。
【符号の説明】
【００６２】
１０…燃料電池、１８…反応部、２０ａ，２０ｂ…電池側熱伝達部材、３０ａ，３０ｂ…吸熱部、３２…携帯機器、３４ａ，３４ｂ…電気回路、（３４ａ，３４ｂ）（５２）…回路側熱伝達部材、３６ａ，３６ｂ…接触部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路を有する携帯機器の電源として使用される燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、電気回路を有する携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料側電極と酸化剤側電極とによって電解質膜を挟持した燃料電池が用いられている。このような燃料電池では、発電能力を向上するために、酸化剤電極に供給される酸化剤を加熱することが行われている。
【０００３】
特許文献１の燃料電池発電装置では、電力変換装置の発熱を利用して酸化剤としての空気を加熱している。詳細に説明すると、図６に示されるように、燃料電池１００は電力変換装置１０２に直流電圧を出力し、電力変換装置１０２は直流電圧を交流電圧に変換して負荷１０４に出力するようになっている。ここで、電力変換装置１０２には水冷用冷却器１０６が付設されており、この水冷用冷却器１０６には熱媒循環回路１０８が接続されている。この熱媒循環回路１０８には熱媒循環用ポンプ１１０及びラジエータ１１２が配設されている。このラジエータ１１２は、空気を酸化剤側電極１１６ｂに供給するための反応空気ブロウ１１４の空気吸い込み部に配置されている。電力変換装置１０２の発熱により加熱された熱媒は、熱媒循環用ポンプ１１０によってラジエータ１１２へと移送され、熱交換によって空気吸い込み部近傍の空気を加熱する。加熱された空気は、反応空気ブロウ１１４によって酸化剤側電極１１６ｂに供給される。このようにして、電力変換装置１０２の発熱を反応空気の加熱に利用している。
【特許文献１】特開２００２−８６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の燃料電池発電装置では、熱媒を利用して反応空気を加熱している。このため、熱媒を循環させるための熱媒循環回路１０８、熱媒を移送する熱媒循環用ポンプ１１０、及び、熱媒と反応空気との熱交換を行うためのラジエータ１１２が必須となっている。即ち、多数かつ複雑な構成要素が必要となっており、各種携帯機器に適用することが困難となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、携帯機器の電源として利用可能であり、携帯機器の電気回路の発熱を利用して発電能力が向上可能な燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上可能な携帯機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい一実施態様は、電気回路を有する携帯機器の電源として使用される燃料電池であって、前記電気回路から発生した熱を吸熱する吸熱部と、前記吸熱部に吸熱された熱を、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に伝達する電池側熱伝達部材と、を有することを特徴とする燃料電池である。
【０００７】
好ましくは、前記吸熱部は、前記電気回路又は当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材の接触部と接触する。
【０００８】
好ましくは、前記吸熱部は、前記電気回路又は前記回路側熱伝達部材と分離可能である。
【０００９】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記吸熱部で吸熱された熱を伝達する。
【００１０】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねている。
【００１１】
本発明の好ましい別の一実施態様は、燃料電池を電源として使用可能に構成され、電気回路を有する携帯機器であって、前記電気回路と熱的に接続され当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材と、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に熱的に接続されている電池側熱伝達部材と接触し、前記回路側熱伝達部材に伝達された熱を当該電池側熱伝達部材に伝達する接触部と、を有することを特徴とする携帯機器である。
【００１２】
好ましくは、前記回路側熱伝達部材は、前記電気回路と直接的又は間接的に接続されている。
【００１３】
好ましくは、前記接触部は、前記電池側熱伝達部材と分離可能である。
【００１４】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記接触部から伝達された熱を伝達する。
【００１５】
好ましくは、前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねている。
【００１６】
好ましくは、前記電気回路は、撮像素子を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料電池が携帯機器の電源として利用可能となっており、その発電能力を携帯機器の電気回路の発熱を利用して向上することが可能となっている。また、携帯機器が燃料電池を電源として使用可能に構成されており、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上することが可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態の燃料電池１０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように電解質膜１４を有する。この電解質膜１４として、例えば、ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ（登録商標）が用いられる。
【００１９】
そして、電解質膜１４の両面には、夫々、燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂが密着して配置されている。これら燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂとして、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等のウェブに触媒を担持したものが用いられる。ここで、燃料側電極１６ａの触媒は使用される燃料に応じて選択されている。例えば、燃料がメタノール水溶液の場合には白金・ルテニウム触媒、燃料が水素化ホウ素ナトリウム水溶液等の苛性アルカリ水溶液の場合には水素吸蔵合金を用いるのが好ましい。一方、酸化剤側電極１６ｂの触媒としては、例えば白金が用いられる。
【００２０】
燃料側電極１６ａに燃料が供給され、酸化剤側電極１６ｂに酸化剤が供給されると、電解質膜１４を介して化学反応が進行するようになっている。即ち、電解質膜１４、燃料側電極１６ａ、及び、酸化剤側電極１６ｂによって、発電のための燃料及び酸化剤（まとめて活物質と称する）に反応を起こさせるための反応部１８が形成されている。
【００２１】
燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂの、電解質膜１４側とは反対側の面には、夫々、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂが密着して配置されている。これら燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、導電体、例えばステンレス、チタン、炭素によって形成されている。好ましくは、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、比較的熱伝導率の大きい導電体、例えば炭素、ステンレスによって形成されている。
【００２２】
燃料側セパレータ２０ａの、燃料側電極１６ａ側の面には溝２２が延設されている。この溝２２の内壁面と、燃料側電極１６ａの、燃料側セパレータ２０ａ側の面とによって、燃料が流動される燃料経路２４ａが形成されている。また、燃料経路２４ａの両端部は、夫々、燃料側セパレータ２０ａに形成されている図示しない貫通孔を介して、燃料側セパレータ２０ａの側面に連通されている。一端部の貫通孔を介して燃料経路２４ａは燃料供給管２６ａに接続され、他端部の貫通孔を介して燃料経路２４ａは燃料排出管２８ａに接続されている。本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａの、燃料側電極１６ａ側とは反対側の面により、外部からの熱を吸熱する燃料側吸熱部３０ａが形成されている。この燃料側吸熱部３０ａで吸熱された熱は、燃料側セパレータ２０ａを介して反応部１８に伝達されるようになっている。
【００２３】
同様に、酸化剤側セパレータ２０ｂの、酸化剤側電極１６ｂ側の面には溝２２が延設され、この溝２２の内壁面と、酸化剤側電極１６ｂの、酸化剤側セパレータ２０ｂ側の面とによって、酸化剤が流動される酸化剤経路２４ｂが形成されている。また、溝２２の一端部の貫通孔を介して酸化剤経路２４ｂは酸化剤供給管２６ｂに接続され、他端部の貫通孔を介して酸化剤経路２４ｂは酸化剤排出管２８ｂに接続されている。また、酸化剤側セパレータ２０ｂの、酸化剤側電極１６ｂ側とは反対側の面によって酸化剤側吸熱部３０ｂが形成されており、この酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱は酸化剤側セパレータ２０ｂを介して反応部１８に伝達されるようになっている。
【００２４】
即ち、本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱を反応部１８に伝達する電池側熱伝達部材が形成されている。さらに、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、夫々、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱を燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを規定する溝２２の内壁面に伝達するようになっている。
【００２５】
以下、上述した燃料電池１０を電源として使用する本実施形態の携帯機器３２を説明する。携帯機器３２としては、デジタルカメラ、ノート型パソコン、携帯電話、デジタルムービーカメラ等の様々な機器が選択可能である。
【００２６】
本実施形態の携帯機器３２は、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂに夫々密着される第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂを有する。例えば、これらを接着剤で密着させる場合は、接着剤として熱伝導性のよいシリコーン系の材料を含む接着剤等が適するが、これに限定されるものではない。第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、携帯機器３２を使用する際に発熱するものである。また、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、１つの電気電子素子により構成されていてもよく、２つ以上の電気電子素子から構成されていてもよいし、配線基板等に実装されている電気電子素子群でもよい。
【００２７】
そして、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、好ましくは、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂに効率よく熱を伝達するように、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂに対して配置されている。例えば、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂが配線基板等に実装されている電気電子素子群である場合には、配線基板の熱放出が最大の領域が燃料側吸熱部３０ａ又は酸化剤側吸熱部３０ｂに接触するように配置されている。本実施形態では、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂの、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂと接触している面は、燃料側吸熱部３０ａ又は酸化剤側吸熱部３０ｂとほぼ合同な形状を有する。
【００２８】
本実施形態では、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂの、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂと接触している面により、夫々、電池側熱伝達部材としての燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂに熱を伝達する燃料側接触部３６ａ及び酸化剤側接触部３６ｂが形成されている。また、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱を燃料側接触部３６ａ及び酸化剤側接触部３６ｂに伝達する回路側熱伝達部材を兼ねている。
【００２９】
ここで、携帯機器３２としてデジタルカメラが選択されている場合には、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂとしては、撮像素子、燃料電池１０と併用されている２次電池、燃料電池１０の出力電圧を所望の電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータ等が用いられる。具体的には、撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合デバイス）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型撮像素子等が用いられる。また、２次電池には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等が用いられており、デジタルカメラの消費電力が特に大きい場合には、電力を安定供給するためにコンデンサ等が用いられる。なお、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、それらの機能を損なわないように配設されている。例えば、第１又は第２の電気回路３４ａ，３４ｂとしてＣＣＤが用いられる場合には、ＣＣＤの撮像面が燃料側セパレータ２０ａ又は酸化剤側セパレータ２０ｂとは反対側に配置されるようにＣＣＤが配設される。
【００３０】
次に、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２の作用について説明する。携帯機器３２を使用する際には燃料電池１０で発電を行う。即ち、補機を用いて、水素ガス、アルコール水溶液、水素化ホウ素ナトリウム水溶液等の燃料を燃料供給管２６ａを介して燃料経路２４ａに導入し、燃料経路２４ａの一端部から他端部へと流動させる。同様に、補機を用いて、空気、酸素等の酸化剤を酸化剤供給管２６ｂを介して酸化剤経路２４ｂに導入し、酸化剤経路２４ｂの一端部から他端部へと流動させる。燃料経路２４ａを流動する燃料は燃料側電極１６ａに接し、酸化剤経路２４ｂを流動する酸化剤は酸化剤側電極１６ｂに接して、反応部１８で電気化学反応が進行して発電が行われる。この電力を利用して携帯機器３２が作動される。なお、電気化学反応の結果生成した物質、消費されなかった燃料、酸化剤等は、燃料排出管２８ａ、酸化剤排出管２８ｂを介して排出される。
【００３１】
携帯機器３２の作動により、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂが発熱する。第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱は燃料側接触部３６ａ及び酸化剤側接触部３６ｂを介して燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂに吸熱される。燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達され、反応部１８が加熱される。また、燃料側吸熱部３０ａ及び酸化剤側吸熱部３０ｂで吸熱された熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって、燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを規定する溝２２の内壁面に伝達され、そして、燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを流動されている燃料及び酸化剤が内壁面を介して加熱される。このような加熱の結果、反応部１８における電気化学反応が促進され、発電能力が向上される。
【００３２】
従って、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２は次の効果を奏する。第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達され、反応部１８が加熱されている。即ち、電気回路３４の発熱を利用して反応部１８を加熱して燃料電池１０の発電能力を向上させる構成が少数かつ簡単な構成要素によって形成されており、発電能力を向上させる構成を小型化することが可能となっている。このため、燃料電池１０は、携帯機器３２の電源として利用可能であり、かつ、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂの発熱を利用してその発電能力を向上することが可能となっている。換言すれば、携帯機器３２は、燃料電池１０を電源として使用可能に構成されており、かつ、その第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂの発熱によって燃料電池１０の発電能力を向上することが可能となっている。
【００３３】
また、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱を、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８自体に直接伝達する構成となっている。このため、燃料又は酸化剤を加熱して反応部１８を間接的に加熱するよりも、効率的に反応部１８を加熱することが可能となっている。従って、電気回路３４の発熱量が少ない場合であっても、所望の発電能力を得ることが比較的容易になっている。
【００３４】
そして、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂから発生した熱は、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂによって、燃料経路２４ａ及び酸化剤経路２４ｂを規定する溝２２の内壁面に伝達され、燃料及び酸化剤が内壁面を介して加熱されている。このような燃料及び酸化剤の加熱により、反応部１８における電気化学反応が促進され、発電能力が向上されている。
【００３５】
さらに、本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂは、吸熱部で吸熱された熱を反応部１８に伝達する電池側熱伝達部材を兼ねている。また、第１及び第２の電気回路３４ａ，３４ｂは、電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材を兼ねている。このため、部品点数が削減されており、更なる小型化と安価な製造が可能となっている。
【００３６】
なお、本実施形態では、燃料側と酸化剤側との両方で電気回路からの発熱を利用する構成となっているが、一方の側でのみ電気回路からの発熱を利用する構成としてもよい。
【００３７】
図２は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の燃料電池１０では、燃料及び酸化剤を自己拡散により燃料側電極１６ａ及び酸化剤側電極１６ｂに供給するようになっている。
【００３８】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、燃料側セパレータ２０ａには、燃料を燃料側電極１６ａへと拡散させるための複数の貫通溝３８が並設されている。即ち、これら貫通溝３８は燃料経路２４ａを形成している。また、本実施形態では第１の電気回路３４ａ（図１参照）は用いられていない。燃料側セパレータ２０ａの、燃料側電極１６ａ側とは反対側の面には、燃料を収容する燃料タンク４０が配設されている。この燃料タンク４０は、燃料側セパレータ２０ａへと燃料を供給するための図示しない供給孔を有する。
【００３９】
酸化剤側セパレータ２０ｂには、酸化剤を酸化剤側電極１６ｂへと拡散させるための複数の貫通溝３８が並設されている。即ち、これら貫通溝３８は酸化剤経路２４ｂを形成している。酸化剤側セパレータ２０ｂの、酸化剤側電極１６ｂとは反対側の面の四隅には、凸部４２が一体形成されている。これら凸部４２の突出端面によって電気回路３４が支持されている。本実施形態では、凸部４２が電気回路３４から発生した熱を吸熱する酸化剤側吸熱部３０ｂを形成している。そして、酸化剤側セパレータ２０ｂと電気回路３４との間には、酸化剤側セパレータ２０ｂの貫通溝３８と外部とを連通する連通部４４が形成されている。なお、凸部４２は貫通溝３８と外部とを連通するように電気回路３４を支持する様々な個数及び配置を採ることが可能である。また、凸部４２及び電気回路３４を一体形成してもよいし、酸化剤側セパレータ２０ｂ、凸部４２、及び、電気回路３４を一体形成してもよい。
【００４０】
本実施形態では、電気回路３４からの放射によっても酸化剤側セパレータ２０ｂに熱が伝達されるようになっている。このため、酸化剤側セパレータ２０ｂの、電気回路３４に対面する表面は、好ましくは放射を吸収しやすい表面構造になっている。例えば、酸化剤側セパレータ２０ｂの、電気回路３４に対面する表面は、黒色表面、又は、微細な凹凸を有する表面によって構成されている。
【００４１】
次に、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２の作用について説明する。燃料電池１０で発電を行う際には、燃料タンク４０から燃料が燃料側セパレータ２０ａの貫通溝３８を介して燃料側電極１６ａに拡散される。また、酸化剤としては外部空気が用いられ、外部から空気が酸化剤側セパレータ２０ｂと電気回路３４との間の連通部４４、及び、酸化剤側セパレータ２０ｂの貫通溝３８を介して酸化剤側電極１６ｂに拡散される。そして、反応部１８で電気化学反応が進行して発電が行われる。
【００４２】
電気回路３４から発生した熱は、凸部４２に吸熱され、酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達され、反応部１８が加熱される。また、凸部４２で吸熱された熱は、酸化剤側セパレータ２０ｂによって酸化剤経路２４ｂを規定する貫通溝３８の内壁面に伝達され、酸化剤経路２４ｂで拡散している酸化剤が内壁面を介して加熱される。さらに、電気回路３４から発生した熱は、放射によって、酸化剤側セパレータ２０ｂの、電気回路３４に対面する表面に吸収される。表面に吸収された熱は、凸部４２に吸熱された熱と同様に、酸化剤側セパレータ２０ｂによって反応部１８へと伝達される。また、電気回路３４から発生した熱は、放射によって、貫通溝３８を介して直接反応部１８に吸収される。加えて、連通部４４内の空気は、電気回路３４の、酸化剤側セパレータ２０ｂ側の面によって加熱され対流を生じる。電気回路３４から発生した熱は、空気の対流によっても酸化剤側セパレータ２０ｂ又は反応部１８に伝達される。このような加熱の結果、反応部１８における電気化学反応が促進され、発電能力が向上される。
【００４３】
従って、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２は次の効果を奏する。凸部４２及び酸化剤側セパレータ２０ｂを介した熱伝導に加えて、放射、対流によっても電気回路３４から発生する熱を反応部１８に伝達している。このため、電気回路３４から発生した熱の内、廃熱となる熱の割合を低下させることが可能となっている。従って、電気回路３４の発熱量が少ない場合であっても、所望の発電能力を得ることが比較的容易になっている。
【００４４】
また、燃料を燃料側セパレータ２０ａの貫通溝３８を介して燃料側電極１６ａに拡散させており、また、外部の空気を連通部４４、及び、酸化剤側セパレータ２０ｂの貫通溝３８を介して酸化剤側電極１６ｂに拡散させている。即ち、燃料及び酸化剤を供給するための補機が必要ではなく、燃料電池１０の構成が簡単化され、小型化が可能となっている。このため、燃料電池１０がさらに携帯機器３２に適したものとなっている。
【００４５】
図３は、本発明の第３実施形態を示す。第２実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態は、第２実施形態において、燃料側でも電気回路からの発熱を利用するようにしたものである。
【００４６】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、本実施形態の燃料側セパレータ２０ａは、一体的に順に連設されている本体部４６、連結部４８、及び、接続子５０を有する。本体部４６は第２実施形態の燃料側セパレータ２０ａと同様の構成となっており、燃料側電極１６ａ、燃料タンク４０が配設されている。また、接続子５０は板状の部材であり、その一面には第１の電気回路３４ａが密着して配設されている。本実施形態では、接続子５０の、第１の電気回路３４ａに接触する面が、第１の電気回路３４ａからの熱を吸熱する燃料側吸熱部３０ａを形成している。また、本体部４６、連結部４８、及び、接続子５０有する燃料側セパレータ２０ａが電池側熱伝達部材を兼ねている。
【００４７】
ここで、接続子５０の他面に第３の電気回路を密着して配設してもよい。また、連結部４８は、直線的な長板形状、屈曲しているＬ字形状、Ｊ字形状等の様々な形状を採り得る。また、連結部４８は、形状可変のベローズ状であってもよい。なお、本体部４６、連結部４８、又は、接続子５０は、互いに別体的に形成してもよい。別体的に形成する場合であっても、連結部４８及び接続子５０は熱伝導率の高い材料で形成することが好ましい。また、連結部４８及び接続子５０の個数は１つに限定されず、本体部４６に複数の連結部４８及び接続子５０を連設するようにしてもよい。
【００４８】
次に、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２の作用について説明する。第１の電気回路３４ａから発生した熱は、燃料側吸熱部３０ａに吸熱され、燃料側セパレータ２０ａの接続子５０、連結部４８、本体部４６によって反応部１８に伝達される。
【００４９】
従って、本実施形態の燃料電池１０及び携帯機器３２は次の効果を奏する。燃料側セパレータ２０ａは接続子５０を有し、この接続子５０には第１の電気回路３４ａが密着して配設されており、第１の電気回路３４ａから発生する熱は、接続子５０、連結部４８及び本体部４６を介して反応部１８に伝達されている。そして、接続子５０は、様々な個数、形状、配置で形成することが可能である。即ち、携帯機器３２の内部要素の形状、配置に応じて接続子５０を形成することが可能であり、携帯機器３２の設計の自由度が向上されている。
【００５０】
なお、酸化剤側セパレータ２０ｂについても、本実施形態の燃料側セパレータ２０ａのように接続子５０を有する構成とすることが可能である。また、第１実施形態のような補機を用いる燃料側セパレータ２０ａ及び酸化剤側セパレータ２０ｂについても、接続子５０を有する構成とすることが可能である。
【００５１】
図４は、本発明の第４実施形態を示す。第３実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、図４に示されるように、第１の電気回路３４ａが燃料側セパレータ２０ａの接続子５０にねじ５１を用いたねじ止めによって着脱自在に装着されている。即ち、燃料側セパレータ２０ａ（電池側熱伝達部材を兼ねる）の燃料側吸熱部３０ａは、第１の電気回路３４ａ（回路側熱伝達部材を兼ねる）と分離可能となっている。換言すれば、第１の電気回路３４ａ（回路側熱伝達部材を兼ねる）の燃料側接触部３６ａは、燃料側セパレータ２０ａ（電池側熱伝達部材を兼ねる）と分離可能となっている。本実施形態では、接続子５０を第１の電気回路３４ａから分離して、燃料電池１０を交換することが可能となっている。
【００５２】
図５は、本発明の第４実施形態の変形例を示す。第３実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とを別体的に形成している。図５（Ａ）に示されるように、回路側熱伝達部材５２は長板状の部材である。また、回路側熱伝達部材５２は、その一面の一側方が燃料側セパレータ２０ａの接続子５０に密着するように、接続子５０にねじ５１を用いたねじ止めにより着脱自在に装着されている。また、回路側熱伝達部材５２の一面の他側方には、第１の電気回路３４ａが回路側熱伝達部材５２に密着するようにねじ５１を用いてねじ止めにより着脱自在に装着されている。
【００５３】
本実施形態では、燃料側セパレータ２０ａの接続子５０の、回路側熱伝達部材５２と接触する面によって燃料側吸熱部３０ａが形成されており、回路側熱伝達部材５２の、接続子５０と接触する面によって燃料側接触部３６ａが形成されている。また、燃料側吸熱部３０ａは回路側熱伝達部材５２と分離可能となっており、換言すれば、燃料側接触部３６ａは燃料側セパレータ２０ａ（電池側熱伝達部材を兼ねる）と分離可能となっている。
【００５４】
図５（Ｂ）は、燃料電池１０及び携帯機器３２の概略構成を携帯機器としてデジタルカメラを選択して示す図である。本実施形態では、接続子５０を回路側熱伝達部材５２から分離することにより、図５（Ｂ）で点線によって示される燃料電池１０を交換することが可能となっている。
【００５５】
なお、本実施形態等及びその変形例において部材同士の接続に用いられているねじ止めは接続方法の一例であり、接続方法はねじ止めに限定されるものではない。即ち、熱伝導が行なわれる程度に部材同士が接触するような接続方法であればよく、弾性部材やクリップ等を利用して接続が維持されるような構成でもよい。さらに、一方の部材に突起を設け他方に設けられた凹部または穴に嵌合させるような接続方法でもよい。
【００５６】
また、本実施形態及びその変形例では、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とが直接的に接続されている。代わって、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とを間接的に接続するようにしてもよい。即ち、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とは共に剛性の高い部材であるため、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とを直接的に接続する場合には、接続面において充分な密着性が得られず熱伝導効率が低下する場合がある。この場合には、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２との間に、熱伝導性及び密着性に優れる弾性部材、例えばシリコーンゴム膜を介設することが好ましい。このシリコーンゴム膜を介して、第１の電気回路３４ａと回路側熱伝達部材５２とは熱的に接続されることになり、熱伝導効率の低下を防止することが可能となる。
【００５７】
なお、シリコーンゴム膜等の熱伝導性及び密着性に優れる弾性部材は、熱伝達の効率を確保することを目的とするものであるから、電気回路と回路側熱伝達部材との間以外にも、熱伝達を行う様々な部材間に適用することが可能である。また、他の実施形態及び変形例にも適用できることは言うまでもない。例えば、第１実施形態において、セパレータの吸熱部と電気回路の接触部との間に弾性部材を配置して、セパレータと電気回路とを間接的に接続することにより、熱伝達の効率を確保することが可能である。
【００５８】
ところで、電池側の吸熱部と回路側の接触部とは、燃料電池と携帯機器とを分離する境界となり、その分離の頻度が他の部分より相当多くなることが想定される。このため、吸熱部と接触部との間に上記のような弾性部材を配置してこれら間の接続を確実にし、熱伝達の効率を確保するようにすることは、製品の信頼性向上の観点からより好ましい。
【００５９】
なお、第１実施形態では補機を用いる燃料電池、第２乃至第４の実施形態では補機を用いない燃料電池について説明している。これらを組み合わせて、燃料側でのみ補機を用い酸化剤側で補機を用いない、あるいは、酸化剤側でのみ補機を用い燃料側で補機を用いない構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、携帯機器の電源として利用可能であり、携帯機器の電気回路の発熱を利用して発電能力が向上可能な燃料電池、及び、燃料電池を電源として使用可能に構成され、その電気回路の発熱によって燃料電池の発電能力を向上可能な携帯機器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す分解斜視図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す分解斜視図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図３】（Ａ）は本発明の第３実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す分解斜視図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図４】本発明の第４実施形態の燃料電池及び携帯機器を示す断面図。
【図５】（Ａ）は本発明の第４実施形態の変形例の燃料電池及び携帯機器を示す断面図、（Ｂ）は同実施形態の燃料電池及び携帯機器の全体の概略構成を携帯機器としてデジタルカメラを選択して示す断面図。
【図６】従来の燃料電池発電装置を示す概略図。
【符号の説明】
【００６２】
１０…燃料電池、１８…反応部、２０ａ，２０ｂ…電池側熱伝達部材、３０ａ，３０ｂ…吸熱部、３２…携帯機器、３４ａ，３４ｂ…電気回路、（３４ａ，３４ｂ）（５２）…回路側熱伝達部材、３６ａ，３６ｂ…接触部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路を有する携帯機器の電源として使用される燃料電池であって、
前記電気回路から発生した熱を吸熱する吸熱部と、
前記吸熱部に吸熱された熱を、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に伝達する電池側熱伝達部材と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記吸熱部は、前記電気回路又は当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材の接触部と接触することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記吸熱部は、前記電気回路又は前記回路側熱伝達部材と分離可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記吸熱部で吸熱された熱を伝達することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料電池を電源として使用可能に構成され、電気回路を有する携帯機器であって、
前記電気回路と熱的に接続され当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材と、
発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に熱的に接続されている電池側熱伝達部材と接触し、前記回路側熱伝達部材に伝達された熱を当該電池側熱伝達部材に伝達する接触部と、
を有することを特徴とする携帯機器。
【請求項７】
前記回路側熱伝達部材は、前記電気回路と直接的又は間接的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項８】
前記接触部は、前記電池側熱伝達部材と分離可能であることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項９】
前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記接触部から伝達された熱を伝達することを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項１０】
前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねていることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項１１】
前記電気回路は、撮像素子を含むことを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項１】
電気回路を有する携帯機器の電源として使用される燃料電池であって、
前記電気回路から発生した熱を吸熱する吸熱部と、
前記吸熱部に吸熱された熱を、発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に伝達する電池側熱伝達部材と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記吸熱部は、前記電気回路又は当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材の接触部と接触することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記吸熱部は、前記電気回路又は前記回路側熱伝達部材と分離可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記吸熱部で吸熱された熱を伝達することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料電池を電源として使用可能に構成され、電気回路を有する携帯機器であって、
前記電気回路と熱的に接続され当該電気回路から発生した熱を伝達する回路側熱伝達部材と、
発電のための活物質に電気化学反応を起こさせる反応部に熱的に接続されている電池側熱伝達部材と接触し、前記回路側熱伝達部材に伝達された熱を当該電池側熱伝達部材に伝達する接触部と、
を有することを特徴とする携帯機器。
【請求項７】
前記回路側熱伝達部材は、前記電気回路と直接的又は間接的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項８】
前記接触部は、前記電池側熱伝達部材と分離可能であることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項９】
前記電池側熱伝達部材は、前記活物質が通過する経路の壁面であって、前記反応部に至るまでの当該経路の壁面に、前記接触部から伝達された熱を伝達することを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項１０】
前記電池側熱伝達部材は、前記燃料電池のセパレータを兼ねていることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項１１】
前記電気回路は、撮像素子を含むことを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２４５２９（Ｐ２００６−２４５２９Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０３７５５（Ｐ２００４−２０３７５５）
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【出願人】（５９５１５５９７８）株式会社水素エネルギー研究所 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【出願人】（５９５１５５９７８）株式会社水素エネルギー研究所 (10)
【Ｆターム（参考）】
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