電子機器
【課題】放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構造の膜電極接合体を有する燃料電池本体１と、燃料電池本体を包囲する第１筐体１１０と、第１筐体より熱伝導率が小さい材料によって形成され第１筐体の少なくともカソードと対向する外表面を覆う第２筐体１２０と、を備えたことを特徴とする電子機器。
【解決手段】アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構造の膜電極接合体を有する燃料電池本体１と、燃料電池本体を包囲する第１筐体１１０と、第１筐体より熱伝導率が小さい材料によって形成され第１筐体の少なくともカソードと対向する外表面を覆う第２筐体１２０と、を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池を電源として搭載した携帯用電子機器や充電器などの電子機器の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気（特に酸素）を供給するだけで発電することができ、燃料を補給することにより連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池は、小型化により携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムとなりえる。
【０００３】
このような燃料電池においては、発電に伴って発熱するため、人体に接触する機会が多い携帯用電子機器については、電子機器の人体への接触による不快感を防止する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１によれば、発電に必要な酸素を供給しつつ放熱性を改善するために、厚みが一定の屈曲した板状片からなる凹凸と、複数の開口とを有するカソード側筐体部を備えた燃料電池が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２によれば、熱の放出能力を増大させるために、吸気孔が設けられた空気極側のケーシングの外側表面にフィンが形成された燃料電池が開示されている。
【０００６】
人体に接触する電子機器の表面温度を低く抑えるために、燃料電池を比較的低温の制御温度で運転した場合、得られる出力も低下する。このため、放熱性を改善してユーザーに対する不快感を防止し安全性を確保するとともに、出力を向上することが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３１９２７号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１０１０７１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一態様によれば、
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構造の膜電極接合体を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を包囲する第１筐体と、
前記第１筐体より熱伝導率が小さい材料によって形成され、前記第１筐体の少なくとも前記カソードと対向する外表面を覆う第２筐体と、
を備えたことを特徴とする電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池本体の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、この発明の一実施の形態に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の変形例に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態の他の変形例に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、他の実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、第２筐体の厚さと体感温度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池を搭載した電子機器について図面を参照して説明する。
【００１３】
ここでは、まず、燃料電池本体の構成について説明する。図１は、この実施の形態に係る燃料電池本体１の構造例を概略的に示す断面図である。
【００１４】
燃料電池本体１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２を備えている。
【００１５】
すなわち、燃料電池本体１において、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とが積層されたアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とが積層されたカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７と、を備えて構成されている。このような膜電極接合体２は、集電体１８によって挟持されている。
【００１６】
膜電極接合体２は、電解質膜１７のアノード側及びカソード側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされており、これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００１７】
膜電極接合体２のカソード１６側には、絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。
【００１８】
上述した膜電極接合体２は、燃料供給機構３とカバープレート２１との間に配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート２１は、主として酸化剤である空気の取り込みを可能とする複数の開口部２１Ａを有している。
【００１９】
燃料電池本体１を構成する燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。
【００２０】
燃料供給機構３は、例えば、箱状に形成された容器３０を備えている。この燃料供給機構３は、液体燃料を収容する燃料収容部４と流路５を介して接続されている。容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。
【００２１】
燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。すなわち、燃料供給部３１は、１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有しており、細管３４のような燃料通路を介して燃料注入口３２と燃料排出口３３とを接続した構成である。燃料注入口３２は、図示した通り燃料導入口３０Ａと直接接続されても良いし、他の燃料通路を経由して接続されていても良い。
【００２２】
膜電極接合体２は、そのアノード１３が上述したような燃料供給部３１の燃料排出口３３に対向するように配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体２を保持した状態で容器３０に対してカシメ、ネジ止め、リベット継手などの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。
【００２３】
燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容される。
【００２４】
さらに、燃料供給機構３において、流路５、あるいは、燃料導入口３０Ａと燃料注入口３２との間の燃料通路には、ポンプ６が介在していても良い。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。
【００２５】
ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能なものが好ましい。
【００２６】
この実施の形態の燃料電池本体１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池本体１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００２７】
また、燃料供給機構３において、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。
【００２８】
上述したように、燃料供給部３１から放出された燃料は、膜電極接合体２のアノード１３に供給される。膜電極接合体２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００２９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、集電体１８を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体１８を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００３０】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2 → ３Ｈ2Ｏ …（２）
上述した燃料電池本体１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００３１】
次に、上述したような燃料電池本体１を搭載した電子機器の一実施形態について説明する。
【００３２】
図２に示すように、電子機器１００は、燃料電池本体１と、この燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０と、この第１筐体１１０の少なくともカソード１６と対向する外表面を覆う第２筐体１２０と、を備えている。なお、図２では、説明に必要な主要部のみを図示している。
【００３３】
第１筐体１１０は、燃料電池本体１の略全体を囲むような箱型の形状に形成されている。例えば、平板状の燃料電池本体１を囲む第１筐体１１０は、６面体として形成されている。つまり、燃料電池本体１は、第１筐体１１０の中に収容されている。この第１筐体１１０は、燃料電池本体１のカソード１６の直上に配置されたカバープレート２１に密着している。また、第１筐体１１０は、燃料電池本体１の側面、例えば容器３０の側面などに接触していても良い。
【００３４】
この第１筐体１１０は、比較的熱伝導率が高い材料によって形成されている。一例として、第１筐体１１０は、金属材料、あるいは、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料によって形成されていることが望ましい。特に、第１筐体１１０を形成する材料としては、アルミニウム、銅、それらの合金のいずれかの金属材料が好適である。
【００３５】
第２筐体１２０は、第１筐体１１０の外表面である一面１１０Ｐの上に配置されている。つまり、一面１１０Ｐとは、第１筐体１１０の各面のうち、外気を燃料電池本体１のカソード１６に取り込むために電子機器１００の外方を向く面であり、カソード１６の直上に位置する面に相当する。この第２筐体１２０は、平板状に形成されている。ここでは、特に、第２筐体１２０は、第１筐体１１０の一面１１０Ｐのみに密着している。
【００３６】
このような第２筐体１２０は、比較的熱伝導率が低い材料によって形成されている。特に、第２筐体１２０は、第１筐体１１０よりも熱伝導率が低い材料によって形成されている。一例として、第２筐体１２０は、樹脂材料、あるいは、０．５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料によって形成されていることが望ましい。特に、第２筐体１２０を形成する材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルカーボネート（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、ポリカーボネートとアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンとの複合材（ＰＣ／ＡＢＳ）のいずれかの樹脂材料が好適である。
【００３７】
上述した第１筐体１１０及び第２筐体１２０は、燃料電池本体１のカソード側に連通した通気孔１１０Ａ及び１２０Ａを有している。つまり、第１筐体１１０は、燃料電池本体１のカバープレート２１に密着しており、カバープレート２１の開口部２１Ａに連通した通気孔１１０Ａを有している。また、第２筐体１２０は、第１筐体１１０の一面１１０Ｐに密着しており、通気孔１１０Ａに連通した通気孔１２０Ａを有している。
【００３８】
このような構成によれば、熱伝導率が高い第１筐体１１０によって、燃料電池本体１において発電に伴って発生した熱を速やかに伝導させ、比較的低温の領域まで拡散させることが可能となる。すなわち、比較的高温となりやすい第１筐体１１０の一面１１０Ｐから効率的に熱を逃がすことができ、第１筐体１１０の全体で温度分布を略均一化することができる。このため、放熱性が改善することにより、比較的高発熱での運転が許容され、出力を向上することが可能となる。
【００３９】
一方で、人体に接触する可能性が高い燃料電池本体１のカソード側については、高温となりやすいため、熱伝導率が低い第２筐体１２０によって、燃料電池本体１からの熱伝導を抑制することが可能となる。すなわち、第１筐体１１０の一面１１０Ｐに重なる第２筐体１２０の表面１２０Ｓに人体が触れると、温度が高い第２筐体側から温度が低い人体側に熱が移り、第２筐体１２０の温度が下がる一方で、人体の温度が上がる。この際、第２筐体１２０が熱伝導率の小さい材料によって形成されているため、第２筐体１２０への熱流を小さく抑えることができ、第２筐体１２０の表面１２０Ｓの温度上昇（温度回復）を抑えることができる。このため、燃料電池本体１を搭載した電子機器１００が人体に長時間接触していても、体感温度が上がらず、ユーザーに不快感を与えることが無く、安全性を確保することが可能となる。
【００４０】
このように、熱伝導率の異なる材料を組み合わせることにより、出力向上と安全性確保との両立を可能としている。
【００４１】
また、このような構成によれば、第１筐体１１０に形成された通気孔１１０Ａ及び第２筐体１２０に形成された通気孔１２０Ａにより、燃料電池本体１のカソード側の通気性が確保されている。このため、発電に必要な酸素の取り込み及び発電に伴って生成されたガスの排出が阻害されず、燃料電池本体１の発電に適した環境に維持することが可能となる。
【００４２】
なお、第１筐体１１０が金属材料によって形成されている場合、熱放射率を向上するために、表面処理を施しても良い。例えば、第１筐体１１０がアルミニウムによって形成されている場合、その表面をアルマイト処理することによって表面の熱放射率を向上することができる。
【００４３】
次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、各図には、説明に必要な主要部のみを図示している。
【００４４】
図３に示す例では、電子機器１００は、さらに、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に介在した第３筐体１３０を備えている。この第３筐体１３０は、シート状に形成され、第１筐体１１０の一面１１０Ｐと第２筐体１２０との間に配置されている。このような第３筐体１３０は、粘着性を有しており、第１筐体１１０と第２筐体１２０との双方に密着している。このため、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間の空気層が排除される。
【００４５】
この第３筐体１３０は、熱伝導性を有する材料によって形成されている。この第３筐体１３０が有する熱伝導性とは、第１筐体１１０から第２筐体１２０への熱伝導が阻害されない程度の熱伝導率を有していることを意味する。つまり、第３筐体１３０は、第２筐体１２０よりも熱伝導率が高い材料によって形成されている。また、第３筐体１３０の厚みは、熱伝導を阻害しないように薄い方が望ましい。一例として、第３筐体１３０は、シート状のシリコーンによって形成されている。
【００４６】
このような第３筐体１３０は、燃料電池本体１のカソード側に連通した通気孔１３０Ａを有している。つまり、第３筐体１３０は、第１筐体１１０の通気孔１１０Ａ及び第２筐体１２０の通気孔１２０Ａに連通した通気孔１３０Ａを有している。
【００４７】
このように、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に第３筐体１３０が介在したことにより、熱伝導を阻害する空気層が排除され、燃料電池本体１で発生した熱を第１筐体１１０から第２筐体１２０に適度に伝導することが可能となる。これにより、放熱性が改善され、比較的高発熱での運転が許容され、出力を向上することが可能となる。
【００４８】
図４に示す例では、電子機器１００は、さらに、燃料電池本体１と第１筐体１１０との間に介在した第３筐体１３０を備えている。この第３筐体１３０は、シート状に形成され、燃料電池本体１のカバープレート２１と第１筐体１１０の一面１１０Ｐとの間に配置されて、カバープレート２１と一面１１０Ｐとの双方に密着している。特に、この例では、第３筐体１３０は、燃料電池本体１を覆うように配置されている。
【００４９】
この第３筐体１３０は、一例として、第３筐体１３０は、グラファイトシートによって形成されている。
【００５０】
このような第３筐体１３０は、燃料電池本体１のカソード側に連通した通気孔１３０Ａを有している。つまり、第３筐体１３０は、配置されたカバープレート２１の開口部２１Ａ及び第１筐体１１０の通気孔１１０Ａに連通した通気孔１３０Ａを有している。
【００５１】
このような第３筐体１３０は、特に、燃料電池本体１に比して第１筐体１１０のサイズが大きい場合に好適である。すなわち、燃料電池本体１と第１筐体１１０との間に、複数の熱伝導経路を確保することにより、燃料電池本体１から発せられた熱の放熱性を向上することができ、均熱化させることができる。
【００５２】
特に、グラファイトシートは金属材料と比べて比重が小さく、また容易に曲げることができるため、第３筐体１３０の材料としてグラファイトシートを選択した場合には、燃料電池本体１から離れた領域の第１筐体１１０と燃料電池本体１とを熱的に直接接続することができ、重量を増加させることなく燃料電池本体１及び第１筐体１１０を均熱化させることができる。
【００５３】
次に、他の実施形態について説明する。
【００５４】
図５に示すように、電子機器１００は、燃料電池本体１と、この燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０と、この第１筐体１１０を包囲する第２筐体１２０と、を備えている。なお、燃料電池本体１及び第１筐体１１０については、上述した実施形態と同一構成であり、詳細な説明を省略する。
【００５５】
第２筐体１２０は、第１筐体１１０の略全体を囲むような箱型の形状に形成されている。例えば、６面体の第１筐体１１０を囲む第２筐体１２０は、同様の６面体として形成されている。つまり、第１筐体１１０は、第２筐体１２０によって覆われている。このため、この第２筐体１２０は、全面に亘って第１筐体１１０に密着している。
【００５６】
このような第２筐体１２０の材料については、上述した通りである。また、第１筐体１１０の一面１１０Ｐに密着する第２筐体１２０の一面１２０Ｐには通気孔１２０Ａが形成されている。
【００５７】
このような構成においても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、図５に示した実施形態においても、図３に示した例と同様に、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に熱伝導性を有するシート状の第３筐体１３０を配置しても良いし、図４に示した例と同様に、燃料電池本体１と第１筐体１１０との間に熱伝導性を有するシート状の第３筐体１３０を配置しても良い。
【００５９】
次に、第１筐体１１０及び第２筐体１２０の最適な厚さについて検討する。
【００６０】
第１筐体１１０には、まず、燃料電池本体１で発生した熱を速やかに第１筐体１１０の全体へ伝熱させて、均熱化させる目的がある。熱流の経路を確保するためには、ある程度の厚さが必要であるが、第１筐体１１０として、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の材料を用いた場合には、第１筐体１１０の厚さとしては、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ以上であることが望ましい。また、第１筐体１１０には、燃料電池本体１及び電子機器１００全体の形状を保つように機械的な強度を確保する目的がある。この場合には、第１筐体１１０の厚さとしては、０．３ｍｍ以上必要であることが望ましい。
【００６１】
第２筐体１２０には、過剰な熱流を抑え、人体が触れたときの体感温度の上昇を抑える目的がある。第２筐体１２０の材料として、第１筐体１１０のような金属材料を用いた場合、人体が第２筐体１２０に触れた一瞬の表面温度は下がるものの、その後すぐに熱が供給され表面温度が元の温度に近づき、体感温度は高くなる。一方、第２筐体１２０の材料として、樹脂材料のような比較的熱伝導率が低い材料を用いた場合には、人体との熱交換により表面温度が下がった後、熱の供給を抑えられているので、表面温度はそのまま下がった状態が維持でき、体感温度が低くなる。特に、第２筐体１２０を樹脂材料によって形成した場合、樹脂材料は一般に熱放射率が高いため、第２筐体１２０の表面に達した熱流を速やかに外部へ放射させることができる。
【００６２】
このような過剰な熱流を防止するために必要な熱伝導率は、燃料電池や電子機器の大きさや運転設計によって変わるので一概には定められないが、小型またはモバイル用途の燃料電池を搭載した電子機器の場合には、筐体の大きさをできるだけ小さくすることが望ましいので、第２筐体１２０を形成するための材料の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍＫ以下であることが望ましい。
【００６３】
発明者が種々検討した結果、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以下の樹脂材料で第２筐体１２０を形成した場合、厚さが０．２ｍｍ以上あると、金属材料で第２筐体１２０を形成した場合の体感温度と明確な差異が見られるようになることが確認された。
【００６４】
例えば、図６には、燃料電池本体１の表面温度を４５℃に保つように運転したときに、第２筐体１２０の一面１２０Ｐに人体が触れたときの体感温度を見積もった例が図示されている。第２筐体１２０の厚さが０．１ｍｍ程度では、その材料が金属材料であっても樹脂材料であっても、両者の体感温度にほとんど差が無い。第２筐体１２０の厚さが０．２〜０．３ｍｍを超えると体感温度に差がみられるようになる。熱伝導率の異なる材料で検討した結果、体感温度を４０℃以下にするためには、第２筐体１２０の厚さは０．２ｍｍ以上であることが望ましいことが確認された。
【００６５】
このように、第２筐体１２０については、安全性を確保する上では、第２筐体１２０の厚さは厚い方が望ましいが、極度に厚い場合には、熱伝導が阻害されるおそれがある。一方で、例えば図５に示した例のように、第２筐体１２０が第１筐体１１０の全体を覆う場合、燃料電池本体１の放熱性を確保する上では、第２筐体１２０の厚さは薄い方が望ましい。
【００６６】
このため、図５に示したような例の場合、人体に触れる面が他の面よりも厚く形成された第２筐体１２０を適用しても良い。つまり、第２筐体１２０の人体に触れる面については厚さが厚いため、体感温度を低く維持する一方で、他の面については厚さが薄いため、放熱性を確保することが可能となる。
【００６７】
《実施例１》
燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０の材料として、厚さが０．５ｍｍであり、熱伝導率が約２００Ｗ／ｍＫのアルミニウムを使用した。また、第１筐体１１０を包囲する第２筐体１２０の材料として、厚さが０．５ｍｍであり、熱伝導率が約０．２Ｗ／ｍＫのＰＣ／ＡＢＳを使用した。第１筐体１１０と第２筐体１２０との間には、第３筐体１３０を配置した。この第３筐体１３０としては、厚さが０．１ｍｍであり、熱伝導率が約１Ｗ／ｍＫのシリコーンシートを使用し、第１筐体１１０及び第２筐体１２０に粘着させた。
【００６８】
厚さが０．５ｍｍのアルミニウムによって第１筐体１１０を形成したことにより、十分な強度を確保し、且つ安定して剛に保持することができる。また、厚さが０．５ｍｍのＰＣ／ＡＢＳによって第２筐体１２０を形成したことにより、人体が触れたときの体感温度を下げることができ、安全性を確保することができる。さらに、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に配置したシリコーンシートからなる第３筐体で両者に粘着させることにより、断熱大気層を除外し、放熱性が改善され、比較的高発熱での運転が許容され、出力を向上することが可能となる。
【００６９】
《実施例２》
燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０の材料として、厚さが０．５ｍｍであり、熱伝導率が約２００Ｗ／ｍＫのアルミニウムを使用した。この第１筐体１１０において、燃料電池本体１のカソード側と対向する一面１１０Ｐ以外の面をアルマイト処理して表面の熱放射率を向上させた。また、第１筐体１１０の一面１１０Ｐの上に配置する第２筐体１２０として、ＰＥＴシートを使用した。さらに、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に配置する第３筐体１３０として、シリコーンシートを使用し、第１筐体１１０及び第２筐体１２０に粘着させた。
【００７０】
このような実施例２についても、実施例１と同様の効果が確認された。
【００７１】
以上説明したように、この実施の形態によれば、放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供できる。
【００７２】
本発明は、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器本体、さらには電子機器へ充電するための充電器として電子機器本体等、各種の燃料電池を搭載した電子機器本体に適用可能である。
【００７３】
上述した実施形態の燃料電池本体１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、実施形態の燃料電池本体１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池本体１に好適である。
【００７４】
さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池本体１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【００７５】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１…燃料電池本体 ２…膜電極接合体 ３…燃料供給機構
１３…アノード １６…カソード １７…電解質膜
２１…カバープレート
１００…電子機器
１１０…第１筐体 １２０…第２筐体 １３０…第３筐体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池を電源として搭載した携帯用電子機器や充電器などの電子機器の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気（特に酸素）を供給するだけで発電することができ、燃料を補給することにより連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池は、小型化により携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムとなりえる。
【０００３】
このような燃料電池においては、発電に伴って発熱するため、人体に接触する機会が多い携帯用電子機器については、電子機器の人体への接触による不快感を防止する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１によれば、発電に必要な酸素を供給しつつ放熱性を改善するために、厚みが一定の屈曲した板状片からなる凹凸と、複数の開口とを有するカソード側筐体部を備えた燃料電池が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２によれば、熱の放出能力を増大させるために、吸気孔が設けられた空気極側のケーシングの外側表面にフィンが形成された燃料電池が開示されている。
【０００６】
人体に接触する電子機器の表面温度を低く抑えるために、燃料電池を比較的低温の制御温度で運転した場合、得られる出力も低下する。このため、放熱性を改善してユーザーに対する不快感を防止し安全性を確保するとともに、出力を向上することが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３１９２７号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１０１０７１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一態様によれば、
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構造の膜電極接合体を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を包囲する第１筐体と、
前記第１筐体より熱伝導率が小さい材料によって形成され、前記第１筐体の少なくとも前記カソードと対向する外表面を覆う第２筐体と、
を備えたことを特徴とする電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池本体の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、この発明の一実施の形態に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の変形例に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態の他の変形例に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、他の実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、第２筐体の厚さと体感温度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池を搭載した電子機器について図面を参照して説明する。
【００１３】
ここでは、まず、燃料電池本体の構成について説明する。図１は、この実施の形態に係る燃料電池本体１の構造例を概略的に示す断面図である。
【００１４】
燃料電池本体１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２を備えている。
【００１５】
すなわち、燃料電池本体１において、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とが積層されたアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とが積層されたカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７と、を備えて構成されている。このような膜電極接合体２は、集電体１８によって挟持されている。
【００１６】
膜電極接合体２は、電解質膜１７のアノード側及びカソード側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされており、これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００１７】
膜電極接合体２のカソード１６側には、絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。
【００１８】
上述した膜電極接合体２は、燃料供給機構３とカバープレート２１との間に配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート２１は、主として酸化剤である空気の取り込みを可能とする複数の開口部２１Ａを有している。
【００１９】
燃料電池本体１を構成する燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。
【００２０】
燃料供給機構３は、例えば、箱状に形成された容器３０を備えている。この燃料供給機構３は、液体燃料を収容する燃料収容部４と流路５を介して接続されている。容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。
【００２１】
燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。すなわち、燃料供給部３１は、１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有しており、細管３４のような燃料通路を介して燃料注入口３２と燃料排出口３３とを接続した構成である。燃料注入口３２は、図示した通り燃料導入口３０Ａと直接接続されても良いし、他の燃料通路を経由して接続されていても良い。
【００２２】
膜電極接合体２は、そのアノード１３が上述したような燃料供給部３１の燃料排出口３３に対向するように配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体２を保持した状態で容器３０に対してカシメ、ネジ止め、リベット継手などの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。
【００２３】
燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容される。
【００２４】
さらに、燃料供給機構３において、流路５、あるいは、燃料導入口３０Ａと燃料注入口３２との間の燃料通路には、ポンプ６が介在していても良い。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。
【００２５】
ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能なものが好ましい。
【００２６】
この実施の形態の燃料電池本体１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池本体１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００２７】
また、燃料供給機構３において、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。
【００２８】
上述したように、燃料供給部３１から放出された燃料は、膜電極接合体２のアノード１３に供給される。膜電極接合体２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００２９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、集電体１８を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体１８を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００３０】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2 → ３Ｈ2Ｏ …（２）
上述した燃料電池本体１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００３１】
次に、上述したような燃料電池本体１を搭載した電子機器の一実施形態について説明する。
【００３２】
図２に示すように、電子機器１００は、燃料電池本体１と、この燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０と、この第１筐体１１０の少なくともカソード１６と対向する外表面を覆う第２筐体１２０と、を備えている。なお、図２では、説明に必要な主要部のみを図示している。
【００３３】
第１筐体１１０は、燃料電池本体１の略全体を囲むような箱型の形状に形成されている。例えば、平板状の燃料電池本体１を囲む第１筐体１１０は、６面体として形成されている。つまり、燃料電池本体１は、第１筐体１１０の中に収容されている。この第１筐体１１０は、燃料電池本体１のカソード１６の直上に配置されたカバープレート２１に密着している。また、第１筐体１１０は、燃料電池本体１の側面、例えば容器３０の側面などに接触していても良い。
【００３４】
この第１筐体１１０は、比較的熱伝導率が高い材料によって形成されている。一例として、第１筐体１１０は、金属材料、あるいは、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料によって形成されていることが望ましい。特に、第１筐体１１０を形成する材料としては、アルミニウム、銅、それらの合金のいずれかの金属材料が好適である。
【００３５】
第２筐体１２０は、第１筐体１１０の外表面である一面１１０Ｐの上に配置されている。つまり、一面１１０Ｐとは、第１筐体１１０の各面のうち、外気を燃料電池本体１のカソード１６に取り込むために電子機器１００の外方を向く面であり、カソード１６の直上に位置する面に相当する。この第２筐体１２０は、平板状に形成されている。ここでは、特に、第２筐体１２０は、第１筐体１１０の一面１１０Ｐのみに密着している。
【００３６】
このような第２筐体１２０は、比較的熱伝導率が低い材料によって形成されている。特に、第２筐体１２０は、第１筐体１１０よりも熱伝導率が低い材料によって形成されている。一例として、第２筐体１２０は、樹脂材料、あるいは、０．５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料によって形成されていることが望ましい。特に、第２筐体１２０を形成する材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルカーボネート（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、ポリカーボネートとアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンとの複合材（ＰＣ／ＡＢＳ）のいずれかの樹脂材料が好適である。
【００３７】
上述した第１筐体１１０及び第２筐体１２０は、燃料電池本体１のカソード側に連通した通気孔１１０Ａ及び１２０Ａを有している。つまり、第１筐体１１０は、燃料電池本体１のカバープレート２１に密着しており、カバープレート２１の開口部２１Ａに連通した通気孔１１０Ａを有している。また、第２筐体１２０は、第１筐体１１０の一面１１０Ｐに密着しており、通気孔１１０Ａに連通した通気孔１２０Ａを有している。
【００３８】
このような構成によれば、熱伝導率が高い第１筐体１１０によって、燃料電池本体１において発電に伴って発生した熱を速やかに伝導させ、比較的低温の領域まで拡散させることが可能となる。すなわち、比較的高温となりやすい第１筐体１１０の一面１１０Ｐから効率的に熱を逃がすことができ、第１筐体１１０の全体で温度分布を略均一化することができる。このため、放熱性が改善することにより、比較的高発熱での運転が許容され、出力を向上することが可能となる。
【００３９】
一方で、人体に接触する可能性が高い燃料電池本体１のカソード側については、高温となりやすいため、熱伝導率が低い第２筐体１２０によって、燃料電池本体１からの熱伝導を抑制することが可能となる。すなわち、第１筐体１１０の一面１１０Ｐに重なる第２筐体１２０の表面１２０Ｓに人体が触れると、温度が高い第２筐体側から温度が低い人体側に熱が移り、第２筐体１２０の温度が下がる一方で、人体の温度が上がる。この際、第２筐体１２０が熱伝導率の小さい材料によって形成されているため、第２筐体１２０への熱流を小さく抑えることができ、第２筐体１２０の表面１２０Ｓの温度上昇（温度回復）を抑えることができる。このため、燃料電池本体１を搭載した電子機器１００が人体に長時間接触していても、体感温度が上がらず、ユーザーに不快感を与えることが無く、安全性を確保することが可能となる。
【００４０】
このように、熱伝導率の異なる材料を組み合わせることにより、出力向上と安全性確保との両立を可能としている。
【００４１】
また、このような構成によれば、第１筐体１１０に形成された通気孔１１０Ａ及び第２筐体１２０に形成された通気孔１２０Ａにより、燃料電池本体１のカソード側の通気性が確保されている。このため、発電に必要な酸素の取り込み及び発電に伴って生成されたガスの排出が阻害されず、燃料電池本体１の発電に適した環境に維持することが可能となる。
【００４２】
なお、第１筐体１１０が金属材料によって形成されている場合、熱放射率を向上するために、表面処理を施しても良い。例えば、第１筐体１１０がアルミニウムによって形成されている場合、その表面をアルマイト処理することによって表面の熱放射率を向上することができる。
【００４３】
次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、各図には、説明に必要な主要部のみを図示している。
【００４４】
図３に示す例では、電子機器１００は、さらに、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に介在した第３筐体１３０を備えている。この第３筐体１３０は、シート状に形成され、第１筐体１１０の一面１１０Ｐと第２筐体１２０との間に配置されている。このような第３筐体１３０は、粘着性を有しており、第１筐体１１０と第２筐体１２０との双方に密着している。このため、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間の空気層が排除される。
【００４５】
この第３筐体１３０は、熱伝導性を有する材料によって形成されている。この第３筐体１３０が有する熱伝導性とは、第１筐体１１０から第２筐体１２０への熱伝導が阻害されない程度の熱伝導率を有していることを意味する。つまり、第３筐体１３０は、第２筐体１２０よりも熱伝導率が高い材料によって形成されている。また、第３筐体１３０の厚みは、熱伝導を阻害しないように薄い方が望ましい。一例として、第３筐体１３０は、シート状のシリコーンによって形成されている。
【００４６】
このような第３筐体１３０は、燃料電池本体１のカソード側に連通した通気孔１３０Ａを有している。つまり、第３筐体１３０は、第１筐体１１０の通気孔１１０Ａ及び第２筐体１２０の通気孔１２０Ａに連通した通気孔１３０Ａを有している。
【００４７】
このように、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に第３筐体１３０が介在したことにより、熱伝導を阻害する空気層が排除され、燃料電池本体１で発生した熱を第１筐体１１０から第２筐体１２０に適度に伝導することが可能となる。これにより、放熱性が改善され、比較的高発熱での運転が許容され、出力を向上することが可能となる。
【００４８】
図４に示す例では、電子機器１００は、さらに、燃料電池本体１と第１筐体１１０との間に介在した第３筐体１３０を備えている。この第３筐体１３０は、シート状に形成され、燃料電池本体１のカバープレート２１と第１筐体１１０の一面１１０Ｐとの間に配置されて、カバープレート２１と一面１１０Ｐとの双方に密着している。特に、この例では、第３筐体１３０は、燃料電池本体１を覆うように配置されている。
【００４９】
この第３筐体１３０は、一例として、第３筐体１３０は、グラファイトシートによって形成されている。
【００５０】
このような第３筐体１３０は、燃料電池本体１のカソード側に連通した通気孔１３０Ａを有している。つまり、第３筐体１３０は、配置されたカバープレート２１の開口部２１Ａ及び第１筐体１１０の通気孔１１０Ａに連通した通気孔１３０Ａを有している。
【００５１】
このような第３筐体１３０は、特に、燃料電池本体１に比して第１筐体１１０のサイズが大きい場合に好適である。すなわち、燃料電池本体１と第１筐体１１０との間に、複数の熱伝導経路を確保することにより、燃料電池本体１から発せられた熱の放熱性を向上することができ、均熱化させることができる。
【００５２】
特に、グラファイトシートは金属材料と比べて比重が小さく、また容易に曲げることができるため、第３筐体１３０の材料としてグラファイトシートを選択した場合には、燃料電池本体１から離れた領域の第１筐体１１０と燃料電池本体１とを熱的に直接接続することができ、重量を増加させることなく燃料電池本体１及び第１筐体１１０を均熱化させることができる。
【００５３】
次に、他の実施形態について説明する。
【００５４】
図５に示すように、電子機器１００は、燃料電池本体１と、この燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０と、この第１筐体１１０を包囲する第２筐体１２０と、を備えている。なお、燃料電池本体１及び第１筐体１１０については、上述した実施形態と同一構成であり、詳細な説明を省略する。
【００５５】
第２筐体１２０は、第１筐体１１０の略全体を囲むような箱型の形状に形成されている。例えば、６面体の第１筐体１１０を囲む第２筐体１２０は、同様の６面体として形成されている。つまり、第１筐体１１０は、第２筐体１２０によって覆われている。このため、この第２筐体１２０は、全面に亘って第１筐体１１０に密着している。
【００５６】
このような第２筐体１２０の材料については、上述した通りである。また、第１筐体１１０の一面１１０Ｐに密着する第２筐体１２０の一面１２０Ｐには通気孔１２０Ａが形成されている。
【００５７】
このような構成においても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、図５に示した実施形態においても、図３に示した例と同様に、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に熱伝導性を有するシート状の第３筐体１３０を配置しても良いし、図４に示した例と同様に、燃料電池本体１と第１筐体１１０との間に熱伝導性を有するシート状の第３筐体１３０を配置しても良い。
【００５９】
次に、第１筐体１１０及び第２筐体１２０の最適な厚さについて検討する。
【００６０】
第１筐体１１０には、まず、燃料電池本体１で発生した熱を速やかに第１筐体１１０の全体へ伝熱させて、均熱化させる目的がある。熱流の経路を確保するためには、ある程度の厚さが必要であるが、第１筐体１１０として、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の材料を用いた場合には、第１筐体１１０の厚さとしては、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ以上であることが望ましい。また、第１筐体１１０には、燃料電池本体１及び電子機器１００全体の形状を保つように機械的な強度を確保する目的がある。この場合には、第１筐体１１０の厚さとしては、０．３ｍｍ以上必要であることが望ましい。
【００６１】
第２筐体１２０には、過剰な熱流を抑え、人体が触れたときの体感温度の上昇を抑える目的がある。第２筐体１２０の材料として、第１筐体１１０のような金属材料を用いた場合、人体が第２筐体１２０に触れた一瞬の表面温度は下がるものの、その後すぐに熱が供給され表面温度が元の温度に近づき、体感温度は高くなる。一方、第２筐体１２０の材料として、樹脂材料のような比較的熱伝導率が低い材料を用いた場合には、人体との熱交換により表面温度が下がった後、熱の供給を抑えられているので、表面温度はそのまま下がった状態が維持でき、体感温度が低くなる。特に、第２筐体１２０を樹脂材料によって形成した場合、樹脂材料は一般に熱放射率が高いため、第２筐体１２０の表面に達した熱流を速やかに外部へ放射させることができる。
【００６２】
このような過剰な熱流を防止するために必要な熱伝導率は、燃料電池や電子機器の大きさや運転設計によって変わるので一概には定められないが、小型またはモバイル用途の燃料電池を搭載した電子機器の場合には、筐体の大きさをできるだけ小さくすることが望ましいので、第２筐体１２０を形成するための材料の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍＫ以下であることが望ましい。
【００６３】
発明者が種々検討した結果、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以下の樹脂材料で第２筐体１２０を形成した場合、厚さが０．２ｍｍ以上あると、金属材料で第２筐体１２０を形成した場合の体感温度と明確な差異が見られるようになることが確認された。
【００６４】
例えば、図６には、燃料電池本体１の表面温度を４５℃に保つように運転したときに、第２筐体１２０の一面１２０Ｐに人体が触れたときの体感温度を見積もった例が図示されている。第２筐体１２０の厚さが０．１ｍｍ程度では、その材料が金属材料であっても樹脂材料であっても、両者の体感温度にほとんど差が無い。第２筐体１２０の厚さが０．２〜０．３ｍｍを超えると体感温度に差がみられるようになる。熱伝導率の異なる材料で検討した結果、体感温度を４０℃以下にするためには、第２筐体１２０の厚さは０．２ｍｍ以上であることが望ましいことが確認された。
【００６５】
このように、第２筐体１２０については、安全性を確保する上では、第２筐体１２０の厚さは厚い方が望ましいが、極度に厚い場合には、熱伝導が阻害されるおそれがある。一方で、例えば図５に示した例のように、第２筐体１２０が第１筐体１１０の全体を覆う場合、燃料電池本体１の放熱性を確保する上では、第２筐体１２０の厚さは薄い方が望ましい。
【００６６】
このため、図５に示したような例の場合、人体に触れる面が他の面よりも厚く形成された第２筐体１２０を適用しても良い。つまり、第２筐体１２０の人体に触れる面については厚さが厚いため、体感温度を低く維持する一方で、他の面については厚さが薄いため、放熱性を確保することが可能となる。
【００６７】
《実施例１》
燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０の材料として、厚さが０．５ｍｍであり、熱伝導率が約２００Ｗ／ｍＫのアルミニウムを使用した。また、第１筐体１１０を包囲する第２筐体１２０の材料として、厚さが０．５ｍｍであり、熱伝導率が約０．２Ｗ／ｍＫのＰＣ／ＡＢＳを使用した。第１筐体１１０と第２筐体１２０との間には、第３筐体１３０を配置した。この第３筐体１３０としては、厚さが０．１ｍｍであり、熱伝導率が約１Ｗ／ｍＫのシリコーンシートを使用し、第１筐体１１０及び第２筐体１２０に粘着させた。
【００６８】
厚さが０．５ｍｍのアルミニウムによって第１筐体１１０を形成したことにより、十分な強度を確保し、且つ安定して剛に保持することができる。また、厚さが０．５ｍｍのＰＣ／ＡＢＳによって第２筐体１２０を形成したことにより、人体が触れたときの体感温度を下げることができ、安全性を確保することができる。さらに、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に配置したシリコーンシートからなる第３筐体で両者に粘着させることにより、断熱大気層を除外し、放熱性が改善され、比較的高発熱での運転が許容され、出力を向上することが可能となる。
【００６９】
《実施例２》
燃料電池本体１を包囲する第１筐体１１０の材料として、厚さが０．５ｍｍであり、熱伝導率が約２００Ｗ／ｍＫのアルミニウムを使用した。この第１筐体１１０において、燃料電池本体１のカソード側と対向する一面１１０Ｐ以外の面をアルマイト処理して表面の熱放射率を向上させた。また、第１筐体１１０の一面１１０Ｐの上に配置する第２筐体１２０として、ＰＥＴシートを使用した。さらに、第１筐体１１０と第２筐体１２０との間に配置する第３筐体１３０として、シリコーンシートを使用し、第１筐体１１０及び第２筐体１２０に粘着させた。
【００７０】
このような実施例２についても、実施例１と同様の効果が確認された。
【００７１】
以上説明したように、この実施の形態によれば、放熱性を改善して、安全性を確保しつつ出力を向上することが可能な燃料電池を搭載した電子機器を提供できる。
【００７２】
本発明は、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器本体、さらには電子機器へ充電するための充電器として電子機器本体等、各種の燃料電池を搭載した電子機器本体に適用可能である。
【００７３】
上述した実施形態の燃料電池本体１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、実施形態の燃料電池本体１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池本体１に好適である。
【００７４】
さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池本体１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【００７５】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１…燃料電池本体 ２…膜電極接合体 ３…燃料供給機構
１３…アノード １６…カソード １７…電解質膜
２１…カバープレート
１００…電子機器
１１０…第１筐体 １２０…第２筐体 １３０…第３筐体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構造の膜電極接合体を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を包囲する第１筐体と、
前記第１筐体より熱伝導率が小さい材料によって形成され、前記第１筐体の少なくとも前記カソードと対向する外表面を覆う第２筐体と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記第２筐体は、前記第１筐体を包囲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】
前記第１筐体及び前記第２筐体は、前記燃料電池本体の前記カソード側に連通した通気孔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４】
前記第１筐体は、アルミニウム、銅、それらの合金のいずれかの金属材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記第１筐体は、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項６】
前記第１筐体は、０．３ｍｍ以上の厚さを有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記第２筐体は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルカーボネート（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネートとアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンとの複合材（ＰＣ／ＡＢＳ）のいずれかの樹脂材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項８】
前記第２筐体は、０．５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項９】
前記第２筐体は、０．２ｍｍ以上の厚さを有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１０】
さらに、前記燃料電池本体と前記第１筐体との間、及び、前記第１筐体と前記第２筐体との間の少なくとも一方に介在した熱伝導性を有するシート状の第３筐体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１】
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構造の膜電極接合体を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を包囲する第１筐体と、
前記第１筐体より熱伝導率が小さい材料によって形成され、前記第１筐体の少なくとも前記カソードと対向する外表面を覆う第２筐体と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記第２筐体は、前記第１筐体を包囲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】
前記第１筐体及び前記第２筐体は、前記燃料電池本体の前記カソード側に連通した通気孔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４】
前記第１筐体は、アルミニウム、銅、それらの合金のいずれかの金属材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記第１筐体は、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項６】
前記第１筐体は、０．３ｍｍ以上の厚さを有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記第２筐体は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルカーボネート（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネートとアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンとの複合材（ＰＣ／ＡＢＳ）のいずれかの樹脂材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項８】
前記第２筐体は、０．５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項９】
前記第２筐体は、０．２ｍｍ以上の厚さを有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１０】
さらに、前記燃料電池本体と前記第１筐体との間、及び、前記第１筐体と前記第２筐体との間の少なくとも一方に介在した熱伝導性を有するシート状の第３筐体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【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２０１０−１７０８２７（Ｐ２０１０−１７０８２７Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１３２（Ｐ２００９−１２１３２）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１３３９）東芝電子エンジニアリング株式会社 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１３３９）東芝電子エンジニアリング株式会社 (238)
【Ｆターム（参考）】
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