CN101297121B - 流体输送装置、利用其的燃料电池及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的流体输送装置，用于沿着流路(1)输送流体，隔着所述流路(1)在两侧对置配备有产生声波的振动板(3a)和反射所述声波的反射壁(2)，所述流体通过基于所述振动板(3a)的振动在所述流路(1)内所产生的声压梯度而被输送。另外，本发明的燃料电池在电解质膜(14a)的两侧配备阳极(14c)和阴极(14b)而构成了膜·电极接合体(14)，为了对构成该膜·电极接合体(14)的阳极(14c)及/或阴极(14b)供给流体，使用了本发明的流体输送装置。

Description

流体输送装置、利用其的燃料电池及电子设备 

技术领域

本发明涉及一种沿着流路输送流体的流体输送装置，尤其涉及电子设备用的流体输送装置和利用了该流体输送装置的燃料电池及电子设备。 

背景技术

以往，公知有一种利用了压电陶瓷等的弯曲振动的鼓风机(例如参照日本国公开特许公报2000-186699号及2000-120600号)。 

图63表示了以往的第一例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机的构造。参照图63，对现有的第一例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机1000的构造进行说明。在该鼓风机1000中，由金属板构成的振动板101的一方端部被固定在固定夹具102中。在振动板101的固定夹具102附近的上表面上及下表面上，配置有压电陶瓷103及104。而且，压电陶瓷103及104连接着交流电压源105，可以对压电陶瓷103及104施加交流电压。这样，构成了现有的第一例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机1000。 

在上述鼓风机1000中，分别对压电陶瓷103及104施加频率与振动板101的共振频率相等的交流电压。并且，通过按照当一方压电陶瓷103伸长时而另一方压电陶瓷104缩短的方式进行控制，可以对应交流电压的极性使振动板101的另一方端部大幅振动。由此，可使振动板101以团扇状振动，制造出空气的流动。 

图64表示了现有的第二例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机的构造及动作原理。参照图64，对现有的第二例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机1100的构造及振动模式进行说明。在该鼓风机1100中，由平行配置的一对金属板构成的振动板111a及111b的一方端部，分别被固定在固定夹具112中。在振动板111a的上表面上，按照邻接 的部件之间极性相反的方式依次配置有压电陶瓷113a～113d。而且，在振动板111b的下表面上，按照位于距固定夹具112的距离与压电陶瓷113a～113d相等的位置且极性一致的方式，配置有压电陶瓷114a～114d。另外，在图64中，以“+”、“-”表示了各压电陶瓷113a～113d及114a～114d的极性不同。这样，构成了现有的第二例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机1100。 

在上述鼓风机1100中，通过分别以同相位对压电陶瓷113a～113d及114a～114d施加频率与振动板111a及111b的共振频率相等的交流电压，可以分别以同相位使压电陶瓷113a、113c、114a、114c和压电陶瓷113b、113d、114b、114d伸缩，并且，能够以相互反相位使压电陶瓷113a、113c、114a、114c和压电陶瓷113b、113d、114b、114d伸缩。由此，如图64中的A、A′及B、B′所示，对应交流电压的极性的反转，在各振动板111a、111b中产生驻波，所以，两振动板111a、111b间的空隙中，在相当于上述驻波的波腹的各电压陶瓷113a～113d及114a～114d分别对置的区域，会产生空气的放射压。结果，从周围的开放空间使空气流入到两振动板111a/111b之间的空隙，并且，从振动板111a及111b的作为自由端的另一方端部使空气流出，由此，可以制造出空气的流动。 

另外，上述现有的第一例及第二例所涉及的鼓风机1000及1100，除了小型电子设备内部的LSI或CPU等的冷却用途之外，还被期待着作为小型电子设备用燃料电池的空气供给器而使用(例如参照日本国公开特许公报2004-214128号)。 

图65表示了现有的小型电子设备用燃料电池的构造。参照图65，对现有的小型电子设备用燃料电池1200的构造进行说明。在该燃料电池1200中配置有膜·电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)204，该膜·电极接合体204具备电解质膜204a、和分别形成在电解质膜204a的两面上的网眼状或多孔质状阴极204b及阳极204c。 

在阴极204b的上面配置有顶板205，在顶板205与阴极20 4b之间形成了具有吸入口201a和排出口201b的第一流路201。在阳极204c的下面配置有底板207，在底板207与阳极204c之间形成了具有吸入口206a和排出口206b的第二流路206。 

在上述燃料电池1200中，从第一流路201的吸入口201a朝向排出口201b供给空气或氧等氧化用流体，并且，从第二流路206的吸入口206a朝向排出口206b供给氢或甲醇等燃料流体。由此，分别向MEA的阴极204b侧供给氧化用流体，向阳极204c侧供给燃料流体，通过在MEA204中进行化学反应，可以从阴极204b及阳极204c向外部输出电气。 

这里，通过在第一流路201的吸入口201a附近与第二流路206的吸入口206a附近等，分别配置现有的第一例及第二例所涉及的鼓风机1000及1100，可以分别提高燃料流体及氧化用流体的供给能力，因此，可实现燃料电池的高输出化。 

不过，在上述现有的第一例及第二例所涉及的鼓风机1000及1100中，为了都供给大量的燃料流体及氧化用流体，需要增大振动板101及111a、111b的振幅，因此，不仅装置变大，而且能量损耗也增大，存在着无法高效供给空气的问题。而且，当在上述现有的小型电子设备用燃料电池1200中利用了上述现有的第一例及第二例所涉及的鼓风机1000及1100时，存在着燃料流体及氧化用流体的供给效率低，无法充分增大输出的问题。并且，如果燃料流体及氧化用流体的供给量减少，则通过燃料流体及氧化用流体发生反应而生成的CO₂及H₂O容易滞留在MEA204的表面，由此，会阻碍电解化学反应，因此，存在着无法得到高输出的问题。 

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种能够以大流量高效地输送流体的小型流体输送装置。本发明的另一个目的在于，提供一种能够高效进行高输出发电的小型燃料电池。进而，本发明的又一个目的在于，提供一种电力效率或冷却性能良好的电子设备。 

在本发明的流体输送装置中，隔着用于输送流体的流路在两侧对置配备有产生声波的振动板和反射所述声波的反射板，通过基于所述振动板的振动在所述流路内产生的声压梯度来输送所述流体。其中，声波是指因振动而引起的在介质中传播的波动。 

声音流(acoustic streaming)是由声场造成的稳定的流体的流动，在对置配置振动板和反射板且对振动板施加振动产生超声波域的驻波的情况下，会在振动板与反射板之间发生气柱共振，伴随此，在振动板与反射板之间产生涡旋状声音流。 

对于声音流的产生原理而言，在几篇论文(例如“声音流与放射压”電子情報通信学会(电子信息通信学会)TECHNIACL REPORT OF IEICE，US96-93，EA96-97(1997-01)、“声音流的产生机构”電子情報通信学会(电子信息通信学会)论文集A Vol.80-A No.10pp.1614-16201997年10月)中都有所报导，但对于稳定产生声音流而通过该声音流输送流体的技术尚且没有导报。 

在上述本发明的流体输送装置中，通过由振动板产生的声波在振动板与反射板之间的流路内多重反射，使得流路内的声压增大。由此，在流路内产生声音流，会产生使流路内的流体移动的力。结果，可沿着流路输送流体。另外，本发明中“声音流”是指：通过声场的声压梯度而产生的稳定的流体的流动。 

在本发明的流体输送装置中，由于通过在流路内形成声压梯度，产生从流路的入口朝向出口同样的声音流，从而可以输送流体，所以，不需要作为用于和流路连接的外部设备的流体供给设备的装备，只要流路由振动板和反射板构成，简单地在振动板上设置压电元件等振动赋予部即可。因此，本发明的流体输送装置小型、构造简单，并且消耗电力小，适合作为用于搭载到小型电子设备中的燃料电池的流体输送装置。另外，除了燃料电池之外，还能够作为电子电路、如太阳能面板或影像系统那样的装置的冷却机构、便携式除虫装置、如加湿器或吸入器那样的装置的送风机构、除去附着于传感器等的物质来恢复灵敏度的更新机构、微型机器的推进机构或铅蓄电池芯片的送液机构而使用。 

而且，在本发明的流体输送装置中，由于可以通过声音流沿一定方向输送流体，所以，与利用振动板的弯曲振动的鼓风机等不同，不需要增大振动板的振幅。由此，不仅可以容易地使装置构成小型化，而且，可以高效地输送流体。另外，即使在流路的容积小的情况下，也可以高效地输送大流量的流体。结果，可以获得能够以大流量高效地输送流体的小型流体输送装置。此外，作为本发明中所使用的声波，优选是具有约20kHz～约200kHz频率的所谓超声波。该情况下，由于声波的波长小至几cm以下，所以，不仅可以减小装置构成，而且能够高效地产生声音流，因此，能够以低的能量输送流体。并且，由于声波的频率超过人体能够听到的区域，所以，可抑制声波对人体的影响。 

在本发明的流体输送装置中，作为用于沿着流路向规定一个方向可靠地输送流体内的流体的声压梯度产生机构的具体构成，可以采用以下的5个方式。 

在第一方式中，产生声波的振动板和反射所述声波的反射板被配置成得相互的间隔在所述流路的出口侧比入口侧大。根据该方式，由于流路构成为出口侧比入口侧大，所以，流路内的流体朝向出口侧移动比朝向入口侧移动压力损失小。结果，流体可以从流路大的出口侧排出，并从流路小的入口侧吸入到流体中。 

在具有上述第一方式的流体输送装置中，优选振动板被配置得其与反射板的间隔从入口侧朝向出口侧逐渐变大。根据这样的构成，不仅可以容易地构成出口侧比流路的入口侧大，而且能够沿着流路使截面形状缓慢变化，因此，可以减少压力损失，从而能够更加高效地输送流体。 

而且，在该流体输送装置中，优选在流路内产生声波的驻波。根据这样的构成，由于可以通过驻波的产生使流路内的声压进一步增大，所以，能够更加高效地输送流体内的流体。 

并且，在该流体输送装置中，更优选在流路内的流路小的入口侧产生驻波。根据这样的构成，由于可以使流路小的入口侧的声压增大得大于流路大的出口侧的声压，所以，在流路内会产生从入口侧朝向出口侧声压减小的声压梯度。结果，能够更容易地从入口侧朝向出口侧输送流体内的流体。 

另外，在该流体输送装置中，优选振动板以振动板的共振频率或其附近的频率被激振。根据这样的构成，由于振动板基于共振可以增大其振幅，所以，能够进一步增大流路内的声压。 

优选通过使流路内的气柱的声场共振频率与振动板的共振频率相同，可以高效地产生空气流。 

此外，在该流体输送装置中，优选在振动板的表面上设置有振动赋予部。根据这样的构成，可以容易地使振动板振动、产生声波。 

在本发明的流体输送装置的第二方式中，所述振动板在所述流路的入口侧具有小的抗挠刚度及/或质量，并且，在所述流路的出口侧具有大的抗挠刚度及/或质量。其中，振动板的抗挠刚度由特定截面的截面二次力矩I和弹性系数E之积所定义。 

具体而言，振动板在流路的入口侧具有小的截面二次力矩，并在流路的出口侧具有大的截面二次力矩。或者，振动板在流路的入口侧具有小的弹性系数，并在流路的出口侧具有大的弹性系数。 

在具有上述第二方式的流体输送装置中，会在振动板中产生超声波的驻波，由此，可在振动板与反射板之间发生气柱共振。这里，由于振动板在流路的入口侧抗挠刚度及/或质量小，在出口侧抗挠刚度及/或质量大，所以，在流路的入口侧以大的振幅振动，在流路的出口侧以小的振幅振动，由此，流路内的声压在入口侧高，在出口侧低。结果，可形成从流路的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路内从入口朝向出口产生声音流，流路内的流体可以从入口朝向出口流动。 

在本发明的流体输送装置的第三方式中，所述振动板在所述流路的一方端部侧比反射板更向外侧突出，具有不与反射板对置的区域。 

在具有第三方式的流体输送装置中，会在振动板中产生超声波域的驻波，由此，可在振动板与反射板之间发生气柱共振。这里，由于在流路的出口侧振动板比反射板更向外侧突出，具有不与反射板对置的区域，所以，由该区域形成的声场的声压，比由振动板与反射板对置的区域形成的声场的声压低。结果，可形成从流路的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路内会从入口朝向出口产生声音流，使得流体内的流体从入口朝向出口流动。 

在本发明的流体输送装置的第四方式中，所述反射板在所述流路的入口侧具有大的声阻，并在所述流路的出口侧具有小的声阻。 

在具有该第四方式的流体输送装置中，由于所述反射板在所述流路的入口侧具有大的声阻，并且在所述流路的出口侧具有小的声阻，所以，在流路的入口侧产生大的声压，在流路的出口侧产生小的声压，结果，可形成从流路的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路内从入口朝向出口产生声音流，使得流路内的流体从入口朝向出口流动。 

在本发明的流体输送装置的第五方式中，所述反射板与振动板的对置面形成为在所述流路的入口侧吸音率低而在所述流路的出口侧吸音率高的表面状态。 

在具有该第五方式的流体输送装置中，由于所述反射板与振动板的对置面形成为在所述流路的入口侧吸音率低而在所述流路的出口侧吸音率高的表面状态，所以，在流路的入口侧反射波增强，在流路的出口侧反射波减弱。结果，可形成从流路的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路内从入口朝向出口产生声音流，使得流路内的流体从入口朝向出口流动。 

本发明的燃料电池中，在电解质膜的两侧配置有阳极和阴极而构成了膜·电极接合体(MEA)，在MEA的表面配备有输送燃料流体及氧化用流体至少任意一种的流体输送装置。 

在该燃料电池中，由于在向MEA输送燃料流体及氧化用流体的至少任意一种的过程中使用了本发明的流体输送装置，所以，不仅可容易地使燃料电池小型化，而且，能够高效地输送燃料流体及氧化用流体。另外，即使在流路的容积小的情况下，也可高效地输送大流量的燃料流体及氧化用流体。结果，可以得到能够高效进行高输出发电的小型燃料电池。 

在本发明的燃料电池中，优选振动板和反射板按照相互对置的方向与MEA的表面平行的方式被配置在MEA上。根据这样的构成，由于流路内的声压可以通过振动板与反射板的间隔、和振动板或反射板的面积控制，所以，能够自由改变与MWA的表面垂直的方向的流路大小，即MEA膜厚方向的流路的大小。由此，由于可减小MEA膜厚方向的流路的大小，所以，可减小流体输送装置的厚度，结果，能够使燃料电池更加小型 化。 

而且，在本发明的燃料电池中，优选振动板与MEA对置配置，使用MEA的表面壁作为反射板。根据这样的构成，由于可以将由振动板与MEA所夹持的空间利用为流路，所以，不仅能够使燃料电池的构成更简单，而且容易实现小型化。并且，由于声波作用在MEA的表面，所以，可以使由燃料流体及氧化用流体的电化学反应而生成的CO₂及H₂O难以附着在MEA的表面。由此，可抑制燃料电池的输出降低。 

本发明的电子设备具有：电子电路部；和沿着流路使流体移动的流体输送装置，其中，所述流路沿着该电子电路部的表面形成，作为该流体输送装置采用了上述本发明的流体输送装置。 

另外，本发明的其他电子设备具有，在电解质膜的两侧配备阳极和阴极而构成了膜·电极接合体的燃料电池，作为该燃料电池使用了上述具有本发明的流体输送装置的燃料电池。 

附图说明

图1是本发明第一实施方式的流体输送装置的俯视图。 

图2是本发明第一实施方式的流体输送装置的侧视图。 

图3是对本发明第一实施方式的流体输送装置的振动板在流体的输送方向共振的状态进行说明的侧视图。 

图4是本发明第一实施方式的第一构成例的燃料电池的局部剖面俯视图。 

图5是从图4的箭头A方向观察该燃料电池的剖面图。 

图6是本发明第一实施方式的第二构成例的燃料电池的剖面图。 

图7是表示本发明第一实施方式的流体输送装置的变形例的侧视图。 

图8是表示本发明第一实施方式的流体输送装置的其他变形例的剖面图。 

图9是表示本发明第一实施方式的流体输送装置的又一个变形例的局部剖面主视图。 

图10是具备本发明第二实施方式的液体输送装置的第一构成例的燃料电池的立体图。 

图11是与该燃料电池的流路平行的剖面图。 

图12是第二构成例的燃料电池的剖面图。 

图13是第三构成例的燃料电池中的各种振动板的俯视图。 

图14是表示第四构成例的燃料电池中的流体输送装置的剖面图。 

图15是表示第五构成例的燃料电池中的流体输送装置的立体图。 

图16是与该流体输送装置的流路平行的剖面图。 

图17是表示第六构成例的燃料电池中的流体输送装置的剖面图。 

图18是表示第七构成例的燃料电池中的流体输送装置的俯视图。 

图19是表示第五构成例的燃料电池中的流体输送装置所包括的振动板的变位量的分布、和现有振动板的变位量的分布的曲线。 

图20是表示第一构成例的燃料电池中的流体输送装置的变形例的立体图。 

图21是具备本发明第三实施方式的流体输送装置的第一构成例的的燃料电池的立体图。 

图22是与该流体输送装置的流路平行的剖面图。 

图23是表示第二构成例的燃料电池中的流体输送装置的立体图。 

图24是与该流体输送装置的流路正交的剖面图。 

图25是第三构成例的燃料电池中的流体输送装置的分解立体图。 

图26是与该流体输送装置的流路正交的剖面图。 

图27是表示第四构成例的燃料电池中的流体输送装置的立体图。 

图28是与该流体输送装置的流路平行的剖面图。 

图29是表示第一构成例的燃料电池中的流体输送装置的变形例的立体图。 

图30是具备本发明第四实施方式的流体输送装置的燃料电池的剖面图。 

图31是具备本发明第五实施方式的流体输送装置的燃料电池的剖面图。 

图32是表示振动板的支承构造的分解立体图。 

图33是表示振动板的支承构造的剖面图。 

图34是对振动板的支承位置与振动状态的关系进行说明的图。 

图35是表示振动板的其他支承构造的剖面图。 

图36是该支承构造中的振动板的俯视图。 

图37是表示振动板的其他支承构造的剖面图。 

图38是该支承构造中的振动板的俯视图。 

图39是表示振动板的其他支承构造的剖面图。 

图40是该支承构造中的振动板的俯视图。 

图41是表示振动板的其他支承构造的剖面图。 

图42是该支承构造中的振动板的俯视图。 

图43是表示振动板的又一个支承构造的剖面图。 

图44是对内置有本发明的燃料电池的移动电话机的关闭状态进行表示的立体图。 

图45是表示该移动电话机的翻开状态的立体图。 

图46是表示将本发明的燃料电池安装在框体外侧的移动电话机的立体图。 

图47是表示将本发明的另一个燃料电池安装在框体外侧的移动电话机的立体图。 

图48是从不同的方向观察该移动电话机的立体图。 

图49是应该安装于移动电话机的燃料电池的分解立体图。 

图50是从其他方向观察该燃料电池的上述分解立体图。 

图51是表示该燃料电池内的空气流向的剖面图。 

图52是构成该燃料电池的排水部的立体图。 

图53是表示该燃料电池的其他构成中的空气流动的剖面图。 

图54是该其他构成中的排水部的立体图。 

图55是振动板的支承部的放大立体图。 

图56是内置有本发明的燃料电池的其他移动电话机的立体图。 

图57是从背面侧观察该移动电话机的立体图。 

图58是内置有本发明的燃料电池的另一个移动电话机的立体图。 

图59是从背面侧观察该移动电话机的立体图。 

图60是对具备本发明的燃料电池的移动电话机的构成进行表示的框图。 

图61是对该移动电话机中的振动频率的控制进行表示的流程图。 

图62是对该移动电话机中的振动板的驱动ON/OFF控制进行表示的流程图。 

图63是对现有的第一例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机的构造进行说明的剖面图。 

图64是对现有的第二例所涉及的利用了弯曲振动的鼓风机的构造及动作原理进行说明的剖面图。 

图65是对现有的小型电子设备用燃料电池的构造进行说明的剖面图。 

具体实施方式

(第一实施方式) 

流体输送装置

图1表示了本发明第一实施方式的流体输送装置的构造。而且，图2也表示了本发明第一实施方式的流体输送装置的构造。参照图1及图2，对本发明第一实施方式的流体输送装置100的构造进行如下说明。 

在本发明第一实施方式的流体输送装置100中如图1及图2所示，夹着流路1在上下两侧按照相互对置的方式设置有：由丙烯酸板构成的平板状反射板2、和通过在由A1板(A5052)构成的平板状振动板3a上配置PZT元件3b(富士陶瓷公司制造的“C203”)而成的振动体3。其中，PZT元件3b是本发明的“振动赋予部”的一个例子。 

反射板2及振动板3a如图1及图2所示，分别具有约50mm的长度L1、L2，约30mm的宽度W1、W2，及约1mm的厚度t1、t2。而且，通过振动板3a在后述的振动体以条纹模式振动之际成为波节的振动板3a的端边被未图示的支承部件支承，使得振动板3a被配置成在长度L1方向与反射板2的间隔(下面称作流路1的高度)逐渐增大，按照在吸入口1a侧约为2mm的间隔d1、在排出口1b侧约为4mm间隔d2的方式，被配置成倾斜了约2°的角度θ。这里，吸入口1a及排出口1b分别是本发明的“入口”及“出口”的一个例子。 

而且，在振动体3中，PZT元件3b具有约3mm的长度L3、约 30mm的宽度W2及约1mm的厚度t3的短栅状形状，与振动板3a的排出口1b侧的端部隔着约7mm的距离L4形成在振动板3a上。这样，构成了本发明第一实施方式的流体输送装置100。 

在本发明第一实施方式的流体输送装置100中，首先通过利用交流电源(未图示)对PZT元件3b施加约70kHz的交流电压，使PZT元件3b沿长度L3方向伸缩，可以对振动板3a进行激振。由此，不仅由振动板3a产生声波，而且该声波在反射板2与振动板3a之间的流路1内多重反射，因此，流路1内的声压增大。结果，在流路1内产生声音流，可产生使流路1内的空气移动的力。其中，空气是本发明的“流体”的一个例子。这里，由于流路1构成为排出口1b侧比吸入口1a侧的高度大，所以，流路1内的空气朝向排出口1b侧移动与朝向吸入口1a侧移动相比，压力损失减小。由此，空气不仅会从流路1的高度大的排出口1b侧排出，并且，也会从流路1的高度小的吸入口1a向流路1内供给空气。 

另外，由于由振动板3a产生的声波在反射板2与振动板3a之间的流路1内多重反射，所以，在流路1的高度和声波的波长满足共振条件的情况下，声波可以共振。这里，将振动板3a相对反射板2水平配置，并且除了改变流路1的高度之外，以与上述流体输送装置100同样的条件，调整了流路1内的声波发生共振的反射板2与振动板3a的间隔。结果可知，在反射板2与振动板3a的间隔约为3mm的情况下，声波发生共振。因此，可以认为如本发明的第一实施方式那样，在流路1的高度沿长度L1方向增大的条件下，在流路1的高度为3mm的流路1的吸入口1a侧声波发生了共振。该情况下，在上述流路1的吸入口1a侧的区域中，预先产生了声波的驻波，由此，流路1的吸入口1a侧的声压进一步增大。结果，能够更加有效地沿着流路1从吸入口1a朝向排出口1b输送空气。 

并且，在本发明的第一实施方式中，通过改变对PZT元件3b施加的交流电压的频率，能够以各种振动模式对振动体进行激振。这里，调查了以约20kHz～约200kHz的频率使振动板3a激振时的共振频率和振动模式的关系。将结果表示在表1中。 

[表1] 

共振频率(kHz)	共振模式的状态
		67	在宽度方向没有驻波的波节
70	在宽度方向有驻波的波节(节数：9)
		85	在宽度方向没有驻波的波节
117	在宽度方向有驻波的波节(节数：12)
		134	在宽度方向有驻波的波节(节数：13)
157	在宽度方向没有驻波的波节
		170	在宽度方向没有驻波的波节
171	在宽度方向没有驻波的波节
		178	在宽度方向没有驻波的波节

如表1所示，振动板3a在约20kHz～约200kHz的范围中，能够以多个共振频率及共振模式进行共振。这样，在以共振频率对振动板3a进行了激振的情况下，由于可以进一步增大振动板3a的振幅，所以，可进一步增大流路1内的声压。由此，能够更加高效地沿着流路1从吸入口1a朝向排出口1b输送空气。另外，越靠近共振频率而振动板3a的振幅越大，但通过相对共振频率以约500Hz的范围的频率激振振动板3a，振动板3a的振幅显著增大，可以增大流路1内的声压，所以，有效地输送空气。 

图3表示了本发明第一实施方式的流体输送装置的振动板3a在流体的输送方向发生了共振的状态。下面利用图3，对本发明第一实施方式的流体输送装置100的振动板3a在流体的输送方向、即长度L1方向发生了共振的状态进行说明。 

本发明第一实施方式的流体输送装置100的振动体如表1所示，能够以多个共振频率进行共振，但在几个共振频率(约70kHz、约117kHz、约134kHZ)中，如图3的虚线所示，能够以在流路1的高度变大的方向共振的振动模式(条纹模式)共振。该情况下，参照图1，在振动板3a上驻波的波腹和波节分别沿宽度W2方向延伸，并且，形成为在长度L2方向交替排列的条纹状。由此，由于在驻波的波腹的位置而振动板3a的振幅变大，所以，流路1内的声压增大，在流路1内按照与 振动板3a中产生的驻波对应的方式，交替排列声压大的区域(A)和声压小的区域(B)，并且，整体上产生在流路1的高度增大的方向而声压减小的声压分布。该情况下如图3所示，在流路1的侧面、即与流路1的高度增大的方向平行一侧的反射板2和振动板3a的端部，通过声压大的区域(A)和声压小的区域(B)交替排列就会产生朝向流路1吸引流体的力。结果，除了吸入口1a之外，还能够从该侧面向流路1吸引空气，可以朝向排出口1b输送空气。由此，能够进一步输送大流量的空气。 

而且，在第一实施方式中如上所述，由于振动板3a被配置成与反射板2的间隔从吸入口1a侧朝向排出口1b侧逐渐增大，所以，不仅可容易地构成排出口1b侧比流路1的吸入口1a侧大，而且，能够沿着流路1使截面形状缓慢变化，因此，可减小压力损失，从而，能够更加高效地输送空气。 

另外，在第一实施方式的流体输送装置100中，将振动板3a与反射板2的倾斜角度θ设定约为2°，但该角度θ可以根据反射板2及振动板3a的形状或激振频率而适当变更，优选在约0.1°～约5°的范围中。而且，优选振动板3a与反射板2的间隔在约0.1mm～约5mm的范围中。 

此外，在第一实施方式的流体输送装置100中，由于按照流路1的高度从吸入口1a侧朝向排出口1b侧逐渐变大的方式，倾斜配置了反射板2和振动板3a，所以，在流路1内，声波一边在反射板2与振动板3a之间反射，一边从吸入口1a侧朝向排出口1b侧移动。由此，可以更加有效地利用声音流，从而能够更加高效地输送空气。 

而且，在第一实施方式的流体输送装置100中，由于振动板3a在以条纹模式振动之际为波节的振动板3a的端边被支承，所以，振动板3a的振动难以衰减。由此，可以高效地输送空气。 

燃料电池的第一构成例

图4表示了具有本发明第一实施方式的流体输送装置的燃料电池的第一构成例的构造。图5是从箭头A方向观察图4的燃料电池的剖面图。参照图4及图5，对本发明第一实施方式所涉及的第一构成例的燃料电池200的构造进行下述说明。 

第一构成例的燃料电池200中具有MEA14，该MEA14在由Nafion构成的电解质膜14a的上表面上及下表面上分别具有由网眼状或多孔质状的金属材料等构成的阴极14b及阳极14c。这里，燃料电池200不限定于层叠了多个MEA14的堆叠型，还可以使用平面配置的平面模块型。并且，在阴极14b的上面上，为了形成第一流路11，由ABS树脂或聚碳酸酯树脂等树脂材料等构成的反射板12和振动板13按照相互对置的方向与MEA14的上表面平行的方式配置，并且，由ABS树脂或聚碳酸酯树脂等树脂材料等构成的顶板15按照覆盖阴极14b、反射板12及振动板13的方式配置。其中，振动板13具有与第一实施方式的流体输送装置100所使用的振动体同样的构成，但在图4中省略了PZT元件的图示。而且，反射板12和振动板13按照在吸入口11a侧成为d1、在排出口11b侧成为d2的间隔的方式，配置成倾斜了角度θ。 

在MEA14的下面，按照形成具有吸入口16a和排出口16b的第二流路16的方式，配置有由ABS树脂或聚碳酸酯树脂等树脂材料等构成的底板17，通过未图示的支承部件分别固定MEA14及底板17。这样，构成了本发明第一实施方式的第一构成例的燃料电池200。 

第一构成例的燃料电池200中，通过在MEA14的阴极侧配置的反射板12及振动板13，构成了第一实施方式的流体输送装置110。由此，空气或氧等氧化用流体可以沿着第一流路11从吸入口11a吸引并且朝向排出口11b排出。 

这里，通过向第一流路11供给氧化用流体，并且沿着第二流路16由未图示的构成将氢流体或甲醇等燃料流体从吸入口16a供给，就可以在MEA14中使氧化用流体与燃料流体进行电化学反应，因此，能够从阴极14b及阳极14c向外部取出电气。 

第一构成例的燃料电池如上所述，由于具有第一实施方式的流体输送装置110，所以，不仅可容易地使装置构成小型化，而且，能够高效地输送氧化用流体。而且，即使在流路11的容积小的情况下，也能够高效地输送大流量的氧化用流体。结果，可获得能够高效进行高输出发电的小型燃料电池。 

在第一构成例的燃料电池中如上所述，流体输送装置100的振动板13和反射板12按照相互对置的方向与MEA14的上表面平行的方式配置在MEA14上。根据该构成，由于流路内的声压可以由振动板13与反射板12的间隔进行控制，所以，与MEA14的上表面垂直方向的流路的大小、即MEA14的膜厚方向的第一流路11的高度可自由改变。由此，由于MEA14的膜厚方向的流路的高度可减小，所以，可减小流体输送装置110的厚度，结果，能够实现燃料电池200的小型化。 

燃料电池的第二构成例

图6对具有本发明第一实施方式的流体输送装置的燃料电池的第二构成例的构造进行了说明。参照图6，对第二构成例的燃料电池300的构造进行如下说明。其中，在图6中对与图2及图5相同的部分赋予了同一标号，并省略其说明。 

本发明第一实施方式所涉及的第二构成例的燃料电池300中，在MEA14的上部，为了形成流路21，振动体按照相对MEA14倾斜了角度θ而对置的方式被配置，振动体与MEA14的间隔在吸入口21侧为d1而在排出口21b侧为d2。其中，振动体具有与第一实施方式的流体输送装置100中使用的振动体同样的构成，但在图6中省略了PZT元件的图示。 

在第二构成例的燃料电池300中，由于若将振动体3进行激振则由振动板3a产生的声波被MEA14反射，所以，可以由振动体3、和替代反射板而使用的MEA14构成流体输送装置120。由此，在流路21内可以朝向振动体3与MEA14的间隔变大的方向输送氧化用流体。 

这里，通过与第一构成例的燃料电池200同样，在MEA14的下面侧从第二流路16供给燃料流体，可以在MEA14中使氧化用流体与燃料流体进行电化学反应，因此，能够从阴极14b及阳极14c向外部输出电力。 

在第二构成例中，由于利用MEA14取代反射板，且将振动体与MEA14所夹持的空间(流路21)利用为流路，所以，能够使燃料电池300的构成更加简单，并且可容易地实现小型化。 

而且，在第二构成例中，由于在MEA14的表面而声波起作用，所 以，可以使通过上述电化学反应而生成的CO₂及H₂O难以附着于MEA14的表面。由此，能够抑制燃料电池300的输出降低。 

另外，在上述第一实施方式中，振动体的激振通过安装在非压电材料的振动板3a的振动赋予部、即PZT元件3b的激振来进行，但本发明不限定于此，由PZT、钽酸锂(LiTaO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、四硼酸锂(Li₂B₄O)等压电陶瓷或水晶等压电材料构成的弹性板使之直接振动也可以。该情况下，通过向压电材料的极化方向施加电压，可以直接激振由压电材料构成的弹性板。或者，也可以与高频滤波器等中所使用的SAW器件同样，通过在由压电材料构成的弹性板的表面形成一对梳形电极等、即在压电材料的表面形成电极，在压电材料的表面产生表面弹性波。 

并且，在上述第一实施方式的流体输送装置中，反射板2和振动板3a都是平板状，振动板3a相对反射板2被配置成倾斜了角度θ，但本发明不限定于此，例如，可以使反射板2及振动板3a至少一方形成、配置为阶梯(step)状。 

图7表示了本发明第一实施方式的流体输送装置的变形例的构造。参照图7，对本发明第一实施方式的流体输送装置的变形例的构造进行下述说明。其中，图7中对与图2相同的部分赋予了相同标号，并省略其说明。而且，振动体3具有与第一实施方式的流体输送装置100中使用的振动体相同的构成，但在图7中，省略了PZT元件的图示。 

在图7所示的流体输送装置400中，反射板32形成为阶梯状，并且，构成阶梯的各面A、B分别与振动体平行对置，被配置成具有d1及d2的间隔。由此，按照被反射板32和振动体3夹持的方式形成了流路31，流路31在吸入口31a侧形成为d1的高度，在排出口31b侧形成为d2的高度。 

该流体输送装置400中，由于也通过振动体3的激振，在流路31内与第一实施方式的流体输送装置同样地产生声音流，并且，排出口31b侧比吸入口31a侧压力损失小，所以，在流路31内可以从吸入口31a朝向排出口31b的方向供给流体。 

在上述说明中，反射板32成形为阶梯状，但本发明不限定于此，也 可以如图8所示，使振动板3a形成为阶梯状。而且，如果出口侧与流路的入口侧相比，被配置成相互的间隔增大，则振动板及反射板都可以形成为阶梯状。另外，上述阶梯的级数也可以为多级。 

并且，在上述第一实施方式中，振动板以沿流路1的高度增大的方向共振的振动模式(条纹模式)振动，但本发明不限定于此，只要从流路的一方朝向另一方产生了声压梯度，则振动板也可以按任意的模式振动。 

另外，在上述第一实施方式中，沿着流路1输送了空气，但本发明不限定于此，也可以进行其他气体或液体的输送。而且，通过在流体中分散粉末等固状物，还可以输送该固状物。 

此外，在上述第一实施方式所涉及的燃料电池的第一构成例及第二构成例中，流体输送装置110及120被用作在MEA14的阴极14b侧供给氧化用流体，但本发明不限定于此，也可以用作在阳极14c侧供给燃料流体，还可以用作在MEA14的两侧供给各自的流体。 

而且，在上述第一实施方式所涉及的燃料电池的第一构成例及第二构成例中，针对一个MEA14配置了一个流体输送装置110或120，但本发明不限定于此，也可以如图9所示，针对一个MEA14配置多个流体输送装置。在按照形成多个流路31的方式并列配置了多个流体输送装置的情况下，由于可以控制MEA14的上面或下面的面方向的流量，所以，能够抑制MEA14的平面方向的发电不均等。并且，在沿着一个流路串联配置了多个流体输送装置的情况下，即使增长了流路1，也可以输送足够流量的流体。 

(第二实施方式) 

图10表示具备本发明第二实施方式的流体输送装置的燃料电池的第一构成例。在该燃料电池中，流体输送装置4是根据声音流的原理，产生沿着MEA14的表面的空气流的部件，在第一构成例中如图11及图12所示，沿着MEA14的表面形成了空气的流路40。 

如图10所示，在流路40的两侧竖立设置有相对MEA14的表面以垂直的姿势沿着流路40延伸的一对流路壁41、41，并且，跨过两个流路壁41、41配置有覆盖流路40的振动板42，在该振动板42 的上面设置有压电振动件43。由此，如图11所示，振动板42和MEA14的表面隔着间隔相互对置，由振动板42的振动所产生的声波在MEA14的表面与振动板42之间的流路40内被反射。 

这里，振动板42形成为在流路40的入口侧的端部42a(图11的左方端部)具有最小厚度T1，且在流路40的出口侧的端部42b(图11的右方端部)具有最大厚度T2的剖面楔状。 

在上述流体输送装置4中，将振动板42与MEA14的表面的间隔，设定为产生气柱共振的共振高度(例如0.1～5mm)，通过由压电振动件43使振动板42产生超声波域的驻波，在振动板42与MEA14的表面之间产生气柱共振。这里，振动板42由于在流路40的入口侧厚度小而抗挠刚度小，在出口侧厚度大而抗挠刚度大，因此，如图中由虚线箭头所示，在流路40的入口侧以大的振幅振动、在流路40的出口侧以小的振幅振动，由此，流路40内的声压在入口侧高，在出口侧低。 

这样，形成了从流路40的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路40内从入口朝向出口产生声音流，流路40内的空气从入口朝向出口一样地流动。结果，可以对MEA14供给空气，在MEA14中产生发电反应。 

另外，通过如图20所示，对图10所示的第一构成例的燃料电池分别在流路壁41、41上开设第二入口49、49，可以从流路40的侧方如箭头B所示那样，进行流体吸入。 

图12表示了第二构成例的燃料电池。如图所示，该燃料电池中，在流体输送装置4中沿着MEA14的表面形成流路40，覆盖该流路40的振动板42在流路40的入口侧具有小的厚度T1的薄板部42c且在流路40的出口侧具有大的厚度的厚板部42d。 

在上述第二构成例中也与第一构成例同样，通过由压电振动件43驱动振动板42，使得振动板42在流路40的入口侧以大的振幅振动而在出口侧以小的振幅振动，由此，可形成从流路40的入口朝向出口降低的声压梯度。结果，在流路40内从入口朝向出口产生声音流，流路40内的空气从入口朝向出口同样地流动。 

图13(a)(b)(c)分别表示了燃料电池的第三构成例中的流 体输送装置。如图所示，在该流体输送装置中，振动板42通过沿着流路使其平面形状变化，在流路的入口侧(图6的左侧)实现了小的抗挠刚度，在流路的出口侧(图6的右侧)实现了大的抗挠刚度。在该构成中也同样，从流路的入口朝向出口产生声音流，流路内的空气从入口朝向出口一样地流动。 

图14表示了燃料电池的第四构成例中的流体输送装置。如图所示，沿着MEA14的表面形成了空气的流路40，按照覆盖该流路40的方式设置有振动板42。振动板42在流路40的入口侧具有由弹性系数小的材质构成的第一振动板部42e，并且在流路40的出口侧具有由弹性系数大的材质构成的第二振动板部42f。 

在上述构成中，振动板42由于在流路40的入口侧弹性系数小，所以抗挠刚度小，由于在出口侧弹性系数大，所以抗挠刚度大，因此，在流路40的入口侧以大的振幅振动，在流路40的出口侧以小的振幅振动，由此，流路40内的声压在入口侧高，在出口侧低。结果，在流路40内从入口朝向出口产生声音流，如图中箭头A所示那样，流路40内的空气从入口朝向出口同样地流动。 

图15及图16表示了第五构成例的燃料电池中的流体输送装置。如图所示，在该流体输送装置4中，沿着MEA14的表面形成流路40，在该流路40的两侧竖立设置有一对流路壁41、41，跨过两个流路壁41、41设置有罩5。在罩5的中央部设置具有中央开口44的圆形振动板42，在该振动板42的表面安装有包围中央开口44的环状压电振动件43。 

在该流体输送装置4中，由于振动板42呈圆板状，所以，其外周部的抗挠刚度比中央部的抗挠刚度小。因此，通过驱动压电振动件43，会在振动板42的外周部产生大振幅的振动，在中央部产生小振幅的振动。结果，在流路40中产生从振动板42的外周部朝向中央部降低的声压梯度，生成从外周部朝向中央部的声音流。伴随与此，如图中箭头A所示那样，空气以罩5两侧的开口为入口而流入，该空气以振动板42的中央开口44为出口向外部流出。 

而且，也能够采用如图17所示，在MEA14上开设中央开口10， 使从罩5两侧的开口流入的空气从MEA14的中央开口10向外部流出的构成(第六构成例)。 

并且，还能够采用如图18所示，在罩5的两个位置分别设置图16所示的振动板42及压电振动件43，使从罩5的两侧流入的空气从两个振动板42、42的中央开口44、44流出的构成(第七构成例)。 

为了验证本发明第二实施方式的液体输送装置的效果，制作了图12所示的第二构成例的流体输送装置(以下称作本发明例)、和除振动板由均匀厚度构成外与本发明例同样的流体输送装置(以下称作比较例)，并对含有石松子的空气流进行观察。其中，在比较例中使用宽30mm×长30mm×厚1mm的铝板(A5052)作为振动板，使用宽7mm×长30mm×厚1mm的PZT元件(富士陶瓷公司制造的“C203”)作为压电振动件43，使用宽30mm×长30mm×厚1mm的丙烯酸板作为反射板，在本发明例中，将振动板42的薄板部42c的厚度设为0.5mm，将厚板部42d的厚度设为1.0mm。并且，将流路40的高度H设定为0.5mm。另外，压电振动件43以约36kHz的频率振动。 

比较例中，在对压电振动件43施加电压的前后石松子移动，但空气的流动不一样，难以控制空气的流动方向。与之相对，本发明例中，在对压电振动件43施加电压的前后，石松子从流路40的入口朝向出口同样地流动，可确认容易控制流动方向。 

而且，对分别使本发明例的振动板和比较例的振动板振动时的变位量进行测定，并比较了两个振动板的变位量的分布。其中，使用宽30mm×长20mm×厚1mm的铝板(A5052)作为比较例的振动板，而作为本发明例的振动板，除了厚板部的厚度为1mm、薄板部的厚度为0.5mm、沿长度方向在10mm的位置厚度从1mm变为0.5mm之外，使用了同样的铝板(A5052)。并且，压电振动件43以约36kHz的频率振动。 

结果，在本发明例的振动板中如图19(a)所示，厚板部与薄板部在变位量上产生了约1.1μm的较大差，而在比较例的振动板中如图19(b)所示，长度方向的变位量之差小至0.05μm左右。其中，图 19的横轴表示长度方向的位置，纵轴表示长度方向的位置处的振动板厚度方向的变位量。尤其在图19(a)的横轴中，以振动板的厚度较厚的一端为基准。因此可以验证，根据图12所示的流体输送装置4，能够通过振动板42的薄板部42c的大幅振动产生大的声压，在流路40内形成足够的声压梯度。在其他构成例中也可获得同样的效果。 

如上所述，在具备本发明第二实施方式的流体输送装置的燃料电池中，由于流体输送装置4具有基于声音流的原理将沿着MEA14设置的流路40内的空气进行传输的构造，所以，不需要作为应该与流路40连接的外部设备的流体供给机构，可由振动板42和反射壁构成流路40自身，只不过是在振动板42上设置了压电振动件43的简单构造。因此，能够实现流体输送装置4的小型化和节约消耗电力，适合作为小型电子设备用燃料电池的流体输送装置。 

尤其在燃料电池中采用了本发明第二实施方式的流体输送装置的构成中，由于伴随着振动板42的振动声波作用于MEA14的表面壁，所以，能够使附着在阴极14b的表面的水、附着在阳极14c的表面的二氧化碳向流路40侧扩散，由此，可提高燃料电池的性能。 

(第三实施方式) 

图21表示了具备本发明第三实施方式的流体输送装置的燃料电池的第一构成例。在该燃料电池中，流体输送装置4基于声音流的原理产生沿着MEA14的表面的空气流，在第一构成例中如图21及图22所示，沿着MEA14的表面形成了空气的流路40。在流路40的两侧竖立设置有相对MEA14的表面以垂直的姿势沿着流路40延伸的一对流路壁41、41，并且，跨过两个流路壁41、41设置有覆盖流路40的振动板42，在该振动板42的上表面设置有压电振动件43。 

由此，如图22所示，振动板42与MEA14的表面隔着规定间隔H相互对置，通过振动板42的振动而产生的声波在MEA14的表面与振动板42之间的流路40内被反射。这里，振动板42在流路40的出口侧(图22的右侧)比MEA14向外侧(图22的右方)更突出规定距离S，具有不与MEA14的表面对置的区域48。 

在上述流体输送装置4中，将振动板42与MEA14的表面的间隔H设定为发生气柱共振的共振高度(例如0.1～5mm)，通过由压电振动件43在振动板42中产生超声波域的驻波，会在振动板42与MEA14的表面之间发生气柱共振。 

而且，通过将振动板42的端部区域48的突出距离S，设定为例如在振动板42中产生的驻波的二分之一波长左右的适当距离(例如0.5～5mm)，可以形成从流路40的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路40内从入口朝向出口产生声音流，流路40内的空气如箭头A所示那样从入口朝向出口一样地流动。结果，可对MEA14供给空气，在MEA14中发生发电反应。。 

另外，如图29所示，通过对图21所示的第一构成例中的流体输送装置4分别在流路壁41、41上开设第二入口49、49，还可以从流路40的侧方如箭头B所示那样，进行流体吸入。 

图23及图24表示了燃料电池的第二构成例。如图所示，流体输送装置4中，在MEA14的表面平行设置有多列流路40a～40a，这些流路40a～40a被相对MEA14的表面垂直的流路壁41相互隔开。并且，覆盖各流路40a地设置有多个振动板42a～42a，并在各振动板42a上安装有压电振动件43a。这些振动板42a～42a分别在流路40a的出口侧比MEA14向外侧更突出规定距离，具有不与MEA14的表面对置的区域48。 

在上述第二构成例中也与第一构成例同样，通过介由压电振动件43a在振动板42a中产生超声波域的驻波，在各流路40a内从入口朝向出口产生声音流，各流路40a内的空气从入口朝向出口同样地流动。 

图25及图26表示了燃料电池的第三构成例。如图所示，形成有沿着MEA14的表面相互平行的两条空气流路40b、40b，两个流路40b、40b在出口附近合流。两个流路40b、40b被与MEA14的表面平行的罩47覆盖。在两个流路40b、40b的两侧设置有相对MEA14的表面具有垂直的姿势并与流路40b、40b平行延伸的一对振动板45、45，在各振动板45上安装有压电振动件43b。 

而且，在两个流路40b、40b之间竖立设置有相对MEA14的表面具有垂直姿势的反射板46。该反射板46在流路出口附近被中断，由此，各振动板45比反射板46更突出规定距离S，形成了不与反射板46对置的区域48。这样，如图26所示，各振动板45和反射板46隔开规定间隔相互对置，由各振动板45的振动产生的声波被反射板46反射。

在上述流体输送装置4中，通过介由两个压电振动件43b、43b在振动板45、45中产生超声波域的驻波，会在各振动板45与反射板46之间发生气柱共振，产生声音流。这里，由于在流路40b、40b内形成了从流路40b、40b的入口朝向出口降低的声压梯度，所以，流路40b、40b内的空气如箭头A所示那样，从入口朝向出口同样地流动。结果，可对MEA14供给空气，在MEA14中发生发电反应。 

图27及图28表示了燃料电池的第四构成例。如图所示，在流体输送装置4中，沿着MEA14的表面形成有空气的流路40c。在流路40c的两侧竖立设置有相对MEA14的表面以垂直的姿势沿着流路40c延伸的一对流路壁41、41，并且，跨过两个流路壁41、41，覆盖流路40c的两张振动板51、51以相互隔开间隔的方式被设置，在各振动板51的上表面设置有压电振动件43c。根据该构成，在两个振动板51、51之间形成了流路40c的入口，在两个振动板51、51的两端部形成了两个出口。 

这里，两个振动板51、51在流路40c的出口侧(图28的左右两侧)比MEA14向外侧更突出规定距离S，各振动板51具有不与MEA14的表面对置的区域48。 

在上述流体输送装置4中，通过介由压电振动件43c、43c在振动板51、51中产生超声波域的驻波，会在各振动板51与MEA14的表面之间发生气柱共振。这里，由于两个振动板51、51分别具有不与MEA14对置的区域48，所以，可形成从流路40c的入口朝向两个出口降低的声压梯度，由此，在流路40c内产生从入口朝向两个出口的声音流，如箭头A所示那样，从流路40c的入口流入的空气会分流，朝向两个出口同样地流动。结果，可对MEA14供给空气，在MEA14中发生发电反应。 

为了验证本发明第三实施方式的流体输送装置的效果，制作了与图21及图22所示的第一构成例同样的流体输送装置(下面称作本发明例)、和除振动板42不从MEA14突出外而与本发明例同样的流体输送装置(下面称作比较例)，并观察含有石松子的空气的流动。 

其中，在试制的流体输送装置4中，使用宽30mm×长30mm×厚1mm的铝板(A5052)作为振动板42，使用宽7mm×长30mm×厚1mm的PZT元件(富士陶瓷公司制造的“C203”)作为压电振动件43，使用宽30mm×长30mm×厚1mm的丙烯酸板作为反射板，将流路40的高度H设为0.5mm，将振动板42的端部区域48的突出距离S设定为2.5mm。而且，使压电振动件43以约34kHz的频率振动。 

比较例中，在对压电振动件43施加电压的前后石松子移动，但空气的流动不一样，难以控制其流动方向。与之相对，本发明例中，在对压电振动件43施加电压的前后，石松子从流路40的入口朝向出口同样地流动，可确认容易控制流动方向。 

如上所述，在具备本发明第二实施方式的流体输送装置4的燃料电池中，由于流体输送装置4具有基于声音流的原理对沿着MEA14设置的流路40内的空气进行输送的构造，所以，不需要作为应该与流路40连接的外部设备的流体供给机构，可由振动板42和反射壁构成流路40自身，只不过是在振动板42上设置了压电振动件43的简单构造。因此，能够实现流体输送装置4的小型化和节约消耗电力，适合作为小型电子设备用燃料电池的流体输送装置。 

尤其在燃料电池中采用了本发明的流体输送装置的构成中，由于伴随着振动板42的振动而MEA14的表面壁振动，所以，能够使附着在MEA14的阳极14c表面的水、附着在阴极14b的表面的二氧化碳向流路40侧扩散，由此，可提高燃料电池的性能。 

(第四实施方式) 

图30表示了具备本发明第四实施方式的流体输送装置的燃料电池。在该流体输送装置4中，对与振动板42对置的MEA14的表面壁18 而言，流路40的入口侧的壁部18a由具有大的声阻的材质形成，并且，所述流路的出口侧的壁部18b由具有小的声阻的材质形成。这里，声阻由反射壁的质量与声速之积来定义。 

在第四实施方式的流体输送装置4中，由于用于反射声波的MEA14的表面壁18在流路40的入口侧具有大的声阻且在所述流路40的出口侧具有小的声阻，所以，在流路40的入口侧产生大的声压，在流路40的出口侧产生小的声压。结果，形成从流路40的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路40内从入口朝向出口产生声音流，流路40内的流体从入口朝向出口流动。 

(第五实施方式) 

图31表示了具备本发明第五实施方式的流体输送装置的燃料电池，该流体输送装置4中，在与振动板42对置的MEA14的表面壁之内的、流路40的出口侧区域形成有多个凹部14a，由此，成为反射壁的MEA14的表面壁在流路40的入口侧吸音率低而在流路40的出口侧吸音率高。 

在第五实施方式的流体输送装置4中，由于用于反射声波的MEA14的表面壁18的表面，形成为在流路40的入口侧吸音率低而在流路40的出口侧吸音率高的表面状态，所以，在流路40的入口侧反射波增强，在流路40的出口侧反射波减弱。结果，可形成从流路40的入口朝向出口降低的声压梯度，由此，在流路40内从入口朝向出口产生声音流，流路40内的流体从入口朝向出口流动。 

(振动板的支承构造) 

图32及图33表示了上述各实施方式的流体输送装置中的振动板的支承构造。如图所示，在MEA14的两侧部竖立设置有一对流路壁41、41，跨过两个流路壁41、41设置有罩6。在该罩6的背面安装有4个钩子状支承部件61～61，由这4个支承部件61～61支承振动板3a 。 

在基于PZT元件3b的驱动使得振动板3a以高次共振模式振动的情况下，振动板3a的振动中如图34(b)(c)所示，在多个位置 形成波腹和波节。所述4个支承部件61如图34(b)(c)所示，被配置成与最初的波节的位置和最后的波节的位置对应，由此，可以在2个波节的位置从两侧支承振动板3a。这样，通过在波节的位置支承振动板3a，振动板3a会以其固有的振动数共振，能够高效地发出声波。 

图35及图36表示了振动板的其他支承构造。该支承构造中，在两个流路壁41、41上设置振动板3a，利用粘结剂62将其固定在与最初的波节的位置和最后的波节的位置对应的4个位置。 

图37及图38表示了振动板的又一个支承构造。该支承构造中，在罩6的背面安装有4个销状的支承部件63～63，这4个支承部件63～63的前端连结在振动板3a的两侧面，振动板3a在前后2个波节的位置处被支承。 

图39及图40表示了振动板的另外的支承构造。该支承构造中，在振动板3a的两侧面如图40(a)所示那样，在与最初的波节的位置和最后的波节的位置对应的4个位置，向外突出设置有4个脚片64～64，这些脚片64～64如图39所示，与两个流路壁41、41连结。由此，振动板3a在前后2个波节的位置处被支承。 

另外，也可以取代图40(a)所示的脚片64～64，而如图40(b)所示，通过连结部65连结前后2个脚片64、64，由两个流路壁41、41支承两侧的连结部65、65。 

图41及图42表示了又一个支承构造。该支承构造中，在振动板3a中如图42所示，在与最初的波节的位置和最后的波节的位置对应的4个位置，朝上突出设置有螺栓部件66～66，通过将这些螺栓部件66～66拧入罩6中来进行固定。由此，振动板3a在前后2个波节的位置处被支承。 

另外，还能够如图43所示那样，在振动板3a上开设4个孔，将支承部件67～67安装到这些孔中，并将这些支承部件67～67与罩6的背面连结。 

(向各种电子设备的应用例) 

图44及图45表示了搭载有本发明的燃料电池的折叠式移动电话机。该移动电话机由铰链机构73将显示侧框体71和操作侧框体72连 结成能够相互开闭，在显示侧框体71的内面配备有主显示器71b，在外面配备有副显示器71c。而且，为了检测显示侧框体71与操作侧框体72的开闭，如图45所示，在显示侧框体71的内面配置有突起71a，并在操作侧框体72的内面配备有用于被所述突起71a开启/关闭的开闭检测开关72a。 

该移动电话机中，在显示侧框体71或操作侧框体72的内部内置有本发明的燃料电池，或者如图46所示，在显示侧框体71的背面安装有本发明所涉及的燃料电池9。该燃料电池9如图49及图50所示，在罩76的内部配备有：具有燃料供给部及燃料盒的基板74、具有后述控制电路等的电路部75、MEA14、排水部77、振动板3a及PZT元件3b等，可以从该燃料电池对电话机主体供给电力。在罩76上形成有用于吸入空气的吸入口76a、和用于派出空气的排出口76b。 

这里，如果采用将流体输送装置的高压侧(吸入口侧)配置在图44所示的铰链机构73侧的构成，则由于框体71、72在铰链机构73的附近区域具有高的构造强度，所以，能够将流体输送装置的铰链机构侧的声压设定得高。 

如图51所示，吸入口76a及排出口76b分别配置在罩76的与振动板3a对置的区域的外侧。因此，从吸入口76a吸入的空气不会被振动板3a遮挡地流入到流路中，然后，不会被振动板3a遮挡地从排出口76b排出。结果，可实现空气的高效移动。而且，如果将如图52所示具有蓄水部77a的排水部77，与图51所示的空气流路的终端部对置配置，则由于在燃料电池的阴极侧生成的水(不要物)会与空气一同朝向排水部77流动，所以，能够从排水口77高效地排出水。另外，在排水部77中，与空气一同流入的水暂时被蓄积在蓄水部77a中，然后，通过蒸发从排水口77b排出。 

作为排水部77，如图53及图54所示，如果采用蓄水部77a向空气流路侧突出的构成，则能够高效地将在燃料电池的阴极侧生成的水送入到排水部77的蓄水部77a。而且，排水部77的排水口77b可以成为网格构造。并且，通过使排水部77成为拆卸式，能够除去蓄水部77a中蓄积的水。 

同样在阳极侧利用了流体输送装置的情况下，通过使流体朝向排出口流出，可以高效地排出在燃料电池的阳极侧生成的二氧化碳(不要物)。 

另外，如图47及图48所示，在显示侧框体71的背面安装有燃料电池91的移动电话机中，还能够在罩76的侧面与上下的端面开设吸入口76a及排出口76b。 

并且，图56及图57所示的平板式移动电话机中，在框体70的背面开设了吸入口76a及排出口76b，吸入口76a被配置在框体70的背面下部，排出口76b被配置在框体70的背面上部。另外，图58及图59所示的平板式移动电话机中，在框体70的侧面及底面开设了吸入口76a及排出口76b，吸入口76a被配置在框体70的底面及侧面下部，排出口76b被配置在框体70的侧面上部。 

这样，在通常的使用状态下(通话状态)吸入口76a位于下方(重力作用方向)、排出口76b位于上方的构成中，由于流路内的空气被MEA加热使得在流路内基于浮力而上升，所以，能够使空气从吸入口76a朝向排出口76b高效地移动。因此，可以通过燃料电池产生的电力充足地供给通话中的大量消耗电力。另外，在通过滑座机构将一对框体相互连接起来的滑盖式移动电话机中也同样，吸入口及排出口在通常的使用状态下被配置成吸入口位于任意一个框体的下方，排出口位于上方。 

不过，如图55所示，利用上述的支承构造(参照图32～图43)将振动板3a支承在罩76上，但例如通过在突出设置于振动板3a的各脚片64与罩76之间，夹入由硬质橡胶、硅、丙烯酸、特氟隆(注册商标)材料等具有防振效果的材料构成的部件69，可抑制从振动板3a向框体传递振动，减少因框体的振动引起的噪音。或者，通过采用硬质橡胶、硅、丙烯酸、特氟隆(注册商标)材料等具有防振效果的材料作为支承部件自身(支承部件61、支承部件63、脚片64、连结部65、螺栓部件66、支承部件67)，也可获得同样的效果。 

而且，通过按照与振动板3a对置的方式在罩76的内面粘贴由氨基甲酸酯海绵、聚氨酯泡沫等构成的吸音板，对罩76和振动板3a夹持的空间等、所述流路以外的空间中的空气振动进行吸收，可以减少因框体的振动引起的噪声。 

图60是表示该燃料电池的构成的框图。在包括由微机与DC/AC转换器等构成的控制电路8和PZT元件3b的本发明流体输送装置中，从控制电路8向PZT元件3b供给驱动信号，使PZT元件3b驱动，与之相伴，从PZT元件3b向控制电路8反馈电流值与振动变位量等信息。 

基于PZT元件3b的驱动进行向MEA14的气体供给，通过由此而得到的电力对二次电池81充电，并将该二次电池81作为电源，使电话机主体80动作。这里，MEA14的发电量被反馈给控制电路8。另外，还能够将从MEA14获得的电力直接提供给电话机主体80。 

图61表示了在上述的燃料电池中，用于使振动板在共振点振动的控制电路的电流控制的流程。在该电流控制中，通过基于递进(hill-climbing)法使从PZT元件得到的电流值最大化，将振动板的振动数设定为共振频率。 

首先，在图61的步骤S1中，将初始值(例如70kHz)设定为振动板的频率f，并且测定电流值，将结果分别代入到电流当前值Ii及电流过去值Iold中。然后，在上升模式(up mode)下，在步骤S2中比较电流当前值Ii和电流过去值Iold，如果Ii≥Iold，则转移到步骤S3，对频率f和规定的最大频率fmax进行比较，如果f＜fmax，则在步骤S4中将频率增加。 

然后，在步骤S5中，将电流当前值Ii代入到电流过去值Iold中，并取得新的电流当前值Ii，返回到步骤S2，对电流当前值Ii和电流过去值Iold进行比较。由此，当在步骤S2中判断为Ii＜Iold，或在步骤S3中判断为f≥fmax时，转移到下降模式(down mode)。 

在下降模式中，在步骤S7中比较电流当前值Ii和电流过去值Iold，如果Ii＞Iold，则转移到步骤S8，比较频率f和规定的最小频率fmin，如果f＞fmin，则在步骤S9中将频率降低。 

然后，在步骤S10中，将电流当前值Ii代入到电流过去值Iold中，并取得新的电流当前值Ii，返回到步骤S7，进行电流当前值Ii与电流过去值Iold的比较。由此，当在步骤S7中判断为Ii≤I old，或在步骤S8中判断为f≤fmin时，转移到上升模式。 

这样，通过以上升模式和下降模式动作，能够以共振频率动作。 

根据这样的控制，即使在振动板的频率因振动板的发热、杂质的附着等而偏离的情况下，也可以使振动板总在共振点振动，产生大的声音流。而且，通过促发驱动能够进一步抑制消耗电力。 

不过，上述移动电话机在待机状态下消耗电力少，而在进行显示器的画面显示与背光灯的点亮的状态下消耗电力增大。因此，通过采用图62所示的振动板驱动控制，可以只在消耗电力增大的情况下采用使振动板振动来输送流体的构成。 

例如在图44及图45所示的折叠式移动电话机中，首先在图62的步骤S11中判断开闭检测开关72a中是否存在开启/关闭状态的变化。这里，当存在开启/关闭状态的变化时，转移到步骤S12，判断开闭检测开关是变化为开启、还是变化为关闭。在移动电话机被打开、开闭检测开关变化为开启的情况下，在步骤S13中通过显示器进行画面显示并点亮背光灯，在设定了可操作状态之后，转移到步骤S14，驱动流体输送装置的振动板。反之，在移动电话机被关闭、开闭检测开关变化为关闭的状态下，在步骤S15中停止显示器的显示画面并熄灭背光灯，在设定了睡眠状态之后，转移到步骤S16，停止驱动流体输送装置的振动板。另外，在如图44所示具备副显示器71c的移动电话机中，也可以当闭合框体之后经过一定时间后，在熄灭副显示器的背光灯的控制中，使背光灯熄灭之后停止振动板的振动。 

而且，图56～图59所示的平板式移动电话机中，在通过操作按钮的操作使背光灯点亮、经过一定时间没有按钮操作的情况下，在熄灭背光灯的控制中，能够对应按钮操作或背光灯的点亮/熄灭，开启/断开振动板的驱动。 

另外，上述各实施方式及各构成中的所有点都只是例示，应该认为不是对本发明的限制。本发明的范围不是由上述实施方式及构成例的说明规定的，而由权利要求的范围规定，并且包括与权利要求的范围等同的主旨及范围内的所有变更。 

例如，本发明的燃料电池不限定于移动电话机，还能够作为用于对移 动电话机等进行充电的充电器、摄像机等AV设备、便携式游戏机、导航装置、手提式吸尘器、业务用发电机、机器人等所有电子设备的电源而使用。并且，本发明的流体输送装置不限于燃料电池所使用的构成，还能够在上述所有的电子设备的电源以外的用途中应用，例如，还能够形成沿着构成电子设备的电子电路部的表面配备本发明的流体输送装置，通过该流体输送装置输送冷却用的空气，对电子电路部进行冷却的构成。而且，通过利用这样的流体输送装置，可以将燃料电池形成为平面模块。 

另外，在与流体输送装置的流路的终端部(振动板和MEA相对形成的流路的终端部分)对置的位置设置了排水部77，但不限定于该位置，即使在终端部附近、例如与排出口76b之间的任意位置设置，也能够得到同样的排水效果。 

此外，上述说明对通常的使用状态(通话状态)进行了叙述，但这只是本实施例记载的移动电话机中的一个例子，在摄像机等AV设备中对静止画与动画进行摄影的状态、阅览所拍摄的静止画与动画的状态相当于通常的使用状态；如果是便携用游戏机，则执行游戏的状态相当于通常的使用状态；在导航装置或业务用发电机等不动电子设备中，设置状态相当于通常的使用状态。这样，由于因设备不同通常的使用状态也不相同，所以，不限定于通话状态。 

Claims (31)

1.一种流体输送装置，用于沿着流路输送流体，

隔着所述流路在两侧对置配备有产生声波的振动板和反射所述声波的反射板，配备有声压梯度产生机构，用于在所述流路内产生声压梯度即声压在所述流路的出口侧比入口侧低，通过基于所述振动板的振动在所述流路内产生的声压梯度来输送所述流体。

2.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板和反射板被配置得相互的间隔在所述流路的出口侧比入口侧大。

3.根据权利要求2所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板被配置得其与所述反射板的间隔从所述入口侧朝向所述出口侧逐渐变大。

4.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板的抗挠刚度及质量中的至少任意一方，在所述流路的出口侧比入口侧大。

5.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板的截面二次力矩在所述流路的出口侧比入口侧大。

6.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板的弹性系数在所述流路的出口侧比入口侧大。

7.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板在所述流路的出口侧比反射板更向外侧突出，具有不与反射板对置的区域。

8.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述反射板的声阻在所述流路的出口侧比入口侧小。

9.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述反射板的与振动板的对置面被形成为其吸音率在所述流路的出口侧比入口侧高的表面状态。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的流体输送装置，其特征在于，

所述流路沿着所述反射板的表面形成为多列。

11.根据权利要求1～9中任意一项所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板在伴随振动而形成的多个波节之中的至少一个波节的位置被支承。

12.根据权利要求1～9中任意一项所述的流体输送装置，其特征在于，

在所述流路内发生了所述声波的共振。

13.根据权利要求1～9中任意一项所述的流体输送装置，其特征在于，

所述振动板以所述振动板的共振频率或其附近的频率被激振。

14.根据权利要求1～9中任意一项所述的流体输送装置，其特征在于，

在所述振动板的表面设置有对所述振动板赋予振动的振动赋予部。

15.一种燃料电池，具备：膜·电极接合体，其具有电解质膜及在该电解质膜的两面上形成的一对电极；和流体输送装置，其用于沿着在该膜·电极接合体的表面形成的流路输送燃料流体及氧化用流体的至少任意一方的流体，在该流体输送装置中，隔着所述流路在两侧对置配置有产生声波的振动板和反射所述声波的反射板，配备有声压梯度产生机构，用于在所述流路内产生声压梯度即声压在所述流路的出口侧比入口侧低，通过基于所述振动板的振动在所述流路内产生的声压梯度来输送所述流体。

16.根据权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，

沿着所述膜·电极接合体的表面形成所述流路，在该流路中流动流体的过程中，对所述膜·电极接合体进行流体的供给。

17.根据权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，

所述流体输送装置的振动板和反射板以相对所述膜·电极接合体的所述表面为垂直的姿势配置。

18.根据权利要求16所述的燃料电池，其特征在于，

所述流体输送装置的振动板和反射板以相对所述膜·电极接合体的所述表面为垂直的姿势配置。

19.根据权利要求15或16所述的燃料电池，其特征在于，

所述流体输送装置的振动板与所述膜·电极接合体对置配置，作为所述反射板可使用所述膜·电极接合体的表面壁。

20.根据权利要求15～18中任意一项所述的燃料电池，其特征在于，

所述流体输送装置的振动板，与所述膜·电极接合体的表面正交且配备在所述流路的两侧；所述反射板，与所述膜·电极接合体的表面正交且配备在所述流路的中央部。

21.根据权利要求15～18中任意一项所述的燃料电池，其特征在于，

所述流路在其中央部具有入口或出口；在其两端部分别具有出口或入口。

22.根据权利要求15～18中任意一项所述的燃料电池，其特征在于，

具有用于吸入流体的吸入口和用于排出流体的排出口，该吸入口及排出口分别配置在与所述振动板对置的区域的外侧。

23.根据权利要求15～18中任意一项所述的燃料电池，其特征在于，

在所述流体输送装置的流路的终端部附近，设置有用于排出由所述膜·电极接合体产生的生成物的排出部。

24.一种电子设备，具有在电解质膜的两侧配备阳极和阴极而构成膜·电极接合体的燃料电池，该燃料电池具有流体输送装置，用于向构成所述膜·电极接合体的阳极及/或阴极供给流体，在该流体输送装置中，隔着所述流体的流路在两侧对置配备有产生声波的振动板和反射所述声波的反射板，配备有声压梯度产生机构，用于在所述流路内产生声压梯度即声压在所述流路的出口侧比入口侧低，通过基于所述振动板的振动在所述流路内产生的所述声压梯度来输送所述流体。

25.根据权利要求24所述的电子设备，其特征在于，

电子设备主体通过铰链机构将一对框体相互连结而构成，在任意一方的框体中内置有所述流体输送装置，或在任意一方框体的背面安装有所述燃料电池，该燃料电池将流体输送装置的高压侧朝向铰链机构侧而被配置。

26.根据权利要求24所述的电子设备，其特征在于，

在电子设备主体的框体上开设有用于吸入流体的吸入口和用于排出流体的排出口，该吸入口和排出口在电子设备主体的通常使用状态下，被配置成排出口比吸入口位于上方。

27.根据权利要求25所述的电子设备，其特征在于，

在电子设备主体的框体上开设有用于吸入流体的吸入口和用于排出流体的排出口，该吸入口和排出口在电子设备主体的通常使用状态下，被配置成排出口比吸入口位于上方。

28.根据权利要求24～27中任意一项所述的电子设备，其特征在于，

在电子设备主体的消耗电力增大时，接通所述流体输送装置的振动板的驱动.

29.根据权利要求24～27中任意一项所述的电子设备，其特征在于，

在电子设备主体的消耗电力减少时，断开所述流体输送装置的振动板的驱动。

30.一种电子设备，具有：电子电路部；和沿着流路使流体移动的流体输送装置，所述流路沿着该电子电路部的表面形成，在该流体输送装置中，隔着所述流体的流路在两侧对置配备有产生声波的振动板和反射所述声波的反射板，配备有声压梯度产生机构，用于在所述流路内产生声压梯度即声压在所述流路的出口侧比入口侧低，通过基于所述振动板的振动在所述流路内产生的所述声压梯度来输送所述流体。

31.根据权利要求30所述的电子设备，其特征在于，

应由所述流体输送装置移动的流体，是用于冷却所述电子电路部的流体。

Images