CN1821930A - 利用燃料电池的电子装置 - Google Patents

Abstract

提供使用具有至少从框体的两面取得空气的结构的燃料电池、且可高效率地装载该燃料电池的电子装置。装载在该电子装置中的燃料电池，不是像过去那样组装到电子装置中，而是设置成为在燃料电池和电子装置之间设置有空气进入的空间，并且燃料电池的与电子装置的对侧的燃料电池的表面也暴露于周边的空气中。

Description

利用燃料电池的电子装置

(本申请是在先中国申请03123108.X的分案申请。)

技术领域

本发明涉及具备燃料电池的电子装置，特别涉及使用使甲醇直接氧化型的燃料电池的信息电子装置。

背景技术

燃料电池，由于是直接从燃料以电化学方式取得电能其能量效率高，并且因为排出物的主体是水，具有容易满足环境要求等优点，一直在尝试应用于汽车、分散电源及信息电子装置等。其中，作为可以在信息电子装置中代替锂电池长时间连续运行的电源而受到注目，一直在研究装载燃料电池的各种信息电子装置。

比如，已有装载由储氢合金构成的燃料电池的信息电子装置(参照特开平9-213359号公报的第3页和图1)及以甲醇作为燃料的信息电子装置(参照特开2002-49440号公报的第3～4页和图2)。

在以甲醇为燃料的燃料电池中，将液体甲醇直接氧化而取得电能的方式，即所谓的直接甲醇型燃料电池(下面称其为DMFC)，与积层型燃料电池相比，由于不需要重整器等的辅助装置，具有电池系统结构简单的优点。

另外，对于阴极，需要氧气作为燃料，通常是使用包含氧气的空气。

发明内容

一般，燃料电池是电池面积即电极的面积越大可获得的输出越大。但是，因为燃料电池的面积是受到装载燃料电池的电子装置的大小限制的，就要求是在相同体积下可获得更大的输出的结构。

于是，本发明使用的不是像过去那样从燃料电池的框体的一面取得空气进行发电，而是从燃料电池框体的至少两面取得空气进行发电的从框体的内侧供给燃料的结构的燃料电池。

在装载这种燃料电池的电子装置中，在供电状态时，必须同时向燃料电池框体的取得空气的表面供给空气。

本发明的目的就在于将具有至少从框体的两面取得空气的结构的燃料电池装载于电子装置中。

于是，在该电子装置中装载的燃料电池，不是像过去那样组装到电子装置中，而是设置成在燃料电池和电子装置之间设置有空气进入的空间，并且燃料电池的与电子装置的相对侧的燃料电池的表面也暴露在周边的空气中。

附图说明

图1为示出装载本发明的实施例1的形态的燃料电池的信息电子装置的外观构成的示图。

图2为示出停止供电状态下的信息电子装置的显示单元的剖面图。

图3为示出供电状态下的信息电子装置的显示单元的剖面图。

图4为用来说明信息电子装置的电源开关的状态和燃料电池的动作的关联的流程图。

图5为示出装载本发明的实施例2的形态的燃料电池的信息电子装置的显示单元及燃料电池的概略剖面图。

图6为示出装载本发明的实施例3的形态的燃料电池的信息电子装置的显示单元及在供电状态时的燃料电池的概略剖面图。

图7为示出装载本发明的实施例4的形态的燃料电池的信息电子装置的显示单元及在供电状态时的燃料电池的概略剖面图。

图8为在本发明中采用的燃料电池的剖面的概图。

具体实施方式

(实施例1)

图1为示出装载本发明的实施例1的形态的燃料电池的信息电子装置的外观构成的示图。假定本实施例的信息电子装置是一种由装载进行运算处理的半导体的主体和覆盖该主体的覆盖构件(图2的显示单元2)组成的所谓的笔记本PC。燃料电池，主要由发电单元板1和燃料槽3构成，两者合起来的整体称为燃料电池。燃料槽3是储存供给发电单元板1的燃料的容器。燃料槽3，也可以装载于除覆盖构件(图2的显示单元2)以外的笔记本PC主体侧，也可以不与笔记本PC构成一体而另外配置在外部。发电单元板1具有电极(阳极9、阴极10，如图8所示)和电解质膜(示于图8)，实际上是使燃料发生反应而发电的装置。此发电单元板，在本实施例中是平板形状，与信息电子装置4的显示单元2的里侧(没有显示板12的一侧)对向装设。在本实施例中，显示板12做成为液晶显示画面，但本发明不限于此。信息电子装置4，也可以是笔记本PC以外的信息装置，比如信息电子装置的中央运算处理单元和显示单元包含于同一框体内的信息电子装置或不一定需要键盘等输入装置的信息电子装置，只要是安装燃料电池的电子装置就可以采用本实施例。

在图1中表示的是不供电的状态即停电的状态下的燃料电池的设置状态，与信息电子装置的电源变为OFF连动。图2为示出停止供电状态中的信息电子装置的显示单元2及发电单元板1的剖面图。在燃料电池的发电单元板1中，信息电子装置的显示单元侧的表面(以下称其为第1面)1a与信息电子装置相接，或是处于极其接近的状态，另一个表面，即与信息电子装置的显示单元的对侧的表面(以下称其为第2面)1b，暴露在大气中。第2面1b，与信息电子装置设置成为一体，从显示单元2的里侧观察外观是平直的。在本实施例中，考虑到外观上的设计，将显示单元2做成为从里侧观察的外观是平直的，发电单元板1，通过或是使信息电子装置的显示单元里面2b和第1面1a相接而与信息电子装置称为一体，或是至少在使向第1面1a供给空气、发电的效率减低的程度内使信息电子装置的显示单元里面2b和第1面1a相对供电状态更接近而将信息电子装置与燃料电池相合的信息电子装置4薄形化，可以具有良好的移动性。

另外，通过在显示单元里面2b中设置容纳发电单元板的凹部可以使移动性更好。

图3为示出供给电力的状态即供电状态下，信息电子装置的显示单元2及发电单元板1的剖面图。此供电状态与信息电子装置4的电源ON连动。比较图2与图3可知，在供电状态和停电状态，发电单元板和电子装置之间的距离改变。换言之，发电单元板1和信息电子装置4之间的空间宽窄情况不同。此处所谓的发电单元板1和信息电子装置4的距离指的是发电单元板1的框体内的任意一点和信息电子装置的框体内的任意一点之间的距离。在燃料电池的发电单元板1中，通过采用图3这样的结构，在第1面1a和显示单元2b之间形成空间，可以从笫1面1a取得空气。另外，第2面1b也暴露于大气中，可以取得空气。这样，燃料电池的发电单元板1，通过从图2的状态移动到图3的状态就可以从燃料电池的框体的两面取得发电所需要的空气。

发电单元板1由支持件5机械地支持于显示单元2上。支持件5在图2的状态即停电状态下折叠起来(图中未示出)，而在供电状态下通过滑动拉出成为图3所示的状态，在停电状态下，收入通过滑动返回原来的位置的信息电子装置，即返回图2的状态。在本实施例中，支持件5是由树脂制的框件。支持件5也可以是金属制框件，只要是具有弹性的弹簧状的结构体即可。发电单元板1和信息电子装置4的电连接是通过柔性连接缆线连接。另外，发电单元板1和燃料槽3通过柔性燃料供给管连接。由此，即使是从停电状态转移到供电状态时发电单元板1发生移动，电连接也可以得到维持，机械上发电单元板1得到支持，燃料供给也可以维持。

该信息电子装置的电源可以限定为燃料电池，但也可不限定为燃料电池，也可以是锂二次电池或从AE传感器区域适配器供电。

另外，与现有的二次电池和信息电子装置的结合一样，本实施例的燃料电池的结构也是可以与信息电子装置进行电气及机械拆装的。因此，在由于燃料电池故障需要更换时易于进行维护。

在现有的二次电池和本发明的燃料电池交换使用的场合，装载现有的二次电池的部分也可以主要用作容纳燃料槽及与燃料电池电连接的连接器(图中未示出)等的场所。

电连接用的连接器，也可以是具有保持与二次电池的互换性的结构。燃料电池由发电单元板1及燃料槽3构成，但发电单元板1和燃料槽3是可分离的。发电单元板1的输出端子(图中未示出)不固定于燃料槽3上，通过电连线与信息电子装置主体的电连接用的连接器相连接。

图8为示出发电单元板1的剖面图。发电单元板1，具有多个膜和电极的结合体(电解质膜8和阳极9及阴极10的结合体，下面称其为MEA)，此MEA组合到发电单元板的框体11内，在框体11上有一个狭缝(图中未示出)，阴极一部分暴露在外。对各个MEA，由燃料供给层7供给燃料。燃料供给层7，由可保持本实施例中使用的燃料甲醇的材料构成。作为此材料最好是使用可藉助毛细管力保持燃料并向MEA供给燃料的形成有大量微孔的多孔体。比如，最好是具有耐甲醇性的金属多孔体、陶瓷多孔体或碳制多孔体。对于具有导电性的多孔质体，MEA的电极和多孔体之间绝缘(图中未示出)，以使各MEA不会互相短路。另外，也可以由玻璃纤维构成。在本发明中，采用的是SUS制的多孔体。利用可保持此燃料的燃料供给层7，即使是取出燃料槽3，也可维持供电。这是因为即使是来自燃料槽3的燃料供给断绝，在多孔体的空穴之中也保持有燃料。燃料供给层7越大，在取出燃料槽3之后发电时间也相应地延长，在薄形化是重要问题的信息电子装置中燃料供给层的厚度受到限制。在本发明中，燃料供给层7的厚度为1mm，可确保更换燃料槽3所必需的最低时间为10秒以上。这样，就可以在保持发电单元板1与信息装置的电连接不变的情况下更换燃料电池。

燃料槽3设置于发电单元板1的上部。燃料利用重力及毛细管力从燃料槽3供给。燃料槽的设置位置，除了发电单元板1的上部以外，也可以设置于位于发电单元板1下面的现有的二次电池的设置位置，即设置于掌托之下或信息电子装置主体的端部。在该场合，来自燃料槽的燃料供给，除了利用毛细管力输送燃料外，也可以在信息电子装置中内置小型泵(图中未示出)来实施。

电连接用的连接器，除了用来供给驱动信息电子装置所必需的电力的系统之外，最好具有传达燃料余量信息的系统等。必须最好是由与采用二次电池时同样的系统构成。用于供电的系统，至少有一个以上的系统，对信息电子装置内的驱动元件所必需的电力的每一个都可以有多个系统。并且，最好具备能够将燃料电池的发电单元板1产生的电力变换为适合信息电子装置的电压的元件，比如DC/DC变换器或补偿瞬时电力的超级电容器(supercapacitor或ultracapacitor)等。

也可以具有二次电池等燃料电池以外的电源，作为信息电子装置启动时的辅助电源或用来满足最大输出的电源或事件监控。

如图4所示，如果接通信息电子装置的电源开关，可检测到是供电状态，燃料电池的发电单元板1与信息电子装置主体离开，在形成供给空气用的空间的同时，开始供给燃料。燃料电池的发电单元板1离开信息电子装置主体的方法可以是电学方式，也可以是机械方式或手动方式。通过以手动方式打开燃料电池的发电单元板1，信息电子装置也可进入启动状态。除了专门以燃料电池驱动的信息电子装置之外，比如可以两节燃料电池和二次电池等的信息电子装置，最好是具有在接通电源开关之际判断连接的是AE传感器区域适配器、现有的二次电池或燃料电池等的功能。

在信息电子装置停止时，通过关断电源开关，检测到是停电状态，如规定的结束操作完毕，燃料电池的发电单元板1返回原来的位置，即返回图2的状态，实际上与信息电子装置主体成为一体，燃料供给停止。此处，所说的实际上是指从表面上看的意思。使燃料电池的发电单元板1返回原来位置的方法可以是电学方式，也可以是机械方式或手动方式。通过以手动方式使燃料电池的发电单元板1返回原来的位置，也可以使信息电子装置变成为停电状态。就是说，通过使电源ON或OFF，也可以使供电状态、停电状态以及发电单元板1的出入的动作连动。

另外，也可以使信息电子装置的主体和显示单元2的开闭动作连动转移到从燃料电池供电的状态或停电的状态。

构成MEA的电解质膜，在现有技术的情况下难以完全遮断甲醛的透过。因此，如果作为发电单元的一部分的电解质膜8直接与甲醇等燃料相接触，即使信息电子装置4不是驱动状态，也会消耗燃料。于是，在本发明中，通过与供电或停电连动而供给燃料或停止供给燃料，极力抑制在不驱动信息电子装置4之际的甲醇等燃料的消耗而节约燃料，实际上可以实施长时间的驱动。通过改进电解质膜等，在甲醇等燃料不透过或透过非常少时就不一定需要与供电或停电状态连动。

供电状态下的燃料电池的发电单元板1，不一定必须配置为和信息电子装置的显示单元2平行。也可以倾斜以使从发电单元板1产生的水蒸气易于扩散。

另外，实施例的燃料电池是使用DMFC，但燃料电池的种类也不限于此，可以是PEFC等，只要是从燃料电池的框体的至少两面取得空气的结构的燃料电池就可以。至少也可以考虑在除了第1面1a和第2面1b以外的表面，即发电单元板1的边缘的表面上，也设置MEA和取得空气的结构，发电单元板也不限于是正方体，也有多边形剖面的场合。在此场合，如果加宽取得空气的面积的总和，与只从两面取得空气的场合相比可提高发电能力。

另外，发电单元板1的设置位置也不限于是显示单元2的里侧，也可以考虑设置于信息电子装置主体的里侧(没有键盘13的一侧)等等。在此场合，也可以考虑在发电单元板的第2面1b和放置信息电子装置的场所之间备有用来设置空间的支脚14(图10)。

在本实施例中，是以甲醛为燃料，也可考虑使用氢或含氢气体、包含氢原子的液体，比如乙醇或乙醚、乙二醇等。

(实施例2)

图5为示出装载本发明的实施例2的形态的燃料电池的信息电子装置的显示单元2及燃料电池的剖面图。燃料电池由燃料槽3和发电单元板1构成，燃料槽3和发电单元板1构成一体。燃料电池可从信息电子装置4上拆装。在供电状态下装设燃料电池，而在搬运等不使用信息电子装置4的停电状态下可将燃料电池从信息电子装置4上取下而使其变薄。结果可改进移动性。

发电单元板1具有平板形状，在信息电子装置的显示单元里面2b上与平板状的显示单元2相对装设。在燃料电池的框体的一部分上，设置有用来确保信息电子装置4和燃料电池之间的空间的突起6。此突起6也可设置于信息电子装置的侧面。

在装载燃料电池的供电状态下，在燃料电池的发电单元板1中，第1面1a实际上不与信息电子装置相接，并且，第2面1b，因为也暴露于大气中，可以从两面引入空气。

这样，由于燃料电池是燃料槽3和发电单元板1的一体结构，燃料电池的结构可以简化，制造也容易，可以更加降低成本。

(实施例3)

图6为示出装载本发明的实施例3的形态的燃料电池的信息电子装置4的显示单元2及在供电状态下燃料电池的概略剖面图。在不供电的停电状态下，如实施例1的图1所示，燃料电池的发电单元板1与信息电子装置4接触成为一体。如接通电源开关，可检测到是供电状态，燃料电池的发电单元板1与信息电子装置4离开，在形成向MEA供给空气用的空间的同时开始供给燃料。用来向发电单元供给空气的空间的形态，如图6所示，燃料电池的发电单元板1在至少一个以上的位置弯曲成为蛇形。这一弯曲机构的操作，与实施例1一样，可以是电学方式，也可以是机械方式或手动方式。另外，通过以手动方式打开燃料电池的发电单元板1，可以使信息电子装置变为启动状态。弯曲方向，除了图6所示的纵向，也可以是横向(图6的深度方向)。在信息电子装置4停用时，与实施例1一样，通过关断电源开关，检测到是停电状态，如果规定的结束操作完毕，燃料电池的发电单元板1返回原来的位置，与信息电子装置4接触，燃料供给停止。

使燃料电池的发电单元板1返回原来位置的方法可以是电学方式，也可以是机械方式或手动方式。通过以手动方式使燃料电池的发电单元板1返回原来的位置，也可以使信息电子装置变成为停电状态。另外，在供电状态下，即使是在信息电子装置由于不小心倒下时，由于燃料电池的发电单元板1是凹凸形态的蛇形，与一个平面状的发电单元板相比不容易发生破损。

(实施例4)

图7为示出装载本发明的实施例4的形态的燃料电池的信息电子装置4的显示单元4及在供电状态下燃料电池的概略剖面图。在供电停止的状态下，如实施例1的图1所示，燃料电池的发电单元与信息电子装置实际上是形成一体。如果接通电源开关，检测到是供电状态，燃料电池的发电单元板1滑出到信息电子装置4的上方(图7的纵向)，在形成向发电单元板1的第1面1a供给空气用的空间的同时，开始供给燃料。燃料槽3内置于信息电子装置4内，利用小型泵，通过柔性燃料供给管将燃料供给发电单元板1。发电单元板1的结构也可以是，除了一个平面形状的板之外，在停电状态下，平面状的板可折叠成为多个，而在供电状态下解除折叠，可打开形成平面状。这样，由于发电单元板1不仅在信息电子装置的显示单元2的厚度方向(图7的左右方向)上，而且在显示单元2的上下方向(图7的上下方向)上出现，在使用信息电子装置4时也可以确保信息电子装置4的薄形。

在此场合，不仅在上下方向上，也可考虑在显示单元2的横向方向(图7的深度方向)上推出。

根据本发明，可提供可高效率地装载具有从框体的至少两面取得空气的结构的燃料电池的电子装置。

Claims (4)

1.一种电子装置，具有发电单元板，且具有装载进行运算处理的半导体的主体和覆盖该主体的覆盖构件，上述发电单元板具有由电解质膜、阳极和阴极接合而成的膜电极结合体以及向上述膜电极结合体供给燃料的燃料供给层，其特征在于：

在上述电子装置的电源接通时，在上述发电单元板和上述电子装置之间具有空间。

2.一种电子装置，具有发电单元板，且具有装载进行运算处理的半导体的主体和覆盖该主体的覆盖构件，上述发电单元板具有由电解质膜、阳极和阴极接合而成的膜电极结合体以及向上述膜电极结合体供给燃料的燃料供给层，其特征在于：

在上述电子装置的电源关断时，上述发电单元板和上述电子装置之间的距离比在上述电子装置的电源接通时的距离短。

3.如权利要求1中记载的电子装置，其特征在于：在上述电子装置的电源接通时向上述发电单元板供给燃料。

4.如权利要求1中记载的电子装置，其特征在于：在上述电子装置的电源关断时停止向上述发电单元板供给燃料。

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