JP2003308861A - 燃料電池、電気機器、携帯型コンピュータ、および燃料電池の駆動方法 - Google Patents

燃料電池、電気機器、携帯型コンピュータ、および燃料電池の駆動方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の電池効率および出力密度を向上さ
せる。 【解決手段】 作動時に発熱する発熱部212を含む携
帯型パーソナルコンピュータ210に燃料電池により電
力を供給する。燃料電池は、電解質と、電解質を挟んで
設けられた燃料極および酸化剤極と、発熱部212の熱
を吸収した燃料を燃料極に供給可能に構成された燃料供
給部とを有する。燃料供給部は、燃料極に供給する燃料
で発熱部212の除熱を行い、そのとき、熱交換によ
り、燃料が加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池、電気機
器、携帯型コンピュータ、および燃料電池の駆動方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年の情報化社会の到来とともに、パー
ソナルコンピュータ等の電子機器で扱う情報量が飛躍的
に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増
加してきた。特に、携帯型の電子機器では、処理能力の
増加に伴って消費電力の増加が問題となっている。現
在、このような携帯型の電子機器では、一般的にリチウ
ムイオン電池が電源として用いられているが、リチウム
イオン電池のエネルギー密度は理論的な限界に近づいて
いる。そのため、携帯型の電子機器の連続使用期間を延
ばすために、CPUの駆動周波数を抑えて消費電力を低
減しなければならないという制限があった。
【0003】このような状況の中で、リチウムイオン電
池に変えて、エネルギー密度が大きく、熱交換率の高い
燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携
帯型の電子機器の連続使用期間が大幅に向上することが
期待されている。
【0004】燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、こ
れらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には
燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応
により発電する。燃料としては、一般的には水素が用い
られるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを
原料として、メタノールを改質して水素を生成させるメ
タノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用す
る直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。
【0005】燃料として水素を用いた場合、燃料極での
反応は以下の式(1)のようになる。 3H → 6H + 6e (1) 燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は
以下の式(2)のようになる。 CHOH + HO → 6H + CO + 6e (2) また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式(3)のようになる。 3/2O + 6H + 6e → 3HO (3)
【0006】特に、直接型の燃料電池では、メタノール
水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器
等が不要になり、小型化および軽量化を図ることがで
き、携帯型の電子機器へ適用することの利点が大きい。
また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネ
ルギー密度が非常に高いという特徴がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、メタノール
を燃料として直接利用する直接型の燃料電池は、燃料電
池本体や燃料を高温にした方がメタノール酸化反応の活
性が高まり、電池効率および出力密度が向上するという
特徴をも有する。そのため、直接型の燃料電池におい
て、燃料等を加熱して燃料極に供給するのが好ましい。
しかし、携帯型の電子機器では利用できる電力に制限が
あるため、燃料等を加熱するために専用のヒータを設け
るのは難しく、これまでは、室温や低温条件で性能を高
める工夫をしなければならなかった。また、改質型の燃
料電池においても、メタノールを改質して水素を生成す
る際には、メタノールを加熱する必要がある。
【0008】一方、パーソナルコンピュータ等の電子機
器では、CPUの高駆動周波数化に伴い消費電力が増
え、CPUが高熱化するという問題がある。この問題に
対応するため、CPUの熱を放熱するヒートシンクを設
け、冷却ファンによる強制空冷を行なう等してCPUを
冷却するという手法がとられている。しかし、冷却ファ
ンによる空冷の場合、騒音が生じてしまう。また、利用
できる電力に制限のある携帯型の電子機器に、消費電力
が大きい冷却ファンを用いるのは好ましくない。さら
に、携帯型の電子機器の小型化に伴い、冷却機構も小型
化にする必要があるが、こうした小型化された冷却機構
では、充分な冷却能力を得ることは一般に困難である。
そのため、特に携帯型の電子機器では、発熱量を減らす
観点から、CPUの駆動周波数を抑えているのが現状で
ある。したがって、CPU等の発熱部分を効果的に冷却
する方法も望まれている。
【0009】本発明は上記事情を踏まえてなされたもの
であり、燃料電池の電池効率および出力密度を向上させ
ることを目的とする。本発明の別の目的は、電気機器の
発熱を抑えることにある。本発明のさらに別の目的は、
携帯型の電気機器を小型化および軽量化することにあ
る。本発明のまた別の目的は、携帯型のパーソナルコン
ピュータにおいて、CPUの駆動周波数を高めることに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、作動時
に発熱する発熱部を含む電気機器に電力を供給する燃料
電池であって、電解質と、電解質を挟んで設けられた燃
料極および酸化剤極と、発熱部の熱を吸収した燃料を燃
料極に供給可能に構成された燃料供給部と、を有するこ
とを特徴とする燃料電池が提供される。燃料供給部は、
燃料極に供給する燃料に発熱部の熱を伝達可能に構成さ
れ、発熱部の熱を吸収した燃料を燃料極に供給すること
ができる。
【0011】ここで、燃料供給部は、発熱部の熱を燃料
に伝達する機能を有する。燃料供給部は、発熱部の熱を
燃料に直接伝達するように構成されることもでき、熱伝
導性の材料を介して発熱部の熱を燃料に伝達するように
構成されることもでき、何らかの手段で燃料に発熱部の
熱を伝達することができる構成とされる。燃料供給部
は、たとえば燃料タンクや燃料の流路を含む。この場
合、燃料タンクに発熱部の熱が伝達される構成とするこ
ともでき、また燃料の流路に発熱部の熱が伝達される構
成とすることもできる。
【0012】発熱部の発熱機能は、電気機器本来の機能
を実現する際に発熱する部位により実現することができ
る。発熱部の熱としては、たとえば電気機器の作動中に
過熱する部位の熱や、他の目的で加熱された部位の余熱
や廃熱を利用することができる。これにより、燃料電池
の燃料の加熱のために専用のヒータ等を設けることなく
燃料を加熱することができるので、余分な電力を消費す
ることなく、燃料電池の電池効率および出力密度の向上
を図ることができる。
【0013】本発明によれば、作動時に発熱する発熱部
を含む電気機器に電力を供給する燃料電池であって、電
解質と、電解質を挟んで設けられた燃料極および酸化剤
極と、燃料極に供給する燃料で発熱部を除熱可能に構成
された燃料供給部と、を有することを特徴とする燃料電
池が提供される。
【0014】ここで、発熱部は、たとえば電気機器の作
動中に過熱する部位とすることができる。これにより、
燃料電池の燃料で発熱部を冷却することができるので、
冷却機構を別途設ける必要がなく、電気機器の消費電力
を低減することができる。また、電気機器を軽量化、小
型化することもできる。
【0015】燃料は、常温で液体のものを用いることが
できる。燃料としては、燃料極に直接供給する直接型の
燃料電池の燃料を用いることもでき、また、燃料を改質
して用いる改質型の燃料電池の改質前の原料を燃料とし
て用いることもできる。
【0016】燃料電池は、燃料が燃料極に直接供給され
る直接型とすることができる。直接型の燃料電池におい
て、燃料を加熱することにより、電池効率や出力密度を
向上させることができる。また、燃料電池は、固体電解
質膜として高分子膜を用いる高分子電解質型とすること
ができる。
【0017】燃料供給部は、発熱部の発熱状態に応じて
燃料極に供給する燃料の流量を調整する流量調整部を有
することができる。燃料供給部はさらに、発熱部の発熱
状態を検知する温度センサを含むことができる。ここ
で、発熱状態とは、発熱部自体の温度でもよく、発熱部
の熱を吸収した燃料の温度でもよい。流量調整部は、た
とえば圧電素子等の送液ポンプにより構成することがで
きる。
【0018】本発明によれば、燃料電池を電力供給源と
する電気機器であって、電解質と、電解質を挟んで設け
られた燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池と、当該
電気機器の作動時に発熱する発熱部とを有し、燃料電池
は、発熱部の熱を吸収した燃料を燃料極に供給可能に構
成された燃料供給部を含むことを特徴とする電気機器が
提供される。
【0019】本発明によれば、燃料電池を電力供給源と
する電気機器であって、電解質と、電解質を挟んで設け
られた燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池と、当該
電気機器の作動時に発熱する発熱部とを有し、燃料電池
は、燃料極に供給する燃料で発熱部を除熱可能に構成さ
れた燃料供給部を含むことを特徴とする電気機器が提供
される。
【0020】発熱部の熱を放熱するように構成された放
熱部をさらに有し、燃料供給部は、放熱部に設けられた
燃料の流路を含むことができる。放熱部は、発熱部の放
熱を助けるための部品である。放熱部は、例えば多数の
放熱フィンを持つ金属により構成することができる。
【0021】発熱部はCPUであって、燃料供給部は、
CPUの熱を燃料に伝達可能に構成することができる。
この構成により、CPUの熱を燃料電池の燃料に吸収さ
せることができるので、CPUを効率的に冷却すること
ができるとともに、燃料電池の電池効率および出力密度
を向上することができる。
【0022】電気機器はディスプレイをさらに有するこ
とができ、燃料電池は、ディスプレイの背面に設けるこ
とができる。ここで、ディスプレイはバックライトを含
むことができる。この場合、ディスプレイのバックライ
トの熱で燃料電池が加熱されるので、この観点からも燃
料電池の電池効率を高めることができる。燃料電池にお
いて、燃料極側をディスプレイ側に配置するのが好まし
い。この構成により、酸化剤極に安定的に酸化剤である
空気を供給することができる。電気機器は携帯型とする
ことができる。本発明の電気機器の構成によれば、電力
供給源の出力効率が高まるので、携帯型の電気機器の連
続使用期間を向上することができる。
【0023】本発明によれば、CPUを含む電子回路を
収容し、その表面にキーボード部が設けられた第一の筐
体と、キーボード部に対向するように設けられたディス
プレイを含み、第一の筐体に対して回転可能に取付けら
れた第二の筐体と、を有し、燃料電池を電力供給源とす
る携帯型コンピュータであって、燃料電池は、電解質
と、電解質を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極
と、ならびにCPUの熱を吸収した燃料を燃料極に供給
可能に構成された燃料供給部と、を含むことを特徴とす
る携帯型コンピュータが提供される。
【0024】本発明によれば、CPUを含む電子回路を
収容し、その表面にキーボード部が設けられた第一の筐
体と、キーボード部に対向するように設けられたディス
プレイを含み、第一の筐体に対して回転可能に取付けら
れた第二の筐体と、を有し、燃料電池を電力供給源とす
る携帯型コンピュータであって、燃料電池は、電解質
と、電解質を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極
と、ならびに燃料極に供給する燃料でCPUを除熱可能
に構成された燃料供給部と、を含むことを特徴とする携
帯型コンピュータが提供される。
【0025】携帯型コンピュータはCPUの熱を放熱す
るように構成された放熱部をさらに有することができ、
燃料供給部は、放熱部に設けられた燃料の流路を含むこ
とができる。
【0026】携帯型コンピュータは燃料を収容する燃料
タンクをさらに有することができ、燃料タンクはCPU
の熱を吸収可能な位置に設けられることができる。
【0027】本発明によれば、燃料電池を電力供給源と
する電気機器の発熱部を、燃料電池に供給する燃料によ
り冷却することを特徴とする燃料電池の駆動方法が提供
される。
【0028】本発明によれば、燃料電池を電力供給源と
する電気機器において、過熱する発熱部を、燃料電池に
供給する燃料により冷却することを特徴とする特徴とす
る燃料電池の駆動方法が提供される。
【0029】本発明によれば、電気機器に電力を供給す
る燃料電池の駆動方法であって、電気機器の作動時に発
熱する発熱部の熱を吸収した燃料を燃料電池に供給する
ことを特徴とする燃料電池の駆動方法が提供される。
【0030】本発明によれば、電気機器に電力を供給す
る燃料電池の駆動方法であって、燃料電池に供給すべき
燃料に、電気機器の作動時に発熱する発熱部の熱を吸収
させて発熱部の除熱を行なった後、当該燃料を燃料電池
に供給することを特徴とする燃料電池の駆動方法が提供
される。
【0031】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態におけ
る燃料電池本体の単セル構造を模式的に示した断面図で
ある。燃料電池本体100は、複数の単セル構造101
を有する。各単セル構造101は、燃料極102、酸化
剤極108および固体電解質膜114から構成される。
固体電解質膜114は、燃料極102と酸化剤極108
を隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる
役割を有する。このため、固体電解質膜114は、水素
イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、
化学的に安定であって機械的強度が高いことが好まし
い。
【0032】固体電解質膜114を構成する材料として
は、スルフォン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシ
ル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子が好まし
く用いられる。こうした有機高分子として、スルフォン
化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレ
ン)、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾール等
の芳香族縮合系高分子;スルフォン基含有パーフルオロ
カーボン(ナフィオン(デュポン社製)(登録商標)、
アシプレックス(旭化成社製));カルボキシル基含有
パーフルオロカーボン(フレミオンS膜(旭硝子社製)
(登録商標));等が例示される。
【0033】燃料極102および酸化剤極108は、そ
れぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質の微粒子
とを含む燃料極側触媒層106および酸化剤極側触媒層
112を基体104および110上に形成した構成とす
ることができる。基体104および110の表面は撥水
処理してもよい。
【0034】燃料極側触媒層106の触媒としては、白
金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オス
ミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、
リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム、
またはこれらの合金等が例示される。酸化剤極側触媒層
112の触媒としては、燃料極側触媒層106と同様の
ものを用いることができ、上記例示物質を使用すること
ができる。なお、燃料極側触媒層106および酸化剤極
側触媒層112の触媒は同じものを用いても異なるもの
を用いてもどちらでもよい。
【0035】触媒を担持する炭素粒子としては、アセチ
レンブラック(デンカブラック(電気化学社製)(登録
商標)、XC72(Vulcan社製)等)、ケッチェンブラ
ック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等が
例示される。炭素粒子の粒径は、たとえば、0.01〜
0.1μm、好ましくは0.02〜0.06μmとす
る。
【0036】燃料極側触媒層106および酸化剤極側触
媒層112における固体電解質の微粒子は、同一のもの
であっても異なるものであってもよい。ここで、固体電
解質の微粒子は、固体電解質膜114と同じ材料を用い
ることができるが、固体電解質膜114とは異なる材料
や、複数の材料を用いることもできる。
【0037】燃料極102、酸化剤極108ともに、基
体104および110としては、カーボンペーパー、カ
ーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金
属等の多孔性基体を用いることができる。また、基体1
04および110の撥水処理にはポリテトラフルオロエ
チレン等の撥水剤を用いることができる。
【0038】本発明における燃料電池本体100の製造
方法は特に制限がないが、たとえば以下のようにして作
製することができる。
【0039】まず、一般的に用いられている含浸法によ
って炭素粒子に触媒を担持させる。次に触媒を担持させ
た炭素粒子と固体電解質の微粒子を溶媒に分散させ、ペ
ースト状としたのち、撥水化処理を行った基体104ま
たは110に塗布、乾燥させることによって燃料極10
2および酸化剤極108が得られる。
【0040】ここで、炭素粒子の粒径は、たとえば0.
01〜0.1μmとする。また、固体電解質の微粒子の
粒径は、たとえば0.05〜1μmとする。炭素粒子と
固体電解質の微粒子とは、たとえば、重量比で2:1〜
40:1の範囲で用いられる。また、ペースト中の水と
溶質との重量比は、たとえば、1:2〜10:1程度と
する。触媒粒子の粒径は、たとえば1nm〜10nmと
する。基体104または110へのペーストの塗布方法
については特に制限がないが、たとえば、刷毛塗り、ス
プレー塗布、およびスクリーン印刷法等の方法を用いる
ことができる。ペーストは、約1μm〜2mmの厚さで
塗布される。ペーストを塗布した後、使用する材料に応
じた加熱温度および加熱時間で加熱し、燃料極102お
よび酸化剤極108が作製される。加熱温度および加熱
時間は、用いる材料によって適宜に選択されるが、たと
えば、加熱温度100℃〜250℃、加熱時間30秒間
〜30分とすることができる。
【0041】本発明における固体電解質膜114は、用
いる材料に応じて適宜な方法を採用して作製することが
できる。たとえば固体電解質膜114を有機高分子材料
で構成する場合、有機高分子材料を溶媒に溶解ないし分
散した液体を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性
シート等の上にキャストして乾燥させることにより得る
ことができる。
【0042】以上のようにして作製した固体電解質膜1
14を、燃料極102および酸化剤極108で挟み、ホ
ットプレスし、単セル構造101を得る。このとき、燃
料極側触媒層106および酸化剤極側触媒層112が固
体電解質膜114と接するようにする。ホットプレスの
条件は、材料に応じて選択されるが、固体電解質膜11
4や燃料極側触媒層106および酸化剤極側触媒層11
2中の固体電解質の微粒子を有機高分子で構成する場
合、これらの有機高分子の軟化温度やガラス転位温度を
超える温度とすることができる。具体的には、たとえ
ば、温度100〜250℃、圧力1〜100kg/cm
、時間10秒〜300秒とする。
【0043】単セル構造101を平面内で複数個並べ
て、直列、または並列に接続して燃料電池本体100を
製造する。また、単セル構造101を燃料極側エンドプ
レート120および酸化剤極側エンドプレート122で
挟んだ状態で積み重ねることにより、複数の単セル構造
101が直列に接続されたスタック構造とすることもで
きる。この場合、複数のスタック構造を並列に接続する
ことにより、燃料電池本体100が製造される。
【0044】以上のように構成された燃料電池本体10
0において、各単セル構造101の燃料極102には、
燃料極側エンドプレート120を介して燃料124が供
給される。また、各単セル構造101の酸化剤極108
には、酸化剤極側エンドプレート122を介して酸化剤
126が供給される。
【0045】燃料124としては、メタノール、エタノ
ール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あ
るいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体
燃料を用いることができる。有機液体燃料は、水溶液と
することができる。酸化剤126としては、通常、空気
を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
【0046】図2は、本発明の実施の形態に係る電気機
器の一例を示すブロック図である。本実施の形態におけ
る電気機器は、携帯型パーソナルコンピュータである。
携帯型パーソナルコンピュータ210は、携帯型パーソ
ナルコンピュータ210の作動時に発熱する発熱部21
2と、発熱部212からの熱を放熱するように構成され
た放熱部226と、電力供給源となる燃料電池とを含
む。本実施の形態における燃料電池は、上述した燃料電
池本体100と、発熱部212の熱を吸収した燃料を燃
料電池本体100の各単セル構造101(図1参照)の
燃料極102(図1参照)に供給する燃料供給部とを有
する。燃料供給部は、燃料を収容する燃料タンク216
と、燃料極102(図1参照)に供給する燃料の流量を
調整する流量調整部218と、発熱部212の発熱状態
を検知する温度センサ220と、燃料供給用配管222
と、燃料回収用配管224とを有する。放熱部226に
は燃料の流路が設けられる。
【0047】発熱部212としては、たとえばCPU、
ハードディスク、電源モジュール、メモリ、ディスプレ
イ、および周辺機器等が例示される。この中でも特に、
CPUの過熱が問題であるため、燃料電池本体100に
供給する燃料でCPUを冷却すると、CPUを効率よく
冷却することができるとともに燃料を加熱することがで
きるので、より効果的である。
【0048】図3は、本実施の形態における携帯型パー
ソナルコンピュータを示す斜視図である。携帯型パーソ
ナルコンピュータ210は、キーボード等が設けられる
第一の筐体232と、ディスプレイ240等が設けられ
る第二の筐体234とを有する。ここでは、説明のため
にキーボード等の操作部分を取り外した状態で示す。第
二の筐体234は、第一の筐体232に対して回転可能
に取付けられる。携帯型パーソナルコンピュータ210
は、本体を支持する支持体239を有する。
【0049】携帯型パーソナルコンピュータ210は、
CPU236やハードディスク238を有する。携帯型
パーソナルコンピュータ210を作動させると、CPU
236やハードディスク238は発熱する。燃料供給部
は、CPU236やハードディスク238を発熱部21
2として燃料による除熱を行なう。
【0050】本実施の形態において、燃料電池本体10
0は、ディスプレイ240の背面に設けられる。ディス
プレイ240は、液晶に限られないが、たとえばバック
ライトを使用する液晶ディスプレイの場合、バックライ
トの発熱によっても燃料電池本体100の温度が上昇
し、さらに出力を高めることができる。一方、これによ
り、ディスプレイ240は除熱されるので、携帯型パー
ソナルコンピュータを安定的に作動させることができ
る。また、他の例において燃料電池本体100は、上述
したCPU236等の発熱部212近傍に設けることも
できる。
【0051】燃料タンク216は、キーボードの背面、
つまり、CPU236やハードディスク238等の発熱
部212の実装面の背面に設けられる。これにより、燃
料タンク216も発熱部212の熱で加熱されるので、
燃料の加熱および発熱部212の除熱をより効率よく行
なうことができる。
【0052】流量調整部218は、たとえば送液用ポン
プである。ここで、燃料電池本体100に供給されるべ
き燃料の流量は、たとえば、10cc/分程度またはそ
れ以下と比較的少ないため、消費電力が非常に小さい小
型の圧電モーター等の圧電素子を送液用ポンプとして利
用することができる。したがって、従来の冷却ファンで
空冷する方法よりも、低消費電力で効率的に発熱部21
2を冷却することができる。さらに、ファンを使用しな
いため、騒音も発生しないという利点もある。
【0053】図2に示した温度センサ220は、たとえ
ばサーミスタである。流量調整部218は、CPU23
6等の発熱部212の温度に応じて、燃料電池本体10
0に好ましい温度の燃料が供給されるように、たとえば
PID方式で燃料の流量を調整する。ここで、燃料電池
本体100に供給されるのに好ましい燃料の温度は、3
0〜100℃である。
【0054】図4は、本実施の形態におけるCPU部分
の構造を詳細に示す斜視図である。放熱部226は、た
とえばヒートシンクである。放熱部226には燃料の流
路が蛇行状に形成される。これにより、CPU236の
熱と燃料との熱交換の効率化を図ることができる。放熱
部226中の流路は、アルミニウム製パイプにより形成
することができる。また、放熱部226がアルミニウム
製のヒートシンク等である場合、放熱部226中の流路
は放熱部226と一体に形成することができる。放熱部
226中の流路および放熱部226がアルミニウム製の
場合、アルミニウム製パイプの内部等の燃料に接する部
分は、例えば金メッキ等の燃料に腐食されにくい材料に
より形成することができる。
【0055】次に、図1から図4を参照して、燃料電池
により携帯型パーソナルコンピュータ210に電力を供
給させる動作を説明する。燃料タンク216に収容され
た燃料は、燃料供給用配管222を通ってCPU236
およびハードディスク238等の発熱部212に接続し
て設けられた放熱部226に導かれる。燃料が放熱部2
26中の流路を通過する過程で、発熱部212の熱が燃
料に吸収される。これにより、発熱部212が効率的に
冷却されると共に、燃料が加熱される。燃料は、発熱部
212からの熱を吸収した後、再び燃料供給用配管22
2を通って燃料電池本体100の各単セル構造101の
燃料極102に供給される。燃料電池本体100におい
て、各単セル構造101の酸化剤極108には空気中の
酸素が取り込まれ、発電が行われる。燃料電池本体10
0で使用されなかった燃料は、燃料回収用配管224を
通って燃料タンク216に戻される。
【0056】本実施の形態によれば、CPU236等の
発熱部212の冷却を効率的に行なうことができ、か
つ、その廃熱を利用して燃料電池の出力を向上させるこ
とができる。このように、本実施の形態によれば、CP
Uを効果的に冷却することができると共に、燃料電池の
出力を向上させることができるので、従来の携帯型パー
ソナルコンピュータへの高い駆動周波数のCPUの適用
を阻害していた要因を一度に解消することができる。そ
のため、携帯型パーソナルコンピュータであっても、高
い駆動周波数のCPUを用いることができる。
【0057】
【実施例】以下に本発明の燃料電池について実施例によ
って具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されな
い。
【0058】(実施例1)燃料電池本体は以下のように
して製造した。固体電解質膜としてはナフィオン117
(デュポン社製)を用いた。燃料極および酸化剤極の両
方とも、炭素粒子としてデンカブラック(電気化学社
製)、触媒として白金とルテニウムの合金、固体電解質
の微粒子として5%ナフィオンアルコール溶液(アルド
リッチ・ケミカル社製)を用いた。また、基体として
は、燃料極および酸化剤極の両方とも、カーボンペーパ
ー(東レ社製:TGP−H−120)を用いた。
【0059】まず、5%ナフィオンアルコール溶液に、
触媒が担持されたデンカブラックを混ぜ、50℃で約3
時間超音波分散器にかけて、ペースト状にした。ナフィ
オン117のこのペースト状の試料をカーボンペーパー
にスクリーン印刷法で塗布した後、100℃で乾燥し、
燃料極および酸化剤極を得た。これらの燃料極および酸
化剤極をナフィオン117の両面にホットプレスするこ
とにより、単セル構造を形成した。ここで、燃料極およ
び酸化剤極の面積は6cmとした。室温において、こ
の単セル構造の燃料極に20%メタノール水溶液を燃料
として供給し、酸化剤極に空気を供給すると、600m
Aの電流で0.42Vの出力電圧が得られた。
【0060】このようにして形成された複数の単セル構
造を平面内で直列および並列に接続して、横25cm、
縦18cm、厚さ0.7cmの燃料電池本体を製造し
た。また、横25cm、縦5cm、高さ1.5cmの燃
料タンクに濃度10%のメタノール水溶液を充填した。
【0061】燃料電池本体および燃料タンクは、携帯用
パーソナルコンピュータのキーボードの背面に並べて設
置した。このとき、燃料電池の酸化剤極が燃料電池本体
の下側、すなわち、携帯用パーソナルコンピュータと反
対側の面になるように燃料電池本体を設置した。酸化剤
極に空気が供給されるように、携帯型パーソナルコンピ
ュータの下側に3mm程度のスペースを設けた。メタノ
ール水溶液がCPUの放熱部を通る構成とし、流量を1
〜2cc/分としてメタノール水溶液を燃料電池本体の
燃料極に供給した。また、燃料電池本体に到達する直前
のメタノール水溶液の温度、およびCPUの表面温度を
それぞれ測定するために、燃料供給配管の燃料電池本体
近傍とCPU表面に温度センサを設けた。
【0062】携帯型パーソナルコンピュータを動作させ
ていないとき、すなわち、CPUが停止している状態で
は、燃料電池本体に到達する直前のメタノール水溶液の
温度は約20℃(室温)であった。一方、携帯型パーソ
ナルコンピュータを動作させてCPUが動いている状態
でメタノール水溶液を流すと、燃料電池本体に到達する
直前のメタノール水溶液の温度は徐々に高くなり、30
分後には50℃程度に上昇した。このとき、CPUの表
面温度は60℃程度に維持することができた。メタノー
ル水溶液を流した場合であっても、送液用ポンプが小型
で騒音がほとんどないため、ファンを使用した場合と比
べて騒音が解消された。一方、CPUが動いている状態
でメタノール水溶液を流さなかった場合には、CPU表
面の温度は80℃程度まで上昇した。
【0063】次に、燃料電池本体の出力を調べた。CP
Uが動作していない場合の燃料電池本体の出力は15W
であった。一方、CPUを動作させると出力は増加し、
10分後には23W程度で安定した。
【0064】以上のように、本実施例では、携帯型パー
ソナルコンピュータの発熱部、特にCPUの冷却に燃料
電池用の液体燃料を利用した後にその燃料を燃料電池本
体の燃料極に供給することにより、発熱部の温度上昇を
効率的に抑制できると共に電源である燃料電池の出力を
向上させることができた。
【0065】(実施例2)実施例1と同様にして単セル
構造を形成した。複数の単セル構造を平面内で直列およ
び並列に接続して、横26cm、縦20cm、厚さ0.
6cmの燃料電池本体を製造した。また、横25cm、
縦6cm、高さ2cmの燃料タンクに濃度15%のメタ
ノール水溶液を充填した。
【0066】燃料タンクを携帯用パーソナルコンピュー
タの下部に設置し、燃料電池本体を液晶ディスプレイの
背面に設置した。このとき、燃料電池の酸化剤極が燃料
電池本体の上側、すなわち、液晶ディスプレイと反対側
の面になるように燃料電池本体を設置した。これによ
り、酸化剤極が空気を取り込める構造になっている。メ
タノール水溶液がCPUの放熱部を通る構成とし、流量
を1〜2cc/分としてメタノール水溶液を燃料電池本
体の燃料極に供給した。
【0067】携帯型パーソナルコンピュータを動作させ
ていないときの燃料電池本体に到達する直前のメタノー
ル燃料の温度は約20℃(室温)であった。一方、携帯
機器を動作させた状態でメタノール水溶液を流すと、燃
料電池本体に到達する直前のメタノール水溶液の温度は
徐々に高くなり、30分後には50℃程度に上昇した。
このとき、CPUの表面温度は60℃程度に維持でき
た。
【0068】次に、燃料電池本体の出力を調べた。液晶
ディスプレイのバックライトを使用せず、かつ、CPU
が動作していない場合、燃料電池の出力は18W程度で
あった。CPUを動作させた場合、燃料電池の出力は増
加し、10分後には26W程度で安定した。さらに、C
PUを動作させ、かつ、液晶ディスプレイのバックライ
トを点灯させた場合、燃料電池本体の温度が50℃以上
に到達した。このとき、燃料電池の出力はさらに増加
し、10分後には30W程度の出力が得られた。
【0069】以上のように、本実施例では、携帯型パー
ソナルコンピュータの発熱部、特にCPUの冷却に燃料
電池用の液体燃料を利用した後にその燃料を燃料電池本
体の燃料極に供給し、さらに燃料電池本体を液晶ディス
プレイのバックライトの熱で加熱することにより、電源
である燃料電池の出力をさらに向上させることができ
た。また、燃料電池本体が携帯型パーソナルコンピュー
タの上部に設けられるので、酸化剤極に容易に空気を取
り込むことができる。
【0070】以上、本発明を実施例をもとに説明した。
この実施例は例示であり、その各構成要素や各処理プロ
セスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそ
うした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解
されるところである。以下、そうした例を説明する。
【0071】以上の実施の形態では、電気機器として携
帯型パーソナルコンピュータの例を説明したが、電気機
器はPDAや携帯電話等の携帯型の電子機器であってよ
い。また、電気機器は、デスクトップ型のパーソナルコ
ンピュータ等の電子機器であってもよい。これらの電子
機器もCPUを有し、燃料電池の燃料をCPUの冷却に
用いるとともにCPUで燃料を加熱して燃料電池の性能
を高めることができるからである。さらに、電気機器
は、たとえば掃除機やアイロン等の電気製品であっても
よい。これらの電気製品も電源ユニット等の発熱部を有
し、その熱により燃料を加熱して燃料電池の性能を高め
ることができるからである。
【0072】また、実施の形態では、メタノール等の有
機液体燃料を燃料極に直接供給する直接型の燃料電池に
ついて説明したが、たとえば改質器を用いた改質型の燃
料電池において、有機液体燃料を改質する際の加熱手段
として、電気機器に本来備わっている構成部品の発熱を
利用することもできる。また、改質前の有機液体燃料を
用いてCPU等の過熱する部分の除熱を行なうこともで
きる。
【0073】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池により電気機器に電力を供給する際に、電気機
器の発熱部と燃料電池に供給する燃料との熱交換を行な
うことにより、発熱部を効率的に冷却でき、かつ、燃料
電池の出力を高めることができる。そのため、小型で高
出力の燃料電池を提供することが可能となる。特に、携
帯型のコンピュータにおいて、従来問題となっていた電
力不足とCPUの過熱の問題をともに解決することがで
きるので、携帯型のコンピュータに高駆動周波数のCP
Uを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における燃料電池本体の単
セル構造を模式的に示した断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る電気機器の一例を示
すブロック図である。
【図3】本実施の形態における携帯型パーソナルコンピ
ュータを示す斜視図である。
【図4】本実施の形態におけるCPU部分の構造を詳細
に示す斜視図である。
【符号の説明】
100 燃料電池本体 101 単セル構造 102 燃料極 104 基体 106 燃料極側触媒層 108 酸化剤極 110 基体 112 酸化剤極側触媒層 114 固体電解質膜 120 燃料極側エンドプレート 122 酸化剤極側エンドプレート 124 燃料 126 酸化剤 210 携帯型パーソナルコンピュータ 212 発熱部 216 燃料タンク 218 流量調整部 220 温度センサ 222 燃料供給用配管 224 燃料回収用配管 226 放熱部 232 第一の筐体 234 第二の筐体 236 CPU 238 ハードディスク 239 支持体 240 ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 英和 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 黒島 貞則 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 島川 祐一 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 眞子 隆志 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 今井 英人 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 久保 佳実 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA08 CC03 5H027 AA08 BA13 MM09

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作動時に発熱する発熱部を含む電気機器
    に電力を供給する燃料電池であって、 電解質と、 前記電解質を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極
    と、 前記発熱部の熱を吸収した燃料を前記燃料極に供給可能
    に構成された燃料供給部と、 を有することを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】 作動時に発熱する発熱部を含む電気機器
    に電力を供給する燃料電池であって、 電解質と、 前記電解質を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極
    と、 前記燃料極に供給する燃料で前記発熱部を除熱可能に構
    成された燃料供給部と、 を有することを特徴とする燃料電池。
  3. 【請求項3】 前記燃料は、常温で液体であることを特
    徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。
  4. 【請求項4】 前記燃料が前記燃料極に直接供給される
    直接型であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか
    に記載の燃料電池。
  5. 【請求項5】 前記燃料供給部は、前記発熱部の発熱状
    態に応じて前記燃料極に供給する燃料の流量を調整する
    流量調整部を有することを特徴とする請求項1乃至4い
    ずれかに記載の燃料電池。
  6. 【請求項6】 燃料電池を電力供給源とする電気機器で
    あって、 電解質と、前記電解質を挟んで設けられた燃料極および
    酸化剤極とを含む燃料電池と、当該電気機器の作動時に
    発熱する発熱部とを有し、 前記燃料電池は、前記発熱部の熱を吸収した燃料を前記
    燃料極に供給可能に構成された燃料供給部を含むことを
    特徴とする電気機器。
  7. 【請求項7】 燃料電池を電力供給源とする電気機器で
    あって、 電解質と、前記電解質を挟んで設けられた燃料極および
    酸化剤極とを含む燃料電池と、当該電気機器の作動時に
    発熱する発熱部とを有し、 前記燃料電池は、前記燃料極に供給する燃料で前記発熱
    部を除熱可能に構成された燃料供給部を含むことを特徴
    とする電気機器。
  8. 【請求項8】 前記発熱部の熱を放熱するように構成さ
    れた放熱部をさらに有し、 前記燃料供給部は、前記放熱部に設けられた前記燃料の
    流路を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の
    電気機器。
  9. 【請求項9】 前記発熱部はCPUであって、 前記燃料供給部は、前記CPUの熱を前記燃料に伝達可
    能に構成されたことを特徴とする請求項6乃至8いずれ
    かに記載の電気機器。
  10. 【請求項10】 ディスプレイをさらに有し、 前記燃料電池は、前記ディスプレイの背面に設けられた
    ことを特徴とする請求項6乃至9いずれかに記載の電気
    機器。
  11. 【請求項11】 携帯型であることを特徴とする請求項
    6乃至10いずれかに記載の電気機器。
  12. 【請求項12】 CPUを含む電子回路を収容し、その
    表面にキーボード部が設けられた第一の筐体と、 前記キーボード部に対向するように設けられたディスプ
    レイを含み、前記第一の筐体に対して回転可能に取付け
    られた第二の筐体と、 を有し、燃料電池を電力供給源とする携帯型コンピュー
    タであって、 前記燃料電池は、電解質と、前記電解質を挟んで設けら
    れた燃料極および酸化剤極と、ならびに前記CPUの熱
    を吸収した燃料を前記燃料極に供給可能に構成された燃
    料供給部と、を含むことを特徴とする携帯型コンピュー
    タ。
  13. 【請求項13】 CPUを含む電子回路を収容し、その
    表面にキーボード部が設けられた第一の筐体と、 前記キーボード部に対向するように設けられたディスプ
    レイを含み、前記第一の筐体に対して回転可能に取付け
    られた第二の筐体と、 を有し、燃料電池を電力供給源とする携帯型コンピュー
    タであって、 前記燃料電池は、電解質と、前記電解質を挟んで設けら
    れた燃料極および酸化剤極と、ならびに前記燃料極に供
    給する燃料で前記CPUを除熱可能に構成された燃料供
    給部と、を含むことを特徴とする携帯型コンピュータ。
  14. 【請求項14】 前記CPUの熱を放熱するように構成
    された放熱部をさらに有し、 前記燃料供給部は、前記放熱部に設けられた前記燃料の
    流路を含むことを特徴とする請求項12または13に記
    載の携帯型コンピュータ。
  15. 【請求項15】 前記燃料を収容する燃料タンクをさら
    に有し、前記燃料タンクは前記CPUの熱を吸収可能な
    位置に設けられたことを特徴とする請求項12乃至14
    いずれかに記載の携帯型コンピュータ。
  16. 【請求項16】 燃料電池を電力供給源とする電気機器
    の発熱部を、前記燃料電池に供給する燃料により冷却す
    ることを特徴とする燃料電池の駆動方法。
  17. 【請求項17】 燃料電池を電力供給源とする電気機器
    において、過熱する発熱部を、前記燃料電池に供給する
    燃料により冷却することを特徴とする特徴とする燃料電
    池の駆動方法。
  18. 【請求項18】 電気機器に電力を供給する燃料電池の
    駆動方法であって、 前記電気機器の作動時に発熱する発熱部の熱を吸収した
    燃料を前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電
    池の駆動方法。
  19. 【請求項19】 電気機器に電力を供給する燃料電池の
    駆動方法であって、 前記燃料電池に供給すべき燃料に、前記電気機器の作動
    時に発熱する発熱部の熱を吸収させて前記発熱部の除熱
    を行なった後、当該燃料を前記燃料電池に供給すること
    を特徴とする燃料電池の駆動方法。
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