JP2004047380A - Fuel cell and electronic apparatus device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and an electronic apparatus device capable of restraining heat generation while avoiding a problem such as noise. <P>SOLUTION: Since heat generated from a fuel cell body 2 is removed by a cooling device 3 composed of a heat pipe, heat generation can be restrained while avoiding a problem such as noise. Since the cooling device 3 is composed by incorporating and sticking together a passage board 15, a facing board 16, wick boards 17a-17i and capacitor boards 18a-18i, this compact fuel cell 1 capable of being miniaturized and thinned can be composed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源として搭載される燃料電池及びそれらの電子機器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源には、従来からリチウムイオンバッテリーなどの２次電池が用いられている。
【０００３】
このような電子機器装置では、処理部や表示部等が益々大きな電力を消費するようになってきており、加えて長時間の使用に耐え得る電源が求められている。
【０００４】
そこで、これらの電子機器装置の電源として燃料電池を用いることが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの電子機器装置に燃料電池を搭載した場合、燃料電池から発生する熱によって誤動作等の問題が発生する虞がある。
【０００６】
そこで、例えばファンにより燃料電池を冷却するような構成が考えられるが、冷却能力の点や騒音の点で問題になる可能性が高い。特に、最近のこれらの電気機器装置では、処理部や表示部等から発生する熱でさえもファンによる冷却が問題となっているため、ファン以外の新たな冷却手段が求められるものと考えられる。
【０００７】
本発明は、このような事情に基づきなされたもので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる燃料電池及び電気機器装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る燃料電池は、燃料電池本体と、ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、燃料電池から発生する熱をヒートパイプにより構成される冷却装置によって冷却するようにしているので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。
【００１０】
ここで、ヒートパイプとは、例えば管の内壁に毛細管構造を持たせた金属製パイプであり、内部は真空で、少量の水もしくは代替フロンなどが封入されている。ヒートパイプの一端を熱源に接触させて加熱すると、内部の液体が蒸発して気化し、このとき潜熱（気化熱）として、熱が取り込まれる。そして、低温部へ高速に（ほぼ音速で）移動し、そこで、冷やされてまた液体に戻り、熱を放出する（凝縮潜熱による熱放出）。液体は毛細管構造を通って（もしくは重力によって）元の場所へ戻るので、連続的に効率よく熱を移動させることができる。
【００１１】
本発明では、前記燃料電池本体は、空気極である第１の層と、固体高分子膜からなる第２の層と、燃料極である第３の層とを積層した構造であり、前記エバポレータ部は、前記第１の層上に積層された板状の構造であることが好ましい。
【００１２】
これにより、小型薄型化が可能となり、ラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源として搭載される形態として非常に好ましいものになるからである。
【００１３】
本発明では、前記燃料電池本体で発生した水を、前記ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させる手段を更に具備することもより好ましい。
【００１４】
燃料電池では、水素と酸素とが結合して水が生じる。従来の燃料電池では、このような水は排出するような構成が採用されていた。これに対して、本発明では、燃料電池本体で発生した水を、ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させるように構成したので、即ち燃料電池本体で発生した水を再利用できるように構成したので、燃料電池で発生した水を捨てる必要はなくなり、また作動液を外部から供給する必要もなくなる。
【００１５】
本発明の別の観点に係る電子機器装置は、携帯型の装置において、燃料電池本体と、ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置とを具備する燃料電池を電源として搭載したことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（燃料電池の構成）
図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池の構成を示す斜視図、図２はその断面図である。
【００１８】
これらの図に示すように、燃料電池１は、燃料電池本体２と、冷却装置３とを有する。
【００１９】
燃料電池本体２は、空気／水の流路基板４と空気極５と固体高分子膜６と燃料極７とを順次積層して構成される。
【００２０】
空気／水の流路基板４は、空気極５内に空気（Ｏ２）を導入するための空気導入部８及び生成された水を外部に排出するための水排出口９が設けられている。
【００２１】
固体高分子膜６は、触媒を担持し、電解質膜として機能している。
【００２２】
燃料極７は、水素吸収合金からなる。なお、燃料極７は、水素を供給するための流路と極との組み合わせとすることも可能である。
【００２３】
そして、空気極５と燃料極７との間に負荷１００が接続されるようになっている。
【００２４】
冷却装置３は、矩形で板状のヒートパイプであり、流路基板４と積層して配置されたエバポレータ領域１０と、コンデンサ領域１１と、これらエバポレータ側とコンデンサ側との間で作動液を循環させるための液循環領域１２とを有する。
【００２５】
図３はこの冷却装置３の構成を示す分解斜視図、図４はその側面図、図５はその平面図である。
【００２６】
これらの図に示すように、エバポレータ領域１０は、それぞれ独立してエバポレータとして機能する例えば９個のエバポレータ部１０ａ〜１０ｉを有する。同様に、コンデンサ領域１１も、それぞれ独立してコンデンサとして機能し、それそれが上記の各エバポレータ部１０ａ〜１０ｉに対応する例えば９個のコンデンサ部１１ａ〜１１ｉを有する。液循環領域１２には、各エバポレータ部１０ａ〜１０ｉと各コンデンサ部１１ａ〜１１ｉとの間に、エバポレータ部からコンデンサ部に気化された作動液（気体の状態）を流通する流路である気相ライン１３ａ〜１３ｉ及びコンデンサ部からエバポレータ部に例えば水である作動液（液体の状態）が流通する流路である液相ライン１４ａ〜１４ｉが設けられている。
【００２７】
ここで、冷却装置３は、上記の各部を構成するために、流路基板１５、対向基板１６、９個のウイック基板１７ａ〜１７ｉ及び９個のコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを有する。
【００２８】
流路基板１５はフッ素樹脂等からなる矩形の基板であり、流路基板１５の表面には上記の各部を構成するための溝１９ａ〜１９ｅが形成されている。より具体的には、流路基板１５の表面には、エバポレータ部１０ａ〜１０ｉを構成する液体供給溝１９ａ及び気体回収溝１９ｂ、液相ライン１４ａ〜１４ｉを構成する液体流路溝１９ｃ、気相ライン１３ａ〜１３ｉを構成する気体流通溝１９ｄ、コンデンサ部１１ａ〜１１ｉを構成するコンデンサ溝１９ｅが形成されている。また、流路基板１５の裏面から各液体供給溝１９ａにはリザーバ孔２５ａ〜２５ｉが貫通し、流路基板１５の裏面から各気体回収溝１９ｂにはオーバフロー水口２６ａ〜２６ｉが貫通している。
【００２９】
図２に示したように、各リザーバ孔２５ａ〜２５ｉと燃料電池本体２の水排出口９とは、例えばフッ素樹脂からなる配管２７を介して接続され、燃料電池本体２で生じた水が配管２７を介して作動液として冷却装置３に供給されるようになっている。また、オーバフロー水口２６ａ〜２６ｉからは同様にフッ素樹脂からなる配管２８を介して外部に排出されるようになっている。
【００３０】
対向基板１６は同様にフッ素樹脂等からなる矩形の基板であり、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが組み込まれる孔２０が設けられている。
【００３１】
各ウイック基板１７ａ〜１７ｉは、熱伝導性の良い、例えばニッケル、銅等の金属からなり、表面には多数の溝２１が形成されている。各溝２１は、作動液である水を毛細管現象により移動させることができるような幅で形成されている。
【００３２】
各コンデンサ基板１８ａ〜１８ｉも、同様に熱伝導性の良い、例えばニッケル、銅等の金属からなり、表面には上記と同様の多数の溝２２が形成されている。
【００３３】
本実施形態に係る冷却装置３は、対向基板１６の各孔２０に各ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及び各コンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを組み込むと共に、流路基板１５と対向基板１６とを張り合わせることでヒートパイプを構成する流路が形成されるようになっている。なお、組み込み及び針合わせには例えば接着剤としてポリイミド樹脂が使用されている。
【００３４】
次に、このように構成された冷却装置３による冷却動作について説明する。
【００３５】
燃料電池本体２から発生する熱は、冷却装置３におけるエバポレータ部１０ａ〜１０ｉに伝達し、この熱によってエバポレータ部１０ａ〜１０ｉに溜まっている液体は蒸発して気体になる。
【００３６】
この気体は、気相ライン１３ａ〜１３ｉを通ってコンデンサ部１１ａ〜１１ｉに流入し、コンデンサ部１１ａ〜１１ｉで熱を放出して再び液体になる。
【００３７】
この液体は、液相ライン１４ａ〜１４ｉを通ってエバポレータ部１０ａ〜１０ｉに流入する。
【００３８】
そして、エバポレータ部１０ａ〜１０ｉからの熱により再び気体になってコンデンサ部１１ａ〜１１ｉに流入する。
【００３９】
本実施形態に係る冷却装置３では、このような液体及び気体の循環により、エバポレータ部１０ａ〜１０ｉからコンデンサ部１１ａ〜１１ｉに熱を移動させて冷却を行う。
【００４０】
このように本実施形態に係る燃料電池１では、燃料電池本体２から発生する熱をヒートパイプにより構成される冷却装置３によって冷却するようにしているので、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる。また、冷却装置３を、流路基板１５と対向基板１６とウイック基板１７ａ〜１７ｉとコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉとを組み込み及び張り合わせで構成したので、小型薄型化が可能で、コンパクトな燃料電池１を構成することが可能である。従って、本実施形態に係る燃料電池１は、ラップトップ型のパーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型の電子機器装置の電源として搭載される形態として非常に好ましいものになる。更に、燃料電池本体２で発生した水を、ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させるように構成したので、即ち燃料電池本体で発生した水を再利用できるように構成したので、ヒートパイプにより構成される冷却装置３に対して作動液を外部から供給する必要もなくなる。
【００４１】
なお、上記の燃料電池１を積層させるような構造であっても勿論かまわない。
【００４２】
（燃料電池の製造方法）
次に、上記のように構成された燃料電池１の製造方法について説明する。
【００４３】
図６は燃料電池１の製造の工程を示したものである。
【００４４】
まず、空気／水の流路基板４と空気極５と固体高分子膜６と燃料極７とを積層することによって燃料電池本体２を製造する（ステップ６０１）。
【００４５】
一方、冷却装置３については以下のように製造する。
【００４６】
流路基板１５、対向基板１６、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを形成する（ステップ６０２〜６０５）。
【００４７】
流路基板１５については、フッ素樹脂からなる矩形の基材に溝１９ａ〜１９ｅ、リザーバ孔２５ａ〜２５ｉ及びオーバフロー水口２６ａ〜２６ｉを形成する。
【００４８】
対向基板１６については、同様にフッ素樹脂からなる矩形の基材にウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが組み込まれる孔２０を形成する。
【００４９】
より具体的には、流路基板１５及び対向基板１６は例えばＴＩＥＧＡ（Ｔｅｆｌｏｎ　Ｉｎｃｌｕｄｅｄ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　Ｇａｌｖａｎｉｃｆｏｒｍｉｎｇ）法によって形成される。このＴＩＥＧＡ法について図７に基づき説明する。
【００５０】
まず、図７（ａ）に示すように、流路基板１５及び対向基板１６上に、マスクとして、パターンニングされたメタルマスク３７を配置する。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、シンクロトロン光を照射することによって、流路基板１５及び対向基板１６上に溝や孔を形成する。ここで、シンクロトロン光とは、電子又は陽電子を光速近くまで加速し、磁場の中で進行方向を曲げることにより発生する電磁波をいう。
【００５２】
次に、図７（ｃ）に示すように、メタルマスク３７を除去し、流路基板１５及び対向基板１６の溝や孔の形成が完了する。
【００５３】
次に、図７（ｄ）に示すように、熱圧着時に必要な接着層の形成を行う。流路基板１５及び対向基板１６上に形成された溝及び孔の部分にレジスト層３９を形成する。そして、フッ素樹脂表面に、ＦＣＶＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ　Ｃａｔｈｏｄｉｃ　Ｖａｃｕｕｍ　Ａｒｃ）法によって注入層を形成する。本実施形態では注入層として銅層３８が用いられているが、例えばシリコンを注入層として用いてもよい。
【００５４】
そして、図７（ｅ）に示すように、レジスト層３９を剥離し、接着層が形成され、流路基板１５及び対向基板１６が完成する。
【００５５】
なお、流路基板１５及び対向基板１６はシンクロトロン光の照射により形成されているが、例えばエキシマレーザー等のレーザー光の照射による形成や金型成型による形成、又は反応性イオンエッチング法等により形成しても良い。さらに、銅層３８を形成する際には、エキシマレーザーなどによってフッ素樹脂の表面を改質させた後に、蒸着やスパッタリングなどの方法によって形成しても良い。この方法により、効率的に基板を形成することができる。
【００５６】
溝を有するウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉは例えばＵＶ−ＬＩＧＡと呼ばれる方法によって形成される。図８に基づきＵＶ−ＬＩＧＡの工程について具体的に説明する。
【００５７】
まず、図８（ａ）に示すように、プレート４３上例えば有機材料であるＳＵ−８からなるレジスト層４２を形成し、その上にパターンニングされたレジスト膜４１を形成する。これをパターン基板４０と呼ぶ。
【００５８】
次に、図８（ｂ）に示すように、パターン基板４０の上方からＵＶを照射し、レジスト層４２のエッチングを行う。
【００５９】
次に、図８（ｃ）に示すように、このパターン基板４０からレジスト膜４１を剥離し、この表面にニッケルＮｉの電鋳でニッケル層４４を形成する。
【００６０】
そして、図８（ｄ）に示すように、パターン基板４０からニッケル層４４を剥離する。剥離したニッケル層４４が溝を有するウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉとなる。
【００６１】
なお、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉの形成は、例えば反応性イオンエッチング法によっても可能である。
【００６２】
以上のようにして流路基板１５、対向基板１６、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが形成される。
【００６３】
次に、対向基板１６の孔２０にウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉを組み込む（ステップ６０６）。
【００６４】
次に、ウイック基板１７ａ〜１７ｉ及びコンデンサ基板１８ａ〜１８ｉが組み込まれた対向基板１６と流路基板１５とを接合する（ステップ６０７）。
【００６５】
このように形成された冷却装置３と燃料電池本体２とを例えば接着剤により接着する（ステップ６０８）。
【００６６】
そして、冷却装置３のリザーバ孔２５ａ〜２５ｉと燃料電池本体２の水排出口９とを例えばフッ素樹脂からなる配管２７により接続し、冷却装置３のオーバフロー水口２６ａ〜２６ｉに同様にフッ素樹脂からなる配管２８を接続する（ステップ６０９）。
【００６７】
（電子機器装置）
次に、本発明に係る燃料電池１が搭載された電子機器装置について説明する。
【００６８】
図９は本発明に係る燃料電池１が搭載された電子機器装置としてのノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと呼ぶ。）の概略斜視図である。
【００６９】
ＰＣ１５０は、当該ＰＣ１５０を駆動するために、上記構成の燃料電池１を電源として搭載している。
【００７０】
なお、ここでは、電子機器装置としてＰＣを例にとり説明したが、本発明に係る燃料電池は携帯電話やディジタルカメラ、ビデオカメラ等の他の電子機器装置にも搭載することが可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、騒音等の問題を回避しつつ、発熱を抑えることができる燃料電池及び電気機器装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した燃料電池の断面図である。
【図３】図１に示した冷却装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示した冷却装置の側面図である。
【図５】図３に示した冷却装置の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る燃料電池の製造工程を示すフロー図である。
【図７】ＴＩＥＧＡ法を説明するための図である。
【図８】ＵＶ−ＬＩＧＡの工程を説明するための図である。
【図９】本発明に係る燃料電池が搭載された電子機器装置としてのパーソナルコンピュータの概略斜視図である。
【符号の説明】
１　燃料電池
２　燃料電池本体
３　冷却装置
４　空気／水の流路基板
５　空気極
６　固体高分子膜
７　燃料極
９　水排出口
１０　エバポレータ領域
１１　コンデンサ領域
１２　液循環領域
１０ａ〜１０ｉ　エバポレータ部
１１ａ〜１１ｉ　コンデンサ部
１３ａ〜１３ｉ　気相ライン
１４ａ〜１４ｉ　液相ライン
１５　流路基板
１６　対向基板
１７ａ〜１７ｉ　ウイック基板
１８ａ〜１８ｉ　コンデンサ基板
２５ａ〜２５ｉ　リザーバ孔
２７　配管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell mounted as a power source of a portable electronic device such as a laptop personal computer or a mobile phone, and to those electronic devices.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a secondary battery such as a lithium ion battery has been used as a power supply for a portable electronic device such as a laptop personal computer or a mobile phone.
[0003]
In such an electronic device, a processing unit, a display unit, and the like consume more and more power, and a power source that can withstand long-time use is required.
[0004]
Therefore, use of a fuel cell as a power source for these electronic devices has been studied.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a fuel cell is mounted on these electronic devices, there is a possibility that a problem such as a malfunction may occur due to heat generated from the fuel cell.
[0006]
Therefore, for example, a configuration in which the fuel cell is cooled by a fan is conceivable. However, there is a high possibility that a problem arises in terms of cooling capacity and noise. In particular, in these recent electric devices, cooling by a fan has become a problem even with heat generated from a processing unit, a display unit, and the like, and it is considered that a new cooling means other than the fan is required.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell and an electric apparatus which can suppress heat generation while avoiding a problem such as noise.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, a fuel cell according to a main aspect of the present invention includes a fuel cell main body, and a cooling device in which at least an evaporator section constituting a heat pipe is arranged close to the fuel cell main body. It is characterized by the following.
[0009]
In the present invention, since the heat generated from the fuel cell is cooled by the cooling device constituted by the heat pipe, heat generation can be suppressed while avoiding problems such as noise.
[0010]
Here, the heat pipe is, for example, a metal pipe having a capillary structure on the inner wall of the pipe, and the inside thereof is vacuum, and a small amount of water or alternative Freon is sealed therein. When one end of the heat pipe is brought into contact with a heat source and heated, the liquid inside evaporates and evaporates. At this time, heat is taken in as latent heat (heat of vaporization). Then, it moves at high speed (almost at the speed of sound) to a low-temperature portion, where it is cooled and returns to a liquid, and releases heat (heat release by condensation latent heat). Since the liquid returns to the original position through the capillary structure (or by gravity), heat can be continuously and efficiently transferred.
[0011]
In the present invention, the fuel cell body has a structure in which a first layer serving as an air electrode, a second layer made of a solid polymer film, and a third layer serving as a fuel electrode are stacked. Preferably, the portion has a plate-like structure laminated on the first layer.
[0012]
This enables a reduction in size and thickness, which is very preferable as a mode in which the electronic device is mounted as a power source of a portable electronic device such as a laptop personal computer or a mobile phone.
[0013]
In the present invention, it is more preferable that the apparatus further comprises means for causing water generated in the fuel cell main body to flow as a working fluid into a flow path constituting the heat pipe.
[0014]
In a fuel cell, hydrogen is combined with oxygen to produce water. In a conventional fuel cell, a configuration in which such water is discharged has been adopted. On the other hand, in the present invention, the water generated in the fuel cell main body is configured to flow as a working fluid into the flow path constituting the heat pipe, that is, the water generated in the fuel cell main body can be reused. Therefore, it is not necessary to discard the water generated in the fuel cell, and it is not necessary to supply the working fluid from the outside.
[0015]
An electronic device according to another aspect of the present invention is a portable device, comprising: a fuel cell main body; and a cooling device in which at least an evaporator section constituting a heat pipe is disposed close to the fuel cell main body. A fuel cell is mounted as a power source.
[0016]
In the present invention, heat generation can be suppressed while avoiding problems such as noise.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Configuration of fuel cell)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof.
[0018]
As shown in these figures, the fuel cell 1 has a fuel cell main body 2 and a cooling device 3.
[0019]
The fuel cell body 2 is configured by sequentially laminating an air / water flow path substrate 4, an air electrode 5, a solid polymer membrane 6, and a fuel electrode 7.
[0020]
The air / water flow path substrate 4 is provided with an air introduction unit 8 for introducing air (O 2 ) into the air electrode 5 and a water discharge port 9 for discharging generated water to the outside. .
[0021]
The solid polymer membrane 6 supports a catalyst and functions as an electrolyte membrane.
[0022]
The fuel electrode 7 is made of a hydrogen absorbing alloy. The fuel electrode 7 may be a combination of a flow path for supplying hydrogen and an electrode.
[0023]
The load 100 is connected between the air electrode 5 and the fuel electrode 7.
[0024]
The cooling device 3 is a rectangular and plate-shaped heat pipe, and circulates the hydraulic fluid between the evaporator region 10 and the condenser region 11 which are disposed so as to be stacked on the flow path substrate 4, and between the evaporator side and the condenser side. And a liquid circulating region 12 for causing the liquid to circulate.
[0025]
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the cooling device 3, FIG. 4 is a side view thereof, and FIG. 5 is a plan view thereof.
[0026]
As shown in these figures, the evaporator region 10 has, for example, nine evaporator sections 10a to 10i each independently functioning as an evaporator. Similarly, the capacitor regions 11 also independently function as capacitors, each having, for example, nine capacitor portions 11a to 11i corresponding to the above-described evaporator portions 10a to 10i. In the liquid circulation area 12, a gas phase, which is a flow path between the evaporator sections 10a to 10i and each of the condenser sections 11a to 11i, is a flow path for flowing the working fluid (a gas state) vaporized from the evaporator section to the condenser section. Liquid-phase lines 14a to 14i, which are flow paths through which hydraulic fluid (liquid state), for example, water, flows from the lines 13a to 13i and the condenser to the evaporator, are provided.
[0027]
Here, the cooling device 3 includes a flow path substrate 15, an opposing substrate 16, nine wick substrates 17a to 17i, and nine capacitor substrates 18a to 18i in order to configure the above-described units.
[0028]
The flow path substrate 15 is a rectangular substrate made of a fluororesin or the like, and grooves 19a to 19e for forming the above-described components are formed on the surface of the flow path substrate 15. More specifically, on the surface of the flow path substrate 15, a liquid supply groove 19a and a gas recovery groove 19b forming the evaporator sections 10a to 10i, a liquid flow path groove 19c forming the liquid phase lines 14a to 14i, a gas phase A gas flow groove 19d forming the lines 13a to 13i and a capacitor groove 19e forming the capacitor portions 11a to 11i are formed. Reservoir holes 25a to 25i pass through the liquid supply grooves 19a from the back surface of the flow path substrate 15, and overflow water ports 26a to 26i pass through the gas recovery grooves 19b from the back surface of the flow path substrate 15.
[0029]
As shown in FIG. 2, each of the reservoir holes 25 a to 25 i and the water outlet 9 of the fuel cell main body 2 are connected via a pipe 27 made of, for example, a fluororesin, and water generated in the fuel cell main body 2 is connected to the pipe. The cooling liquid is supplied to the cooling device 3 as a working fluid through the cooling liquid 27. The overflow water outlets 26a to 26i are similarly discharged to the outside via a pipe 28 made of fluororesin.
[0030]
The counter substrate 16 is also a rectangular substrate made of fluororesin or the like, and has a hole 20 into which the wick substrates 17a to 17i and the capacitor substrates 18a to 18i are incorporated.
[0031]
Each of the wick substrates 17a to 17i is made of a metal having good thermal conductivity, such as nickel or copper, and has a large number of grooves 21 formed on the surface. Each groove 21 is formed with such a width that water as a working fluid can be moved by capillary action.
[0032]
Each of the capacitor substrates 18a to 18i is also made of a metal having good thermal conductivity, such as nickel or copper, and has a large number of grooves 22 formed on the surface thereof.
[0033]
The cooling device 3 according to the present embodiment incorporates the wick substrates 17a to 17i and the capacitor substrates 18a to 18i into the holes 20 of the opposing substrate 16 and heats the lamination by bonding the flow path substrate 15 and the opposing substrate 16 together. A flow path constituting a pipe is formed. It should be noted that polyimide resin is used as an adhesive for assembling and needle setting, for example.
[0034]
Next, a cooling operation by the cooling device 3 configured as described above will be described.
[0035]
The heat generated from the fuel cell main body 2 is transmitted to the evaporator units 10a to 10i in the cooling device 3, and the liquid accumulated in the evaporator units 10a to 10i evaporates into a gas by this heat.
[0036]
This gas flows into the condenser portions 11a to 11i through the gas phase lines 13a to 13i, and releases heat in the condenser portions 11a to 11i to become liquid again.
[0037]
This liquid flows into the evaporator units 10a to 10i through the liquid phase lines 14a to 14i.
[0038]
Then, it becomes gas again by the heat from the evaporator units 10a to 10i and flows into the condenser units 11a to 11i.
[0039]
In the cooling device 3 according to the present embodiment, cooling is performed by transferring heat from the evaporator units 10a to 10i to the condenser units 11a to 11i by the circulation of the liquid and the gas.
[0040]
As described above, in the fuel cell 1 according to the present embodiment, the heat generated from the fuel cell main body 2 is cooled by the cooling device 3 constituted by the heat pipe. Can be suppressed. Further, since the cooling device 3 is configured by incorporating and bonding the flow path substrate 15, the opposing substrate 16, the wick substrates 17a to 17i, and the capacitor substrates 18a to 18i, the compact fuel cell 1 can be reduced in size and thickness. It is possible to configure. Therefore, the fuel cell 1 according to the present embodiment is very preferable as a form mounted as a power source of a portable electronic device such as a laptop personal computer or a mobile phone. Further, since the water generated in the fuel cell main body 2 is configured to flow into the flow path constituting the heat pipe as a working fluid, that is, the water generated in the fuel cell main body is configured to be reused. There is no need to externally supply the working fluid to the cooling device 3 constituted by a pipe.
[0041]
Note that a structure in which the above-described fuel cells 1 are stacked may of course be used.
[0042]
(Fuel cell manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the fuel cell 1 configured as described above will be described.
[0043]
FIG. 6 shows a process of manufacturing the fuel cell 1.
[0044]
First, the fuel cell main body 2 is manufactured by stacking the air / water flow path substrate 4, the air electrode 5, the solid polymer membrane 6, and the fuel electrode 7 (Step 601).
[0045]
On the other hand, the cooling device 3 is manufactured as follows.
[0046]
The flow path substrate 15, the opposing substrate 16, the wick substrates 17a to 17i, and the capacitor substrates 18a to 18i are formed (Steps 602 to 605).
[0047]
Regarding the flow path substrate 15, grooves 19a to 19e, reservoir holes 25a to 25i, and overflow water ports 26a to 26i are formed in a rectangular base material made of a fluororesin.
[0048]
As for the counter substrate 16, similarly, a hole 20 in which the wick substrates 17a to 17i and the capacitor substrates 18a to 18i are incorporated is formed in a rectangular base material made of fluororesin.
[0049]
More specifically, the flow path substrate 15 and the counter substrate 16 are formed by, for example, a TIEGA (Teflon Included Etching Galvanic forming) method. The TIEGA method will be described with reference to FIG.
[0050]
First, as shown in FIG. 7A, a patterned metal mask 37 is arranged as a mask on the flow path substrate 15 and the counter substrate 16.
[0051]
Next, as shown in FIG. 7B, grooves and holes are formed on the flow channel substrate 15 and the counter substrate 16 by irradiating synchrotron light. Here, the synchrotron light refers to an electromagnetic wave generated by accelerating electrons or positrons to near the speed of light and bending the traveling direction in a magnetic field.
[0052]
Next, as shown in FIG. 7C, the metal mask 37 is removed, and the formation of the grooves and holes in the flow path substrate 15 and the counter substrate 16 is completed.
[0053]
Next, as shown in FIG. 7D, an adhesive layer necessary for thermocompression bonding is formed. A resist layer 39 is formed in the grooves and holes formed on the flow path substrate 15 and the counter substrate 16. Then, an injection layer is formed on the surface of the fluororesin by an FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) method. Although the copper layer 38 is used as the injection layer in the present embodiment, for example, silicon may be used as the injection layer.
[0054]
Then, as shown in FIG. 7E, the resist layer 39 is peeled off, an adhesive layer is formed, and the flow path substrate 15 and the counter substrate 16 are completed.
[0055]
The flow path substrate 15 and the counter substrate 16 are formed by irradiation with synchrotron light. For example, the flow path substrate 15 and the counter substrate 16 are formed by irradiation with laser light such as an excimer laser, formed by die molding, or formed by reactive ion etching. You may. Further, when the copper layer 38 is formed, the surface of the fluororesin may be modified by excimer laser or the like, and then formed by a method such as vapor deposition or sputtering. By this method, a substrate can be formed efficiently.
[0056]
The wick substrates 17a to 17i having the grooves and the capacitor substrates 18a to 18i are formed by, for example, a method called UV-LIGA. The UV-LIGA process will be specifically described with reference to FIG.
[0057]
First, as shown in FIG. 8A, a resist layer 42 made of, for example, SU-8, which is an organic material, is formed on a plate 43, and a patterned resist film 41 is formed thereon. This is called a pattern substrate 40.
[0058]
Next, as shown in FIG. 8B, the resist layer 42 is etched by irradiating UV from above the pattern substrate 40.
[0059]
Next, as shown in FIG. 8C, the resist film 41 is peeled from the pattern substrate 40, and a nickel layer 44 is formed on the surface by electroforming nickel nickel.
[0060]
Then, as shown in FIG. 8D, the nickel layer 44 is peeled from the pattern substrate 40. The peeled nickel layer 44 becomes the wick substrates 17a to 17i having the grooves and the capacitor substrates 18a to 18i.
[0061]
The wick substrates 17a to 17i and the capacitor substrates 18a to 18i can be formed by, for example, a reactive ion etching method.
[0062]
As described above, the flow path substrate 15, the counter substrate 16, the wick substrates 17a to 17i, and the capacitor substrates 18a to 18i are formed.
[0063]
Next, the wick substrates 17a to 17i and the capacitor substrates 18a to 18i are incorporated into the holes 20 of the opposite substrate 16 (step 606).
[0064]
Next, the opposing substrate 16 incorporating the wick substrates 17a to 17i and the capacitor substrates 18a to 18i and the flow path substrate 15 are joined (step 607).
[0065]
The cooling device 3 thus formed and the fuel cell main body 2 are bonded, for example, with an adhesive (Step 608).
[0066]
Then, the reservoir holes 25a to 25i of the cooling device 3 and the water outlet 9 of the fuel cell body 2 are connected by a pipe 27 made of, for example, a fluororesin, and the overflow water ports 26a to 26i of the cooling device 3 are similarly made of a fluororesin. The pipe 28 is connected (Step 609).
[0067]
(Electronic equipment)
Next, an electronic device equipped with the fuel cell 1 according to the present invention will be described.
[0068]
FIG. 9 is a schematic perspective view of a notebook personal computer (hereinafter, referred to as a PC) as an electronic apparatus in which the fuel cell 1 according to the present invention is mounted.
[0069]
The PC 150 is equipped with the fuel cell 1 having the above configuration as a power source for driving the PC 150.
[0070]
Although the PC has been described as an example of the electronic device, the fuel cell according to the present invention can be mounted on other electronic devices such as a mobile phone, a digital camera, and a video camera.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell and an electric apparatus that can suppress heat generation while avoiding problems such as noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a fuel cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell shown in FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of the cooling device shown in FIG.
FIG. 4 is a side view of the cooling device shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a plan view of the cooling device shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a flowchart showing a process of manufacturing a fuel cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the TIEGA method.
FIG. 8 is a diagram for explaining a UV-LIGA process.
FIG. 9 is a schematic perspective view of a personal computer as an electronic apparatus on which the fuel cell according to the present invention is mounted.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell 2 fuel cell main body 3 cooling device 4 air / water flow path substrate 5 air electrode 6 solid polymer film 7 fuel electrode 9 water outlet 10 evaporator area 11 capacitor area 12 liquid circulation area 10 a to 10 i evaporator section 11 a to 11i Capacitor sections 13a to 13i Vapor phase lines 14a to 14i Liquid phase line 15 Flow path substrate 16 Opposite substrates 17a to 17i Wick substrates 18a to 18i Capacitor substrates 25a to 25i Reservoir holes 27 Piping

Claims (4)

燃料電池本体と、
ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置と
を具備することを特徴とする燃料電池。A fuel cell body,
A fuel cell, comprising: a cooling device in which at least an evaporator section constituting a heat pipe is disposed close to the fuel cell body. 請求項１に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体は、空気極である第１の層と、固体高分子膜からなる第２の層と、燃料極である第３の層とを積層した構造であり、
前記エバポレータ部は、前記第１の層に近接して積層された板状の構造である
ことを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1,
The fuel cell body has a structure in which a first layer serving as an air electrode, a second layer formed of a solid polymer film, and a third layer serving as a fuel electrode are stacked,
The fuel cell according to claim 1, wherein the evaporator section has a plate-like structure stacked close to the first layer. 請求項１に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体で発生した水を、前記ヒートパイプを構成する流路に作動液として流入させる手段を更に具備することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1,
A fuel cell further comprising means for causing water generated in the fuel cell body to flow as a working fluid into a flow path constituting the heat pipe. 燃料電池本体と、ヒートパイプを構成する少なくともエバポレータ部が前記燃料電池本体に近接して配置された冷却装置とを具備する燃料電池を電源として搭載したことを特徴とする電子機器装置。An electronic apparatus comprising: a fuel cell including a fuel cell main body and a cooling device in which at least an evaporator section constituting a heat pipe is arranged close to the fuel cell main body as a power supply.
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