JP2005108560A - 電子機器及び発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子機器100は、本体1と、本体1に対して着脱自在である燃料容器10と、更に本体1に対して着脱自在であり、発電を行う発電モジュール20と、を具備する。発電モジュール20は、燃料を反応させて生成物を生成する反応装置と、反応装置で生成された生成物と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池と、燃料容器10から燃料を反応装置に送るとともに空気を燃料電池に送る検出駆動部と、駆動部の制御を行う制御部4、を一体に設けたものである。また、別の電子機器の本体には、2つの発電モジュール20を搭載することができる。
【選択図】図1
Description
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、機種毎に燃料電池等の最適設計を行わなくても済むような電子機器及び発電装置を提供することを目的とする。
複数の前記発電モジュールを並列配置した状態で前記電子機器本体に着脱自在に設けることが更に好ましい。
前記別の係合部であるナットを前記ロッドの他方の端部に螺合させて他方の端の前記発電モジュールを一方の端の前記発電モジュール側に締め付けることが更に好ましい。
前記陽極端子、前記陰極端子にそれぞれ接続される電気エネルギー入力端子を前記電子機器本体に設けることが更に好ましい。
前記駆動部が、前記燃料用の流路を通じて燃料を取り込み、取り込んだ燃料を前記反応装置に排出する燃料ポンプを具備することが更に好ましく、
前記制御部が前記燃料ポンプの制御を行うことが更に好ましく、
前記駆動部が、前記燃料ポンプによって前記燃料ポンプから前記反応装置に送られる燃料の流量を調節するバルブを具備することが更に好ましく、
前記制御部は前記バルブの制御を行うことが更に好ましい。
前記駆動部が、前記空気用の流路を通じて空気を取り込み、取り込んだ空気を前記燃料電池の空気極に排出する空気ポンプを具備することが更に好ましく、
前記制御部が前記空気ポンプの制御を行うことが更に好ましく、
前記駆動部が前記空気ポンプによって前記空気ポンプから前記燃料電池の燃料極に送られる空気の流量を調節するバルブを具備することが更に好ましく、
前記制御部が前記バルブの制御を行うことが更に好ましく、
前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した別の排気用の流路を前記発電モジュールに設け、前記別の排気用の流路が前記燃料電池の空気極に通じていることが更に好ましい。
図1に示すように、この電子機器100は、携帯型の電子機器であって、特にノート型パーソナルコンピュータである。電子機器100は、CPU、RAM、ROM、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵した本体1と、本体1に対して着脱自在であり、燃料を貯留した燃料容器10と、本体1に対して着脱自在であり、燃料容器10の燃料を用いて発電を行い、生成した電気エネルギーを本体1に供給することにより本体1を駆動する発電モジュール20と、を備える。
ここで、図3は発電モジュール20の側面図であり、図4は発電モジュール20の平面図であり、図5は発電モジュール20の機能ブロック図である。図3に示すように、発電モジュール20は、裏面側の第1の多層基板21と、正面側の第2の多層基板22と、第1の多層基板21と第2の多層基板22との間に挟持された積層型(スタックセル型)の燃料電池(Fuel Cell)23と、を備える。第1の多層基板21、燃料電池23、第2の多層基板22の何れも図4の図示方向に見て(平面視して)同じ外形形状を呈し、その外形形状は矩形状となっている。これらの第1の多層基板21、燃料電池23、第2の多層基板22がこの順に積み重ねられ、これら第1の多層基板21、燃料電池23、第2の多層基板22全体として略直方体の形状を呈している。そして、第1の多層基板21、燃料電池23及び第2の多層基板22を積層したものが、発電モジュール20の本体となる。
H2→2H++2e- … (1)
2H++1/2O2+2e-→H2O … (2)
CH3OH+H2O→3H2+CO2 … (3)
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 … (4)
CO+H2O→CO2+H2 … (5)
2CO+O2→2CO2 … (6)
なお、一酸化炭素除去器53が上記化学反応式(5)の反応のみをもたらす反応器であった場合、バルブ64、流量センサ67は必要ない。
制御回路44は、CPU(Central Processing Unit)80と、RAM(Random Access Memory)81と、ROM(Read Only Memory)82と、D/A(Digital to Analog)コンバータ83と、A/D(Analog to Digital)コンバータ84と、ドライバ85,86,87,88,89と、充放電制御部90と、二次電池91と、DC/DC(Direct Current to Direct Current)コンバータ92と、から構成されている。第2の多層基板22にはプリント回路基板(PCB:Print Circuit Board)としてバス、配線等が形成されており、CPU80、RAM81、ROM82、D/Aコンバータ83、A/Dコンバータ84、ドライバ85,86,87,88,89、充放電制御部90、二次電池91及びDC/DCコンバータ92が凹部41に搭載され、更にバス、配線に接続されることによって、制御回路44が構成されている。
図10、図11に示すように、第1流路24、第2流路25、第3流路26、第4流路27の両側開口それぞれに蓋部材33を嵌めて、第1流路24、第2流路25、第3流路26及び第4流路27の開口を蓋部材33によって閉塞する。また、燃料取り込み穴29、排気穴30、空気取り込み穴31、排気穴32それぞれにコネクタ34を嵌め込む。
なお、副(子)となる発電モジュール20が複数の場合に、本体101の第2の収納空間109の壁面には、副となった発電モジュール20の通信用通信用電極93,93,…と他の副となった発電モジュール20の通信用通信用電極93,93,…とを互いに接続させるための副副間通信用端子が設けられていてもよい。
例えば、上記実施形態では、燃料電池23が水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成するものであったが、燃料電池23の代わりに、メタノールと水と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池を設けても良い。この場合、その燃料電池の燃料極に面するマイクロ流路には、気化したメタノールと水の混合気が燃料ポンプの圧力によって供給され、その燃料電池の空気極に面するマイクロ流路には、空気が空気ポンプの圧力によって供給される。また、上記実施形態では反応装置45が、気化器51と、改質器52と、一酸化炭素除去器53と、を備えたものであるが、メタノールと水と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池の場合には、このような反応装置45の代わりに気化器を備えた反応装置を設ける。従って、反応装置における燃料の反応は燃料の化学変化を伴うことのみならず、反応装置45の代わりに設けた反応装置(気化器)のように燃料の状態変化(液体から気体への気化)を伴うものであっても良く、この場合に生成物は燃料の気体(蒸気)である。ここで、メタノールと水と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池の場合、燃料極では、電気化学反応式(7)に示すように、反応装置の気化器から供給された混合気が、燃料極の触媒の作用を受けて水素イオンと電子と二酸化炭素に分離する。水素イオンはイオン伝導膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。一方、空気極では、電気化学反応式(8)に示すように、空気中の酸素と、燃料電池の電解質膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が副生成物として生成される。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- … (7)
6H++3/2O2+6e-→3H2O … (8)
上記実施形態では、燃料電池23は、3つの領域(凹部)41,42,43と重なるように形成されているが、3つの領域41,42,43のうちの少なくとも1つの領域よりも広く形成されていれば、燃料電池23の表面積が増大でき、迅速に本体1,101の定格出力を発電することができる。また燃料電池23は1つの発電モジュール20で2つ積層されていたが、3層以上であってもよく、出力電圧が比較的小さければ単層であってもよい。
上記実施形態では、反応装置45を加熱する手段として薄膜ヒータ54,55,56を設けたが、薄膜ヒータ54,55,56は、電圧信号によって迅速に温度制御が可能なので、薄膜ヒータ54,55,56を気化器51、改質器52、一酸化炭素除去器53の温度の微調整するための補助熱源として用い、さらに燃料に酸素を加えて燃焼することによって大きな熱量を気化器51、改質器52、一酸化炭素除去器53に供給する燃焼器を反応装置45内に設けて発熱効率を向上することが好ましい。このとき、燃焼器は気化器51、改質器52、一酸化炭素除去器53毎に設けてもよく、また、一番高い反応温度を要する改質器52近傍にのみ配置してもよい。後者の場合、燃焼器からの熱の伝搬によって気化器51及び一酸化炭素除去器53がそれぞれ要する反応温度に近づくように、基板51a,51b、基板52a,52b及び基板53a,53bの材料、寸法、形状を適宜設定して、最適の温度勾配が得られる構造にすることが好ましい。
20 … 発電モジュール
23 … 燃料電池
24 … 第1流路(燃料用の流路)
25 … 第2流路(別の排気用の流路)
26 … 第3流路(空気用の流路)
27 … 第4流路(排気用の流路)
28 … 貫通穴
38 … ボルト
38a … 頭部(係合部)
38b … ロッド部(ロッド)
39 … ナット(別の係合部)
44 … 制御回路(制御部)
45 … 反応装置
46 … 検出駆動部(駆動部)
61 … 燃料ポンプ
62、64、65 … バルブ
63 … 空気ポンプ
92a … 陽極端子
92b … 陰極端子
100、120 … 電子機器
Claims (30)
- 燃料を反応させて生成物を生成する反応装置と、前記反応装置で生成された生成物と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池と、燃料を前記反応装置に送るとともに空気を前記燃料電池に送る駆動部と、前記駆動部の制御を行う制御部と、を一体に設けた発電モジュールと、
前記発電モジュールを着脱自在に設け、前記燃料電池によって生成された電気エネルギーにより動作する電子機器本体と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 複数の前記発電モジュールを前記電子機器本体に着脱自在に設けることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
- 複数の前記発電モジュールを並列配置した状態で前記電子機器本体に着脱自在に設けることを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した貫通穴を前記発電モジュールに設けることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した貫通穴を複数の前記発電モジュールそれぞれに設け、複数の前記発電モジュールそれぞれの貫通穴を互いに位置合わせした状態で複数の前記発電モジュールを並列配置し、ロッドを一方の端の前記発電モジュールから他方の端の前記発電モジュールまで前記貫通穴に挿通させ、前記ロッドの一方の端部に設けた係合部を一方の端の前記発電モジュールに係合させ、前記ロッドの他方の端部に設けた別の係合部を他方の端の前記発電モジュールに係合させることを特徴とする請求項2又は3に記載の電子機器。
- 前記別の係合部であるナットを前記ロッドの他方の端部に螺合させて他方の端の前記発電モジュールを一方の端の前記発電モジュール側に締め付けることを特徴とする請求項5に記載の電子機器。
- 前記燃料電池で生成された電気エネルギーを出力するための陽極端子と陰極端子とを前記発電モジュールの外面に設けることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記陽極端子、前記陰極端子にそれぞれ接続される電気エネルギー入力端子を前記電子機器本体に設けることを特徴とする請求項7に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した燃料用の流路を前記発電モジュールに設け、前記燃料用の流路が前記駆動部を介して前記反応装置に通じていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記駆動部は、前記燃料用の流路を通じて燃料を取り込み、取り込んだ燃料を前記反応装置に排出する燃料ポンプを具備することを特徴とする請求項9に記載の電子機器。
- 前記制御部は前記燃料ポンプの制御を行うことを特徴とする請求項10に記載の電子機器。
- 前記駆動部は、前記燃料ポンプによって前記燃料ポンプから前記反応装置に送られる燃料の流量を調節するバルブを具備することを特徴とする請求項10又は11に記載の電子機器。
- 前記制御部は前記バルブの制御を行うことを特徴とする請求項12に記載の電子機器。
- 前記反応装置が前記燃料電池の燃料極に通じていることを特徴とする請求項9から13のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した排気用の流路を前記発電モジュールに設け、前記排気用の流路が前記燃料電池の燃料極に通じていることを特徴とする請求項9から14のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した空気用の流路を前記発電モジュールに設け、前記空気用の流路が前記駆動部を介して前記燃料電池の空気極に通じていることを特徴とする請求項9から15のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記駆動部は、前記空気用の流路を通じて空気を取り込み、取り込んだ空気を前記燃料電池の空気極に排出する空気ポンプを具備することを特徴とする請求項16に記載の電子機器。
- 前記制御部は前記空気ポンプの制御を行うことを特徴とする請求項17に記載の電子機器。
- 前記駆動部は、前記空気ポンプによって前記空気ポンプから前記燃料電池の燃料極に送られる空気の流量を調節するバルブを具備することを特徴とする請求項17又は18に記載の電子機器。
- 前記制御部は前記バルブの制御を行うことを特徴とする請求項19に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールの正面から裏面に貫通した別の排気用の流路を前記発電モジュールに設け、前記別の排気用の流路が前記燃料電池の空気極に通じていることを特徴とする請求項16から20のいずれか一項に記載の電子機器。
- 燃料を反応させて生成物を生成する反応装置と、前記反応装置で生成された生成物と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池と、燃料を前記反応装置に送るとともに空気を前記燃料電池に送る駆動部と、前記駆動部の制御を行う制御部と、を一体に設けた発電モジュール本体を有し、この発電モジュール本体を複数並列配置した状態で、前記燃料が一方の発電モジュール本体を介して他方の発電モジュール本体に供給できるように複数の発電モジュール本体の間で互いに連結自在の燃料供給流路を有することを特徴とする発電装置。
- 前記発電モジュール本体の前記燃料供給流路は、複数並列配置した状態で前記並列の方向に貫通していることを特徴とする請求項22に記載の発電装置。
- 前記発電モジュール本体は、前記発電モジュール本体を複数並列配置した状態で前記並列の方向の一端に位置する前記発電モジュール本体の前記燃料供給流路から前記燃料を供給する場合、前記並列の方向の他端に位置する前記発電モジュール本体の露出した前記燃料供給流路を閉塞する蓋部材が取り付けできることを特徴とする請求項22又は23に記載の発電装置。
- 前記燃料電池で生成された電気エネルギーを出力するための陽極端子と陰極端子とを前記発電モジュール本体の外面に設けることを特徴とする請求項22から24のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記発電モジュール本体の前記燃料供給流路は、前記駆動部を介して前記反応装置に通じていることを特徴とする請求項22から25のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記発電モジュール本体は、前記発電モジュール本体を複数並列配置した状態で、一方の発電モジュール本体の前記燃料電池の燃料極から排出された排気を他方の発電モジュール本体を介して外に排出できるように複数の発電モジュール本体の間で互いに連結自在の排気流路を有することを特徴とする請求項22から26のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記発電モジュール本体は、前記発電モジュール本体を複数並列配置した状態で、一方の発電モジュール本体の前記燃料電池の空気極と他方の発電モジュール本体の前記燃料電池の空気極とが連通自在の空気流路を有することを特徴とする請求項22から27のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記発電モジュール本体は、前記発電モジュール本体を複数並列配置した状態で、一方の発電モジュール本体の前記燃料電池の空気極から排出される排気を他方の発電モジュール本体を介して外に排出できるように複数の発電モジュール本体の間で互いに連結自在の排気流路を有することを特徴とする請求項22から28のいずれか一項に発電装置。
- 前記発電モジュール本体は、前記燃料供給流路と連通し、外部から前記燃料を取り込む取り込み穴を有することを特徴とする請求項22から29のいずれか一項に発電装置。
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