JP2005285546A - 電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】使用時において、人間が電子機器に当然に及ぼす物理的作用を利用して発電装置に燃料を供給し燃料消費を低減させて長時間使用できる電子機器を提供すること。
【解決手段】
燃料から電気エネルギを生成する発電装置を内蔵した電子機器において、各々の一方端部を開閉可能に連結させた蓋筐体と本体と、蓋筐体と本体の連結部の間に備えられて蓋筐体と本体筐体が開かれる場合に燃料を発電装置側に供給する燃料供給手段と、を備えたので、燃料供給手段が蓋筐体と本体筐体が開かれる場合に燃料を発電装置側に供給するので速やかに発電することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、電子機器に係り、特に気体等を圧縮し燃料を搬送供給する燃料供給装置を備えた電子機器に関する。
携帯電話機、ノート型パソコン、デジタルカメラ、腕時計、PDA(Personal Digital Assistance)、電子手帳等といった小型電子機器では、その電源としてアルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池またはニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。
しかし、近年の小型電子機器の多機能化や液晶等表示部のカラー表示化等により消費電力が増大し電池の駆動時間が短くなっており、これら一次電池および二次電池は、必ずしも高エネルギ効率が図られているものとはいえない。
そこで、今日では、一次電池および二次電池の代替として、高エネルギ利用効率を実現でき、かつ環境負荷の低いという特徴を有することから、燃料電池についての研究・開発が盛んに行われている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギから電気エネルギを直接取出すものであり、これら燃料電池としては、高分子電解質膜燃料電池(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)等が一般に知られている。
燃料電池では、上記いずれの方式にかかるものであっても、燃料極と空気極とに狭持された電解質とからなるセルを、燃料の通路を確保し電気的につなぐ役割を果たすセパレーターを介し積層してなるセルスタック(燃料電池本体)に、燃料である水やメタノール等から水素を抽出し酸素と化学反応させることで発電をおこなうようになっている。このような燃料の供給手段としては、例えば、特許文献1に提供されるように、燃料収容容器に圧力調整機構を設けて負圧調整をすると共に、気化器へとつながる燃料導入口を、毛管力が働く程度の細孔を有する多孔質な材料で満たし、前記気化器での燃料の気化に応じて適宜燃料を供給する無電力方式の燃料供給装置を採用することで、発電する電力の低下を防止する燃料電池用液体燃料収容容器及び燃料電池が提供されている。
特開2001−93551号公報
しかしながら、前記燃料導入口に設けられた多孔質材料の毛管力を利用した燃料供給装置では、燃料電池内の燃料気化層にて電池反応の反応熱によって気体燃料をほぼ飽和状態に保ち、電池反応による燃料気化層中の気体燃料の消費分だけ燃料浸透層から液体燃料が気化し、さらに気化分だけ液体燃料が毛管力によってセル内に導入されることになるが、燃料電池は燃料が供給されている状態では常に発電を引き起こす電池反応が起きているため、燃料電池で発電された電力により動作する電子機器が使用されておらず電子機器で電力が消費されていない場合にも供給された燃料で燃料電池は発電し続けることとなり、燃料電池の発電と電池反応熱による気化の繰り返しによって際限なく液体燃料が消費されることになる。このため、発電を停止するためにはその度毎に液体燃料収容容器を燃料電池から着脱せねばならず非効率的である。
本発明は、電子機器の使用時において、発電装置に燃料を選択的に供給する電子機器を提供することにある。
以上の課題を解決するために請求項1に記載の電子機器は、
燃料から電気エネルギを生成する発電装置を内蔵した電子機器において、
各々の一方端部を開閉可能に連結させた蓋筐体と本体と、
前記蓋筐体と前記本体の連結部の間に備えられて前記蓋筐体と前記本体筐体が開かれる場合に前記燃料を前記発電装置側に供給する燃料供給手段と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、燃料供給手段が、前記蓋筐体と前記本体筐体が開かれる場合に前記燃料を前記発電装置側に供給するので速やかに発電することができる。
また、請求項2に記載の電子機器では、
前記燃料供給手段は、前記蓋筐体と前記本体筐体が開かれると内圧が高くなる中空体を有し、
前記蓋筐体または本体のいずれか一方に内蔵され前記中空体と連通する気体取入口と前記発電装置に通じる燃料排出口とを備えた燃料容器と、からなることを特徴とする。
したがって、電子機器を使用するために、前記蓋筐体と前記本体を開いたときの動きに連動して前記中空体が収縮し内蔵された気体が圧縮され、前記圧縮された気体が、前記中空体と前記気体取入口を介して連通する燃料容器内に貯留された燃料を、前記燃料排出口を経て即座に前記発電装置に圧送することが可能となり、前記圧送された燃料により発電した電力を利用して、使用に際し即座に起動する電子機器を提供することができる。
また、請求項3に記載の電子機器は、請求項2に記載の電子機器において、前記中空体の外周には、収縮すると閉口し、伸張すると開口する少なくとも1の一方向弁が設けられていることを特徴とする。
前記中空体の外周に、収縮すると閉口し、伸張すると開口する少なくとも1つの一方向弁を設けるようにしているので、前記電子機器の使用時における前記蓋筐体と前記本体の開閉に連動して、気体の排出時には前記中空体の収縮に応じて圧縮に必要な気密を確保し、気体の吸入時には前記中空体の伸張に応じて吸入する気体を確保することができる。
また、請求項4に記載の電子機器は、請求項2または3に記載の電子機器において、前記中空体は、前記蓋筐体および前記本体の連結部側の各々の端部にわたって連結されていることを特徴とする。
前記中空体が、前記蓋筐体および前記本体の連結部側の各々の端部に連結されていることで、前記蓋筐体と前記本体が最大限に開かれるときには、1回の動きで前記中空体が最大限に収縮され排出される気体量が最大となり、前記蓋筐体と前記本体が完全に閉じられる時には、1回の動きで前記中空体が最大限に伸張され吸入される気体量を最大とすることができる。
請求項5に記載の電子装置は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の電子装置において、前記中空体は前記蓋筐体および前記本体の開閉方向に伸縮する蛇腹状に形成されていることを特徴とする。
前記中空体が前記蓋筐体と前記本体の開閉方向に伸縮する蛇腹状に形成されていることで、前記蓋筐体と前記本体の開閉に連動した伸縮が円滑となり、気体の排出・吸入を好適に行うことができる。
さらに蛇腹状に形成された構造が、気体の排出および吸入の際に生じる前記中空体内の気圧変化に対して耐圧性を発揮し、気体の排出および吸入を確実に行うことができる。
本発明の電子機器は、使用するために蓋筐体と本体筐体が開かれる場合に、燃料を発電装置側に供給するので速やかに発電することができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる本発明を実施するための技術的に好ましい種々の限定は、本発明の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明に係る電子機器を携帯電話機1に適用した場合の実施形態を示したものである。図1(a)は携帯電話機1の蓋筐体2と本体3を開いた構成を示し、図1(b)は閉じた状態を示し、また図2は閉じた状態での要部構成を示した側面図である。
前記本体3には、前記蓋筐体2が、互いの長手方向と垂直の方向の端部が複数の蝶番6により略180度開閉可能に取り付けられている。前記蓋筐体2には液晶表示装置等からなる表示部4が備えられており、前記本体3には、操作ボタン5が設けられている。
前記蓋筐体2と前記本体3との間には、蛇腹状の中空体7の、両端部がそれぞれ連結されており、この中空体は、前記蓋筐体2と前記本体3の開閉に連動して伸縮自在となっている。
中空体7は、伸縮が自在であること、前記携帯電話機1の開閉回数に耐久性を備えること及び気体圧縮時の気密を確保する必要性から弾性体からなるのが好ましい。更に好ましくは天然ゴム、合成ゴム及びポリ塩化ビニル等でもよく、より具体的にはイソプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル又はこれらの組合せであってもよい。
また、前記中空体7には、前記携帯電話機1が閉じられたときに、前記中空体7が略半円柱形状に伸縮した前記携帯電話機1から最も遠方に位置する外周部分に、一方向弁8(図2参照)が設けられている。
図3(a)に示すように、携帯電話機1が閉じられ、前記中空体7が伸ばされている状態のときに前記一方向弁8は開口されている。
一方、図3(b)に示すように、携帯電話機1を使用するために携帯電話機1が開かれる過程では、前記中空体7の外周の距離が縮まって、前記一方向弁8は閉口され、中空体7の内部が閉じられた系になり、これにともない中空体7内の容積が小さくなるにしたがって中空体7内の圧力が上昇していく。
さらに、前記一方向弁8は、図3(c)に示すように携帯電話機1が開かれ、前記中空体7が縮んでいる状態のときは、前記蓋筐体と前記本体によって狭まれることから、中空体7内部の圧縮による空気圧の上昇に押し戻されることなく、閉口を保ち空気の漏れを防止するようになっている。
ここで、図4は本実施形態における携帯電話機1の燃料容器及び発電装置の要部構成を示したものである。前記中空体7によって圧縮された気体は、前記本体3と前記中空体7の間に設けられた気体取入口11から、第2の燃料容器12に送られている。
前記第2の燃料容器12は、管を蛇行させた形状からなり、前記圧縮された空気の導入側(入口)と燃料の供給側(出口)の2箇所に、それぞれ気体取入口11と燃料排出口14を有している。前記第2の燃料容器12の燃料進行方向と直交断面の面積は、前記中空体7の伸縮方向との直交断面の面積より小さいものとされている。
前記第2の燃料容器12の気体取入口11側には分離体9が設けられており、前記中空体7によって圧縮された空気が分離体9を押圧し、燃料10が燃料排出口14に向かって圧送され、発電装置に燃料が供給されるようになっている。
分離体9は燃料10と直接接触するため、親和性の低い液体、不揮発性のゾルまたはゲルであり、燃料10よりも粘性が高く且つ燃料10に対して不溶性の高粘性液体であると好ましい。また分離体9は、ずれ応力又はずれ速度が増大すると見かけの応力が減少する構造粘性流体の性質を有している。具体的にはポリブテン、流動パラフィン、スピンドル油、その他のシリコン油類、これらの組合せ等が好ましい。
また、図4に示すように、第2の燃料容器の燃料排出口14には、燃料排出口14側から気化器17側の一方向にのみ流通可能な逆止弁13が設けられている。
図5(a)は、逆止弁13の要部構成を示した側面図である。逆止弁は中空のダックビル形状からなり、先端面13a、13bの略中心から後端面方向の中空部分13dに貫通するように、切り込み13cが設けられている。また、図5(b)は逆止弁13を先端面方向から示した正面図であり、図5(c)は、縦断側面図を示す。
逆止弁13では、前記分離体9によって圧送される燃料10の圧力が、搬送方向に対し絞り込まれるように傾斜した側壁13e、13fの搬送方向の垂直方向Tに作用して側壁13e、13fを押し広げ、逆止弁13を通過し発電装置側に燃料が流通されるようになっている。また逆に、発電装置側から逆流する燃料10は、前記逆止弁13の側壁13e、13fを燃料10の逆流方向との垂直の方向Tと反対の方向に作用し、側壁13e、13fを閉口させることから、前記第2の燃料容器12への逆流を遮断するようになっている。
第1の燃料容器15には、気化器17へと燃料10が供給される流路が備えられ、前記流路には燃料10を送る電動ポンプ21が備えられている。前記電動ポンプ21と気化器17とに繋がる流路の間では、前記逆止弁13を経て流通される燃料10の流路が合流するようになっている。
前記気化器17で気化された燃料10は、改質器18に供給されるようになっている。改質器18では、前記気化された燃料10が改質され、この改質された混合気が一酸化炭素除去器19に供給されるようになっている。一酸化炭素除去器19には、前記改質器18で副生成された一酸化炭素を酸化して二酸化炭素を生成させる触媒が備えられ、改質された燃料と二酸化炭素の混合気が燃料電池20に搬送されるようになっている。燃料電池20には改質された燃料と携帯電話機外部から取り入れられた気体との電気化学反応によって電気エネルギを発生させる燃料極と空気極が備えられている。
次に、以上のように構成された燃料供給装置を搭載した発電装置の動作原理について説明する。図6(a)は、本実施形態に適用される燃料改質式の発電装置の基本構成を示したブロック図である。
図6(a)に示されるように、電動ポンプ21、気化器17、改質器18、一酸化炭素除去器19及び燃料電池20を備えた発電装置22は、第1の燃料容器15または前記第2の燃料容器12から燃料10の供給をうけて電気エネルギを生成するようになっている。燃料10は、液状の化学燃料と水の混合液であり、化学燃料としてはメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類やジエチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジン、あるいはガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。本実施形態では、燃料10としてメタノールと水の混合液が用いられている。
第1の燃料容器15に貯蔵された燃料10は、まず気化器17に供給されている。気化器17では供給された燃料10が加熱されて気化(蒸発)し、メタノールおよび水(水蒸気)の混合気となる。気化器17において生成された混合気は改質器18に供給されるようになっている。
改質器18では、気化器17で気化した燃料10から水素および二酸化炭素が生成されている。具体的には、化学反応式(1)のように、気化器17で混合気とされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素および一酸化炭素が生成されるようになっている。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 … (1)
改質器18では、気化器17で混合気とされたメタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素および水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式(2)のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素および一酸化炭素が生成されるようになっている。
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 … (2)
一酸化炭素除去器19では、改質器18から供給された混合気に含まれる一酸化炭素を選択的に酸化させて混合気中から一酸化炭素が除去されるようになっている。具体的には、化学反応式(3)のように、改質器18から供給された混合気の中から特異的に選択された一酸化炭素と、取り込んだ空気中の酸素とが触媒により反応して二酸化炭素が生成されるようになっている。
2CO+O2→2CO2 … (3)
その後、一酸化炭素が除去された混合気が燃料電池20に供給されるようになっている。
燃料電池20の燃料極では、電気化学反応式(4)に示すように、一酸化炭素除去器19から供給された混合気のうち、水素ガスを燃料極の触媒の作用を受けて水素イオンと電子とに分離されている。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ようになっている。
3H2→6H++6e‐ … (4)
燃料電池20の空気極には、空気が取り込まれて供給される。そして、電気化学反応式(5)に示すように、空気中の酸素と、イオン伝導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ようになっている。
6H++3/2O2+6e‐→3H2O … (5)
以上のように、燃料電池20で上記(4)、(5)に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギが生成されるようになっている。生成された副産物としての水、二酸化炭素、空気等の混合気は第1の燃料容器15に排出される。以上のような燃料10や生成物の流れを起こしているのは、電動ポンプ21である。電動ポンプ21は燃料電池20で発電された電力の一部を供給されて作動されるようになっている。
次に、以上のように構成された燃料供給装置及び発電装置が搭載された電子機器の作用について説明する。
携帯電話機1が折りたたまれた状態で中空体7が最大限に伸張され、前記中空体7の蛇腹構造が有する保持力により中空体7が略半円柱形状に伸張された状態で保持され、圧縮する気体量が蓄えられる空間が確保されることとなる。
さらには、一方向弁8が、前記中空体7が略半円柱形状に伸張されることにより開口し、外部と連通され中空体7内部に気体が蓄えられ、中空体7の内圧を外気圧と等しい状態にしている。このとき、中空体7の内圧による力とこの力に対して反発する分離体9及び燃料10の抗力とは均衡しており、分離体9及び燃料10は第2の燃料容器12内で静止している。
前記携帯電話機1が開かれ、前記蓋筐体2と本体3が蝶番6を支点に離間する過程では、前記一方向弁8を開口させていた力が前記中空体7の収縮に連動して低下され、前記中空体7自身の自己回復力によって閉口される。前記一方向弁の閉口後も前記蓋筐体2と本体3によって中空体7の収縮は継続され、収縮により密度の増す気体量が、第2の燃料容器12に備えられた気体取入口11に排出される気体量を上回ることで、前記中空体7内の気体が圧縮される。
さらに、前記一方向弁8は、図3(c)に示すように、携帯電話機1の蓋筐体2が開かれ、前記蓋筐体2と前記本体3とが略180度の角度限界まで展開されるときは、前記中空体7は前記蓋筐体2と、前記本体3とによって狭まれることから、中空体7内部の圧縮による気圧の上昇に押し戻されることなく閉口を保ち気体の漏れが防止されるようになっている。
前記中空体7内では圧力が増大して分離体9及び燃料10の抗力との均衡が破れ、圧縮された気体は、第2の燃料容器12に備えられた気体取入口11から第2の燃料容器12に送られ、前記第2の燃料容器12内に備えられた分離体9が押圧されることとなる。前記分離体9にかけられる圧力により第2の燃料容器12内に充填された燃料10が圧送されるものである。
ここで、分離体9は、粘性により第2の燃料容器12内の燃料10が中空体7への逆流に対し耐久し、また一方で、前記携帯電話機1を閉じる過程で前記中空体7に気体が再吸入される場合にも、前記一方向弁8が開口するまで前記中空体7内部の気圧低下に耐久し、前記中空体7側へと戻されることがない。さらには所期の粘性を与えられることで、急激な操作による過度の燃料供給が防止されるようになっている。
また第2の燃料容器12は、燃料の進行方向との直交断面の面積が、前記中空体7の伸縮方向との直交断面の面積より小さく形成されているので、前記中空体7の収縮により空気が圧縮されることを可能にし、且つ所期の圧縮力を保持でき、その結果、一定の割合で効率よく燃料が押圧されるようになっている。さらには、前記第2の燃料容器が管状に形成されているので、携帯電話機内の限られた空間内で、前記管を蛇行させて燃料の搭載量を確保することが可能となる。
前記第2の燃料容器の出口側に設けられた燃料排出口14には、逆止弁13が前記気化器17側方向にのみ通過可能に設けられており、前記気化器17側からの燃料10の逆流が防止される。
第2の燃料容器12に備えられた燃料排出口14から逆止弁13を経て発電装置22に供給された燃料10が、気化器17、改質器18、一酸化炭素除去器19の順に流通し燃料電池20において化学反応により水、二酸化炭素及び電力エネルギに分けられ、電力エネルギにより電子機器が作動するようになっている。
更に、前記電力エネルギの一部が電動ポンプ21を作動させ、燃料容器21から燃料が気化器17に供給されることとなる。これにより、前記中空体7による気体の圧力が低下し新たな燃料10を供給することができなくなっても、電動ポンプ21の継続的な燃料供給により電子機器の連続使用に必要な電力を確保することができる。
したがって、本実施形態にかかる携帯電話機においては、携帯電話機1を使用せずに折りたたんだ状態では、燃料10が移動されずに燃料電池20に電気化学反応式(4)、(5)が生じることがなく、携帯電話機1を使用するために蓋筐体2を開くと、中空体7が蓋筐体2と本体3との開閉に連動して伸張されることで、中空体7の内部の圧縮された気体が第2の燃料容器12に貯留された燃料10を押圧し、迅速に前記発電装置に燃料が強制的に供給され起動に必要な電力を確実に発生させる効果を奏する
また、前記第2の燃料容器12の断面積を前記中空体7の断面積より小さいものとされることで、前記中空体7の圧縮を可能とし、且つまた所期の圧縮力を確保でき、その結果一定の割合で効率よく確実に燃料を押圧できる効果を奏する。
更には、前記第2の燃料容器12の気体取入口11側に粘性を有する分離体9を設けることで中空体7の急激な伸縮による過度の燃料供給が確実に防止される効果を奏する。
そして、起動時に必要な電力を、携帯電話機1の使用時に発生させる構成とすることで、未使用時における待機電流を低減させることができ、長期間にわたり燃料10の補充・交換を必要としないで携帯電話機を作動させる効果を奏する。
以上、本発明を実施するための最良の実施例について説明したが、本発明にかかる電子機器は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では発電装置として、燃料改質式の発電装置を採用したが、図6(b)に示すように改質器や一酸化炭素除去器を必要としない直接メタノール式の発電装置においても、上記効果を十分に発揮するものである。
また、上記燃料供給に要する中空体7においても、前記中空体7を収縮させる条件を満たせば、前記蓋筐体と前記本体の開閉を利用しなくても本発明の目的は達成できる。例えば、電子機器の始動スイッチあるいは図1(a)に示す操作ボタン5を前記中空体7と連動させる構成であっても、電子機器の使用時における燃料の強制的な供給を可能とするものである。
本発明の一実施例である折畳式携帯電話機の全体構成を示した正面図であるり、図1(a)は携帯電話機を開いた状態を示し図1(b)は携帯電話機を折りたたんだ状態を示す。 本発明の一実施例である折畳式携帯電話機の構成を示した側面図である。 本発明の一実施例における中空体の変形過程を示した側面図であり、図3(a)は携帯電話機が折りたたまれた状態を示し、図3(b)は携帯電話機が開かれる途中を示し、図3(c)は携帯電話機を最大限に開かれた状態を示す。 本発明の一実施例における発電装置の要部構成を示した略図である。 本発明の一実施例における逆止弁の要部構成を示した略図であり、図5(a)は逆止弁の側面図であり、図5(b)は逆止弁の正面図であり、図5(c)は逆止弁の縦断断面図である。 本発明にかかる電子機器に内蔵される発電装置の基本構成を示したブロック図であり、図6(a)は燃料改質型の発電装置の基本構成を示したブロック図であり、図6(b)は直接メタノール式の発電装置を示したブロック図である。
符号の説明
1 携帯電話機
2 蓋筐体
3 本体
6 蝶番
7 中空体
8 一方向弁
9 分離体
10 燃料
11 気体取入口
12 第2の燃料容器
13 逆止弁
14 燃料排出口
15 第1の燃料容器
17 気化器
18 改質器
19 一酸化炭素除去器
20 燃料電池

Claims (5)

  1. 燃料から電気エネルギを生成する発電装置を内蔵した電子機器において、
    各々の一方端部を開閉可能に連結させた蓋筐体と本体と、
    前記蓋筐体と前記本体の連結部の間に備えられて前記蓋筐体と前記本体筐体が開かれる場合に前記燃料を前記発電装置側に供給する燃料供給手段と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
  2. 前記燃料供給手段は、前記蓋筐体と前記本体筐体が開かれると内圧が高くなる中空体を有し、
    前記蓋筐体または本体のいずれか一方に内蔵され前記中空体と連通する気体取入口と前記発電装置に通じる燃料排出口とを備えた燃料容器と、からなることを特徴とする請求項1記載の電子機器。
  3. 前記中空体の外周には、収縮すると閉口し、伸張すると開口する少なくとも1の一方向弁が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  4. 前記中空体は、前記蓋筐体および前記本体の連結部側の各々の端部にわたって連結されていることを特徴とする請求項2または3に記載の電子機器。
  5. 前記中空体は、前記蓋筐体および前記本体の開閉方向に伸縮する蛇腹状に形成されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の電子機器。
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