JP2007183774A - 燃料電池及び携帯端末装置、情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯端末装置に搭載するのに適した燃料電池及び、この燃料電池を搭載した携帯端末装置、情報処理装置を提供する。
【解決手段】燃料電池１は、燃料極１１と空気極１２を含む発電部と、前記発電部を覆うケース部１８と、を備え、前記ケース部１８の外側面をプリント基板面３０として用い、コネクタ３３ａ、３３ｂや抵抗などの電気部品３４などの部品を実装し、これら部品間を電気的に結線する信号線パターン３１を設ける構成にすることにより、プリント基板の厚みを削減し、薄型化、軽量化をする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池及びこれを搭載した携帯端末装置、情報処理装置に関する。

近年、携帯端末装置はアプリケーションの高機能化が進み、ＴＶ放送の視聴やＷｅｂブラウザを閲覧できるようになっている。このように、アプリケーションの高機能化が進むにつれ、携帯端末装置の消費電流は増加し、特に外出中に長時間アプリケーションを使う場合、ユーザーは電池残量を気にしておく必要がある。このような外出中などの場合に携帯端末装置へ電力を供給する手段の１つとして、燃料電池がある。しかし、携帯端末装置は非常に小型であるため、燃料電池を搭載するとした場合に、その大きさが問題となる。

特許文献１に、燃料電池を搭載しつつ、電子機器の小型化を実現するための方法として、電子機器のプリント配線板等の電子基板に直接実装可能な燃料電池が開示されている。

特開２００３−２７２６６２号公報（第３０図）

携帯端末装置に燃料電池を搭載する場合、サイズ（大きさ、厚み）や重量、コストが問題となる。特許文献１では、燃料電池の大きさより大きい基板に燃料電池を直接実装する事で、燃料電池を装置に収納するためのスペースを削減している。しかし、一般的に、携帯電話等の携帯端末装置に用いられる基板は燃料電池よりも小さい可能性が高いため、上記方法が適さない可能性がある。

そこで、本発明は、携帯端末装置に搭載するのに適した燃料電池及び、この燃料電池を搭載した携帯端末装置、情報処理装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる燃料電池は、燃料極と空気極を含む発電部と、前記発電部を覆うケース部と、を備え、前記ケース部の外側面をプリント基板として用いることを特徴とする。

本発明によれば、携帯端末装置に搭載するのに適した燃料電池及び、この燃料電池を搭載した携帯端末装置、情報処理装置を提供することができる。

燃料電池は、燃料極に燃料、空気極に酸素が各々供給され、外部に負荷がかかる事で発電するものである。そして、この発電によって、燃料電池は水を生成し、これらを排出する。燃料にメタノールを用いる場合は、発電によって燃料極側から二酸化炭素が同時に排出される。

図１は、燃料電池の断面の一例を示す概略図である。

燃料電池１では、アノード（燃料極）１１側で燃料と水が反応してプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）が発生する。プロトンは電解質膜１０を通過し、カソード（空気極）１２側で酸素と外部負荷を経由した電子とで反応し、水が生成される。アノード１１で発生する燃料の酸化反応や、カソード１２で発生するプロトンと酸素の還元反応には、各々白金などによる触媒が必要となる。触媒は、各極に薄く塗布される。更に、燃料や酸素を均等に触媒に行き渡らせるために、各極には拡散層１３ａ、１３ｂがあり、触媒の塗布された電解質膜１０を挟み込み、一体膜を形成している。

また、発電を継続するためには、アノード１１とカソード１２に対して各々燃料と酸素を継続して供給し続けるための空間である、燃料溜め１６と空気溜め１７が必要となる。燃料溜め１６と空気溜め１７は、ある程度の容積を確保できるように、一体膜を挟んで凹型ケースの上側端板１８と下側端板１９を合わせる事で作り出している。上側端板１８および下側端板１９は、絶縁材で作られたケースであり、一体膜等により構成され、発電を行う発電部を覆っている。この発電部で発電した電気を外部装置に出力するための電極１４および１５が、アノード１１とカソード１２から上側端板１８や下側端板１９の外側まで導出している。

燃料を取り入れるための口として燃料供給口２０をアノード１１側に、酸素を取り入れるための口として空気取り入れ口２１をカソード１２側に備える。空気取り入れ口２１から酸素を供給する方法としては、自然吸気による方法や、ファンなどのメカにより新鮮な空気を強制的に送る方法などがある。また、燃料供給口２０に燃料を供給する方法としては、注射器型の器具等を用いて人力によって燃料を燃料溜め１６に注入した後は自然に燃料が電極に到達される自然供給による方法や、ポンプなどのメカにより一定流量で燃料を強制的に供給し続ける強制供給方法などがある。但し、これらの方法は例であって、他の方法を用いることを制限するものではない。図１に示す例では、自然吸気による酸素の取り込みと、自然供給による燃料供給を用いたものとなっている。特に、自然吸気を用いる場合では、発電によってカソード１２側で生成される水が生成されるが、生成された水の外部への放出を空気取り入れ口２１から行うため、空気取り入れ口２１の開口部を広くすることが望ましい。

また、空気取り入れ口２１がメインＬＣＤ１０２などによって塞がれてしまうと発電を行う事ができなくなってしまうため、空気取り入れ口２１の面にスペーサー２２を備えることが望ましい。このようにスペーサーを設けることにより、空気取り入れ口２１をデバイスなどで塞がれてしまうことを防止することができる。

プリント基板に燃料電池を搭載あるいは、燃料電池とは別にプリント基板を設ける場合、プリント基板の厚み、燃料電池を固定する手段、また周辺パーツとの隙間などにより、携帯端末装置の厚みが増してしまうという問題がある。図１に示す例では、上側端板１８の外側面をプリント基板面３０として用いる。このプリント基板面３０上に、コネクタ３３ａ、３３ｂや抵抗などの電気部品３４などの部品を実装し、これら部品間を電気的に結線する信号線パターンを設けることを特徴とする。このように構成することにより、プリント基板の厚みなどを削減することができ、携帯端末装置の薄型化及び軽量化を図れることができる。

以下、図１とともに図２及び図３を用いて、燃料電池１の外側面をプリント基板面３０として用いる方法について説明する。

図２および図３は、図１に示す燃料電池１を折畳式の携帯電話機の上側筐体に実装した場合の透視斜視図である。図２は、上側筐体をメイン液晶の備わる表側から斜めに透視した図であり、図３はサブ液晶などの備わる裏側から斜めに透視した図である。なお、本例では、燃料電池を折畳式の携帯電話機に搭載しているが、これに限定するものではなく、他の形式の携帯電話機に搭載しても良いし、携帯電話機以外の携帯端末装置に搭載しても良い。また、本例の燃料電池は、特に携帯端末装置に搭載することに適したものであるが、携帯式の装置に限らずに情報処理装置全般に搭載しても良い。

プリント基板面３０は、図２等に示す携帯端末装置の上側筐体１００内の各デバイスと、携帯端末装置の下側筐体内（図示せず）にある各種ＣＰＵの入出力データやアドレス、その他制御信号とを接続する。接続方法は、１対１の場合もあれば、１対複数の場合もある。複数の場合は、信号線パターン３１を必要に応じて分岐させ、複数のデバイスに対して送れるようにする。また、上側筐体１００内に実装される様々なデバイスに対してデータ送受を行うため、各デバイス用にコネクタを実装する。しかし、これに限定するものではなく、レシーバのように接続する信号線数が少ないデバイスの場合には、例えば、デバイスに繋がるリード線を部品実装面３２に直接半田付や、バネ接点で接続してもよい。

上側筐体１００に実装されているメインＬＣＤ１０２、レシーバ１０３、サブＬＣＤ１０４、カメラ１０５が、ヒンジ部１０１を通って下側筐体側にあるＣＰＵなどが実装される基板と、ケーブル４０ｄによって接続される。このヒンジ部１０１を通ってＣＰＵと接続される信号には、データバスやアドレスバス、各種制御信号などのデジタル信号や、電源、グランドなどのアナログ信号がある。ケーブル４０ｄは、上側筐体１００のコネクタ３３ｄに挿入され、上側筐体１００の部品と下側筐体のＣＰＵを結線する。

上側筐体１００内に実装される各種部品は、メインＬＣＤ１０２とサブＬＣＤ１０４で一部同じ信号が使用されている事はあるが、基本的に各々異なる信号が繋がる事になる。これら複数種類の信号は、全てケーブル４０ｄによってヒンジ部１０１を通ってくるが、デバイスごとにケーブル４０ｄが分かれている事はなく、ひとまとまりとなっている。そのため、ケーブル４０ｄの信号をデバイスごとに分ける必要がある。コネクタ３３ｄで受けたケーブル４０ｄの信号は、プリント基板面３０に配線された信号線パターン３１によって各種デバイス用に実装されたコネクタに向けて分岐される。

メインＬＣＤ１０２用の送受データは、ケーブル４０ｄからコネクタ３３ｄに接続され、燃料電池１のプリント基板面３０に送られる。プリント基板面３０上は、部品実装面３２に実装される各コネクタや電気部品などに対して信号線パターン３１が張り巡らされ、各々のデバイスに繋がっている。メインＬＣＤ用の配線パターンはメインＬＣＤ１０２が接続されているコネクタ３３ｂに結線され、ケーブル４０ｂを通ってメインＬＣＤ１０２と接続される。同様に、サブＬＣＤ１０４用の送受データは、ケーブル４０ｄからコネクタ３３ｄに接続され、燃料電池１のプリント基板面３０に送られ、信号線パターン３１を通ってサブＬＣＤが繋がっているコネクタ３３ａに結線され、ケーブル４０ａを通って、サブＬＣＤ１０４と接続される。カメラ１０５用の送受データは、ケーブル４０ｄからコネクタ３３ｄに接続され、燃料電池１のプリント基板面３０に送られ、信号線パターン３１を通ってサブＬＣＤが繋がっているコネクタ３３ｃに結線され、ケーブル４０ｃを通って、カメラ１０５と接続される。

なお、図１に示す例では、プリント基板面３０を上側端板１８上のみに備えているが、実装する電気部品やコネクタ数が多く、燃料電池１の大きさによっては、片面だけに実装しきれない場合もあるので、空気取り入れ口２１を避けて下側端板１９上にプリント基板面を備え、両面に部品を実装する構造にしても良い。なお、図１や図３では、下側端板１９の下端部に空気取り入れ口２１を設けているが、これに限定するものではなく、図４の様に、空気取り入れ口２１を側面部に設け、下端部の全面をプリント基板面として利用可能なように構成しても良い。

また、図４に示す様に、燃料電池１にメインＬＣＤ１０２固定用のツメ５０を複数個設け、メインＬＣＤ１０２を実装する際の位置の固定に用いるようにしても良い。これにより、燃料電池１を固定用ケースとして利用することができる。これにより、メインＬＣＤ１０２の位置を固定するためのシールド板などを用いる必要がなくなるため、更なる薄型化／軽量化／コストダウンを図ることができる。この際に、ツメ５０により、燃料電池１とメインＬＣＤ１０２との間に所定のすきまを設けるように固定することにより、メインＬＣＤを燃料電池１の下側端板１９の側に設置する場合であっても、空気取り入れ口２１が塞がることを防止することができる。

また、燃料電池１の発電により発生する熱がメインＬＣＤ１０２に悪影響を及ぼさないよう、燃料電池１とメインＬＣＤ１０２の間に断熱材を挟み込ませるようにしても良い。但し、断熱材を設けた場合、断熱材が下側端板１９を覆い隠してしまうことがある。このような場合、空気取り入れ口２１を下側端板１９の下端部ではなく、側面部に設け、ファンなどを用いる強制吸気を行うことが望ましい。

また、上側端板１８および下側端板１９は、例えば無機ポリマー等の断熱性を備えた絶縁材で構成することが望ましい。断熱材により構成することにより、燃料電池１の発電により生じる熱の伝達を抑制することができる。なお、上側端板１８のみをプリント基板として用いる場合は、上側端板１８のみを断熱材により構成するようにしても良い。

これまでの説明では、燃料電池１とメインＬＣＤ１０２を重ねて実装する場合に、空気取り入れ口２１がメインＬＣＤ１０２側になるように配置しているが、これに限定するものではなく、プリント基板面３０をメインＬＣＤ１０２側に向けて燃料電池１を配置しても良い。この向きに燃料電池１を実装すれば、空気取り入れ口２１が塞がれることがなくなる。

以上説明しましたように、燃料電池の発電部を覆うケースの外側面をプリント基板として用いることにより、携帯端末装置の薄型化及び軽量化、コストアップの抑制を図れることができる。また、ケースを断熱材で構成することにより、燃料電池の発電により発生した熱を電気部品等が伝達することを防止することができる。これにより、携帯端末装置の誤動作を防止する事ができる。

燃料電池の断面の一例を示す概略図である。 折畳式携帯電話機の上側筐体を表側から斜めに透視した図の一例である。 折畳式携帯電話機の上側筐体を裏側から斜めに透視した図の一例である。 折畳式携帯電話機の上側筐体を表側から斜めに透視した図の一例である。

符号の説明

１…燃料電池、１０…電解質膜、１１…アノード（燃料極）、１２…カソード（空気極）、１３ａ、１３ｂ…拡散層、１４…電極、１５…電極、１６…燃料溜め、１７…空気溜め、１８…上側端板、１９…下側端板、２０…燃料供給口、２１…空気取り入れ口、２２…スペーサー、３０…プリント基板面、３１…信号線パターン、３２…部品実装面、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…コネクタ、３４…電気部品、３５…プリント基板面のグランド層、３６…断熱材層、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…ケーブル、５０…メインＬＣＤ固定用ツメ、１００…上側筐体、１０１…ヒンジ部、１０２…メインＬＣＤ、１０３…レシーバ、１０４…サブＬＣＤ、１０５…カメラ

Claims (12)

1. 燃料極と空気極を含む発電部と前記発電部を覆うケース部とを有する燃料電池と、
   前記ケース部の外側面をプリント基板として用いることを特徴とする携帯端末装置。
2. 前記プリント基板は、配線パターンが形成される基板あるいは電気部品が実装される基板であることを特徴とする請求項１に記載の携帯端末装置。
3. 表示部と、
   前記表示部を制御する制御部と、
   燃料極と空気極を含む発電部と前記発電部を覆うケース部とを有する燃料電池と、
   前記制御部と前記表示部を電気的に接続するための接続部と、を備え、
   前記ケース部の外側に前記接続部を設置することを特徴とする携帯端末装置。
4. 前記ケース部は絶縁材により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の携帯端末装置。
5. 請求項４に記載の絶縁材は、断熱機能を備えていることを特徴とする携帯端末装置。
6. 燃料電池を覆う端板の外側面に形成した配線パターンを用いて、制御部とデバイス間を電気的に接続し、データの送受を行う事を特徴とする携帯端末装置。
7. 燃料電池と、制御部と、撮像部と、を備え、
   前記燃料電池を覆う端板の外側面に形成した配線パターンにより、前記制御部と前記撮像部とを電気的に接続し、前記撮像部で撮影された画像データを前記制御部に送信することを特徴とする携帯端末装置。
8. 燃料極と空気極を含む発電部と、
   前記発電部を覆うケース部と、を備え、
   前記ケース部の外側面をプリント基板として用いられることを特徴とする燃料電池。
9. 前記ケース部は、前記外側面の第1の面に前記空気極に空気を供給する空気供給部を備え、前記プリント基板は前記第1の面と対向する第2の面に備えることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
10. 前記ケース部は絶縁材により構成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の燃料電池。
11. 前記プリント基板は、配線パターンが形成される基板あるいは電気部品が実装される基板であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池。
12. 請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の燃料電池を備えていることを特徴とする情報処理装置。
    

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