JP2010134786A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を効率的に実装でき小型化および操作性向上を図ることが可能な電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器は、入力装置が設けられ、燃料電池装置３４を収容した第１筐体１４と、ＣＰＵが実装された主回路基板２８と表示装置２６とが設けられているとともに、連結部３１により第１筐体に移動可能に支持された第２筐体２４と、連結部を通り燃料電池装置と主回路基板とを電気的に接続する電力供給ハーネス６４と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電源として燃料電池装置を備えた電子機器に関する。

現在、ノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、携帯端末、ゲーム機器、モバイル機器等の携帯可能な電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易であることから、電子機器の電源として注目されている。

例えば、ノートＰＣは、キーボード、主回路基板、内蔵バッテリ等が設けられた機器本体と、この機器本体に対して回動可能に支持されたディスプレイユニットと、を備えている。燃料電池を電源として使用する場合、この燃料電池は、主回路基板と共に機器本体内に配置される。また、燃料電池をディスプレイユニット内でディスプレイの背面側に配置した電子機器が提案されている（例えば、特許文献１、２、３）
特開２００４−２１３４９８号公報 特開２００６−１７８５９６号公報 特開２００５−１１１２３号公報

燃料電池は、その発電動作に伴い、水蒸気や二酸化炭素を放出するため、１つの纏まったシステム構造が必要であり、他の電子部品と仕切られていることが望ましい。また、燃料電池として、例えば、５〜１０Ｗ発電するＤＭＦＣ型のセルを備えている場合、比較的大きな設置面積が必要となり、電子機器の他の部品とともに同一の領域内、例えば、機器本体内に配置することが難しい。

ディスプレイの背面側に燃料電池システムを設置した場合、現状では、ディスプレイユニットが重たくなりすぎて、電子機器全体のバランスが悪くなる。そのため、ディスプレイユニットを開いた状態で、バランスを失って倒れてしまい、操作性が低下する虞がある。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、燃料電池を効率的に実装でき小型化および操作性向上を図ることが可能な電子機器を提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明の態様に係る電子機器は、入力装置が設けられ、燃料電池装置を収容した第１筐体と、ＣＰＵが実装された主回路基板と表示装置とが設けられているとともに、連結部により前記第１筐体に移動可能に支持された第２筐体と、前記連結部を通り、前記燃料電池装置と前記主回路基板とを電気的に接続する電力供給ハーネスと、を備えている。

上記構成によれば、燃料電池を効率的に実装でき小型化および操作性向上を図ることが可能な電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る電子機器について詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る電子機器として、燃料電池装置を備えたノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）を示し、図２は、ノートＰＣの断面図、図３は、ノートＰＣの機器本体側の内部構造を概略的に示している。

図１に示すように、ノートＰＣ１０は、機器本体１２と、この機器本体１２に支持されたディスプレイユニット１３とを備えている。機器本体１２は、例えば合成樹脂で形成された偏平な矩形状の第１筐体１４を備えている。第１筐体１４は、それぞれ矩形状のボトムカバー１４ａとトップカバー１４ｂとを互いに接合して構成されている。

第１筐体１４の上面には、パームレスト部１６が形成され、このパームレスト部のほぼ中央にはタッチパッド１５およびクリックボタン１７が設けられている。第１筐体１４の上面前端部には、ノートＰＣ１０および後述する燃料電池装置の動作状態を示す複数のＬＥＤ２２が設けられている。第１筐体１４の上面において、パームレスト部１６の後方には矩形状の開口１９が形成され、この開口内に入力装置として機能するキーボード２０が設けられている。なお、入力装置は、キーボードに限らずタッチパネル等を用いてもよい。

ディスプレイユニット１３は、偏平な矩形箱状の第２筐体２４と、第２筐体内に収納され表示装置として機能する液晶表示パネル２６とを備えている。液晶表示パネル２６の表示面２６ａは、第２筐体２４に形成された表示窓２７を介して外部に露出している。第２筐体２４は、第１筐体１４の後端部に設けられた一対のヒンジ部３１により、第１筐体１４の後端部に回動可能に支持されている。これにより、ディスプレイユニット１３は、キーボード２０を上方から覆うように倒される閉じ位置と、キーボードの後方において起立する図示の開き位置とに亘って回動可能となっている。

図２に示すように、第２筐体２４は、その内部に、電子機器としてのノートＰＣ１０の主の構成要素が配設されている。すなわち、第２筐体２４内には、マザーボードを構成する主回路基板２８が設けられている。この主回路基板２８上には、ＣＰＵ３０ａを含む複数の半導体素子３０、モデム基板、モデムコネクタ、ＵＳＢ基板、その他、種々の電子部品が実装されている。主回路基板２８は、液晶表示パネル２６の背面側に、この液晶表示パネルと対向して配設されている。液晶表示パネル２６の駆動回路は、図示しないコネクタ等を介して主回路基板２８に接続されている。

また、第２筐体２４内には、主回路基板２８、特に、ＣＰＵ３０ａを冷却する第１冷却ファン３２が設けられている。この第１冷却ファン３２は、主回路基板２８に形成された切欠き内に一部が埋め込まれた状態で配置されている。第１冷却ファン３２は、第２筐体２４内の熱を筐体外に排気することにより、第１筐体内を冷却する。

図２および図３に示すように、第１筐体１４内には、ノートＰＣ１０の一部の構成要素および燃料電池装置３４が配設されている。より詳細には、第１筐体１４内の例えば、孔端部には、内蔵バッテリとして、脱着自在な二次電池３６が配設されている。

燃料電池装置３４は、例えば、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成されている。燃料電池装置３４は、起電部を構成した複数の単セル４０、燃料を収容する燃料タンク４２、単セル４０に燃料および空気を供給する補器４４、燃料電池装置全体の動作を制御するとともに単セル４０から電力を取り出す電池制御部４６、単セル４０を冷却する冷却機構５０を備えている。

燃料タンク４２は密閉構造を有し、その内部には液体燃料としてメタノールが収容されている。燃料タンク４２は、第１筐体１４に対して脱着自在に装着された燃料カートリッジとして形成されている。燃料タンク４２は、例えば、第１筐体１４内の後端部に二次電池３６と並んで配設されている。

複数の単セル４０は、例えば２列に並んで設けられ、第１筐体１４の底壁とほぼ平行に対向して配置されている。複数の単セル４０は、矩形状の放熱板５２の一方の表面上に支持されている。放熱板５２は、第１筐体１４の底壁と隙間を置いてほぼ平行に対向して配置されている。単セル４０は、放熱板５２と第１筐体１４の底壁との間に位置している。そして、放熱板５２と第１筐体１４の底壁との間には、単セル４０のカソード側に空気を供給する、また、単セルを冷却する冷却空気を流すための空気流路５３が規定されている。

各単セル４０は、ほぼ矩形板状のカソード（空気極）およびアノード（燃料極）と、これらカソード、アノード間に挟持されたほぼ矩形状の高分子電解質膜とを一体化した膜・電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。単セル４０に供給された燃料および空気は、アノードとカソードとの間に設けられた電解質膜で化学反応し、これにより、アノードとカソードとの間に電力が発生する。単セル４０で発生した電力は、電池制御部４６へ送られる。

循環系は、燃料タンク４２の燃料供給口から供給された燃料を各単セル４０に供給するアノード流路５４を有し、このアノード流路は、配管等によって形成されている。補器４４は、アノード流路５４内に設けられた燃料ポンプ５５、燃料フィルタ５６、各単セル４０毎に設けられた開閉弁等を備えている。

冷却機構５０は、前述した放熱板５２、および放熱板の一端部に支持された２つの第２冷却ファン６０ａ、６０ｂを有している。放熱板５２の単セル４０と反対側の表面には、複数の放熱フィン６２が形成されている。放熱板５２および放熱フィン６２は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウム等によって一体に形成されている。

電池制御部４６を構成する電池制御基板は、例えば、二次電池３６と重なる位置に配設されている。電池制御部４６は、各単セル４０、補器４４および第２冷却ファン６０ａ、６０ｂに電気的に接続され、これらの動作を制御するとともに、単セル４０で発生した電力を取り出す。また、電池制御部４６は、電力供給ＩＦハーネス６４を介して第２筐体２４側の主回路基板２８に接続されている。電力供給ＩＦハーネス６４は、第１筐体１４内の電池制御部４６からこの電池制御部に隣接する一方のヒンジ部３１を通って第２筐体２４内に導かれ、主回路基板２８に接続されている。なお、電力供給ＩＦハーネスには、キーボード２０の信号を主回路基板２８に送るハーネス、および第１筐体１４に設けられた外部機器接続用の図示しない複数のコネクタを主回路基板２８に接続するハーネスを含んでいる。

上記のように構成されたノートＰＣの動作時、主回路基板２８に実装されたＣＰＵ３０ａが発熱し、高温となる。所定の温度に達すると、主回路基板２８は第１冷却ファン３２を作動させ、第２筐体２４内に冷却空気を導入するとともに、第２筐体内の空気を外部に排気する。これにより、ＣＰＵ３０ａおよび主回路基板２８を冷却し、過度の温度上昇を防止する。

また、燃料電池装置３４を電源としてノートＰＣ１０を動作させる場合、電池制御部４６の制御の下、燃料ポンプ５５を作動させるとともに、開閉弁を開放する。燃料ポンプ５５により、燃料タンク４２からメタノールが供給され、アノード流路５４を通して単セル４０に供給される。また、第１筐体１４内の空気流路５３を通して、単セル４０に空気が供給される。単セル４０に供給されたメタノールおよび空気は、アノードとカソードとの間に設けられた電解質膜で電気化学反応し、これにより、アノードとカソードとの間に電力が発生する。各単セル４０で発生した電力は、電池制御部４６により取り出され、電力供給ＩＦハーネス６４を介して主回路基板２８へ供給される。また、電池制御部４６により取り出され電力は、二次電池３６の充電にも用いられる。

電気化学反応に伴い、単セル４０には反応生成物として、アノード側に二酸化炭素、カソード側に水蒸気が生成される。これらの二酸化炭素および水蒸気は、空気流路５３を通して第１筐体１４の外部に排出される。

また、燃料電池装置３４の発電動作に伴い、単セル４０が発熱し温度上昇する。この熱は、放熱板５２および放熱フィン６２を通して第１筐体１４内に放熱される。また、電池制御部４６は、単セル４０の温度を検知し、所定の温度以上となった場合には、第２冷却ファン６０ａ、６０ｂを作動させ、第１筐体１４内および空気流路５３に冷却空気を導入するとともに、第１筐体内の空気を外部に排気する。これにより、単セル４０を冷却する。更に、電池制御部４６は、単セル４０の温度が所定の温度よりも低くなった場合には、第２冷却ファン６０ａ、６０ｂを停止し、単セル４０が所定の温度を維持するように制御する。

以上のように構成されたノートＰＣによれば、燃料電池装置を第１筐体内に設け、ノートＰＣの主構成要素である主回路基板を第２筐体内に配置することにより、ＰＣ全体の重量バランスを最適に設定することができる。そのため、第２筐体を開いた状態において、バランスを失って倒れてしまうといった問題を生じることがなく、操作性の向上を図ることができる。燃料電池装置を効率的に実装でき電子機器の小型化が可能となる。燃料電池装置の燃料を供給するアノード流路等を、第１筐体と第２筐体に亘って設ける必要がなく、第２筐体の開閉動作に伴う燃料漏れ等の虞がなく、安全性の向上を図ることが可能となる。

第１筐体内に配設された燃料電池装置から排出される水蒸気等が、第２筐体内に配設された主回路基板に影響を与えることがなく、信頼向上を図ることができるとともに、燃料電池装置と主回路基板とが同一筐体内に配設されている場合に必要な仕切手段等を省略することでき、第１筐体の構成を簡略化することが可能となる。

燃料電池装置および主回路基板は別々の筐体内に設けられているため、これらの温度制御を第１冷却ファンおよび第２冷却ファンにより、それぞれ独立した領域内で独立して行うことができる。従って、燃料電池装置および主回路基板が熱的に干渉することがなく、熱設計が容易となる。一般に、ＰＣ部品は冷却が主であるが、燃料電池装置の単セル等は温度を一定にする制御が必要であり、熱的に干渉しない構造が重要である。

第２筐体内に液晶表示パネルと主回路基板とを重ねて設置することにより、これらの電気的な接続をコネクタで実現することができる。これにより、第１筐体と第２筐体との間を延びる表示装置用のハーネスを省略することができる。

燃料電池装置および内蔵バッテリを第１筐体内に設けることにより、バッテリ充放電回路を含む電池制御部により発電した電力を内蔵バッテリに充電しながら、ノートＰＣを駆動することができる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

単セルは放熱板上に並べて配置する構成としたが、複数の単セルを積層したセルスタックを用いてもよい。この発明の電子機器は、ノートＰＣに限らず、携帯端末、ゲーム機器、モバイル機器等の電子機器に適用してもよい。燃料電池の形式としは、ＤＭＦＣに限らず、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）等の他の形式としてもよい。第２筐体は、第１筐体に対して、回動可能に限らず、スライド自在に連結されていてもよい。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るノート型のパーソナルコンピュータを示す斜視図。 図２は、前記パーソナルコンピュータの断面図。 図３は、前記パーソナルコンピュータの機器本体内の構成を示す図。

符号の説明

１０…パーソナルコンピュータ、１２…機器本体、１３…ディスプレイユニット、
１４…第１筐体、２０…キーボード、２４…第２筐体、２６…液晶表示パネル、
２８…主回路基板、３０ａ…ＣＰＵ、３１…ヒンジ部、３２…第１冷却ファン、
３４…燃料電池装置、４０…単セル、４２…燃料タンク、４４…補器、
５０…冷却機構、５２…放熱板、５４…アノード流路、
６０ａ、６０ｂ…第２冷却ファン、６２…放熱フィン

Claims (9)

1. 入力装置が設けられ、燃料電池装置を収容した第１筐体と、
   ＣＰＵが実装された主回路基板と表示装置とが設けられているとともに、連結部により前記第１筐体に移動可能に支持された第２筐体と、
   前記連結部を通り、前記燃料電池装置と前記主回路基板とを電気的に接続する電力供給ハーネスと、
   を備えた電子機器。
2. 前記表示装置は、液晶表示パネルを有し、
   前記主回路基板は、前記液晶表示パネルの背面側にこの液晶表示パネルと対向して設けられた請求項１に記載の電子機器。
3. 前記第２筐体内に、前記主回路基板を冷却する第１冷却ファンが設けられた請求項２に記載の電子機器。
4. 前記燃料電池装置は、前記第１筐体内に配設された複数の単セル、燃料を収容する燃料タンク、前記単セルに燃料および空気を供給する補器、および前記単セルから電力を取り出す電池制御部を備えた請求項１に記載の電子機器。
5. 第１筐体内に配設された放熱板と、放熱板に形成された放熱フィンとを備え、前記単セルは、前記放熱板上に支持されている請求項１に記載の電子機器。
6. 前記放熱板は、前記第１筐体内で、前記第１筐体の底壁と隙間を置いて対向配置され、前記単セルに供給される空気および冷却空気を流す空気流路を規定している請求項５に記載の電子機器。
7. 前記第１筐体内に設けられ、前記筐体内の熱を前記第１筐体外に排気する第２冷却ファンを備えた請求項５に記載の電子機器。
8. 前記連結部は、前記第１筐体に対して前記第２筐体を回動可能に支持したヒンジ部を有している請求項１に記載の電子機器。
9. 前記第１筐体内に配設され、電力を供給するとともに、前記燃料電池装置により充電可能な二次電池を備えた請求項１に記載の電子機器。

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