JP4892809B2 - 電子機器 - Google Patents
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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を備える発電モジュールの最適設計を行わなくても済むような電子機器を提供することを目的とする。
前記接続制御手段は、前記複数の発電モジュールを並列接続させる場合、前記発電モジュールの陽極端子と、陰極端子をそれぞれ共通接続させる共通接続手段を含むことが好ましい。
また、前記発電モジュールが前記電子機器に複数搭載される場合に、前記発電モジュールは重ねた状態で、前記電子機器に装着され、
前記発電モジュールの陽極端子と陰極端子は、重ねられる面とは異なる面にあり、
前記電気エネルギー入力用端子は、前記発電モジュールを収納する収納空間に前記発電モジュールが収納された場合、前記陽極端子と陰極端子に対応する位置にある、ことが個このましい。
更に、前記発電モジュールは、
前記電子機器に複数搭載される場合に、前記発電モジュールのうち一つの発電モジュールによって他の発電モジュールを一元管理する主となる発電モジュールとするか、管理される副となる発電モジュールとするかを設定する主設定用端子を更に備えることが好ましい。
前記主設定用端子は、前記発電モジュールが前記電子機器に装着された際に、前記発電モジュールに備えられる主副設定用電極に接続することによって、前記主副設定を設定することが好ましい。
前記主副設定用電極は2つあり、
前記主設定用端子は、その2つの電極間が導電させるか絶縁させるかの接続状態に応じて、前記主副設定を設定することが好ましい。
前記主副設定用電極の2つの電極間を導電させた場合、前記主副設定は主と設定され、
主と設定された前記発電モジュールの制御部は、当該発電モジュールの前記通信用端子が前記他の発電モジュールの前記通信用端子と接続されている場合、前記他の発電モジュールの前記通信用端子を介して前記他の発電モジュールを通信制御するように前記他の発電モジュールを一元管理することが好ましい。
前記主副設定用電極の2つの電極間が絶縁させた場合、前記主副設定は副と設定され、
副と設定された前記発電モジュールは、当該発電モジュールの前記通信用端子が前記他の発電モジュールの前記通信用端子と接続されている場合、前記他の発電モジュールの制御部により前記通信用端子を介して通信制御されることが好ましい。
前記発電モジュールが前記電子機器に複数搭載される場合に、前記発電モジュールは重ねた状態で、前記電子機器に装着され、
前記主副設定用電極は、重ねられる面とは異なる面にあり、
前記主設定用端子は、前記発電モジュールを収納する収納空間に前記発電モジュールが収納された場合、前記主副設定用電極に対応する位置にある、ことが好ましい。
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。
燃料が貯留される燃料容器を着脱自在に収納する収納空間を更に備え、前記発電モジュールは、燃料が前記燃料容器の排出口から当該電子機器を介して前記発電モジュールに供給される燃料を前記発電モジュール内に取り込むための燃料取り込み用の穴と、前記燃料取り込み用の穴と通じ、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と、を備え、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が好ましく、
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、
前記燃料電池の空気極からの排気を排出するための第2の排気口を備え、前記発電モジュールは、前記第2の排気口に通じる第2の排気穴と、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と、を備え、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、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 (27)
- 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が外面に設けられる1または複数の発電モジュールを着脱自在に装着可能な電子機器であって、
前記発電モジュールの陽極端子と陰極端子に接続させて電気エネルギーを出力させるための電気エネルギー入力用端子と、
前記発電モジュールを複数搭載して用いる場合、前記発電モジュールのそれぞれの陽極端子と陰極端子を並列接続または直列接続となるように、前記電気エネルギー入力用端子の接続を切り換えるための接続制御手段と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 前記接続制御手段は、前記複数の発電モジュールを直列接続させる場合、前記発電モジュールの陽極端子と、他の発電モジュールの陰極端子を短絡させる短絡手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
- 前記接続制御手段は、前記複数の発電モジュールを並列接続させる場合、前記発電モジュールの陽極端子と、陰極端子をそれぞれ共通接続させる共通接続手段を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールが前記電子機器に複数搭載される場合に、前記発電モジュールは重ねた状態で、前記電子機器に装着され、
前記発電モジュールの陽極端子と陰極端子は、重ねられる面とは異なる面にあり、
前記電気エネルギー入力用端子は、前記発電モジュールを収納する収納空間に前記発電モジュールが収納された場合、前記陽極端子と陰極端子に対応する位置にある、
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は、
前記電子機器に複数搭載される場合に、前記発電モジュールのうち一つの発電モジュールによって他の発電モジュールを一元管理する主となる発電モジュールとするか、管理される副となる発電モジュールとするかを設定する主設定用端子を更に備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電子機器。 - 前記主設定用端子は、前記発電モジュールが前記電子機器に装着された際に、前記発電モジュールに備えられる主副設定用電極に接続することによって、前記主副設定を設定することを特徴とする請求項5に記載の電子機器。
- 前記主副設定用電極は2つあり、
前記主設定用端子は、その2つの電極間が導電させるか絶縁させるかの接続状態に応じて、前記主副設定を設定することを特徴とする請求項6に記載の電子機器。 - 前記主副設定用電極の2つの電極間を導電させた場合、前記主副設定は主と設定され、
主と設定された前記発電モジュールの制御部は、当該発電モジュールの前記通信用端子が前記他の発電モジュールの前記通信用端子と接続されている場合、前記他の発電モジュールの前記通信用端子を介して前記他の発電モジュールを通信制御するように前記他の発電モジュールを一元管理することを特徴とする請求項7に記載の電子機器。 - 前記主副設定用電極の2つの電極間が絶縁させた場合、前記主副設定は副と設定され、
副と設定された前記発電モジュールは、当該発電モジュールの前記通信用端子が前記他の発電モジュールの前記通信用端子と接続されている場合、前記他の発電モジュールの制御部により前記通信用端子を介して通信制御されることを特徴とする請求項7または8に記載の電子機器。 - 前記発電モジュールが前記電子機器に複数搭載される場合に、前記発電モジュールは重ねた状態で、前記電子機器に装着され、
前記主副設定用電極は、重ねられる面とは異なる面にあり、
前記主設定用端子は、前記発電モジュールを収納する収納空間に前記発電モジュールが収納された場合、前記主副設定用電極に対応する位置にある、
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10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1から11のいずれか一項に記載の電子機器。
- 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12に記載の電子機器。
- 前記発電モジュールは、
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、を一体に設けたものである、ことを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の電子機器。 - 燃料が貯留される燃料容器を着脱自在に収納する収納空間を更に備え、
前記発電モジュールは、
燃料が前記燃料容器の排出口から当該電子機器を介して前記発電モジュールに供給される燃料を前記発電モジュール内に取り込むための燃料取り込み用の穴と、
前記燃料取り込み用の穴と通じ、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と、を備え、
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14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15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16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16又は17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18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14から19のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記燃料電池の燃料極からの排気を排出するための第1の排気口を備え、
前記発電モジュールは、
前記第1の排気口に通じる第1の排気穴と、
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と、を備え、
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14から20のいずれか一項に記載の電子機器。 - 前記燃料電池への空気を通す空気フィルタを備え、
前記発電モジュールは、
前記空気フィルタから前記電子機器を介して前記発電モジュール内に取り込むための空気取り込み用の穴と、
前記空気取り込み用の穴と通じ、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と、を備え、
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14から21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22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23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23又は24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25に記載の電子機器。
- 前記燃料電池の空気極からの排気を排出するための第2の排気口を備え、
前記発電モジュールは、
前記第2の排気口に通じる第2の排気穴と、
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と、を備え、
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14から26のいずれか一項に記載の電子機器。
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