JPWO2008020562A1 - 電子機器 - Google Patents

Abstract

燃料電池を電源として使用した電子機器においては、電子機器本体１の下ケース１ｂ内に設けられるアンテナ６と燃料電池７は、アンテナ６と燃料電池７との間が一定距離以上離されて配置される。その結果、良好な通信状態を得ることができる。

Description

本発明は、高周波数の電波を送受信する携帯電話等の電子機器に関するものである。

最近、携帯電話装置などの電子機器は、多機能化とともに小型化に目覚しいものがあり、このような電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば携帯電話装置の電源として極めて有効である。

そこで、最近、燃料電池として、例えば、特開２０００−１０６２０１号公報に開示されるような直接メタノール型燃料電池（以下、DMFC: Direct Methanol Fuel Cellと称する。）が注目されている。ＤＭＦＣは、アノード極とカソード極との間に電解質膜を配置したもので、これらのアノード極とカソード極は、ともに集電体及び触媒層からなっている。アノード極には、燃料としてメタノール水溶液が供給され、触媒反応によりプロトン（陽子）が発生される。一方、カソード極（空気極）には空気取り入れ口より空気が供給される。カソード極では、上記電解質膜を通り抜けたプロトンが、供給される空気に含まれる酸素と触媒上で反応することにより発電が行なわれる。このようにＤＭＦＣは、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取出せ、改質も不要なことから小型化が可能であり、燃料の取り扱いも水素ガスに比べて容易なことから携帯電話装置の電源として有望視されている。

ところで、燃料電池は、アノード極及びカソード極の集電体を始め各所に金属材料などの良導体が構成部品として用いられている。このような燃料電池は、携帯電話装置の電源として使用した場合、装置内部での限られたスペースの関係で燃料電池がアンテナ（空中線）に近接して配置されることがある。ところが、携帯電話装置は、例えば、８００Ｍｈｚから２ＧＨｚ帯の高周波数の電波を送受信するため、燃料電池の各所を構成する良導体の近接した存在が、アンテナの輻射パターンの乱れを招くとともに、給電点インピーダンスを高める原因ともなり、通信性能を著しく悪化させるという問題がある。

この発明の目的は、良好な通信状態を維持することができる燃料電池を電源として使用した電子機器を提供することにある。

この発明によれば、電子機器本体と、前記電子機器本体に設けられ４７０ＭＨｚ以上の高周波数の電波を送受信するアンテナと、前記電子機器本体内に電源として設けられ、且つ良導体を構成部品として有する燃料電池と、を具備し、前記燃料電池は、前記アンテナの輻射パターンの乱れを回避可能にするように前記アンテナより一定距離以上離して配置される電子機器が提供される。

また、この発明によれば、上述した電気機器において、前記燃料電池とアンテナとの間の距離は、５ｍｍ以上である電子機器が提供される。

更に、この発明によれば、上述した電気機器において、前記燃料電池は、カソード触媒層と、アノード触媒層と、前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置されるプロトン伝導性膜と、前記アノード触媒層に燃料を供給する手段とを有する電子機器が提供される。

図１は、本発明の第１の実施の形態が適用される携帯電話装置を概略的に示す一部破断側面図である。 図２は、図１に示す携帯電話装置の一部を破断して概略的に示す正面図である。 図３は、図１に示される携帯電話装置に装着される燃料電池の内部構造を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態に係る電子機器を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に適用される携帯電話装置の概略構成を示している。

図１において、１は電子機器本体としての装置本体で、この装置本体１は、樹脂材料で形成される上ケース１ａと下ケース１ｂを有し、これら上ケース１ａと下ケース１ｂの間をヒンジ部２により連結され、このヒンジ部２を中心に二つ折り可能な構成になっている。

上ケース１ａには、二つ折りしたとき下ケース１ｂに対応する面に表示窓部１ｃが設けられている。表示窓部１ｃには、表示部としての液晶表示部３が設けられている。この液晶表示部３には、電話番号やメール文章などの各種の情報が表示される。

また、上ケース１ａ内部には、回路基板４が設けられている。この回路基板４には、各種の電気部品５が設けられている。これら電気部品５は、図示しないが音声信号を高周波数の電波に変換して送信する送信回路、高周波数の電波を受信して音声信号に変換する受信回路、これら送信回路及び受信回路を制御する制御回路などの各種の回路を構成している。この場合、高周波数の電波は、例えば８００ＭＨｚから２ＧＨｚ帯の周波数が用いられる。

一方、下ケース１ｂ内部には、図２に示すようにアンテナ６及び電源部としての燃料電池７が配置されている。

アンテナ６は、前記送信回路で変換された高周波数の電波を不図示の中継局に送出するとともに、中継局からの高周波数の電波を受信して前記受信回路に入力する。

燃料電池７は、内部気化型のＤＭＦＣを構成したもので、図３に示すように膜電極接合体（ＭＥＡ）１０１を有している。この膜電極接合体（ＭＥＡ）１０１は、カソード触媒層１０２及びカソードガス拡散層１０４からなるカソード極と、アノード触媒層１０３及びアノードガス拡散層１０５からなるアノード極と、カソード触媒層１０２とアノード触媒層１０３の間に配置されるプロトン伝導性電解質膜１０６とを備える。カソード触媒層１０２及びアノード触媒層１０３に含有される触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ、カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。また、プロトン伝導性電解質膜１０６を構成するプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

カソード触媒層１０２はカソードガス拡散層１０４上に積層され、かつアノード触媒層１０３はアノードガス拡散層１０５上に積層されている。カソードガス拡散層１０４はカソード触媒層１０２に酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層１０２の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層１０５はアノード触媒層１０３に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１０３の集電体も兼ねている。カソード導電層１０７ａ及びアノード導電層１０７ｂは、それぞれ、カソードガス拡散層１０４及びアノードガス拡散層１０５と接している。カソード導電層１０７ａ及びアノード導電層１０７ｂには、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。矩形枠状のカソードシール材１０８ａは、カソード導電層１０７ａとプロトン伝導性電解質膜１０６との間に位置すると共に、カソード触媒層１０２及びカソードガス拡散層１０４の周囲を囲んでいる。一方、矩形枠状のアノードシール材１０８ｂは、アノード導電層１０７ｂとプロトン伝導性電解質膜１０６との間に位置すると共に、アノード触媒層１０３及びアノードガス拡散層１０５の周囲を囲んでいる。カソードシール材１０８ａ及びアノードシール材１０８ｂは、膜電極接合体１０１からの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するためのオーリングである。

膜電極接合体１０１の下方には、液体燃料タンク１０９が配置されている。液体燃料タンク１０９内には、液体のメタノールあるいはメタノール水溶液が収容されている。液体燃料タンク１０９の開口端には、燃料気化層１１０として、例えば、液体燃料の気化成分のみを透過させて、液体燃料は透過できない気液分離膜が液体燃料タンク１０９の開口部を覆うように配置されている。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合、気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。また、液体燃料として濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液か、純メタノールを使用すること好ましい。なお、純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが望ましい。この液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。

燃料気化層１１０の気液分離膜とアノード導電層１０７ｂの間には、樹脂製のフレーム１１１が積層されている。フレーム１１１で囲まれた空間は、燃料気化層１１０の気液分離膜を拡散してきた気化燃料を一時的に収容しておく気化燃料収容室１１２（いわゆる蒸気溜り）として機能する。この気化燃料収容室１１２及び前記気液分離膜の透過メタノール量抑制効果により、一度に多量の気化燃料がアノード触媒層１０３に供給されるのを回避することができ、メタノールクロスオーバーの発生を抑えることが可能である。なお、フレーム１１１は、矩形のフレームで、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような熱可塑性ポリエステル樹脂から形成される。

一方、膜電極接合体１０１の上部に積層されたカソード導電層１０７ａ上には、保湿板１１３が積層されている。保湿板１１３は、カソード触媒層１０２に生成した水がプロトン伝導性電解質膜１０６を通過してアノード触媒層１０３に移動する反応を促進するためのものである。酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１１４が複数個形成された表面層１１５は、保湿板１１３の上に積層されている。表面層１１５は、膜電極接合体１０１を含むスタックを加圧してその密着性を高める役割も果たしているため、例えば、ＳＵＳ３０４のような金属から形成される。保湿板１１３は、カソード触媒層１０２において生成した水の蒸散を抑止する役割をなすと共に、カソードガス拡散層１０４に酸化剤を均一に導入することによりカソード触媒層１０２への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての役割も果たしている。

図２に示されるように、燃料電池７は、アンテナ６より一定距離以上離れて配置される。つまり、燃料電池７をアンテナ６に必要以上近づけて配置すると、上述したように燃料電池７を構成する良導体の存在により、アンテナ６の輻射パターンの乱れを招くとともに、給電点インピーダンスを高める原因となって通信性能を悪化させる虞がある。そこで、この実施の形態では、アンテナ６と燃料電池７との間を一定距離以上離して配置し、燃料電池７を構成する良導体の存在による悪影響を除去している。具体的には、燃料電池７とアンテナ６との間の距離を５ｍｍ以上とすることで、燃料電池７を構成する良導体による影響を回避できることが確認されている。

下ケース１ｂには、二つ折りしたとき上ケース１ａに対応する面にキー入力部８が設けられている。このキー入力部８は、電話番号やメール文章などを入力するのに用いられる。

したがって、このような携帯電話装置によれば、下ケース１ｂ内に設けられるアンテナ６と燃料電池７は、これらの間が一定距離以上離れるように配置されているので、アノード極及びカソード極の集電体など各所に金属材料などの良導体が用いられる燃料電池７がアンテナ６とともに設けられていても、アンテナ６の輻射パターンの乱れを回避できるとともに、給電点インピーダンスを低減でき、常に良好な通信状態を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、電子機器として携帯電話装置について述べたが、アンテナを介して高周波の電波を送受信するもので、電源として燃料電池を用いたものならば、携帯電話装置に限らず、他の電子機器にも適用することができる。また、上述した実施の形態では、８００ＭＨｚから２ＧＨｚ帯の周波数が用いられる携帯電話装置について述べたが、４７０ＭＨｚ以上の高周波数の電波を送受信するアンテナを有する電子機器にも適用することができる。その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

なお、本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できる。また、上記実施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。

例えば、上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体（ＭＥＡ）の下部に燃料貯蔵部を有する構造で説明したが、燃料収容部から膜電極接合体への燃料の供給は流路を配して接続された構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブと称される型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。

また、ＭＥＡへ供給される燃料の蒸気においても、全て燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。

本発明によれば、良好な通信状態を得ることができる燃料電池を電源として使用した電子機器を提供することができる。

Claims (3)

1. 電子機器本体と、
   前記電子機器本体に設けられ４７０ＭＨｚ以上の高周波数の電波を送受信するアンテナと、
   前記電子機器本体内に電源として設けられ、且つ良導体を構成部品として有する燃料電池と、を具備し、
   前記燃料電池は、前記アンテナの輻射パターンの乱れを回避可能にするように前記アンテナより一定距離以上離して配置される電子機器。
2. 前記燃料電池とアンテナとの間の距離は、５ｍｍ以上である請求項１記載の電子機器。
3. 前記燃料電池は、カソード触媒層と、アノード触媒層と、前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置されるプロトン伝導性膜と、前記アノード触媒層に燃料を供給する手段とを有する請求項１記載の電子機器。

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