JP2006202509A - 携帯型コンピュータ - Google Patents

Abstract

【課題】電源として燃料電池を搭載するに際して、携帯性を損ねることなく部品を搭載することのできる携帯型コンピュータを提供すること。
【解決手段】コンピュータ制御部が搭載された固定本体部１０と、この固定本体部１０に対して開閉可能であって、表示パネル１４が搭載された可動本体部１１と、この可動本体部１１を固定本体部１０に対して開閉可能に軸支するためのヒンジ部１２とを備えた携帯型コンピュータであって、 可動本体部１１の表示パネル１４の裏面側にコンピュータを駆動するために配置され、平板状の１つ又は複数の燃料電池セルＳにより構成される発電ユニット２０と、燃料電池セルＳを駆動するための水素ガスを発生し、ヒンジ部１２に取り付けられる燃料ユニット３１と、この燃料ユニット３１により発生した水素ガスを発電ユニット２０に供給するためのガス供給チューブ３３とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンピュータ制御部が搭載された固定本体部と、この固定本体部に対して開閉可能であって、表示パネルが搭載された可動本体部と、この可動本体部を固定本体部に対して開閉可能に軸支するためのヒンジ部とを備えた携帯型コンピュータに関するものである。

ポリマー電解質のような固体高分子電解質を使用した高分子型燃料電池は、高いエネルギー効率を持ち、薄型小型・軽量であることから、家庭用ジェネレーションシステムや自動車向けに開発が活発化している。かかる燃料電池の従来技術の構造として、下記の非特許文献１に開示されており、これを図９に示す。

図９に示すように、固体高分子電解質膜１００を挟んでアノード１０１とカソード１０２とを配設する。さらに、ガスケット１０３を介して一対のセパレータ１０４により挟持して単位セル１０５を構成する。この単位セル１０５を多数個積層し、単位セル１０５どうしを電気的に直列に接続して燃料電池Ｎを構成する。電極１０６は、積層した両端の単位セル１０５から取り出すことができる。このような燃料電池Ｎは、クリーンかつ高効率という特徴から、種々の用途、特に、電気自動車用電源や家庭用分散型電源として注目されている。

一方、近年のＩＴの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器（携帯機器）のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらモバイル機器の高機能化に伴い消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用としてクリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。

特に、ノートパソコンのような携帯型コンピュータに燃料電池を搭載する場合に、燃料電池セルだけでなく、それ以外の付随する部品・装置等も必要とされる。従って、携帯型コンピュータ用の電源として、燃料電池を使用する場合には、それらの点を考慮して携帯性を損ねないような構成を採用する必要がある。例えば、水素等の燃料を燃料電池セルに供給するための燃料供給装置をどのように配置するか等を考慮する必要がある。すなわち、 水素を燃料電池セルに供給するためのマイクロポンプや、水素を発生するための化学反応を起こすためには、所定の温度にするための加熱機構が必要となる。しかしながら、これらの機構を通常の形態で組み込んでいたのでは、携帯型コンピュータに搭載する燃料電池が大型化せざるを得ない。

ノートパソコンに燃料電池を搭載した従来技術として、下記特許文献１に開示されるポータブルコンピュータシステム（ノートパソコン）が知られている。このノートパソコンは、メインユニット（固定本体部に相当）にガス貯蔵器を、表示ユニット（可動本体部に相当）に燃料電池（発電ユニットに相当）を配置し、両者を連結部により連結している。下記特許文献２にも、燃料電池本体と燃料タンクを可動本体部と固定本体部に分散して配置する構造が開示されている。このように、ユニット（発電ユニット及び燃料ユニット）を分散して配置することで、ノートパソコンの携帯性を維持することが可能である。
特表２００３−５２８３８４号公報 特開２００３−３０８８６１号公報 日経メカニカル別冊「燃料電池開発最前線」発行日２００１年６月２９日、発行所：日経ＢＰ社、第３章ＰＥＦＣ、３．１原理と特徴ｐ４６

しかしながら、ノートパソコンの固定本体部には、ＣＤ−ＲＯＭの駆動部、ハードディスク、マザーボード、各種メモリ、グラフィックカードなど多くの部品を集約的に搭載しなければならないため、固定本体部に燃料ユニットを搭載しようとすると、固定本体部に搭載すべき部品の配置に大きな制約が生じるため、燃料ユニットを搭載しながら小型化を達成するには限度がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、電源として燃料電池を搭載するに際して、携帯性を損ねることなく部品を搭載することのできる携帯型コンピュータを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る携帯型コンピュータは、
コンピュータ制御部が搭載された固定本体部と、この固定本体部に対して開閉可能であって、表示パネルが搭載された可動本体部と、この可動本体部を固定本体部に対して開閉可能に軸支するためのヒンジ部とを備えた携帯型コンピュータであって、
可動本体部の前記表示パネルの裏面側にコンピュータを駆動するために配置され、平板状の１つ又は複数の燃料電池セルにより構成される発電ユニットと、
燃料電池セルを駆動するための燃料ガスを発生し、ヒンジ部に取り付けられる燃料ユニットと、
この燃料ユニットにより発生した燃料ガスを発電ユニットに供給するためのガス供給路とを備えたことを特徴とするものである。

この構成による携帯型コンピュータの作用・効果を説明する。携帯型コンピュータ（例えば、ノートパソコン）は、固定本体部と、この固定本体部に対して開閉可能に設けられた可動本体部とを備えている。また、可動本体部を開閉可能にするためのヒンジ部も設けられている。固定本体部には、コンピュータ制御部（ＣＰＵなど）が搭載され、可動本体部には、表示パネル（例えば、液晶表示パネル）が搭載される。また、コンピュータを駆動するための燃料電池セル（発電ユニット）は、可動本体部の表示パネルの裏面側に搭載される。燃料電池セルは、平板状であり、１つ又は複数が搭載され、平板状に形成することで、薄型化することができ、可動本体部の大型化を抑制することができる。

また、燃料電池セルに燃料を供給するために燃料ガスを発生する燃料ユニットは、ヒンジ部に配置する。ヒンジ部に配置することで、固定本体部に配置すべき部品に対して与える制約を極めて少なくすることが可能である。燃料ユニットにより発生した燃料ガスは、ガス供給路を介して発電ユニットへ供給される。このように、発電ユニットと燃料ユニットを夫々可動本体部とヒンジ部に分散して配置することで、携帯型コンピュータの大型化を抑制しつつ、燃料電池を搭載することができる。また、燃料ユニットは、燃料ガス発生原料がなくなると、交換等する必要があるので、発電ユニットと分離させることで、メンテナンスを容易に行うことができる。その結果、電源として燃料電池を搭載するに際して、携帯性を損ねることなく部品を搭載することのできる携帯型コンピュータを提供することができる。

本発明に係る燃料ユニットは、円筒形の収容容器を備え、この収容容器の内部には、金属が収容される金属収容部と、この金属収容部の金属と反応する水が収容される水収容部と、金属収容部と水収容部とを仕切るための仕切り部と、水収容部へ水を導入するための水導入部と、金属と水とが反応して生成される水素ガスを前記ガス供給路へ導くためのガス導出部とを備えていることが好ましい。

燃料ユニットとして金属収容部と水収容部を備えており、金属と水（水蒸気の状態を含む）を反応させることで、燃料ガスとしての水素ガスを発生することができる。水収容部と金属収容部とは仕切り部で仕切られており、例えば、仕切り部をネット状部材で構成すれば、水を加熱させて水蒸気とし、この水蒸気を仕切り部を通過させることで、金属と水を反応させることができる。これにより、水素ガスを発生させガス導入部及びガス供給路を経由して発電ユニットへ供給することができる。水は消耗品であるため、水導入部を設けておき、適宜のタイミングで水を水収容部に収容させることができる。

本発明において、前記ヒンジ部には、前記水収容部へ供給すべき水を貯蔵しておく水タンクも取り付けられ、水タンクの水の貯蔵量を視認できるように構成することが好ましい。

ヒンジ部に水タンクを設けることで、供給すべき水を貯蔵しておくと共に、水の貯蔵量を視認するための構成を容易に実現することができる。例えば、水タンクに窓を設けたり、水タンクを透明の樹脂容器で形成することで、実現できる。ヒンジ部は、本来コンピュータの外観から見えやすい位置にあるため、水の貯蔵量も容易に確認することができる。

本発明において、前記収容容器は、その周囲に断熱部が構成され、この断熱部の内側に金属収容部と水収容部が設けられることが好ましい。金属と水を反応させる場合には、所定の環境温度（２００℃〜４００℃）である必要があり、熱が外部に容易に逃げないような構造が好ましい。そこで、金属収容部と水収容部を断熱部の内側に配置することで、熱を外部に伝わりにくくし、化学反応を効率よく行わせることができる。

本発明に係る燃料電池セルは、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置された一対の電極板と、この電極板の更に外側に配置された一対の金属板とを備え、これら金属板の周縁が絶縁層を間に介在させた状態でプレス曲げ加工により封止されていることが好ましい。

板状の固体高分子電解質をベースに燃料電池セルを構成することで、セルの厚みを薄くすることができ、その結果、発電ユニットの厚みも薄くしてコンパクトな形状とすることができる。また、一対の金属板の周縁を絶縁層を介してプレス曲げ加工（例えば、カシメ）により封止することで、両者の短絡を防止しながら、厚みをさほど増加させずにセルごとに確実に封止を行うことができる。また、図９に示す従来構造と比較してセルに剛性が要求されないため、各燃料電池セルを大幅に薄型化することができる。更に、固体高分子電解質や金属板を使用するため、自由な平面形状や屈曲が可能となり、小型軽量かつ自由な形状設計が可能となる。

本発明において、一対の金属板のうち、カソード側金属板には、空気取り込み用の開口部が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、カソード側金属板の開口部から空気を自然供給できるため、アノード側金属板の注入口から燃料を供給することで、各々の電極板で電極反応を生じさせることができ、電極板に接する金属板から電流を取り出すことができる。空気を自然供給する構成なので、空気を供給するための特別の部材等が不要となり、小型化に寄与することができる。

本発明に係る携帯型コンピュータの好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１、図２は、携帯型コンピュータの１例であるノートパソコンを示している。図１は、正面側から見た斜視図、図２は背面側から見た斜視図である。

＜ノートパソコンにおける燃料電池の搭載＞
図１，２において、ノートパソコンは、固定本体部１０と可動本体部１１とを備えており、可動本体部１１は固定本体部１０に対して開閉可能に取り付けられており、ノートパソコンを使用する時には、可動本体部１１を開いた状態にする。可動本体部１１は、ヒンジ部１２に設けられた回転支持部１３により、固定本体部１０に対して回動可能に支持されている。固定本体部１０の内部には、コンピュータ制御部としてのＣＰＵやメモリ、これらを搭載したマザーボード、ハードディスク及びそのコントローラ、外部記憶媒体を駆動する装置などが組み込まれている。可動本体部１１には、表示パネルとして液晶表示パネル１４が搭載されている。液晶表示パネル１４を駆動するための配線は、回転支持部１３を介して行われる。

本実施形態のノートパソコンは、商用電源だけでなく、ノートパソコンの内部に搭載される燃料電池モジュールにより駆動することができる。燃料電池モジュールは、可動本体部１１の液晶表示パネル１４の裏面側に搭載される発電ユニット２０と、ヒンジ部１２内の適宜の個所に搭載される燃料ユニット３１と、燃料ユニット３１に供給すべき水を貯蔵する水タンク３２と、燃料ユニット３１により発生した水素ガス（燃料ガスに相当）を発電ユニット２０に供給するためのガス供給チューブ３３（ガス供給路に相当）とを備えている。ガス供給チューブ３３は、回転支持部１３を経由して接続される。燃料ユニット３１及び水タンク３２は、固定本体部１０に対して着脱自在に取り付けられる。

＜燃料電池モジュール＞
図３は、燃料電池モジュールの構成を示す図である。既に説明したように、燃料電池モジュールは、可動本体部１１に搭載される発電ユニット２０と、ヒンジ部１２に搭載される燃料ユニット３１とを備えている。発電ユニット２０は、８つの燃料電池セルＳが平面的に並べて配置されており、回路基板２３（平板状の支持基板に相当）に対して接続されている。燃料電池セルＳは平板状であり、これを平面的に並べて配置することで、出力電圧を大きくできると共に、発電ユニット２０全体を薄型化することができる。なお、本発明として燃料電池セルＳを何個搭載するかは、適宜決めることができる。

回路基板２３の燃料電池セルＳが搭載される面とは反対側の面には、電子回路が搭載され、主に昇圧回路と定電圧回路が搭載される。１つの燃料電池セルＳによる出力電圧はごくわずかであるので、燃料電池セルＳを複数直列接続することで、出力電圧を大きくすることができる。この出力電圧をさらに昇圧することで、コンピュータを駆動するのに適した電圧値にすることができる。また、燃料電池セルＳの出力は安定していないため、これを安定化させるための定電圧回路を設けることで、安定した電圧をコンピュータに供給することができる。回路基板２３には、不図示の電極（正極及び負極）が設けられており、これらを介してコンピュータに電源が供給される。

＜燃料電池セルの基板への取り付け＞
図４に示すように、各燃料電池セルＳは、押さえ部材１８により回路基板２３に対して固定される。押さえ部材１８は、例えば、リン青銅のような金属製（他の金属でもよい）であり、リン青銅板をプレス加工することにより形成することができる。燃料電池セルＳの表面（図４で上側）は、後述するように金属板４により形成され、電極（正極）として機能している。従って、金属製の押さえ部材１８を用いることで、燃料電池セルＳの電極を回路基板２３の配線パターンに接続することができる。また、燃料電池セルＳの裏面（図４で下側）も金属板５（後述）であり、もう一方の電極（負極）を構成する。従って、回路基板２３の表面に形成された別の電極パターンに押さえつけることで、電気的な接続を行うことができる。この電極パターンへの押さえ付けも、押さえ部材１８により行うことができる。

押さえ部材１８は、枠形状を有する押え部１８ａと、回路基板２３に固定するための爪部１８ｂとを有している。燃料電池セルＳの外縁部４ａ（矩形のセルの四辺部）を押え部１８ａにより押さえつけ、回路基板２３に形成された孔２３ａを利用して、押さえ部材１８の爪部１８ｂをはんだ付け等により固定する。これにより、燃料電池セルＳを回路基板２３に対して固定することができると共に、配線パターンとも電気的に接続することができる。

回路基板２３の裏面には、昇圧回路（電子回路に相当）が設けられている。１つの燃料電池セルにより取り出せる出力電圧は０．５Ｖ程度である。これを図示のように２つ設けて直列接続すれば、１Ｖ程度の出力電圧となる。一方、コンピュータの内部の回路に電源を供給するためには、１５Ｖ程度の出力電圧が必要である。そこで、上記のような昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を設けることで、適切な電圧に昇圧して、ノートパソコン本体に供給することができる。ただし、昇圧回路は公知の回路構成を用いることができる。コンピュータに電源供給するための端子部の位置及び形状は、図示しないが、特定の形態に限定されるものではなく、適宜の構成にすることができる。

＜燃料ユニットの構成＞
次に燃料ユニット３１の具体的な構成を図５の概念図（断面図）により説明する。燃料ユニット３１は、ケース部材としての収容容器３５を備えており、電磁誘導（この点は後述する）による加熱が行われにくい材料により形成される。例えば、アルミニウム、チタンのような非磁性金属材料やセラミック、耐熱性樹脂などにより形成される。また、収容容器３５は、外観に現れる外壁部３５ａと、内部の内壁部３５ｂにより構成される二重構造となっており、これら外壁部３５ａと内壁部３５ｂにより形成される内部空間は真空断熱層３５ｃ（断熱部に相当）が形成されている。この真空断熱層３５ｃを形成することにより、内部の化学反応により発生する熱が外部に容易に逃げていかないような構造としている。収容容器３５は、全体として円筒形形状に形成されており、ヒンジ部１２の形状にマッチさせている。

収容容器３５の内部空間には、鉄収容部３６（金属収容部に相当）と水収容部３７とが隣接配置される。鉄収容部３６は、鉄収容容器としての金属パイプ３６ａが配置されている。この金属パイプ３６ａは、電磁誘導による加熱されやすい金属材料で形成され、ステンレス、鉄、鉄系合金、ニッケル、ニッケル系合金などが例としてあげられる。鉄収容部３６は、その外周部がＯリング３８によって、収容容器３５の内壁面に支持される。Ｏリング３８を使用することで、鉄収容部３６において発生する熱が収容容器３５に伝わりにくくしている。鉄収容部３６の内部空間３９には、純鉄の粉末（ナノ粒子）が収容される。ただし、鉄を収容する形態は粉末に限定されるものではなく、タブレットのような形で収容しても良い。純鉄のタブレットは、例えば、純鉄の粉末を金型で圧縮成型することで得られる。

水収容部３７としてアルミパイプ３７ａを設けており、その内部に水４０が保持される。アルミパイプ３７ａは、金属パイプ３６ａと同じ理由でＯリング４５により、収容容器３５の内壁面に保持される。水収容部３７の上端部にはキャップ４６がされ、このキャップ４６とアルミパイプ３７ａの内面との間に、給水紙４７が挟持される。水収容部３７内の水は、毛細管現象により給水紙４７を伝わって上昇し、水収容部３７の外部に臨む。給水紙４７を設けることで、鉄収容部３６へ供給される水の量を規定することができる。

水収容部３７と鉄収容部３６とは、ネット状部材４１（仕切り部に相当）により仕切られている。水収容部３７に収容されている水が給水紙４７を伝わって上昇してくると、上昇してきた水は加熱されて水蒸気となり、この水蒸気はネット状部材を通過して鉄収容部３６へと移動する。この水蒸気と純鉄とが反応して水素ガスを発生する。ネット状部材４１は、水蒸気のみを通過させ、純鉄が通過しないようなフィルターとしての機能を有する。

水収容部３７に収容される水は消耗品であるので、適宜補充する必要がある。そこで、水導入パイプ４２（水導入部に相当）が設けられており、水タンク３２へ繋がるパイプ３４と連結される。水タンク３２は図３に示すように円筒形形状であり、その内部に水が貯蔵される。水タンク３２と燃料ユニット３１とは、切り離すことが可能であり、パイプ３４と水導入パイプ４２とを連結するための連結部３４ａが設けられる。連結部３４ａを切り離した場合、水導入パイプ４２の先端は適宜の方法で塞ぐことが好ましい。例えば、不図示のキャップを装着することで蓋をすることができる。水タンク３２と燃料ユニット３１とは、切り離し可能な構造ではなく、予め一体化された構造を採用しても良い。すなわち、水タンク３２も含めて燃料ユニット３１とすることもできる。この場合、連結部３４ａの構成は不要となる。

水タンク３２は、内部の水の貯蔵量を視認できる構造が好ましい。例えば、図２に示すように、ケース外観に窓３２ａを設けて、水の貯蔵量を確認することができる。また、水タンク３２を透明な樹脂で成型することで、外部から容易に視認可能になる。水タンク３２の水を水収容部３７に供給する場合、手動で注入するようにしても良いし、パイプ３４の途中にポンプ（不図示）を設けて、適宜のタイミングでポンプを駆動させることで、水を補充するようにしても良い。

鉄と水（水蒸気）の化学反応により発生した水素ガスは、ガス導出パイプ４３（ガス導出部に相当）を通って、ガス供給チューブ３３へ送られ、発電ユニット２０の各燃料電池セルＳへと供給される。燃料ユニット３１をヒンジ部１２から取り出すときには、燃料ユニット３１をガス供給チューブ３３と切り離す必要がある。そのため、ガス供給チューブ３３の先端には、連結部３３ａが設けられている。連結部３３ａを切り離した場合、ガス供給チューブ３３の先端は適宜の方法で塞ぐことが好ましい。例えば、先ほど説明したキャップを装着することで蓋をすることができる。

収容容器３５の円筒軸方向の一端側には、容器蓋４４が設けられる。容器蓋４４は、例えば、コルクのような部材で形成され、内部の熱が外部に伝わりにくい材質により形成されることが好ましい。容器蓋４４を水導入パイプ４２とガス導出パイプ４３が貫通する構造となっている。

次に、燃料ユニット３１において水素ガスを発生させるときの化学反応について説明する。鉄収容部３６に収容されている純鉄を水（水蒸気）と反応させることで、純水素を発生する。発生した水素は、ガス供給チューブ３３を通って、燃料電池セルＳへと供給される。

水素を発生するときの化学反応は、次の式に示すとおりである。
［化１］
４Ｈ₂Ｏ＋３Ｆｅ → Ｆｅ₃Ｏ₄＋４Ｈ₂
すなわち、 純鉄に水（水蒸気）を供給すると、これらが反応し、酸化鉄と水素ガスを生成する。この化学反応では、二酸化炭素や一酸化炭素のような環境に対して悪影響を与えるガスを発生しない。すなわち、 クリーンなエネルギーであるということができる。水素ガスのみ（純水素）が、燃料電池セルＳに対して供給されることになる。水収容部３７には、水が収容されているが、加熱することにより水蒸気を発生させ、これを鉄収容部３６へと供給することが可能である。

鉄収容部３６における化学反応は、１００℃〜４００℃程度で行われる。鉄収容部３６を上記温度範囲に維持するために、真空断熱層３５ｃが設けられている。なお、補助的な加熱手段として、収容容器３５の内壁面にフィルムヒーターを設けても良い。フィルムヒーターを駆動するための配線構造や加熱回路は、別途設けられる。

＜燃料ユニットの加熱システム＞
次に、燃料ユニット３１を加熱するシステムについて説明する。燃料ユニット３１において水素ガスを発生するためには、何らかの方法で燃料ユニット３１の内部を加熱し、化学反応を行うに適した環境温度にする必要がある。例えば、先ほど説明したようなフィルムヒーターを燃料ユニット３１の内部に設けておけば加熱できるが、ノートパソコンを長時間使用しなかった後に燃料ユニット３１を立ち上げる場合、フィルムヒーターによる加熱を行えないことがある。例えば、ノートパソコン内に設けられている２次電池が蓄電されておらず、使用できなくなっている場合である。このような場合、燃料ユニット３１をスムーズに立ち上げるための加熱システムが必要となる。そこで、図６の実施形態に示すような電磁誘導加熱ユニット５０を用いた加熱システムを用いる。

鉄収容部３６を加熱するための加熱手段として電磁コイル５１が設けられている。電磁コイル５１は、収容ケース５２内に収容されている。収容ケース５２には、収容凹部５２ａが形成されており、燃料ユニット３１を着脱自在に挿入することができる。収容凹部５２ａの大きさは、燃料ユニット３１の外形サイズよりも少し大きなサイズとなるように設定されている。電磁誘導加熱ユニット５０には、商用電源に接続するためのコンセントが設けられており、例えば、家電製品の充電器と同じように取り扱うことが可能である。

駆動回路５３は、電磁コイル５１を駆動するための電子回路等により構成される。装着センサー５４は、燃料ユニット３１が電磁誘導加熱ユニット５０に装着されたことを検出するセンサーである。例えば、反射型の光センサーにより構成される。装着検出部５５は、装着センサー５４の検出結果に基づいて、燃料ユニット３１が装着されたか否かを検出する。タイマー設定部５６は、鉄収容部３６が所定温度に加熱されたことを検出するために設けられており、予め決められた時間データが設定されている。制御部５７は、燃料ユニット３１が装着されたことが検出されると、駆動回路５３に指令を与えて、電磁コイル５１を駆動させる。

表示ランプ５８は、燃料ユニット３１が装着されたことや鉄収容部３６が所定温度になったことを表示させる。表示ランプ５８は、例えばＬＥＤを使用することができる。表示駆動回路５９は、表示ランプ５８の表示制御を行うための電子回路等により構成される。制御部５７は、装着検出部５５やタイマー設定部５６に基づいて、表示ランプ５８に対する表示制御を行うことができる。表示ランプ５８の表示形態（例えば、点灯、点滅）は、表示させたい内容に応じて変化するように制御される。

＜加熱動作＞
次に、図６に示す水素ガス発生ユニットの加熱システムを用いて、鉄収容部３６の加熱を行う場合の動作を説明する。ノートパソコンから、水素燃料ユニット３１を取り出してキャップ６０をした後、電磁誘導加熱ユニット５０に装着する。装着を完了すると、装着センサー５４により燃料ユニット３１が検出され、電磁コイル５１に駆動が開始される。これと同時に、表示ランプ５８が例えば点滅して表示される。この点滅表示により、鉄収容部３６が加熱中であることがわかる。鉄収容部３６の金属パイプ３６ａはステンレス等であるので、電磁コイル５１により加熱されるが、収容容器３５はアルミニウム等であるので加熱されにくい。これにより、燃料ユニット３１の内部にある鉄収容部３６のみを加熱することができる。また、鉄収容部３６が加熱されることで、その熱は水収容部３７にも伝達される。

電磁コイル５１の加熱により水収容部３７の水が加熱され水蒸気となる。この水蒸気が鉄収容部３６へと供給され純鉄と反応する。これにより、水素ガスが発生する。電磁コイル５１による加熱は鉄収容部３６に伝達されるため、水素ガスを発生させる化学反応を効率よく行うことができる。タイマー設定部５６において設定されている所定時間が到達すると、制御部５７は電磁コイル５１による加熱を停止するように、駆動回路５３に対して指令を与える。また、表示駆動回路５９に対しても指令を与え、表示ランプ５８の表示態様を点滅から点灯に切り替える。これにより、加熱が終了したことを認識することができる。そこで、電磁誘導加熱ユニット５０から燃料ユニット３１を取り出し、再びノートパソコンに装着させる。このとき、一番外側の収容容器３５は（ほとんど）加熱されないため、手で触れたとしても問題はない。

ノートパソコンに一旦装着した後は、フィルムヒーターにより鉄収容部３６を加熱することが可能である。ノートパソコンを長期の間、使用しなかった場合には、再び燃料ユニット３１を取り出して電磁誘導加熱ユニット５０にセットすればよい。

＜燃料電池セルの構成＞
次に、燃料電池セルＳの構成を図７及び図８により説明する。図７は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図８は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す縦断面図である。

本発明の燃料電池セルは、図７〜図８に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極２と、他方側に配置されたアノード側電極板３とを備えるものである。本実施形態では、アノード側金属板５に、エッチングにより燃料の流路溝９が形成され、アノード側金属板５とカソード側金属板４の周縁部がエッチングにより他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。

固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。固体高分子電解質１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。

電極板２，３は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。

電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。

一般に、電極板２，３や固体高分子電解質１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。

例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極２では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。

触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。

電極板２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。

カソード側電極板２の表面にはカソード側金属板４が配置され、アノード側電極板３の表面にはアノード側金属板５が配置される。アノード側金属板５には燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板５に流路溝９が設けられている。

カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための多数の開口部４ｃが設けられている。開口部４ｃは、カソード側電極板２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口部４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板４の開口部４ｃは、例えば規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口部を設けてもよい。

金属板４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。

アノード側金属板５に設けられる流路溝９は、電極板３との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板５の一辺に平行な縦溝９ａと垂直な横溝９ｂを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本（図示した例では３本）の縦溝９ａが横溝９ｂに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。

なお、このような金属板５の流路溝９の一部（例えば横溝９ｂ）を電極板３の外面に形成してもよい。電極板３の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。

金属板５の流路溝９に連通する注入口５ｃ及び排出口５ｄは、それぞれ１個又は複数を形成することができる。なお、金属板４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。金属板５に流路溝９を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。

金属板４への開口部４ｃの形成、金属板４，５の周辺部の薄肉化、金属板５への注入口５ｃ等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝９の断面形状をより高精度に制御することができる。

図８に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（周辺部）をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止（プレス曲げ加工による封止に相当）をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。

本発明では、金属板４，５の周縁は、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料６や固体高分子電解質１の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。本発明では、カシメを行う際、図８に示すように、金属板４，５の周縁によって固体高分子電解質１を挟持する構造が好ましく、絶縁材料６を介在させつつ固体高分子電解質１を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。

絶縁材料６としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６は、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。

カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図８に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の外縁部５ａを他方の外縁部４ａより大きくしておき、絶縁材料６を介在させつつ、一方の金属板５の外縁部５ａを他方の金属板４の外縁部４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の外縁部４ａに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。

図８には、注入口５ｃにジョイント用の金属製ピン５ｅが金属板５に対して取り付けられている。この取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。このピン５ｅに対して、ガス供給チューブ３３を圧入して取り付けることができる。

本発明の燃料電池セルを用いると、薄型化が可能で小型軽量かつ自由な形状設計が可能である。

本発明では、ヒンジ部１２に燃料ユニット３１を配置しているので、固定本体部１０の内部に配置されるコンピュータ制御部に対して制約を与えることがなく、また、ノートパソコンとしての携帯性を維持することができる。また、ヒンジ部１２に燃料ユニット３１を配置することで、ヒンジ部１２の強度アップに寄与することができる。

＜別実施形態＞
ヒンジ部１２の大きさは適宜設定することができるとともに、ヒンジ部１２への燃料ユニット３１の配置場所やサイズなどは適宜決めることができる。本実施形態において、燃料ユニット３１は、円筒形であるが、これに限定されるものではなく、他の形状を採用しても良い。ただし、円筒形にすることで、ヒンジ部１２に効率よく配置することができる。また、燃料ユニット３１と水タンク３２は、別々に取り出す構造を開示しているが、燃料ユニット３１と水タンク３２とを一体化したユニットとし、一緒に取り出すことができるようにしても良い。燃料ユニット３１と水タンク３２は、収容容器３５そのものが外観を構成してもよいが、ヒンジ部１２に蓋部材を設け（例えば、電子機器で単三電池を収容する電池室のように）、蓋部材を開けると、燃料ユニット３１や水タンク３２を取り出せるようにすることもできる。この場合、蓋部材を透明にするか窓を設けることで、水タンク３２内の水の貯蔵量を確認できるようにする。

水（水蒸気）と反応する金属として、鉄以外の金属を用いても良い。

図７，８では、絶縁材料６（絶縁層に相当）を介してカシメを行っているが、固体高分子電解質１の周縁部を延ばし、これを介在させてカシメを行ってもよい。この場合、固体高分子電解質１が絶縁層として機能する。この場合は、絶縁材料を設ける必要がないので、構成を簡素化することができる。

本実施形態では、エッチングによりアノード側金属板３に流路溝９を形成する例を示したが、本発明では、プレス加工、切削などの機械的な方法により、アノード側金属板に流路溝を形成してもよい。プレス加工により流路溝９を形成する場合、流路溝９としては幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．１〜１０ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。燃料電池セルＳに形成する開口部４ｃの大きさや個数については、適宜設定することができる。カソード側金属板４の構成は、本実施形態に限定されるものではなく、アノード側金属板３と同じように注入口・排出口・流路溝を形成する構成を採用しても良い。

本実施形態では、携帯型コンピュータとしてノートパソコンをあげて説明したが、これに限定されるものではない。

ノートパソコンを正面側から見た斜視図 ノートパソコンを背面側から見た斜視図 燃料電池モジュールの構成を示す図 燃料電池セルの回路基板への取り付け構造を示す図 燃料ユニットの構成を示す概念図 電磁誘導加熱ユニットの構成を示す概念図 本発明の燃料電池セルの一例を示す組み立て斜視図 本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図 従来技術に係る燃料電池の構成を示す図

符号の説明

１ 固体高分子電解質
２ カソード側電極板
３ アノード側電極板
４ カソード側金属板
５ アノード側金属板
１０ 固定本体部
１１ 可動本体部
１２ ヒンジ部
１３ 回転支持部
１４ 液晶表示パネル
１８ 押さえ部材
２０ 発電ユニット
２３ 回路基板
３１ 燃料ユニット
３２ 水タンク
３２ａ 窓
３３ ガス供給チューブ
３５ 収容容器
３５ｃ 真空断熱層
３６ 鉄収容部
３６ａ 金属パイプ
３７ 水収容部
４０ 水
４１ ネット状部材（仕切り部材）
４２ 水導入パイプ
４３ ガス導出パイプ
Ｓ 燃料電池セル

Claims (6)

1. コンピュータ制御部が搭載された固定本体部と、この固定本体部に対して開閉可能であって、表示パネルが搭載された可動本体部と、この可動本体部を固定本体部に対して開閉可能に軸支するためのヒンジ部とを備えた携帯型コンピュータであって、
   可動本体部の前記表示パネルの裏面側にコンピュータを駆動するために配置され、平板状の１つ又は複数の燃料電池セルにより構成される発電ユニットと、
   燃料電池セルを駆動するための燃料ガスを発生し、ヒンジ部に取り付けられる燃料ユニットと、
   この燃料ユニットにより発生した燃料ガスを発電ユニットに供給するためのガス供給路とを備えたことを特徴とする携帯型コンピュータ。
2. 前記燃料ユニットは、円筒形の収容容器を備え、この収容容器の内部には、金属が収容される金属収容部と、この金属収容部の金属と反応する水が収容される水収容部と、金属収容部と水収容部とを仕切るための仕切り部と、水収容部へ水を導入するための水導入部と、金属と水とが反応して生成される水素ガスを前記ガス供給路へ導くためのガス導出部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の携帯型コンピュータ。
3. 前記ヒンジ部には、前記水収容部へ供給すべき水を貯蔵しておく水タンクも取り付けられ、水タンクの水の貯蔵量を視認できるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の携帯型コンピュータ。
4. 前記収容容器は、その周囲に断熱部が構成され、この断熱部の内側に金属収容部と水収容部が設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の携帯型コンピュータ。
5. 前記燃料電池セルは、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置された一対の電極板と、この電極板の更に外側に配置された一対の金属板とを備え、これら金属板の周縁が絶縁層を間に介在させた状態でプレス曲げ加工により封止されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の携帯型コンピュータ。
6. 一対の金属板のうち、カソード側金属板には、空気取り込み用の開口部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の携帯型コンピュータ。

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