JP4366906B2

JP4366906B2 - Electronics

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Publication number: JP4366906B2
Application number: JP2002230826A
Authority: JP
Inventors: 浩一田中; 康博渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004071426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素等の発電反応用ガスを外部から取り込む方式を採用する燃料電池パッケージを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料流体を供給することで発電体に電力を発生させる装置であり、そのような燃料電池の一例として、プロトン伝導体膜を電極で挟んだ構造を有し、所望の起電力を得る構造となっている。このような燃料電池は、自動車などの車両に搭載して電気自動車やハイブリット式車両としての応用が大きく期待されている他、その軽量化や小型化が容易となる構造から、現状の乾電池や充電式電池の如き用途に限らず、例えば携帯可能な機器への応用が研究や開発の段階にある。
【０００３】
ここで、プロトン伝導体膜を用いた燃料電池について、簡単に図１８を参照しながら説明する。プロトン伝導体膜５１は水素側電極５２と酸素側電極５３に挟持され、解離したプロトン（Ｈ^＋）は図面矢印方向に沿って水素側電極５２から酸素側電極５３に向かってプロトン伝導体膜５１の膜中を移動する。水素側電極５２とプロトン伝導体膜５１の間には、触媒層５２ａが形成され、酸素側電極５３とプロトン伝導体膜５１の間には、触媒層５３ａが形成される。使用時には、水素側電極５２では導入口５４から水素ガス（Ｈ_２）が燃料気体として供給され、排出口５５から水素が排出される。燃料気体である水素ガス（Ｈ_２）が気体流路５６を通過する間にプロトンを発生し、このプロトンは酸素側電極５３に移動する。この移動したプロトンは、導入口５７から気体流路５８に供給されて排出口５９に向かう酸素（空気）と反応して、これにより所望の起電力が取り出される。
【０００４】
このような構成の燃料電池では、水素を燃料とする場合、負極である水素側電極では触媒と高分子電解質の接触界面において、Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻の如き反応が生ずる。酸素を酸化剤とした場合、正極である酸素側電極では同様に１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＝Ｈ_２Ｏの如き反応が起こり水が生成される。また、水を供給する加湿装置などが不要であるので、燃料電池システムの簡略化や軽量化を図ることができる。
【０００５】
前述のようなプロトン伝導体膜を用いた燃料電池では、プロトン伝導体膜５１とこれを挟む水素側電極５２と酸素側電極５３が発電体となり、その各電極側には起電力を取り出すための集電体もそれぞれ形成される。
【０００６】
ここで、従来の集電体を備えた構造の燃料電池について、図１９の分解斜視図を参照しながら説明すると、膜中を解離したプロトンが伝導するプロトン伝導体膜６０を挟んで、水素側電極６１と酸素側電極６２が形成され、それら水素側電極６１と酸素側電極６２の外側すなわちプロトン伝導体膜６０とは反対面に、それぞれ集電体６３、６４が密着される。集電体６３、６４の外側面は略平坦とされ、積層する場合に有利である。このような構造とすることで、複数の燃料電池を積層させることができ、プロトン伝導体膜６０の面積が小さい場合であっても、大きな起電力を得ることができることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池パッケージおよび燃料電池を用いた電子機器においては、デバイス・パッケージの特定の面だけに空気取り入れ孔を形成しているため、使用状況によっては空気取り入れ孔が遮蔽物により塞がれてしまう。空気の取り入れ孔が塞がれてしまうと、燃料電池への酸素の供給が停止して発電に支障が生じるため、持続的な電流供給を必要とする機器においては好ましくない。また、携帯電話などの日常生活で頻繁に使用する電子機器においては、常に空気取り入れ孔周辺に遮蔽物が配置されないように使用者が気を配ることは現実的ではなく、利用者に負担を強いることになってしまう。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、周囲に遮蔽物が存在するような場合においても、確実に気体の供給を実現し発電を行うことが可能な構造の燃料電池パッケージを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子機器は、表示部が形成される第１面と、第１面に直交する第２面とを含み、第１面および第２面にそれぞれ空気口を有すると共に、内部に空気室を有する電子機器筐体と、空気取り入れ孔を有すると共に空気取り入れ孔が空気室に覆われるよう電子機器筐体内に配置された燃料電池パッケージと、筒状部材により構成されると共に、前記電子機器筐体の空気口それぞれと空気室とを連結する複数の空気導入路とを備えている。燃料電池パッケージは、燃料電池筐体と、燃料極および酸素極を有する燃料電池と、燃料電池の酸素極に隣接して形成されると共に空気取り入れ孔、空気取り入れ孔に連通する流路および流路と酸素極との間の開口部を有する空気供給部と、燃料電池の燃料極に隣接して形成された水素供給部と、を一体化したものである。
【００１４】
本発明の電子機器では、筐体の複数の面に空気口が形成され、これら空気口から燃料電池パッケージの空気取り入れ孔まで空気導入路が形成されていることにより、複数の面から燃料電池に対して空気の供給が行われることとなり、電子機器の周囲に遮蔽物が存在する場合においても、何れかの開口部から空気の供給が行われるため発電停止の危険性を低減することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第一の実施の形態］
以下、本願発明を適用した燃料電池およびこれを応用した電気機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本願発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１６】
図１は、本発明を適用した燃料電池の一例を示すものである。本例は、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ：ＤｕａｌＩｎｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）と呼ばれる挿入実装型のパッケージを採用したものであり、筐体１の中に発電体２が１あるいは２以上内蔵されている。筐体１の外形は複数の面を有しており、異なる側面および上面に空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃが分散して形成されている。筐体１の複数の面に分散して設けられた空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃからカソード側に空気が、同じく筐体１に取り付けられた燃料継ぎ手４からアノード側に燃料（水素）が供給され、発電が行われる。以下の説明において燃料を水素として記述を行うが、燃料電池の燃料として用いられる流体であればよい。
【００１７】
筐体１からは上記発電体２のアノード（燃料極）あるいはカソード（空気極）と接続される複数の端子ピン５ａ，５ｂが導出されており、電気機器との電気的な接続はこの端子ピン５ａ，５ｂを通じて行われる。すなわち、図１に示す構造の燃料電池は、例えば電気機器側に内蔵されているプリント配線板に設けられた接続孔に上記端子ピン５ａ，５ｂを挿入し、これを半田付けすることによって実装される。これにより、燃料電池の電極がプリント配線板に形成された配線と電気的に接続され、電気機器側の回路に電力が供給される。
【００１８】
発電体２は、図２に示すように、イオン伝導体膜２ａの両側を電極（アノード２ｂ及びカソード２ｃ）で挟んだ構造を有し、周囲はシール２ｄによって封止されている。このシール２ｄは、水素のカソード２ｃ側へのリークを防ぐことを目的に設けられている。シール２ｄは、射出成形、打ち抜き等により予め成形されたものを貼り合わせてもよいし、イオン伝導体膜２ａや電極に直接形成してもよい。
【００１９】
図３は、上記燃料電池を分解した状態を示すものである。本例の燃料電池は、上記発電体２が一対の集電体６，８によって挟み込まれた構造を有する。各集電体６，８には、それぞれガス取り込み用の開口部６ａ，８ａが設けられており、上記アノード２ｂやカソード２ｃには、これら開口部６ａ，８ａを介して燃料である水素ガスや酸素（空気）が取り込まれる。
【００２０】
カソード２ｃ側の集電体６およびアノード２ｂ側の集電体８は導電材料からなり、集電体６の筐体１の表面として露呈する側には、燃料ガスと反応する空気の流路７ａを設けた空気供給部７が配置されている。空気供給部７には筐体の上面および複数の側面に相当する位置に複数の空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃが形成され、上記集電体６に設けられた開口部６ａと対向して開口部７ｂが設けられており、したがって燃料ガスと反応する空気は、上記空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃから流路７ａ、開口部７ｂ、開口部６ａを介して発電体２のカソード２ｃへと供給される。なお、上記空気供給部７は、１つの部品として構成してもよいし、集電体６あるいは筐体１と一体型であってもよい。ここで、カソード２ｃ側の集電体６やアノード２ｂ側の集電体８を構成する導電材料としては、金属板、カーボンシート等の他、ポリマーフィルムやガラスエポキシ基板、セラミックス基板等に導電層を形成したいわゆる片面板を用いることができる。あるいは、発電体２にペースト印刷やメッキ等を施し、直接集電体層を形成してもよい。
【００２１】
上記集電体６あるいは集電体８は、それぞれ端子ピン５ａ，５ｂと電気的に接続されており、これを通じて電気機器との電気的な接続がなされる。端子ピン５ａ，５ｂの先端は、プリント配線板に設けられた接続孔に挿入が可能な形状、例えば細い板状やピン形状とすることが望ましく、なお且つ、プリント配線板に固定できる程度の剛性を持つことが望ましい。かかる端子ピン５ａ，５ｂは、上記集電体６や集電体８を金属板により形成する場合には、その先端を細板状、ピン形状に機械加工することにより一体的に設けることも可能である。また、端子ピン５ａ，５ｂを別途形成し、これを集電体６や集電体８に機械的及び電気的に接続してもよい。
【００２２】
また、上記アノード側の集電体８の外側には、燃料ガスである水素ガスの流路９ａを設けた水素供給部９が配置され、これに燃料継ぎ手４が固定されている。さらに、水素供給部９には、上記集電体８に設けられた開口部８ａと対向して開口部９ｂが設けられており、したがって、燃料ガスである水素ガスは、上記燃料継ぎ手４から流路９ａ、開口部９ｂ、開口部８ａを介して発電体２のアノード２ｂへと供給される。なお、上記水素供給部９は、１つの部品として構成してもよいし、集電体８あるいは筐体１と一体型であってもよい。
【００２３】
以上の構成部材（発電体２、集電体６，８、空気供給部７、水素供給部９）を重ね合わせて積層体とした後、これらを筐体１と共に固定し、図４に示すようにパッケージ化する。本例では、樹脂モールドによって積層体のパッケージングと筐体形成を一括して行っており、筐体１は上記積層体と一体化されている。勿論、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば、筐体を上下２つに分割した部品とし、これらを用いて積層体を挟み込み、ネジ止めにより固定する構造、あるいは、上下筐体部品を超音波溶着や接着等により固定する構造等が採用可能である。
【００２４】
上記構成の燃料電池においては、水素ガスを上記アノード２ｂと接するように水素供給部９内に流入させるとともに、空気（酸素）を上記カソード２ｃと接するように開口部６ａから流入させると、アノード２ｂ側では反応式
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
で示される反応が起こるとともに、カソード２ｃ側では反応式
１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ＋反応熱Ｑ
で示される反応が起こり、全体では
Ｈ_２＋１／２Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ
で示される反応が起こることになる。すなわち、アノード２ｂ側にて水素が電子を放出してプロトン化し、イオン伝導体膜２ａを通ってカソード２ｃ側に移動し、カソード２ｃにて電子の供給を受けて酸素と反応する。かかる電気化学反応に基いて起電力が得られる。
【００２５】
上記燃料電池の電解質膜に用いられるイオン伝導体（プロトン伝導体）としては、例えばパーフルオロアルキルスルホン酸等のフッ素樹脂系イオン交換膜や、プロトンを放出可能な官能基が導入された炭素クラスタ、酸化ケイ素とブレーンステッド酸を主体とする化合物、リン酸基を有するアクリル酸系高分子、ある種の固体無機酸化合物等を挙げることができるが、加湿の必要性が少なく上記燃料貯蔵装置の構成と相俟って小型化が可能である等の理由から、プロトンを搬送可能な官能基が導入された炭素クラスタの可能性もある。
【００２６】
図５は空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃを図１とは異なる位置に形成した例を示す透視斜視図である。同一の機能を有する要素に関しては図１乃至図４と同様の符号を付して説明を行う。筐体１の内部には燃料電池２が配置され、燃料電池２の酸素極側には空気供給部７が形成され、燃料電池２の燃料極側には水素供給部９が形成されている。空気供給部７および水素供給部９はそれぞれ空気および水素が滞留する空間であり、空気供給部７と水素供給部９との間には燃料電池２および隔壁によって分離され、両者間での流体の授受は直接は起こらない。
【００２７】
筐体１の上面には空気取り入れ孔３ａが開口され、一方の側面には空気取り入れ孔３ｂが開口され、別の側面には空気取り入れ孔３ｃが開口されている。空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれから空気供給部７までは筐体１内部に空洞が形成され、筐体１の外部から燃料電池２の酸素極まで外部の空気を取り入れることが可能となっている。また、側面には燃料継手４が形成されて、水素供給部まで流路が形成され、燃料電池２の燃料極まで燃料である水素を供給することが可能となっている。
【００２８】
図６は、図５に示した燃料電池パッケージに形成された複数の空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃの筐体１における位置を示す斜視図である。筐体１の複数の面に空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれ形成され、空気供給部７への空気の流入が可能となっている。ここでは、筐体１の各面に形成された空気取り入れ孔３を示すために燃料継ぎ手４や端子ピン５ａ，５ｂは省略している。また、空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃは任意の位置に形成することができ、各面に複数の空気取り入れ孔を形成してもよく、必ずしも全ての面に空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃを形成する必要もない。
【００２９】
燃料電池パッケージの筐体１の複数の面にわたって複数の空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃが形成されていることにより、燃料電池パッケージの一方の面付近に遮蔽物が存在して該当面に形成されている空気取り入れ孔３ａ，３ｂ，３ｃの何れかから空気が流入しない場合にも、他の面に形成されている他の空気取り入れ孔から空気を取り入れることが可能となる。これによって、燃料電池パッケージを電子機器内に配置する際に、燃料電池パッケージ周辺の遮蔽物に関しての弊害が軽減されるため、基板上に配列される他の電子部品との位置関係の自由度が向上する。
【００３０】
［第二の実施の形態］
本願発明を適用した燃料電池を用いた電子機器の例を以下に図面を参照して説明する。図７は上述した燃料電池パッケージが搭載された電子機器を示す外観斜視図である。電子機器２９は情報を表示する表示部３５や利用者の所定の操作を行う操作部３６を備えた携帯電話端末などの小型電子機器であり、電子機器２９の内部には燃料電池パッケージが搭載され、電子機器２９を駆動するための電気エネルギーを供給している。電子機器２９の筐体の表示部３５と操作部３６が形成された面には空気口３０ａが形成されており、一方の側面にも空気口３０ｂが形成され、他の側面には空気口３０ｃ形成されている。それぞれの面に分散して形成された空気口３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、電子機器２９の筐体内部に空気を導入することが可能となっている。
【００３１】
電子機器２９内部に設けられた燃料電池パッケージと空気口３０ａ，３０ｂ，３０ｃとの関係を図８に示す。電子機器２９の各面に形成された空気口３０ａ，３０ｂ，３０ｃから電子機器２９内部には筒状の部材である空気導入路３１が設けられており、各々の空気導入路３１は電子機器２９内部に形成された空洞領域である空気室３２まで空気を導入する。燃料電池の筐体１は、空気室３２によって空気取り入れ孔２３が覆われるように配置されている。これにより燃料電池への空気供給が、空気口３０から空気導入路３１および空気室３２を介して空気取り入れ孔２３に至るまで行われ、空気取り入れ孔２３から発電体２２のカソードへと空気が供給される。
【００３２】
また、電子機器２９の各面に形成された空気口３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいて空気の導入を妨げないための構造を図９に示す。図９は電子機器２９の表面に形成された空気口３０ａの部分拡大図であり、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のｂ−ｂ部断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、空気口３０は電子機器２９の筐体２１に設けられた開口部３３と周囲よりも陥没した領域である溝状の凹部３４とにより構成されている。また、開口部３３は凹部３４の底面部分に形成され空気導入路３１と接続されている。ここでは、開口部３３が単独で形成されている例を示したが、一つの凹部３４領域に複数の開口部３３が形成されているとしてもよい。また、空気口３０ｂ，３０ｃも同様の構造を持っているとする。
【００３３】
図１０は、電子機器２９に内蔵された燃料電池パッケージを示した外観斜視図であり、筐体１の中に発電体２２が１あるいは２以上内蔵されている。そして、筐体１に設けられた空気取り入れ孔２３からカソード側に空気が、同じく筐体１に取り付けられた燃料継ぎ手２４からアノード側に燃料（水素）が供給され、発電が行われる。
【００３４】
筐体１からは上記発電体２２のアノード（燃料極）あるいはカソード（空気極）と接続される複数の端子ピン２５ａ，２５ｂが導出されており、電気機器との電気的な接続は、この端子ピン２５ａ，２５ｂを通じて行われる。すなわち、図１０に示す構造の燃料電池は、例えば電気機器側に内蔵されているプリント配線板に設けられた接続孔に上記端子ピン２５ａ，２５ｂを挿入し、これを半田付けすることによって実装される。これにより、燃料電池の電極がプリント配線板に形成された配線と電気的に接続され、電気機器側の回路に電力が供給される。
【００３５】
発電体２２は、図１１に示すように、イオン伝導体膜２２ａの両側を電極（アノード２２ｂ及びカソード２２ｃ）で挟んだ構造を有し、周囲はシール２２ｄによって封止されている。このシール２２ｄは、水素のカソード２２ｃ側へのリークを防ぐことを目的に設けられている。シール２２ｄは、射出成形、打ち抜き等により予め成形されたものを貼り合わせてもよいし、イオン伝導体膜２２ａや電極に直接形成してもよい。
【００３６】
図１２は、上記燃料電池を分解した状態を示すものである。本例の燃料電池は、上記発電体２２が一対の集電体２６，２７によって挟み込まれた構造を有する。各集電体２６，２７には、それぞれガス取り込み用の開口部２６ａ，２７ａが設けられており、上記アノード２２ｂやカソード２２ｃには、これら開口部２６ａ，２７ａを介して燃料である水素ガスや酸素（空気）が取り込まれる。
【００３７】
カソード２２ｃ側の集電体２６は、筐体２１の表面として露呈する側が絶縁材料により形成される絶縁材料層２６ｂ、発電体２２と接する側が導電材料からなる集電部２６ｃとされ、２層構造を有している。アノード２２ｂ側の集電体２７には、導電材料が用いられており、特にカソード２２ｃ側の集電体２６に形成されているような絶縁材料層は設けられていない。ここで、カソード２２ｃ側の集電体２６の集電部２６ｃやアノード２２ｂ側の集電体２７を構成する導電材料としては、金属板、カーボンシート等の他、ポリマーフィルムやガラスエポキシ基板、セラミックス基板等に導電層を形成したいわゆる片面板を用いることができる。あるいは、発電体２２にペースト印刷やメッキ等を施し、直接集電体層を形成してもよい。
【００３８】
上記集電体２６の集電部２６ｃ、あるいは集電体２７は、それぞれ端子ピン２５ａ，２５ｂと電気的に接続されており、これを通じて電気機器との電気的な接続がなされる。端子ピン２５ａ，２５ｂの先端は、プリント配線板に設けられた接続孔に挿入が可能な形状、例えば細い板状やピン形状とすることが望ましく、なお且つ、プリント配線板に固定できる程度の剛性を持つことが望ましい。かかる端子ピン２５ａ，２５ｂは、上記集電体２６の集電部２６ｃや集電体２７を金属板により形成する場合には、その先端を細板状、ピン形状に機械加工することにより一体的に設けることも可能である。また、端子ピン２５ａ，２５ｂを別途形成し、これを集電体２６の集電部２６ｃや集電体２７に機械的及び電気的に接続してもよい。
【００３９】
また、上記アノード側の集電体２７の外側には、燃料ガスである水素ガスの流路２８ａを設けた水素供給部２８が配置され、これに燃料継ぎ手２４が固定されている。さらに、水素供給部２８には、上記集電体２７に設けられた開口部２７ａと対向して開口部２８ｂが設けられており、したがって、燃料ガスである水素ガスは、上記燃料継ぎ手２４から流路２８ａ、開口部２８ｂ、開口部２７ａを介して発電体２２のアノード２２ｂへと供給される。なお、上記水素供給部２８は、１つの部品として構成してもよいし、集電体２７あるいは筐体２１と一体型であってもよい。
【００４０】
以上の構成部材（発電体２２、集電体２６，２７、水素供給部２８）を重ね合わせて積層体とした後、これらを筐体２１と共に固定し、図１３に示すようにパッケージ化する。本例では、樹脂モールドによって積層体のパッケージングと筐体形成を一括して行っており、筐体２１は上記積層体と一体化されている。勿論、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば、筐体を上下２つに分割した部品とし、これらを用いて積層体を挟み込み、ネジ止めにより固定する構造、あるいは、上下筐体部品を超音波溶着や接着等により固定する構造等が採用可能である。
【００４１】
図１０乃至図１３に示した燃料電池パッケージでは、筐体２１の上面にのみ空気取り入れ孔２３が形成されており、複数の面に形成されたものではないので、発電体２２への空気の供給は空気取り入れ孔２３が形成された面のみから行われる。しかし、空気取り入れ孔２３が空気室３２に隣接しており、空気室３２に複数の空気導入路３１が接続されていることにより、電子機器２９の各面に形成された空気口３０ａ，３０ｂ，３０ｃから空気を取り入れることが可能となるため、電子機器２９の周囲に遮蔽物が存在する環境においても十分に発電体２２への空気供給が可能となる。これにより、携帯電話などの日常生活で頻繁に使用する電子機器においては、常に空気取り入れ孔周辺に遮蔽物が配置されないように使用者が気を配る必要がなくなり、利用者への負担を軽減することが可能となる。
【００４２】
また、開口部３３が凹部３４の底面部に形成されていることによって、電子機器２９の周囲に遮蔽物が存在する場合や電子機器２９を手に携帯した場合に、遮蔽物や手が電子機器２９の筐体表面に接触しても、凹部３４の底面に形成された開口部３３まで遮蔽物や手が到達せず、凹部３４によって生じる空間が確保されているために筐体内部への空気流入が可能となり、燃料電池での発電停止の危険性を更に低減することが可能となる。
【００４３】
［第三の実施の形態］
さらに本願発明を適用した燃料電池の他の例を以下に図面を参照して説明する。図１４は、本実施の形態における燃料電池パッケージを示した外観斜視図であり、筐体４１の中に発電体４２が１あるいは２以上内蔵されている。そして、筐体４１に設けられた多孔質体４７表面からカソード側に空気が、同じく筐体４１に取り付けられた燃料継ぎ手４４からアノード側に燃料（水素）が供給され、発電が行われる。
【００４４】
筐体４１からは上記発電体４２のアノード（燃料極）あるいはカソード（空気極）と接続される複数の端子ピン４５ａ，４５ｂが導出されており、電気機器との電気的な接続はこの端子ピン４５ａ，４５ｂを通じて行われる。すなわち、図１４に示す構造の燃料電池は、例えば電気機器側に内蔵されているプリント配線板に設けられた接続孔に上記端子ピン４５ａ，４５ｂを挿入し、これを半田付けすることによって実装される。これにより、燃料電池の電極がプリント配線板に形成された配線と電気的に接続され、電気機器側の回路に電力が供給される。
【００４５】
発電体４２は、図１５に示すように、イオン伝導体膜４２ａの両側を電極（アノード４２ｂ及びカソード４２ｃ）で挟んだ構造を有し、周囲はシール４２ｄによって封止されている。このシール４２ｄは、水素のカソード４２ｃ側へのリークを防ぐことを目的に設けられている。シール４２ｄは、射出成形、打ち抜き等により予め成形されたものを貼り合わせてもよいし、イオン伝導体膜４２ａや電極に直接形成してもよい。
【００４６】
図１６は、上記燃料電池を分解した状態を示すものである。本例の燃料電池は、上記発電体４２が一対の集電体４６，４８によって挟み込まれた構造を有する。各集電体４６，４８には、それぞれガス取り込み用の開口部４６ａ，４８ａが設けられており、上記アノード４２ｂやカソード４２ｃには、これら開口部４６ａ，４８ａを介して燃料である水素ガスや酸素（空気）が取り込まれる。
【００４７】
カソード４２ｃ側の集電体４６およびアノード４２ｂ側の集電体４８は導電材料からなり、集電体４６の筐体４１の表面として露呈する側には、内部に多数の微細な孔が形成された多孔質体４７が配置されており、隣接する孔同士の間を空気が通過可能となっているために燃料ガスと反応する空気の流路を形成している。したがって燃料ガスと反応する空気は、上記多孔質体４７の全ての表面から多孔質体４７の内部を通過して開口部４６ａを介して発電体４２のカソード４２ｃへと供給される。ここで、カソード４２ｃ側の集電体４６の集電部４６ｃやアノード４２ｂ側の集電体４８を構成する導電材料としては、金属板、カーボンシート等の他、ポリマーフィルムやガラスエポキシ基板、セラミックス基板等に導電層を形成したいわゆる片面板を用いることができる。あるいは、発電体４２にペースト印刷やメッキ等を施し、直接集電体層を形成してもよい。
【００４８】
上記集電体４６あるいは集電体４８は、それぞれ端子ピン４５ａ，４５ｂと電気的に接続されており、これを通じて電気機器との電気的な接続がなされる。端子ピン４５ａ，４５ｂの先端は、プリント配線板に設けられた接続孔に挿入が可能な形状、例えば細い板状やピン形状とすることが望ましく、なお且つ、プリント配線板に固定できる程度の剛性を持つことが望ましい。かかる端子ピン４５ａ，４５ｂは、上記集電体４６や集電体４８を金属板により形成する場合には、その先端を細板状、ピン形状に機械加工することにより一体的に設けることも可能である。また、端子ピン４５ａ，４５ｂを別途形成し、これを集電体４６や集電体４８に機械的及び電気的に接続してもよい。
【００４９】
多孔質体４７は、微細な空孔が表面から内部にわたって形成されたポーラス状の部材であり、隣接する空孔同士が連結していることによって空孔間を気体が通過する。このようなポーラス状の構造をもつため、多孔質体４７においては気体が表面全体から内部に侵入および通過することが可能である。
【００５０】
また、上記アノード側の集電体４８の外側には、燃料ガスである水素ガスの流路４９ａを設けた水素供給部４９が配置され、これに燃料継ぎ手４４が固定されている。さらに、水素供給部４９には、上記集電体４８に設けられた開口部４８ａと対向して開口部４９ｂが設けられており、したがって、燃料ガスである水素ガスは、上記燃料継ぎ手４４から流路４９ａ、開口部４９ｂ、開口部４８ａを介して発電体４２のアノード４２ｂへと供給される。なお、上記水素供給部４９は、１つの部品として構成してもよいし、集電体４８あるいは筐体４１と一体型であってもよい。
【００５１】
以上の構成部材（発電体４２、集電体４６，４８、多孔質体４７、水素供給部４９）を重ね合わせて積層体とした後、これらを筐体４１と共に固定し、図１７に示すようにパッケージ化する。本例では、樹脂モールドによって積層体のパッケージングと筐体形成を一括して行っており、筐体４１は上記積層体と一体化されている。勿論、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば、筐体を上下２つに分割した部品とし、これらを用いて積層体を挟み込み、ネジ止めにより固定する構造、あるいは、上下筐体部品を超音波溶着や接着等により固定する構造等が採用可能である。
【００５２】
カソード４２ｃ側の集電体４６に多孔質体４７を積層させていることにより、多孔質体４７の各表面から燃料電池パッケージ内部への空気の流入が行われる。これにより、燃料電池パッケージの一方の面付近に遮蔽物が存在して該当面から空気が流入しない場合にも、他の面に形成されて露出いる空孔から多孔質体４７内部を介して空気を取り入れることが可能となる。これによって、燃料電池パッケージを電子機器内に配置する際に、燃料電池パッケージ周辺の遮蔽物に関しての弊害が軽減されるため、基板上に配列される他の電子部品との位置関係の自由度が向上する。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子機器によれば、燃料電池パッケージを内部に配置した筐体の複数の面に空気口を形成し、燃料パッケージへの空気の供給を筐体の複数の面から行うようにしたので、電子機器の周辺に遮蔽物が存在する場合にも、複数の空気口の何れかから燃料電池パッケージに酸素の供給が行われるため、発電停止の危険性を低下することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態における挿入実装型のパッケージ構造を有する燃料電池の一例を示す概略斜視図である。
【図２】第一の実施の形態における発電体の一構成例を示す概略断面図である。
【図３】第一の実施の形態における燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図４】第一の実施の形態における燃料電池の組み立て状態を示す概略断面図である。
【図５】燃料電池パッケージにおける各要素を模式的に示した透視斜視図である。
【図６】図５に示した複数の面に形成された空気取り入れ孔の位置を示した外観図である。
【図７】燃料電池パッケージを搭載した電子機器の一例であり、機器の複数の面に空気取り入れ孔が形成されている斜視図である。
【図８】燃料電池パッケージを搭載した電子機器内部での空気口、空気導入路、空気取り入れ孔、空気室の位置関係を示す斜視図である。
【図９】燃料電池パッケージを搭載した電子機器の筐体に形成された空気口と開口部と凹部との関係を示す図で、（ａ）は部分拡大図であり、（ｂ）はｂ部分断面図である。
【図１０】第二の実施の形態における挿入実装型のパッケージ構造を有する燃料電池を示す概略斜視図である。
【図１１】第二の実施の形態における発電体の一構成例を示す概略断面図である。
【図１２】第二の実施の形態における燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図１３】第二の実施の形態における燃料電池の組み立て状態を示す概略断面図である。
【図１４】第三の実施の形態における挿入実装型のパッケージ構造を有する燃料電池を示す概略斜視図である。
【図１５】第三の実施の形態における発電体の一構成例を示す概略断面図である。
【図１６】第三の実施の形態における燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図１７】第三の実施の形態における燃料電池の組み立て状態を示す概略断面図である。
【図１８】一般的なプロトン伝導体膜を用いた燃料電池の一例を示す模式図である。
【図１９】従来の燃料電池の一例を示す分解斜視図である
【符号の説明】
１，２１，４１筐体
２，２２，４２発電体
２ａ，２２ａ，４２ａイオン伝導体膜
２ｂ，２２ｂ，４２ｂアノード
２ｃ，２２ｃ，４２ｃカソード
２ｄ，２２ｄ，４２ｄシール
３ａ，３ｂ，３ｃ，２３空気取り入れ孔
４，２４，４４燃料継ぎ手
５ａ，５ｂ，２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂ端子ピン
６，８，２６，２７，４６，４８集電体
６ａ，８ａ，９ｂ，２６ａ，２７ａ，２８ｂ，３３，４６ａ，４７ｂ，４８ａ，４９ｂ開口部
２６ｃ集電部
７ａ，９ａ，２８ａ，４９ａ流路
７空気供給部
９，２８，４９水素供給部
２６ｂ絶縁材料層
２９電子機器
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ空気口
３１空気導入路
３２空気室
３４凹部
３５表示部
３６操作部
４７多孔質体
５１プロトン伝導体膜
５２水素側電極
５２ａ，５３ａ触媒層
５３酸素側電極
５４，５７導入口
５５，５９排出口
５６，５８気体流路
６０プロトン伝導体膜
６１水素側電極
６２酸素側電極
６３，６４集電体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a fuel cell package that employs a method for taking in a power generation reaction gas such as oxygen from the outside.TheIt relates to the electronic equipment used.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell is a device that generates electric power in a power generator by supplying a fuel fluid. As an example of such a fuel cell, the fuel cell has a structure in which a proton conductor membrane is sandwiched between electrodes, and a desired electromotive force is generated. It is a structure to obtain. Such a fuel cell is expected to be mounted on a vehicle such as an automobile and used as an electric vehicle or a hybrid vehicle. In addition, its structure can be easily reduced in weight and reduced in size. For example, application to portable devices is in the stage of research and development, not limited to the use of a battery.
[0003]
Here, a fuel cell using a proton conductor membrane will be briefly described with reference to FIG. The proton conductor film 51 is sandwiched between the hydrogen-side electrode 52 and the oxygen-side electrode 53 and dissociated protons (H⁺) Moves in the proton conductor film 51 from the hydrogen side electrode 52 toward the oxygen side electrode 53 along the direction of the arrow in the drawing. A catalyst layer 52 a is formed between the hydrogen side electrode 52 and the proton conductor film 51, and a catalyst layer 53 a is formed between the oxygen side electrode 53 and the proton conductor film 51. In use, hydrogen gas (H₂) Is supplied as a fuel gas, and hydrogen is discharged from the discharge port 55. Hydrogen gas (H₂) Generates protons while passing through the gas flow path 56, and these protons move to the oxygen side electrode 53. The moved protons are supplied to the gas flow path 58 from the introduction port 57 and react with oxygen (air) toward the discharge port 59, thereby taking out a desired electromotive force.
[0004]
In the fuel cell having such a configuration, when hydrogen is used as a fuel, the hydrogen-side electrode that is the negative electrode has H at the contact interface between the catalyst and the polymer electrolyte.₂→ 2H⁺+ 2e⁻The following reaction occurs. When oxygen is used as the oxidizing agent, the oxygen side electrode, which is the positive electrode, is similarly 1 / 2O.₂+ 2H⁺+ 2e⁻= H₂A reaction such as O occurs and water is produced. Further, since a humidifier for supplying water is not necessary, the fuel cell system can be simplified and reduced in weight.
[0005]
In the fuel cell using the proton conductor membrane as described above, the proton conductor membrane 51, the hydrogen side electrode 52 and the oxygen side electrode 53 sandwiching the proton conductor membrane 51 serve as a power generator, and an electromotive force is taken out from each electrode side. Each current collector is also formed.
[0006]
Here, a conventional fuel cell having a structure including a current collector will be described with reference to an exploded perspective view of FIG. 19, with a proton conductor film 60 that conducts protons dissociated in the film sandwiched between the hydrogen side An electrode 61 and an oxygen side electrode 62 are formed, and current collectors 63 and 64 are in close contact with the hydrogen side electrode 61 and the oxygen side electrode 62, that is, on the opposite side of the proton conductor film 60, respectively. The outer surfaces of the current collectors 63 and 64 are substantially flat, which is advantageous when stacked. With such a structure, a plurality of fuel cells can be stacked, and a large electromotive force can be obtained even when the area of the proton conductor membrane 60 is small.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in conventional fuel cell packages and electronic devices using fuel cells, an air intake hole is formed only on a specific surface of the device package. It will be. If the air intake hole is blocked, the supply of oxygen to the fuel cell stops and troubles in power generation, which is not preferable in a device that requires a continuous current supply. In addition, in electronic devices that are frequently used in daily life, such as mobile phones, it is not practical for the user to always be careful not to place a shield around the air intake hole, which imposes a burden on the user. It will be.
[0008]
  The present inventionWas made in view of the above problems., ZhouEven when there are shielding objects in the enclosure, the fuel cell package has a structure that can reliably supply gas and generate power.TheAn object is to provide an electronic device used.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  An electronic apparatus according to the present invention includes a first surface on which a display unit is formed and a second surface orthogonal to the first surface, each having an air port on the first surface and the second surface, and air inside. Electronic equipment housing with chamber, air intake hole and air intakeHoleA plurality of air introduction paths configured to include a fuel cell package disposed in the electronic device casing so as to be covered with the air chamber and a cylindrical member, and to connect each of the air ports of the electronic device casing and the air chamber. And. The fuel cell package includes a fuel cell casing, a fuel cell having a fuel electrode and an oxygen electrode, an air intake hole formed adjacent to the oxygen electrode of the fuel cell, and a flow path and a flow path communicating with the air intake hole An air supply unit having an opening between the oxygen electrode and the oxygen electrode and a hydrogen supply unit formed adjacent to the fuel electrode of the fuel cell are integrated.
[0014]
  In the electronic device of the present invention,On multiple sides of the enclosureAir vents are formed, these air ventsIn the case where an air introduction path is formed from the air intake hole to the fuel cell package, air is supplied to the fuel cell from a plurality of surfaces, and there is a shield around the electronic device. However, since air is supplied from any of the openings, it is possible to reduce the risk of stopping power generation.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
Hereinafter, a fuel cell to which the present invention is applied and an electric apparatus to which the fuel cell is applied will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following description, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
[0016]
FIG. 1 shows an example of a fuel cell to which the present invention is applied. In this example, an insertion mounting type package called a dual inline package (DIP) is adopted, and one or more power generators 2 are built in the housing 1. The outer shape of the housing 1 has a plurality of surfaces, and the air intake holes 3a, 3b, 3c are formed in a distributed manner on different side surfaces and upper surfaces. Air is supplied to the cathode side from air intake holes 3a, 3b, 3c provided in a distributed manner on a plurality of surfaces of the housing 1, and fuel (hydrogen) is supplied to the anode side from a fuel joint 4 also attached to the housing 1. And power generation is performed. In the following description, the fuel is described as hydrogen, but any fluid may be used as long as it is used as fuel for the fuel cell.
[0017]
A plurality of terminal pins 5a and 5b connected to the anode (fuel electrode) or the cathode (air electrode) of the power generator 2 are led out from the housing 1, and this terminal pin is used for electrical connection with electric equipment. This is done through 5a and 5b. That is, the fuel cell having the structure shown in FIG. 1 is mounted, for example, by inserting the terminal pins 5a and 5b into the connection holes provided in the printed wiring board built in the electric equipment and soldering them. The Thereby, the electrode of a fuel cell is electrically connected with the wiring formed in the printed wiring board, and electric power is supplied to the circuit by the side of an electric equipment.
[0018]
As shown in FIG. 2, the power generator 2 has a structure in which both sides of the ion conductor film 2a are sandwiched between electrodes (anode 2b and cathode 2c), and the periphery is sealed with a seal 2d. This seal 2d is provided for the purpose of preventing leakage of hydrogen to the cathode 2c side. The seal 2d may be bonded in advance by injection molding, punching or the like, or may be directly formed on the ion conductor film 2a or the electrode.
[0019]
FIG. 3 shows a state in which the fuel cell is disassembled. The fuel cell of this example has a structure in which the power generator 2 is sandwiched between a pair of current collectors 6 and 8. The current collectors 6 and 8 are provided with gas intake openings 6a and 8a, respectively, and the anode 2b and the cathode 2c are supplied with hydrogen gas as fuel through the openings 6a and 8a. Oxygen (air) is taken up.
[0020]
The current collector 6 on the cathode 2c side and the current collector 8 on the anode 2b side are made of a conductive material, and on the side exposed as the surface of the casing 1 of the current collector 6, an air flow path 7a that reacts with the fuel gas. An air supply unit 7 is provided. A plurality of air intake holes 3 a, 3 b, 3 c are formed in the air supply unit 7 at positions corresponding to the upper surface and the plurality of side surfaces of the housing, and open to face the opening 6 a provided in the current collector 6. Thus, air that reacts with the fuel gas is supplied from the air intake holes 3a, 3b, and 3c to the cathode 2c of the power generator 2 through the flow path 7a, the opening 7b, and the opening 6a. Is done. The air supply unit 7 may be configured as one component, or may be integrated with the current collector 6 or the housing 1. Here, as a conductive material constituting the current collector 6 on the cathode 2c side and the current collector 8 on the anode 2b side, in addition to a metal plate, a carbon sheet, etc., a conductive layer is applied to a polymer film, a glass epoxy substrate, a ceramic substrate, or the like. A so-called single-sided plate in which is formed can be used. Alternatively, the current collector 2 may be directly formed by subjecting the power generator 2 to paste printing, plating, or the like.
[0021]
The current collector 6 or the current collector 8 is electrically connected to the terminal pins 5a and 5b, respectively, through which electrical connection with an electrical device is made. It is desirable that the tips of the terminal pins 5a and 5b have a shape that can be inserted into a connection hole provided in the printed wiring board, for example, a thin plate shape or a pin shape, and are rigid enough to be fixed to the printed wiring board. It is desirable to have When the current collector 6 or the current collector 8 is formed of a metal plate, the terminal pins 5a and 5b can be integrally provided by machining the tip thereof into a thin plate shape or a pin shape. It is. Alternatively, the terminal pins 5a and 5b may be separately formed and mechanically and electrically connected to the current collector 6 and the current collector 8.
[0022]
In addition, a hydrogen supply section 9 provided with a flow path 9a for hydrogen gas, which is a fuel gas, is disposed outside the current collector 8 on the anode side, and a fuel joint 4 is fixed thereto. Further, the hydrogen supply unit 9 is provided with an opening 9b opposite to the opening 8a provided in the current collector 8, so that hydrogen gas as a fuel gas flows from the fuel joint 4. It is supplied to the anode 2b of the power generator 2 through the path 9a, the opening 9b, and the opening 8a. The hydrogen supply unit 9 may be configured as one component, or may be integrated with the current collector 8 or the housing 1.
[0023]
After the above constituent members (power generator 2, current collectors 6, 8, air supply unit 7, hydrogen supply unit 9) are stacked to form a laminated body, these are fixed together with the casing 1, as shown in FIG. To package. In this example, the packaging and housing formation of the laminate are collectively performed by a resin mold, and the housing 1 is integrated with the laminate. Of course, various structures other than this can be adopted. For example, a structure in which the casing is divided into two parts, and a laminated body is sandwiched using these parts and fixed by screwing, or a structure in which the upper and lower casing parts are fixed by ultrasonic welding or adhesion, etc. is adopted. Is possible.
[0024]
In the fuel cell having the above configuration, when hydrogen gas is allowed to flow into the hydrogen supply unit 9 so as to be in contact with the anode 2b and air (oxygen) is allowed to flow through the opening 6a so as to be in contact with the cathode 2c, the anode 2b Reaction formula on the side
H₂→ 2H⁺+ 2e⁻
And the reaction formula on the cathode 2c side
1 / 2O₂+ 2H⁺+ 2e⁻→ H₂O + heat of reaction Q
The reaction indicated by
H₂+ 1 / 2O₂→ H₂O
The reaction indicated by will occur. That is, hydrogen releases protons on the anode 2b side to be protonated, moves to the cathode 2c side through the ion conductor film 2a, and reacts with oxygen by being supplied with electrons at the cathode 2c. An electromotive force is obtained based on the electrochemical reaction.
[0025]
Examples of ion conductors (proton conductors) used for the electrolyte membrane of the fuel cell include fluororesin ion exchange membranes such as perfluoroalkyl sulfonic acid, carbon clusters into which functional groups capable of releasing protons are introduced, Examples include compounds mainly composed of silicon oxide and bransted acid, acrylic acid-based polymers having phosphoric acid groups, and certain solid inorganic acid compounds. For this reason, there is also a possibility of a carbon cluster into which a functional group capable of transporting protons has been introduced, for example, because it can be miniaturized.
[0026]
FIG. 5 is a perspective view showing an example in which the air intake holes 3a, 3b, 3c are formed at positions different from those in FIG. Elements having the same function will be described with the same reference numerals as in FIGS. A fuel cell 2 is disposed inside the housing 1, an air supply unit 7 is formed on the oxygen electrode side of the fuel cell 2, and a hydrogen supply unit 9 is formed on the fuel electrode side of the fuel cell 2. The air supply unit 7 and the hydrogen supply unit 9 are spaces in which air and hydrogen stay, respectively. The air supply unit 7 and the hydrogen supply unit 9 are separated by the fuel cell 2 and the partition wall, and the fluid between them is separated. Transfers do not occur directly.
[0027]
An air intake hole 3a is opened on the upper surface of the housing 1, an air intake hole 3b is opened on one side surface, and an air intake hole 3c is opened on the other side surface. From each of the air intake holes 3 a, 3 b, 3 c to the air supply unit 7, a cavity is formed inside the housing 1, and external air can be taken from the outside of the housing 1 to the oxygen electrode of the fuel cell 2. Yes. Further, a fuel joint 4 is formed on the side surface, and a flow path is formed up to the hydrogen supply unit, so that hydrogen as a fuel can be supplied to the fuel electrode of the fuel cell 2.
[0028]
FIG. 6 is a perspective view showing positions of a plurality of air intake holes 3a, 3b, 3c formed in the fuel cell package shown in FIG. Air intake holes 3 a, 3 b, 3 c are formed in a plurality of surfaces of the housing 1, respectively, so that air can flow into the air supply unit 7. Here, in order to show the air intake holes 3 formed on each surface of the housing 1, the fuel joint 4 and the terminal pins 5a and 5b are omitted. The air intake holes 3a, 3b, 3c can be formed at arbitrary positions, and a plurality of air intake holes may be formed on each surface, and the air intake holes 3a, 3b, 3c are not necessarily formed on all surfaces. There is no need to form.
[0029]
Since a plurality of air intake holes 3a, 3b, 3c are formed over a plurality of surfaces of the housing 1 of the fuel cell package, a shielding object exists near one surface of the fuel cell package and is formed on the corresponding surface. Even when air does not flow in from any of the air intake holes 3a, 3b, 3c, it is possible to take in air from other air intake holes formed on other surfaces. As a result, when the fuel cell package is arranged in the electronic device, adverse effects on the shielding around the fuel cell package are reduced, so that the degree of freedom of the positional relationship with other electronic components arranged on the substrate is increased. improves.
[0030]
[Second Embodiment]
An example of an electronic apparatus using a fuel cell to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. FIG. 7 is an external perspective view showing an electronic device in which the above-described fuel cell package is mounted. The electronic device 29 is a small electronic device such as a mobile phone terminal provided with a display unit 35 for displaying information and an operation unit 36 for performing a predetermined operation by a user. A fuel cell package is mounted inside the electronic device 29. Electric energy for driving the electronic device 29 is supplied. An air port 30a is formed on the surface of the housing of the electronic device 29 on which the display unit 35 and the operation unit 36 are formed, an air port 30b is formed on one side surface, and the air port 30c is formed on the other side surface. Is formed. Air ports 30 a, 30 b, and 30 c formed in a distributed manner on each surface can introduce air into the housing of the electronic device 29.
[0031]
  FIG. 8 shows the relationship between the fuel cell package provided in the electronic device 29 and the air ports 30a, 30b, 30c. Air introduction paths 31 that are cylindrical members are provided inside the electronic equipment 29 from the air ports 30 a, 30 b, 30 c formed on each surface of the electronic equipment 29, and each air introduction path 31 is connected to the electronic equipment 29. Air is introduced into the air chamber 32 which is a hollow region formed inside. Fuel cellCase 1Are arranged so that the air intake hole 23 is covered by the air chamber 32. As a result, air is supplied to the fuel cell from the air port 30 to the air intake hole 23 via the air introduction path 31 and the air chamber 32, and air is supplied from the air intake hole 23 to the cathode of the power generator 22. Is done.
[0032]
  FIG. 9 shows a structure for preventing the introduction of air at the air ports 30a, 30b, and 30c formed on each surface of the electronic device 29. 9 is a partially enlarged view of the air port 30a formed on the surface of the electronic device 29, FIG. 9A is a front view, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG. 9A. It is. As shown in FIG. 9A and FIG. 9B, the air port 30 is connected to the electronic device 29.Case 21And a groove-like recess 34 which is a region recessed from the periphery. The opening 33 is formed in the bottom surface portion of the recess 34 and connected to the air introduction path 31. Here, an example in which the openings 33 are formed alone has been shown, but a plurality of openings 33 may be formed in one recess 34 region. Further, the air ports 30b and 30c are assumed to have the same structure.
[0033]
  FIG. 10 is an external perspective view showing a fuel cell package built in the electronic device 29.Case 1One or more power generators 22 are built in the inside. AndCase 1From the air intake hole 23 provided on the cathode side,Case 1Fuel (hydrogen) is supplied from the fuel joint 24 attached to the anode to the anode side to generate power.
[0034]
  Case 1A plurality of terminal pins 25a, 25b connected to the anode (fuel electrode) or cathode (air electrode) of the power generator 22 are derived from the terminal pins 25a, 25b. 25b. That is, the fuel cell having the structure shown in FIG. 10 is mounted, for example, by inserting the terminal pins 25a and 25b into the connection holes provided in the printed wiring board built in the electric equipment and soldering them. The Thereby, the electrode of a fuel cell is electrically connected with the wiring formed in the printed wiring board, and electric power is supplied to the circuit by the side of an electric equipment.
[0035]
As shown in FIG. 11, the power generator 22 has a structure in which both sides of the ion conductor film 22a are sandwiched between electrodes (anode 22b and cathode 22c), and the periphery is sealed with a seal 22d. The seal 22d is provided for the purpose of preventing leakage of hydrogen to the cathode 22c side. The seal 22d may be bonded in advance by injection molding, punching or the like, or may be directly formed on the ion conductor film 22a or the electrode.
[0036]
FIG. 12 shows a state in which the fuel cell is disassembled. The fuel cell of this example has a structure in which the power generator 22 is sandwiched between a pair of current collectors 26 and 27. The current collectors 26 and 27 are provided with gas intake openings 26a and 27a, respectively, and the anode 22b and the cathode 22c are supplied with hydrogen gas as fuel through the openings 26a and 27a. Oxygen (air) is taken up.
[0037]
The current collector 26 on the cathode 22c side has a two-layer structure in which the side exposed as the surface of the housing 21 is an insulating material layer 26b formed of an insulating material, and the side in contact with the power generator 22 is a current collecting portion 26c made of a conductive material. have. A conductive material is used for the current collector 27 on the anode 22b side, and an insulating material layer that is formed particularly on the current collector 26 on the cathode 22c side is not provided. Here, as a conductive material constituting the current collector 26c of the current collector 26 on the cathode 22c side and the current collector 27 on the anode 22b side, in addition to a metal plate, a carbon sheet, etc., a polymer film, a glass epoxy substrate, ceramics, etc. A so-called single-sided plate in which a conductive layer is formed on a substrate or the like can be used. Alternatively, the current collector 22 may be directly formed by subjecting the power generator 22 to paste printing or plating.
[0038]
The current collector 26c or the current collector 27 of the current collector 26 is electrically connected to the terminal pins 25a and 25b, respectively, through which electrical connection is made with electrical equipment. It is desirable that the tips of the terminal pins 25a and 25b have a shape that can be inserted into a connection hole provided in the printed wiring board, for example, a thin plate shape or a pin shape, and are rigid enough to be fixed to the printed wiring board. It is desirable to have When the current collector 26c and the current collector 27 of the current collector 26 are formed of a metal plate, the terminal pins 25a and 25b are integrally formed by machining their tips into a thin plate shape or a pin shape. It is also possible to provide it. Alternatively, the terminal pins 25a and 25b may be separately formed and mechanically and electrically connected to the current collector 26c and the current collector 27 of the current collector 26.
[0039]
In addition, a hydrogen supply unit 28 provided with a flow path 28a for hydrogen gas, which is a fuel gas, is disposed outside the current collector 27 on the anode side, and a fuel joint 24 is fixed thereto. Further, the hydrogen supply unit 28 is provided with an opening 28 b opposite to the opening 27 a provided in the current collector 27, so that hydrogen gas, which is a fuel gas, flows from the fuel joint 24. It is supplied to the anode 22b of the power generator 22 through the path 28a, the opening 28b, and the opening 27a. The hydrogen supply unit 28 may be configured as one component, or may be integrated with the current collector 27 or the housing 21.
[0040]
The above constituent members (the power generator 22, the current collectors 26 and 27, and the hydrogen supply unit 28) are stacked to form a laminated body, and then fixed together with the casing 21, and packaged as shown in FIG. In this example, the packaging and housing formation of the laminate are collectively performed by a resin mold, and the housing 21 is integrated with the laminate. Of course, various structures other than this can be adopted. For example, a structure in which the case is divided into two parts, and the laminated body is sandwiched using these parts and fixed by screwing, or a structure in which the upper and lower case parts are fixed by ultrasonic welding or adhesion, etc. is adopted. Is possible.
[0041]
In the fuel cell package shown in FIGS. 10 to 13, air intake holes 23 are formed only on the upper surface of the casing 21, and not formed on a plurality of surfaces. Is performed only from the surface on which the air intake hole 23 is formed. However, the air intake holes 23 are adjacent to the air chamber 32, and a plurality of air introduction paths 31 are connected to the air chamber 32. Since it is possible to take in air from 30c, air can be sufficiently supplied to the power generator 22 even in an environment where a shield exists around the electronic device 29. As a result, in electronic devices that are frequently used in daily life, such as mobile phones, it is no longer necessary for the user to pay attention so that a shield is not always placed around the air intake hole, thus reducing the burden on the user. It becomes possible.
[0042]
In addition, since the opening 33 is formed on the bottom surface of the recess 34, when there is a shield around the electronic device 29 or when the electronic device 29 is carried in the hand, the shield or hand is Even if it contacts the surface of the housing 29, the shield 33 and the hand do not reach the opening 33 formed on the bottom surface of the recess 34, and the space generated by the recess 34 is secured, so the air to the inside of the housing Inflow becomes possible, and the risk of stopping power generation in the fuel cell can be further reduced.
[0043]
[Third embodiment]
Furthermore, another example of the fuel cell to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. FIG. 14 is an external perspective view showing the fuel cell package according to the present embodiment, and one or more power generators 42 are built in the housing 41. Then, air is supplied from the surface of the porous body 47 provided in the housing 41 to the cathode side, and fuel (hydrogen) is supplied from the fuel joint 44 similarly attached to the housing 41 to the anode side to generate power.
[0044]
A plurality of terminal pins 45a and 45b connected to the anode (fuel electrode) or cathode (air electrode) of the power generation body 42 are led out from the casing 41, and this terminal pin is used for electrical connection with electrical equipment. It is performed through 45a and 45b. That is, the fuel cell having the structure shown in FIG. 14 is mounted, for example, by inserting the terminal pins 45a and 45b into the connection holes provided in the printed wiring board built in the electric equipment and soldering the terminal pins 45a and 45b. The Thereby, the electrode of a fuel cell is electrically connected with the wiring formed in the printed wiring board, and electric power is supplied to the circuit by the side of an electric equipment.
[0045]
As shown in FIG. 15, the power generator 42 has a structure in which both sides of the ion conductor film 42a are sandwiched between electrodes (anode 42b and cathode 42c), and the periphery is sealed with a seal 42d. The seal 42d is provided for the purpose of preventing leakage of hydrogen to the cathode 42c side. The seal 42d may be bonded in advance by injection molding, punching or the like, or may be directly formed on the ion conductor film 42a or the electrode.
[0046]
FIG. 16 shows a state in which the fuel cell is disassembled. The fuel cell of this example has a structure in which the power generator 42 is sandwiched between a pair of current collectors 46 and 48. The current collectors 46 and 48 are provided with gas intake openings 46a and 48a, respectively, and the anode 42b and the cathode 42c are supplied with hydrogen gas as fuel via the openings 46a and 48a. Oxygen (air) is taken up.
[0047]
The current collector 46 on the cathode 42c side and the current collector 48 on the anode 42b side are made of a conductive material, and on the side exposed as the surface of the casing 41 of the current collector 46, a large number of fine holes are formed inside. Since the porous body 47 is disposed and air can pass between adjacent holes, an air flow path that reacts with the fuel gas is formed. Therefore, the air that reacts with the fuel gas passes through the inside of the porous body 47 from all the surfaces of the porous body 47 and is supplied to the cathode 42c of the power generation body 42 through the opening 46a. Here, as a conductive material constituting the current collector 46c of the current collector 46 on the cathode 42c side and the current collector 48 on the anode 42b side, in addition to a metal plate, a carbon sheet, etc., a polymer film, a glass epoxy substrate, ceramics, etc. A so-called single-sided plate in which a conductive layer is formed on a substrate or the like can be used. Alternatively, the current collector 42 may be formed directly by applying paste printing or plating to the power generator 42.
[0048]
The current collector 46 or the current collector 48 is electrically connected to the terminal pins 45a and 45b, respectively, through which electrical connection with electrical equipment is made. It is desirable that the tips of the terminal pins 45a and 45b have a shape that can be inserted into a connection hole provided in the printed wiring board, for example, a thin plate shape or a pin shape, and are rigid enough to be fixed to the printed wiring board. It is desirable to have When the current collector 46 and the current collector 48 are formed of a metal plate, the terminal pins 45a and 45b can be integrally provided by machining their tips into a thin plate shape or a pin shape. It is. Further, the terminal pins 45a and 45b may be separately formed and mechanically and electrically connected to the current collector 46 and the current collector 48.
[0049]
The porous body 47 is a porous member in which fine pores are formed from the surface to the inside, and gas passes between the pores when adjacent pores are connected to each other. Due to such a porous structure, in the porous body 47, gas can enter and pass from the entire surface to the inside.
[0050]
Further, a hydrogen supply part 49 provided with a flow path 49a for hydrogen gas as a fuel gas is disposed outside the current collector 48 on the anode side, and a fuel joint 44 is fixed thereto. Further, the hydrogen supply portion 49 is provided with an opening portion 49 b opposite to the opening portion 48 a provided in the current collector 48, so that hydrogen gas as a fuel gas flows from the fuel joint 44. It is supplied to the anode 42b of the power generator 42 through the path 49a, the opening 49b, and the opening 48a. The hydrogen supply unit 49 may be configured as one component, or may be integrated with the current collector 48 or the housing 41.
[0051]
After the above constituent members (power generation body 42, current collectors 46 and 48, porous body 47, hydrogen supply portion 49) are stacked to form a laminated body, these are fixed together with the casing 41, as shown in FIG. To package. In this example, the packaging and housing formation of the laminate are collectively performed by a resin mold, and the housing 41 is integrated with the laminate. Of course, various structures other than this can be adopted. For example, a structure in which the casing is divided into two parts, and a laminated body is sandwiched using these parts and fixed by screwing, or a structure in which the upper and lower casing parts are fixed by ultrasonic welding or adhesion, etc. is adopted. Is possible.
[0052]
By laminating the porous body 47 on the current collector 46 on the cathode 42c side, air flows from each surface of the porous body 47 into the fuel cell package. As a result, even when there is a shield near one surface of the fuel cell package and air does not flow in from the corresponding surface, the air is formed from the exposed holes formed on the other surface through the inside of the porous body 47. Can be incorporated. As a result, when the fuel cell package is arranged in the electronic device, adverse effects on the shielding around the fuel cell package are reduced, so that the degree of freedom of the positional relationship with other electronic components arranged on the substrate is increased. improves.
[0053]
【The invention's effect】
  As described above, the present inventionElectronicsAccording to,Fuel cellpackageOn multiple sides of the housingAir ventForming and fuelpackageSupply air to multiple sides of the housingBecause I didEven if there are shielding objects around the electronic equipment,Air ventAny from fuel cellpackageIn addition, since oxygen is supplied, the risk of stopping power generation can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a fuel cell having an insertion mounting type package structure in a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a power generator in the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded schematic sectional view showing the fuel cell according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an assembled state of the fuel cell in the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing each element in the fuel cell package.
6 is an external view showing positions of air intake holes formed on a plurality of surfaces shown in FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is an example of an electronic device on which a fuel cell package is mounted, and is a perspective view in which air intake holes are formed on a plurality of surfaces of the device.
FIG. 8 is a perspective view showing a positional relationship among an air port, an air introduction path, an air intake hole, and an air chamber inside an electronic device on which a fuel cell package is mounted.
FIGS. 9A and 9B are views showing a relationship among an air opening, an opening, and a recess formed in a housing of an electronic device on which a fuel cell package is mounted, where FIG. 9A is a partially enlarged view, and FIG. It is sectional drawing.
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a fuel cell having an insertion mounting type package structure in a second embodiment.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a power generator according to a second embodiment.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an exploded fuel cell according to a second embodiment.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an assembled state of the fuel cell according to the second embodiment.
FIG. 14 is a schematic perspective view showing a fuel cell having an insertion mounting type package structure in a third embodiment.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a power generator in a third embodiment.
FIG. 16 is an exploded schematic sectional view showing a fuel cell according to a third embodiment.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing an assembled state of the fuel cell in the third embodiment.
FIG. 18 is a schematic view showing an example of a fuel cell using a general proton conductor membrane.
FIG. 19 is an exploded perspective view showing an example of a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
1,21,41 housing
2,22,42 power generator
2a, 22a, 42a ion conductor membrane
2b, 22b, 42b Anode
2c, 22c, 42c cathode
2d, 22d, 42d seal
3a, 3b, 3c, 23 Air intake hole
4, 24, 44 Fuel coupling
5a, 5b, 25a, 25b, 45a, 45b Terminal pin
6, 8, 26, 27, 46, 48 Current collector
6a, 8a, 9b, 26a, 27a, 28b, 33, 46a, 47b, 48a, 49b Opening
26c current collector
7a, 9a, 28a, 49a flow path
7 Air supply section
9, 28, 49 Hydrogen supply section
26b Insulating material layer
29 Electronic equipment
30a, 30b, 30c Air outlet
31 Air introduction path
32 Air chamber
34 recess
35 Display section
36 Operation unit
47 Porous material
51 Proton conductor membrane
52 Hydrogen side electrode
52a, 53a catalyst layer
53 Oxygen side electrode
54,57 Introduction
55, 59 outlet
56, 58 Gas flow path
60 Proton conductor membrane
61 Hydrogen side electrode
62 Oxygen side electrode
63, 64 current collector

Claims

表示部が形成される第１面と、前記第１面に直交する第２面とを含み、前記第１面および第２面にそれぞれ空気口を有すると共に、内部に空気室を有する電子機器筐体と、
空気取り入れ孔を有すると共に前記空気取り入れ孔が前記空気室に覆われるよう前記電子機器筐体内に配置された燃料電池パッケージと、
筒状部材により構成されると共に、前記電子機器筐体の空気口それぞれと前記空気室とを連結する複数の空気導入路とを備え、
前記燃料電池パッケージは、燃料電池筐体と、燃料極および酸素極を有する燃料電池と、前記燃料電池の酸素極に隣接して形成されると共に前記空気取り入れ孔、前記空気取り入れ孔に連通する流路および前記流路と前記酸素極との間の開口部を有する空気供給部と、前記燃料電池の燃料極に隣接して形成された水素供給部と、を一体化したものである電子機器。An electronic device housing including a first surface on which a display unit is formed and a second surface orthogonal to the first surface, each having an air port on the first surface and the second surface, and an air chamber inside. Body,
A fuel cell package having an air intake hole and disposed in the electronic device casing such that the air intake hole is covered with the air chamber;
A plurality of air introduction paths that connect each of the air ports of the electronic device casing and the air chamber, and are configured by a cylindrical member,
The fuel cell package includes a fuel cell casing, a fuel cell having a fuel electrode and an oxygen electrode, a flow formed adjacent to the oxygen electrode of the fuel cell and communicating with the air intake hole and the air intake hole. An electronic device comprising an air supply section having an opening between the channel and the flow path and the oxygen electrode, and a hydrogen supply section formed adjacent to the fuel electrode of the fuel cell.