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JP2005317430A - 冷却システムおよび電子機器 - Google Patents

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JP2005317430A
JP2005317430A JP2004135848A JP2004135848A JP2005317430A JP 2005317430 A JP2005317430 A JP 2005317430A JP 2004135848 A JP2004135848 A JP 2004135848A JP 2004135848 A JP2004135848 A JP 2004135848A JP 2005317430 A JP2005317430 A JP 2005317430A
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Joichi Miyazaki
譲一 宮崎
Chikashi Motomura
京志 本村
Ko Yamazaki
皇 山崎
Fumiharu Iwasaki
文晴 岩崎
Tsuneaki Tamachi
恒昭 玉地
Takashi Sarada
孝史 皿田
Takamasa Yanase
考応 柳瀬
Toru Ozaki
徹 尾崎
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

【課題】 発電機能および冷却機能を発揮でき、容易に小型化することができる冷却システムおよび電子機器を提供する。
【解決手段】 燃料電池の燃料10を冷却媒体として用いる構成を有してなる冷却システム1であって、燃料10が冷却媒体として通過する集熱器16と、集熱器16に燃料を供給する流路をなす冷却流路101と、燃料10が供給されて燃料電池をなす発電用スタック20と、発電用スタック20に燃料10を供給する流路をなす発電流路102とを有することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、冷却システムおよび電子機器に関するものである。
従来、冷却システムとしては、冷却媒体を循環させる管路、その管路に配置された吸熱装置(吸熱用ラジエタ)および放熱装置(放熱用ラジエタ)からなる水冷システムがある。吸熱装置の近傍には、被冷却装置(例えば車のエンジン又はコンピュータのCPUなど)が配置される。そして、被冷却装置から発せられた熱は吸熱装置で吸収され、その熱は冷却媒体を加熱し、加熱された冷却媒体は放熱装置で冷却される。
また、近年では、クリーンな電力源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、化学反応により水素と酸素から電気エネルギーを取り出す装置である。例えば、メタノール水溶液を発電用スタックに直接供給して発電を行う直接メタノール形燃料電池がある。この直接メタノール形燃料電池は、構造がシンプルで小型化、軽量化が容易であり、携帯電話又はノート型パーソナルコンピュータなどの電源として注目されている(例えば、特許文献1参照)。また、従来においては、電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造体と、この燃料電池構造体を挟持するセパレータとを備えた燃料電池も考え出されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−55474号公報 特開平10−55812号公報
しかしながら、上記従来の冷却システムでは、少なくとも冷却媒体を循環させる管路、ポンプ、吸熱装置および放熱装置が必要となり、電力発生手段又は電源装置の構成要素を利用しようとする技術思想がなかった。また、上記従来の燃料電池では、少なくとも燃料を循環させる管路、ポンプ、燃料電池構造体が必要となり、燃料電池の構成要素を用いて冷却システムを構成しようとする技術思想がなかった。
そこで、従来においては、例えば、パーソナルコンピュータの電源として燃料電池を用いて、且つ、そのパーソナルコンピュータのCPUを冷却させるために水冷システムを用いた場合、燃料電池用の管路、燃料タンクおよびラジエタと、水冷システム用の管路、冷媒タンクおよびラジエタとが必要となる。したがって、従来においては、上記燃料電池および水冷を用いた装置を構成しようとすると、部品点数が増大して装置が大型化してしまい、製造コストも増大してしまうという問題点があった。またこのような従来の装置は、部品点数の増大および熱エネルギーの無駄な大量消費などにより、エネルギー効率の点でも問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、発電機能および冷却機能を発揮でき、容易に小型化することができる冷却システムおよび電子機器を提供することを目的とする。
また、本発明は、容易に小型化することができ、エネルギー効率を向上させることができる冷却システムおよび電子機器を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を供給する。
本発明の冷却システムは、燃料電池の燃料を冷却媒体として用いる構成を有してなる冷却システムであって、前記燃料が冷却媒体として通過する集熱器と、前記集熱器に前記燃料を供給する流路をなす冷却流路と、前記燃料が供給されて燃料電池をなす発電用スタックと、前記発電用スタックに前記燃料を供給する流路をなす発電流路とを有することを特徴とする。ここで、前記冷却流路と前記発電流路とは、並列に設けられていることしてもよい。
この発明に係る冷却システムにおいては、燃料電池(発電手段)の燃料を冷却媒体として用いて、集熱器(冷却手段)の近傍に配置された被冷却装置を冷却することができる。すなわち、本発明の冷却システムによれば、燃料電池の燃料で被冷却装置を冷却しながら、同じ燃料で発電することができる。したがって本発明は、冷却媒体と燃料電池の燃料とを共通化することができ、その燃料を輸送する流路などを冷却手段と発電手段とで共用することができる。そこで、本発明は、発電手段および冷却手段を有しながら、コンパクト化でき設置スペースを削減できる冷却システムを簡便に提供することができる。また、本発明の冷却システムは、上記のようにコンパクト化することができるので、燃料を輸送するためのエネルギー損を低減でき、エネルギー効率を向上させることができる。
また、本発明の冷却システムは、前記冷却流路における前記集熱器の下流側に配置されている放熱器を有し、前記放熱器は、前記発電用スタックの近傍に配置されていることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、放熱器から放出される熱で発電用スタックを加熱することができ、発電用スタックでの発電効率を向上させることができる。また、発電スタックは一般に常温よりも高い温度で安定に発電するので、発電用スタックの発電開始時間を短縮することができる。ここで、発電開始時間とは、発電用スタックへの燃料供給開始時からその発電用スタックが所定の電力を出力し始める時までの時間をいう。
また、本発明の冷却システムは、前記燃料を移動させるポンプと、前記ポンプによって移動させられた燃料を少なくとも2方向に分岐する分岐部とを有し、前記冷却流路の上流側端は、前記分岐部の第1分岐端に接続されており、前記発電流路の上流側端は、前記分岐部の第2分岐端に接続されていることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、1つのポンプによって燃料を冷却流路と発電流路との両方に供給することができる。したがって、冷却手段と発電手段とでポンプを共用することができ、よりコンパクト化することができる。
また、本発明の冷却システムは、前記冷却流路は前記燃料が少なくとも前記集熱器を通って循環する循環流路の全部又は一部を構成しており、前記発電流路は前記燃料が少なくとも前記発電用スタックを通って循環する循環流路の全部又は一部を構成していることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、冷却流路および発電流路の双方で燃料を循環させることができる。したがって本発明の冷却システムは、燃料を無駄にすることなく有効利用することができ、よりエネルギー効率の高い冷却システムを提供することができる。
また、本発明の冷却システムは、前記燃料を蓄えるとともに、蓄えられた該燃料が流出する流出口を備えるリザーバタンクを有し、前記リザーバタンクの流出口は、前記ポンプの流入口に接続されていることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、リザーバタンクを冷却手段と発電手段とで共用することができる。そこで、本発明は、発電手段および冷却手段を有しながら、よりコンパクトで高性能な冷却システムを提供することができる。
また、本発明の冷却システムは、前記リザーバタンクが複数の流入口を有し、前記冷却流路の下流側端は、前記リザーバタンクの第1流入口に接続されており、前記発電流路の下流側端は、前記リザーバタンクの第2流入口に接続されていることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、リザーバタンクを冷却流路と発電流路との接合手段として機能させることができる。そこで、本発明は、発電手段および冷却手段を有しながら、よりコンパクトで高性能な冷却システムを提供することができる。
また、本発明の冷却システムは、前記放熱器に対して空気を供給するエアブロアーを有し、前記エアブロアーによって発生した空気の流れにおける前記放熱器の下流側に前記発電用スタックが配置されていることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、エアブロアーを冷却手段の放熱器と発電手段の発電用スタックとで共用することができる。そこで、本発明は、発電手段および冷却手段を有しながら、よりコンパクトで高性能な冷却システムを提供することができる。
また、本発明の冷却システムは、前記冷却流路に配置された第1弁と、前記発電流路に配置された第2弁とを有することを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、冷却流路への燃料の供給・停止を第1弁によって制御でき、発電流路への燃料の供給・停止を第2弁によって制御することができる。ここで、第1弁および第2弁は、開閉動作できるものであればよいが、燃料の流量を段階的に又は滑らかに可変制御できるものとしてもよい。また、第1弁および第2弁については直接的に人手によって開閉および開度を調節してもよく、機械的および電子的な制御手段によって開閉および開度を調節してもよい。
また、本発明の冷却システムは、前記第1弁が前記冷却流路における集熱器の上流側に配置されており、前記第2弁は、前記発電流路における発電用スタックの上流側に配置されており、前記第1弁および第2弁の開閉を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記集熱器による冷却が要求されないときは前記第1弁を閉じ、前記発電用スタックによる発電が要求されないときは前記第2弁を閉じる制御をすることを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、冷却する必要がない場合、第1弁を閉じてポンプから出力された燃料のほとんど全てを発電に用いることができ、発電出力を増大させることができる。また、冷却する必要がなく発電電力も特に大きくする必要がない場合は、第1弁を閉じるとともにポンプの駆動電力を低減することができる。また、本発明の冷却システムにおいて、発電する必要がない場合、第2弁を閉じてポンプから出力された燃料のほとんど全てを冷却に用いることができ、冷却能力を高めることができる。また、発電する必要がなく冷却能力も特に大きくする必要がない場合は、第2弁を閉じるとともにポンプの駆動電力を低減することができる。
また、本発明の冷却システムは、前記リザーバタンクに供給される前記燃料を蓄える燃料タンクと、前記燃料タンクと前記リザーバタンクとを接続する供給用流路と、前記供給用流路に配置された供給用ポンプとを有することを特徴とするものである。
この発明に係る冷却システムによれば、燃料タンクに蓄えられた燃料をリザーバタンクに供給することができる。そこで、本発明の冷却システムは、発電用スタックで燃料が消費されて、リザーバタンク内の燃料が少なくなったときに、リザーバタンク内に新たな燃料を補充することができる。
さらに本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の電子機器は、前記冷却システムを有することを特徴とするものである。
この発明に係る電子機器によれば、例えば、燃料電池を電源として備え、その燃料電池の燃料によりCPUなどの発熱要素を冷却することができる。したがって、本発明によれば、発電手段および冷却手段を有し、かつ、コンパクト化および製造コストの低減化ができる電子機器を提供することができる。また、本発明によれば、高いエネルギー効率で発電機能および冷却機能を発揮できるので、稼働コストが低い電子機器を提供することができる。例えば、本発明によれば、CPUを被冷却装置としてCPUの高速度化および高集積化を促進でき、そのCPUを冷却する冷却手段と、そのCPUなどに電力を供給する発電手段とをコンパクトに構成することができる。そこで、本発明は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話などの電子機器を高性能化しながら従来よりもコンパクト化および低価格化することができる。
また、本発明の電子機器は、前記集熱器の近傍に配置された被冷却装置と、前記発電用スタックから出力された電力を用いて動作する電子装置とを有することを特徴とするものである。ここで、前記被冷却装置と前記電子装置とが同一物であることが好ましい。
この発明に係る電子機器によれば、CPUなどの被冷却装置を燃料により冷却しながら、その燃料で発電した電力で被冷却装置を駆動させ続けることができる。また、本発明によれば、発電能力を発揮する必要がないとき、例えば商用電力を使用できるときは、第1弁および第2弁を制御して冷却機能だけを発揮させることができ、ポンプの負荷を低減でき、エネルギー消費を低減することができる。また、本発明によれば、冷却能力を発揮する必要がないとき、例えばCPUを低速で駆動させているとき又はCPUを停止させているときは、第1弁および第2弁を制御して発電機能だけを発揮させることもできる。そして、余分な電力が発生したときは、蓄電池などの充電に用いることもできる。この蓄電池は、本発明の電子機器が備えるものとしてもよい。そして、本発明の電子機器の始動時に、前記蓄電池からポンプおよびCPUなどに電力を供給することとしてもよい。これらにより、本発明によれば、燃料の無駄な消費およびポンプの無駄な動作などを低減でき、燃料をより効率よく用いることができる。
また、本発明の電子機器は、前記冷却システムが、前記電子機器の本体に対して着脱自在に取り付けられていることとしてもよい。このようにすれば、例えば本発明の冷却システムにつき燃料がなくなった場合又は故障した場合は、新たな本発明の冷却システムを電子機器本体に取り付けることで、不具合を迅速かつ簡便に解決することができる。
本発明によれば、発電機能および冷却機能を発揮でき、容易に小型化することができる冷却システムおよび電子機器を提供することができる。
また、本発明によれば、容易に小型化することができ、エネルギー効率を向上させることができる冷却システムおよび電子機器を提供することができる。
(冷却システム)
以下、本発明に係る冷却システムについて、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る冷却システムの構成を示す概念図である。本冷却システム1は、燃料電池の燃料を冷却媒体として用いている。そして本冷却システム1は、燃料電池を用いた発電手段と、燃料電池の燃料10を冷却媒体とした冷却手段とを有している。本冷却システムの具体的な構成について次に説明する。
本冷却システム1は、燃料タンク11と、燃料供給用ポンプ12と、リザーバタンク13と、燃料循環用ポンプ14と、分岐部15と、集熱器16と、放熱器17と、エアブロアー18と、発電用スタック20とを有している。また、本冷却システム1は、冷却流路101と、発電流路102と、供給用流路103と、冷却流路に配置された第1弁G1と、発電流路に配置された第2弁G2とを有している。
ここで、冷却流路101は、集熱器16に燃料を供給する流路をなすものであって、燃料10が冷却媒体として通る流路である。そして、冷却流路101には、上流側から第1弁G1、集熱器16および放熱器17が直列に配置されている。発電流路102は、発電用スタックに燃料10を供給する流路をなすものである。そして、発電流路102には、上流側から第2弁G2および発電用スタック20が直列に配置されている。なお、冷却流路101を通る燃料10と発電流路102を通る燃料10とは、同一物、すなわちリザーバタンク13に蓄えられた燃料10である。
冷却流路101と発電流路102との上流側は分岐部15で接続されており、冷却流路101と発電流路102との下流側はリザーバタンク13で接続されている。したがって冷却流路101と発電流路102とは並列に設けられている。また、リザーバタンク13の下流側には燃料循環用ポンプ14が接続されており、燃料循環用ポンプ14の下流側には分岐部15に接続されている。このような構成により、リザーバタンク13から出された燃料10は、燃料循環用ポンプ14、分岐部15および冷却流路101(第1弁G1、集熱器16、放熱器17を含む)を通ってリザーバタンク13に戻ることとなる。換言すれば、冷却流路101は、集熱器16で冷却媒体として用いられる燃料10についての循環流路の一部を構成している。また、リザーバタンク13から出された燃料10は、燃料循環用ポンプ14、分岐部15および発電流路102(第2弁G2、発電用スタック20を含む)を通ってリザーバタンク13に戻ることとなる。換言すれば、発電流路102は、燃料10が発電用スタックを通って循環する循環流路の一部を構成している。次に、本冷却システム1の各構成要素について説明する。
燃料電池の燃料10としてはメタノール水溶液が好適である。ただし、燃料10としては、燃料電池の燃料であれば適用可能であり、メタノール以外の液体、溶体などからなるものであってもよい。例えば、燃料10として、メタノール、ボロハイドライドナトリウム(NaBH4)、ジメチルエーテル、ナフサ、バイオマス、灯油などを適用することもできる。ただし、燃料10の種類に応じて、発電用スタック20の構成を変える必要があり、集熱器16での集熱効果も異なることとなる。そこで、メタノール水溶液は、発電用スタック20に直接供給されることで発電でき、集熱器16での集熱効果も大きいので、コンパクト化および省エネルギー化を図る本実施形態の冷却システム1の燃料10として好適である。
燃料タンク11は、燃料電池の燃料10を蓄えるタンクである。燃料タンク11は、燃料10を燃料タンク11内に入れるための流入口11aを有している。また流入口11aには弁又は栓が設けられていることとしてもよく、その弁を介して他の燃料タンクなどの燃料供給装置と接続されることとしてもよい。
燃料供給用ポンプ12は、燃料タンク11とリザーバタンク13とを接続する供給用流路103に配置されている。そして、燃料供給用ポンプ12は、燃料タンク11内の燃料10をリザーバタンク13に送り出すポンプである。燃料供給用ポンプ12の動作は、本冷却システム1の制御手段(図示せず)によって制御される。制御手段は、例えばリザーバタンク13内の燃料10の水位が所定値以下となったときに燃料供給用ポンプ12を駆動させて、燃料10を燃料タンク11からリザーバタンク13へ移動させる。
リザーバタンク13は、燃料タンク11から送られてきた燃料10を一旦蓄えるタンクである。そして、リザーバタンク13は、本冷却システム1における燃料10の循環流路(冷却流路101を一部とする循環流路と、発電流路102を一部とする循環流路)の一部をなすものである。具体的には、リザーバタンク13は、3つの流入部13A,13B,13Cと、1つの流出部13Dとを有している。流入部13Aは、燃料タンク11から燃料供給用ポンプ12を介して送られてきた燃料10の流入口をなすものである。流出部13Dは、リザーバタンク13内の蓄えられた燃料10の流出口をなすものである。流入部13Bは、本発明の第1流入口をなすものであり、冷却流路101の下流側端に接続されていて、放熱器17から出された燃料10の流入口をなすものである。流入部13Cは、本発明の第2流入口をなすものであり、発電流路102の下流側端に接続されていて、発電用スタック20から出された燃料10の流入口をなすものである。
燃料循環用ポンプ14は、冷却流路101および発電流路102に燃料10を循環させるポンプである。そして、燃料循環用ポンプ14の流入口は、リザーバタンク13の流出部13Dに接続されている。分岐部15は、燃料循環用ポンプ14から出された燃料を2方向に分岐するものである。そして分岐部15は、流入口15a、第1分岐端15bおよび第2分岐端15cを有している。分岐部15の流入口15aは、燃料循環用ポンプ14の流出口に接続されている。分岐部15の第1分岐端15bは、冷却流路101の上流側端すなわち第1弁G1の流入口に接続されている。分岐部15の第2分岐部15cは、発電流路102の上流側端すなわち第2弁G2の流入口に接続されている。
このような構成により、リザーバタンク13内の燃料10は、燃料循環用ポンプ14により分岐部15へ送られ、分岐部15で冷却流路101と発電流路102に分流され、その冷却流路101および発電流路102を通ってリザーバタンク13に戻ってくる。
第1弁G1は、冷却流路101への燃料10の供給又は停止を行うものである。第2弁G2は、発電流路102への燃料10の供給又は停止を行うものである。第1弁G1および第2弁G2は、開閉動作できるものであればよいが、燃料10の流量を段階的に又は滑らかに可変制御できるものとしてもよい。また、第1弁G1および第2弁G2は、直接的に人手によって開閉又は開度を調節できるものでもよく、機械的および電子的な制御手段によって開閉又は開度を調節されるものでもよい。
集熱器16は、燃料10を冷却媒体とする吸熱装置(吸熱用熱交換機)をなすものである。集熱器16は、被冷却装置30の近傍に配置され、被冷却装置30に密着していてもよい。被冷却装置30は、本冷却システム1によって冷却される装置であり、例えばパーソナルコンピュータ又は携帯電話におけるCPUなどの発熱デバイスが適用される。被冷却装置30としては、CPUに限らず、高密度で且つ高速動作の集積回路、表示装置をなすプロジェクタの構成要素が適用でき、車のエンジンなどの機械要素も適用できる。
放熱器17は、冷却流路101を通る燃料10が持つ熱を放出するものである。すなわち、集熱器16で加熱された燃料10は、放熱器17で冷却される。放熱器17としては燃料10の熱を放出するものであればよく、各種のものが適用できる。また、放熱器17は、発電用スタック17の近傍に配置されているのが好ましい。
エアブロアー18は、送風機(ファン)をなすものであり、放熱器17に空気を供給して強制空冷する。そして、エアブロアー18によって発生した空気40の流れにおける放熱器17の下流側に、発電用スタック20が配置されていることが好ましい。
発電用スタック20は、燃料10を燃料とする燃料電池をなすものである。すなわち、発電用スタック20は、燃料電池をなすものであれば各種の燃料電池を適用することができる。発電用スタック20としてダイレクトメタノール形燃料電池(DMFC)を適用した場合は、以下のような構成とすることができる。発電用スタック20は、電解質の両側を負極と正極とで挟んで接合し、その負極に液体の燃料10としてのメタノール水溶液を供給する構成を有し、正極に酸化剤ガスとしての空気40を供給する構成を有するセルが複数個積層されたセルスタックからなる。また、各セルでの電気化学反応によって生成された反応生成物を排出するための流路溝とマニホールドを有するセパレータが、各セル間に挿入されている。
そして、発電用スタック20の各セルの負極に燃料10(メタノール水溶液)を供給し、正極に空気40を供給する。すると、負極ではメタノールと水とが反応して二酸化炭素を生成し、正極では空気40中の酸素が電解質を通過してきた水素イオンと電子を取り込んで水を生成し、正極と負極間には電気エネルギーが発生する(発電される)。この電気エネルギーは、正極と負極間に電気的に接続された外部回路(図示せず)に出力される。発電用スタック20で余った燃料10、すなわち発電に用いられなかった燃料10は、リザーバタンク13へ送られる。
これらにより、本実施形態の冷却システム1によれば、燃料電池の燃料10を冷却媒体として用いて、集熱器16の近傍に配置された被冷却装置30を冷却することができる。
そして、冷却システム1は、燃料電池の燃料10で被冷却装置30を冷却しながら、同じ燃料10を用いて発電用スタック20で発電することができる。したがって、冷却システム1は、冷却媒体をなす燃料10と燃料電池の燃料10とを共通化することができ、循環流路の一部をなすリザーバタンク13および燃料循環用ポンプ14を冷却手段と発電手段とで共用することができる。また、冷却システム1は、燃料タンク11および燃料供給用ポンプ12を冷却手段と発電手段とで共用することができる。そこで、冷却システム1は、発電手段および冷却手段を有しながら、コンパクトな構成となることができ、設置スペースを削減することができる。また、冷却システム1は、上記のように燃料10、燃料タンク11リザーバタンク13および燃料循環用ポンプ14などを、発電手段と冷却手段とで共用できるので、燃料を輸送するためのエネルギー損などを低減でき、エネルギー効率を向上させることができる。
また、本実施形態の冷却システム1は、エアブロアー18によって生じる空気40の流れにおける放熱器17の下流側に発電用スタック20を配置しているので、エアブロアー18を放熱器17と発電用スタック20とで共用できるとともに、放熱器17で加熱された空気40を発電用スタック20に供給することができる。したがって、冷却システム1は、放熱器17から放出される熱で発電用スタック20を加熱でき、これにより発電用スタック20での発電効率を向上させることができる。冷発電スタック20は一般に常温よりも高い温度で安定に発電するので、冷却システム1は発電用スタック20の発電開始時間を短縮することもできる。発電用スタック20において発電電力を安定して得るには、直接メタノール形燃料電池の場合、雰囲気温度を30℃から90℃にして運転することが好ましい。
また、本実施形態の冷却システム1において、被冷却装置30を冷却する必要がない場合、第1弁G1を閉じ第2弁G2は開いて、燃料循環用ポンプ14から出力された燃料10の全てを発電流路102に流すこととしてもよい。このようにすると、第1弁G1および第2弁G2を開いた場合よりも、発電用スタック20での発電出力を増大させることができる。また、冷却システム1において、被冷却装置30を冷却する必要がなく発電電力も特に大きくする必要がない場合は、第1弁G1を閉じ第2弁G2は開くとともに、燃料循環用ポンプ14の駆動電力を低減することができる。これにより、燃料循環用ポンプ14での消費電力を低減でき、エネルギー効率を向上させることができる。また、冷却システム1において、発電する必要がない場合、第1弁G1を開き第2弁G2を閉じることにより、燃料循環用ポンプ14から出力された燃料10のほとんど全てを冷却媒体として用いることができ、冷却能力を高めることができる。また、冷却システム1において、発電する必要がなく冷却能力も特に大きくする必要がない場合は、第1弁G1を開き第2弁G2を閉じるとともに、燃料循環用ポンプ14の駆動電力を低減することができる。
また、本実施形態において、発電用スタック20の電解質として高分子電解質膜を用いることで、その発電用スタック20は固体高分子形燃料電池(PEFC)を構成することができる。
(電子機器)
図2は、本発明の実施形態に係る電子機器の外観を示す斜視図である。図3は、図2に示す電子機器の内部構成を示す模式断面図である。本実施形態の電子機器50は、図1に示す冷却システム1を構成要素としている。図2および図3において図1の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。
本電子機器50は、ノート形パーソナルコンピュータをなすものである。そして、電子器機器50は、冷却システム1と、本体部51と、表示部52と、キーボード部53と、ディスクドライブ54とを有している。冷却システム1は、燃料電池ユニットを構成しており、本体部51に着脱自在に取り付けられている。そこで、本体部51から冷却システム1を取り外して従来の一般的なノート形パーソナルコンピュータとして使用することもできる。また、冷却システム1が故障した場合などは新たな冷却システム1を本体部51に取り付けることもできる。
本体部51は、ノート形パーソナルコンピュータをなす電子機器50の本体をなすものであり、ディスクドライブ54およびマザーボード55を有している。ディスクドライブ54は、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD又はDVDなどにデータを読み書きするものである。マザーボード55は、半導体チップからなるCPU、メモリ、BIOS(Basic Input Output System)、拡張スロットなど、コンピュータシステムを構成するための基本的なデバイス群を1枚の基板に搭載したものである。このマザーボード55には、冷却システム1の集熱器16も搭載されている。
本電子機器50において、被冷却装置30はノート形パーソナルコンピュータのCPU30aおよびチップセット30bとしている。チップセット30bは、例えばCPU30aとその周辺のチップとのI/Oを司る各種バスを流れるデータを制御する回路を有している。また、チップセット30bとしては、CPU30aに関連しかつマザーボード55に必要な機能を複数のLSIにまとめたものとしてもよい。例えば、チップセット30bには、タイマ、割り込み制御回路、DMA(Direct Memory Access)回路、メモリ制御回路、バスインターフェイスなどが含まれることとしてもよい。
そして、集熱器16の表面にCPU30aおよびチップセット30bを配置している。また、図3に示すように、冷却システム1における集熱器16および集熱器16に接続される配管のみを本体部51内に配置している。また、冷却システム1の発電用スタック20は、電子機器50の電源をなすものとしてもよい。
また、本電子機器50の冷却システム1は、排気口21、隔壁22および吸気口23を有している。空気40は、吸気口23から入って放熱器(ラジエータ)17に行き、その放熱器17から発電用スタック20に行く。すると、発電用スタック20は二酸化炭素(および水)を生成するので、その二酸化炭素(および水)は排気口21から排気される。隔壁22は、発電用スタック20で発生した熱がリザーバタンク13および本体部51などに伝わることを回避するための断熱材である。
また、電子機器50は、発電用スタック20で発電された電力を蓄積する蓄電池(バッテリー)を有することとしてもよい。そして、被冷却装置30を含むノート形パーソナルコンピュータの回路の稼働初期(例えば電子機器50のメインスイッチONからの数分間)においては蓄電池によりその回路へ電力を供給し、その後、発電用スタック20が安定に発電するようになったら、発電用スタック20から蓄電池および回路へ電力を供給することとしてもよい。ここで、メインスイッチONと同時に燃料循環用ポンプ14が蓄電池の電力で駆動され、冷却システム1の冷却機能および発電機能が起動されることとしてもよい。このようにすると、発電用スタック20が安定に発電するまで、蓄電池の電力で電子機器50を稼働させることができるとともに、その蓄電池の容量を従来のノート型パーソナルコンピュータのものより大幅に低減することができる。
これらにより、本電子機器50は、燃料電池を電源として備えているので、高エネルギー効率で駆動でき、排出ガスもクリーンであり環境に良い装置となる。また、本電子機器50は、燃料電池を電源として備えているので、非常に低騒音であり、コンパクトとしながら充電せずに長期間駆動でき、携帯機器として好適なものとなる。
さらに本電子機器50は、燃料電池を電源として備え、その燃料電池の燃料10によりCPU30aおよびチップセット30bなどの発熱要素を冷却することができる。したがって、本電子機器50は、発電手段および冷却手段を有し、かつコンパクトであってCPU30aおよびチップセット30bなどの高速度化および高集積化を促進でき、高性能で且つ安価なノート型パーソナルコンピュータとなることができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態における電子機器は、パーソナルコンピュータに限定されるものではなく、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistance)、カメラ、時計、プロジェクタ、自動車の電子制御回路など各種の電子機器に適用することができる。また、本発明の冷却システム1は、適用対象が電子機器に限定されるものではなく、自動車のエンジン自体又は発電装置のモータ自体などの各種装置を被冷却装置30として適用でき、各種の機械装置および電力装置などに適用することができる。
上記実施形態の電子機器50において、燃料タンク11内の燃料10が無くなった場合は、燃料タンク11の流入口11aから燃料を供給することとしてもよい。また、燃料タンク11がカートリッジ式となっていて冷却システム1に着脱自在に取り付けられていて、燃料タンク11内の燃料10が無くなった場合はその燃料タンク11自体を別の満タンの燃料タンク11に交換することとしてもよい。
また、上記実施形態の電子機器50は、冷却システム11の発電用スタック20から出力される電力の電圧を変換するDC−DCコンバータを有することとしてもよい。そしてこのDC−DCコンバータにおける発熱素子を上記被冷却装置30としてもよい。
また、上記実施形態の冷却システム1において、集熱器16および放熱器17を複数個設けてもよく、そのうちの1つの集熱器16が冷却する被冷却装置30として発電用スタック20を冷却する構成としてもよい。
本発明の実施形態に係る冷却システムの構成を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の外観を示す斜視図である。 同上の電子機器の内部構成を示す模式断面図である。
符号の説明
1…冷却システム
10…燃料
11…燃料タンク
12…燃料供給用ポンプ
13…リザーバタンク
14…燃料循環用ポンプ
15…分岐部
16…集熱器
17…放熱器
18…エアブロアー
20…発電用スタック
25…燃料流路
26…供給用流路
30…被冷却装置
40…空気
50…電子機器
51…本体部
52…表示部
53…キーボード部
54…ディスクドライブ
101…冷却流路
102…発電流路
103…供給用流路
G1…第1弁
G2…第2弁

Claims (13)

  1. 燃料電池の燃料を冷却媒体として用いる構成を有してなる冷却システムであって、
    前記燃料が冷却媒体として通過する集熱器と、
    前記集熱器に前記燃料を供給する流路をなす冷却流路と、
    前記燃料が供給されて燃料電池をなす発電用スタックと、
    前記発電用スタックに前記燃料を供給する流路をなす発電流路とを有することを特徴とする冷却システム。
  2. 前記冷却流路と前記発電流路とは、並列に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の冷却システム。
  3. 前記冷却流路における前記集熱器の下流側に配置されている放熱器を有し、
    前記放熱器は、前記発電用スタックの近傍に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却システム。
  4. 前記燃料を移動させるポンプと、
    前記ポンプによって移動させられた燃料を少なくとも2方向に分岐する分岐部とを有し、
    前記冷却流路の上流側端は、前記分岐部の第1分岐端に接続されており、
    前記発電流路の上流側端は、前記分岐部の第2分岐端に接続されてい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冷却システム。
  5. 前記冷却流路は、前記燃料が少なくとも前記集熱器を通って循環する循環流路の全部又は一部を構成しており、
    前記発電流路は、前記燃料が少なくとも前記発電用スタックを通って循環する循環流路の全部又は一部を構成してい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冷却システム。
  6. 前記燃料を蓄えるとともに、蓄えられた該燃料が流出する流出口を備えるリザーバタンクを有し、
    前記リザーバタンクの流出口は、前記ポンプの流入口に接続されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の冷却システム。
  7. 前記リザーバタンクは、複数の流入口を有し、
    前記冷却流路の下流側端は、前記リザーバタンクの第1流入口に接続されており、
    前記発電流路の下流側端は、前記リザーバタンクの第2流入口に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の冷却システム。
  8. 前記放熱器に対して空気を供給するエアブロアーを有し、
    前記エアブロアーによって発生した空気の流れにおける前記放熱器の下流側に前記発電用スタックが配置されていることを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の冷却システム。
  9. 前記冷却流路に配置された第1弁と、
    前記発電流路に配置された第2弁とを有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の冷却システム。
  10. 前記第1弁は、前記冷却流路における集熱器の上流側に配置されており、
    前記第2弁は、前記発電流路における発電用スタックの上流側に配置されており、
    前記第1弁および第2弁の開閉を制御する制御手段を有し、
    前記制御手段は、前記集熱器による冷却が要求されないときは前記第1弁を閉じ、前記発電用スタックによる発電が要求されないときは前記第2弁を閉じる制御をすることを特徴とする請求項9に記載の冷却システム。
  11. 前記リザーバタンクに供給される前記燃料を蓄える燃料タンクと、
    前記燃料タンクと前記リザーバタンクとを接続する供給用流路と、
    前記供給用流路に配置された供給用ポンプとを有することを特徴とする請求項6から10のいずれか一項に記載の冷却システム。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載の冷却システムを有することを特徴とする電子機器。
  13. 前記集熱器の近傍に配置された被冷却装置と、
    前記発電用スタックから出力された電力を用いて動作する電子装置とを有することを特徴とする請求項12に記載の電子機器。
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