(57)【要約】      （修正有）【課題】地震・津波などの災害から身を守るシェルターに関し、特に災害発生時、商用電源が働かなくなった場合でも、シェルター内で使用できる電源及び該電源を具備したシェルターを提供する。【解決手段】少なくともダイレクトメタノール型燃料電池と、二次電池が連結された構造を有する電源を具備したシェルターであって、前記ダイレクトメタノール型燃料電池から排出される排ガスが、シェルターの外部に排出される構造を有するシェルター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともダイレクトメタノール型燃料電池と、二次電池が連結された構造を有する電源を具備したシェルター。
【請求項２】
請求項１に記載のシェルターであって、 前記ダイレクトメタノール型燃料電池から排出される排ガスが、シェルターの外部に排出される構造を有するシェルター。
【請求項３】
少なくともダイレクトメタノール型燃料電池と、二次電池が連結された構造を有するシェルター用電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震・津波などの災害から身を守るシェルターに関するものであり、特に災害発生し、商用電源が働かなくなった場合でも、シェルター内で使用できる電源及び該電源を具備したシェルターを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
災害から人を守るために、人が居住する建物を耐震化ないし免震化することが行われている。或いは、独立型のシェルターが販売されているが、災害発生後の電源に関しては充分検討されておらず、一部、核爆発に対する防護機能を持つ耐核シェルターにおいて、ガソリンエンジン等の内燃機関により空気清浄装置向けに電力が供給されるシェルターがあるが、内燃機関による発電は、音がうるさく、排気ガスが問題であり、かつ大掛かりな設備であるため、地震や津波を対象とした一般家庭用設備には向かないものである。先行技術文献を以下に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】登録実用新案第３１７２７１８号公報
【特許文献２】登録実用新案第３１６４０３７号公報
【特許文献３】登録実用新案第３１７０８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地震に耐えうるシェルターとして耐震化ないし免震化した建物や、津波の際水に浮遊することが可能な、人が内部で寝食するに適した大きさを有する中空体状のシェルター、その他、災害発生後に組み立てて使用するシェルターなどが提案されているが、災害発生後の電源に関しては充分に検討されているとはいえないものである。本発明は、特に長期間安定的に運転可能なシェルター用電源及び該電源を具備したシェルターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、以下に示す災害用シェルター及びシェルター用電源を提供する。
【０００６】
本発明のシェルターは、ダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池が連結された構造を持つ電源が具備されたシェルターであり、商用電源に接続されていなくても、長期間に渡りシェルター内部で電気を使用することができる。
【０００７】
また、好ましくはダイレクトメタノール型燃料電池から排出される排ガスが、シェルターの外部に排出される構造を持つシェルターであり、シェルターの外に出ることが困難な場合においても、ダイレクトメタノール型燃料電池をシェルター内部に置いた状態で運転することができ、電気を供給可能である。
【０００８】
本発明のシェルター用電源は、前記シェルターに用いられる電源であり、少なくともダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池が連結された構造を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、地震・津波などの災害から人や動物を守るシェルター、あるいは災害発生後に使用するシェルター及びシェルター用電源に関するものであり、特にシェルター内で使用できる電源を提供することが可能であり、商用電源に接続されていなくても、長期間に渡りシェルター内部で電気を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明のシェルター及びシェルター用電源の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明におけるシェルターは、耐震化ないし免震化した建物や、津波の際、水に浮遊することが可能な、人が内部で寝食するに適した大きさを有する中空体状のシェルターなど地震や津波に耐えうる強固な構造を持ったシェルターや、災害発生後に組み立てて使用するシェルターを包含するものであり、シェルターの形状、構造は特に限定されるものではなく、従来の技術を使用することができる。
【００１２】
本発明のシェルターにおいては、前述のシェルターにダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池が連結された構造を持つ電源が具備される点に特徴がある。従来、シェルター用電源としては、耐核シェルターにおいて、放射性の降下物から防衛するために、空気浄化装置等の設備が整備されており、ディーゼル発電などの内燃機関により電力が供給されるシェルターが使われているが、地震・津波などの災害を対象としり、一般的な家庭で使われる小型シェルターにおいて、内燃機関による発電は、音もうるさく、排気ガスが問題であり、例えば室内で使うと一酸化炭素中毒により死亡する可能性もある。また、内燃機関は燃料を大量に使うといった問題があり、汎用的なシェルターに向くとはいえないものである。
【００１３】
ダイレクトメタノール型燃料電池は、電解質としてプロトン伝導性のイオン交換膜を用い、その表面に触媒電極微粒子とガス拡散電極が直接接合されており、このイオン交換膜−電極接合体のアノード側にメタノール水溶液、カソード側に空気を供給することで、触媒作用により電気を取り出せる化学反応を使った発電システムである。化学反応による発電のため、内燃機関と異なり、本質的に静かな発電機である。また反応性の高いメタノールを燃料として使用することから副反応がわずかなため、排ガスがクリーンであり、一酸化炭素中毒などの人体に悪影響を与える問題が少なく、かつＮＯｘ、ＳＯｘも発生しない特徴もある。
【００１４】
このダイレクトメタノール型燃料電池を二次電池と組合せ、二次電池を電力バッファとして用い、二次電池の充電状態の変化や稼動条件の変化をモニタリングしながら、ダイレクトメタノール型燃料電池を運転することにより、二次電池の電圧が設定値よりも低下する場合充電を行い、二次電池の電圧が充分に上昇した場合充電を停止する制御を行うことで、二次電池を常に設定範囲の充電状態を保つことが可能となり、かつ、不必要にダイレクトメタノール型燃料電池を動かす必要がなくなるため、必要最小限の燃料消費で運転することが可能となる。そのため燃料を有効に使うことが可能となり、シェルターに長時間電気を供給することができる。よって災害発生後のシェルター内部の生活環境を快適に保つことが可能である。
【００１５】
前記ダイレクトメタノール型燃料電池の出力としては、２０Ｗ〜２．５ｋＷの範囲が好ましく、さらに好ましくは３０Ｗ〜１ｋＷであり、より好ましくは４０Ｗ〜５００Ｗの範囲である。出力が２０Ｗに満たない場合、電力供給量が不足する可能性がある。一方２．５ｋＷを越える場合は、副反応による発熱が大きく、特に気温が３０℃を超える場合、シェルターに使うには向かない傾向がある。
【００１６】
前記ダイレクトメタノール型燃料電池と連結する二次電池としては特に限定されるものではないが、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、バナジウム電池、などが好適な例として挙げられる。特に好ましくは、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池である。鉛蓄電池やリチウムイオン電池は車載用電池にとして利用されているため、災害時に、車から取り外してきて、ダイレクトメタノール型燃料電池とつなげて、二次電池として使用することも可能であり、災害時の汎用性が高い組合せである。
【００１７】
前記二次電池の容量としては、５時間率容量として２０Ａｈ〜３ｋＡｈのものを使用することが好ましい。特に好ましくは、３５Ａｈ〜２ｋＡｈである。２０Ａｈ以下であると、電池の容量が不足する傾向にあり、３ｋＡｈを越えると大きくなりすぎる傾向にある。一例として、２０Ｗのダイレクトメタノール型燃料電池を使う場合２０Ａｈ〜１００Ａｈ、４０Ｗの場合３０Ａｈ〜１６０Ａｈ、１００Ｗの場合４０Ａｈ〜４００Ａｈ、５００Ｗの場合５０Ａｈ〜１ｋＡｈ、１ｋＷの場合８０Ａｈ〜２ｋＡｈが一つの目安である。
【００１８】
また太陽電池もダイレクトメタノール型燃料電池と同じく、二次電池の二次側に配置することで、二次電池を充電する構成をとることによって、ダイレクトメタノール型燃料電池の動作時間を低減させることが可能であるため、さらに好ましい構成であり、長時間シェルター内に電力を供給することも可能である。
【００１９】
太陽電池と二次電池のみからなる電力供給方法の場合、太陽電池は、シェルターの外に設置する必要があるため、災害発生時の物理的なダメージにより破損し、使用できない可能性もある。一方、前述のようにダイレクトメタノール型燃料電池は、非常にクリーンな発電方法であることから、シェルター内部で保管・使用することが可能であるため、シェルター自身にダメージがない場合、破損するような可能性は小さく、災害発生後も安定して電力を供給できる可能性が高いという特徴を有する。
【００２０】
前記太陽電池の出力としては、１００Ｗ〜５ｋＷの範囲が好ましく、特に好ましくは１８０Ｗ〜４ｋＷの範囲であり、さらに好ましくは１８０Ｗ〜２ｋＷである。太陽電池の実質的な発電能力は定格出力の１０％程度であることから、１８０Ｗ以下であると、充分に電気を供給することが難しく、５ｋＷを越えると、大面積となりすぎ、災害時に破損しやすい可能性が高くなるため好ましくない傾向にある。
【００２１】
ダイレクトメタノール型燃料電池から発生する排ガスはシェルターの外部に排出されることが好ましい。ダイレクトメタノール型燃料電池から発生する排ガスは、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯなどほぼ含まれないクリーンなものであるが、メタノールと空気中に含まれる酸素の化学反応によって生成する二酸化炭素を含むために、シェルター内部に排ガスを放出するとＣＯ２濃度が高くなるため、好ましくない傾向にある。そのため、排ガスはシェルター外に排出する方が好ましい。
【００２２】
また前記二次電池は、ＤＣ/ＤＣコンバーター或いはＤＣ/ＡＣコンバーターの少なくともいずれかと接続することで、使用する機器と接続可能な形とすることが好ましい。接続する機器としては、例えばＬＥＤライト、ラジオ、テレビ、カーナビゲーションシステム、携帯機器、パソコン、無線機器、携帯電話、スマートホン、冷蔵庫、炊飯器、浄水器、など特に限定されるわけではないが、発電装置と二次電池の仕様に併せて選択することが可能である。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。
【００２４】
（実施例１）
ダイレクトメタノール型燃料電池として、ＳＦＣ  Ｅｎｅｒｇｙ社製ＥＦＯＹ９００ＪＰ(出力40W)を用い、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製鉛蓄電池caos75B24L(48Ah)と接続し、消費電力40Wの抵抗に接続し、ＥＦＯＹ９００ＪＰの排ガス用チューブはシェルターの外に出す形で運転を行った。図１に概念図を示す。１０Ｌのメタノールを燃料に、一日8時間運転したところ、約２０日間動かすことが可能であった。シェルター内の空気成分を分析したが大気と変わらないものであった。ノイズはダイレクトメタノール型燃料電池近くで２４ｄＢと静かであった。
【００２５】
（実施例２）
ダイレクトメタノール型燃料電池として、デンマークのＩＲＤ社製５００Ｗ発電機を用い、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製鉛蓄電池caos75B24L(48Ah)２個と接続し、さらに鉛蓄電池は、未来舎正弦波インバーターＦＩ−Ｓ２５６とも連結した。加えて鉛蓄電池には、出力３６０Ｗの太陽電池を接続した。インバーターの１００Ｖコンセントに消費電力１５０Ｗの液晶テレビと８０Ｗの蛍光灯を接続し動作させた。１５Ｌのメタノールを使って連続使用したところ、約６５時間動かすことが可能であった。ダイレクトメタノール型燃料電池の排ガスチューブをシェルターの外に出して運転したところ、シェルター内で特に問題は発生しなかった。ノイズはダイレクトメタノール型燃料電池近くで５５ｄＢ程度であった。太陽電池機能している際は、太陽電池から鉛蓄電池への充電が行われるため、ダイレクトメタノール型燃料電池は停止していることもあった。
【００２６】
（実施例３）  
実施例１において、排ガスチューブを外部に接続しない状態で運転した。ＣＯ濃度、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ホルムアルデヒドは検知できなかったが、ＣＯ２濃度が３９３ppmから１725ppmへと上昇した。シェルター内では、排ガスチューブは外部に接続する方が好ましいとわかった。
【００２７】
（比較例１）
実施例１において、ダイレクトメタノール型燃料電池を接続せず、鉛蓄電池のみを用いて消費電力４０Ｗの抵抗に接続したところ約２日間しか使用できなかった。このことからダイレクトメタノール型燃料電池を接続すると長時間、シェルターに電気を供給することが可能であり、シェルター内の生活環境をよりよく保てることがわかる。
【００２８】
（比較例２）
デンヨー製小型エンジン発電機ＤＡ−３１００ＳＳ−ＩＶ,燃料タンク容量１５Ｌを用いて、２５０Ｗの白熱電球を灯した。騒音が大きく、かつ排ガスには一酸化炭素、ＮＯｘ、ＳＯｘが含まれ危険であるため、シェルター内に入れることはできなかった。約１５時間で燃料が空になった。実施例２のダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池を連結した電源においては、騒音が小さく、かつ排ガスの問題がないためシェルター内で動作できたが、比較例２の方法によると危険でありできなかった。また動作時間も短く、電気を長時間供給することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のシェルターによると、シェルター内に安定的に長期間、電気を供給することが可能となり、これまで問題であったシェルターへの電気供給の問題を解決することができる。
【図１】
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