(57)【要約】      （修正有）【課題】商用電源に接続されていなくても、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、特に天候や周囲の環境に左右されることなく長期に連続駆動が可能な遠隔計測システムの提供。【解決手段】少なくとも、第一の空気フィルターを有するダイレクトメタノール形燃料電池と二次電池とを有し、ダイレクトメタノール形燃料電池によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを用いた遠隔計測システムであって、少なくともダイレクトメタノール形燃料電池は、ダイレクトメタノール形燃料電池の外側に配置される、設置環境に併せて選択及び交換可能な第二の空気フィルターを有する筐体内に格納された構造である。【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、第一の空気フィルターを有するダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池とを有し、ダイレクトメタノール型燃料電池によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを用いた遠隔計測システムであって、該ダイレクトメタノール形型燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池の外側に配置される、交換可能な第二の空気フィルターを有する筐体内に格納された構造であることを特徴とする遠隔計測システム。
【請求項２】
筐体に設置される第二の空気フィルターは、硫化水素ガスを吸着する機能を有することを特徴とする請求項１記載の遠隔計測システム。
【請求項３】
筐体に設置される第二の空気フィルターは、塩分を含有するミストを吸着する機能を有することを特徴とする請求項１記載の遠隔計測システム。
【請求項４】
請求項１乃至２のいずれかに記載の遠隔計測システムであって、第一の空気フィルターと第二の空気フィルターの間に濃度センサーが設置されており、濃度センサーで計測した対象物質濃度の計測値を、外部に出力する機構を持つ遠隔計測システム。
【請求項５】
請求項４記載の遠隔計測システムであって、対象物質濃度の計測値が、規定値以下、或いは規定値以上となった場合に、外部に出力する機構を持つ遠隔計測システム。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の遠隔計測システムに用いられる筐体。
【請求項７】
請求項４乃至５のいずれかに記載の遠隔計測システムに用いられる、濃度センサーで計測した対象物質濃度の計測値を、外部に出力する機構を持つ計測・出力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に天候や周囲環境に左右されず、長時間の連続駆動が可能な独立電源を有する遠隔計測システムである。例えば、火山近郊や、海岸の近くなど測定環境が変わっても簡便に対応でき、また温度による路面凍結の監視、地滑り、地震などの災害監視、周辺環境や状態の監視に必要な計測に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
これまで、遠隔地での計測機器の例として二次電池を用いたものが多数提案されている。例えば、ＣＯ２計測（特許文献１）、温度などの環境計測（特許文献２）、災害の検知（特許文献３）などが挙げられる。しかしながら、これらの機器は、二次電池の容量の範囲でしか稼動することができず、長期間連続的に使用する場合には、二次電池の交換などのメンテナンスが必要であった。
【０００３】
二次電池に電気エネルギーを補給するために、風力発電装置や太陽光発電を組み合わせることも可能であるが、自然エネルギーを利用した発電システムであるため、安定的な電源確保が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２―８３２９４号公報
【特許文献２】特開２００９―８９６０５号公報
【特許文献３】特開２００１―２８３３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
商用電源に接続されていなくても、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、天候や周囲の環境に左右されることなく長期に連続駆動が可能な遠隔計測システムの提供。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、次に示す遠隔計測システムを提供する。
【０００７】
（１）少なくとも、第一の空気フィルターを有するダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池とを有し、ダイレクトメタノール型燃料電池によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを用いた遠隔計測システムであって、さらに該ダイレクトメタノール形燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池の外側に配置される、設置環境に併せて選択及び交換可能な第二の空気フィルターを有する筐体内に格納された構造であることを特徴とする遠隔計測システム。
（２）筐体に設置される第二の空気フィルターは、硫化水素を吸着する機能を有することを特徴とする（１）記載の遠隔計測システム。
（３）筐体に設置される第二の空気フィルターは、塩分を含有するミストを吸着する機能を有することを特徴とする（１）記載の遠隔計測システム。
（４）（１）乃至（２）のいずれかに記載の遠隔計測システムであって、第一の空気フィルターと第二の空気フィルターの間に濃度センサーが設置されており、濃度センサーで計測した対象物質濃度の計測値を、外部に出力する機構を持つ遠隔計測システム。
（５）（４）記載の遠隔計測システムであって、対象物質濃度の計測値が、規定値以下、或いは規定値以上となった場合に、外部に出力する機構を持つ遠隔計測システム。
（６）（１）乃至（３）のいずれかに記載の遠隔計測システムに用いられる筐体。
（７）（４）乃至（５）のいずれかに記載の遠隔計測システムに用いられる、濃度センサーで計測した対象物質濃度の計測値を、外部に出力する機構を持つ計測・出力システム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の遠隔計測システムは、商用電源に接続されていなくても、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、特に周囲の環境に左右されることなく長期に連続駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の遠隔計測システムの一例を示した構成図である
【図２】本発明の遠隔計測システムの一例を示した構成図である
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における遠隔計測システムは、遠隔計測と、独立型電源として第一の空気フィルターを有するダイレクトメタノール型燃料電池によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを持つ遠隔計測システムであり、さらに該ダイレクトメタノール型燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池の外側に配置される設置環境に併せて選択及び交換可能な第二の空気フィルターを有する筐体内に格納された構造であることを特徴とする。概念図を（図１）に示す。 遠隔計測の種類や構造、数などは限定されるものではなく、任意に選ぶことが可能であり、例えば、雨量計、地震計、温湿度計、地すべりセンサー、濃度計、監視カメラ、赤外線センサー、気圧計、風速計、水位センサー、圧力センサー、変位センサー、地下探査、放射性物質濃度センサー、放射線量センサー、などである。また、無線通信機器など、その他機器と併せて使用することは有用であり、遠隔計測で得られたデータを、無線通信機器によって送信し、別の場所で遠隔モニタリングすることができる。
【００１１】
本発明の遠隔計測システムにおいては、遠隔計測とともに、独立型電源としてダイレクトメタノール型燃料電池によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを持つ点に特徴がある。多くの場合、遠隔計測用電源としては、商用電源が利用されているが、場所によっては商用電源の使用が困難であるという問題が有る。商用電源への接続が困難である場合に、電力供給手段として太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電などの自然エネルギーを利用した発電システムを用いることはすでに提案されているが、太陽光発電には、積雪や降雨などの天候不順、及び周囲環境によって日照時間が減少すると、発電量もそれに応じて低下してしまう問題があり、風力発電には、風速が小さすぎても大きすぎても発電ができず、また、山間部のくぼ地など設置場所によっては利用が困難であるといった問題があり、水力発電には降雨量が減少すると発電できなくなるという問題があり、地熱発電では設備が大規模であるため、費用が多大になるという問題がある。
【００１２】
それに対して、本発明の遠隔計測システムは、ダイレクトメタノール型燃料電池によって安定に二次電池に充電することができ、太陽光発電などの自然エネルギーを利用した発電システムと組み合わせた場合においても、自然エネルギーを利用した発電システムからの発電量が低下した場合においては、ダイレクトメタノール型燃料電池が減少分を補うことによってさらなる安定化、長期間駆動ができるという利点がある。
【００１３】
しかしながら、周辺環境によって、ダイレクトメタノール型燃料電池の寿命や出力が異なると言う問題が存在する。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。この反応用いる触媒は、白金や白金ルテニウム合金などの白金系化合物が主題であるが、メタノールや空気中の不純物により被毒しやすいという欠点がある。メタノールは、純度や不純物を管理したものを使うことができるが、空気については、周辺の空気を利用するため、周辺環境の状況によっては、被毒の問題が顕著である。
【００１４】
そのため本発明において使用するダイレクトメタノール型燃料電池は、少なくとも第一の空気フィルターを有するものである。さらには、好ましい実施様態としては該ダイレクトメタノール型燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池の外側に配置される、設置環境に併せて選択及び交換可能な第二の空気フィルターを有する筐体内に格納された構造でることを特徴とする。空気フィルターの種類としては、特に限定されるものではないが、例えば粉塵用フィルター、エレクトレットフィルター、活性炭フィルター、不織布フィルター、ガラスのＨＥＰＡ・ＵＬＰＡフィルター、ウレタンフィルター、など公知のものを使用することができるし、組み合わせても良い。概念図を（図１）に示す。筐体の機能としては、ダイレクトメタノール型燃料電池をはじめとして筐体内部に設置する電池等を周辺環境から保護しつつダイレクトメタノール型燃料電池にクリーンは空気を供給する。筐体自体の材質としては、金属、樹脂コートした金属、樹脂、ＦＲＰ、木材、発砲スチロール、あるいはそれらの組合せなどから適宜選択することが可能である。
【００１５】
周辺環境の影響により、用いるフィルターの選択が必要であるが、ダイレクトメタノール型燃料電池の第一の空気フィルターのみで賄う場合、個々の設計が必要となるため好ましくなく、場合によっては、フィルター機能の低下により、電池性能・寿命の低下に繋がる。従って本発明では、筐体に交換可能な第二のフィルターを設け、第二のフィルターを選択することにより、この問題を解決した。例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池の性能に悪影響する具体的な化合物としては、硫化水素や塩分などがある。硫化水素は火山活動を監視する際など、特に影響が大きく、対処必要なものであるが、観測地点として必ずしも多くないため、一般的な系とは言えない。そこで本発明の構成によると、硫化水素吸着能力の高い空気フィルターを第二のフィルターとして設置することでこの問題を解決できる。また海岸での監視のように、海水からのミストの影響を受ける監視の場合、塩分の影響が顕著である。同様に、塩除去性能の高いフィルターを第二のフィルターとして用いることで問題を解決できる。このように本発明の構成によると、周辺環境に併せて簡便に対応できる遠隔監視システムを提供可能である。硫化水素ガス用フィルターとしては、物理吸着のほか、硫化水素と反応吸着する成分を添着したフィルターは好適な例である。塩分対策用フィルターとしては、潮解対策を行ったフィルターは特に好ましい。
【００１６】
また本発明においては、第一のフィルターと第二のフィルターの間に、対象成分を測定可能な濃度センサーを設置することは好適な手法である。第二のフィルターが寿命に達すると、筐体内部の対象物質濃度が上昇し、場合によっては、第一のフィルターも寿命に達し、ダイレクトメタノール型燃料電池の性能や寿命に影響する。このような問題解決のため、第一のフィルターと第二のフィルターの間に濃度センサーを設置し、監視することで、影響がダイレクトメタノール形燃料電池に及ぶ前に発見することが可能である。そのため、より好適に遠隔計測システムをメンテナンスしながら動作することが可能である。濃度センサーの種類は目的に応じて選択可能である。例えば酸素濃度センサー、硫化水素ガス濃度センサーなどのガスセンサー、温湿度センサー、臭いセンサー、などがある。
【００１７】
併せて濃度センサーが検知した値を、無線通信により外部に信号として取り出すことは好ましい方式である。無線通信技術としては、特に限定されるものではなく、無線ＬＡＮ、衛星通信、携帯電話、ＰＨＳ、などは好適な例である。なお電話などをその伝搬の途中で受け取ることで、伝送される情報を第三者が傍受できる。このため、第三者による情報の復元が困難な変調方式を用いたり、そもそも情報自体を暗号化するなどの手段を講じることもこのましい。概念図を（図２）に示す。 
【００１８】
ダイレクトメタノール型燃料電池に触媒被毒の原因となる物質が混入することを防ぐため、濃度センサーによる管理範囲を決めることは有効である。規定濃度以上、あるいは以下となった場合に、無線通信により、外部に信号を出す機構を付与することで、フィルター交換時期を知らせることが可能となり、常時良好な環境で動作させることができる。
【００１９】
その他の燃料電池として、純水素を燃料とするものや、メタノールなどを改質して発生させた水素を燃料とするもの、ギ酸、ジメチルエーテル、水加ヒドラジン、ボロハイドライド塩水溶液などの液体を燃料に用いる燃料電池が知られている。しかしながら、純水素を貯蔵するために高圧のボンベを用いると、多くの保守が必要になるという問題がある。また、水素吸蔵合金を用いた場合には、重量あたりの貯蔵量が少なく、燃料交換が困難であるという問題もある。さらに、水と水素化カルシウムなど、化学反応によって水素を発生させることもできるが、反応の制御が難しく、断続的な運転に対応することが難しいため、本用途には適していない。メタノールなどを改質する場合には、そのための設備が必要になり、装置の大型化、重量化の問題が生じると共に、改質部分で高温が必要であるため、周囲への影響が生じる場合がある。ギ酸などのそのほかの液体燃料を用いる燃料電池は、未だ多くの技術課題があり、使用が困難である。その点、ダイレクトメタノール型燃料電池は、液体のメタノールを用いるためエネルギー密度が高く、取扱いも簡便であり、燃料電池としての技術も実用レベルにあるため、最も適している。
【００２０】
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機構を付与することにより、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、遠隔計測に長時間電気を供給することができる。よって遠隔計測を常時安定的に、信頼性の高い状態で動作させることが可能である。
【００２１】
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２５Ｗ〜１ｋＷであり、より好ましくは２５Ｗ〜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、かつ大型となるので、遠隔計測システムには向かない傾向にある。
【００２２】
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、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池である。鉛蓄電池やニッケル水素電池は安全性の高い電池であり、本発明の遠隔計測システムにおいて信頼性の高い遠隔計測システムを提供することに有効である。リチウムイオン電池は小型化が可能なため、持ち運びに優れるといったメリットを提供することができる。また、二次電池としては、繰返し充放電に耐久性があるものが好ましく、ディープサイクル鉛蓄電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池が好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の遠隔計測システムは、ダイレクトメタノール型燃料電池と二次電池を組み合わせる特徴を有しており、独立型電源として静音性に優れる特徴がある。化学反応により発電するため、一般的なエンジン式の発電機とは異なり静かなため、遠隔計測システムとして発見されにくい特徴がある。その特徴を活かすため、１ｍ離れた場所での騒音が４０ｄＢ以下であることが好ましく、より好ましくは３０ｄＢ以下である。４０ｄＢ以下のノイズとすることで、不審者に気付かれることなく状況を監視することが可能である。ダイレクトメタノール形燃料電池において、燃料供給或いは空気の供給のため、内部にポンプを有するが、その際、なるべく音の小さなポンプを選択することが重要であると共に、例えば発砲スチロールやゴムやサスペンションなどでポンプの振動を抑制する方法は、音を小さくするために好適に用いることができる。例えばポンプとしてはダイヤフラム式ポンプやスクリュー構造を持つポンプを使用することは好ましい方法である。
【００２５】
また本発明の遠隔計測システムにおいては、二次電池の電圧が低下した場合のみダイレクトメタノール型燃料電池が動作するため、効率的に燃料を利用できる特徴があり、かつ燃料であるメタノール或いはメタノール水溶液のタンク容量を調節することで長期間安定に動作させることがあのうであり、メタノールタンクの大きさを設定することで、好ましくは、１０日間以上燃料交換を行う必要のない遠隔計測システムにすることが望まれる。より適切には１５日以上、さらに好ましくは３０日以上燃料交換を行う必要がないことが好ましい。メタノールタンクの容量としては、３Ｌ〜４００Ｌが好ましく、さらに好ましくは５Ｌ〜８０Ｌである。メタノールタンクの容量が３Ｌ以下であると燃料交換頻度が高くなるため好適ではなく、一方４００Ｌを越えると安全性の配慮が必要であり、運搬にも不便である。
【００２６】
本発明では、自然エネルギーを用いた発電システムには太陽光発電、風力発電、水力発電との組み合わせにより、さらにメンテナンス頻度を低減することができ、さらに長期間の連続駆動が可能になる。自然エネルギーを用いた発電システムの中では、太陽光発電が安価で高出力を得やすいため好ましい。本発明においては、自然エネルギーを用いた発電システムが、二次電池に充電する機構を有していることが好ましい。充電する機構には、ダイレクトメタノール型燃料電池、と自然エネルギーを用いた発電システムとの調整機構と、二次電池の容量を監視して必要な際に発電システムからの充電ができる充電調整機構があることが好ましい。ダイレクトメタノール型燃料電池、二次電池、自然エネルギーを用いた発電システムのそれぞれが調整機構を有していてもよいし、複数を統括する機構であってもよい。
【実施例】
【００２７】
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。
【００２８】
（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(Ah)と接続した。同燃料電池と二次電池を囲う形であり、かつ空気フィルター設置用の空気取り込み口を有する筐体で覆った。燃料電池からの排ガスは、排ガス用配管を用いて、同筐体に設けた排気口に直結し、そこから排出される構成とした。燃料電池は、同筐体に設けた燃料取り込み口を経由し、メタノールタンクと接続し、燃料を供給する形とした。筐体に設置した空気フィルター設置用の空気取り込み口には、第二のフィルターとして東洋紡（株）製塩害中性能フィルター（ＤＳＬ−２８−９０）を取り付け、燃料電池駆動時は、この第二のフィルターを通って外気が取り込まれ、さらにＥＦＯＹ９００ＪＰに既設で取り付けられている第一のフィルターを通って空気が燃料電池に供給される構成とした。鉛蓄電池から、消費電力５Ｗの温湿度測定システムに接続することで遠隔計測システムを構築した。同遠隔計測システムを海岸線に設置し、１０Ｌのメタノールを燃料に、一日２４時間の連続運転を行ったところ、約５０日間の連続使用が可能であった。
【００２９】
（比較例１）
実施例１において、第二の空気フィルターを設置せず、動作させたところ、約４０日間しか動作させることができなかった。燃料電池の性能が悪くなるとメタノール消費量が増加することから、このように第二の空気フィルターを設置した筐体内でダイレクトメタノール形燃料電池を動かすことで、周辺環境由来の悪影響を受けず、長時間、遠隔計測システムに電気を供給することが可能であり、安定的に動作可能であることがわかる。
【００３０】
（実施例２）
実施例１の遠隔計測システムにおいて、第二のフィルターとして、火山性ガス除去用フィルターであるＨＳ−Ｓ−１００−ＳＵＳを使用し、火山近郊に設置し、動作させた。燃料電池と筐体間のスペースに、硫化水素ガス濃度検知器を設置（電源としては筐体内部の二次電池を使用）し、無線機器により硫化水素ガス濃度測定結果を、２時間に一度、外部に発信し、パソコンにて測定結果を確認した。また硫化水素ガス測定結果が１ｐｐｍを越える場合、直ちにデータを外部に発信し、同様にパソコンで情報を受け取った。１ヶ月に一度メタノールタンクを交換し、運転を継続した。３２６０時間経過時点で、硫化水素ガス濃度が１ｐｐｍを超えたので、第二のフィルターを交換し、さらにそのまま遠隔計測システムを動作させた。６ヶ月経過時点でも良好に計測を続けられている。
【００３１】
（比較例２）
実施例２において、第二のフィルターを設置せずに実験を行った。１ヶ月経過時点で、燃料電池からの出力が初期の半分まで低下し、２ヶ月経過時点で停止した。このように、本発明によらず、第二のフィルターを有する筐体を用いない場合、火山近郊で遠隔計測システムを良好に動作させることはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の遠隔計測システムは、周辺環境によらず安定的に長期間駆動させることが可能なものであり、信頼性に優れる遠隔計測システムを提供することができる。
【図１】
2014110199.tif 000003
【図２】
2014110199.tif 000004