(57)【要約】      （修正有）【課題】降雪、積雪がある冬季などのように、自然エネルギーを利用する発電装置の発電量が低下するような条件下でも、安定した電力を供給する電源装置を提供する。【解決手段】雪センサー５からの出力で燃料電池１が自動に支柱を昇降し、燃料電池は雪に埋もれ窒息しない。積雪と共に支柱を上り、融雪と共に降り、強風にあおられず、安定した電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃料電池と蓄電池を有する電源装置であって、該電源装置は支柱及び雪センサーを備え、該電源装置は該支柱に対し昇降可能な機構を有すると共に、該雪センサーは該支柱下方位置に備えられ、該雪センサーからの出力により電源装置を昇降制御する機能を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記蓄電池は支柱下方位置に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電源装置を昇降制御する機能を使用し、積雪上面から２０〜１００センチメートル上に電源装置を維持する事を特徴とする請求項１に記載の電源装置を使用する方法。
【請求項４】
前記電源装置を昇降制御する機能を使用し、積雪上面から２０〜１００センチメートル上に燃料電池を維持する事を特徴とする請求項２に記載の電源装置を使用する方法。
【請求項５】
前記燃料電池がダイレクトメタノール燃料電池であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記燃料電池の燃料が、メタノールあるいはメタノール水溶液であることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記燃料電池の燃料が、濃度６０％未満のメタノール水溶液であることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記燃料電池の燃料が、濃度６０％以上９９．８％未満のメタノール水溶液を使用することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
前記蓄電池が、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、バナジウム電池からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の電池であることを特徴とする請求項1〜２、５〜８のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１０】
前記蓄電池として、鉛蓄電池を含むことを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記鉛蓄電池の容量が、３５Ａｈ〜３０００Ａｈの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と蓄電池とを組み合わせた電源装置である。特に積雪量の極めて多い寒冷地方や高地で使用されるに好適な積雪対策を備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国は国土の７０％以上が山地であり降水量が多いこと、河川の勾配が急峻であることから、洪水などや崖崩れ等の災害が発生しやすい。国土交通省の統計によれば、全国に
525,307箇所の土砂災害危険箇所が存在する。これらの災害の発生を防ぐために災害が予測される箇所に護岸工事、落石防護工事、のり面安定工事等の防災工事が施行されている。災害の発生が予測される箇所は数多く、工事の完成までには数年を要することからすべての危険箇所に工事が施行されているわけではない。（非特許文献１）
【０００３】
一方で計測技術、検知技術の発達により、落石の検知や河川の水位、土地の歪みを計測することで災害の発生を事前に検知することができるようになってきた。
【０００４】
これらを計測するには電源の確保が必要になる。災害の発生が予測される場所は、人家から離れていることが多く電力会社からの電気の供給がなされていないことがおおい。また土砂災害などの場合、発生源となるところでの観測が重要であり、山の中や高地での観測がおおく、平地に比べ気温が低く、積雪も多い。電源としては、蓄電池や太陽光発電装置や風力発電装置などの自然エネルギーを利用する発電装置のいずれか、または二者を組み合わせて使用される。しかし、蓄電池や自然エネルギーを利用する発電装置を電源として使用した場合、例えば太陽光発電装置であれば雨天時や降雪、積雪時に十分な発電量が得られない。このため冬季には、数日ごとに蓄電池の交換を余儀なくされている。蓄電池に比べて燃料が軽い燃料電池も検討されてきたが、発電の際、空気を必要とする為、積雪があり、本体が埋もれてしまう場所では使用できないという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】国土交通省  道府県別土砂災害危険箇所
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであり、特に降雪、積雪がある冬季などのように自然エネルギーを利用する発電装置において発電量が低下するような条件下でも、安定した電力を供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討の結果、以下の手段により、課題を解決しうる発明をなした。
（１）少なくとも燃料電池と蓄電池を有する電源装置であって、該電源装置は支柱及び雪センサーを備え、該電源装置は該支柱に対し昇降可能な機構を有すると共に、該雪センサーは該支柱下方位置に備えられ、該雪センサーからの出力により電源装置を昇降制御する機能を有することを特徴とする電源装置。
（２）前記蓄電池は支柱下方位置に備えられていることを特徴とする（１）に記載の電源装置。
（３）前記電源装置を昇降制御する機能を使用し、積雪上面から２０〜１００センチメートル上に電源装置を維持する事を特徴とする（１）に記載の電源装置を使用する方法。
（４）前記電源装置を昇降制御する機能を使用し、積雪上面から２０〜１００センチメートル上に燃料電池を維持する事を特徴とする（２）に記載の電源装置を使用する方法。
（５）前記燃料電池がダイレクトメタノール燃料電池であることを特徴とする(１)〜(２)のいずれかに記載の電源装置。
（６）前記燃料電池の燃料が、メタノールあるいはメタノール水溶液であることを特徴とする（５）に記載の電源装置。
（７）前記燃料電池の燃料が、濃度６０％未満のメタノール水溶液であることを特徴とする（６）に記載の電源装置。
（８）前記燃料電池の燃料が、濃度６０％以上９９．８％未満のメタノール水溶液を使用することを特徴とする（６）に記載の電源装置。
（９）前記蓄電池が、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、バナジウム電池からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の電池であることを特徴とする請求項（１）〜（２）、（５）〜（８）のいずれかに記載の電源装置。
（１０）前記蓄電池として、鉛蓄電池を含むことを特徴とする（９）に記載の電源装置。
（１１）前記鉛蓄電池の容量が、３５Ａｈ〜３０００Ａｈの範囲であることを特徴とする（１０）に記載の電源装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電源装置は、天候や周囲環境に左右されず、メンテナンス不要で長時間の発電が可能である。また、複数の電源装置を組み合わせることで安定的に長期の発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電源装置の実施形態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における電源装置は、独立型電源として少なくとも燃料電池によって蓄電池に電力を充電する機能を有すると共に、積雪時燃料電池の発電に必要な空気を確保する為、燃料電池を雪面上に維持させる昇降装置を有する電源装置である。
【００１１】
本発明の電源装置においては、蓄電池の電力消費を最小限に抑えながら、積雪地帯においても燃料電池を窒息させること無く、安定的に蓄電池に電力を供給することができる点に特徴がある。遠隔計測装置など、長時間ある程度の電力が必要となる物は、商用電力を用いるのが一般的であるが、電力を使用する場所によっては、商用電源の確保が困難であるという問題がある。商用電力を代替する電力供給手段としては、太陽光発電、風力発電等の自然エネルギーを利用した発電装置を用いることが提案されているが、たとえば太陽光の場合は、曇天、降雨、降雪、積雪などの気象条件や、森林、山等による発電量の低下がおこる。風力発電であれば、常時風が発生することはなくこの場合は、発電量が０となる。また、商用電源の確保が困難である場所は、高地であることが多く、数メートルの積雪になるところもある。その様なところは、風も強く、設置当初から予想される積雪以上のところに燃料電池を設けると、不安定になり最悪の場合支柱が折れる恐れがある。
【００１２】
それに対し本発明の電源装置では、雪センサーからの出力で燃料電池が自動に支柱を昇降するため、燃料電池が雪に埋もれ窒息による運転停止をする恐れがない。積雪と共に支柱を上り、融雪と共に降りてくるので、強風にあおられる恐れもない。
【実施例】
【００１３】
以下、図面により本発明の実施の形態を具体的に説明する。図１は本発明の電源装置の実施形態を示す正面図で、図中１は、燃料電池である。この燃料電池１は、アノード側に水素やメタノールなどの燃料を供給し、カソード側に空気を供給することで触媒を使用した化学反応により電気を産み出せる仕組みをもった発電装置である。燃焼ではなく化学反応による発電のため、排ガスには、ＮＯｘやＳＯｘの発生がなく、クリーンな特徴があり、設置場所の環境に対して負荷をかけないという特徴を持つ。燃料電池１は、ダイレクトメタノール燃料電池であることが好ましい実施様態である。
【００１４】
蓄電池２と燃料電池１組み合わせ、蓄電池２の電圧により燃料電池１の動作を制御することで、発電が必要なときにのみ燃料電池１を運転するので不必要に燃料を消費せず、燃料を有効に利用することができ、長時間にわたり電力を供給することができる。
【００１５】
蓄電池２は、特に限定されるものではないが、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、バナジウム電池等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、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使用に供された場合に安全性が高い電池であり、本発明の遠隔計測装置において信頼性の高い遠隔計測システムを提供するのに有効である。またリチウムイオン電池は小型化が可能であるため、可搬性に優れるという長所を提供できる。また蓄電池として要求される特性には、繰り返し充放電への耐性が高いサイクルユース鉛蓄電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池が好ましい。
【００１６】
蓄電池２は、容器に収められている。容器の材質は、布、プラスチック、金属等、特に限定されるものではないが、保温性を持ったものが望ましい。燃料電池と蓄電池を1つの容器に収めても良いし、分けて収めても良い。しかし、蓄電池を燃料電池と共に収めると、支柱を上る際大きな動力が必要となる為、燃料電池と蓄電池を別容器とし、蓄電池は支柱の基部に置く事が好ましい。
【００１７】
蓄電池２の容量としては、５時間率容量として、３５Ａｈから３ｋＡｈのものを使用するのが望ましい、特に好ましくは３５Ａｈから２ｋＡｈである。２０Ａｈ以下の容量だと電池容量が不足する傾向にあり、また過充電による劣化がおこる可能性が有る。また、３ｋＡｈ以上だと大きくまた重過ぎる傾向にある。一例として、発電量が２０Ｗの固体高分子電解質型燃料電池を使う場合には、２０Ａｈから１００Ａｈの容量を、４０Ｗの場合３０Ａｈから１６０Ａｈ、１００Ｗの場合４０Ａｈから４００Ａｈ、５００Ｗの場合５０Ａｈから１ｋＡｈ、１ｋＷの場合８０Ａｈから２ｋＡｈがひとつの目安となる。
【００１８】
燃料電池１の運転時間は、ダイレクトメタノール燃料電池の場合には使用するメタノールもしくは、メタノール水溶液を供給するタンク３の容量に依存する。したがってタンク３の容量を調節することで長時間安定して動作させることが可能になる。タンク３の大きさは使用する装置の電力、希望連続運転時間によるが、好ましくは、１０日以上燃料を補充する必要がないことが望まれる。より適切には、１５日以上、さらに好ましくは３０日以上燃料補充を行う必要がないことが望ましい。タンク３の容量としては、３Ｌから８０Ｌが好ましく、より好ましくは、５Ｌから３０Ｌである。タンク容量が３Ｌ未満であると燃料の補充頻度が高くなり、長時間の連続運転に適さない。一方、容量が８０Ｌをこえるとタンクの扱い、とくに持ち運ぶ場合、不便である。燃料電池とタンクを1つの容器に収めても良いし、分けて収めても良い。しかし、タンクを燃料電池と共に収めると、支柱を上る際大きな動力が必要となる為、燃料電池とタンクを別容器とし、タンクは支柱の基部に置く事が好ましい。
【００１９】
支柱４は長期間形態を維持するためには金属、特に錆びないステンレスやアルミ合金などが好ましい。形状は、円筒形、レール型、パンザマスト、烏帽子型等、特に限定されるものではないが、昇降しやすい形状が望ましい。またその高さは設置する場所の積雪量に左右されるが、最低でも２ｍ以上であることが望ましい。
【００２０】
支柱４の根元に温度や電気抵抗、赤外線等により雪の存在を認識する雪センサー５を設け、雪センサー５による出力に応じて燃料電池１を昇降させるようにする。降雪期には雪センサー５に感知された雪面の上部まで燃料電池１ は上昇する。これにより、燃料電池１が積雪により雪に埋もれて窒息することを防ぐ。夏期において雪が溶けたことが雪センサー５によって感知されると、燃料電池１は下がってくる。これにより重心が変わり不安定になる事を防ぐ。センサー５や燃料電池１を昇降させるモーターの動力源の電力は蓄電池２により供給する。
【００２１】
支柱４の上端には、遠隔計測装置などの通信用アンテナ６を設けた。通信媒体、アンテナ形状は設置場所の環境により変わる。
【００２２】
支柱４の上部には、太陽電池７を設置した。本発明では、燃料電池装置と太陽光発電装置、風力発電装置、小型水力発電装置などの自然エネルギーを利用する発電装置と組み合わせることができ、さらに長時間にわたり安定した電力がえられるため、長時間にわたる連続計測が可能となる。また、自然エネルギーを利用する発電装置には、発電した電力を蓄電池に充電できる機能を有することが好ましい。
【００２３】
支柱４の上端にはこれにおちた雷を安全に地面に逃がすことが出来る避雷針８ａを設け、この避雷針８ａからアース線８ｂを地面まで伸ばした。通常避雷針は通常最上端に設けるものであるため、実施形態では支柱４の上端に設けたが、必ずしもこの位置に限るものではない。
【００２４】
支柱４高さは前記にあるようにある程度の高さを持ち、かつ金属製であることが望ましい。そのため、落雷する可能性は高く、落雷した場合、燃料電池１や蓄電池２、センサー５、アンテナ６、太陽電池７等が損傷する可能性がある。避雷針８ａを設け、アース線８ｂにより雷を安全に地面に逃がすことにより、これらの危険性が少なくなる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、寒冷な環境でも、運搬・設置が容易な燃料電池を用いた発電システムを提供できる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・燃料電池
２・・・蓄電池
３・・・タンク
４・・・支柱
５・・・雪センサー
６・・・通信用アンテナ
７・・・太陽電池
８a・・・避雷針
８b・・・アース線
【図１】
2015211519.tif 000003