(57)【要約】【課題】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、燃料電池を用いて安定した電力を供給し、感知、計測の継続的な実施が可能な遠隔計測装置の提供。【解決手段】少なくとも（Ａ）感知装置または計測装置、（Ｂ）感知装置または計測装置からそれぞれ出力される結果を統合する装置、（Ｃ）統合した装置の出力を遠隔地に伝送する装置を有すると共に、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置に電力を供給する、出力電圧が直流６Ｖ以上３０Ｖ未満、出力が２Ｗ以上３２０Ｗ未満である燃料電池および、端子電圧４．９Ｖ以上６０Ｖ未満の二次電池から構成される電源装置（Ｄ）を有し、少なくとも該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の一つの動作電圧が電源装置(D)の供給電圧の変動範囲内である場合は、電源装置（Ｄ）から直接電力を供給し、または、動作電圧の該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の一つが動作電圧が電源装置（Ｄ）が供給する電圧の変動範囲より狭い場合に、電源装置と該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の間に、電圧安定化機能を有し、または、供給電圧の範囲外である場合には、電源装置（Ｄ）の供給電圧を該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の動作電圧に調整する機能を有し、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の動作電圧が交流の場合は、電源装置（Ｄ）の供給電圧を交流に変換する装置の何れか一つ以上を有し、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置に適切な電力を供給できとともに該（Ａ）〜（Ｄ）の装置およびその配線は、正極側、負極側ともに大地に対し絶縁されていることを特徴とする遠隔計測装置【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも（Ａ）感知装置または計測装置、（Ｂ）該（Ａ）から出力される結果を統合する装置、（Ｃ）該（Ｂ）で統合した装置の出力を遠隔地に伝送する装置を有すると共に、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置に電力を供給する、出力電圧が直流６Ｖ以上５０Ｖ未満、出力が２Ｗ以上１０００Ｗ未満である燃料電池および、端子電圧４．９Ｖ以上６０Ｖ未満の二次電池から構成される電源装置（Ｄ）を有し、少なくとも該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の少なくとも一つの動作電圧が電源装置（Ｄ）の供給電圧の変動範囲内である場合は、電源装置（Ｄ）から直接電力を供給し、または、動作電圧の該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の少なくとも一つが動作電圧が電源装置（Ｄ）が供給する電圧の範囲内にありかつ変動範囲より狭い場合に、電源装置と該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の間に、電圧安定化機能を有し、または、供給電圧の範囲外である場合には、電源装置（Ｄ）の供給電圧を該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の動作電圧の範囲内に調整する機能を有し、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の動作電圧が交流の場合は、電源装置（Ｄ）の供給電圧を交流に変換する装置の何れか一つ以上を有し、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置に適切な電力を供給できとともに該（Ａ）〜（Ｄ）の装置およびその配線は大地に対し絶縁されていることを特徴とする遠隔計測装置。
【請求項２】
前記（Ａ）〜（Ｃ）の装置に電力を供給する、太陽光発電装置、風力発電装置、小型水力発電装置からなる群より選択されてなる少なくとも一種以上の発電装置（Ｅ）を有することを特徴とする請求項１に記載の遠隔計測装置。
【請求項３】
前記（Ａ）〜（Ｄ）の装置およびその配線は、少なくとも正極側、負極側のいずれかの側が大地に対して絶縁されているとともに配線内にはすくなくとも１以上の避雷装置を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔計測装置。
【請求項４】
前記（Ｄ）電源装置は、電源装置の動作状況、発電量、発電装置周辺の温度、発電装置の燃料残量、（Ｄ）の出力電圧、又は二次電池の電圧からなる群より選択されてなる少なくとも一項目を監視すると共に、監視によって得られた値が、あらかじめ設定された期間、継続してあらかじめ設定された範囲から外れた場合、得られた動作状況があらかじめ設定された条件に合致する場合、前記設定値および監視された値、もしくは、設定された条件を、あらかじめ設定された送信先に送付する機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の遠隔計測装置。
【請求項５】
前記送信先に送付する手段としてショートメッセージサービス、簡易メール転送プロトコルの少なくとも何れか一つの手段を有することを特徴とする請求項４に記載の遠隔計測装置。
【請求項６】
前記（Ｄ）電源装置における運転条件や運転状況を外部から設定出来る機能を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の遠隔計測装置。
【請求項７】
前記（Ｄ）電源装置における運転条件や運転状況を外部から設定する手段として、ショートメッセージサービス、ポストオフィスプロトコル、簡易メール転送プロトコル、及びハイパーテキスト転送プロトコルからなる群より選択される少なくとも何れか一つの手段を使用することを特徴とする請求項６に記載の遠隔計測装置
【請求項８】
前記記載装置もしくは前記監視機能において前記（Ｄ）電源装置、（Ｆ）電源装置における運転条件や運転状況を外部から設定する伝送径路として、広帯域符号分割多元接続およびその後継規格、符号分割多重接続２０００およびその後継規格、ワールドワイド  インターオペラビリティ  フォー  マイクロウェーブ  アクセス、ロングタームエボリューション、衛星電話ネットワークからなる群より選択される少なくとも１以上の伝送径路を用いることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の遠隔計測装置。
【請求項９】
前記（Ｄ）を構成する燃料電池が直接メタノール型燃料電池であることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の遠隔計測装置。
【請求項１０】
前記（Ｄ）を構成する燃料電池の燃料として、濃度９０％以上９９．８％未満のメタノール溶液燃料を使用することを特徴とする請求項９に記載の遠隔計測装置。
【請求項１１】
前記（Ｄ）を構成する燃料電池の燃料として、濃度６０％以上９０％未満のメタノール溶液燃料を使用することを特徴とする請求項９に記載の遠隔計測装置。
【請求項１２】
前記（Ｄ）を構成する燃料電池の燃料として、濃度６０％未満のメタノール溶液燃料を使用することを特徴とする請求項９に記載の遠隔計測装置。
【請求項１３】
前記（Ｄ）を構成する二次電池として、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、バナジウム電池からなる群より選ばれる１種以上の電池であることを特徴とする請求項1〜１２のいずれかに記載の遠隔計測装置。
【請求項１４】
前記（Ｄ）を構成する二次電池として総容量が１６Ａｈ以上３０００Ａｈ以下の鉛蓄電池を使用することを特徴とする請求項１３に記載の遠隔計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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運転が可能であり、計測場所と監視場所が同じ位置には設置されていない環境計測装置に関するものである。
【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。電源としては、二次電池や太陽光発電装置や風力発電装置、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、二次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、数日ごとに二次電池の交換を余儀なくされている。また、晴天時に太陽光発電装置で発電された電力を二次電池に充電し、雨天時や夜間に先記二次電池に充電された電力を使用することも可能であるが、設備が大型化し、発電に必要な太陽光をえるために発電装置付近の木々の伐採が必要になるなどの課題があった。
【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し、感知、計測の継続的な実施を可能にする装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らが鋭意検討の結果、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（Ａ）感知装置または計測装置、（Ｂ）該（Ａ）から出力される結果を統合する装置、（Ｃ）該（Ｂ）で統合した装置の出力を遠隔地に伝送する装置を有すると共に、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置に電力を供給する、出力電圧が直流６Ｖ以上５０Ｖ未満、出力が２Ｗ以上１０００Ｗ未満である燃料電池および、端子電圧４．９Ｖ以上６０Ｖ未満の二次電池から構成される電源装置（Ｄ）を有し、少なくとも該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の少なくとも一つの動作電圧が電源装置(D)の供給電圧の変動範囲内である場合は、電源装置（Ｄ）から直接電力を供給し、または、動作電圧の該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の少なくとも一つが動作電圧が電源装置（Ｄ）が供給する電圧の範囲内にありかつ変動範囲より狭い場合に、電源装置と該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の間に、電圧安定化機能を有し、または、供給電圧の範囲外である場合には、電源装置（Ｄ）の供給電圧を該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の動作電圧の範囲内に調整する機能を有し、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置の動作電圧が交流の場合は、電源装置（Ｄ）の供給電圧を交流に変換する装置の何れか一つ以上を有し、該（Ａ）〜（Ｃ）の装置に適切な電力を供給できとともに該（Ａ）〜（Ｄ）の装置およびその配線は大地に対し絶縁されていることを特徴とする遠隔計測装置。
（２）前記（Ａ）〜（Ｃ）の装置に電力を供給する、太陽光発電装置、風力発電装置、小型水力発電装置からなる群より選択されてなる少なくとも一種以上の発電装置（Ｅ）を有することを特徴とする（１）に記載の遠隔計測装置。
（３）前記（Ａ）〜（Ｄ）の装置およびその配線は、少なくとも正極側、負極側のいずれかの側が大地に対して絶縁されているとともに配線内にはすくなくとも１以上の避雷装置を具備することを特徴とする（１）又は（２）に記載の遠隔計測装置。
（４）前記（Ｄ）電源装置は、電源装置の動作状況、発電量、発電装置周辺の温度、発電装置の燃料残量、（Ｄ）の出力電圧、又は二次電池の電圧からなる群より選択されてなる少なくとも一項目を監視すると共に、監視によって得られた値が、あらかじめ設定された期間、継続してあらかじめ設定された範囲から外れた場合、得られた動作状況があらかじめ設定された条件に合致する場合、前記設定値および監視された値、もしくは、設定された条件を、あらかじめ設定された送信先に送付する機能を有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の遠隔計測装置。
（５）前記送信先に送付する手段としてショートメッセージサービス、簡易メール転送プロトコルの少なくとも何れか一つの手段を有することを特徴とする（４）に記載の遠隔計測装置。
（６）前記（Ｄ）電源装置における運転条件や運転状況を外部から設定出来る機能を有することを特徴とする（４）又は（５）に記載の遠隔計測装置。
（７）前記（Ｄ）電源装置における運転条件や運転状況を外部から設定する手段として、ショートメッセージサービス、ポストオフィスプロトコル、簡易メール転送プロトコル、及びハイパーテキスト転送プロトコルからなる群より選択される少なくとも何れか一つの手段を使用することを特徴とする（６）に記載の遠隔計測装置
（８）前記記載装置もしくは前記監視機能において前記（Ｄ）電源装置、（Ｆ）電源装置における運転条件や運転状況を外部から設定する伝送径路として、広帯域符号分割多元接続およびその後継規格、符号分割多重接続２０００およびその後継規格、ワールドワイド  インターオペラビリティ  フォー  マイクロウェーブ  アクセス、ロングタームエボリューション、衛星電話ネットワークからなる群より選択される少なくとも１以上の伝送径路を用いることを特徴とする請求項（４）乃至（７）のいずれかに記載の遠隔計測装置。
（９）前記（Ｄ）を構成する燃料電池が直接メタノール型燃料電池であることを特徴とする、（１）から（８）のいずれかに記載の遠隔計測装置。
（１０）前記（Ｄ）を構成する燃料電池の燃料として、濃度９０％以上９９．８％未満のメタノール溶液燃料を使用することを特徴とする（９）に記載の遠隔計測装置。
（１１）前記（Ｄ）を構成する燃料電池の燃料として、濃度６０％以上９０％未満のメタノール溶液燃料を使用することを特徴とする（９）に記載の遠隔計測装置。
（１２）前記（Ｄ）を構成する燃料電池の燃料として、濃度６０％未満のメタノール溶液燃料を使用することを特徴とする（９）に記載の遠隔計測装置。
（１３）前記（Ｄ）を構成する二次電池として、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、バナジウム電池からなる群より選ばれる１種以上の電池であることを特徴とする請求項（１）〜（１２）のいずれかに記載の遠隔計測装置。
（１４）前記（Ｄ）を構成する二次電池として総容量が１６Ａｈ以上３０００Ａｈ以下の鉛蓄電池を使用することを特徴とする（１３）に記載の遠隔計測装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の遠隔計測装置は、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運転が可能である。また、複数の電源装置を組み合わせ、適切な条件で運転することで、燃料の消費をおさえて安定的に長期の連続駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】遠隔計測装置の概念図である。
【図２】遠隔計測装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における遠隔計測装置は、遠隔計測機能と独立型電源として自然エネルギーを利用する発電装置と燃料電池によって二次電池に電力を充電する機能を有する電源装置をもつ遠隔計測装置である。図１に概念図を示す。計測する対象や内容、数は限定されることなく計測の対象や内容によって選択することが可能であり、得られた計測結果を監視場所にむけて伝送することが可能な装置構成にすることも可能である。
【００１１】
本発明の遠隔計測装置においては、伝送装置を用いて計測装置の設置場所とは異なった監視場所に遠隔計測した結果の伝送ができることと共に、少なくとも燃料電池を用いて二次電池を充電する機能を有する電源装置を持つ点に特徴がある。遠隔計測装置用電源としては、商用電力を用いるのが一般的であるが、計測装置を設置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、水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。また、風量発電であれば、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、低気圧、台風、冬型の気圧配置等で等圧線の間隔が狭くなるような場合は、強風が発生し、風が強すぎる場合にも同様に発電が出来なくなる。水力発電の場合は、日照が続き降雨がなかったり、冬期など、水路の凍結が発生すると水量が低下して十分な発電量を確保できないなどの問題がある。
【００１２】
それに対し本発明の遠隔計測装置では、燃料電池により安定的に二次電池に電力を供給することができ、自然エネルギーを利用した発電装置と組み合わせることで、自然エネルギーによる発電において発生が不可避な電力供給の低下が発生した場合に、燃料電池が不足する電力量を補うことにより、さらに安定かつ長期間の駆動が可能になるという利点がある。
【００１３】
本発明の環境計測装置の感知装置は、感知対象とする物理現象が一定の範囲を超えた場合に電気信号を出力するなどの機能を有するものであり、例えば、水位があらかじめ設定された値を超えた場合に、電気信号を発生させるような装置類があげられる。また、計測装置は、計測対象とする物理現象の変化を電気信号の変化として出力するなどの機能を有するものであり、たとえば、位置の変位を電気信号に変換して伝達するような機構をもった装置類があげられる。変位センサや歪み計などのセンサー類が代表的なものである。
また、監視カメラなどは、光学情報を電気信号に変換する計測装置として使用してもよいし、逐次画像を比較し何らかの変化が見られた場合にその差分やあらかじめ変化パターンを設定しておき、変化パターンが設定済みのパターンと一致したときに、電気信号を発生させる感知装置としての使い方をしてもよい。
【００１４】
一般に、感知装置や計測装置が発した電気信号を個別に扱うと個々に伝送装置が必要になるが、本発明の環境計測装置は、感知装置はや計測装置が発した、複数の電気信号をまとめ、１台のデータ伝送装置で計測結果の伝送ができる統合装置を有する。統合装置からの出力は伝送装置に接続される。伝送装置は、統合装置からの出力を遠距離に伝送する機能を有する。伝送装置の伝送径路は、有線、無線のいずれの方式を取ってもよいが、設置場所の制約が少なく、保守も簡単な無線方式がより適している。また、空中線が小さくなる極超短波より波長の短い電波を用いることもできるし、空中線が大きくなるが回折効果等により、見通しのきかない範囲に伝送が可能な長い波長の電波を用いることもできる。さらに、伝送装置、もしくは空中線の上空に見通しが可能であれば、人工衛星等を利用する方法を用いることもできる。送信手段としては、ショートメッセージサービスを使用することが望ましい。より好ましくは簡易メール転送プロトコルの使用が望ましい。さらに、運転条件や運転状況を外部から設定する手段として、ショートメッセージサービス、ポストオフィスプロトコル、インターネットメッセージ アクセス プロトコル、簡易メール転送プロトコル、認証つき簡易メール転送プロトコル、ハイパーテキスト転送プロトコルの使用が望ましいが、データのセキュリティを考慮すると、認証つき簡易メール転送プロトコルの使用がより望ましい。また伝送径路には、広帯域符号分割多元接続およびその後継規格、符号分割多重接続２０００およびその後継規格、ワールドワイド  インターオペラビリティ  フォー  マイクロウェーブ  アクセス、ロングタームエボリューションのいずれの径路をとってもよいが、設置場所がサービスエリアに含まれていれば、より伝送する情報量が多い径路を使用するのがのぞましい。
【００１５】
前記、電源装置の運転状況は、装置がモニター機能を有していて、装置外部に情報を発信でき、前記伝送装置から情報を発信出来てもよいし、本機能を有していなくても、電源装置の電圧を計測し、計測装置に電圧変化のパターンにより装置の異常と判断する機能を有していれば、異常と判断したときに伝送装置を経由して遠隔地に異常情報を伝達する方法でも良い。さらに外部から電源装置の運転条件を設定出来れば、電源装置を最適な条件で運転することもできる。
【００１６】
前記、感知装置、計測装置、統合装置、伝送装置への電力は、電源装置から供給される供給される電力は、直交変換装置を付加して交流で供給しても、二次電池から供給される直流のいずれでもよいが、各装置の動作電圧が同じであれば、変換損失がない、直流方式が望ましい。電源装置として燃料電池を用いると二次電池に電力を供給することができる。
燃料電池は、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る。また、燃料電池の出力電圧が低いと安全に取り扱えるが、同じ出力電力であれば、電流値が大きくなり電気配線での損失が大きくなり配線の断面積を大きくする必要がある。また、電圧が高いと、電流値が低くなるので、電気配線での損失は小さくなるが、むやみに高電圧にすると、感電の危険を伴うことから出力電圧は直流６Ｖ以上３０Ｖ未満が望ましい。燃料電池の出力電力は、小さいと発電の頻度が高くなり、スタックの寿命が短くなる。大きいと消費電力の大きい負荷にも対応出来るが、接続する二次電池や燃料消費量が大きくなるので可搬性が落ちる。選定にあたっては、電源装置に接続された負荷の消費電力と消費パターンに対し、適切な出力のものを使用するのが望ましい。設置時の可搬性を考慮すると出力電力は２Ｗ以上１０００Ｗ未満であることがより望ましい。燃料電池の実施形態としては、固体高分子分子型燃料電池を用いることが一般的であるが、燃料となる水素が発火性なので取り扱いには、注意を要する。
【００１７】
さらに燃料電池の中でも好ましい実施様態であ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イオン交換膜を用い、膜の表面に触媒電極微粒子と、ガス拡散電極層が直接接合されており、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を、カソード側に空気をそれぞれ供給することで触媒を用いた化学反応により電力を発生させる発電システムである。燃焼・爆発等が発生する内燃機関と異なり原理的に運転音が静かな発電機である。また、排ガスはクリーンであり、ＳＯｘやＮＯｘを発生しない特徴をもち、装置が設置された場所における環境に対して負荷をかけないという特徴を持つ。
【００１８】
前記ダイレクトメタノール型燃料電池には燃料としてメタノールもしくは、メタノール希釈液が用いられる。希釈液濃度が低下するに従い、反応によって発生する水分が増加するが、発生した水分は冷却や濃度調整に用いることで、反応に必要な水分を確保でき、水分の補充が不要となる利点がある。また、濃度が６０％未満であれば、保存条件が緩和される。一方、６０％以上９０％未満であれば、燃料比率がアップするので反応効率があがることで見かけの燃費が向上する。また、濃度が９０％以上９９．８％未満になると燃料比率が上がることで、反応効率がよくなり、見かけの燃費が向上し、さらに余剰となって排出される水分が少なくなるので、寒冷地使用における凍結防止に役立つ。これらの濃度は、感知計測する対象や連続計測時間等により適切に選択されるのが望ましい。
【００１９】
前記ダイレクトメタノール型燃料電池を二次電池と組み合わせ、二次電池の充放電状態を検知しつつ燃料電池の発電量を制御することで、発電が必要なときにのみ燃料電池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、遠隔計測において長時間にわたり電力を供給することができる。また、この機能は他の発電装置と組み合わせた場合にも同様に動作するので、自然エネルギーを利用した発電装置と組み合わせる場合において、この装置において十分な発電量が得られる場合は、燃料電池の発電を停止させることができ、さらに燃料電池の燃料消費量を低下させ、安定した長時間の運転が可能となり、長時間の連続計測が可能となる。
【００２０】
前記二次電池は、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。また二次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。
【００２１】
前記二次電池の端子電圧としては、４．９Ｖ以上６０Ｖ未満のものを使用するのが望ましい。特に好ましくは、６Ｖから３０Ｖである。二次電池の端子電圧は、同時に使用する燃料電池の出力電圧に合わせることが望ましいが、電源装置に接続される感知装置、計測装置、結果を統合する装置、遠隔地に伝送する装置の電圧に合わせてもよい。また、容量としては、５時間率容量として、１６Ａｈ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。１６Ａｈ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のダイレクトメタノール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。
【００２２】
前記燃料電池の運転時間は、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の容量に依存する。したがってタンク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。タンクの大きさを適切に設定することで、好ましくは、１０日以上燃料を補充する必要がない遠隔計測装置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日以上燃料補充を行うことが望ましい。タンクの容量としては、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。
【００２３】
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（Ｄ）と組み合わせることにより、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、発電した電力を二次電池に充電できる機構を有することが好ましい。さらに前記の充電できる機構には、燃料電池を含む他の発電装置の発電電力や二次電池の電圧を監視し、発電機の電力供給開始、電力供給停止、発電量、電力供給量の調節などの制御機能を有することがなお好ましい。これらの制御機能は、いずれかの発電装置が有していてもよいし、それぞれの発電装置が有していてもよい。
【００２４】
さらに好ましい実施様態においては、二次電池の電圧を監視し、発電装置（Ｄ）及び／又は燃料電池の電力供給開始、電力供給停止を制御する遠隔計測装置において自然エネルギーを利用する発電装置（Ｄ）の電力供給停止電圧の値を、燃料電池の発電停止電圧より高く設定することで、発電装置からの電力供給により二次電池に電力が充電され当該電池の電圧が上昇するとまず、燃料電池の発電停止電圧に達する。燃料電池が発電を行っていた場合、この電圧で燃料電池は運転を停止し、以後、自然エネルギーを利用する発電装置から電力が供給される。以降、自然エネルギーの供給不足など、何らかの理由で該発電装置からの供給電力が低下し、監視する二次電池の電圧が燃料電池の発電開始電圧に低下するまで、自然エネルギーを利用する発電装置からの電力が優先的に供給される。この間、燃料電池は発電を停止するので、当該発電装置の運転する割合が低くなり、燃料電池の燃料消費量を少なくすることができ、長時間、安定的に電力を供給することが可能となる。電力供給停止電圧の設定は、いずれかの発電装置において可能であってもよい。より好ましくは、すべての発電装置が具備することが望ましい。図２に概念図を示す。
【００２５】
また、より好ましい実施様態においては、二次電池に鉛蓄電池を用いた場合、自然エネルギーを利用する発電装置の電力供給停止電圧を鉛蓄電池の充電終了電圧の８５％以上９８％未満に設定することで、充電終了時にみられる鉛蓄電池の電極における水素の発生を抑制することができ、計測装置の安全性が向上する。さらに、リチウムイオン電池を用いる場合は、充電終了電圧付近の電圧制御が難しく、たとえば、負荷の急激な変動により充電電圧が充電終了電圧をこえてしまうことがある。この場合、リチウムイオン電池の寿命を縮めるだけでなく、電池の故障や破損を招くことがある。自然エネルギーを利用する発電装置の電力供給停止電圧を低く設定することで、リチウムイオン電池へのダメージを押さえることができ、電池が安定して動作することが期待できる。
【００２６】
リチウムイオン電池の最大電圧は一例をあげると、セルあたり４．１Ｖに設定されることが多い。最大電圧が４．１Ｖに設定されている、該セルを４系統直列に接続して構成された電池の場合、１６．４Ｖが許容される最大電圧であり、１３．９４Ｖが８５％に、１６．０７２Ｖが９８％に相当する。同様に、該セルを7系統直列に接続して構成された電池の場合、２８．７Ｖが許容される最大電圧で、２４．３９５Ｖが８５％に、２８．１２６Ｖが９８％に相当する。さらに、該セルを１４系統直列に接続して構成された電池の場合、５７．４Ｖが許容される最大電圧で、４８．７９Ｖが８５％に、５６．２５２Ｖが９８％に相当する。それぞれの電池において適切な電力供給停止電圧を設定することで、過大な電圧を印加すること、および印加によって発生する障害を回避することができる。また、
最大電圧はそれぞれの電池によって適正値があるので、同様な手順で具体的な電圧を設定することが好ましい。
【００２７】
前記、感知装置、計測装置、統合装置、伝送装置、電源装置は、それぞれ電気的に接続されているが、屋外で使用することから天候の変化に対応出来ることがのぞましい。さらに望ましくは一時的に雷に対応出来ることがのぞましい。電灯線は配線の何れか片側が大地に対して接地されているので、接続される機器も通常、何れか片側が接地された状態になっている。このような場合に落雷の影響を受けると配線の片側に雷による誘導電圧が発生し、装置に悪影響を及ぼし、装置が故障することがある。本発明においては、それぞれの装置の配線を大地に対して絶縁することで、配線の正極、負極ともにほぼ等電位の誘導電圧が発生する。このような配線にすることで両極の電位が打ち消しあって、電位差は装置が故障するような電位差を発生しないので、装置が落雷から保護することができる。さらに望ましい使用形態としては、正極、負極の平衡を保つように配線し、装置間の配線は地中に埋設し、地中と配線は十分に絶縁することで地表に誘導される誘導電位の影響を受けにくくすることができる。さらに前記伝送装置に装置外部に設置可能な外部空中線を利用することで、電波強度が弱いエリアにおいても空中線で十分な利得を得ることが可能となり、安定した使用が可能となるが、空中線には一般に突起部分が存在し、誘導雷の影響を受け易くなる。装置配線の一部に避雷装置を具備することで、空中線部分を含む装置全体の電位を装置が耐えられる電位未満にすることができる。避雷装置は一ヶ所に設置されていればその効果を発揮するが、より望ましくは、二ヶ所以上に設置することで、電位が高い状態になっている時間を短くすることができ、装置の耐雷性を上げることができる。
【実施例】
【００２８】
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。
【００２９】
（実施例１）
ダイレクトメタノール型燃料電池として、ＳＦＣ社製のＥＦＯＹ１６００ＪＰ（発電量６５Ｗ）を用い、古河電池社製鉛蓄電池ＥＢ６５（１２Ｖ、６５Ａｈ）と接続し、合計消費電力５８Ｗの歪み計測センサ、カラービデオカメラ、水位計、雨量計、伸縮センサ、電源電圧計にデータ統合装置とデータ伝送装置を接続し、データ統合装置に二次電池電圧が１１．５Ｖ以下になるとショートメッセージを携帯電話に発信する機能をもたせ、地面の変位、雨量、水位の変位を計測でき、電源電圧の監視が可能な遠隔計測装置を構築した。濃度９０％、８０Ｌのメタノール燃料を使用し、２４時間／日の連続計測をおこなったところ、約５８日間の連続計測を行うことができた。５８日目に燃料不足による電圧低下が発生し、あらかじめ設定していた電圧低下のパターンの一つである基準電圧以下になったことで、ショートメッセージが送信され、燃料補給を行うことで計測を継続することができた。
【００３０】
（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および、電源電圧監視機能を使用せず、実施例１に記載の鉛蓄電池のみで遠隔計測装置を構成し、計測を行ったところ、約０．５日しか動作させることができなかった。また、鉛蓄電池を古河電池製鉛蓄電池ＥＢ１６０（１６０Ａｈ）３台に代えて同様の計測を行ったが、約４日しか動作させることができなかった。また、電圧低下による警告が送信されなかったので、計測も中断してしまった。このことからダイレクトメタノール型燃料電池を発電装置とショートメッセージ発信機能を使用すると長時間かつ安定的して、継続的に遠隔計測装置による計測を行えることがわかる。
【００３１】
（実施例２）
実施例１の遠隔計測装置に発電量１ｋＷの太陽光発電装置を接続し、二次電池としてＧＷＬＰＯＷＥＲ社のＷＢＬ―ＬＹＰ６０ＡＨＡを４個直列に接続した。太陽光発電装置の電力供給停止電圧を１４．８Ｖに設定し、燃料電池の充電開始電圧を１２Ｖ、発電停止電圧を１３Ｖに設定し、データ統合装置に二次電池電圧が１１．５Ｖ以下になるとショートメッセージを携帯電話に発信する機能を有効にして、冬期に北陸地方の山間部で動作試験を行ったところ、昼間で晴天であれば、日照が十分に得られ、太陽電池のみの発電が可能であったが、日照が少なくまた積雪により太陽発電装置が使用できないときの発電量は、急激に低下した。二次電池の電圧が燃料電池の発電開始電圧に低下したとき、燃料電池が発電を開始し当該装置の発電電力により補えたため、約９１日間の連続計測を行うことが可能であった。また、燃料電池の発電により、電源電圧は低下しなかったので警告が送信されず、計測が継続されていることが遠隔地でも確認出来た。
【００３２】
（比較例２）
比較例１の蓄電池を増強した遠隔計測装置に発電量１ｋＷの太陽光発電装置を接続した。また、ショートメッセージを携帯電話に送信する機能を有効にして、実施例２と同じ場所、同じ時期に試験を行ったところ、冬期に北陸地方の山間部で動作試験を行ったところ、冬期は日照が少なくまた積雪により太陽発電装置の発電量は、急激に低下したが、低下分を蓄電池で補ったため、蓄電池の残容量不足により、９０日間に１４回の蓄電池交換を実施することとなったが、電圧低下が発生し、ショートメッセージが携帯電話に送信されたため、燃料交換を行うことができ、計測の中断の中断は、交換時の１０分のみであったため大勢には影響しなかった。
【００３３】
（実施例３）
実施例２の遠隔計測装置において太陽光発電装置の代わりに発電量２００Ｗの風力発電装置５台を使用し、風力発電装置の電力供給停止電圧を１４．８Ｖに設定し、燃料電池の充電開始電圧を１２Ｖ、発電停止電圧を１３Ｖに設定し、二次電池の電圧が１１．５Ｖ以下になるとショートメッセ−ジが携帯電話に送信される機能を有効にして、山間部で動作試験を行ったところ、約３４日間の連続計測が可能であり、３４日目にショートメッセージが携帯電話に送信された。
【００３４】
（比較例３）
比較例１の蓄電池を増強した遠隔計測装置に発電量２００Ｗの風力発電装置を５台使用して接続した。山間部で試験を行ったところ、９０日間で２０回分の警告ショートメールが送信され、蓄電池交換が必要となった。
【００３５】
（実施例４）
実施例２の遠隔計測装置において、太陽光発電装置のかわりに発電量１ｋＷの超小型水力発電装置を使用し、超小型発電装置の電力供給停止電圧を１４．８Ｖに設定し、燃料電池の充電開始電圧を１２Ｖ、発電停止電圧を１３Ｖに設定し、二次電池の電圧が１１．５Ｖ以下になるとショートメッセ−ジが携帯電話に送信される機能を有効にして、冬期の山間部で動作試験を行ったところ、凍結による発電の停止が発生したが、燃料電池がその間発電を行い、この間に凍結が解凍され、水力発電が回復したため、９５日間の連続計測が行えた。この間は、二次電池電圧が１１．５Ｖ以下にならなかったために、警報ショートメールは送信されず、計測が継続出来ていることが遠隔地で確認出来ていた。
【００３６】
（比較例４）
比較例１の蓄電池を増強した遠隔計測装置に発電量１ｋＷの超小型水量発電装置を使用し、冬期の山間部で動作試験を行ったところ、１６日目に凍結が発生した。この際、蓄電池の電力により計測が続行できたが、蓄電池の持続期間３日以内に解凍しなかったため、電源装置の電圧低下が連続計測時間は１９日間となった。１９日目に警報ショートメッセージが送信され計測自体は継続することができた。
【００３７】
（実施例５）
実施例1の遠隔計測装置において機器間を平衡が保てるように配線し、高電圧実験室内で、雷インパルス耐電圧試験装置を使用し当該計測装置にインパルス電圧を印加したところ、当該装置および配線には、フラッシオーバー(絶縁破壊)は発生しておらず、インパルス電圧印加後も装置の運転を継続することができた。
【００３８】
（比較例５）
実施例５の遠隔計測装置の代わりに、ほぼ同じ形状、ほぼ同じ素材を使用して模型を作製し、配線の負極側を接地した状態にし、高電圧実験室内で、雷インパルス耐電圧試験装置を使用し当該計測装置にインパルス電圧を印加したところ、当該装置および配線にフラッシオーバー(絶縁破壊)が発生し、装置が故障した状態になった。
【００３９】
（実施例６）
実施例1の遠隔計測装置において機器間の負極側を接地し、避雷装置として富士電機製CN5D1D-Fを接続し、高電圧実験室内で、雷インパルス耐電圧試験装置を使用し当該計測装置にインパルス電圧を印加したところ、当該装置および配線には、フラッシオーバー(絶縁破壊)は発生しておらず、インパルス電圧印加後も装置の運転を継続することができた。
【００４０】
（比較例６）
実施例６の遠隔計測装置に装置の代わりに、ほぼ同じ形状、ほぼ同じ素材を使用して模型を作製し、配線の負極側を接地し、避雷装置を外した状態にして高電圧実験室内で、雷インパルス耐電圧試験装置を使用し当該計測装置にインパルス電圧を印加したところ、当該装置および配線にフラッシオーバー(絶縁破壊)が発生し、装置が故障した状態になった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の懸隔計測装置は、蓄電池の交換等の保守作業を大幅に低減して、長時間、安定的に連続計測を行うことが可能であり、信頼性の高い遠隔係争装置を提供することができる。
【図１】
2015211521.tif 000002
【図２】
2015211521.tif 000003