(57)【要約】【課題】  太陽電池を搭載した飛行船において太陽電池の発電能率を向上させる。【解決手段】  浮揚ガスが封入された袋体１０と、袋体１０の上部表面に設けられた第１の太陽電池２０と、電力が供給されることで推力を得ることができる推進手段１７、２３とを備え、第１の太陽電池２０が発電した電力を推進手段１７、２３に供給して飛行する飛行船であって、袋体１０の両側面に設けられ、前方に飛行する際に上面側と下面側における空気の流速の差で揚力を発生させる翼１１と、翼１１の上部表面に第２の太陽電池２１とを備え、第２の太陽電池２１が発電した電力を推進手段１７、２３に供給する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮揚ガスが封入された袋体（１０）と、前記袋体の上部表面に設けられた第１の太陽電池（２０）と、電力が供給されることで推力を得ることができる推進手段（１７、２３）とを備え、前記第１の太陽電池が発電した電力を前記推進手段に供給して飛行する飛行船であって、
前記袋体の両側面に設けられ、前方に飛行する際に上面側と下面側における空気の流速の差で揚力を発生させる翼（１１）と、
前記翼の上部表面に第２の太陽電池（２１）とを備え、
前記前記第２の太陽電池が発電した電力を前記推進手段に供給することを特徴とする飛行船。
【請求項２】
前記翼は伸縮可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の飛行船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池で発電した電力を駆動源として飛行する飛行船に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽電池を搭載した飛行船が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような飛行船は、船体表面に設置された太陽電池にて発電した電力でモータを駆動し、これによりプロペラを回転させて推進力を得ている。
【特許文献１】特開平５−１９３５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
太陽電池の発電効率を考慮すると、太陽電池の面積をできるだけ大きくすることが望ましいが、飛行船の船体において太陽電池を設置できる場所には限度がある。このため太陽電池のみでは電力が不足し、充分な推進力が得られない場合がある。
【０００４】
本発明は上記点に鑑み、太陽電池を搭載した飛行船において太陽電池の発電効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、浮揚ガスが封入された袋体（１０）と、袋体の上部表面に設けられた第１の太陽電池（２０）と、電力が供給されることで推力を得ることができる推進手段（１７、２３）とを備え、第１の太陽電池が発電した電力を推進手段に供給して飛行する飛行船であって、
袋体の両側面に設けられ、前方に飛行する際に上面側と下面側における空気の流速の差で揚力を発生させる翼（１１）と、翼の上部表面に第２の太陽電池（２１）とを備え、第２の太陽電池が発電した電力を推進手段に供給することを特徴としている。
【０００６】
このように、揚力を発生させる翼（１１）の上面にも太陽電池（２１）を設置することで、太陽電池全体の表面積を大きくすることができ、太陽電池全体の発電効率を向上させることができる。また、揚力を発生させる翼（１１）を設けることで、推進手段は前進のみに推進力を用いることができ、推進手段の消費電力を低減することが可能となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明のように翼を伸縮可能に構成することで、例えば飛行船が繋留されている際に風の影響等を受けにくくすることができる。
【０００８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本実施形態の飛行船の側面図である。図１に示すように、本実施形態の飛行船は、本体（エンベローブ）１０、主翼１１、垂直尾翼１２、１３、水平尾翼１４、ゴンドラ１６、プロペラ１７等を備えている。なお、本実施形態の飛行船は全長３０メートル程度である。また、飛行高度は１０００メートル以下の低空である。
【００１１】
図１に示すように、本体１０は葉巻型形状であって、中空の袋体状に形成されている。本体１０の内部には空気より軽い気体（浮揚ガス）が封入されており、これにより揚力が発生する。本実施形態では、浮揚ガスとしてヘリウムガスを用いている。本体１０の外皮には柔軟性を有する高分子多層膜を用いており、内部に気体が充填されることで本体１０の形状が保持される。また、本体１０の外皮に多層膜を用いることで、内部に充填された気体が外部に漏れにくくなる。
【００１２】
図２は、本体１０の内部構造を示している。図２に示すように、本体１０内部には、長手方向に直交する方向に円形のリブフレーム１０ａが複数設けられており、底面には底面フレーム１０ｂが設けられ、両側面には側面フレーム１０ｃが設けられている。これらのフレーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、軽量でかつ高強度な材料として例えばカーボンファイバーを用いることができる。このように本実施形態の飛行船は、柔軟性を有する本体１０と剛性を有するフレーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃとを組み合わせた半硬式飛行船である。
【００１３】
図３は、飛行船の平面図である。図３に示すように、本体１０の左右両側に主翼１１が設けられている。主翼１１は、飛行船が前方に飛行する際に、上面側と下面側における空気の流速の差で揚力を発生させることができる形状となっている。主翼１１は、軽量でかつ高強度な材料として例えばカーボンファイバーを用いることができる。主翼１１は中空形状であり、上記側面フレーム１０ｂに支持されている。
【００１４】
主翼１１は複数（本例では３個）の部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃからなる。本実施形態の主翼１１は伸縮可能に構成されている。飛行船から遠い側に位置する部材を飛行船により近い側に位置する部材の内部に収納することで、不要時には縮めることができるようになっている。具体的には、船体１０側の第１部材１１ａの内部に外側の第２部材１１ｂが収納され、第２部材１１ｂの内側にさらに外側の第３部材１１ｃが収納可能に構成されている。例えばスプリングのバネ力等で第２部材１１ｂ、第３部材１１ｃが外側に伸張するように構成するとともに、第２部材１１ｂ、第３部材１１ｃと本体１０とをワイヤ等で接続し、このワイヤを巻き取ることで外側の部材を内側の部材の内部に収納することができる。
【００１５】
図１、図３に示すように、本体１０の後方部には、飛行時における船体安定のための垂直尾翼１２、１３、水平尾翼１４が設けられている。図１に示すように下側垂直尾翼１３には、方向転換用プロペラ１５が設けられている。方向転換用プロペラ１７により、飛行船を左右方向に方向転換させることができる。
【００１６】
図４は、本実施形態の飛行船の正面図である。図１、図４に示すように、本体１０の中央付近の下部にはゴンドラ１６が設けられている。ゴンドラ１６の内部には、後述する燃料電池２２、電気分解装置２６、水貯蔵タンク２８、気液分離器２９等が搭載されている。ゴンドラ１６は、上記底面フレーム１０ｃに支持されている。図４に示すように、ゴンドラ１６の左右両側にはプロペラ１７が設けられている。これらのプロペラ１７は飛行船の進行方向に直交する水平方向を回転軸として回転可能に設けられており、飛行船は前進、後進、上昇、下降が可能となっている。また、左右のプロペラ１７の回転数を変えることで、飛行船を左右方向に方向転換させることができる。
【００１７】
図３に示すように、本体１０の上面に太陽電池（第１の太陽電池）２０が設けられている。さらに本実施形態の飛行船では、飛行時に揚力を発生させる主翼１１の上面にも太陽電池（第２の太陽電池）２１を設けている。
【００１８】
太陽電池２０、２１としては、軽量化および発電効率の点から本実施形態ではアモルファスシリコンカーボン太陽電池を用いている。本実施形態では、アモルファスシリコンカーボン太陽電池を用いて柔軟性を有する太陽電池パネルを形成し、パネル状の太陽電池２０を船体１０上面および主翼１１上面に貼付している。また、本体１０の外皮にアモルファスシリコンカーボン薄膜を直接堆積して太陽電池を形成することもできる。この場合には、太陽電池をより軽量化することができる。なお、太陽電池２０、２１の発電電力は日射量に比例する。
【００１９】
図５は、本実施形態の飛行船の回路構成を示している。図５に示すように、本実施形態の飛行船は、太陽電池２０、２１の他に、燃料電池２２、プロペラ１７を回転駆動するモータ２３、電気分解装置２４、第１、第２切替回路２５、２６、水素貯蔵容器２７、気液分離器２９、水貯蔵タンク２８等を備えている。
【００２０】
燃料電池２２は、水素と酸素の電気化学反応を利用して電力を発生するものである。本実施形態では、燃料電池２２として固体高分子電解質型燃料電池を用いている。燃料電池２２では、空気（酸素）と水素との電気化学反応により電気エネルギが発生する。
（水素極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（酸素極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
この電気化学反応により燃料電池２２内部で水が生成する。電気分解反応に用いられなかった未反応酸素を含む空気は、排気として燃料電池２２から排出される。生成水は、排気に含まれた状態で燃料電池２２外部に排出される。
【００２１】
モータ２３はプロペラ１７を回転駆動するものであり、本実施形態ではＤＣブラシレスモータを用いている。なお、モータ２３およびプロペラ１７が本発明の推進手段を構成している。
【００２２】
電気分解装置２４は、水の電気分解を行い、水素と酸素とを生成するものである。生成された水素は後述の水素貯蔵容器２７に貯蔵され、生成された酸素は大気中に放出される。本実施形態の電気分解装置２４は、イオン交換膜によって陽極と陰極とが仕切られているとともに、多孔質電極を用いている。
【００２３】
第１切替回路（電力供給先切替手段）２５は、太陽電池２０、２１の発電電力の供給先をモータ２３あるいは電気分解装置２４に切り替えるものである。第２切替回路（電力供給元切替手段）２６は、モータ２３への電源供給元を太陽電池２０、２１あるいは燃料電池２２に切り替えるものである。
【００２４】
水素貯蔵容器２７は、電気分解装置２４で生成した水素を貯蔵するとともに、必要に応じて燃料電池２２に水素を供給するものである。本実施形態の水素貯蔵容器２７は、水素を気体の状態で貯蔵するものであり、内部の圧力は大気圧より高圧となっている。水素貯蔵容器２７は図示しないバルブを備えており。バルブの開度を調整することで、燃料電池２２への水素供給量を調整することができる。
【００２５】
水貯蔵タンク２８は、予め所定量の水を貯蔵しており、貯蔵している水を電気分解装置２７に供給するものである。水貯蔵タンク２８には、気液分離器２９から水が供給される。気液分離器２９は、燃料電池２２の排気に含まれる燃料電池２２の生成水を分離して回収するものである。なお、気液分離器２９は本発明の生成水回収手段の一具体例を示すものである。
【００２６】
制御装置３０は、モータ２３の必要電力Ｐｒ、太陽電池２０、２１の発電電力Ｐｏを入力信号とし、第１切替回路２５、第２切替回路２６、水素貯蔵容器２７に水素供給信号を制御信号を出力するように構成されている。
【００２７】
次に、上記構成の飛行船の作動について説明する。太陽電池２０、２１は太陽光を受けることにより発電し、発電電力は第１、第２切替回路２５、２６を介してモータ２３に供給される。モータ２３はプロペラ１７を回転駆動し、推進力を得ることができる。
【００２８】
例えば日射量が充分であって飛行船が停止している場合等で、太陽電池２０、２１の発電電力Ｐｏがモータ２３の要求電力Ｐｒを上回った場合（Ｐｒ＞Ｐｏ）には、第１切替回路２５にて余剰電力（Ｐｏ−Ｐｒ）を電気分解装置２４に供給する。これにより、余剰電力を有効利用することができ、水貯蔵タンク２８に貯蔵されている水を電気分解装置２４で電気分解して水素を生成しておくことができる。
【００２９】
また、曇りや夜間等の日射量が充分でない場合に飛行船が飛行する際、モータ２３の必要電力Ｐｒに対して太陽電池２０、２１の発電電力Ｐｓが不足する場合（Ｐｒ＜Ｐｏ）には、第２切替回路２６にて不足分の電力（Ｐｒ−Ｐｓ）を燃料電池２２からモータ２３に供給する。この場合、不足電力（Ｐｒ−Ｐｏ）を燃料電池２２で発電するために必要な水素を水素貯蔵容器２４から燃料電池２２に供給する。燃料電池２２の運転により生成した水は気液分離器２９にて回収され、水貯蔵タンク２８に貯蔵される。
【００３０】
以上の構成により、以下の効果を得ることができる。
（１）揚力を発生させる主翼１１の上面に太陽電池２１を設置することで、太陽電池全体の表面積を大きくすることができ、太陽電池全体の発電効率を向上させることができる。また、揚力を発生させる主翼１１を設けることで、プロペラ１７は前進のみに推進力を用いることができ、プロペラ１７の消費電力を低減することが可能となる。
（２）主翼１１を不要時に収納して小型化できるように構成することで、例えば飛行船が繋留されている際に風の影響等を受けにくくすることができる。
（３）太陽電池２０、２１の余剰電力で水を電気分解して水素を生成しておくことで、電力の貯蔵を間接的に行うことができる。これにより、水素を燃料とする燃料電池２２で発電して不足電力を補完することで、日射量が充分でない場合にも飛行船を運転することが可能となる。燃料電池２２の燃料は太陽電池２０、２１の余剰電力で生成するので、燃料を外部から補給する必要がなく、無補給で長時間稼働可能である。
【００３１】
また、電気分解装置２４で生成した水素は、燃料電池２２で水となり、気液分離器２９で回収され、再び電気分解装置２４で電気分解されて水素となって循環するため、系内の水の量は不変である。このため、予め所定量の水を飛行船に搭載しておけば、水を外部から供給する必要はない。
【００３２】
また、太陽電池２０、２１と燃料電池２２は、化石燃料を消費する動力源と異なり、ともに環境に悪影響を与える排出物がなく、環境に負荷を与えることがない。
【００３３】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、太陽電池２０、２１の発電電力Ｐｏに基づいて制御装置３０による制御を行ったが、太陽電池２０、２１の発電量は日射量に比例するので、日射センサを設け、日射センサのセンサ値に基づいて制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】上記実施形態の飛行船の側面図である。
【図２】上記実施形態の飛行船の船体の内部構造を示す説明図である。
【図３】上記実施形態の飛行船の平面図である。
【図４】上記実施形態の飛行船の正面図である。
【図５】上記実施形態の飛行船の回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…船体、１１…主翼、１２、１３…垂直尾翼、１４…水平尾翼、１５…プロペラ、１６…ゴンドラ、１７…プロペラ、２０、２１…太陽電池、２２…燃料電池、２３…モータ、２４…電気分解装置、２５…第１切替回路、２６…第２切替回路、２７…水素貯蔵容器、２８…水貯蔵タンク、２９…気液分離器、３０…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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