(57)【要約】【課題】１本のケーブルで高速データ通信とエネルギー輸送を安全で簡便にできるエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム、光ファイバおよび光基板の使用方法を提供する。【解決手段】データ送信部１６から出た光信号とポンプ１５から送り出された燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体とは、第１のアダプター１４ｂを介して中空部を有する光ファイバーもしくは光基板１１に導入されて伝送および輸送される。それから光信号と液体もしくは気体は、第２のアダプター１４ａを介してデータ受信部１３と燃料電池１２とにそれぞれ送られる。【選択図】図１
2007042497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器と、
前記液体もしくは気体を輸送するポンプと、
光通信のため光信号を送信する光信号送信部と、
前記液体もしくは気体と前記光信号とを通過させる中空な光ファイバもしくは光基板と、
前記光通信のため前記光信号を受信する光信号受信部と、
前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記光ファイバもしくは光基板に送り込む第１のアダプターと、
前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記光ファイバもしくは光基板から取り出す第２のアダプターと
を備えたエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項２】
燃料電池と、
前記燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器と、
前記液体もしくは気体を輸送するポンプと、
光通信のため光信号を送信する２つの光信号送信部と、
前記液体もしくは気体と前記光信号とを通過させる中空な第１の光ファイバもしくは光基板と、
前記燃料電池の反応生成物と前記光信号とを通過させる中空な第２の光ファイバもしくは光基板と、
前記光通信のため前記光信号を受信する２つの光信号受信部と、
前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記第１の光ファイバもしくは光基板に送り込む第１のアダプターと、
前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記第１の光ファイバもしくは光基板から取り出す第２のアダプターと、
前記燃料電池の反応生成物と前記光信号とを前記第２の光ファイバもしくは光基板に送り込む第３のアダプターと、
前記燃料電池の反応生成物と前記光信号とを前記第２の光ファイバもしくは光基板から取り出す第４のアダプターと
を備えたエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項３】
中空な前記光ファイバは、ホーリーファイバまたはフォトニックバンドギャップファイバである、請求項１に記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項４】
中空な前記第１および第２の光ファイバは、ホーリーファイバまたはフォトニックバンドギャップファイバである、請求項２に記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項５】
前記燃料電池は、水素と酸素とを反応させて発電を行う、請求項１から４のいずれか一つに記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項６】
前記燃料電池のエネルギー源は、水素を発生させる物質である、請求項１から５のいずれか一つに記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項７】
前記燃料電池のエネルギー源である液体は、メタノール、エタノールまたは糖類である、請求項１または２に記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項８】
前記燃料電池のエネルギー源である気体は、水素または天然ガスである、請求項１または２に記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム。
【請求項９】
中空な２本の光ファイバの端部同士あるいは中空な光ファイバと中実な光ファイバとの端部同士を接続するアダプターであって、
互いの光軸を一致させるように２本の前記光ファイバの位置を制御する制御部と、
前記光ファイバの端部の接続部を取り囲み、燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を内部に密閉する密閉部と
を備えたアダプター。
【請求項１０】
前記密閉部は防爆機能を備えている、請求項９に記載のアダプター。
【請求項１１】
中空な光ファイバの使用方法であって、
光信号の伝送手段として用いるとともに、中空な部分に気体あるいは液体を通過させて当該気体あるいは液体の輸送手段としても用いる、光ファイバの使用方法。
【請求項１２】
中空な前記光ファイバは、ホーリーファイバまたはフォトニックバンドギャップファイバである、請求項１１に記載の光ファイバの使用方法。
【請求項１３】
前記光信号の進行方向に垂直な断面において、前記光ファイバの中空な部分の径が１μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１１または１２に記載の光ファイバの使用方法。
【請求項１４】
中空な光基板の使用方法であって、
光信号の伝送手段として用いるとともに、中空な部分に気体あるいは液体を通過させて当該気体あるいは液体の輸送手段としても用いる、光基板の使用方法。
【請求項１５】
前記光信号の進行方向に垂直な断面において、中空な部分の幅のうち最も短いところは１μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１４に記載の光基板の使用方法。
【請求項１６】
請求項１または２に記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを搭載したロボット。
【請求項１７】
請求項１または２に記載のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のエネルギー源輸送と光ファイバによるデータ伝送を同時に実現するためのエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム、及びそれに用いるアダプター、さらに光ファイバおよび光基板の使用方法、ロボット、および自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報処理端末にとって最低限不可欠なエネルギー源輸送とデータ伝送を１本の線で同時に行うことは、利用者の利便上と配線の単純化のために最も望まれていることである。
現在まで、電子機器に必要なエネルギー源である電力の輸送として金属線（特に銅線）が用いられてきた。また、電子機器に送受信される電子データの輸送として、電気信号を用いた場合は金属線がもちいられ、光信号を用いた場合はファイバ（例えばガラス製、プラスチック製）が用いられてきた。
【０００３】
まず、金属線でエネルギー輸送とデータ伝送を行う、従来のエネルギー輸送/データ伝送複合システムの第一としては、IEEE１３９４ネットワークシステムがある（例えば、特許文献１参照）。IEEE１３９４ネットワークは、エネルギー輸送として電圧を供給する銅線からなる電力線を用い、データ伝送として銅線からなる作動線を用いている。そのため、高周波帯において銅線が伝送できるデータ伝送速度に制限があった。類似のIEEE規格としてUSBがあり詳細な説明は省略するが、これも同様のシステムを利用している。
【０００４】
また、金属線でエネルギー輸送とデータ伝送を行う、従来のエネルギー輸送/データ伝送複合システムの第二としては、電力線通信ネットワークシステムがある。電力線通信ネットワークは、商用電力の伝送線または配電線を伝送路として通信を行うもので、以下３つを初めとする利点があり、家庭内通信ネットワークとして特に注目を浴びている。
【０００５】
１）既存の伝送線または配電線を使用でき、新たに通信のための伝送路を敷設する必要がない。
【０００６】
２）単位長さ当りの信号減衰が小さい。
【０００７】
３）構造上の強度が大きい。
【０００８】
しかし、金属線を用いた特性上、以下３つを初めとする欠点を抱えている。
【０００９】
１）高周波伝送特性が複雑である。
【００１０】
２）雑音が大きい。
【００１１】
３）電力線通信に使用できる周波数は電波法により１０〜４５０ｋＨｚに制限されている。
【００１２】
最近では、周波数拡散方式等による変調方式および誤り訂正処理等の発達により、電力線通信の問題が徐々に克服されてきた。ただ、電力線通信、特に多線式電力線を用いた電力線通信においては、電力線の構造上の問題から異なる相の電力線対間に接続された端末間で電力線通信を行うことができず、また電力トランスを越えた電力線間では電力線通信を行うことができない等の問題がある。この問題を解決する技術として、異なる電力線対間に接続された端末間および電力トランスを越えた電力線間においても電力線通信を行うことができるようにした電力線通信装置および電力線通信ネットワークが開発されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、電力線通信に使用できる周波数は電波法により制限されており、そのため光ファイバを用いた高速通信ネットワークに比べて通信速度がずっと低い。
【００１３】
また、金属線でエネルギー輸送とデータ伝送を行う、従来のエネルギー輸送/データ伝送複合システムの第三としては、１００Base-T規格ＬＡＮケーブル内に電力線として銅線を内包させたケーブルによるネットワークシステムがある。これは現在IEEEで提案中であり、詳細はわかっていないが上記２つのエネルギー輸送/データ伝送複合システムと同様に、複数の線を１本にまとめるということに意義がある。
【００１４】
次に、金属線でエネルギー輸送を行い光ファイバでデータ伝送を行う、従来のエネルギー輸送/データ伝送複合システムとしては、電力線と光ファイバを一体化した光電複合ネットワークシステムがある（例えば、特許文献４参照）。これは、情報伝達のための上り下り２本の光ファイバと電力線を一体化したものである。これにより情報量がたとえ多くなっても光ファイバによるデータ通信速度によって対応することができる利点があるが、ただ一体化しただけで複合化による新規性は見られない。
【００１５】
ところで、近年の燃料電池開発の進展と共に用途により、エネルギー源が従来の電力線を用いた輸送電力からその場で発電を行う燃料電池に変わりつつある。燃料電池は、水素と酸素を反応させて電気を取り出す発電システムであり、大きく固体酸化物型燃料電池、固体高分子型燃料電池溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸水溶液型燃料電池などに分類することができる。
【００１６】
ここで大きな課題になっているのが、燃料電池のエネルギー源である水素ガス（メタノール、天然ガス由来の水素を含む）を燃料電池まで輸送する手段である。大規模システムで考えると、パイプラインを設置したり、高圧容器に詰めたりして水素の需要地（燃料電池システムが設置してある場所）まで輸送すると、輸送費用、貯蔵費用が膨大に掛かることが懸念される。小規模システムで考えても、カートリッジやボンベの作製・輸送・販売・交換に掛かるコストが膨大なだけでなく、水素源であるメタノールの発火特性から飛行機への持込みが現状では法律で規制されている。
【００１７】
このような課題に対し、従来の燃料電池のエネルギー輸送システムとしては、分散型発電システムが考案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３では、低コストで水素を供給することが可能な水素供給システムとして、芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体の脱水素反応を利用して水素と芳香族化合物を取出すシステムを提案している。
【００１８】
上記の課題を含みそれ以外にも、ａ．燃料補給インフラ構築の必要性、ｂ．メタノールの安全性、ｃ．温度マネージメント、ｄ．流動性マネージメント、ｅ．燃料補給の手間を利用者が受け入れるしくみ、ｆ．単一電池サイズの燃料電池の作製、が燃料電池の課題として挙げられている（MIT Ignition Forum: Portable Energy, March 2003から引用）。とくに自動的に燃料が補給される仕組みを作ることが燃料電池の普及には重要である。
【特許文献１】特表２００１−５１７３５５号公報
【特許文献２】特開平７−２３５８９７号公報
【特許文献３】特開２００４−３９３５１号公報
【特許文献４】特開平９−１１６４９８号公報
【特許文献５】特開２０００−３５５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら前記従来の構成では、燃料電池を用いて情報機器を作動させ、光ファイバによる高速データ通信を行う場合には、燃料電池のエネルギー源をつめたカートリッジ交換が必要になるとともに、燃料電池が情報機器と一体化していない場合には情報機器と燃料電池とを結ぶ電力線が必要になり、加えて上下２本の光ファイバ線が必要になるなど多くの配線が必要になる第一の課題があった。また、燃料電池のエネルギー源輸送の安全で簡便な方法がない第二の課題があった。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、１本のケーブルで高速データ通信とエネルギー輸送を安全で簡便にできるエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム、光ファイバおよび光基板の使用方法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】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の第１のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは、燃料電池と、前記燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器と、前記液体もしくは気体を輸送するポンプと、光通信のため光信号を送信する光信号送信部と、前記液体もしくは気体と前記光信号とを通過させる中空な光ファイバもしくは光基板と、前記光通信のため前記光信号を受信する光信号受信部と、前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記光ファイバもしくは光基板に送り込む第１のアダプターと、前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記光ファイバもしくは光基板から取り出す第２のアダプターとを備えた構成とした。この構成により、中空な光ファイバもしくは光基板が光信号と燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体との両方を通過させる媒体となり、少ない配線でエネルギー輸送と情報通信を行うことができる。
【００２２】
本発明の第２のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは、燃料電池と、前記燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器と、前記液体もしくは気体を輸送するポンプと、光通信のため光信号を送信する２つの光信号送信部と、前記液体もしくは気体と前記光信号とを通過させる中空な第１の光ファイバもしくは光基板と、前記燃料電池の反応生成物と前記光信号とを通過させる中空な第２の光ファイバもしくは光基板と、前記光通信のため前記光信号を受信する２つの光信号受信部と、前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記第１の光ファイバもしくは光基板に送り込む第１のアダプターと、前記液体もしくは気体と前記光信号とを前記第１の光ファイバもしくは光基板から取り出す第２のアダプターと、前記燃料電池の反応生成物と前記光信号とを前記第２の光ファイバもしくは光基板に送り込む第３のアダプターと、前記燃料電池の反応生成物と前記光信号とを前記第２の光ファイバもしくは光基板から取り出す第４のアダプターとを備えたものである。
【００２３】
中空な光ファイバは、ホーリーファイバまたはフォトニックバンドギャップファイバであること好ましい。
【００２４】
燃料電池は、水素と酸素とを反応させて発電を行うことが好ましい。
【００２５】
本発明のアダプターは、中空な２本の光ファイバの端部同士あるいは中空な光ファイバと中実な光ファイバとの端部同士を接続するアダプターであって、互いの光軸を一致させるように２本の前記光ファイバの位置を制御する制御部と、前記光ファイバの端部の接続部を取り囲み、燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を内部に密閉する密閉部とを備えたものである。
【００２６】
本発明の光ファイバの使用方法は、中空な光ファイバの使用方法であって、光信号の伝送手段として用いるとともに、中空な部分に気体あるいは液体を通過させて当該気体あるいは液体の輸送手段としても用いるものである。
【００２７】
本発明の光基板の使用方法は、中空な光基板の使用方法であって、光信号の伝送手段として用いるとともに、中空な部分に気体あるいは液体を通過させて当該気体あるいは液体の輸送手段としても用いるものである。
【００２８】
本発明のロボットは、上記の第１または第２のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを搭載したものである。
【００２９】
本発明の自動車は、上記の第１または第２のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを搭載したものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によって、光データによる送受信と燃料電池のエネルギー源である液体と気体の輸送を同時に行うことが可能になり、１本のケーブルで高速データ通信とエネルギー輸送を安全で簡便にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態の一部において用いられる中空な光ファイバの一例についてまず説明を行う。
【００３２】
光ファイバの中でもフォトニクス結晶の特異な性質を利用し、従来の方法では実現し得ない全く新しい機能を備えた光デバイスを作製することが可能になっている。フォトニクス結晶ファイバには様々な構造のものがあるが、光ファイバの長手方向に一様な二次元周期構造のフォトニクス結晶を備えたものを通常フォトニクス結晶ファイバ呼んでおり、導波原理の違いから、ホーリーファイバとフォトニクスバンドギャップファイバに大きく分類することができる。ホーリーファイバはクラッド部に空孔を設け、コアとクラッドの屈折率差を利用し、全反射によって光波をコア内に閉じ込めるものである。それに対し、フォトニクスバンドギャップファイバは、クラッド部に相当する領域にフォトニクスバンドギャップ構造を設け、ブラッグ反射によって光波をコア内に閉じ込めるものである。特に、フォトニクスバンドギャップファイバではコア部を空孔にすることが可能であり、その直径は１０〜５０μｍにすることが可能である（例えば、特許文献５参照）。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムの概略図である。図１においてエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム１０は、中空部を持つ光ファイバもしくは光基板１１により、燃料電池１２および光通信のためのデータ受信部（光信号受信部）１３の部分と、燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器ならびに送り出すポンプ１５および光通信のためのデータ送信部（光信号送信部）１６の部分とが、それぞれアダプター（第２のアダプター）１４ａ、アダプター（第１のアダプター）１４ｂを介して接続されている。
【００３５】
中空部を持つ光ファイバ１１は例えばフォトニクス結晶ファイバで構成されており、その材料はプラスチック系でもガラス系であってもかまわないが、伝送損失を低く抑えたい長距離のデータ伝送が必要な広域ネットワークではガラス系が望ましく、情報機器内の短距離のデータ伝送では低コストと曲げ損失の低さが重要であるのでプラスチック系が望ましい。ガラス系材料として、シリカガラス、石英ガラス、フッ化物ガラス、カルコゲン化物ガラスがある。またプラスチック系材料として、アクリレート系材料、ポリシロキサン系材料、ポリイミド系材料、ポリカーボネート系材料、ポリアセテート系材料などが挙げられる。なお、中空部を持つ光ファイバ１１の具体的な例は、実施例において説明を行う。
【００３６】
中空部を有する光基板１１としては、図１２に示される部品が搭載される２枚の樹脂基板１２４で挟まれた構造の光導波路１２０を挙げることができ、特にデバイス、モジュール、情報機器内のネットワークとして用いられる。特にデバイス、モジュール、情報機器内のネットワークとして用いられる。その仕組みとして、中空部１２２を伝送した光データ１２３は光部品１２１に入射して、そこで入力データが処理され、逆に光部品１２１から出射される出力データは、中空部１２２を経由して伝送され、他の光部品もしくは他の基板に情報伝達される。
【００３７】
光通信のためのデータ受信部１３は、光通信データ（光信号）の受光素子が配置されており、この受光素子は光センサに限定されず、撮像素子等を受光素子として用いても構わない。光通信のためのデータ送信部１６は、光通信データの発光素子が配置されており、発光ダイオードに限定されず、レーザなどを発光素子として用いても構わない。
【００３８】
燃料電池１２は、水素と酸素を反応させて電気を取り出す発電システムであり、固体酸化物型燃料電池、固体高分子型燃料電池溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸水溶液型燃料電池のいずれを用いてもかまわない。また燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体として水素ガスが最も代表的なものとして挙げられるが、メタノール、天然ガス、糖類化合物など化学反応により水素を抽出できるものであれば良い。その際に燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器ならびに輸送するポンプ１５は、ステンレス材料、ポリエチレン材料などが望ましいが、それら液体もしくは気体と化学反応しない材料から構成されていれば構わない。通常、燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体は光ファイバ中空部内径が極めて細いため、毛細管現象によりポンプを必要とせず輸送することが可能であるが、毛細管現象による輸送では単位時間当たりの流量が少ないため、一般的には本実施形態のように加圧もしくは吸引による輸送ポンプを内蔵させる。
【００３９】
アダプター１４ａは、詳細には図１０に示した構造を有する。２つのアダプター１４ａ，１４ｂは同じ構造をしているが、第１のアダプターであるアダプター１４ｂは燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体１０６と光信号１０７とを中空部を持つ光ファイバもしくは光基板１１に送り込む働きを有している。また、第２のアダプターであるアダプター１４ａは燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体１０６と光信号１０７とを中空部を持つ光ファイバもしくは光基板１１から取り出す働きを有している。アダプター１４ａ，１４ｂは水素ガスなど可燃性物質の外部への漏洩を防ぐ安全弁の機能を兼ね備えている。特に、光ファイバもしくは光基板１１との接続部１０８と、燃料電池１２との接続部１０９と、データ受信部１３との接続部１１０において、充分な密閉が得られることが求められる。従ってアダプター１４ａの本体部１０４は密閉性の極めて高い空間１０５を形成していて、特に水素ガスを輸送する場合には爆発の危険性があるため、防爆構造になっている。なお、第１のアダプターであるアダプター１４ｂにおいては、接続部１０９は燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器ならびに送り出すポンプ１５と接続しており、接続部１１０はデータ送信部１６と接続している。
【００４０】
アダプター１４ａにおいては光信号を伝送する光ファイバー１１とデータ受信部１３との間の距離は接触し融着されている状態が最も望ましいが、光ファイバ１１のコア径の２倍の距離までは許容できる。
【００４１】
図３で示したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた広域ネットワークにおいて、本発明の実施の形態１に係るエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いると、基幹系ネットワークから光ファイバを通してデータがデータ送受信局を経由してエネルギー源供給施設に送受信され、中空部を持つ光ファイバ３２の中空部部分に水素ガスなどのエネルギー源が注入され、その後、地上もしくは地下の中空部を持つ光ファイバ３２を通して、家庭もしくは事業所にエネルギーとデータが同時に輸送することが可能になる。このような光ファイバ３２は、地中に埋設したり電線に沿わせて電柱３１を介して配設を行う。
【００４２】
このような広域ネットワークにおいては複数の光ファイバで中継することが必要になる。その際には、光ファイバー１１２，１１２同士を図１１で示した光ファイバ端末同士を接続するアダプター１１１で同軸接続する。アダプター１１１は、２本の光ファイバ１１２、１１２を互いの光軸が一致するようにつき合わせた状態となるように制御する制御部１１７と、２本の光ファイバ１１２、１１２の端部同士の接続部を取り囲んで燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体１０６がアダプター１１１外に洩れないように内部１１６に密閉する密閉部１１５とを備えている。そして密閉部１１５は防爆機能を備えている。アダプター１１１はこのような構造を有しているので、光ファイバ１１２，１１２間の接続において光信号を確実に一方から他方の光ファイバ１１２に伝送することができるとともに、光ファイバ１１２、１１２の中空部にて輸送される燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体１０６を外部に漏らすことなくファイバ接続を行うことができ安全である。
【００４３】
アダプター１１１内における光ファイバ１１２，１１２間の距離は接触し融着されている状態が最も望ましいが、コア径の２倍の距離までは許容できる。
【００４４】
また図４で示したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた中域ネットワークにおいて、本実施の形態に係るエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム１０を用いると、水素ガスなどのエネルギー源が注入された中空部を持つ光ファイバ４２が電柱４１などの外部から家庭内に中継器４３を通して引き込まれる。家庭内にある複数の情報機器１，２，３はすべて燃料電池を搭載しているとは限らないため、燃料電池非搭載の情報機器３はエネルギーとして電力が必要になり、逆に燃料電池搭載の情報機器１，２は水素ガスなどのエネルギー源を中空光ファイバで輸送する必要がある。そのため、中継器４３は家庭内もしくは事業所にエネルギーを供給するために２種類の出口を有しており、１つからは水素ガスなどのエネルギー源を中空光ファイバ４２が出て行って家庭内もしくは事業所に張り巡らされて直接に燃料電池搭載の情報機器１，２に接続され、もう１つからは配管４４を介して独立した燃料電池にまず引き込まれてエネルギー源を供給して、それをもとに燃料電池が発電する。発電された電力は配電線４５を介して燃料電池非搭載の情報機器３に供給されている。このように中空部を持つ光ファイバ４２を通して、家庭もしくは事業所内にエネルギーとデータを同時に輸送することが可能になる。
【００４５】
また図５で示したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた情報機器内の小域ネットワークにおいて、本実施の形態に係るエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた場合を説明する。
【００４６】
外部中継器５７から中空光ファイバ５２を介して燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体と光信号とが情報機器に兼備された中継器５３に入り、この中継器５３によって、同時に入力された光信号データとエネルギー源とは別々に分けられる。水素ガスなどのエネルギー源は配管５４によって情報機器内の小型燃料電池に輸送され発電される。発電された電力は配電線５５を経由してコンデンサもしくは電池に蓄積され、そこからさらに別の配電線５５を介してＣＰＵ（中央集積回路）などのＩＣ、メモリ、ハードディスクに電力が供給される。また、光信号は中継器５３からデータ配線５６によってデータ受信回路に送られ、データ受信回路にて光データが電気データに変換され別のデータ配線５６を介してハードディスクに蓄積される。このように中空部を持つ光ファイバ５２を通して、情報機器内にエネルギーとデータを同時に輸送することが可能になる。
【００４７】
以上のように、かかる構成にすれば、光データによる送受信と燃料電池のエネルギー源である液体と気体の輸送を同時に行うことが可能になり、１本の光ファイバまたは１つの光基板で高速データ通信とエネルギー輸送を安全かつ簡便にすることができる。また、システム構成を小型に且つ簡単な構造にすることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２におけるエネルギー輸送およびデータ伝送複合システム２０の概略図である。実施の形態２に係るシステムは、２つの光ファイバもしくは光基板２１，２７を用いて双方向の光通信を行うシステムである。
【００４９】
本実施形態では、エネルギー輸送およびデータ伝送複合システム２０は、下りデータ送信のための中空部を持つ光ファイバもしくは光基板２１と上りデータ送信のための中空部を持つ光ファイバもしくは光基板２７とにより、燃料電池２２と光通信のためのデータ受信部２３の部分とデータ送信部２６と燃料電池反応生成物（水）の輸送ポンプ２５ｂと、燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を貯蔵する容器ならびに輸送するポンプ２５ａと光通信のためのデータ送信部２６とデータ受信部２３との部分と燃料電池反応生成物処理部２９とがアダプター２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂを介して接続される構成となっている。下りデータ通信のためのアダプターが第１のアダプター２４ｂおよび第２のアダプター２４ａであり、上りデータ通信のためのアダプターが第３のアダプター２８ａおよび第４のアダプター２８ｂである。第１のアダプター２４ｂにはデータ送信部２６と液体もしくは気体を貯蔵する容器ならびに輸送するポンプ２５ａとが接続されており、第２のアダプター２４ａにはデータ受信部２３と燃料電池２２とが接続されている。また、第３のアダプター２８ａにはデータ送信部２６と燃料電池反応生成物（水）の輸送ポンプ２５ｂとが接続されており、第４のアダプター２８ｂにはデータ受信部２３と燃料電池反応生成物処理部２９とが接続されている。材料に関する説明は、実施の形態１と同様のため省略する。
【００５０】
例えば、下りデータ送信のための中空部を持つ光ファイバもしくは光基板２１の中空部で燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を輸送すれば、燃料電池２２で発電され電力が生成する以外に副生成物とし水もしくは水蒸気が生成されるため、それら水もしくは水蒸気を上りデータ送信のための中空部を持つ光ファイバもしくは光基板２７の中空部で逆方向に輸送する。
【００５１】
図３、図４、図５で示したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いたネットワークに本実施形態のシステムを応用することにより、光データによる送受信と燃料電池のエネルギー源である液体と気体の輸送を同時に行うことが可能になると同時に燃料電池の反応生成物を機器内に貯めないで外部に安全に排出することができ、１本の光ファイバまたは１つの光基板で高速データ通信とエネルギー輸送を安全で簡便にすることができる。また、システム構成を小型に且つ簡単な構造にすることができる。
【００５２】
（実施の形態３）
実施の形態３は、自立歩行型ロボットにおいて、実施形態２に示すエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムであるダイレクトエタノール型燃料電池とフォトニクスバンドギャップファイバによる通信ネットワークを搭載したものである。
【００５３】
コアに径１０μｍの空孔を持つフォトニクスバンドギャップファイバは、ロボット駆動に必要なエタノール貯蔵カートリッジから内蔵コンピュータへ、内蔵コンピュータからロボットの手足に内蔵されたセンサへ接続されている。センサは加速度センサと圧力センサなどから構成されており、フォトニクスバンドギャップファイバを通してセンシング情報を迅速に内蔵ンピュータに伝達し、次の行動に必要な動作を内蔵コンピュータからセンサに伝達される。また、内蔵コンピュータとセンサには小型のＭＥＭＳ燃料電池が搭載されており、これにより電気エネルギーはＭＥＭＳ燃料電池で生成されるため金属配線が不要になっている。
【００５４】
従来、自立歩行型ロボットは電気的なデータ受発信では二足歩行が困難であるため、光ファイバ網が搭載されているものがある。しかし、同時に電気配線網が必要であるためロボット総重量の増加と、部品搭載空間の減少という課題があった。
ダイレクトエタノール型燃料電池とフォトニクスバンドギャップファイバによる通信ネットワークを搭載したことにより、自立歩行型ロボットにおいてエネルギー源と通信データの同時輸送だけでなく、軽量化とスリム化が可能になる。
【００５５】
（実施の形態４）
実施の形態４は、ガソリン、軽油もしくはアルコールを燃料源とする自動車ならびに燃料電池において実施形態２に示すエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムである、燃料電池エネルギー源カートリッジと情報ネットワークを搭載したものである。
【００５６】
コアに径１０μｍの空孔を持つフォトニクスバンドギャップファイバは、情報ネットワークのデータ回線とエネルギー源輸送管とを兼ねるものとして、燃料電池エネルギー源貯蔵タンクから内蔵コンピュータへ、内蔵コンピュータから自動車各部に内蔵されたセンサへ接続されている。センサは加速度センサ、圧力センサ、赤外線センサ、ミリ波センサなどから構成されており、フォトニクスバンドギャップファイバを通してセンシング情報を迅速に内蔵コンピュータに伝達し、次の行動に必要な動作が内蔵コンピュータからセンサに伝達される。また、内蔵コンピュータとセンサには小型のＭＥＭＳ燃料電池が搭載されており、これにより電気エネルギーはＭＥＭＳ燃料電池で生成されるため金属配線が不要になっている。
【００５７】
燃料電池とフォトニクスバンドギャップファイバによる通信ネットワークを搭載したことにより、自動車においてエネルギー源と通信データの同時輸送だけでなく、軽量化とスリム化が可能になる。
【００５８】
（実施の形態５）
実施の形態５は、ガソリン、軽油もしくはアルコールを燃料源とする自動車ならびに燃料電池において、実施形態２に示すエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムである燃料電池エネルギー源カートリッジと情報ネットワークを搭載したものである。
【００５９】
コアに径１０μｍの空孔を持つフォトニクスバンドギャップファイバは、情報ネットワークのデータ回線とエネルギー源輸送管とを兼ねるものとして、自動車内に搭載されたコンピュータから座席インターフェースに取り付けられた接続ポートへつながっている。搭乗者が持ち込んだ燃料電池駆動の情報端末と接続ポートをフォトニクスバンドギャップファイバを用いて接続する。これにより自動車内に搭載されたコンピュータが保有する情報と燃料電池エネルギー源を同時に輸送することが可能になり、情報伝達と充電が同時に行うこと可能になる。
【００６０】
次に上記の実施形態に用いられる光ファイバに関して従来例と実施例とを説明する。なお、従来例と実施例の構成と測定結果を図１３に示す。
【００６１】
（従来例）
図６は、従来の中実な光ファイバの構成を示す断面図である。従来の光ファイバ６０はコア６１、クラッド６２、ジャケット６３から構成されており、実用されているファイバの代表的な径の値としてはそれぞれ４μｍ、１５．９μｍ、１２５μｍであり、コア６１はクラッド６２よりも高屈折率の材料からなっている。このような材料としては、例えばクラッド６２は石英、コア６１は石英にゲルマニウムをドープしたものの組み合わせを挙げることができる。
【００６２】
コア６１とクラッド６２との屈折率差及びクラッド６２とジャケット６３との屈折率差の代表的な値は、それぞれ０．７５％および０．１１％である。
【００６３】
石英ガラスで構成された従来構造の光ファイバを用いて、光ファイバ損失を測定すると０．３８ｄＢ／ｍになった。また、光ファイバ損失試験はJIS C 6823に従って測定した。
【００６４】
（実施例１）
図７に示したホーリーファイバ７０を実施形態１の中空な光ファイバ１１として用いて、輸送するエネルギー源として水素ガスを用いたものでエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを形成した。ホーリーファイバ７０は６つの孔７１を有し、その空孔径は６．５μｍである。また、水素ガスの屈折率は１．００である。水素ガスを圧力１００ｍｍＨｇを維持して流しながら、ホーリーファイバ７０を用いて、光ファイバ損失を測定すると０．３６ｄＢ／ｍになり、ほぼ従来例と同じデータ伝送特性を示せた。
【００６５】
また、この光ファイバ７０を用いて形成したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは正常に機能した。
【００６６】
（実施例２）
図８で示したフォトニクスバンドギャップファイバ８０を実施形態１の中空な光ファイバ１１として用いて、輸送するエネルギー源として液体であるメタノールを用いたものでエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを形成した。図にははっきりと示していないが、クラッド部８２には小径の孔が多数形成されている。なお、８３はジャケットである。
【００６７】
フォトニクスバンドギャップファイバ８０の中空コア８１の径は５０μｍである。メタノールの屈折率は１．３３である。コア８１にメタノールを流量１００ｍｌ／ｓｅｃで流しながら、このフォトニクスバンドギャップファイバ８０を用いて光信号を伝送した場合の光ファイバ損失を測定すると０．３５ｄＢ／ｍになり、従来例とほぼ同等のデータ伝送特性を示した。
【００６８】
また、この光ファイバ８０を用いて形成したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは正常に機能した。
【００６９】
（実施例３）
図８で示したフォトニクスバンドギャップファイバ８０を実施形態１の中空な光ファイバ１１として用いて、輸送するエネルギー源として液体である天然ガスを用いたものでエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを形成した。
【００７０】
天然ガスの屈折率は１．００である。天然ガスを圧力１００ｍｍＨｇを維持して流しながら、フォトニクスバンドギャップファイバ８０を用いて光信号を伝送した場合の光ファイバ損失を測定すると０．４２ｄＢ／ｍになり、ほぼ従来例と同じデータ伝送特性を示した。
【００７１】
また、この光ファイバ８０を用いて形成したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは正常に機能した。
【００７２】
（実施例４）
図９は、図８に示すフォトニクスバンドギャップファイバ８０を２本まとめたケーブル９０の断面外略図を示している。
【００７３】
図９のケーブル９０は、フォトニクスバンドギャップファイバ８０を２本まとめて被覆９１を施したものであり、このケーブル９０を実施形態２の中空な光ファイバ２１，２７として用いて、輸送するエネルギー源として水素ガスを用いたもので実施の形態２のエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを形成した。水素ガスの屈折率は１．００である。水素ガスを圧力１００ｍｍＨｇを維持して流しながら、フォトニクスバンドギャップファイバを用いて、光ファイバ損失を測定すると０．３４ｄＢ／ｍになった。
【００７４】
また、このケーブル９０を用いて形成したエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは正常に機能した。
【００７５】
（その他の実施形態）
上記の実施形態・実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明はこれらの例に限定されない。例えば光ファイバや光基板は中空部を有するものであればどのようなものでも構わない。エネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを搭載する装置は、ロボットや自動車に限定されず、例えば工作機械や自動二輪車などでもよい。燃料電池のエネルギー源も水素や天然ガス、メタノールなどのアルコールに限定されず、水素を発生させる物質であれば例えば糖類等どのようなものでも構わない。図１１に示される光ファイバー同士を接続するアダプターにおいて、接続する２本の光ファイバーは中空部を有する光ファイバーと中実な（中空部を有しない）光ファイバーとであっても構わない。この場合、アダプターに燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体を取り出す取り出し口を設けても構わない。中空部を有する光ファイバーの中空部の径は１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。１μｍ未満であると液体もしくは気体の流量が少なくなり燃料電池の発電量が小さくなってしまう。１ｍｍを越えると光ファイバーの機械的強度が小さくなってしまう。また、中空な光基板の中空部の幅のうち最も短いところは、１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。１μｍ未満であると液体もしくは気体の流量が少なくなり燃料電池の発電量が小さくなってしまう。１ｍｍを越えると光基板の機械的強度が小さくなってしまう。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかるエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムは、燃料電池と情報ネットワークを共に必要とする情報機器などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に係るエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムの概略図である。
【図２】実施の形態２に係るエネルギー輸送およびデータ伝送複合システムの概略図である。
【図３】エネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた広域ネットワークの概略構成を示すブロック図  である。
【図４】エネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた中域ネットワークの概略構成を示すブロック図である。
【図５】エネルギー輸送およびデータ伝送複合システムを用いた情報機器内の小域ネットワークの概略構成を示すブロック図である。
【図６】中実な光ファイバの断面概略図である。
【図７】実施例１に係るホーリーファイバの断面概略図である。
【図８】実施例２，３に係るフォトニクスバンドギャップファイバの断面概略図である。
【図９】実施例４に係るフォトニクスバンドギャップファイバを２本まとめたケーブルの断面概略図である。
【図１０】実施形態１に係るアダプターの断面概略図である。
【図１１】光ファイバー同士を接続するアダプターの断面概略図である。
【図１２】光基板の断面概略図である。
【図１３】実施例で使用した条件とそのファイバ損失結果の一覧である。
【符号の説明】
【００７８】
１０、２０  エネルギー輸送およびデータ伝送複合システム
１１、３２、４２、５２  中空部を持つ光ファイバもしくは光基板
１２、２２  燃料電池
１３、２３  光通信のためのデータ受信部
１４ａ、１４ｂ  アダプター
１５、２５ａ  液体もしくは気体を貯蔵する容器ならびに輸送するポンプ
１６、２６  光通信のためのデータ送信部
２１  下りデータ送信のための中空部を持つ光ファイバもしくは光基板
２４ａ、２４ｂ  アダプター
２７  上りデータ送信のための中空部を持つ光ファイバもしくは光基板
２８ａ、２８ｂ  アダプター
２９  燃料電池反応生成物処理部
３１、４１  電柱
４３、５３  中継器
４４、５４  配管
４５、５５  配電線
５６  配線
５７  外部中継器
６０  光ファイバ
６１、７２、８１  コア
６２、８２  クラッド
６３、７３、８３  ジャケット
７０  ホーリーファイバ
７１  空孔
８０  フォトニクスバンドギャップファイバ
９０  ケーブル
９１  被覆部
１０４  本体部
１０５、１１６  空間
１０６  燃料電池のエネルギー源である液体もしくは気体
１０７  光データ
１０８  光ファイバとの接続部
１０９  接続部
１１０  接続部
１１１  アダプター
１１２  中空部を有する光ファイバー
１１５  密閉部
１１６  内部
１１７  制御部
１２０  光基板
１２１  部品
１２２  光導波路
１２３  光データ
１２４  樹脂基板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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