(57)【要約】      （修正有）【課題】商用電源等の電源が確保できない遠隔地等の場所において、従来は困難であった長期間の連続的な大気観測を可能にする大気サンプリング装置を提供する。【解決手段】大気観測用の大気サンプリング装置であって、大気サンプリング用機器、電源、及び、電源から大気サンプリング用機器への電力供給手段を備え、フィルターを介して吸引ポンプにより連続的に大気を吸引することにより、フィルター表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集する機構（Ａ）を有する。加えて、フィルターを１時間から３０日の間で任意に設定した時間経過毎に自動的に回収・保管し、新たなフィルターを浮遊粒子状物質の捕集位置に供給する機構（Ｂ）を有する。さらに電源として、出力が１０〜２００Ｗの範囲の燃料電池と、二次電池を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気観測用の大気サンプリング装置であって、大気サンプリング用機器、電源、及び該電源から該大気サンプリング用機器への電力供給手段を備え、該大気サンプリング用機器はフィルター及び吸引ポンプを備え、少なくとも該フィルターを介して、該吸引ポンプにより連続的に大気を吸引することにより、該フィルター表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集する機構（Ａ）を有し、かつ該フィルターは１時間から３０日の間で任意に設定した時間経過毎に、浮遊粒子状物質が捕集された該フィルターを自動的に回収・保管すると共に、新たなフィルターが浮遊粒子状物質の捕集位置に供給される機構（Ｂ）を有し、さらに該電源として、出力が１０〜２００Ｗの範囲の燃料電池と、二次電池を含む電源を有することを特徴とする大気サンプリング装置。
【請求項２】
前記機構（Ａ）において、前記フィルターはテープ状捕集フィルター、回転式捕集フィルター、交換式捕集フィルターのいずれかであり、前記機構（Ｂ）において、任意に設定した時間経過毎に位置をずらすことで、捕集フィルターが一定の時間間隔で浮遊粒子状物質の捕集位置へ連続的に供給されることにより、フィルターの回収・保管並びに供給を行う機構を備えること、を特徴とする請求項１に記載の大気サンプリング装置。
【請求項３】
前記電源において、燃料電池はダイレクトメタノール型燃料電池であり、かつ該燃料電池は前記二次電池を充電可能であり、かつ前記電力供給手段は、直接、ＤＣ/ＤＣコンバーター、及びＤＣ/ＡＣインバーターからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の手段であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の大気サンプリング装置。
【請求項４】
前記燃料電池に使用する燃料は、濃度８０％〜９９．５％の範囲のメタノール水溶液であることを特徴とする請求項３に記載の大気サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の浮遊粒子状物質のサンプリング装置に関するものであり、任意の時間ごとにフィルターを交換する機能を有し、燃料電池と二次電池を組み合わせた独立電源を電源として用いることで、商用電源等の電源が確保できない場所においてはこれまでできなかった、長期間の連続大気サンプリングを可能とする。
【背景技術】
【０００２】
大気中に存在する浮遊粒子状物質は、呼吸の際、肺まで到達することから、人体に対する悪影響が懸念されている。このため、大気汚染に関する環境基準が定められており、そのための各種測定技術・装置が利用されている。
【０００３】
粒子状物質の測定法は、大気を吸引してフィルタ上に粒子状物質をろ過捕集するフィルタ法と自動測定器による方法に大別される。
【０００４】
大気中の粒子状物質濃度の表し方は、一般に単位容積あたりの空気中に含まれる粒子状物質の個数を基準とする個数濃度か粒子状物質の質量を基準とする質量濃度であることが多いが、従来から大気汚染と健康影響との関係は質量濃度との相関として捉えられていることが多い。粒子状物質の標準測定法としては、ロウボリウムエアサンプラによって一定期間、フィルター上にろ過捕集を行い、質量濃度を測定するフィルタ法が採用されてきた。この方法では、測定期間中の大気中の平均質量濃度Ｃ（μg/m3）を、フィルタ上に捕集した粒子状物質の質量Ｍ（μｇ）を測定することで、下記式により求める。ここでＶは流速（ｍ３/ｈｒ）、ｔはサンプリング時間（ｈｒ）である。
Ｃ＝Ｍ/(V×ｔ)
【０００５】
フィルタ法は米国ＥＰＡの連邦標準測定法に代表されるよう最も信頼性の高いとされている測定法であり、かつ基本構成としてポンプとフィルターの組み合わせという比較的簡易な構成の装置であり、一定時間の間にフィルタ上に捕集された粒子状物質の質量濃度を計測する。
【０００６】
しかしながら、このような手法は、フィルターを定期的に交換する必要があるため、管理に手間がかかるという問題がある。また小型のポンプを用いてもポンプの消費電力が約１０Ｗ〜と大きいため、商用電源が確保できる場所では問題ないが、２次電池のみを電源として使用する場合には、電池が短時間で空になるため頻繁に２次電池を交換する、或いは大形電池を運搬する必要があり、管理に手間がかかる問題がある。そのため、通常は、人が管理可能な場所での測定に使用が制限される。
【０００７】
一方、自動測定器としては、β線吸収法・圧電天秤法による方法が追加されている。現在では、常時監視の測定器として主にβ線吸収法の自動測定器が用いられている。
【０００８】
自動測定器としては、例えば文献１のように、大気中の浮遊粒子状物質を捕集したのち、X線蛍光分析法並びにβ線質量分析法によって、連続測定する自動測定器が紹介されている。このような吸引から測定まで自動的に行う装置であり、常時観測が可能というメリットがあるものの、分析装置と一体化されているため消費電力も大きく（例えば特許文献１の出願人である紀本電子工業（株）製のＰＭ−７１２では消費電力が４５０ＶＡ）、使用できるのは商用電源が利用可能な場所に限定され、設置場所の自由度が少ないという問題がある。
【０００９】
このように、フィルタ法・自動測定器いずれによる浮遊粒子物質の計測・観測においても、適用可能な場所が制限されるという問題があった。そのため特に山地などの屋外観測をする場合に制限を受けるものである。
【００１０】
近年では、ＰＭ２．５などによる越境大気汚染が問題となっているが、大気中の浮遊粒子物質は、例えば野焼き・トラック中の排ガスなどにも含まれることから、観測する上で、観測地点近傍から発生するものと、越境汚染の区別が難しい場合が多い。このことは、定量的な問題に限らず、定性的にも問題となっている。観測地点付近からの影響を避けるためには、人里から離れた例えば山中や離島などの遠隔地で観測することが好ましいが、前述のように、電源不足に起因する場所の制限を受けているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２６１７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願の課題は、商用電源等の電源が確保できない遠隔地等の場所において従来は困難であった、長期間の連続的な大気観測を可能にする大気サンプリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、次に示す大気サンプリング装置を提供する。
【００１４】
（１）大気観測用の大気サンプリング装置であって、大気サンプリング用機器、電源、及び該電源から該大気サンプリング用機器への電力供給手段を備え、該大気サンプリング用機器はフィルター及び吸引ポンプを備え、少なくとも該フィルターを介して、該吸引ポンプにより連続的に大気を吸引することにより、該フィルター表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集する機構（Ａ）を有し、かつ該フィルターは１時間から３０日の間で任意に設定した時間経過毎に、浮遊粒子状物質が捕集された該フィルターを自動的に回収・保管すると共に、新たなフィルターが浮遊粒子状物質の捕集位置に供給される機構（Ｂ）を有し、さらに該電源として、出力が１０〜２００Ｗの範囲の燃料電池と、二次電池を含む電源を有することを特徴とする大気サンプリング装置である。
（２）また、前記機構（Ａ）において、前記フィルターはテープ状捕集フィルター、回転式捕集フィルター、交換式捕集フィルターのいずれかであり、前記機構（Ｂ）において、任意に設定した時間経過毎に位置をずらすことで、捕集フィルターが一定の時間間隔で浮遊粒子状物質の捕集位置へ連続的に供給されることにより、フィルターの回収・保管並びに供給を行う機構を備えること、を特徴とする（１）に記載の大気サンプリング装置である。
（３）また、前記電源において、燃料電池はダイレクトメタノール型燃料電池であり、かつ該燃料電池は前記二次電池を充電可能であり、かつ前記電力供給手段は、直接、ＤＣ/ＤＣコンバーター、及びＤＣ/ＡＣインバーターからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の手段であることを特徴とする（１）乃至（２）に記載の大気サンプリング装置である。
（４）また、前記燃料電池に使用する燃料は、濃度８０％〜９９．５％の範囲のメタノール水溶液であることを特徴とする（３）に記載の大気サンプリング装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、大気中の浮遊粒子状物質のサンプリング装置に関するものであり、任意の時間ごとにフィルターを交換する機能を有し、かつ燃料電池と二次電池を組み合わせた独立電源を電源として用いることで、商用電源等の電源が確保できない遠隔地等の場所において従来は困難であった、長期間の連続的な大気観測を可能にする大気観測用のサンプリング装置を提供するものであり、電源不足に起因する場所の制限を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の大気サンプリング装置の大気サンプリング用機器の一例を示す概念図
【図２】本発明の大気サンプリング装置の大気サンプリング用機器の一例を示す概念図
【図３】本発明の大気サンプリング装置の大気サンプリング用機器の一例を示す概念図
【図４】本発明の燃料電池の構成の一例を示す概念図
【図５】本発明の電源から大気サンプリング機器に必要な電力を供給する手段の一例を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
上記課題を達成するための本発明の大気観測用の大気サンプリング装置は、大気サンプリング用機器、電源、及び該電源から該大気サンプリング用機器への電力供給手段を備え、該大気サンプリング用機器はフィルター及び吸引ポンプを備え、少なくとも該フィルターを介して、該吸引ポンプにより連続的に大気を吸引することにより、該フィルター表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集する機構（Ａ）を有し、かつ該フィルターは１時間から３０日の間で任意に設定した時間経過毎に、浮遊粒子状物質が捕集された該フィルターを自動的に回収・保管する機構と共に、新たなフィルターが浮遊粒子状物質の捕集位置に供給される機構（Ｂ）を有し、さらに該電源として、出力が１０〜２００Ｗの範囲の燃料電池と二次電池を含む電源を有することを特徴とする大気サンプリング装置である。
【００１８】
背景技術に記載したように、フィルタとポンプを使ってフィルタ上に大気中の浮遊粒子状物質を捕集する技術は、古くから実用化している。しかしながら、電源を確保することが困難であるため、山の中等の遠隔地でも使えるようなものは、ごく短期間の測定に限られ、頻繁に電源或いはフィルターの交換が必要なため、長期間、連続的にサンプリングすることは困難である。
【００１９】
その課題解決には、（１）フィルターの人力による交換にかかる手間を削減する、（２）電源不足の問題を解決する、の２つを達成すればよい。電源不足については、太陽電池などにより電源を長期化することも考えられるが、発電量が天候に左右されるため安定性にかけるという課題もあるので、好ましくない。（３）電源の安定性確保、も重要である。
【００２０】
そこで先ず、フィルター交換に係わる手間を削減するために、本発明においては、少なくともフィルターを介して、吸引ポンプにより連続的に大気を吸引することにより、フィルター表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集する機構（Ａ）を有し、かつフィルターは１時間から３０日の間で任意に設定した時間経過毎に、浮遊粒子状物質が捕集された該フィルターを自動的に回収・保管する機構と共に、新たなフィルターが浮遊粒子状物質の捕集位置に供給される機構（Ｂ）を有することを特徴とする。
【００２１】
図１〜３に大気サンプリング用機器の概念図を示し、それを元に説明する。図１において（４）の吸引ポンプにより（３）の大気取り込み部から（５）の導入部に吸い込まれた大気及び大気中の浮遊粒子状物質は、（１）と（２）のテープフィルタ供給・巻取り器の間で、任意に設定した時間間隔毎に供給される（６）のテープフィルター上に捕集される。フィルターは、任意の時間、吸い込まれた大気にさらされた後に（２）の巻き取り部に回収される仕組みである。よって、一定間隔で（２）に巻き取られることによって、無人で定期的な浮遊粒子物質のサンプリングが可能となる。またこの際、（７）の保護フィルム供給部より供給される（８）の保護フィルムによって、回収されたフィルターを保護することも好適な様態である。
【００２２】
ここで、空気流量は、フィルターが目詰まりを起こすと低下することから、流量調整を行うことが好ましい。そのため（４）の吸引ポンプの手前に、流量制御装置を取り付けることで、大気の吸引量を一定に保つことは好ましい様態である。しかしながら、流量制御にかかる電力を最小限に抑える目的で、フィルターを比較的短期の間に交換することにより流量変動を最小限にとどめることも可能である。また、流量制御装置に代えて、圧力計を設置して圧力を測定することにより、圧力と流量の相関から、吸引速度を算出し、そこから平均流速を取ることもできる。
【００２３】
（３）の大気取り込み部の形状は特に限定されず、従来の技術を用いることができる。例えば雨や雪の影響を避けるために、雨や雪が入らない傘状の構造を持つことは好ましい例である。また（５）のフィルターへの大気導入部の形状も限定されず、例えば直線状や曲線状の金属配管は良好な例であるし、従来の技術を大気導入部に用いることができる。例えばサイクロンと呼ばれＰＭ１０とＰＭ２．５に分類される浮遊粒子状物質を分粒する機器を組み込む手法を配管に設けることは好適な例である。
【００２４】
また、（１）（６）（２）（７）（８）のフィルターに係わる構成を複数、空気の流路上に設置することもできる。上流側に目の粗いフィルター、下流側に目の細かいフィルターを配することによって、粒子径ごとに粒子を回収することも可能である。
【００２５】
図２の概念図においては、図１の（１）（６）（２）（７）（８）のフィルターに係わる構成に代えて、交換式の捕集フィルターを用いることを特徴としている。図２においては、（９）（１０）（１４）（１６）で示されるフィルターＡに係わる構成と、（１２）（１３）（１７）（１８）で示されるフィルターＢに係わる構成を備えている。ここでいう交換式捕集フィルターとは、任意の時間により、フィルターＡに係わる構成部分に空気を流すことによって、フィルターＡ（９）に大気中の浮遊粒子物質は捕集されるが、フィルターＢに係わる部品には空気は流れず、また、別のタイミングではフィルターＢに係わる構成部分に空気を流すことによって、フィルターＢ（１２）に大気中の浮遊粒子物質は捕集されるが、フィルターＡに係わる構成には空気は流れないよう制御する仕組みである。ここで（１４）及び（１７）のフィルターへの大気入り口は、開閉可能な機構とすることにより大気の流路を選択できることは好ましい様態であるし、また（１６）及び（１８）のフィルターを通した大気の出口を開閉可能な機構とすることにより大気の流路を選択できることは好ましい様態である。或いは、大気入り口とフィルターを通した大気の出口の両方を開閉可能な機構とすることにより、大気の流路を選択できることも好ましい様態である。ここではフィルターＡとフィルターＢという２つのフィルターを使用する構成について記載したが、上記のフィルターを含む構成の数を増やすことで、設定した任意の時間ごとに大気の流路が変更され、順番に多数のフィルター上に大気中の浮遊粒子物質を回収していくことが可能である。ここで、各フィルターに係わる構成部分の位置を変更することもできるし、各フィルターに係わる構成部分の位置は変わらないが、空気流自体を変更することも可能である。なお前述のように一つのフィルターに係わる構成部分に複数のフィルターを上流から下流に設置することにより、粒子径ごとに粒子を捕集することも可能である。
【００２６】
図３の概念図においては、図１の（１）（６）（２）（７）（８）のフィルターに係わる構成に代えて、（２２）（２３）で構成される回転式捕集フィルターであることを特徴としている。ここでは、（２３）の回転軸を視点に、（２２）のフィルターが回転することにより大気中の浮遊粒子物質の捕集位置をずらしながら、サンプリングしていくことを特徴としている。また、回転軸の位置を変更することでサンプリング可能な個数を増やすことは有効な手法である。また、前述のように複数のフィルターユニットを上流から下流に設けることによって、粒子径ごとに粒子を捕集することも可能である。
【００２７】
次いで、電源に関し説明する。大気中の浮遊粒子物質のサンプリングに使用する大気サンプリング用機器の電源としては商用電源が幅広く利用されている。しかしながら場所によっては商用電源の確保が困難という問題がある。そのような場合に、電力供給手段として独立電源（主としては二次電池、あるいは二次電池と太陽電池の組み合わせ）が使用される。
【００２８】
二次電池による電源は、持ち運べる重量には限界があるため、供給できる電力は僅かである。例えば、市販の鉛蓄電池を考慮し、電圧を１２Ｖ，重量２０ｋg,電池容量を４０Ａｈを考え、ポンプの消費電力が１０Ｗの場合、連続動作可能な期間は、計算上、４８時間である。従って２日に１回は蓄電池を交換する必要がある。一度の電池交換で連続動作可能な期間を延ばすためには、電池を増やす他無く、例えば１０日間動作させるためには、約１００ｋｇの鉛蓄電池を用意する必要がある。このようなケースにおいて、遠隔地であり、特に人力での運搬以外に方法がない山地であると、１０日毎に１００ｋｇの蓄電池を運搬・交換するというのは現実性が乏しいという問題がある。リチウム電池を利用する場合、重量は半分〜２／３程度まで軽量化できるか、それでも５０ｋｇの電池を運搬・交換する必要があると共に、通常０℃〜３０℃程度で動作させる必要があることから、寒冷地などで使用や、寒暖差の大きな地域で使用することは難しいのが現状である。
【００２９】
一方、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーを利用した電源と二次電池を組み合わせた電源も提案されているが、太陽電池や風力発電は、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、或いは風の強弱などにより、発電量もそれに応じて変動してしまう問題があり、両者を組み合わせた場合でも安定性に問題がある。また持ち運びが可能なサイズの太陽電池は最大出力が数十Ｗまでであり可搬性にも問題がある。風力発電も同様である。
【００３０】
中には、二次電池に充電するために発電機を使用することも考えられるが、発電機自身から大気汚染物質が発生するため、大気のサンプリングには不向きである。また燃料消費が早いため、使用できたとして３日程度である。
【００３１】
このように適した電源が確保できないことが、遠隔地において大気サンプリングを行う妨げとなっている。そこで本発明においては、電源として出力が１０〜２００Ｗの範囲である燃料電池と二次電池を含む電源を用いることを特徴とする。燃料電池に関する検討は、多数行われており、例えば、電気化学便覧第６版ｐ６１６〜６３７に記載されている。中でも高分子電解質膜を利用する燃料電池は、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水分を含む水素ガスやメタノール水溶液など化石燃料を供給し、カソード側に酸素を含むガス、例えば酸素や空気を供給することで、触媒作用により電気と熱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、カルノーサイクルに支配されない、高効率発電が可能である。
【００３２】
燃料電池の一般的な構成の概念図を図４に示し、これを元に説明する。少なくとも燃料電池は、前述のイオン交換膜−電極接合体と、アノードに接する面に燃料を供給するための燃料流路と、カソードに接する面に酸化剤を供給するための酸化剤流路とを形成したセパレータと、を有する単セル、或いは複数の単セルを積層したスタック（２４）と、単セル或いはスタックの燃料入り口に燃料を供給する燃料供給機構及び必要に応じて燃料を循環する機構（２５）と、単セル或いはスタックの酸化剤入り口に主に空気からなる酸化剤を供給する酸化剤供給機構及び必要に応じて循環する機構（２６）と、単セル或いはスタックから排出される排ガスを直接或いは間接的に外部に排出する機構（２７）、さらに単セル或いはスタックから生じる直流電流（２８）を、制御機構（２９）を介し、大気サンプリング用機器に供給（３０）する機構と、これらを収納する収納機構（３１）とからなり、また、温度も含めてこれら機構を制御する機構を有するものである。具体例としては、例えば、電気化学便覧第６版、Ｐ６３６やＰ６２０に、（２４）、（２５）、（２６）、（２７）や（３１）の部分が示されていたり、特開２０１３−７７４２９、ＥＰ２２３９８０８などに内部の構造が記載されているが、限定されるものではなく、燃料電池を表現する際、前記単セルやスタックを燃料電池として示すことも多いが、本発明における燃料電池とは、図４の概念図に示される燃料電池への燃料や酸化剤の供給や制御を含む機構や温度制御が含まれた燃料電池システムを示す。ここで燃料供給機構には、燃料タンクからの燃料供給を含み、燃料タンク自体は、前記収容機構内部にあっても外部にあっても好ましいものである。
【００３３】
本発明においては、燃料電池としては、燃料にメタノール水溶液を使用するダイレクトメタノール型燃料電池が特に好ましい。水素を燃料とする場合、エネルギー密度が低いので、液体燃料であるメタノールの方が長期間の電力を供給できるためである。
【００３４】
本発明においては、前記燃料電池は二次電池と電気的に接続され、燃料電池で発電した電力を二次電池に充電できることが好ましい。燃料電池の出力としては、１０Wから２００Ｗの範囲が好ましく、さらに好ましくは２０W〜２００Wの範囲である。出力が１０Ｗ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２００Ｗを越える場合は、重量も増加するので、特に遠隔地で使用する場合に運搬しにくくなるという問題はある。
【００３５】
燃料電池の起動には電力を使用するため、電気的に接続した二次電池から、燃料電池の起動時に二次電池に蓄えられた電力を使用できる構成が好ましい。また燃料電池起動後は、燃料電池から二次電池に電力供給して充電することが可能となる構成が好ましい。その場合、燃料電池は二次電池の状態を常にモニタリングすることで、二次電池の充電状態を監視し、二次電池の充電状態が常に任意に設定した範囲内となるよう、燃料電池の起動停止を行うことが好ましい構成である。二次電池を常に一定の充電状態にすることで、安定性の高いシステムを提供することができると共に、二次電池に電力が蓄えられている場合は、燃料電池を停止しておくことにより、燃料を長持ちさせることが可能である。
【００３６】
本発明で使用する二次電池としては、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、ニッケルカドミウム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カドミウム電池は信頼性の高い電池であり、本発明の屋外用の電源システムにおいて信頼性の高いもの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、温度特性も考慮すると、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池が好ましく、特に好ましい二次電池は鉛蓄電池、中でもディープサイクルタイプの鉛蓄電池である。
【００３７】
前記二次電池の容量としては、用途に応じて適宜選択可能であるが、２０時間率容量として５Ａｈ〜２００Ａｈのものを使用することが好ましい傾向にある。特に好ましくは、１０Ａｈ〜１５０Ａｈである。５Ａｈ以下であると、電池の容量が不足する傾向にあり、２００Ａｈを越えると重くなりすぎる傾向にある。一例として、燃料電池の出力が４５Ｗの場合１０Ａｈ〜１００Ａｈ、より好ましくは２０Ａｈ〜７０Ａｈ，１１０Ｗの場合５０Ａｈ〜２００Ａｈ、より好ましくは４０Ａｈ〜８０Ａｈ、が一つの目安である。燃料電池の出力に対して二次電池の容量が小さすぎると直ぐに充電が完了し、燃料電池の起動停止の頻度が高くなるため好ましくなく、大きすぎると満充電に至らず必要以上に燃料を消費する傾向にある。また大きすぎると重くて運ぶのが困難となる傾向がある。
【００３８】
燃料電池及び二次電池を含む電源から大気サンプリング装置に必要な電力を供給する手段としては、直接或いはＤＣ／ＤＣコンバーター或いはＤＣ／ＡＣインバーターの少なくとも一つ以上の手段を介して電力を供給する仕組みである。ＤＣ／ＤＣコンバーター或いはＤＣ／ＡＣインバーターの種類は任意のものを選ぶことができる。図５に構成の模式図を示すが、燃料電池（３２）のプラス極およびマイナス極は、それぞれ二次電池（３３）のプラス極とマイナス極に電線を通じて接続されており、また大気サンプリング用機器に必要な電力供給手段（３４）に接続されており、そこから、大気サンプリング用機器（３５）に接続される構成は好ましい。
【００３９】
発電可能な電力量は、燃料の量に比例するため、運転したい期間に併せて燃料タンクの大きさを変えることができる。燃料としてメタノールを用いる場合、燃料タンク内の燃料は８０〜９９．５％の範囲の濃度のメタノール水溶液であることが好ましい。高濃度になるほど長時間使用可能となる長所があり、８０％を超えることが望ましい。一方メタノールの原体は劇物となるので、取扱が難しいため、９９．５％以下の濃度がこのましい。より好ましくは８５〜９５％の範囲である。ダイレクトメタノール型燃料電池としては、前記高濃度燃料を取り込んだ後、燃料電池本体にて、希釈後、燃料電池スタックに希釈メタノールが供給される構成が好ましい。高濃度のメタノールが燃料電池スタックに流れ込むと、出力低下に繋がる可能性があるため、希釈メタノールの濃度は、０．３％〜１０％の範囲であることが特に好ましい。また燃料量としては、１回の燃料交換にて、０．６ｋWh〜９０ｋWhの電力量を供給可能であることが好ましい。電源システムの効率によるが、メタノールとして１L〜８０Lが目安である。１回の燃料交換にて供給可能な電力量が０．６ｋWｈよりも小さいと、燃料交換頻度が高く、メンテナンスが煩雑となる傾向にあり、９０ｋWhよりも大きいと燃料が重く交換が難しくなる傾向にある。
【００４０】
また、前記二次電池に対し、自然エネルギーによる充電機構も有することは好ましい構成である。太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置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。特に好ましい組合せは小型の太陽光発電装置である。
【００４１】
本発明の大気サンプリング装置は、可搬性能を上げ、設置場所による制限を減らすために、運搬時の重量を減らす目的で、複数の筐体に収納し、運搬後に、各筐体を繋げて動作可能な状態にすることも可能である。この場合、山間部などへの可搬性を考慮すると各４０ｋｇ以下であることが好ましい。重量が４０ｋｇを越える場合、電源システムとして持ち運びが困難となる傾向にある。より好ましくは３０ｋｇ以下であり、さらに好ましくは２５ｋｇ以下である。
【実施例】
【００４２】
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。
【００４３】
燃料電池として、ＳＦＣ  Ｅｎｅｒｇｙ社製ＥＦＯＹ  Ｐｒｏ８００(出力４５W、ダイレクトメタノール型燃料電池)を用い、別途、ＳＦＣ  Ｅｎｅｒｇｙ社製の燃料カートリッジであるＭ１０（メタノール１０Ｌを含む、燃料ＥＦＯＹ  Ｐｒｏ８００用燃料カートリッジ）と接続し、厚み３ｍｍのジュラルミン製筐体（５２ｃｍ×65ｃｍ×２５ｃｍ）に収納した。該筐体には、燃料電池に空気を供給するための吸気口を設けた。重量は１８ｋｇであった。別途、１２V−４２Ahディープサイクル鉛蓄電池から２５W−DC/DCコンバーターに接続したものを同様に同じタイプのジュラルミン製筐体（５２ｃｍ×65ｃｍ×２５ｃｍ）に収納した。重量は、１５ｋｇであった。
【００４４】
大気サンプリング用機器としては、図２の形式の機器を使用し、燃料電池及び二次電池から大気サンプリング用機器に電力を供給する手段としては、図５の手段を採用した。フィルターは１週間に１回の頻度で５週間回収され、総時間８４０時間の期間、自動で連続運転した。ポンプの消費電力と動作時間から、総消費電力量は、８．４ｋＷｈであり、燃料電カートリッジの約８Ｌを消費していた。この間、フィルター交換作業や燃料補給などのメンテナンスは一切不要であった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によると、商用電源等の電源が確保できない遠隔地等の場所においても、長期間の連続大気サンプリングを可能とする大気サンプリング装置を提供できる。
【符号の説明】
【００４６】
（１）テープフィルタ（供給側）
（２）テープフィルタ（巻き取り）
（３）大気取り込み部
（４）大気吸引ポンプ
（５）フィルターへの大気導入部
（６）テープフィルタ
（７）護フィルム供給部
（８）保護フィルム
（９）フィルターＡ
（１０）フィルターＡに繋がる流路
（１１）大気取り込み部
（１２）フィルターＢ
（１３）フィルターＢに繋がる流路
（１４）フィルターＡへの大気入口
（１５）吸気ポンプ
（１６）フィルターＡからの大気出口
（１７）フィルターＢへの大気入り口
（１８）フィルターＢからの大気出口
（１９）大気取り込み部
（２０）大気吸引ポンプ
（２１）フィルターへの大気導入部
（２２）フィルター
（２３）フィルターの回転軸
（２４）単セル、或いは複数の単セルを積層したスタック
（２５）燃料供給機構及び必要に応じて燃料を循環する機構 
（２６）酸化剤供給機構及び必要に応じて循環する機構 
（２７）排ガスを直接或いは間接的に外部に排出する機構 
（２８）単セル、或いは複数の単セルを積層したスタックから生じる直流電流
（２９）制御機構 
（３０）直流電流を二次電池及び機器に供給する機構
（３１）収納機構
（３２）燃料電池
（３３）二次電池
（３４ ）大気サンプリング用機器への電力供給手段
（３５）大気サンプリング用機器
【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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