JP2002127991A

JP2002127991A - 情報収集装置

Info

Publication number: JP2002127991A
Application number: JP2000320768A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Koshiba; 広吉小柴
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、重量の大きな電池を積むこ
となく、大気中において長時間に渡り情報収集をするこ
とが可能な情報収集機を提供する。【解決手段】浮力を与えるための気球１と情報収集装
置本体２とを連繋した情報収集装置Ｓである。気球１は
外側を覆う外側袋体３と、外側袋体３の内部に位置する
少なくとも一つの内側袋体４を備えており、内側袋体４
の少なくとも一つには水素ガスが充填され、情報収集装
置本体２は、動力源としての燃料電池１０と、情報収集
装置２近傍の情報を収集する測定器５ａ，５ｇを備えて
いる。また、水素ガスが充填された内側袋体４ｂから燃
料電池１０へ水素ガスを供給する水素ガス供給手段４ｃ
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報収集装置に関
し、特に、電力源として燃料電池を備え、大気中に設置
されて観測などに使用される情報収集装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大気中の湿度，温度，大気ガ
ス，風向及び風速等を測定するために、ラジオゾンデ等
の情報収集装置が用いられている。情報収集装置は気球
等により地上より引き上げられ、大気中において計測を
行うように構成されている。

【０００３】上記情報収集装置において、観測機器を動
作させるためには、所定のエネルギーが必要となる。エ
ネルギーは、上記のように観測機器を動作させる他、情
報収集機器を大気中の定点に情報収集装置を停留させた
り、或いは情報収集装置所定箇所まで移動させるときに
必要となるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来では、情報収集装
置に蓄電池を搭載してエネルギーの供給を行っていた。
しかし、蓄電池は自己放電等により寿命が短いため、補
給回数が多くなり手間がかかるという問題があった。ま
た、蓄電池の容量を増加させようとすると、蓄電池が大
型になり、情報収集機への搭載が困難になるという問題
があった。

【０００５】また、蓄電池は負荷変動に弱く、また低温
特性が悪いため、効率が悪いという問題があった。さら
にまた、スペース上の都合等により、多段（直列、並
列）使用することがあるが、この場合、各装置に常に適
正な電流が流れず、これにより装置が安定性が確保でき
ず信頼性が低下するという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、重量の大きな電池を積む
ことなく、大気中において長時間に渡り情報収集をする
ことが可能な情報収集機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明に係
る情報収集装置を使用することにより解決される。すな
わち、本発明の請求項１に係る情報収集装置は、浮力を
与えるための気球と、情報収集装置本体とを備え、前記
気球と前記情報収集装置本体とを連繋した情報収集装置
において、前記気球は外側を覆う外側袋体と、該外側袋
体の内部に位置する少なくとも一つの内側袋体と、を備
え、該内側袋体の少なくとも一つには水素ガスが充填さ
れ、前記情報収集装置本体は、動力源としての燃料電池
と、情報収集装置近傍の情報を収集する情報収集手段
と、を備え、前記水素ガスが充填された内側袋体から前
記燃料電池へ水素ガスを供給する水素ガス供給手段が設
けられた、ことを特徴とする。

【０００８】このように、本発明の情報収集装置は、燃
料電池から出力された電力により作動されるので、従来
に比してコンパクトで軽量な構成とされて、大気中での
観測を長時間に渡って行うことが可能となる。

【０００９】また、気球の内側袋体の少なくとも一つに
水素ガスが入れられ、この内側袋体から燃料電池へ燃料
としての水素ガスを供給するように構成されている。す
なわち、気球に浮力を与える内側袋体が、燃料電池の燃
料を蓄積する水素ボンベの役割をも果たす構成となって
おり、情報収集装置をより一層小型化することが可能と
なる。

【００１０】本発明の請求項２に係る情報収集装置は、
浮力を与えるための気球と、情報収集装置本体とを備
え、前記気球と前記情報収集装置本体とを連繋した情報
収集装置において、前記気球は外側を覆う外側袋体と、
該外側袋体の内部に位置する少なくとも一つの内側袋体
と、を備え、該内側袋体の少なくとも一つには水素ガス
が充填され、前記情報収集装置本体は、動力源としての
燃料電池と、情報収集装置近傍の情報を収集する情報収
集手段と、を備え、前記水素ガスが充填された内側袋体
及び前記燃料電池へ水素ガスを供給する水素ガス蓄積手
段が設けられた、ことを特徴とする。

【００１１】このように、請求項２に係る情報収集装置
には水素ガス蓄積手段が設けられており、この水素ガス
蓄積手段から気球の内側袋体と燃料電池に水素ガスが供
給されるように構成されているので、浮力を維持しなが
ら電力を得ることができ、長時間の気象観測や多くの動
力を必要とする情報収集に対応することが可能となる。

【００１２】また、前記水素ガスが充填された内側袋体
から前記燃料電池へ水素ガスを供給する水素ガス供給手
段が設けられた構成とすれば、浮力が過大になったとき
に、内側袋体から燃料電池へ水素ガスを送り込むことが
可能となる。そして、浮力が不足したときは、水素ガス
蓄積手段から内側袋体へ再度水素ガスを供給すれば良
い。このように、状況に応じて浮力や発生電力を調整す
ることが可能となる。

【００１３】なお、前記内側袋体のうち前記水素ガスが
供給されない内側袋体に、ヘリウムガスが充填された構
成とすると、水素ガスを全て消費したときでも、ヘリウ
ムガスが充填された内側袋体により浮力を保つことがで
き好適である。

【００１４】また、前記外側袋体内に不活性ガスを充填
することにより、水素ガスと空気の直接の隣接を妨げる
ことが可能となる。また、さらに長時間に渡って浮力を
維持することが可能となる。

【００１５】本発明の情報収集装置に使用される燃料電
池は、空気供給可能な空気側プレートと、該空気側プレ
ートに気密性を有して取り付けられ酸素と接触する面を
備えた少なくとも一つの電極モジュールと、該電極モジ
ュールの前記酸素と接触する面と反対側の面に設けられ
た燃料側と接触する面を密閉する密閉プレートと、該密
閉プレートと前記電極モジュールの燃料側と接触する面
との間に燃料ガスを注入する注入口を設けてなる電池セ
ルを備え、前記電極モジュールは、水分を介在させない
プロトン伝導体からなる電解質膜を所定形状の枠体で支
持したことを特徴とする。

【００１６】このように、本発明の燃料電池は、電解モ
ジュールに水分を介在させないプロトン伝導体からなる
電解質膜を使用しているので、水素ガスを加湿するため
の加湿器等が不要となり、情報収集装置本体の限られた
空間において設置場所をとることがなく、よりコンパク
トな構成とすることができる。また、多量の水が発生し
ないので、貯溜タンク等の設備も不要となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の情報収集装置Ｓは、浮力
を与えるための気球１と、情報収集装置本体２とから構
成されている。気球１は外側を覆う外側袋体３と、外側
袋体２の内部に位置する内側袋体４とを備えている。内
側袋体４の少なくとも一つには水素ガスが充填されてい
る。

【００１８】情報収集装置本体２は、動力源としての燃
料電池１０と、情報収集装置Ｓ近傍の情報を収集する情
報収集手段５とを備えている。燃料電池１０へは、水素
ガスが充填された内側袋体４ｂから、水素ガス供給手段
としてのガス供給チューブ４ｃを介して水素ガスが供給
されるように構成されている。

【００１９】このように、本例の情報収集装置Ｓは、燃
料電池１０の電力により作動されるので、小型軽量とさ
れ、大気中での観測を長時間に渡って行うことが可能と
なる。また、内側袋体４ｂの水素ガスが情報収集装置Ｓ
に浮力を与えるとともに、燃料電池１０の燃料としても
使用されるため、情報収集装置本体２に水素ガスを蓄積
しておく場所が必要とされず、情報収集装置Ｓをより一
層小型化することが可能となる。

【００２０】或いは、情報収集装置Ｓの別の構成とし
て、情報収集装置Ｓに水素ガス蓄積手段としての水素ガ
スボンベＢを搭載した構成としても良い。この場合は、
水素ガスボンベＢから、内側袋体４の少なくとも一つ
と、燃料電池１０とに水素ガスが供給される。

【００２１】上記のように、情報収集装置Ｓに水素ガス
ボンベＢを搭載することにより、浮力を維持しながら大
きな電力を得ることができ、長時間の気象観測や多くの
動力を必要とする情報収集に対応することが可能とな
る。

【００２２】なお、上記構成において、水素ガスが充填
された内側袋体４ｂから燃料電池１０へ水素ガスを供給
するガス供給チューブ４ｃを設けた構成としても良い。
これにより、浮力が過大になったときには、内側袋体４
ｂから燃料電池１０へ水素ガスを送り込んで水素ガスを
減量することができる。そして、逆に浮力が不足すれば
水素ガスボンベＢから内側袋体４ｂへ再度水素ガスを供
給すれば良いものである。

【００２３】なお、内側袋体４のうち、水素ガスが供給
されない内側袋体４ａには、ヘリウムガスが充填され
る。これにより、内側袋体４ｂの水素ガスを消耗したと
きでも、情報収集装置Ｓの浮力を保つことが可能とな
る。

【００２４】また、外側袋体３内に不活性ガスを充填す
ることにより、内側袋体４ｂに充填された水素ガスと空
気の直接の隣接を妨げることが可能となる。また、外側
袋体３内に充填された不活性ガスにより、さらに長時間
に渡って浮力を維持することが可能となる。

【００２５】本例の燃料電池１０は、空気供給可能な空
気側プレート４０と、空気側プレート４０に気密性を有
して取り付けられ酸素と接触する面を備えた少なくとも
一つの電極モジュールＥＭと、電極モジュールＥＭの酸
素と接触する面と反対側の面に設けられた燃料側と接触
する面を密閉する密閉プレート５０と、密閉プレート５
０と電極モジュールＥＭの燃料側と接触する面との間に
燃料ガスを注入する注入口を設けてなる電池セルＣから
なる。電極モジュールＥＭは、プロトン伝導体からなる
電解質膜１１を所定形状の枠体２０で支持した構成とさ
れている。

【００２６】本例の燃料電池１０では、電解質膜とし
て、特に水分を介在させないプロトン伝導体からなる電
解質膜１１を利用すれば、水素ガスを加湿するための加
湿器等が不要となり、情報収集装置本体２の限られた空
間において設置場所をとることがなく、よりコンパクト
な構成とすることができる。また、多量の水が発生しな
いので、貯溜タンク等の設備も不要となる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を
限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変
することができるものである。

【００２８】図１乃至図５は本実施例の情報収集装置を
示すものであり、図１は本発明の情報収集装置を示す説
明図、図２は燃料電池の概略説明図、図３は燃料電池の
具体的構成を示す説明図、図４は水素蓄積手段としての
水素ガスボンベを用いた構成を示す説明図、図５は情報
収集手段の構成図である。なお、本明細書において、
「プロトン（Ｈ^＋）の解離」とは、「電離によりプロト
ンが（官能基から）離れること」を意味し、「プロトン
解離性の基」とは、「プロトンが電離により離脱し得る
官能基」を意味する。

【００２９】本実施例に係る情報収集装置Ｓは、図１に
示すように、浮力を与えるための気球１と、気球１に連
繋された情報収集装置本体２とから構成されている。気
球１は外側を覆う外側袋体３と、該外側袋体３の内部に
位置する内側袋体４とを備えている。また、情報収集装
置本体２には、情報収集装置Ｓ付近の情報を収集する情
報収集手段５と、情報収集手段５を作動させたり情報収
集装置Ｓを推進させるために用いられる動力源としての
燃料電池１０とを備えている。

【００３０】気球１は、外側を覆う外側袋体３と、この
外側袋体３の内側に位置する内側袋体４とから構成され
ている。本例では、内側袋体４は、第１の内側袋体４ａ
と第２の内側袋体４ｂとから構成されている。なお、内
側袋体４の個数は適宜変更可能なものである。

【００３１】外側袋体３と、内側袋体４ａ，４ｂとは、
図示しない帯部材により連結され、内側袋体４ａ，４ｂ
が外側袋体３の中で過度に動かないように構成されてい
る。これにより、情報収集装置Ｓへ安定した浮力を与え
ることが可能となる。

【００３２】第１の内側袋体４ａには、ヘリウムガスが
充填され、第２の内側袋体４ｂには、水素ガスが充填さ
れている。これら内側袋体４ａ，４ｂに充填されたガス
により、情報収集装置Ｓに浮力が与えられる。

【００３３】なお、外側袋体３内に不活性ガスを充填し
た構成としても良い。不活性ガスとしては、ヘリウムガ
ス，ネオンガス，アルゴンガス等が使用される。不活性
ガスはは、浮力を得るために比重の小さいものが望まし
いが、気球全体の浮力が充分に得られるのであれば、比
重の大きいガスも使用することが可能である。外側袋体
３内に不活性ガスを充填することにより、内側袋体４ｂ
に充填された水素ガスと空気の直接の隣接を妨げること
が可能となる。また、外側袋体３内に充填された不活性
ガスにより、さらに長時間に渡って浮力を維持すること
が可能となる。

【００３４】情報収集装置本体２には、情報収集装置Ｓ
付近の情報を得るための情報収集手段５が設けられてい
る。情報収集手段５は、図５に示すように、湿度検知
機，温度検知機，風速測定機、大気ガス測定機等の測定
機５ａと、測定値の処理を行なう測定制御部５ｂと、測
定制御部５ｂで処理された情報を地上に向けて発振する
発振アンテナ５ｇとを主要構成要素として形成されてい
る。

【００３５】各測定機５ａは、情報収集装置の付近にお
ける大気の湿度，温度，風速，大気ガス量等を検知する
ものである。なお、より正確な測定値を得るため、各測
定器５ａは、情報収集装置本体２の外側に取り付けられ
ている。

【００３６】測定機５ａで測定された測定値は、測定制
御部５ｂに入力される。測定値は、測定制御部５ｂの測
定値入力部５ｄに入力される。さらに、入力された測定
値は、測定値記憶部５ｃに格納される。また、必要であ
れば、計算部５ｆでガスの成分比などが計算される。測
定値や計算結果は、出力部５ｅに出力され、発振アンテ
ナ５ｇを介して地上局６に通知される。

【００３７】なお、上記情報収集手段５を構成する測定
機５ａや測定制御部５ｂ等の作動に要する電力は、次述
する燃料電池１０から出力され、分電盤７を介して供給
されるものである。

【００３８】また、情報収集装置Ｓには、情報収集装置
Ｓが空気流に流されずに大気中に停留したり、或いは情
報収集装置Ｓを所定箇所まで移動させるために、推進装
置８が設けられている。推進装置８は、電力の供給を受
けて作動する形式のもの（例えばモーター付きプロペ
ラ）となっている。推進装置８の作動に要する電力につ
いても、上記情報収集手段５と同様に、次述する燃料電
池１０から分電盤７を介して供給される。

【００３９】次に、本例の燃料電池１０について説明す
る。燃料電池１０は、図２に示すように、水素ガスを燃
料として電力を出力する動力源である。本実施例では、
燃料としての水素ガスは、水素ガスが充填された第２の
内側袋体４ｂから供給される。水素ガスは、第２の内側
袋体４ｂから水素ガス供給手段としてのガス供給チュー
ブ４ｃを介して供給される。

【００４０】図３に燃料電池１０の具体的構成を示す。
燃料電池１０はセルＣからなり、所定の出力を得るため
にセルＣを連続させて形成されている。セルＣは、図３
に示すように、空気側プレート４０と、密閉プレート５
０で電極モジュールＥＭを密閉してなり、空気側プレー
ト４０には孔４１が設けられ、この孔４１から電極モジ
ュールＥＭに空気が供給されるように構成されている。

【００４１】電極モジュールＥＭは、水分を介在させな
いプロトン伝導体からなる電解質膜１１と、電解質膜１
１を支持する所定形状の枠体２０（導電性）と、電解質
膜１１と枠体２０との間に位置する絶縁体１２と、燃料
側の電極膜１３と、空気側の電極膜１４と、電極膜に設
けられた図示しない触媒膜と、シート膜１７，１８とか
ら構成されている。シート膜１７，１８は、電極膜１
３，１４の保持、強度のための機能と、水素ガス，酸素
を分散的により良く触媒に送り電気化学反応を起こしや
すく、且つ生成物（水）を除去する機能を有するもので
ある。

【００４２】また、本例のセルＣでは、空気側プレート
４０と密閉プレート５０との間に、空気側プレート４０
と接触する面と、密閉プレート５０と接触する面とを備
えた支持部材３０が介在されている。

【００４３】支持部材３０は、断面概略Ｌ字状をしてい
るが、これは、電極モジュールＥＭを面３１ａで支持す
るためのものであり、形状等については、支持機能があ
れば問わない。

【００４４】本例のセルＣでは、支持部材３０を介して
電池極が形成される。すなわち、電極モジュールＥＭと
空気側プレート４０の接合面には、接続用パターン６１
ａ（本例では、構成が明確になるように空気側プレート
４０と電極モジュールＥＭとを離間させている）が形成
されており、この接続用パターン６１ａには空気側の電
極膜１４が接続される。

【００４５】また、支持部材３０と空気側プレート４０
の接合面には、別の接続用パターン６１ｂが形成されて
おり、この接続用パターン６１ｂには燃料側の電極膜１
３が接続される。このようにして、電極膜１３と電極膜
１４との間で電池極が形成される。なお、上記のよう
に、本例の支持部材３０はコンタクト機能を有するよう
に構成しているが、他の手段によって接続をするように
構成することもできる。

【００４６】本例の燃料電池１０は、電解質膜として、
水分を介在させないプロトン伝導体を使用した。そのた
め、水素ガスの加湿が不要であり、加湿器を設ける必要
がなく、情報収集装置本体２において加湿器のための設
置スペースを設けることがないため、情報収集装置Ｓ自
体をコンパクトな構成とすることが可能である。

【００４７】また、水素ガスの加湿が不要であるため、
燃料電池１０により発生する水は、燃料電池における化
学反応による生成水だけとなる。このため、従来の燃料
電池のように多量の水が発生しないため、水を貯溜する
タンク等が必要とされない。このため、貯溜タンクの設
置スペースを確保する必要がなく、また、貯溜された水
により情報収集装置Ｓ自体の重量の増加を防ぐことが可
能である。

【００４８】燃料電池１０における水素と酸素の反応に
より生じる生成水は、燃料電池１０を冷却するために利
用すると好適である。本例の燃料電池１０によれば、従
来のように多量の水は発生しないので、生成された水を
利用して気化熱により燃料電池１０を冷却すると良い。

【００４９】燃料電池１０より発生した電力は、電極か
ら取り出され、分電盤７を介して、情報収集手段５を構
成する湿度検知機，温度検知機，風速測定機，大気ガス
測定機等の各測定機５ａや、測定制御部５ｂ等へ供給さ
れるほか、電動型の推進装置８へ供給される。

【００５０】なお、燃料電池１０への水素ガスの供給に
ついて、上記のように、第２の内側袋体４ｂから供給す
る構成の他、水素ガス蓄積手段としての水素ガスボンベ
Ｂを設置し、この水素ガスボンベＢから供給するように
しても良い。

【００５１】すなわち、情報収集装置本体２に、水素ガ
スボンベＢを搭載する。水素ガスボンベＢには図示しな
い切換装置が設けられており、図４に示すように、燃料
電池１０に燃料としての水素ガスが供給されるととも
に、第２の内側袋体４ｂに浮力を与えるための水素ガス
が供給されるように構成されている。

【００５２】上記構成とすることにより、水素ガスを適
宜使用することが可能となり、浮力を持続しながら、大
きな電力を得ることができる。したがって、長時間の気
象観測や多くの動力を必要とする情報収集に対応するこ
とが可能となる。

【００５３】なお、上記構成において、水素ガスが充填
された内側袋体４ｂから燃料電池１０へ水素ガスを供給
するガス供給チューブ４ｃを設けても良い。ガス供給チ
ューブ４ｃを設けることにより、浮力が過大になったと
きには、内側袋体４ｂから燃料電池１０へ水素ガスを送
り込んで水素ガスを減量することができる。そして、逆
に浮力が不足すれば水素ガスボンベＢから内側袋体４ｂ
へ再度水素ガスを供給すれば良い。これにより、状況に
応じて浮力を調整したり、必要な動力を確保することが
可能となる。

【００５４】なお、本実施例の燃料電池において、電解
質膜として、プロトン伝導体からなる電解質膜を使用し
ている。このプロトン伝導体としては、パーフルオロス
ルホン酸樹脂（ナフィオン（Nafion(R)）：Du pont社
製）や、フラーレン誘導体等がある。以下、ここでは、
通称「フラレノール（Fullerenol）」と称される水分を
介在させないプロトン伝導体からなる電解質膜１１につ
いて説明する。

【００５５】プロトン伝導体からなる電解質膜１１とし
て、ポリ水酸化フラーレンは、、図６に示すように、フ
ラーレンに複数の水酸基を付加した構造を持ったものの
総称であり、通称「フラレノール（Fullerenol）」と呼
ばれている。当然のことながら、フラレノールは１９９
２年にChiangらによって最初に合成例が報告された(Chi
ang, L. Y. ; Swirczewski, J. W. ; Hsu, C. S. ; Cho
wdhury, S. K. ; Cameron, S. ; Creegan, K. J. Chem.
Soc, Chem. Commun. 1992, 1791)。以来、一定量以上
の水酸基を導入したフラレノールは、特に水溶性である
特徴が注目され、主にバイオ関連の技術分野で研究され
てきた。

【００５６】フラレノールは、図７（Ａ）で概略図示す
るように凝集体とし、近接し合ったフラレノール分子
（図中、○はフラーレン分子を示す。）の水酸基同士に
相互作用が生じるようにする。この凝集体はマクロな集
合体として高いプロトン伝導特性（換言すれば、フラレ
ノール分子のフェノール性水酸基からのＨ^＋の解離性）
を発揮する。

【００５７】プロトン伝導体からなる電解質膜は、上記
フラレノール以外に、たとえば複数の−ＯＳＯ_３Ｈ基を
もつフラーレンの凝集体をプロトン伝導体として用いる
ものでもよい。ＯＨ基がＯＳＯ_３Ｈ基と置き換わった図
７（Ｂ）に示すようなポリ水酸化フラーレン、すなわち
硫酸水素エステル化フラレノールは、やはりChiangらに
よって１９９４年に報告されている(Chiang, L. Y. ; W
ang, L. Y. ; Swirczewski, J. W. ; Soled, S. ; Came
ron, S. J. Org. Chem. 1994, 59, 3960)。硫酸水素エ
ステル化されたフラーレンには、一つの分子内にＯＳＯ
_３Ｈ基のみを含むものもあるし、あるいはこの基と水酸
基をそれぞれ複数、もたせたものでもよい。

【００５８】上述したフラーレン誘導体を多数凝集させ
た時、それがバルクとして示すプロトン伝導性は、分子
内に元々含まれる大量の水酸基やＯＳＯ_３Ｈ基に由来す
るプロトンが移動に直接関わるため、雰囲気から水蒸気
分子などを起源とする水素、プロトンを取り込む必要は
なく、また、外部からの水分の補給、とりわけ外気より
水分等を吸収する必要もなく、雰囲気に対する制約はな
い。また、これらの誘導体分子の基体となっているフラ
ーレンは、特に求電子性の性質を持ち、このことが酸性
度の高いＯＳＯ_３Ｈ基のみならず、水酸基等においても
水素イオンの電離の促進に大きく寄与していると考えら
れる。

【００５９】また、一つのフラーレン分子中にかなり多
くの水酸基およびＯＳＯ_３Ｈ基等を導入することができ
るため、伝導の関与するプロトンの伝導体体積あたりの
数密度が非常に多くなる。

【００６０】本例のプロトン伝導体は、その殆どが、フ
ラーレンの炭素原子で構成されているため、重量が軽
く、変質もし難く、また汚染物質も含まれていない。フ
ラーレンの製造コストも急激に低下しつつある。資源
的、環境的、経済的にみてフラーレンは他のどの材料に
もまして、理想に近い炭素系材料であると考えられる。

【００６１】更に、プロトン解離性の基は、前述した水
酸基やＯＳＯ_３Ｈ基に限定する必要はない。即ち、この
解離性の基は、式−ＸＨで表され、Ｘは２価の結合手段
を有する任意の原子もしくは原子団であればよい。更に
は、この基は、式−ＯＨ又は−ＹＯＨで表わされ、Ｙは
２価の結合手を有する任意の原子もしくは原子団であれ
ばよい。

【００６２】具体的には、プロトン解離性の基として
は、前記−ＯＨ、−ＯＳＯ_３Ｈ以外に−ＣＯＯＨ、−Ｓ
Ｏ_３Ｈ、−ＯＰＯ（ＯＨ）_２のいずれかが好ましい。

【００６３】更に、本例では、フラーレン分子を構成す
る炭素原子に、プロトン解離性の基とともに、電子吸引
基、たとえば、ニトロ基、カルボニル基、カルボキシル
基、ニトリル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子
（フッ素、塩素など）などが導入されていることが好ま
しい。図７（Ｃ）に、−ＯＨの外にＺを導入したフラー
レン分子を示す。このＺは、具体的には、−ＮＯ_２、−
ＣＮ、−Ｆ、−Ｃ_１、−ＣＯＯＲ、−ＣＨＯ、−ＣＯ
Ｒ、−ＣＦ_３、−ＳＯ_３ＣＦ_３などである（ここでＲは
アルキル基を表わす）。このように電子吸引基が併存し
ていると、その電子吸引効果のために、上記プロトン解
離性の基からプロトンが解離し易くなる。

【００６４】但し、フラーレン分子に導入するプロトン
解離性の基の数は、フラーレン分子を構成する炭素数の
範囲内で任意でよいが、望ましくは５個以上とするのが
よい。なお、フラーレンのπ電子性を残し、有効な電子
吸引性を出すためには、上記基の数は、フラーレンを構
成する炭素数の半分以下が好ましい。

【００６５】プロトン伝導体に用いるフラーレン誘導体
を合成するには、フラーレン分子の粉末に対し、たとえ
ば酸処理や加水分解等の公知の処理を適宜組み合わせて
施すことにより、フラーレン分子の構成炭素原子に所望
のプロトン解離性の基を導入すればよい。

【００６６】より具体的に述べるならば、ポリ水酸化フ
ラーレンの合成は、文献(Chiang, L. Y. ; Wang, L. Y.
; Swirczewski, J. W. ; Soled, S. ; Cameron, S. J.
Org. Chem. 1994, 59, 3960)を参考にしておこなっ
た。Ｃ_７０を約１５％含むＣ_６ _０／Ｃ_７０フラーレン混
合物の粉末２ｇを発煙硫酸３０ｍｌ中に投じ、窒素雰囲
気中で６０℃に保ちながら３日間攪拌した。得られた反
応物を、氷浴内で冷やした無水ジエチルエーテル中に少
しずつ投下し、その沈澱物を遠心分離で分別し、さらに
ジエチルエーテルで３回、およびジエチルエーテルとア
セトニトリルの２：１混合液で２回洗浄したあと、４０
℃にて減圧中で乾燥させた。さらに、この乾燥物を６０
ｍｌのイオン交換水中に入れ、８５℃で窒素によるバブ
リングを行いながら１０時間攪拌した。反応生成物は遠
心分離によって沈澱物を分離し、この沈澱物をさらに純
水で数回洗浄し、遠心分離を繰り返した後に、４０℃で
減圧乾燥した。このようにして得られた茶色の粉末のＦ
Ｔ−ＩＲ測定を行ったところ、上記文献に示されている
Ｃ_６０（ＯＨ）_１２のＩＲスペクトルとほぼ一致し、こ
の粉末が目的物質であるポリ水酸化フラーレンと確認さ
れた。

【００６７】またポリ水酸化フラーレン凝集ペレットの
製造は、次に、このポリ水酸化フラーレンの粉末９０ｍ
ｇをとり、直径１５ｍｍの円形ペレット状になるように
一方方向へのプレスを行った。この時のプレス圧は約７
トン／ｃｍ^２であった。その結果、このポリ水酸化フラ
ーレンの粉末は、バインダー樹脂等を一切含まないにも
関わらず成形性に優れており、容易にペレット化するこ
とができた。そのペレットは厚みが約３００ミクロンで
ある。

【００６８】ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エステル
（全エステル化）の合成も、同様に前記の文献を参考に
しておこなった。ポリ水酸化フラーレンの粉末１ｍｇを
６０ｍｌの発煙硫酸中に投下し、室温にて窒素雰囲気下
で３日間攪拌した。得られた反応物を、氷浴内で冷やし
た無水ジエチルエーテル中に少しずつ投下し、その沈澱
物を遠心分離で分別し、さらにジエチルエーテルで３
回、およびジエチルエーテルとアセトニトリルの２：１
混合液で２回洗浄した後、４０℃にて減圧下で乾燥させ
た。このようにして得られた粉末のＴＦ−ＩＲ測定を行
ったところ、前記文献中に示されている、全ての水酸基
が硫酸水素エステル化されたもののＩＲスペクトルとほ
ぼ一致し、この粉末が目的物質であると、確認できた。

【００６９】また、ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エス
テル凝集ペレットの製造は、ポリ水酸化フラーレン硫酸
水素エステルの粉末７０ｍｇをとり、直径１５ｍｍの円
形ペレット状になるように一方方向へのプレスを行っ
た。この時のプレス圧は約７トン／ｃｍ^２であった。そ
の結果、この粉末はバインダー樹脂等を一切含まないに
も関わらず、成形性に優れており、容易にペレット化す
ることができた。このペレットは厚みが約３００ミクロ
ンである。

【００７０】さらに、ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エ
ステル（部分エステル化）の合成は、Ｃ_７０を約１５％
含むＣ_６０／Ｃ_７０フラーレン混合物の粉末２ｇを発煙
硫酸３０ｍｌ中に投じ、窒素の雰囲気中にて、６０℃に
保ちながら３日間攪拌した。得られた反応物を、氷浴内
で冷やしたジエチルエーテル中に少しずつ投下した。た
だし、この場合のジエチルエーテルは脱水処理を行って
いないものを用いた。得られた沈澱物を遠心分離で分別
し、さらにジエチルエーテルで３回、およびジエチルエ
ーテルとアセトニトリルの２：１混合液で２回洗浄した
後、４０℃にて減圧下で乾燥させた。このようにして得
られた粉末のＦＴ−ＩＲ測定を行ったところ、前記文献
に示されている、部分的に水酸基とＯＳＯ_３Ｈ基を含む
フラーレン誘導体のＩＲスペクトルとほぼ一致し、この
粉末が目的物質であると、確認できた。

【００７１】さらにまた、ポリ水酸化フラーレン硫酸水
素エステル凝集ペレットの製造は、一部が硫酸水素エス
テル化されたポリ水酸化フラーレンの粉末８０ｍｇをと
り、直径１５ｍｍの円形ペレット状になるように一方方
向へのプレスを行った。この時のプレス圧は約７トン／
ｃｍ^２であった。その結果、この粉末はバインダー樹脂
等を一切含まないにも関わらず成形性に優れており、容
易にペレット化することができた。このペレットは厚み
が約３００ミクロンであった。

【００７２】なお、上記の実施の形態では、プロトン伝
導膜としては、ポリ水酸化フラーレンでできた膜を用い
たが、プロトン伝導膜はこれに限定されるものではな
い。ポリ水酸化フラーレンは、フラーレン分子を母体と
し、その構成炭素分子に水酸基を導入したものである
が、母体としてはフラーレン分子に限らず炭素を主成分
とする炭素質材料であればよい。

【００７３】この炭素性材料には、炭素原子が、炭素−
炭素間結合の種類を問わず、数個から数百個結合して形
成されている集合体である炭素クラスターや、チューブ
状炭素質（通称カーボンナノチューブ）が含まれてよ
い。

【００７４】前者の炭素クラスターには、図８で示され
るような、炭素原子が多数個集合してなる、球体又は長
球、又はこれらに類似する閉じた面構造を有する種々の
炭素クラスターがある。また、図９で示されるような、
それらの炭素クラスターの球構造の一部が欠損し、構造
中に開放端を有する炭素クラスター、図１０で示すよう
な、大部分の炭素原子がＳＰ３結合したダイヤモンド構
造を持つ炭素クラスター、更には図１１で示すような、
これらのクラスターどうしが種々に結合した炭素クラス
ターが含まれていてよい。

【００７５】またこの種の母体に導入する基としては水
酸基に限らず、−ＸＨ、より好ましくは−ＹＯＨで表さ
れるプロトン解離性の基であればよい。ここでＸ及びＹ
は２価の結合手を有する任意の原子若しくは原子団であ
り、Ｈは水素原子、Ｏは酸素原子である。具体的には、
前記−ＯＨ以外に、硫酸水素エステル基−ＯＳＯ_３Ｈ、
カルボキシル基−ＣＯＯＨ、他に−ＳＯ_３Ｈ、−ＯＰＯ
（ＯＨ）_２のいずれかであることが好ましい。

【００７６】また、ゾルゲル法により作成したプロトン
（水素イオン）の高伝導性ガラスであってもよい。この
高伝導性ガラスは、例えば、リン酸−ケイ酸塩（Ｐ_２Ｏ
_５−ＳｉＯ_２）系ガラスであり、金属アルコキシド原料
を加水分解し、ゲルを作製、５００−８００度Ｃで加熱
しガラスとして作成でいる。このガラスには２ナノメー
トル程度の微細孔があり、そこに水分が吸着され、プロ
トンの移動が促進されるものである。

【００７７】さらに、有機無機ハイブリッドイオン交換
膜であってもよい。これは、ポリエチレンオキサイド
（ＰＥＯ）やポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポ
リテトラメチレンオキサイド（ＰＴＭＯ）などとシリカ
が分子レベルで結合した複合膜であり、モノドテシルフ
ォスフェート（ＭＤＰ）や１、２−タングストリン酸
（ＰＷＡ）などをプロトン伝導性供与剤としてドープし
たものである。

【００７８】また、自己加湿型電解質膜であってもよ
い。この膜は、例えば図１２で示すように、膜中に極微
量の白金超微粒子触媒と酸化物（ＴｉＯ_２・ＳｉＯ_２）
超微粒端子を高分散させている。クロスオーバーしてく
る水素と酸素を逆用して白金触媒上で水を生成させ、そ
の生成水を酸化物超微粒子に吸着保水させることによ
り、膜を内部から加湿して含水率を高く保つものであ
る。そして、粒径１〜２ｎｍ極微量の白金超微粒子
（０．０９ｍｇ／ｃｍ^２）と粒径５ｎｍのＴｉＯ_２超微
粒子（乾燥Ｎａｆｉｏｎ重量の３％）を高分散したＰｔ
−ＴｉＯ_２分散膜を電解質に用いると、完全に外部無加
湿の状態でも、きわめて安定で高性能（０．４〜０．６
Ｖで約０．６Ｗ／ｃｍ^２）な電池運転が可能になりる。
上記のいずれの変形例によっても、プロトンの伝導に加
湿が不要であり、本発明における効果には変わりはな
い。

【００７９】以上のように、電解質膜として、水分を介
在させないプロトン伝導体からなる電解質膜１１を使用
すると、水素ガスの加湿が不要であり、加湿器を設ける
必要がなく、加湿器のための設置スペースを設けること
がないため、セパレータを複雑な形状とする必要がな
く、燃料電池をコンパクトな構成とすることが可能であ
る。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、本発明の情報収集装置
は、燃料電池から出力された電力により作動されるの
で、従来に比してコンパクトで軽量な構成とされて、大
気中での観測を長時間に渡って行うことが可能となる。

【００８１】また、構造が簡単で且つ低温特性の良い燃
料電池を使用しているため、上空の低温環境下でも各機
器に安定した電力が供給され、精度の高い観測値を得る
ことが可能となる。

【００８２】さらに、本発明の燃料電池は、電解質膜に
水分を介在させないプロトン伝導体からなる電解質膜を
利用しているので、水素ガスを加湿するための加湿器等
が不要となり、情報収集装置本体の限られた空間におい
て設置場所をとることがなく、コンパクトな構成とする
ことができる。また、多量の水が発生しないので、貯溜
タンク等の設備も不要となる。

【００８３】また、気球の内側袋体の一つに水素ガスを
充填し、情報収集装置に浮力を与えるために使用すると
ともに、内側袋体の水素ガスは燃料電池の燃料として供
給されるので、水素ガスを無駄なく使用できるととも
に、より大きな浮力を安価に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報収集装置を示す説明図である。

【図２】燃料電池の概略説明図である。

【図３】燃料電池の具体的構成を示す説明図である。

【図４】水素蓄積手段としての水素ガスボンベを用いた
構成を示す説明図である。

【図５】情報収集手段の構成図である。

【図６】フラーレン分子を主要構成要素としてプロトン
解離性の基を備えた一例としてのポリ水酸化フラーレン
の構造図である。

【図７】フラーレン分子を主要構成要素としてプロトン
解離性の基を備えた一例を示す模式図である。

【図８】炭素クラスターの例を示す説明図である。

【図９】開放端を有する炭素クラスターの例を示す説明
図である。

【図１０】ダイヤモンド構造を持つ炭素クラスターの例
を示す説明図である。

【図１１】各種のクラスターが結合した炭素クラスター
の例を示す説明図である。

【図１２】自己加湿型電解質膜の説明図である。

【符号の説明】

１気球２情報収集装置本体３外側袋体４内側袋体４ａ第１の内側袋体４ｂ第２の内側袋体４ｃガス供給チューブ５情報収集手段５ａ測定機５ｂ測定制御部５ｃ測定値入力部５ｄ測定値記憶部５ｅ出力部５ｆ計算部５ｇ発振アンテナ６地上局７分電盤８推進装置１０燃料電池１１電解質膜１２絶縁体１３燃料側の電極膜１４空気側の電極膜１７，１８シート膜２０枠体３０支持部材３１ａ面４０空気側プレート４１孔５０密閉プレート６１ａ，６１ｂ接続用パターンＢ水素ガスボンベＣセルＥＭ電極モジュールＳ情報収集装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浮力を与えるための気球と、情報収集装
置本体とを備え、前記気球と前記情報収集装置本体とを
連繋した情報収集装置において、前記気球は外側を覆う外側袋体と、該外側袋体の内部に
位置する少なくとも一つの内側袋体と、を備え、該内側
袋体の少なくとも一つには水素ガスが充填され、前記情報収集装置本体は、動力源としての燃料電池と、
情報収集装置近傍の情報を収集する情報収集手段と、を
備え、前記水素ガスが充填された内側袋体から前記燃料電池へ
水素ガスを供給する水素ガス供給手段が設けられたこと
を特徴とする情報収集装置。
【請求項２】浮力を与えるための気球と、情報収集装
置本体とを備え、前記気球と前記情報収集装置本体とを
連繋した情報収集装置において、前記気球は外側を覆う外側袋体と、該外側袋体の内部に
位置する少なくとも一つの内側袋体と、を備え、該内側
袋体の少なくとも一つには水素ガスが充填され、前記情報収集装置本体は、動力源としての燃料電池と、
情報収集装置近傍の情報を収集する情報収集手段と、を
備え、前記水素ガスが充填された内側袋体及び前記燃料電池へ
水素ガスを供給する水素ガス蓄積手段が設けられたこと
を特徴とする情報収集装置。
【請求項３】前記水素ガスが充填された内側袋体から
前記燃料電池へ水素ガスを供給する水素ガス供給手段が
設けられたことを特徴とする請求項２記載の情報収集装
置。
【請求項４】前記内側袋体のうち前記水素ガスが供給
されない内側袋体にヘリウムガスが充填されたことを特
徴とする請求項１または２記載の情報収集装置。
【請求項５】前記外側袋体内には不活性ガスが充填さ
れたことを特徴とする請求項１または２記載の情報収集
装置。
【請求項６】前記燃料電池は、空気供給可能な空気側
プレートと、該空気側プレートに気密性を有して取り付
けられ酸素と接触する面を備えた少なくとも一つの電極
モジュールと、該電極モジュールの前記酸素と接触する
面と反対側の面に設けられた燃料側と接触する面を密閉
する密閉プレートと、該密閉プレートと前記電極モジュ
ールの燃料側と接触する面との間に燃料ガスを注入する
注入口を設けてなる電池セルを備え、前記電極モジュー
ルは、水分を介在させないプロトン伝導体からなる電解
質膜を所定形状の枠体で支持したことを特徴とする請求
項１または２記載の情報収集装置。