JP6120098B2 - 遠隔計測装置 - Google Patents
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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)
(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)で統合された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、該電源装置(D)の出力は、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)の供給電圧の範囲内にありかつ供給電圧変動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)が供給電圧の範囲内にありかつ供給電圧変動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する遠隔計測装置。
(2)前記電源装置(D)は、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)をさらに有することを特徴とする遠隔計測装置。
(3)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、電源装置(D)の出力電圧、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機能を有すると共に、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)〜(2)の遠隔計測装置。
(4)前記電源装置(D)から直接供給される電圧もしくは、二次電池の電圧を計測し、該(A)〜(C)の装置でデジタルデータに変換し、あらかじめ設定してある電圧の変動パターンおよび変動パターンとの乖離許容値と比較して、乖離が指定された値以上になった場合に、装置の異常と判断し、あらかじめ設定された送信先に通報する機能を有することを特徴とする、(1)〜(2)の遠隔計測装置。
(5)前記送信先へ送付又は通報する手段としてショートメッセージサービスもしくは、簡易メール転送プロトコルの少なくとも何れかの手段を有することを特徴とする(3)〜(4)の遠隔計測装置。
(6)前記(D)電源装置における運転条件の設定もしくは運転状況の監視を外部から行う機能を有することを特徴とする(3)〜(5)の遠隔計測装置。
(7)前記(D)電源装置における運転条件の設定や運転状況の監視を外部から行う手段として、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、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一つ以上の手段を有することを特徴とする(6)の遠隔計測装置。
(8)前記(D)電源装置における運転条件の設定や運転状況の監視を外部から行う伝送径路として、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(7)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)〜(8)のいずれかの遠隔計測装置。
(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)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)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)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(1)〜(12)のいずれかの遠隔計測装置。
(14)前記(D)を構成する二次電池として、少なくとも鉛蓄電池を使用することを特徴とする(13)の遠隔計測装置。
(15)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(14)の遠隔計測装置。
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。
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、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。
さらに燃料電池の中でもより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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ダイレクトメタノール型燃料電池として、SFC社製のEFOY PRO 2200XT(発電量80W)を用い、古河電池社製鉛蓄電池EB65(12V、65Ah)2台を直列接続し、合計消費電力12Wのカラービデオカメラ、電源装置電圧計測装置にデータ統合装置とデータ伝送装置を接続し、地面の変位、雨量、水位の変位を計測可能な遠隔計測装置を構築した。濃度99.8%、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300日間の連続計測を行うことができた。
Claims (12)
- 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)で統合された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、該電源装置(D)の出力は、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)が供給電圧の範囲内にありかつ供給電圧変動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することを特徴とする遠隔計測装置において、 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、電源装置(D)の出力電圧、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機能を有すると共に、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し、
前記電源装置(D)から直接供給される電圧もしくは、二次電池の電圧を計測し、該(A)〜(C)の装置でデジタルデータに変換し、あらかじめ設定してある電圧の変動パターンおよび変動パターンとの乖離許容値と比較して、乖離が指定された値以上になった場合に、装置の異常と判断し、あらかじめ設定された送信先に通報する機能を有し、
前記(D)電源装置における運転条件の設定もしくは運転状況の監視を外部から行う機能を有することを特徴とする遠隔計測装置。 - 前記電源装置(D)は、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)さらに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。
- 前記送信先へ送付又は通報する手段としてショートメッセージサービスもしくは、簡易メール転送プロトコルの少なくとも何れかの手段を有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。
- 前記(D)電源装置における運転条件の設定や運転状況の監視を外部から行う手段として、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、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一つ以上の手段を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 前記(D)電源装置における運転条件の設定や運転状況の監視を外部から行う伝送径路として、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1から4のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 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1〜5のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 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1から6のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 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1から7のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 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1から8のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 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から9のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 前記(D)を構成する二次電池として、少なくとも鉛蓄電池を使用することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の遠隔計測装置。
- 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1から11のいずれかに記載の遠隔計測装置。
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