JP2014110201A - Remote measurement system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a remote measurement system capable of drastically reducing a frequency of maintenance such as exchange of a secondary battery even when not connected with a commercial power supply, and further, that has an independent power supply that enables stable long-time continuous drive without deterioration in performance even in a state that an air pressure outside the measurement device is reduced.SOLUTION: A remote measurement system uses a power supply system having at least a fuel cell device and a secondary battery and having a mechanism for charging the secondary battery by the fuel cell device, as a power supply. The fuel cell device comprises a mechanism capable of changing a pressure and/or a flow rate of air supplied to a fuel cell stack.

Description

本発明は、外気圧が低下した状態でも性能低下することなく安定して長時間の連続駆動が可能な独立電源を有する遠隔計測システムに関するものである。例えば、高山など標高が高く気圧の低い場所でも使用可能であり、火山の監視、地滑り、地震などの災害監視、周辺環境や状態の監視に必要な計測に用いることが可能である。 The present invention relates to a telemetry system having an independent power source that can be stably driven for a long time without deterioration in performance even when the external air pressure is lowered. For example, it can be used in places with high altitudes and low atmospheric pressure such as high mountains, and can be used for monitoring necessary for monitoring of volcanoes, landslides, earthquakes and other disasters, and monitoring of the surrounding environment and conditions.

これまで、遠隔地での計測機器の例として二次電池を用いたものが多数提案されている。例えば、ＣＯ_２計測（特許文献１）、温度などの環境計測（特許文献２）、災害の検知（特許文献３）などが挙げられる。しかしながら、これらの機器は、二次電池の容量の範囲でしか稼動することができず、長期間連続的に使用する場合には、二次電池の交換などのメンテナンスが必要であった。 Until now, many things using a secondary battery have been proposed as an example of a measuring instrument in a remote place. For example, CO ₂ measurement (Patent Literature 1), environmental measurement such as temperature (Patent Literature 2), disaster detection (Patent Literature 3) and the like can be mentioned. However, these devices can only operate within the range of the capacity of the secondary battery, and maintenance such as replacement of the secondary battery is necessary when continuously used for a long period of time.

二次電池に電気エネルギーを補給するために、風力発電装置や太陽光発電を組み合わせることも可能であるが、自然エネルギーを利用した発電システムであるため、安定的な電源確保が困難であった。 In order to supply electric energy to the secondary battery, it is possible to combine a wind power generator and solar power generation. However, since the power generation system uses natural energy, it is difficult to secure a stable power source.

特開２０１２―８３２９４号公報JP 2012-83294 A 特開２００９―８９６０５号公報JP 2009-89605 A 特開２００１―２８３３４８号公報JP 2001-283348 A

商用電源に接続されていなくても、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、さらに測定装置外の気圧が低下した状態でも性能低下することなく安定して長時間の連続駆動が可能な独立電源を有する遠隔計測システムの提供。 Even if it is not connected to a commercial power supply, the frequency of maintenance such as replacement of secondary batteries is greatly reduced, and even if the pressure outside the measuring device is lowered, it can be driven continuously for a long time without deterioration in performance. Provide a telemetry system with an independent power supply.

本発明者らは鋭意検討の結果、以下の手段により、課題を解決しうる発明をなした。
上記課題を解決するために、本発明は、次に示す遠隔計測システムを提供する。 As a result of intensive studies, the present inventors have made an invention that can solve the problems by the following means.
In order to solve the above problems, the present invention provides the following telemetry system.

（１）少なくとも燃料電池装置と二次電池とを有し、燃料電池装置によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを電源に用いた遠隔計測システムであり、前記燃料電池装置が、燃料電池スタックと該燃料電池スタックに供給する空気の圧力及び／又は流量を変更可能とする機構を備えていることを特徴とする遠隔計測システム。
（２）前記燃料電池装置が、燃料電池装置の外部の気圧を測定する機構を有するとともに、測定された気圧値から燃料電池スタックに供給する空気の圧力及び／又は流量を制御する機構を有することを特徴とする（１）に記載の遠隔計測システム。
（３）前記燃料電池装置が、ダイレクトメタノール型燃料電池から構成されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の遠隔計測システム。
（４）前記燃料電池スタックに供給する空気の圧力を、ゲージ圧０．３乃至０．６ａｔｍの範囲で制御する機構を有する（１）〜（３）のいずれかに記載の遠隔計測システム。
（５）前記燃料電池スタックに供給する空気の流量を、０乃至１３Ｌ／ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）の範囲で制御する機構を有する（１）〜（３）のいずれかに記載の遠隔計測システム。 (1) A remote measurement system including at least a fuel cell device and a secondary battery, and using a power supply system having a mechanism for charging the secondary battery with the fuel cell device as a power source, the fuel cell device being a fuel cell A telemetry system comprising a mechanism capable of changing the pressure and / or flow rate of air supplied to the stack and the fuel cell stack.
(2) The fuel cell device has a mechanism for measuring the atmospheric pressure outside the fuel cell device, and a mechanism for controlling the pressure and / or flow rate of air supplied to the fuel cell stack from the measured atmospheric pressure value. (2) The telemetry system according to (1).
(3) The remote measurement system according to (1) or (2), wherein the fuel cell device is composed of a direct methanol fuel cell.
(4) The remote measurement system according to any one of (1) to (3), further including a mechanism for controlling a pressure of air supplied to the fuel cell stack in a range of a gauge pressure of 0.3 to 0.6 atm.
(5) The method according to any one of (1) to (3), including a mechanism for controlling a flow rate of air supplied to the fuel cell stack in a range of 0 to 13 L / min (temperature 25 ° C., external pressure) Telemetry system.

本発明の遠隔計測システムは、商用電源に接続されていなくても、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、特に標高に左右されることなく長期に連続駆動が可能である。 Even if the telemetry system of the present invention is not connected to a commercial power source, the frequency of maintenance such as replacement of the secondary battery is greatly reduced, and it can be continuously driven over a long period of time without being particularly affected by the altitude. .

本発明の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of this invention. 本発明の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of this invention.

本発明における遠隔計測システムは、燃料電池装置と二次電池を有し、燃料電池装置によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを用いた遠隔計測システムであり、前記燃料電池装置は燃料電池スタックと該燃料電池スタックに供給される空気圧力または空気流量を変更可能とする機能を備えていることを特徴とする。概念図を（図１）に示す。遠隔計測の種類や構造、数などは限定されるものではなく、任意に選ぶことが可能であり、例えば、雨量計、地震計、温湿度計、地すべりセンサー、濃度計、監視カメラ、赤外線センサー、気圧計、風速計、水位センサー、圧力センサー、変位センサー、地下探査、放射性物質濃度センサー、放射線量センサー、などである。また、無線通信機器など、その他機器と併せて使用することは有用であり、遠隔計測で得られたデータを、無線通信機器によって送信し、別の場所で遠隔モニタリングすることができる。 The remote measurement system according to the present invention is a remote measurement system using a power supply system having a fuel cell device and a secondary battery, and having a mechanism for charging the secondary battery by the fuel cell device, and the fuel cell device is a fuel cell. The air pressure or the air flow rate supplied to the stack and the fuel cell stack is changeable. A conceptual diagram is shown in FIG. The type, structure, number, etc. of remote measurement are not limited and can be selected arbitrarily. For example, rain gauge, seismometer, temperature / humidity meter, landslide sensor, densitometer, surveillance camera, infrared sensor, Barometer, anemometer, water level sensor, pressure sensor, displacement sensor, underground exploration, radioactive substance concentration sensor, radiation dose sensor, etc. In addition, it is useful to be used in combination with other devices such as a wireless communication device, and data obtained by remote measurement can be transmitted by the wireless communication device and remotely monitored at another place.

本発明の遠隔計測システムにおいては、遠隔計測とともに、独立型電源として燃料電池によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを用いており、標高が高く気圧の低い測定場所においても安定的に燃料電池の発電が可能である点に特徴がある。多くの場合、遠隔計測用電源としては、商用電源が利用されているが、場所によっては商用電源の使用が困難であるという問題が有る。商用電源への接続が困難である場合に、電力供給手段として太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電などの自然エネルギーを利用した発電システムを用いることはすでに提案されているが、太陽光発電には、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すると、発電量もそれに応じて低下してしまう問題があり、風力発電には、風速が小さすぎても大きすぎても発電ができず、また、山間部のくぼ地など設置場所によっては利用が困難であるといった問題があり、水力発電には降雨量が減少すると発電できなくなるという問題があり、地熱発電では設備が大規模であるため、費用が多大になるという問題がある。 In the telemetry system of the present invention, a power supply system having a mechanism for charging a secondary battery by a fuel cell as a stand-alone power source is used together with remote measurement, and fuel can be stably supplied even at a measurement place with high altitude and low atmospheric pressure. It is characterized in that the battery can generate electricity. In many cases, a commercial power source is used as a power source for remote measurement, but there is a problem that it is difficult to use the commercial power source in some places. When it is difficult to connect to a commercial power source, it has already been proposed to use a power generation system that uses natural energy, such as solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, and geothermal power generation. Power generation has the problem that the amount of power generation decreases accordingly due to unseasonable weather such as snowfall and rain, and sunshine hours due to the surrounding environment. Wind power generation is too large even if the wind speed is too small. However, there is a problem that it is difficult to use depending on the installation location such as mountainous depressions, etc., and hydroelectric power generation has a problem that it cannot be generated if the rainfall decreases. Has a problem that the cost becomes large.

それに対して、本発明の遠隔計測システムは、燃料電池により安定的に二次電池に電力を供給することができ、太陽光発電などの自然エネルギーを利用した発電システムと組み合わせた場合においても、自然エネルギーを利用した発電システムからの発電量が低下した場合においては、燃料電池が減少分を補うことによってさらなる安定化、長期間駆動ができるという利点がある。   In contrast, the telemetry system of the present invention can stably supply power to the secondary battery by the fuel cell, and even when combined with a power generation system using natural energy such as solar power generation, When the power generation amount from the power generation system using energy is reduced, there is an advantage that the fuel cell can be further stabilized and driven for a long time by compensating for the decrease.

燃料電池は、アノード側に水素やメタノールなどの燃料を供給し、カソード側に空気を供給することで触媒を使用した化学反応により電気を産み出せる仕組みをもった発電装置である。燃焼ではなく化学反応による発電のため、排ガスには、NｏｘやＳＯｘの発生がなく、クリーンな特徴があり、設置場所の環境に対して負荷をかけないという特徴を持つ。 A fuel cell is a power generator having a mechanism that can generate electricity by a chemical reaction using a catalyst by supplying fuel such as hydrogen or methanol to the anode side and supplying air to the cathode side. Because of the power generation by chemical reaction rather than combustion, the exhaust gas has no cleanliness of NOx or SOx, has a clean characteristic, and has a characteristic of not placing a load on the environment of the installation site.

さらに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。 Furthermore, the direct methanol fuel cell uses a proton conductive ion exchange membrane as an electrolyte, the catalyst electrode fine particles and the gas diffusion electrode layer are directly joined to the surface of the membrane, and the anode side of the ion exchange membrane-electrode assembly. This is a power generation system that generates electric power through a chemical reaction using a catalyst by supplying an aqueous methanol solution to the cathode side. Unlike an internal combustion engine that generates combustion, explosion, etc., it is a generator that is quiet in operation in principle. Further, the exhaust gas is clean, has a characteristic that does not generate SOx and NOx, and has a characteristic that it does not place a load on the environment where the apparatus is installed.

しかしながら、周辺環境によって、ダイレクトメタノール形燃料電池の寿命や出力が異なると言う問題が存在する。ダイレクトメタノール形燃料電池は、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メタノール水溶液、カソード側に空気を供給することで、触媒作用により電気を取り出せる化学反応を使った発電システムである。このカソード側に供給される空気は、周辺の空気を利用するため、周辺環境の気圧が低い場合、酸素不足によるダイレクトメタノール型燃料電池の出力低下の問題が顕著である。またダイレクトメタノール型燃料電池は約７０℃で発電を行っているが、カソード側に供給される空気が多すぎる場合、導入された空気の温度によっては内部温度低下を引き起こすことで出力低下の問題が顕著である。   However, there is a problem that the life and output of the direct methanol fuel cell differ depending on the surrounding environment. A direct methanol fuel cell uses a proton-conducting ion exchange membrane as an electrolyte, and catalyst electrode fine particles and a gas diffusion electrode are directly joined to the surface thereof. A methanol aqueous solution is provided on the anode side of the ion exchange membrane-electrode assembly. This is a power generation system using a chemical reaction that can extract electricity by catalysis by supplying air to the cathode side. Since the air supplied to the cathode side uses the surrounding air, when the atmospheric pressure in the surrounding environment is low, the problem of a decrease in output of the direct methanol fuel cell due to lack of oxygen is remarkable. Direct methanol fuel cells generate electricity at about 70 ° C. If too much air is supplied to the cathode side, depending on the temperature of the introduced air, the internal temperature may decrease, causing a problem of reduced output. It is remarkable.

そのため本発明において使用する燃料電池装置は、燃料電池スタックに供給する空気の流量または圧力を変更可能とする機構を有することを特徴とする。空気の供給源としては、特に限定されるものではないが、例えばベローズ式、ダイヤフラム式、電磁式、ピストン式、水封式などのエアポンプやコンプレッサなど公知のものを使用することができるし、組み合わせても良い。また、空気圧力または空気流量を調整する手段としては、特に限定されるものではないが、上記空気供給手段の出力制御を行う方法や、ニードル式、ボール式、ゲート式、グローブ式等のバルブやエアレギュレータなど公知のものを使用することができるし、組み合わせても良い。ただし、本発明の遠隔計測システムに用いる燃料電池は連続運転による発電が要求されるため、エアタンクなどに加圧した空気を一度貯蔵し、貯蔵した空気を必要時にのみ供給するという方法は好ましくない。常時空気を供給できるように空気供給源から直接燃料電池スタックへ配管し、供給源の吐出量を制御するか、配管内空気流量または圧力を制御する方法が好ましい。概念図を（図１）に示す。   Therefore, the fuel cell device used in the present invention is characterized by having a mechanism capable of changing the flow rate or pressure of air supplied to the fuel cell stack. The air supply source is not particularly limited. For example, a well-known air pump or compressor such as a bellows type, a diaphragm type, an electromagnetic type, a piston type, or a water seal type can be used or combined. May be. The means for adjusting the air pressure or the air flow rate is not particularly limited, but includes a method for controlling the output of the air supply means, a valve of needle type, ball type, gate type, glove type, etc. A well-known thing, such as an air regulator, can be used and may be combined. However, since the fuel cell used in the remote measurement system of the present invention requires power generation by continuous operation, it is not preferable to store pressurized air in an air tank or the like and supply the stored air only when necessary. A method of piping from the air supply source directly to the fuel cell stack so that air can be constantly supplied and controlling the discharge amount of the supply source or controlling the air flow rate or pressure in the piping is preferable. A conceptual diagram is shown in FIG.

本発明の遠隔計測システムに用いる燃料電池スタックに供給される空気の流量および圧力は、燃料電池の出力容量と外部気圧値により、適切な設定値に調整する。燃料電池としてダイレクトメタノール型燃料電池を選択し、標高１０００ｍ〜４０００ｍの高地にて使用する場合、気圧に応じて２０Wでは空気流量を２〜３Ｌ／ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）、９０Wでは空気流量を９〜１３L／ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）の範囲で調整され、空気圧力を調整する場合はゲージ圧０．３〜０．６ａｔｍの範囲で調整されることが好ましい。 The flow rate and pressure of the air supplied to the fuel cell stack used in the remote measurement system of the present invention are adjusted to appropriate set values according to the output capacity of the fuel cell and the external atmospheric pressure value. When a direct methanol type fuel cell is selected as the fuel cell and used at an altitude of 1000 m to 4000 m, the air flow rate is 2 to 3 L / min (temperature 25 ° C., external pressure) at 20 W, and at 90 W according to the atmospheric pressure. The air flow rate is adjusted in the range of 9 to 13 L / min (temperature 25 ° C., external pressure), and when adjusting the air pressure, the gauge pressure is preferably adjusted in the range of 0.3 to 0.6 atm.

また本発明においては、燃料電池装置の外部気圧を測定する圧力センサーを設置することは好適な手法である。センサーにより出力された測定値を空気流量または圧力制御回路へフィードバックすることにより、供給される空気流量または圧力を適切な設定値に自動調整する機能を追加することが可能である。上記の手法により、人手を用いずに燃料電池を最適な条件で運転させることが可能である。概念図を（図２）に示す。 In the present invention, it is a preferable technique to install a pressure sensor for measuring the external pressure of the fuel cell device. It is possible to add a function of automatically adjusting the supplied air flow rate or pressure to an appropriate set value by feeding back the measured value output by the sensor to the air flow rate or pressure control circuit. With the above method, it is possible to operate the fuel cell under optimum conditions without using human hands. A conceptual diagram is shown in FIG.

その他の燃料電池として、純水素を燃料とするものや、メタノールなどを改質して発生させた水素を燃料とするもの、ギ酸、ジメチルエーテル、水加ヒドラジン、ボロハイドライド塩水溶液などの液体を燃料に用いる燃料電池が知られている。しかしながら、純水素を貯蔵するために高圧のボンベを用いると、多くの保守が必要になるという問題がある。また、水素吸蔵合金を用いた場合には、重量あたりの貯蔵量が少なく、燃料交換が困難であるという問題もある。さらに、水と水素化カルシウムなど、化学反応によって水素を発生させることもできるが、反応の制御が難しく、断続的な運転に対応することが難しいため、本用途には適していない。メタノールなどを改質する場合には、そのための設備が必要になり、装置の大型化、重量化の問題が生じると共に、改質部分で高温が必要であるため、周囲への影響が生じる場合がある。ギ酸などのそのほかの液体燃料を用いる燃料電池は、未だ多くの技術課題があり、使用が困難である。その点、ダイレクトメタノール型燃料電池は、液体のメタノールを用いるためエネルギー密度が高く、取扱いも簡便であり、燃料電池としての技術も実用レベルにあるため、最も適している。   Other fuel cells use pure hydrogen as fuel, hydrogen generated by reforming methanol, etc., and liquids such as formic acid, dimethyl ether, hydrazine hydrate, and borohydride aqueous solution. Fuel cells to be used are known. However, when a high-pressure cylinder is used to store pure hydrogen, there is a problem that a lot of maintenance is required. In addition, when a hydrogen storage alloy is used, there is a problem that the amount of storage per weight is small and it is difficult to change the fuel. Furthermore, although hydrogen can be generated by a chemical reaction such as water and calcium hydride, it is difficult to control the reaction and it is difficult to cope with intermittent operation. When reforming methanol, etc., equipment for that is required, which causes problems of large size and weight of the device, and high temperature is required at the reforming part, which may affect the surroundings. is there. Fuel cells using other liquid fuels such as formic acid still have many technical problems and are difficult to use. In that respect, the direct methanol fuel cell is most suitable because it uses liquid methanol, has high energy density, is easy to handle, and has a practical level of fuel cell technology.

このダイレクトメタノール型燃料電池を二次電池と組合せ、二次電池を電力バッファとして用い、二次電池の充電状態の変化や稼動条件の変化をモニタリングしながら、ダイレクトメタノール型燃料電池を運転することにより、二次電池の電圧が設定値よりも低下する場合充電を行い、二次電池の電圧が充分に上昇した場合充電を停止する制御を行うことで、二次電池を常に設定範囲の充電状態を保つことが可能となり、かつ、不必要にダイレクトメタノール型燃料電池を動かす必要がなくなるため、必要最小限の燃料消費で運転することが可能となる。そのため燃料を有効に使うことが可能となり、遠隔計測に長時間電気を供給することができる。よって遠隔計測を常時安定的に、信頼性の高い状態で動作させることが可能である。 By combining this direct methanol fuel cell with a secondary battery, using the secondary battery as a power buffer, and operating the direct methanol fuel cell while monitoring changes in the charging state and operating conditions of the secondary battery If the voltage of the secondary battery drops below the set value, charge is performed.If the voltage of the secondary battery rises sufficiently, control is performed to stop charging. It is possible to keep the operation and the direct methanol fuel cell need not be moved unnecessarily, so that it is possible to operate with the minimum necessary fuel consumption. Therefore, fuel can be used effectively, and electricity can be supplied for a long time for remote measurement. Therefore, it is possible to operate telemetry constantly and stably in a highly reliable state.

前記ダイレクトメタノール型燃料電池の出力としては、２０Ｗ〜２．５ｋＷの範囲が好ましく、さらに好ましくは２５Ｗ〜１ｋＷであり、より好ましくは２５Ｗ〜５００Ｗの範囲である。出力が２０Ｗ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２．５ｋＷを越える場合は、副反応による発熱が大きく、かつ大型となるので、遠隔計測システムには向かない傾向にある。 The output of the direct methanol fuel cell is preferably in the range of 20 W to 2.5 kW, more preferably in the range of 25 W to 1 kW, and more preferably in the range of 25 W to 500 W. When the output is less than 20 W, the power supply amount may be insufficient. On the other hand, when it exceeds 2.5 kW, the heat generated by the side reaction is large and the size becomes large, so that it tends not to be suitable for a telemetry system.

前記ダイレクトメタノール型燃料電池と連結する二次電池としては特に限定されるものではないが、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、ニッケル水素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水素電池は安全性の高い電池であり、本発明の遠隔計測システムにおいて信頼性の高い遠隔計測システム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、ディープサイクル鉛蓄電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池が好ましい。 The secondary battery connected to the direct methanol fuel cell is not particularly limited, but preferred examples include a lead storage battery, a nickel hydride battery, a nickel cadmium battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and a vanadium battery. As mentioned. Particularly preferred are lead storage batteries, nickel metal hydride batteries or lithium ion batteries. Lead acid batteries and nickel metal hydride batteries are highly safe batteries, and are effective in providing a highly reliable telemetry system in the telemetry system of the present invention. Since a lithium ion battery can be reduced in size, it can provide a merit that it is easy to carry. Moreover, as a secondary battery, what has durability in repeated charging / discharging is preferable, and a deep cycle lead acid battery, a nickel hydride battery, and a lithium ion battery are preferable.

前記二次電池の容量としては、５時間率容量として２０Ａｈ〜３ｋＡｈのものを使用することが好ましい。特に好ましくは、３５Ａｈ〜２ｋＡｈである。２０Ａｈ以下であると、電池の容量が不足する傾向にあり、３ｋＡｈを越えると大きくなりすぎる傾向にある。一例として、２０Ｗのダイレクトメタノール型燃料電池を使う場合２０Ａｈ〜１００Ａｈ、４０Ｗの場合３０Ａｈ〜１６０Ａｈ、１００Ｗの場合４０Ａｈ〜４００Ａｈ、５００Ｗの場合５０Ａｈ〜１ｋＡｈ、１ｋＷの場合８０Ａｈ〜２ｋＡｈが一つの目安である。 As the capacity of the secondary battery, it is preferable to use a battery having a 5-hour rate capacity of 20 Ah to 3 kAh. Particularly preferred is 35 Ah to 2 kAh. If it is 20 Ah or less, the battery capacity tends to be insufficient, and if it exceeds 3 kAh, it tends to be too large. As an example, 20 Ah to 100 Ah when using a 20 W direct methanol fuel cell, 30 Ah to 160 Ah for 40 W, 40 Ah to 400 Ah for 100 W, 50 Ah to 1 kAh for 500 W, 80 Ah to 2 kAh for 1 kW are one standard. .

また本発明の遠隔計測システムにおいては、二次電池の電圧が低下した場合のみ燃料電池が動作するため、効率的に燃料を利用できる特徴がある。燃料電池としてダイレクトメタノール型燃料電池を用いる場合、燃料であるメタノール或いはメタノール水溶液のタンク容量を調節することで長期間安定に動作させることが可能であり、メタノールタンクの大きさを設定することで、好ましくは、１０日間以上燃料交換を行う必要のない遠隔計測システムにすることが望まれる。より適切には１５日以上、さらに好ましくは３０日以上燃料交換を行う必要がないことが好ましい。メタノールタンクの容量としては、３Ｌ〜４００Ｌが好ましく、さらに好ましくは５Ｌ〜８０Ｌである。メタノールタンクの容量が３Ｌ以下であると燃料交換頻度が高くなるため好適ではなく、一方４００Ｌを越えると安全性の配慮が必要であり、運搬にも不便である。   In addition, the remote measurement system of the present invention has a feature that the fuel can be used efficiently because the fuel cell operates only when the voltage of the secondary battery decreases. When a direct methanol fuel cell is used as a fuel cell, it can be operated stably for a long period of time by adjusting the tank capacity of methanol or methanol aqueous solution as a fuel cell, and by setting the size of the methanol tank, Preferably, a telemetry system that does not require refueling for 10 days or more is desired. More suitably, it is preferable that there is no need to refuel for 15 days or longer, more preferably 30 days or longer. The capacity of the methanol tank is preferably 3L to 400L, more preferably 5L to 80L. If the capacity of the methanol tank is 3 L or less, the frequency of fuel change is high, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 400 L, safety considerations are necessary and transportation is inconvenient.

本発明では、自然エネルギーを用いた発電システムには太陽光発電、風力発電、水力発電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。自然エネルギーを用いた発電システムの中では、太陽光発電が安価で高出力を得やすいため好ましい。本発明においては、自然エネルギーを用いた発電システムが、二次電池に充電する機構を有していることが好ましい。充電する機構には、ダイレクトメタノール形燃料電池、と自然エネルギーを用いた発電システムとの調整機構と、二次電池の容量を監視して必要な際に発電システムからの充電ができる充電調整機構があることが好ましい。ダイレクトメタノール型燃料電池、二次電池、自然エネルギーを用いた発電システムのそれぞれが調整機構を有していてもよいし、複数を統括する機構であってもよい。   In the present invention, the frequency of maintenance can be further reduced by combining solar power generation, wind power generation, and hydroelectric power generation in a power generation system using natural energy, and continuous driving for a long period of time becomes possible. Among power generation systems using natural energy, solar power generation is preferable because it is inexpensive and easily obtains high output. In the present invention, the power generation system using natural energy preferably has a mechanism for charging the secondary battery. The charging mechanism includes a direct methanol fuel cell and a power generation system that uses natural energy, and a charge adjustment mechanism that can monitor the capacity of the secondary battery and charge it from the power generation system when necessary. Preferably there is. Each of the direct methanol fuel cell, the secondary battery, and the power generation system using natural energy may have an adjustment mechanism, or may be a mechanism that controls a plurality.

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。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to these Examples.

（実施例１）
ダイレクトメタノール型燃料電池として、ＳＦＣ Ｅｎｅｒｇｙ社製のＥＦＯＹ１６００ＪＰ（発電量６５Ｗ）を用い、ジーエス・ユアサ社製鉛蓄電池ＧｒａｎｄＳｔａｒＥＢ５０（５０Ａｈ）と接続し、合計消費電力５０Ｗの装置を接続した。空気供給ポンプは日東工機製ＶＣ０１０１（吐出流量１０Ｌ／ｍｉｎ）に交換し、空気供給ポンプと燃料電池スタックとを繋ぐ配管の途中にＳＭＣ社製フィンガバルブ（ＶＨＫ２）を設置した。濃度９０％、８０Ｌのメタノール燃料を使用し、標高１０００ｍの高地にて上記装置を持ち込み、空気供給流量を６．５Ｌ/ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）に設定し、２４時間／日の連続運転をおこなったところ、約６０日間の連続使用が可能であった。 Example 1
As a direct methanol fuel cell, EFOY1600JP (power generation amount: 65 W) manufactured by SFC Energy was used, connected to a lead storage battery GrandStarEB50 (50 Ah) manufactured by GS Yuasa, and a device with a total power consumption of 50 W was connected. The air supply pump was replaced with Nitto Koki VC0101 (discharge flow rate 10 L / min), and a finger valve (VHK2) manufactured by SMC was installed in the middle of the pipe connecting the air supply pump and the fuel cell stack. Using methanol fuel with a concentration of 90% and 80L, bring the above equipment at an altitude of 1000m, set the air supply flow rate to 6.5L / min (temperature 25 ° C, under external pressure), 24 hours / day After continuous operation, continuous use for about 60 days was possible.

（比較例１）
実施例１において空気供給ポンプとしてＳＦＣ Ｅｎｅｒｇｙ社製のＥＦＯＹ１６００ＪＰ標準仕様のＶＣ０１００−Ａ１（吐出流量６Ｌ／ｍｉｎ）を使用し、フィンガバルブを取り除き連続運転を行ったところ、燃料電池出力が実施例１の９割に低下し、約５４日間しか連続使用できなかった。 (Comparative Example 1)
In Example 1, the EFOY1600JP standard specification VC0100-A1 (discharge flow rate 6 L / min) manufactured by SFC Energy was used as the air supply pump, and the finger valve was removed to perform continuous operation. It decreased to 90% and could only be used continuously for about 54 days.

（実施例２）
実施例１において使用した装置を標高３０００ｍの高地に持ち込み、空気供給流量を９．５Ｌ/ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）に設定し、２４時間／日の連続運転をおこなったところ、約６０日間の連続使用が可能であった。 (Example 2)
When the apparatus used in Example 1 was brought to an altitude of 3000 m above sea level, the air supply flow rate was set to 9.5 L / min (temperature 25 ° C., under external pressure), and continuous operation was performed for 24 hours / day, approximately Continuous use for 60 days was possible.

（比較例２）
実施例２において空気供給ポンプとしてＳＦＣ Ｅｎｅｒｇｙ社製のＥＦＯＹ１６００ＪＰ標準仕様のＶＣ０１００（吐出流量６Ｌ／ｍｉｎ）を使用し、フィンガバルブを取り除き連続運転を行ったところ、燃料電池出力が実施例２の６割にまで低下し、約３６日間しか連続使用できなかった。 (Comparative Example 2)
In Example 2, VC0100 (discharge flow rate 6 L / min) of EFOY1600JP standard specification manufactured by SFC Energy was used as the air supply pump, and when the continuous operation was performed by removing the finger valve, the fuel cell output was 60% of that of Example 2. It was able to be used continuously only for about 36 days.

（実施例３）
ダイレクトメタノール型燃料電池として、ＳＦＣ Ｅｎｅｒｇｙ社製のＥＦＯＹ１６００ＪＰ（発電量６５Ｗ）を用い、ジーエス・ユアサ社製鉛蓄電池ＧｒａｎｄＳｔａｒＥＢ５０（５０Ａｈ）と接続し、合計消費電力５０Ｗの装置を接続した。空気供給ポンプは日東工機製ＶＣ０１０１（吐出流量１０Ｌ／ｍｉｎ）に交換し、空気供給ポンプと燃料電池スタックとを繋ぐ配管の途中にＫＯＦＬＯＣ社製マスフローコントローラ（ＭＯＤＥＬ３６６０）を設置した。さらにＶＴＩテクノロジー社製気圧センサー（ＳＣＰ１０００−Ｄ０１）により測定した装置外気圧値により、空気流量を５．８〜１０Ｌ／ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）に制御できるよう設定した。濃度９０％、８０Ｌのメタノール燃料を使用し、標高４０００ｍの高地にて上記装置を持ち込み、２４時間／日の連続運転をおこなったところ、約６０日間の連続使用が可能であった。 (Example 3)
As a direct methanol fuel cell, EFOY1600JP (power generation amount: 65 W) manufactured by SFC Energy was used, connected to a lead storage battery GrandStarEB50 (50 Ah) manufactured by GS Yuasa, and a device with a total power consumption of 50 W was connected. The air supply pump was replaced with Nitto Koki VC0101 (discharge flow rate 10 L / min), and a KOFLOC mass flow controller (MODEL 3660) was installed in the middle of the pipe connecting the air supply pump and the fuel cell stack. Furthermore, it set so that an air flow rate could be controlled to 5.8-10 L / min (temperature 25 degreeC, under external pressure) with the apparatus external pressure value measured with the atmospheric pressure sensor (SCP1000-D01) by a VTI technology company. Using 90% methanol fuel with a concentration of 90% and bringing the above device in an altitude of 4000 m and performing continuous operation for 24 hours / day, continuous use was possible for about 60 days.

（比較例３）
実施例２において空気供給ポンプとしてＳＦＣ Ｅｎｅｒｇｙ社製のＥＦＯＹ１６００ＪＰ標準仕様のＶＣ０１００（吐出流量６Ｌ／ｍｉｎ）を使用し、マスフローコントローラと気圧センサーを取り除き連続運転を行ったところ、燃料電池出力が実施例２の６割にまで低下し、約３６日間しか連続使用できなかった。 (Comparative Example 3)
In Example 2, the EFOY1600JP standard specification VC0100 (discharge flow rate 6 L / min) manufactured by SFC Energy was used as the air supply pump, and the mass flow controller and the atmospheric pressure sensor were removed. It was reduced to 60% of the above, and it could only be used continuously for about 36 days.

本発明の遠隔計測システムは、商用電源に接続されていなくても、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、特に標高に左右されることなく長期に連続駆動が可能である。 Even if the telemetry system of the present invention is not connected to a commercial power source, the frequency of maintenance such as replacement of the secondary battery is greatly reduced, and it can be continuously driven over a long period of time without being particularly affected by the altitude. .

Claims (6)

少なくとも燃料電池装置と二次電池とを有し、燃料電池装置によって二次電池を充電する機構を有する電源システムを電源に用いた遠隔計測システムであり、前記燃料電池装置が、燃料電池スタックと該燃料電池スタックに供給する空気の圧力及び／又は流量を変更可能とする機構を備えていることを特徴とする遠隔計測システム。 A remote measurement system having at least a fuel cell device and a secondary battery, and using a power supply system having a mechanism for charging the secondary battery with the fuel cell device as a power source, the fuel cell device comprising: a fuel cell stack; A telemetry system comprising a mechanism capable of changing a pressure and / or a flow rate of air supplied to a fuel cell stack. 前記燃料電池装置が、燃料電池装置の外部の気圧を測定する機構を有するとともに、測定された気圧値から燃料電池スタックに供給する空気の圧力及び／又は流量を制御する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の遠隔計測システム。 The fuel cell device has a mechanism for measuring a pressure outside the fuel cell device and a mechanism for controlling the pressure and / or flow rate of air supplied to the fuel cell stack from the measured pressure value. The telemetry system according to claim 1. 前記燃料電池装置が、ダイレクトメタノール型燃料電池を有することを特徴とする請求項1又は２に記載の遠隔計測システム。 The remote measurement system according to claim 1, wherein the fuel cell device includes a direct methanol fuel cell. 前記燃料電池スタックに供給する空気の圧力を、ゲージ圧０．３乃至０．６ａｔｍの範囲で制御する機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の遠隔計測システム。 The telemetry system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a mechanism for controlling a pressure of air supplied to the fuel cell stack in a range of a gauge pressure of 0.3 to 0.6 atm. 前記燃料電池スタックに供給する空気の流量を、０乃至１３Ｌ／ｍｉｎ（温度２５℃、外気圧下）の範囲で制御する機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の遠隔計測システム。 The remote measurement system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a mechanism for controlling a flow rate of air supplied to the fuel cell stack in a range of 0 to 13 L / min (temperature: 25 ° C, external pressure). 高地で用いられることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の遠隔計測システム。 The telemetry system according to claim 1, wherein the telemetry system is used at a high altitude.