(57)【要約】【課題】非常用の燃料電池の起動制御及び停止制御をいずれも安定して行うことができる交流無停電電源システムを提供する。【解決手段】本発明の交流無停電電源システム１は、第１給電ラインＬ１と、第２給電ラインＬ２と、切替リレー３と、コンバータ４と、電源スイッチ５と、燃料電池６と、システム制御基板７と、バッテリ８と、インバータ９とを備える。システム制御基板７のシステム制御部７１は、商用交流電源２からの電力供給が第１時間以上停止したと決定した場合に、切替リレー３を第１状態から第２状態に切り替える。次いで、システム制御部７１は、第１給電ラインＬ１の電力の状態に基づいて、商用交流電源２からの電力供給の停止が、第２時間以上継続したかを決定する。その後、システム制御部７１は、商用交流電源２からの電力供給の停止が、第２時間以上継続したと決定した場合に、スタック１００の発電を開始させる。【選択図】図１
2015177576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源の停電時に燃料電池から電力供給する交流無停電電源システムであって、
第１入力部、第２入力部及び出力部を有し、入力される指令に応じて、前記第１入力部と前記出力部とが接続される第１状態、又は前記第２入力部と前記出力部とが接続される第２状態の切り替えが可能なスイッチと、
前記スイッチの前記第１入力部に電気的に接続され、前記商用交流電源からの電力が流れるための第１給電ラインと、
前記スイッチの前記第２入力部に電気的に接続され、前記燃料電池からの電力が流れるための第２給電ラインと、
前記第２給電ラインに電気的に接続され、燃料ガスと酸化ガスとの反応により電力を生成する複数の単位電池セルから構成されるスタックと、入力される指令に応じて前記スタックに対して燃料ガスと酸化ガスとの供給を調整可能な複数の弁と、を含む前記燃料電池と、
前記スタックと並列に、前記第２給電ラインに接続された充電可能なバッテリと、
前記第１給電ラインに流れる前記商用交流電源からの電力の状態に応じた結果を出力する電力検出部と、
制御部と、を含み、
前記制御部が、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う、交流無停電電源システム。
ａ）前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給が、第１時間以上停止したかを決定する制御
ｂ）前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止したと決定した場合に、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替える指令を、前記スイッチに送信する制御
ｃ）前記ｂ）の制御の後で、前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給の停止が、第２時間以上継続したかを決定する制御
ｄ）前記商用交流電源からの電力供給の停止が、前記第２時間以上継続したと決定した場合に、前記燃料電池の発電を開始させる指令を前記燃料電池に送信する制御
【請求項２】
前記制御部が、下記ｅ）〜ｇ）の制御を実行する、請求項１に記載の交流無停電電源システム。
ｅ）前記ｄ）の制御の後で、前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給が、所定の期間継続したかを決定する制御
ｆ）前記商用交流電源からの電力供給が、前記所定の期間継続したと決定した場合に、前記スイッチを前記第２状態から前記第１状態に切り替える指令を前記スイッチに送信する制御
ｇ）前記商用交流電源からの電力供給が、前記所定の期間継続したと決定した場合に、前記燃料電池の発電を停止させる指令を前記燃料電池に送信する制御
【請求項３】
前記燃料電池は、
前記スタックに対して送風する冷却ファンと、
前記燃料電池が収納される筐体内の温度に応じた結果を前記制御部に出力する第１温度検出部とを備え、
前記制御部が、下記ｈ）〜ｊ）の制御を実行する、請求項１又は２に記載の交流無停電電源システム。
ｈ）前記ａ）の制御において、前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止していないと決定した場合に、前記第１温度検出部からの結果に基づいて、前記筐体内の温度が閾値以上か決定する制御
ｉ）前記筐体内の温度が閾値を超えると決定した場合に、冷却ファンを動作させる指令を前記冷却ファンに送信する制御
ｊ）前記ｉ）の制御の後で、前記筐体内の温度が閾値以上でないと決定した場合に、前記冷却ファンを停止させる指令を前記冷却ファンに送信する制御
【請求項４】
前記燃料電池は、
前記第１給電ラインから電力が供給され、前記燃料電池の燃料ガスの供給源を加温する第１ヒータと、
前記燃料ガスの供給源の温度に応じた結果を前記制御部に出力する第２温度検出部とを備え、
前記制御部が、下記ｋ）〜ｍ）の制御を実行する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流無停電電源システム。
ｋ）前記ａ）の制御において、前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止していないと決定した場合に、前記第２温度検出部からの結果に基づいて、前記燃料電池の燃料ガスの供給源の温度が閾値以下か決定する制御
ｌ）前記燃料ガス供給源の温度が閾値よりも低いと決定した場合に、前記第１ヒータをＯＮにさせる指令を前記第１ヒータに送信する制御
ｍ）前記ｌ）の制御の後で、前記燃料ガス供給源の温度が閾値以下でない決定した場合に、前記ヒータをＯＦＦにさせる指令を前記第１ヒータに送信する制御
【請求項５】
前記燃料電池は、
前記複数の弁の温度に応じた結果を前記制御部に出力する第３温度検出部と、
前記第１給電ラインに電気的に接続され、前記複数の弁を加温する第２ヒータとを備え、
前記制御部が、下記ｎ）〜ｐ）の制御を実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の交流無停電電源システム。
ｎ）前記ａ）の制御において、前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止していないと決定した場合に、前記第３温度検出部からの結果に基づいて、前記燃料電池の制御弁の温度が閾値以下か決定する制御
ｏ）前記制御弁の温度が閾値以下と決定した場合に、ヒータをＯＮにさせる指令を前記第２ヒータに送信する制御
ｐ）前記ｏ）の制御の後で、前記制御弁の温度が閾値よりも低くないと決定した場合に、前記第２ヒータをＯＦＦにさせる指令を前記第２ヒータに送信する制御
【請求項６】
前記バッテリと前記スイッチの前記第２入力部との間において、前記第２給電ラインに接続されたインバータを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の交流無停電電源システム。
【請求項７】
前記ｂ）の制御において、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替える指令が、第１電圧値に対応する第１信号であり、前記第１信号に応じて、前記スイッチが前記第１状態から前記第２状態に切り替わる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の交流無停電電源システム。
【請求項８】
前記ｆ）の制御において、前記スイッチを前記第２状態から前記第１状態に切り替える指令が、前記第１電圧値よりも低い第２電圧値に対応する第２信号であり、前記第２信号に応じて、前記スイッチが前記第２状態から前記第１状態に切り替わる、請求項７に記載の交流無停電電源システム。
【請求項９】
商用交流電源の停電時に燃料電池から電力供給する交流無停電電源システムであって、
第１入力部、第２入力部及び出力部を有し、入力される指令に応じて、前記第１入力部と前記出力部とが接続される第１状態、又は前記第２入力部と前記出力部とが接続される第２状態の切り替えが可能なスイッチであって、前記第１入力部が前記商用交流電源から交流電力を受け取り可能なスイッチと、
燃料ガスと酸化ガスとの反応により電力を生成する複数の単位電池セルから構成されるスタックと、入力される指令に応じて前記スタックに対して燃料ガスと酸化ガスとの供給を調整可能な複数の弁とを含み、前記スイッチの前記第２入力部に電気的に接続される前記燃料電池と、
前記燃料電池と並列に、前記スイッチの前記第２入力部に電気的に接続された充電可能なバッテリと、
前記第１入力部が受け取る前記商用交流電源の電力の状態に応じた結果を出力する電力検出部と、
制御部と、を含み、
前記制御部が、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う、交流無停電電源システム。
ａ）前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給が、第１時間以上停止したかを決定する制御
ｂ）前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止したと決定した場合に、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替える指令を、前記スイッチに送信する制御
ｃ）前記ｂ）の制御の後で、前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給の停止が、第２時間以上継続したかを決定する制御
ｄ）前記商用交流電源からの電力供給の停止が、前記第２時間以上継続したと決定した場合に、前記燃料電池の発電を開始させる指令を前記燃料電池に送信する制御
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用交流電源の停電時に燃料電池から電力供給する交流無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に無停電電源（Uninterruptible Power Supply）システムが知られている。無停電電源システムは、例えば、商用交流電源に接続された機器に適用される。無停電電源システムは、停電により商用交流電源から機器への電力供給が断たれた場合に、一定時間、機器に電力供給を継続する。
【０００３】
無停電電源システムには、燃料電池を用いたものがある。例えば、特開２００４−２２９４１６号公報（特許文献１）には、商用電源と負荷との間に、整流装置、蓄電池及び燃料電池装置を接続した構成の直流電力供給システムが記載される。この直流電力供給システムでは、商用電源の停電時に、蓄電池の直流電力が負荷に供給される。燃料電池装置に含まれる制御部は、蓄電池の出力電圧を検出する。制御部は、蓄電池の出力電圧が規定値以下となった場合に、燃料電池を起動させる。一般に、蓄電池は、電池残量の低下に伴って、出力電圧が低下するという特性を有する。従来の無停電電源システムは、このような蓄電池の特性を利用し、蓄電池の出力電圧が規定値以下となった場合に、蓄電池の電池残量が少なくなったものとして、燃料電池を起動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２９４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の無停電電源システムは、蓄電池の出力電圧に基づいて、燃料電池を起動させる構成となっている。このため、従来の無停電電源システムには、燃料電池の起動制御及び停止制御が、いずれも不安定であるという問題がある。すなわち、蓄電池の出力電圧が変動する要因は、電池残量の低下だけに限らない。蓄電池の出力電圧は、蓄電池の内部抵抗の大きさに起因して、蓄電池から取り出される電流量によっても変動する。このため、従来の無停電電源システムに接続された負荷によって消費される電流量が変動した場合に、蓄電池の出力電圧も変動する。そして、蓄電池の電池残量の低下に伴って出力電圧が規定値に近づいたときに、負荷によって消費される電流量の変動に伴って、蓄電池の出力電圧が規定値の付近で変動する可能性がある。このように、蓄電池の出力電圧が規定値付近で変動した場合は、燃料電池の起動と停止とが繰り返される。特に、非常用の燃料電池の小型化に伴って、容量の小さい蓄電池が用いられた場合には、蓄電池の内部抵抗が大きくなるので、出力電圧の変動がより顕著となる。このため、従来の無停電電源システムでは、蓄電池の容量が小さくなるほど、燃料電池の起動制御及び停止制御が不安定になる。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、非常用の燃料電池の起動制御及び停止制御をいずれも安定して行うことができる交流無停電電源システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の交流無停電電源システムは、商用交流電源の停電時に燃料電池から電力供給する交流無停電電源システムであって、第１入力部、第２入力部及び出力部を有し、入力される指令に応じて、前記第１入力部と前記出力部とが接続される第１状態、又は前記第２入力部と前記出力部とが接続される第２状態の切り替えが可能なスイッチと、前記スイッチの前記第１入力部に電気的に接続され、前記商用交流電源からの電力が流れるための第１給電ラインと、前記スイッチの前記第２入力部に電気的に接続され、前記燃料電池からの電力が流れるための第２給電ラインと、前記第２給電ラインに電気的に接続され、燃料ガスと酸化ガスとの反応により電力を生成する複数の単位電池セルから構成されるスタックと、入力される指令に応じて前記スタックに対して燃料ガスと酸化ガスとの供給を調整可能な複数の弁と、を含む前記燃料電池と、前記スタックと並列に、前記第２給電ラインに接続された充電可能なバッテリと、前記第１給電ラインに流れる前記商用交流電源からの電力の状態に応じた結果を出力する電力検出部と、制御部と、を含み、前記制御部が、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う。
ａ）前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給が、第１時間以上停止したかを決定する制御
ｂ）前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止したと決定した場合に、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替える指令を、前記スイッチに送信する制御
ｃ）前記ｂ）の制御の後で、前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給の停止が、第２時間以上継続したかを決定する制御
ｄ）前記商用交流電源からの電力供給の停止が、前記第２時間以上継続したと決定した場合に、前記燃料電池の発電を開始させる指令を前記燃料電池に送信する制御
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の交流無停電電源システムは、商用交流電源の停電時に燃料電池から電力供給する交流無停電電源システムであって、第１入力部、第２入力部及び出力部を有し、入力される指令に応じて、前記第１入力部と前記出力部とが接続される第１状態、又は前記第２入力部と前記出力部とが接続される第２状態の切り替えが可能なスイッチであって、前記第１入力部が前記商用交流電源から交流電力を受け取り可能なスイッチと、燃料ガスと酸化ガスとの反応により電力を生成する複数の単位電池セルから構成されるスタックと、入力される指令に応じて前記スタックに対して燃料ガスと酸化ガスとの供給を調整可能な複数の弁とを含み、前記スイッチの前記第２入力部に電気的に接続される前記燃料電池と、前記燃料電池と並列に、前記スイッチの前記第２入力部に電気的に接続された充電可能なバッテリと、前記第１入力部が受け取る前記商用交流電源の電力の状態に応じた結果を出力する電力検出部と、制御部と、を含み、前記制御部が、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う。
ａ）前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給が、第１時間以上停止したかを決定する制御
ｂ）前記商用交流電源からの電力供給が前記第１時間以上停止したと決定した場合に、前記スイッチを前記第１状態から前記第２状態に切り替える指令を、前記スイッチに送信する制御
ｃ）前記ｂ）の制御の後で、前記電力検出部から出力された結果に基づいて、前記商用交流電源からの電力供給の停止が、第２時間以上継続したかを決定する制御
ｄ）前記商用交流電源からの電力供給の停止が、前記第２時間以上継続したと決定した場合に、前記燃料電池の発電を開始させる指令を前記燃料電池に送信する制御
【発明の効果】
【０００９】
本発明の交流無停電電源システムによれば、非常用の燃料電池の起動制御及び停止制御をいずれも安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る交流無停電電源システムの概略を示すブロック図である。
【図２】図２は、本交流無停電電源システムに含まれる燃料電池の配管に関連する構成の概略を示すブロック図である。
【図３】図３は、本交流無停電電源システムに含まれる燃料電池のスタックを示す斜視図である。
【図４】図４は、上記スタックの構成を示す分解斜視図である。
【図５】図５は、単位電池セルを構成するセパレータを示すものである。図５（ａ）はセパレータの表面を示す平面図である。図５（ｂ）はセパレータの裏面を示す平面図である。
【図６】図６は、上記単位電池セルの構成を示す部分断面図である。
【図７】図７は、本交流無停電電源システムの制御処理を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）は、本交流無停電電源システムにおける停電検出を示すタイムチャートである。図８（ｂ）は、本交流無停電電源システムにおける複電検出を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る交流無停電電源システムについて、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、図１に示される交流無停電電源システム１の各構成要素の電気伝導体による接続と、図２に示される燃料電池の各構成要素の配管による接続とを区別する必要がある。このため、以下の説明においては、電気伝導体による接続を「電気的な接続」という。この「電気的な接続」には、２つの構成要素が直接的に接続される場合と、間接的に接続される場合との両方が含まれる。例えば、「電気的な接続」には、図１に示されるバッテリ８のように、第２給電ラインＬ２に直接的に接続される場合が含まれる。また例えば、「電気的な接続」には、図１に示す燃料電池６のように、システム制御基板７を介して第２給電ラインＬ２に間接的に接続される場合が含まれる。この場合も、燃料電池６は、第２給電ラインＬ２に電気的に接続される。
【００１２】
＜システムの全体構成＞
図１において、本実施形態の交流無停電電源システム１は、第１給電ラインＬ１と、第２給電ラインＬ２と、切替リレー３と、コンバータ４と、電源スイッチ５と、燃料電池６と、システム制御基板７と、バッテリ８と、インバータ９とを備える。切替リレー３は、第１給電ラインＬ１と第２給電ラインＬ２とを切り替えるためのスイッチの一例である。
【００１３】
このような交流無停電電源システム１は、商用交流電源２が停電していない通常時に、商用交流電源２の電力を負荷Ｒに供給する。一方、交流無停電電源システム１は、商用交流電源２の停電時に、燃料電池６又はバッテリ８の電力を負荷Ｒに供給する。以下の説明における「通常時」とは、商用交流電源２から電力が供給されている状態である。また、以下の説明における「停電時」とは、商用交流電源２から電力が供給されていない状態である。負荷Ｒは、通常時において商用交流電源２からの電力供給を受けて動作する任意の電子機器である。
【００１４】
商用交流電源２から供給される電力は、第１給電ラインＬ１を流れる。第１給電ラインＬ１は、切替リレー３の第１入力部３ａに電気的に接続される。一方、燃料電池６又はバッテリ８から供給される電力は、第２給電ラインＬ２を流れる。第２給電ラインＬ２は、インバータ９を介して、切替リレー３の第２入力部３ｂに電気的に接続される。切替リレー３の出力部３ｃには、負荷Ｒが電気的に接続される。
【００１５】
燃料電池６、システム制御基板７及びバッテリ８は、第２給電ラインＬ２に互いに並列に電気的に接続される。インバータ９は、第２給電ラインＬ２における燃料電池６、システム制御基板７及びバッテリ８と、切替リレー３の第２入力部３ｂとの間の位置に電気的に接続される。上述した切替リレー３は、インバータ９を介して第２給電ラインＬ２に電気的に接続される。
【００１６】
第２給電ラインＬ２は、コンバータ４及び電源スイッチ５を介して、第１給電ラインＬ１に電気的に接続される。交流無停電電源システム１は、電源スイッチ５をＯＮにすることで起動する。通常時において、燃料電池６の補器類、システム制御基板７、バッテリ８は、商用交流電源２から電力の供給を受ける。商用交流電源２からの電力は、コンバータ４によって交流から直流に変換された後、燃料電池６の補器類、システム制御基板７及びバッテリ８に供給される。ＭＨヒータ６２ｂ及び制御弁ヒータ６３ｂは、コンバータ４及び電源スイッチ５を介さずに、第１給電ラインＬ１に電気的に接続される。通常時において、ＭＨヒータ６２ｂ及び制御弁ヒータ６３ｂは、商用交流電源２から電力の供給を受ける。
【００１７】
一方、停電時において、燃料電池６の補器類、システム制御基板７及びバッテリ８は、燃料電池６のスタック１００から電力の供給を受ける。バッテリ８は、商用交流電源２が停電した後から燃料電池６が起動するまでの間、燃料電池６の補器類、システム制御基板７及び負荷Ｒに電力を供給する。
【００１８】
＜燃料電池＞
図１に示されるように、燃料電池６は、エアポンプ６１と、流量計６１ａと、調圧器６２ｃと、複数の制御弁６３と、スタック１００とを含む。図１中の実線は、電力の供給経路を示す。図１中の点線は、検出結果や指令などの信号の伝送経路を示す。一方、上述した燃料電池６の各構成要素を繋ぐ配管は、図２中の太い実線により示される。まず、燃料電池６の配管に関連する構成について、図２を参照しつつ説明する。次いで、図１に示される燃料電池６の各構成要素について、図３、図４及び図５を参照しつつ説明する。
【００１９】
図２において、スタック１００のアノード側の入口及び出口には、水素が流れる配管である水素流路部材１０が接続される。一方、スタック１００のカソード側の入口及び出口には、空気が流れる配管である空気流路部材２０が接続される。スタック１００のアノード側の入口に接続された水素流路部材１０と、スタック１００のカソード側の入口に接続された空気流路部材２０とのそれぞれの途中の位置には、置換流路部材３０の一端と他端とが接続される。
【００２０】
本実施形態において、水素は燃料ガスの例示であり、空気は酸化ガスの例示である。燃料電池６の発電に使用されるガスは、水素及び空気に限定されるものではない。また、水素流路部材１０、空気流路部材２０及び置換流路部材３０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブを用いることができる。硬質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。
【００２１】
スタック１００のアノード側の入口に接続された水素流路部材１０の端部には、水素の供給源であるＭＨタンク６２が配置される。水素の流れを基準にして、ＭＨタンク６２の配置された位置が、水素流路部材１０の最も上流と定義される。水素流路部材１０におけるＭＨタンク６２とスタック１００との間には、上流から下流の順に、調圧器６２ｃと、圧力センサ６２ｄと、第１制御弁６３Ａと、第２制御弁６３Ｂとが配置される。スタック１００のアノード側の出口に接続された水素流路部材１０には、第３制御弁６３Ｃが配置される。第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂは、いずれも水素遮断弁である。第３制御弁６３Ｃは、水素パージ弁である。ＭＨタンク６２、調圧器６２ｃ及び圧力センサ６２ｄについては、後に図１を参照しつつ説明する。
【００２２】
第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂは、いずれも燃料電池６の起動時に開いた状態となり、ＭＨタンク６２からスタック１００に対して供給される水素を水素流路部材１０へ流通させる。第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂは、いずれも燃料電池６の停止時に閉じた状態となり、ＭＨタンク６２から供給される水素を遮断する。第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂは、いずれも第３制御弁６３Ｃの閉動作に異常が生じた場合に、閉じた状態となり、スタック１００への水素の供給を遮断する。第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂは、水素パージ弁である第３制御弁６３Ｃの閉動作の異常による水素の漏れを二重に防止する。
【００２３】
ここで、スタック１００の出口側に接続された水素流路部材１０の内部には、スタック１００で生成された水や、発電に伴って濃度が高くなった不純物が滞留する。第３制御弁６３Ｃは、開いた状態となったときに、水素流路部材１０に溜まった水や不純物を外部に排出する。第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂが開いており、第３制御弁６３Ｃが閉じている場合、水素流路部材１０内には、調圧器６２ｃによって調整された圧力で水素が閉塞された状態になる。即ち、燃料電池システム１はデッドエンド式である。
【００２４】
第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ及び第３制御弁６３Ｃは、例えば、図１に示されるシステム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて開状態と閉状態とを切替可能なソレノイド弁によって構成される。但し、本発明の実施に用いられる弁は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本発明の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
【００２５】
一方、スタック１００のカソード側の入口に接続された空気流路部材２０の端部には、空気の供給源であるエアポンプ６１が配置される。空気の流れを基準にして、エアポンプ６１の配置された位置が、空気流路部材２０の最も上流と定義される。空気流路部材２０におけるエアポンプ６１とスタック１００との間には、上流から下流の順に、流量計６１ａと、逆止弁２３とが配置される。スタック１００のカソード側の出口に接続された空気流路部材２０には、第４制御弁６３Ｄが配置される。エアポンプ６１及び流量計６１ａについては、後に図１を参照しつつ説明する。
【００２６】
逆止弁２３は、空気流路部材２０の一方から他方への流れを許容し、他方から一方への流れを制限する。本実施形態において、逆止弁２３は、空気流路部材２０の上流から下流、すなわち、エアポンプ６１側からスタック１００側への空気の流れを許容する。逆止弁２３は、空気流路部材２０の下流から上流、すなわち、スタック１００側からエアポンプ６１側への水の流れを遮断する。逆止弁２３は、遮断弁の一例である。逆止弁２３としては、例えば、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式など、任意の形式の逆止弁が用いられてよい。なお、逆止弁２３の代わりに、電磁弁が用いられてもよい。
【００２７】
第４制御弁６３Ｄは、開いた状態となったときに、スタック１００のカソード側で生成された水を外部へ排出する。第４制御弁６３Ｄは、スタック１００の停止時に閉じた状態となる。第４制御弁６３Ｄが閉じた状態となることで、スタック１００から外部への空気の排出が遮断され、後述するセパレータ１１０の第１流路１１１ａの湿度が保たれる。これにより、固体高分子電解質膜１３１のカソード電極１３２の乾燥が防止される。第４制御弁６３Ｄは、例えば、図１に示されるシステム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて開状態と閉状態とを切替可能なソレノイド弁によって構成される。但し、本発明の実施に用いられる弁は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本発明の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
【００２８】
置換流路部材３０は、空気流路部材２０から水素流路部材１０へ空気を流通させるためのものである。置換流路部材３０は、水素流路部材１０における第１制御弁６３Ａと第２制御弁６３Ｂとの間の位置と、空気流路部材２０における流量計６１ａと逆止弁２３との間の位置とに接続される。置換流路部材３０の空気流路部材２０側には、第５制御弁６３Ｅが配置される。置換流路部材３０の水素流路部材１０側には、遮断弁の一例である逆止弁３２が配置される。
【００２９】
第５制御弁６３Ｅは、水素流路部材１０と空気流路部材２０とを連通又は遮断させるためのものである。置換弁３１は、例えば、図１に示されるシステム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて開状態と閉状態とを切替可能なソレノイド弁によって構成される。但し、本発明の実施に用いられる弁は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本発明の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
【００３０】
燃料電池６の運転時において、第５制御弁６３Ｅは、システム制御部７１からの指令に従って閉じた状態となり、水素流路部材１０と空気流路部材２０とを遮断させる。これにより、エアポンプ６１から供給される空気は、空気流路部材２０を通ってスタック１００のカソード側に流れる。一方、燃料電池システム１の停止時において、第５制御弁６３Ｅは、システム制御部７１からの指令に従って開いた状態となり、水素流路部材１０と空気流路部材２０とを連通させる。これにより、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通るルートが形成される。このとき、エアポンプ６１から供給される空気は、置換流路部材３０を介して、空気流路部材２０から水素流路部材１０へ流れる。その後、空気は、水素流路部材１０からスタック１００のアノード側に流れ、後述するセパレータ１１０の第２流路１１７ａに残留した水素ガスを外部へ排出する。
【００３１】
逆止弁３２は、置換流路部材３０の一方から他方への流れを許容し、他方から一方への流れを制限する。すなわち、逆止弁３２は、空気流路部材２０側から水素流路部材１０側への空気の流れを許容する。逆止弁３２は、水素流路部材１０側から空気流路部材２０側への水素の流れを遮断する。逆止弁３２としては、例えば、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式など、任意の形式の逆止弁が用いられてよい。なお、逆止弁３２の代わりに、電磁弁が用いられてもよい。
【００３２】
＜＜スタック＞＞
図３に示されるように、スタック１００は、複数の単位電池セル１０１ａと、２つのエンドプレート１０１Ｂとを備える。複数の単位電池セル１０１ａは、直列に積層された単位電池セル群１０１Ａを構成する。２つのエンドプレート１０１Ｂの一方は、単位電池セル群１０１Ａの一端に配置される。２つのエンドプレート１０１Ｂの他方は、単位電池セル群１０１Ａの他端に配置される。複数本のボルト１０１Ｃは、複数の単位電池セル１０１ａ及び２つのエンドプレート１０１Ｂを貫通し、複数の単位電池セル１０１ａ及び２つのエンドプレート１Ｂを互いに固定する。
【００３３】
一方のエンドプレート１０１Ｂには、空気流入孔１０１Ｄと、水素流入孔１０１Ｅとが形成される。空気流入孔１０１Ｄは、後述するセパレータ１１０の第１貫通孔１１２に連通する。空気流入孔１０１Ｄには、上述したスタック１００より上流の空気流路部材２０を介して、エアポンプ６１が接続される。水素流入孔１０１Ｅは、後述するセパレータ１１０の第３貫通孔１１４に連通する。水素流入孔１０１Ｅには、上述したスタック１００より上流の水素流路部材１０を介して、ＭＨタンク６２が接続される。
【００３４】
他方のエンドプレート１０１Ｂには、空気排出孔（非図示）と、水素排出孔（非図示）とが形成される。空気排出孔は、後述するセパレータ１１０の第２貫通孔１１３に連通する。空気排出孔には、上述したスタック１００より下流の空気流路部材２０が接続される。水素排出孔は、後述するセパレータ１１０の第４貫通孔１１５貫通孔に連通する。水素排出孔には、上述したスタック１００より下流の水素流路部材１０が接続される。
【００３５】
一方のエンドプレート１０１Ｂと単位電池セル群１０１Ａとの間には、集電板１０１Ｆが設けられる。他方のエンドプレート１０１Ｂと電池セル群１０１Ａとの間には、集電板１０１Ｇが設けられる。これら集電板１０１Ｆ、１０１Ｇは、後述するシステム制御基板７を介して、第２給電ラインＬ２に接続される。停電時において、スタック１００で生成された電力は、第２給電ラインＬ２を介して、燃料電池６の補器類、システム制御基板７、バッテリ８及び負荷Ｒに供給される。
【００３６】
図４〜図６に示されるように、スタック１００を構成する各単位電池セル１０１ａは、膜／電極接合体１３０と、２つのガスケット１２０ａ、１２０ｂと、２つのセパレータ１１０とを有する。２つのガスケット１２０ａ、１２０ｂは、膜／電極接合体１３０の周縁部にそれぞれ設けられる。２つのセパレータ１１０の一方は、ガスケット１２０ａを介して、膜／電極接合体１３０の一方の面に接触する。２つのセパレータ１１０の他方は、ガスケット１２０ｂを介して、膜／電極接合体１３０の他方の面に接触する
【００３７】
＜＜＜膜／電極接合体＞＞＞
図６に示されるように、膜／電極接合体１３０は、固体高分子電解質膜１３１、カソード電極１３２及びアノード電極１３３を有する。固体高分子電解質膜１３１は、プロトンの導電性を有する。固体高分子電解質膜１３１は、含水状態においてプロトンを選択的に輸送する。固体高分子電解質膜１３１は、例えばナフィオン（登録商標）などの、スルホン酸基を持ったフッ素系ポリマーで構成される。
【００３８】
アノード電極１３３は、膜／電極接合体１３０の一方の面に接触する。アノード電極１３３は、触媒層１３３ａと、ガス拡散層１３３ｂとを有する。ガス拡散層１３３ｂは、導電性と、燃料ガス（例えば、水素）の通気性とを兼ね備える。ガス拡散層１３３ｂは、例えば、カーボンペーパーなどによって構成される。触媒層１３３ａは、膜／電極接合体１３０の一方の面とガス拡散層１３３ｂとの間に設けられる。触媒層１３３ａは、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒を含む。触媒層１３３ａは、例えば、ガス拡散層１３３ｂを構成するカーボンペーパーに対して、触媒を有機溶媒に分散させたペーストを塗布することで形成される。
【００３９】
カソード電極１３２は、膜／電極接合体１３０の他方の面に接触する。カソード電極１３２は、触媒層１３２ａとガス拡散層１３２ｂとを有する。ガス拡散層１３２ｂは、導電性と、酸化ガス（例えば、空気）の通気性とを兼ね備える。ガス拡散層１３２ｂは、例えば、カーボンペーパーなどによって構成される。触媒層１３２ａは、膜／電極接合体１３０の他方の面とガス拡散層１３２ｂとの間に設けられる。触媒層１３２ａは、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒を含む。触媒層１３２ａは、例えば、ガス拡散層１３２ｂを構成するカーボンペーパーに対して、触媒を有機溶媒に分散させたペーストを塗布することで形成される。
【００４０】
＜＜＜セパレータ＞＞＞
セパレータ１１０は、金属製の長方形の平板状の部材である。セパレータ１１０は、例えば、アルミニウム、ステンレス、カーボンなどで構成される。セパレータ１１０は、複数の第１流路壁１１１と、複数の第２流路壁１１７と、２つの第１貫通孔１１２と、２つの第２貫通孔１１３と、２つの第３貫通孔１１４と、２つの第４貫通孔１１５とを含む。
【００４１】
図４及び図５に示されるように、セパレータ１１０の一方の面（例えば、表面）における中央には、複数の第１流路壁１１１が間隔をあけて平行に設けられる。全ての第１流路壁１１１を含む略長方形の領域は、膜／電極接合体１３０のカソード電極１３２の外形に対応する。各第１流路壁１１１と、各第１流路壁１１１の頂点に接触するカソード電極１３２とによって、膜／電極接合体１３０に供給される酸化ガスの複数の第１流路１１１ａが形成される。これら第１流路１１１ａの一端には、セパレータ１１０の短辺に沿って、２つの第１貫通孔１１２が設けられる。また、これら第１流路１１１ａの他端には、セパレータ１１０の短辺に沿って、２つの第２貫通孔１１３が設けられる。第１貫通孔１１２を通過した空気は、第１流路１１１ａを流れることで、カソード電極１３２に供給される。第１流路１１１ａを流れた空気は、カソード電極１３２で生成された水とともに、第２貫通孔１１３を通過する。セパレータ１１０の表面には、厚み方向に突出するガスケットライン３７Ａが形成される。ガスケットライン３７Ａは、複数の第１流路１１１ａと、２つの第１貫通孔１１２と、２つの第２貫通孔１１３との外周を隙間なく取り囲む。
【００４２】
また、セパレータ１１０の他方の面（例えば、裏面）における中央には、表面と同様に、複数の第２流路壁１１７が間隔をあけて平行に設けられる。複数の第２流路壁１１７は、表面のストレート型の流路壁１１１と異なり、その両端が第３貫通孔１１４及び第４貫通孔１１５に向かってそれぞれ直角に曲折したサーペンタイン型となっている。複数の第２流路壁１１７を含む略長方形の領域は、膜／電極接合体１３０の表面に設けたアノード電極１３３の外形に対応する。各第２流路壁１１７と、各第２流路壁１１７の頂点に接触するアノード電極１３３とによって、膜／電極接合体１３０に供給される水素が流れる複数の第２流路１１７ａが形成される。第３貫通孔１１４を通過した水素は、第２流路１１７ａを流れることで、アノード電極１３３に供給される。第２流路１１７ａを流れた水素は、第４貫通孔１１５を通過する。セパレータ１１０の裏面には、表面と同様に、厚み方向に突出するガスケットライン３７Ｂが形成される。ガスケットライン３７Ｂは、複数の第２流路１１７ａと、２つの第３貫通孔１１４と、２つの第４貫通孔１１５との外周を隙間なく取り囲む。
【００４３】
セパレータ１１０の互いに対向する長辺の近傍には、それぞれ複数の挿通孔１１６が等間隔で設けられる。本実施形態では、セパレータ１１０の強度を向上させるため、第３貫通孔１１４及び第４貫通孔１１５が、隣接する２つの挿通孔１１６の間の領域に設けられる。
【００４４】
＜＜＜ガスケット＞＞＞
ガスケット１２０ａ、１２０ｂは、セパレータ１１０とほぼ同一寸法の長方形のシート材からなる。ガスケット１２０ａ、１２０ｂは、貫通孔１２１〜１２６を有する。ガスケット１２０ａ、１２０ｂを形成するシート材としては、例えば、極めて薄く加工したシリコンゴム又はエラストマーなどの弾性体を用いることができる。ガスケット１２０ａ、１２０ｂの中央には、最も大きな長方形の貫通孔１２１が設けられる。この貫通孔１２１の外形及び位置は、セパレータ１１０の表面に形成された各第１流路壁１１１と、セパレータ１１０の裏面に形成された各第２流路壁１１７とを含む、略長方形の領域に対応する。また、貫通孔１２１の外形は、膜／電極接合体１３０の両面に設けたカソード電極１３２及びアノード電極１３３にも対応する。
【００４５】
ガスケット１２０ａ、１２０ｂの互いに対向する短辺の近傍で、かつ長方形の貫通孔１２１の両端には、それぞれ２つの貫通孔１２２と、２つの貫通孔１２３とが設けられる。２つの貫通孔１２２の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第１貫通孔１１２にそれぞれ対応する。また、２つの貫通孔１２３の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第２貫通孔１１３にそれぞれ対応する。
【００４６】
ガスケット１２０ａ、１２０ｂの一の長辺の近傍には、２つの貫通孔１２４と、２つの貫通孔１２５とが間隔をあけて設けられる。２つの貫通孔１２４の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第３貫通孔１１４にそれぞれ対応する。また、２つの貫通孔１２５の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第４貫通孔１１５にそれぞれ対応する。
【００４７】
ガスケット１２０ａ、１２０ｂの互いに対向する長辺の近傍には、それぞれ複数の貫通孔１２６が等間隔で設けてある。これら貫通孔１２６の外形及び位置は、セパレータ１１０の各挿通孔１１６にそれぞれ対応する。
【００４８】
図４及び図６に示されるように、ガスケット１２０ａは、アノード電極１３３の外周に隣接し、固体高分子電解質膜１３１の一方の面に接触する。ガスケット１２０ａは、セパレータ１１０の裏面に形成されたガスケットライン３７Ｂによって押さえられる。ガスケット１２０ａは、第２流路１１７ａを流れる水素が、単位電池セル１０１ａから外部に漏れることを防止する。ガスケット１２０ｂは、カソード電極１３２の外周に隣接し、固体高分子電解質膜１３１の他方の面に接触する。ガスケット１２０ｂは、セパレータ１１０の表面に形成されたガスケットライン３７Ａによって押さえられる。ガスケット１２０ｂは、第１流路１１１ａを流れる空気が、単位電池セル１０１ａから外部に漏れることを防止する。
【００４９】
図３及び図４において、複数の単位電池セル１０１ａが直接に積層されるので、第１貫通孔１１２及び貫通孔１２２が一直線に整列する。第３貫通孔１１４及び貫通孔１２４と、第２貫通孔１１３及び貫通孔１２３と、第４貫通孔１１５及び貫通孔１２５も、同様に、それぞれ一直線に整列する。一方のエンドプレート１０１Ｂの水素流入孔１０１Ｅは、一直線に整列した第３貫通孔１１４及び貫通孔１２４に連通する。一方のエンドプレート１０１Ｂの空気流入孔１０１Ｄは、一直線に整列した第１貫通孔１１２及び貫通孔１２２に連通する。他方のエンドプレート１０１Ｂの水素排出孔（非図示）は、一直線に整列した第４貫通孔１１５及び貫通孔１２５に連通する。他方のエンドプレート１０１Ｂの空気排出孔（非図示）は、一直線に整列した第２貫通孔１１３及び貫通孔１２３に連通する。
【００５０】
＜＜燃料電池の動作＞＞
水素流入孔１０１Ｅからスタック１００の内部に供給された水素は、積層方向に一直線に整列した第３貫通孔１１４に流入する。水素は、第３貫通孔１１４から第２流路１１７ａに流入する。第２流路１１７ａに流入した水素は、アノード電極１３３の拡散層１３３ｂによって膜／電極接合体１３０の面方向に拡散され、アノード電極１３３の触媒層１３３ａに接触する。触媒層１３３ａに接触した水素は、触媒層１３３ａに含まれる触媒によって、水素イオンと電子とに乖離する。水素イオンは、固体高分子膜１３１を伝導し、カソード電極１３２の触媒層１３２ａに到達する。一方、電子は、集電板１０１Ｆから、外部に取り出される。アノード電極１３３に接触した水素ガスは、第２流路１１７ａに沿って第４貫通孔１１５に到達し、水素排出孔（非図示）を介してスタック１の外部に排出される。
【００５１】
空気導入口１０１Ｄからスタック１００の内部に供給された空気は、積層方向に一直線に整列した第１貫通孔１１２に流入する。空気は、第１貫通孔１１２から第１流路１１１ａに流入する。第１流路１１１ａに流入した空気は、カソード電極１３２の拡散層１３２ｂによって膜／電極接合体１３０の面方向に拡散され、カソード電極１３２の触媒層１３２ａに接触する。空気に含まれる酸素は、触媒層１３２ａに含まれる触媒によって、固体高分子膜１３１を伝導してきた水素イオンと、集電板１０１Ｆから取り出され、外部負荷を介して集電板１０１Ｇから伝導される電子と反応することで、水を生成する。この電子の移動によって、電力が発生する。カソード電極１３２に接触した空気は、生成された水とともに、第１流路１１１ａに沿って第２貫通孔１１３に到達し、空気排出孔（非図示）を介してスタック１の外部に排出される。
【００５２】
＜＜燃料電池の補器類＞＞
図１に示されるように、燃料電池６は、スタック１００に発電を行わせるための種々の補器類を備える。上述のとおり、図１中の実線は、電力の供給経路を示す。図１中の点線は、検出結果や指令などの信号の伝送経路を示す。燃料電池６の各補器類と、システム制御基板７１とは、図１中の実線で示された伝送経路によって電気的に接続され、点線で示された伝送経路によって信号の送受信が可能となっている。
【００５３】
上述のとおり、エアポンプ６１は、スタック１００のカソード側の入口に接続された空気流路部材２０（図２を参照）に配置される。エアポンプ６１は、システム制御基板７のポンプ駆動回路８１に電気的に接続される。ポンプ駆動回路８１は、補器類電源７５に電気的に接続される（接続は非図示）。エアポンプ６１には、ポンプ駆動回路８１を介して補器類電源７５からの直流電流が供給される。ポンプ駆動回路８１は、システム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて、エアポンプ６１をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。
【００５４】
流量計６１ａは、エアポンプ６１から供給される空気の流量を検出する。流量計６１ａは、検出結果を示す信号を、システム制御基板７のシステム制御部７１に送信する。流量計６１ａの構成は、特に限定されるものではない。例えば、流量計６１ａとして熱式、差圧式、面積式、超音波式などの流量計を用いることができる。本実施形態の流量計６１ａは、サーミスタを用いた熱式の流量計である。
【００５５】
ＭＨタンク６２には、温度センサ６２ａ、ＭＨヒータ６２ｂ及び調圧器６２ｃが設けられる。温度センサ６２ａは、ＭＨタンク６２に直接又は間接に接触し、ＭＨタンク６２の温度を検出する。温度センサ６２ａは、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。温度センサ６２ａとしては、白金やサーミスタなどの測温抵抗体や、熱電対が用いられてよい。ＭＨヒータ６２ｂは、システム制御基板７１のヒータ駆動回路８４に電気的に接続される。ヒータ駆動回路８４は、第１給電ラインＬ１に電気的に接続される。ＭＨヒータ６２ｂには、ヒータ駆動回路８４を介して商用交流電源２からの交流電流が供給される。ヒータ駆動回路８４は、システム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて、ＭＨヒータ６２ｂをＯＮ／ＯＦＦ動作させる。ＭＨヒータ６２ｂがＯＮの場合、ＭＨヒータ６２ｂに電流が流れることで、ＭＨヒータ６２ｂは発熱する。ＭＨヒータ６２ｂは、例えば、流れる電流に応じて発熱する電熱線である。
【００５６】
ＭＨタンク６２内の水素吸蔵合金は、吸熱反応によって水素を放出する。水素吸蔵合金の温度が規定値よりも低くなると、十分な水素が放出されない。システム制御部７１は、温度センサ６２ａによって検出されたＭＨタンク６２の温度を規定値と比較し、ＭＨヒータ６２ｂをＯＮ／ＯＦＦ動作させる指令をヒータ駆動回路８４に送信する。本実施形態では、規定値は１５℃に設定される。システム制御部７１は、温度センサ６２ａから受信した信号が示すＭＨタンク６２の温度が１５℃未満のときに、ＭＨヒータ６２ｂをＯＮにさせる指令をヒータ駆動回路８４に送信する。一方、システム制御部７１は、温度センサ６２ａから受信した信号が示すＭＨタンク６２の温度が１５℃以上のときに、ＭＨヒータ６２ｂをＯＦＦさせる指令をヒータ駆動回路８４に送信する。
【００５７】
調圧器６２ｃは、図２に示される水素流路部材１０内の圧力が規定値になるように調整する。すなわち、調圧器６２ｃは、システム制御部７１の指令に基づいて、ＭＨタンク６２から水素流路部材１０へ供給される水素の流量を制御する。規定値は、スタック１００の発電に十分な水素流路部材１０内の圧力の値である。例えば、本実施形態では、規定値は５０ｋＰａ以上に設定される。図２に示されるように、水素流路部材１０には圧力センサ６２ｄが配置される。システム制御部７１は、圧力センサ６２ｄによって検出された水素流路部材１０内の圧力を規定値と比較する。システム制御部７１は、圧力センサ６２ｄから受信した信号が示す水素流路部材１０内の圧力が５０ｋＰａ未満のときに、調圧器６２ｃを動作させる指令を調圧器６２ｃに送信する。
【００５８】
図１に示される複数の制御弁６３は、図２に例示される第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ、第３制御弁６３Ｃ、第４制御弁６３Ｄ及び第５制御弁６３Ｅに相当する。複数の制御弁６３は、図２に示されるように、スタック１００に接続された水素流路部材１０、空気流路部材２０及び置換流路部材３０のそれぞれに配置される。複数の制御弁６３は、システム制御基板７１の制御弁駆動回路８２に電気的に接続される。制御弁駆動回路８２は、補器類電源７５に電気的に接続される（接続は非図示）。制御弁６３には、制御弁駆動回路８２を介して補器類電源７５からの直流電流が供給される。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて、複数の制御弁６３を個別に開閉動作させる。
【００５９】
図１に示されるように、複数の制御弁６３には、温度センサ６３ａ及び制御弁ヒータ６３ｂが設けられる。温度センサ６３ａは、制御弁６３の周辺の温度を検出する。温度センサ６３ａは、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。温度センサ６３ａとしては、白金やサーミスタなどの測温抵抗体や、熱電対が用いられてよい。
【００６０】
制御弁ヒータ６３ｂは、システム制御基板７１のヒータ駆動回路８４に電気的に接続される。ヒータ駆動回路８４は、第１給電ラインＬ１に電気的に接続される。制御弁ヒータ６３ｂには、ヒータ駆動回路８４を介して商用交流電源２からの交流電流が供給される。ヒータ駆動回路８４は、システム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて、制御弁ヒータ６３ｂをＯＮ／ＯＦＦ動作させる。
【００６１】
燃料電池６を稼働させると、発電に伴って水が生成されるため、制御弁６３に水滴が溜まる可能性がある。制御弁６３に溜まった水滴が凍結すると、次に燃料電池６を起動させるときに、制御弁６３が開かなくなる。システム制御部７１は、温度センサ６３ａによって検出された制御弁６３の周辺の温度を規定値と比較し、制御弁ヒータ６３ｂをＯＮ／ＯＦＦ動作させる指令をヒータ駆動回路８４に送信する。本実施形態では、規定値を５℃に設定してある。システム制御部７１は、温度センサ６３ａから受信した信号が示す制御弁６３の温度が５℃未満のときに、制御ヒータ６３ｂをＯＮにさせる指令をヒータ駆動回路８４に送信する。一方、システム制御部７１は、温度センサ６３ａから受信した信号が示す温度が５℃以上のときに、制御弁ヒータ６３ｂをＯＦＦする指令をヒータ駆動回路８４に送信する。制御弁ヒータ６３ｂは、例えば、制御弁６３の収納部の壁面に貼られたシート状ヒータとすることができる。このシート状ヒータが、制御弁６３の収納部内の温度を５℃以上に維持する。制御弁ヒータ６３ｂは、例えば、流れる電流に応じて発熱する電熱線であってもよい。
【００６２】
図１に示される温度センサ６４ａは、図２に示されるスタック１００のアノード側の出口に接続された水素流路部材１０の端部と、スタック１００のカソード側の出口に接続された空気流路部材２０の端部との付近に設けられる。温度センサ６４ａは、スタック１００から排気されたガスの温度を検出する。温度センサ６４ａは、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。
【００６３】
交流無停電電源システム１の筐体（非図示）には、図１に示される冷却ファン６５及び筐体内温度検出部６６ａが設けられる。冷却ファン６５は、システム制御基板７１のファン駆動回路８３に電気的に接続される。ファン駆動回路８３は、補器類電源７５に電気的に接続される。冷却ファン６５には、ファン駆動回路８３を介して補器類電源７５からの直流電流が供給される。ファン駆動回路８３は、システム制御部７１の指令（例えば、信号）に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる。冷却ファン６５がＯＮになった場合、冷却ファン６５に電流が供給されるため、冷却ファン６５は、スタック１００に対して送風する。冷却ファン６５の送風によって、スタック１００は冷却される。
【００６４】
筐体内温度検出部６６ａは、筐体内の温度を検出する。筐体内温度検出部６６ａは、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。燃料電池６が収納された筐体内の温度が規定値よりも高くなると、ＭＨタンク６２内の圧力が高くなりすぎる。システム制御部７１は、筐体内温度検出部６６ａによって検出された筐体内の温度を規定値と比較し、冷却ファン６５をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。本実施形態では、規定値を４０℃に設定してある。システム制御部７１は、筐体内温度検出部６６ａから受信した信号が示す筐体内の温度が４０℃を超えたときに、冷却ファン６５をＯＮにさせる指令をファン駆動回路８３に送信する。一方、システム制御部７１は、筐体内温度検出部６６ａから受信した信号が示す温度が４０℃以下のときに、冷却ファン６５をＯＦＦさせる指令をファン駆動回路８３に送信する。
【００６５】
＜システム制御基板＞
システム制御基板７は、システム制御部７１、不揮発性メモリ７２、表示部７３、制御基板電源７４、補器類電源７５、電流／電圧検出部７６、遮断回路７７、電力回路７８及び電流／電圧検出部７９、ポンプ駆動回路８１、制御弁駆動回路８２、ファン駆動回路８３及びヒータ駆動回路８４を含む。上述のとおり、図１中の実線は、電力の供給経路を示す。図１中の点線は、検出結果や指令などの信号の伝送経路を示す。システム制御部７１の構成要素は、図１中の実線で示された伝送経路によって電気的に接続され、図１中の点線で示された伝送経路によって信号の送受信が可能となっている。
【００６６】
システム制御部７１は、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）又はマルチコアＣＰＵと、ＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。また、システム制御部７１は、後述する制御処理を実行するための専用の回路基板により構成されてもよい。また、システム制御部７１は、後述する制御処理を実行するための専用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により構成されてもよい。システム制御部７１は、通常時及び停電時において、交流無停電電源システム１の全般的な制御処理を行う。システム制御部７１は、通常時において、例えば、交流無停電電源システム１の起動制御、停電の監視、商用交流電源２からの電力によるバッテリ８の充電制御、ＭＨタンク６２の温度制御、制御弁６３の温度制御、筐体内の温度制御などを行う。システム制御部７１は、停電時において、停電の検出、切替リレー３の制御、燃料電池６の起動制御、燃料電池６からの電力によるバッテリ８の充電制御、復電の検出、燃料電池６の停止制御などを行う。
【００６７】
ここで、第１給電ラインＬ１には、電圧検出部７１ａが電気的に接続される。電圧検出部７１ａは、第１給電ラインＬ１を流れる商用交流電源２の電圧に基づいて、パルス信号を出力する。電圧接続部７１は、システム制御部７１と電気的に接続される。システム制御部７１は、電圧検出部７１ａのパルス信号に基づいて、商用交流電源２の停電及び復電を検出する。停電及び復電の検出方法については、後に図８（ａ）、（ｂ）を参照して詳述する。
【００６８】
システム制御部７１は、切替リレー３に対して、第１指令及び第２指令（例えば、信号）を送信する。第１指令は、切替リレー３の接点を、第１入力部３ａと出力部３ｃとが接続された状態（以下「第１状態」という）にさせる指令である。第２指令は、切替リレー３の接点を、第２入力部３ｂと出力部３ｃとが接続された状態（以下「第２状態」という）にする指令である。商用交流電源２から電力が供給されている通常時において、切替リレー３の接点は、第１状態になっている。システム制御部７１は、停電を検出した場合に、切替リレー３に第２指令を送信する。第２指令を受信した切替リレー３は、接点を第１状態から第２状態に切り替える。これにより、負荷Ｒの電力供給ルートが、第１給電ラインＬ１から第２給電ラインＬ２に切り替わる。切替リレー３の接点が第２状態のときは、バッテリ８又は燃料電池６からの電力が、第２給電ラインＬ２を通って負荷Ｒに供給される。
【００６９】
一方、システム制御部７１は、復電を検出した場合に、切替リレー３に第１指令を送信する。第１指令を受信した切替リレー３は、接点を第２状態から第１状態に切り替える。これにより、負荷Ｒへの電力供給ルートが、第２給電ラインＬ２から第１給電ラインＬ１に切り替わる。切替リレー３の接点が第１状態のときは、商用交流電源２からの電力が、第１給電ラインＬ１を通って負荷Ｒに供給される。
【００７０】
なお、本実施形態の交流無停電電源システム１は、本システムの主要な制御処理を、１つのシステム制御部７１が行う構成となっている。しかし、本発明の交流無停電電源システムは、１つの制御部を備えた構成に限定されるものではない。本発明の交流無停電電源システムは、本システムの主要な制御処理を、複数の制御部が行う構成とすることができる。
【００７１】
不揮発性メモリ７２は、システム制御部７１の制御処理に従い、交流無停電電源システム１の運用に関する種々のデータを記憶する。表示部７３は、例えば、液晶表示パネルや７セグメントＬＥＤなどを用いることができる。表示部７３は、システム制御部７１の制御処理に従い、文字や記号などの情報を表示する。
【００７２】
制御基板電源７４は、通常時において、商用交流電源２からの電力をシステム制御基板７で利用可能な電圧に変換したうえで、システム制御基板７に供給する。補器類電源７５は、通常時において、商用交流電源２からの電力を燃料電池６の補器類で利用可能な電圧に変換したうえで、補器類に供給する。停電時においては、バッテリ８又は燃料電池６から電力が、第２給電ラインＬ２を通って、制御基板電源７４及び補器類電源７５に供給される。
【００７３】
停電時における燃料電池６からの電力は、電流／電圧検出部７６、遮断回路７７、電力回路７８及び電流／電圧検出部７９を通って、第２給電ラインＬ２に流れる。電流／電圧検出部７６は、スタック１００の出力側に接続される。電流／電圧検出部７６は、スタック１００が発電した電力の電流の値と電圧の値とを検出する。電流／電圧検出部７６は、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。
【００７４】
スタック１００の電流の値は、発電に使われた水素の消費量を示す。上述のとおり、燃料電池６は、水素から乖離した水素イオン及び電子と、空気に含まれる酸素とを反応させて水を生成し、このときの電子の移動によって電力を発生させる。発電の際に移動した電子の量は、スタック１００の電流の値に対応するとともに、発電に使われた水素の消費量に対応する。システム制御部７１は、電流／電圧検出部７６から受信したスタック１００の電流の値に基づいて、ＭＨタンク６２の水素残量を算出する。システム制御部７１が算出した水素残量の値は、不揮発性メモリ７２に記憶される。また、システム制御部７１は、ＭＨタンク６２の水素残量が零に近づいた場合には、表示部７３に対応する情報を表示する指令を送信し、表示部７３に所定の情報を表示させる。さらに、システム制御部７１は、スタック１００の電流の値に基づいて、エアポンプ６１に対して空気の供給量を変更する指令を送信する。
【００７５】
一方、スタック１００の電圧の値は、スタック１００の寿命と相関関係を有する。例えば、図５に示される固体高分子膜１３１の膜質が経年劣化して薄くなると、クロスリーク量が増加する。また、図５に示される触媒層１３２ａ、１３３ａに含まれる白金触媒が劣化すると、触媒層１３２ａ、１３３ａの反応効率が低下する。このような要因により、スタック１００の出力電圧は、時間の経過に伴って低下する。したがって、スタック１００の電圧の値の低下は、固体高分子膜１３１や触媒層１３２ａ、１３３ａなどの構成要素の劣化を示す。システム制御部７１は、スタック１００の電圧の値に基づいて、スタック１００の寿命を判断する。システム制御部７１は、スタック１００の寿命が零に近づいた場合には、表示部７３に対応する情報を表示する指令を送信し、表示部７３に所定の情報を表示させる。
【００７６】
遮断回路７７は、スタック１００が発電していない通常時において、スタック１００をシステム制御基板７から電気的に遮断する。商用交流電源２からシステム制御基板７に供給される電力が、スタック１００に流れることを防止するためである。遮断回路７７は、燃料電池６の起動時に、システム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて、スタック１００とシステム制御基板７との電気的な遮断を解除する。
【００７７】
電力回路７８は、システム制御部７１からの指令（例えば、信号）に基づいて、バッテリ８を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）又は定電圧定電流（ＣＶＣＣ）で充電する。スタック１００の電圧は、負荷Ｒの消費電力の増減に伴って変動する。電力回路７８は、バッテリ８に供給されるスタック１００の電流及び電圧を平滑化する。また、電力回路７８は、例えば、スタック１００の電流を一定の値にし、バッテリ８の電圧が規定値に達した後は、規定値の電圧が維持されるように、スタック１００の電流の値を下げる。さらに、電力回路７８は、スタック１００からインバータ９に供給される電圧を一定の値に変換する。例えば、本実施形態では、スタック１００の電圧が３０〜５０Ｖの間で変動する。電力回路７８は、スタック１００の電圧を、バッテリ８の出力電圧と同じ２４Ｖに変換する。
【００７８】
電流／電圧検出部７９は、電力回路７８を通ってバッテリ８に供給される電力の電流及び電圧を検出する。電流／電圧検出部７９は、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。システム制御部７１は、電流／電圧検出部７９によって検出された電流の値に基づいて、バッテリ８の充電量を算出する。また、システム制御部７１は、電流／電圧検出部７９によって検出された電圧の値に基づいて、バッテリ８の電圧値を監視する。
【００７９】
上述のとおり、ポンプ駆動回路８１は、システム制御部７１からの指令に基づいて、燃料電池６のエアポンプ６１をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。ポンプ駆動回路８１は、補器類電源７５に電気的に接続されている（接続は非図示）。ポンプ駆動回路８１には、補器類電源７５からの直流電流が供給される。システム制御部７１の指令は、例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号である。システム制御部７１が、ポンプ駆動回路８１に制御信号を送信することで、ポンプ駆動回路８１からエアポンプ６１への電流供給が開始及び停止される。
【００８０】
上述のとおり、制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、燃料電池６の配管に配置された複数の制御弁６３（図２の第１〜第５制御弁６３Ａ〜６３Ｅ）を個別に開閉動作させる。制御弁駆動回路８２は、補器類電源７５に電気的に接続されている（接続は非図示）。制御弁駆動回路８２は、補器類電源７５からの直流電流が供給される。システム制御部７１の指令は、例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号である。システム制御部７１が、制御弁駆動回路８２に制御信号を送信することで、制御弁駆動回路８２から複数の制御弁６３への電流供給が開始及び停止される。
【００８１】
上述のとおり、ファン駆動回路８３は、システム制御部７１からの指令に基づいて、冷却ファン６５をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。ファン駆動回路８３は、補器類電源７５に電気的に接続されている（接続は非図示）。ファン駆動回路８３には、補器類電源７５からの直流電流が供給される。システム制御部７１の指令は、例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号である。システム制御部７１が、ファン駆動回路８３に制御信号を送信することで、ファン駆動回路８３から冷却ファン６５への電流供給が開始及び停止される。
【００８２】
上述のとおり、ヒータ駆動回路８４は、システム制御部７１からの指令に基づいて、ＭＨヒータ６２ｂ及び制御弁ヒータ６３ｂをＯＮ／ＯＦＦ動作させる。ヒータ駆動回路８４は、第１給電ラインＬ１に電気的に接続される。ヒータ駆動回路８４には、商用交流電源２からの交流電流が供給される。システム制御部７１の指令は、例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号である。システム制御部７１が、ヒータ駆動回路８４に制御信号を送信することで、ヒータ駆動回路８４からＭＨヒータ６２ｂ及び制御弁ヒータ６３ｂへの電流供給が開始及び停止される。
【００８３】
＜バッテリ＞
バッテリ８は、通常時において、商用交流電源２から供給される電力で充電される。一方、バッテリ８は、停電時において、燃料電池６が稼働していない場合は、制御基板電源７４及び補器類電源７５を介して、システム制御基板７、燃料電池６の補器類及び負荷Ｒに電力を供給する。また、バッテリ８は、停電時において、燃料電池６が稼働している場合は、燃料電池６から供給される電力で充電される。本実施形態の交流無停電電源システム１では、商用交流電源２の停電発生から規定時間を経過する間は、バッテリ８が電力を供給する。本実施形態の交流無停電電源システム１では、例えば、この規定時間を１０秒に設定してある。１０秒を経過しても復電しない場合は、燃料電池６が起動される。つまり、燃料電池６は、１０秒程度の短い停電では起動されない。１０秒程度の短い停電には、バッテリ８の電力で対処する。ここでいう規定時間の１０秒は、スタック１００の発電を開始させる基準となる第２時間の一例である。バッテリ８は、充電可能な二次電池である。本実施形態では、バッテリ８として、２４Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池が用いられる。但し、バッテリ８は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池など、他の二次電池が用いられてよい。また、バッテリ８の出力電圧は２４Ｖに限定されず、他の任意の電圧（例えば、１２Ｖ）であってよい。
【００８４】
バッテリ８には、温度センサ８ａが設けられる。温度センサ８ａは、バッテリ８の温度を検出する。温度センサ８ａは、検出結果を示す信号を、システム制御部７１に送信する。システム制御部７１は、温度センサ８ａによって検出されたバッテリ８の温度が規定値を超えた場合に、バッテリ８の充電を中止する。交流無停電電源システム１では、例えば、この規定値を４０℃に設定してある。なお、バッテリ８の過剰な発熱は、例えば、交流無停電電源システム１の筐体（非図示）内に、常に外気を取り入れることで防止することができる。
【００８５】
＜インバータ、切替リレー＞
インバータ９は、第２給電ラインＬ２を介して、バッテリ８又は燃料電池６から供給される電力を直流から交流に変換する。インバータ９は、例えば、バッテリ８又は燃料電池６から出力される２４Ｖの直流電圧を、商用電源と同じ１００Ｖの交流電圧に変換可能な、ＤＣ／ＡＣインバータである。
【００８６】
上述のとおり、切替リレー３は、システム制御部７１の第１指令を受信して、接点を第１状態（第１入力部３ａと出力部３ｃとの接続状態）にする。また、切替リレー３は、システム制御部７１の第２指令を受信して、接点を第１状態から第２状態（第２入力部３ｂと出力部３ｃとの接続状態）に切り替える。切替リレー３の接点が第１状態のときには、商用交流電源２から供給される電力が、第１給電ラインＬ１を介して負荷Ｒに供給される。また、切替リレー３の接点が第２状態のときには、バッテリ８又は燃料電池６から供給される電力が、第２給電ラインＬ２及びインバータ９を介して負荷Ｒに供給される。ここで、システム制御部７１から切替リレー３に送信される第１指令及び第２指令は、例えば、互いに電圧値の異なる２つの信号である。図８（ａ）に示されるように、第１指令は、電圧値が０Ｖの第１信号Ｌである。第２指令は、０Ｖよりも高い電圧値の第２信号Ｈである。第２信号Ｈの電圧値は、例えば、１０Ｖに設定される。
【００８７】
本実施形態の交流無停電電源システム１では、第２給電ラインＬ２にインバータ９を接続する構成を採用する。したがって、インバータ９は、切替リレー３の接点が第１状態から第２状態に切り替えられる停電時にのみ動作する。切替リレー３の接点が第１状態となる通常時は、常時、インバータ９を介さずに商用交流電源２からの電力が負荷Ｒに供給される。このような構成を採用したことにより、本実施形態の交流無停電電源システム１は、商用交流電源２からの電力をＡＣ／ＤＣ変換して、常にインバータ９を介して負荷Ｒに電力を供給するシステムと比較して、インバータ９の稼働時間を停電時のみに限定することが可能なため、インバータ９が故障するまでの期間を延ばすことが可能である。
【００８８】
＜システムの制御処理＞
次に、本実施形態の交流無停電電源システム１の制御処理の流れについて、図７を参照しつつ説明する。図７に示されるステップＳ１〜Ｓ１９は、図２に示されるシステム制御部７１により実行される。なお、図７に示されるステップＳ１〜Ｓ１９が、複数の制御部により実行される構成としてもよいことは、上述のとおりである。
【００８９】
＜＜制御処理の概要＞＞
交流無停電電源システム１が起動された後、ステップＳ１において、商用交流電源２の停電が発生したかが判断される。停電が発生していないと判別された場合（ＮＯ）は、ステップＳ２〜Ｓ１１の通常時の制御が行われる。一方、停電が発生したと判別された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１２〜Ｓ１９の停電時の制御（復電後の制御を含む）が行われる。ステップＳ１において停電の発生が検出されない限り、ステップＳ２〜Ｓ１１の通常時の制御が繰り返し行われる。
【００９０】
通常時の制御には、例えば、バッテリ８の充電に関する制御（ステップＳ２）、燃料電池６の補器類の管理に関する制御（ステップＳ３〜Ｓ１１）が含まれる。一方、停電時の制御には、例えば、切替リレー３の切替制御（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１８）、商用交流電源２の復電の検出制御（ステップＳ１３、Ｓ１７）、燃料電池６の起動制御（ステップＳ１６）及び燃料電池６の停止制御（ステップＳ１９）が含まれる。
【００９１】
本実施形態の交流無停電電源システム１においては、商用交流電源２が復電していない場合（ステップＳ１３のＮＯ）であって、かつ規定時間の１０秒が経過した場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）に、燃料電池６が起動される（ステップＳ１６）。すなわち、燃料電池６は、停電の継続時間に基づいて起動される。なお、時間の計測は、たとえば、システム制御部７１を構成するＣＰＵが標準に備える計時機能を用いることで行われる。
【００９２】
＜＜システムの起動＞＞
交流無停電電源システム１は、図２に示される電源スイッチ５がＯＮにされることで起動する。交流無停電電源システム１が起動すると、商用交流電源２からの電力が、第１給電ラインＬ１を介して、システム制御基板７及び燃料電池６の補器類に供給される。上述のとおり、切替リレー３は、システム制御部７１の第１指令を受信して、接点を第１状態（第１入力部３ａと出力部３ｃとの接続状態）にする。システム制御部７１の第１指令は、図８（ａ）に示される電圧値が０Ｖの第１信号Ｌである。したがって、通常時における切替リレー３は、交流無停電電源システム１の起動の有無に拘わらず、第１状態を維持する。そして、通常時における商用交流電源２からの電力は、交流無停電電源システム１の起動の有無に拘わらず、第１給電ラインＬ１を通って負荷Ｒに供給される。
【００９３】
＜＜停電検出の制御＞＞
図７のステップＳ１において、システム制御部７１は、商用交流電源２の停電が発生したかを判断する。図８（ａ）のタイムチャートは、ステップＳ１における停電検出の制御の具体例を示す。図８（ａ）の「商用交流電源」は、商用交流電源２の交流電圧波形を示す。図８（ａ）の「入力パルス」は、電圧検出部７１ａからシステム制御部７１に入力されるパルス信号を示す。図８（ａ）の「リレー切替信号」は、システム制御部７１から切替リレー３に送信される第１信号Ｌと第２信号Ｈとを示す。本実施形態では、第１信号Ｌを０Ｖ、第２信号Ｈを１０Ｖに設定してある。
【００９４】
本実施形態の交流無停電電源システム１では、停電の発生から１０ｍｓ以内に切替リレー３の切り替えを完了させるために、８ビットタイマ１コンペアマッチＡの割り込み処理を採用する。電圧検出部７１ａは、商用交流電源２の電圧の零クロスを検出してパルス信号を出力する。すなわち、電圧検出部７１ａは、商用交流電源２の電圧値が０Ｖを通過するときにパルス信号を出力する。具体的には、図８（ａ）中の電圧値０Ｖを示す水平な実線の上下に２本の水平な点線が描画される。２本の水平な点線は、それぞれ閾値となる所定の電圧値を示す。電圧検出部７１ａは、商用交流電源２の電圧値が、図８（ａ）中の２本の水平な点線で示された閾値となったときに、図８（ａ）中の「入力パルス」に示されるパルス信号を出力する。パルス信号は、商用交流電源２の電圧値が０Ｖを通過する前に立ち上がり、０Ｖを通過した後に立ち下がる。
【００９５】
システム制御部７１は、電圧検出部７１ａから入力したパルス信号の立ち上がりエッジａ及び立ち下りエッジｂを検出する。システム制御部７１は、立ち上がりエッジａを検出した時点で割り込みを許可するとともに、タイマーをスタートさせる。本実施形態における「停電発生」は、システム制御部７１が、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを受信しなかった状態と定義される。立ち下りエッジｂを受信しなかった状態とは、タイマーのスタートから０．８３ｍｓが経過しても、電圧検出部７１ａのパルス信号が立ち上がったままの状態（図８（ａ）のｃの矢印が指し示す箇所を参照）をいう。すなわち、立ち下りエッジｂを受信しなかった状態は、商用交流電源２から第１給電ラインＬ１への電力の供給が断たれた状態、換言すれば、停電が発生した状態である。
【００９６】
ステップＳ１において、システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したかを判断する。システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信しなかったと判別した場合（ＹＥＳ）、すなわち、商用交流電源２の停電が発生した場合は、１０Ｖの第２信号Ｈを切替リレー３に送信する。これにより、切替リレー３の接点が、第１状態から第２状態（第２入力部３ｂと出力部３ｃとの接続状態）に切り替えられる。このような停電検出の制御処理により、停電の発生から３ｍｓ以内に第２信号Ｈが送信され、停電の発生から１０ｍｓ以内に切替リレー３の接点の切り替えが完了される。本実施形態における規定時間の０．８３ｍｓは、停電発生の有無を決定するための第１時間の一例である。
【００９７】
＜＜通常時の制御＞＞
一方、ステップＳ１において、システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したと判別した場合（ＮＯ）、すなわち、商用交流電源２の停電が発生していない場合は、制御処理をステップＳ２に移行させる。商用交流電源２の停電が発生していない通常時には、商用交流電源２から供給される電力によって、バッテリ８が充電される。ステップＳ２において、システム制御部７１は、上述したバッテリ８の充電制御を開始する。すなわち、システム制御部７１は、温度センサ８ａの検出結果に基づいて、バッテリ８の温度の監視を開始する。システム制御部７１は、バッテリ８の温度が４０℃を超えた場合には、バッテリ８の充電を中止させる。
【００９８】
次いで、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ３に移行させる。ステップＳ３において、システム制御部７１は、筐体内温度検出部６６ａの検出結果に基づいて、筐体内温度が４０℃を超えたかを判断する。筐体内温度が高温になりすぎると、ＭＨタンク６２内の圧力が高くなって望ましくないからである。また、筐体内温度が高温になりすぎると、バッテリ８やシステム制御基板７の寿命を縮める可能性がある。
【００９９】
ステップＳ３において、システム制御部７１は、筐体内温度が４０℃を超えたと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ４に移行させる。ステップＳ４において、システム制御部７１は、冷却ファン６５をＯＮにさせる指令（例えば、信号）をファン駆動回路８３に送信する。ファン駆動回路８３は、システム制御部７１の指令に基づいて、冷却ファン６５への電流供給を開始する。これにより、冷却ファン６５がＯＮになり、冷却ファン６５は燃料電池６に送風する。その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ６に移行させる。
【０１００】
一方、ステップＳ３において、システム制御部７１は、筐体内温度が４０℃を超えていないと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ５に移行させる。ステップＳ５において、システム制御部７１は、冷却ファン６５を停止させる指令（例えば、信号）をファン駆動回路８３に送信する。上述のとおり、ステップＳ１において停電の発生が検出されない限り、ステップＳ２〜Ｓ１１の通常時の制御が繰り返し行われる。このため、前回のステップＳ４の制御によって冷却ファン６５がＯＮになっている場合がある。このような場合、今回のステップＳ５におけるシステム制御部７１の指令に基づいて、ファン駆動回路８３が、冷却ファン６５への電流供給を停止する。これにより、冷却ファン６５がＯＦＦになり、冷却ファン６５は燃料電池６への送風を停止する。その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ６に移行させる。
【０１０１】
ここで、本実施形態のステップＳ３では、１つの筐体内温度の規定値（４０℃）に基づいて、冷却ファン６５のＯＮ／ＯＦＦ動作を決定するが、筐体内温度の規定値を複数設定することもできる。例えば、冷却ファン６５をＯＮさせるかを決定するための第１規定値と、冷却ファン６５をＯＦＦさせるかを決定するための第２規定値とを設定してもよい。冷却ファン６５をＯＮさせるかを決定するための第１規定値は、冷却ファン６５をＯＦＦさせるかを決定するための第２規定値よりも高い温度の値に設定される。例えば、第１規定値を４０℃、第２規定値を３０℃に設定してもよい。好ましくは、第１規定値と第２規定との間に適度な数値の差を持たせ、冷却ファン６５が頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返さない構成にするとよい。このような構成によれば、冷却ファン６５への電流供給を行うファン駆動回路８３の非図示の切替手段（例えば、リレー又は半導体リレー）の寿命短縮や破損を防止することができる。
【０１０２】
ステップＳ６において、システム制御部７１は、温度センサ６２ａの検出結果に基づいて、ＭＨタンク６２の温度が１５℃未満かを判断する。ＭＨタンク６２内の水素吸蔵合金が低温になりすぎると、十分な水素が放出されないからである。
【０１０３】
ステップＳ６において、システム制御部７１は、ＭＨタンク６２の温度が１５℃未満であると判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ７に移行させる。ステップＳ７において、システム制御部７１は、ＭＨヒータ６２ｂをＯＮにさせる指令（例えば、信号）をヒータ駆動回路８４に送信する。ヒータ駆動回路８４は、システム制御部７１の指令に基づいて、ＭＨヒータ６２ｂへの電流供給を開始する。これにより、ＭＨヒータ６２ｂがＯＮになり、ＭＨヒータ６２ｂは発熱する。その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ９に移行させる。
【０１０４】
一方、ステップＳ６において、システム制御部７１は、ＭＨタンク６２の温度が１５℃未満でないと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ８に移行させる。ステップＳ８において、システム制御部７１は、ＭＨヒータ６２ｂをＯＦＦにさせる指令（例えば、信号）をヒータ駆動回路８４に送信する。上述のとおり、ステップＳ２〜Ｓ１１の制御処理が繰り返され、前回のステップＳ７の制御によってＭＨヒータ６２ｂがＯＮになっている場合がある。この場合、今回のステップＳ８におけるシステム制御部７１の指令に基づいて、ヒータ駆動回路８４が、ＭＨヒータ６２ｂへの電流供給を停止する。これにより、ＭＨヒータ６２ｂがＯＦＦになり、ＭＨヒータ６２ｂは発熱を停止する。その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ９に移行させる。
【０１０５】
ここで、本実施形態のステップＳ６では、１つのＭＨタンク６２の温度の規定値（１５℃）に基づいて、ＭＨヒータ６２ｂのＯＮ／ＯＦＦ動作を決定するが、ＭＨタンク６２の温度の規定値を複数設定することもできる。例えば、ＭＨヒータ６２ｂをＯＮさせるかを決定するための第１規定値と、ＭＨヒータ６２ｂをＯＦＦさせるかを決定するための第２規定値とを設定してもよい。ＭＨヒータ６２ｂをＯＮさせるかを決定するための第１規定値は、ＭＨヒータ６２ｂをＯＦＦさせるかを決定するための第２規定値よりも低い温度の値に設定される。好ましくは、第１規定値と第２規定値との間に適度な数値の差を持たせ、ＭＨヒータ６２ｂが頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返さない構成にするとよい。このような構成によれば、ＭＨヒータ６２ｂへの電流供給を行うヒータ駆動回路８４の非図示の切替手段（例えば、リレー又は半導体リレー）の寿命短縮や破損を防止することができる。
【０１０６】
ステップＳ９において、システム制御部７１は、温度センサ６３ａの検出結果に基づいて、制御弁６３の温度が５℃未満かを判断する。制御弁６３に溜まった水滴が凍結すると、次に燃料電池６を起動させるときに、制御弁６３が開かなくなる可能性があるからである。
【０１０７】
ステップＳ９において、システム制御部７１は、制御弁６３の温度が５℃未満であると判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１０に移行させる。ステップＳ１０において、システム制御部７１は、制御弁ヒータ６３ｂをＯＮにさせる指令（例えば、信号）をヒータ駆動回路８４に送信する。ヒータ駆動回路８４は、システム制御部７１の指令に基づいて、制御弁ヒータ６３ｂへの電流供給を開始する。これにより、制御弁ヒータ６３ｂがＯＮになり、制御弁ヒータ６３ｂは発熱する。その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１に移行させる。
【０１０８】
一方、ステップＳ９において、システム制御部７１は、制御弁６３の温度が５℃未満でないと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１１に移行させる。ステップＳ１１において、システム制御部７１は、制御弁ヒータ６３ｂをＯＦＦにさせる指令（例えば、信号）をヒータ駆動回路８４に送信する。上述のとおり、ステップＳ２〜Ｓ１１の制御処理が繰り返され、前回のステップＳ１０の制御によって制御弁ヒータ６３ｂがＯＮになっている場合がある。この場合、今回のステップＳ１１におけるシステム制御部７１の指令に基づいて、ヒータ駆動回路８４が、制御弁ヒータ６３ｂへの電流供給を停止する。これにより、制御弁ヒータ６３ｂがＯＦＦになり、制御弁ヒータ６３ｂは発熱を停止する。その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１に移行させる。
【０１０９】
ここで、本実施形態のステップＳ９では、１つの制御弁６３の温度の規定値（５℃）に基づいて、制御弁ヒータ６３ｂのＯＮ／ＯＦＦ動作を決定するが、制御弁６３の温度の規定値を複数設定することもできる。例えば、制御弁ヒータ６３ｂをＯＮさせるかを決定するための第１規定値と、制御弁ヒータ６３ｂをＯＦＦさせるかを決定するための第２規定値とを設定してもよい。制御弁ヒータ６３ｂをＯＮさせるかを決定するための第１規定値は、制御弁ヒータ６３ｂをＯＦＦさせるかを決定するための第２規定値よりも低い温度の値に設定される。好ましくは、第１規定値と第２規定値との間に適度な数値の差を持たせ、制御弁ヒータ６３ｂが頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返さない構成にするとよい。このような構成によれば、制御弁ヒータ６３ｂへの電流供給を行うヒータ駆動回路８４の非図示の切替手段（例えば、リレー又は半導体リレー）の寿命短縮や破損を防止することができる。
【０１１０】
ステップＳ１において、システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したかを判断する。すなわち、本実施形態で定義される商用交流電源２の「停電発生」の有無を判断する。システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したと判別した場合、すなわち、商用交流電源２の停電が発生していないと判別した場合（ＮＯ）は、上述したステップＳ２〜Ｓ１１の通常時の制御を繰り返し行う。
【０１１１】
＜＜停電時の制御＞＞
一方、ステップＳ１において、システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを受信しないと判別した場合（ＹＥＳ）、すなわち、商用交流電源２の停電が発生した場合は、制御処理をステップＳ１２に移行させる。なお、システム制御部７１は、ステップＳ１の判断を肯定した時点で、システム制御部７１を構成するＣＰＵが標準に備える計時機能を用いて、時間の計測を開始する。計測された時間は、システム制御部７１に含まれるＲＡＭなどの記憶部に保存され、ステップＳ１５の判断において用いられる。
【０１１２】
ステップＳ１２において、システム制御部７１は、切替リレー３の接点を第１状態から第２状態に切り替える指令（図８（ａ）の第２信号Ｈ）を送信する。切替リレー３は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第１状態から第２状態（第２入力部３ｂと出力部３ｃとの接続状態）に切り替える。上述のとおり、システム制御部７１は、図８（ａ）に示された入力パルスの立ち上がりエッジａを検出してから０．８３ｍｓ経過した時点ｃにおいて、１０Ｖの第２信号Ｈを送信する。これにより、停電の発生から１０ｍｓ以内に切替リレー３の接点の切り替えが完了される。
【０１１３】
切替リレー３の接点が第１状態から第２状態に切り替えられると、バッテリ８からの電力が、第２給電ラインＬ２及びインバータ９を介して負荷Ｒに供給される。また、バッテリ８からの電力は、第２給電ラインＬ２を通じてシステム制御基板７の制御基板電源７４及び補器類電源７５に流れ、システム制御基板７及び燃料電池６の補器類に供給される。
【０１１４】
次いで、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１３に移行させる。ステップＳ１３において、システム制御部７１は、商用交流電源２が復電したかを判断する。図８（ｂ）のタイムチャートは、ステップＳ１３、Ｓ１７における復電検出の制御の具体例を示す。図８（ｂ）の「商用交流電源」は、商用交流電源２の交流電圧波形を示す。図８（ｂ）の「入力パルス」は、電圧検出部７１ａからシステム制御部７１に入力されるパルス信号を示す。図８（ｂ）の「リレー切替信号」は、システム制御部７１から切替リレー３に送信される第１信号Ｌと第２信号Ｈとを示す。上述のとおり、本実施形態では、第１信号Ｌを０Ｖ、第２信号Ｈを１０Ｖに設定してある。
【０１１５】
図８（ａ）に示されるように、商用交流電源２の停電時には、商用交流電源２の電圧は０Ｖ一定になり、電圧検出部７１ａからシステム制御部７１に入力されるパルス信号が立ち上がったままの状態（図８（ａ）のｃの矢印が指し示す箇所を参照）になる。この状態から商用交流電源２の電力供給が回復すると、図８（ｂ）に示されるように、電圧検出部７１ａからシステム制御部７１に入力されるパルス信号が立ち下がる。システム制御部７１は、電圧検出部７１ａから入力されたパルス信号の立ち下りエッジｂを検出する。システム制御部７１は、立ち下りエッジｂを検出した時点で、割り込みを許可するとともに、零クロスカウントを１にする。以後、システム制御部７１は、電圧検出部７１ａから入力されたパルス信号の立ち上がりエッジａ及び立ち下りエッジｂを検出する度に、零クロスカウントに１を加算する。本実施形態における商用交流電源２の「復電」は、零クロスカウントが「２５６」に到達した状態と定義される。零クロスカウントが「２５６」に到達するまでの時間は、約２．５秒である。
【０１１６】
ステップＳ１３において、システム制御部７１は、零クロスカウントが「２５６」に到達したと判別した場合（ＹＥＳ）、すなわち、商用交流電源２が復電した場合は、制御処理をステップＳ１４に移行させる。ステップＳ１４において、システム制御部７１は、図８（ｂ）に示される０Ｖの第１信号Ｌを切替リレー３に送信する。これにより、切替リレー３の接点が、第２状態から第１状態（第１入力部３ａと出力部３ｃとの接続状態）に切り替えられる。このような復電検出の制御処理によれば、約２．５秒という短時間で、商用交流電源２が正常に復電したかを正確に判断することができる。ここでいう零クロスのカウント数「２５６」は、商用交流電源からの電力供給が復電したかを決定するための所定の期間（電力供給が継続した時間的な長さ）の一例である。
【０１１７】
その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１に移行させる。ステップＳ１において、システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したか、すなわち、商用交流電源２の停電が発生したかを判断する。システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したと判別した場合（ＮＯ）、すなわち、商用交流電源２の停電が発生していない場合は、上述したステップＳ２〜Ｓ１１の通常時の制御を繰り返し行う。
【０１１８】
一方、ステップＳ１３において、システム制御部７１は、零クロスカウントが「２５６」に到達していないと判別した場合（ＮＯ）、すなわち、商用交流電源２が復電していない場合は、制御処理をステップＳ１５に移行させる。ステップＳ１５において、システム制御部７１は、商用交流電源２の停電が発生してから１０秒が経過したかを判断する。このステップＳ１５の判断は、ステップＳ１の判断が肯定された時点で開始され、ＲＡＭなどの記憶部に保存された計測時間を参照して行われる。
【０１１９】
ステップＳ１５において、システム制御部７１は、商用交流電源２の停電が発生してから１０秒が経過していないと判別した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１３、Ｓ１５の判断を繰り返す。システム制御部７１は、停電が発生してから１０秒が経過する前（ステップＳ１５のＮＯ）に、零クロスカウントが「２５６」に到達したと判別した場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、すなわち、商用交流電源２が復電した場合は、制御処理をステップＳ１４に移行させる。ステップＳ１４において、システム制御部７１は、図８（ｂ）に示される０Ｖの第１信号Ｌを切替リレー３に送信する。これにより、切替リレー３の接点が、第２状態から第１状態（第１入力部３ａと出力部３ｃとの接続状態）に切り替えられる。つまり、電力の供給源がバッテリ８から商用交流電源２に切り替えられる。その後、交流無停電電源システム１の制御処理は、ステップＳ１に戻る。
【０１２０】
一方、ステップＳ１５において、システム制御部７１は、商用交流電源２の停電が発生してから１０秒が経過したと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１６に移行させる。ステップＳ１６において、システム制御部７１は、燃料電池６を起動させる制御処理を行う。
【０１２１】
ここで、燃料電池６を起動させる制御処理の概要について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図２に示されるように、スタック１００のアノード側の入口に接続された水素流路部材１０には、上述した第１制御弁６３Ａ及び第２制御弁６３Ｂが配置される。スタック１００のアノード側の出口に接続された水素流路部材１０には、第３制御弁６３Ｃが配置される。スタック１００のカソード側の出口に接続された空気流路部材２０には、第４制御弁６３Ｄが配置される。置換流路部材３０の途中には、第５制御弁６３Ｅが配置される。燃料電池６が停止状態のときには、第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ、第３制御弁６３Ｃ、第４制御弁６３Ｄ及び第５制御弁６３Ｅは、全て閉じた状態となっている。
【０１２２】
システム制御部７１は、制御弁駆動回路８２に対して、第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ及び第３制御弁６３Ｃのそれぞれを開動作させる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ及び第３制御弁６３Ｃへの電流供給を開始する。制御弁駆動回路８２からの電流供給を受けた第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ及び第３制御弁６３Ｃは、それぞれ開いた状態となる。これにより、ＭＨタンク６２内の水素吸蔵合金から放出された水素が、アノード側の入口に接続された水素流路部材１０を介して、スタック１００のアノード側に供給される。時間の経過に伴い、スタック１００を構成する各セパレータ１１０のアノード側の第２流路１１７ａ（図５（ｂ）を参照）が、水素によって満たされる。
【０１２３】
システム制御部７１は、制御弁駆動回路８２に対して、第４制御弁６３Ｄを開動作させる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第４制御弁６３Ｄへの電流供給を開始する。制御弁駆動回路８２からの電流供給を受けた第４制御弁６３Ｄは、開いた状態となる。これにより、スタック１００のカソード側の出口に接続された空気流路部材２０が開放される。
【０１２４】
システム制御部７１は、所定時間の経過後、すなわち、スタック１００を構成する各セパレータ１１０のアノード側の第２流路ａが水素によって満たされた後に、制御弁駆動回路８２に対して、第３制御弁６３Ｃを閉動作させる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第３制御弁６３Ｃへの電流供給を停止する。制御弁駆動回路８２からの電流供給が断たれた第３制御弁６３Ｃは、閉じた状態となる。これにより、スタック１００のアノード側の出口に接続された水素流路部材１０が閉鎖される。
【０１２５】
システム制御部７１は、ポンプ駆動回路８１に対して、エアポンプ６１をＯＮさせる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。ポンプ駆動回路８１は、システム制御部７１からの指令に基づいて、エアポンプ６１への電流供給を開始する。ポンプ駆動回路８１からの電流供給を受けたエアポンプ６１がＯＮになる。エアポンプ６１は、スタック１００のカソード側の入口に接続された空気流路部材２０に空気の供給を開始する。これにより、スタック１００を構成する各セパレータ１１０のカソード側の第１流路１１１ａ（図５（ａ）を参照）に空気が供給され、スタック１００による発電が開始される。
【０１２６】
上述したように、本実施形態の交流無停電電源システム１においては、商用交流電源２が復電していない場合（ステップＳ１３のＮＯ）であって、かつ停電が発生してから１０秒が経過した場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）に、燃料電池６が起動される（ステップＳ１６）。すなわち、燃料電池６は、停電の継続時間に基づいて起動される。燃料電池６は、１０秒以下の瞬間的な停電によって起動されない。
【０１２７】
次いで、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１７に移行させる。ステップＳ１７において、システム制御部７１は、ステップＳ１３と同様に、零クロスカウントが「２５６」に到達したかを判断する。システム制御部７１は、零クロスカウントが「２５６」に到達していないと判別した場合（ＮＯ）、すなわち、商用交流電源２が復電していない場合は、ステップＳ１７の判断を繰り返す。
【０１２８】
ステップＳ１７の判断が繰り返される間、ステップＳ１６の制御により起動された燃料電池６は稼働し続ける。燃料電池６からの電力は、システム制御基板７に供給される。システム制御基板７に供給された電力は、電流／電圧検出部７６、遮断回路７７、電力回路７８、電流／電圧検出部７９を通って、第２給電ラインＬ２に流れる。第２給電ラインＬ２を流れる電力は、インバータ９を介して負荷Ｒに供給される。バッテリ８は、燃料電池６が稼働し続ける間、第２給電ラインＬ２を流れる電力によって充電される。
【０１２９】
一方、ステップＳ１７において、システム制御部７１は、零クロスカウントが「２５６」に到達したと判別した場合（ＹＥＳ）、すなわち、商用交流電源２が復電した場合は、制御処理をステップＳ１８に移行させる。ステップＳ１８において、システム制御部７１は、図８（ｂ）に示される０Ｖの第１信号Ｌを切替リレー３に送信する。これにより、切替リレー３の接点が、第２状態から第１状態（第１入力部３ａと出力部３ｃとの接続状態）に切り替えられる。
【０１３０】
次いで、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１９に移行させる。ステップＳ１９において、システム制御部７１は、燃料電池６を停止させる制御処理を行う。
【０１３１】
ここで、燃料電池６を停止させる制御処理の概要について、図１及び図２を参照しつつ説明する。燃料電池６が運転状態のときには、第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ及び第４制御弁６３Ｄは、開いた状態となっている。第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅは、閉じた状態となっている。
【０１３２】
システム制御部７１は、制御弁駆動回路８２に対して、第１制御弁６３Ａ及び第４制御弁６３Ｄを閉動作させる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第１制御弁６３Ａ及び第４制御弁６３Ｄへの電流供給を停止する。制御弁駆動回路８２からの電流供給が断たれた第１制御弁６３Ａ及び第４制御弁６３Ｄは、閉じた状態となる。これにより、ＭＨタンク６２からスタック１００のアノード側への水素の供給が停止される。また、スタック１００のカソード側の出口に接続された空気流路部材２０が閉鎖される。
【０１３３】
システム制御部７１は、制御弁駆動回路８２に対して、第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅを開動作させる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅへの電流供給を開始する。制御弁駆動回路８２からの電流供給を受けた第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅは、開いた状態となる。第５制御弁６３Ｅが開いた状態となることで、置換流路部材３０を介して、水素流路部材１０と空気流路部材２０とが連通する。これにより、エアポンプ２１から供給される空気が、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通って、スタック１００のアノード側に流れる。この結果、スタック１００を構成する各セパレータ１１０の第２流路１１７ａ（図５（ｂ）を参照）に残留した水素が、スタック１００のアノード側の出口に接続された水素流路部材１０から外部へ排出される。
【０１３４】
システム制御部７１は、ポンプ駆動回路８１に対して、エアポンプ６１をＯＦＦさせる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。ポンプ駆動回路８１は、システム制御部７１からの指令に基づいて、エアポンプ６１への電流供給を停止する。ポンプ駆動回路８１からの電流供給が断たれたエアポンプ６１がＯＦＦになる。エアポンプ６１は、スタック１００のカソード側の入口に接続された空気流路部材２０への空気の供給を停止する。
【０１３５】
システム制御部７１は、制御弁駆動回路８２に対して、第２制御弁６３Ｂ、第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅを閉動作させる指令（例えば、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦによって生成される制御信号）を送信する。制御弁駆動回路８２は、システム制御部７１からの指令に基づいて、第２制御弁６３Ｂ、第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅへの電流供給を停止する。制御弁駆動回路８２からの電流供給が断たれた第２制御弁６３Ｂ、第３制御弁６３Ｃ及び第５制御弁６３Ｅは、閉じた状態となる。これにより、第１制御弁６３Ａ、第２制御弁６３Ｂ、第３制御弁６３Ｃ、第４制御弁６３Ｄ及び第５制御弁６３Ｅの全てが閉じた状態となり、燃料電池６を停止させる制御が完了する。
【０１３６】
その後、システム制御部７１は、制御処理をステップＳ１に移行させる。ステップＳ１において、システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したか、すなわち、商用交流電源２の停電が発生したかを判断する。システム制御部７１は、タイマーのスタートから０．８３ｍｓ以内に立ち下りエッジｂを電圧検出部７１ａから受信したと判別した場合（ＮＯ）、すなわち、商用交流電源２の停電が発生していない場合は、上述したステップＳ２〜Ｓ１１の通常時の制御を繰り返し行う。
【０１３７】
＜作用効果＞
本実施形態の交流無停電電源システム１は、停電の継続時間に基づいて、燃料電池６を起動させる。また、本実施形態の交流無停電電源システム１は、復電の継続期間に基づいて、燃料電池６を停止させる。このような構成により、本実施形態の交流無停電電源システム１は、頻繁に起こり得る瞬間的な停電や復電によって、燃料電池６が不安定な動作をすることがない。つまり、本実施形態の交流無停電電源システム１は、非常用の燃料電池１の起動制御及び停止制御をいずれも安定して行うことができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  交流無停電電源システム
２  商用交流電源
３  切替リレー（スイッチ）
３ａ  第１入力部
３ｂ  第２入力部
３ｃ  出力部
４  コンバータ
５  電源スイッチ
６  燃料電池
７  システム基板
８  バッテリ
９  インバータ
１００  スタック
Ｌ１  第１給電ライン
Ｌ２  第２給電ライン
Ｒ  負荷
【図１】
2015177576.tif 000003
【図２】
2015177576.tif 000004
【図３】
2015177576.tif 000005
【図４】
2015177576.tif 000006
【図５】
2015177576.tif 000007
【図６】
2015177576.tif 000008
【図７】
2015177576.tif 000009
【図８】
2015177576.tif 000010