(57)【要約】【課題】状態に応じて制御回路などへの電源供給経路を切換えることを目的とする。【解決手段】水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタック５と、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段４と、弁やヒーターなどのアクチュエータ９と、制御手段４などに電力を給電するＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、制御手段４などに電力を給電するＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力のオン／オフを行う商用電源接続切換え手段１４を有し、商用電源接続切換え手段１４は、スタック５が非発電状態から発電状態となる際に、スタック５が発電状態になってから所定の時間経過後に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部と商用電源２１の接続を切断するので、発電時と非発電時で制御回路やアクチュエータ９などの電源の給電元を切換えることで、発電効率を向上させると共に、システム動作の安定性を保つことができる。【選択図】図１
2008135200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器と、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタックと、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、スタックの発電を補助するためのアクチュエータと、商用電源から前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックから前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記制御手段または前記アクチュエータの電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータのどちらかに切換える電源切換え手段と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続のオン／オフを行う商用電源接続切換え手段とを有し、前記商用電源接続切換え手段は、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になると商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断する燃料電池発電装置システム。
【請求項２】
炭化水素系原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器と、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタックと、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、スタックの発電を補助するためのアクチュエータと、商用電源から前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックから前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記制御手段または前記アクチュエータの電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータのどちらかに切換える電源切換え手段と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続のオン／オフを行う商用電源接続切換え手段とを有し、前記商用電源接続切換え手段は、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になってから所定の時間経過後に、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断することを特徴とする燃料電池発電装置システム。
【請求項３】
スタックの出力電圧を計測するスタック電圧計測手段を有する請求項１または２記載の燃料電池発電装置システム。
【請求項４】
ＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続のオン／オフを行うスタック接続切換え手段を有し、非発電状態から発電状態となる際に、制御手段は、スタック電圧計測手段により、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になると前記スタック接続切換え手段によりＤＣ／ＤＣコンバータとスタックを接続し、その後商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の燃料電池発電装置システム。
【請求項５】
制御手段は、スタック電圧計測手段により、発電中にスタックの出力電圧が所定の電圧以下になったことを検知すると、直ちに商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を接続し、発電中に再び、スタック電圧計測手段により、発電中にスタックの出力電圧が所定の電圧以上になったことを検知すると、再度前記商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を切断することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の燃料電池発電装置システム。
【請求項６】
発電中のスタックの出力電圧の低下を判定する閾値と、スタックの出力電圧の上昇を判定する閾値では、スタックの出力電圧の低下より上昇を判定する閾値のほうが高いことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池発電装置システム。
【請求項７】
ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲に電圧差を設け、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲をＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲より高く設定することを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池発電装置システム。
【請求項８】
制御手段は、発電状態から非発電状態にする際、直ちにＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を接続し、発電ＯＦＦの信号を受信してから所定の時間経過後に、スタック接続切換え手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続を切断することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置システム。
【請求項９】
ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を計測するＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段を有し、制御手段は、発電状態から非発電状態にする際、直ちに商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を接続し、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段により、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が所定の電圧以上になるとスタック接続切換え手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続を切断することを特徴とする、請求項１または２または８いずれか１項に記載の燃料電池発電装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置システムの制御電源やアクチュエータ電源の給電経路の切換えに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、発電が開始するには、水素生成器により水素を主成分とする燃料ガスである水素ガスを生成し、生成した水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う。このとき、実際に発電の燃料ガスとなるのに十分な水素リッチな状態のガスを生成するまでには、比較的長い時間（例えば１時間程度）を要する。その間、燃料電池発電装置システムは、原料ガスの流路を切換える弁や、冷却水を供給するポンプや、水素生成器の温度を水素の改質が十分に行われるまで上昇させるヒーターなどの制御が必要である。
【０００３】
そして、これらの弁やポンプやヒーターなどの駆動電源は、スタックの発電が開始するまでは商用電源からＡＣ／ＤＣコンバータにより必要な電源を作り、各種弁やポンプ、基板の制御回路などに給電している。
【０００４】
また、蓄電池を備える燃料電池装置のような場合は、モーターなどのアクチュエータへの給電は通常、蓄電池から駆動用の電源を作り、発電可能状態となると燃料電池より給電する。
【特許文献１】特開２００２−１１８９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上述したように前記従来の構成は、燃料電池の効率を上げようとするならば、発電が開始されたら、必ず燃料電池から給電が行われるように、燃料電池の最大出力は蓄電池の最大出力よりも大きくする必要がある。
【０００６】
また発電開始直後で、燃料電池発電装置の出力が不安定なときでも、燃料電池発電装置の出力電圧が蓄電池の出力電圧より上回れば、燃料電池発電装置からの給電が優先されるので、発電開始直後のスタックの負荷が大きくなり寿命が短くなるといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために本発明は、炭化水素系原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器と、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタックと、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、スタックの発電を補助するためのアクチュエータと、商用電源から前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックから前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記制御手段または前記アクチュエータの電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータのどちらかに切換える電源切換え手段と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続のオン／オフを行う商用電源接続切換え手段とを有し、前記商用電源接続切換え手段は、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になると商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断する燃料電池発電装置システムとするものである。
【０００８】
これによって本発明は、例えば、非発電時から発電時にかけて、制御回路やセンサやア
クチュエータ電源の給電元が、商用電源から燃料電池スタックで切換わるようなシステムの場合でも、どちらからかは必ず電源の供給を受けることになる。また、発電時にはスタックから電源が給電されるので、発電した電力を一旦インバータで交流に変換し系統と連系してから再度制御電源やアクチュエータ電源に使うために直流電源に変換するよりも、電源の変換ロスを低減させることができる。
【０００９】
また、発電が安定してスタックの出力電圧が十分高くなってから、スタックと負荷を接続するので、発電開始直後のスタックへの過負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池発電装置システムは、発電時と非発電時で制御回路やアクチュエータなどの電源の給電元を切換えることで、発電効率を向上させると共に、スタックが発電したことを確実に検出してから、電源の供給元を商用電源からスタックに切換えるので、システム動作の安定性を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、炭化水素系原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器と、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタックと、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、スタックの発電を補助するためのアクチュエータと、商用電源から前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックから前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記制御手段または前記アクチュエータの電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータのどちらかに切換える電源切換え手段と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続のオン／オフを行う商用電源接続切換え手段とを有し、前記商用電源接続切換え手段は、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になると商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断する燃料電池発電装置システムである。
【００１２】
上記構成、動作によると、発電時と非発電時で制御回路やアクチュエータなどの電源の給電元を切換えることで、発電効率を向上させると共に、スタックが発電したことを確実に検出してから、電源の供給元を商用電源からスタックに切換えるので、システム動作の安定性を保つことができる。
【００１３】
第２の発明は、炭化水素系原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器と、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタックと、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、スタックの発電を補助するためのアクチュエータと、商用電源から前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックから前記制御手段または前記アクチュエータに電力を給電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記制御手段または前記アクチュエータの電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータのどちらかに切換える電源切換え手段と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続のオン／オフを行う商用電源接続切換え手段とを有し、前記商用電源接続切換え手段は、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になってから所定の時間経過後に、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断することを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００１４】
上記構成、動作によると、前記制御手段によりスタックの出力電圧と、スタックの出力電圧が所定の電圧以上になってからの経過時間を計測し、経過時間が所定の時間経過すると、前記商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータに安定した電源供給が実現でき
る。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、スタックの出力電圧を計測するスタック電圧計測手段を有する燃料電池発電装置システムである。
【００１６】
上記構成によると、非発電状態から発電状態になる際に、前記スタック電圧計測手段でスタックの出力電圧を計測しスタックの発電状態を監視することで、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータに安定した電源供給が実現できる。
【００１７】
第４の発明は、第１〜３いずれかの発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続のオン／オフを行うスタック接続切換え手段を有し、非発電状態から発電状態となる際に、制御手段は、スタック電圧計測手段により、前記スタックの出力電圧が所定の電圧以上になると前記スタック接続切換え手段によりＤＣ／ＤＣコンバータとスタックを接続し、その後商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断することを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００１８】
上記構成、動作によると、スタックは発電開始直後の出力電圧が低いときは、発電が安定しておらず、かつ、出力電圧が低い状態で負荷を接続するとスタックの劣化を早め寿命が短くなる。スタックとＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続のオン／オフを行うスタック接続切換え手段を有することで、スタックの発電が安定してから負荷を接続する構成とすることで、スタックの劣化の速度を低減させることができる。
【００１９】
また、スタック電圧計測手段でスタックの出力電圧を計測しスタックの発電状態を監視し、スタックが安定発電状態となったら、まずＤＣ／ＤＣコンバータとスタックの接続を行ってから、ＡＣ／ＤＣコンバータと商用電源の接続を切断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータに安定した電源供給が実現できる。
【００２０】
第５の発明は、第１〜３いずれかの発明において、制御手段は、スタック電圧計測手段により、発電中にスタックの出力電圧が所定の電圧以下になったことを検知すると、直ちに商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を接続し、発電中に再び、スタック電圧計測手段により、発電中にスタックの出力電圧が所定の電圧以上になったことを検知すると、再度前記商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を切断することを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００２１】
上記構成、動作によると、スタック電圧計測手段により、発電中にスタックの電圧が低下し発電が不安定状態になったと認識すると、制御回路やアクチュエータへの電源供給を継続させるためにＡＣ／ＤＣコンバータと商用電源を接続するので、スタックの発電が不安定状態となった場合もＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータに安定した電源供給が実現できる。
【００２２】
第６の発明は、第５の発明において、発電中のスタックの出力電圧の低下を判定する閾値と、スタックの出力電圧の上昇を判定する閾値では、スタックの出力電圧の低下より上昇を判定する閾値のほうが高いことを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００２３】
上記構成、動作によると、スタックの出力電圧の低下より上昇を判定する閾値のほうを高く設定することで、スタック電圧が低下したときに、制御回路などへの給電元をスタックから商用電源に切換えると、一時的にスタックの負荷が軽くなりスタック電圧が上昇す
るが、直ぐに制御回路などへの給電元が商用電源からスタックに切換わるので、スタックの負荷が重くなりまた直ぐに電源の供給元が商用電源に切換わる、といったように電源供給切換えが不安定状態となるため、スタックの電圧低下より上昇の閾値を高く設定することで、電源供給切換えを安定して行うことができる。
【００２４】
第７の発明は、第５または第６の発明において、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲に電圧差を設け、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲をＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧範囲より高く設定することを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００２５】
上記構成、動作によると、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータのどちらからも電源供給が可能な状態において、安定した電源供給が可能な商用電源を入力とするＡＣ／ＤＣコンバータの出力を制御回路やアクチュエータの駆動電源として用いることで、発電中にスタックの出力が不安定になったときでも、安定して制御回路やアクチュエータに電源を供給することができるので、システム動作の安定性を向上させることができる。
【００２６】
第８の発明は、第１または第２の発明において、制御手段は、発電状態から非発電状態にする際、直ちにＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を接続し、発電ＯＦＦの信号を受信してから所定の時間経過後に、スタック接続切換え手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続を切断することを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００２７】
上記構成、動作によると、発電時と非発電時で制御回路やアクチュエータなどの電源の給電元を切換えることで、発電効率を向上させると共に、発電を停止する際には、ＡＣ／ＤＣコンバータと商用電源を接続してから、スタックの発電を停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータとスタックの接続を切断するので、制御回路やアクチュエータへの給電が途切れることなく、システム動作の安定性を保つことができる。
【００２８】
第９の発明は、第１の発明または第２の発明または第８の発明において、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を計測するＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段を有し、制御手段は、発電状態から非発電状態にする際、直ちに商用電源接続切換え手段によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源を接続し、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段により、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が所定の電圧以上になるとスタック接続切換え手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの入力部とスタックの接続を切断することを特徴とする燃料電池発電装置システムである。
【００２９】
上記構成、動作によると、スタックが発電から停止に移行する際に、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を計測し、商用電源とＡＣ／ＤＣコンバータが接続され制御回路やアクチュエータに電源供給可能な状態であるかどうかＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を監視することでＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータに安定した電源供給が実現できる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池発電装置システムの構成図の例を示すものである。
【００３２】
図１において、燃料電池発電装置１は、柱上トランス２２と、家庭内に設置されている
分電盤２３を介して、商用電源２１と接続されている。また、分電盤２３と燃料電池発電装置１の間には、家庭内負荷２４が接続されており、燃料電池発電装置１が発電していないときには、家庭内負荷２４の電力は商用電源２１側から供給し、発電しているときには燃料電池発電装置１から家庭内負荷２４の電力を供給し、不足分の電力は商用電源２１から供給するのが一般的である。
【００３３】
また、図１において、燃料電池発電装置１は、燃料電池発電装置１が漏電しているときに、電力の供給を遮断する漏電ブレーカー２と、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行うスタック５と、スタック５が発電した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ３と、燃料電池発電装置１の起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段４と、原料（例えば天然ガスなど）を水蒸気改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器６と、酸化剤ガスである空気をスタック５に供給するためのブロア送風機７と、燃料電池発電装置１が発電する際に発生した熱を回収する廃熱回収手段８と、スタック５が発電していないときに、制御手段４や水素生成器６や送風機７などに、制御用電源や駆動用電源などを供給する、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、スタック５が発電しているときに、制御手段４や水素生成器６や送風機７などに、制御用電源や駆動用電源などを供給する、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、制御手段４またはスタックの発電を補助するためのアクチュエータ９の電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータ１１またはＤＣ／ＤＣコンバータ１２のどちらかに切換える電源切換え手段１３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部と商用電源２１の接続のオン／オフを行う、商用電源接続切換え手段１４と、スタック５の出力電圧を計測するスタック電圧計測手段１５を有している。
【００３４】
また、水素生成器６や廃熱回収手段８は、ガスや水の流路を切換えるアクチュエータ９や、水素生成器６の温度を昇温させるヒーターなどのアクチュエータ９、ガスや水の流量や、水素生成器６やガスや水の流路の温度を計測するセンサ１０から構成されている。
【００３５】
ここで、スタックの発電を補助するためのアクチュエータ９としては、ガスや水の流路を切換える弁、水素生成器６の温度を昇温させるヒーター、空気をスタック５に供給するためのブロア送風機、水素生成器に空気を送り込むためのファン等がある。
【００３６】
次に、本発明の第１の実施の形態の動作について図１、図２、図３を用いて説明する。
【００３７】
まず、燃料電池発電装置１が発電していない場合の動作の例について説明する。
【００３８】
図１において、燃料電池発電装置１は、発電する前の起動中は、商用電源２１から分電盤２３を介して電力が供給されている。また、分電盤２３の下流側にはエアコン、電気、冷蔵庫など家庭内負荷２４が接続されており、燃料電池発電装置１と同様に商用電源２１から電気が供給されている。
【００３９】
燃料電池発電装置１が発電可能状態とするには、水素生成器６により、都市ガスなどの原料を水蒸気改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する必要がある。この水蒸気改質を行い、発電可能な水素を生成するためには、水素生成器６の温度を約６００〜７００℃まで上昇させる必要がある。そのため、燃料電池発電装置１の内部には、温度を上昇させるためのヒーターや、水素生成器６の温度を制御するファンや、原料ガスの流路を変える弁などのアクチュエータ９を有しており、これらの機器を制御することで発電に利用する水素を生成している。
【００４０】
これらのヒーターやファンや弁を駆動させるための電源は、燃料電池発電装置１が発電していないときは商用電源２１から、商用電源接続切換え手段１４を介して前記ＡＣ／ＤＣコンバータ１１に入力され、アクチュエータ９や制御回路を駆動するのに必要な電源を
給電している。
【００４１】
次に、燃料電池発電装置１が発電している場合の動作の例について説明する。
【００４２】
水素生成器６により、天然ガスなどの原料ガスから水素への改質が十分に進み、燃料電池の発電に必要な水素が生成されると、燃料電池発電装置１は発電可能状態となりスタック５の発電が開始する。
【００４３】
スタック５が発電状態となると、スタック５で発電した直流電力はインバータ３により交流電力に変換され、変換された電力は家庭内負荷２４に使用される。燃料電池発電装置１でも同様に、今までは、天然ガスから水素を生成するためのアクチュエータ９や制御回路の駆動電源を、商用電源２１から供給して駆動用電源を生成していたが、スタック５が発電状態になったならば、燃料電池スタック５で発電した電力を、これらの制御回路やアクチュエータ９の駆動電力として用いることができる。
【００４４】
発電しているスタック５の直流電源がＤＣ／ＤＣコンバータ１２に入力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２では、アクチュエータ９や制御回路を駆動するのに必要な電源を給電している。
【００４５】
このように、燃料電池発電装置１のスタック５が非発電状態から発電状態に移るとき、燃料電池発電装置１の制御回路やアクチュエータ９やセンサ１０などの駆動電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータ１１（商用電源）からＤＣ／ＤＣコンバータ１２に切換える。これによりスタック５で発電した電力をインバータ３で交流に変換し系統と接続しＡＣ／ＤＣコンバータ１１で制御回路やアクチュエータ９の電源を生成するよりも、電源の変換ロスが低減できシステムの総合効率を向上させることができる。
【００４６】
次に、電源切換え手段１３による、制御回路やアクチュエータ９の駆動電源の供給元の切換えの手順について図２を用いて説明する。
【００４７】
電源切換え手段１３は、ダイオードオアで構成されており、制御回路やアクチュエータ９の電源供給がどちらからでも供給可能な構成となっている。
【００４８】
商用電源切換え切断手段１４は、リレーであり、制御手段４からの制御信号により、商用電源２１とＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部の接続のオン／オフを行う。
【００４９】
燃料電池発電装置１は、まず利用者により発電ＯＮの操作がされたり、燃料電池の学習モードにより、利用者が頻繁に使用する時間帯になると自動的に燃料電池発電装置１の起動を開始する（Ｓ−１）。そして燃料電池発電装置１の水素生成器６により、天然ガスなどの原料ガスから水素への改質が十分に進み、燃料電池の発電に必要な水素が生成されると、燃料電池発電装置１は発電可能状態となり（Ｓ−２）、スタック５の発電が開始する（Ｓ−３）。
【００５０】
発電開始状態になると、スタック電圧計測手段１５によりスタック５の出力電圧を計測し（Ｓ−４）、スタック５の発電がまだ不安定で出力電圧が小さいときは、制御回路やアクチュエータ９の電源供給元をＡＣ／ＤＣコンバータ１１（商用電源）のまま継続する（Ｓ−５’）。発電状態が安定しスタック５の出力電圧が所定の電圧以上になると、商用電源接続切換え手段１４であるリレーをオープンにし、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を商用電源２１と切断する（Ｓ−５）。
【００５１】
するとＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電源が遮断されるので、ＡＣ／ＤＣコンバータ
１１の出力電圧が低下し（Ｓ−６）、ダイオードオアで構成されている電源切換え手段１３は出力電圧の高いＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）から制御回路やアクチュエータ９の電源を給電する（Ｓ−７）。
【００５２】
その後、スタック５の発電が継続している間、常にスタック電圧が所定の電圧以上であるかどうかを計測し（Ｓ−８）、スタック５の電圧が所定の電圧以上であれば、制御回路やアクチュエータ９の電源供給元をＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）のまま継続し、スタック５の電圧が所定の電圧以下になれば、制御回路やアクチュエータ９への給電が途切れることがないように、制御手段４は商用電源接続切換え手段１４であるリレーをクローズして（Ｓ−９）、スタック５の出力電圧が更に低下していっても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から給電できる状態にしておく。
【００５３】
このように、非発電状態から発電状態になる際に、スタック電圧計測手段１５でスタックの出力電圧を計測しスタック５の発電状態を監視することで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータ９に安定した電源供給が実現できる。
【００５４】
また、スタック電圧計測手段１５でスタック５の出力電圧を計測しスタック５の発電状態を監視し、スタック５が安定発電状態となったら、まずＤＣ／ＤＣコンバータ１２とスタック５の接続を行ってから、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と商用電源２１の接続を切断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータ９に安定した電源供給が実現できる。
【００５５】
次に、発電中に燃料電池発電装置１のスタック５の出力電圧が低下したときの動作について図３を用いて説明する。
【００５６】
発電中に制御回路やアクチュエータ９への給電をＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）から行っている際（Ｓ−７）、スタック電圧計測手段１５はスタック５の出力電圧が所定の電圧閾値１以上であるかどうかを判断し（Ｓ−８’）、電圧閾値１以上であるならばＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）からの給電を継続し、電圧閾値１以下であるならば制御回路やアクチュエータ９への給電が途切れることがないように、制御手段４は商用電源接続切換え手段１４であるリレーをクローズして（Ｓ−９）、スタック５の出力電圧が更に低下していっても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から給電できる状態にしておく。
【００５７】
そしてこのまま発電を継続し、スタック電圧計測手段１５はスタック５の出力電圧が所定の電圧閾値２以上に復帰しているかどうかを判断し（Ｓ−１０）、電圧閾値２以下であるならばＡＣ／ＤＣコンバータ１１から給電できる状態を継続し、電圧閾値２以上に復帰したら、商用電源接続切換え手段１４であるリレーをオープンにして（Ｓ−１１）、制御回路やアクチュエータ９への電源供給はＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）から行う。
【００５８】
このとき、電圧の低下を判定する電圧閾値１と電圧の上昇を判定する電圧閾値２の関係は、上昇を判定する電圧閾値２の方を高く設定する。スタック５の出力電圧が低下し、制御回路やアクチュエータ９の電源をＡＣ／ＤＣコンバータ１１から供給する状態になると、制御回路やアクチュエータ９の電源をＡＣ／ＤＣコンバータ１１（商用電源）からとるため、一時的にスタック５の負荷が軽くなり、スタック５の出力電圧が上昇する。スタック５の出力電圧の低下と上昇を判別する閾値が同じ値であると、また直ぐに商用電源接続切換え手段１４であるリレーがオープンとなり、するとスタック５の負荷が重くなり再びスタック５の出力電圧低下となり、電源切換えの動作が不安定（発振状態）となり、制御
タイミングによってはＡＣ／ＤＣコンバータ１１からもＤＣ／ＤＣコンバータ１２からも電源が供給されないといった状態が起こり得る。
【００５９】
よって、スタック５の出力電圧の低下と上昇の電圧閾値に差を設け、上昇の電圧閾値の方を高く設定することで、（１）スタック５の出力電圧低下→（２）制御回路やアクチュエータ９へＡＣ／ＤＣコンバータ１１（商用電源）から給電→（３）スタック負荷低減→（４）スタック電圧上昇→（５）制御回路やアクチュエータ９へＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）からの給電→（６）スタック負荷増大→（１）スタック５の出力電圧低下、という一連の発振状態を改善できるので、システム動作の安定性を向上させることができる。
【００６０】
また、電源切換え手段１３はダイオードオアで構成しているので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２のどちらからでも給電が可能な状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧より、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を高く設定することで、安定した電源供給が可能な商用電源２１を入力とするＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力を制御回路やアクチュエータ９の駆動電源として用いることができるので、発電中にスタック５の出力が不安定になったときでも、安定して制御回路やアクチュエータ９に電源を供給することができ、システム動作の安定性を向上させることができる。
【００６１】
また、制御手段４によりスタック５の出力電圧と、スタック５の出力電圧が所定の電圧以上になってからの経過時間を計測し、経過時間が所定の時間経過すると、商用電源接続切換え手段１４によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力部と商用電源の接続を切断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータに安定した電源供給が実現できる。
【００６２】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１に加えて、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部を切断できる構成とした場合の実施の形態であり、その他の構成、動作は実施の形態１と同じである。
【００６３】
そこで以下では実施の形態２の構成、動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１と同じものとする。
【００６４】
図４は、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部を切断できる構成とした場合の、燃料電池発電装置１の例である。
【００６５】
図４において、燃料電池発電装置１はスタック接続切換え手段１６を有している。スタック接続切換え手段１６は、例えばリレーなどの電子部品であり、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部の接続のオン／オフを行うものである。
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態の動作について図４、図５を用いて説明する。
【００６７】
図５は、燃料電池発電装置１のＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の電源切換えのタイミングを表したフローチャートである。
【００６８】
燃料電池発電装置１のスタック５が発電状態になると（Ａ−１）、スタック電圧計測手段１５によりスタック５の出力電圧を計測し（Ａ−２）、スタック５の出力電圧が所定の電圧以下であるならば、制御回路やアクチュエータ９への給電はＡＣ／ＤＣコンバータ１１のままの状態を継続し（Ａ−３’）、所定の電圧以上になった場合は、スタック接続切換え手段１６であるリレーをクローズして（Ａ−４）、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバー
タ１２の入力部を接続する。この状態になると、電源切換え手段１３によりＡＣ／ＤＣコンバータ１１からでもＤＣ／ＤＣコンバータ１２からでも、制御回路やアクチュエータ９に給電可能な状態となる。この状態になってから、商用電源接続切換え手段１４であるリレーにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部と商用電源２１を切断し（Ａ−５）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）から制御回路やアクチュエータ９に給電する。
【００６９】
そして発電が安定しているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）からの給電状態を継続する（Ａ−６）。発電継続状態のときも、スタック電圧計測手段１５によりスタック５の出力電圧を計測し（Ａ−７）、スタック５の電圧が所定の電圧以上であるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２（スタック）からの給電状態を継続し、所定の電圧以下になっている場合は、商用電源接続切換え手段１４であるリレーをクローズ（Ａ−８）して、商用電源２１とＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部を接続し、電源切換え手段１３によりＡＣ／ＤＣコンバータ１１からでもＤＣ／ＤＣコンバータ１２からでも、制御回路やアクチュエータ９に給電可能な状態をした後に、スタック接続切換え手段１６であるリレーをオープンにして、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部を切断する。
【００７０】
このように、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部の接続のオン／オフを行うスタック接続切換え手段を有する構成とすることで、スタック５は発電初期は発電が安定しておらず、かつ、出力電圧が低い状態で負荷を接続するとスタック５の劣化を早め寿命が短くなるが、スタック５の発電が安定してから負荷を接続する構成とすることで、スタック５の劣化の速度を低減させることができる。
【００７１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１または２に加えて、発電を停止させるときの電源給電経路の切換えに関する実施例であり、その他の構成、動作は実施の形態１または２と同じである。
【００７２】
そこで以下では実施の形態２の構成、動作について、実施の形態１または２との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１または２と同じものとする。
【００７３】
まず、実施の形態３の動作について図４を用いて説明する。
【００７４】
利用者が発電を停止する操作を行ったり、燃料電池発電装置１にエラーが発生した場合などには、制御手段４は発電を停止させる。このとき、制御手段４は、商用電源接続切換え手段１４であるリレーをクローズして、商用電源２１とＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部を接続し、電源切換え手段１３によりＡＣ／ＤＣコンバータ１１からでもＤＣ／ＤＣコンバータ１２からでも、制御回路やアクチュエータ９に給電可能な状態をした後に、スタック接続切換え手段１６であるリレーをオープンにして、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部を切断する。
【００７５】
これにより、発電時と非発電時で制御回路やアクチュエータ９などの電源の給電元を切換えることで、発電効率を向上させると共に、発電を停止する際には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と商用電源２１を接続してから、スタック５の発電を停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とスタック５の接続を切断するので、制御回路やアクチュエータ９への給電が途切れることなく、システム動作の安定性を保つことができる。
【００７６】
次に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を計測しながら発電を停止する場合の構成、動作について図６、図７を用いて説明する。
【００７７】
図６において、燃料電池発電装置１はＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を計測する
、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段１７を有している。
【００７８】
図７は、燃料電池発電装置１がＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段１７を有するときの発電を停止させる際のフローチャートである。
【００７９】
利用者が発電を停止する操作を行ったり、燃料電池発電装置１にエラーが発生した場合などには、制御手段４に停止信号が送信されるか、または制御手段４自身が発電を停止する判断を行う（Ｂ−１）。
【００８０】
このとき、制御手段４は、商用電源接続切換え手段１４であるリレーをクローズして（Ｂ−２）、商用電源２１とＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力部を接続し、電源切換え手段１３によりＡＣ／ＤＣコンバータ１１からでもＤＣ／ＤＣコンバータ１２からでも、制御回路やアクチュエータ９に給電可能な状態とする。
【００８１】
その後、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段１７によりＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を計測し（Ｂ−３）、出力電圧が所定の電圧以下である場合は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１からでもＤＣ／ＤＣコンバータ１２からでも、制御回路やアクチュエータ９に給電可能な状態を継続し（Ｂ−４’）、所定の電圧以上となったら、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と商用電源２１が正常に接続され、安定して給電が可能であると判断し、スタック接続切換え手段１６であるリレーをオープンにして、スタック５とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力部を切断する。
【００８２】
そして、燃料電池発電装置１の停止処理は、制御回路やアクチュエータ９にＡＣ／ＤＣコンバータ１１から給電され行われる（Ｂ−５）。
【００８３】
このように、スタック５が発電から停止に移行する際に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を計測し、商用電源２１とＡＣ／ＤＣコンバータ１１が接続され制御回路やアクチュエータ９に電源供給可能な状態であるかどうかＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を監視することでＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の両方から電源が供給されない状況を回避するので、制御回路やアクチュエータ９に安定した電源供給が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の燃料電池発電装置システムは、例えば定置用の燃料電池コージェネレーションシステムなどに対して利用可能であり、非発電時と発電時の制御回路やアクチュエータへの安定した電源給電経路の切換えに利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における給電経路切換えるフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１におけるスタック出力電圧の低下と上昇の閾値に電圧差を設ける場合の給電経路を切換えるフローチャート
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置システムの構成図
【図５】本発明の実施の形態２における給電経路切換えるフローチャート
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置システムの構成図
【図７】本発明の実施の形態３における給電経路切換えるフローチャート
【符号の説明】
【００８６】
１  燃料電池発電装置
４  制御手段
５  スタック
６  水素生成器
８  廃熱回収手段
９  アクチュエータ
１０  センサ  
１１  ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３  電源切換え手段
１４  商用電源接続切換え手段
１５  スタック電圧計測手段
１６  スタック接続切換え手段
１７  ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧計測手段
【図１】
2008135200.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008135200.tif 000007
【図６】
2008135200.tif 000008
【図７】
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