(57)【要約】【課題】内蔵電源の電池切れ等で起動用の電力が不足した場合等に、発電を開始可能とした発電装置を提供する。【解決手段】発電装置は、燃料液を貯留する液貯留部１０と、前記燃料液から発電を行う発電部２１と、前記燃料液を前記発電部２１に供給する供給部と、前記発電部２１及び前記供給部を制御する制御部４６と、外部機器の電池パック３８を着脱自在に装着させる装着部３７とを備え、前記装着部３７に装着された前記電池パック３８の電力を前記制御部４６及び前記供給部に供給する給電経路を設け、前記制御部４６が、前記給電経路からの給電時に、前記給電経路からの電力で前記供給部を駆動させて前記発電部２１に発電を開始させる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料液を貯留する液貯留部と、前記燃料液から発電を行う発電部と、前記燃料液を前記発電部に供給する供給部と、前記発電部及び前記供給部を制御する制御部と、外部機器の電池パックを着脱自在に装着させる装着部とを備え、
前記装着部に装着された前記電池パックの電力を前記制御部及び前記供給部に供給する給電経路を設け、
前記制御部が、前記給電経路からの給電時に、前記給電経路からの電力で前記供給部を駆動させて前記発電部に発電を開始させる制御を行う
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電部で発電した電力を前記装着部に装着された前記電池パックに供給する充電経路を設け、
前記制御部が、前記給電経路からの給電時以外での発電時に、前記充電経路からの電力で前記電池パックを充電する制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電部で発電された電力を出力する出力部をさらに備えると共に、
前記電池パックの電力を前記出力部に出力する出力経路を設けた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電部で発電した電力を蓄え前記制御部及び前記供給部に供給する充放電自在の蓄電部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記装着部に装着された前記電池パックと前記蓄電部とを導通させる充放電経路を設け、
前記制御部が、前記充放電経路を介して、前記電池パックの電力で前記蓄電部を充電する、又は前記蓄電部の電力で前記電池パックを充電する制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記装着部を複数備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬式の発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、商用電源の無い作業現場での電動工具の作業時等において、可搬式の発電装置をこの作業現場に持ち込み、この発電装置を商用電源の代わりに電動工具の電源に利用することがある。そして、このような発電装置として従来から、エンジンの駆動力でダイナモを回転させて発電する内燃機関式の発電機がある。しかし、内燃機関式の発電機では、発電時の排気ガスとして一酸化炭素を排出したり、エンジンの駆動等で騒音や振動を生じたりして、作業現場の環境に悪影響を与え易い。
【０００３】
そこで、内燃機関の代わりに、例えば、特許文献１等に示すように、燃料電池で発電する燃料電池式の発電装置がある。この種の発電装置では、燃料電池での発電時に、空気と水とが排出されると共に、騒音源や振動源となる駆動手段が、燃料や空気（酸素）を燃料電池に供給するポンプ等となっており、作業現場の環境への影響が内燃機関式の発電機に比べて小さい。
【０００４】
また、発電装置は、氷点下等の低温環境に持ち込まれて、該低温環境で利用される場合がある。そして、低温環境下での利用時には、燃料液（原料液）希釈用の水が凍結して、燃料電池へ水や燃料液が供給され難くなり、発電が不安定になる等の恐れがある。そこで、特許文献１等に示す燃料電池発電装置では凍結防止用の電気ヒータを設け、該電気ヒータで水タンクや吸入された外気を加熱することで、水タンク内の水の凍結や低温の外気による発電効率の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５７５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池式の発電装置では、発電開始時に、燃料や空気供給用のポンプや、制御部等を起動させる電力が必要となっており、起動用の給電手段として内部電源を設けてある。そして、非発電状態で長期間放置される等で、内部電源が枯渇した場合や電力残量が起動時に必要な電力以下になった場合等に、ポンプ等を起動させることができなくなるため、発電を行えなくなる恐れがある。また、前述の電気ヒータの動作にも電力が必要であると共に、発電開始前等の非発電時にも凍結を防止する必要があるため、非発電時のヒータ動作用に内部電源の電力を消費することになる。そのため、電気ヒータの動作での電力消費によって、発電開始時に電力が不足して、発電を行えなくなる恐れがある。
【０００７】
そこで、これらの事情を鑑み、内蔵電源の電池切れ等で起動用の電力が不足した場合等に、発電を開始可能とした発電装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の発電装置は、燃料液を貯留する液貯留部と、前記燃料液から発電を行う発電部と、前記燃料液を前記発電部に供給する供給部と、前記発電部及び前記供給部を制御する制御部と、外部機器の電池パックを着脱自在に装着させる装着部とを備え、前記装着部に装着された前記電池パックの電力を前記制御部及び前記供給部に供給する給電経路を設け、前記制御部が、前記給電経路からの給電時に、前記給電経路からの電力で前記供給部を駆動させて前記発電部に発電を開始させる制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
この発電装置として、前記発電部で発電した電力を前記装着部に装着された前記電池パックに供給する充電経路を設け、前記制御部が、前記給電経路からの給電時以外での発電時に、前記充電経路からの電力で前記電池パックを充電する制御を行うことが好ましい。
【００１０】
この発電装置として、前記発電部で発電された電力を出力する出力部をさらに備えると共に、前記電池パックの電力を前記出力部に出力する出力経路を設けたことが好ましい。
【００１１】
この発電装置として、前記発電部で発電した電力を蓄え前記制御部及び前記供給部に供給する充放電自在の蓄電部をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
この発電装置として、前記装着部に装着された前記電池パックと前記蓄電部とを導通させる充放電経路を設け、前記制御部が、前記充放電経路を介して、前記電池パックの電力で前記蓄電部を充電する、又は前記蓄電部の電力で前記電池パックを充電する制御を行うことが好ましい。
【００１３】
この発電装置として、前記装着部を複数備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成としたことで、内蔵電源の電池切れ等で起動用の電力が不足した場合に、電池パックの電力によって発電を開始させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の一例の発電装置のブロック図である。
【図２】同上の外殻の一部を透過した斜視図である。
【図３】変形例の発電装置の外殻の一部を透過した斜視図である。
【図４】同上のブロック図である。
【図５】他の変形例の発電装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて例示して説明する。
【００１７】
実施形態の一例の発電装置は、図１に示すように、外殻を形成する筐体１と、液貯留部１０と、供給部と、発電部２１と、出力調整部２６と、出力部２８と、制御部４６と、電力調整部３１と、電源部３５とで主体が構成される。筐体１は、図２に示すように、箱形状となっており、外面に、運搬移動用の車輪４と、運搬移動時に把持される把持部５とを備える。そのため、本発電装置は、例えば、建築現場等に持ち込まれ、当該現場で商用電源の代わりに電動工具や照明器具等の負荷機器用の電源や電池パック式の外部機器の電池パック３８充電用の電源等に用いる可搬式の電源装置となっている。
【００１８】
液貯留部１０は燃料液を原料液と希釈用の水とに分けて貯留しており、原料液貯留用の原料タンク１１と、水貯留用の水タンク１２とを備える。そして、原料タンク１１及び水タンク１２は装置から脱着自在で装置内（筐体１の内側）に設けられ、タンク取出用の取出口６（図２参照）が筐体１に設けてある。更に、原料タンク１１は、炭化水素系の原料液を貯留しており、水タンク１２は原料液希釈用の水を貯留しており、原料タンク１１の貯留容量が水タンク１２の貯留容量に比べて多い構成となっている。
【００１９】
供給部は装置内に設けられ、液貯留部１０からの原料液と水とを発電部２１に供給する燃料経路１５と、空気を発電部２１に供給する給気経路１６とを有する。そして、供給部は、燃料経路１５に設けられた燃料ポンプ１７と、給気経路１６に設けられた空気ポンプ１８とを備える。燃料ポンプ１７は、液貯留部１０から導入された原料液と水とを混合して、この原料液を水で希釈した液（燃料液）を発電部２１に流入する。空気ポンプ１８は、筐体１に設けた吸気口２を介して外気（空気）を吸入し、この空気を発電部２１に流入する。
【００２０】
発電部２１は燃料電池スタックを発電用の反応部として備え、供給部から供給された燃料液と空気とを燃料電池スタック内で反応させて電力を発生させる。そして、発電部２１には、発電時に生じた排気を発電装置外に排出する排気経路１９と、発電時に生じた水や発電後に燃料電池スタックに残留した水を水タンク１２に還流する還流経路２４とが設けてある。この排気は排気経路１９を介して筐体１に設けられた排気口３から排出され、上記水は還流経路２４を介して水タンク１２に導入されて、水タンク１２内に貯留される。
【００２１】
更に、発電部２１、燃料ポンプ１７、空気ポンプ１８は、図１乃至図２に示すように、一つのケースに収納された燃料電池ユニット２０として、装置内に設けてある。
【００２２】
また、発電部２１には、発電した電力を出力部２８に供給する第１出力経路２２と、発電した電力を電力調整部３１に供給する第１給電経路２３とが設けてある。以下、発電部２１で発電した電力を発電電力と記載する。
【００２３】
第１出力経路２２には、発電部２１からの電力を調整する出力調整部２６が配置されており、出力調整部２６は発電電力や電源部３５（詳細は後述する）からの電力等の直流の電力を交流の電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータで主体が構成される。そして、出力調整部２６は、調整した電力を出力部２８に供給する。
【００２４】
出力部２８は、図２に示すように、供給された電力を外部に出力する出力端末２９と、出力端末２９と出力調整部２６とを繋ぐ導電部材（図示せず）とで主体が構成される。出力端末２９は、筐体１に露出して設けてあり、例えば、負荷機器や電池パック３８用の充電器のコード等の端部（図１中の負荷参照）を接続するコネクタやジャックや所謂コンセント口等となっている。そのため、出力部２８は、出力端末２９で上記端部を保持すると共に、保持した端部と出力調整部２６とを導電部材を介して電気的に繋ぎ、出力調整部２６で調整された電力を、負荷に供給する。
【００２５】
また、図１に示すように、電力調整部３１は装置内に設けられ、発電電力や電源部３５からの電力（詳細は後述する）等の供給された直流の電力の電圧を所定の電圧に変換調整するＤＣ／ＤＣコンバータで主体が構成される。そして、電力調整部３１には、電力調整部３１で調整された電力を供給部に供給する供給部用の給電経路として、燃料ポンプ１７に供給する燃料ポンプ用給電経路３２と、空気ポンプ１８に供給する空気ポンプ用給電経路３３とが設けてある。
【００２６】
更に、電力調整部３１には、電力調整部３１と電源部３５とを電気的に繋げる充放電経路４０，４１が設けてある。この充放電経路は、電力調整部３１から電源部３５に電力を供給する充電経路としての機能と、電源部３５から電力調整部３１に電力を供給する電源部３５用の給電経路としての機能とを有する。そのため、電力調整部３１は、充放電経路が給電経路として機能した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータで電源部３５から供給された電力の電圧を所定の電圧に変換調整する。
【００２７】
電源部３５は、発電開始時（起動時）に燃料ポンプ１７や空気ポンプ１８を駆動させるために設けてある。そして、電源部３５は、内蔵電源として装置内に設けられた充放電可能な蓄電部３６と、外部機器の電池パック３８を装着させることで電源として機能する装着部３７とを備え、装着部３７と蓄電部３６とには各々充放電経路が設けてある。以下、装着部３７に装着された電池パック３８と電力調整部３１とを電気的に繋ぐ装着部３７側の充放電経路を第１充放電経路４０とし、蓄電部３６と電力調整部３１とを電気的に繋ぐ蓄電部３６側の充放電経路を第２充放電経路４１とする。
【００２８】
装着部３７は電池パック３８が着脱自在となっており、電池パック３８は装着部３７に装着されることで、第１充放電経路４０と電気的に接続される（繋がる）。そして、装着部３７には、第１充放電経路４０と、装着された電池パック３８から出力部２８に出力調整部２６を介して電力を供給する第２出力経路４２とが設けてある。
【００２９】
蓄電部３６は、例えば、二次電池ブロック等で主体が構成される。そして、蓄電部３６には、第２充放電経路４１と、蓄電部３６から出力部２８に出力調整部２６を介して電力を供給する第３出力経路４３と、蓄電部３６から制御部４６に電力を供給する制御電源経路４４とが設けてある。そのため、蓄電部３６は、制御電源経路４４を介して制御部４６に電力を供給すると共に、起動時に第１充放電経路４０から電力調整部３１に電力を供給して、発電開始前に電力調整部３１を供給部に給電可能な状態にする。
【００３０】
制御部４６は信号線４７ａ，４７ｂ，４７ｃを介して、燃料ポンプ１７、空気ポンプ１８、電力調整部３１と電気的に繋がっており、燃料ポンプ１７、空気ポンプ１８、電力調整部３１の各部の動作をフィードバック制御する。また、制御部４６は、各種情報を検知する検知部を有しており、上記各部からのフィードバック情報に加えて、検知部の検知結果を加味して各部の制御を行っている。そして、本実施形態の発電装置は、検知部として、原料タンク１１の残量を検知する燃料計４８ａ、水タンク１２の残量を検知する水位計４８ｂ、水タンク１２の温度或いは外気の温度を検知する温度計４８ｃを有する。
【００３１】
更に、制御部４６は、蓄電部３６に蓄えられた電力で発電を開始可能な場合に蓄電部３６の電力で起動させる制御を行う。更に、制御部４６は、蓄電部３６に蓄えられた電力が不足して発電動作を開始することができない場合に、装着部３７に装着された電池パック３８に蓄えられた電力で起動させる制御を行う。これら制御の詳細な説明は後述する。
【００３２】
また、発電装置は、図２に示すように、発電部２１の発電（動作）の入り切りを外部操作するための電源スイッチ７をさらに備える。該電源スイッチ７は筐体１に露出して設けてあり、入り操作されることで、制御部４６に発電開始の命令信号を出力する。
【００３３】
以下、蓄電部３６の電力で発電を開始可能な場合、すなわち蓄電部３６の電力で起動させる場合の制御を説明する。
【００３４】
制御部４６は、発電開始の命令信号を受けると、検知部で検知した液残量及び温度が所定値以上の場合、電力調整部３１に対して、第２充放電経路４１の機能を給電経路に切り替えさせる制御を行い、蓄電部３６から電力調整部３１に給電させる。そして、制御部４６は、電力調整部３１に対して、調整した蓄電部３６からの電力を供給部に供給させる制御を行い、電力調整部３１から供給部（燃料ポンプ１７及び空気ポンプ１８）に給電させる。
【００３５】
更に、制御部４６は、給電された給電部に対して、駆動を開始させる制御を行い、発電部２１に燃料液及び空気を供給して、発電（発電動作）を開始する。発電開始後、制御部４６は発電量等の電力調整部３１からのフィードバック情報等に基づき、調整した発電電力を供給部用の給電経路に供給して、燃料ポンプ及び空気ポンプを発電電力で駆動させる制御を行い、発電を継続する。そして、制御部４６は、電力調整部３１からのフィードバック情報等に基づき、電力調整部３１に第２充放電経路４１を充電経路として用いさせる制御を行い、調整した発電電力で、蓄電部３６を充電する。
【００３６】
次いで、蓄電部３６の電力が不足して発電を開始することができない場合、すなわち装着部３７に装着された電池パック３８の電力で起動させる場合の制御を説明する。
【００３７】
蓄電部３６の蓄電量が所定値以下で、蓄電部３６から制御部４６に給電されない状態で、電池パック３８が装着部３７に装着された場合、この電池パック３８から電力調整部３１を介して蓄電部３６に給電される。そして、この給電によって蓄電部３６から制御部４６に給電されて、制御部４６が駆動すると共に、制御部４６は検知部及び電力調整部３１からのフィードバック情報等から、液貯留部１０の液残量及び温度と装着部３７が電源となっている点とを検知する。
【００３８】
更に、駆動した制御部４６は、検知した液残量及び温度が所定値以上の場合、発電開始の命令信号に基づき、電力調整部３１及び供給部を制御して、電池パック３８の電力を用いて供給部を駆動させて、発電を開始する。発電開始後、制御部４６はフィードバック報等に基づき、第１充放電経路４０を充電経路として、調整した発電電力で、蓄電部３６及び電池パック３８を充電すると共に、上記調整した発電電力で供給部に駆動させ、発電を継続する。
【００３９】
以上のように、本実施形態の発電装置は、装着部３７に装着された電池パック３８から制御部４６及び供給部に給電する給電経路を設けてあると共に、この給電経路を用いて上記電池パック３８の電力で発電を開始する制御を有した構成となっている。上記構成を具備したことで、電池パック３８を装着させた装着部３７を起動用の電源として機能させることができ、蓄電部３６の電力と装着部３７に装着された電池パック３８の電力のいずれか一方を起動時の電源に用いて、発電動作を開始することができる。
【００４０】
そのため、蓄電部３６に蓄えた電力が不足して、蓄電部３６の電力で発電を開始することができない場合（供給部を起動できない場合）等に、電池パック３８の電力で発電を開始することができる。更に、例えば、水タンク１２の凍結防止用のヒータを備えた発電装置であれば、発電開始前に、電池パック３８の電力でヒータを駆動させることで、蓄電部３６の電力が不足した場合であっても、凍結した水を溶解させることができる。そして、水タンク１２内の水溶解後に、電池パック３８の電力で発電を開始することができると共に、この溶解時に電池パック３８の電力が、起動用の電力以下となった場合でも、起動用の電力を有した他の電池パック３８に交換することで、発電を開始することができる。
【００４１】
また、制御部４６は、発電電力を出力部２８に供給する制御に加えて、電池パック３８の電力を出力調整部２６で調整して出力部２８に給電する制御と、蓄電部３６の電力を出力調整部２６で調整して出力部２８に給電する制御とをさらに有する。そして、電源部３５から出力部２８へ給電可能としたことで、発電開始直後で発電電力が安定し難い場合等に、電源部３５から出力部２８に給電することで、負荷（負荷機器や充電器）への給電を安定させ易くすることができる。
【００４２】
また、発電電力と電池パック３８の電力と蓄電部３６の電力とで各々電圧が異なってもよい。このものでは、制御部４６が、発電電力と電源部３５の電力のうち、負荷からの出力部２８を介した電力要求（消費電力）に適した出力電力を選択して給電する給電選択制御をさらに行う。
【００４３】
具体的には、負荷の消費電力（電圧）が、発電電力と略同じ場合に発電電力を供給し、電池パック３８の電力と略同じ場合に電池パック３８から給電し、蓄電部３６の電力と略同じ場合に蓄電部３６から給電する制御となっている。
【００４４】
この制御を行うことで、負荷の消費電力に応じた最適な電力や電池容量で、負荷の電源として利用することができ、発電装置の利便性を向上し易くすることができる。そして、蓄電部３６や電池パック３８の電力が発電電力に比べて大きい場合、蓄電部３６や電池パック３８の電力を出力部２８に供給させることで、発電電力以上の消費電力の負荷に給電することできる。そのため、出力電圧や電力の最大値等の発電装置の給電条件の制限が緩和され、給電可能な負荷の種類を増やし易くすることができる。
【００４５】
また、制御部４６は、電源部３５の電力を出力調整部２６で調整して出力部２８へ給電する制御時において、同時に発電電力を出力部２８に供給する制御を行ってもよい。この制御を行うことで、給電条件の制限をより緩和され易くなり、給電可能な負荷の種類をより増やし易くすることができる。なお、電源部３５の出力部２８への給電制御は、発電時に限らず、発電を行っていない非発電時に行い、非発電時にも発電装置を電源装置として利用可能としてもよい。
【００４６】
更に、制御部４６は、電力調整部３１を介して蓄電部３６の電力で電池パック３８を充電する制御や、電力調整部３１を介して電池パック３８の電力で蓄電部３６を充電する制御を行う。この制御を行うことで、非発電時に電池パック３８用の充電器として機能させたり、非発電時に蓄電部３６を充電したりすることができる。そして、電池パック３８と蓄電部３６との間で電力を融通可能としたことで、非発電時にも電池パック３８と蓄電部３６とで前述の給電選択制御を行うことができる。
【００４７】
また、発電装置は、図３や図４に示すように、起動時には常に、装着部３７に装着させた電池パック３８の電力で発電を開始する構成とした、蓄電部３６を備えないものであってもよい。なお、前述の例と同様の構成の説明は省略する。
【００４８】
このものでは、装着された電池パック３８の電力を起動時に制御部４６に供給する起動時用の制御電源経路５１と、発電時に発電電力を制御部４６に供給する発電中用の制御電源経路５２とが設けてある。そのため、制御部４６は、起動時に、制御電源経路５１を介して電池パック３８から給電され、発電開始後、制御電源経路５２を介して発電部２１から供給される。
【００４９】
このように、起動用の電力を常に電池パック３８から供給させたことで、蓄電部３６等の構成部材を削減することができ、発電装置の小型化や軽量化や低コスト化等を行い易くすることができる。そして、発電時においては、発電電力で電池パック３８を充電したり、電池パック３８の電力を第２出力経路４２を介して出力部２８に供給したり、電池パック３８を装着部３７から取り外して外部機器の電源に利用したりすることができる。
【００５０】
また、発電装置は、図５に示すように、装着部３７を複数備え、電池パック３８を複数個装着可能としたものであってもよい。このものでは、電池ユニットで蓄えられる電力量を増やし易くすることができる。更に、装着させた複数の電池パック３８の電力と、発電部２１で発電した電力と、蓄電部３６に蓄えた電力とを合わせて出力部２８から出力させることができるため、出力を大きくし易くすることができる。
【００５１】
また、発電装置は、燃料電池を用いて直接電気を発生させる（発電する）ものに限らず、ガソリンや軽油等の燃料液の燃焼（酸化反応）時のエネルギーを電力に変換して発電する内燃機関式の発電装置であってもよい。この発電装置では、発電部２１が、燃料液を燃焼させて生じたエネルギーをピストンやクランク等で回転駆動に変換して出力するエンジン等の反応部（内燃機関）と、当該回転駆動を電力に変換するダイナモ等の電力変換部とを備えた構成となっている。そして、発電装置は、内燃機関における燃焼開始時の点火用（スパーク放電用）の電源として、装着部３７に装着させた電池パック３８を機能させる給電経路及び制御を有する。
【符号の説明】
【００５２】
１  筐体
１０  液貯留部
１４  供給部
２１  発電部
２８  出力部
３５  電源部
３６  蓄電部
３７  装着部
３８  電池パック
４０  第１充放電経路
４１  第２充放電経路
４２  第２出力経路
４３  第３出力経路
４４  制御電源経路
４６  制御部
５１  制御電源経路
５２  制御電源経路
７０  負荷
【図１】
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【図２】
2013070469.tif 000004
【図３】
2013070469.tif 000005
【図４】
2013070469.tif 000006
【図５】
2013070469.tif 000007