(57)【要約】【課題】停電時に、長時間にわたって継続的に発電することができる非常用発電装置に好適な発電装置を提供する。【解決手段】水素発生材と添加材との化学反応により水素を発生する水素発生器４と、水供給ライン１７を通して水素発生器４に水を供給する送水ポンプ１８と、水素吸蔵合金を内部に収容した水素貯蔵容器３と、水素を燃料として発電する燃料電池２と、水素発生器４および水素貯蔵容器３の少なくとも一方から燃料電池２に水素を供給する水素供給ライン１１、１３、２１と、燃料電池２と、水素発生器４および水素貯蔵容器３との間で水素供給ライン１１、１３、２１の接続を切り替える電磁弁１４、２２と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加材との化学反応により水素を発生する水素発生材を収容する水素発生器と、
前記添加材を収容する添加材収容部と、
前記添加材収容部に収容された前記添加材を前記添加材収容部から前記水素発生器に供給する添加材供給部と、
水素吸蔵合金を収容した水素貯蔵容器と、
水素を燃料として発電する燃料電池と、
前記水素発生器および前記水素貯蔵容器の少なくとも一方から前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、
前記燃料電池と、前記水素発生器および前記水素貯蔵容器との間で前記水素供給路の接続を切り替える接続切り替え器と、を有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記添加材の供給および前記接続の切り替えを制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記制御部は、自己電源を備え、常時商用電源が接続されるとともに該商用電源の断によって前記自己電源により動作し、かつ該動作に応じて、少なくとも前記添加材供給部の動作によって添加材収容部に収容された前記添加材を前記水素発生器に供給して前記水素発生器から水素を発生させる動作と、前記接続切り換え器の切り替え動作の制御を行うことを特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記切り替え動作によって、該制御部の前記動作初期では前記水素供給路を通して前記水素貯蔵容器から放出される水素を前記水素燃料電池に供給し、その後、前記水素貯蔵容器からの水素供給を停止して前記水素発生器で発生する水素を前記水素燃料電池に供給することを特徴とする請求項２または３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記水素発生器で発生する水素の圧力を測定する水素発生器圧力測定部を有し、
前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に応じて前記接続切り替え器の切り替え動作を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の発電装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が第１の圧力以下の場合、前記水素貯蔵容器から放出される水素が前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給されるように前記切り替え動作を制御し、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が前記第１の圧力を超えると、前記水素貯蔵容器からの水素の供給を停止して、前記水素発生器で発生する水素が前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給されるように前記切り替え動作を制御することを特徴とする請求項５記載の発電装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が低下して第１の圧力以下になると、前記添加材供給部による前記水素発生器への前記添加材の供給を停止することを特徴とする請求項５または６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記水素貯蔵容器内の水素の圧力を測定する水素貯蔵容器圧力測定部を有し、
前記制御部は、前記水素貯蔵容器圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき前記接続切り替え器の切り替え動作を制御することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の発電装置。
【請求項９】
前記制御部は、記制御部は、前記水素貯蔵容器で放出される水素を前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給する際に、前記水素貯蔵容器圧力測定部で測定された水素の圧力が第２の圧力以下であると、前記水素貯蔵容器からの水素の供給を行わないことを特徴とする請求項８記載の発電装置。
【請求項１０】
前記水素発生器と前記水素貯蔵容器との間で水素を移動させる水素移動路を備え、前記接続切り換え器は、前記水素移動路の接続切り替えが可能であり、
前記制御部は、前記水素発生器で発生する水素を前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給している際に、前記水素貯蔵容器圧力測定部で測定された水素の圧力が所定の圧力以下で、水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が所定の圧力以上の場合、前記水素発生器で発生する水素の一部を前記水素移動路を通して前記水素貯蔵容器に供給するように前記切り替え動作を制御することを特徴とする請求項９に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が前記第１の圧力以下の状態で、前記水素発生材が補充されたと判定されると、前記添加材供給部の動作によって添加材収容部に収容された前記添加材を前記水素発生器に供給して前記水素発生器から水素を発生させ、前記水素供給路を通して、前記水素発生器で発生する水素を前記水素燃料電池に供給するとともに、前記水素貯蔵容器で放出される水素を前記水素燃料電池に供給している場合には当該供給を停止することを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の発電装置。
【請求項１２】
前記水素吸蔵合金は、吸蔵した水素を常温下で放出可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の発電装置。
【請求項１３】
前記燃料電池は、交通信号機に電気的に接続され、商用電源の停電時に発電した電力を前記交通信号機に供給するものであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己発電によって電力を供給可能な発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電装置としては、例えばディーゼルエンジンなどを用いたエンジン発電機が知られている。しかしながら、エンジン発電機は、７０ｄＢ以上の騒音が発生するため夜間の使用が困難である、エンジンからの排ガスに二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの環境汚染物質が含まれているなどの問題がある。また、非常用電源として用いた場合、商用電源が停電した後、直ちに発電することが困難である。
一方、固体高分子型燃料電池は、迅速な起動が可能であること、騒音が小さいこと、発電効率が高いこと、環境汚染物質の排出のないクリーンな発電が可能であることなどの特徴を有している。そこで、近時、上記エンジン発電機の問題点を解決するべく、固体高分子型燃料電池を用いた発電装置の開発が進められている（例えば特許文献１〜６および非特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１などには、固体高分子型燃料電池に燃料として水素を供給する水素供給源として、水素が充填された水素ボンベなどのガス容器を用いた非常用燃料電池発電装置が記載されている。
【０００４】
図４は、特許文献１に記載された交通管理システム用の非常用燃料電池発電装置を示す概略図である。
図示するように、燃料電池発電装置１０１は、固体高分子型燃料電池などの燃料電池１０２と、燃料電池１０２で発電された直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換装置１０３と、燃料電池１０２に供給される燃料として水素が充填されている水素ガス容器１１０と、燃料電池発電装置１０１の制御を行う制御装置１０４と、電力の供給先である交通管理システム１０６を制御する交通管理システム制御装置１０５を備えている。交通管理システム１０６は、常時には商用電源から電力が供給されて運用されている。
ガス容器１１０と燃料電池１０２との間には、ガス容器１１０から燃料電池１０２に水素ガスを供給する配管１１１が接続されている。配管１１１には、ガス容器１１０側から燃料電池１０２側に順に、仕切り弁１１２、電磁開閉弁１１３、および自動調圧弁１１４が介設されている。電磁開閉弁１１３は、制御装置１０４により制御される。また、配管１１１の仕切り弁１１２と電磁開閉弁１１３との間の位置には、ガス容器１１０の水素ガス充填圧力を検出する圧力センサ１１５が設けられている。制御装置１０４は、圧力センサ１１５で検出した圧力からガス容器１１０内の水素ガス量を検出することができる。
【０００５】
交通管理システム１０６に商用電源から電力が供給され運用されている常時には、上記非常用燃料電池発電装置は待機状態にある。また、仕切り弁１１２は、待機状態では開放されている。電磁開閉弁１１３は、待機状態では閉止されている。自動調圧弁１１４は、電磁開閉弁１１３が開放されたとき、ガス容器１１０からの水素ガスを適正な圧力に調整して燃料電池１０２に供給するよう予め調整されている。
交通管理システム１０６に電力を供給する商用電源に停電が発生すると、自己電源（図示しない）を備える交通管理システム制御装置１０５から停電発生信号が制御装置１０４に送られる。停電発生信号が送られた制御装置１０４は、燃料電池発電装置１０１の起動を行う。すなわち、制御装置１０４は、停電発生信号を受けると、まず電磁開閉弁１１３を開放し、ガス容器１１０から水素ガスの供給を開始した後、燃料電池１０２を起動する。燃料電池１０２の起動が完了した後、燃料電池１０２で発電された直流電力は、直流−交流変換装置１０３で交流電力に変換され、交通管理システム制御装置１０５を介して、交通管理システム１０６に供給される。
商用電源の停電が解消して復電した場合には、交通管理システム制御装置１０５から復電信号が制御装置１０４に送られる。復電信号が送られた制御装置１０４は、燃料電池１０２の運転を停止し、電磁開閉弁１１３を閉止し、その後は商用電源からの電力により、交通管理システム１０６が運用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４５００２４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１９０３６号公報
【特許文献３】実用新案登録第３１３８９５４号公報
【特許文献４】特開２００５−１２２８号公報
【特許文献５】特許３５０９３４９号公報
【特許文献６】２００２−２０３５８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】森豊、外３名、「交通信号機非常用燃料電池システムの開発」、エバラ時報、株式会社荏原製作所、平成１８年１月、Ｎｏ．２１０、ｐ．２０−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の非常用燃料電池発電装置のように、水素ボンベなどのガス容器から水素を燃料電池に供給する装置では、該装置に備えられるガス容器内の水素が切れると発電ができない。また、これに対応するため高圧ボンベを大容量にすると、サイズ、質量が大きくなるだけでなく、安全性に問題が生じる。また、高圧ボンベを交換することにより補充が可能であるが、高圧ボンベの配送には時間がかかり、その間は燃料電池による発電ができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、長時間にわたって継続的に発電することができる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の非常用発電装置のうち、第１の発明は、添加材との化学反応により水素を発生する水素発生材を収容する水素発生器と、
前記添加材を収容する添加材収容部と、
前記添加材収容部に収容された前記添加材を前記添加材収容部から前記水素発生器に供給する添加材供給部と、
水素吸蔵合金を収容した水素貯蔵容器と、
水素を燃料として発電する燃料電池と、
前記水素発生器および前記水素貯蔵容器の少なくとも一方から前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、
前記燃料電池と、前記水素発生器および前記水素貯蔵容器との間で前記水素供給路の接続を切り替える接続切り替え器と、を有することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明の発電装置は、前記第１の本発明において、前記添加材の供給および前記接続の切り替えを制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明の発電装置は、前記第２の本発明において、前記制御部は、自己電源を備え、常時商用電源が接続されるとともに該商用電源の断によって前記自己電源により動作し、かつ該動作に応じて、少なくとも前記添加材供給部の動作によって添加材収容部に収容された前記添加材を前記水素発生器に供給して前記水素発生器から水素を発生させる動作と、前記接続切り換え器の切り替え動作の制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
第４の発明の発電装置は、前記第２または第３の本発明において、前記制御部は、前記切り替え動作によって、該制御部の前記動作初期では前記水素供給路を通して前記水素貯蔵容器から放出される水素を前記水素燃料電池に供給し、その後、前記水素貯蔵容器からの水素供給を停止して前記水素発生器で発生する水素を前記水素燃料電池に供給することを特徴とする。
【００１４】
第５の発明の発電装置は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記水素発生器で発生する水素の圧力を測定する水素発生器圧力測定部を有し、
前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に応じて前記接続切り替え器の切り替え動作を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の発電装置。
【００１５】
第６の発明の発電装置は、前記第５の本発明において、前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が第１の圧力以下の場合、前記水素貯蔵容器から放出される水素が前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給されるように前記切り替え動作を制御し、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が前記第１の圧力を超えると、前記水素貯蔵容器からの水素の供給を停止して、前記水素発生器で発生する水素が前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給されるように前記切り替え動作を制御することを特徴とする。
【００１６】
第７の発明の発電装置は、前記第５または第６の本発明において、前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が低下して第１の圧力以下になると、前記添加材供給部による前記水素発生器への前記添加材の供給を停止することを特徴とする。
【００１７】
第８の発明の発電装置は、前記第５〜第７の本発明のいずれかにおいて、前記水素貯蔵容器内の水素の圧力を測定する水素貯蔵容器圧力測定部を有し、
前記制御部は、前記水素貯蔵容器圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき前記接続切り替え器の切り替え動作を制御することを特徴とする。
【００１８】
第９の発明の発電装置は、前記第８の本発明において、前記制御部は、前記水素貯蔵容器で放出される水素を前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給する際に、前記水素貯蔵容器圧力測定部で測定された水素の圧力が第２の圧力以下であると、前記水素貯蔵容器からの水素の供給を行わないことを特徴とする。
【００１９】
第１０の発明の発電装置は、前記第９の本発明において、  前記水素発生器と前記水素貯蔵容器との間で水素を移動させる水素移動路を備え、前記接続切り換え器は、前記水素移動路の接続切り替えが可能であり、
前記制御部は、前記水素発生器で発生する水素を前記水素供給路を通して前記燃料電池に供給している際に、前記水素貯蔵容器圧力測定部で測定された水素の圧力が第２の圧力以下で、水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が所定圧力以上の場合、前記水素発生器で発生する水素の一部を前記水素移動路を通して前記水素貯蔵容器に供給するように前記切り替え動作を制御することを特徴とする。
【００２０】
第１１の発明の発電装置は、前記第５〜第１０の本発明のいずれかにおいて、前記制御部は、前記水素発生器圧力測定部で測定された水素の圧力が前記第１の圧力以下の状態で、前記水素発生材が補充されたと判定されると、前記添加材供給部の動作によって添加材収容部に収容された前記添加材を前記水素発生器に供給して前記水素発生器から水素を発生させ、前記水素供給路を通して、前記水素発生器で発生する水素を前記水素燃料電池に供給するとともに、前記水素貯蔵容器で放出される水素を前記水素燃料電池に供給している場合には当該供給を停止することを特徴とする。
【００２１】
第１２の発明の発電装置は、前記第１〜第１１の本発明のいずれかにおいて、前記水素吸蔵合金は、吸蔵した水素を常温下で放出可能であることを特徴とする。
【００２２】
第１３の発明の発電装置は、前記第１〜第１２の本発明のいずれかにおいて、前記燃料電池は、交通信号機に電気的に接続され、商用電源の停電時に発電した電力を前記交通信号機に供給するものであることを特徴とする。
【００２３】
すなわち、本発明によれば、添加材供給部により水素発生器に添加材を供給して水素発生器で水素発生材と添加材との化学反応により水素を発生させつつ、水素供給路を通して水素発生器および水素貯蔵容器の少なくとも一方から燃料電池に水素を供給することができ、長時間にわたって継続的に発電することができる。
【００２４】
水素発生材と添加材との組み合わせとしては、化学反応により水素を発生するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、水を分解して水素を発生する水素発生材に対して、添加材として水を用いることができる。水を分解して水素を発生する水素発生材としては、具体的には、活性アルミニウム、水素化マグネシウムなどを例示することができる。
【００２５】
添加材供給部から添加材を供給しつつ水素発生器で水素を発生する際には、その水素発生量に応じて、水素発生材を水素発生器に適宜補充することができる。水素発生器での水素発生量は、水素発生器で発生する水素の圧力などに基づいて判定することができる。水素発生材を適宜補充することにより、水素発生器で継続的に、かつ安定して水素を発生することができる。
【００２６】
水素貯蔵容器は、水素吸蔵合金を内部に収容するものであり、水素吸蔵合金が水素を吸蔵することにより水素を貯蔵し、水素吸蔵合金が水素を放出することにより水素を外部に放出することができる。
【００２７】
水素吸蔵合金としては、特に限定されるものではないが、例えば、吸蔵した水素を常温下で放出可能なものを好適に用いることができる。常温下で水素放出可能な水素貯蔵合金としては、ＡＢ５系合金、ＭｍＮｉ５などを例示することができる。常温下で水素放出可能な水素貯蔵合金を用いることで、水素吸蔵合金から水素を放出させるために水素貯蔵容器を加熱する熱源等を特に用意する必要がなく、高いエネルギー効率で、かつ短時間に燃料電池に水素を供給することができる。なお、装置稼働後には、燃料電池で発生する排熱、水素発生器における水素発生材と添加材との化学反応による反応熱などを水素貯蔵容器を加熱する熱源として利用することもできる。
【００２８】
燃料電池は、水素を燃料として発電可能なものであればよく、特定の種類のものに限定されるものではないが、例えば固体高分子形燃料電池を好適に用いることができる。固体高分子形燃料電池は、電解質膜を介して配置された水素極と空気極とを有するセルがセパレータを介して積層されたセルスタックを有している。固体高分子形燃料電池では、水素発生器または水素貯蔵容器から水素が水素極に供給され、空気中などから酸素が空気極に供給されることにより、水素と酸素とが電気化学的に反応して発電が行われる。
【００２９】
燃料電池には、水素発生器および水素貯蔵容器の少なくとも一方から水素供給路を介して水素が供給される。燃料電池への水素の供給に際しては、接続切り替え器により、燃料電池と、水素発生器および水素貯蔵容器との間で水素供給路の接続を切り替えることができる。これにより、水素発生器および水素貯蔵容器のいずれかから選択的に燃料電池に水素を供給することができる。
なお、接続切り替え器は、例えば、配管などにより構成される水素供給路に介設される電磁弁などの開閉弁などにより構成することができる。
【００３０】
添加材供給部および接続切り替え器は、制御部により制御することができる。制御部により制御することで、添加材供給部による水素発生器への添加材の供給を自動的に行い、また、接続切り替え器による水素発生器または水素貯蔵容器からの水素の供給の切り替えを自動的に行うことができる。
制御部は、常時商用電源が供給されるとともに自己電源を備えるものとすることができる。制御部は、商用電源の断によって自己電源により動作し、かつ該動作に応じて、少なくとも添加材供給部を動作させて水素発生器から水素を発生させ、該水素発生器と燃料電池とを接続して水素を前記燃料電池に供給する制御を行うものとすることができる。
【００３１】
また、水素発生器により発生される水素の圧力を測定する圧力測定部を設けることもできる。この場合、制御部は、圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき接続切り替え器の切り替え動作を制御するものとすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のとおり、本発明によれば、早期の起動が可能であり、かつ長時間にわたって継続的に発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の非常用発電装置を示す概略図である。
【図２】同じく、非常用発電装置の動作制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態の非常用発電装置の動作制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池を用いた従来の非常用発電装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の一実施形態の発電装置を図１および図２を用いて説明する。
本実施形態の非常用発電装置１は、停電により交通信号機１０への商用電源の供給が停止した際に、交通信号機１０に電力を供給するものである。但し、本発明の発電装置は、停電に備えるなど、非常用のものに限定されるものではない。
図１に示すように、本実施形態の非常用発電装置１は、水素を燃料として発電する燃料電池２と、水素吸蔵合金（図示しない）を収容した水素貯蔵容器３と、添加材である水との化学反応により水素を発生する水素発生材を収容した水素発生器４と、水素発生器４に供給する水を貯蔵する、添加材収容部である水タンク５とを有している。この実施形態では、水素発生材として活性アルミニウムが用いられている。水素貯蔵容器３には、装置設置時には予め水素が貯蔵された状態にする。
【００３５】
さらに、本実施形態の非常用発電装置１は、制御装置６と、燃料電池２により発電された電力を直流電力から交流電力に変換する直流／交流変換装置７と、電力の供給先である交通信号機１０を制御する交通信号機制御装置８とを有している。
【００３６】
燃料電池２は、例えば、水素と酸素とを燃料として発電を行う固体高分子形燃料電池である。燃料電池２の水素導入口には、本発明の水素供給路の一部を構成する水素供給ライン１１の下流端が接続されている。水素供給ライン１１には、圧力調整弁１２が介設されている。
燃料電池２には制御装置６に接続され、制御装置６により燃料電池２での発電量その他の状態の監視や燃料電池２の制御が可能になっている。
【００３７】
水素供給ライン１１の上流端には、本発明の水素供給路の一部を構成する水素供給ライン１３の下流端と水素供給ライン２１の下流端とが接続されている。水素供給ライン１３は上流側に向けて逆止弁１６、電磁弁１４、圧力センサ１５が順次介設されその上流端が水素発生器４の水素排出口に接続されている。逆止弁１６は、水素供給ライン２１から水素供給ライン１３への逆流を防止する。電磁弁１４は、本発明の接続切り替え器の一部を構成し、制御装置６に制御可能に接続されて水素供給ライン１３の開閉を行う。圧力センサ１５は、本発明の水素発生器圧力測定部に相当し、水素発生器４内の水素圧力を測定する。測定結果は、制御装置６に送信される。
【００３８】
水素発生器４内には、水との化学反応により水素を発生する水素発生材が収容される。水素発生材としては、活性アルミニウムの他、水素化マグネシウムを用いることができる。なお、添加材と水素発生材の組み合わせは任意であり、本発明としては特定のものに限定されない。要は両者の接触によって化学反応が生じ水素を発生するものであればよい。
水素発生器４の水導入口には、水供給ライン１７の下流端が接続されている。水供給ライン１７は、送水ポンプ１８を介してその上流端が水タンク５の水排出口に接続されている。送水ポンプ１８は、水タンク５の水を水素発生器４に送水するものである。水供給ライン１７および送水ポンプ１８は、本発明の添加材供給部を構成する。送水ポンプ１８は、制御装置６に制御可能に接続されている。
また、水素発生器４の水素発生材導入口には、水素発生材供給ライン１９の下流端が接続されている。水素発生材供給ライン１９には、開閉弁２０が介設されている。
【００３９】
水素供給ライン２１は、上流側に向けて電磁弁２２、圧力センサ２３が順次介設されて上流端が水素貯蔵容器３の水素排出口に接続されている。電磁弁２２は、上述の電磁弁１４とともに本発明の接続切り替え器を構成し、制御装置６に制御可能に接続されて水素供給ライン２１の開閉を行う。
圧力センサ２３は、水素貯蔵容器３の水素圧力を測定し、測定結果が制御装置６に送信される。
【００４０】
水素貯蔵容器３内に収容された水素吸蔵合金は、常温で水素の放出が可能であり、例えば、ＡＢ５系合金、ＭｍＮｉ５が用いられている。
【００４１】
燃料電池２の電力出力側には、燃料電池２で発電された直流電力を交流電力に変換する直流／交流変換装置７が接続されている。直流／交流変換装置７は、制御装置６に制御可能に接続されている。
【００４２】
直流／交流変換装置７の交流電力出力側には、交通信号機制御装置８が接続され、交通信号機制御装置８の出力側には交通信号機１０が接続されている。交通信号機制御装置８は、制御装置６に制御可能に接続されている。直流／交流変換装置７で変換された交流電力が交通信号機制御装置８に供給され、交通信号機制御装置８によって交通信号機１０が動作制御される。常時には、交通信号機制御装置８には商用電源から電力が供給され、交通信号機制御装置８で交通信号機制御装置８の動作が制御される。
【００４３】
制御装置６は、本発明の制御部に相当し、ＣＰＵとこれを動作させるプログラム、該プログラムなどを格納するＲＯＭ、作業領域となるＲＡＭ、データを不揮発に保持するフラッシュメモリなどの記憶部を備えている。不揮発の記憶部には、上記電磁弁１４、２２の開閉動作や送水ポンプ１８の駆動を制御する制御信号を生成するための動作パラメータなどが格納されている。また、制御装置６は、常時、商用電源が供給されるとともに自己電源（不図示）を備え、停電により商用電源の供給が停止した際に自己電源により動作可能なものである。
商用電源が停電した際には、前記自己電源から直流／交流変換装置７、交通信号機制御装置８へ駆動用の電力が供給される。
【００４４】
次に、上記図１に示す非常用発電装置１の動作について図２のフローチャートを用いて説明する。該フローチャートは、非常用発電装置１の動作手順を示すフローチャートである。該手順は制御装置６によって実行される。なお、該フローチャート中、送水ポンプをＷＰ１、電磁弁１４をＳＶ１、電磁弁２２をＳＶ２と表示する。
【００４５】
常時には、非常用発電装置１に商用電源から電力が供給され、交通信号機制御装置８の制御によって交通信号機１０が動作する。停電が発生して非常用発電装置１に対する商用電源からの電力供給が断たれると、制御装置６が自己電源によって停電時の動作を開始し、燃料電池２の運転準備が開始され、制御装置６の自己電源から直流／交流変換装置７、交通信号機制御装置８に駆動電力が供給される（ステップｓ１）。この際には電磁弁１４（ＳＶ１）、電磁弁２２（ＳＶ２）は閉になっている。制御装置６では、送水ポンプ１８を動作させ、水供給ライン１７を通して水タンク５から水を水素発生器４に供給するとともに、電磁弁２２（ＳＶ２）を開き、電磁弁１４（ＳＶ１）は閉にしたままにする（ステップｓ２）。
水タンク５から水が供給された水素発生器４では、水素発生器４内の水素発生材と水とが化学反応を起こして次第に水素が発生する。
【００４６】
電磁弁２２（ＳＶ２）が開になることにより、水素貯蔵容器３内に貯蔵された水素が放出され、水素供給ライン２１および水素供給ライン１１を順次介して燃料電池２に供給される。なお、燃料電池２に供給される水素は、圧力調整弁１２により所定の圧力に調整される。この際に、水素貯蔵容器３では、常温で水素放出が可能な水素吸蔵合金が収容され、水素吸蔵合金には十分な水素が吸蔵されているため、水素放出のための駆動力は必要としない。
【００４７】
燃料電池２では、上記のようにして水素貯蔵容器３から供給された水素を燃料とし、空気中の酸素との反応により発電が行われる。燃料電池２で発電された電力は、非常用発電装置１の各部に供給される。すなわち、燃料電池２で発電された電力は、主として直流／交流変換装置７に供給され、直流／交流変換装置７より直流／交流変換された後、交通信号機制御装置８に供給され、交通信号機制御装置８によって交通信号機１０が動作制御される。燃料電池２で発電された電力は、さらに制御装置６に供給をして制御装置６の自己電源の代わりとしたり、自己電源への充電を行うこともできる。
【００４８】
上記ステップ後、圧力センサ１５、２３では、それぞれ水素供給ライン１３、２１内の水素圧力が連続して又は間欠的に測定される。圧力センサ１５、２３による測定結果は、制御装置６に送信される。
【００４９】
制御装置６は、圧力センサ１５により測定された圧力ＰＴ１が、予め設定された圧力Ｐ１を超えるか否かを判定する（ステップｓ３）。なお、圧力Ｐ１は、燃料電池２が発電の際に必要とする水素の流量、圧力などに応じて予め設定されたものであり、制御装置６の不揮発の記憶部に格納しておくことができる。圧力Ｐ１は、本発明の第１の圧力に相当する。
【００５０】
圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１を超えない場合（ステップｓ３、Ｎｏ）、ステップｓ２に戻り、制御装置６は、上記電磁弁１４の閉状態および電磁弁２２の開状態を維持して、送水ポンプへ１８による送水、水素貯蔵容器３から燃料電池２への水素供給、圧力ＰＴ１の判定を継続する。
なお、制御装置６は、ステップｓ２に戻ると、圧力センサ１５により測定される圧力ＰＴ１に応じて送水ポンプ１８を制御して、送水ポンプ１８による送水流量を調整したり、ＯＮ−ＯＦＦを制御したりするようにしてもよい。
【００５１】
上記手順において、動作初期には、添加材供給による化学反応が即座に進行しないため、水素発生器４で発生する水素の圧力が所定の圧力に達するまでは、水素貯蔵容器３から水素を燃料電池に供給することができ、停電後に短時間で燃料電池２を起動して発電することができる。
また、水素発生器４から十分な水素を発生する状態では、水素貯蔵容器３の使用を避け、水素発生材の補充等が容易な水素発生器４を優先的に使用することで、補充等の作業を容易にして装置の停止時間を極力ないか、短くすることができる。水素貯蔵容器３への水素補充作業の方が作業時間が長くなりやすい。
【００５２】
圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１を超える場合（ステップｓ３、Ｙｅｓ）、制御装置６は、電磁弁２２（ＳＶ２）を閉じ、電磁弁１４（ＳＶ１）を開く（ステップｓ４）。
電磁弁２２（ＳＶ２）が閉じられることにより、水素貯蔵容器３から燃料電池２への水素の供給が停止する。他方、電磁弁１４（ＳＶ１）が開になることにより、水素供給ライン１３および水素供給ライン１１を順次介して、水素発生器４で発生した水素が燃料電池２に供給される。なお、燃料電池２に供給される水素は、圧力調整弁１２により所定の圧力に調整される。
【００５３】
燃料電池２では、上記のようにして水素発生器４から供給された水素を燃料として発電が行われる。燃料電池２で発電された電力は、前記と同様に直流／交流変換装置７に供給され、交通信号機１０が動作する。
【００５４】
上記のように水素発生器４から燃料電池２に水素が供給される間、制御装置６は、水素供給ライン１３に介設された圧力センサ１５により測定される圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１以下に低下するかを判定する（ステップｓ５）。水素発生器４では水素発生材と添加材との化学反応が進行して反応可能な水素発生材が減少すると水素の発生量も減少し、圧力ＰＴ１は次第に低下する。
圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１以下でない場合（ステップｓ５、Ｎｏ）、ステップｓ４に戻り、上記電磁弁１４の開および電磁弁２２の閉を維持して、送水ポンプへ１８による送水、水素発生器４から燃料電池２への水素供給、圧力ＰＴ１の判定を継続する。
【００５５】
圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１以下になると（ステップｓ５、Ｙｅｓ）、送水ポンプ１８（ＷＰ１）をオフにするとともに、電磁弁１４を閉じ、電磁弁２２を開く（ステップｓ６）。
電磁弁１４が閉じられると、水素発生器４から燃料電池２への水素供給が停止する。電磁弁２２が開かれると、水素貯蔵容器３内に貯蔵された水素が放出され、該水素が水素供給ライン２１および水素供給ライン１１を通して燃料電池２に供給される。燃料電池２では、水素貯蔵容器３から供給された水素を燃料として発電が行われる。燃料電池２で発電された電力は、上記と同様に、直流／交流変換装置７に供給され、交通信号機１０が動作する。
【００５６】
上記切り替えにより、装置を停止することなく発電を継続して交通信号機１０を動作させることができる。
【００５７】
次いで、水素発生材の補充等がなされたかを判定し（ステップｓ７）、補充等がなされていなければ（ステップｓ７、Ｎｏ）、次ステップで圧力ＰＴ２の判定を行う。
水素発生器４では、管理者による水素発生器４への水素発生材の補充や、化学反応可能な新しい水素発生材を収容した他の水素発生器４との取り換えを行うことができ、これらがなされたかを判定する。判定は、水素発生材の補充等を検知したり、操作者による再起動釦などの開始操作がなされたかを検知したりすることによって行うことができる。
水素発生材の補充等がなされていれば（ステップｓ７、Ｙｅｓ）、ステップｓ２に戻り、送水ポンプ１８を動作させ、水供給ライン１７を通して水タンク５から水を水素発生器４に供給するとともに、電磁弁２２（ＳＶ２）を開き、電磁弁１４（ＳＶ１）は閉にしたままにし、以降の手順を継続する。
なお、水素発生材の補充等は、水素貯蔵容器３による水素供給がなされている間に行うことができるので、装置の稼働を停止することなく補充等を行うことができる。したがって、ステップｓ５でＰＴ１≦Ｐ１であると判定された場合、ステップｓ６への移行とともに、ネットワークを介して管理者に警告を発するようにしてもよい。
【００５８】
水素発生材の補充等がない場合（ステップｓ７、Ｎｏ）、水素貯蔵容器３から燃料電池２に水素が供給されている間、水素供給ライン２１の水素圧力が圧力センサ２３により測定され、制御装置６に送信される。制御装置６では測定されたる圧力ＰＴ２が、予め設定された閾値である圧力Ｐ２を下回るかを判定する（ステップｓ８）。なお、圧力Ｐ２は、燃料電池２が発電の際に必要とする水素の流量、圧力や、水素貯蔵容器３内の水素残量と圧力との関係などに応じて予め設定されたものであり、制御装置６の不揮発の記憶部などに格納しておく。圧力Ｐ２は、本発明の第２の圧力に相当する。
【００５９】
圧力ＰＴ２が圧力Ｐ２を下回らない場合（ステップｓ８、Ｎｏ）、ステップｓ６に戻り、電磁弁１４の閉および電磁弁２２の開を維持して、水素貯蔵容器３から燃料電池２への水素供給、圧力ＰＴ２の判定を継続する。
【００６０】
圧力ＰＴ２が圧力Ｐ２を下回る場合（ステップｓ８、Ｙｅｓ）、電磁弁１４の閉を維持し電磁弁２２を閉じ（ステップｓ９）、処理を終了する。電磁弁２２を閉じることにより水素貯蔵容器３から燃料電池２への水素供給が停止する。
【００６１】
非常用発電装置１は、停止後であっても、管理者による水素発生器４への水素発生材の補充や、化学反応可能な新しい水素発生材を収容した他の水素発生器４との取り換えによって容易かつ迅速に再起動することができる。なお、ステップｓ７後に、ネットワークを介して管理者に警告を通知するようにしてもよい。その場合、警告後、ステップｓ８を実行し、燃料電池２での発電を停止する。
【００６２】
以下、水素発生材を補充したり、水素発生器４を取り換えたりする場合の非常用発電装置１の動作手順を図３のフローチャートに基づいて説明する。なお、このフローチャートの動作手順は制御装置６の制御によって実行される。
この動作手順は、管理者による水素発生器４への水素発生材の補充や、化学反応可能な新しい水素発生材を収容した他の水素発生器４との取り換えによって開始する。手順は、水素発生材の補充や水素発生器４の取り換えを検知することによって開始されるものであってもよく、操作者による再起動釦などの開始操作によって開始するものであってもよい。
【００６３】
手順開始に伴って、制御装置６が停電時の動作を開始し、燃料電池２の運転準備が開始され、制御装置６の自己電源から直流／交流変換装置７、交通信号機制御装置８に駆動電力が供給される（ステップｓ１０）。
次いで、送水ポンプ１８（ＷＰ１）がオンになり、水タンク５から水供給ライン１７を通して添加材である水が水素発生器４に供給される（ステップｓ１１）。
上記供給とともに、水素供給ライン１３に介設された圧力センサ１５により測定される圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１を超えるかを判定する（ステップｓ１２）。圧力ＰＴ１が圧力Ｐ１以下であれば、圧力Ｐ１を超えるのを待機する（ステップｓ１２、Ｎｏ）。  
【００６４】
水素発生器４で十分な水素が発生し、その結果、ＰＴ１がＰ１を超えると（ステップｓ１２、Ｙｅｓ）、電磁弁１４（ＳＶ１）を閉から開にするとともに、電磁弁２２（ＳＶ２）の閉状態を維持する（ステップｓ１３）。
電磁弁１４が開にされることにより、水素供給ライン１３および水素供給ライン１１を順次介して、水素発生器４で発生した水素が燃料電池２に供給される。水素発生器４から水素が供給された燃料電池２では、前記と同様に発電が行われる。燃料電池２で発電された電力によって、前記と同様に交通信号機１０が動作する。
【００６５】
次いで、水素供給ライン１３の水素圧力ＰＴ１がＰ１１を超え、かつ、水素供給ライン２１の水素圧力ＰＴ２がＰ２１以下であるかを判定する（ステップｓ１４）。なお、Ｐ１１をＰ１、Ｐ２１をＰ２に設定することも可能である。Ｐ１１は、水素発生器４の水素圧力が、燃料電池２への水素供給を十分にでき、かつ水素貯蔵容器３への水素補充が可能な圧力に設定される。Ｐ２１は、水素貯蔵容器３の圧力が、補充が必要な程に低下しているような圧力に設定される。圧力Ｐ１１、Ｐ２１は予め設定され、制御装置６の不揮発の記憶部に格納しておくことができる。
【００６６】
水素圧力ＰＴ１＞Ｐ１１、かつＰＴ２≦Ｐ２１であると（ステップｓ１４、Ｙｅｓ）、電磁弁２２（ＳＶ２）を開く（ステップｓ１５）。これにより水素発生器４で発生する水素の一部が水素供給ライン１３、２１を通して水素貯蔵容器３に水素が補充され、水素貯蔵容器３内の水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。したがって、水素供給ライン２１が本発明の水素移動路として機能している。なお、本発明としては水素供給ライン２１とは別に水素移動路を有するものであってもよい。
水素圧力ＰＴ１＞Ｐ１１かつＰＴ２≦Ｐ２１でない場合（ステップｓ１４、Ｎｏ）、前記したステップｓ５に移行し、以降の手順を実行する。
【００６７】
次いで、圧力センサ２３で測定される水素の圧力ＰＴ２がＰ２１に上昇しているかを判定する（ステップｓ１６）。この場合の圧力は平衡圧力であり、圧力が一定時間継続されることにより判定することができる。なお、この判定における圧力をＰ２１とは異なる圧力値としてもよい。ＰＴ２＞Ｐ２１の場合（ステップｓ１６、Ｙｅｓ）、水素貯蔵容器３への水素補充は十分であるので、電磁弁２２（ＳＶ２）を閉じ（ステップｓ１７）、ステップｓ５へ移行する。
ＰＴ２＞Ｐ２１でない場合（ステップｓ１６、Ｎｏ）、水素供給ライン１３の水素圧力ＰＴ１がＰ１以下になっているかを判定する（ステップｓ１８）。ＰＴ１がＰ１以下になっていれば（ステップｓ１８、Ｙｅｓ）、ステップｓ６へ移行し、以降の手順を実行する。ＰＴ１がＰ１以下になっていなければ（ステップｓ１８、Ｎｏ）、ステップｓ１３に移行し、以降の手順を実行する。
【００６８】
なお、燃料電池２内の電解質膜の状態を良好に維持するための定期的な管理運転を行う際にも、上記と同様に燃料電池２を運転する間に、水素発生器４で発生した水素を水素貯蔵容器３に適宜供給することができる。したがって、管理運転を行うことにより水素貯蔵容器３内の水素が減少するのを回避することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、水素発生材投入後、水素発生器４から燃料電池２に水素を供給する際に、水素貯蔵容器３にも水素を補充するものとしたが、本発明としては水素貯蔵容器３への水素補充を行わないものであってもよい。
【００７０】
なお、上記実施形態では、交通信号機１０に電力を供給するものについて説明したが、本発明の発電装置の電力供給先は交通信号機１０に限定されるものではなく、発電電力を必要とするあらゆる装置、設備などを電力供給先とすることができる。好適には停電時に動作する非常用発電装置として利用することができる。
【００７１】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１    非常用発電装置
２    燃料電池
３    水素貯蔵容器
４    水素発生器
５    水タンク
６    制御装置
７    直流／交流変換装置
８    交通信号機制御装置
１０    交通信号機
１１    水素供給ライン
１２    圧力調整弁
１３    水素供給ライン
１４    電磁弁
１５    圧力センサ
１６    逆止弁
１７    水供給ライン
１８    送水ポンプ
１９    水素発生材供給ライン
２０    開閉弁
２１    水素供給ライン
２２    電磁弁
２３    圧力センサ
【図１】
2013218802.tif 000003
【図２】
2013218802.tif 000004
【図３】
2013218802.tif 000005
【図４】
2013218802.tif 000006