(57)【要約】【課題】燃料電池を利用した良好な非常灯装置を提供することを目的としている。【解決手段】非常灯装置1００は、燃料電池２と、外部電源１又は燃料電池２によって充電が行われる二次電池３と、電力の供給によって発光する非常灯用発光素子と、外部電源１の停電を検出する停電検出部５と、時間を測定するタイマー６と、外部電源１又は燃料電池２の駆動に応じて非常灯用発光素子４への電力の供給を外部電源１、燃料電池２及び二次電池３の間で切り替えるとともに、二次電池３への充電を外部電源１と燃料電池２の間で切り替える切替部７と、停電検出部５によって停電が検出され、燃料電池２が駆動していない場合に、切替部７は非常灯用発光素子４への電力の供給を外部電源１から二次電池３に切り替え、タイマー６によって停電が所定時間継続したことが検出されることにより、燃料電池２の駆動を開始させるよう制御する制御部８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、
外部電源又は前記燃料電池によって充電が行われる二次電池と、
電力の供給によって発光する非常灯用発光素子と、
前記外部電源の停電を検出する停電検出手段と、
停電時間を測定する停電時間測定手段と、
前記外部電源又は前記燃料電池の駆動に応じて、前記非常灯用発光素子への電力の供給を、前記外部電源、前記燃料電池及び前記二次電池の間で切り替えるとともに、前記二次電池への充電を前記外部電源と前記燃料電池との間で切り替える切替手段と、
前記停電検出手段によって停電が検出され、かつ前記燃料電池が駆動していない場合に、前記切替手段は、前記非常灯用発光素子への電力の供給を前記外部電源から前記二次電池に切り替え、その後、前記停電時間測定手段によって前記停電が所定時間継続したことが検出されることにより、前記燃料電池の駆動を開始させるよう制御する制御手段と、を備えることを特徴とする非常灯装置。
【請求項２】
前記燃料電池の駆動開始により、前記切替手段は、前記非常灯用発光素子への電力の供給を前記二次電池から前記燃料電池に切り替えた後、前記二次電池への電力の供給を前記外部電源から前記燃料電池に切り替えて前記二次電池の充電を行うことを特徴とする請求項１に記載の非常灯装置。
【請求項３】
前記燃料電池の駆動開始後でかつ前記停電検出手段によって前記停電の復帰が検出された場合に、前記外部電源の駆動開始により、前記切替手段は、前記非常灯用発光素子への電力の供給を前記燃料電池から前記外部電源に切り替えた後、前記二次電池への電力の供給を前記燃料電池から前記外部電源に切り替えて前記二次電池の充電を行うことを特徴とする請求項２に記載の非常灯装置。
【請求項４】
照度を測定する照度測定手段を備え、
前記制御手段は、前記照度測定手段によって所定以上の照度が検出されることにより、前記燃料電池の駆動を開始しないように制御することを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の非常灯装置。
【請求項５】
時刻を測定する時刻測定手段を備え、
前記制御手段は、前記時刻測定手段によって所定時刻が検出されることにより、前記燃料電池の駆動を開始しないように制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の非常灯装置。
【請求項６】
前記外部電源から電力が供給されて点灯する通常灯用発光素子のスイッチがオフであることが検出されることにより、前記制御手段は、前記燃料電池の駆動を開始しないように制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の非常灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
停電時に室内を照明する従来の非常灯は、二次電池を備え、停電を検出して白熱電球などの発光素子を点灯させるものである。このような非常灯は、二次電池の容量の関係で３０分から１時間程度の発光を行うものが主流である。
車載用の非常灯として、電源に燃料電池を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。または、電源として燃料電池を用いた照明装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−８７１７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のように電源として燃料電池を用いた非常灯は、二次電池を用いた非常灯に比較してより長時間の点灯が可能となると考えられるが、燃料電池は起動の開始に所定時間が必要なため、瞬時の起動や始動と終了の繰り返しには不向きであるという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池を利用した良好な非常灯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、
外部電源又は前記燃料電池によって充電が行われる二次電池と、
電力の供給によって発光する非常灯用発光素子と、
前記外部電源の停電を検出する停電検出手段と、
停電時間を測定する停電時間測定手段と、
前記外部電源又は前記燃料電池の駆動に応じて、前記非常灯用発光素子への電力の供給を、前記外部電源、前記燃料電池及び前記二次電池の間で切り替えるとともに、前記二次電池への充電を前記外部電源と前記燃料電池との間で切り替える切替手段と、
前記停電検出手段によって停電が検出され、かつ前記燃料電池が駆動していない場合に、前記切替手段は、前記非常灯用発光素子への電力の供給を前記外部電源から前記二次電池に切り替え、その後、前記停電時間測定手段によって前記停電が所定時間継続したことが検出されることにより、前記燃料電池の駆動を開始させるよう制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の非常灯装置において、
前記燃料電池の駆動開始により、前記切替手段は、前記非常灯用発光素子への電力の供給を前記二次電池から前記燃料電池に切り替えた後、前記二次電池への電力の供給を前記外部電源から前記燃料電池に切り替えて前記二次電池の充電を行うことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の非常灯装置において、
前記燃料電池の駆動開始後でかつ前記停電検出手段によって前記停電の復帰が検出された場合に、前記外部電源の駆動開始により、前記切替手段は、前記非常灯用発光素子への電力の供給を前記燃料電池から前記外部電源に切り替えた後、前記二次電池への電力の供給を前記燃料電池から前記外部電源に切り替えて前記二次電池の充電を行うことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２又は３のいずれか一項に記載の非常灯装置において、
照度を測定する照度測定手段を備え、
前記制御手段は、前記照度測定手段によって所定以上の照度が検出されることにより、前記燃料電池の駆動を開始しないように制御することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の非常灯装置において、
時刻を測定する時刻測定手段を備え、
前記制御手段は、前記時刻測定手段によって所定時刻が検出されることにより、前記燃料電池の駆動を開始しないように制御することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の非常灯装置において、
前記外部電源から電力が供給されて点灯する通常灯用発光素子のスイッチがオフであることが検出されることにより、前記制御手段は、前記燃料電池の駆動を開始しないように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃料電池の瞬時の起動や停止の繰り返しを行うことなく、燃料電池を利用した良好な非常灯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するための技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は、非常灯装置１００の全体構成を示したブロック図である。
非常灯装置１００は、燃料が供給されることにより発電する燃料電池２と、外部電源１又は燃料電池２によって充電が行われる二次電池３と、電力の供給によって発光する非常灯用発光素子４と、外部電源１の停電を検出する停電検出部（停電検出手段）５と、停電時間を測定するタイマー（停電時間測定手段）６と、外部電源１又は燃料電池２の駆動に応じて、非常灯用発光素子４への電力の供給を外部電源１、燃料電池２及び二次電池３の間で切り替えるとともに、二次電池３への充電を外部電源１と燃料電池２との間で切り替える切替部（切替手段）７と、停電検出部５によって停電が検出され、かつ燃料電池２が駆動していない場合に、切替部７が非常灯用発光素子４への電力の供給を外部電源１から二次電池３に切り替え、その後、タイマー６によって停電が所定時間継続したことが検出されることにより、燃料電池２の駆動を開始させるよう制御する制御部（制御手段）８等、を備える。
【０００８】
外部電源１は、例えば商用電源等であり、停電検出部５に接続されている。
停電検出部５は、タイマー６及びＡＣ／ＤＣコンバータ９に接続されており、外部電源１の停電をセンシングし、その検出結果をタイマー６及び制御部８に出力する。
タイマー６は、停電検出部５によって停電が検出されると、その入力信号を受けて停電時間の測定を開始し、その測定結果を制御部８に出力する。具体的には、停電時間が所定時間（例えば１〜３分）を超えると、制御部８にその信号が出力され、制御部８は燃料電池２の発電を開始するよう制御し、停電時間が所定時間内（例えば１〜３分）であれば、制御部８にその信号が出力され、燃料電池２の発電を開始しないよう制御する。
【０００９】
照度計１０は、制御部８に電気的に接続され、照度を計測してその計測結果を制御部８に出力する。
時計１１は、制御部８に電気的に接続され、時刻を計測してその結果を制御部８に出力する。
ＡＣ／ＤＣコンバータ９は、交流電流を直流電流に整流し、スイッチ１２を介して通常灯用発光素子１３に接続されている。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ９は切替部７に接続されている。通常灯用発光素子１３のスイッチ１２は制御部８に電気的に接続されており、スイッチのオン・オフ状態が制御部８に出力される。
【００１０】
切替部７は、ダイオード等から構成された回路であって、ＡＣ／ＤＣコンバータ９、燃料電池２、二次電池３及び非常灯用発光素子４に接続されている。切替部７は、外部電源１又は燃料電池２が駆動しているか否かで動作機能し、具体的には、外部電源１又は燃料電池２が駆動している場合には、駆動している外部電源１又は燃料電池２側に切り替えて非常灯用発光素子４を点灯させる。一方、外部電源１及び燃料電池２のいずれも駆動していない場合には、二次電池３に切り替えて非常灯用発光素子４を点灯させる。
加えて、二次電池３の電圧が所定の閾値未満の場合には、駆動している外部電源１又は燃料電池２側に切り替えて、切り替えた外部電源１又は燃料電池２から二次電池３に電力が供給されて充電を行う。二次電池３の電圧が所定閾値以上（充電が満タン）の場合には、外部電源１又は燃料電池２から二次電池３に電力が供給されずに充電を行わない（充電完了）。
【００１１】
二次電池３は、外部電源１又は燃料電池２から電力が供給されて充電される。停電が検出された場合で、かつ、停電時間が所定時間内である場合に二次電池３が非常灯用発光素子４に電力を供給することで非常灯用発光素子を点灯させる。
【００１２】
燃料電池２は、制御部８に電気的に接続され、制御部８によって発電の開始及び停止が制御されている。また、燃料電池２は、燃料電池２に供給する改質ガス（燃料）を生成する反応装置１２に接続されている。
反応装置１２は、燃料容器１２１から送出ポンプ１２２を介して供給された燃料を気化させて燃料ガス（気化された燃料と水蒸気の混合気）を生成する気化器１２３と、化学反応式（１）に示すように気化器１２３から供給された燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器１２４と、改質器１２４を加熱して化学反応式（１）の反応を良好に行うために必要な温度に設定する触媒燃焼器１２５と、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）によって微量に副成される一酸化炭素を、化学反応式（３）に示すように酸化させて除去する一酸化炭素除去器１２６と、を備えている。また、気化器１２３、触媒燃焼器１２５及び一酸化炭素除去器１２６を加熱する電気ヒータとして機能するとともにこれらの温度を測定する温度計としても機能する図示しないヒータ兼温度計とを備えている。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２・・・（１）
Ｈ２＋ＣＯ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２・・・（３）
【００１３】
燃料電池２は、図示しないが、触媒微粒子を担持したアノードと、触媒微粒子を担持したカソードと、アノードとカソードとの間に介在されたフィルム状の固体高分子電解室膜とを備えている。燃料電池２のアノードには、反応装置１２で生成された改質ガスが図示しない加湿装置によって加湿された後に供給され、燃料電池２のカソードには、図示しない空気ポンプによって外部から取り込まれた空気が加湿装置（図示しない）によって加湿された後に供給される。アノードにおいては、改質ガス中の水素が、電気化学反応式（４）に示すように、アノードの触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じてカソードに伝導し、電子はアノードにより電気エネルギー（発電電力）として取り出される。カソードにおいては、電気化学反応式（５）に示すように、カソードに移動した電子と、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンとが反応して水が生成される。そして、アノードで未反応の水素を含むオフガスは触媒燃焼器１２５に送られ、カソードで生成された水や未反応の空気は排出物として燃料容器１２１に送られるようになっている。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（４）
２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ・・・（５）
【００１４】
制御部８は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されているものであり、気化器１２３、改質器１２４、触媒燃焼器１２５、一酸化炭素除去器１２６、燃料電池２を運転するために必要な送出ポンプ１２１や、その他、空気ポンプ、バルブ類、ヒータ類等を制御し、二次電池３又は非常灯用発光素子４に安定して電気エネルギーが供給されるような制御を行う。
また、制御部８は、停電検出部５、タイマー６、通常灯用発光素子１３のスイッチ１２、照度計１０及び時計１１に電気的に接続されている。そして、制御部８は、停電検出部５で停電が検出されて、タイマー６による停電時間が所定時間（例えば、１〜３分）内であれば燃料電池２による発電を開始させず、一方、停電時間が所定時間（例えば、１〜３分）を超えると燃料電池２による発電を開始させるために、送出ポンプ１２１や、その他、空気ポンプ、バルブ類、気化器１２３、改質器１２４、触媒燃焼器１２５及び一酸化炭素除去器１２６等を駆動させるように制御する。そして、燃料電池２による発電開始により、切替部７が二次電池３から燃料電池２に切り替えて燃料電池２によって非常灯用発光素子４を点灯させるとともに二次電池３の充電を行う。このとき、照度計１０の照度が所定以上であったり、所定時刻（例えば、午後５時〜午前７時）であったり、また、通常灯用発光素子１３のスイッチ１２がオフである場合には、燃料電池２による発電を開始させないように制御部８が制御する。また、燃料電池２の発電中に停電検出部５で停電の復帰が検出された場合は、燃料電池２による発電を停止させるよう制御する。
【００１５】
次に、非常灯装置１００の動作について説明する。
通常時は、外部電源１によって非常灯用発光素子４が点灯されるとともに二次電池３に電力が供給されて充電されている。この状態から停電となると、制御部８及び切替部７は、以下のようにして非常灯用発光素子４の点灯動作及び二次電池３の充電動作を行う。図２は、制御部８及び切替部７による非常灯用発光素子４の点灯及び二次電池３の充電の動作処理を示すフローチャートである。
まず、制御部８は、停電検出部５によって停電が検出されたか否かを判断し（ステップＳ１）、停電が検出されてその信号が入力されると、切替部７が非常灯用発光素子４への電力供給を外部電源１から二次電池３に切り替えて、二次電池３による点灯を行う（ステップＳ２）。次いで、停電検出部５によってタイマー６に停電検出の信号が入力されると、タイマーによって停電時間が計測され、停電時間が所定時間（例えば１〜３分）を超えているか否かを判断する（ステップＳ３）。所定時間内であれば、停電が復帰したか否かを判断し（ステップＳ４）、停電が復帰していれば、切替部７が、非常灯用発光素子４への電力供給を二次電池３から外部電源１に切り替えて、外部電源１による点灯を行うとともに外部電源１によって二次電池３の充電を行う（ステップＳ５）。
一方、ステップＳ３において停電時間が所定時間（例えば、１〜３分）を超えていれば、照度計１０による照度が所定以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。照度が所定以上である場合には、停電が復帰したか否かを判断し（ステップＳ７）、停電が復帰していれば、上述と同様にステップＳ５の外部電源１による点灯を行うとともに外部電源１によって二次電池３の充電を行う。
ステップＳ６において照度が所定未満である場合には、さらに、時刻が所定時刻（例えば、冬期であれば午後５時〜午前７時、夏期であれば午後６時〜午前５時等カレンダーに基いて随時変更される）であるか否かを判断する（ステップＳ８）。時刻が所定時刻でない場合には、停電が復帰したか否かを判断し（ステップＳ９）、停電が復帰していれば、上述と同様にステップＳ５の外部電源１による点灯を行うとともに外部電源１によって二次電池３の充電を行う。
ステップＳ８において、時刻が所定時刻である場合には、さらに、通常灯用発光素子１３のスイッチ１２がオフであるか否かを判断する（ステップＳ１０）。スイッチ１２がオフでない場合には、停電が復帰したか否かを判断し（ステップＳ１１）、停電が復帰していれば、上述と同様にステップＳ５の外部電源１による点灯を行うとともに外部電源１によって二次電池３の充電を行う。
ステップＳ１０において、スイッチ１２がオフである場合には、燃料電池２による発電を開始させる（ステップＳ１２）。すなわち、送出ポンプ１２１、その他、空気ポンプやバルブ類、気化器１２３、改質器１２４、触媒燃焼器１２５及び一酸化炭素除去器１２６を駆動させ、改質ガスを燃料電池２に供給し、燃料電池２において電気エネルギーを生成させる。これによって、切替部７は、非常灯用発光素子４への電力供給を二次電池３から燃料電池２に切り替え、燃料電池２によって非常灯用発光素子４が点灯する。また、同時に燃料電池２によって生成された電気エネルギーが二次電池３に充電される。
次いで、停電が復帰したか否かを判断し（ステップＳ１３）、停電が復帰していれば燃料電池２による発電を停止する（ステップＳ１４）。燃料電池２による発電の停止によって、切替部７は、非常灯用発光素子４への電力供給を燃料電池２から外部電源１に切り替え、外部電源１によって非常灯用発光素子４が点灯する。また、同時に外部電源１によって二次電池３が充電される（ステップＳ１５）。
なお、二次電池３への充電は、二次電池３の電圧が所定閾値以上で充電が完了している場合には、二次電池３への電力供給が停止されるようになっている。
【００１６】
以上のように、制御部８及び切替部７は図２のフローを周期的に実行しており、停電時には二次電池３によって非常灯用発光素子４を点灯させ、停電が所定時間継続した場合には燃料電池２による発電を開始し、燃料電池２によって非常灯用発光素子４の点灯及び二次電池３への充電を行う。停電が復帰した場合には、再び外部電源１による非常灯用発光素子４の点灯及び二次電池３への充電を行う。
【００１７】
本発明の実施の形態によれば、停電検出部５で停電が検出されることにより、非常灯用発光素子４への電力供給を外部電源１から二次電池３に切り替え、さらに、タイマー６によって停電が所定時間継続したことを検出されることにより、燃料電池２による発電を開始させるように制御するので、瞬間的や短時間の停電には二次電池３によって非常灯用発光素子４を点灯させて二次電池３で対応し、停電が所定時間継続した場合に燃料電池２による発電を開始させることで、燃料電池２の瞬時の起動や停止の繰り返しを行うことなく、燃料電池２を利用した良好な非常灯装置１００を提供することができる。
また、切替部７は、燃料電池２の発電の開始後、非常灯用発光素子４への電力の供給を二次電池３から燃料電池２に切り替え、二次電池３への電力の供給を外部電源１から燃料電池２に切り替えて二次電池３の充電を行うので、二次電池３の充電を回復させることができる。
さらに、切替部７は、燃料電池２の発電中に停電が復帰することにより、非常灯用発光素子４への電力の供給を燃料電池２から外部電源１に切り替えるので、燃料電池２の無駄な起動を避けることができる。
制御部８は、照度計１０によって所定以上の照度が検出されることにより、燃料電池２による発電を開始しないよう制御するので、所定以上の明るさが確保されている場合における燃料電池２の無駄な起動を避けることができる。また、時計１１によって所定時刻が検出されることにより、燃料電池２による発電を開始しないように制御するので、地上の建物に設置する場合の燃料電池２の無駄な起動を避けることができる。さらに、通常灯用発光素子１３のスイッチ１２がオフであることが検出されることにより、燃料電池２による発電を開始しないように制御するので、この点においても燃料電池２の無駄な起動を避けることができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態では、停電時間が所定時間を超えた場合に、さらに照度、時刻、通常灯用発光素子１３のスイッチ１２のオン・オフを判断した上で、燃料電池２による発電の停止を行うよう制御するとしたが、例えば、照度、時刻及び通常灯用発光素子１３のスイッチ１２のオン・オフのいずれか一つ又は二つで燃料電池２による発電の停止を判断させるように構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】非常灯装置１００の概略構成を示したブロック図である。
【図２】制御部８及び切替部７による非常灯用発光素子４の点灯及び充電動作の処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００２０】
１  外部電源
２  燃料電池
３  二次電池
４  非常灯用発光素子
５  停電検出部（停電検出手段）
６  タイマー（停電時間測定手段）
７  切替部（切替手段）
８  制御部（制御手段）
１０  照度計（照度測定手段）
１１  時計（時刻測定手段）
１２  スイッチ
１３  通常灯用発光素子
１００  非常灯装置
【図１】
2009054530.tif 000003
【図２】
2009054530.tif 000004