(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池発電装置の総合効率を向上することを目的とするものである。【解決手段】電源ブロック１０６は、小容量電源１１６と、大容量電源１１７とを有し、前記小容量電源１１６は、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８と、小容量切換え手段１２０とを有し、前記大容量電源１１７は、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２と、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４と、前記発電ブロック１０５が起動および終了している時には前記第三の所定電圧を前記大容量電力機器に出力し、発電している時には前記第四の所定電圧を前記大容量電力機器に出力し、停止している時には前記大容量電力機器への出力を行わない大容量切換え手段１２３を有する構成とした。【選択図】図１
2009043530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電ブロックと、この発電ブロックに電源を供給する電源ブロックと、これらの発電ブロックと電源ブロックの動作制御を行う制御手段とを備え、前記発電ブロックは、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、この水素生成器からの燃料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、このスタックからの直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、前記電源ブロックは、前記発電ブロック中の小容量電力機器に電力を供給する小容量電源と、前記発電ブロック中の大容量電力機器に電力を供給する大容量電源とを有し、前記小容量電源は、商用交流を第一の所定電圧に変換する小容量ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記発電ブロックが起動および終了および停止している時には前記発電ブロック中の小容量電力機器に前記第一の所定電圧を出力し、発電している時には前記スタックの出力電圧を前記発電ブロック中の小容量電力機器に出力する小容量切換え手段とを有し、前記大容量電源は、前記商用交流を第三の所定電圧に変換する大容量ＡＣ／ＤＣコンバータと、スタックの出力電圧を第四の所定電圧に変換する大容量ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記発電ブロックが起動および終了している時には前記第三の所定電圧を前記発電ブロック中の大容量電力機器に出力し、発電している時には前記第四の所定電圧を前記発電ブロック中の大容量電力機器に出力し、停止している時には前記発電ブロック中の大容量電力機器への出力を行わない大容量切換え手段を有することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
小容量電源は、小容量切換え手段の出力を第二の所定電圧に変換する小容量ＤＣ／ＤＣコンバータを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
小容量切換え手段および大容量切換え手段の少なくともいずれか一方を半導体素子で構成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。
【請求項４】
小容量電源は第一の所定電圧がスタックの出力電圧より低くなるように構成し、小容量切換え手段をダイオードのＯＲ回路で構成することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
大容量切換え手段は商用交流が大容量ＡＣ／ＤＣコンバータへ入力されるのを遮断する商用交流遮断手段と、スタックの出力電圧を検知するスタック電圧検知手段を有し、制御手段は停止時、および発電時で前記スタック電圧検知手段の検知電圧が第五の所定電圧以上の時に前記商用交流遮断手段を作動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
大容量電源は第三の所定電圧が第四の所定電圧より低くなるように構成し、大容量切換え手段をダイオードのＯＲ回路で構成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
スタックの出力電圧が小容量ＤＣ／ＤＣコンバータもしくは大容量ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくともいずれか一方へ入力されるのを遮断するスタック出力遮断手段と、スタックの出力電圧を検知するスタック電圧検知手段を有し、制御手段は前記スタック電圧検知手段の検知電圧が第六の所定電圧以下の時に前記スタック出力遮断手段を作動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【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の電源供給構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池発電装置は、総合効率を向上するために、発電時には燃料電池の直流出力電力を直流電圧変換のみ行い補機に供給しているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は、前記従来の燃料電池発電装置を示すものである。
【０００４】
図１５において、１は燃料電池発電装置であり、家庭内に設置されている分電盤２を介して商用交流３と接続されている。また、分電盤２と燃料電池発電装置１の間には、エアコン、冷蔵庫などの家庭内負荷４が接続されている。
【０００５】
図１５に示すように、燃料電池発電装置１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池５と、燃料電池５の出力を直流から交流に変換するインバータ６と、燃料電池発電装置１の起動、発電、終了、停止の一連の動作を制御する制御手段７と、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改質器８と、酸化剤ガスである空気を燃料電池５に供給するための送風機９と、燃料電池５が発電する際に発生した熱を回収し、温水として蓄える貯湯槽１０とで構成されている。
【０００６】
また、改質器８や、貯湯槽１０にはガスや水を、配管を通して供給／遮断するための弁や、ポンプなどの補機１１が付随して備えられている。また、補機１１を駆動するための電源は、燃料電池５の出力をＤＣ／ＤＣコンバータ１２で直流電圧変換して供給されている。従って、発電時に、インバータ６を介して直流交流変換した後に補機１１に電力供給するものに比較し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１２で直流電圧変換して直接供給すれば、変換ロスを削減し、燃料電池発電装置１の総合効率を向上させることが出来ると言うものである。
【特許文献１】特開２００３−１９７２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池発電装置１には、発電以外に、起動、終了、停止といった動作状態が存在する。起動は、改質器８にて燃料ガスの生成が安定して行われるようにする動作であり、終了は逆に改質器８での燃料ガスの生成を停止し、燃料電池５が発電不可能な状態で安定的に保たれるようにする動作であり、それぞれ約１時間程度の時間を要する。
【０００８】
また、発電時に発生した熱を蓄える貯湯槽１０の容量に限りがあること、ユーザーのお湯の使用状況が一定でないたことなどの理由により、燃料電池発電装置１を常に発電状態にできるとは限らない。
【０００９】
例えば、お湯の使用量が少ない夏場などは、発電を５、６時間しか行えない日も多々発生する。この場合、非発電である起動、終了、停止の時間は商用交流３よりＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を介して補機１１へ電源供給を行わなければならない。
【００１０】
つまり、前記従来の構成では、動作時間の半分以上を占める起動、終了、停止の３つの状態に対して、燃料電池発電装置１の総合効率を向上させることができないという課題を有していた。
【００１１】
そこで本発明は、燃料電池発電装置の総合効率を向上することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そしてこの目的を達成するために本発明は、発電ブロックと、この発電ブロックに電源を供給する電源ブロックと、これらの発電ブロックと電源ブロックの動作制御を行う制御手段とを備え、前記発電ブロックは、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、この水素生成器からの燃料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、このスタックからの直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、前記電源ブロックは、前記発電ブロック中の小容量電力機器に電力を供給する小容量電源と、前記発電ブロック中の大容量電力機器に電力を供給する大容量電源とを有し、前記小容量電源は、商用交流を第一の所定電圧に変換する小容量ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記発電ブロックが起動および終了および停止している時には前記発電ブロック中の小容量電力機器に前記第一の所定電圧を出力し、発電している時には前記スタックの出力電圧を前記発電ブロック中の小容量電力機器に出力する小容量切換え手段とを有し、前記大容量電源は、前記商用交流を第三の所定電圧に変換する大容量ＡＣ／ＤＣコンバータと、スタックの出力電圧を第四の所定電圧に変換する大容量ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記発電ブロックが起動および終了している時には前記第三の所定電圧を前記発電ブロック中の大容量電力機器に出力し、発電している時には前記第四の所定電圧を前記発電ブロック中の大容量電力機器に出力し、停止している時には前記発電ブロック中の大容量電力機器への出力を行わない大容量切換え手段を有する構成とし、これにより初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池発電装置は、必要な電力が小さい停止時には小容量電源のみを用いて、必要な電力が大きい起動、発電、終了時には小容量電源と大容量電源を用いて作動用電源の供給を行うので、小容量電源および大容量電源の電源効率を容量に応じて最適化することができ、その結果として燃料電池発電装置の総合効率を向上させることができる。また、小容量電源と大容量電源は発電時にはスタックで発電した直流電力を供給元として作動用電源を供給するので、スタックの発電電力を直流交流変換するものに比べ、電力変換時のロスを抑えて総合効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の、第１の発明は、発電ブロックと、この発電ブロックに電源を供給する電源ブロックと、これらの発電ブロックと電源ブロックの動作制御を行う制御手段とを備え、前記発電ブロックは、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、この水素生成器からの燃料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、このスタックからの直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、前記電源ブロックは、前記発電ブロック中の小容量電力機器に電力を供給する小容量電源と、前記発電ブロック中の大容量電力機器に電力を供給する大容量電源とを有し、前記小容量電源は、商用交流を第一の所定電圧に変換する小容量ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記燃料電池発電装置が起動および終了および停止している時には前記発電ブロック中の小容量電力機器に前記第一の所定電圧を出力し、発電している時には前記スタックの出力電圧を前記発電ブロック中の小容量電力機器に出力する小容量切換え手段とを有し、前記大容量電源は、前記商用交流を第三の所定電圧に変換する大容量ＡＣ／ＤＣコンバータと、スタックの出力電圧を第四の所定電圧に変換する大容量ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記発電ブロックが起動および終了している時には前記第三の所定電圧を前記発電ブロック中の大容量電力機器に出力し、発電している時には前記第四の所定電圧を前記発電ブロック中の大容量電力機器に出力し、停止している時には前記発電ブロック中の大容量電力機器への出力を行わない大容量切換え手段を有する構成としたものである。
【００１５】
そしてこの構成にすれば、必要な電力が小さい停止時には小容量電源のみを用いて、必要な電力が大きい起動、発電、終了時には小容量電源と大容量電源を用いて作動用電源の供給を行うので、小容量電源および大容量電源の電源効率を容量に応じて最適化することができ、その結果として燃料電池発電装置の総合効率を向上させることができる。また、小容量電源と大容量電源は発電時にはスタックで発電した直流電力を供給元として作動用電源を供給するので、電力変換時のロスを抑え、総合効率を向上させることができる。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の小容量電源が、小容量切換え手段の出力を第二の所定電圧に変換する小容量ＤＣ／ＤＣコンバータを有するものであり、小容量電源の出力電圧を所定電圧に安定的に保つことができるので、小容量電源を作動電源として動作するセンサおよび制御手段を構成するＩＣやコンデンサ等々の電子部品に要求される入力電圧範囲に対する条件が緩和され、センサおよび電子部品の選定が容易となり、燃料電池発電装置のコストを低減することができる。
【００１７】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の小容量切換え手段および大容量切換え手段の少なくともいずれか一方を半導体素子で構成するので、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータとスタックのお互いの出力が、もしくは大容量ＡＣ／ＤＣコンバータと大容量ＤＣ／ＤＣコンバータのお互いの出力が逆流するのを防ぎ、スタックおよびコンバータの損傷を防止することができる。
【００１８】
第４の発明は、特に第３の発明の小容量電源を、第一の所定電圧がスタックの出力電圧より低くなるように構成し、小容量切換え手段をダイオードのＯＲ回路で構成するので、発電が行われてスタックの出力電圧が上昇すると自動的にスタックの出力電圧が出力されるように小容量切換え手段が動作し、電源の供給元を商用交流とスタックで切換える動作を、電源の寸断なく安定かつ自動的に行うことができる。
【００１９】
第５の発明は、特に第１〜４の発明の大容量切換え手段が、商用交流が大容量ＡＣ／ＤＣコンバータへ入力されるのを遮断する商用交流遮断手段と、スタックの出力電圧を検知するスタック電圧検知手段を有し、制御手段は停止時、および発電時で前記スタック電圧検知手段の検知電圧が第五の所定電圧以上の時に前記商用交流遮断手段を作動させるので、停止時および発電時に大容量ＡＣ／ＤＣコンバータのアイドリング状態で消費する電力が無くなり、燃料電池発電装置の総合効率を向上させることができる。また、発電時に大容量ＡＣ／ＤＣコンバータがアイドリング状態で動作する時に引き起こす商用交流に対する電流歪を無くす事ができる。
【００２０】
第６の発明は、特に第３〜５の発明の大容量電源を、第三の所定電圧が第四の所定電圧より低くなるように構成し、大容量切換え手段をダイオードのＯＲ回路で構成するので、発電が行われてスタックの出力電圧が上昇し、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータが動作すると自動的に第四の所定電圧が出力されるように大容量切換え手段が動作し、電源の供給元を商用交流とスタックで切換える動作を、電源の寸断なく安定かつ自動的に行うことができる。
【００２１】
第７の発明は、特に第１〜第６の発明において、スタックの出力電圧が小容量ＤＣ／ＤＣコンバータもしくは大容量ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくともいずれか一方へ入力されるのを遮断するスタック出力遮断手段と、スタックの出力電圧を検知するスタック電圧検知手段を有し、制御手段は前記スタック電圧検知手段の検知電圧が第六の所定電圧以下の時に前記スタック出力遮断手段を作動させるので、発電していない時にスタックの出力端より電流が流れることを確実に防ぐことができ、その結果スタックの劣化を防止することができる。
【００２２】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（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の構成図である。
【００２４】
図１において、１０１は燃料電池発電装置であり、家庭内に設置されている分電盤１０２を介して商用交流１０３と接続されている。また、分電盤１０２と燃料電池発電装置１０１の間には、エアコン、冷蔵庫などの家庭内負荷１０４が接続されている。
【００２５】
燃料電池発電装置１０１は、実際の発電動作を行う発電ブロック１０５と、その発電ブロック１０５が動作するための電源を供給する電源ブロック１０６とから構成されている。発電ブロック１０５は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行うスタック１０７と、スタック１０７の出力直流電力を交流電力に変換するインバータ１０８と、燃料電池発電装置１０１（つまり発電ブロック１０５と、その発電ブロック１０５が動作するための電源を供給する電源ブロック１０６）の起動、発電、終了、停止の一連の動作を制御する制御手段１０９と、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水素生成器１１０と、酸化剤ガスである空気をスタック１０７に供給するための送風機１１１と、スタック１０７が発電する際に発生した熱を回収し、温水として貯湯槽１１２に蓄える廃熱回収手段１１３で構成されている。
【００２６】
また、水素生成器１１０、送風機１１１や廃熱回収手段１１３は、ガスや水の流路を切換える弁や、水素生成器の温度を昇温させるヒータなどのアクチュエータ１１４、ガスや水の流路の温度、流量などを計測するセンサ１１５から構成されている。
【００２７】
また、１２６はスタック電圧検知手段であり、スタック１０７の出力電圧を計測し、制御手段１０９へ伝達する。
【００２８】
電源ブロック１０６は、小容量電源１１６と大容量電源１１７の独立した２つの電源で構成されている。小容量電源１１６、大容量電源１１７ともに商用交流１０３とスタック１０７を入力として直流電圧を生成し、入力を任意に切換えながら発電ブロック１０５に供給できるように構成されている。
【００２９】
小容量電源１１６は、燃料電池発電装置１０１に入力された商用交流１０３を小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８で所定の直流電圧へと変換して小容量切換え手段１２０に入力するように構成されている。また小容量切換え手段１２０には、スタック１０７の出力電圧も直接入力されるように構成されている。ここで小容量切換え手段１２０はダイオードのＯＲ回路で構成されており、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８とスタック１０７から入力される電圧の内、高い方を選択的に切換えながら小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を介して発電ブロック１０５に電力を供給する。
【００３０】
ここで、小容量電源１１６は発電ブロック１０５内の制御手段１０９と燃料電池発電装置１０１の状態監視を行うガス漏れ検知センサなどの数種類のセンサ（これらガス漏れ検知センサなどの数種類のセンサを本実施形態では、小容量電力機器と称する）を動作させるために必要な電源であり、比較的小さな電源容量で構成するのが好適である。本実施例では小容量電源１１６の電源容量は１０Ｗとし、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧を１３Ｖ、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力電圧を１２Ｖとして構成している。
【００３１】
続いて大容量電源１１７の構成について説明する。
【００３２】
商用交流１０３が商用交流遮断手段１２１を介して大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２へ入力され、所定の直流電圧へと変換された後に大容量切換え手段１２３に入力されるように構成されている。また、スタック１０７の出力電圧を大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４で所定の直流電圧へと変換して大容量切換え手段１２３に入力されるように構成されている。ここで大容量切換え手段１２３はダイオードのＯＲ回路で構成されており、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２と大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４から入力される電圧の内、高い方を選択的に切換えながら発電ブロック１０５に電源を供給する。
【００３３】
ここで、大容量電源１１７は発電ブロック１０５内のアクチュエータ１１４やセンサ１１５（これらアクチュエータ１１４やセンサ１１５を本実施形態では、大容量電力機器と称する）の駆動電源であり、先の小容量電源１１６に比べ大きな電力供給が必要である。また、アクチュエータ１１４、センサ１１５の電源電圧としては１２Ｖ、２４Ｖといった電圧が一般的である。そこで、本実施例では、大容量電源１１７の電源容量を１００Ｗとし、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の出力電圧を２３Ｖ、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力電圧を２５Ｖとして構成している。
【００３４】
また本実施の形態では、商用交流遮断手段１２１はリレー１２５で実現しており、制御手段１０９でＯＮ／ＯＦＦ制御される。また、リレー１２５は、ノーマルオープンタイプのリレーであり、制御手段１０９が動作していない時にはＯＦＦ、つまり商用交流１０３を遮断する。なお、商用交流遮断手段１２１はＦＥＴやトランジスタ等のその他のスイッチ素子で構成しても良い。
【００３５】
以上のように構成された燃料電池発電装置１０１において、以下その動作、作用を説明する。
【００３６】
燃料電池発電装置１０１の動作は、大きく起動、発電、終了、停止といった４つの制御状態に分けることができる。
【００３７】
起動は発電ブロック１０５を発電可能な状態にする工程であり、発電はスタック１０７より電力が出力されている状態である。終了は、発電ブロック１０５を発電不可能な状態にする工程であり、停止は燃料電池発電装置１０１の状態を監視しながら、次の発電指示を待っている状態である。
【００３８】
燃料電池発電装置１０１は、先に述べた４つの制御状態をあらかじめプログラムされたタイミングで遷移させながら適切に発電動作を行っている。なお、ここで、プログラムされたタイミングが利用者の家庭内負荷１０４の利用状況に応じて適宜更新されるような学習機能を持っていれば、利用者が頻繁に使用する時間帯をあらかじめ予測し、その時間帯のみ発電が行われるように制御状態を遷移させるので、より効率よく発電を行うことができるので好適である。また、遷移のタイミングは利用者による操作であってもよい。
【００３９】
まず、起動について説明をする。
【００４０】
発電ブロック１０５が発電出力可能となるためには、燃料ガスの生成などの準備動作が必要であり、例えば、都市ガスなどの原料から水素を主成分とした燃料ガスを生成するといった動作である。具体的には、水素生成器１１０に付随して備えられた温度センサや流量センサの計測値を取込ながらヒータやファンなどのアクチュエータ１１４に対してフィードバック制御を行い、水素生成器１１０の温度を約６００〜７００度まで昇温させて都市ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する。
【００４１】
起動の工程が十分に進行し、燃料ガスが安定的に生成されるようになるとスタック１０７による発電へと移行する。スタック１０７は電解質膜を挟んでアノード電極とカソード電極が構成されたセルが複数積層して構成されている。このアノード電極側に燃料ガスを、カソード電極側に酸化剤である空気を供給することによって、スタック１０７にて化学反応による発電が行われる。
【００４２】
スタック１０７より出力された直流電力はインバータ１０８によって交流電力に変換され、家庭内負荷１０４に供給される。また、スタック１０７には廃熱回収手段１１３に接続された冷却水の循環経路が構成されている。廃熱回収手段１１３に付随して備えられたポンプなどのアクチュエータ１１４を制御して化学反応時に発生する熱を熱交換によって回収し、貯湯槽１１２に温水として蓄える。
【００４３】
続いて、終了について説明する。
【００４４】
弁を閉じて都市ガスの供給を遮断し、水素生成器１１０での燃料ガス生成を停止する。そして水素生成器１１０に備えられたファンを駆動し、都市ガスの改質が行われない温度まで水素生成器１１０を冷却する。また、発電ブロック１０５の劣化を防止するために、スタック１０７、水素生成器１１０やガス経路等を不活性ガスでパージする。
【００４５】
終了の工程が十分に行われ、発電ブロック１０５が安定的に発電不可能な状態で保たれると、アクチュエータ１１４の動作を停止して、次回の発電タイミングに備える。また、この停止中もガス漏れ検知センサ等で燃料電池発電装置１０１の安全状態を監視し、異常が発生した場合にはユーザーへの報知を行うなど所定の異常処理を行う。
【００４６】
また、発電を除く、起動、終了、停止の３つの状態では、燃料電池発電装置１０１から交流電力は出力されないので、家庭内負荷１０４の電力は商用交流１０３から供給されて動作することになる。
【００４７】
以上のような動作をする燃料電池発電装置１０１について、電源ブロック１０６から発電ブロック１０５への電源供給について、詳細の動作、作用を説明する。
【００４８】
燃料電池発電装置１０１が設置されると、分電盤１０２を介して商用交流１０３が燃料電池発電装置１０１の電源ブロック１０６へ入力される。この時、リレー１２５はノーマルオープンタイプのためＯＦＦしており、大容量電源１１７に入力された商用交流は、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の前で遮断されている。
【００４９】
一方、小容量電源１１６に入力された商用交流は、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８、小容量切換え手段１２０および小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を介して直流電圧１２Ｖへ変換されて発電ブロック１０５へ供給される。直流電圧１２Ｖが供給されると制御手段１０９が動作を開始し、先に述べた４つの状態に応じて燃料電池発電装置１０１を制御する。
【００５０】
状態毎に電源ブロック１０６の動作を図２と図３を用いて説明する。図２は小容量電源１１６の動作フローチャートであり、図３は大容量電源１１７の動作フローチャートである。
【００５１】
まず、停止時の小容量電源１１６の動作を説明する。商用交流１０３は小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８で直流電圧１３Ｖに変換されて（Ｓ１０２）、小容量切換え手段１２０に入力される。また、発電が行われていないのでスタック１０７の出力はないため、小容量切換え手段１２０の入力に対して「小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧（１３Ｖ）＞スタック１０７の出力電圧（０Ｖ）」の関係が成立する。
【００５２】
小容量切換え手段１２０は二つの入力電圧の内高い方を発電ブロック１０５へ供給するので、商用交流１０３を供給元として小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８および小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を介して直流電圧１２Ｖが、発電ブロック１０５へと供給される（Ｓ１０４、Ｓ１０５）。
【００５３】
ここで、小容量切換え手段１２０は二つの入力をダイオードによるＯＲ回路で合流させる構成としているので、入力電圧の高低が変われば自動的に入力元を切換えて電源供給を行うことができる。また、この時、電圧の高い小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力から、電圧の低いスタック１０７の出力へ電流が流れ込むのをダイオードによって防いでいる。
【００５４】
一方、停止時の大容量電源１１７は、制御手段１０９によりリレー１２５がＯＦＦされて商用交流１０３が遮断されているので（Ｓ２０１，Ｓ２０６）、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２が停止している（Ｓ２０７）。
【００５５】
またスタック１０７の出力もないため、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４は動作しない（Ｓ２０８，Ｓ２１０）。その結果、大容量切換え手段１２３への入力が共に０Ｖとなり、発電ブロック１０５への電源供給は行われない（Ｓ２１１，Ｓ２１２）。
【００５６】
続いて、起動時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【００５７】
停止時と同様にスタック１０７からの入力が無いため、商用交流１０３を供給元として直流電圧１２Ｖを発電ブロック１０５へ継続して供給し続ける（Ｓ１０５）。
【００５８】
一方、大容量電源１１７は起動時にリレー１２５がＯＮされる（Ｓ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０４）ので、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２が動作を開始し直流電圧２３Ｖが出力される（Ｓ２０５）。
【００５９】
それにより、大容量切換え手段１２３の入力には「大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の出力電圧（２３Ｖ）＞大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力電圧（０Ｖ）」の関係が成り立つことになり、商用交流１０３を供給元として直流電圧２３Ｖが発電ブロック１０５へと供給される（Ｓ２１１，Ｓ２１３，Ｓ２１４）。
【００６０】
ここで、大容量切換え手段１２３も、小容量切換え手段１２０と同様に二つの入力をダイオードのＯＲ回路で合流させる構成としているので、入力電圧の高低による入力元の自動切換え、および出力電圧の高い方から低い方への電流の流れ込みを防止することができる。
【００６１】
続いて、発電時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【００６２】
発電が行われスタック１０７の出力電圧が上昇して１３Ｖを上回ると、「小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧（１３Ｖ）＜スタック１０７の出力電圧（１３Ｖ以上）」の関係が成立するので、ダイオードのＯＲ回路で構成された小容量切換え手段１２０はスタック１０７の出力電圧を小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を介して発電ブロック１０５へ直流電圧１２Ｖとして供給するように動作を自動的に切換える（Ｓ１０４，Ｓ１０６）。
【００６３】
一方、発電時の大容量電源１１７は、スタック１０７の出力電圧が上昇し、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の動作可能下限電圧である１３Ｖを上回ると、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４が動作して直流電圧２５Ｖを出力する（Ｓ２０８，Ｓ２０９）。
【００６４】
すると大容量切換え手段１２３は「大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の出力電圧（２３Ｖ）＜大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力電圧（２５Ｖ）」の関係より、スタック１０７の出力電圧を供給元として、直流電圧２５Ｖを発電ブロック１０５へ供給するように動作を自動的に切換える（Ｓ２１１，Ｓ２１３，Ｓ２１５）。
【００６５】
また、制御手段１０９は、スタック電圧検知手段１２６によってスタック１０７の出力電圧が１５Ｖ以上になったのを検知する（Ｓ２０３）と、リレー１２５をＯＦＦして（Ｓ２０６）、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の動作を完全に停止させる（Ｓ２０７）。
【００６６】
続いて、終了時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【００６７】
発電が停止してスタック１０７の出力電圧が徐々に低下して１３Ｖを下回ると、「小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧（１３Ｖ）＞スタック１０７の出力電圧（１３Ｖ以下）」の関係が成立するので、商用交流１０３を供給元として、直流電圧１２Ｖを発電ブロック１０５へ供給するように動作を自動的に切換える（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。
【００６８】
一方、終了時の大容量電源１１７は、スタック電圧検知手段１２６によってスタック１０７の出力電圧が１５Ｖ以下になったのを検知すると（Ｓ２０３）、制御手段１０９がリレー１２５をＯＮして大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２を動作させる（Ｓ２０４，Ｓ２０５）。
【００６９】
さらに電圧が低下し、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の動作可能下限電圧１３Ｖを下回ると（Ｓ２０８）、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４が停止する（Ｓ２１０）。すると、大容量切換え手段１２３は「大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の出力電圧（２３Ｖ）＞大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力電圧（０Ｖ）」の関係より、商用交流１０３を供給元として直流電圧２３Ｖを発電ブロック１０５へ供給するように自動的に動作が切換わる（Ｓ２１１，Ｓ２１３，Ｓ２１４）。
【００７０】
以上に示した各状態における電源ブロック１０６の電源供給について、発電ブロック１０５での必要な電力と、電源ブロック１０６より供給する電源の供給元が何かという観点でまとめたのが（表１）である。
【００７１】
【表１】
2009043530.tif 000003
【００７２】
燃料電池発電装置の４つの状態毎に、発電ブロック１０５についてはその時に必要な電力を、電源ブロック１０６については小容量電源１１６と大容量電源１１７のいずれが電源供給を行っているのか、またその供給元が商用交流１０３とスタック１０７のいずれなのか、動作しているコンバータはＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータのいずれなのかということを示している。
【００７３】
（表１）より、必要な電力が１０Ｗと小さい停止状態では小容量電源１１６のみで電源を供給している。図４は小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の電源効率特性グラフであり、図６は小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の電源効率特性グラフである。
【００７４】
図４、図６に示すように、実際に必要な電力である１０Ｗで電源効率が良くなるように設計するので、燃料電池発電装置１０１が停止状態で消費する電力を低減することができる。
【００７５】
具体的には、１０Ｗ時の電源効率が小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８が８０％、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９が８５％であるので、実際に商用交流１０３より消費する電力は１４．７Ｗ（＝１０Ｗ÷８０％÷８５％）である。
【００７６】
ここで、燃料電池発電装置１０１の４つの状態に対してひとつのＡＣ／ＤＣコンバータで電源供給した場合と比較してその効果を示す。
【００７７】
４つの状態に対して電源を供給するためには、４つの状態の内で最大の電力に合わせて電源を設計する必要がある。そのためには大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２を用いなければならない。図５は大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の電源効率特性グラフであり、起動、終了時に必要な電力１００Ｗで効率が良くなるように設計するので、１０Ｗ出力時の電源効率は６５％程度と低くなっている。これより、消費電力は１５．４Ｗ（＝１０Ｗ÷６５％）となる。
【００７８】
従って、本実施の形態の構成によれば、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２で４つの状態に対して電源供給を行う場合に比べ、停止時に０．７Ｗ（＝１５．４Ｗ−１４．７Ｗ）の消費電力の低減を行うことが可能となり、燃料電池発電装置１０１の総合効率を向上することができる。
【００７９】
また（表１）より、発電時には小容量電源１１６と大容量電源１１７の両方ともに、商用交流１０３ではなくスタック１０７で発電した直流電力を供給元として動作するので、スタック１０７の直流電力をインバータ１０８で交流に変換して商用交流１０３に供給し、その商用交流１０３として供給された電力をＡＣ／ＤＣコンバータで変換するものに比べて、効率よく燃料電池発電装置１０１の運転を行うことができる。
【００８０】
以下に図６、図７を用いて具体的に示す。ここで、図７は大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の電源効率特性グラフである。
【００８１】
小容量電源１１６については、図６より小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の電源効率が１０Ｗ時に８５％であるので、実際にスタック１０７で消費する電力は１１．８Ｗ（＝１０Ｗ÷８５％）となる。
【００８２】
大容量電源１１７についても同様に、図７より大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の電源効率が１００Ｗ時に８５％であるので、スタック１０７で消費する電力は１１７．６Ｗ（＝１００Ｗ÷８５％）となる。これより電源ブロック１０６としての消費電力は合計１２９．４Ｗ（＝１１．８Ｗ＋１１７．６Ｗ）となる。
【００８３】
これに対してインバータ１０８による交流変換とＡＣ／ＤＣコンバータによる変換を経た場合は、インバータ１０８の変換効率を９０％とすれば、小容量電源１１６については、図４より小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の電源効率が１０Ｗ時に８０％であるから、１３．９Ｗ（＝１０Ｗ÷９０％÷８０％）がスタック１０７での消費電力となる。
【００８４】
また大容量電源１１７についても同様に、図５より大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の電源効率が１００Ｗ時に８０％であるから、１３８．９Ｗ（＝１００Ｗ÷９０％÷８０％）がスタックでの消費電力となり、電源ブロック１０６として合計での消費電力は１５２．８Ｗ（＝１３．９Ｗ＋１３８．９Ｗ）となる。
【００８５】
従って本実施の形態の構成によれば、スタック１０７の発電電力をインバータ１０８で交流に変換して商用交流１０３に供給し、その商用交流１０３をＡＣ／ＤＣコンバータで変換するものに比べて、２３．４Ｗ（＝１５２．８Ｗ−１２９．４Ｗ）の消費電力の低減を行うことが可能となり、燃料電池発電装置１０１の総合効率を向上することができる。
【００８６】
また、（表１）より、小容量電源１１６は、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を介してスタック１０７の電力を供給元として発電ブロック１０５に電源供給を行っている時にも、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８は電力供給を行っていないが動作している状態である。そのため、燃料電池発電装置１０１に何らかの異常が発生し、スタック１０７の出力が急になくなった場合でも、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８へ自動的に切換わり、寸断なく発電ブロック１０５への電源が供給されるので、制御手段１０９が停止することがなく、燃料電池発電装置１０１の制御を安定して行うことができる。
【００８７】
また、（表１）より、停止時には大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２は出力を停止している。一般的にＡＣ／ＤＣコンバータは出力を遮断しても、入力がある場合にはアイドリング状態で動作している。ＡＣ／ＤＣコンバータが動作をすると、出力がほとんど０Ｗのアイドリング状態でも入力側ではある程度の電力を消費すると共に、その動作にともなう電流の歪を商用交流１０３に与えてしまう。しかしながら、本実施形態の構成によれば、商用交流１０３の接続を遮断するので、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２は停止し、電力の消費が完全になくなると同時に、電流の歪による商用交流への悪影響も排除することができる。
【００８８】
また、（表１）より、小容量電源１１６は、常に小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を介して一定の直流電圧１２Ｖを供給する。その結果、小容量電源１１６を作動用電源として動作する制御手段１０９やセンサ１１５の入力電圧範囲に対する条件が緩和されるので、制御手段１０９を構成する電子部品やセンサ１１５に対して汎用的で低コストの選定が可能となり、燃料電池発電装置１０１のコストを低減することができる。
【００８９】
（実施の形態２）
図８は本発明の第２の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図である。実施の形態１と同一構成のものについては同一符号を付し、説明を簡略化する。
【００９０】
実施の形態１と異なる点は、スタック１０７の出力がスタック出力遮断手段２０１を介して電源ブロック１０６へと入力されていることころである。スタック出力遮断手段２０１は第２のリレー２０２で実現されており、制御手段１０９でＯＮ／ＯＦＦ制御される。また、第２のリレー２０２は、ノーマルオープンタイプのリレーであり、制御手段１０９が動作していない時にはＯＦＦ、つまりスタック１０７の出力を遮断する。なお、スタック出力遮断手段２０１はＦＥＴやトランジスタ等のその他のスイッチ素子で構成しても良い。
【００９１】
燃料電池発電装置１０１としての動作は実施の形態１と同一であり、異なるのは電源ブロックに関する動作である。以下に、相違点について動作を説明する。
【００９２】
図９は小容量電源１１６の動作フローチャートであり、実施の形態１と異なるのはＳ３０１〜Ｓ３０４の部分である。発電以外のとき、すなわち起動、終了、停止時には第２のリレー２０２をＯＦＦして（Ｓ３０１、Ｓ３０４）、スタック１０７の接続を遮断する。また、発電時にはスタック１０７の出力電圧をスタック電圧検知手段１２６で測定しながら（Ｓ３０２）、電圧が１３Ｖ以上になるとスタック１０７と接続する（Ｓ３０３）。
【００９３】
図１０は大容量電源１１７の動作フローチャートであり、実施の形態１と異なるのはＳ４０１〜Ｓ４０３の部分である。
【００９４】
発電以外のとき、すなわち起動、終了、停止時には第２のリレー２０２をＯＦＦして（Ｓ４０１、Ｓ４０４）、スタック１０７の接続を遮断する。また、発電時にはスタック１０７の出力をスタック電圧検知手段１２６で測定しながら（Ｓ４０２）、電圧が１３Ｖ以上になるとスタック１０７と接続する（Ｓ４０３）。
【００９５】
これにより、スタック１０７より発電出力が無い時には、スタック１０７の出力端子が開放状態となり、出力端より電流が流れることを確実に防ぐことができるので、スタック１０７の劣化を防止することができる。また、スタック１０７を接続する際に、スタック電圧検知手段１２６で出力電圧が十分に安定したのを確認した後にスタックを接続することができるので、電源の供給元切換え動作を安定的に行うことができる。
【００９６】
（実施の形態３）
図１１は本発明の第３の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図である。実施の形態１と同一構成のものについては同一符号を付し、説明を簡略化する。実施の形態１と異なる点は、小容量切換え手段３０１と大容量切換え手段３０２をフォトカプラで構成し、商用交流遮断手段１２１と小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９を省いた点と、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７と大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８の出力電圧を共に２４Ｖとした点である。
【００９７】
小容量切換え手段３０１は商用交流１０３側であるＡＣ／ＤＣコンバータ１１８を接続／切断する第１のフォトカプラ３０３と、スタック１０７用の第２のフォトカプラ３０４から構成されている。大容量切換え手段３０２も同様に、商用交流１０３側であるＡＣ／ＤＣコンバータ３０７用の第３のフォトカプラと、スタック１０７側である大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８用の第４のフォトカプラで構成される。
【００９８】
また、各フォトカプラ３０３，３０４，３０５，３０６は、制御手段１０９により、燃料電池発電装置１０１の状態およびスタック電圧検知手段１２６の測定値に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される。なお、小容量切換え手段３０１および大容量切換え手段３０２はフォトカプラ以外の半導体素子、例えばＦＥＴ等で構成しても良い。
【００９９】
燃料電池発電装置１０１としての動作は実施の形態１と同一であり、異なるのは電源ブロックに関する動作である。以下に、図１２、１３を用いて動作を説明する。図１２は小容量電源１１６の動作フローチャートであり、図１３は大容量電源１１７の動作フローチャートである。
【０１００】
まず、停止時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【０１０１】
商用交流１０３は小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８で直流電圧１３Ｖに変換されて（Ｓ５０２）、小容量切換え手段１２０に入力される。また、発電が行われていないのでスタック１０７の出力はない。この時、制御手段１０９は第１のフォトカプラ３０３をＯＮして（Ｓ５０８）、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧を発電ブロック１０５へ供給する（Ｓ５０９）。また、この時、第２のフォトカプラ３０４がＯＦＦしているので（Ｓ５０８）、電圧の高い小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力から、電圧の低いスタック１０７の出力へ電流が流れ込むのを防止することができる。
【０１０２】
停止時の大容量電源１１７も同様に、商用交流１０３は大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７で直流電圧２４Ｖに変換されて（Ｓ６０２）、大容量切換え手段１２３に入力される。しかし、停止時には、第３のフォトカプラ３０５と第４のフォトカプラ３０６は共にＯＦＦしている（Ｓ６０７，Ｓ６０８）ので、発電ブロック１０５への電源供給は行われない（Ｓ６０９）。
【０１０３】
続いて、起動時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【０１０４】
停止時と同様に第１のフォトカプラ３０３をＯＮして（Ｓ５０８）、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の直流出力電圧１２Ｖを発電ブロック１０５へ継続して供給し続ける（Ｓ５０９）。
【０１０５】
一方、大容量電源１１７は起動時には第３のフォトカプラ３０５がＯＮされるので（Ｓ６１０，Ｓ６１２）、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７の直流出力電圧が発電ブロック１０５へと供給される（Ｓ６１３）。
【０１０６】
また、この時、第４のフォトカプラ３０６がＯＦＦしている（Ｓ６１２）ので、電圧の高い大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７の出力から、電圧の低い大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８の出力へ電流が流れ込むのを防止することができる。
【０１０７】
続いて、発電時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【０１０８】
発電が行われスタック１０７からの出力電圧が上昇し、１４Ｖ以上になったのをスタック電圧検知手段１２６によって検知すると（Ｓ５０４，Ｓ５０５）、第１のフォトカプラ３０３をＯＦＦ、第２のフォトカプラ３０４をＯＮして（Ｓ５０６）、スタック１０７の出力電圧を発電ブロック１０５へ供給するように動作を切換える（Ｓ５０７）。
【０１０９】
また、燃料電池発電装置１０１に何らかの異常が発生して、スタック１０７の出力電圧が１４Ｖを下回ったのをスタック電圧検知手段１２６が検出すると（Ｓ５０５）、第１のフォトカプラ３０３をＯＮ、第２のフォトカプラ３０４をＯＦＦして（Ｓ５０８）、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８より発電ブロック１０５へ電源供給を行うように動作を切換える（Ｓ５０９）。
【０１１０】
一方、発電時の大容量電源１１７は、スタック１０７の出力電圧が上昇し、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８の動作可能下限電圧である１３Ｖを上回ると（Ｓ６０４）、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８が動作して、直流電圧２４Ｖを出力する（Ｓ６０５）。
【０１１１】
さらに、電圧が上昇しスタック電圧検知手段１２６によって１４Ｖを上回ったのが検知されると（Ｓ６１１）、第４のフォトカプラ３０６が制御手段１０９によってＯＮされ（Ｓ６１４）、スタック１０７の出力電圧を供給元として直流電圧２４Ｖを発電ブロック１０５へ供給するように動作を切換える（Ｓ６１５）。
【０１１２】
また、燃料電池発電装置１０１に何らかの異常が発生して、スタック１０７の出力電圧が１４Ｖを下回ったのをスタック電圧検知手段１２６が検出すると（Ｓ６１１）、第３のフォトカプラ３０５をＯＮ、第４のフォトカプラ３０６をＯＦＦして（Ｓ６１２）、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７より発電ブロック１０５へ電源供給を行うように動作を切換える（Ｓ６１３）。
【０１１３】
続いて、終了時の小容量電源１１６の動作を説明する。
【０１１４】
停止、起動と同様に第１のフォトカプラ３０３をＯＮ、第２のフォトカプラ３０４をＯＦＦして（Ｓ５０８）、商用交流１０３を供給元として小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧を発電ブロック１０５へ供給するように動作を切換える（Ｓ５０９）。
【０１１５】
一方、終了時の大容量電源１１７も、起動時と同様に第３のフォトカプラ３０５をＯＮし、第４のフォトカプラ３０６をＯＦＦして（Ｓ６１２）、商用交流１０３を供給元として大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７の出力電圧を発電ブロック１０５へ供給するように動作を切換える（Ｓ６１３）。
【０１１６】
以上に示した各状態における電源ブロック１０６の電源供給について、発電ブロック１０５での必要な電力と、電源ブロック１０６より供給する電源の供給元が何かという観点でまとめたのが（表２）である。
【０１１７】
【表２】
2009043530.tif 000004
【０１１８】
（表２）において、実施の形態１と異なるのは、まず一つ目として、停止時と発電時に大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７が出力停止中もアイドリング状態で動作している点である。それによって大容量電源１１７は、発電中に燃料電池発電装置１０１に何らかの異常が発生し、スタック１０７の出力が急になくなった場合でも、すぐに大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ３０７の出力側に切換えて電源供給を継続することが可能となる。
【０１１９】
その結果、制御手段１０９のみならず、アクチュエータ１１４やセンサ１１５の駆動電源も寸断なく供給されるので、燃料電池発電装置１０１の発電を維持することができる。
【０１２０】
二つ目として、小容量電源１１６が発電時には、スタック１０７の出力電圧を直接発電ブロック１０５へ供給している点である。そのため、スタック１０７の直流電力をインバータ１０８で交流に変換して商用交流１０３に供給し、その商用交流１０３として供給された電力をＡＣ／ＤＣコンバータで変換するものに比べて、効率よく燃料電池発電装置１０１の運転を行うことができる。
【０１２１】
以下に具体的に示す。
【０１２２】
本実施の形態では、スタック１０７の直流出力を直接供給するので、発電ブロック１０５に１０Ｗ供給すると、スタック１０７で消費する電力も１０Ｗである。これに対してインバータ１０８による交流変換とＡＣ／ＤＣコンバータによる変換を経た場合は、インバータ１０８の変換効率を９０％とすれば、図４より小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の電源効率が１０Ｗ時に８０％であるから、１３．９Ｗ（＝１０Ｗ÷９０％÷８０％）がスタックでの消費電力となる。
【０１２３】
従って本実施の形態の構成によれば、スタック１０７の発電電力をインバータ１０８で交流に変換して商用交流１０３に供給し、その商用交流１０３として供給された電力をＡＣ／ＤＣコンバータで変換するものに比べて、３．９Ｗ（＝１３．９Ｗ−１０Ｗ）の消費電力の低減を行うことが可能となり、燃料電池発電装置１０１の総合効率を向上することができる。
【０１２４】
三つ目として、大容量電源１１７の出力電圧が常に２４Ｖである点である。その結果、大容量電源１１７を作動電源として動作するセンサ１１５、アクチュエータ１１４の入力電圧範囲に対する条件が緩和されるので、センサ１１５、アクチュエータ１１４として汎用的で低コストの選定が可能となり、燃料電池発電装置のコストを低減することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、小容量切換え手段３０１および大容量切換え手段３０２はフォトカプラで構成したが、実施の形態１と同一のダイオードＯＲ回路で構成してもよい。このときの燃料電池発電装置の第２の構成図を図１４に示す。ここで大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２と大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力電圧は、それぞれ実施の形態１と同様に２３Ｖと２５Ｖとする。この第２の構成によれば、小容量切換え手段１２０と大容量切換え手段１２３は、実施の形態１で示したように商用交流１０３とスタック１０７の供給元の切換えを自動で行うので、スタック電圧検知手段１２６が不要となっており、燃料電池発電装置１０１の生産コストを削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上のように、本発明にかかる燃料電池発電装置は、必要な電力が小さい停止時には小容量電源のみを用いて、必要な電力が大きい起動、発電、終了時には小容量電源と大容量電源を用いて作動用電源の供給を行うので、小容量電源および大容量電源の電源効率を容量に応じて最適化することができ、この結果消費電力の低減および総合効率の向上が可能となるので、作動状態による消費電力が大きく異なりかつ常時通電が必要な装置の電源としても適用できる。また、発電時にはスタックで発電した直流電力を供給元として作動用電源を供給し、電力変換時のロスを抑え、総合効率を向上させることが可能となるので、エンジン発電装置や太陽光発電装置などの家庭用発電装置全般にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の小容量電源の動作フローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の大容量電源の動作フローチャート
【図４】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の小容量ＡＣ／ＤＣコンバータの電源効率特性グラフ
【図５】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の大容量ＡＣ／ＤＣコンバータの電源効率特性グラフ
【図６】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の小容量ＤＣ／ＤＣコンバータの電源効率特性グラフ
【図７】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の大容量ＤＣ／ＤＣコンバータの電源効率特性グラフ
【図８】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の構成図
【図９】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の小容量電源の動作フローチャート
【図１０】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の大容量電源の動作フローチャート
【図１１】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の小容量電源の動作フローチャート
【図１３】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の大容量電源の動作フローチャート
【図１４】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の第２の構成図
【図１５】従来の燃料電池発電装置の構成図
【符号の説明】
【０１２８】
１０１    燃料電池発電装置
１０３    商用交流
１０７    スタック
１０８    インバータ
１０９    制御手段
１１０    水素生成器
１１４    アクチュエータ
１１５    センサ
１１６    小容量電源
１１７    大容量電源
１１８    小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ
１１９    小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２０    小容量切換え手段
１２１    商用交流遮断手段
１２２    大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２３    大容量切換え手段
１２４    大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２６    スタック電圧検知手段
３０１    小容量切換え手段
３０２    大容量切換え手段
３０７    大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ
３０８    大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
2009043530.tif 000005
【図２】
2009043530.tif 000006
【図３】
2009043530.tif 000007
【図４】
2009043530.tif 000008
【図５】
2009043530.tif 000009
【図６】
2009043530.tif 000010
【図７】
2009043530.tif 000011
【図８】
2009043530.tif 000012
【図９】
2009043530.tif 000013
【図１０】
2009043530.tif 000014
【図１１】
2009043530.tif 000015
【図１２】
2009043530.tif 000016
【図１３】
2009043530.tif 000017
【図１４】
2009043530.tif 000018
【図１５】
2009043530.tif 000019