特許ウォッチ

公開番号2024086124
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-27
出願番号2022201085
出願日2022-12-16
発明の名称電源装置
出願人オリオン機械株式会社
代理人個人
主分類H02J 3/38 20060101AFI20240620BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】外部の電源装置が存在しない環境下においても、発電をして負荷に電力を供給可能とする。
【解決手段】蓄電部4を備え、制御部(主制御部9、発電制御部14および充放電制御部22)が、「供給開始条件」が満たされたときに、蓄電部4から電源装置1の構成要素に対する電力の供給を開始させると共に、ヒーター3による発電用セル11の加熱を開始させ、「第1の条件」が満たされたときに、燃料電池発電部2による発電量を徐々に増加させ、「第2の条件」が満たされたときに、蓄電部4から電源装置1の構成要素に対する電力の供給を終了させ、「第3の条件」が満たされたときに、ヒーター3による発電用セル11の加熱を終了させ、「供給終了条件」が満たされたときに、電源装置1から負荷への電力の供給を終了させると共に、燃料電池発電部2によって発電された電力を蓄電部4に蓄電させ、予め規定された電力が蓄電されたときに、発電を終了させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
発電用セルを備えた燃料電池発電部と、
前記発電用セルを加熱する加熱部と、
前記燃料電池発電部によって発電された電力を蓄電可能な蓄電部と、
前記燃料電池発電部による発電、前記加熱部による前記発電用セルの加熱、および前記蓄電部による蓄電を制御する制御部とを備え、接続された負荷に対して電力を供給可能に構成された電源装置であって、
前記制御部は、
前記燃料電池発電部による発電が行われていない状態において当該電源装置から前記負荷に対する電力の供給を開始する予め規定された供給開始条件が満たされたときに、前記蓄電部から当該電源装置の構成要素に対する電力の供給を開始させると共に、前記加熱部による前記発電用セルの加熱を開始させ、前記燃料電池発電部によって予め規定された第１の発電量の発電が可能となる第１の条件が満たされたときに、当該燃料電池発電部による発電量を徐々に増加させ、前記燃料電池発電部による発電量が前記第１の発電量よりも多量の予め規定された第２の発電量となる第２の条件が満たされたときに、前記蓄電部から当該電源装置の構成要素に対する電力の供給を終了させ、前記燃料電池発電部によって前記第１の発電量よりも多量の予め規定された第３の発電量の発電が可能となる第３の条件が満たされたときに、前記加熱部による前記発電用セルの加熱を終了させ、
当該電源装置から前記負荷に対する電力の供給を終了する予め規定された供給終了条件が満たされたときに、当該電源装置から前記負荷への電力の供給を終了させると共に、前記燃料電池発電部によって発電された電力を前記蓄電部に蓄電させ、当該蓄電部に予め規定された蓄電量の電力が蓄電されたときに、当該燃料電池発電部による発電を終了させる電源装置。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記燃料電池発電部による発電量が前記第２の発電量よりも多量の予め規定された第４の発電量を超え、かつ前記負荷に対して供給している電力量が当該第４の発電量を下回る状態において予め規定された蓄電開始条件が満たされたときに、当該燃料電池発電部によって発電された電力を前記蓄電部に蓄電させる請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記予め規定された供給開始条件が満たされたときに、前記蓄電部から前記負荷に対する電力の供給を開始させると共に、前記第１の条件が満たされたときに、前記蓄電部から前記負荷への電力の供給量を徐々に減少させ、前記第２の条件が満たされたときに、前記蓄電部から前記負荷に対する電力の供給を終了させる請求項１または２記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記燃料電池発電部による発電量が前記負荷に供給すべき電力量を下回る状態において予め規定された放電開始条件が満たされたときに、当該燃料電池発電部によって発電された電力を当該負荷に供給させつつ、前記蓄電部から当該負荷に電力を供給させる請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記負荷に電力を供給している商用交流が遮断されたときに、前記供給開始条件が満たされたと判別する請求項１または２記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記負荷に対する前記商用交流からの電力の供給が再開されたときに、前記供給終了条件が満たされたと判別する請求項５記載の電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電部を備えて負荷に対して電力を供給可能に構成された電源装置に関するものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
この種の電源装置として、下記の特許文献には、燃料電池発電ユニットパッケージ（燃料電池発電ユニット）の形態で一般家庭などに設置可能に構成された燃料電池発電システム（以下、「発電ユニット」ともいう）が開示されている。
【０００３】
この発電ユニットは、家庭用電気機器などの電力負荷が接続された商用系統（商用交流）に接続されると共に、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電した直流の電力を交流に変換して出力可能に構成されている。また、この発電ユニットには、貯湯ユニット用コンセントが設けられて貯湯ユニットを接続可能に構成されており、商用系統の消失時（停電時）に、貯湯ユニットに対して電力を継続して供給することができるように構成されている。具体的には、この発電ユニットは、上記のように直流の電力を発生する燃料電池本体を備えると共に、燃料電池本体において発生した直流の電力を昇圧器によって昇圧した後にインバータによって交流に変換することで、貯湯ユニット等の負荷に対して商用系統と同様の交流の電力を供給することができるように構成されている。
【０００４】
また、この発電ユニットは、各種センサの検知結果、ディップスイッチの設定内容（操作状態）、および切替えスイッチの操作に応じて、商用系統からの電力を負荷に対して供給する系統連系運転（通常運転）、および燃料電池本体において発電した電力を負荷に対して供給する系統独立運転（非常時運転）の２つの運転モードのうちのいずれかに切り替える運転制御機能を有している。これにより、この発電ユニットでは、系統連系運転中に停電が発生して商用系統からの電力供給が停止したときに、運転制御機能によって系統独立運転に切り替わって貯湯ユニット等に対する電力の供給を継続することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－１４３３４３号公報（第５－１２頁、第１－７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献に開示の発電ユニット（電源装置）には、以下のような解決すべき問題点が存在する。
【０００７】
すなわち、上記特許文献に開示の発電ユニットは、系統連系運転（通常運転）時に商用系統（商用交流）から得た電力を貯湯ユニット等の負荷に対して供給すると共に、停電などで商用交流から電力を得られなくなったときに系統独立運転（非常時運転）に切り替わって燃料電池本体において発電した電力を負荷に対して供給する構成が採用されている。つまり、上記特許文献に開示の発電ユニットは、燃料電池本体において発電をする系統独立運転に切り替わる前に、発電ユニットの各構成要素を動作させる電力を商用交流から得ることが可能な環境下での使用することを想定して構成されている。
【０００８】
この場合、この種の電源装置は、停電が発生してからある程度の時間が経過している状態において装置を起動させて負荷に対して電力を供給したり、商用交流に接続するのが困難な場所で装置を起動させて負荷に対して電力を供給したりするといった用途で使用されることがある。また、この種の電源装置に搭載された燃料電池発電部では、発電を行う際に、発電に適した温度まで発電用セル等を加熱する必要がある。例えば、上記特許文献に開示の発電ユニットにおいても、商用交流やインバータからの電力を用いて発電ユニットの構成要素を加熱するＦＰＳヒータ、および余剰電力を用いて発電ユニットの構成要素を加熱する余剰電力ヒータを備えて構成されている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献に開示の発電ユニットでは、商用交流から電力を得られない環境下においてＦＰＳヒータによって発電ユニットを加熱することができないため、負荷において必要とされる電力を燃料電池発電部によって発電することが可能な状態となるまでに非常に長い時間を要する（或いは、停止状態から発電可能な状態に移行できない）という現状がある。したがって、上記特許文献に開示の発電ユニットでは、明細書の「発明を実施するための形態」に明示されているように、商用系統の接続部に汎用ポータブル発電機などの外部電電を接続し、外部電源から得た電力を使用して各構成要素（上記ヒータを含む）を動作させる構成が採用されている。
【００１０】
このため、上記特許文献に開示の発電ユニットでは、停電が発生してからある程度の時間が経過している状態（商用交流からの電力を使用して加熱していた発電ユニットが温度低下している状態）や、商用交流に接続するのが困難な場所で使用するときに、電源装置である自身を起動させるための外部の電源装置が必要となっており、その利便性が低いという課題が存在する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許