JP2011159523A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池発電装置の制御用電源供給用のＤＣ／ＤＣコンバータの故障を検出する。
【解決手段】商用電源１６の交流電力を制御用電源に適した直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ２と、スタック６が発電した直流電力を制御用電源に適した直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３のどちらか一方の出力を制御用電源として選択する電源切換え手段４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力状態を監視する電源故障検出手段５と、電源と発電の制御を行うと共に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障の有無を判断する制御手段９とを有し、制御手段９は、発電時に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断しても発電を継続し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断した場合には、報知手段５１に故障している旨を報知させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スタックが発電した直流電力を交流電力に変換して商用電源に連系する燃料電池発電装置に関し、詳しく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。

従来、この種の燃料電池発電装置は、発電時の発電効率を向上するため、発電時は燃料電池（スタック）の直流出力電力を所定の電圧に変換し、燃料電池発電装置内の制御回路やアクチュエータやセンサの電源供給を行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、更に発電効率を向上させる方法として、発電装置内に小容量電源、大容量電源の２種類を設け、発電時と非発電時で電源供給を切換えるものがある（例えば、特許文献２参照）。

以下、特許文献２に開示された従来の燃料電池発電装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、特許文献２に開示された従来の燃料電池発電装置の構成を示すものである。

図７に示すように、従来の燃料電池発電装置１０１は、家庭内に設置されている分電盤１０２を介して商用電源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。また、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に貯える排熱回収手段１１３で構成されている。

また、水素生成器１１０、送風機１１１、排熱回収手段１１３は、ガスや水の流路を切換える弁や、水素生成器１１０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。

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、商用電源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。

小容量電源１１６は、燃料電池発電装置１０１に入力された商用電源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、また、スタック１０７の出力電圧を小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９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。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と小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９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に電力を供給する。

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、ここでは、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。例えば、小容量電源１１６の電源容量は１０Ｗ、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧は１２Ｖ、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力電圧は１４Ｖである。

一方、大容量電源１１７は、商用電源１０３が商用電源遮断手段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。

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、ここでは、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。例えば、大容量電源１１７の電源容量は１００Ｗ、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の出力電圧は２３Ｖ、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力電圧は２５Ｖである。

また、商用電源遮断手段１２１はリレーで実現しており、制御手段１０９でＯＮ／ＯＦＦ制御される。また、商用電源遮断手段１２１のリレーは、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、つまり商用電源１０３を遮断する。

以上のように構成された従来の燃料電池発電装置１０１において、以下その動作、作用を説明する。

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。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。

まず、起動について説明をする。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。

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。

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には排熱回収手段１１３に接続された冷却水の循環経路が構成されている。排熱回収手段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に温水として貯える。

続いて、終了について説明する。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。

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。

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の電力は商用電源１０３から供給されて動作することになる。

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。

燃料電池発電装置１０１が設置されると、分電盤１０２を介して商用電源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、商用電源遮断手段１２１のリレー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に入力された商用電源１０３の交流電力は、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の前で遮断されている。

一方、小容量電源１１６に入力された商用電源１０３の交流電力は、小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８により直流電圧１２Ｖへ変換され、小容量切換え手段１２０を介して発電ブロック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。

まず、停止時の小容量電源１１６の動作を説明する。商用電源１０３の交流電力は小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８で直流電圧１２Ｖに変換されて、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の出力はなく、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９は動作しない。その結果、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（１２Ｖ）＞小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力電圧（０Ｖ）」の関係が成立する。

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、商用電源１０３を供給元として小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８より直流電圧１２Ｖが、発電ブロック１０５へと供給される。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、電圧の低い小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９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。

一方、停止時の大容量電源１１７は、制御手段１０９により商用電源遮断手段１２１のリレーがＯＦＦされて商用電源１０３の交流電力が遮断されているので、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２が停止している。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。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。

続いて、起動時の小容量電源１１６の動作を説明する。停止時と同様にスタック１０７からの入力が無いため、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。

一方、大容量電源１１７は起動時に商用電源遮断手段１２１のリレーがＯＮされるので、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。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、商用電源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。

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。

続いて、発電時の小容量電源１１６の動作を説明する。発電が行われスタック１０７からの出力電圧が上昇し、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の動作可能下限電圧である１３Ｖを上回ると、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９が動作して、直流電圧１４Ｖを出力する。

すると、小容量切換え手段１２０は「小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧（１２Ｖ）＜小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力電圧（１４Ｖ）」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１４Ｖ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。

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。

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。

また、制御手段１０９は、スタック１０７の出力電圧が１５Ｖ以上になったのを検知すると、商用電源遮断手段１２１のリレーをＯＦＦして、大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の動作を完全に停止させる。

続いて、終了時の小容量電源１１６の動作を説明する。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小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力電圧の動作可能下限電圧１３Ｖを下回ると、小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９が停止する。

すると、小容量切換え手段１２０は「小容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８の出力電圧（１２Ｖ）＞小容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力電圧（０Ｖ）」の関係より、商用電源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。

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、制御手段１０９が商用電源遮断手段１２１のリレーをＯＮして大容量ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２を動作させる。

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、大容量ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４が停止する。

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、商用電源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。

このように、特許文献２に開示された従来の燃料電池発電装置１０１では、発電時と停止時とで電源を大容量電源１１７と小容量電源１１６に切換えて運転することで、燃料電池発電装置１０１の運転効率を向上させることができる。

特開２００３−１９７２３４号公報 特開２００９−４３５２９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、燃料電池発電装置１０１が発電状態の時にＤＣ／ＤＣコンバータ１１９，１２４が故障した場合でも、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１８，１２２側から電源供給が可能であるので、インバータ１０８を経由して電源供給する分だけ燃料電池発電装置１０１の運転効率が低下するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ側から電源供給されロスの少ない構成でシステムが運転しているかどうか確認できる燃料電池発電装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池発電装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を監視する電源故障検出手段を設けて、燃料電池発電装置の電源と発電の制御を行う制御手段が、前記電源故障検出手段の出力結果から前記ＤＣ／ＤＣコンバータの故障の有無を判断するように構成したのである。

これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を監視して制御手段に出力する電源故障検出手段を備えることにより、燃料電池発電装置の電源と発電の制御を行う制御手段は、発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ側から電源供給されているかどうかを検出することができる。

つまり、制御手段は、水素生成器またはインバータの少なくとも一部の構成要素である制御回路やアクチュエータやセンサの電源を、スタック→インバータ→ＡＣ／ＤＣコンバータの経路ではなく、効率のよい、スタック→ＤＣ／ＤＣコンバータの経路で供給しているかどうかを確認しながら燃料電池発電装置を運転することができる。

本発明の燃料電池発電装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を監視して制御手段に出力する電源故障検出手段を備えることにより、回路故障等で効率の悪い電源構成でシステムが運転していることを検出することができる。

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 同実施の形態の燃料電池発電装置の電源異常発生時の動作を示すフローチャート 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 同実施の形態の燃料電池発電装置に用いる報知手段の例を示す正面図 同実施の形態の燃料電池発電装置の電源異常発生時の動作を示すフローチャート 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 従来の燃料電池発電装置を示す構成図

第１の発明は、炭化水素系の原料ガス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、前記水素生成器により生成された前記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、前記スタックが発電した直流電力を商用電源に連系可能な交流電力に変換して家庭内負荷に交流電力を供給するインバータと、前記商用電源の交流電力を前記水素生成器または前記インバータの少なくとも一部の構成要素に電力供給するための制御用電源に適した第一の所定の電圧の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックが発電した直流電力を前記制御用電源に適した第二の所定の電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力の状態に応じて前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータのどちらか一方の出力を制御用電源として選択する電源切換え手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を監視する電源故障検出手段と、電源と発電の制御を行うと共に前記電源故障検出手段の出力結果から前記ＤＣ／ＤＣコンバータの故障の有無を判断する制御手段とを有する燃料電池発電装置である。

上記構成の燃料電池発電装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を監視して制御手段に出力する電源故障検出手段を備えることにより、燃料電池発電装置の電源と発電の制御を行う制御手段は、発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ側から電源供給されているかどうかを検出することができる。

つまり、制御手段は、水素生成器またはインバータの少なくとも一部の構成要素である制御回路やアクチュエータやセンサの電源を、スタック→インバータ→ＡＣ／ＤＣコンバータの経路ではなく、効率のよい、スタック→ＤＣ／ＤＣコンバータの経路で供給しているかどうかを確認しながら燃料電池発電装置を運転することができる。

第２の発明は、特に第１の発明における制御手段が、発電時に電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断しても、発電を継続するものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータの故障により、制御回路やアクチュエータやセンサの電源が、スタック→インバータ→ＡＣ／ＤＣコンバータの経路で電源供給している場合でも、直ちにシステムを停止することなく発電を継続させた方が、商用電源から電源を供給するよりも発電を継続した方がエネルギー変換効率はよいので、環境にかかる負荷が少ない。また、発電を継続する方が利用者にとってもエネルギー利用コストを低く抑えることができる装置を提供することができる。

第３の発明は、特に第２の発明に加えて、利用者に報知する報知手段を有し、制御手段が、ＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断した場合に、前記報知手段に故障している旨を報知させるものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータの故障により、制御回路やアクチュエータやセンサの電源が、スタック→インバータ→ＡＣ／ＤＣコンバータの経路で電源供給している場合でも、直ちにシステムを停止することなく発電を継続させた方がエネルギー利用効率は高いが、利用者にとってみると製品を十分な能力で使っていないことに変わりはない。

よって、発電を継続しつつ、報知手段にＤＣ／ＤＣコンバータが故障している旨を報知することにより、利用者は製造元やメンテ会社に連絡し修理を依頼するといった対応をとることが可能になる。

第４の発明は、特に第１から第３の発明における電源故障検出手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を監視し、制御手段が、前記電源故障検出手段が検出した前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に異常がある場合に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断するものである。

制御手段が電圧を計測できるＡＤ変換器を有しているような場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を直接計測することができるので、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータの異常を検出する機能を実現することができる。

また、制御手段で直接ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を計測することができない場合でも、電源故障検出手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を抵抗分圧したり、コンパレータで比較するだけで異常を検出することができるので、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータの異常を検出する機能を実現することができる。

第５の発明は、特に第１から第３の発明における電源故障検出手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を監視し、制御手段が、前記電源故障検出手段が検出した前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流に異常がある場合に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断するものである。

電源故障検出手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を監視する構成とすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障を検出することに加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に接続される回路やアクチュエータの故障による過電流異常も検出することができる機能を付加することができる。

第６の発明は、特に第１から第５の発明において、ＡＣ／ＤＣコンバータは前記ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力を切断する遮断手段を介して商用電源に接続され、制御手段が、発電時に電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが正常であると判断した場合は前記遮断手段により前記ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力を切断し、発電時に前記電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断した場合は前記遮断手段を閉じて前記ＡＣ／ＤＣコンバータに前記商用電源の交流電力を入力するものである。

ＡＣ／ＤＣコンバータの入力側に遮断手段を備えて、発電時に電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが正常であると判断した場合はＡＣ／ＤＣコンバータの入力側を遮断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータのアイドリング電流の消費を防止しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータに故障が発生した際は発電中もＡＣ／ＤＣコンバータ側から電源供給を行うことができるシステムを実現することができる。

第７の発明は、特に第１から第６の発明において、第二の所定の電圧は第一の所定の電圧より高く、電源切換え手段はＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータのどちらか出力電力が高い方の出力を制御用電源として選択するものであり、電源切換え手段をダイオードのＯＲ回路のような簡単な構成で実現することができる。

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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１としての燃料電池発電装置の構成図である。

図１に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置１は、家庭内に設置されている分電盤１４を介して商用電源１６と接続されている。また、分電盤１６と燃料電池発電装置１の間には、家庭内のエアコン、冷蔵庫、テレビ等の家庭内負荷１５が接続されている。

家庭内負荷１５は、燃料電池発電装置１が発電していないときは、商用電源１６から電源供給を受け、発電しているときは、燃料電池発電装置１から電源供給を受け、燃料電池発電装置１からの電源供給の不足分を、商用電源１６から供給を受ける。

また、図１に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置１は、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６と、スタック６が発電した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ８と、燃料電池発電装置１の起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段９と、原料（例えば天然ガスなど）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７と、酸化剤ガスである空気をスタック６に供給するためのブロア送風機１１と、燃料電池発電装置１が発電する際に発生した熱を回収する排熱回収手段１０と、スタック６が発電していないときに、制御手段９や水素生成器７や送風機１１などに、制御用電源や駆動用電源などを供給するＡＣ／ＤＣコンバータ２と、スタック６が発電しているときに、制御手段９や水素生成器７や送風機１１などに、制御用電源や駆動用電源などを供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、制御手段９や水素生成器７や送風機１１などの電源の給電元をＡＣ／ＤＣコンバータ２またはＤＣ／ＤＣコンバータ３のどちらかに切換える電源切換え手段４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障検出を行う電源故障検出手段５を有している。

また、水素生成器７や排熱回収手段１０は、ガスや水の流路を切換えるアクチュエータ１３や、水素生成器７の温度を昇温させるヒーターなどのアクチュエータ１３、ガスや水の流量や、水素生成器７やガスや水の流路の温度を計測するセンサ１２から構成されている。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置１は、排熱回収手段１０により回収されたお湯を貯えておく貯湯槽１４と接続されている。

電源故障検出手段５は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３の電圧を監視する場合と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流を監視する方法が考えられる。

電圧を監視する方法としては、例えば、ＡＤコンバータがあげられる。ＡＤコンバータによりＤＣ／ＤＣコンバータ３の電圧を計測し、所定の電圧以下であるならばＤＣ／ＤＣコンバータ３は故障であると判断する。

この他の方法としては、コンパレータを用いる方法が考えられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電圧と、あらかじめ設定しておく異常検出電圧の設定電圧を比較し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電圧が設定電圧以下である場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は故障であると判断する。

電流を監視する方法としては、例えば電流センサやシャント抵抗による電流計測があげられる。電流センサによりＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流が所定の電流以下であるならばＤＣ／ＤＣコンバータ３は故障であると判断する。

このように、電源故障を検出する方法としては様々な方法があるが、電圧で検出する場合、電流で検出する場合、又は他の方法で検出する場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の異常を検出することができる方法であれば、発明の効果は変わらない。

次に、燃料電池発電装置１の電源構成について図１を用いて説明する。

燃料電池発電装置１は、家庭内で発電を行うことで、電力会社からの送電ロスを低減し以下に効率よく発電および排熱回収を行うか、ということが基本機能として求められる。よって、燃料電池発電装置１の電源構成においても、可能な限りロスを低減させるような構成をとることが重要である。

図１において、燃料電池発電装置１が発電していないときは、排熱回収手段１０や水素生成器７のアクチュエータ１３やセンサ１２や、それらを駆動するための駆動回路などの電源は、商用電源１６からＡＣ／ＤＣコンバータ２により電圧変換を行って供給するしかない。

一方、燃料電池発電装置１が発電している時は、排熱回収手段１０や水素生成器７のアクチュエータ１３やセンサ１２や、それらを駆動するための駆動回路などの電源は、スタック６から供給される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３により作る方が、一旦インバータ８を介して交流電力に変換してからＡＣ／ＤＣコンバータ２により作るよりも、少なくともインバータ８の変換効率の分ロスを少なくすることができる。

よって、燃料電池発電装置１の場合、発電を開始すると燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、スタック６から供給される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３により所定の電圧に変換し供給する構成をとることが多い。

このとき、発電時と非発電時の電源供給経路をＡＣ／ＤＣコンバータ２側からか、ＤＣ／ＤＣコンバータ３側からかを切換える手段の一つとして、ダイオードオアによる構成が考えられる。ダイオードオアによる構成の利点として、マイコンや他の回路による制御をしなくても、ダイオードのアノード側の２つの入力のうち、電圧の高い方からのみしか電流が流れないということがあげられる。

つまり、発電が始まったらＤＣ／ＤＣコンバータ３側から電源供給したい場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧より高く設定しておくことで、その機能を実現することができるので、電源供給の切換え回路にはよく用いられる手段である。

このように、非常に簡単な回路構成であるため、燃料電池発電装置１においても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を高く設定しておくことで、発電しているときはＤＣ／ＤＣコンバータ３側から、燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源を供給する構成を取ることがある。

例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が１２Ｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が１５Ｖという電源構成である燃料電池発電装置１の動作について図１を用いて説明する。

図１に示すような１において、燃焼電池発電装置１が発電していない場合は、スタック６は直流電力を供給できない状態であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は動作せず、出力電圧は０Ｖである。一方、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は１２Ｖであるから、燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２側から供給される。

このとき、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が何らかの異常で電圧が出力できない状態になった場合、燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のいずれからも電源供給ができない状態であるため、燃料電池発電装置１は動作しない状態である。そのような場合は、機器が動作していない状態であるので、機器が故障していることが明確に分かる。

一方、燃焼電池発電装置１が発電している場合は、スタック６は直流電力を供給できる状態であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は１５Ｖを出力する。一方、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は１２Ｖであるから、燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、出力電圧の高いＤＣ／ＤＣコンバータ３側から供給される。

このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が何らかの異常で電圧が出力できない状態になった場合、燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２側から電源供給が可能な状態であるため、燃料電池発電装置１は発電を継続する。そのような場合は、機器内に異常、この場合ＤＣ／ＤＣコンバータ３に何らかの異常が発生しているにも関わらず、機器が動作（発電）を継続し続けてしまうことになる。

このような場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側に過電流が流れたときにＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を止める機能や、過電流が流れたときに電源経路を遮断する電流ヒューズ等の安全装置を備えておけば、機器自体が不安全になることはない。

しかし、前述したように発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ３側から、燃料電池発電装置１内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路に電源供給できないということは、インバータ８の変換効率の分エネルギーをロスすることになり、利用者にとってもそのロス分不利益になってしまう。

上記の課題を解決するため、本発明では、図１に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ３に電源故障検出手段５を設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の異常を監視することが可能になり、異常に気付かずに機器の動作を継続し続けることを防止することができる。

なお、図１に示す構成では、電源故障検出手段５をＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側に設けているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力側に設けても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が電圧を出力しているかどうかを判断できる場合もあるので、電源故障検出手段を設ける場所は入力側でも構わない。

次に、図２のフローチャートを用いて、電源系に異常が発生した場合の燃料電池発電装置１の動作の例を説明する。

燃料電池発電装置１は、まず利用者により発電ＯＮの操作がされたり、燃料電池発電装置の学習モードにより、利用者が頻繁に使用する時間帯になると自動的に燃料電池発電装置１の起動を開始する（Ｓ−１）。発電していない状態では、機器内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から供給される。このときに、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が正常に出力していれば（Ｓ−２）、燃料電池発電装置１は、起動状態を継続する。一方、ＡＣ／ＤＣコンバータ２内の部品の故障などにより電圧が出力されていなければ、燃料電池発電装置１を発電可能な状態にすることができないので、機器は異常停止する（Ｓ−３）。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２に異常がなく、起動を継続した時は、燃料電池発電装置１の水素生成器７により、天然ガスなどの原料ガスから水素への改質が十分に進み、スタック６の発電に必要な水素が生成されると、燃料電池発電装置１は発電可能状態となり、スタック６の発電が開始する（Ｓ−４）。

スタック６が直流電力を供給可能状態になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧よりも高いので、機器内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から給電される（Ｓ−５）。

発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を制御手段９が監視し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が正常に出力している場合は（Ｓ−６）、発電を継続する。

一方、制御手段９により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が正常に出力していないと判断した場合は（Ｓ−６）、発電を停止し、機器内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から給電する経路に切換り（Ｓ−７）、機器を停止させる（Ｓ−８）。

このように、燃料電池発電装置１のＤＣ／ＤＣコンバータ３側に、電源故障検出手段５を備えることにより、電源経路に故障したままで利用者が燃料電池発電装置を利用し続け、インバータ８の変換効率の分エネルギーをロスし続けながら、利用者が機器を使用し続けるという状態を防止することができる。

以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置１は、炭化水素系の原料ガス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７と、水素生成器７により生成された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６と、スタック６が発電した直流電力を商用電源１６に連系可能な交流電力に変換して家庭内負荷１５に交流電力を供給するインバータ８と、商用電源１６の交流電力を制御手段９や水素生成器７や送風機１１などの少なくとも一部の構成要素に制御用電源や駆動用電源として電力供給するための制御用電源に適した第一の所定の電圧の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ２と、スタック６が発電した直流電力を制御手段９や水素生成器７や送風機１１などの少なくとも一部の構成要素に制御用電源や駆動用電源として電力供給するための制御用電源に適した第二の所定の電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力とＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力の状態に応じてＡＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３のどちらか一方の出力を制御用電源として選択する電源切換え手段４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力状態を監視する電源故障検出手段５と、電源と発電の制御を行うと共に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障の有無を判断する制御手段９とを有する。

上記構成の燃料電池発電装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力状態を監視して制御手段９に出力する電源故障検出手段５を備えることにより、燃料電池発電装置１の電源と発電の制御を行う制御手段９は、発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ３側から電源供給されているかどうかを検出することができる。

つまり、制御手段９は、水素生成器７または送風機１１または排熱回収手段１０またはインバータ８の少なくとも一部の構成要素である制御回路やアクチュエータ１３やセンサ１２の電源を、スタック６→インバータ８→ＡＣ／ＤＣコンバータ２の経路ではなく、効率のよい、スタック６→ＤＣ／ＤＣコンバータ３の経路で供給しているかどうかを確認しながら燃料電池発電装置１を運転することができる。

電源故障検出手段５がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を監視し、制御手段９が、電源故障検出手段５が検出したＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧に異常がある場合にＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断するように構成できる。

制御手段９が電圧を計測できるＡＤ変換器を有しているような場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を直接計測することができるので、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータ３の異常を検出する機能を実現することができる。

また、制御手段９で直接ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を計測することができない場合でも、電源故障検出手段５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を抵抗分圧したり、コンパレータで比較するだけで異常を検出することができるので、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータ３の異常を検出する機能を実現することができる。

電源故障検出手段５がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流を監視し、制御手段９が、電源故障検出手段５が検出したＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流に異常がある場合にＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断するように構成できる。

電源故障検出手段５がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流を監視する構成とすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障を検出することに加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力に接続される回路やアクチュエータの故障による過電流異常も検出することができる機能を付加することができる。

（実施の形態２）
図３は、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である。本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置１は、実施の形態１の燃料電池発電装置１の構成に加えて、燃料電池発電装置１に報知手段５１を設けた場合ものであり、その他の構成、動作は実施の形態１と同じである。

そこで以下では実施の形態２の構成、動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１と同じものとする。

図３において、燃料電池発電装置１は、利用者に発電状態を報知する報知手段５１と、燃料電池発電装置１と、排熱回収手段１０により回収されたお湯を貯えておく貯湯槽１４との間の情報のやり取りを行う通信手段５２を有している。

報知手段５１は、図４に示すように、例えば、燃料電池発電装置１が現在発電している電力量や、今日一日の発電時間や、今までの発電の累積時間など、燃料電池発電装置１に関する情報を表示するものである。

また、燃料電池発電装置１に、センサやアクチュエータの異常が発生した場合は、あらかじめ決められたエラーコードを画面上に表示することで、利用者に機器に異常が発生したことを伝達することができる。

次に、本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置１の動作について、図５のフローチャートを用いて、電源系に異常が発生した場合の燃料電池発電装置１の動作の例を説明する。

実施の形態１の燃料電池発電装置１の動作の説明において、燃料電池発電装置１が発電状態になり（Ｓ−４）、スタック６が直流電力を供給可能状態になると、機器内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から給電される（Ｓ−５）事について述べた。

ここで、実施の形態１では、制御手段９により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が正常に出力していないと判断した場合は（Ｓ−６）、発電を停止し、機器内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から給電する経路に切換り（Ｓ−７）、機器を停止させていた（Ｓ−８）。

しかしながら、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側に過電流が流れたときにＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を止める機能や、過電流が流れたときに電源経路を遮断する電流ヒューズ等の安全装置を備えておけば、機器自体が不安全になることはない。

従来の大型発電所から家庭まで送電してくる場合のエネルギー利用効率は約４０％程度であるのに対し、燃料電池発電装置１の場合、発電＋排熱回収によるエネルギー利用効率は約８０％程度である。

つまり、機器の安全が確保できるのであれば、直ちに燃料電池発電装置１の発電を停止させるよりも、燃料電池発電装置１の発電を継続させた方がエネルギー利用効率がよい。

よって、図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が正常に出力していないと判断した場合は（Ｓ−６）、機器内のアクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路の電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から給電する経路に切換え（Ｓ−７）、発電を継続する（Ｓ−８’）。

ただし、利用者にとってみると、電力会社からの電気を利用する場合に比べてエネルギー利用効率は良いが、燃料電池発電装置１という発電機器として見た場合、スタック６で発電した直流電力を、スタック６→ＤＣ／ＤＣコンバータ３という経路で電源を作る場合と比較すると、スタック６→インバータ８→ＡＣ／ＤＣコンバータ２という経路で電源を作る方が、インバータ８の変換効率の分だけ発電機としての性能は劣ることになり、十分に性能を発揮できていないことになる。

例えば、アクチュエータ１３やセンサ１２やそれらを駆動する回路に必要な消費電力を１００Ｗと仮定する。このとき、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の変換効率を８５％、インバータ８の変換効率を９０％と仮定すると、実際の消費電力は、スタック６→インバータ８→ＡＣ／ＤＣコンバータ２の場合は１３０．７Ｗ、スタック６→ＤＣ／ＤＣコンバータ３の場合は１１７．６Ｗであり、約１３．１Ｗの差が発生することになる。

そこで、本発明の実施の形態２では、図４に示すような、燃料電池発電装置１の報知手段５１の画面の一部に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に異常が発生している旨を利用者に伝達するためのエラーコードを表示し利用者に報知する。図４において、画面左上の『Ｅ９９』と表示しているのがエラーコードの例である。

利用者はこの表示を見て、燃料電池発電装置１に何かしらの異常が発生したことを知ることができ、例えば、メーカーに修理を依頼するといった対応が可能になる。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に異常が発生していることを検知した場合でも、直ちに発電を止めずに運転を継続することで、エネルギー利用効率がよい機器を利用者に提供することができる。

また、発電を継続しながら、報知手段５１に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に異常が発生したことを利用者に報知することができるので、利用者が機器の性能を十分に発揮しない状態で利用を続けるという課題を解決することができる。

なお、燃料電池発電装置１は排熱回収をしたお湯を貯える貯湯槽１４とセットで設置することがほとんどであり、燃料電池発電装置１の報知手段と貯湯槽１４の報知手段を１つで兼用することが多く、図３に示すように、報知手段５１は燃料電池発電装置１側でなく、貯湯槽１４側に接続される構成であっても、異常状態を利用者に報知する機能は同じであるので、発明の効果は変わらない。

また、図４に示すような文字やイラスト表示するような報知手段でなくても、例えば、ＬＥＤやブザーのような報知手段でも利用者に異常を伝達する機能は同じであるので、発明の効果は変わらない。

また、燃料電池発電装置１が電話回線やネットワーク回線に接続されている場合は、報知手段の代わりに、メーカーがメンテ会社に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に異常が発生した旨を報知するような方法であっても、機器の異常をメーカーやメンテ会社に伝達することが可能であるから、発明の効果は変わらない。

以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置１では、実施の形態１の燃料電池発電装置１と異なり、制御手段９が、発電時に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断しても、発電を継続するように構成している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障により、制御回路やアクチュエータやセンサの電源が、スタック６→インバータ８→ＡＣ／ＤＣコンバータ２の経路で電源供給している場合でも、直ちにシステムを停止することなく発電を継続させた方が、商用電源１６から電源を供給するよりも発電を継続した方がエネルギー変換効率はよいので、環境にかかる負荷が少ない。また、発電を継続する方が利用者にとってもエネルギー利用コストを低く抑えることができる装置を提供することができる。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置１では、実施の形態１の燃料電池発電装置１の構成に加えて、利用者に発電状態などを報知する報知手段５１を有し、制御手段９が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断した場合に、報知手段５１に故障している旨を報知させるように構成している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障により、制御回路やアクチュエータやセンサの電源が、スタック６→インバータ８→ＡＣ／ＤＣコンバータ２の経路で電源供給している場合でも、直ちにシステムを停止することなく発電を継続させた方がエネルギー利用効率は高いが、利用者にとってみると製品を十分な能力で使っていないことに変わりはない。

よって、発電を継続しつつ、報知手段５１にＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障している旨を報知することにより、利用者は製造元やメンテ会社に連絡し修理を依頼するといった対応をとることが可能になる。

（実施の形態３）
図６は、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である。本発明の実施の形態３の燃料電池発電装置１は、実施の形態１の燃料電池発電装置１の構成に加えて、燃料電池発電装置１に遮断手段６１を設けた場合の例であり、その他の構成、動作は実施の形態１と同じである。なお、実施の形態２の燃料電池発電装置１の構成に加えて、燃料電池発電装置１に遮断手段６１を設けても構わない。

そこで以下では実施の形態３の構成、動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１と同じものとする。

図６において、燃料電池発電装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力を遮断する遮断手段６１を有している。

燃料電池発電装置１内のセンサ１２やアクチュエータ１３が、発電中にスタック６から電源供給を受けている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から電源供給がされるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は動作する必要がない。ＡＣ／ＤＣコンバータから電源供給されない場合でも、ＡＣ／ＤＣコンバータ２自体も電力を消費している。

よって遮断手段６１は、発電中にＡＣ／ＤＣコンバータ２が動作する必要がないときは、ＡＣ／ＤＣコンバータで電力が消費されるのを防ぐため、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力を遮断している。

但し、電源故障検出手段５により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の故障が検出された際には、遮断手段６１の状態をショート（閉じた）状態とし、発電中にＤＣ／ＤＣコンバータ３から電源供給できない場合でも、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から電源供給を行うことができる。よって、燃料電池発電装置１の動作を継続させることができる。

このように、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力側に、遮断手段６１を備えることで、発電中はＡＣ／ＤＣコンバータ２の入力側を遮断することでＡＣ／ＤＣコンバータ２のアイドリング電流の消費を防止しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に故障が発生した際は発電中もＡＣ／ＤＣコンバータ２側から電源供給を行うことができるシステムを実現することができる。

以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置１では、実施の形態１の燃料電池発電装置１と異なり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２はＡＣ／ＤＣコンバータ２への入力を切断する遮断手段６１を介して商用電源１６に接続され、制御手段９が、発電時に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３が正常であると判断した場合は遮断手段６１によりＡＣ／ＤＣコンバータ２への入力を切断し、発電時に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３が故障であると判断した場合は遮断手段６１を閉じてＡＣ／ＤＣコンバータ２に商用電源１６の交流電力を入力するように構成している。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２の入力側に遮断手段６１を備えて、発電時に電源故障検出手段５の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータ３が正常であると判断した場合はＡＣ／ＤＣコンバータ２の入力側を遮断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２のアイドリング電流の消費を防止しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に故障が発生した際は発電中もＡＣ／ＤＣコンバータ２側から電源供給を行うことができるシステムを実現することができる。

本発明の燃料電池発電装置は、回路故障等で効率の悪い電源構成でシステムが運転していることを検出することができるので、装置の内部回路やセンサやアクチュエータの駆動電源が２つ以上の電源経路から電源供給を行っている電源構成になっている機器全般に利用することができる。

１ 燃料電池発電装置
２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 電源切換え手段
５ 電源故障検出手段
６ スタック
７ 水素生成器
８ インバータ
９ 制御手段
１５ 家庭内負荷
５１ 報知手段
６１ 遮断手段

Claims (7)

1. 炭化水素系の原料ガス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、前記水素生成器により生成された前記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、前記スタックが発電した直流電力を商用電源に連系可能な交流電力に変換して家庭内負荷に交流電力を供給するインバータと、前記商用電源の交流電力を前記水素生成器または前記インバータの少なくとも一部の構成要素に電力供給するための制御用電源に適した第一の所定の電圧の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記スタックが発電した直流電力を前記制御用電源に適した第二の所定の電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力の状態に応じて前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータのどちらか一方の出力を制御用電源として選択する電源切換え手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を監視する電源故障検出手段と、電源と発電の制御を行うと共に前記電源故障検出手段の出力結果から前記ＤＣ／ＤＣコンバータの故障の有無を判断する制御手段とを有する燃料電池発電装置。
2. 制御手段は、発電時に電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断しても、発電を継続する請求項１に記載の燃料電池発電装置。
3. 利用者に報知する報知手段を有し、制御手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断した場合に、前記報知手段に故障している旨を報知させる請求項２に記載の燃料電池発電装置。
4. 電源故障検出手段はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を監視し、制御手段は、前記電源故障検出手段が検出した前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に異常がある場合に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
5. 電源故障検出手段はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を監視し、制御手段は、前記電源故障検出手段が検出した前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流に異常がある場合に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
6. ＡＣ／ＤＣコンバータは前記ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力を切断する遮断手段を介して商用電源に接続され、制御手段は、発電時に電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが正常であると判断した場合は前記遮断手段により前記ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力を切断し、発電時に前記電源故障検出手段の出力結果からＤＣ／ＤＣコンバータが故障であると判断した場合は前記遮断手段を閉じて前記ＡＣ／ＤＣコンバータに前記商用電源の交流電力を入力する請求項１から５いずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
7. 第二の所定の電圧は第一の所定の電圧より高く、電源切換え手段はＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータのどちらか出力電力が高い方の出力を制御用電源として選択する請求項１から６いずれか１項に記載の燃料電池発電装置。

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