JP2813040B2 - アーク加工用電源装置 - Google Patents
アーク加工用電源装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Arc Welding Control (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、アーク溶接や切断あるいはプラズマアーク
溶接、切断等のアーク加工用電源装置に関するものであ
り、電力源に燃料電池を用いることを特徴とする。
溶接、切断等のアーク加工用電源装置に関するものであ
り、電力源に燃料電池を用いることを特徴とする。
＜従来の技術＞ 燃料電池は他の発電装置に比較して高効率であり、騒
音や排気物が極めて少ないことなどから、これを一般機
械装置の電力源として利用することが考えられる。しか
し、燃料電池は一般にその最適動作温度が常温より高
く、その構成によっては数100度を必要とするものもあ
る。このうちで最も低い温度で動作可能とされており、
一般に常温動作形とよばれているアルカリ性電解液を用
いる燃料電池においても最適動作温度は60℃程度が必要
とされ、これを常温で動作させると最適動作温度時の50
％程度の発電能力しか得られない。そこで、装置に対し
て燃料電池の発電容量を決定するに際しては、この低い
発電能力を基準として必要な容量を定めるか、または始
動時に出力端子をバイパスしてこのバイパスによって流
れる電流によって燃料電池が自己発熱して温度上昇さ
せ、この後にバイパスを遮断して正規の出力を得るよう
に工夫されている。
音や排気物が極めて少ないことなどから、これを一般機
械装置の電力源として利用することが考えられる。しか
し、燃料電池は一般にその最適動作温度が常温より高
く、その構成によっては数100度を必要とするものもあ
る。このうちで最も低い温度で動作可能とされており、
一般に常温動作形とよばれているアルカリ性電解液を用
いる燃料電池においても最適動作温度は60℃程度が必要
とされ、これを常温で動作させると最適動作温度時の50
％程度の発電能力しか得られない。そこで、装置に対し
て燃料電池の発電容量を決定するに際しては、この低い
発電能力を基準として必要な容量を定めるか、または始
動時に出力端子をバイパスしてこのバイパスによって流
れる電流によって燃料電池が自己発熱して温度上昇さ
せ、この後にバイパスを遮断して正規の出力を得るよう
に工夫されている。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記従来の装置において、常温時の低い発電能力を基
準に燃料電池の容量を決定するときは装置が大形化し極
めて不経済な設備となって実用的ではない。
準に燃料電池の容量を決定するときは装置が大形化し極
めて不経済な設備となって実用的ではない。
また始動時においてバイパス電流を流し自己発熱させ
ることによって最適動作温度に至らしめてから実作業を
行うようにしたものにおいては、燃料電池の容量を実際
に必要な電力容量に対応して定めることができるので設
備上の無駄は発生しないが、始動に時間がかかることか
ら連続負荷に対してのみ有効な方法である。
ることによって最適動作温度に至らしめてから実作業を
行うようにしたものにおいては、燃料電池の容量を実際
に必要な電力容量に対応して定めることができるので設
備上の無駄は発生しないが、始動に時間がかかることか
ら連続負荷に対してのみ有効な方法である。
これに対して、アーク溶接や切断等のアーク加工にお
いては、加工のための段取りや後加工、運搬などの別作
業が間に加わるので頻繁に作業が中断される不規則な断
続負荷である。このために、始動時にバイパス通電によ
って加熱昇温しても、作業の中断期間中に温度が低下
し、最適動作温度よりも低い温度になってしまうことが
あり、これを無視して次の作業を行うと出力不足を生じ
て加工結果が不良となって不良製品を発生してしまうこ
とになる。また、これを防止するために加工の再開に際
して再度バイパス通電を行って加温してから加工を再開
するときには著しい作業能率の低下をきたすことにな
る。
いては、加工のための段取りや後加工、運搬などの別作
業が間に加わるので頻繁に作業が中断される不規則な断
続負荷である。このために、始動時にバイパス通電によ
って加熱昇温しても、作業の中断期間中に温度が低下
し、最適動作温度よりも低い温度になってしまうことが
あり、これを無視して次の作業を行うと出力不足を生じ
て加工結果が不良となって不良製品を発生してしまうこ
とになる。また、これを防止するために加工の再開に際
して再度バイパス通電を行って加温してから加工を再開
するときには著しい作業能率の低下をきたすことにな
る。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、上記従来装置の問題点を解決するために、
燃料電池の発電能力を内部温度や出力電流によって常時
検出し、この発電能力が一定値以下であるときには燃料
電池の出力端子に接続された強制通電手段によって燃料
電池を放電させ、これによって燃料電池を常に最適動作
温度に保つとともに加工用出力調整手段と加温用の強制
通電手段との間にインターロックを取り、両者が同時に
動作しないようにして温度保持と出力の確保とを共に実
現したものである。
燃料電池の発電能力を内部温度や出力電流によって常時
検出し、この発電能力が一定値以下であるときには燃料
電池の出力端子に接続された強制通電手段によって燃料
電池を放電させ、これによって燃料電池を常に最適動作
温度に保つとともに加工用出力調整手段と加温用の強制
通電手段との間にインターロックを取り、両者が同時に
動作しないようにして温度保持と出力の確保とを共に実
現したものである。
＜実施例＞ 第１図に本発明の実施例の接続図を示す。同図におい
て１は燃料電池、２は燃料電池１の出力をアーク加工用
に適した特性の出力に調整するための加工用出力調整手
段であり、例えばトランジスタを用いたアナログ制御や
スイッチングによって出力を調整するものが用いられ
る。３はアーク加工用トーチに取付けられた電極とこれ
に対向する被加工物およびこれらの間に発生するアーク
によって構成されるアーク負荷である。４は燃料電池１
の出力端子間に接続された強制通電手段であり、アナロ
グ制御されるトランジスタまたは抵抗器とスイッチング
トランジスタの直列回路などが用いられる。５は燃電池
１の発電能力を検出するための発電能力検出手段であ
り、例えば燃料電池１の内部温度によって発電能力が決
定されることからこの内部温度を検出する検出器を代用
することができる。６は発電能力の基準値を設定する基
準値設定器であり、発電能力検出器５として温度検出器
を用いるときは、最適作動温度に対応する信号設定器を
用いる。７は加工用出力調整手段を駆動するための加工
用出力制御回路であり、加工指令用スイッチ８からの加
工指令s0を受けたときに出力電流設定器９の設定値Irと
出力電流検出器10の出力Ifとを入力とし差信号によって
加工用出力調整手段２に駆動信号s3を供給するものであ
る。11は強制通電手段４に対して通電指令信号s2を供給
するための強制通電手段制御回路であり、発電能力基準
値設定器６の出力信号Prと発電能力検出手段５の出力Pf
とを入力とし、Pf＜Prのときハイレベルとなる導通指令
信号s2を出力する。またこの導通指令信号s2は加工用出
力制御回路７にも供給され、この信号s2がハイレベルの
間は加工用出力調整手段に対する駆動信号s3の出力を禁
止するように作用する。一方、加工用出力制御回路７か
らは起動指令信号s0によって立上り、信号s0の消滅と同
時にまたはこれより一定時間遅れて消滅する禁止信号s1
が強制通電手段制御回路11に供給されて、加工中は強制
通電手段に対する駆動手段の供給を禁止するように相互
にインターロックが施されている。
て１は燃料電池、２は燃料電池１の出力をアーク加工用
に適した特性の出力に調整するための加工用出力調整手
段であり、例えばトランジスタを用いたアナログ制御や
スイッチングによって出力を調整するものが用いられ
る。３はアーク加工用トーチに取付けられた電極とこれ
に対向する被加工物およびこれらの間に発生するアーク
によって構成されるアーク負荷である。４は燃料電池１
の出力端子間に接続された強制通電手段であり、アナロ
グ制御されるトランジスタまたは抵抗器とスイッチング
トランジスタの直列回路などが用いられる。５は燃電池
１の発電能力を検出するための発電能力検出手段であ
り、例えば燃料電池１の内部温度によって発電能力が決
定されることからこの内部温度を検出する検出器を代用
することができる。６は発電能力の基準値を設定する基
準値設定器であり、発電能力検出器５として温度検出器
を用いるときは、最適作動温度に対応する信号設定器を
用いる。７は加工用出力調整手段を駆動するための加工
用出力制御回路であり、加工指令用スイッチ８からの加
工指令s0を受けたときに出力電流設定器９の設定値Irと
出力電流検出器10の出力Ifとを入力とし差信号によって
加工用出力調整手段２に駆動信号s3を供給するものであ
る。11は強制通電手段４に対して通電指令信号s2を供給
するための強制通電手段制御回路であり、発電能力基準
値設定器６の出力信号Prと発電能力検出手段５の出力Pf
とを入力とし、Pf＜Prのときハイレベルとなる導通指令
信号s2を出力する。またこの導通指令信号s2は加工用出
力制御回路７にも供給され、この信号s2がハイレベルの
間は加工用出力調整手段に対する駆動信号s3の出力を禁
止するように作用する。一方、加工用出力制御回路７か
らは起動指令信号s0によって立上り、信号s0の消滅と同
時にまたはこれより一定時間遅れて消滅する禁止信号s1
が強制通電手段制御回路11に供給されて、加工中は強制
通電手段に対する駆動手段の供給を禁止するように相互
にインターロックが施されている。
第２図は第１図の実施例の動作を説明するための線図
であり、（ａ）は発電能力検出手段５の出力Pfの変化を
示し、（ｂ）は強制通電手段制御回路11の出力s2、
（ｃ）は加工起動指令信号s0、（ｄ）は加工用出力制御
回路７から強制通電手段制御回路11への禁止信号s1、
（ｅ）は加工用出力調整手段２に対する駆動信号s3の変
化をそれぞれ時間の経過とともに示してある。
であり、（ａ）は発電能力検出手段５の出力Pfの変化を
示し、（ｂ）は強制通電手段制御回路11の出力s2、
（ｃ）は加工起動指令信号s0、（ｄ）は加工用出力制御
回路７から強制通電手段制御回路11への禁止信号s1、
（ｅ）は加工用出力調整手段２に対する駆動信号s3の変
化をそれぞれ時間の経過とともに示してある。
第１図の実施例の動作を第２図の線図とともに説明す
る。時刻ｔ＝t0において図示しないガス供給装置によっ
て燃料電池１に燃料ガス、例えば水素と酸化剤の酸素ま
たは空気の供給を開始すると、このとき燃料電池１は常
温であるのでその発電能力は低く最適動作温度時の出力
Prの半分以下である。このためPf＜Prであり、強制通電
手段制御回路11の出力信号s2がハイレベルとなり強制通
電手段４を駆動して燃料電池１の出力端子を強制的に放
電させる。このとき加工起動指令スイッチ８を押しても
信号s2によって加工用出力制御回路７はその出力を禁止
された状態にあるので、低出力によって加工が開始され
ることはない。強制通電手段４によって燃料電池１が放
電し、これによって燃料電池１が自己発熱して内部温度
が上昇し、発電能力が増加して時刻ｔ＝t1に基準値設定
器６の出力Prを超えてPf＞Prとなると信号s2はローレベ
ルとなって強制通電手段４は遮断し、燃料電池１からの
電力の強制導出は中断される。また信号s2の消滅によっ
て加工用出力制御回路７の禁止は解除されて加工が可能
となる。しかし、その状態で直ちに加工を開始しないと
きには燃料電池の内部温度は次第に低下し、これに伴っ
て発電能力も低下して再びPf＜Prとなって信号s2がハイ
レベルとなり強制通電されて昇温動作が行なわれる。以
後この強制通電、昇温、遮断をくりかえし燃料電池１の
発電能力をほぼ定格出力が得られる状態に保つ。次に時
刻ｔ＝t2において加工起動指令スイッチ８を押したとす
る。このとき、図示のようにPf＜Prであれば信号s2がハ
イレベルであり、このために指令スイッチ８によって信
号soがハイレベルとなっても加工は開始されない。この
後、ｔ＝t3においてPf＞Prとなると信号s2がローレベル
となるので加工用出力制御回路７は禁止条件が解除され
て駆動信号s3を加工用出力調整手段２に供給し、これに
よって燃料電池１の出力はアーク加工に適した特性に調
整されてアーク負荷３に供給されて、加工が開始され
る。一方、加工用出力制御回路７から禁止信号s1が強制
通電手段制御回路11に供給され、強制通電手段の動作を
禁止する。この状態で加工が続けられ、時刻ｔ＝t4に起
動指令スイッチ８が開放されると、信号s0がローレベル
となり、これによって駆動信号s3の供給は遮断され、ま
た禁止信号s1もローレベルとなる。このときアーク加工
用に取出された電力のために燃料電池の内部温度は高く
なっており、加工の中断によってこの温度が次第に降下
してゆく。この温度が低くなりすぎてPf＜Prに至ると再
び強制通電手段４が導通して時刻ｔ＝t3以前と同様に内
部温度の過度の低下を防止するよう動作する。なお加工
起動指令スイッチ８を開放したときに、加工用制御回路
が直ちに駆動信号s3を遮断せずに出力低下後に出力停止
をするように一定の加工終了シーケンスを経た後に遮断
するようなときには、禁止信号s1を信号s0がローレベル
に反転した後、これらのシーケンスに対応した遅れ時間
tdの後に遮断するように決定すればよい。
る。時刻ｔ＝t0において図示しないガス供給装置によっ
て燃料電池１に燃料ガス、例えば水素と酸化剤の酸素ま
たは空気の供給を開始すると、このとき燃料電池１は常
温であるのでその発電能力は低く最適動作温度時の出力
Prの半分以下である。このためPf＜Prであり、強制通電
手段制御回路11の出力信号s2がハイレベルとなり強制通
電手段４を駆動して燃料電池１の出力端子を強制的に放
電させる。このとき加工起動指令スイッチ８を押しても
信号s2によって加工用出力制御回路７はその出力を禁止
された状態にあるので、低出力によって加工が開始され
ることはない。強制通電手段４によって燃料電池１が放
電し、これによって燃料電池１が自己発熱して内部温度
が上昇し、発電能力が増加して時刻ｔ＝t1に基準値設定
器６の出力Prを超えてPf＞Prとなると信号s2はローレベ
ルとなって強制通電手段４は遮断し、燃料電池１からの
電力の強制導出は中断される。また信号s2の消滅によっ
て加工用出力制御回路７の禁止は解除されて加工が可能
となる。しかし、その状態で直ちに加工を開始しないと
きには燃料電池の内部温度は次第に低下し、これに伴っ
て発電能力も低下して再びPf＜Prとなって信号s2がハイ
レベルとなり強制通電されて昇温動作が行なわれる。以
後この強制通電、昇温、遮断をくりかえし燃料電池１の
発電能力をほぼ定格出力が得られる状態に保つ。次に時
刻ｔ＝t2において加工起動指令スイッチ８を押したとす
る。このとき、図示のようにPf＜Prであれば信号s2がハ
イレベルであり、このために指令スイッチ８によって信
号soがハイレベルとなっても加工は開始されない。この
後、ｔ＝t3においてPf＞Prとなると信号s2がローレベル
となるので加工用出力制御回路７は禁止条件が解除され
て駆動信号s3を加工用出力調整手段２に供給し、これに
よって燃料電池１の出力はアーク加工に適した特性に調
整されてアーク負荷３に供給されて、加工が開始され
る。一方、加工用出力制御回路７から禁止信号s1が強制
通電手段制御回路11に供給され、強制通電手段の動作を
禁止する。この状態で加工が続けられ、時刻ｔ＝t4に起
動指令スイッチ８が開放されると、信号s0がローレベル
となり、これによって駆動信号s3の供給は遮断され、ま
た禁止信号s1もローレベルとなる。このときアーク加工
用に取出された電力のために燃料電池の内部温度は高く
なっており、加工の中断によってこの温度が次第に降下
してゆく。この温度が低くなりすぎてPf＜Prに至ると再
び強制通電手段４が導通して時刻ｔ＝t3以前と同様に内
部温度の過度の低下を防止するよう動作する。なお加工
起動指令スイッチ８を開放したときに、加工用制御回路
が直ちに駆動信号s3を遮断せずに出力低下後に出力停止
をするように一定の加工終了シーケンスを経た後に遮断
するようなときには、禁止信号s1を信号s0がローレベル
に反転した後、これらのシーケンスに対応した遅れ時間
tdの後に遮断するように決定すればよい。
起動指令スイッチ８を押した時点がｔ＝t5に示すよう
にPf＜Prの時点であれば発電能力は十分であるので禁止
信号s2はローレベルであり、直ちに加工用出力制御回路
７は駆動信号s3を出力することになる。
にPf＜Prの時点であれば発電能力は十分であるので禁止
信号s2はローレベルであり、直ちに加工用出力制御回路
７は駆動信号s3を出力することになる。
上記において発電能力検出手段５の出力Pfと基準値設
定器Prとを比較する強制通電手段制御回路11に用いる比
較器には検出値Pfが上昇してPf＞Prとなるときの出力Pu
と、検出値Pfが大なる値から減少してPf＜Prとなるとき
の出力Pdとの間に若干の差（Pu＞Pd）があるのが普通で
あるので加工を行っていないときの燃料電池１の発電能
力はこの差に相当する幅だけの上下をくりかえす。した
がってこの差を比較的大きなものとすれば強制通電手段
が動作する頻度が少なくなる。
定器Prとを比較する強制通電手段制御回路11に用いる比
較器には検出値Pfが上昇してPf＞Prとなるときの出力Pu
と、検出値Pfが大なる値から減少してPf＜Prとなるとき
の出力Pdとの間に若干の差（Pu＞Pd）があるのが普通で
あるので加工を行っていないときの燃料電池１の発電能
力はこの差に相当する幅だけの上下をくりかえす。した
がってこの差を比較的大きなものとすれば強制通電手段
が動作する頻度が少なくなる。
第１図において用いる強制通電手段としては、完全短
絡をするものでは燃料電池の寿命を短かくするのでトラ
ンジスタをアナログ制御してその通電電流を一定値以下
に制限するもの、またはスイッチング用トランジスタと
電流制限用抵抗器との直列回路からなるものなどを用い
ることができる。このうち直列抵抗器によって電流を制
限する方式のものにおいては、この抵抗器をヒータして
燃料電池の加熱用に用いれば、通電による燃料電池の自
己発熱に加えて抵抗器の発熱も有効に利用することがで
きる。この場合ヒータは電解液の加熱に用いるのが効果
的である。
絡をするものでは燃料電池の寿命を短かくするのでトラ
ンジスタをアナログ制御してその通電電流を一定値以下
に制限するもの、またはスイッチング用トランジスタと
電流制限用抵抗器との直列回路からなるものなどを用い
ることができる。このうち直列抵抗器によって電流を制
限する方式のものにおいては、この抵抗器をヒータして
燃料電池の加熱用に用いれば、通電による燃料電池の自
己発熱に加えて抵抗器の発熱も有効に利用することがで
きる。この場合ヒータは電解液の加熱に用いるのが効果
的である。
次に燃料電池の発電能力を放電電流によって推定し得
る理由について説明する。
る理由について説明する。
第３図は電解質に水酸化カリウム水溶液等を用いるア
ルカリ型燃料電池の放電電圧・電流特性を動作温度をパ
ラメータにして示した線図である。同図においてはA1は
動作温度20℃、A2は30℃、A3は45℃、A4は60℃のときの
特性をそれぞれ示している。同図から判るように動作温
度が上昇するにつれて出力電流は増加する。したがって
燃料電池の出力端子を短絡したときの出力電流（短絡電
流）を測定すれば燃料電池の発電能力を知ることができ
る。但し燃料電池は短絡するとその寿命を甚しく縮める
ことになるので、発電能力の検知のために長時間短絡す
ることは望ましくない。それ故、極く短時間の間だけ出
力端子を短絡し、このときの出力電流を検出し、記憶す
るようにサンプリング方式にて検出することが必要であ
る。
ルカリ型燃料電池の放電電圧・電流特性を動作温度をパ
ラメータにして示した線図である。同図においてはA1は
動作温度20℃、A2は30℃、A3は45℃、A4は60℃のときの
特性をそれぞれ示している。同図から判るように動作温
度が上昇するにつれて出力電流は増加する。したがって
燃料電池の出力端子を短絡したときの出力電流（短絡電
流）を測定すれば燃料電池の発電能力を知ることができ
る。但し燃料電池は短絡するとその寿命を甚しく縮める
ことになるので、発電能力の検知のために長時間短絡す
ることは望ましくない。それ故、極く短時間の間だけ出
力端子を短絡し、このときの出力電流を検出し、記憶す
るようにサンプリング方式にて検出することが必要であ
る。
また出力電圧を一定に保てば、その特定の電圧に対す
る出力電流も短絡電流と同様に内部温度に対応して上昇
するので、これによっても発電能力を検出することがで
きる。また本発明の要部をなす強制通電手段も燃料電池
の劣化防止の点からあまり出力電圧を低い値とすること
は不利であるので、ある程度の端子電圧を保って放電さ
せるように考慮することが必要である。そこで第３図に
おいて電流の変化がゆるやかになる図のV2以下でかつ電
池が劣化する危険性の少ない電圧V1以上の範囲にその出
力電圧を定め、この出力電圧を保つように強制通電手段
を制御すると、このときの出力電流を発電能力の検出に
利用することができる。
る出力電流も短絡電流と同様に内部温度に対応して上昇
するので、これによっても発電能力を検出することがで
きる。また本発明の要部をなす強制通電手段も燃料電池
の劣化防止の点からあまり出力電圧を低い値とすること
は不利であるので、ある程度の端子電圧を保って放電さ
せるように考慮することが必要である。そこで第３図に
おいて電流の変化がゆるやかになる図のV2以下でかつ電
池が劣化する危険性の少ない電圧V1以上の範囲にその出
力電圧を定め、この出力電圧を保つように強制通電手段
を制御すると、このときの出力電流を発電能力の検出に
利用することができる。
第４図は上記のようにした本発明の別の実施例を示す
接続図である。同図においては発電能力検出手段５とし
ては出力電流検出器を用いており、これに対応して発電
能力基準値設定器６としては出力電流の基準値設定器を
用いる。また強制通電手段としてはアナログトランジス
タ41と直列抵抗器42とを用い、この強制通電手段４のた
めの制御回路11としては、出力電圧を一定値に保ちなが
ら出力電流が設定値に達するまでトランジスタ41を導通
させるアナログ制御回路を用いる。このうち出力電圧検
出器111、出力電圧設定器112および誤差増幅器113は定
電圧制御回路11aを構成しており、出力電圧設定器112の
出力Erと出力電圧検出器の出力Efとの差信号Δｅ＝Er−
Efによってトランジスタ41の導通量を制御する。また比
較器114、発振器115、フリップフロップ回路116、イン
バータ117、アンドゲート118、アナログスイッチ119は
発電能力判定回路11bを構成している。これらの定電圧
制御回路11aと発電能力判定回路11bとによって強制通電
手段制御回路11が構成されている。また、出力電流設定
器６の出力Prが出力電流検出器５の出力Pfより大きい間
（Pr＞Pfの間）でかつ加工中信号s1がローレベルの間は
アナログスイッチ119を閉路して定電圧制御回路の出力
信号Δｅをトランジスタ41に駆動信号s2として伝達す
る。第４図のその他の要素は第１図の実施例と同機能の
ものに同符号を付して詳細は省略する。
接続図である。同図においては発電能力検出手段５とし
ては出力電流検出器を用いており、これに対応して発電
能力基準値設定器６としては出力電流の基準値設定器を
用いる。また強制通電手段としてはアナログトランジス
タ41と直列抵抗器42とを用い、この強制通電手段４のた
めの制御回路11としては、出力電圧を一定値に保ちなが
ら出力電流が設定値に達するまでトランジスタ41を導通
させるアナログ制御回路を用いる。このうち出力電圧検
出器111、出力電圧設定器112および誤差増幅器113は定
電圧制御回路11aを構成しており、出力電圧設定器112の
出力Erと出力電圧検出器の出力Efとの差信号Δｅ＝Er−
Efによってトランジスタ41の導通量を制御する。また比
較器114、発振器115、フリップフロップ回路116、イン
バータ117、アンドゲート118、アナログスイッチ119は
発電能力判定回路11bを構成している。これらの定電圧
制御回路11aと発電能力判定回路11bとによって強制通電
手段制御回路11が構成されている。また、出力電流設定
器６の出力Prが出力電流検出器５の出力Pfより大きい間
（Pr＞Pfの間）でかつ加工中信号s1がローレベルの間は
アナログスイッチ119を閉路して定電圧制御回路の出力
信号Δｅをトランジスタ41に駆動信号s2として伝達す
る。第４図のその他の要素は第１図の実施例と同機能の
ものに同符号を付して詳細は省略する。
第４図は実施例の動作を第５図の線図とともに説明す
る。第５図において、（ａ）は発振器115の出力s6、
（ｂ）は出力電流設定器６の出力Prに対する出力電流検
出器５の出力Pf、（ｃ）は比較器114の出力s4、（ｄ）
はフリップフロップ回路116のＱ端子出力s5、（ｅ）ア
ンドゲート118の出力s7、（ｆ）は起動指令スイッチ８
の出力s0、（ｇ）は加工中信号s1、（ｈ）はインバータ
117の出力▲▼、（ｉ）は駆動信号s3の変化をそれ
ぞれ時間の経過とともに示してある。
る。第５図において、（ａ）は発振器115の出力s6、
（ｂ）は出力電流設定器６の出力Prに対する出力電流検
出器５の出力Pf、（ｃ）は比較器114の出力s4、（ｄ）
はフリップフロップ回路116のＱ端子出力s5、（ｅ）ア
ンドゲート118の出力s7、（ｆ）は起動指令スイッチ８
の出力s0、（ｇ）は加工中信号s1、（ｈ）はインバータ
117の出力▲▼、（ｉ）は駆動信号s3の変化をそれ
ぞれ時間の経過とともに示してある。
第４図および第５図において、時刻ｔ＝t1に図示しな
電源スイッチが投入されて起動したとすると、発振器11
5はあらかじめ定められた周期で第５図（ａ）のように
パルス信号s6を出力する。このパルス信号s6の立下りに
よってフリップフロップ回路116はセットされてＱ端子
出力s5はハイレベルとなる。このとき出力電流が流れて
いないので、Pr＞Pfであり、信号s4はローレベルであ
る。また起動指令スイッチ８もOFFのままであるので加
工中信号s1はローレベルであり、これを反転するインバ
ータ117の出力信号▲▼はハイレベルであるのでア
ンドゲート118は開いて出力信号s7はハイレベルとなっ
てアナログスイッチ119を閉じる。これによって誤差増
幅器113の出力Δｅがトランジスタ41に伝達されて燃料
電池１の出力によって抵抗器42とトランジスタ41との直
列回路に電流が流れる。この電流が流れることによって
先に第３図にて説明したように燃料電池の出力電圧が低
下し、誤差信号Δｅが減少する。この誤差信号Δｅが略
零になるようにトランジスタ41の導通量が決定される。
この通電によって燃料電池が自己加熱されるとともに直
列抵抗42によっても加熱されて内部温度が上昇し、これ
に伴って出力電流が増加してゆく。時刻ｔ＝t2にてPr＜
Pfとなると信号s4がハイレベルとなり、フリップフロッ
プ回路116がリセットされてＱ端子出力がローレベルと
なり、これによってアナログスイッチ119が開放されて
誤差信号Δｅの値に無関係にトランジスタ41を遮断す
る。次に発振器115の出力信号s5の立下りによってフリ
ップフロップ回路116がセットされるまでこの状態が保
たれる。
電源スイッチが投入されて起動したとすると、発振器11
5はあらかじめ定められた周期で第５図（ａ）のように
パルス信号s6を出力する。このパルス信号s6の立下りに
よってフリップフロップ回路116はセットされてＱ端子
出力s5はハイレベルとなる。このとき出力電流が流れて
いないので、Pr＞Pfであり、信号s4はローレベルであ
る。また起動指令スイッチ８もOFFのままであるので加
工中信号s1はローレベルであり、これを反転するインバ
ータ117の出力信号▲▼はハイレベルであるのでア
ンドゲート118は開いて出力信号s7はハイレベルとなっ
てアナログスイッチ119を閉じる。これによって誤差増
幅器113の出力Δｅがトランジスタ41に伝達されて燃料
電池１の出力によって抵抗器42とトランジスタ41との直
列回路に電流が流れる。この電流が流れることによって
先に第３図にて説明したように燃料電池の出力電圧が低
下し、誤差信号Δｅが減少する。この誤差信号Δｅが略
零になるようにトランジスタ41の導通量が決定される。
この通電によって燃料電池が自己加熱されるとともに直
列抵抗42によっても加熱されて内部温度が上昇し、これ
に伴って出力電流が増加してゆく。時刻ｔ＝t2にてPr＜
Pfとなると信号s4がハイレベルとなり、フリップフロッ
プ回路116がリセットされてＱ端子出力がローレベルと
なり、これによってアナログスイッチ119が開放されて
誤差信号Δｅの値に無関係にトランジスタ41を遮断す
る。次に発振器115の出力信号s5の立下りによってフリ
ップフロップ回路116がセットされるまでこの状態が保
たれる。
次にこの発振器115の出力信号s6の立下りによってフ
リップフロップ回路116が再びセットされたときにはア
ンドゲート118が開き、アナログスイッチ119が閉路して
誤差信号Δｅをトランジスタ41に伝達するが、これによ
って流れる電流が基準値より大きいときは直ちにフリッ
プフロップ回路がリセットされてトランジスタ41を遮断
する。発振器115の出力パルスの立下り時に一旦トラン
ジスタが導通したときに流れる電流が基準値より小さい
ときには、この電流が基準値を超えるまでトランジスタ
41は導通をつづけ、かつこの間は燃料電池１の出力電圧
は基準値Erに保たれる。上記をくりかえして燃料電池１
の内部温度をほぼ定格出力が得られる温度に保つ。次に
時刻ｔ＝t3において、起動指令スイッチ８を押して信号
s0をハイレベルにすると、この時点において図示のよう
に信号s7がローレベルであれば直ちに駆動信号s3が出力
されて加工用出力調整手段２が動作し、アーク負荷３に
燃料電池１からの電力が供給されて加工が行なわれる。
これと同時に加工用出力制御回路７は禁止信号s1をイン
バータ117に出力し、インバータ117はこれを反転して信
号▲▼としてアンドゲート118を閉じる。このため
加工中に出力電流が基準値Prよりも小さくなっても強制
通電手段のトランジスタ41は遮断のままであり、誤って
導通することはない。一方、加工開始に際して起動指令
スイッチ８が押されたときに時刻ｔ＝t4のようにもし信
号s7がハイレベル、即ち強制通電中であるときには加工
用出力制御回路７はこれによって出力を禁止されるの
で、強制通電によって出力電流が基準値に達した時刻ｔ
＝t5の後に加工が開始されることになる。これによって
加工時の出力不足が防止される。
リップフロップ回路116が再びセットされたときにはア
ンドゲート118が開き、アナログスイッチ119が閉路して
誤差信号Δｅをトランジスタ41に伝達するが、これによ
って流れる電流が基準値より大きいときは直ちにフリッ
プフロップ回路がリセットされてトランジスタ41を遮断
する。発振器115の出力パルスの立下り時に一旦トラン
ジスタが導通したときに流れる電流が基準値より小さい
ときには、この電流が基準値を超えるまでトランジスタ
41は導通をつづけ、かつこの間は燃料電池１の出力電圧
は基準値Erに保たれる。上記をくりかえして燃料電池１
の内部温度をほぼ定格出力が得られる温度に保つ。次に
時刻ｔ＝t3において、起動指令スイッチ８を押して信号
s0をハイレベルにすると、この時点において図示のよう
に信号s7がローレベルであれば直ちに駆動信号s3が出力
されて加工用出力調整手段２が動作し、アーク負荷３に
燃料電池１からの電力が供給されて加工が行なわれる。
これと同時に加工用出力制御回路７は禁止信号s1をイン
バータ117に出力し、インバータ117はこれを反転して信
号▲▼としてアンドゲート118を閉じる。このため
加工中に出力電流が基準値Prよりも小さくなっても強制
通電手段のトランジスタ41は遮断のままであり、誤って
導通することはない。一方、加工開始に際して起動指令
スイッチ８が押されたときに時刻ｔ＝t4のようにもし信
号s7がハイレベル、即ち強制通電中であるときには加工
用出力制御回路７はこれによって出力を禁止されるの
で、強制通電によって出力電流が基準値に達した時刻ｔ
＝t5の後に加工が開始されることになる。これによって
加工時の出力不足が防止される。
第４図において比較器114、フリップフロップ回路11
6、発振器115などからなる発電能力判定回路は上記のよ
うな動作を行うものに限らず、出力電流Pfと基準信号Pr
とを入力として、Pf＜Prのときに強制通電手段を駆動す
るものであればよい。
6、発振器115などからなる発電能力判定回路は上記のよ
うな動作を行うものに限らず、出力電流Pfと基準信号Pr
とを入力として、Pf＜Prのときに強制通電手段を駆動す
るものであればよい。
＜発明の効果＞ 本発明の装置は、上記のようであるので典型的な断続
負荷であり、かつ中断期間が比較的長いアーク溶接や溶
断などの加工用に燃料電池を用いるときに、出力不足と
なって加工不良を発生したり、過負荷となって電池の寿
命を縮めることが完全に防止でき、かつ燃料電池の容量
を不要に大きなものにする必要がないので小形軽量で経
済的な装置が得られるものである。
負荷であり、かつ中断期間が比較的長いアーク溶接や溶
断などの加工用に燃料電池を用いるときに、出力不足と
なって加工不良を発生したり、過負荷となって電池の寿
命を縮めることが完全に防止でき、かつ燃料電池の容量
を不要に大きなものにする必要がないので小形軽量で経
済的な装置が得られるものである。
第１図は本発明の実施例を示す接続図、第２図は第１図
の実施例の動作を説明するための線図、第３図は燃料電
池の特性を説明するための線図、第４図は本発明の別の
実施例を示す接続図、第５図は第４図の実施例の動作を
説明するための線図である。 １……燃料電池、２……加工用出力調整手段、 ３……アーク負荷、４……強制通電手段、 ５……発電能力検出手段、 ６……発電能力基準値設定器、 ７……加工用出力制御回路、 ８……起動指令スイッチ、 ９……加工用出力電流設定器、 10……出力電流検出器、 11……強制通電手段制御回路、 11a……定電圧制御回路、 11b……発電能力判定回路、 41……トランジスタ、42……抵抗器、 111……出力電圧検出器、 112……基準電圧設定器、113……誤差増幅器、 114……比較器、115……発振器、 116……フリップフロップ回路、 117……インバータ、118……アンドゲート、 119……アナログスイッチ
の実施例の動作を説明するための線図、第３図は燃料電
池の特性を説明するための線図、第４図は本発明の別の
実施例を示す接続図、第５図は第４図の実施例の動作を
説明するための線図である。 １……燃料電池、２……加工用出力調整手段、 ３……アーク負荷、４……強制通電手段、 ５……発電能力検出手段、 ６……発電能力基準値設定器、 ７……加工用出力制御回路、 ８……起動指令スイッチ、 ９……加工用出力電流設定器、 10……出力電流検出器、 11……強制通電手段制御回路、 11a……定電圧制御回路、 11b……発電能力判定回路、 41……トランジスタ、42……抵抗器、 111……出力電圧検出器、 112……基準電圧設定器、113……誤差増幅器、 114……比較器、115……発振器、 116……フリップフロップ回路、 117……インバータ、118……アンドゲート、 119……アナログスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 義治 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−273467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−21635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−233975（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 9/06,9/073
Claims (6)
- 【請求項１】電解質を隔てて燃料と酸化剤とを供給し燃
料の燃焼反応を電気化学的に行なわせて電気エネルギー
を得る燃料電池と、前記燃料電池の発電能力検出手段
と、前記燃料電池の発電能力の基準値設定器と、前記燃
料電池とアーク加工負荷との間に設けた加工用出力調整
手段と、前記加工用出力調整手段を駆動するためのアー
ク加工用出力制御回路と、前記燃料電池の出力端に接続
されて前記燃料電池の発電能力検出手段の出力Pfと前記
基準値設定器の出力Prと前記アーク加工用出力制御回路
の加工用出力調整手段の加工中信号s1とを入力としPf＜
Prでかつ信号s1が断の状態のときに前記燃料電池を放電
させる強制通電手段とを具備したアーク加工用電源装
置。 - 【請求項２】前記アーク加工用出力制御回路は、前記強
制通電手段が通電中でないことを条件として前記加工用
出力調整手段を駆動するための信号を出力する回路であ
る請求項１に記載のアーク加工用電源装置。 - 【請求項３】前記燃料電池の発電能力は燃料電池の内部
温度によって推定するものである請求項１に記載のアー
ク加工用電源装置。 - 【請求項４】前記燃料電池の発電能力は燃料電池の出力
電流によって推定するものである請求項１に記載のアー
ク加工用電源装置。 - 【請求項５】前記強制通電手段には、直列に抵抗器が接
続されており、前記抵抗器は前記電解質を加熱するため
のヒータとして用いられる請求項１に記載のアーク加工
用電源装置。 - 【請求項６】前記強制通電手段は、前記燃料電池の出力
端子電圧をあらかじめ定められた略一定値に保ちながら
通電する手段である請求項１に記載のアーク加工用電源
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165200A JP2813040B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | アーク加工用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165200A JP2813040B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | アーク加工用電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0455059A JPH0455059A (ja) | 1992-02-21 |
| JP2813040B2 true JP2813040B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15807741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2165200A Expired - Fee Related JP2813040B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | アーク加工用電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2813040B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6331694B1 (en) * | 1999-12-08 | 2001-12-18 | Lincoln Global, Inc. | Fuel cell operated welder |
| JP3797295B2 (ja) | 2002-08-09 | 2006-07-12 | ブラザー工業株式会社 | 着脱部材、現像器、プロセス装置および画像形成装置 |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP2165200A patent/JP2813040B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0455059A (ja) | 1992-02-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |