JP4080761B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池の発電電圧を出力可能な状態と発電電圧を出力しない状態とに切り替え可能な出力端子を備える燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００ー６７８９６号公報には、燃料が供給される燃料極及び酸化剤が供給される酸化剤極とを有するセルを複数個電気的に直列に接続して形成した燃料電池にオプトアイソレータを組み付けている燃料電池保護方法及び保護装置が開示されている。オプトアイソレータは動作不良検知手段を検知するためのものであり、２個のセルを繋ぐ回路に設けられた発光ダイオードと、各発光ダイオードで発光した光を受光してオンとなるフォトトランジスタを直列に繋いで構成したフォトトランジスタ列と、全部のフォトトランジスタのうちいずれかがオフのときハイ信号を出力する比較器とが設けられている。フォトトランジスタのコレクタ側は、燃料電池とは別の電源に電気的に繋がれている。このものによれば、燃料電池を構成するセルのいずれかが動作不良のとき、全部のフォトトランジスタのうちいずれかがオフとなるため、比較器はハイ信号を燃料電池の動作不良検知信号として出力する。これにより燃料電池のセルのいずれかが動作不良であることが検知され、警報が発せられる。
【０００３】
また特開平７−２７２７３６号公報には、燃料電池の各セルのそれぞれの発電電圧を電圧モニター手段によりモニターすると共に、燃料電池の発電電圧が最低電圧しきい値よりも小さいとき、負荷に供給する電流を制限する電流制限手段を設けた燃料電池システムの制御装置が開示されている。このものでは電圧モニター手段は燃料電池とは別の電源に電気的に繋がれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特開２０００ー６７８９６号公報に係る技術によれば、フォトトランジスタのコレクタ側は、燃料電池とは別の電源に電気的に繋がれている。このためセルの動作不良を検知するためには、燃料電池の他に別の電源が必要であった。更に燃料電池の各セルのそれぞれに、動作不良を検知するオプトアイソレータが必要とされるため、オプトアイソレータの数が増加し、ひいてはそれに繋がれる導線の数がかなり増加する不具合があり、このためノイズ発生等が誘発され易く、信頼性が低下するおそれがあった。
【０００５】
また特開平７−２７２７３６号公報に係る技術によれば、動作不良検知手段として機能する電圧モニター手段は、燃料電池とは別の電源に電気的に繋がれている。このためセルの動作不良を検知するためには、燃料電池の他に別の電源が必要であった。更に燃料電池の各セルのそれぞれの発電電圧を電圧モニター手段によりモニターしているため、各セルに繋がれるモニター手段の数が増加し、ひいてはモニター手段に繋がれる導線の数も増加する不具合があり、このためノイズ発生等が誘発され易く、信頼性が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池で発電した発電電圧を出力端子から出力可能な状態と出力端子から出力可能としない状態とに出力端子を切り替えるにあたり、電気駆動素子を駆動させる電源を設けずとも良く、しかも燃料電池を構成するセルの個数が多いときであっても、導線等の数の増加を防止できて信頼性を高めるのに有利な燃料電池装置を提供することを課題とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池装置は、
燃料が供給される燃料極及び酸化剤が供給される酸化剤極とを有するセルを複数個電気的に直列に接続して形成した燃料電池と、
燃料電池で発電した発電電圧を出力可能な状態と発電電圧を出力しない状態とに切り替え可能な出力端子と、
燃料電池と出力端子との間に設けられ、燃料電池と出力端子とを電気的に導通すると共に燃料電池の発電電圧を出力端子から出力可能とするオン状態と、燃料電池と出力端子とを電気的に非導通とする共に燃料電池の発電電圧を出力端子から出力しないオフ状態とに切替可能な出力側スイッチとを具備する燃料電池装置において、
最低駆動電圧以上の入力電圧が印加されたとき出力側スイッチをオフ状態からオン状態に切り替えることにより、燃料電池の発電電圧を出力端子から出力可能とすると共に、入力電圧が印加されないとき出力側スイッチをオフ状態とし前記発電電圧を出力端子から出力しない電気駆動素子が設けられており、
電気駆動素子は、
燃料電池の発電電圧が印加されるように燃料電池に電気的に接続されており、且つ、
燃料電池の発電電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧以上の入力電圧として印加されて前記出力側スイッチをオン状態にして燃料電池の発電電圧を出力端子から出力可能に維持すると共に、燃料電池の発電電圧が低下して電気駆動素子へ印加される入力電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧よりも低下したとき出力側スイッチをオン状態からオフ状態とし、燃料電池の発電電圧を出力端子から出力しない状態に切り替えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る燃料電池装置によれば、燃料電池の発電電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧以上の入力電圧として電気駆動素子に印加されたとき、電気駆動素子は出力側スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える。一方、燃料電池の発電出力が低下し、電気駆動素子への印加電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧よりも低下したとき、電気駆動素子は、出力側スイッチをオン状態からオフ状態に切り替える。これにより出力端子からの燃料電池の発電出力の取り出しは停止される。
【０００９】
本発明に係る燃料電池装置によれば、電気駆動素子は燃料電池の発電電圧で駆動するため、電気駆動素子を駆動させるための電源は必要とされない。
【００１０】
【発明の実施の状態】
本発明に係る好ましい状態によれば、電気駆動素子は、燃料電池で発電された発電電圧を抵抗で分割した分割電圧を電気駆動素子の最低駆動電圧以上に設定し、その分割電圧で電気駆動素子を駆動させて出力側スイッチをオン状態に維持すると共に、燃料電池の発電電圧を抵抗で分割した分割電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧よりも低下したとき出力側スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えることができる。最低駆動電圧とは、電気駆動素子を駆動させるに必要とされる電圧を意味する。
【００１１】
燃料電池を構成するように直列に繋がれたセルの個数が多いため、燃料電池の発電電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧を大きく越えるときであっても、燃料電池で発電された発電電圧を分割した分割電圧を電気駆動素子の最低駆動電圧以上に設定すれば、電気駆動素子を駆動させてオン状態に維持することができる。
【００１２】
このように燃料電池で発電された発電電圧を分割した分割電圧で電気駆動素子を駆動させれば、燃料電池を構成する全部のセルの個数が多いときであっても、セルのそれぞれの動作不良をまとめて検知することができる。
【００１３】
この場合、燃料電池で発電した全発電電圧を分割電圧するための複数個の抵抗を設けた導電経路を設ける。抵抗としては、抵抗値が固定的な固有抵抗でも良いし、あるいは、抵抗値を変化させ得る可変抵抗でも良い。
【００１４】
本発明に係る好ましい状態によれば、電気駆動素子は、出力側スイッチのオン及びオフを行うリレーとすることができる。リレーとしては、有接点式の電磁リレー、無接点式のトランジスタを採用することができる。
【００１５】
本発明に係る燃料電池としては、燃料が供給される燃料極及び酸化剤が供給される酸化剤極とを有するセルを複数個電気的に少なくとも直列に接続して形成された燃料電池であれば良い。燃料電池に用いられる代表的な燃料としてはガス状、液体状の燃料を採用でき、炭化水素系等の燃料が挙げられる。具体的には、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とする流体を用いることができ、都市ガス、天然ガス、メタノール、ガソリン、バイオガス等を例示することができる。燃料電池装置しては、発電反応に適するように燃料を改質する改質部を有するものでも良いし、燃料電池の内部で燃料を直接用いるために改質部を有しないものでも良い。燃料電池としては業務用、家庭用、定置用、車載用、固定式、可動式、携帯式、ポータブル式を問わない。
【００１６】
【実施例】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照して説明する。本実施例に係る燃料電池装置においては、燃料（例えば水素含有ガス）が供給される燃料極及び酸化剤（例えば空気）が供給される酸化剤極とを有するセル８０を複数個電気的に直列に接続して形成した燃料電池８が設けられている。燃料電池８のうち、−極側からセル８０ａ、セル８０ｂ、セル８０ｃ……セル８０ｒ……とし、＋極側に向かうにつれてセル８０ｙ、セル８０ｚとする。更に、燃料電池８で発電した発電電圧を出力する出力端子１００が設けられている。出力端子１００は、燃料電池８の−極に繋がる第１出力端子１０１と、燃料電池８の＋極に繋がる第２出力端子１０２とをもつ。燃料電池８と出力端子１００との間には出力側スイッチ１５０が設けられている。出力側スイッチ１５０は、第１出力端子１０１と燃料電池８の−極との間に設けられ通常時に開放してオフ状態とされている第１出力側スイッチ１５１と、第２出力端子１０２と燃料電池８の＋極との間に設けられ通常時に開放してオフ状態とされている第２出力側スイッチ１５２とを有する。
【００１７】
第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２がオン状態にされると、燃料電池８と出力端子１００とが電気的に導通するため、燃料電池８の発電出力は出力端子１００から出力される。これに対して第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２のうちの少なくとも一方が開放してオフ状態とされると、燃料電池８と出力端子１００とが電気的に非導通となるため、燃料電池８の発電出力は出力端子１００から出力されない。
【００１８】
出力側スイッチ１５０を切り替えるための保護用コントローラ２００が設けられている。保護用コントローラ２００は、外部からの制御信号ＰＣによりオン状態となる第１電気駆動素子２３０を備えている。第１電気駆動素子２３０は電磁リレーで形成されており、スイッチ２５０を有する。第１電気駆動素子２３０にこれの最低駆動電圧Ｖdri以上の電圧が印加されると、第１電気駆動素子２３０が励磁されるように駆動する。第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdriとは、第１電気駆動素子２３０を駆動させるに必要とされる電圧を意味する。スイッチ２５０は通常時に開放しており、オフ状態とされている。第１電気駆動素子２３０にこれの最低駆動電圧Ｖdri以上の電圧が印加されたとき、第１電気駆動素子２３０が励磁されるように駆動するため、スイッチ２５０は閉じてオフ状態からオン状態に切り替わる。
【００１９】
更に第２電気駆動素子３００が設けられている。第２電気駆動素子３００は第１電気駆動素子２３０の励磁に伴って励磁状態となり、出力側スイッチ１５０（１５１，１５２）をオフ状態からオン状態に切り替える。図２に示すように、第２電気駆動素子３００は電磁リレーで形成されており、第１電気駆動素子２３０と電気的に並列に接続されている。第２電気駆動素子３００にこれの最低駆動電圧Ｖdri以上の電圧が印加されると、第２電気駆動素子３００が励磁されるように駆動するため、第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２が閉じてオン状態となる。第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdriとは、第２電気駆動素子３００を駆動させるに必要とされる電圧を意味する。なお第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdriは、第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdriに相応しており、両者は同程度されている。
【００２０】
外部から操作される入力操作部としてのフォトカプラ４００が保護用コントローラ２００に設けられている。フォトカプラ４００は光電変換を利用した絶縁形入力素子として機能するものであり、制御端子４７０に電気的に繋がれており、パルス状の制御信号ＰＣが制御端子４７０に入力されると発光するホトダイオード４１０と、ホトダイオード４１０の発行した光を受光してオン状態となるホトトランジスタ４３０とを有する。ホトトランジスタ４３０は接点式のスイッチ２５０に対して並列に電気的に繋がれていると共に、第１電気駆動素子２３０及び第２電気駆動素子３００に対して直列に繋がれている。
【００２１】
換言すれば図２に示すように、前記した保護用コントローラ２００は、接点式のスイッチ２５０を有する第１電気駆動素子２３０と、フォトカプラ４００とを有する。保護用コントローラ２００の導線２０１，２０２は、燃料電池８を構成するセル８０の全部うちの一部であるセル８０ａ〜セル８０ｒ間に電気的に繋がれており、即ち、セル８０ａ〜セル８０ｒ間の発電電圧を取り出す取出端子２０１ｋ，２０２ｋに繋がれている。セル８０ａ〜セル８０ｒ間の発電電圧Ｖａは、燃料電池８の全発電電圧の一部である。従ってセル８０ａ〜セル８０ｒの個数は、燃料電池８の全部のセル８０のうちの所定数であり、セル８０ａ〜セル８０ｒのセル発電電圧、第１電気駆動素子２３０及び第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdriによっても相違するものの、例えば、燃料電池８の全部のセル８０のうちの基本的には１／２程度、２／３程度、３／４程度等とすることができる。
【００２２】
燃料電池８の運転が定常状態に至ったとき、外部の制御装置から制御端子４７０に制御信号ＰＣが入力されると、その制御信号ＰＣはホトダイオード４１０に入力される。するとホトダイオード４１０が発光して光電変換によりホトトランジスタ４３０がオン状態となり、燃料電池８の発電電圧のうちの取出端子２０１ｋ，２０２ｋ間がホトトランジスタ４３０を介して導通する。この結果、取出端子２０１ｋ，２０２ｋ間の電圧Ｖａが第１電気駆動素子２３０に印加される。このため電圧Ｖａが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdri以上であれば、第１電気駆動素子２３０が励磁されるように駆動し、スイッチ２５０を閉じ、スイッチ２５０をオフ状態からオン状態に切り替える。すると、第２電気駆動素子３００及びスイッチ２５０を電気的に繋ぐ導電経路が形成されるため、前記した電圧Ｖａが第２電気駆動素子３００に印加される。電圧Ｖａは第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdri以上であるため、第２電気駆動素子３００は励磁されて駆動する。ひいては、出力側スイッチ１５０の第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２が閉じてオン状態となる。このため燃料電池８の＋極及び−極と出力端子１００とが電気的に導通する。よって燃料電池８の運転中において、燃料電池８の＋極及び−極間の発電電圧を出力端子１００から取り出すことができる。
【００２３】
上記したように本実施例によれば、制御信号ＰＣがホトダイオード４１０に一旦入力されれば、燃料電池８の発電電圧の一部である電圧Ｖａが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧以上であれば、接点式のスイッチ２５０が閉じてオン状態に維持されるため、以後の制御信号ＰＣの入力が行われずとも、出力側スイッチ１５０の第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２は閉じ状態に維持される。即ち自己保持回路が形成される。
【００２４】
本実施例によれば、燃料電池８が定常運転するときの１個のセル８０で発電する発電電圧をセル電圧Ｖcellとする。燃料電池８の定常運転を行うには好ましくないと判定されるときにおいて、１個のセル８０で発電する発電電圧をセル運転可能最低電圧Ｖminとする。１個のセル８０で発電する発電電圧がセル運転可能最低電圧Ｖminよりも低下しているときには、燃料電池８を運転せず、停止させる方が好ましい。また、第１電気駆動素子２３０、第２電気駆動素子３００に印加される電圧Ｖａを構成するセル８０ａ〜セル８０ｒ間のセル個数を、Ｎ個とする。
【００２５】
第１電気駆動素子２３０、第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdriは、セル運転可能最低電圧Ｖmin及びセル個数Ｎに関係する。即ち本実施例によれば、（セル運転可能最低電圧Ｖmin）×（セル個数Ｎ）の電圧値が、第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdri、第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdriに対応して最低駆動電圧Ｖdriを越える値となるように、第１電気駆動素子２３０、第２電気駆動素子３００が選択されている。
【００２６】
従って本実施例によれば、燃料電池８の運転中において燃料電池８の発電量が低下したため、（セル運転可能最低電圧Ｖmin）×（セル個数Ｎ）の電圧値が最低駆動電圧Ｖdriよりも低下したとき、第１電気駆動素子２３０及び第２電気駆動素子３００の双方は、自動的に消磁されてオフ状態に切り替わる。
【００２７】
燃料電池８を運転していても、燃料電池８に供給される燃料や酸化剤等の供給不足、燃料電池８の内部の加湿不足、加湿過剰等の理由により、燃料電池８の＋極及び−極間の発電電圧が低下することがある。この場合、燃料電池８の発電電圧を出力端子１００から取り出す操作をそのまま継続すると、燃料電池８を損傷し易く、燃料電池８の長寿命化には好ましくない。燃料電池８の全体の発電出力が低下すると、燃料電池８の取出端子２０１ｋ，２０２ｋ間の電圧Ｖａも同様に低下する。
【００２８】
燃料電池８の発電電圧に係る電圧Ｖａが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdriよりも低下したとき、第１電気駆動素子２３０は自動的に消磁されるように駆動し、第１電気駆動素子２３０のスイッチ２５０は閉じ（オン状態）から開放（オフ状態）に自動的に切り替わる。この結果、第２電気駆動素子３００及びスイッチ２５０を繋ぐ導電経路が形成されず、第２電気駆動素子３００が消磁されるように駆動し、第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２が開放してオフ状態となる。これにより燃料電池８の＋極及び−極間の発電電圧を出力端子１００から取り出すことは防止される。なお本実施例では、図１に示すように、燃料電池８、出力端子１００，出力側スイッチ１５０，保護用コントローラ２００，第２電気駆動素子３００、制御端子４７０は、一体的に組み込まれたモジュール６００とされている。
【００２９】
本実施例によれば、セル８０ａ〜セル８０ｒ間の発電電圧を電圧Ｖａを第１電気駆動素子２３０、第２電気駆動素子３００に印加させてこれらを駆動させているため、燃料電池８のセル８０ａ〜セル８０ｒのセル個数が多いときであっても、導線が増加することを抑えることができ、ノイズ等に対する信頼性を高め得る。
【００３０】
なお出力側スイッチ１５０は第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２を有するが、場合によってはいずれか一方でも良い。
【００３１】
（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例について図３及び図４を参照して説明する。第２実施例は第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、燃料電池８の＋極と−極との間を繋ぐ導電経路１０５が出力端子１００に対して電気的に並列に設けられている。そして導電経路１０５には複数個の抵抗が直列に接続されている。具体的には図３に示すように、導電経路１０５には、燃料電池８の−極側から第１抵抗１０６（抵抗値：Ｒ１）及び第２抵抗１０７（抵抗値：Ｒ２）が直列に接続されている。保護用コントローラ２００の＋極側の取出端子２０１ｋは第１抵抗１０６と第２抵抗１０７との間に電気的に繋がれている。保護用コントローラ２００の−極側の取出端子２０２ｋは燃料電池８の−極に電気的に繋がれている。
【００３２】
燃料電池８が発電すると、第１実施例で述べたように、燃料電池８の発電電圧は出力端子１００から取り出される。このとき導電経路１０５には電流Ｉが流れる。導電経路１０５には、第１抵抗１０６による分割電圧Ｖｃが生成される。分割電圧Ｖｃは基本的には電流Ｉ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝で求められる。この分割電圧Ｖｃが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdri以上であるとき、その分割電圧Ｖｃが第１電気駆動素子２３０に印加されると、第１電気駆動素子２３０は励磁されるように駆動し、ひいてはスイッチ２５０が閉じてオン状態となる。
【００３３】
本実施例においても第１実施例と同様に、燃料電池８の運転が定常状態に至ったとき、制御信号ＰＣが制御端子４７０を介してホトダイオード４１０に入力される。するとホトダイオード４１０が発光して光電変換によりホトトランジスタ４３０がオン状態となり、燃料電池８の発電電圧を分割した分割電圧Ｖｃが第１抵抗１０６により導電経路１０５に生成される。その分割電圧Ｖｃが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdri以上であるとき、その分割電圧Ｖｃで第１電気駆動素子２３０は励磁されるように駆動し、スイッチ２５０が閉じてオン状態となる。
【００３４】
すると第１実施例の場合と同様に、第２電気駆動素子３００及びスイッチ２５０を繋ぐ導電経路が形成される。故に、その分割電圧Ｖｃが第２電気駆動素子３００にも印加されるため、第２電気駆動素子３００が励磁されるように駆動し、ひいては第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２が閉じてオン状態となる。このため燃料電池８の発電中において、燃料電池８の＋極及び−極間の発電電圧を出力端子１００から取り出すことができる。
【００３５】
これに対して燃料電池８に供給される燃料や酸化剤の不足、燃料電池８の内部の加湿不足も加湿過剰等の理由により、燃料電池８の＋極及び−極間の発電電圧が低下することがある。このように燃料電池８の発電出力が低下すると、導電経路１０５の第１抵抗１０６で生成される燃料電池８の分割電圧Ｖｃも低下する。
【００３６】
分割電圧Ｖｃが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdriよりも低下したとき、第１電気駆動素子２３０は消磁するように駆動し、スイッチ２５０は閉じ（オン状態）から開放（オフ状態）に切り替わる。この結果、第２電気駆動素子３００及びスイッチ２５０を繋ぐ導電経路が形成されず、第２電気駆動素子３００が消磁されるように駆動し、第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２が開放しオフ状態となる。これにより燃料電池８の＋極及び−極間の発電電圧を出力端子１００から取り出すことは防止される。
【００３７】
本実施例によれば、燃料電池８の全部のセル８０で発電した発電電圧を分割した分割電圧Ｖｃを用い、分割電圧Ｖｃで第１電気駆動素子２３０を励磁させて駆動する方式が採用されている。このため、燃料電池８の全部のセル８０のうちいずれかに動作不良が生じているとき、燃料電池８の発電電圧を出力端子１００から取り出すことは自動的に防止される。
【００３８】
本実施例によれば、第１抵抗１０６の抵抗値をＲ１とし、第２抵抗１０７の抵抗値をＲ２とする。前述したように分割電圧Ｖｃは基本的には電流Ｉ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝に相当する。本実施例においては、第１抵抗１０６の抵抗値Ｒ１、第２抵抗１０７の抵抗値Ｒ２で規定される分割電圧Ｖｃが第１電気駆動素子２３０の最低駆動電圧Ｖdri、第２電気駆動素子３００の最低駆動電圧Ｖdriを越えるように、第１抵抗１０６の抵抗値Ｒ１、第２抵抗１０７の抵抗値Ｒ２は設定されている。
【００３９】
本実施例によれば、燃料電池８のセル８０の全部つまりセル８０ａ〜セル８０ｚ間の発電電圧を所定の比率｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝で分割した分割電圧Ｖｃを用いるため、セル８０ａ〜セル８０ｚのセル個数が多いときであっても、導線が増加することを抑えることができ、ノイズ等に対する信頼性を高め得る。なお第１抵抗１０６及び第２抵抗１０７の一方または双方は、固定抵抗でも良いし、抵抗値を変化させ得る可変抵抗でも良い。また出力側スイッチ１５０は第１出力側スイッチ１５１及び第２出力側スイッチ１５２を有するが、いずれか一方でも良い。
【００４０】
（適用例）
以下、本発明の適用例について説明する。図５は定置形の燃料電池装置の概念図を示す。本例に係る燃料電池装置は、図５に示すように、燃料としての水素を含む燃料ガスと水蒸気とで改質反応を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質系１Ｍが設けられている。改質系１Ｍは、燃料ガスと水蒸気とを反応させて改質反応を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質部１、原料水を蒸発させて改質反応で使用する水蒸気を生成する蒸発部２、改質部１を改質反応に適する温度領域に加熱するための燃焼部１３、ＣＯ除去部５を有する。燃焼部１３の熱は改質部１に伝達されるため、改質部１は改質反応に適するように高温とされる。ＣＯ除去部５は、改質部１で生成された水素含有ガスに含まれている一酸化炭素を除去するものである。ＣＯ除去部５は、シフト反応により一酸化炭素を低減させるＣＯシフト部と、空気を用いて一酸化炭素を低減させるＣＯ選択酸化部とを有するが、これらに限定されるものではない。
【００４１】
燃料ガスを改質部１に熱交換部３を経て供給する燃料ガス供給通路（燃料供給通路）４が設けられている。燃料ガス供給通路４の上流端は燃料ガス源１５（都市ガスの配管）に接続されており、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とする燃料ガスを供給する。燃料ガス供給通路４には、２個並設された弁２７，２８からなる二連弁２９，燃料ガス搬送用のポンプ４ｐ、脱硫部４ａ、弁４ｂ、合流部４ｃが設けられている。合流部４ｃは、燃料ガス供給通路４からの燃料ガスと蒸発部２で蒸発された水蒸気とを合流させて混合し、熱交換部３を介して改質部１に供給する。
【００４２】
燃焼用の燃料ガスを燃焼部１３に供給する燃焼部連通路１４が設けられている。燃焼部連通路１４は、燃料ガス供給通路４と燃焼部１３とを分岐部４ｍを介して接続する。燃焼部連通路１４には、燃焼用の燃料ガスを燃焼部１３に向けて搬送するガス搬送源としてのポンプ１４ｐが設けられている。燃料ガス供給通路４から供給された燃料ガスは、ポンプ１４ｐにより燃焼部連通路１４を経て燃焼部１３に供給され、燃焼部１３で燃焼反応に使用されるため、燃焼部１３が高温となる。燃焼部１３により改質部１０が加熱されるため、改質部１の温度を改質反応に適するように温度領域に維持することができ、ひいては改質部１において改質反応により水素含有ガスを効果的に発生させることができる。
【００４３】
図５に示すように、燃料電池８が設けられている。燃料電池８は、酸素含有ガスとしての空気（酸化剤ガス）と水素含有ガスとで発電するものである。燃料電池８は高分子電解質型であり、プロトン伝導性高分子膜を電解質として用いたセルを複数個直列に積層したスタックで構成されている。各セルは少なくとも直列に電気的に繋がれている。改質部１で生成された水素含有ガスを弁９ａを経て燃料電池８の燃料極に供給する水素供給通路９（燃料供給通路）が設けられている。
【００４４】
図５に示すように、酸素含有ガスとしての発電用の酸化剤としての空気を燃料電池８の空気極に供給する空気供給通路１６（酸化剤供給通路）が設けられている。空気供給通路１６には空気清浄化用のフィルタ１６ａ、空気搬送用のファン１６ｂ、空気加湿用の加湿部２０が設けられている。加湿部２０は、燃料電池８に供給する酸素含有ガスである空気を加湿する。燃料電池８の電解質膜が過剰に乾燥されると、燃料電池８の発電効率が低下するため、燃料電池８の空気極に供給する空気を加湿するものである。
【００４５】
燃料電池８の燃料極の出口８ｅから排出された発電後の水素含有ガスのオフガスを燃焼部１３に流す燃料オフガス通路１２が設けられている。燃料オフガス通路１２には弁１０ａ、燃料極側の凝縮部１０、弁１０ｃが設けられている。燃料極側の凝縮部１０は、燃料オフガス通路１２において燃焼部１３と燃料電池８との間に位置するように設けられており、燃料電池８の燃料極の出口８ｅから排出された水素含有ガスの発電後のオフガスに含まれている水分を除去する。これにより水分が除去されたオフガスが燃料オフガス通路１２を経て燃焼部１３に供給され、燃焼反応として使用される。このように水分が除去されたオフガスが燃焼部１３に供給され、燃焼反応として使用されるため、水素含有ガスのオフガスを再利用できる。このとき水素含有ガスのオフガスに含まれている水分が除去されているため、燃焼部１３の温度低下が抑えられ、燃焼部１３における燃焼反応を良好に行うことができる。
【００４６】
燃料電池８の空気極から排出された発電後の空気のオフガスを流して大気中に排出させる空気オフガス通路（酸化剤オフガス通路）１８が設けられている。空気オフガス通路１８に加湿部２０が設けられている。
【００４７】
給水源としての水道管と蒸発部２とを接続する原料水供給通路７が設けられている。原料水供給通路７から蒸発部２に供給された水は、蒸発部２において加熱されて水蒸気となり、改質部１における改質反応に使用される。原料水供給通路７には、原料水浄化用のフィルタ７ａ、弁７ｂ、弁７ｃ、原料水の浄化度を高める水精製装置７ｄ、水タンク６、原料水搬送用のポンプ７ｆ、開閉制御弁７ｈが設けられている。
【００４８】
また図５に示すように、燃料電池８の熱を奪う冷却水が流れる電池用の冷却通路２２が設けられている。電池用の冷却通路２２には、ポンプ２２ｐ、熱交換部２３が設けられている。燃料電池装置全体で発生する熱を奪って湯として貯留する貯湯部２６が湯温センサ２６ｎと共に設けられている。貯湯部２６の吐出口２６ｉから延設された熱交換通路３１には、冷却水搬送用のポンプ３１ｐ、燃料側の凝縮部１０が設けられており、更に適宜の部位に図略の複数の熱交換部が設けられている。従って貯湯部２６から熱交換通路３１を流れた冷却水は、燃料側の凝縮部１０を経て、更に適宜の部位に設けた図略の複数の熱交換部を流れ、熱交換により加熱され、熱交換部２３を経て、貯湯部２６の吸入口２６ｏに帰還する。このため、貯湯部２６に貯留されている冷却水は熱を帯び、湯となる。貯湯部２６の冷却水である湯は、他の用途への給湯源として利用できる。貯湯部２６には給水源である水道から水が補給通路２６ｋを経て補給される。制御装置３９には各種の信号（Ｓ１，Ｓ２等）が入力される。
【００４９】
本適用例においても、前記した第１実施例または第２実施例の係る技術が適用されているため、燃料電池８に供給される燃料や酸化剤の不足、燃料電池８の内部の加湿不足も加湿過剰等の理由により、燃料電池８の発電電圧が低下することが万一あったとしても、燃料電池８の発電電圧が一定以下に低下すると、燃料電池８の発電電圧を出力端子１００から取り出すことは防止される。
【００５０】
その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る燃料電池装置によれば、燃料電池の発電電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧以上の入力電圧として電気駆動素子に印加されたとき、電気駆動素子は駆動して出力側スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える。一方、燃料電池の発電出力が低下し、電気駆動素子への印加電圧が電気駆動素子の最低駆動電圧よりも低下したとき、電気駆動素子は出力側スイッチをオン状態からオフ状態に自動的に切り替える。
【００５２】
上記したような本発明に係る燃料電池装置によれば、電気駆動素子は燃料電池の発電電圧が印加されて駆動するため、電気駆動素子を駆動させるための電源を必要としない。
【００５３】
本発明に係る燃料電池装置によれば、燃料電池を構成するセルのセル個数が多いときであっても、導線が増加することを抑えることができ、ノイズ等に対する信頼性を高め得る利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係り、燃料電池付近の回路を示す回路図である。
【図２】実施例１に係り、保護用コントローラの回路を示す回路図である。
【図３】実施例２に係り、燃料電池付近の回路を示す回路図である。
【図４】実施例２に係り、保護用コントローラの回路を示す回路図である。
【図５】定置形の燃料電池装置の概念図である。
【符号の説明】
図中、８は燃料電池、８０はセル、１００は出力端子、１０６，１０７は分割電圧用の抵抗、１５０は出力側スイッチ、２００は保護用コントローラ、２３０は第１電気駆動素子、２５０はスイッチ、３００は第２電気駆動素子、４００はフォトカプラを示す。

Claims (2)

1. 燃料が供給される燃料極及び酸化剤が供給される酸化剤極とを有するセルを複数個電気的に直列に接続して形成した燃料電池と、
   前記燃料電池で発電した発電電圧を出力可能な状態と前記発電電圧を出力しない状態とに切り替え可能な出力端子と、
   前記燃料電池と前記出力端子との間に設けられ、前記燃料電池と前記出力端子とを電気的に導通すると共に前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力可能とするオン状態と、前記燃料電池と前記出力端子とを電気的に非導通とする共に前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力しないオフ状態とに切替可能な出力側スイッチとを具備する燃料電池装置において、
   最低駆動電圧以上の入力電圧が印加されたとき前記出力側スイッチをオフ状態からオン状態に切り替えることにより、前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力可能とすると共に、前記入力電圧が印加されないとき前記出力側スイッチをオフ状態とし前記発電電圧を前記出力端子から出力しない電気駆動素子が設けられており、
   前記電気駆動素子は、
   前記燃料電池の発電電圧が印加されるように前記燃料電池に電気的に接続されており、且つ、
   前記燃料電池の発電電圧が前記電気駆動素子の最低駆動電圧以上の入力電圧として印加されて前記出力側スイッチをオン状態にして前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力可能に維持すると共に、前記燃料電池の発電電圧が低下して前記電気駆動素子へ印加される入力電圧が前記電気駆動素子の最低駆動電圧よりも低下したとき前記出力側スイッチをオン状態からオフ状態とし、前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力しない状態に切り替えることを特徴とする燃料電池装置。
2. 請求項１において、前記電気駆動素子は、前記燃料電池で発電された発電電圧を抵抗で分割して生成されると共に前記最低駆動電圧以上の分割電圧が前記入力電圧として前記電気駆動素子に印加されるとき駆動して前記出力側スイッチをオン状態にすることにより前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力可能に維持すると共に、前記燃料電池の発電電圧を抵抗で分割した分割電圧が前記電気駆動素子の最低駆動電圧よりも低下したとき前記出力側スイッチをオン状態からオフ状態にして前記燃料電池の発電電圧を前記出力端子から出力しない状態に切り替えることを特徴とする燃料電池装置。

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