JP4500240B2 - 交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法 - Google Patents

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本発明は、商用電源の停電時に前記商用電源に替わって該交通管理システムに電力を供給する燃料電池発電装置を備えた交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法に関し、特に燃料電池発電装置の燃料電池に水素を燃料とする固体高分子燃料電池を使用する交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法に関する。

道路に設置されている交通管理システム（車両用信号機、歩行者用信号機、方向指示器等の交通指示標識器）は通常商用電源を使用して運用されている。しかしながら、送電事故、交通事故、火災或いは落雷・地震などの天災など様々な原因によって商用電力の送電が停止する場合も想定される。

交通管理システムは車両の走行規制、歩行者の安全確保など重要な任務を果たしているものであり、商用電力の停止によってその動作が停止すると、特に幹線道路等交通量が多い交差点などにおいては安全上重大なトラブルを引き起こすことが十分予測される。これに対応するために、一部の重要交通拠点においては商用電力が遮断された場合にこれに替わって交通管理システムの運用を維持する非常電源システムが導入されている。

非常用電源として最も簡便なものとして鉛蓄電池に代表される二次電池の設置であるが、二次電池の発電容量は比較的小さく、瞬時或いは短時間の停電には対応できものの、長時間の使用を前提とすると、設備規模が大きくなり交差点に位置する交通システムの非常用電源としては実用的ではない。

これに替わるものとしてディーゼル発電機等の内燃機関を用いた非常用電源が検討され、一部の重要交通拠点に既に導入されている。また、近年、燃料電池技術の発展が進み、ディーゼル発電機等の内燃機関で問題となる騒音或いは環境汚染の問題に鑑み、燃料電池を交通管理システム用の非常用電源として使用しようとする試みも検討され始めている。

燃料電池は電気化学的に発電を行うものであり、発電部そのものには駆動部が無く、補機の騒音も低く抑えることが可能であることから運転音が静粛で、特に夜間の運転に際しては利点を有する。更に発電に伴う排出物は原理的には電気化学反応に伴う水のみであり、クリーン度の点においてもディーゼル発電機等の内燃機関と比較して優れているといえる。

特に、ここ数年の固体高分子型燃料電池の開発の進歩度は顕著であり、発電温度が他のタイプの燃料電池に比較して低く、起動が迅速である特徴を持ち、交通管理システム用の非常用電源として好適であると考えられてきた。特に純水素を燃料とする固体高分子型燃料電池は、メタンに代表された炭化水素を改質して水素に富んだガスを得る必要がないため、極めて迅速に起動が可能であることから、この用途に好適である。

この固体高分子型燃料電池開発システムの燃料としては水素吸蔵材料を使用した貯蔵システムなども考えられるが、入手性、汎用性、流通価格、メンテナンス性などを考慮すると通常のボンベに充填された高圧水素を用いることが好適である。

しかしながら、上記燃料電池を使用した非常用発電設備においては、その使用可能時間はディーゼル発電機等の内燃機関でも同様であるが、貯蔵している燃料の量によって定まる。燃料を多量に保有すれば使用時間を延長することが可能であるが、蓄電池設置と同様交差点設置というエリア的な問題を考えるとその貯蔵量を十分に確保することが難しい。更に、何時、どの程度の時間に亘って発生するか予測の難しい商用電源の停電に対応するために多量の非常用の燃料電池用燃料を保有することは得策ではない。

上記事情から、燃料電池を備えた交通管理システム用燃料電池発電装置は、商用電源の停電が長時間持続した場合には、燃料電池の燃料が不足し、交通管理システムの運用を維持することが困難となる事が懸念される。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、所定量の燃料で商用電源停電が長時間持続した場合でも、できる限り長時間交通管理システムを運用できる交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、少なくとも車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識を備え、商用電源で運用される交通管理システムに、停電時に前記商用電源に替わって前記交通管理システムに電力を供給する燃料電池発電装置を備えた交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法であって、運転時間測定手段を備え、前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、その運転時間を前記運転時間測定手段で測定し、該運転時間が予め定められた所定時間以上となった場合に、下記第１乃至第４の方法のいずれかを所定の節電基準に基づいて選択し、実行することを特徴とする。
第１の方法：前記車両用信号機及び前記歩行者用信号機或いは前記交通指示標識の点灯輝度を減じる
第２の方法：前記歩行者用信号機の点灯輝度を減じる
第３の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度はそのままに前記歩行者用信号機の点灯を停止する
第４の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度を減じると共に前記歩行者用信号機の点灯を停止する

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、前記運転時間測定手段に所定の第１の設定時間と、該第１の設定時間より長い第２の設定時間を設定し、前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、運転時間が前記第１の設定時間を経過した場合と、前記第２の設定時間を経過した場合とで前記第１乃至４の方法を選択する節電基準を変え、前記第１の設定時間経過の場合は小さい節電の節電基準とし、前記第２の設定時間を経過した場合はそれより大きい節電の節電基準としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、少なくとも車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識を備え、商用電源で運用される交通管理システムに、停電時に前記商用電源に替わって前記交通管理システムに電力を供給する燃料電池発電装置を備えた交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法であって、燃料の残量を検出する残燃料検出手段を備え、前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、前記残燃料検出手段で検出した該非常用燃料電池発電装置の燃料の残量が予め定められた量以下となった場合に、下記第１乃至第４の方法いずれかを所定の節電基準に基づいて選択し、実行することを特徴とする。
第１の方法：前記車両用信号機及び前記歩行者用信号機或いは前記交通指示標識の点灯輝度を減じる
第２の方法：前記歩行者用信号機の点灯輝度を減じる
第３の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度はそのままに前記歩行者用信号機の点灯を停止する
第４の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度を減じると共に前記歩行者用信号機の点灯を停止する

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、前記残燃料検出手段に、所定の第１の設定残燃料量と、該第１の設定残燃料量より少ない第２の設定残燃料量を設定し、前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、該非常用燃料電池発電装置の残燃料量が第１の設定残燃料量を下回った場合と、該第２の設定残燃料量を下回った場合とでの前記第１乃至４の方法を選択する節電基準を変え、前記残燃料量が第１の設定残燃料量を下回った場合は小さい節電の節電基準とし、前記残燃料量が第２の設定残燃料量を下回った場合はそれより大きい節電の節電基準としたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、前記車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識の標識部は多数のＬＥＤが配列されたＬＥＤ方式の標識部であり、前記点灯輝度を減じるとは前記標識部の全部のＬＥＤの輝度を低減させるのではなく、所定の領域に配列されたＬＥＤのみを点灯し、他を消灯することであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、前記交通管理システム用非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池は固体高分子型燃料電池であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、前記固体高分子型燃料電池の燃料が容器に充填された水素であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項４又は５に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、前記交通管理システム用非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池は燃料として容器に充填された水素が供給される固体高分子型燃料電池であり、
前記残燃料検出手段は前記容器の水素充填圧力を検出して残水素量を検出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、商用電源が停電し、非常用燃料電池発電装置が運転された場合、その運転時間を運転時間測定手段で測定し、該運転時間が予め定められた所定時間以上となった場合に、車両用信号機及び歩行者用信号機或いは交通指示標識の点灯輝度を減じる第１の方法、歩行者用信号機の点灯輝度を減じる第２の方法、車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度はそのままに歩行者用信号機の点灯を停止する第３の方法、車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度を減じると共に歩行者用信号機の点灯を停止する第４の方法のいずれかを所定の節電基準に基づいて選択して実行し、燃料電池発電装置の発電出力を低下させるので、所定の一定量の燃料で燃料電池発電装置の運転時間、即ち交通管理システム運用時間を延長することが可能となる。なお、輝度を減じることは車両或いは歩行者に識別しにくくなるという不都合となり、歩行者用信号機の点灯を停止することは歩行者にとって不都合となるが、歩行者は車両用信号機の信号を確認し車両が停止した後に横断することが可能であり、完全に交通管理システムが停止した場合には、更なる重大な不都合につながることを考慮すれば、本交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法は有効な運用方法である。

請求項２に記載の発明によれば、商用電源が停電し、非常用燃料電池発電装置が運転された場合、運転時間が第１の設定時間を経過した場合と第２の設定時間を経過した場合とで第１乃至４の方法を選択する節電基準を変え、第１の設定時間を経過した場合は小さい節電の節電基準とし、第２の設定時間を経過した場合はそれより大きい節電の節電基準とするので、停電時間の経過とともに、非常用燃料電池発電装置の出力をより低出力とすることができ、燃料電池発電装置の運転時間、即ち交通管理システム運用時間を延長することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、商用電源が停電し、非常用燃料電池発電装置が運転された場合、残燃料検出手段で検出した非常用燃料電池発電装置の燃料の残量が予め定められた量以下となった場合に、車両用信号機及び歩行者用信号機或いは交通指示標識の点灯輝度を減じる第１の方法、歩行者用信号機の点灯輝度を減じる第２の方法、車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度はそのままに歩行者用信号機の点灯を停止する第３の方法、車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度を減じると共に歩行者用信号機の点灯を停止する第４の方法のいずれかを所定の節電基準に基づいて選択して実行し、非常用燃料電池発電装置の発電出力を低下させるので、所定の一定量の燃料で燃料電池発電装置の運転時間、即ち交通管理システム運用時間を延長することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、商用電源が停電し、非常用燃料電池発電装置が運転された場合、非常用燃料電池発電装置の残燃料量が第１の設定残燃料量を下回った場合と、該第２の設定残燃料量を下回った場合とでの第１乃至４の方法の選択する節電基準を変え、残燃料量が第１の設定残燃料量を下回った場合は小さい節電の節電基準とし、残燃料量が第２の設定残燃料量を下回った場合は大きい節電の節電基準とするので、燃料電池発電装置の運転時間、即ち交通管理システム運用時間を延長することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、標識部はＬＥＤ方式の標識部であり、点灯輝度を減じるとは標識部の全部のＬＥＤの輝度を低減させるのではなく、所定の領域に配列されたＬＥＤのみを点灯するので、点灯しないＬＥＤの分消費電力を節約できると同時に点灯しているＬＥＤの輝度は低減しないから、ＬＥＤが点灯している領域の視覚効果は低下しない。

請求項６に記載の発明によれば、非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池には発電温度の低い固体高分子型燃料電池を使用するので、迅速な起動が可能で、商用電源が停電した際、交通管理システムに供給する電力を迅速に非常用燃料電池発電装置からの電力に切り替えることができる。

請求項７に記載の発明によれば、非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池に固体高分子型燃料電池を用い、その燃料に容器に充填された水素を使用するので、迅速な起動が可能となり、商用電源が停電した際、交通管理システムに供給する電力を迅速に非常用燃料電池発電装置からの電力に切り替えることができる。

請求項８に記載の発明によれば、非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池は燃料として容器に充填された水素が供給される固体高分子型燃料電池であり、残燃料検出手段は容器の水素充填圧力を検出して残水素量を検出するので、簡単な構成で残燃料量を精度良く検知できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は交通管理システム用非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図である。本交通管理システム用非常用燃料電池発電装置は、図１に示すように、燃料電池発電装置１を備えている。該燃料電池発電装置１は固体高分子型燃料電池に代表される燃料電池２、燃料電池２で発電された直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）変換装置３、燃料電池２に供給する燃料ガスが充填されているガス容器１１、本燃料電池発電装置１の制御を行う制御装置４、交通管理システム６を制御する交通管理システム制御装置５を備えている。

ガス容器１１は、図１では燃料となる水素ガスを充填する水素ボンベであり、図では１本の水素ボンベを示しているが、複数本の水素ボンベを連結して使用してもよく、また複数本の水素ボンベが自動的に切り替わるように構成してもよい。ガス容器１１からの水素ガスは仕切り弁１２、電磁開閉弁１３、自動調圧弁１４を介して燃料電池２に供給されるようになっており、電磁開閉弁１３は制御装置４に制御されるようになっている。また、１５は圧力センサであり、該圧力センサ１５でガス容器１１の水素ガス充填圧力を検出し、制御装置４は該圧力センサで検出した圧力からガス容器１１内の水素ガス量を検出できるようになっている。

燃料電池２は上記のようにガス容器１１から供給される水素ガスを燃料として低い発電温度で直流電力を発電する固体高分子型燃料電池を備えている。該固体高分子型燃料電池で発電された直流電力は、インバータ等を備えた直流−交流変換装置３で所定電圧の所定周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の商用電力に変換され、交通管理システム制御装置５に供給される。該交通管理システム制御装置５は交通管理システム６に電力を供給すると共に、後に詳述するような制御を行う。交通管理システム６は、少なくとも車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識を備えている。

上記構成の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置において、待機状態、即ち常時は交通管理システム６に商用電源から商用電力が供給され、運用されている。また、水素ボンベであるガス容器１１には、水素ガスが１５０ｋｇｆ／ｃｍ²で充填されており、仕切り弁１２は待機状態では開放されている。電磁開閉弁１３は待機時に閉止されており、自動調圧弁１４は電磁開閉弁１３が開かれたとき、ガス容器１１からの水素ガスを適正な圧力に調整し燃料電池２に供給するよう予め調整されている。

商用電源に停電が発生すると、交通管理システム制御装置５から停電発生信号が制御装置４に送られ、該制御装置４は燃料電池発電装置１の起動を行う。即ち、制御装置４は停電発生信号を受けると、先ず電磁開閉弁１３を開き、ガス容器１１から水素ガスの供給を開始した後、燃料電池２を起動する。燃料電池２の起動が完了した後、該燃料電池２で発電された直流電力は直流−交流変換装置３で交流電力に変換され、交通管理システム制御装置５を介して、交通管理システム６に供給される。商用電源の停電が解消（復電）した場合には、交通管理システム制御装置５から復電信号が制御装置４に送られ、制御装置４は燃料電池２の運転を停止し、電磁開閉弁１３を閉止し、その後は商用電源からの電力により、交通管理システム６は運用される。

図２は請求項１に記載の発明に係る燃料電池発電装置１の制御フローを示す図である。待機状態、即ち交通管理システム６が商用電源からの電力により運用される状態（ステップＳＴ１）から、所定の周期で停電検知、即ち交通管理システム制御装置５からの商用電源停電発生信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ２）、停電検知でなかったら待機状態に戻りこれを繰り返し、停電検知であったら燃料電池２を起動すると共に、タイマーの計時を開始する（運転時間測定手段による運転時間の開始）（ステップＳＴ３）。これにより燃料電池２の起動が完了したら、燃料電池２で発電された直流電力は直流−交流変換装置３で所定電圧、所定周波数の交流電力（商用電力）に変換され、交通管理システム制御装置５を介して交通管理システム６に供給される。

続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ４）、復電検知の場合は電磁開閉弁１３を閉止して燃料電池２の発電を停止すると共に、上記タイマーをリセットする（ステップＳＴ５）。復電検知でない場合、該タイマーで計時した時間が交通管理システム６の制御を変更する所定の制御変更時間が経過したか否かを判断し（ステップＳＴ６）、制御変更時間に達していない場合は、前記ステップＳＴ４に戻り、制御変更時間が経過した場合は交通管理システム制御装置５に、制御指令１、制御指令２、制御指令３、制御指令４の内いずれかを選択し、該選択した制御指令を送り（ステップＳＴ７）、交通管理システム６を節電モード運用にする。なお、制御変更時間に達するまでは交通管理システム制御装置５は交通管理システム６を通常のモードで運用する。

続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ８）、復電検知の場合は前記ステップＳＴ５の発電停止、タイマーリセット処理を行い、復電検知しない場合は、予め設定された発電停止時間経過したか否かを判断し（ステップＳＴ９）、経過した場合はアラームを発して発電停止を知らせると共に、上記タイマーをリセットする（ステップＳＴ１０）。

上記ステップＳＴ７において、制御指令１乃至４はそれぞれ下記の内容の節約運転モードを示す。
制御指令１：車両用信号機及び歩行者用信号機或いは交通指示標識の点灯輝度を減じる第１の方法を実行する指令、
制御指令２：歩行者用信号機の点灯輝度を減じる第２の方法を実行する指令
制御指令３：車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度はそのままに歩行者用信号機の点灯を停止する第３の方法を実行する指令
制御指令４：車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度を減じると共に歩行者用信号機の点灯を停止する第４の方法を実行する指令

交通管理システム６の使用電力は予め分かっており、燃料電池２の燃料使用量は推測できるから、この燃料使用量から上記制御を変更する所定の時間を決めておく。この制御変更時間を、例えば、通常の運転状態では水素ガス燃料が半分とか１／３になる時間を設定しておくことにより、水素ガス燃料が半分とか１／３なったと、燃料電池発電装置１の運用が変更される。なお、制御指令は上記制御指令１乃至４に限定されるものではない。

通常の交差点においては、車両用信号機用ランプは８灯（赤、青、黄いずれか１灯×８）、歩行者用も８灯（赤、青、黄いずれか１灯×８）点灯している。それぞれ通常の負荷容量を１００とすると、例えば輝度を７０％に低下させた場合、負荷容量は概ね７０となり、停止させた場合は当然０となる。このように設定すると通常の運用における交通管理システム６の負荷容量を２００とした場合、制御指令１で上記第１の方法を実行した場合は負荷容量１７０、制御指令２で第２の方法を実行した場合は負荷容量１００、制御指令３で第３の方法を実行した場合は負荷容量１４０、制御指令４で第４の方法を実行した場合は負荷容量は７０となる。

燃料電池発電装置１は負荷容量、即ち交通管理システム６の負荷容量に追随して発電出力を調整しているから、この負荷容量の低減に比例して発電出力も低下し、一定時間当たりの燃料使用量も低減することとなる。上記制御指令１乃至４のうち、どの制御指令を採用するについてはその設置されている交差点の状況により判断される。更に極力正常運転を持続したい場合には、制御指令を変更するまでの時間を比較的長くとり、それ以降は一番負荷容量の小さくなる制御指令４を交通管理システム制御装置５に送り、交通管理システム６を第４の方法で運転する。また、歩行者が比較的多い場合には、制御指令２及び４の採用しない、即ち第２及び第４の方法を実行しない等の判断も当然行われる。

こうした運転状況を変更して運用を持続する。途中の負荷容量を変更しても、ガス容器１１に充填されている水素ガス燃料には限りがあるから、正常運転していた時間及び変更運転を行った時間とガス容器１１の容量を勘案して定められた時間（ガス容器１１の圧力が初期充填圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ²の１／１０程度になると推定される発電停止時間〔ガス容器１１がガスボンベからなる場合、このガスボンベを完全に空になるまで運転すると、このガスボンベに水素ガスを再充填するときガス純度を維持するのに支障がある〕）の前に復電を検知したら前記ステップＳＴ５で発電停止し、タイマーをリセットし、ステップＳＴ１の待機状態に戻る。但しこの場合はガス容器１１内の水素ガス燃料が減少しているから、極力速やかにガス容器１１であるボンベを交換すべきことをアラームとして外部に発信することも考慮される。この実施形態例において、ガス容器１１であるガスボンベは初期充填圧力に近い状態で待機していることを前提としているので、後述する圧力検知による方法とは異なり、非常用発電が行われたときはガスボンベの点検を実行する必要がある。

ガス容器１１であるガスボンベの圧力が初期充填圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ²の１／１０程度になると推定される時間、即ち発電停止時間経過した場合はこれ以上の燃料電池発電装置１による交通管理システム６の運用は困難であるから、上記のようにステップＳＴ１０でアラームを発すると共に燃料電池２の停止を知られると共に、上記タイマーをリセットする。

図３は請求項２に記載の発明に係る燃料電池発電装置１の制御装置４の制御フローを示す図である。ここでは制御を変更する所定の時間を２段階に設けることを特徴としている。図３において、待機状態、即ち交通管理システム６が商用電源からの電力により運用される状態（ステップＳＴ１１）から、停電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の停電発生信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、停電検知でなかったら待機状態に戻り、停電検知であったら燃料電池２を起動すると共に、タイマーの計時を開始する（ステップＳＴ１３）。これにより燃料電池２の起動が完了したら、燃料電池２で発電された直流電力は直流−交流変換装置３で所定の電圧及び周波数の交流電力に変換され、交通管理システム制御装置５を介して交通管理システム６に供給する。

続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ１４）、復電検知の場合は電磁開閉弁１３を閉止して燃料電池２の発電を停止すると共に、上記タイマーをリセットする（ステップＳＴ１５）。復電を検知しない場合、上記タイマーにセットした制御を変更する第１所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳＴ１６）、該第１所定時間が経過したら、第１段階制御指令を発し、燃料電池発電装置を第１段階の運用制御に変更する（ステップＳＴ１７）。

続いて、復電検知か否かを判断し（ステップＳＴ１８）、復電検知の場合は前記ステップ１５の発電停止、タイマーリセット処理を行い、復電検知せず、且つ上記タイマーにセットした第２所定時間が経過し場合は（ステップＳＴ１９）、第２段階制御指令を発し（ステップＳＴ２０）、燃料電池発電装置を第２段階の運用制御に変更する。続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ２１）、復電検知の場合は前記ステップＳＴ１５の処理を行い、復電検知しない場合は、予め設定された発電停止時間経過したか否かを判断し（ステップＳＴ２２）、経過した場合はアラームを発して発電停止を知られると共に、上記タイマーをリセットする（ステップＳＴ２３）。

前述のように制御指令１乃至制御指令４の４つの制御指令ではそれぞれに負荷容量が異なっており、請求項２に係る発明では、第１段階制御指令としては極力正常状態に近い状態、例えば制御指令１又は３を選択する。この状態で更に時間が経過した場合には、第２段階制御指令として、これよりも負荷容量の低い制御指令、例えば第１段階制御指令で制御指令１が選択されている場合には制御指令２又は３又は４、第１段階制御指令で制御指令３が選択されている場合には制御指令２又は４、第１段階制御指令で制御指令２が選択されている場合は制御指令４というようにより負荷容量の低い制御指令を選択し、燃料電池装置の運用を延命しようとするものである。

図４は請求項３に記載の発明に係る燃料電池発電装置１の制御装置４の制御フローを示す図である。ここでは請求項１又は２に記載の発明とは異なり、制御指令を変更するための基準にガス容器（水素ガスボンベ）１１の水素ガス圧力を採用している。

図４において、待機状態、即ち交通管理システム６が商用電源からの電力により運用される状態（ステップＳＴ３１）から、停電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の停電発生信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ３２）、停電検知でなかったら待機状態に戻り、停電検知であったら燃料電池２を起動する（ステップＳＴ３３）。これにより燃料電池２の起動が完了したら、燃料電池２で発電された直流電力は直流−交流変換装置３で所定電圧の商用周波数の交流電力に変換され、交通管理システム制御装置５を介して交通管理システム６に供給される。

続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ３４）、復電検知の場合は電磁開閉弁１３を閉止して燃料電池２の発電を停止する発電停止処理を行う（ステップＳＴ３５）。復電を検知しない場合、ガス容器（水素ガスボンベ）１１の圧力を検出する圧力センサ１５で検出する水素ガス圧力が制御変更圧力に達したか否を判断し（ステップＳＴ３６）、制御変更圧力に達していない場合は、前記ステップＳＴ３４に戻り、制御変更圧力に達した場合は交通管理システム制御装置５に、制御指令１、制御指令２、制御指令３、制御指令４の内いずれかを選択し、該選択した制御指令を送り（ステップＳＴ３７）、交通管理システム６を節電モード運用にする。なお、制御変更圧力に達するまでは交通管理システム制御装置５は交通管理システム６を通常のモードで運用する。

続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ３８）、復電検知の場合は前記ステップＳＴ３５の処理を行い、復電検知しない場合は、ガス容器１１の内圧が予め設定された発電停止圧力に達したか否かを判断し（ステップＳＴ３９）、発電停止圧力に達した場合はアラームを発令して発電停止を知らせると共に、発電停止をする（ステップＳＴ４０）。

上記ステップＳＴ３７において、制御指令１乃至４はそれぞれ下記の内容の節約運転モードを示す。
制御指令１：車両用信号機及び歩行者用信号機或いは交通指示標識の点灯輝度を減じる第１の方法を実行する指令、
制御指令２：歩行者用信号機の点灯輝度を減じる第２の方法を実行する指令
制御指令３：車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度はそのままに歩行者用信号機の点灯を停止する第３の方法を実行する指令
制御指令４：車両用信号機及び交通指示標識の点灯輝度を減じると共に歩行者用信号機の点灯を停止する第４の方法を実行する指令

上記制御変更圧力、交通管理システム６の使用電力は予め分かっており、燃料電池２の燃料使用量は推測できるから、制御を変更する所定の圧力を、例えば、通常の運転状態では水素ガス燃料が半分とか１／３になる圧力を制御変更圧力としておく。なお、制御指令は上記制御指令１乃至４に限定されるものではない。

通常の交差点においては、車両用信号機用ランプは８灯（赤、青、黄いずれか１灯×８）、歩行者用も８灯（赤、青、黄いずれか１灯×８）点灯している。それぞれ通常の負荷容量を１００とすると、例えば輝度を７０％に低下させた場合、負荷容量は概ね７０となり、停止させた場合は当然０となる。このように設定すると、通常２００の負荷容量に対して、制御指令１で上記第１の方法を実行した場合は負荷容量１７０、制御指令２で第２の方法を実行した場合は負荷容量１００、制御指令３で第３の方法を実行した場合は負荷容量１４０、制御指令４で第４の方法を実行した場合は負荷容量は７０となる。

車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識の標識部を多数のＬＥＤが配列されたＬＥＤ方式の標識部とした場合、標識部の全部のＬＥＤの輝度を個々低減させ全体的に輝度（平均的輝度）を低減する方法もあるが、例えば図５（ａ）に示すように標識部２０の全部のＬＥＤを定格輝度で点灯している状態から、図５（ｂ）に示すように全部のＬＥＤの輝度を低減したり、図５（ｃ）に示すよう一列おきに（まだらに）消灯した場合、視覚効果が低減するという問題がある。

そこで図５（ｄ）に示すように、標識部２０の外周部数列のみのＬＥＤを定格輝度（通常の輝度）で点灯し中央部のＬＥＤを消すか、或いは図５（ｅ）に示すように中央部のみのＬＥＤを定格輝度（通常の輝度）で点灯し外周部数列のＬＥＤを消灯する。このようにすることにより、例えば点灯するＬＥＤが半減して消費電力が半減しても、ＬＥＤが点灯している外周部（外周領域）又は中央部（中央量的）の平均的光強度は低減しないから、視覚効果は低下することがない。即ち図５（ｂ）、（ｃ）に示すように標識部２０の全体のＬＥＤの輝度を低減したり、一列おきに消灯させると、弱い光として認識されてしまうが、図５（ｄ）、（ｅ）に示すように標識部の外周部、又は中央部を点灯すれば、この部分が強い光として認識されることになり、視覚効果が低下することがない。

燃料電池発電装置１は負荷容量、即ち交通管理システム６の負荷容量に追随して発電出力を調整しているから、この負荷容量の低減に比例して発電出力も低下し、一定時間当たりの燃料使用量も低減することとなる。上記制御指令１乃至４のうち、どの制御指令を採用するについてはその設置されている交差点の状況により判断される。更に極力正常運転を持続したい場合には、制御指令を変更するまでの圧力を比較的低く設定し、それ以降は一番負荷容量の小さい制御指令４を交通管理システム制御装置５に送り、交通管理システム６を第４の方法で運転する。また、歩行者が比較的多い場合には、制御指令２及び４の採用しない、即ち第２及び第４の方法を実行しない等の判断も当然行われる。

上記のように運転状況を変更して運用を持続する。途中の負荷容量を変更しても、ガス容器１１に充填されている水素ガス燃料の量には限りがあるから、ガス容器１１（水素ガスボンベ）の所定の圧力（ガス容器１１の圧力が初期充填圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ²の１／１０程度の圧力〔ガス容器１１がガスボンベからなる場合には、このガスボンベを完全に空になるまで運転すると、このガスボンベに水素ガスを再充填するときガス純度を維持するのに支障がある〕）の前に復電を検知した場合、前記ステップＳＴ３５で発電停止処理を行い、ステップＳＴ３１の待機状態に戻る。但しこの場合はガス容器内の水素ガス燃料が減少しているから、極力速やかにガス容器１１であるボンベを交換すべきことをアラームとして外部に発信することも考慮される。ガス容器１１の圧力が初期充填圧力１５０ｋｇｆ／ｃｍ²の１／１０程度に達した場合には、これ以上燃料電池発電装置１の運用を行うことは困難であるので、アラームを発令すると共に、燃料電池２の運転を停止する。

図６は請求項４に記載の発明に係る燃料電池発電装置１の制御装置４の制御フローを示す図である。ここでは制御を変更するガス容器１１の圧力を２段階に設けることを特徴としている。図６において、待機状態、即ち交通管理システム６が商用電源からの電力により運用される状態（ステップＳＴ４１）から、停電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の停電発生信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ４２）、停電検知でなかったら待機状態に戻り、停電検知であったら燃料電池２を起動する（ステップＳＴ４３）。これにより燃料電池２の起動が完了したら、燃料電池２で発電された直流電力は直流−交流変換装置３で所定電圧、所定周波数の交流電力に変換し、交通管理システム制御装置５を介して交通管理システム６に供給する。

続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から商用電源の復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ４４）、復電検知の場合は電磁開閉弁１３を閉止して燃料電池２の発電を停止すると共に、電磁開閉弁１３を閉止する（ステップＳＴ４５）。復電を検知しない場合、ガス容器（水素ガスボンベ）１１の圧力を検出する圧力センサ１５が検出する水素ガス圧力が制御変更第１圧力に達したか否を判断し（ステップＳＴ４６）、制御変更第１圧力に達していない場合は、前記ステップＳＴ４４に戻り、制御変更第１圧力に達した場合は第１段階制御指令を交通管理システム制御装置５に送り（ステップＳＴ４７）、交通管理システム６を第１段階の節電モードで運用にする。なお、制御変更第１圧力に達するまでは交通管理システム制御装置５は交通管理システム６を通常のモードで運用する。

続いて、復電検知か否かを判断し（ステップＳＴ４８）、復電検知の場合は前記ステップＳＴ４５の発電停止処理を行い、復電検知せず、且つ制御変更第２圧力に達した場合は（ステップＳＴ４８、ＳＴ４９）、第２段階制御指令を交通管理システム制御部５に送り（ステップＳＴ５０）、交通管理システム６を第２段階の運用制御に変更する。続いて復電検知、即ち交通管理システム制御装置５から復電信号があるか否かを判断し（ステップＳＴ５１）、復電検知の場合は前記ステップＳＴ４５の発電停止処理を行い、復電検知しない場合は、予め設定された発電停止圧力に達したか否かを判断し（ステップＳＴ５２）、達した場合はアラームを発して発電停止を知らせる（ステップＳＴ５３）。

前述のように第１乃至第４の４つの制御指令ではそれぞれに負荷容量が異なっており、請求項４に係る発明では、第１段階制御指令としては極力正常状態に近い状態、例えば制御指令１又は３を選択する。この状態で更にガス容器１１の圧力が低下した場合には、第２段階制御指令として、これよりも負荷容量の低い制御指令、例えば第１段階制御指令で制御指令１が選択されている場合には制御指令２又は３又は４、制御指令３が選択されている場合には制御指令２又は４、制御指令２が選択されている場合は制御指令４というように選択し、燃料電池装置の運用を延命しようとするものである。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態例では制御指令を第１乃至第４の方法を実施する制御指令１乃至４としたが、制御指令はこれに限定されるものではなく、要は商用電源が停電し、燃料電池発電装置１が運転された場合、その運転時間が予め定められた時間以上となった場合又はガス容器１１内の残燃料量が予め定められた所定量以下となった場合に、交通管理システムを通常運転時より少ない消費電力の節電モードで運転することを指令する指令であればよい。

本発明に係る交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の構成例を示す図である。 請求項１に記載の発明に係る燃料電池発電装置の制御フローを示す図である。 請求項２に記載の発明に係る燃料電池発電装置の制御フローを示す図である。 請求項３に記載の発明に係る燃料電池発電装置の制御フローを示す図である。 本発明に係る交通管理システムのＬＥＤ式標識部の点灯例を示す図である。 請求項４に記載の発明に係る燃料電池発電装置の制御フローを示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池発電装置
２ 燃料電池
３ 直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）変換装置
４ 制御装置
５ 交通管理システム制御装置
６ 交通管理システム
１１ ガス容器
１２ 仕切り弁
１３ 電磁開閉弁
１４ 自動調圧弁
１５ 圧力センサ
２０ 標識部

Claims (8)

1. 少なくとも車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識を備え、商用電源で運用される交通管理システムに、停電時に前記商用電源に替わって前記交通管理システムに電力を供給する燃料電池発電装置を備えた交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法であって、
   運転時間測定手段を備え、
   前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、その運転時間を前記運転時間測定手段で測定し、該運転時間が予め定められた所定時間以上になった場合に、下記第１乃至第４の方法いずれかを所定の節電基準に基づいて選択し、実行することを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法。
   第１の方法：前記車両用信号機及び前記歩行者用信号機或いは前記交通指示標識の点灯輝度を減じる
   第２の方法：前記歩行者用信号機の点灯輝度を減じる
   第３の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度をそのままに前記歩行者用信号機の点灯を停止する
   第４の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示指識の点灯輝度を減じると共に前記歩行者用信号機の点灯を停止する
2. 請求項１に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、
   前記運転時間測定手段に所定の第１の設定時間と、該第１の設定時間より長い第２の設定時間を設定し、
   前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、運転時間が前記第１の設定時間を経過した場合と、前記第２の設定時間を経過した場合とで前記第１乃至４の方法を選択する節電基準を変え、前記第１の設定時間経過の場合は小さい節電の節電基準とし、前記第２の設定時間を経過して場合はそれより大きい節電の節電基準としたことを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法。
3. 少なくとも車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識を備え、商用電源で運用される交通管理システムに、停電時に前記商用電源に替わって前記交通管理システムに電力を供給する燃料電池発電装置を備えた交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法であって、
   燃料の残量を検出する残燃料検出手段を備え、
   前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、前記残燃料検出手段で検出した該非常用燃料電池発電装置の燃料の残量が予め定められた量以下となった場合に、下記第１乃至第４の方法いずれかを所定の節電基準に基づいて選択し、実行することを特徴とする交通管理システム用非常燃料電池発電装置の運用方法。
   第１の方法：前記車両用信号機及び前記歩行者用信号機或いは前記交通指示標識の点灯輝度を減じる
   第２の方法：前記歩行者用信号機の点灯輝度を減じる
   第３の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度をそのままに前記歩行者用信号機の点灯を停止する
   第４の方法：前記車両用信号機及び前記交通指示標識の点灯輝度を減じると共に前記歩行者用信号機の点灯を停止する
4. 請求項３に記載の交通管理システム用非常燃料電池発電装置の運用方法において、
   前記残燃料検出手段に、所定の第１の設定残燃料量と、該第１の設定残燃料量より少ない第２の設定残燃料量を設定し、
   前記商用電源が停電し、前記非常用燃料電池発電装置が運転された場合、該非常用燃料電池発電装置の残燃料量が第１の設定残燃料量を下回った場合と、該第２の設定残燃料量を下回った場合とでの前記第１乃至４の方法を選択する節電基準を変え、前記残燃料量が第１の設定残燃料量を下回った場合は小さい節電の節電基準とし、前記残燃料量が第２の設定残燃料量を下回った場合はそれより大きい節電の節電基準としたことを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、
   前記車両用信号機、歩行者用信号機、交通指示標識の標識部は多数のＬＥＤが配列されたＬＥＤ方式の標識部であり、
   前記点灯輝度を減じるとは前記標識部の全部のＬＥＤの輝度を低減させるのではなく、所定の領域に配列されたＬＥＤのみを点灯し、他を消灯することであることを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池装置の運用方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、
   前記交通管理システム用非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池は固体高分子型燃料電池であることを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法。
7. 請求項６に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、
   前記固体高分子型燃料電池の燃料が容器に充填された水素であることを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法。
8. 請求項４又は５に記載の交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法において、
   前記交通管理システム用非常用燃料電池発電装置が備える燃料電池は燃料として容器に充填された水素が供給される固体高分子型燃料電池であり、
   前記残燃料検出手段は前記容器の水素充填圧力を検出して残水素量を検出することを特徴とする交通管理システム用非常用燃料電池発電装置の運用方法。

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