(57)【要約】【課題】移動体に搭載されても金属の酸化状態を正確に検出することができる金属の酸化状態検出装置を提供する。【解決手段】測定対象物の重量を測定する重量測定部２０１と、重量測定部２０１の出力信号において最も強調されている周波数成分を演算する振動周波数演算部２０４と、振動周波数演算部２０４から出力される前記周波数成分のデータと、重量測定部２０１のバネ定数のデータとを用いて、前記測定対象物の一部又は全部である金属の重量を演算する重量演算部２０５と、重量演算部２０５から出力される前記金属の重量のデータを用いて、前記金属の酸化状態を同定する酸化状態同定部２０６とを備える金属の酸化状態検出装置。【選択図】図１
2012047693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の重量を測定する重量測定部と、
前記重量測定部の出力信号において最も強調されている周波数成分を演算する振動周波数演算部と、
前記振動周波数演算部から出力される前記周波数成分のデータと、前記重量測定部のバネ定数のデータとを用いて、前記測定対象物の一部又は全部である金属の重量を演算する重量演算部と、
前記重量演算部から出力される前記金属の重量のデータを用いて、前記金属の酸化状態を同定する酸化状態同定部とを備えることを特徴とする金属の酸化状態検出装置。
【請求項２】
前記測定対象物の加速度を測定する加速センサと、
前記加速センサの出力信号に基づいて、前記重量測定部のバネ定数を同定し、前記重量測定部のバネ定数のデータを前記重量演算部に出力するバネ定数同定部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の金属の酸化状態検出装置。
【請求項３】
前記バネ定数同定部が、
前記重量測定部のバネ定数と前記重量測定部にかかる加速ベクトルとの関係を示すデータテーブルを予め記憶しており、
前記加速センサの出力信号に基づいて演算した前記重量測定部にかかる加速ベクトルから、前記データテーブルを参照して、前記重量測定部のバネ定数を同定することを特徴とする請求項２に記載の金属の酸化状態検出装置。
【請求項４】
燃料極、酸化剤極、及び前記燃料極と前記酸化剤極との間に狭持される電解質を有する発電部と、
水との酸化反応により水素を発生する水素発生部材とを備え、前記水素発生部材に金属を用いる燃料電池装置であって、
前記金属の酸化状態を検出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属の酸化状態検出装置を備えることを特徴とする燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の重量を測定することにより金属の酸化状態を検出する金属の酸化状態検出装置及びそれを備えた燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、発電時の排出物が水のみであるため、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
【０００３】
このような燃料電池は、典型的には、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込み、その外側を一対のセパレータで挟持して形成されたものを１つのセル構成としている。そして、このような構成のセルには、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給される。
【０００４】
ところが、外部から燃料が供給される燃料電池装置では、燃料（例えば水素）を供給するためのインフラ整備が必要である。また、燃料として比較的入手が容易なメタノールを用いる場合においてもその流通には年月を要するといった問題がある。
【０００５】
そこで、このような問題に対応するため、例えば特許文献１で提案されている水素製造装置を燃料電池装置内に設け、その水素発生装置で発生した水素を燃料電池の燃料極に供給することが考えられる。特許文献１で提案されている水素製造装置は、粒状の鉄材に水を反応させる酸化工程において水素を発生させており、鉄材の重量を測定することにより鉄材の酸化状態を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５０２５６号公報（要約、請求項７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池装置の利用形態は様々であるが、その一つに移動体に搭載され、移動体の動力源として利用される形態がある。特許文献１で提案されている水素製造装置が内部に設けられている燃料電池装置を移動体に搭載した場合、移動体の移動による振動が鉄材の重量に重畳されてしまい、鉄材の重量を正確に測定することができないため、鉄材の酸化状態を正確に検出することができないという課題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の状況に鑑み、移動体に搭載されても金属の酸化状態を正確に検出することができる金属の酸化状態検出装置及びそれを備えた燃料電池装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る金属の酸化状態検出装置は、測定対象物の重量を測定する重量測定部と、前記重量測定部の出力信号において最も強調されている周波数成分を演算する振動周波数演算部と、前記振動周波数演算部から出力される前記周波数成分のデータと、前記重量測定部のバネ定数のデータとを用いて、前記測定対象物の一部又は全部である金属の重量を演算する重量演算部と、前記重量演算部から出力される前記金属の重量のデータを用いて、前記金属の酸化状態を同定する酸化状態同定部とを備える構成とする。
【００１０】
このような構成によると、移動体に搭載されても、重量測定部のバネ（重量測定部の等価回路でのバネを含む）のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが一致或いはほぼ一致している場合に、金属の重量を正確に検出することができる。したがって、金属の酸化状態を正確に検出することができる。
【００１１】
また、前記測定対象物の加速度を測定する加速センサと、前記加速センサの出力信号に基づいて、前記重量測定部のバネ定数を同定し、前記重量測定部のバネ定数のデータを前記重量演算部に出力するバネ定数同定部とを備えることが望ましい。
【００１２】
このような構成によると、重量測定部のバネ（重量測定部の等価回路でのバネを含む）のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが全く一致していない場合でも、金属の重量を正確に検出することができる。
【００１３】
また、前記バネ定数同定部は、例えば、前記重量測定部のバネ定数と前記重量測定部にかかる加速ベクトルとの関係を示すデータテーブルを予め記憶しており、前記加速センサの出力信号に基づいて演算した前記重量測定部にかかる加速ベクトルから、前記データテーブルを参照して、前記重量測定部のバネ定数を同定する構成にするとよい。
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池装置は、燃料極、酸化剤極、及び前記燃料極と前記酸化剤極との間に狭持される電解質を有する発電部と、水との酸化反応により水素を発生する水素発生部材とを備え、前記水素発生部材に金属を用いる燃料電池装置であって、前記金属の酸化状態を検出する上記いずれかの構成の金属の酸化状態検出装置を備えるようにする。
【００１５】
このような構成によると、移動体に搭載されても、水素発生部材の酸化状態を正確に同定することができ、燃料電池装置の燃料残量を正確に把握することができる。したがって、燃料電池装置が移動体の動力源として利用される形態において特に利便性が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る金属の酸化状態検出装置は、移動体に搭載されても、金属の重量を正確に検出することができる。したがって、金属の酸化状態を正確に検出することができる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池装置は、移動体に搭載されても、水素発生部材の酸化状態を正確に同定することができ、燃料電池装置の燃料残量を正確に把握することができる。したがって、燃料電池装置が移動体の動力源として利用される形態において特に利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池装置で行われる発電動作及び再生動作の流れを示す模式図である。
【図３】重量測定部の出力信号、振動周波数演算部の出力信号、及び燃料電池本体の重量を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。尚、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００２０】
＜＜本発明の一実施形態に係る燃料電池装置の概略構成＞＞
最初に、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置の概略構成を示す模式図である。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る燃料電池装置１は、図１に示すように、燃料電池本体１０と、金属の酸化状態検出部２０と、還元制御部３０とを備えている。尚、図１において、燃料電池本体１０は断面模式図で示し、金属の酸化状態検出部２０はブロック図で示す。
【００２２】
燃料電池本体１０は、電解質膜１０１と、燃料極１０２と、酸化剤極である空気極１０３と、水素発生部材１０４と、ヒータ１０５と、温度センサ１０６と、カバー部材１０７とを有している。また、燃料電池本体１０は、電解質膜１０１の両面に燃料極１０２と空気極１０３を接合したＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly；膜・電極接合体）構造である。
【００２３】
そして、燃料極１０２側には燃料極１０２に燃料ガスである水素を供給する水素発生部材１０４が設けられ、空気極１０３側には空気極１０３に酸化剤ガスである空気を供給する空気流路１０８が形成されている。本実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用いているが、空気以外の酸素を含有するガスを酸化剤ガスとして用いることも可能である。
【００２４】
電解質膜１０１の材料としては、例えば、安定化イットリアジルコニウム（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用いることができ、また例えば、ナフィオン（デュポン社の商標）、カチオン導電性ポリマー、アニオン導電性ポリマー等の固体高分子電解質を用いることができるが、これらに限定されることなく、水素イオンを通すものや酸素イオンを通すもの、また、水酸化物イオンを通すもの等、燃料電池の電解質としての特性を満たすものであればよい。
【００２５】
電解質膜１０１は、固体酸化物電解質の場合であれば、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ法；Chemical Vapor Deposition -Electrochemical Vapor Deposition）等を用いて形成することができ、固体高分子電解質の場合であれば、塗布法等を用いて形成することができる。
【００２６】
燃料極１０２、空気極１０３はそれぞれ、例えば、電解質膜１０１に接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極１０２の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ−Ｆｅ系サーメットやＮｉ−ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。また、空気極１０３の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ−Ｍｎ−Ｏ系化合物やＬａ−Ｃｏ−Ｃｅ系化合物等を用いることができる。
【００２７】
燃料極１０２、空気極１０３はそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
【００２８】
水素発生部材１０４としては、酸化によって水素を発生する金属（例えばＦｅやＭｇ合金等）を用いることができるが、本実施形態においては、酸化により水素を発生するＦｅを用いる。また、水素発生部材１０４は、水素を発生させるだけでなく、水素を吸蔵（吸着）できるものでもよい。水素発生部材１０４が水素を吸蔵（吸着）できるものである場合、水素発生部材１０４から水素を発生させた後、吸蔵（吸着）作業を行うことで、繰り返し水素発生部材１０４を用いることができる。燃料である水素を吸蔵できる材料としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇ等を基材料とする水素吸蔵合金を用いることができる。
【００２９】
ここで、水素発生部材１０４の水素を放出する放出面１０４ａと燃料極１０２の水素が供給される供給面１０２ａとは対向し、図示しないビーズ等のスペーサにより一定の間隔で平行に配置される。水素発生部材１０４の放出面１０４ａは水素を面状に放出する。
【００３０】
具体的には、水素発生部材１０４の全面（放出面１０４ａを除く）に接して配置されたヒータ１０５により、水素発生部材１０４全体の温度を一様に上昇させることで、放出面１０４ａから水素を面状に放出させることができる。これにより、水素発生部材１０４は、その放出面１０４ａの略全面から水素を燃料極１０２の供給面１０２ａの略全面に向けて放出することができる。
【００３１】
また、水素発生部材１０４の水素発生速度は、放出面１０４ａ上の位置に依らず、略一定になるようにすることが望ましい。具体的には熱化学平衡を用いる。水素発生部材１０４の温度を昇降させると、平衡状態からのずれに応じた水素を発生させることができるので、水素発生部材１０４全体の温度をヒータ１０５を用いて均一にすることで、場所に依らず一定の速度で水素を発生させることができる。
【００３２】
また、化学平衡を用いると、燃料極１０２と水素発生部材１０４との間の空間部１１１の電池起動時の水素濃度を場所に依らず一定にしておくことでも、水素発生部材１０４の水素発生速度を一定にすることができる。これは、以下のような現象が起こることによるものである。
【００３３】
電池起動時の水素濃度が場所に依らず一定であれば、電極から発生する電力が一定となる。つまり、水素の消費量も場所に依らず一定となる。この場合、消費された水素によって化学平衡がずれ、そのずれ量に応じた水素が新たに水素発生部材１０４から発生する。水素の消費量が場所に依らず一定なので、水素発生部材１０４からの水素発生速度も場所に依らず一定になる。
【００３４】
尚、電池起動時の水素濃度を場所に依らず一定にする方法は、予め燃料極１０２と水素発生部材１０４との間の空間部１１１に水素を封入しておけばよい。封入された水素は、自然に拡散し、封入した空間部１１１内での濃度が一定になるため、水素濃度を場所に依らず一定にすることができる。
【００３５】
上記のように、水素発生部材１０４の水素発生速度を、放出面１０４ａ上の位置に依らず、略一定になるようにすることにより、起電力のばらつきによる出力の低下を抑えることができ、燃料効率を高めることができる。
【００３６】
尚、本実施形態においては、水素発生部材１０４の水素を放出する放出面１０４ａと燃料極１０２の水素が供給される供給面１０２ａとを一定の間隔で平行に配置したが、水素発生部材１０４の水素を放出する放出面１０４ａと燃料極１０２の水素が供給される供給面１０２ａとを重ねて密着させる構成としてもよい。この構成の場合、燃料極１０２の供給面１０２ａ全面に渡りより均一な濃度の水素を供給することができるので、起電力のばらつきによる出力の低下を確実に抑えることができ、燃料効率をより高めることができる。
【００３７】
カバー部材１０７は燃料電池本体１０のカバー部材１０７以外の構成部品を覆うための容器であり、その空気極１０３側には、空気流路１０８に空気を供給する空気供給口１０９、余剰空気を排出する空気排出口１１０が設けられている。また、ヒータ１０５の空気極１０３側にも、同様に空気供給口１０９及び空気排出口１１０が設けられている。空気供給口１０９から空気を空気流路１０８に通すことで空気極１０３全体に空気が分散供給される。空気供給口１０９及び空気排出口１１０にはそれぞれ、図示しない開閉弁が設置されており、空気供給口１０９及び空気排出口１１０それぞれを遮断状態にすることが可能である。
【００３８】
上記のような構成の燃料電池本体１０は、水素発生部材１０４から燃料極１０２に水素を分散供給し、空気流路１０８から空気極１０３に空気を分散供給することで生じる電気化学反応によって発電するものである。また、この発電動作時に、水素発生部材１０４である鉄（Ｆｅ）は酸化され酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）へと変化し、水素発生部材１０４に占める鉄（Ｆｅ）の割合が次第に低下していく。尚、発電動作の詳細は後述する。
【００３９】
また、金属の酸化状態検出部２０の動作についても後述する。
【００４０】
還元制御部３０は、燃料電池本体１０の発電動作に伴い酸化が進行した水素発生部材１０４を還元させ再生するものである。具体的には、還元制御部３０は、燃料電池本体１０の発電動作時に生成された水（Ｈ２Ｏ）を燃料電池本体１０で電気分解することにより生成される水素（Ｈ２）を、酸化された水素発生部材１０４（酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が占める割合が増加した水素発生部材１０４）に反応させて、酸化された水素発生部材１０４を還元する。
【００４１】
＜＜発電動作および再生動作＞＞
次に、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置１で行われる発電動作及び再生（還元）動作の詳細について図２を用いて説明する。尚、図２において図１と同一の部分には同一の符号を付す。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置１で行われる発電動作及び再生動作の流れを示す模式図である。
【００４２】
＜発電動作＞
発電動作の前状態では、図２（ａ）に示すように、空気供給口１０９及び空気排出口１１０がともに閉じられており、燃料電池本体１０の空間部１１１には、水素（Ｈ２）が封入されている。
【００４３】
その後、図２（ｂ）に示すように、空気供給口１０９を開け、空気流路１０８を介して空気極１０３に空気を供給すると、燃料極１０２では、空間部１１１に封入されている水素（Ｈ２）と空気極１０３でイオン化し電解質膜１０１を通過した酸素イオン（Ｏ２−）とで下記の化学反応式（１）に示す反応が生じ、電子（ｅ−）が発生し蓄積される。すなわち、燃料電池本体１０において起電力が発生し、発電動作が開始される。そして、発電動作時において燃料極１０２と空気極１０３の間に外部負荷４０を接続すると、燃料極１０２に蓄積された電子（ｅ−）は、外部負荷４０を経由して空気極１０３に流れる。これにより、外部負荷４０を駆動することができる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−    …（１）
【００４４】
また、発電動作時において、上記の化学反応式（１）で示したように、燃料極１０２では水（Ｈ２Ｏ）が生成される。生成された水（Ｈ２Ｏ）は空間部１１１を経由して水素発生部材１０４（Ｆｅ）に供給され、水素発生部材１０４（Ｆｅ）では、供給された水（Ｈ２Ｏ）により下記の化学反応式（２）に示す酸化反応が生じ、その酸化反応により水素（Ｈ２）を発生する。そして、発生した水素（Ｈ２）は空間部１１１を経由して燃料極１０２に供給され、燃料極１０２では、供給された水素（Ｈ２）を酸化し発電することによって再び水（Ｈ２Ｏ）が生成されるといった循環の利用形態となり発電動作が持続される。
４Ｈ２Ｏ＋３Ｆｅ→４Ｈ２＋Ｆｅ３Ｏ４    …（２）
【００４５】
尚、上述した発電動作時には、水素発生部材１０４は、鉄（Ｆｅ）が酸化され酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）へと変化し、水素発生部材１０４に占める鉄（Ｆｅ）の割合が次第に低下していく。
【００４６】
また、図２（ｂ）に示した発電動作状態から、図２（ｃ）に示すように、空気供給口１０９を閉じ、空気極１０３への空気の供給を停止すると、発電動作を停止させることができる。このとき、空間部１１１には、上記の化学反応式（１）及び化学反応式（２）の反応によりそれぞれ生成された水（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）が残留する。
【００４７】
＜再生動作＞
図２（ｃ）に示した発電動作停止状態から、図２（ｄ）に示すように、還元制御部３０により燃料電池本体１０の燃料極１０２と空気極１０３の間に電圧を印加し通電すると、燃料極１０２では、空間部１１１に残留している水（Ｈ２Ｏ）と通電により供給された電子（ｅ−）とで下記の化学反応式（３）に示す電気分解が生じ、その電気分解により水素（Ｈ２）が発生する。
Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋Ｏ２−    …（３）
【００４８】
そして、燃料極１０２において発生した水素（Ｈ２）は空間部１１１を経由して水素発生部材１０４に供給され、水素発生部材１０４では、供給された水素（Ｈ２）により下記の化学反応式（４）に示す還元反応が生じ、その還元反応により水素発生部材１０４中の酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）は還元され鉄（Ｆｅ）へと変化し、水素発生部材１０４に占める鉄（Ｆｅ）の割合が次第に増加し、水素発生部材１０４は再生される。
４Ｈ２＋Ｆｅ３Ｏ４→４Ｈ２Ｏ＋３Ｆｅ    …（４）
【００４９】
また、再生動作時において、上記の化学反応式（４）で示したように、水素発生部材１０４では水（Ｈ２Ｏ）が生成される。生成された水（Ｈ２Ｏ）は空間部１１１を経由して燃料極１０２に供給され、燃料極１０２では、供給された水（Ｈ２Ｏ）を電気分解することによって再び水素（Ｈ２）が生成されるといった循環の利用形態となり再生動作が持続される。
【００５０】
＜＜金属の酸化状態検出部の動作＞＞
次に、金属の酸化状態検出部２０の制御動作の詳細について、図１及び図３を用いて説明する。図３（ａ）は重量測定部２０１の出力信号を示すタイムチャートであり、図３（ｂ）は振動周波数演算部２０４の出力信号を示すタイムチャートであり、図３（ｃ）は重量演算部２０５において演算される燃料電池本体１０の重量を示すタイムチャートである。図３では、期間ｔ１から期間ｔ２に移行する際に水素発生部材１０４の酸化が進行し、期間ｔ２から期間ｔ３に移行する際に水素発生部材１０４の酸化がさらに進行するものとする。
【００５１】
金属の酸化状態検出部２０は、重量測定部２０１と、加速センサ２０２と、バネ定数同定部２０３と、振動周波数演算部２０４と、重量演算部２０５と、酸化状態同定部２０６とを有している。なお、加速センサ２０２は燃料電池本体１０内に設けられている。
【００５２】
重量測定部２０１は、バネ秤で構成されており、測定対象物である燃料電池本体１０の重量に比例したバネの変位により測定対象物である燃料電池本体１０の重量を測定している。
【００５３】
本発明の一実施形態に係る燃料電池装置１が移動体に搭載され、その移動体が移動している場合、移動体の加振力により、重量測定部２０１の出力信号（測定対象物の重量測定結果を示す信号）は、図３（ａ）に示すように、測定対象物の質量Ｍとバネ秤のバネ定数Ｋで決定される周波数成分Ｆが強調された信号になってしまう。したがって、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置１が移動体に搭載され、その移動体が移動している場合、重量測定部２０１の出力信号（測定対象物の重量測定結果を示す信号）そのものから測定対象物の重量を正確に把握することできない。
【００５４】
そこで、本実施形態では、重量測定部２０１の出力信号を振動周波数演算部２０４に入力している。振動周波数演算部２０４は、重量測定部２０１の出力信号において最も強調されている周波数成分Ｆを演算し、その演算結果を重量演算部２０５に出力する（図３（ｂ）参照）。振動周波数演算部２０４における演算は、例えば、重量測定部２０１の出力信号と一定値との比較により得られる矩形波信号の所定期間内のパルス数をカウントするようにすればよい。
【００５５】
また、重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが一致していれば、バネ秤のバネ定数Ｋに変化はないが、重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが一致していなければ、バネに横向きの力（バネ伸縮方向に垂直な力）がかかるため、バネ秤のバネ定数Ｋが小さくなる。したがって、重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが一致していない場合、バネ秤のバネ定数Ｋの変化も考慮する必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、加速センサ２０２の出力信号をバネ定数同定部２０３に入力している。バネ定数同定部２０３は、加速センサ２０２の出力信号に基づいて、重量測定部２０１にかかる加速ベクトル、より詳細には重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネにかかる加速ベクトルを演算する。バネ定数同定部２０３は、実験やシミュレーションなどにより取得した「重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ定数Ｋと重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネにかかる加速ベクトルとの関係を示すデータテーブル」を予め記憶している。バネ定数同定部２０３は、加速センサ２０２の出力信号に基づいて演算した加速ベクトルから、上記データテーブルを参照して、重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ定数Ｋを同定し、その同定結果を重量演算部２０５に出力する。
【００５７】
重量演算部２０５は、振動周波数演算部２０４から出力される周波数成分Ｆのデータと、バネ定数同定部２０３から出力されるバネ定数Ｋのデータとから、下記の（５）式を用いて、測定対象物である燃料電池本体１０の質量Ｍを演算し、さらに重力加速度をかけて、測定対象物である燃料電池本体１０の重量Ｍｇを演算する（図３（ｃ）参照）。
【００５８】
【数１】
2012047693.tif 000003
【００５９】
重量演算部２０５は、燃料電池本体１０の水素発生部材１０４以外の重量を予め記憶しており、上記演算の結果得られた燃料電池本体１０の重量Ｍｇから燃料電池本体１０の水素発生部材１０４以外の重量を減算することで、水素発生部材１０４の重量ｍｇを演算し、その演算結果を酸化状態同定部２０６に出力する。
【００６０】
酸化状態同定部２０６は、重量演算部２０５から出力される水素発生部材１０４の重量ｍｇのデータから、水素発生部材１０４の酸化状態を同定する。
【００６１】
例えば、初期の水素発生部材１０４（全て鉄（Ｆｅ））の重量を７２kg・m/s2とすれば、鉄（Ｆｅ）が全て酸化され酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）に変化した場合、水素発生部材１０４（全て酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４））の重量は１００kg・m/s2となる。ここで、水素発生部材１０４中の鉄の割合をＸ％とし、水素発生部材１０４中の酸化鉄の割合を（１００−Ｘ）％とすると、水素発生部材１０４の重量ｍｇは下記の（６）式で表すことができる。
【００６２】
【数２】
2012047693.tif 000004
【００６３】
酸化状態同定部２０６は、重量演算部２０５から出力される水素発生部材１０４の重量ｍｇのデータから、上記の（６）式を用いて、Ｘの値つまり水素発生部材１０４の酸化状態を同定する。
【００６４】
金属の酸化状態検出部２０は、上記のような動作を実行することにより、移動体に搭載されても金属の重量を正確に検出し、金属の酸化状態を正確に検出することができる。そして、本実施形態のように、水素発生部材１０４の酸化状態を正確に同定すると、燃料電池装置の燃料残量を正確に把握することができるので、燃料電池装置が移動体の動力源として利用される形態において特に利便性が向上する。
【００６５】
なお、上述したとおり、重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが一致していれば、バネ秤のバネ定数Ｋに変化はない。したがって、例えば移動体がエレベーターである場合のように、重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ伸縮方向と移動体の加振力方向とが一致或いはほぼ一致していると考えられる場合には、バネ定数同定部２０３を省略してもよい。この場合、重量演算部２０５が重量測定部２０１を構成しているバネ秤のバネ定数Ｋを予め記憶するようにすればよい。
【００６６】
また、本実施形態では、重量測定部２０１としてバネ秤を用いたが、バネ秤の代わりに圧電素子など他の手段を利用して重量を測定してもよい。圧電素子など他の手段を利用して重量を測定する場合も、重量測定部の等価回路においてバネ定数Ｋが出現することになる。
【００６７】
また、本実施形態では、重量測定部２０１が燃料電池本体１０の重量を測定したが、燃料電池の構造が水素発生部材１０４単体の重量測定が可能である構造である場合には重量測定部２０１が水素発生部材１０４単体の重量を測定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  本発明の一実施形態に係る燃料電池装置
１０  燃料電池本体
１０１  電解質膜
１０２  燃料極
１０２ａ  供給面
１０３  空気極
１０４  水素発生部材
１０４ａ  放出面
１０５  ヒータ
１０６  温度センサ
１０７  カバー部材
１０８  空気流路
１０９  空気供給口
１１０  空気排出口
１１１  空間部
２０  金属の酸化状態検出部
２０１  重量測定部
２０２  加速センサ
２０３  バネ定数同定部
２０４  振動周波数演算部
２０５  重量演算部
２０６  酸化状態同定部
３０  還元制御部
４０  外部負荷
５０  外部電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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