燃料容器、水素残量検出システムおよび燃料電池システム
【課題】燃料容器の姿勢によらず水素吸蔵合金の体積変化を算出する。
【解決手段】燃料容器１４は、燃料電池に供給される水素を含有できる水素吸蔵金属からなる複数の成形体２４と、複数の成形体の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構２６と、保持機構により積層された状態で保持されている複数の成形体を収容する収容部２８と、複数の成形体の体積変化による、該複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部１８と、を備える。
【解決手段】燃料容器１４は、燃料電池に供給される水素を含有できる水素吸蔵金属からなる複数の成形体２４と、複数の成形体の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構２６と、保持機構により積層された状態で保持されている複数の成形体を収容する収容部２８と、複数の成形体の体積変化による、該複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部１８と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を吸蔵する金属を備えた燃料容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。また、燃料電池を可搬型の携帯機器に用いるために、電池本体とは別に燃料を収容する容器も考案されている。
【０００３】
携帯機器用の電源としての燃料電池システムは、小型化、高出力化が求められる。高出力化の観点では、燃料電池の燃料としては、メタノール燃料よりも水素燃料を用いた方が有利である。水素燃料を貯蔵する手段の一例として、水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金タンクが挙げられる。このような水素吸蔵合金タンク内の水素貯蔵量（水素残量）を検出する方法として、従来、タンク内の圧力（水素平衡圧力）を測定する方法が行われていた。
【０００４】
しかしながら、上述したタンク内の圧力を測定して水素残量を推定する方法は、タンク内の圧力と水素残量との関係において線形性が低いため、水素残量を高精度で推定することができなかった。そこで、水素吸蔵合金が水素を吸蔵すると膨張し、水素を放出すると収縮する性質を利用し、水素吸蔵合金の体積変化を測定することで水素吸蔵合金タンク内の水素残量を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−６６３５７号公報
【特許文献２】特開平５−２２３０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の方法は、姿勢が一定である定置用や自動車用の水素吸蔵合金タンクに適用する場合は有効である。しかしながら、携帯機器用の水素吸蔵合金タンクは、姿勢が一定とはならない状況で使用される場合が多い。上述の方法では、姿勢の変化を考慮しておらず、水素吸蔵合金タンクの姿勢によって、水素吸蔵合金が体積変化を検知する検知部を覆ってしまったり、水素吸蔵合金の自重によって水素吸蔵合金成形体を固定するスプリングの変位に影響を与えたりする場合がある。このような場合、水素吸蔵合金の体積変化を精度良く測定することが困難である。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料容器の姿勢によらず水素吸蔵合金の体積変化を算出できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料容器は、燃料電池に供給される水素を含有できる水素吸蔵金属からなる複数の成形体と、複数の成形体の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構と、保持機構により積層された状態で保持されている複数の成形体を収容する収容部と、複数の成形体の体積変化による、該複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部と、を備える。
【０００９】
この態様によると、燃料容器の姿勢が変化しても保持機構により複数の成形体の積層状態は維持される。そのため、検出部で複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出することで、燃料容器の姿勢によらず、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００１０】
保持機構は、複数の成形体の積層方向の両端部と収容部の内壁との間にそれぞれ設けられている弾性部材であってあってもよい。弾性部材は、複数の成形体を両側から付勢してもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。また、複数の成形体が収容部の中で動き回ることが抑制される。
【００１１】
保持機構は、複数の成形体の積層方向の両端部を連結し、両端部を積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材で構成されていてもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００１２】
保持機構は、複数の成形体の積層方向の両端部を外側から支持する一対の支持部材と、一対の支持部材を連結し、一対の支持部材を積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材と、を有してもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００１３】
隣接する成形体の間に挟まれている多孔質体を更に備えてもよい。これにより、成形体同士接する面の流通性が向上する。
【００１４】
成形体と多孔質体とが接着されていてもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００１５】
多孔質体は、発泡金属であってもよい。これにより、例えば、成形体同士の伝熱性、または、成形体と燃料容器との伝熱性が向上する。
【００１６】
収容部は、それぞれが連通している複数の筒状部を有してもよい。複数の筒状部のそれぞれは、少なくとも水素吸蔵金属が収容されており、複数の筒状部の少なくとも一つに、複数の成形体と保持機構と検出部とが設けられていてもよい。これにより、少なくとも一つの筒状部にある複数の成形体の体積変化を推定することで、全体の水素吸蔵合金の体積変化も推定できる。
【００１７】
本発明の別の態様は、水素残量検出システムである。この水素残量検出システムは、燃料容器と、検出部が出力した信号に基づいて収容部における水素の残量を演算する演算部と、を備える。
【００１８】
この態様によると、燃料容器の姿勢によらず、燃料容器内の水素の残量を算出できる。
【００１９】
燃料容器は、外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えてもよい。水素吸蔵合金は、水素の吸蔵、放出を繰り返すと充填量が減少する傾向にある。そのため、充填された水素の累積充填量の情報を記憶することで、水素の残量を演算する際の補正が可能となる。
【００２０】
演算部は、記憶部に記憶されている累積充填量の情報と、検出部により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部における水素の残量を算出してもよい。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器の水素の残量をより精度良く算出できる。
【００２１】
演算部において算出された収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えてもよい。これにより、簡便に水素の残量を把握できる。
【００２２】
充填放出口と着脱可能な接続部を有し、燃料容器に水素を充填する水素充填装置を更に備えてもよい。演算部は、水素充填装置に配置されていてもよい。これにより、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【００２３】
演算部は、検出部が検出した複数の成形体の積層方向の両端部の位置の情報に基づいて水素充填装置が充填した水素の充填量を算出し、記憶部は、算出された水素の充填量をそれまでに記憶されていた累積充填量に加算し、新たな累積充填量として記憶してもよい。これにより、燃料容器ごとに水素の累積充填量を更新できる。
【００２４】
本発明の更に別の態様は、燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に供給する水素を収容する燃料容器と、検出部が出力した信号に基づいて収容部における水素の残量を演算する演算部と、を備える。
【００２５】
この態様によると、燃料容器の姿勢によらず、燃料容器内の水素の残量を算出できる。
【００２６】
燃料容器は、外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えてもよい。水素吸蔵合金は、水素の吸蔵、放出を繰り返すと充填量が減少する傾向にある。そのため、充填された水素の累積充填量の情報を記憶することで、水素の残量を演算する際の補正が可能となる。
【００２７】
演算部は、記憶部に記憶されている累積充填量の情報と、検出部により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部における水素の残量を算出してもよい。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器の水素の残量をより精度良く算出できる。
【００２８】
演算部において算出された収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えてもよい。これにより、簡便に水素の残量を把握できる。
【００２９】
燃料電池は、燃料容器と着脱可能に構成され、演算部は、燃料電池に配置されていてもよい。これにより、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【００３０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、燃料容器の姿勢によらず水素吸蔵合金の体積変化を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。
【図３】図２に示す燃料容器よりも水素の吸蔵量が多い場合の燃料容器の概略断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。
【図６】成形体の間に多孔質体を挟んだ燃料容器の概略断面図である。
【図７】図７（ａ）は、収容部に成形体が存在しない状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｂ）は、水素を吸蔵していない複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｃ）は、水素を吸蔵している複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図である。
【図８】図８（ａ）は、第４の実施の形態に係る保持機構を示す概略断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図９（ａ）は、第４の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第５の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す保持機構をＣ方向から見た上面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、第５の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、第６の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】第７の実施の形態に係る水素残量検出システムの概略を示す図である。
【図１４】図１４は、水素の充填サイクル数と最大充填量との関係を示す図である。
【図１５】第８の実施の形態に係る水素残量検出システムの概略を示す図である。
【図１６】第８の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、収容部の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、燃料電池に供給する水素を収容する燃料容器１４と、燃料容器１４の水素の残量を演算する演算部１６と、を備える。燃料容器１４は、水素吸蔵合金を収容しており、水素吸蔵合金の状態の変化を検出する検出部１８を備える。演算部１６は、検出部１８が出力した信号に基づいて、燃料容器１４における水素吸蔵合金の体積変化や水素の残量を演算する。演算結果は、必要に応じて表示部２０に表示される。燃料容器１４と燃料電池１２との間には、燃料容器１４で放出された水素を燃料電池１２へ供給するための供給路２２が設けられている。
【００３５】
図２は、第１の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。燃料容器１４は、水素吸蔵合金からなる複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構２６と、複数の成形体２４を収容する収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部１８（１８ａ，１８ｂ）と、を備える。
【００３６】
成形体２４は、水素吸蔵合金の粉末にＰＴＦＥデイスパージョンなどの結着剤を混合して、プレス機で圧縮成型したものであり、燃料電池１２に供給される水素を含有できる。なお、場合によっては圧縮成型された成形体に更に焼結処理を加えてもよい。成形体は、例えば、円板状、円筒状、直方体などの形状に加工される。水素吸蔵合金は、大量の水素を吸蔵する能力と、吸蔵した水素を再び放出する能力を備えた合金であり、例えば、ＬａＮｉ５合金、ＦｅＴｉ合金、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｔｉ１＋ｘＣｒ２−ｙＭｎｙ（ｘ＝０．１〜０．３、ｙ＝０〜１．０）合金などが好適である。このような水素吸蔵合金は、水素を吸蔵すると体積が増加し、水素を放出すると体積が減少する。
【００３７】
収容部２８は、円筒形状または直方体形状の筐体であり、長手方向の両端部に蓋部２８ａと底部２８ｂを有する。また、蓋部と２８ａと底部２８ｂとを連結する胴部２８ｃは、積層されている複数の成形体２４が水素の吸蔵状態に応じて体積変化できるような空間が形成されている。成形体（ペレット）が充填される空間は、断面が矩形（長方形または長穴）で角にＲが付いている場合や、円筒形の空間であってもよい。蓋部２８ａ、底部２８ｂ、胴部２８ｃは互いに分割されており、切削あるいは形取りなどで成形されている。そして、蓋部２８ａおよび底部２８ｂと、胴部２８ｃとは、シールしてネジなどで締め付けられている。水素吸蔵合金が成形体に加工されているため、水素吸蔵合金が粉末の場合と比較して、合金による局所応力破壊などの影響が回避できる。
【００３８】
本実施の形態に係る収容部２８は、保持機構２６により積層された状態で保持されている複数の成形体２４を収容する。なお、収容部２８の外側形状は、外部との熱交換性を考慮し、直方体形状が望ましい。材質は、ＳＵＳやアルミニウムなどが好ましい。
【００３９】
保持機構２６は、弾性部材である２つのバネ２６ａ，２６ｂからなる。バネ２６ａは、圧縮された状態で、一端が蓋部２８ａに固定され、他端が支持部材３０に連結されている。バネ２６ｂは、圧縮された状態で、一端が底部２８ｂに固定され、他端が支持部材３２に連結されている。このように、２つのバネ２６ａ，２６ｂは、複数の成形体２４の積層方向Ａの両端部と収容部２８の内壁との間にそれぞれ設けられており、複数の成形体２４を積層方向の両側から付勢している。これにより、複数の成形体２４の積層状態を維持しながら、複数の成形体２４の体積変化が許容される。また、複数の成形体２４が収容部２８の中で動き回ることが抑制されるため、それぞれの成形体は、燃料容器の落下や振動による衝撃から保護される。なお、２つのバネ２６ａ，２６ｂは、燃料容器１４の姿勢によらず常に圧縮された状態となるように長さやバネ定数が設定されている。
【００４０】
一対の支持部材３０，３２は、複数の成形体２４の積層方向の両端部を外側から支持する。このような支持部材３０，３２により複数の成形体２４を外側から支持することで、バネ２６ａ，２６ｂの付勢力が、直接または局所的に成形体２４に伝わらないようになっている。換言すれば、バネ２６ａ，２６ｂの付勢力は、支持部材３０，３２を介して成形体２４に均一に伝達される。そのため、それぞれの成形体２４は、互いに最も近接するように積層された状態で安定して保持される。また、水素吸蔵合金からなる成形体２４が割れたり欠けたりすることも抑制される。
【００４１】
本実施の形態に係る検出部１８ａ，１８ｂは、静電容量センサである。各静電容量センサは、一対の電極板１８ａ１，１８ａ２（１８ｂ１，１８ｂ２）を有する。一対の電極板１８ａ１，１８ａ２（１８ｂ１，１８ｂ２）は、対向するように、収容部２８の胴部２８ｃの内壁に埋め込まれている。また、一対の電極板１８ａ１，１８ａ２は、蓋部２８ａ近傍に設けられており、一対の電極板１８ｂ１，１８ｂ２は、底部２８ｂ近傍に設けられている。静電容量センサは、一対の電極板の間に存在する、支持部材や成形体の体積によって静電容量が変化する。
【００４２】
図３は、図２に示す燃料容器よりも水素の吸蔵量が多い場合の燃料容器の概略断面図である。水素の吸蔵または放出により複数の成形体２４全体の体積が変化すると、バネ２６ａ，２６ｂが伸縮し、それに応じて複数の成形体２４全体の両端部にある成形体２４ａ，２４ｂの位置や、支持部材３０，３２の位置が変化する。そのため、一対の電極板１８ａ１，１８ａ２（１８ｂ１，１８ｂ２）の間に存在する、支持部材３０（３２）や成形体２４ａ（２４ｂ）の体積変化によって静電容量が変化する。そして、静電容量センサの検出部１８ａ，１８ｂは、静電容量の変化に応じた出力に基づいて、複数の成形体全体の積層方向の両端部の位置を検出する。
【００４３】
本実施の形態に係る燃料容器１４においては、姿勢が変化しても保持機構２６により複数の成形体２４の積層状態は維持される。そのため、検出部１８ａ，１８ｂで複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出することで、燃料容器１４の姿勢によらず、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００４４】
より詳述すると、例えば、水素吸蔵合金が水素を全く吸蔵していない状態における複数の成形体の積層方向の両端部の位置をＰａ０、Ｐｂ０（図３参照）とする。図３に示す状態は各成形体が水素を吸蔵して膨張している状態であり、複数の成形体の積層方向の両端部の位置はＰａ０’、Ｐｂ０’に変化している。つまり、複数の成形体の積層方向の一方の端部（蓋部側）の変化量ΔＰａはΔＰａ＝Ｐａ０’−Ｐａ０であり、複数の成形体の積層方向の他方の端部（底部側）の変化量ΔＰｂはΔＰｂ＝Ｐｂ０’−Ｐｂ０となる。
【００４５】
したがって、複数の成形体２４の積層方向の全長の変化ΔＸ＝ΔＰａ＋ΔＰｂとなる。複数の成形体の積層方向の全長の変化は、複数の成形体全体の体積変化と対応している。このように、検出部１８ａ，１８ｂで複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出することで、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。また、収容部２８の長手方向の両端部に検出部を設置することで、積層されている複数の成形体の体積変化が最も現れる両端部を計測できる。これにより、より精度良く複数の成形体全体の体積変化を検出することができ、水素の吸蔵放出状態をより正確に把握することができる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る燃料容器は、検出部としてインダクタンスセンサを利用している点が第１の実施の形態に係る燃料容器１４と大きく異なっている。図４は、第２の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。なお、第１の実施の形態に係る燃料容器１４と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。
【００４７】
燃料容器３４は、複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するバネ２６ａ，２６ｂと、収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部３６ａ，３６ｂと、を備える。
【００４８】
本実施の形態に係る検出部３６ａ，３６ｂは、インダクタンスセンサである。検出部３６ａは、蓋部２８ａの内壁にギャップ検出コイル３６ａ１が固定されている。また、検出部３６ｂは、底部２８ｂの内壁にギャップ検出コイル３６ｂ１が固定されている。インダクタンスセンサは、ギャップ検出コイル３６ａ１（３６ｂ１）と支持部材３０（３２）との間に距離の変化が生ずると、検出コイルのインダクタンスが変化し、変化したインダクタンスが検出回路において直流電圧の信号に変換される。つまり、ギャップ検出コイルと支持部材との間の距離の変化に応じた信号に基づいて、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る燃料容器は、検出部として超音波式レベルセンサを利用している点が第１の実施の形態に係る燃料容器１４と大きく異なっている。図５は、第３の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。なお、第１の実施の形態に係る燃料容器１４と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。
【００５０】
燃料容器３８は、複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するバネ２６ａ，２６ｂと、収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部４０ａ，４０ｂと、を備える。
【００５１】
本実施の形態に係る検出部４０ａ，４０ｂは、超音波式レベルセンサである。検出部４０ａは、蓋部２８ａの内壁にセンサ部４０ａ１が埋め込まれている。また、検出部４０ｂは、底部２８ｂの内壁にセンサ部４０ｂ１が埋め込まれている。超音波式レベルセンサは、センサ部４０ａ１（４０ｂ１）から発射された超音波が支持部材３０（３２）で反射し、同じセンサ部４０ａ１（４０ｂ１）で受信されるまでの、エコー時間を検出回路で電気信号に変換している。エコー時間は、センサ部と支持部材との間の距離に対応（比例）しているため、エコー時間を距離に換算することで、複数の成形体の積層方向の両端部の位置が検出され、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００５２】
以上の説明では、検出部として３つの方式を例示したが、これらの方式を複数使用してもよい。また、上述の各実施の形態に係る燃料容器では、検出部が燃料容器の両端部（蓋部、底部）近傍にそれぞれ設けられているが、複数の成形体が一体的に保持されている状態で一方の端部が収容部に固定されている場合は、他方の端部にだけ検出部を設けてもよい。これにより、検出部の数が削減されコストが低減される。
【００５３】
また、水素の吸蔵、放出の機能を優先して製造される成形体は、必ずしも検出部の検出に適した材料や特性、形状を選択できるとは限らない。しかしながら、上述の各実施の形態に係る燃料容器は、積層されている複数の成形体の両端部に配置されている支持部材を備えているため、支持部材を検出部の方式に適した材料や物性、形状から選択することで、検出精度を向上することができる。なお、支持部材は必須ではなく省略してもよい。
【００５４】
一方、隣接する成形体の間に板状の多孔質体を挟んでもよい。図６は、成形体の間に多孔質体を挟んだ燃料容器４２の概略断面図である。なお、第３の実施の形態に係る燃料容器３８と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。隣接する成形体２４の間には、板状の多孔質体４４が挟持されている。成形体２４は、多孔質体４４を通じて水素の流通性が向上し、水素の吸蔵および放出が容易となる。また、水素の吸蔵時には、膨張する成形体２４同士に力がかかるが、多孔質体４４によってこの力を緩和させることで成形体２４が割れることが抑制される。また、多孔質体４４として発泡金属を選択にすることで、伝熱性の向上も図ることが可能となる。例えば、成形体２４の天底面は、発泡金属の多孔質体４４を介して、隣接する成形体２４や収容部２８の胴部２８ｃとの熱伝導が可能となる。発泡金属は、例えば、銅やアルミニウムなどの熱伝導性のよい金属が好ましい。
【００５５】
なお、それぞれの成形体２４は、隣接する多孔質体４４と接着されていてもよい。これにより、バネ２６ａまたはバネ２６ｂの一方を省略しても、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００５６】
［燃料容器の姿勢変化］
次に、燃料容器の姿勢変化と水素吸蔵状態との関係につて説明する。図７（ａ）は、収容部に成形体が存在しない状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｂ）は、水素を吸蔵していない複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｃ）は、水素を吸蔵している複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図である。なお、各図では検出部および支持部材は省略してある。また、燃料容器の傾きは水平を０°としてθで表している。
【００５７】
図７（ａ）に示す燃料容器４６において、バネ２６ａは、負荷がかかっていない状態の長さがｘａ、バネ定数がｋａであり、バネ２６ｂは、負荷がかかっていない状態の長さがｘｂ、バネ定数がｋｂである。また、収容部２８の蓋部２８ａと底部２８ｂとの距離をＬとする。
【００５８】
次に、図７（ｂ）に示すように、燃料容器４６に複数の成形体を収容する。ここで、成形体は実質的には水素を吸蔵していない。圧縮されたバネ２６ａ，２６ｂで複数の成形体２４を挟持することで、複数の成形体２４は互いに隙間なく保持される。複数の成形体２４の積層方向の全長をＸ、複数の成形体２４全体の質量をＭ、バネ２６ａの圧縮変位をΔｘａ、バネ２６ｂの圧縮変位をΔｘｂ、複数の成形体２４がバネ２６ａから受ける力をＦａ、複数の成形体２４がバネ２６ｂから受ける力をＦｂとすると、以下の式（１）〜式（４）が導かれる。
【００５９】
Ｌ＝（ｘａ−Δｘａ）＋Ｘ＋（ｘｂ−Δｘｂ）・・・式（１）
Ｆｂ＝Ｍｇｓｉｎθ＋Ｆａ・・・式（２）
Ｆａ＝Δｘａ×ｋａ・・・式（３）
Ｆｂ＝Δｘｂ×ｋｂ・・・式（４）
【００６０】
次に、図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）に示した燃料容器４６に水素を充填し、複数の成形体のそれぞれに水素を吸蔵させた。水素を吸蔵した成形体は膨張し、バネ２６ａ，２６ｂを更に圧縮させる。複数の成形体２４の積層方向の膨張量をΔＸ、バネ２６ａの圧縮変位をΔｘａ’、バネ２６ｂの圧縮変位をΔｘｂ’、複数の成形体２４がバネ２６ａから受ける力をＦａ’、複数の成形体２４がバネ２６ｂから受ける力をＦｂ’とすると、以下の式（５）〜式（８）が導かれる。
【００６１】
Ｌ＝（ｘａ−Δｘａ’）＋（Ｘ＋ΔＸ）＋（ｘｂ−Δｘｂ’）・・・式（５）
Ｆｂ’＝Ｍｇｓｉｎθ＋Ｆａ’・・・式（６）
Ｆａ’＝Δｘａ’×ｋａ・・・式（７）
Ｆｂ’＝Δｘｂ’×ｋｂ・・・式（８）
【００６２】
以上の式（１）〜（８）より、以下の関係式（９）〜（１１）が導かれる。
ΔＸ＝（Δｘａ’−Δｘａ）＋（Δｘｂ’−Δｘｂ）・・・式（９）
ΔＸ＝（（ｋａ＋ｋｂ）／ｋｂ）×（Δｘａ’−Δｘａ）・・・式（１０）
ΔＸ＝（（ｋａ＋ｋｂ）／ｋａ）×（Δｘｂ’−Δｘｂ）・・・式（１１）
【００６３】
式（９）から明らかなように、複数の成形体の両端部の変位を２つの検出部で検出することで、複数の成形体の積層方向の膨張量ΔＸが算出され、複数の成形体の体積変化が算出される。その結果、燃料容器内の水素の残量を算出できる。また、式（１０）、式（１１）からわかるように、複数の成形体の積層方向の膨張量ΔＸは、燃料容器４６の傾きθによらない。具体的には、膨張量ΔＸは、水素が充填されていない状態から水素を充填した場合の、積層されている複数の成形体の両端部の変位量（Δｘａ’−Δｘａ）や変位量（Δｘｂ’−Δｘｂ）によって一義的に決まる。そのため、燃料容器の姿勢によって変位量（Δｘａ’−Δｘａ）や変位量（Δｘｂ’−Δｘｂ）と、膨張量ΔＸとの関係を考慮する必要がなく、演算処理が容易となる。
【００６４】
また、式（１０）、式（１１）からわかるように、上述の各燃料容器は、バネ２６ａ，２６ｂのバネ定数ｋａ，ｋｂがあらかじめわかっていれば、一つの検出部で膨張量ΔＸを算出することもできる。
【００６５】
（第４の実施の形態）
次に、第１の実施の形態から第３の実施の形態で述べた保持機構２６と異なる方式の保持機構を採用した燃料容器について説明する。図８（ａ）は、第４の実施の形態に係る保持機構を示す概略断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００６６】
本実施の形態に係る保持機構は、ネット状の弾性部材５０であり、積層されている複数の成形体２４とその両端部にある支持部材３０，３２とをまとめて覆うような形状になっている。つまり、弾性部材５０の働きにより、複数の成形体２４の積層状態を維持しながら、複数の成形体２４の体積変化が許容される。なお、支持部材３０，３２を省略することも可能である。弾性部材５０は、熱伝導性の良い銅やリン青銅、ステンレス鋼線などをネット状に加工し弾性を付与したものである。
【００６７】
図９（ａ）は、第４の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図９（ａ）に示す燃料容器５２は、水素吸蔵合金からなる複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するネット状の弾性部材５０と、複数の成形体２４を収容する収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部（不図示）と、を備える。
【００６８】
図９（ａ）に示す複数の成形体２４は水素を吸蔵しているため、図８（ａ）に示す複数の成形体２４よりも膨張している。そのため、成形体２４は、胴部２８ｃの長手方向だけではなく、胴部２８ｃの径方向にも膨張する。本実施の形態の弾性部材５０は、成形体２４が胴部２８ｃの長手方向に膨張するとそれに伴い上下方向に伸びるため、成形体２４と胴部２８ｃの内壁との間に存在している部分の厚みは薄くなる（図９（ａ）、図９（ｂ）参照）。このように、弾性部材５０の厚みが薄くなることで、成形体２４が胴部２８ｃの径方向に無理なく膨張できるため、成形体２４が膨張する際に胴部２８ｃとの間で働く負荷が軽減され、成形体２４の割れや変形が抑制される。また、弾性部材５０は、ネット状（網目状）のため、収容部２８の内部での水素の流通性が向上する。
【００６９】
（第５の実施の形態）
図１０（ａ）は、第５の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す保持機構をＣ方向から見た上面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【００７０】
本実施の形態に係る保持機構は、複数のバネ５４である。バネ５４は、両端が鈎状になっている丸棒状の部材である。それぞれのバネ５４は、積層されている複数の成形体２４の両端部またはその外側にある支持部材３０，３２同士を、鈎状の部分５４ａで連結し、互いが積層方向に近付く向きに付勢しながら挟持する。つまり、バネ５４の働きにより、複数の成形体２４の積層状態を維持しながら、複数の成形体２４の体積変化が許容される。なお、支持部材３０，３２を省略することも可能である。バネ５４は、熱伝導性の良い銅やリン青銅、ステンレス鋼線などをネット状に加工し弾性を付与したものである。
【００７１】
図１１（ａ）は、第５の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。図１１（ａ）に示す燃料容器５６は、水素吸蔵合金からなる複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するバネ５４と、複数の成形体２４を収容する収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部（不図示）と、支持部材３２と底部２８ｂとを連結するバネ５８と、を備える。バネ５８により、収容部２８において複数の成形体が一体で動き回ることが規制される。
【００７２】
図１１（ａ）に示す複数の成形体２４は水素を吸蔵しているため、図１０（ａ）に示す複数の成形体２４よりも膨張している。そのため、成形体２４は、胴部２８ｃの長手方向だけではなく、胴部２８ｃの径方向にも膨張する。本実施の形態のバネ５４は、成形体２４が胴部２８ｃの長手方向に膨張するとそれに伴い上下方向に伸びるため、成形体２４と胴部２８ｃの内壁との間に存在している部分の直径が小さくなる（図１１（ａ）、図１１（ｂ）参照）。このように、バネ５４の直径が小さくなることで、成形体２４が胴部２８ｃの径方向に無理なく膨張できるため、成形体２４が膨張する際に胴部２８ｃとの間で働く負荷が軽減され、成形体２４の割れや変形が抑制される。また、バネ５４は、円板状の成形体２４の外周に等間隔で６本配置されているため、収容部２８の内部での水素の流通性が向上する。なお、複数のバネ５４の代わりに、複数の成形体の外周をらせん状に覆う
一つのコイルバネを用いてもよい。
【００７３】
（第６の実施の形態）
図１２（ａ）は、第６の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【００７４】
本実施の形態に係る保持機構は、円筒形状の複数の成形体５９の積層方向の両端部を外側から支持する一対の支持部材６０，６２と、一対の支持部材６０，６２を連結し、一対の支持部材６０，６２を互いに近付く向きに引っ張る引っ張りバネ６４と、を有している。引っ張りバネ６４は、円筒形状の成形体５９の中央を貫通するように設けられている。この引っ張りバネ６４の働きにより、複数の成形体５９の積層状態を維持しながら、複数の成形体５９の体積変化が許容される。
【００７５】
また、本実施の形態に係る燃料容器６６は、水素吸蔵合金からなる円筒形状の複数の成形体５９と、複数の成形体５９の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体５９が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構と、複数の成形体５９を収容する収容部２８と、複数の成形体５９の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部（不図示）と、支持部材６２と底部２８ｂとを連結するバネ５８と、を備える。バネ５８により、収容部２８において複数の成形体が一体で動き回ることが規制される。
【００７６】
（第７の実施の形態）
本実施の形態に係る水素残量検出システムは、燃料容器の収容部に筒状の燃料室が複数形成されている。そして、少なくとも一つの燃料室に検出部が設けられている。図１３は、第７の実施の形態に係る水素残量検出システム７０の概略を示す図である。
【００７７】
水素残量検出システム７０は、燃料容器７２と、演算部１６と、表示部２０とを備える。燃料容器７２は、複数の筒状の燃料室が形成されている収容部７４を有する。燃料室７６は、図４に示した燃料容器３４とほぼ同様の構成であるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
燃料室７８は、隣接する燃料室７６と仕切り壁８０で仕切られている。燃料室７８には、水素吸蔵合金の粉末や成形体が収容されている。蓋部２８ａおよび底部２８ｂと仕切り壁８０との間には、燃料室７６および燃料室７８とを連通する連通路８２，８４が形成されている。連通路８２，８４には、燃料室７８が収容している粉末の水素吸蔵合金８６が燃料室７６に侵入しないようにフィルタ８８，９０が設けられている。フィルタ８８，９０は、少なくとも水素が流通できるように構成されている。
【００７９】
上述のように構成されている燃料容器７２は、複数の燃料室の一つである燃料室７６に、複数の成形体２４とバネ２６ａ，２６ｂと検出部３６（３６ａ，３６ｂ）とが設けられている。これにより、燃料室７６にある複数の成形体２４の体積変化を推定することで、燃料容器が備える水素吸蔵合金全体の体積変化も推定できる。そして、演算部１６は、燃料容器７２の検出部３６が出力した信号に基づいて収容部７４における水素の残量を演算する。
【００８０】
（第８の実施の形態）
通常、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵および放出を繰り返すと、水素の最大充填量が徐々に減少する傾向にある。図１４は、水素の充填サイクル数と最大充填量との関係を示す図である。
【００８１】
水素吸蔵合金は、充填量の増加に伴い膨張するため、水素の充填量と、水素吸蔵合金からなる複数の成形体の両端部の変位（膨張量ΔＸ）とは相関（比例）関係がある。したがって、前述の式（９）〜式（１１）に示すように、検出部において成形体の両端部の変位を検出することで膨張量ΔＸが算出され、その結果、水素の充填量が算出される。一方、図１４に示すように、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘは、充填サイクル数Ｎの関数として表され、充填サイクル数の増加に伴い徐々に減少する。したがって、燃料容器に同じ量の水素が充填されていた場合であっても、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘが変化すれば水素の残量の割合も変化することになる。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、水素充填装置で燃料容器に水素を充填する水素残量検出システムと、水素が充填された燃料容器を用いて燃料電池を駆動する燃料電池システムとにおいて、水素の充填および放出を繰り返した場合であっても、水素の残量をより精度良く算出できる構成について説明する。なお、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘの関数は、水素吸蔵合金の種類、粒径、充填圧力、混合材料の構成等によって変わりうる。そこで、予め実験やシミュレーションによって算出しておくとよい。
【００８３】
図１５は、第８の実施の形態に係る水素残量検出システムの概略を示す図である。図１６は、第８の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示す図である。
【００８４】
図１５に示す水素残量検出システム１００は、燃料容器７２が、外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口１０２と、充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部１０４と、を備えている点が、第７の実施の形態に係る水素残量検出システム７０と大きく異なる。また、水素残量検出システム１００は、燃料容器７２に水素を充填する水素充填装置１０８を更に備えている。水素充填装置１０８は、燃料容器７２の充填放出口１０２と着脱可能な接続部１０６を有している。また、演算部１６は、水素充填装置１０８に配置されている。
【００８５】
なお、図１５に示す水素残量検出システム１００では、第７の実施の形態に係る水素残量検出システム７０と同じ部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【００８６】
次に、水素充填装置１０８を用いて燃料容器７２に水素を充填する際の水素残量検出システム１００の動作について説明する。
【００８７】
はじめに、燃料容器７２の充填放出口１０２と水素充填装置１０８の接続部１０６とを接続する。その際、演算部１６と、検出部３６および記憶部１０４との通信が可能な状態を確立する。通信は、無線でも有線でもよい。
【００８８】
燃料容器７２と水素充填装置１０８とが接続されると、演算部１６は、燃料容器７２の記憶部１０４より水素の累積充填量Ｖｃｕｍ、および図１４に示す最大充填量の関数Ｖ（Ｎ）ｍａｘを読み出す。累積充填量Ｖｃｕｍは、燃料容器７２が新品の場合０である。
【００８９】
水素の充填が開始されると、演算部１６は、検出部３６により検出された複数の成形体２４の積層方向の両端部の位置に基づいて、複数の成形体２４の膨張量ΔＸを算出する。演算部１６は、水素の充填が終了すると、その際の膨張量ΔＸから水素の充填量ΔＶを算出する。そして、演算部１６は、算出された水素の充填量ΔＶ１をそれまでに記憶されていた累積充填量Ｖｃｕｍに加算し、新たな累積充填量（Ｖｃｕｍ＝Ｖｃｕｍ＋ΔＶ１）として記憶部１０４に記憶させる。これにより、燃料容器７２ごとに水素の累積充填量Ｖｃｕｍを更新できる。また、水素充填装置１０８に流量計を備えておけば、流量計より計測した水素充填量ΔＶｆに基づき、より高い精度でΔＶ１を算出できる。
【００９０】
次に、燃料容器７２の累積充填量Ｖｃｕｍからその際の最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを求める方法について説明する。
【００９１】
なお、水素の累積充填量Ｖｃｕｍという項目を記憶部１０４に記憶させているのは、以下の理由による。常に、燃料容器に水素が全く充填されていない状態で水素を最大充填量まで充填することが繰り返されるのであれば、充填サイクル数Ｎをカウントすれば、簡便に最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを求めることができる。しかしながら、水素を使い切らない状態で水素を充填する場合や、水素を最大充填量まで充填しない場合もあり得る。このような場合、単に充填した回数をカウントするだけでは、そのときの最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを正確に算出することはできないからである。
【００９２】
つまり、図１４に示すように、１回目の充填量がΔＶ１、２回目の充填量がΔＶ２、３回目の充填量がΔＶ３、４回目の充填量がΔＶ４とすると、累積充填量Ｖｃｕｍは、矢印が示す位置となる。したがって、累積充填量Ｖｃｕｍは、充填サイクル数Ｎ＝３に相当するため、その際の燃料容器の最大充填量はＶ（３）ｍａｘとなる。なお、演算部１６は、その時点での燃料容器の最大充填量Ｖ（３）ｍａｘの値を記憶部１０４に記憶させてもよい。
【００９３】
このように、演算部１６は、記憶部１０４に記憶されている累積充填量Ｖｃｕｍと、検出部３６により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部７４における水素の残量を算出できる。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器７２の水素の残量をより精度良く算出できる。
【００９４】
また、前述のように、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵、放出を繰り返すと充填量が減少する傾向にあるが、水素残量検出システム１００は、充填された水素の累積充填量Ｖｃｕｍの情報を記憶部１０４に記憶することで、水素の残量を演算する際の補正が可能となる。
【００９５】
また、水素を使いきった状態から最大充填状態まで水素を充填し、水素充填時に流量計で計測した水素充填量ΔＶｆ、あるいは、検出部３６により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置より算出される膨張量ΔＸから算出される水素の充填量ΔＶと、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとを比較し、水素充填量ΔＶｆあるいは充填量ΔＶと、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとの差が大きい状態であれば、累積充填量Ｖｃｕｍに応じた最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘの減少の進行度が異なると考えられる。
【００９６】
そこで、補正の判定モードとして、水素を使い切った状態から最大充填状態まで水素充填を数回繰り返し、上記のように流量計で計測した水素充填量ΔＶｆ、あるいは膨張量ΔＸから算出される水素の充填量ΔＶと、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとを比較する。そして、水素充填量ΔＶｆと最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとの差、または、充填量ΔＶと最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとの差が、いずれも所定値より大きい（例えば最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘの値の５％以上）場合、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを、水素充填量ΔＶｆ、充填量ΔＶに相当する新たな最大充填量Ｖ（Ｎ’）ｍａｘ（Ｎ≠Ｎ’）に補正しなおしてもよい。また、膨張量ΔＸから算出される水素の充填量ΔＶと、水素充填時に流量計で計測した水素充填量ΔＶｆとの値が大きく異なっていれば、検出部の成形体が崩壊等を起こし、残量計測が不可能であるとして、警告表示を行っても良い。
【００９７】
また、水素充填装置１０８は、演算部１６において算出された収容部７４における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えてもよい。これにより、簡便に水素の残量を把握できる。
【００９８】
また、演算部１６は、水素充填装置１０８に設けられており、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【００９９】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。図１６に示す燃料電池システム１１０は、図１５に示す水素残量検出システム１００の水素充填装置１０８を外して、燃料容器７２に燃料電池１２を装着したものである。燃料電池１２は、燃料容器７２の充填放出口１０２と着脱可能な接続部１１２を有している。また、演算部１６および表示部２０は、燃料電池１２に配置されている。
【０１００】
なお、図１６に示す燃料電池システム１１０では、図１５に示す水素残量検出システム１００と同じ部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
次に、燃料容器７２から水素を放出して燃料電池１２で発電する際の燃料電池システム１１０の動作について説明する。
【０１０２】
はじめに、燃料容器７２の充填放出口１０２と燃料電池システム１１０の接続部１１２とを接続する。その際、演算部１６と、検出部３６および記憶部１０４との通信が可能な状態を確立する。通信は、無線でも有線でもよい。
【０１０３】
燃料容器７２と燃料電池１２とが接続されると、演算部１６は、燃料容器７２の記憶部１０４より水素の累積充填量Ｖｃｕｍ、および図１４に示す最大充填量の関数Ｖ（Ｎ）ｍａｘを読み出す。
【０１０４】
燃料電池１２への水素の放出が開始されると、演算部１６は、検出部３６により検出された複数の成形体２４の積層方向の両端部の位置に基づいて、複数の成形体２４の膨張量ΔＸを算出する。演算部１６は、水素の放出が終了（発電が停止）すると、その際の膨張量ΔＸから残っている水素の充填量ΔＶを算出する。そして、演算部１６は、算出された水素の充填量ΔＶと、記憶部１０４から読み出した水素の累積充填量Ｖｃｕｍ、および最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとに基づいて残量を算出する。残量（％）は、充填量ΔＶ／最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘ×１００で算出される。算出された残量は、表示部２０に表示される。なお、演算部１６は、燃料容器７２の初期の最大充填量Ｖ（１）ｍａｘを基準として残量（％）を表示することで、初期の容量に対する残量の割合を算出することも可能である。
【０１０５】
このように、燃料電池システム１１０においても、演算部１６は、記憶部１０４に記憶されている累積充填量Ｖｃｕｍと、検出部３６により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部７４における水素の残量を算出できる。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器７２の水素の残量をより精度良く算出できる。
【０１０６】
また、燃料電池１２は、演算部１６において算出された収容部７４における水素の残量の情報を表示する表示部２０を備えているため、簡便に水素の残量を把握できる。
【０１０７】
また、演算部１６は、燃料電池１２に設けられており、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【０１０８】
（変形例）
次に収容部が有する筒状部の変形例について説明する。図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、収容部の変形例を示す斜視図である。図１７（ａ）に示す収容部９２は、円柱形状の空間が燃料室９４として形成され、各燃料室９４がライン状に配列している。また、図１７（ｂ）に示す収容部９６は、四角柱形状の空間が燃料室９８として形成され、各燃料室９８がライン状に配列している。このように複数の燃料室を有する収容部９２（９６）においても、一つの燃料室９４（９８）に前述の複数の成形体と保持機構と検出部とを設けることで、燃料容器が備える水素吸蔵合金全体の体積変化を推定できる。
【０１０９】
上述のように、上述の各実施の形態に係る水素残量検出システムや燃料電池システムは、燃料容器の姿勢によらず、水素の吸蔵放出による水素吸蔵合金の体積変化を検出し、それに基づいて燃料容器内の水素残量を推定することができる。
【０１１０】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における燃料電池や燃料電池システムにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０ 燃料電池システム、 １２ 燃料電池、 １４ 燃料容器、 １６ 演算部、 １８ 検出部、 ２４ 成形体、 ２６ 保持機構、 ２８ 収容部、 ３０，３２ 支持部材、 ４４ 多孔質体、 ５０ 弾性部材、 ７０ 水素残量検出システム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を吸蔵する金属を備えた燃料容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。また、燃料電池を可搬型の携帯機器に用いるために、電池本体とは別に燃料を収容する容器も考案されている。
【０００３】
携帯機器用の電源としての燃料電池システムは、小型化、高出力化が求められる。高出力化の観点では、燃料電池の燃料としては、メタノール燃料よりも水素燃料を用いた方が有利である。水素燃料を貯蔵する手段の一例として、水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金タンクが挙げられる。このような水素吸蔵合金タンク内の水素貯蔵量（水素残量）を検出する方法として、従来、タンク内の圧力（水素平衡圧力）を測定する方法が行われていた。
【０００４】
しかしながら、上述したタンク内の圧力を測定して水素残量を推定する方法は、タンク内の圧力と水素残量との関係において線形性が低いため、水素残量を高精度で推定することができなかった。そこで、水素吸蔵合金が水素を吸蔵すると膨張し、水素を放出すると収縮する性質を利用し、水素吸蔵合金の体積変化を測定することで水素吸蔵合金タンク内の水素残量を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−６６３５７号公報
【特許文献２】特開平５−２２３０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の方法は、姿勢が一定である定置用や自動車用の水素吸蔵合金タンクに適用する場合は有効である。しかしながら、携帯機器用の水素吸蔵合金タンクは、姿勢が一定とはならない状況で使用される場合が多い。上述の方法では、姿勢の変化を考慮しておらず、水素吸蔵合金タンクの姿勢によって、水素吸蔵合金が体積変化を検知する検知部を覆ってしまったり、水素吸蔵合金の自重によって水素吸蔵合金成形体を固定するスプリングの変位に影響を与えたりする場合がある。このような場合、水素吸蔵合金の体積変化を精度良く測定することが困難である。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料容器の姿勢によらず水素吸蔵合金の体積変化を算出できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料容器は、燃料電池に供給される水素を含有できる水素吸蔵金属からなる複数の成形体と、複数の成形体の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構と、保持機構により積層された状態で保持されている複数の成形体を収容する収容部と、複数の成形体の体積変化による、該複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部と、を備える。
【０００９】
この態様によると、燃料容器の姿勢が変化しても保持機構により複数の成形体の積層状態は維持される。そのため、検出部で複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出することで、燃料容器の姿勢によらず、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００１０】
保持機構は、複数の成形体の積層方向の両端部と収容部の内壁との間にそれぞれ設けられている弾性部材であってあってもよい。弾性部材は、複数の成形体を両側から付勢してもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。また、複数の成形体が収容部の中で動き回ることが抑制される。
【００１１】
保持機構は、複数の成形体の積層方向の両端部を連結し、両端部を積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材で構成されていてもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００１２】
保持機構は、複数の成形体の積層方向の両端部を外側から支持する一対の支持部材と、一対の支持部材を連結し、一対の支持部材を積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材と、を有してもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００１３】
隣接する成形体の間に挟まれている多孔質体を更に備えてもよい。これにより、成形体同士接する面の流通性が向上する。
【００１４】
成形体と多孔質体とが接着されていてもよい。これにより、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００１５】
多孔質体は、発泡金属であってもよい。これにより、例えば、成形体同士の伝熱性、または、成形体と燃料容器との伝熱性が向上する。
【００１６】
収容部は、それぞれが連通している複数の筒状部を有してもよい。複数の筒状部のそれぞれは、少なくとも水素吸蔵金属が収容されており、複数の筒状部の少なくとも一つに、複数の成形体と保持機構と検出部とが設けられていてもよい。これにより、少なくとも一つの筒状部にある複数の成形体の体積変化を推定することで、全体の水素吸蔵合金の体積変化も推定できる。
【００１７】
本発明の別の態様は、水素残量検出システムである。この水素残量検出システムは、燃料容器と、検出部が出力した信号に基づいて収容部における水素の残量を演算する演算部と、を備える。
【００１８】
この態様によると、燃料容器の姿勢によらず、燃料容器内の水素の残量を算出できる。
【００１９】
燃料容器は、外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えてもよい。水素吸蔵合金は、水素の吸蔵、放出を繰り返すと充填量が減少する傾向にある。そのため、充填された水素の累積充填量の情報を記憶することで、水素の残量を演算する際の補正が可能となる。
【００２０】
演算部は、記憶部に記憶されている累積充填量の情報と、検出部により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部における水素の残量を算出してもよい。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器の水素の残量をより精度良く算出できる。
【００２１】
演算部において算出された収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えてもよい。これにより、簡便に水素の残量を把握できる。
【００２２】
充填放出口と着脱可能な接続部を有し、燃料容器に水素を充填する水素充填装置を更に備えてもよい。演算部は、水素充填装置に配置されていてもよい。これにより、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【００２３】
演算部は、検出部が検出した複数の成形体の積層方向の両端部の位置の情報に基づいて水素充填装置が充填した水素の充填量を算出し、記憶部は、算出された水素の充填量をそれまでに記憶されていた累積充填量に加算し、新たな累積充填量として記憶してもよい。これにより、燃料容器ごとに水素の累積充填量を更新できる。
【００２４】
本発明の更に別の態様は、燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に供給する水素を収容する燃料容器と、検出部が出力した信号に基づいて収容部における水素の残量を演算する演算部と、を備える。
【００２５】
この態様によると、燃料容器の姿勢によらず、燃料容器内の水素の残量を算出できる。
【００２６】
燃料容器は、外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えてもよい。水素吸蔵合金は、水素の吸蔵、放出を繰り返すと充填量が減少する傾向にある。そのため、充填された水素の累積充填量の情報を記憶することで、水素の残量を演算する際の補正が可能となる。
【００２７】
演算部は、記憶部に記憶されている累積充填量の情報と、検出部により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部における水素の残量を算出してもよい。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器の水素の残量をより精度良く算出できる。
【００２８】
演算部において算出された収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えてもよい。これにより、簡便に水素の残量を把握できる。
【００２９】
燃料電池は、燃料容器と着脱可能に構成され、演算部は、燃料電池に配置されていてもよい。これにより、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【００３０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、燃料容器の姿勢によらず水素吸蔵合金の体積変化を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。
【図３】図２に示す燃料容器よりも水素の吸蔵量が多い場合の燃料容器の概略断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。
【図６】成形体の間に多孔質体を挟んだ燃料容器の概略断面図である。
【図７】図７（ａ）は、収容部に成形体が存在しない状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｂ）は、水素を吸蔵していない複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｃ）は、水素を吸蔵している複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図である。
【図８】図８（ａ）は、第４の実施の形態に係る保持機構を示す概略断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図９（ａ）は、第４の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第５の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す保持機構をＣ方向から見た上面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、第５の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、第６の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】第７の実施の形態に係る水素残量検出システムの概略を示す図である。
【図１４】図１４は、水素の充填サイクル数と最大充填量との関係を示す図である。
【図１５】第８の実施の形態に係る水素残量検出システムの概略を示す図である。
【図１６】第８の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、収容部の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、燃料電池に供給する水素を収容する燃料容器１４と、燃料容器１４の水素の残量を演算する演算部１６と、を備える。燃料容器１４は、水素吸蔵合金を収容しており、水素吸蔵合金の状態の変化を検出する検出部１８を備える。演算部１６は、検出部１８が出力した信号に基づいて、燃料容器１４における水素吸蔵合金の体積変化や水素の残量を演算する。演算結果は、必要に応じて表示部２０に表示される。燃料容器１４と燃料電池１２との間には、燃料容器１４で放出された水素を燃料電池１２へ供給するための供給路２２が設けられている。
【００３５】
図２は、第１の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。燃料容器１４は、水素吸蔵合金からなる複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構２６と、複数の成形体２４を収容する収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部１８（１８ａ，１８ｂ）と、を備える。
【００３６】
成形体２４は、水素吸蔵合金の粉末にＰＴＦＥデイスパージョンなどの結着剤を混合して、プレス機で圧縮成型したものであり、燃料電池１２に供給される水素を含有できる。なお、場合によっては圧縮成型された成形体に更に焼結処理を加えてもよい。成形体は、例えば、円板状、円筒状、直方体などの形状に加工される。水素吸蔵合金は、大量の水素を吸蔵する能力と、吸蔵した水素を再び放出する能力を備えた合金であり、例えば、ＬａＮｉ５合金、ＦｅＴｉ合金、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｔｉ１＋ｘＣｒ２−ｙＭｎｙ（ｘ＝０．１〜０．３、ｙ＝０〜１．０）合金などが好適である。このような水素吸蔵合金は、水素を吸蔵すると体積が増加し、水素を放出すると体積が減少する。
【００３７】
収容部２８は、円筒形状または直方体形状の筐体であり、長手方向の両端部に蓋部２８ａと底部２８ｂを有する。また、蓋部と２８ａと底部２８ｂとを連結する胴部２８ｃは、積層されている複数の成形体２４が水素の吸蔵状態に応じて体積変化できるような空間が形成されている。成形体（ペレット）が充填される空間は、断面が矩形（長方形または長穴）で角にＲが付いている場合や、円筒形の空間であってもよい。蓋部２８ａ、底部２８ｂ、胴部２８ｃは互いに分割されており、切削あるいは形取りなどで成形されている。そして、蓋部２８ａおよび底部２８ｂと、胴部２８ｃとは、シールしてネジなどで締め付けられている。水素吸蔵合金が成形体に加工されているため、水素吸蔵合金が粉末の場合と比較して、合金による局所応力破壊などの影響が回避できる。
【００３８】
本実施の形態に係る収容部２８は、保持機構２６により積層された状態で保持されている複数の成形体２４を収容する。なお、収容部２８の外側形状は、外部との熱交換性を考慮し、直方体形状が望ましい。材質は、ＳＵＳやアルミニウムなどが好ましい。
【００３９】
保持機構２６は、弾性部材である２つのバネ２６ａ，２６ｂからなる。バネ２６ａは、圧縮された状態で、一端が蓋部２８ａに固定され、他端が支持部材３０に連結されている。バネ２６ｂは、圧縮された状態で、一端が底部２８ｂに固定され、他端が支持部材３２に連結されている。このように、２つのバネ２６ａ，２６ｂは、複数の成形体２４の積層方向Ａの両端部と収容部２８の内壁との間にそれぞれ設けられており、複数の成形体２４を積層方向の両側から付勢している。これにより、複数の成形体２４の積層状態を維持しながら、複数の成形体２４の体積変化が許容される。また、複数の成形体２４が収容部２８の中で動き回ることが抑制されるため、それぞれの成形体は、燃料容器の落下や振動による衝撃から保護される。なお、２つのバネ２６ａ，２６ｂは、燃料容器１４の姿勢によらず常に圧縮された状態となるように長さやバネ定数が設定されている。
【００４０】
一対の支持部材３０，３２は、複数の成形体２４の積層方向の両端部を外側から支持する。このような支持部材３０，３２により複数の成形体２４を外側から支持することで、バネ２６ａ，２６ｂの付勢力が、直接または局所的に成形体２４に伝わらないようになっている。換言すれば、バネ２６ａ，２６ｂの付勢力は、支持部材３０，３２を介して成形体２４に均一に伝達される。そのため、それぞれの成形体２４は、互いに最も近接するように積層された状態で安定して保持される。また、水素吸蔵合金からなる成形体２４が割れたり欠けたりすることも抑制される。
【００４１】
本実施の形態に係る検出部１８ａ，１８ｂは、静電容量センサである。各静電容量センサは、一対の電極板１８ａ１，１８ａ２（１８ｂ１，１８ｂ２）を有する。一対の電極板１８ａ１，１８ａ２（１８ｂ１，１８ｂ２）は、対向するように、収容部２８の胴部２８ｃの内壁に埋め込まれている。また、一対の電極板１８ａ１，１８ａ２は、蓋部２８ａ近傍に設けられており、一対の電極板１８ｂ１，１８ｂ２は、底部２８ｂ近傍に設けられている。静電容量センサは、一対の電極板の間に存在する、支持部材や成形体の体積によって静電容量が変化する。
【００４２】
図３は、図２に示す燃料容器よりも水素の吸蔵量が多い場合の燃料容器の概略断面図である。水素の吸蔵または放出により複数の成形体２４全体の体積が変化すると、バネ２６ａ，２６ｂが伸縮し、それに応じて複数の成形体２４全体の両端部にある成形体２４ａ，２４ｂの位置や、支持部材３０，３２の位置が変化する。そのため、一対の電極板１８ａ１，１８ａ２（１８ｂ１，１８ｂ２）の間に存在する、支持部材３０（３２）や成形体２４ａ（２４ｂ）の体積変化によって静電容量が変化する。そして、静電容量センサの検出部１８ａ，１８ｂは、静電容量の変化に応じた出力に基づいて、複数の成形体全体の積層方向の両端部の位置を検出する。
【００４３】
本実施の形態に係る燃料容器１４においては、姿勢が変化しても保持機構２６により複数の成形体２４の積層状態は維持される。そのため、検出部１８ａ，１８ｂで複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出することで、燃料容器１４の姿勢によらず、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００４４】
より詳述すると、例えば、水素吸蔵合金が水素を全く吸蔵していない状態における複数の成形体の積層方向の両端部の位置をＰａ０、Ｐｂ０（図３参照）とする。図３に示す状態は各成形体が水素を吸蔵して膨張している状態であり、複数の成形体の積層方向の両端部の位置はＰａ０’、Ｐｂ０’に変化している。つまり、複数の成形体の積層方向の一方の端部（蓋部側）の変化量ΔＰａはΔＰａ＝Ｐａ０’−Ｐａ０であり、複数の成形体の積層方向の他方の端部（底部側）の変化量ΔＰｂはΔＰｂ＝Ｐｂ０’−Ｐｂ０となる。
【００４５】
したがって、複数の成形体２４の積層方向の全長の変化ΔＸ＝ΔＰａ＋ΔＰｂとなる。複数の成形体の積層方向の全長の変化は、複数の成形体全体の体積変化と対応している。このように、検出部１８ａ，１８ｂで複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出することで、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。また、収容部２８の長手方向の両端部に検出部を設置することで、積層されている複数の成形体の体積変化が最も現れる両端部を計測できる。これにより、より精度良く複数の成形体全体の体積変化を検出することができ、水素の吸蔵放出状態をより正確に把握することができる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る燃料容器は、検出部としてインダクタンスセンサを利用している点が第１の実施の形態に係る燃料容器１４と大きく異なっている。図４は、第２の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。なお、第１の実施の形態に係る燃料容器１４と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。
【００４７】
燃料容器３４は、複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するバネ２６ａ，２６ｂと、収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部３６ａ，３６ｂと、を備える。
【００４８】
本実施の形態に係る検出部３６ａ，３６ｂは、インダクタンスセンサである。検出部３６ａは、蓋部２８ａの内壁にギャップ検出コイル３６ａ１が固定されている。また、検出部３６ｂは、底部２８ｂの内壁にギャップ検出コイル３６ｂ１が固定されている。インダクタンスセンサは、ギャップ検出コイル３６ａ１（３６ｂ１）と支持部材３０（３２）との間に距離の変化が生ずると、検出コイルのインダクタンスが変化し、変化したインダクタンスが検出回路において直流電圧の信号に変換される。つまり、ギャップ検出コイルと支持部材との間の距離の変化に応じた信号に基づいて、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る燃料容器は、検出部として超音波式レベルセンサを利用している点が第１の実施の形態に係る燃料容器１４と大きく異なっている。図５は、第３の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図である。なお、第１の実施の形態に係る燃料容器１４と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。
【００５０】
燃料容器３８は、複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するバネ２６ａ，２６ｂと、収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部４０ａ，４０ｂと、を備える。
【００５１】
本実施の形態に係る検出部４０ａ，４０ｂは、超音波式レベルセンサである。検出部４０ａは、蓋部２８ａの内壁にセンサ部４０ａ１が埋め込まれている。また、検出部４０ｂは、底部２８ｂの内壁にセンサ部４０ｂ１が埋め込まれている。超音波式レベルセンサは、センサ部４０ａ１（４０ｂ１）から発射された超音波が支持部材３０（３２）で反射し、同じセンサ部４０ａ１（４０ｂ１）で受信されるまでの、エコー時間を検出回路で電気信号に変換している。エコー時間は、センサ部と支持部材との間の距離に対応（比例）しているため、エコー時間を距離に換算することで、複数の成形体の積層方向の両端部の位置が検出され、複数の成形体全体の体積変化を算出することができる。
【００５２】
以上の説明では、検出部として３つの方式を例示したが、これらの方式を複数使用してもよい。また、上述の各実施の形態に係る燃料容器では、検出部が燃料容器の両端部（蓋部、底部）近傍にそれぞれ設けられているが、複数の成形体が一体的に保持されている状態で一方の端部が収容部に固定されている場合は、他方の端部にだけ検出部を設けてもよい。これにより、検出部の数が削減されコストが低減される。
【００５３】
また、水素の吸蔵、放出の機能を優先して製造される成形体は、必ずしも検出部の検出に適した材料や特性、形状を選択できるとは限らない。しかしながら、上述の各実施の形態に係る燃料容器は、積層されている複数の成形体の両端部に配置されている支持部材を備えているため、支持部材を検出部の方式に適した材料や物性、形状から選択することで、検出精度を向上することができる。なお、支持部材は必須ではなく省略してもよい。
【００５４】
一方、隣接する成形体の間に板状の多孔質体を挟んでもよい。図６は、成形体の間に多孔質体を挟んだ燃料容器４２の概略断面図である。なお、第３の実施の形態に係る燃料容器３８と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。隣接する成形体２４の間には、板状の多孔質体４４が挟持されている。成形体２４は、多孔質体４４を通じて水素の流通性が向上し、水素の吸蔵および放出が容易となる。また、水素の吸蔵時には、膨張する成形体２４同士に力がかかるが、多孔質体４４によってこの力を緩和させることで成形体２４が割れることが抑制される。また、多孔質体４４として発泡金属を選択にすることで、伝熱性の向上も図ることが可能となる。例えば、成形体２４の天底面は、発泡金属の多孔質体４４を介して、隣接する成形体２４や収容部２８の胴部２８ｃとの熱伝導が可能となる。発泡金属は、例えば、銅やアルミニウムなどの熱伝導性のよい金属が好ましい。
【００５５】
なお、それぞれの成形体２４は、隣接する多孔質体４４と接着されていてもよい。これにより、バネ２６ａまたはバネ２６ｂの一方を省略しても、複数の成形体の積層状態を維持しながら、複数の成形体の体積変化が許容される。
【００５６】
［燃料容器の姿勢変化］
次に、燃料容器の姿勢変化と水素吸蔵状態との関係につて説明する。図７（ａ）は、収容部に成形体が存在しない状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｂ）は、水素を吸蔵していない複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図、図７（ｃ）は、水素を吸蔵している複数の成形体を収容部に収容した状態で燃料容器が傾いた様子を示す概略模式図である。なお、各図では検出部および支持部材は省略してある。また、燃料容器の傾きは水平を０°としてθで表している。
【００５７】
図７（ａ）に示す燃料容器４６において、バネ２６ａは、負荷がかかっていない状態の長さがｘａ、バネ定数がｋａであり、バネ２６ｂは、負荷がかかっていない状態の長さがｘｂ、バネ定数がｋｂである。また、収容部２８の蓋部２８ａと底部２８ｂとの距離をＬとする。
【００５８】
次に、図７（ｂ）に示すように、燃料容器４６に複数の成形体を収容する。ここで、成形体は実質的には水素を吸蔵していない。圧縮されたバネ２６ａ，２６ｂで複数の成形体２４を挟持することで、複数の成形体２４は互いに隙間なく保持される。複数の成形体２４の積層方向の全長をＸ、複数の成形体２４全体の質量をＭ、バネ２６ａの圧縮変位をΔｘａ、バネ２６ｂの圧縮変位をΔｘｂ、複数の成形体２４がバネ２６ａから受ける力をＦａ、複数の成形体２４がバネ２６ｂから受ける力をＦｂとすると、以下の式（１）〜式（４）が導かれる。
【００５９】
Ｌ＝（ｘａ−Δｘａ）＋Ｘ＋（ｘｂ−Δｘｂ）・・・式（１）
Ｆｂ＝Ｍｇｓｉｎθ＋Ｆａ・・・式（２）
Ｆａ＝Δｘａ×ｋａ・・・式（３）
Ｆｂ＝Δｘｂ×ｋｂ・・・式（４）
【００６０】
次に、図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）に示した燃料容器４６に水素を充填し、複数の成形体のそれぞれに水素を吸蔵させた。水素を吸蔵した成形体は膨張し、バネ２６ａ，２６ｂを更に圧縮させる。複数の成形体２４の積層方向の膨張量をΔＸ、バネ２６ａの圧縮変位をΔｘａ’、バネ２６ｂの圧縮変位をΔｘｂ’、複数の成形体２４がバネ２６ａから受ける力をＦａ’、複数の成形体２４がバネ２６ｂから受ける力をＦｂ’とすると、以下の式（５）〜式（８）が導かれる。
【００６１】
Ｌ＝（ｘａ−Δｘａ’）＋（Ｘ＋ΔＸ）＋（ｘｂ−Δｘｂ’）・・・式（５）
Ｆｂ’＝Ｍｇｓｉｎθ＋Ｆａ’・・・式（６）
Ｆａ’＝Δｘａ’×ｋａ・・・式（７）
Ｆｂ’＝Δｘｂ’×ｋｂ・・・式（８）
【００６２】
以上の式（１）〜（８）より、以下の関係式（９）〜（１１）が導かれる。
ΔＸ＝（Δｘａ’−Δｘａ）＋（Δｘｂ’−Δｘｂ）・・・式（９）
ΔＸ＝（（ｋａ＋ｋｂ）／ｋｂ）×（Δｘａ’−Δｘａ）・・・式（１０）
ΔＸ＝（（ｋａ＋ｋｂ）／ｋａ）×（Δｘｂ’−Δｘｂ）・・・式（１１）
【００６３】
式（９）から明らかなように、複数の成形体の両端部の変位を２つの検出部で検出することで、複数の成形体の積層方向の膨張量ΔＸが算出され、複数の成形体の体積変化が算出される。その結果、燃料容器内の水素の残量を算出できる。また、式（１０）、式（１１）からわかるように、複数の成形体の積層方向の膨張量ΔＸは、燃料容器４６の傾きθによらない。具体的には、膨張量ΔＸは、水素が充填されていない状態から水素を充填した場合の、積層されている複数の成形体の両端部の変位量（Δｘａ’−Δｘａ）や変位量（Δｘｂ’−Δｘｂ）によって一義的に決まる。そのため、燃料容器の姿勢によって変位量（Δｘａ’−Δｘａ）や変位量（Δｘｂ’−Δｘｂ）と、膨張量ΔＸとの関係を考慮する必要がなく、演算処理が容易となる。
【００６４】
また、式（１０）、式（１１）からわかるように、上述の各燃料容器は、バネ２６ａ，２６ｂのバネ定数ｋａ，ｋｂがあらかじめわかっていれば、一つの検出部で膨張量ΔＸを算出することもできる。
【００６５】
（第４の実施の形態）
次に、第１の実施の形態から第３の実施の形態で述べた保持機構２６と異なる方式の保持機構を採用した燃料容器について説明する。図８（ａ）は、第４の実施の形態に係る保持機構を示す概略断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００６６】
本実施の形態に係る保持機構は、ネット状の弾性部材５０であり、積層されている複数の成形体２４とその両端部にある支持部材３０，３２とをまとめて覆うような形状になっている。つまり、弾性部材５０の働きにより、複数の成形体２４の積層状態を維持しながら、複数の成形体２４の体積変化が許容される。なお、支持部材３０，３２を省略することも可能である。弾性部材５０は、熱伝導性の良い銅やリン青銅、ステンレス鋼線などをネット状に加工し弾性を付与したものである。
【００６７】
図９（ａ）は、第４の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図９（ａ）に示す燃料容器５２は、水素吸蔵合金からなる複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するネット状の弾性部材５０と、複数の成形体２４を収容する収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部（不図示）と、を備える。
【００６８】
図９（ａ）に示す複数の成形体２４は水素を吸蔵しているため、図８（ａ）に示す複数の成形体２４よりも膨張している。そのため、成形体２４は、胴部２８ｃの長手方向だけではなく、胴部２８ｃの径方向にも膨張する。本実施の形態の弾性部材５０は、成形体２４が胴部２８ｃの長手方向に膨張するとそれに伴い上下方向に伸びるため、成形体２４と胴部２８ｃの内壁との間に存在している部分の厚みは薄くなる（図９（ａ）、図９（ｂ）参照）。このように、弾性部材５０の厚みが薄くなることで、成形体２４が胴部２８ｃの径方向に無理なく膨張できるため、成形体２４が膨張する際に胴部２８ｃとの間で働く負荷が軽減され、成形体２４の割れや変形が抑制される。また、弾性部材５０は、ネット状（網目状）のため、収容部２８の内部での水素の流通性が向上する。
【００６９】
（第５の実施の形態）
図１０（ａ）は、第５の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す保持機構をＣ方向から見た上面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【００７０】
本実施の形態に係る保持機構は、複数のバネ５４である。バネ５４は、両端が鈎状になっている丸棒状の部材である。それぞれのバネ５４は、積層されている複数の成形体２４の両端部またはその外側にある支持部材３０，３２同士を、鈎状の部分５４ａで連結し、互いが積層方向に近付く向きに付勢しながら挟持する。つまり、バネ５４の働きにより、複数の成形体２４の積層状態を維持しながら、複数の成形体２４の体積変化が許容される。なお、支持部材３０，３２を省略することも可能である。バネ５４は、熱伝導性の良い銅やリン青銅、ステンレス鋼線などをネット状に加工し弾性を付与したものである。
【００７１】
図１１（ａ）は、第５の実施の形態に係る燃料容器の概略断面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。図１１（ａ）に示す燃料容器５６は、水素吸蔵合金からなる複数の成形体２４と、複数の成形体２４の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体２４が互いに最も近接するように積層された状態で保持するバネ５４と、複数の成形体２４を収容する収容部２８と、複数の成形体２４の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部（不図示）と、支持部材３２と底部２８ｂとを連結するバネ５８と、を備える。バネ５８により、収容部２８において複数の成形体が一体で動き回ることが規制される。
【００７２】
図１１（ａ）に示す複数の成形体２４は水素を吸蔵しているため、図１０（ａ）に示す複数の成形体２４よりも膨張している。そのため、成形体２４は、胴部２８ｃの長手方向だけではなく、胴部２８ｃの径方向にも膨張する。本実施の形態のバネ５４は、成形体２４が胴部２８ｃの長手方向に膨張するとそれに伴い上下方向に伸びるため、成形体２４と胴部２８ｃの内壁との間に存在している部分の直径が小さくなる（図１１（ａ）、図１１（ｂ）参照）。このように、バネ５４の直径が小さくなることで、成形体２４が胴部２８ｃの径方向に無理なく膨張できるため、成形体２４が膨張する際に胴部２８ｃとの間で働く負荷が軽減され、成形体２４の割れや変形が抑制される。また、バネ５４は、円板状の成形体２４の外周に等間隔で６本配置されているため、収容部２８の内部での水素の流通性が向上する。なお、複数のバネ５４の代わりに、複数の成形体の外周をらせん状に覆う
一つのコイルバネを用いてもよい。
【００７３】
（第６の実施の形態）
図１２（ａ）は、第６の実施の形態に係る保持機構を示す概略側面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【００７４】
本実施の形態に係る保持機構は、円筒形状の複数の成形体５９の積層方向の両端部を外側から支持する一対の支持部材６０，６２と、一対の支持部材６０，６２を連結し、一対の支持部材６０，６２を互いに近付く向きに引っ張る引っ張りバネ６４と、を有している。引っ張りバネ６４は、円筒形状の成形体５９の中央を貫通するように設けられている。この引っ張りバネ６４の働きにより、複数の成形体５９の積層状態を維持しながら、複数の成形体５９の体積変化が許容される。
【００７５】
また、本実施の形態に係る燃料容器６６は、水素吸蔵合金からなる円筒形状の複数の成形体５９と、複数の成形体５９の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体５９が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構と、複数の成形体５９を収容する収容部２８と、複数の成形体５９の体積変化による、複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部（不図示）と、支持部材６２と底部２８ｂとを連結するバネ５８と、を備える。バネ５８により、収容部２８において複数の成形体が一体で動き回ることが規制される。
【００７６】
（第７の実施の形態）
本実施の形態に係る水素残量検出システムは、燃料容器の収容部に筒状の燃料室が複数形成されている。そして、少なくとも一つの燃料室に検出部が設けられている。図１３は、第７の実施の形態に係る水素残量検出システム７０の概略を示す図である。
【００７７】
水素残量検出システム７０は、燃料容器７２と、演算部１６と、表示部２０とを備える。燃料容器７２は、複数の筒状の燃料室が形成されている収容部７４を有する。燃料室７６は、図４に示した燃料容器３４とほぼ同様の構成であるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
燃料室７８は、隣接する燃料室７６と仕切り壁８０で仕切られている。燃料室７８には、水素吸蔵合金の粉末や成形体が収容されている。蓋部２８ａおよび底部２８ｂと仕切り壁８０との間には、燃料室７６および燃料室７８とを連通する連通路８２，８４が形成されている。連通路８２，８４には、燃料室７８が収容している粉末の水素吸蔵合金８６が燃料室７６に侵入しないようにフィルタ８８，９０が設けられている。フィルタ８８，９０は、少なくとも水素が流通できるように構成されている。
【００７９】
上述のように構成されている燃料容器７２は、複数の燃料室の一つである燃料室７６に、複数の成形体２４とバネ２６ａ，２６ｂと検出部３６（３６ａ，３６ｂ）とが設けられている。これにより、燃料室７６にある複数の成形体２４の体積変化を推定することで、燃料容器が備える水素吸蔵合金全体の体積変化も推定できる。そして、演算部１６は、燃料容器７２の検出部３６が出力した信号に基づいて収容部７４における水素の残量を演算する。
【００８０】
（第８の実施の形態）
通常、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵および放出を繰り返すと、水素の最大充填量が徐々に減少する傾向にある。図１４は、水素の充填サイクル数と最大充填量との関係を示す図である。
【００８１】
水素吸蔵合金は、充填量の増加に伴い膨張するため、水素の充填量と、水素吸蔵合金からなる複数の成形体の両端部の変位（膨張量ΔＸ）とは相関（比例）関係がある。したがって、前述の式（９）〜式（１１）に示すように、検出部において成形体の両端部の変位を検出することで膨張量ΔＸが算出され、その結果、水素の充填量が算出される。一方、図１４に示すように、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘは、充填サイクル数Ｎの関数として表され、充填サイクル数の増加に伴い徐々に減少する。したがって、燃料容器に同じ量の水素が充填されていた場合であっても、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘが変化すれば水素の残量の割合も変化することになる。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、水素充填装置で燃料容器に水素を充填する水素残量検出システムと、水素が充填された燃料容器を用いて燃料電池を駆動する燃料電池システムとにおいて、水素の充填および放出を繰り返した場合であっても、水素の残量をより精度良く算出できる構成について説明する。なお、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘの関数は、水素吸蔵合金の種類、粒径、充填圧力、混合材料の構成等によって変わりうる。そこで、予め実験やシミュレーションによって算出しておくとよい。
【００８３】
図１５は、第８の実施の形態に係る水素残量検出システムの概略を示す図である。図１６は、第８の実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示す図である。
【００８４】
図１５に示す水素残量検出システム１００は、燃料容器７２が、外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口１０２と、充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部１０４と、を備えている点が、第７の実施の形態に係る水素残量検出システム７０と大きく異なる。また、水素残量検出システム１００は、燃料容器７２に水素を充填する水素充填装置１０８を更に備えている。水素充填装置１０８は、燃料容器７２の充填放出口１０２と着脱可能な接続部１０６を有している。また、演算部１６は、水素充填装置１０８に配置されている。
【００８５】
なお、図１５に示す水素残量検出システム１００では、第７の実施の形態に係る水素残量検出システム７０と同じ部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【００８６】
次に、水素充填装置１０８を用いて燃料容器７２に水素を充填する際の水素残量検出システム１００の動作について説明する。
【００８７】
はじめに、燃料容器７２の充填放出口１０２と水素充填装置１０８の接続部１０６とを接続する。その際、演算部１６と、検出部３６および記憶部１０４との通信が可能な状態を確立する。通信は、無線でも有線でもよい。
【００８８】
燃料容器７２と水素充填装置１０８とが接続されると、演算部１６は、燃料容器７２の記憶部１０４より水素の累積充填量Ｖｃｕｍ、および図１４に示す最大充填量の関数Ｖ（Ｎ）ｍａｘを読み出す。累積充填量Ｖｃｕｍは、燃料容器７２が新品の場合０である。
【００８９】
水素の充填が開始されると、演算部１６は、検出部３６により検出された複数の成形体２４の積層方向の両端部の位置に基づいて、複数の成形体２４の膨張量ΔＸを算出する。演算部１６は、水素の充填が終了すると、その際の膨張量ΔＸから水素の充填量ΔＶを算出する。そして、演算部１６は、算出された水素の充填量ΔＶ１をそれまでに記憶されていた累積充填量Ｖｃｕｍに加算し、新たな累積充填量（Ｖｃｕｍ＝Ｖｃｕｍ＋ΔＶ１）として記憶部１０４に記憶させる。これにより、燃料容器７２ごとに水素の累積充填量Ｖｃｕｍを更新できる。また、水素充填装置１０８に流量計を備えておけば、流量計より計測した水素充填量ΔＶｆに基づき、より高い精度でΔＶ１を算出できる。
【００９０】
次に、燃料容器７２の累積充填量Ｖｃｕｍからその際の最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを求める方法について説明する。
【００９１】
なお、水素の累積充填量Ｖｃｕｍという項目を記憶部１０４に記憶させているのは、以下の理由による。常に、燃料容器に水素が全く充填されていない状態で水素を最大充填量まで充填することが繰り返されるのであれば、充填サイクル数Ｎをカウントすれば、簡便に最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを求めることができる。しかしながら、水素を使い切らない状態で水素を充填する場合や、水素を最大充填量まで充填しない場合もあり得る。このような場合、単に充填した回数をカウントするだけでは、そのときの最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを正確に算出することはできないからである。
【００９２】
つまり、図１４に示すように、１回目の充填量がΔＶ１、２回目の充填量がΔＶ２、３回目の充填量がΔＶ３、４回目の充填量がΔＶ４とすると、累積充填量Ｖｃｕｍは、矢印が示す位置となる。したがって、累積充填量Ｖｃｕｍは、充填サイクル数Ｎ＝３に相当するため、その際の燃料容器の最大充填量はＶ（３）ｍａｘとなる。なお、演算部１６は、その時点での燃料容器の最大充填量Ｖ（３）ｍａｘの値を記憶部１０４に記憶させてもよい。
【００９３】
このように、演算部１６は、記憶部１０４に記憶されている累積充填量Ｖｃｕｍと、検出部３６により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部７４における水素の残量を算出できる。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器７２の水素の残量をより精度良く算出できる。
【００９４】
また、前述のように、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵、放出を繰り返すと充填量が減少する傾向にあるが、水素残量検出システム１００は、充填された水素の累積充填量Ｖｃｕｍの情報を記憶部１０４に記憶することで、水素の残量を演算する際の補正が可能となる。
【００９５】
また、水素を使いきった状態から最大充填状態まで水素を充填し、水素充填時に流量計で計測した水素充填量ΔＶｆ、あるいは、検出部３６により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置より算出される膨張量ΔＸから算出される水素の充填量ΔＶと、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとを比較し、水素充填量ΔＶｆあるいは充填量ΔＶと、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとの差が大きい状態であれば、累積充填量Ｖｃｕｍに応じた最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘの減少の進行度が異なると考えられる。
【００９６】
そこで、補正の判定モードとして、水素を使い切った状態から最大充填状態まで水素充填を数回繰り返し、上記のように流量計で計測した水素充填量ΔＶｆ、あるいは膨張量ΔＸから算出される水素の充填量ΔＶと、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとを比較する。そして、水素充填量ΔＶｆと最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとの差、または、充填量ΔＶと最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとの差が、いずれも所定値より大きい（例えば最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘの値の５％以上）場合、最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘを、水素充填量ΔＶｆ、充填量ΔＶに相当する新たな最大充填量Ｖ（Ｎ’）ｍａｘ（Ｎ≠Ｎ’）に補正しなおしてもよい。また、膨張量ΔＸから算出される水素の充填量ΔＶと、水素充填時に流量計で計測した水素充填量ΔＶｆとの値が大きく異なっていれば、検出部の成形体が崩壊等を起こし、残量計測が不可能であるとして、警告表示を行っても良い。
【００９７】
また、水素充填装置１０８は、演算部１６において算出された収容部７４における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えてもよい。これにより、簡便に水素の残量を把握できる。
【００９８】
また、演算部１６は、水素充填装置１０８に設けられており、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【００９９】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。図１６に示す燃料電池システム１１０は、図１５に示す水素残量検出システム１００の水素充填装置１０８を外して、燃料容器７２に燃料電池１２を装着したものである。燃料電池１２は、燃料容器７２の充填放出口１０２と着脱可能な接続部１１２を有している。また、演算部１６および表示部２０は、燃料電池１２に配置されている。
【０１００】
なお、図１６に示す燃料電池システム１１０では、図１５に示す水素残量検出システム１００と同じ部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
次に、燃料容器７２から水素を放出して燃料電池１２で発電する際の燃料電池システム１１０の動作について説明する。
【０１０２】
はじめに、燃料容器７２の充填放出口１０２と燃料電池システム１１０の接続部１１２とを接続する。その際、演算部１６と、検出部３６および記憶部１０４との通信が可能な状態を確立する。通信は、無線でも有線でもよい。
【０１０３】
燃料容器７２と燃料電池１２とが接続されると、演算部１６は、燃料容器７２の記憶部１０４より水素の累積充填量Ｖｃｕｍ、および図１４に示す最大充填量の関数Ｖ（Ｎ）ｍａｘを読み出す。
【０１０４】
燃料電池１２への水素の放出が開始されると、演算部１６は、検出部３６により検出された複数の成形体２４の積層方向の両端部の位置に基づいて、複数の成形体２４の膨張量ΔＸを算出する。演算部１６は、水素の放出が終了（発電が停止）すると、その際の膨張量ΔＸから残っている水素の充填量ΔＶを算出する。そして、演算部１６は、算出された水素の充填量ΔＶと、記憶部１０４から読み出した水素の累積充填量Ｖｃｕｍ、および最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘとに基づいて残量を算出する。残量（％）は、充填量ΔＶ／最大充填量Ｖ（Ｎ）ｍａｘ×１００で算出される。算出された残量は、表示部２０に表示される。なお、演算部１６は、燃料容器７２の初期の最大充填量Ｖ（１）ｍａｘを基準として残量（％）を表示することで、初期の容量に対する残量の割合を算出することも可能である。
【０１０５】
このように、燃料電池システム１１０においても、演算部１６は、記憶部１０４に記憶されている累積充填量Ｖｃｕｍと、検出部３６により検出された複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、収容部７４における水素の残量を算出できる。これにより、水素吸蔵合金が水素の吸蔵、放出を繰り返した場合であっても、燃料容器７２の水素の残量をより精度良く算出できる。
【０１０６】
また、燃料電池１２は、演算部１６において算出された収容部７４における水素の残量の情報を表示する表示部２０を備えているため、簡便に水素の残量を把握できる。
【０１０７】
また、演算部１６は、燃料電池１２に設けられており、演算部を燃料容器ごとに設けなくても水素の残量を算出できるため、燃料容器のコストの低減に寄与する。
【０１０８】
（変形例）
次に収容部が有する筒状部の変形例について説明する。図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、収容部の変形例を示す斜視図である。図１７（ａ）に示す収容部９２は、円柱形状の空間が燃料室９４として形成され、各燃料室９４がライン状に配列している。また、図１７（ｂ）に示す収容部９６は、四角柱形状の空間が燃料室９８として形成され、各燃料室９８がライン状に配列している。このように複数の燃料室を有する収容部９２（９６）においても、一つの燃料室９４（９８）に前述の複数の成形体と保持機構と検出部とを設けることで、燃料容器が備える水素吸蔵合金全体の体積変化を推定できる。
【０１０９】
上述のように、上述の各実施の形態に係る水素残量検出システムや燃料電池システムは、燃料容器の姿勢によらず、水素の吸蔵放出による水素吸蔵合金の体積変化を検出し、それに基づいて燃料容器内の水素残量を推定することができる。
【０１１０】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における燃料電池や燃料電池システムにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０ 燃料電池システム、 １２ 燃料電池、 １４ 燃料容器、 １６ 演算部、 １８ 検出部、 ２４ 成形体、 ２６ 保持機構、 ２８ 収容部、 ３０，３２ 支持部材、 ４４ 多孔質体、 ５０ 弾性部材、 ７０ 水素残量検出システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給される水素を含有できる水素吸蔵金属からなる複数の成形体と、
前記複数の成形体の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構と、
前記保持機構により積層された状態で保持されている前記複数の成形体を収容する収容部と、
前記複数の成形体の体積変化による、該複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする燃料容器。
【請求項２】
前記保持機構は、前記複数の成形体の積層方向の両端部と前記収容部の内壁との間にそれぞれ設けられている弾性部材であって、
前記弾性部材は、前記複数の成形体を両側から付勢することを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項３】
前記保持機構は、前記複数の成形体の積層方向の両端部を連結し、前記両端部を前記積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項４】
前記保持機構は、
前記複数の成形体の積層方向の両端部を外側から支持する一対の支持部材と、
前記一対の支持部材を連結し、前記一対の支持部材を前記積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項５】
隣接する成形体の間に挟まれている多孔質体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項６】
前記成形体と前記多孔質体とが接着されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料容器。
【請求項７】
前記多孔質体は、発泡金属であることを特徴とする請求項５または６に記載の燃料容器。
【請求項８】
前記収容部は、それぞれが連通している複数の筒状部を有し、
前記複数の筒状部のそれぞれは、少なくとも水素吸蔵金属が収容されており、
前記複数の筒状部の少なくとも一つに、前記複数の成形体と前記保持機構と前記検出部とが設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料容器。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料容器と、
前記検出部が出力した信号に基づいて前記収容部における水素の残量を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする水素残量検出システム。
【請求項１０】
前記燃料容器は、
外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、
充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の水素残量検出システム。
【請求項１１】
前記演算部は、前記記憶部に記憶されている前記累積充填量の情報と、前記検出部により検出された前記複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、前記収容部における水素の残量を算出することを特徴とする請求項１０に記載の水素残量検出システム。
【請求項１２】
前記演算部において算出された前記収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の水素残量検出システム。
【請求項１３】
前記充填放出口と着脱可能な接続部を有し、前記燃料容器に水素を充填する水素充填装置を更に備え、
前記演算部は、前記水素充填装置に配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の水素残量検出システム。
【請求項１４】
前記演算部は、前記検出部が検出した複数の成形体の積層方向の両端部の位置の情報に基づいて前記水素充填装置が充填した水素の充填量を算出し、
前記記憶部は、算出された前記水素の充填量をそれまでに記憶されていた累積充填量に加算し、新たな累積充填量として記憶することを特徴とする請求項１３に記載の水素残量検出システム。
【請求項１５】
燃料電池と、
前記燃料電池に供給する水素を収容する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料容器と、
前記検出部が出力した信号に基づいて前記収容部における水素の残量を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料容器は、
外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、
充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記演算部は、前記記憶部に記憶されている前記累積充填量の情報と、前記検出部により検出された前記複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、前記収容部における水素の残量を算出することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記演算部において算出された前記収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項１６または１７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記燃料電池は、前記燃料容器と着脱可能に構成され、
前記演算部は、前記燃料電池に配置されていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
燃料電池に供給される水素を含有できる水素吸蔵金属からなる複数の成形体と、
前記複数の成形体の体積変化を許容しつつ、それぞれの成形体が互いに最も近接するように積層された状態で保持する保持機構と、
前記保持機構により積層された状態で保持されている前記複数の成形体を収容する収容部と、
前記複数の成形体の体積変化による、該複数の成形体の積層方向の両端部の位置を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする燃料容器。
【請求項２】
前記保持機構は、前記複数の成形体の積層方向の両端部と前記収容部の内壁との間にそれぞれ設けられている弾性部材であって、
前記弾性部材は、前記複数の成形体を両側から付勢することを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項３】
前記保持機構は、前記複数の成形体の積層方向の両端部を連結し、前記両端部を前記積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項４】
前記保持機構は、
前記複数の成形体の積層方向の両端部を外側から支持する一対の支持部材と、
前記一対の支持部材を連結し、前記一対の支持部材を前記積層方向に付勢しながら挟持する弾性部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項５】
隣接する成形体の間に挟まれている多孔質体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項６】
前記成形体と前記多孔質体とが接着されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料容器。
【請求項７】
前記多孔質体は、発泡金属であることを特徴とする請求項５または６に記載の燃料容器。
【請求項８】
前記収容部は、それぞれが連通している複数の筒状部を有し、
前記複数の筒状部のそれぞれは、少なくとも水素吸蔵金属が収容されており、
前記複数の筒状部の少なくとも一つに、前記複数の成形体と前記保持機構と前記検出部とが設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料容器。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料容器と、
前記検出部が出力した信号に基づいて前記収容部における水素の残量を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする水素残量検出システム。
【請求項１０】
前記燃料容器は、
外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、
充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の水素残量検出システム。
【請求項１１】
前記演算部は、前記記憶部に記憶されている前記累積充填量の情報と、前記検出部により検出された前記複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、前記収容部における水素の残量を算出することを特徴とする請求項１０に記載の水素残量検出システム。
【請求項１２】
前記演算部において算出された前記収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の水素残量検出システム。
【請求項１３】
前記充填放出口と着脱可能な接続部を有し、前記燃料容器に水素を充填する水素充填装置を更に備え、
前記演算部は、前記水素充填装置に配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の水素残量検出システム。
【請求項１４】
前記演算部は、前記検出部が検出した複数の成形体の積層方向の両端部の位置の情報に基づいて前記水素充填装置が充填した水素の充填量を算出し、
前記記憶部は、算出された前記水素の充填量をそれまでに記憶されていた累積充填量に加算し、新たな累積充填量として記憶することを特徴とする請求項１３に記載の水素残量検出システム。
【請求項１５】
燃料電池と、
前記燃料電池に供給する水素を収容する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料容器と、
前記検出部が出力した信号に基づいて前記収容部における水素の残量を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料容器は、
外部から水素が充填されるとともに外部へ水素を放出する充填放出口と、
充填された水素の累積充填量の情報を記憶する記憶部と、を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記演算部は、前記記憶部に記憶されている前記累積充填量の情報と、前記検出部により検出された前記複数の成形体の積層方向の両端部の位置と、に基づいて、前記収容部における水素の残量を算出することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記演算部において算出された前記収容部における水素の残量の情報を表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項１６または１７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記燃料電池は、前記燃料容器と着脱可能に構成され、
前記演算部は、前記燃料電池に配置されていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−９２９６３（Ｐ２０１２−９２９６３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１２５７（Ｐ２０１１−１７１２５７）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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