(57)【要約】【課題】吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時であっても水素貯蔵状態を適切に推定することができる水素貯蔵状態推定装置を提供する。【解決手段】水素貯蔵状態推定装置１は、運転時刻毎の水素貯蔵率ｘｔを算定する第１の算定部１２２と、直前時刻における水素貯蔵率ｘｔ−１及び見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の間の比率に基づいて、運転時刻における水素貯蔵率の変化量Δｘｔを補正することにより、当該運転時刻における見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定し、初期時刻における見かけの水素貯蔵率ｙ０に対して運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを累積することにより、運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔを算定する第２の算定部１２３と、運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔと、ＰＣＴ線図とに基づいて、運転時刻毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを算定する第３の算定部１２４とを備える。【選択図】      図７
2020176693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵タンクにおける水素貯蔵状態を推定する水素貯蔵状態推定装置であって、
前記水素貯蔵状態の初期値として、所定の初期時刻における水素貯蔵率（ｘ０）、タンク温度（Ｔ０）及びタンク圧力（Ｐ０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記タンク温度（Ｔ０）及び前記タンク圧力（Ｐ０）と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記初期時刻における見かけの水素貯蔵率（ｙ０）を取得する初期状態取得部と、
前記初期時刻から所定の単位時間間隔で区切られた所定の運転時刻毎の前記水素貯蔵タンクの運転計画として、前記運転時刻毎の水素流入流出量（Ｆｔ）を取得する運転計画取得部と、
前記運転時刻毎の前記水素流入流出量（Ｆｔ）に基づいて、前記運転時刻毎の水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ０）に対して前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の水素貯蔵率ｘｔを算定する第１の算定部と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙ０）に対して前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）を算定する第２の算定部と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を算定する第３の算定部と、
前記第１の算定部により算定された前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率（ｘｔ）と、前記第３の算定部により算定された前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を出力する出力部とを備え、
前記第２の算定部は、
前記運転時刻よりも前記単位時間前の直前時刻における前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）及び前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）の間の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、
ことを特徴とする水素貯蔵状態推定装置。
【請求項２】
前記第２の算定部は、
前記比率を２乗した値を、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）に乗算することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素貯蔵状態推定装置。
【請求項３】
前記第２の算定部は、
前記運転時刻における運転状態が、前記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる吸蔵運転である場合には、前記直前時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）に対する前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定し、
前記運転時刻における運転状態が、前記水素吸蔵合金に水素を放出させる放出運転である場合には、前記直前時刻における前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）に対する前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素貯蔵状態推定装置。
【請求項４】
前記運転計画取得部は、
前記運転計画として、前記運転時刻毎の熱媒熱量(ＱＣｔ)をさらに取得し、
前記第３の算定部は、
前記運転時刻毎の前記水素流入流出量（Ｆｔ）及び熱媒熱量(ＱＣｔ)に基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）を算定し、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）及び前記タンク温度（Ｔｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク圧力（Ｐｔ）を算定する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の水素貯蔵状態推定装置。
【請求項５】
前記第２の算定部は、
前記運転時刻が、前記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる吸蔵運転と、前記水素吸蔵合金に水素を放出させる放出運転との間で運転状態の切換が行われる時刻である場合には、前記初期時刻におけるタンク温度（Ｔ０）及びタンク圧力（Ｐ０）と、前記ＰＣＴ線図の前記切換後の前記運転状態に対する挙動とに基づいて、前記初期時刻における見かけの水素貯蔵率（ｙ０）を更新する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の水素貯蔵状態推定装置。
【請求項６】
前記ＰＣＴ線図は、
前記水素吸蔵合金と同一の組成の試験体を用いて作成された近似線である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の水素貯蔵状態推定装置。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の水素貯蔵状態推定装置が備える各部として機能させることを特徴とする水素貯蔵状態推定プログラム。
【請求項８】
水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵タンクにおける水素貯蔵状態を推定する水素貯蔵状態推定方法であって、
前記水素貯蔵状態の初期値として、所定の初期時刻における水素貯蔵率（ｘ０）、タンク温度（Ｔ０）及びタンク圧力（Ｐ０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記タンク温度（Ｔ０）及び前記タンク圧力（Ｐ０）と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記初期時刻における見かけの水素貯蔵率（ｙ０）を取得する初期状態取得工程と、
前記初期時刻から所定の単位時間間隔で区切られた所定の運転時刻毎の前記水素貯蔵タンクの運転計画として、前記運転時刻毎の水素流入流出量（Ｆｔ）を取得する運転計画取得工程と、
前記運転時刻毎の前記水素流入流出量（Ｆｔ）に基づいて、前記運転時刻毎の水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ０）に対して前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の水素貯蔵率（ｘｔ）を算定する第１の算定工程と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙ０）に対して前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）を算定する第２の算定工程と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を算定する第３の算定工程と、
前記第１の算定工程により算定された前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率（ｘｔ）と、前記第３の算定工程により算定された前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を出力する出力工程とを備え、
前記第２の算定工程は、
前記運転時刻よりも前記単位時間前の直前時刻における前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）及び前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）の間の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、
ことを特徴とする水素貯蔵状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵装置による水素貯蔵状態を推定する水素貯蔵状態推定装置、水素貯蔵状態推定プログラム及び水素貯蔵状態推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵装置に水素を貯蔵する場合、水素貯蔵装置による水素貯蔵状態を管理するため、水素吸蔵合金の温度、水素圧力、水素吸蔵量等を把握することが要求される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、温度センサ及び圧力センサにより水素吸蔵合金の温度及び水素圧力を検出するとともに、水素吸蔵合金の各温度における水素圧力と水素吸蔵量との関係を表す関数によって水素吸蔵合金の水素吸蔵量を求める水素吸蔵量の測定方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された水素吸蔵量の測定方法にて用いられる上記関数では、吸蔵運転と放出運転とが切り換わるときの運転切換時の挙動が考慮されておらず、運転切換時における水素吸蔵量の変化を適切に把握することができない。また、特許文献１に開示された水素吸蔵量の測定方法では、温度センサ及び圧力センサによりそれぞれ検出された水素吸蔵合金の温度及び水素圧力を用いて水素吸蔵量を求めるため、リアルタイムでの水素庁貯蔵状態しか測定することができず、将来に亘って水素庁貯蔵状態の推移を把握することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時であっても水素貯蔵状態を適切に推定することができる水素貯蔵状態推定装置、水素貯蔵状態推定プログラム及び水素貯蔵状態推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置は、
水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵タンクにおける水素貯蔵状態を推定する水素貯蔵状態推定装置であって、
前記水素貯蔵状態の初期値として、所定の初期時刻における水素貯蔵率（ｘ０）、タンク温度（Ｔ０）及びタンク圧力（Ｐ０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記タンク温度（Ｔ０）及び前記タンク圧力（Ｐ０）と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記初期時刻における見かけの水素貯蔵率（ｙ０）を取得する初期状態取得部と、
前記初期時刻から所定の単位時間間隔で区切られた所定の運転時刻毎の前記水素貯蔵タンクの運転計画として、前記運転時刻毎の水素流入流出量（Ｆｔ）を取得する運転計画取得部と、
前記運転時刻毎の前記水素流入流出量（Ｆｔ）に基づいて、前記運転時刻毎の水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ０）に対して前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の水素貯蔵率ｘｔを算定する第１の算定部と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙ０）に対して前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）を算定する第２の算定部と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を算定する第３の算定部と、
前記第１の算定部により算定された前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率（ｘｔ）と、前記第３の算定部により算定された前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を出力する出力部とを備え、
前記第２の算定部は、
前記運転時刻よりも前記単位時間前の直前時刻における前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）及び前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）の間の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記第２の算定部は、
前記比率を２乗した値を、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）に乗算することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記第２の算定部は、
前記運転時刻における運転状態が、前記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる吸蔵運転である場合には、前記直前時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）に対する前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定し、
前記運転時刻における運転状態が、前記水素吸蔵合金に水素を放出させる放出運転である場合には、前記直前時刻における前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）に対する前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記運転計画取得部は、
前記運転計画として、前記運転時刻毎の熱媒熱量(ＱＣｔ)をさらに取得し、
前記第３の算定部は、
前記運転時刻毎の前記水素流入流出量（Ｆｔ）及び前記熱媒熱量(ＱＣｔ)に基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）を算定し、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）及び前記タンク温度（Ｔｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク圧力（Ｐｔ）を算定する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記第２の算定部は、
前記運転時刻が、前記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる吸蔵運転と、前記水素吸蔵合金に水素を放出させる放出運転との間で運転状態の切換が行われる時刻である場合には、前記初期時刻におけるタンク温度（Ｔ０）及びタンク圧力（Ｐ０）と、前記ＰＣＴ線図の前記切換後の前記運転状態に対する挙動とに基づいて、前記初期時刻における見かけの水素貯蔵率（ｙ０）を更新する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記ＰＣＴ線図は、
前記水素吸蔵合金と同一の組成の試験体を用いて作成された近似線である、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一実施形態に係る水素貯蔵状態推定プログラムは、
コンピュータを、上記水素貯蔵状態推定装置が備える各部として機能させる、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一実施形態に係る水素貯蔵状態推定方法は、
水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵タンクにおける水素貯蔵状態を推定する水素貯蔵状態推定方法であって、
前記水素貯蔵状態の初期値として、所定の初期時刻における水素貯蔵率（ｘ０）、タンク温度（Ｔ０）及びタンク圧力（Ｐ０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記タンク温度（Ｔ０）及び前記タンク圧力（Ｐ０）と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記初期時刻における見かけの水素貯蔵率（ｙ０）を取得する初期状態取得工程と、
前記初期時刻から所定の単位時間間隔で区切られた所定の運転時刻毎の前記水素貯蔵タンクの運転計画として、前記運転時刻毎の水素流入流出量（Ｆｔ）を取得する運転計画取得工程と、
前記運転時刻毎の前記水素流入流出量（Ｆｔ）に基づいて、前記運転時刻毎の水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ０）に対して前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の水素貯蔵率（ｘｔ）を算定する第１の算定工程と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定するとともに、前記初期時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙ０）に対して前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を累積することにより、前記運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）を算定する第２の算定工程と、
前記運転時刻毎の前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を算定する第３の算定工程と、
前記第１の算定工程により算定された前記運転時刻毎の前記水素貯蔵率（ｘｔ）と、前記第３の算定工程により算定された前記運転時刻毎の前記タンク温度（Ｔｔ）及び前記タンク圧力（Ｐｔ）を出力する出力工程とを備え、
前記第２の算定工程は、
前記運転時刻よりも前記単位時間前の直前時刻における前記水素貯蔵率（ｘｔ−１）及び前記見かけの水素貯蔵率（ｙｔ−１）の間の比率に基づいて、当該運転時刻における前記水素貯蔵率の変化量（Δｘｔ）を補正することにより、当該運転時刻における前記見かけの水素貯蔵率の変化量（Δｙｔ）を算定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る予防保全管理装置によれば、第１の算定部が、初期時刻における水素貯蔵率に対して運転時刻毎の水素貯蔵率の変化量を累積することにより、運転時刻毎の水素貯蔵率を算定し、第２の算定部が、運転時刻よりも単位時間前の直前時刻における水素貯蔵率及び見かけの水素貯蔵率の間の比率に基づいて、当該運転時刻における水素貯蔵率の変化量を補正することにより、当該運転時刻における見かけの水素貯蔵率の変化量を算定するとともに、初期時刻における見かけの水素貯蔵率に対して運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率の変化量を累積することにより、運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率を算定し、第３の算定部が、運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率と、ＰＣＴ線図とに基づいて、運転時刻毎のタンク温度及びタンク圧力を算定する。
【００１６】
そのため、タンク温度及びタンク圧力の推定値が、運転時刻毎の水素貯蔵率に基づいて算定された場合には、図４（ａ）、（ｂ）（詳細は後述する）に示すように、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時において実験値との間に大きなずれが発生するのに対して、タンク温度及びタンク圧力の推定値が、第３の算定部により運転時刻毎の見かけの水素貯蔵率に基づいて算定された場合には、図８（ａ）、（ｂ）（詳細は後述する）に示すように、運転切換時であっても実験値との間に大きなずれが発生することがない。したがって、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時であっても水素貯蔵状態を適切に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る水素エネルギー利用システム１００の一例を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＰＣＴ線図データ１１０の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１（制御部１２）が水素貯蔵状態の推定処理を行う際の見かけの水素貯蔵率ｙｔを説明する図であり、（ａ）は水素貯蔵率ｘｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク温度Ｔｔの推定値と、タンク温度の実験値との比較、（ｂ）は水素貯蔵率ｘｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク圧力Ｐｔの推定値と、タンク圧力の実験値との比較、（ｃ）は運転計画データ１１１から算定した水素貯蔵率ｘｔの算定値と、タンク温度及びタンク圧力の実験値をＰＣＴ線図データ１１０に代入した場合の水素貯蔵率の実験値との比較を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理（水素貯蔵状態推定方法）を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理（水素貯蔵状態推定方法）を示すフローチャート（図５の続き）である。
【図７】本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理において、水素貯蔵率ｘｔ（算定値）、見かけの水素貯蔵率ｙｔ及びＰＣＴ線図データ１１０（近似式）の推移を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係るＴｉ系合金が充填された水素貯蔵タンク２に対して、水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理を行った結果と、実験値との比較を示し、（ａ）はタンク温度Ｔｔの推定値と、タンク温度の実験値との比較、（ｂ）はタンク圧力Ｐｔの推定値と、タンク圧力の実験値との比較、（ｃ）は水素貯蔵率ｘｔの算定値と、見かけの水素貯蔵率ｙｔとの比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る水素エネルギー利用システム１００の一例を示す全体構成図である。水素エネルギー利用システム１００は、例えば、集合住宅等の建物や工場等の施設に付設されて、電気エネルギーの需給に応じて、水素エネルギーと電気エネルギーとの間で相互に変換することで、水素エネルギーを利用するシステムである。
【００２０】
水素エネルギー利用システム１００は、水素吸蔵合金２０が充填された水素貯蔵タンク２と、水素を製造し、水素貯蔵タンク２に水素を供給する水素製造装置３と、水素貯蔵タンク２内の水素吸蔵合金２０から放出された水素を利用する水素利用装置４と、水素貯蔵タンク２との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環装置５と、水素貯蔵タンク２内の水素吸蔵合金２０の温度（以下、「タンク温度Ｔ」という。）を検出する温度センサ６と、水素貯蔵タンク２に貯蔵された水素の圧力（以下、「タンク圧力Ｐ」という。）を検出する圧力センサ７と、水素貯蔵タンク２における水素貯蔵状態を推定する水素貯蔵状態推定装置１とを備えて構成されている。
【００２１】
水素貯蔵タンク２に充填された水素吸蔵合金２０は、タンク温度Ｔ及びタンク圧力Ｐに応じて水素を吸蔵又は放出する合金である。水素吸蔵合金２０としては、例えば、アルカリ土類系、希土類系、チタン系、固溶体等の各種の合金が用いられる。
【００２２】
水素製造装置３は、例えば、余剰電力や深夜電力等の電気エネルギーを用いて水を電気分解することにより水素を製造する電気分解装置や、メタンやメタノール等を改質することにより水素を製造する改質装置等で構成されている。
【００２３】
水素利用装置４は、水素を利用して各種のエネルギーを発生する装置であり、例えば、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギー及び熱エネルギーを発生する燃料電池や、水素を燃焼させて運動エネルギー及び熱エネルギーを発生する水素エンジン等で構成されている。
【００２４】
熱媒体循環装置５は、水素貯蔵タンク２内の水素吸蔵合金２０に対して熱媒体を循環させることで熱媒体と水素吸蔵合金２０との間で熱交換を行う装置である。
【００２５】
（水素貯蔵状態推定装置１の構成）
図２は、本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１の一例を示すブロック図である。
【００２６】
水素貯蔵状態推定装置１は、水素貯蔵タンク２における水素貯蔵状態として、所定の運転期間における水素貯蔵率ｘ［％］、タンク温度Ｔ［℃］及びタンク圧力Ｐ［ａｔｍａ］の推移を推定する装置であり、例えば、汎用のコンピュータ等で構成されている。
【００２７】
水素貯蔵状態推定装置１は、その具体的な構成として、キーボード、マウス、タッチパネル等により構成される入力部１０と、ＨＤＤ、メモリ等により構成される記憶部１１と、ＣＰＵ等のプロセッサにより構成される制御部１２と、温度センサ６及び圧力センサ７や外部のネットワーク等に接続される接続部１３と、ディスプレイ等により構成される表示部１４とを備える。
【００２８】
記憶部１１には、ＰＣＴ線図データ１１０と、運転計画データ１１１と、コンピュータを水素貯蔵状態推定装置１として機能させる水素貯蔵状態推定プログラム１１２とが記憶されている。
【００２９】
制御部１２は、水素貯蔵状態推定プログラム１１２を実行することにより、初期状態取得部１２０、運転計画取得部１２１、第１の算定部１２２、第２の算定部１２３、第３の算定部１２４、及び、出力部１２５として機能し、水素貯蔵タンク２における水素貯蔵状態（所定の運転期間における水素貯蔵率ｘ、タンク温度Ｔ及びタンク圧力Ｐの推移）を推定する推定処理（水素貯蔵状態推定方法）を行う。
【００３０】
具体的には、制御部１２は、所定の運転期間が、初期時刻ｔ０から所定の単位時間間隔で区切られた所定の運転時刻ｔ（ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＭａｘ）を含むものであり、水素貯蔵タンク２における水素貯蔵状態の初期値として、初期時刻ｔ０における水素貯蔵率ｘ０、タンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０が既知であるものとして、ＰＣＴ線図データ１１０及び運転計画データ１１１に基づいて、所定の運転時刻ｔ（ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＭａｘ）毎の水素貯蔵率ｘｔ、タンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを推定する。なお、制御部１２の各部の機能と、水素貯蔵状態の推定処理の詳細については後述する。
【００３１】
（ＰＣＴ線図データ１１０について）
図３は、本発明の実施形態に係るＰＣＴ線図データ１１０の一例を示す図である。ＰＣＴ線図データ１１０は、水素吸蔵合金２０の特性として、各温度Ｔａ、Ｔｂ、…、Ｔｎ（＝タンク温度Ｔ）における圧力組成等温線図（以下、「ＰＣＴ（Pressure Composition Temperature）線図」という。）１１０ａ〜１１０ｎを、記憶部１１に記憶可能なデータ形式で記憶したものである。
【００３２】
ｎ個のＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎは、各温度Ｔａ、Ｔｂ、…、Ｔｎについて、温度が一定で熱力学的平衡状態であるときの水素濃度ｚ［ｗｔ％］と水素圧力Ｐ（＝タンク圧力Ｐ）との間の関係を、Ｘ軸に水素濃度ｚ、Ｙ軸に水素圧力Ｐ（対数平衡水素圧力）として表したものである。
【００３３】
図３に示すように、ＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎは、水素を吸蔵する吸蔵運転時の挙動１１００Ａと、水素を放出する放出運転時の挙動１１００Ｂとが異なるヒステリシス特性を有する。また、ＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎは、略一定の傾きで推移するプラトー領域を有する。なお、プラトー領域は、１段階とは限らず、水素吸蔵合金２０の種類によっては多段階でもよい。
【００３４】
ＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎは、ＪＩＳ７２０１：２００７に従って、水素貯蔵タンク２に充填された水素吸蔵合金２０と同一組成の試験体を用いて予め作成されたものである。その作成方法としては、試験体を用いて吸蔵運転及び放出運転を行い、各温度Ｔａ、Ｔｂ、…、Ｔｎに対する水素濃度ｚ及び水素圧力Ｐを計測し、最小２乗法等による近似線を作成する。そして、その近似線から、下記（１）式に示す関数ｇ（Ｔ）、ｈ（Ｔ）を求めることにより、温度Ｔ及び水素圧力Ｐをパラメータとして水素濃度ｚを求める近似式が、ＰＣＴ線図データ１１０として算定される。
【数１】
2020176693.tif 000003
【００３５】
また、水素貯蔵率ｘは、水素貯蔵率ｘが「０」のときの水素濃度ＺＬｏｗを設定するとともに、水素貯蔵率ｘが「１００」のときの水素濃度ＺＨｉｇｈを設定することにより、水素濃度ｚから下記（２）式を用いて換算される。
【数２】
2020176693.tif 000004
【００３６】
（運転計画データ１１１について）
運転計画データ１１１は、所定の運転時刻ｔ（ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＭａｘ）毎の水素貯蔵タンク２の運転計画を、記憶部１１に記憶可能なデータ形式で記憶したものである。
【００３７】
水素貯蔵タンク２の運転計画データ１１１には、所定の運転時刻ｔ（ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＭａｘ）毎の水素流入流出量Ｆｔ［ｍ３／ｓ］、熱媒熱量ＱＣｔ［ｋＪ／ｓ］が含まれる。
【００３８】
水素流入流出量Ｆｔは、正の値である場合には、水素製造装置３から水素貯蔵タンク２に流入される流入量を示し、水素貯蔵タンク２は吸蔵運転となる。また、水素流入流出量Ｆｔは、負の値である場合には、水素貯蔵タンク２から水素利用装置４に流出される流出量を示し、水素貯蔵タンク２は放出運転となる。
【００３９】
熱媒熱量ＱＣｔは、熱媒体循環装置５から水素貯蔵タンク２に流入される熱媒体によって水素貯蔵タンク２にもたらされる熱量を示す。
【００４０】
（制御部１２の各部の機能と、水素貯蔵状態の推定処理について）
次に、制御部１２の各部の機能と、制御部１２による水素貯蔵状態の推定処理について説明する。
【００４１】
まず、制御部１２が水素貯蔵状態の推定処理を行う際に導入するパラメータである、見かけの水素貯蔵率ｙｔ［％］と、その見かけの水素貯蔵率ｙｔを導入する理由について説明する。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１（制御部１２）が水素貯蔵状態の推定処理を行う際の見かけの水素貯蔵率ｙｔを説明する図であり、（ａ）は水素貯蔵率ｘｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク温度Ｔｔの推定値と、タンク温度の実験値との比較、（ｂ）は水素貯蔵率ｘｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク圧力Ｐｔの推定値と、タンク圧力の実験値との比較、（ｃ）は運転計画データ１１１から算定した水素貯蔵率ｘｔの算定値と、タンク温度及びタンク圧力の実験値をＰＣＴ線図データ１１０に代入した場合の水素貯蔵率の実験値との比較を示す図である。
【００４３】
なお、図４（ａ）、（ｂ）に示すタンク温度及びタンク圧力の実験値は、運転計画データ１１１に従って水素貯蔵タンク２の吸蔵運転及び放出運転を行う実験を予め行ったときに、運転時刻ｔ毎に温度センサ６及び圧力センサ７によりそれぞれ検出されたタンク温度及びタンク圧力の検出値を記録したものである。また、図４（ｃ）に示す水素貯蔵率の実験値は、上記タンク温度及びタンク圧力の実験値を真値として、ＰＣＴ線図データ１１０に代入することで水素濃度ｚを算定し、その水素濃度ｚから上記（２）式を用いて水素貯蔵率に換算したものである。
【００４４】
運転計画データ１１１が存在する場合、水素貯蔵タンク２における水素貯蔵状態のうち、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔは、運転計画データ１１１に含まれる水素流入流出量Ｆｔから算定される。具体的には、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔの変化量Δｘｔが、下記（３）式を用いて、水素流入流出量Ｆｔに基づいて算定されるとともに、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔが、下記（４）式を用いて、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔの変化量Δｘｔを累積することにより算定される。この運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔは、図４（ｃ）の算定値として表される。
【数３】
2020176693.tif 000005
【数４】
2020176693.tif 000006
ただし、ａは定数である。
【００４５】
水素貯蔵タンク２における水素貯蔵状態のうち、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔは、水素貯蔵タンク２の直前の運転状態に依存し、特に、休止状態や、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換タイミングでは、定常状態と異なる挙動を示すものである。
【００４６】
これに対して、ＰＣＴ線図データ１１０に含まれるＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎは、水素貯蔵タンク２が定常状態であるときの特性を示すものである。そのため、上記（４）式により算定された運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔを真値として、ＰＣＴ線図データ１１０に基づいて、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを推定した場合、その推定したタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔの推定値は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、タンク温度及びタンク圧力の実験値との間でずれが発生する。
【００４７】
また、上記タンク温度及びタンク圧力の実験値を真値として、ＰＣＴ線図データ１１０に代入した場合の水素貯蔵率の実験値は、図４（ｃ）に示すように、運転計画データ１１１から算定した水素貯蔵率ｘｔの算定値との間でずれが発生する。
【００４８】
したがって、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを正しく推定するには、運転計画データ１１１から算定した運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔ（図４（ｃ）に示す算定値）を真値とするのではなく、上記タンク温度及びタンク圧力の実験値をＰＣＴ線図データ１１０に代入して算定された運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率（図４（ｃ）に示す実験値）と同等の水素貯蔵率（以下、「運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔ」という。）を見かけの真値として導入する必要がある。
【００４９】
そして、水素貯蔵状態の推定処理は、初期時刻ｔ０における水素貯蔵率ｘ０、タンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０並びに運転計画データ１１１は既知ではあるが、運転時刻ｔ毎のタンク温度及びタンク圧力の実験値は未知な状態で行われるため、制御部１２では、上記タンク温度及びタンク圧力の実験値を用いずに、水素貯蔵率ｘｔとの関係に基づいて、見かけの水素貯蔵率ｙｔを算定する必要がある。
【００５０】
次に、制御部１２の各部の機能と、制御部１２による水素貯蔵状態の推定処理について説明するとともに、見かけの水素貯蔵率ｙｔの算定手法について説明する。
【００５１】
図５及び図６は、本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理（水素貯蔵状態推定方法）を示すフローチャートである。図７は、本発明の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理において、水素貯蔵率ｘｔ（算定値）、見かけの水素貯蔵率ｙｔ及びＰＣＴ線図データ１１０（近似式）の推移を示す図である。
【００５２】
まず、水素貯蔵状態推定装置１が、水素貯蔵状態の推定処理を開始すると、前動状態取得工程（ステップＳ１）において、初期状態取得部１２０は、水素貯蔵タンク２の初期時刻ｔ０直前の運転状態（前動状態）が、吸蔵運転であるか放出運転であるかを選択する。初期状態取得部１２０は、例えば、水素貯蔵タンク２の運転履歴を参照したり、ユーザ（例えば、水素エネルギー利用システム１００の管理者）による選択操作を受け付けたりすることで、前動状態が吸蔵運転であるか放出運転であるかを選択する。ここでは、初期状態取得部１２０は、前動状態が「放出運転」であることを選択したものとして説明する。
【００５３】
次に、初期状態取得工程（ステップＳ２）において、初期状態取得部１２０は、水素貯蔵状態の初期値を取得する。まず、初期状態取得部１２０は、初期時刻ｔ０における水素貯蔵率ｘ０、タンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０を取得する（ステップＳ２０）。ここでの初期時刻ｔ０は、現在時刻であり、水素貯蔵率ｘ０は、図７に示すように、プロットされる。また、タンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０は、初期時刻ｔ０において温度センサ６及び圧力センサ７によりそれぞれ検出されたタンク温度及びタンク圧力の検出値である。
【００５４】
続けて、初期状態取得部１２０は、初期時刻ｔ０におけるタンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０と、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０を取得する（ステップＳ２１）。ここでは、初期状態取得部１２０は、前動状態が「放出運転」であることを選択していることから、初期状態取得部１２０は、ＰＣＴ線図データ１１０に含まれるＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎの放出運転時の挙動１１００Ｂを参照し、タンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０に対する水素濃度ｚを算定し、その水素濃度ｚから上記（２）式を用いて見かけの水素貯蔵率ｙ０に換算する。見かけの水素貯蔵率ｙ０は、図７に示すように、プロットされる。
【００５５】
次に、運転計画取得工程（ステップＳ３）において、運転計画取得部１２１は、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵タンクの運転計画として、運転時刻ｔ毎の水素流入流出量Ｆｔ、熱媒熱量ＱＣｔを取得する。運転計画取得部１２１は、例えば、記憶部１１に記憶された運転計画データ１１１を参照したり、接続部１３を介して外部のネットワーク上の運転計画データを参照したり、ユーザによる入力操作を受け付けたりすることで、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵タンクの運転計画を取得する。
【００５６】
次に、制御部１２は、運転時刻ｔ（ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＭａｘ）を変数とするループ処理を行う（ステップＳ４Ａ）。すなわち、制御部１２は、運転時刻ｔを単位時間間隔ずつ進めながら運転時刻ｔがｔＭａｘになるまでの間、後述するステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返し行うことにより、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔ、タンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを算定する。
【００５７】
まず、第１の算定工程（ステップＳ５）において、第１の算定部１２２は、上記（３）式を用いて、運転時刻ｔ毎の水素流入流出量Ｆｔに基づいて、運転時刻ｔにおける水素貯蔵率の変化量Δｘｔを算定する（ステップＳ５０）。
【００５８】
続けて、第１の算定部１２２は、上記（４）式を用いて、初期時刻ｔ０における水素貯蔵率ｘ０に対して運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率の変化量Δｘｔを累積することにより、運転時刻ｔにおける水素貯蔵率ｘｔ（図７では破線で示す）を算定する（ステップＳ５１）。
【００５９】
次に、第２の算定工程（ステップＳ６）において、第２の算定部１２３は、下記（５）〜（７）式を用いて、運転時刻ｔよりも単位時間前の直前時刻ｔ−１における水素貯蔵率ｘｔ−１及び見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の間の比率に基づいて、当該運転時刻ｔにおける水素貯蔵率の変化量Δｘｔを補正することにより、当該運転時刻ｔにおける見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定する。
【数５】
2020176693.tif 000007
【数６】
2020176693.tif 000008
【数７】
2020176693.tif 000009
ただし、ｂは定数である。
【００６０】
具体的には、まず、第２の算定部１２３は、運転時刻ｔにおける水素流入流出量Ｆｔが正の値であるか負の値であるかに応じて、運転時刻ｔにおける運転状態が吸蔵運転であるか放出運転であるかを判定する（ステップＳ６０）。
【００６１】
そして、第２の算定部１２３が、運転時刻ｔにおける運転状態が吸蔵運転であると判断した場合には、上記（６）式を関数ｆとして、上記（５）式を用いることにより、直前時刻ｔ−１における見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１に対する水素貯蔵率ｘｔ−１の比率を２乗し、さらにｂ倍した値を、水素貯蔵率の変化量Δｘｔに乗算することにより、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定する（ステップＳ６１）。
【００６２】
一方、第２の算定部１２３が、運転時刻ｔにおける運転状態が放出運転であると判断した場合には、上記（７）式を関数ｆとして、上記（５）式を用いることにより、直前時刻ｔ−１における水素貯蔵率ｘｔ−１に対する見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の比率を２乗し、さらにｂ倍した値を、水素貯蔵率の変化量Δｘｔに乗算することにより、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定する（ステップＳ６２）。
【００６３】
次に、第２の算定部１２３は、運転時刻ｔにおける水素流入流出量Ｆｔの符号が、直前時刻ｔ−１における水素流入流出量Ｆｔの符号と異なるか否かに応じて、運転時刻ｔが、吸蔵運転と放出運転との間で運転状態の切換が行われる時刻（運転切換タイミング）であるか否かを判定する（ステップＳ６３）。
【００６４】
そして、第２の算定部１２３は、運転時刻ｔが、吸蔵運転から放出運転への運転切換タイミングであると判定した場合には、初期時刻ｔ０におけるタンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０と、ＰＣＴ線図データ１１０に含まれるＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎの放出運転時の挙動１１００Ｂとに基づいて、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０を更新する（ステップＳ６４）。
【００６５】
一方、第２の算定部１２３は、運転時刻ｔが、放出運転から吸蔵運転への運転切換タイミングであると判定した場合には、初期時刻ｔ０におけるタンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０と、ＰＣＴ線図データ１１０に含まれるＰＣＴ線図１１０ａ〜１１０ｎの吸蔵運転時の挙動１１００Ａとに基づいて、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０を更新する（ステップＳ６５）。ここでは、第２の算定部１２３は、運転時刻ｔｋであるとき、放出運転から吸蔵運転への運転切換タイミングであると判定し、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０を更新し、更新された見かけの水素貯蔵率ｙ０は、図７に示すように、プロットされる。
【００６６】
次に、第２の算定部１２３は、下記（８）式を用いて、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０に対して運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを累積することにより、運転時刻ｔにおける見かけの水素貯蔵率ｙｔ（図７では実線で示す）を算定する（ステップＳ６６）。
【数８】
2020176693.tif 000010
【００６７】
次に、第３の算定工程（ステップＳ７）において、第３の算定部１２４は、運転時刻ｔにおける見かけの水素貯蔵率ｙｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、運転時刻ｔにおけるタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを算定する。
【００６８】
具体的には、まず、第３の算定部１２４は、運転時刻ｔにおける水素流入流出量Ｆｔ、熱媒熱量ＱＣｔに基づいて、運転時刻ｔにおけるタンク温度Ｔｔを算定する（ステップＳ７０）。
【００６９】
次に、第３の算定部１２４は、運転時刻ｔにおける見かけの水素貯蔵率ｙｔ及びステップＳ７０で算定したタンク温度Ｔｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、運転時刻ｔにおけるタンク圧力Ｐｔを算定する（ステップＳ７１）。
【００７０】
制御部１２は、上記ステップＳ５〜Ｓ７を、運転時刻ｔがｔＭａｘとなるまで繰り返し行うことにより、第２の算定部１２３が、図７に示すように、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔ（破線）及び見かけの水素貯蔵率ｙｔ（実線）を算定するとともに、第３の算定部１２４が、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを算定する。
【００７１】
そして、ループ処理の終了条件を満たすと（ステップＳ４Ｂ）、出力工程（ステップＳ８）において、出力部１２５は、第１の算定部１２２により算定された運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔと、第３の算定部１２４により算定された運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔとを、水素貯蔵状態の推定処理結果として出力する。
【００７２】
なお、出力部１２５は、水素貯蔵状態の推定処理結果を、例えば、表示部１４に表示するようにしてもよいし、記憶部１１に推定処理結果データとして記憶するようにしてもよい。
【００７３】
以上のようにして、水素貯蔵状態推定装置１は、水素貯蔵状態の推定処理を終了する。そして、ユーザ（例えば、水素エネルギー利用システム１００の管理者）は、水素貯蔵状態推定装置１により出力された水素貯蔵状態の推定処理結果を参照することにより、所定の運転期間における水素庁貯蔵状態の推移を把握し、必要に応じて水素貯蔵タンク２の運転計画を見直すことが可能となる。
【００７４】
（実施例）
次に、本発明の実施例として、２段のプラトー領域を有するＴｉ系合金が充填された水素貯蔵タンク２に対して、水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理を行った結果について説明する。
【００７５】
本実施例に係るＴｉ系合金のＰＣＴ線図データ１１０における近似式は、下記の式（９）〜（１１）で表される。
【数９】
2020176693.tif 000011
【数１０】
2020176693.tif 000012
【数１１】
2020176693.tif 000013
【００７６】
また、本実施例に係るＴｉ系合金のＰＣＴ線図データ１１０における近似式の適用範囲は、下記のとおりである。
水素貯蔵率ｘ：１５＜ｘ＜１００  （４５Ｎｍ３＝１．５４６ｗｔ％）
タンク圧力Ｐ：１＜Ｐ＜１０  ［ａｔｍａ］
タンク温度Ｔ：Ｔ＜６０［℃］
【００７７】
ここで、本実施例に係るＴｉ系合金では、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔは、水素貯蔵率の変化量Δｘｔに対して、直前時刻ｔ−１における水素貯蔵率ｘｔ−１及び見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の間の比率を２乗した値を、さらに約１．６〜２．４倍した値で変化していた。そのため、運転状態が吸蔵運転である場合には、ｂ＝２として上記（６）式を用いるとともに、運転状態が放出運転である場合には、ｂ＝２として上記（７）式を用いることにより、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定するとともに、見かけの水素貯蔵率ｙｔを算定し、水素貯蔵状態として、所定の運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔ、タンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを推定した。
【００７８】
図８は、本発明の実施例に係るＴｉ系合金が充填された水素貯蔵タンク２に対して、水素貯蔵状態推定装置１による水素貯蔵状態の推定処理を行った結果と、実験値との比較を示し、（ａ）はタンク温度Ｔｔの推定値と、タンク温度の実験値との比較、（ｂ）はタンク圧力Ｐｔの推定値と、タンク圧力の実験値との比較、（ｃ）は水素貯蔵率ｘｔの算定値と、見かけの水素貯蔵率ｙｔとの比較を示す図である。なお、図８（ａ）、（ｂ）に示すタンク温度及びタンク圧力の実験値とは、運転計画データ１１１に従って水素貯蔵タンク２の吸蔵運転及び放出運転を行う実験を予め行ったときに、運転時刻ｔ毎に温度センサ６及び圧力センサ７によりそれぞれ検出されたタンク温度及びタンク圧力の検出値を記録したものである。
【００７９】
見かけの水素貯蔵率ｙｔは、図８（ｃ）に示すように算定され、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔは、この見かけの水素貯蔵率ｙｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、図８（ａ）、（ｂ）に示す推定値のように算定された。
【００８０】
図８（ａ）において、タンク温度Ｔｔの推定値と、タンク温度の実験値との間のずれは、図４（ａ）に比較して小さくなっており、見かけの水素貯蔵率ｙｔを用いたタンク温度Ｔｔの推定値が適切であることが確認できた。また、図８（ｂ）において、タンク圧力Ｐｔの推定値と、タンク圧力の実験値との間のずれは、図４（ｂ）に比較して小さくなっており、見かけの水素貯蔵率ｙｔを用いたタンク圧力Ｐｔの推定値が適切であることが確認できた。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１によれば、第１の算定部１２２が、初期時刻ｔ０における水素貯蔵率ｘ０に対して運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率の変化量Δｘｔを累積することにより、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔを算定し、第２の算定部１２３が、運転時刻ｔよりも単位時間前の直前時刻ｔ−１における水素貯蔵率ｘｔ−１及び見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の間の比率に基づいて、当該運転時刻ｔにおける水素貯蔵率の変化量Δｘｔを補正することにより、当該運転時刻ｔにおける見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定するとともに、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０に対して運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを累積することにより、運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔを算定し、第３の算定部１２４が、運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔと、ＰＣＴ線図とに基づいて、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔを算定する。
【００８２】
そのため、タンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔの推定値が、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘｔに基づいて算定された場合には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時において実験値との間に大きなずれが発生するのに対して、タンク温度Ｔｔ及びタンク圧力Ｐｔの推定値が、第３の算定部１２４により運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔに基づいて算定された場合には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時であっても実験値との間に大きなずれが発生することがない。したがって、吸蔵運転と放出運転とが切り換わる運転切換時であっても水素貯蔵状態を適切に推定することができる。
【００８３】
また、第２の算定部１２３は、直前時刻ｔ−１における水素貯蔵率ｘｔ−１及び見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の間の比率を２乗した値を、当該運転時刻ｔにおける水素貯蔵率の変化量Δｘｔに乗算することにより、当該運転時刻ｔにおける見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定するので、簡単な計算により見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定することができる。
【００８４】
また、第２の算定部１２３は、運転状態が吸蔵運転である場合には、直前時刻ｔ−１における見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１に対する水素貯蔵率ｘｔ−１の比率に基づいて、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定し、運転状態が放出運転である場合には、直前時刻における水素貯蔵率ｘｔ−１に対する見かけの水素貯蔵率ｙｔ−１の比率に基づいて、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙｔを算定するので、運転切換時の状況に合わせて水素貯蔵状態を適切に推定することができる。
【００８５】
また、第３の算定部１２４は、運転時刻ｔ毎の水素流入流出量Ｆｔ、熱媒熱量ＱＣｔに基づいて、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔｔを算定し、運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率ｙｔ及びタンク温度Ｔｔと、ＰＣＴ線図とに基づいて、運転時刻ｔ毎のタンク圧力Ｐｔを算定するので、熱量の収支に基づいてタンク温度Ｔｔを算定し、そのタンク温度Ｔｔに基づいてタンク圧力Ｐｔを算定するため、水素貯蔵状態をより適切に推定することができる。
【００８６】
また、第２の算定部１２３は、運転時刻ｔが、運転切換タイミングである場合には、初期時刻ｔ０におけるタンク温度Ｔ０及びタンク圧力Ｐ０と、ＰＣＴ線図の切換後の運転状態に対する挙動とに基づいて、初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率ｙ０を更新するので、運転切換時の状況に合わせて水素貯蔵状態を適切に推定することができる。
【００８７】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００８８】
例えば、上記実施形態では、水素貯蔵状態推定プログラム１１２は、記憶部１１に記憶されたものとして説明したが、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、水素貯蔵状態推定プログラム１１２は、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供されてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１…水素貯蔵状態推定装置、２…水素貯蔵タンク、３…水素製造装置、
４…水素利用装置、５…熱媒体循環装置、６…温度センサ、７…圧力センサ、
１０…入力部、１１…記憶部、１２…制御部、１３…接続部、１４…表示部、
２０…水素吸蔵合金、１００…水素エネルギー利用システム、
１１０…ＰＣＴ線図データ、１１０ａ〜１１０ｎ…ＰＣＴ線図、
１１１…運転計画データ、１１２…水素貯蔵状態推定プログラム、
１２０…初期状態取得部、１２１…運転計画取得部、
１２２…第１の算定部、１２３…第２の算定部、１２４…第３の算定部、
１２５…出力部、１１００Ａ、１１００Ｂ…挙動、
Ｆｔ…水素流入流出量、ＱＣｔ…熱媒熱量、
Ｐｔ…タンク圧力、Ｐ０…初期時刻ｔ０におけるタンク圧力、
ＰＨｉｇｈ…圧力上限値、ＰＬｏｗ…圧力下限値、
Ｔｔ…タンク温度、Ｔ０…初期時刻ｔ０におけるタンク温度、
ＴＨｉｇｈ…温度上限値、ＴＬｏｗ…温度下限値、
ｔ…運転時刻、ｔ−１…直前時刻、ｔ０…初期時刻、
ｘｔ…水素貯蔵率、ｘ０…初期時刻ｔ０における水素貯蔵率、
ｘｔ−１…直前時刻における水素貯蔵率、
Δｘｔ…水素貯蔵率の変化量、
ｙｔ…見かけの水素貯蔵率、ｙ０…初期時刻ｔ０における見かけの水素貯蔵率、
ｙｔ−１…直前時刻における見かけの水素貯蔵率、
Δｙｔ…見かけの水素貯蔵率の変化量、ｚ…水素濃度、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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