(57)【要約】多様な形状のＭＨ合金タンクに対して数値モデルによる計算だけで水素との反応に従う温度変化と反応速度及びＭＨ合金内の水素濃度変化を計算できるＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムに対して開示する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ＭＨ合金内の初期水素濃度（Cinitial）、初期温度（Tinitial）、及び初期反応流量（Rinitial）値を入力するステップと、
（ｂ）以下の＜式１−１＞または＜式１−２＞によって反応流量に依存したＭＨ合金内の残余水素濃度（ＣＨ２）を算出するステップと、
（ｃ）前記反応流量に依存した反応熱に従う反応温度を算出するステップと、
（ｄ）実験的に予め決定された以下の＜式２＞によって設定された時間間隔別に反応流量を算出するステップと、
（ｅ）解析しようとする期間及び時間間隔によって前記（ｂ）ステップから（ｄ）ステップを反復実施するステップと、
を含むことを特徴とする、ＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズム 。
式１−１：ＣＨ２＝Cinitial−［反応流量（flow rate）×time］（水素放出時）
式１−２：ＣＨ２＝Cinitial＋［反応流量（flow rate）×time］（水素吸収時）
式２：反応流量（flow rate）Ｒ＝ｆ（Ｔ、ＣＨ２）
（ここで、Ｔは温度であり、ＣＨ２はＭＨ合金内の水素濃度を示す。）
【請求項２】
前記（ｃ）ステップで、
前記水素反応量に従う反応熱量は、
数値モデル計算時、該当反応速度によって各セル（cell）を正数（吸収の場合）または負数（放出の場合）値を有する熱源として指定して温度変化を算出することを特徴とする、請求項１に記載のＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズム。
【請求項３】
前記（ｄ）ステップで、
前記反応流量は、
前記（ｂ）ステップ及び（ｃ）ステップで各々算出されたＭＨ合金内の水素濃度及び温度値を代入して算出することを特徴とする、請求項１に記載のＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムに関し、より詳しくは、多様な形状のＭＨ（metal hydride）合金タンクに対し、水素反応に従う温度変化と反応速度及びＭＨ合金内の水素濃度変化を算出することができるＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は資源が豊富で、他の形態へのエネルギー転換が易しく、エネルギー格納媒体にも優れる長所を有しているので、化石燃料に代える有力な未来のエネルギー源として期待されている。しかしながら、水素は常温、常圧で気体として存在するため、体積当たりエネルギー密度が低く、格納、運搬が不便であるという問題点を有している。
【０００３】
この問題点を解決する有力な方法の１つとして、体積格納密度が最も優れて、常温常圧付近で可逆的に水素の吸収及び放出が可能な特徴を有している金属水素化物を用いた水素貯蔵が研究されている。ところが、水素が金属に（または、金属水素化物から）吸収（または、放出）される速度は反応に伴われる発熱（または、吸熱）により徐々に遅くなって格納（または、放出）効率性を低下させる。
【０００４】
したがって、熱伝達のよい構造を有する金属水素化物タンクの設計が重要な技術となる。しかしながら、数えきれないほど多様な形状の金属水素化物タンクを実物製作して実測実験を通じて挙動分析をすることはできない。したがって、数値モデルを通じての計算により適切な金属水素化物タンクを設計しようとする努力がなされている。
【０００５】
特に、金属水素化物において、温度と水素反応速度との関係を定義し、これによってタンク使用に従う温度及び反応速度変化を予め予測できれば、タンクのユーザの要求条件（使用条件）に合う金属水素化物タンクの設計が可能である。しかしながら、既存に使われている数値モデルでは微細な領域を対象にシステムのグリッド（grid）を構成し、熱移動支配方程式を計算し、平衡圧力（equilibrium pressure）、活性化エネルギー（activation energy）など、多様な材料物性に基づいて反応流量を計算した。
【０００６】
しかしながら、平衡圧力、活性化エネルギーなど、多様な材料物性を反映したモデリングの場合には、計算式の複雑性及び必要変数の複雑性などによって実験との誤差が大きくて信頼性が落ちるか、または計算量が多くて解析の効率及び実用性に問題があった。
【０００７】
また、微細なスケール（microscopic scale）での挙動分析は解析可能なシステムのスケールで制限を受けざるを得ないという問題があった。
【０００８】
関連先行文献には、大韓民国公開特許第１０−２００７−００１３３８５号（２００７．０１．３１公開）があり、前記文献には燃料電池自動車用水素貯蔵合金内の水素量測定方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】大韓民国公開特許第１０−２００７−００１３３８５号（２００７．０１．３１公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、多様な形状のＭＨ（metal hydride）合金タンクに対し、水素反応に従う温度変化と反応速度及び合金内の水素濃度変化を算出することができるＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明の実施形態に従うＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムは、（ａ）ＭＨ合金内の初期水素濃度（Cinitial）、初期温度（Tinitial）、及び初期反応速度（Rinitial）値を入力するステップ；（ｂ）以下の＜式１−１＞または＜式１−２＞によって反応流量に依存したＭＨ合金内の残余水素濃度（ＣＨ２）を算出するステップ；（ｃ）前記反応流量に依存した反応熱に従う反応温度を算出するステップ；（ｄ）実験的に予め決定された以下の＜式２＞によって設定された時間間隔別に反応流量を算出するステップ；及び（ｅ）解析しようとする期間及び時間間隔によって前記（ｂ）ステップから（ｄ）ステップを反復実施するステップ；を含むことを特徴とする。
【００１２】
式１−１：ＣＨ２＝Cinitial−［反応流量（flow rate）×time］（水素放出時）
式１−２：ＣＨ２＝Cinitial＋［反応流量（flow rate）×time］（水素吸収時）
式２：反応流量（flow rate）Ｒ＝ｆ（Ｔ、ＣＨ２）
（ここで、Ｔは温度であり、ＣＨ２はＭＨ合金内の水素濃度を示す。）
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、多様な形状のＭＨ合金タンクに対して数値モデルによる計算だけで水素との反応に従う温度変化と反応速度及びＭＨ合金内の水素濃度変化を算出することができるＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムを提供する。したがって、装置製作費用及びこれに対する実験費用や時間など、いろいろな方面からの制約から脱皮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に従うＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると、明確になる。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものでなく、互いに異なる多様な形態に具現され、単に本実施形態は本発明の開示が完全であるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇により定義されるだけである。明細書の全体に亘って同一な参照符号は同一な構成要素を指し示す。
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態に従うＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムに関して詳細に説明すると、次の通りである。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に従うＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムを示す図である。
【００１８】
図１を参照すると、図示された本発明の実施形態に従うＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムは、初期データ値入力ステップ、ＭＨ合金内の残余水素濃度算出ステップ、反応温度算出ステップ、反応流量算出ステップ、及び解析期間及び時間間隔別に反復実施ステップを含む。
【００１９】
初期データ値入力
初期データ値入力ステップでは、合金内の水素濃度（ｃ）、温度（Ｔ）、そして反応速度（Ｒ）の３つ変数に対して各々初期値Cinitial、Tinitial、及びRinitial値を入力する。
【００２０】
ＭＨ合金内の残余水素濃度算出
ＭＨ合金内の残余水素濃度算出ステップでは、以下の＜式１−１＞または＜式１−２＞によって反応流量に依存したＭＨ合金内の残余水素濃度（ＣＨ２）を算出する。特に、本発明の発明者らはＭＨ合金内の水素濃度（ＣＨ２）は水素放出及び吸収の場合に各々以下の＜式１−１＞及び＜式１−２＞のように示すことができることを突き止めた。
【００２１】
式１−１：ＣＨ２＝Cinitial−［反応速度（reaction rate）×time］（水素放出時）
式１−２：ＣＨ２＝Cinitial＋［反応速度（reaction rate）×time］（水素吸収時）
【００２２】
即ち、ＭＨ合金内の水素濃度は初期値を基準に時間に従う反応速度の累積を吸収の場合は足したり、放出の場合は引いたりすることによって計算することができる。
【００２３】
反応温度算出
反応温度算出ステップでは、反応流量に依存した反応熱に従う反応温度を算出する。ＭＨ合金は水素の供給を受ける時には発熱反応をし、水素を放出する時には吸熱反応をする。また、単位水素反応量当たり反応熱量はＭＨ合金材料の物性に定まっており、反応速度は単位時間当たり反応量と同一であるので、反応速度に依存した単位時間当たり反応熱の変化に従う温度の変化を計算することができる。数値モデル計算時、該当反応速度によって各セル（cell）を正数（吸収の場合）または負数（放出の場合）値を有する熱源として指定して温度変化を算出することができる。
【００２４】
反応流量算出
反応流量算出ステップでは、実験的に予め決定された以下の＜式２＞によって設定された時間間隔別に反応流量を算出する。この際、代入変数Ｔ及びＣＨ２は前述した反応温度算出ステップ及びＭＨ合金内の残余水素濃度算出ステップで各々算出された温度及び濃度値を代入する。これを通じて、計算システムの各セルに対して新たな反応速度（Ｒ）が算出できる。
【００２５】
式２：反応速度（flow rate、Ｒ）＝ｆ（Ｔ、ＣＨ２）
（ここで、Ｔは反応温度であり、ＣＨ２は合金内の水素濃度を示す。）
【００２６】
解析期間及び時間間隔別に反復実施
解析期間及び時間間隔別に反復実施ステップでは、解析しようとする期間及び時間間隔によってＭＨ合金内の残余水素濃度算出ステップ乃至反応流量算出ステップを反復実施する。これを通じて、時間経過に従う温度、ＭＨ合金内の水素濃度、及び反応速度の変化を算出することができる。
【００２７】
前述した本発明の実施形態に従うＭＨ合金タンク解析用数値モデルのアルゴリズムは多様な形状のＭＨ合金タンクに対して数値モデルによる計算だけで水素との反応に従う温度変化と反応速度及びＭＨ合金内の水素濃度変化を算出できるようにする。したがって、装置製作費用及びこれに対する実験費用や時間など、いろいろな方面からの制約から脱皮することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態を中心として説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形を加えることができる。このような変更及び変形は本発明が提供する技術思想の範囲を逸脱しない限り本発明に属するということができる。したがって、本発明の権利範囲は以下に記載される請求範囲により判断されるべきである。
【図１】
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【国際調査報告】
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2016513215.tif 000005
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