(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）水素容器の水素残存量を計測するステップと、
（ｂ）該水素容器で消費された水素量を計測するステップと、
（ｃ）以下の水素残存量計算式により、水素容器の使用可能な水素容量を算出するステップと、
【数１】
0005062805.tif 000011
【数２】
0005062805.tif 000012
【数３】
0005062805.tif 000013
そのうち、
Ｃoc＝水素充満後または新規交換後の水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃac＝水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃuc ＝消費された水素量、
Ｔ ＝  水素容器の操業温度、
Ｎ ＝  水素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  水素容器の交換状態、Ｓ＝０水素容器が新規交換、Ｓ＝１水素容器交換前を示し、
ｔ ＝  水素容器の使用時間（秒）、
Ｃoc（Ｔ，Ｎ）又はＣac（Ｔ）はそれぞれ、Ｔ又は／及びＮにおける、水素出力特性並びに水素容量の減衰状況に基づく既知数値であり、
を含む、一種の水素容器水素残存量の計測方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の水素容器水素残存量の計測方法。
【請求項３】
ステップ（ｃ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の水素容器水素残存量の計測方法。
【請求項４】
（ａ）水素容器の使用サイクル数を計測するステップと、
（ｂ）水素容器の水素残存量を計測するステップと、
（ｃ）該水素容器で消費された水素量を計測するステップと、
（ｄ）以下の水素残存量計算式により、水素容器の使用可能な水素容量を算出するステップと、
【数４】
0005062805.tif 000014
【数５】
0005062805.tif 000015
【数６】
0005062805.tif 000016
そのうち、
Ｃoc ＝  水素充満後または新規交換後の水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃac ＝  水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃuc ＝  消費された水素量、
Ｔ ＝  水素容器の操業温度、
Ｎ ＝  水素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  水素容器の交換状態、Ｓ＝０水素容器が新規交換、Ｓ＝１水素容器交換前を示し、
ｔ ＝  水素容器の使用時間（秒）、
Ｃoc（Ｔ，Ｎ）又はＣac（Ｔ）はそれぞれ、Ｔ又は／及びＮにおける、水素出力特性並びに水素容量の減衰状況に基づく既知数値であり、
を含む、一種の水素容器水素残存量の計測方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）はさらに、水素容量減衰曲線計算を行い、水素容器の使用可能な水素量を計算するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の水素容器水素残存量の計測方法。
【請求項６】
ステップ（ａ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の水素容器水素残存量の計測方法。
【請求項７】
ステップ（ｄ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の水素容器水素残存量の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素保存容器の水素容量の計測方法、特に一種の水素容器水素残存量の計測方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
水素エンジン車両、水素燃料電池系統や製品または再生エネルギーによる水素生成系統など、すべては水素保存装置が必要である。現時点の主な商用目的の水素保存技術は、おもに液体、高圧気体および低圧金属水素化物の３種類に分けられる。安全使用を配慮し、固体金属水素化物の保存方法が一番好ましいである。
【０００３】
通常、常温低圧の固体合金水素保存技術、そのほとんどはチタンフェライト合金、チタンニッケル合金またはマグネシウム合金粉末などの粉末を水素保存の媒質に使用し、水素容器に充填して使用に備える。使用する前に、水素保存合金に水素を充満させ、使用するときは、水素を水素エンジンまたは燃料電池などの装置に出力させる。
【０００４】
実務上、固体合金水素容器を使用するときは、水素補充の時点を判断するため、水素容器の残存量を随時に把握しなければならない。水素缶の携帯式燃料電池発電機、または電気オートバイや自転車の利用者は、水素残存量を正確に把握し、使用可能時間、水素充填または水素缶の交換タイミングの判断を行なう。
【０００５】
固体合金水素保存の性能変化は、操業圧力、水素容量と操業温度のＰＣＴ曲線で表す。図１に示すものは、チタンフェライト合金（ＴｉＦｅ）固体合金水素保存が様々な操業温度におけるＰＣＴ曲線を示し、図２に示すものは、チタンニッケル合金（LａＮi５）固体合金水素保存が様々な操業温度におけるＰＣＴ曲線を示すものである。図１、図２のＰＣＴ曲線において、横軸の座標は水素容量を示し、縦軸の座標は水素の解離圧力（ａｔｍ）を示すものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１、図２のＰＣＴ曲線分析から、固体合金水素保存は異なる水素容量における圧力変化は顕著的でない。高い残存量と低い残存量において、その変化が顕著になる。ほとんどの残存量における水素圧力は平らな曲線を示すため、従来の単純な圧力計測でもって、固体水素合金の水素容量を判断することができない。
【０００７】
一方、固体水素合金の水素容量は温度変化に対して、非常に敏感であり、その変化に一定のパターンがある。しかし、水素容量は圧力影響を同時に受けるため、単純な温度計測でもって、固体水素合金の水素容量を判断することができない。
【０００８】
固体水素合金における水素容量を判断する手段として、実験室には重量差測定法を用いる。該測定法は精密の秤をもって、使用前・後の水素容器の重量差を測定し、概略的な固体水素合金の水素容量を算出する。
【０００９】
しかし、実務上の水素供給装置は水素容器、熱交換器水套、自在継手、冷却装置を含まれるため、重量変化が大きく、計量秤は装置空間を増やせるばかりでなく、その取付けが困難である。このため、この種の重量差の計測方法を指示計に応用することは産業上の需要に応えることができない。
【００１０】
実務上、固体合金水素容器における水素容量は水素の純度、合金中毒度などによって低下される。つまり、水素容器の使用サイクル数が多いほど、水素容量は小さくなる。このほか、水素容器の水素全量ではなく、使用可能な水素残存量を把握することが目的である。これは使用時点における水素容器の温度、必要な水素圧力と流量に関係する。
【００１１】
しかしながら、水素容器の水素容量測定について、現時点には迅速、精確、産業実務要求に応えられるような類似技術または製品が見かけられなかった。しかし、これは燃料電池系統、燃料電池自動車などの水素応用装置は製品化と応用拡大に問題をきたす。
【００１２】
本発明は公知技術の欠点および実務要求に対して、一種の斬新な技術により、実用的な水素容器の水素容量の測定方法を提供する。本発明の方法は、交換前または交換後の水素容器の水素使用可能量を精確に計測することができる
【００１３】
公知技術の単純な圧力または温度計測による固体水素保存合金の水素容量判断の欠点を克服することが本発明もう一つの目的である。
【００１４】
本発明は公知技術による水素残存量計測の計測誤差が大きいため、産業実務要求に応えられない欠点を克服する水素容器の水素残存量の計測方法を提供することをさらなる一つの目的である。
【００１５】
本発明は公知技術の問題点を解決するための技術手段として、水素容器の水素残容量を計測し、水素容器の水素消費量を読み取り、水素残存量計算式により、水素容器の使用可能な水素残存量を算出する。該水素容器は水素の充満または交換するとき、水素容器の使用回数、水素容器の水素全量と水素消費量の順で読み取った後、水素残存量計算式により、使用可能な水素残存量を算出する。
【００１６】
好ましい実施例において、本発明はさらに水素容量減衰曲線に基づいて、水素容器の水素使用可能量を算出できる。本発明は水素容器操業時点の温度を計測し、温度補正後の水素容器の水素使用可能量を計算する手順を含まれることができる。
【００１７】
本発明の水素容器は、水素残存量の計測技術により、公知技術の単純な圧力測定または温度、水素重量差計測による固体水素保存合金の水素容量判断の欠点を克服し、産業実務に簡単に応用できる。本発明は迅速、精確、産業実務要求の技術を満足し、燃料電池系統、燃料電池自動車などの水素応用装置の研究開発、製品化および実務応用の拡大に大きなメリットを実現できる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、
（ａ）水素容器の水素残存量を計測するステップと、
（ｂ）該水素容器で消費された水素量を計測するステップと、
（ｃ）以下の水素残存量計算式により、水素容器の使用可能な水素容量を算出するステップと、
【数１】
0005062805.tif 000002
【数２】
0005062805.tif 000003
【数３】
0005062805.tif 000004
そのうち、
Ｃoc＝水素充満後または新規交換後の水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃac＝水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃuc ＝消費された水素量、
Ｔ ＝  水素容器の操業温度、
Ｎ ＝  水素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  水素容器の交換状態、Ｓ＝０水素容器が新規交換、Ｓ＝１水素容器交換前を示し、
ｔ ＝  水素容器の使用時間（秒）、
Ｃoc（Ｔ，Ｎ）又はＣac（Ｔ）はそれぞれ、Ｔ又は／及びＮにおける、水素出力特性並びに水素容量の減衰状況に基づく既知数値であり、
を含む、一種の水素容器水素残存量の計測方法である。
請求項２の発明は、ステップ（ａ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の水素容器水素残存量の計測方法である。
請求項３の発明は、ステップ（ｃ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の水素容器水素残存量の計測方法である。
請求項４の発明は、  
（ａ）水素容器の使用サイクル数を計測するステップと、
（ｂ）水素容器の水素残存量を計測するステップと、
（ｃ）該水素容器で消費された水素量を計測するステップと、
（ｄ）以下の水素残存量計算式により、水素容器の使用可能な水素容量を算出するステップと、
【数４】
0005062805.tif 000005
【数５】
0005062805.tif 000006
【数６】
0005062805.tif 000007
そのうち、
Ｃoc ＝  水素充満後または新規交換後の水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃac ＝  水素容器の使用可能な水素容量、
Ｃuc ＝  消費された水素量、
Ｔ ＝  水素容器の操業温度、
Ｎ ＝  水素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  水素容器の交換状態、Ｓ＝０水素容器が新規交換、Ｓ＝１水素容器交換前を示し、
ｔ ＝  水素容器の使用時間（秒）、
Ｃoc（Ｔ，Ｎ）又はＣac（Ｔ）はそれぞれ、Ｔ又は／及びＮにおける、水素出力特性並びに水素容量の減衰状況に基づく既知数値であり、
を含む、一種の水素容器水素残存量の計測方法である。
請求項５の発明は、  ステップ（ａ）はさらに、水素容量減衰曲線計算を行い、水素容器の使用可能な水素量を計算するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の水素容器水素残存量の計測方法である。
請求項６の発明は、ステップ（ａ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の水素容器水素残存量の計測方法である。
請求項７の発明は、ステップ（ｄ）はさらに、水素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の水素容器水素残存量の計測方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水素容器は、水素残存量の計測技術により、公知技術の単純な圧力測定または温度、水素重量差計測による固体水素保存合金の水素容量判断の欠点を克服し、産業実務に簡単に応用できる。本発明は迅速、精確、産業実務要求の技術を満足し、燃料電池系統、燃料電池自動車などの水素応用装置の研究開発、製品化および実務応用の拡大に大きなメリットを実現できる。
【００２０】
水素容器の水素使用可能量の計測方法の説明に当たり、水素容器の使用状況における水素容量変化を理解する必要がある。この要求に満足する実験方法は、所定の水素充填条件に従い、水素充填作業完了の水素容器を様々な操業温度において、応用装置規定の水素圧力と水素最少流量による水素出力作業を行い、質量流量計により水素容器の水素出力量を測定し、実務使用条件における水素容器の水素流量、水素圧力と時間関係動的水素出力特性曲線（図３）を算出する。そのうち、曲線Ｃ１は水素流量を示し、曲線Ｃ２は水素圧力を示す。これにより、異なる操業温度における水素出力量を算出し、これに基づいて、温度補正後の水素容器の水素残存量を算出する。
【００２１】
さらに、水素保存合金は水素に含まれた不純物の影響により、水素の充填、出力サイクルを繰り返した後、水素容量が次第に低下する。変化状況を把握するため、事前に測定する必要がある。図４に示すものは、水素容器の水素容量の減衰曲線を示すものである。水素容器が５００回の水素充填、出力サイクルを繰り返した後、水素容量およそ５%を低下している。
【００２２】
なお、実務上水素容器の合金部材と数量は一定であり、水素出力特性並びに水素容量の減衰状況とも既知数値であるため、水素残存量を以下の計算式で表すことができる、
【数７】
0005062805.tif 000008
【数８】
0005062805.tif 000009
【数９】
0005062805.tif 000010
そのうち、
Ｃoc ＝  水素充満後または新規交換後の水素容器の使用可能な水素容量（oc，Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）、
Ｃac ＝  水素容器の使用可能な水素容量（ac，Ａｖａｉｌａｂｌｅ  Ｒｅｓｉｄｕｅ
Ｃａｐａｃｉｔｙ）、
Ｃuc ＝  消費された水素量（uc，Ｕｓｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ）、
Ｔ
＝  水素容器の操業温度、
Ｎ
＝  水素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  水素容器の交換状態、Ｓ＝０水素容器が新規交換、Ｓ＝１水素容器交換前を示す、
t ＝  水素容器の使用時間（秒）、
【００２３】
前記の数７〜数９および既知の水素容器の水素出力特性と水素容量減衰曲線に基づいて、水素容器の使用可能な水素残存量を算出できる。
【００２４】
図５は本発明における水素容器中の水素使用可能量の計測フロー図である。前記の数７、数８に沿って、本発明の操業フローを以下のとおり説明する。
【００２５】
本発明の操業手順として、まず特定対象の水素容器は交換済みか、交換前の状態（ステップ１０１）の判断を行なう。測定対象の水素容器が交換前のとき、該水素容器の水素残存量（ステップ１０２）読み取りを行なう。引き続き、水素容器その点の操業温度Ｔ（ステップ１０３）を測定した上、温度補正後の水素容器の水素残存量（ステップ１０４）を算出する。
【００２６】
ステップ１０１により、測定対象の水素容器は新規交換のものと判断されたとき、水素容器の使用サイクル数Ｎ（ステップ１０５）を計測した上、水素容量減衰曲線計算を行い、水素充満後または新規交換の水素容器の使用可能量Ｃoc（ステップ１０６）を算出する。引き続き、水素容器その時点における操業温度Ｔ（ステップ１０７）を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素容量Ｃoc（ステップ１０８）を算出する。
【００２７】
以上のステップにより、容器の水素残存量または使用可能な水素容量を獲得し、水素消費量Ｃuc（ステップ１０９）を算出する。引き続き、前記の水素残存量計算式により、水素容器の使用可能な水素残存量の算出（ステップ１１０）を行なう。
【００２８】
引き続き、水素容器その時点における操業温度Ｔ（ステップ１１１）を測定し、温度補正後の水素容器の使用可能な水素容量（ステップ１１２）を算出する。
【００２９】
前記の計測手順を経て、同じ計測手順（すなわち、ステップ１０９−１１２）を数回繰り返して行なう。計算手順を終了させ、算出された使用可能な水素容量Ｃacを保存する（ステップ１１３）。
【００３０】
実務応用上、図５の操業フローを簡素化することができる。一例として、装置の操業温度変化が大きくない、一定温度で操業する場合が多きとき、水素容量の温度補正手順（すなわち、ステップ１０３、ステップ１０７、ステップ１１１）を省略できる。
【００３１】
さらに、水素容器の水素純度と品質が非常に良いのとき、水素容器が数回（５００など）を繰り返して使用した後の水素容量の減衰率が５%以下のとき、減衰による容量補正（ステップ１０６）を省くか、または使用寿命期間５００回の減衰率を２.５%のような平均値を使用しても良い。
【００３２】
本発明は前記した手順と計算により、水素容器の水素残存量表示モジュール形態によって実施することができる。複数の水素容器を使用した応用装置は、水素容器それぞれに本発明の水素残存量表示モジュールを取り付けて、順次に使用することができる。ただし、複数缶による管理系統を設けることが好ましいである。このほか、複数の水素容器を接続しておき、一つの水素残存量表示モジュールのみを取り付けることにより、交換するときは一斉交換または同時に充填しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】チタンフェライト合金（ＴｉＦｅ）固体合金水素容器が様々な操業温度における圧力/容積/温度のＰＣＴ曲線を示したものである。
【図２】チタンニッケル合金（LａＮi５）固体合金水素容器が様々な操業温度条件における圧力/容積/温度のＰＣＴ曲線を示したものである。
【図３】水素容器がシステムの必要な水素圧力と最少流量条件における水素出力作業を行い、質量流量計により水素容器の水素出力を読み取り、水素出力量を計測し、水素容器の使用条件における水素流量、圧力と時間関係の動的水素出力特性曲線算出を示すものであるである。
【図４】水素容器が５００回の水素充填と出力サイクルを経過した後の水素容量減衰曲線図を示すものである。
【図５】本発明の水素容器中の水素使用可能量の計測フロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  測定対象の水素容器が交換済みまたは交換前状態の判断
１０２  水素容器の水素残存量の読み取り
１０３  水素容器現時点における操業温度の計測
１０４  温度補正後の水素容器の水素残存量の変換計算
１０５  水素容器の使用サイクル数の読み取り
１０６  水素容量減衰曲線に基づいて、水素充満または新しい水素容器交換後の水素使用可能量を算出
１０７  水素容器現時点における操業温度の計測
１０８  温度補正後の水素容器の水素使用可能量の変換計算
１０９  水素消費量の読み取り
１１０  水素残存量計算式により、水素容器の水素残存量の算出
１１１  水素容器現時点における操業温度の計測
１１２  温度補正後の水素容器の水素残存量の変換計算
１１３  算出した水素使用可能量を保存する
【図１】
0005062805.tif 000017
【図２】
0005062805.tif 000018
【図３】
0005062805.tif 000019
【図４】
0005062805.tif 000020
【図５】
0005062805.tif 000021