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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024092067
(43)【公開日】2024-07-08
(54)【発明の名称】水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置
(51)【国際特許分類】
G01N 33/20 20190101AFI20240701BHJP
F17C 11/00 20060101ALI20240701BHJP
F17C 13/02 20060101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
G01N33/20 100
F17C11/00 C
F17C13/02 301A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022207720
(22)【出願日】2022-12-26
(71)【出願人】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(71)【出願人】
【識別番号】504136568
【氏名又は名称】国立大学法人広島大学
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 翔太郎
(72)【発明者】
【氏名】尾▲崎▼ 大輔
(72)【発明者】
【氏名】高里 明洋
(72)【発明者】
【氏名】臂 安彦
(72)【発明者】
【氏名】市川 貴之
(72)【発明者】
【氏名】宮岡 裕樹
(72)【発明者】
【氏名】新里 恵多
(72)【発明者】
【氏名】郭 方芹
(72)【発明者】
【氏名】前田 哲彦
(72)【発明者】
【氏名】五舛目 清剛
【テーマコード（参考）】
2G055
3E172
【Ｆターム（参考）】
2G055AA01
2G055BA16
2G055CA23
3E172AA02
3E172AA09
3E172AB01
3E172BA01
3E172BB12
3E172BB17
3E172EA02
3E172EA12
3E172EA13
3E172EA15
3E172EA22
3E172EA23
3E172EA25
3E172EB02
3E172EB10
3E172EB18
3E172EB19
3E172FA01
3E172FA26
3E172JA01
3E172JA08
(57)【要約】
【課題】種々の環境における水素吸蔵合金の性能を予測することができ、かつ、予測に要する時間を短縮することができる水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置を提供する。
【解決手段】水素吸蔵合金の性能予測方法は、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中に静置した場合における水素吸蔵量の減少速度Ｖを算出するステップＳ１と、減少速度Ｖ及び圧力Ｐを用いて反応次数ｘを算出するステップＳ２と、減少速度Ｖ及び反応次数ｘを用いて反応速度定数ｋを算出するステップＳ３と、反応速度定数ｋ及び温度Ｔを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出するステップＳ４と、頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを用いて目標圧力ＰXにおける反応速度定数ｋXを予測するステップＳ５と、反応速度定数ｋXを用いて目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける減少速度ＶXを予測するステップＳ６と、を有している。
【選択図】図１
【解決手段】水素吸蔵合金の性能予測方法は、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中に静置した場合における水素吸蔵量の減少速度Ｖを算出するステップＳ１と、減少速度Ｖ及び圧力Ｐを用いて反応次数ｘを算出するステップＳ２と、減少速度Ｖ及び反応次数ｘを用いて反応速度定数ｋを算出するステップＳ３と、反応速度定数ｋ及び温度Ｔを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出するステップＳ４と、頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを用いて目標圧力ＰXにおける反応速度定数ｋXを予測するステップＳ５と、反応速度定数ｋXを用いて目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける減少速度ＶXを予測するステップＳ６と、を有している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測するための水素吸蔵合金の性能予測方法であって、
前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）とを下記式（１）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する減少速度算出ステップＳ１と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、前記温度Ｔが共通である複数の条件下での前記減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に基づいて前記温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する反応次数算出ステップＳ２と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐと、前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を下記式（２）に代入することにより、前記温度Ｔ、前記圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する速度定数算出ステップＳ３と、
前記ステップＳ３において算出した前記反応速度定数ｋのうち、前記圧力Ｐが共通である複数の条件下での前記反応速度定数ｋ及びこれらの反応速度定数ｋに対応する前記温度Ｔを用い、下記式（３）に基づいて前記圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出するアレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、
前記ステップＳ４において算出された前記頻度因子Ａ及び前記活性化エネルギーＥａと、前記目標温度ＴXとを下記式（３）に代入して前記目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する速度定数予測ステップＳ５と、
前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、前記ステップＳ５において予測された前記反応速度定数ｋXと、前記目標圧力ＰXとを下記式（２）に代入して前記目標温度ＴX及び前記目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する性能予測ステップＳ６と、を有する、水素吸蔵合金の性能予測方法。
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
（ただし、前記式（２）におけるＰ0は標準圧力であり、前記式（３）におけるＲは気体定数である。）
前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）とを下記式（１）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する減少速度算出ステップＳ１と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、前記温度Ｔが共通である複数の条件下での前記減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に基づいて前記温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する反応次数算出ステップＳ２と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐと、前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を下記式（２）に代入することにより、前記温度Ｔ、前記圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する速度定数算出ステップＳ３と、
前記ステップＳ３において算出した前記反応速度定数ｋのうち、前記圧力Ｐが共通である複数の条件下での前記反応速度定数ｋ及びこれらの反応速度定数ｋに対応する前記温度Ｔを用い、下記式（３）に基づいて前記圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出するアレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、
前記ステップＳ４において算出された前記頻度因子Ａ及び前記活性化エネルギーＥａと、前記目標温度ＴXとを下記式（３）に代入して前記目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する速度定数予測ステップＳ５と、
前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、前記ステップＳ５において予測された前記反応速度定数ｋXと、前記目標圧力ＰXとを下記式（２）に代入して前記目標温度ＴX及び前記目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する性能予測ステップＳ６と、を有する、水素吸蔵合金の性能予測方法。
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
（ただし、前記式（２）におけるＰ0は標準圧力であり、前記式（３）におけるＲは気体定数である。）
【請求項2】
前記ステップＳ２において、２つ以上の前記温度Ｔにおける前記反応次数ｘを算出し、前記ステップＳ３及び前記ステップＳ６において、前記目標温度ＴXに最も近い温度Ｔにおける前記反応次数ｘを用いる、請求項１に記載の水素吸蔵合金の性能予測方法。
【請求項3】
前記ステップＳ３において、２つ以上の前記圧力Ｐにおける前記反応速度定数ｋを算出し、前記ステップＳ４において、前記目標圧力ＰXに最も近い圧力Ｐにおける前記反応速度定数ｋを用いる、請求項１または２に記載の水素吸蔵合金の性能予測方法。
【請求項4】
目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することができるように構成された性能予測装置であって、
前記目標温度ＴXと、前記目標圧力ＰXと、前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）と、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔとを入力可能に構成された入力部と、
前記入力部に入力されたデータを保持可能に構成された記憶部と、
前記記憶部に保持されたデータを用いて前記減少速度ＶXを予測可能に構成された演算部と、
前記演算部により予測された前記減少速度ＶXを出力可能に構成された出力部と、を有しており、
前記演算部は、
前記記憶部に保持された前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0と、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈとを下記式（１）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する減少速度算出ステップＳ１と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、前記温度Ｔが共通である複数の条件下での前記減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に基づいて前記温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する反応次数算出ステップＳ２と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐと、前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を下記式（２）に代入することにより、前記温度Ｔ、前記圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する速度定数算出ステップＳ３と、
前記ステップＳ３において算出した前記反応速度定数ｋのうち、圧力Ｐが共通である複数の条件下での前記反応速度定数ｋ及びこれらの反応速度定数ｋに対応する前記温度Ｔを用い、下記式（３）に基づいて圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出するアレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、
前記ステップＳ４において算出された前記頻度因子Ａ及び前記活性化エネルギーＥａと、前記目標温度ＴXとを下記式（３）に代入して前記目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する速度定数予測ステップＳ５と、
前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、前記ステップＳ５において予測された前記反応速度定数ｋXと、前記目標圧力ＰXとを下記式（２）に代入して前記目標温度ＴX及び前記目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する性能予測ステップＳ６と、を実行することができるように構成されている、水素吸蔵合金の性能予測装置。
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
（ただし、前記式（２）におけるＰ0は標準圧力であり、前記式（３）におけるＲは気体定数である。）
前記目標温度ＴXと、前記目標圧力ＰXと、前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）と、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔとを入力可能に構成された入力部と、
前記入力部に入力されたデータを保持可能に構成された記憶部と、
前記記憶部に保持されたデータを用いて前記減少速度ＶXを予測可能に構成された演算部と、
前記演算部により予測された前記減少速度ＶXを出力可能に構成された出力部と、を有しており、
前記演算部は、
前記記憶部に保持された前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0と、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈとを下記式（１）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する減少速度算出ステップＳ１と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、前記温度Ｔが共通である複数の条件下での前記減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に基づいて前記温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する反応次数算出ステップＳ２と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐと、前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を下記式（２）に代入することにより、前記温度Ｔ、前記圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する速度定数算出ステップＳ３と、
前記ステップＳ３において算出した前記反応速度定数ｋのうち、圧力Ｐが共通である複数の条件下での前記反応速度定数ｋ及びこれらの反応速度定数ｋに対応する前記温度Ｔを用い、下記式（３）に基づいて圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出するアレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、
前記ステップＳ４において算出された前記頻度因子Ａ及び前記活性化エネルギーＥａと、前記目標温度ＴXとを下記式（３）に代入して前記目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する速度定数予測ステップＳ５と、
前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、前記ステップＳ５において予測された前記反応速度定数ｋXと、前記目標圧力ＰXとを下記式（２）に代入して前記目標温度ＴX及び前記目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する性能予測ステップＳ６と、を実行することができるように構成されている、水素吸蔵合金の性能予測装置。
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
（ただし、前記式（２）におけるＰ0は標準圧力であり、前記式（３）におけるＲは気体定数である。）
【請求項5】
前記演算部は、前記ステップＳ２において、複数の温度Ｔにおける前記反応次数ｘを算出し、前記ステップＳ３及び前記ステップＳ６において、前記目標温度ＴXに最も近い温度Ｔにおける前記反応次数ｘを用いるように構成されている、請求項４に記載の水素吸蔵合金の性能予測装置。
【請求項6】
前記演算部は、前記ステップＳ３において、複数の圧力Ｐにおける前記反応速度定数ｋを算出し、前記ステップＳ４において、前記目標圧力ＰXに最も近い圧力Ｐにおける前記反応速度定数ｋを用いるように構成されている、請求項４または５に記載の水素吸蔵合金の性能予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
水素吸蔵合金は、水素の吸蔵と放出とを可逆的に行うことができるという特徴を生かし、種々の用途に用いられている。しかし、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させると、水素吸蔵合金中に一定の割合で安定な水素化物が形成される。そのため、水素吸蔵合金への水素の吸蔵と水素吸蔵合金からの水素の放出とを繰り返し行うと、水素吸蔵合金に吸蔵可能な水素吸蔵量が徐々に減少するという問題がある。従って、水素吸蔵合金を種々の用途に用いるに当たり、予め水素吸蔵量の減少速度を予測することが望まれている。
【0003】
例えば特許文献１には、性能予測すべき水素吸蔵合金を対象として、初期状態から水素吸収・放出サイクルを繰り返し、サイクル毎の水素吸収量の変化を初期状態を含む少なくとも３点以上にて実測するステップと、水素吸蔵合金の水素吸収量が水素吸収・放出サイクルの繰り返し回数を変数とする指数関数となることを表わす予測式において、該予測式を規定するための複数のパラメータを前記少なくとも３点の実測データに基づいて決定するステップと、パラメータの決定された予測式に基づいて、該水素吸蔵合金の性能変化を予測し、その結果を出力するステップとを有する水素吸蔵合金の性能予測方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平７－１７４７５６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の性能予測方法では、性能変化を予測するために、水素の吸蔵と放出とをある程度の回数繰り返して行う必要がある。それ故、予測に用いるデータを取得するために比較的長い時間を要する。
【0006】
また、特許文献１の性能予測方法では、水素吸蔵合金が実際に使用される際の環境と同じ環境で性能予測を行う必要があり、性能予測を行った環境と実際の使用環境とが異なる場合には、性能予測の結果と実際の使用環境における性能との間の乖離が大きくなるおそれがある。それ故、より短時間で種々の環境における水素吸蔵合金の性能を予測できる水素吸蔵合金の性能予測方法が望まれている。
【0007】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、種々の環境における水素吸蔵合金の性能を予測することができ、かつ、予測に要する時間を短縮することができる水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様は、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測するための水素吸蔵合金の性能予測方法であって、
前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）とを下記式（１）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する減少速度算出ステップＳ１と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、前記温度Ｔが共通である複数の条件下での前記減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に基づいて前記温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する反応次数算出ステップＳ２と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐと、前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を下記式（２）に代入することにより、前記温度Ｔ、前記圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する速度定数算出ステップＳ３と、
前記ステップＳ３において算出した前記反応速度定数ｋのうち、前記圧力Ｐが共通である複数の条件下での前記反応速度定数ｋ及びこれらの反応速度定数ｋに対応する前記温度Ｔを用い、下記式（３）に基づいて前記圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出するアレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、
前記ステップＳ４において算出された前記頻度因子Ａ及び前記活性化エネルギーＥａと、前記目標温度ＴXとを下記式（３）に代入して前記目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する速度定数予測ステップＳ５と、
前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、前記ステップＳ５において予測された前記反応速度定数ｋXと、前記目標圧力ＰXとを下記式（２）に代入して前記目標温度ＴX及び前記目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する性能予測ステップＳ６と、を有する、水素吸蔵合金の性能予測方法にある。
前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）とを下記式（１）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する減少速度算出ステップＳ１と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、前記温度Ｔが共通である複数の条件下での前記減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に基づいて前記温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する反応次数算出ステップＳ２と、
前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐと、前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を下記式（２）に代入することにより、前記温度Ｔ、前記圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する速度定数算出ステップＳ３と、
前記ステップＳ３において算出した前記反応速度定数ｋのうち、前記圧力Ｐが共通である複数の条件下での前記反応速度定数ｋ及びこれらの反応速度定数ｋに対応する前記温度Ｔを用い、下記式（３）に基づいて前記圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出するアレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、
前記ステップＳ４において算出された前記頻度因子Ａ及び前記活性化エネルギーＥａと、前記目標温度ＴXとを下記式（３）に代入して前記目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する速度定数予測ステップＳ５と、
前記ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、前記ステップＳ５において予測された前記反応速度定数ｋXと、前記目標圧力ＰXとを下記式（２）に代入して前記目標温度ＴX及び前記目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する性能予測ステップＳ６と、を有する、水素吸蔵合金の性能予測方法にある。
【0009】
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
（ただし、前記式（２）におけるＰ0は標準圧力であり、前記式（３）におけるＲは気体定数である。）
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
（ただし、前記式（２）におけるＰ0は標準圧力であり、前記式（３）におけるＲは気体定数である。）
【0010】
また、本発明の他の態様は、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することができるように構成された性能予測装置であって、
前記目標温度ＴXと、前記目標圧力ＰXと、前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）と、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔとを入力可能に構成された入力部と、
前記入力部に入力されたデータを保持可能に構成された記憶部と、
前記記憶部に保持されたデータを用いて前記減少速度ＶXを予測可能に構成された演算部と、
前記演算部により予測された前記減少速度ＶXを出力可能に構成された出力部と、を有しており、
前記演算部は、前記の態様のステップＳ１～Ｓ６を実行することができるように構成されている、水素吸蔵合金の性能予測装置にある。
前記目標温度ＴXと、前記目標圧力ＰXと、前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）と、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔとを入力可能に構成された入力部と、
前記入力部に入力されたデータを保持可能に構成された記憶部と、
前記記憶部に保持されたデータを用いて前記減少速度ＶXを予測可能に構成された演算部と、
前記演算部により予測された前記減少速度ＶXを出力可能に構成された出力部と、を有しており、
前記演算部は、前記の態様のステップＳ１～Ｓ６を実行することができるように構成されている、水素吸蔵合金の性能予測装置にある。
【発明の効果】
【0011】
前記水素吸蔵合金の性能予測方法においては、前記ステップＳ１において算出した水素吸蔵量の減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する温度Ｔ及び圧力Ｐとを用いて前記ステップＳ２～Ｓ４を行うことにより、目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXの予測に必要な、反応次数ｘ、頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａの３つのパラメータを算出する。前記ステップＳ１においては、水素吸蔵合金への水素の吸蔵と水素吸蔵合金からの水素の放出とを多数回繰り返すことなく前記ステップＳ２～Ｓ４の実施に必要なデータを取集することができる。それ故、前記性能予測方法は、水素吸蔵合金の性能の予測に要する時間を短縮することができる。
【0012】
また、前記性能予測方法においては、前記ステップＳ２において算出した反応次数ｘと、前記ステップＳ４において算出した頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａとを用いてステップＳ５～Ｓ６を行う。前記ステップＳ２及びステップＳ４において得られた３つのパラメータは、実際に水素吸蔵量の減少速度Ｖを算出した温度Ｔ及び圧力Ｐとは異なる目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにも適用することができる。それ故、温度Ｔ及び圧力Ｐとは異なる目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することができる。
【0013】
また、前記性能予測装置は、入力部に入力されたデータに基づいて、前記性能予測方法の各ステップにおける演算処理を自動的に行うことができる。これにより、水素吸蔵合金の性能の予測をより簡便に行うことができる。
【0014】
以上のごとく、上記態様によれば、種々の環境における水素吸蔵合金の性能を予測することができ、かつ、予測に要する時間を短縮することができる水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
【0017】
Ａ．性能予測方法
本形態の水素吸蔵合金の性能予測方法は、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することができるように構成されている。
本形態の水素吸蔵合金の性能予測方法は、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することができるように構成されている。
【0018】
本形態の性能予測方法は、種々の水素吸蔵合金の性能の予測に適用することができる。本形態の性能予測方法を適用可能な水素吸蔵合金としては、例えば、ＬａＮｉ5及びミッシュメタル－ニッケル合金などのＡＢ5型希土類系合金、ＭｇＺｎ2及びＺｒＮｉ2等のＡＢ2型ラーベス相合金、ＴｉＦｅ及びＴｉＣｏ等のＡＢ型チタン合金、Ｍｇ2Ｎｉ及びＭｇ2Ｃｕ等のＡ2Ｂ型マグネシウム合金、Ｔｉ－Ｖ合金及びＴｉ－Ｃｒ合金などの固溶体型ＢＣＣ合金が挙げられるが、これらの水素吸蔵合金に限定されることはなく、公知の水素吸蔵合金に対して前記性能予測方法を適用することが可能である。
【0019】
前記性能予測方法は、図１に示すように、減少速度算出ステップＳ１と、反応次数算出ステップＳ２と、速度定数算出ステップＳ３と、アレニウスパラメータ算出ステップＳ４と、速度定数予測ステップＳ５と、性能予測ステップＳ６と、を有している。以下、各ステップの詳細を説明する。
【0020】
（１）減少速度算出ステップＳ１
減少速度算出ステップＳ１においては、まず、性能を予測しようとする水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）とを測定する。その後、下記式（１）に基づいて温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する。
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
減少速度算出ステップＳ１においては、まず、性能を予測しようとする水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0（単位：ｍｏｌ）と、温度Ｔ（単位：Ｋ）、圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）の水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ（単位：ｍｏｌ）とを測定する。その後、下記式（１）に基づいて温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖ（単位：ｍｏｌ／ｓ）を算出する。
Ｖ＝（ｈ0－ｈ）／ｔ ・・・（１）
【0021】
ステップＳ１において算出する複数の減少速度Ｖには、少なくとも、温度Ｔが共通であり、圧力Ｐが互いに異なる２つ以上の条件下での水素吸蔵量の減少速度Ｖと、圧力Ｐが共通であり、温度Ｔが互いに異なる２つ以上の条件下での水素吸蔵量の減少速度Ｖとが含まれる。なお、温度Ｔが共通である条件下での水素吸蔵量の減少速度Ｖは、ステップＳ２において反応次数ｘの算出に用いられる。また、圧力Ｐが共通である条件下での水素吸蔵量の減少速度Ｖは、ステップＳ３において反応速度定数ｋの算出に用いられる。
【0022】
ステップＳ１において、水素吸蔵合金を水素雰囲気中に静置する時間ｔは、０．５×１０5秒以上であることが好ましく、１．０×１０5秒以上であることがより好ましく、２．０×１０5秒以上であることがさらに好ましい。このように、水素雰囲気中に水素吸蔵合金を十分に長い時間にわたって静置することにより、水素吸蔵合金中に十分な量の水素化物を形成することができる。その結果、後のステップに用いられる前記水素吸蔵量の減少速度Ｖをより精度よく算出し、ひいては目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXの予測精度をより高めることができる。
【0023】
実験に要する時間の増大を回避する観点からは、ステップＳ１において、水素吸蔵合金を水素雰囲気中に静置する時間ｔは、１０×１０6秒以下であることが好ましく、８×１０5秒以下であることがより好ましく、６×１０5秒以下であることがさらに好ましい。
【0024】
ステップＳ１においては、後のステップに必要な減少速度Ｖの全てを一度に算出してもよい。また、後のステップの妨げとならない限り、２回以上に分けて減少速度Ｖを算出することもできる。減少速度Ｖを２回以上に分けて算出する場合、例えば、ステップＳ２を行う前に温度Ｔが共通である条件下での水素吸蔵量の減少速度Ｖを算出し、ステップＳ３を行う前に圧力Ｐが共通である条件下での水素吸蔵量の減少速度Ｖを算出すればよい。
【0025】
予測対象の水素吸蔵合金を温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中に静置すると、水素吸蔵合金と水素とが反応し、安定な水素化物が形成される。この時の安定な水素化物の形成速度は、静置中の温度Ｔ及び圧力Ｐに応じて変化すると考えられる。また、水素吸蔵合金の水素吸蔵量は、水素吸蔵合金中に形成された安定な水素化物の量が多くなるほど減少するため、前記式（１）により算出される水素吸蔵量の減少速度Ｖは、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中で静置した場合における安定な水素化物の形成反応の速度と関連していると考えられる。
【0026】
従って、水素吸蔵量の減少速度Ｖを用いて反応速度式（前記式（２））における反応次数ｘと、アレニウス式（前記式（３））における頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａとを算出することにより、安定な水素化物の形成反応を反応速度論的に解析することができる。そして、このような速度論的解析の結果に基づいて目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することにより、種々の環境における水素吸蔵合金の性能の予測が可能となる。
【0027】
（２）反応次数算出ステップＳ２
反応次数算出ステップＳ２においては、前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、温度Ｔが共通である複数の条件下における減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に示す、温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する。ただし、下記式（２）におけるＰ0は標準圧力である。なお、標準圧力Ｐ0の値としては、例えば０．１ＭＰａを使用することができる。
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
反応次数算出ステップＳ２においては、前記ステップＳ１において算出された前記減少速度Ｖのうち、温度Ｔが共通である複数の条件下における減少速度Ｖ及びこれらの減少速度Ｖに対応する前記圧力Ｐを用い、下記式（２）に示す、温度Ｔにおける反応次数ｘを算出する。ただし、下記式（２）におけるＰ0は標準圧力である。なお、標準圧力Ｐ0の値としては、例えば０．１ＭＰａを使用することができる。
ｌｎ（Ｖ）＝ｌｎ（ｋ）＋ｘ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ0） ・・・（２）
【0028】
反応次数ｘの算出は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、図２に示すように、縦軸を減少速度Ｖの自然対数ｌｎ（Ｖ）、横軸をＰ／Ｐ0の自然対数ｌｎ（Ｐ／Ｐ0）としたグラフ上に、温度Ｔが共通である条件下における複数の減少速度Ｖ及び当該減少速度に対応するＰ／Ｐ0をプロットする。そして、これらのデータ点を最もよく近似する近似直線Ｌを導出する。近似直線Ｌの導出方法としては、例えば、最小二乗法を採用すればよい。このようにして得られた近似直線Ｌの傾きを、前記式（２）における反応次数ｘとして採用する。
【0029】
ステップＳ２においては、温度Ｔが目標温度ＴX－１５０Ｋ以上、目標温度ＴX＋１５０Ｋ以下である条件における水素吸蔵量の減少速度Ｖを用いて反応次数ｘを算出することが好ましく、目標温度ＴX－１００Ｋ以上、目標温度ＴX＋１００Ｋ以下である条件における水素吸蔵量の減少速度Ｖを用いて反応次数ｘを算出することがより好ましく、目標温度ＴX－５０Ｋ以上、目標温度ＴX＋５０Ｋ以下である条件における水素吸蔵量の減少速度Ｖを用いて反応次数ｘを算出することがさらに好ましい。このように、目標温度ＴXに比較的近い温度Ｔにおける減少速度Ｖを用いて反応次数ｘを算出することにより、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXをより精度よく予測することができる。
【0030】
ステップＳ２においては、１つの温度Ｔにおける減少速度Ｖの組を用いて１本の近似直線Ｌを導き、当該近似直線Ｌに基づいて温度Ｔにおける反応次数ｘを算出してもよい。また、例えば図２に示すように、２つ以上の温度Ｔ１、Ｔ２、・・・のそれぞれにおける減少速度Ｖを用いて各温度Ｔ１、Ｔ２、・・・における近似直線Ｌ（Ｌ１、Ｌ２、・・・）を導き、これらの近似直線Ｌに基づいて各温度Ｔ１、Ｔ２・・・における反応次数ｘを算出してもよい。
【0031】
ステップＳ２において、２つ以上の温度Ｔにおける反応次数ｘを算出した場合、後に行うステップＳ３及びステップＳ６において、目標温度ＴXに最も近い温度Ｔにおける反応次数ｘを用いることが好ましい。このように、目標温度ＴXに最も近い温度Ｔにおける反応次数ｘに基づいてアレニウスパラメータ及び目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測することにより、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXをより精度よく予測することができる。
【0032】
（３）速度定数算出ステップＳ３
速度定数算出ステップＳ３においては、ステップＳ１において算出された減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する圧力Ｐと、ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を前記式（２）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する。
速度定数算出ステップＳ３においては、ステップＳ１において算出された減少速度Ｖと、当該減少速度Ｖに対応する圧力Ｐと、ステップＳ２において算出された前記反応次数ｘと、を前記式（２）に代入することにより、温度Ｔ、圧力Ｐにおける減少速度Ｖから反応速度定数ｋを算出する。
【0033】
ステップＳ３においては、少なくとも１つの圧力Ｐにおける減少速度Ｖを反応速度定数ｋに変換してもよく、２つ以上の圧力Ｐにおける減少速度Ｖを反応速度定数ｋに変換してもよい。
【0034】
（４）アレニウスパラメータ算出ステップＳ４
アレニウスパラメータ算出ステップＳ４においては、ステップＳ３において算出した反応速度定数ｋのうち、圧力Ｐが共通である複数の条件下における反応速度定数ｋと、これらの反応速度定数ｋに対応する温度Ｔとを用い、下記式（３）における頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出する。ただし、下記式（３）におけるＲは気体定数である。
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
アレニウスパラメータ算出ステップＳ４においては、ステップＳ３において算出した反応速度定数ｋのうち、圧力Ｐが共通である複数の条件下における反応速度定数ｋと、これらの反応速度定数ｋに対応する温度Ｔとを用い、下記式（３）における頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａ（単位：ｋＪ）を算出する。ただし、下記式（３）におけるＲは気体定数である。
ｌｎ（ｋ）＝ｌｎ（Ａ）－Ｅａ／ＲＴ ・・・（３）
【0035】
頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａの算出は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、図３に示すように、縦軸を反応速度定数ｋの自然対数ｌｎ（ｋ）、横軸を温度Ｔの逆数１／Ｔとしたグラフ上に、圧力Ｐが共通である条件下における複数の反応速度定数ｋ及び当該反応速度定数ｋに対応する１／Ｔをプロットする。そして、これらのデータ点を最もよく近似する近似直線Ｍを導出する。近似直線Ｍの導出方法としては、例えば、最小二乗法を採用すればよい。このようにして得られた近似直線Ｍの傾きから前記式（３）における活性化エネルギーＥａを、切片から頻度因子Ａをそれぞれ算出することができる。
【0036】
ステップＳ４においては、圧力Ｐが目標圧力ＰXの０．１倍以上１０倍以下である条件における反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することが好ましく、目標圧力ＰXの０．２倍以上５倍以下である条件における反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することがより好ましく、目標圧力ＰXの０．３倍以上２倍以下である条件における反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することがさらに好ましく、目標圧力ＰXの０．４倍以上１．２倍以下である条件における反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することが特に好ましく、目標圧力ＰXの０．９倍以上１．１倍以下である条件における反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することが最も好ましい。このように、目標圧力ＰXに比較的近い圧力Ｐにおける反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することにより、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXをより精度よく予測することができる。
【0037】
ステップＳ３においては、１つの圧力Ｐにおける反応速度定数ｋの組を用いて１本の近似直線Ｍを導き、当該近似直線Ｍに基づいて圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出してもよい。また、例えば図３に示すように、２つ以上の圧力Ｐ１、Ｐ２、・・・のそれぞれにおける反応速度定数ｋを用いて各圧力Ｐ１、Ｐ２、・・・における近似直線Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、・・・）を導き、これらの近似直線Ｍに基づいて各圧力Ｐ１、Ｐ２、・・・における頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出してもよい。
【0038】
ステップＳ３において、２つ以上の圧力Ｐにおける反応速度定数ｋを算出した場合、ステップＳ４において、目標圧力ＰXに最も近い圧力Ｐにおける反応速度定数ｋを用いて頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出することが好ましい。このようにして算出された頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａは、より実際の使用環境に近い条件での頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａと考えられる。それ故、かかる頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを用いて後のステップを行うことにより、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXをより精度よく予測することができる。
【0039】
（５）速度定数予測ステップＳ５
速度定数予測ステップＳ５においては、ステップＳ４において算出された頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａと、目標温度ＴXとを前記式（３）に代入することにより、目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する。
速度定数予測ステップＳ５においては、ステップＳ４において算出された頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａと、目標温度ＴXとを前記式（３）に代入することにより、目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測する。
【0040】
ステップＳ４において、２つ以上の圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを算出した場合、ステップＳ５において、目標圧力ＰXに最も近い圧力Ｐにおける頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを用いて反応速度定数ｋXを予測することが好ましい。このようにして予測された反応速度定数ｋXは、目標圧力ＰXにおける水素化物の形成速度をよりよく反映していると考えられる。そのため、かかる反応速度定数ｋXを用いてステップＳ６を行うことにより、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXをより精度よく予測することができる。
【0041】
（６）性能予測ステップＳ６
性能予測ステップＳ６においては、ステップＳ２において算出された反応次数ｘと、ステップＳ５において予測された反応速度定数ｋXと、目標圧力ＰXとを前記式（２）に代入することにより、目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する。前述したように、ステップＳ６において用いられる反応次数ｘ及び反応速度定数ｋXは、水素化物の形成反応の速度論的な解析に基づいて予測されている。そのため、前記反応次数ｘ及び前記反応速度定数ｋXを用いることにより、目標温度ＴX及び目標圧力ＰXが実際に減少速度Ｖを確認した温度Ｔ及び圧力Ｐとは異なる場合においても、水素吸蔵量の減少速度ＶXを精度よく予測することができる。
性能予測ステップＳ６においては、ステップＳ２において算出された反応次数ｘと、ステップＳ５において予測された反応速度定数ｋXと、目標圧力ＰXとを前記式（２）に代入することにより、目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測する。前述したように、ステップＳ６において用いられる反応次数ｘ及び反応速度定数ｋXは、水素化物の形成反応の速度論的な解析に基づいて予測されている。そのため、前記反応次数ｘ及び前記反応速度定数ｋXを用いることにより、目標温度ＴX及び目標圧力ＰXが実際に減少速度Ｖを確認した温度Ｔ及び圧力Ｐとは異なる場合においても、水素吸蔵量の減少速度ＶXを精度よく予測することができる。
【0042】
ステップＳ２において、複数の温度Ｔにおける反応次数ｘを算出した場合、ステップＳ６において、目標温度ＴXに最も近い温度Ｔにおける反応次数ｘを用いて水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測することが好ましい。このようにして導かれた減少速度ＶXは、目標温度ＴXにおける水素化物の形成速度をよりよく反映していると考えられる。そのため、目標温度ＴXに最も近い温度Ｔにおける反応次数ｘを用いてステップＳ６を行うことにより、目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXをより精度よく予測することができる。
【0043】
Ｂ．性能予測装置
前記性能予測方法の実施には、例えば、図４に示す、入力部１１と、記憶部１２と、演算部１３と、出力部１４と、を備えた性能予測装置１を用いることができる。性能予測装置１の具体的な態様は特に限定されることはないが、例えば、汎用の電子計算機を性能予測装置１として構成することができる。
前記性能予測方法の実施には、例えば、図４に示す、入力部１１と、記憶部１２と、演算部１３と、出力部１４と、を備えた性能予測装置１を用いることができる。性能予測装置１の具体的な態様は特に限定されることはないが、例えば、汎用の電子計算機を性能予測装置１として構成することができる。
【0044】
（１）入力部
本形態の入力部１１は、図４に示すように、演算部１３及び記憶部１２に接続されている。本形態の性能予測装置１は、入力部１１から入力されたデータが、演算部１３の指示によって記憶部１２に保持されるように構成されている。入力部１１は、目標温度ＴXと、目標圧力ＰXと、水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0と、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈと、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔとを入力可能に構成されている。
本形態の入力部１１は、図４に示すように、演算部１３及び記憶部１２に接続されている。本形態の性能予測装置１は、入力部１１から入力されたデータが、演算部１３の指示によって記憶部１２に保持されるように構成されている。入力部１１は、目標温度ＴXと、目標圧力ＰXと、水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0と、温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中にｔ秒間静置した後の水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈと、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔとを入力可能に構成されている。
【0045】
入力部１１の具体的な態様は特に限定されることはない。例えば、入力部１１は、キーボードやマウス、タッチパッド等の、電子計算機における入力装置であってもよい。また、入力部１１は、水素吸蔵量を測定するための測定装置と接続可能に構成された通信インタフェースであってもよい。この場合、性能予測装置１は、入力部１１を介して測定装置において測定された水素吸蔵量を取得し、記憶部１２に保存することができるように構成されていればよい。
【0046】
（２）記憶部
本形態の記憶部１２は、入力部１１及び演算部１３に接続されており、入力部１１から入力されたデータを保持可能に構成されている。入力部１１から入力されたデータには、例えば、目標温度ＴX、目標圧力ＰX、水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0、水素雰囲気中に静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔが含まれる。記憶部１２は、さらに、演算部１３において算出または予測される、水素吸蔵量の減少速度Ｖ等を保持可能に構成されていてもよい。
本形態の記憶部１２は、入力部１１及び演算部１３に接続されており、入力部１１から入力されたデータを保持可能に構成されている。入力部１１から入力されたデータには、例えば、目標温度ＴX、目標圧力ＰX、水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ0、水素雰囲気中に静置した後の前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量ｈ、当該水素吸蔵量ｈに対応する温度Ｔ、圧力Ｐ及び時間ｔが含まれる。記憶部１２は、さらに、演算部１３において算出または予測される、水素吸蔵量の減少速度Ｖ等を保持可能に構成されていてもよい。
【0047】
記憶部１２の具体的な態様は特に限定されることはない。例えば、記憶部１２は、揮発性メモリ等の電子計算機における主記憶装置であってもよい。また、記憶部１２は、ハードディスクドライブやソリッドステートドライブ、着脱可能に構成された不揮発性メモリ等の、電子計算機における補助記憶装置であってもよい。
【0048】
（３）演算部
本形態の演算部１３は、入力部１１、記憶部１２及び出力部１４に接続されている。演算部１３は、記憶部１２に保持されたデータを用い、前記性能予測方法におけるステップＳ１～Ｓ６を実行することができるように構成されている。演算部１３は、前記性能予測方法における一連のステップを連続的に実行することができるように構成されていてもよい。また、演算部１３は、使用者の指示に基づいて、各ステップを逐次的に実行することができるように構成されていてもよい。
本形態の演算部１３は、入力部１１、記憶部１２及び出力部１４に接続されている。演算部１３は、記憶部１２に保持されたデータを用い、前記性能予測方法におけるステップＳ１～Ｓ６を実行することができるように構成されている。演算部１３は、前記性能予測方法における一連のステップを連続的に実行することができるように構成されていてもよい。また、演算部１３は、使用者の指示に基づいて、各ステップを逐次的に実行することができるように構成されていてもよい。
【0049】
また、本形態の演算部１３は、前記ステップＳ１～Ｓ６の結果予測される目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを出力部１４に表示させることができるように構成されている。さらに、本形態の演算部１３は、性能予測装置１全体の動作を制御することができるように構成されている。
【0050】
演算部１３の具体的な態様は特に限定されることはない。例えば、演算部１３は、中央演算処理装置などの、電子計算機における演算装置であってもよい。また、演算部１３の動作は、例えば、記憶部１２に保持されたプログラム等により実現することができる。
【0051】
（４）出力部
本形態の出力部１４は、演算部１３に接続されており、演算部１３において予測された目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを出力することができるように構成されている。
本形態の出力部１４は、演算部１３に接続されており、演算部１３において予測された目標温度ＴX、目標圧力ＰXにおける水素吸蔵合金の水素吸蔵量の減少速度ＶXを出力することができるように構成されている。
【0052】
出力部１４の具体的な態様は特に限定されることはない。例えば、出力部１４は、ディスプレイ等の電子計算機における表示装置であってもよい。また、出力部１４は、タッチパネル等の、入力装置を兼ねた表示装置であってもよい。
【0053】
本形態の性能予測装置１は、入力部１１に入力されたデータに基づいて、前記性能予測方法の各ステップにおける演算処理を自動的に行うことができる。これにより、水素吸蔵合金の性能の予測をより簡便に行うことができる。
【0054】
（実験例）
本例においては、水素吸蔵合金としてＴｉＦｅ合金におけるＦｅ原子の一部がＭｎ原子で置換されたＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を用い、前記性能予測方法により水素吸蔵合金の性能を予測した例を説明する。なお、本実験例において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一の符号は、特に示さない限り、既出の実施形態における構成要素と同様の構成要素等を表す。
本例においては、水素吸蔵合金としてＴｉＦｅ合金におけるＦｅ原子の一部がＭｎ原子で置換されたＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を用い、前記性能予測方法により水素吸蔵合金の性能を予測した例を説明する。なお、本実験例において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一の符号は、特に示さない限り、既出の実施形態における構成要素と同様の構成要素等を表す。
【0055】
（１）減少速度算出ステップＳ１
本例の減少速度算出ステップＳ１においては、まず、ＪＩＳ Ｈ７２０１－１９９１に準じた方法により、Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の初期状態の水素吸蔵量ｈ0を測定した。より具体的には、ＰＣＴ特性測定装置を用いてＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の水素吸蔵過程におけるＰＣＴ曲線を取得し、ＰＣＴ曲線上における、圧力が１ＭＰａである点に対応する水素の吸蔵量を、Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の初期状態の水素吸蔵量ｈ0とした。
本例の減少速度算出ステップＳ１においては、まず、ＪＩＳ Ｈ７２０１－１９９１に準じた方法により、Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の初期状態の水素吸蔵量ｈ0を測定した。より具体的には、ＰＣＴ特性測定装置を用いてＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の水素吸蔵過程におけるＰＣＴ曲線を取得し、ＰＣＴ曲線上における、圧力が１ＭＰａである点に対応する水素の吸蔵量を、Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の初期状態の水素吸蔵量ｈ0とした。
【0056】
次に、Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を温度Ｔ、圧力Ｐの水素雰囲気中に静置した後の水素吸蔵量ｈを測定するために、図５に示す水素処理装置２を用いてＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を水素雰囲気中に静置する処理を行った。
【0057】
前記処理に用いた水素処理装置２は、水素吸蔵合金Ａを保持する耐圧容器２１と、耐圧容器２１を加熱するためのヒータ２２と、耐圧容器２１に水素を供給する水素配管２３と、を有している。水素配管２３は、図には示さない水素ボンベに接続される水素導入部２３１と、水素導入部２３１と耐圧容器２１とを接続する接続部２３２と、接続部２３２に連なり、耐圧容器２１内の気体が排出される経路となる排気部２３３と、を有している。水素導入部２３１には、水素ボンベから流入する水素の圧力を調整するためのレギュレータ２３４が設けられている。排気部２３３には、図には示さない排気ポンプが接続されている。また、接続部２３２及び排気部２３３には、耐圧容器２１からの水素の流出を防止するためのストップバルブ２３５、２３６がそれぞれ設けられている。
【0058】
Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を水素雰囲気中に静置する処理は、具体的には以下のようにして行った。まず、耐圧容器２１内に約１ｇのＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を入れた。次いで、排気ポンプを作動させ、耐圧容器２１内の気体を排気部２３３から外部へ排出した。なお、この際、必要に応じてヒータ２２を動作させ、水素吸蔵合金Ａからのガスの脱離を促進してもよい。
【0059】
耐圧容器２１内の気体を排出した後、排気部２３３のストップバルブ２３６を閉鎖した。その後、ヒータ２２によりＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を温度Ｔまで加熱した状態で、水素ボンベから耐圧容器２１内に水素を供給し、耐圧容器２１内の圧力を圧力Ｐまで上昇させた。この温度Ｔ及び圧力Ｐを３日間維持した後、水素ボンベから耐圧容器２１への水素の供給を停止するとともに、排気部２３３のストップバルブ２３６を開放して耐圧容器２１内の余剰の水素を外部へ放出した。
【0060】
以上の処理を、静置時の温度Ｔと圧力Ｐとが表１の処理条件Ａ１～Ａ５のいずれかに示す値となるようにして行った。Ｔｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金を水素雰囲気中に静置する処理が完了した後、初期状態の水素吸蔵量ｈ0の測定と同様の方法により、処理後のＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の水素吸蔵量ｈを測定した。そして、初期状態の水素吸蔵量ｈ0と処理後のＴｉ－Ｆｅ－Ｍｎ合金の水素吸蔵量ｈとを用い、前記式（１）に基づいて温度Ｔ、圧力Ｐにおける水素吸蔵量の減少速度Ｖを算出した。表１に、各処理条件で水素吸蔵合金を処理した場合における水素吸蔵量の減少速度Ｖを示す。
【0061】
（２）反応次数算出ステップＳ２
本例の反応次数算出ステップＳ２においては、表１に示した減少速度Ｖのうち、温度Ｔが７７３．１５Ｋ（つまり、５００℃）である３つの条件下での減少速度Ｖ（つまり、処理条件Ａ１～Ａ３における減少速度）及びこれらの減少速度Ｖに対応する圧力Ｐを、図６に示すグラフ上にプロットした。そして、最小二乗法により、３つのデータ点を最もよく近似する直線Ｌ３を導出した。なお、図６における縦軸は減少速度Ｖの自然対数ｌｎ（Ｖ）であり、横軸はＰ／Ｐ0の自然対数ｌｎ（Ｐ／Ｐ0）である。また、標準圧力Ｐ0の値は０．１ＭＰａとした。
本例の反応次数算出ステップＳ２においては、表１に示した減少速度Ｖのうち、温度Ｔが７７３．１５Ｋ（つまり、５００℃）である３つの条件下での減少速度Ｖ（つまり、処理条件Ａ１～Ａ３における減少速度）及びこれらの減少速度Ｖに対応する圧力Ｐを、図６に示すグラフ上にプロットした。そして、最小二乗法により、３つのデータ点を最もよく近似する直線Ｌ３を導出した。なお、図６における縦軸は減少速度Ｖの自然対数ｌｎ（Ｖ）であり、横軸はＰ／Ｐ0の自然対数ｌｎ（Ｐ／Ｐ0）である。また、標準圧力Ｐ0の値は０．１ＭＰａとした。
【0062】
このようにして導出された直線Ｌ３の傾きは１．７５３１であり、切片は－２６．５８４であった。以上の結果から、前記式（２）の反応次数ｘを１．７５３１と決定し、以降のステップに用いた。
【0063】
（３）速度定数算出ステップＳ３
本例の速度定数算出ステップＳ３においては、表１に示した減少速度ＶとステップＳ２において算出した反応次数ｘとを前記式（２）に代入することにより反応速度定数ｋを算出した。各処理条件における反応速度定数ｋは、表１に示す通りであった。
本例の速度定数算出ステップＳ３においては、表１に示した減少速度ＶとステップＳ２において算出した反応次数ｘとを前記式（２）に代入することにより反応速度定数ｋを算出した。各処理条件における反応速度定数ｋは、表１に示す通りであった。
【0064】
（４）アレニウスパラメータ算出ステップＳ４
本例のアレニウスパラメータ算出ステップＳ４においては、表２に示した反応速度定数ｋのうち、圧力Ｐが１０ＭＰａである３つの反応速度定数ｋ（つまり、処理条件Ａ２及び処理条件Ａ４～Ａ５における反応速度定数ｋ）及びこれらの反応速度定数ｋに対応する圧力Ｔを、図７に示すグラフ上にプロットした。そして、最小二乗法により、３つのデータ点を最もよく近似する直線Ｍ３を導出した。なお、図７における縦軸は反応速度定数ｋの自然対数ｌｎ（ｋ）であり、横軸は温度Ｔの逆数１／Ｔである。
本例のアレニウスパラメータ算出ステップＳ４においては、表２に示した反応速度定数ｋのうち、圧力Ｐが１０ＭＰａである３つの反応速度定数ｋ（つまり、処理条件Ａ２及び処理条件Ａ４～Ａ５における反応速度定数ｋ）及びこれらの反応速度定数ｋに対応する圧力Ｔを、図７に示すグラフ上にプロットした。そして、最小二乗法により、３つのデータ点を最もよく近似する直線Ｍ３を導出した。なお、図７における縦軸は反応速度定数ｋの自然対数ｌｎ（ｋ）であり、横軸は温度Ｔの逆数１／Ｔである。
【0065】
このようにして導出された直線Ｍ３の傾きは－２７８２．５であり、切片は－２３．３５３であった。以上の結果から、前記式（３）における頻度因子Ａをｅ-23.353、活性化エネルギーＥａを２７８２．５Ｒ（ただし、Ｒは気体定数）と決定し、以降のステップに用いた。
【0066】
（５）速度定数予測ステップＳ５・性能予測ステップＳ６
本例の速度定数予測ステップＳ５及び性能予測ステップＳ６においては、ステップＳ２において算出した反応次数ｘと、ステップＳ４において算出した頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａの妥当性を確認するため、表１に示す処理条件Ａ１～Ａ５における温度Ｔを目標温度ＴX、圧力Ｐを目標圧力ＰXとして用い、表２に示す目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測した。
本例の速度定数予測ステップＳ５及び性能予測ステップＳ６においては、ステップＳ２において算出した反応次数ｘと、ステップＳ４において算出した頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａの妥当性を確認するため、表１に示す処理条件Ａ１～Ａ５における温度Ｔを目標温度ＴX、圧力Ｐを目標圧力ＰXとして用い、表２に示す目標温度ＴX及び目標圧力ＰXにおける水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測した。
【0067】
具体的には、まず、前記ステップＳ４において算出された頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａと、表２に示す予測条件Ｂ１～Ｂ５における目標温度ＴXとを用い、前記式（３）に基づいて各目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXを予測した。各目標温度ＴXにおける反応速度定数ｋXの予測結果は表２に示す通りであった。その後、ステップＳ２において算出された反応次数ｘと、表２に示す反応速度定数ｋXと、当該反応速度定数ｋXに対応する目標圧力ＰXとを用い、前記式（２）に基づいて各予測条件における水素吸蔵量の減少速度ＶXを予測した。各予測条件における水素吸蔵量の減少速度ＶXの予測結果は表２に示す通りであった。なお、表２には、前記性能予測方法により予測された水素吸蔵量の減少速度ＶXとともに、実際に測定した水素吸蔵量の減少速度Ｖに対する予測された水素吸蔵量の減少速度ＶXの比ＶX／Ｖの値を示した。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】
表２に示したように、前記ステップＳ１～Ｓ４において算出した反応次数ｘ、頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａを用いて予測された水素吸蔵量の減少速度ＶXは、実際に測定された減少速度Ｖの０．４倍以上１．１倍以下の範囲内となっており、実際の減少速度Ｖとの大きな乖離は見られなかった。また、これらの予測結果の中でも、目標圧力ＰXがステップＳ４において頻度因子Ａ及び活性化エネルギーＥａの算出に用いた条件の圧力Ｐと同一である予測条件Ｂ２及び予測条件Ｂ４～Ｂ５における水素吸蔵量の減少速度ＶXは、これら以外の予測条件に比べて実際の減少速度Ｖとの乖離が小さく、実際の減少速度Ｖをより精度よく予測できていることが理解できる。
【0071】
以上、実施形態及び実験例に基づいて本発明に係る水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置の態様を説明したが、本発明に係る水素吸蔵合金の性能予測方法及び性能予測装置の態様は上記実施形態及び実験例の態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜構成を変更することが可能である。
【符号の説明】
【0072】
１ 性能予測装置
１１ 入力部
１２ 記憶部
１３ 演算部
１４ 出力部
１１ 入力部
１２ 記憶部
１３ 演算部
１４ 出力部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】