特許 7527555 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20240729BHJP

   F17C 11/00 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

F17C13/02 301A

F17C11/00 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019104225

(22)【出願日】2019-06-04

(65)【公開番号】P2020197248

(43)【公開日】2020-12-10

【審査請求日】2022-03-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(73)【特許権者】

【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】100214260

【弁理士】

【氏名又は名称】相羽 昌孝

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【氏名又は名称】片寄 武彦

(72)【発明者】

【氏名】杉田 未来

(72)【発明者】

【氏名】下田 英介

(72)【発明者】

【氏名】野津 剛

(72)【発明者】

【氏名】前田 哲彦

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 成輝

【審査官】長谷川 一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１３９２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９９９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２１２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０８３４５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ １３／０２

Ｆ１７Ｃ １１／００

(57)【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の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（ｘ_０）、タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及びタンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ_０）、前記タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及び前記タンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）に基づいて、前記初期時刻における前記水素貯蔵タンクのタンク水素量（Ａ_Ｂ，ｔ０）、前記水素吸蔵合金の金属部分に存在する金属部の水素量（Ａ_Ｍ，ｔ０）及び前記水素吸蔵合金の空間部分に存在する空間部の水素量（Ａ_Ｇ，ｔ０）を含む初期内部状態量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量（Ｆ_ｉ，ｔ）、水素流出量（Ｆ_ｏ，ｔ）、水素流入温度（Ｔ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）及び水素流入圧力（Ｐ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）を含む水素流入流出計画と、前記運転時刻毎の熱媒熱量（Ｑ_ｃ，ｔ）及び外気温（Ｔ_ｏ，ｔ）を含むエネルギー計画とを取得する運転計画取得部と、
前記初期時刻における水素貯蔵率（ｘ_０）を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、水素貯蔵率（ｘ_ｔ）を前記運転時刻毎に算定する第１の水素貯蔵率算定部と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、前記金属部に存在する水素と前記空間部に存在する水素との気固反応が行われる気固反応前の前記空間部の状態量として、温度（Ｔ_Ｇ２，ｔ）、圧力（Ｐ_Ｇ２，ｔ）及び水素量（Ａ_Ｇ２，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応前状態算定部と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画と、前記エネルギー計画と、前記気固反応前の前記空間部の状態量と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応が行われた気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応後状態算定部と、
前記第１の水素貯蔵率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（ｘ_ｔ）と、前記反応後状態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（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）とを出力する出力部とを備える、
ことを特徴とする水素貯蔵状態推定装置。

【請求項2】

前記反応後状態算定部は、
前記エネルギー計画と、前記気固反応前の前記空間部の状態量とに基づいて、前記金属部に存在する水素と前記空間部に存在する水素とが温度平衡状態となるときの前記水素貯蔵タンクの内部状態量として、タンク温度（Ｔ_１，ｔ）及びタンク圧力（Ｐ_１，ｔ）を算定する平衡状態算定部と、
前記気固反応前の前記空間部の状態量と、前記温度平衡状態となるときの前記水素貯蔵タンクの内部状態量とに基づいて、前記温度平衡状態となるときの気固反応量（Ｕ_Ｒ，ｔ）を算定する気固反応量算定部と、
前記気固反応量（Ｕ_Ｒ，ｔ）による前記気固反応が行われた前記気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）を算定する反応後温度算定部と、
前記気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）と、前記水素貯蔵率（ｘ_ｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応後のタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する反応後圧力算定部とを備える、
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】

前記初期状態取得部は、
前記初期時刻における前記タンク温度（Ｔ_０）及び前記タンク圧力（Ｐ_０）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（ｙ_０）をさらに取得し、
前記初期時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_０）を基準として、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（ｘ_ｔ－１）及び前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ－１）の間の比率に基づいて、前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ）を前記運転時刻毎に算定する第２の水素貯蔵率算定部をさらに備え、
前記反応後圧力算定部は、
前記水素貯蔵率（ｘ_ｔ）に代えて前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ）を用いることにより、前記気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）と、前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応後のタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の水素貯蔵状態推定装置。

【請求項4】

前記水素貯蔵タンクに流入される熱媒体の制御量として、熱媒流量（Ｆ_ｃ，ｔ）及び熱媒流入温度（Ｔ_{ｃ，ｉ，ｔ}）を最適化する熱媒最適化部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水素貯蔵状態推定装置。

【請求項5】

コンピュータを、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6】

水素吸蔵合金が充填された水素貯蔵タンクの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（ｘ_０）、タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及びタンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ_０）、前記タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及び前記タンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）に基づいて、前記初期時刻における前記水素貯蔵タンクのタンク水素量（Ａ_Ｂ，ｔ０）、前記水素吸蔵合金の金属部分に存在する金属部の水素量（Ａ_Ｍ，ｔ０）及び前記水素吸蔵合金の空間部分に存在する空間部の水素量（Ａ_Ｇ，ｔ０）を含む初期内部状態量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量（Ｆ_ｉ，ｔ）、水素流出量（Ｆ_ｏ，ｔ）、水素流入温度（Ｔ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）及び水素流入圧力（Ｐ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）を含む水素流入流出計画と、前記運転時刻毎の熱媒熱量（Ｑ_ｃ，ｔ）及び外気温（Ｔ_ｏ，ｔ）を含むエネルギー計画とを取得する運転計画取得工程と、
前記初期時刻における水素貯蔵率（ｘ_０）を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、水素貯蔵率（ｘ_ｔ）を前記運転時刻毎に算定する第１の水素貯蔵率算定工程と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、前記金属部に存在する水素と前記空間部に存在する水素との気固反応が行われる気固反応前の前記空間部の状態量として、温度（Ｔ_Ｇ２，ｔ）、圧力（Ｐ_Ｇ２，ｔ）及び水素量（Ａ_Ｇ２，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応前状態算定工程と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画と、前記エネルギー計画と、前記気固反応前の前記空間部の状態量と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応が行われた気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応後状態算定工程と、
前記第１の水素貯蔵率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（ｘ_ｔ）と、前記反応後状態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（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）とを出力する出力工程とを備える、
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】

【文献】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】

ここで、水素貯蔵装置には、水素吸蔵合金が粉砕された状態で充填されているため、その粉砕された合金粒子同士に間隙が生じている。また、水素吸蔵合金の金属部分には、複数の細孔が形成されている。そのため、水素貯蔵装置の内部では、全ての水素が水素吸蔵合金に吸蔵された状態で存在するのではなく、一部の水素は、そのような間隙や細孔からなる空間部分にガスとして存在する。

【0006】

しかし、特許文献１に開示された水素吸蔵量の測定方法では、空間部分にガスとして存在する水素の影響が考慮されていないため、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。

【0007】

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、水素吸蔵合金の空間部分に水素がガスとして存在することに起因する誤差を低減し、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】

【0008】

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の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（ｘ_０）、タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及びタンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ_０）、前記タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及び前記タンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）に基づいて、前記初期時刻における前記水素貯蔵タンクのタンク水素量（Ａ_Ｂ，ｔ０）、前記水素吸蔵合金の金属部分に存在する金属部の水素量（Ａ_Ｍ，ｔ０）及び前記水素吸蔵合金の空間部分に存在する空間部の水素量（Ａ_Ｇ，ｔ０）を含む初期内部状態量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量（Ｆ_ｉ，ｔ）、水素流出量（Ｆ_ｏ，ｔ）、水素流入温度（Ｔ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）及び水素流入圧力（Ｐ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）を含む水素流入流出計画と、前記運転時刻毎の熱媒熱量（Ｑ_ｃ，ｔ）及び外気温（Ｔ_ｏ，ｔ）を含むエネルギー計画とを取得する運転計画取得部と、
前記初期時刻における水素貯蔵率（ｘ_０）を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、水素貯蔵率（ｘ_ｔ）を前記運転時刻毎に算定する第１の水素貯蔵率算定部と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、前記金属部に存在する水素と前記空間部に存在する水素との気固反応が行われる気固反応前の前記空間部の状態量として、温度（Ｔ_Ｇ２，ｔ）、圧力（Ｐ_Ｇ２，ｔ）及び水素量（Ａ_Ｇ２，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応前状態算定部と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画と、前記エネルギー計画と、前記気固反応前の前記空間部の状態量と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応が行われた気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応後状態算定部と、
前記第１の水素貯蔵率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（ｘ_ｔ）と、前記反応後状態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（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）とを出力する出力部とを備える、ことを特徴とする。

【0009】

上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記反応後状態算定部は、
前記エネルギー計画と、前記気固反応前の前記空間部の状態量とに基づいて、前記金属部に存在する水素と前記空間部に存在する水素とが温度平衡状態となるときの前記水素貯蔵タンクの内部状態量として、タンク温度（Ｔ_１，ｔ）及びタンク圧力（Ｐ_１，ｔ）を算定する平衡状態算定部と、
前記気固反応前の前記空間部の状態量と、前記温度平衡状態となるときの前記水素貯蔵タンクの内部状態量とに基づいて、前記温度平衡状態となるときの気固反応量（Ｕ_Ｒ，ｔ）を算定する気固反応量算定部と、
前記気固反応量（Ｕ_Ｒ，ｔ）による前記気固反応が行われた前記気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）を算定する反応後温度算定部と、
前記気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）と、前記水素貯蔵率（ｘ_ｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応後のタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する反応後圧力算定部とを備える、ことを特徴とする。

【0010】

上記水素貯蔵状態推定装置において、
前記初期状態取得部は、
前記初期時刻における前記タンク温度（Ｔ_０）及び前記タンク圧力（Ｐ_０）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（ｙ_０）をさらに取得し、
前記初期時刻における前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_０）を基準として、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（ｘ_ｔ－１）及び前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ－１）の間の比率に基づいて、前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ）を前記運転時刻毎に算定する第２の水素貯蔵率算定部をさらに備え、
前記反応後圧力算定部は、
前記水素貯蔵率（ｘ_ｔ）に代えて前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ）を用いることにより、前記気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）と、前記見かけの水素貯蔵率（ｙ_ｔ）と、前記ＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応後のタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する、ことを特徴とする。

【0011】

上記水素貯蔵状態推定装置は、
前記水素貯蔵タンクに流入される熱媒体の制御量として、熱媒流量（Ｆ_ｃ，ｔ）及び熱媒流入温度（Ｔ_{ｃ，ｉ，ｔ}）を最適化する熱媒最適化部をさらに備える、ことを特徴とする。

【0012】

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。

【0013】

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の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（ｘ_０）、タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及びタンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）を取得するとともに、前記初期時刻における前記水素貯蔵率（ｘ_０）、前記タンク温度（Ｔ_Ｂ，０）及び前記タンク圧力（Ｐ_Ｂ，０）に基づいて、前記初期時刻における前記水素貯蔵タンクのタンク水素量（Ａ_Ｂ，ｔ０）、前記水素吸蔵合金の金属部分に存在する金属部の水素量（Ａ_Ｍ，ｔ０）及び前記水素吸蔵合金の空間部分に存在する空間部の水素量（Ａ_Ｇ，ｔ０）を含む初期内部状態量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量（Ｆ_ｉ，ｔ）、水素流出量（Ｆ_ｏ，ｔ）、水素流入温度（Ｔ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）及び水素流入圧力（Ｐ_{Ｈ，ｉ，ｔ}）を含む水素流入流出計画と、前記運転時刻毎の熱媒熱量（Ｑ_ｃ，ｔ）及び外気温（Ｔ_ｏ，ｔ）を含むエネルギー計画とを取得する運転計画取得工程と、
前記初期時刻における水素貯蔵率（ｘ_０）を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、水素貯蔵率（ｘ_ｔ）を前記運転時刻毎に算定する第１の水素貯蔵率算定工程と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画に基づいて、前記金属部に存在する水素と前記空間部に存在する水素との気固反応が行われる気固反応前の前記空間部の状態量として、温度（Ｔ_Ｇ２，ｔ）、圧力（Ｐ_Ｇ２，ｔ）及び水素量（Ａ_Ｇ２，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応前状態算定工程と、
前記水素貯蔵状態の前記初期値を基準として、前記水素流入流出計画と、前記エネルギー計画と、前記気固反応前の前記空間部の状態量と、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、前記気固反応が行われた気固反応後の前記タンク温度（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を前記運転時刻毎に算定する反応後状態算定工程と、
前記第１の水素貯蔵率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（ｘ_ｔ）と、前記反応後状態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（Ｔ_３，ｔ）及び前記タンク圧力（Ｐ_３，ｔ）とを出力する出力工程とを備える、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一実施形態に係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よれば、反応前状態算定部が、水素流入流出計画に基づいて、金属部に存在する水素と空間部に存在する水素との気固反応が行われる気固反応前の空間部の状態量を算定し、反応後状態算定部が、水素流入流出計画と、エネルギー計画と、気固反応前の空間部の状態量と、水素吸蔵合金のＰＣＴ線図とに基づいて、金属部に存在する水素と空間部に存在する水素との気固反応が行われた気固反応後のタンク温度及びタンク圧力を算定する。

【0015】

そのため、反応前状態算定部が、水素吸蔵合金の空間部分にガスとして存在する水素を、気固反応前の空間部の状態量として算定し、反応後状態算定部が、気固反応前の空間部の状態量を考慮して、気固反応後のタンク温度及びタンク圧力を算定する。したがって、水素吸蔵合金の空間部分に水素がガスとして存在することに起因する誤差を低減し、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】

【0016】

【図1】本発明の第１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】本発明の第１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】（ａ）は、本発明の第１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。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る水素貯蔵タンク２の内部状態量を示す説明図である。

【図4】本発明の第１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ｙ_ｔを説明する図であり、（ａ）は水素貯蔵率ｘ_ｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク温度Ｔ_ｔ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ｘ_ｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク圧力Ｐ_ｔ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ｘ_ｔ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】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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６の続き）である。

【図8】本発明の第１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ｘ_ｔ（算定値）、見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔ及びＰＣＴ線図データ１１０（近似式）の推移を示す図である。

【図9】本発明の第２の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による熱媒最適化処理を示すフローチャートである。

【図10】本発明の第２の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による熱媒最適化処理を示すフローチャート（図９の続き）である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

（水素貯蔵状態推定装置１の構成）
図２は、本発明の第１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。

【0025】

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［ａｔｍ_ａ］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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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の水素貯蔵率算定部１２２、第２の水素貯蔵率算定部１２３、反応前状態算定部１２４、反応後状態算定部１２５、及び、出力部１２６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。

【0029】

また、反応後状態算定部１２５は、平衡状態算定部１２５ａ、気固反応量算定部１２５ｂ、反応後温度算定部１２５ｃ、及び、反応後圧力算定部１２５ｄを備える。

【0030】

具体的には、制御部１２は、所定の運転期間が、初期時刻ｔ_０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＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…，ｔ_Ｍａｘ）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ｔ_０における水素貯蔵率ｘ_０［％］、タンク温度Ｔ_Ｂ，０［Ｋ］及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０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＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…，ｔ_Ｍａｘ）毎の水素貯蔵率ｘ_ｔ、タンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔ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（ａ）は、本発明の第１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（ａ）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】

【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Ｚ_Ｌｏｗ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Ｚ_Ｈｉｇｈ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】

【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＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…，ｔ_Ｍａｘ）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＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…，ｔ_Ｍａｘ）毎の水素流入量Ｆ_ｉ，ｔ［Ｎｍ^３／ｓ］、水素流出量Ｆ_ｏ，ｔ［Ｎｍ^３／ｓ］、水素流入温度Ｔ_{Ｈ，ｉ，ｔ}［Ｋ］、水素流入圧力Ｐ_{Ｈ，ｉ，ｔ}［ａｔｍ_ａ］を含む水素流入流出計画と、熱媒熱量Ｑ_ｃ，ｔ［ｋＪ／ｓ］及び外気温Ｔ_Ｏ，ｔ［Ｋ］を含むエネルギー計画とが記憶されている。

【0038】

熱媒熱量Ｑ_ｃ，ｔ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。

【0039】

（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。

【0040】

まず、制御部１２が水素貯蔵状態の推定処理を行う際の水素貯蔵タンク２の内部状態量について説明する。

【0041】

図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る水素貯蔵タンク２の内部状態量を示すパ説明図である。水素貯蔵タンク２に充填された水素吸蔵合金２０は、金属部分２１と、金属部分２１に存在する空隙や細孔からなる空間部分２２とを有する。そのため、水素貯蔵タンク２の内部には、金属部分２１に吸蔵された状態で存在する水素（金属部の水素）と、空間部分２２にガスとして存在する水素（空間部の水素）とが含まれる。したがって、所定時刻ｔにおける水素貯蔵タンク２の内部状態量を示すパラメータとして、水素貯蔵タンク２全体でのタンク水素量Ａ_Ｂ，ｔ［ｋｇ］、タンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ［Ｋ］、タンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔ［ａｔｍ_ａ］、金属部の水素量Ａ_Ｍ，ｔ［ｋｇ］、金属部の体積Ｖ_Ｍ，ｔ［ｍ^３］、空間部の水素量Ａ_Ｇ，ｔ［ｋｇ］、空間部の体積Ｖ_Ｇ，ｔ［ｍ^３］を導入する。

【0042】

また、所定の時刻ｔにおける水素貯蔵タンク２と外部との間で、空間部分２２を介して、水素流入流出量Ｕ_Ｈ，ｔ［ｋｇ／ｓ］と、熱媒熱量Ｑ_ｃ，ｔとが入出力されるとともに、水素が水素吸蔵合金に対して吸蔵又は放出されるときには、金属部分２１と空間部分２２との間で、気固反応量Ｕ_Ｒ，ｔ［ｋｇ］、気固反応熱Ｑ_Ｒ，ｔ［ｋｊ］とが入出力されるものとする。

【0043】

このとき、空間部のガス密度ρ_ｔ［ｋｇ／ｍ^３］は、下記（３）式を用いて表され、空間部の水素量Ａ_Ｇ，ｔは、下記（４）式を用いて表され、水素貯蔵タンク２全体でのタンク水素量Ａ_Ｂ，ｔは、下記（５）式を用いて表される。

【数3】

【数4】

【数5】

【0044】

次に、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ｙ_ｔ［％］と、その見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔを導入する理由について説明する。

【0045】

図４は、本発明の第１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ｙ_ｔを説明する図であり、（ａ）は水素貯蔵率ｘ_ｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク温度Ｔ_ｔ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ｘ_ｔ及びＰＣＴ線図データ１１０から推定したタンク圧力Ｐ_ｔ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ｘ_ｔ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。

【0046】

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。

【0047】

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ｘ_ｔは、運転計画データ１１１に含まれる水素流入量（Ｆ_ｉ，ｔ）及び水素流出量（Ｆ_ｏ，ｔ）から算定される。具体的には、水素流入流出量Ｕ_Ｈ，ｔ［ＫＧ／ｓ］が、下記（６）式を用いて、水素流入量（Ｆ_ｉ，ｔ）及び水素流出量（Ｆ_ｏ，ｔ）により表される。そして、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘ_ｔの変化量Δｘ_ｔが、下記（７）式を用いて、水素流入流出量Ｕ_Ｈ，ｔ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ｘ_ｔが、下記（８）式を用いて、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘ_ｔの変化量Δｘ_ｔ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ｘ_ｔは、図４（ｃ）の算定値として表される。

【数6】

【数7】

ただし、ａは定数である。

【数8】

【0048】

また、水素貯蔵タンク２全体でのタンク水素量Ａ_Ｂ，ｔは、下記（９）式を用いて表される。

【数9】

【0049】

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Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔ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。

【0050】

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（８）式により算定された運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘ_ｔ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Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔを推定した場合、その推定したタンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔ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。

【0051】

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ｘ_ｔの算定値との間でずれが発生する。

【0052】

したがって、運転時刻ｔ毎のタンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔ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ｘ_ｔ（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ｙ_ｔ」という。）を見かけの真値として導入する必要がある。

【0053】

そして、水素貯蔵状態の推定処理は、初期時刻ｔ_０における水素貯蔵率ｘ_０、タンク温度Ｔ_０及びタンク圧力Ｐ_０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ｘ_ｔとの関係に基づいて、見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔを算定する必要がある。

【0054】

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。

【0055】

図５、図６及び図７は、本発明の第１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８は、本発明の第１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ｘ_ｔ（算定値）、見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔ及びＰＣＴ線図データ１１０（近似式）の推移を示す図である。

【0056】

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ｔ_０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。

【0057】

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ｔ_０における水素貯蔵率ｘ_０、タンク温度Ｔ_Ｂ，０及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０を取得する（ステップＳ２０）。ここでの初期時刻ｔ_０は、現在時刻であり、タンク温度Ｔ_Ｂ，０及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０は、初期時刻ｔ_０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。

【0058】

続けて、初期状態取得部１２０は、初期時刻ｔ_０におけるタンク温度Ｔ_Ｂ，０及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０と、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、初期時刻ｔ_０における見かけの水素貯蔵率ｙ_０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Ｔ_Ｂ，０及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０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ｙ_０に換算する。見かけの水素貯蔵率ｙ_０は、図８に示すように、プロットされる。

【0059】

次に、初期状態取得部１２０は、初期時刻ｔ_０における水素貯蔵率ｘ_０、タンク温度Ｔ_Ｂ，０及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０に基づいて、上記（３）～（５）式を用いることにより、初期時刻ｔ_０における水素貯蔵タンク２全体でのタンク水素量Ａ_Ｂ，ｔ０と、水素吸蔵合金２０の金属部分２１に存在する金属部の水素量Ａ_Ｍ，ｔ０と、水素吸蔵合金２０の空間部分２２に存在する空間部の水素量Ａ_Ｇ，ｔ０とを含む初期内部状態量を取得する（ステップＳ２２）。

【0060】

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毎の水素流入量Ｆ_ｉ，ｔ、水素流出量Ｆ_ｏ，ｔ、水素流入温度Ｔ_{Ｈ，ｉ，ｔ}及び水素流入圧力Ｐ_{Ｈ，ｉ，ｔ}を含む水素流入流出計画と、熱媒熱量Ｑ_ｃ，ｔ及び外気温Ｔ_Ｏ，ｔを含むエネルギー計画とを取得する。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。

【0061】

次に、制御部１２は、運転時刻ｔ（ｔ＝１，２，３，…，ｔ_Ｍａｘ）を変数とするループ処理Ａ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ｔ_Ｍａｘになるまでの間、後述するステップＳ５～Ｓ９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ｘ_ｔ、タンク温度Ｔ_ｔ及びタンク圧力Ｐ_ｔを算定する。

【0062】

まず、第１の水素貯蔵率算定工程（ステップＳ５）において、第１の水素貯蔵率算定部１２２は、上記（６）、（７）式を用いて、運転時刻ｔ毎の水素流入量Ｆ_ｉ，ｔ、水素流出量Ｆ_ｏ，ｔに基づいて、運転時刻ｔにおける水素貯蔵率の変化量Δｘ_ｔを算定する（ステップＳ５０）。

【0063】

続けて、第１の水素貯蔵率算定部１２２は、上記（８）式を用いて、初期時刻ｔ_０における水素貯蔵率ｘ_０
を基準として、水素貯蔵率ｘ_０に対して運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率の変化量Δｘ_ｔを累積することにより、運転時刻ｔにおける水素貯蔵率ｘ_ｔ（図８では破線で示す）を算定する（ステップＳ５１）。

【0064】

次に、第２の水素貯蔵率算定工程（ステップＳ６）において、第２の水素貯蔵率算定部１２３は、下記（１０）～（１２）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ｘ_ｔ－１及び見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔ－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Δｘ_ｔ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Δｙ_ｔを算定する。

【数10】

【数11】

ただし、ｂは定数（例えば、ｂ＝２）である。

【数12】

ただし、ｂは定数（例えば、ｂ＝２）である。

【0065】

具体的には、まず、第２の水素貯蔵率算定部１２３は、運転時刻ｔにおける水素流入流出量Ｕ_Ｈ，ｔ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）。

【0066】

そして、第２の水素貯蔵率算定部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（１１）式を関数ｆとして、上記（１０）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ｙ_ｔ－１に対する水素貯蔵率ｘ_ｔ－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Δｘ_ｔに乗算することにより、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙ_ｔを算定する（ステップＳ６１）。

【0067】

一方、第２の水素貯蔵率算定部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（１２）式を関数ｆとして、上記（１０）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ｘ_ｔ－１に対する見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔ－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Δｘ_ｔに乗算することにより、見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙ_ｔを算定する（ステップＳ６２）。

【0068】

次に、第２の水素貯蔵率算定部１２３は、運転時刻ｔにおける水素流入流出量Ｕ_Ｈ，ｔの符号が、直前時刻ｔ－１における水素流入流出量Ｕ_Ｈ，ｔ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）。

【0069】

そして、第２の水素貯蔵率算定部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ｔ_０におけるタンク温度Ｔ_Ｂ，０及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，０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ｔ_０における見かけの水素貯蔵率ｙ_０を更新する（ステップＳ６４）。

【0070】

一方、第２の水素貯蔵率算定部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ｔ_０におけるタンク温度Ｔ_０及びタンク圧力Ｐ_０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ｔ_０における見かけの水素貯蔵率ｙ_０を更新する（ステップＳ６５）。ここでは、第２の水素貯蔵率算定部１２３は、運転時刻ｔ_ｋ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ｔ_０における見かけの水素貯蔵率ｙ_０を更新し、更新された見かけの水素貯蔵率ｙ_０は、図８に示すように、プロットされる。

【0071】

次に、第２の水素貯蔵率算定部１２３は、下記（１３）式を用いて、初期時刻ｔ_０における見かけの水素貯蔵率ｙ_０を基準として、見かけの水素貯蔵率ｙ_０に対して運転時刻ｔ毎の見かけの水素貯蔵率の変化量Δｙ_ｔ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ｙ_ｔ（図８では実線で示す）を算定する（ステップＳ６６）。

【数13】

【0072】

次に、反応前状態算定工程（ステップＳ７）において、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵状態の初期値を基準として、水素流入流出計画に基づいて、運転時刻ｔにおける気固反応前の空間部の状態量（温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔ及び水素量Ａ_Ｇ２，ｔ）を算定する。

【0073】

まず、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵タンク２に対して水素が流入流出する直前の空間部のガス密度ρを、運転時刻ｔよりも１単位時間前の直前時刻ｔ－１におけるガス密度ρ_ｔ－１として上記（３）式を用いて求めることにより、水素が流入流出する直前の空間部の水素量Ａ_Ｇ１，ｔを、下記（１４）式を算定する（ステップＳ７０）。

【数14】

ただし、ρ_０は、初期時刻ｔ_０におけるタンク温度Ｔ_０及びタンク圧力Ｐ_０を上記（３）式に代入することにより算定されたガス密度である。

【0074】

次に、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵タンク２に対して水素が流入流出した直後の空間部の温度Ｔ_Ｇ１，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ１，ｔを算定する（ステップＳ７１）。具体的には、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵タンク２に対して水素が流入流出するときの水素流入流出温度Ｔ_Ｈ，ｔを下記（１５）式、水素流入流出圧力Ｐ_Ｈ，ｔ,を下記（１６）式により表すものとし、水素貯蔵タンク２に対して水素が流入流出した直後の空間部の温度Ｔ_Ｇ１，ｔを下記（１７）式により算定する。

【数15】

【数16】

【数17】

ただし、空間部の定圧比熱をＣ_Ｇ０［ｋＪ／ｋｇＫ］、流入流出水素の定圧比熱をＣ_Ｈ［ｋＪ／ｋｇＫ］とする。また、Δｔは、１単位時間［ｓ］とする。

【0075】

そして、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵タンク２の空間部に流入流出した水素が等温変化したものとして、水素が流入流出した直後の空間部の体積Ｖ_Ｇ１，ｔを下記（１８）式、空間部の圧力Ｐ_Ｇ１，ｔを下記（１９）式により算定する。

【数18】

【数19】

【0076】

次に、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵タンク２の空間部に流入流出した水素が断熱変化したものとして、空間部の温度Ｔ_Ｇ２，ｔを下記（２０）式、空間部の圧力Ｐ_Ｇ２，ｔを下記（２１）式により算定する（ステップＳ７２）。

【数20】

【数21】

ただし、温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔにおいて水素の流入量を正、流出量を負とした水素の流入流出量をＦ_Ｈ，ｔ［ｍ^３／ｓ］、空間部の比熱比をγとする。

【0077】

次に、反応前状態算定部１２４は、熱力学的状態方程式より、空間部のエネルギーＱ_Ｇ，ｔ［ｋｊ］を下記（２２）式により算定する（ステップＳ７３）。

【数22】

ただし、このときの空間部の定圧比熱をＣ_Ｇ１［ｋｇ／ｋｇＫ］とする。

【0078】

そして、反応前状態算定部１２４は、水素貯蔵タンク２に対して水素が流入流出した直後の空間部の水素量Ａ_Ｇ２，ｔを下記（２３）式により算定する（ステップＳ７４）。

【数23】

【0079】

次に、反応後状態算定工程（ステップＳ８）において、反応後状態算定部１２５は、水素貯蔵状態の初期値を基準として、水素流入流出計画と、エネルギー計画と、気固反応前の空間部の状態量（温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔ及び水素量Ａ_Ｇ２，ｔ）と、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、運転時刻ｔにおける気固反応後のタンク温度（Ｔ_３，ｔ）及びタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する。

【0080】

まず、平衡状態算定部１２５ａは、エネルギー計画（熱媒熱量Ｑ_ｃ，ｔ、外気温Ｔ_ｏ，ｔ）と、気固反応前の空間部の状態量（温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔ及び水素量Ａ_Ｇ２，ｔ）とに基づいて、金属部に存在する水素と空間部に存在する水素とが温度平衡状態となるときの水素貯蔵タンク２の内部状態量（タンク温度Ｔ_１，ｔ、タンク圧力Ｐ_１，ｔ）を算定する（ステップＳ８０）。

【0081】

具体的には、平衡状態算定部１２５ａは、外気温Ｔ_Ｏ，ｔによる外気熱量Ｑ_ｏ，ｔを下記（２４）式により算定し、熱媒熱量Ｑ_ｃ，ｔと、外気温Ｔ_Ｏ，ｔによる外気熱量Ｑ_ｏ，ｔとを考慮することにより、金属部に存在する水素と空間部に存在する水素とが温度平衡状態となるときのタンク温度Ｔ_１，ｔを下記（２５）式により算定する。

【数24】

ただし、水素貯蔵タンク２の表面積をＤ_Ｂ［ｍ２］、熱伝達率をｈ［ｋＷ／ｍ２Ｋ］、水素貯蔵タンク２全体の熱容量をＣ_Ｂ［ｋＪ／Ｋ］とする。

【数25】

ただし、このときの金属部の定圧比熱をＣ_Ｍ１［ｋＪ／ｋｇＫ］、空間部の定圧比熱をＣ_Ｇ２［ｋＪ／ｋｇＫ］とする。

【0082】

次に、平衡状態算定部１２５ａは、温度平衡状態となるときのタンク圧力Ｐ_１，ｔを下記（２６）式により算定する。

【数26】

ただし、このときの金属部の定圧比熱をＣ_Ｍ２［ｋＪ／ｋｇＫ］、空間部の定圧比熱をＣ_Ｇ３［ｋＪ／ｋｇＫ］、金属部の体積をＶ_Ｍ，ｔ［ｍ^３］、金属部の体膨張率をβ_Ｍ［Ｋ^－１］とする。

【0083】

次に、気固反応量算定部１２５ｂは、気固反応前の空間部の状態量（温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔ及び水素量Ａ_Ｇ２，ｔ）と、温度平衡状態となるときの水素貯蔵タンク２の内部状態量（タンク温度Ｔ_１，ｔ及びタンク圧力Ｐ_１，ｔ）とに基づいて、温度平衡状態となるときの気固反応量（Ｕ_{Ｒ，ｔ，ｊ}）を算定する。

【0084】

具体的には、気固反応量算定部１２５ｂは、運転時刻ｔにおける気固反応が段階的に進行するものとして扱うため、運転時刻ｔにおける気固反応量Ｕ_Ｒ，ｔを、反応段階ｊ毎の気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｔ，ｊ}を用いて、下記（２７）式で表すとき、反応段階ｊ毎の気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｔ，ｊ}を下記（２８）式により算定する。

【数27】

【数28】

【0085】

そして、気固反応量算定部１２５ｂは、初期の反応段階（ｊ＝０）における気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｔ，０}を下記（２９）式により算定する（ステップＳ８１）。

【数29】

ただし、ρ_１は、温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔを上記（３）式に代入することにより算定されたガス密度とである。

【0086】

次に、反応後温度算定部１２５ｃ及び反応後圧力算定部１２５ｄは、気固反応量Ｕ_Ｒ，ｔによる気固反応が行われた気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔ及びタンク圧力Ｐ_３，ｔをそれぞれ算定する（ステップＳ８２）。

【0087】

具体的には、反応後状態算定部１２５は、反応段階ｊ（ｊ＝０，１，２，…）を変数とするループ処理Ｂを行う（ステップＳ８２Ａ）。すなわち、反応後状態算定部１２５は、反応段階ｊを段階的に進めながら所定の条件（詳細は後述する）を満たすまでの間、後述するステップＳ８２１～Ｓ８２７の処理を繰り返し行うことにより、反応後温度算定部１２５ｃ及び反応後圧力算定部１２５ｄにより、運転時刻ｔにおける気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔ及びタンク圧力Ｐ_３，ｔをそれぞれ算定する。

【0088】

まず、反応後温度算定部１２５ｃは、金属部の水素量Ａ_{Ｍ，ｊ＋１}を下記（３０）式により算定するとともに、空間部の水素量Ａ_{Ｇ，ｊ＋１}を下記（３１）式により算定する（ステップＳ８２０）。

【数30】

【数31】

【0089】

次に、反応後温度算定部１２５ｃは、水素の吸蔵放出による水素吸蔵合金２０の膨張（体積変化）を考慮し、金属部の体積Ｖ_{Ｍ，ｊ＋１}を下記（３２）式により算定するとともに、空間部の体積Ｖ_{Ｇ，ｊ＋１}を下記（３３）式により算定する（ステップＳ８２１）。

【数32】

【数33】

【0090】

次に、反応後温度算定部１２５ｃは、このときの空間部のガス密度ρｊ［ｋｇ／ｍ３］を上記（３）により算定し、水素の吸蔵放出により水素貯蔵タンク２の空間部に存在する水素が断熱変化するものとして、空間部の温度Ｔ_Ｇ３，ｔを下記（３４）式により算定するとともに、空間部の圧力Ｐ_Ｇ３，ｔを下記（３５）式により算定する（ステップＳ８２２）。

【数34】

ただし、ρ_ｊは、温度Ｔ_１，ｔ、圧力Ｐ_１，ｔを上記（３）式に代入することにより算定されたガス密度である。

【数35】

ただし、ρ_ｊは、温度Ｔ_１，ｔ、圧力Ｐ_１，ｔを上記（３）式に代入することにより算定されたガス密度である。

【0091】

次に、反応後温度算定部１２５ｃは、金属部と空間部とが温度平衡状態となったときの気固反応後のタンク温度Ｔ_２，ｔを下記（３６）式により算定するとともに、上記（３４）、（３５）式でのエネルギー変化分をＱ_Ｇ２，ｊとしたとき、気固反応後の圧力Ｐ_２，ｔを下記（３７）式により算定する（ステップＳ８２３）。

【数36】

ただし、このときの金属部の定圧比熱をＣ_Ｍ３［ｋＪ／ｋｇＫ］、空間部の定圧比熱をＣ_Ｇ４［ｋＪ／ｋｇＫ］とする。

【数37】

【0092】

次に、反応後温度算定部１２５ｃは、気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｔ，ｊ}から気固反応による気固反応熱Ｑ_Ｒ，ｊを下記（３８）式により算定し、気固反応熱Ｑ_Ｒ，ｊを考慮することにより、気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔを下記（３９）式により算定する（ステップＳ８２４）。

【数38】

【数39】

ただし、このときの金属部の定圧比熱をＣ_Ｍ４［ｋＪ／ｋｇＫ］、空間部の定圧比熱をＣ_Ｇ５［ｋＪ／ｋｇＫ］とする。

【0093】

次に、反応後圧力算定部１２５ｄは、気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔと、みかけの水素貯蔵率ｙ_ｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを算定する（ステップＳ８２５）。

【0094】

次に、反応後状態算定部１２５は、反応後温度算定部１２５ｃにより算定された気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔ、反応後圧力算定部１２５ｄにより算定された気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを上記（３）式に代入することにより、タンク温度Ｔ_３，ｔ、タンク圧力Ｐ_３，ｔにおける密度ρ_ｊ＋１を算定するとともに、上記（２８）式に、水素貯蔵タンク２全体でのタンク水素量Ａ_Ｂ，ｔ、金属部の水素量Ａ_{Ｍ，ｊ＋１}、空間部の体積Ｖ_{Ｇ，ｊ＋１}、密度ρ_ｊ＋１を代入することにより、気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｊ＋１}を算定する（ステップＳ８２６）。

【0095】

そして、反応後状態算定部１２５は、ループ処理Ｂの終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ８２Ｂ）。具体的には、反応後状態算定部１２５は、気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｊ＋１}の絶対値が所定値Ｕ_ｅｎｄ以下でない場合には、ループ処理Ｂの終了条件を満たさないと判定し（ステップＳ８２Ｂ：Ｎｏ）、次の反応段階ｊ＋１に進むために、反応段階ｊ＝ｊ＋１、ガス密度ρ_ｊ＝ρ_ｊ＋１、温度Ｔ_１，ｔ＝Ｔ_３，ｔ、圧力Ｐ_１，ｔ＝Ｐ_３，ｔとし（ステップ８２７）、上記ステップＳ８２０に戻る。

【0096】

一方、反応後状態算定部１２５は、気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｊ＋１}の絶対値が所定値Ｕ_ｅｎｄ以下である場合には、ループ処理Ｂの終了条件を満たすと判定し（ステップＳ８２Ｂ：Ｙｅｓ）、気固反応が行われたことによる水素貯蔵状態の変化が反映されたものとして、ループ処理Ｂを終了する。

【0097】

そして、ループ処理Ｂが終了した場合、出力工程（ステップＳ９）にて、出力部１２６は、気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔを運転時刻ｔのタンク温度Ｔ_Ｂ，ｔとし（Ｔ_Ｂ，ｔ＝Ｔ_３，ｔ）、気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを運転時刻ｔのタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔとする（Ｐ_Ｂ，ｔ＝Ｐ_３，ｔ）。そして、出力部１２６は、上記ステップＳ５で第１の水素貯蔵率算定部１２２により算定された運転時刻ｔにおける水素貯蔵率ｘ_ｔと、上記ステップＳ８で反応後状態算定部１２５により算定された運転時刻ｔにおけるタンク温度Ｔ_ｔ及びタンク圧力Ｐ_ｔとを、運転時刻ｔの水素貯蔵状態の推定処理結果として出力する。なお、出力部１２６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。

【0098】

次に、制御部１２は、ループ処理Ａの終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ４Ｂ）。具体的には、制御部１２は、運転時刻ｔがｔ_Ｍａｘ以下でない場合には、ループ処理Ａの終了条件を満たさないと判定し（ステップＳ４Ｂ：Ｎｏ）、次の運転時刻ｔ＋１に進むために、運転時刻ｔ＝ｔ＋１とし（ステップＳ４０）、上記ステップＳ５に戻る。

【0099】

一方、制御部１２は、運転時刻ｔがｔ_Ｍａｘ以下である場合には、ループ処理Ａの終了条件を満たすと判定し（ステップＳ４Ｂ：Ｙｅｓ）、運転時刻ｔ毎の水素貯蔵率ｘ_ｔ、タンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔを出力したものとして、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。

【0100】

以上のように、第１の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１によれば、反応前状態算定部１２４が、水素流入流出計画に基づいて、金属部に存在する水素と空間部に存在する水素との気固反応が行われる気固反応前の空間部の状態量（温度Ｔ_Ｇ２，ｔ、圧力Ｐ_Ｇ２，ｔ及び水素量Ａ_Ｇ２，ｔ）を算定し、反応後状態算定部１２５が、水素流入流出計画と、エネルギー計画と、気固反応前の空間部の状態量と、水素吸蔵合金２０のＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、金属部に存在する水素と空間部に存在する水素との気固反応が行われた気固反応後のタンク温度（Ｔ_３，ｔ）及びタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する。

【0101】

そのため、反応前状態算定部１２４が、水素吸蔵合金２０の空間部分２２にガスとして存在する水素を、気固反応前の空間部の状態量として算定し、反応後状態算定部１２５が、気固反応前の空間部の状態量を考慮して、タンク温度（Ｔ_３，ｔ）及びタンク圧力（Ｐ_３，ｔ）を算定する。したがって、水素吸蔵合金２０の空間部分２２に水素がガスとして存在することに起因する誤差を低減し、水素貯蔵状態を適切に推定することができる。

【0102】

また、第２の水素貯蔵率算定部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ｘ_ｔ－１及び見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔ－１の間の比率に基づいて、見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔを運転時刻ｔ毎に算定し、反応後圧力算定部１２５ｄが、気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔと、見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを算定する。

【0103】

そのため、タンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔの推定値が、水素貯蔵率ｘ_ｔ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Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔの推定値が、見かけの水素貯蔵率ｙ_ｔ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。

【0104】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１の制御部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、水素貯蔵タンク２に流入される熱媒体の制御量（熱媒流量Ｆ_ｃ，ｔ及び熱媒流入温度Ｔ_{ｃ，ｉ，ｔ}）を最適化する熱媒最適化処理を行う熱媒最適化部としてさらに機能する。したがって、第２の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１は、第１の実施形態と比較して、熱媒最適化部をさらに備える点で相違する。なお、その他の構成及び動作は、第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。

【0105】

熱媒最適化部は、水素貯蔵タンク２の運転条件として、運転時刻ｔにおけるタンク温度Ｔ_３，ｔ及びタンク圧力Ｐ_３，ｔが、温度上限値Ｔ_Ｈｉｇｈ及び温度下限値Ｔ_Ｌｏｗからなる温度運転範囲と、圧力上限値Ｐ_Ｈｉｇｈ及び圧力下限値Ｐ_Ｌｏｗからなる圧力運転範囲から外れる場合に、運転時刻ｔにおけるタンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔが運転範囲に入るように、水素貯蔵タンク２に流入される熱媒体の制御量を調整する。

【0106】

図９及び図１０は、本発明の第２の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１による熱媒最適化処理を示すフローチャートである。なお、図９は、図７に示すステップＳ８２５とステップＳ８２Ｂの間で行われる処理を示し、図１０は、図７に示すステップＳ８２ＢとステップＳ４Ｂの間で行われる処理を示すフローチャートである。

【0107】

まず、熱媒最適化部は、図９に示すように、上記ステップＳ８２５に後続する処理として、ステップＳ８２５で算定された気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔが、圧力運転範囲内か否かを判定し（ステップＳ８３０）、圧力範囲内から外れると判定した場合には（ステップＳ８３０：Ｎｏ）、タンク圧力Ｐ_３，ｔに、圧力運転範囲から外れた側の圧力上限値Ｐ_Ｈｉｇｈ又は圧力下限値Ｐ_Ｌｏｗを代入する（ステップＳ８３１）。そして、熱媒最適化部は、その圧力変化に伴う熱量Ｑ_{Ｐ，ｊ＋１}を下記（４０）式により算定するとともに（ステップＳ８３２）、タンク温度Ｔ_３，ｔ及びタンク圧力Ｐ_３，ｔに対するみかけの水素貯蔵率Ｙ_{Ｐ，ｊ＋１}を算定する（ステップＳ８３３）。

【数40】

【0108】

次に、熱媒最適化部は、タンク圧力Ｐ_３，ｔと、みかけの水素貯蔵率ｙ_ｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、タンク温度Ｔ_４，ｔを算定する（ステップＳ８３４）。タンク温度Ｔ_４，ｔ及びタンク圧力Ｐ_３，ｔに対するみかけの水素貯蔵率ｙ_{Ｔ，ｊ＋１}を算定する（ステップＳ８３５）。

【0109】

そして、熱媒最適化部は、タンク温度Ｔ_４，ｔが、温度運転範囲内か否かを判定し（ステップＳ８３６）、温度運転範囲から外れると判定した場合には（ステップＳ８３６：Ｎｏ）、タンク温度Ｔ_４，ｔに、温度運転範囲から外れた側の温度上限値Ｔ_Ｈｉｇｈ又は温度下限値Ｔ_Ｌｏｗを代入し（ステップＳ８３７）、その温度変化に伴う熱量Ｑ_{Ｔ，ｊ＋１}を下記（４１）式により算定する（ステップＳ８３８）。

【数41】

【0110】

次に、熱媒最適化部は、みかけの水素貯蔵率ｙ_{Ｐ，ｊ＋１}と、みかけの水素貯蔵率ｙ_{Ｔ，ｊ＋１}との差の絶対値が閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ８４０）、閾値以下でないと判定した場合には（ステップＳ８４０：Ｎｏ）、タンク温度Ｔ_３，ｔにタンク温度Ｔ_４，ｔを代入し（ステップＳ８４１）、上記ステップ８３０に戻る。

【0111】

一方、熱媒最適化部は、閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ８４０：Ｙｅｓ）、図７に示すステップＳ８２６と同様に、反応後状態算定部１２５は、タンク温度Ｔ_４，ｔ、タンク圧力Ｐ_３，ｔにおける密度ρ_ｊ＋１を上記（３）式により算定するとともに、気固反応量ΔＵ_{Ｒ，ｊ＋１}を上記（２８）式により算定する（ステップＳ８２６）。そして、熱媒最適化部は、反応段階ｊにおける必要熱量Ｑ_ｃ，ｊを下記（４２）式により算定し（ステップＳ８４２）、ステップＳ８２Ｂに移行する。

【数42】

【0112】

さらに、熱媒最適化部は、図１０に示すように、上記ステップＳ８２Ｂにてループ処理Ｂの終了条件を満たすと判定した場合（ステップＳ８２Ｂ：Ｙｅｓ）に後続する処理として、運転時刻ｔにおける必要熱量Ｑ_ｃ，ｊを下記（４３）式により算定する（ステップＳ８５０）。

【数43】

【0113】

水素吸蔵合金２０を、熱媒体が流れる配管に巻かれた発熱体又は吸熱体とみなしたとき、必要熱量は熱媒体が流れる配管の壁を通過する熱量に等しい。このことから、熱媒最適化部は、タンク温度Ｔ_４，ｔと、配管の物性値に基づいて、熱媒体の出口温度Ｔ_{ｃ，ｏ，ｔ}を下記（４４）式により算定する（ステップＳ８５１）。

【数44】

ただし、配管外径をＲ_０［ｍ］、配管内径をＲ_ｉ［ｍ］、配管の熱伝導率をλ［ｋＷ／ｍＫ］、配管長さをｌ［ｍ］、円周率をπとする。なお、配管が複数ある場合には、配管長さｌは、１本当たりの配管長さに本数を乗算したものである。

【0114】

次に、熱媒最適化部は、熱媒体の入出温度差がΔＴ_ｃ，ｈであるものとして、熱媒流量Ｆ_ｃ，ｔを下記（４５）式により算定する（ステップＳ８５２）。

【数45】

ただし、温度Ｔ_{ｃ，ｏ，ｔ}における熱媒体の比熱をＣ_{ｃ，ｏ，ｔ}［ｋＪ／ｋｇＫ］とする。

【0115】

次に、熱媒最適化部は、熱媒流量Ｆ_ｃ，ｔが、流量上限値Ｆ_{ｃ，Ｈｉｇｈ}及び流量下限値Ｆ_{ｃ，Ｌｏｗ}からなる流量運転範囲から外れるか否かを判定し、流量運転範囲から外れると判定した場合には（ステップＳ８５３：Ｎｏ）、熱媒流量Ｆ_ｃ，ｔに、流量運転範囲から外れた側の流量上限値Ｆ_{ｃ，Ｈｉｇｈ}又は流量下限値Ｆ_{ｃ，Ｌｏｗ}を代入する（ステップＳ８５４）。

【0116】

そして、熱媒最適化部は、熱媒体の入出温度差ΔＴ_ｃ，ｔを下記（４６）式により算定し（ステップＳ８５５）、熱媒流入温度Ｔ_{ｃ，ｉ，ｔ}を下記（４７）式により算定する（ステップＳ８５６）。

【数46】

【数47】

【0117】

そして、出力工程（ステップＳ９）にて、出力部１２６は、気固反応後のタンク温度Ｔ_４，ｔを運転時刻ｔのタンク温度Ｔ_Ｂ，ｔとし（Ｔ_Ｂ，ｔ＝Ｔ_４，ｔ）、気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを運転時刻ｔのタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔとする（Ｐ_Ｂ，ｔ＝Ｐ_３，ｔ）。そして、出力部１２６は、上記ステップＳ５で第１の水素貯蔵率算定部１２２により算定された運転時刻ｔにおける水素貯蔵率ｘ_ｔと、反応後状態算定部１２５により算定され運転時刻ｔにおけるタンク温度Ｔ_Ｂ，ｔ及びタンク圧力Ｐ_Ｂ，ｔと、熱媒最適化部により算定さｒせた熱媒流量Ｆ_ｃ，ｔ及び熱媒流入温度Ｔ_{ｃ，ｉ，ｔ}とを、運転時刻ｔの水素貯蔵状態の推定処理結果として出力する。

【0118】

以上のように、第２の実施形態に係る水素貯蔵状態推定装置１によれば、熱媒最適化部が、水素貯蔵タンク２に流入される熱媒体の制御量（熱媒流量Ｆ_ｃ，ｔ及び熱媒流入温度Ｔ_{ｃ，ｉ，ｔ}）を最適化するので、水素貯蔵タンク２の運転計画を適切に変更することができる。

【0119】

（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。

【0120】

なお、上記実施形態では、反応後圧力算定部１２５ｄが、図７に示すステップＳ８２５において、気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔと、みかけの水素貯蔵率ｙ_ｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを算定するものとして説明したが、みかけの水素貯蔵率ｙ_ｔに代えて水素貯蔵率ｘ_ｔを用いることにより、気固反応後のタンク温度Ｔ_３，ｔと、水素貯蔵率ｘ_ｔと、ＰＣＴ線図データ１１０とに基づいて、気固反応後のタンク圧力Ｐ_３，ｔを算定するようにしてもよい。その場合には、第２の水素貯蔵率算定部１２３及び第２の水素貯蔵率算定工程（ステップＳ６）を省略するようにしてもよい。

【0121】

また、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】

【0122】

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、２１…金属部分、２２…空間部分、
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の水素貯蔵率算定部、１２３…第２の水素貯蔵率算定部、
１２４…反応前状態算定部、１２５…反応後状態算定部、
１２５ａ…平衡状態算定部、１２５ｂ…気固反応量算定部、
１２５ｃ…反応後温度算定部、１２５ｄ…反応後圧力算定部、
１２６…出力部、１１００Ａ、１１００Ｂ…挙動

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】