WO2022091503A1 - 設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラム - Google Patents

設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラム Download PDF

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WO2022091503A1
WO2022091503A1 PCT/JP2021/027355 JP2021027355W WO2022091503A1 WO 2022091503 A1 WO2022091503 A1 WO 2022091503A1 JP 2021027355 W JP2021027355 W JP 2021027355W WO 2022091503 A1 WO2022091503 A1 WO 2022091503A1
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flow path
control unit
support system
design support
dimensional
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PCT/JP2021/027355
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貴志 塚本
務 高山
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みずほリサーチ＆テクノロジーズ株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/14—Pipes

Definitions

  • This disclosure relates to a design support system, a design support method, and a design support program for designing a flow path.
  • Patent Document 1 describes a technique for recognizing a floor plan in a handwritten drawing.
  • the server receives the shooting data of the survey sheet including a plurality of squares separated from each other by vertical lines and horizontal lines, and performs image recognition processing while moving the squares of the survey sheet to perform the survey sheet. Recognizes the closed rectangle in, and determines that the recognized rectangle is the floor plan.
  • the server reads the fitting information in the closed rectangle determined to be the floor plan, recognizes the floor plan type based on the floor plan information, and generates CAD information based on the floor plan.
  • 3D CAD is also used for designing the structure of the flow path.
  • a polymer electrolyte fuel cell has an anode flow path for hydrogen gas flow, a cathode flow path for air flow, and a membrane-electrode assembly (MEA: Membrane Electrode) in which hydrogen molecules and oxygen molecules undergo an electrochemical reaction. Assembly) and the like are provided.
  • MEA Membrane Electrode
  • Techniques for evaluating the performance of such structures by simulation are also being studied.
  • Patent Document 2 describes a technique for calculating a power generation amount by associating a flow path shape with physical characteristics of a fuel cell having a predetermined flow path shape.
  • Non-Patent Document 1 describes a technique of reading a three-dimensional CAD file of a polymer electrolyte fuel cell and calculating power generation characteristics under various operating conditions.
  • Mizuho Information & Research Institute 2017, "Mizuho Information & Research Institute, Vol.8, No.1 / Solid Polymer Fuel Cell Simulator P-Stack 4.0: Introduction of Dedicated Software for Full Stack Performance Analysis", [ online], Mizuho Information & Research Institute site, [Search on October 5, 2nd year of Reiwa], Internet ⁇ https: // www. Mizuho-ir. co. jp / publication / giho / pdf / 008_03. pdf>
  • the design support system includes a control unit connected to an input unit.
  • the control unit acquires information representing the flow path network simulating the flow path shape from the input unit, and uses the flow path width and flow path depth of the flow path network to three-dimensionally display the flow path network. It is configured to generate the design data of the three-dimensional flow path.
  • a method of providing design support using a design support system includes a control unit connected to an input unit.
  • the control unit acquires information representing a flow path network simulating the flow path shape from the input unit, and the control unit obtains the flow path width and flow path depth of the flow path network.
  • a program that provides design support is provided.
  • the control unit of the design support system acquires information representing the flow path network simulating the flow path shape from the input unit connected to the control unit, and the flow.
  • the design data of the three-dimensional flow path in which the flow path network is made three-dimensional is generated and executed.
  • Explanatory drawing of the design support system of one embodiment Explanatory drawing of the hardware configuration of the same embodiment. Explanatory drawing of the processing procedure of the same embodiment. Explanatory drawing of the design input screen of the same embodiment. Explanatory drawing of the flow path network of the same embodiment. Explanatory drawing of the flow path network of the same embodiment. Explanatory drawing of the variable part of the flow path network of the same embodiment. Explanatory drawing of the fluid characteristic of the flow path network of the same embodiment. Explanatory drawing of the procedure for making the flow path plan view of the same embodiment. Explanatory view of the flow path plan view of the same embodiment. Explanatory view of the flow path plan view of the same embodiment. Explanatory view of the flow path plan view of the same embodiment. Explanatory drawing of the 2D drawing of the flow path of the same embodiment.
  • Explanatory drawing of the three-dimensional shape of the flow path of the same embodiment Explanatory drawing of the cell shape of the polymer electrolyte fuel cell of the same embodiment. Sectional drawing of the cell shape of the polymer electrolyte fuel cell of the same embodiment. Explanatory drawing of the mesh of the flow path of the same embodiment. Explanatory drawing of the mesh of the conventional flow path.
  • FIGS. 1 to 17 a case of designing a flow path in a polymer electrolyte fuel cell will be described using a sketch of a flow path network in which the flow path is represented by dots and lines.
  • a metal separator having irregularities by press working is used in the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment.
  • a cell which is a basic unit of a fuel cell, is formed.
  • a stack of cells is formed by stacking layers of cells to obtain a given output.
  • Hydrogen gas flows in the space created between the anode separator and the MEA, and air flows in the space created between the cathode separator and the MEA.
  • MEA generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen molecules and oxygen molecules. Cooling water flows between the anode separator and the cathode separator to cool the heat generated by power generation.
  • FIG. 2 shows a hardware configuration example of the information processing apparatus H10 that functions as a design support system 20 or the like.
  • the information processing device H10 includes a communication device H11, an input device H12, a display device H13, a storage device H14, and a processor H15. Note that this hardware configuration is an example, and may have other hardware.
  • the communication device H11 is an interface that establishes a communication path with another device and executes data transmission / reception, such as a network interface or a wireless interface.
  • the input device H12 is a device that receives input from a user or the like, and is, for example, a mouse, a keyboard, or the like.
  • the display device H13 is a display, a touch panel, or the like that displays various information.
  • the storage device H14 is a device (for example, a design information storage unit 22 and a three-dimensional information storage unit 23, which will be described later) for storing data and various programs for executing various functions of the design support system 20.
  • An example of the storage device H14 is a memory such as a ROM or RAM, a hard disk, or the like.
  • the processor H15 controls each process in the design support system 20 (for example, a process in the control unit 21 described later) by using a program or data stored in the storage device H14.
  • Examples of the processor H15 include a CPU, an MPU, and the like.
  • the processor H15 expands a program stored in a ROM or the like into a RAM and executes various instructions corresponding to various processes. For example, when the application program of the design support system 20 is started, the processor H15 executes an instruction corresponding to each process described later.
  • the processor H15 is not limited to the one that performs software processing for all the processing executed by itself.
  • the processor H15 may include a dedicated hardware circuit (for example, an integrated circuit for a specific application: ASIC) that performs hardware processing for at least a part of the processing executed by the processor H15. That is, the processor H15 is (1) one or more processors that operate according to a computer program (software), (2) one or more dedicated hardware circuits that execute at least a part of various processes, or ( 3) It can be configured as a circuit including a combination thereof.
  • the processor includes a CPU and a memory such as a RAM and a ROM, and the memory stores a program code or a command configured to cause the CPU to execute a process.
  • Memory or non-temporary computer-readable media includes all available media accessible by general purpose or dedicated computers.
  • the design support system 20 shown in FIG. 1 is a computer system for supporting the design of a fuel cell.
  • the design support system 20 includes a control unit 21, a design information storage unit 22, and a three-dimensional information storage unit 23.
  • the control unit 21 performs the processes described later (sketch, fluid characteristic calculation, flow path plan view generation, three-dimensional shape generation, power generation characteristic calculation, and the like). By executing the design support program for that purpose, the control unit 21 functions as a sketch unit 211, a fluid characteristic calculation unit 212, a flow path plan view generation unit 213, a three-dimensional shape generation unit 214, and a power generation characteristic calculation unit 215.
  • the sketch unit 211 executes a process to support the designer to create a sketch.
  • it supports the creation of a sketch of a flow path network in which a flow path is represented by points and lines.
  • the flow path network is composed of elements such as points (nodes), lines (links), and closed loops.
  • the fluid characteristic calculation unit 212 executes a process of calculating the fluid characteristics (for example, pressure distribution, flow rate distribution, etc.) when the fluid flows through the flow path.
  • the flow path plan generation unit 213 executes a process of generating a flow path plan view expressing the flow path shape as a two-dimensional polygon based on the sketch of the flow path network.
  • the three-dimensional shape generation unit 214 adds a thickness and an angle to the flow path plan view, and executes a process of generating a three-dimensional shape of the flow path.
  • the power generation characteristic calculation unit 215 executes a process of calculating the power generation characteristic in the same manner as the technique described in Non-Patent Document 1 described above.
  • the design information storage unit 22 stores design management data related to the structure used for the design.
  • Design management data is stored when the design is done by the designer.
  • the design management data includes design value data and sketch data for each layer (layer identifier).
  • the layer identifier is an identifier for specifying each layer. In this embodiment, it is an identifier for specifying the layer corresponding to the anode flow path, the cathode flow path, the MEA, the outer frame, the cooling water seal, the anode inlet / outlet, the cathode inlet / outlet, and the cooling water inlet / outlet, respectively. ..
  • the design value data includes information on layer thickness, processing variables, etc.
  • the machining variables are variables specified and determined by the machining method, such as the machining type (pressing or cutting, etc.), the pressing angle in the pressing, the bending angle (radius of curvature), the machining shape in the cutting, and the like.
  • the sketch data includes node identifier data and coordinate data of nodes arranged on the XY plane.
  • the node identifier data contains information about the identifier for identifying each node.
  • Coordinate data includes information about the position of each node. Note that this information does not have to be the coordinates representing the position of the node, but can be a variable representing the dimensions of the area where the node is arranged. For example, in order to calculate the coordinates of each node, a function having the MEA width and the diffusion portion width as variables may be stored.
  • the sketch data contains information about the links connecting the nodes.
  • the link data includes information about the node identifiers of the two nodes connected by each link, the thickness of the link, and the thickness of the link.
  • the thickness and thickness of the link correspond to the width and depth of the flow path corresponding to the link, respectively.
  • the 3D information storage unit 23 stores 3D CAD data generated based on the sketch created by the designer. This three-dimensional CAD data is stored when the sketch is made three-dimensional.
  • the control unit 21 of the design support system 20 executes the sketch support process (step S101) of the flow path network. Specifically, the sketch unit 211 of the control unit 21 outputs a design input screen to the display device H13.
  • the design input screen 500 includes a sketch area 510, a layer designation field 520, a layer attribute field 530, a flow path network attribute field 540, a variable list field 550, an operation button field 560, and the like.
  • the sketch area 510 is an area for sketching the flow path network. Each channel in the channel network is represented by points and lines. In this sketch area, a writing tool icon, an erasing icon, a selection icon, a duplication icon, and the like are displayed.
  • a button for selecting a layer to be displayed in the sketch area 510 is displayed.
  • one or more layers can be specified.
  • the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment it corresponds to the anode flow path, the cathode flow path, the MEA, the outer frame, the cooling water seal, the anode inlet / outlet, the cathode inlet / outlet, and the cooling water inlet / outlet. There are layers respectively.
  • the writing tool icon is selected and the flow path network 600 including the anode flow path and the anode inlet / outlet is sketched.
  • the flow path network 601 including the cathode flow path and the cathode inlet / outlet is sketched.
  • These flow path networks 600 and 601 are composed of nodes 602 represented by dots and links 603 represented by lines.
  • the anode inlet 604, anode outlet 605, cathode inlet 606, and cathode outlet 607 are represented by a closed loop composed of a node and a link.
  • the layer attribute column 530 shown in FIG. 4 is an area for setting the thickness of each layer, the processing type (pressing or cutting, etc.), the pressing angle, the radius of curvature, and the like.
  • the flow path network attribute column 540 is an area for setting the X coordinate and Y coordinate of the selected node, the flow path width of the selected link, and the flow path depth.
  • the variable list column 550 is an area for the user to define variables.
  • the XY coordinates of the node set in the sketch area 510 and the flow path width of the link can be expressed by using variables.
  • two variables MEA_width and diffuse_width representing the MEA width 610 and the diffuser width 611 can be defined, respectively, and the X coordinates of the node 612 and the node 613 can be given as a function of these variables.
  • MEA_width and diffuse_width representing the MEA width 610 and the diffuser width 611
  • the X coordinates of the node 612 and the node 613 can be given as a function of these variables.
  • various attributes such as the number of iterations of the partial shape of the channel network and the thickness of the layer can be given as a function of user-defined variables.
  • the operation button column 560 shown in FIG. 4 includes buttons for executing fluid characteristic calculation, flow path plan view generation, three-dimensional shape generation, power generation characteristic calculation, and the like.
  • the sketch unit 211 stores the design value data and the sketch data input in the design input screen in the design information storage unit 22.
  • the control unit 21 executes a fluid characteristic calculation process (step S102). Specifically, the fluid characteristic calculation unit 212 of the control unit 21 calculates, for example, the pressure distribution and the flow rate distribution as the fluid characteristics of the flow path network.
  • the fluid characteristic calculation unit 212 of the control unit 21 calculates, for example, the pressure distribution and the flow rate distribution as the fluid characteristics of the flow path network.
  • the flow path width of the polymer electrolyte fuel cell in the present embodiment is on a millimeter scale, it is assumed that the flow in the flow path is a laminar flow and the Darcy law can be applied.
  • the flow rate F is linearly proportional to the pressure difference ⁇ p as shown in the following equation.
  • ⁇ is the density of the fluid
  • ⁇ is the viscosity of the fluid
  • deq is the equivalent diameter
  • the equivalent diameter is approximately obtained from the cross-sectional area S of the flow path and the wet spot length L, for example, as shown in the following equation.
  • the fluid characteristic calculation unit 212 outputs the calculation result screen to the display device H13.
  • the flow path network 620 may be displayed on the calculation result screen.
  • Each node and link of this flow path network 620 is displayed in different colors according to its pressure distribution.
  • the flow rate of each link intersecting the cutting line may be displayed in the graph 621.
  • the designer may confirm the calculated fluid characteristics, return to step S101 if necessary, modify the sketch of the flow path network, or change the value of the variable.
  • the fluid characteristic calculation unit 212 recalculates the fluid characteristic according to the correction or change, and outputs the calculation result screen.
  • control unit 21 executes a flow path plan view generation process (step S103). Specifically, the flow path plan generation unit 213 of the control unit 21 generates a flow path plan view from the flow path network using the design value data stored in the design information storage unit 22.
  • the flow path network 650 shown in FIG. 9 is converted into a rectangular aggregate 651 generated by using the flow path width of each link. Subsequently, the rectangular aggregate 651 is converted into a polygonal aggregate 652 using the intersections of the sides of each rectangle, and finally converted into a flow path plan view 653.
  • the flow path plan view 700 is generated from the flow path network 600 of FIG.
  • the flow path plan view 701 is generated from the flow path network 601 of FIG.
  • the flow path plan view generation unit 213 may output a two-dimensional drawing 702 that specifies the dimensions of the flow path shape. Further, once the dimensions of the flow path shape and the thickness of the separator are determined, the dimensions of the die for press working can be specified. Therefore, a drawing about the die for press working may be output as a two-dimensional drawing. ..
  • control unit 21 executes a three-dimensional shape generation process (step S104). Specifically, the three-dimensional shape generation unit 214 of the control unit 21 uses the thickness, processing type, press angle, etc. of the layer stored in the design information storage unit 22 to create a three-dimensional flow path from the flow path plan view. Generate a shape. In this case, for example, the flow path plan is lifted to the specified flow path depth at the specified press angle. The 3D shape generation unit 214 associates the generated 3D shape with the layer identifier and stores it in the 3D information storage unit 23 as 3D CAD data.
  • the three-dimensional shape 800 of the three-dimensional flow path is generated from the flow path plan view 701 shown in FIG.
  • the corners of the three-dimensional shape may be rounded so as to have a specified radius of curvature.
  • the difficulty of mesh generation which will be described later, increases. Therefore, in this embodiment, the corners are not intentionally rounded.
  • the three-dimensional shape generation unit 214 When the three-dimensional shape generation unit 214 completes the three-dimensionalization of each flow path plan view, the three-dimensional shape generation unit 214 performs the three-dimensionalization of the parts adjacent to the flow path. In this case, as shown in FIG. 14, a three-dimensional shape 810 of the entire cell of the polymer electrolyte fuel cell is generated. In FIG. 14, each layer stacked in the Z-axis direction in the three-dimensional shape 810 is displayed separately in the Z-axis direction. Further, FIG. 15 shows an enlarged cross-sectional view 810b when the center of the cell in the three-dimensional shape 810 is cut in the YZ plane.
  • the MEA and the gasket 811 are made three-dimensional by adding a specified thickness to the plane represented by the closed loop specified by the layers of the MEA and the outer frame.
  • the anode separator 812 and the cathode separator 813 are generated by extracting a three-dimensional shape having a specified thickness and having irregularities opposite to the irregularities of the anode flow path 814 and the cathode flow path 815 by a Boolean operation.
  • the cooling water flow path 816 is generated by extracting a gap generated when the anode separator 812 and the cathode separator 813 are brought into contact with each other by a Boolean operation.
  • the control unit 21 executes the calculation process of the power generation characteristic (step S105). Specifically, the power generation characteristic calculation unit 215 of the control unit 21 reads the three-dimensional CAD data of the entire cell of the polymer electrolyte fuel cell and calculates the power generation characteristics under various operating conditions. In this case, the method described in Non-Patent Document 1 can be used. In addition, in the power generation characteristic calculation, since heat transfer and electrical conduction of the solid part are also taken into consideration, it is necessary to give three-dimensional CAD data of the solid part such as a separator and a gasket in addition to the data of the fluid part.
  • the flow path 900 is divided by a line perpendicular to the flow direction of the flow path by using the normal vector of the link of the flow path network.
  • the power generation characteristic calculation unit 215 When the calculation of the power generation characteristic is completed, the power generation characteristic calculation unit 215 outputs the calculation result screen to the display device H13.
  • This calculation result screen includes a voltage-current characteristic curve of a polymer electrolyte fuel cell, a concentration distribution of hydrogen and oxygen in MEA, a current density distribution, a temperature distribution, and the like.
  • the designer can evaluate whether the power generation characteristics meet the target criteria, and if necessary, return to the sketch support process of the flow path network (step S101). For example, if there is a region where the temperature is higher than the allowable range locally in the MEA during power generation, the shape of the flow path is modified so that the cooling water is sufficiently distributed in this region.
  • the control unit 21 of the design support system 20 executes the sketch support process (step S101) of the flow path network.
  • 2D drawings and 3D CAD data are automatically created for the flow path and parts adjacent to the flow path (including dies for press working) using the flow path network that represents the flow path with dots and lines. Can be generated. Therefore, the time required to create the two-dimensional drawing and the three-dimensional CAD data can be significantly reduced. For example, with the conventional method, a complicated 3D CAD work that takes several weeks can be created in about one day.
  • the operation of 3D CAD software is complicated and time-consuming, the person in charge is often divided into a designer and a CAD operator at the development site.
  • the two-dimensional drawing can be used for outsourcing such as flow path cutting and press die making. As described above, according to the present disclosure, an appropriate flow path can be efficiently designed.
  • the position of each line segment representing the flow path, the number of repetitions, the flow path width, the flow path depth, etc. are given by variables or mathematical formulas instead of fixed values.
  • the flow path shape can be variously deformed, for example, the flow path length difference, the flow path pitch difference, the aspect ratio difference, etc., and the 2D drawing and 3D CAD data corresponding to the change.
  • the control unit 21 executes a fluid characteristic calculation process (step S102). That is, at the stage of creating a sketch of the flow path network, fluid characteristics such as fluid pressure distribution and flow rate distribution are calculated in a short time (for example, several seconds). This allows the designer to repeat the trial and error of modifying the sketch and evaluating the quality in a short time so that the fluid characteristics are appropriate. Conventionally, in order to calculate the fluid characteristics, it is necessary to create three-dimensional CAD data, create a mesh, and perform a fluid simulation. For example, it took several hours to several weeks, but in this embodiment, the fluid characteristics take only a few seconds. The calculation result of can be displayed.
  • the flow path 900 is divided by a line perpendicular to the flow direction of the flow path by using the normal vector of the link of the flow path network. As a result, it is possible to generate a mesh having a small number of elements and good quality.
  • the control unit 21 executes the power generation characteristic calculation process (step S105). This makes it possible to generate a mesh from the three-dimensional CAD data and calculate the power generation characteristics.
  • the power generation characteristics can be predicted in consideration of the three-dimensional shape of the flow path and adjacent parts, and the designer can change the flow path shape so as to meet the target standard.
  • the boss pushing angle and the like are set according to the processing method on the design input screen.
  • the control unit 21 may determine the shape according to the designation of the processing method.
  • the design support system 20 includes a three-dimensional information storage unit that stores three-dimensional information for making the two-dimensional shape three-dimensional.
  • the three-dimensional information includes manufacturing method identifier data and generation model data.
  • the manufacturing method identifier data includes information about the identifier for identifying the manufacturing method used when manufacturing the flow path. As the manufacturing method, for example, press working using a die, carbon cutting, and the like can be used.
  • the generated model data includes information about the model for converting the input two-dimensional shape into a three-dimensional shape.
  • the fluid characteristics are calculated at the stage of sketching.
  • the pressure loss coefficient at each point of the flow path is simply obtained from the flow path cross-sectional area, the flow path wet edge length, the flow path length, etc., which can be obtained from the flow path width and the flow path depth specified by the user, and the flow path. Calculate the overall pressure distribution and flow rate distribution.
  • the pressure loss coefficient at each point of the flow path is highly accurate from the pressure difference and flow rate at each point of the flow path obtained by solving a general fluid equation. Can be calculated. Therefore, by performing machine learning using the pressure drop coefficient obtained by the latter method as teacher data, the prediction accuracy of the pressure drop coefficient obtained by the former method may be improved.
  • a fluid simulation using three-dimensional CAD is performed on sketches of various flow path shapes, and the pressure drop coefficient at each point of each flow path shape is obtained.
  • a machine learning model for predicting the pressure loss coefficient is generated by using the flow path width, the flow path depth, the flow path connection angle, the number of connections, and the like at each point of each flow path shape as feature quantities.
  • the control unit 21 executes a three-dimensional shape generation process (step S104) according to the processing method.
  • a thin metal plate is often pressed to make irregularities, and each of the front and back surfaces is used as a flow path. Therefore, in the above embodiment, the gap generated when the anode separator 812 and the cathode separator 813 are aligned so as to be in contact with each other is extracted by a Boolean operation to generate a cooling water flow path 816.
  • the method of generating the flow path shape of the adjacent layers is not limited to the case of using the gap.
  • the front and back of the thin plate may be cut in different patterns and used as a flow path.
  • the control unit 21 can generate the flow path shape of each layer independently of each other's flow path shape.
  • the present disclosure is applied to the design of the fuel cell, but the subject of the present disclosure is not limited to the fuel cell. It can be used when designing a structure including a water electrolyzer, a synthetic liquid fuel (eFuel) production device, a microreactor, and other channels.
  • a water electrolyzer a synthetic liquid fuel (eFuel) production device
  • a microreactor a microreactor

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Abstract

設計支援システム（２０）は、入力部に接続された制御部を備える。制御部（２１）は、入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得し、流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成する。

Description

設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラム
　本開示は、流路を設計するための設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラムに関する。
　構造体の設計のために３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）が利用されている。また、ＣＡＤ情報の生成の効率化のための技術も検討されている。例えば、特許文献１には、手書きの図面における間取りを認識するための技術が記載されている。この技術では、サーバは、縦線及び横線で互いに区分された複数のマスを含む調査用シートの撮影データを受信し、調査用シートのマスを移動しながら画像認識処理を行なうことによって調査用シートにおける閉鎖された矩形を認識し、認識された矩形を間取りと判定する。次いで、サーバは、間取りと判定された閉鎖された矩形内にある建具情報を読み取り、建具情報に基づき間取り種類を認識し、間取りに基づいてＣＡＤ情報を生成する。
　また、流路の構造体の設計にも３次元ＣＡＤが利用される。例えば、固体高分子形燃料電池は、水素ガス流のためのアノード流路、空気流のためのカソード流路、水素分子と酸素分子とが電気化学反応する膜－電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）等を備える。そうした構造体の性能をシミュレーションにより評価する技術も検討されている。例えば、特許文献２には、所定の流路形状を有する燃料電池について、流路形状と物理特性を関連付けて発電量を計算する技術が記載されている。また、非特許文献１には、固体高分子形燃料電池の３次元ＣＡＤファイルを読み込み、様々な運転条件下における発電特性を計算する技術が記載されている。
特開２０２０－３８５８２号公報 特開２００５－３４７０１６号公報
みずほ情報総研、２０１７年、「みずほ情報総研技報，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．１／固体高分子形燃料電池シミュレータＰ－Ｓｔａｃｋ　４．０：フルスタック性能解析を実現する専用ソフトウェアの紹介」、［ｏｎｌｉｎｅ］、みずほ情報総研サイト、［令和２年１０月５日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｉｚｕｈｏ－ｉｒ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／ｇｉｈｏ／ｐｄｆ／００８＿０３．ｐｄｆ＞
　流路の良し悪しを評価するためには、流路形状について２次元の図面による構造ではなく、３次元構造を考慮する必要がある。ここで、２次元の図面の作成に比べ、３次元ＣＡＤを用いた図面の作成は作業負荷が大きい。また、適切な流路を設計するためには、流路形状の変更と評価を繰り返す試行錯誤が必要となり、３次元ＣＡＤを用いた図面の作成に多大な時間と人的コストがかかっている。
　一態様では、設計支援システムを提供する。前記設計支援システムは、入力部に接続された制御部を備える。前記制御部は、前記入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得し、前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、前記流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成するように構成されている。
　別の態様では、設計支援システムを用いて、設計支援を行なう方法を提供する。前記設計支援システムは、入力部に接続された制御部を備える。前記方法は、前記制御部が、前記入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得することと、前記制御部が、前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、前記流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成することと、を備える。
　さらに別の態様では、設計支援を行なうプログラムを提供する。前記プログラムは、設計支援システムの制御部による実行時、前記制御部に、前記制御部に接続された入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得することと、前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、前記流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成することと、を実行させる。
一実施形態の設計支援システムの説明図。 同実施形態のハードウェア構成の説明図。 同実施形態の処理手順の説明図。 同実施形態の設計入力画面の説明図。 同実施形態の流路ネットワークの説明図。 同実施形態の流路ネットワークの説明図。 同実施形態の流路ネットワークの可変部の説明図。 同実施形態の流路ネットワークの流体特性の説明図。 同実施形態の流路平面図の作成手順の説明図。 同実施形態の流路平面図の説明図。 同実施形態の流路平面図の説明図。 同実施形態の流路の２次元図面の説明図。 同実施形態の流路の３次元形状の説明図。 同実施形態の固体高分子形燃料電池のセル形状の説明図。 同実施形態の固体高分子形燃料電池のセル形状の断面図。 同実施形態の流路のメッシュの説明図。 従来の流路のメッシュの説明図。
　以下、図１～図１７に従って、設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、流路を点と線で表現した流路ネットワークのスケッチを用いて、固体高分子形燃料電池における流路を設計する場合を説明する。本実施形態の固体高分子形燃料電池には、プレス加工で凹凸を付けた金属セパレータが用いられる。凹凸パターンの異なる２つ金属セパレータ（アノードセパレータ及びカソードセパレータ）でＭＥＡを挟むことによって、燃料電池の基本単位であるセルが形成される。所定の出力を得られるようセルを何層も積み重ねることによって、セルのスタックが形成される。アノードセパレータとＭＥＡとの間に生じる空間に水素ガスが流れ、カソードセパレータとＭＥＡとの間に生じる空間に空気が流れる。ＭＥＡは水素分子と酸素分子との電気化学反応により発電する。アノードセパレータとカソードセパレータとの間に冷却水が流れ、発電によって生じる熱を冷却する。
　図１に示すように、本実施形態では、設計支援システム２０を用いる。
　［ハードウェア構成例］
　図２は、設計支援システム２０等として機能する情報処理装置Ｈ１０のハードウェア構成例を示す。
　情報処理装置Ｈ１０は、通信装置Ｈ１１、入力装置Ｈ１２、表示装置Ｈ１３、記憶装置Ｈ１４、プロセッサＨ１５を有する。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアを有していてもよい。
　通信装置Ｈ１１は、他の装置との間で通信経路を確立して、データの送受信を実行するインタフェースであり、例えばネットワークインタフェースや無線インタフェース等である。
　入力装置Ｈ１２は、利用者等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置Ｈ１３は、各種情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。
　記憶装置Ｈ１４は、設計支援システム２０の各種機能を実行するためのデータや各種プログラムを格納する装置（例えば、後述する設計情報記憶部２２、３次元情報記憶部２３）である。記憶装置Ｈ１４の一例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ、ハードディスク等がある。
　プロセッサＨ１５は、記憶装置Ｈ１４に記憶されるプログラムやデータを用いて、設計支援システム２０における各処理（例えば、後述する制御部２１における処理）を制御する。プロセッサＨ１５の一例としては、例えばＣＰＵやＭＰＵ等がある。このプロセッサＨ１５は、ＲＯＭ等に記憶されるプログラムをＲＡＭに展開して、各種処理に対応する各種命令を実行する。例えば、プロセッサＨ１５は、設計支援システム２０のアプリケーションプログラムが起動された場合、後述する各処理に対応する命令を実行する。
　プロセッサＨ１５は、自身が実行するすべての処理についてソフトウェア処理を行なうものに限られない。例えば、プロセッサＨ１５は、自身が実行する処理の少なくとも一部についてハードウェア処理を行なう専用のハードウェア回路（例えば、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）を備えてもよい。すなわち、プロセッサＨ１５は、（１）コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、（２）各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは（３）それらの組み合わせ、を含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわち非一時的なコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
　［各情報処理装置の機能］
　図１に示す設計支援システム２０は、燃料電池の設計を支援するためのコンピュータシステムである。この設計支援システム２０は、制御部２１、設計情報記憶部２２、３次元情報記憶部２３を備えている。
　制御部２１は、後述する処理（スケッチ、流体特性計算、流路平面図生成、３次元形状生成、発電特性計算等の各処理）を行なう。そのための設計支援プログラムを実行することにより、制御部２１は、スケッチ部２１１、流体特性計算部２１２、流路平面図生成部２１３、３次元形状生成部２１４、発電特性計算部２１５として機能する。
　スケッチ部２１１は、設計者によるスケッチの作成を支援する処理を実行する。本実施形態では、流路を点と線で表現した流路ネットワークのスケッチの作成を支援する。流路ネットワークは、例えば点（ノード）、線（リンク）、閉ループなどの要素から構成される。
　流体特性計算部２１２は、流路に流体を流した場合の流体特性（例えば、圧力分布や流量分配等）について計算する処理を実行する。
　流路平面図生成部２１３は、流路ネットワークのスケッチに基づいて、流路形状を２次元の多角形として表現した流路平面図を生成する処理を実行する。
　３次元形状生成部２１４は、流路平面図に厚みや角度を付け、流路の３次元形状を生成する処理を実行する。
　発電特性計算部２１５は、上述した非特許文献１に記載の技術と同様に、発電特性を計算する処理を実行する。
　設計情報記憶部２２は、設計に用いる構造に関する設計管理データを記憶する。設計管理データは、設計者によって設計が行なわれた場合に記憶される。設計管理データは、レイヤ（レイヤ識別子）毎に、設計値データ、スケッチデータを含む。
　レイヤ識別子は、各レイヤを特定するための識別子である。本実施形態では、アノード流路、カソード流路、ＭＥＡ、外枠、冷却水シール、アノード入口・出口、カソード入口・出口、冷却水入口・出口に対応するレイヤをそれぞれ特定するための識別子である。
　設計値データは、レイヤ厚み、加工変数等に関する情報を含む。加工変数は、加工種別（プレス加工または切削加工等）、プレス加工におけるプレス角度、曲がり角度（曲率半径）、切削加工における加工形状等、加工法により特定されて決まる変数である。
　スケッチデータは、ＸＹ平面に配置されたノードのノード識別子データ及び座標データを含む。
　ノード識別子データは、各ノードを特定するための識別子に関する情報を含む。
　座標データは、各ノードの位置に関する情報を含む。なお、この情報は、ノードの位置を表す座標である必要はなく、ノードが配置される領域の寸法を表す変数であることも可能である。例えば、各ノードの座標を算出するために、ＭＥＡ幅と拡散部幅とを変数とする関数を記憶してもよい。
　更に、スケッチデータは、ノード間を接続するリンクに関する情報を含む。
　リンクデータは、各リンクにより接続されている２つのノードのノード識別子、リンクの太さ、リンクの厚みに関する情報を含む。リンクの太さ、厚みは、そのリンクに対応する流路の幅、深さにそれぞれ相当する。
　３次元情報記憶部２３は、設計者が作成したスケッチに基づいて生成された３次元ＣＡＤデータを記憶する。この３次元ＣＡＤデータは、スケッチを３次元化した場合に記憶される。
　［設計支援処理］
　次に、図３を用いて、設計支援処理を説明する。
　まず、設計支援システム２０の制御部２１は、流路ネットワークのスケッチ支援処理（ステップＳ１０１）を実行する。具体的には、制御部２１のスケッチ部２１１は、表示装置Ｈ１３に設計入力画面を出力する。
　図４に示すように、この設計入力画面５００には、スケッチ領域５１０、レイヤ指定欄５２０、レイヤ属性欄５３０、流路ネットワーク属性欄５４０、変数リスト欄５５０、操作ボタン欄５６０等が含まれる。
　スケッチ領域５１０は、流路ネットワークをスケッチするための領域である。流路ネットワークの各流路は、点と線とにより表現される。このスケッチ領域には、筆記具アイコンや消去アイコン、選択アイコン、複製アイコンなどが表示される。
　レイヤ指定欄５２０は、スケッチ領域５１０に表示させるレイヤを選択するためのボタンが表示される。ここでは、１又は複数のレイヤを指定することができる。本実施形態の固体高分子形燃料電池の場合には、アノード流路、カソード流路、ＭＥＡ、外枠、冷却水シール、アノード入口・出口、カソード入口・出口、冷却水入口・出口に対応するレイヤがそれぞれ存在する。
　例えば、図５に示すように、筆記具アイコンを選択して、アノード流路及びアノード入口・出口を含む流路ネットワーク６００をスケッチする場合を想定する。また、図６に示すように、カソード流路及びカソード入口・出口を含む流路ネットワーク６０１をスケッチする場合を想定する。これらの流路ネットワーク６００及び６０１は、点で表示されるノード６０２及び線で表示されるリンク６０３から構成される。アノード入口６０４、アノード出口６０５、カソード入口６０６、カソード出口６０７はノードとリンクとで構成される閉ループによって表される。
　図４に示すレイヤ属性欄５３０は、各レイヤの厚み、加工種別（プレス加工または切削加工等）、プレス角度、曲率半径などを設定するための領域である。
　流路ネットワーク属性欄５４０は、選択したノードのＸ座標、Ｙ座標や、選択したリンクの流路幅、流路深さを設定するための領域である。
　変数リスト欄５５０は、ユーザが変数を定義するための領域である。スケッチ領域５１０で設定したノードのＸＹ座標やリンクの流路幅を、変数を用いて表現することができる。
　例えば、図７に示すように、ＭＥＡ幅６１０と拡散部幅６１１を表す２つの変数ＭＥＡ＿ｗｉｄｔｈとｄｉｆｆ＿ｗｉｄｔｈをそれぞれ定義し、ノード６１２やノード６１３のＸ座標をこれらの変数の関数として与えることができる。これにより、これらの変数の値を変えることで、異なるＭＥＡ幅と拡散部幅とを有する流路ネットワーク６１４を得ることができる。これに加えてまたはこれに代えて、流路ネットワークの部分形状の繰り返し数やレイヤの厚みなど各種属性を、ユーザが定義した変数の関数として与えることができる。
　図４に示す操作ボタン欄５６０は、流体特性計算、流路平面図生成、３次元形状生成、発電特性計算を実行するためのボタン等を含む。
　操作ボタン欄５６０においていずれかのボタンの押下（すなわち、選択）を検知した場合、スケッチ部２１１は、設計入力画面において入力された設計値データ、スケッチデータを設計情報記憶部２２に記憶する。
　次に、制御部２１は、流体特性の計算処理（ステップＳ１０２）を実行する。具体的には、制御部２１の流体特性計算部２１２は、流路ネットワークの流体特性として、例えば圧力分布及び流量分配を計算する。ここで、本実施形態における固体高分子形燃料電池の流路幅はミリメータースケールであること等から、流路内の流れが層流でありダルシー則が適用できると仮定する。ダルシー則では、次式に示すように流量Ｆが圧力差∇ｐに線形に比例する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ρは流体の密度、μは流体の粘性、ｄｅｑは等価直径である。
　等価直径は、例えば、次式に示すように、流路の断面積Ｓ、濡れぶち長さＬから近似的に求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　上記ダルシー則の式を流路ネットワークにおける各ノード間の圧力差に対する流量の関係式として整理して、流量保存則に基づく連立方程式を構成し、その連立方程式を解くことにより、流路ネットワークにおける各ノードの圧力や各リンクの流量を算出することができる。
　次いで、流体特性計算部２１２は、表示装置Ｈ１３に計算結果画面を出力する。
　図８に示すように、計算結果画面において、流路ネットワーク６２０を表示してもよい。この流路ネットワーク６２０の各ノード、リンクは、その圧力分布に応じて異なる色により表示される。また、流路ネットワーク６２０において、任意の切断線Ａ－Ａ’が指定された場合、この切断線と交差する各リンクの流量をグラフ６２１に表示してもよい。
　設計者は、計算された流体特性を確認し、必要に応じてステップＳ１０１に戻り、流路ネットワークのスケッチを修正したり、変数の値を変えたりしてもよい。この場合、流体特性計算部２１２は、修正や変更に応じて、流体特性を再計算し、計算結果画面に出力する。
　次に、制御部２１は、流路平面図の生成処理（ステップＳ１０３）を実行する。具体的には、制御部２１の流路平面図生成部２１３は、設計情報記憶部２２に記憶された設計値データを用いて、流路ネットワークから流路平面図を生成する。
　例えば、図９に示す流路ネットワーク６５０は、各リンクの流路幅を用いて生成された矩形の集合体６５１に変換される。続いて、矩形の集合体６５１は、各矩形の辺同士の交点を用いて多角形の集合体６５２に変換され、最終的に流路平面図６５３に変換される。
　例えば、図１０に示すように、図５の流路ネットワーク６００から流路平面図７００が生成される。また、図１１に示すように、図６の流路ネットワーク６０１から流路平面図７０１が生成される。
　ここで、図１２に示すように、流路平面図生成部２１３は、流路形状の寸法を明記した２次元図面７０２を出力してもよい。また、流路形状の寸法とセパレータの厚みが決まれば、プレス加工のための金型の寸法を特定できるため、２次元図面として、プレス加工のための金型についての図面を出力してもよい。
　次に、制御部２１は、３次元形状の生成処理（ステップＳ１０４）を実行する。具体的には、制御部２１の３次元形状生成部２１４は、設計情報記憶部２２に記憶されたレイヤの厚み、加工種別、プレス角度などを用いて、流路平面図から流路の３次元形状を生成する。この場合、例えば、流路平面図を、指定したプレス角度で指定した流路深さまで持ち上げる。３次元形状生成部２１４は、生成した３次元形状を、レイヤ識別子に関連付けて、３次元情報記憶部２３に３次元ＣＡＤデータとして記憶する。
　例えば、図１３に示すように、図１１に示した流路平面図７０１から、３次元化した流路の３次元形状８００を生成する。
　なお、プレス加工の特性を忠実に再現するために、指定した曲率半径を持つように３次元形状の角を丸めてもよい。ただし、一般的に曲面を持つ３次元ＣＡＤデータでは、後述するメッシュ生成の難易度が上がる。そのため、本実施形態では角はあえて丸めていない。
　３次元形状生成部２１４は、各流路平面図の３次元化を完了すると、流路に隣接する部品の３次元化を行なう。
　この場合、図１４に示すように、高分子形燃料電池のセル全体の３次元形状８１０を生成する。なお、図１４では、３次元形状８１０におけるＺ軸方向に積層した各レイヤを、Ｚ軸方向にばらして表示している。また、図１５は、３次元形状８１０におけるセルの中心をＹＺ平面で切断した際の断面拡大図８１０ｂを示す。
　ここで、ＭＥＡ及びガスケット８１１は、ＭＥＡ及び外枠のレイヤで指定された閉ループで表される平面に、指定された厚みを付けることによって３次元化される。また、アノードセパレータ８１２及びカソードセパレータ８１３は、指定された厚みを有しアノード流路８１４及びカソード流路８１５の凹凸と反対の凹凸を持つ立体形状を、ブーリアン演算で抽出することで生成される。更に、冷却水流路８１６は、アノードセパレータ８１２及びカソードセパレータ８１３を互いに接するように合わせた際に生じる隙間をブーリアン演算で抽出することで生成される。
　次に、制御部２１は、発電特性の計算処理（ステップＳ１０５）を実行する。具体的には、制御部２１の発電特性計算部２１５が、固体高分子形燃料電池のセル全体の３次元ＣＡＤデータを読み込み、様々な運転条件下における発電特性を計算する。この場合、非特許文献１に記載された方法を用いることができる。なお、発電特性計算では、固体部分の伝熱や電気伝導も考慮するため、流体部分のデータに加え、セパレータやガスケットなどの固体部分の３次元ＣＡＤデータを与える必要がある。
　ここで、発電特性を計算するには、３次元ＣＡＤデータを任意の多面体から構成されるメッシュに分割する必要がある。
　図１６に示すように、本実施形態では、流路ネットワークのリンクの法線ベクトルを用いることで、流路の流れ方向に対して垂直な線で流路９００を分割する。
　発電特性の計算が完了すると、発電特性計算部２１５は、表示装置Ｈ１３に、計算結果画面を出力する。この計算結果画面には、固体高分子形燃料電池の電圧電流特性曲線や、ＭＥＡにおける水素や酸素の濃度分布、電流密度分布、温度分布などが含まれる。
　設計者は、発電特性が目標の基準を満たしているかどうかを評価し、必要に応じて、流路ネットワークのスケッチ支援処理（ステップＳ１０１）に戻ることができる。例えば、発電時にＭＥＡの局所において許容範囲より高温になる領域があれば、この領域に冷却水が十分に行き渡るよう、流路形状を修正する。
　以上、本実施形態によれば、以下に示す利点を得ることができる。
　（１）設計支援システム２０の制御部２１は、流路ネットワークのスケッチ支援処理（ステップＳ１０１）を実行する。これにより、流路を点と線で表現した流路ネットワークにより、流路及び流路に隣接する部品（プレス加工のための金型を含む）について、２次元図面及び３次元ＣＡＤデータを自動で生成することができる。従って、２次元図面及び３次元ＣＡＤデータの作成に要していた時間を大幅に短縮できる。例えば、従来の方法では、数週間かかる複雑な３次元ＣＡＤ作業を１日程度で作成することができる。また、３次元ＣＡＤソフトウェアの操作は複雑で時間がかかるため、開発現場では設計者とＣＡＤオペレータに担当者を分けている場合が多い。本実施形態では、簡易なスケッチの操作しか必要としないので、設計者単独で作業を完結することが容易となる。また、２次元図面は、流路切削やプレス金型作成などの外注に用いることができる。以上、本開示によれば適切な流路を効率的に設計することができる。
　（２）流路ネットワークのスケッチを作成する段階で、流路を表す各線分の位置や繰り返し数、流路幅、流路深さなどを固定の値ではなく、変数または数式で与える。これにより、定義した変数の値を変えるだけで、例えば流路長さ違い、流路ピッチ違い、アスペクト比違い等、流路形状を様々に変形させ、それに応じた２次元図面及び３次元ＣＡＤデータを自動的に生成することができる。例えば、これを遺伝的アルゴリズムによる最適化と組み合わせてもよい。この場合、流体特性や発電特性が目的の値になるように、設計変数の変更と評価を繰り返し、自動で最適な流路形状を探索することができる。
　（３）制御部２１は、流体特性の計算処理（ステップＳ１０２）を実行する。すなわち、流路ネットワークのスケッチを作成する段階で、流体の圧力分布や流量分配等の流体特性を、短時間（例えば数秒）で計算する。これにより、設計者は流体特性が適切になるように、スケッチを修正して良し悪しを評価するという試行錯誤を短時間の間に繰り返すことができる。従来、流体特性を計算するためには、３次元ＣＡＤデータの作成、メッシュの作成、流体シミュレーションを行なう必要があり、例えば数時間から数週間かかっていたが、本実施形態では、数秒で流体特性の計算結果を表示できる。
　（４）メッシュを生成する際、流路ネットワークのリンクの法線ベクトルを用いることで、流路の流れ方向に対して垂直な線で流路９００を分割する。これにより、要素数が少なく、品質が良いメッシュを生成することができる。
　例えば、図１７に示すように、従来のメッシュ生成では、Ｘ軸とＹ軸に並行に線で分割したメッシュを生成する。この場合、Ｘ軸またはＹ軸に対して斜めとなる流路９０１において、微小要素が生じる等の課題があった。一方、本実施形態では、３次元ＣＡＤデータから流路形状を認識して自動で適切なメッシュを生成することができる。
　（５）制御部２１は、発電特性計算処理（ステップＳ１０５）を実行する。これにより、３次元ＣＡＤデータからメッシュを生成し、発電特性を計算することができる。流路及び隣接する部品の３次元形状を考慮した発電特性を予測でき、設計者は目標の基準を満たすように流路形状を変更することができる。
　本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・上記実施形態では、設計入力画面において、加工方法に応じたボス押し角度等を設定する。これに代えて、加工方法の指定に応じて、制御部２１が、形状を決定してもよい。この場合、設計支援システム２０は、２次元形状を３次元化するための３次元化情報を記憶する立体化情報記憶部を備える。ここで、３次元化情報は、製造方法識別子データ及び生成モデルデータを含む。製造方法識別子データは、流路を製造する際に用いられる製造方法を特定するための識別子に関する情報を含む。製造方法としては、例えば、金型を用いたプレス加工、カーボンの切削加工等を用いることができる。生成モデルデータは、入力された２次元形状を３次元形状に変換するためのモデルに関する情報を含む。
　・上記実施形態では、スケッチの段階で流体特性を計算する。ここでは、ユーザが指定した流路幅や流路深さから求まる、流路断面積、流路濡れ縁長さ、流路長さなどから流路各点における圧力損失係数を簡易に求め、流路全体の圧力分布や流量分配などを計算する。これに対して、３次元ＣＡＤを用いた流体シミュレーションでは、一般的な流体方程式を解くことで得られる流路各点における圧力差と流量などから、流路各点における圧力損失係数を高精度に計算できる。そこで、後者の方法で求まる圧力損失係数を教師データとして機械学習を行うことで、前者の方法で求まる圧力損失係数の予測精度を高めてもよい。具体的には、様々な流路形状のスケッチに対して３次元ＣＡＤを用いた流体シミュレーションを行ない、各流路形状の各点における圧力損失係数を求める。次に、各流路形状の各点の流路幅、流路深さ、流路の接続角度、接続本数などを特徴量とし、圧力損失係数を予測する機械学習モデルを生成する。この機械学習モデルを用いることで、スケッチの段階で求まる圧力損失係数の精度を上げることができ、スケッチの段階で高速かつ高精度な流体特性の計算を実現できる。
　・上記実施形態では、制御部２１は、加工方法に応じて、３次元形状の生成処理（ステップＳ１０４）を実行する。プレス加工の場合は、例えば金属の薄板をプレス加工にて凹凸をつけ、その表裏それぞれを流路として用いることが多い。このため、上記実施形態では、アノードセパレータ８１２及びカソードセパレータ８１３を互いに接するように合わせた際に生じる隙間を、ブーリアン演算で抽出して冷却水流路８１６を生成する。ここで、隣接するレイヤの流路形状の生成方法は、隙間を用いる場合に限定されるものではない。例えば、切削加工の場合には、薄板の表裏をそれぞれ異なるパターンで切削し、流路として用いてもよい。この場合、制御部２１は、各レイヤの流路形状を互いの流路形状に依存せずに生成することができる。
　・上記実施形態では、本開示を燃料電池の設計に適用したが、本開示の適用対象は燃料電池に限定されるものではない。水電解装置、合成液体燃料（ｅＦｕｅｌ）製造装置、マイクロリアクター、その他の流路を備えた構造体を設計する場合に用いることができる。

Claims (15)

  1. 　設計支援システムであって、
    　入力部に接続された制御部を備え、前記制御部が、
    　前記入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得し、
    　前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、前記流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成するように構成されている、設計支援システム。
  2. 　前記制御部が、前記流路幅を用いて、２次元の流路平面図を生成するように構成されている、請求項１に記載の設計支援システム。
  3. 　前記制御部が、
    　前記流路ネットワークの寸法を決定する変数の値を取得し、
    　前記値に応じて、前記寸法を算出するように構成されている、請求項１又は２に記載の設計支援システム。
  4. 　前記流路ネットワークの寸法を決定する前記変数は、少なくとも前記流路ネットワークの部分形状の繰り返し数を含む、請求項３に記載の設計支援システム。
  5. 　前記制御部が、加工方法の特性に応じて、前記設計データを生成するように構成されている、請求項１～４の何れか一項に記載の設計支援システム。
  6. 　前記加工方法がプレス加工である場合、前記制御部が、前記プレス加工によって得られる形状に応じて、前記設計データを生成するように構成されている、請求項５に記載の設計支援システム。
  7. 　前記加工方法が切削加工である場合、前記制御部が、前記切削加工によって得られる形状に応じて、前記設計データを生成するように構成されている、請求項５に記載の設計支援システム。
  8. 　前記設計データは、第１の３次元流路の第１の設計データであり、
    　前記制御部が、前記第１の設計データに応じて、前記第１の３次元流路に隣接する第２の３次元流路の第２の設計データを生成するように構成されている、請求項１～７の何れか一項に記載の設計支援システム。
  9. 　前記制御部が、前記流路ネットワークにおける要素の配置に基づいて、前記３次元流路のメッシュを生成するように構成されている、請求項１～８の何れか一項に記載の設計支援システム。
  10. 　前記制御部が、前記３次元流路に流体を流した場合における前記流体による現象の状態分布を算出し、算出した前記状態分布を出力するように構成されている、請求項１～９の何れか一項に記載の設計支援システム。
  11. 　前記流路ネットワークは、複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のリンクとを含み、
    　前記制御部が、各ノードおよび各リンクにおける状態を算出することによって、前記状態分布を算出するように構成されている、請求項１０に記載の設計支援システム。
  12. 　前記制御部が、前記状態を示して前記流路ネットワークを表示するように構成されている、請求項１１に記載の設計支援システム。
  13. 　前記制御部が、予測した前記状態分布に応じて、前記流路ネットワークの寸法を調整するように構成されている、請求項１０に記載の設計支援システム。
  14. 　設計支援システムを用いて、設計支援を行なう方法であって、前記設計支援システムは、入力部に接続された制御部を備え、前記方法は、
    　前記制御部が、前記入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得することと、
    　前記制御部が、前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、前記流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成することと、を備える方法。
  15. 　設計支援を行なうプログラムであって、設計支援システムの制御部による実行時、前記制御部に、
    　前記制御部に接続された入力部から、流路形状を模擬した流路ネットワークを表す情報を取得することと、
    　前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、前記流路ネットワークを３次元化した３次元流路の設計データを生成することと、を実行させる、プログラム。
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