(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気中の水素ガス漏れを検知する水素ガス漏れ検知器であって、
水素吸蔵性を有する単体金属又は合金で形成され、水素を含む気体と接触することにより体積膨張し断線に至る丸棒形状の検知部を備え、
前記検知部の両端部には、前記検知部の弾性域内の張力が加えられていることを特徴とする水素ガス漏れ検知器。
【請求項２】
水素吸蔵性を有する単体金属又は合金で形成され、水素を含む気体と接触することにより体積膨張し断線に至る丸棒形状の検知部を備える水素ガス漏れ検知器と、
前記水素ガス漏れ検知器に接続し、前記水素ガス漏れ検知器の前記検知部の断線を検知する断線検知部と、
前記断線検知部に接続し、前記断線検知部が前記水素ガス漏れ検知器の前記検知部の断線を検知したときに、水素ガスの流路に設けられた遮断手段を駆動させる駆動部と、
前記水素ガスの流路に設けられ水素ガスの流れを遮断する遮断手段と
を備え、前記検知部の両端部には、前記検知部の弾性域内の張力が加えられていることを特徴とする水素ガス漏れ制御装置。
【請求項３】
前記駆動部に接続する警報器を更に備え、かつ、
前記駆動部が、前記水素ガス漏れ検知器の前記検知部の断線を検知したときに、前記水素ガスの流路に設けられた前記遮断手段を駆動させると共に、前記警報器を作動させるものであることを特徴とする請求項２記載の水素ガス漏れ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス漏れ検知器及び水素ガス漏れ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境汚染問題や石油資源の枯渇問題についての関心の高まりから、水素エネルギーは大きな注目を集めている。水素は、燃焼させても水が生成されるのみで、二酸化炭素や有害な硫化物、窒化物が排出されないクリーンなエネルギー源であり、また、種々の方法で製造することができる。そのため、近い将来、水素ガスが、重要なエネルギー源として家庭や施設に供給されることが予想される。しかしながら、水素は酸素が存在する雰囲気中で爆発する危険性を持ち、例えば、空気中では水素ガスが４％（容量百分率）以上で爆発の可能性があるとされている。したがって、水素ガスの取り扱いには十分な注意が必要である。こうした水素の燃焼・爆発による事故を未然に防ぐためには、水素ガスが供給される供給先や供給過程の経路において、水素ガスが雰囲気中に漏出した場合に、爆発する下限の濃度よりも低い濃度で水素ガスを検知する水素ガス漏れ検知器及びこの検知器により水素ガスが検知された場合に水素ガスの供給を停止させる水素ガス漏れ制御装置が必要とされる。
【０００３】
従来、水素ガスの検知には、酸化スズを用いた半導体センサのような水素センサが用いられてきた。しかし、こうした半導体センサが用いられた水素センサは元来、雰囲気中の水素濃度を定量的に測定するためのセンサであり、構造が複雑で、価格も高いという問題がある。
【０００４】
また、水素センサに関して特許文献１には、水素を含む気相と接触することにより電気抵抗変化を生じる感応部を備え、この感応部が水素吸蔵性を有する単体金属又は合金で形成されている水素センサが開示されている。しかし、この特許文献１に記載された水素センサは、感応部の電気抵抗を測定する抵抗検出器や、抵抗検出器の検知結果に基づいて水素濃度を導出する演算処理装置が必要となり、やはり構造が複雑となる。
【０００５】
また、特許文献２には、マグネシウム薄膜の表面に触媒層が形成された水素センサ材料であって、水素と反応して電気抵抗又は光学的性質が変化することに基づいて水素を検知する水素センサ材料が開示されている。しかし、この水素センサ材料を用いて水素を検知する場合も、例えば電気抵抗を測定する場合は水素センサの電気抵抗を測定する抵抗検出器や、抵抗検出器の検知結果に基づいて水素濃度を導出する演算処理装置が必要となり、例えば光学的性質を測定する場合は、半導体レーザやフォトダイオードを用いた測定システムが必要となり、やはり構造が複雑となる。
【特許文献１】特開２００４−１２５５１３号公報
【特許文献２】特開２００４−５３５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、水素濃度を検知する複雑な構造を必要とせず、爆発限界未満の所定濃度に達した水素ガスを検知することができる水素ガス漏れ検知器及びその水素ガス漏れ検知器を備える水素ガス漏れ制御装置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】
【０００７】
本願発明の一態様によれば、雰囲気中の水素ガス漏れを検知する水素ガス漏れ検知器であって、水素吸蔵性を有する単体金属又は合金（以下、単に「水素吸蔵合金」という場合もある。）で形成され、水素を含む気体と接触することにより体積膨張し断線に至る丸棒形状の検知部を備え、検知部の両端部には、検知部の弾性域内の張力が加えられている水素ガス漏れ検知器であることを要旨とする。
【０００９】
本願発明の他の態様によれば、水素吸蔵性を有する単体金属又は合金で形成され、水素を含む気体と接触することにより体積膨張し断線に至る丸棒形状の検知部を備える水素ガス漏れ検知器と、水素ガス漏れ検知器に接続し、水素ガス漏れ検知器の検知部の断線を検知する断線検知部と、断線検知部に接続し、断線検知部が水素ガス漏れ検知器の検知部の断線を検知したときに、水素ガスの流路に設けられた遮断手段を駆動させる駆動部と、水素ガスの流路に設けられ水素ガスの流れを遮断する遮断手段とを備え、検知部の両端部には、検知部の弾性域内の張力が加えられてる水素ガス漏れ制御装置であることを要旨とする。
【００１１】
本願発明の水素ガス漏れ制御装置は、駆動部に接続する警報器を更に備え、かつ、駆動部が、水素ガス漏れ検知器の検知部の断線を検知したときに、水素ガスの流路に設けられた遮断手段を駆動させると共に、警報器を作動させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の水素ガス漏れ検知器によれば、水素吸蔵合金の断線により雰囲気中の水素ガスを爆発限界未満の濃度で検知することができるので、単純な構造であり、検知器の単純化、小型化を実現できる。
【００１３】
本発明の水素ガス漏れ制御装置によれば、空間中に水素ガス漏れが生じたときに水素供給システムを停止させることができ、安全性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の水素ガス漏れ検知器の一実施例を示す模式図である。同図において、水素ガス検知器１は、丸棒の形状を有する水素吸蔵合金よりなる検知部２と、この検知部２の両端部に電気的に接続された端子３とを有している。端子３は、後述する水素ガス漏れ制御装置の断線検知部などに電気的に接続される。
【００１６】
検知部２に用いられる水素吸蔵性を有する金属又は合金としては、例えばＭｇ９０Ｐｄ１０合金やＴｉ２Ｎｉが挙げられる。また、単体金属としてはＮｉが挙げられる。もっとも、検知部２に用いられる水素吸蔵性を有する金属又は合金は、Ｍｇ９０Ｐｄ１０合金等に限定されず、水素を吸蔵し体積膨張により断線に至る金属又は合金であれば、本発明の検知器に用いることができる。
【００１７】
このような水素吸蔵合金は、水素ガスを含む気体に接触した場合に、水素を吸蔵するとともに、それに伴って体積の膨張を示す。一般的に、水素吸蔵合金が水素を吸蔵し、脆化を起こすことは知られていて、この現象を利用した合金の粉末化プロセス等も存在する。しかしながら、水素吸蔵合金の粉末化プロセスをそのまま適用したとしても、本発明のように水素ガスの検知をすることはできない。
【００１８】
また、水素吸蔵合金の水素の吸蔵量は、雰囲気中の水素濃度に依存する。このような水素吸蔵合金の原理を応用した水素濃度のセンシング技術も知られているが、水素濃度を測定するセンシング技術では、既に述べたように構造が複雑となってしまう。
【００１９】
そこで、本発明の実施形態の水素ガス検知器１は、検知部２が、水素吸蔵し体積膨張により断線に至る水素吸蔵合金より形成されているものとしている。検知部２に、断線に至る水素吸蔵合金を用いることにより、水素を含む気体と接触した場合には水素吸蔵合金が水素を選択的に吸蔵し体積膨張により断線に至る。この断線を電気的な導通の有無として検知することができる。すなわち、本実施形態の水素ガス検知器１は、単に電気的な導通の有無、あるいは電気回路の開閉により、水素ガスが爆発限界以下の所定濃度に達したことを検知することができるので、従来技術のように水素ガス濃度を算出するための演算装置などを必要とせず、単純な構造により検知することができ、また、装置の単純化、小型化が実現できる。
【００２０】
図１に示した水素ガス検知器１の丸棒形状の検知部２のサイズは、例えば、直径１ｍｍ、長さ１ｃｍとすることができる。このような形状、サイズにする水素吸蔵合金の成形法は、水素吸蔵合金の成形法として公知の成形法を用いることができ、例えば、鋳型鋳造法を用いることができる。
【００２１】
また、検知部２は、雰囲気が所定の水素濃度であるときに速やかに断線するように、例えば両端部に弾性域内の微小な張力を加えておいたり、丸棒の一部に切り欠きを形成したりすることもできる。
【００２２】
図１に示した水素ガス検知器１は、実際の使用においては、不慮の外部応力を受けて検知部２が断線するのを防止するために、通気性を有する保護カバーを水素ガス検知器１の周囲に配設することができることは言うまでもない。
【００２３】
検知部２の検知速度を向上させるためには、その形状を薄膜状又は細線状にすることが好ましい。この薄膜状又は細線状の検知部を備える水素ガス漏れ検知器の例を図２〜図４に、それぞれ平面図及び正面図で示す。
【００２４】
図２に示す水素ガス検知器１は、絶縁基板４の上に水素吸蔵合金よりなる検知部２が、例えば５ｍｍ×１０ｍｍの平面サイズで、膜厚５ｎｍの薄膜状に形成されている。この検知部２の両端部には、端子３が電気的に接続して設けられている。
【００２５】
図３に示す水素ガス検知器１は、絶縁基板４の上に水素吸蔵合金よりなる検知部２が、例えば図２に示した検知部２と同程度の長さ（１０ｍｍ）で、線幅０．５ｍｍ、線厚５ｎｍの直線の細線状に形成されている。この検知部２の両端部には、端子３が電気的に接続して設けられている。
【００２６】
図４に示す水素ガス検知器１は、絶縁基板４の上に水素吸蔵合金よりなる検知部２が、例えば図３に示した検知部２と同じ線幅、線厚を有する蛇行の細線状に形成されている。この検知部２の両端部には、端子３が電気的に接続して設けられている。
【００２７】
絶縁基板４上に検知部２を図２に示すような薄膜状に形成する方法としては、予め端子３が形成された絶縁基板４に対してスパッタ法を適用して形成することができる。また、絶縁基板４条に検知部２を図３及び図４に示すような細線状に形成する方法としては、予め端子３が形成された絶縁基板上に、マスク材を選択的に形成させておき、スパッタ法を適用して水素吸蔵合金を所定の厚みで形成し、その後、マスク材を除去することにより、絶縁基板上でマスクが形成されていなかった領域に、水素吸蔵合金を細線状に形成させることができる。
【００２８】
図２〜図４に示さされた検知部２の水素吸蔵合金の種類は、図１に示した丸棒形状の検知器と同様に、例えば、Ｍｇ９０Ｐｄ１０合金やＴｉ２Ｎｉを用いることができ、また、単体金属としてＮｉを用いることができる。更に、これらの合金又は単体金属に限られず、水素を吸蔵して断線に至る水素吸蔵合金を用いることができる。
【００２９】
下地の絶縁基板４は、絶縁性を有するものであれば、材料を選ばず、例えば、ガラス、硬質プラスチックなどの硬い材料から、ビニールシートのような可撓性を有する材料、さらには、ラップフィルムのような軟らかい材料まで、様々な種類の材料の上に形成させることができる。
【００３０】
図２〜図４に示された薄膜上又は細線状の検知部２は、図１に示した丸棒状の検知部２よりも厚み方向（径方向）が薄くなっているので、早く断線し、例えば、Ｍｇ９０Ｐｄ１０合金（直径０．１ｍｍ、長さ１０ｍｍ）の場合であれば、水素が３％の雰囲気中において１秒後に断線を起こす。したがって、検知速度が向上し、ガス漏れが生じていることを速やかに検知することができる。この検知速度は、検知部２の厚みを調整することにより、適切な時間に調整することができる。
【００３１】
以上説明したような検知器を用いた水素ガス漏れ制御装置の一例を説明する。
【００３２】
図５は、本発明の水素ガス漏れ制御装置の一実施形態の説明図である。同図において、水素供給源５に、ガス配管等よりなる水素ガス通過経路６が接続されている。この水素ガス通過経路６は、閉鎖空間７内を経由するように設けられている。この閉鎖空間７内に水素ガス通過経路６から水素ガスが漏れた場合に、水素ガス通過経路６内の水素ガスの流れを止めるために、水素ガス漏れ制御装置が設けられている。図５に示した水素ガス漏れ制御装置は、閉鎖空間７内に配設された水素ガス検知器１と、この水素ガス検知器１に接続して検知器の水素吸蔵合金が断線したことを検知する断線検知回路８と、この断線検知回路８と接続して、断線検知回路８が断線を検知したときに操作機器に駆動信号を出力して駆動させるバルブ駆動及び警報器作動回路９と、このバルブ駆動及び警報器作動回路９と接続し、水素供給源５と閉鎖空間７との間の水素ガス通過経路６に設けられて流路を開閉可能なバルブ１０と、このバルブ駆動及び警報器作動回路９と接続する警報器１１とを備えている。
【００３３】
水素ガス検知器１は、図１〜図４を用いて説明した本発明の水素ガス検知器１であり、水素を含む気体と接触することにより、水素を吸蔵し体積膨張により断線に至る検知部２を備えるものである。水素ガス検知器１の検知部２は、水素ガスが爆発・燃焼する下限の濃度よりも低い濃度で断線するように設計されている。水素ガス検知器１の検知部２は、薄膜状又は細線状であることが、検知速度の向上のために好ましい。
【００３４】
また、断線検知回路８は、水素ガス検知器１の端子３に接続され、この端子３間の検知部２の断線を電気的な導通の有無により、あるいは電気回路の開閉により検知し、検知信号をバルブ駆動及び警報器作動回路９に出力する機能を有している。
【００３５】
また、バルブ駆動及び警報器作動回路９は、前記断線検知回路８から入力された検知信号により、バルブ１０及び警報器１１を作動させるための信号を出力する機能を有している。
【００３６】
また、バルブ１０は、バルブ駆動及び警報器作動回路９から駆動信号が入力されて、水素供給源５から供給される水素ガスの流れを遮断可能なものである。
【００３７】
警報器１１は、音、光、これらの組み合わせ又はその他の手段により警報するものである。
【００３８】
このような構成を備える水素ガス漏れ制御装置の動作について説明する。水素ガスが水素供給源５から流れる水素ガス通過経路６は、通常は閉鎖空間７内を通過するのみであるから、水素ガス通過経路６から閉鎖空間７内に水素ガスが漏れ出すことはない。この場合、検知器１は、水素ガスが閉鎖空間中に存在しないので断線していない。この状況で断線検知回路８は、検知器１の検知部２の断線を検知せず、バルブ駆動及び警報器作動回路９はバルブ１０を開いた状態、警報器の作動をオフの状態にしておく。
【００３９】
次に、水素ガス通過経路６の管壁の損傷、その他の何らかの原因により、水素ガス通過経路６から閉鎖空間７内に水素ガスが漏れ出した場合は、閉鎖空間７内の検知器１は、水素吸蔵合金よりなる検知部２が水素ガスを吸蔵して体積膨張し、断線する。断線したとき、断線検知回路８は、検知器１の水素吸蔵合金の断線を、電気的な導通の有無等により検知し、検知信号をバルブ駆動及び警報器作動回路９に出力する。バルブ駆動及び警報器作動回路９は、前記検知信号が入力されることにより、バルブ１０を閉じる駆動信号をバルブ１０に出力するとともに、警報器１１の作動信号を警報器１１に出力する。バルブ１０は、駆動信号が入力されて駆動し、水素ガス通過経路６を閉じ、水素ガスの流れを遮断する。また、警報器１１は、作動信号が入力されて作動し、音、光などにより水素ガスが漏れたことを警報する。
【００４０】
本実施形態のガス漏れ制御装置は、上述した制御を行うことにより、水素漏洩が引き起こす水素燃焼、爆発などを未然に防ぐことができる。ひいては、水素エネルギーシステムを含む系の安全性を確保することができる。
【００４１】
なお、本発明の水素ガス漏れ制御装置は、警報器１１を具備しない構成とすることもできる。水素ガスが漏出した場合に、水素ガス通過経路６の水素ガスの流れをバルブ１０により遮断すれば、警報器１１を具備しなくても水素燃焼、爆発は未然に防止することができるからである。もっとも、水素ガスが漏出した場合に、警報器１１により警報する構成は、より好ましい構成である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の水素ガス漏れ検知器の一実施例を示す模式図。
【図２】水素ガス漏れ検知器の一例の説明図。
【図３】水素ガス漏れ検知器の一例の説明図。
【図４】水素ガス漏れ検知器の一例の説明図。
【図５】水素ガス漏れ制御装置の一実施形態の説明図。
【符号の説明】
【００４３】
１  水素ガス漏れ検知器
２  検知部
３  端子
８  断線検知回路（断線検知部）
９  バルブ駆動及び警報器作動回路（駆動部）
１０  バルブ（遮断手段）
１１  警報器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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