(57)【要約】【課題】  水素に対する選択性が高い水素吸蔵合金を利用して、気体中に含まれる水素ガスの濃度を容易に検出する。【解決手段】  水素検出装置１１を、所定の水素吸蔵圧の温度変化特性を有する水素吸蔵合金からなる検出素子１２と、一対の絶縁部材１５ａ，１５ａにより両側から挟み込まれた白金からなる測温抵抗体１５ｂと、一対の電極１３ａ，１３ｂにより両側から挟み込まれた水晶振動子１４と、制御装置２０による通電制御に応じて検出素子１２を所定温度に保持するためのペルチェ素子１６とを備えて構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可逆的に水素を吸収および放出する水素吸収材と、
前記水素吸収材の水素の吸収および放出に応じた状態変化を検出し、該状態変化に応じて雰囲気ガスの水素濃度を検出する状態変化検出手段と、
前記水素吸収材の温度を検出する温度センサとを備え、
前記温度センサは、絶縁被膜により被覆された抵抗体からなり、前記状態変化検出手段に隣接して配置されることを特徴とする水素検出装置。
【請求項２】
前記状態変化検出手段は、前記水素吸収材の重量変化あるいは前記水素吸収材の重量変化に係る状態量変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の水素検出装置。
【請求項３】
前記状態変化検出手段は、水晶振動子であることを特徴とする請求項２に記載の水素検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の水素濃度を検出する水素検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、水素吸蔵合金を利用して水素を検出する水素センサとして、基板の一方の面に水素吸蔵合金を固着し他方の面に水晶振動子を取り付け、水素吸蔵合金が水素を吸蔵した際の重量増大により生じる水晶振動子の周波数変動を検出し、検出した周波数変動の大きさに基づいて水素吸蔵量を検知する水素ガスセンサ（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【特許文献１】特開平２−１１０３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術の一例に係る水素ガスセンサにおいては、水素吸蔵量に応じた重量増大の変化率が大きいほど水素濃度を精度良く検知することができることから、水素センサ自体の重量を低減し、水素の吸蔵に応じた重量変化に対する感度を増大させることが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、水素に対する選択性が高い水素吸蔵合金を利用して、気体中に含まれる水素ガスの濃度を精度良く検出することが可能な水素検出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】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の水素検出装置は、可逆的に水素を吸収および放出する水素吸収材（例えば、実施の形態での検出素子１２）と、前記水素吸収材の水素の吸収および放出に応じた状態変化を検出し、該状態変化に応じて雰囲気ガスの水素濃度を検出する状態変化検出手段（例えば、実施の形態での水晶振動子１４）と、前記水素吸収材の温度を検出する温度センサ（例えば、実施の形態での絶縁部材１５ａおよび測温抵抗体１５ｂ）とを備え、前記温度センサは、絶縁被膜（例えば、実施の形態での絶縁部材１５ａ）により被覆された抵抗体（例えば、実施の形態での測温抵抗体１５ｂ）からなり、前記状態変化検出手段に隣接して配置されることを特徴としている。
【０００５】
上記構成の水素検出装置によれば、例えば水素吸蔵合金等からなる水素吸収材は、この水素検出装置の雰囲気の水素分圧および温度に応じて可逆的に水素を吸収および放出し、この吸収および放出に応じて体積や温度や重量等の状態変化が生じる。このため、例えば温度センサの検出結果に応じて水素吸収材の温度を適宜に制御した状態で、水素吸収材に生じる状態変化を状態変化検出手段によって検出することにより、水素検出装置の雰囲気の水素濃度を検知することができる。
しかも、温度センサとして、絶縁被膜により被覆された抵抗体（例えば、白金等からなる測温抵抗体）を状態変化検出手段に隣接して配置することにより、例えばサーミスタ等の温度センサを備える場合に比べて水素検出装置の重量を軽減することができ、水素吸収材に生じる状態変化として重量変化を検出する場合の水素濃度の検出精度を向上させることができる。また、絶縁被膜により被覆された抵抗体は、サーミスタ等の温度センサに比べて軽量かつ小型化が容易であり、水素検出装置が大型化することを防止しつつ、取り付けに要するスペースを容易に確保することができる。
【０００６】
さらに、請求項２に記載の発明の水素検出装置では、前記状態変化検出手段は、前記水素吸収材の重量変化あるいは前記水素吸収材の重量変化に係る状態量変化を検出することを特徴としている。
上記構成の水素検出装置によれば、温度センサとして絶縁被膜により被覆された抵抗体を備えたことにより、水素検出装置の重量を軽減することができ、水素の吸収および放出に応じて水素吸収材に生じる重量変化を精度良く検出することができる。
【０００７】
さらに、請求項３に記載の発明の水素検出装置では、前記状態変化検出手段は、水晶振動子であることを特徴としている。
上記構成の水素検出装置によれば、水素の吸収および放出に応じて水素吸収材に生じる重量変化を水晶振動子に生じる周波数変動として精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明の水素検出装置によれば、水素吸収材に生じる状態変化を状態変化検出手段によって検出することにより、水素検出装置の雰囲気の水素濃度を検知することができる。しかも、温度センサとして、絶縁被膜により被覆された抵抗体を状態変化検出手段に隣接して配置することにより、例えばサーミスタ等の温度センサを備える場合に比べて水素検出装置の重量を軽減することができ、水素吸収材に生じる状態変化として重量変化を検出する場合の水素濃度の検出精度を向上させることができる。
さらに、請求項２または請求項３に記載の発明によれば、水素の吸収および放出に応じて水素吸収材に生じる重量変化を精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の水素検出装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による水素検出装置１１は、例えば図１に示すように、検出素子１２と、一対の電極１３ａ，１３ｂにより両側から挟み込まれた水晶振動子１４と、一対の絶縁部材１５ａ，１５ａにより挟み込まれた測温抵抗体１５ｂと、ペルチェ素子１６と、伝熱材１７と、撥水フィルタ１８と、制御装置２０とを備えて構成されている。
そして、検査対象ガスが導入される開口部を有する箱型の筐体２１の内部がガス検出室として形成され、この筐体２１の内部に、検出素子１２と、一対の電極１３ａ，１３ｂを備える水晶振動子１４と、一対の絶縁部材１５ａ，１５ａにより挟み込まれた測温抵抗体１５ｂと、ペルチェ素子１６と、伝熱材１７と、撥水フィルタ１８とが収容され、筐体２１の外部に制御装置２０が配置されている。
【００１０】
検出素子１２は、所定の水素吸蔵圧の温度変化特性を有する水素吸蔵合金からなり、所定の作動温度（例えば、１００℃等）での水素吸蔵圧（例えば、０．００５ａｔｍ）は、大気中における水素分圧と水素濃度との対応関係から、所定の水素濃度に対応するように設定されている。（例えば、水素分圧０．００５ａｔｍは水素濃度０．５％に相当する。）
さらに、検出素子１２は、水素を吸蔵した際に発生する状態変化（例えば、体積膨張、発熱、重量増大等）あるいは吸蔵した水素を放出する際に発生する状態変化（例えば、体積収縮、吸熱、重量低下等）が所定の状態変化となるように設定されている。例えば、検査対象ガスの水素分圧が所定分圧（例えば、０．００５ａｔｍ）以上の状態で検出素子１２が水素を吸蔵した場合に重量が増分Δｍだけ増大するようになっている。
そして、検出素子１２は、例えば焼結、圧着、溶射、接着等の耐熱性を有する適宜の接合方法により一方の絶縁部材１５ａの表面上に接合されている。
【００１１】
一対の絶縁部材１５ａ，１５ａにより挟み込まれた測温抵抗体１５ｂは、例えば白金を測温素子として備え、制御装置２０を介して通電されている。制御装置２０は、この測温抵抗体１５ｂの温度変化に応じた抵抗値の変化を検出することによって、検出素子１２の温度を検知する。
略板状の水晶振動子１４は、この水晶振動子１４を励振させるための一対の電極１３ａ，１３ｂにより厚さ方向の両側から挟み込まれ、一方の電極１３ａは測温抵抗体１５ｂの他方の絶縁部材１５ａの表面上に接合され、検出素子１２の状態変化に応じた水晶振動子１４の共振周波数の変化が電気信号として一対の電極１３ａ，１３ｂを介して制御装置２０に出力される。
【００１２】
水晶振動子１４の他方の電極１３ｂの表面上には、検出素子１２を所定温度に保持するための温度保持装置としてのペルチェ素子１６が配置され、さらに、このペルチェ素子１６は、筐体２１の内壁面上に配置された伝熱材１７に接合されている。
ペルチェ素子１６は、制御装置２０による通電制御に応じて吸熱または放熱することで、検出素子１２の温度を所定の作動温度に設定する。
【００１３】
なお、伝熱材１７が配置された筐体２１の外面上には複数の放熱フィン２２，…，２２が備えられている。
また、筐体２１の開口部には、検査対象ガスを透過可能であって、検査対象ガス中に含まれる水分の透過を規制する撥水フィルタ１８が備えられている。
【００１４】
本実施の形態による水素検出装置１１は上記構成を備えており、次に、この水素検出装置１１の動作について説明する。
検出素子１２を構成する水素吸蔵合金は、ガス検出室とされる筐体２１内部の雰囲気の水素分圧が温度に応じた各水素吸蔵圧よりも低いときには水素の吸蔵が抑制され、水素分圧が温度に応じた各水素吸蔵圧に達すると水素の吸蔵を開始する。そして、水素吸蔵合金は水素を吸蔵すると重量が増大するので、水晶振動子１４の共振周波数の変化が制御装置２０によって検出される。
つまり、検出素子１２の温度を所定の作動温度となるように制御すると、検出素子１２を構成する水素吸蔵合金が水素を吸蔵しているか否かに応じて、検出される水晶振動子１４の共振周波数が異なり、この共振周波数の変化に基づき、雰囲気の水素濃度がどの濃度範囲にあるかを検知することができる。
【００１５】
例えば、検出素子１２の温度が所定の作動温度（例えば、１００°Ｃ等）に保持されている状態において、雰囲気の水素分圧が検出素子１２の水素吸蔵圧（例えば、０．００５ａｔｍ）に満たない場合には、検出素子１２は水素を吸蔵せず、水素検出装置１１の重量変化はゼロであるから水晶振動子１４の共振周波数の変化はゼロとなって、雰囲気の水素濃度は０．５％未満であると検知される。
【００１６】
そして、雰囲気の水素分圧が検出素子１２の水素吸蔵圧（例えば、０．００５ａｔｍ）以上の場合には、検出素子１２が水素を吸蔵し、水素検出装置１１の重量が増分Δｍだけ増大する。この重量増大に応じた水晶振動子１４の共振周波数の変化が検出されることで、雰囲気の水素濃度は０．５％以上であると検知される。
【００１７】
上述したように、本実施の形態による水素検出装置１１によれば、水素検出装置１１の雰囲気の水素濃度範囲を容易に精度良く検知することができることに加えて、測温抵抗体１５ｂを水晶振動子１４に隣接して配置することにより、例えばサーミスタ等のように検出素子１２に対する相対的な重量が大きな温度センサを備える場合に比べて、水素検出装置１１の重量を軽減することができ、検出素子１２に生じる状態変化として重量変化を検出する場合の感度、つまり水素濃度の検出精度を向上させることができる。また、測温抵抗体１５ｂは、サーミスタ等の温度センサに比べて軽量かつ小型化が容易であり、水素検出装置１０が大型化することを防止しつつ、取り付けに要するスペースを容易に確保することができる。
【００１８】
なお、上述した実施の形態においては、水晶振動子１４により検出素子１２の重量変化を検出するとしたが、これに限定されず、例えば歪ゲージ等によって体積変化を検出してもよいし、温度センサにより温度変化を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る水素検出装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１１  水素検出装置
１２  検出素子（水素吸収材）
１４  水晶振動子（状態変化検出手段）
１５ａ  絶縁部材（温度センサ、絶縁被膜）
１５ｂ  測温抵抗体（温度センサ、抵抗体）
【図１】
2005257394.tif 000003