(57)【要約】【課題】  構成部品点数を削減して電力損失を抑制できる水素検出装置を提供する。【解決手段】  水素検出装置１１は、可逆的に水素を吸収し放出する水素吸収材１２と、電極１３ａ，１３ｂを厚さ方向の両端に配置し、振動によって電極１３ａ，１３ｂを流れる交流電流の周波数変化に基づいて水素吸収材１２の水素の吸収および放出に応じた重量変化を検出する水晶振動子１４とを備え、電極の一方１３ａは、水素吸収材１２と水晶振動子１４との間に配置され、水素吸収材１２の近傍を流れる気体を上流側から下流側へ送り出し可能な送出部２５を有することを特徴とする。【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し放出する水素吸収材と、
電極を厚さ方向の両端に配置し、振動によって前記電極を流れる交流電流の周波数変化に基づいて前記水素吸収材の水素の吸収および放出に応じた重量変化を検出する水晶振動子とを備え、
前記電極の一方は、前記水素吸収材と前記水晶振動子との間に配置され、前記水素吸収材の近傍を流れる気体を上流側から下流側へ送り出し可能な送出部を有することを特徴とする水素検出装置。
【請求項２】
前記送出部は、鈍角三角形の断面を有して三角柱状に形成された突起部が前記電極の一方の表面から突出してなり、かつ前記気体の流れる方向に略直交する方向に延在し、前記電極の一方の表面に接した鈍角側の稜線が前記電極の一方の表面に接した鋭角側の稜線よりも前記気体の流れる方向の下流側となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の水素検出装置。
【請求項３】
前記突起部は、前記電極の一方に複数設けられ互いに略平行に配置されていることを特徴とする請求項２記載の水素検出装置。
【請求項４】
前記突起部は、吸気口及び排気口を有するカバーに覆われていることを特徴とする請求項２または３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が知られている（例えば、特許文献１参照）。この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。
【０００３】
また、例えば、水素ガスセンサを備えた燃料電池発電設備として、パッケージ内に吸気口、排気口および換気ファンを取り付け、排気口および換気ファンの近傍に水素センサである可燃性ガス検知器を設置して、換気ファンによってパッケージ内に常に新鮮な外気を取り込むことが可能なものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この燃料電池発電設備においては、可燃性ガスが装置類からパッケージ内へ漏洩したとしても、ガスの滞留・蓄積による燃焼・爆発温度に達することを防止できる。
【特許文献１】特開平２−１１０３４１号公報
【特許文献２】特開平１１−８６８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献２に係る燃料電池発電設備においては、可燃性ガスをパッケージ内に取り込むために設置した換気ファンを駆動する際、換気ファンに供給する電力が別途必要である。この換気ファンの回転数が大きくなることで、換気ファンの駆動に莫大な電力の供給を要するため、燃料電池発電設備としての電力損失が大きくなる。したがって、この換気ファンの駆動によって発生するような電力損失を抑制でき、好ましくは電力を供給する部品を別途必要としないことが望まれている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成部品点数を削減して電力損失を抑制できる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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち請求項１に記載の発明に係る水素検出装置（例えば実施形態における水素検出装置１１）は、可逆的に水素を吸収し放出する水素吸収材（例えば実施形態における検出素子１２）と、電極（例えば実施形態における電極１３ａ，１３ｂ）を厚さ方向の両端に配置し、振動によって前記電極を流れる交流電流の周波数変化に基づいて前記水素吸収材の水素の吸収および放出に応じた重量変化を検出する水晶振動子（例えば実施形態における水晶振動子１４）とを備え、前記電極の一方は、前記水素吸収材と前記水晶振動子との間に配置され、前記水素吸収材の近傍を流れる気体を上流側から下流側へ送り出し可能な送出部（例えば実施形態における送出部２５）を有することを特徴とする。
電極は、水素検出装置を作動させると、水晶振動子の表面振動によって、電極の平面方向に往復運動する。そこで、水素吸収材の近傍を流れる気体を上流側から下流側へ送り出し可能な送出部を電極の一方に設けることで、水素検出装置を作動させている間、電極の往復運動とともに電極近傍の気体が上流側から下流側へ送り出される。したがって、電極近傍の気体を上流側から下流側へ送り出すための送風手段を水素検出装置に別途設置する必要がない。
【０００７】
請求項２に記載の発明に係る水素検出装置において、前記送出部は、鈍角三角形の断面を有して三角柱状に形成された突起部（例えば実施形態における突起部２６）が前記電極の一方の表面から突出してなり、かつ前記気体の流れる方向に略直交する方向に延在し、前記電極の一方の表面に接した鈍角側の稜線が前記電極の一方の表面に接した鋭角側の稜線よりも前記気体の流れる方向の下流側となるように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、上記のような構成としたことで、気体を送り出すための空間が突起部の下流側に形成されるため、効率よく気体を下流側に送り出すことが可能となる。
【０００８】
請求項３に記載の発明に係る水素検出装置において、前記突起部は、前記電極の一方に複数設けられ互いに略平行に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、電極の一方に複数の突起部が互いに略平行に配置されていることで、気体を送り出すための空間が突起部の下流側に複数形成されるため、さらに効率よく気体を下流側に送り出すことが可能となる。
【０００９】
請求項４に記載の発明に係る水素検出装置において、前記突起部は、吸気口及び排気口を有するカバーに覆われていることを特徴とする。
本発明によれば、カバーに覆われていることで、吸気口から吸気した気体を排気口に排気しやすくなるため、さらに効率よく気体を下流側に送り出すことが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明に係る水素検出装置によれば、電極近傍の気体を上流側から下流側へ送り出すための送風手段を水素検出装置に別途設置する必要がないので、電力損失を抑制することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明に係る水素検出装置によれば、突起部の下流側に気体を送り出すための空間が形成されるので、効率よく気体を下流側に送り出すことができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明に係る水素検出装置によれば、突起部の下流側に気体を送り出す空間が複数形成されるので、さらに効率よく気体を下流側に送り出すことができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明に係る水素検出装置によれば、吸気口から吸気した気体を排気口に排気しやすくなるので、さらに効率よく気体を下流側に送り出すことができる。
【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、水素吸収材としての検出素子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、温度検出手段としての温度センサ１５と、制御装置２０とを備えて構成されている。
そして、水素を含む気体である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、温度センサ１５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。なお、筐体２１には、検査対象ガスを吸気する吸気口２１ａおよびその検査対象ガスの一部を排気する排気口２１ｂが設けられている。ここで、吸気口２１ａから排気口２１ｂに検査対象ガスが流れるため、吸気口２１ａから排気口２１ｂに向かう方向を気体の流れる方向とし、吸気口２１ａ側を上流側、排気口２１ｂ側を下流側とする。
【００１５】
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る平板であり、例えば内部に貫通した微細な空間を有するＡＢ５系水素吸蔵合金である。この検出素子１２において、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）。
【００１６】
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電極１３ａの表面上に接合されている。
【００１７】
温度センサ１５は、検出素子１２の上部に設けられ、制御装置２０を介して通電されている。制御装置２０は、この温度センサ１５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、すなわち、一方の電極１３ａは、検出素子１２と水晶振動子１４との間に配置されている。この水晶振動子１４は、電極１３ａ，１３ｂに交流電流を印加することによって、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。
【００１８】
一方の電極１３ａには、検出素子１２の近傍を流れる検査対象ガスを上流側から下流側へ送り出し可能な送出部２５が設けられている。この送出部２５には、鈍角三角形の面を有した三角柱状に形成された複数、例えば３個の突起部２６が設けられている。これら突起部２６は、一方の電極１３ａの表面から突出しており、検査対象ガスの流れる方向に直交する方向に延在するように、それぞれ互いに平行に設置されている。また、これら突起部２６はいずれも、鈍角側の稜線と一方の鋭角側の稜線とが一方の電極１３ａの表面に接し、かつ鈍角側の稜線が一方の鋭角側の稜線よりも気体の流れる方向の下流側となるように配置されている。また、これら突起部２６は、筐体２１にカバーとして覆われるように配置されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
このような水素検出装置１１を作動させたとき、電極１３ａ，１３ｂは、水晶振動子１４の表面振動によって電極１３ａ，１３ｂの平面方向に往復運動する。そこで、送出部２５を一方の電極１３ａに設けることで、水素検出装置１１を作動させている間、一方の電極１３ａの往復運動とともに一方の電極１３ａ近傍の検査対象ガスが上流側から下流側へ送り出される。したがって、一方の電極１３ａ近傍の検査対象ガスを上流側から下流側へ送り出すための換気ファン等の送風手段を水素検出装置１１の筐体２１内に別途設置する必要がない。これによって、送風手段を作動する際に発生する電力損失を抑制することができる。
【００２３】
また、送出部２５に鈍角三角形の断面を有した突起部２６を設けたことで、検査対象ガスを送り出すための空間が突起部２６の下流側に形成される。そのため、効率よく検査対象ガスを下流側に送り出すことができる。さらに、それら突起部２６が互いに平行に配置されていることで、それぞれの突起部２６の下流側に検査対象ガスを送り出すための空間が形成されるので、さらに効率よく検査対象ガスを下流側に送り出すことができる。
また、それら突起部２６が筐体２１に覆われていることで、吸気口２１ａから吸気した検査対象ガスを排気口２１ｂに排気しやすくなるので、さらに効率よく検査対象ガスを下流側に送り出すことができる。
また、重量変化を検出するために水晶振動子１４を用いることで、水素の吸収および放出に応じて検出素子１２に生じる重量変化を水晶振動子１４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。
【００２４】
なお、上述した実施の形態において、検出素子１２は、他方の電極１３ｂの表面上に設けられてもよい。
また、上述した実施の形態において、温度センサ１５は、検出素子１２の温度の測定が可能であれば、どの位置に設けられてもよい。さらに、温度センサが検出素子１２に設置されている必要はなく、検出素子１２の温度の測定が可能であれば、検出素子１２から離間した位置に配置されてもよい。
また、上述した実施の形態において、一方の電極１３ａの温度制御方法は、外部電源ＰをＯＮまたはＯＦＦするいわゆるＯＮ−ＯＦＦ制御であるが、チョッパーによる制御、ＰＩＤ制御等、一方の電極１３ａの温度調節に有効な制御であれば、いずれの温度制御方法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】
【００２６】
１１  水素検出装置  １２  検出素子（水素吸収材）  １３ａ，１３ｂ  電極  １４  水晶振動子  １５  温度センサ（温度検出手段）  ２５  送出部  ２６  突起部
【図１】
2005315604.tif 000003