(57)【要約】【課題】  水素の漏出を確実に検出することが可能な水素ガスセンサ及び水素の検出方法を提供する。【解決手段】  少なくとも一表面が非導電性面２ａである基板２と、非導電性面２ａ上に膜状に形成された導電性を有するセンサ部３とからなり、センサ部３は水素吸収材料から構成され、その外周部の対向する一対の領域に電流の入口または出口となる端子部を各々有し、更に該端子部間の電流経路を狭める切欠部を有していることを特徴とする水素ガスセンサ１を採用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一表面が非導電性面である基板と、該非導電性面上に膜状に形成された導電性を有するセンサ部とからなり、
前記センサ部は水素吸収材料から構成され、その外周部の対向する一対の領域に電流の入口または出口となる端子部を各々有し、更に該端子部間の電流経路を狭める切欠部を有していることを特徴とする水素ガスセンサ。
【請求項２】
前記センサ部は平面視略矩形状に形成され、前記センサ部を区画する辺のうち、一方の一対の対向辺に前記端子部が各々設けられ、他方の一対の対向辺のうちの少なくとも一方の辺に切欠部が設けられ、前記切欠部により前記他方の一対の対向辺の間隔が狭められた易破断部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水素ガスセンサ。
【請求項３】
前記易破断部の断面積をＢとし、他の部分の断面積をＡとしたとき、Ｂ／Ａ比が０．００１≦Ｂ／Ａ≦０．５の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の水素ガスセンサ。
【請求項４】
前記水素吸収材料が、Ｐｄを主成分とする材料、ＺｒＮｉ合金、ＺｒＣｒ合金、ＴｉＭｎ合金、ＴｉＦｅＭｎ合金、ＴｉＦｅＺｒＮｂ合金、ＦｅＴｉＯ合金、ＭｇＮｉ合金、ＣａＮｉ合金、ＬａＮｉ合金、ＬａＮｉＡｌ合金、ＭｍＮｉＡｌ合金、ＭｍＮｉＦｅ合金、ＬｍＮｉ合金のいずれかを含む材料であることを特徴とする請求項１に記載の水素ガスセンサ。
ただし、Ｍｍはミッシュメタルであり、Ｌｍはランタンリッチミッシュメタルである。
【請求項５】
筒状の本体に回転軸が設けられ、該回転軸の周囲に複数の貫通孔が該回転軸と略並行に設けられ、各貫通孔内に請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水素ガスセンサが収納されてなるセンサ収納体と、
前記センサ収納体を回転駆動させることにより各水素ガスセンサを待機位置から検出位置に順次送り出させる回転駆動手段と、
検出位置にある水素ガスセンサに接続される前記電流検知手段とを具備してなることを特徴とする水素ガス検出装置。
【請求項６】
前記待機位置に位置する貫通孔を閉塞させる気密カバーが備えられていることを特徴とする請求項５に記載の水素ガス検出装置。
【請求項７】
水素吸収材料からなるセンサ部を有する水素ガスセンサと、該センサ部に電流を流すとともに当該電流が遮断されたか否かを検出する電流検知手段とを用いて、測定対象ガスにおける水素の有無を検出する方法であり、
前記センサ部を構成する水素吸収材料が水素を吸収して破断されたときに、当該センサ部の破断を前記電流検知手段が電流遮断の有無で検知することによって、測定対象ガス中の水素を検出することを特徴とする水素の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスセンサ、水素ガス検出装置及び水素の検出方法に関するものであり、特に、水素の貯蔵タンク等から水素が漏出した際に、水素を検出して水素漏れを発見するために用いる水素ガスセンサ、水素ガス検出装置及び水素の検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素の貯蔵タンク等からの水素漏出の有無を検出する水素ガスセンサとして、下記特許文献１に記載されているように、非導電性の基板の上面全部にＮｉＺｒ合金膜を成膜し、更にＮｉＺｒ合金膜の上面全部にパラジウム膜を設けてなるものが知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載の水素ガスセンサは、ＮｉＺｒ合金膜及びパラジウム膜が水素ガスを吸収した際に、ＮｉＺｒ合金膜の電気抵抗が水素の吸収量に応じて変化することを利用して、水素量を検出するというものである。
【特許文献１】特開平９−１４５６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の水素ガスセンサにおいては、ＮｉＺｒ合金膜が水素の吸収、排出を繰り返すことによって劣化し、同一濃度の水素に対する電気抵抗が経時変化してしまい、正確な水素濃度を検出できないという問題があった。また、ＮｉＺｒ合金膜の劣化の判定が困難であるため、水素ガスセンサの性能低下を判定しにくいといった問題もあった。このような劣化は微量の漏れを検出する用途では致命的である。
【０００５】
従って、劣化により感度が低下するよりは、水素ガスを検出した時点で破断するセンサがあれば、破断後の交換を前提として、より確実な水素漏れを検出できるという事情がある。そのようなセンサを用いれば、交換時期を確実に判定することもできる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、交換時期を確実に判定することが可能な水素ガスセンサ及び水素ガス検出装置並びに水素ガスセンサを用いて劣化の影響を受けずに常に高感度で水素を検出する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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の水素ガスセンサは、少なくとも一表面が非導電性面である基板と、該非導電性面上に膜状に形成された導電性を有するセンサ部とからなり、前記センサ部は水素吸収材料から構成され、その外周部の対向する一対の領域に電流の入口または出口となる端子部を各々有し、更に該端子部間の電流経路を狭める切欠部を有していることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成により、前記センサ部を構成する水素吸収材料に水素が吸収されることで水素吸収材料自体が体積膨張し、一方、基板は変化しないので、センサ部に圧縮応力が働く。この圧縮応力が切欠部近傍に集中してセンサ部が破断される。センサ部の破断は、端子部間を流れる電流の遮断の有無により検知される。このように上記の水素ガスセンサによれば、ある程度の水素を検出すると、水素の吸収によりセンサ部が破断するので交換時期を確実に判定でき、センサ部の経時劣化の影響を考慮する必要がない。破断後に新品と交換することを前提として、水素の有無を確実に判定することができる。また、センサ部に水素吸収材料を用いるので、他のガスによる干渉がほとんどなく、水素の検出を精度良く行うことができる。
【０００９】
また本発明の水素ガスセンサは、先に記載の水素ガスセンサであり、前記センサ部は平面視略矩形状に形成され、前記センサ部を区画する辺のうち、一方の一対の対向辺に前記端子部が各々設けられ、他方の一対の対向辺のうちの少なくとも一方の辺に切欠部が設けられ、前記切欠部により前記他方の一対の対向辺の間隔が狭められた易破断部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成により、水素の吸収に伴って生じるセンサ部の応力が易破断部に集中しやすくなり、より低濃度でセンサ部が破断するので、水素の高感度検出が可能になる。
【００１１】
また本発明の水素ガスセンサは、先に記載の水素ガスセンサであり、前記易破断部の断面積をＢとし、他の部分の断面積をＡとしたとき、Ｂ／Ａ比が０．００１≦Ｂ／Ａ≦０．５の範囲であることを特徴とする。
【００１２】
かかる水素ガスセンサによれば、センサ部における易破断部の断面積比（Ｂ／Ａ比）を上記の範囲に設定したことにより、センサ部が微量の水素を吸収しただけで、水素の吸収に伴って生じる応力が易破断部に集中してセンサ部が破断するため、水素の高感度検出が可能になる。
【００１３】
また、本発明の水素ガスセンサは、先に記載の水素ガスセンサであり、前記水素吸収材料が、Ｐｄを主成分とする材料、ＺｒＮｉ合金、ＺｒＣｒ合金、ＴｉＭｎ合金、ＴｉＦｅＭｎ合金、ＴｉＦｅＺｒＮｂ合金、ＦｅＴｉＯ合金、ＭｇＮｉ合金、ＣａＮｉ合金、ＬａＮｉ合金、ＬａＮｉＡｌ合金、ＭｍＮｉＡｌ合金、ＭｍＮｉＦｅ合金、ＬｍＮｉ合金のいずれかを含む材料であることを特徴とする。ただし、Ｍｍはミッシュメタルであり、Ｌｍはランタンリッチミッシュメタルである。
【００１４】
上記に列挙した水素吸収材料は、いずれも僅かな水素の吸収で大きな体積膨張率を示すものであり、極めて割れやすい材料である。このため、これらの材料をセンサ部に使用することにより、低濃度の水素でセンサ部を確実に破断させることができ、水素を高感度で検出することができる。
【００１５】
また、本発明の水素ガス検出装置は、筒状の本体に回転軸が設けられ、該回転軸の周囲に複数の貫通孔が該回転軸と略並行に設けられ、各貫通孔内に先のいずれかに記載の水素ガスセンサが収納されてなるセンサ収納体と、前記センサ収納体を回転駆動させることにより各水素ガスセンサを待機位置から検出位置に順次送り出させる回転駆動手段と、検出位置にある水素ガスセンサに接続される前記電流検知手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１６】
かかる水素ガス検出装置によれば、複数の水素ガスセンサを順次検出位置に送り出すので、破断した水素ガスセンサを新品に容易に交換することができる。
【００１７】
また、本発明の水素ガス検出装置は、先に記載の水素ガス検出装置であり、前記待機位置に位置する貫通孔を閉塞させる気密カバーが備えられていることを特徴とする。
【００１８】
かかる水素ガス検出装置によれば、気密カバーが備えられているので、待機位置にある水素ガスセンサが水素に触れて破断するおそれがない。
【００１９】
次に本発明の水素の検出方法は、水素吸収材料からなるセンサ部を有する水素ガスセンサと、該センサ部に電流を流すとともに当該電流が遮断されたか否かを検出する電流検知手段とを用いて、測定対象ガスにおける水素の有無を検出する方法であり、前記センサ部を構成する水素吸収材料が水素を吸収して破断されたときに、当該センサ部の破断を前記電流検知手段が電流遮断の有無で検知することによって、測定対象ガス中の水素を検出することを特徴とする。
【００２０】
かかる水素の検出方法によれば、水素の有無の判断を、センサ部が水素を吸収することによりセンサ部自身が破断したか否かを電気的に検知することにより行うので、センサ部の交換時期を確実に判定でき、センサ部の経時劣化の影響を考慮する必要がない。従って、常に水素の有無を確実に判定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上、詳細に説明したように、本発明の水素ガスセンサによれば、水素の有無の判断を、センサ部が水素を吸収することによりセンサ部自身が破断したか否かを電気的に検知することにより行うので、センサ部の経時劣化の影響を考慮する必要がなく、また、水素の有無を常に確実に判定することができる。また、センサ部に水素吸収材料を用いるので、他のガスによる干渉がほとんどなく、水素の検出を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の水素ガスセンサの模式図を示し、図２には、図１の水素ガスセンサに備えられたセンサ部の一例の平面模式図を示す。尚、これらの図において図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、説明の便宜のために縮尺等を変更しており、実際の水素ガスセンサの寸法関係とは必ずしも一致しない場合がある。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の水素ガスセンサ１は、表面２ａが非導電性の基板２と、表面２ａ上に膜状に形成された導電性を有するセンサ部３と、センサ部３に電流を流すとともに当該電流が遮断されたか否かを検知する電流検知回路４とを主体として構成されている。センサ部３と電流検知回路４は配線５によって接続されている。基板２の表面２ａの材質は、例えば、ガラス、アルミナ、ポリカーボネート等が用いられる。
【００２４】
次に、図１及び図２に示すように、センサ部３は、基板２の表面２ａ上に水素吸収材料が膜状に形成されてなるものであり、対向する一対の領域に電流の入口または出口となる端子部３ｂ、３ｂが備えられ、これら端子部３ｂ、３ｂの間に電流経路を狭める切欠部３ｃが設けられて構成されている。すなわち、センサ部３は、一対の本体部３ｄ、３ｄと、切欠部３ｃによって幅が狭められてなる易破断部３ｅとから構成されている。切欠部３ｃは平面視略Ｖ字型に形成されている。このような切欠部３ｃを設けることにより、本体部３ｄ、３ｄと易破断部３ｅとの間におけるセンサ部３の幅が、連続的に狭まるように構成されている。また端子部３ｂ、３ｂは、本体部３ｄ、３ｄの易破断部３ｅ側とは反対側の辺に設けられている。本体部３ｄ、３ｄ同士は易破断部３ｅによって連結されている。
【００２５】
センサ部３を構成する水素吸収材料は、例えば、Ｐｄを主成分とする材料、ＺｒＮｉ合金、ＺｒＣｒ合金、ＴｉＭｎ合金、ＴｉＦｅＭｎ合金、ＴｉＦｅＺｒＮｂ合金、ＦｅＴｉＯ合金、ＭｇＮｉ合金、ＣａＮｉ合金、ＬａＮｉ合金、ＬａＮｉＡｌ合金、ＭｍＮｉＡｌ合金、ＭｍＮｉＦｅ合金、ＬｍＮｉ合金のいずれか一種により構成される。ただし、Ｍｍはミッシュメタルであり、Ｌｍはランタンリッチミッシュメタルである。これらの合金は、いずれも少量の水素の吸収で大きな体積膨張率を示すものであり、体積膨張によって割れが生じやすい材料である。センサ部３を基板２上に成膜するには、例えばスパッタリング法、蒸着法などの通常の薄膜形成手段を用いることができる。また、印刷による厚膜であってもよい。
【００２６】
水素ガスセンサ１による水素の検出方法は次の通りである。即ち、水素吸収材料により構成されるセンサ部３に水素が触れると、水素がセンサ部３内に吸収され、これによりセンサ部３自体が膨張しようとする。一方、基板２は膨張しないので、その結果、センサ部３に圧縮応力が働く。その応力は易破断部３ｅに集中し、センサ部３が破断される。センサ部３は非導電性の基板２上に形成されているので、破断箇所では電流が流れず、このため端子部３ｂ、３ｂの間の電流が遮断される。この電流の遮断を電流検知回路４で検出することで水素を検出する。
【００２７】
センサ部３の厚みＸは１〜１００ｎｍの範囲に設定されている。また図２に示すように、切欠部３ｃの最大幅Ｙは１〜５０μｍの範囲に設定されている。さらに切欠部３ｃの深さＺは０．１〜１０ｍｍの範囲に設定されている。
【００２８】
本実施形態では、本体部の幅方向に沿う断面積Ａと、易破断部の幅方向に沿う断面積Ｂとの比（Ｂ／Ａ）が、０．００１≦Ｂ／Ａ≦０．５の範囲に設定されることが好ましい。Ｂ／Ａ比が０．００１未満であると、易破断部３ｅの幅が極めて狭くなって外部からの衝撃で破断されやすくなり、水素ガスセンサ１が誤作動してしまうので好ましくない。またＢ／Ａ比が０．５を越えると、易破断部３ｅの幅が本体部３ｄ、３ｄの幅に近づいて応力集中の度合いが低くなり、これによりセンサ部３が破断しにくくなって水素ガスの検出感度が低下するので好ましくない。
【００２９】
上記の水素ガスセンサ１によれば、水素の検出を、センサ部３の破断を電気的に検出することにより行うので、センサ部３の経時劣化の影響を考慮する必要がなく、新品と交換することにより、水素の有無を常に確実に判定することができる。また、センサ部３に水素吸収材料を用いるので、他のガスによる干渉がほとんどなく、水素の検出を精度良く行うことができる。
【００３０】
また、センサ部３に易破断部３ｅを設けることにより、水素の吸収に伴って生じるセンサ部３の歪みが易破断部３ｅに集中しやすくなり、水素を高感度に検出することができる。
【００３１】
また、センサ部３における易破断部３ｅの断面積比（Ｂ／Ａ比）を上記の範囲に設定したことにより、微量の水素がセンサ部３に吸収されただけで、易破断部３ｅと本体部３ｄ、３ｄとの境界が破断するので、水素を高感度で検出することができる。また、断面積の小さな易破断部３ｅをセンサ部３に設けたことで、水素の吸収に伴って生じる応力が易破断部３ｅに集中するようになり、水素の高感度検出が可能になる。
【００３２】
また、センサ部３を構成する水素吸収材料は、いずれも少量の水素を吸収して大きな体積膨張率を示し、極めて割れやすいので、これらの材料をセンサ部３に使用することにより、低濃度の水素でセンサ部３を確実に破断させることができ、水素を高感度で検出することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。図３に、本実施形態の水素ガス検出装置の模式図を示す。図３に示すように、本実施形態の水素ガス検出装置４１は、センサ収納体４２と、センサ収納体４２に収納された複数の水素ガスセンサ４３と、図示略の回転駆動手段と、電流検知回路（電流検知手段）４４とを主体として構成されている。水素ガスセンサ４３は、第１の実施形態で説明した水素ガスセンサと同等のものである。
【００３４】
センサ収納体４２は、筒状の本体４２ａに複数の貫通孔４２ｂ…が設けられて構成されている。本体には回転軸４２ｃが設けられ、この回転軸４２ｃと略並行に貫通孔４２ｂ…が設けられている。貫通孔４２ｂ…は回転軸４２ｃの周囲に配置されている。各貫通孔４２ｂ…の内部には水素ガスセンサ４３…各々収納されている。またセンサ収納体４２は、図示略の回転駆動手段によって回転軸４２ｃを中心に回転駆動されるように構成されている。回転駆動手段としては、回転軸４２ｃに連結されるモータ等を用いることができる。
【００３５】
また、センサ収納体４２には気密カバー４５，４５が備えられている。気密カバー４５，４５は、本体４２ａの回転軸方向両側に各々配置されている。また気密カバー４５には切欠部４５ａが設けられており、この切欠部４５ａから貫通孔４２ｂの一つが露出している。また、これ以外の貫通孔４２ｂ…は全て気密カバー４５、４５によって閉塞されている。また、気密カバー４５，４５自体は回転駆動されることなく固定されている。このため、センサ収納体４２が回転駆動されるのに伴って、貫通孔４２ｂが順次切欠部４５ａの形成位置に送り出されるようになっている。本実施形態では、切欠部４５ａの形成位置を検出位置４６と定義し、それ以外を待機位置４７と定義する。本実施形態の水素ガス検出装置４１においては、一つの貫通孔４２ｂ（水素ガスセンサ４３）が検出位置４６に位置しており、残りの貫通孔４２ｂ…（水素ガスセンサ４３…）が待機位置４７に位置している。待機位置４７にある水素ガスセンサ４３…は、回転駆動手段により、検出位置４６の順次送り出され、水素ガスセンサ４３が交換される。
【００３６】
電流検知回路４４には、一対の配線４８，４８が接続されている。各配線４８，４８の先端４８ａ、４８ａは、検出位置４６に配設され、検出位置４６に配置された水素ガスセンサ４３に接続されている。各配線４８，４８の先端４８ａ、４８ａは、水素ガスセンサ４３が交換された場合でも交換後の新品の水素ガスセンサに自動的に接続される。
【００３７】
次に、図３を参照して本実施形態の水素ガス検出装置４１の動作について説明する。まず、検出位置４６に位置している水素ガスセンサ４３に水素が触れると、水素ガスセンサ４３のセンサ部が膨張して歪みが生じ、この歪みにより水素ガスセンサ４３が破断される。水素ガスセンサ４３の破断は電流検知回路４４によって検出され、これにより水素が検出される。
【００３８】
水素が検出された後、回転駆動手段によってセンサ収納体４２が図中の矢印の方向に回転駆動され、検出位置４６に次の水素ガスセンサ４３が送り出される。送り出された後にこの新たな水素ガスセンサ４３に配線４８，４８が接続され、水素の検出に供される。
【００３９】
このように上記の水素ガス検出装置４１によれば、複数の水素ガスセンサ４３…を順次検出位置４６に送り出すことができるので、破断した水素ガスセンサを新品の水素ガスセンサに容易に交換することができ、水素の検出を常時行うことができる。
【００４０】
また、水素ガス検出装置４１には気密カバー４５，４５が備えられており、この気密カバー４５，４５によって待機位置４７にある水素ガスセンサ４３…に水素に触れることがなく、待機位置４７にある水素ガスセンサ４３の破断を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態の水素ガスセンサの構成を示す模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態の水素ガスセンサに備えられたセンサ部の一例を示す平面模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態の水素ガスセンサの構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００４２】
１、４３…水素ガスセンサ、２…基板、２ａ…表面（非導電性面）、３…センサ部、３ａ…外周部、３ｂ…端子部、３ｃ…切欠部、３ｄ…本体部（他の部分）、３ｅ…易破断部、４、４４…電流検知回路（電流検知手段）、４１…水素ガス検出装置、４２…センサ収納体、４２ａ…本体、４２ｂ…貫通孔、４２ｃ…回転軸、４５…気密カバー、４６…検出位置、４７…待機位置
【図１】
2005069834.tif 000003
【図２】
2005069834.tif 000004
【図３】
2005069834.tif 000005