(57)【要約】【課題】本発明は、水素を製造等する装置などが存在する雰囲気中における水素ガスの存在とその流れを安全かつ迅速に可視できる水素ガス可視化装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる水素ガス可視化装置は、基板表面に形成された薄膜層と、この薄膜層表面に形成されて、雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜層を水素化して前記薄膜層の光学的反射率を変化させる触媒層とを有する水素センサと、この水素センサを備える１つ以上のセンサ面を有して、前記水素センサに接する雰囲気中に含まれる水素ガスの分布を２次元平面上で可視化して、上記水素ガスの存在とその流れを可視化する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板表面に形成された薄膜層と、この薄膜層表面に形成されて、雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜層を水素化して前記薄膜層の光学的反射率を変化させる触媒層とを有する水素センサと、
この水素センサを備える１つ以上のセンサ面を有して、
前記水素センサに接する雰囲気中に含まれる水素ガスの分布を２次元平面上で可視化して、上記水素ガスの存在及び流れを可視化することを特徴とする水素ガス可視化装置。
【請求項２】
前記薄膜層がマグネシウム・ニッケル合金薄膜層もしくはマグネシウム薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載の水素ガス可視化装置。
【請求項３】
前記触媒層がパラジウムもしくは白金で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の水素ガス可視化装置。
【請求項４】
前記触媒層の厚さが１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水素ガス可視化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気中の水素ガスの存在とその流れを広い領域にわたって（２次元平面上において）視覚等にて認識すること（水素ガスの存在とその流れを可視化すること）ができる水素ガス可視化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素排出を抑制するため、水素がエネルギー源として注目されている。しかし、水素をエネルギー源として使用する装置（例えば水素燃料電池を用いた自動車）等が存在する雰囲気中（地下駐車場、水素ガスステーション等の雰囲気中）に水素ガスが漏れた場合には、爆発のおそれがあるため、水素ガスの漏洩を速やかに検出して、水素ガスの漏洩を止めなければならない。しかし雰囲気中に漏洩した水素ガスを、実験室等におけるガス検出方法であるシュリーレン法やＰＩＶ法等を用いて検出することは実用的ではなく、そもそも上記各方法は、気体の対流を検出することができても、他のガスから水素ガスを選択的に検出することができないものである。
【０００３】
そこで雰囲気中の水素ガスを選択的に検出できる酸化スズを用いた半導体センサを使用する漏洩水素ガス検出装置が考えられた。また室温（摂氏２０度前後）においてガラスの表面上に形成された薄膜層が触媒層の作用で水素化すると透明状態となり、室温から摂氏１００度までの温度範囲において上記薄膜層が脱水素化すると鏡面状態になる水素ガスに選択的に反応する調光ミラーガラスもある（特許文献１および２）。こうした調光ミラーガラスは、水素ガスを用いて、その光学透過率をガラスの全面にわたって殆ど均一に変化させて、建物や自動車などの窓に用いて調光を行うものである。またガラスやビニールシートなどの基板の表面に形成した薄膜層を、触媒層の作用で速やかに水素化して、薄膜層の光学的反射率を変化させることができる水素センサを用いれば、該水素センサが配置された箇所における水素ガスの存在を検知することができる（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−３３５５５３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３９１３４号公報
【特許文献３】特開２００５−８３８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし漏洩水素ガスによる爆発を未然に防止するためには、漏洩を速やかに検出するだけでは足りず、その漏洩源を速やかに特定して水素ガスの漏洩を止めなければならず、そのためには漏洩水素ガスの存在とその流れを、広い領域にわたって安全かつ速やかに検知して、漏洩水素ガスの流れから漏洩源を特定できなければならない。
【０００５】
しかし水素ガスを選択的に検出できる酸化スズを用いた半導体センサは、摂氏４００度程度の比較的高い温度で動作するために加熱装置を必要として、その加熱装置が漏洩水素ガスの爆発を誘発するおそれを否定できない。また半導体センサを動作させる電源が必要となるため、電源機器等の障害が漏洩水素ガスの爆発を誘発するおそれを否定できないし、災害等で停電した場合には、水素ガス検出装置の動作が停止してしまうという問題がある。さらに上記水素ガス検出装置は、半導体センサが配置された場所において漏洩水素ガスを検出するだけだから、漏洩水素ガスの流れを広い領域にわたって速やかに検知することができず、漏洩水素ガスの漏洩源を速やかに特定することができない。
【０００６】
また水素に選択的に反応する前述調光ミラーガラス（前記特許文献１および２）は、水素ガスを用いて、その光学透過率をガラスの全面にわたって殆ど均一に変化させるものだから、漏洩水素ガスの流れを広い領域にわたって速やかに検知するものではない。
またガラスなどの基板の表面に触媒層を形成した水素センサ（前記特許文献３）は、該センサが配置された箇所における水素ガスを検知するだけで、雰囲気中の水素ガスの存在とその流れを可視化することはできない。
【０００７】
そこで本発明は、上記各問題を解決するために、水素を製造、貯蔵もしくは使用する装置などが存在する雰囲気中や水素燃料電池等の装置における、水素ガスの漏洩と水素ガスの漏洩源を迅速に検出するために、電源等からエネルギーの供給を受けることなくかつ室温で、水素ガスの存在および流れを安全かつ迅速に広い領域わたって可視化することができる水素ガス可視化装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明にかかる水素ガス可視化装置は、１つ以上のセンサ面を有して、このセンサ面に水素センサを設けて、この水素センサの基板表面に形成された薄膜層の表面に触媒層を形成して、この触媒層が雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると薄膜層を迅速に水素化して薄膜層の光学的反射率を変化させ、水素に触れなくなると薄膜層を迅速に脱水素化して薄膜層の光学的反射率をもとの状態に復帰させる構成とした。
【０００９】
したがって、水素をエネルギー源として使用する装置等が存在する雰囲気中（地下駐車場、水素ガスステーション等の雰囲気中）に漏れた水素ガスが、該水素ガス可視化装置の水素センサに触れると、漏洩水素ガスが触れた領域の薄膜層の光学的反射率が迅速に変化して、該水素センサ表面における漏洩水素ガスの分布を２次元平面上で迅速に検知できる。すなわち、本発明にかかる水素ガス可視化装置を用いれば、水素センサ表面（２次元平面上）における水素ガスの存在とその流れを、薄膜層の光学的反射率の変化によって目視することができる（可視化できる）。
【発明の効果】
【００１０】
このように本発明にかかる水素ガス可視化装置は、室温で水素センサの触媒層の作用によって薄膜層の光学的反射率を迅速に変化させることができるから、電源等からエネルギーの供給を受けることなくかつ室温で、水素ガスの存在およびその流れを安全かつ迅速に広い領域わたって可視化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明にかかる水素ガス可視化装置を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明にかかる水素ガス可視化装置（実施例１）を図１〜図３にて説明する。
（水素センサ）
まず、本実施例において用いる水素センサの１例を図１にて説明する。図１に示す水素センサ１０は、金属、ガラス、アクリル樹脂、ポリエチレンシート（ポリエチレンフィルム）などの基板１１を用いて、この基板１１の表面１１ａにマグネシウム・ニッケル合金もしくはマグネシウムからなる薄膜層１２が形成され、そして薄膜層１２の表面１２ａにはパラジウムもしくは白金からなる触媒層１３が形成されている。
【００１３】
薄膜層１２はスパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、メッキ法などによって形成することができ、その組成は例えばＭｇＮｉｘ（０≦ｘ＜０．６）である。触媒層１３は、薄膜層１２の表面１２ａにコーティングなどによって形成することができ、その厚さは１ｎｍないし１００ｎｍである。かかる薄膜層１２および触媒層１３を形成した場合、水素センサ１０が水素濃度が１００ｐｐｍないし１％程度以上の雰囲気に触れると、例えば数秒ないし１０秒程度で、薄膜層１２の光学的反射率に目視可能（可視化可能）な迅速な変化が生じる。
【００１４】
ただし薄膜層１２の組成と形成方法は、触媒層１３が水素ガスに触れたときに、触媒層１３の作用で迅速に水素化して光学的反射率が迅速に変化するものであれば、上記のものに限定されず、また触媒層１３の組成、厚さ、形成方法も上記のものに限定されない。なお上記光学的反射率は、目視の場合には、可視光に対する反射率だが、例えば赤外線カメラ等で監視する場合には、可視光に対する反射率に限定されるものではない。
【００１５】
（水素ガス可視化装置）
図２は、図１の水素センサ１０を用いた水素ガス可視化装置２０の概略構成例を示す図である。水素ガス可視化装置２０は、例えば水素自動車の地下駐車場に設置されて使用されるものであり、センサ面である第１の側面部２１、第２の側面部２２、後部面２３を有している。そして第１の側面部２１、第２の側面部２２、後部面２３で画されるスペースが水素自動車の駐車スペースとなる。ここで、後部面２３に相対する前面部は、開放されて水素自動車の出入り口となる（図２（ａ））。したがって水素ガス可視化装置２０を駐車場に設置すれば、水素自動車の出入り口を有して、第１の側面部２１、第２の側面部２２、後部面２３が、駐車した水素自動車を３方向から取り囲むように位置付けられる。また図２（ｂ）に示すように、前記駐車スペースを第１の側面部２１および第２の側面部２２と並行する仕切り壁部２４で仕切れば、複数の水素自動車の駐車スペースを確保することができる。
【００１６】
水素ガス可視化装置２０では、第１の側面部２１、第２の側面部２２、後部面２３の駐車スペース側のほぼ全面にわたって（図２（ｂ）に示す水素ガス可視化装置２０では、さらに仕切り壁部２４の両面にも）、水素センサ１０が取り付けられている。また必要に応じて、水素ガス可視化装置２０に天井（センサ面）を設けて、この天井の下面のほぼ全面に水素センサ１０を取り付けてもよい。
【００１７】
例えば、図２（ａ）に示す水素ガス可視化装置２０を設置した地下駐車場に、水素自動車をその後部が水素ガス可視化装置２０の後部面２３側に位置するように駐車した場合において、水素自動車の後部から水素ガスが漏れたときには、この漏洩水素ガスが後部面２３に達して更に後部面２３の表面を上昇するから、漏洩水素ガスの流れに触れた水素センサ１０の領域では、薄膜層１２の光学的反射率が低下する。そうすると光学的反射率が低下した水素センサ１０の表面における地下駐車場の照明光などの反射光に変化が生じるから、水素ガス可視化装置２０は、漏洩水素ガスの分布とその流れを可視化することができる。
【００１８】
図３は、後部面２３に取り付けられた水素センサ１０の表面における、薄膜層１２の光学的反射率の変化の例を示す図である。もしも水素ガス可視化装置２０の後部面２３の略右上部の領域１０ａにおいて、水素センサ１０の薄膜層１２の光学的反射率が低下した場合には（図３（ａ））、水素ガスの漏洩源は、後部面２３の右側の近くということになり、そして薄膜層１２の光学的反射率は、漏洩水素ガスの濃度に応じて低下するから、光学的反射率の低下が著しい箇所が水素ガスの漏洩源に近いということになる。当然ながら領域１０ａは、漏洩水素ガスの流れの変化に応じて揺らぎを生じることになる。もしも図３（ｂ）に示すように、水素ガス可視化装置２０の後部面２３の略左上部の領域１０ｂにおいて、水素センサ１０の薄膜層１２の光学的反射率が低下した場合には、水素ガスの漏洩源は、水素ガス可視化装置２０の後部面２３の左側の近くということになる。
【００１９】
こうして水素ガス可視化装置２０は、その水素センサ１０の表面に触れた漏洩水素ガスの分布とその流れを薄膜層１２の光学的反射率の変化で可視化するから、水素ガス可視化装置２０に該地下駐車場の照明光などが照射されていれば、その反射光の変化にて、水素ガスの漏洩とその漏洩場所を知ることができる。もちろん水素ガス可視化装置２０は、照明光などの人工光の反射ではなく、屋外の自然光の反射にて、水素センサ１０の薄膜層１２の光学的反射率の変化を検出するものであってもよい。
【００２０】
また水素ガス可視化装置２０の第１の側面部２１、第２の側面部２２、後部面２３（センサ面）を例えばガラスや透明なプラスティックで構成して、これらセンサ面に、基板１１に透明なポリエチレンシート等を用いた水素センサ１０を取り付けてもよい。この場合、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように水素センサ１０の領域１０ａ又は１０ｂが漏洩水素ガスに触れて光学的反射率が変化したときには、領域１０ａ又は１０ｂにおける光線の反射率の変化によって、漏洩水素ガスの分布とその流れを、水素ガス可視化装置２０の外部から目視することができる。
【００２１】
なお水素ガス可視化装置２０の第１の側面部２１、第２の側面部２２、後部面２３の何れか又はすべてが、平面でなく曲面であっても、漏洩水素ガスの可視化が可能であることはいうまでもない。
【実施例２】
【００２２】
次に本発明にかかる水素ガス可視化装置（実施例２）を図４にて説明する。
なお実施例１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。水素ガス可視化装置３０は、透明なプラスティック等で形成されたセンサ面である第１の側面部３１、第２の側面部３２、後部面３３、前面部３４、底面部３５、上面部３６を有する６面体（直方体）である。水素ガス可視化装置３０の内部空間に面した第１の側面部３１、第２の側面部３２、後部面３３、前面部３４、底面部３５、上面部３６の表面には、それらのほぼ全面にわたって、基板１１に透明なポリエチレンシート等を用いた水素センサ１０が取り付けられて、若しくは貼り付けられて、水素ガス可視化装置３０は、任意の面（例えば前面部３４）が開閉等して、その内部空間に、例えば水素ガス貯蔵装置等を収容できるようになっている。
【００２３】
もしも水素ガス可視化装置３０に収容された水素ガス貯蔵装置から水素ガスが漏洩した場合には、漏洩水素ガスが水素ガス可視化装置３０を構成する６つの面の何れかの面に取り付けられた水素センサ１０によって検出される。そしてこの水素センサ１０は、漏洩水素ガスの濃度に依存して、その薄膜層１２の光学的反射率が変化し、また漏洩水素ガスの流れによって、光学的反射率が変化する箇所に揺らぎを生じるから、漏洩水素ガスの分布とその流れを可視化することができて、水素ガス貯蔵装置の漏洩箇所を知ることができる。もちろん水素ガス可視化装置３０に収容するものは、水素燃料電池、水素製造装置等であってもよく、水素ガス貯蔵装置に限定されない。
【００２４】
なお水素ガス可視化装置２０、および３０は漏洩水素ガスを検出して可視化するものに限定されず、例えば水素ガスの流れをシミュレーションする実験装置（例えば風洞等）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる水素ガス可視化装置における水素センサの断面構造の１例を示す図である。
【図２】図１に示す水素センサを用いた水素ガス可視化装置（実施例１）の概略構成例を示す図である。
【図３】図２に示す水素ガス可視化装置における水素センサの表面における薄膜層の光学的反射率の変化の例を示す図である。
【図４】本発明にかかる水素ガス可視化装置（実施例２）の概略構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  水素センサ
１１  水素センサの基板
１２  水素センサの薄膜層
１３  水素センサの触媒層
２０  水素ガス可視化装置
２１  第１の側面部（センサ面）
２２  第２の側面部（センサ面）
２３  後部面（センサ面）
３０  水素ガス可視化装置
３１  第１の側面部（センサ面）
３２  第２の側面部（センサ面）
３３  後部面（センサ面）
３４  前面部（センサ面）
３５  底面部（センサ面）
３６  上面部（センサ面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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