JP2005308403A - Hydrogen detector - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a hydrogen detector that detects a hydrogen concentration in a gas.
従来、水素吸蔵合金(水素吸収材)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。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。
ところで、従来の水素ガスセンサにおいては、水素吸蔵合金を水素センサとして利用する場合、水素吸蔵合金を一定温度に保持した状態とする必要がある。このとき、水晶振動子をヒータに組み込むと、振動の対象となる物体の重量が増加することによって水晶振動子で水素吸蔵合金の状態変化量を計測する精度が悪化する。そのため、振動の対象となる物体の重量を増加させないように、ヒータを水晶振動子の下方に離間させて配置し間接的に水晶振動子を加熱している。しかし、水晶振動子をヒータで間接的に加熱することで、水晶振動子の温度管理を精度よく行うことができなくなってしまう。
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収材を利用して、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。
By the way, in the conventional hydrogen gas sensor, when using a hydrogen storage alloy as a hydrogen sensor, it is necessary to keep the hydrogen storage alloy at a constant temperature. At this time, if the crystal resonator is incorporated in the heater, the accuracy of measuring the state change amount of the hydrogen storage alloy by the crystal resonator deteriorates due to an increase in the weight of the object to be vibrated. Therefore, in order not to increase the weight of the object to be vibrated, the heater is disposed separately below the crystal unit to indirectly heat the crystal unit. However, by indirectly heating the crystal unit with a heater, it becomes impossible to accurately control the temperature of the crystal unit.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a hydrogen detection apparatus capable of accurately detecting the concentration of hydrogen gas contained in a gas by using a hydrogen absorber having high selectivity for hydrogen. The purpose is to do.
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、前記水素吸収材の温度を検出する温度検出手段(例えば実施形態における温度センサ15)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前記水素吸収材を一定温度に保持した状態で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する状態変化検出手段(例えば実施形態における水晶振動子14)と、前記電極の一方(例えば実施形態における電極13a)の表面に配置された前記水素吸収材に直流電流を流す通電手段(例えば実施形態における導線23,24、外部電源Pおよび制御装置20)とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、このような構成において、直流電流を流すことによって水素吸収材が直接加熱されるため、応答性に優れた温度調整が可能となる。
また、水素吸収材を直接加熱するため、水素吸収材を加熱するためのヒータを新たに設置する必要がない。
さらに、水素吸収材自体がヒータとして機能するため、状態変化検出手段の重量を増加させることがなく、したがって、状態変化検出手段で水素吸収材の状態変化量を計測する精度の悪化を防止することとなる。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, a hydrogen detection device according to the invention described in claim 1 (for example, the
According to the present invention, in such a configuration, since the hydrogen absorbing material is directly heated by passing a direct current, temperature adjustment with excellent responsiveness is possible.
Further, since the hydrogen absorbing material is directly heated, there is no need to newly install a heater for heating the hydrogen absorbing material.
Furthermore, since the hydrogen absorbing material itself functions as a heater, it does not increase the weight of the state change detecting means, and therefore prevents deterioration of the accuracy of measuring the state change amount of the hydrogen absorbing material by the state change detecting means. It becomes.
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。
本発明によれば、水素の吸収および放出に応じて水素吸収材に生じる状態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。
The hydrogen detection apparatus according to claim 2 is characterized in that the state change detection means is a crystal resonator.
According to the present invention, it is possible to accurately detect a change in state that occurs in the hydrogen absorbing material in response to absorption and release of hydrogen as a frequency variation that occurs in the crystal resonator.
請求項3に記載の発明に係る水素検出装置において、前記水素吸収材は、前記電極の一方の表面の一端から他端に向かって蛇行す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、水素吸収材を電極の一方の表面の一端から他端に向かって蛇行するように配置することによって、電極の一方の表面に配置された水素吸収材の長さが長くなる。そのため、水素吸収材に直流電流を流したときの水素吸収材のジュール損による発熱量が大きくなり、水素吸収材の加熱効率が向上することとなる。
The hydrogen detector according to claim 3, wherein the hydrogen absorber is arranged to meander from one end of one surface of the electrode toward the other end.
According to the present invention, the length of the hydrogen absorbing material arranged on one surface of the electrode is increased by arranging the hydrogen absorbing material so as to meander from one end of the one surface of the electrode to the other end. . Therefore, the amount of heat generated by Joule loss of the hydrogen absorbent when a direct current is passed through the hydrogen absorbent increases, and the heating efficiency of the hydrogen absorbent is improved.
請求項1に記載の発明に係る水素検出装置によれば、応答性に優れた温度調整が可能となるので、水素吸収材の温度管理を容易に行うことができる。また、水素吸収材を加熱するためのヒータを新たに設置する必要がないので、水素検出装置に設けられる構成部品点数を削減することができる。さらに、状態変化検出手段の重量を増加させることがないので、状態変化検出手段で水素吸収材の状態変化量を計測する精度の悪化を防止することができ、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できる。 According to the hydrogen detector according to the first aspect of the present invention, temperature adjustment with excellent responsiveness is possible, so that the temperature control of the hydrogen absorbent can be easily performed. In addition, since it is not necessary to newly install a heater for heating the hydrogen absorbing material, the number of components provided in the hydrogen detection device can be reduced. Furthermore, since the weight of the state change detecting means is not increased, it is possible to prevent deterioration in accuracy of measuring the state change amount of the hydrogen absorbent by the state change detecting means, and the concentration of hydrogen gas contained in the gas. Can be detected with high accuracy.
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、水素の吸収および放出に応じて水素吸収材に生じる状態変化を精度良く検出することができる。
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、水素吸収材に直流電流を流したときの水素吸収材のジュール損による発熱量が大きくなり、水素吸収材の加熱効率が向上することとなるので、状態変化検出手段で水素吸収材の状態変化量を計測する精度の悪化を防止することができ、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できる。
In addition, according to the hydrogen detector according to the second aspect of the present invention, it is possible to accurately detect a state change that occurs in the hydrogen absorbing material in accordance with the absorption and release of hydrogen.
According to the hydrogen detector of the invention described in claim 3, the amount of heat generated by the Joule loss of the hydrogen absorbing material when a direct current is passed through the hydrogen absorbing material increases, and the heating efficiency of the hydrogen absorbing material is improved. As a result, it is possible to prevent deterioration of the accuracy of measuring the state change amount of the hydrogen absorbent by the state change detection means, and to accurately detect the concentration of hydrogen gas contained in the gas.
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状態変化検出手段としての水晶振動子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、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。
Hereinafter, an embodiment of the hydrogen detector of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
For example, as shown in FIG. 1, a
And the inside of the box-shaped housing |
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細幅の平板であり、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は、図2に示すように、細幅の平板が一方の電極13aの表面の一端から他端に向かって蛇行するように配置されている。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)。
Detecting
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。
Further, the
The
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の温度を検出する。
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。
The
The substantially plate-
検出素子12の両端にはそれぞれ導線23,24が取付けられている。この導線23,24は、直流電流を印加できるように外部電源Pに接続されている。また、外部電源Pは、検出素子12の温度を制御できるように制御装置20に接続されている。なお、本発明の通電手段は、これら導線23,24、外部電源Pおよび制御装置20を備えて構成されている。
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。
The
The hydrogen storage alloy constituting the
In other words, when the temperature of the
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。
For example, in a state where the temperature of the
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。
And when the hydrogen partial pressure of atmosphere is more than the hydrogen occlusion pressure (for example, 0.005 atm) of the
また、検出素子12をヒータとして利用し、検出素子12の温度が所定の作動温度(例えば、100°C等)に保持された状態を維持するために、制御装置20を用いて検出素子12の温度を制御する。すなわち、図3のフローチャートに示すように、検出素子12の温度を温度センサによって検出して所定の作動温度(例えば、100°C等)を下回っているか否かを判断し(ステップS11)、検出素子12の温度が所定の作動温度(例えば、100°C等)を下回った場合(ステップS11において「Yes」)、検出素子12の温度が所定の作動温度(例えば、100°C等)に到達するまで外部電源Pを作動させて検出素子12を加熱させ(ステップS12)、すでに検出素子12の温度が所定の作動温度(例えば、100°C等)に到達している場合には(ステップS11において「No」)、外部電源Pの作動を停止させる(ステップS13)。
Further, the
その後、検出素子12の温度を所定の作動温度(例えば、100°C等)に保持された状態に維持するか否かを判断し(ステップS14)、検出素子12の温度を維持する場合(ステップS14において「Yes」)、ステップS11に戻り、検出素子12の温度を温度センサによって検出して所定の作動温度(例えば、100°C等)を下回っているか否かを判断する。なお、水素検出装置11の作動を停止させる等、検出素子12の温度を所定の作動温度(例えば、100°C等)に保持された状態に維持する必要がなくなった場合(ステップS14において「No」)、このフローを終了する。
Thereafter, it is determined whether or not the temperature of the
以上説明したように、本発明に係る水素検出装置11によれば、検出素子12を一方の電極13aの表面に配置し、外部電源Pから直流電流を流すことによって検出素子12が直接加熱されることにより、検出素子12の温度が迅速に調整されることとなる。すなわち、応答性に優れた温度調整が可能となるので、検出素子12の温度管理を容易に行うことができる。
また、検出素子12を外部電源Pから直接加熱するため、検出素子12を加熱するためのヒータ、例えばペルチェ素子および伝熱体を新たに設置する必要がない。したがって、水素検出装置11に設けられる構成部品点数を削減することができる。
As described above, according to the
Further, since the
さらに、検出素子12自体がヒータとして機能するため、水晶振動子14にヒータを組み込むことによる水晶振動子14の重量の増加を回避できる。そのため、水晶振動子14の重量の増加による検出素子12の重量変化量を計測する精度の悪化を防止することとなる。したがって、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。
Furthermore, since the
Further, by using the
また、検出素子12を一方の電極13aの表面の一端から他端に向かって蛇行するように配置することによって、一方の電極13aの表面に配置された検出素子12の長さが長くなる。そのため、検出素子12に直流電流を流したときの検出素子12のジュール損による発熱量が大きくなり、検出素子12の加熱効率が向上することとなる。したがって、水晶振動子14で検出素子12の状態変化量を計測する精度の悪化を防止することができ、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できる。
Further, by arranging the
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。
また、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。
In the above-described embodiment, the change in the weight of the
In the embodiment described above, the
In the above-described embodiment, the
In the embodiment described above, the temperature control method for one
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(状態変化検出手段) 15 温度センサ(温度検出手段) 20 制御装置(通電手段) 23,24 導線(通電手段) P 外部電源(通電手段)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記水素吸収材の温度を検出する温度検出手段と、
電極を厚さ方向の両端に配置し前記水素吸収材を一定温度に保持した状態で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する状態変化検出手段と、
前記電極の一方の表面に配置された前記水素吸収材に直流電流を流す通電手段とを備えたことを特徴とする水素検出装置。 A hydrogen absorber that reversibly absorbs and releases hydrogen;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the hydrogen absorbing material;
State change detection means for detecting state changes according to absorption and release of hydrogen of the hydrogen absorbent material in a state where electrodes are arranged at both ends in the thickness direction and the hydrogen absorbent material is maintained at a constant temperature;
A hydrogen detection apparatus comprising: an energization means for causing a direct current to flow through the hydrogen absorbing material disposed on one surface of the electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004121795A JP2005308403A (en) | 2004-04-16 | 2004-04-16 | Hydrogen detector |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2004121795A Withdrawn JP2005308403A (en) | 2004-04-16 | 2004-04-16 | Hydrogen detector |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11119075B2 (en) * | 2018-10-05 | 2021-09-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Gas sensor and gas sensing method for providing self-calibration |
-
2004
- 2004-04-16 JP JP2004121795A patent/JP2005308403A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11119075B2 (en) * | 2018-10-05 | 2021-09-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Gas sensor and gas sensing method for providing self-calibration |
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Legal Events
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