JP3192325U - Optical hydrogen gas detection switch - Google Patents
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Abstract
【課題】水素ガス検知の応答性及び信頼性を向上できる光学式水素ガス検知スイッチを提供する。【解決手段】基板21、ガスクロミック金属薄膜22及び触媒金属薄膜23にて水素ガス検知素子2を構成する。ガスクロミック金属薄膜22の色を識別し、識別した色を色電気信号に変換して水素判別手段5に出力する。水素判別手段5は、色電気信号の変化に基づいて水素ガス漏洩を判別する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical hydrogen gas detection switch capable of improving the responsiveness and reliability of hydrogen gas detection. A hydrogen gas detection element 2 is composed of a substrate 21, a gas chromic metal thin film 22, and a catalyst metal thin film 23. The color of the gas chromic metal thin film 22 is identified, and the identified color is converted into a color electric signal and output to the hydrogen discrimination means 5. The hydrogen discrimination means 5 discriminates a hydrogen gas leak based on a change in a color electric signal. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本考案は、水素ガス漏洩の監視及び判別に関するもので、水素原子を吸蔵して着色するガスクロミック金属薄膜の着色特性を利用して、光学的に水素ガス漏洩を判別(検知)する光学式水素ガス検知スイッチに関する。 The present invention relates to the monitoring and discrimination of hydrogen gas leaks. Optical hydrogen that optically discriminates (detects) hydrogen gas leaks using the coloring properties of gas chromic metal thin films that absorb and color hydrogen atoms. It relates to a gas detection switch.
ガラス、鉄鋼、化学物質、燃料電池又は半導体等の製造工場においては、半導体等の製造工程で水素ガスを使用し、又は製造工程において水素ガスが発生することがある。水素ガスは、酸素雰囲気で爆発する危険性を有し、取扱いに注意する必要があり、水素ガス漏洩を監視、検知する必要がある。
また、水素ガスを燃料とする燃料電池、燃料電池自動車等も同様に、水素ガスによる爆発の危険性を有する。
In manufacturing plants for glass, steel, chemical substances, fuel cells, semiconductors, etc., hydrogen gas may be used in the manufacturing process of semiconductors, or hydrogen gas may be generated in the manufacturing process. Hydrogen gas has a risk of exploding in an oxygen atmosphere and needs to be handled with care, and it is necessary to monitor and detect hydrogen gas leakage.
Similarly, a fuel cell using hydrogen gas as a fuel, a fuel cell vehicle, and the like have a risk of explosion due to hydrogen gas.
水素ガス漏洩を監視及び判別する技術として、特許文献1は、絶縁基板の表面上に一対の電極及び検知膜を積層し、絶縁基板の裏面に加熱ヒータを有する水素ガス検知センサを開示する。検知膜は、水素ガスを吸着してプロント(H+)及び電子(e)に解離する触媒と、プロント(H+)及び電子(e)の反応にて導電性を増加する金属酸化物で構成される。
As a technique for monitoring and discriminating hydrogen gas leakage,
しかし、特許文献1では、水素ガスの検知に際し、金属膜を加熱ヒータにて加熱するため、金属膜の劣化を起こし、水素ガス検知の応答性及び信頼性に劣る。
However, in
本考案は、水素原子を吸蔵して着色するガスクロミック金属薄膜の着色特性を利用して、光学的に水素ガス漏洩を検知することで、水素ガス検知の応答性及び信頼性を向上できる光学式水素ガス検知スイッチを提供することにある。 The present invention is an optical system that can improve the responsiveness and reliability of hydrogen gas detection by optically detecting hydrogen gas leakage using the coloring properties of gas chromic metal thin films that occlude and color hydrogen atoms. To provide a hydrogen gas detection switch.
本考案に係る請求項1は、基板、前記基板表面上に形成され、水素原子を吸蔵して着色するガスクロミック金属薄膜、及び前記ガスクロミック金属薄膜表面上に担持され、水素ガスを吸着して水素原子に解離する水素ガス検知素子と、前記ガスクロミック金属薄膜の色を識別し、識別した色を色電気信号に変換して出力する色識別手段と、前記色電気信号を入力し、前記色電気信号の変化に基づいて水素ガス漏洩を判別する水素判別手段と、を備えることを特徴とする光学式水素ガス検知スイッチである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate, a gas chromic metal thin film that is formed on the surface of the substrate, and absorbs and colors hydrogen atoms, and is supported on the surface of the gas chromic metal thin film, and adsorbs hydrogen gas. A hydrogen gas detecting element dissociating into hydrogen atoms, a color identifying means for identifying a color of the gas chromic metal thin film, converting the identified color into a color electric signal, and outputting the color electric signal; An optical hydrogen gas detection switch, comprising: a hydrogen discrimination unit that discriminates hydrogen gas leakage based on a change in an electrical signal.
本考案に係る請求項2は、前記水素判別手段は、空気雰囲気における前記ガスクロミック金属薄膜の色を示す基準色電気信号を記憶する信号記憶部と、前記色電気信号から前記基準色電気信号を減じて差分電気信号を演算する信号演算部と、水素ガス濃度を示す判別電気信号を設定する判別信号設定部と、前記差分電気信号及び前記判別電気信号を比較し、前記差分電気信号が前記判別電気信号以上であると、水素ガス漏洩と判別する水路漏洩判別部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の光学式水素ガス検知スイッチである。
According to a second aspect of the present invention, the hydrogen determination unit includes a signal storage unit that stores a reference color electrical signal indicating a color of the gas chromic metal thin film in an air atmosphere, and the reference color electrical signal from the color electrical signal. A signal calculation unit that calculates a difference electric signal by subtracting, a determination signal setting unit that sets a determination electric signal indicating a hydrogen gas concentration, and the difference electric signal and the determination electric signal are compared. The optical hydrogen gas detection switch according to
本考案に係る請求項3は、前記色識別手段は、発光素子と、前記発光素子の発光を前記触媒金属薄膜から前記ガスクロミック金属薄膜に照射する投光レンズと、三原色の可視光を受光し、前記三原色の可視光波長の光強度を前記色電気信号に変換して出力する受光素子と、前記ガスクロミック金属薄膜からの光を集光し、前記受光素子に導入する受光レンズと、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学式水素ガス検知スイッチである。
According to a third aspect of the present invention, the color identification means receives a light emitting element, a light projecting lens that irradiates the gas chromic metal thin film from the catalyst metal thin film with light emitted from the light emitting element, and receives visible light of three primary colors. A light receiving element that converts the light intensity of the visible light wavelengths of the three primary colors into the color electric signal and outputs the light, and a light receiving lens that collects light from the gaschromic metal thin film and introduces the light into the light receiving element. The optical hydrogen gas detection switch according to
本考案に係る請求項4は、前記基板は、透明基板とされ、前記受光レンズは、前記ガスクロミック金属薄膜から前記透明基板を透過する光を集光することを特徴とする請求項3に記載の光学式水素ガス検知スイッチである。 According to a fourth aspect of the present invention, the substrate is a transparent substrate, and the light receiving lens condenses light transmitted through the transparent substrate from the gas chromic metal thin film. This is an optical hydrogen gas detection switch.
本考案に係る請求項5は、前記色識別手段は、前記発光素子の発光を前記投光レンズに伝送する発光側光ファイバ素子と、前記受光レンズの集光を前記受光素子に伝送する受光側光ファイバ素子と、を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の光学式水素ガス検知スイッチである。
According to a fifth aspect of the present invention, the color identification means includes a light-emitting side optical fiber element that transmits light emitted from the light-emitting element to the light projecting lens, and a light-receiving side that transmits light collected from the light-receiving lens to the light receiving element. An optical hydrogen gas detection switch according to
本考案に係る請求項1では、色識別手段にて、ガスクロミック金属薄膜の色を識別し、識別した色を色電気信号に変換して水素判別手段に出力する。水素ガス非漏洩(空気雰囲気)及び水素ガス漏洩(水素ガス雰囲気)では、ガスクロミック金属薄膜の色は相異し、色識別手段から出力される色電気信号も相異する。従って、水素判別手段にて、色電気信号の変化を監視することで、色電気信号の変化に基づいて水素ガス漏洩を判別できる。
これにより、本考案に係る請求項1によれば、水素ガス検知素子を加熱等することなく、ガスクロミック金属薄膜の色を識別するだけで、水素ガス非漏洩又は水素ガス漏洩を光学的に検知でき、水素ガス検知素子の劣化を抑制して、水素ガス検知の応答性及び信頼性を向上することが可能となる。
なお、「色」とは、色彩、濃淡、艶を意味し、以下、「色」には色彩、濃淡、艶を含む。
According to the first aspect of the present invention, the color identifying means identifies the color of the gas chromic metal thin film, converts the identified color into a color electric signal, and outputs it to the hydrogen identifying means. In the hydrogen gas non-leakage (air atmosphere) and the hydrogen gas leak (hydrogen gas atmosphere), the color of the gas chromic metal thin film is different, and the color electric signals output from the color identification means are also different. Therefore, by monitoring the change in the color electrical signal with the hydrogen discrimination means, it is possible to discriminate hydrogen gas leakage based on the change in the color electrical signal.
Thereby, according to
Note that “color” means color, light and shade, and “color” includes color, light and shade, and gloss.
本考案に係る請求項2によれば、請求項1の効果に加えて、差分電気信号及び判別電気信号を比較することで、水素ガス漏洩を判別できる。
基準色電気信号は、空気雰囲気の水素ガス測定点に水素ガス検知素子を配置し、色識別手段にてガスクロック金属薄膜の色を識別し、空気雰囲気中における識別色を基準色電気信号に変換して信号記憶部に記憶することができる。判別信号部にて、水素ガス濃度に応じて判別電気信号を設定できる。
According to
For the reference color electrical signal, a hydrogen gas detection element is placed at the hydrogen gas measurement point in the air atmosphere, the color of the gas clock metal thin film is identified by the color identification means, and the identification color in the air atmosphere is converted to the reference color electrical signal And can be stored in the signal storage unit. In the discrimination signal section, a discrimination electric signal can be set according to the hydrogen gas concentration.
本考案に係る請求項3によれば、請求項1及び請求項2の効果に加えて、受光素子は、ガスクロミック金属薄膜にて反射する三原色の可視光、又はガスクロミック金属薄膜を透過する三原色の可視光を受光し、三原色の可視光波長の光強度を色電気信号に変換して水素判別手段に出力する。これにより、水素ガス漏洩をガスクロミック金属薄膜の色を示す可視光波長の光強度(色電気信号)に基づいて判別できる。 According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first and second aspects, the light receiving element has three primary colors that are reflected by the gas chromic metal thin film or three primary colors that are transmitted through the gas chromic metal thin film. Is received, and the light intensity of the visible light wavelengths of the three primary colors is converted into a color electric signal and output to the hydrogen discrimination means. Thereby, hydrogen gas leakage can be discriminate | determined based on the light intensity (color electrical signal) of the visible light wavelength which shows the color of a gas chromic metal thin film.
本考案に係る請求項4によれば、請求項3の効果に加えて、投光レンズと受光レンズの間に水素ガス検知素子を配置して、ガスクロミック金属薄膜から透明基板(基板)を透過する光を受光レンズにて集光できる。 According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the effect of the third aspect, a hydrogen gas detection element is disposed between the light projecting lens and the light receiving lens, and the transparent substrate (substrate) is transmitted from the gaschromic metal thin film. Can be collected by the light receiving lens.
本考案に係る請求項5によれば、請求項3及び請求項5の効果に加えて、発光側光ファイバ素子及び受光側ファイバ素子は、投光レンズ、受光レンズ及び水素ガス検知素子とともに水素ガス漏洩を監視する水素ガス監視領域に配置し、発光素子、受光素子及び水素判別手段は水素ガス監視領域以外に配置できる。水素ガス監視領域は、水素ガス漏洩で爆発の危険がある。発光側光ファイバ素子及び受光側光ファイバ素子を水素ガス監視領域に配置して延設することで、水素ガス監視領域から離れた安全な領域で水素ガス漏洩を監視、検知できる。 According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effects of the third and fifth aspects, the light-emitting side optical fiber element and the light-receiving side fiber element include hydrogen gas together with the light projecting lens, the light receiving lens, and the hydrogen gas detecting element. The light emitting element, the light receiving element, and the hydrogen discrimination means can be arranged outside the hydrogen gas monitoring area. In the hydrogen gas monitoring area, there is a risk of explosion due to hydrogen gas leakage. By disposing and extending the light emitting side optical fiber element and the light receiving side optical fiber element in the hydrogen gas monitoring area, hydrogen gas leakage can be monitored and detected in a safe area away from the hydrogen gas monitoring area.
本考案に係る光学式水素ガス検知スイッチについて、図1乃至図6を参照して説明する。
なお、光学式水素ガス検知スイッチの具体的形態として、第1乃至第3実施形態の光学式水素ガス検出スイッチについて説明する。
An optical hydrogen gas detection switch according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In addition, the optical hydrogen gas detection switch of 1st thru | or 3rd embodiment is demonstrated as a specific form of an optical hydrogen gas detection switch.
<第1実施形態>
第1実施形態の光学式水素ガス検知スイッチについて、図1乃至図6を参照して説明する。
<First Embodiment>
The optical hydrogen gas detection switch according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1乃至図3において、第1実施形態の光学式水素ガス検知スイッチX1(以下、「光学式水素ガス検知スイッチX1」という)は、装置筐体1、水素ガス検知素子2、色識別手段3、水素判別手段5、及び警報手段6を備える。
1 to 3, an optical hydrogen gas detection switch X1 (hereinafter referred to as “optical hydrogen gas detection switch X1”) of the first embodiment includes an
装置筐体1は、図2に示すように、前後板11,12、左右板13,14、天井板15及び底板16にて直方箱体に形成され、内部空間Kを有する。
装置筐体1は、開口窓17、載置台18及び網板19を有する。開口窓17は、右板14に形成され、内部空間K及び装置筐体1外部を連通する。載置台18は装置筐体1の内部空間Kに配置され、底体15に固定される。網板19は、装置筐体1の内部空間Kに配置され、開口窓17を覆う。網板19は、装置筐体1の右板14に取外自在として固定される。
As shown in FIG. 2, the
The
水素ガス検知素子2は、図1乃至図3に示すように、基板21、ガスクロミック金属薄膜22及び触媒金属薄膜23で構成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the hydrogen
基板21は、図1乃至図3に示すように、非晶質の石英ガラス(SiO2)、又はアルミニウム(Al)又は鉄(Fe)等の金属、セラミックでなる。基板21としては、例えば、石英ガラスを使用して、透明基板とする。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ガスクロミック金属薄膜22は、図1乃至図3に示すように、水素原子(H+:プロント)を吸蔵して着色する。ガスクロミック金属膜22としては、酸化物系金属であって、酸化モリブテン(MoOX)、酸化タングステン(WOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化クロム(CrOx)、酸化ジルコニア(ZrOx)、酸化ハウニウム(HfOx)又は酸化イットリウム(YOx)である。
ガスクロミック金属薄膜22として、例えは三酸化タングステン薄膜(WO3)を使用する。三酸化タングステン薄膜(WO3)は、水素原子(H+)を吸蔵すると、薄緑色(水素原子吸蔵前)から濃青色に着色(変色)する。三酸化タングステン薄膜は、アルゴン及び酸素の減圧酸化雰囲気において、金属タングステンをスパッタリング(例えば、高周波マグネトロンスパッタリング法)して、基板21表面上に堆積(担持)する。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the gas chromic metal
For example, a tungsten trioxide thin film (WO 3 ) is used as the gaschromic metal
触媒金属薄膜23は、図1乃至図3に示すように、ガスクロミック金属薄膜22の表面上に担持(堆積)され、水素ガス(H2:水素分子)を吸着して水素原子(H+:プロント)に解離する。
触媒金属薄膜としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケツ(Ni)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)又はルテニウム(Ru)である。
触媒金属薄膜23の担持(堆積)は、高周波スパッタリング法、直流スパッタイング法、分子線エピタキシ法又は真空蒸着法で実行でき、例えは、膜厚:30nm〜50nmの透明薄膜としてガスクロミック金属薄膜22(酸化タングステン薄膜)の表面上に密着させる。
触媒金属薄膜23としては、例えば、白金薄膜(Pt)を使用し、上記各スパッタリング法にて三酸化タングステン薄膜(WO3)の表面上に担持(堆積)する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the catalytic metal
The catalytic metal thin film is platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), rhodium (Rh), iridium (Ir) or ruthenium (Ru).
The catalytic metal
As the catalytic metal
水素ガス検知素子2は、酸化モリブテン(MoOx)、酸化タングステン(WOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化クロム(CrOx)、酸化ジルコニア(ZrOx)、酸化ハウニウム(HfOx)又は酸化イットリウム(YOx)から任意の一のガスクロックス金属薄膜22を選択し、及び白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケツ(Ni)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)又はルテニウム(Ru)から任意の一の触媒金属薄膜23を選択し、選択したガスクロミック金属薄膜22及び触媒金属薄膜23にて構成される。
The hydrogen
水素ガス検知素子2は、図2に示すように、装置筐体1の内部空間Kに配置される。水素ガス検知素子2は、基板21を載置台18上に積載し、載置台18に取外自在として固定される。水素ガス検知素子2は、触媒金属膜22(白金薄膜)を装置筐体1の天井板15に対峙して配置される。
As shown in FIG. 2, the hydrogen
色識別手段3は、水素ガス検知素子2のガスクロミック金属薄膜22の色(色彩)を識別(判別)し、識別した色を色電気信号f1に変換して出力する。なお、「色」とは、色彩、濃淡、艶を意味し、以下、「色」には色彩、濃淡、艶を含む。
色識別手段3は、図1に示すように、色識別センサ(カラーセンサ)で構成され、発光ユニット31及び受光ユニット32を備える。
The color identification means 3 identifies (discriminates) the color (color) of the gas chromic metal
As shown in FIG. 1, the
発光ユニット31は、投光レンズ33、発光素子34及び発光側光ファイバ素子37で構成される。
The
投光レンズ33は、発光素子34の発光(光)を触媒金属薄膜23(白金薄膜)からガスクロミック金属薄膜22(三酸化タングステン薄膜)に照射する。投光レンズ33は、図1及び図2に示すように、装置筐体1の内部空間Kに配置される。投光レンズ33は、装置筐体1の後板12側に配置される。投光レンズ33は、水素ガス検知素子2の触媒金属薄膜23(白金薄膜)に対峙し、及び触媒金属薄膜23に間隔を隔てて装置筐体1の天井板15側に配置される。
The
発光素子34は、例えば、白色発光する発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)でなる(以下、「発光ダイオード34」という)。発光ダイオード34は、LED駆動回路35に電気的に接続される。LED駆動部35は、LED電源36に電気的に接続される。
The
発光側光ファイバ素子37は、ガラスファイバ、ポリファイバであり、例えば光ファイバケーブルとして使用する。
発光側光ファイバ素子37は、発光ダイオード34及び投光レンズ33を光学的に接続し、発光ダイオード32の発光(光)を投光レンズ33に伝送する。投光レンズ33は、発光側光ファイバ素子37にて伝送される光を触媒金属薄膜2(白金薄膜)に照射する。発光側光ファイバ素子37は、装置筐体1の天井板15を挿通して、装置筐体1の内部空間Kに配置され、投光レンズ33に光学的に接続される。発光側光ファイバ素子37は、装置筐体1外部に引出されて、装置筐体1外側にて発光ダイオード34に光学的に接続される。
The light-emitting side
The light emitting side
受光ユニット32は、受光レンズ38、受光素子39及び受光側ファイバ素子41で構成される。
The
受光レンズ38は、ガスクロミンク金属薄膜22(三酸化タングステン薄膜)からの光を集光して、受光素子39に導入する。受光レンズ38は、図1及び図2に示すように、装置筐体1の内部空間Kに配置される。受光レンズ38は、投光レンズ33に並列され、装置筐体1の前板11側に配置される。受光レンズ38は、水素ガス検知素子2の触媒金属薄膜21(白金薄膜)に対峙し、及び触媒金属薄膜2に間隔を隔てて装置筐体1の天井板15側に配置される。
The
受光素子39は、例えば、フォトトランジスタで構成される(以下、「フォトトランジスタ39」という)。フォトトランジスタ39は、可視光の波長範囲(380nm〜780nm)において、三原色(赤色、緑色、青色)の可視光を受光し、三原色の可視光波長の光強度を色電気信号f1(光電流)に変換して出力する。フォトトランジスタ39は、信号増幅部40を通して水素判別手段5に電気的に接続される。信号増幅部40は、色電気信号f1を増幅して水素判別手段5に出力する。
これにより、フォトトランジスタ39は、可視光波長の光強度にてガスクロミック金属薄膜22の色を識別し、識別した色の光強度を色電気信号f1に変換する。
The
Thereby, the
受光側光ファイバ素子41は、ガラスファイバ、ポリファイバであり、例えば光ファイバケーブルとして使用する。
受光側光ファイバ素子41は、フォトダイオード39及び受光レンズ38を光学的に接続し、受光レンズ38にて集光された光をフォトダイオード39に伝送する。受光側光ファイバ素子41は、装置筐体1の天井板15を挿通して、装置筐体1の内部空間Kに配置され、受光レンズ38に光学的に接続される。受光側光ファイバ素子41は、装置筐体1外部に引出されて、装置筐体1外側にてフォトトランジスタ39に光学的に接続される。
The light receiving side
The light receiving side
色識別手段3において、投光レンズ38及び受光レンズ38は、図1に示すように、装置ユニット容器45内に収容する。ユニット容器45は、装置筐体11の内部空間Kに配置され、各レンズ33…38を触媒金属薄膜23(白金薄膜)に対峙する。
In the color identification means 3, the
水素判別手段5は、色電気信号f1を入力し、色電気信号f1の変化に基づいて水素漏洩を判別する。
水素判別手段5は、図1に示すように、制御部51、信号記憶部52、信号演算部53、判別信号設定部54、水素漏洩判別部55、及び入力部56を備える。
The hydrogen determination means 5 receives the color electric signal f1 and determines hydrogen leakage based on the change of the color electric signal f1.
As shown in FIG. 1, the
制御部51は、色信号増幅部40を通してフォトトランジスタ39に電気的に接続される。制御部51は、信号記憶部53、信号演算部53及び入力部56に電気的に接続される。
また、制御部51は、LED駆動部35に電気的に接続され、LED駆動部35に発光電気信号fdを出力する。
The
The
信号記憶部52は、基準色電気信号f2をデータとして記憶する。基準色電気信号f2は、空気雰囲気(水素ガス非漏洩)におけるガスクロミック金属薄膜22(三酸化タングステン薄膜)の色(薄緑色)を示す色電気信号である。
The
信号演算部53は、基準色電気信号f2から色電気信号f1を減算して、差分電気信号f3の絶対値(f3=|f2−f1|)を演算する。信号演算部53は、水素漏洩判別部55に電気的に接続され、差分電気信号f3を水素漏洩判別部55に出力する。
The
判別信号設定部54は、水素ガス濃度を示す判別電気信号fhを設定する。判別信号設定部55は、例えば、可変抵抗器54Aで構成され、主電源57に電気的に接続される。判別信号設定部54において、可変抵抗器54Aの抵抗値を変更することで、判別電気信号fh(電流)を変動する。
判別電気信号fh(電流)は、基準色電気信号f2(電流)を零として、判別(検出)する水素ガス濃度に応じて設定される。
判別する水素ガス濃度を高くする際は、可変抵抗値54Aの抵抗値を小さくして、判別電気信号fh(電流)を大きくし、逆に判別する水素ガス濃度を小さくする際は、可変抵抗器54Aの抵抗値を大きくして、判別電気信号fh(電流)を小さくする。
判別信号設定部54Aは、水素漏洩判別部55に電気的に接続され、判別電気信号fhを水素漏洩判別部55に出力する。
The determination
The discrimination electric signal fh (current) is set according to the hydrogen gas concentration to be discriminated (detected) with the reference color electric signal f2 (current) being zero.
When increasing the hydrogen gas concentration to be determined, the resistance value of the
The determination
水素漏洩判別部55は、差分電気信号f3及び判別電気信号fhを比較して、差分電気信号f3が判別電気信号fn以上であると、水素ガス漏洩と判別する。
水素漏洩判別部55は、警報装置6に電気的に接続され、警報電気信号fkを警報装置6に出力する。
The hydrogen
The hydrogen
入力部56は、基準色電気信号の設定スイッチ56Aを有し、制御部51に電気的に接続される。入力部56は、設定スイッチ56Aの操作に基づいて、取得電気信号f4を制御部51に出力する。
The
警報手段5(警報装置)は、図1に示すように、水素漏洩藩閥部55から警報電気信号fkを入力して、警報を発する。警報装置5は、警笛、ベル又は表示灯等で構成され、水素漏洩判別部55に電気的に接続される。
As shown in FIG. 1, the alarm means 5 (alarm device) inputs an alarm electric signal fk from the
<水素ガス漏洩の監視、判別(検知)>
次に、光学式水素ガス検知スイッチX1による、水素ガス(H2)漏洩の監視、判別(検知)について、図1及び図3を参照して説明する。
なお、説明の便宜上、図1は、ガス監視領域Yに水素ガス(H2)が漏洩していない空気雰囲気(以下、「水素ガス非漏洩」という)であり、図3は、ガス監視領域Yに水素ガス(H2)が漏洩する水素ガス雰囲気(以下、「水素ガス漏洩」という)である。なお、ガス監視領域Yとは、水素ガス漏洩で爆発の危険がある領域である。
<Monitoring and discrimination (detection) of hydrogen gas leakage>
Next, monitoring and discrimination (detection) of hydrogen gas (H 2 ) leakage by the optical hydrogen gas detection switch X1 will be described with reference to FIGS.
For convenience of explanation, FIG. 1 shows an air atmosphere in which hydrogen gas (H 2 ) does not leak into the gas monitoring region Y (hereinafter referred to as “hydrogen gas non-leakage”), and FIG. This is a hydrogen gas atmosphere in which hydrogen gas (H 2 ) leaks (hereinafter referred to as “hydrogen gas leak”). The gas monitoring area Y is an area where there is a risk of explosion due to hydrogen gas leakage.
図1において、光学式水素ガス検知スイッチX1は、装置筐体11を、例えば、製造工場の水素ガス(H2)を使用する工程、設備等の水素ガス監視領域Yに配置する。
これにより、水素ガス検知素子2、投光レンズ33及び受光レンズ18は、水素ガス非漏洩であって、空気雰囲気中に曝される。
In FIG. 1, the optical hydrogen gas detection switch X1 arranges the
Thereby, the hydrogen
光学式水素ガス検知スイッチX1において、発光ダイオード34、フォトトランジスタ39、信号増幅部40、LED駆動部35、LED電源36、水素判別手段5、主電源57及び警報装置6を水素ガス監視領域Y以外の非監視領域Zに配置する。非監視領域Zは、例えば水素ガス爆発の影響を受けない領域であって、ガス監視領域Yから離れた安全な領域である。
このとき、投光レンズ33は、水素監視領域Y及び非監視領域Zに延設する発光側光ファイバ素子37にて発光ダイオード34に光学的に接続される。また、受光レンズ38も受光側光ファイバ素子41にて受光素子39に光学的に接続される。
In the optical hydrogen gas detection switch X1, the
At this time, the
水素ガス漏洩を監視する者(以下、監視者)という)は、主電源57を「ON」し、更に判別信号設定部54において、可変抵抗器54Aの抵抗値を変更(選択)して、判別(検知)する水素ガス濃度に応じた判別電気信号fnに設定する。
A person who monitors hydrogen gas leakage (hereinafter referred to as a supervisor) turns on the
続いて、監視者は、入力部56の設定スイッチ56Aを操作する。入力部56は、設定スイッチ56Aの操作に基づき、取得電気信号f4を制御部51に出力する。
Subsequently, the supervisor operates the setting
水素判別手段5において、制御部51は、取得電気信号f4を入力すると、LED駆動部35に発光電気信号fdを出力する。LED駆動部35は、発光ダイオード34を発光する。
発光ダイオード34の発光(光)は、発光側光ファイバ素子37にて投光レンズ33に伝送される。投光レンズ33は、発光ダイオード34の発光(光)を水素ガス検知素子2の触媒金属薄膜23(白金薄膜)に照射する。
In the hydrogen determination means 5, the
Light emission (light) of the
図1の水素ガス非漏洩(空気雰囲気)において、水素ガス検知素子2は、水素ガス(H2)雰囲気に曝されていない。これにより、ガスクロミック金属薄膜22は着色せず、三酸化タングステン薄膜は、着色(濃青色)することなく、薄緑色(水素原子吸蔵前)のままである。
水素ガス検知素子2において、ガスクロミック金属薄膜22は、触媒金属薄膜23からの光を反射(反射光)する。反射光は、受光レンズ38にて集光され、受光側光ファイバ素子41にてフォトトランジスタ39に伝送される。
In the hydrogen gas non-leakage (air atmosphere) of FIG. 1, the hydrogen
In the hydrogen
続いて、フォトトランジスタ39は、三原色の可視光を受光し、三原色の可視光波長の光強度を色電気信号f1に変換して信号増幅部40に出力する。信号増幅部40は、色電気信号f1を増幅して水素判別手段5(制御部51)に出力する。
制御部51は、色電気信号f1を入力すると、基準電気信号f2(データ)として信号記憶部52に記憶する。
Subsequently, the
When the color electric signal f1 is input, the
続いて、水素ガス非漏洩において、制御部51は、更に色電気信号f1を入力すると、基準色電気信号f2を信号記憶部52から読出し、色電気信号f1及び基準色電気信号f2を信号演算部53に出力する。
信号演算部53は、各色電気信号f1,f2を入力すると、差分電気信号f3の絶対値(f3=|f2−f1|)を演算し、差分電気信号f3を水素漏洩判別部55に出力する。また、判別信号設定部54は、判別電気信号fnを水素漏洩判別部55に出力する。
Subsequently, when hydrogen gas is not leaked, when the color electric signal f1 is further input, the
When the color electric signals f1 and f2 are input, the
水素漏洩判別部55は、差分電気信号f3及び判別電気信号fnを入力すると、差分電気信号f3及び判別電気信号fnを比較する。
水素ガス非漏洩において、差分電気信号f3は判別電気信号fn未満(f3<fn)となるので、水素漏洩判別部55は、水素ガス非漏洩と判別し、警報電気信号fkを警報装置6に出力しない。
The hydrogen
When the hydrogen gas is not leaked, the differential electrical signal f3 is less than the discrimination electrical signal fn (f3 <fn), so the hydrogen
水素ガス非漏洩において、警報装置6は、水素漏洩判別部55から警報電気信号fkを入力しないので、警報を発しない。
When hydrogen gas is not leaked, the alarm device 6 does not input an alarm electric signal fk from the hydrogen
図3の水素ガス漏洩において、水素ガス(H2)は、ガス監視領域Yに充満し、開口窓17及び網板19から装置筐体11の内部空間Kに流入する(図2及び図3参照)。
装置筐体11内において、水素ガス検知素子2は、水素ガス雰囲気に曝され、触媒金属薄膜23は水素ガス(H2)を吸着して、水素ガス(H2)を水素原子(H+:プロント)及び電子に解離する。水素原子は、触媒金属薄膜23からガスクロミック金属薄膜23に拡散される。ガスクロミック金属薄膜23は、還元反応(還元作用)によって着色する。例えば、三酸化タングステン薄膜は、還元反応(還元作用)によって、化学式:WO3(薄緑色)からは化学式:HxWOとなり、濃青色に着色する[図3(b)参照]。
発光ダイオード34の発光(光)は、図3に示すように、投光レンズ37から水素ガス検知素子2に照射され、ガスクロミック金属薄膜22にて受光レンズ38に反射される。反射光は、受光レンズ38にて集光され、発光側光ファイバ素子41にてフォトトランジスタ37に伝送(導入)される。
In the hydrogen gas leakage of FIG. 3, the hydrogen gas (H 2 ) fills the gas monitoring region Y and flows into the internal space K of the
In the
As shown in FIG. 3, the light emission (light) of the
水素ガス漏洩において、フォトトランジスタ39は、図3に示すように、発光側光ファイバ素子41に伝送される三原色の可視光を受光し、三原色の可視光波長の光強度を色電気信号f1に変換する。このとき、色電気信号f1は、基準色電気信号f2と相違(f1≠f2)し、例えばf1>f2の関係となる。フォトトランジスタ39は、色電気信号f1を信号増幅部40に出力し、信号増幅部40は色電気信号f1を増幅して制御部51に出力する。
In the hydrogen gas leakage, as shown in FIG. 3, the
続いて、水素判別手段5において、制御部51は、基準色電気信号f2を信号記憶部52から読出し、色電気信号f1及び基準色電気信号f2を信号演算部53に出力する。
Subsequently, in the
信号演算部53は、各色電気信号f1,f2を入力すると、差分電気信号f3の絶対値を演算する。水素ガス漏洩において、色電気信号f1≠基準色電気信号f2の関係であり、差分電気信号f3は零とならない。
信号演算部53は、差分電気信号f3を水素漏洩判別部55に出力する。
When the color electric signals f1 and f2 are input, the
The
水素ガス漏洩において、水素漏洩判別部55は、差分電気信号f3を入力すると、差分電気信号f3及び判別電気信号fnを比較する。
水素漏洩判別部55は、差分電気信号f3が判定電気信号fn以上(f3≧fn)であると、水素ガス漏洩と判別する。このとき、ガス監視領域Yの水素ガス濃度は、判別する水素ガス濃度以上となっている。
一方、水素漏洩判別部55は、差分電気信号f3が判別電気信号fn未満(f3<fn)であると、水素ガス非漏洩と判別する。このとき、ガス監視領域Yの水素ガス濃度は、判別する水素ガス濃度未満となっている。
続いて、水素漏洩判別部55は、水素ガス漏洩と判別すると、警報電気信号fkを警報装置6に出力する。
In the hydrogen gas leakage, when the differential electrical signal f3 is input, the hydrogen
The hydrogen
On the other hand, when the differential electrical signal f3 is less than the discrimination electrical signal fn (f3 <fn), the hydrogen
Subsequently, when it is determined that hydrogen gas leaks, the hydrogen
水素ガス漏洩において、警報装置6は、警報電気信号fkを入力すると、警報を発する。 In the hydrogen gas leakage, the alarm device 6 issues an alarm when the alarm electric signal fk is input.
<第2実施形態>
第2実施形態の光学式水素ガス検知スイッチについて、図4を参照して説明する。
なお、図4において、図1及び図2と同一符号は同一部材、同一構成であるので、その詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
The optical hydrogen gas detection switch of the second embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same members and the same configuration, and thus detailed description thereof will be omitted.
図4において、第2実施形態の光学式水素ガス検知スイッチX2は(以下、「光学式水素ガス検知スイッチX2」という)は、図1乃至図3の光学式水素ガス検知スイッチX1と同一構成を備え、受光レンズ38の配置を変更してなる。
In FIG. 4, the optical hydrogen gas detection switch X2 of the second embodiment (hereinafter referred to as “optical hydrogen gas detection switch X2”) has the same configuration as the optical hydrogen gas detection switch X1 of FIGS. The arrangement of the
図4において、受光レンズ38は、装置筐体1の内部空間Kにおいて、基板22(透明基板)に対峙して配置される。受光レンズ38は、受光側光ファイバ素子41にてフォトトランジスタ39に光学的に接続される。
これにより、投光レンズ33及び受光レンズ38は、水素ガス検知素子2を間に配置し、投光レンズ33は触媒金属薄膜22(白金薄膜)に対峙され、受光レンズ38は基板22(透明基板)に対峙される。
In FIG. 4, the
Thus, the
図4において、発光ダイオード34の発光(光)は、投光レンズ33を通して触媒金属薄膜22に照射され、ガスクロミック金属薄膜22及び基板21(透明基板)を透過する。基板21を透過した光(透過光)は、受光レンズ38にて集光され、受光側光ファイバ素子41にてフォトトランジスタ39に伝送(導入)される。
In FIG. 4, the light emission (light) of the
光学式水素ガス検知スイッチX2において、水素ガス漏洩の監視、判別(検知)は、図1乃至図3で説明したと同様である。 In the optical hydrogen gas detection switch X2, monitoring and discrimination (detection) of hydrogen gas leakage is the same as described with reference to FIGS.
<第3実施形態>
第3実施形態の光学式水素ガス検知スイッチX3について、図5及び図6を参照して説明する。
なお、図5及び図6において、図1及び図2と同一符号は同一部材、同一構成であるので、その詳細な説明は省略する。
<Third Embodiment>
The optical hydrogen gas detection switch X3 of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
5 and FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 and FIG.
図5及び図6において、第3実施形態の光学式水素ガス検知スイッチX3(以下、「光学式水素ガス検知スイッチX3」という)は、図1乃至図3の光学式水素ガス検知スイッチX1と同一構成を備え、色識別手段3、水素判別手段5の配置を変更してなる。 5 and 6, the optical hydrogen gas detection switch X3 (hereinafter referred to as “optical hydrogen gas detection switch X3”) of the third embodiment is the same as the optical hydrogen gas detection switch X1 of FIGS. A configuration is provided, and the arrangement of the color discrimination means 3 and the hydrogen discrimination means 5 is changed.
色識別手段3は、図5に示すように、図1の各光ファイバ素子37,41を有することなく、投光レンズ33、受光レンズ38、発光ダイオード34及びフォトトランジスタ39を備える。投光レンズ33及び発光ダイオード34にて発光ユニット31を構成し、受光レンズ38及びフォトトランジスタ39にて受光ユニット32を構成する。
発光ダイオード34の発光(光)は、直接、投光レンズ33に導入され、ガスクロミック金属薄膜22で反射された反射光は、受光レンズ38から直接、フォトトランジスタ39に導入される。
As shown in FIG. 5, the
The light emission (light) of the
色識別手段3、信号増幅部40、LED駆動部36、LED電源37、主電源37及び水素判別手段5は、図5及び図6に示すように、ユニット容器65に収容する。ユニット容器65は、装置筐体11の内部空間Kに配置される。投光レンズ33及び受光レンズ38は、装置筐体11の内部空間Kにおいて、水素ガス検知素子2の触媒金属薄膜23(白金薄膜)に間隔を隔てて対峙される。
The
光学式水素ガス検知スイッチX3は、装置筐体11をガス監視領域Zに配置し、図1乃至図3で説明したと同様に、水素ガス漏洩の監視、判別をする。
光学式水素ガス検知スイッチX3は、水素ガスの爆発の危険性の低いガス監視領域Yに最適であり、水素ガス検知素子2、色識別手3及び水素判別手段5を含む全てを装置筐体11に集結することで、光学式水素ガス検知スイッチX3の小型化を図れる。なお、警報手段6は、装置筐体11内から外部に引出される配線(図示しない)にて水素漏洩判別部54(水素判別手段5)に電気的に接続される。
The optical hydrogen gas detection switch X3 arranges the
The optical hydrogen gas detection switch X3 is optimal for the gas monitoring region Y where the risk of hydrogen gas explosion is low, and includes the hydrogen
本考案は、水素ガス漏洩を監視、検知するのに最適である。 The present invention is optimal for monitoring and detecting hydrogen gas leakage.
X1 光学式水素ガス検知スイッチ
2 水素ガス検知素子
3 色識別手段
5 水素判別手段
21 基板
22 ガスクロミック金属薄膜
23 触媒金属薄膜
X1 Optical hydrogen
Claims (5)
前記ガスクロミック金属薄膜の色を識別し、識別した色を色電気信号に変換して出力する色識別手段と、
前記色電気信号を入力し、前記色電気信号の変化に基づいて水素ガス漏洩を判別する水素判別手段と、
を備える
ことを特徴とする光学式水素ガス検知スイッチ。 A substrate, a gas chromic metal thin film formed on the surface of the substrate that absorbs and colors hydrogen atoms, and a catalytic metal thin film that is supported on the surface of the gas chromic metal film and that adsorbs hydrogen gas and dissociates into hydrogen atoms. A hydrogen gas sensing element comprising:
A color identifying means for identifying the color of the gaschromic metal thin film, converting the identified color into a color electric signal and outputting;
Hydrogen discrimination means for inputting the color electrical signal and discriminating hydrogen gas leakage based on a change in the color electrical signal;
An optical hydrogen gas detection switch comprising:
空気雰囲気における前記ガスクロミック金属薄膜の色を示す基準色電気信号を記憶する信号記憶部と、
前記色電気信号から前記基準色電子信号を減じて差分電気信号を演算する信号演算部と、
水素ガス濃度を示す判別電気信号を設定する判別信号設定部と、
前記差分電気信号及び前記判別電気信を比較し、前記差分電気信号が前記判別電気信号以上であると、水素ガス漏洩と判別する水素漏洩判別部と、
を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の光学式水素ガス検知スイッチ。 The hydrogen discrimination means includes
A signal storage unit for storing a reference color electric signal indicating the color of the gaschromic metal thin film in an air atmosphere;
A signal calculation unit for calculating a difference electric signal by subtracting the reference color electronic signal from the color electric signal;
A discrimination signal setting unit for setting a discrimination electric signal indicating the hydrogen gas concentration;
A hydrogen leakage determination unit that compares the differential electrical signal and the determination electrical signal, and determines that hydrogen gas leaks when the differential electrical signal is greater than or equal to the determination electrical signal;
The optical hydrogen gas detection switch according to claim 1, comprising:
発光素子と、
前記発光素子の発光を前記触媒金属薄膜から前記ガスクロミック金属薄膜に照射する投光レンズと、
三原色の可視光を受光し、前記三原色の可視光波長の光強度を前記色電気信号に変換して出力する受光素子と、
前記ガスクロミック金属薄膜からの光を集光し、前記受光素子に導入する受光レンズと、
を備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学式水素ガス検知スイッチ。 The color identification means includes
A light emitting element;
A light projecting lens for irradiating the gas chromic metal thin film from the catalytic metal thin film with light emitted from the light emitting element;
A light receiving element that receives visible light of the three primary colors, converts the light intensity of the visible light wavelength of the three primary colors into the color electric signal, and
A light receiving lens that collects light from the gaschromic metal thin film and introduces it into the light receiving element;
The optical hydrogen gas detection switch according to claim 1, wherein the optical hydrogen gas detection switch is provided.
前記受光レンズは、
前記ガスクロミック金属薄膜から前記透明基板を透過する光を集光する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学式水素ガス検知スイッチ。 The substrate is a transparent substrate,
The light receiving lens is
The optical hydrogen gas detection switch according to claim 3, wherein the light transmitted through the transparent substrate is collected from the gas chromic metal thin film.
前記発光素子の発光を前記投光レンズに伝送する発光側光ファイバ素子と、
前記受光レンズの集光を前記受光素子に伝送する受光側ファイバ素子と、
を備える
ことを特徴とする請求項3及び4に記載の光学式水素ガス検知スイッチ。 The color identification means includes
A light-emitting side optical fiber element that transmits light emitted from the light-emitting element to the light projecting lens;
A light-receiving-side fiber element that transmits the condensed light of the light-receiving lens to the light-receiving element;
The optical hydrogen gas detection switch according to claim 3, wherein the optical hydrogen gas detection switch is provided.
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JP2014002772U JP3192325U (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Optical hydrogen gas detection switch |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016143385A1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | コニカミノルタ株式会社 | Hydrogen gas detecting member, method for manufacturing same, and hydrogen gas detecting system |
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- 2014-05-28 JP JP2014002772U patent/JP3192325U/en not_active Expired - Lifetime
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WO2016143385A1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | コニカミノルタ株式会社 | Hydrogen gas detecting member, method for manufacturing same, and hydrogen gas detecting system |
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