JP6840170B2 - 水素検出装置、燃料電池自動車、水素漏洩監視システム、複合センサモジュール、水素検出方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
水素検出装置の省電力化を図る上で、水素検出装置を間欠動作させることは有効である。しかしながら、水素検出装置を単純に間欠動作させるだけでは、必要な信頼性または省電力性が得られない場合がある。
[水素検出装置の構成]
図1は、実施の形態1に係る水素検出装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。図1に示されるように、水素検出装置1は、水素センサ100、センサ制御回路200、およびマイクロコンピュータ300を備えている。
図2は、マイクロコンピュータ300の制御下で行われる水素検出動作の一例を示すタイミングチャートである。図2のタイミングチャートは、水素センサ100に印加される電圧の時間波形の一例を示している。図2に示されるように、間欠的な動作の1サイクルは、長さがオン時間tonのセンス期間と長さがオフ時間toffの休止期間とで構成される。
[水素センサの構成]
実施の形態2では、実施の形態1で説明した水素検出装置1の水素センサ100として利用可能な気体センサについて説明する。当該気体センサは、本願発明者らによって考案されたものであり、特願2017−169614号(本件出願時において未公開)にて関連特許として出願されている。実施の形態2の説明では、当該関連特許の出願時の明細書の要部を引用する。
実施の形態3では、水素検出装置の燃料電池自動車への適用について説明する。実施の形態3に係る水素検出装置は、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池自動車における水素漏れを監視する。
図6は、実施の形態3に係る燃料電池自動車800の構成の一例を示す模式図である。
燃料電池自動車800における水素検出装置832、852には、例えば、実施の形態1で説明した水素検出装置1が用いられる。水素検出装置832、852よる水素検出は、次のように行われる。
実施の形態4では、水素検出装置の、水素ガスを輸送するパイプライン(以下では短く、水素パイプラインと言う)への適用について説明する。実施の形態4に係る水素検出装置は、水素パイプラインに設置され、水素パイプラインにおける水素漏れを監視する。
図8は、実施の形態4に係る水素漏洩監視システム900の構成の一例を示す模式図である。
次に、複合センサモジュール910の構成について説明する。
水素漏洩監視システム900における複合センサモジュール910による水素検出は、次のように行われる。
以上、本開示のいくつかの態様に係る水素検出装置、燃料電池自動車、水素漏洩監視システム、複合センサモジュール、水素検出方法、およびプログラムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、各々の実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態が、本開示の範囲内に含まれてもよい。
1つの態様に係る水素検出装置は、水素ガスの存在に応じて抵抗値が変動する水素センサと、前記水素センサの抵抗値をセンスするセンサ制御回路と、動作環境に応じて異なるオフ時間を設けて前記センサ制御回路を間欠的に駆動するマイクロコンピュータと、を備え、前記水素センサは、第1電極と、前記第1電極上に形成され、水素原子に接することにより抵抗値が変化する金属酸化物層と、前記金属酸化物層上に形成された第2電極と、前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極の側面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を備え、前記金属酸化物層において、前記第1電極と前記金属酸化物層との第1界面もしくは前記第2電極と前記金属酸化物層との第2界面のうちの少なくとも一方の一部は、前記絶縁膜に覆われることなく検出空間に露出している。
また動作環境に応じて異なるオフ時間を設けて間欠的に水素検出を行うこと、つまり、動作環境に応じて異なる頻度で水素検出を行うことができる。これにより、例えば、水素漏洩による危険性が高い環境では水素漏洩による危険性が低い環境と比べてオフ時間を短くして高頻度に水素検出を行うといった動作が可能になるので、安全の担保と省電力性とのトレードオフを最適化できる水素検出装置が得られる。
100A 気体センサ
100 水素センサ
101 基板
102 絶縁膜
103 電極
104 金属酸化物層
105 電極
106 絶縁膜
107 ビア
108 配線導体
109 界面
110 開口部
111a 酸素欠損領域
111b 局所領域
112 気体分子
113 水素原子
200 センサ制御回路
210 電圧パルス発生回路
220 スイッチ
240 抵抗
250 増幅器
300 マイクロコンピュータ
310 オフ時間テーブル
800 燃料電池自動車
810 客室
820 荷室
830 ガスタンク室
831 燃料タンク
832 水素検出装置
840 配管
850 燃料電池室
851 燃料電池
852 水素検出装置
860 モータ室
861 モータ
870 電子制御ユニット
900 水素漏洩監視システム
901 地面
902 水素輸送管
903 水素ガス
904 ハンドホール
910 複合センサモジュール
911 環境センサ
912 水没センサ
913 制御回路
914 電源
915 筐体
916 フィルタ
917 第1室
918 第2室
919 コート材
920 通信モジュール
930 ゲートウェイ
940 クラウドシステム
950 ユーザ端末
Claims (14)
- 水素ガスの存在に応じて抵抗値が変動する水素センサと、
前記水素センサの抵抗値をセンスするセンサ制御回路と、
動作環境に応じて異なるオフ時間を設けて前記センサ制御回路を間欠的に駆動するマイクロコンピュータと、
を備え、
前記水素センサは、
第1電極と、
前記第1電極上に形成され、水素原子に接することにより抵抗値が変化する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上に形成された第2電極と、
前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極の側面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を備え、
前記金属酸化物層において、前記第1電極と前記金属酸化物層との第1界面もしくは前記第2電極と前記金属酸化物層との第2界面のうちの少なくとも一方の一部は、前記絶縁膜に覆われることなく検出空間に露出している、
水素検出装置。 - 前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも前記金属酸化物層との界面が前記検出空間に露出している一方は、前記水素原子を有する気体分子から前記水素原子を解離させる触媒作用を有する材料を含む、
請求項1に記載の水素検出装置。 - 前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも前記一方は、白金を含み、
前記金属酸化物層は、タンタル酸化物を含む、
請求項2に記載の水素検出装置。 - 前記水素検出装置は、燃料電池自動車に搭載され、
前記マイクロコンピュータは、前記燃料電池自動車の状態に応じて異なるオフ時間を設けて前記センサ制御回路を間欠的に駆動する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の水素検出装置。 - 前記マイクロコンピュータは、前記燃料電池自動車が走行しているときのオフ時間をt3とし、前記燃料電池自動車が駐車しているときのオフ時間をt3より長いt1とする、
請求項4に記載の水素検出装置。 - 前記マイクロコンピュータは、前記燃料電池自動車が密閉空間で駐車しているときのオフ時間をt3より長いt1bとし、開放空間で駐車しているときのオフ時間をt1bより長いt1aとする、
請求項5に記載の水素検出装置。 - 前記マイクロコンピュータは、前記燃料電池自動車が走行しているときのオフ時間をt3とし、前記燃料電池自動車が停車しているときのオフ時間をt3より長いt2とする、
請求項4に記載の水素検出装置。 - 前記水素検出装置は、水素ガスを輸送するパイプラインに設置され、
前記マイクロコンピュータは、前記パイプラインの状態に応じて異なるオフ時間を設けて前記センサ制御回路を間欠的に駆動する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の水素検出装置。 - 前記マイクロコンピュータは、前記パイプラインにおいて、温度、湿度、振動、圧力のうちの少なくとも1つについて、異常が検出されたときのオフ時間をt5とし、異常が検出されないときのオフ時間をt5より長いt4とする、
請求項8に記載の水素検出装置。 - 客室と、
水素ガスのタンクが配置されたガスタンク室と、
燃料電池が配置された燃料電池室と、
請求項4から7のいずれか1項に記載の水素検出装置と、を備え、
前記水素検出装置の水素センサが、前記ガスタンク室および前記燃料電池室のうちの少なくとも一方に配置されている、
燃料電池自動車。 - 請求項8または9に記載の水素検出装置と、
前記水素検出装置に接続され、前記水素検出装置による水素検出結果を示す信号を送信する無線モジュールと、
前記信号を取得し、前記信号で示される水素検出結果をユーザに提示するユーザ端末と、を備え、
前記水素検出装置の水素センサが、水素輸送管の上方に配置されている、
水素漏洩監視システム。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の水素検出装置と、
温度、湿度、振動、圧力、水没のうちの少なくとも1つを検出する環境センサと、
前記水素検出装置および前記環境センサに動作電力を供給する電源と、を備え、
前記マイクロコンピュータは、前記環境センサの検出結果に応じて前記水素検出装置でのオフ時間を変更する、
複合センサモジュール。 - 水素ガスの存在に応じて抵抗値が変動する水素センサを用いた水素検出方法であって、
前記水素センサは、
第1電極と、
前記第1電極上に形成され、水素原子に接することにより抵抗値が変化する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上に形成された第2電極と、
前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極の側面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を備え、
前記金属酸化物層において、前記第1電極と前記金属酸化物層との第1界面もしくは前記第2電極と前記金属酸化物層との第2界面のうちの少なくとも一方の一部は、前記絶縁膜に覆われることなく検出空間に露出しており、
前記水素検出方法は、
動作環境に応じて異なるオフ時間を設定し、
前記水素センサの抵抗値をセンスするセンサ制御回路を、設定された前記オフ時間を設けて間欠的に駆動する、
水素検出方法。 - 水素ガスの存在に応じて抵抗値が変動する水素センサを用いて水素検出を行うためのプログラムであって、
前記水素センサは、
第1電極と、
前記第1電極上に形成され、水素原子に接することにより抵抗値が変化する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上に形成された第2電極と、
前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極の側面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を備え、
前記金属酸化物層において、前記第1電極と前記金属酸化物層との第1界面もしくは前記第2電極と前記金属酸化物層との第2界面のうちの少なくとも一方の一部は、前記絶縁膜に覆われることなく検出空間に露出しており、
前記プログラムは、
動作環境に応じて異なるオフ時間を設定するステップと、
前記水素センサの抵抗値をセンスするセンサ制御回路を、設定された前記オフ時間を設けて間欠的に駆動するステップと、
をマイクロコンピュータに実行させるプログラム。
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