気体検知装置
【課題】漏洩が想定される箇所のすぐ近傍に多数設置することが可能である、安価な気体検知装置を提供する。
【解決手段】気体検知部が、熱伝導性の高い材料で形成されたチューブが取り付けられた形状記憶合金線と、目的の気体に反応する触媒と、前記形状記憶合金線と触媒を内部に納める熱伝導性が高い素材を網目状に形成した外筒とからなり、スイッチング部は、前記形状記憶合金線の収縮力により、スイッチング手段が切り替わるように接続されたスイッチング部からなり、気体検知部に漏洩した気体に触れると、内部に納められた触媒により気体が接触燃焼し、その燃焼熱により形状記憶合金線を加熱される。これにより形状記憶合金線が収縮し、接続されたスイッチング手段が切り替わる。
【解決手段】気体検知部が、熱伝導性の高い材料で形成されたチューブが取り付けられた形状記憶合金線と、目的の気体に反応する触媒と、前記形状記憶合金線と触媒を内部に納める熱伝導性が高い素材を網目状に形成した外筒とからなり、スイッチング部は、前記形状記憶合金線の収縮力により、スイッチング手段が切り替わるように接続されたスイッチング部からなり、気体検知部に漏洩した気体に触れると、内部に納められた触媒により気体が接触燃焼し、その燃焼熱により形状記憶合金線を加熱される。これにより形状記憶合金線が収縮し、接続されたスイッチング手段が切り替わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体検知装置に関する。特に可燃性の気体を検知する気体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の燃料電池技術の発展に伴い、気体検知装置、特に水素を検知する装置の需要が高まっている。
従来の気体検知装置では、微量な気体を検出可能なように、感度を大きく高めるべく開発が進められている。
気体検知装置としては、接触燃焼式気体検知装置が知られている。
この気体検知装置は、気体を接触燃焼させる酸化触媒を焼結させた第１の白金コイルと、気体の接触燃焼を防がれた第２の白金コイルが抵抗ブリッジに接続されている。気体が存在する場合には、触媒効果によって第１の白金コイルが加熱され、両白金コイルの抵抗ブリッジには不均等が生じ、この際の電流値を検知することにより、気体を検知する。
【０００３】
【特許文献１】特願２００６−１６２３６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可燃性ガス、特に水素ガスは拡散性が非常に高く、漏洩が始まってから検知装置の検知可能濃度に到達する状態では、広範囲にガスが拡散した状態であり、漏洩したガスは多量となる場合がある。したがって、危険濃度に到達することがなくとも多量のガス漏洩を許してしまうこととなる。これを防ぐため、気体検知装置は、検知感度を高めるべく開発が進められている。
しかしながら、検知感度を高める方法では、閉鎖空間での検知には非常に高い効果を発揮するが、開放状態では更なる検知感度が求められ、高額となっていく恐れがあった。
【０００５】
また、確実な検知を図る他の方法として、気体の漏洩が想定される箇所の近傍全てに検知装置を取り付ける方法がある。この方法は、燃料電池などに利用する際には装置がパッケージングされており気体が漏洩する箇所は定まっている場合が多いことから非常に有用であるが、従来知られている気体検知装置は、経年劣化による交換も含めると非常に高額であり、漏洩を想定される箇所全てに設置を行うことは困難であった。
よって、検知装置を漏洩が想定される箇所のすぐ近傍に多数設置することが可能である、安価な気体検知装置が求められてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
気体検知部が、熱伝導性の高い材料で形成されたチューブが取り付けられた形状記憶合金線と、目的の気体に反応する触媒と、前記形状記憶合金線と触媒を内部に納める熱伝導性が高い素材を網目状に形成した外筒とからなり、
スイッチング部は、前記形状記憶合金線の収縮力により、スイッチング手段が切り替わるように接続されたスイッチング部からなり
気体検知部に漏洩した気体に触れると、内部に納められた触媒により気体が接触燃焼し、その燃焼熱により形状記憶合金線を加熱される。
これにより形状記憶合金線が収縮し、接続されたスイッチング手段が切り替わる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の気体検知装置によれば、気体検知時のみ動作し、待機状態における電源の供給が不要であり、エネルギーを消費しない。
接触燃焼に用いる触媒は、形状記憶合金とともに構造安定であり漏洩を感知した時のみ反応するため、経年劣化は非常に少ない。
また、用いる触媒は、気体に反応し形状記憶合金線を加熱することができれば良く、精密な加工や、多量に用いる必要が無い。
さらに火炎逸走を防止するための、熱伝導性が高い素材により形成された外筒が取り付けられていることにより、高濃度となる恐れがある漏洩付近の直近における取り付けが可能となっている。
このように本発明の気体検知装置によれば、気体の漏洩に対して迅速に反応し、かつ耐久性の高い気体検知装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図を用いて説明する、
【実施例１】
【０００９】
本実施例の気体検知装置は、水素を検知するとスイッチがＯＮとなる水素ガス検知装置である。
【００１０】
水素の発火濃度は０．５％程度であり、空気と比べると比重は１／１４であり、非常に高い拡散速度を有する。
この性質により、例えば室内で水素の漏洩が起きた場合、水素はその高い拡散速度により、室内に拡散し徐々に室内の水素濃度が上昇することとなる。
従来の水素検知装置では、この徐々に上昇した室内水素濃度を検知していた。
この方式で早期に水素の漏洩を感知するためには、特に高感度の検知装置が必要であり、開放状態における水素の検知は非常に困難であった。
【００１１】
図１は本実施例の気体検知装置の非動作状態を示す図である。
１０１は形状記憶合金線、１０２はマイクロスイッチ、１０３はばね、１０４は保護チューブ、１０５は触媒、１０６は外筒である。
【００１２】
形状記憶合金線１０１にはＮｉ?ＴｉーＣｕ系形状記憶合金を用いた。
Ｎｉ?Ｔｉ?Ｃｕ系形状記憶合金のマルテンサイト変態温度は５０?８０℃であり、本実施例で用いた形状記憶合金線にはマルテンサイト変態温度が７０℃のものを使用した。
【００１３】
また、形状記憶合金線１０１には熱伝導性の高いチューブ１０４で覆われている。チューブの材料は、例えば内部にシリコンオイルを塗布したシリコンゴムが好ましい。このチューブ１０４により、形状記憶合金の収縮の動きを妨げないようにされ、かつ熱伝達を妨げないようにされている。
【００１４】
触媒１０５は、白金を担持したアルミナ触媒である。白金の触媒交換により水素を接触燃焼させ、発熱させる。
また、経年劣化が少なく、数十年経過した状態でも触媒反応を行うことができる。
【００１５】
外筒１０６は、金網状のＳＵＳにより形成されている。通気性を確保しつつも、熱伝導性が高いＳＵＳで形成されているため、着火源があっても筒外の可燃性ガスに着火し、火炎逸走することがないような耐圧防爆構造であるフレームアレスタとなる。
【００１６】
非動作状態において形状記憶合金線１０１は、ばね１０３によって引っ張られており、連係されたマイクロスイッチ１０２はＯＦＦ状態の位置とされている。
【００１７】
図２は本実施例の水素ガス検知装置の動作状態を示す図である。本実施例の水素ガス検知装置の周囲に水素ガスが存在する場合、水素ガスは、外筒を透過し、内部の触媒に接触する。
従来より知られているように、水素ガスは白金を担持したアルミナ触媒の作用で燃焼され発熱する。
この際、発生した熱により触媒と同じく外筒内部に収納された形状記憶合金線１０１が加熱される。加熱された形状記憶合金線１０１はマルテンサイト変態点に到達して収縮する。接続されたマイクロスイッチ１０２がＯＦＦからＯＮに切り替わる。
【００１８】
気体漏洩が停止すると燃焼が停止し熱の発生が止まると、接続されたバイアス手段により、形状記憶合金１０１が元の伸びた状態へと戻り、スイッチ１０２はＯＮからＯＦＦへ切り替わる。
【００１９】
また、駆動の際、触媒および形状記憶合金線は高温となっており、着火源となる恐れがあるが、耐圧防爆構造となった外筒１０６内部に設置されているため、火炎逸走を防止することができ、これによって直近での配置が可能となっている。
【００２０】
このように、外部から他のエネルギーの供給無しに、漏洩箇所付近に設置可能な水素検知装置を安価に得ることができる。
【実施例２】
【００２１】
図３は、本発明の気体検知装置の別形態を示す図である。
実施例１と異なり、検知部の形状記憶合金線１０１がコイル状に形成され、触媒１０５がコイル内部に設置されている。
形状記憶合金線１０１がコイル状に形成されていることにより、実施例１の線状で形状記憶合金を用いたことと比べ、ストロークを大きく取ることができる。
よって、検知部をさらに小型化することが可能であり、装置全体の小型化および触媒の利用量を低減することができ、より安価な検知装置を提供することができる。
【実施例３】
【００２２】
図４は、本実施例の水素ガス検知装置の利用例を示す構成図である。
制御装置４０１、水素ガス検知装置４０２、信号線４０３から構成されている。
本実施例の水素ガス検知装置４０２は、実施例１で示した水素ガス検知装置のマイクロスイッチ１０２の端子が信号線４０３に接続され、信号線４０３を通して気体検知装置４０１に接続されている。
水素ガス検知装置４０２は、複数の漏洩を想定される箇所に設置されており、水素ガスの漏洩を検知すると実施例１で示したようにマイクロスイッチがＯＮとなる。これより制御装置４０１は、信号線４０３を通して短絡を検知すると、水素漏洩の原因となる装置を停止する。
【００２３】
この際、水素ガス検知装置４０２は一切の外部エネルギーを必要とせず、制御装置４０１との接続は、短絡を検知する機構のみがあれば良く、非常に簡易に水素検知システムを構築することができる。
【００２４】
なお、本発明の気体検知装置の検知部については、非常に小型かつ軽量であるから、固定方法は何を使ってもよく、用途によって、たとえば、コンセント式や、ねじこみ式などでもよい。
【００２５】
なお、用いる触媒は、外筒内部に収納され、形状記憶合金の変態点に到達に十分な接触燃焼を生じさせることができれば良く、検知するガスに対して触媒を選択することによって、多数のガスに簡単に対応できる。また、実施例に用いたアルミナ担持のバルク材や棒状体だけではなく、セラミックス担持触媒や、綿状体に含ませるなど他の形状を取ってもよい。
外筒にはＳＵＳ状の金網を例示したが、気体を内部に入り、火炎逸走を防ぐことのできるようなフレームアレスタであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のガス検知スイッチによれば、安価かつ、高感度なガス検知手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の気体検知装置の平常状態を示す図
【図２】本発明の気体検知装置の気体検知時の状態を示す図
【図３】本発明の気体検知装置の別形態の平常状態を示す図
【図４】本発明の気体検知装置を用いた全体構成例
【符号の説明】
【００２８】
あ
１０１ 形状記憶合金線
１０２ マイクロスイッチ
１０３ ばね
１０４ 保護チューブ
１０５ 触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体検知装置に関する。特に可燃性の気体を検知する気体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の燃料電池技術の発展に伴い、気体検知装置、特に水素を検知する装置の需要が高まっている。
従来の気体検知装置では、微量な気体を検出可能なように、感度を大きく高めるべく開発が進められている。
気体検知装置としては、接触燃焼式気体検知装置が知られている。
この気体検知装置は、気体を接触燃焼させる酸化触媒を焼結させた第１の白金コイルと、気体の接触燃焼を防がれた第２の白金コイルが抵抗ブリッジに接続されている。気体が存在する場合には、触媒効果によって第１の白金コイルが加熱され、両白金コイルの抵抗ブリッジには不均等が生じ、この際の電流値を検知することにより、気体を検知する。
【０００３】
【特許文献１】特願２００６−１６２３６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可燃性ガス、特に水素ガスは拡散性が非常に高く、漏洩が始まってから検知装置の検知可能濃度に到達する状態では、広範囲にガスが拡散した状態であり、漏洩したガスは多量となる場合がある。したがって、危険濃度に到達することがなくとも多量のガス漏洩を許してしまうこととなる。これを防ぐため、気体検知装置は、検知感度を高めるべく開発が進められている。
しかしながら、検知感度を高める方法では、閉鎖空間での検知には非常に高い効果を発揮するが、開放状態では更なる検知感度が求められ、高額となっていく恐れがあった。
【０００５】
また、確実な検知を図る他の方法として、気体の漏洩が想定される箇所の近傍全てに検知装置を取り付ける方法がある。この方法は、燃料電池などに利用する際には装置がパッケージングされており気体が漏洩する箇所は定まっている場合が多いことから非常に有用であるが、従来知られている気体検知装置は、経年劣化による交換も含めると非常に高額であり、漏洩を想定される箇所全てに設置を行うことは困難であった。
よって、検知装置を漏洩が想定される箇所のすぐ近傍に多数設置することが可能である、安価な気体検知装置が求められてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
気体検知部が、熱伝導性の高い材料で形成されたチューブが取り付けられた形状記憶合金線と、目的の気体に反応する触媒と、前記形状記憶合金線と触媒を内部に納める熱伝導性が高い素材を網目状に形成した外筒とからなり、
スイッチング部は、前記形状記憶合金線の収縮力により、スイッチング手段が切り替わるように接続されたスイッチング部からなり
気体検知部に漏洩した気体に触れると、内部に納められた触媒により気体が接触燃焼し、その燃焼熱により形状記憶合金線を加熱される。
これにより形状記憶合金線が収縮し、接続されたスイッチング手段が切り替わる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の気体検知装置によれば、気体検知時のみ動作し、待機状態における電源の供給が不要であり、エネルギーを消費しない。
接触燃焼に用いる触媒は、形状記憶合金とともに構造安定であり漏洩を感知した時のみ反応するため、経年劣化は非常に少ない。
また、用いる触媒は、気体に反応し形状記憶合金線を加熱することができれば良く、精密な加工や、多量に用いる必要が無い。
さらに火炎逸走を防止するための、熱伝導性が高い素材により形成された外筒が取り付けられていることにより、高濃度となる恐れがある漏洩付近の直近における取り付けが可能となっている。
このように本発明の気体検知装置によれば、気体の漏洩に対して迅速に反応し、かつ耐久性の高い気体検知装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図を用いて説明する、
【実施例１】
【０００９】
本実施例の気体検知装置は、水素を検知するとスイッチがＯＮとなる水素ガス検知装置である。
【００１０】
水素の発火濃度は０．５％程度であり、空気と比べると比重は１／１４であり、非常に高い拡散速度を有する。
この性質により、例えば室内で水素の漏洩が起きた場合、水素はその高い拡散速度により、室内に拡散し徐々に室内の水素濃度が上昇することとなる。
従来の水素検知装置では、この徐々に上昇した室内水素濃度を検知していた。
この方式で早期に水素の漏洩を感知するためには、特に高感度の検知装置が必要であり、開放状態における水素の検知は非常に困難であった。
【００１１】
図１は本実施例の気体検知装置の非動作状態を示す図である。
１０１は形状記憶合金線、１０２はマイクロスイッチ、１０３はばね、１０４は保護チューブ、１０５は触媒、１０６は外筒である。
【００１２】
形状記憶合金線１０１にはＮｉ?ＴｉーＣｕ系形状記憶合金を用いた。
Ｎｉ?Ｔｉ?Ｃｕ系形状記憶合金のマルテンサイト変態温度は５０?８０℃であり、本実施例で用いた形状記憶合金線にはマルテンサイト変態温度が７０℃のものを使用した。
【００１３】
また、形状記憶合金線１０１には熱伝導性の高いチューブ１０４で覆われている。チューブの材料は、例えば内部にシリコンオイルを塗布したシリコンゴムが好ましい。このチューブ１０４により、形状記憶合金の収縮の動きを妨げないようにされ、かつ熱伝達を妨げないようにされている。
【００１４】
触媒１０５は、白金を担持したアルミナ触媒である。白金の触媒交換により水素を接触燃焼させ、発熱させる。
また、経年劣化が少なく、数十年経過した状態でも触媒反応を行うことができる。
【００１５】
外筒１０６は、金網状のＳＵＳにより形成されている。通気性を確保しつつも、熱伝導性が高いＳＵＳで形成されているため、着火源があっても筒外の可燃性ガスに着火し、火炎逸走することがないような耐圧防爆構造であるフレームアレスタとなる。
【００１６】
非動作状態において形状記憶合金線１０１は、ばね１０３によって引っ張られており、連係されたマイクロスイッチ１０２はＯＦＦ状態の位置とされている。
【００１７】
図２は本実施例の水素ガス検知装置の動作状態を示す図である。本実施例の水素ガス検知装置の周囲に水素ガスが存在する場合、水素ガスは、外筒を透過し、内部の触媒に接触する。
従来より知られているように、水素ガスは白金を担持したアルミナ触媒の作用で燃焼され発熱する。
この際、発生した熱により触媒と同じく外筒内部に収納された形状記憶合金線１０１が加熱される。加熱された形状記憶合金線１０１はマルテンサイト変態点に到達して収縮する。接続されたマイクロスイッチ１０２がＯＦＦからＯＮに切り替わる。
【００１８】
気体漏洩が停止すると燃焼が停止し熱の発生が止まると、接続されたバイアス手段により、形状記憶合金１０１が元の伸びた状態へと戻り、スイッチ１０２はＯＮからＯＦＦへ切り替わる。
【００１９】
また、駆動の際、触媒および形状記憶合金線は高温となっており、着火源となる恐れがあるが、耐圧防爆構造となった外筒１０６内部に設置されているため、火炎逸走を防止することができ、これによって直近での配置が可能となっている。
【００２０】
このように、外部から他のエネルギーの供給無しに、漏洩箇所付近に設置可能な水素検知装置を安価に得ることができる。
【実施例２】
【００２１】
図３は、本発明の気体検知装置の別形態を示す図である。
実施例１と異なり、検知部の形状記憶合金線１０１がコイル状に形成され、触媒１０５がコイル内部に設置されている。
形状記憶合金線１０１がコイル状に形成されていることにより、実施例１の線状で形状記憶合金を用いたことと比べ、ストロークを大きく取ることができる。
よって、検知部をさらに小型化することが可能であり、装置全体の小型化および触媒の利用量を低減することができ、より安価な検知装置を提供することができる。
【実施例３】
【００２２】
図４は、本実施例の水素ガス検知装置の利用例を示す構成図である。
制御装置４０１、水素ガス検知装置４０２、信号線４０３から構成されている。
本実施例の水素ガス検知装置４０２は、実施例１で示した水素ガス検知装置のマイクロスイッチ１０２の端子が信号線４０３に接続され、信号線４０３を通して気体検知装置４０１に接続されている。
水素ガス検知装置４０２は、複数の漏洩を想定される箇所に設置されており、水素ガスの漏洩を検知すると実施例１で示したようにマイクロスイッチがＯＮとなる。これより制御装置４０１は、信号線４０３を通して短絡を検知すると、水素漏洩の原因となる装置を停止する。
【００２３】
この際、水素ガス検知装置４０２は一切の外部エネルギーを必要とせず、制御装置４０１との接続は、短絡を検知する機構のみがあれば良く、非常に簡易に水素検知システムを構築することができる。
【００２４】
なお、本発明の気体検知装置の検知部については、非常に小型かつ軽量であるから、固定方法は何を使ってもよく、用途によって、たとえば、コンセント式や、ねじこみ式などでもよい。
【００２５】
なお、用いる触媒は、外筒内部に収納され、形状記憶合金の変態点に到達に十分な接触燃焼を生じさせることができれば良く、検知するガスに対して触媒を選択することによって、多数のガスに簡単に対応できる。また、実施例に用いたアルミナ担持のバルク材や棒状体だけではなく、セラミックス担持触媒や、綿状体に含ませるなど他の形状を取ってもよい。
外筒にはＳＵＳ状の金網を例示したが、気体を内部に入り、火炎逸走を防ぐことのできるようなフレームアレスタであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のガス検知スイッチによれば、安価かつ、高感度なガス検知手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の気体検知装置の平常状態を示す図
【図２】本発明の気体検知装置の気体検知時の状態を示す図
【図３】本発明の気体検知装置の別形態の平常状態を示す図
【図４】本発明の気体検知装置を用いた全体構成例
【符号の説明】
【００２８】
あ
１０１ 形状記憶合金線
１０２ マイクロスイッチ
１０３ ばね
１０４ 保護チューブ
１０５ 触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を通過させ、火炎逸走を防止するフレームアレスタと、
前記フレームアレスタ内に配された形状記憶合金線と、
前記フレームアレスタ内の前記形状記憶合金線付近に配される検知対象の気体を接触燃焼させる触媒からなる気体検知部と、
前記形状記憶合金線の収縮力と反対方向に付勢するように接続された弾性手段と、
前記形状記憶合金線が収縮力と、前記弾性手段による弾性力によって切り替わるスイッチング手段からなる気体検知装置。
【請求項２】
形状記憶合金線がコイル状に形成される
請求項１の気体検知装置。
【請求項３】
形状記憶合金線が熱伝導性の高い素材で形成されたチューブで覆われている
請求項１、２の気体検知装置。
【請求項４】
検知気体が水素であり、触媒が白金が担持されるアルミナである
請求項１?３の気体検知装置、
【請求項１】
外気を通過させ、火炎逸走を防止するフレームアレスタと、
前記フレームアレスタ内に配された形状記憶合金線と、
前記フレームアレスタ内の前記形状記憶合金線付近に配される検知対象の気体を接触燃焼させる触媒からなる気体検知部と、
前記形状記憶合金線の収縮力と反対方向に付勢するように接続された弾性手段と、
前記形状記憶合金線が収縮力と、前記弾性手段による弾性力によって切り替わるスイッチング手段からなる気体検知装置。
【請求項２】
形状記憶合金線がコイル状に形成される
請求項１の気体検知装置。
【請求項３】
形状記憶合金線が熱伝導性の高い素材で形成されたチューブで覆われている
請求項１、２の気体検知装置。
【請求項４】
検知気体が水素であり、触媒が白金が担持されるアルミナである
請求項１?３の気体検知装置、
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１９１０４２（Ｐ２００８−１９１０４２Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６９４３（Ｐ２００７−２６９４３）
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（３９００３１５２１）トキコーポレーション株式会社 (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（３９００３１５２１）トキコーポレーション株式会社 (30)
【Ｆターム（参考）】
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