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JP6797598B2 - Hydrogen flame detector - Google Patents
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Description

本発明は、例えば水素供給ステーション内などで設置が義務付けられている水素火炎検出装置に関する。さらに詳しくは、例えば近くに工場などがあり、工場内で溶接やグラインダーなどにより発生する紫外線や、電車などのパンタグラフから発生する紫外線などの外乱光による誤報を発生させることなく、確実に水素火炎を検出することができる安価な水素火炎検出装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen flame detection device that is obliged to be installed, for example, in a hydrogen supply station. More specifically, for example, there is a factory nearby, and hydrogen flames can be reliably generated without causing false reports due to ambient light such as ultraviolet rays generated by welding or grinders in the factory or ultraviolet rays generated from pantographs such as trains. The present invention relates to an inexpensive hydrogen flame detector capable of detecting.

今日、自動車にも水素ガスが用いられるようになり、水素供給ステーションや燃料電池などの水素ガス利用設備の連続監視が重要になってきている。水素ガスは、燃焼しても太陽光線下では肉眼ではほぼ透明にしか見えず、平成22年に改正された一般高圧ガス保安規則の例示基準では、特定圧縮水素スタンドの火災を検知するための装置等について、水素火炎が発する紫外線を検知する方法を用いることが規定されている。この水素火炎から発生する紫外線は、UV−C(280〜100nm)という特に短波長で、人体にも悪影響を及ぼす波長帯である。 Today, hydrogen gas is also used in automobiles, and continuous monitoring of hydrogen gas utilization facilities such as hydrogen supply stations and fuel cells is becoming important. Even if hydrogen gas burns, it looks almost transparent to the naked eye under the sun's rays, and according to the example standards of the General High Pressure Gas Safety Act revised in 2010, it is a device for detecting a fire at a specific compressed hydrogen stand. It is stipulated to use a method of detecting ultraviolet rays emitted by a hydrogen flame. The ultraviolet rays generated from this hydrogen flame have a particularly short wavelength of UV-C (280 to 100 nm), which is a wavelength band that adversely affects the human body.

このような紫外線検出センサとしては、例えば浜松ホトニクス(株)の炎センサ、UVトロン(登録商標)(型番R2868)が知られている。この紫外線検出センサは、例えば図4のAに示されるような波長に感知し得る相対感度を有しており、太陽光は遮断しながら、185〜260nmの波長の光を検出することができる。図4において、Aが検知し得る紫外線の波長帯に対する相対感度を示し、Bは太陽光の地表でのスペクトラム、Cは水素火炎の一例の波長に対するスペクトラム、Dはタングステン電球の波長に対するスペクトラムをそれぞれ示す。すなわち、太陽光のこの短波長の紫外線は、オゾン層により遮断されて、地表には届いていないことが利用されている。しかし、水素供給ステーションなどの屋外にこの炎センサが設置されると、水素火炎が発生していないにも拘らず、紫外線を検知する、すなわち誤報が生じやすいという問題がある。 As such an ultraviolet ray detection sensor, for example, a flame sensor manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. and UV TRON (registered trademark) (model number R2868) are known. This ultraviolet detection sensor has a relative sensitivity capable of detecting a wavelength as shown in FIG. 4A, for example, and can detect light having a wavelength of 185 to 260 nm while blocking sunlight. In FIG. 4, A shows the relative sensitivity to the wavelength band of ultraviolet rays that can be detected, B is the spectrum of sunlight on the ground surface, C is the spectrum of an example of hydrogen flame, and D is the spectrum of a tungsten light bulb. Shown. That is, it is utilized that the ultraviolet rays of this short wavelength of sunlight are blocked by the ozone layer and do not reach the surface of the earth. However, when this flame sensor is installed outdoors such as a hydrogen supply station, there is a problem that ultraviolet rays are detected, that is, false alarms are likely to occur even though a hydrogen flame is not generated.

一方、930〜950nmの範囲の近赤外線および熱画像を検出して、水素火炎を可視化する装置も開示されている(例えば特許文献1参照)。この場合でも、水素火炎に起因する特定波長の紫外線受光素子を有する紫外線検出手段を用いることも開示されている。紫外線検出器を使用する場合でも、このように赤外線受光素子と併用し、両方を検知する場合に、火炎の発生を報知することにより、外乱光による誤報を防止することができると考えられているが、それでも完全には誤報を防止することができていない。 On the other hand, an apparatus for visualizing a hydrogen flame by detecting near-infrared rays and thermal images in the range of 930 to 950 nm is also disclosed (see, for example, Patent Document 1). Even in this case, it is also disclosed that an ultraviolet ray detecting means having an ultraviolet ray receiving element having a specific wavelength caused by a hydrogen flame is used. Even when an ultraviolet detector is used, it is thought that false alarms due to ambient light can be prevented by notifying the occurrence of a flame when both are detected in combination with an infrared light receiving element in this way. However, even so, false alarms have not been completely prevented.

特開2013−36974号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-36974

前述の紫外線検出センサを使用すると、太陽光の光を遮断し、水素火炎から発する紫外線を効果的に検知することができる。しかし、水素供給ステーションなどの屋外に設置されると、実際には、水素の火炎が発生していないにも拘らず、警報を発する場合が多く生じるという問題がある。 By using the above-mentioned ultraviolet detection sensor, it is possible to block the light of sunlight and effectively detect the ultraviolet rays emitted from the hydrogen flame. However, when it is installed outdoors such as a hydrogen supply station, there is a problem that an alarm is often issued even though a hydrogen flame is not actually generated.

さらに、前述の紫外線検出センサの他に、赤外線検知センサなどを設置して、両者が検出された場合に、実際に水素火炎が発生したという判断をする構成にすることは、複数のセンサを設ける必要があり、コストアップになるという問題がある。 Further, in addition to the above-mentioned ultraviolet detection sensor, an infrared detection sensor or the like is installed, and when both are detected, it is determined that a hydrogen flame has actually occurred. There is a problem that it is necessary and the cost increases.

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、市販されている紫外線検出センサを用いながら、誤報が発生し難い安価な水素火炎の検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an inexpensive hydrogen flame detection device in which false alarms are unlikely to occur while using a commercially available ultraviolet detection sensor.

本発明者らは、従来の市販の小型・高感度・高視野の紫外線オンオフセンサを使用しても、誤報のない水素火炎検出をするため、鋭意検討を重ねた。その結果、誤報の原因が、水素火炎と波長帯が重なる紫外線は太陽光には含まれていないが、地上で発生する外乱光の入射に起因していることを見出した。すなわち、工場などで、アーク溶接などの溶接やグラインダーによる研磨などの際に発生する火花、雷や電車のパンタグラフで発生するスパークなどから放出される紫外線が、直接または建物などによる反射光として紫外線検出センサに入射し、その光が誤報の原因になることを見出した。 The present inventors have conducted extensive studies in order to detect hydrogen flames without false alarms even if a conventional commercially available compact, high-sensitivity, high-field UV on / off sensor is used. As a result, it was found that the cause of the false alarm is the incident of ambient light generated on the ground, although the sunlight does not contain ultraviolet rays whose wavelength band overlaps with the hydrogen flame. That is, ultraviolet rays emitted from sparks generated during welding such as arc welding or polishing with a grinder in factories, etc., and sparks generated by lightning or pantographs of trains are detected as ultraviolet rays directly or as reflected light by buildings. It was found that the light was incident on the sensor and caused false reports.

そして、さらに本発明者らが鋭意検討を重ねて調べた結果、前述の市販されている紫外線オンオフセンサは、センサの特性上、高感度、高視野が追及されているが、例えば水素供給ステーションのようなセンサから比較的近い場所の水素火炎監視に用いる水素火炎検出装置においては、むしろ感度を低下させた方がよいことを見出した。そして、185〜280nm、好ましくは200〜260nmの範囲で、その内の一部の狭い帯域を透過させるバンドパスフィルタを挿入したり、反射光をカットしやすい偏光フィルタを挿入したり、センサの透過窓を小さくするか、透過窓と紫外線検出素子との距離を大きくすることで視野角を狭くしたりすることにより、外乱光の侵入が阻止され、誤報の殆どない水素火炎検出装置が得られることを本発明者らは見出した。 As a result of further intensive studies by the present inventors, the above-mentioned commercially available ultraviolet on / off sensor has been pursued with high sensitivity and high field of view due to the characteristics of the sensor. For example, a hydrogen supply station We have found that it is better to reduce the sensitivity of a hydrogen flame detector used for hydrogen flame monitoring at a location relatively close to such a sensor. Then, a bandpass filter that transmits a part of a narrow band in the range of 185 to 280 nm, preferably 200 to 260 nm is inserted, a polarizing filter that easily cuts reflected light is inserted, and the transmission of the sensor is performed. By narrowing the viewing angle by making the window smaller or increasing the distance between the transmitting window and the ultraviolet detection element, the intrusion of ambient light can be prevented and a hydrogen flame detection device with almost no false alarms can be obtained. The present inventors have found.

本発明の水素火炎検出装置は、水素火炎の紫外線を検出する紫外線検出素子と、前記紫外線検出素子の前方に設けられ、外光を取り入れる透過窓と、前記透過窓を一部に有し、前記紫外線検出素子を被覆して前記透過窓以外からの光の入射を遮断する筺体と、前記水素火炎以外の外乱光を減衰させる外乱光減衰手段と、を有している。 The hydrogen flame detection device of the present invention has an ultraviolet detection element for detecting ultraviolet rays of a hydrogen flame, a transmission window provided in front of the ultraviolet detection element to take in external light, and the transmission window as a part thereof. It has a housing that covers an ultraviolet ray detecting element to block the incident light from other than the transmission window, and an ambient light attenuating means that attenuates ambient light other than the hydrogen flame.

ここに外乱光とは、水素火炎に起因する紫外線以外の紫外線を意味する。また、外乱光減衰手段とは、水素火炎以外からの紫外線は殆ど検出しない程度に減衰されることを意味している。従って、外乱光が完全にカットされていなくても、紫外線検出素子により検出されない程度に減衰されていればよく、また、水素火炎に起因する紫外線が減衰されても、その水素火炎に起因する紫外線を検出することができれば、少々の減衰は問題としない趣旨である。 Here, the ambient light means ultraviolet rays other than ultraviolet rays caused by a hydrogen flame. Further, the disturbance light attenuating means means that ultraviolet rays from other than the hydrogen flame are attenuated to the extent that they are hardly detected. Therefore, even if the ambient light is not completely cut, it is sufficient if it is attenuated to the extent that it is not detected by the ultraviolet detection element, and even if the ultraviolet rays caused by the hydrogen flame are attenuated, the ultraviolet rays caused by the hydrogen flame are attenuated. If it can be detected, a little attenuation is not a problem.

本発明によれば、市販の紫外線検出素子を用いながら、簡単な外乱光減衰手段を設けるだけで、水素火炎検出装置の誤報を殆ど排除することができる。この外乱光減衰手段は、例えば紫外線検出素子の前方に設けられるバンドパスフィルタにより検出される水素火炎由来の紫外線の帯域内の狭い範囲に紫外線検出素子への入射光を限定したり、偏光フィルタが紫外線検出素子の前方に設けられることにより、偏光した反射光をカットしたり、視野角を小さくすることにより外乱光の入射を制限したりすることなどにより形成される。その結果、非常に安価に構成することができながら、確実に誤報を排除することができる。 According to the present invention, it is possible to almost eliminate false alarms of the hydrogen flame detection device by simply providing a simple disturbance light attenuation means while using a commercially available ultraviolet detection element. This disturbance light attenuation means limits the incident light to the ultraviolet detection element to a narrow range within the band of ultraviolet rays derived from hydrogen flame detected by a bandpass filter provided in front of the ultraviolet detection element, or a polarizing filter. By being provided in front of the ultraviolet detection element, it is formed by cutting polarized reflected light, limiting the incident of ambient light by reducing the viewing angle, and the like. As a result, false alarms can be reliably eliminated while being able to be configured at a very low cost.

本発明の水素火炎検出装置の一実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one Embodiment of the hydrogen flame detection apparatus of this invention. 本発明の水素火炎検出装置の他の実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other embodiment of the hydrogen flame detection apparatus of this invention. 本発明の水素火炎検出装置のさらに他の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining still another embodiment of the hydrogen flame detection apparatus of this invention. ある紫外線検出センサの分光感度特性を示す図であるIt is a figure which shows the spectral sensitivity characteristic of a certain ultraviolet ray detection sensor.

次に、本発明の水素検出装置が、具体的な構成例を示す図1〜3を参照しながら説明される。本発明の水素火炎検出装置は、図1にその一実施形態の概略構造図が示されるように、水素火炎の紫外線を検出する紫外線検出素子1と、紫外線検出素子1の前方に設けられ、外光を取り入れる透過窓3と、透過窓3を一部に有し、紫外線検出素子1を被覆して透過窓3以外からの光の入射を遮断する筺体4と、水素火炎以外の外乱光を減衰させる外乱光減衰手段2(21、22)とを有している。 Next, the hydrogen detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 showing specific configuration examples. The hydrogen flame detection device of the present invention is provided with an ultraviolet detection element 1 for detecting ultraviolet rays of a hydrogen flame and an ultraviolet detection element 1 in front of the ultraviolet detection element 1, as shown in FIG. 1 for a schematic structural diagram of the embodiment. A housing 4 that has a transmitting window 3 that takes in light and a transmitting window 3 as a part, and that covers the ultraviolet detection element 1 to block the incident of light from other than the transmitting window 3, and attenuates ambient light other than hydrogen flame. It has disturbance light attenuation means 2 (21, 22) for causing disturbance.

紫外線検出素子1は、水素火炎から発せられる紫外線を検出する素子が用いられる。水素火炎のスペクトラムは、285nm、306nm、309nmにピークを持ち、185nm〜320nmに亘って発光する。すなわち、図4のCで、水素火炎のスペクトラムが示されているように、ピークの波長ではなくても、僅かな放射強度を有する帯域がある。この場合、300nm近傍以上では太陽光の紫外線が地表に届くので、185〜280nmの光が微弱になるが検出するのに適している。例えば前述の浜松ホトニクス(株)製の炎センサUVトロン(登録商標)を使用することができるが、これには限定されない。また、この炎センサは放電管であるが、放電管ではなく半導体素子からなる紫外線検出素子でもよい。前述の炎センサは、185〜260nmの範囲に感度波長を有しており、水素火炎の検出に適している。しかし、この分光感度特性を有していない紫外線検出素子であっても、185〜280nm、好ましくは200〜260nmの波長帯内の帯域を透過させるバンドパスフィルタ21を設けることにより、所望の波長帯域の紫外線のみを受光することができると共に、所望しない外乱光を排除することができる。すなわち、紫外線検出素子1としては、185〜280nmの範囲を検出することができれば、その範囲を超えるものでもよく、検出する波長帯域は制限されない。本実施形態では、水素火炎以外の外乱光を減衰させる目的でバンドパスフィルタ21が設けられている。そのため、このバンドパスフィルタ21により透過する、185〜280nm、好ましくは200〜260nm内であって、ある波長帯の光が検出されれば、紫外線検出素子1としては、その感度特性は限定されない。 As the ultraviolet detection element 1, an element that detects ultraviolet rays emitted from a hydrogen flame is used. The hydrogen flame spectrum has peaks at 285 nm, 306 nm, and 309 nm, and emits light over 185 nm to 320 nm. That is, as shown in FIG. 4C, the spectrum of the hydrogen flame, there is a band having a slight radiant intensity even if it is not the peak wavelength. In this case, since the ultraviolet rays of sunlight reach the ground surface in the vicinity of 300 nm or more, the light of 185 to 280 nm becomes weak, but it is suitable for detection. For example, the above-mentioned flame sensor UV TRON (registered trademark) manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. can be used, but the present invention is not limited thereto. Further, although this flame sensor is a discharge tube, it may be an ultraviolet detection element composed of a semiconductor element instead of the discharge tube. The flame sensor described above has a sensitivity wavelength in the range of 185 to 260 nm and is suitable for detecting a hydrogen flame. However, even an ultraviolet detection element that does not have this spectral sensitivity characteristic can have a desired wavelength band by providing a bandpass filter 21 that transmits a band within the wavelength band of 185 to 280 nm, preferably 200 to 260 nm. It is possible to receive only the ultraviolet rays of the above and to eliminate unwanted disturbance light. That is, the ultraviolet detection element 1 may exceed the range as long as it can detect the range of 185 to 280 nm, and the wavelength band to be detected is not limited. In the present embodiment, the bandpass filter 21 is provided for the purpose of attenuating ambient light other than the hydrogen flame. Therefore, if light in a certain wavelength band within 185 to 280 nm, preferably 200 to 260 nm, which is transmitted by the bandpass filter 21, is detected, the sensitivity characteristics of the ultraviolet detection element 1 are not limited.

外乱光減衰手段2は、前述のように、バンドパスフィルタ21(図1参照)、偏光フィルタ22(図2参照)、視野角制御手段(図3参照)など種々の方法により外乱光を遮断することができるものである。これらの手段を2以上併用することもできる。図1に示される例は、外乱光減衰手段2として、バンドパスフィルタ21が用いられている。紫外線領域のバンドパスフィルタ21は、所望の波長帯域のみを通過させ、他の波長帯域を遮断するという特性のみならず、通過帯域でも20〜40%程度の減衰を生じる。この通過帯域での透過率の低下が、外乱光を排除するのに好ましいことを本発明者らは見出した。すなわち、前述のように、水素供給ステーションに設置される水素火炎検出装置においては、水素火炎の発生が予想される場所に比較的近い場所に設置される。従って、検出したい水素火炎から発する紫外線は、外乱光の紫外線よりも遥かに大きく、検出する紫外線が少々減衰しても、検知すべき水素火炎についての検出性に何ら支障は生じない。一方、工場の溶接などにより発生する紫外線などの外乱光は、多くの経路を経るので弱くなっており、さらに減衰されることにより、紫外線検出素子1により感知されなくなる。 As described above, the disturbance light attenuating means 2 blocks the disturbance light by various methods such as a bandpass filter 21 (see FIG. 1), a polarizing filter 22 (see FIG. 2), and a viewing angle control means (see FIG. 3). It is something that can be done. Two or more of these means can be used in combination. In the example shown in FIG. 1, a bandpass filter 21 is used as the ambient light attenuation means 2. The bandpass filter 21 in the ultraviolet region not only has the characteristic of passing only a desired wavelength band and blocking other wavelength bands, but also causes attenuation of about 20 to 40% in the pass band. The present inventors have found that a decrease in transmittance in this pass band is preferable for eliminating ambient light. That is, as described above, in the hydrogen flame detection device installed in the hydrogen supply station, it is installed in a place relatively close to the place where the hydrogen flame is expected to occur. Therefore, the ultraviolet rays emitted from the hydrogen flame to be detected are much larger than the ultraviolet rays of the ambient light, and even if the ultraviolet rays to be detected are slightly attenuated, there is no problem in the detectability of the hydrogen flame to be detected. On the other hand, ambient light such as ultraviolet rays generated by welding in a factory is weakened because it passes through many paths, and is further attenuated so that it cannot be detected by the ultraviolet detecting element 1.

また、水素火炎のスペクトラムは、前述の図4のCと近似しており、ピークではない185〜280nm、好ましくは200〜260nmの範囲でコンスタントに弱い光を発生している。従って、この範囲の全体で紫外線の検出をしなくても、一部の帯域のみで検出しても、水素火炎の発生を知ることができ、バンドパスフィルタで通過帯域を狭くすることにより、外乱光を排除できることを本発明者らは見出した。すなわち、バンドパスフィルタ21の通過帯域を前述の185〜280nm、好ましくは200〜260nmの範囲内の、例えば10〜20nmの帯域で透過するバンドパスフィルタ21が挿入されることにより、外乱光を大幅に減少させ得ることを本発明者らは見出した。要するに、バンドパスフィルタ21の通過帯域を狭くすることにより、外乱光の侵入を阻止しやすくなる。特に発生しやすい紫外線の波長が分っていれば、その波長帯を外したバンドパスフィルタを用いることができる。このようなバンドパスフィルタ21としては、例えば朝日分光(株)の商品名HQBP248−UV、型番LX0248を用いることができる。このバンドパスフィルタ21は、透過帯域(60%以上)が240〜250nmであり、阻止帯域(透過率0.1%以下)が、280〜570nmの特性を有している。従って、前述の紫外線検出素子1を用いれば、水素火炎を検出しながら、非常に狭い帯域以外の紫外線を排除することができる。紫外線検出素子1が200nmより短い波長の光を検出する能力を有する場合には、その短波長側を阻止するハイパスフィルタを併用すればよい。 Further, the spectrum of the hydrogen flame is similar to C in FIG. 4 described above, and constantly weak light is generated in the non-peak range of 185 to 280 nm, preferably 200 to 260 nm. Therefore, it is possible to know the occurrence of hydrogen flame even if the ultraviolet rays are not detected in the entire range or only in a part of the band, and the disturbance is disturbed by narrowing the pass band with the bandpass filter. We have found that light can be eliminated. That is, by inserting the bandpass filter 21 that transmits the pass band of the bandpass filter 21 in the above-mentioned range of 185 to 280 nm, preferably 200 to 260 nm, for example, in the band of 10 to 20 nm, the ambient light is greatly increased. We have found that it can be reduced to. In short, by narrowing the pass band of the bandpass filter 21, it becomes easy to prevent the intrusion of ambient light. If the wavelength of ultraviolet rays that is particularly likely to be generated is known, a bandpass filter outside the wavelength band can be used. As such a bandpass filter 21, for example, Asahi Spectroscopy Co., Ltd.'s trade name HQBP248-UV and model number LX0248 can be used. The bandpass filter 21 has a transmission band (60% or more) of 240 to 250 nm and a blocking band (transmission rate of 0.1% or less) of 280 to 570 nm. Therefore, if the above-mentioned ultraviolet detection element 1 is used, it is possible to exclude ultraviolet rays other than a very narrow band while detecting the hydrogen flame. When the ultraviolet detection element 1 has an ability to detect light having a wavelength shorter than 200 nm, a high-pass filter that blocks the short wavelength side may be used in combination.

このようなフィルタは、石英ガラスに誘電体膜を積層したり、光を吸収する物質を混ぜ込んだりすることにより所定の波長帯域の光のみを遮断するフィルタが形成される。従って、前述のバンドパスフィルタに限定されることなく、所望の波長帯域を透過し、他の波長帯域を阻止するフィルタが用いられ得る。このバンドパスフィルタ21は、1個のフィルタで、ある帯域のみを透過させるフィルタにしなくても、紫外線検出素子1の検知帯域と合せて185〜280nm、好ましくは200〜260nm内のいずれかの波長帯域を検出することができればよい趣旨である。また、ハイパスフィルタと、ローパスフィルタとの組合せにより、バンドパスフィルタが形成されてもよい。要は、紫外線検出素子1で所望の波長帯だけが限定して検出される構造であればよい。 In such a filter, a filter that blocks only light in a predetermined wavelength band is formed by laminating a dielectric film on quartz glass or mixing a substance that absorbs light. Therefore, without being limited to the bandpass filter described above, a filter that transmits a desired wavelength band and blocks other wavelength bands can be used. The bandpass filter 21 is a single filter, and even if it is not a filter that transmits only a certain band, it has a wavelength of 185 to 280 nm, preferably 200 to 260 nm in combination with the detection band of the ultraviolet detection element 1. The purpose is to be able to detect the band. Further, a bandpass filter may be formed by combining a highpass filter and a lowpass filter. In short, the structure may be such that only the desired wavelength band is detected by the ultraviolet detection element 1.

外乱光減衰手段2としては、後述されるように、反射光を選択的にカットする偏光フィルタが設けられてもよい。さらには、外乱光の入射をできるだけ防止するように視野角が狭くされてもよい。このように、本来、検出すべき水素火炎から発生する紫外線を減衰させても、外乱光をカットできるものが用いられる。従って、絶対値的にどの程度外乱光を減衰させるということではなく、紫外線検出素子1の感度と相対的に外乱光がカットされるものであればよい。 As the disturbance light attenuation means 2, as described later, a polarizing filter that selectively cuts the reflected light may be provided. Further, the viewing angle may be narrowed so as to prevent the incident light from being incident as much as possible. In this way, even if the ultraviolet rays generated from the hydrogen flame that should be detected are attenuated, the ambient light can be cut. Therefore, it does not mean that the disturbance light is attenuated in absolute value, but it is sufficient that the disturbance light is cut relative to the sensitivity of the ultraviolet detection element 1.

透過窓3は、筐体4の一部であって、紫外線検出素子1の正面側に設けられている。紫外線を透過させるものであればよいが、普通のガラスでは、紫外線を減衰させると共に、紫外線で変色しやすいため、石英ガラスが用いられることが好ましい。内部を気密にする必要がなければ、貫通孔でも構わない。しかし、紫外線検出素子1を保護する観点から、石英ガラスなどと筐体4により密封されることが好ましい。 The transmission window 3 is a part of the housing 4 and is provided on the front side of the ultraviolet detection element 1. Any glass that transmits ultraviolet rays may be used, but it is preferable to use quartz glass because ordinary glass attenuates ultraviolet rays and is easily discolored by ultraviolet rays. If it is not necessary to make the inside airtight, a through hole may be used. However, from the viewpoint of protecting the ultraviolet detection element 1, it is preferable that the housing 4 is sealed with quartz glass or the like.

筐体4は、紫外線検出素子1を保護すると共に、外部からの光の侵入を防止するために設けられている。金属板で形成されてもよいし、プラスチックで形成されてもよい。光を透過させなければよい。図1において、5は、この水素火炎検出装置を駆動し、水素火炎を検出したら報知する警報回路を含む駆動・検出警報回路で、従来のものを使用することができる。 The housing 4 is provided to protect the ultraviolet detection element 1 and prevent light from entering from the outside. It may be formed of a metal plate or a plastic. It is not necessary to transmit light. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a drive / detection alarm circuit including an alarm circuit that drives the hydrogen flame detection device and notifies when a hydrogen flame is detected, and a conventional one can be used.

図2は、外乱光減衰手段2として、偏光フィルタ22が紫外線検出素子1の前面側に設けられた例である。偏光フィルタ22以外は、図1に示される構成と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。偏光フィルタ22は、例えばエドモンド・オプティックス・ジャパン社の超広帯域ワイヤーグリッド偏光フィルタを使用することができる。この偏光フィルタは、例えばアルミニウム製マイクロワイヤの薄い層を2枚の合成石英ガラス板で両側から挟み込んだ構造になっている。この構造で、アルミニウム線網を構成するワイヤーグリッドの面での複屈折作用によって偏光され、入射光がワイヤーグリッド面に入射すると、p成分の光は誘電体部に入って透過し、s成分の光はミラー面に当たって反射される。一方反射して外乱光となる光は、反射面で反射することにより、一方向の振動に偏光することが知られている。そのため、反射光のみがカットされ得る。外乱光は、一般的に反射してくるため、その反射した外乱光を狙い撃ちにカットすることができる。水素火炎から発生する紫外線も偏光フィルタの作用により、半分は透過することができず、紫外線の強度は半分に減光するが、前述のように、検出する水素火炎の強度は強いため、特に問題はない。 FIG. 2 shows an example in which the polarizing filter 22 is provided on the front side of the ultraviolet detection element 1 as the ambient light attenuation means 2. Except for the polarizing filter 22, the configuration is the same as that shown in FIG. 1, and the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. As the polarizing filter 22, for example, an ultra-wideband wire grid polarizing filter manufactured by Edmund Optics Japan Co., Ltd. can be used. This polarizing filter has a structure in which, for example, a thin layer of aluminum microwires is sandwiched between two synthetic quartz glass plates from both sides. With this structure, it is polarized by the birefringence action on the surface of the wire grid that constitutes the aluminum wire network, and when the incident light enters the wire grid surface, the light of the p component enters the dielectric part and is transmitted, and the s component The light hits the mirror surface and is reflected. On the other hand, it is known that light that is reflected and becomes ambient light is polarized into vibration in one direction by being reflected by a reflecting surface. Therefore, only the reflected light can be cut. Since the ambient light is generally reflected, the reflected ambient light can be shot and cut. Due to the action of the polarizing filter, half of the ultraviolet rays generated from the hydrogen flame cannot be transmitted, and the intensity of the ultraviolet rays is dimmed by half. However, as mentioned above, the intensity of the hydrogen flame to be detected is strong, which is a particular problem. There is no.

図3は、外乱光減衰手段2として、視野角を狭くする例の説明図である。すなわち、監視対象領域6をカバーするように透過窓3と紫外線検出素子1とが設けられている場合の視野角がθ1である。今、監視対象領域6は、水素供給ステーションの全体である必要はなく、水素火炎の発生場所は限られており、例えば水素配管の繋ぎ目または排出口など特定の場所がカバーされればよい。従って、例えば透過窓3の直径をd1からd2に小さくして視野角をθ2としたり、透過窓3はそのままで、透過窓3と紫外線検出素子1との距離をh1からh2に大きくしたりすることにより、視野角をθ3として、最初の視野角θ1より、それぞれ小さくすることができる。このように視野角が狭くなることにより、例えば図3に外乱光Pおよびその反射光が示されるように、視野角がθ1のときは紫外線検出素子1に入射していた外乱光Pが、視野角θ2に狭くなった場合には、透過窓3の周囲で反射して透過することができず紫外線検出素子1に到達しなくなる。その結果、外乱光Pを除去することができる。 FIG. 3 is an explanatory diagram of an example in which the viewing angle is narrowed as the ambient light attenuation means 2. That is, the viewing angle is θ1 when the transmission window 3 and the ultraviolet detection element 1 are provided so as to cover the monitored area 6. Now, the monitored area 6 does not have to be the entire hydrogen supply station, and the place where the hydrogen flame is generated is limited, and it is sufficient that a specific place such as a joint or a discharge port of a hydrogen pipe is covered. Therefore, for example, the diameter of the transmission window 3 may be reduced from d1 to d2 to set the viewing angle to θ2, or the distance between the transmission window 3 and the ultraviolet detection element 1 may be increased from h1 to h2 while the transmission window 3 remains unchanged. As a result, the viewing angle can be set to θ3, and each can be made smaller than the initial viewing angle θ1. By narrowing the viewing angle in this way, for example, as shown in FIG. 3, the disturbance light P and its reflected light, when the viewing angle is θ1, the disturbance light P incident on the ultraviolet detection element 1 becomes a field of view. When the angle becomes narrower to θ2, it cannot be reflected and transmitted around the transmission window 3 and does not reach the ultraviolet detection element 1. As a result, the ambient light P can be removed.

この視野角を絞る方法としては、透過窓3の径を小さくするのではなく、透過窓3と紫外線検出素子1との距離をh1からh2に広げることによっても、視野角を狭くすることができる。すなわち、図3において、透過窓3は従来の直径d1のままで、紫外線検出素子1と透過窓3との距離がh2に広げられると、外乱光Pが反射して透過窓3を通っても、その光が紫外線検出素子1に入らなくなる。従って、外乱光Pは検出されなくなる。 As a method of narrowing the viewing angle, the viewing angle can be narrowed not by reducing the diameter of the transmission window 3 but also by increasing the distance between the transmission window 3 and the ultraviolet detection element 1 from h1 to h2. .. That is, in FIG. 3, the transmission window 3 has the same diameter d1 as the conventional one, and when the distance between the ultraviolet detection element 1 and the transmission window 3 is widened to h2, the ambient light P is reflected and passes through the transmission window 3. , The light does not enter the ultraviolet detection element 1. Therefore, the ambient light P is not detected.

この視野角は、監視対象領域6の範囲や構造により変わるが、一般的には、10°以上であって、60°以下であれば充分である。設置場所により変わるのであれば、例えば透過窓3に絞り機構を敷設しておき、その開口を可変できるようにすれば、設置場所に応じて、その都度、最適な視野角に設定することができる。 This viewing angle varies depending on the range and structure of the monitored area 6, but is generally 10 ° or more and 60 ° or less is sufficient. If it changes depending on the installation location, for example, if a diaphragm mechanism is laid in the transmission window 3 and the opening can be changed, the optimum viewing angle can be set each time according to the installation location. ..

実施例1
前述の図1に示される構造で、紫外線検出素子1として、前述の浜松ホトニクス(株)の炎センサ、UVトロン(登録商標)を用い、市販のバンドパスフィルタを用いて、水素火炎の大きさを変えて検出できる距離を調べた。なお、本実施例によると、紫外線の透過量は約1/6に減少していた。その結果が、表1に、バンドパスフィルタ21が設けられない比較例と比較して示されている。なお、誤報については、1日動作を5回繰り返した結果、図1に示される実施例では誤報が0であったが、比較例では、2〜3回/日の誤報があった。
Example 1
In the structure shown in FIG. 1, the above-mentioned flame sensor of Hamamatsu Photonics Co., Ltd. and UV TRON (registered trademark) are used as the ultraviolet detection element 1, and a commercially available bandpass filter is used to measure the size of the hydrogen flame. The distance that can be detected was investigated by changing. According to this example, the amount of ultraviolet rays transmitted was reduced to about 1/6. The results are shown in Table 1 in comparison with a comparative example in which the bandpass filter 21 is not provided. As for the false alarm, as a result of repeating the operation 5 times a day, the false alarm was 0 in the example shown in FIG. 1, but in the comparative example, there was a false alarm 2 to 3 times / day.

Figure 0006797598
Figure 0006797598

表1から明らかなように、本実施例によれば、感度は1/6程度に低下するため、検知距離も比較例に比較すると大幅に低下する。しかし、誤報が0になるため、その信頼性が大幅に向上していることが分る。 As is clear from Table 1, according to this embodiment, the sensitivity is reduced to about 1/6, so that the detection distance is also significantly reduced as compared with the comparative example. However, since the false alarm becomes 0, it can be seen that the reliability is greatly improved.

実施例2
図2に示される構造で、同様に水素火炎の検出距離を調べた。その結果、紫外線の透過量は1/2になり、視野角は約1/4になったが、水素火炎の高さ15cmの場合に3.5mの距離で水素火炎を検出することができた。また、誤報の回数も0であった。偏光フィルタ22が設けられない場合の誤報の回数は、前述の例による。
Example 2
With the structure shown in FIG. 2, the detection distance of the hydrogen flame was similarly investigated. As a result, the amount of ultraviolet rays transmitted was halved and the viewing angle was halved, but when the height of the hydrogen flame was 15 cm, the hydrogen flame could be detected at a distance of 3.5 m. .. The number of false alarms was also 0. The number of false alarms when the polarizing filter 22 is not provided is based on the above example.

1 紫外線検出素子
2 外乱光減衰手段
21 バンドパスフィルタ
22 偏光フィルタ
3 透過窓
4 筐体
5 駆動・検出・警報回路
A 炎センサの分光感度
B 太陽光のスペクトラム
C 水素火炎のスペクトラムの一例
D タングステン電球のスペクトラム
P 外乱光
1 Ultraviolet ray detection element 2 Disturbed light attenuation means 21 Bandpass filter 22 Polarizing filter 3 Transmission window 4 Housing 5 Drive / detection / alarm circuit A Spectral sensitivity of flame sensor B Sunlight spectrum C Example of hydrogen flame spectrum D Tungsten bulb Spectrum P disturbance light

Claims (5)

水素火炎の紫外線を検出する紫外線検出素子と、
前記紫外線検出素子の前方に設けられ、外光を取り入れる透過窓と、
前記透過窓を一部に有し、前記紫外線検出素子を被覆して前記透過窓以外からの光の入射を遮断する筺体と、
前記水素火炎以外の外乱光を減衰させる外乱光減衰手段と、
を有し、前記外乱光減衰手段が、前記紫外線検出素子の前方に設けられるバンドパスフィルタであって、185nm以上、280nm以下の範囲内で、10nm以上、20nm以下の帯域で透過するバンドパスフィルタである水素火炎検出装置。
An ultraviolet detection element that detects the ultraviolet rays of a hydrogen flame, and
A transmission window provided in front of the ultraviolet detection element to take in outside light,
A housing having the transmissive window as a part and covering the ultraviolet detection element to block light incident from other than the transmissive window.
Disturbant light attenuation means for attenuating ambient light other than the hydrogen flame, and
Have a, the ambient light attenuating means, a band-pass filter provided in front of the ultraviolet detector elements, or 185 nm, in the range below 280 nm, 10 nm or more, a band-pass filter that passes below the band 20nm der Ru hydrogen flame detection device.
前記バンドパスフィルタを透過する10nm以上、20nm以下の帯域が、200nm以上、260nm以下の範囲内にある請求項1記載の水素火炎検出装置。 The bandpass filter 10nm passes above, the following band 20nm is, 200 nm or more on a hydrogen flame detector of claim 1, wherein in the range below 260 nm. 請求項1または2に記載の水素火炎検出装置において、さらに偏光フィルタが前記紫外線検出素子の前方に設けられている水素火炎検出装置。 In the hydrogen flame detector according to claim 1 or 2, further polarizing filter is a hydrogen flame detector is provided in front of the ultraviolet detector element. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素火炎検出装置において、前記紫外線検出素子と前記透過窓との距離の調整、および/または前記透過窓の大きさの調整により、視野角が60°以下、10°以上になるように制御されている水素火炎検出装置。 In the hydrogen flame detection device according to any one of claims 1 to 3 , the viewing angle is 60 by adjusting the distance between the ultraviolet detection element and the transmission window and / or adjusting the size of the transmission window. ° hereinafter, controlled and are hydrogen flame detector to be 10 ° or more. 前記水素火炎検出装置が水素供給ステーション内の水素配管に向けて設置されてなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の水素火炎検出装置。 The hydrogen flame detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogen flame detection device is installed toward a hydrogen pipe in a hydrogen supply station.
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