(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスの拡散量を制限するガス拡散律速部と、ガス拡散律速部を通ったガスが拡散するガス拡散室と、ガス拡散室の酸素分圧を測定する第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルの出力に基づきガス拡散室の酸素分圧を制御する第１酸素ポンプセルを備えた酸素イオン伝導性固体電解質型のセンサ素子構造を有し、ガス拡散室内の可燃性ガスを酸化処理する能力を有するガス組成変換手段をガス拡散室に設けるとともに、ガス組成変換手段を断続駆動させる駆動手段を備え、ガス組成変換手段を断続駆動させたときのガス組成の過渡的変化に応じて水素濃度を測定することを特徴とする水素センサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルおよび第２酸素検知セルから構成されることを特徴とする水素センサ。
【請求項３】
請求項１に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルから構成されることを特徴とする水素センサ。
【請求項４】
請求項１に記載のガス組成変換手段が、第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルより拡散上流方向に所定の距離ずらして配置した第１酸素ポンプセルから構成されることを特徴とする水素センサ。
【請求項５】
請求項１，２，３，４のいずれかに記載の水素センサにおいて、第１酸素ポンプセルが酸素イオン伝導性固体電解質に少なくとも二つの電極で形成され、一方の電極すなわちガス拡散室の外側に面した酸素ポンプセルの外側電極が被測定ガス雰囲気から隔離された酸素基準室に開放されることを特徴とする水素センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の水素センサにおいて、酸素ポンプセルおよび酸素検知セルが同一の酸素イオン伝導性固体電解質に形成されることを特徴とする水素センサ。
【請求項７】
請求項５に記載の酸素基準室が、酸素イオン伝導性固体電解質によって大気導入口と物理的に遮断されるが、酸素基準室と大気導入口が電気化学的には酸素透過可能とする第３酸素ポンプセルを酸素イオン伝導性固体電解質に設けたことを特徴とする水素センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の第３酸素ポンプセルが酸素基準室からガス拡散室にポンピングされる酸素量に応じて駆動されることを特徴とする水素センサ。
【請求項９】
請求項７または８に記載の第３酸素ポンプセルをセンサ素子保持部内に設けたことを特徴とする水素センサ。
【請求項１０】
被測定ガスの拡散量を制限するガス拡散律速部と、ガス拡散律速部を通ったガスが拡散するガス拡散室と、ガス拡散室の酸素分圧を測定する第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルの出力に基づきガス拡散室の酸素分圧を制御する第１酸素ポンプセルを備えた酸素イオン伝導性固体電解質型のセンサ素子を用い、ガス拡散室内の可燃性ガスを酸化処理する能力を有するガス組成変換手段をガス拡散室に設けるとともに、ガス組成変換手段を断続駆動させる駆動手段を設け、ガス組成変換手段を断続駆動させたときのガス組成の過渡的変化に応じて水素濃度を測定することを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルおよび第２酸素検知セルから構成されるものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって第２酸素ポンプセルを断続駆動させたときの、第１酸素検知セルの出力に基づき駆動する第１酸素ポンプセルのポンピング電流から水素濃度を求めることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１３】
請求項１０または１２に記載の水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって、第２酸素ポンプセルを第２酸素検知セルの出力に基づき駆動するオン状態とポンピングを停止するオフ状態とを所定の時間毎に交互に駆動したときの、第２酸素ポンプセルのオフ状態開始から所定時間後の第１酸素ポンプセルに流れるポンピング電流に基づき水素濃度を求めることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１４】
請求項１０または１２に記載の水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって、第２酸素ポンプセルを第２酸素検知セルの出力に基づき駆動するオン状態とポンピングを停止するオフ状態とを所定の時間毎に交互に駆動したときの、第２酸素ポンプセルのオフ状態開始から所定時間までの第１酸素ポンプセルに流れるポンピング電流の積算値に基づき水素濃度を求めることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルから構成されるものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載のガス組成変換手段が、第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルより拡散上流方向に所定の距離ずらして配置した第１酸素ポンプセルから構成されるものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１７】
請求項１０，１１，１５，１６のいずれかに記載の水素センサにおいて、第１酸素ポンプセルが酸素イオン伝導性固体電解質に少なくとも二つの電極で形成され、一方の電極すなわちガス拡散室の外側に面した酸素ポンプセルの外側電極が被測定ガス雰囲気から隔離された酸素基準室に開放されるものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の水素センサにおいて、酸素ポンプセルおよび酸素検知セルが同一の酸素イオン伝導性固体電解質に形成されるものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の酸素基準室が、酸素イオン伝導性固体電解質によって大気導入口と物理的に遮断されるが、酸素基準室と大気導入口が電気化学的には酸素透過可能とする第３酸素ポンプセルを酸素イオン伝導性固体電解質に設けたものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の第３酸素ポンプセルが酸素基準室からガス拡散室にポンピングされる酸素量に応じて駆動されるものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載の第３酸素ポンプセルをセンサ素子保持部内に設けたものとすることを特徴とする水素センサを用いた水素濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で且つ安価であってしかも高信頼性を有する水素選択性に優れた水素センサおよびそれを用いた水素濃度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸素イオン伝導性固体電解質を用いたセンサとしては、自動車の排気中の酸素濃度を検出する酸素センサや、酸素濃度から空燃比を求める空燃比センサがある。そして、このような従来のセンサは、水素ガスにも反応することは公知である。
【０００３】
図１２は従来センサの構成例を示すものであって、センサのセンサ素子１０は、被測定ガスが拡散律速部１０ａを通り、ガス拡散室１２に拡散到達できる構成となっている。また、１１は酸素ポンプセルで、酸素イオン伝導性固体電解質１１ａと、その両面に配置される外側電極１１ｂおよび内側電極１１ｃとで形成される。さらに、１３は酸素検知セルで、酸素イオン伝導性固体電解質１３ａと、その両面に配設される酸素参照電極１３ｂおよび酸素測定電極１３ｃとで形成され、酸素参照電極１３ｂは演算増幅器２１をそなえたセンサ制御回路２０に夫々接続されている。さらにまた、センサ素子１０を活性温度に制御するヒータ部１５が備えられており、このヒータ部１５はセラミック基板１５ａ内にヒータ１５ｂを配設してヒータ制御回路１５ｃに接続することによって構成されている。そして、固体電解質１１ａと固体電解質１３ａとがスペーサ１２ａを介していることにより形成された空間を前記したガス拡散室１２としていると共に、固体電解質１３ａとセラミック基板１５ａとがスペーサ１４ａを介していることにより形成された空間を酸素基準室１４としている。
【０００４】
このような構成をもつセンサ素子１０は、例えば、ＳＡＥペーパー（Ｎｏ．８５０３７８）や自動車技術（Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．１２、１９８７）に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例に示すセンサのセンサ素子１０は、被測定ガスの拡散量を制限するガス拡散律速部１０ａと、ガス拡散律速部１０ａを通ったガスが拡散するガス拡散室１２と、ガス拡散室１２の酸素分圧を測定する酸素検知セル１３と、酸素検知セル１３の出力に基づきガス拡散室１２に酸素を汲み入れる作用とガス拡散室１２から酸素を汲み出す作用を持つ酸素ポンプセル１１とを備え、酸素ポンプセル１１に流れるポンプ電流Ｉｐを測定し、酸素濃度や水素濃度を求める構成となっていたため、被測定ガス中の反応成分ガスがそれぞれの拡散係数に基づきガス拡散室１２に連続的に拡散してくることになる。
【０００６】
すなわち、測定するポンプ電流Ｉｐは、これら全ての反応成分の総和の値であり、水素ガス分のポンプ電流Ｉｐを取り出すことができなかった。この場合、水素以外の反応成分としては、酸素，一酸化炭素，メタンなどの各種炭化水素類，各種アルコール類などの可燃性ガスがある。
【０００７】
例えば、ガソリンエンジンでの燃焼において、理論空燃比より燃料が多いとき、いわゆるリッチ燃焼のときは、水素数％に対して一酸化炭素がその３倍程度存在する。また、各種燃料から水素を取り出し、この水素と酸素（空気）から電力を発生させる燃料電池システムにあっては、燃料の改質過程において一酸化炭素など水素以外の可燃性ガスが存在することがある。
【０００８】
このような従来のセンサでは、水素の選択性に乏しく、他の可燃性ガスが共存する場合は、測定精度の悪化を招くという課題があった。
【０００９】
また、水素（１００％）燃料を直接使用する燃料電池システムでは、他の反応成分が存在しないことから、前述の問題はないが、従来のセンサでは原理的に被測定ガス中に酸化ガスがないと測定不能である。これは、ガス拡散室１２内へ酸素を汲み入れる作用において、被測定ガス中から酸素を取り出す構成となっていたため、被測定ガス中に酸素源がないと、センサ素子（例えば、イットリアを少量添加した部分安定化ジルコニア）自身の酸素を取り込むため、センサの寿命を低下させる可能性がある。
【００１０】
又、水素（１００％）燃料の燃料電池システムでは燃料ガスが加湿されていることが多く、被測定ガス中に酸化ガス（この場合、Ｈ２Ｏ）が存在するが、高濃度の水素ガス検出に必要かつ十分な酸化ガス濃度が常に存在する訳ではなく、加湿割合が大きく変動し、酸化ガス濃度が必要濃度以下に減少してくると水素濃度の検出が不安定となり、測定精度の悪化を招く可能性があるという問題点があった。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたものであって、水素の選択性に優れ、水素ガス濃度を選択的に測定することができ、耐久性および信頼性に実績のある酸素イオン伝導性固体電解質を用いているものとすることで低コストと高信頼性を同時に実現できる水素センサおよびそれを用いた水素濃度測定方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水素センサは、請求項１に記載しているように、被測定ガスの拡散量を制限するガス拡散律速部と、ガス拡散律速部を通ったガスが拡散するガス拡散室と、ガス拡散室の酸素分圧を測定する第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルの出力に基づきガス拡散室の酸素分圧を制御する第１酸素ポンプセルを備えた酸素イオン伝導性固体電解質型のセンサ素子構造を有し、ガス拡散室内の可燃性ガスを酸化処理する能力を有するガス組成変換手段をガス拡散室に設けるとともに、ガス組成変換手段を断続駆動させる駆動手段を備え、ガス組成変換手段を断続駆動させたときのガス組成の過渡的変化に応じて水素濃度を測定する構成としたことを特徴としている。
【００１３】
そして、本発明に係る水素センサにおいては、請求項２に記載しているように、請求項１に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルおよび第２酸素検知セルから構成されるものとすることができる。
【００１４】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項３に記載しているように、請求項１に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルから構成されるものとすることができる。
【００１５】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項４に記載しているように、請求項１に記載のガス組成変換手段が、第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルより拡散上流方向に所定の距離ずらして配置した第１酸素ポンプセルから構成されるものとすることができる。
【００１６】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項５に記載しているように、請求項１，２，３，４のいずれかに記載の水素センサにおいて、第１酸素ポンプのセルが酸素イオン伝導性固体電解質に少なくとも二つの電極で形成され、一方の電極すなわちガス拡散室の外側に面した酸素ポンプセルの外側電極が被測定ガス雰囲気から隔離された酸素基準室に開放されるものとすることができる。
【００１７】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項６に記載しているように、請求項５に記載の水素センサにおいて、酸素ポンプセルおよび酸素検知セルが同一の酸素イオン伝導性固体電解質に形成されるものとすることができる。
【００１８】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項７に記載しているように、請求項５に記載の酸素基準室が、酸素イオン伝導性固体電解質によって大気導入口と物理的に遮断されるが、酸素基準室と大気導入口が電気化学的には酸素透過可能とする第３酸素ポンプセルを酸素イオン伝導性固体電解質に設けたものとすることができる。
【００１９】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項８に記載しているように、請求項７に記載の第３酸素ポンプセルが酸素基準室からガス拡散室にポンピングされる酸素量に応じて駆動されるものとすることができる。
【００２０】
同じく、本発明に係る水素センサにおいては、請求項９に記載しているように、請求項７または８に記載の第３酸素ポンプセルをセンサ素子保持部内に設けたものとすることができる。
【００２１】
本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法は、請求項１０に記載しているように、被測定ガスの拡散量を制限するガス拡散律速部と、ガス拡散律速部を通ったガスが拡散するガス拡散室と、ガス拡散室の酸素分圧を測定する第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルの出力に基づきガス拡散室の酸素分圧を制御する第１酸素ポンプセルを備えた酸素イオン伝導性固体電解質型のセンサ素子を用い、ガス拡散室内の可燃性ガスを酸化処理する能力を有するガス組成変換手段をガス拡散室に設けるとともに、ガス組成変換手段を断続駆動させる駆動手段を設け、ガス組成変換手段を断続駆動させたときのガス組成の過渡的変化に応じて水素濃度を測定するようにしたことを特徴としている。
【００２２】
そして、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１１に記載しているように、請求項１０に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルおよび第２酸素検知セルから構成されるものとするようになすこともできる。
【００２３】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１２に記載しているように、請求項１０に記載の水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって第２酸素ポンプセルを断続駆動させたときの、第１酸素検知セルの出力に基づき駆動する第１酸素ポンプセルのポンピング電流から水素濃度を求めるようになすことができる。
【００２４】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１３に記載しているように、請求項１０または１２に記載の水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって、第２酸素ポンプセルを第２酸素検知セルの出力に基づき駆動するオン状態とポンピングを停止するオフ状態とを所定の時間毎に交互に駆動したときの、第２酸素ポンプセルのオフ状態開始から所定時間後の第１酸素ポンプセルに流れるポンピング電流に基づき水素濃度を求めるようになすことができる。
【００２５】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１４に記載しているように、請求項１０または１２に記載の水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって、第２酸素ポンプセルを第２酸素検知セルの出力に基づき駆動するオン状態とポンピングを停止するオフ状態とを所定の時間毎に交互に駆動したときの、第２酸素ポンプセルのオフ状態開始から所定時間までの第１酸素ポンプセルに流れるポンピング電流の積算値に基づき水素濃度を求めるようになすことができる。
【００２６】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１５に記載しているように、請求項１０に記載のガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルから構成されるものとすることができる。
【００２７】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１６に記載しているように、請求項１０に記載のガス組成変換手段が、第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルより拡散上流方向に所定の距離ずらして配置した第１酸素ポンプセルから構成されるものとすることができる。
【００２８】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１７に記載しているように、請求項１０，１１，１５，１６のいずれかに記載の水素センサにおいて、第１酸素ポンプセルが酸素イオン伝導性固体電解質に少なくとも二つの電極で形成され、一方の電極すなわちガス拡散室の外側に面した酸素ポンプセルの外側電極が被測定ガス雰囲気から隔離された酸素基準室に開放されるものとすることができる。
【００２９】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１８に記載しているように、請求項１７に記載の水素センサにおいて、酸素ポンプセルおよび酸素検知セルが同一の酸素イオン伝導性固体電解質に形成されるものとすることができる。
【００３０】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項１９に記載しているように、請求項１７に記載の酸素基準室が、酸素イオン伝導性固体電解質によって大気導入口と物理的に遮断されるが、酸素基準室と大気導入口が電気化学的には酸素透過可能とする第３酸素ポンプセルを酸素イオン伝導性固体電解質に設けたものとすることができる。
【００３１】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項２０に記載しているように、請求項１９に記載の第３酸素ポンプセルが酸素基準室からガス拡散室にポンピングされる酸素量に応じて駆動されるものとすることができる。
【００３２】
同じく、本発明に係る水素センサを用いた水素濃度測定方法においては、請求項２１に記載しているように、請求項１９または２０に記載の第３酸素ポンプセルをセンサ素子保持部内に設けたものとすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１および１０に記載の発明によれば、被測定ガスの拡散量を制限するガス拡散律速部と、ガス拡散律速部を通ったガスが拡散するガス拡散室と、ガス拡散室の酸素分圧を測定する第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルの出力に基づきガス拡散室の酸素分圧を制御する第１酸素ポンプセルを備えた酸素イオン伝導性固体電解質型のセンサ素子構造を有し、ガス拡散室内の可燃性ガスを酸化処理する能力を有するガス組成変換手段をガス拡散室に設けるとともに、ガス組成変換手段を断続駆動させる駆動手段を備え、ガス組成変換手段を断続駆動させたときのガス組成の過渡的変化に応じて水素濃度を測定するようになすことで、水素ガスの拡散速度が他成分に比べて格段に速い特性を利用し、水素を選択的に測定することが可能となる。すなわち、ガス組成変換手段によって酸素検知セルで検出するガスが被測定ガス組成のそのままの状態と可燃性ガス（センサが反応する成分ガス）がほぼゼロとした状態とを切り換え、その両状態の切り替わるときのガス拡散速度に応じて計測タイミングを調整することで、水素ガス濃度を選択的に測定することができる。そして、本発明においてはエンジン制御用センサとして広く使われている酸素イオン伝導性固体電解質を用いることで、耐久性，信頼性にも実績ある構成のものとすることが可能であり、低コスト・高信頼性も同時に実現できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３４】
そして、請求項２および１１に記載の発明によれば、ガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルおよび第２酸素検知セルから構成されるものとすることで、電気化学的変化によって瞬時に且つ安定したガス変換が実現できる。また、第１酸素検知セルおよび第１酸素ポンプセルが従来同様に被測定ガス組成のままのガスに接触する状態と、被測定ガス中の反応成分が酸化処理され、被測定ガス組成が変換されたガスに接触する状態とを確実に作り出すことができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３５】
そしてまた、請求項３および１５に記載の発明によれば、ガス組成変換手段が、酸素イオン伝導性固体電解質の特性を持つ第２酸素ポンプセルから構成されるものとすることで、酸素検知セルが一つでよく、センサ構成をより簡素化して低コスト化が図れるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３６】
さらに、請求項４および１６に記載の発明によれば、ガス組成変換手段が、第１酸素検知セルと、第１酸素検知セルより拡散上流方向に所定の距離ずらして配置した第１酸素ポンプセルから構成されるものとすることで、水素濃度測定機能を有する第１酸素検知セルおよび第１酸素ポンプセルが、ガス変換機能をも付加することで、新たにガス変換用セルを設けることなく、水素選択性が高い水素センサをさらに低コストで提供できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３７】
さらに、請求項５および１７に記載の発明によれば、第１酸素ポンプセルが酸素イオン伝導性固体電解質に少なくとも二つの電極で形成され、一方の電極すなわちガス拡散室の外側に面した酸素ポンプセルの外側電極が被測定ガス雰囲気から隔離された酸素基準室に開放されるものとすることで、被測定ガス中に酸化ガスが存在しない場合でも何ら問題無くセンサを構成し機能させることが可能となり、例えば、水素１００％ガスや加湿水素ガスにおいて加湿状態が大きく変動する場合であっても、その影響を全く受けることがないものとすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３８】
さらにまた、請求項６および１８に記載の発明によれば、酸素ポンプセルおよび酸素検知セルが同一の酸素イオン伝導性固体電解質に形成されるものとすることで、センサ構造がより簡素化できてコスト低減が図れ、さらには、酸素ポンプセルが酸素検知セルと同様にヒータ部とより近接した位置に配設されるものとすることでヒータ容量の削減および温度制御の精度向上も実現できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３９】
さらにまた、請求項７および１９に記載の発明によれば、酸素基準室が、酸素イオン伝導性固体電解質によって大気導入口と物理的に遮断されるが、酸素基準室と大気導入口が電気化学的には酸素透過可能とする第３酸素ポンプセルを酸素イオン伝導性固体電解質に設けたものとすることで、水素ガス雰囲気と大気（酸素）とを物理的に遮断しながらも、酸素供給室内の酸素は電気化学的に大気から供給可能な構成が実現でき、センサ素子の破壊による燃料（水素ガス）と酸素（大気）の連続的な接触をより有効に防止することが可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４０】
さらにまた、請求項８および２０に記載の発明によれば、第３酸素ポンプセルが酸素基準室からガス拡散室にポンピングされる酸素量に応じて駆動されるものとすることで、酸素基準室内の酸素濃度を常に一定に制御することができ、酸素検知セルの酸素濃度の検出性がより安定し、水素濃度の測定精度のより一層の安定が図れるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４１】
さらにまた、請求項９および２１に記載の発明によれば、第３酸素ポンプセルをセンサ素子保持部内に設けたものとすることで、機械的強度において不利を伴いやすいセンサ素子先端（センサ保持部からの突出部）に大気と連通した部位を形成させることなく、より破壊しにくいセンサ素子保持部内まで大気と連通する部位を後退させることにより、安全性をより一層高めることができ、例えば、万が一センサ素子先端部が破壊し、燃料（水素ガス）と酸素基準室内の酸素とが接触した場合でも、酸素基準室内の酸素量は微量でよいという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４２】
さらにまた、請求項１２に記載の発明によれば、水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって第２酸素ポンプセルを断続駆動させたときの、第１酸素検知セルの出力に基づき駆動する第１酸素ポンプセルのポンピング電流から水素濃度を求めるものとすることで、第１酸素ポンプセルのポンピング電流が第２酸素ポンプセルの断続駆動に連動した過渡的な変化を生じ、この変化が各反応成分ガスのガス拡散速度に依存することから、最も速い拡散特性を持つ水素を選択的に測定することができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４３】
さらにまた、請求項１３に記載の発明によれば、水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって、第２酸素ポンプセルを第２酸素検知セルの出力に基づき駆動するオン状態とポンピングを停止するオフ状態とを所定の時間毎に交互に駆動したときの、第２酸素ポンプセルのオフ状態開始から所定時間後の第１酸素ポンプセルに流れるポンピング電流に基づき水素濃度を求めるものとすることで、比較的簡単な演算手段により水素ガス以外の反応成分ガスの影響を極めて小さくし、水素選択性を向上した測定方法を提供できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４４】
さらにまた、請求項１４に記載の発明によれば、水素濃度測定方法が、第２酸素ポンプセル駆動手段によって、第２酸素ポンプセルを第２酸素検知セルの出力に基づき駆動するオン状態とポンピングを停止するオフ状態とを所定の時間毎に交互に駆動したときの、第２酸素ポンプセルのオフ状態開始から所定時間までの第１酸素ポンプセルに流れるポンピング電流の積算値に基づき水素濃度を求めるものとすることで、水素ガス以外の反応成分ガスの影響を極めて小さくし、加えて水素検出感度をさらに高めることができ、測定精度をより一層向上できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定されないことはいうまでもない。また、この実施例の図面で示すものが現実のセンサ素子の大きさ，縦横比などの寸法・形状を表わしているものではなく、構成および作用を解り易く説明するためのものであることはいうまでもない。
【００４６】
（実施例１）
先ず第１の実施例を図１に示す。この図１に示す水素センサにおいて図１２に示した従来例のものと同一構成および作用の部位については同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４７】
水素センサのセンサ素子１１０には、大気中の酸素濃度（ほぼ２０．９％）を基準にガス拡散室１２内の酸素濃度を測定する第１酸素検知セル１３と、この第１酸素検知セル１３の測定結果に基づき駆動される第１酸素ポンプセル１１がガス拡散室１２を挟むように形成されている。
【００４８】
ここで、第１酸素検知セル１３は酸素イオン伝導性固体電解質（酸素を選択的に透過する特性を有するジルコニア）１３ａの両面に触媒作用をもつ一対の電極（白金）１３ｂ，１３ｃで構成されている。そして、この一対の電極１３ｂ，１３ｃの一方が大気に連通した酸素基準室１４に面した酸素参照電極１３ｂで構成され、他方がガス拡散室１２に面している酸素測定電極１３ｃで構成されている。
【００４９】
第１酸素ポンプセル１１も同様に、酸素イオン伝導性固体電解質１１ａの両面に触媒作用をもつ一対の電極（白金）１１ｂ，１１ｃで構成されている。そして、この一対の電極１１ｂ，１１ｃの一方がガス拡散室１２の外側に面した酸素ポンプ外側電極１１ｂで構成され、他方がガス拡散室１２に面している酸素ポンプ内側電極１１ｃで構成されている。
【００５０】
さらに、ガス組成変換手段として、これら第１酸素検知セル１３、第１酸素ポンプセル１１より所定の拡散距離だけ拡散上流位置に、それぞれ第２酸素検知セル１１３と第２酸素ポンプセル１１１が設けてあり、第２センサ制御回路１２０により駆動される構成となっている。
【００５１】
ここで、第２酸素検知セル１１３は酸素イオン伝導性固体電解質（酸素を選択的に透過する特性を有するジルコニア）１３ａの両面に触媒作用をもつ一対の電極（白金）１１３ｂ，１１３ｃで構成されている。そして、この一対の電極１１３ｂ，１１３ｃの一方が大気に連通した酸素基準室１４に面した酸素参照電極１１３ｂで構成され、他方がガス拡散室１２に面している酸素測定電極１１３ｃで構成されている。
【００５２】
第２酸素ポンプセル１１１も同様に、酸素イオン伝導性固体電解質１１ａの両面に触媒作用をもつ一対の電極（白金）１１１ｂ，１１１ｃで構成されている。そして、この一対の電極１１１ｂ，１１１ｃの一方がガス拡散室１２の外側に面した酸素ポンプ外側電極１１１ｃで構成され、他方がガス拡散室１２に面している酸素ポンプ内側電極１１１ｂで構成されている。
【００５３】
次に、このような構成の水素センサの作動について図２をもとにして説明する。第１酸素検知セル１３および第１酸素ポンプセル１１は常時測定状態（常時ＯＮ）となっている。一方、本発明の基本的構成を成す第２酸素検知セル１１３と第２酸素ポンプセル１１１は、図２の[Ｂ]に示す通り、周期的な駆動制御（ＯＮ／ＯＦＦチョッピング駆動）状態となっている。この状態を図１のＡ部を拡大してガス反応状態を模式図[Ｃ]（イメージ図）で説明すると、図２の[Ｃ]の（ａ）は第２酸素ポンプセル１１１が第１酸素検知セル１３の検出結果に基づきガス拡散室１２内に酸素を供給（ポンピング電流Ｉｐ（２）で供給）している状態（ＯＮ状態）を表わし、第２酸素検知セル１１３から第１酸素検知セル１３までの雰囲気が被測定ガスの状態ではなく、可燃性ガスがほとんど無い雰囲気に変換されることになる。
【００５４】
このとき、図示の矢印のようにポンピング電流Ｉｐ（２）が大（太い矢印）で、ポンピング電流Ｉｐ（１）はほとんどゼロ（細い矢印）となる。これは、第２酸素検知セル１１３の設定酸素分圧を例えば、１０−６ 〜１０−９ 程度に調節すればよい。
【００５５】
次に図２の[Ｃ]の（ｃ）は第２酸素ポンプセル１１１が停止した状態（ＯＦＦ状態）を表わし、第１酸素検知セル１３には被測定ガスが到達し、その検出結果に応じて第１酸素ポンプセル１１がガス拡散室１２内に酸素を供給（ポンピング電流Ｉｐ（１）で供給）することになる。この第２酸素ポンプセル１１１の停止制御はこれを駆動するセンサ制御回路１２０内の駆動信号処理手段によって比較的簡単にできる。このとき、図２の[Ｃ]矢印のようにポンピング電流Ｉｐ（２）が瞬時にゼロ（細い矢印）となり、その後ポンピング電流Ｉｐ（１）が大（太い矢印）となる。
【００５６】
さらに、その間（ＯＮからＯＦＦに切り換えた後）の状態を図２の[Ｃ]の（ｂ）で表わしている。すなわち、第２酸素検知セル１１３から第１酸素検知セル１３までの雰囲気が被測定ガス中の各成分ガスの拡散速度に応じて変化する途中の状態を示す。
【００５７】
ここで、可燃性ガスの主要成分の拡散係数を図３に示す。図３の[Ａ]は自己拡散係数Ｄ１１と媒体ガスを空気とした二成分での相互拡散係数Ｄ１２を表わしたもので、専門書（物性定数  ８集；化学工業協会編）で開示されている。また、この相互拡散係数Ｄ１２を棒グラフで示したのが図３の[Ｂ]である。
【００５８】
このように、水素ガスが他のガスより拡散速度が格段に速いことがわかる。この特性から、図２の[Ｃ]の（ｂ）で表わすように、水素ガスが先頭で第１酸素検知セル１３に到達し、所定時間経過後に他の成分が順次到達することになる。このときの、第１酸素検知セル１３の検出結果に応じ駆動制御される第１酸素ポンプセル１３のポンピング電流Ｉｐ（１）の挙動を図２の[Ａ]で説明すると、第２酸素ポンプセル１１１の停止（Ｉｐ（２）がＯＦＦ）開始からＴｄ０時間はＩｐ（１）はほぼゼロ出力のままであり、その後先頭の水素ガスが第１酸素検知セル１３の酸素測定電極１３ｃに到達してから、ほぼ一次遅れで拡散してくる水素の拡散量に応じてポンピング電流Ｉｐ（１）が増加し、水素以外の可燃性ガスの到達（Ｔｄ１時間）後に他ガス成分に応じたポンピング電流Ｉｐ（Ｘ）が加わる。すなわち、Ｔｄ１時間内のポンピング電流Ｉｐ（１）は水素ガス分Ｉｐ（Ｈ２）であるから、このＴｄ１時間内のポンピング電流Ｉｐ（１）から水素濃度を求めることができる。そして、この場合の時間Ｔｄ１は、ガス濃度に依存せず一定値を設定すればよく、予め求められる。
【００５９】
以上の演算フローを図４でさらに説明すると、初期設定（ステップＳ１）で、第２酸素ポンプセル１１１をＯＮする時間Ｔｏｎ（ｓｅｔ）、第２酸素ポンプセル１１１をＯＦＦする時間Ｔｏｆｆ（ｓｅｔ）、測定タイミングＴｄ１（ｓｅｔ）を図示しない記憶手段に設定しておく。そこでセンサ素子１１０が活性温度（６００℃〜８００℃程度）となるようにヒータ制御回路１５ｃによってヒータ制御開始（ステップＳ２）後、センサ素子１１０が活性温度になったら、センサ制御回路１２０によって第１酸素ポンプセル１１および第２酸素ポンプセル１１１の制御を開始すると同時にタイマーＴｏｎをクリアするとともにカウントアップを開始する（ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）。ここで、センサ素子１１０の活性状態を管理するにあたり、センサ素子温度に代わり、センサ素子抵抗値やヒータＯＮからの時間（例えば３０秒）の管理でもよい。
【００６０】
次に、タイマーＴｏｎがＴｏｎ（ｓｅｔ）に達したとき（ステップＳ７でＴｏｎ判定がＹｅｓのとき）、第２酸素ポンプセル１１１を停止し同時にタイマーＴｄ１およびタイマーＴｏｆｆをクリアするとともにカウントアップを開始する（ステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０）。続いて、タイマーＴｄ１がＴｄ１（ｓｅｔ）に達したとき（ステップＳ１１でＴｄ１判定がＹｅｓのとき）、そのときのポンピング電流Ｉｐ（１）を読み込み、水素濃度を算出する（ステップＳ１２）。
【００６１】
そして、その算出結果を図示しない表示器あるいは外部装置にデジタル信号またはアナログ信号として出力する（ステップＳ１３）。次に、タイマーＴｏｆｆがＴｏｆｆ（ｓｅｔ）に達したとき（ステップＳ１４でＴｏｆｆ判定がＹｅｓのとき）、ステップＳ５へ戻りステップＳ５〜Ｓ１４を繰り返す。
【００６２】
以上のようにして、複雑で大掛かりな装置を必要とせず、比較的簡単な技術で実現でき、低コストで水素センサおよびそれを用いた水素濃度測定方法を提供することができる。
【００６３】
（実施例２）
次に第２の実施例を図２および図５で説明する。図２の[Ａ]において、図中ポンピング電流Ｉｐ（１）のハッチング部分は、水素ガスに反応したＩｐ（Ｈ２）分である。すなわち、第２の実施例ではＴｄ１時間内のポンピング電流Ｉｐ（１）を積分した結果に基づき水素濃度を求めることができる。
【００６４】
この方法を図５で説明するが、前述の第１実施例のフロー（図４）と異なるところは、ステップＳ７〜Ｓ１１の間（Ｔｄ１時間内）にポンピング電流Ｉｐ（１）の積分手段（ステップＳ１０ａ，Ｓ１０ｂ）を組み入れたフローとしたことである。そして、その積分値ＳＩｐ（１）に基づき水素濃度を算出する（ステップＳ１２ａ）。この第２の実施例により、水素濃度測定精度がより一層向上できるものとなる。
【００６５】
以上説明してきたように、第１および第２の実施例で、ポンピング電流Ｉｐ（１）に基づき水素濃度が他成分の干渉を受けることなく算出できることを示した。ここで、ポンピング電流Ｉｐ（１）あるいは、積分値ＳＩｐ（１）から水素濃度への算出は、既知濃度の水素ガスを用いたキャリブレーションを実施して、あらかじめ求めた水素濃度に対するセンサ出力感度から算出する方法など広く用いられている方法である。また、数点の既知濃度の水素ガスを用いて作成したセンサ検量線から算出する方法でもよい。さらにまた、水素ガスに代わり、大気など既知の酸素を用いてもよい。この場合、水素に対する感度と酸素に対する感度の比を予め求めておく必要がある。
【００６６】
（実施例３）
次に、第３の実施例を図６で説明する。図１２に示した従来例および図１に示した第１の実施例と同一構成および作用の部位は同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
水素センサのセンサ素子２１０には、ガス変換手段として、第１酸素検知セル１３および第１酸素ポンプセル１１よりも所定の拡散距離だけ拡散上流位置に、第２酸素ポンプセル２１１が設けてあり、第２のセンサ制御回路２２０により駆動される構成となっている。
【００６８】
この第２酸素ポンプセル２１１は、第１の実施例の第２酸素ポンプセル１１１と同様の構成および作用を有し、第２酸素ポンプセル２１１が制御ＯＮ状態のときの第２酸素ポンプセル２１１は、第１酸素検知セル１３の検出結果に基づき駆動制御されるように構成し第２のセンサ制御回路２２０に組み込まれている。
【００６９】
第２の実施例と同様に、第２酸素ポンプセル２１１を制御ＯＮ／ＯＦＦのチョッピング駆動することにより、第２の実施例と同等の作用および効果が得られる。すなわち、この第３の実施例によって、第１酸素ポンプセル１１と第２酸素ポンプセル２１１の制御用酸素検知セル（１３）が一つでよく、センサ構成がより簡素化できる。
【００７０】
なお、第２酸素ポンプセル２１１を制御ＯＮとするとき、同時に所定時間だけ第１酸素ポンプセル１１をＯＦＦにする回路構成としている。または、第２酸素ポンプセル２１１を制御ＯＮ開始から所定時間だけの駆動電流値を制御ＯＮ開始前の第１酸素ポンプセル１１の駆動電流相当に設定してもよい。
【００７１】
（実施例４）
次に、第４の実施例を図７で説明する。図１２に示した従来例および図１に示した第１の実施例と同一構成および作用の部位は同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
水素センサのセンサ素子３１０には、ガス変換手段として、第１酸素検知セル１３より所定の拡散距離だけ拡散上流位置に、第１酸素ポンプセル３１１が設けてあり、第２のセンサ制御回路３２０により駆動される構成となっている。
【００７３】
第１酸素ポンプセル３１１は、第１の実施例の第１酸素ポンプセル１１と同様の構成および作用を有するとともに、さらに、第２の実施例の第２酸素ポンプセル１１１の作用を加えたものである。すなわち、第１酸素ポンプセル３１１が制御ＯＮ状態のときの第１酸素ポンプセル３１１は、第１酸素検知セル１３の検出結果に基づき駆動制御されるように構成して第２のセンサ制御回路３２０に組み込まれている。そして、第２の実施例と同様に、第１酸素ポンプセル３１１を制御ＯＮ／ＯＦＦのチョッピング駆動することにより、第２の実施例と同等の作用および効果が得られる。すなわち、この第４の実施例によって、第１酸素検知セル１３と第１酸素ポンプセル３１１の一対の制御要素でよく、センサ構成が更に簡素化できる。
【００７４】
（実施例５）
次に、第５の実施例を図８で説明する。図１２に示した従来例と同一構成および作用の部位については同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００７５】
この水素センサのセンサ素子４１０には、酸素ポンプ外側電極１１ｂが、被測定ガスから隔離されるように設けられていて、酸素源形成部３０が形成されている。この酸素源形成部３０は、酸素イオン伝導性固体電解質１１ａに密着したセラミックス体であって、酸素ポンプ外側電極１１ｂが大気に面するように空隙部である酸素供給室３１が区画形成され、図示しない大気導入口に連通している。したがって、被測定ガス中に酸化ガスが存在しない場合や、酸化ガス（例えばＨ２Ｏ）が十分に存在しない不安定な場合であっても、この第５の実施例によれば、被測定ガスの組成に影響を受けることなく、安定した酸素源が確保される構成であり、水素濃度計測の適用対象が大きく広がる。例えば、ピュア水素燃料型燃料電池システムへの適用も可能である。また、各種可燃性ガスが共存する燃料改質型燃料電池システムへの適用においても、第１〜第４の実施例と組み合わせることで、水素選択性の向上に加え、酸素ポンピング制御がより安定する効果も生まれる。
【００７６】
（実施例６）
次に、第６の実施例を図９で説明する。図１２に示した従来例および図１に示した第１の実施例と同一構成および作用の部位は同一符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図９の[Ａ]はこの実施例６による水素センサのセンサ素子の縦断面を示し、[Ｂ]は横断面を示している。この場合、センサ素子５１０には、酸素イオン伝導性固体電解質１３ａに、酸素参照電極１３ｂおよび酸素測定電極１３ｃの両電極を設けて構成される酸素検知セル１３と、酸素ポンプ外側電極１１ｂおよび酸素ポンプ内側電極１１ｃの両電極を設けて構成される酸素ポンプセル１１とが形成されている。ここで、酸素ポンプ外側電極１１ｂが酸素基準室１４に面している。
【００７８】
この第６の実施例では、第５の実施例と同様に、酸素ポンプセルの酸素供給源が大気となり被測定ガス組成の影響を受けないばかりか、さらには、ガス拡散律速部１０ａが形成される積層体５１１は電気化学的特性を有しないセラミックス材でよく、酸素イオン伝導性固体電解質を持つ電気化学的セル（例えば、イットリアを少量添加した部分安定化ジルコニア型セラミックス体）が一つでよく、センサ構成を簡素化するとともに、コストを削減できる効果がある。
【００７９】
ここで、酸素イオン伝導性固体電解質１３ａの同一面上に、異なる作用をする二つの電極１１ｂ，１１ｃおよび１３ｂ，１３ｃを両面に形成することになるが、これらの電極のリード線５１２，５１３は、図９の[Ｂ]に示すように、外側に位置するリング状の酸素測定電極１３ｃの一部を分断し、リード線５１２ａを配設し、内側に位置するリング状の酸素ポンプ内側電極１３ｃ用のリード線５１２ｂが、リード線５１２ａと接触することなく配線することで問題は生じない。また、酸素測定電極１３ｃの分断部分においては、図示のように、分断部分の両端と拡散孔中心Ｐ点とで囲まれる領域について、ガス拡散室１２を区画形成するスペーサ部材１２ａで覆う構造にすることが好ましい。これによれば、酸素測定電極１３ｃ上に拡散してくるガスの均一性を良好になすことができるようになる。また、酸素測定電極１３ｃを分断しない構成として、図示しないが、両リード線の間に絶縁層を介し２段に積層配線してもよい。そして、ここでは一方のリード線５１２側で説明したが、他方のリード線５１３側も同様の構成としている。また、この第６の実施例は、第１〜第４の実施例と組み合わせることで、水素選択性の向上に加え、酸素ポンピング制御がより安定し、さらにはセンサ構成を簡素化できる効果も生まれる。
【００８０】
（実施例７）
次に、第７の実施例を図１０で説明する。この場合も、図１２に示す従来例および図９に示した第６の実施例と同一構成および作用の部位は同一符号を付して説明を省略する。
【００８１】
図１０の[Ａ]はこの実施例７による水素センサのセンサ素子６１０の縦断面を示し、[Ｂ]は横断面を示している。このセンサ素子６１０には、ガス拡散室１２内において、第２酸素ポンプセル１１１の酸素ポンプ内側電極１１１ｃと、第１酸素ポンプセル１１の酸素ポンプ内側電極１１ｃと、第１酸素検知セル１３の酸素ポンプ内側電極１３ｃとが拡散律速部１０ａから順に直列上に配設される構成としている。この第７実施例は、第３の実施例と組み合わせたものであるが、第１〜第４の実施例と組み合わせることで、水素選択性の向上に加え、酸素ポンピング制御がより安定し、さらにはセンサ構成を簡素化でき、また、電極形状（図示では角形）の制限が少なく設計上の自由度が高く、製造上（電極の位置精度など）の品質バラツキの影響もリング状と異なり比較的小さいという効果を有する。
【００８２】
（実施例８）
次に、第８の実施例を図１１で説明する。図１２に示した従来例および図１０に示した第７の実施例と同一構成および作用の部位は同一符号を付して説明を省略する。
【００８３】
この水素センサのセンサ素子７１０には、第１〜第７の実施例で示す酸素基準室１４が密閉空間に区画形成され、酸素イオン伝導性固体電解質１３ａに第３の酸素ポンプセル７１１を形成している。この第３の酸素ポンプセル７１１は、この酸素イオン伝導性固体電解質１３ａの両面に形成した電極（酸素基準室側電極７１１ｂと大気導入室側電極７１１ａ）で構成され、図示しないセンサ制御回路で駆動制御される。すなわち、酸素基準室１４は大気と物理的には遮断され、電気化学的には連通可能となっている。また、第３の酸素ポンプセル７１１はセンサ素子保持部内に設けられている。
【００８４】
この第８の実施例の構成とすることにより、被測定ガス中に突き出たセンサ素子先端部内の酸素基準室１４が大気と遮断される構成とすることができ、例えば、センサ素子の破損（異常）を検知して、第３酸素ポンプセル７１１を停止させる制御を実施する。
【００８５】
この構成および作用により、センサ素子先端部が破損し、酸素基準室１４と被測定ガスが連通状態を引き起こしても、酸素基準室１４内の僅かな酸素と被測定ガス（水素）とが燃焼反応して連続的な燃焼に至ることはないので、より安全性が高まる。
【００８６】
また、第３の酸素ポンプセル７１１の制御は、酸素基準室１４内の酸素の消費量に応じて駆動制御すればよい。すなわち、この第８の実施例においては、第１酸素ポンプセル１１のポンピング電流Ｉｐ（１）と第２酸素ポンプセル１１１のポンピング電流Ｉｐ（２）の和から求まる制御量に基づきポンピング電流Ｉｐ（３）を決定することで、酸素基準室１４内の酸素濃度を一定に保つことができる。
【００８７】
さらに、第３の酸素ポンプセル７１１をより強度的に有利なセンサ素子保持部７００内に設けることで、安全性がより高められる。そして、この第８の実施例は、前述の第１〜第７の実施例にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による水素センサの構成を示す断面説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例による発明の作用を［Ａ］，［Ｂ］，［Ｃ］に分けて示す説明図である。
【図３】可燃性ガスの拡散係数を表および棒グラフで示す図表である。
【図４】本発明の第１の実施例による制御および演算フローを示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例による他の制御および演算フローを示す説明図である。
【図６】本発明の第３の実施例による水素センサの構成を示す断面説明図である。
【図７】本発明の第４の実施例による水素センサの構成を示す断面説明図である。
【図８】本発明の第５の実施例による水素センサの構成を示す断面説明図である。
【図９】本発明の第６の実施例による水素センサの構成を縦断面図（図の[Ａ]）および横断面図（図の[Ｂ]）に分けて示す部分拡大断面説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施例による水素センサの構成を縦断面図（図の[Ａ]）および横断面図（図の[Ｂ]）に分けて示す部分拡大断面説明図である。
【図１１】本発明の第８の実施例による水素センサの構成を示す部分拡大断面説明図である。
【図１２】従来例による水素センサの構成を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１０  水素センサのセンサ素子
１０ａ  拡散律速部
１１  第１酸素ポンプセル（ガス組成変換手段）
１１ａ  酸素イオン伝導性固体電解質
１１ｂ，１１ｃ  電極
１２  ガス拡散室
１３  第１酸素検知セル（ガス組成変換手段）
１３ａ  酸素イオン伝導性固体電解質
１３ｂ，１３ｃ  電極
１４  酸素基準室
１５  ヒータ部
１５ｃ  ヒータ制御回路
２０  センサ制御回路
２１  演算増幅器
３０  酸素源形成部
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０  水素センサのセンサ素子
１２０，２２０，３２０  センサ制御回路（駆動手段）
１１１，２１１，３１１  第２酸素ポンプセル（ガス組成変換手段）
１１１ｂ，１１１ｃ  電極
１１３  第２酸素検知セル（ガス組成変換手段）
１１３ｂ，１１３ｃ  電極
７１１  第３酸素ポンプセル
【図１】
0003709977.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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