(57)【要約】【課題】上述の課題に鑑み、従来より水漏れあるいは水蒸気の蒸散を防止でき、耐ノイズ性があり、作動温度の低い電気化学式センサを提供すること。【解決手段】水１１を貯留した金属製水タンク２と、２つの電極５，７間に固体電解質膜６を挟み込んだセンサ素子４と、金属製容器からなり、該金属製容器の上部にガス入口１３ａと底部にガス拡散口１３ｂを形成し、２つの電極のうちの一方の電極と底部で接触して電気的に接続される第１のリード部材１３と、水蒸気供給口３ａを有し、２つの電極のうちの他方の電極と接触してセンサ素子４を水面の上方に支持する金属製ワッシャ３とを有する電気化学式センサ１であって、第１のリード部材１３、センサ素子４および金属製ワッシャ３と金属製水タンク２との間に、パッキング部材８を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯留した金属製水タンクと、２つの電極間に固体電解質膜を挟み込んだセンサ素子と、金属製容器からなり、該金属製容器の上部にガス入口と底部にガス拡散口を形成し、前記２つの電極のうちの一方の電極と前記底部で接触して電気的に接続される第１のリード部材と、水蒸気供給口を有し、前記２つの電極のうちの他方の電極と接触して前記センサ素子を水面の上方に支持する金属製ワッシャとを有する電気化学式センサであって、
前記第１のリード部材、前記センサ素子および前記金属製ワッシャと前記金属製水タンクとの間に、パッキング部材を備えていることを特徴とする電気化学式センサ。
【請求項２】
請求項１記載の電気化学式センサにおいて、
前記金属製水タンクの底部と前記金属製ワッシャの間に設けられ、前記金属製ワッシャを支持すると共に、前記金属製水タンクと前記金属製ワッシャを電気的に接続する第２のリード部材をさらに備えていることを特徴とする電気化学式センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の電気化学式センサにおいて、
前記センサ素子を加熱するためのヒータをさらに備えていることを特徴とする電気化学式センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学式センサにおいて、
前記電気化学式センサは、前記２つの電極間に生じる混成電位を含む電位差をセンサ出力とする混成電位型電気化学式センサであることを特徴とする電気化学式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ2 ）等のガスを検知するための電気化学式センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ2 ）を検知するセンサとして半導体式センサ、接触燃焼式センサおよび電気化学式センサ等がある。
【０００３】
電気化学式センサは、高分子プロトン導電体等の高分子固体電解質を用いたもの（たとえば、特許文献１参照。）やジルコニア等の酸化系固体電解質を用いたもの（たとえば、特許文献２参照。）がある。
【０００４】
図１５は、従来の高分子固体電解質を用いた電気化学式センサの構造例を示す図である。電気化学式センサ１は、水タンク２、ワッシャ３、センサ素子４、ガスケット８、フィルタ９およびワッシャ１２から構成されている。
【０００５】
水タンク２には、蒸留水１１が貯留されている。ワッシャ３は、水蒸気供給口３ａが形成されており、水タンク２の上方に形成されたくびれ部２ａの上側内壁に支持されている。センサ素子４は、バッキングレイヤ（対極）５、高分子固体電解質膜である高分子プロトン導電体６およびバッキングレイヤ（検知極）７の積層構造からなり、ワッシャ３の上に配置されている。バッキングレイヤ（対極）５、ワッシャ３および水タンク２は、それぞれの接触を介して電気的に接続されている。フィルタ９は、内部に活性炭１０が充填されると共に、上部にガス入口９ａ、底部に下穴９ｂが形成されており、水タンク２のくびれ部２ａの上方をパッキングするガスケット８にはめ込まれている。センサ素子４のバッキングレイヤ（検知極）７とフィルタ９の間には、金属製の拡散制御板１２が挟み込まれている。拡散制御板１２には、フィルタ９の下穴９ｂに対応する位置にガス拡散口１２ａが形成されている。ワッシャ３上のセンサ素子４は、接着剤１５で固定されている。
【０００６】
上述の構成を有する電気化学式センサ１において、雰囲気中にＣＯが存在すると、センサ素子４の検知極７および対極５において、それぞれ下記の反応が起こる。
検知極  ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ・・・（１）
対極    ２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ・・・（２）
【０００７】
この電気化学式センサ１は、拡散制御用のピンホール（ガス拡散口９ｂ）と透過性のバッキングレイヤ（検知極）７およびバッキングレイヤ（対極）５を設けているため、ガス濃度を表す電気化学式センサ１のセンサ出力を、検知極７から対極５へ流れる電流として検出することができる。
【０００８】
次に図１６は、従来の酸化系固体電解質を用いた電気化学式センサの構造例を示す図である。電気化学式センサ３０は、固体電解質の安定化ジルコニア３１からなる有底管の底部に、白金ペースト３２ａ上に白金メッシュセンサ３２ｂを被せた一方の電極３３と、有底管の外周に酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物層３３ａ上に白金メッシュ３３ｂを被せた他方の電極３３とが形成されている。この電気化学式センサ３０は、有底管の中に空気を流通させると共に有底管の外側に検知すべきガスを流通させて、両電極間の電位差を、白金リード線３４および３５を介して取り出してセンサ出力とする。この電気化学式センサ３０は、良好な水素（Ｈ2 ）感度と選択性を示すが、水素検出用の作動温度は４００〜６００℃である。
【特許文献１】特開２００４−１７０１０１号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６１７８号公報
【０００９】
一方、半導体式センサは、検知すべきガス、たとえば一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ2 ）と酸化物（たとえば、酸化錫）の表面吸着酸素との反応により生じる電子が、酸化物半導体に移り、酸化物半導体の抵抗値を変化させることによって、一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ2 ）を検知するものである。半導体式センサをＣＯセンサとして用いる場合は、センサ素子を１００℃前後まで加熱することによりＣＯを検知することができるが、センサ材料表面の吸着水を脱離させるために、ＣＯ検知をしていない期間に３００〜４００℃まで加熱する必要がある。また、半導体式センサをＨ2 センサとして用いる場合は、Ｈ2 に対する感度がピークになる２００〜３００℃の温度範囲に加熱する必要がある。
【００１０】
また、接触燃焼式ガスセンサは、貴金属を担持する酸化触媒にて、検知すべきガス、たとえば水素（Ｈ2 ）が燃焼し、それにより生じる燃焼熱が白金コイルに伝導し、白金コイルの温度を上昇させ、抵抗値を変化させるものである。接触燃焼式ガスセンサにおける水素（Ｈ2 ）に対する作動温度範囲は、３００〜４００℃である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１５の電気化学式センサは、ワッシャ３は、直接に水タンク２のくびれ部２ａに圧着されているだけなので、接着剤１５の劣化等があると前記圧着部分より水漏れあるいは水蒸気の蒸散のおそれがある。また、常温でガス検知を行うことができるが、検知信号とする電流がｎＡ〜μＡのオーダーと微少なため、大幅に増幅する必要があり、また外部ノイズの影響を受けやすいという問題がある。
【００１２】
また、上述の半導体式ガスセンサと接触燃焼式ガスセンサと図１６の電気化学式センサは、いずれも作動温度がかなり高いため、作動温度まで加熱するための消費電力が多くなり、特に電池式のガス警報器に使用する場合には、電池の消耗が早くなるという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は、上述の課題に鑑み、従来より水漏れあるいは水蒸気の蒸散を防止でき、耐ノイズ性があり、作動温度の低い電気化学式センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、水を貯留した金属製水タンクと、２つの電極間に固体電解質膜を挟み込んだセンサ素子と、金属製容器からなり、該金属製容器の上部にガス入口と底部にガス拡散口を形成し、前記２つの電極のうちの一方の電極と前記底部で接触して電気的に接続される第１のリード部材と、水蒸気供給口を有し、前記２つの電極のうちの他方の電極と接触して前記センサ素子を水面の上方に支持する金属製ワッシャとを有する電気化学式センサであって、前記第１のリード部材、前記センサ素子および前記金属製ワッシャと前記金属製水タンクとの間に、パッキング部材を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明においては、水を貯留した金属製水タンクと、２つの電極間に固体電解質膜を挟み込んだセンサ素子と、金属製容器からなり、該金属製容器の上部にガス入口と底部にガス拡散口を形成し、２つの電極のうちの一方の電極と底部で接触して電気的に接続される第１のリード部材と、水蒸気供給口を有し、２つの電極のうちの他方の電極と接触してセンサ素子を水面の上方に支持する金属製ワッシャとを有する電気化学式センサであって、第１のリード部材、センサ素子および金属製ワッシャセンサと金属製水タンクとの間に、パッキング部材を備えている。それにより、水タンクに貯留されている水面より上方に配置される第１のリード部材、センサ素子および金属製ワッシャが全てパッキング部材にはめ込まれ、パッキング部材が水タンクと緊密に接触することで、水タンクに貯留されている水の水漏れあるいは水蒸散を防止することができる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載の電気化学式センサにおいて、前記金属製水タンクの底部と前記金属製ワッシャの間に設けられ、前記金属製ワッシャを支持すると共に、前記金属製水タンクと前記金属製ワッシャを電気的に接続する第２のリード部材をさらに備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明においては、金属製水タンクの底部と金属製ワッシャの間に設けられ、金属製ワッシャを支持すると共に、金属製水タンクと金属製ワッシャを電気的に接続する第２のリード部材をさらに備えている。それにより、金属製ワッシャを支持してたわみを防止すると共に、センサ素子の対極を水タンクに電気的に接続して、外部へのセンサ出力の取り出しを容易にすることができる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電気化学式センサにおいて、前記センサ素子を加熱するためのヒータをさらに備えていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明においては、センサ素子を加熱するためのヒータをさらに備えている。それにより、検知対象ガスの検知に適する所定作動温度まで加熱することができる。この作動温度は、従来構造の電気化学式センサの作動温度よりもかなり低く、従来より電力消費を軽減することができる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学式センサにおいて、前記電気化学式センサは、前記２つの電極間に生じる混成電位を含む電位差をセンサ出力とする混成電位型電気化学式センサであることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明においては、電気化学式センサは、２つの電極間に生じる混成電位を含む電位差をセンサ出力とする混成電位型電気化学式センサである。それにより、混成電位型電気化学式センサにおいても、請求項１から３に記載の電気化学式センサと同様の効果を期待することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明によれば、水タンクに貯留されている水面より上方に配置される第１のリード部材、センサ素子および金属製ワッシャが全てパッキング部材にはめ込まれ、パッキング部材が水タンクと緊密に接触することで、水タンクに貯留されている水の水漏れあるいは水蒸散を防止することができる。また、センサ素子の２つの電極間に生じる混成電位を含む電位差をセンサ出力とするため、ガス検知信号を従来より大きく得ることができるので、耐ノイズ性が向上する。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、金属製ワッシャを支持してたわみを防止すると共に、センサ素子の対極を水タンクに電気的に接続して、外部へのセンサ出力の取り出しを容易にすることができる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、検知対象ガスの検知に適する所定作動温度まで加熱することができる。この作動温度は、従来構造の電気化学式センサの作動温度よりもかなり低く、従来より電力消費を軽減することができる。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、混成電位型電気化学式センサにおいても、請求項１から３に記載の電気化学式センサと同様の効果を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気化学式センサの構造を示す断面図である。なお、本発明の第１の実施形態は、混成電位型電気化学式センサに適用した場合について説明する。電気化学式センサ１は、水タンク２、ワッシャ３、センサ素子４、ガスケット８、検知極リード１３および対極リード１４から構成されている。
【００２８】
水タンク２は、たとえば有底円筒形状を有する金属製容器であり、その内部に蒸留水１１が貯留されている。ワッシャ３は、金属製で円盤状に形成され、そのほぼ中央に水蒸気供給口３ａが形成されている。センサ素子４は、バッキングレイヤ（対極）５と、高分子固体電解質の膜である高分子プロトン導電体膜と、バッキングレイヤ（検知極）７の積層構造からなり、ワッシャ３の上に配置されている。バッキングレイヤ（検知極）７は、検知ガスおよび酸素に活性な貴金属（たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕやこれらの合金等）を担持した電極触媒となる膜である。バッキングレイヤ（対極）５は、検知ガスに不活性であるが酸素に活性な電極触媒となる膜である。
【００２９】
検知極リード１３は、上から見た外形が円形状でその内部に空洞を有する金属製容器からなり、上部２箇所にガス入口９ａと底部の中央にガス拡散口９ｂが形成され、センサ素子４の上に配置されている。検知極リード１３は、請求項における第１のリード部材に相当する。
【００３０】
ワッシャ３、センサ素子４および検知極リード１３は、ガスケット８にはめ込まれている。ガスケット８は、弾性を有する絶縁性の高分子材料からなり、その下部が折り曲げられてワッシャ３の底面の外周付近を覆うと共にその上部が折り曲げられて検知極リード１３の上面の外周付近を覆うように、水タンク２のくびれ部２ａの上にはめ込まれ、上部開口部の上端を加締めてくびれ部２ａ上に圧着させることにより、水タンク２の内壁と緊密に接触して、くびれ部２ａより上方を密閉している。ガスケット８は、請求項におけるパッキング部材に相当する。
【００３１】
ワッシャ３と検知極リード１３の間の隙間には、密閉性を高めるために接着剤１５が封入されている。水タンク２の内部には、その底部よりワッシャ３に接触するように金属製の小径円筒状の対極リード１４が立設されている。この対極リード１４は、水タンク２と一体形成でも良いし、または別の金属製部材を水タンク２の底部に溶接しても良い。対極リード１４の一部には、その内側から外側に貫通する水流通口１４ａが１つ（または複数）形成されている。対極リード１４は、請求項における第２のリード部材に相当する。
【００３２】
上述の構成を有する電気化学式センサ１においては、検知極リード１３とセンサ素子４とワッシャ３は、弾性を有する絶縁性の高分子材料からなるガスケット８に納められ、ガスケット８が水タンク２と緊密に接触することで、水タンク２に貯留されている蒸留水１１の水漏れあるいは水蒸散を防止することができる。
【００３３】
雰囲気ガス中にＣＯが有無すると、センサ素子４の検知極７および対極５において、それぞれ下記の反応が起こる。
検知極  ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ・・・（３）
２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ    ・・・（４）
対極    ２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ    ・・・（５）
【００３４】
検知極７において、ＣＯの電気化学的な酸化反応（３）と酸素の電気化学的な還元反応（４）は、同時に進行するので、一種の局部電池を形成する。反応（３）と反応（４）が平衡になると、検知極７の電位は混成電位となる。この混成電位は、検知極の触媒種類、温度およびＣＯ濃度に依存する。図２は、検知極７における反応を示すモデル断面図である。一方、対極５において、反応（５）が起こる。その結果、電気化学式センサ１のセンサ出力は、検知極７と対極５間の電位差として得られる。この検知信号は、混成電位によるものなので従来の構造の電気化学式センサに比べて大きく得られるため、耐ノイズ性が向上する。
【００３５】
図３は、図１の構造を有する電気化学式センサ１の常温でのＣＯ依存特性を示す図である。図３に示すように、センサの起電力（ＥＭＦ）は、ＣＯ濃度にほぼ比例する。
【００３６】
図４は、図１の構造を有する電気化学式センサ１のガス選択性を示す図である。図４に示すように、ＣＯに対するガス感度に比べ、他の種類のガス、たとえば水素（Ｈ2 ）、メタン（ＣＨ4 ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ）に対するガス感度は小さいため、電気化学式センサ１は良好なＣＯ選択性を示す。
【００３７】
図５は、図１の構造を有する電気化学式センサ１の温度依存性を示す図である。図５に示すように、環境温度が高くなるにつれて、ＣＯの検出出力は大きくなる。
【００３８】
このように、本発明の第１の実施形態によれば、検知極リード１３、センサ素子４およびワッシャ３がガスケット８に納められているので、水タンク２に貯留されている蒸留水１１の水漏れあるいは水蒸散を防止することができる。また、検知信号を従来より大きく得ることができるので、耐ノイズ性が向上する。また、対極リード１４を備えたことにより、ワッシャ３を支持してたわみを防止すると共に、センサ素子４の対極５を水タンク２に電気的に接続して、外部へのセンサ出力の取り出しを容易にすることができる。
【００３９】
次に図６は、本発明の第１の実施形態に係る電気化学式センサ１を用いたＣＯ警報器の構成を示すブロック図である。ＣＯ警報器は、図１の電気化学式センサ１、温度センサ２１、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２２および警報部２３から構成される。
【００４０】
温度センサ２１は、温度検出手段として働き、電気化学式センサ１の近傍に設置され、電気化学式センサ１の周囲温度を検出する。マイコン２２は、予め定めたプログラムにしたがって各種の制御および処理等を行うＣＰＵ２２ａと、ＣＰＵ２２ａのためのプログラム等を格納したＲＯＭ２２ｂと、各種データを格納するとともに、ＣＰＵ２２ａの処理作業に必要なエリアを有するＲＡＭ２２ｃ等を内蔵している。マイコン２２には、電気化学式センサ１からの検出出力と、温度センサ２１からの温度検出信号が入力される。また、マイコン２２は、ブザー等からなる警報部２３へ警報信号を出力する。
【００４１】
上述の構成において、ＣＰＵ２２ａは、電気化学式センサ１からＣＯ検出によるセンサ出力が入力されると、センサ出力がＲＡＭ２２ｃに予め記憶されているＣＯ警報判定値以上になった場合、警報部２３へ警報信号を出力し、警報部２３よりＣＯ警報を報知する。
【００４２】
（第２の実施形態）次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、上述の第１の実施形態の構成に加えて、センサ素子を加熱するヒータをさらに備えたことを特徴とする。
【００４３】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る電気化学式センサの構造を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る電気化学式センサ１は、水タンク２、ワッシャ３、センサ素子４、ガスケット８、対極リード１４、検知極リード１６、ヒータリード１７およびヒータ１９から構成されている。
【００４４】
水タンク２は、たとえば有底円筒形状を有する金属製容器であり、その内部に蒸留水１１が貯留されている。ワッシャ３は、金属製で円盤状に形成され、そのほぼ中央に水蒸気供給口３ａが形成されている。センサ素子４は、バッキングレイヤ（対極）５と、高分子固体電解質の膜である高分子プロトン導電体膜と、バッキングレイヤ（検知極）７の積層構造からなり、ワッシャ３の上に配置されている。バッキングレイヤ（検知極）７は、検知ガスおよび酸素に活性な貴金属（たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕやこれらの合金等）を担持した電極触媒となる膜である。バッキングレイヤ（対極）５は、検知ガスに不活性であるが酸素に活性な電極触媒となる膜である。
【００４５】
検知極リード１６は、その内部に空洞を有する金属製容器からなり、上部にガス入口１６ａと底部の中央にガス拡散口１６ｂが形成され、センサ素子４の上に配置されている。ヒータリード１７は、その内部に空洞を有する金属製容器からなり、上部にガス入口１７ａと底部の中央にガス拡散口１７ｂが形成されている。検知極リード１６およびヒータリード１７は、絶縁体１８を挟んで固定されて一体化され、これらの全体の外形は、図１に示す検知極リード１３の外形とほぼ同様になっている。
【００４６】
ヒータ１９は、センサ素子４と検知極リード１６およびヒータリード１７との間に配置されている。ヒータ１９は、絶縁性樹脂１９ａの内部に、たとえば図８に示すように櫛状の発熱体１９ｂを封じた構成を有する。ヒータ１９の一方の端子（発熱体１９ｂの一端）は、バッキングレイヤ（検知極）７の上面に電気的に接触し、ヒータ１９の他方の端子（発熱体１９ｂの他端）は、ヒータリード１７の底部に電気的に接触している。バッキングレイヤ（検知極）７の一方の端部には突起が設けられ、この部分で検知極リード１６の底部に電気的に接触している。
【００４７】
ワッシャ３、センサ素子４、検知極リード１６、ヒータリード１７およびヒータ１９は、ガスケット８にはめ込まれている。ガスケット８は、弾性を有する絶縁性の高分子材料からなり、その下部が折り曲げられてワッシャ３の底面の外周付近を覆うと共にその上部が折り曲げられて検知極リード１３の上面の外周付近を覆うように、水タンク２のくびれ部２ａの上にはめ込まれ、上部開口部の上端を加締めてくびれ部２ａ上に圧着させることにより、水タンク２の内壁と緊密に接触して、くびれ部２ａより上方を密閉している。ワッシャ３と検知極リード１３の間の隙間には、密閉性を高めるために接着剤１５が封入されている。水タンク２の内部には、その底部よりワッシャ３に接触するように金属製の小径円筒状の対極リード１４が立設されている。この対極リード１４は、水タンク２と一体形成でも良いし、または別の金属製部材を水タンク２の底部に溶接しても良い。対極リード１４の一部には、その内側から外側に貫通する水流通口１４ａが形成されている。
【００４８】
上述の構成を有する電気化学式センサ１においては、図１０に示すように、ヒータ１９が、検知極リード１６とヒータリード１７の間に直流電源４１を接続することによって給電されて発熱し、センサ素子４を加熱する。センサ素子４は、この加熱により検知対象のガス、たとえば水素（Ｈ2 ）を検知するのに適する作動温度まで上昇する。このように加熱した際の加熱電気化学式センサ１のセンサ出力は、バッキングレイヤ（検知極）７および検知極リード１６を介する経路と、バッキングレイヤ（対極）５、ワッシャ３および水タンク２を介する経路とを通ってセンサ出力検出手段４０で検出される。
【００４９】
雰囲気ガス中に水素（Ｈ2 ）が存在すると、作動温度まで加熱された状態のセンサ素子４の検知極７および対極５において、それぞれ下記の反応が起こる。
検知極  Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-                 ・・・（６）
２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ    ・・・（７）
対極    ２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ    ・・・（８）
【００５０】
検知極７において、Ｈ2 の電気化学的な酸化反応（６）と酸素の電気化学的な還元反応（７）は、同時に進行するので、一種の局部電池を形成する。反応（６）と反応（７）が平衡になると、検知極７の電位は混成電位となる。この混成電位は、検知極の触媒種類、温度およびＨ2 濃度に依存する。図９は、検知極７における反応を示すモデル断面図である。一方、対極５において、反応（８）が起こる。その結果、電気化学式センサ１のセンサ出力は、検知極７と対極５間の電位差として得られる。この検知信号は、混成電位によるものなので従来の構造の電気化学式センサに比べて大きく得られるため、耐ノイズ性が向上する。
【００５１】
図１１は、図７の構造を有する電気化学式センサ１の作動温度（２０℃、５０℃および７０℃）でのＨ2 依存特性を示す図である。図１１に示すように、センサの起電力（ＥＭＦ）は、Ｈ2 濃度が高くなるにつれて大きくなる。好適な作動温度範囲は、５０〜７０℃である。この作動温度は、従来構造の電気化学式センサの作動温度よりもかなり低く、従来より電力消費を軽減することができる。
【００５２】
図１２は、図７の構造を有する電気化学式センサ１のガス選択性を示す図である。図１２に示すように、Ｈ2 に対するガス感度に比べ、他の種類のガス、たとえばメタン（ＣＨ4 ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ）に対するガス感度は小さいため、電気化学式センサ１は良好なＨ2 選択性を示す。
【００５３】
図１３は、図７の構造を有する電気化学式センサ１の温度依存性を示す図である。図１３に示すように、環境温度が高くなるにつれて、ＣＯの検出出力は大きくなる。
【００５４】
このように、本発明の第２の実施形態によれば、検知極リード１６、センサ素子４およびワッシャ３がガスケット８に納められているので、水タンク２に貯留されている蒸留水１１の水漏れあるいは水蒸散を防止することができる。また、検知信号を従来より大きく得ることができるので、耐ノイズ性が向上する。また、対極リード１４を備えたことにより、ワッシャ３を支持してたわみを防止すると共に、センサ素子４の対極５を水タンク２に電気的に接続して、外部へのセンサ出力の取り出しを容易にすることができる。さらに、ヒータ１９を内蔵し、検知対象ガスの検知に適する所定作動温度まで加熱することができる。この作動温度は、従来構造の電気化学式センサの作動温度よりもかなり低く、従来より電力消費を軽減することができる。
【００５５】
次に図１４は、本発明の第２の実施形態に係る電気化学式センサ１を用いた水素警報器の構成を示すブロック図である。水素警報器は、図７の電気化学式センサ１、温度センサ２１、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２２、警報部２３、直流電源４１およびスイッチ４２から構成される。
【００５６】
電気化学式センサ１に内蔵されているヒータ１９には、スイッチ４２を介して直流電源４１が接続されている。温度センサ２１は、温度検出手段として働き、電気化学式センサ１の近傍に設置され、電気化学式センサ１の周囲温度を検出する。
【００５７】
マイコン２２は、予め定めたプログラムにしたがって各種の制御および処理等を行うＣＰＵ２２ａと、ＣＰＵ２２ａのためのプログラム等を格納したＲＯＭ２２ｂと、各種データを格納するとともに、ＣＰＵ２２ａの処理作業に必要なエリアを有するＲＡＭ２２ｃ等を内蔵している。
【００５８】
ＣＰＵ２２ａは、電気化学式センサ１からセンサ出力と温度センサ２１から温度検出信号が入力され、警報部２３に警報信号を出力する。また、ＣＰＵ２２ａは、スイッチ４２をオン、オフ制御する制御信号を出力する。
【００５９】
上述の構成において、ＣＰＵ２２ａは、スイッチ４２へ制御信号を出力してスイッチ４２をオフからオンにし、ヒータ１９へ直流電源４１から電流を流してヒータ１９を発熱させる。ＣＰＵ２２ａは、発熱したヒータ１９により、電気化学式センサ１のセンサ素子４を所定作動温度まで加熱するように制御する。次に、ＣＰＵ２２ａは、センサ素子４が作動温度まで加熱された状態のセンサ出力を取り込み、センサ出力がＲＡＭ２２ｃに予め記憶されている水素警報判定値以上になった場合、警報部２３へ警報信号を出力し、警報部２３より水素警報を報知する。
【００６０】
以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００６１】
たとえば、上述の実施の形態では、水タンクは有底円筒形状を有しているが、これに限らず、有底角筒状などの他の形状とすることができる。
【００６２】
また、本発明は、上述の実施形態で説明した混成電位型電気化学式センサに限らず、固体電解質を含むセンサ素子を用いた他のタイプの電気化学式センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気化学式センサの構造を示す断面図である。（第１の実施形態）
【図２】図１の電気化学式センサの検知極における反応を示すモデル断面図である。（第１の実施形態）
【図３】図１の電気化学式センサの常温でのＣＯ依存特性を示す図である。（第１の実施形態）
【図４】図１の電気化学式センサのガス選択性を示す図である。（第１の実施形態）
【図５】図１の電気化学式センサの温度依存性を示す図である。（第１の実施形態）
【図６】図１の電気化学式センサを用いたＣＯ警報器の構成を示すブロック図である。（第１の実施形態）
【図７】本発明の第２の実施形態に係る電気化学式センサの構造を示す断面図である。（第２の実施形態）
【図８】図７の電気化学式センサにおけるヒータの発熱体の形状例を示す図である。（第２の実施形態）
【図９】図７の電気化学式センサの検知極における反応を示すモデル断面図である。（第２の実施形態）
【図１０】図７の電気化学式センサの部分拡大図である。（第２の実施形態）
【図１１】図７の電気化学式センサの常温でのＣＯ依存特性を示す図である。（第２の実施形態）
【図１２】図７の電気化学式センサのガス選択性を示す図である。（第２の実施形態）
【図１３】図７の電気化学式センサの温度依存性を示す図である。（第２の実施形態）
【図１４】図７の電気化学式センサを用いたＣＯ警報器の構成を示すブロック図である。（第２の実施形態）
【図１５】従来の高分子固体電解質を用いた電気化学式センサの構造例を示す図である。
【図１６】従来の酸化系固体電解質を用いた電気化学式センサの構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      電気化学式センサ
１１    蒸留水
２      水タンク
３      ワッシャ
３ａ    水蒸気供給口
４      センサ素子
５      バッキングレイヤ（対極）
６      高分子プロトン導電体膜（固体電解質膜）
７      バッキングレイヤ（検知極）
８      ガスケット（パッキング部材）
１３ａ  ガス入口
１３ｂ  ガス拡散口
１３    検知極リード（第１のリード部材）
１４    対極リード（第２のリード部材）
１９    ヒータ
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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