(57)【要約】【課題】  被測定ガス中の水素ガスの濃度の検出にあたり、正側電極に含有される触媒材料の一酸化炭素による被毒及び被測定ガス中の水蒸気の解離を防止するようにした水素ガス検出装置を提供する。【解決手段】  センサ素子の正側電極と負側電極との間に印加する電圧が、４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の直流電圧であれば、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けたり当該被測定ガス中の水蒸気が解離したりすることがなく、上記直流電流に基づく限界電流に応じて水素ガスの濃度を精度よく検出し得る。【選択図】    図４
2005201885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導層、このプロトン伝導層の両面の一方に沿い触媒材料を含有するように設けた正側電極及び前記プロトン伝導層の両面の他方に沿い設けた負側電極を有し、拡散律速部から流入する被測定ガス中の水素ガスを前記正側電極から前記プロトン伝導層を介し前記負側電極に汲み出して外部へ流出するセンサ素子と、
前記正側電極と前記負側電極との間に前記正側電極から前記負側電極にかけて限界電流を流すように直流電圧を印加して、前記限界電流に基づき前記被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出する検出手段とを備える水素ガス検出装置において、
前記直流電圧は、前記正側電極に含有される前記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ前記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧に設定されることを特徴とする水素ガス検出装置。
【請求項２】
水素ガスセンサ及び検出手段を備える水素ガス検出装置において、
前記水素ガスセンサは、
流入口部を有する底壁と、流出口部を有する筒状周壁とを有し、この周壁の底端側開口部に前記底壁を設けてなる筒体と、
この筒体内に収容されて前記底壁に着座する一側支持部材と、
この一側支持部材に積層されて触媒材料を含有してなる正側電極、この正側電極に積層されるプロトン伝導層及びこのプロトン伝導層を介し前記正側電極に対向するように前記プロトン伝導層に積層される負側電極を有するセンサ素子と、
前記負側電極を介し前記プロトン伝導層に対向するように前記負側電極に積層される他側支持部材と、
前記筒体内にその先端側開口部から嵌装されて前記他側支持部材を前記負側電極、プロトン伝導層及び正側電極を介し前記底壁上に押圧する押圧部材とを具備して、
前記一側支持部材は、外部から前記筒体の流入口部を通し前記正側電極に水素ガスを導入する拡散律速部を有しており、
前記他側支持部材は、前記拡散律速部より導入されて前記プロトン伝導層を介し前記正側電極から前記負側電極に汲み出される水素ガスを、前記筒体の流出口部を通し外部に流出させる流出口部を有しており、
前記検出手段は、前記正側電極に含有される前記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ前記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の直流電圧を、前記正側電極と前記負側電極との間に前記正側電極から前記負側電極にかけて限界電流を流すように印加して、当該限界電流に基づき前記被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出するようにしたことを特徴とする水素ガス検出装置。
【請求項３】
前記正側電極及び前記負側電極のうち少なくとも前記正側電極に含有される前記触媒材料は、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金で構成されており、
前記直流電圧は、４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧に設定されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の水素ガス検出装置。
【請求項４】
前記正側電極及び前記負側電極のうち少なくとも前記正側電極に含有される前記触媒材料は、白金（Ｐｔ）或いはこの白金とイリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）のうちの少なくとも一つとを含む合金で構成されており、
前記直流電圧は、６００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧に設定されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の水素ガス検出装置。
【請求項５】
プロトン伝導層、このプロトン伝導層の正側面に沿い触媒材料を含有するように設けた正側電極、前記プロトン伝導層の負側面に沿い互いに間隔をおいて設けた負側電極及び参照電極を有し、拡散律速部から流入する被測定ガス中の水素ガスを前記正側電極から前記プロトン伝導層を介し前記負側電極に汲み出して外部へ流出するセンサ素子と、
直流電圧を、前記正側電極と前記参照電極との間に発生する電圧を一定にするようにかつ前記正側電極から前記負側電極にかけて限界電流を流すように制御して前記正側電極と前記負側電極との間に印加し、前記限界電流に基づき前記被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出する検出制御手段とを備える水素ガス検出装置において、
前記検出制御手段は、前記直流電圧の制御を、前記正側電極に含有される前記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ前記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧に前記直流電圧を維持するように行うことを特徴とする水素ガス検出装置。
【請求項６】
前記正側電極及び前記負側電極のうち少なくとも前記正側電極に含有される前記触媒材料は、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金で構成されており、
前記検出制御手段は、前記正側電極と前記参照電極との間に発生する電圧を３５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧にて一定にするように、前記直流電圧を制御して前記正側電極と前記負側電極との間に印加することを特徴とする請求項５に記載の水素ガス検出装置。
【請求項７】
前記正側電極及び前記負側電極のうち少なくとも前記正側電極に含有される前記触媒材料は、白金（Ｐｔ）或いはこの白金とイリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）のうちの少なくとも一つとを含む合金で構成されており、
前記検出制御手段は、前記正側電極と前記参照電極との間に発生する電圧を５５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧にて一定にするように、前記直流電圧を制御して前記正側電極と前記負側電極との間に印加することを特徴とする請求項５に記載の水素ガス検出装置。
【請求項８】
前記検出制御手段は、
前記正側電極と前記負側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
基準電圧を可変に発生する可変基準電源と、
前記正側電極と前記参照電極との間に発生する電圧を前記可変基準電源からの基準電圧と比較して、前記正側電極と前記参照電極との間に発生する電圧が前記基準電圧よりも低いときハイレベルにて比較電圧を発生し、前記正側電極と前記参照電極との間に発生する電圧が前記基準電圧よりも高いとき前記比較電圧をローレベルにする比較手段とを備えて、
前記正側電極と前記負側電極との間に前記直流電圧を印加するように前記比較電圧を前記負側電極に印加するようにしたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の水素ガス検出装置。
【請求項９】
水素ガスセンサ及び検出制御手段を備える水素ガス検出装置において、
前記水素ガスセンサは、
流入口部を有する底壁と、流出口部を有する筒状周壁とを有し、この周壁の底端側開口部に前記底壁を設けてなる筒体と、
この筒体内に収容されて前記底壁に着座する一側支持部材と、
この一側支持部材に積層されて触媒材料を含有してなる正側電極、この正側電極に積層されるプロトン伝導層及びこのプロトン伝導層を介し前記正側電極に対向するように前記プロトン伝導層に積層される負側電極を有するセンサ素子と、
前記負側電極を介し前記プロトン伝導層に対向するように前記負側電極に積層される他側支持部材と、
前記筒体内にその先端側開口部から嵌装されて前記他側支持部材を前記負側電極、プロトン伝導層及び正側電極を介し前記底壁上に押圧する押圧部材とを具備して、
前記一側支持部材は、外部から前記筒体の流入口部を通し前記正側電極に水素ガスを導入する拡散律速部を有しており、
前記他側支持部材は、前記拡散律速部より導入されて前記プロトン伝導層を介し前記正側電極から前記負側電極に汲み出される水素ガスを、前記筒体の流出口部を通し外部に流出させる流出口部を有しており、
前記検出制御手段は、直流電圧を、前記正側電極に含有される前記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ前記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内に維持するとともに前記正側電極と前記負側電極との間に発生する電圧を一定にするようにかつ前記正側電極から前記負側電極にかけて限界電流を流すように制御して前記正側電極と前記負側電極との間に印加し、前記限界電流に基づき前記被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出することを特徴とする水素ガス検出装置。
【請求項１０】
前記検出制御手段は、
コンデンサと、
基準電圧を可変に発生する可変基準電源と、
前記基準電圧と前記コンデンサの端子電圧との差を差動増幅して差動増幅電圧を発生する差動増幅手段と、
所定周期にてパルス駆動信号を発生するパルス駆動信号発生手段と、
このパルス駆動信号発生手段から順次発生するパルス駆動信号の一方向へのレベル変化に基づき第１切り替え状態に切り替わるように作動し、前記パルス駆動信号の他方向へのレベル変化に基づき第２切り替え状態に切り替わるように作動する切り替え作動手段とを備えて、
前記差動増幅手段は、前記切り替え作動手段の第１切り替え状態への作動に基づき、前記正側電極と前記負側電極との間に前記差動増幅電圧に応じた電圧を発生させるように前記差動増幅電圧を前記正側電極と前記負側電極との間に前記直流電圧として印加し、
前記コンデンサは、前記切り替え作動手段の第２切り替え状態への作動に基づき、前記正側電極と前記負側電極との間に発生する電圧を印加されて充電或いは放電されるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の水素ガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境や自然保護等に対する社会的要求から、効率の高いクリーンなエネルギー源として、種々の燃料電池の研究が活発に行われている。これらの燃料電池のうち、例えば、低温作動や高出力密度等の利点により、家庭用や車載用のエネルギー源として固体高分子型燃料電池の開発が期待されている。
【０００３】
このような燃料電池においては、燃料ガスとして、天然ガスやメタノール等を改質することで得られる水素ガスが有望視される一方で、より一層効率を向上させるために、改質ガス中の水素の濃度を直接検出し得る検出装置の開発が要請される。
【０００４】
この要請に対する検出装置としては、水素ガスの濃度の高い雰囲気内での検出が必要とされるため、安全性の点で、例えば、１００（℃）と作動温度の低いものが必要とされる。
【０００５】
このような低温作動型の水素ガス検出装置としては、下記特許文献１にて開示されているものがある。
【０００６】
この水素ガス検出装置においては、センサ素子が、拡散律速部から流入する被測定ガス中の水素ガスを正側電極からプロトン伝導層を介し負側電極に汲み出して外部へ流出するように構成されている。ここで、拡散律速部は、被測定ガスの流れ断面積（被測定ガスの拡散抵抗の大きさ）を規制するように構成されている。これにより、プロトン伝導層のプロトンの伝導能力に余裕を与えて、正側電極に含有される触媒材料に対する一酸化炭素ガスの被毒の影響を低減しようとしている。
【特許文献１】特開２００１−２１５２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記水素ガス検出装置では、一酸化炭素の濃度が低ければ、この一酸化炭素の触媒材料に対する被毒が低減され得るとしても、触媒材料が高濃度の一酸化炭素ガス中に長時間晒されると、触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けて、水素ガス検出装置の出力が異常に低下し水素ガスの濃度検出精度を著しく低下させるという不具合を招く。
【０００８】
また、被測定ガス中の水蒸気が解離してプロトンが発生すると、水素ガス検出装置の出力が異常に上昇して水素ガスの濃度検出精度を著しく低下させるという不具合を招く。
【０００９】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、被測定ガス中の水素ガスの濃度の検出にあたり、触媒材料の一酸化炭素による被毒及び被測定ガス中の水蒸気の解離を防止するようにした水素ガス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題の解決にあたり、本発明に係る水素ガス検出装置は、請求項１の記載によれば、  プロトン伝導層（１５０）、このプロトン伝導層の両面の一方に沿い触媒材料を含有するように設けた正側電極（１６０）及びプロトン伝導層の両面の他方に沿い設けた負側電極（１７０）を有し、拡散律速部（１３３）から流入する被測定ガス中の水素ガスを正側電極からプロトン伝導層を介し負側電極に汲み出して外部へ流出するセンサ素子（１２０）と、
正側電極と負側電極との間に正側電極から負側電極にかけて限界電流を流すように直流電圧を印加して、上記限界電流に基づき上記被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出する検出手段（２００）とを備える。
【００１１】
当該水素ガス検出装置において、上記直流電圧は、正側電極に含有される上記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ上記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧に設定されることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、被測定ガス中の水素ガスが上述のようにセンサ素子の内部を流動している状態において、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ上記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧が、検出手段でもって、直流電圧として正側電極と負側電極との間に印加される。
【００１３】
すると、このような直流電圧の印加のもと、被測定ガス中の水素ガスが正側電極上にて解離或いは分解若しくは反応してプロトンを生成する。これに伴い、プロトンはプロトン伝導層の伝導作用のもと正側電極から負側電極に汲み出される。このため、正側電極上の水素ガスの濃度が低下して、一酸化炭素のシフト反応が、次の反応式（１）に基づき進む。
【００１４】
ＣＯ＋２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2＋ＣＯ2  ・・・（１）
このような一酸化炭素のシフト反応により、一酸化炭素の濃度が高くても、正側電極に含有される触媒材料の一酸化炭素による被毒が起こりにくくなる。
【００１５】
また、正側電極と負側電極との間に印加される直流電圧が高いために正側電極上の水素ガスの濃度が下がり過ぎると、被測定ガス中の水蒸気の解離反応が、次の反応式（２）に基づき発生する。
【００１６】
２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2＋Ｏ2  ・・・（２）
この水蒸気の解離反応に伴い正側電極上にてプロトンが発生するため、正側電極上において見かけ上水素ガスの濃度が上昇して出力が異常に増大する。
【００１７】
しかし、上述のように、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ上記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧を、正側電極と負側電極との間に直流電圧として印加することで、触媒材料が長時間に亘り高濃度の一酸化炭素に晒されても、当該一酸化炭素による被毒及び水蒸気の解離を防止しつつ、被測定ガス中の水素ガスの濃度を高い精度にて長期に亘り検出し得る。
【００１８】
従って、本発明は、請求項１の記載によれば、固体高分子型燃料電池の燃料ガス中の水素ガスの濃度を、一酸化炭素による被毒や水蒸気の解離の影響を受けることなく、精度よく検出し得る。
【００１９】
また、本発明に係る水素ガス検出装置は、請求項２の記載によれば、水素ガスセンサ（１０００）及び検出手段（２００）を備える。この水素ガス検出装置において、
水素ガスセンサは、
流入口部（１１１１）を有する底壁（１１１０）と、流出口部（１１２１）を有する筒状周壁（１１２０）とを有し、この周壁の底端側開口部に上記底壁を設けてなる筒体（１１００）と、
この筒体内に収容されて上記底壁に着座する一側支持部材（１２００）と、
この一側支持部材に積層されて触媒材料を含有してなる正側電極（１４２０）、この正側電極に積層されるプロトン伝導層（１４１０）及びこのプロトン伝導層を介し正側電極に対向するようにプロトン伝導層に積層される負側電極（１４３０）を有するセンサ素子（１４００）と、
負側電極を介しプロトン伝導層に対向するように負側電極に積層される他側支持部材（１３００）と、
筒体内にその先端側開口部から嵌装されて他側支持部材を負側電極、プロトン伝導層及び正側電極を介し上記底壁上に押圧する押圧部材（１５００）とを具備して、
一側支持部材は、外部から筒体の流入口部を通し正側電極に水素ガスを導入する拡散律速部（１２８０）を有しており、
他側支持部材は、拡散律速部より導入されてプロトン伝導層を介し正側電極から負側電極に汲み出される水素ガスを、筒体の流出口部を通し外部に流出させる流出口部（１３２１）を有しており、
検出手段は、正側電極に含有される上記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の直流電圧を、正側電極と負側電極との間に正側電極から負側電極にかけて限界電流を流すように印加して、当該限界電流に基づき被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出することを特徴とする。
【００２０】
このような構成を有する水素ガスセンサを採用することで、センサ素子を両支持部材で安定的に挟持しつつ、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達成し得る。
【００２１】
また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１或いは２に記載の水素ガス検出装置において、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料は、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金で構成されており、上記直流電圧は、４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧に設定されることを特徴とする。
【００２２】
このように、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料を、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金で構成し、正側電極と負側電極との間への印加電圧を４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧に設定することで、請求項１或いは２に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【００２３】
ここで、上記直流電圧の範囲の下限電圧を４００（ｍＶ）としたのは、当該直流電圧が４００（ｍＶ）よりも低くなると、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素により被毒されるためである。また、上記直流電圧の範囲の上限電圧を１２００（ｍＶ）としたのは、当該直流電圧が１２００（ｍＶ）よりも高くなると、被測定ガス中の水蒸気が解離するためである。
【００２４】
また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項１或いは２に記載の水素ガス検出装置において、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料は、白金（Ｐｔ）或いはこの白金とイリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）のうちの少なくとも一つとを含む合金で構成されており、上記直流電圧は、６００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧に設定されることを特徴とする。
【００２５】
このように、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料を、白金或いはこの白金とイリジウム、ロジウム、パラジウム、金及び銀のうちの少なくとも一つとを含む合金で構成し、正側電極と負側電極との間への印加電圧を６００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧に設定することで、請求項１或いは２に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【００２６】
ここで、上記直流電圧の範囲の下限電圧を６００（ｍＶ）としたのは、当該直流電圧が６００（ｍＶ）よりも低くなると、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素により被毒されるためである。また、上記直流電圧の範囲の上限電圧を１２００（ｍＶ）としたのは、当該直流電圧が１２００（ｍＶ）よりも高くなると、被測定ガス中の水蒸気が解離するためである。また、上記直流電圧の範囲の下限電圧が６００（ｍＶ）と請求項３に記載の下限電圧４００（ｍＶ）よりも高いのは、白金が白金−ルテニウム合金に比べて低い触媒活性を有するためである。
【００２７】
また、本発明に係る水素ガス検出装置は、請求項５の記載によれば、
プロトン伝導層（１５０）、このプロトン伝導層の正側面に沿い触媒材料を含有するように設けた正側電極（１６０）、プロトン伝導層の負側面に沿い互いに間隔をおいて設けた負側電極（１７０）及び参照電極（１８２）を有し、拡散律速部（１３３）から流入する被測定ガス中の水素ガスを正側電極からプロトン伝導層を介し負側電極に汲み出して外部へ流出するセンサ素子（１２０）と、
直流電圧を、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を一定にするようにかつ正側電極から負側電極にかけて限界電流を流すように制御して、正側電極と負側電極との間に印加し、上記限界電流に基づき被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出する検出制御手段（４００）とを備える。
【００２８】
当該水素ガス検出装置において、検出制御手段は、上記直流電圧の制御を、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧に上記直流電圧を維持するように行うことを特徴とする。
【００２９】
これによれば、被測定ガス中の水素ガスが上述のようにセンサ素子の内部を流動している状態において、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ上記被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧が、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を一定にするようにかつ正側電極から負側電極にかけて限界電流を流すように、直流電圧として正側電極と負側電極との間に印加される。
【００３０】
しかして、上記反応式（１）に基づく一酸化炭素のシフト反応を発生させるとともに上記反応式（２）に基づく水蒸気の解離反応を制御するように、上述のような直流電圧を正側電極と負側電極との間に印加することで、水素ガスが高濃度の一酸化炭素に長時間に亘り晒されても、当該一酸化炭素による被毒及び水蒸気の解離を防止しつつ、被測定ガス中の水素ガスの濃度を高い精度にて長期に亘り検出し得る。
【００３１】
また、本発明は、請求項６の記載によれば、請求項５に記載の水素ガス検出装置において、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料は、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金で構成されており、
検出制御手段は、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を３５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧にて一定にするように、上記直流電圧を制御して正側電極と負側電極との間に印加することを特徴とする。
【００３２】
このように、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料を、白金−ルテニウム合金で構成し、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を３５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧にて一定にするように、上記直流電圧を制御して正側電極と負側電極との間に印加することで、請求項３に記載の発明と実質的に同様の作用効果を達成し得る。
【００３３】
ここで、上述のように正側電極と参照電極との間に発生する電圧の範囲の下限電圧を３５０（ｍＶ）としたのは、正側電極と参照電極との間に発生する電圧が３５０（ｍＶ）よりも低くなると、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素により被毒されるためである。また、上述のように正側電極と参照電極との間に発生する電圧の範囲の上限電圧を１１５０（ｍＶ）としたのは、正側電極と参照電極との間に発生する電圧が１１５０（ｍＶ）よりも高くなると、被測定ガス中の水蒸気が解離するためである。
【００３４】
また、本発明は、請求項７の記載によれば、請求項５に記載の水素ガス検出装置において、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料は、白金（Ｐｔ）或いはこの白金とイリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）のうちの少なくとも一つとを含む合金で構成されており、
検出制御手段は、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を５５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧にて一定にするように、上記直流電圧を制御して正側電極と負側電極との間に印加することを特徴とする。
【００３５】
このように、正側電極及び負側電極のうち少なくとも正側電極に含有される触媒材料を、白金或いはこの白金とイリジウム、ロジウム、パラジウム、金及び銀のうちの少なくとも一つとを含む合金で構成し、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を５５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧にて一定にするように、上記直流電圧を制御して正側電極と負側電極との間に印加することで、請求項４に記載の発明と実質的に同様の作用効果を達成し得る。
【００３６】
ここで、上述のように正側電極と参照電極との間に発生する電圧の範囲の下限電圧を５５０（ｍＶ）としたのは、正側電極と参照電極との間に発生する電圧が５５０（ｍＶ）よりも低くなると、正側電極に含有される触媒材料が一酸化炭素により被毒されるためである。
【００３７】
また、上述のように正側電極と参照電極との間に発生する電圧の範囲の上限電圧を１１５０（ｍＶ）としたのは、正側電極と参照電極との間に発生する電圧が１１５０（ｍＶ）よりも高くなると、被測定ガス中の水蒸気が解離するためである。
【００３８】
また、上述のように正側電極と参照電極との間に発生する電圧の範囲の下限電圧が５５０（ｍＶ）と請求項６に記載の下限電圧３５０（ｍＶ）よりも高いのは、白金が白金−ルテニウム合金に比べて低い触媒活性を有するためである。
【００３９】
また、本発明は、請求項８の記載によれば、請求項５〜７のいずれか一つに記載の水素ガス検出装置において、検出制御手段は、
正側電極と負側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段（４４０、４６０）と、
基準電圧を可変に発生する可変基準電源（４２０）と、
正側電極と参照電極との間に発生する電圧を可変基準電源からの基準電圧と比較して、正側電極と参照電極との間に発生する電圧が上記基準電圧よりも低いときハイレベルにて比較電圧を発生し、正側電極と参照電極との間に発生する電圧が上記基準電圧よりも高いとき上記比較電圧をローレベルにする比較手段（４３０）とを備えて、
正側電極と負側電極との間に上記直流電圧を印加するように上記比較電圧を負側電極に印加するようにしたことを特徴とする。
【００４０】
このように検出制御手段を構成することで、上記比較電圧は、正側電極上の水素ガスの濃度を一定に制御するように、即ち、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を一定に制御するように、比較電圧を負側電極に制御電圧として印加される。
【００４１】
換言すれば、正側電極と参照電極との間に発生する電圧を一定の電圧に制御するように、上記比較電圧を、正側電極上における被測定ガス中の水素ガスの濃度の増大或いは減少に応じ制御して負側電極に印加することで、正側電極上の水素の濃度を一定に維持する。その結果、請求項５〜７のいずれか一つに記載の発明と同様の作用効果を達成し得る。
【００４２】
また、本発明に係る水素ガス検出装置は、請求項９の記載によれば、水素ガスセンサ（１０００）及び検出制御手段（２０００）を備える。当該水素ガス検出装置において、
水素ガスセンサは、
流入口部（１１１１）を有する底壁（１１１０）と、流出口部（１１２１）を有する筒状周壁（１１２０）とを有し、この周壁の底端側開口部に上記底壁を設けてなる筒体（１１００）と、
この筒体内に収容されて前記底壁に着座する一側支持部材（１２００）と、
この一側支持部材に積層されて触媒材料を含有してなる正側電極（１４２０）、この正側電極に積層される板状プロトン伝導層（１４１０）及びこのプロトン伝導層を介し正側電極に対向するようにプロトン伝導層に積層される負側電極（１４３０）を有するセンサ素子（１４００）と、
負側電極を介しプロトン伝導層に対向するように負側電極に積層される他側支持部材（１３００）と、
筒体内にその先端側開口部から嵌装されて他側支持部材を負側電極、プロトン伝導層及び正側電極を介し上記底壁上に押圧する押圧部材（１５００）とを具備して、
一側支持部材は、外部から筒体の流入口部を通し正側電極に水素ガスを導入する拡散律速部（１２８０）を有しており、
他側支持部材は、拡散律速部より導入されてプロトン伝導層を介し正側電極から負側電極に汲み出される水素ガスを、筒体の流出口部を通し外部に流出させる流出口部（１３２１）を有している。
【００４３】
また、検出制御手段は、直流電圧を、正側電極に含有される上記触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内に維持するとともに正側電極と負側電極との間に発生する電圧を一定にするようにかつ正側電極から負側電極にかけて限界電流を流すように制御して正側電極と負側電極との間に印加し、上記限界電流に基づき被測定ガス中の水素ガスの濃度を検出することを特徴とする。
【００４４】
これによっても、センサ素子を両支持部材で安定的に挟持しつつ、請求項５に記載の発明と実質的に同様の作用効果が達成され得る。
【００４５】
また、本発明は、請求項１０の記載によれば、請求項９に記載の水素ガス検出装置において、検出制御手段は、コンデンサ（２０６０）と、
基準電圧を可変に発生する可変基準電源（２０７０）と、
上記基準電圧とコンデンサの端子電圧との差を差動増幅して差動増幅電圧を発生する差動増幅手段（２０５０）と、
所定周期にてパルス駆動信号を発生するパルス駆動信号発生手段（２０１０）と、
このパルス駆動信号発生手段から順次発生するパルス駆動信号の一方向へのレベル変化に基づき第１切り替え状態に切り替わるように作動し、上記パルス駆動信号の他方向へのレベル変化に基づき第２切り替え状態に切り替わるように作動する切り替え作動手段（２０２０）とを備えて、
差動増幅手段は、切り替え作動手段の第１切り替え状態への作動に基づき、正側電極と負側電極との間に上記差動増幅電圧に応じた電圧を発生させるように当該差動増幅電圧を正側電極と負側電極との間に上記直流電圧として印加し、
コンデンサは、切り替え作動手段の第２切り替え状態への作動に基づき、正側電極と負側電極との間に発生する電圧を印加されて充電或いは放電されるようにしたことを特徴とする。
【００４６】
これによれば、コンデンサの充放電に伴い当該コンデンサの端子電圧が上記基準電圧に近づくにつれて差動増幅手段からの差動増幅電圧が減少する。従って、正側電極上の水素の濃度が一定になるように制御される。その結果、限界電流に基づく水素の濃度の検出が精度よくなされ得る。
【００４７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の各実施形態を図面により説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る水素ガス検出装置の第１実施形態を示す。この水素ガス検出装置は、水素ガスセンサ１００及び検出回路２００を備えている。水素ガスセンサ１００は、円筒状筒体１１０と、この筒体１１０に円柱状樹脂部材１１１を介し支持したセンサ素子１２０とを備えている。樹脂部材１１１は、筒体１１０の中空部内に、電気絶縁性合成樹脂でもってモールド成型により同軸的に形成されている。
【００４９】
センサ素子１２０は、図１及び図２にて示すごとく、長方形板状の両側支持部材１３０、１４０を備えている。これら各支持部材１３０、１４０は、その各上端部１３１、１４１にて、樹脂部材１１１の下端部に埋設されて支持されており、当該各支持部材１３０、１４０は、その各上端部１３１、１４１から互いに対向するように並行に下方へ円筒状フィルタ１９０（後述する）内に向け長手状に延出している。なお、各支持部材１３０、１４０の上端部１３１、１４１は、樹脂部材１１１のモールド成型の際に当該樹脂部材１１１の下部に埋設されている。
【００５０】
各支持部材１３０、１４０は、アルミナ等のセラミック材料でもって形成されており、支持部材１３０の支持部材１４０との対向面には、凹所１３２が、図２にて示すごとくプロトン伝導層１５０に向け開口するように形成されている。また、当該支持部材１３０は、被測定ガスの流入孔部として拡散律速孔部１３３を備えており、この拡散律速孔部１３３は、図２にて示すごとく、支持部材１３０のうち凹所１３２の上壁に対応する部位（以下、上壁部位１３４ともいう）にその厚さ方向に貫通状に形成されて、凹所１３２内に開口している。
【００５１】
この拡散律速孔部１３３は、プロトン伝導層１５０（後述する）によるプロトンの伝導能力に余裕を与えるように被測定ガスの拡散抵抗を大きくする役割を果たす。本第１実施形態では、拡散律速孔部１３３は、凹所１３２の上壁部位１３４に内径６０（μｍ）の貫通孔部をレーザ加工で形成することで形成されている。なお、上壁部位１３４の内面には、正側電極用電極端子（図示しない）が膜状に印刷形成されている。
【００５２】
一方、支持部材１４０は、凹所１４２を備えており、この凹所１４２は、支持部材１４０の支持部材１３０との対向面にて、図２にて示すごとく凹所１３２に対向して位置しプロトン伝導層１５０に向け開口するように形成されている。また、当該支持部材１４０は、流出口部１４３を備えており、この流出口部１４３は、支持部材１４０のうち凹所１４２の上壁に対応する部位（以下、上壁部位１４５ともいう）に図２にて示すごとくその厚さ方向に貫通状に形成されて、凹所１４２内に開口している。なお、上壁部位１４５の内面には、負側電極用電極端子（図示しない）が膜状に印刷形成されている。
【００５３】
また、水素ガスセンサ１００は、図１及び図２にて示すごとく、プロトン伝導層１５０を備えており、このプロトン伝導層１５０は、両支持部材１３０、１４０によりその各長手方向中間部位の間にて挟持されている。このプロトン伝導層１５０は、高分子電解質により形成されて、後述する正側電極１６０からのプロトンを負側電極１７０に伝導する。本第１実施形態では、当該高分子電解質として、フッ素系樹脂、例えば、デュポン社製で登録商標「Nafion117」で指定されているものが採用されている。
【００５４】
また、当該水素ガスセンサ１００は、図２にて示すごとく、上述した正負両側の電極１６０、１７０及び多孔質性板状拡散部材１８０を備えている。正側電極１６０は、拡散部材１８０と共に、支持部材１３０の凹所１３２内にて、上壁部位１３４とプロトン伝導層１５０との間に挟持されている。
【００５５】
ここで、正側電極１６０は、その裏面にて、プロトン伝導層１５０の正側面に当接しており、当該正側電極１６０の表面は、拡散部材１８０の裏面に当接している。また、拡散部材１８０は、その表面にて、凹所１３２の上壁部位１３４の内面に当接している。これにより、当該拡散部材１８０は、正側電極１６０をプロトン伝導層１５０に押圧して当該正側電極１６０のプロトン伝導層１５０に対する機械的支持接触強度を高めるとともに、当該正側電極１６０を介しプロトン伝導層１５０に電気的に接続されている。
【００５６】
本第１実施形態では、拡散部材１８０は、導電性多孔質材料、例えば、白金メッキを施したチタン製メッシュで形成されている。これにより、拡散部材１８０は、拡散律速孔部１３３から導入される水素ガスを拡散させて正側電極１６０に案内するとともに、凹所１３２における上壁部位１３４の上記正側電極用電極端子を正側電極１６０に電気的に接続する。なお、拡散部材１８０は、その表面の一部にて、凹所１３２の上壁部位１３４の上記正側電極用電極端子に電気的に接続されている。
【００５７】
負側電極１７０は、その裏面にて、プロトン伝導層１５０の負側面に当接しており、当該負側電極１７０の表面は、支持部材１４０の凹所１４２内にて、上壁部位１４５の内面に当接している。これにより、負側電極１７０は、プロトン伝導層１５０と凹所１４２の上壁部位１４５との間に挟持されて、プロトン伝導層１５０に電気的に接続されている。なお、負側電極１７０は、その表面の一部にて、凹所１４２における上壁部位１４５の上記負側電極用電極端子に電気的に接続されている。
【００５８】
本第１実施形態においては、正側電極１６０及び負側電極１７０は、触媒材料としての白金（Ｐｔ）を有効に活用して、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料で形成されている。具体的には、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混練してなるペーストをプロトン伝導層１５０の正側及び負側の各面に沿い塗布した後乾燥して正側電極１６０及び負側電極１７０として形成する。
【００５９】
また、本第１実施形態において、検出回路２００への接続のための配線構成は次のようになっている。即ち、正側リード線１８１は、図２にて示すごとく、その一端にて、凹所１３２における上壁部位１３４の上記正側電極用電極端子に電気的に接続されており、この正側リード線１８１は、その一端から支持部材１３０の内部及び樹脂部材１１１の内部を通り外方へ延出している。一方、負側リード線１７１は、その一端にて、凹所１４２における上壁部位１４５の上記負側電極用電極端子に接続されており、この負側リード線１７１は、その一端から支持部材１４０の内部及び樹脂部材１１１の内部を通り外方へ延出している。
【００６０】
また、当該水素ガスセンサ１００は、図１にて示すごとく、円筒状フィルタ１９０を備えている。このフィルタ１９０は、その周壁１９１の開口端部１９２にて、筒体１１０の小径雄ねじ部１１２の下端開口部に同軸的に装着されており、このフィルタ１９０は、筒体１１０からのセンサ素子１２０の延出部を包囲している。当該フィルタ１９０は、被測定ガスに対する撥水性及び透過性を兼ね備えたフィルタ材料でもって形成されており、このフィルタ１９０は、外部からの被測定ガスに付随する水滴を排除してセンサ素子１２０の上記延出部に向け透過させる。
【００６１】
検出回路２００は、図１にて示すごとく、操作スイッチ２１０及び可変直流電源２２０を備えており、可変直流電源２２０は直流電圧を発生する。この直流電圧は、可変直流電源２２０の電圧調整により変化する。ここで、当該可変直流電源２２０は、その正側端子にて、直流電流計２３０、リード線１８１及び拡散部材１８０を介し正側電極１６０に接続されており、この可変直流電源２２０の負側端子は、操作スイッチ２１０及びリード線１７１を介し負側電極１７０に接続されている。
【００６２】
このように構成した本第１実施形態において、当該水素ガス検出装置による水素ガスの検出例について説明する。水素ガスセンサ１００を、図３にて示すごとく、ガス配管３００に取り付ける。即ち、筒体１１０を、その小径雄ねじ部１１２にて、ガス配管３００の周壁に形成した雌ねじ孔部３１０に締着する。これにより、当該水素ガスセンサ１００は、フィルタ１９０にて、ガス配管３００内の被測定ガスの流れ（図３にて矢印３２０参照）の中に晒される。
【００６３】
このとき、ガス配管３００内において、水素ガスセンサ１００は、拡散律速孔部１３３にて、被測定ガスの流れ３２０の上流側に向け開口し、一方、流出口部１４３にて、被測定ガスの流れ３２０の下流側に向け開口している。
【００６４】
このような状態において、被測定ガスが、図３にて図示方向（矢印３２０参照）に流れると、当該被測定ガスはフィルタ１９０を透過して当該フィルタ１９０内に流入する。この流入の際、被測定ガスに付随する水滴はフィルタ１９０の撥水作用により排除される。しかして、このように水滴を排除された被測定ガスが、センサ素子１２０の拡散律速孔部１３３を通り支持部材１３０の凹所１３２内に流入すると、この流入被測定ガス中の水素ガスは、拡散部材１８０により拡散されて、正側電極１６０からプロトン伝導層１５０を介し負側電極１７０に汲み出されて流出口部１４３から流出する。
【００６５】
このような状態において、操作スイッチ２１０をオンすると、可変直流電源２２０が、その電圧調整に応じた直流電圧を、直流電流計２３０及び操作スイッチ２１０を介し、センサ素子１２０の正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加する。
【００６６】
すると、このような直流電圧の印加でもって、上述のように支持部材１３０の凹所１３２内に流入する被測定ガス中の水素ガスが、正側電極１６０上において、当該正側電極１６０の電極材料に含まれる触媒材料である白金の触媒作用のもと解離、分解或いは反応してプロトンを生成する。このように生成されたプロトンは、プロトン伝導層１５０の伝導作用により正側電極１６０から負側電極１７０に汲み出されて、再び、水素ガスとなり、支持部材１４０の流出口部１４３から水素ガスセンサ１００の外部へ流出する。
【００６７】
このような過程において、上述のように正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加される直流電圧が、所定の電圧範囲（後述する）以内の電圧に可変直流電源２２０の電圧調整でもって設定されていると、正側電極１６０から負側電極１７０へ流れる電流は、いわゆる限界電流となり、水素ガスの濃度に比例する。従って、この限界電流を直流電流計２３０でもって計測することで、水素ガスの濃度を精度よく検出できる。
【００６８】
本第１実施形態における測定例
ちなみに、本第１実施形態について、被測定ガス中における一酸化炭素（ＣＯ）の含有の有無による電流−電圧特性の相違につき測定してみた。この測定にあたり、測定条件は次の通りとした。
【００６９】
被測定ガス組成は、５０（％）の水素（Ｈ2）、２０（％）の水（Ｈ2Ｏ）、０（％）或いは２．５（％）の一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素（Ｎ2）とした。
【００７０】
また、被測定ガスの温度は、８０（℃）とし、被測定ガスの流量は、１０（リットル／分）とし、正負両側電極１６０、１７０間への印加電圧（可変直流電源２２０の直流電圧）は、０（ｍＶ）〜１７００（ｍＶ）の範囲以内の電圧とした。
【００７１】
当該測定条件に基づき、被測定ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を０（％）とした場合と２．５（％）とした場合において、正側電極１６０から負側電極１７０に流れる直流電流を、正側電極１６０と負側電極１７０との間への印加電圧（可変直流電源２２０の直流電圧）を変えて測定した。この測定によれば、図４にて示す結果が得られた。
【００７２】
図４において、グラフ２４１は、被測定ガス中の一酸化炭素を０（％）とした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフ２４１によれば、正側電極１６０から負側電極１７０に流れる直流電流は、０（ｍＶ）〜１００（ｍＶ）の範囲の印加電圧に対しては、急激に増大し、この増大度合いは、１００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の印加電圧に対しては減少する（図４において各矢印２４３、２４４にて示す範囲参照）。
【００７３】
また、グラフ２４１によれば、当該直流電流は、１２００（ｍＶ）よりも高い印加電圧に対しては、この印加電圧の上昇に伴い急激に増大する（図４において矢印２４５にて示す範囲参照）。これは、１２００（ｍＶ）よりも高い印加電圧では、被測定ガス中の水蒸気が解離するためである。
【００７４】
従って、当該印加電圧が１００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内にある場合の直流電流が、いわゆる限界電流に相当し、被測定ガス中の水素ガスの濃度に比例する。
【００７５】
また、図４において、グラフ２４２は、被測定ガス中の一酸化炭素を２．５（％）とした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフによれば、正側電極１６０から負側電極１７０に流れる直流電流は、印加電圧４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内及び１２００（ｍＶ）よりも高い範囲では、グラフ２４１の場合と同様の変化を示すことが分かる。
【００７６】
また、グラフ２４２によれば、当該直流電流は、印加電圧０（ｍＶ）〜１００（ｍＶ）の範囲では、グラフ２４１の場合において得られる直流電流よりも小さくなり、印加電圧１００（ｍＶ）〜４００（ｍＶ）の範囲では、グラフ２４１の場合とは異なり、印加電圧の上昇に伴い増大する傾向をもつことが分かる。従って、印加電圧０（ｍＶ）〜４００（ｍＶ）の範囲では、直流電流は限界電流にはならない。これは、被測定ガス中の一酸化炭素を２．５（％）とした場合には、正側電極１６０の電極材料中の白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金が触媒として一酸化炭素により被毒されるためである。
【００７７】
以上より、上記測定例から分かるように、４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の直流電圧が、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じない範囲以内の印加電圧である。換言すれば、当該４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の直流電圧が、上記直流電流を限界電流に維持し得る範囲、即ち上記所定の電圧範囲以内の印加電圧である。従って、このような印加電圧の範囲以内の直流電圧となるように両電極１６０、１７０の間への印加電圧が可変直流電源２２０の電圧調整で設定されていれば、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生ずることなく、被測定ガス中の水素ガスの濃度を精度よく検出し得る。
【００７８】
これにより、当該水素ガス検出装置は、被測定ガス中に一酸化炭素及び水蒸気を含む雰囲気において水素ガスの濃度を検出するのに適用できる。また、当該水素ガス検出装置は、燃料電池の燃料ガスに含まれる水素ガスの濃度を検出するのに適用できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明すると、この第２実施形態においては、上記第１実施形態にて述べた水素ガス検出装置のセンサ素子１２０において、両電極１６０、１７０が、上記第１実施形態における白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料に代えて、白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。
【００７９】
具体的には、白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混練してなるペーストをプロトン伝導層１５０の正側及び負側の各面に沿い塗布した後乾燥して正側電極１６０及び負側電極１７０として形成する。その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００８０】
本第２実施形態の測定例
このように構成した本第２実施形態において、上記第１実施形態にて述べたと同様に、被測定ガス中における一酸化炭素（ＣＯ）の含有の有無による電流−電圧特性の相違につき測定してみた。この測定にあたり、測定条件は、上記第１実施形態にて述べたと同様の測定条件とした。この測定によれば、図５にて示す結果が得られた。
【００８１】
図５において、グラフ２５１は、被測定ガス中の一酸化炭素を０（％）とした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフ２５１によれば、正側電極１６０から負側電極１７０に流れる直流電流は、図５にて各矢印２５３〜２５５により示す範囲の通り、印加電圧の変化に対し、図４のグラフ２４１と実質的に同様に変化することが分かる。
【００８２】
従って、上記第１実施形態の場合と同様に、印加電圧が１００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内にある場合の直流電流が、いわゆる限界電流に相当し、水素ガスの濃度に比例する。
【００８３】
また、図５において、グラフ２５２は、被測定ガス中の一酸化炭素を２．５（％）とした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフによれば、上記直流電流は、印加電圧６００（ｍＶ）以上の範囲では、グラフ２５１の場合とほぼ同様に変化する。しかし、当該直流電流は、印加電圧約０（ｍＶ）〜６００（ｍＶ）の範囲では、印加電圧の上昇に伴い増大する傾向をもつことが分かる。従って、印加電圧０（ｍＶ）〜６００（ｍＶ）の範囲では、直流電流は限界電流にはならない。これは、白金が白金−ルテニウム合金に比べて低い触媒活性を有するためである。
【００８４】
以上より、本第２実施形態においては、その上記測定例から分かるように、６００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧が、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じない範囲以内の印加電圧である。即ち、当該６００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲以内の電圧が、上記直流電流を限界電流に維持し得る範囲、即ち上記所定の電圧範囲以内の印加電圧である。
【００８５】
従って、本第２実施形態では、このような印加電圧の範囲以内の直流電圧となるように両電極１６０、１７０の間への印加電圧が可変直流電源２２０の電圧調整で設定されていれば、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じることがなく、被測定ガス中の水素ガスの濃度を精度よく検出し得る。その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図６〜図９は、本発明に係る水素ガス検出装置の第３実施形態を示している。この第３実施形態においては、上記第１実施形態にて述べた水素ガスセンサ１００及び検出回路２００（図１参照）に代えて、図６にて示すような構成の水素ガスセンサ（以下、水素ガスセンサ１００という）及び検出制御回路４００が採用されている。
【００８６】
本第３実施形態における水素ガスセンサ１００は、上記第１実施形態にて述べたセンサ素子１２０（図２参照）に代えて、図７にて示すような構成のセンサ素子（以下、センサ素子１２０という）を採用している。
【００８７】
この図７のセンサ素子１２０は、上記第１実施形態にて述べた支持部材１４０において、凹所１４２に代えて、両凹所１４６、１４７及び隔壁１４８を、図７にて示すごとく形成した構成となっている。両凹所１４６、１４７は、プロトン伝導層１５０との対向面にて、図７にて示すごとく凹所１３２に対向して位置し当該プロトン伝導層１５０に向け開口するように形成されている。
【００８８】
隔壁１４８は、図７にて示すごとく両凹所１４６、１４７を相互に隔離するように支持部材１４０に形成されており、この隔壁１４８の高さは、両凹所１４６、１４７の各深さよりも幾分低くなっている。これにより、狭隙通路１４９が、隔壁１４８の先端部とこれに対するプロトン伝導層１５０の対応部との間に形成されて、両凹所１４６、１４７を相互に連通させる。
【００８９】
なお、上壁部位１４５の内面のうち凹所１４６に対する対応部位には、上記第１実施形態にて述べた負側電極用電極端子が設けられている。また、上壁部位１４５の内面のうち凹所１４７に対する対応部位には、参照電極用電極端子（図示しない）が膜状に印刷形成されている。
【００９０】
図７のセンサ素子１２０は、上記第１実施形態にて述べた正側電極１６０及び負側電極１７０に加えて、参照電極１８２を備えている。この参照電極１８２は、上記第１実施形態にて述べた正側電極１６０及び負側電極１７０と同様の電極材料、即ち、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。
【００９１】
当該参照電極１８２は、支持部材１４０の凹所１４７内にて、プロトン伝導層１５０と支持部材１４０における上壁部位１４５との間に挟持されて、プロトン伝導層１５０に沿い当接して電気的に接続されている。また、当該参照電極１８２は、支持部材１４０の上記参照用電極及びリード線１８３を介し検出制御回路４００に接続されている。
【００９２】
なお、本第３実施形態では、参照電極１８２は、被測定ガス中の水素ガスの濃度の変化による影響を少なくするように形成されている。また、リード線１８３は、上記参照電極用電極から支持部材１４０の内部を通り外方に延出している。また、負側電極１７０は、凹所１４６内に上記第１実施形態にて述べたと同様に設けられている。
【００９３】
検出制御回路４００は、図６にて示すごとく、演算増幅器からなるバッファ４１０と、可変基準電源４２０と、比較器４３０とを備えている。バッファ４１０は、その正側入力端子にて、抵抗４１１を介し接地されるとともに、センサ素子１２０のリード線１８３を介し参照電極１８２に接続されている。これにより、このバッファ４１０は、正側電極１６０と参照電極１８２との間にかかる電圧を安定的にバッファ電圧として出力する。
【００９４】
可変基準電源４２０は直流の基準電圧を発生するが、この基準電圧は、可変基準電源４２０の電圧調整に応じて変化する。本第３実施形態において、当該基準電圧は、正側電極１６０上の水素ガスの濃度を規制する直流電圧である。
【００９５】
比較器４３０は、バッファ４１０のバッファ電圧を可変基準電源４２０の基準電圧と比較する。そして、上記バッファ電圧が上記基準電圧よりも低いとき、比較器４３０は、ハイレベルの比較電圧を発生しリード線１７１を通して負側電極１７０に出力する。また、上記バッファ電圧が上記基準電圧よりも高いとき、比較器４３０は上記比較電圧をローレベルにする。
【００９６】
また、当該検出制御回路４００は、操作スイッチ４４０を備えており、この操作スイッチ４４０は、その一端にて、直流電源４６０の正側端子に接続されている。また、当該操作スイッチ４４０の他端は、直流電流計４５０及びリード線１８１を通りセンサ素子１２０の正側電極１６０に接続されている。直流電源４６０は、所定の直流電圧を発生する。ここで、当該所定の直流電圧は、正側電極１６０上にて水素ガスからプロトンを十分に生成するに要する電圧に設定されている。
【００９７】
しかして、操作スイッチ４４０は、そのオンにより、直流電源４６０の直流電圧を直流電流計４５０及びリード線１８１を介し正側電極１６０に印加する。従って、上述のように比較器４３０がハイレベルの比較電圧を出力するとき、正側電極１６０と負側電極１７０との間には、直流電源４６０の直流電圧と比較器４３０からのハイレベルの比較電圧との差電圧が印加されることとなる。また、上述のように比較器４３０の比較電圧がローレベルになると、正側電極１６０と負側電極１７０との間には、直流電源４６０の直流電圧が印加されることとなる。なお、操作スイッチ４４０は、そのオフにより、直流電源４６０から正側電極１６０を遮断する。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００９８】
このように構成した本第３実施形態において、当該水素ガス検出装置による水素ガスの濃度の検出にあたり、水素ガスセンサ１００を、上記第１実施形態と同様に、ガス配管３００に取り付ける（図３及び図８参照）。このような状態にて被測定ガスが図８にて図示矢印３２０方向に流れると、当該被測定ガスは、上記第１実施形態と同様にフィルタ１９０を透過してセンサ素子１２０の拡散律速孔部１３３を通り凹所１３２内に流入する。このように流入する被測定ガス中の水素ガスは、拡散部材１８０により拡散されて、正側電極１６０からプロトン伝導層１５０を介し負側電極１７０に汲み出されて流出口部１４３から流出する。
【００９９】
上述のように被測定ガスが拡散律速孔部１３３を通り正側電極１６０上に到達したとき、正側電極１６０と参照電極１８２との間には、起電力が、これら正側電極１６０及び参照電極１８２上の水素ガスの濃度差に応じて、プロトン伝導層１５０を介し発生する。
【０１００】
このとき、一定の微少電流を、正側電極１６０から参照電極１８２にプロトン導電層１５０を介し流すと、水素ガスが凹所１４７内に流入する。当該凹所１４７は、漏出抵抗部として機能する狭隙通路１４９を介し凹所１４６と連通しているため、当該凹所１４７内には、ほぼ一定の濃度の水素ガスが溜まる。このため、参照電極１８２上における水素ガスの濃度が安定化する。このことは、参照電極１８２が自己生成基準電極として機能することを意味する。
【０１０１】
このような状態において、操作スイッチ４４０をオンすると、センサ素子１２０の正側電極１６０が、直流電流計４５０及び操作スイッチ４４０を通して直流電源４６０の正側端子に接続される。これに伴い、直流電源４６０の所定の直流電圧が、操作スイッチ４４０及び直流電流計４５０を介して正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加される。
【０１０２】
このように直流電源４６０の直流電圧が、正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加されると、当該直流電圧は上述のように正側電極１６０上にて水素ガスからプロトンを十分に生成するに要する電圧に設定されているため、被測定ガス中の水素ガスが解離或いは分解若しくは反応してプロトンを生成する。すると、このように生成されるプロトンが、プロトン伝導層１５０を介し、負側電極１７０に汲み出され、再び、水素ガスとなって、支持部材１４０の流出口部１４３を通り流出する。
【０１０３】
以上のような過程において、正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧が当該参照電極１８２からバッファ４１０に出力されると、このバッファ４１０は、バッファ電圧を比較器４３０に出力する。
【０１０４】
現段階において、バッファ４１０のバッファ電圧が可変基準電源４２０の基準電圧よりも低ければ、比較器４３０は、ハイレベルにて比較電圧を発生しリード線１７１を通して負側電極１７０に出力する。
【０１０５】
このことは、正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加される電圧が、直流電源４６０の所定の直流電圧よりも比較器４３０からのハイレベルの比較電圧だけ低くなることを意味する。このため、この低下によって、正側電極１６０上におけるプロトンの生成量が減少するとともに正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧が減少する。
【０１０６】
一方、上述のように正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧が当該参照電極１８２からバッファ４１０に出力されたとき、このバッファ４１０からのバッファ電圧が可変基準電源４２０の基準電圧よりも高ければ、比較器４３０は、ローレベルにて比較電圧を発生しリード線１７１を通して負側電極１７０に出力する。
【０１０７】
このことは、正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加される電圧が直流電源４６０の所定の直流電圧に増大することを意味する。このため、この増大によって、正側電極１６０上におけるプロトンの生成量が増大するとともに正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧が増大する。
【０１０８】
以上のような作動の繰り返しのもと、検出制御回路４００は、正側電極１６０上の水素ガスの濃度を一定に制御するように、換言すれば、正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧を一定に制御するように、比較電圧を負側電極１７０に制御電圧として印加する。
【０１０９】
換言すれば、上述のように正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧を一定の電圧に制御するように、上記比較電圧を、正側電極１６０上における被測定ガス中の水素ガスの濃度の増大或いは減少に応じ制御して負側電極１７０に印加することで、正側電極１６０上の水素の濃度を一定に維持する。
【０１１０】
そして、このような状態において、正側電極１６０と負側電極１７０との間に流れる直流電流は、上記被測定ガス中の水素ガスの濃度に比例する。このため、被測定ガス中の水素ガスの濃度が、正側電極１６０と負側電極１７０との間に流れる直流電流を直流電流計４５０で測定することで精度よく検出され得る。
【０１１１】
本第３実施形態における測定例
ちなみに、本第３実施形態について、被測定ガス中における一酸化炭素の含有の有無による電流−電圧特性の相違につき測定してみた。この測定あたり、測定条件を次の通りとした。
【０１１２】
被測定ガス組成は、５０（％）の水素（Ｈ2）、２０（％）の水（Ｈ2Ｏ）、０（％）或いは２．５（％）の一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素（Ｎ2）とした。また、被測定ガスの温度は、８０（℃）とし、被測定ガスの流量は、１０（リットル／分）とした。
【０１１３】
また、正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する直流電圧が、５０（ｍＶ）〜１３００（ｍＶ）の範囲内の電圧となるように、正側電極１６０と負側電極１７０との間に直流電圧を印加した。また、参照電極１８２を自己生成基準電極とするために正側電極１６０から参照電極１８２にかけて流す微少電流を１０（μＡ）とした。
【０１１４】
当該測定条件に基づき、被測定ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を０（％）とした場合と２．５（％）とした場合において、正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧が変わるように正側電極１６０と負側電極１７０との間への印加電圧を変化させて、正側電極１６０から負側電極１７０に流れる直流電流を測定した。この測定によれば、図９にて示す結果が得られた。
【０１１５】
図９において、グラフ４７１は、被測定ガス中の一酸化炭素を０（％）とした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフによれば、直流電流は、５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲の正側電極−参照電極間電圧（正側電極１６０と参照電極１８２との間に発生する電圧）に対しては、ほぼ一定となり、１１５０（ｍＶ）以上では急激な増大傾向を示すことが分かる（矢印４７３、４７４及び４７５にて示す範囲参照）。ここで、上述のように直流電流が１１５０（ｍＶ）以上の電圧に対し急激に増大するのは、被測定ガス中の水蒸気の解離が生ずるためである。
【０１１６】
従って、正側電極−参照電極間電圧が５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲内にある場合の直流電流が、限界電流に相当し、水素ガスの濃度に比例する。
【０１１７】
また、図９において、グラフ４７２は、被測定ガス中の一酸化炭素を２．５（％）ととした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフによれば、３５０（ｍＶ）以上の範囲の正側電極−参照電極間電圧に対しては、直流電流は、グラフ４７１と実質的に限界電流に維持される。
【０１１８】
しかし、５０（ｍＶ）〜３５０（ｍＶ）未満の範囲の正側電極−参照電極間電圧に対しては、直流電流は、グラフ４７１の場合とは異なり、電圧の上昇に伴い増大する。従って、５０（ｍＶ）〜３５０（ｍＶ）の範囲の正側電極−参照電極間電圧の範囲では、直流電流は限界電流にはならない。これは、被測定ガス中に一酸化炭素が含まれる場合には、電極１６０、１７０の電極材料中の白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金が触媒として一酸化炭素により被毒されるためである。
【０１１９】
当該測定例から分かるように、３５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧が、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じない正側電極−参照電極間電圧の範囲以内の電圧である。換言すれば、当該３５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧が、直流電流を限界電流に維持し得る範囲、即ち上記第１実施形態にて述べた所定の電圧範囲以内の電圧である。従って、このような正側電極−参照電極間電圧の範囲以内の直流電圧であれば、水素ガスの濃度を精度よく検出し得ることが分かる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明すると、この第４実施形態においては、上記第３実施形態にて述べた水素ガス検出装置のセンサ素子１２０において、両電極１６０、１７０が、上記第３実施形態における白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料に代えて、白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。当該形成については、上記第２実施形態にて述べたと同様である。なお、その他の構成は、上記第３実施形態と同様である。
【０１２０】
本第４実施形態における測定例
上述のように構成した本第４実施形態において、上記第３実施形態にて述べたと同様に、被測定ガス中における一酸化炭素（ＣＯ）の含有の有無による電流−電圧特性の相違につき測定してみた。この測定にあたり、測定条件は、上記第３実施形態にて述べたと同様の測定条件とした。この測定によれば、図１０にて示す結果が得られた。
【０１２１】
図１０において、グラフ４８１は、被測定ガス中の一酸化炭素を０（％）ととした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフ４８１によれば、各矢印４８３〜４８５にて示す範囲の通り、正側電極−参照電極間電圧の変化に対し、図９のグラフ４７１と実質的に同様に変化することが分かる。
【０１２２】
従って、上記第３実施形態の場合と同様に、正側電極−参照電極間電圧が５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲にある場合の直流電流が、いわゆる限界電流に相当し、水素ガスの濃度に比例する。
【０１２３】
また、図１０において、グラフ４８２は、被測定ガス中の一酸化炭素を２．５（％）ととした場合の電流−電圧特性を示す。このグラフによれば、直流電流は、正側電極−参照電極間電圧５５０（ｍＶ）以上の範囲では、グラフ４８１の場合とほぼ同様に変化する。しかし、当該直流電流は、正側電極−参照電極間電圧５０（ｍＶ）〜５５０（ｍＶ）未満の範囲では、電圧の上昇に伴い増大する傾向をもつことが分かる。従って、正側電極−参照電極間電圧５０（ｍＶ）〜５５０（ｍＶ）未満の範囲では、直流電流は限界電流にはならない。これは、白金が白金−ルテニウム合金に比べて低い触媒活性を有することに起因する。
【０１２４】
以上より、本第４実施形態においては、その上記測定例から分かるように、５５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲以内の電圧だけが、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じない範囲以内の正側電極−参照電極間電圧、即ち、直流電流を限界電流に維持し得る範囲以内の電圧である。従って、本第４実施形態では、このような正側電極−参照電極間電圧の範囲以内の直流電圧であれば、水素ガスの濃度を精度よく検出し得る。その他の作用効果は上記第３実施形態と同様である。
（第５実施形態）
図１１及び図１２は、本発明に係る水素ガス検出装置の第５実施形態を示しており、この水素ガス検出装置は、図１１にて示すごとく、上記第１実施形態にて述べた水素ガス検出装置において、水素ガスセンサ１００に代えて、水素ガスセンサ１０００を採用した構成を有する。
【０１２５】
当該水素ガスセンサ１０００は、金属製円筒状筒体１１００を備えており、この筒体１１００は、その底壁１１１０の中央にて、流入口部１１１１を有している。また、この筒体１１００は、その周壁１１２０にて、２つの流出口部１１２１を備えており、これら流出口部１１２１は、底壁１１１０の近傍において、周壁１１２０の周方向に沿い等角度間隔にて形成されている。なお、図１１及び図１２において、符号１１４０は、環状フランジを示しており、このフランジ１１４０は、周壁１１２０の先端側開口部から外方へ半径方向に延出形成されている。
【０１２６】
また、当該水素ガスセンサ１０００は、図１１にて示すごとく、筒体１１００内に収容した下側支持部材１２００、上側支持部材１３００、センサ素子１４００及び環状シール１４５０を備えている。
【０１２７】
下側支持部材１２００は、図１２にて詳細に示すごとく、各円形状の下側、中間側及び上側の基板１２１０、１２２０及び１２３０を備えており、これら各基板１２１０、１２２０及び１２３０は、共に、セラミック材料でもって形成されている。
【０１２８】
下側基板１２１０の裏面には、環状の下側電極層１２４０が、同軸的に積層されている。また、中間側基板１２２０は、円板状の中間側電極層１２５０を介し、下側基板１２１０の表面に同軸的に積層されている。ここで、中間側電極層１２５０は、下側基板１２１０にその板厚方向に形成したスルーホール１２１１を介し、下側電極層１２４０に電気的に接続されている。なお、両基板１２１０、１２２０の外径は、共に同一である。また、中間側電極層１２５０の外径は、両基板１２１０、１２２０の外径よりも小さく、下側電極層１２４０の内径よりも大きい。
【０１２９】
また、上側基板１２３０は、円板状の中間側電極層１２６０を介し、中間側基板１２２０の表面に同軸的に積層されており、この上側基板１２３０の表面には、上側電極層１２７０が同軸的に積層されている。ここで、中間側電極層１２６０は、中間側基板１２２０にその板厚方向に形成したスルーホール１２２１を介し、中間側電極層１２５０に電気的に接続されている。また、上側電極層１２７０は、上側基板１２３０にその板厚方向に形成したスルーホール１２３１を介し、中間側電極層１２６０に電気的に接続されている。なお、上側基板１２３０の外径は、中間側基板１２２０の外径よりも小さく、上側電極層１２７０の外径と同一である。また、中間側電極層１２６０の外径は中間側電極層１２５０の外径よりも小さい。
【０１３０】
このように積層した上側電極層１２７０、上側基板１２３０、中間側電極層１２６０、中間側基板１２２０、中間側電極層１２５０及び下側基板１２１０には、上側電極層１２７０から下側基板１２１０にかけて、拡散律速孔部１２８０が同軸的に形成されている。
【０１３１】
以上のように構成した下側支持部材１２００は、その下側基板１２１０にて、下側電極層１２４０を介し、筒体１１００の底壁１１１０の内面上に着座するように筒体１１００内に収容されている（図１１参照）。
【０１３２】
一方、上側支持部材１３００は、図１２にて詳細に示すごとく、環状の下側基板１３１０、環状の中間側基板１３２０及び円形状の両上側基板１３３０、１３４０を備えており、これら各基板１３１０〜１３４０は、共に、同一外径を有するようにセラミック材料でもって形成されている。
【０１３３】
中間側基板１３２０は、下側基板１３１０の表面上に同軸的に積層されており、この中間側基板１３２０の外周部には、４つの溝状流出口部１３２１が、その上端開口面にて上側基板１３３０の裏面に当接することで形成されている。これら各流出口部１３２１は、基板１３２０にその周方向に沿い等角度間隔にて形成されており、各流出口部１３２１は、基板１３２０の周方向９０度毎に、基板１３２０内の中空部を当該基板１３２０の内周面から外方に連通させる。
【０１３４】
上側基板１３３０は中間側基板１３２０の表面に同軸的に積層されており、この上側基板１３３０の裏面のうち中間側基板１３２０の中空部内に露呈する裏面部位には、円板状の下側電極層１３５０が配設されている。
【０１３５】
上側基板１３４０は、中間側電極層１３６０を介し上側基板１３３０の表面に同軸的に積層されており、この上側基板１３４０の表面には、上側電極層１３７０が同軸的に積層されている。ここで、中間側電極層１３６０は、上側基板１３３０にその板厚方向に形成したスルーホール１３３１を介し、下側電極層１３５０に電気的に接続されている。また、上側電極層１３７０は、上側基板１３４０にその板厚方向に形成したスルーホール１３４１を介し、中間側電極層１３６０に電気的に接続されている。なお、中間側電極層１３６０及び上側電極層１３７０の外径は、基板１３３０の外径よりも小さく、下側電極層１３５０の外径と同一である。
【０１３６】
このように構成した上側支持部材１３００は、その環状の下側基板１３１０にて、センサ素子１４００のプロトン伝導層１４１０（後述する）の外周部上に着座している。
【０１３７】
センサ素子１４００は、図１１及び図１２にて示すごとく、両支持部材１２００、１３００の間に挟持されているもので、このセンサ素子１４００は、プロトン伝導層１４１０、正負両側電極１４２０、１４３０及び拡散部材１４４０を備えている。
【０１３８】
プロトン伝導層１４１０は、上記第１実施形態にて述べたプロトン伝導層１５０の形成材料と同様の形成材料である高分子電解質でもって、円板状に形成されており、このプロトン伝導層１４１０は、その外周部にて、環状シール１４５０を介し、両支持部材１２００、１３００の各外周部間に挟持されている。ここで、環状シール１４５０は、プロトン伝導層１４１０の外周部と下側支持部材１２００の中間側基板１２２０の外周部との間に気密的に挟持されている。
【０１３９】
正側電極１４２０は、負側電極１４３０及び拡散部材１４４０と共に円板状に形成されており、正側電極１４２０は、その裏面にて、プロトン伝導層１４１０の正側面に当接している。負側電極１４３０は、上側支持部材１３００の下側基板１３１０及び中間側基板１３２０の両中空部内に嵌装されて、プロトン伝導層１４１０と上側支持部材１３００の下側電極層１３６０との間に挟持されている。本第５実施形態において、正側電極１４２０及び負側電極１４３０は、上記第１実施形態にて述べた正側及び負側の各電極１７０、１８０の形成材料と同一の材料、即ち、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。
【０１４０】
拡散部材１４４０は、正側電極１４２０と下側支持部材１２００の上側電極層１２７０との間に挟持されており、支持部材１２００の拡散律速孔部１２８０により導入される水素ガスを拡散させて正側電極１４２０に案内する。なお、拡散部材１４４０は、上記第１実施形態にて述べた拡散部材１９０の形成材料と同一の材料でもって形成されている。
【０１４１】
円柱状樹脂部材１５００は、両環状シール１５１０、１５２０を介し、筒体１１００内にその先端側開口部から同軸的に嵌装されており、当該樹脂部材１５００は、上側支持部材１３００を介し、センサ素子１４００を下側支持部材１２００上に押圧している。なお、当該樹脂部材１５００は、上記第１実施形態にて述べた樹脂部材１１０の形成材料と同一の材料でもって形成されている。
【０１４２】
環状シール１５１０は、樹脂部材１５００の下端部に形成した小径の環状ボス部１５３０に同軸的に嵌装されて、樹脂部材１５００の大径部１５４０の環状下端面と上側支持部材１３００の上側基板１３４０の外周部との間に気密的に挟持されている。また、環状シール１５２０は、樹脂部材１５００の周壁の軸方向中間部位に環状に形成した溝部１５４１内に同軸的に嵌装されて、筒体１１００の周壁１１２０と環状溝部１５４１との間に気密的に挟持されている。
【０１４３】
正側接続端子１６００は、クランク状のターミナルからなるもので、この正側接続端子１６００は、その中間部位１６１０及び先端部位１６２０にて、樹脂部材１５００の上面から外周面にかけてＬ字状に形成した凹所１５５０内に収容されている。ここで、当該正側接続端子１６００は、その先端部位１６２０の中間部位に形成した凸状湾曲部１６２１にて、筒体１１００の周壁１１２０に当接して、筒体１１００に電気的に接続されている。
【０１４４】
また、負側接続端子１７００は、略Ｌ字状のターミナルからなるもので、この負側接続端子１７００は、樹脂部材１５００の貫通穴部１５６０及び凹所１５７０内に図１１にて示すごとく挿通して収容されている。ここで、当該負側接続端子１７００は、その脚部１７１０にて、凹所１５７０内に位置して上側支持部材１３００の上側電極層１３７０に当接して電気的に接続されている。なお、上述した貫通穴部１５６０は、樹脂部材１５００に同軸的に形成されている。また、凹所１５７０は、樹脂部材１５００の下端部にて、貫通穴部１５６０とＬ字状に連通形成されている。なお、本実施形態において、水素ガスセンサ１０００において、筒体１１００以外の各構成部材は、図１２にて図示下側に位置する支持部材１２００から図示上側に位置する正側接続端子にかけて、順次、筒体１１００内に収容される。
【０１４５】
次に、当該水素ガス検出装置において、第１実施形態にて述べた検出回路２００は、次のように水素ガスセンサ１０００に接続されている。可変直流電源２２０は、その正側端子にて、直流電流計２３０を介し、正側電極１６００にそのリード線１６３０を通り接続されている。また、当該可変直流電源２００は、その負側端子にて、操作スイッチ２１０を介し、負側電極１７１０にそのリード線１７２０を通り接続されている。検出回路２００のその他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【０１４６】
このように構成した本第５実施形態において、当該水素ガスセンサ１０００を、ガス配管３００（図３参照）に電気的に絶縁した状態で取り付ける。具体的には、筒体１１００の周壁１１２０を、ガス配管３００の周壁に雌ねじ孔部３１０に代えて形成した取り付け穴部内に嵌装する。この嵌装に伴い、筒体１１００は、フランジ１１４０にて、ガス配管３００の周壁のうち上記取り付け穴部の近傍部位に着座する。このとき、筒体１１００の底壁１１１０は、ガス配管３００内にて水素ガスの流れ方向に並行に位置する。
【０１４７】
このような段階にて、水素ガスが、図３にて図示矢印３２０方向に流れると、当該水素ガスは、筒体１１００の流入口部１１１１及び下側支持部材１２００の拡散律速孔部１２８０を通りセンサ素子１４００の拡散部材１４４０に到達する。これに伴い、当該水素ガスは、拡散部材１４４０により拡散されて正側電極１４２０に流入した後、プロトン伝導層１４１０を介し負側電極１４３０に汲み出されて上側支持部材１３００の各溝状流出口部１３２１を通り筒体１１００の各流出口部１１２１から外部に流出していく。
【０１４８】
ここで、拡散部材１４４０は、上記第１実施形態にて述べた拡散部材１９０と同様に拡散機能を有する。しかも、拡散部材１４４０は、正側電極１４２０、プロトン伝導層１４１０及び負側電極１４３０と共に、円板状に形成されている。従って、水素ガスは、当該拡散部材１４４０によって広い範囲に円滑に拡散されて、正側電極１４４０から負側電極１４３０にかけて汲み出される。
【０１４９】
このような状態にて、上記第１実施形態と同様に操作スイッチ２１０をオンすると、可変直流電源２２０が、その電圧調整に応じた直流電圧を、直流電流計２３０及び操作スイッチ２１０を介し、当該水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００及び負側接続端子１７００の間に印加する。このことは、当該直流電圧が、センサ素子１４００の両電極１４２０、１４３０の間に印加されることを意味する。
【０１５０】
しかして、上述のように水素ガスが正側電極１４２０に流入するに伴い、当該正側電極１４２０が、その電極材料に含まれる触媒材料としての白金の触媒作用のもと、上記第１実施形態にて述べた正側電極１６０と同様に、プロトンを発生させる。このとき、拡散部材１４４０は、正側電極１４２０と共に円板状であることから、上記第１実施形態の場合に比べて、水素ガスをより一層広範囲に亘り良好に拡散するとともに、正側電極１４２０におけるプロトンの発生もより一層広範囲に亘り良好に確保される。
【０１５１】
上述のように広範囲に亘り発生したプロトンは、プロトン伝導層１４１０でもってそのプロトン伝導作用により正側電極１４２０から負側電極１４３０へ汲み出されて、再び、水素ガスとなり、支持部材１３００の各溝状流出口部１３２１及び筒体１１００の各流出口部１１２１を通り外部に流出する。
【０１５２】
このような過程において、上述のようなプロトンの汲み出しに伴い生ずる直流電流が、センサ素子１４００の正側電極１４２０、プロトン伝導層１４１０及び負側電極１４３０、上側支持部材１３００の下側電極層１３５０、上側基板１３３０のスルーホール１３３１、中間側電極層１３６０、上側基板１３４０のスルーホール１３４１及び上側電極層１３７０、負側接続端子１７００、操作スイッチ２１０、可変直流電源２２０、直流電流計２３０、正側接続端子１６００、筒体１１００の周壁１１２０及び底壁１１１０、下側支持部材１２００の下側電極層１２４０、下側基板１２１０のスルーホール１２１１、中間側電極層１２５０、中間側基板１２２０のスルーホール１２２１、中間側電極層１２６０、上側基板１２３０のスルーホール１２３１及び上側電極層１２７０並びにセンサ素子１４００の拡散部材１４４０を通り正側電極１４２０に流れる。
【０１５３】
ここで、上記第１実施形態と同様に、正側電極１４２０と負側電極１４３０との間に印加される直流電圧が上記所定の電圧範囲（４００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲）以内の電圧に可変直流電源２２０の電圧調整でもって設定されていると、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じることがなく、正側電極１４２０から負側電極１４３０に流れる電流は限界電流となり、水素ガスの濃度に比例する。従って、直流電流計２３０に流れる電流を計測することで、水素ガスの濃度を精度よく検出することができる。
【０１５４】
また、上述した構成から分かるように、下側支持部材１２００、センサ素子１４００及び上側支持部材１３００が、その各板厚方向にて、筒体１１００の底壁１１１０上に、順次、積層されている。そして、上側支持部材１３００が、樹脂部材１５００でもって、センサ素子１４００及び下側支持部材１２００を介し底壁１１１０上に押圧されている。
【０１５５】
このため、センサ素子１４００は、その板厚方向において、両支持部材１２００、１３００の間にしっかりと挟持される。その結果、当該水素ガスセンサ１０００に振動や衝撃が加わっても、センサ素子１４００は、筒体１１００内にて変位することなく、安定的に両支持部材１２００、１３００の間に支持され得る。このことは、上記第１実施形態にて述べたようにセンサ素子１３０をその一側端部で樹脂部材１１０でもって支持する構成の水素ガスセンサに比べ、水素ガスセンサとしての耐震性及び耐衝撃性に優れることを意味する。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明すると、この第６実施形態においては、上記第５実施形態にて述べた水素ガス検出装置のセンサ素子１４００において、両電極１４２０、１４３０が、上記第５実施形態における白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料に代えて、上記第２実施形態にて述べた白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。その他の構成は、上記第５実施形態と同様である。
【０１５６】
このように構成した本第６実施形態においては、正側電極１４２０と負側電極１４３０との間に印加される直流電圧が、上記第２実施形態にて述べたと同様に、上記所定の電圧範囲（６００（ｍＶ）〜１２００（ｍＶ）の範囲）以内の電圧に可変直流電源２２０の電圧調整でもって設定されていると、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じることがなく、正側電極１４２０から負側電極１４３０に流れる電流は限界電流となり、水素ガスの濃度に比例する。従って、直流電流計２３０に流れる電流を計測することで、水素ガスの濃度を精度よく検出することができる。その他の作用効果は、上記第５実施形態と同様である。
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。この第７実施形態では、図１３にて示すごとく、上記第５実施形態にて述べた水素ガス検出装置において、検出回路２００に代えて、検出制御回路２０００を採用した構成となっている。なお、水素ガスセンサ１０００は、上記第５実施形態と同様の構成を有するので、正側及び負側の各電極１４２０、１４３０は、上記第５実施形態と同様に、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。
【０１５７】
検出制御回路２０００は、駆動回路２０１０と、この駆動回路２０１０により駆動される半導体スイッチ回路２０２０とを備えている。駆動回路２０１０は、パルス発生回路からなるもので、この駆動回路２０１０は、所定周期にて駆動パルス信号を発生して半導体スイッチ回路２０２０に出力する。
【０１５８】
半導体スイッチ素子２０２０は、その切り替え作動に伴い、固定端子２０２１を両切り替え端子２０２２、２０２３に交互に電子的に接続するように構成されている。しかして、この半導体スイッチ回路２０２０は、駆動回路２０１０から順次出力されるパルス駆動信号に基づき、切り替え作動する。
【０１５９】
具体的には、当該パルス駆動信号がローレベルＬ（図１４参照）になると、半導体スイッチ回路２０２０は、固定端子２０２１を切り替え端子２０２２に接続する。換言すれば、当該半導体スイッチ回路２０２０は、切り替え端子２０２２にて直流電流計２０４０を介し差動増幅器２０５０に接続されて、当該差動増幅器３０５０から出力される差動増幅電圧を、固定端子２０２１及び操作スイッチ２０３０を通し水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００と負側接続端子１７００との間に出力する。
【０１６０】
また、上記パルス駆動信号がハイレベルＨ（図１４参照）になると、半導体スイッチ回路２０２０は、固定端子２０２１を切り替え端子２０２３に接続する。換言すれば、半導体スイッチ回路２０２０は、水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００からの直流電圧を操作スイッチ２０３０を通し入力されてコンデンサ２０６０に出力する。本実施形態において、上記パルス駆動信号のハイレベル幅及びローレベル幅に対応する各時間は、それぞれ、例えば、０．１（ｍｓｅｃ）及び２（ｍｓｅｃ）である（図１４参照）。
【０１６１】
ここで、当該半導体スイッチ素子２０２０は、その固定端子２０２１にて、操作スイッチ２０３０を介し水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００にそのリード線１６３０を通り接続されている。また、当該半導体スイッチ素子２０２０は、その切り替え端子２０２２にて、直流電流計２０４０を介し差動増幅器２０５０の出力端子に接続されており、この半導体スイッチ回路２０２０の切り替え端子２０２３は、コンデンサ２０６０を介し接地されている。
【０１６２】
差動増幅器２０５０は、可変基準電源２０７０からの基準電圧Ｖｒｅｆ（図１４にて符号２０７１参照）とコンデンサ２０６０の端子電圧Ｖｃ（以下、コンデンサ電圧Ｖｃともいい、図１４にて符号２０６１参照）との差を差動増幅し差動増幅電圧Ｖｄｉｆ（図１４にて符号２０５１参照）として直流電流計２０４０を介し半導体スイッチ回路２０２０の切り替え端子２０２２に出力する。
【０１６３】
可変基準電源２０７０は、その電圧調整に応じた直流電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。コンデンサ２０６０は、半導体スイッチ回路２０２０の切り替え端子２０２３から水素ガスセンサ１０００から直流電圧を印加されて充電される。また、当該コンデンサ２０６０は、半導体スイッチ回路２０２０の固定端子２０２１と切り替え端子２０２２との接続の際、即ち、切り替え端子２０２３の固定端子２０２１からの遮断の際に、差動増幅器２０５０を通して放電する。
【０１６４】
本実施形態において、コンデンサ２０６０の静電容量と半導体スイッチ回路２０２０が固定端子２０２１を切り替え端子２０２３と接続させている状態で、コンデンサ２０６０、半導体スイッチ回路２０２０及び水素ガスセンサ１０００の間で形成される充電時定数は小さい。また、半導体スイッチ回路２０２０が固定端子２０２１を切り替え端子２０２３から遮断させている状態で、コンデンサ２０６０及び差動増幅器２０５０とで形成される放電時定数は、上記充電時定数に比べて、かなり大きい。その他の構成は、上記第５実施形態と同様である。
【０１６５】
このように構成した本第７実施形態において、水素ガスセンサ１０００を上記第５実施形態と同様にガス配管３００に取り付ける。そして、水素ガスが上記第５実施形態と同様に水素ガスセンサ１０００の拡散律速部１２８０を通り拡散部材１４４０により拡散されて正側電極１４２０に流入した後、プロトン伝導層１４１０を介し負側電極１４３０に汲み出されて上側支持部材１３００の各溝状流出口部１３２１を通り筒体１１００の各流出口部１１２１から外部に流出していく。
【０１６６】
このような状態において、操作スイッチ２０３０がオフ状態にあって駆動回路２０１０の停止のもとコンデンサ２０６０が放電完了状態にあれば、可変基準電源２０７０からの基準電圧Ｖｒｅｆはコンデンサ２０６０の端子電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃよりも高い。これに伴い、差動増幅器２０５０は、可変基準電源２０７０からの基準電圧Ｖｒｅｆとコンデンサ２０６０のコンデンサ電圧Ｖｃとの差を差動増幅し差動増幅電圧として直流電流計２０４０を通して半導体スイッチ回路２０２０に出力する。
【０１６７】
このような段階にて、操作スイッチ２０３０をオンするとともに、駆動回路２０１０を作動させると、操作スイッチ２０３０は半導体スイッチ回路２０２０の固定端子２０２１を水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００にそのリード線１６３０を介し接続するとともに、駆動回路２０１０はパルス駆動信号を順次半導体スイッチ回路２０２０に出力する。
【０１６８】
しかして、このように駆動回路２０１０がパルス駆動信号を順次半導体スイッチ回路２０２０に出力すると、この半導体スイッチ回路２０２０は、駆動回路２０１０から順次出力されるパルス駆動信号のローレベルＬへの変化に基づき、固定端子２０２１を切り替え端子２０２２に接続する。また、当該半導体スイッチ回路２０２０は、駆動回路２０１０から順次出力されるパルス駆動信号のハイレベルＨへの変化に基づき、固定端子２０２１を切り替え端子２０２３に接続する。
【０１６９】
換言すれば、半導体スイッチ回路２０２０は、上記パルス駆動信号のローレベルＬへの変化毎に、差動増幅器２０５０の出力端子を直流電流計２０４０及び操作スイッチ２０３０を介し水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００に接続するとともにコンデンサ２０６０の正側端子を操作スイッチ２０３０から遮断する。また、半導体スイッチ回路２０２０は、上記パルス駆動信号のハイレベルＨへの変化毎に、コンデンサ２０６０の正側端子を操作スイッチ２０３０を介し正側接続端子１６００に接続するとともに差動増幅器２０５０の出力端子を操作スイッチ２０３０から遮断する。
【０１７０】
従って、駆動回路２０１０から順次出力されるパルス駆動信号がローレベルＬになる毎に、差動増幅器２０５０から上述のように出力される差動増幅電圧は、直流電流計２０４０、半導体スイッチ回路２０２０の切り替え端子２０２２及び固定端子２０２１並びに操作スイッチ２０３０を通り水素ガスセンサ１０００の正側接続端子１６００と負側接続端子１７００との間に印加される。このことは、差動増幅器２０５０から出力される差動増幅電圧はセンサ素子１４００の正側電極１４２０と負側電極１４３０との間に印加されることを意味する。
【０１７１】
これに伴い、当該差動増幅電圧が上述と同様に正側電極１４２０上にて水素ガスからプロトンを十分に生成するに要する電圧であることを前提に、当該正側電極１４２０上の水素ガスからプロトンが生成され、プロトン伝導層１４１０を介し負側電極１４３０に向かって汲み出される。このため、正側電極１４２０上の水素の濃度が減少するとともに負側電極１４３０上の水素の濃度が増大する。このことは、正側電極１４２０と負側電極１４３０との間には、両電極１４２０、１４３０上の各水素の濃度の差に応じた電圧が発生することを意味する。
【０１７２】
なお、このとき、コンデンサ２０６０は、半導体スイッチ回路２０２０により操作スイッチ２０３０から遮断されて、差動増幅器２０５０を通して放電するが、上述のごとく放電時定数がかなり大きいので、上記パルス駆動信号のローレベル幅に対応する時間２（ｍｓｅｃ）程度では、コンデンサ２０６０は殆ど放電しない（図１４参照）。
【０１７３】
また、駆動回路２０１０から順次出力されるパルス駆動信号がハイレベルＨになる毎に、その直前のローレベルＬ時に上述のように正側電極１４２０と負側電極１４３０との間に両電極１４２０、１４３０上の各水素の濃度の差に応じて発生した電圧がコンデンサ２０６０の両端子間に印加されて当該コンデンサ２０６０を充電する。このため、上述のようにパルス駆動信号がハイレベルＨになる毎に、当該ハイレベルＨに対応する時間の経過前においてコンデンサ２０６０の端子電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃは、急激に増大する（図１４参照）。
【０１７４】
以上のような動作を繰り返すことで、コンデンサ電圧Ｖｃは、図１４にて示すごとく、階段状に増大しながら可変基準電源２０７０の基準電圧Ｖｒｅｆに近づいていく。これに伴い、基準電圧Ｖｒｅｆとコンデンサ電圧Ｖｃとの差が階段状に減少していくため、差動増幅器２０５０から出力される差動増幅電圧Ｖｄｉｆが、図１４にて示すごとく、階段状に減少していく。従って、正側電極１４２０から負側電極１４３０に汲み出される水素の量が階段状に減少し、両電極１４２０、１４３０上の各水素の濃度の差が減少していく。換言すれば、差動増幅器２０５０から水素ガスセンサ１０００への差動増幅電圧が、コンデンサ電圧Ｖｃを基準電圧Ｖｒｅｆに維持するように、即ち、正側電極１４２０上の水素の濃度を一定にするように制御される。
【０１７５】
ここで、基準電圧Ｖｒｅｆが上記所定の電圧範囲（３５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲）以内の電圧に可変基準電源２０７０の電圧調整でもって設定されていると、コンデンサ電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆとなるように上記差動増幅電圧によって制御されることで、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じることがなく、正側電極１４２０から負側電極１４３０に流れる電流は限界電流となり、水素ガスの濃度に比例する。従って、当該被測定ガス中の水素ガスの濃度は、正側電極１４２０と負側電極１４３０との間に流れる直流電流を直流電流計２０４０により測定することで、精度よく検出され得る。
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明すると、この第８実施形態においては、上記第７実施形態にて述べた水素ガス検出装置のセンサ素子１４００において、両電極１４２０、１４３０が、上記第７実施形態における白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料に代えて、上記第６実施形態にて述べた白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されている。その他の構成は、上記第７実施形態と同様である。
【０１７６】
このように構成した本第８実施形態においては、基準電圧Ｖｒｅｆが上記所定の電圧範囲（５５０（ｍＶ）〜１１５０（ｍＶ）の範囲）以内の電圧に可変基準電源２０７０の電圧調整でもって設定されていると、正側電極１４２０と負側電極１４３０との間に印加される差動増幅電圧によって、コンデンサ電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆとなるように制御されることで、一酸化炭素による被毒を受けず水蒸気の解離を生じることがなく、正側電極１４２０から負側電極１４３０に流れる電流は限界電流となり、水素ガスの濃度に比例する。従って、直流電流計２０４０に流れる電流を測定することで、水素ガスの濃度を精度よく検出することができる。その他の作用効果は、上記第７実施形態と同様である。
（第９実施形態）
図１５は、本発明に係る水素ガス検出装置の第９実施形態の要部を示している。この第９実施形態では、水素ガス検出装置は、上記第５〜第８の実施形態のいずれかにて述べた水素ガス検出装置において、水素ガスセンサ１０００（図１１〜図１３参照）に代えて、図１５にて示す構成を有する水素ガスセンサを採用した構成を有する。
【０１７７】
本第９実施形態の水素ガスセンサは、上記第５〜第８の実施形態のいずれかにて述べた水素ガスセンサ１０００をセンサ本体（以下、センサ本体という）として、このセンサ本体に対し、ケーシング２１００、フィルタ２２００、環状シール１１５０及びヒータ２３００を付加した構成を有する。
【０１７８】
ケーシング２１００は、筒状のケーシング本体２１１０と、断面コ字状の蓋体２１２０とを備えており、このケーシング２１００は、蓋体２１２０をケーシング本体２１１０の開口部に嵌装することで構成されている。
【０１７９】
また、上記センサ本体、フィルタ２２００、環状シール１１５０及びヒータ２３００は、図１５にて示すごとく、ケーシング本体２１１０内に次のように収容されている。上記センサ本体は、その筒体１１００の底壁１１１０にて、フィルタ２２００を介し、ケーシング本体２１１０の底壁２１１１の内面に着座している。ここで、環状シール１１５０は、筒体１１００のフランジ１１４０とケーシング本体２１１０の内壁の軸方向中間部位に形成した環状段部２１１２との間に気密的に挟持されている。
【０１８０】
フィルタ２２００は、上記第１実施形態にて述べたフィルタ１９０の形成材料と同一の材料でもって形成されており、このフィルタ２２００は、ケーシング本体２１１０の底壁２１１１に形成した流入口部２１１３を通り外部から流入するガスに付随する水滴を排除して水素ガス等のガスのみを筒体１１００の流入口部１１１１に向けて透過させる。
【０１８１】
ヒータ２３００は、ケーシング本体２１１０内において上記センサ本体上に収容されているもので、このヒータ２３００は、筒状ボビン２３１０と、このボビン２３１０に同軸的に巻装したコイル２３２０とによって構成されている。ここで、上記センサ本体の正側接続端子１６００及び負側接続端子１７００は、ボビン２３１０の中央部に軸方向に形成した両挿通穴部２３１１を通り蓋体２１２０の上壁２１２１の中央に形成した両開口部２１２２から外部に突出している。また、コイル２３２０の両端子２３２１は、ボビン２３１０の両挿通穴部２３１１の間の部位を通り蓋体２１２０の上壁２１２１の中央から外部に延出している。なお、図１５にて、各符号２３２２は、圧着端子を示す。その他の構成は、上記第５〜第８のいずれかの実施形態と同様である。
【０１８２】
このように構成した本第９実施形態において、当該第９実施形態の水素ガスセンサを、ケーシング本体２１１０の雄ねじ部２１１４にて、上記第１実施形態にて述べたと同様に、ガス配管３００のに雌ねじ孔部３１０に締着する。これに伴い、ケーシング本体２１１０は、そのフランジ２１１５にて、ガス配管３００の周壁のうち上記取り付け穴部の近傍部位に着座する。
【０１８３】
このような状態において、ヒータ２３００をそのコイル２３２０の両端子２３２１にて加熱電源（図示しない）に接続すると、ケーシング２１００及び上記センサ本体がヒータ２３００によって加熱される。このため、ガス配管３００の内部が高い湿度の雰囲気となっていても、ケーシング２１００内に結露が発生することがない。その結果、上記センサ本体の下側支持部材１２００の拡散律速孔部１２８０の詰まりを防止し得る。
【０１８４】
このような状態においては、水素ガスが、ケーシング２１００の流入口部２１１３、フィルタ２２００及び筒体１１００の流入口部１１１１を通り、拡散律速孔部１２８０を円滑に通過する。従って、センサ素子１４００に流入する水素ガスが不足することがない。よって、このような水素ガスの濃度を検出回路２００により検出することで、上記第５〜第８の実施形態のいずれかの場合よりも、より一層精度良く水素ガスの濃度を検出し得る。なお、上述のように拡散律速孔部１２８０を通りセンサ素子１４００に流入する水素ガスは、筒体１１００の流出口部１１２１から流出した後、筒体１１００の周壁１１２０とケーシング本体２１１０の周壁との間の環状隙間及びフィルタ２２００を通りケーシング２１００の開口部２１１３から流出する。
【０１８５】
また、可変基準電源２０７０の基準電圧Ｖｒｅｆを調整することで、参照電極に依存することなく、正側電極１４２０から負側電極１４３０への水素のくみ出し量、ひいては正側電極１４２０上の水素の濃度の変化を制御できる。従って、センサ素子１４００において参照電極を採用しなくても、当該参照電極を採用した場合と同様の作用効果を確保し得る。
【０１８６】
なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上記第３或いは第４の実施形態において、直流電源４６０を可変直流電源とすることで、上記被測定ガス中の水蒸気の濃度等が変化して正側電極１６０と負側電極１７０との間の電気抵抗値（プロトン伝導層１５０の内部抵抗値）が増大しても、当該可変直流電源の直流電圧を調整すれば、正側電極１６０上の水素ガスの濃度を精度よく一定に制御し得る。
【０１８７】
従って、正側電極１６０と参照電極１８２との間にかかる電圧を適正に制御することで、被測定ガス中の水素ガスや水蒸気の濃度が大きく変化しても、正側電極１６０上の水素ガスの濃度を常に制御可能であって、被測定ガス中の水素ガスの濃度を広い範囲に亘り精度よく検出し得る。
（２）支持部材１３０に形成した拡散律速孔部１３３は、単一の貫通孔部に代えて、複数の貫通孔部としてもよい。また、拡散律速孔部１３３に代えて、アルミナ等の多孔質材料からなる柱状部を採用してもよい。なお、当該柱状部や拡散律速孔部１３３は、拡散律速部として把握してもよい。
（３）両支持部材１３０、１４０に代えて、これら両支持部材１３０、１４０を一体に有する支持体を採用してもよい。また、両支持部材１３０、１４０は、セラミック材料に代えて、電気絶縁性合成樹脂でもって形成してもよい。
（４）正側電極１６０、負側電極１７０或いは参照電極１８２としては、上記実施形態とは異なり、プロトン伝導層１５０に当接する面側において白金族金属を担持したカーボン等の多孔質性電極を採用してもよい。
【０１８８】
このような電極を、例えば、正側電極１６０として上記第１或いは第２の実施形態において採用しても、正側電極１６０と負側電極１７０との間に正側電極１６０から負側電極１７０にかけて限界電流を流すように印加する直流電圧を、正側電極１６０に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧に設定すれば、上記第１或いは第２の実施形態にて述べたと実質的に同様の作用効果を達成し得る。
【０１８９】
また、上記多孔質性電極を、正側電極１６０として上記第３或いは第４の実施形態において採用しても、正側電極１６０と参照電極１８２との間にかかる電圧を一定にするようにかつ正側電極１６０から負側電極１７０にかけて限界電流を流すように正側電極１６０と負側電極１７０との間に印加する直流電圧を、正側電極１６０に含有される触媒材料が一酸化炭素による被毒を受けずかつ被測定ガス中の水蒸気が解離しない電圧の範囲以内の電圧に制御すれば、上記第３或いは第４の実施形態にて述べたと実質的に同様の作用効果を達成し得る。
（５）上述した白金族金属としては、白金（Ｐｔ）の他、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）或いは銀（Ａｇ）等が挙げられる。
（６）正側電極１６０、負側電極１７０或いは参照電極１８２は、白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）のうちのいずれか一つとの合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成するようにしてもよい。
（７）支持部材１４０において、隔壁１４８を廃止して、両凹所１４６、１４７に代えて、共通の凹所を形成し、この共通の凹所内に、負側電極１７０及び参照電極１８２を、図２にて示すごとく、互いに間隔をおいて設けるようにしてもよい。
（８）正側電極１６０、負側電極１７０及び参照電極１８２は、プロトン伝導層１５０にホットプレス法により接着するようにしてもよい。
（９）センサ素子１２０は、両支持部材１３０、１４０を含む概念としてではなく、これら両支持部材１３０、１４０を除いたプロトン伝導層１５０、正側電極１６０、負側電極１７０及び拡散部材１８０を含む概念として把握してもよく、さらに拡散部材１８０をも除いた概念として把握してもよい。
（１０）センサ素子１４００は、拡散部材１４４０を除いた概念として把握してもよく、また、両支持部材１２００、１３００をも含む概念として把握してもよい。
（１１）正側電極１６０、負側電極１７０及び参照電極１８２のうち、少なくとも、正側電極１６０が、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料或いは白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されておればよい。
（１２）正側電極１４２０及び負側電極１４３０のうち、少なくとも、正側電極１４２０が、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料或いは白金（Ｐｔ）の粉末と高分子電解質とを混合してなる電極材料でもって形成されておればよい。
（１３）樹脂部材１５００は、電気絶縁性合成樹脂からなるものに限ることなく、適宜な材料からなる押圧部材であってもよい。これに伴い、支持部材１２００、１３００は、全体として、電気絶縁材料で形成するとともに、筒体１１００は、金属製に限ることなく、例えば、電気絶縁性合成樹脂で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明に係る水素ガス検出装置の第１実施形態における水素ガスセンサの断面及び検出回路を示す図である。
【図２】図１のセンサ素子の拡大断面図である。
【図３】図１の水素ガス検出装置により被測定ガス中の水素ガスの濃度を測定するための構成図である。
【図４】上記第１実施形態における直流電流と印加電圧との関係を一酸化炭素の有無に応じて示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態における直流電流と印加電圧との関係を一酸化炭素の有無に応じて示すグラフである。
【図６】本発明に係る水素ガス検出装置の第３実施形態における水素ガスセンサの断面及び検出制御回路を示す図である。
【図７】図６のセンサ素子の拡大断面図である。
【図８】図６の水素ガス検出装置により被測定ガス中の水素ガスの濃度を測定するための構成図である。
【図９】上記第３実施形態における直流電流と印加電圧との関係を一酸化炭素の有無に応じて示すグラフである。
【図１０】本発明の第４実施形態における直流電流と印加電圧との関係を一酸化炭素の有無に応じて示すグラフである。
【図１１】本発明に係る水素ガス検出装置の第５実施形態における水素ガスセンサの断面及び検出回路を示す図である。
【図１２】図１１の水素ガスセンサの分解断面図である。
【図１３】本発明に係る水素ガス検出装置の第７実施形態における水素ガスセンサの断面及び検出回路を示す図である。
【図１４】上記第７実施形態におけるパルス駆動信号、コンデンサ電圧及び差動増幅電圧を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第９実施形態における水素ガスセンサの断面図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１２０…センサ素子、１３３、１２８０…拡散律速孔部、
１４３、１１２１、１３２１…流出口部、１５０、１４１０…プロトン伝導層、
１６０、１４２０…正側電極、１７０、１４３０…負側電極、１８２…参照電極、
２００…検出回路、４００、２０００…検出制御回路、４１０…バッファ、４１１…抵抗、
４２０、２０７０…可変基準電源、４３０…比較器、４４０…操作スイッチ、
４６０…直流電源、１０００…水素ガスセンサ、１１００…筒体、１１１０…底壁、
１１１１…流入口部、１１２０…周壁、１２００、１３００…支持部材、
１５００…樹脂部材、２０１０…駆動回路、２０２０…半導体スイッチ回路、
２０５０…差動増幅器、２０６０…コンデンサ。
【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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