(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン素材が分散されたプロトン伝導性の固体高分子電解質膜、前記固体高分子電解質膜に被着された触媒層、前記触媒層に取り付けられた第１電極、および前記固体高分子電解質膜に取り付けられた第２電極を含むセンサヘッドと、
前記第１電極の電位を基準電位としたときの第２電極の電位である出力電圧が正電圧であれば前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていると判断し、前記出力電圧が負電圧であれば前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていないと判断する制御部と
を備えることを特徴とする水素ガスセンサ。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力電圧を周期的に検出し、出力電圧が検出されるたびに前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれているか否かの判断を行うこと
を特徴とする請求項１に記載の水素ガスセンサ。
【請求項３】
前記水素ガスセンサは、さらに、温度計を備え、
前記制御部は、さらに、前記温度計の温度を周期的に検出し、前記出力電圧が負電圧から正電圧に転じた場合に、少なくとも前記出力電圧が負電圧であったときの電圧値および温度ならびに前記出力電圧が正電圧であるときの電圧値に基づいて前記センサヘッド周辺の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を導出すること
を特徴とする請求項２に記載の水素ガスセンサ。
【請求項４】
前記制御部は、前記出力電圧が負電圧であれば電圧値および温度に基づいて前記センサヘッド周辺の雰囲気の湿度を導出し、前記出力電圧が負電圧から正電圧に転じた場合に、少なくとも予め導出されている湿度ならびに前記出力電圧が負電圧から正電圧に転じたときから所定時間経過したときの出力電圧の電圧値に基づいて前記センサヘッド周辺の雰囲気の水素ガス濃度を導出すること
を特徴とする請求項３に記載の水素ガスセンサ。
【請求項５】
前記水素ガスセンサは、さらに、水素ガス濃度を導出するためのパラメータとして温度、湿度および出力電圧の電圧値が採用されたテーブルを記憶しているテーブル記憶部を備え、
前記制御部は、前記テーブルを参照して水素ガス濃度を導出すること
を特徴とする請求項４に記載の水素ガスセンサ。
【請求項６】
前記水素ガスセンサは、さらに、湿度を導出するためのパラメータとして温度および出力電圧の電圧値が採用されたテーブルを記憶しているテーブル記憶部を備え、
前記制御部は、前記テーブルを参照して湿度を導出すること
を特徴とする請求項４に記載の水素ガスセンサ。
【請求項７】
前記水素ガスセンサは、さらに、アラーム手段を備え、
前記制御部は、さらに、導出された水素ガス濃度が閾値以上であれば前記アラーム手段を動作させること
を特徴とする請求項３に記載の水素ガスセンサ。
【請求項８】
前記水素ガスセンサは、さらに、温度計および湿度計を備え、
前記制御部は、前記出力電圧が負電圧から正電圧に転じた場合に、前記出力電圧の電圧値、前記温度計の温度および前記湿度計の湿度に基づいて前記センサヘッド周辺の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を導出すること
を特徴とする請求項２に記載の水素ガスセンサ。
【請求項９】
前記水素ガスセンサは、さらに、アラーム手段を備え、
前記制御部は、さらに、導出された水素ガス濃度が閾値以上であれば前記アラーム手段を動作させること
を特徴とする請求項８に記載の水素ガスセンサ。
【請求項１０】
前記カーボン素材は、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバ、カーボンナノホーンの少なくともひとつを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の水素ガスセンサ。
【請求項１１】
カーボン素材が分散されたプロトン伝導性の固体高分子電解質膜、前記固体高分子電解質膜の両方の主面に被着された第１および第２触媒層、前記第１触媒層に取り付けられた第１電極、並びに前記第２触媒層に取り付けられた第２電極を含むセンサヘッドと、
前記第１電極の電位を基準電位としたときの第２電極の電位である出力電圧が正電圧であれば前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていると判断し、前記出力電圧が負電圧であれば前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていないと判断する制御部と
を備えることを特徴とする水素ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境因子の影響を受けにくい水素ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池や水素エンジンに代表される水素エネルギーシステムにおいては、可燃性ガスである水素ガスを取り扱うシステムの安全性を担保するため、水素ガスセンサが採用されている。水素ガスの検出方式については、これまでに種々の方式が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、センサヘッドに酸化物半導体を採用し、酸化物半導体のインピーダンス特性を測定することにより水素ガスを検知する技術を開示している。これは酸化物半導体の表面に水素ガスが吸着したときに酸化物半導体のインピーダンス特性に変化が生じる現象を利用したものである。
【０００４】
特許文献２は、センサヘッドに固体電解質のジルコニアを採用し、ジルコニアのインピーダンスまたはインピーダンスの位相角を測定することにより分子中に水素原子を含んだ可燃性ガスの濃度を導出する技術を開示している。
【０００５】
特許文献３は、センサヘッドにサーミスタ素子を採用し、サーミスタ素子の抵抗を測定することにより水素ガスを検出する技術を開示している。これは水素ガスと空気とで熱伝導率が異なることから、センサヘッド周囲の水素ガス濃度に応じて放熱特性が異なり、それに伴いサーミスタ素子の熱平衡温度が異なるという現象を利用したものである。
【特許文献１】特開平７−１０３９２４号公報
【特許文献２】特開２００６−９０８１２号公報
【特許文献３】特開２００４−３７２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記技術によれば水素ガスあるいは分子中に水素原子を含んだ可燃性ガスの濃度を検知することができるものの、以下のような課題も存在する。
【０００７】
特許文献１、２に開示された技術では、センサヘッドが適切に動作する温度が高いため（例えば、典型的な動作温度として特許文献１では４００℃、特許文献２では５００℃〜１０００℃が記載されている）、センサヘッドを動作温度まで加熱するためのヒータを設ける必要がある。また特許文献３に開示された技術では、センサヘッド周辺の雰囲気の放熱特性は水素ガス濃度だけでなく湿度にも影響されるため、湿度による影響をキャンセルするために４つのサーミスタ素子を用いてセンサヘッドを構成している。このように、センサヘッド周辺にヒータを設けたり、複数のサーミスタ素子を用いてセンサヘッドを構成したりすれば、水素ガスセンサの構造が複雑となり小型化および低コスト化を妨げる要因となる。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、できるだけ簡易な構成で水素ガスを検出することができる水素ガスセンサ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】
【０００９】
本発明に係る水素ガスセンサは、カーボン素材が分散されたプロトン伝導性の固体高分子電解質膜、前記固体高分子電解質膜に被着された触媒層、前記触媒層に取り付けられた第１電極、および前記固体高分子電解質膜に取り付けられた第２電極を含むセンサヘッドと、前記第１電極の電位を基準電位としたときの第２電極の電位である出力電圧が正電圧であれば前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていると判断し、前記出力電圧が負電圧であれば前記センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていないと判断する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
プロトン伝導性の固体高分子電解質膜に触媒層が被着されたタイプのセンサヘッドは、室温でも動作可能である。そのため高度な耐熱構造やセッサヘッドを加熱するためのヒータを設ける必要がない。したがって水素ガスセンサの構成をできるだけ簡易にすることができる。また発明者らの実験の結果、カーボン素材を分散させた固体高分子電解質を採用すれば、温度や湿度の環境因子に応じて電圧値は変化するものの、センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれている場合には出力電圧は正電圧を示し、センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていない場合には出力電圧が負電圧を示すことが判明した。このような特性を利用することにより、環境因子に依存しない水素ガスの検出を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜水素ガスセンサの構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサの一部であるセンサヘッドの構成を示す断面図である。
【００１２】
センサヘッド１００は、カーボン素材が分散されたプロトン伝導性の固体高分子電解質膜１０１の主面の全部または一部に触媒層１０２が被着され、触媒層１０２に電極１０３が取り付けられるとともに固体高分子電解質膜１０１に電極１０４が取り付けられた構成となっている。
【００１３】
固体高分子電解質としては、プロトン伝導性を示すものであれば特に限定されないが、高いプロトン伝導性を有するパーフルオロスルフォン酸系、パーフルオロカルボン酸系等のパーフルオロ系高分子や、Poly(styrene-ran-ethylene), sulfonated等のpartially sulfoneted styrene-olefin copolymerを採用することが好ましく、ナフィオン（デュポン社登録商標：NAFION）やアシプレックス（旭化成株式会社登録商標：ACIPLEX）等が好適に利用可能である。
【００１４】
カーボン素材としては、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバ、カーボンナノホーンの中の一種類あるいは二種類以上選択することができる。またカーボンブラックは具体的には、ファーネスブラック、チャンネルブラック、グラフトカーボン等が例示できる。カーボン素材のサイズ（粒径、または長さや径）は特に限定されるものでないが、長さは長いほど好ましく、特に長さ１μｍ〜１ｍｍ、径５〜３０ｎｍが好ましい。
【００１５】
また固体高分子電解質膜中にカーボン素材が分散された状態が確保できれば、固体高分子電解質とカーボン素材との配合比は特に制限されるものではないが、１０：１〜１０：１０が好ましい。
【００１６】
触媒層１０２は、水素ガスと接触することにより水素分解反応を促すものであればよく、例えば、金属、金属化合物、有機金属、あるいは有機物が利用可能である。金属としては、白金、モリブデンカーバイド、金、銀、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、マンガン、イットリウム、バナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニア、希土類金属等がある。また金属化合物としては、モリブデンカーバイド等があげられる。有機金属としては、N,N’ -Bis (salicylidene) ethylene -diamino -metal (=Ni,Fe,Vなど)、N,N’ -mono -8 -quinoly -σ-phenylenediamino -metal  (=Ni,Fe,Vなど)等を用いることができ、有機物としては、例えばピロロピロールの赤色顔料、シピリジル誘導体を用いることができる。
【００１７】
電極１０３は、一方の主面１０３ａから他方の主面１０３ｂまで雰囲気中のガスを流通させるための多数の細孔１０３ｃが穿孔されている。電極１０４についても同様である。これらの材料としては、良好な導電性を有する金属材料、例えば銅ニッケル合金薄膜が利用できる。なお、細孔１０３ｃ、１０４ｃは必須の構成ではなく、内部にガス流通性を有し、且つ、良好な導電性を有する構成であればよい。従って例えば金属ポーラス焼結体の他、カーボンペーパー、カーボンクロス等のカーボン含有繊維で構成することもできる。カーボンペーパー、カーボンクロス等は、導電性を有するとともに特に良好な通気性を有するため、電極材料として好適である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサのシステム構成を示す図である。
【００１９】
水素ガスセンサ２００は、センサヘッド１００、抵抗Ｒ、増幅回路２０１、ＡＤ変換回路２０２、温度計２０３、ＡＤ変換回路２０４、制御部２０５、テーブル記憶部２０６、ブザー２１１、ランプ２１２、出力端子２１３およびリセットスイッチ２１４を備える。
【００２０】
センサヘッド１００は、水素ガスが含有された雰囲気中では次のように働くと考えられる。触媒層１０２に水素ガスが接触すると水素分解反応が生じ、水素分子（Ｈ２）は水素イオン（プロトン）と電子とに分解される（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）。分解により得られた電子は、抵抗Ｒを介して電極１０３から電極１０４に移動する。一方、分解により得られた水素イオン（プロトン）は、固体高分子電解質膜１０１中を移動し、固体高分子電解質膜１０１の主面１０１ｂ付近において雰囲気中の酸素と結合し水生成反応を起こす（２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ）。このように抵抗Ｒには電流が流れるので、N点には電流に応じた電圧が誘起される。N点の電圧はセンサヘッド１００の出力電圧としてゲイン可変の増幅回路２０１により増幅され、ＡＤ変換回路２０２によりデジタル信号に変換されて制御部２０５に入力される。
【００２１】
温度計２０３は、センサヘッド周辺の雰囲気の温度を測定するものであり、例えば白金抵抗温度計、熱電対、サーミスタなどが利用可能である。温度計２０３の出力信号はＡＤ変換回路２０４によりデジタル信号に変換されて制御部２０５に入力される。
【００２２】
制御部２０５は、センサヘッド１００の出力電圧および温度計２０３の温度に基づいてセンサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれているか否かの判断や、水素ガスが含まれている場合に水素ガス濃度の導出を行う。水素ガス濃度の導出には、テーブル記憶部２０６に記憶されている湿度テーブル２０７および水素ガス濃度テーブル２０８を利用する。湿度テーブル２０７は、出力電圧および温度をパラメータとして湿度を導出するためのテーブルであり、図５にその具体例を示す。また水素ガス濃度テーブルは、出力電圧、温度および湿度をパラメータとして水素ガス濃度を導出するためのテーブルであり、図６にその具体例を示す。湿度テーブルおよび水素ガス濃度テーブルを構成する具体的な数値は、センサヘッドの素材、組成比、形状、サイズ等や、抵抗Ｒの抵抗値等の仕様に応じて異なるので、水素ガスセンサの設計段階において適宜決定される。
【００２３】
また制御部２０５は、水素ガス濃度が閾値以上であれば、アラーム手段としてのブザー２１１、ランプ２１２を動作させることにより水素ガス検知通報を行うとともに、出力端子２１３を介して外部にアラーム信号を出力することにより水素ガス検知通報を行う。水素ガス検知通報は、リセットスイッチ２１４の操作により停止される。
＜水素ガスセンサの動作＞
本実施の形態の水素ガスセンサは、電源投入後に周期的に出力電圧および温度を検出し、出力電圧および温度を検出するたびに雰囲気に水素ガスが含まれているか否かを判断するものである。さらに水素ガスセンサは、水素ガスが含まれている場合には水素ガス濃度を導出し、水素ガス濃度が閾値以上であればアラームを動作させ、アラーム動作中にリセット操作が行われると通常の動作に復帰する。このような仕様を実現するためのフローを以下に示す。
【００２４】
図３および図４は、本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサの動作を示すフロー図である。
【００２５】
水素ガスセンサは、電源投入後に出力電圧および温度を検出し（ステップＳ１１）、出力電圧の正負を判断する（ステップＳ１２）。出力電圧が負電圧であれば（ステップＳ１２：ＮＯ）、水素ガスセンサは、湿度テーブルを参照して、検出された出力電圧および温度に対応する湿度を特定し（ステップＳ１３）、特定された湿度に応じた水素ガス濃度テーブルを選択する（ステップＳ１４）。なおここでは、出力電圧が正電圧になったときに利用する水素ガス濃度テーブルを予め選択しておくだけであり、この段階で水素ガス濃度を導出するわけではない。出力電圧および温度の検出周期が経過すれば（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、水素ガスセンサはステップＳ１１からの動作を繰り返す。これにより出力電圧および温度が周期的に検出されることになる。なお本明細書では「周期的」の用語は、単に、継続的に繰り返し実行することを意味する。したがって継続的に繰り返し検出するものであればよく、必ずしも固定周期である必要はない。
【００２６】
一方、出力電圧が正電圧（ゼロを含む）であれば（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、水素ガスセンサは水素ガス濃度が導出可能か否かを判断し（ステップＳ２１）、水素ガス濃度が導出可能であれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、出力電圧が負電圧から正電圧に転じた時刻から所定期間だけ経過してから（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、出力電圧および温度を検出する（ステップＳ２３）。さらに水素ガスセンサは、ステップＳ１４で予め選択された水素ガス濃度テーブルを参照して、検出された出力電圧および温度に対応する水素ガス濃度を特定し（ステップＳ２４）、特定された水素ガス濃度が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。水素ガス濃度が閾値以上であれば（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、水素ガスセンサはアラームを動作させ（ステップＳ２６）、水素ガス濃度が閾値未満であれば（ステップＳ２５：ＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。水素ガスセンサは、アラーム動作中にリセット操作が行われると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【００２７】
なお本実施形態の水素ガスセンサは、予めステップＳ１４で水素ガス濃度テーブルを選択しておく必要がある。そのため電源投入時から出力電圧が正電圧である場合（すなわち電源投入時に既に水素ガスが漏洩している場合）には、水素ガス濃度を導出することができない。そのような場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、水素ガス濃度を導出せずに即時アラームを動作させることとしている（ステップＳ２６）。
＜水素ガスセンサの実現性＞
発明者らは本実施の形態の水素ガスセンサの実現性を根拠づけるための実験を行った。以下に、今回の実験に用いたセンサヘッドの作製手順、センサヘッドの出力電圧の正負に基づいて雰囲気に水素ガスが含まれているか否かを判断する処理（水素ガス検知処理）の妥当性、およびセンサヘッドの出力電圧、温度および湿度に基づいて水素ガス濃度を導出する処理（水素ガス濃度導出処理）の妥当性について説明する。
（１）センサヘッドの作製手順
まずナフィオン溶液（ナフィオン５％含有）を１０ｇ、カーボンナノチューブを０．２ｇ用意し、ナフィオン溶液中にカーボンナノチューブを投入してスターラで４５分間攪拌した。ナフィオン溶液としては、ElectroChem , Inc. 製  EC-NS-05-250を使用し、カーボンナノチューブとしては、ニューメタルス・エンド・ケミカルコーポレーション株式会社から購入したMulti - Wall Carbon nanotubes L MWNTs-10を使用した。
【００２８】
次いで、ステンレス板上に載置された５ｃｍ×５ｃｍの型枠にカーボンナノチューブが分散されたナフィオン溶液を３ｍＬ流し込み、１２０℃のオーブンに４０分間入れて溶剤を蒸発させた。これによりカーボンナノチューブが分散されたナフィオン膜が得られる。
【００２９】
次いで、ナフィオン膜の上面（ステンレス板に被着していないほうの面）に厚み２０ｎｍの白金層を形成した。スパッタリング条件は、出力３００Ｗ、ガス流量２０ｃｃ／ｍｉｎ、時間３０秒である。
【００３０】
次いで、白金層が形成されたナフィオン膜の両面に電極としてのステンレス製のワッシャーを取り付けた。
（２）水素ガス検知処理の妥当性
発明者らは、上記工程により作製されたセンサヘッドをデジタルマルチメータ（ＩＷＡＴＳＵ  ＶＯＡＣ  ７４１１）を用い、白金層側電極をＧＮＤに接続し、センサヘッド周辺の雰囲気に５２００ｐｐｍの水素ガスを導入する前後における出力電圧の変化を観測した。
【００３１】
図７は、温度３０℃におけるセンサヘッドの出力電圧の時間的変化を示す図であり、図８は図７の一部を拡大した図である。この実験では、出力電圧の検出を開始してから概ね２０秒経過後にセンサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが導入されている。水素ガスの導入前の雰囲気中における水素ガス濃度はゼロであり、水素ガスの導入後の雰囲気中における水素ガス濃度は約５２００ｐｐｍである。また図９は、温度４０℃におけるセンサヘッドの出力電圧の時間的変化を示す図であり、図１０は図９の一部を拡大した図である。この実験では、出力電圧の検出を開始してから概ね１０秒経過後にセンサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが導入されている。水素ガスの導入前の雰囲気中における水素ガス濃度はゼロであり、水素ガスの導入後の雰囲気中における水素ガス濃度は約５２００ｐｐｍである。
【００３２】
図７乃至図１０は、いずれの環境下においても、センサヘッド周辺の雰囲気に水素ガスが含まれていなければセンサヘッドの出力電圧が負電圧となり、センサヘッド周辺の雰囲気に少なくとも５２００ｐｐｍの水素ガスが含まれていればセンサヘッドの出力電圧が正電圧となることを示している。また別の実験によれば水素ガス濃度が２６００ｐｐｍでもセンサヘッドの出力電圧が正電圧になることが判明している（図１２、図１３参照）。これらの実験結果から、センサヘッドの出力電圧の正負に基づいて雰囲気に水素ガスが含まれているか否かを判断できることがわかる。
【００３３】
なお図９および図１０において、連続する４個のデータが同じ値をとり、出力電圧が階段状に上昇しているが、これは出力電圧の測定系に何らかの設定の不整合等があったためと考えられる。出力電圧の生データをオシロスコープで監視した場合には、出力電圧が滑らかに上昇することが確認できることを念のため追記しておく。
（３）水素ガス濃度導出処理の妥当性
図１１は、雰囲気に水素ガスが含まれていない場合における湿度と出力電圧との関係を示すグラフである。ここでは温度３０℃における湿度３０％ＲＨ、６０％ＲＨ、９０％ＲＨのときの出力電圧と、温度４０℃における湿度３０％ＲＨ、６０％ＲＨ、９０％ＲＨのときの出力電圧とをプロットしている。図１１によれば、温度を固定した場合に、湿度が高くなるほど出力電圧の絶対値が大きくなるという単純増加の傾向がみられる。すなわち図１１に記載された２本の曲線は、出力電圧および温度から湿度を導出するための検量線として利用可能である。そのため水素ガスセンサの設計段階において温度および湿度の各組合せにおける出力電圧を測定することにより、図５に示す湿度テーブルが作成可能なことがわかる。
【００３４】
図１２は、雰囲気中の水素ガス濃度と出力電圧との関係を示すグラフである。図１３は、図１２の縦軸を対数目盛で表したグラフである。ここでは温度４０℃湿度９０％ＲＨにおける水素ガス濃度２６００ｐｐｍ、５３００ｐｐｍ、１０７００ｐｐｍ、２１３００ｐｐｍのときの出力電圧、温度３０℃湿度８０％ＲＨにおける水素ガス濃度２６００ｐｐｍ、５３００ｐｐｍ、１０７００ｐｐｍのときの出力電圧、温度１０℃湿度３０％ＲＨにおける水素ガス濃度２６００ｐｐｍ、５３００ｐｐｍ、１０７００ｐｐｍのときの出力電圧をプロットしている。図１２および図１３によれば、温度および湿度を固定した場合に、水素ガス濃度が高くなるほど出力電圧が高くなるという単純増加の傾向がみられる。すなわち図１２および図１３に記載された３本の曲線は、出力電圧、温度および湿度から水素ガス濃度を導出するための検量線として利用可能である。そのため水素ガスセンサの設計段階において温度、湿度および水素ガス濃度の各組合せにおける出力電圧を測定することにより、図６に示す水素ガス濃度テーブルが作成可能なことがわかる。
【００３５】
これらの実験結果から、センサヘッドの出力電圧が負電圧の場合に出力電圧から湿度を導出しておき、センサヘッドの出力電圧が正電圧になれば導出された湿度、温度および出力電圧から水素ガス濃度を導出できることがわかる。
【００３６】
以上、実施の形態に基づいて本発明に係る水素ガスセンサについて説明したが、本発明は上記構成に限られることはない。例えば、以下のような変形例を採用しても構わない。
【００３７】
実施の形態では、水素ガスセンサは、出力電圧が負電圧であれば出力電圧を検出するたびに湿度を特定し（ステップＳ１３）、特定された湿度に応じた水素ガス濃度テーブルを選択しているが（ステップＳ１４）、本発明はこれに限られない。例えば、検出された出力電圧および温度の履歴をメモリに保存しておき、出力電圧が負電圧から正電圧に転じた場合に、過去の履歴に基づいて湿度を特定し、特定された湿度に応じた水素ガス濃度テーブルを選択することとしてもよい。
【００３８】
実施の形態では、出力電圧が負電圧から正電圧に転じた時刻から所定期間だけ待って、出力電圧および温度を検出することとしている（ステップＳ２２、Ｓ２３）。しかしながら本発明はこれに限られない。例えば、ステップＳ２３では出力電圧のみを検出し、温度は水素ガス濃度テーブルを選択したときに用いた温度を流用することとしてもよい。なお、所定時間の長さは、出力電圧が上昇して飽和するのに十分な時間としてもよい。また図７乃至図１０に示されているようにセンサヘッドの出力電圧が飽和するにはある程度の時間を要するので、出力電圧の飽和を待つこととすれば水素ガス濃度の導出に時間を要してしまう。そこで、出力電圧の飽和を待たずに出力電圧および温度を検出することとしてもよい。この場合には、出力電圧の時間的な変化率を観測しているとも言える。また、出力電圧の上昇中に周期的に電圧値を検出し、各周期における電圧値の変化量から出力電圧が飽和したときの電圧値を予測することとしてもよい。
【００３９】
実施の形態では、センサヘッド１００の出力電圧が負電圧であるときの電圧値および温度に基づいて湿度を特定することとしている。すなわち雰囲気中に水素ガスが含まれていない場合にはセンサヘッド１００を湿度計としても利用している。しかしながら、本発明はこれに限られず、湿度計を別途設けることとしてもよい。この場合には、センサヘッド１００の出力電圧が負電圧から正電圧に転じた場合に、センサヘッドの出力電圧、温度計の温度および湿度計の湿度に基づいて水素ガス濃度を導出することになる。湿度計としては、例えば、高分子膜湿度センサ、セラミックス湿度センサ、電解質湿度センサなどの普及品を利用することができる。
【００４０】
実施の形態では、固体高分子電解質膜の一方の主面に触媒層が被着しているが、本発明はこれに限られない。例えば、固体高分子電解質膜の両方の主面の全部または一部に触媒層が被着されていてもよい。固体高分子電解質膜の両方の主面に触媒層が被着された場合、電極１０３、１０４のどちらも触媒層に取り付けられることになる。この場合、電極１０３が取り付けられた主面のみに水素ガスが触れるような構造（例えば、電極１０４が取り付けられた主面を容器で密封し、水素ガスに曝されないようにしておく等）を採用すれば、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の水素ガスセンサは、例えば自動車用、施設用、携帯用の燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知する手段として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサの一部であるセンサヘッドの構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサのシステム構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサの動作を示すフロー図
【図４】本発明の実施の形態に係る水素ガスセンサの動作を示すフロー図
【図５】本発明の実施の形態に係る湿度テーブルの具体例を示す図
【図６】本発明の実施の形態に係る水素ガス濃度テーブルの具体例を示す図
【図７】温度３０℃におけるセンサヘッドの出力電圧の時間的変化を示す図
【図８】図７の一部を拡大した図
【図９】温度４０℃におけるセンサヘッドの出力電圧の時間的変化を示す図
【図１０】図９の一部を拡大した図
【図１１】雰囲気に水素ガスが含まれていない場合における湿度と出力電圧との関係を示すグラフ
【図１２】雰囲気中の水素ガス濃度と出力電圧との関係を示すグラフ
【図１３】図１２の縦軸を対数目盛で表したグラフ
【符号の説明】
【００４３】
１００    センサヘッド
１０１    固体高分子電解質膜
１０２    触媒層
１０３、１０４    電極
１０３ｃ、１０４ｃ  細孔
２００    水素ガスセンサ
２０１    増幅回路
２０２    ＡＤ変換回路
２０３    温度計
２０４    ＡＤ変換回路
２０５    制御部
２０６    テーブル記憶部
２０７    湿度テーブル
２０８    水素ガス濃度テーブル
２１１    ブザー
２１２    ランプ
２１３    出力端子
２１４    リセットスイッチ
【図１】
0004945478.tif 000002
【図２】
0004945478.tif 000003
【図３】
0004945478.tif 000004
【図４】
0004945478.tif 000005
【図５】
0004945478.tif 000006
【図６】
0004945478.tif 000007
【図７】
0004945478.tif 000008
【図８】
0004945478.tif 000009
【図９】
0004945478.tif 000010
【図１０】
0004945478.tif 000011
【図１１】
0004945478.tif 000012
【図１２】
0004945478.tif 000013
【図１３】
0004945478.tif 000014