JP2003098147A - 水素センサとそれを用いた自動車 - Google Patents
水素センサとそれを用いた自動車Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 起動昇温時の水素検出素子への損傷を与えず
起動時間を短縮化した水素センサを提供することを目的
とする。 【解決手段】 少なくとも下面に水素流入口２を有する
収納ケース１内に、プロトン伝導性固体酸化物とその両
面に設けた一対の電極よりなる水素検出素子６と、水素
検出素子６を加熱する第１のヒーター５、第２のヒータ
ー７を設けるとともに、水素検出素子６と第１のヒータ
ー５、第２のヒーター７間には隙間を設け、さらにこの
第１のヒーター５、第２のヒーター７の外周面積を水素
検出素子６の外周面積よりも大きくした。
起動時間を短縮化した水素センサを提供することを目的
とする。 【解決手段】 少なくとも下面に水素流入口２を有する
収納ケース１内に、プロトン伝導性固体酸化物とその両
面に設けた一対の電極よりなる水素検出素子６と、水素
検出素子６を加熱する第１のヒーター５、第２のヒータ
ー７を設けるとともに、水素検出素子６と第１のヒータ
ー５、第２のヒーター７間には隙間を設け、さらにこの
第１のヒーター５、第２のヒーター７の外周面積を水素
検出素子６の外周面積よりも大きくした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素漏洩を検出す
るための水素センサとそれを用いた自動車に関するもの
である。
るための水素センサとそれを用いた自動車に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、水素を駆動エネルギーとして用い
た自動車の開発が盛んに行われている。この自動車は水
素をエンジンの気筒内で直接燃やしたり、あるいは燃料
電池で電気エネルギーに変換することにより駆動するよ
うになっている。
た自動車の開発が盛んに行われている。この自動車は水
素をエンジンの気筒内で直接燃やしたり、あるいは燃料
電池で電気エネルギーに変換することにより駆動するよ
うになっている。
【０００３】このような水素を用いた自動車は、今まで
の化石燃料を用いたものとは異なり、クリーンな排気ガ
スとなるため、今後ますます環境の観点から進展してい
くものと考えられる。
の化石燃料を用いたものとは異なり、クリーンな排気ガ
スとなるため、今後ますます環境の観点から進展してい
くものと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水素を燃料に用いた自
動車は、上記のように環境の点に関して非常に有効なも
のであるが、その安全対策が非常に重要な問題となる。
すなわち、安全対策のためには水素が漏洩したことを検
出する水素センサが必要になってくる。
動車は、上記のように環境の点に関して非常に有効なも
のであるが、その安全対策が非常に重要な問題となる。
すなわち、安全対策のためには水素が漏洩したことを検
出する水素センサが必要になってくる。
【０００５】このような水素センサとして、従来、プロ
トン伝導性固体酸化物を水素検出素子とする原理のもの
が提案されていた。これは、水素がプロトン伝導性固体
酸化物上に設けた触媒電極上でプロトンと電子に分か
れ、プロトンが固体酸化物中を伝導するときに流れる電
流が水素濃度に対応することから検出するものである。
トン伝導性固体酸化物を水素検出素子とする原理のもの
が提案されていた。これは、水素がプロトン伝導性固体
酸化物上に設けた触媒電極上でプロトンと電子に分か
れ、プロトンが固体酸化物中を伝導するときに流れる電
流が水素濃度に対応することから検出するものである。
【０００６】このプロトン伝導性固体酸化物によって形
成された水素検出素子は、プロトンを有効に伝導するた
めに数百℃に加熱する必要がある。そのために従来は、
この水素検出素子にヒーターを一体化して、それを加熱
するようにしている。この一体化構成により、できるだ
け短時間（５秒程度以内）で、すばやく水素検出素子を
加熱し活性化させ、水素漏洩を検出しようとしている。
成された水素検出素子は、プロトンを有効に伝導するた
めに数百℃に加熱する必要がある。そのために従来は、
この水素検出素子にヒーターを一体化して、それを加熱
するようにしている。この一体化構成により、できるだ
け短時間（５秒程度以内）で、すばやく水素検出素子を
加熱し活性化させ、水素漏洩を検出しようとしている。
【０００７】ここで問題となるのは、このように水素検
出素子にヒーターを一体化することによって本来の目的
とは裏腹に水素センサの起動時間がかえって長くなって
しまうということであった。この点を詳細に説明する
と、水素検出素子を数百℃に短時間で加熱しようとする
がゆえに、この水素検出素子にヒーターを一体化した場
合、確かに短時間で加熱することはできるのであるが、
ヒーターと水素検出素子の熱膨張係数の違いがあるた
め、急速加熱により水素検出素子が損傷してしまう。従
ってヒーターを一体化したにもかかわらず徐々にしか加
熱することができず、そのため水素センサの起動時間を
なかなか短縮できなかった。そこで、本発明は水素セン
サの起動時間を短縮化することを目的とするものであ
る。
出素子にヒーターを一体化することによって本来の目的
とは裏腹に水素センサの起動時間がかえって長くなって
しまうということであった。この点を詳細に説明する
と、水素検出素子を数百℃に短時間で加熱しようとする
がゆえに、この水素検出素子にヒーターを一体化した場
合、確かに短時間で加熱することはできるのであるが、
ヒーターと水素検出素子の熱膨張係数の違いがあるた
め、急速加熱により水素検出素子が損傷してしまう。従
ってヒーターを一体化したにもかかわらず徐々にしか加
熱することができず、そのため水素センサの起動時間を
なかなか短縮できなかった。そこで、本発明は水素セン
サの起動時間を短縮化することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は少なくとも下面に水素流入口を有するケー
ス内に、プロトン伝導性固体酸化物とその両面に設けた
一対の電極よりなる水素検出素子と、この水素検出素子
を加熱するヒーターを設けるとともに、前記水素検出素
子とヒーター間には隙間を設け、さらにこのヒーターの
外周面積を水素検出素子の外周面積よりも大きくしたも
のである。このようにヒーターと水素検出素子を隙間を
設けて別体とすることにより、ヒーターで水素検出素子
を短時間で、その特性を安定化させるための温度に加熱
したとしても、水素検出素子が損傷してしまうことはな
い。さらに、このように別体とした場合には、ヒーター
によって水素検出素子を加熱しにくくなる分、このヒー
ターの外周面積を水素検出素子の外周面積よりも大きく
することによって、その加熱が効果的に行われるように
したものである。
に、本発明は少なくとも下面に水素流入口を有するケー
ス内に、プロトン伝導性固体酸化物とその両面に設けた
一対の電極よりなる水素検出素子と、この水素検出素子
を加熱するヒーターを設けるとともに、前記水素検出素
子とヒーター間には隙間を設け、さらにこのヒーターの
外周面積を水素検出素子の外周面積よりも大きくしたも
のである。このようにヒーターと水素検出素子を隙間を
設けて別体とすることにより、ヒーターで水素検出素子
を短時間で、その特性を安定化させるための温度に加熱
したとしても、水素検出素子が損傷してしまうことはな
い。さらに、このように別体とした場合には、ヒーター
によって水素検出素子を加熱しにくくなる分、このヒー
ターの外周面積を水素検出素子の外周面積よりも大きく
することによって、その加熱が効果的に行われるように
したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】（実施の形態）以下、本発明の一
実施の形態を添付図面に従って説明する。
実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１０】図８は本発明の実施の形態における水素セ
ンサを用いた自動車の概略構造を示す図である。
ンサを用いた自動車の概略構造を示す図である。
【００１１】図８において、１０１は自動車の本体で、
本体１０１は図８に示すごとく乗車空間１０２と、水素
タンク収納空間１０３と、駆動手段収納空間１０４と、
床下空間１０５が、それぞれ空間として分離された状態
で形成されている。水素タンク収納空間１０３には水素
を貯蔵するタンク１０６が設けられている。タンク１０
６は、特に衝突時における水素漏洩に対する安全性を確
保するために、外側タンク１０７と内側タンク１０８か
らなる二重構造となっており、内側タンク１０８内に水
素が貯蔵されている。また、駆動手段収納空間１０４に
は本体１０１を駆動するためのモーター１０９が設けら
れている。床下空間１０５には燃料電池１１０が設けら
れている。
本体１０１は図８に示すごとく乗車空間１０２と、水素
タンク収納空間１０３と、駆動手段収納空間１０４と、
床下空間１０５が、それぞれ空間として分離された状態
で形成されている。水素タンク収納空間１０３には水素
を貯蔵するタンク１０６が設けられている。タンク１０
６は、特に衝突時における水素漏洩に対する安全性を確
保するために、外側タンク１０７と内側タンク１０８か
らなる二重構造となっており、内側タンク１０８内に水
素が貯蔵されている。また、駆動手段収納空間１０４に
は本体１０１を駆動するためのモーター１０９が設けら
れている。床下空間１０５には燃料電池１１０が設けら
れている。
【００１２】次に、この自動車の動作を説明する。タン
ク１０６から供給された水素が床下空間１０５に設けら
れた燃料電池１１０により電気エネルギーに変換され、
その電気エネルギーがモーター１０９に伝達されてタイ
ヤ１１１を駆動するようになっている。なお、タイヤ１
１１の操舵方向は乗車空間１０２内からハンドル１１２
で行うようになっている。
ク１０６から供給された水素が床下空間１０５に設けら
れた燃料電池１１０により電気エネルギーに変換され、
その電気エネルギーがモーター１０９に伝達されてタイ
ヤ１１１を駆動するようになっている。なお、タイヤ１
１１の操舵方向は乗車空間１０２内からハンドル１１２
で行うようになっている。
【００１３】このような自動車において、それぞれの空
間には水素センサ１１３が設けられている。具体的に
は、乗車空間１０２に設けた水素センサ１１３は乗車空
間１０２の中で最も上部にあたる天井前部に、水素タン
ク収納空間１０３に設けた水素センサ１１３はタンク１
０６が二重構造であるため外側タンク１０７の最上部
に、駆動手段格納空間１０４に設けた水素センサ１１３
は駆動手段格納空間１０４の中で最も上部にあたるボン
ネット後端部に、床下空間１０５に設けた水素センサ１
１３は床下空間１０５の最上部に、それぞれ配してい
る。水素センサ１１３にはそれぞれ漏洩水素を少しでも
早く検出するために円錐形状のフードからなる集ガス部
１１４を設け、その頂点に水素センサ１１３が取り付け
てある。また、乗車空間１０２、および、床下空間１０
５には、漏洩水素が効率よく水素センサ１１３に至るよ
うに、それぞれ天井傾斜部１１５、および、床下空間傾
斜部１１６を設け、その最上部に集ガス部１１４付きの
水素センサ１１３を配している。この水素センサ１１３
は図１から図４に示すような構造になっている。
間には水素センサ１１３が設けられている。具体的に
は、乗車空間１０２に設けた水素センサ１１３は乗車空
間１０２の中で最も上部にあたる天井前部に、水素タン
ク収納空間１０３に設けた水素センサ１１３はタンク１
０６が二重構造であるため外側タンク１０７の最上部
に、駆動手段格納空間１０４に設けた水素センサ１１３
は駆動手段格納空間１０４の中で最も上部にあたるボン
ネット後端部に、床下空間１０５に設けた水素センサ１
１３は床下空間１０５の最上部に、それぞれ配してい
る。水素センサ１１３にはそれぞれ漏洩水素を少しでも
早く検出するために円錐形状のフードからなる集ガス部
１１４を設け、その頂点に水素センサ１１３が取り付け
てある。また、乗車空間１０２、および、床下空間１０
５には、漏洩水素が効率よく水素センサ１１３に至るよ
うに、それぞれ天井傾斜部１１５、および、床下空間傾
斜部１１６を設け、その最上部に集ガス部１１４付きの
水素センサ１１３を配している。この水素センサ１１３
は図１から図４に示すような構造になっている。
【００１４】図１において、１は板厚０．２ｍｍの耐熱
ステンレス鋼をプレス成形した底辺が２０ｍｍ角の正方
形状の収納ケースで、その下面には１２ｍｍ角の正方形
状の水素流入口２が設けられている。また、収納ケース
１の４ヶ所の側面にはそれぞれ下面から３ｍｍ上方に幅
１２ｍｍ、高さ１．５ｍｍの長方形状の水素流出口３が
設けられている。水素流入口２および４箇所の水素流出
口３には耐熱金属製の４００メッシュ金属網４が抵抗溶
接により接合されている。
ステンレス鋼をプレス成形した底辺が２０ｍｍ角の正方
形状の収納ケースで、その下面には１２ｍｍ角の正方形
状の水素流入口２が設けられている。また、収納ケース
１の４ヶ所の側面にはそれぞれ下面から３ｍｍ上方に幅
１２ｍｍ、高さ１．５ｍｍの長方形状の水素流出口３が
設けられている。水素流入口２および４箇所の水素流出
口３には耐熱金属製の４００メッシュ金属網４が抵抗溶
接により接合されている。
【００１５】図２において水素流入口２から２ｍｍ上方
に第１のヒーター５、その１．５ｍｍ上方に水素検出素
子６、その１．５ｍｍ上方に第２のヒーター７が互いに
平行になるように配され、第２のヒーター７の直上に厚
さ略２ｍｍの断熱材８が配置されている。第１のヒータ
ー５、第２のヒーター７は表面にアルミニウム酸化層を
形成した厚さ０．０５ｍｍのニッケルクロムの合金板で
できている。これは、ニッケルクロム合金板の表面にア
ルミニウム箔を接合した後、外周面積が２２５平方ｍｍ
（一辺１５ｍｍの正方形状）になるように図３に示すよ
うな蛇行状にエッチングにより形成し、空気中で６００
℃１時間加熱することにより、表面アルミニウム箔が酸
化し、アルミニウム酸化層を形成している。
に第１のヒーター５、その１．５ｍｍ上方に水素検出素
子６、その１．５ｍｍ上方に第２のヒーター７が互いに
平行になるように配され、第２のヒーター７の直上に厚
さ略２ｍｍの断熱材８が配置されている。第１のヒータ
ー５、第２のヒーター７は表面にアルミニウム酸化層を
形成した厚さ０．０５ｍｍのニッケルクロムの合金板で
できている。これは、ニッケルクロム合金板の表面にア
ルミニウム箔を接合した後、外周面積が２２５平方ｍｍ
（一辺１５ｍｍの正方形状）になるように図３に示すよ
うな蛇行状にエッチングにより形成し、空気中で６００
℃１時間加熱することにより、表面アルミニウム箔が酸
化し、アルミニウム酸化層を形成している。
【００１６】図４（ａ）は水素検出素子の表（正極）側
を、図４（ｂ）は水素検出素子の裏（負極）側を示して
いる。水素検出素子６は図４に示すようにプロトン伝導
性固体酸化物としてバリウム−セリウム−ジルコニウム
−インジウム系複合酸化物を厚さ０．５ｍｍ、一辺１０
ｍｍ角の正方形状に切削加工し、その両面に一辺６ｍｍ
角の正方形状の一対の電極９を形成することにより構成
されている。電極９は白金ペーストを印刷し、空気中１
０００℃で焼成することにより形成した。
を、図４（ｂ）は水素検出素子の裏（負極）側を示して
いる。水素検出素子６は図４に示すようにプロトン伝導
性固体酸化物としてバリウム−セリウム−ジルコニウム
−インジウム系複合酸化物を厚さ０．５ｍｍ、一辺１０
ｍｍ角の正方形状に切削加工し、その両面に一辺６ｍｍ
角の正方形状の一対の電極９を形成することにより構成
されている。電極９は白金ペーストを印刷し、空気中１
０００℃で焼成することにより形成した。
【００１７】図４（ｂ）に示すように水素検出素子６の
裏面には、白金ペーストを幅０．１５ｍｍ、間隔も０．
１５ｍｍの蛇行状に印刷焼成した温度検出部１０が形成
されている。温度検出部１０の両端に設けた一辺１．５
ｍｍ角のランド１１は温度検出部１０より緻密な白金ペ
ーストを印刷焼成することで形成した。なお、温度検出
部１０およびランド１１と電極９の最も近接した部分の
間隔は０．６ｍｍとした。
裏面には、白金ペーストを幅０．１５ｍｍ、間隔も０．
１５ｍｍの蛇行状に印刷焼成した温度検出部１０が形成
されている。温度検出部１０の両端に設けた一辺１．５
ｍｍ角のランド１１は温度検出部１０より緻密な白金ペ
ーストを印刷焼成することで形成した。なお、温度検出
部１０およびランド１１と電極９の最も近接した部分の
間隔は０．６ｍｍとした。
【００１８】図４（ａ）に示すように水素検出素子６に
は一部コの字形状に曲げ加工した厚さ０．２ｍｍ、幅
１．５ｍｍの耐熱ステンレスからなる端子１２がはめ込
まれており、端子１２と電極９の接合部には金ペースト
１３を塗布し、焼成することによって両者を機械的、電
気的に接続している。図４（ｂ）に示すように水素検出
素子６の裏側には電極９の一部およびランド１１に耐熱
ステンレスからなる直径０．１５ｍｍの電極用リード線
１４ａ、温度検出用リード線１４ｂが金ペースト１３の
塗布および焼成により電気的に接続されている。
は一部コの字形状に曲げ加工した厚さ０．２ｍｍ、幅
１．５ｍｍの耐熱ステンレスからなる端子１２がはめ込
まれており、端子１２と電極９の接合部には金ペースト
１３を塗布し、焼成することによって両者を機械的、電
気的に接続している。図４（ｂ）に示すように水素検出
素子６の裏側には電極９の一部およびランド１１に耐熱
ステンレスからなる直径０．１５ｍｍの電極用リード線
１４ａ、温度検出用リード線１４ｂが金ペースト１３の
塗布および焼成により電気的に接続されている。
【００１９】図２の断熱材８は電気炉用の白色系多孔質
セラミックス製炉壁材を厚さ２ｍｍに切削加工して形成
した。第１のヒーター５と水素検出素子６の隙間、およ
び、水素検出素子６と第２のヒーター７の隙間にはカー
ボン粒子を含有する黒体スプレーを塗布して黒色に着色
した直径４μｍから９μｍの石英ファイバーからなる通
気性を有する綿状の絶縁材１５が入っている。収納ケー
ス１内の第１のヒーター５の下の隙間には、絶縁材１５
と同材質で黒色に着色していないすなわち白色系の通気
性を有する緩衝材１６が入っている。収納ケース１の上
面には台座１７が抵抗溶接により接合、一体化されてい
る。この際、第２のヒーター７と台座１７の隙間は２ｍ
ｍとした。なお、絶縁材１５、および緩衝材１６はいず
れも石英ファイバーで綿状であるので、炉壁材からなる
断熱材８の方が緻密である。
セラミックス製炉壁材を厚さ２ｍｍに切削加工して形成
した。第１のヒーター５と水素検出素子６の隙間、およ
び、水素検出素子６と第２のヒーター７の隙間にはカー
ボン粒子を含有する黒体スプレーを塗布して黒色に着色
した直径４μｍから９μｍの石英ファイバーからなる通
気性を有する綿状の絶縁材１５が入っている。収納ケー
ス１内の第１のヒーター５の下の隙間には、絶縁材１５
と同材質で黒色に着色していないすなわち白色系の通気
性を有する緩衝材１６が入っている。収納ケース１の上
面には台座１７が抵抗溶接により接合、一体化されてい
る。この際、第２のヒーター７と台座１７の隙間は２ｍ
ｍとした。なお、絶縁材１５、および緩衝材１６はいず
れも石英ファイバーで綿状であるので、炉壁材からなる
断熱材８の方が緻密である。
【００２０】図３において、第１のヒーター５、第２の
ヒーター７、および水素検出素子６に接続された端子１
２、電極用リード線１４ａ、温度検出用リード線１４ｂ
は、ケースの台座１７を貫通するようにガラスハーメチ
ックシール１８により固定された直径０．４５ｍｍの所
定の金属製のピンにそれぞれレーザー溶接により接続さ
れる。ここで第１のヒーター用ピン１９ａ、１９ｂ、第
２のヒーター用ピン２０ａ、２０ｂは図３に示すように
それぞれ４本づつ設けてあり、第１のヒーター５、およ
び第２のヒーター７の両端と各々２本づつが接続され
る。また、水素検出素子６の端子１２はセンサ正極用ピ
ン２１に、電極９に接続された電極用リード線１４ａは
センサ負極用ピン２２に、ランド１１に接続された温度
検出用リード線１４ｂは温度検出用ピン２３ａ，２３ｂ
に、それぞれ接続される。なお、第１のヒーター用ピン
１９ａ、１９ｂは台座１７から下方５．５ｍｍの長さ
に、第２のヒーター用ピン２０ａ、２０ｂは台座１７か
ら下方２ｍｍの長さに、センサ正極用ピン２１、センサ
負極用ピン２２、および温度検出用ピン２３ａ，２３ｂ
は台座１７から下方３．５ｍｍの長さで、それぞれ切断
してある。
ヒーター７、および水素検出素子６に接続された端子１
２、電極用リード線１４ａ、温度検出用リード線１４ｂ
は、ケースの台座１７を貫通するようにガラスハーメチ
ックシール１８により固定された直径０．４５ｍｍの所
定の金属製のピンにそれぞれレーザー溶接により接続さ
れる。ここで第１のヒーター用ピン１９ａ、１９ｂ、第
２のヒーター用ピン２０ａ、２０ｂは図３に示すように
それぞれ４本づつ設けてあり、第１のヒーター５、およ
び第２のヒーター７の両端と各々２本づつが接続され
る。また、水素検出素子６の端子１２はセンサ正極用ピ
ン２１に、電極９に接続された電極用リード線１４ａは
センサ負極用ピン２２に、ランド１１に接続された温度
検出用リード線１４ｂは温度検出用ピン２３ａ，２３ｂ
に、それぞれ接続される。なお、第１のヒーター用ピン
１９ａ、１９ｂは台座１７から下方５．５ｍｍの長さ
に、第２のヒーター用ピン２０ａ、２０ｂは台座１７か
ら下方２ｍｍの長さに、センサ正極用ピン２１、センサ
負極用ピン２２、および温度検出用ピン２３ａ，２３ｂ
は台座１７から下方３．５ｍｍの長さで、それぞれ切断
してある。
【００２１】このように金属製のピン１９ａ、１９ｂ、
２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３の長さを調整して組
み立てることにより、図２において、水素検出素子６と
第１のヒーター５、および水素検出素子６と第２のヒー
ター７は、いずれも１．５ｍｍの間隔を保ち平行に固定
され、また第２のヒーター７と台座１７は平行で、間隔
は２ｍｍになる。さらに、水素流出口３は収納ケース１
の下面から３ｍｍ上方の位置に高さ１．５ｍｍの大きさ
で設けてあるので、台座１７と収納ケース１を組み立て
ることにより、水素流出口３は水素検出素子６とは水平
方向で対向の位置になるが、第１のヒーター５および第
２のヒーター７と水素流出口３は水平方向で対向しな
い。台座１７から外部に突出したピンは、それぞれ検出
回路を構成する回路基板２４に設けたスルーホール２５
に挿入され、半田２６で電気的に接続される。このよう
にして検出回路と一体化されたケースは回路基板固定ネ
ジ２７で耐熱プラスチック製の外箱２８に収納固定され
る。外箱２８には同材質の外箱用蓋２９が接着される。
２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３の長さを調整して組
み立てることにより、図２において、水素検出素子６と
第１のヒーター５、および水素検出素子６と第２のヒー
ター７は、いずれも１．５ｍｍの間隔を保ち平行に固定
され、また第２のヒーター７と台座１７は平行で、間隔
は２ｍｍになる。さらに、水素流出口３は収納ケース１
の下面から３ｍｍ上方の位置に高さ１．５ｍｍの大きさ
で設けてあるので、台座１７と収納ケース１を組み立て
ることにより、水素流出口３は水素検出素子６とは水平
方向で対向の位置になるが、第１のヒーター５および第
２のヒーター７と水素流出口３は水平方向で対向しな
い。台座１７から外部に突出したピンは、それぞれ検出
回路を構成する回路基板２４に設けたスルーホール２５
に挿入され、半田２６で電気的に接続される。このよう
にして検出回路と一体化されたケースは回路基板固定ネ
ジ２７で耐熱プラスチック製の外箱２８に収納固定され
る。外箱２８には同材質の外箱用蓋２９が接着される。
【００２２】以上のようにして完成した水素センサ１１
３は水素センサ固定ネジ３０により図８に示した自動車
本体１０１の水素センサ取付位置に各々取り付けられ
る。なお、水素センサ１１３への電源供給、および出力
取り出しは図１に示す外箱２８の側面に設けたコネクタ
３１により行われる。
３は水素センサ固定ネジ３０により図８に示した自動車
本体１０１の水素センサ取付位置に各々取り付けられ
る。なお、水素センサ１１３への電源供給、および出力
取り出しは図１に示す外箱２８の側面に設けたコネクタ
３１により行われる。
【００２３】次に、検出回路の構成について図３を用い
て説明する。図３において回路基板２４上にはブロック
図で示した検出回路が構成されている。センサ正極用ピ
ン２１がセンサ用電流計３２を介してセンサ用電源３３
の正極に直列に接続され、また、センサ負極用ピン２２
がセンサ用電源３３の負極に接続されている。センサ用
電流計３２で計測した電流値はマイクロコンピュータ３
４に伝達され、さらにセンサ用電源３３の電圧はマイク
ロコンピュータ３４により設定される。
て説明する。図３において回路基板２４上にはブロック
図で示した検出回路が構成されている。センサ正極用ピ
ン２１がセンサ用電流計３２を介してセンサ用電源３３
の正極に直列に接続され、また、センサ負極用ピン２２
がセンサ用電源３３の負極に接続されている。センサ用
電流計３２で計測した電流値はマイクロコンピュータ３
４に伝達され、さらにセンサ用電源３３の電圧はマイク
ロコンピュータ３４により設定される。
【００２４】第１のヒーター用ピン１９ａはヒーター用
電源３５に接続され、さらにヒーター用電流計３６が接
続されている。第２のヒーター用ピン２０ａはヒーター
用電流計３６に接続されている。第１のヒーター用ピン
１９ｂと第２のヒーター用ピン２０ｂは回路基板２４上
にて接続されることにより、第１のヒーター５と第２の
ヒーター７は直列に接続される。また、ヒーター用電源
３５の電圧はマイクロコンピュータ３４により設定さ
れ、ヒーター用電流計３６で計測した電流値はマイクロ
コンピュータ３４に伝達される。
電源３５に接続され、さらにヒーター用電流計３６が接
続されている。第２のヒーター用ピン２０ａはヒーター
用電流計３６に接続されている。第１のヒーター用ピン
１９ｂと第２のヒーター用ピン２０ｂは回路基板２４上
にて接続されることにより、第１のヒーター５と第２の
ヒーター７は直列に接続される。また、ヒーター用電源
３５の電圧はマイクロコンピュータ３４により設定さ
れ、ヒーター用電流計３６で計測した電流値はマイクロ
コンピュータ３４に伝達される。
【００２５】図４の温度検出部１０を図３の抵抗値測定
手段３８に接続して温度検出部１０の抵抗値を測定する
ことにより水素検出素子６の温度を知ることができる。
温度検出用ピン２３ａは抵抗値測定手段３８に接続さ
れ、温度検出用ピン２３ｂは抵抗値測定用電源３７に接
続されている。また、抵抗値測定手段３８で計測した抵
抗値はマイクロコンピュータ３４に伝達される。
手段３８に接続して温度検出部１０の抵抗値を測定する
ことにより水素検出素子６の温度を知ることができる。
温度検出用ピン２３ａは抵抗値測定手段３８に接続さ
れ、温度検出用ピン２３ｂは抵抗値測定用電源３７に接
続されている。また、抵抗値測定手段３８で計測した抵
抗値はマイクロコンピュータ３４に伝達される。
【００２６】次に、水素センサの検知部分における組立
方法について図５から図７を用いて説明する。なお、こ
れらの図は、組立の様子をわかりやすくするために、図
１から図４に示したものと天地を逆にして記載してい
る。
方法について図５から図７を用いて説明する。なお、こ
れらの図は、組立の様子をわかりやすくするために、図
１から図４に示したものと天地を逆にして記載してい
る。
【００２７】図５に示すように、第２のヒーター７の両
端部は、それぞれ台座１７に設けた第２のヒーター用ピ
ン２０ａ、２０ｂ各２本づつに接触させ、レーザー溶接
により電気的、機械的に接続する。
端部は、それぞれ台座１７に設けた第２のヒーター用ピ
ン２０ａ、２０ｂ各２本づつに接触させ、レーザー溶接
により電気的、機械的に接続する。
【００２８】次に、図６で示すように水素検出素子６を
第２のヒーター７の上方に被せるように配する。さらに
水素検出素子６に取り付けてある端子１２をセンサ正極
用ピン２１に接触させ、×印で示した部分をレーザー溶
接により電気的、機械的に接続する。次に電極用リード
線１４ａをセンサ負極用ピン２２に、温度検出用リード
線１４ｂを温度検出用ピン２３にそれぞれ接触させ、×
印で示した部分をレーザー溶接により電気的に接続す
る。このように接続することにより水素検出素子６は台
座１７に対し一ヶ所のみすなわち端子１２にて機械的に
固定される。
第２のヒーター７の上方に被せるように配する。さらに
水素検出素子６に取り付けてある端子１２をセンサ正極
用ピン２１に接触させ、×印で示した部分をレーザー溶
接により電気的、機械的に接続する。次に電極用リード
線１４ａをセンサ負極用ピン２２に、温度検出用リード
線１４ｂを温度検出用ピン２３にそれぞれ接触させ、×
印で示した部分をレーザー溶接により電気的に接続す
る。このように接続することにより水素検出素子６は台
座１７に対し一ヶ所のみすなわち端子１２にて機械的に
固定される。
【００２９】次に、図７において、第１のヒーター５を
水素検出素子６の上方に被せるように配する。この際、
第１のヒーター５の両端部は第２のヒーター７と同様
に、それぞれ台座１７に設けた第１のヒーター用ピン１
９ａ、１９ｂの各２本づつに接触させ、レーザー溶接に
より電気的、機械的に接続する。
水素検出素子６の上方に被せるように配する。この際、
第１のヒーター５の両端部は第２のヒーター７と同様
に、それぞれ台座１７に設けた第１のヒーター用ピン１
９ａ、１９ｂの各２本づつに接触させ、レーザー溶接に
より電気的、機械的に接続する。
【００３０】次に、台座１７と第２のヒーター７の隙間
に、あらかじめ隙間の寸法に切断した断熱材８を挿入す
る。さらに、第２のヒーター７と水素検出素子６の隙
間、および水素検出素子６と第１のヒーター５の隙間
に、あらかじめ隙間の寸法に切断した綿状の石英ファイ
バーでできた絶縁材１５をそれぞれ挿入する。第１のヒ
ーター５と収納ケース１の間の空間には石英ファイバー
でできた緩衝材１６を充填する。この状態で台座１７を
収納ケース１にはめ込むと、緩衝材１６は綿状の石英フ
ァイバーであるため自由に変形し、収納ケース１と台座
１７の間にできる不定形の空間内に充填される。最後に
収納ケース１と台座１７を抵抗溶接により機械的に接続
することにより、水素センサの検知部分が完成する。こ
の検知部分を外箱２８に入れて、回路基板固定ネジ２７
にて回路基板２４を固定し、さらに外箱用蓋２９を固定
すれば完成する。
に、あらかじめ隙間の寸法に切断した断熱材８を挿入す
る。さらに、第２のヒーター７と水素検出素子６の隙
間、および水素検出素子６と第１のヒーター５の隙間
に、あらかじめ隙間の寸法に切断した綿状の石英ファイ
バーでできた絶縁材１５をそれぞれ挿入する。第１のヒ
ーター５と収納ケース１の間の空間には石英ファイバー
でできた緩衝材１６を充填する。この状態で台座１７を
収納ケース１にはめ込むと、緩衝材１６は綿状の石英フ
ァイバーであるため自由に変形し、収納ケース１と台座
１７の間にできる不定形の空間内に充填される。最後に
収納ケース１と台座１７を抵抗溶接により機械的に接続
することにより、水素センサの検知部分が完成する。こ
の検知部分を外箱２８に入れて、回路基板固定ネジ２７
にて回路基板２４を固定し、さらに外箱用蓋２９を固定
すれば完成する。
【００３１】次に、本実施の形態の水素センサの動作に
ついて説明する。図１の水素センサ１１３にコネクタ３
１を介して電圧が印加されると、図３のマイクロコンピ
ュータ３４は直ちに抵抗値測定用電源３７を起動する。
ここでは抵抗値測定用電源３７の出力電圧を０．２Ｖと
した。その後すぐに抵抗値測定手段３８を通して温度検
出部１０の抵抗値を読み込み、既定値と比較する。本実
施の形態の場合、水素検出素子６の温度を３５０℃に加
熱、維持する必要があるので、温度検出部１０の抵抗値
は約９９．５Ωを既定値とした。
ついて説明する。図１の水素センサ１１３にコネクタ３
１を介して電圧が印加されると、図３のマイクロコンピ
ュータ３４は直ちに抵抗値測定用電源３７を起動する。
ここでは抵抗値測定用電源３７の出力電圧を０．２Ｖと
した。その後すぐに抵抗値測定手段３８を通して温度検
出部１０の抵抗値を読み込み、既定値と比較する。本実
施の形態の場合、水素検出素子６の温度を３５０℃に加
熱、維持する必要があるので、温度検出部１０の抵抗値
は約９９．５Ωを既定値とした。
【００３２】ここで、水素センサ１１３の起動直後は水
素検出素子６の温度が低く、早く昇温させるために、マ
イクロコンピュータ３４はヒーター用電源３５の出力電
圧が最大になるように制御する。本実施の形態では最大
電圧を１７Ｖとした。また、この時同時にセンサ用電源
３３を起動して電極９に正電圧を印加する。正電圧は水
の分解電位（理論値１．２３Ｖ）以下である１Ｖとし
た。但し、この際のセンサ用電流計３２の出力電流が既
定値以上の場合は、電極９の短絡等のセンサ異常が発生
していると考えられるので、直ちにセンサ用電源３３お
よびヒーター用電源３５を切断するとともに、出力端子
３９の電圧を水素センサ１１３の電源電圧にすること
で、異常信号を出力する。ここで、本実施の形態では、
センサ用電流計３２の出力電流の既定値を検出最高水素
濃度（２％）時の出力（約２５０μＡ）以上とし、実際
にはマージンをみて５００μＡとした。
素検出素子６の温度が低く、早く昇温させるために、マ
イクロコンピュータ３４はヒーター用電源３５の出力電
圧が最大になるように制御する。本実施の形態では最大
電圧を１７Ｖとした。また、この時同時にセンサ用電源
３３を起動して電極９に正電圧を印加する。正電圧は水
の分解電位（理論値１．２３Ｖ）以下である１Ｖとし
た。但し、この際のセンサ用電流計３２の出力電流が既
定値以上の場合は、電極９の短絡等のセンサ異常が発生
していると考えられるので、直ちにセンサ用電源３３お
よびヒーター用電源３５を切断するとともに、出力端子
３９の電圧を水素センサ１１３の電源電圧にすること
で、異常信号を出力する。ここで、本実施の形態では、
センサ用電流計３２の出力電流の既定値を検出最高水素
濃度（２％）時の出力（約２５０μＡ）以上とし、実際
にはマージンをみて５００μＡとした。
【００３３】ヒーター用電源３５が起動することによ
り、水素検出素子６は第１のヒーター５および第２のヒ
ーター７により急速に加熱され、温度検出部１０の抵抗
値が既定値に近づく。ここでマイクロコンピュータ３４
は温度検出部１０の抵抗値に応じてヒーター用電源３５
の出力を制御し、水素検出素子６の温度を速やかに３５
０℃に安定化させる。
り、水素検出素子６は第１のヒーター５および第２のヒ
ーター７により急速に加熱され、温度検出部１０の抵抗
値が既定値に近づく。ここでマイクロコンピュータ３４
は温度検出部１０の抵抗値に応じてヒーター用電源３５
の出力を制御し、水素検出素子６の温度を速やかに３５
０℃に安定化させる。
【００３４】この状態で、水素導入口２から水素が入っ
てくると緩衝材１６、第１のヒーター５、絶縁材１５の
空隙を拡散して正極側の電極９に至る。電極９は正電圧
が印加されているので、水素は（化１）に従ってプロト
ンと電子に分かれる。
てくると緩衝材１６、第１のヒーター５、絶縁材１５の
空隙を拡散して正極側の電極９に至る。電極９は正電圧
が印加されているので、水素は（化１）に従ってプロト
ンと電子に分かれる。
【００３５】
【化１】
【００３６】プロトンは固体酸化物中を通って、電子は
検出回路を通って、それぞれ負極側の電極９に至る。そ
こで、再び（化２）に従って水素に戻ったり、（化３）
に従って空気中の酸素と反応して水を生成する。
検出回路を通って、それぞれ負極側の電極９に至る。そ
こで、再び（化２）に従って水素に戻ったり、（化３）
に従って空気中の酸素と反応して水を生成する。
【００３７】
【化２】
【００３８】
【化３】
【００３９】この一連の反応で生成する電子の量は（化
１）から明らかなように水素センサ１１３に導入された
水素の量に比例するため、電子の量、すなわち電流をセ
ンサ用電流計３２で測定することにより、水素濃度を知
ることができる。本実施の形態では、センサ用電流計３
２で測定した電流値はマイクロコンピュータ３４に伝達
され、あらかじめメモリーしてある電流値と水素濃度の
相関テーブルを参照して水素濃度に換算し、出力端子３
９から出力している。
１）から明らかなように水素センサ１１３に導入された
水素の量に比例するため、電子の量、すなわち電流をセ
ンサ用電流計３２で測定することにより、水素濃度を知
ることができる。本実施の形態では、センサ用電流計３
２で測定した電流値はマイクロコンピュータ３４に伝達
され、あらかじめメモリーしてある電流値と水素濃度の
相関テーブルを参照して水素濃度に換算し、出力端子３
９から出力している。
【００４０】また、本実施の形態の水素センサは次のよ
うな異常検知手段を備えている。まず、第１のヒーター
５、第２のヒーター７の異常を検知するために、マイク
ロコンピュータ３４は常にヒーター用電流計３６を通し
てヒーターの電流値を監視しており、ヒーター短絡等の
ため既定値を超えれば直ちにヒーター用電源３５を切断
するとともに、出力端子３９の電圧を水素センサ１１３
の電源電圧にすることで、異常信号を出力する。ここ
で、本実施の形態ではヒーター用電流計３６の既定値
を、起動直後の急速昇温時の最大電流値（約１．５５
Ａ）以上とし、実際にはマージンをみて２Ａとした。
うな異常検知手段を備えている。まず、第１のヒーター
５、第２のヒーター７の異常を検知するために、マイク
ロコンピュータ３４は常にヒーター用電流計３６を通し
てヒーターの電流値を監視しており、ヒーター短絡等の
ため既定値を超えれば直ちにヒーター用電源３５を切断
するとともに、出力端子３９の電圧を水素センサ１１３
の電源電圧にすることで、異常信号を出力する。ここ
で、本実施の形態ではヒーター用電流計３６の既定値
を、起動直後の急速昇温時の最大電流値（約１．５５
Ａ）以上とし、実際にはマージンをみて２Ａとした。
【００４１】さらに、定常動作時（３５０℃安定時）の
水素検出素子６の異常を検知するために、マイクロコン
ピュータ３４は常にセンサ用電流計３２を通してセンサ
からの電流値を、また抵抗値測定手段３８を通して温度
検出部１０の抵抗値を監視している。万一、水素検出素
子６や電極９、あるいは温度検出部１０やランド１１等
が損傷、断線すれば、センサへの電流が流れなくなった
り、温度検出部１０の抵抗値が異常に大きくなったりす
るため、マイクロコンピュータ３４はセンサの電流値が
既定値以下、または温度検出部１０の抵抗値が既定値以
上の場合は異常と判断し、直ちにセンサ用電源３３およ
びヒーター用電源３５を切断するとともに出力端子３９
の電圧を水素センサ１１３の電源電圧にすることにより
異常信号を出力する。ここで本実施の形態では、ヒータ
ー用電流計３６の出力電流の下限既定値を、最小電流値
（水素０％、すなわち、空気中の出力電流値＝約２５μ
Ａ）以下、実際にはマージンをみて１０μＡとし、また
温度検出部１０の抵抗値の既定値を、３５０℃での抵抗
値（約９９．５Ω）以上とし、実際にはマージンをみて
１０５Ωとした。
水素検出素子６の異常を検知するために、マイクロコン
ピュータ３４は常にセンサ用電流計３２を通してセンサ
からの電流値を、また抵抗値測定手段３８を通して温度
検出部１０の抵抗値を監視している。万一、水素検出素
子６や電極９、あるいは温度検出部１０やランド１１等
が損傷、断線すれば、センサへの電流が流れなくなった
り、温度検出部１０の抵抗値が異常に大きくなったりす
るため、マイクロコンピュータ３４はセンサの電流値が
既定値以下、または温度検出部１０の抵抗値が既定値以
上の場合は異常と判断し、直ちにセンサ用電源３３およ
びヒーター用電源３５を切断するとともに出力端子３９
の電圧を水素センサ１１３の電源電圧にすることにより
異常信号を出力する。ここで本実施の形態では、ヒータ
ー用電流計３６の出力電流の下限既定値を、最小電流値
（水素０％、すなわち、空気中の出力電流値＝約２５μ
Ａ）以下、実際にはマージンをみて１０μＡとし、また
温度検出部１０の抵抗値の既定値を、３５０℃での抵抗
値（約９９．５Ω）以上とし、実際にはマージンをみて
１０５Ωとした。
【００４２】上記構成の水素センサの起動特性を評価し
たところ、起動後５秒で３５０℃に昇温でき、以後、定
常安定化状態に加熱、維持できた。これは、図３に示す
ように第１のヒーター５、および第２のヒーター７は水
素検出素子６と隙間を設けて別体構成としたので短時間
に加熱しても熱膨張係数の違いによる熱応力が水素検出
素子６に発生せず、従って水素検出素子が何ら損傷する
ことなく昇温できたためである。さらに、第１のヒータ
ー５、および第２のヒーター７の外周面積は２２５平方
ｍｍであり、水素検出素子６の外周面積（１００平方ｍ
ｍ）よりも大きくなっているため、別体構成による熱伝
導のロス分を補って余りあるだけの輻射熱を水素検出素
子６全体に伝えることが可能となり、５秒の急速昇温を
実現できた。
たところ、起動後５秒で３５０℃に昇温でき、以後、定
常安定化状態に加熱、維持できた。これは、図３に示す
ように第１のヒーター５、および第２のヒーター７は水
素検出素子６と隙間を設けて別体構成としたので短時間
に加熱しても熱膨張係数の違いによる熱応力が水素検出
素子６に発生せず、従って水素検出素子が何ら損傷する
ことなく昇温できたためである。さらに、第１のヒータ
ー５、および第２のヒーター７の外周面積は２２５平方
ｍｍであり、水素検出素子６の外周面積（１００平方ｍ
ｍ）よりも大きくなっているため、別体構成による熱伝
導のロス分を補って余りあるだけの輻射熱を水素検出素
子６全体に伝えることが可能となり、５秒の急速昇温を
実現できた。
【００４３】次に本発明の特徴部分について列挙する。
【００４４】１．水素流入口２の外周面積は水素検出素
子６の外周面積より大きくしたので、外気が素早く水素
検出素子６に到達し、応答性が向上するという効果が得
られる。
子６の外周面積より大きくしたので、外気が素早く水素
検出素子６に到達し、応答性が向上するという効果が得
られる。
【００４５】２．水素検出素子６と第１のヒーター５、
第２のヒーター７間の隙間は第１のヒーター５、第２の
ヒーター７と収納ケース１間の隙間より小さくしたの
で、収納ケース１や台座１７からの第１のヒーター５、
第２のヒーター７の熱引けが少なくなり、水素検出素子
６を効率的に加熱昇温することができるという効果が得
られる。
第２のヒーター７間の隙間は第１のヒーター５、第２の
ヒーター７と収納ケース１間の隙間より小さくしたの
で、収納ケース１や台座１７からの第１のヒーター５、
第２のヒーター７の熱引けが少なくなり、水素検出素子
６を効率的に加熱昇温することができるという効果が得
られる。
【００４６】３．水素検出素子６の上下にそれぞれ隙間
を設けて第１のヒーター５、第２のヒーター７を設け、
これら第１のヒーター５、第２のヒーター７はそれぞれ
その外周面積を水素検出素子６の外周面積よりも大きく
したので、水素検出素子６を全面から加熱することがで
き、急速昇温ができるという効果が得られる。
を設けて第１のヒーター５、第２のヒーター７を設け、
これら第１のヒーター５、第２のヒーター７はそれぞれ
その外周面積を水素検出素子６の外周面積よりも大きく
したので、水素検出素子６を全面から加熱することがで
き、急速昇温ができるという効果が得られる。
【００４７】４．水素検出素子６と第１のヒーター５、
第２のヒーター７との間隔は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下
とした。これは、様々な間隔で昇温実験を行った結果、
上記間隔の範囲であれば、水素検出素子６に設けた電極
と第１のヒーター５、第２のヒーター７との電気的絶縁
が得られ、かつ水素検出素子６の急速昇温に十分な輻射
熱が得られることがわかったためである。従って、上記
範囲の間隔にすることにより、短時間に水素センサ１１
３を起動できるという効果が得られる。
第２のヒーター７との間隔は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下
とした。これは、様々な間隔で昇温実験を行った結果、
上記間隔の範囲であれば、水素検出素子６に設けた電極
と第１のヒーター５、第２のヒーター７との電気的絶縁
が得られ、かつ水素検出素子６の急速昇温に十分な輻射
熱が得られることがわかったためである。従って、上記
範囲の間隔にすることにより、短時間に水素センサ１１
３を起動できるという効果が得られる。
【００４８】５．水素検出素子６と第１のヒーター５、
第２のヒーター７とが互いに平行になるように構成した
ので、昇温時の水素検出素子６内部の温度分布が均一化
され、急速な昇温に対して水素検出素子６の耐久性が良
好になるという効果が得られる。
第２のヒーター７とが互いに平行になるように構成した
ので、昇温時の水素検出素子６内部の温度分布が均一化
され、急速な昇温に対して水素検出素子６の耐久性が良
好になるという効果が得られる。
【００４９】６．収納ケース１において、水素検出素子
６が水平に対向する部分に水素流出口３を設け、この水
素流出口３は図２に示すように第１のヒーター５、第２
のヒーター７の水平方向には対向しないようにしたの
で、水素検出素子６の近傍に導入された外気は効率よく
水素センサから抜けることができ応答性が良好になる上
に、第１のヒーター５、第２のヒーター７のある位置に
は水素流出口３が対向しないので、第１のヒーター５、
第２のヒーター７の輻射熱が外部に逃げず、水素検出素
子６を短時間で加熱することができるという効果が得ら
れる。
６が水平に対向する部分に水素流出口３を設け、この水
素流出口３は図２に示すように第１のヒーター５、第２
のヒーター７の水平方向には対向しないようにしたの
で、水素検出素子６の近傍に導入された外気は効率よく
水素センサから抜けることができ応答性が良好になる上
に、第１のヒーター５、第２のヒーター７のある位置に
は水素流出口３が対向しないので、第１のヒーター５、
第２のヒーター７の輻射熱が外部に逃げず、水素検出素
子６を短時間で加熱することができるという効果が得ら
れる。
【００５０】７．水素検出素子６の上方に設けた第１の
ヒーター５と台座１７との隙間に断熱材を設け、水素検
出素子６の下方に設けた第２のヒーター７と収納ケース
１の下面の隙間に緩衝材１６を設け、第１のヒーター
５、第２のヒーター７と水素検出素子６の間には通気性
を有する絶縁材１５を設け、断熱材８および緩衝材１６
を白色系とするとともに、絶縁材１５は黒色系としたの
で、第１のヒーター５、第２のヒーター７の熱は黒色系
の絶縁材１５に吸収され、素早く昇温でき、水素検出素
子６に効率的に熱を伝導できる上、絶縁材１５や緩衝材
１６は白色系であるため、これら絶縁材１５や緩衝材１
６に伝わった熱は反射され、水素センサ１１３の外部に
逃げる熱量を低減することができるという効果が得られ
る。
ヒーター５と台座１７との隙間に断熱材を設け、水素検
出素子６の下方に設けた第２のヒーター７と収納ケース
１の下面の隙間に緩衝材１６を設け、第１のヒーター
５、第２のヒーター７と水素検出素子６の間には通気性
を有する絶縁材１５を設け、断熱材８および緩衝材１６
を白色系とするとともに、絶縁材１５は黒色系としたの
で、第１のヒーター５、第２のヒーター７の熱は黒色系
の絶縁材１５に吸収され、素早く昇温でき、水素検出素
子６に効率的に熱を伝導できる上、絶縁材１５や緩衝材
１６は白色系であるため、これら絶縁材１５や緩衝材１
６に伝わった熱は反射され、水素センサ１１３の外部に
逃げる熱量を低減することができるという効果が得られ
る。
【００５１】８．絶縁材１５は緩衝材１６にカーボン粒
子を塗布することで黒色化して形成したので、３５０℃
という水素検出素子６の動作温度でも長期にわたり耐え
ることができ、黒色が退色することがなくなり、信頼性
が向上するという効果が得られる。
子を塗布することで黒色化して形成したので、３５０℃
という水素検出素子６の動作温度でも長期にわたり耐え
ることができ、黒色が退色することがなくなり、信頼性
が向上するという効果が得られる。
【００５２】９．断熱材８は緩衝材１６および絶縁材１
５より緻密となるようにしたので、水素検出素子６への
外気の拡散は妨げず、かつ水素検出素子６から台座１７
への熱拡散を抑制することができ、応答性を確保しつつ
水素検出素子６の温度ゆらぎを低減できるという効果が
得られる。
５より緻密となるようにしたので、水素検出素子６への
外気の拡散は妨げず、かつ水素検出素子６から台座１７
への熱拡散を抑制することができ、応答性を確保しつつ
水素検出素子６の温度ゆらぎを低減できるという効果が
得られる。
【００５３】１０．水素検出素子６は温度検出部１０を
一体化して形成され、温度検出部１０から得られた水素
検出素子６の温度に応じて、既定温度になるように第１
のヒーター５、第２のヒーター７に接続されたヒーター
用電源３６の出力を制御するようにしたので、水素検出
素子６を一定温度に正確に保つことができ、出力精度を
高めることができるという効果が得られる。
一体化して形成され、温度検出部１０から得られた水素
検出素子６の温度に応じて、既定温度になるように第１
のヒーター５、第２のヒーター７に接続されたヒーター
用電源３６の出力を制御するようにしたので、水素検出
素子６を一定温度に正確に保つことができ、出力精度を
高めることができるという効果が得られる。
【００５４】１１．台座１７には、台座１７を貫通し固
定された複数の金属製のピン１９〜２３を設け、これら
のピン１９〜２３には水素検出素子６の第１のヒーター
５、第２のヒーター７および温度検出部１０をそれぞれ
接続したので、水素検出素子６や第１のヒーター５、第
２のヒーター７が台座１７から離れており、第１のヒー
ター５、第２のヒーター７の熱が台座１７を通して拡散
することなく、効率よく水素検出素子６を加熱できると
いう効果が得られる。
定された複数の金属製のピン１９〜２３を設け、これら
のピン１９〜２３には水素検出素子６の第１のヒーター
５、第２のヒーター７および温度検出部１０をそれぞれ
接続したので、水素検出素子６や第１のヒーター５、第
２のヒーター７が台座１７から離れており、第１のヒー
ター５、第２のヒーター７の熱が台座１７を通して拡散
することなく、効率よく水素検出素子６を加熱できると
いう効果が得られる。
【００５５】１２．第１のヒーター５、第２のヒーター
７の両端に接続されているピン１９ａ、１９ｂ、２０
ａ、２０ｂは各々のピンが２本ずつあるので、ピンの抵
抗値を下げることができ、急速昇温時に流れる大電流に
よるピンでの発熱を抑制できるという効果が得られる。
７の両端に接続されているピン１９ａ、１９ｂ、２０
ａ、２０ｂは各々のピンが２本ずつあるので、ピンの抵
抗値を下げることができ、急速昇温時に流れる大電流に
よるピンでの発熱を抑制できるという効果が得られる。
【００５６】１３．台座１７の外部に突出したピン１９
ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３は回路
基板２４に半田付けで固定し、収納ケース１、台座１７
および回路基板２４は耐熱プラスチック製の外箱２８に
収納し固定したので、収納ケース１、台座１７と回路基
板２４、および回路基板２４と外箱２８を容易に一体化
でき、水素センサ１１３全体を小型化できるという効果
が得られる。
ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３は回路
基板２４に半田付けで固定し、収納ケース１、台座１７
および回路基板２４は耐熱プラスチック製の外箱２８に
収納し固定したので、収納ケース１、台座１７と回路基
板２４、および回路基板２４と外箱２８を容易に一体化
でき、水素センサ１１３全体を小型化できるという効果
が得られる。
【００５７】１４．収納ケース１、台座１７は金属光沢
を有する耐熱金属製としたので、第１のヒーター５、第
２のヒーター７からの熱を収納ケース１、台座１７にて
反射することができ、水素検出素子６に有効に熱が伝わ
り昇温が素早く行えると同時に、収納ケース１、台座１
７への熱引けを低減することができるという効果が得ら
れる。
を有する耐熱金属製としたので、第１のヒーター５、第
２のヒーター７からの熱を収納ケース１、台座１７にて
反射することができ、水素検出素子６に有効に熱が伝わ
り昇温が素早く行えると同時に、収納ケース１、台座１
７への熱引けを低減することができるという効果が得ら
れる。
【００５８】１５．台座１７とピン１９ａ、１９ｂ、２
０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３はガラスハーメチック
シール１８により固定したので、両者を電気的に絶縁で
き、同時に耐熱性を有する固定が可能になるという効果
が得られる。
０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３はガラスハーメチック
シール１８により固定したので、両者を電気的に絶縁で
き、同時に耐熱性を有する固定が可能になるという効果
が得られる。
【００５９】１６．収納ケース１の水素流入口２と水素
流出口３には金属網４を抵抗溶接により接合したので、
金属網４と収納ケース１は確実に機械的に接合され、第
１のヒーター５系の故障による異常加熱に耐えられると
いう効果が得られる。
流出口３には金属網４を抵抗溶接により接合したので、
金属網４と収納ケース１は確実に機械的に接合され、第
１のヒーター５系の故障による異常加熱に耐えられると
いう効果が得られる。
【００６０】１７．水素検出素子６に設けた電極９にお
いて、水素流入口２に面した電極９が正極に、もう一方
の電極９が負極になるようにしたので、外気に近い電極
９が正極になり、外気中の水素を素早くプロトンと電子
に分解でき、応答性を早めることができるという効果が
得られる。
いて、水素流入口２に面した電極９が正極に、もう一方
の電極９が負極になるようにしたので、外気に近い電極
９が正極になり、外気中の水素を素早くプロトンと電子
に分解でき、応答性を早めることができるという効果が
得られる。
【００６１】１８．センサ用電源３３の正電圧は水の分
解電位以下としたので、外気中の湿気が正電極上で分解
されてプロトンを生成する反応を抑制することができ、
湿気による水素濃度検出の誤差を低減できるという効果
が得られる。
解電位以下としたので、外気中の湿気が正電極上で分解
されてプロトンを生成する反応を抑制することができ、
湿気による水素濃度検出の誤差を低減できるという効果
が得られる。
【００６２】１９．第１のヒーター５、第２のヒーター
７はニッケル、クロム、アルミニウム合金からなる板状
で、表面にアルミニウムの酸化層を形成、すなわち保護
層が設けられているので、もとから有している高温時の
耐久性がさらに向上するという作用効果が得られる。
７はニッケル、クロム、アルミニウム合金からなる板状
で、表面にアルミニウムの酸化層を形成、すなわち保護
層が設けられているので、もとから有している高温時の
耐久性がさらに向上するという作用効果が得られる。
【００６３】２０．第１のヒーター５、第２のヒーター
７とヒーター用電源３５の間の配線にはヒーター用電流
計３６が直列に接続されており、ヒーター用電流計３６
の出力が既定値の範囲を超える場合には、ヒーター用電
源３５を切るとともに異常信号を出力する構成としたの
で、第１のヒーター５、第２のヒーター７の異常加熱を
防ぎ、また第１のヒーター５、第２のヒーター７の断線
を検知できるという効果が得られる。
７とヒーター用電源３５の間の配線にはヒーター用電流
計３６が直列に接続されており、ヒーター用電流計３６
の出力が既定値の範囲を超える場合には、ヒーター用電
源３５を切るとともに異常信号を出力する構成としたの
で、第１のヒーター５、第２のヒーター７の異常加熱を
防ぎ、また第１のヒーター５、第２のヒーター７の断線
を検知できるという効果が得られる。
【００６４】２１．電極９および温度検出部１０は貴金
属ペーストを電解質上に印刷、焼成することにより形成
しているので、電極９と温度検出部１０を同時に形成で
き、両者を容易にシンプルな構成で作製できるという効
果が得られる。
属ペーストを電解質上に印刷、焼成することにより形成
しているので、電極９と温度検出部１０を同時に形成で
き、両者を容易にシンプルな構成で作製できるという効
果が得られる。
【００６５】２２．温度検出部１０の抵抗値を測定する
ことにより水素検出素子６の温度を得る目的で構成した
温度検出部１０を、貴金属の中でも高い抵抗温度係数を
有する白金としたので、高感度に水素検出素子６の温度
を検知でき、高精度なヒーター制御が可能になるという
効果が得られる。
ことにより水素検出素子６の温度を得る目的で構成した
温度検出部１０を、貴金属の中でも高い抵抗温度係数を
有する白金としたので、高感度に水素検出素子６の温度
を検知でき、高精度なヒーター制御が可能になるという
効果が得られる。
【００６６】２３．ランド１１は温度検出部１０より緻
密な白金ペースト焼成体としたので、外気中の水素がラ
ンド１１と電解質の界面に到達しにくくなり、ランド１
１で水素が分解されるという誤差要因を低減でき、出力
精度を高めることができるという効果が得られる。
密な白金ペースト焼成体としたので、外気中の水素がラ
ンド１１と電解質の界面に到達しにくくなり、ランド１
１で水素が分解されるという誤差要因を低減でき、出力
精度を高めることができるという効果が得られる。
【００６７】２４．ランド１１の１つあたりの面積は電
極の面積の１０％以下としたので、ランド１１が水素が
分解される誤差要因を全出力の多くとも１０％以下に低
減できるため、水素漏洩を検知するのに必要な出力精度
を得ることができるという効果が得られる。
極の面積の１０％以下としたので、ランド１１が水素が
分解される誤差要因を全出力の多くとも１０％以下に低
減できるため、水素漏洩を検知するのに必要な出力精度
を得ることができるという効果が得られる。
【００６８】２５．電極間に正電圧を印加した直後のセ
ンサ用電流計３２の出力が既定値以上の場合にはセンサ
用電源３３およびヒーター用電源３５を切るとともに異
常信号を出力する構成としたので、水素検出素子６の電
極間が何らかの理由で短絡した場合、電流値が大きくな
り、水素検出素子６の異常を検知することができるとい
う効果が得られる。
ンサ用電流計３２の出力が既定値以上の場合にはセンサ
用電源３３およびヒーター用電源３５を切るとともに異
常信号を出力する構成としたので、水素検出素子６の電
極間が何らかの理由で短絡した場合、電流値が大きくな
り、水素検出素子６の異常を検知することができるとい
う効果が得られる。
【００６９】２６．第１のヒーター５、第２のヒーター
７により水素検出素子６を既定温度に加熱した時、セン
サ用電流計の出力が既定値以下、あるいは温度検出部１
０の抵抗値が既定値以上の場合にはセンサ用電源３３お
よびヒーター用電源３５を切るとともに異常信号を出力
する構成とした。これにより、電解質の割れや電極９、
ランド１１の剥離、断線という異常を検知することがで
きるという効果が得られる。
７により水素検出素子６を既定温度に加熱した時、セン
サ用電流計の出力が既定値以下、あるいは温度検出部１
０の抵抗値が既定値以上の場合にはセンサ用電源３３お
よびヒーター用電源３５を切るとともに異常信号を出力
する構成とした。これにより、電解質の割れや電極９、
ランド１１の剥離、断線という異常を検知することがで
きるという効果が得られる。
【００７０】２７．水素検出素子６を耐熱合金製の端子
１２により電気的かつ機械的にピン２１に接続し、もう
一方の電極９やランド１１は耐熱合金製のリード線１４
ａ、１４ｂにより電気的接続のみを行うため、水素検出
素子６はピン２１に対して片持ち梁構造となり、急速昇
温時の水素検出素子６にかかる熱応力を有効に逃がすこ
とができるという効果が得られる。
１２により電気的かつ機械的にピン２１に接続し、もう
一方の電極９やランド１１は耐熱合金製のリード線１４
ａ、１４ｂにより電気的接続のみを行うため、水素検出
素子６はピン２１に対して片持ち梁構造となり、急速昇
温時の水素検出素子６にかかる熱応力を有効に逃がすこ
とができるという効果が得られる。
【００７１】２８．電極９と端子１２、電極９とリード
線１４ａおよびランド１１とリード線１４ｂは、それぞ
れ端子１２およびリード線１４ａ、１４ｂに貴金属ペー
ストを用いて取り付けたので、耐熱性を有し、かつ電解
質に形成した貴金属ペーストに対し電気的、機械的接続
ができるという効果が得られる。
線１４ａおよびランド１１とリード線１４ｂは、それぞ
れ端子１２およびリード線１４ａ、１４ｂに貴金属ペー
ストを用いて取り付けたので、耐熱性を有し、かつ電解
質に形成した貴金属ペーストに対し電気的、機械的接続
ができるという効果が得られる。
【００７２】２９．端子１２とピン２１、電極用リード
線１４ａとピン２２、温度検出用リード線１４ｂとピン
２３、および第１のヒーター５、第２のヒーター７の両
端部とピン１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂはレーザー
溶接により接合されているので、接続部分はハンダ付け
した場合に較べて、耐熱性を有し、複雑な形状同士でも
確実に電気的、機械的に接続できるという効果が得られ
る。
線１４ａとピン２２、温度検出用リード線１４ｂとピン
２３、および第１のヒーター５、第２のヒーター７の両
端部とピン１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂはレーザー
溶接により接合されているので、接続部分はハンダ付け
した場合に較べて、耐熱性を有し、複雑な形状同士でも
確実に電気的、機械的に接続できるという効果が得られ
る。
【００７３】３０．端子１２の板厚は０．１ｍｍ以上
０．２ｍｍ以下、電極用リード線１４ａ、温度検出用リ
ード線１４ｂの直径は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下、
第１のヒーター５、第２のヒーター７の板厚は０．０５
ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、かつピンは直径０．４ｍｍ以
上１ｍｍ以下の円柱形状とした。これは、様々な寸法で
レーザー溶接の条件出しをした結果、上記寸法の範囲で
あれば端子１２、電極用リード線１４ａ、温度検出用リ
ード線１４ｂ、第１のヒーター５、第２のヒーター７と
ピン１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２
３をレーザービームにより破壊されることなく、互いに
溶融し電気的、機械的に良好に接続することができるこ
とが判明し、上記の寸法範囲とすることにより信頼性の
高い水素センサ１１３が構成できるという効果が得られ
る。
０．２ｍｍ以下、電極用リード線１４ａ、温度検出用リ
ード線１４ｂの直径は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下、
第１のヒーター５、第２のヒーター７の板厚は０．０５
ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、かつピンは直径０．４ｍｍ以
上１ｍｍ以下の円柱形状とした。これは、様々な寸法で
レーザー溶接の条件出しをした結果、上記寸法の範囲で
あれば端子１２、電極用リード線１４ａ、温度検出用リ
ード線１４ｂ、第１のヒーター５、第２のヒーター７と
ピン１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２
３をレーザービームにより破壊されることなく、互いに
溶融し電気的、機械的に良好に接続することができるこ
とが判明し、上記の寸法範囲とすることにより信頼性の
高い水素センサ１１３が構成できるという効果が得られ
る。
【００７４】３１．温度検出部１０を負極側の電極と同
一面上に形成する構成としたので、温度検出部１０は台
座１７側に配されることになり、外気のガス流れによる
温度ゆらぎの影響を受けず、高精度に第１のヒーター
５、第２のヒーター７の制御が可能になるという効果が
得られる。
一面上に形成する構成としたので、温度検出部１０は台
座１７側に配されることになり、外気のガス流れによる
温度ゆらぎの影響を受けず、高精度に第１のヒーター
５、第２のヒーター７の制御が可能になるという効果が
得られる。
【００７５】３２．温度検出部１０と電極９、ランド１
１と電極９の間隔は、いずれも電解質の板厚より大きい
構成としたので、温度検出部１０とランド１１間のプロ
トン伝導距離が長くなり、ランド１１で水素が分解され
てもプロトンが伝導しにくくなり、ランド１１による誤
差要因を低減でき、出力精度を高めることができるとい
う効果が得られる。
１と電極９の間隔は、いずれも電解質の板厚より大きい
構成としたので、温度検出部１０とランド１１間のプロ
トン伝導距離が長くなり、ランド１１で水素が分解され
てもプロトンが伝導しにくくなり、ランド１１による誤
差要因を低減でき、出力精度を高めることができるとい
う効果が得られる。
【００７６】３３．センサ用電流計３２はセンサ用電源
３３と正極側電極の間に直列接続した。これにより、正
極上で生成した電子の量をセンサ用電源３３の内部回路
によるロスなく全量正確に測定することができるため、
出力精度をさらに高めることができるという効果が得ら
れる。
３３と正極側電極の間に直列接続した。これにより、正
極上で生成した電子の量をセンサ用電源３３の内部回路
によるロスなく全量正確に測定することができるため、
出力精度をさらに高めることができるという効果が得ら
れる。
【００７７】３４．温度検出部１０の抵抗値測定用の印
加電圧は、一方のランド１１が負極側の電極９と同電位
であり、かつもう一方のランド１１に印加される電圧が
正極側の電極９に印加される電圧より小さい構成とし
た。これについて図４、図９を用いて説明する。
加電圧は、一方のランド１１が負極側の電極９と同電位
であり、かつもう一方のランド１１に印加される電圧が
正極側の電極９に印加される電圧より小さい構成とし
た。これについて図４、図９を用いて説明する。
【００７８】図９は水素検出素子６の概略断面図であ
る。図９において水素検出素子６に取り込まれた空気中
の水素のうち大部分は水素検出素子６上に設けた正電極
９１上で（化１）に従ってプロトンＨ+と電子ｅ-に分解
するが、水素検出素子６の表面には図４に示すようにラ
ンド１１が設けてある。図９において正極用ランド９３
上では、ごく少量ではあるが空気中の水素の一部が（化
１）に従ってプロトンＨ +と電子ｅ-に分かれる。
る。図９において水素検出素子６に取り込まれた空気中
の水素のうち大部分は水素検出素子６上に設けた正電極
９１上で（化１）に従ってプロトンＨ+と電子ｅ-に分解
するが、水素検出素子６の表面には図４に示すようにラ
ンド１１が設けてある。図９において正極用ランド９３
上では、ごく少量ではあるが空気中の水素の一部が（化
１）に従ってプロトンＨ +と電子ｅ-に分かれる。
【００７９】このため、本発明の特徴部分の２３．で述
べたようにランド１１を緻密な白金にしたり、本発明の
特徴部分の２４．で述べたようにランド１１の面積を電
極に比べ１０％以下と小さくしたり、本発明の特徴部分
の３２．で述べたように温度検出部１０と電極９および
ランド１１と電極９の間隔Ｌ（本実施の形態では０．６
ｍｍ）は、いずれも電解質の板厚ｄ（本実施の形態では
０．５ｍｍ）より大きくしたりすることにより、できる
だけ正ランド９３上で生成するプロトンの影響を少なく
するような構成としている。
べたようにランド１１を緻密な白金にしたり、本発明の
特徴部分の２４．で述べたようにランド１１の面積を電
極に比べ１０％以下と小さくしたり、本発明の特徴部分
の３２．で述べたように温度検出部１０と電極９および
ランド１１と電極９の間隔Ｌ（本実施の形態では０．６
ｍｍ）は、いずれも電解質の板厚ｄ（本実施の形態では
０．５ｍｍ）より大きくしたりすることにより、できる
だけ正ランド９３上で生成するプロトンの影響を少なく
するような構成としている。
【００８０】センサ電流計３２で測定している電流値
は、正電極９１から負電極９２に伝導するプロトン量
と、正電極９１から正ランド９３に伝導するプロトン量
と、正電極９１から負ランド９４に伝導するプロトン量
の和（図９の白太矢印と実線矢印）に応じた電子の量を
表している。従って、この構成ではプロトンがどの電極
やランドへ伝導しようとも、外気中の水素のほとんどは
正電極９１上で分解するので、測定した電流値はほぼ外
気中の水素濃度に比例し、正ランド９３から負電極９２
に流れるわずかなプロトン量による誤差は非常に小さく
なるため、水素センサ１１３として高精度化が得られ
る。
は、正電極９１から負電極９２に伝導するプロトン量
と、正電極９１から正ランド９３に伝導するプロトン量
と、正電極９１から負ランド９４に伝導するプロトン量
の和（図９の白太矢印と実線矢印）に応じた電子の量を
表している。従って、この構成ではプロトンがどの電極
やランドへ伝導しようとも、外気中の水素のほとんどは
正電極９１上で分解するので、測定した電流値はほぼ外
気中の水素濃度に比例し、正ランド９３から負電極９２
に流れるわずかなプロトン量による誤差は非常に小さく
なるため、水素センサ１１３として高精度化が得られ
る。
【００８１】以上の理由により、本構成とすることでラ
ンド１１による誤差要因を低減でき、出力精度をさらに
高めることができるという効果が得られる。
ンド１１による誤差要因を低減でき、出力精度をさらに
高めることができるという効果が得られる。
【００８２】３５．自動車の本体１０１に乗車空間１０
２と水素タンク収納空間１０３と駆動装置収納空間１０
４をそれぞれ空間的に分離して設け、少なくともそれら
の１つの空間に水素センサ１１３を設けた構成としたの
で、各空間の影響をお互いに受けることがなく、どの空
間から水素が漏洩したかを素早く検出することができる
という効果が得られる。
２と水素タンク収納空間１０３と駆動装置収納空間１０
４をそれぞれ空間的に分離して設け、少なくともそれら
の１つの空間に水素センサ１１３を設けた構成としたの
で、各空間の影響をお互いに受けることがなく、どの空
間から水素が漏洩したかを素早く検出することができる
という効果が得られる。
【００８３】３６．乗車空間１０２の天井部分に水素セ
ンサ１１３を設けた構成としたので、漏洩した水素は空
気より軽く天井部分に向かい、漏洩水素を素早く検出す
ることができるという効果が得られる。
ンサ１１３を設けた構成としたので、漏洩した水素は空
気より軽く天井部分に向かい、漏洩水素を素早く検出す
ることができるという効果が得られる。
【００８４】３７．水素タンク収納空間１０３に収納さ
れた外側タンク１０７の上部に水素センサ１１３を設け
た構成としたので、漏洩水素は空気より軽く水素タンク
収納空間１０３の上部に向かい、漏洩水素を素早く検出
することができるという効果が得られる。
れた外側タンク１０７の上部に水素センサ１１３を設け
た構成としたので、漏洩水素は空気より軽く水素タンク
収納空間１０３の上部に向かい、漏洩水素を素早く検出
することができるという効果が得られる。
【００８５】３８．駆動装置収納空間１０４に収納され
た駆動装置の上部に水素センサ１１３を設けた構成とし
たので、漏洩水素は空気より軽く駆動装置収納空間１０
４の上部に向かい、漏洩水素を素早く検出することがで
きるという効果が得られる。
た駆動装置の上部に水素センサ１１３を設けた構成とし
たので、漏洩水素は空気より軽く駆動装置収納空間１０
４の上部に向かい、漏洩水素を素早く検出することがで
きるという効果が得られる。
【００８６】３９．駆動装置がモーター１０９と燃料電
池１１０から構成され、モーター１０９と燃料電池１１
０を空間的に分離して搭載するとともに、少なくともそ
れらの１つの空間に水素センサ１１３を設けた構成とし
たので、各空間の体積が小さくなり、漏洩水素を素早く
検出することができるという効果が得られる。
池１１０から構成され、モーター１０９と燃料電池１１
０を空間的に分離して搭載するとともに、少なくともそ
れらの１つの空間に水素センサ１１３を設けた構成とし
たので、各空間の体積が小さくなり、漏洩水素を素早く
検出することができるという効果が得られる。
【００８７】４０．乗車空間１０２、水素タンク収納空
間１０３および駆動装置収納空間１０４の少なくとも１
ヶ所に設けた水素センサの取付部分を空間の最も上部に
なる位置とし、かつ水素センサ１１３に傾斜を有する集
ガス部１１４を設けた構成としたので、漏洩した水素は
集ガス部１１４を通って水素センサ１１３に導入され、
広範囲の漏洩水素をさらに素早く検出することができる
という効果が得られる。
間１０３および駆動装置収納空間１０４の少なくとも１
ヶ所に設けた水素センサの取付部分を空間の最も上部に
なる位置とし、かつ水素センサ１１３に傾斜を有する集
ガス部１１４を設けた構成としたので、漏洩した水素は
集ガス部１１４を通って水素センサ１１３に導入され、
広範囲の漏洩水素をさらに素早く検出することができる
という効果が得られる。
【００８８】以上に説明した水素センサ１１３に実際に
水素を含む空気を流し出力を見た。図１０は時間（秒）
と水素センサ１１３の出力電流（μＡ）の相関を、図１
１は水素濃度（％）と水素センサの出力電流（μＡ）の
相関をそれぞれ示す。
水素を含む空気を流し出力を見た。図１０は時間（秒）
と水素センサ１１３の出力電流（μＡ）の相関を、図１
１は水素濃度（％）と水素センサの出力電流（μＡ）の
相関をそれぞれ示す。
【００８９】測定は空気に水素をそれぞれ０％、０．５
％、１％、２％、混合したガスをこの順に水素センサ１
１３に流し、さらに、逆の順に薄くしていくことで行っ
た。それぞれの混合ガスの流量は毎分１リットルで１０
分間づつ流した。
％、１％、２％、混合したガスをこの順に水素センサ１
１３に流し、さらに、逆の順に薄くしていくことで行っ
た。それぞれの混合ガスの流量は毎分１リットルで１０
分間づつ流した。
【００９０】結果を図１０、図１１に示す。図１０よ
り、水素濃度と出力電流が対応しており、出力電流を検
出することで水素濃度に相関づけられることがわかっ
た。なお、ガスを切り替えてから出力が安定するまでに
約２分を要しているが、これは水素センサ１１３を配置
した容器や配管の総容量が約１．５リットルでありガス
流量が毎分１リットルであったので、ガスが置き換わる
のに２分程度かかったためである。
り、水素濃度と出力電流が対応しており、出力電流を検
出することで水素濃度に相関づけられることがわかっ
た。なお、ガスを切り替えてから出力が安定するまでに
約２分を要しているが、これは水素センサ１１３を配置
した容器や配管の総容量が約１．５リットルでありガス
流量が毎分１リットルであったので、ガスが置き換わる
のに２分程度かかったためである。
【００９１】また水素濃度を０％から２％まで濃くした
後、水素濃度を薄くしていっても水素センサからの出力
電流にはヒステリシスがほとんどみられない。
後、水素濃度を薄くしていっても水素センサからの出力
電流にはヒステリシスがほとんどみられない。
【００９２】図１１は横軸に水素濃度を、縦軸に出力電
流を示したものであり、水素濃度と水素センサからの出
力電流が相関関係にあり水素センサとして良好な出力特
性が得られている。
流を示したものであり、水素濃度と水素センサからの出
力電流が相関関係にあり水素センサとして良好な出力特
性が得られている。
【００９３】以上の構成、動作により、急速加熱、昇温
が可能な水素センサが得られた。
が可能な水素センサが得られた。
【００９４】
【発明の効果】以上のように本発明は収納ケース内にお
いて、水素検出素子とヒーターを別体とするとともに、
ヒーターの外周面積を水素検出素子の外周面積よりも大
きくしたので、このヒーターによって水素検出素子に損
傷を与えることなく水素検出素子を短時間で加熱、昇温
させることができ、水素検出素子の起動時間を短くする
ことができる。
いて、水素検出素子とヒーターを別体とするとともに、
ヒーターの外周面積を水素検出素子の外周面積よりも大
きくしたので、このヒーターによって水素検出素子に損
傷を与えることなく水素検出素子を短時間で加熱、昇温
させることができ、水素検出素子の起動時間を短くする
ことができる。
【図１】本発明の水素センサの実施の形態の概略の外観
を示す斜視図
を示す斜視図
【図２】同センサの概略構造を示す断面図
【図３】同センサの概略構造を示す分解斜視図とブロッ
ク図
ク図
【図４】同センサの水素検出素子の概略構造を示す斜視
図
図
【図５】同センサの第２のヒーター、および水素検出素
子の台座への組立方法を示す概略斜視図
子の台座への組立方法を示す概略斜視図
【図６】同センサの第１のヒーターの台座への組立方法
を示す概略斜視図
を示す概略斜視図
【図７】同センサの断熱材、絶縁材、緩衝材、および収
納ケースの台座への組立方法を示す概略斜視図
納ケースの台座への組立方法を示す概略斜視図
【図８】本発明の実施の形態における水素センサを用い
た自動車の概略構造を示す説明図
た自動車の概略構造を示す説明図
【図９】本発明の実施の形態における水素センサの水素
検出素子の概略断面図
検出素子の概略断面図
【図１０】同センサの時間と出力電流の相関を表す出力
特性図
特性図
【図１１】同センサの水素濃度と出力電流の相関を表す
出力特性図
出力特性図
１ 収納ケース
２ 水素流入口
３ 水素流出口
４ 金属網
５ 第１のヒーター
６ 水素検出素子
７ 第２のヒーター
８ 断熱材
９ 電極
１０ 温度検出部
１１ ランド
１２ 端子
１３ 金ペースト
１４ａ 電極用リード線
１４ｂ 温度検出用リード線
１５ 絶縁材
１６ 緩衝材
１７ 台座
１８ ガラスハーメチックシール
１９ａ、１９ｂ 第１のヒーター用ピン
２０ａ、２０ｂ 第２のヒーター用ピン
２１ センサ正極用ピン
２２ センサ負極用ピン
２３ 温度検出用ピン
２４ 回路基板
２５ スルーホール
２６ 半田
２７ 回路基板固定ネジ
２８ 外箱
２９ 外箱用蓋
３０ 水素センサ固定ネジ
３１ コネクタ
３２ センサ用電流計
３３ センサ用電源
３４ マイクロコンピュータ
３５ ヒーター用電源
３６ ヒーター用電流計
３７ 抵抗値測定用電源
３８ 抵抗値測定手段
３９ 出力端子
９１ 正電極
９２ 負電極
９３ 正極用ランド
９４ 負極用ランド
１０１ 本体
１０２ 乗車空間
１０３ 水素タンク収納空間
１０４ 駆動手段収納空間
１０５ 床下空間
１０６ タンク
１０７ 外側タンク
１０８ 内側タンク
１０９ モーター
１１０ 燃料電池
１１１ タイヤ
１１２ ハンドル
１１３ 水素センサ
１１４ 集ガス部
１１５ 天井傾斜部
１１６ 床下空間傾斜部
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3D035 AA00 AA04 AA06
5H115 PC06 PG04 PI18 PI29 PU01
QN02 TO05 TO12 TO30 UI35
UI40
Claims (41)
- 【請求項１】 少なくとも下面に水素流入口を有する収
納ケースと、前記収納ケース内に設けられた板状のプロ
トン伝導性固体酸化物、およびそのプロトン伝導性固体
酸化物の両面に設けた一対の電極よりなる水素検出素子
と、前記水素検出素子を加熱するヒーターとを備え、前
記水素検出素子と前記ヒーター間に隙間を設けるととも
に、前記ヒーターの外周面積を前記水素検出素子の外周
面積よりも大きくした水素センサ。 - 【請求項２】 水素流入口の外周面積は水素検出素子の
外周面積より大きい請求項１に記載の水素センサ。 - 【請求項３】 水素検出素子とヒーター間の隙間は前記
ヒーターと収納ケース間の隙間より小さい請求項１また
は２に記載の水素センサ。 - 【請求項４】 水素検出素子の上下にそれぞれ隙間を設
けて第１、第２のヒーターを設け、これら第１、第２の
ヒーターはそれぞれの外周面積を前記水素検出素子の外
周面積よりも大きくした請求項１から３のいずれか１つ
に記載の水素センサ。 - 【請求項５】 水素検出素子とヒーターの間隔は０．５
ｍｍ以上２ｍｍ以下である請求項１から４のいずれか１
つに記載の水素センサ。 - 【請求項６】 水素検出素子とヒーターが互いに平行方
向に配された請求項１から５のいずれか１つに記載の水
素センサ。 - 【請求項７】 水素検出素子に水平方向に対向する収納
ケースの部分に水素流出口を設け、この水素流出口はヒ
ーターの水平方向には対向しない構成とした請求項６に
記載の水素センサ。 - 【請求項８】 水素検出素子の上方に設けた第１のヒー
ターと収納ケース上面の隙間に断熱材を設け、前記水素
検出素子の下方に設けた第２のヒーターと前記収納ケー
ス下面の隙間に緩衝材を設け、前記第１、第２のヒータ
ーと前記水素検出素子の間には通気性を有する絶縁材を
設け、前記断熱材および緩衝材を白色系とするととも
に、絶縁材は黒色系とした請求項４から７のいずれか１
つに記載の水素センサ。 - 【請求項９】 絶縁材は、緩衝材にカーボン粒子を塗布
することにより黒色化し、形成した請求項８に記載の水
素センサ。 - 【請求項１０】 断熱材は、緩衝材および絶縁材より緻
密である請求項９に記載の水素センサ。 - 【請求項１１】 水素検出素子は、温度検出部を一体化
して形成され、前記温度検出部から得られた前記水素検
出素子の温度に応じて、既定温度になるようにヒーター
に接続されたヒーター電源の出力を制御する請求項１か
ら１０のいずれか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項１２】 ケース蓋の上面には、前記ケース蓋を
貫通し固定された複数の金属製のピンが設けられ、前記
ピンには水素検出素子の電極、ヒーターおよび温度検出
部がそれぞれ接続された請求項１１に記載の水素セン
サ。 - 【請求項１３】 ヒーターの両端は、少なくとも各々２
本づつのピンに接続された請求項１２に記載の水素セン
サ。 - 【請求項１４】 ケース蓋より外部に突出したピンは、
回路基板に半田付けで固定されるとともに、前記ケース
蓋および前記回路基板は耐熱プラスチック製の外箱に収
納固定された請求項１２または１３に記載の水素セン
サ。 - 【請求項１５】 収納ケースおよびケース蓋は、少なく
ともどちらか一方が金属光沢を有する耐熱金属製である
請求項１２から１４のいずれか１つに記載の水素セン
サ。 - 【請求項１６】 ケース蓋とピンは、ガラスハーメチッ
クシールにより固定された請求項１５に記載の水素セン
サ。 - 【請求項１７】 水素流入口と水素流出口には金属網が
抵抗溶接により接合された請求項１から１６のいずれか
１つに記載の水素センサ。 - 【請求項１８】 水素検出素子に設けた電極であって、
水素流入口に面した電極が正極に、もう一方の電極が負
極になるように接続配線されたセンサ電源と、前記セン
サ電源と前記電極の間に直列接続されたセンサ電流計を
有し、前記電極間に正電圧を印加した時の検出素子に流
れる電流を検出することで水素濃度に換算出力する請求
項１から１７のいずれか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項１９】 センサ電源の正電圧は、水の分解電位
以下である請求項１８に記載の水素センサ。 - 【請求項２０】 ヒーターは、ニッケル、クロム、アル
ミニウムの合金板からなり前記ヒーターの表面にアルミ
ニウム酸化層が形成されている請求項１から１９のいず
れか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項２１】 ヒーターとヒーター用電源の間にはヒ
ーター用電流計が直列接続され、前記ヒーター用電流計
の出力が既定値の範囲を超える場合には、前記ヒーター
用電源を切るとともに異常信号を出力する請求項１から
２０のいずれか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項２２】 電極および温度検出部は、貴金属ペー
ストを電解質上に印刷、焼成することにより形成した請
求項１から２１のいずれか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項２３】 温度検出部の抵抗体用貴金属ペースト
は白金ペーストであり、前記温度検出部の両端に設けた
ランド間の抵抗値を測定することにより検出素子の温度
を得る請求項２２に記載の水素センサ。 - 【請求項２４】 ランドは、温度検出部より緻密な白金
ペースト焼成体である請求項２３に記載の水素センサ。 - 【請求項２５】 ランド１つあたりの面積は、電極の面
積の１０％以下である請求項２３または２４に記載の水
素センサ。 - 【請求項２６】 電極間に正電圧を印加した直後のセン
サ電流計の出力が既定値以上の場合には、センサ電源お
よびヒーター電源を切るとともに異常信号を出力する請
求項１８から２５のいずれか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項２７】 ヒーターにより水素検出素子を既定温
度に加熱した状態でセンサ電流計の出力が既定値以下、
または温度検出部の抵抗値が既定値以上の場合にはセン
サ用電源およびヒーター用電源を切るとともに異常信号
を出力する請求項１８から２６のいずれか１つに記載の
水素センサ。 - 【請求項２８】 電極の一方には耐熱合金板製の端子
が、もう一方の電極およびランドには耐熱合金製のリー
ド線がそれぞれ取り付けられた請求項２３から２７のい
ずれか１つに記載の水素センサ。 - 【請求項２９】 電極と端子、電極とリード線、および
ランドとリード線は、それぞれ前記端子および前記リー
ド線に貴金属ペーストを塗布し、焼成することで取り付
けた請求項２８に記載の水素センサ。 - 【請求項３０】 端子とピン、リード線とピン、および
ヒーターの両端部とピンはレーザー溶接により接合され
た請求項２８または２９に記載の水素センサ。 - 【請求項３１】 端子の板厚は０．１ｍｍ以上０．２ｍ
ｍ以下、リード線の直径は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以
下、ヒーターの板厚は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以
下、かつピンは直径０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下の円柱形
状である請求項３０に記載の水素センサ。 - 【請求項３２】 温度検出部が負極側の電極と同一面上
に形成された請求項１９から３１のいずれか１つに記載
の水素センサ。 - 【請求項３３】 温度検出部と電極、およびランドと電
極の間隔は、いずれも電解質の板厚より大きい請求項３
２に記載の水素センサ。 - 【請求項３４】 センサ電流計は、センサ電源と正極側
電極の間に直列接続された請求項３２または３３に記載
の水素センサ。 - 【請求項３５】 温度検出部の抵抗値測定用の印加電圧
は、一方のランドが負極側の電極と同電位であり、かつ
もう一方のランドに印加される電圧が正極側の電極に印
加される電圧より小さい請求項３４に記載の水素セン
サ。 - 【請求項３６】 自動車本体に乗車空間と水素タンク収
納空間と駆動装置収納空間をそれぞれ空間的に分離して
設け、少なくともそれらの１つの空間に請求項１から３
５の少なくとも１つに記載の水素センサを設けた自動
車。 - 【請求項３７】 乗車空間の天井部分に請求項１から３
５の少なくとも１つに記載の水素センサを設けた請求項
３６に記載の自動車。 - 【請求項３８】 水素タンク収納空間に収納された水素
タンクの上部に、請求項１から３５の少なくとも１つに
記載の水素センサを設けた請求項３６または３７に記載
の自動車。 - 【請求項３９】 駆動装置収納空間に収納された駆動装
置の上部に、請求項１から３５の少なくとも１つに記載
の水素センサを設けた請求項３６から３８のいずれか１
つに記載の自動車。 - 【請求項４０】 駆動装置がモーターと燃料電池から構
成され、前記モーターと前記燃料電池を空間的に分離し
て搭載するとともに、少なくともそれらの１つの空間に
請求項１から３５の少なくとも１つに記載の水素センサ
を設けた請求項３９に記載の自動車。 - 【請求項４１】 乗車空間、水素タンク収納空間、およ
び駆動装置収納空間の少なくとも１ヶ所に設けた水素セ
ンサの取付部分を前記空間の最も上部になる位置とし、
かつ、水素センサに傾斜を有する集ガス部を設けた請求
項３６から４０のいずれか１つに記載の自動車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001291603A JP2003098147A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 水素センサとそれを用いた自動車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001291603A JP2003098147A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 水素センサとそれを用いた自動車 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003098147A true JP2003098147A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=19113717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001291603A Pending JP2003098147A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 水素センサとそれを用いた自動車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003098147A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-09-25 JP JP2001291603A patent/JP2003098147A/ja active Pending
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