JP2005043208A - ガスセンサとそれを用いた燃料電池システムおよび自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度なガスセンサを提供することを目的とする。
【解決手段】 ヒーター１１に電流をステップ状に規定時間連続して流し、それぞれの電流値に対するヒーター１１および焦電素子の規定時間内の両端電圧を演算部に取り込み最も電流の少ない時のヒーター１１の両端電圧から温度を求め、その温度でその他の電流を流した時の焦電素子の両端電圧の値を補正することで被検出ガスの濃度を求める工程を１サイクルとして繰り返すことで被検出ガスの濃度を出力するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は被検出ガスの濃度を検出するためのガスセンサとそれを用いた燃料電池システムおよび自動車に関するものである。

エネルギー、環境問題の解決の切り札として期待されている燃料電池が、近年、盛んに開発されてきている。特に、固体高分子膜を電解質に用いた燃料電池は動作温度が８０℃程度と低く扱いやすいため、現在燃料電池開発の主流をなしている。しかし、これは燃料に水素を用いるため、その漏洩に対する安全対策として水素検出用のガスセンサが必要になってくる。

このような水素検出用のガスセンサとして、従来、水素の熱伝導率が他のガスに比べ極めて大きいことを利用し、水素の存在による熱伝導率の変化を発熱素子の温度変化として検出する原理のものが提案されていた。これは、例えば空気中の水素が存在すると、発熱素子から奪われる熱量が空気のみの時より多くなり、これにより発熱素子の温度が水素濃度に応じて変化する。この温度変化を温度検出素子の抵抗値の変化として電気的に検出するものである。

この水素検出用のガスセンサに使用される発熱素子（温度検出素子と兼用）として、白金薄膜抵抗体が用いられている。これは薄膜であるがゆえに半導体微細加工技術（マイクロマシン技術）を応用して製造することが可能であり、極微小な発熱素子を形成できるため、高速応答、低消費電力化が図れるという特徴を有している。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平８−１０１１５６号公報

このような水素検出用のガスセンサを水素漏洩検知に適用する場合、被検出ガス（水素）の爆発下限は空気に対し４％であるから、安全に対するマージンを考慮すると少なくともその半分以下（２％以下）の薄い水素濃度を検知しなければならない。このような低濃度域で水素を精度よく検知できるかどうかを調べるにあたり、従来例の発熱素子を用いて２％までの様々な水素濃度に対して測定を行った結果を図２１に示す。図２１において横軸は時間、縦軸は水素濃度に換算したガスセンサの出力を示す。水素濃度を０％（空気）から経時的に０．５、１、２％と濃くした後、１、０．５、０％と薄くしてガスセンサに供給した。図２１より、確かに水素濃度に応じた出力は得られているものの出力ノイズが認められることがわかる。この出力ノイズ幅は水素濃度換算で０．１５〜０．２％Ｈ₂程度であり、ガスセンサのフルスケール（２％Ｈ₂）に対し１０％近い誤差になることがわかった。これにより、誤動作（水素濃度が薄いのに濃いと判断）や非動作（水素濃度が濃いのに薄いと判断）が発生する確率が大きくなり燃料電池システム全体の信頼性が低減してしまうという課題があった。

以上のことから、本発明は被検出ガスを高精度に検出することができるガスセンサを提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。

本発明の請求項１に記載の発明は、一部を窪ませたシリコン台座と、この窪み部の表面に形成した第１絶縁層と、この第１絶縁層の上に形成したヒーターと、このヒーターの上に形成した第２絶縁層と、この第２絶縁層の上に形成した第１電極と、この第１電極の上に形成した焦電効果を有する焦電素子と、この焦電素子の上に形成した第２電極とからなる検出素子と、前記ヒーターに電流を流す電源装置と、前記ヒーターの両端電圧を測定する第１電圧計と、前記焦電素子の起電圧を測定するために前記第１電極および前記第２電極に接続された第２電圧計と、前記第１電圧計および前記第２電圧計の出力電圧から被検出ガスの濃度を演算出力する演算部を有し、前記ヒーターに電流をステップ状に規定時間連続して流し、それぞれの電流値に対する前記ヒーターおよび前記焦電素子の規定時間内の両端電圧を前記演算部へ取り込み最も電流の少ない時の前記ヒーターの両端電圧から温度を求め、前記温度でその他の電流を流した時の前記焦電素子の両端電圧の値を補正することで被検出ガスの濃度を求める工程を１サイクルとして繰り返すことで被検出ガスの濃度を出力するものである。これにより、ガス濃度の検知に１万分の１℃までの温度分解能を持つ焦電素子を用いているため、被検出ガスの存在による僅かな熱伝導の変化を敏感に検知できるようになり、高感度すなわち高精度に被検出ガスを検出することができるという作用を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、ヒーターに少なくとも３段階以上の電流をステップ状に規定時間連続して流し、それぞれの電流値に対する前記ヒーターおよび前記焦電素子の規定時間内の両端電圧を前記演算部へ取り込み最も電流の少ない時の前記ヒーターの両端電圧から温度を求め、前記温度と濃度既知の被検出ガスであらかじめ求めた０点および感度の補正式とからその他の電流を流した時の前記焦電素子の両端電圧の値を補正することで規格化出力をそれぞれ求め、この規格化出力の差から湿度を求め、この湿度と濃度既知の被検出ガスであらかじめ求めた湿度補正式で前記規格化出力を補正することで被検出ガスの濃度を求める工程を１サイクルとして繰り返すことで湿度および被検出ガスの濃度を出力するものである。これにより、被検出ガス中に湿気が含まれていても補正演算を行うことにより、湿度と被検出ガスの濃度を個別に求めることができるという作用を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、被検出ガスが濃度４％までの水素とするもので、水素濃度の出力感度が湿度の出力感度と同レベルの範囲とし、かつ、爆発限界以下の水素濃度範囲とすることで補正計算による精度を向上させつつ安全な濃度範囲内で水素漏洩を検知できるという作用を有するものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、検出素子に流す最も電流の少ない時の電流値は検出素子がほとんど発熱しない範囲内で与えるようにしたもので、ガスに対する感度がほとんどなく検出素子の温度のみを高精度に検出できるという作用を有するものである。

本発明の請求項５に記載の発明は、検出素子に流す少なくとも３段階以上の電流値は低い電流から高い電流に順次与えるようにしたもので、これにより検出素子の発熱温度を低温から高温に順次加熱でき、急激に加熱することによる熱衝撃に起因した素子破壊の可能性を低減できるという作用を有するものである。

本発明の請求項６に記載の発明は、検出素子の表面に保護層を形成したもので、被検出ガス中に含まれる不純物が検出素子の表面に直接付着するのを防ぐことができるため、検出素子の信頼性が向上するという作用を有するものである。

本発明の請求項７に記載の発明は、絶縁層および保護層をシリカで構成したもので、シリコン台座との密着性がよいため繰り返し加熱を行っても検出素子が破壊する可能性を低減できるという作用を有するものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、窪み部の厚みを１０マイクロメートル以下としたもので、検出素子の温度に対する安定時間をサブ秒オーダーに低減できるという作用を有するものである。

本発明の請求項９に記載の発明は、検出素子の窪み部の一部に貫通部を設けたもので検出素子からシリコン台座への熱引けを低減できるため、検出素子の温度に対する安定時間を短縮でき、繰り返し加熱による再現性が優れるという作用を有するものである。

本発明の請求項１０に記載の発明は、ヒーターを白金薄膜で構成したもので検出素子の配線パターンとヒーターを一体で形成できるため、製造プロセスが簡略化できるという作用を有するものである。

本発明の請求項１１に記載の発明は、第１電極および第２電極を金属膜で構成したもので検出素子の出力を低ノイズで検出できるという作用を有するものである。

本発明の請求項１２に記載の発明は、焦電素子が鉛、ランタン、チタニウムの複合酸化物からなるもので、この複合酸化物が他の焦電材料に比べガスセンサに必要な僅かな温度変化を高感度に検出できることから高精度化を達成できるという作用を有するものである。

本発明の請求項１３に記載の発明は、ヒーターに流す電流値を最も電流の少ない時を除いて焦電素子の温度が１００℃以上から２００℃以下になるように制御するようにしたものであり、ガスセンサとして十分な感度を確保し、かつ焦電素子のキュリー点を下回る温度範囲で焦電素子の出力を検知できるため、ガスセンサの高精度化を達成できるという作用を有するものである。

本発明の請求項１４に記載の発明は、第２電圧計から演算部が取り込む電圧は、各電流値をヒーターに流している間の最大値をそれぞれ取り込むようにしたものであり、焦電素子のガスに対する最大感度点を検知することになるためガスセンサの高精度化を達成できるという作用を有するものである。

本発明の請求項１５に記載の発明は、検出素子の窪み部の形状をつづら折れの構成としたもので、検出素子の表面積を大きくとれるのでその分感度が向上するという作用を有するものである。

本発明の請求項１６に記載の発明は、検出素子が有孔キャンを二重に重ねた中に配置されそれぞれのキャンの孔の位置が互いに対向しないように配置したもので、これにより直接被検出ガスが検出素子に到らず、被検出ガスの流量によるガスセンサ出力への影響を低減できるという作用を有するものである。

本発明の請求項１７に記載の発明は、孔にはそれぞれ金属網を形成したもので、万一ガスセンサ内で水素のような被検出ガスが燃焼しても網で熱が吸収され網から外に火炎が伝播しないという作用を有するものである。

本発明の請求項１８に記載の発明は、有孔キャンおよび金属網を黒色としたもので、検出素子や外部からの輻射熱を有孔キャンおよび金属網が吸収するため有孔キャンおよび金属網での熱の乱反射による検出素子の発熱温度への影響が低減されるという作用を有するものである。

本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１から１８のいずれか１つに記載のガスセンサが搭載された燃料電池であって、前記ガスセンサの水素に対する出力が既定値を超えた時換気するとともに前記燃料電池を停止するように制御する構成とした燃料電池システムで、湿気を含む被検出ガス中でも水素濃度のみを精度よく検出できるので水素漏洩に対する安全性が高い燃料電池システムを構成することができるという作用を有するものである。

本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１から１８のいずれか１つに記載のガスセンサを乗車空間の上部に配置し、このガスセンサの湿度出力および温度出力をもとに前記乗車空間が最適な温湿度になるように前記乗車空間の一部に設けたエアコンを制御するとともに、前記ガスセンサの水素濃度出力から前記乗車空間内の水素濃度が既定値以上であれば警報を発し、前記乗車空間内の換気を行うとともに水素供給源を遮断するように制御する構成とした自動車であり、乗車空間内の１つのガスセンサのみで水素漏洩検知だけでなく湿度のデータも得られるので、通常はエアコン制御を行い水素漏洩時には換気し水素供給源を遮断するように制御を行うことで、自動車の安全性、快適性を同時に向上できるという作用を有するものである。

本発明の請求項２１に記載の発明は、ガスセンサを常時動作させるようにしたもので、ガスセンサが低消費電力であるがゆえ自動車の非使用時においても水素漏洩を検知できるのでさらに安全性を向上できるという作用を有するものである。

以上のように本発明は一部を窪ませたシリコン台座と、この窪み部の表面に形成した第１絶縁層と、この第１絶縁層の上に形成したヒーターと、このヒーターの上に形成した第２絶縁層と、この第２絶縁層の上に形成した第１電極と、この第１電極の上に形成した焦電効果を有する焦電素子と、この焦電素子の上に形成した第２電極とからなる検出素子と、前記ヒーターに電流を流す電源装置と、前記ヒーターの両端電圧を測定する第１電圧計と、前記焦電素子の起電圧を測定するために前記第１電極および前記第２電極に接続された第２電圧計と、前記第１電圧計および前記第２電圧計の出力電圧から被検出ガスの濃度を演算出力する演算部を有し、前記ヒーターに電流をステップ状に規定時間連続して流し、それぞれの電流値に対する前記ヒーターおよび前記焦電素子の規定時間内の両端電圧を前記演算部へ取り込み最も電流の少ない時の前記ヒーターの両端電圧から温度を求め、前記温度でその他の電流を流した時の前記焦電素子の両端電圧の値を補正することで被検出ガスの濃度を求める工程を１サイクルとして繰り返すことで被検出ガスの濃度を出力するものである。これにより、ガス濃度の検知に焦電素子を用いているため、被検出ガスの存在による僅かな熱伝導の変化を敏感に検知できるようになり、高感度すなわち高精度に被検出ガスを検出することができるガスセンサを実現できる。

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。なお、ここでは被検出ガスが水素であるとして、以下、説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるガスセンサのガス検出部の分解斜視図である。図２は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子の概略斜視図である。図３は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子における電極パターンの概略斜視図であり、図３（ａ）はヒーターのパターンを、図３（ｂ）は第１電極のパターンを、図３（ｃ）は第２電極のパターンをそれぞれ示す。図４は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子の拡大断面図である。図５（ａ）〜（ｉ）は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子の概略製造プロセス図である。図６は本発明の実施の形態におけるガスセンサの概略断面図である。

図１において、検出素子１はベース２上に固定されている。ベース２には、それを貫通するように４本のピン３が設けられており、各ピン３の頂面と検出素子１とは金製のワイヤー４でそれぞれ２本ずつ接続されている。２本ずつワイヤー４を接続したのは、万一１本のワイヤー４が断線してももう１本が接続されているのでガスセンサを使い続けられ信頼性が向上するからである。ベース２には４ヶ所の内孔５を有する内キャン６が被せられ、さらにその上から１ヶ所の外孔７を有する外キャン８が被せられて二重のキャン構成としてある。内孔５および外孔７はベース２に被せる際に互いに対向しない位置になるように形成してある。ベース２、内キャン６および外キャン８はいずれも抵抗溶接により互いに固定されている。なお、内孔５および外孔７にはステンレス製の網９が固定されている。また、内キャン６と外キャン８および網９は黒色のクロムメッキにより着色されている。

検出素子１は図２に示すように、シリコンからなる台座１０の上にマイクロマシン加工技術により白金薄膜からなるヒーター１１、金属膜からなる第１電極１２および第２電極１３、図示していないが鉛、ランタン、チタニウムの複合酸化物からなる焦電素子、シリカからなる絶縁層および保護層を積層して形成したものであり、ヒーターの形状に従って台座１０もつづら折れ状に加工してある。この台座１０上に形成した薄膜の層構造の詳細は後述する。ヒーター１１の両端および第１電極１２、第２電極１３の一端にはワイヤー４をボンディングするためのランド１４が設けられている。なお、ランド１４の下面にも図示してないがシリカからなる絶縁層が形成されている。

次に、ヒーター１１、第１電極１２および第２電極１３の概略パターンを図３に示す。図３（ａ）に示すように、ヒーター１１は両端にランド１４が配置された構造であり、一方、第１電極１２および第２電極１３は図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すようにランド１４は互いに重ならないように電極パターンの中心に対し１８０°点対称の位置に配置されている。このようにヒーター１１は両端に、第１電極１２および第２電極１３は片端にそれぞれランド１４が配置されているのは、それぞれの電気信号の扱いが異なるためである。すなわち、ヒーター１１は発熱させるために積極的に電流を流す必要があることから両端にランド１４が必要であるが、第１電極１２および第２電極１３は両者の間に挟み込む焦電素子の温度変化に対応した起電圧を測定するためのもので、ヒーター１１のように電流を積極的に流す必要はないため、片側のみのランド１４でよい。

検出素子１のつづら折れ部分の拡大断面を図４に示す。つづら折れ状に加工した部分は図２における台座１０の下側の面を窪ませて窪み部１５を形成することで、厚み約１０マイクロメートルまで薄くしてある。これによりつづら折れ部分の熱容量を極めて低減することができる。

このつづら折れ状に加工したシリコンからなる台座１０の上面にはシリカからなる第１絶縁層１６ａが形成されており、その上面に図３（ａ）のパターンで白金薄膜のヒーター１１が、さらにその上面にシリカからなる第２絶縁層１６ｂが形成される。ここまででヒーター部が構成される。

さらに、その上面には図３（ｂ）のパターンで金薄膜の第１電極１２が、その上面には焦電素子１７が、その上面には図３（ｃ）のパターンで金薄膜の第２電極１３が、最後に全体を保護するシリカからなる保護層１８が形成される。この順番で各層がそれぞれ積層された構造となっている。

このような検出素子１のマイクロマシン加工技術による概略製造プロセスを図５（ａ）〜（ｉ）に示す。なお、わかりやすくするためにヒーター１１、第１電極１２、第２電極１３、第１絶縁層１６ａ、第２絶縁層１６ｂ、焦電素子１７、保護層１８および台座１０のつづら折れ部分の厚みは実際よりも誇張して示した。

まず、図５（ａ）に示すように、シリコン台座１０上にスパッタによりシリカの第１絶縁層１６ａを全面に形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、第１絶縁層１６ａの上面に図３（ａ）のパターンを用いて白金をスパッタすることによりヒーター１１を形成する。次に、図５（ｃ）に示すように、ヒーター１１のランド１４部分以外が露出したマスクパターンを用いてスパッタによりシリカの第２絶縁層１６ｂを形成する。次に、図５（ｄ）に示すように、第２絶縁層１６ｂの上面に図３（ｂ）のパターンを用いて金をスパッタすることにより第１電極１２を形成する。次に、図５（ｅ）に示すように、第１電極１２のつづら折れに対応する部分のみが露出したマスクパターンを用いて鉛、ランタン、チタニウムの複合酸化物のスパッタにより焦電素子１７を形成する。次に、図５（ｆ）に示すように、焦電素子１７の上面に図３（ｃ）のパターンを用いて金をスパッタすることにより第２電極１３を形成する。次に、図５（ｇ）に示すように、図５（ｃ）と同様のマスク、手法、材料を用いて保護層１８を形成する。このプロセスまでで膜形成は完了する。

次に、図５（ｈ）に示すように、つづら折れ形状のパターンを用いてヒーター１１の周辺のシリコンをエッチングにより掘り下げる。最後に、図５（ｉ）に示すように、台座１０の裏面すなわちヒーター１１を形成しなかった面からエッチングによりシリコンを削り窪み部１５を形成していく。これにより、窪み部１５が先に掘り下げたつづら折れパターンに到ることで、図２に示すようなヒーター１１がつづら折れ形状で宙に浮いた検出素子１が形成できる。

このようにして作製した検出素子１は図１に示したベース２、内キャン６、外キャン８からなるケースに実装されて検出部を形成する。検出部１９は図６に示すようにピン３を検出回路２０に挿入しはんだ付けすることにより電気的、機械的に接続される。容器２１には検出回路２０が挿入されるとともに、検出回路２０に接続された取出しケーブル２２をあらかじめ通した容器フタ２３がはめ込まれ、耐湿樹脂２４を容器フタ２３に設けた注入口（図示せず）から検出回路２０と容器フタ２３の間の空間全体に注入し硬化させた後、容器２１と容器フタ２３をかしめて固定する。

容器２１の底面にはガス取込口２５が開けられており、また、側面にはセンサ取付用のネジ部２６が加工されている。このようにして、ガスセンサ２７が完成する。

次に、ガスセンサの取り付け例について図７、図８を用いて説明する。

図７は本発明の実施の形態におけるガスセンサを定置型燃料電池システムに取り付けた際の概略ブロック図である。図８は本発明の実施の形態におけるガスセンサを用いた燃料電池自動車の概略構造を示す説明図である。

まず、定置型燃料電池システムについて固体高分子膜電解質型を例に説明する。図７において、水素タンク５１は改質型の燃料電池システムの場合には改質器と置き換えられる。水素タンク５１内の水素は遮断弁５２を通って水素加湿器５３に導入される。ここで、燃料電池内の固体高分子膜が乾燥するのを防ぐための湿気が与えられる。加湿された水素は燃料電池スタック５４の水素極側に導入される。一方、燃料電池スタック５４には発電に必要な空気もコンプレッサ５５により空気加湿器５６で加湿されて空気極側に導入される。これにより燃料電池スタック５４は発電を行い太線で示したように燃料電池制御回路５７を経て外部に電力を供給する。また、燃料電池スタック５４からは発電の結果生成した水が空気と一緒に外部へ排出される。

このような燃料電池システムは全体が筐体５８内に収納されている。筐体５８内には、図７中に黒丸で示したように、水素タンク５１の近傍、燃料電池スタック５４の近傍、燃料電池スタック５４の空気極側の出口配管の一部などに水素漏洩を検知するためのガスセンサが配置される。これにより、もしいずれかのガスセンサが水素漏洩を検知すれば、燃料電池制御回路５７は遮断弁５２を閉じ警報器５９と換気扇６０を動作させ燃料電池を停止するように制御する。

次に、燃料電池自動車について説明する。図８において、自動車の本体１０１は乗車空間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１０６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には燃料電池スタック１１０が設けられている。

タンク１０６から供給された水素は床下空間１０５に設けられた燃料電池スタック１１０で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１１１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。

このような自動車において、それぞれの空間にはガスセンサ１１３が設けられている。具体的には、乗車空間１０２に設けたガスセンサ１１３は乗車空間１０２の中で最も上部にあたる天井１１５前部に、水素タンク収納空間１０３に設けたガスセンサ１１３はタンク１０６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に設けたガスセンサ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に設けたガスセンサ１１３は床下空間１０５の最上部にそれぞれ配置してある。さらに、図示していないが図７と同様に燃料電池スタック１１０の空気極側出口配管の一部にもガスセンサを配置している。

これらのガスセンサ１１３のうちいずれかが水素漏洩を検知すると、図７で説明したように水素供給源を遮断し警報および換気を行う。それに加えて、乗車空間１０２内に設けたガスセンサ１１３は湿気も検知できるので、通常は乗車空間１０２内が最適な湿度になるように乗車空間１０２の一部に設けたエアコンを制御している。なお、自動車の非使用時においてもいつ水素が漏れるかわからないためガスセンサ１１３は常時動作させてあり、いずれかが水素漏洩を検知すると自動的に換気を行い水素が充満しないようにしている。この場合、検出素子１は極小の形状であることから消費電力が非常に小さいという特徴を有するので、自動車の非使用時でも十分駆動可能である。

次に、ガスセンサの動作について説明する。

図９は本発明の実施の形態におけるガスセンサの回路構成を説明するための概略回路図である。図１０は本発明の実施の形態におけるガスセンサのヒーターに加える印加電流の概略波形図である。図１１は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子の経時下での出力波形図である。図１２は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子が高温発熱時の加湿下における水素濃度出力特性図である。図１３は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の０点温度特性図である。図１４は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の温度による感度補正特性図である。図１５は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の補正後の出力差と８０℃における相対湿度との相関図である。図１６は本発明の実施の形態におけるガスセンサの湿度に対する０点および感度補正後出力の相関図である。図１７は本発明の実施の形態におけるガスセンサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の補正後の出力差とオフセットとの相関図である。図１８は本発明の実施の形態におけるガスセンサの湿度補正後の加湿下での水素濃度出力特性図である。図１９は本発明の実施の形態におけるガスセンサの各種水素濃度に対する経時下でのセンサ出力特性図である。図２０は本発明の実施の形態におけるガスセンサの水素濃度と湿度を計算する手順を示すフローチャートである。

図９において、検出素子１のヒーター１１には電源装置として定電流源２８が接続され、さらにヒーター１１の両端電圧を測定する第１電圧計２９が定電流源２８と並列に接続されている。一方、検出素子１の焦電素子１７の両面に設けた第１電極１２および第２電極１３には焦電素子１７の起電圧を測定する第２電圧計３０が接続されている。定電流源２８、第１電圧計２９および第２電圧計３０はさらに演算部としてのマイクロコンピュータ３１に接続されている。マイクロコンピュータ３１は定電流源２８を制御するとともに、第１電圧計２９および第２電圧計３０の出力から所定の演算を行い水素濃度や湿度を出力する。

ヒーター１１に印加される電流は図１０に示すようにマイクロコンピュータ３１の指示に従って定電流源２８から３段階にステップ状に規定時間（本実施の形態では用いた焦電素子の温度変化周波数に対する出力感度の関係から、大きな感度が得られる１０Ｈｚすなわち０．１秒とした）ずつ連続して流されている。流すべき各ステップの電流値はヒーター１１の抵抗温度特性によって必要な発熱温度が得られるようにあらかじめ決めておけばよい。本実施の形態における必要なヒーター１１の発熱温度は、第１ステップでは発熱させない、第２ステップでは約１５０℃、第３ステップでは約２００℃になるように設定した。この温度を設定した根拠は、まず第１ステップでは検出素子１の付近の周囲温度を検知するため発熱させてはならないためである。第３ステップではガス感度を高めるためにできるだけ高い温度、かつ焦電効果を得るために焦電素子１７のキュリー点（本実施の形態の場合、約３５０℃）以下でなければならないこと、さらにキュリー点付近では焦電素子１７のガス感度が極めて小さくなるため実用上必要な温度に抑える必要があることから、実用感度が得られる最適な最高温度を求めたところ約２００℃であった。第２ステップでは検出素子１への結露を防ぐため低くとも水の沸点（１００℃）以上で、かつ第３ステップ以下の温度でなければならないことから両者の中間である１５０℃とした。ここで第２ステップの温度が第３ステップの温度に近すぎると両者の出力差が小さくなり後述する補正計算の精度が悪くなってしまう。一方、第２ステップの温度が低すぎると第２ステップでの焦電素子１７の出力が第３ステップのそれに比べ小さくなるため、相対的にノイズの大きい出力になりやはり後述する補正計算の精度が悪くなる。このため第２ステップの温度を中間である１５０℃としている。

第３ステップの電流を流し終えると、ヒーター１１への電流をオフにし１．７秒待つ。この間に検出素子１を周囲温度まで冷却している。従って、１サイクル２秒の間隔でこれを繰り返して電流を印加している。なお、これらの電流値や時間は本実施の形態の検出素子１で得られた条件の一例であり、これらの数値に何ら限定されるものではない。

マイクロコンピュータ３１は上記の電流制御を行いながら、ヒーター１１および焦電素子１７の電圧を第１電圧計２９および第２電圧計３０からそれぞれ読み込む。ここで、各電圧値を読み込むタイミングを説明する。

まず、第１ステップで周囲温度を測定する際には、第１ステップの電流をヒーター１１に流して次に第２ステップに切替える直前のヒーター１１の両端電圧を第１電圧計２９より読み込みこの電圧をＴとする。

次に、第２ステップに切替えると同時にマイクロコンピュータ３１は第２電圧計３０の出力を読み込み続ける。この際の読み込み周期は０．０１秒とした。従って、第２ステップの電流が流れている間（０．１秒）、マイクロコンピュータ３１は焦電素子１７の起電圧の変化を１０ポイント取り込むことになる。ここで読み込み周期を０．０１秒としたのは、あまり多くのポイントを取り込みすぎると後述のピーク抽出演算に時間がかかるうえマイクロコンピュータ３１内に多くのメモリーが必要になることと、さらに実験の結果０．０１秒間隔でも十分精度の高いデータが得られたためである。

マイクロコンピュータ３１は１０ポイントのデータを読み込み終わると同時に、それらの中の最大値（ピーク）を抽出する。最大値の抽出は得られたデータを順次比較することにより決定している。この最大値を第２ステップでの出力とする。ここで、最大値を選ぶ理由について説明する。焦電素子１７は第２ステップでヒーター１１が１５０℃まで加熱される時の急峻な温度変化（微分値）を敏感に起電圧として出力するため、ヒーター１１の温度は最初は急激に上昇するが後半は安定に向かうので、その温度変化カーブ（すなわち、焦電素子の出力）は図１１に示すようにステップ中に必ず最大値を持つことになる。この最大値（図１１のＬ）が焦電素子１７の最も大きな感度に相当しセンサ出力の高精度化に有利になるので最大値を選ぶようにしている。

次の第３ステップも第２ステップと同様、マイクロコンピュータ３１は電流を切替えると同時に１０ポイントの起電圧変化を読み込み最大値（図１１のＨ）を抽出する。

なお、第１ステップで焦電素子１７の出力の最大値を取り込まない理由であるが、確かに図１１に示すようにヒーター１１に発熱しないとはいえ僅かでも電流を流せばヒーター１１には微小な温度変化が発生し、それに応じて焦電素子１７の起電圧が敏感に変化する。それを検知することは可能であるがヒーター１１が周囲環境との熱平衡で実用上無視できるレベルの温度変化であった場合、焦電素子１７の出力はヒーター１１の発熱時に比べ著しく小さくなる。このため検出時のノイズを考慮すると後述の補正計算で誤差が大きくなってしまう。そこで温度の絶対値としての検出を行うことができるヒーター１１の両端電圧（＝抵抗値）を読むことで、温度データを得るようにした。

上記のようにして得られたＴ、Ｌ、Ｈについて、Ｔはほとんど発熱しない状態でのヒーター１１の電圧に相当する。この場合、ヒーター１１は白金測温体に相当するのでその両端電圧Ｔはほぼ検出素子１の周囲温度のみを表すことになり、ガスの種類による熱伝導の変化は検出していない。

ＬおよびＨはヒーター１１が発熱した時の焦電素子１７の起電圧になる。この場合はガスの種類や濃度および周囲温度によって素子から奪われる熱と自らの発熱との平衡が取れた温度に応じた起電圧が得られる。従って、ＬとＨは周囲温度とガスの種類や濃度というパラメータが合成された電圧となる。

ここで、代表値としてＨを用いた時の８０℃における加湿雰囲気下での水素濃度依存性を求めた。非加湿（０％ＲＨ：ＲＨは相対湿度）下で空気のみをガスセンサに流した時の出力Ｈが０に、水素を１％混合した空気をガスセンサに流した時の出力Ｈが１になるように、各水素濃度や湿度条件下で得られた出力Ｈを規格化した。結果を図１２に示す。横軸はガスセンサに流した水素の濃度（％）、縦軸は規格化したセンサ出力（％Ｈ₂）を示す。

図１２より、雰囲気中に湿度が含まれるとセンサ出力が無視できないほど大きく動き、水素検出、湿度検出ともに同レベルの感度を有することがわかった。出力Ｌについても同様の効果であった。従って、ＬやＨ単独では両者を区別して検出できない。そこで、以下に示す演算を行うことで両者の濃度を出力している。

一般に気体の熱伝導率は温度依存性を有するため、まず周囲温度Ｔに対する補正をＬ、Ｈに対して行う。具体的には、最初に０点（乾燥空気だけが存在する場合の出力）の補正を行う。これは、まず、乾燥空気をガスセンサに流した状態で温度を変え各温度における出力ＴとＬ、ＴとＨのプロットから両者の相関関係を求める。実際の相関例を図１３に示す。図１３において、周囲温度が−４０，２０，５０，８０，９５℃の場合の出力Ｔ，Ｌ，Ｈを、Ｔ（周囲温度に相当）を横軸にＬ，Ｈを縦軸（任意単位）にそれぞれプロットした。Ｌ，Ｈとも周囲温度Ｔによって変化し０点が温度依存性を持つことがわかる。図１３よりＬ，Ｈに対する０点補正式を最小二乗法で二次近似して求めると、以下のようになった。

Ｌ０＝０．４９５４×Ｔ＾２＋２．２５９４×Ｔ＋０．５７１６ （１）
Ｈ０＝０．６３６７×Ｔ＾２＋２．２２６９×Ｔ＋０．７４６ （２）
これより、ある任意の湿度および水素環境下での出力Ｌ，Ｈのうち、０点の温度依存による影響分Ｌ０，Ｈ０は周囲温度Ｔを（１）、（２）式に代入することで得られる。従って、任意環境下の出力Ｌ，Ｈを０点補正した値ＺＬ，ＺＨは次式で求められる。

ＺＬ＝Ｌ−Ｌ０ （３）
ＺＨ＝Ｈ−Ｈ０ （４）
なお、（１）、（２）式で二次近似としたのは、一次近似では補正誤差が大きかったからである。

次に、周囲温度による感度補正を行う。これは、一般に気体の熱伝導率は同じ濃度のガスが存在していても周囲温度に応じて変化する、すなわち、熱伝導率のガス感度が温度特性を有するためである。このため、乾燥空気に水素を一定濃度（ここでは１％とした）混合したガスをガスセンサに流した状態で温度を変え、各温度における出力Ｔ，Ｌ，Ｈから補正式を用いて補正する。ここで、前記したように温度を変えると０点も変化するので、Ｌ，Ｈの値は（３）、（４）式によりあらかじめ０点補正した値（ＺＬ，ＺＨ）に対して感度補正を行う。

１％水素を含む乾燥空気に対する出力ＺＬ，ＺＨ（＝１％水素感度）の実際の温度依存性を図１４に示す。周囲温度は０点補正の時と同様に変化させた。また、横軸にはＴ（周囲温度に相当）を、縦軸にはＺＬ，ＺＨ（任意単位）をそれぞれプロットした。図１４より、１％水素感度も温度依存性を持つことがわかる。ＺＬ，ＺＨに対する感度補正式を最小二乗法で二次近似して求めると、以下のようになった。

ＺＬ１＝−１．６３７３×Ｔ＾２−１．１０６６×Ｔ＋１．２３３６ （５）
ＺＨ１＝−２．６０１１×Ｔ＾２−１．４７６９×Ｔ＋１．６２６９ （６）
ここで、ＺＬ１，ＺＨ１は温度による感度補正係数である。これより、任意環境下の出力ＺＬ，ＺＨを感度補正して水素濃度に規格化した値ＫＬ，ＫＨは次式で求められる。

ＫＬ＝ＺＬ／ＺＬ１ （７）
ＫＨ＝ＺＨ／ＺＨ１ （８）
（７）、（８）式により、ＫＬ，ＫＨの単位は水素濃度の％（以下、％Ｈ₂）に規格化されたことになる。なお、（５）、（６）式で二次近似としたのは、０点補正時と同様、一次近似では補正誤差が大きかったからである。

次に、湿度出力を求める。（７）、（８）式は水素濃度で規格化した出力であるので、両者の差は任意環境における出力のうち水素濃度の影響を差し引いた値、すなわち、湿度に相当する。これは、水素が４％程度までの範囲であれば、水素と水蒸気が混合した空気の場合、両者の熱伝導率への影響が単純に和として近似できることに基づく。さらに、水素感度と湿度感度は異なることから、水素濃度に対する感度が等しくなるように計算された規格化出力ＫＬ，ＫＨの差は水素感度のみを差し引くことになり、残った値は湿度を示すことになる。実際に両者の差を求めて湿度との相関をプロットしたものを図１５に示す。横軸はＫＬとＫＨの差Ｈｕｍ（＝ＫＨ−ＫＬ）を、縦軸は８０℃での相対湿度ＲＨをそれぞれを示す。図１５より、Ｈｕｍに対するＲＨの相関は従来例で述べたピークを持つ非線形特性ではなく、一義的に湿度を決定できる略線形特性であることがわかる。

この相関を最小二乗法で二次近似した計算式を次式に示す。

ＲＨ＝２４３．６５×Ｈｕｍ＾２＋１３２．５７×Ｈｕｍ
＋０．１０１１ （９）
従って、規格化出力差Ｈｕｍを（９）式に代入すれば、ＲＨを求めることができる。なお、本実施の形態ではＲＨを８０℃での相対湿度の単位で求めたが、周囲温度Ｔが変わった場合は、Ｔに応じてＲＨを既知公式などを用いて絶対湿度に変換するなり、Ｔにおける相対湿度に換算することで、任意の温度下での湿度を求めることができる。

ここで、Ｈｕｍの湿度に対する特性がピークを持つ非線形特性にならない理由について図１６を用いて説明する。図１６は水素を含まない湿り空気における湿度ＲＨに対するＫＬ，ＫＨ，Ｈｕｍの相関図であり、横軸はＲＨを、左縦軸はＫＬ，ＫＨを、右縦軸はＨｕｍをそれぞれ示す。図１６より、規格化出力ＫＬ，ＫＨのＲＨに対する特性はいずれもピークを持つ非線形特性であることがわかる。これは湿り空気の持つ熱伝導特性を直接表していることになる。従って、湿度に対するＫＬ，ＫＨの近似式は必ず二次以上の方程式で表さなければならないので、従来例に比べられているようにこの近似式（推定式）を用いて連立方程式を解くと解が複数存在することになり、一義的に湿度を、ひいては水素濃度を決定できないわけである。

しかし、湿り空気のような混合ガスの熱伝導率をＳｕｔｈｅｒｌａｎｄ−Ｗａｓｓｉｌｊｅｗａ型理論式から計算すると、式中の結合係数や構成ガスの純成分の熱伝導率が温度特性を持つことから、たとえ同濃度の混合ガスでも温度が変わると熱伝導率が変化することがわかる。従って、検出素子の発熱温度を違えると、同湿度下であっても湿度感度が互いに異なることになる。これは図１６でＫＬとＫＨのプロットが異なることからも裏付けられる。この点に着目し、異なる発熱温度における検出素子の出力（ここでＫＬ，ＫＨに相当）の差を上記理論式から計算すると、ガスセンサの使用湿度範囲では略線形特性になることを発見した。実際にＫＬとＫＨの差（＝Ｈｕｍ）を求めた結果を図１６に示す（縦軸は右側を参照のこと）。図１６よりＲＨに対するＨｕｍは略線形特性を示しこれも理論計算を裏付ける結果となった。これらのことから、従来、湿度を一義的に決定できなかったものが、本発明の演算手法により（９）式を用いて決定できるようになった。

次に、水素濃度を求める手法について説明する。

図１２より湿度に応じたオフセットを差し引けば湿度補正を行えることがわかる。従って、湿度とオフセットの相関を求めれば湿度補正が可能となる。ここで、図１５でＨｕｍが湿度を表すことを明確にしたので、ＨｕｍとオフセットＯｆｆとの相関を求めた。結果を図１７に示す。横軸はＨｕｍを、縦軸は図１２から求めたＯｆｆをそれぞれ示す。図１７よりＨｕｍから差し引くべきオフセット量Ｏｆｆを一義的に決定できることがわかる。両者の相関を最小二乗法で三次近似した計算式を次式に示す。

Ｏｆｆ＝１１．２４７×Ｈｕｍ＾３−２７．５０２×Ｈｕｍ＾２
＋１７．２４２×Ｈｕｍ−０．０３５１ （１０）
従って、湿度補正後の水素出力Ｏｕｔは次式より得られる。

Ｏｕｔ＝ＫＨ−Ｏｆｆ （１１）
なお、（１０）式で三次近似としたのは低次の近似では補正誤差が大きかったからである。

以上の補正手段を用いて、実際に図１２の出力を湿度補正した結果を図１８に示す。横軸は非検出ガス中の水素濃度、縦軸は水素出力Ｏｕｔである。図１８より明らかなように、図１２と比べ湿度補正が極めて良好になされていることがわかる。

なお、従来例で説明した図２１と同様にセンサ出力を経時的に表した結果を図１９に示す。水素濃度の切り替え条件は従来例と同一である。図１９を図２１と比較すると、ノイズ幅が従来例に比べ約１／５、すなわち精度が５倍という極めて良好な結果が得られることがわかった。

また、（１１）式までに示した計算はいずれも簡単な四則演算であるため、従来例に述べられているような連立方程式を二次以上の次数で計算するのに比べ複数の解が存在することなく正確に、さらに計算速度が極めて速く、応答性のよいガスセンサが実現できる。従って、湿度が影響する系のような場合には本実施の形態の計算方法が極めて有利であることがわかる。

以上の計算手法はマイクロコンピュータ３１にプログラムされており、ガスセンサ動作時に得られる検出素子の出力Ｔ，Ｌ，Ｈが入力されると、上記（１）式から（１１）式の計算を行い、水素濃度、湿度を出力するようになっている。この計算手順サブルーチンを図２０のフローチャートに示す。

まず、ヒーターに最初の電流（第１ステップ）を流す（Ｓ１）。次に既定時間（０．１秒）待つ（Ｓ２）。既定時間経過後のヒーターの両端電圧Ｔを読み込む（Ｓ３）。次に検出素子に２回目の電流（第２ステップ）を流し（Ｓ４）、すぐに焦電素子の両端電圧の読み込みを開始する（Ｓ５）。これを既定時間（０．１秒）が経過するまで続ける（Ｓ６のｎｏ）。既定時間が経過すると（Ｓ６のｙｅｓ）、読み込んだ電圧値の中から最大電圧値Ｌを抽出する（Ｓ７）。同様に、ヒーターに３回目の電流（第３ステップ）を流し（Ｓ８）、すぐに焦電素子の両端電圧の読み込みを開始する（Ｓ９）。これを既定時間（０．１秒）が経過するまで続ける（Ｓ１０のｎｏ）。既定時間が経過すると（Ｓ１０のｙｅｓ）、読み込んだ電圧値の中から最大電圧値Ｈを抽出する（Ｓ１１）。次に、（１）式から（４）式を用いて温度による０点補正計算を行い（Ｓ１２）、その結果を用いて（５）式から（８）式により温度による感度補正計算を行う（Ｓ１３）。次に、（９）式より湿度計算を行い（Ｓ１４）、（１０）、（１１）式より湿度補正による水素濃度を計算する（Ｓ１５）。最後に水素濃度と湿度を出力する（Ｓ１６）。以上の動作を１サイクルとして繰り返し、水素濃度と湿度を出力し続ける。

なお、本実施の形態では水素濃度と湿度のみを出力しているが、必要に応じてＴの値から周囲温度を出力するようにしてもよい。

以上の構成、動作により、水素と水蒸気が共存した環境下において水素濃度と湿度を区別して高精度に検出することができるガスセンサが得られた。

本発明の実施の形態におけるガスセンサのガス検出部の分解斜視図 同センサの検出素子の概略斜視図 （ａ）〜（ｃ）同センサの検出素子における電極パターンの概略斜視図 同センサの検出素子の拡大断面図 （ａ）〜（ｉ）同センサの検出素子の概略製造プロセス図 同センサの概略断面図 同センサを定置型燃料電池システムに取り付けた際の概略ブロック図 同センサを用いた燃料電池自動車の概略構造を示す説明図 同センサの回路構成を説明するための概略回路図 同センサのヒーターに加える印加電流の概略波形図 同センサの検出素子の経時下での出力波形図 同センサの検出素子が高温発熱時の加湿下における水素濃度出力特性図 同センサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の０点温度特性図 同センサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の温度による感度補正特性図 同センサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の補正後の出力差と８０℃における相対湿度との相関図 同センサの湿度に対する０点および感度補正後出力の相関図 同センサの検出素子が低温発熱時および高温発熱時の補正後の出力差とオフセットとの相関図 同センサの湿度補正後の加湿下での水素濃度出力特性図 同センサの各種水素濃度に対する経時下でのセンサ出力特性図 同センサの水素濃度と湿度を計算する手順を示すフローチャート 従来例のガスセンサの各種水素濃度に対する経時下でのセンサ出力特性図

符号の説明

１ 検出素子
２ ベース
３ ピン
４ ワイヤー
５ 内孔
６ 内キャン
７ 外孔
８ 外キャン
９ 網
１０ 台座
１１ ヒーター
１２ 第１電極
１３ 第２電極
１４ ランド
１５ 窪み部
１６ａ 第１絶縁層
１６ｂ 第２絶縁層
１７ 焦電素子
１８ 保護層
１９ 検出部
２０ 検出回路
２１ 容器
２２ 取出しケーブル
２３ 容器フタ
２４ 耐湿樹脂
２５ ガス取込口
２６ ネジ部
２７ ガスセンサ
２８ 定電流源
２９ 第１電圧計
３０ 第２電圧計
３１ マイクロコンピュータ
５１ 水素タンク
５２ 遮断弁
５３ 水素加湿器
５４ 燃料電池スタック
５５ コンプレッサ
５６ 空気加湿器
５７ 燃料電池制御回路
５８ 筐体
５９ 警報器
６０ 換気扇
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 燃料電池スタック
１１１ タイヤ
１１２ ハンドル
１１３ ガスセンサ

Claims (21)

1. 一部を窪ませたシリコン台座と、この窪み部の表面に形成した第１絶縁層と、この第１絶縁層の上に形成したヒーターと、このヒーターの上に形成した第２絶縁層と、この第２絶縁層の上に形成した第１電極と、この第１電極の上に形成した焦電効果を有する焦電素子と、この焦電素子の上に形成した第２電極とからなる検出素子と、前記ヒーターに電流を流す電源装置と、前記ヒーターの両端電圧を測定する第１電圧計と、前記焦電素子の起電圧を測定するために前記第１電極および前記第２電極に接続された第２電圧計と、前記第１電圧計および前記第２電圧計の出力電圧から被検出ガスの濃度を演算出力する演算部を有し、前記ヒーターに電流をステップ状に規定時間連続して流し、それぞれの電流値に対する前記ヒーターおよび前記焦電素子の規定時間内の両端電圧を前記演算部へ取り込み最も電流の少ない時の前記ヒーターの両端電圧から温度を求め、前記温度でその他の電流を流した時の前記焦電素子の両端電圧の値を補正することで被検出ガスの濃度を求める工程を１サイクルとして繰り返すことで被検出ガスの濃度を出力するガスセンサ。
2. ヒーターに少なくとも３段階以上の電流をステップ状に規定時間連続して流し、それぞれの電流値に対する前記ヒーターおよび前記焦電素子の規定時間内の両端電圧を前記演算部へ取り込み最も電流の少ない時の前記ヒーターの両端電圧から温度を求め、前記温度と濃度既知の被検出ガスであらかじめ求めた０点および感度の補正式とからその他の電流を流した時の前記焦電素子の両端電圧の値を補正することで規格化出力をそれぞれ求め、この規格化出力の差から湿度を求め、湿度と濃度既知の被検出ガスであらかじめ求めた湿度補正式で前記規格化出力を補正することで被検出ガスの濃度を求める工程を１サイクルとして繰り返すことで湿度および被検出ガスの濃度を出力する請求項１に記載のガスセンサ。
3. 被検出ガスが濃度４％までの水素である請求項２に記載のガスセンサ。
4. 検出素子に流す最も電流の少ない時の電流値は検出素子がほとんど発熱しない範囲内で与えるようにした請求項１に記載のガスセンサ。
5. 検出素子に流す少なくとも３段階以上の電流値は低い電流から高い電流に順次与えるようにした請求項２に記載のガスセンサ。
6. 検出素子の表面に保護層を形成した請求項１に記載のガスセンサ。
7. 絶縁層および保護層をシリカで構成した請求項６に記載のガスセンサ。
8. 窪み部の厚みを１０マイクロメートル以下とした請求項１に記載のガスセンサ。
9. 窪み部の一部に貫通部を設けた請求項１に記載のガスセンサ。
10. ヒーターを白金薄膜で構成した請求項１に記載のガスセンサ。
11. 第１電極および第２電極を金属膜で構成した請求項１に記載のガスセンサ。
12. 焦電素子は鉛、ランタン、チタニウムの複合酸化物からなる請求項１に記載のガスセンサ。
13. ヒーターに流す電流値を最も電流の少ない時を除いて焦電素子の温度が１００℃以上から２００℃以下になるように制御するようにした請求項１に記載のガスセンサ。
14. 第２電圧計から演算部が取り込む電圧は、各電流値をヒーターに流している間の最大値をそれぞれ取り込むようにした請求項１に記載のガスセンサ。
15. 窪み部の形状がつづら折れの構成である請求項１に記載のガスセンサ。
16. 検出素子は二重の有孔キャンの中に配置され、それぞれの孔の位置が互いに対向しない位置にある請求項１に記載のガスセンサ。
17. 孔にはそれぞれ金属網を形成した請求項１６に記載のガスセンサ。
18. 有孔キャンおよび金属網を黒色とした請求項１７に記載のガスセンサ。
19. 請求項１から１８のいずれか１つに記載のガスセンサが搭載された燃料電池であって、前記ガスセンサの水素に対する出力が既定値を超えた時、換気するとともに前記燃料電池を停止するように制御する構成とした燃料電池システム。
20. 請求項１から１８のいずれか１つに記載のガスセンサを乗車空間の上部に配置し、このガスセンサの湿度出力および温度出力をもとに前記乗車空間が最適な温湿度になるように前記乗車空間の一部に設けたエアコンを制御するとともに、前記ガスセンサの水素濃度出力から前記乗車空間内の水素濃度が既定値以上であれば警報を発し、前記乗車空間内の換気を行うとともに水素供給源を遮断するように制御する構成とした自動車。
21. ガスセンサを常時動作させるようにした請求項２０に記載の自動車。

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