JP2005227090A - 水素濃度検出装置及び水素濃度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出精度の高い水素濃度検出方法を提供する。
【解決手段】 本発明の水素濃度検出方法は、水素濃度により第一の電気的物理量が変化する第一の発熱抵抗体、並びに気体の流れ方向において第一の発熱抵抗体と隣り合い、水素濃度に対して第二の電気的物理量が第一の電気的物理量と同様に変化する第二の発熱抵抗体を用い、第一の電気的物理量と第二の電気的物理量とに基づいて水素濃度を検出する方法であって、第一の電気的物理量及び第二の電気的物理量の一方を注目物理量としてその注目物理量の変化量を算出する変化量算出段階（Ｓ３）と、第一の電気的物理量と第二の電気的物理量との差に基づいて補正量を算出する補正量算出段階（Ｓ５）と、注目物理量の変化量と補正量との差に基づいて水素濃度を算出する濃度算出段階（Ｓ７）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素濃度検出装置及び水素濃度検出方法に関する。

従来、空気に比べて水素が高い熱伝導率を持つことを利用して水素濃度を検出する水素濃度検出装置が知られている。
例えば特許文献１に開示の水素濃度検出装置では、サーミスタをそれぞれ内包した検出素子及び参照素子における抵抗値変化の差に基づいて水素濃度を検出している。

特開２００３−１３０８３４号公報

しかし、特許文献１に開示の水素濃度検出装置では、検出素子の周辺に空気、水素等の気体の流れが生じると、検出素子の熱が奪われてその抵抗値が変化する。そのため、実際の水素濃度よりも高い値が検出されてしまうことになる。
本発明の目的は、検出精度の高い水素濃度検出装置並びに検出方法を提供することにある。

請求項１〜２０に記載の発明によると、第一及び第二の発熱抵抗体において水素濃度により変化する第一及び第二の電気的物理量は、第一及び第二の発熱抵抗体周辺の気体流れによっても変化する。そのため、第一及び第二の電気的物理量が変化するとき各々の変化量には、水素濃度による変化分と気体流れによる変化分とが含まれることがある。第一及び第二の発熱抵抗体は気体の流れ方向において隣り合い、また第一及び第二の電気的物理量は水素濃度に対して同様に変化するので、第一及び第二の電気的物理量の間で、水素濃度による変化分には差が生じないが、気体流れによる変化分には差が生じる。このことから、各電気物理量の変化量のうち気体流れによる変化分を第一及び第二の電気的物理量の差に基づいて割り出すことができる。

以上説明した原理により請求項１〜２０に記載の発明では、第一及び第二の電気的物理量の一方である注目物理量の変化量のうち気体流れによる変化分を、第一及び第二の電気的物理量の差に基づく補正量として算出できる。この補正量と注目物理量の変化量との差は実質的に水素濃度による変化分を表すことになるので、当該差に基づいて水素濃度を精確に算出できる。このように請求項１〜２０に記載の発明によれば、水素濃度の検出精度を高めることが可能となる。
尚、第一の電気的物理量及び第二の電気的物理量は、例えば請求項２，１２に記載の発明のように消費電力値であってもよいし、請求項３，１３に記載の発明のように抵抗値であってもよい。

請求項４，１４に記載の発明によると、第一及び第二の発熱抵抗体の周辺における水素濃度及び気体流れが実質的に０となる基準時の注目物理量と濃度検出時の注目物理量との偏差を注目物理量の変化量とするので、当該変化量の零点は基準時の注目物理量となる。基準時の注目物理量については、例えば第一及び第二の発熱抵抗体を備えた装置の工場出荷前等、前もって精確に知ることが可能であるため、当該基準時の注目物理量を零点として注目物理量の変化量を精確に割り出すことができる。

第一及び第二の電気的物理量は、第一及び第二の発熱抵抗体の周辺温度（以下、単に周辺温度という）によって変化し易い。
そこで請求項５，１５に記載の発明では、基準時の注目物理量を周辺温度に基づいて変化させるので、当該基準時の注目物理量を零点とする注目物理量の変化量には周辺温度の変化に起因する誤差が生じ難くなる。また、請求項６，１６に記載の発明では、水素濃度の補正量を第一及び第二の電気的物理量の差及び周辺温度に基づいて算出するので、算出される補正量には周辺温度の変化に起因する誤差が生じ難くなる。またさらに、請求項７，１７に記載の発明では、水素濃度を注目物理量の変化量と補正量との差及び周辺温度に基づいて算出するので、算出される水素濃度には周辺温度の変化に起因する誤差が生じ難くなる。
請求項８，１８に記載では、温度検出抵抗体において変化する抵抗値に基づいて周辺温度を検出するが、当該温度検出抵抗体は第一及び第二の発熱抵抗体の一方と隣り合っているので、温度検出抵抗体の抵抗値から正しい周辺温度を割り出すことができる。

請求項９，１９に記載の発明によると、第一及び第二の発熱抵抗体は、気体の流れ方向の軸線に垂直なストレート部を有するので、第一及び第二の電気的物理量が気体流れに対して敏感に変化する。これにより、気体流れに対する感度が向上する。
請求項１０，２０に記載の発明によると、メンブレンに第一及び第二の発熱抵抗体が内包されるので、気体流れ以外の要因によって第一及び第二の電気的物理量に差が生じることを防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による水素濃度検出装置を図２に示す。水素濃度検出装置１は、水素燃料自動車のエンジンルーム又は車室に設置され、エンジンルーム又は車室への水素の漏れ濃度を検出する。水素濃度検出装置１は、感知部２、通電制御部３０及び演算制御部５０を備えている。

図３及び図４に示すように感知部２は、ハウジング４、基体１１、メンブレン１２、発熱抵抗体１４，１５、温度検出抵抗体１６等から構成されている。
ハウジング４には、基体１１を収容固定するための収容凹部５と、気体をエンジンルーム又は車室からメンブレン１２上に導入した後、排出する流路６とが設けられている。

基体１１は単結晶シリコンで概ね平板状に形成されている。基体１１は、板厚方向に貫通する空洞２０を有している。空洞２０は一方の開口２１をハウジング４の収容凹部５の底壁により閉塞され、凹部を構成している。空洞２０の他方の開口２２は、薄膜状のメンブレン１２により覆われている。流路６を通じてハウジング４内に導入された気体は、メンブレン１２の基体１１とは反対側を流路６に沿って流通する。尚、図３及び図４において、矢印Ｘは気体流れの順方向を示し、矢印Ｙは気体流れの逆方向を示している。

メンブレン１２は、マイクロマシン技術によって積層したシリコン酸化膜２４とシリコン窒化膜２５とから構成されている。メンブレン１２のシリコン酸化膜２４側は基体１１の開口２２の外周側に固着されている。メンブレン１２は、発熱抵抗体１４，１５をシリコン酸化膜２４とシリコン窒化膜２５との間に挟み込むようにして開口２２上に内包している。これによりメンブレン１２は、発熱抵抗体１４，１５を相互に断熱する断熱材として機能し、また発熱抵抗体１４，１５の保護膜として機能する。メンブレン１２はさらに、温度検出抵抗体１６をシリコン酸化膜２４とシリコン窒化膜２５との間に挟み込むようにして内包している。

発熱抵抗体１４，１５及び温度検出抵抗体１６は、Ｐｔ膜等の金属膜のパターニングによって形成されている。気体流れの順方向Ｘにおいて、温度検出抵抗体１６、発熱抵抗体１４、発熱抵抗体１５がこの順で配置されている。それにより気体の流れ方向Ｘ，Ｙにおいて、温度検出抵抗体１６と発熱抵抗体１４とが隣り合っていると共に、発熱抵抗体１４と発熱抵抗体１５とが隣り合っている。互いに同じ仕様とされる発熱抵抗体１４，１５は、それぞれ六箇所で屈曲する蛇行形状を呈しており、気体の流れ方向Ｘ，Ｙの軸線に垂直なストレート部１４ａ，１５ａをそれぞれ四つずつ形成している。四つのストレート部１４ａの間隔、四つのストレート部１５ａの間隔、並びに隣り合うストレート部１４ａ，１５ａの間隔（即ち発熱抵抗体１４，１５の間隔）は、例えば１ｍｍ以下に設定される。温度検出抵抗体１６は、二箇所で屈曲するコ字状を呈しており、気体の流れ方向Ｘ，Ｙの軸線に垂直なストレート部１６ａを二つ形成している。二つのストレート部１６ａの間隔、並びに隣り合うストレート部１６ａ，１４ａの間隔（即ち温度検出抵抗体１６と発熱抵抗体１４との間隔）は、例えば１ｍｍ以下に設定される。

図２に示す通電制御部３０は電気回路で構成され、発熱抵抗体１４，１５及び温度検出抵抗体１６と電気的に接続されている。通電制御部３０は発熱抵抗体１４，１５及び温度検出抵抗体１６に通電し、その通電状態を制御する。
具体的に通電制御部３０は、発熱抵抗体１４，１５の発熱温度が一定となるように、それら各抵抗体１４，１５の抵抗値を一定に保つフィードバック制御を行う。このとき本実施形態の通電制御部３０では、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２が抵抗体周辺の水素濃度に対して同様に変化するように、発熱抵抗体１４，１５の各抵抗値を互いに同じ値に保持する。それにより、発熱抵抗体１４，１５の周辺において気体流れが実質的に０となるときには、各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２と水素濃度との相関関係が一致することとなる。

上述した通電制御部３０によるフィードバック制御の結果、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２は次のように変化する。
発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度及び気体流れが実質的に０となるときには、図５（Ａ）に示すように、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２が互いにほぼ同じ基準値Ｗ_Ｂとなる。

発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度が実質的に０となると共に気体が流れるときには、図５（Ｂ）に示すように、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２が基準値Ｗ_Ｂより大きく且つ互いに異なる値となる。このとき、気体が順方向Ｘに流れている場合には、図５（Ｂ）に示すように、上流側の発熱抵抗体１４の消費電力値Ｗ_１が下流側の発熱抵抗体１５の消費電力値Ｗ_２より大きくなる。一方、気体が逆方向Ｙに流れている場合には、上流側の発熱抵抗体１５の消費電力値Ｗ_２が下流側の発熱抵抗体１４の消費電力値Ｗ_１より大きくなる。そしていずれの場合でも、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２と基準値Ｗ_Ｂとの偏差で表される各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の変化量Ｃ_１，Ｃ_２は、気体流れによる変化分のみとなる。

発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度が０より大きくなると共に気体流れが実質的に０となるときには、図６（Ａ）に示すように、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２が基準値Ｗ_Ｂより大きく且つ互いにほぼ同じ値となる。このとき、発熱抵抗体１４，１５における各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の変化量Ｃ_１，Ｃ_２は、水素濃度による変化分のみとなる。

発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度が０より大きくなると共に気体が流れるときには、図６（Ｂ）に示すように、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２が基準値Ｗ_Ｂより大きく且つ互いに異なる値となる。このとき、気体が順方向Ｘに流れている場合には、図６（Ｂ）に示すように、上流側の発熱抵抗体１４の消費電力値Ｗ_１が下流側の発熱抵抗体１５の消費電力値Ｗ_２より大きくなる。一方、気体が逆方向Ｙに流れている場合には、上流側の発熱抵抗体１５の消費電力値Ｗ_２が下流側の発熱抵抗体１４の消費電力値Ｗ_１より大きくなる。そしていずれの場合でも、発熱抵抗体１４，１５における各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の変化量Ｃ_１，Ｃ_２は、水素濃度による変化分に気体流れによる変化分を加えた量となる。ここで各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の変化量Ｃ_１，Ｃ_２は、図６（Ｂ）に示すように、水素濃度による変化分に差がなく、気体流れによる変化分に差が出るため、互いに相違する。

また、通電制御部３０では、演算制御部５０から指令信号を受信したとき、一定の電圧又は一定の電流を温度検出抵抗体１６に供給する。これにより、温度検出抵抗体１６の周辺温度Ｔに応じて温度検出抵抗体１６の抵抗値Ｒが変化する。尚、本実施形態では、温度検出抵抗体１６が発熱抵抗体１４，１５に近接しているので、温度検出抵抗体１６の周辺温度Ｔは発熱抵抗体１４，１５の周辺温度と実質的に一致する。

「濃度検出手段」としての演算制御部５０は、図２に示すように、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２及びＲＡＭ５３を有するマイクロコンピュータを主体に構成されている。演算制御部５０は通電制御部３０に電気的に接続されており、発熱抵抗体１４，１５の消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２及び温度検出抵抗体１６の抵抗値Ｒをそれぞれ表す信号を通電制御部３０から受信する。演算制御部５０は、ＲＯＭ５２に記憶されている検出プログラムをＣＰＵ５１により実行することで、抵抗値Ｒに基づいた周辺温度Ｔの検出と、その周辺温度Ｔ及び消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２に基づいた水素濃度の検出とを行う。このとき、消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２、周辺温度Ｔ等が随時ＲＡＭ５３に記憶される。

ここで、ＣＰＵ５１が検出プログラムを実行することにより演算制御部５０が順次実施する各ステップを、図１のフローチャートに従って詳細に説明する。
まず、ステップＳ１では、通電制御部３０に指令信号を与えることで温度検出抵抗体１６に通電した後、抵抗値Ｒを表す信号を通電制御部３０から受信する。さらにステップＳ１では、受信信号が表す抵抗値Ｒに基づき周辺温度Ｔを算出し、その算出した周辺温度ＴをＲＡＭ５３に記憶する。演算制御部５０のうち本ステップＳ１を実施する部分と温度検出抵抗体１６と通電制御部３０とが「温度検出手段」に相当し、本ステップＳ１が「温度検出段階」に相当する。

ステップＳ２では、通電制御部３０に指令信号を与えることで、消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２を表す各信号を通電制御部３０から受信し、各受信信号が表す消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２をＲＡＭ５３に記憶する。
ステップＳ３では、一方の消費電力値Ｗ_１に注目してその消費電力値Ｗ_１と基準値Ｗ_Ｂとの偏差、即ち消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１を算出する。このとき本実施形態では、基準値Ｗ_Ｂについて周辺温度Ｔに応じて変化させる。尚、基準値Ｗ_Ｂと周辺温度Ｔとの相関関係については、装置１の工場出荷前等に予め測定され、マップ形式又は関数形式でＲＯＭ５２に記憶されている。ステップＳ３ではさらに、算出した変化量Ｃ_１をＲＡＭ５３に記憶する。演算制御部５０のうち本ステップＳ３を実施する部分が「変化量算出手段」に相当し、本ステップＳ３が「変化量算出段階」に相当する。

ステップＳ４では、消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の差δ_Ｗを算出し、その算出した差δ_ＷをＲＡＭ５３に記憶する。
ステップＳ５では、補正量Ｃ_Ａとして、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１のうち気体流れによる変化分を消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の差δ_Ｗに基づき推定算出する。このとき本実施形態では、差δ_Ｗに比例するように補正量Ｃ_Ａを算出するが、その比例係数については周辺温度Ｔに応じて変化させる。尚、差δ_Ｗと周辺温度Ｔと補正量Ｃ_Ａとの相関関係については、予めマップ形式又は関数形式でＲＯＭ５２に記憶されている。ステップＳ５ではさらに、算出した補正量Ｃ_ＡをＲＡＭ５３に記憶する。演算制御部５０のうち本ステップＳ５を実施する部分が「補正量算出手段」に相当し、本ステップＳ５が「補正量算出段階」に相当する。

ステップＳ６では、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１と補正量Ｃ_Ａとの差δ_Ｃを算出し、その算出した差δ_ＣをＲＡＭ５３に記憶する。
ステップＳ７では、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１と補正量Ｃ_Ａとの差δ_Ｃに基づいて水素濃度Ｄ_Ｈを算出する。このとき本実施形態では、差δ_Ｃに比例するように水素濃度Ｄ_Ｈを算出するが、その比例係数については周辺温度Ｔに応じて変化させる。尚、差δ_Ｃと周辺温度Ｔと算出水素濃度Ｄ_Ｈとの相関関係については、予めマップ形式又は関数形式でＲＯＭ５２に記憶されている。演算制御部５０のうち本ステップＳ７を実施する部分が「濃度算出手段」に相当し、本ステップＳ７が「濃度算出段階」に相当する。

以上のようにして水素濃度検出が行われる本実施形態では、ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７で算出される値Ｃ_１，Ｃ_Ａ，δ_Ｃ，Ｄ_Ｈが次のように変化する。
発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度及び気体流れが実質的に０となるときには、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１及び補正量Ｃ_Ａが０となり、それらＣ_１，Ｃ_Ａの差δ_Ｃも０となる。したがって、差δ_Ｃに比例する水素濃度Ｄ_Ｈは０となる。

発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度が実質的に０となると共に気体が流れるときには、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１が気体流れによる変化分のみとなり、補正量Ｃ_Ａと一致するため、それらＣ_１，Ｃ_Ａの差δ_Ｃが０となる。したがって、差δ_Ｃに比例する水素濃度Ｄ_Ｈは０となる。

発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度が０より大きくなると共に気体流れが実質的に０となるときには、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１が水素濃度の変化分のみとなる一方、補正量Ｃ_Ａは０となるため、それらＣ_１，Ｃ_Ａの差δ_Ｃは水素濃度による変化分に一致する。したがって、差δ_Ｃに比例する水素濃度Ｄ_Ｈは実際の濃度を精確に表したものとなる。

発熱抵抗体１４，１５の周辺において水素濃度が０より大きくなると共に気体が流れるときには、消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１が水素濃度による変化分と気体流れによる変化分との和になる。そのため、変化量Ｃ_１と補正量Ｃ_Ａとの差δ_Ｃは、変化量Ｃ_１から気体流れによる変化分が除かれた量となり、水素濃度による変化分と一致する。したがって、差δ_Ｃに比例する水素濃度Ｄ_Ｈは実際の濃度を精確に表したものとなる。

このように本実施形態では、発熱抵抗体１４，１５の周辺に気体の流れが生じても、その気体流れによる影響を省かれた水素濃度Ｄ_Ｈが得られる。
また、ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ７では、周辺温度Ｔを加味して値Ｃ_１，Ｃ_Ａ，Ｄ_Ｈを算出することで、周辺温度Ｔの変化に起因した誤差が値Ｃ_１，Ｃ_Ａ，Ｄ_Ｈに生じることを回避している。そのため、周辺温度Ｔの変化による影響を省かれた水素濃度Ｄ_Ｈが得られる。

さらに、発熱抵抗体１４，１５は気体の流れ方向Ｘ，Ｙの軸線に垂直なストレート部１４ａ，１５ａを有しているため、各抵抗体１４，１５の消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２は気体の流れに対して敏感に変化する。これによりステップＳ５において、気体流れによる変化分としての補正量Ｃ_Ａを精確に得ることができるので、気体流れによる影響を十分に省いた水素濃度Ｄ_Ｈが得られる。

またさらに、メンブレン１２は発熱抵抗体１４，１５を相互断熱並びに保護する機能を有しているため、抵抗体１４，１５間の熱的な相互作用や衝撃等、気体流れ以外の要因によって発熱抵抗体１４，１５の消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２に差が生じることを防止できる。これにより、抵抗体１４，１５間の熱的な相互作用や衝撃等による影響を省かれた水素濃度Ｄ_Ｈが得られる。
以上、本実施形態によれば、水素濃度の高い検出精度を実現できる。

尚、上述した実施形態では、発熱抵抗体１４，１５の各抵抗値を一定且つ互いに同じに保持し、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２に基づいて水素濃度を検出している。これに対し、発熱抵抗体１４，１５の各消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２を一定且つ互いに同じに保持し、発熱抵抗体１４，１５の各抵抗値に基づいて水素濃度を検出するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、発熱抵抗体１４，１５及び温度検出抵抗体１６をＰｔ膜等の金属膜で形成しているが、それら各抵抗体１４，１５，１６をポリシリコン膜等の半導体膜で形成してもよい。
さらに、上述した実施形態では、発熱抵抗体１４と隣り合うように温度検出抵抗体１６を設けている。これに対し、発熱抵抗体１５と隣り合うように温度検出抵抗体１６を設けてもよい。

またさらに、上述した実施形態では、温度検出抵抗体１６によって周辺温度Ｔを感知しているが、それ以外の公知の温度センサによって周辺温度Ｔを感知するようにしてもよい。
さらにまた、上述した実施形態のステップＳ３，Ｓ５，Ｓ７では、周辺温度Ｔを加味して値Ｃ_１，Ｃ_Ａ，Ｄ_Ｈを算出しているが、値Ｃ_１，Ｃ_Ａ，Ｄ_Ｈのうち少なくとも一つを周辺温度Ｔとは無関係に算出してもよい。ここで、値Ｃ_１，Ｃ_Ａ，Ｄ_Ｈの全てについて周辺温度Ｔとは無関係に算出する場合には、温度検出抵抗体１６あるいはそれに代わる温度センサを設ける必要はない。

加えて、上述した実施形態の変形例を図７に示すように、メンブレン１２において発熱抵抗体１４，１５の周囲となる箇所を厚さ方向に貫通させた少なくとも一つの貫通窓６０を通じ、空洞２０のない基体１１に薬品を作用させる等して、基体１１の流路６側のおもて面６２側から空洞２０を形成するようにしてもよい。このとき、図７に示すように、基体１１を貫通しないでおもて面６２側のみに開口する空洞２０を形成することができる。またさらに、別の変形例を図８に示すように、基体１１に薬品を作用させる等して形成した多孔質部７０を空洞２０の代わりに設けてもよい。

さらに加えて、上述した実施形態のステップＳ３では、発熱抵抗体１４の消費電力値Ｗ_１に注目し、その消費電力値Ｗ_１と基準値Ｗ_Ｂとの偏差を消費電力値Ｗ_１の変化量Ｃ_１として算出している。これに対しステップＳ３では、発熱抵抗体１５の消費電力値Ｗ_２に注目し、その消費電力値Ｗ_２と基準値Ｗ_Ｂとの偏差を消費電力値Ｗ_２の変化量Ｃ_２として算出してもよい。この場合、ステップＳ５において、消費電力値Ｗ_２の変化量Ｃ_２のうち気体流れによる変化分を消費電力値Ｗ_１，Ｗ_２の差δ_Ｗに基づき推定算出して補正量Ｃ_Ａと定め、ステップＳ６において消費電力値Ｗ_２の変化量Ｃ_２と補正量Ｃ_Ａとの差δ_Ｃを算出する。

またさらに加えて、上述した実施形態では、水素燃料自動車においてエンジンルーム又は車室への水素の漏れ濃度を検出する水素濃度検出装置１に本発明を適用した例について説明した。これに対し、水素燃料自動車において燃料電池への水素の供給濃度を検出する水素濃度検出装置に本発明を適用してもよいし、水素燃料自動車において外部への水素の排出濃度を検出する水素濃度検出装置に本発明を適用してもよい。あるいは、水素燃料自動車以外に設置されて水素濃度を検出する水素濃度検出装置に本発明を適用してもよい。

本発明の一実施形態による水素濃度検出装置の作動を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態による水素濃度検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による感知部を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態による感知部を示す横断面図である。 本発明の一実施形態による水素濃度検出装置の作動を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態による水素濃度検出装置の作動を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態の変形例による感知部を示す縦断面図（Ａ）及び横断面図（Ｂ）である。 本発明の一実施形態の変形例による感知部を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 水素濃度検出装置、２ 感知部、４ ハウジング、５ 収容凹部、６ 流路、１１ 基体、１２ メンブレン、１４，１５ 発熱抵抗体、１４ａ，１５ａ ストレート部、１６ 温度検出抵抗体（温度検出手段）、２０ 空洞、２２ 開口、３０ 通電制御部（温度検出手段）、５０ 演算制御部（濃度検出手段，変化量算出手段，補正量算出段階，濃度算出手段，温度検出手段）

Claims (20)

1. 水素濃度により第一の電気的物理量が変化する第一の発熱抵抗体と、
   気体の流れ方向において前記第一の発熱抵抗体と隣り合い、水素濃度に対して第二の電気的物理量が前記第一の電気的物理量と同様に変化する第二の発熱抵抗体と、
   前記第一の電気的物理量と前記第二の電気的物理量とに基づいて水素濃度を検出する濃度検出手段とを備え、
   前記濃度検出手段は、前記第一の電気的物理量及び前記第二の電気的物理量の一方を注目物理量としてその注目物理量の変化量を算出する変化量算出手段、前記第一の電気的物理量と前記第二の電気的物理量との差に基づいて補正量を算出する補正量算出手段、並びに前記変化量と前記補正量との差に基づいて水素濃度を算出する濃度算出手段を有することを特徴とする水素濃度検出装置。
2. 前記第一の電気的物理量及び前記第二の電気的物理量は消費電力値であることを特徴とする請求項１に記載の水素濃度検出装置。
3. 前記第一の電気的物理量及び前記第二の電気的物理量は抵抗値であることを特徴とする請求項１に記載の水素濃度検出装置。
4. 前記変化量算出手段は、前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺における水素濃度及び気体流れが実質的に０となる基準時の前記注目物理量と濃度検出時の前記注目物理量との偏差を前記変化量とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素濃度検出装置。
5. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記変化量算出手段は、前記基準時の前記注目物理量を前記周辺温度に基づいて変化させることを特徴とする請求項４に記載の水素濃度検出装置。
6. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記補正量算出手段は、前記補正量を前記第一の電気的物理量と前記第二の電気的物理量との差及び前記周辺温度に基づいて算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素濃度検出装置。
7. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記濃度算出手段は、水素濃度を前記変化量と前記補正量との差及び前記周辺温度に基づいて算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素濃度検出装置。
8. 前記温度検出手段は、前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の一方と隣り合う温度検出抵抗体を有し、その温度検出抵抗体において変化する抵抗値に基づいて前記周辺温度を検出することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の水素濃度検出装置。
9. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体は、気体の流れ方向の軸線に垂直なストレート部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の水素濃度検出装置。
10. 
    前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体を内包するメンブレンを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の水素濃度検出装置。
11. 水素濃度により第一の電気的物理量が変化する第一の発熱抵抗体、並びに気体の流れ方向において前記第一の発熱抵抗体と隣り合い、水素濃度に対して第二の電気的物理量が前記第一の電気的物理量と同様に変化する第二の発熱抵抗体を用い、前記第一の電気的物理量と前記第二の電気的物理量とに基づいて水素濃度を検出する水素濃度検出方法であって、
    前記第一の電気的物理量及び前記第二の電気的物理量の一方を注目物理量としてその注目物理量の変化量を算出する変化量算出段階と、
    前記第一の電気的物理量と前記第二の電気的物理量との差に基づいて補正量を算出する補正量算出段階と、
    前記変化量と前記補正量との差に基づいて水素濃度を算出する濃度算出段階とを含むことを特徴とする水素濃度検出方法。
12. 前記第一の電気的物理量及び前記第二の電気的物理量は消費電力値であることを特徴とする請求項１１に記載の水素濃度検出方法。
13. 前記第一の電気的物理量及び前記第二の電気的物理量は抵抗値であることを特徴とする請求項１１に記載の水素濃度検出方法。
14. 前記変化量算出段階において、前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺における水素濃度及び気体流れが実質的に０となる基準時の前記注目物理量と濃度検出時の前記注目物理量との偏差を前記変化量とすることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の水素濃度検出方法。
15. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺温度を検出する温度検出段階を含み、
    前記変化量算出段階において、前記基準時の前記注目物理量を前記周辺温度に基づいて変化させることを特徴とする請求項１４に記載の水素濃度検出方法。
16. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺温度を検出する温度検出段階を含み、
    前記補正量算出段階において、前記補正量を前記第一の電気的物理量と前記第二の電気的物理量との差及び前記周辺温度に基づいて算出することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の水素濃度検出方法。
17. 前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の周辺温度を検出する温度検出段階を含み、
    前記濃度算出段階において、水素濃度を前記変化量と前記補正量との差及び前記周辺温度に基づいて算出することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の水素濃度検出方法。
18. 前記温度検出段階において、前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体の一方と隣り合う温度検出抵抗体を用い、その温度検出抵抗体において変化する抵抗値に基づいて前記周辺温度を検出することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の水素濃度検出方法。
19. 気体の流れ方向の軸線に垂直なストレート部を有する前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体を用いることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の水素濃度検出方法。
20. メンブレンに内包された前記第一の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体を用いることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の水素濃度検出方法。
    

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