JP2009198410A - Hydrogen gas sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately sense a change in a concentration of a hydrogen gas by using a possibly simple constitution. <P>SOLUTION: A hydrogen gas sensor includes: a sensor head 100 including a proton conductivity solid polymer electrolyte film 101 in which a carbon material is dispersed, a catalyst layer 102 fixed to a main surface of the solid polymer electrolyte film, an electrode 103 attached to the catalyst layer, and an electrode 104 attached to the solid polymer electrolyte film; and a control section 205 for determining that the hydrogen gas is contained in the atmosphere around the sensor head if an output voltage as a potential of the electrode 104 is positive when a potential of the electrode 103 is reference potential, and determining that the hydrogen gas is not contained in the atmosphere around the sensor head if the output voltage is negative. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a hydrogen gas sensor that is less susceptible to environmental factors.

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。   In recent years, hydrogen gas sensors are employed in hydrogen energy systems typified by fuel cells and hydrogen engines to ensure the safety of systems that handle hydrogen gas, which is a combustible gas. Various methods for detecting hydrogen gas have been proposed so far.

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。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for detecting hydrogen gas by employing an oxide semiconductor for a sensor head and measuring impedance characteristics of the oxide semiconductor. This utilizes a phenomenon in which impedance characteristics of an oxide semiconductor change when hydrogen gas is adsorbed on the surface of the oxide semiconductor.

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。   Patent Document 2 discloses a technique for deriving the concentration of a flammable gas containing hydrogen atoms in a molecule by employing a solid electrolyte zirconia in a sensor head and measuring the impedance of zirconia or the phase angle of the impedance. Yes.

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。
特開平7−103924号公報 特開2006−90812号公報 特開2004−37235号公報
Patent Document 3 discloses a technique for detecting hydrogen gas by employing a thermistor element in the sensor head and measuring the resistance of the thermistor element. This is due to the fact that the thermal conductivity differs between hydrogen gas and air, so that the heat dissipation characteristic varies depending on the hydrogen gas concentration around the sensor head, and the thermal equilibrium temperature of the thermistor element varies accordingly.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-103924 JP 2006-90812 A JP 2004-37235 A

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。   However, although the technique described above can detect the concentration of hydrogen gas or a combustible gas containing hydrogen atoms in the molecule, the following problems also exist.

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。   In the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, the temperature at which the sensor head operates properly is high (for example, typical operating temperatures are 400 ° C. in Patent Document 1 and 500 to 1000 ° C. in Patent Document 2). It is necessary to provide a heater for heating the sensor head to the operating temperature. In the technique disclosed in Patent Document 3, since the heat radiation characteristic of the atmosphere around the sensor head is influenced not only by the hydrogen gas concentration but also by the humidity, the sensor using four thermistor elements is used to cancel the influence of the humidity. It constitutes the head. Thus, if a heater is provided around the sensor head or the sensor head is configured using a plurality of thermistor elements, the structure of the hydrogen gas sensor becomes complicated, which hinders downsizing and cost reduction.

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。   Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a hydrogen gas sensor that can detect hydrogen gas with the simplest possible configuration.

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。   A hydrogen gas sensor according to the present invention includes a proton conductive solid polymer electrolyte membrane in which a carbon material is dispersed, a catalyst layer deposited on the solid polymer electrolyte membrane, a first electrode attached to the catalyst layer, and A sensor head including a second electrode attached to the solid polymer electrolyte membrane, and the sensor head if the output voltage that is the potential of the second electrode when the potential of the first electrode is a reference potential is a positive voltage A control unit that determines that the surrounding atmosphere contains hydrogen gas and determines that the atmosphere around the sensor head does not contain hydrogen gas if the output voltage is a negative voltage.

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。   A sensor head of a type in which a catalyst layer is attached to a proton conductive solid polymer electrolyte membrane can operate at room temperature. Therefore, it is not necessary to provide a sophisticated heat-resistant structure and a heater for heating the sensor head. Therefore, the configuration of the hydrogen gas sensor can be simplified as much as possible. As a result of the inventors' experiment, if a solid polymer electrolyte in which a carbon material is dispersed is adopted, the voltage value changes depending on environmental factors such as temperature and humidity, but the atmosphere around the sensor head contains hydrogen gas. It is found that the output voltage shows a positive voltage when it is present, and the output voltage shows a negative voltage when the atmosphere around the sensor head does not contain hydrogen gas. By utilizing such characteristics, hydrogen gas detection independent of environmental factors can be realized.

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。
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Configuration of hydrogen gas sensor>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor head that is a part of a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention.

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。   In the sensor head 100, a catalyst layer 102 is attached to all or a part of the main surface of a proton conductive solid polymer electrolyte membrane 101 in which a carbon material is dispersed. The electrode 104 is attached to the molecular electrolyte membrane 101.

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。   The solid polymer electrolyte is not particularly limited as long as it exhibits proton conductivity. However, perfluorosulfonic acid-based and perfluorocarboxylic acid-based perfluoropolymers having high proton conductivity, poly (styrene) -ran-ethylene), sulfonated, and other partially sulfoneted styrene-olefin copolymers are preferably used, and Nafion (registered trademark of DuPont: NAFION) and Aciplex (registered trademark of Asahi Kasei Corporation: ACIPLEX) can be suitably used. is there.

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。   As the carbon material, one or more of carbon nanotubes, fullerenes, graphite, carbon black, carbon nanofibers, and carbon nanohorns can be selected. Specific examples of carbon black include furnace black, channel black, and graft carbon. The size (particle size, length, or diameter) of the carbon material is not particularly limited, but the longer the length, the more preferable, and the length of 1 μm to 1 mm and the diameter of 5 to 30 nm are particularly preferable.

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。   Moreover, if the state in which the carbon material is dispersed in the solid polymer electrolyte membrane can be secured, the mixing ratio of the solid polymer electrolyte and the carbon material is not particularly limited, but is preferably 10: 1 to 10:10.

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。   The catalyst layer 102 may be any material that promotes a hydrogen decomposition reaction by contacting with hydrogen gas. For example, a metal, a metal compound, an organic metal, or an organic substance can be used. Examples of the metal include platinum, molybdenum carbide, gold, silver, iridium, palladium, ruthenium, osmium, nickel, tungsten, molybdenum, manganese, yttrium, vanadium, niobium, titanium, zirconia, and rare earth metals. Examples of the metal compound include molybdenum carbide. Organic metals include N, N '-Bis (salicylidene) ethylene -diamino -metal (= Ni, Fe, V, etc.), N, N' -mono -8 -quinoly -σ-phenylenediamino -metal (= Ni, Fe , V, etc.) can be used, and as the organic substance, for example, a pyrrolopyrrole red pigment or a pyridyl derivative can be used.

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。   The electrode 103 has a large number of pores 103c for allowing the gas in the atmosphere to flow from one main surface 103a to the other main surface 103b. The same applies to the electrode 104. As these materials, metal materials having good conductivity, for example, copper-nickel alloy thin films can be used. Note that the pores 103c and 104c are not indispensable configurations, and any configuration may be used as long as it has gas flowability inside and good conductivity. Therefore, for example, in addition to the metal porous sintered body, it can be composed of carbon-containing fibers such as carbon paper and carbon cloth. Carbon paper, carbon cloth, and the like are suitable as electrode materials because they have electrical conductivity and particularly good air permeability.

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。   FIG. 2 is a diagram showing a system configuration of the hydrogen gas sensor according to the embodiment of the present invention.

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。   The hydrogen gas sensor 200 includes a sensor head 100, a resistance R, an amplification circuit 201, an AD conversion circuit 202, a thermometer 203, an AD conversion circuit 204, a control unit 205, a table storage unit 206, a buzzer 211, a lamp 212, an output terminal 213, and a reset. A switch 214 is provided.

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(H)は水素イオン(プロトン)と電子とに分解される(H→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+1/2O→HO)。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。 The sensor head 100 is considered to work as follows in an atmosphere containing hydrogen gas. When hydrogen gas comes into contact with the catalyst layer 102, a hydrogen decomposition reaction occurs, and hydrogen molecules (H 2 ) are decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons (H 2 → 2H + + 2e ). Electrons obtained by the decomposition move from the electrode 103 to the electrode 104 through the resistor R. On the other hand, hydrogen ions (protons) obtained by the decomposition move in the solid polymer electrolyte membrane 101 and combine with oxygen in the atmosphere near the main surface 101b of the solid polymer electrolyte membrane 101 to cause a water generation reaction ( 2H + + 2e + 1 / 2O 2 → H 2 O). Thus, since a current flows through the resistor R, a voltage corresponding to the current is induced at the N point. The voltage at the point N is amplified as an output voltage of the sensor head 100 by the gain variable amplifier circuit 201, converted into a digital signal by the AD conversion circuit 202, and input to the control unit 205.

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。   The thermometer 203 measures the temperature of the atmosphere around the sensor head. For example, a platinum resistance thermometer, a thermocouple, a thermistor, or the like can be used. The output signal of the thermometer 203 is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 204 and input to the control unit 205.

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。   The control unit 205 determines whether the atmosphere around the sensor head includes hydrogen gas based on the output voltage of the sensor head 100 and the temperature of the thermometer 203, and if hydrogen gas is included, Derivation of concentration. For deriving the hydrogen gas concentration, a humidity table 207 and a hydrogen gas concentration table 208 stored in the table storage unit 206 are used. The humidity table 207 is a table for deriving humidity using the output voltage and temperature as parameters, and a specific example thereof is shown in FIG. The hydrogen gas concentration table is a table for deriving the hydrogen gas concentration using the output voltage, temperature and humidity as parameters, and a specific example thereof is shown in FIG. The specific numerical values that make up the humidity table and the hydrogen gas concentration table vary depending on the specifications of the sensor head material, composition ratio, shape, size, etc., and the resistance value of the resistance R. Therefore, in the design stage of the hydrogen gas sensor It is determined appropriately.

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。
If the hydrogen gas concentration is equal to or higher than the threshold value, the control unit 205 notifies the hydrogen gas detection by operating the buzzer 211 and the lamp 212 as alarm means, and outputs an alarm signal to the outside via the output terminal 213. By doing this, a hydrogen gas detection report is made. The hydrogen gas detection notification is stopped by operating the reset switch 214.
<Operation of hydrogen gas sensor>
The hydrogen gas sensor of the present embodiment periodically detects the output voltage and temperature after turning on the power, and determines whether or not hydrogen gas is contained in the atmosphere every time the output voltage and temperature are detected. Furthermore, the hydrogen gas sensor derives the hydrogen gas concentration when hydrogen gas is contained, activates an alarm if the hydrogen gas concentration is greater than or equal to the threshold, and returns to normal operation when a reset operation is performed during the alarm operation. Return. The flow for realizing such specifications is shown below.

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。   3 and 4 are flowcharts showing the operation of the hydrogen gas sensor according to the embodiment of the present invention.

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。   The hydrogen gas sensor detects the output voltage and temperature after turning on the power (step S11), and determines whether the output voltage is positive or negative (step S12). If the output voltage is a negative voltage (step S12: NO), the hydrogen gas sensor refers to the humidity table, specifies the humidity corresponding to the detected output voltage and temperature (step S13), and sets the specified humidity. A corresponding hydrogen gas concentration table is selected (step S14). Here, the hydrogen gas concentration table used when the output voltage becomes a positive voltage is simply selected in advance, and the hydrogen gas concentration is not derived at this stage. If the detection cycle of the output voltage and temperature has elapsed (step S15: YES), the hydrogen gas sensor repeats the operation from step S11. As a result, the output voltage and temperature are periodically detected. In this specification, the term “periodic” simply means continuous execution. Therefore, it may be anything that is continuously and repeatedly detected, and does not necessarily have a fixed period.

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。   On the other hand, if the output voltage is a positive voltage (including zero) (step S12: YES), the hydrogen gas sensor determines whether the hydrogen gas concentration can be derived (step S21), and the hydrogen gas concentration can be derived. If the output voltage has changed from a negative voltage to a positive voltage (step S22: YES), the output voltage and temperature are detected (step S23). Further, the hydrogen gas sensor refers to the hydrogen gas concentration table previously selected in step S14, identifies the hydrogen gas concentration corresponding to the detected output voltage and temperature (step S24), and the identified hydrogen gas concentration is a threshold value. It is determined whether or not the above is true (step S25). If the hydrogen gas concentration is equal to or higher than the threshold value (step S25: YES), the hydrogen gas sensor activates an alarm (step S26), and if the hydrogen gas concentration is less than the threshold value (step S25: NO), the processing after step S11 is performed. repeat. When the hydrogen gas sensor is reset during the alarm operation (step S27: YES), the process after step S11 is repeated.

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。
Note that the hydrogen gas sensor of the present embodiment needs to select a hydrogen gas concentration table in step S14 in advance. For this reason, when the output voltage is a positive voltage since the power is turned on (that is, when hydrogen gas is already leaked when the power is turned on), the hydrogen gas concentration cannot be derived. In such a case (step S21: NO), an immediate alarm is activated without deriving the hydrogen gas concentration (step S26).
<Possibility of hydrogen gas sensor>
The inventors conducted an experiment for grounding the feasibility of the hydrogen gas sensor of the present embodiment. Below, the procedure for producing the sensor head used in this experiment, the validity of the process for determining whether the atmosphere contains hydrogen gas (hydrogen gas detection process) based on whether the output voltage of the sensor head is positive or negative, The validity of the process for deriving the hydrogen gas concentration based on the output voltage, temperature and humidity of the sensor head (hydrogen gas concentration deriving process) will be described.
(1) Preparation procedure of sensor head First, 10 g of Nafion solution (containing 5% Nafion) and 0.2 g of carbon nanotubes were prepared. Carbon nanotubes were put into the Nafion solution and stirred for 45 minutes with a stirrer. EC-NS-05-250 manufactured by ElectroChem, Inc. was used as the Nafion solution, and Multi-Wall Carbon nanotubes L MWNTs-10 purchased from New Metals End Chemical Corporation was used as the carbon nanotube. .

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。   Next, 3 mL of Nafion solution in which carbon nanotubes were dispersed was poured into a 5 cm × 5 cm mold placed on a stainless steel plate, and placed in an oven at 120 ° C. for 40 minutes to evaporate the solvent. Thereby, a Nafion film in which carbon nanotubes are dispersed is obtained.

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。   Next, a platinum layer having a thickness of 20 nm was formed on the upper surface of the Nafion film (the surface not attached to the stainless steel plate). The sputtering conditions are an output of 300 W, a gas flow rate of 20 cc / min, and a time of 30 seconds.

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。
Next, stainless steel washers as electrodes were attached to both surfaces of the Nafion membrane on which the platinum layer was formed.
(2) Appropriateness of hydrogen gas detection processing The inventors used a digital multimeter (IWASU VOAC 7411) for the sensor head produced by the above process, connected the platinum layer side electrode to GND, and the atmosphere around the sensor head. The change in the output voltage before and after the introduction of 5200 ppm of hydrogen gas was observed.

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。   FIG. 7 is a diagram showing a temporal change in the output voltage of the sensor head at a temperature of 30 ° C., and FIG. 8 is an enlarged view of a part of FIG. In this experiment, hydrogen gas is introduced into the atmosphere around the sensor head approximately 20 seconds after the detection of the output voltage is started. The hydrogen gas concentration in the atmosphere before the introduction of hydrogen gas is zero, and the hydrogen gas concentration in the atmosphere after the introduction of hydrogen gas is about 5200 ppm. FIG. 9 is a diagram showing temporal changes in the output voltage of the sensor head at a temperature of 40 ° C., and FIG. 10 is an enlarged view of a part of FIG. In this experiment, hydrogen gas is introduced into the atmosphere around the sensor head approximately 10 seconds after the detection of the output voltage is started. The hydrogen gas concentration in the atmosphere before the introduction of hydrogen gas is zero, and the hydrogen gas concentration in the atmosphere after the introduction of hydrogen gas is about 5200 ppm.

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。   7 to 10, in any environment, if hydrogen gas is not included in the atmosphere around the sensor head, the output voltage of the sensor head becomes a negative voltage, and at least 5200 ppm of hydrogen gas is present in the atmosphere around the sensor head. If it is included, it indicates that the output voltage of the sensor head is a positive voltage. According to another experiment, it has been found that the output voltage of the sensor head becomes a positive voltage even when the hydrogen gas concentration is 2600 ppm (see FIGS. 12 and 13). From these experimental results, it can be seen that whether or not hydrogen gas is contained in the atmosphere can be determined based on whether the output voltage of the sensor head is positive or negative.

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。
In FIGS. 9 and 10, four consecutive data have the same value, and the output voltage rises stepwise. This is because there is some setting mismatch in the output voltage measurement system. Conceivable. Note that when the raw data of the output voltage is monitored with an oscilloscope, it can be confirmed that the output voltage rises smoothly.
(3) Validity of Hydrogen Gas Concentration Derivation Process FIG. 11 is a graph showing the relationship between humidity and output voltage when hydrogen gas is not included in the atmosphere. Here, the output voltage when the humidity is 30% RH, 60% RH, and 90% RH at a temperature of 30 ° C and the output voltage when the humidity is 30% RH, 60% RH, and 90% RH at a temperature of 40 ° C are plotted. ing. According to FIG. 11, when the temperature is fixed, there is a tendency of a simple increase in that the absolute value of the output voltage increases as the humidity increases. That is, the two curves described in FIG. 11 can be used as a calibration curve for deriving humidity from the output voltage and temperature. Therefore, it can be seen that the humidity table shown in FIG. 5 can be created by measuring the output voltage at each combination of temperature and humidity at the design stage of the hydrogen gas sensor.

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。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the hydrogen gas concentration in the atmosphere and the output voltage. FIG. 13 is a graph in which the vertical axis of FIG. 12 is expressed on a logarithmic scale. Here, the output voltage when the hydrogen gas concentration is 2600 ppm, 5300 ppm, 10700 ppm, and 21300 ppm at a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90% RH, the output voltage when the hydrogen gas concentration is 2600 ppm, 5300 ppm, and 10700 ppm at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 80% RH, and a temperature of 10 The output voltage at a hydrogen gas concentration of 2600 ppm, 5300 ppm, and 10700 ppm at a temperature of 30 ° C. and 30% RH is plotted. According to FIGS. 12 and 13, when temperature and humidity are fixed, there is a simple increase tendency that the output voltage increases as the hydrogen gas concentration increases. That is, the three curves described in FIGS. 12 and 13 can be used as a calibration curve for deriving the hydrogen gas concentration from the output voltage, temperature, and humidity. Therefore, it can be seen that the hydrogen gas concentration table shown in FIG. 6 can be created by measuring the output voltage at each combination of temperature, humidity and hydrogen gas concentration at the design stage of the hydrogen gas sensor.

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。   From these experimental results, when the sensor head output voltage is negative, the humidity is derived from the output voltage, and when the sensor head output voltage is positive, hydrogen gas is derived from the derived humidity, temperature, and output voltage. It can be seen that the concentration can be derived.

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。   Although the hydrogen gas sensor according to the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above configuration. For example, the following modifications may be adopted.

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。   In the embodiment, if the output voltage is a negative voltage, the hydrogen gas sensor specifies the humidity each time the output voltage is detected (step S13), and selects the hydrogen gas concentration table corresponding to the specified humidity. (Step S14), the present invention is not limited to this. For example, the history of detected output voltage and temperature is stored in the memory, and when the output voltage changes from negative voltage to positive voltage, the humidity is specified based on the past history, and the specified humidity is Alternatively, a hydrogen gas concentration table may be selected.

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。   In the embodiment, the output voltage and the temperature are detected after waiting for a predetermined period from the time when the output voltage changes from the negative voltage to the positive voltage (steps S22 and S23). However, the present invention is not limited to this. For example, in step S23, only the output voltage may be detected, and the temperature used when the hydrogen gas concentration table is selected may be used. The length of the predetermined time may be a time sufficient for the output voltage to rise and saturate. Further, as shown in FIGS. 7 to 10, since it takes a certain time for the output voltage of the sensor head to saturate, it takes time to derive the hydrogen gas concentration if waiting for the saturation of the output voltage. End up. Therefore, the output voltage and temperature may be detected without waiting for the output voltage to saturate. In this case, it can be said that the temporal change rate of the output voltage is observed. Alternatively, the voltage value may be periodically detected while the output voltage is rising, and the voltage value when the output voltage is saturated may be predicted from the amount of change in the voltage value in each cycle.

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。   In the embodiment, the humidity is specified based on the voltage value and temperature when the output voltage of the sensor head 100 is a negative voltage. That is, when hydrogen gas is not contained in the atmosphere, the sensor head 100 is also used as a hygrometer. However, the present invention is not limited to this, and a hygrometer may be provided separately. In this case, when the output voltage of the sensor head 100 changes from a negative voltage to a positive voltage, the hydrogen gas concentration is derived based on the output voltage of the sensor head, the temperature of the thermometer, and the humidity of the hygrometer. . As the hygrometer, for example, popular products such as a polymer film humidity sensor, a ceramic humidity sensor, and an electrolyte humidity sensor can be used.

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。   In the embodiment, the catalyst layer is deposited on one main surface of the solid polymer electrolyte membrane, but the present invention is not limited to this. For example, a catalyst layer may be deposited on all or part of both main surfaces of the solid polymer electrolyte membrane. When the catalyst layers are deposited on both main surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, both the electrodes 103 and 104 are attached to the catalyst layer. In this case, a structure in which only the main surface to which the electrode 103 is attached is in contact with hydrogen gas (for example, the main surface to which the electrode 104 is attached is sealed with a container so as not to be exposed to hydrogen gas) is adopted. Then, the same effect as the embodiment can be obtained.

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。   The hydrogen gas sensor of the present invention can be used as a means for detecting leakage of hydrogen gas in, for example, automobile, facility, and portable fuel cell systems.

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Sectional drawing which shows the structure of the sensor head which is a part of hydrogen gas sensor which concerns on embodiment of this invention 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The figure which shows the system configuration | structure of the hydrogen gas sensor which concerns on embodiment of this invention 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The flowchart which shows operation | movement of the hydrogen gas sensor which concerns on embodiment of this invention. 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The flowchart which shows operation | movement of the hydrogen gas sensor which concerns on embodiment of this invention. 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The figure which shows the specific example of the humidity table which concerns on embodiment of this invention 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The figure which shows the specific example of the hydrogen gas concentration table which concerns on embodiment of this invention 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The figure which shows the time change of the output voltage of a sensor head in the temperature of 30 degreeC 図7の一部を拡大した図An enlarged view of a part of FIG. 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The figure which shows the time change of the output voltage of a sensor head in the temperature of 40 degreeC. 図9の一部を拡大した図An enlarged view of a part of FIG. 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Graph showing the relationship between humidity and output voltage when hydrogen gas is not included in the atmosphere 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Graph showing the relationship between the hydrogen gas concentration in the atmosphere and the output voltage 図12の縦軸を対数目盛で表したグラフThe graph which expressed the vertical axis | shaft of FIG. 12 on the logarithmic scale

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sensor head 101 Solid polymer electrolyte membrane 102 Catalyst layer 103, 104 Electrode 103c, 104c Pore 200 Hydrogen gas sensor 201 Amplifying circuit 202 AD conversion circuit 203 Thermometer 204 AD conversion circuit 205 Control part 206 Table memory | storage part 207 Humidity table 208 Hydrogen Gas concentration table 211 Buzzer 212 Lamp 213 Output terminal 214 Reset switch

Claims (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。
A proton conductive solid polymer electrolyte membrane in which a carbon material is dispersed, a catalyst layer deposited on the solid polymer electrolyte membrane, a first electrode attached to the catalyst layer, and an attached to the solid polymer electrolyte membrane A sensor head including a second electrode formed;
If the output voltage, which is the potential of the second electrode when the potential of the first electrode is a reference potential, is positive, it is determined that hydrogen gas is contained in the atmosphere around the sensor head, and the output voltage is A hydrogen gas sensor, comprising: a controller that determines that hydrogen gas is not contained in the atmosphere around the sensor head if the voltage is negative.
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。
The control unit periodically detects the output voltage, and determines whether or not hydrogen gas is contained in an atmosphere around the sensor head each time the output voltage is detected. 2. The hydrogen gas sensor according to 1.
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。
The hydrogen gas sensor further includes a thermometer,
The controller further detects the temperature of the thermometer periodically, and when the output voltage changes from a negative voltage to a positive voltage, at least a voltage value and a temperature when the output voltage is a negative voltage. The hydrogen gas sensor according to claim 2, wherein a concentration of hydrogen gas contained in an atmosphere around the sensor head is derived based on a voltage value when the output voltage is a positive voltage.
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。
The control unit derives the humidity of the atmosphere around the sensor head based on the voltage value and temperature if the output voltage is a negative voltage, and at least in advance when the output voltage changes from a negative voltage to a positive voltage. Deriving the hydrogen gas concentration in the atmosphere around the sensor head based on the derived humidity and the voltage value of the output voltage when a predetermined time has elapsed since the output voltage changed from a negative voltage to a positive voltage. The hydrogen gas sensor according to claim 3.
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。
The hydrogen gas sensor further includes a table storage unit that stores a table in which voltage values of temperature, humidity, and output voltage are adopted as parameters for deriving the hydrogen gas concentration,
The hydrogen gas sensor according to claim 4, wherein the control unit derives a hydrogen gas concentration with reference to the table.
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。
The hydrogen gas sensor further includes a table storage unit that stores a table in which voltage values of temperature and output voltage are adopted as parameters for deriving humidity.
The hydrogen gas sensor according to claim 4, wherein the control unit derives humidity by referring to the table.
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。
The hydrogen gas sensor further includes alarm means,
The hydrogen gas sensor according to claim 3, wherein the control unit further operates the alarm unit when the derived hydrogen gas concentration is equal to or greater than a threshold value.
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。
The hydrogen gas sensor further includes a thermometer and a hygrometer,
When the output voltage changes from a negative voltage to a positive voltage, the control unit is included in the atmosphere around the sensor head based on the voltage value of the output voltage, the temperature of the thermometer, and the humidity of the hygrometer. The hydrogen gas sensor according to claim 2, wherein the concentration of hydrogen gas is derived.
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。
The hydrogen gas sensor further includes alarm means,
The hydrogen gas sensor according to claim 8, wherein the control unit further operates the alarm means when the derived hydrogen gas concentration is equal to or greater than a threshold value.
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。
The hydrogen gas sensor according to claim 1, wherein the carbon material includes at least one of carbon nanotubes, fullerenes, graphite, carbon black, carbon nanofibers, and carbon nanohorns.
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。
A proton conductive solid polymer electrolyte membrane in which a carbon material is dispersed, first and second catalyst layers deposited on both main surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, and a first attached to the first catalyst layer A sensor head including one electrode and a second electrode attached to the second catalyst layer;
If the output voltage, which is the potential of the second electrode when the potential of the first electrode is a reference potential, is positive, it is determined that hydrogen gas is contained in the atmosphere around the sensor head, and the output voltage is A hydrogen gas sensor, comprising: a controller that determines that hydrogen gas is not contained in the atmosphere around the sensor head if the voltage is negative.
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