JP6305459B2 - ガス検知装置およびガス検知方法 - Google Patents
ガス検知装置およびガス検知方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6305459B2 JP6305459B2 JP2016085619A JP2016085619A JP6305459B2 JP 6305459 B2 JP6305459 B2 JP 6305459B2 JP 2016085619 A JP2016085619 A JP 2016085619A JP 2016085619 A JP2016085619 A JP 2016085619A JP 6305459 B2 JP6305459 B2 JP 6305459B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- detection
- thermal conductivity
- air
- target gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 276
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 549
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 171
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 97
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 62
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims description 30
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 142
- 230000008859 change Effects 0.000 description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYGHSUNMUKGBRK-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1C FYGHSUNMUKGBRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 1-hexene Chemical compound CCCCC=C LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N Propene Chemical compound CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N but-2-ene Chemical compound CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N nonane Chemical compound CCCCCCCCC BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N pentene Chemical compound CCCC=C YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- QMMOXUPEWRXHJS-HWKANZROSA-N (e)-pent-2-ene Chemical compound CC\C=C\C QMMOXUPEWRXHJS-HWKANZROSA-N 0.000 description 1
- RYPKRALMXUUNKS-HYXAFXHYSA-N (z)-hex-2-ene Chemical compound CCC\C=C/C RYPKRALMXUUNKS-HYXAFXHYSA-N 0.000 description 1
- QMMOXUPEWRXHJS-HYXAFXHYSA-N (z)-pent-2-ene Chemical compound CC\C=C/C QMMOXUPEWRXHJS-HYXAFXHYSA-N 0.000 description 1
- OHMHBGPWCHTMQE-UHFFFAOYSA-N 2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane Chemical compound FC(F)(F)C(Cl)Cl OHMHBGPWCHTMQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYPKRALMXUUNKS-UHFFFAOYSA-N 2-Hexene Natural products CCCC=CC RYPKRALMXUUNKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYPKRALMXUUNKS-HWKANZROSA-N 2E-hexene Chemical compound CCC\C=C\C RYPKRALMXUUNKS-HWKANZROSA-N 0.000 description 1
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCOXTKKNXUZSKD-UHFFFAOYSA-N as-o-xylenol Natural products CC1=CC=C(O)C=C1C YCOXTKKNXUZSKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)methane Chemical compound F[C]Cl KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- XNMQEEKYCVKGBD-UHFFFAOYSA-N dimethylacetylene Natural products CC#CC XNMQEEKYCVKGBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- SNHMUERNLJLMHN-UHFFFAOYSA-N iodobenzene Chemical compound IC1=CC=CC=C1 SNHMUERNLJLMHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N monofluorobenzene Chemical compound FC1=CC=CC=C1 PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(dinaphthalen-2-ylamino)phenyl]phenyl]-n-naphthalen-2-ylnaphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=CC2=CC(N(C=3C=CC(=CC=3)C=3C=CC(=CC=3)N(C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C3=CC4=CC=CC=C4C=C3)=CC=C21 QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QMMOXUPEWRXHJS-UHFFFAOYSA-N pentene-2 Natural products CCC=CC QMMOXUPEWRXHJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- VPAYJEUHKVESSD-UHFFFAOYSA-N trifluoroiodomethane Chemical compound FC(F)(F)I VPAYJEUHKVESSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
本発明は、ガス検知装置およびガス検知方法に関する。より具体的には、本発明は、水蒸気および乾燥空気を含む空気に混入した検知対象ガスを検知するガス検知装置およびガス検知方法に関する。
空気中の検知対象ガスを検知する様々な装置が知られている。たとえば、空気中に含まれるガスを検知する装置として、特許文献１に開示された気体熱伝導式ガス検知装置が知られている。このような検知装置は、気体の熱伝導率を利用して、空気中の検知対象ガスを検知している。より具体的には、検知対象ガスが水素ガスの場合、水素ガスの熱伝導率が、標準状態で気体として存在しうる物質と比較して著しく大きいことから、水素ガスが混入した空気中では、水素ガスを含まない空気中と比べて、熱源からの放熱量が大きくなる。気体熱伝導式ガス検知装置では、このような原理を利用して、空気中に含まれる、水素ガスなどの検知対象ガスの検知が可能となる。
ところが、この種の気体熱伝導式ガス検知装置は、検知対象ガスが水素ガスである場合を一例に挙げると、水素ガスを含む空気の熱伝導率が水素ガスの濃度だけでなく空気中の水蒸気にも大きく依存するために、湿度が変動する環境では、測定対象である水素ガスを精度よく検知することが難しい。つまり、「水素ガスを含む空気」と標準ガスに用いられる「乾燥空気」との熱伝導率の差を検知しても、その熱伝導率の差が、後述するように、「水素ガスを含む空気」と「乾燥空気」との水素ガスおよび水蒸気の濃度の変化に単純には比例しないので、「水素ガスを含む空気」中の水蒸気の濃度が既知であっても、「水素ガスを含む空気」中の水素ガスを精度よく検知することが難しい。そして、このような問題は、空気中に含まれる水素ガスに限られず、空気中に含まれる他の検知対象ガスについても同様のことが言える。このように空気中に水素ガスなどの他のガスが発生した場合、検知対象ガスを含んだ空気と標準ガスとの間の熱伝導率の違いを単純に利用しても、精度の高い測定が困難であった。
本発明は、上述した問題に鑑みなされたもので、水蒸気および乾燥空気を含む空気に混入した検知対象ガスをより正確に検知する装置および方法を提供することを目的とする。
本発明のガス検知装置は、水蒸気および乾燥空気を含む空気に検知対象ガスが含まれる測定対象ガスにおける前記検知対象ガスを検知するためのガス検知装置であって、前記測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出部と、前記信号強度に基づいて前記検知対象ガスを検知する検知対象ガス検知部とを備え、前記検知対象ガス検知部が、前記信号強度と前記検知対象ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、前記信号強度検出部により得られた信号強度から、前記検知対象ガスを検知するように構成され、前記相関関数が、ｉ）前記水蒸気および前記乾燥空気を１成分とした前記空気の粘度および分子量と、前記検知対象ガスの粘度および分子量とに基づいた、前記空気と前記検知対象ガスとの間の相互作用を考慮した相互作用関数、およびｉｉ）前記空気の熱伝導率および前記検知対象ガスの熱伝導率により求められる、前記測定対象ガス中の前記検知対象ガスの濃度を変数とする前記測定対象ガスの熱伝導率関数から得られることを特徴とする。
また、本発明のガス検知装置は、前記測定対象ガスの熱伝導率関数が、前記相互作用関数と、前記空気の熱伝導率および前記検知対象ガスの熱伝導率とを用いて、以下の［数式１］から求められることが好ましい。
λm：混合ガスの気体熱伝導率
λi：成分ｉの気体熱伝導率
ｘi、ｘj：成分ｉおよび成分ｊのモル分率
Ａij：相互作用を考慮した相互作用関数（Ａii＝１）
λi：成分ｉの気体熱伝導率
ｘi、ｘj：成分ｉおよび成分ｊのモル分率
Ａij：相互作用を考慮した相互作用関数（Ａii＝１）
また、本発明のガス検知装置は、前記相互作用関数が、前記水蒸気および前記乾燥空気を含む前記空気の粘度および分子量と、前記検知対象ガスの粘度および分子量とを用いて、以下の［数式２］から求められることが好ましい。
Ｍi、Ｍj：成分ｉおよび成分ｊの分子量
λtri、λtrj：成分ｉおよび成分ｊの気体熱伝導率
γ：相互作用パラメータ
ηi、ηj：成分ｉおよび成分ｊの粘度
λtri、λtrj：成分ｉおよび成分ｊの気体熱伝導率
γ：相互作用パラメータ
また、本発明のガス検知装置は、前記空気の粘度が、前記水蒸気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度と、前記乾燥空気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度とを用いて求められることが好ましい。
また、本発明のガス検知装置は、前記空気の粘度が、前記水蒸気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度と、前記乾燥空気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度とを用いて、以下の［数式３］から求められることが好ましい。
ηm：混合ガスの粘度
Ｍi、Ｍj、Ｍk：成分ｉ、成分ｊおよび成分ｋの分子量
ｘi、ｘk：成分ｉおよび成分ｋのモル分率
ηi：成分ｉの粘度
Ｔrij：対臨界温度（reduced temperature）
Ｔci、Ｔcj：成分ｉ、成分ｊの臨界温度
μ：双極子モーメント
Ｐc：臨界圧力
Ｔc：臨界温度
Ｍi、Ｍj、Ｍk：成分ｉ、成分ｊおよび成分ｋの分子量
ｘi、ｘk：成分ｉおよび成分ｋのモル分率
ηi：成分ｉの粘度
Ｔrij：対臨界温度（reduced temperature）
Ｐc：臨界圧力
Ｔc：臨界温度
また、本発明のガス検知装置は、前記相関関数が、前記水蒸気の前記空気中の濃度および前記検知対象ガスの濃度が異なる複数の状態にある測定対象ガスから得られる複数の信号強度と、前記測定対象ガスの熱伝導率関数とをフィッティングさせることにより得られることが好ましい。
本発明のガス検知方法は、水蒸気および乾燥空気を含む空気に検知対象ガスが含まれる測定対象ガスにおける前記検知対象ガスを検知するガス検知方法であって、前記測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出工程と、前記信号強度に基づいて、前記検知対象ガスを検知する検知対象ガス検知工程とを含み、前記検知対象ガス検知工程が、前記信号強度と前記検知対象ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、前記信号強度検出工程において得られた信号強度から、前記検知対象ガスを検知し、前記相関関数が、ｉ）前記水蒸気および前記乾燥空気を１成分とした前記空気の粘度および分子量と、前記検知対象ガスの粘度および分子量とに基づいた、前記空気と前記検知対象ガスとの間の相互作用を考慮した相互作用関数、およびｉｉ）前記空気の熱伝導率および前記検知対象ガスの熱伝導率により求められる、前記測定対象ガス中の前記検知対象ガスの濃度を変数とする前記測定対象ガスの熱伝導率関数から得られることを特徴とする。
本発明によれば、水蒸気および乾燥空気を含む空気に混入した水素ガスなどの検知対象ガスをより正確に検知する装置および方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係るガス検知装置およびガス検知方法を説明する。
本実施形態のガス検知装置およびガス検知方法はそれぞれ、水蒸気および乾燥空気を含む空気に検知対象ガスが含まれる測定対象ガスにおける検知対象ガスを検知する装置および方法である。ガス検知装置およびガス検知方法は、たとえば、原子炉格納容器内や原子炉建屋内の空気中の水素ガスを検知する目的や、燃料電池から空気中に漏出する水素ガスを検知する目的のために用いることができるが、その適用範囲はこれらに限定されることはなく、ガス検知が必要な水素ガス以外のガスの検知にも適用可能である。
本実施形態のガス検知装置およびガス検知方法の検知の対象となる検知対象ガスは、測定対象ガスに含まれる水蒸気および乾燥空気とは異なる種類の気体であれば、特に限定されることはなく、１種の単体ガスや２種以上の混合ガスであってもよい。ただし、検知対象ガスが、水蒸気と乾燥空気との熱伝導率の差分値よりも、水蒸気との熱伝導率の差分値が大きい気体であることが好ましく、この場合には、本実施形態のガス検知装置およびガス検知方法をより好適に適用可能であり、以下で詳しく述べるように、測定対象ガス中の検知対象ガスをより正確に検知することができる。検知対象ガスとしては、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、クリプトンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、二酸化硫黄ガス、一酸化二窒素ガス、エタンガス、メタンガス、プロパンガス、プロペンガス、ブタンガス、１−ブテンガス、２−ブテンガス、ペンタンガス、１−ペンテンガス、トランス−２−ペンテンガス、シス−２−ペンテンガス、ヘキサンガス、１−ヘキセンガス、トランス−２−ヘキセンガス、シス−２−ヘキセンガス、ヘプタンガス、オクタンガス、ノナンガス、シクロヘキサンガス、シクロヘキサノンガス、イソブタンガス、六フッ化硫黄ガス、三フッ化窒素ガス、ベンゼンガス、トルエンガス、キシレンガス、トリメチルベンゼンガス、ヨードベンゼンガス、クロロベンゼンガス、フルオロベンゼンガス、ジメチルエーテルガス、ジエチルエーテルガス、フルオロカーボンガス、クロロフルオロカーボンガス、ハイドロクロロフルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、トリフルオロヨードメタンガス、ハイドロフルオロエーテルガスおよびハイドロフルオロオレフィンガスなどの中から選択される１種の単体ガスまたは２種以上の混合ガスを例示することができる。
なお、測定対象ガスに含まれる水蒸気は、水分子により構成される気体であり、測定対象ガスに含まれる乾燥空気は、空気から水蒸気を除いた残りの気体である。
＜ガス検知装置＞
ガス検知装置は、水蒸気、乾燥空気および検知対象ガスを含む測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出し、その信号強度から測定対象ガスに含まれる検知対象ガスを検知する。ガス検知装置の詳細を以下で説明するが、以下の説明では、ガス検知装置の一例として気体熱伝導式ガス検知装置を挙げ、その気体熱伝導式ガス検知装置を、検知対象ガスが、水素ガスである測定対象ガスにおける水素ガスの検知に適用した例を用いて説明する。しかし、ガス検知装置は、以下に例示する気体熱伝導式ガス検知装置に限定されることはなく、非定常熱線法などの他の公知の熱伝導率測定法の測定原理が適用された装置であってもよい。また、検知対象ガスも、水素ガスに限定されることはなく、上述したように他のガスであっても構わない。
ガス検知装置は、水蒸気、乾燥空気および検知対象ガスを含む測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出し、その信号強度から測定対象ガスに含まれる検知対象ガスを検知する。ガス検知装置の詳細を以下で説明するが、以下の説明では、ガス検知装置の一例として気体熱伝導式ガス検知装置を挙げ、その気体熱伝導式ガス検知装置を、検知対象ガスが、水素ガスである測定対象ガスにおける水素ガスの検知に適用した例を用いて説明する。しかし、ガス検知装置は、以下に例示する気体熱伝導式ガス検知装置に限定されることはなく、非定常熱線法などの他の公知の熱伝導率測定法の測定原理が適用された装置であってもよい。また、検知対象ガスも、水素ガスに限定されることはなく、上述したように他のガスであっても構わない。
＜気体熱伝導式ガス検知装置＞
気体熱伝導式ガス検知装置は、本実施形態では、水蒸気および乾燥空気を含む空気に水素ガスが含まれる３成分系の測定対象ガスにおける水素ガスを検知する。気体熱伝導式ガス検知装置１は、図１に示されるように、測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出部２と、その信号強度に基づいて水素ガス（検知対象ガス）を検知する検知対象ガス検知部３とを備えている。
気体熱伝導式ガス検知装置は、本実施形態では、水蒸気および乾燥空気を含む空気に水素ガスが含まれる３成分系の測定対象ガスにおける水素ガスを検知する。気体熱伝導式ガス検知装置１は、図１に示されるように、測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出部２と、その信号強度に基づいて水素ガス（検知対象ガス）を検知する検知対象ガス検知部３とを備えている。
＜信号強度検出部＞
信号強度検出部２は、本実施形態では、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した信号強度を検出することにより、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いを検知する。信号強度検出部２は、図１に示されるように、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した信号強度として電位差を生成する検知回路４と、検知回路４に直流電圧を印加する直流電圧源５と、検知回路４に生じる電位差を検出する電位差計６とを備えている。
信号強度検出部２は、本実施形態では、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した信号強度を検出することにより、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いを検知する。信号強度検出部２は、図１に示されるように、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した信号強度として電位差を生成する検知回路４と、検知回路４に直流電圧を印加する直流電圧源５と、検知回路４に生じる電位差を検出する電位差計６とを備えている。
検知回路４は、ホイートストンブリッジ回路として構成され、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因して回路内の抵抗値に違いが生じ、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した電位差を生成する。検知回路４は、図１に示されるように、検知素子４１および補償素子４２が直列に接続された検知片と、第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４が直列に接続された、ブリッジ回路における検知片に対する対辺抵抗片とが並列に設けられている。検知片および対辺抵抗片の両端（ａ点、ｂ点）は、直流電圧源５の正極および負極の２つの端子のそれぞれに接続され、検知素子４１および補償素子４２の間（ｃ点）と、第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４の間（ｄ点）とは、電位差計６の正極および負極の２つの端子のそれぞれに接続されている。
検知素子４１は、測定対象ガスが貫流（自然拡散）されて、測定対象ガスとの熱収支により抵抗値が変化する部材である。検知素子４１は、図２（ａ）に示されるように、測定対象ガスとの熱収支により抵抗値が変化する第１変動抵抗体４１ａと、第１変動抵抗体４１ａを収容し、測定対象ガスが貫流可能な検知用容器４１ｂとを備えている。第１変動抵抗体４１ａは、測定対象ガスとの熱収支が測定対象ガスの熱伝導率に影響を受けるため、測定対象ガスの熱伝導率に応じて抵抗値が変化する。第１変動抵抗体４１ａは、測定対象ガスの熱伝導率の変化に応じて抵抗値が変化するように構成されていれば、特に限定されることはなく、たとえば公知の白金薄膜抵抗体を用いることができる。検知用容器４１ｂは、本実施形態では、図２（ａ）に示されるように、上部に測定対象ガスが貫流可能な貫流孔が設けられて、測定対象ガスが貫流可能に構成されている。しかし、検知用容器４１ｂは、第１変動抵抗体４１ａが測定対象ガスに曝露されるように測定対象ガスが貫流可能であれば、図示された構造に限定されることはなく、貫流孔が検知用容器４１ｂの側部に設けられるなどの他の構造であってもよい。
補償素子４２は、測定対象ガスに対して基準となる標準ガスが充填されて、標準ガスとの熱収支により抵抗値が変化する部材である。補償素子４２は、図２（ｂ）に示されるように、第１変動抵抗体４１ａと熱的に等価な第２変動抵抗体４２ａと、第２変動抵抗体４２ａを収容し、標準ガスが充填される補償用容器４２ｂとを備えている。第２変動抵抗体４２ａは、標準ガスとの熱収支が標準ガスの熱伝導率に影響を受けるため、標準ガスの熱伝導率に応じて抵抗値が変化する。なお、測定中において、標準ガスの熱伝導率が変化しないように状態が一定に保たれる場合には、第２変動抵抗体４２ａの抵抗値が変化することはない。第２変動抵抗体４２ａは、第１変動抵抗体４１ａと熱的に等価であれば、特に限定されることはなく、たとえば第１変動抵抗体４１ａと同じ構成のものを用いることができる。補償用容器４２ｂは、標準ガスが充填されて、他のガスが流入しないように構成されている。補償用容器４２ｂは、充填された標準ガスが所定の状態に維持されて、第２変動抵抗体４２ａがその標準ガスに曝露されるように構成されていれば、その構造はいかなるものであってもよい。標準ガスとしては、測定対象ガスに対して基準となるガスであれば、特に限定されることはなく、たとえば乾燥空気、ヘリウムガス、窒素ガスなどを用いることができる。
第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４は、固定された所定の抵抗値を有する部材である。第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４はそれぞれ、本実施形態では、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とが同じ場合に、検知回路４のｃ−ｄ点間に電位差が生じないようにその抵抗値が設定されている。ただし、検知回路４としては、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率が同じ場合と、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率が異なる場合とで、検知回路４のｃ−ｄ点間に生じる電位差に有意な差が生じればよい。したがって、第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４はそれぞれ、上述した抵抗値に限定されることはなく、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率が同じ場合と、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率が異なる場合とで、検知回路４のｃ−ｄ点間に生じる電位差に有意な差が生じるように抵抗値が設定されればよい。
本実施形態の信号強度検出部２では、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とが同じであれば、第１変動抵抗体４１ａおよび第２変動抵抗体４２ａの抵抗値は同じままであり、検知回路４のｃ−ｄ点間に電位差が生じることはない。一方、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とが異なる場合には、第１変動抵抗体４１ａおよび第２変動抵抗体４２ａのそれぞれと測定対象ガスおよび標準ガスのそれぞれとの熱収支が異なるため、第１変動抵抗体４１ａおよび第２変動抵抗体４２ａの抵抗値に違いが生じ、それによって検知回路４のｃ−ｄ点間に電位差が生じる。信号強度検出部２は、検知回路４のｃ−ｄ点間に生じた電位差を電位差計６により測定することで、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した電位差を信号強度として検出することができる。ただし、信号強度検出部２は、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した信号強度を検出するように構成されていれば、上述した構成に限定されることはなく、たとえば電位差計の代わりに電流計を用いて信号強度として電流を検出するように構成されていてもよい。
信号強度検出部２は、本実施形態では、上述したように、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因した信号強度を検出するように構成されている。しかし、信号強度検出部は、測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出するように構成されていれば、本実施形態に限定されることはなく、たとえば、他の測定原理を適用したガス検知装置では、測定対象ガスの熱伝導率の変化に起因した信号を検出するように構成されていてもよい。
＜検知対象ガス検知部＞
検知対象ガス検知部３は、信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、信号強度検出部２により得られた信号強度から、水素ガスを検知するように構成されている。すなわち、検知対象ガス検知部３は、信号強度Ｖと水素ガスの濃度ｘとの間の対応を示す相関関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ）またはＶ≒Ｆ（ｘ））を用いて、信号強度検出部２により得られた信号強度Ｖを、水素ガスの濃度ｘに対応した値に変換（ｘ＝Ｆ-1（Ｖ）またはｘ≒Ｆ-1（Ｖ））することで、測定対象ガス中の水素ガスの有無および／または濃度を検知するように構成されている。ここで相関関数は、信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す関数であって、信号強度と水素ガスの濃度との関係を完全な形で示す関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ））だけではなく、たとえば水素ガスの濃度の増減に応じて信号強度が増減するように構成されるなど、信号強度が水素ガスの濃度に対応するように構成された関数（Ｖ≒Ｆ（ｘ））も含む。また、水素ガスの濃度に対応した値は、水素ガスの濃度だけでなく、水素ガスの濃度の増減に対応して増減する間接的な値も含む。
検知対象ガス検知部３は、信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、信号強度検出部２により得られた信号強度から、水素ガスを検知するように構成されている。すなわち、検知対象ガス検知部３は、信号強度Ｖと水素ガスの濃度ｘとの間の対応を示す相関関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ）またはＶ≒Ｆ（ｘ））を用いて、信号強度検出部２により得られた信号強度Ｖを、水素ガスの濃度ｘに対応した値に変換（ｘ＝Ｆ-1（Ｖ）またはｘ≒Ｆ-1（Ｖ））することで、測定対象ガス中の水素ガスの有無および／または濃度を検知するように構成されている。ここで相関関数は、信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す関数であって、信号強度と水素ガスの濃度との関係を完全な形で示す関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ））だけではなく、たとえば水素ガスの濃度の増減に応じて信号強度が増減するように構成されるなど、信号強度が水素ガスの濃度に対応するように構成された関数（Ｖ≒Ｆ（ｘ））も含む。また、水素ガスの濃度に対応した値は、水素ガスの濃度だけでなく、水素ガスの濃度の増減に対応して増減する間接的な値も含む。
検知対象ガス検知部３は、図１には、信号強度検出部２の直流電圧源５および電位差計６に通信可能に接続された情報処理装置として示されている。検知対象ガス検知部３は、本実施形態では、電位差計６から電位差を受信し、受信した電位差と相関関数とを用いて、測定対象ガス中の水素ガスの濃度に対応した値を算出する。検知対象ガス検知部３としては、ＣＰＵなどの演算処理装置、ハードディスクなどの記憶装置、ネットワークインターフェースなどの通信装置、キーボード・マウスなどの入力装置、液晶ディスプレイなどの表示装置などを内部または外部に備えたパーソナルコンピュータなどの公知の計算装置を用いることができる。しかし、検知対象ガス検知部３は、信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、信号強度検出部２により得られた信号強度から、水素ガスを検知するように構成されていれば、上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば信号強度検出部２の外部ではなく信号強度検出部２と一体となって設けられるなど、様々な変形が許容される。
信号強度Ｖと水素ガスの濃度ｘとの間の対応を示す相関関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ）またはＶ≒Ｆ（ｘ））は、測定対象ガス中の水素ガスの濃度ｘを変数とする測定対象ガスの熱伝導率関数（λsamp（ｘ））から得られる（Ｖ＝Ｆ（λsamp（ｘ））またはＶ≒Ｆ（λsamp（ｘ）））。より具体的には、本実施形態では、相関関数は、測定対象ガス中の水素ガスの濃度ｘを変数とする測定対象ガスの熱伝導率関数（λsamp（ｘ））と、定数である標準ガスの熱伝導率（λref）との差（λsamp（ｘ）−λref＝Δλ（ｘ））を含む形で得られる（Ｖ＝Ｆ（Δλ（ｘ））またはＶ≒Ｆ（Δλ（ｘ）））。ただし、相関関数は、測定対象ガス中の水素ガスの濃度を変数とする測定対象ガスの熱伝導率関数から得られるものであればよく、その具体的な構成は、用いられる気体熱伝導式ガス検知装置の検知原理および／または実測値に応じて適宜決定することができ、気体熱伝導式ガス検知装置以外のガス検知装置が用いられる場合には、そのガス検知装置の検知原理および／または実測値に応じて適宜決定することができる。
ここで、測定対象ガスの熱伝導率関数は、単純に測定対象ガスに含まれるガス成分のそれぞれの熱伝導率にそれぞれの比率を掛け合わせて合算することによっては得ることができない。これは、ガス成分が互いに相互作用するため、この相互作用を無視することができないからである。したがって、測定対象ガスの熱伝導率関数は、たとえば、Wassiljewaの式（以下の数式１）を用いて、測定対象ガスに含まれるガス成分同士の相互作用を考慮しつつ、各ガス成分の熱伝導率に各ガス成分の比率を乗じてその和を得ることによって求められる。乾燥空気、水蒸気および水素ガスの３成分が含まれる本実施形態の測定対象ガスに、この数式１を用いた方法を採用する場合には、乾燥空気、水蒸気および水素ガスのそれぞれの相互作用を考慮しつつ、乾燥空気、水蒸気および水素ガスの熱伝導率にそれぞれの比率を乗じて合算することになる。しかしながら、本発明者らはこの数式１を用いた方法を詳細に検討したが、この方法では、後に詳述するように、信号強度検出部２により得られた信号強度に対応するような熱伝導率関数を求めることができず、それにより正確な相関関数を得ることができないことが分かった。これは、測定対象ガスに双極子モーメントが大きい水蒸気（水分子）が含まれ、その水蒸気（水分子）が、特異な分子間相互作用として水素結合をする能力を有するので、異種分子間相互作用または同種分子間相互作用しやすい傾向を示し、異種分子または同種分子と衝突しやすく、測定対象ガスの熱伝導率に特異な影響を及ぼすことによるものと考えられる。したがって、測定対象ガスの熱伝導率関数をより正確に求め、相関関数をより正確に求めるには、水蒸気（水分子）の双極子モーメントを考慮する必要がある。
λi：成分ｉの気体熱伝導率
ｘi、ｘj：成分ｉおよび成分ｊのモル分率
Ａij：相互作用を考慮した相互作用関数（Ａii＝１）
以上に述べた理由により、本実施形態では、測定対象ガスの熱伝導率関数は、乾燥空気、水蒸気および水素ガスの３成分ではなく、乾燥空気および水蒸気を含む空気と水素ガスとの間の相互作用を考慮した相互作用関数、ならびに空気の熱伝導率および水素ガスの熱伝導率により求められる。より具体的には、測定対象ガスの熱伝導率関数は、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数と、空気の熱伝導率および水素ガスの熱伝導率とを用いて、上述した数式１から求められる。そして、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数は、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度および分子量と、水素ガスの粘度および分子量とに基づいて求められる。測定対象ガスの熱伝導率関数を求めるにあたり、乾燥空気、水蒸気および水素ガスの３成分ではなく、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮することで、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度に水蒸気（水分子）の双極子モーメントの影響を反映させることができるので、より正確な熱伝導率関数を求めることができる。さらに、相対比較として、互いの熱伝導率の差分値の大きい水素ガスと水蒸気とを１成分として取り扱うのではなく、互いの熱伝導率の差分値の小さい水蒸気と乾燥空気とを１成分として取り扱うことにより、より正確な熱伝導率関数を求めることができる。したがって、相関関数をより正確に求めることができ、測定対象ガス中の水素ガスをより正確に検知することができる。同じ観点から、水蒸気との熱伝導率の差分値が大きいヘリウムガスやアルゴンガスなどの水素ガス以外の検知対象ガスが測定対象ガスに含まれる場合には、水蒸気の双極子モーメントを考慮しつつ、水蒸気と乾燥空気とが１成分として取り扱われて、測定対象ガスの熱伝導率関数が求められる。
ここで相互作用関数は、２成分ガス間の相互作用を考慮した関数であり、相互作用する２成分ガスのそれぞれの分子量、粘度、分子間相互作用に関係する経験的なパラメータ（相互作用パラメータ）によって表わされる。本実施形態では、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数は、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度および分子量と、水素ガスの粘度および分子量とを用いて、以下のMasonとSaxenaの式（数式２）から求められる。
λtri、λtrj：成分ｉおよび成分ｊの気体熱伝導率
γ：相互作用パラメータ
また、空気の粘度は、たとえば公知の粘度センサによっても測定することができるが、本実施形態では、水蒸気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および空気中の濃度と、乾燥空気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および空気中の濃度とを用いて求められる。より具体的には、空気の粘度は、水蒸気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および空気中の濃度と、乾燥空気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および空気中の濃度とを用いて、以下のReichenbergの式（数式３）から求められる。
Ｍi、Ｍj、Ｍk：成分ｉ、成分ｊおよび成分ｋの分子量
ｘi、ｘk：成分ｉおよび成分ｋのモル分率
ηi：成分ｉの粘度
Ｔrij：対臨界温度（reduced temperature）
Ｐc：臨界圧力
Ｔc：臨界温度
なお、検知対象ガスが、都市ガス（１３Ａ）のように２種以上のガスを含む混合ガスである場合には、水蒸気および乾燥空気を含む空気と、検知対象ガスに含まれる２種以上のガスとの、３種以上のガス成分同士の組み合わせの相互作用を考慮して、測定対象ガスの熱伝導率関数を求めてもよいし、２種以上のガスを１つの検知対象ガスとして取り扱って、空気と検知対象ガスとの相互作用を考慮して、測定対象ガスの熱伝導率関数を求めてもよい。このとき、検知対象ガスに含まれる２種以上のガスのそれぞれの熱伝導率は、実験的に得られた値を用いてもよいし、経験的な式や半経験的な式により求めた値を用いてもよいし、以下に述べる剛体球近似を用いて算出してもよい。また、２種以上のガスを１つの検知対象ガスとして取り扱う場合には、検知対象ガスの熱伝導率は、２種以上のガス同士の相互作用の大きさに応じて、異なる方法により求めることができる。たとえば、検知対象ガスの熱伝導率は、２種以上のガス同士の相互作用が比較的強い場合には、２種以上のガス同士の相互作用を考慮して、上述した数式１、数式２および数式３を用いて算出してもよいし、上述した数式１および数式２と、数式２中の熱伝導率の比（λtri／λtrj）を求めるRoy-Thodosの手法（以下の数式７）とを用いて算出してもよい。また、２種以上のガス同士の相互作用を無視できる場合には、２種以上のガスのそれぞれの比率にそれぞれの熱伝導率を掛けて単純に足し合わせて、第３成分ガスの熱伝導率を算出してもよい。
ここで、空気中の水蒸気濃度は、公知の湿度センサなどを用いて測定することが可能である。たとえば、水素ガスが含まれない空気中の湿度が湿度センサにより測定される場合には、湿度センサによって測定された湿度を空気中の水蒸気濃度に換算することができ、水素ガスが含まれる測定対象ガス中の湿度が湿度センサにより測定される場合には、空気中の水蒸気濃度は、水素ガスの濃度ｘの関数として表わされる。この目的のために、気体熱伝導式ガス検知装置１は、空気中の水蒸気濃度および／または測定対象ガス中の水蒸気濃度を測定するための、公知の湿度センサなどを用いた水蒸気濃度測定装置を備えていてもよい。
また、気体熱伝導式ガス検知装置１は、測定対象ガスおよび／または標準ガスの温度を直接的または間接的に測定するための公知の温度センサを備えていてもよい。たとえば測定対象ガスおよび／または標準ガスの温度が変動する場合には、測定対象ガスおよび／または標準ガスの熱伝導率が変化するので、温度センサは、その温度変化による影響を補償するために用いることができる。
信号強度Ｖと水素ガスの濃度ｘとの間の対応を示す相関関数（Ｖ＝Ｆ（λsamp（ｘ））またはＶ≒Ｆ（λsamp（ｘ）））は、測定対象ガスの熱伝導率関数（λsamp（ｘ））から、たとえば、用いられる気体熱伝導式ガス検知装置の検知原理に応じて理論的に求めることもできるし、水蒸気の空気中の濃度および水素ガスの濃度が異なる複数の状態にある測定対象ガスから得られる複数の信号強度と、測定対象ガスの熱伝導率関数とをフィッティングさせることにより得ることもできる。後者の場合、本実施形態では、測定対象ガスの熱伝導率関数（λsamp（ｘ））および標準ガスの熱伝導率（λref）の差の関数（Δλ（ｘ））と、水蒸気の空気中の濃度が異なる条件下で得られた水素ガスの濃度変化に対する信号強度変化の関係とをフィッティングさせることにより、水蒸気の空気中の濃度に応じて相関関数を得ることができる。
つぎに、本実施形態のガス検知方法について説明する。
＜ガス検知方法＞
ガス検知方法は、水蒸気、乾燥空気および検知対象ガスを含む測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出工程と、その信号強度に基づいて、検知対象ガスを検知する検知対象ガス検知工程とを含んでいる。また、ガス検知方法は、任意で、水蒸気および乾燥空気を含む空気中の水蒸気の濃度および／または測定対象ガス中の水蒸気の濃度を測定する水蒸気濃度測定工程を含んでいてもよい。また、ガス検知方法は、任意で、測定対象ガスおよび／または標準ガスの温度を直接的または間接的に測定するガス温度測定工程を含んでいてもよい。
ガス検知方法は、水蒸気、乾燥空気および検知対象ガスを含む測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出工程と、その信号強度に基づいて、検知対象ガスを検知する検知対象ガス検知工程とを含んでいる。また、ガス検知方法は、任意で、水蒸気および乾燥空気を含む空気中の水蒸気の濃度および／または測定対象ガス中の水蒸気の濃度を測定する水蒸気濃度測定工程を含んでいてもよい。また、ガス検知方法は、任意で、測定対象ガスおよび／または標準ガスの温度を直接的または間接的に測定するガス温度測定工程を含んでいてもよい。
ガス検知方法のさらなる詳細を以下で説明するが、以下の説明では、上述した気体熱伝導式ガス検知装置１を用いて、検知対象ガスが、水素ガスである測定対象ガスにおける水素ガスを検知する例について説明する。しかし、本発明のガス検知方法は、以下の例に限定されることはなく、気体熱伝導式ガス検知装置１以外の装置を用いてもよいし、水素ガス以外のガスを検知対象ガスとしてもよい。なお、測定対象ガスの熱伝導率関数、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数、および空気の粘度は、上述した方法と同じ方法により求められるので、以下ではその詳細な説明は省略する。
信号強度検出工程において、上述した気体熱伝導式ガス検知装置１を用いた実施形態では、信号強度は、気体熱伝導式ガス検知装置１を用いて、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いに起因して検出される。より具体的には、信号強度検出の前段階として、気体熱伝導式ガス検知装置１の信号強度検出部２の補償用容器４２ｂに標準ガスである乾燥空気が充填され、検知用容器４１ｂに、気体熱伝導式ガス検知装置１の周囲の測定対象ガスが自然拡散される。そして、直流電圧源５により検知回路４のａ−ｂ点間に電流が供給される。このとき、検知素子４１の第１変動抵抗体４１ａおよび補償素子４２の第２変動抵抗体４２ａはそれぞれ、検知回路４に供給された電流により加熱される一方で、検知用容器４１ｂ内の測定対象ガスおよび補償用容器４２ｂ内の標準ガス中にその熱が放散される。水素ガスが発生していない場合には、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とは同じであるが、水素ガスが発生している場合には、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とが異なるため、第１変動抵抗体４１ａと第２変動抵抗体４２ａとで、放熱効率に差が生じ、その温度および抵抗値に差が生じる。その結果、検知回路４のｃ−ｄ間に電位差が生じ、この電位差が電位差計６により信号強度として検出される。この電位差を検出することにより、測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の違いが検知される。ただし、信号強度検出工程は、測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出することができれば、検出に用いる装置は特に限定されることはなく、本実施形態の気体熱伝導式ガス検知装置１ではない、他の公知の気体熱伝導式ガス検知装置を用いて実施してもよいし、気体熱伝導式ガス検知装置ではない、測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出可能な他の装置を用いて実施してもよい。
検知対象ガス検知工程において、上述した気体熱伝導式ガス検知装置１を用いた実施形態では、信号強度検出工程により得られる信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、信号強度検出工程において得られた信号強度から、水素ガスを検知する。より具体的には、信号強度である電位差Ｖと水素ガスの濃度ｘとの間の対応を示す相関関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ）またはＶ≒Ｆ（ｘ））を用いて、信号強度検出工程により得られた電位差Ｖを、水素ガスの濃度ｘに対応した値に変換（ｘ＝Ｆ-1（Ｖ）またはｘ≒Ｆ-1（Ｖ））することで、測定対象ガス中の水素ガスの有無および／または濃度を検知する。
このとき、信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す相関関数（Ｖ＝Ｆ（ｘ）またはＶ≒Ｆ（ｘ））は、測定対象ガス中の水素ガスの濃度ｘを変数とする測定対象ガスの熱伝導率関数（λsamp（ｘ））から得られる（Ｖ＝Ｆ（λsamp（ｘ））またはＶ≒Ｆ（λsamp（ｘ）））。そして、測定対象ガスの熱伝導率関数（λsamp（ｘ））は、乾燥空気、水蒸気および水素ガスの３成分ではなく、乾燥空気および水蒸気を含む空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数、ならびに空気の熱伝導率および水素ガスの熱伝導率により求められる。そして、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数は、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度および分子量と、水素ガスの粘度および分子量とに基づいて求められる。すでに上述したように、測定対象ガスの熱伝導率関数を求めるにあたり、乾燥空気、水蒸気および水素ガスの３成分ではなく、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮することで、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度に水蒸気（水分子）の双極子モーメントの影響を反映させることができるので、より正確な熱伝導率関数を求めることができる。さらに、相対比較として、互いの熱伝導率の差分値の大きい水素ガスと水蒸気とを１成分として取り扱うのではなく、互いの熱伝導率の差分値の小さい水蒸気と乾燥空気とを１成分として取り扱うことにより、より正確な熱伝導率関数を求めることができる。したがって、相関関数をより正確に求めることができ、測定対象ガス中の水素ガスをより正確に検知することができる。特に、水素ガスのように爆発の危険性のあるガスが空気中に含まれる場合には、爆発の危険を回避するために、爆発下限以下の混合比（濃度）を高い精度で監視する必要がある。水素ガスの場合、空気との混合比で４．１％という非常に低い爆発下限を有しており、０〜４．１％という非常に狭い混合比の範囲内でのより高い検知精度が要求される。本実施形態のガス検知装置およびガス検知方法は、０〜４．１％という非常に狭い混合比の範囲内であっても、水素ガスをより正確に検知することができるので、爆発の危険を回避するのに十分な監視機能を有している。
検知対象ガス検知工程は、たとえば本実施形態の気体熱伝導式ガス検知装置１の検知対象ガス検知部３により実施することができるが、信号強度検出工程により得られる信号強度と水素ガスの濃度との間の対応を示す上記相関関数、および、信号強度検出工程において得られた信号強度から、検知対象ガス（水素ガス）を検知することができればよく、検知対象ガス検知部３とは異なる他の装置を用いて実施してもよい。
以下、実施例をもとに本発明のガス検知装置およびガス検知方法の優れた効果を説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例＞
気体熱伝導式ガス検知装置として、図１および図２に示される装置を用意し、水蒸気、乾燥空気および水素ガスが含まれる３成分系の測定対象ガスと、乾燥空気である標準ガスとについて、検知回路４中のｃ−ｄ点間の電位差を測定した。測定対象ガス、標準ガス、検知素子４１の第１変動抵抗体４１ａおよび補償素子４２の第２変動抵抗体４２ａについては、以下の条件のものを用いた。第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４については、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とが同じ場合に、検知回路４のｃ−ｄ点間に電位差が生じないようにその抵抗値を設定した。
（１）測定対象ガス
ガス種：水蒸気、乾燥空気および水素ガス
測定対象ガス中の水素ガスの濃度（ｖｏｌ％）＝水素ガス／（水蒸気＋乾燥空気＋水素ガス）ｘ１００（ｖｏｌ％）：０、１、２、３、４
水素ガス濃度が０ｖｏｌ％のときの相対湿度（％ＲＨ）：４．５、３６．５、５５．９、７５．８、９０．２
水素ガス濃度が１〜４ｖｏｌ％のときの相対湿度（％ＲＨ）：２０、４０、６０、８０
温度（℃）：８０
（２）標準ガス
ガス種：乾燥空気
温度（℃）：８０
（３）第１変動抵抗体
作製方法：アルミナ基板上に、スパッタリング法により白金を蛇行形状で成膜し、その上層にシリカをコーティングして作製
温度（℃）：１００、２００、３００、４００、５００、６００
（４）第２変動抵抗体
作製方法：第１変動抵抗体と同じ
温度（℃）：８０
気体熱伝導式ガス検知装置として、図１および図２に示される装置を用意し、水蒸気、乾燥空気および水素ガスが含まれる３成分系の測定対象ガスと、乾燥空気である標準ガスとについて、検知回路４中のｃ−ｄ点間の電位差を測定した。測定対象ガス、標準ガス、検知素子４１の第１変動抵抗体４１ａおよび補償素子４２の第２変動抵抗体４２ａについては、以下の条件のものを用いた。第１固定抵抗４３および第２固定抵抗４４については、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率とが同じ場合に、検知回路４のｃ−ｄ点間に電位差が生じないようにその抵抗値を設定した。
（１）測定対象ガス
ガス種：水蒸気、乾燥空気および水素ガス
測定対象ガス中の水素ガスの濃度（ｖｏｌ％）＝水素ガス／（水蒸気＋乾燥空気＋水素ガス）ｘ１００（ｖｏｌ％）：０、１、２、３、４
水素ガス濃度が０ｖｏｌ％のときの相対湿度（％ＲＨ）：４．５、３６．５、５５．９、７５．８、９０．２
水素ガス濃度が１〜４ｖｏｌ％のときの相対湿度（％ＲＨ）：２０、４０、６０、８０
温度（℃）：８０
（２）標準ガス
ガス種：乾燥空気
温度（℃）：８０
（３）第１変動抵抗体
作製方法：アルミナ基板上に、スパッタリング法により白金を蛇行形状で成膜し、その上層にシリカをコーティングして作製
温度（℃）：１００、２００、３００、４００、５００、６００
（４）第２変動抵抗体
作製方法：第１変動抵抗体と同じ
温度（℃）：８０
つぎに、測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率との差を計算により求め、その計算結果と上述した測定の結果との対比を行なった。測定対象ガスの熱伝導率および標準ガスの熱伝導率は、以下の方法で計算した。なお、以下の例では、個々のガスの熱伝導率等を数式４〜６を用いた計算により求めたが、他の式を用いて求めてもよいし、実験的に得られた値や経験的もしくは半経験的な式により求めた値を採用してもよい。
（１）測定対象ガスの熱伝導率
測定対象ガスの熱伝導率を以下の手順で求めた。まず、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度を上述した数式３により求め、水素ガスの粘度を剛体球近似（以下の数式４）により求めた。空気の粘度を求める際に、測定対象ガスの温度を、第１変動抵抗体４１ａの温度と同じ温度まで上昇しているものと仮定し、第１変動抵抗体４１ａの温度と同じとした。つぎに、空気の粘度および分子量と、水素ガスの粘度および分子量とを用いて、上述した数式２により、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数（相互作用係数）を求めた。このとき、経験的パラメータ（相互作用パラメータ）γは、極性分子（空気）−無極性分子（水素ガス）の相互作用を考慮して、TandonとSaxenaによる推奨値（P. K. Tandon and S. C. Saxena, Appl. Sci. Res., 19, 163(1965)）を採用した。最後に、得られた相互作用関数（相互作用係数）と、空気の熱伝導率および水素ガスの熱伝導率とを用いて、上述した数式３により、測定対象ガスの熱伝導率を求めた。なお、空気の熱伝導率は、多項式で表わされる経験的な式（以下の数式５）により求め、水素ガスの熱伝導率は、剛体球近似（以下の数式６）により求めた。
（１）測定対象ガスの熱伝導率
測定対象ガスの熱伝導率を以下の手順で求めた。まず、水蒸気および乾燥空気を１成分とした空気の粘度を上述した数式３により求め、水素ガスの粘度を剛体球近似（以下の数式４）により求めた。空気の粘度を求める際に、測定対象ガスの温度を、第１変動抵抗体４１ａの温度と同じ温度まで上昇しているものと仮定し、第１変動抵抗体４１ａの温度と同じとした。つぎに、空気の粘度および分子量と、水素ガスの粘度および分子量とを用いて、上述した数式２により、空気と水素ガスとの間の２成分の相互作用を考慮した相互作用関数（相互作用係数）を求めた。このとき、経験的パラメータ（相互作用パラメータ）γは、極性分子（空気）−無極性分子（水素ガス）の相互作用を考慮して、TandonとSaxenaによる推奨値（P. K. Tandon and S. C. Saxena, Appl. Sci. Res., 19, 163(1965)）を採用した。最後に、得られた相互作用関数（相互作用係数）と、空気の熱伝導率および水素ガスの熱伝導率とを用いて、上述した数式３により、測定対象ガスの熱伝導率を求めた。なお、空気の熱伝導率は、多項式で表わされる経験的な式（以下の数式５）により求め、水素ガスの熱伝導率は、剛体球近似（以下の数式６）により求めた。
ｍ：分子の質量
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：気体の温度
ε：ポテンシャルパラメータ
ａ0：０．３５４１２５
ａ1：−０．４２７５８１
ａ2：０．１４９２５１
ａ3：−０．０３７１７４
ａ4：０．００３１７６
σ＝０．２９６８ｎｍ（水素の分子直径）
（参考文献）M. J. Assael and S. Mixafendi, J. Phys. Chem. Ref. Data, 15, 4(1986)
［数式５］
λA＝ＡA＋ＢA・Ｔ＋ＣA・Ｔ2＋ＤA・Ｔ3
λA：ガスの熱伝導率
Ｔ：ガスの温度
ＡA、ＢA、ＣA、ＤA：ガス種に応じた定数
（参考文献）A. Melling, et al., J. Phys. Chem. Ref. Data, 26, 4(1997)
λA＝ＡA＋ＢA・Ｔ＋ＣA・Ｔ2＋ＤA・Ｔ3
λA：ガスの熱伝導率
Ｔ：ガスの温度
ＡA、ＢA、ＣA、ＤA：ガス種に応じた定数
（参考文献）A. Melling, et al., J. Phys. Chem. Ref. Data, 26, 4(1997)
Ｔ：水素ガスの温度
Ｍ：水素ガスの分子量
Ｔ：気体の温度
ε：ポテンシャルパラメータ
σ＝０．２９６８ｎｍ（水素の分子直径）
Ａ：１．１６１４５
Ｂ：０．１４８７４
Ｃ：０．５２４８７
Ｄ：０．７７３２０
Ｅ：２．１６１７８
Ｆ：２．４３７８７
（参考文献）P. D. Neufeld, A. R. Janzen, and R. A. Aziz, J. Chem. Phys., 57, 1100 (1972)
（２）標準ガスの熱伝導率
標準ガスの熱伝導率は、多項式で表わされる経験的な式（上記数式５）により求めた。
図３は、測定環境周囲温度が８０℃で、水素ガスの濃度が０ｖｏｌ％で、第１変動抵抗体４１ａが異なる温度条件のときの測定結果であり、空気中の相対湿度の変化に対する検知回路４のｃ−ｄ間の電位差の変化を示す。図３から、第１変動抵抗体４１ａの温度が２００℃以下の場合には、相対湿度が５０％に増加するまで電位差は増加するが、相対湿度が５０％を超えて増加すると電位差が減少していることがわかる。また、第１変動抵抗体４１ａの温度が３００℃以上では、相対湿度の増加に伴い電位差は増加するが、その増加率は徐々に減少していることがわかる。
図４は、図３の測定結果に対応する計算結果であり、測定環境周囲温度が８０℃で、水素ガスの濃度が０ｖｏｌ％で、第１変動抵抗体４１ａが異なる温度条件（測定対象ガスが異なる温度条件）のときの、空気中の相対湿度の変化に対する測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の差の変化を示す。図４から、第１変動抵抗体４１ａの温度が２００℃以下の場合（測定対象ガスが２００℃以下の場合）には、相対湿度が５０％に増加するまで熱伝導率の差は増加するが、相対湿度が５０％を超えて増加すると熱伝導率の差が減少していることがわかる。また、第１変動抵抗体４１ａの温度が３００℃以上（測定対象ガスの温度が３００℃以上）では、相対湿度の増加に伴い熱伝導率の差は増加するが、その増加率は徐々に減少していることがわかる。この図４に示された相対湿度の変化に対する熱伝導率の差の変化は、図３に示された相対湿度の変化に対する電位差の変化と非常によく整合している。
図５は、測定環境周囲温度が８０℃で、第１変動抵抗体４１ａの温度が２００℃で、測定対象ガス中の水素ガスの濃度が異なる条件のときの測定結果であり、空気中の相対湿度の変化に対する検知回路４のｃ−ｄ間の電位差の変化を示す。図４から、１〜４ｖｏｌ％のいずれの水素ガス濃度の場合でも、空気中の相対湿度の増加に伴い電位差は減少するが、その減少率は徐々に減少していることがわかる。
図６は、図５の測定結果に対応する計算結果であり、測定環境周囲温度が８０℃で、第１変動抵抗体４１ａの温度が２００℃（測定対象ガスの温度が２００℃）で、測定対象ガス中の水素ガスの濃度が異なる条件のときの、空気中の相対湿度の変化に対する測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の差の変化を示す。図６から、１〜４ｖｏｌ％のいずれの水素ガス濃度の場合でも、空気中の相対湿度の増加に伴い熱伝導率の差は減少するが、その減少率は徐々に減少していることがわかる。この図６に示された相対湿度の変化に対する熱伝導率の差の変化は、図５に示された相対湿度の変化に対する電位差の変化と非常によく整合している。
図７（ａ）〜（ｄ）は、図６に示された熱伝導率の差と、図５に示された電位差との関係を示す。空気中の相対湿度が２０〜８０％のいずれの場合でも、計算された熱伝導率の差と測定された電位差とが、非常に良い直線関係を有し、しかもほぼ同一の傾きを有している（傾きが約２．６〜２．７の範囲）ことがわかる。この直線関係（４つの傾きの平均値）を用いて、図６に示された熱伝導率の差を変換した値を、図４上に重ね合せた結果を図８に示す。図８から、測定された電位差と、計算された熱伝導率の差から変換された値とが非常によく一致していることがわかる。この結果から分かるように、本実施例の方法によれば、水素ガスの濃度が、上述したような爆発下限（４．１％）以下であっても、水素ガスを精度よく検知することができる。
＜比較例＞
測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率との差を、上述した実施例とは異なる方法による計算により求め、その計算結果と上述した測定の結果との対比を行なった。測定対象ガスの熱伝導率は、以下の方法で算出した。なお、ここに記載していない条件は、上記実施例と同じとした。
測定対象ガスの熱伝導率と標準ガスの熱伝導率との差を、上述した実施例とは異なる方法による計算により求め、その計算結果と上述した測定の結果との対比を行なった。測定対象ガスの熱伝導率は、以下の方法で算出した。なお、ここに記載していない条件は、上記実施例と同じとした。
まず、水蒸気、乾燥空気および水素ガスのそれぞれの分子量、臨界温度、臨界圧力を用いて、Roy-Thodosの手法（以下の数式７）により、上述した数式２の中のλtri／λtrjの値を求めた。得られたλtri／λtrjの値を用いて、上述した数式２により、水蒸気、乾燥空気および水素ガスの３成分のうちのすべての組み合わせの２成分間の相互作用を考慮して、相互作用関数（相互作用係数）を求めた。このとき、経験的パラメータ（相互作用パラメータ）γは、無極性ガス（乾燥空気）と無極性ガス（水素ガス）との組み合わせについては、無極性分子−無極性分子の相互作用を考慮して、MasonとSaxenaによる推奨値（E. A. Mason and S. C. Saxena, Phys. Fluids, 1, 361(1958)）を採用し、極性ガス（水蒸気）と無極性ガス（乾燥空気または水素ガス）との組み合わせについては、極性分子−無極性分子の相互作用を考慮して、TandonとSaxenaによる推奨値（P. K. Tandon and S. C. Saxena, Appl. Sci. Res., 19, 163(1965)）を採用した。そして、得られた相互作用関数（相互作用係数）と、水蒸気の熱伝導率、乾燥空気の熱伝導率および水素ガスの熱伝導率とを用いて、上述した数式１により、測定対象ガスの熱伝導率を求めた。なお、水蒸気の熱伝導率および乾燥空気の熱伝導率は、上述した数式５により求め、水素ガスの熱伝導率は、剛体球近似（数式６）により求めた。
Ｔc：臨界温度
Ｐc：臨界圧力
Ｍ：分子量
図９は、図５の測定結果に対応する計算結果であり、測定環境周囲温度が８０℃で、第１変動抵抗体４１ａの温度が２００℃（測定対象ガスの温度が２００℃）で、測定対象ガス中の水素ガスの濃度が異なる条件のときの、空気中の相対湿度の変化に対する測定対象ガスおよび標準ガスの熱伝導率の差の変化を示す。図９から、１〜４ｖｏｌ％のいずれの水素ガス濃度の場合でも、空気中の相対湿度の増加に伴い熱伝導率の差が直線的に減少していることがわかる。このことは、図５に示された相対湿度の変化に対する電位差の変化と、図９に示された相対湿度の変化に対する熱伝導率の差の変化とが整合していないことを示している。
図１０（ａ）〜（ｄ）は、図９に示された熱伝導率の差と、図５に示された電位差との関係を示す。空気中の相対湿度が２０〜８０％のいずれの場合でも、計算された熱伝導率の差と測定された電位差とが直線関係を有しているものの、図７（ａ）〜（ｄ）に示された実施例とは異なり、それぞれの傾きが互いに大きく異なる（傾きが約３．２〜４．３の範囲）ことがわかる。この直線関係（４つの傾きの平均値）を用いて、図９に示された熱伝導率の差を変換した値を、図５上に重ね合せた結果を図１１に示す。図８から、測定された電位差と、計算された熱伝導率の差から変換された値とが全く一致していないことがわかる。
上述した実施例および比較例から分かるように、水蒸気、乾燥空気および水素ガスの３成分として相互作用関数を求めて測定対象ガスの熱伝導率を算出しても、算出された熱伝導率の差と測定された電位差との間に良好な相関関係は得られないが、水蒸気および乾燥空気を含む空気と水素ガスとの２成分として相互作用関数を求めて測定対象ガスの熱伝導率を算出すると、算出された熱伝導率の差と測定された電位差との間に良好な相関関係が得られる。特に、従来法（３成分で計算）によれば、算出された熱伝導率の差と測定された電位差との間の関係（傾き）が、測定対象ガス中の水蒸気の濃度の変化に伴って変化するが、本実施形態の方法（２成分で計算）によれば、測定対象ガス中の水蒸気の濃度の変化に影響を受けることなく、算出された熱伝導率の差と測定された電位差との間に良好な相関関係（傾きがほぼ一致）を得ることができる。したがって、水蒸気、乾燥空気および水素ガスの３成分を、空気と水素ガスとの２成分として取り扱い、水素ガスの濃度を変数とする測定対象ガスの熱伝導率関数を求めれば、その熱伝導率関数から、電位差（信号強度）と水素ガスの濃度との間の対応を示す、より正確な相関関数を得ることができる。そして、その相関関数を用いることにより、測定対象ガス中の水素ガスを精度よく検知することができる。特に、空気中に水蒸気が高濃度で存在する場合には、測定対象ガスの熱伝導率が、双極子モーメントを有する水蒸気の影響をより大きく受けるため、従来法では検知誤差がより大きくなってしまう。たとえば、東日本大震災時の福島第一原子力発電所での事故では、原子炉格納容器内において、冷却水が蒸発して大量の水蒸気が発生したが、このように大量の水蒸気が発生した場合であっても、本実施形態のガス検知装置およびガス検知方法によれば、測定対象ガス中の水蒸気の濃度の変化に影響を受けることなく、水素ガスを精度よく検知することができる。
１ 気体熱伝導式ガス検知装置
２ 信号強度検出部
３ 検知対象ガス検知部
４ 検知回路
４１ 検知素子
４１ａ 第１変動抵抗体
４１ｂ 検知用容器
４２ 補償素子
４２ａ 第２変動抵抗体
４２ｂ 補償用容器
４３ 第１固定抵抗
４４ 第２固定抵抗
５ 直流電圧源
６ 電位差計
２ 信号強度検出部
３ 検知対象ガス検知部
４ 検知回路
４１ 検知素子
４１ａ 第１変動抵抗体
４１ｂ 検知用容器
４２ 補償素子
４２ａ 第２変動抵抗体
４２ｂ 補償用容器
４３ 第１固定抵抗
４４ 第２固定抵抗
５ 直流電圧源
６ 電位差計
Claims (7)
- 水蒸気および乾燥空気を含む空気に検知対象ガスが含まれる測定対象ガスにおける前記検知対象ガスを検知するためのガス検知装置であって、
前記測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出部と、
前記信号強度に基づいて前記検知対象ガスを検知する検知対象ガス検知部とを備え、
前記検知対象ガス検知部が、
前記信号強度と前記検知対象ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、前記信号強度検出部により得られた信号強度から、前記検知対象ガスを検知するように構成され、
前記相関関数が、
ｉ）前記水蒸気および前記乾燥空気を１成分とした前記空気の粘度および分子量と、前記検知対象ガスの粘度および分子量とに基づいた、前記空気と前記検知対象ガスとの間の相互作用を考慮した相互作用関数、および
ｉｉ）前記空気の熱伝導率および前記検知対象ガスの熱伝導率
により求められる、前記測定対象ガス中の前記検知対象ガスの濃度を変数とする前記測定対象ガスの熱伝導率関数から得られることを特徴とする
ガス検知装置。 - 前記測定対象ガスの熱伝導率関数が、前記相互作用関数と、前記空気の熱伝導率および前記検知対象ガスの熱伝導率とを用いて、以下の［数式１］から求められることを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
λi：成分ｉの気体熱伝導率
ｘi、ｘj：成分ｉおよび成分ｊのモル分率
Ａij：相互作用を考慮した相互作用関数（Ａii＝１） - 前記相互作用関数が、前記水蒸気および前記乾燥空気を含む前記空気の粘度および分子量と、前記検知対象ガスの粘度および分子量とを用いて、以下の［数式２］から求められることを特徴とする請求項１または２記載のガス検知装置。
λtri、λtrj：成分ｉおよび成分ｊの気体熱伝導率
γ：相互作用パラメータ
ηi、ηj：成分ｉおよび成分ｊの粘度 - 前記空気の粘度が、前記水蒸気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度と、前記乾燥空気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度とを用いて求められることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス検知装置。
- 前記空気の粘度が、前記水蒸気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度と、前記乾燥空気の分子量、双極子モーメント、臨界圧力、臨界温度および前記空気中の濃度とを用いて、以下の［数式３］から求められることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス検知装置。
Ｍi、Ｍj、Ｍk：成分ｉ、成分ｊおよび成分ｋの分子量
ｘi、ｘk：成分ｉおよび成分ｋのモル分率
ηi：成分ｉの粘度
Ｔrij：対臨界温度（reduced temperature）
Ｔci、Ｔcj：成分ｉ、成分ｊの臨界温度
μ：双極子モーメント
Ｐc：臨界圧力
Ｔc：臨界温度 - 前記相関関数が、前記水蒸気の前記空気中の濃度および前記検知対象ガスの濃度が異なる複数の状態にある測定対象ガスから得られる複数の信号強度と、前記測定対象ガスの熱伝導率関数とをフィッティングさせることにより得られることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス検知装置。
- 水蒸気および乾燥空気を含む空気に検知対象ガスが含まれる測定対象ガスにおける前記検知対象ガスを検知するガス検知方法であって、
前記測定対象ガスの熱伝導率に関連した信号強度を検出する信号強度検出工程と、
前記信号強度に基づいて、前記検知対象ガスを検知する検知対象ガス検知工程とを含み、
前記検知対象ガス検知工程が、
前記信号強度と前記検知対象ガスの濃度との間の対応を示す相関関数、および、前記信号強度検出工程において得られた信号強度から、前記検知対象ガスを検知し、
前記相関関数が、
ｉ）前記水蒸気および前記乾燥空気を１成分とした前記空気の粘度および分子量と、前記検知対象ガスの粘度および分子量とに基づいた、前記空気と前記検知対象ガスとの間の相互作用を考慮した相互作用関数、および
ｉｉ）前記空気の熱伝導率および前記検知対象ガスの熱伝導率
により求められる、前記測定対象ガス中の前記検知対象ガスの濃度を変数とする前記測定対象ガスの熱伝導率関数から得られることを特徴とする
ガス検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016085619A JP6305459B2 (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | ガス検知装置およびガス検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016085619A JP6305459B2 (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | ガス検知装置およびガス検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017194391A JP2017194391A (ja) | 2017-10-26 |
| JP6305459B2 true JP6305459B2 (ja) | 2018-04-04 |
Family
ID=60154835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016085619A Active JP6305459B2 (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | ガス検知装置およびガス検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6305459B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7084886B2 (ja) * | 2019-01-31 | 2022-06-15 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS638651U (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | ||
| JP2001242114A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | New Cosmos Electric Corp | 燃料電池用ガス検知装置用補償素子、気体熱伝導式ガス検知装置及び燃料電池用ガス供給装置 |
| JP2002062288A (ja) * | 2000-08-16 | 2002-02-28 | Horiba Ltd | 車載形分析計 |
| JP2003344326A (ja) * | 2002-05-28 | 2003-12-03 | Jfe Steel Kk | 排ガス中の水素ガス濃度測定方法 |
| JP4474980B2 (ja) * | 2004-04-15 | 2010-06-09 | パナソニック株式会社 | 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 |
| JP4302611B2 (ja) * | 2004-05-27 | 2009-07-29 | 日本特殊陶業株式会社 | 可燃性ガス検出装置及び可燃性ガス検出方法 |
| JP5001908B2 (ja) * | 2008-06-25 | 2012-08-15 | 東京瓦斯株式会社 | 混合ガスの成分測定装置及び成分測定方法 |
| DE102013103388B3 (de) * | 2013-04-05 | 2014-09-25 | Chemec Gmbh | Vorrichtung für die Messung der Wärmeleitfähigkeit von Gaskomponenten eines Gasgemisches |
-
2016
- 2016-04-21 JP JP2016085619A patent/JP6305459B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017194391A (ja) | 2017-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6305458B2 (ja) | ガス検知方法およびガス検知装置 | |
| Braun et al. | On the steady-state temperature rise during laser heating of multilayer thin films in optical pump–probe techniques | |
| Li et al. | Transient and Steady-State Experimental Comparison Study of Effective Thermal Conductivity of Al 2 O 3∕ Water Nanofluids | |
| Ahadi et al. | An improved transient plane source method for measuring thermal conductivity of thin films: Deconvoluting thermal contact resistance | |
| Azarfar et al. | Low cost and new design of transient hot-wire technique for the thermal conductivity measurement of fluids | |
| US10416140B2 (en) | Gas sensor with temperature control | |
| JP2002534676A (ja) | 差分型温度分析センサ | |
| Gauthier et al. | Gas thermal conductivity measurement using the three-omega method | |
| US20110079074A1 (en) | Hydrogen chlorine level detector | |
| US11467110B2 (en) | Method for operating a sensor device | |
| Páramo et al. | New batch cells adapted to measure saturated heat capacities of liquids | |
| Yin et al. | Asymmetric criticality of the osmotic compressibility in binary mixtures | |
| Vatani et al. | A miniaturized transient hot-wire device for measuring thermal conductivity of non-conductive fluids | |
| JP6305459B2 (ja) | ガス検知装置およびガス検知方法 | |
| Müller et al. | Use of thermistors in precise measurement of small temperature differences | |
| Kapić et al. | Uncertainty analysis of polymer-based capacitive relative humidity sensor at negative temperatures and low humidity levels | |
| Phinney et al. | Raman thermometry measurements and thermal simulations for MEMS bridges at pressures from 0.05 Torr to 625 Torr | |
| Sekimoto et al. | Error factors in precise thermal conductivity measurement using 3 ω method for wire samples | |
| Bernhardsgrütter et al. | Towards a robust thin film sensor for distinguishing fluids using the 3ω-method | |
| JP6378457B2 (ja) | ガス検知方法およびガス検知装置 | |
| Gaskin et al. | Theoretical, numerical, and experimental study of the time of flight flowmeter | |
| JP2018100980A (ja) | ガス検知方法およびガス検知装置 | |
| Tardu et al. | Response of wall hot-film gages with longitudinal diffusion and heat conduction to the substrate | |
| Oh | Thermal conductivity measurement of liquids by using a suspended microheater | |
| Li et al. | Modelling and calibration of microthermal sensor for underwater wall shear stress measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171215 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20171215 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20180208 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180220 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180306 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6305459 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |