[发明专利]氢气传感器

说明书

技术领域

本发明涉及适于泄漏到大气中的氢气的检测或氢浓度的检测、泄漏到氢以外的气体管道中的氢气的检测的氢气传感器。

背景技术

在今后的利用氢能的社会中，人们期望得到一种能够消除氢气爆炸的危险性、安全性高、使用方便性优良的氢能利用系统。因此，对于氢气传感器的类型而言，人们要求高可靠性，能够即时高精度检测泄漏到大气中的或者泄漏到氢气之外的气体管中的氢气量。特别是，对于采用氢气泄漏警报系统的氢气传感器而言，在氢气爆炸界限以内的低浓度区域中需要具有高检测灵敏度，并且检测所需的时间要短，这两者是不可或缺的。

现有技术的氢气传感器基于半导体型、电离型、燃烧型等的检测方法。它们的测定原理在于“定量化的物理量”，即，作为“载流子浓度(半导体型)”、“离子浓度(电离型)”、或者“反应热(燃烧型或者使之燃烧并测定其蒸汽压)”，采用间接的检测方法检测氢气量，并将这些量转换成电量，以此作为传感器。因此，对于氢气检测而言需要时间，慢则需要100秒以上。

另外，现有技术中，由于氢气传感器(半导体型、电离型、燃烧型)的氢检测方法是将载流子浓度、离子浓度、反应热等作为氢气检测信号，故而对于高灵敏度的测定而言需要很宽的检测面积。因此，伴随传感器元件自身结构、形状、电极尺寸的不同，其检测精度、灵敏度将不同，对于形状的小型化而言还存在局限。而且，在采用现有技术的氢气传感器(半导体型、电离型、燃烧型)时，还存在易于受到环境气体的影响的缺点。特别是，在检测气体中，如果含有汽油或者碳氢化合物、酒精等含氢元素的气体，则由于同时还对这些气体有感应，故而使氢气检测可靠度降低。

鉴于上述技术问题，除了上述各种类型的氢气传感器之外，已开发出一种归类于电化学方法的氢气传感器，并已投入实用。该氢气传感器分成电动势测定型和电流检测型两类。前一种类型的氢气传感器例如，专利文献1和专利文献2中所公开的那样，将其中的一个电极(基准电极或者标准电极)作为在氢气基准气压下制成的氢电极，将另一个电极作为用于查找检测气体(测定氢气气体分压)的检测电极(作用电极)，将该电极间的电位差作为传感器的输出以检测检测气体的氢浓度。

在氢电极处，氢呈原子状态充分存在于电极表面，此时的状态下的电极电位为标准电位。在该状态下，如果氢气碰触到检测电极，则氢气根据氢浓度而离解成原子状，从而表现为取决于氢浓度的电位。然后，基于电位，将氢电极和检测电极间的电位差作为氢浓度的函数而检测出，以此作为氢气传感器。即，为了与基准氢气压进行比较而测定检测氢气压，对于这些传感器的结构，必须将各电极与基准氢气和检测气体分离而绝缘，所以另外还需要一个“基准氢气气压室”。另外，为了制作基准氢气气压室，从元件自身的形状上讲也需要某种程度的尺寸，并且使用方法、使用条件也受局限。

另外，对于电流检测型而言，电流值作为物理量归类于量化物理量，如果想测量精度高，则需要大的面积或者体积。而且，需要对传感器供给用于提供电流的外部电源。

因此，本发明人等开发了一种氢气传感器，其采用了由对氢气的化学势彼此不同的材料形成的两个电极。并且，使含化学势相对较高的材料的第1电极具有作为检测氢气的检测电极的功能，使含化学势相对较低的材料的第2电极具有作为检测氢气的基准电极的功能，采用这种方式，像现有技术的电动势测定型氢气传感器那样，由于无需设置基准氢气气压室等，所以其结构上能够实现非常简单化、小型化。另外，因为是基于化学势检测氢气浓度，所以能够即时地进行氢气检测。

专利文献1：日本专利特开2003-270200号公报

专利文献2：日本专利特公平5-663号公报

发明内容

对于如上所述采用由对氢气的化学势彼此不同的材料形成的两个电极的氢气传感器，通过装入例如，兼具强度增强、防爆结构的外壳内，从而能够将其配置于检测空间中而使用。然而，如果以这样保持开放的结构原样使用，则因为会受到环境中的各种气体(尤其是氧气)或水蒸气等的影响而在进行氢气量定量测定时会存在问题。另外，在传感器开放的场合，还具有受到污染检测空间等的影响的危险。另外，如果在半密封状态下使用传感器，还存在氢气残留的问题。

本发明鉴于上述技术问题而提出，本发明的目的在于提供这样的一种氢气传感器，该传感器的检测功能受外部空间的影响少，或者传感器对外部空间产生影响的情况少。