ガス濃度測定装置
【課題】水素濃度を測定するガス濃度測定装置において、水素濃度の測定精度の低下を抑制する。
【解決手段】燃料ガスに含まれる水素のガス濃度を測定するガス濃度測定装置であって、燃料ガスの温度を検知する温度検知部として機能する温度補償抵抗体４４と、通電されて発熱する発熱部として機能する加温抵抗体４３と、加温抵抗体４３の温度が温度補償抵抗体４４の温度よりも一定温度高くなるように、加温抵抗体４３への通電量を制御する測定用制御回路５１と、温度補償抵抗体４４および加温抵抗体４３それぞれを収容する収容室４１ａが内部に形成された収容部４１と、水素流路１０４ａを流れる燃料ガスを収容室４１ａへと導く細孔部４１ｂと、を備え、細孔部４１ｂは、その流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さい。
【解決手段】燃料ガスに含まれる水素のガス濃度を測定するガス濃度測定装置であって、燃料ガスの温度を検知する温度検知部として機能する温度補償抵抗体４４と、通電されて発熱する発熱部として機能する加温抵抗体４３と、加温抵抗体４３の温度が温度補償抵抗体４４の温度よりも一定温度高くなるように、加温抵抗体４３への通電量を制御する測定用制御回路５１と、温度補償抵抗体４４および加温抵抗体４３それぞれを収容する収容室４１ａが内部に形成された収容部４１と、水素流路１０４ａを流れる燃料ガスを収容室４１ａへと導く細孔部４１ｂと、を備え、細孔部４１ｂは、その流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素濃度を測定するガス濃度測定装置に関するもので、燃料電池のオフガスに含まれる水素の濃度の測定に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象ガスに含まれる水素濃度（水素のガス濃度）を測定するガス濃度測定装置として、測定対象ガスの熱伝導率と水素濃度との相関関係を利用して、水素濃度を測定する熱伝導式のガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この熱伝導式のガスセンサでは、測定対象ガスが流れるガス流路に、通電により発熱する発熱部、および流路内の温度を検知する温度検知部を配置し、発熱部の温度が温度検知部にて検知された温度よりも一定温度高くなるように供給電力を制御する。そして、発熱部に供給する電力の変化を水素濃度の変化として測定する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４２１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の如く、熱伝導式のガスセンサを燃料電池のオフガスに含まれる水素濃度の測定に採用する場合、湿度の高い環境下（高湿度環境下）で使用することとなるので、測定対象ガスが流れるガス流路内に結露等によって水滴等が生じやすい。そして、ガス流路内に生じた水滴が発熱部に付着すると、発熱部の温度が低下し、発熱部へ供給する電力が変化するので、ガス濃度の測定精度が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、水素濃度を測定するガス濃度測定装置において、水素濃度の測定精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる水素を含む測定対象ガスの熱伝導率と測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度との相関関係を利用して、前記測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度を測定するガス濃度測定装置であって、測定対象ガスの温度を検知する温度検知部（４４）と、通電されて発熱する発熱部（４３）と、発熱部（４３）の温度が温度検知部（４４）にて検知された温度よりも一定温度高くなるように、発熱部（４３）への通電量を制御する通電量制御手段（５１）と、温度検知部（４４）および発熱部（４３）それぞれを収容する収容室（４１ａ）が内部に形成された収容部（４１）と、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる測定対象ガスを収容室（４１ａ）へと導く導入流路（４１ｂ）と、を備え、導入流路（４１ｂ）は、その流路断面積がガス流路（１０４ａ、１０ｂ）の流路断面積および収容室（４１ａ）の流路断面積よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
これによると、温度検知部（４４）および発熱部（４３）を、導入流路（４１ｂ）を介してガス流路（１０４ａ、１０ｂ）と連通する収容室（４１ａ）内に配置すると共に、測定対象ガスを収容室（４１ａ）へと導く導入流路（４１ｂ）の流路断面積を、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）の流路断面積および収容室（４１ａ）の流路断面積よりも小さくしているので、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）に生じた水滴が導入流路（４１ｂ）を介して収容室（４１ａ）内に流入し難くなる。このため、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内に生じた水滴が発熱部（４３）に付着することを抑制することができる。
【０００９】
従って、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内の水滴に起因する発熱部（４３）の温度低下を抑制することができ、水素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１０】
ここで、「流路断面積」とは、測定対象ガスの全体の流れ方向に直交する方向の断面積を意味する。なお、「収容室（４１ａ）内の流路断面積」は、導入流路（４１ｂ）を流れる測定対象ガスの全体の流れ方向に直交する方向の断面積を意味する。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガス濃度測定装置において、導入流路（４１ｂ）の内壁面には、撥水処理が施されていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、導入流路（４１ｂ）の内壁面に撥水処理が施されているので、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内に生じた水滴は、導入流路（４１ｂ）にてガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側に弾かれる。この結果、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内の水滴が収容室（４１ｂ）内に流入することを効果的に抑制することができる。
【００１３】
ここで、導入流路（４１ｂ）に付着した水滴には、その表面積を小さくするように表面張力が作用するが、この際、水滴に作用する表面張力は、導入流路（４１ｂ）における断面積が大きい方向へと作用する。
【００１４】
そこで、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のガス濃度測定装置において、導入流路（４１ｂ）は、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側の流路断面積が収容室（４１ａ）側の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
これによると、導入流路（４１ｂ）に付着した水滴は、導入流路（４１ｂ）における流路断面積が大きいガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側へと移動し易くなるので、水滴が収容室（４１ａ）内へ流入することをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
具体的には、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置において、収容部（４１）には、収容室（４１ａ）内を断熱する断熱層（４５）が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、収容部（４１）の収容室（４１ａ）内の測定対象ガスが有する熱が、収容部（４１）の外部に拡散してしまうことを抑制することができる。さらに、収容部（４１）の外部からの熱の影響によって、収容室（４１ａ）内の測定対象ガスの温度変化を抑制することができる。従って、測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度の測定精度の低下をより効果的に抑制することができる。
【００１８】
具体的には、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置において、収容部（４１）には、通電により発熱して収容室（４１ａ）内を昇温させるヒータ（４６、４７）が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、収容部（４１）の収容室（４１ａ）内に結露が発生してしまうことを抑制することができ、測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。
【００２０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態のセルの積層方向断面図である。
【図３】第１実施形態の水素極側セパレータの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】第１実施形態のガス濃度検知部の分解斜視図である。
【図６】第１実施形態の測定用制御回路の回路図である。
【図７】第１実施形態のヒータ用制御回路の回路図である。
【図８】水素濃度とセンサ出力電流との相関関係を説明する説明図である。
【図９】第１実施形態のガス濃度測定装置における効果確認試験の結果を説明する説明図である。
【図１０】水素流路内に生成水が滞留していない場合におけるガス濃度測定装置の挙動を説明する説明図である。
【図１１】水素流路内に生成水が滞留している場合におけるガス濃度測定装置の挙動を説明する説明図である。
【図１２】第２実施形態のガス濃度測定装置における測定異常の制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態の水素極側セパレータの正面図である。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】第４実施形態の細孔部の断面形状を示す部分断面図である。
【図１６】第４実施形態の細孔部の断面形状の変形例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池自動車に適用される。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池システムは、燃料ガス（測定対象ガス）中の水素と酸化剤ガス（空気）中の酸素との電気化学反応を利用して電気エネルギを出力する燃料電池１を備えている。
【００２５】
燃料電池１は、走行用電動モータ、二次電池、各種補機等の電気負荷２に電力を供給するもので、基本単位となる平板状の燃料電池セル１０（以下、単にセル１０と記載する。）が複数枚積層されて構成されている。これらの複数枚のセル１０は、電気的に直列に接続されている。なお、本実施形態では、燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池を採用している。
【００２６】
また、直列に接続された複数枚のセル１０の両端側、すなわち燃料電池１全体としてのセル１０の積層方向両端部には、燃料電池１から出力された電気エネルギを取り出すための一対の集電板１１が配置されている。
【００２７】
一対の集電板１１には、燃料電池１全体として出力される電圧を検出する電圧センサ２０等が接続されている。電圧センサ２０の検出信号は、後述する制御装置３に入力される。
【００２８】
また、一対の集電板１１の一方には、水素供給口１１ａ、水素排出口１１ｂ、空気供給口１１ｃ、および空気排出口１１ｄが設けられる共に、燃料電池１を冷却する冷却水の流入口および流出口（いずれも図示略）が設けられている。なお、冷却水は、燃料電池１の内部を流れており、燃料電池１の発電効率が一定以上となるように、発電中の燃料電池１の温度を所定温度（例えば、８０℃程度）に維持している。
【００２９】
次に、セル１０の詳細構成について図２、図３に基づいて説明する。図２は、本実施形態のセル１０の積層方向断面図であり、図３は、本実施形態の水素極側セパレータ１０４の正面図である。
【００３０】
図２に示すように、セル１０は、膜電極接合体（MEA：Membrane Electrode assembly）１０１、膜電極接合体１０１の両面に配置されるガス拡散層１０２、１０３、およびガス拡散層１０２、１０３を両外側から挟み込む一対のセパレータ１０４、１０５を有して構成されている。
【００３１】
膜電極接合体１０１は、固体高分子膜からなる電解質膜、電解質膜の水素極側の面に密着して配置されたアノード側触媒層、および電解質膜の空気極側の面に密着して配置されたカソード側触媒層によって形成されている。各触媒層は、カーボン担体に電気化学反応を促進する触媒（例えば、白金）を担持させたカーボン担持白金触媒等で形成されている。
【００３２】
ガス拡散層（GDL：Gas Diffusion Layer）１０２、１０３は、アノード側触媒層の外側に配置されたアノード側拡散層１０２、およびカソード側触媒層の外側に配置されたカソード側拡散層１０３で構成されている。各ガス拡散層１０２、１０３は、導電体でかつ液体水分保持性能を有するカーボンクロス等で形成されている。
【００３３】
セパレータ１０４、１０５は、各ガス拡散層１０２、１０３を介して膜電極接合体１０１に電気的に接触した状態で、各セル１０同士を区画すると共に、各セル１０における空気流れ、水素流れを分離するものである。セパレータ１０４、１０５は、導電性に優れ、非磁性の金属（例えば、銅、チタン）にて、セル１０の積層方向からみたときに略矩形状に形成されている。
【００３４】
本実施形態では、セパレータ１０４、１０５として、アノード側拡散層１０２の外側に配置される水素極側セパレータ１０４、およびカソード側拡散層１０３の外側に配置される空気極側セパレータ１０５が設けられている。
【００３５】
水素極側セパレータ１０４におけるアノード側拡散層１０２と対向する面には、水素が流れる蛇行状の水素流路１０４ａが形成されている。同様に、空気極側セパレータ１０５におけるカソード側拡散層１０３と対向する面には、空気が流れる蛇行状の空気流路１０５ａが形成されている。なお、図２の矢印で示すように、水素流路１０４ａにおける水素の流れ方向と空気流路１０５ａにおける空気の流れ方向は互いに対向している場合が多い。
【００３６】
また、図３に示すように、各セル１０のセパレータ１０４、１０５には、水素供給口１１ａを介して供給された水素を水素流路１０４ａに流入させる水素入口穴１０ａ、発電時に消費されなかった未反応の余剰水素および水素流路１０４ａに侵出した生成水を水素流路１０４ａから流出させる水素出口穴１０ｂが形成されている。水素入口穴１０ａおよび水素出口穴１０ｂは、各セル１０の表裏を貫通するように設けられている。
【００３７】
従って、各セル１０が積層されると、水素入口穴１０ａは各セル１０内の水素流路１０４ａへ水素を分配する分配空間となる水素用の分配マニホールドを形成し、水素出口穴１０ｂは各セル１０から流出した余剰水素および生成水を集合させる集合空間となる水素用の集合マニホールドを形成する。
【００３８】
さらに、各セル１０のセパレータ１０４、１０５には、空気供給口１１ｃから供給された空気を空気流路１０５ａに流入させる空気入口穴１０ｃ、発電時に消費されなかった酸素および窒素等を含む余剰空気および生成水を空気流路１０５ａから流出させる空気出口穴１０ｄが形成されている。空気入口穴１０ｃおよび空気出口穴１０ｄについても、各セル１０の表裏を貫通するように設けられている。従って、各セル１０が積層されると、水素入口穴１０ａおよび水素出口穴１０ｂと同様に、それぞれ空気用の分配マニホールド、空気用の集合マニホールドを形成する。
【００３９】
ここで、図３に示すように、水素極側セパレータ１０４の側面には、水素流路１０４ａにおける水素出口穴１０ｂ付近に、後述するガス濃度測定装置４のガス濃度検知部４０を収容するための溝部１０４ｂが形成されている。この溝部１０４ｂは、水素流路１０４ａ側に延びる連通路１０４ｃを介して水素流路１０４ａと連通しており、溝部１０４ｂの内部に水素流路１０４ａを流れる水素が流入可能となっている。
【００４０】
次に、本実施形態のガス濃度測定装置４について説明する。図４は、図３のＡ−Ａ断面図であり、ガス濃度測定装置４の概略構成を示す模式図であり、図５は、ガス濃度検知部４０の分解斜視図である。なお、図４には、ガス濃度測定装置４および制御装置３の電気的接続関係についても模式的に図示している。
【００４１】
ガス濃度測定装置４は、水素流路１０４ａ内の燃料ガス（水素）の熱伝導率と水素濃度との相関関係を利用して、水素濃度を測定する熱伝導式のガスセンサである。本実施形態のガス濃度測定装置４は、図４に示すように、水素極側セパレータ１０４の溝部１０４ｂに収容されたガス濃度検知部４０、およびガス濃度検知部４０からの出力信号の演算等を行う信号処理回路５０を備えている。
【００４２】
まず、ガス濃度検知部４０について説明する。ガス濃度検知部４０は、水素極側セパレータ１０４の水素流路１０４ａを流れる水素のガス濃度を検知する検知部である。ガス濃度検知部４０は、収容部４１、加温抵抗体４３、温度補償抵抗体４４、断熱層４５、上部ヒータ４６、および下部ヒータ４７から構成されている。
【００４３】
本実施形態のガス濃度検知部４０は、図５に示すように、フィルム基板４１１〜４１７を複数積層した積層基板として構成されている。これらフィルム基板４１１〜４１７は、絶縁フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）で構成することができる。
【００４４】
具体的には、ガス濃度検知部４０は、上部ヒータフィルム４１２、測定フィルム４１４、下部ヒータフィルム４１６、および、四角形状の貫通穴が形成された４枚のスペーサフィルム４１１、４１３、４１５、４１７が積層されて構成されている。なお、水素流路１０４ａに近い側から、第１スペーサフィルム４１１、上部ヒータフィルム４１２、第２スペーサフィルム４１３、測定フィルム４１４、第３スペーサフィルム４１５、下部ヒータフィルム４１６、第４スペーサフィルム４１７の順に積層されている。なお、各スペーサフィルム４１１、４１３、４１５、４１７は、積層方向からみたときに貫通穴同士が重合するように積層される。
【００４５】
これらフィルム基板４１１〜４１７は、例えば、絶縁性接着剤を介在させて熱圧着等によって一体化されている。なお、本実施形態では、上部ヒータフィルム４１２、測定フィルム４１４、および下部ヒータフィルム４１６として、例えば、膜厚が２５μｍ〜３０μｍ程度のポリイミドフィルムを用いている。また、各スペーサフィルム４１１、４１３、４１５、４１７としては、例えば、膜厚が５０μｍ〜１００μｍ程度のポリイミドフィルムを用いている。
【００４６】
図４に戻り、ガス濃度検知部４０における収容部４１は、ガス濃度検知部４０の外殻を構成するものであって、各フィルム基板４１１〜４１７を積層した積層体の外縁部にて構成されている。収容部４１の外形状は、水素流路１０４ａにおける溝部１０４ｂに対応した形状に形成されている。
【００４７】
収容部４１の内部には、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を収容する収容室４１ａが形成されている。なお、収容室４１ａは、上部ヒータフィルム４１２と測定フィルム４１４の間に介在する第２スペーサフィルム４１３に形成された貫通穴にて構成される。
【００４８】
収容室４１ａ内に配置される加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４それぞれは、温度変化によって抵抗値が変化する熱線（例えば、白金、ニッケル）により形成されている。本実施形態の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４は、同じ温度条件下で同等の抵抗値を有する熱線にて形成されている。
【００４９】
加温抵抗体４３は、通電により自己発熱する発熱部として機能する抵抗体であって、収容室４１ａ内の温度よりも一定温度高くなるように通電量が制御される。なお、加温抵抗体４３には、銅箔等からなるリード線４３ａを介して、後述する信号処理回路５０の測定用制御回路５１に接続されている。
【００５０】
温度補償用抵抗体４４は、その抵抗値の変化を収容室４１ａ内の温度変化として検知する温度検知部として機能する抵抗体であって、加温抵抗体４３への通電量よりも少ない電流が印加される。なお、温度補償抵抗体４４は、銅箔等からなるリード線４４ａを介して特定の電流が供給され、後述する信号処理回路５０の測定用制御回路５１に接続されている。
【００５１】
加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４それぞれは、測定フィルム４１４における水素流路１０４ａ側（上部ヒータフィルム４１２側）の表面に設けられている。そして、測定フィルム４１４における加温抵抗体４３と温度補償抵抗体４４との間には、加温抵抗体４３の熱が温度補償抵抗体４４に影響しないようにスリット４１４ａが形成されている。
【００５２】
本実施形態のスリット４１４ａは、水素流路１０４ａ側から、後述する細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内を見たときに、細孔部４１ｂと重合する位置に形成されている。そして、本実施形態の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４は、水素流路１０４ａ側から細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内を見たときに、細孔部４１ｂと非重合となる位置（重なり合わない位置）に配置されている。
【００５３】
断熱層４５は、加温抵抗体４３を断熱する空隙であって、第３スペーサフィルム４１５および第４スペーサフィルム４１７に形成された貫通孔にて構成されている。このように、収容部４１に断熱層４５を設けることで、収容室４１ａ内の熱が、収容部４１の外部に拡散してしまうことを抑制することができ、加温抵抗体４３が発する熱の大部分を、気体を通して拡散させることで、気体の熱伝導率変化を敏感に検出することができる。
【００５４】
また、上部ヒータ４６および下部ヒータ４７は、所定の抵抗値を有する金属箔（例えば、銅箔）で構成されており、リード線４６ａ、４７ａを介して、電力が供給されることで発熱して収容室４１ａ内を昇温させる。上部ヒータ４６は、上部ヒータフィルム４１２に設けられ、下部ヒータ４７は、下部ヒータフィルム４１６に設けられている。
【００５５】
ここで、上部ヒータフィルム４１２には、水素流路１０４ａを流れる水素を収容室４１ａへと導くためガス導入流路として、細孔部４１ｂが形成されている。この細孔部４１ｂは、水素流路１０４ａの水素流れ方向に対して傾斜した方向（本実施形態では直交方向）に延びる円筒状の孔で形成されている。
【００５６】
また、細孔部４１ｂは、その流路断面積（細孔部４１ｂの水素流れ方向に直交する方向の断面積）が、水素流路１０４ａの流路断面積（水素流路１０４ａの水素流れ方向に直交する方向の断面積）、および収容室４１ａの流路断面積（細孔部４１ｂの水素流れ方向に直行する方向の断面積）よりも小さくなるように形成されている。例えば、水素流路１０４ａの流路断面積を２ｍｍ×２ｍｍとしたときに、細孔部４１ｂは、直径１ｍｍ以下の細孔部とすればよい。
【００５７】
さらに、本実施形態では、細孔部４１ｂの内壁面、および上部ヒータフィルム４１２における水素流路１０４ａ側に露出する面の一部に、撥水剤４２にて撥水処理が施されている。撥水処理としては、例えば、パラフィンワックス系の撥水剤（例えば、青木油脂工業社製の商品名ＰＡ−１）を上述した箇所に被覆すればよい。なお、撥水処理では、撥水作用のある材料であればパラフィンワックス系の撥水剤以外を用いてもよい。
【００５８】
次に、信号処理回路５０について図４、図６、図７に基づいて説明する。図６は、測定用制御回路５１の回路図であり、図７は、ヒータ用制御回路５２の回路図である。なお、図６では、測定フィルム４１４に係る電気的構成の等価回路についても図示し、図７では、各ヒータフィルム４１２、４１６に係る電気的構成の等価回路についても図示している。
【００５９】
信号処理回路５０は、図４に示すように、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４への通電量を制御する測定用制御回路５１と、各ヒータ４６、４７への通電量を制御するヒータ用制御回路５２とを備えて構成されている。なお、図６に示すように、測定用制御回路５１は、コネクタ５０ａを介して加温抵抗体４３のリード線４３ａおよび温度補償抵抗体４４のリード線４４ａに接続され、ヒータ用制御回路５２は、図７に示すように、コネクタ５０ｂを介して各ヒータ４６、４７の各リード線４６ａ、４７ａに接続されている。
【００６０】
測定用制御回路５１は、温度補償抵抗体４４に一定の電流を印加する電流印加手段、加温抵抗体４３の温度が温度補償抵抗体４４にて検知された温度より一定温度高くなるように加温抵抗体４３への通電量を制御する通電量制御手段、加温抵抗体４３を流れ電流を検出する電流検出手段としての機能を備えている。
【００６１】
これら機能を備える測定用制御回路５１は、例えば、図６に示すように、加温抵抗体４３に供給する電流よりも少ない定電流を温度補償抵抗体４４に印加する定電流印加部５１１、加温抵抗体４３の両端の電圧を増幅して出力する第１差動増幅回路５１２、温度補償抵抗体４４および可変抵抗４４ａの両端の電圧を増幅して出力する第２差動増幅回路５１３、第１差動増幅回路５１２からの出力電圧と第２差動増幅回路５１３からの出力電圧の電圧差に基づいて、加温抵抗体４３への通電量を制御するオペアンプ５１４、加温抵抗体４３への通電量を検出する電流検出部５１５等によって構成することができる。
【００６２】
測定用制御回路５１における電流検出部５１５は、後述する制御装置３に接続されており、加温抵抗体４３に流れる電流を制御装置３に出力する。なお、定電流印加部５１１は、電流検出部５１５で検出したセンサ出力電流に基づいて、加温抵抗体４３に供給される電流よりも少ない電流（例えば、加温抵抗体４３に供給する電流の２０分の１）を温度補償抵抗体４４に印加するように構成されている。また、第１、第２差動増幅回路５１２、５１３としては、例えば、微弱な出力信号を検出するのに適した周知のインスツルメンテーションアンプを採用することができる。
【００６３】
ヒータ用制御回路５２は、図７に示すように、各ヒータ４６、４７の電圧を検出する電圧検出部５２１、各ヒータ４６、４７に所定の電流を印加する定電流印加部５２２を備えて構成することができる。電圧検出部５２１は、後述する制御装置３に接続されており、各ヒータ４６、４７の電圧を制御装置３に出力する。
【００６４】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図１に示す制御装置（ＥＣＵ）３は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、制御装置３は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続される各種制御機器の作動を制御するとともに、ガス濃度測定装置４にて測定された水素濃度に基づいて、燃料電池１の作動状態を検知する。
【００６５】
出力側に接続される各種制御機器としては、燃料電池１へ供給される水素流量を調整する水素流量調整手段、燃料電池１へ供給される空気流量を調整する空気流量調整手段を構成する各種アクチュエータ（いずれも図示せず）、およびガス濃度測定装置４の作動状態を表示する表示パネル３１等がある。
【００６６】
もちろん、水素流量調整手段、空気流量調整手段および加湿量調整手段として、いずれも電気的に制御されるものを採用する必要はなく、純機械的機構によって構成される調整手段を採用してもよい。さらに、このように純機械的機構によって構成される調整手段については、制御装置３の出力側へ接続する必要もない。
【００６７】
次に、上記構成における本実施形態の燃料電池１およびガス濃度測定装置４の作動について説明する。
【００６８】
制御装置３が、水素流量調整用アクチュエータ、空気流量調整用アクチュエータおよび加湿量調整用アクチュエータの作動を制御して、燃料電池１に水素および空気が供給されると、各セル１０では、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。
【００６９】
（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
そして、燃料電池１から出力された電気エネルギは、集電板１１から各種電気負荷２へ供給される。
【００７０】
この際、制御装置３では、各種電気負荷２に要求される電力を出力できるように、水素流量調整手段、空気流量調整手段、および加湿量調整手段を構成する各種アクチュエータの作動を制御する。
【００７１】
また、燃料電池１が作動すると、ガス濃度測定装置４では、加温抵抗体４３、温度補償抵抗体４４、各ヒータ４６、４７に所定電流を供給して、収容室４１ａ内の水素濃度を測定する。
【００７２】
ここで、本実施形態のガス濃度測定装置４による水素濃度の測定方法について説明すると、収容室４１ａ内に配置された加温抵抗体４３に供給される電力と、加温抵抗体４３が収容室４１ａ内に放熱する熱量とは、次に示す数式Ｆ１の関係が成立する。
【００７３】
Ｖ・Ｉ＝Ｋ・Ａ・（ＴＲ−ＴＨ） ・・・（Ｆ１）
なお、数式Ｆ１におけるＶが加温抵抗体４３の両端の電圧、Ｉが加温抵抗体４３を流れる電流（センサ出力電流）、Ｋが収容室４１ａ内の熱伝導率、Ａが加温抵抗体４３の放熱面積、ＴＲが加温抵抗体４３の温度、ＴＨが収容室４１ａ内の温度を示している。
【００７４】
測定用制御回路５１では、加温抵抗体４３と収容室４１ａ内の温度差（＝ＴＲ−ＴＨ）を加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４との抵抗値の変化として検出し、加温抵抗体４３と収容室４１ａ内の温度差（＝ＴＲ−ＴＨ）が一定に維持されるように電流Ｉを制御する。
【００７５】
加温抵抗体４３と収容室４１ａ内の温度差（＝ＴＲ−ＴＨ）が一定であれば、加温抵抗体４３に供給される電力と収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋとは、次に示す数式Ｆ２の関係が成立する。
【００７６】
Ｖ・Ｉ∝Ｋ ・・・（Ｆ２）
加温抵抗体４３の両端の電圧Ｖは、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉとその抵抗値Ｒとを乗じた値（＝Ｉ・Ｒ）となるので、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉと収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋとは、次に示す数式Ｆ３の関係が成立する。
【００７７】
Ｉ∝Ｋ１／２ ・・・（Ｆ３）
このため、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉは、収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋの関数となるので、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉを検出することで、収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋの変化を検出することができる。そして、燃料ガス中の水素は、収容室４１ａ内の熱伝導率に相関関係があるので、収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋの変化を収容室４１ａ内の水素濃度の変化として測定することができる。なお、加温抵抗体４３を流れる電流（センサ出力電流）Ｉは、図８に示すように、収容室４１ａ内の水素濃度に比例し、水素濃度の上昇に伴って増加する。
【００７８】
このように、本実施形態のガス濃度測定装置４では、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉを検出することで、収容室４１ａ内の水素濃度（水素出口穴１０ｂ付近の水素濃度）を測定することができる。
【００７９】
この際、ガス濃度検知部４０の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を、細孔部４１ｂを介して、水素流路１０４ａと連通する収容室４１ａ内に配置しているので、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することを抑制することができる。
【００８０】
また、水素流路１０４ａを流れる水素を収容室４１ａへと導く細孔部の流路断面積を、水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さくしているので、水素流路１０４ａに生じた水滴が細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内に流入し難くなる。このため、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が収容室４１ａ内の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することを抑制することができる。
【００８１】
さらにまた、細孔部４１ｂの内壁面、および上部ヒータフィルム４１２における水素流路１０４ａに露出した部位に撥水処理を施しているので、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が、細孔部４１ｂにて水素流路１０４ａ側に弾かれる。これにより、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が収容室４１ａ内の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することをより効果的に抑制することができる。なお、細孔部４１ｂの内壁面への撥水処理によって、充分に水滴の流入を抑制することができる場合には、上部ヒータフィルム４１２における水素流路１０４ａに露出した部位への撥水処理を行わなくともよい。
【００８２】
しかも、本実施形態の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４は、水素流路１０４ａ側から細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内を見たときに、細孔部４１ｂと重合しない位置に配置している。このため、仮に収容室４１ａに水滴が流入した場合であっても、流入した水滴が加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着し難くなる。
【００８３】
従って、本実施形態のガス濃度測定装置４では、水素流路１０４ａを流れる水素の流量変化や水素流路１０４ａ内に水滴が流入することによる加温抵抗体４３の温度低下を抑制することができるので、水素濃度の測定精度の低下を充分に抑制することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、収容部４１に断熱層４５を設けているので、収容室４１ａ内の熱が、収容部４１の外部に拡散してしまうことを抑制することができる。これにより、加温抵抗体４３の通電量が不必要に増加してしまうことを抑制することができる。さらに、収容部４１の断熱層４５によって、収容部４１の外部からの熱の影響による収容室４１ａ内の温度変化を抑制することができる。
【００８５】
しかも、本実施形態では、収容部４１に各ヒータ４６、４７を設けているので、収容室４１ａ内の温度を上昇させることができるので、収容室４１ａ内に結露が生じてしまうことを抑制することができる。さらに、仮に収容室４１ａ内に水滴が流入したとしても、流入した水滴を速やかに蒸発させることができる。
【００８６】
また、本実施形態では、ガス濃度検知部４０をフィルム基板４１１〜４１７を複数積層した積層基板で構成しているため、ガス濃度検知部４０の体格を小型化することができる。これにより、水素極側セパレータ１０４の水素流路１０４ａに形成した溝部１０４ｂといった小さい空間にガス濃度検知部４０を配置することができる。
【００８７】
ここで、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を収容室４１ａ内に配置したガス濃度測定装置４のセンサ出力電流（本例でのセンサ出力電流）と、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を水素流路１０４ａに配置したガス濃度測定装置のセンサ出力電流（比較例でのセンサ出力電流）とを比較する試験（効果確認試験）を行った。
【００８８】
この効果確認試験では、収容室４１ａ内の温度を７０℃に維持した条件で、水素濃度１００％の燃料ガスを所定時間（約３００秒）水素流路１０４ａに供給した後、水素濃度１００％の燃料ガスを加湿バブラによって露点８５℃まで加湿して水素流路１０４ａに供給し、その際のガス濃度検知部４０の電流検出部５１５で検出したセンサ出力電流それぞれを比較した。なお、加温抵抗体４３に水滴が付着すると、加温抵抗体４３の抵抗値が低下して、加温抵抗体４３に流れる電流が、規定電流値（測定用制御回路５１におけるオペアンプ５１４の上限電圧時に出力可能な電流量）付近まで急激に増加するので、加温抵抗体４３に流れる電流の変化を検出することで、加温抵抗体４３への水滴の付着の有無を判断することが可能となる。
【００８９】
図９は、ガス濃度測定装置４の効果確認試験の結果を説明する説明図である。ここで、図９における実線が本例でのセンサ出力電流を示し、破線が比較例でのセンサ出力電流を示している。なお、図９における横軸は、評価開始からの経過時間を示し、縦軸は電流測定部でのセンサ出力電流を示している。
【００９０】
図９に示すように、水素濃度１００％の燃料ガスを露点８５℃の加湿バブラで加湿して水素流路１０４ａに供給すると、本例でのセンサ出力電流（実線）は、若干低下（約２Ａ）するのに対して、比較例でのセンサ出力電流（破線）は、加湿直後から規定電流値付近まで急激に増大（約６Ａ）する結果となった。
【００９１】
この結果を分析すると、比較例については、水素流路１０４ａに加温抵抗体４３を配置しており、水素流路１０４ａに生じた水滴が加温抵抗体４３等に付着しやすい構成であることから、加温抵抗体４３に水滴が付着して加温抵抗体４３の温度が低下したことによって、センサ出力電流が増大したものと判断できる。このため、比較例でのセンサ出力電流は、実際の水素濃度の変化に対応した結果となっておらず、比較例の構成では、高湿度の燃料ガスに含まれる水素のガス濃度を適切に測定できないことが分かる。
【００９２】
これに対して、本例については、比較例の如く、センサ出力電流が加湿直後から規定電流値付近まで急激に増加することなく、センサ出力電流の変化が安定する結果となった。なお、本例では、加湿後に、センサ出力電流が若干低下しているが、これは、加湿によって燃料ガス中の水素濃度が低下しことが原因と考えられる。すなわち、本例でのセンサ出力電流は、実際の水素濃度の変化に対応した結果となっている。
【００９３】
このように、本例の構成（加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を収容室４１ａ内に配置したガス濃度測定装置４）によれば、水素流路１０４ａを流れる燃料ガスが高湿度であっても、測定精度の低下を招くことなく適切に水素濃度を測定することができる。このため、本実施形態のガス濃度測定装置４は、燃料電池１の如く、高湿度条件においてガス濃度を測定する必要がある環境に適用した際に極めて有効である。
【００９４】
また、上述した効果確認試験と同様の試験を、収容部４１の細孔部４１ｂの流路断面積を、水素流路１０４ａの流路断面積よりも小さい範囲で変更して行った。この試験では、細孔部４１ｂの流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積に比べて大きい場合には、上述の比較例でのセンサ出力電流と同様に、加湿直後からセンサ出力電流の増加する結果となった。
【００９５】
一方、細孔部４１ｂの流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さい場合には、加湿した後もセンサ出力電流の増加は見られず、上述した本例の構成と同様にセンサ出力電流が安定する結果となった。
【００９６】
これらの結果から、水素流路１０４ａを流れる水素を収容室４１ａへと導く細孔部４１ｂの流路断面積を、水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さくする場合には、細孔部４１ｂの流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積に比べて大きい場合に比べて、測定精度の低下を招くことなく適切に水素濃度を測定することができることが確認できた。
【００９７】
さらに、上述した効果確認試験と同様の試験を、細孔部４１ｂの内壁面に撥水処理を施した構成、および撥水処理を施していない構成に分けて行った。この試験では、細孔部４１ｂの内壁面に撥水処理を施した構成の方が、ガス濃度検知部４０におけるセンサ出力電流の変化が少ない結果となった。
【００９８】
この結果から、細孔部４１ｂの内壁面に撥水処理を施すことで、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が収容室４１ａ内の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することをより効果的に抑制することができることが確認できた。
【００９９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０〜図１２に基づいて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【０１００】
第１実施形態にて説明したガス濃度測定装置４では、水素濃度の測定精度の低下を抑制することが可能であるが、例えば、水素流路１０４ａ内に空気流路１０５ａから透過した生成水が過剰に滞留する場合には、水素流路１０４ａ内の生成水が細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内に浸水することがある。この場合には、加温抵抗体４３や温度補償抵抗体４４に水が付着することで、ガス濃度測定装置４における水素濃度の適切に測定することができなくなる虞がある。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留することによる水素濃度の測定異常を検知可能なガス濃度測定装置４について説明する。
【０１０２】
まず、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留していない場合におけるガス濃度測定装置４の挙動、および水素流路１０４ａ内に生成水が滞留している場合におけるガス濃度測定装置４の挙動について説明する。
【０１０３】
図１１は、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留していない場合におけるガス濃度測定装置４の挙動を説明する説明図であり、図１２は、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留している場合におけるガス濃度測定装置４の挙動を説明する説明図である。なお、図１１および図１２では、水素濃度の測定開始からの水素流量の変化、出力電圧（セル電圧）の変化、センサ出力電流の変化、上部ヒータ４６の温度変化を示している。
【０１０４】
水素流路１０４ａ内に生成水が滞留していない場合には、図１１に示すように、水素流量の減少に伴い、出力電圧、センサ出力電圧が減少する。水素流路１０４ａ内の水素濃度は、水素流量の減少に伴い減少する。従って、当該出力電圧、センサ出力電圧の挙動は、水素濃度の変化を適切に反映している。また、上部ヒータ４６には、水素濃度に関係なく、一定の電力が供給されるので、上部ヒータ４６の温度は略一定の温度に維持されている。
【０１０５】
これに対して、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留している場合には、図１２に示すように、水素流量の減少に伴い、センサ出力電圧が一旦減少した後、急激に増加する。これは、水素流量の減少に伴い、水素流路１０４ａ内の生成水を水素出口穴１０ｂから適切に排出することができなくなり、水素流路１０４ａ内の生成水が収容室４１ａ内に流入したことが原因と考えられる。さらに、水素流路１０４ａ内の生成水が収容室４１ａ内に流入する際には、流入した生成水によって上部ヒータ４６の温度が低下する。
【０１０６】
次に、本実施形態では、上述のガス濃度測定装置４の挙動に基づいて、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留することによる水素濃度の測定異常を検知する構成について説明する。
【０１０７】
本実施形態では、上部ヒータフィルム４１２に、上部ヒータ４６の温度を検出するための温度検出手段（図示略）として温度センサを設けると共に、測定用制御回路５１にてガス濃度測定装置４の測定異常を検知する構成とする。
【０１０８】
測定用制御回路５１におけるガス濃度測定装置４の測定異常の検知について、図１２のガス濃度測定装置４における測定異常の制御処理を示すフローチャートに基づいて説明する。
【０１０９】
まず、ガス濃度測定装置４の電流測定部５１５の検出信号（センサ出力電流）、上部ヒータ４６の温度センサの検出信号（上部ヒータ温度）を読み込む（Ｓ１０）。
【０１１０】
次に、Ｓ１０にて検出したセンサ出力電流が規定電流値付近に設定された上限電流値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０）。この結果、センサ出力電流が上限電流値よりも大きいと判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、図１１に示すセンサ出力電流の挙動と同様の挙動を示していることとなり、ガス濃度測定装置４にて水素濃度を適切に測定できない測定異常状態と判断できる。このため、ガス濃度測定装置４では、センサ出力電流が上限電流値よりも大きいと判定された場合に、制御装置３に対して、測定異常状態であることを示す信号を出力（報知）する。そして、制御装置３では、表示パネル３１にガス濃度測定装置４の測定異常を表示する（Ｓ３０）。
【０１１１】
一方、Ｓ２０の判定処理の結果、センサ出力電流が上限電流値以下と判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）には、さらに、Ｓ１０にて検出した上部ヒータ温度が基準温度（例えば）から所定温度αを減算した閾値温度よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４０）。
【０１１２】
この結果、上部ヒータ温度が閾値温度以下と判定された場合（Ｓ４０：ＮＯ）には、図１１に示す上部ヒータ温度の挙動と同様の挙動を示していることとなり、ガス濃度測定装置４にて水素濃度を適切に測定できない測定異常状態と判断できる。このため、ガス濃度測定装置４では、上部ヒータ温度が閾値温度以下と判定された場合に、制御装置３に対して、測定異常状態であることを示す信号を出力（報知）する。そして、制御装置３では、表示パネル３１にガス濃度測定装置４の測定異常を表示する（Ｓ３０）。
【０１１３】
一方、Ｓ４０の判定処理の結果、上部ヒータ温度が閾値温度よりも大きいと判定された場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）には、ガス濃度測定装置４にて水素濃度を適切に測定できる正常状態と判断できる。このため、ガス濃度測定装置４の電流測定部５１５にて検出したセンサ出力電流に基づいて水素濃度を測定する処理を行う。
【０１１４】
このように、本実施形態では、センサ出力電流および上部ヒータ温度に基づいて、ガス濃度測定装置４の水素濃度の測定異常を検知することができるので、ガス濃度測定装置４の信頼性を向上させることができる。
【０１１５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１３および図１４に基づいて説明する。図１３は、本実施形態の水素極側セパレータ１０４の正面図であり、図１４は、図１３のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【０１１６】
上述の第１、第２実施形態では、ガス濃度測定装置４のガス濃度検知部４０を水素極側セパレータ１０４の水素流路１０４ａに形成した溝部１０４ｂに配置する構成を採用する例を説明した。これに対して、本実施形態では、ガス濃度検知部４０を水素極側セパレータ１０４の水素出口穴１０ｂに配置する構成を採用している。
【０１１７】
具体的には、燃料ガスが流れるガス流路である水素出口穴１０ｂの内壁面に、断面コの字状の支持具４８を介してガス濃度検知部４０を固定する構成としている。なお、ガス濃度検知部４０における第４スペーサフィルム４１７に相当する部位にて支持具４８を固定し、収容部４１の細孔部４１ｂが、水素出口穴１０ｂ側に露出する構成としている。
【０１１８】
このように、ガス濃度検知部４０を水素極側セパレータ１０４の水素出口穴１０ｂに配置する構成を採用しても、第１、第２実施形態のガス濃度測定装置４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１５および図１６に基づいて説明する。図１５は、本実施形態の細孔部４１ｂの断面形状を示す部分断面図であり、図１６は、細孔部４１ｂの断面形状の変形例を示す部分断面図である。本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【０１２０】
上述の第１〜第３実施形態では、細孔部４１ｂとして、断面形状が円筒状の孔で構成する例を説明したが、本実施形態では、細孔部４１ｂとして、断面形状が水素流路１０４ａ側（ガス流路側）の流路断面積が収容室４１ａ側（収容室側）の流路断面積よりも大きい孔で構成している点が第１〜第３実施形態と相違している。
【０１２１】
具体的には、本実施形態の細孔部４１ｂは、水素流路１０４ａ側の流路断面積が収容室４１ａ側の流路断面積よりも大きいテーパ（円錐）状の孔で構成している。これによれば、細孔部４１ｂに付着した水滴に作用する表面張力によって、細孔部４１ｂに付着した水滴を細孔部４１ｂにおける流路断面積が大きい水素流路１０４ａ側へと移動させることができる。このため、細孔部４１ｂに付着した水滴が収容室４１ａ内へ流入することをより効果的に抑制することができる。
【０１２２】
なお、本実施形態では細孔部４１ｂをテーパ状の孔で構成したが、これに限定されず、例えば、図１６に示すように、水素流路１０４ａ側の流路断面積が収容室４１ａ側の流路断面積よりも大きくなるように階段状の孔を採用してもよい。
【０１２３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１２４】
（１）上述の各実施形態では、収容部４１に収容室４１ａ内を昇温させる上部ヒータ４６、および下部ヒータ４７を設ける構成としているが、加温抵抗体４３等の発熱によって収容室４１ａ内が充分に昇温する場合には、ガス濃度検知部４０から上部ヒータ４６、下部ヒータ４７を省略してもよい。なお、第２実施形態では、上部ヒータ４６の温度を検出し、検出した検出値に基づいてガス濃度測定装置４の測定異常を判定するようにしているが、上部ヒータ４６を省略する場合、収容部４１における水素流路１０４ａ側に露出する部位の表面温度を検出し、検出した検出値に基づいて、ガス濃度測定装置４の測定異常であるか否かを判定すればよい。
【０１２５】
（２）上述の各実施形態では、収容部４１に設ける断熱層４５を空隙で構成しているが、これに限らず、例えば、断熱層４５を断熱部材等で構成してもよい。なお、例えば、収容部４１を充分に断熱性のある部材で構成する場合には、断熱層４５を省略してもよい。
【０１２６】
（３）上述の各実施形態では、収容部４１の細孔部４１ｂの内壁に撥水処理を施しているが、収容部４１における細孔部４１ｂの流路断面積、流路断面の形状等によって、水素流路１０４ａから収容室４１ａ内への水滴の流入を抑制することができる場合には、細孔部４１ｂへの撥水処理を省略してもよい。
【０１２７】
（４）上述の各実施形態では、加温抵抗体４３と温度補償抵抗体４４とを同じ収容室４１ａ内に収容する構成を例として説明したが、加温抵抗体４３と温度補償抵抗体４４は、同じ収容室４１ａ内に配置する構成に限らず、例えば、水素流路１０４ａを流れる水素が流入する２つの収容室４１ａに別個に配置してもよい。
【０１２８】
（５）上述の各実施形態では、測定用制御回路５１の回路構成として、図６の回路図で示す構成を採用する例を説明したが、これに限らず、例えば、測定用制御回路５１の回路構成として、ブリッジ回路等で構成してもよい。
【０１２９】
（６）上述の各実施形態では、ガス濃度検知部４０を水素出口穴１０ｂ付近に配置する構成を例として説明したが、ガス濃度検知部４０の配置は、水素出口穴１０ｂ付近に限定されない。ガス濃度検知部４０の配置は、水素が流れる流路であれば、例えば、集電板１１における水素排出口１１ｂや水素入口穴１０ａ付近としてもよい。
【０１３０】
（７）上述の各実施形態では、ガス濃度測定装置４を、複数のフィルム基板４１１〜４１７を積層した積層体で構成しているが、これに限定されず、他の構成としてもよい。
【０１３１】
（８）上述の第２実施形態では、ガス濃度測定装置４で水素流路１０４ａ内に生成水が滞留することによる水素濃度の測定異常を検知した際に、制御装置３では、表示パネル３１にガス濃度測定装置４の測定異常を表示するようにしているが、制御装置３では、他の制御を行ってもよい。例えば、水素濃度の測定異常を検知した場合は、制御装置３が燃料ガスの供給量を増加させるように各種アクチュエータの作動を制御してもよい。
【０１３２】
（９）上述の各実施形態では、燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）を採用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されず、高湿度環境下で作動する他の形式の燃料電池１に用いてもよい。
【０１３３】
（１０）上述の各実施形態では、車両に搭載された燃料電池１に本発明を適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、船舶や飛行機等の移動体に搭載される燃料電池に適用してもよいし、定置型発電装置に搭載された燃料電池に適用してもよい。さらに、燃料電池１に限らず、高湿度環境下で作動する装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１０ｂ 水素出口穴（ガス流路）
１０４ａ 水素流路（ガス流路）
４ ガス濃度測定装置
４１ 収容部
４１ａ 収容室
４１ｂ 細孔部（導入流路）
４３ 加温抵抗体（発熱部）
４４ 温度補償抵抗体（温度検知部）
４５ 断熱層
４６ 上部ヒータ（ヒータ）
４７ 下部ヒータ（ヒータ）
５１ 測定用制御回路（通電量制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素濃度を測定するガス濃度測定装置に関するもので、燃料電池のオフガスに含まれる水素の濃度の測定に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象ガスに含まれる水素濃度（水素のガス濃度）を測定するガス濃度測定装置として、測定対象ガスの熱伝導率と水素濃度との相関関係を利用して、水素濃度を測定する熱伝導式のガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この熱伝導式のガスセンサでは、測定対象ガスが流れるガス流路に、通電により発熱する発熱部、および流路内の温度を検知する温度検知部を配置し、発熱部の温度が温度検知部にて検知された温度よりも一定温度高くなるように供給電力を制御する。そして、発熱部に供給する電力の変化を水素濃度の変化として測定する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４２１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の如く、熱伝導式のガスセンサを燃料電池のオフガスに含まれる水素濃度の測定に採用する場合、湿度の高い環境下（高湿度環境下）で使用することとなるので、測定対象ガスが流れるガス流路内に結露等によって水滴等が生じやすい。そして、ガス流路内に生じた水滴が発熱部に付着すると、発熱部の温度が低下し、発熱部へ供給する電力が変化するので、ガス濃度の測定精度が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、水素濃度を測定するガス濃度測定装置において、水素濃度の測定精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる水素を含む測定対象ガスの熱伝導率と測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度との相関関係を利用して、前記測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度を測定するガス濃度測定装置であって、測定対象ガスの温度を検知する温度検知部（４４）と、通電されて発熱する発熱部（４３）と、発熱部（４３）の温度が温度検知部（４４）にて検知された温度よりも一定温度高くなるように、発熱部（４３）への通電量を制御する通電量制御手段（５１）と、温度検知部（４４）および発熱部（４３）それぞれを収容する収容室（４１ａ）が内部に形成された収容部（４１）と、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる測定対象ガスを収容室（４１ａ）へと導く導入流路（４１ｂ）と、を備え、導入流路（４１ｂ）は、その流路断面積がガス流路（１０４ａ、１０ｂ）の流路断面積および収容室（４１ａ）の流路断面積よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
これによると、温度検知部（４４）および発熱部（４３）を、導入流路（４１ｂ）を介してガス流路（１０４ａ、１０ｂ）と連通する収容室（４１ａ）内に配置すると共に、測定対象ガスを収容室（４１ａ）へと導く導入流路（４１ｂ）の流路断面積を、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）の流路断面積および収容室（４１ａ）の流路断面積よりも小さくしているので、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）に生じた水滴が導入流路（４１ｂ）を介して収容室（４１ａ）内に流入し難くなる。このため、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内に生じた水滴が発熱部（４３）に付着することを抑制することができる。
【０００９】
従って、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内の水滴に起因する発熱部（４３）の温度低下を抑制することができ、水素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１０】
ここで、「流路断面積」とは、測定対象ガスの全体の流れ方向に直交する方向の断面積を意味する。なお、「収容室（４１ａ）内の流路断面積」は、導入流路（４１ｂ）を流れる測定対象ガスの全体の流れ方向に直交する方向の断面積を意味する。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガス濃度測定装置において、導入流路（４１ｂ）の内壁面には、撥水処理が施されていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、導入流路（４１ｂ）の内壁面に撥水処理が施されているので、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内に生じた水滴は、導入流路（４１ｂ）にてガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側に弾かれる。この結果、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）内の水滴が収容室（４１ｂ）内に流入することを効果的に抑制することができる。
【００１３】
ここで、導入流路（４１ｂ）に付着した水滴には、その表面積を小さくするように表面張力が作用するが、この際、水滴に作用する表面張力は、導入流路（４１ｂ）における断面積が大きい方向へと作用する。
【００１４】
そこで、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のガス濃度測定装置において、導入流路（４１ｂ）は、ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側の流路断面積が収容室（４１ａ）側の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
これによると、導入流路（４１ｂ）に付着した水滴は、導入流路（４１ｂ）における流路断面積が大きいガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側へと移動し易くなるので、水滴が収容室（４１ａ）内へ流入することをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
具体的には、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置において、収容部（４１）には、収容室（４１ａ）内を断熱する断熱層（４５）が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、収容部（４１）の収容室（４１ａ）内の測定対象ガスが有する熱が、収容部（４１）の外部に拡散してしまうことを抑制することができる。さらに、収容部（４１）の外部からの熱の影響によって、収容室（４１ａ）内の測定対象ガスの温度変化を抑制することができる。従って、測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度の測定精度の低下をより効果的に抑制することができる。
【００１８】
具体的には、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置において、収容部（４１）には、通電により発熱して収容室（４１ａ）内を昇温させるヒータ（４６、４７）が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、収容部（４１）の収容室（４１ａ）内に結露が発生してしまうことを抑制することができ、測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。
【００２０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態のセルの積層方向断面図である。
【図３】第１実施形態の水素極側セパレータの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】第１実施形態のガス濃度検知部の分解斜視図である。
【図６】第１実施形態の測定用制御回路の回路図である。
【図７】第１実施形態のヒータ用制御回路の回路図である。
【図８】水素濃度とセンサ出力電流との相関関係を説明する説明図である。
【図９】第１実施形態のガス濃度測定装置における効果確認試験の結果を説明する説明図である。
【図１０】水素流路内に生成水が滞留していない場合におけるガス濃度測定装置の挙動を説明する説明図である。
【図１１】水素流路内に生成水が滞留している場合におけるガス濃度測定装置の挙動を説明する説明図である。
【図１２】第２実施形態のガス濃度測定装置における測定異常の制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態の水素極側セパレータの正面図である。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】第４実施形態の細孔部の断面形状を示す部分断面図である。
【図１６】第４実施形態の細孔部の断面形状の変形例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池自動車に適用される。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池システムは、燃料ガス（測定対象ガス）中の水素と酸化剤ガス（空気）中の酸素との電気化学反応を利用して電気エネルギを出力する燃料電池１を備えている。
【００２５】
燃料電池１は、走行用電動モータ、二次電池、各種補機等の電気負荷２に電力を供給するもので、基本単位となる平板状の燃料電池セル１０（以下、単にセル１０と記載する。）が複数枚積層されて構成されている。これらの複数枚のセル１０は、電気的に直列に接続されている。なお、本実施形態では、燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池を採用している。
【００２６】
また、直列に接続された複数枚のセル１０の両端側、すなわち燃料電池１全体としてのセル１０の積層方向両端部には、燃料電池１から出力された電気エネルギを取り出すための一対の集電板１１が配置されている。
【００２７】
一対の集電板１１には、燃料電池１全体として出力される電圧を検出する電圧センサ２０等が接続されている。電圧センサ２０の検出信号は、後述する制御装置３に入力される。
【００２８】
また、一対の集電板１１の一方には、水素供給口１１ａ、水素排出口１１ｂ、空気供給口１１ｃ、および空気排出口１１ｄが設けられる共に、燃料電池１を冷却する冷却水の流入口および流出口（いずれも図示略）が設けられている。なお、冷却水は、燃料電池１の内部を流れており、燃料電池１の発電効率が一定以上となるように、発電中の燃料電池１の温度を所定温度（例えば、８０℃程度）に維持している。
【００２９】
次に、セル１０の詳細構成について図２、図３に基づいて説明する。図２は、本実施形態のセル１０の積層方向断面図であり、図３は、本実施形態の水素極側セパレータ１０４の正面図である。
【００３０】
図２に示すように、セル１０は、膜電極接合体（MEA：Membrane Electrode assembly）１０１、膜電極接合体１０１の両面に配置されるガス拡散層１０２、１０３、およびガス拡散層１０２、１０３を両外側から挟み込む一対のセパレータ１０４、１０５を有して構成されている。
【００３１】
膜電極接合体１０１は、固体高分子膜からなる電解質膜、電解質膜の水素極側の面に密着して配置されたアノード側触媒層、および電解質膜の空気極側の面に密着して配置されたカソード側触媒層によって形成されている。各触媒層は、カーボン担体に電気化学反応を促進する触媒（例えば、白金）を担持させたカーボン担持白金触媒等で形成されている。
【００３２】
ガス拡散層（GDL：Gas Diffusion Layer）１０２、１０３は、アノード側触媒層の外側に配置されたアノード側拡散層１０２、およびカソード側触媒層の外側に配置されたカソード側拡散層１０３で構成されている。各ガス拡散層１０２、１０３は、導電体でかつ液体水分保持性能を有するカーボンクロス等で形成されている。
【００３３】
セパレータ１０４、１０５は、各ガス拡散層１０２、１０３を介して膜電極接合体１０１に電気的に接触した状態で、各セル１０同士を区画すると共に、各セル１０における空気流れ、水素流れを分離するものである。セパレータ１０４、１０５は、導電性に優れ、非磁性の金属（例えば、銅、チタン）にて、セル１０の積層方向からみたときに略矩形状に形成されている。
【００３４】
本実施形態では、セパレータ１０４、１０５として、アノード側拡散層１０２の外側に配置される水素極側セパレータ１０４、およびカソード側拡散層１０３の外側に配置される空気極側セパレータ１０５が設けられている。
【００３５】
水素極側セパレータ１０４におけるアノード側拡散層１０２と対向する面には、水素が流れる蛇行状の水素流路１０４ａが形成されている。同様に、空気極側セパレータ１０５におけるカソード側拡散層１０３と対向する面には、空気が流れる蛇行状の空気流路１０５ａが形成されている。なお、図２の矢印で示すように、水素流路１０４ａにおける水素の流れ方向と空気流路１０５ａにおける空気の流れ方向は互いに対向している場合が多い。
【００３６】
また、図３に示すように、各セル１０のセパレータ１０４、１０５には、水素供給口１１ａを介して供給された水素を水素流路１０４ａに流入させる水素入口穴１０ａ、発電時に消費されなかった未反応の余剰水素および水素流路１０４ａに侵出した生成水を水素流路１０４ａから流出させる水素出口穴１０ｂが形成されている。水素入口穴１０ａおよび水素出口穴１０ｂは、各セル１０の表裏を貫通するように設けられている。
【００３７】
従って、各セル１０が積層されると、水素入口穴１０ａは各セル１０内の水素流路１０４ａへ水素を分配する分配空間となる水素用の分配マニホールドを形成し、水素出口穴１０ｂは各セル１０から流出した余剰水素および生成水を集合させる集合空間となる水素用の集合マニホールドを形成する。
【００３８】
さらに、各セル１０のセパレータ１０４、１０５には、空気供給口１１ｃから供給された空気を空気流路１０５ａに流入させる空気入口穴１０ｃ、発電時に消費されなかった酸素および窒素等を含む余剰空気および生成水を空気流路１０５ａから流出させる空気出口穴１０ｄが形成されている。空気入口穴１０ｃおよび空気出口穴１０ｄについても、各セル１０の表裏を貫通するように設けられている。従って、各セル１０が積層されると、水素入口穴１０ａおよび水素出口穴１０ｂと同様に、それぞれ空気用の分配マニホールド、空気用の集合マニホールドを形成する。
【００３９】
ここで、図３に示すように、水素極側セパレータ１０４の側面には、水素流路１０４ａにおける水素出口穴１０ｂ付近に、後述するガス濃度測定装置４のガス濃度検知部４０を収容するための溝部１０４ｂが形成されている。この溝部１０４ｂは、水素流路１０４ａ側に延びる連通路１０４ｃを介して水素流路１０４ａと連通しており、溝部１０４ｂの内部に水素流路１０４ａを流れる水素が流入可能となっている。
【００４０】
次に、本実施形態のガス濃度測定装置４について説明する。図４は、図３のＡ−Ａ断面図であり、ガス濃度測定装置４の概略構成を示す模式図であり、図５は、ガス濃度検知部４０の分解斜視図である。なお、図４には、ガス濃度測定装置４および制御装置３の電気的接続関係についても模式的に図示している。
【００４１】
ガス濃度測定装置４は、水素流路１０４ａ内の燃料ガス（水素）の熱伝導率と水素濃度との相関関係を利用して、水素濃度を測定する熱伝導式のガスセンサである。本実施形態のガス濃度測定装置４は、図４に示すように、水素極側セパレータ１０４の溝部１０４ｂに収容されたガス濃度検知部４０、およびガス濃度検知部４０からの出力信号の演算等を行う信号処理回路５０を備えている。
【００４２】
まず、ガス濃度検知部４０について説明する。ガス濃度検知部４０は、水素極側セパレータ１０４の水素流路１０４ａを流れる水素のガス濃度を検知する検知部である。ガス濃度検知部４０は、収容部４１、加温抵抗体４３、温度補償抵抗体４４、断熱層４５、上部ヒータ４６、および下部ヒータ４７から構成されている。
【００４３】
本実施形態のガス濃度検知部４０は、図５に示すように、フィルム基板４１１〜４１７を複数積層した積層基板として構成されている。これらフィルム基板４１１〜４１７は、絶縁フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）で構成することができる。
【００４４】
具体的には、ガス濃度検知部４０は、上部ヒータフィルム４１２、測定フィルム４１４、下部ヒータフィルム４１６、および、四角形状の貫通穴が形成された４枚のスペーサフィルム４１１、４１３、４１５、４１７が積層されて構成されている。なお、水素流路１０４ａに近い側から、第１スペーサフィルム４１１、上部ヒータフィルム４１２、第２スペーサフィルム４１３、測定フィルム４１４、第３スペーサフィルム４１５、下部ヒータフィルム４１６、第４スペーサフィルム４１７の順に積層されている。なお、各スペーサフィルム４１１、４１３、４１５、４１７は、積層方向からみたときに貫通穴同士が重合するように積層される。
【００４５】
これらフィルム基板４１１〜４１７は、例えば、絶縁性接着剤を介在させて熱圧着等によって一体化されている。なお、本実施形態では、上部ヒータフィルム４１２、測定フィルム４１４、および下部ヒータフィルム４１６として、例えば、膜厚が２５μｍ〜３０μｍ程度のポリイミドフィルムを用いている。また、各スペーサフィルム４１１、４１３、４１５、４１７としては、例えば、膜厚が５０μｍ〜１００μｍ程度のポリイミドフィルムを用いている。
【００４６】
図４に戻り、ガス濃度検知部４０における収容部４１は、ガス濃度検知部４０の外殻を構成するものであって、各フィルム基板４１１〜４１７を積層した積層体の外縁部にて構成されている。収容部４１の外形状は、水素流路１０４ａにおける溝部１０４ｂに対応した形状に形成されている。
【００４７】
収容部４１の内部には、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を収容する収容室４１ａが形成されている。なお、収容室４１ａは、上部ヒータフィルム４１２と測定フィルム４１４の間に介在する第２スペーサフィルム４１３に形成された貫通穴にて構成される。
【００４８】
収容室４１ａ内に配置される加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４それぞれは、温度変化によって抵抗値が変化する熱線（例えば、白金、ニッケル）により形成されている。本実施形態の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４は、同じ温度条件下で同等の抵抗値を有する熱線にて形成されている。
【００４９】
加温抵抗体４３は、通電により自己発熱する発熱部として機能する抵抗体であって、収容室４１ａ内の温度よりも一定温度高くなるように通電量が制御される。なお、加温抵抗体４３には、銅箔等からなるリード線４３ａを介して、後述する信号処理回路５０の測定用制御回路５１に接続されている。
【００５０】
温度補償用抵抗体４４は、その抵抗値の変化を収容室４１ａ内の温度変化として検知する温度検知部として機能する抵抗体であって、加温抵抗体４３への通電量よりも少ない電流が印加される。なお、温度補償抵抗体４４は、銅箔等からなるリード線４４ａを介して特定の電流が供給され、後述する信号処理回路５０の測定用制御回路５１に接続されている。
【００５１】
加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４それぞれは、測定フィルム４１４における水素流路１０４ａ側（上部ヒータフィルム４１２側）の表面に設けられている。そして、測定フィルム４１４における加温抵抗体４３と温度補償抵抗体４４との間には、加温抵抗体４３の熱が温度補償抵抗体４４に影響しないようにスリット４１４ａが形成されている。
【００５２】
本実施形態のスリット４１４ａは、水素流路１０４ａ側から、後述する細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内を見たときに、細孔部４１ｂと重合する位置に形成されている。そして、本実施形態の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４は、水素流路１０４ａ側から細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内を見たときに、細孔部４１ｂと非重合となる位置（重なり合わない位置）に配置されている。
【００５３】
断熱層４５は、加温抵抗体４３を断熱する空隙であって、第３スペーサフィルム４１５および第４スペーサフィルム４１７に形成された貫通孔にて構成されている。このように、収容部４１に断熱層４５を設けることで、収容室４１ａ内の熱が、収容部４１の外部に拡散してしまうことを抑制することができ、加温抵抗体４３が発する熱の大部分を、気体を通して拡散させることで、気体の熱伝導率変化を敏感に検出することができる。
【００５４】
また、上部ヒータ４６および下部ヒータ４７は、所定の抵抗値を有する金属箔（例えば、銅箔）で構成されており、リード線４６ａ、４７ａを介して、電力が供給されることで発熱して収容室４１ａ内を昇温させる。上部ヒータ４６は、上部ヒータフィルム４１２に設けられ、下部ヒータ４７は、下部ヒータフィルム４１６に設けられている。
【００５５】
ここで、上部ヒータフィルム４１２には、水素流路１０４ａを流れる水素を収容室４１ａへと導くためガス導入流路として、細孔部４１ｂが形成されている。この細孔部４１ｂは、水素流路１０４ａの水素流れ方向に対して傾斜した方向（本実施形態では直交方向）に延びる円筒状の孔で形成されている。
【００５６】
また、細孔部４１ｂは、その流路断面積（細孔部４１ｂの水素流れ方向に直交する方向の断面積）が、水素流路１０４ａの流路断面積（水素流路１０４ａの水素流れ方向に直交する方向の断面積）、および収容室４１ａの流路断面積（細孔部４１ｂの水素流れ方向に直行する方向の断面積）よりも小さくなるように形成されている。例えば、水素流路１０４ａの流路断面積を２ｍｍ×２ｍｍとしたときに、細孔部４１ｂは、直径１ｍｍ以下の細孔部とすればよい。
【００５７】
さらに、本実施形態では、細孔部４１ｂの内壁面、および上部ヒータフィルム４１２における水素流路１０４ａ側に露出する面の一部に、撥水剤４２にて撥水処理が施されている。撥水処理としては、例えば、パラフィンワックス系の撥水剤（例えば、青木油脂工業社製の商品名ＰＡ−１）を上述した箇所に被覆すればよい。なお、撥水処理では、撥水作用のある材料であればパラフィンワックス系の撥水剤以外を用いてもよい。
【００５８】
次に、信号処理回路５０について図４、図６、図７に基づいて説明する。図６は、測定用制御回路５１の回路図であり、図７は、ヒータ用制御回路５２の回路図である。なお、図６では、測定フィルム４１４に係る電気的構成の等価回路についても図示し、図７では、各ヒータフィルム４１２、４１６に係る電気的構成の等価回路についても図示している。
【００５９】
信号処理回路５０は、図４に示すように、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４への通電量を制御する測定用制御回路５１と、各ヒータ４６、４７への通電量を制御するヒータ用制御回路５２とを備えて構成されている。なお、図６に示すように、測定用制御回路５１は、コネクタ５０ａを介して加温抵抗体４３のリード線４３ａおよび温度補償抵抗体４４のリード線４４ａに接続され、ヒータ用制御回路５２は、図７に示すように、コネクタ５０ｂを介して各ヒータ４６、４７の各リード線４６ａ、４７ａに接続されている。
【００６０】
測定用制御回路５１は、温度補償抵抗体４４に一定の電流を印加する電流印加手段、加温抵抗体４３の温度が温度補償抵抗体４４にて検知された温度より一定温度高くなるように加温抵抗体４３への通電量を制御する通電量制御手段、加温抵抗体４３を流れ電流を検出する電流検出手段としての機能を備えている。
【００６１】
これら機能を備える測定用制御回路５１は、例えば、図６に示すように、加温抵抗体４３に供給する電流よりも少ない定電流を温度補償抵抗体４４に印加する定電流印加部５１１、加温抵抗体４３の両端の電圧を増幅して出力する第１差動増幅回路５１２、温度補償抵抗体４４および可変抵抗４４ａの両端の電圧を増幅して出力する第２差動増幅回路５１３、第１差動増幅回路５１２からの出力電圧と第２差動増幅回路５１３からの出力電圧の電圧差に基づいて、加温抵抗体４３への通電量を制御するオペアンプ５１４、加温抵抗体４３への通電量を検出する電流検出部５１５等によって構成することができる。
【００６２】
測定用制御回路５１における電流検出部５１５は、後述する制御装置３に接続されており、加温抵抗体４３に流れる電流を制御装置３に出力する。なお、定電流印加部５１１は、電流検出部５１５で検出したセンサ出力電流に基づいて、加温抵抗体４３に供給される電流よりも少ない電流（例えば、加温抵抗体４３に供給する電流の２０分の１）を温度補償抵抗体４４に印加するように構成されている。また、第１、第２差動増幅回路５１２、５１３としては、例えば、微弱な出力信号を検出するのに適した周知のインスツルメンテーションアンプを採用することができる。
【００６３】
ヒータ用制御回路５２は、図７に示すように、各ヒータ４６、４７の電圧を検出する電圧検出部５２１、各ヒータ４６、４７に所定の電流を印加する定電流印加部５２２を備えて構成することができる。電圧検出部５２１は、後述する制御装置３に接続されており、各ヒータ４６、４７の電圧を制御装置３に出力する。
【００６４】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図１に示す制御装置（ＥＣＵ）３は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、制御装置３は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続される各種制御機器の作動を制御するとともに、ガス濃度測定装置４にて測定された水素濃度に基づいて、燃料電池１の作動状態を検知する。
【００６５】
出力側に接続される各種制御機器としては、燃料電池１へ供給される水素流量を調整する水素流量調整手段、燃料電池１へ供給される空気流量を調整する空気流量調整手段を構成する各種アクチュエータ（いずれも図示せず）、およびガス濃度測定装置４の作動状態を表示する表示パネル３１等がある。
【００６６】
もちろん、水素流量調整手段、空気流量調整手段および加湿量調整手段として、いずれも電気的に制御されるものを採用する必要はなく、純機械的機構によって構成される調整手段を採用してもよい。さらに、このように純機械的機構によって構成される調整手段については、制御装置３の出力側へ接続する必要もない。
【００６７】
次に、上記構成における本実施形態の燃料電池１およびガス濃度測定装置４の作動について説明する。
【００６８】
制御装置３が、水素流量調整用アクチュエータ、空気流量調整用アクチュエータおよび加湿量調整用アクチュエータの作動を制御して、燃料電池１に水素および空気が供給されると、各セル１０では、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。
【００６９】
（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
そして、燃料電池１から出力された電気エネルギは、集電板１１から各種電気負荷２へ供給される。
【００７０】
この際、制御装置３では、各種電気負荷２に要求される電力を出力できるように、水素流量調整手段、空気流量調整手段、および加湿量調整手段を構成する各種アクチュエータの作動を制御する。
【００７１】
また、燃料電池１が作動すると、ガス濃度測定装置４では、加温抵抗体４３、温度補償抵抗体４４、各ヒータ４６、４７に所定電流を供給して、収容室４１ａ内の水素濃度を測定する。
【００７２】
ここで、本実施形態のガス濃度測定装置４による水素濃度の測定方法について説明すると、収容室４１ａ内に配置された加温抵抗体４３に供給される電力と、加温抵抗体４３が収容室４１ａ内に放熱する熱量とは、次に示す数式Ｆ１の関係が成立する。
【００７３】
Ｖ・Ｉ＝Ｋ・Ａ・（ＴＲ−ＴＨ） ・・・（Ｆ１）
なお、数式Ｆ１におけるＶが加温抵抗体４３の両端の電圧、Ｉが加温抵抗体４３を流れる電流（センサ出力電流）、Ｋが収容室４１ａ内の熱伝導率、Ａが加温抵抗体４３の放熱面積、ＴＲが加温抵抗体４３の温度、ＴＨが収容室４１ａ内の温度を示している。
【００７４】
測定用制御回路５１では、加温抵抗体４３と収容室４１ａ内の温度差（＝ＴＲ−ＴＨ）を加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４との抵抗値の変化として検出し、加温抵抗体４３と収容室４１ａ内の温度差（＝ＴＲ−ＴＨ）が一定に維持されるように電流Ｉを制御する。
【００７５】
加温抵抗体４３と収容室４１ａ内の温度差（＝ＴＲ−ＴＨ）が一定であれば、加温抵抗体４３に供給される電力と収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋとは、次に示す数式Ｆ２の関係が成立する。
【００７６】
Ｖ・Ｉ∝Ｋ ・・・（Ｆ２）
加温抵抗体４３の両端の電圧Ｖは、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉとその抵抗値Ｒとを乗じた値（＝Ｉ・Ｒ）となるので、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉと収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋとは、次に示す数式Ｆ３の関係が成立する。
【００７７】
Ｉ∝Ｋ１／２ ・・・（Ｆ３）
このため、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉは、収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋの関数となるので、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉを検出することで、収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋの変化を検出することができる。そして、燃料ガス中の水素は、収容室４１ａ内の熱伝導率に相関関係があるので、収容室４１ａ内の熱伝導率Ｋの変化を収容室４１ａ内の水素濃度の変化として測定することができる。なお、加温抵抗体４３を流れる電流（センサ出力電流）Ｉは、図８に示すように、収容室４１ａ内の水素濃度に比例し、水素濃度の上昇に伴って増加する。
【００７８】
このように、本実施形態のガス濃度測定装置４では、加温抵抗体４３を流れる電流Ｉを検出することで、収容室４１ａ内の水素濃度（水素出口穴１０ｂ付近の水素濃度）を測定することができる。
【００７９】
この際、ガス濃度検知部４０の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を、細孔部４１ｂを介して、水素流路１０４ａと連通する収容室４１ａ内に配置しているので、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することを抑制することができる。
【００８０】
また、水素流路１０４ａを流れる水素を収容室４１ａへと導く細孔部の流路断面積を、水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さくしているので、水素流路１０４ａに生じた水滴が細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内に流入し難くなる。このため、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が収容室４１ａ内の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することを抑制することができる。
【００８１】
さらにまた、細孔部４１ｂの内壁面、および上部ヒータフィルム４１２における水素流路１０４ａに露出した部位に撥水処理を施しているので、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が、細孔部４１ｂにて水素流路１０４ａ側に弾かれる。これにより、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が収容室４１ａ内の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することをより効果的に抑制することができる。なお、細孔部４１ｂの内壁面への撥水処理によって、充分に水滴の流入を抑制することができる場合には、上部ヒータフィルム４１２における水素流路１０４ａに露出した部位への撥水処理を行わなくともよい。
【００８２】
しかも、本実施形態の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４は、水素流路１０４ａ側から細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内を見たときに、細孔部４１ｂと重合しない位置に配置している。このため、仮に収容室４１ａに水滴が流入した場合であっても、流入した水滴が加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着し難くなる。
【００８３】
従って、本実施形態のガス濃度測定装置４では、水素流路１０４ａを流れる水素の流量変化や水素流路１０４ａ内に水滴が流入することによる加温抵抗体４３の温度低下を抑制することができるので、水素濃度の測定精度の低下を充分に抑制することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、収容部４１に断熱層４５を設けているので、収容室４１ａ内の熱が、収容部４１の外部に拡散してしまうことを抑制することができる。これにより、加温抵抗体４３の通電量が不必要に増加してしまうことを抑制することができる。さらに、収容部４１の断熱層４５によって、収容部４１の外部からの熱の影響による収容室４１ａ内の温度変化を抑制することができる。
【００８５】
しかも、本実施形態では、収容部４１に各ヒータ４６、４７を設けているので、収容室４１ａ内の温度を上昇させることができるので、収容室４１ａ内に結露が生じてしまうことを抑制することができる。さらに、仮に収容室４１ａ内に水滴が流入したとしても、流入した水滴を速やかに蒸発させることができる。
【００８６】
また、本実施形態では、ガス濃度検知部４０をフィルム基板４１１〜４１７を複数積層した積層基板で構成しているため、ガス濃度検知部４０の体格を小型化することができる。これにより、水素極側セパレータ１０４の水素流路１０４ａに形成した溝部１０４ｂといった小さい空間にガス濃度検知部４０を配置することができる。
【００８７】
ここで、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を収容室４１ａ内に配置したガス濃度測定装置４のセンサ出力電流（本例でのセンサ出力電流）と、加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を水素流路１０４ａに配置したガス濃度測定装置のセンサ出力電流（比較例でのセンサ出力電流）とを比較する試験（効果確認試験）を行った。
【００８８】
この効果確認試験では、収容室４１ａ内の温度を７０℃に維持した条件で、水素濃度１００％の燃料ガスを所定時間（約３００秒）水素流路１０４ａに供給した後、水素濃度１００％の燃料ガスを加湿バブラによって露点８５℃まで加湿して水素流路１０４ａに供給し、その際のガス濃度検知部４０の電流検出部５１５で検出したセンサ出力電流それぞれを比較した。なお、加温抵抗体４３に水滴が付着すると、加温抵抗体４３の抵抗値が低下して、加温抵抗体４３に流れる電流が、規定電流値（測定用制御回路５１におけるオペアンプ５１４の上限電圧時に出力可能な電流量）付近まで急激に増加するので、加温抵抗体４３に流れる電流の変化を検出することで、加温抵抗体４３への水滴の付着の有無を判断することが可能となる。
【００８９】
図９は、ガス濃度測定装置４の効果確認試験の結果を説明する説明図である。ここで、図９における実線が本例でのセンサ出力電流を示し、破線が比較例でのセンサ出力電流を示している。なお、図９における横軸は、評価開始からの経過時間を示し、縦軸は電流測定部でのセンサ出力電流を示している。
【００９０】
図９に示すように、水素濃度１００％の燃料ガスを露点８５℃の加湿バブラで加湿して水素流路１０４ａに供給すると、本例でのセンサ出力電流（実線）は、若干低下（約２Ａ）するのに対して、比較例でのセンサ出力電流（破線）は、加湿直後から規定電流値付近まで急激に増大（約６Ａ）する結果となった。
【００９１】
この結果を分析すると、比較例については、水素流路１０４ａに加温抵抗体４３を配置しており、水素流路１０４ａに生じた水滴が加温抵抗体４３等に付着しやすい構成であることから、加温抵抗体４３に水滴が付着して加温抵抗体４３の温度が低下したことによって、センサ出力電流が増大したものと判断できる。このため、比較例でのセンサ出力電流は、実際の水素濃度の変化に対応した結果となっておらず、比較例の構成では、高湿度の燃料ガスに含まれる水素のガス濃度を適切に測定できないことが分かる。
【００９２】
これに対して、本例については、比較例の如く、センサ出力電流が加湿直後から規定電流値付近まで急激に増加することなく、センサ出力電流の変化が安定する結果となった。なお、本例では、加湿後に、センサ出力電流が若干低下しているが、これは、加湿によって燃料ガス中の水素濃度が低下しことが原因と考えられる。すなわち、本例でのセンサ出力電流は、実際の水素濃度の変化に対応した結果となっている。
【００９３】
このように、本例の構成（加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４を収容室４１ａ内に配置したガス濃度測定装置４）によれば、水素流路１０４ａを流れる燃料ガスが高湿度であっても、測定精度の低下を招くことなく適切に水素濃度を測定することができる。このため、本実施形態のガス濃度測定装置４は、燃料電池１の如く、高湿度条件においてガス濃度を測定する必要がある環境に適用した際に極めて有効である。
【００９４】
また、上述した効果確認試験と同様の試験を、収容部４１の細孔部４１ｂの流路断面積を、水素流路１０４ａの流路断面積よりも小さい範囲で変更して行った。この試験では、細孔部４１ｂの流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積に比べて大きい場合には、上述の比較例でのセンサ出力電流と同様に、加湿直後からセンサ出力電流の増加する結果となった。
【００９５】
一方、細孔部４１ｂの流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さい場合には、加湿した後もセンサ出力電流の増加は見られず、上述した本例の構成と同様にセンサ出力電流が安定する結果となった。
【００９６】
これらの結果から、水素流路１０４ａを流れる水素を収容室４１ａへと導く細孔部４１ｂの流路断面積を、水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積よりも小さくする場合には、細孔部４１ｂの流路断面積が水素流路１０４ａの流路断面積および収容室４１ａの流路断面積に比べて大きい場合に比べて、測定精度の低下を招くことなく適切に水素濃度を測定することができることが確認できた。
【００９７】
さらに、上述した効果確認試験と同様の試験を、細孔部４１ｂの内壁面に撥水処理を施した構成、および撥水処理を施していない構成に分けて行った。この試験では、細孔部４１ｂの内壁面に撥水処理を施した構成の方が、ガス濃度検知部４０におけるセンサ出力電流の変化が少ない結果となった。
【００９８】
この結果から、細孔部４１ｂの内壁面に撥水処理を施すことで、水素流路１０４ａ内に生じた水滴が収容室４１ａ内の加温抵抗体４３および温度補償抵抗体４４に付着することをより効果的に抑制することができることが確認できた。
【００９９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０〜図１２に基づいて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【０１００】
第１実施形態にて説明したガス濃度測定装置４では、水素濃度の測定精度の低下を抑制することが可能であるが、例えば、水素流路１０４ａ内に空気流路１０５ａから透過した生成水が過剰に滞留する場合には、水素流路１０４ａ内の生成水が細孔部４１ｂを介して収容室４１ａ内に浸水することがある。この場合には、加温抵抗体４３や温度補償抵抗体４４に水が付着することで、ガス濃度測定装置４における水素濃度の適切に測定することができなくなる虞がある。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留することによる水素濃度の測定異常を検知可能なガス濃度測定装置４について説明する。
【０１０２】
まず、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留していない場合におけるガス濃度測定装置４の挙動、および水素流路１０４ａ内に生成水が滞留している場合におけるガス濃度測定装置４の挙動について説明する。
【０１０３】
図１１は、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留していない場合におけるガス濃度測定装置４の挙動を説明する説明図であり、図１２は、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留している場合におけるガス濃度測定装置４の挙動を説明する説明図である。なお、図１１および図１２では、水素濃度の測定開始からの水素流量の変化、出力電圧（セル電圧）の変化、センサ出力電流の変化、上部ヒータ４６の温度変化を示している。
【０１０４】
水素流路１０４ａ内に生成水が滞留していない場合には、図１１に示すように、水素流量の減少に伴い、出力電圧、センサ出力電圧が減少する。水素流路１０４ａ内の水素濃度は、水素流量の減少に伴い減少する。従って、当該出力電圧、センサ出力電圧の挙動は、水素濃度の変化を適切に反映している。また、上部ヒータ４６には、水素濃度に関係なく、一定の電力が供給されるので、上部ヒータ４６の温度は略一定の温度に維持されている。
【０１０５】
これに対して、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留している場合には、図１２に示すように、水素流量の減少に伴い、センサ出力電圧が一旦減少した後、急激に増加する。これは、水素流量の減少に伴い、水素流路１０４ａ内の生成水を水素出口穴１０ｂから適切に排出することができなくなり、水素流路１０４ａ内の生成水が収容室４１ａ内に流入したことが原因と考えられる。さらに、水素流路１０４ａ内の生成水が収容室４１ａ内に流入する際には、流入した生成水によって上部ヒータ４６の温度が低下する。
【０１０６】
次に、本実施形態では、上述のガス濃度測定装置４の挙動に基づいて、水素流路１０４ａ内に生成水が滞留することによる水素濃度の測定異常を検知する構成について説明する。
【０１０７】
本実施形態では、上部ヒータフィルム４１２に、上部ヒータ４６の温度を検出するための温度検出手段（図示略）として温度センサを設けると共に、測定用制御回路５１にてガス濃度測定装置４の測定異常を検知する構成とする。
【０１０８】
測定用制御回路５１におけるガス濃度測定装置４の測定異常の検知について、図１２のガス濃度測定装置４における測定異常の制御処理を示すフローチャートに基づいて説明する。
【０１０９】
まず、ガス濃度測定装置４の電流測定部５１５の検出信号（センサ出力電流）、上部ヒータ４６の温度センサの検出信号（上部ヒータ温度）を読み込む（Ｓ１０）。
【０１１０】
次に、Ｓ１０にて検出したセンサ出力電流が規定電流値付近に設定された上限電流値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０）。この結果、センサ出力電流が上限電流値よりも大きいと判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、図１１に示すセンサ出力電流の挙動と同様の挙動を示していることとなり、ガス濃度測定装置４にて水素濃度を適切に測定できない測定異常状態と判断できる。このため、ガス濃度測定装置４では、センサ出力電流が上限電流値よりも大きいと判定された場合に、制御装置３に対して、測定異常状態であることを示す信号を出力（報知）する。そして、制御装置３では、表示パネル３１にガス濃度測定装置４の測定異常を表示する（Ｓ３０）。
【０１１１】
一方、Ｓ２０の判定処理の結果、センサ出力電流が上限電流値以下と判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）には、さらに、Ｓ１０にて検出した上部ヒータ温度が基準温度（例えば）から所定温度αを減算した閾値温度よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４０）。
【０１１２】
この結果、上部ヒータ温度が閾値温度以下と判定された場合（Ｓ４０：ＮＯ）には、図１１に示す上部ヒータ温度の挙動と同様の挙動を示していることとなり、ガス濃度測定装置４にて水素濃度を適切に測定できない測定異常状態と判断できる。このため、ガス濃度測定装置４では、上部ヒータ温度が閾値温度以下と判定された場合に、制御装置３に対して、測定異常状態であることを示す信号を出力（報知）する。そして、制御装置３では、表示パネル３１にガス濃度測定装置４の測定異常を表示する（Ｓ３０）。
【０１１３】
一方、Ｓ４０の判定処理の結果、上部ヒータ温度が閾値温度よりも大きいと判定された場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）には、ガス濃度測定装置４にて水素濃度を適切に測定できる正常状態と判断できる。このため、ガス濃度測定装置４の電流測定部５１５にて検出したセンサ出力電流に基づいて水素濃度を測定する処理を行う。
【０１１４】
このように、本実施形態では、センサ出力電流および上部ヒータ温度に基づいて、ガス濃度測定装置４の水素濃度の測定異常を検知することができるので、ガス濃度測定装置４の信頼性を向上させることができる。
【０１１５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１３および図１４に基づいて説明する。図１３は、本実施形態の水素極側セパレータ１０４の正面図であり、図１４は、図１３のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【０１１６】
上述の第１、第２実施形態では、ガス濃度測定装置４のガス濃度検知部４０を水素極側セパレータ１０４の水素流路１０４ａに形成した溝部１０４ｂに配置する構成を採用する例を説明した。これに対して、本実施形態では、ガス濃度検知部４０を水素極側セパレータ１０４の水素出口穴１０ｂに配置する構成を採用している。
【０１１７】
具体的には、燃料ガスが流れるガス流路である水素出口穴１０ｂの内壁面に、断面コの字状の支持具４８を介してガス濃度検知部４０を固定する構成としている。なお、ガス濃度検知部４０における第４スペーサフィルム４１７に相当する部位にて支持具４８を固定し、収容部４１の細孔部４１ｂが、水素出口穴１０ｂ側に露出する構成としている。
【０１１８】
このように、ガス濃度検知部４０を水素極側セパレータ１０４の水素出口穴１０ｂに配置する構成を採用しても、第１、第２実施形態のガス濃度測定装置４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１５および図１６に基づいて説明する。図１５は、本実施形態の細孔部４１ｂの断面形状を示す部分断面図であり、図１６は、細孔部４１ｂの断面形状の変形例を示す部分断面図である。本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【０１２０】
上述の第１〜第３実施形態では、細孔部４１ｂとして、断面形状が円筒状の孔で構成する例を説明したが、本実施形態では、細孔部４１ｂとして、断面形状が水素流路１０４ａ側（ガス流路側）の流路断面積が収容室４１ａ側（収容室側）の流路断面積よりも大きい孔で構成している点が第１〜第３実施形態と相違している。
【０１２１】
具体的には、本実施形態の細孔部４１ｂは、水素流路１０４ａ側の流路断面積が収容室４１ａ側の流路断面積よりも大きいテーパ（円錐）状の孔で構成している。これによれば、細孔部４１ｂに付着した水滴に作用する表面張力によって、細孔部４１ｂに付着した水滴を細孔部４１ｂにおける流路断面積が大きい水素流路１０４ａ側へと移動させることができる。このため、細孔部４１ｂに付着した水滴が収容室４１ａ内へ流入することをより効果的に抑制することができる。
【０１２２】
なお、本実施形態では細孔部４１ｂをテーパ状の孔で構成したが、これに限定されず、例えば、図１６に示すように、水素流路１０４ａ側の流路断面積が収容室４１ａ側の流路断面積よりも大きくなるように階段状の孔を採用してもよい。
【０１２３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１２４】
（１）上述の各実施形態では、収容部４１に収容室４１ａ内を昇温させる上部ヒータ４６、および下部ヒータ４７を設ける構成としているが、加温抵抗体４３等の発熱によって収容室４１ａ内が充分に昇温する場合には、ガス濃度検知部４０から上部ヒータ４６、下部ヒータ４７を省略してもよい。なお、第２実施形態では、上部ヒータ４６の温度を検出し、検出した検出値に基づいてガス濃度測定装置４の測定異常を判定するようにしているが、上部ヒータ４６を省略する場合、収容部４１における水素流路１０４ａ側に露出する部位の表面温度を検出し、検出した検出値に基づいて、ガス濃度測定装置４の測定異常であるか否かを判定すればよい。
【０１２５】
（２）上述の各実施形態では、収容部４１に設ける断熱層４５を空隙で構成しているが、これに限らず、例えば、断熱層４５を断熱部材等で構成してもよい。なお、例えば、収容部４１を充分に断熱性のある部材で構成する場合には、断熱層４５を省略してもよい。
【０１２６】
（３）上述の各実施形態では、収容部４１の細孔部４１ｂの内壁に撥水処理を施しているが、収容部４１における細孔部４１ｂの流路断面積、流路断面の形状等によって、水素流路１０４ａから収容室４１ａ内への水滴の流入を抑制することができる場合には、細孔部４１ｂへの撥水処理を省略してもよい。
【０１２７】
（４）上述の各実施形態では、加温抵抗体４３と温度補償抵抗体４４とを同じ収容室４１ａ内に収容する構成を例として説明したが、加温抵抗体４３と温度補償抵抗体４４は、同じ収容室４１ａ内に配置する構成に限らず、例えば、水素流路１０４ａを流れる水素が流入する２つの収容室４１ａに別個に配置してもよい。
【０１２８】
（５）上述の各実施形態では、測定用制御回路５１の回路構成として、図６の回路図で示す構成を採用する例を説明したが、これに限らず、例えば、測定用制御回路５１の回路構成として、ブリッジ回路等で構成してもよい。
【０１２９】
（６）上述の各実施形態では、ガス濃度検知部４０を水素出口穴１０ｂ付近に配置する構成を例として説明したが、ガス濃度検知部４０の配置は、水素出口穴１０ｂ付近に限定されない。ガス濃度検知部４０の配置は、水素が流れる流路であれば、例えば、集電板１１における水素排出口１１ｂや水素入口穴１０ａ付近としてもよい。
【０１３０】
（７）上述の各実施形態では、ガス濃度測定装置４を、複数のフィルム基板４１１〜４１７を積層した積層体で構成しているが、これに限定されず、他の構成としてもよい。
【０１３１】
（８）上述の第２実施形態では、ガス濃度測定装置４で水素流路１０４ａ内に生成水が滞留することによる水素濃度の測定異常を検知した際に、制御装置３では、表示パネル３１にガス濃度測定装置４の測定異常を表示するようにしているが、制御装置３では、他の制御を行ってもよい。例えば、水素濃度の測定異常を検知した場合は、制御装置３が燃料ガスの供給量を増加させるように各種アクチュエータの作動を制御してもよい。
【０１３２】
（９）上述の各実施形態では、燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）を採用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されず、高湿度環境下で作動する他の形式の燃料電池１に用いてもよい。
【０１３３】
（１０）上述の各実施形態では、車両に搭載された燃料電池１に本発明を適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、船舶や飛行機等の移動体に搭載される燃料電池に適用してもよいし、定置型発電装置に搭載された燃料電池に適用してもよい。さらに、燃料電池１に限らず、高湿度環境下で作動する装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１０ｂ 水素出口穴（ガス流路）
１０４ａ 水素流路（ガス流路）
４ ガス濃度測定装置
４１ 収容部
４１ａ 収容室
４１ｂ 細孔部（導入流路）
４３ 加温抵抗体（発熱部）
４４ 温度補償抵抗体（温度検知部）
４５ 断熱層
４６ 上部ヒータ（ヒータ）
４７ 下部ヒータ（ヒータ）
５１ 測定用制御回路（通電量制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる水素を含む測定対象ガスの熱伝導率と前記測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度との相関関係を利用して、前記測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
前記測定対象ガスの温度を検知する温度検知部（４４）と、
前記通電されて発熱する発熱部（４３）と、
前記発熱部（４３）の温度が前記温度検知部（４４）にて検知された温度よりも一定温度高くなるように、前記発熱部（４３）への通電量を制御する通電量制御手段（５１）と、
前記温度検知部（４４）および前記発熱部（４３）それぞれを収容する収容室（４１ａ）が内部に形成された収容部（４１）と、
前記ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる前記測定対象ガスを前記収容室（４１ａ）へと導く導入流路（４１ｂ）と、
を備え、
前記導入流路（４１ｂ）は、その流路断面積が前記ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）の流路断面積および前記収容室（４１ａ）の流路断面積よりも小さいことを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項２】
前記導入流路（４１ｂ）の内壁面には、撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項３】
前記導入流路（４１ｂ）は、前記ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側の流路断面積が前記収容室（４１ａ）側の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記収容部（４１）には、前記収容室（４１ａ）内を断熱する断熱層（４５）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記収容部（４１）には、通電により発熱して前記収容室（４１ａ）内を昇温させるヒータ（４６、４７）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置。
【請求項１】
ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる水素を含む測定対象ガスの熱伝導率と前記測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度との相関関係を利用して、前記測定対象ガスに含まれる水素のガス濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
前記測定対象ガスの温度を検知する温度検知部（４４）と、
前記通電されて発熱する発熱部（４３）と、
前記発熱部（４３）の温度が前記温度検知部（４４）にて検知された温度よりも一定温度高くなるように、前記発熱部（４３）への通電量を制御する通電量制御手段（５１）と、
前記温度検知部（４４）および前記発熱部（４３）それぞれを収容する収容室（４１ａ）が内部に形成された収容部（４１）と、
前記ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）を流れる前記測定対象ガスを前記収容室（４１ａ）へと導く導入流路（４１ｂ）と、
を備え、
前記導入流路（４１ｂ）は、その流路断面積が前記ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）の流路断面積および前記収容室（４１ａ）の流路断面積よりも小さいことを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項２】
前記導入流路（４１ｂ）の内壁面には、撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項３】
前記導入流路（４１ｂ）は、前記ガス流路（１０４ａ、１０ｂ）側の流路断面積が前記収容室（４１ａ）側の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記収容部（４１）には、前記収容室（４１ａ）内を断熱する断熱層（４５）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記収容部（４１）には、通電により発熱して前記収容室（４１ａ）内を昇温させるヒータ（４６、４７）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のガス濃度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−５８１８０（Ｐ２０１２−５８１８０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４２１６（Ｐ２０１０−２０４２１６）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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