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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023155645
(43)【公開日】2023-10-23
(54)【発明の名称】水素ガス濃度計
(51)【国際特許分類】
G01N 25/32 20060101AFI20231016BHJP
B01J 23/44 20060101ALI20231016BHJP
【ＦＩ】
G01N25/32
B01J23/44 M
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022065088
(22)【出願日】2022-04-11
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-09-01
(71)【出願人】
【識別番号】000220262
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】501418498
【氏名又は名称】矢崎エナジーシステム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】南 辰志
(72)【発明者】
【氏名】倉橋 香那子
(72)【発明者】
【氏名】小澤 尚史
(72)【発明者】
【氏名】名川 良春
【テーマコード（参考）】
2G040
4G169
【Ｆターム（参考）】
2G040AA03
2G040AB15
2G040AB18
2G040BA23
2G040BB01
2G040CA02
2G040DA03
2G040GA01
4G169AA04
4G169BA01B
4G169BB02B
4G169BC72B
4G169BC75B
4G169CD08
4G169EA02Y
(57)【要約】
【課題】測定ガスに水素以外の可燃性ガスが含まれている場合でも、測定ガス中の水素ガス濃度を正確に検知することの可能な水素ガス濃度計の提供。
【解決手段】水素を常温で触媒燃焼させる常温触媒が装着されるとともに測定ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部での燃焼による発熱を検知する温度センサと、測定ガスを所定体積に計量して前記燃焼部へ供給する計量部と、前記温度センサが検知した発熱による温度上昇によって前記測定ガスの水素濃度を導出する導出部と、を備える水素ガス濃度計。
【選択図】図１
【解決手段】水素を常温で触媒燃焼させる常温触媒が装着されるとともに測定ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部での燃焼による発熱を検知する温度センサと、測定ガスを所定体積に計量して前記燃焼部へ供給する計量部と、前記温度センサが検知した発熱による温度上昇によって前記測定ガスの水素濃度を導出する導出部と、を備える水素ガス濃度計。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素ガスを常温で触媒燃焼させる常温触媒が装着されるとともに測定ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部での燃焼による発熱を検知する温度センサと、
測定ガスを所定体積に計量して前記燃焼部へ供給する計量部と、
前記温度センサが検知した発熱による温度上昇によって前記測定ガスの水素ガス濃度を導出する導出部と、
を備える水素ガス濃度計。
前記燃焼部での燃焼による発熱を検知する温度センサと、
測定ガスを所定体積に計量して前記燃焼部へ供給する計量部と、
前記温度センサが検知した発熱による温度上昇によって前記測定ガスの水素ガス濃度を導出する導出部と、
を備える水素ガス濃度計。
【請求項2】
前記計量部と前記燃焼部との間に、前記計量された測定ガスと空気とを混合する予混合部を備える、請求項１に記載の水素ガス濃度計。
【請求項3】
前記燃焼部の下流に、前記燃焼部において常温での触媒燃焼に供された後の排ガスが供給されるとともに、加熱を伴う触媒燃焼が行われる第２燃焼部をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の水素ガス濃度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度計に関する。
【背景技術】
【0002】
測定ガスに含有される水素ガスを検知する試みとして、下記特許文献１～４に記載の技術が開示されている。下記特許文献１には、温度の異なる２つの接触燃焼式センサを用いて、低温側のセンサでは一酸化炭素を、また、高温側のセンサでは水素及びメタン等の炭化水素を検知するガス検知装置が開示されている。下記特許文献２には、一酸化炭素と水素の混合ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化する触媒と、逆に水素を選択的に酸化する触媒とが開示されている。下記特許文献３及び下記特許文献４には、２つの異なるセンサを直列に繋ぎ、前段のセンサの出力情報によって後段のセンサにガスが流れたり流れなかったりするガスセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開１９９０－１４５９５６号公報
【特許文献2】特開２００１－１３７７０８号公報
【特許文献3】特開２０１２－２５１９５１号公報
【特許文献4】特開２０１６－８５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
測定ガスに水素ガス以外の可燃性ガス、たとえばメタンのような炭化水素が含まれていると、センサを構成する触媒に測定ガスが接触した際に、水素とともにその可燃性ガスも燃焼してしまうため、純粋に水素のみを検知することはできない。
【0005】
本開示の実施態様は、測定ガスに水素ガス以外の可燃性ガスが含まれている場合でも、測定ガス中の水素のみを検知し、測定ガス中の水素濃度を正確に測定することの可能な水素ガス濃度計の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）第１態様
第１態様に係る水素ガス濃度計は、水素ガスを常温で触媒燃焼させる常温触媒が装着されるとともに測定ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部での燃焼による発熱を検知する温度センサと、測定ガスを所定体積に計量して前記燃焼部へ供給する計量部と、前記温度センサが検知した発熱による温度上昇によって前記測定ガスの水素ガス濃度を導出する導出部と、を備える。
第１態様に係る水素ガス濃度計は、水素ガスを常温で触媒燃焼させる常温触媒が装着されるとともに測定ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部での燃焼による発熱を検知する温度センサと、測定ガスを所定体積に計量して前記燃焼部へ供給する計量部と、前記温度センサが検知した発熱による温度上昇によって前記測定ガスの水素ガス濃度を導出する導出部と、を備える。
【0007】
すなわち、第１態様に係る水素ガス濃度計は、燃焼部と、温度センサと、計量部と導出部とを備える。燃焼部には、常温触媒が装着される。常温触媒とは、水素ガスが常温で接触すると水素ガスの燃焼が起こる触媒をいう。このような常温触媒としては、たとえば、白金を０．２質量％以上含有する触媒が挙げられる。また、ここでいう常温とは、特段の加熱又は冷却を行わない温度をいい、具体的には概ね１５～３０℃の範囲の温度をいう。常温での触媒燃焼とは、触媒に測定ガスを接触させる際、燃焼部にヒータ等での加熱が行われないことをいう。温度センサは、燃焼部での燃焼による発熱による温度上昇を検知する。温度センサとしては、たとえば、熱電対を使用することができる。
【0008】
計量部は、測定ガスを所定体積に計量する。この計量は、たとえば、所定体積を有する計量管に測定ガスを一旦保持することで行うことができる。計量された所定体積の測定ガスは、たとえば空気のようなキャリアガスで押し出されることで、燃焼部へと供給される。これにより、燃焼部による触媒燃焼で生じた発熱は、当該所定体積の測定ガスに含まれる水素ガスに起因することとなる。この発熱による温度上昇を温度センサが検知する。
【0009】
導出部は、たとえば、中央演算素子（ＣＰＵ）並びにＲｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）及びＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）のような記憶装置を備えたコンピュータとして構成することができる。そして、あらかじめ既知の水素ガス濃度を有する測定ガスについて、前記所定体積の触媒燃焼によって生じる温度上昇（ΔＴ）を測定しておき、水素ガス濃度とΔＴとの相関関係から検量線データを導出し、これが導出部のたとえば記憶装置に記憶される。
【0010】
そして、水素ガス濃度が未知の測定ガスについて、燃焼部での触媒燃焼で温度センサが検知したΔＴを、導出部が検量線データを参照して、当該測定ガスの水素ガス濃度が導出される。このとき、燃焼部は常温のため、測定ガスにメタンのような水素ガス以外の可燃性ガスが含有されていても、常温での燃焼は発生しない。よって、温度センサが検知したΔＴは水素ガスにのみ起因するものであり、これにより測定ガス中の水素ガス濃度を特定することが可能となっている。
【0011】
（２）第２態様
第２態様に係る水素ガス濃度計は、第１態様の構成に加え、前記計量部と前記燃焼部との間に、前記計量された測定ガスと空気とを混合する予混合部を備える。予混合部において、計量部で計量された測定ガスが、燃焼部に供給する前に空気と十分混合されることで、測定ガスに含まれる水素ガスが十分に燃焼することが可能となっている。
第２態様に係る水素ガス濃度計は、第１態様の構成に加え、前記計量部と前記燃焼部との間に、前記計量された測定ガスと空気とを混合する予混合部を備える。予混合部において、計量部で計量された測定ガスが、燃焼部に供給する前に空気と十分混合されることで、測定ガスに含まれる水素ガスが十分に燃焼することが可能となっている。
【0012】
（３）第３態様
第３態様に係る水素ガス濃度計は、第１態様又は第２態様の構成に加え、前記燃焼部の下流に、前記燃焼部において常温での触媒燃焼に供された後の排ガスが供給されるとともに、加熱を伴う触媒燃焼が行われる第２燃焼部をさらに備える。測定ガスに、水素ガス以外の可燃性ガスとしてたとえばメタンが含まれていた場合、燃焼部で水素ガスが燃焼した後の排ガスにはメタンが残留している。これを第２燃焼部で加熱による触媒燃焼に供することで、メタンを排出する代わりに二酸化炭素を排出することができるので、排ガスによる環境負荷を低減することができる。
第３態様に係る水素ガス濃度計は、第１態様又は第２態様の構成に加え、前記燃焼部の下流に、前記燃焼部において常温での触媒燃焼に供された後の排ガスが供給されるとともに、加熱を伴う触媒燃焼が行われる第２燃焼部をさらに備える。測定ガスに、水素ガス以外の可燃性ガスとしてたとえばメタンが含まれていた場合、燃焼部で水素ガスが燃焼した後の排ガスにはメタンが残留している。これを第２燃焼部で加熱による触媒燃焼に供することで、メタンを排出する代わりに二酸化炭素を排出することができるので、排ガスによる環境負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【0013】
本開示の実施態様は、上記のように構成されているので、測定ガスに水素ガス以外の可燃性ガスが含まれている場合でも、測定ガス中の水素のみを検知し、測定ガス中の水素ガス濃度を正確に測定することの可能な水素ガス濃度計を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本開示の第１実施形態に係る水素ガス濃度計の構成を示した模式図である。
【図14】本開示の第２実施形態に係る水素ガス濃度計における第２燃焼部の構成を模式的に示した断面図である。
【図15】実施例における燃焼部の概略構成を示す。
【図16】燃焼部における温度上昇と水素ガス濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下で言及する各図面における各部位の大きさ及び各部位間の比率は、模式的に表現されており、実際の各部位の大きさ及び各部位間の比率を必ずしも反映していない。なお、各図において共通して付されている符号は、特に説明がない場合でも、同一の対象を指し示すものである。また、各図における流路の脇に付した矢印のうち、白抜き矢印は、ガス又はガスを含有するキャリアガスの流れを示し、実線矢印は、ガスを含有しないキャリアガスのみの流れを示す。
【0016】
【0017】
（水素ガス濃度計１０の構成）
本実施形態の水素ガス濃度計１０の構成を図１に示す。水素ガス濃度計１０は、測定ガス中の水素ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部２０と、測定ガスを計量して予混合部へ押し出す計量部５０と、計量された測定ガスを触媒燃焼前に空気と予め混合する予混合部６０と、測定ガス中の水素ガス濃度を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７０（図２及び図１１参照）とを備えている。
本実施形態の水素ガス濃度計１０の構成を図１に示す。水素ガス濃度計１０は、測定ガス中の水素ガスを常温で触媒燃焼させる燃焼部２０と、測定ガスを計量して予混合部へ押し出す計量部５０と、計量された測定ガスを触媒燃焼前に空気と予め混合する予混合部６０と、測定ガス中の水素ガス濃度を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７０（図２及び図１１参照）とを備えている。
【0018】
〔燃焼部２０〕
図２は、図１に示す燃焼部２０の構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、燃焼部２０は、管材２１１と、温度センサ２１２と、常温触媒２１４と、ストッパー部材２１５と、これらを収容する保護容器２９を備える。管材２１１は、測定ガスの燃焼時の温度に対する耐熱性と、燃焼時の測定ガスの管材２１１外への放熱を抑える低い伝熱性とを有する管材である。本実施形態の管材２１１は、内径が４ｍｍの円筒状のセラミックチューブである。なお、管材２１１の内径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、管材２１１はステンレスチューブでもよい。温度センサ２１２は、情報処理部７０の一部である導出部８０に接続される。
図２は、図１に示す燃焼部２０の構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、燃焼部２０は、管材２１１と、温度センサ２１２と、常温触媒２１４と、ストッパー部材２１５と、これらを収容する保護容器２９を備える。管材２１１は、測定ガスの燃焼時の温度に対する耐熱性と、燃焼時の測定ガスの管材２１１外への放熱を抑える低い伝熱性とを有する管材である。本実施形態の管材２１１は、内径が４ｍｍの円筒状のセラミックチューブである。なお、管材２１１の内径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、管材２１１はステンレスチューブでもよい。温度センサ２１２は、情報処理部７０の一部である導出部８０に接続される。
【0019】
管材２１１は縦向きに配されており、管材２１１の上端に、後述する予混合部６０から混合ガスが供給される混合ガス供給路６８が接続されている。管材２１１の下端の近傍には、排気孔２１１Ａが形成されている。排気孔２１１Ａから排気される排ガスは、保護容器２９の下端近傍に設けられる排気路６９から外界へ放出される。
【0020】
温度センサ２１２は熱電対として構成されており、熱電対素線２１２Ａと、シース２１２Ｂと、スリーブ２１２Ｃと、アダプター２１２Ｄと、ケーブル２１２Ｅとを備え、ゼーベック効果を利用して温度を測定する。熱電対素線２１２Ａは、一端（上端）に測温接点Ｐが設けられている。シース２１２Ｂは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線２１２Ａを被覆している。本実施形態のシース２１２Ｂは、外径が０．５ｍｍの金属製の管材である。シース２１２Ｂ内には絶縁物が充填されている。本実施形態の温度センサ２１２は、非接地型である。なお、温度センサ２１２を接地型や露出型に変えてもよい。
【0021】
スリーブ２１２Ｃは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線２１２Ａの他端側を被覆している。このスリーブ２１２Ｃの一端とシース２１２Ｂの他端とが銀ろう付け等により接合されている。本実施形態のスリーブ２１２Ｃは、外径が６ｍｍで金属製である。
【0022】
アダプター２１２Ｄは、円筒状の管材取付部２１２Ｚと、ナット形状の張出部２１２Ｙとを備える。管材取付部２１２Ｚと張出部２１２Ｙとは、一体で形成され同軸的に配されている。張出部２１２Ｙは、管材取付部２１２Ｚの外面から径方向外側に張り出す部位である。管材取付部２１２Ｚと張出部２１２Ｙとには、スリーブ２１２Ｃが挿通されている。管材取付部２１２Ｚは、管材２１１の下端から管材２１１内に挿入されている。張出部２１２Ｙとスリーブ２１２Ｃとは、溶接等により接合されている。また、張出部２１２Ｙと管材２１１の下端とは、接着等により接合されている。なお、張出部２１２Ｙは、ナット形状でなくてもよい。また、張出部２１２Ｙと管材２１１の下端とを接着等で接合することによりアダプター２１２Ｄと管材２１１の下端とを接合することは必須ではない。たとえば、管材取付部２１２Ｚと管材２１１の下端とを相互に螺合させることによりアダプター２１２Ｄと管材２１１の下端とを接合してもよい。
【0023】
ここで、管材２１１の下端は、アダプター２１２Ｄにより閉塞されている。他方で、管材２１１に形成された排気孔２１１Ａは、管材取付部２１２Ｚの上端よりも上側に配されている。これによって、管材２１１内を下向きに流れた測定ガスは、排気孔２１１Ａを通して管材２１１外へ流出し、排気路６９を通じて外界へ放出される。
【0024】
ケーブル２１２Ｅは、柔軟性のある補償導線であり、このケーブル２１２Ｅの一端が熱電対素線２１２Ａの他端（下端）に接続されている。このケーブル２１２Ｅの他端は導出部８０に接続されている。ケーブル２１２Ｅの一部は、スリーブ２１２Ｃに挿入されている。
【0025】
常温触媒２１４は、水素を常温（室温）で燃焼させることが可能なものであり、たとえば、アルミナ担持白金触媒（Ｐｔ－Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物担持白金触媒を使用することができる。ここで、０．２質量％の白金をアルミナ担体が担持した触媒（０．２％Ｐｔ－Ａｌ２Ｏ３触媒）を用いて、１０００ｐｐｍの水素を燃焼させた場合に、燃焼開始温度が室温（ｒｏｏｍ ｔｅｍｐ）となることが知られている（貞森 博己、「特殊燃焼技術特集 触媒燃焼技術の現状 触媒燃焼バーターを中心として」、燃料協会誌、第５８巻第６２６号、１９７９年６月発行、４２２～４２３頁）。
【0026】
燃焼部２０の燃焼室２１１Ｂに充填された常温触媒２１４の質量及び充填高さは、測温接点Ｐが常温触媒２１４から露出するように適宜設定すればよく、たとえば、管材２１１の内径が４ｍｍの場合で０．０７５ｇ、約３ｍｍ等である。温度センサ２１２の一端側（図中の上端側）の表面には、触媒層２１２Ｓが測温接点Ｐを覆うように形成されている（図３参照）。なお、測温接点Ｐが常温触媒２１４から露出することは必須ではなく、常温触媒２１４が測温接点Ｐを覆うように燃焼部２０の燃焼室２１１Ｂに充填されてもよい。
【0027】
ストッパー部材２１５は、燃焼室２１１Ｂの下側に配されている。このストッパー部材２１５は、管材２１１の内周面に嵌合したステンレス等の金属製の板である。本実施形態のストッパー部材２１５は円板である。また、本実施形態のストッパー部材２１５の厚みは約１ｍｍである。なお、ストッパー部材２１５は、ガラスウールにより構成してもよい。
【0028】
図４は、図３に示す燃焼部２０のストッパー部材２１５を示す平面図である。図３及び図４に示すように、ストッパー部材２１５には複数の通気孔２１５Ａが形成されている。この通気孔２１５Ａの直径は、常温触媒２１４の粒径（平均値）よりも小さい。これにより、測定ガスは通気孔２１５Ａを通過するが、常温触媒２１４は通気孔２１５Ａを通過せずにストッパー部材２１５の上に堆積する。本実施形態の通気孔２１５Ａの直径は０．３ｍｍである。
【0029】
通気孔２１５Ａは、ストッパー部材２１５の中心部を除く全域に密に形成されている。それに対して、ストッパー部材２１５の中心部には、通気孔２１５Ａに比して大径の孔２１５Ｂが形成されている。この孔２１５Ｂにはシース２１２Ｂが挿通されている。ここで、ストッパー部材２１５の中心部とシース２１２Ｂとはセラミック接着剤等の接着剤により接着されている。この接着剤により、孔２１５Ｂとシース２１２Ｂとの隙間が埋められている。
【0030】
ここで、温度センサ２１２の先端の測温接点Ｐは、前記したように表面が触媒層２１２Ｓに覆われている。この触媒層２１２Ｓは、アルミナ担持白金触媒等の水素を常温で燃焼させる触媒により構成された塗膜である。触媒層２１２Ｓの形成方法としては、粉末状の触媒と蒸留水等とを混合した液状の触媒をシース２１２Ｂに塗布して乾燥させる方法を例示できる。測温接点Ｐの位置は、燃焼室２１１Ｂの径方向の中央部が好ましい。また、燃焼室２１１Ｂの下端（ストッパー部材２１５の上面）から測温接点Ｐまでの距離は、たとえば約４ｍｍである。
【0031】
図２に示すように、保護容器２９は、縦方向の寸法が横方向の寸法に比して大きい断熱性の筐体であり、管材２１１の上端側を除く全体を収容する。
【0032】
保護容器２９の天板２９Ａには、管材２１１が挿通される開口が形成されている。他方で、保護容器２９の底板２９Ｂには、スリーブ２１２Ｃが挿通される開口が形成されている。保護容器２９の側板２９Ｃの下端近傍には、排気路６９が設けられている。保護容器２９の底板２９Ｂは、温度センサ２１２の張出部２１２Ｙを支持している。
【0033】
保護容器２９の側板２９Ｃの下端近傍には、排気路６９が形成されている。これにより、測定ガスの燃焼により燃焼室２１１Ｂで発生した排ガスが、排気孔２１１Ａを通して管材２１１内から保護容器２９へ排出され、この排気路６９を通して保護容器２９外へ排出される。
【0034】
〔計量部５０〕
計量部５０は、図１に示されるように、六方バルブにより構成される流路切替バルブ５１と、測定ガスを流路切替バルブ５１に供給するガス供給路５３と、流路切替バルブ５１からガスを排出するガス排出路５６と、測定ガスを計量する所定容積の計量管５２とを備えている。さらに、計量部５０は、キャリアガスである空気を流路切替バルブ５１に供給するキャリアガス供給路５７を備えている。
計量部５０は、図１に示されるように、六方バルブにより構成される流路切替バルブ５１と、測定ガスを流路切替バルブ５１に供給するガス供給路５３と、流路切替バルブ５１からガスを排出するガス排出路５６と、測定ガスを計量する所定容積の計量管５２とを備えている。さらに、計量部５０は、キャリアガスである空気を流路切替バルブ５１に供給するキャリアガス供給路５７を備えている。
【0035】
－流路切替バルブ５１－
流路切替バルブ５１は、６個のポート５１ａ～５１ｆを有する。これらのポート５１ａ～５１ｆは、ガス供給路５３と連結するポート５１ａから図面上の時計回りにポート５１ｅ、ポート５１ｆ、ポート５１ｂ、ポート５１ｃ及びポート５１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート５１ａ～５１ｆ間の連結は、制御部９０（図１１参照）によって制御されるようになっている。
流路切替バルブ５１は、６個のポート５１ａ～５１ｆを有する。これらのポート５１ａ～５１ｆは、ガス供給路５３と連結するポート５１ａから図面上の時計回りにポート５１ｅ、ポート５１ｆ、ポート５１ｂ、ポート５１ｃ及びポート５１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート５１ａ～５１ｆ間の連結は、制御部９０（図１１参照）によって制御されるようになっている。
【0036】
具体的には、流路切替バルブ５１は、ポート５１ａとポート５１ｂとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｄとを連結し、かつ、ポート５１ｅとポート５１ｆとを連結する第１連結状態（図５及び図６参照）と、ポート５１ａとポート５１ｄとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｅとを連結し、かつ、ポート５１ｂとポート５１ｆとを連結する第２連結状態（図７～図１０参照）との何れかの連結態様に切り替えられる。
【0037】
ポート５１ａは、ガス供給路５３に連結され、ポート５１ｂは、計量管５２の一端と連結され、ポート５１ｃは、計量管５２の他端と連結されている。ポート５１ｄは、ガス排出路５６と連結されている。
【0038】
また、ポート５１ｅは、キャリアガス供給路５７に連結され、ポート５１ｆは、計量管５２により計量された所定体積のガスを予混合部６０に供給する計量ガス供給路６３に連結されている。
【0039】
－ガス供給路５３－
ガス供給路５３は、ポート５１ａと図示しないガス供給元とを連結し、その流路を開閉するガス供給弁５３ａを備えている。この構成において、このガス供給弁５３ａは、制御部９０によって制御され、ガス供給路５３の流路を開閉する。
ガス供給路５３は、ポート５１ａと図示しないガス供給元とを連結し、その流路を開閉するガス供給弁５３ａを備えている。この構成において、このガス供給弁５３ａは、制御部９０によって制御され、ガス供給路５３の流路を開閉する。
【0040】
－ガス排出路５６－
ガス排出路５６は、ポート５１ｄに連結される。なお、このガス排出路５６を開閉する弁を備えていてもよい。
ガス排出路５６は、ポート５１ｄに連結される。なお、このガス排出路５６を開閉する弁を備えていてもよい。
【0041】
－計量管４１－
計量管５２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。計量管５２の長手方向の一端は連結路５４を介してポート５１ｂに連結されている。計量管５２の長手方向の他端は連結路５５を介してポート５１ｃに連結されている。本実施形態では、計量管５２の容積は、一例として、１．５〔ｍｌ〕である。
計量管５２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。計量管５２の長手方向の一端は連結路５４を介してポート５１ｂに連結されている。計量管５２の長手方向の他端は連結路５５を介してポート５１ｃに連結されている。本実施形態では、計量管５２の容積は、一例として、１．５〔ｍｌ〕である。
【0042】
－キャリアガス供給路５７－
キャリアガス供給路５７は一端がポート５１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ５７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路５７は、ポート５１ｅとポンプ５７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー５７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー５７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
キャリアガス供給路５７は一端がポート５１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ５７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路５７は、ポート５１ｅとポンプ５７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー５７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー５７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
【0043】
〔予混合部６０〕
予混合部６０は、図１に示されるように、六方バルブにより構成される予混合流路バルブ６１と、計量部５０により計量された所定体積の測定ガスを予混合流路バルブ６１に供給する計量ガス供給路６３と、予混合流路バルブ６１から測定ガスを排出するガス排出路６６と、所定体積のガスを空気と予混合させる、計量管５２の容積より大きな所定容積の予混合室６２とを備えている。さらに、予混合部６０は、キャリアガスである空気を予混合流路バルブ６１に供給するキャリアガス供給路６７を備えている。
予混合部６０は、図１に示されるように、六方バルブにより構成される予混合流路バルブ６１と、計量部５０により計量された所定体積の測定ガスを予混合流路バルブ６１に供給する計量ガス供給路６３と、予混合流路バルブ６１から測定ガスを排出するガス排出路６６と、所定体積のガスを空気と予混合させる、計量管５２の容積より大きな所定容積の予混合室６２とを備えている。さらに、予混合部６０は、キャリアガスである空気を予混合流路バルブ６１に供給するキャリアガス供給路６７を備えている。
【0044】
－予混合流路バルブ６１－
予混合流路バルブ６１は、６個のポート６１ａ～６１ｆを有する。これらのポート６１ａ～６１ｆは、計量ガス供給路６３と連結するポート６１ａから図面上の時計回りにポート６１ｅ、ポート６１ｆ、ポート６１ｂ、ポート６１ｃ及びポート６１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート６１ａ～６１ｆ間の連結は、制御部９０（図１１参照）によって制御されるようになっている。
予混合流路バルブ６１は、６個のポート６１ａ～６１ｆを有する。これらのポート６１ａ～６１ｆは、計量ガス供給路６３と連結するポート６１ａから図面上の時計回りにポート６１ｅ、ポート６１ｆ、ポート６１ｂ、ポート６１ｃ及びポート６１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート６１ａ～６１ｆ間の連結は、制御部９０（図１１参照）によって制御されるようになっている。
【0045】
具体的には、予混合流路バルブ６１は、ポート６１ａとポート６１ｂとを連結し、ポート６１ｃとポート６１ｄとを連結し、かつ、ポート６１ｅとポート６１ｆとを連結する第１連結状態（図５～図９参照）と、ポート６１ａとポート６１ｄとを連結し、ポート６１ｃとポート６１ｅとを連結し、かつ、ポート６１ｂとポート６１ｆとを連結する第２連結状態（図１０参照）とのいずれかの連結態様に切り替えられる。
【0046】
ポート６１ａは、計量ガス供給路６３に連結され、ポート６１ｂは、予混合室６２の一端と連結され、ポート６１ｃは、予混合室６２の他端と連結されている。ポート６１ｄは、ガス排出路６６と連結されている。
【0047】
また、ポート６１ｅは、キャリアガス供給路６７に連結され、ポート６１ｆは、予混合室６２により空気と混合された所定体積の測定ガスを燃焼部２０に供給する混合ガス供給路６８に連結されている。
【0048】
－計量ガス供給路６３－
計量ガス供給路６３は、ポート６１ａと、計量部５０の流路切替バルブ５１のポート５１ｆとを連結し、その流路を開閉する計量ガス供給弁６３ａを備えている。この構成において、この計量ガス供給弁６３ａは、制御部９０によって制御され、計量ガス供給路６３の流路を開閉する。
計量ガス供給路６３は、ポート６１ａと、計量部５０の流路切替バルブ５１のポート５１ｆとを連結し、その流路を開閉する計量ガス供給弁６３ａを備えている。この構成において、この計量ガス供給弁６３ａは、制御部９０によって制御され、計量ガス供給路６３の流路を開閉する。
【0049】
－ガス排出路６６－
ガス排出路６６は、ポート６１ｄに連結される。このガス排出路６６の途中には、その流路を開閉するガス排出弁６６ａが設けられている。
ガス排出路６６は、ポート６１ｄに連結される。このガス排出路６６の途中には、その流路を開閉するガス排出弁６６ａが設けられている。
【0050】
－予混合室６２－
予混合室６２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。予混合室６２の一端は連結路６４を介してポート６１ｂに連結されている。予混合室６２の他端は連結路６５を介してポート６１ｃに連結されている。本実施形態では、予混合室６２の容積は、一例として、５．０〔ｍｌ〕である。
予混合室６２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。予混合室６２の一端は連結路６４を介してポート６１ｂに連結されている。予混合室６２の他端は連結路６５を介してポート６１ｃに連結されている。本実施形態では、予混合室６２の容積は、一例として、５．０〔ｍｌ〕である。
【0051】
－キャリアガス供給路６７－
キャリアガス供給路６７は一端がポート６１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ６７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路６７は、ポート６１ｅとポンプ６７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー６７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー６７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
キャリアガス供給路６７は一端がポート６１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ６７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路６７は、ポート６１ｅとポンプ６７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー６７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー６７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
【0052】
〔情報処理部７０〕
情報処理部７０は、図１１に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。
情報処理部７０は、図１１に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。
【0053】
－制御部９０－
制御部９０は、各部を制御して水素ガス濃度計１０を稼働させる。具体的には、ポート５１ａ～５１ｆ間における第１連結状態と第２連結状態との切替を制御する。また、ポート６１ａ～６１ｆ間における第１連結態様と第２連結態様との切替を制御する。また、ガス供給弁５３ａ、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａのそれぞれの開閉を制御する。また、ポンプ５７ａ、６７ａのそれぞれの作動を制御する。
制御部９０は、各部を制御して水素ガス濃度計１０を稼働させる。具体的には、ポート５１ａ～５１ｆ間における第１連結状態と第２連結状態との切替を制御する。また、ポート６１ａ～６１ｆ間における第１連結態様と第２連結態様との切替を制御する。また、ガス供給弁５３ａ、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａのそれぞれの開閉を制御する。また、ポンプ５７ａ、６７ａのそれぞれの作動を制御する。
【0054】
－導出部８０－
導出部８０は、温度センサ２１２によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。
導出部８０は、温度センサ２１２によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。
【0055】
具体的には、導出部８０には、測定ガス中の水素ガス濃度と、水素ガスの触媒燃焼によって生ずる上昇温度ΔＴとの関係が、たとえば図１２に示すグラフで表される関係としてあらかじめ記録されている。ここで、図１２に示すグラフの横軸は上昇温度ΔＴであり、縦軸は測定ガス中の水素ガス濃度である。このように、測定ガス中の水素ガス濃度は、上昇温度ΔＴに比例して大きくなる。導出部８０には、この関係が入力されている。
【0056】
また、上昇温度ΔＴについては、導出部８０が、温度センサ２１２によって検知された温度に基づいて算出する。図１３に示すグラフの横軸は経過時間であり、縦軸は温度センサ２１２によって検知された温度である。導出部８０は、このグラフに示されるように、温度センサ２１２によって検知される温度をモニタリングし、測定ガス中の水素ガスの触媒燃焼によって上昇した上昇温度ΔＴを算出する。
【0057】
この構成において、導出部８０は、温度センサ２１２によって検知される温度をモニタリングすることで算出された上昇温度ΔＴ（ピーク値）によって、測定ガス中の水素ガス濃度を導出する。
【0058】
（水素ガス濃度計測方法）
図１の水素ガス濃度計１０による水素ガス濃度計測方法について以下に説明する。
図１の水素ガス濃度計１０による水素ガス濃度計測方法について以下に説明する。
【0059】
〔流し工程〕
流し工程では、計量部５０が備える所定容積の計量管５２に測定ガスが流される。すなわち、図５に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ～５１ｆが第１連結状態に切り替えられることでガス供給路５３と連結路５４とが連絡し、連結路５５とガス排出路５６とが連絡し、及び、キャリアガス供給路５７と計量ガス供給路６３とが連絡する。さらに、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが開放されることで、流路切替バルブ５１の流路は流し状態に切り替えられる。すなわち、測定ガスはガス供給路５３及び連結路５４を経て計量管５２を満たし、さらに連結路５５を経てガス排出路５６から排出される。
流し工程では、計量部５０が備える所定容積の計量管５２に測定ガスが流される。すなわち、図５に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ～５１ｆが第１連結状態に切り替えられることでガス供給路５３と連結路５４とが連絡し、連結路５５とガス排出路５６とが連絡し、及び、キャリアガス供給路５７と計量ガス供給路６３とが連絡する。さらに、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが開放されることで、流路切替バルブ５１の流路は流し状態に切り替えられる。すなわち、測定ガスはガス供給路５３及び連結路５４を経て計量管５２を満たし、さらに連結路５５を経てガス排出路５６から排出される。
【0060】
一方、ポンプ５７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路５７から計量ガス供給路６３へ流れ、予混合部６０へ流入する。このとき、予混合部６０では、制御部９０によって、ポート６１ａ～６１ｆが第１連結状態に切り替えられることで計量ガス供給路６３と連結路６４とが連絡し、連結路６５とガス排出路６６とが連絡し、及び、キャリアガス供給路６７と混合ガス供給路６８とが連絡する。この状態で、計量ガス供給路６３から流入したキャリアガスとしての空気は連結路６４を経て予混合室６２を満たし、さらに連結路６５を経てガス排出路６６から排出される。また、ポンプ６７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路６７からポート６１ｅ、６１ｆを経て混合ガス供給路６８を介して燃焼部２０へ供給される。
【0061】
〔保持工程〕
保持工程では、計量管５２を満たす所定体積のガスＧ１が保持される。すなわち、図６に示すように、流路切替バルブ５１のポート５１ａ～５１ｆは第１連結状態のままで、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが閉鎖されることで、流路切替バルブ５１の流路は保持状態に切り替えられる。この保持状態において、計量管５２へのガスの流れは遮断され、計量管５２を満たしている所定体積の測定ガスＧ１はそのまま計量管５２内に保持される。なお、予混合部６０におけるキャリアガスの流動は流し工程と同様の状態を保っている。
保持工程では、計量管５２を満たす所定体積のガスＧ１が保持される。すなわち、図６に示すように、流路切替バルブ５１のポート５１ａ～５１ｆは第１連結状態のままで、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが閉鎖されることで、流路切替バルブ５１の流路は保持状態に切り替えられる。この保持状態において、計量管５２へのガスの流れは遮断され、計量管５２を満たしている所定体積の測定ガスＧ１はそのまま計量管５２内に保持される。なお、予混合部６０におけるキャリアガスの流動は流し工程と同様の状態を保っている。
【0062】
〔押出工程〕
押出工程では、保持工程で計量管５２に保持された所定体積の測定ガスＧ１が、計量部５０から予混合部６０へ押し出される。すなわち、図７に示すように、ガス供給路５３のガス供給弁５３ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、ポート５１ａ～５１ｆが第２連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路５５とが連絡し、及び、連結路５４と計量ガス供給路６３とが連絡することで、流路切替バルブ５１の流路は押出状態に切り替えられる。この押出状態において、計量管５２内に保持されていた所定体積のガスＧ１は、キャリアガス供給路５７から連結路５５を経て計量管５２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路５４からポート５１ｂ、５１ｆを経て、計量ガス供給路６３へ流れ込み、予混合部６０へと向かう。本実施形態では、計量管５２に保持された所定体積の測定ガスＧ１を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。なお、予混合部６０におけるキャリアガスの流動は保持工程と同様の状態を保っている。
押出工程では、保持工程で計量管５２に保持された所定体積の測定ガスＧ１が、計量部５０から予混合部６０へ押し出される。すなわち、図７に示すように、ガス供給路５３のガス供給弁５３ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、ポート５１ａ～５１ｆが第２連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路５５とが連絡し、及び、連結路５４と計量ガス供給路６３とが連絡することで、流路切替バルブ５１の流路は押出状態に切り替えられる。この押出状態において、計量管５２内に保持されていた所定体積のガスＧ１は、キャリアガス供給路５７から連結路５５を経て計量管５２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路５４からポート５１ｂ、５１ｆを経て、計量ガス供給路６３へ流れ込み、予混合部６０へと向かう。本実施形態では、計量管５２に保持された所定体積の測定ガスＧ１を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。なお、予混合部６０におけるキャリアガスの流動は保持工程と同様の状態を保っている。
【0063】
〔予混合工程〕
予混合工程では、押出工程で押し出された所定体積の測定ガスＧ１と空気とが燃焼部２０の触媒燃焼前にあらかじめ混合される。すなわち、計量ガス供給路６３へ押し出された所定体積のガスＧ１（図７参照）が、予混合流路バルブ６１のポート６１ａ、６１ｂを経て、連結路６４を通って予混合室６２に達したタイミングで、図８に示すように、制御部９０は、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａを閉鎖する。この状態で、所定体積の測定ガスＧ１は、流速がほぼゼロとなり、予混合室６２内で滞留している間に拡散し、図９に示すように、キャリアガスとしての空気と混合された混合ガスＧ２となる。なお、予混合部６０においてキャリアガス供給路６７から混合ガス供給路６８を経て燃焼部２０へ至るキャリアガスの流れは押出工程と同様である。
予混合工程では、押出工程で押し出された所定体積の測定ガスＧ１と空気とが燃焼部２０の触媒燃焼前にあらかじめ混合される。すなわち、計量ガス供給路６３へ押し出された所定体積のガスＧ１（図７参照）が、予混合流路バルブ６１のポート６１ａ、６１ｂを経て、連結路６４を通って予混合室６２に達したタイミングで、図８に示すように、制御部９０は、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａを閉鎖する。この状態で、所定体積の測定ガスＧ１は、流速がほぼゼロとなり、予混合室６２内で滞留している間に拡散し、図９に示すように、キャリアガスとしての空気と混合された混合ガスＧ２となる。なお、予混合部６０においてキャリアガス供給路６７から混合ガス供給路６８を経て燃焼部２０へ至るキャリアガスの流れは押出工程と同様である。
【0064】
〔燃焼行程〕
燃焼行程では、予混合工程によって空気と混合された測定ガスである混合ガスＧ２が、燃焼部２０での触媒燃焼に供される。すなわち、図１０に示すように、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、予混合流路バルブ６１のポート６１ａ～６１ｆが第２連結状態に切り替えられることで計量ガス供給路６３とガス排出路６６とが連絡し、キャリアガス供給路６７と連結路６５とが連絡し、及び、連結路６４と混合ガス供給路６８とが連絡する。この状態において、予混合室６２内に保持されていた混合ガスＧ２は、キャリアガス供給路６７から連結路６５を経て予混合室６２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路６４から予混合流路バルブ６１のポート６１ｂ、６１ｆを経て、混合ガス供給路６８へ流れ込み、そして燃焼部２０に供給される。本実施形態では、予混合室６２に保持された混合ガスＧ２を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。
燃焼行程では、予混合工程によって空気と混合された測定ガスである混合ガスＧ２が、燃焼部２０での触媒燃焼に供される。すなわち、図１０に示すように、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、予混合流路バルブ６１のポート６１ａ～６１ｆが第２連結状態に切り替えられることで計量ガス供給路６３とガス排出路６６とが連絡し、キャリアガス供給路６７と連結路６５とが連絡し、及び、連結路６４と混合ガス供給路６８とが連絡する。この状態において、予混合室６２内に保持されていた混合ガスＧ２は、キャリアガス供給路６７から連結路６５を経て予混合室６２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路６４から予混合流路バルブ６１のポート６１ｂ、６１ｆを経て、混合ガス供給路６８へ流れ込み、そして燃焼部２０に供給される。本実施形態では、予混合室６２に保持された混合ガスＧ２を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。
【0065】
混合ガス供給路６８から燃焼部２０に供給された混合ガスＧ２は、常温のまま常温触媒２１４により触媒燃焼に供される。ここで、混合ガスＧ２は、測定ガスの燃焼に必要な空気を十分含んでいるため、混合ガスＧ２に含まれる測定ガスに含まれる水素ガスがより効率よく、かつより完全に燃焼することが可能となっている。
【0066】
〔導出工程〕
導出工程では、燃焼工程により上昇した温度によって所定体積の測定ガスＧ１に対応する水素ガス濃度が導出される。すなわち、この混合ガスＧ２に含まれる水素ガスが常温触媒２１４に接触することで生ずる触媒燃焼により常温触媒２１４の温度が上昇し、その温度上昇を温度センサ２１２が検知する。
導出工程では、燃焼工程により上昇した温度によって所定体積の測定ガスＧ１に対応する水素ガス濃度が導出される。すなわち、この混合ガスＧ２に含まれる水素ガスが常温触媒２１４に接触することで生ずる触媒燃焼により常温触媒２１４の温度が上昇し、その温度上昇を温度センサ２１２が検知する。
【0067】
図１１に示す導出部８０は、温度センサ２１２によって検知された温度をモニタリングし、水素ガスの触媒燃焼によって生じた上昇温度ΔＴ（図１０参照）を導出する。さらに、導出部８０は、導出された上昇温度ΔＴと、あらかじめ入力されている水素ガス濃度と上昇温度ΔＴとの関係とから、水素ガス濃度を導出する。
【0068】
ここで、燃焼工程で生じた温度上昇ΔＴは、直接的には混合ガスＧ２の燃焼に起因するものであるが、この混合ガスＧ２は、所定体積の測定ガスＧ１に起因するものである。さらに、常温触媒による触媒燃焼は、測定ガスＧ１に含まれる水素ガスに起因するものである。仮に、測定ガスＧ１にメタンガス等の水素ガス以外の可燃性ガスが含まれていても、このような可燃性ガスは常温では触媒燃焼を起こさない。よって、この燃焼工程で生じた温度上昇は所定体積の測定ガスＧ１に含まれる水素ガスにのみ起因するものである。
【0069】
このような工程を繰り返すことで、計量部５０及び予混合部６０は、周期的に測定ガスを空気と十分に混合させた状態で燃焼部２０に供給し、燃焼部２０は、周期的に供給された混合ガスＧ２を常温で触媒燃焼させる。さらに、導出部８０は、常温で触媒燃焼することで上昇した上昇温度ΔＴによって所定体積の測定ガスＧ１に対応した水素ガス濃度を周期的に導出する。換言すれば、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。
【0070】
なお、計量部５０において計量される測定ガスに、水素ガスが燃焼するのに十分な量の空気が含まれている場合には、予混合部６０を設けずに、計量された測定ガスを計量ガス供給路６３から直接、燃焼部２０へ供給することとしてもよい。
【0071】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る水素ガス濃度計は、燃焼部２０の下流に、図１４に示す第２燃焼部３０が設けられている点で、第１実施形態とは相違する。
本発明の第２実施形態に係る水素ガス濃度計は、燃焼部２０の下流に、図１４に示す第２燃焼部３０が設けられている点で、第１実施形態とは相違する。
【0072】
図１４は、第２燃焼部３０の構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、第２燃焼部３０は、管材３１１と、温度センサ３１２と、ヒーター３１３と、顆粒状触媒３１４と、ストッパー部材３１５とを備える。管材３１１については、第１実施形態の管材２１１と同様である。また、温度センサ３１２については第１実施形態の温度センサ２１２と同様であり、その構造である熱電対素線３１２Ａ、シース３１２Ｂ、スリーブ３１２Ｃ、アダプター３１２Ｄ（張出部３１２Ｙ及び管材取付部３１２Ｚを含む）並びにケーブル３１２Ｅについても、第１実施形態の温度センサ２１２の構造である熱電対素線２１２Ａ、シース２１２Ｂ、スリーブ２１２Ｃ、アダプター２１２Ｄ（張出部２１２Ｙ及び管材取付部２１２Ｚを含む）並びにケーブル２１２Ｅとそれぞれ同様である。
【0073】
管材３１１は縦向きに配されており、管材３１１の上端に、燃焼部２０からの排気路６９が接続されている。管材３１１の下端の近傍には、排気孔３１１Ａが形成されている。
【0074】
ここで、管材３１１の下端は、保護容器３９の底板３９Ｂにより閉塞されている。他方で、管材３１１に形成された排気孔３１１Ａは、底板３９Ｂよりも上側寄りに配されている。これによって、管材３１１内を下向きに流れ、管材３１１内で触媒燃焼に供された後の排ガスは、排気孔３１１Ａを通して管材３１１外へ流出する。
【0075】
ヒーター３１３は、管材３１１が挿通されたコイル型のヒーターである。このヒーター３１３のコイル部３１３Ａは、少なくとも管材３１１の燃焼室３１１Ｂを含む範囲の周囲に巻回されている。コイル部３１３Ａは、リード部３１３Ｂを介して定圧電源３２に接続されており、定圧電源３２から電圧を印加されることにより発熱する。なお、管材３１１内に図示しない温度センサが設けられ、
【0076】
顆粒状触媒３１４の形状及び燃焼室２１１Ｂにおける充填の態様は、第１実施形態における常温触媒２１４と同様である。顆粒状触媒３１４は、たとえば、パラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）等の金属や金属酸化物が担持したもの等である。なお、顆粒状触媒３１４として、常温触媒２１４と同じ触媒を用いてもよい。
【0077】
ストッパー部材３１５については、第１実施形態のストッパー部材２１５と同様である。
【0078】
コイル部３１３Ａが定圧電源３２から電圧を印加されることにより発熱すると、顆粒状触媒３１４が所定の温度に加熱される。この加熱により、排ガス中に残留している水素ガス以外の可燃性ガスが触媒燃焼する。この加熱の際、温度センサ３１２により常に顆粒状触媒３１４の温度がモニターされ、その温度情報は導出部８０から制御部９０に入力され、制御部９０は適宜、定圧電源３２の出力を制御する。
【0079】
図１４に示すように、保護容器３９は、縦方向の寸法が横方向の寸法に比して大きい断熱性の筐体であり、管材３１１の上端側を除く全体を収容する。
【0080】
保護容器３９の天板３９Ａには、管材３１１が挿通される開口が形成されている。保護容器３９の側板３９Ｃには、リード部３１３Ｂが挿通される溝が形成されている。他方で、保護容器３９の底板３９Ｂには、スリーブ３１２Ｃが挿通される開口が形成されている。保護容器３９の底板２９Ｂは、温度センサ３１２の張出部３１２Ｙを支持している。
【0081】
保護容器３９の背板３９Ｄには、開口３９Ｆが形成されており、この開口３９Ｆには、金属製の網目状の部材である金網３９Ｇが設けられている。すなわち、背板３９Ｄには、網目状に仕切られた多数の開口が形成されている。これにより、燃焼部２０からの排ガスが燃焼室２１１Ｂで燃焼に供されて発生した最終排ガスが、排気孔３１１Ａを通して管材３１１内から保護容器３９へ排出され、背板３９Ｄの多数の開口を通して保護容器３９外へ排出される。
【0082】
ここで、燃焼部２０からの排ガスには、常温触媒２１４で触媒燃焼しなかったメタンのような炭化水素が含まれている。このような排ガスが、第２燃焼部３０において、加熱を伴う顆粒状触媒３１４による触媒燃焼が行われることで、最終的にメタンよりも遙かに環境負荷の低い二酸化炭素が生成され、これが、最終排ガスとして外界へ排出される。
【実施例0083】
図１５に模式的に示す実験装置によって、燃焼部２０で正しく水素ガス濃度が検出できているかどうかを検証した。まず、常温触媒２１４（図２参照）が装着されている燃焼部２０に、後述する試験ガスを、混合ガス供給路６８（図１参照）に相当する導入路１００から導入し、触媒燃焼に供した。燃焼部２０での触媒燃焼を経た排ガスは、保護容器２９の排気路６９（図２参照）に相当する排気路１１０から排出した。常温触媒２１４として、６．６質量％の白金を含む触媒（６．６％Ｐｔ－１５％Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３）を使用した。この常温触媒２１４は、図２に示すように燃焼室２１１Ｂに充填した。ただし、温度センサ２１２の先端表面には、図２に示すような触媒層２１２Ｓは設けず、常温触媒２１４が測温接点Ｐを覆うように燃焼部２０の燃焼室２１１Ｂに充填した。
【0084】
導入路１００からは、下記表１に示す組成で水素ガスとメタンガスとブタンガスとを混合した各試験ガス０．３６ｍｌを、流速８５ｍｌ／ｍｉｎのキャリアガスとしての空気で、２５℃、常圧の環境下で燃焼部２０へ送出して、常温触媒２１４での触媒燃焼に供した。燃焼部２０の温度は概ね２５℃とした。燃焼部２０で測定された上昇温度ΔＴを、下記表１に併せて掲げる。
【0085】
【表1】
【0086】
すなわち、水素ガスが０体積％、メタンガスが１００体積％であった試験ガス１では、燃焼部２０での上昇温度ΔＴは０℃であった。また、水素ガスが２０．１体積％、メタンガスが７９．９体積％であった試験ガス２では、燃焼部２０での上昇温度ΔＴは１３．８５℃であった。また、水素ガスが５０体積％、メタンガスが５０体積％であった試験ガス３では、燃焼部２０での上昇温度ΔＴは３７℃であった。また、水素ガスが５０．６体積％、メタンガスが４１．３体積％、ブタンガスが８．１体積％であった試験ガス４では、燃焼部２０での上昇温度ΔＴは３７．５５℃であった。さらに、水素ガスが１００体積％、メタンガスが０体積％であった試験ガス５では、燃焼部２０での上昇温度ΔＴは７３．７５℃であった。
【0087】
上記の結果、常温の燃焼部２０では、試験ガスのうち水素ガスのみが触媒燃焼し、メタンガス及びブタンガスは触媒燃焼しないことが分かった。換言すると、メタンガスは常温環境下では常温触媒２１４での触媒燃焼せずに燃焼部２０を素通りすることが分かった。
【0088】
また、上記表１の結果から、水素ガス濃度と上昇温度ΔＴとの関係をプロットしたグラフを図１６に示す。
【0089】
まず、図１６より、水素ガス濃度（ｘ）と上昇温度ΔＴ（ｙ）との関係は、下記式（１）の一次回帰直線で近似できることが分かった。
【0090】
ｙ＝０．７３７４ｘ・・・式（１）
【0091】
上記式（１）の決定係数（Ｒ２）は０．９９９７と、ほぼ１００％の相関関係があることが推測された。
【符号の説明】
【0092】
１０ 水素ガス濃度計
２０ 燃焼部
２１４ 常温触媒
３０ 第２燃焼部
５０ 計量部
６０ 予混合部
８０ 導出部
２０ 燃焼部
２１４ 常温触媒
３０ 第２燃焼部
５０ 計量部
６０ 予混合部
８０ 導出部
【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】
