特開 2024-66243 水素検出システム

(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】P2024066243

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】水素検出システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20240508BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

G01N27/18

G01N27/416 311J

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022175702

(22)【出願日】2022-11-01

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】赤坂 俊輔

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA02

2G060AB02

2G060AB03

2G060AE19

2G060AF07

2G060BA05

2G060BB02

2G060BD02

2G060BD04

2G060HB06

2G060HC02

2G060HC04

2G060JA01

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】広範囲の水素濃度を好適に検出可能な熱伝導式水素センサを用いた水素検出システムを提供する。
【解決手段】水素検出システム１は、水素濃度を検出する熱伝導式水素センサ１０と、湿度を検出する湿度センサ１２と、制御装置１００と、を備える。制御装置１００は、熱伝導式水素センサ１０が検出した第１検出値を湿度センサ１２が検出した湿度に基づいて補正した上で、第２検出値として水素濃度を出力する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素濃度を検出する熱伝導式水素センサと、
湿度を検出する湿度センサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記熱伝導式水素センサが検出した第１検出値を前記湿度センサが検出した湿度に基づいて補正した上で、第２検出値として水素濃度を出力する、水素検出システム。

【請求項2】

情報を記憶する記憶装置をさらに備え、
前記記憶装置は、前記第１検出値を湿度に応じて前記第２検出値へ変換する変換テーブルを含み、
前記制御装置は、前記変換テーブルを用いて前記第１検出値を前記第２検出値へ変換して水素濃度を出力する、請求項１に記載の水素検出システム。

【請求項3】

温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記記憶装置は、温度に応じた複数のテーブルを前記変換テーブルとして記憶しており、
前記制御装置は、前記温度センサが検出した温度に対応するテーブルを用いて前記第１検出値を前記第２検出値へ変換して水素濃度を出力する、請求項２に記載の水素検出システム。

【請求項4】

前記熱伝導式水素センサは、少なくとも０．１％以上４％以下の範囲の水素濃度を検出可能である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素検出システム。

【請求項5】

前記湿度センサは、ＹＳＺ式湿度センサである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素検出システム。

【請求項6】

前記湿度センサの表面は、多孔質保護層で覆われている、請求項５に記載の水素検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水素検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素濃度を検出するための水素センサが開発されている。水素センサとしては、半導体式、接触燃焼式、熱伝導式等の各種方式の水素センサが知られている。特開２０１７－１９８５４１号公報（特許文献１）には、半導体式水素センサにおいて結露を防止する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１９８５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような水素センサは、水素を燃焼させて電力を発生する燃料電池において用いられることがある。燃料電池向けの水素センサにおいては、０．１％～４％程度の水素濃度を検出する技術が求められる。一方で、燃料電池にはパッキン、シール材等にシリコンを含む部材が用いられることがあり、このシリコンから発生する揮発性のシロキサンが水素センサに付着することで、水素センサの検出感度が低下してしまうことが懸念される。

【0005】

燃料電池向けの水素センサを検討する場合、低濃度の水素を検出することのできる半導体式水素センサあるいは接触燃焼式水素センサを用いることが考えられる。しかしながら、半導体式水素センサあるいは接触燃焼式水素センサは、シロキサン耐性が悪いことが知られている。それに対し、熱伝導式水素センサは、シロキサン耐性が良いものの湿度の影響によって低濃度の水素を十分に検出できないことがある。

【0006】

そこで、燃料電池向けの水素センサは、半導体式水素センサと熱伝導式水素センサとを組合せて使用する場合があった。しかしながら、製造コスト、半導体式水素センサのシロキサン耐性によるセンサの寿命等を考慮すると燃料電池向けの水素センサにおいて、熱伝導式水素センサを用いて低濃度の水素も検出できることが望ましい。

【0007】

本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、広範囲の水素濃度を好適に検出可能な熱伝導式水素センサを用いた水素検出システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の水素検出システムは、水素濃度を検出する熱伝導式水素センサと、湿度を検出する湿度センサと、制御装置と、を備える。制御装置は、熱伝導式水素センサが検出した第１検出値を湿度センサが検出した湿度に基づいて補正した上で、第２検出値として水素濃度を出力する。

【発明の効果】

【0009】

本開示の水素検出システムによれば、制御装置は、シロキサン耐性が良い熱伝導式水素センサが検出した第１検出値を湿度センサが検出した湿度に基づいて補正した上で、第２検出値として水素濃度を出力する。これにより、本開示の水素検出システムは、シロキサン耐性が高いとともに、湿度による検出誤差を考慮して広範囲の水素濃度を好適に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】水素検出システムの構成を示すブロック図である。

【図2】熱伝導式水素センサの回路図である。

【図3】大気中の温度が２０℃の場合において、熱伝導式水素センサで読取った水素濃度と実際の水素濃度とが露点の違いによりどのように変化するかを説明するための図である。

【図4】大気中の温度が４０℃の場合において、熱伝導式水素センサで読取った水素濃度と実際の水素濃度とが露点の違いによりどのように変化するかを説明するための図である。

【図5】大気中の温度が６０℃の場合において、熱伝導式水素センサで読取った水素濃度と実際の水素濃度とが露点の違いによりどのように変化するかを説明するための図である。

【図6】水素濃度を補正する処理を示すフローチャートである。

【図7】多孔質保護層の図示を省略した湿度センサの平面図である。

【図8】絶縁層および多孔質金属層の図示を省略した湿度センサの平面図である。

【図9】図７のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。

【図10】変形例における湿度センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0012】

図１は、水素検出システム１の構成を示すブロック図である。本開示の水素検出システム１は、熱伝導式水素センサ１０と、温度センサ１１と、湿度センサ１２と、制御装置１００と、を備える。

【0013】

熱伝導式水素センサ１０は、水素濃度を検出するためのセンサである。温度センサ１１は、温度を検出するためのセンサである。湿度センサ１２は、湿度を検出するためのセンサである。湿度センサ１２には、例えば絶対湿度を検出するＹＳＺ（yttria-stabilized zirconia）湿度センサが用いられる。各センサにより検出された検出値に関する情報は、所定のタイミングで制御装置１００へ送信される。

【0014】

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００は、これらのプログラムに従って、水素検出システム１における各機器から受信した情報を処理する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

【0015】

図２は、熱伝導式水素センサ１０の回路図である。水素の熱伝導率は、空気の熱伝導率の約７倍である。熱伝導式水素センサ１０は、水素と空気との熱伝導率の差を利用して水素を検知する。熱伝導式水素センサ１０は、検知素子１０Ａと、補償素子１０Ｂと、抵抗１０Ｃと、抵抗１０Ｄと、出力部１０Ｅとを含むブリッジ回路を構成する。検知素子１０Ａは、測定環境にさらされており、水素ガスに接触する構造である。補償素子１０Ｂは、空気が封入されて密閉されており、水素ガスに接触しない構造である。

【0016】

検知素子１０Ａおよび補償素子１０Ｂは、電源１３から所定の電圧を印加することにより約３００℃に加熱される。熱伝導式水素センサ１０では、水素ガスが存在する場合、水素ガス固有の熱伝導率により検知素子１０Ａの熱放散の状態が変化し、検知素子１０Ａの温度が変化する。この温度変化に伴い、検知素子１０Ａを構成する白金線コイルの抵抗値が変化する。抵抗値の変化は、水素ガスの濃度にほぼ比例する。熱伝導式水素センサ１０では、抵抗値の変化量をブリッジ回路によって電圧として取出し、出力部１０Ｅから出力することによりガス濃度が検出される。

【0017】

熱伝導式水素センサ１０は、化学反応を伴わない物理センサである。よって、熱伝導式水素センサ１０は、半導体式、接触燃焼式等の化学センサと比べ燃料電池に使われるパッキン、シール材等に含まれるシリコンから発生する揮発性のシロキサンへの耐性が良い。しかしながら、熱伝導式水素センサ１０は、湿度の影響によって低濃度の水素を十分に検出できないことがある。例えば、熱伝導式水素センサ１０は、高湿度の場合にセンサで読取った水素濃度が実際の水素濃度よりも低く検出されてしまう。これは、水素が低濃度であり大気中に水蒸気が多くの水蒸気が含まれるような状態において、熱伝導式水素センサ１０が水蒸気の検出量を水素の検出量として抽出してしまうためである。

【0018】

本実施の形態における水素検出システム１は、湿度の影響を考慮して熱伝導式水素センサ１０で読取った水素濃度を実際の水素濃度へ補正している。図３は、大気中の温度が２０℃の場合において、熱伝導式水素センサ１０で読取った水素濃度と実際の水素濃度とが露点の違いによりどのように変化するかを説明するための図である。図４は、大気中の温度が４０℃の場合において、熱伝導式水素センサ１０で読取った水素濃度と実際の水素濃度とが露点の違いによりどのように変化するかを説明するための図である。図５は、大気中の温度が６０℃の場合において、熱伝導式水素センサ１０で読取った水素濃度と実際の水素濃度とが露点の違いによりどのように変化するかを説明するための図である。

【0019】

図３～図５のデータは、制御装置１００における記憶装置であるメモリ１０２に変換テーブルとして予め記憶されている。なお、ここでは、大気中の温度が２０℃，４０℃、６０℃の場合の変換テーブルについて説明するが、他の温度に対応する変換テーブルもメモリ１０２に記憶されている。

【0020】

大気中の温度が同じ場合、露点が高い程（空気が含んでいる水蒸気量が多い程）、湿度は高いという関係がある。熱伝導式水素センサ１０は、低濃度の水素の検知に関して湿度の影響を受けやすい。このため、図３～図５に示すように、各温度において露点が高くなるほど熱伝導式水素センサ１０で読取った水素濃度と実際の水素濃度とが、理想とする破線で示す直線からずれてしまう。熱伝導式水素センサ１０は、特に露点が４０℃、５０℃、６０℃になるに連れてずれ幅が大きくなってしまう。

【0021】

水素検出システム１では、制御装置１００が温度センサ１１により検出される温度と、湿度センサ１２により検出される絶対湿度とから、換算係数を用いて演算により露点温度を算出する。なお、絶対湿度から露点温度に換算するための換算係数は、湿度センサ１２の電流値と湿度との相関関係から事前に計算しておく。水素検出システム１では、制御装置１００が温度センサ１１が検出した温度に対応する図３～図５に示すようなデータを選択し、熱伝導式水素センサ１０で読取った水素濃度と露点温度とから実際の水素濃度を求める。

【0022】

以下に制御装置１００が実行する水素濃度を補正する処理について説明する。図６は、水素濃度を補正する処理を示すフローチャートである。図６の処理は、制御装置１００の制御におけるメインルーチンから、サブルーチンとして繰返し呼び出されて実行される。制御装置１００は、まずステップＳ（以下、単に「Ｓ」と示す）１において、熱伝導式水素センサ１０が読取った検出値を受信したか否かを判定する。

【0023】

制御装置１００は、熱伝導式水素センサ１０が読取った検出値を受信していないと判定した場合（Ｓ１のＮＯ）、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置１００は、熱伝導式水素センサ１０が読取った検出値を受信していると判定した場合（Ｓ１のＹＥＳ）、温度センサ１１からの検出値を受信したか否かを判定する（Ｓ２）。

【0024】

制御装置１００は、温度センサ１１からの検出値を受信していないと判定した場合（Ｓ２のＮＯ）、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置１００は、温度センサ１１からの検出値を受信していると判定した場合（Ｓ２のＹＥＳ）、図３～図５に示すデータから温度センサ１１の検出値に対応するデータを選択する（Ｓ３）。次いで、制御装置１００は、湿度センサ１２からの検出値を受信したか否かを判定する（Ｓ４）。

【0025】

制御装置１００は、湿度センサ１２からの検出値を受信していないと判定した場合（Ｓ４のＮＯ）、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置１００は、湿度センサ１２からの検出値を受信していると判定した場合（Ｓ４のＹＥＳ）、湿度センサ１２の検出値から演算により露点を算出し、Ｓ３で選択したデータにおいて、算出した露点に対応するデータを選択する（Ｓ５）。

【0026】

次いで、制御装置１００は、選択したデータに基づいて、熱伝導式水素センサ１０から検出した水素濃度を実際の水素濃度に補正する（Ｓ６）。次いで、制御装置１００は、補正した水素濃度を実際の水素濃度として出力し（Ｓ７）、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。

【0027】

水素検出システム１は、上述のように、熱伝導式水素センサ１０から検出した水素濃度を実際の水素濃度に補正する処理を実行する。この処理により、熱伝導式水素センサ１０は、少なくとも０．１％以上４％以下の範囲の低濃度の水素濃度を検出可能である。なお、熱伝導式水素センサ１０は、４％より大きく１００％以下の濃度の水素濃度についても検出可能である。これにより、本開示の水素検出システム１は、熱伝導式水素センサ１０の湿度による検出誤差を考慮して広範囲の水素濃度を好適に検出することが可能となる。

【0028】

次に、湿度センサ１２の構造について説明する。湿度センサ１２は、複数の層から形成されている。図７～図９に示されるように、湿度センサ１２は、基板１５と、絶縁層２０と、配線３０と、多孔質酸化物層４０と、多孔質金属層５０と、固体電解質層６０と、絶縁層７０と、多孔質金属層８０と、多孔質保護層９０とを有している。図７は、多孔質保護層９０の図示を省略した湿度センサ１２の平面図である。図８は、絶縁層７０および多孔質金属層８０の図示を省略した湿度センサ１２の平面図である。図９は、図７のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。図７中では、配線３０が点線により示されている。

【0029】

基板１５は、第１主面１５ａと、第２主面１５ｂとを有している。第１主面１５ａおよび第２主面１５ｂは、基板１５の厚さ方向における端面である。第２主面１５ｂは、第１主面１５ａの反対面である。基板１５には、キャビティＣが形成されている。キャビティＣは、基板１５の厚さ方向に沿って基板１５を貫通している。キャビティＣは、平面視において（第１主面１５ａ側から基板１５の厚さ方向に沿って見た際に）、矩形状になっている。基板１５は、例えば、単結晶シリコンにより形成されている。

【0030】

絶縁層２０は、基板１５上に配置されている。より具体的には、絶縁層２０は、第１主面１５ａ上に配置されている。絶縁層２０は、例えば、第１層２１と、第２層２２と、第３層２３と、第４層２４とを有している。

【0031】

第１層２１は、基板１５（第１主面１５ａ）上に配置されている。第１層２１は、例えば、シリコン酸化物により形成されている。第２層２２は、第１層２１上に配置されている。第２層２２は、例えば、シリコン窒化物により形成されている。第３層２３は、第２層２２上に配置されている。第３層２３は、例えば、シリコン酸化物により形成されている。第４層２４は、第３層２３上に配置されている。第４層２４は、例えば、シリコン酸化物により形成されている。

【0032】

絶縁層２０のうちのキャビティＣの周囲にある基板１５上に配置されている部分を、周辺部２０ａとする。絶縁層２０のうちのキャビティＣ上にある部分を、メンブレン部２０ｂとする。メンブレン部２０ｂは、周辺部２０ａと一体的に形成されている。これにより、メンブレン部２０ｂは、キャビティＣ上において支持されている。

【0033】

配線３０は、絶縁層２０中に配置されている。より具体的には、配線３０は、第３層２３上に配置されており、かつ第４層２４により覆われている。配線３０の周囲は、バリア層３１により覆われている。バリア層３１により、絶縁層２０と配線３０との密着性が確保されている。配線３０は、例えば、白金により形成されている。バリア層３１は、例えば、チタン酸化物により形成されている。なお、バリア層３１のうちの第３層２３上に配置されている部分を第１部分３１ａとし、バリア層３１のうちの配線３０を覆っている部分を第２部分３１ｂとする。

【0034】

配線３０は、ヒータ部３０ａと、端部３０ｂと、接続部３０ｃとを有している。ヒータ部３０ａは、配線３０を蛇行させることにより構成されている。ヒータ部３０ａは、メンブレン部２０ｂ中に配置されている。端部３０ｂは、周辺部２０ａ中に配置されている。接続部３０ｃは、ヒータ部３０ａと端部３０ｂとを接続するように一体的に形成されている。

【0035】

多孔質酸化物層４０は、絶縁層２０上に配置されている。多孔質酸化物層４０は、例えば、タンタル酸化物により形成されている。多孔質酸化物層４０は、多孔質であるため、湿度センサ１２により検知されるガス（被検知ガス）の流路となる。

【0036】

多孔質金属層５０は、多孔質酸化物層４０上に配置されている。多孔質金属層５０は、例えば、白金により形成されている。多孔質金属層５０は、電極部５０ａと、端部５０ｂと、接続部５０ｃとを有している。電極部５０ａは、平面視において同形状の多孔質酸化物層４０を介在させてメンブレン部２０ｂ上にある。端部５０ｂは、多孔質酸化物層４０を介在させて周辺部２０ａ上にある。接続部５０ｃは、電極部５０ａと端部５０ｂとを接続するように一体的に形成されている。多孔質金属層５０は、カソードである。

【0037】

固体電解質層６０は、多孔質金属層５０上に配置されている。より具体的には、固体電解質層６０は、電極部５０ａ上に配置されている。固体電解質層６０は、イオン伝導性を有している。固体電解質層６０は、例えば、イットリア安定化ジルコニア（yttria-stabilized zirconia：ＹＳＺとも称される）により形成されている。

【0038】

絶縁層７０は、多孔質酸化物層４０、多孔質金属層５０および固体電解質層６０を覆うように、絶縁層２０上に配置されている。但し、絶縁層７０には、固体電解質層６０の上面を少なくとも部分的に露出させる開口部が形成されている。絶縁層７０は、例えば、シリコン酸化物により形成されている層とタンタル酸化物により形成されている層とがスタックされている層である。

【0039】

絶縁層７０上には、パッド部３０ｄおよびパッド部５０ｄが配置されている。パッド部３０ｄは、端部３０ｂを露出させるように絶縁層２０（第４層２４）および絶縁層７０に形成されている開口部（図示せず）に配置され、端部３０ｂと電気的に接続されている。パッド部５０ｄは、端部５０ｂを露出させるように絶縁層７０に形成されている開口部（図示せず）に配置され、端部５０ｂと電気的に接続されている。

【0040】

多孔質金属層８０は、電極部８０ａと、パッド部８０ｂと、接続部８０ｃとを有している。電極部８０ａは、固体電解質層６０上に配置されている。パッド部８０ｂは、絶縁層７０を介在させて絶縁層２０上にある。接続部８０ｃは、電極部８０ａとパッド部８０ｂとを接続するように一体的に形成されている。多孔質金属層８０は、アノードである。

【0041】

多孔質保護層９０は、多孔質金属層８０および絶縁層７０の一部を覆うように、配置される。多孔質保護層９０は、多孔質金属層８０を少なくとも覆っていればよく、絶縁層７０を覆っていなくてもよい。多孔質保護層９０は、多孔部分がシロキサンよりも小さいため、表面でシロキサンを捕集することができる。これにより、多孔質保護層９０は、多孔質金属層８０にシロキサンを付着することを防止する。多孔質保護層９０は、例えば、二酸化ケイ素あるいはアルミナにより形成される。多孔質保護層９０は、例えば、斜め蒸着法あるいはスクリーン印刷により接着される。

【0042】

メンブレン部２０ｂおよびメンブレン部２０ｂ上にある絶縁層７０には、貫通穴ＴＨが形成されている。貫通穴ＴＨは、例えば、基板１５の法線方向から平面視した場合にＵ字形に形成されており、基板１５の厚さ方向に沿って、メンブレン部２０ｂおよび絶縁層７０を貫通している。メンブレン部２０ｂは、可動部２０ｃを有している。可動部２０ｃの周囲には、貫通穴ＴＨがある。これにより、可動部２０ｃは、可動部２０ｃの基端側を支点として、基板１５の厚さ方向に沿って変位可能になっている。ヒータ部３０ａ、電極部５０ａ、固体電解質層６０および電極部８０ａは、可動部２０ｃ上にある。

【0043】

接続部３０ｃを構成している配線３０の可動部２０ｃの基端における幅は、ヒータ部３０ａを構成している配線３０の幅よりも大きくなっている。

【0044】

以下に、湿度センサ１２の動作を説明する。ここでは、被検知ガス中の酸素ガスを検知する場合を例に、湿度センサ１２の動作を説明する。

【0045】

配線３０に電流を流すことにより、ヒータ部３０ａが抵抗発熱する。これにより、固体電解質層６０が加熱され、イオン伝導性を発現する。なお、固体電解質層６０がイットリア安定化ジルコニアである場合には、固体電解質層６０がヒータ部３０ａにより５００℃程度まで加熱される。

【0046】

パッド部５０ｄおよびパッド部８０ｂは、それぞれ、電源の負極および正極に接続される。被検知ガスは、多孔質酸化物層４０および電極部５０ａを通って、電極部５０ａと固体電解質層６０との界面に到達する。電極部５０ａと固体電解質層６０との界面に到達した被検知ガス中の酸素ガスは、電極部５０ａから電子を受け取ることにより酸素イオンになる。

【0047】

この酸素イオンは、固体電解質層６０を通って、固体電解質層６０と電極部８０ａとの界面に到達する。固体電解質層６０と電極部８０ａとの界面に到達した酸素イオンは、電極部８０ａに対して電子を放出し、酸素ガスになる。これにより、パッド部５０ｄとパッド部８０ｂとの間に電流が流れる。この電流は、被検知ガス中の酸素ガスの濃度に比例する。そのため、この電流を検知することにより、被検知ガス中の酸素ガスの濃度を測定することができる。

【0048】

同様の方法で大気中の水に含まれる酸素ガスの濃度を測定することができる。例えば、酸素ガスは、０．８Ｖで電気分解し、水は、１．２Ｖで電気分解する。湿度センサ１２は、例えば、１．５Ｖを印加することにより、酸素および水の両方を電気分解することが可能となる。そこで、酸素および水の両方を電気分解したときの酸素濃度と、酸素ガスのみを電気分解したときの酸素濃度との差分を取ることにより水蒸気量を求めることができる。この水蒸気量を乾き空気の質量で割ることにより絶対湿度が算出される。

【0049】

制御装置１００は、湿度センサ１２から検出される検出値から絶対湿度を算出し、絶対湿度と露点温度との関係を示す予めメモリ１０２に記憶されている変換テーブルから露点を算出する。これにより、制御装置１００は、図６のＳ５で示した処理を実行することができる。

【0050】

湿度センサ１２は、固体電解質層６０にイットリア安定化ジルコニアを用いるＹＳＺ式湿度センサである。ＹＳＺ式湿度センサは、絶対湿度を検出可能なセンサであるため、相対湿度を検出するセンサに比べ温度補正が不要である。湿度センサ１２は、多孔質保護層９０により表面が覆われている。多孔質保護層９０は、多孔部分がシロキサンよりも小さいため、表面でシロキサンを捕集することができる。これにより、湿度センサ１２は、多孔質保護層９０により内側の層にシロキサンが付着することを防止することができるため、シロキサン耐性が良い。

【0051】

＜湿度センサの変形例＞
図１０は、変形例における湿度センサ１２Ａの断面図である。以下では、上記の実施の形態で説明した湿度センサ１２と異なる部分を中心に説明し、湿度センサ１２と同様の構成については説明を省略する。湿度センサ１２Ａは、湿度センサ１２と比較し、絶縁層２０、および配線４１の構成が異なる。なお、図７～図９においては、貫通穴ＴＨが設けられる構成を説明した。しかし、図１０に示すように、貫通穴ＴＨは無くともよいし、複数設けられる構造であってもよい。また、図１０に示すように、絶縁層７０は、絶縁層２０の全面に配置されていない構成であってもよい。

【0052】

湿度センサ１２Ａは、湿度センサ１２と比較し、絶縁層２０において第５層２５および第６層２６が追加されている。第５層２５は、例えばシリコン窒化物により形成されている。第５層２５は、第４層２４上に配置されている。第６層２６は、例えばシリコン酸化物により形成されている。第６層２６は、第５層２５上に配置されている。

【0053】

図１０に示すように、湿度センサ１２Ａの配線３０は、図９とは異なる位置の断面図のため複数本示されているが、構造は湿度センサ１２と同じである。湿度センサ１２Ａは、絶縁層２０内に配線４１が配置されている。より具体的には、配線４１は、第５層２５上に配置されており、かつ第６層２６により覆われている。配線４１は、例えば、白金により形成されている。配線４１の周囲は、密着層４２により覆われている。密着層４２は、例えば、チタン酸化物により形成されている。密着層４２により、絶縁層２０と配線４１との間の密着性が確保されている。

【0054】

配線４１は、温度センサ部４３を有している。温度センサ部４３は、メンブレン部２０ｂ内に配置されており、かつ平面視において蛇行している配線４１の部分である。温度センサ部４３は、平面視において、ヒータ部３０ａと重なっている。温度センサ部４３は、測温抵抗体として機能する。すなわち、温度センサ部４３を構成している配線４１の電気抵抗値の変化を測定することにより、温度センサ部４３近傍の温度が測定される。このように、温度センサ１１に対応する温度センサ部４３が一体的に形成されるようにしてもよい。

【0055】

（まとめ）
（１）本開示の水素検出システム１は、水素濃度を検出する熱伝導式水素センサ１０と、湿度を検出する湿度センサ１２と、制御装置１００と、を備える。制御装置１００は、熱伝導式水素センサ１０が検出した第１検出値を湿度センサ１２が検出した湿度に基づいて補正した上で、第２検出値として水素濃度を出力する。

【0056】

（２）（１）に記載の水素検出システム１であって、情報を記憶する記憶装置としてのメモリ１０２をさらに備える。記憶装置は、第１検出値を湿度に応じて第２検出値へ変換する変換テーブルを含む。制御装置１００は、変換テーブルを用いて第１検出値を第２検出値へ変換して水素濃度を出力する。

【0057】

（３）（１）または（２）に記載の水素検出システム１であって、温度を検出する温度センサ１１をさらに備える。メモリ１０２は、温度に応じた複数のテーブルを変換テーブルとして記憶している。制御装置１００は、温度センサ１１が検出した温度に対応するテーブルを用いて第１検出値を第２検出値へ変換して水素濃度を出力する。

【0058】

（４）（１）から（３）のいずれかに記載の水素検出システム１であって、熱伝導式水素センサ１０は、少なくとも０．１％以上４％以下の範囲の水素濃度を検出可能である。

【0059】

（５）（１）から（４）のいずれかに記載の水素検出システム１であって、湿度センサ１２は、ＹＳＺ式湿度センサである。

【0060】

（６）（１）から（５）のいずれかに記載の水素検出システム１であって、湿度センサ１２の表面は、多孔質保護層９０で覆われている。

【0061】

本開示の水素検出システム１によれば、水素濃度を検出する熱伝導式水素センサ１０と、湿度を検出する湿度センサと１１、制御装置１００と、を備える。制御装置１００は、熱伝導式水素センサ１０が検出した第１検出値を湿度センサ１２が検出した湿度に基づいて補正した上で、第２検出値として水素濃度を出力する。これにより、本開示の水素検出システム１は、シロキサン耐性が高いとともに、湿度による検出誤差を考慮して広範囲の水素濃度を好適に検出することが可能となる。

【0062】

以上のように本開示の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本開示の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

【符号の説明】

【0063】

１ 水素検出システム、１０ 熱伝導式水素センサ、１０Ａ 検知素子、１０Ｂ 補償素子、１０Ｃ，１０Ｄ 抵抗、１０Ｅ 出力部、１１ 温度センサ、１２ 湿度センサ、１３ 電源、１５ 基板、１５ａ 第１主面、１５ｂ 第２主面、２０，７０ 絶縁層、２０ａ 周辺部、２０ｂ メンブレン部、２０ｃ 可動部、２１ 第１層、２２ 第２層、２３ 第３層、２４ 第４層、３０ 配線、３０ａ ヒータ部、３０ｂ，５０ｂ 端部、３０ｃ，５０ｃ，８０ｃ 接続部、３０ｄ，５０ｄ，８０ｂ パッド部、３１ バリア層、３１ａ 第１部分、３１ｂ 第２部分、４０ 多孔質酸化物層、５０，８０ 多孔質金属層、５０ａ，８０ａ 電極部、６０ 固体電解質層、９０ 多孔質保護層、１００ 制御装置、１０２ メモリ、Ｃ キャビティ、ＴＨ 貫通穴。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】