JPH01221655A - 燃料電池を用いた水素濃度測定方法及び測定装置 - Google Patents
燃料電池を用いた水素濃度測定方法及び測定装置Info
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- JPH01221655A JPH01221655A JP63045757A JP4575788A JPH01221655A JP H01221655 A JPH01221655 A JP H01221655A JP 63045757 A JP63045757 A JP 63045757A JP 4575788 A JP4575788 A JP 4575788A JP H01221655 A JPH01221655 A JP H01221655A
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- hydrogen concentration
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は水素濃度測定方法及び装置に関し、特に高濃度
の水素を連続的に、かつ容易に測定するに好適な燃料電
池による電気化学反応を利用した水素濃度測定方法及び
装置に関する。
の水素を連続的に、かつ容易に測定するに好適な燃料電
池による電気化学反応を利用した水素濃度測定方法及び
装置に関する。
従来水素濃度を測定するには、以下に記す方法が用いら
れていた。ｐｐｍ単位の微量から数％の範囲の水素濃度
に対しては、白金線に微少電流を流しておき、水素がふ
れると、その抵抗値が変化し、それに伴って両端の電圧
変化が生じるので、これを検出して水素濃度を知るもの
である。この方法によると微量の水素濃度を連続的に測
定することはできても、高濃度の水素量を測定すること
はできない。高濃度の水素を測定する方法としては、ガ
スクロマトグラフによる方法及び水素濃淡電池を利用す
る方法がある。ガスクロマトグラフによる方法は、数％
以上の高濃度の水素量を測定するのには適しているが、
試料中の水素濃度を連続的に測定するのは困難であり、
モニターとして用いるのは不向きである。水素濃淡電池
による水素濃度測定法は、特開昭５７−７７９５４号、
及び特開昭５９−１２５０５５号公報に見られるように
、水素イオン導電性固体電解質を電解質とし、標準電極
側に１気圧の純水素を供給し、他方の電極に被検体ガス
を接触させるものである。水素濃度の差によって、水素
濃度を平衡にする力が働き、それによって起電力が生じ
るものである。この方法によると、水素濃度を連続的に
測定することは可能であるが、純水素の供給が不可欠で
あり、取扱いが容易でない。
れていた。ｐｐｍ単位の微量から数％の範囲の水素濃度
に対しては、白金線に微少電流を流しておき、水素がふ
れると、その抵抗値が変化し、それに伴って両端の電圧
変化が生じるので、これを検出して水素濃度を知るもの
である。この方法によると微量の水素濃度を連続的に測
定することはできても、高濃度の水素量を測定すること
はできない。高濃度の水素を測定する方法としては、ガ
スクロマトグラフによる方法及び水素濃淡電池を利用す
る方法がある。ガスクロマトグラフによる方法は、数％
以上の高濃度の水素量を測定するのには適しているが、
試料中の水素濃度を連続的に測定するのは困難であり、
モニターとして用いるのは不向きである。水素濃淡電池
による水素濃度測定法は、特開昭５７−７７９５４号、
及び特開昭５９−１２５０５５号公報に見られるように
、水素イオン導電性固体電解質を電解質とし、標準電極
側に１気圧の純水素を供給し、他方の電極に被検体ガス
を接触させるものである。水素濃度の差によって、水素
濃度を平衡にする力が働き、それによって起電力が生じ
るものである。この方法によると、水素濃度を連続的に
測定することは可能であるが、純水素の供給が不可欠で
あり、取扱いが容易でない。
また、標準電極側の水素濃度が何らかの理由で変化した
場合、誤った測定結果となるなど、不都合が多い。
場合、誤った測定結果となるなど、不都合が多い。
上記したように、従来技術では高濃度の水素を連続的に
かつ容易に測定するのが困難である。しかるに将来水素
エネルギー時代が到来するといわれ、水素を燃料のみな
らず種々の用途に使用するようになると推察されている
。この場合、水素製造所から、水素使用場所まで、現在
の都市ガスと同様に配管でつながれることになると思わ
れる。
かつ容易に測定するのが困難である。しかるに将来水素
エネルギー時代が到来するといわれ、水素を燃料のみな
らず種々の用途に使用するようになると推察されている
。この場合、水素製造所から、水素使用場所まで、現在
の都市ガスと同様に配管でつながれることになると思わ
れる。
このような水素配管のネットワークができたとき、問題
になるのは、水素濃度が一定に保たれているかどうかの
連続的チエツクである。しかし、上記したように高濃度
の水素を連続的に簡単な方法でモニターするのは困難で
ある。
になるのは、水素濃度が一定に保たれているかどうかの
連続的チエツクである。しかし、上記したように高濃度
の水素を連続的に簡単な方法でモニターするのは困難で
ある。
本発明の目的は、高濃度の水素を連続的に、かつ簡単に
測定できる水素濃度測定方法及び装置を提供するにある
。
測定できる水素濃度測定方法及び装置を提供するにある
。
本発明の目的は、燃料電池を用い、前記燃料電池に被検
体ガスを供給することによって被検体ガス中の水素の電
気化学的酸化反応による起電力変化を計測し、前記計測
結果に基づいて前記被検体ガスの水素濃度を算出するこ
とによって達成される。すなわち、燃料電池の起電力が
水素濃度によって異なるので、これを測定することによ
って、水素濃度を連続的に測定することができるもので
ある。このとき、酸化剤としては、空気を用いることが
できる。燃料電池としては、水素を燃料とし、空気中の
酸素を酸化剤とするものであればいずれのタイプでも適
するが常温で作動するものが好適で、大きな出力を有す
る必要はない。電池の電解液としては、リン酸、硫酸あ
るいは水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの水溶液
を用いるタイプが好適である。
体ガスを供給することによって被検体ガス中の水素の電
気化学的酸化反応による起電力変化を計測し、前記計測
結果に基づいて前記被検体ガスの水素濃度を算出するこ
とによって達成される。すなわち、燃料電池の起電力が
水素濃度によって異なるので、これを測定することによ
って、水素濃度を連続的に測定することができるもので
ある。このとき、酸化剤としては、空気を用いることが
できる。燃料電池としては、水素を燃料とし、空気中の
酸素を酸化剤とするものであればいずれのタイプでも適
するが常温で作動するものが好適で、大きな出力を有す
る必要はない。電池の電解液としては、リン酸、硫酸あ
るいは水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの水溶液
を用いるタイプが好適である。
例えば、リン酸水溶液のような酸性溶液を電解液として
用いたときには、以下のような起電反応が起こる。
用いたときには、以下のような起電反応が起こる。
アノード： ｆｉｚ ’ｄ ２１１” ＋ ２ｅ
−＝−−−−・−（１）カソード： ｙ２０２＋２Ｈ
”＋２８−ｄ １１．０ ・−−−−−＝ （２）
全 体：Ｈ，＋ｙ２０□ｐ ＨｚＯ−−−−−−−−
−−−（３）一方、水酸化カリウム水溶液のようなアル
カリ性水溶液を電解液として用いたときには、次のよう
になる。
−＝−−−−・−（１）カソード： ｙ２０２＋２Ｈ
”＋２８−ｄ １１．０ ・−−−−−＝ （２）
全 体：Ｈ，＋ｙ２０□ｐ ＨｚＯ−−−−−−−−
−−−（３）一方、水酸化カリウム水溶液のようなアル
カリ性水溶液を電解液として用いたときには、次のよう
になる。
アノード： Ｈｚ＋２０ｔｌ−＃ ２１（ｔＯ＋２ｅ−
−−＝−−−−−−−−−（４）カソード： ′ＡＯ，
＋ＨｚＯ＋ ２ｅ−’ｄ ２０Ｈ−・−−−−−−（５
）全 体：Ｈ２＋％Ｏ□ ＲＨｚＯ−・−・−・・−
一−−−・（６）いずれの性質の電解液を用いても、全
体の反応は水素と酸素が電気化学的に反応して、水を生
成するものである。このときの起電力は以下の式によっ
て表わされる。
−−＝−−−−−−−−−（４）カソード： ′ＡＯ，
＋ＨｚＯ＋ ２ｅ−’ｄ ２０Ｈ−・−−−−−−（５
）全 体：Ｈ２＋％Ｏ□ ＲＨｚＯ−・−・−・・−
一−−−・（６）いずれの性質の電解液を用いても、全
体の反応は水素と酸素が電気化学的に反応して、水を生
成するものである。このときの起電力は以下の式によっ
て表わされる。
ここで、Ｅｏは（３）及び（６）式の標準起電力であり
、２５°Ｃでは１．２３Ｖになる。ｎは電子数、Ｆはフ
ァラデ一定数、Ｒはリドベリ一定数、Ｔは絶対温度、ａ
は各物質の活量を表わす。ところで、水素及び酸素はガ
スであり、ここで生成するＨｚＯは常温では液体である
。したがって、（７）式はガス圧力を用いて、次式のよ
うに表わすことができる。
、２５°Ｃでは１．２３Ｖになる。ｎは電子数、Ｆはフ
ァラデ一定数、Ｒはリドベリ一定数、Ｔは絶対温度、ａ
は各物質の活量を表わす。ところで、水素及び酸素はガ
スであり、ここで生成するＨｚＯは常温では液体である
。したがって、（７）式はガス圧力を用いて、次式のよ
うに表わすことができる。
すなわち、水素の分圧、言い変えれば、水素濃度によっ
て、起電力が異なることを表わしている。
て、起電力が異なることを表わしている。
実際の燃料電池の起電力が水素濃度によってどのように
変化するかを、第１図に示す。電流を流さない状態、す
なわち開路電圧では、水素濃度が５０％になったとき、
約５０ｍＶの低下である。また、例えば、電流密度１０
抛＾／ｄで電流を流しているときには、その値は約１２
Ｏｎ＋Ｖの低下になる。電流を流している方がより大き
な変化となって表われるが、本発明ではどちらを用いて
も、特に問題はない。
変化するかを、第１図に示す。電流を流さない状態、す
なわち開路電圧では、水素濃度が５０％になったとき、
約５０ｍＶの低下である。また、例えば、電流密度１０
抛＾／ｄで電流を流しているときには、その値は約１２
Ｏｎ＋Ｖの低下になる。電流を流している方がより大き
な変化となって表われるが、本発明ではどちらを用いて
も、特に問題はない。
まず、本発明の系統図を第２図に示す。水素製造所から
の配管の一部を分岐して燃料電池に供給できるようにし
たものである。
の配管の一部を分岐して燃料電池に供給できるようにし
たものである。
本実施例では、水素製造所からの配管の水の水素濃度測
定を例にしたが、本発明はこの用途に限定されるもので
はない。水素濃度を測定する必要のある機器あるいはガ
ス配管などに任意に適用することができる。なお、第２
図において、１は水素製造所、２はその水素を消費する
水素消費機関、３は水素配管、４は分岐管、５は燃料電
池である。
定を例にしたが、本発明はこの用途に限定されるもので
はない。水素濃度を測定する必要のある機器あるいはガ
ス配管などに任意に適用することができる。なお、第２
図において、１は水素製造所、２はその水素を消費する
水素消費機関、３は水素配管、４は分岐管、５は燃料電
池である。
次に、第３図は本発明の燃料電池を用いた水素濃度測定
装置の構成要素を示したブロック図であって、被検体ガ
スを電気出力に変換する燃料電池５、燃料電池の起電力
を水素濃度に変換する起電力変換部６、及び変換された
水素濃度の表示部７からなる。
装置の構成要素を示したブロック図であって、被検体ガ
スを電気出力に変換する燃料電池５、燃料電池の起電力
を水素濃度に変換する起電力変換部６、及び変換された
水素濃度の表示部７からなる。
以下に、本発明の水素濃度測定方法の実施例について記
載する。
載する。
実施例（１）
水素濃度を測定するための燃料電池として、電極有効面
積４ ｃｌａのリン酸型燃料電池を用いた。リン酸の濃
度は８０％とし、アノード及びカソードともにカーボン
担体に微量の白金黒を付着させた触媒を用いた。前記カ
ーボン担体としては、多孔質カーボン板を用いた。この
燃料電池を従来から公知の方法によって組みたて、主水
素配管から分岐したガスをアノード側に供給する構造に
した。なお、カソード側は、カソードが直接空気にふれ
る構造にした。次にこの燃料電池に４Ωの固定抵抗を接
続して約５０ｍＡ／ｃＪの電流を流した。この状態で主
水素配管中の水素濃度をチッ素ガスにより５０゜７５、
１００％と変化させたところ、燃料電池の電圧が、０．
７４Ｖ、 ０．８２Ｖ、 ０．９０Ｖと直線的に変化シ
タ。
積４ ｃｌａのリン酸型燃料電池を用いた。リン酸の濃
度は８０％とし、アノード及びカソードともにカーボン
担体に微量の白金黒を付着させた触媒を用いた。前記カ
ーボン担体としては、多孔質カーボン板を用いた。この
燃料電池を従来から公知の方法によって組みたて、主水
素配管から分岐したガスをアノード側に供給する構造に
した。なお、カソード側は、カソードが直接空気にふれ
る構造にした。次にこの燃料電池に４Ωの固定抵抗を接
続して約５０ｍＡ／ｃＪの電流を流した。この状態で主
水素配管中の水素濃度をチッ素ガスにより５０゜７５、
１００％と変化させたところ、燃料電池の電圧が、０．
７４Ｖ、 ０．８２Ｖ、 ０．９０Ｖと直線的に変化シ
タ。
したがって、このことから水素濃度を測定することがで
きることがわかった。
きることがわかった。
実施例（２）
水素濃度を測定するための燃料電池として、実施例（１
）で述べたリン酸電解質に変えて、水酸化カリウム３０
％水溶液を用いた。その他は実施例（１）とまったく同
一条件にし、同様の試験をした。このとき水素濃度をチ
ッ素ガスにより５０．７５．１００％に変化させたとこ
ろ、燃料電池の電圧が、０．７８Ｖ。
）で述べたリン酸電解質に変えて、水酸化カリウム３０
％水溶液を用いた。その他は実施例（１）とまったく同
一条件にし、同様の試験をした。このとき水素濃度をチ
ッ素ガスにより５０．７５．１００％に変化させたとこ
ろ、燃料電池の電圧が、０．７８Ｖ。
０．８８Ｖ、 ０．９５Ｖと直線的に変化した。このこ
とからも、水素濃度を燃料電池の起電力変化として検出
することができることがわかった。
とからも、水素濃度を燃料電池の起電力変化として検出
することができることがわかった。
本発明によれば、上記したように高濃度の水素を連続的
にかつ容易に測定することができる。本発明で用いられ
る燃料電池は大きな出力を有する必要もないし、高電流
密度で発電する必要もない。
にかつ容易に測定することができる。本発明で用いられ
る燃料電池は大きな出力を有する必要もないし、高電流
密度で発電する必要もない。
したがって、長期間の連続使用にも充分にたえることが
できる。本発明によれば、主水素配管の任意の場所に水
素濃度計を設置することができるので、水素供給ネット
ワークによる配管中の水素濃度を容易に連続的にチエツ
クすることができる。
できる。本発明によれば、主水素配管の任意の場所に水
素濃度計を設置することができるので、水素供給ネット
ワークによる配管中の水素濃度を容易に連続的にチエツ
クすることができる。
第１図は本発明の原理を示す水素濃度と燃料電池の起電
力を示す図、第２図は本発明の基本的構成を示す系統図
、第３図は本発明の水素濃度測定装置の構成要件を示し
たブロック図である。 １・・・水素製造所、２・・・水素消費機関、３・・・
水素配管、４．・・・分岐管、５・・・燃料電池、６・
・・起電力変換部、７・・・水素濃度表示部。 水素濃度（’／、） 第２図 第３図 被検体ガス １水素製造所 ５熱料電池 ２水素消費機関 ６起電力変換部 ３水素配管 ７水素濃度表示部４分岐管
力を示す図、第２図は本発明の基本的構成を示す系統図
、第３図は本発明の水素濃度測定装置の構成要件を示し
たブロック図である。 １・・・水素製造所、２・・・水素消費機関、３・・・
水素配管、４．・・・分岐管、５・・・燃料電池、６・
・・起電力変換部、７・・・水素濃度表示部。 水素濃度（’／、） 第２図 第３図 被検体ガス １水素製造所 ５熱料電池 ２水素消費機関 ６起電力変換部 ３水素配管 ７水素濃度表示部４分岐管
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、燃料電池に被検体ガスを供給することによって、被
検体ガス中の水素の電気化学的酸化反応による起電力変
化を計測し、前記計測結果に基づいて前記被検体ガス中
の水素濃度を算出することを特徴とする燃料電池を用い
た水素濃度測定方法。 ２、燃料電池と、燃料電池への被検体ガスの供給手段と
、燃料電池における前記供給手段によって供給された被
検体ガス中の水素の電気化学的酸化反応による起電力変
化を計測する手段と、前記計測手段による計測結果に基
づいて水素濃度を算出し、これを表示する手段を具備し
たことを特徴とする水素濃度測定装置。 ３、燃料電池が、燃料として水素を、酸化剤として空気
または酸素を用いるものであることを特徴とする請求項
２項記載の水素濃度測定装置。 ４、供給手段が、被検体ガスの一部を供給する手段であ
ることを特徴とする請求項２項記載の水素濃度測定装置
。 ５、燃料電池が、水素を燃料とし、電解質がリン酸水溶
液、硫酸水溶液およびアルカリ水溶液のいずれかからな
り、常温あるいは常温付近で運転することができるもの
であることを特徴とする請求項２項記載の水素濃度測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63045757A JPH01221655A (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | 燃料電池を用いた水素濃度測定方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63045757A JPH01221655A (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | 燃料電池を用いた水素濃度測定方法及び測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01221655A true JPH01221655A (ja) | 1989-09-05 |
Family
ID=12728166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63045757A Pending JPH01221655A (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | 燃料電池を用いた水素濃度測定方法及び測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01221655A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000275209A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Yamari Sangyo Kk | 水素センサ |
| JP2006098393A (ja) * | 2004-08-16 | 2006-04-13 | General Electric Co <Ge> | 圧力変動の影響の受けにくい拡散制限型ガス・センサ用の積層隔膜 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5317783A (en) * | 1976-07-31 | 1978-02-18 | Agency Of Ind Science & Technol | Measuring apparatus of hydrogen and oxygen partial pressures |
| JPS607358A (ja) * | 1983-06-27 | 1985-01-16 | Yazaki Corp | 常温作動型ガスセンサ− |
-
1988
- 1988-03-01 JP JP63045757A patent/JPH01221655A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5317783A (en) * | 1976-07-31 | 1978-02-18 | Agency Of Ind Science & Technol | Measuring apparatus of hydrogen and oxygen partial pressures |
| JPS607358A (ja) * | 1983-06-27 | 1985-01-16 | Yazaki Corp | 常温作動型ガスセンサ− |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000275209A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Yamari Sangyo Kk | 水素センサ |
| JP2006098393A (ja) * | 2004-08-16 | 2006-04-13 | General Electric Co <Ge> | 圧力変動の影響の受けにくい拡散制限型ガス・センサ用の積層隔膜 |
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