JP4571002B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃料電池車両に搭載される接触燃焼式水素センサ等のガスセンサに関する。

従来、例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極とで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、燃料極に燃料として水素が供給され、酸素極に酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
このような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池において、従来、例えば燃料電池の酸素極側の排出系に水素検出器（ガスセンサ）を備え、この水素検出器によって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、水素検出器としては、例えば白金等の触媒からなるガス検出素子と温度補償素子とを一対備え、水素が白金等の触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によってガス検出素子が相対的に高温の状態になったときに、例えば雰囲気温度下等の相対的に低温の状態の温度補償素子との間に生じる電気抵抗の差異に応じて、水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式の水素検出器が知られている。
特開平６−２２３８５０号公報

ところで、上述したような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池においては、固体高分子電解質膜のイオン導電性を保つために、燃料電池に供給される反応ガス（例えば、水素や空気）には加湿装置等によって水（加湿水）が混合されており、さらに、燃料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生成されるため、燃料電池の排出ガス、特に酸素極側の排出ガスは高湿潤のガスとなっている。
このため、上記従来技術の一例に係る燃料電池の保護装置においては、燃料電池から排出される高湿潤のオフガスによって、オフガスの流路内に配置された水素検出器等に結露が発生する場合があり、この場合には、水素検出器の劣化や破損等が生じる虞がある。特に、上述した固体高分子膜型燃料電池では、通常作動温度が水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量が多いガスとなって排出されるため、オフガス中の水分が結露しやすいという問題がある。そして、前述のガス接触燃焼式の水素検出器を、特に燃料電池の酸素極側の排出系に備える場合等において、ガス検出素子に加湿水、反応生成水等が付着した状態で通電を行うと、素子表面に局所的な温度分布の不均一が発生し、素子破壊や感度低下が生じる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガスセンサの破損、劣化、検出精度の低下を防止することが可能なガスセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のガスセンサは、検査対象ガスが導入されるガス検出室（例えば、後述する実施の形態でのガス検出室２７）内に配置された検出素子（例えば、後述する実施の形態での検出素子３１）の電気抵抗値に基づき前記検査対象ガスに含まれる被検出ガスのガス濃度を検出するガスセンサであって、前記ガス検出室の内面の少なくとも１面を覆うヒータ（例えば、後述する実施の形態での第２ヒータ３６ｂ）と、前記ガス検出室内の前記検出素子に対して、前記被検出ガスが導入される導入部（例えば、後述する実施の形態でのガス導入部２９）の位置と反対側の位置に配置され、可逆的に水を吸着および脱着可能な除湿材（例えば、後述する実施の形態での第１除湿材３８ａ）とを備えることを特徴としている。

上記構成のガスセンサによれば、例えば相対湿度が高い検査対象ガス等によってガス検出室内に水分が侵入した場合であっても、ガス検出室の内面、特に内壁面の少なくとも１面を覆うヒータによりガス検出室内の相対湿度を低下させることができる。
しかも、相対的に結露が発生し易く、発生した結露が相対的に停滞し易い、検出素子の裏側の位置、つまり検出素子に対して、被検出ガスが導入される導入部の位置と反対側の位置に除湿材を配置することにより、生成された結露水を吸着することができ、被検出ガスのガス濃度の検出精度が低下してしまったり、例えば検出素子の表面に水が付着した状態で通電されることによって、素子破損や劣化が生じてしまうことを防止することができる。

さらに、前記ヒータとして、前記ガス検出室の内壁面を覆う筒状ヒータ（例えば、後述する実施の形態での第２ヒータ３６ｂ）と、環状ヒータ（例えば、後述する実施の形態での第１ヒータ３６ａ）とを備え、前記筒状ヒータおよび前記環状ヒータを、前記筒状ヒータと前記環状ヒータとにより、前記除湿材を両側から挟み込むように配置することを特徴としている。

上記構成のガスセンサによれば、相対的に結露が発生し易く、発生した結露が相対的に停滞し易い位置に配置された除湿材に対して、所望の吸着可能な水の量を確保することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサは、前記ガス検出室内の前記検出素子と前記導入部との間に、可逆的に水を吸着および脱着可能な第２除湿材（例えば、後述する実施の形態での第２除湿材３８ｂ）を備えることを特徴としている。

上記構成のガスセンサによれば、検出素子の表面が曝される雰囲気ガスの相対湿度を低下させることができ、検出素子の表面上にて結露が生じることを防止することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサは、前記除湿材および前記第２除湿材を、前記除湿材と前記第２除湿材とにより、前記ヒータを両側から挟み込むように配置することを特徴としている。

上記構成のガスセンサによれば、ヒータにより除湿材および第２除湿材を加熱し、乾燥（つまり放湿）させることができ、除湿材および第２除湿材に対して所望の吸着可能な水の量を確保することができる。

請求項１に記載の本発明のガスセンサによれば、ガス検出室内に水分が侵入した場合であっても、ガス検出室の内面、特に内壁面の少なくとも１面を覆うヒータによりガス検出室内の相対湿度を低下させることができる。
しかも、相対的に結露が発生し易く、発生した結露が相対的に停滞し易い、検出素子の裏側の位置つまり検出素子に対して、被検出ガスが導入される導入部の位置と反対側の位置に除湿材を配置することにより、生成された結露水を吸着することができ、被検出ガスのガス濃度の検出精度が低下してしまったり、例えば検出素子の表面に水が付着した状態で通電されることによって、素子破損や劣化が生じてしまうことを防止することができる。
さらに、相対的に結露が発生し易く、発生した結露が相対的に停滞し易い位置に配置された除湿材に対して、所望の吸着可能な水の量を確保することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサによれば、検出素子の表面が曝される雰囲気ガスの相対湿度を低下させることができ、検出素子の表面上にて結露が生じることを防止することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサによれば、ヒータにより除湿材および第２除湿材を加熱し、乾燥（つまり放湿）させることができ、除湿材および第２除湿材に対して所望の吸着可能な水の量を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るガスセンサについて添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係るガスセンサ１は、例えば水素を検出する水素センサをなし、例えば図１に示すように、制御装置２と、記憶装置３と、警報装置４と、車両の動力源とされる燃料電池５と、燃料電池５に接続されて反応ガスを供給する各配管６，７，８，９とを備える燃料電池システム１０において、酸素極側の出口側配管９の重力方向上側に設けられ、この出口側配管９から水素が排出されていないことを確認するためのものである。

制御装置２は、酸素極側の出口側配管９に取り付けられたガスセンサ１に接続され、例えば、ガスセンサ１から出力される検出信号と、記憶装置３に格納されている所定の判定閾値との比較結果に応じて、燃料電池５の異常状態が発生しているか否かを判定し、異常状態であると判定した際には、警報装置４によって警報等を出力する。ここで、記憶装置３は、燃料電池５の作動状態、例えば極間差圧や作動圧力等に応じた、ガスセンサ１の検出値に対する所定の判定閾値のマップ等を記憶している。

燃料電池５は、例えば電気自動車等の動力源として車両に搭載されており、例えば陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されている。
燃料極に入口側配管６から供給された水素などの燃料ガスにより、燃料極の触媒電極上で水素がイオン化され、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動する、その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が入口側配管７を介して供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、燃料極側、酸素極側共に出口側配管８、９から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。
ここで、ガスセンサ１が酸素極側の出口側配管９の重力方向上側に取り付けられることで、酸素極側のオフガス中に含まれる水分が冷却され、結露が発生した場合であっても、この水分が重力方向下側に排出されるようになっている。

例えば図２から図４に示すように、ガスセンサ１は水平方向に伸びる出口側配管９の長手方向、つまり水平方向に沿って長い直方形状のケース２１を備えている。ケース２１は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部２２を備えている。フランジ部２２にはカラー２３が取り付けられており、例えば図３に示すように、このカラー２３内にボルト２４が挿入されることで、フランジ部２２は酸素極側の出口側配管９に設けられた取付座２５に締め付け固定されるようになっている。
また、例えば図３および図４に示すように、ケース２１の厚さ方向の端面には筒状部２６が形成されている。この筒状部２６は、例えば有底の円筒状の筒状部基端部２６ａと、円筒状の筒状部先端部２６ｂとが、ガスセンサ１の厚さ方向に沿って互いに同軸に接続されて構成され、この筒状部２６の内部はガス検出室２７として形成され、筒状部２６の内部側面には、内側に向かってフランジ部２８が形成され、フランジ部２８の内周部分がガス導入部２９として開口形成されている。
なお、筒状部２６の外周面にシール材３５が取り付けられ、このシール材３５が出口側配管９の貫通孔９ａの内周壁に密接して気密性を確保している。

ケース２１内には樹脂で封止された回路基板３０が設けられ、ガス検出室２７内に配置された検出素子３１および温度補償素子３２は、回路基板３０に接続された複数、例えば４個の通電用のステー３３およびリード線３３ａにより回路基板３０に接続されている。
このガス検出室２７内には、検出素子３１および温度補償素子３２と共に、筒状部基端部２６ａのベース部３４と、第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂと、ガス検出室２７内の温度および湿度等を検出するセンサ３７と、第１除湿材３８ａおよび第２除湿材３８ｂと、構造体３９と、焼結フィルタ４０と、撥水フィルタ４１とが配置されている。
そして、４個の通電用のステー３３は、ガス検出室２７の底面２７Ａ上からガスセンサ１の厚さ方向に沿って基端部から先端部に向かい順次配置された、略円板状のベース部３４と、略円板状の第１除湿材３８ａと、略円板状の構造体３９とを貫通した状態で、例えばベース部３４により固定されている。
なお、ステー３３の表面上には、腐食防止用の適宜の被覆が設けられている。

そして、例えばポリフェニレンサルファイドまたはフェノール樹脂等からなる略円板状の構造体３９の先端部には基端部に向かい一段凹んだ凹部３９ａが形成されており、ベース部３４および第１除湿材３８ａおよび構造体３９を貫通して凹部３９ａ内に露出する４個の通電用のステー３３の露出部全体を覆うようにして、略円環板状のステーカバー３３ｂが配置されている。
そして、各素子３１，３２は、構造体３９の凹部３９ａとステーカバー３３ｂとにより形成されてガス検出室２７に連通する空間内において、各ステー３３に接続されたリード線３３ａにより、例えばベース部３４からガスセンサ１の厚さ方向に所定距離だけ離間した位置において、所定間隔を隔てて対をなすようにして配置されている。

そして、例えば図４に示すように、ガス検出室２７の内面の少なくとも１面を覆うヒータとして、例えば略円環板状のセラミックヒータからなる第１ヒータ３６ａはガス検出室２７Ａの底面２７Ａ上に配置され、この第１ヒータ３６ａの内周部が、ガス検出室２７Ａの底面２７Ａ上に配置された略円板状のベース部３４の外周部に対向配置されるように設定されている。
また、ガス検出室２７の内面の少なくとも１面を覆うヒータとして、例えば略円筒状のセラミックヒータからなる第２ヒータ３６ｂはガス検出室２７の内壁面２７Ｂ上に配置され、第２ヒータ３６ｂの外周面がガス検出室２７の内壁面２７Ｂ上を覆うように設定されている。そして、第２ヒータ３６ｂの内周部は構造体３９およびステーカバー３３ｂの外周部に対向配置されている。

また、第１ヒータ３６ａの一方の表面はガス検出室２７Ａの底面２７Ａに当接しており、さらに、第１ヒータ３６ａの他方の表面と、第２ヒータ３６ｂの一方の端面とにより、ガスセンサ１の厚さ方向の両側から挟み込まれるようにして、第１除湿材３８ａが配置されている。また、第２ヒータ３６ｂの他方の端面に当接するようにして略円環板状の第２除湿材３８ｂが配置されている。
各ヒータ３６ａ，３６ｂは、例えば導電性のセラミックス自体を発熱体とするセラミックヒータ、あるいは、例えば非導電性のセラミックスに導電性の金属の抵抗体を備えたセラミックヒータ等であって、互いに並列に接続された回路基板３０によって通電されることでガス検出室２７内および各素子３１，３２および各除湿材３８ａ，３８ｂを加熱するように設定され、例えば各除湿材３８ａ，３８ｂに対しては、第１ヒータ３６ａは第１除湿材３８ａを加熱し、は第１除湿材３８ａおよび第２除湿材３８ｂを加熱する。

そして、第２ヒータ３６ｂの他方の端面とガス導入部２９との間には、ガスセンサ１の厚さ方向に沿って基端部から先端部に向かい順次、略円環板状の第２除湿材３８ｂと、略円板状の焼結フィルタ４０と、ガス導入部２９を覆う撥水フィルタ４１とが配置されている。
各除湿材３８ａ，３８ｂは、例えばシリカゲル、ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、吸水ポリマー、酸化ジルコニウム等のように雰囲気ガスの湿度状態に応じて物理的に水を吸着する吸着材からなり、水を吸着した除湿材３８ａ，３８ｂは各ヒータ３６ａ，３６ｂ等により加熱されることで吸着した水を脱着して除湿材３８ａ，３８ｂの雰囲気ガス中に蒸発させることが可能であり、吸着および脱着の可逆性を有する吸着材とされている。
また、焼結フィルタ４０および撥水フィルタ４１は検査対象ガスを透過可能であって、出口側配管９内を流通するオフガスは、少なくとも焼結フィルタ４０および撥水フィルタ４１を透過してガス検出室２７内に流通するようになっている。

なお、検出素子３１は周知の素子であって、例えば図５に示すように、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイル３１ａの表面が、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒３１ｂを坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
温度補償素子３２は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子３１と同等のコイル３２ａの表面がアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
そして、被検出ガスである水素が検出素子３１の触媒３１ｂに接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子３１と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子３１よりも低温の温度補償素子３２との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素濃度を検出することができるようになっている。

例えば図５に示すように、検出素子３１（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子３２（抵抗値Ｒ３）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗４１（抵抗値Ｒ１）及び固定抵抗４２（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺とが、外部の電源４３から供給される電圧に基づいて所定の基準電圧を印加する基準電圧発生回路４４に対して並列に接続されてなるブリッジ回路において、検出素子３１と温度補償素子３２同志の接続点ＰＳと、固定抵抗４１，４２同志の接続点ＰＲとの間に、これらの接続点ＰＳ，ＰＲ間の電圧を検出する検出回路４５が接続されており、さらに、検出回路４５には出力回路４６が接続されている。

ここで、ガス検出室２７内に導入された検査対象ガス中に被検出ガスである水素が存在しないときには、ブリッジ回路はバランスしてＲ１×Ｒ４＝Ｒ２×Ｒ３の状態にあり、検出回路４５の出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子３１の触媒３１ｂにおいて水素が燃焼し、コイル３１ａの温度が上昇し、抵抗値Ｒ４が増大する。これに対して温度補償素子３２においては水素は燃焼せず、抵抗値Ｒ３は変化しない。これにより、ブリッジ回路の平衡が破れて検出回路４５に、水素濃度の増大変化に応じて増大傾向に変化する適宜の電圧が印加される。この検出回路４５から出力される電圧の検出値は出力回路４６へ出力され、出力回路４６は入力された検出値を制御装置２へ出力する。そして、制御装置２においては、この電圧の検出値の変化に応じて予め設定された水素濃度のマップ等に基づいて、水素濃度が算出される。

また、基準電圧発生回路４４が接続された外部の電源４３には、第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂに適宜の電圧を印加するヒータ電圧発生回路４７が接続され、第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂは互いに並列にヒータ電圧発生回路４７に接続されている。

制御装置２は、ガス検出室２７内のセンサ３７および各ヒータ３６ａ，３６ｂに接続され、例えばセンサ３７から出力されるガス検出室２７内の雰囲気ガスの温度状態や湿度状態、燃料電池５の負荷状態や運転状態等に応じて、各素子３１，３２および各ヒータ３６ａ，３６ｂの作動状態、例えば通電開始および通電停止の各タイミングや通電量等を制御する。このとき、制御装置２は、例えば各ヒータ３６ａ，３６ｂへ通電する電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によって各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電量を制御する。
例えば、制御装置２は、センサ３７の検出温度に基づいて各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電を制御し、センサ３７から検出されるガス検出室２７内の温度が、少なくとも露点温度よりも高い所定温度範囲の温度となるように、また、センサ３７から検出されるガス検出室２７内の相対湿度が、例えば所定湿度範囲の相対湿度や、例えば予め作成されたガス検出室２７内の温度状態に応じた相対湿度のマップ等から得られる相対湿度の検索値等となるように、各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電開始および通電停止のタイミングや通電量を制御する。

さらに、制御装置２は、センサ３７により検出されるガス検出室２７内の温度状態に加えて、例えば燃料電池５の運転状態（つまり、燃料電池５の作動開始や作動停止を含む作動状態）や、例えば燃料電池５の運転時における負荷状態、例えば燃料電池５に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えば出力電流センサ（図示略）により検出される燃料電池５の出力電流の電流値や、例えば流量センサ（図示略）等により検出されるエアーコンプレッサ（図示略）から燃料電池５へ供給される空気の流量の検出値等に基づき算出される燃料電池５の発電状態に応じて各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電量を制御する。
例えば、制御装置２は、燃料電池５の負荷状態が高負荷状態に変化する場合等において、酸素極側の出口側配管９内を流通するオフガスの流量が増大してオフガスに曝されるガスセンサ１のガス検出室２７内の温度が低下したり、例えば燃料電池５にて生成されオフガスに含まれる生成水の量が増大してガス検出室２７内の相対湿度が増大する虞がある場合には、各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電量を増大させてガス検出室２７内の温度を上昇させることでガス検出室２７内に結露が発生することを防止する。一方、燃料電池５の負荷状態が低負荷状態に変化する場合等においては、制御装置２は、各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電量を低下させて過剰なエネルギ消費を抑制する。

また、制御装置２は、燃料電池５の作動停止時等において、例えば各出口側配管８，９内を流通するオフガスの流量が増大させられて燃料電池システム内に残留する水が外部に排出されるパージ処理が実行される場合には、各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電量を増大させ、ガス検出室２７内の温度を一時的に上昇させることでガス検出室２７内の雰囲気ガスの飽和水蒸気量を増大させ、ガス検出室２７内に結露が発生することを防止する。
また、制御装置２は、燃料電池５の作動開始時において、酸素極側の出口側配管９内におけるオフガスの流通開始に先立って、ガスセンサ１の各素子３１，３２と、各ヒータ３６ａ，３６ｂとに対する通電を開始し、燃料電池５の作動停止時において、酸素極側の出口側配管９内におけるオフガスの流通を停止した後に、ガスセンサ１の各素子３１，３２と、各ヒータ３６ａ，３６ｂとに対する通電を停止する。

次に、上述した実施の形態のガスセンサ１の作用について説明する。
ガス検出室２７内に配置された各除湿材３８ａ，３８ｂは、ガス検出室２７内の雰囲気ガスの湿度状態に応じて水の吸着または脱着を行う。
例えば、ガスセンサ１の作動時において各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電が実行されている際には、ガス検出室２７内の温度が相対的に高くなることに伴い、ガス検出室２７内の相対湿度が低下し、各除湿材３８ａ，３８ｂは水が脱着した状態、つまり吸着可能な水の量が増大した状態となる。
そして、燃料電池５の作動停止に伴い、酸素極側の出口側配管９内におけるオフガスの流通が停止された後に各ヒータ３６ａ，３６ｂへの通電が停止されると、ガス検出室２７内の温度が低下することに伴い、ガス検出室２７内の相対湿度が増大する。このとき各除湿材３８ａ，３８ｂは吸着可能な水の量に応じて、ガス検出室２７内の雰囲気ガス中の水蒸気を含む水を吸着する。これにより、ガス検出室２７内において結露が発生すること、つまりガス検出室２７内の相対湿度が１００％に到達したり、ガス検出室２７内の温度が露点温度以下に低下することを防止することができると共に、たとえばガス検出室２７内において局所的に温度が露点温度以下に低下して結露が発生した場合であっても、生成された結露水を各除湿材３８ａ，３８ｂにて吸着することができる。

特に、ガス検出室２７内において、相対的に結露が発生し易く、発生した結露が相対的に停滞し易い重力方向上方の領域と、各素子３１，３２との間の位置、つまりガス検出室２７内の各素子３１，３２に対して、オフガスが導入されるガス導入部２９の位置と反対側の位置に配置された第１除湿材３８ａは、第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂにより加熱されることで乾燥（つまり放湿）させられ、所望の吸着可能な水の量を確保することができ、例えば各素子３１，３２の鉛直方向上部等での結露の発生を抑制することができる。
また、ガス検出室２７内の各素子３１，３２とガス導入部２９との間において第２ヒータ３６ｂが配置される位置よりもガス導入部２９側にずれた位置に配置された第２除湿材３８ｂは、各素子３１、３２の表面が曝される雰囲気ガスの相対湿度を低下させることができ、各素子３１、３２の表面上にて結露が生じることを防止することができる。
また、ガス検出室２７の内壁面２７Ｂ上を覆うようにして第２ヒータ３６ｂが配置されることによって、ガス検出室２７内において相対的に熱伝導率が高い金属等により形成されることによって結露が発生しやすい筒状部２６近傍の内壁面２７Ｂ上において、結露の発生を抑制することができる。

上述したように、本実施の形態によるガスセンサ１によれば、ガス検出室２７内の雰囲気ガスの温度状態や湿度状態、さらに各素子３１，３２の表面の温度状態を変更可能な各ヒータ３６ａ，３６ｂの作動が停止されることに伴って雰囲気ガスや各素子３１，３２の表面の温度が低下する場合であっても、各除湿材３８ａ，３８ｂによってガス検出室２７内の雰囲気ガス中の水蒸気を含む水を吸着することができ、ガス検出室２７内の雰囲気ガスの相対湿度を低下させ、ガス検出室２７内の雰囲気ガスや各素子３１，３２の表面の温度が露点温度以下に低下してしまうことを抑制し、ガス検出室２７内にて結露が発生することを抑制することができる。
また、例えば各ヒータ３６ａ，３６ｂの作動停止による局所的な温度低下等に伴って結露が発生する場合であっても、発生した結露水を各除湿材３８ａ，３８ｂにて吸着することができ、次回の作動開始時にガスセンサ１に結露が発生している状態となることを防止することができると共に、次回の作動開始に備えてガス検出室２７内の相対湿度を予め低下させておくことができる。

また、例えば相対湿度が高いオフガス等によってガス検出室２７内に水分が侵入した場合であっても、ガス検出室２７の内壁面２７Ｂを覆う第２ヒータ３６ｂによりガス検出室２７内の相対湿度を低下させることができる。
しかも、相対的に結露が発生し易く、発生した結露が相対的に停滞し易い、各素子３１，３２の裏側の位置、つまり各素子３１，３２に対して、オフガスが導入されるガス導入部２９の位置と反対側の位置に第１除湿材２８ａを配置することにより、生成された結露水を吸着することができ、被検出ガスである水素のガス濃度の検出精度が低下してしまったり、例えば各素子３１，３２の表面に水が付着した状態で通電されることによって、素子破損や劣化が生じてしまうことを防止することができる。

しかも、各素子３１，３２および各抵抗４１，４２からなる検出部と、各ヒータ３６ａ，３６ｂとに対して、共通の電源４３によって電力を供給することにより、回路系の構成を簡略化することができる。

なお、上述した実施の形態において、ガスセンサ１を水素センサとしたが、これに限定されず、その他のガス、例えば一酸化炭素やメタン等の可燃性ガスを検出するガスセンサであってもよい。
また、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１を接触燃焼式のセンサとしたが、これに限定されず、例えば半導体式等の他の方式によるセンサであってもよい。
また、上述した実施の形態においては、各素子３１，３２を接続してなる回路をブリッジ回路としたが、これに限定されず、例えば直列回路等のその他の回路であってもよく、検出素子３１の抵抗値Ｒ４に関連した状態量として、所定接点間の電圧や電流の検出値が制御装置２へ出力されてもよい。

本発明の一実施形態に係るガスセンサを備える燃料電池システムの要部構成図である。 図１に示すガスセンサの断面図である。 図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。 図３に示すガス検出室内の詳細断面図である。 図１に示すガスセンサの回路図である。

符号の説明

１ ガスセンサ
２７ ガス検出室
２９ ガス導入部（導入部）
３１ 検出素子
３６ａ 第１ヒータ（環状ヒータ）
３６ｂ 第２ヒータ（ヒータ、筒状ヒータ）
３８ａ 第１除湿材（除湿材）
３８ｂ 第２除湿材（第２除湿材）

Claims (3)

1. 検査対象ガスが導入されるガス検出室内に配置された検出素子の電気抵抗値に基づき前記検査対象ガスに含まれる被検出ガスのガス濃度を検出するガスセンサであって、
   前記ガス検出室の内面の少なくとも１面を覆うヒータと、
   前記ガス検出室内の前記検出素子に対して、前記被検出ガスが導入される導入部の位置と反対側の位置に配置され、可逆的に水を吸着および脱着可能な除湿材と
   を備え、
   前記ヒータとして、前記ガス検出室の内壁面を覆う筒状ヒータと、環状ヒータとを備え、
   前記筒状ヒータおよび前記環状ヒータを、前記筒状ヒータと前記環状ヒータとにより、前記除湿材を両側から挟み込むように配置することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記ガス検出室内の前記検出素子と前記導入部との間に、可逆的に水を吸着および脱着可能な第２除湿材を備えることを特徴する請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記除湿材および前記第２除湿材を、前記除湿材と前記第２除湿材とにより、前記ヒータを両側から挟み込むように配置することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。

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