(57)【要約】【課題】接触燃焼式ガスセンサによる被検出ガスの検出を阻害する阻害ガスの影響を抑制する。【解決手段】ガス接触燃焼式の水素センサ１５をルーフ１１の内面に設けられた取付座１６に締め付け固定した。水素センサ１５のケース１９の下面に筒状部２２を形成し、この内部を、検出素子２９と温度補償素子３０とを備えるガス検出室２４とし、筒状部２２の内側部分をガス導入部２５として開口形成した。ガス導入部２５に、車室内の雰囲気ガスを透過可能なフィルタ３１を設け、フィルタ３１には、水素センサ１５による水素の検出を阻害する阻害ガス、例えば一酸化炭素等を選択的に酸化する選択酸化触媒３２を坦持させた。フィルタ３１を透過してガス検出室２４内に流入する車室内の雰囲気ガスに含まれる一酸化炭素は、選択酸化触媒３２で酸化されて二酸化炭素となる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象ガスが導入されるガス検出室内に検出素子と補償素子を備え、前記検出素子の触媒に接触する被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の抵抗値と前記補償素子の抵抗値との差に基づいてガス濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサであって、
少なくとも前記ガス検出室内に導入される前記検査対象ガスに含まれる前記被検出ガスを、透過させるフィルタを備え、
前記フィルタに前記被検出ガス以外の阻害ガスを選択的に酸化する選択酸化触媒を坦持することを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項２】
前記フィルタは電熱材からなり、加熱することによって前記選択酸化触媒の温度を適宜に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池システムに具備される水素センサ等の接触燃焼式ガスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスセンサとしては、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、水素等の被検出ガス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センサが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなガス接触燃焼式の水素センサにおいて、検出素子の触媒は、水素ガスに限らず、例えば一酸化炭素やアルコール等が接触した場合であっても、酸化反応により熱を発生させる場合がある。
このため、例えばガス接触燃焼式の水素センサを車室内に配置した場合には、喫煙により発生する一酸化炭素や、車両の排ガス中に含まれる一酸化炭素等によって、水素センサから誤った検出信号が出力され、水素濃度が誤検知される虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、接触燃焼式ガスセンサによる被検出ガスの検出を阻害する阻害ガスの影響を抑制することが可能な接触燃焼式ガスセンサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
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に記載の本発明の接触燃焼式ガスセンサは、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２４）内に検出素子（例えば、後述する実施の形態での検出素子２９）と補償素子（例えば、後述する実施の形態での温度補償素子３０）を備え、前記検出素子の触媒に接触する被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の抵抗値と前記補償素子の抵抗値との差に基づいてガス濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサであって、少なくとも前記ガス検出室内に導入される前記検査対象ガスに含まれる前記被検出ガスを、透過させるフィルタ（例えば、後述する実施の形態でのフィルタ３１）を備え、前記フィルタに前記被検出ガス以外の阻害ガスを選択的に酸化する選択酸化触媒（例えば、後述する実施の形態での選択酸化触媒３２）を坦持することを特徴としている。
【０００５】
上記構成の接触燃焼式ガスセンサによれば、ガス検出室に導入される検査対象ガスは、フィルタを透過する過程において、フィルタに坦持された選択酸化触媒に接触し、被検出ガス以外の阻害ガスが酸化された状態で検出素子に到達するため、接触燃焼式ガスセンサの被検出ガスに対する検出精度を向上させることができる。
【０００６】
さらに、請求項２に記載の本発明の接触燃焼式ガスセンサでは、前記フィルタは電熱材からなり、加熱することによって前記選択酸化触媒の温度を適宜に変更可能であることを特徴としている。
【０００７】
上記構成の接触燃焼式ガスセンサによれば、フィルタから発熱させ、フィルタに坦持された選択酸化触媒の温度を、例えば所望の活性温度範囲等に調整することができる。これにより、阻害ガスの除去能力を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る接触燃焼式ガスセンサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る接触燃焼式ガスセンサは、図１に示すように、例えば、動力源として燃料電池１０ａを搭載する燃料電池車両等の車両１０の車室内に配置されたガス接触燃焼式の水素センサ１５をなし、車室内の雰囲気中に水素が存在しないことを検知できるようになっている。
【０００９】
例えば図２に示すように、水素センサ１５は車両のルーフ１１の前後方向等に沿って長い直方形状のケース１９を備えている。ケース１９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２０を備えている。フランジ部２０にはカラー１７を取り付けてあり、例えば図３に示すように、このカラー１７内にボルト２１を挿入して、前記ルーフ１１の内面上に設けられた取付座１６に締め付け固定されるようになっている。
【００１０】
例えば図３に示すように、ケース１９の下面には筒状部２２が形成され、筒状部２２の内部はガス検出室２４として形成され、筒状部２２の端部がガス導入部２５として開口形成されている。そして、この筒状部２２の内部にガス検出室２４内の雰囲気温度を検出可能な温度センサ２８と、検出素子２９と温度補償素子３０とが配置されている。また、ケース１９内には図示しない回路基板が設けられ、この回路基板に温度センサ２８と検出素子２９と温度補償素子３０が接続されている。
検出素子２９は周知の素子であって、例えば図４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２９ａの表面を、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２９ｂ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３０は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子２９と同等のコイル３０ａを備えて構成されている。
そして、被検出ガスである水素が検出素子２９の触媒２９ｂ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２９と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず雰囲気温度下の温度補償素子３０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。
【００１１】
例えば図４に示すように、検出素子２９（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子３０（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、電源４３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２９と温度補償素子３０同志の接続点ＰＳと、固定抵抗４１，４２同志の接続点ＰＲとの間に電圧計４４が接続されている。
ここで、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、電圧計４４の出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子２９の触媒２９ｂにおいて水素が燃焼し、コイル２９ａ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３０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電圧計４４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。この電圧計４４から出力される電圧の検出値は、例えば後述する制御装置２へ入力され、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。
【００１２】
ここで、筒状部２２が開口形成されたガス導入部２５には、車室内の雰囲気ガスを透過可能なフィルタ３１が設けられており、さらに、このフィルタ３１には、水素センサ１５による水素の検出を阻害する阻害ガス、例えば一酸化炭素等を選択的に酸化する選択酸化触媒３２が坦持されている。
この選択酸化触媒３２は、例えば一酸化炭素に対する触媒金属として、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ等の貴金属、あるいは、これらの貴金属の適宜の組み合わせによる合金等からなり、選択酸化触媒３２の活性温度範囲が適宜に調整されている。
すなわち、車室内の雰囲気ガスは、水素センサ１５のフィルタ３１を透過してガス検出室２４内に流入する際に選択酸化触媒３２に接触する。ここで、雰囲気ガス内に一酸化炭素が含まれていると、この一酸化炭素が選択酸化触媒３２で酸化されて二酸化炭素となってガス検出室２４内に流入する。
【００１３】
上述したように、本実施の形態による接触燃焼式ガスセンサによれば、ガス接触燃焼式の水素センサ１５が、水素以外の阻害ガス、例えば一酸化炭素等に対して適宜の感度を有する場合であっても、車室内の雰囲気ガスがガス検出室２４内に流入する際に、この雰囲気ガス中に含まれる一酸化炭素等の阻害ガスは酸化され、水素センサ１５に対して影響のないガスとされることから、雰囲気ガス中に含まれる水素に対する水素センサ１５の検出精度を向上させることができる
【００１４】
なお、上述した本実施の形態において、水素センサ１５は、車室内に限らず、その他の位置、例えば、燃料電池車両に搭載された燃料電池の酸素極側から排出されるオフガスの流路とされるカソードオフガス流通配管等に設けられてもよい。
【００１５】
なお、上述した本実施の形態においては、フィルタ３１を電熱材により形成し、電源（図示略）からの加熱によってフィルタ３１の温度を適宜に変更可能としてもよい。これにより、フィルタ３１に坦持された選択酸化触媒３２の温度を、例えば活性温度範囲等の所定温度（例えば、一酸化炭素に対して１２０℃程度等）に設定することができ、車室内の雰囲気ガス中に含まれる阻害ガスを効率よく除去することができる。また、この場合、フィルタ３１とは別に設けたヒータ（図示略）によって、選択酸化触媒３２の温度を所定温度に設定してもよい。なお、選択酸化触媒３２に対して設定される所定温度は、好ましくは、被検出ガスである水素に対する活性温度、約４００℃程度よりも低く設定される。
【００１６】
また、上述した本実施の形態において、選択酸化触媒３２は一酸化炭素を選択的に酸化するとしたが、これに限定されず、その他の阻害ガス、例えば飲酒した乗員の呼気に含まれるアルコール等を選択的に酸化する触媒であってもよい。
また、複数の阻害ガスに対応する選択酸化触媒をフィルタ３１に坦持することも可能である。また、同一の選択酸化触媒の温度を各阻害ガスに対応する温度に変化させることで、複数種類の阻害ガスを除去することが可能となる。
また、例えば図３に示す本実施形態の変形例に係る水素センサ１５のように、選択酸化触媒３２を坦持したフィルタ３１によってガス検出室２４を形成してもよい。この場合、上述した実施の形態と異なる点は、筒状部２２が省略され、例えば略ドーム状のフィルタ３１によってケース１９の下面にガス検出室２４が形成されている点である。
【００１７】
また、上述した本実施の形態においては、接触燃焼式ガスセンサを水素センサ１５としたが、これに限定されず、その他の接触燃焼式ガスセンサであってもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触燃焼式ガスセンサによれば、ガス検出室に導入される被検出ガスに阻害ガスが含まれている場合であっても、阻害ガスを除去することができ、接触燃焼式ガスセンサの被検出ガスに対する検出精度を向上させることができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の接触燃焼式ガスセンサによれば、フィルタに坦持された選択酸化触媒の温度を、例えば所望の活性温度範囲等に調整することができ、阻害ガスの除去能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る接触燃焼式ガスセンサを車室内に備えた車両を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る接触燃焼式ガスセンサの断面図である。
【図３】本実施形態の変形例に係る接触燃焼式ガスセンサの断面図である。
【図４】検出素子および温度補償素子が接続されてなるブリッジ回路を示す図である。
【符号の説明】
１０　車両
１５　水素センサ
２４　ガス検出室
２９　検出素子
３０　温度補償素子（補償素子）
３１　フィルタ
３２　選択酸化触媒（阻害ガス除去手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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