(57)【要約】【課題】過剰に高濃度の被検出ガスに曝されることでガスセンサの劣化が生じることを防止する。【解決手段】酸素極側の出口側配管１４に、検出対象濃度範囲の上限が相対的に高く設定された上流側水素センサ１５ａと、上流側水素センサ１５ａから下流側にずれた位置において出口側配管１４を２つの分岐配管１４ａ，１４ｂに分岐し、何れか一方にのみオフガスを流通させる切替弁１４Ａと、検出対象濃度範囲の上限が相対的に低く設定され、一方の分岐配管１４ａに取り付けられた下流側水素センサ１５ｂとを備えた。制御装置２は、燃料電池１０の作動時に上流側水素センサ１５ａにより検出されるオフガス中の水素の濃度が所定濃度を超える場合に、切替弁１４Ａによって、オフガスの流通路を一方の分岐配管１４ａから他方の分岐配管１４ｂへと切り替え、下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通を遮断する。【選択図】　　　図１
2004020331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスに対する検出対象濃度範囲の上限が異なる複数のガスセンサを、前記検出対象濃度範囲の上限が高い前記ガスセンサほど前記被検出ガスの流通方向の上流側に位置するように配置してなり、
前記流通方向の上流側の前記ガスセンサにより検出される前記被検出ガスの濃度が所定濃度を超える場合に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサへの前記被検出ガスの流通を停止する保護手段を備えることを特徴とするガスセンサの保護装置。
【請求項２】
被検出ガスに対する検出対象濃度範囲の上限が異なる複数のガスセンサを、前記検出対象濃度範囲の上限が高い前記ガスセンサほど前記被検出ガスの流通方向の上流側に位置するように配置してなり、
前記流通方向の上流側の前記ガスセンサにより検出される前記被検出ガスの濃度が所定濃度を超える場合に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサへ流通する前記被検出ガスの濃度を低減する保護手段を備えることを特徴とするガスセンサの保護装置。
【請求項３】
前記保護手段の作動以後に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサにより検出される前記被検出ガスの濃度が安定したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果にて、安定したと判定された場合に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサの電源を停止する通電停止手段と
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のガスセンサの保護装置。
【請求項４】
反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるカソードオフガス流通管とを備え、前記カソードオフガス流通管に設けられ、前記オフガス中の水素を検出する水素センサを備え、
前記水素センサにより検出される水素の濃度が所定濃度を超える場合に、前記水素センサへの前記オフガスの流通を停止する保護手段を備えることを特徴とするガスセンサの保護装置を備える燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素供給手段により酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるカソードオフガス流通管とを備え、前記カソードオフガス流通管に設けられ、前記オフガス中の水素を検出する水素センサを備え、
前記水素センサにより検出される水素の濃度が所定濃度を超える場合に、前記酸素供給手段による前記酸素の供給量を増大させることで、前記水素センサへ流通する前記オフガス中の水素の濃度を低減する保護手段を備えることを特徴とするガスセンサの保護装置を備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの保護装置及びガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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、例えば特開平６−２２３８５０号公報に開示された燃料電池の保護装置のように、燃料電池の酸素極側の排出系に水素センサを備え、この水素センサによって、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。
また、水素センサとしては、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。
【０００４】
【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は、所定の検出対象濃度範囲が設定されており、例えば、この検出対象濃度範囲以外の濃度の水素ガスに対しては、検出誤差が過剰に増大したり、検出が困難に場合がある。
一方、ガス接触燃焼式の水素センサが、検出対象濃度範囲の上限を超える過剰に高濃度の水素ガスに曝されると、単に検出信号が飽和状態に到達するばかりでなく、感度低下等の劣化状態となる場合がある。
ここで、例えば上述した燃料電池の保護装置を燃料電池車両等の車両に搭載した場合には、この車載状態において、さらには車両の走行時等における燃料電池の運転状態において、水素ガスの濃度検出を継続しつつ、感度低下等の劣化が生じることを防止することが望まれる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、過剰に高濃度の被検出ガスに曝されることでガスセンサの劣化が生じることを防止することが可能なガスセンサの保護装置及びガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【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に記載の本発明のガスセンサの保護装置は、被検出ガスに対する検出対象濃度範囲の上限が異なる複数のガスセンサ（例えば、後述する実施の形態での上流側水素センサ１５ａ及び下流側水素センサ１５ｂ）を、前記検出対象濃度範囲の上限が高い前記ガスセンサほど前記被検出ガスの流通方向の上流側に位置するように配置してなり、前記流通方向の上流側の前記ガスセンサにより検出される前記被検出ガスの濃度が所定濃度を超える場合に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサへの前記被検出ガスの流通を停止する保護手段（例えば、後述する実施の形態での切替弁１４Ａ、開閉弁３１）を備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成のガスセンサの保護装置によれば、被検出ガスの流通方向における上流側のガスセンサの検出値に対する所定濃度を、例えば下流側のガスセンサに対する検出対象濃度範囲の上限値に設定することにより、下流側のガスセンサが過剰に高濃度の被検出ガスに曝されることを防止することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサの保護装置は、被検出ガスに対する検出対象濃度範囲の上限が異なる複数のガスセンサ（例えば、後述する実施の形態での上流側水素センサ１５ａ及び下流側水素センサ１５ｂ）を、前記検出対象濃度範囲の上限が高い前記ガスセンサほど前記被検出ガスの流通方向の上流側に位置するように配置してなり、前記流通方向の上流側の前記ガスセンサにより検出される前記被検出ガスの濃度が所定濃度を超える場合に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサへ流通する前記被検出ガスの濃度を低減する保護手段（例えば、後述する実施の形態でのエアーコンプレッサー１２ａ）を備えることを特徴としている。
【０００８】
上記構成のガスセンサの保護装置によれば、被検出ガスの流通方向における上流側のガスセンサの検出値に対する所定濃度を、例えば下流側のガスセンサに対する検出対象濃度範囲の上限値に設定することにより、下流側のガスセンサが過剰に高濃度の被検出ガスに曝されることを防止することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサの保護装置は、前記保護手段の作動以後に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサにより検出される前記被検出ガスの濃度が安定したか否かを判定する判定手段（例えば、後述する実施の形態でのステップＳ０４）と、前記判定手段の判定結果にて、安定したと判定された場合に、前記流通方向の下流側の前記ガスセンサの電源を停止する通電停止手段（例えば、後述する実施の形態でのステップＳ０５）とを備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成のガスセンサの保護装置によれば、被検出ガスの流通方向の上流側に配置されたガスセンサによる濃度検出の結果に応じて保護手段を作動し、下流側のガスセンサへの被検出ガスの流通を停止、あるいは、被検出ガスを低濃度化した場合であっても、例えば直ちに下流側のガスセンサの電源を停止せずに、この下流側のガスセンサの雰囲気における被検出ガスの濃度が安定した後に電源を停止する。これにより、例えば上流側のガスセンサでの検出から適宜の時間差をおいて下流側のガスセンサへと高濃度の被検出ガスが流通してくる場合であっても、下流側のガスセンサが高濃度の被検出ガスに曝されている状態で電源が停止されてしまうことを防止することができ、感度低下等の劣化が生じることを防止することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明のガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムは、反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、後述する実施の形態での燃料電池１０）と、前記燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるカソードオフガス流通管（例えば、後述する実施の形態での出口側配管１４）とを備え、前記カソードオフガス流通管に設けられ、前記オフガス中の水素を検出する水素センサを備え、前記水素センサにより検出される水素の濃度が所定濃度を超える場合に、前記水素センサへの前記オフガスの流通を停止する保護手段（例えば、後述する実施の形態でのステップＳ０２）を備えることを特徴としている。
【００１２】
上記構成のガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムによれば、カソードオフガス配管内を流通するオフガス中に所定濃度を超える水素が検出されると、保護手段は、例えば、閉塞弁を作動させ、カソードオフガス配管に対してガス検出室を閉塞する、あるいは、切替弁を作動させ、水素センサを迂回するバイパス流通管に被検出ガスを流通させる。水素センサによって水素の濃度が所定濃度を超えたことを検知したときに保護手段を作動させるので、水素センサが過剰に高濃度の水素に曝されることを防止することができる。さらに、燃料電池システムの水素濃度が所定濃度になるまで水素センサにより監視することができ、燃料電池システムを停止する等の適切な処理を行うことが可能となる。
【００１３】
また、請求項５に記載の本発明のガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムは、反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素供給手段（例えば、後述する実施の形態でのエアーコンプレッサー１２ａ）により酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、後述する実施の形態での燃料電池１０）と、前記燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるカソードオフガス流通管（例えば、後述する実施の形態での出口側配管１４）とを備え、前記カソードオフガス流通管に設けられ、前記オフガス中の水素を検出する水素センサを備え、前記水素センサにより検出される水素の濃度が所定濃度を超える場合に、前記酸素供給手段による前記酸素の供給量を増大させることで、前記水素センサへ流通する前記オフガス中の水素の濃度を低減する保護手段（例えば、後述する実施の形態での制御装置２）を備えることを特徴としている。
【００１４】
上記構成のガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムによれば、カソードオフガス配管内を流通するオフガス中に所定濃度を超える水素が検出されると、保護手段は、例えばエアーコンプレッサー等をなす酸素供給手段による酸素供給量を増大させ、オフガス中の水素濃度を低減する。水素センサによって水素の濃度が所定濃度を超えたことを検知したときに保護手段を作動させるので、水素センサが過剰に高濃度の水素に曝されることを防止することができる。さらに、燃料電池システムの水素濃度が所定濃度になるまで水素センサにより監視し続けることができる。しかも、この場合には、水素センサを保護するための保護手段として、特別な構成を新たに加える必要無しに、単に、燃料電池システムに備えられた酸素供給手段を適宜に制御するだけで、容易に、水素センサを保護することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの保護装置及びガスセンサの保護装置を備える燃料電池システム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の保護装置（以下、単に、保護装置と呼ぶ）１は、例えば、燃料電池１０と、燃料電池１０に接続された各配管１１，…，１４のうち、酸素極側の入口側配管１２に設けられ、燃料電池１０の酸素極に酸素を含む空気を供給するエアーコンプレッサー１２ａとを備える燃料電池システム１０ａに具備されており、制御装置２と、記憶装置３と、酸素極側の出口側配管１４に設けられた上流側水素センサ１５ａと、出口側配管１４に設けられた切替弁１４Ａを介して分岐された一方の分岐配管１４ａに設けられた下流側水素センサ１５ｂとを備えて構成され、特に、下流側水素センサ１５ｂを保護するものである。
【００１６】
燃料電池１０は、例えば電気自動車等の車両の動力源として搭載されており、例えば固体ポリマー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１１から供給された水素などの燃料ガスは、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を含む空気がエアーコンプレッサー１２ａから入口側配管１２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１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。
【００１７】
ここで、酸素極側の出口側配管１４には、例えばオフガス中に含まれる各ガスの熱伝導率の差異を利用して水素を検知する気体熱伝導式水素センサ等のように、検出対象濃度範囲の上限が相対的に高く設定された上流側水素センサ１５ａと、この上流側水素センサ１５ａから下流側にずれた位置において出口側配管１４を２つの分岐配管１４ａ，１４ｂに分岐し、何れか一方にのみオフガスを流通させる切替弁１４Ａと、例えばガス接触燃焼式の水素センサ等のように、検出対象濃度範囲の上限が相対的に低く設定され、一方の分岐配管１４ａに取り付けられた下流側水素センサ１５ｂとが備えられている。そして、各水素センサ１５ａ，１５ｂにより酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを監視している。
なお、上流側水素センサ１５ａの検出対象濃度範囲は、下流側水素センサ１５ｂの検出対象濃度範囲と、少なくとも一部の範囲が重なり合うように設定され、上流側水素センサ１５ａの上限は、下流側水素センサ１５ｂの上限よりも、例えば２倍程度高い濃度に設定されている。
【００１８】
例えば図２に示すように、上流側水素センサ１５ａよりも検出対象濃度範囲の上限が相対的に低い下流側水素センサ１５ｂは、一方の分岐配管１４ａの長手方向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、一方の分岐配管１４ａの取付座１６に締め付け固定されるようになっている。
【００１９】
例えば図３に示すように、ケース１９の下面には、一方の分岐配管１４ａの貫通孔に外側から挿通される筒状部２２が形成されている。ケース１９内には図示しない回路基板が設けられ、この回路基板に後述する検出素子２９と温度補償素子３０が接続されている。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。
【００２０】
また、筒状部２２の外周面にはシール材２６が取り付けられ、一方の分岐配管１４ａの貫通孔の内周壁に密接して気密性を確保している。そして、この筒状部２２の内部に検出素子２９と温度補償素子３０とが装着されている。
検出素子２９と温度補償素子３０は回路基板に接続されガス検出室２４内で同一高さで所定間隔を隔てて一対設けられたものである。
検出素子２９は周知の素子であって、被検出ガスである水素が白金等の触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、水素の燃焼により高温となった検出素子２９と雰囲気温度下の温度補償素子３０との間に電気抵抗の差が生ずることを利用し、水素ガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサである。
【００２１】
ここで、例えば図２に示すように、上記ガス検出室２４内には検出素子２９と温度補償素子３０との間に、両者を遮るようにしてオフガスの流入方向に沿って立てられた状態で矩形板状のヒータ２７が配置されている。このヒータ２７はガス検出室２４内を加熱するもので、放熱面２７Ｃを検出素子２９と温度補償素子３０とに指向した状態で配置されている。つまりヒータ２７は各面が放熱面２７Ｃとして構成されている。このヒータ２７により流入する被検出ガスが検出素子２９と温度補償素子３０とに振り分けられるようにして均等に分配される。
また、ガス検出室２４にはガス検出室２４内の温度を検出する温度センサ２８が取り付けられている。
【００２２】
制御装置２は、酸素極側の出口側配管１４に取り付けられた上流側水素センサ１５ａと、一方の分岐配管１４ａに取り付けられた下流側水素センサ１５ｂとに接続され、各水素センサ１５ａ，１５ｂから出力される検出信号に基づいて、オフガス中に含まれる水素の濃度を検出すると共に、後述するように、燃料電池１０の作動時等に上流側水素センサ１５ａにより検出されるオフガス中の水素の濃度が所定濃度を超える場合に、切替弁１４Ａによって、オフガスの流通路を一方の分岐配管１４ａから他方の分岐配管１４ｂへと切り替え、下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通を遮断する。
【００２３】
本実施の形態によるガスセンサの保護装置１及びガスセンサの保護装置１を備える燃料電池システム１０ａは上記構成を備えており、次に、この燃料電池システム１０ａの作動時におけるガスセンサの保護装置１の動作について添付図面を参照しながら説明する。
以下に、燃料電池システム１０ａの作動時において、切替弁１４Ａにより酸素極側のオフガスの流通路を一方の分岐配管１４ａに設定し、上流側水素センサ１５ａ及び下流側水素センサ１５ｂから出力される各検出信号に基づき、オフガス中に含まれる水素の濃度を検出する状態にて実行する一連の処理について説明する。
【００２４】
先ず、図４に示すステップＳ０１においては、酸素極側の出口側配管１４に配置された上流側水素センサ１５ａから出力される検出値に基づき、オフガス中の水素濃度が所定濃度を超えたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０１の処理を繰り返す。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
なお、上流側水素センサ１５ａの検出値に基づく水素濃度に対して設定される所定濃度は、例えば下流側水素センサ１５ｂの検出対象濃度範囲の上限を超える値や、例えば下流側水素センサ１５ｂが曝されると所定の程度を超える劣化が生じる濃度の値等とされている。
【００２５】
そして、ステップＳ０２においては、切替弁１４Ａを作動させ、オフガスの流通路を一方の分岐配管１４ａから他方の分岐配管１４ｂへと切り替え、下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通を遮断する。
そして、ステップＳ０３においては、下流側水素センサ１５ｂの通電を停止する処理を実行するか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
ステップＳ０４においては、下流側水素センサ１５ｂの検出値に基づき、オフガス中の水素濃度が所定の閾濃度以下の値に安定したか否かを判定する。
ステップＳ０４での判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ０４での判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進み、下流側水素センサ１５ｂへの通電を停止して、一連の処理を終了する。ここで、下流側水素センサ１５ｂの検出値に基づく水素濃度に対して設定される所定の閾濃度は、例えば下流側水素センサ１５ｂの検出対象濃度範囲の下限以下の値や、例えば下流側水素センサ１５ｂが曝された際に生じる劣化が無視できる濃度の値等とされている。
【００２６】
以下に、燃料電池システム１０ａの作動時において、切替弁１４Ａにより酸素極側のオフガスの流通路を他方の分岐配管１４ｂに設定し、上流側水素センサ１５ａから出力される検出信号に基づき、オフガス中に含まれる水素の濃度を検出する状態にて実行する一連の処理について説明する。
【００２７】
先ず、図５に示すステップＳ１１においては、酸素極側の出口側配管１４に配置された上流側水素センサ１５ａから出力される検出値に基づき、オフガス中の水素濃度が所定濃度以下か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１１の処理を繰り返す。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２においては、タイマの計数を開始する。
そして、ステップＳ１３においては、タイマの計数値が所定値を超えたか否かを判定する。
ステップＳ１３での判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１３の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ１３での判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進む。
なお、タイマの計数値に対して設定される所定値は、例えば切替弁１４Ａにより酸素極側のオフガスの流通路が一方の分岐配管１４ａに設定されている状態で、酸素極側の出口側配管１４から一方の分岐配管１４ａへと流通するオフガスが、少なくとも上流側水素センサ１５ａから下流側水素センサ１５ｂまで到達するのに要する時間等とされている。
【００２８】
次に、ステップＳ１４においては、下流側水素センサ１５ｂの通電が停止されている場合には、通電を開始する。
そして、ステップＳ１５においては、切替弁１４Ａを作動させ、オフガスの流通路を他方の分岐配管１４ｂから一方の分岐配管１４ａへと切り替え、下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通を開始し、上流側水素センサ１５ａ及び下流側水素センサ１５ｂから出力される各検出信号に基づき、オフガス中に含まれる水素の濃度を検出する状態に移行して、一連の処理を終了する。
【００２９】
上述したように、本実施の形態によるガスセンサの保護装置１によれば、燃料電池１０の酸素極側から排出されるオフガスの流通方向に対して、ガス接触燃焼式の水素センサをなす下流側水素センサ１５ｂの上流側に、この下流側水素センサ１５ｂよりも検出対象濃度範囲の上限が相対的に高い気体熱伝導式水素センサをなす上流側水素センサ１５ａを配置し、下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通を遮断可能な切替弁１４Ａ及び分岐配管１４ｂを備えたことにより、上流側水素センサ１５ａでの検出結果に基づいて、下流側水素センサ１５ｂが通電状態において過剰に高濃度の水素に曝されることを防止することができる。さらに、上流側水素センサ１５ａによって燃料電池システム１０ａの水素濃度を監視し続けることができる。
しかも、下流側水素センサ１５ｂに対する通電停止は、下流側水素センサ１５ｂにより検出されるオフガス中の水素濃度が所定の閾濃度以下の値に安定した後に実行されることから、例えば上流側水素センサ１５ａにて検出された高濃度の水素を含むオフガスが、切替弁１４Ａの作動完了以前に下流側水素センサ１５ｂへ到達した場合であっても、この高濃度の水素に曝された状態で通電停止が実行されてしまうことを確実に防止することができる。
しかも、本実施の形態によるガスセンサの保護装置１を備える燃料電池システム１０ａによれば、下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通が遮断された後であっても、燃料電池１０の作動を停止することなく、上流側水素センサ１５ａによりオフガス中に含まれる水素の濃度検出を継続することができる。
【００３０】
なお、上述した本実施の形態においては、酸素極側の出口側配管１４を２つの分岐配管１４ａ，１４ｂに分岐するとしたが、これに限定されず、例えば図６に示す本実施形態の変形例のように、出口側配管１４内にて、上流側水素センサ１５ａから下流側にずれた位置に下流側水素センサ１５ｂを配置し、下流側水素センサ１５ｂの筒状部２２の開口部を閉塞し、ガス検出室２４内を密閉可能な開閉弁３１を備えてもよい。
すなわち、燃料電池システム１０ａの作動時において、開閉弁３１を開状態とし、上流側水素センサ１５ａ及び下流側水素センサ１５ｂから出力される各検出信号に基づき、オフガス中に含まれる水素の濃度を検出する状態にて、上流側水素センサ１５ａにより検出されるオフガス中の水素の濃度が所定濃度を超える場合には、先ず、開閉弁３１を閉状態としてガス検出室２４内を密閉する。そして、検出素子２９での接触燃焼反応によってガス検出室２４内のオフガスに含まれる水素を徐々に消費し、下流側水素センサ１５ｂの検出値が所定の閾濃度以下の値に安定した後に、必要に応じて、下流側水素センサ１５ｂの通電を停止する。
【００３１】
なお、上述した本実施の形態においては、ステップＳ０４〜ステップＳ０５に示すように、下流側水素センサ１５ｂの検出値に基づき、オフガス中の水素濃度が所定の閾濃度以下の値に安定した後に下流側水素センサ１５ｂへの通電を停止するとしたが、これに限定されず、上流側水素センサ１５ａから出力される検出値に基づき、オフガス中の水素濃度が所定濃度を超えた場合には、直ちに、例えば切替弁１４Ａの作動と同時に下流側水素センサ１５ｂへの通電を停止してもよい。この場合には、少なくとも下流側水素センサ１５ｂが上流側水素センサ１５ａよりも所定距離以上、例えば、高濃度の水素を含むオフガスが上流側水素センサ１５ａを通過した時点から、上流側水素センサ１５ａから出力される検出値に基づき、オフガス中の水素濃度が所定濃度を超えたと判定され、切替弁１４Ａの作動指令が制御装置２から出力され、実際に、切替弁１４Ａの作動が完了する時点までの時間においてオフガスが流通する距離以上だけ下流側に配置されていればよい。
【００３２】
また、上述した本実施形態の変形例においては、下流側水素センサ１５ｂのガス検出室２４内を密閉する開閉弁３１を省略してもよい。この場合には、例えば下流側水素センサ１５ｂへのオフガスの流通を遮断する代わりに、エアーコンプレッサー１２ａにより燃料電池１０の酸素極側に供給される空気量を増大し、単位体積あたりのオフガスに対する水素濃度を低減する。
また、上述した本実施形態においては、複数の各水素センサ１５ａ，１５ｂを備えるとしたが、これに限定されず、単一の水素センサのみを備えてもよい。この場合、燃料電池システム１０ａに具備される保護装置１によれば、水素センサが過剰に高濃度の水素に曝されることを防止することができると共に、燃料電池システム１０ａの水素濃度が所定濃度になるまで水素センサにより監視することができ、燃料電池システム１０ａでの発電を停止し、異常状態の発生を報知する等の適切な処理を行うことが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスセンサの保護装置によれば、被検出ガスの流通方向における上流側のガスセンサの検出値に対する所定濃度を、例えば下流側のガスセンサに対する検出対象濃度範囲の上限よりも低い値に設定することにより、下流側のガスセンサが過剰に高濃度の被検出ガスに曝され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の保護装置によれば、上流側のガスセンサでの検出から適宜の時間差をおいて下流側のガスセンサへと高濃度の被検出ガスが流通してくる場合であっても、下流側のガスセンサが高濃度の被検出ガスに曝されている状態で電源が停止されてしまうことを防止することができ、感度低下等の劣化が生じることを防止することができる。
【００３４】
また、本発明のガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムによれば、燃料電池システムの水素濃度を監視しつつ、水素センサが過剰に高濃度の水素に曝されることを防止することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明のガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムによれば、水素センサを保護するための保護手段として、特別な構成を新たに加える必要無しに、単に、燃料電池システムに備えられた酸素供給手段を適宜に制御するだけで、容易に水素センサを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２】図１に示す下流側水素センサの平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図４】図１に示すガスセンサの保護装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示すガスセンサの保護装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態の変形例に係るガスセンサの保護装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【符号の説明】
１　ガスセンサの保護装置
２　制御装置（保護手段）
１０　燃料電池
１０ａ　燃料電池システム
１２ａ　エアーコンプレッサー（保護手段、酸素供給手段）
１４　出口側配管（カソードオフガス流通管）
１４ａ，１４ｂ　分岐配管
１４Ａ　切替弁（保護手段）
１５ａ　上流側水素センサ（ガスセンサ）
１５ｂ　下流側水素センサ（ガスセンサ）
２４　ガス検出室
２９　検出素子
３０　温度補償素子（補償素子）
３１　開閉弁（保護手段）
ステップＳ０２　保護手段
ステップＳ０４　判定手段
ステップＳ０５　通電停止手段
【図１】
2004020331.tif 000003
【図２】
2004020331.tif 000004
【図３】
2004020331.tif 000005
【図４】
2004020331.tif 000006
【図５】
2004020331.tif 000007
【図６】
2004020331.tif 000008