(57)【要約】【課題】センサ応答時間を遅延させることなくフィルタ効果の低下を抑制することができるガスセンサ及びガスセンサのフィルタ再生方法を提供すること。【解決手段】検知対象ガスに含まれる所定の被検知ガスを検知する素子２と、該素子２により検知される被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより前記素子２を前記雑ガスによる被毒から保護するフィルタ３と、フィルタ３を加熱することによって当該フィルタ３に吸着した雑ガスを脱離させるヒータ（加熱手段）７とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する素子と、前記検知対象ガスに含まれる前記被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより前記素子を前記雑ガスによる被毒から保護するフィルタと、前記フィルタを加熱する加熱手段と、を備えたガスセンサ。
【請求項２】
前記フィルタと前記素子とを遮断する遮蔽手段を備えた請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記フィルタが複数設けられていると共に、
別々の前記フィルタが前記素子及び前記加熱手段にそれぞれ対向するように前記フィルタと前記素子及び前記加熱手段との相対的な位置関係を変更する駆動手段を備えた請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記フィルタを冷却する冷却手段を備えた請求項１から３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する素子と、前記検知対象ガスに含まれる前記被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより前記素子を前記雑ガスによる被毒から保護するフィルタと、を備えたガスセンサのフィルタ再生方法において、
前記フィルタを加熱することにより、該フィルタに吸着された前記雑ガスを脱離させるガスセンサのフィルタ再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知するために使用されるガスセンサ及びガスセンサのフィルタ再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年注目されている燃料電池は、アノードガスとして例えば水素ガスを用い、カソードガスとして例えば酸化ガス（空気）を用いて水素ガスと電気化学反応を行うことで発電を行うものであり、この燃料電池を用いた燃料電池システムにおいては、アノードガスの漏れを検知するためにガスセンサが用いられている。
【０００３】
ガスセンサは、検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する素子を備える他、該素子を被検知ガス以外の物質（雑ガス）による被毒から防ぐために、検知対象ガスの導入部に雑ガスを吸着除去するためのフィルタ層を備えている（例えば、特許文献１，２）。また、フィルタ層としては、活性炭、樹脂吸着剤等が用いられている。
【特許文献１】特開２００２−３１０９７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィルタ層は、使用するに従い吸着剤が飽和してフィルタ効果が低下するが、このフィルタ効果が低下するまでの時間を予測することは困難である。したがって、ガスセンサ内の素子を所定の時間被毒から保護するためには、フィルタ層の厚さを高い安全率を持たせて厚めに設定する必要がある。しかしながら、フィルタ層を厚くすると、ガス拡散が阻害されてセンサ応答時間に遅延が生ずるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、センサ応答時間を遅延させることなくフィルタ効果の低下を抑制することができるガスセンサ及びガスセンサのフィルタ再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るガスセンサは、検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する素子と、前記検知対象ガスに含まれる前記被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより前記素子を前記雑ガスによる被毒から保護するフィルタと、前記フィルタを加熱する加熱手段と、を備えたものである。
【０００７】
また、本発明に係るガスセンサのフィルタ再生方法は、検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する素子と、前記検知対象ガスに含まれる前記被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより前記素子を前記雑ガスによる被毒から保護するフィルタと、を備えたガスセンサのフィルタ再生方法において、前記フィルタを加熱することにより、該フィルタに吸着された前記雑ガスを脱離させるものである。
【０００８】
これらの構成によれば、フィルタを加熱することにより、フィルタに吸着された雑ガスが該フィルタから脱離し、フィルタの吸着性能が再生（回復）する。よって、フィルタを必要以上に厚く構成する必要がなくなる。なお、加熱手段は、フィルタの内部に設けてもよいし、フィルタの近傍に設けてもよい。
【０００９】
前記フィルタと前記素子とを遮断する遮蔽手段を備えてもよい。
【００１０】
この構成によれば、加熱時にフィルタから脱離した雑ガスの素子への到達が抑制され、脱離した雑ガスによる被毒から素子を保護することができる。
【００１１】
前記フィルタが複数設けられていると共に、別々の前記フィルタが前記素子及び前記加熱手段にそれぞれ対向するように前記フィルタと前記素子及び前記加熱手段との相対的な位置関係を変更する駆動手段を備えてもよい。
【００１２】
この構成によれば、複数のフィルタを交互に再生することができるため、センサの作動とフィルタの再生とを同時に行うことが可能となる。
【００１３】
上記ガスセンサは、前記フィルタを冷却する冷却手段を備えてもよい。
【００１４】
加熱により雑ガスを脱離させた直後のフィルタは温度が高く、十分な吸着力を発揮し得ない状態であるが、この構成によれば、加熱されたフィルタの温度を吸着に適した温度に降下させて使用することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、センサ応答時間を遅延させることなくフィルタ効果の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るガスセンサ及びガスセンサのフィルタ再生方法について説明する。
【００１７】
このガスセンセは、例えば、燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給するガス供給系と、燃料電池からの反応オフガスを排出するガス排出系と、を備えた燃料電池システムにおける、反応ガスあるいは反応オフガスが流通する配管内や配管の近傍、燃料電池内や燃料電池の近傍等に配置され得るものであるが、その適用は燃料電池システムに限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスセンサ１である。ガスセンサ１は、検知対象ガスに含まれる所定の被検知ガスを検知する素子２と、素子２により検知される被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより素子２を雑ガスによる被毒から保護するフィルタ（例えば、活性炭層）３とを備える。素子２は基板４上に取りけられており、ガスセンサ１は素子２を覆うハウジング５を備えている。
【００１９】
ハウジング５には、素子２に対向する位置に検知対象ガスを外部から取り入れる通路６が設けられている。ハウジング５の外側には通路６を覆って上記のフィルタ３が取り付けられており、検知対象ガスは外部からフィルタ３を通してハウジング５の内部に導入される。また、フィルタ３の内部（厚さ方向中央）には網状のヒータ（加熱手段）７が設けられている。
【００２０】
基板４上には、素子２に隣接してアクチュエータ（駆動手段）８が取り付けられている。アクチュエータ８の回動軸８ａ（以下、軸８ａ）には、通路６をハウジング５の内側から覆う遮蔽板（遮蔽手段）９が固定されている。そして、アクチュエータ８を作動させて軸８ａを回動させると、遮蔽板９は通路６を覆う位置と通路６を開放する位置とに移動する。ヒータ７及びアクチュエータ８は、不図示の制御装置により制御される。
【００２１】
そして、ガスセンサ１の使用時、すなわち、素子２によって検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する場合には、図１に示すようにアクチュエータ８の軸８ａを回動させることにより、遮蔽板９を通路６の対向位置から退避させ、通路６を開放する。
【００２２】
これにより、外部から導入される検知対象ガスは、図１中の矢印で示すように、通路６を通じてハウジング５の内部に流入する。その際、検知対象ガスに含まれる被検知ガス以外の雑ガスはフィルタ３によって吸着され、雑ガスによる素子２の被毒が防止される。
【００２３】
フィルタ３の吸着性能（フィルタ効果）が低下する前、すなわち、ガスセンサ１を所定時間使用した後は、フィルタ３の再生を行う。フィルタ３の再生時には、図２に示すようにアクチュエータ８の軸８ａを回動させることにより、遮蔽板９を通路６の対向位置に移動させ、通路６を覆う。これにより、フィルタ３と素子２との間は、遮蔽板９によって遮断される。
【００２４】
次いで、ヒータ７に通電してフィルタ３を所定の脱雑ガス温度（例えば、１００℃前後）に加熱すると、図２中の矢印で示すように、フィルタ３に吸着された雑ガスが脱離し、外部に放出される。このとき、遮蔽板９によってフィルタ３と素子２とが遮断されているため、脱離した雑ガスによる素子２の被毒は防止される。
【００２５】
フィルタ３の再生が終了した後は、再び図１に示すように遮蔽板９を通路６の対向位置から退避させ、通路６を開放する。これにより、素子２は、再び検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知することが可能となる。
【００２６】
このように、本実施形態のガスセンサ１とそのフィルタ再生方法によれば、フィルタ３を加熱することによって、フィルタ３の効果を適宜再生することができるため、フィルタ３を必要以上に厚く構成する必要が無くなり、ガス拡散が阻害されることによるセンサ応答時間の遅延を抑制することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３に示すガスセンサ１１は、検知対象ガスに含まれる所定の被検知ガスを検知する素子１２と、素子１２により検知される被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより素子１２を雑ガスによる被毒から保護するフィルタ（例えば、活性炭層）１３ａ，１３ｂとを備える。素子１２は基板１４上に取りけられており、ガスセンサ１１は素子１２を覆うハウジング１５を備えている。
【００２８】
ハウジング１５には、素子１２に対向する位置に検知対象ガスを外部から取り入れる通路１６が設けられている。基板１４上には素子１２の両隣にそれぞれヒータ（加熱手段）１７ａ，１７ｂが設置され、ハウジング１５には各ヒータ１７ａ，１７ｂに対向して開口部１８，１８が設けられている。
【００２９】
素子１２とヒータ１７ａ，１７ｂとの間には、仕切壁（遮蔽手段）１９が設置されている。仕切壁１９とハウジング１５との間には、フィルタ１３ａ，１３ｂを支持するフィルタホルダ２０が同図の左右方向にスライド自在に支持されており、フィルタホルダ２０は基板１４上に設置されたアクチュエータ（駆動手段）２１によりスライド移動されるようになっている。
【００３０】
フィルタホルダ２０の二箇所にフィルタ１３ａ，１３ｂが並んで保持されており、これらフィルタ１３ａ，１３ｂの一方が素子１２に対向している状態では、他方のフィルタ１３ａ，１３ｂがヒータ１７ａ，１７ｂの一方と対向位置するようになっている。なお、フィルタホルダ２０とハウジング１５及び仕切壁１９との間は、気密にシールされている。
【００３１】
そして、図３に示す状態では、一方のフィルタ１３ｂが素子１２の上方に面して位置しており、外部から導入される検知対象ガスは、同図の矢印で示すように、通路１６を通じてハウジング１５の内部に流入する。その際、検知対象ガスに含まれる被検知ガス以外の雑ガスはフィルタ１３ｂによって吸着され、雑ガスによる素子１２の被毒が防止される。
【００３２】
フィルタ１３ｂの吸着性能（フィルタ効果）が低下する前、すなわち、ガスセンサ１１を所定時間使用した後は、フィルタ１３ｂの再生を行う。フィルタ１３ｂの再生時には、図４に示すようにアクチュエータ２１を作動させることにより、フィルタホルダ２０は同図の右方向に移動し、これにより、フィルタ１３ｂがヒータ１７ｂに面して位置する一方で、フィルタ１３ａは素子１２に面して位置する。
【００３３】
この状態でヒータ１７ｂに通電してフィルタ１３ｂを所定の脱雑ガス温度（例えば、１００℃前後）に加熱すると、図４中の矢印で示すように、フィルタ１３ｂに吸着された雑ガスが脱離し、外部に放出される。フィルタ１３ｂから放出される雑ガスは、ヒータ１７ｂ及び仕切壁１９によって素子１２とは遮断されているので、放出された雑ガスによる素子１２の被毒は防止される。
【００３４】
さらに、フィルタ１３ｂを加熱している間、素子１２にはフィルタ１３ａが面しており、外部のガスは通路１６を通じてハウジング１５の内部に流入する。その際、検知対象ガスに含まれる被検知ガス以外の雑ガスはフィルタ１３ａによって吸着され、雑ガスによる素子１２の被毒は防止される。
【００３５】
フィルタ１３ｂの再生が終了し、フィルタ１３ａを所定時間使用した後は、再び図３に示すようにアクチュエータ２１を作動させることによって、フィルタ１３ｂを素子１２に面する位置に移動させ、フィルタ１３ｂを使用して素子１２によるガスの検知を行う。
【００３６】
そして、フィルタ１３ａをヒータ１７ａにより加熱すると、同図中の矢印で示すように、フィルタ１３ａに吸着された雑ガスが脱離し、外部に放出される。フィルタ１３ａから放出される雑ガスは、ヒータ１７ａ及び仕切壁１９によって素子１２とは遮断されているので、放出された雑ガスによる素子１２の被毒は防止される。
【００３７】
このように、本実施形態においては、上記第１実施形態と同様の効果に加えて、複数のフィルタ１３ａ，１３ｂを交互に用いることにより、ガス検知とフィルタ再生とを同時に行うことができる。したがって、フィルタ再生に伴う運転中断を回避することができ、長時間の連続運転が可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は、本実施形態のガスセンサ３１の平面図、図６は図５のＢ−Ｂ’線に沿った断面図、図７は図５のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００３９】
ガスセンサ３１は、検知対象ガスに含まれる被検知ガスを検知する素子３２と、素子３２により検知される被検知ガス以外の雑ガスを吸着することにより素子３２を雑ガスによる被毒から保護するフィルタ（例えば、活性炭層）３３ａ〜３３ｃとを備える。素子３２は基板３４上に取りけられており、ガスセンサ３１は素子３２を覆うハウジング３５を備えている。
【００４０】
ハウジング３５には、素子３２に対向する位置に検知対象ガスを取り入れる通路３６が設けられている。また、基板３４上にはヒータ（加熱手段）３７が設置され、ハウジング３５にはヒータ３７に対向して開口部３８が設けられている。
【００４１】
素子３２は、その側方を仕切壁（遮蔽手段）３９により囲まれている。ハウジング３５の内側には、ハウジング３５の天面に面してフィルタ３３ａ〜３３ｃを支持するフィルタホルダ４０が回動自在に支持されて設けられている。フィルタホルダ４０はハウジング３５の中央に設けられたアクチュエータ（駆動手段）４１の回動軸４１ａ（以下、軸４１ａ）を中心に回動自在に支持されており、フィルタ３３ａ〜３３ｃが軸４１ａを中心として１２０度間隔で保持されている。
【００４２】
また、基板３４上には、素子３２、ヒータ３７、および、後述する冷却部４２がアクチュエータ４１を中心として１２０度間隔で配置されている。冷却部４２は、ハウジング３５との間でフィルタ３３ａ〜３３ｃを密閉状態に挟み込む密閉板４３を備える。
【００４３】
そして、図６及び図７に示す状態では、一つのフィルタ３３ａが素子３２の上方に面して位置しており、外部のガスは、同図の矢印で示すように、通路３６を通じてハウジング３５の内部に流入する。その際、検知対象ガスに含まれる被検知ガス以外の雑ガスがフィルタ３３ａによって吸着されるので、雑ガスによる素子３２の被毒が防止される。
【００４４】
フィルタ３３aの吸着性能が低下する前、すなわち、ガスセンサ３１を所定時間使用した後は、フィルタ３３ａの再生を行う。フィルタ３３ａの再生時には、アクチュエータ４１を作動させることにより、フィルタホルダ４０を１２０度回転させ、フィルタ３３ａをヒータ３７に面した再生位置に移動させる。なお、図７は、フィルタ３３ｂがヒータ３７に面した再生位置に移動した状態を示しているため、以下では、フィルタ３３ｂの再生について説明する。
【００４５】
図７に示す状態から、ヒータ３７に通電してフィルタ３３ｂを所定の脱雑ガス温度（例えば、１００℃前後）に加熱すると、同図中の矢印で示すように、フィルタ３３ｂに吸着された雑ガスが脱離し、外部に放出される。フィルタ３３ｂから放出される雑ガスは、ヒータ３７及び仕切壁３９によって素子３２とは遮断されているので、放出された雑ガスによる素子３２の被毒は防止される。
【００４６】
フィルタ３３ｂの再生が終了した後は、アクチュエータ４１を作動させることによりフィルタホルダ４０を１２０°回転させ、フィルタ３３ｂを冷却部４２に移動させる。なお、図６は、フィルタ３３ｃが冷却部４２に移動した状態を示しているため、以下では、フィルタ３３ｃの冷却について説明する。
【００４７】
冷却部４２では、ハウジング３５の天面と密閉板４３とによる密閉状態でフィルタ３３ｃを自然冷却させる。これにより、フィルタ３３ｃが外気から遮断された状態で冷却されるので、フィルタ３３ｃが吸着に使用される前に検知対象ガスに含まれる雑ガスによって被毒されることが防止される。
【００４８】
その後、アクチュエータ４１を作動させることによりフィルタホルダ４０を１２０度回転させ、フィルタ３３ｃを再び素子３２の上方に面した吸着位置に移動させれば、フィルタ３３ｃが素子３２によるガス検知に用いられることになる。そして、各フィルタ３３ａ〜３３ｃについて、以上の吸着、加熱、冷却を順に行うことで、ガス検知とフィルタ再生とフィルタ冷却を同時に行うことができる。
【００４９】
以上のとおり、本実施形態においては、上記第１実施形態と同様の効果に加えて、フィルタ再生に伴う運転中断を回避することができるので、長時間の連続運転が可能となる。また、フィルタ３３ａ〜３３ｃをヒータ３７で加熱して雑ガスを脱離させた直後は、フィルタ３３ａ〜３３ｃの温度が高く、その温度では十分な吸着力を発揮し得ないところ、本実施形態では、冷却部４２にてフィルタ３３ａ〜３３ｃを冷却しているので、フィルタ３３ａ〜３３ｂを吸着に適した温度に降下させた上で使用することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、冷却部４２にてフィルタ３３ａ〜３３ｂを自然冷却させているが、積極的にフィルタ３３ａ〜３３ｂを冷却するべく、冷却装置を設けてもよい。このとき、冷却装置としてペルチェ素子（冷却手段、加熱手段）を採用すれば、その高温側をヒータ３７として用いると共に、低温側を冷却装置として用いることが可能になるので、効率的に加熱と冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスセンサの縦断面図である。
【図２】同ガスセンサにおいて遮蔽板により素子とフィルタとが遮断された状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るガスセンサの縦断面図であり、一つのフィルタが使用状態にある場合を示すものである。
【図４】同ガスセンサにおいてフィルタホルダを移動させて他のフィルタが使用状態にある場合を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るガスセンサの平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…ガスセンサ、２…素子、３…フィルタ、７…ヒータ（加熱手段）、８…アクチュエータ（駆動手段）、９…遮蔽板（遮蔽手段）、１１…ガスセンサ、１２…素子、１３ａ，１３ｂ…フィルタ、１７ａ，１７ｂ…ヒータ（加熱手段）、１９…仕切壁（遮蔽手段）、２１…アクチュエータ（駆動手段）、３１…ガスセンサ、３２…素子、３３ａ〜３３ｃ…フィルタ、３７…ヒータ（加熱手段）、３９…仕切壁（遮蔽手段）、４１…アクチュエータ（駆動手段）、４２…冷却部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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