(57)【要約】【課題】水による誤作動を防止するガスセンサを提供すること。【解決手段】本発明のガスセンサ１は、外部からガス導入用開口部３ｂを介して被検知ガスが導き入れられるガス検出室３ａを有する素子収納部３と、素子収納部３のガス検出室３ａに配置されたガス検出素子５と、ガス導入用開口部３ｂに設けられた熱伝導性メッシュ部材６と、熱伝導性メッシュ部材６に固定され、熱伝導性メッシュ部材６を水の蒸発温度以上に加熱するヒータ８と、ヒータ８の発熱を制御するヒータ制御手段１０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からガス導入用開口部を介して被検知ガスが導き入れられるガス検出室を有する素子収納部と、
前記素子収納部の前記ガス検出室に配置されたガス検出素子と、
前記ガス導入用開口部に設けられた熱伝導性メッシュ部材と、
前記熱伝導性メッシュ部材に固定され、前記熱伝導性メッシュ部材を水の蒸発温度以上に加熱するヒータと、
前記ヒータの発熱を制御するヒータ制御手段と、
を備えていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記ヒータは測温抵抗体からなり、
前記ヒータ制御手段は、前記ヒータの抵抗を測定するヒータ抵抗測定手段と、前記ヒータ抵抗測定手段で測定されたヒータ抵抗が一定値となるように、前記ヒータに流れる電流を制御するヒータ電流制御手段とを有する
ことを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記熱伝導性メッシュ部材の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記ヒータ制御手段は、前記温度検出手段からの温度検出信号に応じて前記熱伝導性メッシュ部材の温度が前記水の蒸発温度以上の一定温度になるように、前記ヒータの発熱を制御する
ことを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関し、特に、水による誤作動を防止するガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池のオフガスに含まれる燃料ガス（水素ガス）を高湿度の環境下で検出するためのガスセンサが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６は、この種の従来のガスセンサの構成を示す構成図である。ガスセンサ２０は、ケーシング２１と、ガス検出素子２２と、ヒータ２３と、フィルタ２４とを備えている。また、このガスセンサ２０は、ガス検出素子２２と電気的に接続された図示しない検出回路をさらに備えている。ケーシング２１は、排気配管３０に取り付けられており、ケーシング２１の内部には、ガス検出室２１ａが形成されている。このガス検出室２１ａは、その開口に取り付けられたフィルタ２４を介して排気配管３０内と連通している。そして、ガス検出室２１ａ内には、排気配管３０を流通する排気ガスがフィルタ２４を介して導き入れられる。それにより、フィルタ２４は、ガス検出室２１ａ内に導き入れられる排気ガス中の水滴を除去可能となっている。
【０００４】
ガス検出素子２２は、ガス検出室２１ａに配置されている。このガス検出素子２２は、接触燃焼式ガスセンサ素子が使用されている。接触燃焼式ガスセンサ素子は、白金コイルと、この白金コイルを取り巻く触媒担体とで構成されている。この接触燃焼式ガスセンサ素子では、触媒担体が水素ガスと接触した際に水素ガスの濃度に応じて発熱すると共に、その熱によって白金コイルの電気抵抗が増大するようになっている。このようなガス検出素子２２と電気的に接続される検出回路（図示しない）は、たとえば、白金コイルの電気抵抗を検出するホイートストンブリッジで構成される。この検出回路は、水素ガスの濃度に応じた白金コイルの電気抵抗の変化量を、白金コイルの通電電流の変化量や電圧の変化量として検出する。この検出回路は、この水素ガス検出信号をＥＣＵ２７に出力する。
【０００５】
ヒータ２３は、ガス検出室２１ａを加熱するものであり、ガス検出室２１ａに配置されている。このヒータ２３は、電力供給部２３ａから供給される電力によって発熱するようになっており、その出力が、ＥＣＵ２７によって制御されている。
【０００６】
異常検出手段２８は、ガス検出素子２２の異常の有無を検出するものであり、ガス検出素子２２の白金コイルの通電電流を検出する電流計で構成されている。そして、この電流計は、センサ通電電流の検出信号をＥＣＵ２７に出力するようになっている。
【０００７】
ＥＣＵ２７は、異常検出手段２８から出力される検出信号に基づいて、ヒータ２３の出力を制御するようになっている。また、ＥＣＵ２７は、ガス検出素子２２に接続された検出回路から出力される水素ガス検出信号に基づいて排気ガス中の水素ガスの濃度を検出するようになっている。
【０００８】
ガス検出室２１ａは、ヒータ２３の発熱により加熱されており、フィルタ２４により可能な限り水分を除去された、水素ガスを含む排気ガスが拡散する。水素ガスを含む排気ガスは、ヒータ２３により加熱されるため、その相対湿度が低減され、水蒸気の凝縮水の生成が低減される。そのため、ガス検出素子２２に対する水の付着がある程度防止される。
【０００９】
ガス検出素子２２に水が付着することによる異常を、異常検出手段２８が検出した場合、ＥＣＵ２７は、ヒータ２３によるガス検出室２１ａの加熱を継続させる。異常検出手段２８が、ガス検出素子２２の異常を検出しない場合やガス検出素子２２における水の付着以外の異常を検出した場合は、ＥＣＵ２７は、ヒータ２３の出力を低減させる。
【特許文献１】特開２００６−１５３５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６に示す構成のガスセンサでは、センサの休止時ヒータ２３が加熱していないためガス検出室２１ａの温度が冷え、水蒸気の凝縮水が溜まりやすい。そのため、図７に示すように、フィルタ２４上に水滴２５が溜まる。溜まった水滴２５が成長していくと、図８（Ａ）に示すように、水２６がフィルタ２４上に堆積していき、ガス検出室２１ａに水２６が詰まり、排気配管３０を流れるガスがガス検出室２１ａに入らず、正常なガス濃度検出ができなくなる。
【００１１】
また、図７に示すようにフィルタ２４上に水滴２５が溜まった状態や、図８に示すように水が詰まった状態で、排気配管３０に圧力変動が起こった場合、ガス検出素子２２に水が付着し、正常なガス濃度検出ができなくなる可能性がある。
【００１２】
また、ガスセンサ２０の動作時、圧力変動等で図９に示すように排気配管３０にドレイン水が詰まった状態でガス検出室２１ａを通過すると、図８（Ａ）の水２６がガス検出室２１ａに付着する状態または図８（Ｂ）のようにガス検出室２１ａが水２６で詰まる状態が起こる可能性がある。この時、ヒータ２３でガス検出室２１ａに溜まった水２６を乾燥させるには、ガス検出室２１ａ全体を加熱しなければならないため、大きなパワーが必要となり、また回復に時間がかかる。
【００１３】
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、水による誤作動を防止するガスセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、外部からガス導入用開口部を介して被検知ガスが導き入れられるガス検出室を有する素子収納部と、前記素子収納部の前記ガス検出室に配置されたガス検出素子と、前記ガス導入用開口部に設けられた熱伝導性メッシュ部材と、前記熱伝導性メッシュ部材に固定され、前記熱伝導性メッシュ部材を水の蒸発温度以上に加熱するヒータと、前記ヒータの発熱を制御するヒータ制御手段と、を備えていることを特徴とするガスセンサに存する。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載のガスセンサにおいて、前記ヒータは測温抵抗体からなり、前記ヒータ制御手段は、前記ヒータの抵抗を測定するヒータ抵抗測定手段と、前記ヒータ抵抗測定手段で測定されたヒータ抵抗が一定値となるように、前記ヒータに流れる電流を制御するヒータ電流制御手段とを有することを特徴とするガスセンサに存する。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１記載のガスセンサにおいて、前記熱伝導性メッシュ部材の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記ヒータ制御手段は、前記温度検出手段からの温度検出信号に応じて前記熱伝導性メッシュ部材の温度が前記水の蒸発温度以上の一定温度になるように、前記ヒータの発熱を制御することを特徴とするガスセンサに存する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、外部からガス導入用開口部を介して被検知ガスが導き入れられるガス検出室のガス導入用開口部に設けられた熱伝導性メッシュ部材を、熱伝導性メッシュ部材に固定されたヒータで水の蒸発温度以上に加熱するので、センサ休止時にガス検出室内に結露した水滴を、少ない消費電力で短時間に乾燥させることができるため、配管の圧力変動等により水滴がセンサチップに付着することによる誤作動を軽減することができる。また、ガス検出室の水詰まりによる誤作動から早く復帰できる。また、センサ動作時、ガス検出室内は、配管の温度より高くなっているため、水蒸気が結露することはない。また、配管内のドレイン水が圧力変動等でガス検出室内に侵入し、水滴付着、水詰まりを起こしても、少ない消費電力で短時間に乾燥させることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、ヒータは測温抵抗体からなり、ヒータ抵抗測定手段で測定されたヒータ抵抗が一定値となるように、ヒータに流れる電流を制御するので、熱伝導性メッシュ部材を水の蒸発温度以上の適宜な一定温度に加熱することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、熱伝導性メッシュ部材の温度を温度検出手段で検出し、温度検出手段からの温度検出信号に応じて熱伝導性メッシュ部材の温度が水の蒸発温度以上の一定温度になるように、ヒータの発熱を制御するので、熱伝導性メッシュ部材を水の蒸発温度以上の適宜な温度に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの構成を示す構成図である。本実施形態のガスセンサ１は、センサケース２と、センサケース２の下面に突設された素子収納部３と、センサケース２に内蔵された回路基板４と、センサケース２の下端に固定されたガス検出素子としてのセンサチップ５とを備えている。
【００２２】
素子収納部３は、その内部空間がガス検出室３ａとなる円筒形状を有し、一方の端部がセンサケース２の下面に固定され、他方の端部がガス導入用開口部３ｂとして配管４０の配管開口部４０ａに嵌合されてフランジ部３ｃ部分でネジ等の固定手段（図示しない）で固定されている。
【００２３】
センサチップ５は、回路基板４に実装されているガス濃度検出回路（図示しない）に電気的に接続されていると共に、ガス検出室３ａに露出されている。センサチップ５は、白金等で構成された測温抵抗体であり、通電電流により自己発熱する。
【００２４】
素子収納部３の他方の端部のガス導入用開口部３ｂには、熱伝導性メッシュ部材としての防爆用金網６が取り付けられており、ガス検出室３ａは、この防爆用金網６を介して配管４０の内部と連通している。防爆用金網６におけるガス検出室３ａと対向する面には、回路基板４と電気的に接続されたヒータ８が、熱伝導率の高い熱伝導性樹脂７で接着、固定されている。熱伝導性樹脂７は、たとえば、株式会社スリーボンドから市販されている低硬化収縮一液性エポキシ配合樹脂「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ  ２２７０Ｃ」等が使用される。また、ヒータ８は、自己発熱すると共にその抵抗値が温度により変化する白金等の測温抵抗体で構成されている。防爆用金網６は、たとえば１００メッシュ以上のものが用いられる。
【００２５】
図２に示すように、ヒータ８は、回路基板４に実装されているヒータ制御手段としての定温度制御回路１０に接続されており、その制御により、発熱温度が水の蒸発温度すなわち１００℃、またはそれ以上の一定温度になるように加熱される。
【００２６】
図３に示すように、定温度制御回路１０は、ヒータ８の抵抗Ｒｈと共にブリッジを構成する抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｔと、反転入力端子および非反転入力端子がブリッジに接続されたオペアンプＯＰとを有するヒータ抵抗測定手段としてのヒータ抵抗測定回路ＭＣと、オペアンプＯＰの出力端子に抵抗Ｒ３を介してベースが接続され、電源Ｖｃｃにエミッタが接続され、ブリッジにコレクタが接続されたヒータ電流制御手段としてのｐｎｐ型トランジスタＱ１とから構成されている。定温度制御回路１０は、ブリッジにより、予め設定された、水の蒸発温度以上の一定温度時に、ヒータ８の抵抗値Ｒｈが（Ｒｔ×Ｒ２／Ｒ１）に等しい一定値になるように、ヒータ８に流れるヒータ電流を制御する。
【００２７】
上述の構成のガスセンサ１において、センサチップ５は、配管４０からガス導入用開口部３ｂを介してガス検出室３ａに導き入れられた水素ガス（被検知ガス）が存在する場合、水素ガスの濃度に応じて熱伝導率が変わり、自己発熱した測温抵抗体から奪われる熱量が変化する。センサチップ５の測温抵抗体から熱が奪われることにより、温度が下がり、抵抗値も下がる。ガス濃度検出回路は、センサチップ５の測温抵抗体の抵抗値を計測することにより、水素ガスの濃度を検出することができる。
【００２８】
ガス検出室３ａが結露した場合、図４（Ａ）に示すように、水滴１１は自重により防爆用金網６上に溜まる。この時、ガス検出室３ａやセンサチップ５を撥水処理しているとなお好ましい。防爆用金網６は、センサチップ５の動作時、ヒータ８により水の蒸発温度１００℃以上の一定温度に加熱されるため、水滴１１は短時間で乾燥する。また、図４（Ｂ）に示すように、水１２がガス検出室３ａに溜まっている場合でも、１００℃以上に加熱された防爆用金網６により、水１２は短時間で乾燥する。さらに、配管４０のドレイン水が圧力変動等によりガス検出室３ａに入り込んでも、同様に短時間で乾燥する。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、定温度制御回路１０の制御によるヒータ８の発熱によって、防爆用金網６を水の蒸発温度以上の一定温度に加熱することができ、センサ休止時にガス検出室３ａ内に結露した水滴を、少ない消費電力で短時間に乾燥させることができるため、配管４０の圧力変動等により水滴１１がセンサチップ５に付着することによる誤作動を軽減することができる。また、ガス検出室３ａの水詰まりによる誤作動から早く復帰できる。また、センサ動作時、ガス検出室３ａ内は、配管４０の温度より高くなっているため、水蒸気が結露することはない。また、配管４０内のドレイン水が圧力変動等でガス検出室３ａ内に侵入し、水滴付着、水詰まりを起こしても、少ない消費電力で短時間に乾燥させることができる。
【００３０】
（第２の実施形態）次に図５は、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサの構成を示す構成図である。本実施形態のガスセンサ１では、防爆用金網６上には、熱伝導性樹脂７を介して温度センサ１３が追加的に載置されており、ヒータ８は、回路基板４に実装されているヒータ制御回路１４に接続されている。温度センサ１３は回路基板４に実装されている温度検出回路１５に接続されている。ヒータ制御回路１４および温度検出回路１５は回路基板４に実装されているマイコン１６に接続されている。
【００３１】
この第２の実施形態における温度センサ１３および温度検出回路１５は、請求項における温度検出手段に対応し、ヒータ制御回路１４およびマイコン１６は、請求項におけるヒータ制御手段に対応している。
【００３２】
上述の構成のガスセンサ１において、温度センサ１３および温度検出回路１４は、センサチップ５の動作時にヒータ８により加熱された防爆用金網６の温度を検出し、その温度検出信号をマイコン１６に供給する。マイコン１６は、温度検出回路１５から供給される温度検出信号に応じた制御信号をヒータ制御回路１４へ供給し、防爆用金網６の温度が水の蒸発温度１００℃以上の一定温度になるように制御する。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、防爆用金網６の温度を温度センサ１３および温度検出回路１５で検出し、検出した温度検出信号に応じてマイコン１６およびヒータ制御回路１４によって、防爆用金網６を水の蒸発温度以上の一定温度に加熱することができ、センサ休止時にガス検出室３ａ内に結露した水滴１１を、少ない消費電力で短時間に乾燥させることができるため、配管の圧力変動等により水滴１１がセンサチップ５に付着することによる誤作動を軽減することができる。また、ガス検出室３ａの水詰まりによる誤作動から早く復帰できる。また、センサ動作時、ガス検出室３ａ内は、配管４０の温度より高くなっているため、水蒸気が結露することはない。また、配管４０内のドレイン水が圧力変動等でガス検出室３ａ内に侵入し、水滴付着、水詰まりを起こしても、少ない消費電力で短時間に乾燥させることができる。
【００３４】
以上の通り、本発明の最良の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００３５】
たとえば、上述の実施形態では、センサチップ５は、白金で構成された測温抵抗体としたが、これに限らず、接触燃焼式センサ素子としても良い。
【００３６】
また、上述の実施形態では、ヒータ８は、白金等の測温抵抗体としているが、ＰＴＣサーミスタ、セラミックヒータ、電熱線等を使用しても良い。
【００３７】
また、上述の実施形態では、熱伝導性メッシュ部材として金網を用いているが、メッシュ孔をパンチングしたメッシュシート等の他の者を用いても良い。
【００３８】
また、マイコン１６によるヒータ８の制御は、電圧制御、電流制御、ＰＷＭ制御等のいずれの制御方法でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの構成を示す構成図である。（第１の実施形態）
【図２】ヒータ８の制御方法を説明する図である。（第１の実施形態）
【図３】図２における定温度制御回路の構成を示す回路図である。（第１の実施形態）
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、図１のガスセンサの動作を説明する図である。（第１の実施形態）
【図５】本発明の第２の実施形態に係るガスセンサの構成を示す図である。（第２の実施形態）
【図６】従来のガスセンサの構成例を示す構成図である。（従来技術）
【図７】図６のガスセンサの動作を説明する図である。（従来技術）
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は、図６のガスセンサの動作を説明する図である。（従来技術）
【図９】図６のガスセンサの動作を説明する図である。（従来技術）
【符号の説明】
【００４０】
３    素子収納部
３ａ  ガス検出室
３ｂ  ガス導入用開口部
５    センサチップ（ガス検出素子）
６    防爆用金網（熱伝導性メッシュ部材）
８    ヒータ
１０  定温度制御回路（ヒータ制御手段）
ＭＣ  ヒータ抵抗測定回路（ヒータ抵抗測定手段）
Ｑ１  ｐｎｐ型トランジスタ（ヒータ電流制御手段）
１３  温度センサ（温度検出手段の一部）
１４  ヒータ制御回路（ヒータ制御手段の一部）
１５  温度検出回路（温度検出手段の一部）
１６  マイコン（ヒータ制御手段の一部）
【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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【図８】
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【図９】
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