ガスセンサシステム
【課題】車両に搭載され水素等の被検出ガスを検出するシステムであって、車両の状態に対応して作動し、ガス検出素子の劣化を防止可能なガスセンサシステムを提供する。
【解決手段】燃料電池自動車に搭載され、当該車両に対応して作動し、水素を検出するガスセンサシステム１であって、水素を検出するガス検出素子２３と、ガス検出素子２３が配置されると共に、水素が取り込まれる第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１と、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１を密閉状態に維持可能なバタフライ弁５１と、バタフライ弁５１を制御し、燃料電池自動車が停止したか否かを判定するＥＣＵ９０と、を備え、燃料電池自動車は停止したと判定された場合、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１により第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１を密閉する。
【解決手段】燃料電池自動車に搭載され、当該車両に対応して作動し、水素を検出するガスセンサシステム１であって、水素を検出するガス検出素子２３と、ガス検出素子２３が配置されると共に、水素が取り込まれる第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１と、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１を密閉状態に維持可能なバタフライ弁５１と、バタフライ弁５１を制御し、燃料電池自動車が停止したか否かを判定するＥＣＵ９０と、を備え、燃料電池自動車は停止したと判定された場合、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１により第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１を密閉する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜の両側をアノード（燃料極）とカソード（酸素極）で挟み込んでＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を形成し、この膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる単セルを複数積層して一つの燃料電池スタックを構成している。そして、アノードには水素（燃料ガス）が供給され、カソードには空気（酸化剤ガス）が供給され、アノード及びカソードで電極反応が起こり、燃料電池が発電する。
【０００３】
このような燃料電池からは未反応の水素（被検出ガス）が排出されるので、燃料電池から排出されたオフガスの流路に水素センサを設けて、この水素センサにより、オフガス中の水素濃度の監視がされている。なお、オフガスには電極反応によって生成した水蒸気（水分）が含まれており、多湿である。
【０００４】
しかしながら、水素センサに内蔵され、水素をガス接触燃焼式等によって検出するガス検出素子が、オフガス中の水蒸気に長期間にて曝されると、劣化してしまう。そこで、例えば、被検出ガスの侵入を適宜に遮断する弁体を設け、この弁体を温度によって伸縮する形状記憶合金製のコイルバネで動作させるガスセンサが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、前記燃料電池を備える燃料電池システムは、例えば、燃料電池自動車（車両）に搭載される。そして、燃料電池システムの動作、つまり、燃料電池が発電状態又は非発電状態にあるかは、通常、燃料電池自動車の状態（例えば走行中、停止中）に同期する。
【特許文献１】実開平３−４０５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、燃料電池及びそのシステムが燃料電池自動車に搭載される場合、水素センサも搭載されることになる。このように水素センサが燃料電池自動車に搭載される場合、水素センサは燃料電池自動車の状態に連動させることが好ましいと考えられるが、特許文献１には、開示されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、車両に搭載され水素等の被検出ガスを検出するシステムであって、車両の状態に対応して作動し、ガス検出素子の劣化を防止可能なガスセンサシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、車両に搭載され、当該車両の状態（例えば、走行状態、停止状態）に対応して作動し、被検出ガスを検出するガスセンサシステムであって、前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、前記ガス検出素子が配置されると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室と、前記ガス検出室を密閉状態に維持可能なバルブ機構と、前記バルブ機構を制御するバルブ機構制御手段と、前記車両が停止したか否かを判定する停止判定手段と、を備え、前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉することを特徴とするガスセンサシステムである。
【０００９】
このようなガスセンサシステムによれば、停止判定手段によって車両は停止したと判定された場合、これに対応して、バルブ機構制御手段がバルブ機構によりガス検出室を密閉する。これにより、車両の停止中に、水蒸気（水分）、埃等のガス検出素子を劣化する因子（劣化因子）が、ガス室に侵入することはない。その結果、劣化因子によって、ガス検出素子が劣化することを防止できる。
【００１０】
また、前記ガス検出室に掃気ガスを導入し、当該ガス検出室を掃気する掃気手段を備え、前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記掃気手段によって前記ガス検出室を掃気した後、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉するガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１１】
ここで、掃気とは、掃気ガスによって、水蒸気、埃等の劣化因子を、ガス検出室の外部に押し出し、排出することを意味する。そして、掃気ガスとは、このような掃気に使用され、前記劣化因子を含まない、又は含んでも少量であるガスを意味し、例えば、後記する実施形態で説明するように、空気（外気）を使用できる。
【００１２】
このようなガスセンサシステムによれば、停止判定手段によって車両は停止したと判定された場合、掃気手段によってガス検出室を掃気した後、バルブ機構制御手段がバルブ機構によりガス検出室を密閉する。すなわち、ガス検出室における劣化因子の量を減らした後に、ガス検出室を密閉するので、密閉後、車両の停止中におけるガス検出素子の劣化をさらに好適に防止することができる。
【００１３】
また、前記ガス検出室の湿度を検出する湿度センサと、前記ガス検出室の湿度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段と、を備え、前記ガス検出室の湿度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなるガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１４】
このようなガスセンサシステムによれば、ガス検出室の湿度が高いほど、掃気ガス量決定手段によって掃気ガス量が多くなるように決定される。そして、この決定された量の掃気ガスによってガス検出室が掃気されるので、ガス検出室の湿度を適切に下げることができる。これにより、ガス検出室の密閉後において、水蒸気（水分）によるガス検出素子の劣化を好適に防止できる。
【００１５】
また、前記ガス検出室の温度を検出する温度センサを備え、前記掃気手段は、前記ガス検出室の温度が所定温度以下になるまで、掃気を継続するガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１６】
このようなガスセンサシステムによれば、ガス検出室の温度が、ガス検出素子が熱劣化しないとされる所定温度以下になるまで、掃気が継続されるので、ガス検出室を掃気しつつ、ガス検出室の温度を低下させた後、ガス検出室を密閉することができる。すなわち、ガス検出室が高温のまま密閉されることは防止され、その結果、ガス検出素子の熱劣化を防止することができる。
【００１７】
また、前記ガス検出室における被検出ガスの濃度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段を備え、前記被検出ガスの濃度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなるガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１８】
このようなガスセンサシステムによれば、ガス検出室における被検出ガスの濃度が高いほど、掃気ガス量決定手段によって掃気ガス量が多くなるように決定され、この決定された量の掃気ガスによってガス検出室が掃気されるので、ガス検出室における被検出ガスの濃度を適切に下げることができる。これにより、高濃度の被検出ガスによるガス検出素子の劣化を好適に防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、車両に搭載され水素等の被検出ガスを検出するシステムであって、車両の状態に対応して作動し、ガス検出素子の劣化を防止可能なガスセンサシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
第１実施形態に係るガスセンサシステム１は、燃料電池システムに組み込まれたシステムであって、燃料電池システムと共に燃料電池自動車（車両）に搭載されている。そして、ガスセンサシステム１は、燃料電池システム（燃料電池自動車）の起動スイッチであるＩＧ６１のＯＮ／ＯＦＦ信号（車両の状態）に対応して連動するようになっている。
【００２１】
≪ガスセンサシステムの構成≫
ガスセンサシステム１は、固体高分子型の燃料電池（図示しない）から排出されたオフガスが流れるオフガス配管１０と、オフガス中の水素濃度を検出する水素センサ２０と、水素センサ２０の第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１（第２ガス検出室４１等とする）を密閉するバタフライ弁５１と、第２ガス検出室４１等に掃気ガスを送り込む掃気手段６０と、第２ガス検出室４１等の湿度を検出する湿度センサ７１と、ＩＧ８１と、ＥＣＵ９０（Electronic Control Unit、電子制御装置）とを主に備えている。
【００２２】
＜オブガス配管＞
オフガス配管１０は、燃料電池の下流に接続されており、オフガスが流れるようになっている。そして、オフガス配管１０の上壁には、オフガスの通路となる貫通孔１１が形成されている。
なお、燃料電池を構成する固体高分子膜を湿潤状態に確保すべく、燃料電池には加湿された水素や空気が供給されるため、また、燃料電池は発電によって水（水蒸気）を生成するため、オフガスは多湿となっている。因みに、オフガスは、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガス、カソードから排出されたカソードオフガス、これらが混合されたもの、のいずれでもよい。
【００２３】
＜水素センサ＞
水素センサ２０は、センサ用の回路がパターニングされた基板２１と、基板２１を収容したケース２２と、基板２１に接続すると共にケース２２の下面に下方に向かって突設されたガス検出素子２３と、ガス検出素子２３を収容した素子収容部３０と、を主に備えている。
ケース２２はボルト（図示しない）によって素子収容部３０の後記する第２素子収容部４０に固定されており、第２素子収容部４０はボルト（図示しない）によってオフガス配管１０に固定されている。
【００２４】
ガス検出素子２３は、後記する第１ガス検出室３２に配置されており、第１ガス検出室３２に取り込まれたオフガス中の水素濃度Ｃ１１を検出する素子である。そして、ガス検出素子２３は、検出した水素濃度Ｃ１１に応じて、基板２１に電気信号を出力するようになっている。基板２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、ガス検出素子２３からの電気信号に基づいて水素濃度Ｃ１１を算出し、ＥＣＵ９０に出力するようになっている。
【００２５】
ガス検出素子２３の種類及び数は、水素濃度Ｃ１１の検出方式に応じて決定される。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子２３は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子と間の電気抵抗差に基づいて水素濃度Ｃ１１が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子２３は、検出素子と検知素子との対により構成される。そして、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度Ｃ１１が検出される。
さらに、水素の検出方式が熱伝導方式である場合、ガス検出素子２３（水素の検出部）は水素を加熱するヒータと、温度センサとの対により構成される。そして、水素が他の気体よりも熱伝導が大きいことに基づいて、水素濃度Ｃ１１が検出される。
【００２６】
素子収容部３０は、ガス検出素子２３を二重に取り囲んで収容するハウジングであって、内側の第１素子収容部３１と、外側の第２素子収容部４０と、を主に備えている。
【００２７】
第１素子収容部３１は、ケース２２の下面に突設された略有底円筒体であって、その内部に第１ガス検出室３２を有している。第１素子収容部３１の底壁にはガス流通孔３３が形成されており、そして、このガス流通孔３３に蓋をするようにフィルタ３４が設けられている。フィルタ３４は、防爆性を確保しつつ、ガス（気体）の流通を許容するフィルタであり、例えば、撥水フィルタと防爆フィルタとを重ねたものによって構成される。撥水フィルタは、ガスを透過しつつ、ガスに含まれる液体を透過しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。防爆フィルタは、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体から構成される。
【００２８】
第２素子収容部４０は、第１素子収容部３１の外側に設けられた略円筒体であって、その内部に、第２ガス検出室４１を有している。第２ガス検出室４１は、フィルタ３４を介して第１ガス検出室３２と、貫通孔１１を介してオフガス配管と、にそれぞれ連通している。また、第２素子収容部４０の周壁には、掃気ガスの通路となる貫通孔４２が形成されている。
【００２９】
＜バタフライ弁＞
バタフライ弁５１は、図示しないアクチュエータ（例えば、超音波モータ、ソレノイド）によって作動し（矢印Ａ１参照）、第２ガス検出室４１等を密閉状態に維持可能な弁体であり、第２素子収容部４０内に配置されている。ただし、第２ガス検出室４１等を密閉状態に維持可能であれば、バタフライ弁５１に限定されず、ゲート弁、ボール弁、グローブ弁等であってもよい。また、前記アクチュエータとして、超音波モータを使用した場合、その無通電状態における静止トルクによって、バタフライ弁５１を開位置又は閉位置に維持することができ、電力消費を抑えることができる。
【００３０】
そして、前記アクチュエータは、ＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０の指令に従って作動し、その結果、バタフライ弁５１が開閉するようになっている。よって、第１実施形態において、第２ガス検出室４１等を密閉状態に維持可能なバルブ機構は、バタフライ弁５１と、前記アクチュエータとを備えて構成されている。
また、前記アクチュエータ及び後記するコンプレッサ６１等は、燃料電池や、バッテリ（蓄電装置）等を電源としている。
【００３１】
＜掃気手段＞
掃気手段６０は、第２ガス検出室４１等に掃気ガスを導入し、第２ガス検出室４１等を掃気する手段であり、コンプレッサ６１と、開閉弁６２とを主に備えている。コンプレッサ６１は、配管６１ａ、開閉弁６２、配管６２ａを介して、第２素子収容部４０の貫通孔４２に接続されている。そして、ＥＣＵ９０の指令によって、開閉弁６２が開かれ、コンプレッサ６１が作動すると外気が取り込まれ、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１等に掃気ガスとして送り込まれるようになっている。
【００３２】
なお、開閉弁６２は、掃気時のみに、第２ガス検出室４１等への掃気ガスの流入を許容するものあるから、これに代えて、例えば逆止弁を設けてもよい。このように逆止弁を使用すれば、ＥＣＵ９０による制御は不要となる。また、コンプレッサ６１は、燃料電池に空気を送るコンプレッサを兼用してもよいし、コンプレッサ６１に代えて、例えば送風機（ファン）を使用してもよい。
【００３３】
＜湿度センサ＞
湿度センサ７１は、第２ガス検出室４１に配置されており、第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１を検出し、ＥＣＵ９０に出力するようになっている。なお、湿度センサ７１の位置はこれに限定されず、第１ガス検出室３２に設けてもよいし、両者に設けてもよい。
【００３４】
＜ＩＧ＞
ＩＧ８１は、燃料電池自動車及び燃料電池システムの起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ８１はＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０はＩＧ８１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００３５】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ９０は、ガスセンサシステム１を含め、燃料電池システム（燃料電池自動車）を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。
そして、ＥＣＵ９０は、ＩＧ８１のＯＮ信号を検知すると、燃料電池に水素と酸素を含む空気とを供給し、燃料電池を発電させ、運転者の要求に応じて、燃料電池自動車を走行させるようになっている。すなわち、ＥＣＵ９０（停止判定手段）は、ＩＧ８１がＯＦＦ信号を検知した場合、燃料電池自動車は停止したと判定する機能を備えている。
【００３６】
また、ＥＣＵ９０（バルブ機構制御手段）は、バタフライ弁５１、コンプレッサ６１、開閉弁６２を適宜に制御する機能を備えている。
【００３７】
さらに、ＥＣＵ９０（掃気ガス量決定手段）は、燃料電池自動車は停止したと判定した場合、湿度センサ７１が検出する湿度Ｈ１１と、その内部に記憶された図３に示すマップとに基づいて、掃気ガスの総量、コンプレッサ６１の作動時間を決定する機能を備えている。
なお、図３に示すマップは、事前試験等によって求められ、湿度Ｈ１１と掃気ガスの総量（コンプレッサ６１の作動時間）との関係を示すグラフであり、湿度Ｈ１１が高いほど、掃気ガスの総量は多くなり、コンプレッサ６１の作動時間は長くなる傾向となっている。ただし、図３に示すマップは、コンプレッサ６１を一定の回転速度で作動する場合を例示している。
【００３８】
≪ガスセンサシステムの動作≫
次に、ガスセンサシステム１の動作を、図２を主に参照して、ＥＣＵ９０に設定されたプログラム（フローチャート）の流れと共に説明する。なお、図２の初期（スタート）状態において、ＩＧ８１はＯＮ状態にあり、燃料電池システムは作動し（燃料電池は発電）、燃料電池自動車は走行又はアイドリング状態にある。また、初期状態において、バタフライ弁５１は開いており、開閉弁６２は閉じている。
【００３９】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ９０は、ＩＧ８１がＯＦＦされたか否かに基づいて、燃料電池自動車は停止したか否かを判定する。ＩＧ８１はＯＦＦされ、燃料電池自動車は停止したと判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、ＩＧ８１はＯＦＦされておらず、燃料電池自動車は停止していないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ステップＳ１０１の判定を繰り返す。
なお、ＩＧ８１がＯＦＦされると、ＥＣＵ９０は、燃料電池への水素、空気の供給を停止し、燃料電池の発電を停止する。これにより、燃料電池から排出されるオフガス中の水素濃度は徐々に低下する。
【００４０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ９０は、湿度センサ７１を介して、現在における第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１を検出する。
【００４１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０２で検出した湿度Ｈ１１と図３のマップとに基づいて、第２ガス検出室４１等に送り込むべき掃気ガスの総量を算出し、決定する。
【００４２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０３で算出した掃気ガスの総量に基づいて、コンプレッサ６１の作動時間を決定する。ここで、第１実施形態では、コンプレッサ６１を一定の回転速度で作動させる場合を例示するので、湿度Ｈ１１が高く、掃気ガスの総量が多いほど、コンプレッサ６１の作動時間は長くなる（図３参照）。
ただし、これに限定されず、掃気ガスの総量が多くなると、コンプレッサ６１の回転速度を高める構成としてもよい。
【００４３】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を開き、ステップＳ１０５で決定した作動時間にてコンプレッサ６１を作動する。これにより、掃気ガスが第２ガス検出室４１等に送り込まれ、掃気が実施され、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１の湿度Ｈ１１が下がる。
そして、前記作動時間の経過後、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ６１を停止する。
【００４４】
第２ガス検出室４１等の掃気後であるステップＳ１０６において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を閉じる。これにより、第２ガス検出室４１等は密閉状態になる。
そして、ＥＣＵ９０の処理は、エンドに進み、ガスセンサシステム１の動作は終了する。
【００４５】
≪ガスセンサシステムの効果≫
このようなガスセンサシステム１によれば、以下の効果を主に得ることができる。
燃料電池自動車（燃料電池システム）が停止され、オフガス中の水素濃度Ｃ１１が低下し、水素濃度Ｃ１１を検出する必要がない場合、バタフライ弁５１等によって、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１を密閉状態に維持することができる。これにより、燃料電池自動車の停止中に、オフガス、及びこれに同伴する水蒸気、埃等の劣化因子が、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１に侵入しない。よって、燃料電池自動車の停止中に、ガス検出素子２３は水蒸気、埃等に曝されず、水蒸気、埃等によるガス検出素子２３の劣化は防止される。
【００４６】
また、第２ガス検出室４１等を密閉する前に、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等を掃気し、第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１を下げるので、水蒸気等の劣化因子の少ない環境下にしてから、第２ガス検出室４１等を密閉することができる。これにより、ガス検出素子２３の劣化を好適に防止できる。
【００４７】
さらに、第２ガス検出室４１等に送り込む掃気ガスの総量は、ＩＧ８１のＯＦＦ時における湿度Ｈ１１に基づいて、適切に決定される。これにより、第２ガス検出室４１等を好適に掃気し、その湿度Ｈ１１を下げることができる。
【００４８】
このように、第１実施形態では、バタフライ弁５１が開いている初期状態（ＩＧ８１がＯＮ状態）において、ＩＧ８１がＯＦＦされると、バタフライ弁５１が閉じ、燃料電池自動車は停止状態を継続する場合を説明したが、その後、バタフライ弁５１が開く場合を説明する。
ＥＣＵ９０は、ＩＧ８１が実際にＯＮされた場合（ＯＮのポジションに入った場合）や、ＩＧ８１がその後ＯＮされると予想される場合に、バタフライ弁５１を開く。ＩＧ８１がＯＮされると予想される場合とは、例えば、キーがシリンダに挿入されたことを検知した場合、乗員センサにより車内に乗員の乗車を検知した場合、着座センサにより運転者の着座を検知した場合、運転席側のドアが開かれたことを検知した場合、ドアロックが解錠されたことを検知した場合である。
【００４９】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について図４、図５を参照して、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００５０】
≪ガスセンサシステムの構成≫
図４に示すように、第２実施形態に係るガスセンサシステム２は、湿度センサ７１（図１参照）に代えて、温度センサ７２を備えている。温度センサ７２は、第２ガス検出室４１に配置されており、第２ガス検出室４１等の現在の温度Ｔ１１を検出し、検出した温度Ｔ１１をＥＣＵ９０に出力するようになっている。なお、温度センサ７２は、第１ガス検出室３２に設けられてもよい。
【００５１】
第２実施形態に係るＥＣＵ９０は、燃料電池自動車が停止した後、掃気を開始し、温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下となるまで、この掃気を継続する機能を備えている。なお、所定温度Ｔ０は、ガス検出素子２３が熱劣化しないとされる温度であり、ガス検出素子２３の仕様、位置等に依存し、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ９０に記憶されている。
【００５２】
≪ガスセンサシステムの動作≫
次に、ガスセンサシステム２の動作を、図５を主に参照して説明する。
ＩＧ８１がＯＦＦされた場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）に進むステップＳ２０１において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１を開いたまま、開閉弁６２を開き、コンプレッサ６１を作動する。そうすると、第２ガス検出室４１等に掃気ガスが送り込まれ、第２ガス検出室４１等の掃気が開始されると共に、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等の温度Ｔ１１が低下し始める。
【００５３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ９０は、現在の温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下であるか否か判定する。温度Ｔ１１は所定温度Ｔ０以下であると判定した場合（Ｓ２０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ２０３に進む。一方、温度Ｔ１１は所定温度Ｔ０以下でないと判定した場合（Ｓ２０２・Ｎｏ）、ステップＳ２０２の判定を繰り返す。なお、この場合、コンプレッサ６１は継続して作動し、掃気は継続される。
【００５４】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ６１を停止する。
次いで、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ９０は、第１実施形態と同様に、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を閉じ、第２ガス検出室４１等を密閉状態にする。
【００５５】
≪ガスセンサシステムの効果≫
このようなガスセンサシステム２によれば、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等の湿度を低下させつつ、その温度Ｔ１１を低下することができる。つまり、第２ガス検出室４１等の温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下に低下するまで、掃気を継続することができる。
これにより、第２ガス検出室４１等が高温のまま密閉されることは防止され、よって、ガス検出素子２３の熱劣化を防止することができる。
【００５６】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態について、図６、図７を参照して、第１、第２実施形態と異なる部分を説明する。
【００５７】
≪ガスセンサシステムの動作≫
ＩＧ８１がＯＦＦされた場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）に進むステップＳ３０１において、ＥＣＵ９０は、ガス検出素子２３を介して、第１ガス検出室３２の現在の水素濃度Ｃ１１を検出する。
【００５８】
ステップＳ３０２において、ＥＣＵ９０（掃気ガス量決定手段）は、ステップＳ３０１で検出した水素濃度Ｃ１１と、図７に示すマップとに基づいて、第２ガス検出室４１等に送り込むべき掃気ガスの総量を算出し、決定する。図７に示すマップは、水素濃度Ｃ１１が高くなると、掃気ガス量が多くなる傾向を有しており、算出される掃気ガス量にて掃気することで、水素濃度Ｃ１１が低下し、高濃度の水素によってガス検出素子２３が劣化しないように設定されている。なお、このマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ９０に記憶されている。
【００５９】
ステップＳ３０３において、ＥＣＵ９０は、ステップ３０２で算出した掃気ガスの総量に基づいて、コンプレッサ６１の作動時間を決定する。なお、コンプレッサ６１を一定の回転速度で作動させる場合を例示するので、水素濃度Ｃ１１が高く、掃気ガスの総量が多いほど、コンプレッサ６１の作動時間は長くなる（図７参照）。
【００６０】
ステップＳ３０４において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を開き、ステップＳ３０３で決定した作動時間にてコンプレッサ６１を作動する。これにより、掃気ガスが第２ガス検出室４１等に送り込まれ、掃気が実施され、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１、温度Ｔ１１、及び水素濃度Ｃ１１が下がる。
そして、前記作動時間の経過後、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ６１を停止した後、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を閉じ、第２ガス検出室４１等を密閉状態にする。
【００６１】
≪ガスセンサシステムの効果≫
このようなガスセンサシステムによれば、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１及び温度Ｔ１１を低下しつつ、水素濃度Ｃ１１を低下することができる。これにより、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１に高濃度の水素が封入されることは防止され、高濃度の水素によるガス検出素子２３の劣化（腐食）を防止することができる。
また、掃気ガスの総量、コンプレッサ６１の作動時間はＩＧ８１のＯＦＦ時の水素濃度Ｃ１１に基づいて適切に決定されるので、水素濃度Ｃ１１を適切に下げることができる。
【００６２】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。
前記した実施形態では、被検出ガスが水素である場合を例示したが、これに限定されずその他種類のガスであってもよい。また、ガスセンサシステム１が燃料電池自動車に搭載された場合を説明したが、その他の車両に搭載された構成でもよい。
【００６３】
前記した実施形態では、ＩＧ８１がＯＦＦされた場合に、燃料電池自動車（車両）が停止したと判定される場合を例示したが、その他に例えば、ＩＧ８１のＯＦＦに遅れて実際に燃料電池の発電が停止する構成の場合、燃料電池の発電が停止したときに、燃料電池自動車が停止したと判定する構成としてもよい。
【００６４】
前記した第３実施形態では、ガス検出素子２３を介して検出される水素濃度Ｃ１１に基づいて、掃気ガスの量を決定する場合を例示したが、ガス検出素子２３とは別に水素濃度を検出するセンサを設け、このセンサが検出する水素濃度に基づいて、掃気ガス量を決定する構成でもよい。
【００６５】
前記した第１実施形態ではＩＧ８１のＯＦＦ時の湿度Ｈ１１に基づいて、第３実施形態ではＩＧ８１のＯＦＦ時の水素濃度Ｃ１１に基づいて、掃気ガス量、コンプレッサ６１の作動時間を決定し、これに従って、コンプレッサ６１を作動し掃気する場合を例示したが、その他に例えば、第２実施形態のように、ＩＧ８１がＯＦＦされた場合に掃気を開始し、湿度Ｈ１１が所定湿度Ｈ０以下に低下するまで、水素濃度Ｃ１１が所定水素濃度Ｃ０以下に低下するまで、掃気を継続する構成としてもよい。所定湿度Ｈ０は水分によってガス検出素子２３が劣化しない湿度であり、所定水素濃度Ｃ０は水素によってガス検出素子２３が劣化しない水素濃度である。
【００６６】
これとは逆に、第２実施形態では、温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下に低下するまで掃気を継続する場合を例示したが、その他に例えば、ＩＧ８１のＯＦＦ時の温度Ｔ１１に基づいて、掃気ガス量、コンプレッサ６１の作動時間を決定し、これに従って、コンプレッサ６１を作動し掃気する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態に係るガスセンサシステムの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るガスセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る湿度と掃気ガスの量（コンプレッサの作動時間）との関係を示すマップである。
【図４】第２実施形態に係るガスセンサシステムの構成を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るガスセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態に係るガスセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態に係る水素濃度と掃気ガスの量（コンプレッサの作動時間）との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００６８】
１ ガスセンサシステム
２０ 水素センサ
２３ ガス検出素子
３０ 素子収容部
３２ 第１ガス検出室
４１ 第２ガス検出室
５１ バタフライ弁（バルブ機構）
６０ 掃気手段
６１ コンプレッサ
７１ 湿度センサ
７２ 温度センサ
９０ ＥＣＵ（バルブ機構制御手段、停止判定手段、掃気ガス量決定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜の両側をアノード（燃料極）とカソード（酸素極）で挟み込んでＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を形成し、この膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる単セルを複数積層して一つの燃料電池スタックを構成している。そして、アノードには水素（燃料ガス）が供給され、カソードには空気（酸化剤ガス）が供給され、アノード及びカソードで電極反応が起こり、燃料電池が発電する。
【０００３】
このような燃料電池からは未反応の水素（被検出ガス）が排出されるので、燃料電池から排出されたオフガスの流路に水素センサを設けて、この水素センサにより、オフガス中の水素濃度の監視がされている。なお、オフガスには電極反応によって生成した水蒸気（水分）が含まれており、多湿である。
【０００４】
しかしながら、水素センサに内蔵され、水素をガス接触燃焼式等によって検出するガス検出素子が、オフガス中の水蒸気に長期間にて曝されると、劣化してしまう。そこで、例えば、被検出ガスの侵入を適宜に遮断する弁体を設け、この弁体を温度によって伸縮する形状記憶合金製のコイルバネで動作させるガスセンサが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、前記燃料電池を備える燃料電池システムは、例えば、燃料電池自動車（車両）に搭載される。そして、燃料電池システムの動作、つまり、燃料電池が発電状態又は非発電状態にあるかは、通常、燃料電池自動車の状態（例えば走行中、停止中）に同期する。
【特許文献１】実開平３−４０５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、燃料電池及びそのシステムが燃料電池自動車に搭載される場合、水素センサも搭載されることになる。このように水素センサが燃料電池自動車に搭載される場合、水素センサは燃料電池自動車の状態に連動させることが好ましいと考えられるが、特許文献１には、開示されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、車両に搭載され水素等の被検出ガスを検出するシステムであって、車両の状態に対応して作動し、ガス検出素子の劣化を防止可能なガスセンサシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、車両に搭載され、当該車両の状態（例えば、走行状態、停止状態）に対応して作動し、被検出ガスを検出するガスセンサシステムであって、前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、前記ガス検出素子が配置されると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室と、前記ガス検出室を密閉状態に維持可能なバルブ機構と、前記バルブ機構を制御するバルブ機構制御手段と、前記車両が停止したか否かを判定する停止判定手段と、を備え、前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉することを特徴とするガスセンサシステムである。
【０００９】
このようなガスセンサシステムによれば、停止判定手段によって車両は停止したと判定された場合、これに対応して、バルブ機構制御手段がバルブ機構によりガス検出室を密閉する。これにより、車両の停止中に、水蒸気（水分）、埃等のガス検出素子を劣化する因子（劣化因子）が、ガス室に侵入することはない。その結果、劣化因子によって、ガス検出素子が劣化することを防止できる。
【００１０】
また、前記ガス検出室に掃気ガスを導入し、当該ガス検出室を掃気する掃気手段を備え、前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記掃気手段によって前記ガス検出室を掃気した後、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉するガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１１】
ここで、掃気とは、掃気ガスによって、水蒸気、埃等の劣化因子を、ガス検出室の外部に押し出し、排出することを意味する。そして、掃気ガスとは、このような掃気に使用され、前記劣化因子を含まない、又は含んでも少量であるガスを意味し、例えば、後記する実施形態で説明するように、空気（外気）を使用できる。
【００１２】
このようなガスセンサシステムによれば、停止判定手段によって車両は停止したと判定された場合、掃気手段によってガス検出室を掃気した後、バルブ機構制御手段がバルブ機構によりガス検出室を密閉する。すなわち、ガス検出室における劣化因子の量を減らした後に、ガス検出室を密閉するので、密閉後、車両の停止中におけるガス検出素子の劣化をさらに好適に防止することができる。
【００１３】
また、前記ガス検出室の湿度を検出する湿度センサと、前記ガス検出室の湿度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段と、を備え、前記ガス検出室の湿度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなるガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１４】
このようなガスセンサシステムによれば、ガス検出室の湿度が高いほど、掃気ガス量決定手段によって掃気ガス量が多くなるように決定される。そして、この決定された量の掃気ガスによってガス検出室が掃気されるので、ガス検出室の湿度を適切に下げることができる。これにより、ガス検出室の密閉後において、水蒸気（水分）によるガス検出素子の劣化を好適に防止できる。
【００１５】
また、前記ガス検出室の温度を検出する温度センサを備え、前記掃気手段は、前記ガス検出室の温度が所定温度以下になるまで、掃気を継続するガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１６】
このようなガスセンサシステムによれば、ガス検出室の温度が、ガス検出素子が熱劣化しないとされる所定温度以下になるまで、掃気が継続されるので、ガス検出室を掃気しつつ、ガス検出室の温度を低下させた後、ガス検出室を密閉することができる。すなわち、ガス検出室が高温のまま密閉されることは防止され、その結果、ガス検出素子の熱劣化を防止することができる。
【００１７】
また、前記ガス検出室における被検出ガスの濃度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段を備え、前記被検出ガスの濃度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなるガスセンサシステムであることが好ましい。
【００１８】
このようなガスセンサシステムによれば、ガス検出室における被検出ガスの濃度が高いほど、掃気ガス量決定手段によって掃気ガス量が多くなるように決定され、この決定された量の掃気ガスによってガス検出室が掃気されるので、ガス検出室における被検出ガスの濃度を適切に下げることができる。これにより、高濃度の被検出ガスによるガス検出素子の劣化を好適に防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、車両に搭載され水素等の被検出ガスを検出するシステムであって、車両の状態に対応して作動し、ガス検出素子の劣化を防止可能なガスセンサシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
第１実施形態に係るガスセンサシステム１は、燃料電池システムに組み込まれたシステムであって、燃料電池システムと共に燃料電池自動車（車両）に搭載されている。そして、ガスセンサシステム１は、燃料電池システム（燃料電池自動車）の起動スイッチであるＩＧ６１のＯＮ／ＯＦＦ信号（車両の状態）に対応して連動するようになっている。
【００２１】
≪ガスセンサシステムの構成≫
ガスセンサシステム１は、固体高分子型の燃料電池（図示しない）から排出されたオフガスが流れるオフガス配管１０と、オフガス中の水素濃度を検出する水素センサ２０と、水素センサ２０の第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１（第２ガス検出室４１等とする）を密閉するバタフライ弁５１と、第２ガス検出室４１等に掃気ガスを送り込む掃気手段６０と、第２ガス検出室４１等の湿度を検出する湿度センサ７１と、ＩＧ８１と、ＥＣＵ９０（Electronic Control Unit、電子制御装置）とを主に備えている。
【００２２】
＜オブガス配管＞
オフガス配管１０は、燃料電池の下流に接続されており、オフガスが流れるようになっている。そして、オフガス配管１０の上壁には、オフガスの通路となる貫通孔１１が形成されている。
なお、燃料電池を構成する固体高分子膜を湿潤状態に確保すべく、燃料電池には加湿された水素や空気が供給されるため、また、燃料電池は発電によって水（水蒸気）を生成するため、オフガスは多湿となっている。因みに、オフガスは、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガス、カソードから排出されたカソードオフガス、これらが混合されたもの、のいずれでもよい。
【００２３】
＜水素センサ＞
水素センサ２０は、センサ用の回路がパターニングされた基板２１と、基板２１を収容したケース２２と、基板２１に接続すると共にケース２２の下面に下方に向かって突設されたガス検出素子２３と、ガス検出素子２３を収容した素子収容部３０と、を主に備えている。
ケース２２はボルト（図示しない）によって素子収容部３０の後記する第２素子収容部４０に固定されており、第２素子収容部４０はボルト（図示しない）によってオフガス配管１０に固定されている。
【００２４】
ガス検出素子２３は、後記する第１ガス検出室３２に配置されており、第１ガス検出室３２に取り込まれたオフガス中の水素濃度Ｃ１１を検出する素子である。そして、ガス検出素子２３は、検出した水素濃度Ｃ１１に応じて、基板２１に電気信号を出力するようになっている。基板２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、ガス検出素子２３からの電気信号に基づいて水素濃度Ｃ１１を算出し、ＥＣＵ９０に出力するようになっている。
【００２５】
ガス検出素子２３の種類及び数は、水素濃度Ｃ１１の検出方式に応じて決定される。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子２３は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子と間の電気抵抗差に基づいて水素濃度Ｃ１１が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子２３は、検出素子と検知素子との対により構成される。そして、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度Ｃ１１が検出される。
さらに、水素の検出方式が熱伝導方式である場合、ガス検出素子２３（水素の検出部）は水素を加熱するヒータと、温度センサとの対により構成される。そして、水素が他の気体よりも熱伝導が大きいことに基づいて、水素濃度Ｃ１１が検出される。
【００２６】
素子収容部３０は、ガス検出素子２３を二重に取り囲んで収容するハウジングであって、内側の第１素子収容部３１と、外側の第２素子収容部４０と、を主に備えている。
【００２７】
第１素子収容部３１は、ケース２２の下面に突設された略有底円筒体であって、その内部に第１ガス検出室３２を有している。第１素子収容部３１の底壁にはガス流通孔３３が形成されており、そして、このガス流通孔３３に蓋をするようにフィルタ３４が設けられている。フィルタ３４は、防爆性を確保しつつ、ガス（気体）の流通を許容するフィルタであり、例えば、撥水フィルタと防爆フィルタとを重ねたものによって構成される。撥水フィルタは、ガスを透過しつつ、ガスに含まれる液体を透過しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。防爆フィルタは、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体から構成される。
【００２８】
第２素子収容部４０は、第１素子収容部３１の外側に設けられた略円筒体であって、その内部に、第２ガス検出室４１を有している。第２ガス検出室４１は、フィルタ３４を介して第１ガス検出室３２と、貫通孔１１を介してオフガス配管と、にそれぞれ連通している。また、第２素子収容部４０の周壁には、掃気ガスの通路となる貫通孔４２が形成されている。
【００２９】
＜バタフライ弁＞
バタフライ弁５１は、図示しないアクチュエータ（例えば、超音波モータ、ソレノイド）によって作動し（矢印Ａ１参照）、第２ガス検出室４１等を密閉状態に維持可能な弁体であり、第２素子収容部４０内に配置されている。ただし、第２ガス検出室４１等を密閉状態に維持可能であれば、バタフライ弁５１に限定されず、ゲート弁、ボール弁、グローブ弁等であってもよい。また、前記アクチュエータとして、超音波モータを使用した場合、その無通電状態における静止トルクによって、バタフライ弁５１を開位置又は閉位置に維持することができ、電力消費を抑えることができる。
【００３０】
そして、前記アクチュエータは、ＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０の指令に従って作動し、その結果、バタフライ弁５１が開閉するようになっている。よって、第１実施形態において、第２ガス検出室４１等を密閉状態に維持可能なバルブ機構は、バタフライ弁５１と、前記アクチュエータとを備えて構成されている。
また、前記アクチュエータ及び後記するコンプレッサ６１等は、燃料電池や、バッテリ（蓄電装置）等を電源としている。
【００３１】
＜掃気手段＞
掃気手段６０は、第２ガス検出室４１等に掃気ガスを導入し、第２ガス検出室４１等を掃気する手段であり、コンプレッサ６１と、開閉弁６２とを主に備えている。コンプレッサ６１は、配管６１ａ、開閉弁６２、配管６２ａを介して、第２素子収容部４０の貫通孔４２に接続されている。そして、ＥＣＵ９０の指令によって、開閉弁６２が開かれ、コンプレッサ６１が作動すると外気が取り込まれ、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１等に掃気ガスとして送り込まれるようになっている。
【００３２】
なお、開閉弁６２は、掃気時のみに、第２ガス検出室４１等への掃気ガスの流入を許容するものあるから、これに代えて、例えば逆止弁を設けてもよい。このように逆止弁を使用すれば、ＥＣＵ９０による制御は不要となる。また、コンプレッサ６１は、燃料電池に空気を送るコンプレッサを兼用してもよいし、コンプレッサ６１に代えて、例えば送風機（ファン）を使用してもよい。
【００３３】
＜湿度センサ＞
湿度センサ７１は、第２ガス検出室４１に配置されており、第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１を検出し、ＥＣＵ９０に出力するようになっている。なお、湿度センサ７１の位置はこれに限定されず、第１ガス検出室３２に設けてもよいし、両者に設けてもよい。
【００３４】
＜ＩＧ＞
ＩＧ８１は、燃料電池自動車及び燃料電池システムの起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ８１はＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０はＩＧ８１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００３５】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ９０は、ガスセンサシステム１を含め、燃料電池システム（燃料電池自動車）を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。
そして、ＥＣＵ９０は、ＩＧ８１のＯＮ信号を検知すると、燃料電池に水素と酸素を含む空気とを供給し、燃料電池を発電させ、運転者の要求に応じて、燃料電池自動車を走行させるようになっている。すなわち、ＥＣＵ９０（停止判定手段）は、ＩＧ８１がＯＦＦ信号を検知した場合、燃料電池自動車は停止したと判定する機能を備えている。
【００３６】
また、ＥＣＵ９０（バルブ機構制御手段）は、バタフライ弁５１、コンプレッサ６１、開閉弁６２を適宜に制御する機能を備えている。
【００３７】
さらに、ＥＣＵ９０（掃気ガス量決定手段）は、燃料電池自動車は停止したと判定した場合、湿度センサ７１が検出する湿度Ｈ１１と、その内部に記憶された図３に示すマップとに基づいて、掃気ガスの総量、コンプレッサ６１の作動時間を決定する機能を備えている。
なお、図３に示すマップは、事前試験等によって求められ、湿度Ｈ１１と掃気ガスの総量（コンプレッサ６１の作動時間）との関係を示すグラフであり、湿度Ｈ１１が高いほど、掃気ガスの総量は多くなり、コンプレッサ６１の作動時間は長くなる傾向となっている。ただし、図３に示すマップは、コンプレッサ６１を一定の回転速度で作動する場合を例示している。
【００３８】
≪ガスセンサシステムの動作≫
次に、ガスセンサシステム１の動作を、図２を主に参照して、ＥＣＵ９０に設定されたプログラム（フローチャート）の流れと共に説明する。なお、図２の初期（スタート）状態において、ＩＧ８１はＯＮ状態にあり、燃料電池システムは作動し（燃料電池は発電）、燃料電池自動車は走行又はアイドリング状態にある。また、初期状態において、バタフライ弁５１は開いており、開閉弁６２は閉じている。
【００３９】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ９０は、ＩＧ８１がＯＦＦされたか否かに基づいて、燃料電池自動車は停止したか否かを判定する。ＩＧ８１はＯＦＦされ、燃料電池自動車は停止したと判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、ＩＧ８１はＯＦＦされておらず、燃料電池自動車は停止していないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ステップＳ１０１の判定を繰り返す。
なお、ＩＧ８１がＯＦＦされると、ＥＣＵ９０は、燃料電池への水素、空気の供給を停止し、燃料電池の発電を停止する。これにより、燃料電池から排出されるオフガス中の水素濃度は徐々に低下する。
【００４０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ９０は、湿度センサ７１を介して、現在における第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１を検出する。
【００４１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０２で検出した湿度Ｈ１１と図３のマップとに基づいて、第２ガス検出室４１等に送り込むべき掃気ガスの総量を算出し、決定する。
【００４２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０３で算出した掃気ガスの総量に基づいて、コンプレッサ６１の作動時間を決定する。ここで、第１実施形態では、コンプレッサ６１を一定の回転速度で作動させる場合を例示するので、湿度Ｈ１１が高く、掃気ガスの総量が多いほど、コンプレッサ６１の作動時間は長くなる（図３参照）。
ただし、これに限定されず、掃気ガスの総量が多くなると、コンプレッサ６１の回転速度を高める構成としてもよい。
【００４３】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を開き、ステップＳ１０５で決定した作動時間にてコンプレッサ６１を作動する。これにより、掃気ガスが第２ガス検出室４１等に送り込まれ、掃気が実施され、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１の湿度Ｈ１１が下がる。
そして、前記作動時間の経過後、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ６１を停止する。
【００４４】
第２ガス検出室４１等の掃気後であるステップＳ１０６において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を閉じる。これにより、第２ガス検出室４１等は密閉状態になる。
そして、ＥＣＵ９０の処理は、エンドに進み、ガスセンサシステム１の動作は終了する。
【００４５】
≪ガスセンサシステムの効果≫
このようなガスセンサシステム１によれば、以下の効果を主に得ることができる。
燃料電池自動車（燃料電池システム）が停止され、オフガス中の水素濃度Ｃ１１が低下し、水素濃度Ｃ１１を検出する必要がない場合、バタフライ弁５１等によって、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１を密閉状態に維持することができる。これにより、燃料電池自動車の停止中に、オフガス、及びこれに同伴する水蒸気、埃等の劣化因子が、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１に侵入しない。よって、燃料電池自動車の停止中に、ガス検出素子２３は水蒸気、埃等に曝されず、水蒸気、埃等によるガス検出素子２３の劣化は防止される。
【００４６】
また、第２ガス検出室４１等を密閉する前に、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等を掃気し、第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１を下げるので、水蒸気等の劣化因子の少ない環境下にしてから、第２ガス検出室４１等を密閉することができる。これにより、ガス検出素子２３の劣化を好適に防止できる。
【００４７】
さらに、第２ガス検出室４１等に送り込む掃気ガスの総量は、ＩＧ８１のＯＦＦ時における湿度Ｈ１１に基づいて、適切に決定される。これにより、第２ガス検出室４１等を好適に掃気し、その湿度Ｈ１１を下げることができる。
【００４８】
このように、第１実施形態では、バタフライ弁５１が開いている初期状態（ＩＧ８１がＯＮ状態）において、ＩＧ８１がＯＦＦされると、バタフライ弁５１が閉じ、燃料電池自動車は停止状態を継続する場合を説明したが、その後、バタフライ弁５１が開く場合を説明する。
ＥＣＵ９０は、ＩＧ８１が実際にＯＮされた場合（ＯＮのポジションに入った場合）や、ＩＧ８１がその後ＯＮされると予想される場合に、バタフライ弁５１を開く。ＩＧ８１がＯＮされると予想される場合とは、例えば、キーがシリンダに挿入されたことを検知した場合、乗員センサにより車内に乗員の乗車を検知した場合、着座センサにより運転者の着座を検知した場合、運転席側のドアが開かれたことを検知した場合、ドアロックが解錠されたことを検知した場合である。
【００４９】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について図４、図５を参照して、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００５０】
≪ガスセンサシステムの構成≫
図４に示すように、第２実施形態に係るガスセンサシステム２は、湿度センサ７１（図１参照）に代えて、温度センサ７２を備えている。温度センサ７２は、第２ガス検出室４１に配置されており、第２ガス検出室４１等の現在の温度Ｔ１１を検出し、検出した温度Ｔ１１をＥＣＵ９０に出力するようになっている。なお、温度センサ７２は、第１ガス検出室３２に設けられてもよい。
【００５１】
第２実施形態に係るＥＣＵ９０は、燃料電池自動車が停止した後、掃気を開始し、温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下となるまで、この掃気を継続する機能を備えている。なお、所定温度Ｔ０は、ガス検出素子２３が熱劣化しないとされる温度であり、ガス検出素子２３の仕様、位置等に依存し、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ９０に記憶されている。
【００５２】
≪ガスセンサシステムの動作≫
次に、ガスセンサシステム２の動作を、図５を主に参照して説明する。
ＩＧ８１がＯＦＦされた場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）に進むステップＳ２０１において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１を開いたまま、開閉弁６２を開き、コンプレッサ６１を作動する。そうすると、第２ガス検出室４１等に掃気ガスが送り込まれ、第２ガス検出室４１等の掃気が開始されると共に、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等の温度Ｔ１１が低下し始める。
【００５３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ９０は、現在の温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下であるか否か判定する。温度Ｔ１１は所定温度Ｔ０以下であると判定した場合（Ｓ２０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ２０３に進む。一方、温度Ｔ１１は所定温度Ｔ０以下でないと判定した場合（Ｓ２０２・Ｎｏ）、ステップＳ２０２の判定を繰り返す。なお、この場合、コンプレッサ６１は継続して作動し、掃気は継続される。
【００５４】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ６１を停止する。
次いで、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ９０は、第１実施形態と同様に、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を閉じ、第２ガス検出室４１等を密閉状態にする。
【００５５】
≪ガスセンサシステムの効果≫
このようなガスセンサシステム２によれば、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等の湿度を低下させつつ、その温度Ｔ１１を低下することができる。つまり、第２ガス検出室４１等の温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下に低下するまで、掃気を継続することができる。
これにより、第２ガス検出室４１等が高温のまま密閉されることは防止され、よって、ガス検出素子２３の熱劣化を防止することができる。
【００５６】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態について、図６、図７を参照して、第１、第２実施形態と異なる部分を説明する。
【００５７】
≪ガスセンサシステムの動作≫
ＩＧ８１がＯＦＦされた場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）に進むステップＳ３０１において、ＥＣＵ９０は、ガス検出素子２３を介して、第１ガス検出室３２の現在の水素濃度Ｃ１１を検出する。
【００５８】
ステップＳ３０２において、ＥＣＵ９０（掃気ガス量決定手段）は、ステップＳ３０１で検出した水素濃度Ｃ１１と、図７に示すマップとに基づいて、第２ガス検出室４１等に送り込むべき掃気ガスの総量を算出し、決定する。図７に示すマップは、水素濃度Ｃ１１が高くなると、掃気ガス量が多くなる傾向を有しており、算出される掃気ガス量にて掃気することで、水素濃度Ｃ１１が低下し、高濃度の水素によってガス検出素子２３が劣化しないように設定されている。なお、このマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ９０に記憶されている。
【００５９】
ステップＳ３０３において、ＥＣＵ９０は、ステップ３０２で算出した掃気ガスの総量に基づいて、コンプレッサ６１の作動時間を決定する。なお、コンプレッサ６１を一定の回転速度で作動させる場合を例示するので、水素濃度Ｃ１１が高く、掃気ガスの総量が多いほど、コンプレッサ６１の作動時間は長くなる（図７参照）。
【００６０】
ステップＳ３０４において、ＥＣＵ９０は、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を開き、ステップＳ３０３で決定した作動時間にてコンプレッサ６１を作動する。これにより、掃気ガスが第２ガス検出室４１等に送り込まれ、掃気が実施され、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１、温度Ｔ１１、及び水素濃度Ｃ１１が下がる。
そして、前記作動時間の経過後、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ６１を停止した後、バタフライ弁５１及び開閉弁６２を閉じ、第２ガス検出室４１等を密閉状態にする。
【００６１】
≪ガスセンサシステムの効果≫
このようなガスセンサシステムによれば、掃気ガスによって、第２ガス検出室４１等の湿度Ｈ１１及び温度Ｔ１１を低下しつつ、水素濃度Ｃ１１を低下することができる。これにより、第１ガス検出室３２及び第２ガス検出室４１に高濃度の水素が封入されることは防止され、高濃度の水素によるガス検出素子２３の劣化（腐食）を防止することができる。
また、掃気ガスの総量、コンプレッサ６１の作動時間はＩＧ８１のＯＦＦ時の水素濃度Ｃ１１に基づいて適切に決定されるので、水素濃度Ｃ１１を適切に下げることができる。
【００６２】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。
前記した実施形態では、被検出ガスが水素である場合を例示したが、これに限定されずその他種類のガスであってもよい。また、ガスセンサシステム１が燃料電池自動車に搭載された場合を説明したが、その他の車両に搭載された構成でもよい。
【００６３】
前記した実施形態では、ＩＧ８１がＯＦＦされた場合に、燃料電池自動車（車両）が停止したと判定される場合を例示したが、その他に例えば、ＩＧ８１のＯＦＦに遅れて実際に燃料電池の発電が停止する構成の場合、燃料電池の発電が停止したときに、燃料電池自動車が停止したと判定する構成としてもよい。
【００６４】
前記した第３実施形態では、ガス検出素子２３を介して検出される水素濃度Ｃ１１に基づいて、掃気ガスの量を決定する場合を例示したが、ガス検出素子２３とは別に水素濃度を検出するセンサを設け、このセンサが検出する水素濃度に基づいて、掃気ガス量を決定する構成でもよい。
【００６５】
前記した第１実施形態ではＩＧ８１のＯＦＦ時の湿度Ｈ１１に基づいて、第３実施形態ではＩＧ８１のＯＦＦ時の水素濃度Ｃ１１に基づいて、掃気ガス量、コンプレッサ６１の作動時間を決定し、これに従って、コンプレッサ６１を作動し掃気する場合を例示したが、その他に例えば、第２実施形態のように、ＩＧ８１がＯＦＦされた場合に掃気を開始し、湿度Ｈ１１が所定湿度Ｈ０以下に低下するまで、水素濃度Ｃ１１が所定水素濃度Ｃ０以下に低下するまで、掃気を継続する構成としてもよい。所定湿度Ｈ０は水分によってガス検出素子２３が劣化しない湿度であり、所定水素濃度Ｃ０は水素によってガス検出素子２３が劣化しない水素濃度である。
【００６６】
これとは逆に、第２実施形態では、温度Ｔ１１が所定温度Ｔ０以下に低下するまで掃気を継続する場合を例示したが、その他に例えば、ＩＧ８１のＯＦＦ時の温度Ｔ１１に基づいて、掃気ガス量、コンプレッサ６１の作動時間を決定し、これに従って、コンプレッサ６１を作動し掃気する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態に係るガスセンサシステムの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るガスセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る湿度と掃気ガスの量（コンプレッサの作動時間）との関係を示すマップである。
【図４】第２実施形態に係るガスセンサシステムの構成を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るガスセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態に係るガスセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態に係る水素濃度と掃気ガスの量（コンプレッサの作動時間）との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００６８】
１ ガスセンサシステム
２０ 水素センサ
２３ ガス検出素子
３０ 素子収容部
３２ 第１ガス検出室
４１ 第２ガス検出室
５１ バタフライ弁（バルブ機構）
６０ 掃気手段
６１ コンプレッサ
７１ 湿度センサ
７２ 温度センサ
９０ ＥＣＵ（バルブ機構制御手段、停止判定手段、掃気ガス量決定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、当該車両に対応して作動し、被検出ガスを検出するガスセンサシステムであって、
前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、
前記ガス検出素子が配置されると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室と、
前記ガス検出室を密閉状態に維持可能なバルブ機構と、
前記バルブ機構を制御するバルブ機構制御手段と、
前記車両が停止したか否かを判定する停止判定手段と、
を備え、
前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉する
ことを特徴とするガスセンサシステム。
【請求項２】
前記ガス検出室に掃気ガスを導入し、当該ガス検出室を掃気する掃気手段を備え、
前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記掃気手段によって前記ガス検出室を掃気した後、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサシステム。
【請求項３】
前記ガス検出室の湿度を検出する湿度センサと、
前記ガス検出室の湿度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段と、
を備え、
前記ガス検出室の湿度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサシステム。
【請求項４】
前記ガス検出室の温度を検出する温度センサを備え、
前記掃気手段は、前記ガス検出室の温度が所定温度以下になるまで、掃気を継続する
ことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサシステム。
【請求項５】
前記ガス検出室における被検出ガスの濃度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段を備え、
前記被検出ガスの濃度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサシステム。
【請求項１】
車両に搭載され、当該車両に対応して作動し、被検出ガスを検出するガスセンサシステムであって、
前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、
前記ガス検出素子が配置されると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室と、
前記ガス検出室を密閉状態に維持可能なバルブ機構と、
前記バルブ機構を制御するバルブ機構制御手段と、
前記車両が停止したか否かを判定する停止判定手段と、
を備え、
前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉する
ことを特徴とするガスセンサシステム。
【請求項２】
前記ガス検出室に掃気ガスを導入し、当該ガス検出室を掃気する掃気手段を備え、
前記停止判定手段によって前記車両は停止したと判定された場合、前記掃気手段によって前記ガス検出室を掃気した後、前記バルブ機構制御手段が前記バルブ機構により前記ガス検出室を密閉する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサシステム。
【請求項３】
前記ガス検出室の湿度を検出する湿度センサと、
前記ガス検出室の湿度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段と、
を備え、
前記ガス検出室の湿度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサシステム。
【請求項４】
前記ガス検出室の温度を検出する温度センサを備え、
前記掃気手段は、前記ガス検出室の温度が所定温度以下になるまで、掃気を継続する
ことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサシステム。
【請求項５】
前記ガス検出室における被検出ガスの濃度に基づいて、前記掃気ガスの量を決定する掃気ガス量決定手段を備え、
前記被検出ガスの濃度が高いほど、前記掃気ガスの量は多くなる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１９０８８９（Ｐ２００８−１９０８８９Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２７５１（Ｐ２００７−２２７５１）
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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