JP2015125114A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】吸湿環境下での吸湿による応答性の低下を抑制しつつ、センサ寿命を延ばすことが可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】複数の検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有する検出部２を備え、複数の検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのうち一つの検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）のみ駆動制御する水素センサ１であって、検出部２の起動／停止を制御する起動／停止制御手段と、検出部２を起動する際、前回の起動時とは異なる検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択する素子選択手段と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の検出素子を備えたガスセンサに関する。

複数の検出素子を備えた従来のガスセンサとしては、各検出素子を選択可能な切替スイッチを設けて、経年劣化によってガスの検出ができなくなったときに、それまで使用していた検出素子を別の検出素子に切り替える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３０２３６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数の検出素子を設けることでガスセンサの使用寿命を延ばすことはできるが、経年劣化によって検出素子を切り替えるまでの長期間に使用していない検出素子に電流を流さないため、使用していない検出素子において、湿度環境下での吸湿による影響を受けて応答性が低下する問題があった。すなわち、検出素子のコイルを被覆しているアルミナ等の担体のポーラスに水分が吸収され、また内部のコイル燃焼層での水素反応により発生した水蒸気と、飛来した水素との呼吸バランスがとれなくなることで応答性が低下する。一方で、検出素子の劣化要因としては素子の酸化による劣化があり、一般的に触媒は空気中に長期間放置することで表面に酸素が付着して触媒機能が低下する。水素と反応させる接触燃焼式の場合には、素子表面の不純物（吸湿：表面に異物として付着）の付着により時間遅れが発生することで応答性が低下する。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、吸湿環境下での応答性の低下を抑制しつつ、センサ寿命を延ばすことが可能なガスセンサを提供することを目的とする。

本発明は、複数の検出素子を有する検出部を備え、前記複数の検出素子のうち一つの検出素子のみ駆動制御するガスセンサであって、前記検出部の起動／停止を制御する起動／停止制御手段と、前記検出部を起動する際、前回の起動時とは異なる検出素子を選択する素子選択手段と、を備えることを特徴とする。

これによれば、起動／停止制御手段が検出部を起動する際に、素子選択手段が前回の起動時に選択した検出素子とは異なる検出素子を選択するので、各検出素子を均等に使用することができ、検出素子に長期間電流を流さなくなるのを防止できる。よって、各検出素子の吸湿環境下での吸湿による応答性の低下を抑制することができ、センサ寿命を延ばすことが可能になる。

また、前記検出部を起動する際にカウントアップするカウント手段を備え、前記素子選択手段は、前記検出部を起動する際に前記カウント手段によってカウントアップしたカウント値に応じて前記検出素子を選択することを特徴とする。

これによれば、検出部を起動する毎にカウント値がカウントアップすることで、カウント値に基づいて素子選択手段が検出素子を切り替えることができるので、検出素子を簡便な構成で切り替えることが可能になる。

また、車両に搭載されるガスセンサであって、前記起動／停止制御手段は、前記車両を起動する起動信号を受信した際に前記検出部を起動することを特徴とする。

これによれば、検出部（ガスセンサ）の起動を車両の起動に同期させることで、検出部（ガスセンサ）の起動判断に新たな構成を設けることが不要になり、ガスセンサを簡便な構成にすることができる。

また、前記検出素子の異常を検知する異常検知手段を備え、前記起動／停止制御手段は、前記異常検知手段により前記検出素子の異常を検知した場合、前記検出部を再起動することを特徴とする。

これによれば、検出素子の異常時には起動／停止制御手段が検出部を再起動することで、検出素子を切り替えることができる。よって、例えば、車両の運転中であっても検出素子を切り替えることができ、車両の運転に支障をきたすことがなくなる。

また、前記検出部が起動を開始してからの経過時間を計時する計時手段を備え、前記起動／停止制御手段は、前記計時手段により所定時間が経過したと判定した場合、前記検出部を再起動することを特徴とする。

ところで、検出部（ガスセンサ）の起動毎に検出素子を切り替えるだけでは、一つの検出素子の連続使用時間が長くなるおそれがある。そこで、検出部が起動してから所定時間が経過したときに検出素子を切り替えることで、一つの検出素子のみが極端に使用される（長時間使用により酷使される）のを防止することができる。これにより、検出素子の劣化が過度に進行するのを防止することが可能になる。

本発明によれば、吸湿環境下での使用における吸湿による応答性の低下を抑制しつつ、センサ寿命を延ばすことが可能なガスセンサを提供できる。

第１実施形態に係る水素センサを備えた燃料電池システムを示す構成図である。 第１実施形態に係る水素センサを示す側断面図である。 第１実施形態に係る水素センサをガス出入口側から見たときの平面図である。 第１実施形態に係る水素センサの回路図である。 第１実施形態に係る水素センサの動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る水素センサの動作を示すタイムチャートである。 第２実施形態に係る水素センサの動作を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る水素センサの動作を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る水素センサの動作を示すタイムチャートである。 第４実施形態に係る水素センサのガス出入口側から見たときの平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１ないし図１０を参照して説明する。まず、水素センサ１（ガスセンサ）が組み込まれた燃料電池システム１００について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る水素センサを備えた燃料電池システムを示す構成図である。
図1に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池車（車両）に搭載されるものであり、燃料電池スタック１１０（燃料電池）、パージ弁１１３、希釈器１２０、水素センサ１、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３０などを備えている。

燃料電池スタック１１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟持するカソードおよびアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路１１１およびカソード流路１１２が形成されている。

燃料電池システム１００では、水素（被検出ガス）が、水素タンク（図示しない）から配管１１１ａを通ってアノード流路１１１（アノード）に供給され、酸素を含む空気が、外気を吸気するコンプレッサ（図示しない）から配管１１２ａを通ってカソード流路１１２（カソード）に供給される。これにより、燃料電池スタック１１０では、アノードおよびカソードに含まれる触媒（Ｐｔなど）上で電極反応が起こり、燃料電池スタック１１０が発電可能な状態となる。このように発電可能な状態の燃料電池スタック１１０と外部負荷（例えば走行用のモータ）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。

また、燃料電池システム１００では、アノード流路１１１から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスが、配管１１１ｂを通って配管１１１ａに戻り、水素が循環するようになっている。配管１１１ｂは、配管１１３ａ、パージ弁１１３、配管１１３ｂを介して、希釈器１２０に接続されている。なお、図示していないが、配管１１１ａには、配管１１１ｂが合流する位置に、未消費の水素を循環させる循環手段（例えば、エゼクタ）が設けられている。

パージ弁１１３は、電磁作動式のものであり、ＥＣＵ１３０の制御によって開かれると、水素、不純物（水蒸気、窒素など）を含むアノードオフガスが、配管１１３ａ，１１３ｂを通って、希釈器１２０に排出されるようになっている。

希釈器１２０は、アノードオフガス中の水素を、カソード流路１１２から配管１１２ｂを通って排出されたカソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を有している。希釈器１２０で希釈された後のガスは、配管１２０ａを通って車外（外部）に排出されるようになっている。

ＥＣＵ１３０は、車両を統括的に制御するものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、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。また、ＥＣＵ１３０は、起動スイッチ（スタータスイッチ）１３１のＯＮ信号を検知した場合、水素センサ１に起動信号（起動指令）を出力し、起動スイッチ１３１のＯＦＦ信号を検知した場合、水素センサ１に停止信号（停止指令）を出力するようになっている。また、ＥＣＵ１３０は、起動信号を検知すると、水素センサ１に電力を供給し、停止信号を検知すると、水素センサ１に供給する電力を停止するようになっている。つまり、ＥＣＵ１３０は、水素センサ１の電源をＯＮ・ＯＦＦできるように構成されている。

図２は、第１実施形態に係る水素センサを示す側断面図である。
図２に示すように、水素センサ１は、触媒燃焼式のものであり、配管１２０ａを通流するガス中の水素濃度を検出するものである。

また、水素センサ１は、回路基板１１と、回路基板１１を収容するケース１２と、ケース１２の底壁部から鉛直下向きに延びる有底円筒状の素子ハウジング１３と、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、補償素子３２と、検出室１３ａの温度を検出する温度センサ１４と、素子ハウジング１３の外側に取り付けられた円筒状のヒータ２１と、ヒータ２１の温度を検出する温度センサ２２と、を備えている。なお、以下では、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃをまとめて検出部２という場合もある。

回路基板１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されたマイコン５１(図４参照）を備えている。

ケース１２は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂で形成され、配管１２０ａの外壁１２０ｂにボルトによって取り付けられている。

素子ハウジング１３は、水素を含むガスを取り込む検出室１３ａ（ガス検出室）を有している。検出室１３ａには、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃおよび補償素子３２が配置されている。なお、素子ハウジング１３は、ヒータ２１の熱が検出室１３ａに伝達するように、熱伝導度の高い材料（ＳＵＳなどの金属や、熱伝導度の高い樹脂）で形成されている。

また、素子ハウジング１３の底壁部には、平面視で円形のガス出入口１３ｂが形成されている。このガス出入口１３ｂを介して、水素を含むガスが、検出室１３ａと配管１２０ａとの間で、出入するようになっている。

なお、ガス出入口１３ｂには、例えば、防爆フィルタおよび撥水フィルタ（いずれも図示しない）が設けられている。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、金属製のメッシュや多孔質体から構成されている。撥水フィルタは、ガス（水素）の通過を許容するが、液体（水滴）の通過を許容しないフィルタであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン膜から構成されている。

検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、それぞれ同じ構成であり、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３１ａが、触媒を坦持したアルミナ等の坦体３１ｂで被覆されることによって構成されている。なお、触媒は、水素などの被検出ガスに対して活性な貴金属などからなる。

補償素子３２は、被検出ガス（水素）に対して不活性とされ、例えば検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと同等のコイル３２ａを有し、このコイル３２ａの表面がアルミナなどの坦体３２ｂで被覆されることによって構成されている。すなわち、補償素子３２は、水素が接触しても、水素と触媒燃焼反応せず、燃焼熱が生成しないものである。

また、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、補償素子３２とは、互いに近接して配置されている。なお、近接とは、雰囲気が同じ領域内であることをいい、例えば、被検出ガスである水素の濃度や温度が実質的に同一な領域であることをいう。

また、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、それぞれ一対の導電性（金属製）のステー（支柱）３１ｃ，３１ｃを介して検出室１３ａの天井（ケース１２の底壁部）から所定距離離間した位置に配置されている。補償素子３２についても、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと同様に、一対の導電性（金属製）のステー３２ｃ，３２ｃを介して検出室１３ａの天井（ケース１２の底壁部）から所定距離離間した位置に配置されている。また、各ステー３１ｃ，３２ｃは、ケース１２の底壁部を貫通して回路基板１１の回路（ブリッジ回路）と導通するように接続されている。

温度センサ１４は、温度補正用のセンサであり、検出室１３ａの温度を検出し、マイコン５１（図４参照）に出力するようになっている。

ヒータ２１は、円筒状の電気ヒータであり、素子ハウジング１３の外側面（外周面）に接するように取り付けられている。ヒータ２１を設けて、検出室１３ａを温めることにより、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃや補償素子３２が結露することにより素子が劣化するのを抑制することができる。また、ヒータ２１は、温度抵抗係数（抵抗温度係数）が大きく、その抵抗値とその温度とが線形関係となる材料で形成されている。このような特性を有する材料としては、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）などの金属や、ニクロム、ＳＵＳなどの合金から選択された少なくとも一種を使用できる。ヒータ２１を設けることにより、検出室１３ａに水蒸気が溜まり、結露水となってセンサとして機能しなくなるのを防止できる。

温度センサ２２は、ヒータ制御用のセンサであり、ヒータ２１の温度を検出し、マイコン５１（図４参照）に出力するようになっている。

図３は、第１実施形態に係る水素センサのガス出入口側から見たときの平面図である。なお、図３では、素子ハウジング１３の外側のヒータ２１や温度センサ２２の図示を省略している。
図３に示すように、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、コイル３１ａの軸方向に対して直交する方向に間隔を置いて一列に並んで配置されている。また、いずれの検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃも、検出室１３ａの天井から同じ距離に配置されている。

温度センサ１４は、平面視において円形を呈する検出室１３ａの中心に位置している。温度センサ１４を間に挟んで、一側に検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ、他側に補償素子３２が配置されている。

このように、温度センサ１４を検出室１３ａの中心として、その周囲に検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃおよび補償素子３２を配置することにより、温度センサ１４の検出する検出室１３ａの温度が、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃおよび補償素子３２の雰囲気温度と略等しくなるようになっている。すなわち、１つの温度センサ１４によって、４つの素子（検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃおよび補償素子３２）の雰囲気温度が検出されるようにレイアウトされており、温度センサ１４の部品点数の削減が図られている。

図４は、第１実施形態に係る水素センサの回路図である。
図４に示すように、水素センサ１は、第１辺部３０と第２辺部４０とを含むブリッジ回路によって構成されている。

第１辺部３０は、互いに並列に接続された検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有する並列部と、補償素子３２と、が直列に接続されることで構成されている。すなわち、補償素子３２は、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃとそれぞれ直列に接続されるようになっている。

第２辺部４０は、抵抗体４１と、抵抗体４２と、が直列に接続されることで構成されている。なお、抵抗体４１，４２は、それぞれ固定抵抗であり、回路基板１１上に設けられている（図２参照）。

第１辺部３０の両端と、第２辺部４０の両端とは、それぞれ接続されて入力端子Ｔ１，Ｔ２を構成している。入力端子Ｔ１，Ｔ２は、電圧発生回路５３に接続されており、電圧発生回路５３で発生した電圧Ｖｉｎが入力端子Ｔ１，Ｔ２に印加するようになっている。

電圧発生回路５３は、バッテリ（低電圧バッテリ、１２Ｖバッテリ）６２と接続されており、マイコン５１の制御によってバッテリ６２から電圧発生回路５３に電力が供給されるように構成されている。

第１辺部３０において、並列部（並列に接続された検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）と補償素子３２との間の中間点は、出力端子Ｔ３を構成している。第２辺部４０において、抵抗体４１と抵抗体４２との間の中間点は出力端子Ｔ４を構成している。出力端子Ｔ３，Ｔ４は、マイコン５１に接続されている。出力端子Ｔ３、Ｔ４の電位差Ｖｏｕｔは、マイコン５１に出力される。

また、第１辺部３０の並列部には、検出素子３１Ａと補償素子３２とを直列に接続し、また検出素子３１Ａと補償素子３２との接続を遮断する切替スイッチ３３ａが設けられている。同様に、並列部には、検出素子３１Ｂと補償素子３２とを直列に接続し、また検出素子３１Ｂと補償素子３２との接続を遮断する切替スイッチ３３ｂが設けられ、検出素子３１Ｃと補償素子３２とを直列に接続し、また検出素子３１Ｃと補償素子３２との接続を遮断する切替スイッチ３３ｃが設けられている。切替スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、マイコン５１により開閉（接続／遮断）駆動制御される。つまり、第１辺部３０においては、マイコン５１の駆動制御によって、切替スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃのいずれか一つが選択されて接続され、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのいずれか一つと、補償素子３２とが直列に接続されるようになっている。

このように構成された水素センサ１では、検出室１３ａの温度が常温（２５℃等）であり、水素濃度が０である場合、電位差Ｖｏｕｔが０となるように、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの抵抗値、補償素子３２の抵抗値、抵抗体４１の抵抗値および抵抗体４２の抵抗値は、設定されている。

抵抗体４１の抵抗値および抵抗体４２の抵抗値は固定値であるのに対して、検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）の抵抗値は検出室１３ａの温度と水素の燃焼熱とに基づいて変化し、補償素子３２の抵抗値は検出室１３ａの温度に基づいて変化する。このため、検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）の抵抗値と補償素子３２の抵抗値との差分に基づく、出力端子Ｔ３、Ｔ４の電位差Ｖｏｕｔが、水素濃度に対応した信号として、マイコン５１に出力されるようになっている。

マイコン５１は、起動／停止制御手段、素子選択手段、カウント手段、異常検知手段および計時手段を備えている。また、マイコン５１は、ヒータ駆動回路５２を介してヒータ２１を駆動する。ヒータ２１には、バッテリ６１から電力が供給される。

起動／停止制御手段は、電圧発生回路５３を制御して、検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）、補償素子３２、抵抗体４１，４２への通電を開始／停止する制御を実行して、検出部２（水素センサ１）を起動／停止する機能を備えている。

素子選択手段は、起動／停止制御手段によって検出部（水素センサ１）が起動されたとき（検出部２の起動時）に検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのうちのいずれか一つを選択して制御する機能を備えている。また、素子選択手段は、前回起動した検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃとは異なる検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択して制御する。例えば、前回の起動時に検出素子３１Ａが選択された場合には、今回の起動時には検出素子３１Ｂ（または検出素子３１Ｃ）が選択されるようになっている。

カウント手段は、水素センサ１の起動時にカウントアップする機能を有し、水素センサ１を起動する毎にカウント値を「１→２→３→４・・・」のように加算する機能を備えている。カウントアップした後のカウント値は、マイコン５１に備えられた不揮発性のメモリに記憶され、水素センサ１の電源をＯＦＦにしたとしても直近のカウント値が保持されるようになっている。マイコン５１は、カウント手段によるカウント値を読み取り、カウント値がカウントアップしたときに、素子選択手段が前回の起動時とは異なる検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択し、起動／停止制御手段が切替スイッチ３３ａ（３３ｂ，３３ｃ）を駆動制御するようになっている。

異常検知手段は、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの異常を検知する機能を有している。例えば、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが断線した場合、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが短絡した場合などに検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）が異常であることが検知される。検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）が異常であることを検知する方法としては、例えば、図４の検出用のブリッジ回路と対となるブリッジ回路を比較用として設けておき、検出用の出力を比較用の出力と比較して、検出用の出力と比較用の出力との差が所定値（想定される範囲）を超えた場合に（著しく逸脱した場合に）、異常であることを検知できる。

計時手段は、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが起動（検出部２が起動）してからの経過時間を計測する機能を有し、例えばマイコン５１に内蔵されたタイマによって構成されている。起動／停止制御手段によって水素センサ１が起動され、水素センサ１の起動から所定時間が経過した場合には、現在起動している検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）とは異なる検出素子３１Ｂ（３１Ｃ，３１Ａ）に切り替える。なお、所定時間は、待機時間（非通電時間）が連続して続いたときに、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの劣化が過度に進行するのを抑制することができる時間に設定され、例えば、２〜３時間に設定される。

次に、第１実施形態に係る水素センサの動作について説明する。図５は、第１実施形態に係る水素センサの動作を示すフローチャートである。なお、水素センサ１を起動する前には、切替スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｂがすべてＯＦＦ（遮断状態）に設定されている。

図５に示すように、マイコン５１は、ステップＳ１００において、車両（燃料電池車）の起動スイッチ１３１がＯＮしたか否かを判定する。起動スイッチ１３１がＯＮすると、起動スイッチ１３１の起動信号がＥＣＵ１３０（図４参照）を介してマイコン５１に送られる。また、起動スイッチ１３１がＯＮすると、ＥＣＵ１３０は、遮断弁（図示しない）を開いてアノード流路１１１（図１参照）に水素を供給し、コンプレッサ（図示しない）を作動させてカソード流路１１２（図１参照）に空気を供給し、燃料電池スタック１１０（図１参照）の発電を開始する。

ステップＳ１００において、マイコン５１は、起動スイッチ１３１がＯＮではないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１００の処理を繰り返し、起動スイッチ１３１がＯＮであると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０において、マイコン５１は、ＥＣＵ１３０によって電源がＯＮにされる（起動／停止制御手段）。すなわち、ＥＣＵ１３０からマイコン５１に対して、マイコン５１を起動させるためのセンサ電源（電力）が供給される。つまり、マイコン５１の電源のＯＮは、車両のＥＣＵ１３０によって制御される。

なお、マイコン５１に対してＥＣＵ１３０からセンサ電源を直接に供給する構成に限定されるものではなく、例えば、マイコン５１とバッテリ６２（低電圧バッテリ）とを接続し、マイコン５１内にバッテリ６２との接続・遮断を行う切替部（切替回路）を設けておき、ＥＣＵ１３０から切替部を切り替える信号により、マイコン５１の電源をＯＮ／ＯＦＦする構成であってもよい。

そして、ステップＳ１４０に進み、マイコン５１は、電源がＯＮになると（Ｓ１２０）、カウントアップして（Ｎ←Ｎ＋１：Ｎ＝０，１，２，３・・・）、カウントアップしたカウント値を保持する。例えば、前回のカウント値が「１」の場合には、カウント値を「２」にカウントアップする。また、前回のカウント値が「２」の場合には、カウント値を「３」にカウントアップする。このように、マイコン５１は、水素センサ１を起動する毎に、自身の電源がＯＮになり、カウント値が変化するようになっている。

そして、ステップＳ１６０に進み、マイコン５１は、前回起動した検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）とは異なる検出素子３１Ｂ（３１Ｃ，３１Ａ）を選択して制御する（素子選択手段）。例えば、マイコン５１は、前回起動した検出素子が検出素子３１Ａであれば、検出素子３１Ｂまたは検出素子３１Ｃを選択し、切替スイッチ３３ｂまたは切替スイッチ３３ｃをＯＮ（接続）にする。

そして、ステップＳ１８０に進み、マイコン５１は、起動スイッチ１３１がＯＦＦしたか否かを判定する。すなわち、起動スイッチ１３１がＯＦＦすると、起動スイッチ１３１の停止信号がＥＣＵ１３０（図４参照）に送られる。

ステップＳ１８０において、マイコン５１は、起動スイッチ１３１がＯＦＦしていないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１８０の処理を繰り返し、起動スイッチ１３１がＯＦＦしたと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２００に進む。

また、起動スイッチ１３１がＯＦＦすると、ＥＣＵ１３０は、遮断弁（図示しない）を閉じることでアノード流路１１１への水素の供給が停止し、コンプレッサ（図示しない）を停止させてカソード流路１１２への空気の供給を停止し、燃料電池スタック１１０の発電を停止する。

ステップＳ２００において、マイコン５１は、ＥＣＵ１３０によって電源がＯＦＦにされる（起動／停止制御手段）。すなわち、ＥＣＵ１３０からマイコン５１に対して、マイコンに供給されているセンサ電源（電力）が停止される。つまり、マイコン５１の電源のＯＦＦは、ＥＣＵ１３０によって制御される。なお、カウントアップされたカウント値は、マイコン５１の電源ＯＦＦ後もその値が保持される。

図６は、第１実施形態に係る水素センサの動作を示すタイムチャートである。なお、図６において、検出素子１は、検出素子３１Ａに対応し、検出素子２は、検出素子３１Ｂに対応し、検出素子３は、検出素子３１Ｃに対応しているものとして説明する。

図６に示すように、時刻ｔ１において、車両の起動スイッチ１３１（図１参照）がＯＮした場合には（Ｓ１００，Ｙｅｓ）、マイコン５１（図４参照）の電源がＯＮすることによって（Ｓ１２０）、検出素子１が選択され、切替スイッチ３３ａ（図４参照）がＯＮになる（Ｓ１６０）。これにより、検出素子１によるセンサ出力が開始される。なお、本実施形態では、起動スイッチ１３１を初回に起動する場合には、カウント値が「０」から開始される場合を例に挙げて説明するが、カウント値が「１」以上の他のカウント値から開始されるものであってもよい。

そして、時刻ｔ２において、起動スイッチ１３１がＯＦＦになると（Ｓ１８０、Ｙｅｓ）、マイコン５１の電源がＯＦＦになることで（Ｓ２００）、切替スイッチ３３ａ（図４参照）がＯＦＦになり、検出素子１によるセンサ出力が停止する。なお、時刻ｔ２において起動スイッチ１３１がＯＦＦになったとしても、カウント値「０」の記憶は維持される。

そして、時刻ｔ３において、再び起動スイッチ１３１がＯＮになると、マイコン５１の電源がＯＮになることで（Ｓ１２０）、カウント値が「０」から「１」にカウントアップする（Ｓ１４０）。このようにカウント値がカウントアップすることで、前回の水素センサ１の起動時（前回の検出部の起動時）に選択された検出素子１とは異なる検出素子２（検出素子３１Ｂ）が選択され、検出素子２によるセンサ出力が開始される。

そして、時刻ｔ４において、起動スイッチ１３１がＯＦＦになると（Ｓ１８０、Ｙｅｓ）、マイコン５１の電源がＯＦＦになることで（Ｓ２００）、切替スイッチ３３ｂ（図４参照）がＯＦＦになり、検出素子２によるセンサ出力が停止する。なお、時刻ｔ４において起動スイッチ１３１がＯＦＦになったとしても、カウント値「１」の記憶は維持される。

また、さらに起動スイッチ１３１がＯＮになると、検出素子３（検出素子３１Ｃ）が選択され、検出素子３によるセンサ出力が開始される。このように、検出素子１〜３を有する水素センサ１の場合には、例えば、検出素子１→検出素子２→検出素子３→検出素子１→検出素子２・・・の順番で選択される。このように、検出素子１は、カウント値Ｎが３ｎ（ｎ＝０，１，２，３・・・）の場合に選択される。検出素子２は、カウント値Ｎが３ｎ＋１の場合に選択される。検出素子３は、カウント値Ｎが３ｎ＋２の場合に選択される。

このように、起動スイッチ１３１（図１参照）がＯＮになり、マイコン５１（図４参照）の電源がＯＮすることで、マイコン５１に設けられたカウンタ（カウント手段）がカウントアップし、カウント値（「０」→「１」）がカウントアップすることで前回起動した検出素子１とは異なる検出素子２が選択される。

同様に、再び起動スイッチ１３１がＯＮした場合には、マイコン５１の電源がＯＮになることで、カウント値が「１」から「２」にカウントアップする。カウント値が「１」から「２」にカウントアップすることで、前回の起動時に選択された検出素子２とは異なる検出素子３が選択され、検出素子３によるセンサ出力が開始される。

このように、水素センサ１を起動させるために、マイコン５１（図４参照）の電源がＯＮになる毎にカウントアップさせることで、前回の起動時とは異なる検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択できるようになる。

なお、図示していないが、例えば、検出素子１〜４を有する水素センサの場合には、検出素子１→検出素子２→検出素子３→検出素子４→検出素子１→検出素子２→検出素子３・・・の順番で選択される。検出素子１は、カウント値Ｎが４ｎ（ｎ＝０，１，２，３・・）の場合、検出素子２は、カウント値Ｎが４ｎ＋１の場合、カウント値Ｎが４ｎ＋２の場合、カウント値Ｎが４ｎ＋３の場合に、それぞれ選択される。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る水素センサの動作を示すフローチャートである。なお、第１実施形態と同様の構成（処理）については、同一のステップ符号を付して重複した説明を省略する。以下では、ステップＳ１７０以降の処理について説明する。

図７に示すように、ステップＳ１７０において、マイコン５１は、現在選択されている（現在起動している）検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）が異常であるか否かを検知する。検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）が異常である場合とは、回路が断線（コイル３１ａが断線）した場合、回路が短絡した場合などである。検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）が異常である場合には、センサ出力が正常な（想定される）範囲から逸脱した値がマイコン５１に出力される。

ステップＳ１７０において、マイコン５１は、現在起動している検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）の異常が検知された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１７１に進み、異常が検知されていない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１８０に進む。異常が検知された場合には、マイコン５１は、ＥＣＵ１３０に検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）が異常であることを示す信号を送る。

ステップＳ１７１において、マイコン５１は、ＥＣＵ１３０からセンサ電源をＯＦＦした後に再度ＯＮにする（水素センサ１（検出部２）を再起動する）。すなわち、ＥＣＵ１３０は、マイコン５１からセンサ出力（検出した出力）を受け取り、異常であるか否かを判定し、異常であると判定した場合には、マイコン５１のセンサ電源をＯＦＦ→ＯＮする。そして、マイコン５１は、ステップＳ１４０に戻って、センサ電源のＯＦＦ・ＯＮによりカウント値がカウントアップされ（Ｎ←Ｎ＋１）、ステップＳ１６０に進み、前回起動した検出素子（例えば、検出素子３１Ａ）つまり異常有りの検出素子とは別の検出素子（例えば、検出素子３１Ｂ）が選択される。

このように、マイコン５１がＥＣＵ１３０からの電源ＯＦＦ・ＯＮで再起動することによって、マイコン５１のカウンタ値がカウントアップし、現在起動している検出素子（例えば、検出素子３１Ａ）とは別の検出素子（例えば、検出素子３１Ｂ）が選択される。

また、ステップＳ１８０において、マイコン５１は、起動スイッチ１３１がＯＦＦでない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１７０に戻り、検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）に異常があるか否かの判定を継続する。ステップＳ１８０において、マイコン５１は、起動スイッチ１３１がＯＦＦである場合には（Ｙｅｓ）、マイコン５１の電源をＯＦＦし（Ｓ２００）、リターンする。

なお、図７には図示していないが、検出素子の異常を検知して（Ｓ１７０、Ｙｅｓ）、マイコン５１の電源をＯＦＦ→ＯＮした（Ｓ１７１）場合においても、依然として検出素子の異常が検知され（Ｓ１７０、Ｙｅｓ）、最終的に検出素子異常無し（Ｓ１７０、Ｎｏ）とはならなかった場合（すべての検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが異常の場合）には、運転者に警告（表示、音など）を行うようにしてもよい。また、この場合、車両の燃料電池スタック１１０の発電を停止したり、車両をバッテリのみで走行させる制御を行うようにしてもよい。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る水素センサの動作を示すフローチャートである。なお、第１実施形態と同様の構成（処理）については、同一のステップ符号を付して重複した説明を省略する。以下では、ステップＳ１８０以降の処理について説明する。

ステップＳ１８０において起動スイッチ１３１がＯＦＦでない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２２０に進み、マイコン５１は、検出部２が起動から所定時間が経過したか否かを判定する。なお、所定時間は、適宜設定することができるが、例えば２〜３時間に設定される。

ステップＳ２２０において、マイコン５１は、所定時間が経過したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２４０に進み、ＥＣＵ１３０からのセンサ電源をＯＦＦした後に再度ＯＮにする（水素センサ１（検出部２）を再起動する）。

そして、ステップＳ１４０に戻ることで、マイコン５１は、カウント値をカウントアップし、ステップＳ１６０に進み、前回起動した検出素子（例えば、検出素子３１Ａ）とは別の検出素子（例えば、検出素子３１Ｂ）を選択する。

また、ステップＳ２２０において、マイコン５１は、所定時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１８０に戻る。その後、起動スイッチ１３１がＯＦＦする前に（Ｓ１８０，Ｎｏ）、再度所定時間が経過した場合には（Ｓ２２０、Ｙｅｓ）、マイコン５１の電源をＯＦＦした後にＯＮにし（Ｓ２４０）、カウント値をカウントアップすることで（Ｓ１４０）、前回起動した検出素子（例えば、検出素子３１Ｂ）とは別の検出素子（例えば、検出素子３１Ｃ）を選択する。

図９は、第３実施形態に係る水素センサの動作を示すタイムチャートである。なお、図９において、検出素子１は、検出素子３１Ａに対応し、検出素子２は、検出素子３１Ｂに対応し、検出素子３は、検出素子３１Ｃに対応しているものとする。

図９に示すように、時刻ｔ１１において、車両の起動スイッチ１３１（図１参照）がＯＮした場合には、ＥＣＵ１３０からマイコン５１（図４参照）へのセンサ電源がＯＮすることによって、検出素子１が選択され、切替スイッチ３３ａ（図４参照）がＯＮになる。なお、検出素子１，２，３の先端は、前記したカウント値に応じて選択される。これにより、検出素子１によるセンサ出力が開始される。

そして、起動スイッチ１３１のＯＮ状態が継続中で、検出素子１のＯＮ（起動時）から所定時間Ｔが経過した場合には（時刻ｔ１２）、ＥＣＵ１３０からのセンサ電源が一旦ＯＦＦになることで検出素子１がＯＦＦになる。そして、時刻ｔ１３において、ＥＣＵ１３０から供給されるセンサ電源（電力）が直ちにＯＮになることで検出素子２がＯＮになり、検出素子２によるセンサ出力が開始される。

同様にして、起動スイッチ１３１のＯＮ状態が継続中で、検出素子２のＯＮ（起動時、時刻ｔ１３）から所定時間Ｔが経過した場合には（時刻ｔ１４）、ＥＣＵ１３０からのセンサ電源が一旦ＯＦＦになることで検出素子２がＯＦＦになる。そして、時刻ｔ１５において、ＥＣＵ１３０から供給されるセンサ電源（電力）が直ちにＯＮになることで検出素子３がＯＮになり、検出素子３によるセンサ出力が開始される。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る水素センサのガス出入口側から見たときの平面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

ところで、補償素子についても、検出素子と同様に、吸湿によるポーラス内部の水分の影響と、素子表面の不純物付着が劣化要因としてある。補償素子は、検出素子とは異なり水素とは反応しない素子であるため、水素反応遅延による応答性低下は発生しないが、極まれに、検出素子と補償素子とに付着する不純物（異物）が互いに異なっていた場合には、通電開始時に素子が熱平衡に至るまでの時間が検出素子と補償素子とで異なり、出力電圧が安定するまでの時間が遅延、つまり応答性の低下が発生する。そこで、本発明では、以下に示す構成に至ったものである。

図１０に示すように、水素センサ１Ａは、第１実施形態の水素センサ１の１つの補償素子３２を設ける構成に替えて、３つの補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを設ける構成としたものである。これら補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、互いに並列に接続されている。また、図示していないが、補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃには、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの切替スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと同様に、切替スイッチ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが設けられている。これにより、水素センサ１Ａの起動時には、補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃのいずれかひとつが選択されるようになっている。

補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃの切替についても、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの切替制御（図５参照）と同様に、マイコン５１の電源がＯＮされ、マイコン５１に備えられたカウント手段（カウンタ）によってカウント値がカウントアップすることで、前回起動した補償素子（例えば、補償素子３２Ａ）とは異なる補償素子（例えば、補償素子３２Ｂ）が選択されるようになっている。

このように、複数の補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを設けることにより、一つの補償素子が長期間使用されることで、一つの補償素子が極端に使用されることがなくなる（酷使されることがなくなる）。複数の補償素子を切替えて使用することにより、水素濃度の検出精度を安定させることができる。

また、第４実施形態においても、第３実施形態（図８参照）と同様に、起動スイッチ１３１のＯＮ状態が継続中で、補償素子（例えば、補償素子３２Ａ）の起動開始から所定時間が経過した場合には、ＥＣＵ１３０からのセンサ電源がＯＦＦになり、そしてＯＮになることで、補償素子（例えば、補償素子３２Ｂ）がＯＮになり、補償素子３２Ｂを含む水素センサ１Ａによるセンサ出力が開始される。

また、第４実施形態においても、第２実施形態（図７参照）と同様に、補償素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃの異常（回路の断線、回路の短絡など）を検知した場合、マイコン５１を再起動することで、前回起動した補償素子とは別の補償素子を選択するようにしてもよい。なお、この場合、検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）と、補償素子３２Ａ（３２Ｂ，３２Ｃ）とを同時に切り替えるようにしてもよく、交互に切り替えるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る水素センサ１，１Ａ（ガスセンサ）では、マイコン５１によって、検出部２の起動／停止が制御され（起動／停止制御手段）、検出部２が起動する際に前回の起動時とは異なる検出素子３２Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択して制御される（素子選択手段）。これによれば、素子選択手段によって、水素センサ１，１Ａを起動する毎に検出部２の検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を前回起動時とは異なる検出素子を選択するので、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｂを均等に使用することができる。よって、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに長期間電流を流さない状態になるのを防止することができ、吸湿環境下での吸湿による応答性の低下を抑制することができ、センサ寿命を延ばすことが可能になる。

また、本実施形態では、検出部２を起動する際（水素センサ１，１Ａを起動する際）にカウントアップするカウント手段が備えられ、検出部２を起動する際にカウントアップしたカウント値に応じてマイコン５１（素子選択手段）が検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択する。これによれば、検出部２を起動する毎にカウント値がカウントアップすることで、前回起動時とは異なる検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択することができ、検出素子３１Ａ（３１Ｂ、３１Ｃ）を簡便な構成で切り替えることが可能になる。

また、本実施形態では、水素センサ１，１Ａを車両に搭載した場合、車両を起動する起動スイッチ１３１の起動信号を受信した際に検出部２を起動するようになっている。これによれば、検出部（ガスセンサ）の起動を車両の起動に同期させることで、検出部２（水素センサ１，１Ａ）の起動判断に新たな構成を設けることが不要になり、水素センサ１，１Ａを簡便な構成にすることができる。

また、本実施形態では、マイコン５１（起動／停止制御手段）が、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの異常を検知した場合、水素センサ１（検出部２）を再起動するようになっている。これによれば、検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの異常時にはマイコン５１（起動／停止制御手段）が検出部２を再起動することで、例えば、車両の運転中においても検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを切り替えることができ、車両の運転に支障をきたすことがなくなる。

また、本実施形態では、水素センサ１，１Ａが起動から所定時間Ｔが経過した場合には、水素センサ１，１Ａ（検出部２）を再起動する。これによれば、一つの検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）のみが極端に使用される（長時間使用により酷使される）のを防止することができ、検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）の劣化が過度に進行するのを防止することが可能になる。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。例えば、前記した実施形態では、水素センサ１，１Ａの素子（検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）として、触媒燃焼式のものを例に挙げて説明したが、水素と反応したり熱が奪われる構造の物であれば、触媒燃焼式に限定されるものではない。

また、図４では、水素センサ１，１Ａの駆動回路として、ブリッジ回路を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、定温度回路（検出素子の温度を一定にできる回路）などで構成してもよい。

また、前記した実施形態では、水素センサ１，１Ａを例に挙げて説明したが、水素以外のガスを検出するセンサに適用してもよい。

また、前記した実施形態では、３つの検出素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを備えた水素センサ１，１Ａを例に挙げて説明したが、２つの検出素子を備えたものであってもよく、または４つ以上の検出素子を備えたものであってもよい。

また、前記した実施形態では、起動スイッチ１３１がＯＮとなり、マイコン５１の電源がＯＮしたときにカウント値をカウントアップする場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、起動スイッチ１３１がＯＦＦとなってマイコン５１の電源がＯＦＦになり、次回起動スイッチ１３１をＯＮにしたときに、前回の停止時（ＯＦＦ時）にカウントアップされたカウント値を参照して、前回起動時とは異なる検出素子３１Ａ（３１Ｂ，３１Ｃ）を選択するようにしてもよい。

１ 水素センサ（ガスセンサ）
２ 検出部
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 検出素子
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ 補償素子
３１ａ，３２ａ コイル
３１ｂ，３２ｂ 坦体
３１ｃ，３２ｃ ステー
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 切替スイッチ
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 切替スイッチ
４１，４２ 抵抗体
５１ マイコン（起動／停止制御手段、素子選択手段、カウント手段、異常検知手段、計時手段）
１３１ 起動スイッチ

Claims (5)

1. 複数の検出素子を有する検出部を備え、
   前記複数の検出素子のうち一つの検出素子のみ駆動制御するガスセンサであって、
   前記検出部の起動／停止を制御する起動／停止制御手段と、
   前記検出部を起動する際、前回の起動時とは異なる検出素子を選択する素子選択手段と、を備えることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記検出部を起動する際にカウントアップするカウント手段を備え、
   前記素子選択手段は、前記検出部を起動する際に前記カウント手段によってカウントアップしたカウント値に応じて前記検出素子を選択することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 車両に搭載されるガスセンサであって、
   前記起動／停止制御手段は、前記車両を起動する起動信号を受信した際に前記検出部を起動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記検出素子の異常を検知する異常検知手段を備え、
   前記起動／停止制御手段は、前記異常検知手段により前記検出素子の異常を検知した場合、前記検出部を再起動することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 前記検出部が起動を開始してからの経過時間を計時する計時手段を備え、
   前記起動／停止制御手段は、前記計時手段により前記検出部の起動から所定時間が経過したと判定した場合、前記検出部を再起動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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