JP2020134397A - ガスセンサユニット、および、ガス検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常温で結露を生じるガスを測定するガスセンサユニット、および、ガス検出方法において、センサ素子の割れをより確実に抑制する。【解決手段】ガスセンサユニット１は、ガスセンサ９と、乾燥ガス供給部６と、を有している。ガスセンサ９は、常温で結露を生じるガス（例えば、過熱水蒸気）に曝される素子１３を有しこのガスの例えば酸素濃度を検出する。乾燥ガス供給部６は、素子１３を乾燥させる乾燥ガスを素子１３に供給する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスセンサユニット、および、ガス検出方法に関する。

ガス濃度等を測定するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８−１８０００２号公報

例えば、過熱水蒸気等、水分含有量が多いことから常温で結露を生じるガスが知られている。このように、常温で結露を生じるガスを測定するセンサとして、ジルコニア等のセラミックを用いたセンサが知られている。このようなセンサは、素子から得られる起電力によって、ガス濃度を測定する。また、このようなセンサは、センサの性質上、センサに内蔵されたヒータで例えば５００℃以上に加熱された状態でガス濃度を測定することがある。

しかしながら、常温で結露を生じるガスを測定するセンサ素子に割れが発生することがある。この割れは、結露によってセンサ素子に付着していた水分が、上述したセンサ内のヒータへの通電によって蒸発することで、センサ素子に大きな応力が生じること等に起因して生じる。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、常温で結露を生じるガスを測定するガスセンサユニット、および、ガス検出方法において、センサ素子の割れをより確実に抑制することを目的とする。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるガスセンサユニットは、常温で結露を生じるガスに曝される素子を有し前記ガスについて検出するためのガスセンサと、前記素子を乾燥させる乾燥ガスを前記素子に供給するための乾燥ガス供給部と、を備えている。

この構成によると、乾燥ガスによってガスセンサの素子を乾燥できる。よって、ガスセンサに付着した水分に起因して素子に割れが生じることをより確実に抑制できる。

（２）前記乾燥ガス供給部は、前記素子に前記乾燥ガスを吹き付けるノズルを有している場合がある。

この構成によると、乾燥ガスによって素子が乾燥する度合いをより確実に高くできる。

（３）前記乾燥ガス供給部は、加熱された前記乾燥ガスを供給するように構成されている場合がある。

この構成によると、乾燥ガスが素子を乾燥させる能力をより高くできる。

（４）前記乾燥ガス供給部は、前記乾燥ガスを加熱する乾燥ガスヒータを含み、前記乾燥ガスヒータは、前記素子に供給される前の前記乾燥ガスを前記乾燥ガスの露点温度より高い温度となるように加熱する場合がある。

この構成によると、乾燥ガスによって、素子の周囲の雰囲気における水分の割合を格段に少なくできる。

（５）前記素子は、前記ガスの特性に応じた起電力を出力するように構成されており、前記ガスセンサユニットは、前記素子を加熱する素子ヒータをさらに備え、前記素子ヒータは、前記乾燥ガス供給部からの前記乾燥ガスの供給開始から所定時間経過後に加熱動作を開始されるように構成されている場合がある。

この構成によると、素子が十分に乾燥された後、素子ヒータの加熱動作が開始されて素子によるガス測定が行われる。これにより、素子ヒータの動作に伴う素子の割れをより確実に抑制できる。

（６）前記素子は、前記ガスの特性に応じた起電力を出力するように構成されており、前記ガスセンサユニットは、前記素子が乾燥状態にあるか否かを検出するためのセンサと、前記素子を加熱する素子ヒータと、をさらに備え、前記センサによって前記素子が乾燥状態にあると検出された後に、前記素子ヒータによる加熱動作が開始されるように構成されている場合がある。

この構成によると、素子が乾燥状態にあることが確認された後で、素子ヒータの加熱動作が開始される。よって、素子に水分が付着した状態で素子が加熱されることに起因する素子の割れをより確実に抑制できる。

（７）前記ガスセンサユニットは、前記ガスが通過するガス管内の空間とは別の空間を形成し前記素子を収容したチャンバと、前記チャンバ内へ前記ガス管から前記ガスを導入するための導入管と、前記導入管による前記チャンバへの前記ガスの導入動作のオンとオフとを切り替える切替部と、をさらに有している場合がある。

この構成によると、素子は、チャンバに収容されている。そして、例えば、ガスセンサによるガス測定が必要なときには、導入管によって、ガスをチャンバへ導入できる。一方、例えば、ガスセンサによるガス測定が行われないときには、ガスをチャンバへ導入しないようにできる。その結果、例えば、汚染されたガスがガス管を通過するときには素子がガスに曝されないようにする一方で、清浄なガスがガス管を通過するときに素子をガスに曝すことができる。このように、必要なときのみ素子にガスを曝すことができるので、素子への負荷をより小さくできる。

（８）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるガス検出方法は、常温で結露を生じるガスに曝される素子を有し前記ガスについて検出するためのガスセンサの前記素子に、前記素子を乾燥させる乾燥ガスを供給した後、前記ガスセンサによる検出動作を開始する。

この構成によると、乾燥ガスによってガスセンサの素子を乾燥できる。よって、センサに付着した水分に起因して素子に割れが生じることをより確実に抑制できる。

本発明によると、常温で結露を生じるガスを測定する際におけるセンサ素子の割れをより確実に抑制できる。

本発明の一実施形態に係るガスセンサユニットおよびガス管を示す模式図である。 ガスセンサユニットにおける過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の一例を説明するためのフローチャートである。 ガスセンサユニットにおける過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の一例を説明するためのフローチャートである。 ガスセンサユニットにおける過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 図５（Ａ）は、ガスセンサユニットが過熱水蒸気の酸素濃度の検出動作を行っていない状態を説明するための図であり、図５（Ｂ）は、ガスセンサユニットが過熱水蒸気の酸素濃度の検出動作を行っている状態を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスセンサユニット１およびガス管２を示す模式図である。なお、図１において、実線の矢印は、要素間の機械的な接続を示している。また、図１において、破線の矢印は、要素間の電気的な接続を示している。図１を参照して、ガスセンサユニット１は、常温で結露を生じるガスについて検出するために設けられている。このようなガスとして、本実施形態では、過熱水蒸気を例に説明する。なお、ガスセンサユニット１で検出されるガスは、常温で結露を生じるガスであればよく、窒素ガス、空気、および、水分が多いガスとしてのｗｅｔガスを例示できる。

本実施形態では、ガスセンサユニット１は、過熱水蒸気中の酸素濃度を検出するように構成されている。なお、ガスセンサユニット１は、常温で結露を生じるガスにおける酸素以外の成分を検出するように構成されていてもよい。

本実施形態では、ガスセンサユニット１は、ガス管２を通っている最中における、常温で結露を生じる過熱水蒸気の酸素濃度を検出する。ガス管２は、例えば、熱処理装置の熱処理室（被処理物が熱処理時に配置される部屋、図示せず）に接続されている。そして、ガス管２は、熱処理室から排出されたガスを、図示しない排気口へ導く。図１では、ガス管２が直線管である状態を模式的に示している。ガス管２に、ガスセンサユニット１が接続されている。本実施形態では、ガスセンサユニット１は、熱処理装置において被処理物の熱処理が行われていないときに、過熱水蒸気の酸素濃度を測定する。上記の被処理物として、セラミック、電子部品、半導体、および、金属部品を例示できる。

ガスセンサユニット１は、計測部３と、導入管４と、切替部５と、乾燥ガス供給部６と、制御部７と、を有している。

計測部３は、過熱水蒸気中の酸素濃度を検出する部分である。計測部３は、ガス管２を通る過熱水蒸気から抽出された一部の過熱水蒸気について酸素濃度を計測する。

計測部３は、チャンバ８と、ガスセンサ９と、チャンバヒータ１０と、乾燥検出センサ１１と、を有している。

チャンバ８は、過熱水蒸気が通過するガス管２内の空間とは別の空間を形成している。チャンバ８は、ガス管２から離隔した箇所で過熱水蒸気の酸素濃度を計測するために設けられている。チャンバ８は、中空の容器状に形成されており、ガスセンサ９の後述する素子１３および素子ヒータ１４と、チャンバヒータ１０と、乾燥検出センサ１１と、を収容している。チャンバ８内で、ガスセンサ９が過熱水蒸気の酸素濃度を計測する。

ガスセンサ９は、センサ本体１２と、素子１３と、素子ヒータ１４と、を有している。

センサ本体１２は、チャンバ８の外側、例えばチャンバ８の上面に設置されている。また、センサ本体１２は、素子１３からの電気信号を受け取るように構成されている。センサ本体１２から素子１３が延びている。

素子１３は、過熱水蒸気（常温で結露を生じるガス）に曝される部分として設けられている。素子１３は、例えば柱状に形成されており、本実施形態では、上下に延びている。素子１３は、本実施形態では、ジルコニア等のセラミックを含んでいる。素子１３は、チャンバ８内に配置されている。素子１３は、過熱水蒸気中の酸素濃度（ガスの特性）に応じた起電力をセンサ本体１２へ出力するように構成されている。

素子１３には、素子ヒータ１４が設けられている。素子ヒータ１４は、例えば、電熱ヒータであり、素子１３内に埋設されており、センサ本体１２から電力を供給されるように構成されている。素子ヒータ１４は、センサ本体１２から電力を供給されることで、素子１３を所定の温度（例えば、摂氏約７００℃）に加熱する。素子１３は、当該素子１３の特性上、上記所定の温度程度の高温のときに、過熱水蒸気中の酸素濃度に応じた起電力を出力することが可能である。よって、素子ヒータ１４によって素子１３を加熱することで、素子１３による酸素濃度の検出が可能となる。素子１３に隣接して、チャンバヒータ１０が設けられている。

チャンバヒータ１０は、チャンバ８内の雰囲気を加熱するために設けられている。チャンバヒータ１０は、例えば、電熱ヒータである。チャンバヒータ１０は、チャンバ８内の素子１３の周囲を加熱することで、素子１３への結露により素子１３に付着した水分を蒸発させるとともに、素子１３の周囲の雰囲気を乾燥させる。チャンバヒータ１０は、乾燥ガス供給部６の一部として捉えることもできるし、乾燥ガス供給部６とは別の要素としても捉えることができる。チャンバヒータ１０は、例えば、素子１３の周囲に配置された１または複数の発熱部を有している。チャンバヒータ１０は、チャンバ８内の雰囲気を例えば２００℃まで加熱する。チャンバヒータ１０によるチャンバ８内の雰囲気の加熱温度は、素子ヒータ１４による素子１３の加熱温度よりも低い。

乾燥検出センサ１１は、素子１３が乾燥状態にあるか否かを検出するためのセンサであり、素子１３の温度を測定するためにチャンバ８内に配置されている。乾燥検出センサ１１は、例えば、熱電対を用いて形成されており、チャンバ８内の雰囲気温度を計測する。すなわち、本実施形態では、乾燥状態検出センサ１１は、温度検出を通じて素子１３の乾燥状態を検出する。チャンバ８内における乾燥検出センサ１１の配置場所は特に限定されないけれども、素子１３の近傍に配置されていることが、素子１３の温度をより正確に把握できる点で好ましい。なお、乾燥検出センサ１１は、素子１３内に配置されていてもよい。

上記の構成を有する計測部３のチャンバ８は、導入管４に接続されている。導入管４は、過熱水蒸気が通過するガス管２から分岐して延びており、ガス管２からチャンバ８内へ過熱水蒸気を導入するための管である。

本実施形態では、導入管４は、ガス管２とチャンバ８とを接続する第１管４１と、チャンバ８に接続され図示しない排気口へチャンバ８内の気体を排出するための第２管４２と、を有している。

ガス管２でのガスの流れ方向に対する第１管４１および第２管４２における気体の流れ方向は、特に限定されない。ガス管２内の過熱水蒸気は、第１管４１を通ってチャンバ８内へ導入される。本実施形態では、第２管４２に、切替部５が設けられている。切替部５は、導入管４によるチャンバ８への過熱水蒸気の導入動作のオンとオフとを切り替える部分である。切替部５は、本実施形態では、ポンプであり、第２管４２に取り付けられている。ポンプとして、ダイヤフラムポンプ等の容積移送式ポンプや、軸流ポンプ等のターボ型ポンプを例示できる。ポンプは、本実施形態では、電動モータを有しており、電動モータの回転によってポンプのダイヤフラムやインペラが駆動する。これにより、過熱水蒸気がガス管２から第１管４１を通ってチャンバ８へ導入される。

なお、切替部５は、導入管４による過熱水蒸気の導入動作のオンとオフとを切り替えることができればよく、具体的な構成は限定されない。例えば、切替部５は、上述のポンプと、第１管４１または第２管４２に設置される開閉弁と、を有していてもよい。この場合、開閉弁は、ガス管２から過熱水蒸気をチャンバ８へ導入するときには開かれ、ガス管２からチャンバ８へ過熱水蒸気を通さないときには閉じられる。

また、本実施形態では、乾燥ガス供給部６が、計測部３のチャンバ８内の素子１３へ向けて、素子１３を乾燥させる乾燥ガスを供給する。乾燥ガスとして、窒素ガス等の不活性ガスを例示できる。なお、乾燥ガスは、素子１３を乾燥させることが可能なガスであればよく、具体的な組成は限定されない。

乾燥ガス供給部６は、乾燥ガス管２１と、ノズル２２と、乾燥ガスヒータ２３と、開閉弁２４と、を有している。

乾燥ガス管２１は、乾燥ガスが通過する管である。乾燥ガス管２１の一端は、乾燥ガスを貯めたタンク等の乾燥ガス供給源２５に接続されている。なお、乾燥ガス供給源２５は、例えば、外気導入部と、この外気導入部によって導入された外気（空気）を圧縮する圧縮機と、を有する構成等であってもよい。乾燥ガス管２１の他端は、チャンバ８に接続されており、乾燥ガス供給源２５からの乾燥ガスをチャンバ８内へ供給する。乾燥ガス管２１の他端に、ノズル２２が設置されている。

ノズル２２は、素子１３に直接乾燥ガスを吹き付けるために設けられている。ノズル２２は、チャンバ８内に配置されている。ノズル２２の先端（吐出口）は、素子１３を向いている。この構成により、ノズル２２は、乾燥ガスを素子１３の外周部へ向けて吹き付ける。乾燥ガス管２１の途中に、乾燥ガスヒータ２３および開閉弁２４が設けられている。

乾燥ガスヒータ２３は、乾燥ガス管２１内において乾燥ガスを加熱するために設けられている。乾燥ガスヒータ２３は、例えば、電熱ヒータである。乾燥ガスヒータ２３が設けられていることにより、乾燥ガス供給部６は、加熱された乾燥ガスを供給する。乾燥ガスヒータ２３は、乾燥ガスの加熱時、素子１３に供給される前の乾燥ガスを、乾燥ガスの露点温度より高い温度となるように加熱するように構成されている。乾燥ガスヒータ２３は、乾燥ガスを例えば２００℃まで加熱する。

開閉弁２４は、乾燥ガス管２１を開閉するために設けられている。開閉弁２４は、例えば、電磁弁であり、指令信号を与えられることで、開閉動作を行う。開閉弁２４は、例えば、乾燥ガス管２１を全開状態と全閉状態とに切り替える。なお、開閉弁２４は、乾燥ガス管２１を開閉できればよく、電磁弁以外の弁によって構成されていてもよい。

なお、乾燥ガス管２１に、乾燥ガスをチャンバ８へ送るためのポンプが設けられていてもよい。

制御部７は、所定の入力信号に基づいて、所定の出力信号を出力する構成を有し、例えば、安全プログラマブルコントローラ等を用いて形成することができる。安全プログラマブルコントローラとは、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｃ ０５０８−１のＳＩＬ２またはＳＩＬ３の安全機能をもつ公的に認証されたプログラマブルコントローラをいう。なお、加熱制御部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含むコンピュータ等を用いて形成されていてもよい。

本実施形態では、制御部７は、計測部３のガスセンサ９、チャンバヒータ１０、切替部５（ポンプ）、および、乾燥検出センサ１１、に電気的に接続されている。本実施形態では、制御部７は、ガスセンサ９のうちのセンサ本体１２に接続されており、このセンサ本体１２を介して、素子１３および素子ヒータ１４に接続されている。また、制御部７は、乾燥ガス供給部６の乾燥ガスヒータ２３、および、開閉弁２４に電気的に接続されている。

制御部７は、センサ本体１２に接続されており、過熱水蒸気中における酸素濃度を素子１３が検出した結果を受信する。また、制御部７は、素子ヒータ１４のオン／オフを制御する。また、制御部７は、チャンバヒータ１０のオン／オフを制御する。また、制御部７は、乾燥検出センサ１１における温度測定結果を示す信号を受信する。また、制御部７は、切替部５のオン／オフを制御することにより、ガス管２からチャンバ８への過熱水蒸気の導入のオン／オフを制御する。また、制御部７は、乾燥ガス供給部６の乾燥ガスヒータ２３のオン／オフを制御するとともに、開閉弁２４のオン／オフ動作を制御する。

次に、ガスセンサユニット１における過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の一例を説明する。図２および図３は、ガスセンサユニット１における過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の一例を説明するためのフローチャートである。図４は、ガスセンサユニット１における過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。以下では、フローチャートを参照しながら説明する場合、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明する。このフローチャートでは、ガスセンサ９による過熱水蒸気の酸素濃度検出動作の前後の双方において、結露抑制用の乾燥ガスが、チャンバ８内の素子１３へ供給される。

図１〜図４を参照して、ガスセンサユニット１における過熱水蒸気の酸素濃度検出動作は、例えば、作業員がタッチパネル等の図示しない操作盤を操作することで開始される。操作盤は、制御部７に接続されている。過熱水蒸気の酸素濃度検出指令が操作盤から制御部７へ出力されると、制御部７は、チャンバヒータ１０をオンにする（ステップＳ１）。そして、制御部７は、チャンバヒータ１０をオンにするのと同じタイミングか、または、チャンバヒータ１０をオンにした直後に、乾燥ガスヒータ２３をオンにするとともに、開閉弁２４を開く（ステップＳ２）。すなわち、制御部７は、乾燥ガスの加熱を開始するとともに、チャンバ８内への乾燥ガスの供給を開始する。これにより、チャンバ８内を加熱乾燥させる処理が開始される。

制御部７は、チャンバヒータ１０および乾燥ガスヒータ２３の温度がそれぞれの所定温度に到達するまで待機する（ステップＳ３でＮＯ）。このとき、制御部７は、チャンバヒータ１０および乾燥ガスヒータ２３がオンにされてから所定時間経過するまでをタイマーで計時することで、チャンバヒータ１０および乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達したと判定してもよい。また、制御部７は、乾燥検出センサ１１によるチャンバ８内の測定温度を参照し、この測定温度が所定値に到達することで、チャンバヒータ１０および乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達したと判定してもよい。換言すれば、制御部７は、乾燥検出センサ１１によって素子１３が乾燥状態にあると検出された後に、素子ヒータ１４による加熱動作が開始されるように構成されていてもよい。

制御部７は、チャンバヒータ１０および乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達したと判定すると（ステップＳ３でＹＥＳ）、さらに所定時間待機する（ステップＳ４）。すなわち、制御部７は、チャンバ８内の乾燥ガスを含むガス、および、素子１３が十分に乾燥されるまでの間、待機する。

そして、制御部７は、ステップＳ４で所定時間待機した後、乾燥ガスヒータ２３をオフにするとともに、開閉弁２４を閉じる（ステップＳ５）。すなわち、制御部７は、乾燥ガス供給部６からの乾燥ガスの供給を停止する。

次に、制御部７は、素子ヒータ１４への電力供給をオンにする（ステップＳ６）。これにより、素子ヒータ１４は、加熱動作を開始されて素子１３を加熱し、素子１３は、酸素濃度検出に適した温度（例えば、約７００℃）まで加熱される。素子１３は、この適温まで加熱されると、チャンバ８内のガス中の酸素濃度に応じた起電力を出力する。なお、素子ヒータ１４への電力供給（素子１３の加熱）が開始されるまでに、チャンバ８内の素子１３は、加熱された乾燥ガス、および、チャンバヒータ１０によって十分に水分を蒸発されている。このように、本実施形態では、素子ヒータ１４は、乾燥ガス供給部６からの乾燥ガスの供給開始から所定時間経過後（ステップＳ６のタイミング）に、電力供給を開始される。

制御部７は、ガスセンサ９への電力供給が開始されてから所定時間の間、待機する（ステップＳ７）。すなわち、制御部７は、素子ヒータ１４への電力供給開始（および素子ヒータ１４による素子１３の加熱開始）の後、素子１３が素子ヒータ１４によって十分に加熱されるまでの間、待機する（ステップＳ７）。

そして、制御部７は、ステップＳ７での待機の後、切替部５のポンプを駆動することで、ガス管２からチャンバ８内への過熱水蒸気の導入を開始する（ステップＳ８）。切替部５による、ガス管２からチャンバ８への過熱水蒸気の導入が行われていないとき、ガス管２内の全てのガスが、図５（Ａ）の太線に示すように、ガス管２を通過する。すなわち、ガス管２内のガスは、導入管４へは流れない。一方、ガス管２からチャンバ８内への過熱水蒸気の導入が開始されると、図５（Ｂ）の太線に示すように、ガス管２を流れるガスの一部は、ガス管２から導入管４を通ってチャンバ８内へ導入される。そして、チャンバ８内に導入された過熱水蒸気は、チャンバ８から第２管４２へ流れて外部へ排出される。そして、制御部７は、過熱水蒸気の導入開始（ステップＳ８）と同じタイミングか、または、過熱水蒸気の導入直後に、素子１３からセンサ本体１２を介した酸素濃度検出結果の受信を開始する（ステップＳ９）。

このように、ガスセンサ９の素子１３の温度が所定温度となっており、さらに、ガス管２から過熱水蒸気がチャンバ８へ導入されることで、素子１３は、過熱水蒸気中における酸素濃度に応じた起電力を、センサ本体１２を介して制御部７へ出力する。この酸素濃度検出結果は、制御部７によって、例えば、前述した制御盤に表示される。

次に、制御部７は、ガスセンサ９による酸素濃度の測定を停止する指令（停止指令）が発せられているか否かを判定する（ステップＳ１０）。停止指令は、例えば、作業員が操作盤を操作することで操作盤から制御部７へ与えられてもよい。また、停止指令は、例えば、ガスセンサ９による酸素濃度検出値が、所定値以下またはこの所定値とは別の所定値以上になったことで、制御部７自身が発してもよい。制御部７は、停止指令が発せられると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ガスセンサ９による計測の停止準備を行う（ステップＳ１１〜Ｓ１６）。

具体的には、まず、制御部７は、素子１３から出力される、酸素濃度検出結果の受信を停止し、さらに、素子ヒータ１４への電力供給をオフにするとともに、導入管４に設けられた切替部５のポンプの駆動を停止する（ステップＳ１１）。これにより、ガスセンサ９による酸素濃度の測定が終了する。素子ヒータ１４の加熱動作が停止されるので、素子１３の温度は、自然に低下する。さらに、ガス管２から導入管４への過熱水蒸気の導入が停止される。

そして、素子ヒータ１４の電源オフおよびチャンバ８への過熱水蒸気の導入停止と同時または素子ヒータ１４の電源オフ等の直後に、チャンバ８内を乾燥させる処理が行われる。具体的には、制御部７は、乾燥ガスヒータ２３をオンにするとともに、開閉弁２４を開く（ステップＳ１２）。すなわち、制御部７は、乾燥ガスの加熱を開始するとともに、チャンバ８への乾燥ガスの供給を開始する。これにより、チャンバ８内を乾燥させる処理が開始される。

次に、制御部７は、乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達するまで待機する（ステップＳ１３でＮＯ）。このとき、制御部７は、乾燥ガスヒータ２３がオンにされてから所定時間経過するまでをタイマーで計時することで、乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達したと判定してもよい。また、制御部７は、乾燥検出センサ１１によるチャンバ８内の測定温度を参照し、この測定温度が所定値に到達することで、乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達したと判定してもよい。

制御部７は、乾燥ガスヒータ２３の温度が所定温度に到達したと判定すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、さらに所定時間待機する（ステップＳ１４）。すなわち、制御部７は、チャンバ８内の雰囲気、および、素子１３が十分に乾燥されるまでの間、待機する。

そして、制御部７は、ステップＳ１４で所定時間待機した後、乾燥ガスヒータ２３をオフにするとともに、開閉弁２４を閉じる（ステップＳ１５）。すなわち、制御部７は、乾燥ガス供給部６からの乾燥ガスの供給を停止する。ステップＳ１５の処理と同時か、または、ステップＳ１５の処理の直後に、制御部７は、チャンバヒータ１０をオフにする（ステップＳ１６）ことで、ガスセンサ９の停止動作が完了する。

以上説明したように、本実施形態によると、ガスセンサユニット１は、ガスセンサ９の素子１３に乾燥ガスを供給した後、ガスセンサ９による、過熱水蒸気の酸素濃度の検出動作を開始できる。この構成によると、乾燥ガスによってガスセンサ９の素子１３を乾燥できる。よって、ガスセンサ９に付着した水分に起因して素子１３に割れが生じることをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、乾燥ガス供給部６は、素子１３に乾燥ガスを吹き付けるノズル２２を有している。この構成によると、乾燥ガスによって素子１３が乾燥する度合いをより確実に高くできる。

また、本実施形態によると、乾燥ガス供給部６は、加熱された乾燥ガスを供給する。この構成によると、乾燥ガスが素子１３を乾燥させる能力をより高くできる。

また、本実施形態によると、乾燥ガスヒータ２３は、素子１３に供給される前の乾燥ガスを乾燥ガスの露点温度より高い温度となるように加熱することができる。この構成によると、乾燥ガスによって、素子１３の周囲の雰囲気における水分の割合を格段に少なくできる。

また、本実施形態によると、素子１３は、過熱水蒸気中の酸素濃度に応じた起電力を出力するように構成されている。そして、素子ヒータ１４は、乾燥ガス供給部６からの乾燥ガスの供給開始（ステップＳ２）から所定時間経過後に電力供給されることで加熱動作（ステップＳ６）を開始される。この構成によると、素子１３が十分に乾燥された後、素子ヒータ１４の加熱動作が開始されて素子１３による酸素濃度の測定が行われる。これにより、素子ヒータ１４の動作に伴う素子１３の割れをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、素子１３は、過熱水蒸気中の酸素濃度の特性に応じた起電力を出力するように構成されている。そして、乾燥検出センサ１１によって素子１３が乾燥状態にあると検出された後に、素子ヒータ１４による加熱動作が開始される場合がある。この構成によると、素子１３が乾燥状態にあることが確認された後で、素子ヒータ１４の加熱動作が開始される。よって、素子１３に水分が付着した状態で素子１３が加熱されることに起因する素子１３の割れをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、素子１３は、チャンバ８に収容されている。そして、例えば、ガスセンサ９による酸素濃度測定が必要なときには、導入管４によって、過熱水蒸気をチャンバ８へ導入できる。一方、例えば、ガスセンサ９による酸素濃度測定が行われないときには、過熱水蒸気をチャンバ８へ導入しないようにできる。その結果、例えば、汚染された過熱水蒸気がガス管２を通過するときには素子１３が過熱水蒸気に曝されないようにする一方で、清浄な過熱水蒸気がガス管２を通過するときに素子１３をガスに曝すことができる。このように、必要なときのみ素子１３にガスを曝すことができるので、素子１３への負荷をより小さくできる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。なお、本発明は、ガスセンサ９と、このガスセンサ９へ乾燥ガスを供給する構成（例えば、乾燥ガス供給部６）と、を有していればよく、他の構成はなくてもよい。

本発明は、ガスセンサユニット、および、ガス検出方法として、広く適用することができる。

１ ガスセンサユニット
２ ガス管
４ 導入管
５ 切替部
６ 乾燥ガス供給部
７ 制御部
８ チャンバ
９ ガスセンサ
１１ 乾燥検出センサ（素子が乾燥状態にあるか否かを検出するためのセンサ）
１３ 素子
１４ 素子ヒータ
２２ ノズル
２３ 乾燥ガスヒータ

Claims (8)

1. 常温で結露を生じるガスに曝される素子を有し前記ガスについて検出するためのガスセンサと、
   前記素子を乾燥させる乾燥ガスを前記素子に供給するための乾燥ガス供給部と、
   を備えている、ガスセンサユニット。
2. 請求項１に記載のガスセンサユニットであって、
   前記乾燥ガス供給部は、前記素子に前記乾燥ガスを吹き付けるノズルを有している、ガスセンサユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサユニットであって、
   前記乾燥ガス供給部は、加熱された前記乾燥ガスを供給するように構成されている、ガスセンサユニット。
4. 請求項３に記載のガスセンサユニットであって、
   前記乾燥ガス供給部は、前記乾燥ガスを加熱する乾燥ガスヒータを含み、
   前記乾燥ガスヒータは、前記素子に供給される前の前記乾燥ガスを前記乾燥ガスの露点温度より高い温度となるように加熱する、ガスセンサユニット。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のガスセンサユニットであって、
   前記素子は、前記ガスの特性に応じた起電力を出力するように構成されており、
   前記素子を加熱する素子ヒータをさらに備え、
   前記素子ヒータは、前記乾燥ガス供給部からの前記乾燥ガスの供給開始から所定時間経過後に加熱動作を開始されるように構成されている、ガスセンサユニット。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のガスセンサユニットであって、
   前記素子は、前記ガスの特性に応じた起電力を出力するように構成されており、
   前記素子が乾燥状態にあるか否かを検出するためのセンサと、前記素子を加熱する素子ヒータと、をさらに備え、
   前記センサによって前記素子が乾燥状態にあると検出された後に、前記素子ヒータによる加熱動作が開始されるように構成されている、ガスセンサユニット。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のガスセンサユニットであって、
   前記ガスが通過するガス管内の空間とは別の空間を形成し前記素子を収容したチャンバと、
   前記チャンバ内へ前記ガス管から前記ガスを導入するための導入管と、
   前記導入管による前記チャンバへの前記ガスの導入動作のオンとオフとを切り替える切替部と、をさらに有している、ガスセンサユニット。
8. 常温で結露を生じるガスに曝される素子を有し前記ガスについて検出するためのガスセンサの前記素子に、前記素子を乾燥させる乾燥ガスを供給した後、前記ガスセンサによる検出動作を開始する、ガス検出方法。
   
   

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