JP4267570B2 - ヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
技術分野
本発明は、ヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法に関し、特に、検出部の検出素子、温度補償素子が結露するのを防止するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法に係るものである。
本出願は、日本国特許出願２００２−１３９０９４号を基礎としており、その内容を本明細書に組み込む。
【０００２】
背景技術
従来、例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極とで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、燃料極に燃料として水素が供給され、酸素極に酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
このような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池において、従来、例えば燃料電池の酸素極側の排出系に水素検出器（ガスセンサ）を備え、この水素検出器によって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている（例えば、特開平６−２２３８５０号公報参照）。
また、水素検出器としては、例えば白金等の触媒からなるガス検出素子と温度補償素子とを一対備え、水素が白金等の触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によってガス検出素子が相対的に高温の状態になったときに、例えば雰囲気温度下等の相対的に低温の状態の温度補償素子との間に生じる電気抵抗の差異に応じて、水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式の水素検出器が知られている。
【０００３】
ところで、上述したような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池においては、固体高分子電解質膜のイオン導電性を保つために、燃料電池に供給される反応ガス（例えば、水素や空気）には加湿装置等によって水（加湿水）が混合されており、さらに、燃料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生成されるため、燃料電池の排出ガス、特に酸素極側の排出ガスは高湿潤のガスとなっている。
このため、上記従来技術の一例に係る燃料電池の保護装置においては、燃料電池から排出される高湿潤のオフガスによって、オフガスの流路内に配置された水素検出器等に結露が発生する場合があり、この場合には、水素検出器の劣化や破損等が生じる虞がある。特に、上述した固体高分子膜型燃料電池は、通常作動温度が、水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量が多いガスとなって排出されるため、オフガス中の水分が結露しやすいという問題がある。
また、前述のガス接触燃焼式の水素検出器を、特に燃料電池の酸素極側の排出系に備える場合などは、ガス検出素子に加湿水、反応生成水等が付着した状態で通電すると、素子表面に局所的な温度分布の不均一が発生し、素子破壊や感度低下をもたらす虞がある。
【０００４】
発明の開示
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガスセンサの破損、劣化、検出精度の低下を防止することが可能なヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法を提供することを目的とする。
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法は、燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるオフガス配管（例えば、後述する実施の形態における出口側配管１４）に設けられ、前記オフガスに含まれる水素ガスが被検出ガスとして導入されるガス検出室および該ガス検出室内を加熱するヒータを具備し、前記被検出ガスを検出するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法であって、前記オフガスの流通開始に先立って、前記ヒータ内蔵型ガスセンサおよび前記ヒータの作動を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、ヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始後にオフガスを流通させることで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。
【０００６】
さらに、本発明の第２実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法では、前記ヒータ内蔵型ガスセンサは、触媒を具備する検出素子および温度補償素子を前記ガス検出室内に備え、前記オフガスに含まれる水素ガスが前記触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によって生じる前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に応じて、前記水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであって、前記オフガスの流通開始に先立って、前記検出素子および前記温度補償素子および前記ヒータへの通電を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子への通電開始後にオフガスを流通させることで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。
【０００７】
さらに、本発明の第３実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法は、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電開始と同期して、前記ヒータへの通電を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子に対する通電開始のタイミングと、ヒータに対する通電開始のタイミングとを同期させ、例えば同時等に設定することで、例えば低湿度環境下で、過剰に早期にヒータへの通電を開始することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始時の制御を容易化することができる。
【０００８】
さらに、本発明の第４実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法は、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電開始に先立って、前記ヒータへの通電を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。
【０００９】
また、本発明の第５実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法は、燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるオフガス配管（例えば、後述する実施の形態における出口側配管１４）に設けられ、前記オフガスに含まれる水素ガスが被検出ガスとして導入されるガス検出室および該ガス検出室内を加熱するヒータを具備し、前記被検出ガスを検出するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法であって、前記ヒータ内蔵型ガスセンサおよび前記ヒータの作動停止に先立って、前記オフガスの流通を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、オフガスの流通停止後にヒータ内蔵型ガスセンサの作動を停止することで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、次回の作動開始に備えてガス検出室内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にヒータ内蔵型ガスセンサに結露が発生している状態となることを防止することができる。
【００１０】
さらに、本発明の第６実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法では、前記ヒータ内蔵型ガスセンサは、触媒を具備する検出素子および温度補償素子を前記ガス検出室内に備え、前記オフガスに含まれる水素ガスが前記触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によって生じる前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に応じて、前記水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであって、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電停止に先立って、前記オフガスの流通を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、オフガスの流通停止後に検出素子および温度補償素子への通電を停止することで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、次回の作動開始に備えてガス検出室内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にヒータ内蔵型ガスセンサに結露が発生している状態となることを防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明の第７実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法は、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電停止と同期して、前記ヒータへの通電を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、検出素子および温度補償素子に対する通電停止のタイミングと、ヒータに対する通電停止のタイミングとを同期、例えば同時等に設定することで、例えば低湿度環境下で、過剰に遅延してヒータへの通電を停止することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、例えばヒータ内蔵型ガスセンサの再起動時等に備え、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータを停止させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止時の制御を容易化することができる。
【００１２】
さらに、本発明の第８実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法は、前記ヒータに対する通電停止に先立って、前記検出素子および前記温度補償素子への通電を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、例えばヒータ内蔵型ガスセンサの再起動時等に備え、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータを停止させることができる。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法および作動方法を実施するヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置について添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１を具備する燃料電池システムの構成図であり、図２はガスセンサ１５の平面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図であり、図４は本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１の構成図である。
【００１４】
本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１は、例えば図１に示すように、例えば、燃料電池２と、電流制御器３と、蓄電装置４と、負荷５と、Ａ／Ｃ出力制御器６と、エアーコンプレッサ（Ａ／Ｃ）７と、燃料供給装置８と、出力電流センサ９と、制御器１０とを備えて構成される燃料電池システム１ａにおいて、燃料電池２に接続された各配管１１，１２，１３，１４のうち、酸素極側の出口側配管１４に設けられたヒータ内蔵型ガスセンサ（ガスセンサ）１５の作動開始および作動停止および作動を制御するものである。
【００１５】
燃料電池２は、例えば電気自動車等の動力源として車両に搭載されており、固体高分子電解質膜を水素極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる図示しない燃料電池セルを多数組積層して構成されている。
燃料電池２の水素極に接続された入口側配管１１には、例えば高圧の水素タンク等を具備する燃料供給装置８から水素ガスを含む燃料ガスが供給され、水素極の触媒電極上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極に接続された入口側配管１２には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気がエアーコンプレッサ（Ａ／Ｃ）７から供給され、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、水素極側、酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。特に、固体高分子電解質型の燃料電池は通常作動温度が水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量の多いガスとなって排出される。
ここで、酸素極側の出口側配管１４には、その鉛直方向上側にガス接触燃焼式のヒータ内蔵型ガスセンサ（ガスセンサ）１５が取り付けられ、このガスセンサ１５により酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを確認できるようになっている。
【００１６】
また、エアーコンプレッサ７は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池２の酸素極に供給する。
このエアーコンプレッサ７を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御器１０から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するＡ／Ｃ出力制御器６によって制御されている。
燃料電池２から取り出される発電電流（出力電流）は電流制御器３に入力されており、この電流制御器３には、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが互いに直列に接続されて構成されたキャパシタ等からなる蓄電装置４が接続されている。
【００１７】
そして、燃料電池２および電流制御器３と蓄電装置４は、例えば走行用モータ（図示略）と、例えば燃料電池２や蓄電装置４の冷却装置（図示略）や空調装置（図示略）等の各種補機類からなる負荷５と、Ａ／Ｃ出力制御器６とに対して並列に接続されている。
この燃料電池システム１ａにおいて制御器１０は、例えば、車両の運転状態や、燃料電池２の水素極に供給される燃料ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の水素極から排出されるオフガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池２から取り出される出力電流等に基づき、エアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量に対する指令値および燃料供給装置８から燃料電池２へ供給される燃料ガスの流量に対する指令値を出力し、燃料電池２の発電状態を制御する。
【００１８】
このため、制御器１０には、燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を検出する出力電流センサ９から出力される検出信号が入力されている。
さらに、制御器１０は、燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）に基づき、電流制御器３により燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を制御する。
【００１９】
例えば図２に示すように、ガスセンサ１５は出口側配管１４の長手方向に沿って長い直方形状のケース１９を備えている。ケース１９は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部２０を備えている。フランジ部２０にはカラー１７を取り付けてあり、例えば図３に示すように、このカラー１７内にボルト２１を挿入して、前記出口側配管１４の取付座１６に締め付け固定されるようになっている。
【００２０】
例えば図３に示すように、ケース１９の下面には、出口側配管１４の貫通孔１８に外側から挿通される筒状部２２が形成されている。ケース１９内には図示しない回路基板が設けられ、この回路基板に後述する検出素子２９と温度補償素子３０が接続されている。筒状部２２の内部はガス検出室２４として形成され、筒状部２２の内側部分がガス導入部２５として開口形成されている。
【００２１】
また、筒状部２２の外周面にはシール材２６が取り付けられ、貫通孔１８の内周壁に密接して気密性を確保している。そして、この筒状部２２の内部に検出素子２９と温度補償素子３０とが装着されている。
検出素子２９と温度補償素子３０は回路基板に接続されガス検出室２４内で同一高さで所定間隔を隔てて一対設けられたものである。
検出素子２９は周知の素子であって、被検出ガスである水素が白金等の触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、水素の燃焼により高温となった検出素子２９と雰囲気温度下の温度補償素子３０との間に電気抵抗の差が生ずることを利用し、水素ガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサである。
【００２２】
ここで、例えば図２に示すように、上記ガス検出室２４内には検出素子２９と温度補償素子３０との間に、両者を遮るようにして被検出ガスの流入方向に沿って立てられた状態で四角形で板状のヒータ２７が配置されている。このヒータ２７は抵抗体などから構成され、前記回路基板によって通電されることでガス検出室２４内を加熱するもので、放熱面２７Ｃを検出素子２９と温度補償素子３０とに指向した状態で配置されている。つまりヒータ２７は各面が放熱面２７Ｃとして構成されている。このヒータ２７により流入する被検出ガスが検出素子２９と温度補償素子３０とに振り分けられるようにして均等に分配される。
また、ガス検出室２４にはガス検出室２４内の温度を検出する温度センサ２８が取り付けられている。
【００２３】
このようにガスセンサ１５が取り付けられた酸素極側の出口側配管１４であって、ガスセンサ１５の取付部位に隣接した上流側に被検出ガスの温度、つまりガスセンサ１５の上流側のガス温度を検出する温度センサ３５が取り付けられている。
温度センサ３５は出口側配管１４に形成された貫通孔３６に基部３７が挿通固定され、先端の検出部３８が出口側配管１４内に挿入されるものである。尚、温度センサ３５の基部３７周壁にはシール材３９が取り付けられ温度センサ３５と貫通孔３６との間のシール性を確保している。
【００２４】
ここで、制御器１０は、出口側配管１４に取り付けられた温度センサ３５と、ガスセンサ１５内部に設けられた温度センサ２８とに接続されると共に、ガスセンサ１５のヒータ２７に接続されている。
そして、制御器１０は、例えば燃料電池２の運転状態等に応じて、ガスセンサ１５およびヒータ２７の作動状態、例えば作動開始および作動停止の各タイミングや、例えば検出素子２９および温度補償素子３０とヒータ２７とに対する通電状態等を制御する。
【００２５】
例えば、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８，３５の検出温度に基づいてヒータ２７への通電を制御し、例えば燃料電池２の運転時等においては、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度が所定温度範囲の温度となるよう制御する。
また、制御器１０は、後述するように、例えば燃料電池２の作動開始等に伴うガスセンサ１５の作動開始時においては、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度が所定の起動時温度＃Ｔｉよりも高くなるように、さらに、例えば燃料電池２の作動停止等に伴うガスセンサ１５の作動停止時においては、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度（例えば、ガス検出室２４内のガス温度等）と、温度センサ３５により検出されるガスセンサ１５の上流側のガス温度との差が所定範囲になるようにして、ヒータ２７への通電を制御する。
【００２６】
このとき、制御器１０は、例えばヒータ２７へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によってヒータ２７への通電量を制御する。
さらに、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度状態に加えて、例えば燃料電池２の運転時等においては、燃料電池２の負荷状態、例えば燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えば出力電流センサ９により検出される燃料電池２の出力電流の電流値や、例えば流量センサ（図示略）等により検出されるエアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量の検出値等に基づき算出される燃料電池２の発電状態に応じてヒータ２７への通電量を制御する。
【００２７】
例えば、制御器１０は、燃料電池２の負荷状態が高負荷状態に変化する場合等において、例えば出口側配管１４内を流通するオフガスの流量が増大してオフガスに曝されるガスセンサ１５のガス検出室２４内の温度が低下したり、例えば燃料電池２にて生成されオフガスに含まれる生成水の量が増大してガス検出室２４内の相対湿度が増大する虞がある場合には、ヒータ２７への通電量を増大させてガス検出室２４内の温度を上昇させることでガス検出室２４内に結露が発生することを防止する。一方、燃料電池２の負荷状態が低負荷状態に変化する場合等においては、制御器１０は、ヒータ２７への通電量を低下させて過剰なエネルギ消費を抑制する。
【００２８】
さらに、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度状態に加えて、例えば燃料電池２の運転状態（つまり、燃料電池２の作動開始や作動停止を含む作動状態）に応じてヒータ２７への通電量を制御する。
例えば、制御器１０は、燃料電池２の作動停止時等において、例えば各出口側配管１３，１４内を流通するオフガスの流量が増大させられて燃料電池システム１ａ内等に残留する水が外部に排出されるパージ処理が実行される場合には、ガス検出室２４内の温度を一時的に上昇させることでガス検出室２４内の雰囲気ガスの飽和水蒸気量を増大させ、ガス検出室２４内に結露が発生することを防止する。
【００２９】
ここで、制御器１０は、例えば燃料電池２の作動開始時において、出口側配管１４内におけるオフガスの流通開始に先立って、ガスセンサ１５つまり検出素子２９および温度補償素子３０と、ヒータ２７とに対する通電を開始する。
そして、例えば燃料電池２の作動時において、制御器１０は、例えば燃料電池２の負荷状態や運転状態等に応じて、ヒータ２７へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によってヒータ２７への通電を継続して行う。
そして、例えば燃料電池２の作動停止時において、制御器１０は、出口側配管１４内におけるオフガスの流通を停止した後に、ガスセンサ１５つまり検出素子２９および温度補償素子３０と、ヒータ２７とに対する通電を停止する。
【００３０】
さらに、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度状態に加えて、例えばガス検出室２４内の相対湿度を検出する湿度センサ（図示略）から出力される相対湿度の検出値や、例えば予め作成されたガス検出室２４内の温度状態に応じた相対湿度のマップ等から得られる相対湿度の検索値等に基づき、ヒータ２７への通電開始および通電停止のタイミングを制御する。
【００３１】
例えば、制御器１０は、ガスセンサ１５の作動開始時において、先ず、ヒータ２７への通電を開始し、次に、ガス検出室２４内の相対湿度が所定の湿度状態まで低下した後に、検出素子２９および温度補償素子３０への通電を開始する。一方、ガスセンサ１５の作動停止時において、制御器１０は、検出素子２９および温度補償素子３０への通電を停止し、次に、ガス検出室２４内の相対湿度が所定の湿度状態まで低下した後に、ヒータ２７への通電を停止する。
【００３２】
なお、本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１は、例えばガスセンサ１５と、温度センサ３５と、制御器１０とを備えて構成されている。
【００３３】
上記構成を備えたヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１を用いたヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法および作動方法を添付図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図５は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法を示すフローチャートであり、図６および図７は燃料電池の作動時における、ガスセンサ１５の周辺部温度と、ヒータ２７への通電状態と、燃料電池２に対する発電指令と、出口側配管１４内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートであり、図８は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法を示すフローチャートであり、図９は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときの、ヒータ２７およびガスセンサ１５の状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートであり、図１０は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときの、ヒータ２７およびガスセンサ１５の状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートである。
【００３５】
以下に、ガスセンサ１５の作動開始方法について説明する。
先ず、車両のイグニッションスイッチがＯＮとされると、図５に示すステップＳ０１において、ヒータ２７に所定の初期設定ヒータ電流を通電し、ステップＳ０２に進み、適宜のタイマーの計数を開始する。
そして、ステップＳ０３においては、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の起動時温度＃Ｔｉ（例えば、１００℃等）より大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０５に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
ステップＳ０４においては、タイマーの計数時間が所定の通電時間（例えば、１０秒等）よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、ガスセンサ１５を起動する。
そして、ステップＳ０６においては、出口側配管１３、１４におけるオフガスの流通を開始、すなわち燃料電池２へ酸化剤または水素からなる反応ガスを供給し、燃料電池２の発電を開始して、一連の処理を終了する。
【００３６】
例えば、図９に示すように、時刻ｔ０においてイグニッションスイッチがＯＮとされると、ヒータ２７に所定の初期設定ヒータ電流が通電される。
そして、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の起動時温度＃Ｔｉ（例えば、１００℃）より大きくなる、あるいは、ヒータ２７に対する通電開始から所定の通電時間が経過した時刻ｔ１において、ガスセンサ１５が起動される。
そして、ガスセンサ１５の起動と同時、あるいは、起動後の時刻ｔ２において、オフガスの流通が開始される。
これにより、結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができる。
【００３７】
以下に、ガスセンサ１５の作動方法について説明する。
例えば図６に示すように、ヒータ２７へ通電される電流値は、例えば燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えばエアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量に係る出口側配管１４内を流通するオフガスの流量の検出値等に応じたフィードバック制御により、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定温度になるように設定されている。
【００３８】
例えば図６に示す時刻ｔ１において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ１から指令値Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ１から流量Ｆ３（Ｆ１＜Ｆ３）に向かい増大傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電において電流値を電流値ＩＨ１から電流値ＩＨ３（ＩＨ１＜ＩＨ３）へ増大させる。
そして、例えば図６に示す時刻ｔ２において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ３から指令値Ｃ２（Ｃ３＞Ｃ２）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ３から流量Ｆ２（Ｆ１＞Ｆ２）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電において電流値を電流値ＩＨ３から電流値ＩＨ２（ＩＨ３＞ＩＨ２）へ低下させる。
さらに、例えば図６に示す時刻ｔ３において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ２から指令値Ｃ１（Ｃ２＞Ｃ１）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ２から流量Ｆ４（Ｆ２＞Ｆ４）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電において電流値を電流値ＩＨ２から電流値ＩＨ４（ＩＨ２＞ＩＨ４）へ低下させる。
これにより、ガスセンサ１５の周辺部温度Ｔｓが、燃料電池２の負荷状態に関わらず所定温度ＴＳ１を維持するように設定される。
【００３９】
なお、ヒータ２７に対する通電量の制御は、例えば図７に示すように、チョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）でもよく、例えば図７に示す時刻ｔ１において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ１から指令値Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ１から流量Ｆ３（Ｆ１＜Ｆ３）に向かい増大傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電のデューティ、つまりオン／オフの比率を増大させる。
そして、例えば図７に示す時刻ｔ２において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ３から指令値Ｃ２（Ｃ３＞Ｃ２）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ３から流量Ｆ２（Ｆ１＞Ｆ２）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電のデューティを低下させる。
さらに、例えば図７に示す時刻ｔ３において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ２から指令値Ｃ１（Ｃ２＞Ｃ１）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ２から流量Ｆ４（Ｆ２＞Ｆ４）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電のデューティを、より一層、低下させる。
【００４０】
以下に、ガスセンサ１５の作動停止方法について説明する。
先ず、車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされると、燃料電池２の発電が停止される。図８に示すステップＳ１１において、ガスセンサ１５への電力供給を停止し、ステップＳ１２に進み、適宜のタイマーの計数を開始する。尚、この段階において、ヒータ２７へは通電されているものとする。
【００４１】
そして、ステップＳ１３においては、ヒータ２７への通電を維持し、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４においては、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓとガスセンサ１５上流の温度センサ３５により検出された上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが所定の下限値ΔＴＬより大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１５に進み、ヒータ２７への通電電流を増大し、上述したステップＳ１４に戻る。これによりガス検出室２４内のガス温度Ｔｓを上昇させ、ガスセンサ１５の上流の上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴに開きを持たせ、一定の温度差を確保してガスセンサ１５における結露防止を確実なものとしている。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１６に進む。
【００４２】
ステップＳ１６においては、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４の温度）Ｔｓと上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが所定の上限値ΔＴＨより小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１７に進み、ヒータ２７への通電電流を低減し、上述したステップＳ１４に戻る。これによりガスセンサ１５のガス検出室２４内のガス温度Ｔｓを低下させ、上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴを縮め、無駄な電力を消費しないようにしている。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１８に進む。
【００４３】
ステップＳ１８においては、タイマーの計数時間が所定の時間よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ１３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１９に進み、ヒータ２７への通電を停止し、オフガスの流通を停止して、一連の処理を終了する。
つまり、上述したステップＳ１４およびステップＳ１６により、ガスセンサ１５のガス検出室２４内のガス温度Ｔｓと上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが、上限値ΔＴＨと下限値ΔＴＬとの間の所定範囲内に維持される。ガスセンサ１５の周辺部温度Ｔｓを上流ガス温度Ｔｇよりも高くすると共に、両者に所定範囲内（上限値ΔＴＨ＞ΔＴ＞下限値ΔＴＬ）の温度差ΔＴが生ずるようにしている。
【００４４】
すなわち、例えば図１０に示すように、時刻ｔ３においてイグニッションスイッチがＯＦＦとされた後の適宜の時刻ｔ４において、ガスセンサ１５への電力供給が停止される。
そして、ガス検出室２４内のガス温度Ｔｓと上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが、上限値ΔＴＨと下限値ΔＴＬとの間の所定範囲内に維持される状態にて、ガスセンサ１５の作動停止から所定時間が経過した後の時刻ｔ５において、ヒータ２７への通電が停止される。
これにより、結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を停止させることができる。
また、オフガスの流通はヒータの通電が停止される時刻ｔ５まで継続され、燃料電池２内や出口側配管１４に残留した水分を排出するようになっている。これにより、さらに結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を停止させることができる。
【００４５】
上述したように、本実施の形態によるヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１によれば、燃料電池２から排出され出口側配管１４内を流通する酸素極側のオフガスのうちガスセンサ１５のガス検出室２４内に至ったガスは、上流側のガスよりも所定範囲の温度差を持ってヒータ２７により加熱されるため、上流側のガスに比較して相対湿度が低下した状態となる。
その結果、ガスセンサ１５内は露点に対して余裕の有る温度差を持った状態となり、オフガス中の水分がガスセンサ１５内で凝結するのを確実に防止することができるため、ガスセンサ１５内において凝結水が検出素子２９に接触して、検出素子２９が破損したり劣化するのを防止し、検出素子２９の耐久性を高めることができると共に検出精度を高めることができる。
ここで、ヒータ２７により加熱することで、上流ガス温度Ｔｇよりも高くなったガス検出室２４内のガスは、制御器１０により、上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが前記上限値ΔＴＨと下限値ΔＴＬとの間の所定範囲内に設定されているため、温度差ΔＴが小さ過ぎて（ΔＴ≦ΔＴＬ）ガスセンサ１５において結露が生じたり、あるいは必要以上に温度差ΔＴを持たせて（ΔＴ≧ΔＴＨ）無駄な電力を消費することがなくなり、最小限のエネルギで確実にガスセンサ１５における結露防止を行うことができる。
【００４６】
しかも、ガスセンサ１５の起動に先立ってヒータ２７を作動させ、結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができ、さらに、ガスセンサ１５の起動以後にオフガスの流通を開始することで、特に、湿度が高い燃料電池２のオフガスによるガスセンサ１５の結露を防止しつつ、オフガスに対する検知漏れ等が発生することを確実に防止することができる。
また、ガスセンサ１５の停止時には、ヒータ２７への通電を維持し、例えばガスセンサ１５の再起動時等に備え、結露の発生を確実に防止した状態でヒータ２７を停止させることができる。
さらに、燃料電池２の作動時においては、燃料電池２の負荷状態や運転状態に応じてヒータ２７に対する通電量を制御することによって、燃料電池２の負荷状態や運転状態が変動する場合であっても、ガス検出室２４内の温度状態を所望の状態に維持することができる。
【００４７】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ガスセンサ１５のガス検出室２４に設けられるヒータ２７の位置、形状は実施例のものに限られない。
なお、本実施形態においては、図５に示すステップＳ０３〜ステップＳ０５の処理のように、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度Ｔｓが所定の起動時温度＃Ｔｉ以下であっても、タイマーの計数時間が所定の通電時間を超えた場合には、ガスセンサ１５を起動するとしたが、これに限定されず、例えばステップＳ０４を省略し、ステップＳ０３での判定結果が「ＮＯ」の場合には、「ＹＥＳ」になるまで繰り返してもよい。
また、本実施形態においては、例えばステップＳ０２〜ステップＳ０４を省略して、ヒータ２７に対する通電開始と、ガスセンサ１５の起動、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電開始とを、同時に実行してもよい。
【００４８】
なお、上述した実施の形態においては、例えばステップＳ１１〜ステップＳ１９に示すように、ガスセンサ１５への電力供給を停止した後に、ヒータ２７への通電および出口側配管１４内でのオフガスの流通を停止したが、これに限定されず、ガスセンサ１５に対する電力供給停止（つまり、検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電停止）に先立って、出口側配管１４内でのオフガスの流通を停止してもよい。
【００４９】
例えば図１１に示す本実施形態の変形例に係るヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動方法および作動停止方法を示すフローチャートにおいて、先ず、ステップＳ２１において、車両のイグニッションスイッチがＯＮとされると、次に、ステップＳ２２において、ヒータ２７に所定の初期設定ヒータ電流を通電する。
これにより、例えば図１２に示すように、ヒータ２７に電流値Ｉ１の通電が開始され、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが上昇傾向に変化する。
次に、ステップＳ２３においては、ガスセンサ１５の周辺部相対湿度が所定の起動時相対湿度＃Ｈｉより小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２３に戻る。
【００５０】
ステップＳ２４においては、ガスセンサ１５への通電、つまり検出素子２９および温度補償素子３０への通電を開始する。
次に、ステップＳ２５においては、例えばヒータ２７に対する通電開始から所定の通電時間が経過した以後や、例えば図１２に示すように、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の下限温度＃ＴＬ（例えば、１００℃）より高くなった以後等において、出口側配管１４内におけるオフガスの流通を開始する。
ステップＳ２６においては、ヒータ２７へ通電する電流値に対し、例えば燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えばエアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量に係る出口側配管１４内を流通するオフガスの流量の検出値等に応じたフィードバック制御を行い、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが、例えば所定の下限温度＃ＴＬ（例えば、１００℃）以上かつ所定の上限温度＃ＴＵ（例えば、１１０℃）以下の所定温度になるように制御する。
【００５１】
そして、ステップＳ２７においては、車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２６に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８においては、例えば各出口側配管１３，１４内を流通するオフガスの流量を増大させ、燃料電池システム１ａ内等に残留する水を外部に排出するパージ処理の実行を開始する。
そして、ステップＳ２９においては、パージ処理の実行開始と同期して、例えば同時に、ヒータ２７への通電量を増大させる。
【００５２】
これにより、例えば図１２に示すように、ヒータ２７に通電される電流の電流値が電流値Ｉ１から電流値Ｉ２に増大させられ、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の上限温度＃ＴＵを超えて上昇する。
そして、ステップＳ３０においてはパージ処理が終了したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３０に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３１に進む。
ステップＳ３１においては、各出口側配管１３，１４内を流通するオフガスの流量を停止する。
【００５３】
次に、ステップＳ３２においては、ガスセンサ１５への通電、つまり検出素子２９および温度補償素子３０への通電を停止する。
次に、ステップＳ３３においては、ガスセンサ１５の周辺部相対湿度が所定の停止時相対湿度＃Ｈｓより小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３３に戻る。
そして、ステップＳ３４においては、ヒータ２７に対する通電を停止して、一連の処理を終了する。
【００５４】
上述した変形例によれば、ガス検出室２４内の相対湿度を確実に低下させてから検出素子２９および温度補償素子３０への通電を開始することができるので、検出素子２９の触媒に結露が発生している状態での各素子２９，３０への通電を防止することができ、各素子２９，３０での結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができる。
さらに、燃料電池２が運転状態である間は、ヒータ２７が継続運転状態にあるのでガスセンサ１５に結露が発生することを確実に防止することができると共に、水素ガスの検出漏れ等が発生することを抑制することができる。
また、燃料電池２に対する発電指令等に係る燃料電池２の負荷状態に応じてオフガスの流量が変動し、このオフガスの流量の変動つまり燃料電池２の負荷状態によって変動するオフガス中の水分量によってガス検出室２４内の湿度状態が変動する場合であっても、ガス検出室２４内の湿度状態を所定の状態に維持することでガス検出室２４内に結露が発生することを防止することができる。
【００５５】
さらに、オフガスの流通を停止した後に検出素子２９および温度補償素子３０への通電を停止するので、特に、湿度が高い燃料電池２のオフガスによるガスセンサ１５の結露を防止しつつ、水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、ガス検出室２４内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にガスセンサ１５に結露が発生している状態となることを防止することができる。
しかも、燃料電池２の運転停止時において、パージ処理が実行される場合であっても、ガス検出室２４内の温度を一時的に上昇させることで飽和水蒸気量を増大させ、ガス検出室２４内に結露が発生することを防止することができ、運転停止時にヒータ２７への通電を継続する時間を短縮することができる。
【００５６】
なお、上述した変形例においては、パージ処理の実行開始と同時にヒータ２７への通電量を増大させたが、これに限定されず、例えばパージ処理の実行開始が許可された時点等において、つまりパージ処理の実行開始に先立ってヒータ２７への通電量を増大させてもよい。
また、上述した変形例においては、ガスセンサ１５の作動停止時において、パージ処理の有無に関わらずにヒータ２７への通電量を一時的に増大させてもよい。さらには、オフガスの流通を停止した後にヒータ２７への通電量を一時的に増大させてもよい。
【００５７】
すなわち、ガスセンサ１５の作動停止時にヒータ２７への通電量を一時的に増大させることで、ガスセンサ１５の周辺部相対湿度を所定の停止時相対湿度＃Ｈｓより小さくするのに要する時間を短縮することができ、ヒータ２７への通電を停止するまでに要する時間つまり一連の停止動作に要する時間を短縮することができる。
【００５８】
なお、上述した変形例においては、例えばヒータ内蔵型ガスセンサ１５の作動開始時においてステップＳ２３を省略し、ヒータ２７に対する通電開始と、ガスセンサ１５の起動、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電開始とを同期させて、例えば同時に実行してもよい。
この場合には、例えば低湿度環境下で、過剰に早期にヒータ２７への通電を開始することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子２９および温度補償素子３０での結露の発生を防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができる。また、ヒータ２７およびガスセンサ１５の作動開始時の制御を容易化することができる。
【００５９】
また、例えばヒータ内蔵型ガスセンサ１５の作動停止時においてステップＳ３３を省略し、ガスセンサ１５の停止、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電停止と、ヒータ２７に対する通電停止とを同期させて、例えば同時に実行してもよい。
この場合には、例えば低湿度環境下で、過剰に遅延してヒータ２７への通電を停止することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子２９および温度補償素子３０での結露の発生を防止した状態でヒータ２７を停止させることができる。また、ヒータ２７およびガスセンサ１５の作動停止時の制御を容易化することができる。
【００６０】
また、上述した変形例においては、例えばヒータ内蔵型ガスセンサ１５の作動停止時においてステップＳ３３を省略し、ガスセンサ１５の停止、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電停止後に、所定時間に亘ってヒータ２７に対する通電を継続し、この所定時間経過後にヒータ２７に対する通電を停止してもよい。
この場合には、ガス検出室２４内の検出素子２９および温度補償素子３０での結露の発生を防止した状態でガスセンサ１５を停止させることができる。また、次回の作動開始時のために予めガス検出室２４内の相対湿度を低下させておくことができるので、次回の作動開始時にガスセンサ１５に結露が発生している状態となることを防止することができ、作動開始に要する時間を短縮することができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１５を燃料電池２の酸素極側の出口側配管１４に配置したが、これに限定されず、その他の位置、特に、雰囲気ガスの相対湿度が相対的に高い状態の位置等に配置してもよく、この場合、ガスセンサの破損、劣化、検出精度の低下等を防止して、精度の良い検出を行うことができる。
【００６２】
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の第１または第２実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。
【００６３】
さらに、本発明の第３実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、例えば低湿度環境下で、過剰に早期にヒータへの通電を開始することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始時の制御を容易化することができる。
【００６４】
さらに、本発明の第４実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。
【００６５】
さらに、本発明の第５または６実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、次回の作動開始に備えてガス検出室内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にヒータ内蔵型ガスセンサに結露が発生している状態となることを防止することができる。
【００６６】
さらに、本発明の第７実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、例えば低湿度環境下で、過剰に遅延してヒータへの通電を停止することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、例えばヒータ内蔵型ガスセンサの再起動時等に備え、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータを停止させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止時の制御を容易化することができる。
【００６７】
さらに、本発明の第８実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータを停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置を具備する燃料電池システムの構成図である。
【図２】 図２はこの発明の実施形態のガスセンサの平面図である。
【図３】 図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図４】 図４は本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置の構成図である。
【図５】 図５は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法を示すフローチャートである。
【図６】 図６は燃料電池の作動時における、ガスセンサの周辺部温度と、ヒータへの通電状態と、燃料電池に対する発電指令と、出口側配管内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】 図７は燃料電池の作動時における、ガスセンサの周辺部温度と、ヒータへの通電状態と、燃料電池に対する発電指令と、出口側配管内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】 図８は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法を示すフローチャートである。
【図９】 図９は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときの、ヒータおよびガスセンサの状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートである。
【図１０】 図１０は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときの、ヒータおよびガスセンサの状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートである。
【図１１】 図１１は本実施形態の変形例に係るヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動方法および作動停止方法を示すフローチャートである。
【図１２】 図１２は本実施形態の変形例に係るガスセンサの周辺部温度と、ヒータへの通電状態と、ガスセンサへの通電状態と、出口側配管内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
技術分野
本発明は、ヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法に関し、特に、検出部の検出素子、温度補償素子が結露するのを防止するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法に係るものである。
本出願は、日本国特許出願２００２−１３９０９４号を基礎としており、その内容を本明細書に組み込む。
【０００２】
背景技術
従来、例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極とで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、燃料極に燃料として水素が供給され、酸素極に酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
このような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池において、従来、例えば燃料電池の酸素極側の排出系に水素検出器（ガスセンサ）を備え、この水素検出器によって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている（例えば、特開平６−２２３８５０号公報参照）。
また、水素検出器としては、例えば白金等の触媒からなるガス検出素子と温度補償素子とを一対備え、水素が白金等の触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によってガス検出素子が相対的に高温の状態になったときに、例えば雰囲気温度下等の相対的に低温の状態の温度補償素子との間に生じる電気抵抗の差異に応じて、水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式の水素検出器が知られている。
【０００３】
ところで、上述したような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池においては、固体高分子電解質膜のイオン導電性を保つために、燃料電池に供給される反応ガス（例えば、水素や空気）には加湿装置等によって水（加湿水）が混合されており、さらに、燃料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生成されるため、燃料電池の排出ガス、特に酸素極側の排出ガスは高湿潤のガスとなっている。
このため、上記従来技術の一例に係る燃料電池の保護装置においては、燃料電池から排出される高湿潤のオフガスによって、オフガスの流路内に配置された水素検出器等に結露が発生する場合があり、この場合には、水素検出器の劣化や破損等が生じる虞がある。特に、上述した固体高分子膜型燃料電池は、通常作動温度が、水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量が多いガスとなって排出されるため、オフガス中の水分が結露しやすいという問題がある。
また、前述のガス接触燃焼式の水素検出器を、特に燃料電池の酸素極側の排出系に備える場合などは、ガス検出素子に加湿水、反応生成水等が付着した状態で通電すると、素子表面に局所的な温度分布の不均一が発生し、素子破壊や感度低下をもたらす虞がある。
【０００４】
発明の開示
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガスセンサの破損、劣化、検出精度の低下を防止することが可能なヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法を提供することを目的とする。
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法は、燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるオフガス配管（例えば、後述する実施の形態における出口側配管１４）に設けられ、前記オフガスに含まれる水素ガスが被検出ガスとして導入されるガス検出室および該ガス検出室内を加熱するヒータを具備し、前記被検出ガスを検出するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法であって、前記オフガスの流通開始に先立って、前記ヒータ内蔵型ガスセンサおよび前記ヒータの作動を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、ヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始後にオフガスを流通させることで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。
【０００６】
さらに、本発明の第２実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法では、前記ヒータ内蔵型ガスセンサは、触媒を具備する検出素子および温度補償素子を前記ガス検出室内に備え、前記オフガスに含まれる水素ガスが前記触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によって生じる前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に応じて、前記水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであって、前記オフガスの流通開始に先立って、前記検出素子および前記温度補償素子および前記ヒータへの通電を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子への通電開始後にオフガスを流通させることで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。
【０００７】
さらに、本発明の第３実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法は、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電開始と同期して、前記ヒータへの通電を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子に対する通電開始のタイミングと、ヒータに対する通電開始のタイミングとを同期させ、例えば同時等に設定することで、例えば低湿度環境下で、過剰に早期にヒータへの通電を開始することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始時の制御を容易化することができる。
【０００８】
さらに、本発明の第４実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法は、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電開始に先立って、前記ヒータへの通電を開始することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。
【０００９】
また、本発明の第５実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法は、燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるオフガス配管（例えば、後述する実施の形態における出口側配管１４）に設けられ、前記オフガスに含まれる水素ガスが被検出ガスとして導入されるガス検出室および該ガス検出室内を加熱するヒータを具備し、前記被検出ガスを検出するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法であって、前記ヒータ内蔵型ガスセンサおよび前記ヒータの作動停止に先立って、前記オフガスの流通を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、オフガスの流通停止後にヒータ内蔵型ガスセンサの作動を停止することで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、次回の作動開始に備えてガス検出室内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にヒータ内蔵型ガスセンサに結露が発生している状態となることを防止することができる。
【００１０】
さらに、本発明の第６実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法では、前記ヒータ内蔵型ガスセンサは、触媒を具備する検出素子および温度補償素子を前記ガス検出室内に備え、前記オフガスに含まれる水素ガスが前記触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によって生じる前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に応じて、前記水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであって、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電停止に先立って、前記オフガスの流通を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、オフガスの流通停止後に検出素子および温度補償素子への通電を停止することで、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、次回の作動開始に備えてガス検出室内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にヒータ内蔵型ガスセンサに結露が発生している状態となることを防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明の第７実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法は、前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電停止と同期して、前記ヒータへの通電を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、検出素子および温度補償素子に対する通電停止のタイミングと、ヒータに対する通電停止のタイミングとを同期、例えば同時等に設定することで、例えば低湿度環境下で、過剰に遅延してヒータへの通電を停止することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、例えばヒータ内蔵型ガスセンサの再起動時等に備え、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータを停止させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止時の制御を容易化することができる。
【００１２】
さらに、本発明の第８実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法は、前記ヒータに対する通電停止に先立って、前記検出素子および前記温度補償素子への通電を停止することを特徴としている。
上記のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、例えばヒータ内蔵型ガスセンサの再起動時等に備え、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータを停止させることができる。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法および作動方法を実施するヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置について添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１を具備する燃料電池システムの構成図であり、図２はガスセンサ１５の平面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図であり、図４は本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１の構成図である。
【００１４】
本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１は、例えば図１に示すように、例えば、燃料電池２と、電流制御器３と、蓄電装置４と、負荷５と、Ａ／Ｃ出力制御器６と、エアーコンプレッサ（Ａ／Ｃ）７と、燃料供給装置８と、出力電流センサ９と、制御器１０とを備えて構成される燃料電池システム１ａにおいて、燃料電池２に接続された各配管１１，１２，１３，１４のうち、酸素極側の出口側配管１４に設けられたヒータ内蔵型ガスセンサ（ガスセンサ）１５の作動開始および作動停止および作動を制御するものである。
【００１５】
燃料電池２は、例えば電気自動車等の動力源として車両に搭載されており、固体高分子電解質膜を水素極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる図示しない燃料電池セルを多数組積層して構成されている。
燃料電池２の水素極に接続された入口側配管１１には、例えば高圧の水素タンク等を具備する燃料供給装置８から水素ガスを含む燃料ガスが供給され、水素極の触媒電極上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極に接続された入口側配管１２には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気がエアーコンプレッサ（Ａ／Ｃ）７から供給され、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、水素極側、酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。特に、固体高分子電解質型の燃料電池は通常作動温度が水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量の多いガスとなって排出される。
ここで、酸素極側の出口側配管１４には、その鉛直方向上側にガス接触燃焼式のヒータ内蔵型ガスセンサ（ガスセンサ）１５が取り付けられ、このガスセンサ１５により酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを確認できるようになっている。
【００１６】
また、エアーコンプレッサ７は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池２の酸素極に供給する。
このエアーコンプレッサ７を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御器１０から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するＡ／Ｃ出力制御器６によって制御されている。
燃料電池２から取り出される発電電流（出力電流）は電流制御器３に入力されており、この電流制御器３には、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが互いに直列に接続されて構成されたキャパシタ等からなる蓄電装置４が接続されている。
【００１７】
そして、燃料電池２および電流制御器３と蓄電装置４は、例えば走行用モータ（図示略）と、例えば燃料電池２や蓄電装置４の冷却装置（図示略）や空調装置（図示略）等の各種補機類からなる負荷５と、Ａ／Ｃ出力制御器６とに対して並列に接続されている。
この燃料電池システム１ａにおいて制御器１０は、例えば、車両の運転状態や、燃料電池２の水素極に供給される燃料ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の水素極から排出されるオフガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池２から取り出される出力電流等に基づき、エアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量に対する指令値および燃料供給装置８から燃料電池２へ供給される燃料ガスの流量に対する指令値を出力し、燃料電池２の発電状態を制御する。
【００１８】
このため、制御器１０には、燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を検出する出力電流センサ９から出力される検出信号が入力されている。
さらに、制御器１０は、燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）に基づき、電流制御器３により燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を制御する。
【００１９】
例えば図２に示すように、ガスセンサ１５は出口側配管１４の長手方向に沿って長い直方形状のケース１９を備えている。ケース１９は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部２０を備えている。フランジ部２０にはカラー１７を取り付けてあり、例えば図３に示すように、このカラー１７内にボルト２１を挿入して、前記出口側配管１４の取付座１６に締め付け固定されるようになっている。
【００２０】
例えば図３に示すように、ケース１９の下面には、出口側配管１４の貫通孔１８に外側から挿通される筒状部２２が形成されている。ケース１９内には図示しない回路基板が設けられ、この回路基板に後述する検出素子２９と温度補償素子３０が接続されている。筒状部２２の内部はガス検出室２４として形成され、筒状部２２の内側部分がガス導入部２５として開口形成されている。
【００２１】
また、筒状部２２の外周面にはシール材２６が取り付けられ、貫通孔１８の内周壁に密接して気密性を確保している。そして、この筒状部２２の内部に検出素子２９と温度補償素子３０とが装着されている。
検出素子２９と温度補償素子３０は回路基板に接続されガス検出室２４内で同一高さで所定間隔を隔てて一対設けられたものである。
検出素子２９は周知の素子であって、被検出ガスである水素が白金等の触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、水素の燃焼により高温となった検出素子２９と雰囲気温度下の温度補償素子３０との間に電気抵抗の差が生ずることを利用し、水素ガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサである。
【００２２】
ここで、例えば図２に示すように、上記ガス検出室２４内には検出素子２９と温度補償素子３０との間に、両者を遮るようにして被検出ガスの流入方向に沿って立てられた状態で四角形で板状のヒータ２７が配置されている。このヒータ２７は抵抗体などから構成され、前記回路基板によって通電されることでガス検出室２４内を加熱するもので、放熱面２７Ｃを検出素子２９と温度補償素子３０とに指向した状態で配置されている。つまりヒータ２７は各面が放熱面２７Ｃとして構成されている。このヒータ２７により流入する被検出ガスが検出素子２９と温度補償素子３０とに振り分けられるようにして均等に分配される。
また、ガス検出室２４にはガス検出室２４内の温度を検出する温度センサ２８が取り付けられている。
【００２３】
このようにガスセンサ１５が取り付けられた酸素極側の出口側配管１４であって、ガスセンサ１５の取付部位に隣接した上流側に被検出ガスの温度、つまりガスセンサ１５の上流側のガス温度を検出する温度センサ３５が取り付けられている。
温度センサ３５は出口側配管１４に形成された貫通孔３６に基部３７が挿通固定され、先端の検出部３８が出口側配管１４内に挿入されるものである。尚、温度センサ３５の基部３７周壁にはシール材３９が取り付けられ温度センサ３５と貫通孔３６との間のシール性を確保している。
【００２４】
ここで、制御器１０は、出口側配管１４に取り付けられた温度センサ３５と、ガスセンサ１５内部に設けられた温度センサ２８とに接続されると共に、ガスセンサ１５のヒータ２７に接続されている。
そして、制御器１０は、例えば燃料電池２の運転状態等に応じて、ガスセンサ１５およびヒータ２７の作動状態、例えば作動開始および作動停止の各タイミングや、例えば検出素子２９および温度補償素子３０とヒータ２７とに対する通電状態等を制御する。
【００２５】
例えば、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８，３５の検出温度に基づいてヒータ２７への通電を制御し、例えば燃料電池２の運転時等においては、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度が所定温度範囲の温度となるよう制御する。
また、制御器１０は、後述するように、例えば燃料電池２の作動開始等に伴うガスセンサ１５の作動開始時においては、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度が所定の起動時温度＃Ｔｉよりも高くなるように、さらに、例えば燃料電池２の作動停止等に伴うガスセンサ１５の作動停止時においては、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度（例えば、ガス検出室２４内のガス温度等）と、温度センサ３５により検出されるガスセンサ１５の上流側のガス温度との差が所定範囲になるようにして、ヒータ２７への通電を制御する。
【００２６】
このとき、制御器１０は、例えばヒータ２７へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によってヒータ２７への通電量を制御する。
さらに、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度状態に加えて、例えば燃料電池２の運転時等においては、燃料電池２の負荷状態、例えば燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えば出力電流センサ９により検出される燃料電池２の出力電流の電流値や、例えば流量センサ（図示略）等により検出されるエアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量の検出値等に基づき算出される燃料電池２の発電状態に応じてヒータ２７への通電量を制御する。
【００２７】
例えば、制御器１０は、燃料電池２の負荷状態が高負荷状態に変化する場合等において、例えば出口側配管１４内を流通するオフガスの流量が増大してオフガスに曝されるガスセンサ１５のガス検出室２４内の温度が低下したり、例えば燃料電池２にて生成されオフガスに含まれる生成水の量が増大してガス検出室２４内の相対湿度が増大する虞がある場合には、ヒータ２７への通電量を増大させてガス検出室２４内の温度を上昇させることでガス検出室２４内に結露が発生することを防止する。一方、燃料電池２の負荷状態が低負荷状態に変化する場合等においては、制御器１０は、ヒータ２７への通電量を低下させて過剰なエネルギ消費を抑制する。
【００２８】
さらに、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度状態に加えて、例えば燃料電池２の運転状態（つまり、燃料電池２の作動開始や作動停止を含む作動状態）に応じてヒータ２７への通電量を制御する。
例えば、制御器１０は、燃料電池２の作動停止時等において、例えば各出口側配管１３，１４内を流通するオフガスの流量が増大させられて燃料電池システム１ａ内等に残留する水が外部に排出されるパージ処理が実行される場合には、ガス検出室２４内の温度を一時的に上昇させることでガス検出室２４内の雰囲気ガスの飽和水蒸気量を増大させ、ガス検出室２４内に結露が発生することを防止する。
【００２９】
ここで、制御器１０は、例えば燃料電池２の作動開始時において、出口側配管１４内におけるオフガスの流通開始に先立って、ガスセンサ１５つまり検出素子２９および温度補償素子３０と、ヒータ２７とに対する通電を開始する。
そして、例えば燃料電池２の作動時において、制御器１０は、例えば燃料電池２の負荷状態や運転状態等に応じて、ヒータ２７へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によってヒータ２７への通電を継続して行う。
そして、例えば燃料電池２の作動停止時において、制御器１０は、出口側配管１４内におけるオフガスの流通を停止した後に、ガスセンサ１５つまり検出素子２９および温度補償素子３０と、ヒータ２７とに対する通電を停止する。
【００３０】
さらに、制御器１０は、後述するように、温度センサ２８により検出されるガス検出室２４内の温度状態に加えて、例えばガス検出室２４内の相対湿度を検出する湿度センサ（図示略）から出力される相対湿度の検出値や、例えば予め作成されたガス検出室２４内の温度状態に応じた相対湿度のマップ等から得られる相対湿度の検索値等に基づき、ヒータ２７への通電開始および通電停止のタイミングを制御する。
【００３１】
例えば、制御器１０は、ガスセンサ１５の作動開始時において、先ず、ヒータ２７への通電を開始し、次に、ガス検出室２４内の相対湿度が所定の湿度状態まで低下した後に、検出素子２９および温度補償素子３０への通電を開始する。一方、ガスセンサ１５の作動停止時において、制御器１０は、検出素子２９および温度補償素子３０への通電を停止し、次に、ガス検出室２４内の相対湿度が所定の湿度状態まで低下した後に、ヒータ２７への通電を停止する。
【００３２】
なお、本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１は、例えばガスセンサ１５と、温度センサ３５と、制御器１０とを備えて構成されている。
【００３３】
上記構成を備えたヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１を用いたヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動停止方法および作動方法を添付図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図５は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法を示すフローチャートであり、図６および図７は燃料電池の作動時における、ガスセンサ１５の周辺部温度と、ヒータ２７への通電状態と、燃料電池２に対する発電指令と、出口側配管１４内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートであり、図８は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法を示すフローチャートであり、図９は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときの、ヒータ２７およびガスセンサ１５の状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートであり、図１０は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときの、ヒータ２７およびガスセンサ１５の状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートである。
【００３５】
以下に、ガスセンサ１５の作動開始方法について説明する。
先ず、車両のイグニッションスイッチがＯＮとされると、図５に示すステップＳ０１において、ヒータ２７に所定の初期設定ヒータ電流を通電し、ステップＳ０２に進み、適宜のタイマーの計数を開始する。
そして、ステップＳ０３においては、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の起動時温度＃Ｔｉ（例えば、１００℃等）より大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０５に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
ステップＳ０４においては、タイマーの計数時間が所定の通電時間（例えば、１０秒等）よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、ガスセンサ１５を起動する。
そして、ステップＳ０６においては、出口側配管１３、１４におけるオフガスの流通を開始、すなわち燃料電池２へ酸化剤または水素からなる反応ガスを供給し、燃料電池２の発電を開始して、一連の処理を終了する。
【００３６】
例えば、図９に示すように、時刻ｔ０においてイグニッションスイッチがＯＮとされると、ヒータ２７に所定の初期設定ヒータ電流が通電される。
そして、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の起動時温度＃Ｔｉ（例えば、１００℃）より大きくなる、あるいは、ヒータ２７に対する通電開始から所定の通電時間が経過した時刻ｔ１において、ガスセンサ１５が起動される。
そして、ガスセンサ１５の起動と同時、あるいは、起動後の時刻ｔ２において、オフガスの流通が開始される。
これにより、結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができる。
【００３７】
以下に、ガスセンサ１５の作動方法について説明する。
例えば図６に示すように、ヒータ２７へ通電される電流値は、例えば燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えばエアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量に係る出口側配管１４内を流通するオフガスの流量の検出値等に応じたフィードバック制御により、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定温度になるように設定されている。
【００３８】
例えば図６に示す時刻ｔ１において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ１から指令値Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ１から流量Ｆ３（Ｆ１＜Ｆ３）に向かい増大傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電において電流値を電流値ＩＨ１から電流値ＩＨ３（ＩＨ１＜ＩＨ３）へ増大させる。
そして、例えば図６に示す時刻ｔ２において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ３から指令値Ｃ２（Ｃ３＞Ｃ２）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ３から流量Ｆ２（Ｆ１＞Ｆ２）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電において電流値を電流値ＩＨ３から電流値ＩＨ２（ＩＨ３＞ＩＨ２）へ低下させる。
さらに、例えば図６に示す時刻ｔ３において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ２から指令値Ｃ１（Ｃ２＞Ｃ１）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ２から流量Ｆ４（Ｆ２＞Ｆ４）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電において電流値を電流値ＩＨ２から電流値ＩＨ４（ＩＨ２＞ＩＨ４）へ低下させる。
これにより、ガスセンサ１５の周辺部温度Ｔｓが、燃料電池２の負荷状態に関わらず所定温度ＴＳ１を維持するように設定される。
【００３９】
なお、ヒータ２７に対する通電量の制御は、例えば図７に示すように、チョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）でもよく、例えば図７に示す時刻ｔ１において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ１から指令値Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ１から流量Ｆ３（Ｆ１＜Ｆ３）に向かい増大傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電のデューティ、つまりオン／オフの比率を増大させる。
そして、例えば図７に示す時刻ｔ２において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ３から指令値Ｃ２（Ｃ３＞Ｃ２）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ３から流量Ｆ２（Ｆ１＞Ｆ２）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電のデューティを低下させる。
さらに、例えば図７に示す時刻ｔ３において、ＦＣ出力指令値が指令値Ｃ２から指令値Ｃ１（Ｃ２＞Ｃ１）に変更されることに伴い、オフガスの流量が流量Ｆ２から流量Ｆ４（Ｆ２＞Ｆ４）に向かい減少傾向に変化する際には、ヒータ２７への通電のデューティを、より一層、低下させる。
【００４０】
以下に、ガスセンサ１５の作動停止方法について説明する。
先ず、車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされると、燃料電池２の発電が停止される。図８に示すステップＳ１１において、ガスセンサ１５への電力供給を停止し、ステップＳ１２に進み、適宜のタイマーの計数を開始する。尚、この段階において、ヒータ２７へは通電されているものとする。
【００４１】
そして、ステップＳ１３においては、ヒータ２７への通電を維持し、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４においては、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓとガスセンサ１５上流の温度センサ３５により検出された上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが所定の下限値ΔＴＬより大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１５に進み、ヒータ２７への通電電流を増大し、上述したステップＳ１４に戻る。これによりガス検出室２４内のガス温度Ｔｓを上昇させ、ガスセンサ１５の上流の上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴに開きを持たせ、一定の温度差を確保してガスセンサ１５における結露防止を確実なものとしている。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１６に進む。
【００４２】
ステップＳ１６においては、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４の温度）Ｔｓと上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが所定の上限値ΔＴＨより小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１７に進み、ヒータ２７への通電電流を低減し、上述したステップＳ１４に戻る。これによりガスセンサ１５のガス検出室２４内のガス温度Ｔｓを低下させ、上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴを縮め、無駄な電力を消費しないようにしている。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１８に進む。
【００４３】
ステップＳ１８においては、タイマーの計数時間が所定の時間よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ１３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１９に進み、ヒータ２７への通電を停止し、オフガスの流通を停止して、一連の処理を終了する。
つまり、上述したステップＳ１４およびステップＳ１６により、ガスセンサ１５のガス検出室２４内のガス温度Ｔｓと上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが、上限値ΔＴＨと下限値ΔＴＬとの間の所定範囲内に維持される。ガスセンサ１５の周辺部温度Ｔｓを上流ガス温度Ｔｇよりも高くすると共に、両者に所定範囲内（上限値ΔＴＨ＞ΔＴ＞下限値ΔＴＬ）の温度差ΔＴが生ずるようにしている。
【００４４】
すなわち、例えば図１０に示すように、時刻ｔ３においてイグニッションスイッチがＯＦＦとされた後の適宜の時刻ｔ４において、ガスセンサ１５への電力供給が停止される。
そして、ガス検出室２４内のガス温度Ｔｓと上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが、上限値ΔＴＨと下限値ΔＴＬとの間の所定範囲内に維持される状態にて、ガスセンサ１５の作動停止から所定時間が経過した後の時刻ｔ５において、ヒータ２７への通電が停止される。
これにより、結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を停止させることができる。
また、オフガスの流通はヒータの通電が停止される時刻ｔ５まで継続され、燃料電池２内や出口側配管１４に残留した水分を排出するようになっている。これにより、さらに結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を停止させることができる。
【００４５】
上述したように、本実施の形態によるヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置１によれば、燃料電池２から排出され出口側配管１４内を流通する酸素極側のオフガスのうちガスセンサ１５のガス検出室２４内に至ったガスは、上流側のガスよりも所定範囲の温度差を持ってヒータ２７により加熱されるため、上流側のガスに比較して相対湿度が低下した状態となる。
その結果、ガスセンサ１５内は露点に対して余裕の有る温度差を持った状態となり、オフガス中の水分がガスセンサ１５内で凝結するのを確実に防止することができるため、ガスセンサ１５内において凝結水が検出素子２９に接触して、検出素子２９が破損したり劣化するのを防止し、検出素子２９の耐久性を高めることができると共に検出精度を高めることができる。
ここで、ヒータ２７により加熱することで、上流ガス温度Ｔｇよりも高くなったガス検出室２４内のガスは、制御器１０により、上流ガス温度Ｔｇとの温度差ΔＴが前記上限値ΔＴＨと下限値ΔＴＬとの間の所定範囲内に設定されているため、温度差ΔＴが小さ過ぎて（ΔＴ≦ΔＴＬ）ガスセンサ１５において結露が生じたり、あるいは必要以上に温度差ΔＴを持たせて（ΔＴ≧ΔＴＨ）無駄な電力を消費することがなくなり、最小限のエネルギで確実にガスセンサ１５における結露防止を行うことができる。
【００４６】
しかも、ガスセンサ１５の起動に先立ってヒータ２７を作動させ、結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができ、さらに、ガスセンサ１５の起動以後にオフガスの流通を開始することで、特に、湿度が高い燃料電池２のオフガスによるガスセンサ１５の結露を防止しつつ、オフガスに対する検知漏れ等が発生することを確実に防止することができる。
また、ガスセンサ１５の停止時には、ヒータ２７への通電を維持し、例えばガスセンサ１５の再起動時等に備え、結露の発生を確実に防止した状態でヒータ２７を停止させることができる。
さらに、燃料電池２の作動時においては、燃料電池２の負荷状態や運転状態に応じてヒータ２７に対する通電量を制御することによって、燃料電池２の負荷状態や運転状態が変動する場合であっても、ガス検出室２４内の温度状態を所望の状態に維持することができる。
【００４７】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ガスセンサ１５のガス検出室２４に設けられるヒータ２７の位置、形状は実施例のものに限られない。
なお、本実施形態においては、図５に示すステップＳ０３〜ステップＳ０５の処理のように、温度センサ２８により検出されたガスセンサ１５の周辺部温度Ｔｓが所定の起動時温度＃Ｔｉ以下であっても、タイマーの計数時間が所定の通電時間を超えた場合には、ガスセンサ１５を起動するとしたが、これに限定されず、例えばステップＳ０４を省略し、ステップＳ０３での判定結果が「ＮＯ」の場合には、「ＹＥＳ」になるまで繰り返してもよい。
また、本実施形態においては、例えばステップＳ０２〜ステップＳ０４を省略して、ヒータ２７に対する通電開始と、ガスセンサ１５の起動、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電開始とを、同時に実行してもよい。
【００４８】
なお、上述した実施の形態においては、例えばステップＳ１１〜ステップＳ１９に示すように、ガスセンサ１５への電力供給を停止した後に、ヒータ２７への通電および出口側配管１４内でのオフガスの流通を停止したが、これに限定されず、ガスセンサ１５に対する電力供給停止（つまり、検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電停止）に先立って、出口側配管１４内でのオフガスの流通を停止してもよい。
【００４９】
例えば図１１に示す本実施形態の変形例に係るヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動方法および作動停止方法を示すフローチャートにおいて、先ず、ステップＳ２１において、車両のイグニッションスイッチがＯＮとされると、次に、ステップＳ２２において、ヒータ２７に所定の初期設定ヒータ電流を通電する。
これにより、例えば図１２に示すように、ヒータ２７に電流値Ｉ１の通電が開始され、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが上昇傾向に変化する。
次に、ステップＳ２３においては、ガスセンサ１５の周辺部相対湿度が所定の起動時相対湿度＃Ｈｉより小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２３に戻る。
【００５０】
ステップＳ２４においては、ガスセンサ１５への通電、つまり検出素子２９および温度補償素子３０への通電を開始する。
次に、ステップＳ２５においては、例えばヒータ２７に対する通電開始から所定の通電時間が経過した以後や、例えば図１２に示すように、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の下限温度＃ＴＬ（例えば、１００℃）より高くなった以後等において、出口側配管１４内におけるオフガスの流通を開始する。
ステップＳ２６においては、ヒータ２７へ通電する電流値に対し、例えば燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）や、例えばエアーコンプレッサ７から燃料電池２へ供給される空気の流量に係る出口側配管１４内を流通するオフガスの流量の検出値等に応じたフィードバック制御を行い、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが、例えば所定の下限温度＃ＴＬ（例えば、１００℃）以上かつ所定の上限温度＃ＴＵ（例えば、１１０℃）以下の所定温度になるように制御する。
【００５１】
そして、ステップＳ２７においては、車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２６に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８においては、例えば各出口側配管１３，１４内を流通するオフガスの流量を増大させ、燃料電池システム１ａ内等に残留する水を外部に排出するパージ処理の実行を開始する。
そして、ステップＳ２９においては、パージ処理の実行開始と同期して、例えば同時に、ヒータ２７への通電量を増大させる。
【００５２】
これにより、例えば図１２に示すように、ヒータ２７に通電される電流の電流値が電流値Ｉ１から電流値Ｉ２に増大させられ、ガスセンサ１５の周辺部温度（ガス検出室２４のガス温度）Ｔｓが所定の上限温度＃ＴＵを超えて上昇する。
そして、ステップＳ３０においてはパージ処理が終了したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３０に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３１に進む。
ステップＳ３１においては、各出口側配管１３，１４内を流通するオフガスの流量を停止する。
【００５３】
次に、ステップＳ３２においては、ガスセンサ１５への通電、つまり検出素子２９および温度補償素子３０への通電を停止する。
次に、ステップＳ３３においては、ガスセンサ１５の周辺部相対湿度が所定の停止時相対湿度＃Ｈｓより小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３３に戻る。
そして、ステップＳ３４においては、ヒータ２７に対する通電を停止して、一連の処理を終了する。
【００５４】
上述した変形例によれば、ガス検出室２４内の相対湿度を確実に低下させてから検出素子２９および温度補償素子３０への通電を開始することができるので、検出素子２９の触媒に結露が発生している状態での各素子２９，３０への通電を防止することができ、各素子２９，３０での結露の発生を確実に防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができる。
さらに、燃料電池２が運転状態である間は、ヒータ２７が継続運転状態にあるのでガスセンサ１５に結露が発生することを確実に防止することができると共に、水素ガスの検出漏れ等が発生することを抑制することができる。
また、燃料電池２に対する発電指令等に係る燃料電池２の負荷状態に応じてオフガスの流量が変動し、このオフガスの流量の変動つまり燃料電池２の負荷状態によって変動するオフガス中の水分量によってガス検出室２４内の湿度状態が変動する場合であっても、ガス検出室２４内の湿度状態を所定の状態に維持することでガス検出室２４内に結露が発生することを防止することができる。
【００５５】
さらに、オフガスの流通を停止した後に検出素子２９および温度補償素子３０への通電を停止するので、特に、湿度が高い燃料電池２のオフガスによるガスセンサ１５の結露を防止しつつ、水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、ガス検出室２４内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にガスセンサ１５に結露が発生している状態となることを防止することができる。
しかも、燃料電池２の運転停止時において、パージ処理が実行される場合であっても、ガス検出室２４内の温度を一時的に上昇させることで飽和水蒸気量を増大させ、ガス検出室２４内に結露が発生することを防止することができ、運転停止時にヒータ２７への通電を継続する時間を短縮することができる。
【００５６】
なお、上述した変形例においては、パージ処理の実行開始と同時にヒータ２７への通電量を増大させたが、これに限定されず、例えばパージ処理の実行開始が許可された時点等において、つまりパージ処理の実行開始に先立ってヒータ２７への通電量を増大させてもよい。
また、上述した変形例においては、ガスセンサ１５の作動停止時において、パージ処理の有無に関わらずにヒータ２７への通電量を一時的に増大させてもよい。さらには、オフガスの流通を停止した後にヒータ２７への通電量を一時的に増大させてもよい。
【００５７】
すなわち、ガスセンサ１５の作動停止時にヒータ２７への通電量を一時的に増大させることで、ガスセンサ１５の周辺部相対湿度を所定の停止時相対湿度＃Ｈｓより小さくするのに要する時間を短縮することができ、ヒータ２７への通電を停止するまでに要する時間つまり一連の停止動作に要する時間を短縮することができる。
【００５８】
なお、上述した変形例においては、例えばヒータ内蔵型ガスセンサ１５の作動開始時においてステップＳ２３を省略し、ヒータ２７に対する通電開始と、ガスセンサ１５の起動、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電開始とを同期させて、例えば同時に実行してもよい。
この場合には、例えば低湿度環境下で、過剰に早期にヒータ２７への通電を開始することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子２９および温度補償素子３０での結露の発生を防止した状態でガスセンサ１５を起動させることができる。また、ヒータ２７およびガスセンサ１５の作動開始時の制御を容易化することができる。
【００５９】
また、例えばヒータ内蔵型ガスセンサ１５の作動停止時においてステップＳ３３を省略し、ガスセンサ１５の停止、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電停止と、ヒータ２７に対する通電停止とを同期させて、例えば同時に実行してもよい。
この場合には、例えば低湿度環境下で、過剰に遅延してヒータ２７への通電を停止することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子２９および温度補償素子３０での結露の発生を防止した状態でヒータ２７を停止させることができる。また、ヒータ２７およびガスセンサ１５の作動停止時の制御を容易化することができる。
【００６０】
また、上述した変形例においては、例えばヒータ内蔵型ガスセンサ１５の作動停止時においてステップＳ３３を省略し、ガスセンサ１５の停止、つまり検出素子２９および温度補償素子３０に対する通電停止後に、所定時間に亘ってヒータ２７に対する通電を継続し、この所定時間経過後にヒータ２７に対する通電を停止してもよい。
この場合には、ガス検出室２４内の検出素子２９および温度補償素子３０での結露の発生を防止した状態でガスセンサ１５を停止させることができる。また、次回の作動開始時のために予めガス検出室２４内の相対湿度を低下させておくことができるので、次回の作動開始時にガスセンサ１５に結露が発生している状態となることを防止することができ、作動開始に要する時間を短縮することができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１５を燃料電池２の酸素極側の出口側配管１４に配置したが、これに限定されず、その他の位置、特に、雰囲気ガスの相対湿度が相対的に高い状態の位置等に配置してもよく、この場合、ガスセンサの破損、劣化、検出精度の低下等を防止して、精度の良い検出を行うことができる。
【００６２】
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の第１または第２実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。
【００６３】
さらに、本発明の第３実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、例えば低湿度環境下で、過剰に早期にヒータへの通電を開始することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始時の制御を容易化することができる。
【００６４】
さらに、本発明の第４実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法によれば、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータ内蔵型ガスセンサを起動させることができる。
【００６５】
さらに、本発明の第５または６実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、特に、湿度が高い燃料電池のオフガスによるヒータ内蔵型ガスセンサの結露を防止しつつ、オフガス配管内を流通する水素ガスに対し、検知漏れ等が発生することを抑制することができる。また、次回の作動開始に備えてガス検出室内の相対湿度を予め低下させておくことができるので、次回の作動開始時にヒータ内蔵型ガスセンサに結露が発生している状態となることを防止することができる。
【００６６】
さらに、本発明の第７実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、例えば低湿度環境下で、過剰に遅延してヒータへの通電を停止することで電力消費量が増大してしまうことを防止しつつ、例えばヒータ内蔵型ガスセンサの再起動時等に備え、検出素子および温度補償素子での結露の発生を防止した状態でヒータを停止させることができる。また、ヒータおよびヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止時の制御を容易化することができる。
【００６７】
さらに、本発明の第８実施態様におけるヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法によれば、検出素子および温度補償素子での結露の発生を確実に防止した状態でヒータを停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置を具備する燃料電池システムの構成図である。
【図２】 図２はこの発明の実施形態のガスセンサの平面図である。
【図３】 図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図４】 図４は本実施の形態に係るヒータ内蔵型ガスセンサの制御装置の構成図である。
【図５】 図５は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法を示すフローチャートである。
【図６】 図６は燃料電池の作動時における、ガスセンサの周辺部温度と、ヒータへの通電状態と、燃料電池に対する発電指令と、出口側配管内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】 図７は燃料電池の作動時における、ガスセンサの周辺部温度と、ヒータへの通電状態と、燃料電池に対する発電指令と、出口側配管内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】 図８は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときのヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法を示すフローチャートである。
【図９】 図９は車両のイグニッションスイッチがＯＮとされたときの、ヒータおよびガスセンサの状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートである。
【図１０】 図１０は車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときの、ヒータおよびガスセンサの状態と、オフガスの流通状態とを示すタイミングチャートである。
【図１１】 図１１は本実施形態の変形例に係るヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法および作動方法および作動停止方法を示すフローチャートである。
【図１２】 図１２は本実施形態の変形例に係るガスセンサの周辺部温度と、ヒータへの通電状態と、ガスセンサへの通電状態と、出口側配管内を流通するオフガスの流量との各時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
Claims (8)
- 燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるオフガス配管に設けられ、前記オフガスに含まれる水素ガスが被検出ガスとして導入されるガス検出室および該ガス検出室内を加熱するヒータを具備し、前記被検出ガスを検出するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法であって、
前記オフガスの流通開始に先立って、前記ヒータ内蔵型ガスセンサおよび前記ヒータの作動を開始するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法。 - 請求項１記載のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法であって、
前記ヒータ内蔵型ガスセンサは、触媒を具備する検出素子および温度補償素子を前記ガス検出室内に備え、前記オフガスに含まれる水素ガスが前記触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によって生じる前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に応じて、前記水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであって、
前記オフガスの流通開始に先立って、前記検出素子および前記温度補償素子および前記ヒータへの通電を開始するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法。 - 請求項２に記載のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法であって、
前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電開始と同期して、前記ヒータへの通電を開始するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法。 - 請求項２に記載のヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法であって、
前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電開始に先立って、前記ヒータへの通電を開始するヒータ内蔵型ガスセンサの作動開始方法。 - 燃料電池の酸素極から排出されるオフガスを流通させるオフガス配管に設けられ、前記オフガスに含まれる水素ガスが被検出ガスとして導入されるガス検出室および該ガス検出室内を加熱するヒータを具備し、前記被検出ガスを検出するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法であって、
前記ヒータ内蔵型ガスセンサおよび前記ヒータの作動停止に先立って、前記オフガスの流通を停止するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法。 - 請求項５に記載のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法であって、
前記ヒータ内蔵型ガスセンサは、触媒を具備する検出素子および温度補償素子を前記ガス検出室内に備え、前記オフガスに含まれる水素ガスが前記触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によって生じる前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に応じて、前記水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであって、
前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電停止に先立って、前記オフガスの流通を停止するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法。 - 請求項６に記載のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法であって、
前記検出素子および前記温度補償素子に対する通電停止と同期して、前記ヒータへの通電を停止するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法。 - 請求項６に記載のヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法であって、
前記ヒータに対する通電停止に先立って、前記検出素子および前記温度補償素子への通電を停止するヒータ内蔵型ガスセンサの作動停止方法。
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