JP2021018130A - センサ装置、燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス流量を検出可能なセンサ装置、および燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路６１０を形成する流路形成部６１と、燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置１０と、を備える。センサ装置１０は、燃料オフガス中の水素のガス濃度を検出するガス濃度センサ２５と、燃料オフガス流路６１０に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ２２と、を備える。センサ装置１０は、ベース２３の温度を検出するベース温度センサ２４と、ガス濃度センサ２５、ベース温度センサ２４、および主熱流センサ２２それぞれの出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部５０ａと、を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、ガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置、および燃料電池システムに関する。

従来、水素および窒素の混合ガスの熱流量および圧力に基づいて、混合ガスにおける水素のガス濃度を検出するガス成分検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、ガス成分検出装置で検出した水素のガス濃度に基づいて、燃料電池への水素の供給量を調整することが記載されている。

特開２０１７−９０３１７号公報

ところで、水素のガス濃度と水素のガス流量とは、一体一で対応する物理量ではない。このため、特許文献１の如く、ガス成分検出装置で検出した水素のガス濃度に基づいて燃料電池への水素の供給量を調整すると、燃料電池で必要とされる流量の水素を燃料電池に対して適切に供給することができない虞がある。このことは、燃料電池に水素を供給する場合に限らず、様々な状況下で生じ得る。

本開示は、少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス流量を検出可能なセンサ装置、および燃料電池システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置であって、
少なくとも一部が混合ガスの流れるガス流路（６１０）に配置され、混合ガスのうち特定ガスのガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
ガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が混合ガスに晒されるようにガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
主熱流センサの他面側に位置するベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
ガス濃度検出部の検出濃度、ベース温度センサの検出温度、および主熱流センサの出力信号に基づいて特定ガスのガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、
を備える。

本発明者らがガス流量について鋭意検討したところ、特定ガスのガス流量は、特定ガスのガス濃度、混合ガスの熱流量、熱流量を検出するセンサを設置するベースの温度に相関性を有することが判った。本開示のセンサ装置は、上記の知見に基づいて案出されたものであり、ガス濃度検出部、主熱流センサ、およびベース温度センサを備える。これによれば、特定ガスのガス濃度、混合ガスの熱流量、およびベースの温度に基づいて特定ガスのガス流量を算出することができる。

請求項７に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路（６１０）を形成するオフガス流路形成部（６１）と、
燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置（１０）と、を備え、
センサ装置は、
少なくとも一部が燃料オフガス流路に配置され、燃料オフガス中の水素のガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
燃料オフガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が燃料オフガスに晒されるように燃料オフガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
主熱流センサの他面側に位置するベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
ガス濃度検出部の検出濃度、ベース温度センサの検出温度、および主熱流センサの出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、を有する。

これによると、センサ装置がガス濃度検出部、主熱流センサ、およびベース温度センサを備えている。このため、燃料オフガス中の水素のガス濃度、燃料オフガスの熱流量、およびベースの温度に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。 第１実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。 第１実施形態に係るセンサ装置に用いられる主熱流センサの模式的な断面図である。 ガス流量と熱流量等との相関性を説明するための説明図である。 第１実施形態に係るセンサ装置のセンサ制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。 熱伝達率と熱流量等との相関性を説明するための説明図である。 熱伝達率とガス濃度との相関性を説明するための説明図である。 第２実施形態に係るセンサ装置のセンサ制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。 第３実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。 第３実施形態に係るセンサ装置のセンサ制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。 第４実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態では、本開示のセンサ装置１０を燃料電池システム１に適用した例について説明する。本実施形態では、燃料電池システム１の全体構成について説明した後、センサ装置１０の詳細について説明する。

燃料電池システム１は、例えば、電気自動車の一種である燃料電池車両に適用される。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスである空気に含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池２を備える。

燃料電池２は、固体高分子型の燃料電池で構成されている。燃料電池２は、発電により生じた直流電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を介して車両走行用の電動モータや二次電池等の電気負荷に供給する。

燃料電池２は、最小単位となる電池セル２ａが複数積層されたスタック構造を有し、各電池セル２ａが電気的に直列に接続された直列接続体として構成されている。燃料電池２を構成する電池セル２ａは、電解質膜の両側に触媒層を挟んで構成される膜電極接合体、膜電極接合体の両側に配置された一対の拡散層、これらを挟持するセパレータを含んで構成されている。

各電池セル２ａは、以下に示すように、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する。
（アノード側）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（カソード側）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ

燃料電池２には、各電池セル２ａに空気を供給するための空気供給配管３が接続されるとともに、各電池セル２ａを通過した空気を生成水や不純物とともに外部に排出する空気排出配管４が接続されている。

空気供給配管３には、その最上流部に大気中から吸入した空気を燃料電池２に圧送する空気ポンプ３ａが設けられるとともに、空気ポンプ３ａと燃料電池２との間に燃料電池２に空気を供給する空気の圧力を調整する空気調圧弁３ｂが設けられている。また、空気排出配管４には、燃料電池２から排出された空気を生成水や不純物とともに外部に排出するための電磁弁４ａが設けられている。

燃料電池２には、各電池セル２ａに燃料ガスを供給するための燃料供給配管５が接続されるとともに、各電池セル２ａを通過した未反応水素を含む燃料オフガスを外部に排出するオフガス排出配管６が接続されている。燃料オフガスは、未反応水素、カソード側から透過した窒素、蒸気を含む混合ガスである。

燃料供給配管５には、その最上流部に高圧水素が充填された図示しない水素タンクが設けられている。また、燃料供給配管５には、水素タンクと燃料電池２との間に水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂが設けられている。水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂは、燃料ガスを間欠的に噴射供給する手段である。また、エジェクタ５ｂは、高速で噴射する燃料ガス流の巻き込み作用によって、後述する還流配管７から燃料オフガスを吸引する吸引手段としての役割を有している。

オフガス排出配管６には、燃料オフガスに混在する水を分離する気液分離器８が設けられるとともに、気液分離器８の内部に貯留された水を燃料オフガスとともに外部に排出するための排気弁６ａが設けられている。

気液分離器８は、重力分離方式の気液分離器が採用されている。気液分離器８は、その内部空間に燃料オフガスから分離された水が貯留される構成になっている。なお、気液分離器８は、遠心分離方式の気液分離器等で構成されていてもよい。

気液分離器８には、水が分離された燃料オフガスを燃料供給配管５に戻すための還流配管７が接続されている。還流配管７は、一端側が気液分離器８に接続され、他端側がエジェクタ５ｂのガス吸引口に接続されている。

気液分離器８で水が分離された燃料オフガスは、エジェクタ５ｂによって、再び燃料供給配管５に供給される。これにより、燃料電池システム１では、燃料電池２の運転時に、未反応水素を含む燃料オフガスが還流配管７を通って循環する。

排気弁６ａは、気液分離器８の内部に貯留された水を燃料オフガスとともに外部に排出するものであるが、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃが高い場合に開放されると、大気中に高濃度の水素が放出されてしまう。このため、燃料電池システム１では、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃを把握する必要がある。

また、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃは、水素の供給量の適否を判断する際に利用することが考えられる。但し、水素のガス濃度Ｈｃと水素のガス流量Ｇｒとは一体一で対応する物理量ではない。このため、水素のガス濃度Ｈｃに基づいて燃料電池２への水素の供給量を調整すると、燃料電池２で必要とされる流量の水素を燃料電池２に対して適切に供給することができない虞がある。

このような背景もあり、燃料電池システム１は、燃料オフガスに含まれる水素を混合ガス中の特定ガスとして、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃおよびガス流量Ｇｒを検出するセンサ装置１０を備えている。

本発明者らは、燃料オフガスに含まれる水素のガス流量Ｇｒについて鋭意検討した。これによると、水素のガス流量Ｇｒは、水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、および熱流量を検出するセンサを設置するベース２３の温度Ｔ１に相関性を有することが判った。本開示のセンサ装置１０は、上記の知見に基づいて案出されたものであり、少なくとも水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、およびベース２３の温度Ｔ１に基づいて水素のガス流量を算出する。なお、センサ装置１０の詳細については後述する。

燃料電池システム１は、電気制御部としてシステム制御装置１００を備えている。システム制御装置１００は、プロセッサ、センサ等を有するマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。なお、システム制御装置１００のメモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。

システム制御装置１００の入力側には、センサ装置１０を含む各種センサが接続されている。また、システム制御装置１００の出力側には、制御対象機器として、空気ポンプ３ａ、空気調圧弁３ｂ、電磁弁４ａ、水素供給弁５ａ、エジェクタ５ｂ、排気弁６ａ等が接続されている。

システム制御装置１００は、入力側から入力された各種信号等を、予めメモリに記憶されたプログラムに従って演算処理し、当該演算処理の結果等に基づいて、出力側に接続された各種制御対象機器を制御する。

燃料電池２の運転中は、燃料電池２にて水素が消費されることで、燃料電池２内部の圧力が徐々に低下する。このため、システム制御装置１００は、燃料電池２の運転中において、燃料電池２内部の圧力が所定の基準圧力よりも低下した際に燃料電池２に燃料ガスが供給されるように、水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂを制御する。これにより、燃料電池２には、間欠的に燃料ガスが噴射供給される。

また、システム制御装置１００は、センサ装置１０で検出される燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃに基づいて排気弁６ａを制御する。例えば、システム制御装置１００は、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃが基準濃度以下となる場合に排気弁６ａを開放させる。

さらに、システム制御装置１００は、センサ装置１０で検出される燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒに基づいて燃料電池２への水素の供給量の適否を判定する。例えば、システム制御装置１００は、燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒが基準流量以下となる場合に燃料電池２への水素の供給量が不足していると判定する。

次に、センサ装置１０の詳細について説明する。センサ装置１０は、水素のガス流量Ｇｒを算出するために必要な情報を検知する検知部２０、および検知部２０にて検知された各種情報から水素のガス流量Ｇｒを算出するセンサ制御部５０を含んで構成されている。

検知部２０は、オフガス排出配管６のうち、燃料電池２と気液分離器８との間に位置する部位に設置されている。なお、検知部２０は、例えば、気液分離器８の内部、オフガス排出配管６における気液分離器８の下流側に位置する部位、還流配管７等に設置されていてもよい。

図２に示すように、オフガス排出配管６のうち、検知部２０が設置される部位は、燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路６１０を形成する流路形成部６１を備える。本実施形態では、燃料オフガス流路６１０が混合ガスである燃料オフガスが流れるガス流路を構成する。また、流路形成部６１がオフガス流路形成部を構成している。

流路形成部６１は、燃料オフガス流路６１０を形成する筒状の部材である。本例の流路形成部６１は直線状に延びている。なお、流路形成部６１は少なくとも一部が曲線状に曲がっていてもよい。

流路形成部６１には、流路形成部６１の中心軸ＣＬに対して交差する方向に突き出る突出管部６２が接続されている。突出管部６２は有底筒状の部材で構成されている。突出管部６２は開口部分が流路形成部６１に接続されている。

燃料オフガス流路６１０は、流路形成部６１に突出管部６２が接続されることで、燃料オフガスが流れる流通空間６１０Ａだけでなく、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスの一部が導入される導入空間６１０Ｂを有する。

流通空間６１０Ａは、流路形成部６１の内側に形成される空間である。導入空間６１０Ｂは、突出管部６２の内側に形成される空間である。突出管部６２は、流路形成部６１と異なり、ガス流れ下流側が閉塞されている。このため、導入空間６１０Ｂは、流通空間６１０Ａよりも燃料オフガスが淀み易い空間になっている。すなわち、導入空間６１０Ｂは、流通空間６１０Ａよりも燃料オフガスが滞留し易い空間になっている。

検知部２０は、流路形成部６１および突出管部６２に設置されている。検知部２０は、ガス温度センサ２１、主熱流センサ２２、ベース２３、ベース温度センサ２４、およびガス濃度センサ２５を含んで構成されている。

ガス温度センサ２１は、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの温度を検出する温度センサである。ガス温度センサ２１は、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスの温度を検出可能なように温度の感知部位が流通空間６１０Ａに配置されている。ガス温度センサ２１は、流路形成部６１のうち突出管部６２が接続された部位の近くに配置されている。なお、ガス温度センサ２１は、燃料オフガスの温度を検出可能であれば、突出管部６２から離れた位置に配置されていてもよい。

主熱流センサ２２は、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する熱流センサである。主熱流センサ２２は、一面が燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスに晒されるように燃料オフガス流路６１０に配置されている。主熱流センサ２２は、他面が燃料オフガス流路６１０に配置されるベース２３に固定されている。

図３に示すように、主熱流センサ２２は、両板面の一方を表面２２１ａ、他方を裏面２２１ｂとする薄板状のセンサ基板２２１を有する。センサ基板２２１は、表面２２１ａが燃料オフガス流路６１０に露出するように、裏面２２１ｂがベース２３に対して固定される。

主熱流センサ２２は、センサ基板２２１の表面２２１ａ上を、熱（冷熱を含む）を有する燃料オフガスが流れるようになっている。センサ基板２２１では、基板厚さ方向に熱流が発生すると、この熱流により生ずる表面２２１ａと裏面２２１ｂとの間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する。

具体的には、センサ基板２２１は、絶縁性材料よりなる基板で構成されている。センサ基板２２１は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（すなわち、ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（すなわち、ＰＥＩ）、液晶ポリマー（すなわち、ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等で構成される。

センサ基板２２１には、異なる２種の金属２２２ａ、２２２ｂが直列的に接続されることで熱電対２２２が構成されている。２種の金属２２２ａ、２２２ｂとしては、例えば、固相焼結されたＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金と、Ｂｉ−Ｔｅとの組み合わせや、Ｃｕとコンスタンタンとの組み合わせ等が挙げれられる。なお、熱電対２２２は、例えば、異なる半導体素子の直列接続体で構成されていてもよい。

主熱流センサ２２は、熱流によって生ずるセンサ基板２２１の表裏の温度差に起因してゼーベック効果による起電圧が発生する。主熱流センサ２２は、図示しない信号線を介してセンサ制御部５０に接続されている。

ベース２３は、主熱流センサ２２の土台となる部材である。ベース２３は、燃料オフガスの温度変化に追従して温度が変動し難くなるように、主熱流センサ２２等よりも熱容量が大きくなっている。ベース２３は、全体が導入空間６１０Ｂに位置するように、突出管部６２の内側に取り付けられている。具体的には、ベース２３は、突出管部６２における燃料オフガス流れ上流側に位置する内面に取り付けられている。

具体的には、ベース２３は、取付部位以外の部位が突出管部６２から離れている。ベース２３と突出管部６２の内面との間には、袋小路となる導入空間６１０Ｂが形成されている。そして、主熱流センサ２２は、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスに晒されるように、ベース２３における突出管部６２の開口側に位置する側面に固定されている。

ベース温度センサ２４は、ベース２３の温度を検出する温度センサである。ベース２３は、主熱流センサ２２の裏面２２１ｂに対して接している。このため、ベース温度センサ２４は、主熱流センサ２２の裏面２２１ｂ側の温度を検出することになる。

ガス濃度センサ２５は、水素のガス濃度Ｈｃを検出する濃度センサである。ガス濃度センサ２５は、検知素子の表面に白金やパラジウム等の触媒を塗布し、水素と触媒との化学反応で生ずる熱を検知することで水素のガス濃度Ｈｃをする接触燃焼式のガスセンサで構成されている。ガス濃度センサ２５は、水素のガス濃度Ｈｃを算出可能であれば、接触燃焼式のガスセンサに限らず、例えば、熱伝導式のガスセンサで構成されていてもよい。なお、本実施形態では、ガス濃度センサ２５がガス濃度検出部を構成している。

ガス濃度センサ２５は、ベース２３のうち、主熱流センサ２２が固定された部位以外の部位に固定されている。具体的には、ガス濃度センサ２５は、ベース２３のうち突出管部６２の底部と対向する部位に固定されている。ガス濃度センサ２５は、導入空間６１０Ｂに配置されている。このため、ガス濃度センサ２５は、導入空間６１０Ｂに存在する燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃを検出する。なお、ガス濃度センサ２５は、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃを検出可能であれば、流通空間６１０Ａに配置されていてもよい。

センサ制御部５０は、センサ装置１０の電子制御部を構成する。センサ制御部５０は、プロセッサ、メモリ等を有するマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。なお、センサ制御部５０のメモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。

センサ制御部５０の入力側には、検知部２０を構成するガス温度センサ２１、主熱流センサ２２、ベース温度センサ２４、ガス濃度センサ２５等の各種センサが接続されている。また、センサ制御部５０の出力側には、システム制御装置１００が接続されている。

センサ制御部５０は、入力側から入力された各種信号等を、予めメモリに記憶されたプログラムに従って演算処理し、当該演算処理の結果を出力側に接続されたシステム制御装置１００等に出力する。

センサ制御部５０は、ガス温度センサ２１の検出温度、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出温度、およびガス濃度センサ２５の検出濃度に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する。本実施形態では、センサ制御部５０において、燃料オフガス中の水素のガス流量を算出するハードウエアおよびソフトウエアが流量演算部５０ａを構成する。なお、センサ制御部５０は、少なくとも一部がシステム制御装置１００と一体に構成されていてもよい。

ここで、ガス流量と熱流量等との相関性について図４を参照して説明する。図４の上段の数式Ｆ１に示すＫｉｎｇの式によれば、燃料オフガスの熱流量Ｑｃは、燃料オフガスの流速Ｕｃの平方根、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２、定数Ａｃ、Ｂｃで特定される。なお、定数Ａｃ、Ｂｃは、水素のガス濃度Ｈｃ等に応じて定まる定数である。

数式Ｆ１によると、燃料オフガスの流速Ｕｃは、図４の中段の数式Ｆ２で示すことができる。燃料オフガスの流速Ｕｃは、数式Ｆ２で示すように、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２、定数Ａｃ、Ｂｃにより特定することができる。

また、水素のガス流量Ｇｒは、図４の下段の数式Ｆ３で示すように、燃料オフガスの流速Ｕｃ、水素のガス濃度Ｈｃ、流通空間６１０Ａにおける相当半径Ｒにより特定することができる。

以上の如く、水素のガス流量Ｇｒは、水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、およびベース２３の温度Ｔ２に相関性を有する。

ここで、数式Ｆ２の熱流量Ｑｃは、主熱流センサ２２の出力信号から得られる。数式Ｆ２の温度Ｔ１は、ベース温度センサ２４の検出温度から得られる。数式Ｆ２の温度Ｔ２は、ガス温度センサ２１の検出温度から得られる。数式Ｆ２の定数Ａｃ、Ｂｃは、水素のガス濃度等に応じて定まるものであり、ガス濃度センサ２５の検出濃度から得ることができる。

以下、センサ制御部５０が実行する水素のガス流量Ｇｒを算出する制御処理について図５を参照して説明する。図５に示す制御処理は、例えば、燃料電池２の発電時に周期的または不定期にセンサ制御部５０により実行される。

図５に示すように、センサ制御部５０は、ステップＳ１００にて、センサ制御部５０の入力側に接続されたセンサから各種信号を読み込む。具体的には、センサ制御部５０は、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出信号、ガス温度センサ２１の検出信号、およびガス濃度センサ２５の検出信号を読み込む。

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ１１０にて、燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。センサ制御部５０は、例えば、図４に示す数式Ｆ２に、主熱流センサ２２の出力値、ベース温度センサ２４の検出温度、ガス温度センサ２１の検出温度を代入して燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。この際、図４の数式Ｆ２中の定数Ａｃ、Ｂｃは、ガス濃度センサ２５の検出信号に基づいて決定する。例えば、センサ制御部５０は、水素のガス濃度と定数Ａｃ、Ｂｃとの対応関係を予め規定した制御マップを参照し、ガス濃度センサ２５の検出濃度に基づいて決定する。

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ１２０にて、水素のガス流量Ｇｒを算出する。センサ制御部５０は、例えば、図４に示す数式Ｆ３にステップＳ１１０で算出した流速Ｕｃ、ガス濃度センサ２５の検出濃度を代入して水素のガス流量Ｇｒを算出する。

以上説明したセンサ装置１０は、ガス温度センサ２１、主熱流センサ２２、ベース温度センサ２４、およびガス濃度センサ２５を備えている。これによれば、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、および燃料オフガスの温度Ｔ２に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒを算出することができる。この結果、燃料電池２で必要とされる流量の水素を燃料電池２に対して適切に供給することが可能となる。

また、センサ装置１０は、ガス濃度センサ２５がベース２３における主熱流センサ２２に固定された部位以外の部位に固定されている。このように、ガス濃度センサ２５を主熱流センサ２２が固定されるベース２３に対して固定すれば、ガス濃度センサ２５を固定するための専用の部品が不要となるので、部品点数の増加を抑制することができる。

ここで、ガス流量計としては、電気ヒータを備え、当該電気ヒータに起因するガスの温度変化に基づいてガスの流量を検出するものがある。この種のガス流量計では、電気ヒータが必須の構成となる。これに対し、センサ装置１０は、電気ヒータが必須ではないので、ガス流量計に比べて簡素な構成で実現することが可能となる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、図４に示す数式Ｆ２、Ｆ３を用いて水素のガス流量Ｇｒを算出するものを例示したが、これに限定されない。センサ制御部５０は、水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２から水素のガス流量Ｇｒを推定するガス流量の推定モデルを用いて、水素のガス流量Ｇｒを算出するようになっていてもよい。なお、ガス流量の推定モデルは、例えば、機械学習や回帰分析により生成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図６〜図９を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図６に示すように、燃料オフガス流路６１０には、ガス濃度センサ２５に代えて、圧力センサ２６およびガス熱流センサ２７が配置されている。圧力センサ２６は、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの圧力変動を検出するセンサである。圧力センサ２６は、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスの圧力を検出可能なように圧力の感知部位が流通空間６１０Ａに配置されている。圧力センサ２６は、流路形成部６１のうち突出管部６２が接続された部位の近くに配置されている。なお、圧力センサ２６は、燃料オフガスの圧力を検出可能であれば、突出管部６２から離れた位置に配置されていてもよい。

ガス熱流センサ２７は、導入空間６１０Ｂに存在する燃料オフガスの熱流量を検出するためのセンサである。ガス熱流センサ２７は、基本構成が主熱流センサ２２と同様に構成されている。ガス熱流センサ２７は、燃料オフガスの流速の影響を受け難いように導入空間６１０Ｂに配置されている。ガス熱流センサ２７は、ベース２３のうち、主熱流センサ２２が固定された部位以外の部位に固定されている。具体的には、ガス熱流センサ２７は、ベース２３のうち突出管部６２の底部と対向する部位に固定されている。

圧力センサ２６およびガス熱流センサ２７は、それぞれ信号線を介してセンサ制御部５０の入力側に接続されている。センサ制御部５０は、圧力センサ２６の検出圧力およびガス熱流センサ２７の検出信号に基づいて燃料オフガス中の水素のガス濃度を算出する。本実施形態では、センサ制御部５０において、燃料オフガス中の水素のガス濃度を算出するハードウエアおよびソフトウエアが濃度演算部５０ｂを構成する。なお、本実施形態では、圧力センサ２６、ガス熱流センサ２７、および濃度演算部５０ｂがガス濃度検出部を構成している。

ここで、燃料電池システム１は、燃料ガスの供給手段として機能するエジェクタ５ｂが間欠的に開弁する。これにより、燃料電池２は、エジェクタ５ｂによって燃料ガスが間欠的に供給されるとともに、燃料オフガスが間欠的に排出される。この際、燃料オフガスには圧力変動が生じる。すなわち、燃料オフガス流路６１０は、燃料オフガスが脈動して流れることがある。燃料オフガスの圧力が変動すると、図７の上段に示すように、燃料オフガスの圧縮または膨張することで、燃料オフガスのガス温度が変動する。

燃料オフガスの温度が変動すると、燃料オフガスとベース２３との間に温度差が生ずるが、当該温度差に起因してガス熱流センサ２７を貫通する熱流は、図７の中段の数式Ｆ４で示すように、燃料オフガスの熱伝達率ｈに応じて変化する。

燃料オフガスの温度変動は、図７の中段の数式Ｆ５に示す断熱圧縮時の温度変化の式により、圧力比（＝Ｐ２／Ｐ１）と相関性を有する。なお、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓは、図７の中段の数式Ｆ６に示すように、燃料オフガスの熱流量Ｑに対してセンサ感度係数αを乗じたものとなる。

そして、数式Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６によれば、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、図７の下段の数式Ｆ７で示すことができる。燃料オフガスの熱伝達率ｈは、数式Ｆ７で示すように、燃料オフガスの圧力比、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓ、センサ感度係数α、膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１により特定することができる。なお、膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１は、ガス温度センサ２１により得ることができる。

また、ガス熱流センサ２７に作用する熱流の変動幅（すなわち、振幅）は、燃料オフガスの熱伝達率ｈが大きいほど大きくなる。一般にガスの熱伝達率ｈは、図８の上段に示す数式Ｆ８で定義される。また、温度が均一な板の強制対流のヌセルト数Ｎｕは、図８の中段に示す数式Ｆ９で定義される。そして、レイノルズ数Ｒｅは、図８の下段に示す数式Ｆ１０で定義される。

上述の数式Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９によれば、燃料オフガスの流速Ｕｃが一定の条件であれば、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、熱伝導率λ等のガスの物性値（すなわち、動粘度ν、プラントル数Ｐｒ、熱伝導率λ）で決まる。そして、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、燃料オフガスの熱伝導率λに比例して大きくなる。燃料オフガスには、特定ガスである水素以外に水素とは熱伝導率λの異なるガス（例えば、窒素、蒸気）が含まれている。水素、窒素、蒸気を含む燃料オフガスのうち、熱伝導率λが最も高いガスは水素である。このため、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、図８に示すように、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃに強い相関性を有する。すなわち、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃが高ければ大きくなり、水素のガス濃度Ｈｃが低ければ小さくなる。

前述したように、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、燃料オフガスの圧力比、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓ、センサ感度係数α、膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１により特定することができる。燃料オフガスの圧力比は、圧力センサ２６により得ることができる。膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１は、ガス温度センサ２１により得ることができる。

以下、センサ制御部５０が実行する水素のガス流量を算出する制御処理について図９を参照して説明する。図９に示す制御処理は、例えば、燃料電池２の発電時に周期的または不定期にセンサ制御部５０により実行される。

図９に示すように、センサ制御部５０は、ステップＳ２００にて、センサ制御部５０の入力側に接続されたセンサから各種信号を読み込む。具体的には、センサ制御部５０は、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出信号、ガス温度センサ２１の検出信号、圧力センサ２６の検出信号、およびガス熱流センサ２７の検出信号を読み込む。

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ２１０にて、水素のガス濃度Ｈｃを算出する。先ず、センサ制御部５０は、図７に示す数式Ｆ７に、燃料オフガスの圧力比、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓ、センサ感度係数α、ガス温度センサ２１の検出温度を代入して燃料オフガスの熱伝達率ｈを算出する。そして、センサ制御部５０は、例えば、予めメモリに記憶された燃料オフガスの熱伝達率ｈと水素のガス濃度Ｈｃとの対応関係を規定した制御マップを参照して、燃料オフガス中に含まれる水素のガス濃度Ｈｃを算出する。なお、制御マップには、熱伝達率ｈの増大に伴って水素のガス濃度Ｈｃが大きくなるように、熱伝達率ｈと水素のガス濃度Ｈｃとの対応関係が規定されている。

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ２２０にて燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。そして、センサ制御部５０は、ステップＳ２３０にて燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒを算出する。なお、ステップＳ２２０、Ｓ２３０の処理は、ステップＳ１１０、Ｓ１２０と同様の処理であるため詳しい説明を省略する。

以上説明したセンサ装置１０は、燃料オフガスの圧力変動および燃料オフガスの熱流量の変動に基づいて水素のガス濃度Ｈｃを算出する構成になっている。これによると、ガス濃度の計測に特化した特殊なセンサを用いる必要がなく、汎用的なセンサ構成によって水素のガス濃度Ｈｃを検出することができる。

ところで、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの熱伝達率ｈは、図８に示すように、燃料オフガス流路６１０における圧力変動だけでなく、燃料オフガスの流速Ｕｃの変動の影響も受ける。

これを加味して、センサ装置１０は、ガス熱流センサ２７にて導入空間６１０Ｂに存在する燃料オフガスの熱流量を検出する構成になっている。これによれば、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの流速Ｕｃが変動したとしても、ガス熱流センサ２７の設置箇所付近における燃料オフガスの流速Ｕｃの変動が抑制される。このため、燃料オフガス流路６１０における圧力の変化量とガス熱流センサ２７に作用する熱流の変化量に基づいて、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃを精度よく検出することができる。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、図７に示す数式Ｆ７を用いて熱伝達率ｈを算出し、算出した熱伝達率ｈに基づいて水素のガス濃度Ｈｃを算出するものを例示したが、これに限定されない。センサ制御部５０は、燃料オフガスの圧力変動および燃料オフガスの熱流量から水素のガス濃度Ｈｃを推定するガス濃度の推定モデルを用いて、水素のガス濃度Ｈｃを算出するようになっていてもよい。なお、ガス濃度の推定モデルは、例えば、機械学習や回帰分析により生成することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１０、図１１を参照して説明する。本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１０に示すように、センサ装置１０は、ガス温度センサ２１が省略されている。主熱流センサ２２を貫通する熱流量Ｑｃは、燃料オフガスの温度Ｔ２とベース２３の温度Ｔ１との温度差によって生ずる。すなわち、燃料オフガスの温度Ｔ２は、主熱流センサ２２を貫通する熱流量Ｑｃおよびベース２３の温度Ｔ１に相関性を有する。そこで、センサ装置１０は、センサ制御部５０にて主熱流センサ２２の検出信号およびベース温度センサ２４の検出温度から燃料オフガスの温度Ｔ２を推定する。

以下、センサ制御部５０が実行する水素のガス流量Ｇｒを算出する制御処理について図１１を参照して説明する。図１１に示す制御処理は、例えば、燃料電池２の発電時に周期的または不定期にセンサ制御部５０により実行される。

図１１に示すように、センサ制御部５０は、ステップＳ３００にて、センサ制御部５０の入力側に接続されたセンサから各種信号を読み込む。具体的には、センサ制御部５０は、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出信号、圧力センサ２６の検出信号、およびガス熱流センサ２７の検出信号を読み込む。

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ３１０にて、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出する。センサ制御部５０は、例えば、予めメモリに記憶された燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２との対応関係を規定した制御マップを参照して、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出する。

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ３２０にて、水素のガス濃度Ｈｃを算出する。また、センサ制御部５０は、ステップＳ３３０にて燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。そして、センサ制御部５０は、ステップＳ３４０にて燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒを算出する。なお、ステップＳ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０の処理は、ステップＳ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０と同様の処理であるため詳しい説明を省略する。

以上説明したセンサ装置１０は、センサ制御部５０が主熱流センサ２２の検出信号およびベース温度センサ２４の検出温度から燃料オフガスの温度Ｔ２を算出する。そして、センサ制御部５０は、算出した燃料オフガスの温度Ｔ２、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃ、ベース２３の温度Ｔ１、および主熱流センサ２２の出力信号に基づいて水素のガス流量Ｇｒを算出する。これによると、燃料オフガスの温度Ｔ２を検出するための専用の温度センサが不要となるので、部品点数の増加を抑えることができる。

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態では、予めメモリに記憶された制御マップを参照して、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出するものを例示したが、これに限定されない。センサ制御部５０は、燃料オフガスの熱流量Ｑｃおよびベース２３の温度Ｔ１から燃料オフガスの温度Ｔ２を推定するガス温度の推定モデルを用いて、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出するようになっていてもよい。なお、ガス温度の推定モデルは、例えば、機械学習や回帰分析により生成することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１２を参照して説明する。本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１２に示すように、センサ装置１０は、ベース２３を加熱するヒータ３０が追加されている。ヒータ３０は、発熱体３１および駆動回路３２を有する電気ヒータで構成されている。

発熱体３１は、通電により発熱する材料で構成されている。発熱体３１は、ベース２３の内部に配置されている。なお、発熱体３１は、ベース２３を加熱することが可能であれば、ベース２３の外面に設置されていてもよい。

駆動回路３２は、発熱体３１への通電量を調整する回路である。駆動回路３２は、信号線介して発熱体３１に接続されている。駆動回路３２は、センサ制御部５０からの信号に応じて作動が制御される。センサ制御部５０は、例えば、燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出する際に、駆動回路３２から発熱体３１に通電する。

その他の構成および作動は、第３実施形態と同様である。本実施形態のセンサ装置１０は、第３実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第３実施形態と同様に得ることができる。

本実施形態のセンサ装置１０は、ベース２３を加熱するヒータ３０を備えている。これによると、ヒータ３０によってベース２３を昇温させることで、燃料オフガスとベース２３との間の温度差を充分に確保することができる。この結果、ベース２３に固定される主熱流センサ２２およびガス熱流センサ２７それぞれのセンサ感度の向上を図ることができる。

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態では、第３実施形態で説明したセンサ装置１０に対してヒータ３０を追加したものを例示したが、これに限定されない。ヒータ３０は、例えば、第１実施形態で説明したセンサ装置１０や第２実施形態で説明したセンサ装置１０に追加されていてもよい。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態では、流路形成部６１に対して突出管部６２を接続し、この突出管部６２の内側に検知部２０の一部が配置されるものを例示したが、これに限定されない。センサ装置１０は、流路形成部６１に対して突出管部６２が接続されておらず、流路形成部６１の内側に検知部２０が配置されていてもよい。

上述の実施形態では、主熱流センサ２２およびガス熱流センサ２７として、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂で構成されるセンサ基板２２１を有するものを例示したが、これに限定されない。主熱流センサ２２およびガス熱流センサ２７は、熱流を検出可能なものであれば、上述の熱流センサと異なる構造のものが採用されていてもよい。

上述の実施形態では、燃料電池システム１として、エジェクタ５ｂが採用されたものを例示したが、これに限定されない。燃料電池システム１は、例えば、水素供給弁５ａの開閉動作によって、燃料電池２に対して水素が間欠的に供給される構成になっていてもよい。

上述の実施形態では、燃料電池システム１に対して本開示のセンサ装置１０の適用したものを例示したが、これに限定されない。センサ装置１０は、例えば、複数種のガスを混合した混合ガスが流れるガス配管等を含む他のシステムに対して適用可能である。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、センサ装置は、ガス濃度検出部と、主熱流センサと、ベース温度センサと、特定ガスのガス流量を算出する流量演算部と、を備える。

第２の観点によれば、混合ガスは、特定ガス以外に特定ガスとは熱伝導率の異なるガスが含まれている。ガス流路には、混合ガスが脈動して流れることがある。ガス濃度検出部は、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動および混合ガスの熱流量の変動に基づいて特定ガスのガス濃度を検出するように構成されている。

特定ガスのガス濃度は、混合ガスが流れるガス流路における圧力変動によって誘起される混合ガスの温度変動に相関性を有する。このため、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動および混合ガスの熱流量の変動に基づいて特定ガスのガス濃度を検出することができる。

第３の観点によれば、ガス流路は、混合ガスが流れる流通空間および流通空間を流れる混合ガスの一部が導入される空間であって流通空間よりも混合ガスが淀み易い導入空間を含んでいる。ガス濃度検出部は、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動を検出するための圧力センサ、導入空間に存在する混合ガスの熱流量を検出するためのガス熱流センサを有する。また、ガス濃度検出部は、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動および導入空間に存在する混合ガスの熱流量の変動に基づいて特定ガスのガス濃度を算出する濃度演算部を有する。

このように、ガス熱流センサにて導入空間に存在する混合ガスの熱流量を検出する構成とすれば、ガス流路を流れる混合ガスの流速が変動したとしても、ガス熱流センサの設置箇所付近における混合ガスの流速の変動が抑制される。これにより、ガス流路における圧力の変化量とガス熱流センサに作用する熱流量の変化量に基づいて、混合ガスに含まれる特定ガスのガス濃度を精度よく検出することができる。なお、「混合ガスが淀み易い」とは、混合ガスが流れず、滞留し易い状態である。

第４の観点によれば、ガス熱流センサは、ベースにおける主熱流センサに固定された部位以外の部位に固定されている。このように、ガス熱流センサを主熱流センサが固定されるベースに対して固定すれば、ガス熱流センサを固定するための専用の部品が不要となるので、部品点数の増加を抑制することができる。加えて、主熱流センサおよびガス熱流センサを共通のベースに固定すれば、ベース温度センサを利用してガス熱流センサの他面側の温度を把握することができる。

第５の観点によれば、センサ装置は、ベースを加熱するヒータを備える。これによると、ヒータによってベースを昇温させることで、混合ガスとベースとの間の温度差を充分に確保することができるので、ベースに固定される主熱流センサのセンサ感度の向上を図ることができる。

第６の観点によれば、流量演算部は、主熱流センサの検出信号およびベース温度センサの検出温度から混合ガスの温度を算出する。そして、流量演算部は、算出した混合ガスの温度、ガス濃度検出部の検出濃度、ベース温度センサの検出温度、および主熱流センサの出力信号に基づいて特定ガスのガス流量を算出する。これによると、混合ガスの温度を検出するための専用の温度センサが不要となるので、部品点数の増加を抑えることができる。

第７の観点によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部と、燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置と、を備える。センサ装置は、ガス濃度検出部と、主熱流センサと、ベース温度センサと、燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部と、を有する。

１０ センサ装置
２２ 主熱流センサ
２４ ベース温度センサ
２５ ガス濃度センサ
５０ａ 流量演算部
６１ 燃料オフガス流路（ガス流路）

Claims (7)

1. 少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置であって、
   少なくとも一部が前記混合ガスの流れるガス流路（６１０）に配置され、前記混合ガスのうち前記特定ガスのガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
   前記ガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が前記混合ガスに晒されるように前記ガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
   前記主熱流センサの他面側に位置する前記ベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
   前記ガス濃度検出部の検出濃度、前記ベース温度センサの検出温度、および前記主熱流センサの出力信号に基づいて前記特定ガスのガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、
   を備える、センサ装置。
2. 前記混合ガスは、前記特定ガス以外に前記特定ガスとは熱伝導率の異なるガスが含まれており、
   前記ガス流路には、前記混合ガスが脈動して流れることがあり、
   前記ガス濃度検出部（２６、２７、５０ｂ）は、前記ガス流路を流れる前記混合ガスの圧力変動および前記混合ガスの熱流量の変動に基づいて前記特定ガスのガス濃度を検出するように構成されている、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記ガス流路は、前記混合ガスが流れる流通空間（６１０Ａ）および前記流通空間を流れる前記混合ガスの一部が導入される空間であって前記流通空間よりも前記混合ガスが淀み易い導入空間（６１０Ｂ）を含んでおり、
   前記ガス濃度検出部は、前記ガス流路を流れる前記混合ガスの圧力変動を検出するための圧力センサ（２６）、前記導入空間に存在する前記混合ガスの熱流量を検出するためのガス熱流センサ（２７）、および前記ガス流路を流れる前記混合ガスの圧力変動および前記導入空間に存在する前記混合ガスの熱流量の変動に基づいて前記特定ガスのガス濃度を算出する濃度演算部（５０ｂ）を含んでいる、請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記ガス熱流センサは、前記ベースにおける前記主熱流センサに固定された部位以外の部位に固定されている、請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記ベースを加熱するヒータ（３０）を備える、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサ装置。
6. 前記流量演算部は、前記主熱流センサの検出信号および前記ベース温度センサの検出温度から前記混合ガスの温度を算出し、算出した前記混合ガスの温度、前記ガス濃度検出部の検出濃度、前記ベース温度センサの検出温度、および前記主熱流センサの出力信号に基づいて前記特定ガスのガス流量を算出する、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
7. 燃料電池システムであって、
   燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
   前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路（６１０）を形成するオフガス流路形成部（６１）と、
   前記燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置（１０）と、を備え、
   前記センサ装置は、
   少なくとも一部が前記燃料オフガス流路に配置され、前記燃料オフガス中の水素のガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
   前記燃料オフガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が前記燃料オフガスに晒されるように前記燃料オフガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
   前記主熱流センサの他面側に位置する前記ベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
   前記ガス濃度検出部の検出濃度、前記ベース温度センサの検出温度、および前記主熱流センサの出力信号に基づいて前記燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、を有する、燃料電池システム。

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