JP2003294674A - ガスセンサの取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度の高い検出を行うことができるガスセン
サの取付構造を提供するものである。 【解決手段】 出口側配管１４を流通するガスの濃度を
検出するガスセンサ１５の取付構造であって、出口側配
管１４の内壁に貫通孔１８を設けると共に、ガスセンサ
１５に出口側配管１４内でその一面が開口するガス導入
部２５を設け、該ガス導入部２５が出口側配管１４の内
壁から突出しない状態で、ガスセンサ１５を出口側配管
１４に取り付けることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、精度の高い検出
を行うことができるガスセンサの取付構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ガスセンサの取付構造としては、例え
ば、特開平９−５２７８号公報に示されたものがある。
これを図７によって説明すると、４１はセンサ基台を示
し、センサ基台４１の表面側には比較素子４２と検出素
子４３を設けたガス検出機構部４４を形成しこれらがカ
バー４５により覆われている。カバー４５の先端は縮径
し筒孔先端開口は流速減速部材４６で閉塞され、縮径筒
壁４７の内部空間が減速導入部４８として形成されてい
る。そして、カバー４５内の基端側は拡散室４９として
構成されている。このように構成されたガスセンサＳ
が、被検出ガスの通路５０の内部に突出するようにして
センサ基台４１を介して通路５０の外壁に取り付けられ
ている。

【０００３】また、例えば、特開平９−号１７０９９４
公報に示されたガスセンサの取付構造が知られている。
これは図８に示すように、被検出ガスの通路５０の外壁
５２のガス入口孔５３に対応する位置にセンサ取付ボッ
クス５４を取り付け、このセンサ取付ボックス５４の連
通孔５５をガス入口孔５３に合わせてセンサ取付ボック
ス５４を通路５０内部と連通させ、センサ取付ボックス
５４の底壁５６にガスセンサＳ’を取り付けたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者の取付構造におい
ては、被検出ガスの流速による影響をできる限り抑える
べく、拡散室４９内において流速のない状態を作り出す
ことができる点で優れているが、カバー４５が通路５０
内に突出している関係で、通路５０を流れる被検出ガス
に乱れが生じてしまい、拡散室４９に至る前にカバー４
５内部に取り込まれる被検出ガスに濃度のバラツキが生
じ精度の高い検出ができない問題がある。

【０００５】一方、後者の取付構造においては、センサ
取付ボックス５４内に被検出ガスを流速がない状態で貯
留することで、流速の影響を少なくして検出ができる利
点があるが、比較的広いセンサ取付ボックス５４内で被
検出ガスがなかなか入れ替わらずセンサ取付ボックス５
４内によどみが生ずると、通路５０を流過する被検出ガ
スのその時点での正確なガス濃度を把握することができ
ないという問題がある。そこで、この発明は、精度の高
い検出を行うことができるガスセンサの取付構造を提供
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、配管（例えば、実施形
態における出口側配管１４）内を流通するガスの濃度を
検出するガスセンサ（例えば、実施形態におけるガスセ
ンサ１５）の取付構造であって、配管の内壁に孔部（例
えば、実施形態における貫通孔１８）を設けると共に、
ガスセンサに配管内でその一面が開口するガス導入部
（例えば、実施形態におけるガス導入部２５）を設け、
該ガス導入部が配管内壁から突出しない状態で、ガスセ
ンサを配管に取り付けることを特徴とする。

【０００７】このように構成することで、ガス導入部は
配管内壁から突出していない状態で取り付けられている
ため、通路内部に突出している場合に比較して、配管内
を流通するガスの流れを乱すことなく、むらのない正確
なガス濃度検出を行うことができる。また、配管内で一
面が開口するガス導入部を設けたため、ガス導入部が複
数の部位に設けられている場合に比較して配管内を流通
するガスの圧力損失が少なくなり省電力化に寄与できる
と共にガス濃度を安定した状態で正確に測定できる。

【０００８】請求項２に記載した発明は、上記孔部は貫
通孔であり、ガスセンサは配管の外側から、突出するガ
ス導入部を該貫通孔に挿入し、ガス導入部の流れ方向の
前後に跨るようにして設けられたガスセンサのフランジ
部（例えば、実施形態におけるフランジ部２０）を締結
具（例えば、実施形態におけるボルト２１）により配管
に固定することを特徴とする。このように構成すること
で、ガスセンサを外部から位置決めした状態で容易に取
り付けることができ、ガス導入部を貫通孔に挿入した状
態で、ガスセンサのフランジ部を配管にバランス良く確
実に取り付けることができる。

【０００９】請求項３に記載した発明は、配管内を流通
するガスは、固体高分子型燃料電池（例えば、実施形態
における燃料電池１０）のカソード側のオフガスであ
り、ガスセンサは配管の重力方向上側に取り付けること
を特徴とする。このように構成することにより、オフガ
スの温度が１００℃以下でカソード側のオフガス中に含
まれる水分が凝縮しても、配管の上側に位置するセンサ
は直接液滴に触れることはなく、検出精度が低下するこ
とはない。

【００１０】請求項４に記載した発明は、上記ガスセン
サは接触燃焼式の水素ガスセンサであることを特徴とす
る。したがって、例えば、固体高分子型燃料電池におい
てアノード側からカソード側に固体高分子電解質膜を水
素が透過した場合に速やかに、かつ高精度に検出でき
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
と共に説明する。図１は燃料電池システムを概略的に示
すものである。

【００１２】燃料電池１０は、例えば、固体高分子電解
膜をアノード側電極とカソード側電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たいわ
ゆる固体高分子型燃料電池である。アノード側電極に入
口側配管１１から供給された水素を含む燃料ガスは、触
媒電極上で水素がイオン化され、適度に加湿された固体
高分子電解質膜を介してカソード側電極へと移動する、
その間に生じた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。カソード側電極には、例
えば、酸素を含む酸化剤ガスあるいは空気が入口側配管
１２を介して供給されているために、このカソード側電
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、アノード側、カソード側共に出口
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。ここで、固体高分子型の燃料電池１０
の作動温度は６０℃〜９０℃で、カソード側のオフガス
温度は作動温度より低いため、含まれる反応生成水が結
露する場合がある。

【００１３】カソード側の出口側配管１４には、この出
口側配管１４の真直な部分に、この発明の要旨をなすガ
ス接触燃焼式のガスセンサ１５が取り付けられ、このガ
スセンサ１５によりカソード側の出口側配管１４から水
素ガスが排出された場合に確認できるようになってい
る。具体的には、カソード側の出口側配管１４には重力
方向の上部に取付座１６が設けられると共に出口側配管
１４内で開口する貫通孔（孔部）１８が出口側配管１４
の上部に形成され、ここにガスセンサ１５が取り付けら
れている。したがって、ガスセンサ１５は出口側配管１
４の重力方向上側に取り付けられることとなる。

【００１４】図２はガスセンサの平面図、図３は図２の
Ａ−Ａ線に沿う概略断面図、図４は図３の側面図、図５
はガスセンサの取付状態を示す詳細断面図である。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、このカラー１７内にボ
ルト（締結具）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。つ
まり、フランジ部２０は後述するガス導入部２５のガス
流通方向の前後に跨るようにしてガスセンサ１５のケー
ス１９に設けられ、このフランジ部２０がボルト２１に
より出口側配管１４に固定されている。

【００１５】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、突出した筒状部２２が
形成されている。ケース１９内には図３に示すように樹
脂で封止された回路基板３２が設けられ、この回路基板
３２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の内部はガス検知室２４として
形成され、ガス検知室２４の出口側配管１４の内部側面
には、内側に向かってフランジ部２３が形成され、フラ
ンジ部２３の内周部分がガス導入部２５として開口形成
されている。つまり、ガス導入部２５は出口側配管１４
内でガス検知室２４の一面が開口している部分である。

【００１６】そして、このガス導入部２５は、前記出口
側配管１４の内壁に面一、あるいは外壁側にやや引っ込
んだ状態に設定されている。したがって、ガス導入部２
５は出口側配管１４を流通するオフガスに対して直角方
向に指向することとなる。これによって、出口側配管１
４を流通するオフガスは直接的にガス導入部２５に当た
らなくなるため、検出精度の低下を防止できる。また、
筒状部２２の外周面には、例えば０リングなどのシール
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。このようにシール材２６を用い
ることで、ガスセンサ１５の出口側配管１４への締結部
分が被検出ガスに直接接触しないようにしてガスセンサ
１５を取り付けることができ、出口側配管１４の表面処
理の剥がれによる腐食発生の余地をなくすることができ
る。そして、この筒状部２２の内部にセンサ本体２７が
装着されている。

【００１７】センサ本体２７は、ケース１９の筒状部２
２の他端側を閉塞する位置に、例えばポリフェニレンサ
ルファイド製で円環状のベース２８が設けられると共
に、外周部分には前記フランジ部２３に至る高さを有す
る金属製で筒状の周壁部３５が設けられ、上記ベース２
８を貫いて検出素子２９と温度補償素子３０とがベース
２８から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、高温の検出素子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１５の検出部である。尚、このガスセンサ１５は水素
以外に一酸化炭素、メタンの濃度も検出することができ
る。

【００１８】上記実施形態によれば、ガス導入部２５は
出口側配管１４内壁から突出していない状態、具体的に
は出口側配管１４の内壁に面一、あるいは外壁側にやや
引っ込んだ状態で取り付けられているため、出口側配管
１４内部に突出している場合に比較して、出口側配管１
４内を流通するガスの流れを乱すことなく、むらのない
正確な濃度検出を行うことができる。また、ガス検知室
２４の一面としてガス導入部２５が出口側配管１４内で
開口しているため、ガス導入部２５が複数の部位に設け
られている場合に比較して出口側配管１４を流通するガ
スの圧力損失が少なくなり省電力化に寄与できると共に
ガス濃度を安定した状態で正確に測定できる。

【００１９】上記ガスセンサ１５の筒状部２２は出口側
配管１４の外側から貫通孔１８に挿入されるため、簡単
に位置決めができガスセンサ１５を外部から容易に取り
付けることができる。また、ガス導入部２５を貫通孔１
８に挿入した状態で、ガス導入部２５のガス流通方向の
前後に跨るようにして設けられたフランジ部２０をボル
ト２１により出口側配管１４の取付座１６に固定するこ
とでガスセンサ１５を出口側配管１４に取り付けるた
め、ガスセンサ１５のフランジ部２０を出口側配管１４
にバランス良く確実に取り付けることができる。したが
って、取付不良などが生じない。

【００２０】そして、出口側配管１４内を流通するガス
は、固体高分子型燃料電池１０のカソード側のオフガス
であり、ガスセンサ１５は出口側配管１４の重力方向上
側に取り付けてあるため、カソード側のオフガス中に含
まれる水分が凝縮しても、出口側配管１４の上側に位置
するガスセンサ１５は液滴に触れることはないメリット
がある。また、上記ガスセンサ１５は接触燃焼式のガス
センサであるため、固体高分子型燃料電池１０において
アノード側からカソード側に固体高分子電解質膜を水素
が透過した場合に速やかに、かつ高精度に検出できる。

【００２１】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を出口側配管１４
に取り付けるに際して、図６に示すように、出口側配管
１４の周壁を一部切除してここに平坦面１４ａを設け、
この平坦面１４ａにガスセンサ１５を取り付けるように
してもよい。これにより、前述した実施形態のように取
り付け座１６を特別に形成した特殊な配管を必要とせ
ず、一般的な肉厚な配管材料を用いることができる利点
がある。尚、図６において図４と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。また、出口側配管１４
の内壁に、ガスセンサ１５に出口側配管１４内でその一
面が開口するガス導入部２５を設け、該ガス導入部２５
を出口側配管１４内壁から突出しない状態で取り付ける
ことができれば、貫通孔１８とせずに出口側配管１４の
内側から取り付けるようにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、ガス導入部は配管内壁から突出し
ていない状態で取り付けられているため、通路内部に突
出している場合に比較して、配管内を流通するガスの流
れを乱すことなく、むらのない正確な濃度検出を行うこ
とができる。また、配管内で一面が開口するガス導入部
を設けたため、ガス導入部が複数の部位に設けられてい
る場合に比較して配管内を流通するガスの圧力損失が少
なくなり省電力化に寄与できると共にガス濃度を安定し
た状態で正確に測定できる。

【００２３】請求項２に記載した発明によれば、上記効
果に加え、ガスセンサを外部から位置決めした状態で容
易に取り付けることができ、ガス導入部を貫通孔に挿入
した状態で、ガスセンサのフランジ部を配管にバランス
良く確実に取り付けることができる。

【００２４】請求項３に記載した発明によれば、上記効
果に加え、オフガスの温度が１００℃以下で、カソード
側のオフガス中に含まれる水分が凝縮しても、配管の上
側に位置するセンサは直接液滴に触れることはなく、検
出精度が低下することがない。

【００２５】請求項４に記載した発明によれば、上記効
果に加え、例えば、固体高分子型燃料電池においてアノ
ード側からカソード側に固体高分子電解質膜を水素が透
過した場合に速やかに、かつ高精度に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態の燃料電池システムの概
略的説明図である。

【図２】 上記実施形態のガスセンサの平面図である。

【図３】 図２のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。

【図４】 上記実施形態のガスセンサの側面図である。

【図５】 上記実施形態のガスセンサの取付状態を示す
詳細断面図である。

【図６】 この発明の他の実施形態の図４に相当する側
面図である。

【図７】 従来技術の断面図である。

【図８】 他の従来技術の断面図である。

【符号の説明】

１０ 燃料電池 １４ 出口側配管（配管） １５ ガスセンサ １８ 貫通孔（孔部） ２０ フランジ部 ２１ ボルト（締結具） ２５ ガス導入部

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 孝 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G060 AA02 AB03 AE19 AF07 BA03 BD08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管内を流通するガスの濃度を検出する
   ガスセンサの取付構造であって、配管の内壁に孔部を設
   けると共に、ガスセンサに配管内でその一面が開口する
   ガス導入部を設け、該ガス導入部が配管内壁から突出し
   ない状態で、ガスセンサを配管に取り付けることを特徴
   とするガスセンサの取付構造。
2. 【請求項２】 上記孔部は貫通孔であり、ガスセンサは
   配管の外側から、突出するガス導入部を該貫通孔に挿入
   し、ガス導入部の流れ方向の前後に跨るようにして設け
   られたガスセンサのフランジ部を締結具により配管に固
   定することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの
   取付構造。
3. 【請求項３】 配管内を流通するガスは、固体高分子型
   燃料電池のカソード側のオフガスであり、ガスセンサは
   配管の重力方向上側に取り付けることを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載のガスセンサの取付構造。
4. 【請求項４】 上記ガスセンサは接触燃焼式の水素ガス
   センサであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何
   れかに記載のガスセンサの取付構造。