JP2004053429A

JP2004053429A - 流量測定装置

Info

Publication number: JP2004053429A
Application number: JP2002211904A
Authority: JP
Inventors: Kiyotomo Ide; 井手　聖智; Izumi Watanabe; 渡辺　　泉
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】燃料電池システムなどで用いられる純水素あるいは改質器から発生する気体は水素以外に不純物や未反応の燃料などが混ざった状態であり、これらの気体が気体の流量を測定する流量計測装置から外部に漏れないような密封手段とする。
【解決手段】可燃性の気体の流量を測定する流量測定装置において、流量測定装置を構成する部品間の隙間に、少なくとも２つ以上の密封手段を設けたことによって気体が外部に漏れない構成の流量測定装置を提供する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性の気体の流量を測定する流量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量測定装置としては例えば自動車のエンジン制御用としてエアクリーナーからエンジン内へ流れ込む空気の質量流量を測定するために使用される熱式流量測定装置が知られている。
【０００３】
この熱式流量測定装置は発熱抵抗体（Ｈ／Ｗ：ホットワイヤ）と感温抵抗体
（Ｃ／Ｗ：コールドワイヤ）をセンシングエレメントとし、発熱抵抗体と感温抵抗体との温度差が常に一定となるようにブリッジ回路を用いて制御している。
【０００４】
この時の発熱抵抗体に直列に接続された基準抵抗の電圧を流量信号としている。また、この熱式流量測定装置はメイン通路を持つボディとセンサモジュールとの間にＯ−リングが設けられている。このＯ−リングはセンサモジュールとボディとの間の気密性を高め、空気漏れを防ぐためのシール部材として使用されている。
【０００５】
このＯ−リングを用いたシール構造は多分野において広く用いられており、その使用用途により様々なシール方法や材質がある。なお、これらのシール方法については例えば特開平５−１５７１７６号や特開平５−４４８５２号などに開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術は空気を測定する流量測定装置であり、シール部から多少空気が漏れても問題を生じる可能性は低かった。
【０００７】
しかし燃料電池においては取り扱う気体が水素であり、水素の物性上外部に漏れると、場合によっては爆発の可能性があるなど、安全性を考慮すると密封技術は重要である。
【０００８】
燃料電池の水素供給法は、圧縮水素等の純水素を供給する直接水素供給式とメタノールやガソリンなどを改質して水素を取り出して用いる改質型の２つに大別することができる。純水素供給式の場合は、水素の気密性向上が課題であり、一方、改質方式の場合、例えばガソリン改質方式では水素とともにホルムアルデヒドや蟻酸，硫黄化合物などが生成され、さらに未反応の燃料等が混ざり合った混合気体となるため、これらのガスに対する気密性向上が必要となる。
【０００９】
本発明は確実性があって、かつ信頼性の高い流量測定装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
気体の流量を測定するための流量測定装置において、流量測定装置を構成する部品の隙間に少なくとも２つ以上の密封手段を設けた流量測定装置とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示す燃料電池システムの模式図であり、図２は本発明の一実施例を示す流量測定装置の断面図である。図３，図４はそれぞれ図２のシール部付近を拡大した断面図である。
【００１２】
図１において、改質型の燃料電池では改質器２３によってガソリンやメタノールから生成された水素およびホルムアルデヒド等の不純物と未反応の燃料の混合気体がボディ１内の主水素通路２を流れ、燃料電池スタック２２内に供給される。
【００１３】
改質器２３から主水素通路２に吸入空気が流れると主空気通路内とその外部には吸入空気圧力差が生じるので、改質器２３からつながっている配管２１とボディ１の間には気体漏れ防止のためのシール構造を備えている。このシール構造にはＳｗｅｇｌｏｋ（スエジロック）２４ａ，２４ｂが使用され、金属を変形させてシールすることで気密漏れを防止している。またフランジ形状とし、Ｏ−リングやパッキンなどでシールを行う方法もある。
【００１４】
図２に本発明の一実施例である流量測定装置の断面図を示す。
【００１５】
主水素通路２内部には水素の流量検出のための発熱抵抗体４及び吸気温度検出のための感温抵抗体６が設置され、発熱抵抗体４及び感温抵抗体６は支持ピン５に接続され、更にリード線７を介して回路基板８に電気的に接続される。回路基板８は発熱抵抗体４及び感温抵抗体６の電気信号を使い、水素流量に関係した信号を出力するように構成されている。また回路基板８，発熱抵抗体４，感温抵抗体６，支持ピン５及びリード線７は回路基板８を保護するハウジング９と共に接着及び溶着等で一体化され、モジュール１０を構成する。密封手段としてＯ−リングを設けている。第一Ｏ−リング１１は支持体１６とプロテクター１５との間に挿入しボディ１との間で径シールを施され、第二Ｏ−リング１２は、ボディ１に設けられた溝１４に挿入しベース３との間で面シールを施されている。
【００１６】
直接水素供給式あるいは改質方式の燃料電池システムにおいて、直接水素供給方式では高圧の加圧条件下であり、改質方式では不純物などが混ざった水素の混合気体となる。
【００１７】
そこで本発明の熱式流量測定装置では支持体１６とプロテクター１５との間に挿入しボディ１との間で径シールを施す第一Ｏ−リング１１のほかに、ボディ１とベース３との間に第二Ｏ−リング１２を設けた２重のシール構造とし、第一Ｏ−リング１１で未反応のガソリン系燃料と反応不純生成物をシールし、第二Ｏ−リング１２で水素をシールする構造とした。
【００１８】
この際第一Ｏ−リング１１と第二Ｏ−リング１２ではシールする対象の気体が異なるため、それぞれの気体に耐性のある材質のＯ−リングを選定する必要がある。
【００１９】
表１にシール材の特徴を示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
第一Ｏ−リング１１の材質は、未反応燃料や生成不純物を含む混合気体に耐性のあるフッ素ゴムがもっとも有効であり、次にＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム），ＮＢＲ（ニトリルゴム）といった材質のゴムが有効である。
【００２２】
第二Ｏ−リング１２については水素をシールするため、水素に耐性のある材質のＯ−リングを選定する。表１に示しているようにシリコーン以外の材質は水素に耐性がある。その中でもフッ素ゴムやＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）が最も水素透過性が低い。しかしフッ素ゴムは基本的に高価なため、ＥＰＤＭを採用することが価格的に有利である。
【００２３】
表２は組み合わせ例を記載したものである。
【００２４】
【表２】

【００２５】
前述したように第一Ｏ−リング１１にはフッ素，ＨＮＢＲ，ＮＢＲのいずれかのＯ−リングを使用し、第二Ｏ−リング１２にはＥＰＤＭもしくはフッ素のＯ−リングを使用している。これによると数種類のシール法の組み合わせが考えられ、使用環境や改質器２３の精度などにより最適な組み合わせを選ぶことができる。
【００２６】
通常のガソリン改質方式の燃料電池システムに用いる場合、前述したシール材の特徴から第一Ｏ−リング１１をフッ素ゴム，第二Ｏ−リング１２をＥＰＤＭとした組み合わせが最も有効なシール法である。
【００２７】
また、フッ素系のゴムは耐寒性に強い高価な材料もあるが、通常耐寒性が低い。このため耐寒性が必要とされる環境下での使用、あるいは改質器の改質精度が高く不純生成物や未反応燃料の割合が少ない状態ではＮＢＲやＨＮＢＲを第一シール材とする方法も有効である。
【００２８】
また純水素方式などでは第一，第二Ｏ−リングとも単一材料を用いてもよい。
【００２９】
なお、メタノール改質器の場合でも基本的には上記組み合わせでの気密性確保が可能である。ただしＮＢＲ，ＨＮＢＲ共に不純生成物（ホルムアルデヒド）に対する耐性があまり高くないのでフッ素ゴムとの組み合わせが望ましい。
【００３０】
第一Ｏ−リング１１は作業上ボディ１との取り付け時にボディ１との摩擦により損傷する可能性もある。そこで径シールと面シールの組み合わせとすれば全体の気密性が向上し、さらに第二Ｏ−リング１２を第一Ｏ−リング１１に比べて大きくすることができ、シール面の有効面積を増やすことで更に気密性を向上させることができる。
【００３１】
また同じ径を用いると材質の違うＯ−リングを誤って組立てる可能性もある。さらにＯ−リングに製造過程で不良が生じた場合、同じ材質，同じ径のものを使用していると気密性を損なう可能性がある。異なるリング径のＯ−リングを使用することでこれらの不具合のポテンシャルを下げることが可能である。また太さの異なるＯ−リングとしても良い。
【００３２】
なお上述した例においては改質器を用いた燃料電池システムのシール法としたが、他の改質ガス流量測定時のシール法にも応用でき、用途に合わせ３重シールなどを行うことで更なる気密性を向上させることができる。またシール材としてＯ−リングを選定したが、角リングやパッキン等を用いることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によると可燃性の気体の流量を測定する流量測定装置において、流量測定装置を構成する部品の隙間から気体の漏れを防止し、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す燃料電池システムの模式図である。
【図２】本発明の一実施例を示す流量測定装置の断面図である。
【図３】第一Ｏ−リング付近の断面図である。
【図４】第二Ｏ−リング付近の断面図である。
【符号の説明】
１…ボディ、２…主水素通路、３…ベース、４…発熱抵抗体、５…支持ピン、６…感温抵抗体、７…リード線、８…回路基板、９…ハウジング、１０…モジュール、１１…第一Ｏ−リング、１２…第二Ｏ−リング、１５…プロテクター、
１６…支持体、２１…配管、２２…燃料電池スタック、２３…改質器、２４ａ，２４ｂ…Ｓｗｅｇｌｏｋ。

Claims

可燃性の気体の流量を測定する流量測定装置において、
前記流量測定装置を構成する部品間の隙間に、少なくとも２つ以上の密封手段を設けたことを特徴とする流量測定装置。
密封手段はリング状のシール部材であって、少なくとも一つの密封手段は径シールとし、他の密封手段は面シールとしたことを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
密封手段はリング状のシール部材であって、リング径の異なる少なくとも２つ以上の密封手段を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかひとつに記載の流量測定装置。
燃料電池システムにおける水素又は水素を含む混合気体の流量を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流量測定装置。
燃料電池システムの配管内を流れる気体に触れる密封手段には未反応燃料や生成不純物に耐性のある材料を、その他の密封手段には水素に耐性のある材料を用いたことを特徴とする請求項４記載の流量測定装置。
未反応燃料や生成不純物に耐性のある材料としてフッ素ゴム，水素化ニトリルゴムあるいはニトリルゴムのいずれか、水素に耐性のある材料としてフッ素ゴムまたはエチレンプロピレンゴムを用いたことを特徴とする請求項５記載の流量測定装置。