JP2004177223A - センサ用取り付け構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷却媒体供給配管42aの膨出円筒部50aには、周方向に切り欠いてスリット64a、64bが形成される。膨出円筒部50aに温度センサ44が部分的に挿入された状態で、スリット64a、64bから前記膨出円筒部50aの法線方向にクリップ部材68が挿入される。このクリップ部材68の円弧部70は、温度センサ44の溝部56に嵌合し、前記温度センサ44を前記膨出円筒部50aに保持している。
【選択図】図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内を流れる被測定流体の特性を測定するセンサを、前記配管に取り付けるためのセンサ用取り付け構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。
【0003】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その移動の間に生じた電子は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、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【0004】
上記の燃料電池は、通常、前記燃料電池内に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、前記燃料電池内に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部と、該燃料ガス内に冷却媒体を供給(例えば、循環供給)するための冷却媒体供給部とを組み込んで燃料電池システムを構成している。
【0005】
その際、燃料ガス供給部、酸化剤ガス供給部および冷却媒体供給部を構成する各配管には、燃料電池の運転状況を検出して良好な制御を行うために、温度センサ、圧力センサまたは流量センサ等の種々のセンサが取り付けられている。このようなセンサを配管に取り付ける構造としては、例えば、特許文献1の温度センサの取り付け構造が知られている。
【0006】
この取り付け構造は、図11に示すように、ガスセンサ1を金属製の配管2に取り付けるための構造であり、このガスセンサ1は、ハウジング3内にセンサ素子4を配置している。ハウジング3の先端には、二重カバー5が設けられるとともに、前記ハウジング3の先端外周部にねじ部6が形成されている。配管2の外周にナット7が溶接により固定されており、前記ナット7にハウジング3のねじ部6が螺合している。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−228112号公報(段落[0021]〜[0025]、図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献1では、金属製の配管2に金属製のナット7が溶接されており、このナット7にハウジング3のねじ部6が螺着してガスセンサ1を前記配管2に取り付けている。しかしながら、ねじ部6には錆が発生し易く、ハウジング3をナット7に締結する際に、表面処理材の剥がれによるイオンの溶出が発生するおそれがあり、配管2を流れる被測定流体を劣化させてしまうという不具合が指摘されている。
【0009】
また、燃料電池システムを構成する各配管は、冷却媒体や生成水等による液絡を防止するために樹脂配管で構成されている。ところが、この樹脂配管に、上記の特許文献1の取り付け構造を採用すると、ナット7が樹脂であるためにこのナット7のねじ穴の耐久性が低下し、前記ナット7の破損やシール性の低下が惹起されるという問題がある。しかも、ハウジング3のねじ部6をナット7にねじ込む際に、錆等の異物が反応ガスや冷却媒体に混在するおそれがある。
【0010】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単かつコンパクトな構成で、センサを配管に確実に取り付けることができ、しかも被測定流体に錆等の異物が混入することを有効に阻止することが可能なセンサ用取り付け構造を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係るセンサ用取り付け構造では、配管の外周部から外方に膨出して円筒部が設けられ、この円筒部にセンサが部分的に挿入される。円筒部には、周方向に切り欠いてスリットが形成されており、前記円筒部にセンサが部分的に挿入された状態で、前記スリットから円筒部の法線方向に止め金具が挿入される。このため、止め金具は、センサに設けられた溝部に嵌合し、該センサを円筒部に対して確実に保持することができる。
【0012】
従って、センサ取り付け部にねじ構造が不要になり、構成が簡素化されるとともに、ねじ部から錆等の異物が発生することを阻止し、被測定流体に前記異物が混在することを有効に阻止することができる。しかも、止め金具を円筒部の法線方向からセンサの溝部に挿入するだけでよく、簡単な作業で、前記センサを確実に保持することが可能になる。
【0013】
その上、溝部に止め金具を引っ掛けるだけであり、センサを回転させることができ、前記センサに偏力が作用することを阻止するとともに、該センサの向きを調整することが可能になる。さらに、単一の溝部を止め金具で保持するだけであり、熱応力の影響を良好に回避することができる。
【0014】
また、本発明の請求項2に係るセンサ用取り付け構造では、センサと円筒部の端面との間に、側面視で略波形状を有するばね機能付きリング部材が介装されている。これにより、センサと円筒部との間に隙間が発生することがなく、前記センサを円筒部に対して強固かつ確実に保持することができる。このため、配管に振動等が発生しても、センサにがたつきが惹起されることを良好に阻止することが可能になる。
【0015】
さらに、本発明の請求項3に係るセンサ用取り付け構造では、配管は、燃料電池の少なくとも反応ガス流通配管または冷却媒体流通配管を構成する絶縁樹脂配管である。燃料電池では、反応ガス流通配管内に生成水や結露水が存在して液絡が発生し易い一方、冷却媒体流通配管内に冷却媒体による液絡が発生し易い。
【0016】
このため、特に燃料電池において、少なくとも反応ガス流通配管または冷却媒体流通配管を絶縁樹脂配管で構成することにより、絶縁性を確保して液絡を防止するとともに、配管からのイオンの溶出を阻止することができる。
【0017】
さらにまた、本発明の請求項4に係るセンサ用取り付け構造では、被測定流体の特性は、前記被測定流体が、例えば、冷却媒体である際に、温度、圧力または流量等である一方、該被測定流体が、例えば、ガス(反応ガス等)である際に、温度、圧力、流量、濃度または湿度等である。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係るセンサ用取り付け構造10が適用される燃料電池システム12の概略構成説明図である。
【0019】
燃料電池システム12は、複数の単位セル14が積層された燃料電池スタック16を備える。この燃料電池スタック16には、水素含有ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部18と、酸素含有ガス等(例えば、空気)の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部20と、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を供給するための冷却媒体供給部22とが接続される。
【0020】
燃料電池スタック16は、積層方向(矢印X方向)一端部に燃料ガス入口24a、酸化剤ガス入口26aおよび冷却媒体入口28aを設けるとともに、積層方向他端部に燃料ガス出口24b、酸化剤ガス出口26bおよび冷却媒体出口28bを設ける。単位セル14は、図示しないが、例えば、高分子イオン交換膜の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持している。
【0021】
燃料電池スタック16内では、燃料ガス入口24aから供給された燃料ガスは、各単位セル14のアノード側電極に供給された後、燃料ガス出口24bから排出される一方、酸化剤ガス入口26aから供給された酸化剤ガスは、各単位セル14のカソード側電極に供給された後、酸化剤ガス出口26bから排出される。さらに、冷却媒体入口28aから供給された冷却媒体は、各単位セル14を冷却した後、冷却媒体出口28bから排出される。
【0022】
燃料ガス供給部18は、燃料ガス入口24aに接続される燃料ガス供給配管(反応ガス流通配管)30aと、燃料ガス出口24bに接続される燃料ガス排出配管(反応ガス流通配管)30bとを備える。燃料ガス供給配管30aと燃料ガス排出配管30bとには、取り付け構造10を介して、例えば、温度センサ32および圧力センサ33が取り付けられる。
【0023】
酸化剤ガス供給部20は、酸化剤ガス入口26aに接続される酸化剤ガス供給配管(反応ガス流通配管)34aと、酸化剤ガス出口26bに接続される酸化剤ガス排出配管(反応ガス流通配管)34bとを備える。酸化剤ガス供給配管34aと酸化剤ガス排出配管34bとには、同様に取り付け構造10を介して、例えば、温度センサ36および圧力センサ37が取り付けられる。
【0024】
冷却媒体供給部22は、ラジエータ38と循環ポンプ40とを備えるとともに、冷却媒体入口28aに接続される冷却媒体供給配管(冷却媒体流通配管)42aと、冷却媒体出口28bに接続される冷却媒体排出配管(冷却媒体流通配管)42bとを備える。冷却媒体供給配管42aおよび冷却媒体排出配管42bにより循環ラインが構成され、前記冷却媒体供給配管42aと前記冷却媒体排出配管42bとには、同様に取り付け構造10を介して、例えば、温度センサ44および圧力センサ45が取り付けられる。
【0025】
燃料ガス供給配管30a、燃料ガス排出配管30b、酸化剤ガス供給配管34a、酸化剤ガス排出配管34b、冷却媒体供給配管42aおよび冷却媒体排出配管42bは、絶縁樹脂配管、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリプロピレン(PP)により形成されている。
【0026】
図2および図3に示すように、冷却媒体供給配管42aには、冷却媒体の流れ方向(矢印A方向)に直交する矢印B方向に突出する膨出円筒部50a、50bが一体形成されている。前記膨出円筒部50aおよび50bには、温度センサ44および圧力センサ45が取り付けられる。
【0027】
図3に示すように、温度センサ44は、先端部にサーミスタ等の感温素子52を内装しており、膨出円筒部50aの内周面にOリング54を介してシールされている。このOリング54の上方には、クリップ取り付け用溝部56が周回形成される。
【0028】
圧力センサ45は、Oリング54を介して膨出円筒部50bの内周面に嵌合しており、このOリング54の上方には、クリップ取り付け用溝部58が周回形成される。圧力センサ45の内部には、ダイヤフラム60が収容されるとともに、このダイヤフラム60には、歪みセンサ62が接続される。
【0029】
図4に示すように、膨出円筒部50aには、先端面から軸方向に所定の距離だけ離間した位置に、周方向に切り欠いてスリット64a、64bが形成される。このスリット64a、64bは、温度センサ44の溝部56に対応しており、膨出円筒部50aの周方向に対してそれぞれ所定の角度範囲にわたって形成される。
【0030】
膨出円筒部50bには、同様に、先端面から軸方向に所定の距離だけ離間した位置に、スリット66a、66bが形成される。このスリット66a、66bは、圧力センサ45の溝部58に対応しており、膨出円筒部50bの周方向に対してそれぞれ所定の角度範囲にわたって形成される。
【0031】
スリット64a、64bには、止め金具、例えば、金属製のクリップ部材68が挿入される。このクリップ部材68は、例えば、SUS材で形成されており、温度センサ44の溝部56に嵌合する円弧部70と、ばね機能を有する湾曲部72とを一体的に有しており、開放側端部が外方に向かって拡開している。
【0032】
膨出円筒部50bのスリット66a、66bには、同様に、金属製のクリップ部材74が挿入される。このクリップ部材74は、圧力センサ45の溝部58に嵌合する円弧部76と、ばね機能を有する湾曲部78とを一体的に設けるとともに、開放側端部が外方に拡開している。
【0033】
温度センサ44と膨出円筒部50aの端面との間、および圧力センサ45と膨出円筒部50bの端面との間には、それぞれリング部材80、82が介装される。リング部材80、82は、側面視で略波形状を有しており、厚さ方向にばね機能を備えている。
【0034】
冷却媒体排出配管42bには、上記の冷却媒体供給配管42aと同様に、取り付け構造10を介して温度センサ44および圧力センサ45が取り付けられる。燃料ガス供給配管30aおよび燃料ガス排出配管30bには、上記の取り付け構造10を介して温度センサ32および圧力センサ33が取り付けられる一方、酸化剤ガス供給配管34aおよび酸化剤ガス排出配管34bには、同様に、上記の取り付け構造10を介して温度センサ36および圧力センサ37が取り付けられる。
【0035】
このように構成される取り付け構造10の動作について、これを組み込む燃料電池システム12との関連で、以下に説明する。
【0036】
まず、図1に示すように、燃料ガス供給部18が駆動されて、燃料ガス供給配管30aから燃料ガス入口24aに燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、燃料電池スタック16の各単位セル14を構成するアノード側電極に供給された後、燃料ガス出口24bから燃料ガス排出配管30bに排出される。
【0037】
一方、酸化剤ガス供給部20が駆動されて、酸化剤ガス供給配管34aから酸化剤ガス入口26aに酸化剤ガス、例えば、空気が供給される。この空気は、燃料電池スタック16の各単位セル14を構成するカソード側電極に供給された後、酸化剤ガス出口26bから酸化剤ガス排出配管34bに排出される。
【0038】
これにより、各単位セル14では、アノード側電極に供給される燃料ガスと、カソード側電極に供給される空気とが、電極触媒内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。この発電によって、例えば、図示しないメインモータに電力が供給されて、車両の走行が可能となる。
【0039】
また、冷却媒体供給部22では、循環ポンプ40が駆動されて、冷却媒体供給配管42aから冷却媒体入口28aに冷却媒体が供給される。この冷却媒体は、各単位セル14を冷却した後、冷却媒体出口28bから冷却媒体排出配管42bに排出される。各単位セル14の冷却に使用されて昇温した冷却媒体は、必要に応じてラジエータ38を通ることによって外気との熱交換が行われ、所定の温度に冷却された後、燃料電池スタック16に循環される。
【0040】
上記のように、燃料電池システム12が駆動している際に、温度センサ32は、被測定流体である燃料ガスの入口温度および出口温度を測定する一方、圧力センサ33は、前記燃料ガスの入口圧力および出口圧力を測定する。また、温度センサ36は、被測定流体である空気の入口温度および出口温度を測定する一方、圧力センサ37は、前記空気の入口圧力および出口圧力を測定する。さらに、温度センサ44は、被測定流体である冷却媒体の入口温度および出口温度を測定する一方、圧力センサ45は、前記冷却媒体の入口圧力および出口圧力を測定する。
【0041】
この場合、本実施形態では、図2〜図4に示すように、冷却媒体供給配管42aの膨出円筒部50aには、周方向に切り欠いてスリット64a、64bが形成されている。そして、前記膨出円筒部50aに温度センサ44が部分的に挿入された状態で、スリット64a、64bからこの膨出円筒部50aの法線方向にクリップ部材68が挿入される。
【0042】
このため、クリップ部材68の円弧部70は、湾曲部72のばね作用下に拡縮して温度センサ44の溝部56に嵌合し、前記温度センサ44を前記膨出円筒部50aに対し確実に保持することができる。従って、取り付け構造10では、温度センサ44を膨出円筒部50aに取り付けるために、従来のねじ構造が不要になり、構成が簡素化されるとともに、経済的であるという効果が得られる。
【0043】
その上、温度センサ44の溝部56にクリップ部材68を引っ掛けているだけである。これにより、温度センサ44を回転させることができ、前記温度センサに偏力が作用することを阻止するとともに、該温度センサ44の向きを調整することが可能になる。さらに、単一の溝部56をクリップ部材68で保持するだけであり、熱応力の影響を良好に回避することができる。
【0044】
しかも、ねじ部から錆等の異物が発生することを有効に阻止し、被測定流体である冷却媒体に前記異物が混在することを可及的に防止することができる。さらに、クリップ部材68をスリット64a、64bに着脱するだけで、温度センサ44の取り付けおよび取り外し作業が行われ、作業性が有効に向上するという利点がある。
【0045】
さらにまた、温度センサ44と膨出円筒部50aの端面との間には、平面視で略波型形状を有するばね機能付きリング部材80が介装されている。これにより、クリップ部材68とスリット64a、64bとの隙間および前記クリップ部材68と溝部58との隙間を、リング部材80の変形により吸収することができる。
【0046】
このため、温度センサ44と膨出円筒部50aとの間に隙間が発生することがなく、前記温度センサ44を前記膨出円筒部50aに対して強固かつ確実に保持することが可能になる。従って、例えば、冷却媒体供給配管42aに振動等が発生しても、温度センサ44にがたつきが惹起されることを有効に阻止することが可能になる。
【0047】
一方、冷却媒体供給配管42aの膨出円筒部50bには、圧力センサ45が、同様に取り付け構造10を構成するクリップ部材74を介して固定されており、上記の温度センサ44と同様の効果が得られる。さらに、温度センサ32、36および圧力センサ33、37でも同様の効果が得られる。
【0048】
ところで、本実施形態では、円弧部70、76および湾曲部72、78を有するクリップ部材68、74を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、図5に示すように、略矩形状を有し、一端が開放する長円状の開口部90aが形成された略門型形状のクリップ部材90を用いてもよい。
【0049】
また、図6に示すように、略C型形状のクリップ部材92や、図7に示すように、略R型形状のクリップ部材94や、図8に示すように、開口する一端部に内方に屈曲する抜け止め部96aを設けたクリップ部材96を用いてもよい。
【0050】
さらに、止め金具自体にスプリング機能を設けてもよい。例えば、図9に示す略門型形状のクリップ部材98は、一部分に屈曲部98aが設けられており、図10に示すクリップ部材100は、同様に一部分に屈曲部100aが設けられている。
【0051】
なお、本実施形態では、燃料ガス供給部18、酸化剤ガス供給部20および冷却媒体供給部22に、それぞれ温度センサ32、36および44と圧力センサ33、37および45とを、取り付け構造10を介して取り付けているが、これに限定されるものではない。例えば、温度センサ44および圧力センサ45にのみ前記取り付け構造10を採用してもよい。また、センサは、圧力センサや温度センサの他、流量センサを用いてもよく、さらに燃料ガス供給部18および酸化剤ガス供給部20では、濃度センサや湿度センサ等のセンサを用いてもよい。
【0052】
【発明の効果】
本発明に係るセンサ用取り付け構造では、配管の円筒部に配置されるセンサが、前記円筒部の法線方向から挿入される止め金具を介して固定されるため、前記センサを前記円筒部に確実に保持することができる。
【0053】
従って、センサ取り付け部のねじ構造が不要になり、構成が簡素化されるとともに、ねじ部から錆等の異物が発生することを有効に阻止し、被測定流体に前記異物が混在することがない。しかも、止め金具を円筒部の法線方向からセンサの溝部に挿入するだけでよく、簡単な作業で、前記センサを確実に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るセンサ用取り付け構造が適用される燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図2】前記取り付け構造の要部斜視説明図である。
【図3】図2における取り付け構造の断面説明図である。
【図4】前記取り付け構造の分解斜視説明図である。
【図5】略門型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図6】略C型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図7】略R型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図8】抜け止め部付きクリップ部材の斜視説明図である。
【図9】スプリング付き略門型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図10】スプリング付きクリップ部材の斜視説明図である。
【図11】従来技術に係る燃料電池冷却装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
10…取り付け構造 12…燃料電池システム
14…単位セル 16…燃料電池スタック
18…燃料ガス供給部 20…酸化剤ガス供給部
22…冷却媒体供給部 24a…燃料ガス入口
24b…燃料ガス出口 26a…酸化剤ガス入口
26b…酸化剤ガス出口 28a…冷却媒体入口
28b…冷却媒体出口 30a…燃料ガス供給配管
30b…燃料ガス排出配管 32、36、44…温度センサ
33、37、45…圧力センサ 34a…酸化剤ガス供給配管
34b…酸化剤ガス排出配管 38…ラジエータ
42a…冷却媒体供給配管 42b…冷却媒体排出配管
50a、50b…膨出円筒部
64a、64b、66a、66b…スリット
68、74、90、92、94、96、98、100…クリップ部材
80、82…リング部材
Claims (4)
- 配管内を流れる被測定流体の特性を測定するセンサを、前記配管に取り付けるためのセンサ用取り付け構造であって、
前記配管の外周部から外方に膨出して設けられ、前記センサが部分的に挿入される円筒部と、
前記円筒部に周方向に切り欠いて形成されるスリットと、
前記円筒部に前記センサが部分的に挿入された状態で、前記スリットから挿入されて該センサに設けられた溝部に嵌合することにより、該センサを該円筒部に保持する止め金具と、
を備えることを特徴とするセンサ用取り付け構造。 - 請求項1記載のセンサ用取り付け構造において、前記センサと前記円筒部の端面との間に介装されるとともに、側面視で略波形状を有するばね機能付きリング部材を備えることを特徴とするセンサ用取り付け構造。
- 請求項1または2記載のセンサ用取り付け構造において、前記配管は、燃料電池の少なくとも反応ガス流通配管または冷却媒体流通配管を構成する絶縁樹脂配管であることを特徴とするセンサ用取り付け構造。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセンサ用取り付け構造において、前記被測定流体の特性は、少なくとも温度、圧力、流量、湿度または濃度を含むことを特徴とするセンサ用取り付け構造。
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