JP2008039704A - Wind velocity sensor, mass airflow sensor, and fuel battery system - Google Patents

Wind velocity sensor, mass airflow sensor, and fuel battery system Download PDF

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俊彦 市瀬
Masahiro Takada
雅弘 高田
Shinsuke Fukuda
真介 福田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind velocity sensor capable of improving responsiveness using a simple circuit while reducing costs; to provide a mass airflow sensor using such a wind velocity sensor; and to provide a fuel battery system using such a mass airflow sensor. <P>SOLUTION: The fuel battery system comprises: diodes D1, D2 arranged in a gas for detecting wind velocity; resistors R1, R2 for supplying a forward current to the diodes D1, D2; a zener diode ZD1 for heating the diode D2; and a differential amplification circuit 531 for outputting a differential signal S1 for indicating the difference between a forward voltage Vd1 generated in the diode D1 and a forward voltage Vd2 generated in the diode D2 as a signal for indicating wind velocity. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、流れる気体による放熱現象を利用した熱式の風速センサ、この風速センサを用いて風量を測定する風量センサ、及びこの風量センサを用いる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a thermal wind speed sensor that utilizes a heat dissipation phenomenon caused by a flowing gas, an air volume sensor that measures an air volume using the wind speed sensor, and a fuel cell system that uses the air volume sensor.

燃料電池の空気極に、酸化剤として空気を供給する場合や、燃焼ボイラーに燃焼補助用に空気を送る場合等において、送風する風量や風速を制御する必要があり、そのため風速や風量を測定する風量風速センサが用いられている。この風量風速センサとしては、発熱体の放熱現象を利用した熱式センサが一般的であり、発熱させた白金線に風をあてると風速に応じて白金線の温度が変化し、白金線の抵抗値が変化することを利用して風速を測定するものが知られている。   When supplying air as an oxidizer to the air electrode of a fuel cell, or when sending air to a combustion boiler for combustion assistance, it is necessary to control the amount of air to be blown and the wind speed. An air volume / air speed sensor is used. As this air volume air speed sensor, a thermal sensor utilizing the heat dissipation phenomenon of a heating element is generally used. When air is applied to the generated platinum wire, the temperature of the platinum wire changes according to the wind speed, and the resistance of the platinum wire is changed. What measures a wind speed using the change of a value is known.

しかし、白金線は高価なため、白金線の代わりに安価なダイオードを用いて、ダイオードの温度に応じてダイオードの順方向電圧が変化することを利用して、風速を測定するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   However, since platinum wires are expensive, it is known to measure the wind speed by using an inexpensive diode instead of platinum wire and utilizing the fact that the forward voltage of the diode changes according to the temperature of the diode. (For example, refer to Patent Document 1).

図9は、背景技術に係る、ダイオードを用いた風速センサの構成を示す模式回路図である。図9に示す風速センサ101は、ダイオード102と、定電流回路103,104と、スイッチ105とを備えて構成されている。定電流回路103は、ダイオード102に順方向電圧の検出用の順方向電流を供給する定電流回路で、ダイオード102の自己発熱が問題にならない程度の微小電流を常時供給する。定電流回路104は、ダイオード102を自己発熱させるための大電流を流す定電流回路である。スイッチ105は、定電流回路104からダイオード102へ出力される電流をオン、オフするスイッチである。   FIG. 9 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a wind speed sensor using a diode according to the background art. A wind speed sensor 101 shown in FIG. 9 includes a diode 102, constant current circuits 103 and 104, and a switch 105. The constant current circuit 103 is a constant current circuit that supplies a forward current for detecting a forward voltage to the diode 102. The constant current circuit 103 constantly supplies a minute current that does not cause a problem of self-heating of the diode 102. The constant current circuit 104 is a constant current circuit that supplies a large current for causing the diode 102 to self-heat. The switch 105 is a switch that turns on and off the current output from the constant current circuit 104 to the diode 102.

また、風速センサ101の外部には、例えばCPU(Central Processing Unit)やADコンバータ等を用いて構成された制御回路106が設けられており、ダイオード102のカソードの電圧、すなわちダイオード102の順方向電圧Vfが、制御回路106によってAD変換されて、風速を示すデータが取得されるようになっている。   In addition, a control circuit 106 configured using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an AD converter, or the like is provided outside the wind speed sensor 101. The cathode voltage of the diode 102, that is, the forward voltage of the diode 102 is provided. Vf is AD-converted by the control circuit 106, and data indicating the wind speed is acquired.

そして、風速を測定しようとする気体107が、ダイオード102に当たるようにされている。   A gas 107 whose wind speed is to be measured hits the diode 102.

図10は、図9に示す風速センサ101の動作を説明するための説明図である。図10(a)は、ダイオード102の順方向電圧Vfを示している。また、図10(b)は、スイッチ105のオン、オフ動作を示している。図10に示すように、まずスイッチ105がオフしている状態で、定電流回路103によってダイオード102に微少電流が常時流されているため、ダイオード102の順方向電圧Vfは、0.6V〜0.7V程度の電圧V1になっている。   FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of the wind speed sensor 101 shown in FIG. FIG. 10A shows the forward voltage Vf of the diode 102. FIG. 10B shows the on / off operation of the switch 105. As shown in FIG. 10, since a small current is constantly supplied to the diode 102 by the constant current circuit 103 with the switch 105 turned off, the forward voltage Vf of the diode 102 is 0.6V to 0V. The voltage V1 is about 7V.

次に、例えば制御回路106によって、スイッチ105がオンされる。そうすると、定電流回路104によって、ダイオード102に大電流が流されて順方向電圧Vfが電圧V2まで上昇する。そして、ダイオード102の自己発熱によってダイオード102の温度が徐々に上昇する。そうすると、ダイオード102の順方向電圧Vfには、負の温度特性があるため、ダイオード102の温度が徐々に上昇するに従って、順方向電圧Vfが徐々に低下する。   Next, the switch 105 is turned on by the control circuit 106, for example. Then, a large current flows through the diode 102 by the constant current circuit 104, and the forward voltage Vf rises to the voltage V2. The temperature of the diode 102 gradually increases due to self-heating of the diode 102. Then, since the forward voltage Vf of the diode 102 has a negative temperature characteristic, the forward voltage Vf gradually decreases as the temperature of the diode 102 gradually increases.

ここで、気体107の風速が小さいと、ダイオード102の放熱も小さいため、ダイオード102の温度上昇速度が速くなって順方向電圧Vfの低下速度が速くなる一方、気体107の風速が大きいと、ダイオード102の放熱も大きいため、ダイオード102の温度上昇速度が遅くなって順方向電圧Vfの低下速度が遅くなる。そこで、制御回路106によって、スイッチ105がオンされてから一定時間経過後の順方向電圧Vfを測定することにより、気体107の風速が得られるようになっている。   Here, if the wind speed of the gas 107 is small, the heat dissipation of the diode 102 is also small, so that the temperature rise rate of the diode 102 is fast and the rate of decrease of the forward voltage Vf is fast. Since the heat radiation of 102 is also large, the temperature rise rate of the diode 102 becomes slow, and the rate of decrease of the forward voltage Vf becomes slow. Therefore, the wind speed of the gas 107 can be obtained by measuring the forward voltage Vf after a predetermined time has elapsed after the switch 105 is turned on by the control circuit 106.

また、このようにダイオード102を自己発熱させた場合には、順方向電圧Vfを生じるダイオードのシリコンチップそのものが発熱するため、ダイオード102の温度が定常状態になるまで上昇してしまうと風速の差異がシリコンチップの温度の差異として現れにくくなる結果、順方向電圧Vfの温度特性を利用して風速を測定することが困難になってしまう。そこで、スイッチ105をオンして発熱を開始してから温度が定常状態になる前の順方向電圧Vfを測定することにより、順方向電圧Vfから気体107の風速を取得するようにされている。   When the diode 102 is self-heated in this way, the silicon chip itself of the diode that generates the forward voltage Vf generates heat. Therefore, if the temperature of the diode 102 rises to a steady state, the difference in wind speed. As a result, it becomes difficult to measure the wind speed using the temperature characteristic of the forward voltage Vf. Therefore, the wind speed of the gas 107 is obtained from the forward voltage Vf by measuring the forward voltage Vf after the switch 105 is turned on and heat is generated and before the temperature reaches a steady state.

また、風速センサ101を、所定の開口断面積を有する管の中に配置すれば、風速と管を流れる気体の風量とは比例関係にあるから、風速センサ101で測定された風速は管を流れる気体の風量を示すこととなる。従って、風速センサ101を、管を流れる気体の風量を測定する風量センサとして用いることができる。このような風量センサは、例えば燃料電池に供給する空気の量を制御するための、空気の供給量を検出するセンサとして用いられている。
特開2004−309202号公報
Further, if the wind speed sensor 101 is arranged in a pipe having a predetermined opening cross-sectional area, the wind speed and the amount of gas flowing through the pipe are in a proportional relationship, and therefore the wind speed measured by the wind speed sensor 101 flows through the pipe. It shows the air volume of gas. Therefore, the wind speed sensor 101 can be used as an air volume sensor for measuring the air volume of the gas flowing through the pipe. Such an air volume sensor is used as a sensor for detecting the amount of air supplied, for example, for controlling the amount of air supplied to the fuel cell.
JP 2004-309202 A

しかしながら、上述のように構成された風速センサ101では、スイッチ105をオンさせて一定時間後に順方向電圧Vfを測定するというシーケンス動作が必要となるため、制御回路106が複雑になるという不都合があった。また、このような風速センサ101は、スイッチ105をオンさせて一定時間経過しないと風速を示す順方向電圧Vfが得られないため、応答性が悪いという不都合があった。さらに、風速センサ101では、ダイオード102に順方向電流を流して自己発熱させる必要がある。そして、ダイオード102の発熱量は順方向電流と順方向電圧の積によって得られるが、ダイオードは非線形素子であって順方向電流の増大量に対する順方向電圧の増大量が僅かであるため、ダイオード102を発熱させるために大電流を流さなければならない。そのため、定電流回路104として電流容量の大きな回路を用いる必要があり、コストが増大するという不都合があった。   However, since the wind speed sensor 101 configured as described above requires a sequence operation in which the switch 105 is turned on and the forward voltage Vf is measured after a certain time, the control circuit 106 is complicated. It was. Further, such a wind speed sensor 101 has a disadvantage in that the responsiveness is poor because the forward voltage Vf indicating the wind speed cannot be obtained unless a certain time elapses after the switch 105 is turned on. Further, in the wind speed sensor 101, it is necessary to cause a forward current to flow through the diode 102 to generate heat. The amount of heat generated by the diode 102 is obtained by the product of the forward current and the forward voltage. Since the diode is a non-linear element and the amount of increase in the forward voltage relative to the amount of increase in the forward current is small, the diode 102 To generate heat, a large current must be passed. For this reason, it is necessary to use a circuit having a large current capacity as the constant current circuit 104, and there is a disadvantage that the cost increases.

本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、コストを低減しつつ簡素な回路を用いて応答性を向上させることができる風速センサ、このような風速センサを用いた風量センサ、及びこのような風量センサを用いる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a wind speed sensor capable of improving responsiveness using a simple circuit while reducing cost, and an air volume sensor using such a wind speed sensor And it aims at providing the fuel cell system which uses such an air volume sensor.

本発明に係る風速センサは、風速を検出しようとする気体中に配置される第1及び第2ダイオードと、前記第1及び第2ダイオードに、予め設定された順方向電流を供給する電流供給部と、前記第2ダイオードを加熱する加熱部と、前記第1ダイオードで生じる順方向電圧と前記第2ダイオードで生じる順方向電圧との差を示す差分信号を、前記風速を示す信号として出力する差分信号出力部とを備える。   A wind speed sensor according to the present invention includes a first diode and a second diode arranged in a gas whose wind speed is to be detected, and a current supply unit that supplies a preset forward current to the first and second diodes. And a heating unit for heating the second diode, and a difference signal indicating a difference between a forward voltage generated in the first diode and a forward voltage generated in the second diode as a signal indicating the wind speed. And a signal output unit.

この構成によれば、第1及び第2ダイオードが風速を検出しようとする気体中に配置され、加熱部によって第2ダイオードが加熱される。そして、第1ダイオードは加熱されていないから、周囲温度、すなわち気体と同じ温度になっており、流れる気体が第1ダイオードに当たっても、第1ダイオードの温度はほとんど変化しない。一方、第2ダイオードは、加熱部によって加熱されているから、第2ダイオードに当たる風速が速いほど、第2ダイオードの放熱量が増大し、第1ダイオードとの温度差が減少する。このような温度になった第1及び第2ダイオードに、電流供給部から予め設定された同じ順方向電流が流されると、第1ダイオードには気体の温度に応じた順方向電圧が生じ、第2ダイオードには、気体の温度とその風速とに応じた順方向電圧が生じる。そして、差分信号出力部によって、第1ダイオードで生じる順方向電圧と第2ダイオードで生じる順方向電圧との差が差分信号として出力されると、差分信号は、気体の温度に応じて生じた電圧成分が除去されて風速に応じて得られた電圧成分が残る結果、風速を示すこととなる。   According to this configuration, the first and second diodes are arranged in the gas for detecting the wind speed, and the second diode is heated by the heating unit. And since the 1st diode is not heated, it is ambient temperature, ie, the same temperature as gas, and even if the flowing gas hits the 1st diode, the temperature of the 1st diode hardly changes. On the other hand, since the second diode is heated by the heating unit, the heat radiation amount of the second diode increases and the temperature difference from the first diode decreases as the wind speed hitting the second diode increases. When the same forward current set in advance from the current supply unit is supplied to the first and second diodes having such a temperature, a forward voltage corresponding to the temperature of the gas is generated in the first diode, In the two diodes, a forward voltage corresponding to the gas temperature and the wind speed is generated. When the difference signal output unit outputs the difference between the forward voltage generated in the first diode and the forward voltage generated in the second diode as a difference signal, the difference signal is a voltage generated according to the gas temperature. As a result of removing the components and leaving the voltage component obtained according to the wind speed, the wind speed is indicated.

この場合、安価なダイオードの順方向電圧の温度特性を利用して風速を測定することができるので、高価な白金を用いる場合よりもコストを低減することができる。また、第2ダイオードを自己発熱させることなく加熱部によって加熱するので、第2ダイオードの温度が定常に達した状態における順方向電圧を利用して風速を測定することができ、ダイオードの自己発熱を開始してから一定時間後に順方向電圧を測定するといったシーケンス動作を必要とせず、回路を簡素化することができる。そして、ダイオードの自己発熱を開始してから順方向電圧を測定するまでに一定時間の経過を待つ必要がないので、風速測定の応答性を向上させることができる。さらに、加熱部を用いて第2ダイオードを加熱するので、第2ダイオードを自己発熱させるために大電流の順方向電流を流す必要がなく、ダイオードの自己発熱用に定格の大きな電流駆動回路を設ける必要がなくなる結果、コストの増大を低減することができる。   In this case, since the wind speed can be measured using the temperature characteristic of the forward voltage of an inexpensive diode, the cost can be reduced as compared with the case where expensive platinum is used. In addition, since the second diode is heated by the heating unit without causing self-heating, the wind speed can be measured using the forward voltage when the temperature of the second diode reaches a steady state, and the diode self-heating is reduced. A sequence operation of measuring the forward voltage after a certain time from the start is not required, and the circuit can be simplified. And since there is no need to wait for a certain period of time from the start of self-heating of the diode until the forward voltage is measured, the responsiveness of wind speed measurement can be improved. Further, since the second diode is heated using the heating unit, it is not necessary to flow a large forward current to cause the second diode to self-heat, and a current drive circuit having a large rating is provided for self-heating of the diode. As a result, the increase in cost can be reduced.

また、前記加熱部は、前記第2ダイオードと熱結合されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードに逆方向電流を供給するツェナー用電流供給部とを備えることが好ましい。   The heating unit preferably includes a Zener diode thermally coupled to the second diode, and a Zener current supply unit that supplies a reverse current to the Zener diode.

この構成によれば、ツェナーダイオードの発熱量は、ツェナー用電流供給部から供給される逆方向電流と、ツェナー電圧との積によって得られる。そして、ツェナーダイオードが発熱することにより第2ダイオードが加熱される。一般に、日本国内や欧米等の主要国内で汎用品として市販されているヒータは外形寸法が大きく、このようなヒータを加熱部として用いると、加熱部を小型化することが容易でない。一方、ツェナーダイオードは、小型のパッケージに封止されたものが、日本国内や欧米等の主要国内で汎用品として広く市販されているので、ツェナーダイオードを発熱体として用いることで風速センサを小型化することが容易となる。   According to this configuration, the amount of heat generated by the Zener diode is obtained by the product of the reverse current supplied from the Zener current supply unit and the Zener voltage. The second diode is heated by the heat generated by the Zener diode. Generally, a heater marketed as a general-purpose product in major countries such as Japan and Europe and America has a large external dimension, and when such a heater is used as a heating unit, it is not easy to reduce the size of the heating unit. On the other hand, Zener diodes, which are sealed in a small package, are widely marketed as general-purpose products in Japan, Europe, and the United States, so the wind speed sensor can be downsized by using Zener diodes as heating elements. Easy to do.

また、背景技術に係る風速センサのように、ダイオードに順方向電流を流して自己発熱させた場合の発熱量は、ダイオードに流す電流とダイオードで生じる順方向電圧との積となる。このような場合、ダイオードの順方向電圧は、ツェナーダイオードのツェナー電圧のように自由に設定することができず、小さな電圧値になるため必要な発熱量を確保するためにダイオードの順方向電流を増大させる必要が生じる。一方、本発明に係る風速センサによれば、ツェナーダイオードに逆方向電流を流して発熱させるので、ツェナー電圧を適宜大きな値に設定することができる結果、必要な発熱量を確保しつつツェナー用電流供給部から供給される逆方向電流を低減することができる。そうすると、ツェナー用電流供給部を電流容量の小さな回路で構成することが可能となり、コストを低減することが容易となる。   Further, as in the case of the wind speed sensor according to the background art, the amount of heat generated when a forward current flows through the diode to generate heat is the product of the current flowing through the diode and the forward voltage generated in the diode. In such a case, the forward voltage of the diode cannot be set freely like the Zener voltage of the Zener diode, and since it becomes a small voltage value, the forward current of the diode is set to ensure a necessary amount of heat generation. There is a need to increase it. On the other hand, according to the wind speed sensor of the present invention, a reverse current is passed through the Zener diode to generate heat. As a result, the Zener voltage can be appropriately set to a large value. The reverse current supplied from the supply unit can be reduced. Then, the Zener current supply unit can be configured with a circuit having a small current capacity, and the cost can be easily reduced.

また、前記第2ダイオードと前記ツェナーダイオードとは、同一のプリント配線基板に隣接して配設されると共に、当該プリント配線基板に形成された、熱を伝導するための同一の銅箔パターンに接続されることによって熱結合されていることが好ましい。   The second diode and the Zener diode are disposed adjacent to the same printed wiring board and connected to the same copper foil pattern formed on the printed wiring board for conducting heat. It is preferable that they are thermally coupled.

この構成によれば、熱伝導率の高い銅箔パターンによって、ツェナーダイオードで生じた熱を第2ダイオードへ伝導させることができるので、第2ダイオードとツェナーダイオードとを効率よく熱結合させることができる。また、銅箔パターンは、プリント配線基板の製造工程で形成することができるので、別途熱伝導させるための部材を必要とせず、コストの増大を抑制することができる。   According to this configuration, since the heat generated in the Zener diode can be conducted to the second diode by the copper foil pattern having high thermal conductivity, the second diode and the Zener diode can be efficiently thermally coupled. . Moreover, since a copper foil pattern can be formed in the manufacturing process of a printed wiring board, the member for carrying out heat conduction separately is not required, and the increase in cost can be suppressed.

また、前記銅箔パターンは、前記第2ダイオードに前記順方向電流を供給すると共に、前記ツェナーダイオードに前記逆方向電流を供給するための配線パターンであることが好ましい。   The copper foil pattern is preferably a wiring pattern for supplying the forward current to the second diode and supplying the reverse current to the Zener diode.

この構成によれば、銅箔パターンは、第2ダイオードとツェナーダイオードとに電気的に接続される配線パターンであるから、第2ダイオードにおける熱伝導性の高い部分である電極部分と銅箔パターンとの間、及びツェナーダイオードにおける熱伝導性の高い部分である電極部分と銅箔パターンとの間がそれぞれ電気的接続のためにハンダ付けされるので、第2ダイオードと銅箔パターンとの間、及びツェナーダイオードと銅箔パターンとの間における熱抵抗を低減して、第2ダイオードとツェナーダイオードとを密に熱結合させることが容易となる。   According to this configuration, since the copper foil pattern is a wiring pattern electrically connected to the second diode and the Zener diode, the electrode portion and the copper foil pattern, which are portions having high thermal conductivity in the second diode, And between the electrode portion and the copper foil pattern, which are parts having high thermal conductivity in the Zener diode, are soldered for electrical connection, respectively, between the second diode and the copper foil pattern, and The thermal resistance between the Zener diode and the copper foil pattern is reduced, and the second diode and the Zener diode can be easily thermally coupled.

また、前記第1ダイオードは、前記配線パターンに接続され、前記電流供給部は、前記配線パターンを介して前記第1ダイオードへ前記順方向電流を供給し、前記配線パターンは、前記ツェナーダイオードと前記第2ダイオードとの間で熱が伝導する箇所において、熱が伝導する方向に対して垂直方向の幅が、前記電流供給部から前記第1ダイオードへ供給される前記順方向電流が流れる箇所の幅よりも太くされていることが好ましい。   The first diode is connected to the wiring pattern, the current supply unit supplies the forward current to the first diode through the wiring pattern, and the wiring pattern includes the Zener diode and the In a portion where heat is conducted between the second diode, the width in the direction perpendicular to the direction in which heat is conducted is the width of the portion where the forward current supplied from the current supply unit to the first diode flows. It is preferable to make it thicker.

この構成によれば、第1ダイオードは、第2ダイオード及びツェナーダイオードと銅箔パターンを介して接続される。そして、ツェナーダイオードから第1ダイオードに至る銅箔パターンの熱が伝導する方向に対して垂直方向の幅よりも、電流供給部から第1ダイオードへ供給される順方向電流が流れる箇所の銅箔パターンの方が狭くされているので、ツェナーダイオードで生じた熱が銅箔パターンを介して第1ダイオードに伝導することが低減される。   According to this configuration, the first diode is connected to the second diode and the Zener diode via the copper foil pattern. And the copper foil pattern of the location where the forward current supplied from a current supply part to a 1st diode flows rather than the width | variety of a perpendicular | vertical direction with respect to the direction where the heat | fever of the copper foil pattern from a Zener diode to a 1st diode conducts Therefore, the heat generated in the Zener diode is reduced from being conducted to the first diode through the copper foil pattern.

また、前記ツェナーダイオードと前記第1ダイオードとの間の距離が、前記ツェナーダイオードと前記第2ダイオードとの間の距離よりも長いことが好ましい。   In addition, it is preferable that a distance between the Zener diode and the first diode is longer than a distance between the Zener diode and the second diode.

この構成によれば、ツェナーダイオードで生じた熱が、プリント配線基板の熱伝導により第1ダイオードに伝わる場合の経路長や、ツェナーダイオードの輻射熱が第1ダイオードに伝わるまでの距離が、ツェナーダイオードと第2ダイオードとの間の距離よりも長くなり、ツェナーダイオードによって第1ダイオードが加熱されることが低減される。   According to this configuration, the path length in the case where the heat generated in the Zener diode is transmitted to the first diode by thermal conduction of the printed wiring board, and the distance until the radiant heat of the Zener diode is transmitted to the first diode are The distance between the second diode and the second diode is longer, and heating of the first diode by the Zener diode is reduced.

また、前記第1ダイオードと前記第2ダイオード及び前記ツェナーダイオードとの間を横切るように、前記プリント配線基板を貫通する孔が設けられていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a hole penetrating the printed wiring board is provided so as to cross between the first diode, the second diode, and the Zener diode.

この構成によれば、プリント配線基板を貫通する孔によって、ツェナーダイオードで生じた熱が、プリント配線基板の熱伝導により第1ダイオードに伝わることが低減される。   According to this configuration, the heat generated in the Zener diode is reduced from being transmitted to the first diode by the heat conduction of the printed wiring board by the hole penetrating the printed wiring board.

また、前記第1ダイオード、前記第2ダイオード、及び前記ツェナーダイオードは、風上からこの順に略一列に配設されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the first diode, the second diode, and the Zener diode are arranged in a line in this order from the windward side.

この構成によれば、第1ダイオード、第2ダイオード、及びツェナーダイオードは、風上からこの順に、空気の流れに沿って略一列に配設されるので、空気の流れが乱されることが低減される結果、風速の測定精度が向上する。また、発熱体であるツェナーダイオードが、第1及び第2ダイオードより風下側に配設されるので、ツェナーダイオードで暖められた空気によって第1及び第2ダイオードの温度が変化することがなく、風速の測定誤差が生じることが抑制される。   According to this configuration, since the first diode, the second diode, and the Zener diode are arranged in a line along the air flow in this order from the windward, the disturbance of the air flow is reduced. As a result, the measurement accuracy of the wind speed is improved. In addition, since the Zener diode, which is a heating element, is disposed on the leeward side from the first and second diodes, the temperature of the first and second diodes is not changed by the air warmed by the Zener diode, and the wind speed The occurrence of the measurement error is suppressed.

また、本発明に係る風量センサは、上述の風速センサと、所定の開口断面積を有すると共に前記気体を導く管とを備え、前記風速センサは、前記管の内部に配設され、前記差分信号出力部は、前記差分信号を、前記管を流れる風量を示す信号として出力することを特徴としている。   An air volume sensor according to the present invention includes the above-described wind speed sensor, a pipe having a predetermined opening cross-sectional area and guiding the gas, and the wind speed sensor is disposed inside the pipe, and the differential signal The output unit outputs the difference signal as a signal indicating the amount of air flowing through the pipe.

この構成によれば、差分信号は、所定の開口断面積を有する管を流れる気体の風速、すなわち当該管を流れる風量を示すので、簡素な回路を用いてコストを低減しつつ応答性を向上させることができる風速センサを用いて、管を流れる風量を測定することができる。   According to this configuration, the differential signal indicates the wind speed of the gas flowing through the pipe having a predetermined opening cross-sectional area, that is, the amount of air flowing through the pipe, so that the responsiveness is improved while reducing the cost using a simple circuit. An air velocity sensor that can be used to measure the amount of air flowing through the tube.

また、本発明に係る燃料電池システムは、上述の風量センサと、燃料電池と、前記燃料電池へ、前記風量センサにおける管を介して空気を供給する送風装置と、前記送風装置によって前記燃料電池へ供給させる空気の量を、前記差分信号に応じて調節する制御部とを備えることを特徴としている。   In addition, the fuel cell system according to the present invention includes the above-described air volume sensor, the fuel cell, a blower that supplies air to the fuel cell via a pipe in the air volume sensor, and the fuel cell by the blower. And a controller that adjusts the amount of air to be supplied according to the difference signal.

この構成によれば、送風装置によって燃料電池へ供給される空気の量が、風量センサによって検出されて差分信号として出力される。そして、制御部によって、風量センサから出力された差分信号に応じて送風装置によって燃料電池へ供給させる空気の量が調節されるので、実際に燃料電池に供給される空気の量に基づきフィードバック制御によって送風装置から燃料電池への空気の供給量を調節することができる結果、簡素な回路を用いてコストを低減しつつ応答性を向上させることができる風速センサを用いて、送風装置から燃料電池への空気供給量の調節精度を向上させることができる。   According to this configuration, the amount of air supplied to the fuel cell by the blower is detected by the air volume sensor and output as a difference signal. The control unit adjusts the amount of air to be supplied to the fuel cell by the blower in accordance with the difference signal output from the air flow sensor, so feedback control based on the amount of air actually supplied to the fuel cell. As a result of being able to adjust the amount of air supplied from the blower to the fuel cell, using a wind speed sensor that can improve the responsiveness while reducing the cost using a simple circuit, from the blower to the fuel cell The adjustment accuracy of the air supply amount can be improved.

このような構成の風速センサは、安価なダイオードの順方向電圧の温度特性を利用して風速を測定することができるので、高価な白金を用いる場合よりもコストを低減することができる。また、第2ダイオードを自己発熱させることなく加熱部によって加熱するので、第2ダイオードの温度が定常に達した状態における順方向電圧を利用して風速を測定することができ、ダイオードの自己発熱を開始してから一定時間後に順方向電圧を測定するといったシーケンス動作を必要とせず、回路を簡素化することができる。そして、ダイオードの自己発熱を開始してから順方向電圧を測定するまでに一定時間の経過を待つ必要がないので、風速測定の応答性を向上させることができる。さらに、加熱部を用いて第2ダイオードを加熱するので、第2ダイオードを自己発熱させるために大電流の順方向電流を流す必要がなく、ダイオードの自己発熱用に定格の大きな電流駆動回路を設ける必要がなくなる結果、コストの増大を低減することができる。   Since the wind speed sensor having such a configuration can measure the wind speed using the temperature characteristic of the forward voltage of an inexpensive diode, the cost can be reduced as compared with the case of using expensive platinum. In addition, since the second diode is heated by the heating unit without causing self-heating, the wind speed can be measured using the forward voltage when the temperature of the second diode reaches a steady state, and the diode self-heating is reduced. A sequence operation of measuring the forward voltage after a certain time from the start is not required, and the circuit can be simplified. And since there is no need to wait for a certain period of time from the start of self-heating of the diode until the forward voltage is measured, the responsiveness of wind speed measurement can be improved. Further, since the second diode is heated using the heating unit, it is not necessary to flow a large forward current to cause the second diode to self-heat, and a current drive circuit having a large rating is provided for self-heating of the diode. As a result, the increase in cost can be reduced.

また、このような構成の風量センサは、簡素な回路を用いてコストを低減しつつ、応答性を向上させることができる風速センサを用いて、管を流れる風量を測定することができる。   Moreover, the air volume sensor of such a structure can measure the air volume which flows through a pipe | tube using the wind speed sensor which can improve responsiveness, reducing cost using a simple circuit.

そして、このような構成の燃料電池システムは、風量センサから出力された差分信号に応じて送風装置によって燃料電池へ供給させる空気の量が調節されるので、実際に燃料電池に供給される空気の量に基づきフィードバック制御によって送風装置から燃料電池への空気の供給量を調節することができる結果、簡素な回路を用いてコストを低減しつつ応答性を向上させることができる風速センサを用いて、送風装置から燃料電池への空気供給量の調節精度を向上させることができる。   In the fuel cell system having such a configuration, the amount of air supplied to the fuel cell is adjusted by the blower according to the difference signal output from the air flow sensor, so that the amount of air actually supplied to the fuel cell is adjusted. As a result of being able to adjust the amount of air supplied from the blower to the fuel cell by feedback control based on the amount, using a wind speed sensor that can improve responsiveness while reducing cost using a simple circuit, The adjustment accuracy of the air supply amount from the blower to the fuel cell can be improved.

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る風量センサを用いた燃料電池システムの構成の一例を示す概略構成図である。図1に示す燃料電池システム1は、例えば、燃料電池が積層された燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2へ空気を供給するファン3(送風装置)と、ファン3から送風された空気を燃料電池スタック2へ導くダクト4(管)と、ダクト4の内部に配設された風速センサ5と、ファン3によって燃料電池スタック2へ供給させる空気の量を、風速センサ5の出力信号に応じて制御する制御部6とを備えている。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a configuration of a fuel cell system using an air volume sensor according to an embodiment of the present invention. A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 includes, for example, a fuel cell stack 2 in which fuel cells are stacked, a fan 3 (blower device) that supplies air to the fuel cell stack 2, and air blown from the fan 3 as fuel. A duct 4 (tube) that leads to the battery stack 2, a wind speed sensor 5 disposed inside the duct 4, and an amount of air that is supplied to the fuel cell stack 2 by the fan 3 according to an output signal of the wind speed sensor 5. And a control unit 6 for controlling.

燃料電池スタック2は、図略のカソードと図略のアノードとを備えており、アノードに燃料が供給され、カソードに空気が供給されることにより、発電を行う。ファン3は、ダクト4を介して燃料電池スタック2のカソードへ空気を供給する。風速センサ5は、ダクト4を流れる空気の風速を測定し、その風速を示す信号S1を制御部6へ出力する。この場合、ダクト4の開口断面積は既知であるから、信号S1は、ダクト4を流れる空気の風速を示すと同時に、ダクト4を流れる空気の風量を示していることとなる。すなわち、風速センサ5がダクト4の内部に配設されることにより、風量センサ7として機能する。   The fuel cell stack 2 includes a cathode (not shown) and an anode (not shown), and generates power by supplying fuel to the anode and supplying air to the cathode. The fan 3 supplies air to the cathode of the fuel cell stack 2 through the duct 4. The wind speed sensor 5 measures the wind speed of the air flowing through the duct 4, and outputs a signal S 1 indicating the wind speed to the control unit 6. In this case, since the opening cross-sectional area of the duct 4 is known, the signal S1 indicates the wind speed of the air flowing through the duct 4 and at the same time the air volume of the air flowing through the duct 4. That is, the wind speed sensor 5 is disposed inside the duct 4 and functions as the air volume sensor 7.

制御部6は、例えば所定の演算処理を実行するCPUと、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、信号S1をデジタル信号に変換するADコンバータと、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部6は、例えばROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、信号S1に応じてファン3の回転数を制御することで、ファン3から燃料電池スタック2へ供給される空気の量を適宜調節するようになっている。   The control unit 6 includes, for example, a CPU that executes predetermined arithmetic processing, a ROM (Read Only Memory) that stores a predetermined control program, a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data, and a signal S1. An AD converter for converting to a digital signal and these peripheral circuits are provided. And the control part 6 controls the rotation speed of the fan 3 according to signal S1 by executing the control program memorize | stored in ROM, for example, and the air supplied from the fan 3 to the fuel cell stack 2 is controlled. The amount is adjusted appropriately.

ここで、燃料電池スタック2で発電が行われると、発電に伴い生成された水がカソードの空気流路に付着する。そうすると、空気流路が狭くなって通気抵抗が増大し、空気が流れにくくなるために、ファン3の回転数を一定にしていたのでは、燃料電池スタック2の発電に伴いファン3から燃料電池スタック2へ供給される空気量が減少してしまう結果、カソードで空気が不足して発電電力が低下してしまう。   Here, when power generation is performed in the fuel cell stack 2, water generated along with the power generation adheres to the cathode air flow path. As a result, the air flow path becomes narrow and the airflow resistance increases, making it difficult for the air to flow. Therefore, if the rotational speed of the fan 3 is kept constant, the fuel cell stack 2 generates power from the fan 3 as the fuel cell stack 2 generates power. As a result, the amount of air supplied to 2 is reduced, resulting in a shortage of air at the cathode and a decrease in generated power.

一方、ファン3から燃料電池スタック2へ供給される空気の量が多すぎると、カソード電極が乾いてしまうために発電電力が低下する。また、燃料電池の中には、カソードで生成された水を回収して再利用するものがあるが、ファン3から燃料電池スタック2へ供給される空気の量が多すぎるためにカソードで生成された水が蒸発して外部に放出されてしまうと、再利用するための水の回収量が不足してしまう。   On the other hand, if the amount of air supplied from the fan 3 to the fuel cell stack 2 is too large, the cathode electrode dries out and the generated power decreases. Some fuel cells collect and recycle the water produced at the cathode, but the amount of air supplied from the fan 3 to the fuel cell stack 2 is too large to be produced at the cathode. If the water evaporates and is discharged to the outside, the recovered amount of water for reuse is insufficient.

従って、ファン3から燃料電池スタック2へ供給される空気の量を適切に調節する必要があるが、上述のように、ファン3の回転数を一定にしても、カソードの空気流路における通気抵抗の変動によって空気の供給量が変化してしまう。そこで、燃料電池システム1では、制御部6を用いて、風量センサ7によって検出された空気の供給量に基づきファン3の回転数を制御することで、ファン3から燃料電池スタック2へ適切な量の空気を供給するようになっている。   Accordingly, it is necessary to appropriately adjust the amount of air supplied from the fan 3 to the fuel cell stack 2. However, as described above, even if the rotational speed of the fan 3 is constant, the ventilation resistance in the air flow path of the cathode. The amount of air supply will change due to the fluctuations. Therefore, in the fuel cell system 1, an appropriate amount from the fan 3 to the fuel cell stack 2 is controlled by controlling the rotational speed of the fan 3 based on the air supply amount detected by the air volume sensor 7 using the control unit 6. It is designed to supply air.

図2は、風量センサ7の構成の一例を示す説明図である。図2に示す風量センサ7は、ダクト4と風速センサ5とから構成されている。風速センサ5は、ダクト4の内部に配設されるセンサ素子部51と、センサ素子部51からダクト4の外部に信号を引き出す配線部52と、配線部52によって引き出された信号に基づき風速を示す信号S1を生成し、制御部6へ出力する検出回路53とを備えている。なお、検出回路53は、ダクト4の内部に配設されるようにしてもよい。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the air volume sensor 7. An air volume sensor 7 shown in FIG. 2 includes a duct 4 and a wind speed sensor 5. The wind speed sensor 5 includes a sensor element portion 51 disposed inside the duct 4, a wiring portion 52 that draws a signal from the sensor element portion 51 to the outside of the duct 4, and a wind speed based on a signal drawn by the wiring portion 52. And a detection circuit 53 that generates a signal S1 to be output to the control unit 6. Note that the detection circuit 53 may be disposed inside the duct 4.

ダクト4の開口断面は、例えば1辺が1cm程度の略正方形にされている。また、ダイオードD1,D2、及びツェナーダイオードZD1は、例えば一辺が1mm程度の略立方形状のパッケージに封止されている。   The opening cross section of the duct 4 has a substantially square shape with, for example, one side of about 1 cm. The diodes D1 and D2 and the Zener diode ZD1 are sealed in a substantially cubic package having a side of about 1 mm, for example.

図3は、風速センサ5の構成の一例を示す回路図である。図3に示す風速センサ5は、ダイオードD1(第1ダイオード),ダイオードD2(第2ダイオード)、ツェナーダイオードZD1、抵抗R1,R2,R3、及び差動増幅回路531を備えて構成されている。そして、センサ素子部51には、ダイオードD1,D2、ツェナーダイオードZD1が、この順に略一列に取り付けられている。さらに、センサ素子部51は、ダイオードD1がファン3側、すなわち風上側になる向きに、ダクト4の内部に配設されている。   FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the wind speed sensor 5. The wind speed sensor 5 shown in FIG. 3 includes a diode D1 (first diode), a diode D2 (second diode), a Zener diode ZD1, resistors R1, R2, and R3, and a differential amplifier circuit 531. In the sensor element portion 51, diodes D1 and D2 and a Zener diode ZD1 are attached in approximately one row in this order. Furthermore, the sensor element unit 51 is disposed inside the duct 4 in such a direction that the diode D1 is on the fan 3 side, that is, the windward side.

検出回路53には、抵抗R1,R2,R3、及び差動増幅回路531が取り付けられており、配線部52によって、センサ素子部51と検出回路53との間が接続されている。そして、電源電圧が、抵抗R1を介してダイオードD1のアノードに印加され、ダイオードD1のカソードが配線511,513を介してグラウンドに接続されている。また、電源電圧が、抵抗R2を介してダイオードD2のアノードに印加され、ダイオードD2のカソードが配線512,513を介してグラウンドに接続されている。そして、電源電圧が、抵抗R3を介してツェナーダイオードZD1のカソードに印加され、ツェナーダイオードZD1のアノードが配線512,513を介してグラウンドに接続されている。   Resistors R 1, R 2, R 3 and a differential amplifier circuit 531 are attached to the detection circuit 53, and the sensor element portion 51 and the detection circuit 53 are connected by a wiring portion 52. The power supply voltage is applied to the anode of the diode D1 through the resistor R1, and the cathode of the diode D1 is connected to the ground through the wirings 511 and 513. The power supply voltage is applied to the anode of the diode D2 via the resistor R2, and the cathode of the diode D2 is connected to the ground via the wirings 512 and 513. The power supply voltage is applied to the cathode of the Zener diode ZD1 through the resistor R3, and the anode of the Zener diode ZD1 is connected to the ground through the wirings 512 and 513.

抵抗R1,R2は、ダイオードD1,D2の温度に応じた順方向電圧Vd1,Vd2を生じさせるための予め設定された順方向電流、例えば1mAを流す電流供給部である。例えば、電源電圧が10Vであれば、抵抗R1,R2は、10kΩに設定される。   The resistors R1 and R2 are current supply units for supplying a preset forward current, for example, 1 mA, for generating the forward voltages Vd1 and Vd2 corresponding to the temperatures of the diodes D1 and D2. For example, if the power supply voltage is 10 V, the resistors R1 and R2 are set to 10 kΩ.

ツェナーダイオードZD1は、発熱体として用いられ、ツェナー電圧が例えば4V〜6V程度に設定されている。また、抵抗R3は、ツェナーダイオードZD1を発熱させるための電流、例えば20mAをツェナーダイオードZD1のカソードからアノードへ逆方向に流すためのもので、例えばツェナーダイオードZD1のツェナー電圧が5Vであれば、250Ωの抵抗が用いられる。この場合、抵抗R3とツェナーダイオードZD1とが、加熱部の一例に相当し、抵抗R3がツェナー用電流供給部の一例に相当している。   The Zener diode ZD1 is used as a heating element, and the Zener voltage is set to about 4V to 6V, for example. The resistor R3 is for causing a current for causing the zener diode ZD1 to generate heat, for example, 20 mA to flow in the reverse direction from the cathode of the zener diode ZD1 to the anode. The resistance is used. In this case, the resistor R3 and the Zener diode ZD1 correspond to an example of a heating unit, and the resistor R3 corresponds to an example of a Zener current supply unit.

ここで、風速センサ5に電源電圧が印加されると、抵抗R1,R2によって、ダイオードD1,D2に、それぞれ約1mAの順方向電流が流れる。このような微少電流によっては、ダイオードD1,D2はほとんど自己発熱しない。   Here, when a power supply voltage is applied to the wind speed sensor 5, a forward current of about 1 mA flows through the diodes D1 and D2 by the resistors R1 and R2, respectively. Due to such a small current, the diodes D1 and D2 hardly self-heat.

また、ツェナーダイオードZD1に電源電圧、例えば10Vが印加されると、ツェナーダイオードZD1がオンオフ動作を繰り返すことにより、ツェナーダイオードZD1の両端電圧がツェナー電圧、例えば6Vにされると共に、抵抗R3によって20mAに制限された電流がツェナーダイオードZD1を逆方向に流れる。この場合、ツェナーダイオードZD1の発熱量は、ツェナー電圧と電流との積として得られるので、6V×20mA=120mWとなる。   Further, when a power supply voltage, for example, 10V is applied to the Zener diode ZD1, the Zener diode ZD1 is repeatedly turned on and off, whereby the voltage across the Zener diode ZD1 is set to a Zener voltage, for example, 6V, and to 20 mA by the resistor R3. The limited current flows through the Zener diode ZD1 in the reverse direction. In this case, the amount of heat generated by the Zener diode ZD1 is obtained as the product of the Zener voltage and the current, so that 6V × 20 mA = 120 mW.

一方、例えば図9に示す背景技術に係る風速センサ101のように、ダイオードを自己発熱させる場合には、発熱量は、ダイオードの順方向電圧と電流との積として得られる。ダイオードの順方向電圧は0.6V〜0.7V程度なので、120mWの発熱量を得るためには、120mW÷0.6V=200mAの電流が必要となり、風速センサ5の場合より10倍電流を流す必要があるので、定電流回路104として電流容量が10倍大きな回路を用いる必要がある。   On the other hand, when the diode self-heats like the wind speed sensor 101 according to the background art shown in FIG. 9, for example, the heat generation amount is obtained as a product of the forward voltage and current of the diode. Since the forward voltage of the diode is about 0.6 V to 0.7 V, a current of 120 mW / 0.6 V = 200 mA is necessary to obtain a heat generation amount of 120 mW, and a current 10 times larger than that in the case of the wind speed sensor 5 is passed. Therefore, it is necessary to use a circuit having a current capacity 10 times larger as the constant current circuit 104.

すなわち、風速センサ5は、ツェナーダイオードZD1によって、背景技術に係る風速センサ101よりも少ない電流で十分な発熱量が得られるので、風速センサ101に用いられる定電流回路104よりも、ツェナーダイオードZD1に電流を流すツェナー用電流供給部、例えば抵抗R3の電流(電力)定格を小さくすることができる結果、コストを低減することができる。   That is, since the wind speed sensor 5 can obtain a sufficient amount of heat generation with a current smaller than that of the wind speed sensor 101 according to the background art, the Zener diode ZD1 has a Zener diode ZD1 more than the constant current circuit 104 used for the wind speed sensor 101. As a result of being able to reduce the current (power) rating of the Zener current supply section, for example, the resistor R3, through which current flows, the cost can be reduced.

なお、加熱部として、電熱線やサーミスタ等の抵抗体を用いたヒータを用いてもよいが、一般に日本国内や欧米等の主要国内で汎用品として市販されているヒータは外形寸法が大きく、燃料電池システム1で使用されるダクト4のように開口断面が1cm×1cm程度の大きさしかない場合、ダクト4の中に空気の流れを妨げることなく配設できる汎用品のヒータを入手することは困難である。従って、電熱線やサーミスタ等の抵抗体を用いたヒータを発熱体として用いた場合には、ダクト4の中に空気の流れを妨げないで配設できる大きさのヒータを専用品として作る必要があるために、コストの上昇を招くこととなる。   In addition, a heater using a resistor such as a heating wire or a thermistor may be used as the heating unit. However, a heater that is generally marketed as a general-purpose product in major countries such as Japan and Europe and the United States has a large outer dimension, When the opening cross section is only about 1 cm × 1 cm as in the duct 4 used in the battery system 1, it is possible to obtain a general-purpose heater that can be disposed in the duct 4 without obstructing the air flow. Have difficulty. Therefore, when a heater using a resistor such as a heating wire or a thermistor is used as a heating element, it is necessary to make a heater of a size that can be disposed in the duct 4 without obstructing the air flow. As a result, the cost increases.

一方、ツェナーダイオードZD1としては、例えば一辺が1mm程度の略立方形状のパッケージに封止されたチップ部品が、日本国内や欧米等の主要国内で汎用品として安価で広く市販されているので、ツェナーダイオードZD1を発熱体として用いることで風量センサ7のコストを低減することができる。   On the other hand, as the Zener diode ZD1, for example, a chip part sealed in a substantially cubic package with a side of about 1 mm is widely available as a general-purpose product in major countries such as Japan and Europe and America. By using the diode ZD1 as a heating element, the cost of the air volume sensor 7 can be reduced.

また、ダイオードD1のアノードの電圧すなわちダイオードD1で生じる順方向電圧Vd1と、ダイオードD2のアノードの電圧すなわちダイオードD2で生じる順方向電圧Vd2との差分が、差動増幅回路531によって増幅されてダクト4内の風速すなわちダクト4を流れる風量を示す信号S1として、制御部6へ出力される。   The difference between the anode voltage of the diode D1, that is, the forward voltage Vd1 generated at the diode D1, and the voltage of the anode of the diode D2, that is, the forward voltage Vd2 generated at the diode D2, is amplified by the differential amplifier circuit 531 and then the duct 4 Is output to the control unit 6 as a signal S1 indicating the internal air speed, that is, the amount of air flowing through the duct 4.

風速センサ5は、例えばフレキシブル基板を用いて構成されており、フレキシブル基板上に形成された銅箔パターンによって、配線されるようになっている。なお、風速センサ5は、フレキシブル基板によって構成される例に限られず、例えばセンサ素子部51と検出回路53とをそれぞれガラスエポキシ基板等で構成し、配線部52として電線を用いるようにしてもよい。   The wind speed sensor 5 is configured using, for example, a flexible substrate, and is wired by a copper foil pattern formed on the flexible substrate. The wind speed sensor 5 is not limited to an example configured by a flexible substrate, and for example, the sensor element unit 51 and the detection circuit 53 may be configured by a glass epoxy substrate or the like, and an electric wire may be used as the wiring unit 52. .

図4は、差動増幅回路531の詳細な構成の一例を示す回路図である。図4に示す差動増幅回路531は、例えばオペアンプ532,533,534と、抵抗R4,R5,R6,R7とを備えている。そして、オペアンプ532の非反転入力端子には、ダイオードD2のアノードが接続されて順方向電圧Vd2が印加され、オペアンプ532の、出力端子と反転入力端子とが接続されている。オペアンプ532の出力端子は、抵抗R4を介してオペアンプ534の反転入力端子に接続されている。   FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a detailed configuration of the differential amplifier circuit 531. The differential amplifier circuit 531 illustrated in FIG. 4 includes, for example, operational amplifiers 532, 533, and 534 and resistors R4, R5, R6, and R7. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 532 is connected to the anode of the diode D2 and applied with the forward voltage Vd2, and the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 532 are connected. The output terminal of the operational amplifier 532 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 534 via the resistor R4.

オペアンプ533の非反転入力端子には、ダイオードD1のアノードが接続されて順方向電圧Vd1が印加され、オペアンプ533の、出力端子と反転入力端子とが接続されている。オペアンプ533の出力端子は、抵抗R5を介してオペアンプ534の非反転入力端子に接続されている。   The anode of the diode D1 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 533 and the forward voltage Vd1 is applied, and the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 533 are connected. The output terminal of the operational amplifier 533 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 534 via the resistor R5.

オペアンプ534の出力端子は、抵抗R6を介して反転入力端子に接続され、オペアンプ534の非反転入力端子は抵抗R7を介してグラウンドに接続されている。オペアンプ534の出力信号は、信号S1として制御部6へ出力される。そして、例えば、抵抗R4,R5は10kΩ、抵抗R6,R7は1MΩに設定されている。これにより、差動増幅回路531は、順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差を、100倍に増幅して出力する差分信号出力部として動作する。また、オペアンプ532,533によって、差動増幅回路531の入力インピーダンスが増大することにより、順方向電圧Vd1,Vd2の検出精度が向上する。   The output terminal of the operational amplifier 534 is connected to the inverting input terminal via the resistor R6, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 534 is connected to the ground via the resistor R7. The output signal of the operational amplifier 534 is output to the control unit 6 as the signal S1. For example, the resistors R4 and R5 are set to 10 kΩ, and the resistors R6 and R7 are set to 1 MΩ. Accordingly, the differential amplifier circuit 531 operates as a differential signal output unit that amplifies and outputs the difference between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 by 100 times. Further, the operational amplifiers 532 and 533 increase the input impedance of the differential amplifier circuit 531, thereby improving the detection accuracy of the forward voltages Vd1 and Vd2.

図5は、センサ素子部51の詳細を説明するための外観図である。図5に示すセンサ素子部51は、例えばフレキシブル基板515(プリント配線基板)の表面に、ダイオードD1,D2、及びツェナーダイオードZD1が風上からこの順に略一列に配設されて構成されている。   FIG. 5 is an external view for explaining the details of the sensor element unit 51. The sensor element unit 51 shown in FIG. 5 includes, for example, diodes D1 and D2 and a Zener diode ZD1 arranged in a line in this order from the windward side on the surface of a flexible board 515 (printed wiring board).

そして、ツェナーダイオードZD1とダイオードD2とは近接して配設され、ツェナーダイオードZD1とダイオードD1との間の距離L1が、ツェナーダイオードZD1とダイオードD2との間の距離L2よりも長くされている。これにより、ツェナーダイオードZD1で生じた熱が、フレキシブル基板515の熱伝導によりダイオードD1に伝わる場合の経路長や、ツェナーダイオードZD1の輻射熱がダイオードD1に伝わるまでの距離が、ツェナーダイオードZD1とダイオードD2との間の距離よりも長くなり、ツェナーダイオードZD1によってダイオードD1が加熱されることが低減される。   The Zener diode ZD1 and the diode D2 are disposed close to each other, and the distance L1 between the Zener diode ZD1 and the diode D1 is longer than the distance L2 between the Zener diode ZD1 and the diode D2. Thereby, the path length when the heat generated in the Zener diode ZD1 is transmitted to the diode D1 by the heat conduction of the flexible substrate 515 and the distance until the radiant heat of the Zener diode ZD1 is transmitted to the diode D1 are the Zener diode ZD1 and the diode D2. Longer than the distance between and the diode D1 is reduced from being heated by the Zener diode ZD1.

また、ダイオードD2のカソードと、ツェナーダイオードZD1のアノードとは、幅広の熱伝導率が高い銅箔パターンにより構成された配線512に接続されることによって、熱結合されている。なお、ダイオードD2とツェナーダイオードZD1とは、必ずしも配線512によって熱結合されるものに限られず、例えば配線とは別の電気的に絶縁された銅箔パターンをダイオードD2とツェナーダイオードZD1との下部に形成して密着させたり、熱伝導性の高い部材でダイオードD2とツェナーダイオードZD1とを連結するなどして熱結合するようにしてもよい。しかし、配線512は、ダイオードD2に順方向電流を供給すると共に、ツェナーダイオードZD1に逆方向電流を供給するための配線パターンであり、ダイオードD2のカソード電極及びツェナーダイオードZD1のアノード電極とハンダ付けされるので、電気的な配線接続のためのハンダ付けによって、ダイオードD2及びツェナーダイオードZD1における熱伝導性の高い部分である電極部分と配線512とを密に熱結合することができる結果、ダイオードD2とツェナーダイオードZD1とを密に熱結合させることが容易となる。   In addition, the cathode of the diode D2 and the anode of the Zener diode ZD1 are thermally coupled by being connected to a wiring 512 formed of a copper foil pattern having a wide thermal conductivity. The diode D2 and the Zener diode ZD1 are not necessarily limited to those that are thermally coupled by the wiring 512. For example, an electrically insulated copper foil pattern different from the wiring is formed below the diode D2 and the Zener diode ZD1. It may be formed and adhered, or may be thermally coupled by connecting the diode D2 and the Zener diode ZD1 with a member having high thermal conductivity. However, the wiring 512 is a wiring pattern for supplying a forward current to the diode D2 and a reverse current to the Zener diode ZD1, and is soldered to the cathode electrode of the diode D2 and the anode electrode of the Zener diode ZD1. Therefore, by soldering for electrical wiring connection, the electrode portion, which is a portion with high thermal conductivity in the diode D2 and the Zener diode ZD1, and the wiring 512 can be closely thermally coupled, and as a result, the diode D2 and It becomes easy to thermally couple the Zener diode ZD1 closely.

また、ダイオードD1のカソードは、ダイオードD2のカソードやツェナーダイオードZD1のアノードと同様にグラウンドに接続されるので、ダイオードD1のカソードに接続された配線511は、ツェナーダイオードZD1のアノードに接続された配線512と電気的に接続されることとなる。そうすると、ツェナーダイオードZD1から、銅箔パターンである配線512と配線511とを介してダイオードD1に至る熱伝導経路が形成されることとなるが、配線511の幅W1は、配線512の幅W2より狭くされているので、ツェナーダイオードZD1で生じた熱が配線511を介してダイオードD1に伝導することが低減される。   Further, since the cathode of the diode D1 is connected to the ground in the same manner as the cathode of the diode D2 and the anode of the Zener diode ZD1, the wiring 511 connected to the cathode of the diode D1 is a wiring connected to the anode of the Zener diode ZD1. 512 is electrically connected. Then, a heat conduction path is formed from the Zener diode ZD1 to the diode D1 via the wiring 512 and the wiring 511 which are copper foil patterns. The width W1 of the wiring 511 is larger than the width W2 of the wiring 512. Since it is narrowed, the heat generated in the Zener diode ZD1 is reduced from being conducted to the diode D1 through the wiring 511.

そして、ダイオードD1とダイオードD2との間に、フレキシブル基板515を貫通するスリット516(孔)が設けられている。これにより、ツェナーダイオードZD1で生じた熱が、フレキシブル基板515の熱伝導によりダイオードD1に伝わることが低減される。   A slit 516 (hole) that penetrates the flexible substrate 515 is provided between the diode D1 and the diode D2. This reduces the heat generated in the Zener diode ZD1 from being transmitted to the diode D1 due to the heat conduction of the flexible substrate 515.

なお、ダイオードD2とツェナーダイオードZD1とは、フレキシブル基板515等の基板の一方面に配設される例に限られず、例えば基板の表裏に配設されてもよい。この場合、基板の一方面においてダイオードD2に接続される銅箔パターンと、基板の他方面においてツェナーダイオードZD1に接続される銅箔パターンとを、内壁に銅箔パターンが形成されたスルーホールで接続することによって、銅箔パターンの熱伝導によりダイオードD2とツェナーダイオードZD1とを熱結合させるようにしてもよい。   The diode D2 and the Zener diode ZD1 are not limited to the example of being disposed on one surface of the substrate such as the flexible substrate 515, and may be disposed on the front and back of the substrate, for example. In this case, the copper foil pattern connected to the diode D2 on one surface of the substrate and the copper foil pattern connected to the Zener diode ZD1 on the other surface of the substrate are connected by a through hole having a copper foil pattern formed on the inner wall. By doing so, the diode D2 and the Zener diode ZD1 may be thermally coupled by thermal conduction of the copper foil pattern.

次に、上述のように構成された風量センサ7を用いた燃料電池システム1の動作について説明する。まず、図3を参照して、風速センサ5に電源電圧が印加されると、抵抗R1,R2によって、ダイオードD1,D2に、それぞれ約1mAの順方向電流が流れる。この場合、ダイオードD1,D2には同じ量の順方向電流が流れており、温度が同じであれば、順方向電圧Vd1と、順方向電圧Vd2とは等しくなる。そうすると、順方向電圧Vd1,Vd2は、例えば125mVとなる。   Next, the operation of the fuel cell system 1 using the air volume sensor 7 configured as described above will be described. First, referring to FIG. 3, when a power supply voltage is applied to the wind speed sensor 5, forward currents of about 1 mA flow through the diodes D1 and D2 by the resistors R1 and R2, respectively. In this case, the same amount of forward current flows through the diodes D1 and D2, and if the temperature is the same, the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 are equal. Then, the forward voltages Vd1 and Vd2 are, for example, 125 mV.

そして、例えば、ツェナーダイオードZD1の端子電圧が4.7V、流れる電流が21mAとなる。そうすると、ツェナーダイオードZD1によって、4.7V×21mA=100mWの電力が消費され、発熱する。   For example, the terminal voltage of the Zener diode ZD1 is 4.7 V, and the flowing current is 21 mA. Then, the Zener diode ZD1 consumes 4.7 V × 21 mA = 100 mW and generates heat.

なお、ツェナー用電流供給部は、ツェナーダイオードZD1に安定して電流を供給することができればよく、抵抗R3のような固定抵抗に限られず、定電流回路等、種々の回路を用いることができる。   The Zener current supply unit is not limited to a fixed resistor such as the resistor R3 as long as it can stably supply a current to the Zener diode ZD1, and various circuits such as a constant current circuit can be used.

また、抵抗R3によって、ツェナーダイオードZD1に流れる電流を制限する場合、抵抗R3によって電力が消費されるので、例えば抵抗R3及びツェナーダイオードZD1への電源電圧の供給を、スイッチング素子を用いてパルス状にオン、オフすることにより、消費電力を低減するようにしてもよい。   Further, when the current flowing through the Zener diode ZD1 is limited by the resistor R3, power is consumed by the resistor R3. For example, the supply of the power supply voltage to the resistor R3 and the Zener diode ZD1 is pulsed using a switching element. Power consumption may be reduced by turning on and off.

ツェナーダイオードZD1の放熱係数は、例えば400℃/Wであり、100mWの発熱によって40度、温度が上昇する。今、周囲温度が25度であれば、ツェナーダイオードZD1は65℃になる。   The heat dissipation coefficient of the Zener diode ZD1 is 400 ° C./W, for example, and the temperature rises by 40 degrees due to heat generation of 100 mW. Now, if the ambient temperature is 25 degrees, the Zener diode ZD1 becomes 65 ° C.

そして、ツェナーダイオードZD1で生じた熱は、配線512による熱伝導や、熱輻射によってダイオードD2に伝わってダイオードD2が加熱され、例えばダイオードD2の温度が30度上昇し、55度となる。ダイオードD1,D2の順方向電圧Vd1,Vd2は、−2mV/℃の温度特性を有するため、順方向電圧Vd2は、30度の温度上昇に伴い、−2mV/℃×30℃=−60mVだけ変化し、125mV−60mV=65mVとなる。   Then, the heat generated in the Zener diode ZD1 is transmitted to the diode D2 by heat conduction or heat radiation through the wiring 512, and the diode D2 is heated, for example, the temperature of the diode D2 rises by 30 degrees to 55 degrees. Since the forward voltages Vd1 and Vd2 of the diodes D1 and D2 have a temperature characteristic of −2 mV / ° C., the forward voltage Vd2 changes by −2 mV / ° C. × 30 ° C. = − 60 mV with a temperature increase of 30 degrees. 125 mV-60 mV = 65 mV.

一方、ダイオードD1は、ツェナーダイオードZD1からの距離がダイオードD2より長く、またフレキシブル基板515によるツェナーダイオードZD1からダイオードD1への熱伝導が、スリット516によって遮断されており、かつ配線511の幅が狭くされて配線511による熱伝導が低減されているので、ツェナーダイオードZD1によりダイオードD1が加熱されることが低減される。従って、ダイオードD1の温度は、周囲温度と同じ25度に維持される結果、順方向電圧Vd1は、125mVのまま維持される。   On the other hand, the distance between the diode D1 and the Zener diode ZD1 is longer than that of the diode D2, the heat conduction from the Zener diode ZD1 to the diode D1 by the flexible substrate 515 is blocked by the slit 516, and the width of the wiring 511 is narrow. As a result, the heat conduction by the wiring 511 is reduced, so that the diode D1 is not heated by the Zener diode ZD1. Therefore, as a result of maintaining the temperature of the diode D1 at 25 degrees which is the same as the ambient temperature, the forward voltage Vd1 is maintained at 125 mV.

次に、差動増幅回路531によって、順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差が100倍に増幅されて、ダクト4内の風速すなわちダクト4を流れる風量を示す信号S1として制御部6へ出力される。この場合、信号S1は、風速風量ゼロを示し、S1=(Vd1−Vd2)×100=(125mV−65mV)×100=6Vとなる。   Next, the difference between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 is amplified 100 times by the differential amplifier circuit 531, and the signal S1 indicating the wind speed in the duct 4, that is, the amount of air flowing through the duct 4, is sent to the control unit 6. Is output. In this case, the signal S1 indicates zero wind speed, and S1 = (Vd1−Vd2) × 100 = (125 mV−65 mV) × 100 = 6V.

次に、制御部6からの制御信号に応じて、ファン3が駆動され、空気がダクト4を介して燃料電池スタック2へ供給される。そうすると、ダクト4を流れる空気によって、ダイオードD2が冷却されて順方向電圧Vd2が上昇する。一方、ダイオードD1は周囲温度、すなわち空気の温度と同じ温度であるから、空気がダクト4を流れてもダイオードD1の温度は変化しない。   Next, the fan 3 is driven in accordance with a control signal from the control unit 6, and air is supplied to the fuel cell stack 2 through the duct 4. Then, the diode D2 is cooled by the air flowing through the duct 4, and the forward voltage Vd2 increases. On the other hand, since the diode D1 has the same ambient temperature, that is, the temperature of air, even if air flows through the duct 4, the temperature of the diode D1 does not change.

そうすると、順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差が縮小し、信号S1の信号レベルが低下する。すなわち、信号S1は、ダクト4を流れる空気の風速、風量が増大するほど低下し、当該風速、風量が減少するほど上昇する。   Then, the difference between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 is reduced, and the signal level of the signal S1 is reduced. That is, the signal S1 decreases as the wind speed and air volume of the air flowing through the duct 4 increases, and increases as the wind speed and air volume decrease.

また、差動増幅回路531によって、順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差(Vd1−Vd2)に基づき信号S1が生成されるので、信号S1において、周囲温度に依存する電圧成分がキャンセルされて、ダクト4を流れる空気の風速、風量を示す信号成分に基づき信号S1が生成される結果、風速、風量の測定精度が向上する。   Further, since the differential amplifier circuit 531 generates the signal S1 based on the difference (Vd1−Vd2) between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2, the voltage component depending on the ambient temperature is canceled in the signal S1. As a result, the signal S1 is generated based on the signal component indicating the wind speed and the air volume of the air flowing through the duct 4, so that the measurement accuracy of the wind speed and the air volume is improved.

この場合、例えばダイオードD1,D2、及びツェナーダイオードZD1といった部品が、空気の流れを横切る方向に配列されていると、部品の間や風下側等にカルマン渦が生じて空気の流れが乱され、正しく風速、風量を測定することができなくなる。しかし、風量センサ7では、ダイオードD1,D2、及びツェナーダイオードZD1は、風上からこの順に空気の流れに沿って略一列に配設されているので、空気の流れが乱されることが低減される結果、風速、風量の測定精度が向上する。   In this case, for example, if parts such as the diodes D1 and D2 and the Zener diode ZD1 are arranged in a direction crossing the air flow, Karman vortices are generated between the parts or on the leeward side to disturb the air flow, The wind speed and volume cannot be measured correctly. However, in the air volume sensor 7, the diodes D1 and D2 and the Zener diode ZD1 are arranged in a line along the air flow in this order from the windward, so that the disturbance of the air flow is reduced. As a result, the measurement accuracy of the wind speed and volume is improved.

また、発熱体であるツェナーダイオードZD1が、ダイオードD1,D2より風下側に配設されているので、ツェナーダイオードZD1で暖められた空気によってダイオードD1,D2の温度が変化することがなく、風速、風量の測定誤差が生じることが抑制される。   Further, since the Zener diode ZD1 which is a heating element is disposed on the leeward side from the diodes D1 and D2, the temperature of the diodes D1 and D2 is not changed by the air heated by the Zener diode ZD1, and the wind speed, The occurrence of air flow measurement errors is suppressed.

図6は、風量センサ7を用いて、ダクト4を流れる空気の流量(L/min)と、順方向電圧Vd1,Vd2、及び順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差(Vd1−Vd2)との関係を、実験的に求めたデータを示すグラフである。順方向電圧Vd1,Vd2はそれぞれ2回づつ測定しており、それに対応して(Vd1−Vd2)も2回分、グラフに記載している。   FIG. 6 shows the flow rate (L / min) of air flowing through the duct 4 using the air volume sensor 7, the forward voltages Vd1 and Vd2, and the difference between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 (Vd1−Vd2). It is a graph which shows the data which calculated | required the relationship experimentally. Each of the forward voltages Vd1 and Vd2 is measured twice, and (Vd1−Vd2) is also shown in the graph twice correspondingly.

図6に示すように、順方向電圧Vd1は、空気流量が増加してもほとんど変化しない。一方、順方向電圧Vd2は、空気流量が増加するに従って増大する。従って、順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差(Vd1−Vd2)は、空気流量が増加するに従って減少する。   As shown in FIG. 6, the forward voltage Vd1 hardly changes even when the air flow rate increases. On the other hand, the forward voltage Vd2 increases as the air flow rate increases. Therefore, the difference (Vd1−Vd2) between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 decreases as the air flow rate increases.

次に、制御部6によって、信号S1、すなわち実際にダクト4を流れて燃料電池スタック2に供給される風量の測定値に応じてファン3の回転数が制御されることで、ファン3から燃料電池スタック2へ適切な量の空気が供給される。これにより、燃料電池スタック2のカソードにおける空気流路の通気抵抗の変化に関わらず、所定量の空気をファン3から燃料電池スタック2へ供給することができるので、空気の供給量が不適切であるために発電電力が低下してしまったり、空気の供給量が過剰であるためにカソードで生成された水が蒸発して外部に放出されてしまい、再利用するための水の回収量が不足してしまったりすることが低減される。   Next, the speed of the fan 3 is controlled by the control unit 6 in accordance with the signal S1, that is, the measured value of the air volume that actually flows through the duct 4 and is supplied to the fuel cell stack 2, so that the fuel from the fan 3 is controlled. An appropriate amount of air is supplied to the battery stack 2. As a result, a predetermined amount of air can be supplied from the fan 3 to the fuel cell stack 2 regardless of the change in the air flow resistance of the air flow path at the cathode of the fuel cell stack 2, so that the amount of air supply is inappropriate. Therefore, the generated power is reduced, or the amount of air supplied is excessive, so that the water generated at the cathode evaporates and is discharged to the outside, and there is not enough water to be reused. It is possible to reduce the amount of

ところで、風量センサ7は、ダイオードD1,D2の温度に応じて得られる順方向電圧Vd1,Vd2に基づいて、風速風量を測定するものであるが、順方向電圧Vd1,Vd2は、ダイオードD1,D2をそれぞれ流れる電流I1,I2に応じて変化するため、電流I1,I2の変動はそのまま順方向電圧Vd1,Vd2の変動、すなわち信号S1の変動として現れ、風速風量の測定誤差となる。ここで、抵抗R1,R2を用いてダイオードD1,D2に電流I1,I2を供給する場合、電源電圧の変動が、そのまま風速風量の測定誤差として現れることとなる。   Meanwhile, the air volume sensor 7 measures the wind speed and air volume based on the forward voltages Vd1 and Vd2 obtained according to the temperatures of the diodes D1 and D2, and the forward voltages Vd1 and Vd2 are diodes D1 and D2. Therefore, the fluctuations of the currents I1 and I2 appear as fluctuations of the forward voltages Vd1 and Vd2, that is, fluctuations of the signal S1, and become a measurement error of the wind speed and the air volume. Here, when the currents I1 and I2 are supplied to the diodes D1 and D2 using the resistors R1 and R2, the fluctuation of the power supply voltage appears as it is as a measurement error of the wind speed and the air volume.

そこで、ダイオードD1,D2に一定の順方向電流を流す電流供給部として、抵抗R1,R2を用いる代わりに、例えば、図7に示すように、定電流回路を用いてダイオードD1,D2に一定の順電流を流す電流供給部を構成するようにしてもよい。   Therefore, instead of using the resistors R1 and R2 as a current supply unit for supplying a constant forward current to the diodes D1 and D2, for example, as shown in FIG. 7, a constant current circuit is used to provide a constant current to the diodes D1 and D2. You may make it comprise the electric current supply part which sends forward current.

図7に示す電流供給部は、ダイオードD1とダイオードD2とに同じ電流を供給するカレントミラー回路CS1と、ツェナーダイオードZD1によって得られる定電圧によって、カレントミラー回路CS1からダイオードD1,D2へ供給される電流値を設定するカレントミラー回路CS2とを備えて構成されている。この場合、ダイオードD1,D2に供給される電流値は、電源電圧の変動に関わらずツェナーダイオードZD1によって得られる定電圧値に応じて設定される。従って、電源電圧の変動に関わらず、ダイオードD1,D2に供給される電流I1,I2は一定の値に維持されるので、電源電圧変動による測定誤差を低減することができる。   The current supply unit shown in FIG. 7 is supplied from the current mirror circuit CS1 to the diodes D1 and D2 by the current mirror circuit CS1 that supplies the same current to the diode D1 and the diode D2, and the constant voltage obtained by the Zener diode ZD1. And a current mirror circuit CS2 for setting a current value. In this case, the current value supplied to the diodes D1 and D2 is set according to the constant voltage value obtained by the Zener diode ZD1 regardless of the fluctuation of the power supply voltage. Therefore, the currents I1 and I2 supplied to the diodes D1 and D2 are maintained at a constant value regardless of fluctuations in the power supply voltage, so that measurement errors due to power supply voltage fluctuations can be reduced.

また、図8に示すように、ファン3の代わりに空気ポンプ8を用いてもよい。例えば、携帯型パーソナルコンピュータに用いられる10W程度の小型の燃料電池システムでは、送風装置として空気ポンプ8を好適に用いることができる。   Further, as shown in FIG. 8, an air pump 8 may be used instead of the fan 3. For example, in a small fuel cell system of about 10 W used for a portable personal computer, the air pump 8 can be suitably used as a blower.

なお、風速センサ5を用いて構成された風量センサ7を、燃料電池システム1における空気の供給量の測定に用いる例を示したが、風速センサ5及び風量センサ7の用途は燃料電池システムに限られず、気体の風速や風量を測定する種々の用途に用いることができる。また、風速センサ5は、ダクト4の中に配設される例に限られず、開放された空間において風速を測定するために用いられてもよい。また、気体は空気でなくてもよい。   In addition, although the example which uses the air volume sensor 7 comprised using the wind speed sensor 5 for the measurement of the supply_amount | feed_rate of the air in the fuel cell system 1 was shown, the use of the wind speed sensor 5 and the air volume sensor 7 is restricted to a fuel cell system. Instead, it can be used in various applications for measuring the wind speed and volume of gas. The wind speed sensor 5 is not limited to the example disposed in the duct 4 and may be used for measuring the wind speed in an open space. The gas may not be air.

本発明に係る風速センサ、及び風量センサは、簡素な構成で気体の風速や風量を測定することができるので、例えば燃料電池システムにおいて、燃料電池の空気極に供給する空気量を制御するためのセンサとして有用である。   Since the wind speed sensor and the air volume sensor according to the present invention can measure the wind speed and the air volume of gas with a simple configuration, for example, in a fuel cell system, for controlling the amount of air supplied to the air electrode of the fuel cell. It is useful as a sensor.

本発明の一実施形態に係る風量センサを用いた燃料電池システムの構成の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the fuel cell system using the air volume sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す風量センサの構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the air volume sensor shown in FIG. 図2に示す風速センサの構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the wind speed sensor shown in FIG. 図3に示す差動増幅回路の詳細な構成の一例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a detailed configuration of the differential amplifier circuit shown in FIG. 3. 図2に示すセンサ素子部の詳細を説明するための外観図である。It is an external view for demonstrating the detail of the sensor element part shown in FIG. 図2に示す風量センサを用いて、ダクトを流れる空気の流量と、順方向電圧Vd1,Vd2、及び順方向電圧Vd1と順方向電圧Vd2との差(Vd1−Vd2)との関係を、実験的に求めたデータを示すグラフである。Using the air volume sensor shown in FIG. 2, the relationship between the flow rate of air flowing through the duct and the forward voltages Vd1 and Vd2 and the difference between the forward voltage Vd1 and the forward voltage Vd2 (Vd1−Vd2) is experimentally determined. It is a graph which shows the calculated | required data. 電流供給部として用いられる定電流回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the constant current circuit used as a current supply part. 燃料電池システムの他の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of a fuel cell system. 背景技術に係る風速センサの構成を示す模式回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows the structure of the wind speed sensor which concerns on background art. 図9に示す風速センサの動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of the wind speed sensor shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
2 燃料電池スタック
3 ファン
4 ダクト
5 風速センサ
6 制御部
7 風量センサ
8 空気ポンプ
511,512 配線
515 フレキシブル基板
516 スリット
531 差動増幅回路
D1,D2 ダイオード
ZD1 ツェナーダイオード
R1〜R7 抵抗
S1 信号
Vd1,Vd2 順方向電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell stack 3 Fan 4 Duct 5 Air speed sensor 6 Control part 7 Air volume sensor 8 Air pump 511,512 Wiring 515 Flexible board 516 Slit 531 Differential amplifier circuit D1, D2 Diode ZD1 Zener diode R1-R7 Resistance S1 Signal Vd1, Vd2 Forward voltage

Claims (10)

風速を検出しようとする気体中に配置される第1及び第2ダイオードと、
前記第1及び第2ダイオードに、予め設定された順方向電流を供給する電流供給部と、
前記第2ダイオードを加熱する加熱部と、
前記第1ダイオードで生じる順方向電圧と前記第2ダイオードで生じる順方向電圧との差を示す差分信号を、前記風速を示す信号として出力する差分信号出力部と
を備えることを特徴とする風速センサ。
First and second diodes disposed in a gas to detect wind speed;
A current supply unit configured to supply a predetermined forward current to the first and second diodes;
A heating unit for heating the second diode;
A wind speed sensor comprising: a differential signal output unit that outputs a differential signal indicating a difference between a forward voltage generated in the first diode and a forward voltage generated in the second diode as a signal indicating the wind speed. .
前記加熱部は、
前記第2ダイオードと熱結合されたツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードに逆方向電流を供給するツェナー用電流供給部と
を備えることを特徴とする請求項1記載の風速センサ。
The heating unit is
A Zener diode thermally coupled to the second diode;
The wind speed sensor according to claim 1, further comprising: a Zener current supply unit that supplies a reverse current to the Zener diode.
前記第2ダイオードと前記ツェナーダイオードとは、同一のプリント配線基板に隣接して配設されると共に、当該プリント配線基板に形成された、熱を伝導するための同一の銅箔パターンに接続されることによって熱結合されていること
を特徴とする請求項2記載の風速センサ。
The second diode and the Zener diode are disposed adjacent to the same printed wiring board and connected to the same copper foil pattern formed on the printed wiring board for conducting heat. The wind speed sensor according to claim 2, wherein the wind speed sensor is thermally coupled.
前記銅箔パターンは、前記第2ダイオードに前記順方向電流を供給すると共に、前記ツェナーダイオードに前記逆方向電流を供給するための配線パターンであること
を特徴とする請求項3記載の風速センサ。
The wind speed sensor according to claim 3, wherein the copper foil pattern is a wiring pattern for supplying the forward current to the second diode and supplying the reverse current to the Zener diode.
前記第1ダイオードは、前記配線パターンに接続され、
前記電流供給部は、前記配線パターンを介して前記第1ダイオードへ前記順方向電流を供給し、
前記配線パターンは、前記ツェナーダイオードと前記第2ダイオードとの間で熱が伝導する箇所において、熱が伝導する方向に対して垂直方向の幅が、前記電流供給部から前記第1ダイオードへ供給される前記順方向電流が流れる箇所の幅よりも太くされていること
を特徴とする請求項4記載の風速センサ。
The first diode is connected to the wiring pattern;
The current supply unit supplies the forward current to the first diode through the wiring pattern,
In the wiring pattern, the width in the direction perpendicular to the direction in which heat is conducted is supplied from the current supply unit to the first diode at a portion where heat is conducted between the Zener diode and the second diode. The wind speed sensor according to claim 4, wherein the wind speed sensor is thicker than a width of a portion where the forward current flows.
前記ツェナーダイオードと前記第1ダイオードとの間の距離が、前記ツェナーダイオードと前記第2ダイオードとの間の距離よりも長いこと
を特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の風速センサ。
The wind speed according to any one of claims 2 to 5, wherein a distance between the Zener diode and the first diode is longer than a distance between the Zener diode and the second diode. Sensor.
前記第1ダイオードと前記第2ダイオード及び前記ツェナーダイオードとの間を横切るように、前記プリント配線基板を貫通する孔が設けられていること
を特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の風速センサ。
The hole which penetrates the said printed wiring board is provided so that it may cross between the said 1st diode, the said 2nd diode, and the said Zener diode, The any one of Claims 3-6 characterized by these. The described wind speed sensor.
前記第1ダイオード、前記第2ダイオード、及び前記ツェナーダイオードは、風上からこの順に略一列に配設されること
を特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の風速センサ。
The wind speed sensor according to any one of claims 2 to 7, wherein the first diode, the second diode, and the Zener diode are arranged in a line in this order from the windward side.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の風速センサと、
所定の開口断面積を有すると共に前記気体を導く管とを備え、
前記風速センサは、前記管の内部に配設され、
前記差分信号出力部は、前記差分信号を、前記管を流れる風量を示す信号として出力すること
を特徴とする風量センサ。
The wind speed sensor according to any one of claims 1 to 8,
A pipe having a predetermined opening cross-sectional area and guiding the gas,
The wind speed sensor is disposed inside the pipe,
The difference signal output unit outputs the difference signal as a signal indicating the amount of air flowing through the pipe.
請求項9に記載の風量センサと、
燃料電池と、
前記燃料電池へ、前記風量センサにおける管を介して空気を供給する送風装置と、
前記送風装置によって前記燃料電池へ供給させる空気の量を、前記差分信号に応じて調節する制御部と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
The air volume sensor according to claim 9,
A fuel cell;
A blower for supplying air to the fuel cell via a pipe in the air flow sensor;
A fuel cell system comprising: a control unit that adjusts an amount of air to be supplied to the fuel cell by the blower according to the difference signal.
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