JP2009063352A - ガス物理量検出装置，燃料電池システム，車両 - Google Patents
ガス物理量検出装置，燃料電池システム，車両 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009063352A JP2009063352A JP2007230161A JP2007230161A JP2009063352A JP 2009063352 A JP2009063352 A JP 2009063352A JP 2007230161 A JP2007230161 A JP 2007230161A JP 2007230161 A JP2007230161 A JP 2007230161A JP 2009063352 A JP2009063352 A JP 2009063352A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- physical quantity
- detection element
- detection device
- filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 48
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 149
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 133
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 50
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 50
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000002940 repellent Effects 0.000 claims description 4
- 239000005871 repellent Substances 0.000 claims description 4
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 19
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 14
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 9
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 8
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/005—H2
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0092—Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
- G01L19/0636—Protection against aggressive medium in general using particle filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
- G01L19/0654—Protection against aggressive medium in general against moisture or humidity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0663—Flame protection; Flame barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0444—Concentration; Density
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0444—Concentration; Density
- H01M8/04462—Concentration; Density of anode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0444—Concentration; Density
- H01M8/0447—Concentration; Density of cathode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】結露水が原因の検出不良を起こすことなくガスの物理量を正確に検出する。
【解決手段】ガス物理量検出装置１は、センサ取付部４の底部に配置されたフィルタ６と、内部に検出素子室７を形成する管状のセンサ筐体８と、検出素子室７内の上部に配置された測温抵抗体を内部に含む素子カバー９とを備え、フィルタ６は非疎水性の繊維を三次元状に不均一に編み込むことにより形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】ガス物理量検出装置１は、センサ取付部４の底部に配置されたフィルタ６と、内部に検出素子室７を形成する管状のセンサ筐体８と、検出素子室７内の上部に配置された測温抵抗体を内部に含む素子カバー９とを備え、フィルタ６は非疎水性の繊維を三次元状に不均一に編み込むことにより形成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、ガスの物理量を検出するガス物理量検出装置に関する。
従来より、油脂を含浸させた不織布又は金属メッシュからなるフィルタをセンサ素子室の入口に設けることにより、センサ素子室内に液水や異物が侵入することを防止する圧力センサ装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−３０５３５号公報（段落［００５４］〜［００５６］）
従来の圧力センサ装置によれば、装置が高加湿、且つ、高温の環境下にある際、フィルタを介してセンサ素子室内に水蒸気が浸入し、その後装置周囲の温度が低下した場合には、センサ素子室内に結露水が生じることになる。そしてセンサ素子室内に発生した結露水はセンサ素子本体に付着したり、表面張力によってフィルタ表面に液膜を形成したりするために、センサ素子本体にガスが効果的に供給されず、ガスの圧力を正確に検出することができなくなる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、結露水が原因の検出不良を起こすことなくガスの物理量を正確に検出可能なガス物理量検出装置、燃料電池システム、及び車両を提供することにある。
本発明は、ガス流路を流れるガスの物理量を検出する検出素子と、検出素子が配置され、ガス流路内のガスを検出素子に供給する検出素子室と、ガス流路と検出素子室との間に配置されたフィルタとを備え、フィルタは、非疎水性の繊維を三次元状、且つ、不均一に編み込むことにより形成されている。
本発明によれば、結露水が原因の検出不良を起こすことなくガスの物理量を正確に検出することができる。
以下、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態となるガス物理量検出装置の構成について説明する。
〔第１の実施形態〕
始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施形態となるガス物理量検出装置の構成について説明する。
始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施形態となるガス物理量検出装置の構成について説明する。
本発明の第１の実施形態となるガス物理量検出装置１は、図１に示すように、ガス配管２の開口部３の周部に形成されたセンサ取付部４に取り付けられる構成になっており、ガス配管２内を流れるガスの濃度を検出する。本実施形態では、ガス物理量検出装置１とセンサ取付部４の間からガスが漏れることを防止するために、ガス物理量検出装置１とセンサ取付部４間を気密に封止するＯリング５が配置されている。
ガス物理量検出装置１は、センサ取付部４の底部に配置されたフィルタ６と、内部に検出素子室７を形成する管状のセンサ筐体８と、検出素子室７内の上部に配置された測温抵抗体を内部に含む素子カバー９と、測温抵抗体からの検出信号の送受信及び測温抵抗体への電力供給を行うハーネス１０とを主な構成要素として備え、測温抵抗体の温度変化から開口部３，フィルタ６，及び検出素子室７を介してガス配管２から測温抵抗体に到達したガスの濃度を検出する。本実施形態では、素子カバー９内に測温抵抗体を設けることによりガスの濃度を検出する構成としたが、素子カバー９内に設けるセンサの構成を変更することにより、温度，圧力等の物理量を検出するようにしてもよい。
フィルタ６は非疎水性の繊維を三次元状に不均一に編み込むことにより形成されている。なお物理量を検出するガスに水素が含まれる場合、繊維材料としてはステンレス鋼であるＳＵＳ３１６（１８％のＣｒ，１２％のＮｉ，２％のＭｏ，０．０８％以下のＣが添加されたステンレス鋼），ＳＵＳ３１６Ｌ（１８％のＣｒ，１２％のＮｉ，２％のＭｏ，０．０３％以下のＣが添加されたステンレス鋼）又はＳＵＳ３０４（１８％のＣｒと８％のＮｉを含むステンレス鋼）を用いることが望ましい。この繊維材料を用いることにより、水素の影響でフィルタ６が劣化することを防止し、水素環境下でも交換することなく連続して使用することができる。
このような構成のガス物理量検出装置１では、ガス配管２を流れるガス中に液水が含まれている場合、液水はフィルタ６によって遮られることにより検出素子室７内には浸入しないので、液水が素子カバー９に付着することにより検出不良が発生することを防止できる。また液水によってフィルタ６が詰まることによってガス配管２と検出素子室７間でガス交換ができなくなることがなく、ガスの物理量を正確に検出することができる。
一方、ガス配管２を流れるガス中に水蒸気が含まれている場合には、水蒸気はフィルタ６を通過し、検出素子室７内に浸入する。従って、検出素子室７内で水蒸気が凝縮することによって検出素子室７内に結露水が生じることがある。しかしながら、フィルタ６は非疎水性の繊維を三次元状に不均一に編み込むことにより形成されているので、フィルタ６表面は平面を構成することなく細かな凹凸形状を有する。またフィルタ６の内部では連続した空孔が大きさを変えながら繋がり、複数のガスのパスが存在する状態になっている。従って、フィルタ６の表面における空気層の割合は従来技術と比較して大きくなる。
一般に、水の表面張力は水の接触角によって決まり、複数の物体に跨った水の接触角は複数の物体それぞれに対する水の接触角に複数の物体の面積の割合を乗じた値によって決定される。従って、空気に対する水の接触角は０度であるので、空気層の割合が大きいフィルタ６に対する水の接触角は従来技術と比較して小さくなる。このため、表面張力によってフィルタ６表面に液膜が形成されることはなく、結露水は毛細管力によってフィルタ６の内部に浸透する。なおフィルタに親水処理を施すことによってもこのような効果が得られる可能性があるが、親水処理を活性化するためには温度を上げる等の処理が必要となり、コスト増加の要因になる。
フィルタ６の内部では連続した空孔が大きさを変えながら繋がっているので、フィルタ６に吸収された結露水は表面張力が強く働く箇所に集まり、液水で満たされない箇所が存在するようになる。またフィルタ６の上下面では常時ガスが出入りしているので、フィルタ６内に複数あるガスのパスが全て詰まることがない。従って、検出素子室７内に結露水が生じたとしても、検出素子室７内にガスが供給されなくなることはなく、ガスの物理量を正確に検出することができる。
フィルタ６の検出素子室７側表面に存在する空孔の大きさは、ガス配管２内を流れるガスの圧力に応じて、水素火炎の消炎径（大気圧では０．８ｍｍ程度）よりも小さくすることが望ましい。このような構成によれば、水素雰囲気状態で使用している際に万一火花が検出素子室７内で発生したとしても、ガス配管２側に火炎が燃え広がらず、検出素子室７内で火炎を抑えることができる。
検出素子室７内で発生した結露水がセンサ筐体８の内壁表面８ａで液膜を形成するように、内壁表面８ａに親水処理を施す又は内壁表面８ａの粗度を素子カバー９表面の粗度よりも大きくしてもよい。このような構成によれば、検出素子室７内で結露水が発生したとしても、内壁表面８ａに液滴が付着することがない。また検出素子室７の荒れた内壁表面８ａが結露水の発生核になることから素子カバー９表面に結露水が生成されることはない。従って素子カバー９に液水が付着して検出不良が発生することを防止できる。なお内壁表面８ａに撥水処理を施した場合も同様に内壁表面８ａに液滴が付着しないので、同様の技術的効果を得ることができる。
〔変形例〕
次に、図２(a)〜(d)を参照して、フィルタ６の変形例の構成について説明する。
次に、図２(a)〜(d)を参照して、フィルタ６の変形例の構成について説明する。
図２(a)に示すフィルタでは、繊維密度がフィルタ６の軸方向で異なり、検出素子室７側のフィルタ６ｂの繊維密度がガス配管２側のフィルタ６ａの繊維密度よりも小さくなっている。このような構成によれば、検出素子室７側のフィルタ６ｂの繊維密度が小さいので、検出素子室７内で生成された結露水は速やかにフィルタ６ｂ側で吸収され、結露水を効果的に排出することができる。
図２(b)に示すフィルタでは、繊維密度がフィルタ６の径方向で異なり、周縁部のフィルタ６ｂの繊維密度が中央部のフィルタ６ａの繊維密度よりも小さくなっている。ガス配管２と検出素子室７間でガス交換が行われる際、センサ取付部４の内壁面においてはガスの流速が０になる。従ってこのような構成によれば、周縁部のフィルタ６ｂの繊維密度が中央部のフィルタ６ａの繊維密度よりも小さいので、周縁部のフィルタ６ｂからの排水を促進させることができる。
図２(c)に示すフィルタでは、フィルタ６ａの検出素子室７側表面が凹部形状になっている。このような構成によれば、検出素子室７側表面が平面形状である場合と比較して検出素子室７に対するフィルタ６ａの表面積を大きくすることができるので、検出素子室７内で生成された結露水をより効果的に排出することができる。
図２(d)に示すフィルタでは、フィルタは層間に隙間を備える多層構造（図２(d)では３つのフィルタ６ａの３層構造）を有する。このような構成によれば、フィルタ６の空孔容積をより大きくすることができるので、多量の結露水が生成された場合やガス配管２から多量の液水が流れてきた場合であっても、検出素子室７内に液水が浸入することを効果的に防止することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態となるガス物理量検出装置の構成について説明する。
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態となるガス物理量検出装置の構成について説明する。
本発明の第２の実施形態となるガス物理量検出装置１は、図３に示すように、上記第１の実施形態となるガス物理量検出装置１におけるフィルタ６，センサ筐体８，及び素子カバー９の構成を変更したものである。そこで以下では変更点についてのみ説明し、その他の点については第１の実施形態となるガス物理量検出装置１と同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、センサ筐体８の内壁にセンサ取付部４の底部まで延伸する管状部材８ｂが設けられ、この管状部材８ｂにより検出素子室７が形成されている。そして管状部材８ｂの底部と内壁面にそれぞれフィルタ６ａ及びフィルタ６ｂが配置されている。本実施形態では、フィルタ６ａは検出素子室７内に配置されているが、ガス配管２と検出素子室７との間にあれば図１に示すように検出素子室７外に配置されてもよい。
フィルタ６ａは、フィルタ６と同一の部材により形成され、ガス配管２側表面は開口部３を介してガス配管２内に突出している。フィルタ６ａのガス配管２側表面をガス配管２内に突出させることにより、ガス配管２を流れるガスがフィルタ６ａが吸収した水分を持ち去るようにすることができるので、検出素子室７内の液水をより効果的に排出することができる。
フィルタ６ｂは、フィルタ６と同一の部材により形成され、管状部材８ｂの内壁面に設けられている。フィルタ６ｂを設けることにより、検出素子室７内で生成された結露水は検出素子室７の底部に加えて側壁部においても吸収されるようになるので、後述する検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂに液水が付着することを防止できる。またフィルタ６ａが結露水の発生核になることから、素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂの表面において結露水が生成されることも防止できる。
検出素子室７内には、細孔２１を有し、内部にガス検出用の測温抵抗体を含む検出素子カバー９ａと、参照用の測温抵抗体と参照用ガスを密封した参照素子カバー９ｂとが配置され、参照用の測温抵抗体の温度変化に基づいて補正をしつつ、ガス中の水素濃度に応じたガス検出用の測温抵抗体の温度変化から水素濃度を検出する熱伝導式水素センサが構成されている。このような構成によれば、水素濃度が高く、酸素が存在しない状態で且つ、水蒸気が存在したとしても、水素濃度を正確に検出することができる。
熱伝導式水素センサを用いる際、検出素子カバー９ａ内にガスの流れがあると、ガス検出用の測温抵抗体の温度がガスの熱伝導率だけでなく熱伝達率によっても変化するために、検出値にずれが生じてしまうことがある。このため、フィルタ６ａの厚さを少なくとも１０ｍｍ以上にしたり、ガス物理量検出装置１が取り付けられる位置におけるガス配管２の径を他の位置におけるガス配管２の径よりも大きくしたりすることにより、検出素子カバー９ａ内にガス流れが生じることを抑制することが望ましい。
フィルタ６ａが液水を吸収している状態において、ガス配管２内を流れるガス流量が急激に増加した場合、フィルタ６ａから検出素子室７方向に液水が飛散することがある。このため、検出素子カバー９ａとフィルタ６ａ間に数十ｍｍ程度の隙間を設けておくことが望ましい。このような構成によれば、飛散した液水が検出素子カバー９ａ表面に付着することを防止できる。
検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂ双方の表面に撥水処理を施しておくことが望ましい。このような構成によれば、フィルタ６ａが吸収している液水が検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂの表面に飛び跳ねた場合や、検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂの表面に結露水が生成された場合であっても、検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂの表面に液滴が付着した状態にはならず、検出不良が発生することを防止できる。
検出素子カバー９ａと参照素子カバー９ｂとの間には隙間を空けておくことが望ましい。このような構成によれば、検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂのどちらかの表面に液滴が付着した場合であっても、検出素子カバー９ａと参照素子カバー９ｂの間に跨って液膜が形成され、検出不良が発生することを防止できる。
検出素子室７の内壁と検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂとの間に隙間を形成しておくことが望ましい。このような構成によれば、検出素子室７の内壁と検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂの表面のどちらかに液滴が付着した場合であっても、検出素子室７の内壁と検出素子カバー９ａ及び参照素子カバー９ｂの表面との間に跨って液膜が形成され、検出不良が発生することを防止できる。
〔燃料電池システム〕
本発明に係るガス物理量検出装置は、例えば図４乃至図６に示すような燃料電池システム、及びこの燃料電池システムにより発電された電力を駆動源として利用する車両に適用することができる。以下、図４乃至図６を参照して、本発明に係るガス物理量検出装置の適用例１〜３となる燃料電池システムの構成について説明する。なおこの燃料電池システムを車両に搭載する場合には、本発明に係るガス物理量検出装置１の上側が鉛直上方になるように設置することが望ましい。但しこの際、ガス配管２は、水平方向に向いている必要はなく、傾斜していてもよい。また車両が傾いた際、本発明に係るガス物理量検出装置１が±４０°の傾きの範囲内に収まるようにすることが望ましい。
本発明に係るガス物理量検出装置は、例えば図４乃至図６に示すような燃料電池システム、及びこの燃料電池システムにより発電された電力を駆動源として利用する車両に適用することができる。以下、図４乃至図６を参照して、本発明に係るガス物理量検出装置の適用例１〜３となる燃料電池システムの構成について説明する。なおこの燃料電池システムを車両に搭載する場合には、本発明に係るガス物理量検出装置１の上側が鉛直上方になるように設置することが望ましい。但しこの際、ガス配管２は、水平方向に向いている必要はなく、傾斜していてもよい。また車両が傾いた際、本発明に係るガス物理量検出装置１が±４０°の傾きの範囲内に収まるようにすることが望ましい。
〔適用例１〕
図４に示す燃料電池システムは、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック３２を備える。燃料電池は、固体高分子型燃料電池により構成され、燃料極側及び酸化剤極側の触媒層とガス拡散電極により挟持された固体電解質膜とから成る膜電極接合体と、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ水素及び空気を供給するためのガス流路を有し膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える。燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
図４に示す燃料電池システムは、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック３２を備える。燃料電池は、固体高分子型燃料電池により構成され、燃料極側及び酸化剤極側の触媒層とガス拡散電極により挟持された固体電解質膜とから成る膜電極接合体と、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ水素及び空気を供給するためのガス流路を有し膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える。燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
〔燃料極〕 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１）
〔酸化剤極〕 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
燃料電池システムは、水素タンク３１及び水素調圧弁３４を備え、水素調圧弁３４によって水素タンク３１内の高圧水素を燃料電池スタック３２の運転条件に適した圧力まで圧力低下させた後、水素供給配管３３を介して燃料電池スタック３２の燃料極に水素を供給する。
〔酸化剤極〕 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
燃料電池システムは、水素タンク３１及び水素調圧弁３４を備え、水素調圧弁３４によって水素タンク３１内の高圧水素を燃料電池スタック３２の運転条件に適した圧力まで圧力低下させた後、水素供給配管３３を介して燃料電池スタック３２の燃料極に水素を供給する。
燃料極の出口側には、燃料極から排出されたガスを水素供給配管３３に循環させる水素循環配管３５及び循環ポンプ３６が設けられている。また水素循環配管３５には、燃料極から排出されたガスを系外に排出する水素排出配管３７と、水素排出配管３７を開閉する水素排出開閉弁３８が設けられている。
燃料電池システムはコンプレッサ３９を備え、コンプレッサ３９は空気供給配管４０を介して燃料電池スタック３２の酸化剤極に圧縮空気を供給する。酸化剤極の出口側には、酸化剤極から排出された空気を系外に排出する空気排出配管４１と、空気排出配管４１を開閉する空気排出開閉弁４２が設けられている。
この燃料電池システムでは、本発明に係るガス物理量検出装置１は、水素排出配管３５に設けられ、燃料極から排出されたガス中に含まれる水素の濃度を検出する。そしてガス物理量検出装置１により検出された水素濃度に応じて水素調圧弁３４や水素排出開閉弁３８の開度を制御する。
この適用例１では、本発明に係るガス物理量検出装置１は循環ポンプ３６の上流側に設けられているが、循環ポンプ３６の下流側や水素調圧弁３４の下流側の水素供給配管３３に設けるようにしても良い。但し、循環ポンプ３６の下流側に設けた場合、循環ポンプ３６の上流側に設けた場合と比較してガスの流速が速くなるために、検出誤差を大きくする要因になる。
また水素供給配管３３に設けた場合には、循環ポンプ３６の上流側に設けた場合と比較して、常に高い水素濃度を検出することになり、またガス流量が大きくなるために、検出誤差を大きくする要因になる。このことから、本発明に係るガス物理量検出装置１は循環ポンプ３６の上流側に設けることが望ましい。
〔適用例２〕
図５に示す燃料電池システムは、水素循環配管３５及び循環ポンプ３６を備えず、燃料極から排出された水素は水素排出配管３７及び水素排出開閉弁３８を介してそのまま系外に排出される。この燃料電池システムでは、本発明に係るガス物理量検出装置１は、適用例１と同様に水素排出配管３５に設けられ、燃料極から排出されたガス中に含まれる水素の濃度を検出する。そしてガス物理量検出装置１により検出された水素濃度に応じて水素調圧弁３４や水素排出開閉弁３８の開度を制御する。
図５に示す燃料電池システムは、水素循環配管３５及び循環ポンプ３６を備えず、燃料極から排出された水素は水素排出配管３７及び水素排出開閉弁３８を介してそのまま系外に排出される。この燃料電池システムでは、本発明に係るガス物理量検出装置１は、適用例１と同様に水素排出配管３５に設けられ、燃料極から排出されたガス中に含まれる水素の濃度を検出する。そしてガス物理量検出装置１により検出された水素濃度に応じて水素調圧弁３４や水素排出開閉弁３８の開度を制御する。
〔適用例３〕
図５に示す燃料電池システムは図４に示す燃料電池システムと同じ構成を有する。この燃料電池システムでは、本発明に係るガス物理量検出装置１（１ａ，１ｂ，１ｃ）は、水素排出配管３５に加えて空気排出配管４１とシステム外の位置にも設けられており、それぞれ燃料極，酸化剤極，及びシステムから排出されたガス中に含まれる水素の濃度を検出する。システム外の位置としては、燃料電池スタック３２の付近や、車両用の燃料電池システムである場合にはキャビン内等を例示することができる。このような構成によれば、高加湿ガスが流れる空気排出配管４１内への水素のリークや燃料電池システムからの水素のリークを検出することができる。
図５に示す燃料電池システムは図４に示す燃料電池システムと同じ構成を有する。この燃料電池システムでは、本発明に係るガス物理量検出装置１（１ａ，１ｂ，１ｃ）は、水素排出配管３５に加えて空気排出配管４１とシステム外の位置にも設けられており、それぞれ燃料極，酸化剤極，及びシステムから排出されたガス中に含まれる水素の濃度を検出する。システム外の位置としては、燃料電池スタック３２の付近や、車両用の燃料電池システムである場合にはキャビン内等を例示することができる。このような構成によれば、高加湿ガスが流れる空気排出配管４１内への水素のリークや燃料電池システムからの水素のリークを検出することができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
１：ガス物理量検出装置
２：ガス配管
３：開口部
４：センサ取付部
５：Ｏリング
６：フィルタ
７：検出素子室
８：センサ筐体
９：素子カバー
１０：ハーネス
２：ガス配管
３：開口部
４：センサ取付部
５：Ｏリング
６：フィルタ
７：検出素子室
８：センサ筐体
９：素子カバー
１０：ハーネス
Claims (19)
- ガス流路内を流れるガスの物理量を検出する検出素子と、
前記検出素子が配置され、ガス流路内のガスを前記検出素子に供給する検出素子室と、
前記ガス流路と前記検出素子室との間に配置されたフィルタとを備え、
前記フィルタは、非疎水性の繊維を三次元状、且つ、不均一に編み込むことにより形成されていること
を特徴とするガス物理量検出装置。 - 請求項１に記載のガス物理量検出装置において、前記繊維はＳＵＳ３１６又はＳＵＳ３０４であることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１又は請求項２に記載のガス物理量検出装置において、前記フィルタの前記検出素子室側表面における繊維間の隙間の大きさが水素火炎の消炎径より小さいことを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記フィルタは層間に隙間を備える多層構造を有することを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記フィルタの周縁部における繊維密度が中央部における繊維密度より低いことを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記フィルタの前記検出素子室側の繊維密度が前記ガス流路側の繊維密度より低いことを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記フィルタの前記ガス流路側表面が前記ガス流路内に突出していることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記フィルタの前記検出素子室側表面が凹部形状になっていることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記検出素子室の内側側壁面に非疎水性の繊維を三次元状、且つ、不均一に編み込むことにより形成されたフィルタを備えることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記検出素子室の内側壁面に撥水処理が施されていることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記検出素子室の内側壁面に親水処理が施されていることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記検出素子を収容するカバー部材を有し、前記検出素子室の内側壁面の表面粗さが前記カバー部材の検出素子室側表面の表面粗さよりも大きいことを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項１２のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置において、前記検出素子を収容するカバー部材を有し、前記カバー部材の検出素子室側表面に撥水処理が施されていることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１２又は請求項１３に記載のガス物理量検出装置において、前記検出素子室内に配置された参照用の検出素子と、前記参照用の検出素子を収容する第２カバー部材とを備え、前記カバー部材にはガス導入孔が形成され、前記検出素子により検出された物理量と前記参照用の検出素子により検出された物理量とによりガスの物理量を検出するガス物理量検出装置。
- 請求項１４に記載のガス物理量検出装置において、前記カバー部材と前記第２カバー部材との間に隙間が形成されていることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１４又は請求項１５に記載のガス物理量検出装置において、前記カバー部材及び第２カバー部材と前記検出素子室の内側側壁との間に隙間が形成されていることを特徴とするガス物理量検出装置。
- 請求項１乃至請求項１６のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置が燃料電池の燃料極にガスを供給する配管及び／又は燃料極から排出されたガスが流れる配管に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１乃至請求項１６のうち、いずれか１項に記載のガス物理量検出装置を用いてシステムからの水素漏れを検出することを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１７又は請求項１８に記載の燃料電池システムにより発電された電力を駆動源として利用する車両。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007230161A JP2009063352A (ja) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | ガス物理量検出装置，燃料電池システム，車両 |
| US12/146,817 US20090061261A1 (en) | 2007-09-05 | 2008-06-26 | Gas physical quantity detecting device, fuel cell system and vehicle |
| EP08163633A EP2034307A1 (en) | 2007-09-05 | 2008-09-03 | Gas physical quantity detecting device, fuel cell system and vehicle |
| CA002639338A CA2639338A1 (en) | 2007-09-05 | 2008-09-05 | Gas physical quantity detecting device, fuel cell system and vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007230161A JP2009063352A (ja) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | ガス物理量検出装置，燃料電池システム，車両 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009063352A true JP2009063352A (ja) | 2009-03-26 |
Family
ID=40020774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007230161A Pending JP2009063352A (ja) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | ガス物理量検出装置，燃料電池システム，車両 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090061261A1 (ja) |
| EP (1) | EP2034307A1 (ja) |
| JP (1) | JP2009063352A (ja) |
| CA (1) | CA2639338A1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013506240A (ja) * | 2009-09-25 | 2013-02-21 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 作動固有ガスのパラメータを測定する装置を備えた電気化学反応器、例えば燃料電池又は電解装置 |
| JP2016046852A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | スズキ株式会社 | 燃料電池二輪車 |
| JP2016193810A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 富永 淳 | 導管からの水素漏洩監視システム |
| JP2017054609A (ja) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
| JP2017094915A (ja) * | 2015-11-24 | 2017-06-01 | スズキ株式会社 | 燃料電池車両の水素検出装置 |
| CN113490836A (zh) * | 2019-03-04 | 2021-10-08 | 日立安斯泰莫株式会社 | 物理量检测装置 |
| JP2021176121A (ja) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 水素漏れ検知機構 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8196448B2 (en) * | 2010-01-20 | 2012-06-12 | GM Global Technology Operations LLC | Hydrogen sensor assembly |
| US8946833B2 (en) * | 2012-10-22 | 2015-02-03 | Freescale Semiconductor, Inc. | Packaging for semiconductor sensor devices and methods |
| CN105527414B (zh) * | 2015-12-31 | 2018-10-30 | 无锡市尚沃医疗电子股份有限公司 | 利用一个气体传感器测量多种呼出气体浓度的方法和装置 |
| DE102022131802A1 (de) * | 2022-11-30 | 2024-06-06 | Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH | Drucksensorelement |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3404257B2 (ja) * | 1997-07-11 | 2003-05-06 | 三菱電機株式会社 | 圧力センサ装置 |
| US7479255B2 (en) * | 2001-11-15 | 2009-01-20 | Riken Keiki Co., Ltd. | Gas sensor |
| WO2003104796A1 (en) * | 2002-06-05 | 2003-12-18 | Snap-On Technologies, Inc. | Portable vehicle exhaust analyzer module |
| US7544431B2 (en) * | 2003-04-10 | 2009-06-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Regulated hydrogen production system |
| US7418855B2 (en) * | 2004-09-03 | 2008-09-02 | Honda Motor Co., Ltd. | Gas sensor and control method therefor |
| US20060118416A1 (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-08 | Honeywell International, Inc. | Electrochemical sensor system |
| JP2007230161A (ja) | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Nippon Zeon Co Ltd | 射出成形体の製造方法 |
-
2007
- 2007-09-05 JP JP2007230161A patent/JP2009063352A/ja active Pending
-
2008
- 2008-06-26 US US12/146,817 patent/US20090061261A1/en not_active Abandoned
- 2008-09-03 EP EP08163633A patent/EP2034307A1/en not_active Withdrawn
- 2008-09-05 CA CA002639338A patent/CA2639338A1/en not_active Abandoned
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013506240A (ja) * | 2009-09-25 | 2013-02-21 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 作動固有ガスのパラメータを測定する装置を備えた電気化学反応器、例えば燃料電池又は電解装置 |
| JP2016046852A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | スズキ株式会社 | 燃料電池二輪車 |
| JP2016193810A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 富永 淳 | 導管からの水素漏洩監視システム |
| JP2017054609A (ja) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
| JP2017094915A (ja) * | 2015-11-24 | 2017-06-01 | スズキ株式会社 | 燃料電池車両の水素検出装置 |
| CN113490836A (zh) * | 2019-03-04 | 2021-10-08 | 日立安斯泰莫株式会社 | 物理量检测装置 |
| JP2021176121A (ja) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 水素漏れ検知機構 |
| US11637299B2 (en) | 2020-05-01 | 2023-04-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen leakage detection system |
| JP7334672B2 (ja) | 2020-05-01 | 2023-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | 水素漏れ検知機構 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2034307A1 (en) | 2009-03-11 |
| CA2639338A1 (en) | 2009-03-05 |
| US20090061261A1 (en) | 2009-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2009063352A (ja) | ガス物理量検出装置，燃料電池システム，車両 | |
| EP2481117B1 (fr) | Réacteur électrochimique,tel qu'une pile a combustible ou un électrolyseur, équipé d'un dispositif de mesure d'un paramètre d'un gaz spécifique de l'opération dudit réacteur | |
| JP4634143B2 (ja) | 流体分離装置 | |
| US20020110714A1 (en) | Gas humidification device for operation, testing, and evaluation of fuel cells | |
| US10816502B2 (en) | Using a biased electrochemical sensor for acrylonitrile detection | |
| US20060220267A1 (en) | Vaporizing device and liquid absorbing member | |
| US20130095402A1 (en) | Fuel cell and method of operating the fuel cell | |
| US20230194461A1 (en) | Electrochemical gas sensor assembly | |
| JP2020122731A (ja) | ガスセンサ | |
| RU2534750C2 (ru) | Датчик, содержащий газоотводный элемент | |
| JP4760469B2 (ja) | 加湿装置および燃料電池システム | |
| US20120251909A1 (en) | Pressure-based liquid level detection and control for a fuel cell stack assembly | |
| US7977010B2 (en) | PEM fuel cell system with a porous hydrophobic plug for maintaining system back pressure and methods for designing the plug and for designing systems for using the plug | |
| US10948452B2 (en) | Sensing electrode oxygen control in an oxygen sensor | |
| JP2019128182A (ja) | ガス特性検出装置、燃料電池システム | |
| US20100040935A1 (en) | Fuel cell element electrode | |
| RU2577033C2 (ru) | Увлажнительный элемент | |
| JP2005302709A5 (ja) | ||
| JP2010096727A (ja) | ガス検出器 | |
| JP4630133B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP4167602B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
| KR100823319B1 (ko) | 하이브리드 산소 가스 센서 | |
| JP2008070165A (ja) | センサ装置 | |
| JP2005214685A (ja) | ガス漏洩検出装置 | |
| US8916313B2 (en) | Fuel cell |