JP2010002197A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスを検出するガス検出素子31と、ガスが取り込まれるガス検出室25を有すると共に、その内壁面に取り付けられたガス検出素子31を収容する素子収容部と、素子収容部の内外へガスを通流させるガス通流部43と、ガス検出室25の内壁面に沿って設けられ、ガス検出室25内を加熱するヒータ51と、を備える水素センサ1であって、ガス検出素子31とガス通流部43との間にガス検出素子31へガスを通流させる通流孔61aを有し、ガス通流部43を通過したガスが、ガス検出素子31に直接当たることを阻止する阻止部材61を備えることを特徴とする水素センサ1である。
【選択図】図3
Description
このように、結露水が気化されることによって、結露水を水蒸気として外部へ排出することが可能となり、これにより、素子収容部内が結露水で満たされてしまうのを防止することができることから、ガスセンサがガス濃度を正確に検出することができる。
このように、多くの結露水が気化されることによって、素子収容部内の湿度が低下し、ガス検出素子における結露を防止することができる。このように、ガス検出素子における結露を防止することができることから、ガスセンサがガス濃度を正確に検出することができる。
図1から図5に示すように、本実施形態に係る水素センサ1(ガスセンサ)は、ケース10と、ケース10の下面に形成されたハウジング20と、ハウジング20に収容されたガス検出素子31、31と、ハウジング20の開口部24に設けられた積層体40と、ハウジング20内に配置されたヒータ51と、阻止部材61と、を主に備えている。
このような水素センサ1は、例えば、燃料電池システムにおいて燃料電池から排出されたオフガスが流れるオフガス配管105(図2参照)中の水素濃度を検出する場合や、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車の車内の水素濃度を検出する場合に使用される。
ケース10は、その外形が直方体形状であって、例えば、ポリフェニレンサルファイド製の容器であり、制御基板11を収容している。ケース10の長手方向の両端にはフランジ部12、12が形成されており、各フランジ12にはカラー13が取り付けられている。そして、図2に示すように、各カラー13に挿入されたボルト14が、オフガスの流れるオフガス配管105に形成された取付座105Aに締結されることで、水素センサ1がオフガス配管105に固定されるようになっている。
制御基板11は、ガス検出素子31、31からの信号に基づいて、水素濃度を算出する機能と、温度湿度センサ(図示しない)が検出したガス検出室25の温度及び湿度に基づいて、ヒータ51の出力を制御する機能と、を備えている。
ハウジング20は、略有底円筒体であって、オフガス配管105に嵌合している(図2参照)。そして、ハウジング20とオフガス配管105との間には、Oリング21が介設され気密性が高められており、オフガスが漏れないようになっている。
ガス検出素子31、31は、ガス検出室25に取り込まれたオフガス中の水素濃度を検出する素子であり、ガス検出室25内に配置されている。詳細には、ガス検出素子31、31は、金属製のステー32、32を介してベース33(端子台)に固定されており、ガス検出素子31、31が取り付けられたベース33が、ケース10の下面に固定されている。また、ガス検出素子31、31は、制御基板11と接続されており(図2参照)、制御基板11は、水素濃度を検知するようになっている。なお、ベース33は、ハウジング20と同様に、熱伝導性を有する材料から形成されている。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子31は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発する熱を利用し、検出素子と温度補償素子との間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子31は検出素子と検知素子との対により構成され、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度が検出される。
積層体40は、撥水フィルタ41と、防爆フィルタ42と、を備え、ガス検出素子31から遠ざかるオフガス配管105に向かって、防爆フィルタ42、撥水フィルタ41の順で積層されることで一体に構成された、2層構造を有する薄型の円盤体である。そして、積層体40は、開口部24に蓋をするようにハウジング20に設けられている。
防爆フィルタ42は、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質から構成される。
なお、ガス通流部43を、ハウジング20の底壁部23に備える構成としているが、ハウジング20の周壁部22に備える構成としてもよい。
ヒータ51は、ガス検出室25の内壁面に沿って配置された略有底円筒状の電気ヒータである。詳細には、ヒータ51は、筒状の周壁部52と、その中心に開口部53aが形成されたリング状を呈する底壁部53と、を備えている。このようなヒータ51は、例えば、PTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータやセラミックスヒータから構成され、周壁部52と底壁部53とは一体に構成され、一体で発熱するようになっている。
なお、ベース33の下面33aにヒータ51をさらに設け、ヒータ51で素子収容部に取り込まれたガスを加熱する構成としてもよい。
ちなみに、このように結露を防止するようにしても、なお完璧を期すことが要望されており、この要望を下記の阻止部材61で満足させる。
阻止部材61は、本実施形態では、樹脂材料等よりも熱伝導性が高く、また、さびに強い材料である、例えば、ステンレス鋼(SUS)等からなる金属製の板材であって、ガス通流部43を通過したガスが、ガス検出素子31、31に直接当たることを阻止する部材である。
ガス通流部43を通過してくるガスは、水蒸気のほかに、積層体40(撥水フィルタ41及び防爆フィルタ42)を通過するような微小な液滴を含んでいる場合があるが、そのような微小な液滴は、ガスの流れが、阻止部材61に当たった時に、その表面に付着してガスから分離される。また、ガスに含まれる水蒸気も阻止部材61の表面に凝縮してガスから分離される。
ちなみに、水蒸気は、水滴になった方が、エネルギ的に安定なので、飽和、過飽和の場合は、凝縮しやすい。また、すでに水滴がある場合は、それに吸収された方が、エネルギ的に安定である。このことから、ガスがこの阻止部材61に当たることで、その阻止部材61において水蒸気が結露する等、阻止部材61に水滴が付着する。
また、阻止部材61は、ガス検出室25内に配置されており、詳細には、阻止部材の周縁は、ヒータ51の周壁部52に固定されている(図3参照)。
なお、阻止部材61の通流孔61aの大きさ及び数については、同一及び複数に限定されるものではなく、異なる大きさ及び単数であってもよい。
なお、阻止部材61の通流孔61aの位置は、通流孔61aと、ガス検出素子31、31とが、少なくとも一直線状に配置されない(重ならない)ように、形成されればよい。
このように水滴が、阻止部材61に沿ってヒータ51に誘導されることによって、ヒータ51の周壁部52に集まることとなり、ヒータ51の熱によって、水滴が気化される。この水滴は、水蒸気として、ガス通流部43を介して、素子収容部の外部へ排出される。
なお、阻止部材の形状は、逆おわん型に限定されるものではなく、水滴がヒータ51に誘導される形状であれば、例えば、花びら型でもよい。
このような水素センサ1によれば、主に以下の効果を得ることができる。
(1)ガス通流部43を通過したガスが、ガス検出素子31、31に直接当たることを阻止する阻止部材61を備えることによって、ガス検出素子31、31にガスが直接当たらないことから、ガス検出素子31、31における結露を防止することができる。また、ガス通流部43を通過したガスが、阻止部材61に当たることで、その阻止部材61において水蒸気が結露する等、阻止部材61に水滴が付着することから、ガス検出素子31、31における結露を防止することができる。
(2)そして、阻止部材61は、その結露した水滴(結露水)をヒータ51に誘導するように形成されていることから、水滴はヒータ51の周壁部52に集まり、ヒータ51の熱によって、気化される。このように、結露水が気化されることによって、結露水を水蒸気として外部へ排出することが可能となり、これにより、素子収容部内が結露水で満たされてしまうのを防止することができる。
(3)このようにガス検出素子31、31における結露を防止することができることから、水素センサ1が水素濃度を正確に検出することができる。
また、この円盤体82を設ける場合には、阻止部材91の通流孔91aの位置は、ガス通流部43と、通流孔91aと、ガス検出素子31、31とが、一直線状に配置されない(重ならない)よう、図10に示すように形成される。
なお、当該図8の阻止部材91は、便宜上周方向にずらして記載している。
また、フレーム81(脚)と円盤部82とからなる円盤体80を設ける場合は、撥水フィルタ41と、防爆フィルタ42とからなる円盤体を、中心に開口部が形成されたリング状としてもよい。
また、このフレーム81(脚)の個数については、図9では4個のものを図示したが、特に限定されず、複数個あってもよい。
20 ハウジング(素子収容部)
22a 内周面(内壁面)
23a 底面(内壁面)
24 開口部
25 ガス検出室
31 ガス検出素子
33 ベース(素子収容部)
33a 下面(内壁面)
41 撥水フィルタ
42 防爆フィルタ
43 ガス通流部
51 ヒータ
61、71、91 阻止部材
61a、71a、91a 通流孔
Claims (3)
- ガスを検出するガス検出素子と、
ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた前記ガス検出素子を収容する素子収容部と、
前記素子収容部の内外へガスを通流させるガス通流部と、
前記ガス検出室の内壁面に沿って設けられ、前記ガス検出室内を加熱するヒータと、を備えるガスセンサであって、
前記ガス検出素子と前記ガス通流部との間に前記ガス検出素子へガスを通流させる通流孔を有し、前記ガス通流部を通過したガスが、前記ガス検出素子に直接当たることを阻止する阻止部材を備える
ことを特徴とするガスセンサ。 - 前記阻止部材は、ガスが前記阻止部材に当たることでその阻止部材において結露した水滴を前記ヒータに誘導する誘導部材である
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記阻止部材は、前記ガス通流部と対向する側が閉塞した有底筒状に形成されると共に、その内部に前記ガス検出素子を収容しつつ、その側部に前記通流孔を備える
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ。
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