JP2010002217A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス検出室25を形成する有底の円筒型のケース20の開口部を閉塞するベース部33に縁部33aを形成し、ベース部33を、縁部33aを介して結露防止ヒータ51で加熱する。そして、ガス検出室25内のオフガスを、ケース20の半径方向の温度差を生じないように、ベース部33で加熱する構成とした。
【選択図】図3
Description
ところで、オフガスには、燃料電池の電極反応で発生した水蒸気(水分)が多く含まれることから、オフガスに含まれる水分が、水素センサの検出素子や水素センサのガス検出室を形成するケース等で結露する場合がある。そして結露水が、水素センサのガス検出素子に付着すると、水素センサの劣化や検出精度の低下などの問題が発生する。
この場合、ガス検出室内のオフガスにガス検出室の半径方向の温度差が生じ、中心部の温度が低いと、中心部の温度を高めるためにヒータでの加熱が必要になり、仮にガス検出室の周縁部でオフガスの温度が充分に高い場合であっても、オフガスをヒータで加熱することになる。このことによって、消費電力が増大するという問題もある。
図1は、本実施形態に係る水素センサの平面図、図2は、図1におけるX1−X1断面図、図3は、水素センサの検出部の構造を示す図である。
図1に示すように、本実施形態に係る水素センサ(ガスセンサ)1は、本体10と、本体10の下面に備わる検出部2を含んでなり、検出部2は、本体10の下面に形成された、有底の円筒型のケース20と、ケース20に収容されたガス検出素子31、31と、ケース20の外周に沿って配設される結露防止ヒータ(ヒータ)51を主に備えてなる。
そして、ケース20の内部空間がガス検出室25になり、ガス検出室25の温度を測定する温度センサ34が備わる。
このような構成の水素センサ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)の水素濃度を検出する場合や、その他、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の車内の水素濃度を検出する場合に使用される。
また、底壁部23の中央には、円形の貫通穴が形成されている。そして、この貫通穴がガス導入口24になり、オフガスのガス検出室25への出入口となる。
ケース20は、熱伝導性を有する、例えば、PPS、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、エポキシ等の樹脂や、ステンレス、アルミニウム合金等の金属で形成される。
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体から構成される。
そして、制御基板11の制御によってフィルタ加熱ヒータ43が発熱すると、撥水フィルタ41及び防爆フィルタ42が直接的に加熱される。
なお、図3に示すように、フィルタ加熱ヒータ43には、オフガスを通過させるための複数の貫通孔43aが形成されている。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼方式である場合、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、燃焼する際に発生する熱を利用し、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、ベース部33の周縁部には縁部33aが形成される。縁部33aは、円周に沿って外側に広がった部分の端部が下方に折れ曲がって形成され、断面形状が逆L字型を呈する。
そして、縁部33aは、下方に折れ曲がった部分がケース20の周壁部22の端部を外側から覆うように構成される。
さらに、結露防止ヒータ51は、ガス検出室25内のオフガスをケース20を介して加熱できる。
また、円筒型の結露防止ヒータ51の一端の側は半径方向に広がって拡径部51aが形成され、拡径部51aは、ケース20の周壁部22の外周の端部を覆うベース部33の縁部33aを、外側から覆う構成が好適である。
以上のように、縁部33aが、結露防止ヒータ51が発する熱をベース部33に伝熱する第1伝熱部材になる。
すなわち、ガス検出室25に導入されたオフガスは、ケース20の半径方向の温度差を生じないように、ベース部33によって加熱される。
前記したように、ガス検出室25内のオフガスがベース部33によって加熱されると、ガス検出素子31の周囲のオフガスは温度が高くなる。したがって、ガス検出素子31の周囲のオフガスは結露しにくくなり、ガス検出素子31での結露を防止できる。
したがって、ガス検出室25内のオフガスに生じる、ガス検出室25の半径方向の温度差を、底壁部23の側に向かって小さくできる。
その結果、仮にガス検出室25の周縁部でオフガスの温度が充分に高い場合であっても、温度センサ34が検出する温度が低くなり、温度センサ34が検出する温度に基づいて結露防止ヒータ51の発熱を制御する制御基板11は、結露防止ヒータ51の発熱を継続する。したがって、結露防止ヒータ51での消費電力が増える。
換言すると、ガス検出室25の周縁部でオフガスの温度が充分に高くなると、温度センサ34が検出する温度も高くなり、制御基板11は結露防止ヒータ51の発熱を停止する。したがって、結露防止ヒータ51における消費電力を抑制できる。
したがって、ガス導入口24を介してガス検出室25内に導入されたオフガスの温度が低い場合であっても、ガス検出室25におけるオフガスの温度を速やかに高めることができ、オフガスの結露を防止できる。
図4に示すように、ベース部33に縁部33a(図3参照)を形成せず、結露防止ヒータ51の熱を伝熱する伝熱プレート35を備える構成であってもよい。
伝熱プレート35は、例えば円盤状のベース部33の周縁部を覆う平面部35aと、平面部35aの周囲がベース部33の本体10からの突出に沿って屈曲して、さらに外側に広がり、外側に広がった周囲が下方に折れ曲がって形成される伝熱部35bとからなる。
すなわち、伝熱プレート35の伝熱部35bは、平面部35aの周囲に溝状に形成される。そして、ケース20の周壁部22が溝状の伝熱部35bに嵌合するように組み込まれ、伝熱部35bの下方に折れ曲がった部分は、ケース20の周壁部22の端部を外側から覆うように構成される。
本実施形態に係る水素センサ1は、図5に示すように、ベース部33のガス検出室25側の面を凹面形状にして、ベース部33が上方になるように水素センサ1をオフガス配管105(図2参照)に備えたときに、ベース部33の中心部が高くなる構成としてもよい。
図5に示すように、ガス検出室25の側でベース部33を凹面形状にして、ベース部33が上方になるように水素センサ1をオフガス配管105(図2参照)に備えた場合、周壁部22の側で加熱された温度の高いオフガスは、矢印で示すように、ベース部33の凹面形状に沿って上昇する。その結果、ガス検出室25内にオフガスの対流が発生して、ガス検出室25内におけるオフガスの温度分布を一様にすることができる。
また、ベース部33の中央部に結露した結露水を、凹面形状に沿って周壁部22の側に流すことができ、さらに周壁部22の内周面22a(図3参照)に沿って下方に流すことができる。
この構成によると、ベース部33と対向する底壁部23の側は、周壁部22からのみ加熱されるため、ガス検出室25内のオフガスには、ケース20の半径方向の温度差が生じる場合がある。
そこで、例えば底壁部23の側からもガス検出室25内のオフガスを加熱する構成としてもよい。
図6の(a)に示すように、底部伝熱プレート(第2伝熱部材)26は、ケース20の底壁部23の形状と等しく形成され、ケース20が有底の円筒型の場合、底部伝熱プレート26の平面形状は円盤形状になる。
底部伝熱プレート26は、ガス検出室25の側から底壁部23を覆うように配設され、ガス検出室25内のオフガスと直接接触する。
さらに、底部伝熱プレート26の中心には、ガス導入口24と略同形の開口部26aがあり、ガス導入口24を介してガス検出室25に導入されるオフガスの流れを妨げない構成とする。
伝熱部26bの先端は、ケース20の周壁部22を貫通孔22bを介して貫通し、周壁部22の外周に沿うように、上方に折り曲げられる。
このように底部伝熱プレート26が備わるケース20は、例えばケース20を成形する金型に、金属のプレス加工品である底部伝熱プレート26をあらかじめインサートしておくインサート成形によって作成できる。
制御基板11(図2参照)の制御によって結露防止ヒータ51が発熱すると、伝熱部26bは外側から結露防止ヒータ51によって加熱され、その熱が底部伝熱プレート26に伝熱する。すなわち、底部伝熱プレート26は結露防止ヒータ51によって直接加熱され、温度分布が一様な発熱体となる。
したがって、ガス検出室25内のオフガスに生じる、ケース20の半径方向の温度差を、ベース部33の側に向かって小さくできる。
さらに、ケース20の底壁部23(図3参照)には、第2伝熱部材である底部伝熱プレート26(図6の(a)参照)を配設し、底壁部23の側からガス検出室25のオフガスを加熱する構成とした。この構成によって、ガス検出室25内のオフガスに生じる、ケース20の半径方向の温度差をさらに小さくできる。
そして、ケース20の半径方向の温度差を小さくすることで、ガス検出室25内におけるオフガスの結露を好適に防止できるとともに、結露防止ヒータ51による消費電力を好適に抑制できるという優れた効果を奏する。
11 制御基板(制御手段)
20 ケース
22 周壁部
23 底壁部
24 ガス導入口
25 ガス検出室
26 底部伝熱プレート(第2伝熱部材)
31 ガス検出素子
33 ベース部
33a 縁部(第1伝熱部材)
34 温度センサ
35 伝熱プレート(第1伝熱部材)
51 結露防止ヒータ(ヒータ)
Claims (4)
- ケース内に形成されるガス検出室と、
前記ガス検出室に臨むように備わるガス検出素子を固定するベース部と、
前記ガス検出室にガスを導入するガス導入口と、
前記ガス導入口から前記ガス検出室に導入された前記ガスを、前記ケースを介して加熱するヒータと、を有するガスセンサであって、
前記ヒータの熱を前記ベース部に伝熱する第1伝熱部材を備えることを特徴とするガスセンサ。 - 前記ケースは、有底の円筒型であって、
前記ベース部は、前記ケースの開口部を閉塞するとともに前記ガス検出室に導入された前記ガスと接触し、
前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記ベース部によって加熱されることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記ヒータで直接加熱される第2伝熱部材が、前記ガス検出室の側から前記ケースの底壁部を覆うように配設され、
前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記第2伝熱部材によって加熱されることを特徴とする請求項2に記載のガスセンサ。 - 前記ガス検出室に導入された前記ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケースの開口部の中心位置で前記ベース部に固定されて備わるとともに、
前記温度センサが検出する前記ガスの温度に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段が備わること、を特徴とする請求項2または請求項3に記載のガスセンサ。
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