JP2015219159A

JP2015219159A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2015219159A
Application number: JP2014103804A
Authority: JP
Inventors: 曽篠　雅彦; Masahiko Soshino; 雅彦曽篠; 大石　英俊; Hidetoshi Oishi; 英俊大石; 俊二塚林; Shunji Tsukabayashi; 一博岡島; Kazuhiro Okajima
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: JP6312205B2

Abstract

【課題】高温多湿混合ガス環境下においても撥水膜の破れ・弛みを防止することができるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、ガス検出室１０、ガス流通部１００、ガス検出素子２を備える。ガス検出室１０は、ガスを収容する。ガス流通部１００は、ガス検出室に設けられ、ガスが流通する。ガス検出素子２は、ガス検出室１０に設けられ、ガスを検出する。ガス流通部１００は、第１の保護プレート１５、撥水膜１２、第２の保護プレート１５を積層して構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

従来、例えば、水分を含む高温多湿混合ガス中で検知対象ガスに含まれる可燃性ガスを検出するガスセンサとして、撥水膜を備え、ガス検出素子周辺に結露発生を防止するためにヒータを備え、ガス検出室内部の結露発生を防止するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２００３/０４２６７８号

特許文献１に開示されるような技術では、配管内を流れる水分を含んだ高温多湿混合ガスがガスセンサに備えた撥水膜を透過してセンサ室内に侵入し、センサ室内で結露した場合に、撥水膜上に結露水が溜まり、撥水膜自体が破れたり弛んだりすることがあった。そのため、ガスセンサのガス検出精度、ガス検出素子の寿命、感度に影響を与える虞があった。

本発明の目的は、高温多湿混合ガス環境下においても撥水膜の破れ・弛みを防止することができるガスセンサを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ガスを収容するガス検出室と、前記ガス検出室に設けられ、ガスが流通するガス流通部と、前記ガス検出室に設けられ、ガスを検出するガス検出素子と、を備え、前記ガス流通部は、第１のプレート、撥水膜、第２のプレートを積層して構成されるようにしたものである。

本発明によれば、高温多湿混合ガス環境下においても撥水膜の破れ・弛みを防止することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態によるガスセンサの断面図である。グロメット、撥水膜、保護プレートから構成されるガス流通部の製造方法を説明するための図であるグロメットの固定方法の一例を示す図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態によるガスセンサの構成及び効果を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

＜ガスセンサの構成＞
最初に、図１を用いて、ガスセンサの構成を説明する。図１は、本発明の実施形態によるガスセンサ１の断面図である。

ガスセンサ１は、水分を含む高温多湿混合ガス環境下において、ガスが流れる配管１７に設置されている。ガスセンサ１には、例えば、触媒燃焼式、触媒酸化式、半導体または固体電解質式の各種センサが使用できる。ガスセンサ１は、例えば、燃料電池自動車、燃料電池システムなどに適用され、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水素を検出する。

ガスセンサ１は、ガス検出素子２、ステム３、キャップ４、検出素子ホルダ５、フランジ６、プレート７、空気層８、ヒータホルダ９、ガス検出室１０、ヒータ１１、撥水膜１２、ケース１３、カバー１４、保護プレート１５、グロメット１６を備える。

ガス検出素子２は、ステム３に溶接される。ガス検出素子ホルダ５は、ヒータホルダ９の上部に取り付けられ、ステム３を保持する。キャップ４は、ガス検出素子ホルダ５に取り付けられる。なお、図１の例では、キャップ４は、有底筒状であり、その底部に開口部を有する。

フランジ６は、図１に示す略T字型の断面をヒータホルダ９の中心軸の周りに回転することによって得られるような環状形状を有する。なお、フランジ６は、組み立て前は、例えば、半円環状に２分割されている。

フランジ６は、ヒータ１１と対向する面に凹部を有する。フランジ６をヒータホルダ９の凹部に嵌め込むことにより、空気層８が形成される。フランジ６は、径方向（図１の水平方向）に延在する突部６ａを有する。フランジ６の突部６ａは、ケース１３の凹部に嵌合する。

プレート７は、ガス検出素子ホルダ５と対向する面に凹部を有する。これにより、ガス検出素子ホルダ５とプレート７の間に空気層８が形成される。プレート７は、ヒータホルダ９の上部に固定される。

このようにして、ヒータホルダ９の上部に固定されたプレート７とフランジ６に固定されたヒータホルダ９はケース１３に取付けられる。

ヒータホルダ９は、円筒形状であり、外周面に凹部を有する。ヒータ１１は、ヒータホルダ９に設けられた凹部に取り付けられる。

撥水膜１２は、検出室の内外へガスを通流させる。保護プレート１５は、撥水膜１２を保護する。グロメット１６は、ゴムなどの弾性体から構成され、撥水膜１２と保護プレート１５を一体化する。

撥水膜１２、保護プレート１５、グロメット１６から構成されるガス流通部１００は、本実施形態の特徴部の１つである。ガス検出室１０に設けられたガス流通部１００を介して、配管１７とガス検出室１０の間でガスが流通する。ガス流通部１００の詳細については、図２を用いて、後述する。

＜ヒータホルダ＞
円筒型のヒータホルダ９の内周面側には、ガスを収容するガス検出室１０が設けられる。ヒータホルダ９は、ガス検出素子２が取り付けられたガス検出素子ホルダ５、撥水膜１２、保護プレート１５、グロメット１６、ヒータ１１が取り付けられる大きさの円筒体として形成される。ヒータホルダ９は、フランジ６によって挟み込むこと又は囲むことによって固定され、ケース１３へ取り付けられる。

ヒータホルダ９は、ヒータ１１の熱をガス検出室１０内に伝え易くする為に、高熱伝導率材料を用いる。ヒータホルダ９に用いる高熱伝導率材料には、金属が好ましいが、金属に限らずその他の高熱伝導率材料を用いても良い。
□撥水膜１２は、保護プレート１５とグロメット１６を一体成型することによって固定され、ヒータホルダ９へ取り付けられる。
□保護プレート１５は、撥水膜１２を挟み込みグロメット１６により一体成型することによって固定され、ヒータホルダ９へ取り付けられる。

保護プレート１５は、ガスを透過させやすいようにメッシュ又は無数（複数）の穴が開いた構造になっている。保護プレート１５は、熱を撥水膜１２に伝え易くする為に、高熱伝導率材料としての金属材料を用いる。

グロメット１６は、撥水膜１２と保護プレート１５を保持しつつ、配管１７から飛来する水滴等が検出室１０に入り込まないような材料で構成されている。

撥水膜１２は、配管１７から飛来する水滴等が直接ガス検出素子２へ付着しないように保護する役目をする。撥水膜１２はガスを透過しつつ、液体を透過しない膜で構成されている。

ガス検出素子２は、ガス検出素子ホルダ５に一体成型されたステム３に取付けられている。ガス検出素子２が取り付けられたガス検出素子ホルダ５は、ヒータホルダ９に取付けられる。ガス検出室内１０には、ガス検出素子２とガス検出素子ホルダ５に取り付けられたキャップ４が露出する。このようにして、ガスを検出するガス検出素子は、ガス検出室１０に設けられる。

ヒータ１１は、ヒータホルダ９の外周部、ガス検出室内１０の周部、撥水膜１２の周辺の何れにも設置することが出来る。また、コンデンサ等を備えた回路により、ヒータ１１のスイッチを遅らせてＯＦＦする機能を設けることで、ガス検出室内１０を保温する効果がある。

＜フランジ、プレート＞
ヒータホルダ９に取付けられたヒータ１１の周囲は、低熱伝導率材料又は高比熱材料を用いたフランジ６、上部にはプレート７等によって囲まれている。ヒータ１１とフランジ６の間、ヒータホルダ９の上部とプレート７の間には、空気層８等の低熱伝導率材や低熱伝導率の充填材が配置される。これにより、ヒータ１１の熱が直接フランジ６に伝熱しない。また、フランジ６、プレート７、空気層８等は組合わせて用いても良い。

フランジ６、プレート７の低熱伝導率材料は、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材が好ましいが、その他樹脂材や、樹脂に限らずその他の低熱伝導率材料を用いても良い。また、低熱伝導率の充填剤やエポキシ接着剤等を用いても良い。

また、ヒータ１１とフランジ６の間、ヒータホルダ９の上部とプレート７の間の空気層８は、凹部を設けた部材で囲むことにより形成されるが、囲む部材内部に気泡を備える等の方法等を用いても良い。

また、フランジ６、プレート７の高比熱材料は、金属や樹脂等が好ましいが、その他高比熱材料を用いても良い。また、フランジ６、プレート７に低熱伝導率材料、高比熱材料、または空気層８を備える構造を組合わせて用いても良い。

＜キャップ＞
撥水膜１２を透過したガスと蒸気は、ガス検出素子２に触れる前にガス検出素子ホルダ５に取り付けたキャップ４に触れる。これにより、キャップ４に結露を集中的に発生させ、ガス検出素子２での結露量を減少させることができる。

キャップ４には高熱伝導率材料を用い、検出ガス、蒸気よりも温度が低くなりやすい状態にすることが好ましい。キャップ４の高熱伝導率材料は、黄銅やアルミ、ステンレスなどの金属が好ましいが、その他金属や、金属に限らずその他の高熱伝導率材料を用いても良い。

＜ケース＞
ケース１３には、フランジ６等で固定されたヒータホルダ９が取付けられる。ケース１３は、ガス検出素子２、ヒータ１１を駆動するセンサ回路等を収容し、カバー１４によって閉じられている。ケース１３は、高熱伝導率材料を用いている。これにより、配管１７からの熱を受熱し易くし、ヒータ１１のＯＦＦ後においても、センサ筐体全体の温度を保つことができる。ケース１３に使用する高熱伝導率材料はＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材が好ましいが、樹脂に限らずその他の高熱伝導率材料を用いても良い。また、２種類以上の高熱伝導率材料を組合わせて用いても良い。

＜カバー＞
カバー１４は、ケース１３の上部に取り付けられ、ケース１３内に取り付けられるセンサ回路、ヒータホルダ９を物理的に保護している。

カバー１４に低熱伝導率材料を用いることで、ガスセンサ１の内部からの熱逃げを抑え、センサ筐体全体の温度を保つことができる。カバー１４に用いる低熱伝導率材料はＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材が好ましいが、その他樹脂材や、樹脂に限らずその他の低熱伝導率材料を用いても良い。また、カバー１４に高比熱材料を用いることで、カバー１４から熱をセンサ筐体全体へ伝え、全体の温度を保つことができる。前記カバー１４の高比熱材料は金属や樹脂材が好ましいが、金属、樹脂材に限らずその他の高比熱材料を用いても良い。

＜製造方法＞
次に、図２を用いて、ガス流通部１００の製造方法を説明する。図２は、グロメット１６、撥水膜１２、保護プレート１５から構成されるガス流通部１００の製造方法を説明するための図である。

最初に、保護プレート１５_１、撥水膜１２、保護プレート１５_２をこの順で積層する。換言すれば、撥水膜１２を、保護プレート１５_１と保護プレート１５_２で挟む。なお、保護プレート１５_１、撥水膜１２、保護プレート１５_２は、同一半径の円形状である。

次に、保護プレート１５_１、撥水膜１２、保護プレート１５_２からなる積層体を一体化するようにグロメット１６を成型する。ここで、グロメット１６は、積層体の縁に円環状に形成され、積層された保護プレート１５_１、撥水膜１２及び保護プレート１５_２の縁を固定する。

このように、保護プレート１５_１、撥水膜１２、保護プレート１５_２、グロメット１６が一体成型されているため、ガス流通部１００を容易にヒータホルダ９へ取り付けることができる。

＜グロメットの固定＞
図１では、説明を簡単にするため、グロメット１６は、ヒータホルダ９の内周面に直接固定されている。

以下、図３を用いて、グロメット１６の固定方法の一例を説明する。図３は、グロメット１６の固定方法の一例を示す図である。この例では、グロメット１６を保持する保持部材２１を用いる。

図３に示すように、保持部材２１の上側端面には、溝が設けられている。一方、ヒータホルダ９の下側端面にも、溝が設けられている。保持部材２１の溝とヒータホルダ９の溝の間にグロメット１６を嵌め込み、カシメ、ねじなどで保持部材２１をヒータホルダ９に固定する。

これにより、ガス検出室１０の防水、防滴を確実にすることができる。なお、上記の溝は、保持部材２１又はヒータホルダ９のいずれか一方のみに設けるようにしてもよい。

＜撥水膜実装構造の効果＞
上記構成のガスセンサ１は、図１に示す様に配管内を流れる水分を含んだ高温多湿混合ガスが流れる配管１７内に臨ませる様にして取り付けられている。

配管１７内に面する保護プレート１５が、配管内を飛来する風圧及び水滴をブロックする事により、撥水膜１２が変形・破損する事を防止する。これにより、水素濃度を好適に検出することができる。また、保護プレートが高熱伝導率材料で形成されるので、ヒータの熱を伝えて素早く結露水を飛ばすことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、高温多湿混合ガス環境下においても撥水膜の破れ・弛みを防止することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

上記実施形態では、ガス流通部１００は、ヒータホルダ９に固定されるが、ケース１３に固定されるようにしてもよい。

１…ガスセンサ
２…ガス検出素子
３…ステム
４…キャップ
５…ガス検出素子ホルダ
６…フランジ
６ａ…突部
７…プレート
８…空気層
９…ヒータホルダ
１０…ガス検出室
１１…ヒータ
１２…撥水膜
１３…ケース
１４…カバー
１５…保護プレート
１６…グロメット
１７…配管
２１…保持部材
１００…ガス流通部

Claims

ガスを収容するガス検出室と、
前記ガス検出室に設けられ、ガスが流通するガス流通部と、
前記ガス検出室に設けられ、ガスを検出するガス検出素子と、を備え、
前記ガス流通部は、
第１のプレート、撥水膜、第２のプレートを積層して構成される
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記ガス流通部は、
積層された前記第１のプレート、前記撥水膜及び前記第２のプレートの縁を固定するグロメットをさらに備える
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項２に記載のガスセンサであって、
前記グロメットは、弾性体でできている
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項３に記載のガスセンサであって、
前記第１のプレート、前記撥水膜、前記第２のプレート、前記グロメットは、一体成型される
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、
メッシュ構造を有する
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、
穴あき構造を有する
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、
高熱伝導率材料でできている
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項７に記載のガスセンサであって、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、
金属でできている
ことを特徴とするガスセンサ。