JP2021018130A - Sensor device and fuel cell system - Google Patents

Sensor device and fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2021018130A
JP2021018130A JP2019133468A JP2019133468A JP2021018130A JP 2021018130 A JP2021018130 A JP 2021018130A JP 2019133468 A JP2019133468 A JP 2019133468A JP 2019133468 A JP2019133468 A JP 2019133468A JP 2021018130 A JP2021018130 A JP 2021018130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
sensor
fuel
heat flow
temperature
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
Application number
JP2019133468A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
山本　隆士
Takashi Yamamoto
隆士 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2019133468A priority Critical patent/JP2021018130A/en
Publication of JP2021018130A publication Critical patent/JP2021018130A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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

  • Fuel Cell (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

To provide a sensor device capable of detecting the gas flow rate of a specific gas in a mixed gas obtained by mixing at least two kinds of gases, and a fuel cell system.SOLUTION: A fuel cell system 1 comprises: a fuel cell 2; a flow path formation part 61 for forming a fuel off gas flow passage 610 passing a fuel off gas; a sensor device 10 for detecting the gas concentration and gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas. The sensor device 10 comprises: a gas concentration sensor 25 for detecting the gas concentration of the hydrogen in the fuel off gas; and a main heat flow sensor 22 arranged in the fuel off gas flow passage 610 and for outputting a signal corresponding to heat flow penetrating from the front to the rear. The sensor device 10 comprises: a base temperature sensor 24 for detecting the temperature of a base 23; and a flow rate calculation part 50a for calculating the gas flow rate of the hydrogen in the fuel off gas on the basis of the respective output signals of the gas concentration sensor 25, the base temperature sensor 24 and the main heat flow sensor 22.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、ガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置、および燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a sensor device for detecting gas concentration and gas flow rate, and a fuel cell system.

従来、水素および窒素の混合ガスの熱流量および圧力に基づいて、混合ガスにおける水素のガス濃度を検出するガス成分検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、ガス成分検出装置で検出した水素のガス濃度に基づいて、燃料電池への水素の供給量を調整することが記載されている。 Conventionally, a gas component detection device that detects the gas concentration of hydrogen in a mixed gas based on the heat flow rate and pressure of a mixed gas of hydrogen and nitrogen has been known (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, it is described that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell is adjusted based on the gas concentration of hydrogen detected by the gas component detection device.

特開２０１７−９０３１７号公報JP-A-2017-90317

ところで、水素のガス濃度と水素のガス流量とは、一体一で対応する物理量ではない。このため、特許文献１の如く、ガス成分検出装置で検出した水素のガス濃度に基づいて燃料電池への水素の供給量を調整すると、燃料電池で必要とされる流量の水素を燃料電池に対して適切に供給することができない虞がある。このことは、燃料電池に水素を供給する場合に限らず、様々な状況下で生じ得る。 By the way, the gas concentration of hydrogen and the gas flow rate of hydrogen are not the physical quantities corresponding to each other. Therefore, as in Patent Document 1, when the amount of hydrogen supplied to the fuel cell is adjusted based on the gas concentration of hydrogen detected by the gas component detection device, the flow rate of hydrogen required by the fuel cell is supplied to the fuel cell. There is a risk that it cannot be supplied properly. This can occur under various circumstances, not limited to supplying hydrogen to the fuel cell.

本開示は、少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス流量を検出可能なセンサ装置、および燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a sensor device capable of detecting a gas flow rate of a specific gas among a mixed gas in which at least two kinds of gases are mixed, and a fuel cell system.

請求項１に記載の発明は、
少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置であって、
少なくとも一部が混合ガスの流れるガス流路（６１０）に配置され、混合ガスのうち特定ガスのガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
ガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が混合ガスに晒されるようにガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
主熱流センサの他面側に位置するベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
ガス濃度検出部の検出濃度、ベース温度センサの検出温度、および主熱流センサの出力信号に基づいて特定ガスのガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、
を備える。 The invention according to claim 1
A sensor device that detects the gas concentration and gas flow rate of a specific gas among a mixed gas in which at least two types of gases are mixed.
A gas concentration detection unit (25, 26, 27, 50b), which is arranged in a gas flow path (610) through which a mixed gas flows, and detects the gas concentration of a specific gas among the mixed gases, and
A main heat flow sensor (22) that is fixed to a base (23) arranged in the gas flow path, is arranged in the gas flow path so that one surface is exposed to the mixed gas, and outputs a signal according to the heat flow penetrating the front and back surfaces. )When,
A base temperature sensor (24) that detects the temperature of the base located on the other side of the main heat flow sensor, and
A flow rate calculation unit (50a) that calculates the gas flow rate of a specific gas based on the detection concentration of the gas concentration detection unit, the detection temperature of the base temperature sensor, and the output signal of the main heat flow sensor.
To be equipped.

本発明者らがガス流量について鋭意検討したところ、特定ガスのガス流量は、特定ガスのガス濃度、混合ガスの熱流量、熱流量を検出するセンサを設置するベースの温度に相関性を有することが判った。本開示のセンサ装置は、上記の知見に基づいて案出されたものであり、ガス濃度検出部、主熱流センサ、およびベース温度センサを備える。これによれば、特定ガスのガス濃度、混合ガスの熱流量、およびベースの温度に基づいて特定ガスのガス流量を算出することができる。 As a result of diligent studies on the gas flow rate by the present inventors, the gas flow rate of the specific gas has a correlation with the gas concentration of the specific gas, the heat flow rate of the mixed gas, and the temperature of the base on which the sensor for detecting the heat flow rate is installed. I found out. The sensor device of the present disclosure has been devised based on the above findings, and includes a gas concentration detector, a main heat flow sensor, and a base temperature sensor. According to this, the gas flow rate of the specific gas can be calculated based on the gas concentration of the specific gas, the heat flow rate of the mixed gas, and the temperature of the base.

請求項７に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路（６１０）を形成するオフガス流路形成部（６１）と、
燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置（１０）と、を備え、
センサ装置は、
少なくとも一部が燃料オフガス流路に配置され、燃料オフガス中の水素のガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
燃料オフガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が燃料オフガスに晒されるように燃料オフガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
主熱流センサの他面側に位置するベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
ガス濃度検出部の検出濃度、ベース温度センサの検出温度、および主熱流センサの出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、を有する。 The invention according to claim 7
It ’s a fuel cell system,
A fuel cell (2) that outputs electrical energy through a chemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (61) forming a fuel off-gas flow path (610) through which the fuel off gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (61).
A sensor device (10) for detecting the gas concentration and gas flow rate of hydrogen in the fuel-off gas is provided.
The sensor device is
A gas concentration detector (25, 26, 27, 50b) that detects at least a part of the hydrogen gas concentration in the fuel off gas flow path and
A main heat flow sensor that is fixed to the base (23) arranged in the fuel off-gas flow path and is arranged in the fuel off-gas flow path so that one side is exposed to the fuel off-gas, and outputs a signal according to the heat flow penetrating the front and back. (22) and
A base temperature sensor (24) that detects the temperature of the base located on the other side of the main heat flow sensor, and
It has a flow rate calculation unit (50a) that calculates the gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas based on the detection concentration of the gas concentration detection unit, the detection temperature of the base temperature sensor, and the output signal of the main heat flow sensor.

これによると、センサ装置がガス濃度検出部、主熱流センサ、およびベース温度センサを備えている。このため、燃料オフガス中の水素のガス濃度、燃料オフガスの熱流量、およびベースの温度に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出することができる。 According to this, the sensor device includes a gas concentration detector, a main heat flow sensor, and a base temperature sensor. Therefore, the gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas can be calculated based on the gas concentration of hydrogen in the fuel off gas, the heat flow rate of the fuel off gas, and the temperature of the base.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.

第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the sensor device which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るセンサ装置に用いられる主熱流センサの模式的な断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the main heat flow sensor used in the sensor device which concerns on 1st Embodiment. ガス流量と熱流量等との相関性を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the correlation between a gas flow rate and a heat flow rate. 第１実施形態に係るセンサ装置のセンサ制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the control process which the sensor control part of the sensor device which concerns on 1st Embodiment executes. 第２実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the sensor device which concerns on 2nd Embodiment. 熱伝達率と熱流量等との相関性を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the correlation between a heat transfer coefficient and a heat flow rate. 熱伝達率とガス濃度との相関性を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the correlation between a heat transfer coefficient and a gas concentration. 第２実施形態に係るセンサ装置のセンサ制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the control process which the sensor control part of the sensor device which concerns on 2nd Embodiment executes. 第３実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the sensor device which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係るセンサ装置のセンサ制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the control process which the sensor control part of the sensor device which concerns on 3rd Embodiment executes. 第４実施形態に係るセンサ装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the sensor device which concerns on 4th Embodiment.

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same reference numerals may be assigned to parts that are the same as or equivalent to those described in the preceding embodiments, and the description thereof may be omitted. Further, when only a part of the component is described in the embodiment, the component described in the preceding embodiment can be applied to the other part of the component. The following embodiments can be partially combined with each other as long as the combination does not cause any trouble, even if not explicitly stated.

（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態では、本開示のセンサ装置１０を燃料電池システム１に適用した例について説明する。本実施形態では、燃料電池システム１の全体構成について説明した後、センサ装置１０の詳細について説明する。 (First Embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In this embodiment, an example in which the sensor device 10 of the present disclosure is applied to the fuel cell system 1 will be described. In the present embodiment, the overall configuration of the fuel cell system 1 will be described, and then the details of the sensor device 10 will be described.

燃料電池システム１は、例えば、電気自動車の一種である燃料電池車両に適用される。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスである空気に含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池２を備える。 The fuel cell system 1 is applied to, for example, a fuel cell vehicle which is a kind of electric vehicle. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that outputs electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in air which is an oxidant gas.

燃料電池２は、固体高分子型の燃料電池で構成されている。燃料電池２は、発電により生じた直流電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を介して車両走行用の電動モータや二次電池等の電気負荷に供給する。 The fuel cell 2 is composed of a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 2 supplies DC power generated by power generation to an electric load such as an electric motor or a secondary battery for traveling a vehicle via a DC-DC converter or the like.

燃料電池２は、最小単位となる電池セル２ａが複数積層されたスタック構造を有し、各電池セル２ａが電気的に直列に接続された直列接続体として構成されている。燃料電池２を構成する電池セル２ａは、電解質膜の両側に触媒層を挟んで構成される膜電極接合体、膜電極接合体の両側に配置された一対の拡散層、これらを挟持するセパレータを含んで構成されている。 The fuel cell 2 has a stack structure in which a plurality of battery cells 2a, which are the smallest units, are stacked, and is configured as a series connector in which each battery cell 2a is electrically connected in series. The battery cell 2a constituting the fuel cell 2 includes a membrane electrode assembly formed by sandwiching a catalyst layer on both sides of an electrolyte membrane, a pair of diffusion layers arranged on both sides of the membrane electrode assembly, and a separator sandwiching these. It is configured to include.

各電池セル２ａは、以下に示すように、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する。
（アノード側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（カソード側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ As shown below, each battery cell 2a outputs electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
(Anode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Cathode) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e - → H 2 O

燃料電池２には、各電池セル２ａに空気を供給するための空気供給配管３が接続されるとともに、各電池セル２ａを通過した空気を生成水や不純物とともに外部に排出する空気排出配管４が接続されている。 An air supply pipe 3 for supplying air to each battery cell 2a is connected to the fuel cell 2, and an air discharge pipe 4 for discharging air passing through each battery cell 2a to the outside together with generated water and impurities is provided. It is connected.

空気供給配管３には、その最上流部に大気中から吸入した空気を燃料電池２に圧送する空気ポンプ３ａが設けられるとともに、空気ポンプ３ａと燃料電池２との間に燃料電池２に空気を供給する空気の圧力を調整する空気調圧弁３ｂが設けられている。また、空気排出配管４には、燃料電池２から排出された空気を生成水や不純物とともに外部に排出するための電磁弁４ａが設けられている。 The air supply pipe 3 is provided with an air pump 3a for pumping air sucked from the atmosphere to the fuel cell 2 at its most upstream portion, and air is sent to the fuel cell 2 between the air pump 3a and the fuel cell 2. An air pressure regulating valve 3b for adjusting the pressure of the supplied air is provided. Further, the air discharge pipe 4 is provided with a solenoid valve 4a for discharging the air discharged from the fuel cell 2 to the outside together with the generated water and impurities.

燃料電池２には、各電池セル２ａに燃料ガスを供給するための燃料供給配管５が接続されるとともに、各電池セル２ａを通過した未反応水素を含む燃料オフガスを外部に排出するオフガス排出配管６が接続されている。燃料オフガスは、未反応水素、カソード側から透過した窒素、蒸気を含む混合ガスである。 A fuel supply pipe 5 for supplying fuel gas to each battery cell 2a is connected to the fuel cell 2, and an off-gas discharge pipe for discharging fuel off-gas containing unreacted hydrogen that has passed through each battery cell 2a to the outside. 6 is connected. The fuel off gas is a mixed gas containing unreacted hydrogen, nitrogen permeated from the cathode side, and steam.

燃料供給配管５には、その最上流部に高圧水素が充填された図示しない水素タンクが設けられている。また、燃料供給配管５には、水素タンクと燃料電池２との間に水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂが設けられている。水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂは、燃料ガスを間欠的に噴射供給する手段である。また、エジェクタ５ｂは、高速で噴射する燃料ガス流の巻き込み作用によって、後述する還流配管７から燃料オフガスを吸引する吸引手段としての役割を有している。 The fuel supply pipe 5 is provided with a hydrogen tank (not shown) whose most upstream portion is filled with high-pressure hydrogen. Further, the fuel supply pipe 5 is provided with a hydrogen supply valve 5a and an ejector 5b between the hydrogen tank and the fuel cell 2. The hydrogen supply valve 5a and the ejector 5b are means for intermittently injecting and supplying fuel gas. Further, the ejector 5b has a role as a suction means for sucking the fuel off gas from the recirculation pipe 7 described later by the action of entraining the fuel gas flow injected at high speed.

オフガス排出配管６には、燃料オフガスに混在する水を分離する気液分離器８が設けられるとともに、気液分離器８の内部に貯留された水を燃料オフガスとともに外部に排出するための排気弁６ａが設けられている。 The off-gas discharge pipe 6 is provided with a gas-liquid separator 8 for separating water mixed in the fuel off-gas, and an exhaust valve for discharging the water stored inside the gas-liquid separator 8 to the outside together with the fuel off-gas. 6a is provided.

気液分離器８は、重力分離方式の気液分離器が採用されている。気液分離器８は、その内部空間に燃料オフガスから分離された水が貯留される構成になっている。なお、気液分離器８は、遠心分離方式の気液分離器等で構成されていてもよい。 As the gas-liquid separator 8, a gravity-separated gas-liquid separator is adopted. The gas-liquid separator 8 is configured to store water separated from the fuel off gas in its internal space. The gas-liquid separator 8 may be composed of a centrifugal separation type gas-liquid separator or the like.

気液分離器８には、水が分離された燃料オフガスを燃料供給配管５に戻すための還流配管７が接続されている。還流配管７は、一端側が気液分離器８に接続され、他端側がエジェクタ５ｂのガス吸引口に接続されている。 A recirculation pipe 7 for returning the fuel off gas from which water has been separated to the fuel supply pipe 5 is connected to the gas-liquid separator 8. One end of the reflux pipe 7 is connected to the gas-liquid separator 8 and the other end is connected to the gas suction port of the ejector 5b.

気液分離器８で水が分離された燃料オフガスは、エジェクタ５ｂによって、再び燃料供給配管５に供給される。これにより、燃料電池システム１では、燃料電池２の運転時に、未反応水素を含む燃料オフガスが還流配管７を通って循環する。 The fuel-off gas from which water has been separated by the gas-liquid separator 8 is supplied to the fuel supply pipe 5 again by the ejector 5b. As a result, in the fuel cell system 1, the fuel off gas containing unreacted hydrogen circulates through the recirculation pipe 7 during the operation of the fuel cell 2.

排気弁６ａは、気液分離器８の内部に貯留された水を燃料オフガスとともに外部に排出するものであるが、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃが高い場合に開放されると、大気中に高濃度の水素が放出されてしまう。このため、燃料電池システム１では、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃを把握する必要がある。 The exhaust valve 6a discharges the water stored inside the gas-liquid separator 8 to the outside together with the fuel off gas, but when it is opened when the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas is high, the atmosphere High concentration hydrogen is released inside. Therefore, in the fuel cell system 1, it is necessary to grasp the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas.

また、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃは、水素の供給量の適否を判断する際に利用することが考えられる。但し、水素のガス濃度Ｈｃと水素のガス流量Ｇｒとは一体一で対応する物理量ではない。このため、水素のガス濃度Ｈｃに基づいて燃料電池２への水素の供給量を調整すると、燃料電池２で必要とされる流量の水素を燃料電池２に対して適切に供給することができない虞がある。 Further, the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas may be used when determining the appropriateness of the hydrogen supply amount. However, the hydrogen gas concentration Hc and the hydrogen gas flow rate Gr are not the corresponding physical quantities. Therefore, if the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 2 is adjusted based on the hydrogen gas concentration Hc, there is a risk that the flow rate of hydrogen required by the fuel cell 2 cannot be appropriately supplied to the fuel cell 2. There is.

このような背景もあり、燃料電池システム１は、燃料オフガスに含まれる水素を混合ガス中の特定ガスとして、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃおよびガス流量Ｇｒを検出するセンサ装置１０を備えている。 Against this background, the fuel cell system 1 includes a sensor device 10 that detects the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas and the gas flow rate Gr, using hydrogen contained in the fuel off gas as a specific gas in the mixed gas. ing.

本発明者らは、燃料オフガスに含まれる水素のガス流量Ｇｒについて鋭意検討した。これによると、水素のガス流量Ｇｒは、水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、および熱流量を検出するセンサを設置するベース２３の温度Ｔ１に相関性を有することが判った。本開示のセンサ装置１０は、上記の知見に基づいて案出されたものであり、少なくとも水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、およびベース２３の温度Ｔ１に基づいて水素のガス流量を算出する。なお、センサ装置１０の詳細については後述する。 The present inventors have diligently studied the gas flow rate Gr of hydrogen contained in the fuel off gas. According to this, it was found that the hydrogen gas flow rate Gr has a correlation with the hydrogen gas concentration Hc, the heat flow rate Qc of the fuel off gas, and the temperature T1 of the base 23 in which the sensor for detecting the heat flow rate is installed. The sensor device 10 of the present disclosure has been devised based on the above findings, and determines the hydrogen gas flow rate based on at least the hydrogen gas concentration Hc, the heat flow rate Qc of the fuel off gas, and the temperature T1 of the base 23. calculate. The details of the sensor device 10 will be described later.

燃料電池システム１は、電気制御部としてシステム制御装置１００を備えている。システム制御装置１００は、プロセッサ、センサ等を有するマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。なお、システム制御装置１００のメモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。 The fuel cell system 1 includes a system control device 100 as an electric control unit. The system control device 100 is composed of a microcomputer having a processor, a sensor, and the like, and peripheral circuits thereof. The memory of the system control device 100 is composed of a non-transitional substantive storage medium.

システム制御装置１００の入力側には、センサ装置１０を含む各種センサが接続されている。また、システム制御装置１００の出力側には、制御対象機器として、空気ポンプ３ａ、空気調圧弁３ｂ、電磁弁４ａ、水素供給弁５ａ、エジェクタ５ｂ、排気弁６ａ等が接続されている。 Various sensors including the sensor device 10 are connected to the input side of the system control device 100. Further, an air pump 3a, an air pressure regulating valve 3b, a solenoid valve 4a, a hydrogen supply valve 5a, an ejector 5b, an exhaust valve 6a, and the like are connected to the output side of the system control device 100 as control target devices.

システム制御装置１００は、入力側から入力された各種信号等を、予めメモリに記憶されたプログラムに従って演算処理し、当該演算処理の結果等に基づいて、出力側に接続された各種制御対象機器を制御する。 The system control device 100 performs arithmetic processing on various signals and the like input from the input side according to a program stored in the memory in advance, and based on the result of the arithmetic processing and the like, various control target devices connected to the output side are subjected to arithmetic processing. Control.

燃料電池２の運転中は、燃料電池２にて水素が消費されることで、燃料電池２内部の圧力が徐々に低下する。このため、システム制御装置１００は、燃料電池２の運転中において、燃料電池２内部の圧力が所定の基準圧力よりも低下した際に燃料電池２に燃料ガスが供給されるように、水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂを制御する。これにより、燃料電池２には、間欠的に燃料ガスが噴射供給される。 During the operation of the fuel cell 2, hydrogen is consumed in the fuel cell 2, so that the pressure inside the fuel cell 2 gradually decreases. Therefore, the system control device 100 has a hydrogen supply valve so that the fuel gas is supplied to the fuel cell 2 when the pressure inside the fuel cell 2 drops below a predetermined reference pressure during the operation of the fuel cell 2. Controls 5a and ejector 5b. As a result, the fuel gas is intermittently injected and supplied to the fuel cell 2.

また、システム制御装置１００は、センサ装置１０で検出される燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃに基づいて排気弁６ａを制御する。例えば、システム制御装置１００は、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃが基準濃度以下となる場合に排気弁６ａを開放させる。 Further, the system control device 100 controls the exhaust valve 6a based on the gas concentration Hc of hydrogen in the fuel off gas detected by the sensor device 10. For example, the system control device 100 opens the exhaust valve 6a when the gas concentration Hc of hydrogen in the fuel off gas becomes equal to or lower than the reference concentration.

さらに、システム制御装置１００は、センサ装置１０で検出される燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒに基づいて燃料電池２への水素の供給量の適否を判定する。例えば、システム制御装置１００は、燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒが基準流量以下となる場合に燃料電池２への水素の供給量が不足していると判定する。 Further, the system control device 100 determines the suitability of the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 2 based on the gas flow rate Gr of hydrogen in the fuel off gas detected by the sensor device 10. For example, the system control device 100 determines that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 2 is insufficient when the gas flow rate Gr of hydrogen in the fuel off gas becomes equal to or less than the reference flow rate.

次に、センサ装置１０の詳細について説明する。センサ装置１０は、水素のガス流量Ｇｒを算出するために必要な情報を検知する検知部２０、および検知部２０にて検知された各種情報から水素のガス流量Ｇｒを算出するセンサ制御部５０を含んで構成されている。 Next, the details of the sensor device 10 will be described. The sensor device 10 includes a detection unit 20 that detects information necessary for calculating the hydrogen gas flow rate Gr, and a sensor control unit 50 that calculates the hydrogen gas flow rate Gr from various information detected by the detection unit 20. It is configured to include.

検知部２０は、オフガス排出配管６のうち、燃料電池２と気液分離器８との間に位置する部位に設置されている。なお、検知部２０は、例えば、気液分離器８の内部、オフガス排出配管６における気液分離器８の下流側に位置する部位、還流配管７等に設置されていてもよい。 The detection unit 20 is installed in a portion of the off-gas discharge pipe 6 located between the fuel cell 2 and the gas-liquid separator 8. The detection unit 20 may be installed, for example, inside the gas-liquid separator 8, a portion of the off-gas discharge pipe 6 located on the downstream side of the gas-liquid separator 8, a reflux pipe 7, or the like.

図２に示すように、オフガス排出配管６のうち、検知部２０が設置される部位は、燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路６１０を形成する流路形成部６１を備える。本実施形態では、燃料オフガス流路６１０が混合ガスである燃料オフガスが流れるガス流路を構成する。また、流路形成部６１がオフガス流路形成部を構成している。 As shown in FIG. 2, the portion of the off-gas discharge pipe 6 where the detection unit 20 is installed includes a flow path forming unit 61 that forms a fuel-off gas flow path 610 through which the fuel-off gas flows. In the present embodiment, the fuel off gas flow path 610 constitutes a gas flow path through which the fuel off gas, which is a mixed gas, flows. Further, the flow path forming portion 61 constitutes an off-gas flow path forming portion.

流路形成部６１は、燃料オフガス流路６１０を形成する筒状の部材である。本例の流路形成部６１は直線状に延びている。なお、流路形成部６１は少なくとも一部が曲線状に曲がっていてもよい。 The flow path forming portion 61 is a tubular member that forms the fuel off-gas flow path 610. The flow path forming portion 61 of this example extends linearly. At least a part of the flow path forming portion 61 may be curved in a curved shape.

流路形成部６１には、流路形成部６１の中心軸ＣＬに対して交差する方向に突き出る突出管部６２が接続されている。突出管部６２は有底筒状の部材で構成されている。突出管部６２は開口部分が流路形成部６１に接続されている。 A protruding pipe portion 62 projecting in a direction intersecting the central axis CL of the flow path forming portion 61 is connected to the flow path forming portion 61. The protruding pipe portion 62 is composed of a bottomed tubular member. The opening of the protruding pipe portion 62 is connected to the flow path forming portion 61.

燃料オフガス流路６１０は、流路形成部６１に突出管部６２が接続されることで、燃料オフガスが流れる流通空間６１０Ａだけでなく、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスの一部が導入される導入空間６１０Ｂを有する。 The fuel off gas flow path 610 is introduced by connecting the protruding pipe portion 62 to the flow path forming portion 61, so that not only the flow space 610A through which the fuel off gas flows but also a part of the fuel off gas flowing through the flow space 610A is introduced. It has space 610B.

流通空間６１０Ａは、流路形成部６１の内側に形成される空間である。導入空間６１０Ｂは、突出管部６２の内側に形成される空間である。突出管部６２は、流路形成部６１と異なり、ガス流れ下流側が閉塞されている。このため、導入空間６１０Ｂは、流通空間６１０Ａよりも燃料オフガスが淀み易い空間になっている。すなわち、導入空間６１０Ｂは、流通空間６１０Ａよりも燃料オフガスが滞留し易い空間になっている。 The distribution space 610A is a space formed inside the flow path forming portion 61. The introduction space 610B is a space formed inside the protruding pipe portion 62. Unlike the flow path forming portion 61, the protruding pipe portion 62 is closed on the downstream side of the gas flow. Therefore, the introduction space 610B is a space in which the fuel off gas is more likely to stagnate than the distribution space 610A. That is, the introduction space 610B is a space in which fuel off gas is more likely to stay than the distribution space 610A.

検知部２０は、流路形成部６１および突出管部６２に設置されている。検知部２０は、ガス温度センサ２１、主熱流センサ２２、ベース２３、ベース温度センサ２４、およびガス濃度センサ２５を含んで構成されている。 The detection unit 20 is installed in the flow path forming unit 61 and the protruding pipe unit 62. The detection unit 20 includes a gas temperature sensor 21, a main heat flow sensor 22, a base 23, a base temperature sensor 24, and a gas concentration sensor 25.

ガス温度センサ２１は、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの温度を検出する温度センサである。ガス温度センサ２１は、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスの温度を検出可能なように温度の感知部位が流通空間６１０Ａに配置されている。ガス温度センサ２１は、流路形成部６１のうち突出管部６２が接続された部位の近くに配置されている。なお、ガス温度センサ２１は、燃料オフガスの温度を検出可能であれば、突出管部６２から離れた位置に配置されていてもよい。 The gas temperature sensor 21 is a temperature sensor that detects the temperature of the fuel off gas flowing through the fuel off gas flow path 610. In the gas temperature sensor 21, a temperature sensing portion is arranged in the distribution space 610A so that the temperature of the fuel off gas flowing through the distribution space 610A can be detected. The gas temperature sensor 21 is arranged near the portion of the flow path forming portion 61 to which the protruding pipe portion 62 is connected. The gas temperature sensor 21 may be arranged at a position away from the protruding pipe portion 62 as long as the temperature of the fuel off gas can be detected.

主熱流センサ２２は、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する熱流センサである。主熱流センサ２２は、一面が燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスに晒されるように燃料オフガス流路６１０に配置されている。主熱流センサ２２は、他面が燃料オフガス流路６１０に配置されるベース２３に固定されている。 The main heat flow sensor 22 is a heat flow sensor that outputs a signal corresponding to the heat flow penetrating the front and back surfaces. The main heat flow sensor 22 is arranged in the fuel off gas flow path 610 so that one surface is exposed to the fuel off gas flowing through the fuel off gas flow path 610. The main heat flow sensor 22 is fixed to a base 23 whose other surface is arranged in the fuel off-gas flow path 610.

図３に示すように、主熱流センサ２２は、両板面の一方を表面２２１ａ、他方を裏面２２１ｂとする薄板状のセンサ基板２２１を有する。センサ基板２２１は、表面２２１ａが燃料オフガス流路６１０に露出するように、裏面２２１ｂがベース２３に対して固定される。 As shown in FIG. 3, the main heat flow sensor 22 has a thin plate-shaped sensor substrate 221 having one of the two plate surfaces as the front surface 221a and the other as the back surface 221b. The back surface 221b of the sensor substrate 221 is fixed to the base 23 so that the front surface 221a is exposed to the fuel off-gas flow path 610.

主熱流センサ２２は、センサ基板２２１の表面２２１ａ上を、熱（冷熱を含む）を有する燃料オフガスが流れるようになっている。センサ基板２２１では、基板厚さ方向に熱流が発生すると、この熱流により生ずる表面２２１ａと裏面２２１ｂとの間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する。 In the main heat flow sensor 22, fuel off gas having heat (including cold heat) flows on the surface 221a of the sensor substrate 221. In the sensor substrate 221, when a heat flow is generated in the substrate thickness direction, an electromotive force due to the Seebeck effect is generated due to the temperature difference between the front surface 221a and the back surface 221b generated by the heat flow.

具体的には、センサ基板２２１は、絶縁性材料よりなる基板で構成されている。センサ基板２２１は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（すなわち、ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（すなわち、ＰＥＩ）、液晶ポリマー（すなわち、ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等で構成される。 Specifically, the sensor substrate 221 is composed of a substrate made of an insulating material. The sensor substrate 221 is made of, for example, a thermoplastic resin such as polyetheretherketone (ie, PEEK), polyetherimide (ie, PEI), a liquid crystal polymer (ie, LCP), a thermosetting resin such as an epoxy resin, or the like. It is composed.

センサ基板２２１には、異なる２種の金属２２２ａ、２２２ｂが直列的に接続されることで熱電対２２２が構成されている。２種の金属２２２ａ、２２２ｂとしては、例えば、固相焼結されたＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金と、Ｂｉ−Ｔｅとの組み合わせや、Ｃｕとコンスタンタンとの組み合わせ等が挙げれられる。なお、熱電対２２２は、例えば、異なる半導体素子の直列接続体で構成されていてもよい。 A thermocouple 222 is formed by connecting two different types of metals 222a and 222b in series to the sensor substrate 221. Examples of the two types of metals 222a and 222b include a combination of a solid-phase sintered Bi-Sb-Te alloy and Bi-Te, a combination of Cu and Constantan, and the like. The thermocouple 222 may be composed of, for example, a series connection of different semiconductor elements.

主熱流センサ２２は、熱流によって生ずるセンサ基板２２１の表裏の温度差に起因してゼーベック効果による起電圧が発生する。主熱流センサ２２は、図示しない信号線を介してセンサ制御部５０に接続されている。 In the main heat flow sensor 22, an electromotive voltage due to the Seebeck effect is generated due to the temperature difference between the front and back surfaces of the sensor substrate 221 generated by the heat flow. The main heat flow sensor 22 is connected to the sensor control unit 50 via a signal line (not shown).

ベース２３は、主熱流センサ２２の土台となる部材である。ベース２３は、燃料オフガスの温度変化に追従して温度が変動し難くなるように、主熱流センサ２２等よりも熱容量が大きくなっている。ベース２３は、全体が導入空間６１０Ｂに位置するように、突出管部６２の内側に取り付けられている。具体的には、ベース２３は、突出管部６２における燃料オフガス流れ上流側に位置する内面に取り付けられている。 The base 23 is a member that serves as a base for the main heat flow sensor 22. The base 23 has a larger heat capacity than the main heat flow sensor 22 and the like so that the temperature does not easily fluctuate according to the temperature change of the fuel off gas. The base 23 is attached to the inside of the protruding pipe portion 62 so that the entire base 23 is located in the introduction space 610B. Specifically, the base 23 is attached to the inner surface of the protruding pipe portion 62 located on the upstream side of the fuel off-gas flow.

具体的には、ベース２３は、取付部位以外の部位が突出管部６２から離れている。ベース２３と突出管部６２の内面との間には、袋小路となる導入空間６１０Ｂが形成されている。そして、主熱流センサ２２は、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスに晒されるように、ベース２３における突出管部６２の開口側に位置する側面に固定されている。 Specifically, in the base 23, a portion other than the attachment portion is separated from the protruding pipe portion 62. An introduction space 610B serving as a dead end is formed between the base 23 and the inner surface of the protruding pipe portion 62. The main heat flow sensor 22 is fixed to the side surface of the base 23 located on the opening side of the protruding pipe portion 62 so as to be exposed to the fuel off gas flowing through the distribution space 610A.

ベース温度センサ２４は、ベース２３の温度を検出する温度センサである。ベース２３は、主熱流センサ２２の裏面２２１ｂに対して接している。このため、ベース温度センサ２４は、主熱流センサ２２の裏面２２１ｂ側の温度を検出することになる。 The base temperature sensor 24 is a temperature sensor that detects the temperature of the base 23. The base 23 is in contact with the back surface 221b of the main heat flow sensor 22. Therefore, the base temperature sensor 24 detects the temperature on the back surface 221b side of the main heat flow sensor 22.

ガス濃度センサ２５は、水素のガス濃度Ｈｃを検出する濃度センサである。ガス濃度センサ２５は、検知素子の表面に白金やパラジウム等の触媒を塗布し、水素と触媒との化学反応で生ずる熱を検知することで水素のガス濃度Ｈｃをする接触燃焼式のガスセンサで構成されている。ガス濃度センサ２５は、水素のガス濃度Ｈｃを算出可能であれば、接触燃焼式のガスセンサに限らず、例えば、熱伝導式のガスセンサで構成されていてもよい。なお、本実施形態では、ガス濃度センサ２５がガス濃度検出部を構成している。 The gas concentration sensor 25 is a concentration sensor that detects the gas concentration Hc of hydrogen. The gas concentration sensor 25 is composed of a contact combustion type gas sensor in which a catalyst such as platinum or palladium is applied to the surface of the detection element and the heat generated by the chemical reaction between hydrogen and the catalyst is detected to measure the gas concentration of hydrogen Hc. Has been done. The gas concentration sensor 25 is not limited to the contact combustion type gas sensor as long as the hydrogen gas concentration Hc can be calculated, and may be composed of, for example, a heat conduction type gas sensor. In this embodiment, the gas concentration sensor 25 constitutes the gas concentration detection unit.

ガス濃度センサ２５は、ベース２３のうち、主熱流センサ２２が固定された部位以外の部位に固定されている。具体的には、ガス濃度センサ２５は、ベース２３のうち突出管部６２の底部と対向する部位に固定されている。ガス濃度センサ２５は、導入空間６１０Ｂに配置されている。このため、ガス濃度センサ２５は、導入空間６１０Ｂに存在する燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃを検出する。なお、ガス濃度センサ２５は、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃを検出可能であれば、流通空間６１０Ａに配置されていてもよい。 The gas concentration sensor 25 is fixed to a portion of the base 23 other than the portion to which the main heat flow sensor 22 is fixed. Specifically, the gas concentration sensor 25 is fixed to a portion of the base 23 facing the bottom of the protruding pipe portion 62. The gas concentration sensor 25 is arranged in the introduction space 610B. Therefore, the gas concentration sensor 25 detects the gas concentration Hc of hydrogen in the fuel-off gas existing in the introduction space 610B. The gas concentration sensor 25 may be arranged in the distribution space 610A as long as it can detect the gas concentration Hc of hydrogen in the fuel off gas.

センサ制御部５０は、センサ装置１０の電子制御部を構成する。センサ制御部５０は、プロセッサ、メモリ等を有するマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。なお、センサ制御部５０のメモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。 The sensor control unit 50 constitutes an electronic control unit of the sensor device 10. The sensor control unit 50 is composed of a microcomputer having a processor, a memory, and the like, and peripheral circuits thereof. The memory of the sensor control unit 50 is composed of a non-transitional substantive storage medium.

センサ制御部５０の入力側には、検知部２０を構成するガス温度センサ２１、主熱流センサ２２、ベース温度センサ２４、ガス濃度センサ２５等の各種センサが接続されている。また、センサ制御部５０の出力側には、システム制御装置１００が接続されている。 Various sensors such as a gas temperature sensor 21, a main heat flow sensor 22, a base temperature sensor 24, and a gas concentration sensor 25 constituting the detection unit 20 are connected to the input side of the sensor control unit 50. Further, a system control device 100 is connected to the output side of the sensor control unit 50.

センサ制御部５０は、入力側から入力された各種信号等を、予めメモリに記憶されたプログラムに従って演算処理し、当該演算処理の結果を出力側に接続されたシステム制御装置１００等に出力する。 The sensor control unit 50 performs arithmetic processing on various signals and the like input from the input side according to a program stored in the memory in advance, and outputs the result of the arithmetic processing to the system control device 100 and the like connected to the output side.

センサ制御部５０は、ガス温度センサ２１の検出温度、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出温度、およびガス濃度センサ２５の検出濃度に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する。本実施形態では、センサ制御部５０において、燃料オフガス中の水素のガス流量を算出するハードウエアおよびソフトウエアが流量演算部５０ａを構成する。なお、センサ制御部５０は、少なくとも一部がシステム制御装置１００と一体に構成されていてもよい。 The sensor control unit 50 determines the gas flow rate of hydrogen in the fuel-off gas based on the detection temperature of the gas temperature sensor 21, the output signal of the main heat flow sensor 22, the detection temperature of the base temperature sensor 24, and the detection concentration of the gas concentration sensor 25. calculate. In the present embodiment, in the sensor control unit 50, hardware and software for calculating the gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas constitute the flow rate calculation unit 50a. At least a part of the sensor control unit 50 may be integrally configured with the system control device 100.

ここで、ガス流量と熱流量等との相関性について図４を参照して説明する。図４の上段の数式Ｆ１に示すＫｉｎｇの式によれば、燃料オフガスの熱流量Ｑｃは、燃料オフガスの流速Ｕｃの平方根、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２、定数Ａｃ、Ｂｃで特定される。なお、定数Ａｃ、Ｂｃは、水素のガス濃度Ｈｃ等に応じて定まる定数である。 Here, the correlation between the gas flow rate and the heat flow rate and the like will be described with reference to FIG. According to King's equation shown in the equation F1 in the upper part of FIG. 4, the heat flow rate Qc of the fuel off gas is specified by the square root of the flow velocity Uc of the fuel off gas, the temperature T1 of the base 23, the temperature T2 of the fuel off gas, the constants Ac, and Bc. Will be done. The constants Ac and Bc are constants determined according to the hydrogen gas concentration Hc and the like.

数式Ｆ１によると、燃料オフガスの流速Ｕｃは、図４の中段の数式Ｆ２で示すことができる。燃料オフガスの流速Ｕｃは、数式Ｆ２で示すように、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２、定数Ａｃ、Ｂｃにより特定することができる。 According to the formula F1, the flow velocity Uc of the fuel off-gas can be expressed by the formula F2 in the middle of FIG. As shown by the mathematical formula F2, the flow velocity Uc of the fuel off gas can be specified by the heat flow rate Qc of the fuel off gas, the temperature T1 of the base 23, the temperature T2 of the fuel off gas, the constants Ac, and Bc.

また、水素のガス流量Ｇｒは、図４の下段の数式Ｆ３で示すように、燃料オフガスの流速Ｕｃ、水素のガス濃度Ｈｃ、流通空間６１０Ａにおける相当半径Ｒにより特定することができる。 Further, the hydrogen gas flow rate Gr can be specified by the fuel off gas flow velocity Uc, the hydrogen gas concentration Hc, and the equivalent radius R in the flow space 610A, as shown by the mathematical formula F3 in the lower part of FIG.

以上の如く、水素のガス流量Ｇｒは、水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、およびベース２３の温度Ｔ２に相関性を有する。 As described above, the hydrogen gas flow rate Gr has a correlation with the hydrogen gas concentration Hc, the heat flow rate Qc of the fuel off gas, and the temperature T2 of the base 23.

ここで、数式Ｆ２の熱流量Ｑｃは、主熱流センサ２２の出力信号から得られる。数式Ｆ２の温度Ｔ１は、ベース温度センサ２４の検出温度から得られる。数式Ｆ２の温度Ｔ２は、ガス温度センサ２１の検出温度から得られる。数式Ｆ２の定数Ａｃ、Ｂｃは、水素のガス濃度等に応じて定まるものであり、ガス濃度センサ２５の検出濃度から得ることができる。 Here, the heat flow rate Qc of the formula F2 is obtained from the output signal of the main heat flow sensor 22. The temperature T1 of the formula F2 is obtained from the detected temperature of the base temperature sensor 24. The temperature T2 of the formula F2 is obtained from the detected temperature of the gas temperature sensor 21. The constants Ac and Bc of the formula F2 are determined according to the gas concentration of hydrogen and the like, and can be obtained from the detection concentration of the gas concentration sensor 25.

以下、センサ制御部５０が実行する水素のガス流量Ｇｒを算出する制御処理について図５を参照して説明する。図５に示す制御処理は、例えば、燃料電池２の発電時に周期的または不定期にセンサ制御部５０により実行される。 Hereinafter, the control process for calculating the hydrogen gas flow rate Gr executed by the sensor control unit 50 will be described with reference to FIG. The control process shown in FIG. 5 is executed by the sensor control unit 50 periodically or irregularly, for example, when the fuel cell 2 generates electricity.

図５に示すように、センサ制御部５０は、ステップＳ１００にて、センサ制御部５０の入力側に接続されたセンサから各種信号を読み込む。具体的には、センサ制御部５０は、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出信号、ガス温度センサ２１の検出信号、およびガス濃度センサ２５の検出信号を読み込む。 As shown in FIG. 5, the sensor control unit 50 reads various signals from the sensor connected to the input side of the sensor control unit 50 in step S100. Specifically, the sensor control unit 50 reads the output signal of the main heat flow sensor 22, the detection signal of the base temperature sensor 24, the detection signal of the gas temperature sensor 21, and the detection signal of the gas concentration sensor 25.

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ１１０にて、燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。センサ制御部５０は、例えば、図４に示す数式Ｆ２に、主熱流センサ２２の出力値、ベース温度センサ２４の検出温度、ガス温度センサ２１の検出温度を代入して燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。この際、図４の数式Ｆ２中の定数Ａｃ、Ｂｃは、ガス濃度センサ２５の検出信号に基づいて決定する。例えば、センサ制御部５０は、水素のガス濃度と定数Ａｃ、Ｂｃとの対応関係を予め規定した制御マップを参照し、ガス濃度センサ２５の検出濃度に基づいて決定する。 Subsequently, the sensor control unit 50 calculates the flow velocity Uc of the fuel off gas in step S110. For example, the sensor control unit 50 calculates the fuel off gas flow velocity Uc by substituting the output value of the main heat flow sensor 22, the detection temperature of the base temperature sensor 24, and the detection temperature of the gas temperature sensor 21 into the formula F2 shown in FIG. To do. At this time, the constants Ac and Bc in the mathematical formula F2 of FIG. 4 are determined based on the detection signal of the gas concentration sensor 25. For example, the sensor control unit 50 refers to a control map in which the correspondence between the hydrogen gas concentration and the constants Ac and Bc is defined in advance, and determines based on the detection concentration of the gas concentration sensor 25.

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ１２０にて、水素のガス流量Ｇｒを算出する。センサ制御部５０は、例えば、図４に示す数式Ｆ３にステップＳ１１０で算出した流速Ｕｃ、ガス濃度センサ２５の検出濃度を代入して水素のガス流量Ｇｒを算出する。 Subsequently, the sensor control unit 50 calculates the hydrogen gas flow rate Gr in step S120. For example, the sensor control unit 50 calculates the hydrogen gas flow rate Gr by substituting the flow velocity Uc calculated in step S110 and the detection concentration of the gas concentration sensor 25 into the formula F3 shown in FIG.

以上説明したセンサ装置１０は、ガス温度センサ２１、主熱流センサ２２、ベース温度センサ２４、およびガス濃度センサ２５を備えている。これによれば、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、および燃料オフガスの温度Ｔ２に基づいて燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒを算出することができる。この結果、燃料電池２で必要とされる流量の水素を燃料電池２に対して適切に供給することが可能となる。 The sensor device 10 described above includes a gas temperature sensor 21, a main heat flow sensor 22, a base temperature sensor 24, and a gas concentration sensor 25. According to this, the gas flow rate Gr of hydrogen in the fuel off gas is calculated based on the gas concentration Hc of hydrogen in the fuel off gas, the heat flow rate Qc of the fuel off gas, the temperature T1 of the base 23, and the temperature T2 of the fuel off gas. Can be done. As a result, the flow rate of hydrogen required by the fuel cell 2 can be appropriately supplied to the fuel cell 2.

また、センサ装置１０は、ガス濃度センサ２５がベース２３における主熱流センサ２２に固定された部位以外の部位に固定されている。このように、ガス濃度センサ２５を主熱流センサ２２が固定されるベース２３に対して固定すれば、ガス濃度センサ２５を固定するための専用の部品が不要となるので、部品点数の増加を抑制することができる。 Further, the sensor device 10 is fixed to a portion other than the portion where the gas concentration sensor 25 is fixed to the main heat flow sensor 22 on the base 23. In this way, if the gas concentration sensor 25 is fixed to the base 23 to which the main heat flow sensor 22 is fixed, a dedicated part for fixing the gas concentration sensor 25 becomes unnecessary, so that an increase in the number of parts is suppressed. can do.

ここで、ガス流量計としては、電気ヒータを備え、当該電気ヒータに起因するガスの温度変化に基づいてガスの流量を検出するものがある。この種のガス流量計では、電気ヒータが必須の構成となる。これに対し、センサ装置１０は、電気ヒータが必須ではないので、ガス流量計に比べて簡素な構成で実現することが可能となる。 Here, as the gas flow meter, there is one provided with an electric heater and detecting the flow rate of the gas based on the temperature change of the gas caused by the electric heater. An electric heater is an indispensable configuration for this type of gas flowmeter. On the other hand, since the sensor device 10 does not require an electric heater, it can be realized with a simpler configuration than a gas flow meter.

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、図４に示す数式Ｆ２、Ｆ３を用いて水素のガス流量Ｇｒを算出するものを例示したが、これに限定されない。センサ制御部５０は、水素のガス濃度Ｈｃ、燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２から水素のガス流量Ｇｒを推定するガス流量の推定モデルを用いて、水素のガス流量Ｇｒを算出するようになっていてもよい。なお、ガス流量の推定モデルは、例えば、機械学習や回帰分析により生成することができる。 (Modified example of the first embodiment)
In the first embodiment, the method of calculating the hydrogen gas flow rate Gr using the mathematical formulas F2 and F3 shown in FIG. 4 has been illustrated, but the present invention is not limited to this. The sensor control unit 50 uses a gas flow rate estimation model that estimates the hydrogen gas flow rate Gr from the hydrogen gas concentration Hc, the fuel off-gas heat flow rate Qc, the base 23 temperature T1, and the fuel-off gas temperature T2, to generate hydrogen. The gas flow rate Gr may be calculated. The gas flow rate estimation model can be generated by, for example, machine learning or regression analysis.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図６〜図９を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。 (Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 9. In this embodiment, a part different from the first embodiment will be mainly described.

図６に示すように、燃料オフガス流路６１０には、ガス濃度センサ２５に代えて、圧力センサ２６およびガス熱流センサ２７が配置されている。圧力センサ２６は、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの圧力変動を検出するセンサである。圧力センサ２６は、流通空間６１０Ａを流れる燃料オフガスの圧力を検出可能なように圧力の感知部位が流通空間６１０Ａに配置されている。圧力センサ２６は、流路形成部６１のうち突出管部６２が接続された部位の近くに配置されている。なお、圧力センサ２６は、燃料オフガスの圧力を検出可能であれば、突出管部６２から離れた位置に配置されていてもよい。 As shown in FIG. 6, a pressure sensor 26 and a gas heat flow sensor 27 are arranged in the fuel off gas flow path 610 instead of the gas concentration sensor 25. The pressure sensor 26 is a sensor that detects pressure fluctuations of the fuel off gas flowing through the fuel off gas flow path 610. The pressure sensor 26 has a pressure sensing portion arranged in the distribution space 610A so that the pressure of the fuel off gas flowing through the distribution space 610A can be detected. The pressure sensor 26 is arranged near the portion of the flow path forming portion 61 to which the protruding pipe portion 62 is connected. The pressure sensor 26 may be arranged at a position away from the protruding pipe portion 62 as long as the pressure of the fuel off gas can be detected.

ガス熱流センサ２７は、導入空間６１０Ｂに存在する燃料オフガスの熱流量を検出するためのセンサである。ガス熱流センサ２７は、基本構成が主熱流センサ２２と同様に構成されている。ガス熱流センサ２７は、燃料オフガスの流速の影響を受け難いように導入空間６１０Ｂに配置されている。ガス熱流センサ２７は、ベース２３のうち、主熱流センサ２２が固定された部位以外の部位に固定されている。具体的には、ガス熱流センサ２７は、ベース２３のうち突出管部６２の底部と対向する部位に固定されている。 The gas heat flow sensor 27 is a sensor for detecting the heat flow rate of the fuel off gas existing in the introduction space 610B. The gas heat flow sensor 27 has the same basic configuration as the main heat flow sensor 22. The gas heat flow sensor 27 is arranged in the introduction space 610B so as not to be affected by the flow velocity of the fuel off gas. The gas heat flow sensor 27 is fixed to a portion of the base 23 other than the portion to which the main heat flow sensor 22 is fixed. Specifically, the gas heat flow sensor 27 is fixed to a portion of the base 23 facing the bottom of the protruding pipe portion 62.

圧力センサ２６およびガス熱流センサ２７は、それぞれ信号線を介してセンサ制御部５０の入力側に接続されている。センサ制御部５０は、圧力センサ２６の検出圧力およびガス熱流センサ２７の検出信号に基づいて燃料オフガス中の水素のガス濃度を算出する。本実施形態では、センサ制御部５０において、燃料オフガス中の水素のガス濃度を算出するハードウエアおよびソフトウエアが濃度演算部５０ｂを構成する。なお、本実施形態では、圧力センサ２６、ガス熱流センサ２７、および濃度演算部５０ｂがガス濃度検出部を構成している。 The pressure sensor 26 and the gas heat flow sensor 27 are each connected to the input side of the sensor control unit 50 via a signal line. The sensor control unit 50 calculates the gas concentration of hydrogen in the fuel-off gas based on the detection pressure of the pressure sensor 26 and the detection signal of the gas heat flow sensor 27. In the present embodiment, in the sensor control unit 50, hardware and software for calculating the gas concentration of hydrogen in the fuel-off gas constitute the concentration calculation unit 50b. In the present embodiment, the pressure sensor 26, the gas heat flow sensor 27, and the concentration calculation unit 50b constitute the gas concentration detection unit.

ここで、燃料電池システム１は、燃料ガスの供給手段として機能するエジェクタ５ｂが間欠的に開弁する。これにより、燃料電池２は、エジェクタ５ｂによって燃料ガスが間欠的に供給されるとともに、燃料オフガスが間欠的に排出される。この際、燃料オフガスには圧力変動が生じる。すなわち、燃料オフガス流路６１０は、燃料オフガスが脈動して流れることがある。燃料オフガスの圧力が変動すると、図７の上段に示すように、燃料オフガスの圧縮または膨張することで、燃料オフガスのガス温度が変動する。 Here, in the fuel cell system 1, the ejector 5b, which functions as a fuel gas supply means, opens the valve intermittently. As a result, in the fuel cell 2, the fuel gas is intermittently supplied by the ejector 5b, and the fuel off gas is intermittently discharged. At this time, pressure fluctuation occurs in the fuel off gas. That is, the fuel off gas may pulsate and flow in the fuel off gas flow path 610. When the pressure of the fuel off gas fluctuates, as shown in the upper part of FIG. 7, the gas temperature of the fuel off gas fluctuates due to the compression or expansion of the fuel off gas.

燃料オフガスの温度が変動すると、燃料オフガスとベース２３との間に温度差が生ずるが、当該温度差に起因してガス熱流センサ２７を貫通する熱流は、図７の中段の数式Ｆ４で示すように、燃料オフガスの熱伝達率ｈに応じて変化する。 When the temperature of the fuel off gas fluctuates, a temperature difference occurs between the fuel off gas and the base 23, and the heat flow penetrating the gas heat flow sensor 27 due to the temperature difference is shown by the formula F4 in the middle of FIG. In addition, it changes according to the heat transfer coefficient h of the fuel off gas.

燃料オフガスの温度変動は、図７の中段の数式Ｆ５に示す断熱圧縮時の温度変化の式により、圧力比（＝Ｐ２／Ｐ１）と相関性を有する。なお、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓは、図７の中段の数式Ｆ６に示すように、燃料オフガスの熱流量Ｑに対してセンサ感度係数αを乗じたものとなる。 The temperature fluctuation of the fuel off gas has a correlation with the pressure ratio (= P2 / P1) by the formula of the temperature change at the time of adiabatic compression shown in the formula F5 in the middle of FIG. The output signal Es of the gas heat flow sensor 27 is obtained by multiplying the heat flow rate Q of the fuel off gas by the sensor sensitivity coefficient α, as shown in the mathematical formula F6 in the middle of FIG.

そして、数式Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６によれば、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、図７の下段の数式Ｆ７で示すことができる。燃料オフガスの熱伝達率ｈは、数式Ｆ７で示すように、燃料オフガスの圧力比、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓ、センサ感度係数α、膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１により特定することができる。なお、膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１は、ガス温度センサ２１により得ることができる。 Then, according to the formulas F4, F5, and F6, the heat transfer coefficient h of the fuel off-gas can be expressed by the formula F7 in the lower part of FIG. As shown by the mathematical formula F7, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas can be specified by the pressure ratio of the fuel off gas, the output signal Es of the gas heat flow sensor 27, the sensor sensitivity coefficient α, and the temperature Tgas1 of the fuel off gas during expansion. .. The temperature Tgas1 of the fuel off gas at the time of expansion can be obtained by the gas temperature sensor 21.

また、ガス熱流センサ２７に作用する熱流の変動幅（すなわち、振幅）は、燃料オフガスの熱伝達率ｈが大きいほど大きくなる。一般にガスの熱伝達率ｈは、図８の上段に示す数式Ｆ８で定義される。また、温度が均一な板の強制対流のヌセルト数Ｎｕは、図８の中段に示す数式Ｆ９で定義される。そして、レイノルズ数Ｒｅは、図８の下段に示す数式Ｆ１０で定義される。 Further, the fluctuation width (that is, amplitude) of the heat flow acting on the gas heat flow sensor 27 increases as the heat transfer coefficient h of the fuel off gas increases. Generally, the heat transfer coefficient h of gas is defined by the mathematical formula F8 shown in the upper part of FIG. Further, the Nusselt number Nu of forced convection of a plate having a uniform temperature is defined by the mathematical formula F9 shown in the middle of FIG. The Reynolds number Re is defined by the mathematical formula F10 shown in the lower part of FIG.

上述の数式Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９によれば、燃料オフガスの流速Ｕｃが一定の条件であれば、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、熱伝導率λ等のガスの物性値（すなわち、動粘度ν、プラントル数Ｐｒ、熱伝導率λ）で決まる。そして、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、燃料オフガスの熱伝導率λに比例して大きくなる。燃料オフガスには、特定ガスである水素以外に水素とは熱伝導率λの異なるガス（例えば、窒素、蒸気）が含まれている。水素、窒素、蒸気を含む燃料オフガスのうち、熱伝導率λが最も高いガスは水素である。このため、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、図８に示すように、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃに強い相関性を有する。すなわち、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃが高ければ大きくなり、水素のガス濃度Ｈｃが低ければ小さくなる。 According to the above equations F7, F8, and F9, if the flow velocity Uc of the fuel off gas is a constant condition, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas is a physical property value of the gas such as the thermal conductivity λ (that is, the kinematic viscosity ν). , Prandtl number Pr, thermal conductivity λ). Then, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas increases in proportion to the thermal conductivity λ of the fuel off gas. In addition to hydrogen, which is a specific gas, the fuel-off gas includes a gas having a thermal conductivity λ different from that of hydrogen (for example, nitrogen and steam). Among the fuel-off gases including hydrogen, nitrogen, and steam, the gas having the highest thermal conductivity λ is hydrogen. Therefore, as shown in FIG. 8, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas has a strong correlation with the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas. That is, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas increases when the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas is high, and decreases when the gas concentration Hc of hydrogen is low.

前述したように、燃料オフガスの熱伝達率ｈは、燃料オフガスの圧力比、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓ、センサ感度係数α、膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１により特定することができる。燃料オフガスの圧力比は、圧力センサ２６により得ることができる。膨張時の燃料オフガスの温度Ｔｇａｓ１は、ガス温度センサ２１により得ることができる。 As described above, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas can be specified by the pressure ratio of the fuel off gas, the output signal Es of the gas heat flow sensor 27, the sensor sensitivity coefficient α, and the temperature Tgas1 of the fuel off gas during expansion. The pressure ratio of the fuel off gas can be obtained by the pressure sensor 26. The temperature Tgas1 of the fuel off gas at the time of expansion can be obtained by the gas temperature sensor 21.

以下、センサ制御部５０が実行する水素のガス流量を算出する制御処理について図９を参照して説明する。図９に示す制御処理は、例えば、燃料電池２の発電時に周期的または不定期にセンサ制御部５０により実行される。 Hereinafter, the control process for calculating the hydrogen gas flow rate executed by the sensor control unit 50 will be described with reference to FIG. The control process shown in FIG. 9 is executed by the sensor control unit 50 periodically or irregularly, for example, during power generation of the fuel cell 2.

図９に示すように、センサ制御部５０は、ステップＳ２００にて、センサ制御部５０の入力側に接続されたセンサから各種信号を読み込む。具体的には、センサ制御部５０は、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出信号、ガス温度センサ２１の検出信号、圧力センサ２６の検出信号、およびガス熱流センサ２７の検出信号を読み込む。 As shown in FIG. 9, the sensor control unit 50 reads various signals from the sensor connected to the input side of the sensor control unit 50 in step S200. Specifically, the sensor control unit 50 includes an output signal of the main heat flow sensor 22, a detection signal of the base temperature sensor 24, a detection signal of the gas temperature sensor 21, a detection signal of the pressure sensor 26, and a detection signal of the gas heat flow sensor 27. To read.

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ２１０にて、水素のガス濃度Ｈｃを算出する。先ず、センサ制御部５０は、図７に示す数式Ｆ７に、燃料オフガスの圧力比、ガス熱流センサ２７の出力信号Ｅｓ、センサ感度係数α、ガス温度センサ２１の検出温度を代入して燃料オフガスの熱伝達率ｈを算出する。そして、センサ制御部５０は、例えば、予めメモリに記憶された燃料オフガスの熱伝達率ｈと水素のガス濃度Ｈｃとの対応関係を規定した制御マップを参照して、燃料オフガス中に含まれる水素のガス濃度Ｈｃを算出する。なお、制御マップには、熱伝達率ｈの増大に伴って水素のガス濃度Ｈｃが大きくなるように、熱伝達率ｈと水素のガス濃度Ｈｃとの対応関係が規定されている。 Subsequently, the sensor control unit 50 calculates the hydrogen gas concentration Hc in step S210. First, the sensor control unit 50 substitutes the pressure ratio of the fuel off gas, the output signal Es of the gas heat flow sensor 27, the sensor sensitivity coefficient α, and the detection temperature of the gas temperature sensor 21 into the formula F7 shown in FIG. The heat transfer coefficient h is calculated. Then, the sensor control unit 50 refers to, for example, a control map that defines the correspondence between the heat transfer coefficient h of the fuel off gas and the gas concentration Hc of hydrogen stored in the memory in advance, and the hydrogen contained in the fuel off gas. The gas concentration Hc of is calculated. The control map defines the correspondence between the heat transfer coefficient h and the hydrogen gas concentration Hc so that the hydrogen gas concentration Hc increases as the heat transfer coefficient h increases.

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ２２０にて燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。そして、センサ制御部５０は、ステップＳ２３０にて燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒを算出する。なお、ステップＳ２２０、Ｓ２３０の処理は、ステップＳ１１０、Ｓ１２０と同様の処理であるため詳しい説明を省略する。 Subsequently, the sensor control unit 50 calculates the flow velocity Uc of the fuel off gas in step S220. Then, the sensor control unit 50 calculates the gas flow rate Gr of hydrogen in the fuel off gas in step S230. Since the processes of steps S220 and S230 are the same as those of steps S110 and S120, detailed description thereof will be omitted.

以上説明したセンサ装置１０は、燃料オフガスの圧力変動および燃料オフガスの熱流量の変動に基づいて水素のガス濃度Ｈｃを算出する構成になっている。これによると、ガス濃度の計測に特化した特殊なセンサを用いる必要がなく、汎用的なセンサ構成によって水素のガス濃度Ｈｃを検出することができる。 The sensor device 10 described above is configured to calculate the hydrogen gas concentration Hc based on the pressure fluctuation of the fuel off gas and the heat flow rate fluctuation of the fuel off gas. According to this, it is not necessary to use a special sensor specialized for measuring the gas concentration, and the gas concentration Hc of hydrogen can be detected by a general-purpose sensor configuration.

ところで、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの熱伝達率ｈは、図８に示すように、燃料オフガス流路６１０における圧力変動だけでなく、燃料オフガスの流速Ｕｃの変動の影響も受ける。 By the way, as shown in FIG. 8, the heat transfer coefficient h of the fuel off gas flowing through the fuel off gas flow path 610 is affected not only by the pressure fluctuation in the fuel off gas flow path 610 but also by the fluctuation of the flow velocity Uc of the fuel off gas.

これを加味して、センサ装置１０は、ガス熱流センサ２７にて導入空間６１０Ｂに存在する燃料オフガスの熱流量を検出する構成になっている。これによれば、燃料オフガス流路６１０を流れる燃料オフガスの流速Ｕｃが変動したとしても、ガス熱流センサ２７の設置箇所付近における燃料オフガスの流速Ｕｃの変動が抑制される。このため、燃料オフガス流路６１０における圧力の変化量とガス熱流センサ２７に作用する熱流の変化量に基づいて、燃料オフガスに含まれる水素のガス濃度Ｈｃを精度よく検出することができる。 Taking this into consideration, the sensor device 10 is configured to detect the heat flow rate of the fuel off gas existing in the introduction space 610B by the gas heat flow sensor 27. According to this, even if the flow velocity Uc of the fuel off gas flowing through the fuel off gas flow path 610 fluctuates, the fluctuation of the flow velocity Uc of the fuel off gas in the vicinity of the installation location of the gas heat flow sensor 27 is suppressed. Therefore, the gas concentration Hc of hydrogen contained in the fuel off gas can be accurately detected based on the amount of change in pressure in the fuel off gas flow path 610 and the amount of change in heat flow acting on the gas heat flow sensor 27.

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、図７に示す数式Ｆ７を用いて熱伝達率ｈを算出し、算出した熱伝達率ｈに基づいて水素のガス濃度Ｈｃを算出するものを例示したが、これに限定されない。センサ制御部５０は、燃料オフガスの圧力変動および燃料オフガスの熱流量から水素のガス濃度Ｈｃを推定するガス濃度の推定モデルを用いて、水素のガス濃度Ｈｃを算出するようになっていてもよい。なお、ガス濃度の推定モデルは、例えば、機械学習や回帰分析により生成することができる。 (Modified example of the second embodiment)
In the second embodiment, the heat transfer coefficient h is calculated using the mathematical formula F7 shown in FIG. 7, and the hydrogen gas concentration Hc is calculated based on the calculated heat transfer coefficient h, but the present invention is not limited to this. .. The sensor control unit 50 may calculate the hydrogen gas concentration Hc by using a gas concentration estimation model that estimates the hydrogen gas concentration Hc from the pressure fluctuation of the fuel off gas and the heat flow rate of the fuel off gas. .. The gas concentration estimation model can be generated by, for example, machine learning or regression analysis.

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１０、図１１を参照して説明する。本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。 (Third Embodiment)
Next, the third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In this embodiment, the parts different from the second embodiment will be mainly described.

図１０に示すように、センサ装置１０は、ガス温度センサ２１が省略されている。主熱流センサ２２を貫通する熱流量Ｑｃは、燃料オフガスの温度Ｔ２とベース２３の温度Ｔ１との温度差によって生ずる。すなわち、燃料オフガスの温度Ｔ２は、主熱流センサ２２を貫通する熱流量Ｑｃおよびベース２３の温度Ｔ１に相関性を有する。そこで、センサ装置１０は、センサ制御部５０にて主熱流センサ２２の検出信号およびベース温度センサ２４の検出温度から燃料オフガスの温度Ｔ２を推定する。 As shown in FIG. 10, the gas temperature sensor 21 is omitted in the sensor device 10. The heat flow rate Qc penetrating the main heat flow sensor 22 is generated by the temperature difference between the temperature T2 of the fuel off gas and the temperature T1 of the base 23. That is, the temperature T2 of the fuel off gas has a correlation with the heat flow rate Qc penetrating the main heat flow sensor 22 and the temperature T1 of the base 23. Therefore, the sensor device 10 estimates the temperature T2 of the fuel off gas from the detection signal of the main heat flow sensor 22 and the detection temperature of the base temperature sensor 24 by the sensor control unit 50.

以下、センサ制御部５０が実行する水素のガス流量Ｇｒを算出する制御処理について図１１を参照して説明する。図１１に示す制御処理は、例えば、燃料電池２の発電時に周期的または不定期にセンサ制御部５０により実行される。 Hereinafter, the control process for calculating the hydrogen gas flow rate Gr executed by the sensor control unit 50 will be described with reference to FIG. The control process shown in FIG. 11 is executed by the sensor control unit 50 periodically or irregularly, for example, during power generation of the fuel cell 2.

図１１に示すように、センサ制御部５０は、ステップＳ３００にて、センサ制御部５０の入力側に接続されたセンサから各種信号を読み込む。具体的には、センサ制御部５０は、主熱流センサ２２の出力信号、ベース温度センサ２４の検出信号、圧力センサ２６の検出信号、およびガス熱流センサ２７の検出信号を読み込む。 As shown in FIG. 11, the sensor control unit 50 reads various signals from the sensor connected to the input side of the sensor control unit 50 in step S300. Specifically, the sensor control unit 50 reads the output signal of the main heat flow sensor 22, the detection signal of the base temperature sensor 24, the detection signal of the pressure sensor 26, and the detection signal of the gas heat flow sensor 27.

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ３１０にて、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出する。センサ制御部５０は、例えば、予めメモリに記憶された燃料オフガスの熱流量Ｑｃ、ベース２３の温度Ｔ１、燃料オフガスの温度Ｔ２との対応関係を規定した制御マップを参照して、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出する。 Subsequently, the sensor control unit 50 calculates the fuel off-gas temperature T2 in step S310. The sensor control unit 50 refers to, for example, a control map that defines the correspondence between the heat flow rate Qc of the fuel off gas, the temperature T1 of the base 23, and the temperature T2 of the fuel off gas stored in the memory in advance, and the temperature of the fuel off gas. Calculate T2.

続いて、センサ制御部５０は、ステップＳ３２０にて、水素のガス濃度Ｈｃを算出する。また、センサ制御部５０は、ステップＳ３３０にて燃料オフガスの流速Ｕｃを算出する。そして、センサ制御部５０は、ステップＳ３４０にて燃料オフガス中の水素のガス流量Ｇｒを算出する。なお、ステップＳ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０の処理は、ステップＳ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０と同様の処理であるため詳しい説明を省略する。 Subsequently, the sensor control unit 50 calculates the hydrogen gas concentration Hc in step S320. Further, the sensor control unit 50 calculates the flow velocity Uc of the fuel off gas in step S330. Then, the sensor control unit 50 calculates the gas flow rate Gr of hydrogen in the fuel off gas in step S340. Since the processes of steps S320, S330, and S340 are the same as those of steps S210, S220, and S230, detailed description thereof will be omitted.

以上説明したセンサ装置１０は、センサ制御部５０が主熱流センサ２２の検出信号およびベース温度センサ２４の検出温度から燃料オフガスの温度Ｔ２を算出する。そして、センサ制御部５０は、算出した燃料オフガスの温度Ｔ２、燃料オフガス中の水素のガス濃度Ｈｃ、ベース２３の温度Ｔ１、および主熱流センサ２２の出力信号に基づいて水素のガス流量Ｇｒを算出する。これによると、燃料オフガスの温度Ｔ２を検出するための専用の温度センサが不要となるので、部品点数の増加を抑えることができる。 In the sensor device 10 described above, the sensor control unit 50 calculates the fuel off gas temperature T2 from the detection signal of the main heat flow sensor 22 and the detection temperature of the base temperature sensor 24. Then, the sensor control unit 50 calculates the hydrogen gas flow rate Gr based on the calculated fuel off-gas temperature T2, the hydrogen gas concentration Hc in the fuel-off gas, the base 23 temperature T1, and the output signal of the main heat flow sensor 22. To do. According to this, since a dedicated temperature sensor for detecting the temperature T2 of the fuel off gas is not required, an increase in the number of parts can be suppressed.

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態では、予めメモリに記憶された制御マップを参照して、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出するものを例示したが、これに限定されない。センサ制御部５０は、燃料オフガスの熱流量Ｑｃおよびベース２３の温度Ｔ１から燃料オフガスの温度Ｔ２を推定するガス温度の推定モデルを用いて、燃料オフガスの温度Ｔ２を算出するようになっていてもよい。なお、ガス温度の推定モデルは、例えば、機械学習や回帰分析により生成することができる。 (Modified example of the third embodiment)
In the third embodiment, a control map stored in the memory in advance is referred to to calculate the temperature T2 of the fuel off gas, but the present invention is not limited to this. Even if the sensor control unit 50 calculates the temperature T2 of the fuel off gas by using the gas temperature estimation model that estimates the temperature T2 of the fuel off gas from the heat flow rate Qc of the fuel off gas and the temperature T1 of the base 23. Good. The gas temperature estimation model can be generated by, for example, machine learning or regression analysis.

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１２を参照して説明する。本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について主に説明する。 (Fourth Embodiment)
Next, the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part different from the third embodiment will be mainly described.

図１２に示すように、センサ装置１０は、ベース２３を加熱するヒータ３０が追加されている。ヒータ３０は、発熱体３１および駆動回路３２を有する電気ヒータで構成されている。 As shown in FIG. 12, the sensor device 10 has an additional heater 30 that heats the base 23. The heater 30 is composed of an electric heater having a heating element 31 and a drive circuit 32.

発熱体３１は、通電により発熱する材料で構成されている。発熱体３１は、ベース２３の内部に配置されている。なお、発熱体３１は、ベース２３を加熱することが可能であれば、ベース２３の外面に設置されていてもよい。 The heating element 31 is made of a material that generates heat when energized. The heating element 31 is arranged inside the base 23. The heating element 31 may be installed on the outer surface of the base 23 as long as it can heat the base 23.

駆動回路３２は、発熱体３１への通電量を調整する回路である。駆動回路３２は、信号線介して発熱体３１に接続されている。駆動回路３２は、センサ制御部５０からの信号に応じて作動が制御される。センサ制御部５０は、例えば、燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出する際に、駆動回路３２から発熱体３１に通電する。 The drive circuit 32 is a circuit that adjusts the amount of electricity supplied to the heating element 31. The drive circuit 32 is connected to the heating element 31 via a signal line. The operation of the drive circuit 32 is controlled in response to a signal from the sensor control unit 50. The sensor control unit 50 energizes the heating element 31 from the drive circuit 32, for example, when detecting the gas concentration and gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas.

その他の構成および作動は、第３実施形態と同様である。本実施形態のセンサ装置１０は、第３実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第３実施形態と同様に得ることができる。 Other configurations and operations are the same as in the third embodiment. The sensor device 10 of the present embodiment can obtain the effects obtained from the same configuration as that of the third embodiment as in the third embodiment.

本実施形態のセンサ装置１０は、ベース２３を加熱するヒータ３０を備えている。これによると、ヒータ３０によってベース２３を昇温させることで、燃料オフガスとベース２３との間の温度差を充分に確保することができる。この結果、ベース２３に固定される主熱流センサ２２およびガス熱流センサ２７それぞれのセンサ感度の向上を図ることができる。 The sensor device 10 of the present embodiment includes a heater 30 that heats the base 23. According to this, by raising the temperature of the base 23 by the heater 30, it is possible to sufficiently secure the temperature difference between the fuel off gas and the base 23. As a result, it is possible to improve the sensor sensitivity of each of the main heat flow sensor 22 and the gas heat flow sensor 27 fixed to the base 23.

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態では、第３実施形態で説明したセンサ装置１０に対してヒータ３０を追加したものを例示したが、これに限定されない。ヒータ３０は、例えば、第１実施形態で説明したセンサ装置１０や第２実施形態で説明したセンサ装置１０に追加されていてもよい。 (Modified example of the fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a heater 30 is added to the sensor device 10 described in the third embodiment, but the present invention is not limited to this. The heater 30 may be added to, for example, the sensor device 10 described in the first embodiment or the sensor device 10 described in the second embodiment.

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
Although the typical embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified as follows, for example.

上述の実施形態では、流路形成部６１に対して突出管部６２を接続し、この突出管部６２の内側に検知部２０の一部が配置されるものを例示したが、これに限定されない。センサ装置１０は、流路形成部６１に対して突出管部６２が接続されておらず、流路形成部６１の内側に検知部２０が配置されていてもよい。 In the above-described embodiment, the protruding pipe portion 62 is connected to the flow path forming portion 61, and a part of the detection portion 20 is arranged inside the protruding pipe portion 62, but the present invention is not limited to this. .. In the sensor device 10, the protruding pipe portion 62 may not be connected to the flow path forming portion 61, and the detection unit 20 may be arranged inside the flow path forming portion 61.

上述の実施形態では、主熱流センサ２２およびガス熱流センサ２７として、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂で構成されるセンサ基板２２１を有するものを例示したが、これに限定されない。主熱流センサ２２およびガス熱流センサ２７は、熱流を検出可能なものであれば、上述の熱流センサと異なる構造のものが採用されていてもよい。 In the above-described embodiment, the main heat flow sensor 22 and the gas heat flow sensor 27 include, but are not limited to, a sensor substrate 221 made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The main heat flow sensor 22 and the gas heat flow sensor 27 may have a structure different from that of the above-mentioned heat flow sensor as long as the heat flow can be detected.

上述の実施形態では、燃料電池システム１として、エジェクタ５ｂが採用されたものを例示したが、これに限定されない。燃料電池システム１は、例えば、水素供給弁５ａの開閉動作によって、燃料電池２に対して水素が間欠的に供給される構成になっていてもよい。 In the above-described embodiment, the fuel cell system 1 in which the ejector 5b is adopted has been illustrated, but the present invention is not limited thereto. The fuel cell system 1 may be configured such that hydrogen is intermittently supplied to the fuel cell 2 by, for example, an opening / closing operation of the hydrogen supply valve 5a.

上述の実施形態では、燃料電池システム１に対して本開示のセンサ装置１０の適用したものを例示したが、これに限定されない。センサ装置１０は、例えば、複数種のガスを混合した混合ガスが流れるガス配管等を含む他のシステムに対して適用可能である。 In the above-described embodiment, the application of the sensor device 10 of the present disclosure to the fuel cell system 1 has been illustrated, but the present invention is not limited thereto. The sensor device 10 can be applied to other systems including, for example, a gas pipe through which a mixed gas in which a plurality of types of gases are mixed flows.

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Needless to say, in the above-described embodiment, the elements constituting the embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle.

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。 In the above-described embodiment, when numerical values such as the number, numerical value, amount, range, etc. of the components of the embodiment are mentioned, when it is clearly stated that it is particularly essential, and in principle, it is clearly limited to a specific number. Except as the case, it is not limited to the specific number.

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。 In the above-described embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of a component or the like, the shape, positional relationship, etc., unless otherwise specified or limited in principle to a specific shape, positional relationship, etc. Not limited to, etc.

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The controls and methods thereof described in the present disclosure are realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. May be done. Alternatively, the controls and methods thereof described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control unit and method thereof described in the present disclosure may be a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、センサ装置は、ガス濃度検出部と、主熱流センサと、ベース温度センサと、特定ガスのガス流量を算出する流量演算部と、を備える。 (Summary)
According to the first aspect shown in part or all of the above embodiments, the sensor device includes a gas concentration detector, a main heat flow sensor, a base temperature sensor, and a flow rate for calculating the gas flow rate of the specific gas. It is equipped with a calculation unit.

第２の観点によれば、混合ガスは、特定ガス以外に特定ガスとは熱伝導率の異なるガスが含まれている。ガス流路には、混合ガスが脈動して流れることがある。ガス濃度検出部は、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動および混合ガスの熱流量の変動に基づいて特定ガスのガス濃度を検出するように構成されている。 According to the second aspect, the mixed gas contains a gas having a thermal conductivity different from that of the specific gas in addition to the specific gas. The mixed gas may pulsate and flow in the gas flow path. The gas concentration detecting unit is configured to detect the gas concentration of the specific gas based on the pressure fluctuation of the mixed gas flowing through the gas flow path and the fluctuation of the heat flow rate of the mixed gas.

特定ガスのガス濃度は、混合ガスが流れるガス流路における圧力変動によって誘起される混合ガスの温度変動に相関性を有する。このため、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動および混合ガスの熱流量の変動に基づいて特定ガスのガス濃度を検出することができる。 The gas concentration of the specific gas has a correlation with the temperature fluctuation of the mixed gas induced by the pressure fluctuation in the gas flow path through which the mixed gas flows. Therefore, the gas concentration of the specific gas can be detected based on the pressure fluctuation of the mixed gas flowing through the gas flow path and the fluctuation of the heat flow rate of the mixed gas.

第３の観点によれば、ガス流路は、混合ガスが流れる流通空間および流通空間を流れる混合ガスの一部が導入される空間であって流通空間よりも混合ガスが淀み易い導入空間を含んでいる。ガス濃度検出部は、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動を検出するための圧力センサ、導入空間に存在する混合ガスの熱流量を検出するためのガス熱流センサを有する。また、ガス濃度検出部は、ガス流路を流れる混合ガスの圧力変動および導入空間に存在する混合ガスの熱流量の変動に基づいて特定ガスのガス濃度を算出する濃度演算部を有する。 According to the third viewpoint, the gas flow path includes a flow space in which the mixed gas flows and a space in which a part of the mixed gas flowing in the flow space is introduced, and the introduction space in which the mixed gas is more likely to stagnate than the flow space. I'm out. The gas concentration detecting unit has a pressure sensor for detecting the pressure fluctuation of the mixed gas flowing through the gas flow path, and a gas heat flow sensor for detecting the heat flow rate of the mixed gas existing in the introduction space. Further, the gas concentration detecting unit has a concentration calculation unit that calculates the gas concentration of the specific gas based on the pressure fluctuation of the mixed gas flowing through the gas flow path and the fluctuation of the heat flow rate of the mixed gas existing in the introduction space.

このように、ガス熱流センサにて導入空間に存在する混合ガスの熱流量を検出する構成とすれば、ガス流路を流れる混合ガスの流速が変動したとしても、ガス熱流センサの設置箇所付近における混合ガスの流速の変動が抑制される。これにより、ガス流路における圧力の変化量とガス熱流センサに作用する熱流量の変化量に基づいて、混合ガスに含まれる特定ガスのガス濃度を精度よく検出することができる。なお、「混合ガスが淀み易い」とは、混合ガスが流れず、滞留し易い状態である。 In this way, if the gas heat flow sensor is configured to detect the heat flow rate of the mixed gas existing in the introduction space, even if the flow velocity of the mixed gas flowing through the gas flow path fluctuates, it is near the installation location of the gas heat flow sensor. Fluctuations in the flow velocity of the mixed gas are suppressed. As a result, the gas concentration of the specific gas contained in the mixed gas can be accurately detected based on the amount of change in pressure in the gas flow path and the amount of change in heat flow rate acting on the gas heat flow sensor. In addition, "the mixed gas is easy to stagnate" is a state in which the mixed gas does not flow and easily stays.

第４の観点によれば、ガス熱流センサは、ベースにおける主熱流センサに固定された部位以外の部位に固定されている。このように、ガス熱流センサを主熱流センサが固定されるベースに対して固定すれば、ガス熱流センサを固定するための専用の部品が不要となるので、部品点数の増加を抑制することができる。加えて、主熱流センサおよびガス熱流センサを共通のベースに固定すれば、ベース温度センサを利用してガス熱流センサの他面側の温度を把握することができる。 According to the fourth aspect, the gas heat flow sensor is fixed to a portion other than the portion fixed to the main heat flow sensor in the base. In this way, if the gas heat flow sensor is fixed to the base on which the main heat flow sensor is fixed, a dedicated part for fixing the gas heat flow sensor becomes unnecessary, so that an increase in the number of parts can be suppressed. .. In addition, if the main heat flow sensor and the gas heat flow sensor are fixed to a common base, the temperature on the other side of the gas heat flow sensor can be grasped by using the base temperature sensor.

第５の観点によれば、センサ装置は、ベースを加熱するヒータを備える。これによると、ヒータによってベースを昇温させることで、混合ガスとベースとの間の温度差を充分に確保することができるので、ベースに固定される主熱流センサのセンサ感度の向上を図ることができる。 According to a fifth aspect, the sensor device comprises a heater that heats the base. According to this, by raising the temperature of the base with a heater, a sufficient temperature difference between the mixed gas and the base can be secured, so that the sensor sensitivity of the main heat flow sensor fixed to the base should be improved. Can be done.

第６の観点によれば、流量演算部は、主熱流センサの検出信号およびベース温度センサの検出温度から混合ガスの温度を算出する。そして、流量演算部は、算出した混合ガスの温度、ガス濃度検出部の検出濃度、ベース温度センサの検出温度、および主熱流センサの出力信号に基づいて特定ガスのガス流量を算出する。これによると、混合ガスの温度を検出するための専用の温度センサが不要となるので、部品点数の増加を抑えることができる。 According to the sixth aspect, the flow rate calculation unit calculates the temperature of the mixed gas from the detection signal of the main heat flow sensor and the detection temperature of the base temperature sensor. Then, the flow rate calculation unit calculates the gas flow rate of the specific gas based on the calculated temperature of the mixed gas, the detection concentration of the gas concentration detection unit, the detection temperature of the base temperature sensor, and the output signal of the main heat flow sensor. According to this, since a dedicated temperature sensor for detecting the temperature of the mixed gas becomes unnecessary, it is possible to suppress an increase in the number of parts.

第７の観点によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部と、燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置と、を備える。センサ装置は、ガス濃度検出部と、主熱流センサと、ベース温度センサと、燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部と、を有する。 According to the seventh aspect, the fuel cell system includes a fuel cell, an off-gas flow path forming portion for forming a fuel off-gas flow path, and a sensor device for detecting the gas concentration and gas flow rate of hydrogen in the fuel off-gas. Be prepared. The sensor device includes a gas concentration detection unit, a main heat flow sensor, a base temperature sensor, and a flow rate calculation unit for calculating the gas flow rate of hydrogen in the fuel-off gas.

１０ センサ装置
２２ 主熱流センサ
２４ ベース温度センサ
２５ ガス濃度センサ
５０ａ 流量演算部
６１ 燃料オフガス流路（ガス流路） 10 Sensor device 22 Main heat flow sensor 24 Base temperature sensor 25 Gas concentration sensor 50a Flow rate calculation unit 61 Fuel off gas flow path (gas flow path)

Claims (7)

少なくとも２種のガスが混合された混合ガスのうち、特定ガスのガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置であって、
少なくとも一部が前記混合ガスの流れるガス流路（６１０）に配置され、前記混合ガスのうち前記特定ガスのガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
前記ガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が前記混合ガスに晒されるように前記ガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
前記主熱流センサの他面側に位置する前記ベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
前記ガス濃度検出部の検出濃度、前記ベース温度センサの検出温度、および前記主熱流センサの出力信号に基づいて前記特定ガスのガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、
を備える、センサ装置。 A sensor device that detects the gas concentration and gas flow rate of a specific gas among a mixed gas in which at least two types of gases are mixed.
A gas concentration detection unit (25, 26, 27, 50b) that is arranged in a gas flow path (610) through which the mixed gas flows and detects the gas concentration of the specific gas in the mixed gas, and
A main heat flow that is fixed to a base (23) arranged in the gas flow path, is arranged in the gas flow path so that one surface is exposed to the mixed gas, and outputs a signal corresponding to the heat flow penetrating the front and back surfaces. With the sensor (22)
A base temperature sensor (24) that detects the temperature of the base located on the other surface side of the main heat flow sensor, and
A flow rate calculation unit (50a) that calculates the gas flow rate of the specific gas based on the detection concentration of the gas concentration detection unit, the detection temperature of the base temperature sensor, and the output signal of the main heat flow sensor.
A sensor device. 前記混合ガスは、前記特定ガス以外に前記特定ガスとは熱伝導率の異なるガスが含まれており、
前記ガス流路には、前記混合ガスが脈動して流れることがあり、
前記ガス濃度検出部（２６、２７、５０ｂ）は、前記ガス流路を流れる前記混合ガスの圧力変動および前記混合ガスの熱流量の変動に基づいて前記特定ガスのガス濃度を検出するように構成されている、請求項１に記載のセンサ装置。 In addition to the specific gas, the mixed gas contains a gas having a thermal conductivity different from that of the specific gas.
The mixed gas may pulsate and flow in the gas flow path.
The gas concentration detecting unit (26, 27, 50b) is configured to detect the gas concentration of the specific gas based on the pressure fluctuation of the mixed gas flowing through the gas flow path and the fluctuation of the heat flow rate of the mixed gas. The sensor device according to claim 1. 前記ガス流路は、前記混合ガスが流れる流通空間（６１０Ａ）および前記流通空間を流れる前記混合ガスの一部が導入される空間であって前記流通空間よりも前記混合ガスが淀み易い導入空間（６１０Ｂ）を含んでおり、
前記ガス濃度検出部は、前記ガス流路を流れる前記混合ガスの圧力変動を検出するための圧力センサ（２６）、前記導入空間に存在する前記混合ガスの熱流量を検出するためのガス熱流センサ（２７）、および前記ガス流路を流れる前記混合ガスの圧力変動および前記導入空間に存在する前記混合ガスの熱流量の変動に基づいて前記特定ガスのガス濃度を算出する濃度演算部（５０ｂ）を含んでいる、請求項２に記載のセンサ装置。 The gas flow path is a flow space (610A) through which the mixed gas flows and a space in which a part of the mixed gas flowing through the flow space is introduced, and the introduction space in which the mixed gas is more likely to stagnate than the flow space ( 610B) is included and
The gas concentration detecting unit includes a pressure sensor (26) for detecting pressure fluctuations of the mixed gas flowing through the gas flow path, and a gas heat flow sensor for detecting the heat flow rate of the mixed gas existing in the introduction space. (27), and the concentration calculation unit (50b) that calculates the gas concentration of the specific gas based on the pressure fluctuation of the mixed gas flowing through the gas flow path and the fluctuation of the heat flow rate of the mixed gas existing in the introduction space. 2. The sensor device according to claim 2. 前記ガス熱流センサは、前記ベースにおける前記主熱流センサに固定された部位以外の部位に固定されている、請求項３に記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 3, wherein the gas heat flow sensor is fixed to a portion of the base other than the portion fixed to the main heat flow sensor. 前記ベースを加熱するヒータ（３０）を備える、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサ装置。 The sensor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a heater (30) for heating the base. 前記流量演算部は、前記主熱流センサの検出信号および前記ベース温度センサの検出温度から前記混合ガスの温度を算出し、算出した前記混合ガスの温度、前記ガス濃度検出部の検出濃度、前記ベース温度センサの検出温度、および前記主熱流センサの出力信号に基づいて前記特定ガスのガス流量を算出する、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のセンサ装置。 The flow rate calculation unit calculates the temperature of the mixed gas from the detection signal of the main heat flow sensor and the detection temperature of the base temperature sensor, and the calculated temperature of the mixed gas, the detection concentration of the gas concentration detection unit, and the base. The sensor device according to any one of claims 1 to 5, which calculates the gas flow rate of the specific gas based on the detection temperature of the temperature sensor and the output signal of the main heat flow sensor. 燃料電池システムであって、
燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路（６１０）を形成するオフガス流路形成部（６１）と、
前記燃料オフガス中の水素のガス濃度およびガス流量を検出するセンサ装置（１０）と、を備え、
前記センサ装置は、
少なくとも一部が前記燃料オフガス流路に配置され、前記燃料オフガス中の水素のガス濃度を検出するガス濃度検出部（２５、２６、２７、５０ｂ）と、
前記燃料オフガス流路に配置されるベース（２３）に固定されるとともに、一面が前記燃料オフガスに晒されるように前記燃料オフガス流路に配置され、表裏を貫通する熱流に応じた信号を出力する主熱流センサ（２２）と、
前記主熱流センサの他面側に位置する前記ベースの温度を検出するベース温度センサ（２４）と、
前記ガス濃度検出部の検出濃度、前記ベース温度センサの検出温度、および前記主熱流センサの出力信号に基づいて前記燃料オフガス中の水素のガス流量を算出する流量演算部（５０ａ）と、を有する、燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system,
A fuel cell (2) that outputs electrical energy through a chemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (61) forming a fuel off-gas flow path (610) through which the fuel off gas discharged from the fuel cell flows,
A sensor device (10) for detecting the gas concentration and gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas is provided.
The sensor device is
A gas concentration detection unit (25, 26, 27, 50b), which is arranged in at least a part of the fuel off gas flow path and detects the gas concentration of hydrogen in the fuel off gas, and
It is fixed to the base (23) arranged in the fuel off gas flow path, and is arranged in the fuel off gas flow path so that one surface is exposed to the fuel off gas flow path, and outputs a signal corresponding to the heat flow penetrating the front and back surfaces. Main heat flow sensor (22) and
A base temperature sensor (24) that detects the temperature of the base located on the other surface side of the main heat flow sensor, and
It has a flow rate calculation unit (50a) that calculates the gas flow rate of hydrogen in the fuel off gas based on the detection concentration of the gas concentration detection unit, the detection temperature of the base temperature sensor, and the output signal of the main heat flow sensor. , Fuel cell system.
JP2019133468A 2019-07-19 2019-07-19 Sensor device and fuel cell system Pending JP2021018130A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019133468A JP2021018130A (en) 2019-07-19 2019-07-19 Sensor device and fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019133468A JP2021018130A (en) 2019-07-19 2019-07-19 Sensor device and fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021018130A true JP2021018130A (en) 2021-02-15

Family

ID=74563603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019133468A Pending JP2021018130A (en) 2019-07-19 2019-07-19 Sensor device and fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021018130A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116759682A (en) * 2023-08-24 2023-09-15 宁德时代新能源科技股份有限公司 Battery, power utilization device and gas detection method of battery
WO2024190177A1 (en) * 2023-03-14 2024-09-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Physical quantity measurement system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024190177A1 (en) * 2023-03-14 2024-09-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Physical quantity measurement system
CN116759682A (en) * 2023-08-24 2023-09-15 宁德时代新能源科技股份有限公司 Battery, power utilization device and gas detection method of battery
CN116759682B (en) * 2023-08-24 2024-02-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 Battery, power utilization device and gas detection method of battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103098279A (en) Fuel cell system and control method for fuel cell system
CN102054999B (en) Online method to estimate hydrogen concentration estimation in fuel cell systems at shutdown and startup
US8367257B2 (en) Fuel cell system and method for adjusting moisture content in a polymer electrolyte membrane
US8470479B2 (en) Sensorless relative humidity control in a fuel cell application
US20120040264A1 (en) Hydrogen concentration sensor utilizing cell voltage resulting from hydrogen partial pressure difference
WO2004030134A1 (en) Liquid fuel direct supply fuel cell system and its operation controlling method and controller
JP2007052936A (en) Fuel cell system
JP2001256988A (en) Fuel cell system and fuel cell operating method
WO2011158079A1 (en) Fuel cell system and method of controlling fuel cell system
JP2021018130A (en) Sensor device and fuel cell system
WO2006134671A1 (en) Fuel cell system designed to ensure stability of operation
KR101765395B1 (en) Fuel cell system
JP5459223B2 (en) Fuel cell system
US20090255323A1 (en) Proton exchange membrane fuel cell humidity sensor
US20080145729A1 (en) Fuel cell reliability improvement by using stack end plate temperature sensors
US9660283B2 (en) Current measurement device
US6842705B2 (en) Gas flow rate measuring device and gas flow rate measuring method
JP7052303B2 (en) Humidity detector, fuel cell system
JP4172792B2 (en) Method for detecting fuel concentration in direct methanol fuel cell and direct methanol fuel cell system
CN103026200A (en) Method of measuring the electroosmotic transport coefficient of a proton exchange membrane and device for implementing such a method
US7682720B2 (en) Diagnostic method for detecting a coolant pump failure in a fuel cell system by temperature measurement
JP5773084B2 (en) Fuel cell system
JP2007128758A (en) Fuel cell system and gas constituent state detection method in fuel cell
Berning A method for the ad hoc and real-time determination of the water balance in a PEMFC
JP6985191B2 (en) Hydrogen concentration detector