JP2022180669A - Gas component detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス成分検出装置に関するものである。 The present invention relates to a gas component detection device.
従来より、混合ガスに含まれる1種類のガスの濃度を検出するガス成分検出装置が提案されている。例えば、特許文献1には、混合ガスの熱流量の変化量と圧力の変化量との相関に基づいて混合ガスに含まれる1種類のガスの濃度を算出する方法が提案されている。なお、熱流量の変化量は、熱流量センサの検出結果に基づいて算出され、熱流量センサは、熱流量を検知する部分が混合ガスに晒された状態で配置されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a gas component detection device that detects the concentration of one kind of gas contained in a mixed gas. For example, Patent Literature 1 proposes a method of calculating the concentration of one type of gas contained in a mixed gas based on the correlation between the amount of change in heat flow and the amount of change in pressure of the mixed gas. The amount of change in the heat flow is calculated based on the detection result of the heat flow sensor, and the heat flow sensor is arranged in a state where the portion that detects the heat flow is exposed to the mixed gas.
この場合、上記のように熱流量センサは、混合ガスに晒された状態で配置される。このため、熱流量センサが故障した際に火花等が発生する可能性がある場合、安全性が懸念される。 In this case, the thermal flow sensor is arranged in a state exposed to the mixed gas as described above. Therefore, if there is a possibility that sparks or the like may be generated when the heat flow sensor fails, there is a concern about safety.
本発明は上記点に鑑み、安全性を向上できるガス成分検出装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas component detection device capable of improving safety.
上記目的を達成するための請求項1では、ガス流路(35a)内を流れる、熱伝導率の異なる少なくとも2種類のガスが混合された混合ガスのうちの特定ガスのガス濃度を検出するガス成分検出装置であって、ガス流路内の熱流量に応じた検出信号を出力する熱流量センサ(36)と、ガス流路内の圧力に応じた検出信号を出力する圧力センサ(37)と、混合ガスの熱流量がガス流路内で周期的に変化した際の熱流量の変化量を熱流量センサの検出信号に基づいて算出すると共に、混合ガスの圧力がガス流路内で周期的に変化した際の圧力の変化量を圧力センサの検出信号に基づいて算出し、算出した熱流量の変化量と圧力の変化量との相関に基づいて混合ガスのうちの特定ガスの濃度を算出する制御部(40)と、を備え、熱流量センサは、電流が遮断されている状態において、混合ガスの熱流量に応じた検出信号を出力するセンサ部(310)を有する構成とされている。 In claim 1 for achieving the above object, a gas for detecting the gas concentration of a specific gas in a mixed gas in which at least two kinds of gases having different thermal conductivities are mixed flowing in a gas flow path (35a) is provided. A component detection device comprising a heat flow sensor (36) that outputs a detection signal corresponding to the heat flow in the gas flow path, and a pressure sensor (37) that outputs a detection signal corresponding to the pressure in the gas flow path. , the amount of change in the heat flow when the heat flow of the mixed gas changes periodically in the gas flow path is calculated based on the detection signal of the heat flow sensor, and the pressure of the mixed gas is periodically changed in the gas flow path. Calculate the amount of pressure change based on the detection signal of the pressure sensor, and calculate the concentration of the specific gas in the mixed gas based on the correlation between the calculated amount of change in heat flow and the amount of pressure change. and a control unit (40) for controlling the heat flow rate, and the heat flow sensor has a sensor unit (310) that outputs a detection signal corresponding to the heat flow rate of the mixed gas when the current is cut off. .
これによれば、熱流量センサは、電流が遮断されている状態において、熱流量に応じた検出信号を出力する構成とされている。このため、仮に熱流量センサが故障したとしても、火花等が発生することを抑制できる。したがって、安全性の向上を図ることができる。 According to this, the heat flow sensor is configured to output a detection signal corresponding to the heat flow while the current is interrupted. Therefore, even if the heat flow sensor fails, it is possible to suppress the generation of sparks or the like. Therefore, it is possible to improve safety.
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。 It should be noted that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence relationship between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each of the following embodiments, portions that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、ガス成分検出装置を燃料電池システムに適用した例について説明する。なお、本実施形態の燃料電池システムは、電気自動車の一種である燃料電池車両に適用されると好適である。
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an example in which a gas component detection device is applied to a fuel cell system will be described. It should be noted that the fuel cell system of this embodiment is preferably applied to a fuel cell vehicle, which is a type of electric vehicle.
本実施形態の燃料電池システムは、図1に示されるように、燃料電池10を備える制御システムである。燃料電池10は、水素ガスと空気に含まれる酸素ガスの電気化学反応を利用して電気エネルギを出力するものである。本実施形態では、燃料電池10として固体高分子型燃料電池を採用している。
The fuel cell system of this embodiment is a control system including a
燃料電池10は、発電により発生した直流電力を図示しないDC-DCコンバータを介して、主に車両走行用電動モータや二次電池といった電気負荷に供給する。
The
本実施形態の燃料電池10は、最小単位となる燃料電池セル10aが複数積層されたスタック構造とされており、複数の燃料電池セル10aを電気的に直列接続した直列接続体として構成されている。
The
複数の燃料電池セル10aは、図2に示されるように、電解質膜101の両側を一対の触媒層102a、102bで挟んで構成される膜電極接合体100、膜電極接合体100の両側に配置された一対の拡散層103a、103b、これらを挟持するセパレータ110で構成されている。
As shown in FIG. 2, the plurality of
電解質膜101は、含水性を有する炭化フッ素系や炭化水素系等の高分子材料により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。
The
一対の触媒層102a、102bは、それぞれ電極を構成するものであり、アノード電極を構成するアノード側触媒層102a、およびカソード電極を構成するカソード側触媒層102bで構成されている。各触媒層102a、102bは、図3に示されるように、触媒作用を発揮する白金粒子等の物質102c、当該物質102cを担持する担持カーボン102d、担持カーボン102dを被覆するアイオノマー(すなわり、電解質ポリマー)102eで構成されている。
The pair of
拡散層103a、103bは、反応ガスを各触媒層102a、102bへ拡散させるものであり、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質部材で構成されている。多孔質部材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が用いられる。
セパレータ110は、例えば、導電性を有するカーボンや金属等の基材で構成されている。各セパレータ110には、アノード側触媒層102aに対向する部分に、水素ガスが流れる水素流路111が形成され、カソード側触媒層102bに対向する部分に、空気が流れる空気流路112が形成されている。
The
そして、各燃料電池セル10aでは、それぞれ、水素流路111内に水素ガスが供給され、空気流路112に空気が供給される。この場合、複数の燃料電池セル10aは、それぞれ、以下に示すように、水素流路111内の水素ガスおよび空気流路112内の酸素ガスの電気化学反応により、電気エネルギを出力する。
In each
(アノード側)H2→2H++2e-
(カソード側)2H++1/2O2+2e-→H2O
燃料電池10には、空気入口部および空気出口部が設けられている。空気入口部は、複数の燃料電池セル10aの空気流路112に空気を供給するガス入口部を構成している。空気出口部は、複数の燃料電池セル10aの空気流路112から生成水や不純物を空気と共に排出させるガス出口部を構成している。
(Anode side) H 2 →2H++2e −
(Cathode side) 2H + +1/2O 2 +2e − →H 2 O
The
燃料電池10には、空気入口部に空気を供給するための空気供給配管20が接続されると共に、空気出口部から生成水や不純物を空気と共に外部へ排出するための空気排出配管21が接続されている。
The
空気供給配管20は、その最上流部に大気中から吸入した空気を燃料電池10に圧送するための空気ポンプ22が設けられている。空気ポンプ22は、空気を圧送する圧縮機構と圧縮機構を駆動する電動モータからなる電動ポンプである。
The
そして、空気供給配管20における空気ポンプ22と燃料電池10との間には、燃料電池10に供給される空気の圧力を調整する空気調圧弁23が設けられている。空気調圧弁23は、空気供給配管20のうち空気が流通する空気流路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。
An air
また、空気排出配管21には、燃料電池10内部に存する生成水や不純物等を空気と共に外部へ排出するための電磁弁24が設けられている。電磁弁24は、空気排出配管21のうち空気が排出される空気排出路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。
Further, the
燃料電池10には、水素入口部12aおよび水素出口部12bが設けられている。水素入口部12aは、複数の燃料電池セル10aの水素流路111に水素ガスを供給するガス入口部を構成している。水素出口部12bは、複数の燃料電池セル10aの水素流路111から未反応水素ガス等を排出させるガス出口部を構成している。未反応水素ガスは、燃料電池10に供給される水素ガスのうち電気化学反応が行われた水素ガス以外の残りの水素ガスである。
The
燃料電池10には、水素入口部12aに水素を供給するための水素供給流路を有する水素供給配管30が接続されると共に、水素出口部12bから微量な未反応水素等を外部へ排出するための水素排出流路を備える水素排出配管31が接続されている。
A
水素供給配管30の最上流部には、高圧水素が充填された高圧水素タンク(すなわち、供給装置)32が設けられている。高圧水素タンク32は、燃料電池10に供給する水素ガスを蓄える。
A high-pressure hydrogen tank (that is, a supply device) 32 filled with high-pressure hydrogen is provided at the most upstream portion of the
水素供給配管30における高圧水素タンク32と燃料電池10との間には、燃料電池10に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁33がガス流量調整部として設けられている。水素調圧弁33は、水素供給配管30のうち水素供給流路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている電磁弁である。
Between the high-
水素排出配管31には、微量な未反応水素等を外部へ排出するための電磁弁34が設けられている。電磁弁34は、水素排出配管31のうち水素排出流路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。
The
水素排出配管31において電磁弁34および燃料電池10の間には、図4に示されるように、気液分離器35が設けられている。以下、本実施形態の気液分離器35の構成について説明する。
A gas-
気液分離器35は、水素排出配管31a、31bの間で排ガスを流通させる排ガス流路35aを構成する。本実施形態の排ガスは、少なくとも水素ガス、窒素ガスを含む混合ガスである。
The gas-
ここで、水素排出配管31のうち気液分離器35に対して排ガスの流れ方向上流側を水素排出配管31aとし、水素排出配管31のうち気液分離器35に対して排ガスの流れ方向下流側を水素排出配管31bとする。
Here, the upstream side of the gas-
気液分離器35のうち水素排出配管31aに接続される入口は、気液分離器35のうち水素排出配管31bに接続される出口に対して天地方向下側に配置されている。気液分離器35のうち底部35jには、排水を排出する排出口31cが設けられている。
The inlet of the gas-
気液分離器35内には、邪魔板35b、35c、35d、35eが設けられている。邪魔板35b、35c、35d、35eは、排ガス流路35aを蛇行させるように形成されている。
In the gas-
具体的には、邪魔板35b、35c、35d、35eは、それぞれ、天地方向にオフセットして配置されている。邪魔板35b、35dは、それぞれ、右側側壁35fから突起するように形成されている。邪魔板35c、35eは、それぞれ、左側側壁35gから突起するように形成されている。
Specifically, the
以上が本実施形態における気液分離器35の構成である。そして、このような気液分離器35には、水素排出配管31aから排ガスに排水が混ざった状態で流れ込む。この場合、邪魔板35b、35c、35d、35eが気液分離器35に配置されているため、排水は、邪魔板35b、35c、35d、35eを伝って床側に設けられた排出口31cから排出される。一方、排ガスは、排ガス流路35aを通過して水素排出配管31bに流れる。つまり、排ガスおよび排水は、邪魔板35b、35c、35d、35eによって分離され、排ガスが水素排出配管31bに流れつつ、排水が排出口31cから排出される。
The above is the configuration of the gas-
そして、気液分離器35内には、熱流量センサ36、圧力センサ37、および温度センサ38が設けられている。熱流量センサ36、圧力センサ37、および温度センサ38は、気液分離器35のうち邪魔板35bと天井35hとの間において、排ガスの流れ方向の最下流側に配置されている。つまり、熱流量センサ36、圧力センサ37、および温度センサ38は、本実施形態では、排ガスの流れ方向に直交する右側側壁35fに配置されている。
A
熱流量センサ36は、排ガス流路35a内の熱流量を検出するセンサである。ここで、本実施形態の熱流量センサ36の構成について、図5~図7を参照しつつ具体的に説明する。本実施形態の熱流量センサ36は、モールド部材300、コネクタケース800、ハウジング900等を備えた構成とされている。
The
まず、モールド部材300の構成について、説明する。モールド部材300は、図5および図6に示されるように、センサ部310、回路部500、リードフレーム600、これらを封止するモールド樹脂700等を有している。
First, the configuration of the
センサ部310は、図6および図7に示されるように、一面320aおよび他面320bを有し、矩形板状とされたシリコン等の半導体基板で構成されるセンサ基板320を有している。そして、センサ基板320には、他面320b側から凹部321が形成されている。本実施形態では、凹部321は、後述する下地膜330に達するように形成されている。なお、図6では、センサ基板320の一面320a上に配置される後述の保護膜420等を省略して示している。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
センサ基板320の一面320aには、下地膜330が形成されている。本実施形態では、下地膜330は、酸化膜等で構成される第1絶縁膜331と、窒化膜等で構成される第2絶縁膜332とが順に積層されて構成されている。また、上記のように、センサ基板320には、下地膜330に達するように凹部321が形成されている。このため、下地膜330のうちの凹部321から露出する部分は、ダイヤフラム部340として機能する。
A
下地膜330上には、異なる2種の金属や半導体が接続されて構成される熱電対350が複数配置されている。具体的には、下地膜330上には、p型不純物がドープされたポリシリコン等で構成される複数の第1配線層360が所定方向に沿って区画形成されている。より詳しくは、各第1配線層360は、センサ基板320の一面320aに対する法線方向において(以下では、単に法線方向ともいう)、ダイヤフラム部340上に位置する部分と、ダイヤフラム部340上に位置する部分と異なる部分とを有するように形成されている。そして、各第1配線層360は、法線方向において、ダイヤフラム部340を中心とした略放射状に形成されている。言い換えると、各第1配線層360は、法線方向において、ダイヤフラム部340を中心として周方向に配列されている。なお、センサ基板320の一面320aに対する法線方向においてとは、言い換えると、法線方向から視たときということである。また、法線方向においてダイヤフラム部340上に位置するとは、言い換えると、法線方向において凹部321の底面上に位置することである。
A plurality of
また、下地膜330上には、第1配線層360を覆うように、酸化膜等で構成される第1層間絶縁膜370が形成されている。そして、第1層間絶縁膜370上には、第2配線層380が区画形成されている。第2配線層380は、n型不純物がドープされたポリシリコンで構成されており、法線方向において、ダイヤフラム部340上に位置する部分と、ダイヤフラム部340上に位置する部分と異なる部分とを有する構成とされている。そして、本実施形態では、各第2配線層380は、それぞれ第1配線層360上に位置する部分を有する構成とされている。
A first
以下では、法線方向において、第1配線層360のうちのダイヤフラム部340上に位置する部分を第1配線層360の一端部側とし、第1配線層360のうちのダイヤフラム部340上と異なる部分に位置する部分を第1配線層360の他端部側として説明する。同様に、第2配線層380のうちのダイヤフラム部340上に位置する部分を第2配線層380の一端部側とし、第2配線層380のうちのダイヤフラム部340上と異なる部分に位置する部分を第2配線層380の他端部側として説明する。
Hereinafter, in the normal direction, the portion of the
また、第1層間絶縁膜370上には、第2配線層380を覆うように、酸化膜等で構成される第2層間絶縁膜390が形成されている。そして、第2層間絶縁膜390には、各第2配線層380の他端部側を露出させるコンタクトホール391および一端部側を露出させるコンタクトホール392が形成されている。また、第2層間絶縁膜390および第1層間絶縁膜370には、各第1配線層360の他端部側を露出させるコンタクトホール393が形成されている。さらに、第2層間絶縁膜390および第1層間絶縁膜370には、図7とは別断面において、各第1配線層360の一端部側を露出させるコンタクトホールが形成されている。
A second
そして、第2層間絶縁膜390上には、第1接続配線層401、第2接続配線層402、図7とは別断面に形成される第3接続配線層が形成されている。具体的には、第1接続配線層401、第2接続配線層402、図7とは別断面に形成される第3接続配線層は、第2層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール391、392、393および図7とは別断面に形成されているコンタクトホールを通じ、各第1配線層360と各第2配線層380とを交互に直列に接続するように形成されている。より詳しくは、第1接続配線層401は、コンタクトホール391およびコンタクトホール393を通じ、第1配線層360の他端部側と第2配線層380の他端部側とを接続するように形成されている。第2接続配線層402は、コンタクトホール392を通じ、第2配線層380の一端部側と、当該第2配線層380の下方に位置する第1配線層360に対して周方向における一方向に位置する第1配線層360とを接続するように形成されている。第3接続配線層は、第1配線層360の一端部と、当該第1配線層360の上方に位置する第2配線層380に対して周方向における他方向に位置する第2配線層380とを接続するように形成されている。
On the second
これにより、センサ部310は、複数の熱電対350が直列に接続されることで構成されるサーモパイルが形成された状態となっている。
As a result, the
第1接続配線層401および第2接続配線層402上には、BPSG(Borophosphosilicate Glassの略)等で構成される応力緩和膜410が形成されている。そして、第2層間絶縁膜390上には、第1配線層360および第2配線層380を覆うように、保護膜420が形成されている。保護膜420は、水分の透過性の低い窒化膜等で構成される。
A
また、第2接続配線層402の一部は、センサ基板320における後述するモールド樹脂700で封止される部分まで延設されている。そして、保護膜420には、当該第2接続配線層402の一部を露出させる開口部421が形成されている。これにより、第2配線層380のうちの開口部421から露出する部分は、パッド部381として機能し、回路部500とボンディングワイヤ611を介して電気的に接続される。
A portion of the second
以上が本実施形態におけるセンサ部310の構成である。このようなセンサ部310は、後述するように、モールド樹脂700から露出する部分が排ガス(すなわち、混合ガス)に晒される。そして、センサ部310では、ダイヤフラム部340の熱容量が小さくなり、ダイヤフラム部340と異なる部分の熱容量が大きくなる。つまり、ダイヤフラム部340は温度変化がし易く、ダイヤフラム部340と異なる部分は温度変化がし難くなる。このため、熱電対350は、法線方向において、ダイヤフラム部340上に位置する部分が温接点となり、ダイヤフラム部340上と異なる部分に位置する部分が冷接点となる。そして、センサ部310は、ゼーベック効果により、温接点と冷接点との温度差(すなわち、熱流量)に応じた起電圧を検出信号として出力する。この場合、センサ部310は、電流が遮断されている状態において、温度差に応じた検出信号を出力する。言い換えると、センサ部310は、電流が流れなくても、温度差に応じた検出信号を出力する。
The above is the configuration of the
回路部500は、センサ部310と電気的に接続され、センサ部310から出力される検出信号に対して所定の処理等を行う。例えば、回路部500は、シリコン基板等に半導体集積回路が形成されたICチップ等が用いられる。
The
リードフレーム600は、図示しない接着剤を介して回路部500およびセンサ部310を搭載するアイランド部601と、外部との電気的接続を行う端子部602とを備えている。リードフレーム600は、一般的な銅(Cu)や42アロイ等の導電性に優れた金属にて構成され、エッチング加工やプレス加工等によって所定形状に加工されている。本実施形態では、アイランド部601は平面矩形状とされ、端子部602は、アイランド部601の周囲に配置されている。
The
なお、センサ部310は、上記のように平面矩形状とされたセンサ基板320を有している。そして、センサ部310は、凹部321が形成されている部分がアイランド部601から突出しつつ、センサ基板320の他面320bがアイランド部601と対向するように、当該アイランド部601に接合部材610を介して備えられている。
The
回路部500とセンサ部310に形成されたパッド部381とは、ボンディングワイヤ611を介して電気的に接続されている。また、回路部500と端子部602の一端部とは、ボンディングワイヤ612を介して電気的に接続されている。なお、これらボンディングワイヤ611、612は、金やアルミニウム等で構成されている。
The
モールド樹脂700は、一般的なエポキシ樹脂等で構成され、金型を用いたトランスファーモールド法等によって形成されている。具体的には、モールド樹脂700は、センサ部310、回路部500、リードフレーム600、ボンディングワイヤ611、612が封止されるように形成されている。なお、モールド樹脂700は、センサ部310のうちのダイヤフラム部340を含むその周囲の部分が露出するように形成されている。但し、本実施形態では、モールド樹脂700は、図6に示されるように、センサ部310における一面320aと他面320bとの間の側面を封止するように形成されている。
The
コネクタケース800は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)やPBT(ポリブチレンテレフタレート)等の樹脂を型成形することにより作られている。コネクタケース800は、円柱状のボディ部801と、ボディ部801から延設されると共にボディ部801との連結部分においてボディ部801よりも径が小さくされた円柱状のコネクタ部802とを有している。
The
コネクタ部802には、ボディ部801との連結側の部分の外周側面に凹部803が形成されていると共に、ボディ部801側と反対側の端部に開口部804が形成されている。そして、ボディ部801には、コネクタ部802側と反対側の端部から当該凹部803内の空間と連通する貫通孔805が形成されている。
The
また、コネクタケース800には、センサ部310と外部回路等とを電気的に接続するための金属棒状のターミナル810が複数本備えられている。これら各ターミナル810は、インサート成形によりコネクタケース800と一体に成形されることによってコネクタケース800内に保持されている。
Further, the
具体的には、各ターミナル810は、一端部がコネクタケース800における凹部803内にて露出し、他端部がコネクタケース800における開口部804内に突出するように、コネクタケース800に保持されている。なお、開口部804内に突出しているターミナル810の他端部は、図示しないワイヤハーネス等の外部配線部材を介して外部回路等と電気的に接続される。以上がコネクタケース800の構成である。
Specifically, each terminal 810 is held by
そして、コネクタケース800には、貫通孔805にモールド部材300が圧入されている。具体的には、モールド部材300は、端子部602のうちのモールド樹脂700から露出する他端部が凹部803内にて露出すると共に、センサ部310がコネクタケース800から突出するように、コネクタケース800に形成された貫通孔805に圧入されている。
The
凹部803内では、ターミナル810の一端部と端子部602の他端部とが溶接等によって電気的に接続されている。これにより、センサ部310が回路部500、端子部602を介してターミナル810と電気的に接続され、センサ部310と外部回路との接続が図られる。また、凹部803には、ターミナル810の一端部と端子部602の他端部との溶接箇所を保護するポッティング材820が配置されている。
In the
さらに、コネクタケース800には、ボディ部801におけるコネクタ部802側と反対側の端部に貫通孔805を囲むように環状の溝部830が形成されており、この溝部830にOリング831が配置されている。
Further, in the
また、モールド部材300とコネクタケース800との間には、モールド部材300とコネクタケース800との間の隙間を封止するように、ポッティング材840が配置されている。
A
ハウジング900は、例えば、ステンレス、SUS、アルミニウム等の金属材料が切削や冷間鍛造等されて構成され、収容凹部901と、当該収容凹部901と連通する導入孔902が形成された延設部903とを有している。
The
そして、ハウジング900には、導入孔902内にセンサ部310が位置するように、収容凹部901内にコネクタケース800のボディ部801が挿入されている。そして、ハウジング900は、収容凹部901の開口端部901aがボディ部801にかしめられることにより、コネクタケース800に組付けられて一体化されている。
In the
なお、コネクタケース800における溝部830に配置されたOリング831は、コネクタケース800とハウジング900とのかしめによるかしめ圧で押し潰される。これにより、導入孔902内に導入される排ガスがコネクタケース800とハウジング900との間の隙間から漏れることが防止される。
Note that the O-
延設部903は、本実施形態では、突出方向の先端部(すなわち、コネクタケース800側と反対側の先端部)に底部を有する有底円筒状とされている。そして、延設部903には、外周側面にハウジング900を被実装部材に固定するためのネジ部904が形成されていると共に、ネジ部904よりもコネクタケース800側と反対側に開口部905が形成されている。なお、本実施形態では、気液分離器35が被実装部材となる。これにより、開口部905から導入孔902に排ガスが導入され、センサ部310の面方向に沿って排ガスが流れる。
In the present embodiment, the extending
以上が熱流量センサ36の構成である。そして、上記のように、熱流量センサ36は、熱流量に応じた検出信号を出力する。
The above is the configuration of the
圧力センサ37は、気液分離器35の排ガス流路35a内の排ガスの圧力を示す圧力情報を検出信号として出力する。温度センサ38は、気液分離器35内の温度を検出信号として出力する。
The
また、燃料電池10には、図1に示されるように、空気調圧弁23、水素調圧弁33および電磁弁24、34、および空気ポンプ22を制御すると共に、排ガスに含まれる特定ガスとして、1種類のガス濃度を算出する制御部40が備えられている。なお、本実施形態の制御部40は、排ガスに含まれる水素ガスの濃度を算出する。
Further, as shown in FIG. 1, the
制御部40は、図示しないCPUや、ROM、RAM、フラッシュメモリ、HDD等の非遷移的実体的記憶媒体で構成される記憶部等を備えたマイクロコンピュータ等で構成される。CPUは、Central Processing Unitの略であり、ROMは、Read Only Memoryの略であり、RAMは、Random Access Memoryの略であり、HDDはHard Disk Driveの略である。そして、センサ制御部140は、CPUがROM等からプログラム(すなわち、後述の各ルーチン)を読み出して実行することで各種の制御作動を実現する。なお、ROM等には、プログラムの実行の際に用いられる各種のデータ(例えば、初期値、ルックアップテーブル、マップ等)が予め格納されており、本実施形態では、後述する検定線Ka1、Ka2が予め格納されている。また、ROM等の記憶媒体は、非遷移的実体的記憶媒体である。
The
本実施形態では、制御部40は、入力される各検出信号に基づき、水素ガスの濃度を算出する。なお、本実施形態の制御部40は、圧力センサ37、および熱流量センサ36と共に、水素ガスの濃度を算出するガス成分検出装置50を構成する。
In this embodiment, the
以下、本実施形態の水素ガスの濃度の算出処理について説明する。なお、本実施形態の算出処理は、本出願人らが既に出願している特開2017-90317号公報と同様であるため、簡単に説明する。また、以下では、排ガスを混合ガスとして称して説明する。 The process of calculating the concentration of hydrogen gas according to this embodiment will be described below. Note that the calculation process of the present embodiment is the same as that of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-90317 already filed by the present applicants, so a brief description will be given. Moreover, below, exhaust gas is called and demonstrated as mixed gas.
すなわち、制御部40は、水素調圧弁33を制御して、高圧水素タンク32から燃料電池10へ水素ガスの供給を周期的に行う。具体的には、圧力制御部として、高圧水素タンク32を制御して高圧水素タンク32の開弁と閉弁とを交互に繰り返す。
That is, the
なお、高圧水素タンク32の開弁とは、高圧水素タンク32から複数の燃料電池セル10aに水素ガスが供給される状態である。高圧水素タンク32の閉弁とは、高圧水素タンク32と複数の燃料電池セル10aとの間を閉じた状態である。
The valve opening of the high-
このように水素調圧弁33を制御することにより、高圧水素タンク32から水素調圧弁33を介して複数の燃料電池セル10aの水素流路111内に水素ガスが周期的に供給される。このため、複数の燃料電池セル10aの水素流路111内では、水素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスの圧力が周期的に変化する。したがって、水素流路111内の混合ガスの熱流量が周期的に変化する。これにより、熱流量センサ36の検出値、および圧力センサ37の検出値が周期的に同期して変化する。
By controlling the hydrogen
そして、制御部40は、熱流量センサ36の検出値に基づいて水素排出配管31内の熱流量の変化量aを求める。また、制御回路は、圧力センサ37の検出値に基づいて水素排出配管31内の圧力の変化量bを求める。
Then, the
すなわち、時点T1のときの熱流量センサ36の検出値をR(t1)とする共に圧力センサ37の検出値をA(t1)とする。また、時点T2のときの熱流量センサ36の検出値をR(t2)とすると共に圧力センサ37の検出値をA(t2)とする。但し、時点T2は、時点T1以降の時点である。この場合、変化量a、および変化量bは、次の数式1、数式2で算出される。
That is, let R(t1) be the detected value of the
(数1)
a=|R(t2)-R(t1)|
(数2)
b=|A(t2)-A(t1)|
なお、熱流量センサ36および圧力センサ37は、上記のように、複数の燃料電池セル10aの水素流路111のガス流れ方向の下流側に配置されている。このため、熱流量の変化量aは、水素流路111内の熱流量の変化量とほぼ同一となり、圧力の変化量bは、水素流路111内の圧力の変化量とほぼ同一となる。
(Number 1)
a=|R(t2)−R(t1)|
(Number 2)
b=|A(t2)−A(t1)|
As described above, the
そして、制御部40は、変化量bに対する変化量aの割合(すなわち、「a/b」)を算出する。つまり、変化量aと変化量bとの相関を示す熱流量変化率を算出する。
Then, the
ここで、水素ガスの熱伝導率は、窒素ガスの熱伝導率に比べて高い。このため、熱流量変化率は、図8に示されるように、水素ガスの濃度が高くなるほど大きくなる。また、水素ガスの熱伝導率、および窒素ガスの熱伝導率は、温度によって変わる。このため、熱流量変化率は、混合ガスの温度によっても変化する。なお、図8中の検定線Ka1および検定線Ka2は、予め実験によって導出したものであり、RAM等に記憶されている。 Here, the thermal conductivity of hydrogen gas is higher than that of nitrogen gas. Therefore, as shown in FIG. 8, the heat flow change rate increases as the hydrogen gas concentration increases. Also, the thermal conductivity of hydrogen gas and the thermal conductivity of nitrogen gas vary with temperature. Therefore, the heat flow change rate also changes depending on the temperature of the mixed gas. Note that the test line Ka1 and the test line Ka2 in FIG. 8 are derived in advance by experiments and are stored in the RAM or the like.
例えば、検定線Ka1、Ka2は、混合ガスにおける水素ガスの混合比率を変化させると共に温度を変化させ、熱流量センサ36、圧力センサ37、および温度センサ38の検出結果に基づき、各温度の混合比率毎に熱流量変化率a/bを求めることによって導出される。なお、図8では、25℃の検定線Ka1および60℃の検定線Ka2を例に挙げて示しているが、実際には、さらに細分化された各温度についての検定線が導出されてROM等に記憶される。
For example, the calibration lines Ka1 and Ka2 change the mixing ratio of hydrogen gas in the mixed gas and change the temperature, and based on the detection results of the
そして、制御部40は、温度センサ38の検出結果から対応する検定線を選択し、算出した熱流量変化率と検定線とを比較して水素ガスの濃度を算出する。
Then, the
以上説明したように、本実施形態では、熱流量センサ36、圧力センサ37、温度センサ38の検出結果に基づいて水素ガスの濃度が算出される。したがって、簡素な構造のガス成分検出装置50を構成できる。
As described above, in this embodiment, the hydrogen gas concentration is calculated based on the detection results of the
また、本実施形態では、熱流量センサ36は、電流が遮断されている状態において、熱流量に応じた検出信号(すなわち、起電圧)を出力する構成とされている。このため、仮に熱流量センサ36が故障したとしても、火花等が発生することを抑制できる。したがって、安全性の向上を図ることができる。
Further, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、熱流量センサ36におけるセンサ部310は、ダイヤフラム部340を有し、熱容量が大きくなる部分と小さくなる部分とが構成されている。そして、センサ部310は、法線方向において、ダイヤフラム部340上に位置する部分と、ダイヤフラム部340上と異なる部分に位置する部分とを有する熱電対350を有している。このため、熱電対350における温接点と冷接点との間で温度差を構成し易くなり、感度の向上を図ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、センサ部310の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the
本実施形態のセンサ部310は、図9に示されるように、センサ基板320の一面320a側に、保護部材430が配置されて構成されている。なお、図9では、センサ基板320の一面320a上に形成される熱電対350等の構成を省略して示している。
As shown in FIG. 9, the
保護部材430は、一面440aおよび他面440bを有し、シリコン等の半導体基板で構成される保護基板440を有しており、他面440bがセンサ基板320の一面32aと対向するように、センサ基板320の一面320a側に配置されている。そして、保護基板440には、他面440bのうちのダイヤフラム部340と対向する部分に凹部441が形成されていると共に、凹部441の底面に、凹部441内の空間と外部とを連通させる貫通孔442が形成されている。本実施形態では、貫通孔442は、凹部441の底面がメッシュ状となるように、複数形成されている。
The
なお、特に図示しないが、センサ基板320に保護部材430を配置することにより、パッド部381が露出しない構成となる。このため、例えば、保護部材430には、保護部材430とセンサ部310との積層方向に貫通してパッド部381を露出させる貫通孔が形成されると共に当該貫通孔にパッド部と電気的に接続される配線部が形成される。そして、センサ部310は、この配線部が回路部500と接続される。
Although not shown, the
これによれば、センサ部310は、センサ基板320に保護部材430が配置された構成とされているため、全体の強度が高くなる。したがって、センサ部310が破壊されることを抑制できる。
According to this, since the
また、本実施形態では、保護部材430に貫通孔442が形成されており、ダイヤフラム部340上に位置する部分は、貫通孔442を通過した混合ガスに晒される。この際、上記のように、混合ガスは、センサ基板320の面方向に沿って流れるため、貫通孔442を通過する際に混合ガスの流れ方向が変化する。したがって、混合ガスの流速の影響を低減できるため、検出精度を向上できる。
Further, in the present embodiment, a through
(第2実施形態の変形例)
第2実施形態の変形例について説明する。図10に示されるように、保護基板440に凹部441が形成されておらず、貫通孔442は、ダイヤフラム部340上に位置する部分を全体的に開口するように形成されていてもよい。なお、図10では、センサ基板320の一面320a上に形成される熱電対350等の構成を省略して示している。
(Modification of Second Embodiment)
A modification of the second embodiment will be described. As shown in FIG. 10 , the
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、温度センサ38の配置場所を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third Embodiment)
A third embodiment will be described. In this embodiment, the location of the
本実施形態では、図11に示されるように、温度センサ38は、センサ基板320上に配置されている。具体的には、温度センサ38は、センサ基板320のうちのモールド樹脂700で封止される部分に形成されており、本実施形態では、下地膜330上に形成されている。そして、温度センサ38は、図11とは別断面において、回路部500とボンディングワイヤ等を介して電気的に接続されている。
In this embodiment, the
また、本実施形態の温度センサ38は、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体で構成されており、通電された状態で抵抗値が変化すると電圧が変化する構成とされている。そして、温度センサ38は、電圧の変化に基づいた温度を検出信号として出力する。
Further, the
これによれば、温度センサ38がセンサ基板320に形成されているため、部品点数の削減を図ることができる。つまり、熱流量センサ36と温度センサ38とを一体化することにより、部品点数の削減を図ることができる。
According to this, since the
さらに、温度センサ38は、モールド樹脂700で封止される部分に配置されている。このため、温度センサ38が通電された状態で検出信号を出力する構成とされ、仮に故障等が発生したとしても、混合ガス内に火花が発生することが抑制される。したがって、温度センサ38として採用可能な構成を広くしつつ、安全性の向上をさらに図ることができる。
Furthermore, the
なお、本実施形態では、温度センサ38を下地膜330上に形成する例について説明したが、温度センサ38は、例えば、第1層間絶縁膜370上に形成されていてもよい。つまり、温度センサ38の配置場所は、モールド樹脂700で封止される部分であれば、詳細な場所については適宜変更である。
In this embodiment, an example in which the
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、熱流量センサ36におけるモールド部材300の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the
まず、本実施形態のセンサ部310の構成について説明する。センサ部310は、図12に示されるように、絶縁基材450、表面保護部材451、裏面保護部材452が一体化され、この一体化されたものの内部で第1、第2層間接続部材461、462が交互に直列に接続された構造とされている。
First, the configuration of the
具体的には、絶縁基材450、表面保護部材451、裏面保護部材452は、フィルム状であって、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。
Specifically, the insulating
そして、絶縁基材450には、厚さ方向に貫通するビアホールが形成され、当該ビアホール内に、互いに異なる金属や半導体等の熱電材料で構成された第1、第2層間接続部材461、462が埋め込まれている。また、絶縁基材450のうちの表面保護部材451側の面には、表面導体パターン471が形成されている。絶縁基材450のうちの裏面保護部材452側の面には、裏面導体パターン472が形成されている。そして、各第1、第2層間接続部材461、462は、表面導体パターン471および裏面導体パターン472によって直列に接続されることにより、複数の熱電対350が直列に接続された状態となっている。なお、第1、第2層間接続部材461、462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採用される。
Via holes are formed through the insulating
このようなセンサ部310は、熱流量による当該センサ部310の表面310aと裏面310bとの間の温度差に基づいた起電圧を出力する。つまり、このようなセンサ部310においても、通電されることなく、温度差に応じた検出信号を出力する。
Such a
以上が本実施形態におけるセンサ部310の構成である。そして、センサ部310は、図13に示されるように、裏面310bがアイランド部601と対向するように、アイランド部601上に配置されている。但し、本実施形態では、センサ部310は、全体がアイランド部601上に配置されている。
The above is the configuration of the
また、アイランド部601には、当該アイランド部601を挟んでセンサ部310と反対側に、熱伝導率の高い材料で構成されたヒートシンク480が銀ペースト等の図示しない接合部材を介して配置されている。例えば、ヒートシンク480は、銅、モリブデン、タングステン、アルミナを主材料とした放熱性系セラミックスや多孔質セラミックス、炭化珪素を主材料したセラミック等で構成される。
In addition, a
さらに、本実施形態では、ヒートシンク480を覆うように、断熱材490が配置されている。
Furthermore, in this embodiment, a
モールド樹脂700は、センサ部310およびヒートシンク480を封止するように形成されていると共に、センサ部310の表面310aを露出させる貫通孔701が形成されている。そして、貫通孔701およびセンサ部310のうちの貫通孔701から露出する部分には、保護膜710が形成されている。保護膜710は、撥水性の材料によって構成されており、例えば、フッ素界面活性剤等によって構成される。
以上説明したように、センサ部310は、表面310aと裏面310bとの間の温度差に応じた起電圧を発生する構成とされていてもよい。この場合、本実施形態では、アイランド部601を挟んでセンサ部310と反対側にヒートシンク480が配置されているため、センサ部310の裏面310bの温度が混合ガスによって変動することを抑制できる。したがって、センサ部310における表面310aと裏面310bとの間の温度差を大きくし易く、感度の向上を図ることができる。
As described above, the
さらに、本実施形態では、ヒートシンク480を覆うように断熱材490が配置されている。このため、断熱材490により、ヒートシンク480の温度が混合ガスによって変動することを抑制できる。したがって、さらにセンサ部310の裏面310bの温度が混合ガスによって変動することを抑制できる。
Furthermore, in this embodiment, a
(第5実施形態)
第5実施形態について説明する。本実施形態は、第4実施形態に対し、熱流量センサ36におけるモールド部材300の構成を変更したものである。その他に関しては、第4実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. In this embodiment, the structure of the
本実施形態では、図14に示されるように、リードフレーム600におけるアイランド部601は、センサ部310が配置される部分の厚みが他の部分の厚みより十分に厚くされた厚肉部601aを有する構成とされている。そして、リードフレーム600を挟んでセンサ部310と反対側には、上記第3実施形態におけるヒートシンク480が配置されていない。つまり、本実施形態では、リードフレーム600のうちの厚肉部601aがヒートシンクとしての機能を発揮する。
In this embodiment, as shown in FIG. 14, the
これによれば、リードフレーム600のうちの厚肉部601aがヒートシンクとしての機能を発揮するため、別体のヒートシンク480を備える必要がない。このため、部品点数の削減を図ることができる。
According to this, since the thick portion 601a of the
(第6実施形態)
第6実施形態について説明する。本実施形態は、第4実施形態に対し、熱流量センサ36におけるモールド部材300にメッキ膜を配置したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment will be described. In the present embodiment, a plated film is arranged on the
まず、上記のように熱流量センサ36は、混合ガスにおける熱流量を検出するのに用いられる。この場合、モールド部材300のうちのコネクタケース800から突出する部分、つまり、ハウジング900の延設部903内に位置する部分は、混合ガスに晒される。このためモールド部材300では、混合ガスに含まれる水素ガスがモールド樹脂700を透過してリードフレーム600やボンディングワイヤ611、612等に達することによる水素脆化等が懸念される。
First, as described above, the
したがって、本実施形態では、図15に示されるように、モールド部材300のうちのコネクタケース800から露出する部分には、モールド樹脂700よりも水素ガスの透過性が低いメッキ膜720が配置されている。なお、メッキ膜720は、例えば、銅メッキ膜やニッケルメッキ膜等で構成される。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 15, a plated
これによれば、モールド部材300のうちのコネクタケース800から露出する部分にメッキ膜720が配置されているため、メッキ膜720によって水素ガスがモールド部材300の内部に侵入することを抑制できる。したがって、水素脆化等が発生することを抑制できる。
According to this, since the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the claims.
例えば、上記各実施形態では、ガス成分検出装置50を燃料電池10に適用した例について説明したが、燃料電池10以外の各種装置にガス成分検出装置50を適用してもよい。
For example, in each of the above embodiments, an example in which the gas
また、上記各実施形態では、混合ガスに含まれる水素ガスの濃度を算出する例について説明したが、窒素ガスの濃度を算出するようにしてもよい。 Further, in each of the above embodiments, an example of calculating the concentration of hydrogen gas contained in the mixed gas has been described, but the concentration of nitrogen gas may be calculated.
そして、上記各実施形態において、混合ガスは、水素ガスおよび窒素ガスを含むものに限定されるものではなく、熱伝導率が異なる少なくとも2種類のガスを含む構成されていればよい。 In each of the above embodiments, the mixed gas is not limited to containing hydrogen gas and nitrogen gas, and may contain at least two types of gases having different thermal conductivities.
さらに、上記各実施形態において、熱流量センサ36、圧力センサ37、温度センサ38は、気液分離器35内に配置されておらず、例えば、気液分離器35と電磁弁34との間の水素排出配管31に備えられていてもよい。この場合は、水素排出配管31がガス流路を構成する。つまり、熱流量センサ36、圧力センサ37、温度センサ38の配置場所は、適宜変更可能である。また、燃料電池システムは、気液分離器35を備えない構成とされていてもよい。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the
そして、上記各実施形態において、混合ガスの湿度を検出する湿度センサを備えるようにし、制御部40は、湿度センサの検出結果を加味して水素ガスの濃度を算出するようにしてもよい。この場合、湿度センサによって混合ガスに含まれる水蒸気の比率を導出できるため、水蒸気を除いた水素ガスの濃度を算出することにより、検出精度の向上を図ることができる。
In each of the above-described embodiments, a humidity sensor that detects the humidity of the mixed gas may be provided, and the
また、上記各実施形態において、ダイヤフラム部340は、センサ基板320の他面320bから凹部321が形成されることで構成されるものに限定されない。例えば、ダイヤフラム部340は、センサ基板320の一面320a側から内部に空洞部が形成されるように凹部が形成されることにより、当該凹部を略閉塞する部分で構成されてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the
また、上記第4実施形態において、断熱材490は、配置されていなくもよい。このような構成としても、ヒートシンク480が配置されていることにより、感度の向上を図ることができる。同様に、上記第5、第6実施形態においても、断熱材490は配置されていなくてもよい。
Also, in the above-described fourth embodiment, the
そして、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第2実施形態を第3~第6実施形態に組み合わせ、保護部材430を配置するようにしてもよい。また、上記第3実施形態を上記第4~第6実施形態に組み合わせ、温度センサ38と熱流量センサ36とを一体化するようにしてもよい。さらに、上記第5実施形態を第6実施形態に組み合わせ、アイランド部601に厚肉部601aを備えるようにしてもよい。そして、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。
Further, each of the above embodiments can be combined as appropriate. For example, the second embodiment may be combined with the third to sixth embodiments, and the
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 controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by the computer program. may be Alternatively, the controls and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control units and techniques described in this disclosure can be implemented by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured. The computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.
35a ガス流路
36 熱流量センサ
37 圧力センサ
40 制御部
35a
Claims (5)
前記ガス流路内の熱流量に応じた検出信号を出力する熱流量センサ(36)と、
前記ガス流路内の圧力に応じた検出信号を出力する圧力センサ(37)と、
前記混合ガスの熱流量が前記ガス流路内で周期的に変化した際の前記熱流量の変化量を前記熱流量センサの検出信号に基づいて算出すると共に、前記混合ガスの圧力が前記ガス流路内で周期的に変化した際の前記圧力の変化量を前記圧力センサの検出信号に基づいて算出し、算出した前記熱流量の変化量と前記圧力の変化量との相関に基づいて前記特定ガスの濃度を算出する制御部(40)と、を備え、
前記熱流量センサは、電流が遮断されている状態において、前記混合ガスの熱流量に応じた検出信号を出力するセンサ部(310)を有する構成とされているガス成分検出装置。 A gas component detection device for detecting a gas concentration of a specific gas in a mixed gas in which at least two types of gases having different thermal conductivities are mixed and flowing in a gas flow path (35a),
a heat flow sensor (36) that outputs a detection signal corresponding to the heat flow in the gas flow path;
a pressure sensor (37) that outputs a detection signal corresponding to the pressure in the gas flow path;
A change amount of the heat flow when the heat flow of the mixed gas periodically changes in the gas flow path is calculated based on the detection signal of the heat flow sensor, and the pressure of the mixed gas is changed to the gas flow. calculating the amount of change in the pressure when it periodically changes in the passage based on the detection signal of the pressure sensor; A control unit (40) that calculates the concentration of the gas,
The gas component detection device, wherein the heat flow sensor has a sensor section (310) that outputs a detection signal corresponding to the heat flow of the mixed gas in a state where the electric current is interrupted.
前記複数の第1配線層および前記複数の第2配線層は、異なる材料で構成されると共に、交互に直列に接続され、
前記検出信号は、前記混合ガスの熱流量に応じた起電圧である請求項1に記載のガス成分検出装置。 The sensor part has one surface (320a) and the other surface (320b) opposite to the one surface, and is arranged on one surface of the sensor substrate (320) and a sensor substrate (320) in which a recess (321) is formed, A plurality of first wiring layers (360) each having an end located on the bottom surface of the recess and an end located on a portion different from the bottom surface of the recess in the normal direction to one surface of the sensor substrate; 2 wiring layers (380),
the plurality of first wiring layers and the plurality of second wiring layers are made of different materials and alternately connected in series;
2. The gas component detection device according to claim 1, wherein said detection signal is an electromotive force corresponding to the heat flow of said mixed gas.
前記保護部材には、前記センサ部のうちの前記凹部の底面となる部分を前記保護部材から露出させる貫通孔(442)が形成されている請求項2に記載のガス成分検出装置。 The sensor part has one surface (440a) and the other surface (440b) on the opposite side of the one surface, and the protection substrate ( 440), comprising a protective member (430) having
3. The gas component detection device according to claim 2, wherein a through hole (442) is formed in said protection member to expose a portion of said sensor portion that serves as a bottom surface of said recess from said protection member.
前記制御部は、前記熱流量の変化量と前記圧力の変化量との相関に加え、前記温度センサで検出された温度に基づき、前記特定ガスの濃度を算出する請求項1ないし3のいずれか1つに記載のガス成分検出装置。 A temperature sensor (38) that detects the temperature in the gas flow path,
4. The controller according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller calculates the concentration of the specific gas based on the temperature detected by the temperature sensor in addition to the correlation between the amount of change in the heat flow and the amount of change in the pressure. 1. The gas component detection device according to one.
前記温度センサは、前記センサ部に形成され、前記モールド樹脂で封止されている請求項4に記載のガス成分検出装置。 A part of the sensor part is sealed with a mold resin (700),
5. The gas component detection device according to claim 4, wherein the temperature sensor is formed in the sensor section and sealed with the mold resin.
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