JP4127646B2

JP4127646B2 - Sensor mounting structure

Info

Publication number: JP4127646B2
Application number: JP2002342595A
Authority: JP
Inventors: 昭博鈴木; 佳之川口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004177223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内を流れる被測定流体の特性を測定するセンサを、前記配管に取り付けるためのセンサ用取り付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その移動の間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池は、通常、前記燃料電池内に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、前記燃料電池内に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部と、該燃料ガス内に冷却媒体を供給（例えば、循環供給）するための冷却媒体供給部とを組み込んで燃料電池システムを構成している。
【０００５】
その際、燃料ガス供給部、酸化剤ガス供給部および冷却媒体供給部を構成する各配管には、燃料電池の運転状況を検出して良好な制御を行うために、温度センサ、圧力センサまたは流量センサ等の種々のセンサが取り付けられている。このようなセンサを配管に取り付ける構造としては、例えば、特許文献１の温度センサの取り付け構造が知られている。
【０００６】
この取り付け構造は、図１１に示すように、ガスセンサ１を金属製の配管２に取り付けるための構造であり、このガスセンサ１は、ハウジング３内にセンサ素子４を配置している。ハウジング３の先端には、二重カバー５が設けられるとともに、前記ハウジング３の先端外周部にねじ部６が形成されている。配管２の外周にナット７が溶接により固定されており、前記ナット７にハウジング３のねじ部６が螺合している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２２８１１２号公報（段落［００２１］〜［００２５］、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１では、金属製の配管２に金属製のナット７が溶接されており、このナット７にハウジング３のねじ部６が螺着してガスセンサ１を前記配管２に取り付けている。しかしながら、ねじ部６には錆が発生し易く、ハウジング３をナット７に締結する際に、表面処理材の剥がれによるイオンの溶出が発生するおそれがあり、配管２を流れる被測定流体を劣化させてしまうという不具合が指摘されている。
【０００９】
また、燃料電池システムを構成する各配管は、冷却媒体や生成水等による液絡を防止するために樹脂配管で構成されている。ところが、この樹脂配管に、上記の特許文献１の取り付け構造を採用すると、ナット７が樹脂であるためにこのナット７のねじ穴の耐久性が低下し、前記ナット７の破損やシール性の低下が惹起されるという問題がある。しかも、ハウジング３のねじ部６をナット７にねじ込む際に、錆等の異物が反応ガスや冷却媒体に混在するおそれがある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単かつコンパクトな構成で、センサを配管に確実に取り付けることができ、しかも被測定流体に錆等の異物が混入することを有効に阻止することが可能なセンサ用取り付け構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るセンサ用取り付け構造では、配管の外周部から外方に膨出して円筒部が設けられ、この円筒部にセンサが部分的に挿入される。円筒部には、周方向に切り欠いてスリットが形成されており、前記円筒部にセンサが部分的に挿入された状態で、前記スリットから円筒部の法線方向に止め金具が挿入される。このため、止め金具の円弧部は、センサに設けられた周回溝部に嵌合し、該センサを円筒部に対して確実に保持することができる。
【００１２】
従って、センサ取り付け部にねじ構造が不要になり、構成が簡素化されるとともに、ねじ部から錆等の異物が発生することを阻止し、被測定流体に前記異物が混在することを有効に阻止することができる。しかも、止め金具の円弧部を円筒部の法線方向からセンサの周回溝部に挿入するだけでよく、簡単な作業で、前記センサを確実に保持することが可能になる。
【００１３】
その上、周回溝部に止め金具を引っ掛けるだけであり、センサを回転させることができ、前記センサに偏力が作用することを阻止するとともに、該センサの向きを調整することが可能になる。さらに、単一の周回溝部を止め金具で保持するだけであり、熱応力の影響を良好に回避することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係るセンサ用取り付け構造では、センサと円筒部の端面との間に、側面視で略波形状を有するばね機能付きリング部材が介装されている。これにより、センサと円筒部との間に隙間が発生することがなく、前記センサを円筒部に対して強固かつ確実に保持することができる。このため、配管に振動等が発生しても、センサにがたつきが惹起されることを良好に阻止することが可能になる。
【００１５】
さらに、本発明の請求項３に係るセンサ用取り付け構造では、配管は、燃料電池の少なくとも反応ガス流通配管または冷却媒体流通配管を構成する絶縁樹脂配管である。燃料電池では、反応ガス流通配管内に生成水や結露水が存在して液絡が発生し易い一方、冷却媒体流通配管内に冷却媒体による液絡が発生し易い。
【００１６】
このため、特に燃料電池において、少なくとも反応ガス流通配管または冷却媒体流通配管を絶縁樹脂配管で構成することにより、絶縁性を確保して液絡を防止するとともに、配管からのイオンの溶出を阻止することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明の請求項４に係るセンサ用取り付け構造では、被測定流体の特性は、前記被測定流体が、例えば、冷却媒体である際に、温度、圧力または流量等である一方、該被測定流体が、例えば、ガス（反応ガス等）である際に、温度、圧力、流量、濃度または湿度等である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ用取り付け構造１０が適用される燃料電池システム１２の概略構成説明図である。
【００１９】
燃料電池システム１２は、複数の単位セル１４が積層された燃料電池スタック１６を備える。この燃料電池スタック１６には、水素含有ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部１８と、酸素含有ガス等（例えば、空気）の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部２０と、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を供給するための冷却媒体供給部２２とが接続される。
【００２０】
燃料電池スタック１６は、積層方向（矢印Ｘ方向）一端部に燃料ガス入口２４ａ、酸化剤ガス入口２６ａおよび冷却媒体入口２８ａを設けるとともに、積層方向他端部に燃料ガス出口２４ｂ、酸化剤ガス出口２６ｂおよび冷却媒体出口２８ｂを設ける。単位セル１４は、図示しないが、例えば、高分子イオン交換膜の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持している。
【００２１】
燃料電池スタック１６内では、燃料ガス入口２４ａから供給された燃料ガスは、各単位セル１４のアノード側電極に供給された後、燃料ガス出口２４ｂから排出される一方、酸化剤ガス入口２６ａから供給された酸化剤ガスは、各単位セル１４のカソード側電極に供給された後、酸化剤ガス出口２６ｂから排出される。さらに、冷却媒体入口２８ａから供給された冷却媒体は、各単位セル１４を冷却した後、冷却媒体出口２８ｂから排出される。
【００２２】
燃料ガス供給部１８は、燃料ガス入口２４ａに接続される燃料ガス供給配管（反応ガス流通配管）３０ａと、燃料ガス出口２４ｂに接続される燃料ガス排出配管（反応ガス流通配管）３０ｂとを備える。燃料ガス供給配管３０ａと燃料ガス排出配管３０ｂとには、取り付け構造１０を介して、例えば、温度センサ３２および圧力センサ３３が取り付けられる。
【００２３】
酸化剤ガス供給部２０は、酸化剤ガス入口２６ａに接続される酸化剤ガス供給配管（反応ガス流通配管）３４ａと、酸化剤ガス出口２６ｂに接続される酸化剤ガス排出配管（反応ガス流通配管）３４ｂとを備える。酸化剤ガス供給配管３４ａと酸化剤ガス排出配管３４ｂとには、同様に取り付け構造１０を介して、例えば、温度センサ３６および圧力センサ３７が取り付けられる。
【００２４】
冷却媒体供給部２２は、ラジエータ３８と循環ポンプ４０とを備えるとともに、冷却媒体入口２８ａに接続される冷却媒体供給配管（冷却媒体流通配管）４２ａと、冷却媒体出口２８ｂに接続される冷却媒体排出配管（冷却媒体流通配管）４２ｂとを備える。冷却媒体供給配管４２ａおよび冷却媒体排出配管４２ｂにより循環ラインが構成され、前記冷却媒体供給配管４２ａと前記冷却媒体排出配管４２ｂとには、同様に取り付け構造１０を介して、例えば、温度センサ４４および圧力センサ４５が取り付けられる。
【００２５】
燃料ガス供給配管３０ａ、燃料ガス排出配管３０ｂ、酸化剤ガス供給配管３４ａ、酸化剤ガス排出配管３４ｂ、冷却媒体供給配管４２ａおよび冷却媒体排出配管４２ｂは、絶縁樹脂配管、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリプロピレン（ＰＰ）により形成されている。
【００２６】
図２および図３に示すように、冷却媒体供給配管４２ａには、冷却媒体の流れ方向（矢印Ａ方向）に直交する矢印Ｂ方向に突出する膨出円筒部５０ａ、５０ｂが一体形成されている。前記膨出円筒部５０ａおよび５０ｂには、温度センサ４４および圧力センサ４５が取り付けられる。
【００２７】
図３に示すように、温度センサ４４は、先端部にサーミスタ等の感温素子５２を内装しており、膨出円筒部５０ａの内周面にＯリング５４を介してシールされている。このＯリング５４の上方には、クリップ取り付け用溝部５６が周回形成される。
【００２８】
圧力センサ４５は、Ｏリング５４を介して膨出円筒部５０ｂの内周面に嵌合しており、このＯリング５４の上方には、クリップ取り付け用溝部５８が周回形成される。圧力センサ４５の内部には、ダイヤフラム６０が収容されるとともに、このダイヤフラム６０には、歪みセンサ６２が接続される。
【００２９】
図４に示すように、膨出円筒部５０ａには、先端面から軸方向に所定の距離だけ離間した位置に、周方向に切り欠いてスリット６４ａ、６４ｂが形成される。このスリット６４ａ、６４ｂは、温度センサ４４の溝部５６に対応しており、膨出円筒部５０ａの周方向に対してそれぞれ所定の角度範囲にわたって形成される。
【００３０】
膨出円筒部５０ｂには、同様に、先端面から軸方向に所定の距離だけ離間した位置に、スリット６６ａ、６６ｂが形成される。このスリット６６ａ、６６ｂは、圧力センサ４５の溝部５８に対応しており、膨出円筒部５０ｂの周方向に対してそれぞれ所定の角度範囲にわたって形成される。
【００３１】
スリット６４ａ、６４ｂには、止め金具、例えば、金属製のクリップ部材６８が挿入される。このクリップ部材６８は、例えば、ＳＵＳ材で形成されており、温度センサ４４の溝部５６に嵌合する円弧部７０と、ばね機能を有する湾曲部７２とを一体的に有しており、開放側端部が外方に向かって拡開している。
【００３２】
膨出円筒部５０ｂのスリット６６ａ、６６ｂには、同様に、金属製のクリップ部材７４が挿入される。このクリップ部材７４は、圧力センサ４５の溝部５８に嵌合する円弧部７６と、ばね機能を有する湾曲部７８とを一体的に設けるとともに、開放側端部が外方に拡開している。
【００３３】
温度センサ４４と膨出円筒部５０ａの端面との間、および圧力センサ４５と膨出円筒部５０ｂの端面との間には、それぞれリング部材８０、８２が介装される。リング部材８０、８２は、側面視で略波形状を有しており、厚さ方向にばね機能を備えている。
【００３４】
冷却媒体排出配管４２ｂには、上記の冷却媒体供給配管４２ａと同様に、取り付け構造１０を介して温度センサ４４および圧力センサ４５が取り付けられる。燃料ガス供給配管３０ａおよび燃料ガス排出配管３０ｂには、上記の取り付け構造１０を介して温度センサ３２および圧力センサ３３が取り付けられる一方、酸化剤ガス供給配管３４ａおよび酸化剤ガス排出配管３４ｂには、同様に、上記の取り付け構造１０を介して温度センサ３６および圧力センサ３７が取り付けられる。
【００３５】
このように構成される取り付け構造１０の動作について、これを組み込む燃料電池システム１２との関連で、以下に説明する。
【００３６】
まず、図１に示すように、燃料ガス供給部１８が駆動されて、燃料ガス供給配管３０ａから燃料ガス入口２４ａに燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、燃料電池スタック１６の各単位セル１４を構成するアノード側電極に供給された後、燃料ガス出口２４ｂから燃料ガス排出配管３０ｂに排出される。
【００３７】
一方、酸化剤ガス供給部２０が駆動されて、酸化剤ガス供給配管３４ａから酸化剤ガス入口２６ａに酸化剤ガス、例えば、空気が供給される。この空気は、燃料電池スタック１６の各単位セル１４を構成するカソード側電極に供給された後、酸化剤ガス出口２６ｂから酸化剤ガス排出配管３４ｂに排出される。
【００３８】
これにより、各単位セル１４では、アノード側電極に供給される燃料ガスと、カソード側電極に供給される空気とが、電極触媒内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。この発電によって、例えば、図示しないメインモータに電力が供給されて、車両の走行が可能となる。
【００３９】
また、冷却媒体供給部２２では、循環ポンプ４０が駆動されて、冷却媒体供給配管４２ａから冷却媒体入口２８ａに冷却媒体が供給される。この冷却媒体は、各単位セル１４を冷却した後、冷却媒体出口２８ｂから冷却媒体排出配管４２ｂに排出される。各単位セル１４の冷却に使用されて昇温した冷却媒体は、必要に応じてラジエータ３８を通ることによって外気との熱交換が行われ、所定の温度に冷却された後、燃料電池スタック１６に循環される。
【００４０】
上記のように、燃料電池システム１２が駆動している際に、温度センサ３２は、被測定流体である燃料ガスの入口温度および出口温度を測定する一方、圧力センサ３３は、前記燃料ガスの入口圧力および出口圧力を測定する。また、温度センサ３６は、被測定流体である空気の入口温度および出口温度を測定する一方、圧力センサ３７は、前記空気の入口圧力および出口圧力を測定する。さらに、温度センサ４４は、被測定流体である冷却媒体の入口温度および出口温度を測定する一方、圧力センサ４５は、前記冷却媒体の入口圧力および出口圧力を測定する。
【００４１】
この場合、本実施形態では、図２〜図４に示すように、冷却媒体供給配管４２ａの膨出円筒部５０ａには、周方向に切り欠いてスリット６４ａ、６４ｂが形成されている。そして、前記膨出円筒部５０ａに温度センサ４４が部分的に挿入された状態で、スリット６４ａ、６４ｂからこの膨出円筒部５０ａの法線方向にクリップ部材６８が挿入される。
【００４２】
このため、クリップ部材６８の円弧部７０は、湾曲部７２のばね作用下に拡縮して温度センサ４４の溝部５６に嵌合し、前記温度センサ４４を前記膨出円筒部５０ａに対し確実に保持することができる。従って、取り付け構造１０では、温度センサ４４を膨出円筒部５０ａに取り付けるために、従来のねじ構造が不要になり、構成が簡素化されるとともに、経済的であるという効果が得られる。
【００４３】
その上、温度センサ４４の溝部５６にクリップ部材６８を引っ掛けているだけである。これにより、温度センサ４４を回転させることができ、前記温度センサに偏力が作用することを阻止するとともに、該温度センサ４４の向きを調整することが可能になる。さらに、単一の溝部５６をクリップ部材６８で保持するだけであり、熱応力の影響を良好に回避することができる。
【００４４】
しかも、ねじ部から錆等の異物が発生することを有効に阻止し、被測定流体である冷却媒体に前記異物が混在することを可及的に防止することができる。さらに、クリップ部材６８をスリット６４ａ、６４ｂに着脱するだけで、温度センサ４４の取り付けおよび取り外し作業が行われ、作業性が有効に向上するという利点がある。
【００４５】
さらにまた、温度センサ４４と膨出円筒部５０ａの端面との間には、平面視で略波型形状を有するばね機能付きリング部材８０が介装されている。これにより、クリップ部材６８とスリット６４ａ、６４ｂとの隙間および前記クリップ部材６８と溝部５８との隙間を、リング部材８０の変形により吸収することができる。
【００４６】
このため、温度センサ４４と膨出円筒部５０ａとの間に隙間が発生することがなく、前記温度センサ４４を前記膨出円筒部５０ａに対して強固かつ確実に保持することが可能になる。従って、例えば、冷却媒体供給配管４２ａに振動等が発生しても、温度センサ４４にがたつきが惹起されることを有効に阻止することが可能になる。
【００４７】
一方、冷却媒体供給配管４２ａの膨出円筒部５０ｂには、圧力センサ４５が、同様に取り付け構造１０を構成するクリップ部材７４を介して固定されており、上記の温度センサ４４と同様の効果が得られる。さらに、温度センサ３２、３６および圧力センサ３３、３７でも同様の効果が得られる。
【００４８】
ところで、本実施形態では、円弧部７０、７６および湾曲部７２、７８を有するクリップ部材６８、７４を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、略矩形状を有し、一端が開放する長円状の開口部９０ａが形成された略門型形状のクリップ部材９０を用いてもよい。
【００４９】
また、図６に示すように、略Ｃ型形状のクリップ部材９２や、図７に示すように、略Ｒ型形状のクリップ部材９４や、図８に示すように、開口する一端部に内方に屈曲する抜け止め部９６ａを設けたクリップ部材９６を用いてもよい。
【００５０】
さらに、止め金具自体にスプリング機能を設けてもよい。例えば、図９に示す略門型形状のクリップ部材９８は、一部分に屈曲部９８ａが設けられており、図１０に示すクリップ部材１００は、同様に一部分に屈曲部１００ａが設けられている。
【００５１】
なお、本実施形態では、燃料ガス供給部１８、酸化剤ガス供給部２０および冷却媒体供給部２２に、それぞれ温度センサ３２、３６および４４と圧力センサ３３、３７および４５とを、取り付け構造１０を介して取り付けているが、これに限定されるものではない。例えば、温度センサ４４および圧力センサ４５にのみ前記取り付け構造１０を採用してもよい。また、センサは、圧力センサや温度センサの他、流量センサを用いてもよく、さらに燃料ガス供給部１８および酸化剤ガス供給部２０では、濃度センサや湿度センサ等のセンサを用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係るセンサ用取り付け構造では、配管の円筒部に配置されるセンサが、前記円筒部の法線方向から挿入される止め金具を介して固定されるため、前記センサを前記円筒部に確実に保持することができる。
【００５３】
従って、センサ取り付け部のねじ構造が不要になり、構成が簡素化されるとともに、ねじ部から錆等の異物が発生することを有効に阻止し、被測定流体に前記異物が混在することがない。しかも、止め金具の円弧部を円筒部の法線方向からセンサの周回溝部に挿入するだけでよく、簡単な作業で、前記センサを確実に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ用取り付け構造が適用される燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】前記取り付け構造の要部斜視説明図である。
【図３】図２における取り付け構造の断面説明図である。
【図４】前記取り付け構造の分解斜視説明図である。
【図５】略門型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図６】略Ｃ型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図７】略Ｒ型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図８】抜け止め部付きクリップ部材の斜視説明図である。
【図９】スプリング付き略門型形状のクリップ部材の斜視説明図である。
【図１０】スプリング付きクリップ部材の斜視説明図である。
【図１１】従来技術に係る燃料電池冷却装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０…取り付け構造１２…燃料電池システム
１４…単位セル１６…燃料電池スタック
１８…燃料ガス供給部２０…酸化剤ガス供給部
２２…冷却媒体供給部２４ａ…燃料ガス入口
２４ｂ…燃料ガス出口２６ａ…酸化剤ガス入口
２６ｂ…酸化剤ガス出口２８ａ…冷却媒体入口
２８ｂ…冷却媒体出口３０ａ…燃料ガス供給配管
３０ｂ…燃料ガス排出配管３２、３６、４４…温度センサ
３３、３７、４５…圧力センサ３４ａ…酸化剤ガス供給配管
３４ｂ…酸化剤ガス排出配管３８…ラジエータ
４２ａ…冷却媒体供給配管４２ｂ…冷却媒体排出配管
５０ａ、５０ｂ…膨出円筒部
６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ…スリット
６８、７４、９０、９２、９４、９６、９８、１００…クリップ部材
８０、８２…リング部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor mounting structure for mounting a sensor for measuring characteristics of a fluid to be measured flowing in a pipe to the pipe.
[0002]
[Prior art]
For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are respectively provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane) is separated by a separator. It is comprised by pinching.
[0003]
In this type of fuel cell, the fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a hydrogen-containing gas, moves to the cathode side electrode side through an electrolyte membrane that is appropriately humidified by hydrogen ionization on the electrode catalyst. To do. Electrons generated during the movement are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since the cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas such as air, the hydrogen ions, the electrons and the oxygen gas react to generate water at the cathode side electrode. .
[0004]
The fuel cell generally includes a fuel gas supply unit for supplying fuel gas into the fuel cell, an oxidant gas supply unit for supplying oxidant gas into the fuel cell, And a cooling medium supply unit for supplying a cooling medium (for example, circulating supply) to the fuel cell system.
[0005]
At that time, a temperature sensor, a pressure sensor, or a flow rate is provided for each pipe constituting the fuel gas supply unit, the oxidant gas supply unit, and the cooling medium supply unit in order to detect the operating state of the fuel cell and perform good control. Various sensors such as sensors are attached. As a structure for attaching such a sensor to a pipe, for example, a temperature sensor attaching structure of Patent Document 1 is known.
[0006]
As shown in FIG. 11, this attachment structure is a structure for attaching the gas sensor 1 to the metal pipe 2, and this gas sensor 1 has a sensor element 4 disposed in a housing 3. A double cover 5 is provided at the distal end of the housing 3, and a screw portion 6 is formed on the outer peripheral portion of the distal end of the housing 3. A nut 7 is fixed to the outer periphery of the pipe 2 by welding, and the screw portion 6 of the housing 3 is screwed to the nut 7.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-228112 A (paragraphs [0021] to [0025], FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In Patent Document 1, a metal nut 7 is welded to a metal pipe 2, and a screw portion 6 of a housing 3 is screwed to the nut 7 to attach the gas sensor 1 to the pipe 2. However, rust is likely to occur in the threaded portion 6, and when the housing 3 is fastened to the nut 7, there is a possibility that ion elution may occur due to peeling of the surface treatment material, which deteriorates the fluid to be measured flowing through the pipe 2. It has been pointed out that the problem is
[0009]
Moreover, each piping which comprises a fuel cell system is comprised by resin piping in order to prevent the liquid junction by a cooling medium, produced water, etc. However, if the mounting structure of the above-mentioned Patent Document 1 is adopted for this resin pipe, the durability of the screw hole of the nut 7 is lowered because the nut 7 is made of resin, and the nut 7 is damaged or the sealing performance is lowered. There is a problem that is triggered. Moreover, when the screw portion 6 of the housing 3 is screwed into the nut 7, foreign matter such as rust may be mixed in the reaction gas or the cooling medium.
[0010]
The present invention solves this type of problem, and with a simple and compact configuration, the sensor can be securely attached to the pipe, and it effectively prevents foreign matter such as rust from entering the fluid to be measured. An object of the present invention is to provide a mounting structure for a sensor that can be used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the sensor mounting structure according to the first aspect of the present invention, a cylindrical portion is provided by bulging outward from the outer peripheral portion of the pipe, and the sensor is partially inserted into the cylindrical portion. A slit is formed in the cylindrical portion by cutting out in the circumferential direction, and a stopper is inserted from the slit in the normal direction of the cylindrical portion with the sensor partially inserted into the cylindrical portion. For this reason, the circular arc part of a fastener can be fitted into the circular groove part provided in the sensor, and this sensor can be reliably hold | maintained with respect to a cylindrical part.
[0012]
This eliminates the need for a screw structure at the sensor mounting part, simplifies the configuration, prevents foreign matter such as rust from being generated from the screw part, and effectively prevents the foreign matter from being mixed in the fluid to be measured. can do. Moreover, it is only necessary to insert the arc portion of the stopper metal into the circumferential groove portion of the sensor from the normal direction of the cylindrical portion, and the sensor can be reliably held by a simple operation.
[0013]
In addition, it is possible to rotate the sensor only by hooking the stopper fitting into the circumferential groove portion, thereby preventing the biasing force from acting on the sensor and adjusting the direction of the sensor. Furthermore, it is only necessary to hold a single circumferential groove portion with a stopper, and the influence of thermal stress can be avoided satisfactorily.
[0014]
In the sensor mounting structure according to claim 2 of the present invention, a ring member with a spring function having a substantially wave shape in a side view is interposed between the sensor and the end surface of the cylindrical portion. As a result, no gap is generated between the sensor and the cylindrical portion, and the sensor can be firmly and reliably held with respect to the cylindrical portion. For this reason, even if vibration etc. generate | occur | produce in piping, it becomes possible to prevent satisfactorily raising a sensor.
[0015]
Furthermore, in the sensor mounting structure according to claim 3 of the present invention, the pipe is an insulating resin pipe constituting at least a reaction gas circulation pipe or a cooling medium circulation pipe of the fuel cell. In a fuel cell, generated water and dew condensation water exist in the reaction gas circulation pipe and a liquid junction is likely to occur. On the other hand, a liquid junction due to the cooling medium tends to occur in the cooling medium circulation pipe.
[0016]
For this reason, particularly in a fuel cell, at least the reaction gas circulation pipe or the cooling medium circulation pipe is constituted by an insulating resin pipe, thereby ensuring insulation and preventing liquid junction and preventing ion elution from the pipe. be able to.
[0017]
Furthermore, in the sensor mounting structure according to claim 4 of the present invention, the characteristic of the fluid to be measured is, for example, the temperature, pressure, or flow rate when the fluid to be measured is a cooling medium, When the fluid to be measured is, for example, a gas (reactive gas or the like), the fluid is temperature, pressure, flow rate, concentration, humidity, or the like.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell system 12 to which a sensor mounting structure 10 according to an embodiment of the present invention is applied.
[0019]
The fuel cell system 12 includes a fuel cell stack 16 in which a plurality of unit cells 14 are stacked. The fuel cell stack 16 includes a fuel gas supply unit 18 for supplying a fuel gas such as a hydrogen-containing gas, and an oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas such as an oxygen-containing gas (for example, air). 20 and a cooling medium supply unit 22 for supplying a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil are connected.
[0020]
The fuel cell stack 16 is provided with a fuel gas inlet 24a, an oxidant gas inlet 26a and a cooling medium inlet 28a at one end in the stacking direction (arrow X direction), and a fuel gas outlet 24b and an oxidant gas outlet at the other end in the stacking direction. 26b and a cooling medium outlet 28b are provided. Although not shown, the unit cell 14 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are opposed to each other on both sides of a polymer ion exchange membrane by a separator.
[0021]
In the fuel cell stack 16, the fuel gas supplied from the fuel gas inlet 24a is supplied to the anode side electrode of each unit cell 14, and then discharged from the fuel gas outlet 24b, while being supplied from the oxidant gas inlet 26a. The oxidized oxidant gas is supplied to the cathode side electrode of each unit cell 14 and then discharged from the oxidant gas outlet 26b. Further, the cooling medium supplied from the cooling medium inlet 28a is discharged from the cooling medium outlet 28b after each unit cell 14 is cooled.
[0022]
The fuel gas supply unit 18 includes a fuel gas supply pipe (reaction gas circulation pipe) 30a connected to the fuel gas inlet 24a and a fuel gas discharge pipe (reaction gas circulation pipe) 30b connected to the fuel gas outlet 24b. . For example, a temperature sensor 32 and a pressure sensor 33 are attached to the fuel gas supply pipe 30 a and the fuel gas discharge pipe 30 b via the attachment structure 10.
[0023]
The oxidant gas supply unit 20 includes an oxidant gas supply pipe (reaction gas circulation pipe) 34a connected to the oxidant gas inlet 26a and an oxidant gas discharge pipe (reaction gas circulation pipe) connected to the oxidant gas outlet 26b. ) 34b. Similarly, for example, a temperature sensor 36 and a pressure sensor 37 are attached to the oxidant gas supply pipe 34 a and the oxidant gas discharge pipe 34 b via the attachment structure 10.
[0024]
The cooling medium supply unit 22 includes a radiator 38 and a circulation pump 40, a cooling medium supply pipe (cooling medium circulation pipe) 42a connected to the cooling medium inlet 28a, and a cooling medium discharge connected to the cooling medium outlet 28b. A pipe (cooling medium flow pipe) 42b. A cooling line is constituted by the cooling medium supply pipe 42a and the cooling medium discharge pipe 42b, and the cooling medium supply pipe 42a and the cooling medium discharge pipe 42b are connected to the cooling medium supply pipe 42a and the cooling medium discharge pipe 42b through the mounting structure 10 in the same manner. A pressure sensor 45 is attached.
[0025]
The fuel gas supply pipe 30a, the fuel gas discharge pipe 30b, the oxidant gas supply pipe 34a, the oxidant gas discharge pipe 34b, the cooling medium supply pipe 42a, and the cooling medium discharge pipe 42b are made of insulating resin pipes such as polyvinylidene fluoride (PVDF). ) Or polypropylene (PP).
[0026]
As shown in FIGS. 2 and 3, the cooling medium supply pipe 42a is integrally formed with bulging cylindrical portions 50a and 50b protruding in the arrow B direction orthogonal to the flow direction of the cooling medium (arrow A direction). . A temperature sensor 44 and a pressure sensor 45 are attached to the bulging cylindrical portions 50a and 50b.
[0027]
As shown in FIG. 3, the temperature sensor 44 has a temperature sensitive element 52 such as a thermistor at the tip, and is sealed to the inner peripheral surface of the bulging cylindrical portion 50a via an O-ring 54. A clip mounting groove 56 is formed around the O-ring 54 so as to circulate.
[0028]
The pressure sensor 45 is fitted to the inner peripheral surface of the bulging cylindrical portion 50 b via the O-ring 54, and a clip mounting groove 58 is formed around the O-ring 54. A diaphragm 60 is housed inside the pressure sensor 45, and a strain sensor 62 is connected to the diaphragm 60.
[0029]
As shown in FIG. 4, slits 64 a and 64 b are formed in the bulging cylindrical portion 50 a by notching it in the circumferential direction at a position spaced apart from the distal end surface by a predetermined distance in the axial direction. The slits 64a and 64b correspond to the groove portion 56 of the temperature sensor 44 and are formed over a predetermined angular range with respect to the circumferential direction of the bulging cylindrical portion 50a.
[0030]
Similarly, slits 66a and 66b are formed in the bulging cylindrical portion 50b at positions spaced apart from the distal end surface by a predetermined distance in the axial direction. The slits 66a and 66b correspond to the groove portion 58 of the pressure sensor 45 and are formed over a predetermined angular range with respect to the circumferential direction of the bulging cylindrical portion 50b.
[0031]
A stopper, for example, a metal clip member 68 is inserted into the slits 64a and 64b. The clip member 68 is formed of, for example, SUS material, and integrally includes an arcuate portion 70 that fits into the groove portion 56 of the temperature sensor 44 and a curved portion 72 having a spring function. The end part is expanded outward.
[0032]
Similarly, a metal clip member 74 is inserted into the slits 66a and 66b of the bulging cylindrical portion 50b. The clip member 74 is integrally provided with an arc portion 76 that fits into the groove portion 58 of the pressure sensor 45 and a curved portion 78 having a spring function, and an open-side end portion is expanded outward.
[0033]
Ring members 80 and 82 are interposed between the temperature sensor 44 and the end surface of the bulging cylindrical portion 50a and between the pressure sensor 45 and the end surface of the bulging cylindrical portion 50b, respectively. The ring members 80 and 82 have a substantially wave shape in a side view and have a spring function in the thickness direction.
[0034]
A temperature sensor 44 and a pressure sensor 45 are attached to the cooling medium discharge pipe 42b via the mounting structure 10 in the same manner as the cooling medium supply pipe 42a. While the temperature sensor 32 and the pressure sensor 33 are attached to the fuel gas supply pipe 30a and the fuel gas discharge pipe 30b via the mounting structure 10, the oxidant gas supply pipe 34a and the oxidant gas discharge pipe 34b have Similarly, the temperature sensor 36 and the pressure sensor 37 are attached via the attachment structure 10 described above.
[0035]
The operation of the mounting structure 10 thus configured will be described below in the context of the fuel cell system 12 incorporating it.
[0036]
First, as shown in FIG. 1, the fuel gas supply unit 18 is driven, and the fuel gas is supplied from the fuel gas supply pipe 30a to the fuel gas inlet 24a. This fuel gas is supplied to the anode side electrode constituting each unit cell 14 of the fuel cell stack 16, and then discharged from the fuel gas outlet 24b to the fuel gas discharge pipe 30b.
[0037]
On the other hand, the oxidant gas supply unit 20 is driven, and oxidant gas, for example, air is supplied from the oxidant gas supply pipe 34a to the oxidant gas inlet 26a. This air is supplied to the cathode side electrode constituting each unit cell 14 of the fuel cell stack 16, and then discharged from the oxidant gas outlet 26b to the oxidant gas discharge pipe 34b.
[0038]
Thereby, in each unit cell 14, the fuel gas supplied to the anode side electrode and the air supplied to the cathode side electrode are consumed by the electrochemical reaction in the electrode catalyst, and power generation is performed. By this power generation, for example, electric power is supplied to a main motor (not shown), and the vehicle can travel.
[0039]
In the cooling medium supply unit 22, the circulation pump 40 is driven, and the cooling medium is supplied from the cooling medium supply pipe 42a to the cooling medium inlet 28a. After cooling each unit cell 14, this cooling medium is discharged from the cooling medium outlet 28b to the cooling medium discharge pipe 42b. The cooling medium, which is used for cooling each unit cell 14 and heated up, passes through the radiator 38 as necessary to exchange heat with the outside air, and is cooled to a predetermined temperature. Circulated.
[0040]
As described above, when the fuel cell system 12 is driven, the temperature sensor 32 measures the inlet temperature and the outlet temperature of the fuel gas that is the fluid to be measured, while the pressure sensor 33 measures the inlet of the fuel gas. Measure pressure and outlet pressure. The temperature sensor 36 measures the inlet temperature and the outlet temperature of the air to be measured, while the pressure sensor 37 measures the inlet pressure and the outlet pressure of the air. Furthermore, the temperature sensor 44 measures the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling medium that is the fluid to be measured, while the pressure sensor 45 measures the inlet pressure and the outlet pressure of the cooling medium.
[0041]
In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, slits 64 a and 64 b are formed in the bulging cylindrical portion 50 a of the cooling medium supply pipe 42 a by cutting out in the circumferential direction. Then, in a state where the temperature sensor 44 is partially inserted into the bulging cylindrical portion 50a, the clip member 68 is inserted from the slits 64a and 64b in the normal direction of the bulging cylindrical portion 50a.
[0042]
For this reason, the arc portion 70 of the clip member 68 expands and contracts under the spring action of the curved portion 72 and fits into the groove portion 56 of the temperature sensor 44, and the temperature sensor 44 is securely held against the bulging cylindrical portion 50 a. can do. Therefore, in the attachment structure 10, since the temperature sensor 44 is attached to the bulging cylindrical portion 50a, the conventional screw structure is not required, and the structure is simplified and economical.
[0043]
In addition, the clip member 68 is only hooked on the groove 56 of the temperature sensor 44. As a result, the temperature sensor 44 can be rotated, it is possible to prevent a biasing force from acting on the temperature sensor, and to adjust the direction of the temperature sensor 44. Furthermore, only the single groove portion 56 is held by the clip member 68, and the influence of thermal stress can be favorably avoided.
[0044]
In addition, it is possible to effectively prevent foreign matter such as rust from being generated from the threaded portion, and to prevent the foreign matter from being mixed in the cooling medium as the fluid to be measured as much as possible. Furthermore, only by attaching / detaching the clip member 68 to / from the slits 64a, 64b, the temperature sensor 44 is attached and detached, and there is an advantage that workability is effectively improved.
[0045]
Furthermore, a ring member 80 with a spring function having a substantially wave shape in plan view is interposed between the temperature sensor 44 and the end surface of the bulging cylindrical portion 50a. Thereby, the gap between the clip member 68 and the slits 64 a and 64 b and the gap between the clip member 68 and the groove portion 58 can be absorbed by the deformation of the ring member 80.
[0046]
For this reason, there is no gap between the temperature sensor 44 and the bulging cylindrical portion 50a, and the temperature sensor 44 can be held firmly and reliably with respect to the bulging cylindrical portion 50a. Therefore, for example, even if vibration or the like occurs in the cooling medium supply pipe 42a, it is possible to effectively prevent the temperature sensor 44 from causing rattling.
[0047]
On the other hand, the pressure sensor 45 is similarly fixed to the bulging cylindrical portion 50b of the cooling medium supply pipe 42a via the clip member 74 constituting the mounting structure 10, and the same effect as the temperature sensor 44 described above is obtained. can get. Further, similar effects can be obtained with the temperature sensors 32 and 36 and the pressure sensors 33 and 37.
[0048]
By the way, in this embodiment, although the clip members 68 and 74 which have the circular arc parts 70 and 76 and the curved parts 72 and 78 are used, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, a substantially gate-shaped clip member 90 having a substantially rectangular shape and having an oval opening 90 a with one end opened may be used.
[0049]
Also, as shown in FIG. 6, a substantially C-shaped clip member 92, as shown in FIG. 7, a substantially R-shaped clip member 94, and as shown in FIG. Alternatively, a clip member 96 provided with a retaining portion 96a that is bent may be used.
[0050]
Further, a spring function may be provided on the stopper metal itself. For example, the clip member 98 having a substantially portal shape shown in FIG. 9 is provided with a bent portion 98a in part, and the clip member 100 shown in FIG. 10 is similarly provided with a bent portion 100a in part.
[0051]
In the present embodiment, the temperature sensor 32, 36 and 44 and the pressure sensor 33, 37 and 45 are attached to the fuel gas supply unit 18, the oxidant gas supply unit 20 and the cooling medium supply unit 22, respectively. However, the present invention is not limited to this. For example, the mounting structure 10 may be employed only for the temperature sensor 44 and the pressure sensor 45. In addition to the pressure sensor and the temperature sensor, a flow rate sensor may be used as the sensor, and in the fuel gas supply unit 18 and the oxidant gas supply unit 20, a sensor such as a concentration sensor or a humidity sensor may be used.
[0052]
【The invention's effect】
In the sensor mounting structure according to the present invention, since the sensor arranged in the cylindrical portion of the pipe is fixed via a stopper inserted from the normal direction of the cylindrical portion, the sensor is securely attached to the cylindrical portion. Can be held in.
[0053]
Accordingly, the screw structure of the sensor mounting portion is not required, the configuration is simplified, and foreign matter such as rust is effectively prevented from being generated from the screw portion, and the foreign matter is not mixed in the fluid to be measured. . Moreover, it is only necessary to insert the arc portion of the stopper metal into the circumferential groove portion of the sensor from the normal direction of the cylindrical portion, and the sensor can be reliably held by a simple operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell system to which a sensor mounting structure according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective explanatory view of a main part of the mounting structure.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the mounting structure in FIG. 2;
FIG. 4 is an exploded perspective view of the mounting structure.
FIG. 5 is a perspective explanatory view of a substantially gate-shaped clip member.
FIG. 6 is a perspective explanatory view of a substantially C-shaped clip member.
FIG. 7 is a perspective explanatory view of a substantially R-shaped clip member.
FIG. 8 is a perspective explanatory view of a clip member with a retaining portion.
FIG. 9 is a perspective explanatory view of a substantially gate-shaped clip member with a spring.
FIG. 10 is a perspective explanatory view of a clip member with a spring.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the schematic configuration of a fuel cell cooling device according to the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mounting structure 12 ... Fuel cell system 14 ... Unit cell 16 ... Fuel cell stack 18 ... Fuel gas supply part 20 ... Oxidant gas supply part 22 ... Coolant supply part 24a ... Fuel gas inlet 24b ... Fuel gas outlet 26a ... Oxidation Agent gas inlet 26b ... Oxidant gas outlet 28a ... Cooling medium inlet 28b ... Cooling medium outlet 30a ... Fuel gas supply piping 30b ... Fuel gas discharge piping 32, 36, 44 ... Temperature sensors 33, 37, 45 ... Pressure sensors 34a ... Oxidation Agent gas supply pipe 34b ... Oxidant gas discharge pipe 38 ... Radiator 42a ... Cooling medium supply pipe 42b ... Cooling medium discharge pipe 50a, 50b ... Swelled cylindrical parts 64a, 64b, 66a, 66b ... Slits 68, 74, 90, 92 , 94, 96, 98, 100 ... clip members 80, 82 ... ring members

Claims

A sensor mounting structure for mounting a sensor for measuring characteristics of a fluid to be measured flowing in a pipe to the pipe,
A cylindrical portion provided to bulge outward from the outer periphery of the pipe, and into which the sensor is partially inserted;
A slit formed by cutting the cylindrical portion in the circumferential direction;
With the sensor partially inserted into the cylindrical portion, a stopper that holds the sensor in the cylindrical portion by being inserted through the slit and fitted into a circumferential groove provided in the sensor;
Equipped with a,
The fasteners are attached structure sensor, wherein Rukoto to have a circular arc portion which fits into the circumferential groove.

2. The sensor mounting structure according to claim 1, further comprising a ring member with a spring function that is interposed between the sensor and an end surface of the cylindrical portion and has a substantially wave shape in a side view. Mounting structure.

3. The sensor mounting structure according to claim 1, wherein the pipe is an insulating resin pipe constituting at least a reaction gas circulation pipe or a cooling medium circulation pipe of the fuel cell.

The sensor mounting structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the characteristics of the fluid to be measured include at least temperature, pressure, flow rate, humidity, or concentration.

The sensor mounting structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the first cylindrical portion into which the first sensor is partially inserted;
A second cylindrical portion into which the second sensor is partially inserted;
Have
The first cylindrical portion and the second cylindrical portion are integrally formed with the pipe,
The first slit formed in the first cylindrical portion and the second slit formed in the second cylindrical portion are axial directions of the first and second cylindrical portions from the pipe. On the other hand, the sensor mounting structure is characterized by being set at different distances.

The sensor mounting structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the stopper has an open-side end portion that expands outward,
An attachment structure for a sensor, wherein the open end protrudes to the outside of the cylindrical portion in a state where the stopper is attached to the slit.

The sensor mounting structure according to any one of claims 1 to 6, wherein a part of the fastener is provided with a spring function portion having a substantially wave shape in a side view. .