JP4630133B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、高湿の環境下に置かれるガスセンサに関するものである。 The present invention relates to a gas sensor placed in a high humidity environment.
一般に、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側を燃料極と酸素極で挟み込んで単セルを形成し、この単セルを複数積層して一つの燃料電池スタックを構成している。そして、燃料極には、燃料として水素が供給され、酸素極には酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動し、水素イオンと酸素が電気化学反応を起こして発電する。 In general, a solid polymer membrane fuel cell is formed by sandwiching both sides of a solid polymer electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxygen electrode to form a single cell, and a plurality of single cells are stacked to form one fuel cell stack. Yes. The fuel electrode is supplied with hydrogen as a fuel, the oxygen electrode is supplied with air as an oxidant, and hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the fuel electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and pass through the oxygen electrode. The hydrogen ions and oxygen cause an electrochemical reaction to generate electricity.
このような固体高分子膜型燃料電池においては、従来、燃料電池の酸素極側の排出系に水素検出器(ガスセンサ)を備え、この水素検出器によって燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知する技術が知られている(特許文献1参照)。具体的に、この技術では、水素検出器に設けた一つの水素取込口(ガス通流部)を天地方向における下方に向けた状態とし、その水素検出器を排気管の上壁に設けることで、比重の軽い水素を良好に水素検出器内に取り込むことができる構造となっている。また、このような技術では、水素取込口に撥水フィルタを設けることで、水素検出器内に高湿のガスが入る前にそのガス中の水滴を撥水フィルタで除去して、水素検出器内の検出素子に水滴が付着するのを防止することも考えられている。 In such a solid polymer membrane fuel cell, conventionally, a hydrogen detector (gas sensor) is provided in the discharge system on the oxygen electrode side of the fuel cell, and the hydrogen on the fuel electrode side is removed from the solid polymer electrolyte membrane by this hydrogen detector. There is known a technique for detecting leakage to the oxygen electrode side through (see Patent Document 1). Specifically, in this technology, one hydrogen intake port (gas flow part) provided in the hydrogen detector is directed downward in the vertical direction, and the hydrogen detector is provided on the upper wall of the exhaust pipe. Thus, hydrogen having a light specific gravity can be satisfactorily taken into the hydrogen detector. In addition, in such a technology, by providing a water repellent filter at the hydrogen intake port, water droplets in the gas are removed by the water repellent filter before high-humidity gas enters the hydrogen detector to detect hydrogen. It is also considered to prevent water droplets from adhering to the detection element in the vessel.
しかしながら、前記した技術では、水素取込口が一つしか設けられていないので、水素取込口から水素検出器内に取り込まれたガスが内部で滞留するおそれがあり、このように滞留した場合には新たなガスの取り込みが困難となり、検出性能が悪くなるおそれがあった。また、高湿のガス中に含まれている水蒸気が未だ水滴となっていない状態においては、その水蒸気は撥水フィルタを通過するため、このように水蒸気が水素検出器内に入った後に内部の温度が下がると、水蒸気が液化し、この液化した水が撥水フィルタ上に溜まってしまうという問題もあった。そして、このように撥水フィルタ上に水が溜まると、撥水フィルタが目詰まりしてしまうため、その後ガスを水素検出器内に取り込み難くなり、センシングに影響を及ぼす可能性があった。 However, in the above-described technique, since only one hydrogen intake port is provided, there is a possibility that gas taken into the hydrogen detector from the hydrogen intake port may stay inside, and in this case In this case, it is difficult to take in a new gas, and the detection performance may be deteriorated. In addition, in a state where the water vapor contained in the high-humidity gas has not yet become water droplets, the water vapor passes through the water-repellent filter. When the temperature is lowered, the water vapor is liquefied and the liquefied water accumulates on the water repellent filter. If water accumulates on the water-repellent filter in this way, the water-repellent filter is clogged, so that it is difficult for gas to be taken into the hydrogen detector thereafter, which may affect sensing.
そこで、本発明では、撥水フィルタなどによって水の浸入を抑制しながらガスのみを積極的に取り込むように構成されるガス通流部の目詰まりによるガスの取込量の減少を抑制するとともに、取り込んだガスの滞留を抑制することができるガスセンサを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, while suppressing the decrease in the amount of gas taken in due to clogging of the gas flow portion configured to actively take in only the gas while suppressing the ingress of water by a water repellent filter or the like, It is an object of the present invention to provide a gas sensor that can suppress stagnation of taken-in gas.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池から排出されたオフガス中に含まれる水素を検出するガス検出素子と、周壁と前記周壁と一体である底壁とを有し、前記ガス検出素子を収容する有底筒状の素子収容部と、前記底壁に設けられ、前記素子収容部の内外へ前記オフガスを通流させ、前記オフガスの通流方向に沿って並んでいる少なくとも2つのガス通流部と、を備え、前記オフガスが通流するオフガス配管の上壁に、前記素子収容部がオフガス流路に突出するように取り付けられるガスセンサであって、前記各ガス通流部は、前記底壁に形成され平面視において前記ガス検出素子よりも大きい円形の開口と、前記開口に設けられた撥水フィルタと、を備え、平面視において、前記ガス検出素子と、前記ガス通流部が設けられていない前記底壁の部分とは、重なるように配置され、前記ガス検出素子は、水素に対して活性である検出素子と、水素に対して不活性である温度補償素子と、を備え、平面視において、前記検出素子及び前記温度補償素子の第1並び方向と、前記オフガスの通流方向に沿っている前記少なくとも2つのガス通流部の第2並び方向とは、垂直であり、前記検出素子及び前記温度補償素子の第1中心と、前記少なくとも2つのガス通流部の第2中心とは、重なっており、前記検出素子と前記温度補償素子とを通る第1仮想線と、前記オフガスの通流方向に沿っている前記少なくとも2つのガス通流部のそれぞれ中心を通る第2仮想線とは、十字形で交差していることを特徴とするガスセンサである。 As means for solving the above problems, the present invention comprises a gas detection element for detecting hydrogen contained in off-gas discharged from a fuel cell, a peripheral wall, and a bottom wall that is integral with the peripheral wall, a bottomed cylindrical element accommodating portion for accommodating the gas detection element, provided in the front Symbol bottom wall, said off-gas flowed through the are aligned along the flow direction of the off-gas into and out of the element receiving part comprising at least two gas through portion, the upper wall of the off-gas piping the off-gas flowing, the element receiving part is a gas sensor is mounted so as to protrude into the off-gas flow path, wherein each gas passage The portion includes a circular opening that is formed in the bottom wall and is larger than the gas detection element in plan view, and a water repellent filter provided in the opening , and in plan view, the gas detection element and the gas Established a flow-through section The obtained non said bottom wall portions are arranged to overlap, the gas detection element is provided with a detection element which is active against hydrogen, and a temperature compensation element is inert to hydrogen, In plan view, the first arrangement direction of the detection element and the temperature compensation element and the second arrangement direction of the at least two gas flow portions along the flow direction of the off gas are perpendicular to each other, and The first center of the detection element and the temperature compensation element overlaps the second center of the at least two gas flow portions, and a first imaginary line passing through the detection element and the temperature compensation element, the second virtual line passing through the respective centers of the at least two gas through section lying along the flow direction of the offgas, a gas sensor characterized that you intersect at cross.
このようなガスセンサによれば、ガスセンサの素子収容部には少なくとも2つのガス通流部が設けられるので、例えば2つのガス通流部が撥水フィルタを備えて構成された場合において、片方のガス通流部が目詰まりを起こしたとしても、残りのガス通流部から良好にガス(気体)を取り込むことができる。すなわち、従来に比べて、ガス通流部を余分に設けるので、その分だけガス通流部の目詰まりによるガスの取込量の減少を抑制することができる。また、素子収容部内に取り込まれたガスは、少なくとも2つのガス通流部のいずれかから外部に排出されるので、素子収容部内でガスが滞留することを抑制することができる。 According to such a gas sensor , since at least two gas flow portions are provided in the element housing portion of the gas sensor, for example, when the two gas flow portions are provided with a water repellent filter, Even if the flow passage portion is clogged, gas (gas) can be taken in from the remaining gas flow passage portion. That is, as compared with the conventional case, an extra gas flow part is provided, so that a decrease in the amount of gas taken in due to clogging of the gas flow part can be suppressed. Further, since the gas taken into the element housing portion is discharged to the outside from one of the at least two gas flow portions, it is possible to suppress the gas from staying in the element housing portion.
また、前記ガスセンサにおいて、前記ガス検出素子は、白金を含む金属線のコイルを備えていることが好ましい。
また、前記ガスセンサにおいて、前記ガス検出素子は、前記コイルを被覆すると共に、触媒が担持された担体を備えることが好ましい。
Also, in the gas sensor, the gas detecting element is preferably provided with a coil of metal wire containing platinum.
In the gas sensor, the gas detection element preferably includes a carrier that covers the coil and carries a catalyst.
本発明によれば、ガスセンサの素子収容部に少なくとも2つのガス通流部を設けるので、ガス通流部の目詰まりによるガスの取込量の減少を抑制するとともに、取り込んだガスの滞留を抑制することができる。 According to the present invention, since at least two gas flow portions are provided in the element housing portion of the gas sensor, a decrease in the amount of gas taken in due to clogging of the gas flow portion is suppressed, and a retention of the taken-in gas is suppressed. can do.
〔第1の実施形態〕
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は、第1の実施形態に係る水素センサを備えた燃料電池システムを示す概略構成図である。
[First Embodiment]
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system provided with a hydrogen sensor according to the first embodiment.
図1に示すように、第1の実施形態に係る水素センサ(ガスセンサ)1は、燃料電池2から排出される空気オフガス中の水素を検出するために、燃料電池システムS内に組み込まれている。以下に、この燃料電池システムSについて簡単に説明した後、水素センサ1の詳細について説明することとする。
As shown in FIG. 1, a hydrogen sensor (gas sensor) 1 according to the first embodiment is incorporated in a fuel cell system S in order to detect hydrogen in air off-gas discharged from the
燃料電池システムSは、燃料電池2と、燃料極(アノード)側の入口側配管3および出口側配管5と、酸素極(カソード)側の入口側配管4および出口側配管6を主に備えている。
燃料電池2は、例えば陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極で挟持した電解質膜電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる単セル(図示略)を多数組積層して構成されたスタックからなる。
The fuel cell system S mainly includes a
The
この燃料電池2では、例えば高圧の水素タンク等を備える水素供給装置(図示略)から燃料極側の入口側配管3を介して燃料として水素が燃料極に供給されるとともに、コンプレッサ21により酸素極側の入口側配管4を介して酸化剤として空気が酸素極に供給される。燃料極の触媒電極上では、触媒反応により水素がイオン化され、生成された水素イオンが適度に加湿された固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動する。そして、この間に生じた電子が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。また、酸素極には酸素を含む空気が供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子および酸素が、酸素極の触媒の作用により電気化学的に反応して水が生成される。
そして、燃料極側の出口側配管5および酸素極側の出口側配管(流路)6から未反応の反応ガス(例えば、水素や空気等)を含むいわゆるオフガスが排出される。
In this
Then, so-called off-gas containing unreacted reaction gas (for example, hydrogen or air) is discharged from the
ここで、未反応の水素を含む水素オフガス(アノードオフガス)は、燃料電池2の燃料極側の出口側配管5から水素循環路22に排出され、エゼクタ23を介して燃料極側の入口側配管3に戻され、再び燃料電池2の燃料極に供給されるようになっている。
一方、反応済みの空気中に水分を多量に含んだ空気オフガス(カソードオフガス)は、希釈器26および出口側配管6を介して大気中へ排出される。
Here, the hydrogen off-gas (anode off-gas) containing unreacted hydrogen is discharged from the
On the other hand, the air off gas (cathode off gas) containing a large amount of moisture in the reacted air is discharged to the atmosphere through the
さらに、燃料電池2の燃料極側の出口側配管5にはパージ弁24を介して水素排出路25が接続され、この水素排出路25には希釈器26が接続されている。そして、水素オフガスは、パージ弁24を介して水素排出路25に排出可能とされ、さらに、水素排出路25を通って希釈器26に導入可能とされている。
希釈器26は、水素排出路25から取り込んだ水素オフガスを、燃料電池2から排出された空気オフガスによって適宜の倍率で希釈し、希釈ガスとして排出することができるように構成されている。
そして、この希釈器26の下流には、ガス接触燃焼式の水素センサ1が配置されており、これにより希釈ガスの水素濃度が監視されるようになっている。ここで、この水素センサ1は、空気オフガスの流通方向が水平方向となるように配置された出口側配管6の鉛直方向上部に配置されている。
Further, a
The
A gas catalytic combustion
続いて、図2および図3を参照して水素センサ1の詳細について説明する。参照する図面において、図2は第1の実施形態に係る水素センサの内部を示す断面図であり、図3は図2のA−A断面図(a)と、図3(a)のB−B断面図(b)である。
Next, details of the
図2に示すように、水素センサ1は、図示しない制御基板を内蔵した直方体形状のケース30を備えている。ケース30は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部31を備えている。フランジ部31にはカラー32が取り付けられており、このカラー32内にボルト33が挿入されることで、フランジ部31は、酸素極側の出口側配管(流路)6に設けられた取付座(壁)6aに締結されて固定されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
そして、ケース30の下端面には、前記制御基板に接続されるガス検出素子50とヒータ60とが設けられるとともに、これらを収容するための有底円筒状の素子収容部34が下方へ突出するように設けられている。
The lower end surface of the
ガス検出素子50は、前記希釈ガス(気体)中に含まれる水素(被検出ガス)を検出するものであり、具体的には図3(a)に示すように、検出素子51と温度補償素子52との対により構成されている。検出素子51は、周知の素子であって、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイルが、触媒を坦持したアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。触媒は、水素に対して活性な貴金属などからなる。温度補償素子52は、水素に対して不活性とされ、例えば検出素子51と同等のコイルの表面が、アルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
The
そして、水素が触媒に接触した際に生じる反応熱により、検出素子51が高温になると、検出素子51と温度補償素子52の抵抗値に差が生じるので、この差から水素濃度を検出することができるようになっている。なお、雰囲気温度による電気抵抗値の変化は、温度補償素子52を利用することにより相殺される。
When the
ヒータ60は、素子収容部34内(以下、この内部空間を「ガス検出室R」ともいう)を加熱するものであり、これによりガス検出素子50において結露が生じるのが抑制されている。
The
素子収容部34は、図2に示すように、出口側配管6に形成された貫通孔6cに嵌合するようになっており、その一部が、出口側配管6の内面6bから突出して出口側配管6内に露出するように構成されている(以下、露出した部分を「下半部」という)。そして、このように出口側配管6内に露出した素子収容部34の下半部の底壁34cには、希釈ガスの流れ方向に並んだ2つのガス通流部70が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ガス通流部70は、素子収容部34の底壁34cに形成される円形の開口部71と(図3(b)参照)、この開口部71に設けられる撥水フィルタ72と、この撥水フィルタ72に重ねて設けられる防爆フィルタ73とを備えて構成されている。これにより、湿潤の希釈ガス中に含まれる水が、撥水フィルタ72ではじかれて、ガス検出室R内に入らないようになっているとともに、防爆性も確保されている。
The
また、素子収容部34の上半部の周壁34aには、周方向に沿う所定の溝34bが形成され、この溝34b内にシール部材35が設けられている。これにより、出口側配管6に水素センサ1を取り付けた際には、シール部材35が、出口側配管6の貫通孔6cの内周面と素子収容部34の溝34bとに密着して、これらの間の気密性を確保している。
A
次に、前記した水素センサ1の作用について説明する。
図2に示すように、出口側配管6内を流れる希釈ガスは、素子収容部34の底壁31cに形成された2つのガス通流部70のうちの少なくとも1つのガス通流部70からガス検出室R内に取り込まれる。そして、ガス検出室R内に取り込まれた希釈ガスは、ガス検出室R内で僅かに滞留した後、2つのガス通流部70のうちの少なくとも一方から出て行くこととなる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 2, the dilution gas flowing in the
また、ガス通流部70からガス検出室R内に希釈ガスを取り込んだ後に、その内部温度が低下して希釈ガスの一部の水蒸気が液化した場合には、図3(a)に示すように、素子収容部34の内面に、水滴Wが付くこととなる。このとき、素子収容部34の周壁34aの内面に付いた水滴Wは、重力の影響によって、下方へ向かって流れていき、底壁34cのガス通流部70に付着することとなる。そして、例えば2つのガス通流部70の一方の全面に水が付着して、そのガス通流部70が完全に目詰まりした状態となったとしても、その後は他方のガス通流部70によって希釈ガスが素子収容部34内に良好に取り込まれるようになっている。
Further, when the dilution gas is taken into the gas detection chamber R from the
以上によれば、第1の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
素子収容部34に2つのガス通流部70を設けるので、ガス通流部70の目詰まりによる希釈ガスの取込量の減少を抑制するとともに、取り込んだガスの滞留を抑制することができる。また、このようにガス通流部70の目詰まりが抑制されることで、水素の検出精度を向上させることができるとともに、水素センサ1の寿命の向上を安価に達成することができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the first embodiment.
Since the two
なお、本発明は、第1の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
第1の実施形態では、希釈ガスの流れ方向に並ぶように2つのガス通流部70を素子収容部34の底壁34cに配設したが、本発明はこれに限定されず、ガス通流部70の位置は底壁34cのどの位置に設けてもよい。さらに、2つのガス通流部70の大きさ、形状等は、一方と他方とで異なるようにして、一方を主にガスの取り込み専用として機能させ、他方を主にガスの排出専用として機能させるようにしてもよい。
第1の実施形態では、素子収容部34の横断面の外周形状を円状としたが、本発明はこれに限定されず、例えば楕円状や多角形状など、どのような形状であってもよい。
The present invention is not limited to the first embodiment, and can be implemented in various forms.
In the first embodiment, the two
In the first embodiment, the outer peripheral shape of the cross section of the
第1の実施形態では、素子収容部34を出口側配管6の内面6bから突出させたが、前記のように素子収容部34の底壁34cにガス通流部70を設ける場合は、底壁34cの下面が出口側配管6の内面6bと面一になるように構成するのが望ましい。これによれば、素子収容部34が希釈ガスの流れに対して抵抗となることがなくなり、空気オフガスがスムーズに流れることとなるので、エア供給のエネルギ消費を抑えることが可能となる。
In the first embodiment, the
〔第1の参考形態〕
以下に、本発明の第1の参考形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態の素子収容部の構造を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図4は第1の参考形態に係る水素センサの内部を示す断面図であり、図5は図4のC−C断面図(a)と、図5(a)のD−D断面図(b)である。
First of reference form]
Below, the 1st reference form of this invention is demonstrated. Since this embodiment is obtained by changing the structure of the element housing portion of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the inside of the hydrogen sensor according to the first reference embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. It is D sectional drawing (b).
図4に示すように、第1の参考形態に係る水素センサ1’は、第1の実施形態とは異なる構造の素子収容部34’を備えている。
素子収容部34’は、その上半部が第1の実施形態の素子収容部34の上半部と同様の形状および構造になっている反面、その下半部の周壁34aに2つのガス通流部70が設けられる点と、底壁34cに水抜き孔34d等が設けられる点で、第1の実施形態とは異なるように構成されている。
As shown in FIG. 4, the
The
2つのガス通流部70は、図4および図5に示すように、それぞれ希釈ガスの流れ方向から見て重なるように、素子収容部34’の周壁34aに設けられている。具体的には、図5(b)に示すように、素子収容部34’の周壁34aのうち希釈ガスが直接当たる部分となる前面FFの略中央部に一方のガス通流部70が設けられ、希釈ガスが直接当たらない部分となる側背部SBの略中央部に他方のガス通流部70が設けられている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the two
また、図4に示すように、素子収容部34の底壁34cの適所には、ガス検出室R内で液化した水を外部へ排出するための水抜き孔34dが設けられ、この水抜き孔34dには、水を通すことが可能な程度のメッシュで形成された第1の実施形態と同様の防爆フィルタ73が設けられている。さらに、水抜き孔34dの下部には、排水路36が設けられており、この排水路36の下部が希釈ガスの流れ方向の下流側へ向かって折れ曲がるように形成されることで、水抜き孔34dからガス検出室R内に希釈ガスが入ってくることが抑制されている。ちなみに、素子収容部34が出口側配管6の内面6bから突出することで、その部分における出口側配管6の断面積が小さくなっていることから、素子収容部34の下方を流れる希釈ガスの流速が速くなるため、負圧の作用により、水抜き孔34dからの水の排出が促進されるようにもなっている。
Further, as shown in FIG. 4, a
次に、前記した水素センサ1’の作用について説明する。
図5(b)に示すように、出口側配管6内を流れる希釈ガスは、素子収容部34の前面FFに設けられたガス通流部70からガス検出室R内に入ってくるとともに、ガス検出室R内で僅かに滞留した後、側背部SBに設けられたガス通流部70から出て行くこととなる。そして、このようにガス通流部70からガス検出室R内に希釈ガスを取り込んだ後に、その内部温度が低下して希釈ガスの一部の水蒸気が液化した場合には、図5(a)に示すように、素子収容部34’の内面に、水滴Wが付くこととなる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 5B, the dilution gas flowing in the
このとき、素子収容部34’の周壁34aの内面に付いた水滴Wは、重力の影響によって、下方へ向かって流れていき、底壁34cに溜まることとなる。これにより、素子収容部34’の周壁34aに設けられたガス通流部70に水が溜まらず、撥水フィルタ72の目詰まりが抑制されるようになっている。また、底壁34cに溜まった水は、水抜き孔34d(図4参照)および排水路36を介して、出口側配管6内に排出される。
At this time, the water droplet W attached to the inner surface of the
以上によれば、第1の参考形態において、次のような効果を得ることができる。
2つのガス通流部70が希釈ガスの流れ方向において重なるように設けられることで、希釈ガスが素子収容部34’内をスムーズに通過することとなるので、素子収容部34’内で希釈ガスが滞留するのをさらに抑制することができるとともに、出口側配管6の内面6bから突出する素子収容部34’が希釈ガスの流れに対して抵抗となるのを極力抑えることができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the first reference embodiment.
Since the two
ガス通流部70が素子収容部34’の周壁34aに設けられているため、ガス検出室R内で液化した水がガス通流部70に溜まることが抑制される。そのため、ガス通流部70(撥水フィルタ72)の目詰まりを抑制することができる。
素子収容部34には、水抜き孔34dおよび下流側へ折れ曲がった排水路36が設けられるので、内部に溜まった水を良好に排水できる。
Since the
Since the
なお、本発明は、第1の参考形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
第1の参考形態では、希釈ガスの流れ方向において重なるように2つのガス通流部70を素子収容部34’の周壁34aに配設したが、本発明はこれに限定されず、ガス通流部70の位置は周壁34aのどの位置に設けてもよい。ただし、第1の参考形態のように、2つのガス通流部70を希釈ガスの流れ方向において重なるように配設した場合には、前記したような素子収容部34’内における希釈ガスの滞留を抑制できるので、第1の参考形態のように構成するのが望ましい。
The present invention is not limited to the first reference embodiment, and can be implemented in various forms.
In the first reference embodiment, the two
〔第2の参考形態〕
以下に、本発明の第2の参考形態について説明する。この実施形態は第1の参考形態の素子収容部の形状を変更したものなので、第1の参考形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図6は第2の参考形態に係る水素センサの内部を示す断面図であり、図7は図6のE−E断面図(a)と、図7(a)のF−F断面図(b)である。
[ Second Reference Form]
The second reference embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, since the shape of the element accommodating portion of the first reference embodiment is changed, the same components as those in the first reference embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings, FIG. 6 is a sectional view showing the inside of the hydrogen sensor according to the second referential embodiment, FIG. 7 is E-E sectional view of FIG. 6 and (a), and FIG. 7 of (a) F- It is F sectional drawing (b).
図6に示すように、第2の参考形態に係る水素センサ1”は、第1の参考形態とは異なる形状の素子収容部37を備えている。
素子収容部37は、その上半部が第1の参考形態の素子収容部34の上半部と同様の形状および構造になっている反面、その下半部の周壁37aが下方に向かうにつれて内側に傾くテーパ状に形成されている。これにより、図7(a)に示すように、希釈ガスの流れ方向に直交する面内における素子収容部37の断面積が、第1の参考形態の断面積(図5(a)参照)に比べて小さくなるので、本実施形態に係る素子収容部37が、第1の参考形態に係る素子収容部34よりも、希釈ガスの流れに対して抵抗とならないようになっている。さらに、素子収容部37の下半部の傾斜した周壁37aには、図7(b)に示すように、その前面FFと側背部SBとに2つのガス通流部70が希釈ガスの流れ方向において重なるように設けられている。
As shown in FIG. 6, the
The
また、素子収容部37の底壁37cには、第1の実施形態と同様の水抜き孔34d、防爆フィルタ73および排水路36が設けられている。ここで、図7(a)に示すように、底壁37cの周囲にある周壁37aは、前記したことから明らかなようにすり鉢状となっているため、ガス検出室R内で液化した水滴Wは、水抜き孔34dに良好に集められて排出されるようになっている。
Further, a
以上によれば、第2の参考形態において、次のような効果を得ることができる。
素子収容部37の下半部の周壁37aを傾けることで、希釈ガスの流れに対して直交する面内における素子収容部37の断面積(希釈ガスが直接当たる面)を小さくしたので、水素センサ1”が希釈ガスの流れに対して抵抗となるのを極力抑えることができる。また、これにより、燃料電池2から排出される空気オフガスがスムーズに流れて出ていくこととなるので、エア供給のエネルギ消費を抑えることが可能となる。
According to the above, the following effects can be obtained in the second reference embodiment.
By tilting the
なお、本発明は、第2の参考形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
第2の参考形態では、希釈ガスの流れ方向において重なるように2つのガス通流部70を素子収容部37の傾斜した周壁37aに配設したが、本発明はこれに限定されず、ガス通流部70の位置は周壁37aのどの位置に設けてもよい。ただし、第2の参考形態のように、2つのガス通流部70を希釈ガスの流れ方向において重なるように配設した場合には、第1の参考形態と同様の効果(素子収容部37内における希釈ガスの滞留を抑制できる効果)を奏するので、第2の参考形態のように構成するのが望ましい。
The present invention is not limited to the second reference embodiment, and can be implemented in various forms.
In the second reference embodiment, the two
第2の参考形態では、素子収容部37の下半部全体(側背部SBおよび前面FF)をテーパ状(円錐台状)に形成したが、本発明はこれに限定されず、素子収容部37の少なくとも側部(希釈ガスの流れ方向に対して真横となる部分)のみが傾けられていればよい。
In the second reference embodiment, the entire lower half (side back portion SB and front surface FF) of the
また、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、被検出ガスを水素としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、一酸化炭素、硫化水素など他のガスであってもよい。さらに、前記実施形態では、ガスセンサとして接触燃焼式のガスセンサを採用したが、本発明はガス検出室を備えるガスセンサであればどのようなものでもよく、例えば、半導体式のガスセンサなど、他の方式のガスセンサであってもよい。
Further, the present invention is not limited to the real施形condition described above is carried out in various forms.
In the above embodiment, the gas to be detected is hydrogen, but the present invention is not limited to this, and may be another gas such as carbon monoxide or hydrogen sulfide. Furthermore, in the above-described embodiment, the contact combustion type gas sensor is adopted as the gas sensor. However, the present invention may be any gas sensor provided with a gas detection chamber. For example, other types such as a semiconductor type gas sensor may be used. It may be a gas sensor.
前記実施形態では、ガス通流部70を2つしか設けていないが、本発明はこれに限定されず、3つ以上設けてもよい。
前記した第1,第2の参考形態では、希釈ガスの流れ方向において2つのガス通流部70を完全に重なるように配設したが、これに限定されず、多少ずれて重なるように2つのガス通流部70を配設してもよい。
In the above embodiment, only two
The first was described above, in the second reference embodiment has been arranged so as to overlap the complete two gas through
また、水抜き孔34dを有した構造となる第1,第2の参考形態においては、素子収容部34’,37内に金属などの比熱の小さな物質を設けることで、その物質で積極的に結露させてもよい。なお、この構造の具体例としては、例えば第2の参考形態を基本構造とした場合は、図8(a)および(b)に示すように、素子収容部37の周壁37aの上部内面に金属板80を設けるとともに、底壁37cに水抜き孔81aを有した金属板81を設ければよい。詳しくは、ガス通流部70よりも上方に設ける金属板80を、その表面で結露した水滴Wが周壁37aのみを伝って底壁37cまで辿り着くことが可能な位置(図8(b)における周壁37aの側部;結露した水滴Wがガス通流部70を通らないような位置)に配置し、かつ、金属板81をガス通流部70よりも下方に配置すればよい。これによれば、ガス通流部70周りでの結露が抑制されるとともに、各金属板80,81で結露した水がガス通流部70に付着することも防止できる。
In the first and second reference embodiments having the
1,1’,1” 水素センサ(ガスセンサ)
34,34’,37 素子収容部
34a,37a 周壁
34b 溝
34c,37c 底壁
35 シール部材
36 排水路
6 出口側配管(流路)
6a 取付座(壁)
6b 内面
50 ガス検出素子
51 検出素子
52 温度補償素子
60 ヒータ
70 ガス通流部
71 開口部
72 撥水フィルタ
73 防爆フィルタ
R ガス検出室
1,1 ', 1 "Hydrogen sensor (gas sensor)
34, 34 ', 37
6a Mounting seat (wall)
Claims (3)
周壁と前記周壁と一体である底壁とを有し、前記ガス検出素子を収容する有底筒状の素子収容部と、
前記底壁に設けられ、前記素子収容部の内外へ前記オフガスを通流させ、前記オフガスの通流方向に沿って並んでいる少なくとも2つのガス通流部と、
を備え、
前記オフガスが通流するオフガス配管の上壁に、前記素子収容部がオフガス流路に突出するように取り付けられるガスセンサであって、
前記各ガス通流部は、前記底壁に形成され平面視において前記ガス検出素子よりも大きい円形の開口と、前記開口に設けられた撥水フィルタと、を備え、
平面視において、前記ガス検出素子と、前記ガス通流部が設けられていない前記底壁の部分とは、重なるように配置され、
前記ガス検出素子は、水素に対して活性である検出素子と、水素に対して不活性である温度補償素子と、を備え、
平面視において、
前記検出素子及び前記温度補償素子の第1並び方向と、前記オフガスの通流方向に沿っている前記少なくとも2つのガス通流部の第2並び方向とは、垂直であり、
前記検出素子及び前記温度補償素子の第1中心と、前記少なくとも2つのガス通流部の第2中心とは、重なっており、
前記検出素子と前記温度補償素子とを通る第1仮想線と、前記オフガスの通流方向に沿っている前記少なくとも2つのガス通流部のそれぞれ中心を通る第2仮想線とは、十字形で交差している
ことを特徴とするガスセンサ。 A gas detection element for detecting hydrogen contained in the off-gas discharged from the fuel cell;
A bottom wall that has a peripheral wall and a bottom wall that is integral with the peripheral wall, and a bottomed cylindrical element storage portion that stores the gas detection element;
Before SL provided in the bottom wall, the flowed through the off-gas into and out of the element receiving portion are arranged along the flow direction of the offgas at least two gas passage unit,
With
A gas sensor attached to an upper wall of an offgas pipe through which the offgas flows so that the element housing portion protrudes into an offgas flow path ;
Wherein each gas passage portion is provided with a circular opening larger than the gas detection element in a plan view formed in the bottom wall, and a water-repellent filter provided in the opening,
In plan view, the gas detection element and the portion of the bottom wall where the gas flow part is not provided are arranged to overlap,
The gas detection element includes a detection element that is active with respect to hydrogen, and a temperature compensation element that is inactive with respect to hydrogen,
In plan view,
The first arrangement direction of the detection element and the temperature compensation element and the second arrangement direction of the at least two gas flow portions along the flow direction of the off gas are perpendicular to each other.
The first center of the detection element and the temperature compensation element overlaps the second center of the at least two gas flow portions,
A first imaginary line passing through the detection element and the temperature compensation element and a second imaginary line passing through the centers of the at least two gas flow portions along the flow direction of the off gas are cross-shaped. Intersect
The gas sensor which is characterized a call.
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, wherein the gas detection element includes a coil of a metal wire containing platinum.
ことを特徴とする請求項2に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 2 , wherein the gas detection element includes a carrier that covers the coil and that supports a catalyst.
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