JP4695441B2 - 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, the hydrogen inlet (gas flow part) of the hydrogen detector is directed downward in the vertical direction, and the hydrogen detector is provided on the upper wall of the exhaust pipe. The structure is such that light hydrogen can be taken into the hydrogen detector well. 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、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があった。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, 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, and thus the water vapor enters the hydrogen detector. When the internal temperature drops after entering, there is a problem that 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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of suppressing clogging of a gas flow part configured to actively take in only gas while suppressing water ingress by a water repellent filter or the like. And
前記課題を解決する本発明のうち請求項1に記載の発明は、気体中に含まれる被検出ガスを検出するガス検出素子と、前記ガス検出素子を収容する素子収容部と、前記素子収容部の内外へ前記気体を通流させるガス通流部と、を備え、前記気体が流れる流路内に前記ガス通流部を臨ませた状態で、前記流路の壁に設けられるガスセンサであって、前記ガスセンサは、燃料電池から排出される空気オフガス中の水素を検出するための水素センサからなり、前記素子収容部が、前記流路の内面から突出するように設けられるとともに、前記ガス通流部が、略水平方向を向くように前記素子収容部の周壁に設けられ、前記ガス通流部の開口部には、撥水フィルタが設けられ、前記素子収容部内には、前記ガス通流部の開口部へ向けて導入される空気オフガスの導入方向と重畳しない部位に前記ガス検出素子が配設されることを特徴とする。
The invention according to
ここで、「略水平方向」とは、単に鉛直方向を除いた方向を意味し、具体的にはガス通流部の向きをベクトルで表示したときにその水平方向成分が極小となる方向をも含むことを意味する。 Here, “substantially horizontal direction” simply means a direction excluding the vertical direction. Specifically, the direction in which the horizontal component is minimized when the direction of the gas flow portion is displayed as a vector. It means to include.
請求項1に記載の発明によれば、ガス通流部から素子収容部内に気体(空気オフガス)を取り込んだ後に、その内部温度が低下して基体の一部が液化したとしても、ガス通流部が略水平方向を向くため、ガス通流部の開口部に撥水フィルタを備えていても、その液化した液体がガス通流部(撥水フィルタ上)に溜まることがなく、目詰まりを抑制することができる。そして、このようにガス通流部の目詰まりが抑制されることで、被検出ガス(水素)の検出精度を向上させることができるとともに、ガスセンサ(水素センサ)の寿命の向上を安価に達成することができる。
また、素子収容部内には、ガス通流部の開口部へ向けて導入される空気オフガスの導入方向と重畳しない部位にガス検出素子が配設され、ガス通流部の開口部から導入されて水蒸気を多量に含んだ空気オフガスがガス検出素子に直接当ることが抑制されるため、ガス検出素子の検出性能が劣化することを防止してガスセンサの寿命の向上を達成することができる。
According to the first aspect of the present invention, even if a gas (air off-gas) is taken into the element housing part from the gas flow part and then the internal temperature is lowered and a part of the substrate is liquefied, the gas flow part since part is oriented substantially horizontally, the opening of the gas passage flow section be provided with a water repellent filter, the liquefied liquid without accumulating in gas passage portion (on water repellent filter), eye Clogging can be suppressed. In addition, by suppressing the clogging of the gas flow part in this way, it is possible to improve the detection accuracy of the gas to be detected (hydrogen) , and at the same time, to improve the life of the gas sensor (hydrogen sensor) at a low cost. be able to.
Further, in the element housing portion, a gas detection element is disposed at a portion that does not overlap with the introduction direction of the air off-gas introduced toward the opening of the gas flow portion, and is introduced from the opening of the gas flow portion. Since air off gas containing a large amount of water vapor is prevented from directly hitting the gas detection element, the detection performance of the gas detection element can be prevented from deteriorating and the life of the gas sensor can be improved.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガスセンサであって、前記ガス通流部は、前記素子収容部の周壁の側背部に設けられていることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the gas sensor according to the first aspect, wherein the gas flow portion is provided on a side back portion of a peripheral wall of the element accommodating portion.
ここで、「側背部」とは、気体が直接当たる部分を前面としたときの側面および背面に相当する部分をいい、言い換えると、気体が流れる方向から光を当てた際に陰となる部分をいう。また、「ガス通流部を側背部に設ける」とは、ガス通流部が完全に側背部の領域内に収まることを意味するのではなく、ガス通流部の半分以上が側背部の領域内に収まっていればよいことを意味する。 Here, the “side back portion” means a portion corresponding to a side surface and a back surface when a portion directly exposed to gas is a front surface, in other words, a portion that becomes a shadow when light is applied from the direction in which the gas flows. Say. In addition, “providing the gas flow passage portion on the side back portion” does not mean that the gas flow passage portion is completely within the region of the side back portion, but more than half of the gas flow passage portion is in the region of the side back portion. It means that it needs to be within.
請求項2に記載の発明によれば、ガス通流部が素子収容部の周壁の側背部に設けられるので、流路を流れる気体が直接ガス通流部に入らず、回り込んで入ってくることとなる。そのため、素子収容部内が高圧になるのを防止でき、より良好なセンシングを行うことが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, since the gas flow part is provided on the side back part of the peripheral wall of the element housing part, the gas flowing through the flow path does not enter the gas flow part directly but enters the gas flow part. It will be. Therefore, it is possible to prevent the inside of the element housing portion from becoming a high pressure, and it is possible to perform better sensing.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のガスセンサであって、前記気体の流れ方向に直交する面内における前記素子収容部の断面積が小さくなるように、前記素子収容部の少なくとも側部を傾けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the gas sensor according to the second aspect of the present invention, at least the element housing portion is arranged so that a cross-sectional area of the element housing portion in a plane orthogonal to the gas flow direction is reduced. It is characterized by tilting the side.
ここで、「側部」とは、前記した素子収容部の前面と側背部との境界を含んだ部分をいう。 Here, the “side portion” refers to a portion including the boundary between the front surface and the side back portion of the element housing portion.
請求項3に記載の発明によれば、素子収容部の側部を傾けることで、気体の流れ方向に直交する面内における素子収容部の断面積(気体が直接当る面)が小さくなるので、流路の内面から突出するガスセンサが気体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。特に、ガスセンサを、燃料電池から排出される空気オフガス中の水素を検出するための水素センサとして用いた場合には、エア供給時における排出系の抵抗が極力小さくなり、エア供給のエネルギ消費を抑えることが可能となる。
請求項4記載の発明によれば、素子収容部内に導入された空気オフガスが、開口部と対向する周壁の壁面に当って拡散されるため、燃料電池から排出される空気オフガス中の水素を検出するガス検出素子の検出精度が向上する。
請求項5記載の発明によれば、ガス通流部がテーパ部に設けられることにより、ガスセンサが流路内を流通する気体(空気オフガス)の流れに対して抵抗となることが抑制されるとともに、ガスセンサの小型化を達成することができる。
請求項6記載の発明によれば、テーパ部の頂部に集められた結露水を水抜き孔から外部に円滑に排出することができる。
According to the invention described in
According to the fourth aspect of the present invention, the air off gas introduced into the element housing portion is diffused by hitting the wall surface of the peripheral wall facing the opening, so that hydrogen in the air off gas discharged from the fuel cell is detected. This improves the detection accuracy of the gas detection element.
According to the fifth aspect of the present invention, the gas flow portion is provided in the tapered portion, so that the gas sensor is suppressed from becoming resistant to the flow of gas (air off gas) flowing through the flow path. The gas sensor can be downsized.
According to invention of
請求項1に記載の発明によれば、ガス通流部が略水平方向を向く位置に設けられることで、素子収容部内で液化した結露水がガス通流部に溜まることがないので、ガス通流部の目詰まりを抑制することができる。また、ガス通流部の開口部から導入されて水蒸気を多量に含んだ空気オフガスがガス検出素子に直接当ることが抑制されるため、ガス検出素子の検出性能が劣化することを防止してガスセンサの寿命の向上を達成することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the gas flow portion is provided at a position facing the substantially horizontal direction, the condensed water liquefied in the element housing portion does not accumulate in the gas flow portion. Clogging of the flow part can be suppressed. In addition, since the air off gas containing a large amount of water vapor introduced from the opening of the gas flow passage is prevented from directly hitting the gas detection element, the gas detection element is prevented from deteriorating in detection performance. Improved lifespan can be achieved.
請求項2に記載の発明によれば、ガス通流部が素子収容部の周壁の側背部に設けられることで、流路を流れる気体がガス通流部に回り込んで入ってくるので、素子収容部内が高圧になるのを防止でき、より良好なセンシングを行うことが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, since the gas flow portion is provided on the side back portion of the peripheral wall of the element housing portion, the gas flowing through the flow path wraps around and enters the gas flow portion. It is possible to prevent the inside of the housing portion from becoming a high pressure, and it is possible to perform better sensing.
請求項3に記載の発明によれば、素子収容部の側部を傾けることで、素子収容部の断面積が小さくなるので、流路の内面から突出するガスセンサが気体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。
請求項4記載の発明によれば、素子収容部内に導入された空気オフガスが、開口部と対向する周壁の壁面に当って拡散されるため、燃料電池から排出される空気オフガス中の水素を検出するガス検出素子の検出精度を向上させることができる。
請求項5記載の発明によれば、ガス通流部がテーパ部に設けられることにより、ガスセンサが流路内を流通する気体(空気オフガス)の流れに対して抵抗となることが抑制されるとともに、ガスセンサの小型化を達成することができる。
請求項6記載の発明によれば、テーパ部の頂部に集められた結露水を水抜き孔から外部に円滑に排出することができる。
According to the third aspect of the present invention, since the cross-sectional area of the element accommodating portion is reduced by inclining the side portion of the element accommodating portion, the gas sensor protruding from the inner surface of the flow path has resistance to the gas flow. Can be suppressed as much as possible.
According to the fourth aspect of the present invention, the air off gas introduced into the element housing portion is diffused by hitting the wall surface of the peripheral wall facing the opening, so that hydrogen in the air off gas discharged from the fuel cell is detected. It is possible to improve the detection accuracy of the gas detection element.
According to the fifth aspect of the present invention, the gas flow portion is provided in the tapered portion, so that the gas sensor is suppressed from becoming resistant to the flow of gas (air off gas) flowing through the flow path. The gas sensor can be downsized.
According to invention of
〔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 outlet side pipe 5 on the fuel electrode side and the outlet side pipe (flow channel) 6 on the oxygen electrode side.
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 outlet side pipe 5 on the fuel electrode side of 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の下半部の周壁34aには、水平方向を向くようにガス通流部70が設けられており、これにより出口側配管6内に臨んだ状態となるガス通流部70からガス検出室R内に希釈ガスが取り込まれるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
具体的に、このガス通流部70は、図3(b)に示すように、素子収容部34の周壁34aの側背部SBに設けられるようになっている。ここで、「側背部SB」とは、希釈ガスが直接当たる部分を前面FFとしたときの側面および背面に相当する部分をいい、言い換えると、希釈ガスが流れる方向から光を当てた際に陰となる部分をいう。また、「ガス通流部70を側背部SBに設ける」とは、ガス通流部70が完全に側背部SBの領域内に収まることを意味するのではなく、ガス通流部70の半分以上が側背部SBの領域内に収まっていればよいことを意味する。そして、本実施形態では、ガス通流部70が側背部SBに半分だけ収まるように設けられることで、このガス通流部70が、希釈ガスの流れ方向に対して直交する方向で、かつ、水平面に沿った方向へ向くようになっている。
Specifically, as shown in FIG. 3B, the
また、ガス通流部70は、素子収容部34の周壁34aに形成される開口部71と、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、図3(a)に示すように、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。
As shown in FIG. 3A, a
また、図2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前記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. 2, 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の横側(図示奥側)に回り込んで、ガス通流部70からガス検出室R内に入ってくる。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。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 2, 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2参照)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の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
ガス通流部70が水平方向を向く位置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。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
ガス通流部70が素子収容部34の周壁34aの側背部SBに設けられることで、出口側配管6内を流れる希釈ガスがガス通流部70に回り込んで入ってくるので、ガス検出室R内が高圧になるのを防止でき、より良好なセンシングを行うことが可能となる。
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を前後方向としたときにおける素子収容部34の周壁34aの真横に相当する位置にガス通流部70を設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図4(a)および(b)に示すように、ガス通流部70を、素子収容部34の周壁34aの背部(希釈ガスの流れ方向の最下流側に位置する部分)に、設けてもよい。
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
In the first embodiment, the outer peripheral shape of the cross section of the
〔第2の実施形態〕
以下に、本発明の第2の実施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形状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5は第2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6は図5のD−D断面図(a)と、図6(a)のE−E断面図(b)である。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention will be described below. Since this embodiment is obtained by changing the shape 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. 5 is a cross-sectional view showing the inside of the hydrogen sensor according to the second embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. It is E sectional drawing (b).
図5に示すように、第2の実施形態に係る水素センサ1’は、第1の実施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6(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の実施形態の断面積(図3(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の実施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6(b)に示すように、その側部(希釈ガスの流れに対して真横となる位置)に、第1の実施形態と同様のガス通流部70が設けられている。
As shown in FIG. 5, 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、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 embodiment.
By tilting the
なお、本発明は、第2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2の実施形態では、希釈ガスの流れ方向を前後方向としたときにおける素子収容部37の周壁37aの真横に相当する位置にガス通流部70を設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図7(a)および(b)に示すように、ガス通流部70を、素子収容部37の周壁37aの背部(希釈ガスの流れ方向の最下流側に位置する部分)に、設けてもよい。
The present invention is not limited to the second embodiment, and can be implemented in various forms.
In the second embodiment, the
第2の実施形態では、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(ガス通流部70が設けられている部分)のみが傾けられていればよい。
In the second 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2つの実施形態(第1,第2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。
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 above-described two embodiments (first and second embodiments), and can be implemented 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を素子収容部34,37の側背部SBに設けたが、本発明はこれに限定されず、前面FFに設けてもよい。ただし、ガス通流部70を側背部SBに設ける場合には、希釈ガスがガス通流部70に回り込んで入ってくるので、ガス検出室R内が高圧になるのを防ぐことができるので、側背部SBに設けるのが望ましい。
In the above embodiment, the
1 水素センサ(ガスセンサ)
34 素子収容部
34a 周壁
34b 溝
34c 底壁
34d 水抜き孔
35 シール部材
36 排水路
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
FF 前面
R ガス検出室
SB 側背部
2 燃料電池
6 出口側配管(流路)
6a 取付座(壁)
6b 内面
1’ 水素センサ(ガスセンサ)
37 素子収容部
37a 周壁
37c 底壁
1 Hydrogen sensor (gas sensor)
34
6a Mounting seat (wall)
6b Inner surface 1 'Hydrogen sensor (gas sensor)
37
Claims (6)
前記ガス検出素子を収容する素子収容部と、
前記素子収容部の内外へ前記気体を通流させるガス通流部と、を備え、
前記気体が流れる流路内に前記ガス通流部を臨ませた状態で、前記流路の壁に設けられるガスセンサであって、
前記ガスセンサは、燃料電池から排出される空気オフガス中の水素を検出するための水素センサからなり、
前記素子収容部が、前記流路の内面から突出するように設けられるとともに、
前記ガス通流部が、略水平方向を向くように前記素子収容部の周壁に設けられ、
前記ガス通流部の開口部には、撥水フィルタが設けられ、
前記素子収容部内には、前記ガス通流部の開口部へ向けて導入される空気オフガスの導入方向と重畳しない部位に前記ガス検出素子が配設されることを特徴とするガスセンサ。 A gas detection element for detecting a gas to be detected contained in the gas;
An element accommodating portion for accommodating the gas detecting element;
A gas flow part for flowing the gas into and out of the element housing part,
A gas sensor provided on a wall of the flow path with the gas flow portion facing the flow path through which the gas flows,
The gas sensor comprises a hydrogen sensor for detecting hydrogen in the air off-gas discharged from the fuel cell,
The element accommodating portion is provided so as to protrude from the inner surface of the flow path,
The gas flow part is provided on the peripheral wall of the element housing part so as to face a substantially horizontal direction ,
A water repellent filter is provided at the opening of the gas flow part,
Wherein the element receiving portion, the gas sensor the gas detection element in a portion which does not overlap with the direction of introduction of the air off-gas is introduced toward the opening of the gas through portions, characterized in Rukoto arranged therein.
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