JPWO2015072430A1

JPWO2015072430A1 - ガスセンサ

Info

Publication number: JPWO2015072430A1
Application number: JP2015547753A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　昭博; 昭博鈴木; 貴志河浦
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2017-03-16
Also published as: WO2015072430A1; US20160290947A1; CN105705941A

Abstract

ガスセンサ（１０）は、検出素子（１６）、回路基板（１８）及びこれらを内包する筐体（１４）を備える。筐体（１４）は、第１締結部（２６ａ）及び第２締結部（２６ｂ）とガス導入口（２８）とを有する。ガス導入口（２８）の中心は、第１締結部（２６ａ）と第２締結部（２６ｂ）とを結ぶ仮想線上に位置し、且つ、前記第１締結部（２６ａ）側に近接する回路基板（１８）の角部（１８ａ）に対応して配置される。

Description

本発明は、検出対象であるガスに接触する検出素子と、前記検出素子が支持されるとともに、接触した前記ガスの情報を取得する回路基板と、前記検出素子及び前記回路基板が内包される筐体と、を備えるガスセンサに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両方にアノード電極とカソード電極とが配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車）に搭載されている。

燃料電池車両では、特に燃料ガスである水素の漏れを監視する必要がある。このため、例えば、水素検出用のガスセンサが用いられている。ガスセンサとしては、通常、接触燃焼式水素センサや熱伝導式水素センサが用いられている。熱伝導式水素センサは、通常、水素の熱伝導度の差による発熱素子（抵抗体）の温度変化を、温度検出素子の抵抗値の変化として電気的に検出することによって、水素濃度及び湿度を検出している。

この種の技術として、例えば、特許第４１６５３００号公報に開示されているガスセンサや、特開２０１３−２２１８６２号公報に開示されているガス検出装置が知られている。

ところで、燃料電池車両に用いられるガスセンサは、狭小なスペースに収容する必要がある。このため、ガスセンサの小型化を図ることが望まれているが、上記の特許第４１６５３００号公報及び特開２０１３−２２１８６２号公報では、前記ガスセンサを有効にコンパクト化することができない。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、所望の検出機能を有するとともに、構成を容易に簡素化且つコンパクト化することが可能なガスセンサを提供することを目的とする。

本発明に係るガスセンサは、検出対象であるガスに接触する検出素子と、前記検出素子が支持されるとともに、接触した前記ガスの情報を取得する多角形状の回路基板と、前記検出素子及び前記回路基板が内包される筐体と、を備えている。

筐体は、ガスセンサ取り付け位置に締結される第１締結部及び第２締結部と、ガスを検出素子に接触させるために、該ガスが導入されるガス導入口と、を有している。そして、ガス導入口の中心は、第１締結部と第２締結部とを結ぶ仮想線上に位置し、且つ、前記第１締結部側に近接する回路基板の角部に対応して配置されている。

本発明によれば、ガスを検出素子に接触させるために、該ガスが導入されるガス導入口の中心は、第１締結部と第２締結部とを結ぶ仮想線上に位置して配置されている。このため、ガス導入口の面圧を確保することができ、所望のシール機能を確保することが可能になる。

しかも、ガス導入口の中心は、第１締結部側に近接する回路基板の角部に対応して配置されている。従って、回路基板のデッドスペースである角部にガス導入口が配置されるため、前記回路基板のデッドスペースが低減され、該回路基板の小型化が図られる。

これにより、所望の検出機能を有するとともに、ガスセンサ全体の構成を容易に簡素化且つコンパクト化することが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの取り付け状態を示す斜視説明図である。図２は、前記ガスセンサの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。図３は、前記ガスセンサの平面説明図である。図４は、前記ガスセンサを構成する回路基板及び検出素子の平面説明図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサの断面説明図である。図６は、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサの断面説明図である。図７は、前記ガスセンサを構成する回路基板及び検出素子の平面説明図である。

図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ１０は、熱伝導式水素センサであり、例えば、燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載され、燃料ガスである水素ガスの漏れを検出するために使用される。

ガスセンサ１０は、車両側取り付け部（ガスセンサ取り付け位置）１２に固定される筐体１４を備える。筐体１４内には、検出対象である水素（ガス）に接触する検出素子１６と、前記検出素子１６が支持されるとともに、接触した前記水素の濃度（情報）を取得する回路基板１８とが埋設（内包）される。

検出素子１６は、例えば、円板状を有する発熱素子（発熱抵抗体）であり、水素に接触すると、前記水素の熱伝導率によって前記検出素子１６の温度が変化する。検出素子１６には、電流を流す電源装置（図示せず）と、前記検出素子１６の両端電圧を測定する電圧計（図示せず）とが接続されている。検出素子１６は、温度変化により抵抗値が変化し、電圧を測定することによって水素濃度を検出することができる。

図４に示すように、回路基板１８は、平面視で四角形状（多角形状）、例えば、長方形状を有する。なお、回路基板１８に設けられている回路パターンの図示は、省略する。回路基板１８の１つの角部１８ａの近傍には、検出素子１６が断熱ケース２０を介して装着（支持）される。

断熱ケース２０は、例えば、セラミックやガラス等の断熱部材により形成される。断熱ケース２０は、円板形状を有し、中央部には、検出素子１６を収容するための凹部２２が形成される。断熱ケース２０は、回路基板１８に、溶着や接着等により直接結合されるとともに、検出素子１６と前記回路基板１８とは、複数本の結線ワイヤ２４により電気的に接続される。

図１〜図３に示すように、筐体１４は、例えば、樹脂部材により一体成形されるとともに、インサート成形により検出素子１６及び回路基板１８が埋設される。筐体１４は、平面視で四角形状、例えば、長方形状に形成される。筐体１４は、車両側取り付け部１２に締結される第１締結部２６ａ及び第２締結部２６ｂと、水素を検出素子１６に接触させるために、該水素が導入されるガス導入口２８とを有する。

第１締結部２６ａには、孔部３０ａが形成される一方、第２締結部２６ｂには、孔部３０ｂが形成される。孔部３０ａ、３０ｂには、ボルト３２が挿入され、前記ボルト３２が車両側取り付け部１２に螺合されることにより、筐体１４が前記車両側取り付け部１２に装着される。ガス導入口２８を形成する内壁面には、検出素子１６とは反対側の端部に湾曲するＲ形状部２８ａが形成される。なお、Ｒ形状部２８ａに代えて、Ｃ面取り（テーパカット）形状を用いてもよい。

図３に示すように、ガス導入口２８の中心Ｏ１は、第１締結部２６ａの中心Ｏ２と第２締結部２６ｂの中心Ｏ３とを結ぶ仮想線Ｌ上に位置し、且つ、前記第１締結部２６ａ側に近接する回路基板１８の角部１８ａに対応して配置される。具体的には、第１締結部２６ａと第２締結部２６ｂとは、筐体１４の互いに対向する第１辺（一方の短辺）３４ａと第２辺（他方の短辺）３４ｂとに対角位置に対応して設けられる。

第１辺３４ａ又は第２辺３４ｂには、第１の実施形態では、前記第２辺３４ｂには、ガスセンサ１０に電力供給を行うコネクタ（図示せず）が挿入されるコネクタ挿入口３６が形成される。コネクタ挿入口３６は、第２辺３４ｂの第２締結部２６ｂが設けられる端部とは反対の端部の近傍に形成される。

このガスセンサ１０の動作について、以下に説明する。

ガスセンサ１０は、車両側取り付け部１２に装着されており、天板である前記車両側取り付け部１２に沿って水素が溜まってくると、水素境界位置（水素レベル）は下方に移動する。そして、水素レベルが筐体１４の下方に移動すると、前記筐体１４のガス導入口２８から水素が進入する。このため、検出素子１６に水素が接触し、水素濃度が検出される。

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、水素を検出素子１６に接触させるために、前記水素が導入されるガス導入口２８の中心Ｏ１は、第１締結部２６ａの中心Ｏ２と第２締結部２６ｂの中心Ｏ３とを結ぶ仮想線Ｌ上に位置して配置されている。このため、ガス導入口２８の面圧を確保することができ、所望のシール機能を確保することが可能になる。

しかも、ガス導入口２８の中心Ｏ１は、第１締結部２６ａ側に近接する回路基板１８の角部１８ａに対応して配置されている。従って、回路基板１８のデッドスペースである角部１８ａにガス導入口２８が配置されるため、前記回路基板１８のデッドスペースが低減され、該回路基板１８の小型化が図られる。

これにより、ガスセンサ１０は、所望の水素濃度検出機能を有するとともに、前記ガスセンサ１０全体の構成を容易に簡素化且つコンパクト化することが可能になる。

さらに、第１の実施形態では、筐体１４は、平面視で四角形状、例えば、長方形状に形成され、第１締結部２６ａと第２締結部２６ｂとは、前記筐体１４の互いに対向する第１辺３４ａと第２辺３４ｂとに設けられている。そして、第２辺３４ｂの第２締結部２６ｂが設けられる端部とは反対の端部の近傍にコネクタ挿入口３６が形成されている。

このため、第２辺３４ｂには、第２締結部２６ｂとコネクタ挿入口３６とが設けられており、ガスセンサ１０を容易に小型化するとともに、取り付け位置の自由度が向上する。

その上、第２締結部２６ｂとコネクタ挿入口３６とは、第２辺３４ｂから同一方向（図３中、矢印ｔ方向）に突出している。従って、筐体１４は、矢印ｈ方向の寸法が可及的に短尺化され、容易に小型化が図られる。また、第１辺３４ａには、第１締結部２６ａのみが設けられている。これにより、ガスセンサ１０は、非対称形状となり、誤組みを確実に阻止することができる。

しかも、コネクタ挿入口３６は、ガス導入口２８との距離が比較的長尺な第２締結部２６ｂと同一の第２辺３４ｂに設けられている。このため、回路基板１８の電流の流れ（図３中、電流の流れ方向参照）を考慮して検出素子１６が配置されるため、回路パターンが単純化され、前記回路基板１８が有効に小型化される。

さらにまた、図２に示すように、筐体１４は、車両側取り付け部１２に対向する締結面１４Ｓが平坦状を有している。従って、締結面１４Ｓと検出素子１６との距離が良好に短尺化され、天板に溜まった水素の検出が迅速に遂行される。さらに、ガス導入口２８を形成する内壁面には、検出素子１６とは反対側の端部に湾曲するＲ形状部２８ａが形成されている。これにより、表面張力により水が壁面に付着することを抑制し、ガスセンサ１０への湿度による影響を抑制することが可能になる。

また、検出素子１６は、断熱ケース２０の凹部２２に収容されている。このため、検出素子１６の熱は、回路基板１８に放熱されることがなく、検出精度が低下することを抑制することができる。しかも、検出素子１６と回路基板１８との間隔を短縮することが可能になり、ガスセンサ１０全体の薄肉化及び小型化が容易に遂行される。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ４０の断面説明図である。なお、第１の実施形態に係るガスセンサ１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

ガスセンサ４０では、断熱ケース２０に防爆フィルタ４２が直接結合される。防爆フィルタ４２は、例えば、金属製のメッシュや多孔質体からなる。なお、防爆フィルタ４２に代えて、又は、前記防爆フィルタ４２と併用して撥水フィルタ（図示せず）を用いてもよい。撥水フィルタは、水素の通過を許容する一方、液体（水滴）の通過を許容しないフィルタである。

この第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、防爆機能（及び撥水機能）を有することができる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ５０の断面説明図である。

ガスセンサ５０は、筐体５２を備え、前記筐体５２内には、回路基板５４が埋設（内包）される。図７に示すように、回路基板５４は、平面視で四角形状、例えば、長方形状を有し、１つの角部５４ａの近傍には、検出素子５６が一体に形成される。

検出素子５６は、回路基板５４に、直接、素子パターンを形成する。回路基板５４には、検出素子５６を周回して複数、例えば、４つの断熱孔部５８が貫通形成される。検出素子５６から回路基板５４に放熱されることを阻止するためである。

この第３の実施形態では、個別の検出素子及び断熱ケースが不要になり、ガスセンサ５０は、可及的に薄肉化（小型化）を図ることが可能になる。その他、第３の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【０００２】
号公報では、前記ガスセンサを有効にコンパクト化することができない。
［０００６］
本発明は、この種の問題を解決するものであり、所望の検出機能を有するとともに、構成を容易に簡素化且つコンパクト化することが可能なガスセンサを提供することを目的とする。
［０００７］
本発明に係るガスセンサは、検出対象であるガスに接触する検出素子と、前記検出素子が支持されるとともに、接触した前記ガスの情報を取得する多角形状の回路基板と、前記検出素子及び前記回路基板が内包される筐体と、を備えている。
［０００８］
筐体は、ガスセンサ取り付け位置に締結される第１締結部及び第２締結部と、ガスを検出素子に接触させるために、該ガスが導入されるガス導入口と、を有している。そして、ガス導入口の中心は、第１締結部と第２締結部とを結ぶ仮想線上に位置し、且つ、前記第１締結部に近接する回路基板の角部であって該第１締結部が設けられた筐体の角部に配置されている。
［０００９］
本発明によれば、ガスを検出素子に接触させるために、該ガスが導入されるガス導入口の中心は、第１締結部と第２締結部とを結ぶ仮想線上に位置して配置されている。このため、ガス導入口の面圧を確保することができ、所望のシール機能を確保することが可能になる。
［００１０］
しかも、ガス導入口の中心は、第１締結部側に近接する回路基板の角部に対応して配置されている。従って、回路基板のデッドスペースである角部にガス導入口が配置されるため、前記回路基板のデッドスペースが低減され、該回路基板の小型化が図られる。
［００１１］
これにより、所望の検出機能を有するとともに、ガスセンサ全体の構成を容易に簡素化且つコンパクト化することが可能になる。
図面の簡単な説明
［００１２］
［図１］図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの取り付け状態を示す斜視説明図である。
［図２］図２は、前記ガスセンサの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
［図３］図３は、前記ガスセンサの平面説明図である。

Claims

検出対象であるガスに接触する検出素子（１６）と、
前記検出素子（１６）が支持されるとともに、接触した前記ガスの情報を取得する多角形状の回路基板（１８）と、
前記検出素子（１６）及び前記回路基板（１８）が内包される筐体（１４）と、
を備えるガスセンサであって、
前記筐体（１４）は、ガスセンサ取り付け位置（１２）に締結される第１締結部（２６ａ）及び第２締結部（２６ｂ）と、
前記ガスを前記検出素子（１６）に接触させるために、該ガスが導入されるガス導入口（２８）と、
を有し、
前記ガス導入口（２８）の中心は、前記第１締結部（２６ａ）と前記第２締結部（２６ｂ）とを結ぶ仮想線上に位置し、且つ、前記第１締結部（２６ａ）側に近接する前記回路基板（１８）の角部（１８ａ）に対応して配置されることを特徴とするガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、前記筐体（１４）は、平面視で四角形状に形成され、
前記第１締結部（２６ａ）と前記第２締結部（２６ｂ）とは、前記筐体（１４）の互いに対向する第１辺（３４ａ）と第２辺（３４ｂ）とに対角位置に対応して設けられるとともに、
前記第１辺（３４ａ）又は前記第２辺（３４ｂ）には、前記ガスセンサに電力供給を行うコネクタが挿入されるコネクタ挿入口（３６）が形成されることを特徴とするガスセンサ。
請求項２記載のガスセンサにおいて、前記コネクタ挿入口（３６）は、前記第２辺（３４ｂ）の前記第２締結部（２６ｂ）が設けられる端部とは反対の端部の近傍に形成されることを特徴とするガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、前記検出素子（１６）と前記回路基板（１８）との間には、断熱部材（２０）が介装されることを特徴とするガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、前記ガス導入口（２８）を形成する内壁面には、前記検出素子（１６）とは反対側の端部に湾曲するＲ形状部（２８ａ）が形成されることを特徴とするガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、前記検出素子（５６）は、前記回路基板（５４）に一体に形成されることを特徴とするガスセンサ。