ガスセンサ
【課題】ガス検出素子に熱を好適に伝導させ、ガス検出素子を良好に加熱し、結露を防止可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】水素が取り込まれるガス検出室２５を有する素子収容部と、素子収容部の内壁面に取り付けられると共に、ガスを検出するガス検出素子３１と、素子収容部の内外へガスを通流させる撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を有するガス通流部と、ヒータ５１と、を備える水素センサ１であって、ヒータ５１は、素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、素子収容部を介して熱を伝導させガス検出素子３１を加熱する周壁部５２（ガス検出素子加熱部）と、周壁部５２と一体であって、素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、ガス通流部の周縁に配置され、ガス通流部を周縁から加熱する底壁部５３（ガス通流部周縁加熱部）と、を備える。
【解決手段】水素が取り込まれるガス検出室２５を有する素子収容部と、素子収容部の内壁面に取り付けられると共に、ガスを検出するガス検出素子３１と、素子収容部の内外へガスを通流させる撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を有するガス通流部と、ヒータ５１と、を備える水素センサ１であって、ヒータ５１は、素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、素子収容部を介して熱を伝導させガス検出素子３１を加熱する周壁部５２（ガス検出素子加熱部）と、周壁部５２と一体であって、素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、ガス通流部の周縁に配置され、ガス通流部を周縁から加熱する底壁部５３（ガス通流部周縁加熱部）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜の両側をアノード（燃料極）とカソード（酸素極）で挟み込んでＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を形成し、この膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる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、アノードには水素（燃料ガス）が供給され、カソードには空気（酸化剤ガス）が供給され、アノード及びカソードで電極反応が起こり、燃料電池が発電する。
【０００３】
このような燃料電池からは未反応の水素が排出されるので、燃料電池から排出されたオフガスの流路に水素センサを設けて、この水素センサにより、オフガス中の水素濃度の監視がされている。なお、オフガスには電極反応によって生成した水蒸気（水分）が含まれるので、水素センサ内にヒータを設け、このヒータによって水素センサ内のガスを暖め、結露を防止する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１５５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、ヒータによってガス検出室のガスを加熱することはできるが、本来、結露を防止するべきガス検出素子は、ガスを介しての熱伝導、つまり、輻射熱によって加熱されるため、ガス検出素子に熱が伝導せず、ガス検出素子が十分に加熱されない虞があった。すなわち、ガス検出素子において結露する虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ガス検出素子に熱を好適に伝導させ、ガス検出素子を良好に加熱し、結露を防止可能なガスセンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ガスを検出するガス検出素子と、ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、ヒータと、を備えるガスセンサであって、前記ヒータは、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記素子収容部を介して熱を伝導させ前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、前記ガス検出素子加熱部と一体であって、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記ガス通流部の周縁に配置され、当該ガス通流部を周縁から加熱するガス通流部周縁加熱部と、を備えることを特徴とするガスセンサである。
【０００７】
このようなガスセンサによれば、素子収容部の内壁面に沿って設けられたガス検出素子加熱部の熱は、素子収容部を介してガス検出素子に伝導し、ガス検出素子が加熱され、ガス検出素子における結露が防止される。
また、素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、ガス通流部の周縁に配置されたガス通流部周縁加熱部の熱は、ガス通流部の周縁に伝導し、ガス通流部のフィルタが周縁から加熱され、フィルタ（ガス通流部）における結露が防止される。すなわち、フィルタが撥水フィルタや防爆フィルタ等から構成される場合、撥水フィルタによって、素子収容部内への液状の水分の侵入を防止することはもちろん、撥水フィルタを通過して素子収容部内で結露した結露水や、撥水フィルタから滲み出した水分や、防爆フィルタに付着した水分を加熱して気化（水蒸気化）させることでき、そして、気化することで生成した水蒸気を素子収容部外に積極的に排出することができる。その結果、素子収容部内の湿度が低下し、ガス検出素子における結露を防止できる。
さらに、ガス検出素子加熱部とガス通流部周縁加熱部とは、例えばセラミックスによって一体に形成されているので、これらを別々に制御せずに、一体に制御することができる。
【０００８】
また、本発明は、ガスを検出するガス検出素子と、ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、ヒータと、を備えるガスセンサであって、前記ヒータは、前記素子収容部の内壁面のうち前記ガス検出素子が取り付けられた取付面に沿って設けられると共に、前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、前記ガス検出素子加熱部と一体であると共に、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられ、前記ガス検出室に取り込まれたガスを加熱するガス加熱部と、を備えることを特徴とするガスセンサである。
【０００９】
このようなガスセンサによれば、ガス検出素子が取り付けられた取付面に沿って設けられたガス検出素子加熱部の熱は、ガス検出素子に伝導し、ガス検出素子が加熱され、ガス検出素子における結露が防止される。
また、素子収容部の内壁面に沿って設けられたガス加熱部の熱は、ガス検出室に取り込まれたガスに伝導し、ガスが加熱され、結露しにくくなる。
さらに、ガス検出素子加熱部とガス加熱部とは、例えばセラミックスによって一体に形成されているので、これらを別々に制御せずに、一体に制御することができる。
【００１０】
また、前記フィルタに接触するように設けられ、当該フィルタを加熱するフィルタ加熱ヒータを備えるガスセンサであることが好ましい。
【００１１】
このようなガスセンサによれば、フィルタ加熱ヒータによってフィルタが加熱されるので、フィルタにおける結露を防止できる。これにより、結露水に遮られずに、ガスを素子収容部内外に通流させることができる。
【００１２】
また、前記ヒータと前記素子収容部との間に介在された弾性部を備えるガスセンサであることが好ましい。
【００１３】
このようなガスセンサによれば、弾性部によって、ヒータを形成する材料の熱膨張率と、素子収容部を形成する材料の熱膨張率との差に基づく、熱膨張によるガスセンサの変形、つまり、ヒータから素子収容部への応力伝達を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス検出素子に熱を好適に伝導させ、ガス検出素子を良好に加熱し、結露を防止可能なガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
【００１６】
≪水素センサの構成≫
図１から図５に示すように、本実施形態に係る水素センサ１（ガスセンサ）は、ケース１０と、ケース１０の下面に形成されたハウジング２０と、ハウジング２０に収容されたガス検出素子３１、３１と、ハウジング２０の後記する開口部２４に設けられた積層体４０Ａと、ハウジング２０内に配置されたヒータ５１と、を主に備えている。
このような水素センサは、例えば、燃料電池システムにおいて燃料電池から排出されたオフガスが流れるオフガス配管１０５（図５参照）中の水素濃度を検出する場合や、その他、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車の車内の水素濃度を検出する場合に使用される。
【００１７】
＜ケース＞
ケース１０は、その外形が直方体形状であって、例えばポリフェニレンサルファイド製の容器であり、制御基板１１を収容している。ケース１０の長手方向の両端にはフランジ部１２、１２が形成されており、各フランジ部１２にはカラー１３が取り付けられている。そして、図２に示すように、各カラー１３に挿入されたボルト１４が、オフガスの流れるオフガス配管１０５に形成された取付座１０５Ａに締結されることで、水素センサ１がオフガス配管１０５に固定されるようになっている。
制御基板１１は、ガス検出素子３１、３１からの信号に基づいて、水素濃度を算出する機能と、後記する温度湿度センサ３４が検出したガス検出室２５の温度及び湿度に基づいて、ガス検出室２５内が結露しないようにヒータ５１の出力を制御する機能と、を備えている。
【００１８】
＜ハウジング＞
ハウジング２０は、略有底円筒体であって（図３参照）、オフガス配管１０５に嵌合している（図２参照）。そして、ハウジング２０とオフガス配管１０５との間には、Ｏリング２１が介設され気密性が高められており、オフガスが漏れないようになっている。
【００１９】
このようなハウジング２０は、図３、図４に示すように、筒状の周壁部２２と底壁部２３とを有している。そして、底壁部２３の中央には円形の貫通孔が形成されており、この貫通孔がオフガスの出入口となる開口部２４となっている。また、ハウジング２０内がオフガスの取り込まれるガス検出室２５となっている。
【００２０】
さらに、ハウジング２０は、熱伝導性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エポキシ等の樹脂や、金属から形成されている。これにより、ヒータ５１の熱が、ハウジング２０を介して、ガス検出素子３１、撥水フィルタ４１、防爆フィルタ４２に伝導するようになっている。
【００２１】
＜ガス検出素子＞
ガス検出素子３１、３１は、ガス検出室２５に取り込まれたオフガス中の水素濃度を検出する素子であり、ガス検出室２５内に配置されている。詳細には、ガス検出素子３１は金属製のステー３２、３２を介してベース３３（端子台）に固定されており、ガス検出素子３１が取り付けられたベース３３がケース１０の下面に固定されている。また、ガス検出素子３１は制御基板１１と接続されており（図２参照）、制御基板１１は水素濃度を検知するようになっている。
なお、ベース３３は、ハウジング２０と同様に、熱伝導性を有する材料から形成されている。
【００２２】
ガス検出素子３１の種類及び数並びに配置は、水素濃度の検出方式に応じて決定される。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子３１は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子と間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子３１は、検出素子と検知素子との対により構成され、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度が検出される。
【００２３】
ここで、本実施形態において、ガス検出素子３１、３１を収容する素子収容部は、ハウジング２０と、ベース３３とを備えて構成されている。そして、素子収容部の内壁面は、ハウジング２０の内壁面とベース３３の下面３３ａ（表面）とを含んで構成され、ハウジング２０の内壁面は周壁部２２の内周面２２ａと底壁部２３の底面２３ａとから構成されている。また、ベース３３の下面３３ａはガス検出素子３１が取り付けられた取付面に相当する。
【００２４】
また、ガス検出室２５の温度及び湿度を検出する温度湿度センサ３４が、ベース３３に取り付けられている。そして、温度湿度センサ３４は制御基板１１に接続されており、制御基板１１はガス検出室２５の温度及び湿度に基づいて、ヒータ５１及びヒータ４３の出力を制御するようになっている。
【００２５】
＜積層体＞
積層体４０Ａは、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とヒータ４３（フィルタ加熱ヒータ）とを備え、ガス検出素子３１から遠ざかるオフガス配管１０５に向かって、防爆フィルタ４２、ヒータ４３、撥水フィルタ４１の順で積層されることで一体に構成された、３層構造を有する薄型の円盤体である。すなわち、ヒータ４３は、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とで挟まれており、これらは相互に接触している。
そして、積層体４０Ａは、開口部２４に蓋をするようにハウジング２０に設けられている。
【００２６】
撥水フィルタ４１は、ガスを透過しつつ、ガスに含まれる液体を透過しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。これにより、気体状のオフガスをガス検出室２５に取り込みつつ、オフガス中に含まれる液体の水分が撥水フィルタ４１ではじかれ、ガス検出室２５に侵入しないようになっている。
防爆フィルタ４２は、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体から構成される。
【００２７】
ヒータ４３は、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を直接的に加熱する電気ヒータであり、後記するヒータ５１と同様に、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータや、セラミックスヒータや、ニクロム線により構成される。ヒータ４３に電力を供給するための配線は（図示しない）、例えば、ハウジング２０内を通って制御基板１１と接続されており、制御基板１１がヒータ４３の出力を制御するようになっている。そして、ヒータ４３が発熱すれば、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２が直接的に加熱されるようになっている。
【００２８】
すなわち、撥水フィルタ４１によって、液体の水分がガス検出室２５に侵入することを防止しつつ、ヒータ４３によって、例えば、撥水フィルタ４１上の結露水（液体）やこれから滲み出た水、さらに、防爆フィルタ４２に付着した水を加熱・気化させて水蒸気とし、この水蒸気をハウジング２０外に積極的に排出可能となっている。その結果、結露水等の水分に遮られることなく、オフガスが、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を通過して、ガス検出室２５に出入りするようになっている。
なお、ヒータ４３には、オフガスを通流させるための複数の貫通孔４３ａが形成されている（図３、図４参照）。
【００２９】
ここで、本実施形態において、ハウジング２０とベース３３とを備えて構成される素子収容部の内外へオフガスを通流させるガス通流部は、ハウジング２０の開口部２４と、撥水フィルタ４１と、防爆フィルタ４２とを備えて構成されている。そして、ガス通流部を構成する撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２は、両フィルタ間のヒータ４３（フィルタ加熱ヒータ）によって、直接的に加熱されるように構成されている。
【００３０】
＜ヒータ＞
ヒータ５１は、素子収容部の内壁面に沿って配置された略有底円筒状（おわん型）の電気ヒータである。詳細には、ヒータ５１は、ガス検出素子加熱部として機能する筒状の周壁部５２と、その中心に開口部５３ａが形成されたリング状を呈し、ガス通流部周縁加熱部として機能する底壁部５３と、を備えている。このようなヒータ５１は、例えばＰＴＣヒータやセラミックスヒータから構成され、周壁部５２と底壁部５３とは一体に構成され、一体で発熱するようになっている。
【００３１】
周壁部５２（ガス検出素子加熱部）は、ハウジング２０の周壁部２２の内周面２２ａに沿って設けられている。一方、底壁部５３（ガス通流部周縁加熱部）は、ハウジング２０の底壁部２３の底面２３ａに沿うと共に、ガス通流部（撥水フィルタ４１、防爆フィルタ）を囲むように、ガス通流部の周縁に設けられている。
【００３２】
そして、ヒータ５１は、配線５４Ａ及び配線５４Ｂ（電極、端子）を介して、制御基板１１と接続されており、制御基板１１によって、その出力が制御されるようになっている。ここで、配線５４Ａとヒータ５１との接続部分Ａ（図５参照）と、配線５４Ｂとヒータ５１との接続部分Ｂとは、ヒータ５１の全体に通電するように、最も離れて配置されている。これにより、温度分布が発生せずに、ヒータ５１が発熱するようになっている。
【００３３】
このようにヒータ５１が発熱すれば、その周壁部５２の熱が、ハウジング２０の周壁部２２、ベース３３を介して、ガス検出素子３１に伝導し、ガス検出素子３１が加熱されるようになっている。これにより、ガス検出素子３１における結露が防止され、水素が好適に検出されるようになっている。
また、周壁部５２の熱は、ガス検出室２５内のオフガスにも伝導し、オフガス中の水分の結露が防止されるようになっている。
【００３４】
さらに、このようにヒータ５１が発熱すれば、底壁部５３の熱が、ハウジング２０の底壁部２３を介して、ガス通流部を構成する撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２に伝導し、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２が、その周縁から加熱されるようになっている。これにより、ヒータ４３と同様に、例えば、撥水フィルタ４１上の結露水が気化し、オフガスが結露水に遮られずに、ガス検出室２５に取り込まれるようになっている。
【００３５】
≪水素センサの効果≫
このような水素センサ１によれば、主に以下の効果を得ることができる。
（１）ヒータ５１の周壁部５２の熱が、ハウジング２０の周壁部２２、ベース３３を介して、ガス検出素子３１に伝導し、ガス検出素子３１を加熱することができる。これにより、ガス検出素子３１の温度を適切に制御することができ、ガス検出素子３１における結露を防止し、水素濃度を好適に検出することができる。
（２）ヒータ５１の底壁部５３と、ヒータ４３とによって、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を加熱することができ、結露水等を積極的に排出すると共に、結露水等によって遮断されることなく、ガス検出室２５の内外にオフガスを通流させることができる。
（３）ヒータ５１は、周壁部５２と底壁部５３とが一体に構成されているので、制御基板１１は、周壁部５２と底壁部５３とを一体で制御することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
【００３７】
図６に示すように、ヒータ５１と、素子収容部を構成するハウジング２０及びベース３３との間に、弾性部材５５Ａ〜５５Ｃを介在させる構成としてもよい。詳細には、弾性部材５５Ａはハウジング２０の底壁部２３とヒータ５１の底壁部５３との間に、弾性部材５５Ｂはハウジング２０の周壁部２２とヒータ５１の周壁部５２との間に、弾性部材５５Ｃはベース３３とヒータ５１の周壁部５２との間に、それぞれ介設されている。このような弾性部材５５Ａ〜５５Ｃは、例えば、Ｏリング、皿バネ、ウェーブワッシャ、高弾性な樹脂によって構成される。
このような弾性部材５５Ａ〜５５Ｃを介在させる構成によれば、通電時にヒータ５１が径方向及び／又は軸方向（高さ方向）に膨張しても、ヒータ５１からハウジング２０及び／又はベース３３への応力伝達を低減させることができる。すなわち、ヒータ５１を形成する材料の熱膨張率と、ハウジング２０（素子収容部）を形成する材料の熱膨張率との差に基づく、熱膨張による水素センサ１の変形を防止することができる。
【００３８】
また、ヒータ５１に代えて、図７に示すヒータ５６を使用してもよい。ヒータ５６は、通電により発熱するヒータ本体５７と、熱伝導率の高い材料（銅、アルミニウム、鉄等の金属）から形成され、ヒータ本体５７の熱を良好に伝導させる熱伝導部５８と、を主に備えている。ヒータ本体５７は、筒状を呈しており、例えばＰＴＣヒータから構成される。そして、ヒータ本体５７は、配線５４Ａ、配線５４Ｂを介して、制御基板１１（図２参照）と接続されている。熱伝導部５８は、筒状のヒータ本体５７に外嵌した周壁部５９と、その中央に開口部６０ａが形成された底壁部６０とを備えている。周壁部５９及び底壁部６０は、ハウジング２０の周壁部２２及び底壁部２３に沿うように形成されている。
【００３９】
このようなヒータ５６によれば、ヒータ本体５７の形状は大きく変えずに、熱伝導部５８をハウジング２０に対応して形成することで、容易に構成することができる。
なお、図７では、ヒータ本体５７が熱伝導部５８の内周面に沿って配置された構成を示しているが、その他に、ヒータ本体５７が熱伝導部５８の外周面に沿って配置された構成であってもよい。ただし、ガス検出室２５を好適に加熱するべく、図７に示すように、ヒータ本体５７は熱伝導部５８の径方向内側に配置されることが好ましい。
【００４０】
また、図８に示すように、ヒータ５１が樹脂６１でコーティングされ、モールド成形されたヒータ６２であってもよい。このようなヒータ６２によれば、樹脂６１によって、ヒータ５１が防水されるので、その耐久性を高めることができる。
さらに、図９に示すように、ヒータ５１の一部、詳細には、底壁部５３に代えて、熱伝導性の高い金属等から形成された熱伝導部６３を備えるヒータ６４としてもよい。このような構成にすれば、ＰＴＣヒータ等から形成される発熱部分の形状を簡易にすることができる。
【００４１】
また、図１０に示すように、ベース３３の下面３３ａにヒータ２６（ガス検出素子加熱部）をさらに設け、ヒータ２６でガス検出素子３１、３１を加熱する構成としてもよい。そして、このようにヒータ２６を設ける場合、ヒータ２６を樹脂２７でコーティングし、防水することが好ましい。
【００４２】
また、図１１に示すように、外部の温度及び湿度を検出する温度湿度センサ１５が、ケース１０に設けられた構成としてもよい。温度湿度センサ１５は制御基板１１と接続されており、制御基板１１は、温度湿度センサ１５が検出する外部の温度、湿度と、温度湿度センサ３４（図４参照）が検出するガス検出室２５の温度、湿度と、に基づいて、ヒータ５１の出力を制御するようになっている。
【００４３】
また、積層体４０Ａ（図４参照）に代えて、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す積層体４０Ｂ〜４０Ｄを使用してもよい。
図１２（ａ）に示す積層体４０Ｂは、ガス検出素子３１から遠ざかる方向に向かって（図４参照）、ヒータ４３、防爆フィルタ４２、撥水フィルタ４１が順に積層することで構成されている。このような積層体４０Ｂによれば、ヒータ４３と撥水フィルタ４１との間に、防爆フィルタ４２が介在しており、ヒータ４３が撥水フィルタ４１に直接接触していないので、撥水フィルタ４１の耐熱温度を下げることができる。
【００４４】
図１２（ｂ）に示す積層体４０Ｃは、ガス検出素子３１から遠ざかる方向に向かって（図４参照）、ヒータ４３、撥水フィルタ４１、防爆フィルタ４２が順に積層することで構成されている。このような積層体４０Ｃによれば、撥水フィルタ４１が、剛性の高いヒータ４３と防爆フィルタ４２とで挟まれるので、撥水フィルタ４１を薄くすることができる。
【００４５】
図１２（ｃ）に示す積層体４０Ｄは、ヒータ４３を備えておらず、ガス検出素子３１から遠ざかる方向に向かって（図４参照）、防爆フィルタ４２、撥水フィルタ４１が順に積層することで構成されている。このようなヒータ４３を備えない積層体４０Ｄは、水素センサ１が、常に高湿で結露水が生成しやすい環境下に設置されない場合、例えば、水素センサ１が外気中に設置される場合に使用することができる。
【００４６】
また、図１３に示すように、ヒータ５１（図４参照）に代えて、ヒータ７１を備える構成としてもよい。ヒータ７１は、その鉛直上方が閉じた筒体（逆おわん型）を呈し、筒状の周壁部７２（ガス加熱部）と、天壁部７３（ガス検出素子加熱部）とを備えている。周壁部７２はハウジング２０の周壁部２２の内周面２２ａに沿って配置されており、天壁部７３はガス検出素子３１の取付面であるベース３３の下面３３ａに沿って配置されている。
そして、制御基板１１の指令に従ってヒータ７１が発熱すると、周壁部７２の熱はガス検出室２５内のオフガスに伝導し、オフガスが加熱されるようになっている。天壁部７３の熱はステー３２を介してガス検出素子３１に伝導し、ガス検出素子３１が加熱されるようになっている。
また、ヒータ７１とハウジング２０との間には、弾性部材７４Ａ、弾性部材７４Ｂが介設されており、発熱時にヒータ７１が熱膨張しても、ヒータ７１からハウジング２０に応力が伝導しないようになっている。
【００４７】
前記した実施形態では、比重の小さい水素の濃度を検出する水素センサ１であるため、ガス検出素子３１はオフガスが通過する積層体４０Ａよりも上方に配置される構成としたが、検出するガスの種類に対応して適宜逆に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る水素センサの平面図である。
【図２】図１に示す水素センサのＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】本実施形態に係る水素センサの下方からの斜視図である。
【図４】図２に示すＸ１−Ｘ１線断面図の要部を拡大したものである。
【図５】本実施形態に係るヒータの斜視図である。
【図６】変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【図７】変形例に係るヒータの断面図である。
【図８】変形例に係るヒータの断面図である。
【図９】変形例に係るヒータの断面図である。
【図１０】変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【図１１】変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）のいずれも変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【図１３】変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 水素センサ（ガスセンサ）
１１ 制御基板
１５ 温度湿度センサ
２０ ハウジング（素子収容部）
２２ 周壁部
２２ａ 内周面（内壁面）
２３ 底壁部
２３ａ 底面（内壁面）
２５ ガス検出室
３１ ガス検出素子
３３ ベース（素子収容部）
３３ａ 下面（内壁面）
３４ 温度湿度センサ
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ 積層体
４１ 撥水フィルタ
４２ 防爆フィルタ
４３ ヒータ（フィルタ加熱ヒータ）
５１ ヒータ
５２ 周壁部（ガス検出素子加熱部）
５３ 底壁部（ガス通流部周縁加熱部）
５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ 弾性部材
５６ ヒータ
５７ ヒータ本体
５８ 熱伝導部
５９ 周壁部（ガス検出素子加熱部）
６０ 底壁部（ガス通流部周縁加熱部）
６３ 熱伝導部
７１ ヒータ
７２ 周壁部（ガス加熱部）
７３ 天壁部（ガス検出素子加熱部）
７４Ａ、７４Ｂ 弾性部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜の両側をアノード（燃料極）とカソード（酸素極）で挟み込んでＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を形成し、この膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる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、アノードには水素（燃料ガス）が供給され、カソードには空気（酸化剤ガス）が供給され、アノード及びカソードで電極反応が起こり、燃料電池が発電する。
【０００３】
このような燃料電池からは未反応の水素が排出されるので、燃料電池から排出されたオフガスの流路に水素センサを設けて、この水素センサにより、オフガス中の水素濃度の監視がされている。なお、オフガスには電極反応によって生成した水蒸気（水分）が含まれるので、水素センサ内にヒータを設け、このヒータによって水素センサ内のガスを暖め、結露を防止する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１５５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、ヒータによってガス検出室のガスを加熱することはできるが、本来、結露を防止するべきガス検出素子は、ガスを介しての熱伝導、つまり、輻射熱によって加熱されるため、ガス検出素子に熱が伝導せず、ガス検出素子が十分に加熱されない虞があった。すなわち、ガス検出素子において結露する虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ガス検出素子に熱を好適に伝導させ、ガス検出素子を良好に加熱し、結露を防止可能なガスセンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ガスを検出するガス検出素子と、ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、ヒータと、を備えるガスセンサであって、前記ヒータは、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記素子収容部を介して熱を伝導させ前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、前記ガス検出素子加熱部と一体であって、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記ガス通流部の周縁に配置され、当該ガス通流部を周縁から加熱するガス通流部周縁加熱部と、を備えることを特徴とするガスセンサである。
【０００７】
このようなガスセンサによれば、素子収容部の内壁面に沿って設けられたガス検出素子加熱部の熱は、素子収容部を介してガス検出素子に伝導し、ガス検出素子が加熱され、ガス検出素子における結露が防止される。
また、素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、ガス通流部の周縁に配置されたガス通流部周縁加熱部の熱は、ガス通流部の周縁に伝導し、ガス通流部のフィルタが周縁から加熱され、フィルタ（ガス通流部）における結露が防止される。すなわち、フィルタが撥水フィルタや防爆フィルタ等から構成される場合、撥水フィルタによって、素子収容部内への液状の水分の侵入を防止することはもちろん、撥水フィルタを通過して素子収容部内で結露した結露水や、撥水フィルタから滲み出した水分や、防爆フィルタに付着した水分を加熱して気化（水蒸気化）させることでき、そして、気化することで生成した水蒸気を素子収容部外に積極的に排出することができる。その結果、素子収容部内の湿度が低下し、ガス検出素子における結露を防止できる。
さらに、ガス検出素子加熱部とガス通流部周縁加熱部とは、例えばセラミックスによって一体に形成されているので、これらを別々に制御せずに、一体に制御することができる。
【０００８】
また、本発明は、ガスを検出するガス検出素子と、ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、ヒータと、を備えるガスセンサであって、前記ヒータは、前記素子収容部の内壁面のうち前記ガス検出素子が取り付けられた取付面に沿って設けられると共に、前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、前記ガス検出素子加熱部と一体であると共に、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられ、前記ガス検出室に取り込まれたガスを加熱するガス加熱部と、を備えることを特徴とするガスセンサである。
【０００９】
このようなガスセンサによれば、ガス検出素子が取り付けられた取付面に沿って設けられたガス検出素子加熱部の熱は、ガス検出素子に伝導し、ガス検出素子が加熱され、ガス検出素子における結露が防止される。
また、素子収容部の内壁面に沿って設けられたガス加熱部の熱は、ガス検出室に取り込まれたガスに伝導し、ガスが加熱され、結露しにくくなる。
さらに、ガス検出素子加熱部とガス加熱部とは、例えばセラミックスによって一体に形成されているので、これらを別々に制御せずに、一体に制御することができる。
【００１０】
また、前記フィルタに接触するように設けられ、当該フィルタを加熱するフィルタ加熱ヒータを備えるガスセンサであることが好ましい。
【００１１】
このようなガスセンサによれば、フィルタ加熱ヒータによってフィルタが加熱されるので、フィルタにおける結露を防止できる。これにより、結露水に遮られずに、ガスを素子収容部内外に通流させることができる。
【００１２】
また、前記ヒータと前記素子収容部との間に介在された弾性部を備えるガスセンサであることが好ましい。
【００１３】
このようなガスセンサによれば、弾性部によって、ヒータを形成する材料の熱膨張率と、素子収容部を形成する材料の熱膨張率との差に基づく、熱膨張によるガスセンサの変形、つまり、ヒータから素子収容部への応力伝達を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス検出素子に熱を好適に伝導させ、ガス検出素子を良好に加熱し、結露を防止可能なガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
【００１６】
≪水素センサの構成≫
図１から図５に示すように、本実施形態に係る水素センサ１（ガスセンサ）は、ケース１０と、ケース１０の下面に形成されたハウジング２０と、ハウジング２０に収容されたガス検出素子３１、３１と、ハウジング２０の後記する開口部２４に設けられた積層体４０Ａと、ハウジング２０内に配置されたヒータ５１と、を主に備えている。
このような水素センサは、例えば、燃料電池システムにおいて燃料電池から排出されたオフガスが流れるオフガス配管１０５（図５参照）中の水素濃度を検出する場合や、その他、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車の車内の水素濃度を検出する場合に使用される。
【００１７】
＜ケース＞
ケース１０は、その外形が直方体形状であって、例えばポリフェニレンサルファイド製の容器であり、制御基板１１を収容している。ケース１０の長手方向の両端にはフランジ部１２、１２が形成されており、各フランジ部１２にはカラー１３が取り付けられている。そして、図２に示すように、各カラー１３に挿入されたボルト１４が、オフガスの流れるオフガス配管１０５に形成された取付座１０５Ａに締結されることで、水素センサ１がオフガス配管１０５に固定されるようになっている。
制御基板１１は、ガス検出素子３１、３１からの信号に基づいて、水素濃度を算出する機能と、後記する温度湿度センサ３４が検出したガス検出室２５の温度及び湿度に基づいて、ガス検出室２５内が結露しないようにヒータ５１の出力を制御する機能と、を備えている。
【００１８】
＜ハウジング＞
ハウジング２０は、略有底円筒体であって（図３参照）、オフガス配管１０５に嵌合している（図２参照）。そして、ハウジング２０とオフガス配管１０５との間には、Ｏリング２１が介設され気密性が高められており、オフガスが漏れないようになっている。
【００１９】
このようなハウジング２０は、図３、図４に示すように、筒状の周壁部２２と底壁部２３とを有している。そして、底壁部２３の中央には円形の貫通孔が形成されており、この貫通孔がオフガスの出入口となる開口部２４となっている。また、ハウジング２０内がオフガスの取り込まれるガス検出室２５となっている。
【００２０】
さらに、ハウジング２０は、熱伝導性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エポキシ等の樹脂や、金属から形成されている。これにより、ヒータ５１の熱が、ハウジング２０を介して、ガス検出素子３１、撥水フィルタ４１、防爆フィルタ４２に伝導するようになっている。
【００２１】
＜ガス検出素子＞
ガス検出素子３１、３１は、ガス検出室２５に取り込まれたオフガス中の水素濃度を検出する素子であり、ガス検出室２５内に配置されている。詳細には、ガス検出素子３１は金属製のステー３２、３２を介してベース３３（端子台）に固定されており、ガス検出素子３１が取り付けられたベース３３がケース１０の下面に固定されている。また、ガス検出素子３１は制御基板１１と接続されており（図２参照）、制御基板１１は水素濃度を検知するようになっている。
なお、ベース３３は、ハウジング２０と同様に、熱伝導性を有する材料から形成されている。
【００２２】
ガス検出素子３１の種類及び数並びに配置は、水素濃度の検出方式に応じて決定される。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子３１は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子と間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子３１は、検出素子と検知素子との対により構成され、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度が検出される。
【００２３】
ここで、本実施形態において、ガス検出素子３１、３１を収容する素子収容部は、ハウジング２０と、ベース３３とを備えて構成されている。そして、素子収容部の内壁面は、ハウジング２０の内壁面とベース３３の下面３３ａ（表面）とを含んで構成され、ハウジング２０の内壁面は周壁部２２の内周面２２ａと底壁部２３の底面２３ａとから構成されている。また、ベース３３の下面３３ａはガス検出素子３１が取り付けられた取付面に相当する。
【００２４】
また、ガス検出室２５の温度及び湿度を検出する温度湿度センサ３４が、ベース３３に取り付けられている。そして、温度湿度センサ３４は制御基板１１に接続されており、制御基板１１はガス検出室２５の温度及び湿度に基づいて、ヒータ５１及びヒータ４３の出力を制御するようになっている。
【００２５】
＜積層体＞
積層体４０Ａは、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とヒータ４３（フィルタ加熱ヒータ）とを備え、ガス検出素子３１から遠ざかるオフガス配管１０５に向かって、防爆フィルタ４２、ヒータ４３、撥水フィルタ４１の順で積層されることで一体に構成された、３層構造を有する薄型の円盤体である。すなわち、ヒータ４３は、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とで挟まれており、これらは相互に接触している。
そして、積層体４０Ａは、開口部２４に蓋をするようにハウジング２０に設けられている。
【００２６】
撥水フィルタ４１は、ガスを透過しつつ、ガスに含まれる液体を透過しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。これにより、気体状のオフガスをガス検出室２５に取り込みつつ、オフガス中に含まれる液体の水分が撥水フィルタ４１ではじかれ、ガス検出室２５に侵入しないようになっている。
防爆フィルタ４２は、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体から構成される。
【００２７】
ヒータ４３は、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を直接的に加熱する電気ヒータであり、後記するヒータ５１と同様に、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータや、セラミックスヒータや、ニクロム線により構成される。ヒータ４３に電力を供給するための配線は（図示しない）、例えば、ハウジング２０内を通って制御基板１１と接続されており、制御基板１１がヒータ４３の出力を制御するようになっている。そして、ヒータ４３が発熱すれば、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２が直接的に加熱されるようになっている。
【００２８】
すなわち、撥水フィルタ４１によって、液体の水分がガス検出室２５に侵入することを防止しつつ、ヒータ４３によって、例えば、撥水フィルタ４１上の結露水（液体）やこれから滲み出た水、さらに、防爆フィルタ４２に付着した水を加熱・気化させて水蒸気とし、この水蒸気をハウジング２０外に積極的に排出可能となっている。その結果、結露水等の水分に遮られることなく、オフガスが、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を通過して、ガス検出室２５に出入りするようになっている。
なお、ヒータ４３には、オフガスを通流させるための複数の貫通孔４３ａが形成されている（図３、図４参照）。
【００２９】
ここで、本実施形態において、ハウジング２０とベース３３とを備えて構成される素子収容部の内外へオフガスを通流させるガス通流部は、ハウジング２０の開口部２４と、撥水フィルタ４１と、防爆フィルタ４２とを備えて構成されている。そして、ガス通流部を構成する撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２は、両フィルタ間のヒータ４３（フィルタ加熱ヒータ）によって、直接的に加熱されるように構成されている。
【００３０】
＜ヒータ＞
ヒータ５１は、素子収容部の内壁面に沿って配置された略有底円筒状（おわん型）の電気ヒータである。詳細には、ヒータ５１は、ガス検出素子加熱部として機能する筒状の周壁部５２と、その中心に開口部５３ａが形成されたリング状を呈し、ガス通流部周縁加熱部として機能する底壁部５３と、を備えている。このようなヒータ５１は、例えばＰＴＣヒータやセラミックスヒータから構成され、周壁部５２と底壁部５３とは一体に構成され、一体で発熱するようになっている。
【００３１】
周壁部５２（ガス検出素子加熱部）は、ハウジング２０の周壁部２２の内周面２２ａに沿って設けられている。一方、底壁部５３（ガス通流部周縁加熱部）は、ハウジング２０の底壁部２３の底面２３ａに沿うと共に、ガス通流部（撥水フィルタ４１、防爆フィルタ）を囲むように、ガス通流部の周縁に設けられている。
【００３２】
そして、ヒータ５１は、配線５４Ａ及び配線５４Ｂ（電極、端子）を介して、制御基板１１と接続されており、制御基板１１によって、その出力が制御されるようになっている。ここで、配線５４Ａとヒータ５１との接続部分Ａ（図５参照）と、配線５４Ｂとヒータ５１との接続部分Ｂとは、ヒータ５１の全体に通電するように、最も離れて配置されている。これにより、温度分布が発生せずに、ヒータ５１が発熱するようになっている。
【００３３】
このようにヒータ５１が発熱すれば、その周壁部５２の熱が、ハウジング２０の周壁部２２、ベース３３を介して、ガス検出素子３１に伝導し、ガス検出素子３１が加熱されるようになっている。これにより、ガス検出素子３１における結露が防止され、水素が好適に検出されるようになっている。
また、周壁部５２の熱は、ガス検出室２５内のオフガスにも伝導し、オフガス中の水分の結露が防止されるようになっている。
【００３４】
さらに、このようにヒータ５１が発熱すれば、底壁部５３の熱が、ハウジング２０の底壁部２３を介して、ガス通流部を構成する撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２に伝導し、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２が、その周縁から加熱されるようになっている。これにより、ヒータ４３と同様に、例えば、撥水フィルタ４１上の結露水が気化し、オフガスが結露水に遮られずに、ガス検出室２５に取り込まれるようになっている。
【００３５】
≪水素センサの効果≫
このような水素センサ１によれば、主に以下の効果を得ることができる。
（１）ヒータ５１の周壁部５２の熱が、ハウジング２０の周壁部２２、ベース３３を介して、ガス検出素子３１に伝導し、ガス検出素子３１を加熱することができる。これにより、ガス検出素子３１の温度を適切に制御することができ、ガス検出素子３１における結露を防止し、水素濃度を好適に検出することができる。
（２）ヒータ５１の底壁部５３と、ヒータ４３とによって、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を加熱することができ、結露水等を積極的に排出すると共に、結露水等によって遮断されることなく、ガス検出室２５の内外にオフガスを通流させることができる。
（３）ヒータ５１は、周壁部５２と底壁部５３とが一体に構成されているので、制御基板１１は、周壁部５２と底壁部５３とを一体で制御することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
【００３７】
図６に示すように、ヒータ５１と、素子収容部を構成するハウジング２０及びベース３３との間に、弾性部材５５Ａ〜５５Ｃを介在させる構成としてもよい。詳細には、弾性部材５５Ａはハウジング２０の底壁部２３とヒータ５１の底壁部５３との間に、弾性部材５５Ｂはハウジング２０の周壁部２２とヒータ５１の周壁部５２との間に、弾性部材５５Ｃはベース３３とヒータ５１の周壁部５２との間に、それぞれ介設されている。このような弾性部材５５Ａ〜５５Ｃは、例えば、Ｏリング、皿バネ、ウェーブワッシャ、高弾性な樹脂によって構成される。
このような弾性部材５５Ａ〜５５Ｃを介在させる構成によれば、通電時にヒータ５１が径方向及び／又は軸方向（高さ方向）に膨張しても、ヒータ５１からハウジング２０及び／又はベース３３への応力伝達を低減させることができる。すなわち、ヒータ５１を形成する材料の熱膨張率と、ハウジング２０（素子収容部）を形成する材料の熱膨張率との差に基づく、熱膨張による水素センサ１の変形を防止することができる。
【００３８】
また、ヒータ５１に代えて、図７に示すヒータ５６を使用してもよい。ヒータ５６は、通電により発熱するヒータ本体５７と、熱伝導率の高い材料（銅、アルミニウム、鉄等の金属）から形成され、ヒータ本体５７の熱を良好に伝導させる熱伝導部５８と、を主に備えている。ヒータ本体５７は、筒状を呈しており、例えばＰＴＣヒータから構成される。そして、ヒータ本体５７は、配線５４Ａ、配線５４Ｂを介して、制御基板１１（図２参照）と接続されている。熱伝導部５８は、筒状のヒータ本体５７に外嵌した周壁部５９と、その中央に開口部６０ａが形成された底壁部６０とを備えている。周壁部５９及び底壁部６０は、ハウジング２０の周壁部２２及び底壁部２３に沿うように形成されている。
【００３９】
このようなヒータ５６によれば、ヒータ本体５７の形状は大きく変えずに、熱伝導部５８をハウジング２０に対応して形成することで、容易に構成することができる。
なお、図７では、ヒータ本体５７が熱伝導部５８の内周面に沿って配置された構成を示しているが、その他に、ヒータ本体５７が熱伝導部５８の外周面に沿って配置された構成であってもよい。ただし、ガス検出室２５を好適に加熱するべく、図７に示すように、ヒータ本体５７は熱伝導部５８の径方向内側に配置されることが好ましい。
【００４０】
また、図８に示すように、ヒータ５１が樹脂６１でコーティングされ、モールド成形されたヒータ６２であってもよい。このようなヒータ６２によれば、樹脂６１によって、ヒータ５１が防水されるので、その耐久性を高めることができる。
さらに、図９に示すように、ヒータ５１の一部、詳細には、底壁部５３に代えて、熱伝導性の高い金属等から形成された熱伝導部６３を備えるヒータ６４としてもよい。このような構成にすれば、ＰＴＣヒータ等から形成される発熱部分の形状を簡易にすることができる。
【００４１】
また、図１０に示すように、ベース３３の下面３３ａにヒータ２６（ガス検出素子加熱部）をさらに設け、ヒータ２６でガス検出素子３１、３１を加熱する構成としてもよい。そして、このようにヒータ２６を設ける場合、ヒータ２６を樹脂２７でコーティングし、防水することが好ましい。
【００４２】
また、図１１に示すように、外部の温度及び湿度を検出する温度湿度センサ１５が、ケース１０に設けられた構成としてもよい。温度湿度センサ１５は制御基板１１と接続されており、制御基板１１は、温度湿度センサ１５が検出する外部の温度、湿度と、温度湿度センサ３４（図４参照）が検出するガス検出室２５の温度、湿度と、に基づいて、ヒータ５１の出力を制御するようになっている。
【００４３】
また、積層体４０Ａ（図４参照）に代えて、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す積層体４０Ｂ〜４０Ｄを使用してもよい。
図１２（ａ）に示す積層体４０Ｂは、ガス検出素子３１から遠ざかる方向に向かって（図４参照）、ヒータ４３、防爆フィルタ４２、撥水フィルタ４１が順に積層することで構成されている。このような積層体４０Ｂによれば、ヒータ４３と撥水フィルタ４１との間に、防爆フィルタ４２が介在しており、ヒータ４３が撥水フィルタ４１に直接接触していないので、撥水フィルタ４１の耐熱温度を下げることができる。
【００４４】
図１２（ｂ）に示す積層体４０Ｃは、ガス検出素子３１から遠ざかる方向に向かって（図４参照）、ヒータ４３、撥水フィルタ４１、防爆フィルタ４２が順に積層することで構成されている。このような積層体４０Ｃによれば、撥水フィルタ４１が、剛性の高いヒータ４３と防爆フィルタ４２とで挟まれるので、撥水フィルタ４１を薄くすることができる。
【００４５】
図１２（ｃ）に示す積層体４０Ｄは、ヒータ４３を備えておらず、ガス検出素子３１から遠ざかる方向に向かって（図４参照）、防爆フィルタ４２、撥水フィルタ４１が順に積層することで構成されている。このようなヒータ４３を備えない積層体４０Ｄは、水素センサ１が、常に高湿で結露水が生成しやすい環境下に設置されない場合、例えば、水素センサ１が外気中に設置される場合に使用することができる。
【００４６】
また、図１３に示すように、ヒータ５１（図４参照）に代えて、ヒータ７１を備える構成としてもよい。ヒータ７１は、その鉛直上方が閉じた筒体（逆おわん型）を呈し、筒状の周壁部７２（ガス加熱部）と、天壁部７３（ガス検出素子加熱部）とを備えている。周壁部７２はハウジング２０の周壁部２２の内周面２２ａに沿って配置されており、天壁部７３はガス検出素子３１の取付面であるベース３３の下面３３ａに沿って配置されている。
そして、制御基板１１の指令に従ってヒータ７１が発熱すると、周壁部７２の熱はガス検出室２５内のオフガスに伝導し、オフガスが加熱されるようになっている。天壁部７３の熱はステー３２を介してガス検出素子３１に伝導し、ガス検出素子３１が加熱されるようになっている。
また、ヒータ７１とハウジング２０との間には、弾性部材７４Ａ、弾性部材７４Ｂが介設されており、発熱時にヒータ７１が熱膨張しても、ヒータ７１からハウジング２０に応力が伝導しないようになっている。
【００４７】
前記した実施形態では、比重の小さい水素の濃度を検出する水素センサ１であるため、ガス検出素子３１はオフガスが通過する積層体４０Ａよりも上方に配置される構成としたが、検出するガスの種類に対応して適宜逆に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る水素センサの平面図である。
【図２】図１に示す水素センサのＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】本実施形態に係る水素センサの下方からの斜視図である。
【図４】図２に示すＸ１−Ｘ１線断面図の要部を拡大したものである。
【図５】本実施形態に係るヒータの斜視図である。
【図６】変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【図７】変形例に係るヒータの断面図である。
【図８】変形例に係るヒータの断面図である。
【図９】変形例に係るヒータの断面図である。
【図１０】変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【図１１】変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）のいずれも変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【図１３】変形例に係る水素センサの要部の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 水素センサ（ガスセンサ）
１１ 制御基板
１５ 温度湿度センサ
２０ ハウジング（素子収容部）
２２ 周壁部
２２ａ 内周面（内壁面）
２３ 底壁部
２３ａ 底面（内壁面）
２５ ガス検出室
３１ ガス検出素子
３３ ベース（素子収容部）
３３ａ 下面（内壁面）
３４ 温度湿度センサ
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ 積層体
４１ 撥水フィルタ
４２ 防爆フィルタ
４３ ヒータ（フィルタ加熱ヒータ）
５１ ヒータ
５２ 周壁部（ガス検出素子加熱部）
５３ 底壁部（ガス通流部周縁加熱部）
５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ 弾性部材
５６ ヒータ
５７ ヒータ本体
５８ 熱伝導部
５９ 周壁部（ガス検出素子加熱部）
６０ 底壁部（ガス通流部周縁加熱部）
６３ 熱伝導部
７１ ヒータ
７２ 周壁部（ガス加熱部）
７３ 天壁部（ガス検出素子加熱部）
７４Ａ、７４Ｂ 弾性部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを検出するガス検出素子と、
ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、
ヒータと、
を備えるガスセンサであって、
前記ヒータは、
前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記素子収容部を介して熱を伝導させ前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、
前記ガス検出素子加熱部と一体であって、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記ガス通流部の周縁に配置され、当該ガス通流部を周縁から加熱するガス通流部周縁加熱部と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
ガスを検出するガス検出素子と、
ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、
ヒータと、
を備えるガスセンサであって、
前記ヒータは、
前記素子収容部の内壁面のうち前記ガス検出素子が取り付けられた取付面に沿って設けられると共に、前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、
前記ガス検出素子加熱部と一体であると共に、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられ、前記ガス検出室に取り込まれたガスを加熱するガス加熱部と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
前記フィルタに接触するように設けられ、当該フィルタを加熱するフィルタ加熱ヒータを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ヒータと前記素子収容部との間に介在された弾性部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項１】
ガスを検出するガス検出素子と、
ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、
ヒータと、
を備えるガスセンサであって、
前記ヒータは、
前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記素子収容部を介して熱を伝導させ前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、
前記ガス検出素子加熱部と一体であって、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられると共に、前記ガス通流部の周縁に配置され、当該ガス通流部を周縁から加熱するガス通流部周縁加熱部と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
ガスを検出するガス検出素子と、
ガスが取り込まれるガス検出室を有すると共に、その内壁面に取り付けられた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ガスを通流させるフィルタを有するガス通流部と、
ヒータと、
を備えるガスセンサであって、
前記ヒータは、
前記素子収容部の内壁面のうち前記ガス検出素子が取り付けられた取付面に沿って設けられると共に、前記ガス検出素子を加熱するガス検出素子加熱部と、
前記ガス検出素子加熱部と一体であると共に、前記素子収容部の内壁面に沿って設けられ、前記ガス検出室に取り込まれたガスを加熱するガス加熱部と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
前記フィルタに接触するように設けられ、当該フィルタを加熱するフィルタ加熱ヒータを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ヒータと前記素子収容部との間に介在された弾性部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１３９１６５（Ｐ２００８−１３９１６５Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２５８８０（Ｐ２００６−３２５８８０）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]