ガスセンサ
【課題】結露に起因する不具合の発生を防止する。
【解決手段】ガスセンサ１を、内部をガス検出室２６として軸方向に伸びる筒状部２５と、筒状部２５の軸方向の一端の開口部２５ａを閉塞するベース部３５と、ベース部３５の略中央部に配置されてガス検出室２６内の少なくとも温度または湿度を検出する状態センサ３６と、ベース部３５の状態センサ３６の周辺部に配置された検出素子３１および温度補償素子３２と、筒状部２５の軸方向の他端の開口部２５ｂを覆う蓋状部材２７と、軸方向から見て状態センサ３６および検出素子３１および温度補償素子３２と重なり合わないようにしてずれた位置で蓋状部材２７を貫通してガス検出室２６内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口２８とを備えて構成した。
【解決手段】ガスセンサ１を、内部をガス検出室２６として軸方向に伸びる筒状部２５と、筒状部２５の軸方向の一端の開口部２５ａを閉塞するベース部３５と、ベース部３５の略中央部に配置されてガス検出室２６内の少なくとも温度または湿度を検出する状態センサ３６と、ベース部３５の状態センサ３６の周辺部に配置された検出素子３１および温度補償素子３２と、筒状部２５の軸方向の他端の開口部２５ｂを覆う蓋状部材２７と、軸方向から見て状態センサ３６および検出素子３１および温度補償素子３２と重なり合わないようにしてずれた位置で蓋状部材２７を貫通してガス検出室２６内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口２８とを備えて構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば内部にガス検出素子が配置されるガス検出室を形成するケースに、ガス検出室内に検査対象ガスを導入するためのガス導入口を備えるガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第４０２４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係るガスセンサにおいて、ガス検出室内に配置されるガス検出素子およびガス検出室内の温度などを検出する各センサの位置と、ケースのガス導入口の位置との相対関係については、何等明確に記載されていない。このため、例えば高温かつ多湿の環境下の検査対象ガスに含まれる所定のガスを検出する際に、ケースのガス導入口からガス検出室内に導入される検査対象ガスの流通方向にガス検出素子または各センサが配置されている場合などにおいて、多湿度で水分量の多い検査対象ガスがガス検出素子または各センサに直接的に接触して結露が発生し易くなる虞があり、例えばガス検出素子または各センサに結露水が接触した状態で通電が行われると、素子破壊や感度低下などの不具合が発生してしまうという問題が発生する。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、結露に起因する不具合の発生を防止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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係るガスセンサは、内部をガス検出室（例えば、実施の形態でのガス検出室２６）として軸方向に伸びる筒状部材（例えば、実施の形態での筒状部２５）と、前記筒状部材の前記軸方向の一端の開口部（例えば、実施の形態での開口部２５ａ）を閉塞するベース部（例えば、実施の形態でのベース部３５）と、前記ベース部の略中央部に配置されて前記ガス検出室内の少なくとも温度または湿度を検出する状態センサ（例えば、実施の形態での状態センサ３６）と、前記ベース部の前記状態センサの周辺部に配置されたガス検出用素子（例えば、実施の形態での検出素子３１および温度補償素子３２）と、前記筒状部材の前記軸方向の他端の開口部（例えば、実施の形態での開口部２５ｂ）を覆う蓋状部材（例えば、実施の形態での蓋状部材２７）と、前記軸方向から見て前記状態センサおよび前記ガス検出用素子と重なり合わないようにしてずれた位置で前記蓋状部材を貫通して前記ガス検出室内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口（例えば、実施の形態でのガス導入口２８）とを備える。
【０００５】
さらに、本発明の第２態様に係るガスセンサでは、複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、複数の前記ガス導入口は前記第１円周よりも大きな径の第２円周上に配置される。
【０００６】
さらに、本発明の第３態様に係るガスセンサは、前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状の撥水フィルタ（例えば、実施の形態での撥水フィルタ４２）を備える。
【０００７】
さらに、本発明の第４態様に係るガスセンサは、前記筒状部材の壁部（例えば、実施の形態での筒状部２５が兼ねる）または前記蓋状部材に配置されて前記ガス検出室内を加熱するヒータ（例えば、実施の形態での内部筒状ヒータ４３、外部筒状ヒータ４４、板状ヒータ４６）と、前記複数の前記ガス導入口を覆う金属からなる防爆フィルタ（例えば、実施の形態での防爆フィルタ４１）とを備え、前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタに伝熱する伝熱構造（例えば、実施の形態での伝熱部材４５）を有する。
【０００８】
さらに、本発明の第５態様に係るガスセンサは、前記ヒータは前記筒状部材の前記壁部に配置され、前記防爆フィルタは前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状に形成され、前記伝熱構造は前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタの径方向外方側から径方向内方側へ伝熱させる。
【０００９】
さらに、本発明の第６態様に係るガスセンサでは、複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、複数の前記ガス導入口は前記第１円周上または前記第１円周とは異なる径の所定円周上に配置され、前記第１円周上での前記複数の前記ガス検出用素子の配置位相と、前記第１円周上または前記所定円周上での前記複数の前記ガス導入口の配置位相とは異なる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の第１態様に係るガスセンサによれば、軸方向から見て、ガス検出室内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口は、ガス検出室内の状態センサおよびガス検出用素子と重なり合わないようにしてずれた位置に配置されていることから、検査対象ガスの流通方向からずれた位置に状態センサおよびガス検出用素子が配置されることになり、検査対象ガスが状態センサおよびガス検出用素子に直接的に吹き付けられるようにして接触することを防止し、たとえ検査対象ガスが多湿度で水分量の多い状態であっても、状態センサおよびガス検出用素子に結露が発生してしまうことを抑制することができる。しかも、状態センサをベース部の略中央部に配置することにより、ガス検出室内の少なくとも温度または湿度の検出精度および検出信頼性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の第２態様に係るガスセンサによれば、複数のガス検出用素子を軸方向から見てガス導入口と重なり合わないようにしてずれた位置に配置する場合であっても、複数のガス検出用素子の配置密度を増大させることができ、ガスセンサを小型化することができる。
【００１２】
さらに、本発明の第３態様に係るガスセンサによれば、円環状の撥水フィルタによって第２円周上に配置された複数のガス導入口の全てを覆うことができ、撥水フィルタの形状が複雑化あるいは大型化したり、撥水フィルタの点数が増大することを防止することができる。
【００１３】
さらに、本発明の第４態様に係るガスセンサによれば、ヒータから発生する熱を防爆フィルタに伝熱する伝熱構造として、例えばヒータと防爆フィルタとを直接接触させたり、例えばヒータと防爆フィルタとを接続する熱伝導性が高い伝熱部材を備えることによって、ヒータからの伝熱によって防爆フィルタを効率よく加熱することができ、結露水の液滴による防爆フィルタの目詰まりを防止することができる。
【００１４】
さらに、本発明の第５態様に係るガスセンサによれば、円環状の防爆フィルタによって第２円周上に配置された複数のガス導入口の全てを覆うことができ、防爆フィルタの形状が複雑化あるいは大型化したり、防爆フィルタの点数が増大することを防止することができる。しかも、例えばヒータと防爆フィルタの径方向外方側の位置とを直接接触させたり、例えばヒータと防爆フィルタの径方向外方側の位置とを接続する熱伝導性が高い伝熱部材を備えることによって、ヒータから発生する熱を円環状の防爆フィルタにおいて、相対的に放熱面積が大きい径方向外方側から相対的に放熱面積が小さい径方向内方側へ伝熱させることにより、効率よく防爆フィルタを加熱することができる。
【００１５】
さらに、本発明の第６態様に係るガスセンサによれば、第１円周上での複数のガス検出用素子の配置位相と、第１円周上または所定円周上での複数のガス導入口の配置位相とは異なることから、複数のガス検出用素子と複数のガス導入口との配置密度を増大させることができ、ガスセンサを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るガスセンサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るガスセンサ１は、例えば図１に示すように、燃料電池システム１０ａに備えられている。この燃料電池システム１０ａは、燃料電池２と、電流制御器３と、蓄電装置４と、負荷５と、Ｓ／Ｃ出力制御器６と、過給器（Ｓ／Ｃ）７と、燃料供給装置８と、出力電流センサ９と、制御器１０とを備えて構成され、ガスセンサ１は、燃料電池２に接続された各配管１１，１２，１３，１４のうち、酸素極側の出口側配管１４に設けられている。
【００１７】
燃料電池２は、例えば電気自動車等の動力源として車両に搭載されており、固体高分子電解質膜を水素極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されている。
燃料電池２の水素極に接続された入口側配管１１には、例えば高圧の水素タンク等を具備する燃料供給装置８から水素ガスを含む燃料ガスが供給され、水素極の触媒電極上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。
酸素極に接続された入口側配管１２には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が過給器（Ｓ／Ｃ）７から供給され、この酸素極において、水素イオンと電子と酸素とが反応して水が生成される。そして、水素極側および酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。特に、固体高分子電解質型の燃料電池は通常作動温度が水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量の多いガスとなって排出される。
【００１８】
そして、酸素極側の出口側配管１４には、鉛直方向の上部に、例えばガス接触燃焼式のガスセンサ１が取り付けられ、このガスセンサ１により酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを確認できるようになっている。
【００１９】
また、過給器（Ｓ／Ｃ）７は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池２の酸素極に供給する。
この過給器（Ｓ／Ｃ）７を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御器１０から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するＳ／Ｃ出力制御器６によって制御されている。
【００２０】
燃料電池２から取り出される発電電流（出力電流）は電流制御器３に入力されており、この電流制御器３には、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが互いに直列に接続されて構成されたキャパシタ等からなる蓄電装置４が接続されている。
そして、燃料電池２および電流制御器３と蓄電装置４とは、例えば走行用モータ（図示略）と、例えば燃料電池２や蓄電装置４の冷却装置（図示略）や空調装置（図示略）等の各種補機類からなる負荷５と、Ｓ／Ｃ出力制御器６とに対して並列に接続されている。
【００２１】
この燃料電池システム１０ａにおいて制御器１０は、例えば車両の運転状態や、燃料電池２の水素極に供給される燃料ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の水素極から排出されるオフガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池２から取り出される出力電流等に基づき、過給器（Ｓ／Ｃ）７から燃料電池２へ供給される空気の流量に対する指令値および燃料供給装置８から燃料電池２へ供給される燃料ガスの流量に対する指令値を出力し、燃料電池２の発電状態を制御する。
このため、制御器１０には、燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を検出する出力電流センサ９から出力される検出信号が入力されている。
さらに、制御器１０は、燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）に基づき、電流制御器３により燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を制御する。
【００２２】
ガスセンサ１は、例えば図２に示すように、出口側配管１４の長手方向に沿って長い直方形状のケース２１を備えている。ケース２１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２２を備えている。フランジ部２２にはカラー２３が設けられ、このカラー２３内にボルト２４が挿入されて、出口側配管１４の取付座１４ａに締め付け固定されるようになっている。
【００２３】
ケース２１の厚さ方向の端面（例えば、下面）には、ベース部３５を介して、セラミックスにより形成された筒状部２５が設けられ、この筒状部２５は出口側配管１４の貫通孔１４ｂに外周側から挿入されている。
筒状部２５の内部はガス検出室２６として形成され、筒状部２５の軸方向（例えば、上下方向）の一端（例えば、上端）の開口部２５ａはベース部３５により閉塞されている。
筒状部２５の軸方向の他端（例えば、下端）の開口部２５ｂは、例えばセラミックスからなる蓋状部材２７によって覆われている。そして、蓋状部材２７には、軸方向に蓋状部材２７を貫通する複数（例えば、４つ）のガス導入口２８が設けられている。
複数（例えば、４つ）のガス導入口２８は、例えば図３に示すように、蓋状部材２７の中心に対して所定の第２直径Ｒｂを有する第２円周上において所定周方向間隔毎に配置されている。
また、例えば図２に示すように、筒状部２５の外周面２５Ａにはシール材２９が装着され、出口側配管１４の貫通孔１４ｂの内周壁に密接して気密性を確保している。
【００２４】
ケース２１内には樹脂で封止された回路基板３０が設けられ、ガス検出室２６内に配置された、例えば２対の検出素子３１および温度補償素子３２は、回路基板３０に接続された通電用の複数のステー３３（支持部材）およびリード線３４により回路基板３０に接続されている。
通電用のステー３３は、例えば銅合金、鉄合金、ニッケル合金等の複合合金材から形成され、ケース２１と筒状部２５との間に配置された略円板状のベース部３５を貫通し、基端部がケース２１内の回路基板３０に接続されると共に、先端部がガス検出室２６内に突出した状態で、例えばアルミナあるいはガラスエポキシ等の絶縁性材料から平板状に形成されたベース部３５により固定されている。
また、ベース部３５の略中央部には、ガス検出室２６内での各素子３１，３２周辺の温度および湿度を検出する状態センサ３６が配置され、状態センサ３６はケース２１内の回路基板３０に接続された状態でベース部３５により固定されている。
なお、絶縁性のベース部３５の表面上に、例えば印刷あるいはエッチング等によって電気回路が形成されている場合に、この電気回路とステー３３とが半田付けあるいは溶接等によって接合されてもよい。
【００２５】
２対の検出素子３１および温度補償素子３２は、例えば図３に示すように、蓋状部材２７の中心と同等のベース部３５の中心に対して所定の第１直径Ｒａを有する第１円周上において所定周方向間隔毎に配置されている。
この第１直径Ｒａは第２直径Ｒｂよりも小さい値とされ、軸方向から見て、２対の検出素子３１および温度補償素子３２と状態センサ３６とは、蓋状部材２７の複数（例えば、４つ）のガス導入口２８に重なり合わないようにしてずれた位置に配置されるように設定されている。
【００２６】
なお、検出素子３１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の表面が、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒を坦持するアルミナ等の坦体で略球形に被覆されて形成されている。
温度補償素子３２は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子３１と同等のコイルの表面がアルミナ等の坦体で略球形に被覆されて形成されている。
そして、被検出ガスである水素ガスが検出素子３１の触媒に接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子３１と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子３１よりも低温の温度補償素子３２との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素濃度を検出することができるようになっている。
【００２７】
そして、例えば図２に示すように、複数のガス導入口２８の全てを覆うようにして、ガスセンサ１の厚さ方向に沿って基端部から先端部に向かい順次、例えば金属またはセラミックからなる網状または多孔質状の焼結フィルタからなる円環状の防爆フィルタ４１と、例えば樹脂からなる円環状の撥水フィルタ４２とが配置されている。
また、筒状部２５の内周面２５Ｂを覆うようにして、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ等の内部筒状ヒータ４３が設けられ、この内部筒状ヒータ４３は防爆フィルタ４１の径方向外方側の位置（例えば、防爆フィルタ４１の外周側端部）に接触し、直接的に防爆フィルタ４１に伝熱するようになっている。
【００２８】
なお、この内部筒状ヒータ４３を、例えばＰＴＣサーミスタとすることにより、このＰＴＣサーミスタを構成するチタン酸バリウムを主成分とする半導体セラミックの材料組成により、任意にキュリー温度を設定することができ、このキュリー温度から電気抵抗が急減に増大するという性質を利用して、内部筒状ヒータ４３を定温発熱体とすることができる。
つまりＰＴＣサーミスタは、ＰＴＣ素子に電圧が印加されるとジュール熱により自己発熱し、ＰＴＣ素子の温度がキュリー温度を超えると、ＰＴＣ素子の抵抗値は対数的に増大する。これにより、ＰＴＣ素子に通電される電流が減少し、電力の増大が抑制されることから、発熱温度が低下する。そして、ＰＴＣ素子の抵抗値が低下すると、ＰＴＣ素子に通電される電流が増大し、再度、電力が増大することから、発熱温度が増大する。この一連の動作が繰り返されることで、ＰＴＣサーミスタは、自己制御機能を有する定温発熱体として機能する。
【００２９】
これにより、検査対象ガスは、外部から順次、撥水フィルタ４２と、防爆フィルタ４１とを通過してガス検出室２６内に導入され、防爆フィルタ４１は内部筒状ヒータ４３からの直接的な伝熱によって、例えば径方向外方側から径方向内方側へ向かい、加熱されることから、検査対象ガスの温度は露点よりも高い温度に保持される。また、検査対象ガスが接触する防爆フィルタ４１で結露が発生することが防止されると共に、防爆フィルタ４１に水分が付着した場合であっても、この水分が蒸発するようになっている。
【００３０】
制御器１０は、例えば燃料電池２の運転状態等に応じて、ガスセンサ１および内部筒状ヒータ４３の作動状態、例えば作動開始および作動停止の各タイミングや、例えば検出素子３１および温度補償素子３２と内部筒状ヒータ４３とに対する通電状態等を制御する。
【００３１】
例えば、制御器１０は、状態センサ３６の検出温度に基づいて内部筒状ヒータ４３への通電を制御し、例えば燃料電池２の運転時等においては、状態センサ３６により検出されるガス検出室２６内の温度および湿度が、結露の発生が抑制される所定範囲の値となるよう制御する。
このとき、制御器１０は、例えば内部筒状ヒータ４３へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によって内部筒状ヒータ４３への通電量を制御する。
【００３２】
また、制御器１０は、２対の検出素子３１および温度補償素子３２の各１対毎に独立に検出制御をおこない、各１対毎に得られる検出値を相対的に比較する相対診断、あるいは、各１対毎に得られる検出値を互いに独立に所定基準値と比較する絶対診断によって、各対の検出素子３１および温度補償素子３２の劣化診断をおこなう。そして、劣化診断の診断結果に応じて、２対の検出素子３１および温度補償素子３２の何れか一方の対から得られる検出値に応じて、予め設定された水素濃度のマップ等を参照して、被検出ガスである水素ガスの濃度を算出する。
【００３３】
上述したように、本実施の形態によるガスセンサ１によれば、軸方向から見て、ガス検出室２６内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口２８は、ガス検出室２６内の状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２と重なり合わないようにしてずれた位置に配置されていることから、検査対象ガスの流通方向からずれた位置に状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２とが配置されることになり、検査対象ガスが状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２とに直接的に吹き付けられるようにして接触することを防止し、たとえ検査対象ガスが多湿度で水分量の多い状態であっても、状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２とに結露が発生してしまうことを抑制することができる。
【００３４】
しかも、状態センサ３６をベース部３５の略中央部に配置することにより、ガス検出室２６内の温度および湿度の検出精度および検出信頼性を向上させることができる。
さらに、２対の検出素子３１および温度補償素子３２は、複数（例えば、４つ）のガス導入口２８が配置される第２円周の第２直径Ｒｂよりも小さな第１直径Ｒａを有する第１円周上において所定周方向間隔毎に配置されていることから、複数の検出素子３１および温度補償素子３２の配置密度を増大させることができ、ガスセンサ１を小型化することができる。
【００３５】
さらに、円環状の撥水フィルタ４２によって第２円周上に配置された複数のガス導入口２８の全てを覆うことができ、撥水フィルタ４２の形状が複雑化あるいは大型化したり、撥水フィルタ４２の点数が増大することを防止することができる。
さらに、内部筒状ヒータ４３から発生する熱を防爆フィルタ４１に伝熱する伝熱構造として、内部筒状ヒータ４３と防爆フィルタ４１とを直接接触させることによって、内部筒状ヒータ４３からの伝熱によって防爆フィルタ４１を効率よく加熱することができ、結露水の液滴による防爆フィルタ４１の目詰まりを防止することができる。
【００３６】
さらに、円環状の防爆フィルタ４１によって第２円周上に配置された複数のガス導入口２８の全てを覆うことができ、防爆フィルタ４１の形状が複雑化あるいは大型化したり、防爆フィルタ４１の点数が増大することを防止することができる。しかも、内部筒状ヒータ４３と防爆フィルタ４１の径方向外方側の位置とを直接接触させることによって、内部筒状ヒータ４３から発生する熱を円環状の防爆フィルタ４１において、相対的に放熱面積が大きい径方向外方側から相対的に放熱面積が小さい径方向内方側へ伝熱させることにより、効率よく防爆フィルタ４１を加熱することができ、この防爆フィルタ４１を通過する検査対象ガスの温度を露点よりも高い温度に保持することができると共に、検査対象ガスが接触する防爆フィルタ４１で結露が発生することを防止すると共に、防爆フィルタ４１に水分が付着した場合であっても、この水分を容易に蒸発させることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１を接触燃焼式のセンサとしたが、これに限定されず、例えば被検出ガスが検出素子表面の酸素と接触離脱した際に生じる素子抵抗値に応じてガス濃度を検出する半導体式等の他の方式によるガスセンサであってもよい。
【００３８】
なお、上述した実施の形態においては、筒状部２５および蓋状部材２７はセラミックスにより形成されるとしたが、これに限定されず、例えば金属または樹脂により形成されてもよい。
【００３９】
なお、上述した実施の形態においては、内部筒状ヒータ４３をＰＴＣサーミスタとしたが、これに限定されず、例えば焼結体ヒータ等の他のヒータであってもよいし、例えば筒状部２５の内周面２５Ｂ上での導電性の抵抗体の印刷および焼成により形成され、電気回路の一部の導体パターンをなすヒータであってもよい。
【００４０】
なお、上述した実施の形態においては、例えば図４に示すように、第１円周上での複数の検出素子３１および温度補償素子３２の配置位相と、第２円周上での複数のガス導入口２８の配置位相とが異なるように設定してもよい。この場合には、例えば図５に示すように、複数の検出素子３１および温度補償素子３２と、複数のガス導入口２８とを、同一円周上（例えば、第１円周上など）に配置することができ、複数の検出素子３１および温度補償素子３２と複数のガス導入口２８との配置密度を増大させることができ、ガスセンサ１を、より一層、小型化することができる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態においては、内部筒状ヒータ４３を備えるとしたが、これに限定されず、例えば内部筒状ヒータ４３の代わりに、筒状部２５の外周面２５Ａを覆うようにして、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ等の外部筒状ヒータ４４を設けてもよい。この場合には、例えば図６に示すように、筒状部２５を貫通する熱伝導性が高い材料からなる伝熱部材４５によって、外部筒状ヒータ４４と防爆フィルタ４１の径方向外方側の位置（例えば、防爆フィルタ４１の外周側端部）とを接続することによって、外部筒状ヒータ４４から発生する熱を間接的に防爆フィルタ４１に伝熱させることができる。
また、例えば図７に示すように、内部筒状ヒータ４３の代わりに、防爆フィルタ４１の径方向内方側の位置に接触するようにして、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ等の板状ヒータ４６を設けてもよい。
【００４２】
なお、上述した実施の形態においては、防爆フィルタ４１および撥水フィルタ４２を円環状としたが、これに限定されず、例えば防爆フィルタ４１および撥水フィルタ４２の少なくとも何れかを円板状としてもよい。
また、上述した実施の形態においては、ガス導入口２８を覆う防爆フィルタ４１と撥水フィルタ４２を備えるとしたが、これに限定されず、例えば防爆フィルタ４１および撥水フィルタ４２の少なくとも何れかを省略してもよい。
また、上述した実施の形態においては、内部筒状ヒータ４３を備えるとしたが、これに限定されず、単に、内部筒状ヒータ４３を省略してもよい。
例えば図８に示す上述した実施の形態の変形例に係るガスセンサ１では、内部筒状ヒータ４３および防爆フィルタ４１を省略している。
【００４３】
また、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１の厚さ方向に沿って基端部から先端部に向かい順次、防爆フィルタ４１と、撥水フィルタ４２とを備えるとしたが、これに限定されず、防爆フィルタ４１と撥水フィルタ４２との相対位置が入れ替わってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサを具備する燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスセンサの軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの軸方向断面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの軸方向断面図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ガスセンサ
２５ 筒状部（筒状部材）
２５ａ，２５ｂ 開口部
２６ ガス検出室
２７ 蓋状部材
２８ ガス導入口
３１ 検出素子（ガス検出用素子）
３２ 温度補償素子（ガス検出用素子）
３５ ベース部
３６ 状態センサ
４１ 防爆フィルタ
４２ 撥水フィルタ
４３ 内部筒状ヒータ（ヒータ）
４４ 外部筒状ヒータ（ヒータ）
４５ 伝熱部材（伝熱構造）
４６ 板状ヒータ（ヒータ）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば内部にガス検出素子が配置されるガス検出室を形成するケースに、ガス検出室内に検査対象ガスを導入するためのガス導入口を備えるガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第４０２４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係るガスセンサにおいて、ガス検出室内に配置されるガス検出素子およびガス検出室内の温度などを検出する各センサの位置と、ケースのガス導入口の位置との相対関係については、何等明確に記載されていない。このため、例えば高温かつ多湿の環境下の検査対象ガスに含まれる所定のガスを検出する際に、ケースのガス導入口からガス検出室内に導入される検査対象ガスの流通方向にガス検出素子または各センサが配置されている場合などにおいて、多湿度で水分量の多い検査対象ガスがガス検出素子または各センサに直接的に接触して結露が発生し易くなる虞があり、例えばガス検出素子または各センサに結露水が接触した状態で通電が行われると、素子破壊や感度低下などの不具合が発生してしまうという問題が発生する。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、結露に起因する不具合の発生を防止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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係るガスセンサは、内部をガス検出室（例えば、実施の形態でのガス検出室２６）として軸方向に伸びる筒状部材（例えば、実施の形態での筒状部２５）と、前記筒状部材の前記軸方向の一端の開口部（例えば、実施の形態での開口部２５ａ）を閉塞するベース部（例えば、実施の形態でのベース部３５）と、前記ベース部の略中央部に配置されて前記ガス検出室内の少なくとも温度または湿度を検出する状態センサ（例えば、実施の形態での状態センサ３６）と、前記ベース部の前記状態センサの周辺部に配置されたガス検出用素子（例えば、実施の形態での検出素子３１および温度補償素子３２）と、前記筒状部材の前記軸方向の他端の開口部（例えば、実施の形態での開口部２５ｂ）を覆う蓋状部材（例えば、実施の形態での蓋状部材２７）と、前記軸方向から見て前記状態センサおよび前記ガス検出用素子と重なり合わないようにしてずれた位置で前記蓋状部材を貫通して前記ガス検出室内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口（例えば、実施の形態でのガス導入口２８）とを備える。
【０００５】
さらに、本発明の第２態様に係るガスセンサでは、複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、複数の前記ガス導入口は前記第１円周よりも大きな径の第２円周上に配置される。
【０００６】
さらに、本発明の第３態様に係るガスセンサは、前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状の撥水フィルタ（例えば、実施の形態での撥水フィルタ４２）を備える。
【０００７】
さらに、本発明の第４態様に係るガスセンサは、前記筒状部材の壁部（例えば、実施の形態での筒状部２５が兼ねる）または前記蓋状部材に配置されて前記ガス検出室内を加熱するヒータ（例えば、実施の形態での内部筒状ヒータ４３、外部筒状ヒータ４４、板状ヒータ４６）と、前記複数の前記ガス導入口を覆う金属からなる防爆フィルタ（例えば、実施の形態での防爆フィルタ４１）とを備え、前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタに伝熱する伝熱構造（例えば、実施の形態での伝熱部材４５）を有する。
【０００８】
さらに、本発明の第５態様に係るガスセンサは、前記ヒータは前記筒状部材の前記壁部に配置され、前記防爆フィルタは前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状に形成され、前記伝熱構造は前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタの径方向外方側から径方向内方側へ伝熱させる。
【０００９】
さらに、本発明の第６態様に係るガスセンサでは、複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、複数の前記ガス導入口は前記第１円周上または前記第１円周とは異なる径の所定円周上に配置され、前記第１円周上での前記複数の前記ガス検出用素子の配置位相と、前記第１円周上または前記所定円周上での前記複数の前記ガス導入口の配置位相とは異なる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の第１態様に係るガスセンサによれば、軸方向から見て、ガス検出室内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口は、ガス検出室内の状態センサおよびガス検出用素子と重なり合わないようにしてずれた位置に配置されていることから、検査対象ガスの流通方向からずれた位置に状態センサおよびガス検出用素子が配置されることになり、検査対象ガスが状態センサおよびガス検出用素子に直接的に吹き付けられるようにして接触することを防止し、たとえ検査対象ガスが多湿度で水分量の多い状態であっても、状態センサおよびガス検出用素子に結露が発生してしまうことを抑制することができる。しかも、状態センサをベース部の略中央部に配置することにより、ガス検出室内の少なくとも温度または湿度の検出精度および検出信頼性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の第２態様に係るガスセンサによれば、複数のガス検出用素子を軸方向から見てガス導入口と重なり合わないようにしてずれた位置に配置する場合であっても、複数のガス検出用素子の配置密度を増大させることができ、ガスセンサを小型化することができる。
【００１２】
さらに、本発明の第３態様に係るガスセンサによれば、円環状の撥水フィルタによって第２円周上に配置された複数のガス導入口の全てを覆うことができ、撥水フィルタの形状が複雑化あるいは大型化したり、撥水フィルタの点数が増大することを防止することができる。
【００１３】
さらに、本発明の第４態様に係るガスセンサによれば、ヒータから発生する熱を防爆フィルタに伝熱する伝熱構造として、例えばヒータと防爆フィルタとを直接接触させたり、例えばヒータと防爆フィルタとを接続する熱伝導性が高い伝熱部材を備えることによって、ヒータからの伝熱によって防爆フィルタを効率よく加熱することができ、結露水の液滴による防爆フィルタの目詰まりを防止することができる。
【００１４】
さらに、本発明の第５態様に係るガスセンサによれば、円環状の防爆フィルタによって第２円周上に配置された複数のガス導入口の全てを覆うことができ、防爆フィルタの形状が複雑化あるいは大型化したり、防爆フィルタの点数が増大することを防止することができる。しかも、例えばヒータと防爆フィルタの径方向外方側の位置とを直接接触させたり、例えばヒータと防爆フィルタの径方向外方側の位置とを接続する熱伝導性が高い伝熱部材を備えることによって、ヒータから発生する熱を円環状の防爆フィルタにおいて、相対的に放熱面積が大きい径方向外方側から相対的に放熱面積が小さい径方向内方側へ伝熱させることにより、効率よく防爆フィルタを加熱することができる。
【００１５】
さらに、本発明の第６態様に係るガスセンサによれば、第１円周上での複数のガス検出用素子の配置位相と、第１円周上または所定円周上での複数のガス導入口の配置位相とは異なることから、複数のガス検出用素子と複数のガス導入口との配置密度を増大させることができ、ガスセンサを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るガスセンサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るガスセンサ１は、例えば図１に示すように、燃料電池システム１０ａに備えられている。この燃料電池システム１０ａは、燃料電池２と、電流制御器３と、蓄電装置４と、負荷５と、Ｓ／Ｃ出力制御器６と、過給器（Ｓ／Ｃ）７と、燃料供給装置８と、出力電流センサ９と、制御器１０とを備えて構成され、ガスセンサ１は、燃料電池２に接続された各配管１１，１２，１３，１４のうち、酸素極側の出口側配管１４に設けられている。
【００１７】
燃料電池２は、例えば電気自動車等の動力源として車両に搭載されており、固体高分子電解質膜を水素極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されている。
燃料電池２の水素極に接続された入口側配管１１には、例えば高圧の水素タンク等を具備する燃料供給装置８から水素ガスを含む燃料ガスが供給され、水素極の触媒電極上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。
酸素極に接続された入口側配管１２には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が過給器（Ｓ／Ｃ）７から供給され、この酸素極において、水素イオンと電子と酸素とが反応して水が生成される。そして、水素極側および酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。特に、固体高分子電解質型の燃料電池は通常作動温度が水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量の多いガスとなって排出される。
【００１８】
そして、酸素極側の出口側配管１４には、鉛直方向の上部に、例えばガス接触燃焼式のガスセンサ１が取り付けられ、このガスセンサ１により酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを確認できるようになっている。
【００１９】
また、過給器（Ｓ／Ｃ）７は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池２の酸素極に供給する。
この過給器（Ｓ／Ｃ）７を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御器１０から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するＳ／Ｃ出力制御器６によって制御されている。
【００２０】
燃料電池２から取り出される発電電流（出力電流）は電流制御器３に入力されており、この電流制御器３には、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが互いに直列に接続されて構成されたキャパシタ等からなる蓄電装置４が接続されている。
そして、燃料電池２および電流制御器３と蓄電装置４とは、例えば走行用モータ（図示略）と、例えば燃料電池２や蓄電装置４の冷却装置（図示略）や空調装置（図示略）等の各種補機類からなる負荷５と、Ｓ／Ｃ出力制御器６とに対して並列に接続されている。
【００２１】
この燃料電池システム１０ａにおいて制御器１０は、例えば車両の運転状態や、燃料電池２の水素極に供給される燃料ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の水素極から排出されるオフガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池２から取り出される出力電流等に基づき、過給器（Ｓ／Ｃ）７から燃料電池２へ供給される空気の流量に対する指令値および燃料供給装置８から燃料電池２へ供給される燃料ガスの流量に対する指令値を出力し、燃料電池２の発電状態を制御する。
このため、制御器１０には、燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を検出する出力電流センサ９から出力される検出信号が入力されている。
さらに、制御器１０は、燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）に基づき、電流制御器３により燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を制御する。
【００２２】
ガスセンサ１は、例えば図２に示すように、出口側配管１４の長手方向に沿って長い直方形状のケース２１を備えている。ケース２１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２２を備えている。フランジ部２２にはカラー２３が設けられ、このカラー２３内にボルト２４が挿入されて、出口側配管１４の取付座１４ａに締め付け固定されるようになっている。
【００２３】
ケース２１の厚さ方向の端面（例えば、下面）には、ベース部３５を介して、セラミックスにより形成された筒状部２５が設けられ、この筒状部２５は出口側配管１４の貫通孔１４ｂに外周側から挿入されている。
筒状部２５の内部はガス検出室２６として形成され、筒状部２５の軸方向（例えば、上下方向）の一端（例えば、上端）の開口部２５ａはベース部３５により閉塞されている。
筒状部２５の軸方向の他端（例えば、下端）の開口部２５ｂは、例えばセラミックスからなる蓋状部材２７によって覆われている。そして、蓋状部材２７には、軸方向に蓋状部材２７を貫通する複数（例えば、４つ）のガス導入口２８が設けられている。
複数（例えば、４つ）のガス導入口２８は、例えば図３に示すように、蓋状部材２７の中心に対して所定の第２直径Ｒｂを有する第２円周上において所定周方向間隔毎に配置されている。
また、例えば図２に示すように、筒状部２５の外周面２５Ａにはシール材２９が装着され、出口側配管１４の貫通孔１４ｂの内周壁に密接して気密性を確保している。
【００２４】
ケース２１内には樹脂で封止された回路基板３０が設けられ、ガス検出室２６内に配置された、例えば２対の検出素子３１および温度補償素子３２は、回路基板３０に接続された通電用の複数のステー３３（支持部材）およびリード線３４により回路基板３０に接続されている。
通電用のステー３３は、例えば銅合金、鉄合金、ニッケル合金等の複合合金材から形成され、ケース２１と筒状部２５との間に配置された略円板状のベース部３５を貫通し、基端部がケース２１内の回路基板３０に接続されると共に、先端部がガス検出室２６内に突出した状態で、例えばアルミナあるいはガラスエポキシ等の絶縁性材料から平板状に形成されたベース部３５により固定されている。
また、ベース部３５の略中央部には、ガス検出室２６内での各素子３１，３２周辺の温度および湿度を検出する状態センサ３６が配置され、状態センサ３６はケース２１内の回路基板３０に接続された状態でベース部３５により固定されている。
なお、絶縁性のベース部３５の表面上に、例えば印刷あるいはエッチング等によって電気回路が形成されている場合に、この電気回路とステー３３とが半田付けあるいは溶接等によって接合されてもよい。
【００２５】
２対の検出素子３１および温度補償素子３２は、例えば図３に示すように、蓋状部材２７の中心と同等のベース部３５の中心に対して所定の第１直径Ｒａを有する第１円周上において所定周方向間隔毎に配置されている。
この第１直径Ｒａは第２直径Ｒｂよりも小さい値とされ、軸方向から見て、２対の検出素子３１および温度補償素子３２と状態センサ３６とは、蓋状部材２７の複数（例えば、４つ）のガス導入口２８に重なり合わないようにしてずれた位置に配置されるように設定されている。
【００２６】
なお、検出素子３１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の表面が、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒を坦持するアルミナ等の坦体で略球形に被覆されて形成されている。
温度補償素子３２は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子３１と同等のコイルの表面がアルミナ等の坦体で略球形に被覆されて形成されている。
そして、被検出ガスである水素ガスが検出素子３１の触媒に接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子３１と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子３１よりも低温の温度補償素子３２との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素濃度を検出することができるようになっている。
【００２７】
そして、例えば図２に示すように、複数のガス導入口２８の全てを覆うようにして、ガスセンサ１の厚さ方向に沿って基端部から先端部に向かい順次、例えば金属またはセラミックからなる網状または多孔質状の焼結フィルタからなる円環状の防爆フィルタ４１と、例えば樹脂からなる円環状の撥水フィルタ４２とが配置されている。
また、筒状部２５の内周面２５Ｂを覆うようにして、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ等の内部筒状ヒータ４３が設けられ、この内部筒状ヒータ４３は防爆フィルタ４１の径方向外方側の位置（例えば、防爆フィルタ４１の外周側端部）に接触し、直接的に防爆フィルタ４１に伝熱するようになっている。
【００２８】
なお、この内部筒状ヒータ４３を、例えばＰＴＣサーミスタとすることにより、このＰＴＣサーミスタを構成するチタン酸バリウムを主成分とする半導体セラミックの材料組成により、任意にキュリー温度を設定することができ、このキュリー温度から電気抵抗が急減に増大するという性質を利用して、内部筒状ヒータ４３を定温発熱体とすることができる。
つまりＰＴＣサーミスタは、ＰＴＣ素子に電圧が印加されるとジュール熱により自己発熱し、ＰＴＣ素子の温度がキュリー温度を超えると、ＰＴＣ素子の抵抗値は対数的に増大する。これにより、ＰＴＣ素子に通電される電流が減少し、電力の増大が抑制されることから、発熱温度が低下する。そして、ＰＴＣ素子の抵抗値が低下すると、ＰＴＣ素子に通電される電流が増大し、再度、電力が増大することから、発熱温度が増大する。この一連の動作が繰り返されることで、ＰＴＣサーミスタは、自己制御機能を有する定温発熱体として機能する。
【００２９】
これにより、検査対象ガスは、外部から順次、撥水フィルタ４２と、防爆フィルタ４１とを通過してガス検出室２６内に導入され、防爆フィルタ４１は内部筒状ヒータ４３からの直接的な伝熱によって、例えば径方向外方側から径方向内方側へ向かい、加熱されることから、検査対象ガスの温度は露点よりも高い温度に保持される。また、検査対象ガスが接触する防爆フィルタ４１で結露が発生することが防止されると共に、防爆フィルタ４１に水分が付着した場合であっても、この水分が蒸発するようになっている。
【００３０】
制御器１０は、例えば燃料電池２の運転状態等に応じて、ガスセンサ１および内部筒状ヒータ４３の作動状態、例えば作動開始および作動停止の各タイミングや、例えば検出素子３１および温度補償素子３２と内部筒状ヒータ４３とに対する通電状態等を制御する。
【００３１】
例えば、制御器１０は、状態センサ３６の検出温度に基づいて内部筒状ヒータ４３への通電を制御し、例えば燃料電池２の運転時等においては、状態センサ３６により検出されるガス検出室２６内の温度および湿度が、結露の発生が抑制される所定範囲の値となるよう制御する。
このとき、制御器１０は、例えば内部筒状ヒータ４３へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によって内部筒状ヒータ４３への通電量を制御する。
【００３２】
また、制御器１０は、２対の検出素子３１および温度補償素子３２の各１対毎に独立に検出制御をおこない、各１対毎に得られる検出値を相対的に比較する相対診断、あるいは、各１対毎に得られる検出値を互いに独立に所定基準値と比較する絶対診断によって、各対の検出素子３１および温度補償素子３２の劣化診断をおこなう。そして、劣化診断の診断結果に応じて、２対の検出素子３１および温度補償素子３２の何れか一方の対から得られる検出値に応じて、予め設定された水素濃度のマップ等を参照して、被検出ガスである水素ガスの濃度を算出する。
【００３３】
上述したように、本実施の形態によるガスセンサ１によれば、軸方向から見て、ガス検出室２６内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口２８は、ガス検出室２６内の状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２と重なり合わないようにしてずれた位置に配置されていることから、検査対象ガスの流通方向からずれた位置に状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２とが配置されることになり、検査対象ガスが状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２とに直接的に吹き付けられるようにして接触することを防止し、たとえ検査対象ガスが多湿度で水分量の多い状態であっても、状態センサ３６と複数の検出素子３１および温度補償素子３２とに結露が発生してしまうことを抑制することができる。
【００３４】
しかも、状態センサ３６をベース部３５の略中央部に配置することにより、ガス検出室２６内の温度および湿度の検出精度および検出信頼性を向上させることができる。
さらに、２対の検出素子３１および温度補償素子３２は、複数（例えば、４つ）のガス導入口２８が配置される第２円周の第２直径Ｒｂよりも小さな第１直径Ｒａを有する第１円周上において所定周方向間隔毎に配置されていることから、複数の検出素子３１および温度補償素子３２の配置密度を増大させることができ、ガスセンサ１を小型化することができる。
【００３５】
さらに、円環状の撥水フィルタ４２によって第２円周上に配置された複数のガス導入口２８の全てを覆うことができ、撥水フィルタ４２の形状が複雑化あるいは大型化したり、撥水フィルタ４２の点数が増大することを防止することができる。
さらに、内部筒状ヒータ４３から発生する熱を防爆フィルタ４１に伝熱する伝熱構造として、内部筒状ヒータ４３と防爆フィルタ４１とを直接接触させることによって、内部筒状ヒータ４３からの伝熱によって防爆フィルタ４１を効率よく加熱することができ、結露水の液滴による防爆フィルタ４１の目詰まりを防止することができる。
【００３６】
さらに、円環状の防爆フィルタ４１によって第２円周上に配置された複数のガス導入口２８の全てを覆うことができ、防爆フィルタ４１の形状が複雑化あるいは大型化したり、防爆フィルタ４１の点数が増大することを防止することができる。しかも、内部筒状ヒータ４３と防爆フィルタ４１の径方向外方側の位置とを直接接触させることによって、内部筒状ヒータ４３から発生する熱を円環状の防爆フィルタ４１において、相対的に放熱面積が大きい径方向外方側から相対的に放熱面積が小さい径方向内方側へ伝熱させることにより、効率よく防爆フィルタ４１を加熱することができ、この防爆フィルタ４１を通過する検査対象ガスの温度を露点よりも高い温度に保持することができると共に、検査対象ガスが接触する防爆フィルタ４１で結露が発生することを防止すると共に、防爆フィルタ４１に水分が付着した場合であっても、この水分を容易に蒸発させることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１を接触燃焼式のセンサとしたが、これに限定されず、例えば被検出ガスが検出素子表面の酸素と接触離脱した際に生じる素子抵抗値に応じてガス濃度を検出する半導体式等の他の方式によるガスセンサであってもよい。
【００３８】
なお、上述した実施の形態においては、筒状部２５および蓋状部材２７はセラミックスにより形成されるとしたが、これに限定されず、例えば金属または樹脂により形成されてもよい。
【００３９】
なお、上述した実施の形態においては、内部筒状ヒータ４３をＰＴＣサーミスタとしたが、これに限定されず、例えば焼結体ヒータ等の他のヒータであってもよいし、例えば筒状部２５の内周面２５Ｂ上での導電性の抵抗体の印刷および焼成により形成され、電気回路の一部の導体パターンをなすヒータであってもよい。
【００４０】
なお、上述した実施の形態においては、例えば図４に示すように、第１円周上での複数の検出素子３１および温度補償素子３２の配置位相と、第２円周上での複数のガス導入口２８の配置位相とが異なるように設定してもよい。この場合には、例えば図５に示すように、複数の検出素子３１および温度補償素子３２と、複数のガス導入口２８とを、同一円周上（例えば、第１円周上など）に配置することができ、複数の検出素子３１および温度補償素子３２と複数のガス導入口２８との配置密度を増大させることができ、ガスセンサ１を、より一層、小型化することができる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態においては、内部筒状ヒータ４３を備えるとしたが、これに限定されず、例えば内部筒状ヒータ４３の代わりに、筒状部２５の外周面２５Ａを覆うようにして、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ等の外部筒状ヒータ４４を設けてもよい。この場合には、例えば図６に示すように、筒状部２５を貫通する熱伝導性が高い材料からなる伝熱部材４５によって、外部筒状ヒータ４４と防爆フィルタ４１の径方向外方側の位置（例えば、防爆フィルタ４１の外周側端部）とを接続することによって、外部筒状ヒータ４４から発生する熱を間接的に防爆フィルタ４１に伝熱させることができる。
また、例えば図７に示すように、内部筒状ヒータ４３の代わりに、防爆フィルタ４１の径方向内方側の位置に接触するようにして、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ等の板状ヒータ４６を設けてもよい。
【００４２】
なお、上述した実施の形態においては、防爆フィルタ４１および撥水フィルタ４２を円環状としたが、これに限定されず、例えば防爆フィルタ４１および撥水フィルタ４２の少なくとも何れかを円板状としてもよい。
また、上述した実施の形態においては、ガス導入口２８を覆う防爆フィルタ４１と撥水フィルタ４２を備えるとしたが、これに限定されず、例えば防爆フィルタ４１および撥水フィルタ４２の少なくとも何れかを省略してもよい。
また、上述した実施の形態においては、内部筒状ヒータ４３を備えるとしたが、これに限定されず、単に、内部筒状ヒータ４３を省略してもよい。
例えば図８に示す上述した実施の形態の変形例に係るガスセンサ１では、内部筒状ヒータ４３および防爆フィルタ４１を省略している。
【００４３】
また、上述した実施の形態においては、ガスセンサ１の厚さ方向に沿って基端部から先端部に向かい順次、防爆フィルタ４１と、撥水フィルタ４２とを備えるとしたが、これに限定されず、防爆フィルタ４１と撥水フィルタ４２との相対位置が入れ替わってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサを具備する燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスセンサの軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの軸方向断面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの軸方向断面図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係るガスセンサの側断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ガスセンサ
２５ 筒状部（筒状部材）
２５ａ，２５ｂ 開口部
２６ ガス検出室
２７ 蓋状部材
２８ ガス導入口
３１ 検出素子（ガス検出用素子）
３２ 温度補償素子（ガス検出用素子）
３５ ベース部
３６ 状態センサ
４１ 防爆フィルタ
４２ 撥水フィルタ
４３ 内部筒状ヒータ（ヒータ）
４４ 外部筒状ヒータ（ヒータ）
４５ 伝熱部材（伝熱構造）
４６ 板状ヒータ（ヒータ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部をガス検出室として軸方向に伸びる筒状部材と、
前記筒状部材の前記軸方向の一端の開口部を閉塞するベース部と、
前記ベース部の略中央部に配置されて前記ガス検出室内の少なくとも温度または湿度を検出する状態センサと、
前記ベース部の前記状態センサの周辺部に配置されたガス検出用素子と、
前記筒状部材の前記軸方向の他端の開口部を覆う蓋状部材と、
前記軸方向から見て前記状態センサおよび前記ガス検出用素子と重なり合わないようにしてずれた位置で前記蓋状部材を貫通して前記ガス検出室内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口と
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、
複数の前記ガス導入口は前記第１円周よりも大きな径の第２円周上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状の撥水フィルタを備えることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記筒状部材の壁部または前記蓋状部材に配置されて前記ガス検出室内を加熱するヒータと、
前記複数の前記ガス導入口を覆う金属からなる防爆フィルタとを備え、
前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタに伝熱する伝熱構造を有することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ヒータは前記筒状部材の前記壁部に配置され、
前記防爆フィルタは前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状に形成され、
前記伝熱構造は前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタの径方向外方側から径方向内方側へ伝熱させることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、
複数の前記ガス導入口は前記第１円周上または前記第１円周とは異なる径の所定円周上に配置され、
前記第１円周上での前記複数の前記ガス検出用素子の配置位相と、前記第１円周上または前記所定円周上での前記複数の前記ガス導入口の配置位相とは異なることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項１】
内部をガス検出室として軸方向に伸びる筒状部材と、
前記筒状部材の前記軸方向の一端の開口部を閉塞するベース部と、
前記ベース部の略中央部に配置されて前記ガス検出室内の少なくとも温度または湿度を検出する状態センサと、
前記ベース部の前記状態センサの周辺部に配置されたガス検出用素子と、
前記筒状部材の前記軸方向の他端の開口部を覆う蓋状部材と、
前記軸方向から見て前記状態センサおよび前記ガス検出用素子と重なり合わないようにしてずれた位置で前記蓋状部材を貫通して前記ガス検出室内に外部から検査対象ガスを導入可能なガス導入口と
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、
複数の前記ガス導入口は前記第１円周よりも大きな径の第２円周上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状の撥水フィルタを備えることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記筒状部材の壁部または前記蓋状部材に配置されて前記ガス検出室内を加熱するヒータと、
前記複数の前記ガス導入口を覆う金属からなる防爆フィルタとを備え、
前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタに伝熱する伝熱構造を有することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ヒータは前記筒状部材の前記壁部に配置され、
前記防爆フィルタは前記第２円周上に配置された前記複数の前記ガス導入口の全てを覆う円環状に形成され、
前記伝熱構造は前記ヒータから発生する熱を前記防爆フィルタの径方向外方側から径方向内方側へ伝熱させることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
複数の前記ガス検出用素子は第１円周上に配置され、
複数の前記ガス導入口は前記第１円周上または前記第１円周とは異なる径の所定円周上に配置され、
前記第１円周上での前記複数の前記ガス検出用素子の配置位相と、前記第１円周上または前記所定円周上での前記複数の前記ガス導入口の配置位相とは異なることを特徴とする請求項１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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２５７８７６（Ｐ２００９−２５７８７６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０５７８０（Ｐ２００８−１０５７８０）
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【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２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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