ガスセンサ
【課題】ガス検出室内のオフガスに生じる、半径方向の温度差を小さくし、オフガスを加熱するヒータの消費電力を抑えるとともに、ガス検出室内でのオフガスの結露を好適に防止する水素センサを提供することを課題とする。
【解決手段】ガス検出室２５を形成する有底の円筒型のケース２０の開口部を閉塞するベース部３３に縁部３３ａを形成し、ベース部３３を、縁部３３ａを介して結露防止ヒータ５１で加熱する。そして、ガス検出室２５内のオフガスを、ケース２０の半径方向の温度差を生じないように、ベース部３３で加熱する構成とした。
【解決手段】ガス検出室２５を形成する有底の円筒型のケース２０の開口部を閉塞するベース部３３に縁部３３ａを形成し、ベース部３３を、縁部３３ａを介して結露防止ヒータ５１で加熱する。そして、ガス検出室２５内のオフガスを、ケース２０の半径方向の温度差を生じないように、ベース部３３で加熱する構成とした。
【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】
例えば燃料電池車両に備わる燃料電池システムは、燃料電池（Fuel Cell）のアノードに水素が供給されるとともにカソードに酸素が供給され、アノード及びカソードでの電極反応によって発電する。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出されるガス（オフガス）に未反応の水素が含まれる場合があるため、オフガスの流路にガスセンサ（水素センサ）を設けて、水素濃度を監視している。
ところで、オフガスには、燃料電池の電極反応で発生した水蒸気（水分）が多く含まれることから、オフガスに含まれる水分が、水素センサの検出素子や水素センサのガス検出室を形成するケース等で結露する場合がある。そして結露水が、水素センサのガス検出素子に付着すると、水素センサの劣化や検出精度の低下などの問題が発生する。
【０００４】
このような問題を解決するため、例えば特許文献１には、水素センサのガス検出室におけるオフガスの温度を、水素センサのガス検出室に流入する前のオフガスの温度より高くして、ガス検出室におけるオフガスの飽和水蒸気量を高め、ガス検出室での結露を防止する技術が開示されている。
【０００５】
また、水素センサのガス検出室のオフガスを効率よく加熱するため、水素センサのガス検出室を円筒型に形成してその外周に沿ってヒータを配設し、オフガスをガス検出室の周縁部から加熱する技術も考案されている。
【特許文献１】特許第３８３３５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、円筒型のガス検出室の周縁部からオフガスを加熱する構成の場合、オフガスはガス検出室の周縁部から温度が高くなるため、オフガスには、ガス検出室の周縁部から中心部に向かって温度が低くなるように、ガス検出室の半径方向の温度差が生じる。そして、温度の低い中心部ではオフガスが結露しやすくなるという問題がある。
【０００７】
また、水素センサのガス検出室でオフガスの温度を測定する場合、円筒型のガス検出室においてはその中心部に温度センサを備えることが好適であり、中心部の温度に基づいてガス検出室におけるオフガスの温度が管理される。
この場合、ガス検出室内のオフガスにガス検出室の半径方向の温度差が生じ、中心部の温度が低いと、中心部の温度を高めるためにヒータでの加熱が必要になり、仮にガス検出室の周縁部でオフガスの温度が充分に高い場合であっても、オフガスをヒータで加熱することになる。このことによって、消費電力が増大するという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、ガス検出室内のオフガスに生じる温度差を小さくし、オフガスを加熱するヒータの消費電力を抑えるとともに、ガス検出室内でのオフガスの結露を好適に防止できる水素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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、ケース内に形成されるガス検出室と、前記ガス検出室に臨むように備わるガス検出素子を固定するベース部と、前記ガス検出室にガスを導入するガス導入口と、前記ガス導入口から前記ガス検出室に導入された前記ガスを、前記ケースを介して加熱するヒータと、を有するガスセンサであって、前記ヒータの熱を前記ベース部に伝熱する第１伝熱部材を備えることを特徴とした。
【００１０】
この発明によると、ガス検出素子を固定するベース部を、第１伝熱部材を介してヒータで加熱できる。したがって、ベース部の温度を好適に高めることができ、ガス検出室に導入されたガスに含まれる水分が、ベース部で結露することを防止できる。
【００１１】
また、本発明は、前記ケースは、有底の円筒型であって、前記ベース部は、前記ケースの開口部を閉塞するとともに前記ガス検出室に導入された前記ガスと接触し、前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記ベース部によって加熱されることを特徴とした。
【００１２】
この発明によると、有底の円筒型のケースの開口部を閉塞するベース部は、ケースの半径方向の温度差を生じないように、ガス検出室に導入されたガスを加熱することができる。したがって、ケースを介して加熱されるガスに生じる、ケースの半径方向の温度差を小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記ヒータで直接加熱される第２伝熱部材が、前記ガス検出室の側から前記ケースの底壁部を覆うように配設され、前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記第２伝熱部材によって加熱されることを特徴とした。
【００１４】
この発明によると、有底の円筒型のケースの底壁部に備わる第２伝熱部材は、ガス検出室に導入されたガスを、ケースの半径方向の温度差を生じないように加熱することができる。したがって、ケースを介して加熱されるガスに生じる、ケースの半径方向の温度差を小さくすることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記ガス検出室に導入された前記ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケースの開口部の中心位置で前記ベース部に固定されて備わるとともに、前記温度センサが検出する前記ガスの温度に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段が備わることを特徴とした。
【００１６】
この発明によると、温度センサを、円筒型のケースの開口部の中心位置に備えることができるとともに、制御手段が、温度センサが検出する温度に基づいて、ヒータを制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス検出室内のオフガスに生じる温度差を小さくし、オフガスを加熱するヒータの消費電力を抑えるとともに、ガス検出室内でのオフガスの結露を好適に防止できる水素センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。なお、以下は、例えば燃料電池システムに備わる水素センサをガスセンサの例にして説明する。
図１は、本実施形態に係る水素センサの平面図、図２は、図１におけるＸ１−Ｘ１断面図、図３は、水素センサの検出部の構造を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水素センサ（ガスセンサ）１は、本体１０と、本体１０の下面に備わる検出部２を含んでなり、検出部２は、本体１０の下面に形成された、有底の円筒型のケース２０と、ケース２０に収容されたガス検出素子３１、３１と、ケース２０の外周に沿って配設される結露防止ヒータ（ヒータ）５１を主に備えてなる。
そして、ケース２０の内部空間がガス検出室２５になり、ガス検出室２５の温度を測定する温度センサ３４が備わる。
このような構成の水素センサ１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２参照）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車両の車内の水素濃度を検出する場合に使用される。
【００１９】
本体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（ＰＰＳ）製の容器であり、図２に示すように制御基板１１を収容している。本体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。
【００２０】
制御基板１１は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などからなるコンピュータおよび周辺回路などを備え、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、温度センサ３４が検出するガス検出室２５の温度に基づいて、ガス検出室２５内が結露しないように結露防止ヒータ５１の発熱を制御する機能と、を有する。すなわち、制御基板１１は、請求項に記載の制御手段になる。
【００２１】
図３に示すように、検出部２に備わるケース２０は、有底の円筒型であって、オフガス配管１０５（図２参照）に取り付けられる。そして、ケース２０とオフガス配管１０５との間には、Ｏリング２１（図２参照）が備わって気密性が高められ、オフガス配管１０５を通流するオフガスの漏洩を防止している。
【００２２】
ケース２０は、周壁部２２と底壁部２３とを有し、底壁部２３と対向する側は開口している。
また、底壁部２３の中央には、円形の貫通穴が形成されている。そして、この貫通穴がガス導入口２４になり、オフガスのガス検出室２５への出入口となる。
ケース２０は、熱伝導性を有する、例えば、ＰＰＳ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エポキシ等の樹脂や、ステンレス、アルミニウム合金等の金属で形成される。
【００２３】
ガス導入口２４には、積層体４０が備わっている。積層体４０は、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とフィルタ加熱ヒータ４３とを備え、ガス検出素子３１からオフガス配管１０５（図２参照）に向かう方向に、防爆フィルタ４２、フィルタ加熱ヒータ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、フィルタ加熱ヒータ４３は、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とではさまれており、これらは相互に接触している。
【００２４】
撥水フィルタ４１は、オフガス配管１０５（図２参照）を通流するオフガスを透過しつつ、オフ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形成される。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に浸入できない構造になっている。
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。
【００２５】
フィルタ加熱ヒータ４３は、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を直接加熱する電気ヒータであり、結露防止ヒータ５１と同様に、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ、セラミックスヒータ、ニクロム線などにより構成される。フィルタ加熱ヒータ４３に電力を供給するための配線（図示せず）は、例えば、ケース２０内を通って制御基板１１と接続されており、制御基板１１がフィルタ加熱ヒータ４３の発熱を制御する。
そして、制御基板１１の制御によってフィルタ加熱ヒータ４３が発熱すると、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。
【００２６】
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に浸入することを防止しつつ、フィルタ加熱ヒータ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、この水蒸気をケース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、図３に示すように、フィルタ加熱ヒータ４３には、オフガスを通過させるための複数の貫通孔４３ａが形成されている。
【００２７】
ガス検出素子３１は、ガス検出室２５に導入さ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に臨むように備わる。詳細には、ガス検出素子３１は金属製のステー３２、３２を介してベース部３３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部３３が本体１０（図２参照）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（図２参照）と接続されており、制御基板１１は水素濃度を検出可能になっている。
【００２８】
ガス検出素子３１の種類、数、及び配置は、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方式である場合、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、燃焼する際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子との間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
【００２９】
また、ガス検出室２５の温度を検出する温度センサ３４が、ケース２０の円形となる開口部の中心位置で、ベース部３３に取り付けられている。そして、温度センサ３４は制御基板１１（図２参照）に接続されており、制御基板１１はガス検出室２５の温度に基づいて、結露防止ヒータ５１及びフィルタ加熱ヒータ４３の発熱を制御するように構成されている。
【００３０】
ベース部３３は、本体１０（図２参照）の下方に円盤状に突出して備わる部材で、有底の円筒型のケース２０の開口に嵌合して開口を閉塞し、ガス検出室２５内のオフガスに接触する。
また、ベース部３３の周縁部には縁部３３ａが形成される。縁部３３ａは、円周に沿って外側に広がった部分の端部が下方に折れ曲がって形成され、断面形状が逆Ｌ字型を呈する。
そして、縁部３３ａは、下方に折れ曲がった部分がケース２０の周壁部２２の端部を外側から覆うように構成される。
【００３１】
結露防止ヒータ５１は、ケース２０の周壁部２２の外周面に沿って配設される円筒型の電気ヒータであり、例えばフィルタ加熱ヒータ４３と同様に、ＰＴＣヒータ、セラミックスヒータ、ニクロム線等から構成される。そして、結露防止ヒータ５１は、図示しない配線を介して制御基板１１（図２参照）と接続され、制御基板１１によって、その発熱が制御される。
【００３２】
この構成によって、結露防止ヒータ５１の熱は、ケース２０を介して、ガス検出素子３１等に伝熱するようになっている。
さらに、結露防止ヒータ５１は、ガス検出室２５内のオフガスをケース２０を介して加熱できる。
また、円筒型の結露防止ヒータ５１の一端の側は半径方向に広がって拡径部５１ａが形成され、拡径部５１ａは、ケース２０の周壁部２２の外周の端部を覆うベース部３３の縁部３３ａを、外側から覆う構成が好適である。
【００３３】
制御基板１１（図２参照）の制御によって結露防止ヒータ５１が発熱すると、ケース２０の周壁部２２は外側から結露防止ヒータ５１によって加熱され、その熱は内周面２２ａに伝熱される。そして、内周面２２ａに伝熱された熱で、ガス検出室２５内のオフガスが加熱される。したがって、ガス検出室２５内のオフガスは周縁部が高温で中心部に向かって温度が低くなり、ケース２０の半径方向の温度差が生じる。
【００３４】
本実施形態においては、ベース部３３に縁部３３ａを形成してケース２０の周壁部２２を外側から覆い、さらに、その外周に結露防止ヒータ５１の拡径部５１ａを配設した。この構成によって、ベース部３３は、結露防止ヒータ５１の拡径部５１ａで、縁部３３ａを介して加熱される。ベース部３３が加熱されると、その熱によってガス検出室２５内のオフガスが加熱される。したがって、ガス検出室２５内のオフガスはベース部３３の側からも加熱されることになる。
以上のように、縁部３３ａが、結露防止ヒータ５１が発する熱をベース部３３に伝熱する第１伝熱部材になる。
【００３５】
また、ベース部３３は、樹脂素材に比べて熱伝導率の高いステンレスやアルミニウム合金などの金属で形成することが好適である。このような素材からなるベース部３３は、結露防止ヒータ５１から最も離れた円形の中心部も結露防止ヒータ５１によって速やかに加熱される。したがって、ベース部３３は周縁部と中心部の温度差がほとんどなく、温度分布が一様な発熱体として、ガス検出室２５内のオフガスを加熱できる。
すなわち、ガス検出室２５に導入されたオフガスは、ケース２０の半径方向の温度差を生じないように、ベース部３３によって加熱される。
【００３６】
図３に示すように、ベース部３３には、ステー３２を介してガス検出素子３１が固定される。すなわち、ガス検出素子３１は、ベース部３３に近い位置に配設される。
前記したように、ガス検出室２５内のオフガスがベース部３３によって加熱されると、ガス検出素子３１の周囲のオフガスは温度が高くなる。したがって、ガス検出素子３１の周囲のオフガスは結露しにくくなり、ガス検出素子３１での結露を防止できる。
【００３７】
また、この構成によって、ガス検出室２５のベース部３３の側においては、ガス検出室２５の周縁部と中心部に温度差を生じないようにオフガスを加熱することができ、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできる。
【００３８】
さらに、ベース部３３は、有底の円筒型のガス検出室２５の周縁部と中心部で温度差が生じないようにオフガスを加熱し、その熱は、ベース部３３と対向する底壁部２３の側に向かって、ガス検出室２５の周縁部と中心部で等しく伝熱する。
したがって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ガス検出室２５の半径方向の温度差を、底壁部２３の側に向かって小さくできる。
【００３９】
前記したように、ガス検出室２５内のオフガスに、ケース２０の半径方向の温度差が生じると、ガス検出室２５内でオフガスの温度が低い箇所では、オフガスに含まれる水分が結露するが、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくすることで、ガス検出室２５内のオフガスの温度を一様に高くすることができ、オフガスの結露を抑制できる。
【００４０】
また、ガス検出室２５内のオフガスの温度を検出するため、ガス検出室２５には温度センサ３４が備えられる。この場合、検出部２に備わるガス検出素子３１などの部品の配置や実装密度を考慮すると、円形となるケース２０の開口の中心位置に温度センサ３４を備えることが好適である。
【００４１】
しかしながら、ガス検出室２５内のオフガスに、ケース２０の半径方向の温度差が生じると、中心部の温度が最低になり、温度センサ３４は、ガス検出室２５内のオフガスの最低温度を検出することになる。
その結果、仮にガス検出室２５の周縁部でオフガスの温度が充分に高い場合であっても、温度センサ３４が検出する温度が低くなり、温度センサ３４が検出する温度に基づいて結露防止ヒータ５１の発熱を制御する制御基板１１は、結露防止ヒータ５１の発熱を継続する。したがって、結露防止ヒータ５１での消費電力が増える。
【００４２】
本実施形態に係る水素センサ１（図１参照）は、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできることから、温度センサ３４がガス検出室２５の中心部で検出するオフガスと、ガス検出室２５の周縁部におけるオフガスの温度差が小さくなる。
換言すると、ガス検出室２５の周縁部でオフガスの温度が充分に高くなると、温度センサ３４が検出する温度も高くなり、制御基板１１は結露防止ヒータ５１の発熱を停止する。したがって、結露防止ヒータ５１における消費電力を抑制できる。
【００４３】
また、本実施形態に係る水素センサ１（図１参照）は、ケース２０の周壁部２２とベース部３３でオフガスを加熱することから、ガス検出室２５におけるオフガスの温度を速やかに高めることができる。
したがって、ガス導入口２４を介してガス検出室２５内に導入されたオフガスの温度が低い場合であっても、ガス検出室２５におけるオフガスの温度を速やかに高めることができ、オフガスの結露を防止できる。
【００４４】
図４は、ベース部に伝熱プレートを備えたことを示す図である。
図４に示すように、ベース部３３に縁部３３ａ（図３参照）を形成せず、結露防止ヒータ５１の熱を伝熱する伝熱プレート３５を備える構成であってもよい。
伝熱プレート３５は、例えば円盤状のベース部３３の周縁部を覆う平面部３５ａと、平面部３５ａの周囲がベース部３３の本体１０からの突出に沿って屈曲して、さらに外側に広がり、外側に広がった周囲が下方に折れ曲がって形成される伝熱部３５ｂとからなる。
すなわち、伝熱プレート３５の伝熱部３５ｂは、平面部３５ａの周囲に溝状に形成される。そして、ケース２０の周壁部２２が溝状の伝熱部３５ｂに嵌合するように組み込まれ、伝熱部３５ｂの下方に折れ曲がった部分は、ケース２０の周壁部２２の端部を外側から覆うように構成される。
【００４５】
そして、円筒型の結露防止ヒータ５１の一端の側に形成される拡径部５１ａが、伝熱プレート３５の伝熱部３５ｂを外側から覆う構成とする
【００４６】
伝熱プレート３５は、例えばステンレスやアルミニウムなど、樹脂素材に比べて熱伝導率の高い金属のプレス加工品であることが好適で、この構成によって、図３に示すようにベース部３３に縁部３３ａを形成する場合と同等の効果を奏する。すなわち、伝熱プレート３５は、請求項に記載の第１伝熱部材となる。
【００４７】
図５は、凹面のベース部を有する検出部の断面図である。
本実施形態に係る水素センサ１は、図５に示すように、ベース部３３のガス検出室２５側の面を凹面形状にして、ベース部３３が上方になるように水素センサ１をオフガス配管１０５（図２参照）に備えたときに、ベース部３３の中心部が高くなる構成としてもよい。
【００４８】
ガス検出室２５内のオフガスは、結露防止ヒータ５１によってケース２０の周壁部２２から加熱されることから、ガス検出室２５内のオフガスは、周壁部２２の側の温度が高くなる。
図５に示すように、ガス検出室２５の側でベース部３３を凹面形状にして、ベース部３３が上方になるように水素センサ１をオフガス配管１０５（図２参照）に備えた場合、周壁部２２の側で加熱された温度の高いオフガスは、矢印で示すように、ベース部３３の凹面形状に沿って上昇する。その結果、ガス検出室２５内にオフガスの対流が発生して、ガス検出室２５内におけるオフガスの温度分布を一様にすることができる。
また、ベース部３３の中央部に結露した結露水を、凹面形状に沿って周壁部２２の側に流すことができ、さらに周壁部２２の内周面２２ａ（図３参照）に沿って下方に流すことができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、図３に示すように、ベース部３３に縁部３３ａを形成してベース部３３を縁部３３ａを介して結露防止ヒータ５１で加熱し、ガス検出室２５内のオフガスをベース部３３の側から加熱する構成とした。
この構成によると、ベース部３３と対向する底壁部２３の側は、周壁部２２からのみ加熱されるため、ガス検出室２５内のオフガスには、ケース２０の半径方向の温度差が生じる場合がある。
そこで、例えば底壁部２３の側からもガス検出室２５内のオフガスを加熱する構成としてもよい。
【００５０】
図６の（ａ）は、底壁部に底部伝熱プレートを配設した図、（ｂ）は、底部伝熱プレートの形状を示す図である。
図６の（ａ）に示すように、底部伝熱プレート（第２伝熱部材）２６は、ケース２０の底壁部２３の形状と等しく形成され、ケース２０が有底の円筒型の場合、底部伝熱プレート２６の平面形状は円盤形状になる。
底部伝熱プレート２６は、ガス検出室２５の側から底壁部２３を覆うように配設され、ガス検出室２５内のオフガスと直接接触する。
さらに、底部伝熱プレート２６の中心には、ガス導入口２４と略同形の開口部２６ａがあり、ガス導入口２４を介してガス検出室２５に導入されるオフガスの流れを妨げない構成とする。
【００５１】
底部伝熱プレート２６は、例えばステンレスやアルミニウムなど、樹脂素材に比べて熱伝導率の高い金属のプレス加工品であることが好適で、図６の（ｂ）に示すように、周縁部には、円周から外側に向かって突出する複数（図６には３つ記載）の伝熱部２６ｂが形成される。
伝熱部２６ｂの先端は、ケース２０の周壁部２２を貫通孔２２ｂを介して貫通し、周壁部２２の外周に沿うように、上方に折り曲げられる。
このように底部伝熱プレート２６が備わるケース２０は、例えばケース２０を成形する金型に、金属のプレス加工品である底部伝熱プレート２６をあらかじめインサートしておくインサート成形によって作成できる。
【００５２】
ケース２０の周壁部２２の外周面に沿って備わる結露防止ヒータ５１は、例えば底部伝熱プレート２６の伝熱部２６ｂに対応する位置が外側に張り出し、伝熱部２６ｂの上方に折れ曲がった部分を外側から覆うように備わる。
制御基板１１（図２参照）の制御によって結露防止ヒータ５１が発熱すると、伝熱部２６ｂは外側から結露防止ヒータ５１によって加熱され、その熱が底部伝熱プレート２６に伝熱する。すなわち、底部伝熱プレート２６は結露防止ヒータ５１によって直接加熱され、温度分布が一様な発熱体となる。
【００５３】
この構成によって、ケース２０の底壁部２３の側においては、ガス検出室２５の周縁部と中心部で温度差が生じないように、ガス検出室２５内のオフガスを加熱することができ、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできる。
【００５４】
さらに、底部伝熱プレート２６は、ガス検出室２５の周縁部と中心部で温度差が生じないようにオフガスを加熱し、その熱は、底壁部２３と対向するベース部３３（図３参照）の側に向かって、ガス検出室２５の周縁部と中心部で等しく伝熱する。
したがって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を、ベース部３３の側に向かって小さくできる。
【００５５】
以上、図３に示すように、ベース部３３に形成される縁部３３ａを結露防止ヒータ５１で加熱することでベース部３３を直接加熱する構成と、図６の（ａ）に示すように、ケース２０の底壁部２３に配設される底部伝熱プレート２６を、結露防止ヒータ５１で直接加熱する構成を共に備えるガス検出室２５とすることで、本実施形態に係る水素センサ１（図２参照）は、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできるという優れた効果を奏する。
【００５６】
もちろん、ベース部３３に縁部３３ａを形成して、ベース部３３を縁部３３ａを介して結露防止ヒータ５１で加熱する構成と、ケース２０の底壁部２３に底部伝熱プレート２６を備え、底部伝熱プレート２６を結露防止ヒータ５１で直接加熱する構成のどちらか一方を単独に備えるガス検出室２５であってもよい。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係る水素センサ１（図１参照）は、ガス検出室２５（図３参照）を形成する、有底の円筒型のケース２０（図３参照）の開口部を閉塞するベース部３３（図３参照）に、第１伝熱部材である縁部３３ａ（図３参照）を形成して、ベース部３３を結露防止ヒータ５１（図３参照）で加熱する構成とした。この構成によって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできる。
さらに、ケース２０の底壁部２３（図３参照）には、第２伝熱部材である底部伝熱プレート２６（図６の（ａ）参照）を配設し、底壁部２３の側からガス検出室２５のオフガスを加熱する構成とした。この構成によって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差をさらに小さくできる。
そして、ケース２０の半径方向の温度差を小さくすることで、ガス検出室２５内におけるオフガスの結露を好適に防止できるとともに、結露防止ヒータ５１による消費電力を好適に抑制できるという優れた効果を奏する。
【００５８】
なお、本実施形態は、ガス検出室にガスを導入する構成のガスセンサであれば、水素センサに限らず適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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におけるＸ１−Ｘ１断面図である。
【図３】水素センサの検出部の構造を示す図である。
【図４】ベース部に伝熱プレートを備えたことを示す図である。
【図５】凹面のベース部を有する検出部の断面図である。
【図６】（ａ）は、底壁部に底部伝熱プレートを配設した図、（ｂ）は、底部伝熱プレートの形状を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 水素センサ
１１ 制御基板（制御手段）
２０ ケース
２２ 周壁部
２３ 底壁部
２４ ガス導入口
２５ ガス検出室
２６ 底部伝熱プレート（第２伝熱部材）
３１ ガス検出素子
３３ ベース部
３３ａ 縁部（第１伝熱部材）
３４ 温度センサ
３５ 伝熱プレート（第１伝熱部材）
５１ 結露防止ヒータ（ヒータ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池車両に備わる燃料電池システムは、燃料電池（Fuel Cell）のアノードに水素が供給されるとともにカソードに酸素が供給され、アノード及びカソードでの電極反応によって発電する。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出されるガス（オフガス）に未反応の水素が含まれる場合があるため、オフガスの流路にガスセンサ（水素センサ）を設けて、水素濃度を監視している。
ところで、オフガスには、燃料電池の電極反応で発生した水蒸気（水分）が多く含まれることから、オフガスに含まれる水分が、水素センサの検出素子や水素センサのガス検出室を形成するケース等で結露する場合がある。そして結露水が、水素センサのガス検出素子に付着すると、水素センサの劣化や検出精度の低下などの問題が発生する。
【０００４】
このような問題を解決するため、例えば特許文献１には、水素センサのガス検出室におけるオフガスの温度を、水素センサのガス検出室に流入する前のオフガスの温度より高くして、ガス検出室におけるオフガスの飽和水蒸気量を高め、ガス検出室での結露を防止する技術が開示されている。
【０００５】
また、水素センサのガス検出室のオフガスを効率よく加熱するため、水素センサのガス検出室を円筒型に形成してその外周に沿ってヒータを配設し、オフガスをガス検出室の周縁部から加熱する技術も考案されている。
【特許文献１】特許第３８３３５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、円筒型のガス検出室の周縁部からオフガスを加熱する構成の場合、オフガスはガス検出室の周縁部から温度が高くなるため、オフガスには、ガス検出室の周縁部から中心部に向かって温度が低くなるように、ガス検出室の半径方向の温度差が生じる。そして、温度の低い中心部ではオフガスが結露しやすくなるという問題がある。
【０００７】
また、水素センサのガス検出室でオフガスの温度を測定する場合、円筒型のガス検出室においてはその中心部に温度センサを備えることが好適であり、中心部の温度に基づいてガス検出室におけるオフガスの温度が管理される。
この場合、ガス検出室内のオフガスにガス検出室の半径方向の温度差が生じ、中心部の温度が低いと、中心部の温度を高めるためにヒータでの加熱が必要になり、仮にガス検出室の周縁部でオフガスの温度が充分に高い場合であっても、オフガスをヒータで加熱することになる。このことによって、消費電力が増大するという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、ガス検出室内のオフガスに生じる温度差を小さくし、オフガスを加熱するヒータの消費電力を抑えるとともに、ガス検出室内でのオフガスの結露を好適に防止できる水素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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、ケース内に形成されるガス検出室と、前記ガス検出室に臨むように備わるガス検出素子を固定するベース部と、前記ガス検出室にガスを導入するガス導入口と、前記ガス導入口から前記ガス検出室に導入された前記ガスを、前記ケースを介して加熱するヒータと、を有するガスセンサであって、前記ヒータの熱を前記ベース部に伝熱する第１伝熱部材を備えることを特徴とした。
【００１０】
この発明によると、ガス検出素子を固定するベース部を、第１伝熱部材を介してヒータで加熱できる。したがって、ベース部の温度を好適に高めることができ、ガス検出室に導入されたガスに含まれる水分が、ベース部で結露することを防止できる。
【００１１】
また、本発明は、前記ケースは、有底の円筒型であって、前記ベース部は、前記ケースの開口部を閉塞するとともに前記ガス検出室に導入された前記ガスと接触し、前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記ベース部によって加熱されることを特徴とした。
【００１２】
この発明によると、有底の円筒型のケースの開口部を閉塞するベース部は、ケースの半径方向の温度差を生じないように、ガス検出室に導入されたガスを加熱することができる。したがって、ケースを介して加熱されるガスに生じる、ケースの半径方向の温度差を小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記ヒータで直接加熱される第２伝熱部材が、前記ガス検出室の側から前記ケースの底壁部を覆うように配設され、前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記第２伝熱部材によって加熱されることを特徴とした。
【００１４】
この発明によると、有底の円筒型のケースの底壁部に備わる第２伝熱部材は、ガス検出室に導入されたガスを、ケースの半径方向の温度差を生じないように加熱することができる。したがって、ケースを介して加熱されるガスに生じる、ケースの半径方向の温度差を小さくすることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記ガス検出室に導入された前記ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケースの開口部の中心位置で前記ベース部に固定されて備わるとともに、前記温度センサが検出する前記ガスの温度に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段が備わることを特徴とした。
【００１６】
この発明によると、温度センサを、円筒型のケースの開口部の中心位置に備えることができるとともに、制御手段が、温度センサが検出する温度に基づいて、ヒータを制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス検出室内のオフガスに生じる温度差を小さくし、オフガスを加熱するヒータの消費電力を抑えるとともに、ガス検出室内でのオフガスの結露を好適に防止できる水素センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。なお、以下は、例えば燃料電池システムに備わる水素センサをガスセンサの例にして説明する。
図１は、本実施形態に係る水素センサの平面図、図２は、図１におけるＸ１−Ｘ１断面図、図３は、水素センサの検出部の構造を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水素センサ（ガスセンサ）１は、本体１０と、本体１０の下面に備わる検出部２を含んでなり、検出部２は、本体１０の下面に形成された、有底の円筒型のケース２０と、ケース２０に収容されたガス検出素子３１、３１と、ケース２０の外周に沿って配設される結露防止ヒータ（ヒータ）５１を主に備えてなる。
そして、ケース２０の内部空間がガス検出室２５になり、ガス検出室２５の温度を測定する温度センサ３４が備わる。
このような構成の水素センサ１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２参照）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車両の車内の水素濃度を検出する場合に使用される。
【００１９】
本体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（ＰＰＳ）製の容器であり、図２に示すように制御基板１１を収容している。本体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。
【００２０】
制御基板１１は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などからなるコンピュータおよび周辺回路などを備え、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、温度センサ３４が検出するガス検出室２５の温度に基づいて、ガス検出室２５内が結露しないように結露防止ヒータ５１の発熱を制御する機能と、を有する。すなわち、制御基板１１は、請求項に記載の制御手段になる。
【００２１】
図３に示すように、検出部２に備わるケース２０は、有底の円筒型であって、オフガス配管１０５（図２参照）に取り付けられる。そして、ケース２０とオフガス配管１０５との間には、Ｏリング２１（図２参照）が備わって気密性が高められ、オフガス配管１０５を通流するオフガスの漏洩を防止している。
【００２２】
ケース２０は、周壁部２２と底壁部２３とを有し、底壁部２３と対向する側は開口している。
また、底壁部２３の中央には、円形の貫通穴が形成されている。そして、この貫通穴がガス導入口２４になり、オフガスのガス検出室２５への出入口となる。
ケース２０は、熱伝導性を有する、例えば、ＰＰＳ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エポキシ等の樹脂や、ステンレス、アルミニウム合金等の金属で形成される。
【００２３】
ガス導入口２４には、積層体４０が備わっている。積層体４０は、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とフィルタ加熱ヒータ４３とを備え、ガス検出素子３１からオフガス配管１０５（図２参照）に向かう方向に、防爆フィルタ４２、フィルタ加熱ヒータ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、フィルタ加熱ヒータ４３は、撥水フィルタ４１と防爆フィルタ４２とではさまれており、これらは相互に接触している。
【００２４】
撥水フィルタ４１は、オフガス配管１０５（図２参照）を通流するオフガスを透過しつつ、オフ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形成される。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に浸入できない構造になっている。
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。
【００２５】
フィルタ加熱ヒータ４３は、撥水フィルタ４１及び防爆フィルタ４２を直接加熱する電気ヒータであり、結露防止ヒータ５１と同様に、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ、セラミックスヒータ、ニクロム線などにより構成される。フィルタ加熱ヒータ４３に電力を供給するための配線（図示せず）は、例えば、ケース２０内を通って制御基板１１と接続されており、制御基板１１がフィルタ加熱ヒータ４３の発熱を制御する。
そして、制御基板１１の制御によってフィルタ加熱ヒータ４３が発熱すると、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。
【００２６】
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に浸入することを防止しつつ、フィルタ加熱ヒータ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、この水蒸気をケース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、図３に示すように、フィルタ加熱ヒータ４３には、オフガスを通過させるための複数の貫通孔４３ａが形成されている。
【００２７】
ガス検出素子３１は、ガス検出室２５に導入さ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に臨むように備わる。詳細には、ガス検出素子３１は金属製のステー３２、３２を介してベース部３３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部３３が本体１０（図２参照）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（図２参照）と接続されており、制御基板１１は水素濃度を検出可能になっている。
【００２８】
ガス検出素子３１の種類、数、及び配置は、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方式である場合、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、燃焼する際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子との間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
【００２９】
また、ガス検出室２５の温度を検出する温度センサ３４が、ケース２０の円形となる開口部の中心位置で、ベース部３３に取り付けられている。そして、温度センサ３４は制御基板１１（図２参照）に接続されており、制御基板１１はガス検出室２５の温度に基づいて、結露防止ヒータ５１及びフィルタ加熱ヒータ４３の発熱を制御するように構成されている。
【００３０】
ベース部３３は、本体１０（図２参照）の下方に円盤状に突出して備わる部材で、有底の円筒型のケース２０の開口に嵌合して開口を閉塞し、ガス検出室２５内のオフガスに接触する。
また、ベース部３３の周縁部には縁部３３ａが形成される。縁部３３ａは、円周に沿って外側に広がった部分の端部が下方に折れ曲がって形成され、断面形状が逆Ｌ字型を呈する。
そして、縁部３３ａは、下方に折れ曲がった部分がケース２０の周壁部２２の端部を外側から覆うように構成される。
【００３１】
結露防止ヒータ５１は、ケース２０の周壁部２２の外周面に沿って配設される円筒型の電気ヒータであり、例えばフィルタ加熱ヒータ４３と同様に、ＰＴＣヒータ、セラミックスヒータ、ニクロム線等から構成される。そして、結露防止ヒータ５１は、図示しない配線を介して制御基板１１（図２参照）と接続され、制御基板１１によって、その発熱が制御される。
【００３２】
この構成によって、結露防止ヒータ５１の熱は、ケース２０を介して、ガス検出素子３１等に伝熱するようになっている。
さらに、結露防止ヒータ５１は、ガス検出室２５内のオフガスをケース２０を介して加熱できる。
また、円筒型の結露防止ヒータ５１の一端の側は半径方向に広がって拡径部５１ａが形成され、拡径部５１ａは、ケース２０の周壁部２２の外周の端部を覆うベース部３３の縁部３３ａを、外側から覆う構成が好適である。
【００３３】
制御基板１１（図２参照）の制御によって結露防止ヒータ５１が発熱すると、ケース２０の周壁部２２は外側から結露防止ヒータ５１によって加熱され、その熱は内周面２２ａに伝熱される。そして、内周面２２ａに伝熱された熱で、ガス検出室２５内のオフガスが加熱される。したがって、ガス検出室２５内のオフガスは周縁部が高温で中心部に向かって温度が低くなり、ケース２０の半径方向の温度差が生じる。
【００３４】
本実施形態においては、ベース部３３に縁部３３ａを形成してケース２０の周壁部２２を外側から覆い、さらに、その外周に結露防止ヒータ５１の拡径部５１ａを配設した。この構成によって、ベース部３３は、結露防止ヒータ５１の拡径部５１ａで、縁部３３ａを介して加熱される。ベース部３３が加熱されると、その熱によってガス検出室２５内のオフガスが加熱される。したがって、ガス検出室２５内のオフガスはベース部３３の側からも加熱されることになる。
以上のように、縁部３３ａが、結露防止ヒータ５１が発する熱をベース部３３に伝熱する第１伝熱部材になる。
【００３５】
また、ベース部３３は、樹脂素材に比べて熱伝導率の高いステンレスやアルミニウム合金などの金属で形成することが好適である。このような素材からなるベース部３３は、結露防止ヒータ５１から最も離れた円形の中心部も結露防止ヒータ５１によって速やかに加熱される。したがって、ベース部３３は周縁部と中心部の温度差がほとんどなく、温度分布が一様な発熱体として、ガス検出室２５内のオフガスを加熱できる。
すなわち、ガス検出室２５に導入されたオフガスは、ケース２０の半径方向の温度差を生じないように、ベース部３３によって加熱される。
【００３６】
図３に示すように、ベース部３３には、ステー３２を介してガス検出素子３１が固定される。すなわち、ガス検出素子３１は、ベース部３３に近い位置に配設される。
前記したように、ガス検出室２５内のオフガスがベース部３３によって加熱されると、ガス検出素子３１の周囲のオフガスは温度が高くなる。したがって、ガス検出素子３１の周囲のオフガスは結露しにくくなり、ガス検出素子３１での結露を防止できる。
【００３７】
また、この構成によって、ガス検出室２５のベース部３３の側においては、ガス検出室２５の周縁部と中心部に温度差を生じないようにオフガスを加熱することができ、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできる。
【００３８】
さらに、ベース部３３は、有底の円筒型のガス検出室２５の周縁部と中心部で温度差が生じないようにオフガスを加熱し、その熱は、ベース部３３と対向する底壁部２３の側に向かって、ガス検出室２５の周縁部と中心部で等しく伝熱する。
したがって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ガス検出室２５の半径方向の温度差を、底壁部２３の側に向かって小さくできる。
【００３９】
前記したように、ガス検出室２５内のオフガスに、ケース２０の半径方向の温度差が生じると、ガス検出室２５内でオフガスの温度が低い箇所では、オフガスに含まれる水分が結露するが、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくすることで、ガス検出室２５内のオフガスの温度を一様に高くすることができ、オフガスの結露を抑制できる。
【００４０】
また、ガス検出室２５内のオフガスの温度を検出するため、ガス検出室２５には温度センサ３４が備えられる。この場合、検出部２に備わるガス検出素子３１などの部品の配置や実装密度を考慮すると、円形となるケース２０の開口の中心位置に温度センサ３４を備えることが好適である。
【００４１】
しかしながら、ガス検出室２５内のオフガスに、ケース２０の半径方向の温度差が生じると、中心部の温度が最低になり、温度センサ３４は、ガス検出室２５内のオフガスの最低温度を検出することになる。
その結果、仮にガス検出室２５の周縁部でオフガスの温度が充分に高い場合であっても、温度センサ３４が検出する温度が低くなり、温度センサ３４が検出する温度に基づいて結露防止ヒータ５１の発熱を制御する制御基板１１は、結露防止ヒータ５１の発熱を継続する。したがって、結露防止ヒータ５１での消費電力が増える。
【００４２】
本実施形態に係る水素センサ１（図１参照）は、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできることから、温度センサ３４がガス検出室２５の中心部で検出するオフガスと、ガス検出室２５の周縁部におけるオフガスの温度差が小さくなる。
換言すると、ガス検出室２５の周縁部でオフガスの温度が充分に高くなると、温度センサ３４が検出する温度も高くなり、制御基板１１は結露防止ヒータ５１の発熱を停止する。したがって、結露防止ヒータ５１における消費電力を抑制できる。
【００４３】
また、本実施形態に係る水素センサ１（図１参照）は、ケース２０の周壁部２２とベース部３３でオフガスを加熱することから、ガス検出室２５におけるオフガスの温度を速やかに高めることができる。
したがって、ガス導入口２４を介してガス検出室２５内に導入されたオフガスの温度が低い場合であっても、ガス検出室２５におけるオフガスの温度を速やかに高めることができ、オフガスの結露を防止できる。
【００４４】
図４は、ベース部に伝熱プレートを備えたことを示す図である。
図４に示すように、ベース部３３に縁部３３ａ（図３参照）を形成せず、結露防止ヒータ５１の熱を伝熱する伝熱プレート３５を備える構成であってもよい。
伝熱プレート３５は、例えば円盤状のベース部３３の周縁部を覆う平面部３５ａと、平面部３５ａの周囲がベース部３３の本体１０からの突出に沿って屈曲して、さらに外側に広がり、外側に広がった周囲が下方に折れ曲がって形成される伝熱部３５ｂとからなる。
すなわち、伝熱プレート３５の伝熱部３５ｂは、平面部３５ａの周囲に溝状に形成される。そして、ケース２０の周壁部２２が溝状の伝熱部３５ｂに嵌合するように組み込まれ、伝熱部３５ｂの下方に折れ曲がった部分は、ケース２０の周壁部２２の端部を外側から覆うように構成される。
【００４５】
そして、円筒型の結露防止ヒータ５１の一端の側に形成される拡径部５１ａが、伝熱プレート３５の伝熱部３５ｂを外側から覆う構成とする
【００４６】
伝熱プレート３５は、例えばステンレスやアルミニウムなど、樹脂素材に比べて熱伝導率の高い金属のプレス加工品であることが好適で、この構成によって、図３に示すようにベース部３３に縁部３３ａを形成する場合と同等の効果を奏する。すなわち、伝熱プレート３５は、請求項に記載の第１伝熱部材となる。
【００４７】
図５は、凹面のベース部を有する検出部の断面図である。
本実施形態に係る水素センサ１は、図５に示すように、ベース部３３のガス検出室２５側の面を凹面形状にして、ベース部３３が上方になるように水素センサ１をオフガス配管１０５（図２参照）に備えたときに、ベース部３３の中心部が高くなる構成としてもよい。
【００４８】
ガス検出室２５内のオフガスは、結露防止ヒータ５１によってケース２０の周壁部２２から加熱されることから、ガス検出室２５内のオフガスは、周壁部２２の側の温度が高くなる。
図５に示すように、ガス検出室２５の側でベース部３３を凹面形状にして、ベース部３３が上方になるように水素センサ１をオフガス配管１０５（図２参照）に備えた場合、周壁部２２の側で加熱された温度の高いオフガスは、矢印で示すように、ベース部３３の凹面形状に沿って上昇する。その結果、ガス検出室２５内にオフガスの対流が発生して、ガス検出室２５内におけるオフガスの温度分布を一様にすることができる。
また、ベース部３３の中央部に結露した結露水を、凹面形状に沿って周壁部２２の側に流すことができ、さらに周壁部２２の内周面２２ａ（図３参照）に沿って下方に流すことができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、図３に示すように、ベース部３３に縁部３３ａを形成してベース部３３を縁部３３ａを介して結露防止ヒータ５１で加熱し、ガス検出室２５内のオフガスをベース部３３の側から加熱する構成とした。
この構成によると、ベース部３３と対向する底壁部２３の側は、周壁部２２からのみ加熱されるため、ガス検出室２５内のオフガスには、ケース２０の半径方向の温度差が生じる場合がある。
そこで、例えば底壁部２３の側からもガス検出室２５内のオフガスを加熱する構成としてもよい。
【００５０】
図６の（ａ）は、底壁部に底部伝熱プレートを配設した図、（ｂ）は、底部伝熱プレートの形状を示す図である。
図６の（ａ）に示すように、底部伝熱プレート（第２伝熱部材）２６は、ケース２０の底壁部２３の形状と等しく形成され、ケース２０が有底の円筒型の場合、底部伝熱プレート２６の平面形状は円盤形状になる。
底部伝熱プレート２６は、ガス検出室２５の側から底壁部２３を覆うように配設され、ガス検出室２５内のオフガスと直接接触する。
さらに、底部伝熱プレート２６の中心には、ガス導入口２４と略同形の開口部２６ａがあり、ガス導入口２４を介してガス検出室２５に導入されるオフガスの流れを妨げない構成とする。
【００５１】
底部伝熱プレート２６は、例えばステンレスやアルミニウムなど、樹脂素材に比べて熱伝導率の高い金属のプレス加工品であることが好適で、図６の（ｂ）に示すように、周縁部には、円周から外側に向かって突出する複数（図６には３つ記載）の伝熱部２６ｂが形成される。
伝熱部２６ｂの先端は、ケース２０の周壁部２２を貫通孔２２ｂを介して貫通し、周壁部２２の外周に沿うように、上方に折り曲げられる。
このように底部伝熱プレート２６が備わるケース２０は、例えばケース２０を成形する金型に、金属のプレス加工品である底部伝熱プレート２６をあらかじめインサートしておくインサート成形によって作成できる。
【００５２】
ケース２０の周壁部２２の外周面に沿って備わる結露防止ヒータ５１は、例えば底部伝熱プレート２６の伝熱部２６ｂに対応する位置が外側に張り出し、伝熱部２６ｂの上方に折れ曲がった部分を外側から覆うように備わる。
制御基板１１（図２参照）の制御によって結露防止ヒータ５１が発熱すると、伝熱部２６ｂは外側から結露防止ヒータ５１によって加熱され、その熱が底部伝熱プレート２６に伝熱する。すなわち、底部伝熱プレート２６は結露防止ヒータ５１によって直接加熱され、温度分布が一様な発熱体となる。
【００５３】
この構成によって、ケース２０の底壁部２３の側においては、ガス検出室２５の周縁部と中心部で温度差が生じないように、ガス検出室２５内のオフガスを加熱することができ、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできる。
【００５４】
さらに、底部伝熱プレート２６は、ガス検出室２５の周縁部と中心部で温度差が生じないようにオフガスを加熱し、その熱は、底壁部２３と対向するベース部３３（図３参照）の側に向かって、ガス検出室２５の周縁部と中心部で等しく伝熱する。
したがって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を、ベース部３３の側に向かって小さくできる。
【００５５】
以上、図３に示すように、ベース部３３に形成される縁部３３ａを結露防止ヒータ５１で加熱することでベース部３３を直接加熱する構成と、図６の（ａ）に示すように、ケース２０の底壁部２３に配設される底部伝熱プレート２６を、結露防止ヒータ５１で直接加熱する構成を共に備えるガス検出室２５とすることで、本実施形態に係る水素センサ１（図２参照）は、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできるという優れた効果を奏する。
【００５６】
もちろん、ベース部３３に縁部３３ａを形成して、ベース部３３を縁部３３ａを介して結露防止ヒータ５１で加熱する構成と、ケース２０の底壁部２３に底部伝熱プレート２６を備え、底部伝熱プレート２６を結露防止ヒータ５１で直接加熱する構成のどちらか一方を単独に備えるガス検出室２５であってもよい。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係る水素センサ１（図１参照）は、ガス検出室２５（図３参照）を形成する、有底の円筒型のケース２０（図３参照）の開口部を閉塞するベース部３３（図３参照）に、第１伝熱部材である縁部３３ａ（図３参照）を形成して、ベース部３３を結露防止ヒータ５１（図３参照）で加熱する構成とした。この構成によって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差を小さくできる。
さらに、ケース２０の底壁部２３（図３参照）には、第２伝熱部材である底部伝熱プレート２６（図６の（ａ）参照）を配設し、底壁部２３の側からガス検出室２５のオフガスを加熱する構成とした。この構成によって、ガス検出室２５内のオフガスに生じる、ケース２０の半径方向の温度差をさらに小さくできる。
そして、ケース２０の半径方向の温度差を小さくすることで、ガス検出室２５内におけるオフガスの結露を好適に防止できるとともに、結露防止ヒータ５１による消費電力を好適に抑制できるという優れた効果を奏する。
【００５８】
なお、本実施形態は、ガス検出室にガスを導入する構成のガスセンサであれば、水素センサに限らず適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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におけるＸ１−Ｘ１断面図である。
【図３】水素センサの検出部の構造を示す図である。
【図４】ベース部に伝熱プレートを備えたことを示す図である。
【図５】凹面のベース部を有する検出部の断面図である。
【図６】（ａ）は、底壁部に底部伝熱プレートを配設した図、（ｂ）は、底部伝熱プレートの形状を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 水素センサ
１１ 制御基板（制御手段）
２０ ケース
２２ 周壁部
２３ 底壁部
２４ ガス導入口
２５ ガス検出室
２６ 底部伝熱プレート（第２伝熱部材）
３１ ガス検出素子
３３ ベース部
３３ａ 縁部（第１伝熱部材）
３４ 温度センサ
３５ 伝熱プレート（第１伝熱部材）
５１ 結露防止ヒータ（ヒータ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に形成されるガス検出室と、
前記ガス検出室に臨むように備わるガス検出素子を固定するベース部と、
前記ガス検出室にガスを導入するガス導入口と、
前記ガス導入口から前記ガス検出室に導入された前記ガスを、前記ケースを介して加熱するヒータと、を有するガスセンサであって、
前記ヒータの熱を前記ベース部に伝熱する第１伝熱部材を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記ケースは、有底の円筒型であって、
前記ベース部は、前記ケースの開口部を閉塞するとともに前記ガス検出室に導入された前記ガスと接触し、
前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記ベース部によって加熱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】
前記ヒータで直接加熱される第２伝熱部材が、前記ガス検出室の側から前記ケースの底壁部を覆うように配設され、
前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記第２伝熱部材によって加熱され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】
前記ガス検出室に導入された前記ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケースの開口部の中心位置で前記ベース部に固定されて備わるとともに、
前記温度センサが検出する前記ガスの温度に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段が備わること、を特徴とする請求項２または請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項１】
ケース内に形成されるガス検出室と、
前記ガス検出室に臨むように備わるガス検出素子を固定するベース部と、
前記ガス検出室にガスを導入するガス導入口と、
前記ガス導入口から前記ガス検出室に導入された前記ガスを、前記ケースを介して加熱するヒータと、を有するガスセンサであって、
前記ヒータの熱を前記ベース部に伝熱する第１伝熱部材を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記ケースは、有底の円筒型であって、
前記ベース部は、前記ケースの開口部を閉塞するとともに前記ガス検出室に導入された前記ガスと接触し、
前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記ベース部によって加熱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】
前記ヒータで直接加熱される第２伝熱部材が、前記ガス検出室の側から前記ケースの底壁部を覆うように配設され、
前記ガス検出室に導入された前記ガスは、前記ケースの半径方向の温度差を生じないように、前記第２伝熱部材によって加熱され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】
前記ガス検出室に導入された前記ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケースの開口部の中心位置で前記ベース部に固定されて備わるとともに、
前記温度センサが検出する前記ガスの温度に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段が備わること、を特徴とする請求項２または請求項３に記載のガスセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２２１７（Ｐ２０１０−２２１７Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５９３４３（Ｐ２００８−１５９３４３）
【出願日】平成２０年６月１８日（２００８．６．１８）
【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２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１８日（２００８．６．１８）
【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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