ガスセンサ
【課題】水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサにおいて、検出素子の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させる。
【解決手段】ガスセンサ１００は、主配管１０と、ベンチュリ管１２と、ガス検知室２０と、配管１４とを備える。主配管１０と、ベンチュリ管１２とは、直列に接続されており、これらには、混合ガスの主流が流れる。主配管１０の側面には、主配管１０と連通するガス検知室２０が接続されている。そして、このガス検知室２０と、ベンチュリ管１２の絞り部分とが、配管１４によって接続されている。ガス検知室２０内には、検知対象ガスの濃度を検出する検出素子３０が配置されている。ガス検知室２０のガス導入口２２には、撥水フィルタ２４が配置されている。
【解決手段】ガスセンサ１００は、主配管１０と、ベンチュリ管１２と、ガス検知室２０と、配管１４とを備える。主配管１０と、ベンチュリ管１２とは、直列に接続されており、これらには、混合ガスの主流が流れる。主配管１０の側面には、主配管１０と連通するガス検知室２０が接続されている。そして、このガス検知室２０と、ベンチュリ管１２の絞り部分とが、配管１４によって接続されている。ガス検知室２０内には、検知対象ガスの濃度を検出する検出素子３０が配置されている。ガス検知室２０のガス導入口２２には、撥水フィルタ２４が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関し、詳しくは、水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサについて、多湿環境で使用するのに適したガスセンサが提案されている。例えば、下記特許文献１には、被検知ガス（検知対象ガス）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から被検知ガスの濃度を検出するガスセンサに関する技術が記載されている。このガスセンサは、検出素子と温度補償素子を収容するケース（ガス検知室）の被検知ガス導入口に撥水フィルタを配置することによって、被検知ガスが流れる流路の水分がガス検知室内に浸入するのを防止している。この結果、検出素子の被水を防止し、検出素子の素子破壊や、感度低下を防止することができる。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３／０４２６７８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、上記特許文献１に記載された技術では、撥水フィルタによって、ガス検知室内のガスの流れが阻害され、ガス検出室内で検知対象ガスが滞留し、循環が悪くなるため、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性が悪かった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサにおいて、検出素子の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明のガスセンサは、
水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
前記混合ガスを流す主配管と、
該主配管における前記混合ガスの流れ方向の下流側に接続されたベンチュリ管と、
前記主配管から分岐して前記ベンチュリ管の絞り部分近傍に前記混合ガスを流すバイパス配管と、
該バイパス配管内に配置され、前記検知対象ガスの濃度を検出する検出素子と、
前記バイパス配管において、前記混合ガスの流れ方向の前記検出素子の上流側に設けられた撥水フィルタと、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明では、主配管、および、ベンチュリ管に混合ガスを流したときに、主配管の内径とベンチュリ管の絞り部分の内径との差によって、主配管における混合ガスの流速よりも、ベンチュリ管の絞り部分における混合ガスの流速の方が高くなり、ベルヌーイの定理によって、ベンチュリ管における絞りの上流側と絞り部分と間に圧力差が生じる。このとき、ベンチュリ管の絞り部分の圧力は、上流側の圧力よりも低くなる。このため、バイパス配管内の混合ガスは、ベンチュリ管に引き込まれ、主配管からバイパス配管に混合ガスが流れる。したがって、バイパス配管において、混合ガスの流れ方向の検出素子の上流側（例えば、主配管とバイパス配管との接合部等）に撥水フィルタが設けられていても、バイパス配管内の混合ガスは、滞留せずに、速やかに掃気することができる。この結果、主配管に流れる混合ガス中の検知対象ガスの濃度が変化したときの、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、バイパス配管において、混合ガスの流れ方向の検出素子の上流側に設けられた撥水フィルタによって、主配管からバイパス配管内の検出素子近傍への水分の浸入を防止することができる。つまり、本発明のガスセンサによって、検出素子の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、本発明では、バイパス配管内を掃気するためのポンプ等を設置する必要もない。
【０００８】
なお、本発明のガスセンサにおいて、撥水フィルタとともに、多孔質金属板を設けるようにしてもよい。
【０００９】
こうすることによって、撥水フィルタの通気性を大きく損なうことなく、バイパス配管に混合ガスが流入するときの圧力変動による撥水フィルタの変形や、破損を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明のガスセンサにおいて、バイパス配管における混合ガスの流れ方向の検出素子の上流側のバイパス配管内に、さらに、混合ガスを加熱するヒータを設けるようにしてもよい。
【００１１】
こうすることによって、混合ガス中の水分が撥水フィルタをわずかに透過した場合であっても、その水分がバイパス配管内で凝結することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００１３】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのガスセンサ１００の概略構成を示す断面図である。このガスセンサ１００は、水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサであり、例えば、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノードから排出される水分を含むアノードオフガス中の水素の濃度を検出するために用いられる。
【００１４】
図示するように、ガスセンサ１００は、主配管１０と、ベンチュリ管１２と、ガス検知室２０と、配管１４とを備えている。主配管１０と、ベンチュリ管１２とは、直列に接続されており、これらには、主配管１０からベンチュリ管１２へ混合ガスの主流が流れる。ベンチュリ管１２は、流体の流れを絞ることによって、流速を増加させ、この流速が高い部分において、流速が低い部分よりも低い圧力を発生させるものである。主配管１０の内径、および、ベンチュリ管１２の絞り部分の内径は、任意に設定可能である。
【００１５】
主配管１０の側面には、主配管１０と連通するガス検知室２０が接続されている。そして、このガス検知室２０と、ベンチュリ管１２の絞り部分とが、配管１４によって接続されている。したがって、主配管１０から分岐して、ガス検知室２０のガス導入口２２から導入された混合ガスは、ガス検知室２０、ガス検知室２０のガス排出口２８、配管１４を通って、ベンチュリ管１２に流れる。ガス検知室２０、および、配管１４は、本発明におけるバイパス配管に相当する。
【００１６】
ガス検知室２０内には、検知対象ガスの濃度を検出する検出素子３０や、検出素子３０から出力された信号の信号処理を行う回路基板４０が配置されている。検出素子３０としては、半導体素子等、種々の素子を適用することができる。なお、検出素子３０は、ガス検知室２０内において、混合ガスが滞留しにくい部分に配置されている。また、回路基板４０は、ガス検知室２０の外部に配置するようにしてもよい。
【００１７】
ガス検知室２０のガス導入口２２には、撥水フィルタ２４と、多孔質金属板２６とが配置されている。撥水フィルタ２４によって、主配管１０を流れる混合ガス中の水分が、ガス検知室２０に浸入するのを防止することができる。また、多孔質金属板２６によって、撥水フィルタ２４の通気性を大きく損なうことなく、ガス検知室２０に混合ガスが流入するときの圧力変動による撥水フィルタ２４の変形や、破損を抑制することができる。
【００１８】
以上説明した本実施例のガスセンサ１００によれば、主配管１０、および、ベンチュリ管１２に混合ガスを流したときに、主配管１０の内径とベンチュリ管１２の絞り部分の内径との差によって、主配管１０における混合ガスの流速よりも、ベンチュリ管１２の絞り部分における混合ガスの流速の方が高くなり、ベルヌーイの定理によって、ベンチュリ管１２における絞りの上流側と絞り部分と間に圧力差が生じる。このとき、ベンチュリ管１２の絞り部分の圧力は、上流側の圧力よりも低くなる。このため、配管１４内の混合ガスがベンチュリ管１２に引き込まれ、主配管１０からガス検知室２０、および、配管１４に混合ガスが流れる。したがって、ガス検知室２０のガス導入口２２に撥水フィルタ２４が設けられていても、ガス検知室２０、および、配管１４内の混合ガスは、滞留せずに、速やかに掃気することができる。この結果、主配管１０に流れる混合ガス中の検知対象ガスの濃度が変化したときの、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、撥水フィルタ２４によって、主配管１０からガス検知室２０内の検出素子３０近傍への水分の浸入を防止することができる。つまり、本実施例のガスセンサ１００によって、検出素子３０の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、ガス検知室２０内を掃気するためのポンプ等を設置する必要もない。
【００１９】
Ｂ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
【００２０】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、ガス検知室２０のガス導入口２２に、撥水フィルタ２４とともに多孔質金属板２６を備えるものとしたが、多孔質金属板２６を備えないようにしてもよい。
【００２１】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例のガスセンサ１００において、ガス検知室２０内に、さらに、混合ガスを加熱するためのヒータを備えるようにしてもよい。こうすることによって、主配管１０を流れる混合ガス中の水分が撥水フィルタ２４をわずかに透過した場合であっても、その水分がガス検知室２０内で凝結することを防止することができる。
【００２２】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例のガスセンサ１００において、さらに、ベンチュリ管１２の絞りを制御する手段を備えるようにし、例えば、主配管１０を流れる混合ガスの流量に応じて、この絞りを制御するようにしてもよい。こうすることによって、主配管１０を流れる混合ガスの流量が比較的少ない場合でも、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。
【００２３】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例では、ガスセンサ１００は、ガス検知室２０と配管１４とを備えるものとしたが、両者が一体となった１つのバイパス配管を備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例としてのガスセンサ１００の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００…ガスセンサ
１０…主配管
１２…ベンチュリ管
１４…配管
２０…ガス検知室
２２…ガス導入口
２４…撥水フィルタ
２６…多孔質金属板
２８…ガス排出口
３０…検出素子
４０…回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関し、詳しくは、水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサについて、多湿環境で使用するのに適したガスセンサが提案されている。例えば、下記特許文献１には、被検知ガス（検知対象ガス）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から被検知ガスの濃度を検出するガスセンサに関する技術が記載されている。このガスセンサは、検出素子と温度補償素子を収容するケース（ガス検知室）の被検知ガス導入口に撥水フィルタを配置することによって、被検知ガスが流れる流路の水分がガス検知室内に浸入するのを防止している。この結果、検出素子の被水を防止し、検出素子の素子破壊や、感度低下を防止することができる。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３／０４２６７８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、上記特許文献１に記載された技術では、撥水フィルタによって、ガス検知室内のガスの流れが阻害され、ガス検出室内で検知対象ガスが滞留し、循環が悪くなるため、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性が悪かった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサにおいて、検出素子の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明のガスセンサは、
水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
前記混合ガスを流す主配管と、
該主配管における前記混合ガスの流れ方向の下流側に接続されたベンチュリ管と、
前記主配管から分岐して前記ベンチュリ管の絞り部分近傍に前記混合ガスを流すバイパス配管と、
該バイパス配管内に配置され、前記検知対象ガスの濃度を検出する検出素子と、
前記バイパス配管において、前記混合ガスの流れ方向の前記検出素子の上流側に設けられた撥水フィルタと、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明では、主配管、および、ベンチュリ管に混合ガスを流したときに、主配管の内径とベンチュリ管の絞り部分の内径との差によって、主配管における混合ガスの流速よりも、ベンチュリ管の絞り部分における混合ガスの流速の方が高くなり、ベルヌーイの定理によって、ベンチュリ管における絞りの上流側と絞り部分と間に圧力差が生じる。このとき、ベンチュリ管の絞り部分の圧力は、上流側の圧力よりも低くなる。このため、バイパス配管内の混合ガスは、ベンチュリ管に引き込まれ、主配管からバイパス配管に混合ガスが流れる。したがって、バイパス配管において、混合ガスの流れ方向の検出素子の上流側（例えば、主配管とバイパス配管との接合部等）に撥水フィルタが設けられていても、バイパス配管内の混合ガスは、滞留せずに、速やかに掃気することができる。この結果、主配管に流れる混合ガス中の検知対象ガスの濃度が変化したときの、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、バイパス配管において、混合ガスの流れ方向の検出素子の上流側に設けられた撥水フィルタによって、主配管からバイパス配管内の検出素子近傍への水分の浸入を防止することができる。つまり、本発明のガスセンサによって、検出素子の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、本発明では、バイパス配管内を掃気するためのポンプ等を設置する必要もない。
【０００８】
なお、本発明のガスセンサにおいて、撥水フィルタとともに、多孔質金属板を設けるようにしてもよい。
【０００９】
こうすることによって、撥水フィルタの通気性を大きく損なうことなく、バイパス配管に混合ガスが流入するときの圧力変動による撥水フィルタの変形や、破損を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明のガスセンサにおいて、バイパス配管における混合ガスの流れ方向の検出素子の上流側のバイパス配管内に、さらに、混合ガスを加熱するヒータを設けるようにしてもよい。
【００１１】
こうすることによって、混合ガス中の水分が撥水フィルタをわずかに透過した場合であっても、その水分がバイパス配管内で凝結することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００１３】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのガスセンサ１００の概略構成を示す断面図である。このガスセンサ１００は、水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサであり、例えば、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノードから排出される水分を含むアノードオフガス中の水素の濃度を検出するために用いられる。
【００１４】
図示するように、ガスセンサ１００は、主配管１０と、ベンチュリ管１２と、ガス検知室２０と、配管１４とを備えている。主配管１０と、ベンチュリ管１２とは、直列に接続されており、これらには、主配管１０からベンチュリ管１２へ混合ガスの主流が流れる。ベンチュリ管１２は、流体の流れを絞ることによって、流速を増加させ、この流速が高い部分において、流速が低い部分よりも低い圧力を発生させるものである。主配管１０の内径、および、ベンチュリ管１２の絞り部分の内径は、任意に設定可能である。
【００１５】
主配管１０の側面には、主配管１０と連通するガス検知室２０が接続されている。そして、このガス検知室２０と、ベンチュリ管１２の絞り部分とが、配管１４によって接続されている。したがって、主配管１０から分岐して、ガス検知室２０のガス導入口２２から導入された混合ガスは、ガス検知室２０、ガス検知室２０のガス排出口２８、配管１４を通って、ベンチュリ管１２に流れる。ガス検知室２０、および、配管１４は、本発明におけるバイパス配管に相当する。
【００１６】
ガス検知室２０内には、検知対象ガスの濃度を検出する検出素子３０や、検出素子３０から出力された信号の信号処理を行う回路基板４０が配置されている。検出素子３０としては、半導体素子等、種々の素子を適用することができる。なお、検出素子３０は、ガス検知室２０内において、混合ガスが滞留しにくい部分に配置されている。また、回路基板４０は、ガス検知室２０の外部に配置するようにしてもよい。
【００１７】
ガス検知室２０のガス導入口２２には、撥水フィルタ２４と、多孔質金属板２６とが配置されている。撥水フィルタ２４によって、主配管１０を流れる混合ガス中の水分が、ガス検知室２０に浸入するのを防止することができる。また、多孔質金属板２６によって、撥水フィルタ２４の通気性を大きく損なうことなく、ガス検知室２０に混合ガスが流入するときの圧力変動による撥水フィルタ２４の変形や、破損を抑制することができる。
【００１８】
以上説明した本実施例のガスセンサ１００によれば、主配管１０、および、ベンチュリ管１２に混合ガスを流したときに、主配管１０の内径とベンチュリ管１２の絞り部分の内径との差によって、主配管１０における混合ガスの流速よりも、ベンチュリ管１２の絞り部分における混合ガスの流速の方が高くなり、ベルヌーイの定理によって、ベンチュリ管１２における絞りの上流側と絞り部分と間に圧力差が生じる。このとき、ベンチュリ管１２の絞り部分の圧力は、上流側の圧力よりも低くなる。このため、配管１４内の混合ガスがベンチュリ管１２に引き込まれ、主配管１０からガス検知室２０、および、配管１４に混合ガスが流れる。したがって、ガス検知室２０のガス導入口２２に撥水フィルタ２４が設けられていても、ガス検知室２０、および、配管１４内の混合ガスは、滞留せずに、速やかに掃気することができる。この結果、主配管１０に流れる混合ガス中の検知対象ガスの濃度が変化したときの、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、撥水フィルタ２４によって、主配管１０からガス検知室２０内の検出素子３０近傍への水分の浸入を防止することができる。つまり、本実施例のガスセンサ１００によって、検出素子３０の被水を防止するとともに、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。また、ガス検知室２０内を掃気するためのポンプ等を設置する必要もない。
【００１９】
Ｂ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
【００２０】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、ガス検知室２０のガス導入口２２に、撥水フィルタ２４とともに多孔質金属板２６を備えるものとしたが、多孔質金属板２６を備えないようにしてもよい。
【００２１】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例のガスセンサ１００において、ガス検知室２０内に、さらに、混合ガスを加熱するためのヒータを備えるようにしてもよい。こうすることによって、主配管１０を流れる混合ガス中の水分が撥水フィルタ２４をわずかに透過した場合であっても、その水分がガス検知室２０内で凝結することを防止することができる。
【００２２】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例のガスセンサ１００において、さらに、ベンチュリ管１２の絞りを制御する手段を備えるようにし、例えば、主配管１０を流れる混合ガスの流量に応じて、この絞りを制御するようにしてもよい。こうすることによって、主配管１０を流れる混合ガスの流量が比較的少ない場合でも、検知対象ガスの濃度の検出についての応答性を向上させることができる。
【００２３】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例では、ガスセンサ１００は、ガス検知室２０と配管１４とを備えるものとしたが、両者が一体となった１つのバイパス配管を備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例としてのガスセンサ１００の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００…ガスセンサ
１０…主配管
１２…ベンチュリ管
１４…配管
２０…ガス検知室
２２…ガス導入口
２４…撥水フィルタ
２６…多孔質金属板
２８…ガス排出口
３０…検出素子
４０…回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
前記混合ガスを流す主配管と、
該主配管における前記混合ガスの流れ方向の下流側に接続されたベンチュリ管と、
前記主配管から分岐して前記ベンチュリ管の絞り部分近傍に前記混合ガスを流すバイパス配管と、
該バイパス配管内に配置され、前記検知対象ガスの濃度を検出する検出素子と、
前記バイパス配管において、前記混合ガスの流れ方向の前記検出素子の上流側に設けられた撥水フィルタと、
を備えるガスセンサ。
【請求項１】
水分を含む混合ガス中の所定の検知対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
前記混合ガスを流す主配管と、
該主配管における前記混合ガスの流れ方向の下流側に接続されたベンチュリ管と、
前記主配管から分岐して前記ベンチュリ管の絞り部分近傍に前記混合ガスを流すバイパス配管と、
該バイパス配管内に配置され、前記検知対象ガスの濃度を検出する検出素子と、
前記バイパス配管において、前記混合ガスの流れ方向の前記検出素子の上流側に設けられた撥水フィルタと、
を備えるガスセンサ。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１９８８９３（Ｐ２００７−１９８８９３Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７５３５（Ｐ２００６−１７５３５）
【出願日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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