(57)【要約】【課題】  通電部の腐食または漏電を防止して信頼性が高く、寿命の長いガスセンサを提供する。【解決手段】  被検出ガス内に設置され、被検出ガスを検出する検出部２と、検出部２を回路部２０と電気的に接続するための通電部３とを有するガスセンサ１であって、通電部３は、保持板４を貫通したピン状に形成され、検出部２は、保持板４の一方の面４ｃ側において通電部３に接続され、保持板４の他方の面４ｄは、保持板４の被取付面２２ａに対面し、他方の面４ｄと被取付面２２ａの間の部分と、一方の面４ｃ側から突出した通電部３の突出部分とが、絶縁部材５ａ，５ｂで封止された構成とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガス内に設置され、前記被検出ガスを検出する検出部と、
前記検出部からの出力を処理する回路部と前記検出部とを電気的に接続するための通電部と、を有するガスセンサであって、
前記通電部の前記被検出ガス内に位置する部分が絶縁部材で封止されたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記通電部は、保持板を貫通したピン状に形成され、
前記検出部は、前記保持板の一方の面側において前記通電部に接続され、
前記保持板の他方の面は、前記保持板の被取付面に対面し、
前記他方の面と前記被取付面の間の部分と、前記一方の面側から突出した前記通電部の突出部分とが、前記絶縁部材で封止された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】
前記絶縁部材は、エポキシ系樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ。
【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、特に通電部の腐食または漏電を防止するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスの特定成分や濃度の検出にガスセンサが使用され、その用途も防災用の他、例えば、固体高分子膜型燃料電池による発電システム等のプロセス制御の分野でも広く活用されている。
固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極とで両側から挟み込んで形成されたセルを多数積層して構成されたスタックからなり、燃料極には燃料として水素が供給され、酸素極には酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような固体高分子膜燃料電池において、従来、例えば特開平６−２２３８５０号公報に開示された燃料電池の保護装置のように、燃料電池の酸素極側の排出系に水素ガスを検出するガスセンサを備え、このガスセンサによって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている。
【特許文献１】特開平６−２２３８５０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、前記のような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池においては、固体高分子電解質膜のイオン導電性を保つために、燃料電池に供給される反応ガス（例えば、水素や空気）には加湿装置等によって水（加湿水）が混合されており、さらに、燃料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生成されるため、燃料電池のオフガス、特に酸素極側のオフガスは高湿潤のガスとなっている。
このため、前記従来技術に係る燃料電池の保護装置においては、燃料電池から排出される高湿潤のオフガスによって、オフガスの流路内に配置されたガスセンサに結露が発生する場合があり、ガスセンサの感度の低下や故障等が生じるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、通電部の腐食または漏電を防止して、安定した感度を継続して保持することにより、信頼性が高く、寿命の長い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、本発明のガスセンサは、被検出ガス内に設置され、前記被検出ガスを検出する検出部と、前記検出部からの出力を処理する回路部と前記検出部とを電気的に接続するための通電部とを有し、前記通電部の前記被検出ガス内に位置する部分が絶縁部材で封止されたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、通電部の被検出ガス内に位置する部分が絶縁部材で封止され、通電部が被検出ガスから遮断されているため、被検出ガスが高湿潤であっても、通電部の腐食等による感度の低下、および漏電等の発生を防止することができる。
【０００８】
前記した通電部は、保持板を貫通したピン状に形成され、前記検出部は、前記保持板の一方の面側において前記通電部に接続され、前記保持板の他方の面は、前記保持板の被取付面に対面し、前記他方の面と前記被取付面の間の部分と、前記一方の面側から突出した前記通電部の突出部分とが、前記絶縁部材で封止されていることが望ましい。
【０００９】
このような構成によれば、保持板を貫通してピン状に形成された通電部において、被検出ガスを検出する検出部が接続される前記保持板の一方の面側から突出した前記通電部の突出部分は、被検出ガスに直接的にさらされるため、この部分を封止することにより、通電部の腐食等を防止することができる。
さらに、保持板の他方の面と前記被取付面の間の部分をも封止することにより、保持板の取付面から通電部への被検出ガスの侵入を阻止して、通電部を被検出ガスから完全に遮断することができる。
【００１０】
また、前記した絶縁部材は、エポキシ系樹脂を基材とすることが望ましい。このような構成により、特に、水素ガスおよび水素ガスの燃焼触媒に対して安定しているため、安定した感度を継続して保持することができる。エポキシ樹脂を採用したのは、例えば、シリコン系樹脂は、水素ガスの燃焼触媒と反応して触媒を劣化させるおそれがあるからである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、通電部の腐食または漏電を防止して、安定した感度を継続して保持することにより、信頼性が高く、寿命の長い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】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係るガスセンサの取付状態を示す断面図であり、図２は本発明の実施形態に係るガスセンサの取付状態を示す側面図であり、図３は本発明の実施形態に係るガスセンサの通電部の封止構造を示す図１の部分拡大断面図であり、図４は本発明の実施形態に係るガスセンサの検出部を模式的に示す図１の部分拡大図である。
なお、本実施形態においては、本発明に係るガスセンサを、固体高分子膜型燃料電池による発電システムにおいて、上記燃料電池の酸素極側の排出系に設置して、水素ガスを検出する場合を例として説明するが、水素極側の排出系に設置する場合も同様であり、排出系に限られるものでもない。
また、以下の説明において、説明の便宜上、図１において、本図の下側を本ガスセンサの下側とし、本図の上側を本ガスセンサの上側という場合があり、各構成部品についても同様である。
【００１３】
最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係るガスセンサ、およびその取付状態について説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係るガスセンサ１は、水素ガスの濃度を検出する検出部２と、この検出部２を保持する保持板４と、前記検出部２から出力される出力信号を回路部２０に伝達する通電部３と、前記出力信号を増幅し水素ガスの濃度を算出する回路部２０と、オフガスを導入するガス導入部３０とを備えて構成されている。
そして、前記ガスセンサ１は、オフガス流通管１１の上部に設けられた取付座１１ａに固着され、前記検出部２が前記オフガス流通管１１内を流通するオフガスを臨む状態に設置されている。
なお、本実施形態においては、水素検出用のガスセンサとして、水素ガスの触媒燃焼熱による抵抗値の変化を計測して、水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のものを使用している。
【００１４】
前記検出部２は、図１に示すように、前記ガス導入部３０に形成されたガス検知室３１内に配置されている。また、検出部２は、図４に示すように、検出素子２ａと補償素子２ｂとを１対として構成されており、保持板４の下面側で通電部３と電気的に接続されている。
なお、各素子２ａ，２ｂは、抵抗となるコイルをアルミナで被覆したものであり、検出素子２ａにはアルミナに白金が担持されており、水素に触媒作用して触媒燃焼反応が起こる。この触媒燃焼による燃焼熱を利用して、ガス接触燃焼式のガスセンサ１は、検出素子２ａと補償素子２ｂとでブリッジ回路を構成し、前記燃焼熱による検出素子２ａ抵抗値の変化を補償素子２ｂと比較することによって水素ガスの濃度を計測している。
【００１５】
前記通電部３は、図３および図４に示すように、ピン状に形成され、保持板４を貫通して、前記検出部２からの出力信号を処理する回路を備えた回路基板２２と前記検出素子２ａおよび補償素子２ｂとをそれぞれ電気的に接続している。この検出素子２ａおよび補償素子２ｂは、一例として、それぞれ２本の接続端２ａ1，２ａ2，２ｂ1，２ｂ2を有している。したがって、通電部３は、各素子２ａ，２ｂについて２本、合計で４本のピン状の端子として構成されている。
なお、本実施形態においては、通電部３は、ピン状に形成されているが、必ずしも一体的に構成されている必要はなく、導線を束ねたコードとして形成されたものでもよく、ピンの断面形状や本数等にも関わらず、本発明を実施することができる。さらに、前記回路基板２２および各素子２ａ，２ｂと通電部３との接続も半田付けや溶着等種々の手段がある。
【００１６】
本実施形態に係るガスセンサ１は、図１に示すように、前記保持板４を備えて構成されている。この保持板４は、リング状に形成され、４本のピン状の通電部３が貫通して保持される貫通孔４ａを備えている（図３、図４を参照）。
【００１７】
本実施形態に係るガスセンサ１の通電部３は、図３および図４に示すように、通電部３のうち被検出ガス内に設置される部分が絶縁部材であるエポキシ樹脂５（５ａ，５ｂ）で封止されるように構成されている。
具体的には、図３に示すように、保持板４の一方の面４ｃ（下面、検出部２と接続する側）から下側に突出した通電部３の突出部分３ａはエポキシ樹脂５ａで封止し、保持板４の他方の面４ｄ（上面）と保持板４の被取付面である回路基板２２の下面２２ａとの間の部分はエポキシ樹脂５ｂでそれぞれ封止する構造としている。ここで、本実施形態において、エポキシ樹脂を採用したのは、例えば、シリコン系樹脂は、水素ガスの燃焼触媒と反応して触媒を劣化させるおそれがあるからである。
なお、検出部については、特に封止する構成としていないが、エポキシ樹脂等で封止してもよいし、絶縁被覆等で封止されていればそれでもよい。
【００１８】
前記オフガス流通管１１は、図１に示すように、回路部２０が固着される取付座１１ａと、ガス導入部３０が装着される貫通孔１１ｂ（図３参照）とを備えている。
オフガス流通管１１は、パイプ状であって、このオフガス流通管１１の上部には、外周面から内周面に向かって垂直に貫通孔１１ｂが形成され、この貫通孔１１ｂには、ガス導入部３０を構成する筒状部３２が内嵌されている。また、取付座１１ａは、オフガス流通管１１の外周面の上部に設けられ、取付座１１ａの上面は、水平面に形成され、ケース２１のフランジ部２１ａが固着される（図２を併せて参照）。
【００１９】
ガスセンサ１の回路部２０は、図１および図２に示すように、回路基板２２が埋設されたケース２１により構成されている。
前記回路部２０のケース２１は、平面視で矩形状をなし、オフガス流通管１１に沿った長手方向の両端面には、オフガス流通管１１に固着するためのフランジ部２１ａが形成され、このフランジ部２１ａには取付穴２１ｂが設けられている。この取付穴２１ｂに取付ねじ２３を挿通して回路部２０をオフガス流通管１１の取付座１１ａに固着している。
【００２０】
ガス導入部３０は、図３に示すように、ケース２１の下部に形成されている。このガス導入部３０は、筒状部３２と、周壁部３３と、撥水フィルタ３４と、シールリング３５とを備えている。このガス導入部３０の内側には、ガス検知室３１が形成されており、このガス検知室３１には、水素ガスを検知する検出部２と、保持板４に保持された通電部３とが配置されている。そして、ガス検知室３１内に配置された通電部３は、回路基板２２の所定の位置に導通されて、通電部３と回路基板２２とが電気的に接続されるように構成されている。
【００２１】
前記筒状部３２は、図３に示すように、有底の円筒形状をなし、その底部には、オフガス流路１０から被検出ガスを導入する導入口３２ａが形成されている。筒状部３２は、その下面３２ｂがオフガス流通管１１の内周面１１ｃから突出することなくちょうど内周面１１ｃに接するようにオフガス流通管１１に配置されている。また、筒状部３２の外周面３２ｃには、シールリング３５が外嵌されている。
一方、筒状部３２の内周面側には、円筒状に形成された周壁部３３が装着され、この周壁部３３で囲まれた空間が被検出ガスのガス検知室３１を形成している。
また導入口３２ａには、周壁部３３に内嵌された防水のための撥水フィルタ３４が設けられており、水滴状の水が検知室３１内に侵入するのを防止している。
【００２２】
以上のように構成されたガスセンサ１の作用について、図１および図３を参照して説明する。
オフガス流通管１１内をオフガス（被検出ガス）が流通すると、導入口３２ａから撥水フィルタ３４を通過して、検出部２までオフガスが浸入する。
したがって、通電部３は、保持板４から下側および上側に突出した部分がオフガスにさらされることになる。燃料電池から排出されるこのオフガスには、多量の水および水蒸気が含まれており、前記撥水フィルタ３４で大半は除去できるが、水蒸気化された水分は検知室３１まで浸入し結露して、通電部３の腐食または漏電を惹き起こすおそれがある。
そこで、本実施形態においては、保持板４の一方の面４ｃから下側に突出した通電部３の突出部分３ａをエポキシ樹脂５ａで封止するとともに、保持板４の他方の面４ｄから上側に突出した部分にあっては、保持板４の他方の面４ｄと保持板４の被取付面（回路基板２２の下面２２ａ）の間の部分をエポキシ樹脂５ｂで封止して、通電部３とオフガスとの接触を阻止して、通電部３をオフガスから完全に遮断している。
このように、通電部３をオフガス（被検出ガス）から遮断すれば、燃料電池から排出されるオフガスのように多量の水および水蒸気が含まれている場合であっても、通電部３の腐食または漏電を防止して、安定した感度を継続して保持することができ、信頼性が高く、寿命の長いガスセンサを得ることができる。
【００２３】
続いて、本発明の変形例について説明する。
図５は、本発明の変形例に係る保持板の上側の構成を説明するための斜視図である。図５に示すように、保持板４の上面には、保持板４を貫通するピン状の通電部３が突出している。そして、この通電部３の周囲を取り囲むようにして、絶縁部材としてのエポキシ樹脂５ｂがリング状に塗布されている。
一方、保持板の上側には、前記実施形態と同様に、保持板４の上面４ｄに対面して、保持板４の被取付面である回路基板２２の下面２２ａが配置される。そして、保持板４の上面４ｄと回路基板２２の下面２２ａとがエポキシ樹脂５ｂを介して密着して固定することで、通電部３を封止することができる。
このように、通電部３の周囲を取り囲むように絶縁部材５を配設しても、通電部３とオフガスとを遮断することができる。要するに、通電部３がオフガスから遮断されるように通電部３を封止する構造であればよい。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、ガスセンサの通電部をリング状に形成された保持板に貫通させて構成したが、これに限定されるものではなく、保持板を設けなくともよいし、保持板はリング状のものに限定されることもない。
また、本発明の実施形態では、水素ガス濃度を検出するガスセンサを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＮＯX，ＳＯX、硫化水素、一酸化炭素などであってもよい。また、本実施形態では、検出部と回路部が近接（一体）となっているが、検出部と回路部が分離され、検出部と回路部とを絶縁ケーブルで接続する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサの取付状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスセンサの取付状態を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガスセンサの通電部の封止構造を示す図１の部分拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るガスセンサの検出部を模式的に示す図１の部分拡大図である。
【図５】本発明の変形例に係る保持板の上側の構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      ガスセンサ
２      検出部
２ａ    検出素子
２ｂ    補償素子
３      通電部
４      保持板
５      封止材
１１    オフガス流通管
１１ａ  取付座
１１ｂ  貫通孔
２０    回路部
２１    ケース
２２    回路基板
２２ａ  下面（保持板の被取付面）
２３    取付ボルト
３０    ガス導入部
３１    ガス検知室
３２    筒状部
３３    周壁部
３４    撥水フィルタ
３５    シールリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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