(57)【要約】      （修正有）【課題】  氷点下の環境においても、感圧面を速やかに解凍して、圧力検出精度を確保する。【解決手段】  圧力検出装置１は、圧力検出室３内に感圧ダイヤフラム４を備え、ガス圧力により感圧ダイヤフラム４に発生する歪みを検出し、電気信号として出力。ここで、感圧ダイヤフラム４に対向させて、ヒータプレート６を、水滴Ｗを介して接触可能な位置に設置する。具体的には、ヒータプレート６と感圧ダイヤフラム４との間隔は、１．６ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上とする。【選択図】  図１
2008008712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力検出室内に感圧ダイヤフラムを備え、ガス圧力により感圧ダイヤフラムに発生する歪みを検出し、電気信号として出力する圧力検出装置であって、
前記感圧ダイヤフラムに対向させて、ヒータプレートを、水滴を介して接触可能な位置に設置したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記ヒータプレートと前記感圧ダイヤフラムとの間隔が、１．６ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記ヒータプレートは、その外周側の複数箇所で保持し、前記感圧ダイヤフラムと前記ヒータプレートとの間の空間は、前記ヒータプレートの外周側の前記保持部以外の部分で開放されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記ヒータプレートは、前記感圧ダイヤフラムより大きいことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記ヒータプレートは、細孔を有していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【請求項６】
前記ヒータプレートの中央部に前記感圧ダイヤフラム側に向けて乾燥ガスを噴出可能な噴出口を設け、圧力の検出前に、前記感圧ダイヤフラムと前記ヒータプレートとの間に残留する水滴をパージ可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【請求項７】
前記ヒータプレートの温度を検出して、前記感圧ダイヤフラムの凍結の有無を判断し、凍結有りと判断した場合に、所定の期間、前記ヒータプレートを１００℃未満の温度で発熱作動させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【請求項８】
前記ヒータプレートの温度を検出して、前記感圧ダイヤフラムの凍結の有無を判断し、凍結有りと判断した場合に、所定の期間、ガス圧力の検出結果に基づいて運転する制御システムの運転を禁止又は制限させることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムのような、高湿度ガスの圧力の検出に用いられ、特に、冬季に野外で氷点下にさらされるようなシステム環境で、感圧素子に凍結が発生している状態からも、圧力を検出してシステムの起動を可能にできる圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質膜を使用した燃料電池システムにおいては、反応温度を１００℃以下に保持できる特徴を有する一方で、水素を空気中の酸素と電気化学反応させて発電するため、排気が水蒸気になることに加え、電解質膜の乾燥を防ぐため必要に応じて供給空気の加湿を行い、またカソード側で生成する水は電解膜を逆拡散し、アノード側の水素ガス中にも気化する。したがって、システム内の空気吸排気系および水素ガス供給系は、常時高湿度状態にさらされており、これらのガス圧力検出装置の感圧素子も含め、構成部品は凝縮水が付着した状態で使用される。さらに、自動車のように冬季も野外に保管され、保管中に外部から電力で保温することが難しい利用環境においては、氷点下からのシステム起動時に、前回の運転時に感圧素子に発生した凝縮水が凍結しており、圧力検出装置は、この状態からでも圧力を検知してシステムの運転を開始できることが求められる。
【０００３】
従来の圧力検出装置としては、特許文献１に開示されているものがあり、感圧素子として感圧ダイヤフラムを採用し、これを低弾性で撥水性のシリコーンゲルで保護している。
【特許文献１】特開２００５−３０８６６６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、このような従来の圧力検出装置においては、感圧ダイヤフラムの圧力検知面に厚いゲルコーティングを施すため、圧力測定精度がある程度低下する。圧力精度に影響しないよう、コーティングを薄くすると、表面に多量に氷が付着した場合に、圧力検出精度に影響が出る懸念がある。さらに、自動車用の燃料電池システムでは、−３０〜−２０℃の環境から起動できることが望ましいが、この温度から起動すると、圧力検出装置が氷点下の温度のうちに、燃料電池からの排気ガス温度が上昇して、水滴や水蒸気を伴ったガスが導入され、コーティング表面に付着した水滴や凝縮水が凍結することにより結氷量が増加して、圧力検出精度を低下させる懸念がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、氷点下の環境においても、システム起動時に感圧面を速やかに解凍でき、再凍結を防止して、圧力検出精度を確保できる圧力検出装置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】
【０００６】
本発明に係る圧力検出装置は、圧力検出室内に感圧ダイヤフラムを備え、ガス圧力により感圧ダイヤフラムに発生する歪みを検出し、電気信号として出力するもので、前記感圧ダイヤフラムに対向させて、ヒータプレートを、水滴を介して接触可能な位置に設置する構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、感圧ダイヤフラムに対向して、ヒータプレートが水滴を介して接触可能な位置に設置されているので、氷点下の環境で前記の水滴が凍結した状態からでも、固体熱伝導により、速やかに凍結水を解凍でき、また、感圧ダイヤフラムが０℃以上に昇温したプレートで保護されることにより、圧力検出装置が氷点下の温度のうちに、０℃以上に昇温した例えば燃料電池の排気ガスの湿気や液滴飛沫にさらされても、感圧ダイヤフラム上に着氷することを効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る圧力検出装置の一実施形態を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は下側から見た図である。
圧力検出装置１は、被検出ガスが流れる配管（図示しないが、例えば、燃料電池システムのアノード側又はカソード側の配管）の重力方向上側の壁部（天井部）に取付けられ、有蓋円筒状のケース（筐体）２内に形成される圧力検出室（キャビティ）３に被検出ガスが導入されるようになっている。
【０００９】
圧力検出室３の奥部には、ガス圧力を受けて歪みを発生する感圧ダイヤフラム４と、感圧ダイヤフラム４を保持すると共に感圧ダイヤフラム４に発生する歪みを検出し電気信号に変換して出力する回路部５とが組み込まれており、更に感圧ダイヤフラム４の前面側に対向させてヒータプレート６が設置されている。
ヒータプレート６は、ケース２に組み込まれたホルダ７により保持されており、感圧ダイヤフラム４との間隔を管理するため、回路部５とホルダ７との間にスペーサ８を介在させることで、感圧ダイヤフラム４に対し、管理された距離を隔てて、平行に設置されている。
【００１０】
ホルダ７およびスペーサ８は、図１（ｂ）に示すように、圧力検出室３側から、ヒータプレート６と感圧ダイヤフラム４との間の空間へ圧力を伝達するため、ヒータプレート６より大きな開口部を有していて、例えば３箇所で両者の間隔を規制するような凸部形状により、ヒータプレート６を保持している。言い換えれば、ヒータプレート６は、その外周側の複数箇所で保持してあり、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間の空間は、ヒータプレート６の外周側の前記保持部以外の部分で開放されている。
【００１１】
なお、回路部５から出力用のハーネス９がケース２を貫通して外部へ導出されるが、回路部５とケース２との間はシール部材１０により密閉され、圧力検出室３内のガス圧が外部へ漏れない構成となっている。
感圧ダイヤフラム４には、ダイヤフラムの変形を検出するために、歪ゲージや静電容量方式の歪検出素子が組み込まれている。燃料電池システム用の圧力検出装置の検出圧力範囲は１〜５００ｋＰａ程度であり、ダイヤフラムとしては、ステンレス、セラミックプレート、Ｓｉ基板等が適宜使用される。
【００１２】
感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間隔は、感圧ダイヤフラム４に付着した凝縮水滴Ｗにヒータプレート６が接触する間隔に設定されており、このことにより氷点下から圧力検出装置を起動しても、ヒータプレート６の発熱が感圧ダイヤフラム４の着氷に固体熱伝導で伝わり、速やかに解凍することが可能になる。
なお、氷点下起動時の感圧ダイヤフラムへの氷結を防止するために、感圧ダイヤフラム表面にヒータを配設することも考えられるが、燃料電池システム用の圧力検出装置の検出圧力範囲は、数ｋＰａから数百ｋＰａの低圧力が要求されており、シート状ヒータを接着すると、ダイヤフラムの弾性率が影響を受け、数ｋＰａレンジの低圧域の検出精度が低下してしまう。また、ダイヤフラムに対向させてヒータプレートを配設して、熱輻射でダイヤフラムを暖める方法では、ダイヤフラム上の氷結の輻射吸収率が低く、解凍に数十秒要してしまい、自動車のように短い起動時間を要求されるシステムには適さない。
【００１３】
ヒータプレート６は、シリコーンラバーヒータ、ニッケル発熱線をポリイミドフィルムで挟んだフィルムヒータ、人工マイカプレートにニッケル発熱線を組み込んだプレートヒータ等を、必要に応じて金属板、セラミック板、ポリイミド等耐熱樹脂板で支持したものを用いればよいが、起動時の解凍時間を数秒以下にしたい場合、高出力のヒータを使用することが好ましい。
【００１４】
人工マイカ製のプレートヒータであれば、実用的な圧力検出装置の感圧ダイヤフラムの直径φ１０〜２０ｍｍの形状で、１０〜５０Ｗ程度の発熱量が可能であり、φ２０ｍｍのダイヤフラムに５ｍｍの間隔で対向させたヒータプレートの空間約１．５ｃｃが氷結で充填されたとしても、融解熱３３４Ｊと−３０℃からの昇温熱量９０Ｊ分を、数秒で解凍できる能力を有する。実際の燃料電池システムにおいては、感圧ダイヤフラムとヒータプレートとの空間を氷で埋め尽くすような運転状態にはならず、氷結量はその１／１０以下のケースがほとんどのため、１〜２秒での解凍も可能である。
【００１５】
ヒータプレート６の直径は、感圧ダイヤフラム４の着氷を解凍する目的から、感圧ダイヤフラム４より大きなものであることが望ましい。
感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間隔について、更に詳しく述べる。
図２に示す、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間隔ｈは、以下のような範囲とすることが望ましい。
【００１６】
図３に示すように、感圧ダイヤフラム４の表面に付着した水滴Ｗが、自らの表面張力で落下せずに耐えられる自重は、水滴の形状が半球状の場合が最も大きく、水滴の付着面半径をｒ、表面張力をγ、密度ρとすると、
２πｒ・γ＝（１／２）・（４／３）πｒ３ ・ρｇ    ・・・（１）
であり、水の表面張力γ〜７５ｍＮ／ｍを考慮すると、水滴の半径（＝水滴高さ）は６ｍｍ以下であるので、間隔ｈは６ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００１７】
実際には、水滴の形状が半球になるような撥水面では、表面張力よりも水とダイヤフラム表面の付着力が弱く、付着力が強い親水性の表面の場合は、すそが広がった液滴の形状となるため半球モデルよりも質量が大きくなる傾向にあり、落下せずに付着している水滴の高さは低くなる。セラミックスや樹脂表面に付着した液滴の高さを測定すると、最大で３〜４ｍｍの場合がほとんどであり、間隔ｈを４ｍｍ以下に設定することが、より実用的で望ましい。
【００１８】
また、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間隔ｈを決めるスペーサ８には、ヒータプレート６の材質が絶縁体であるため、ステンレスやアルミのフィルムを使用してもよいが、ヒータの発熱がケースに漏れないように絶縁性（断熱性）のフィルムやプレートを使用することがより望ましく、耐熱性樹脂が製造上適用しやすい。間隔ｈを狭く設定する場合、スペーサ８として、入手しやすいポリイミド等の耐熱フィルムを使用して平行を出す都合上、間隔ｈを５０μｍ以上とすることが製造上望ましい。
【００１９】
間隔ｈをこのような範囲とすることにより、氷点下からの起動時に感圧ダイヤフラム４ヒータプレート６との間に介在する着氷を数秒以内に解凍できるようになり、解凍後も液滴を経由して感圧ダイヤフラム４に熱伝達が発生し、感圧ダイヤフラム４の昇温が速くなるので、ヒータプレート６に付着しない微量な氷結の解凍も速くなる。
以上においては、圧力検出装置（感圧ダイヤフラム）が下向きの場合について説明したが、本発明の圧力検出装置は、例えば図４に示すように、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との空間から水滴Ｗが自重で排出できる範囲のレイアウトで使用でき、設置角度αを設定しても、圧力検出室３の開口部が水平より下を向いていればよい。
【００２０】
この場合、設置角度αを設定して、感圧ダイヤフラム４に傾斜が発生すると、自重が滑落方向に作用するため、上記のように表面張力による落下限度以外に、水滴とダイヤフラム表面の濡れ性により滑落せずに留まっている水滴の体積が異なってくる。もっとも滑落条件が厳しいのは、圧力検出装置を水平方向に設置する時で、感圧ダイヤフラム４は垂直になる。撥水性や親水性のコーティングとして用いられる、テフロン系、シリコーン系や酸化チタン系コーティングでテストすると、テフロン系で１．５ｍｍまでの高さの水滴が滑落せずに留まったのが最大であった。従って、垂直下向きから水平方向までの設置角度αのいずれの条件でも使用できるためには、間隔ｈは１．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
また、感圧ダイヤフラム４に付着する凝縮水滴には、図５に示すように、ヒータプレート６に接触しない少量な水滴Ｗ’も存在する。これらの液滴が凍結した着氷は、ダイヤフラムが０℃以上に加温されないと融解しないが、間隔ｈの設定範囲をより規制した範囲とすることにより、付着量を制限できる。
図６は、感圧ダイヤフラム中央部に付着した水滴が凍結した場合の、付着水滴の凍結前体積と、０ｋＰａ出力信号の変動との相関性を示すグラフである。すなわち、圧力検出範囲３００ｋＰａの圧力検出装置において、感圧ダイヤフラム表面に氷結する着氷量を増加させていった場合の０点出力ドリフトを示している。氷点下からのシステム起動においては、燃料電池のアノード側やカソード側にも着氷が残り、それらを暖機運転しながら解凍するので、起動直後に３００ｋＰａの圧力測定範囲は必ずしも必要とならず、暖機運転中は少なくとも３／２の範囲が使用できることが望ましい。すなわち、起動直後の０点ドリフトが１００ｋＰａ以下であることが望ましく、その場合の付着水量は０．０３ｃｃ以下であることが好ましい。
【００２２】
感圧ダイヤフラムとヒータプレートとの空間に存在できる水滴の体積を、この範囲（０．０３ｃｃ以下）に制限するためには、間隔ｈは以下の範囲であることが望ましい。
図７（図７（ａ）は感圧ダイヤフラムを斜め下から見上げた図、図７（ｂ）は側面から見た図）に示すように、感圧ダイヤフラム４に付着面半径ｒで接触角θの水滴Ｗが付着していて、水滴の高さが間隔ｈに等しい場合のモデルで見積もると、半径ｒで高さｈの水滴を含む円柱空間Ａに対する水滴の体積充填率Ｖｒは、接触角θで決まり、
Ｖｒ＝（２θ− sin２θ）／（４ sinθ（１− cosθ））    ・・・（２）
となる。
【００２３】
また、半径ｒと高さｈは、式（３）に示す関係となる。
ｒ＝（ｈ sinθ）／（１− cosθ）    ・・・（３）
この式から判るように、接触角θが大きいと、充填率Ｖｒが高くなり、間隔ｈを小さく規制しないと水滴量を制限できない。この場合は撥水処理したダイヤフラム表面に、接触角θが大きく、半径ｒの小さな水滴が多数付着した場合に相当する。
【００２４】
逆に接触角θが小さくなると、体積充填率Ｖｒが低くなり、間隔ｈが大きくともダイヤフラム表面に付着してヒータプレートに接触しない水滴体積を少なく制限しやすい。この場合は、やや親水性のダイヤフラム表面に半径ｒが数ｍｍで高さ、接触角θとも小さい水滴が１〜２個付着した状態に相当する。
したがって、前述したように感圧ダイヤフラムに付着して、ヒータプレートに接触しない水滴量を０．０３ｃｃ以下に制限できる間隔ｈは、接触角θが小さい水滴に対する方が大きくなり、水滴の半径ｒが感圧ダイヤフラムとほぼ等しい水滴が１つ付着している場合が、最も大きい間隔ｈで水滴量を０．０３ｃｃ以下にできる。実用的には感圧ダイヤフラムの半径Ｒは５ｍｍ以上のものが採用されるので、水滴付着面の半径ｒを５ｍｍとして、付着水量を０．０３ｃｃ以下とするためには、円柱の体積に式（２）の充填率Ｖｒを乗じて、
πｒ２ ｈ・Ｖｒ＝（２θ− sin２θ）／（４ sinθ（１− cosθ））＜０．０３
・・・（４）
となり、ｈを式（２）を用いて接触角θの関数として、式（４）を検討すると、接触角θが３６°の場合に高さ１．６ｍｍとなり、体積が０．０３ｃｃである。
【００２５】
これよりも接触角θが小さいと、ダイヤフラム上に存在できる水滴の体積は減少し、ダイヤフラムとヒータプレートとの間隔ｈにより規制する必要はない。また、接触角θが大きいと、水滴体積が０．０３ｃｃ以上に増加するので、ヒータプレートに接触させて起動時に解凍させる必要がある。さらに接触角が大きくなると、撥水性の表面では体積充填率が高くなるため、微小な水滴がダイヤフラム表面に多数付着して、１．６ｍｍよりも低い高さで、０．０３ｃｃ以上の付着水量となることがある。この場合は、ヒータプレートをよりダイヤフラムに接近させて設置する必要がある。
【００２６】
以上の検討から、付着水量を０．０３ｃｃ以下に制限するためには、間隔ｈを少なくとも１．６ｍｍ以下とすることが望ましい。
なお、水滴の接触角は表面を撥水性・親水性の材料でコーティングすることにより制御でき、接触角３６°付近にするためには、酸化チタンとシリカの配合率を最適化したゾルゲル処理や、ナイロン樹脂コーティングが望ましいし、接触角８０°以上とするためには、テフロン系やシリコーン系のコーティングが望ましい。
【００２７】
また、ヒータプレート６は、板であってもよいが、図８（ａ）又は（ｂ）に示すように、複数（多数）の細孔１１を有するものであってもよい。図８（ａ）は板に複数の細孔（水抜き孔）１１を設けた例であり、図８（ｂ）は細孔１１を有するメッシュ状のヒータ１２を用い例である。
これらの細孔１１を有するヒータプレート６を用いると、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間に水が充満しにくくなり、感圧ダイヤフラムへの水滴付着量を減らせる効果がある。さらに、凍結時に体積膨張を逃がして、ダイヤフラムやヒータプレートの変形を防止する効果もある。ただし、ヒータプレートの発熱量はヒータ線を設置できる面積にほぼ比例するため、細孔１１の総面積がヒータプレート６に対向する感圧ダイヤフラム４の面積の５０％以下であるように設定されることが望ましい。
【００２８】
次にヒータ温度について説明する。
上記のような構成で設置されたヒータプレート６を、氷点下起動時に通電して感圧ダイヤフラム４の着氷を解凍する場合に、ヒータ温度を少なくとも０℃を超えた温度になるように通電することが、解凍に必要である。
より望ましくは０℃を超えて１００℃未満になるように制御することで、解凍して液滴となった凝縮水を蒸発させずに、液滴の対流を利用して熱をヒータプレートから感圧ダイヤフラムへ効率よく伝達することで、ダイヤフラムの昇温とヒータプレートに接触していない微小な着氷の解凍時間を速めることができる。
【００２９】
解凍中のヒータ温度は高温の方が発生熱量が増えるので、ダイヤフラムの加温に効果的だが、１００℃に近いと解凍した液滴の蒸発速度が速くなり消失してしまうので、特に好ましくは４０〜８０℃の範囲に維持することが望ましい。
そしてダイヤフラムに付着した氷を解凍できる所定の時間経過後にも、ヒータの通電を維持することで、ダイヤフラムへの水滴付着を減少させる効果が期待できるが、その段階ではヒータを１００℃以上の温度に維持することで、システム稼動中に圧力センサ内へ飛来する液滴を蒸発させ、ダイヤフラムへの付着を防止することで、システム停止後にダイヤフラムに付着凍結する水滴を減少させることもできる。
【００３０】
また、上記のようなヒータの温度制御を実施する際には、ヒータ線の電気抵抗を参照して、制御することが可能である。ヒータはニッケル合金等の金属線が使用されるため、電気抵抗に温度依存性がある。この特性を利用し、ヒータ通電前に、感圧ダイヤフラムに接近して設置されたヒータの電気抵抗を測定することにより、ダイヤフラムに凍結が発生しているかを精度良く判断できる。
【００３１】
図９はヒータ温度制御のフローチャートであり、特に、圧力検出装置を氷点下から起動する場合のヒータと燃料電池システムの運転順序の例を示している。
先ずヒータ線の電気抵抗を測定して、温度に換算し（Ｓ２）、これを予め実験的に求めた所定の凍結判断温度Ｔ１と比較する（Ｓ３）。比較の結果、ヒータ温度が低く、凍結していると判断したときは、システムの起動を延期し（Ｓ４）、ヒータを例えば４０〜８０℃の解凍モードで通電する（Ｓ５）。そして、実験的に検証されたヒータプレートに接触している着氷の解凍に必要な所定時間ＴＭ１の経過後（Ｓ６）、システムを氷点下起動モード（微小な着氷の残存により圧力検出精度が低下していることを前提とした運転）で運転開始する（Ｓ７）。さらに、感圧ダイヤフラムが０℃以上になり全ての着氷が解凍するのに必要な所定時間ＴＭ２の経過後（Ｓ８）、圧力測定精度回復をシステムに通知し、通常の圧力検出精度を前提としたシステム運転へ移行する（Ｓ９）。
【００３２】
さらに、システムの起動延期を最短時間とするため、ヒータに接触していた着氷の解凍を所定時間ＴＭ１を用いる代わりに、ヒータプレートに白金抵抗等の測定精度の高い温度検出手段を組み込み、ヒータ表面の温度上昇を測定し、ヒータプレート着氷の解凍中は融解熱により発生するヒータの温度上昇速度の低下、あるいは解凍と判断できる所定温度をあらかじめ実験的に求めておき、この閾値を用いて解凍を判断することもできる。解凍をヒータ通電時間ＴＭ１で判断する場合、ＴＭ１に最悪条件（例えば−３０℃からの起動）の解凍時間を適用する必要から、より０℃に近い氷点下温度からの起動で、余分なシステム起動の延期が発生するが、前記のように温度測定により解凍を判断することにより、起動時の温度環境に応じた最適な解凍時間を判断でき、無駄なシステム起動延期を回避できる利点がある。
【００３３】
以上説明した実施形態によれば、次のような効果が得られる。
感圧ダイヤフラム４に対向させて、ヒータプレート６を、水滴Ｗを介して接触可能な位置に設置したことにより、氷点下の環境で水滴が凍結した状態からでも、固体熱伝導により、速やかに凍結水を解凍でき、また、感圧ダイヤフラムが０℃以上に昇温したプレートで保護されることにより、圧力検出装置が氷点下の温度のうちに、０℃以上に昇温した例えば燃料電池の排気ガスの湿気や液滴飛沫にさらされても、感圧ダイヤフラム上に着氷することを効果的に防止できる。
【００３４】
また、ヒータプレート６と感圧ダイヤフラム４との間隔を、１．６ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上としたことにより、ヒータプレート６に接触しない感圧ダイヤフラム４上の着氷の容積を効果的に制限できる。従って、氷点下から感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６の両者に着氷した凝縮水を解凍する際に、解凍が遅れるヒータプレート６に接触していない着氷による圧力検出誤差を制限でき、ヒータプレート６に接触した着氷を解凍した段階で、システム起動に必要な圧力検出性能を確保できるので、システム起動時間を短縮できる。
【００３５】
また、ヒータプレート６は、その外周側の複数箇所で保持し、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間の空間は、ヒータプレート６の外周側の前記保持部以外の部分で開放することにより、ガス圧力の検出精度を悪化させることはない。
また、ヒータプレート６は、感圧ダイヤフラム４より大きくすることにより、感圧ダイヤフラムのいずれの部位の着氷も確実に解凍することができる。
【００３６】
また、記ヒータプレート６を細孔を有するタイプとすることにより、感圧ダイヤフラムへの水滴付着量を減らせるなどの効果がある。
また、ヒータプレート６の温度を直接又は間接的に検出して、感圧ダイヤフラム４の凍結の有無を判断し、凍結有りと判断した場合に、所定の期間（感圧ダイヤフラム４の解凍が判断されるまで）、ヒータプレート６を１００℃未満の温度で発熱作動（Ｓ５）させることにより、ヒータプレート６に付着・凍結している水滴を解凍した後も、解凍した水滴をしばらく蒸発させずに、液体の対流熱伝導により効果的に感圧ダイヤフラム４を加温して、ヒータプレート６に接触していない微小な感圧ダイヤフラム４上の着氷を解凍できる。そのため、着氷が発生していない状態での高い圧力検出精度を短時間で回復できる。
【００３７】
また、ヒータプレート６の温度を直接又は間接的に検出して、感圧ダイヤフラム４の凍結の有無を判断し、凍結有りと判断した場合に、所定の期間（感圧ダイヤフラム４の解凍が判断されるまで）、ガス圧力の検出結果に基づいて運転する制御システム（燃料電池システム）の運転を禁止（Ｓ４）又は制限（Ｓ７）させることにより、制御システムの信頼性を向上することができる。
【００３８】
特に、ヒータプレート６の解凍が判断された後は、圧力検出装置の圧力測定精度が良好でないことを前提にして、制御でき、例えば、検出ガス圧力に基づいて、燃料電池システムのアノード側又はカソード側への供給ガス圧力を制御する場合に、測定精度悪化を前提として、供給ガス圧力を低めに制御することで、ガス圧力が過剰値となるのを防止できるなど、制御システムの安全性を確保しつつ早期の起動が可能となる。
【００３９】
また、ヒータプレート６の通電前に、ヒータ抵抗を測定して、感圧ダイヤフラム４の凍結の有無を判断したり、ヒータプレート６の通電時に、ヒータ抵抗又はプレートに埋め込まれた温度センサにより温度上昇速度を測定して、ヒータプレート６や感圧ダイヤフラム４に付着した氷の解凍を判断したりすることで、凍結の発生状態や、付着凍結水の解凍時期を高い精度で正確に判断できる。もちろん、凍結が発生していないときに凍結モード前提の起動プロセスに入って、起動時間が余計に長引いたり、出力が制限されたりすることも防止できる。
【００４０】
図１０は本発明に係る圧力検出装置の他の実施形態を示している。
異なる部分のみを説明すると、ヒータプレート６の中央部に感圧ダイヤフラム４側に向けて乾燥ガス（パージガス）を噴出可能なパージガス導入管１３の噴出口１４を設けている。
対向して配設された円板の片方の中央部からガスを吹き込むと円板の周辺に向かって、図中Ｆに示すように各方位均質に排出される性質があるため、本発明の感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との位置関係を利用して、この実施形態のようにパージガスを導入することで、システムの停止時に、感圧ダイヤフラムに付着した水滴を効果的にパージするができる。
【００４１】
このため、感圧ダイヤフラムに起動時に残存する着氷は、停止後の冷却過程で凝縮した水滴やケース内壁に残存した水滴の進入に限られるため、着氷量を効果的に減少させることができ、さらに起動時には、前記実施形態と同様にヒータプレート６の発熱で、速やかに結氷を解凍できる。
なお、パージガスとしては、圧力検出装置の設定箇所が燃料電池のカソード側であれば、空気を、アノード側であれば、水素等の燃料ガスを使用すればよく、パージ時に圧力検出室内の水蒸気を排出することができて望ましい。
【００４２】
本実施形態によれば、ヒータプレート６の中央部に感圧ダイヤフラム４側に向けて乾燥ガスを噴出可能な噴出口１４を設け、圧力の検出前に（システム停止時に）、感圧ダイヤフラム４とヒータプレート６との間に残留する水滴をパージ可能としたことにより、システム起動時に感圧ダイヤフラムに残存する水滴を減らすことができ、氷点下起動時に解凍する着氷量を効果的に減らし、システム起動時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る圧力検出装置の一実施形態を示す図
【図２】感圧ダイヤフラムとヒータプレートとの位置関係を示す図
【図３】感圧ダイヤフラムに付着した水滴を半球モデルを用いて説明する図
【図４】圧力検出装置を傾けて設置する場合の説明図
【図５】感圧ダイヤフラムの付着水がヒータプレートに接触しない場合の説明図
【図６】感圧ダイヤフラム中央部に付着した水滴が凍結した場合の出力特性図
【図７】感圧ダイヤフラムに付着した接触角θの水滴形状の説明図
【図８】細孔付きヒータプレートの例を示す図
【図９】ヒータおよび燃料電池システムの運転順序の例を示すフローチャート
【図１０】本発明に係る圧力検出装置の他の実施形態を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１  圧力検出装置
２  ケース
３  圧力検出室
４  感圧ダイヤフラム
５  回路部
６  ヒータプレート
７  ホルダ
８  スペーサ
９  ハーネス
１０  シール部材
１１  細孔
１２  メッシュ状のヒータ
１３  パージガス導入管
１４  噴出口
Ｗ  水滴
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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