(57)【要約】【課題】厚さ寸法を低減する。【解決手段】水素センサ本体１１ａの長手方向の中心位置から一方の端部に向かいずれた位置に、水素センサ本体１１ａの厚さ方向の一方の端部にて開口する略円柱状の凹部をガス検出室２２として形成し、ガス検出室２２内に検出素子２６及び温度補償素子２７を配置して検出部２８を構成した。水素センサ本体１１ａの長手方向の中心位置から他方の端部に向かいずれた位置に、水素センサ本体１１ａの長手方向においてガス検出室２２に隣接するようにして、樹脂で封止した回路部２５を設けた。検出部２８の検出素子２６及び温度補償素子２７を、回路部２５からガス検出室２２の底部まで伸びる回路基板２５ａに接続した。【選択図】　　　図３
2004093202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガスのガス濃度を検出するガスセンサであって、
前記検出素子と前記補償素子とを備えてなる検出部と、
前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなり、前記電気抵抗値の差異に係る状態量を検出する回路部とを有し、
前記検出部と前記回路部は、ガスセンサ本体の厚さ方向に重なり合うことがないようにずらされて配置されてなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガスのガス濃度を検出するガスセンサであって、
前記検出素子と前記補償素子とを備えてなる検出部と、
前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなり、前記電気抵抗値の差異に係る状態量を検出する回路部とを有し、
前記回路部は、ガスセンサ本体の厚さ方向に前記検出部と重なり合うことがないように、前記検出部の周囲に配置されてなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
前記検出部は検査対象ガスが導入されるガス検出室を備え、前記検出素子および前記補償素子は前記ガス検出室内に配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載される接触燃焼式ガスセンサ等のガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスセンサとしては、例えば白金等の触媒からなるガス検出素子と温度補償素子とを一対備え、被検出ガスが白金等の触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によってガス検出素子が相対的に高温の状態になったときに、例えば雰囲気温度下等の相対的に低温の状態の温度補償素子との間に生じる電気抵抗値の差異に応じて、被検出ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサが知られている。そして、このようなガス接触燃焼式のガスセンサのうち、特に、水素センサを、例えば燃料電池を動力源とした燃料電池車両等において車室内に配置し、車室内に水素ガスが漏洩していないことを確認するために用いることが検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような水素センサを車両の車室内に配置する場合、被検出ガスである水素ガスは、他の気体に比べて分子量が小さく、鉛直方向上方に上昇しやすいため、水素ガスを検出しやすいように水素センサを車両のルーフに配置する場合がある。
この場合、鉛直方向において水素センサの厚さ寸法が増大すると、所望のヘッドクリアランス、つまり車両の乗員の頭部とルーフとの間に充分な隙間を確保することができなくなる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、厚さ寸法を低減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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のガスセンサ（例えば、実施の形態での水素センサ１１）は、検出素子（例えば、実施の形態での検出素子２６）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子２７）との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガス（例えば、実施の形態での水素）のガス濃度を検出するガスセンサであって、前記検出素子と前記補償素子とを備えてなる検出部（例えば、実施の形態での検出部２８）と、前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなり、前記電気抵抗値の差異に係る状態量を検出する回路部（例えば、実施の形態での回路部２５）とを有し、前記検出部と前記回路部は、ガスセンサ本体（例えば、実施の形態でのガスセンサ本体１１ａ）の厚さ方向に重なり合うことがないようにずらされて配置されてなることを特徴とするガスセンサ。
【０００５】
上記構成のガスセンサによれば、検出素子と補償素子とを備えてなる検出部と、検出素子と補償素子とが接続されてなる回路部とは、ガスセンサ本体の厚さ方向に重なり合うことがないように配置されるため、ガスセンサの厚さ寸法が増大することを抑制することができる。
【０００６】
また、請求項２に記載の本発明のガスセンサは、検出素子（例えば、実施の形態での検出素子２６）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子２７）との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガス（例えば、実施の形態での水素）のガス濃度を検出するガスセンサであって、前記検出素子と前記補償素子とを備えてなる検出部（例えば、実施の形態での検出部２８）と、前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなり、前記電気抵抗値の差異に係る状態量を検出する回路部（例えば、実施の形態での回路部２５）とを有し、前記回路部は、ガスセンサ本体（例えば、実施の形態でのガスセンサ本体１１ａ）の厚さ方向に前記検出部と重なり合うことがないように、前記検出部の周囲に配置されてなることを特徴としている。
【０００７】
上記構成のガスセンサによれば、検出素子と補償素子とを備えてなる検出部と、検出素子と補償素子とが接続されてなる回路部とは、ガスセンサ本体の厚さ方向に重なり合うことがないように配置されるため、ガスセンサの厚さ寸法が増大することを抑制することができる。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサは、前記検出部は検査対象ガス（例えば、実施の形態での車室内の雰囲気ガス）が導入されるガス検出室（例えば、実施の形態でのガス検出室２２）を備え、前記検出素子および前記補償素子は前記ガス検出室内に配置されてなることを特徴としている。
【０００９】
上記構成のガスセンサによれば、ガスセンサの厚さ寸法が増大することを抑制することができることに加えて、各素子をガス検出室内に配置することによって、例えば各素子を接続する際の配線構造を簡略化したり、各素子と基板等との接続に要する接続端子の端子数等の増大を抑制することができ、ガスセンサの製造に要する手間や費用を削減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一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。
本実施形態に係るガスセンサは、例えば図１に示すように、動力源として燃料電池１を搭載する燃料電池車両等の車両１０の車室内に配置されたガス接触燃焼式の水素センサ１１をなし、車室内に水素が排出されていないことを確認することができるようになっている。
【００１１】
燃料電池１は、例えば陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を燃料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。
燃料極に入口側配管から供給された水素等の燃料ガスは、燃料極の触媒電極上で水素がイオン化され、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する、その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が入口側配管を介して供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、燃料極側、酸素極側共に出口側配管から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。
【００１２】
例えば図２および図３に示すように、水素センサ１１は車両１０のルーフ１５の前後方向等に沿って長い略直方形状のケース１６を備えている。ケース１６は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、短手方向両端部にフランジ部１７を備えている。フランジ部１７にはカラー１８を取り付けてあり、このカラー１８内にボルト（図示略）を挿入して、前記ルーフ１５の内面上に設けられた取付座（図示略）に締め付け固定されるようになっている。
例えば図３に示すように、水素センサ本体１１ａの長手方向の中心位置から一方の端部に向かいずれた位置には、水素センサ本体１１ａの厚さ方向の一方の端部にて開口する略円柱状の凹部がガス検出室２２として形成され、ガス検出室２２の内周面上には、内周側に向かって突出するフランジ部２３が形成され、フランジ部２３の内周部分がガス導入部２４として開口形成されている。
【００１３】
また、ケース１６内において、水素センサ本体１１ａの長手方向の中心位置から他方の端部に向かいずれた位置には、水素センサ本体１１ａの長手方向においてガス検出室２２に隣接するようにして、樹脂で封止された回路部２５が設けられ、ガス検出室２２内に配置された検出素子２６および温度補償素子２７は検出部２８を構成し、回路部２５から水素センサ本体１１ａの長手方向の一方の端部に向かう方向でガス検出室２２の底部まで伸びる回路基板２５ａに接続されている。
そして、各素子２６，２７は回路基板２５ａに接続された複数、例えば４個のピン３０により、ガス検出室２２の底面２２Ａ上に配置されたベース３１から、水素センサ本体１１ａの厚さ方向に一定距離の高さに配置されている。
【００１４】
検出素子２６は周知の素子であって、例えば図４に示すように、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２６ａの表面を、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２６ｂを坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
温度補償素子２７は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子２６と同等のコイル２７ａの表面をアルミナ等の坦体で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が検出素子２６の触媒２６ｂ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２６と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず雰囲気温度下の温度補償素子２７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。
【００１５】
例えば図４に示すように、回路部２５は、基準電圧発生回路３５と、検出回路３６と、出力回路３７とを備えて構成されており、基準電圧発生回路３５は、外部の電源４３から供給される電圧に基づいて所定の基準電圧を検出部２８に印加する。
ここで、検出部２８は、検出素子２６（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子２７（抵抗値Ｒ３）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗４１（抵抗値Ｒ１）及び固定抵抗４２（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺とが、電源４３に対して並列に接続されてなるブリッジ回路を備えて構成されている。
そして、検出素子２６と温度補償素子２７同志の接続点ＰＳと、固定抵抗４１，４２同志の接続点ＰＲとの間に、これらの接続点ＰＳ，ＰＲ間の電圧を検出する検出回路３６が接続されており、さらに、検出回路３６には出力回路３７が接続されている。
【００１６】
ここで、ガス検出室２２内に導入された検査対象ガスである車室内の雰囲気ガス中に被検出ガスである水素が存在しないときには、ブリッジ回路はバランスしてＲ１×Ｒ４＝Ｒ２×Ｒ３の状態にあり、検出回路３６の出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子２６の触媒２６ｂにおいて水素が燃焼し、コイル２６ａの温度が上昇し、抵抗値Ｒ４が増大する。これに対して温度補償素子３０においては水素は燃焼せず、抵抗値Ｒ３は変化しない。これにより、ブリッジ回路の平衡が破れて検出回路３６に、水素濃度の増大変化に応じて増大傾向に変化する適宜の電圧が印加される。この検出回路３６から出力される電圧の検出値は出力回路３７へ出力され、出力回路３７は入力された検出値を水素センサ１１の外部、例えば制御装置（図示略）等へ出力する。そして、制御装置においては、この電圧の検出値の変化に応じて予め設定された水素濃度のマップ等に基づいて、水素濃度が算出される。
【００１７】
上述したように、本実施の形態による水素センサ１１によれば、検出素子２６と温度補償素子２７とを備えてなる検出部２８と、ブリッジ回路の所定端子間電圧を検出する回路部２５とは、水素センサ本体１１ａの厚さ方向に重なり合うことがないようにずらされて配置されるため、水素センサ１１の厚さ寸法が増大することを抑制することができる。これにより、水素センサ１１を車両１０のルーフ１５に配置する場合であっても、所望のヘッドクリアランス、つまり車両の乗員の頭部とルーフとの間に充分な隙間を確保することができる。
【００１８】
なお、上述した本実施の形態においては、ガス検出室２２を水素センサ本体１１ａの厚さ方向の一方の端部にて開口する凹部としたが、これに限定されず、例えば図５に示す本実施形態の水素センサ１１の第１変形例のように、水素センサ本体１１ａの長手方向の一方の端部側の外周部に、ガス検出室２２に接続される開口部５１を設けてもよい。
【００１９】
また、上述した本実施の形態においては、ガス検出室２２の底面２２Ａ上に各素子２６，２７を備えるベース３１を配置するとしたが、これに限定されず、例えば図６に示す本実施形態の水素センサ１１の第２変形例のように、ガス検出室２２の内周面２２Ｂ上にベース３１を配置してもよい。この場合、検出素子２６および温度補償素子２７が接続される回路部２５の回路基板２５ａは、ガス検出室２２の内周部近傍に配置されていればよい。
【００２０】
また、上述した本実施の形態においては、水素センサ本体１１ａの長手方向において中心位置から一方の端部に向かいずれた位置に回路部２５が配置され、他方の端部に向かいずれた位置に検出部２８が配置されるとしたが、これに限定されず、例えば環状に形成された回路部２５によって検出部２８の周囲を取り囲むようにしてもよいし、例えば回路部２５を互いに接続された複数の回路基板を備えて構成し、これらの複数の回路基板を検出部２８の周囲に配置してもよい。
例えば図７および図８に示す本実施形態の水素センサ１１の第３変形例においては、水素センサ本体１１ａの長手方向の中心位置に、水素センサ本体１１ａの厚さ方向の一方の端部にて開口する略円柱状の凹部がガス検出室２２として形成され、水素センサ本体１１ａの長手方向においてガス検出室２２を両側から挟み込むようにして、回路部２５をなす２つの第１回路部２５ａおよび第２回路部２５ｂが配置されている。
【００２１】
なお、上述した本実施の形態において、ガスセンサを水素センサ１１としたが、これに限定されず、その他のガス、例えば一酸化炭素やメタン等の可燃性ガスを検出するガスセンサであってもよい。
また、上述した本実施の形態においては、各素子２６，２７を接続してなる回路をブリッジ回路としたが、これに限定されず、例えば直列回路等のその他の回路であってもよく、検出素子２６の抵抗値Ｒ４に関連した状態量として、所定接点間の電圧や電流の検出値が制御装置（図示略）等へ出力されてもよい。
【００２２】
また、上述した本実施の形態において、検出部２８は、各素子２６，２７および各固定抵抗４１，４２を備えるとしたが、これに限定されず、検出部２８をガス検出室２２内に配置された各素子２６，２７のみを備えて構成し、各固定抵抗４１，４２と、各素子２６，２７および各固定抵抗４１，４２間を接続する回路とを、回路部２５に備えてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および請求項２に記載の本発明のガスセンサによれば、検出部と回路部とは、ガスセンサ本体の厚さ方向に重なり合うことがないように配置されるため、ガスセンサの厚さ寸法が増大することを抑制することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサによれば、各素子をガス検出室内に配置することによって、例えば各素子を接続する際の配線構造を簡略化したり、各素子と基板等との接続に要する接続端子の端子数等の増大を抑制することができ、ガスセンサの製造に要する手間や費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサを車室内に備えた車両を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスセンサの平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図４】図１に示すガスセンサの回路図である。
【図５】本実施形態の第１変形例に係るガスセンサの概略断面図である。
【図６】本実施形態の第２変形例に係るガスセンサの概略断面図である。
【図７】本実施形態の第３変形例に係るガスセンサの平面図である。
【図８】図７に示すＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。
【符号の説明】
１０　車両
１１　水素センサ（ガスセンサ）
１１ａ　ガスセンサ本体
２２　ガス検出室
２５　回路部
２６　検出素子
２７　温度補償素子（補償素子）
２８　検出部
【図１】
2004093202.tif 000003
【図２】
2004093202.tif 000004
【図３】
2004093202.tif 000005
【図４】
2004093202.tif 000006
【図５】
2004093202.tif 000007
【図６】
2004093202.tif 000008
【図７】
2004093202.tif 000009
【図８】
2004093202.tif 000010