(57)【要約】【課題】簡素な構成で車載した環境下において破損を防止でき、かつ正常な作動を妨げ難い車載用のガス検出器を提供する。【解決手段】被検知ガスを検知するガス検知素子１０と、ガス検知素子１０を収容する収容空間２１を備えたケーシング２０と、ガス検知素子１０に被検知ガスを導入する導入部２２に配設され、被検知ガスの透過を許容し、かつ防水性を有するガス透過膜３０と、を備え、導入部２２が開口する開口部２３の径方向に亘って配設されたブリッジ部４０を、ガス透過膜３０の外方に、ガス透過膜３０の一部を覆うように設けた車載用のガス検知器Ｘ。【選択図】図３
2013130540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知ガスを検知するガス検知素子と、
当該ガス検知素子を収容する収容空間を備えたケーシングと、
前記ガス検知素子に被検知ガスを導入する導入部に配設され、被検知ガスの透過を許容し、かつ防水性を有するガス透過膜と、を備え、
前記導入部が開口する開口部の径方向に亘って配設されたブリッジ部を、前記ガス透過膜の外方に、当該ガス透過膜の一部を覆うように設けた車載用のガス検知器。
【請求項２】
前記ブリッジ部を前記ガス透過膜から離間してある請求項１に記載のガス検知器。
【請求項３】
前記ブリッジ部の軸芯方向に交わる横断面において、前記ガス透過膜の側の前記ブリッジ部の形状が、円弧状に形成してある請求項１または２に記載のガス検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車載の燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知する車載用のガス検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスをエネルギー源とする燃料電池システム（車載型、定置型等）等において、水素ガスの濃度を精度良く検出する水素ガスセンサの必要性は極めて高い。
【０００３】
燃料電池システムでは、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤として空気が供給され、アノード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カソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電する。
【０００４】
カソードからは、未反応の空気（オフガスという）が系外に排出される。この場合、燃料電池のカソード側の排出系に水素ガス検出器を設置し、当該水素ガス検出器によってオフガス中に水素ガスが存在していないことを確認する必要がある。
【０００５】
車載の燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知する水素ガス検出器では、例えば接触燃焼式ガスセンサなどの可燃性ガスを検知するセンサが使用されている（特許文献１）。接触燃焼式ガスセンサは、触媒が付着されている検出素子および触媒が付着されていない温度補償素子を対として構成され、被検知ガス（水素ガス）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して、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。
【０００６】
通常、オフガスは加温水や生成水などの細かい水滴を含んでおり、水素ガス検出器は、これら水滴を含んだオフガスに晒される場合がある。接触燃焼式ガスセンサの素子（ガス検知素子）に多くの水滴が付着すると、当該ガス検知素子の表面に局所的な温度分布の不均一が発生し、検出素子の感度が低下したり、検出素子が破損する虞がある。
【０００７】
このような水滴の付着を防止するため、ガス検知素子を収容するケーシングに形成された開口部（被検知ガス導入口）に、防水性のガス透過膜を配置することが提案されている（特許文献１、特許文献２）。これにより、ガス検知素子が水滴に曝されるのを未然に防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８０３８１３号公報
【特許文献２】特開２０００−１８７０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
車載の燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知するため、水素ガス検出器は車載の部材として車体に配設される。そのため水素ガス検出は、過酷な環境においても正常に作動し、かつ正確に水素ガスを検知できることが求められる。
【００１０】
水素ガス検出器を車載する際、当該水素ガス検出器は外部環境に直接曝される状態で配設されることがあり、この場合、車の走行中などに他物が水素ガス検出器に接触するなどすれば、当該水素ガス検出器が損傷する虞がある。
【００１１】
例えば特許文献１に記載の水素ガス検出器は、被検知ガスを導入する開口部を覆うカバーを設けるため、当該他物がガス透過膜に直接損傷を与え難い構成となっている。
このカバーは、開口部に対向して開口部を覆う円板状の平らな天板部を備え、周縁に同心円状に２重の環状の突起（外側突起および内側突起）を備え、各々切れ目を形成している。これら突起は、カバーの側方から中心側を見た際に、外側突起の切れ目の奧を内側突起でブロックするように配置してある。被検知ガスを外部からガス検知素子に導入するガス通路は、外側突起どうしの切れ目と、外側突起および内外突起の隙間と、内側突起どうしの切れ目が連通して形成される。
【００１２】
特許文献１の水素ガス検出器では当該カバーを設けることでガス透過膜に直接損傷を与えるのを防止することができるが、カバーの構造は複雑であり、被検知ガスは上述した複雑なガス通路を経由してガス検知素子に到達させる必要があるため被検知ガスの検出に時間を要する虞があった。
【００１３】
また、特許文献２に記載の水素ガス検出器は、開口部を覆うカバー（特許文献１）を設けないタイプの構造であるため、車の走行中などに他物が水素ガス検出器の開口部に飛来して、当該開口部に配設してあるガス透過膜に損傷を与える虞がある。この場合、当該ガス透過膜が破れるなどすれば、接触燃焼式ガスセンサが例えば水滴を含んだオフガスに直接晒されることとなり、感度低下や素子破損等の虞が高まる。
【００１４】
従って、本発明の目的は、簡素な構成で車載した環境下において破損を防止でき、かつ正常な作動を妨げ難い車載用のガス検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る車載用のガス検知器の第一特徴構成は、被検知ガスを検知するガス検知素子と、当該ガス検知素子を収容する収容空間を備えたケーシングと、前記ガス検知素子に被検知ガスを導入する導入部に配設され、被検知ガスの透過を許容し、かつ防水性を有するガス透過膜と、を備え、前記導入部が開口する開口部の径方向に亘って配設されたブリッジ部を、前記ガス透過膜の外方に、当該ガス透過膜の一部を覆うように設けた点にある。
【００１６】
本構成によれば、車の走行中などに他物が水素ガス検出器の開口部に飛来したとしても、当該他物が導入部へ侵入するのをブリッジ部によって防止することができる。即ち、他物はブリッジ部と接触して水素ガス検出器の外方に弾かれることにより、当該他物が導入部に配設されたガス透過膜に接触して当該ガス透過膜が損傷するのを未然に防止することができる。そのため、他物によってガス透過膜が損傷し、ガス検知素子が例えば細かい水滴を含んだオフガスに直接晒されて感度低下などが引き起こされるのを防止できる。
【００１７】
また、ブリッジ部は、例えば棒状に形成してガス透過膜の一部を覆うように形成しているため、簡素な構成でガス透過膜の損傷を防止できる。
【００１８】
このように、本構成のガス検知器であれば、車載したときのような過酷な環境においても正常に作動し、かつ正確に水素ガスを検知できる。
【００１９】
本発明に係るガス検知器の第二特徴構成は、前記ブリッジ部を前記ガス透過膜から離間した点にある。
【００２０】
本構成によれば、ブリッジ部とガス透過膜との間に隙間を形成できるため、当該隙間を被検知ガスが通過できる。これにより、被検知ガスが導入部に流入し易くなり、通風状態が良好になるため例えばオフガスに含まれる細かい水滴が導入部に付着し難くなる。そのため、例えば外部気温が低下してオフガスに含まれる細かい水滴が氷結する環境下においても、導入部において当該水滴が付着して氷結するのを防止し易くすることができる。
【００２１】
本発明に係るガス検知器の第三特徴構成は、前記ブリッジ部の軸芯方向に交わる横断面において、前記ガス透過膜の側の前記ブリッジ部の形状を、円弧状に形成した点にある。
【００２２】
本構成によれば、導入部に流入した被検知ガスの流れを当該円弧状の縁部に沿わせることができるため被検知ガスの流れがより滑らかとなり、オフガスに含まれる細かい水滴が導入部により付着し難くなる。仮に当該水滴が付着したとしても、付着した水滴が流れ去り易くなるため、当該水滴がブリッジ部とガス透過膜との間の隙間を塞ぎ難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水素ガス検知器の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の水素ガス検知器の概要を示す平面図である。
【図３】図２のIII−III断面を示す概略図である。
【図４】本発明の水素ガス検知器の構成の概略を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の車載用のガス検知器は、例えば車載の燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知するものである。
【００２５】
水素を含む燃料ガスを利用して発電を行なう燃料電池の中には、発電体をセパレータを介在させて複数積層して成るスタック構造を有するものがある。燃料電池スタックの場合、特に車載用として使用され、運転・停止を繰り返すことによる負荷等が付与されることにより、例えば発電体とセパレータとの間に配置されるシール部材に亀裂が生じたり、燃料電池スタックのひずみにより、発電体とセパレータとの間に隙間が生じることがある。このとき、それらの亀裂や隙間から燃料ガスが漏洩することがある。
【００２６】
従って、燃料電池システムのような水素エネルギーシステムを構成するうえで、上述した燃料ガスの漏洩や、系外に排出されるオフガス中に水素ガスが存在していないことを確認する必要性は極めて高い。
【００２７】
図１〜３に示したように、本発明のガス検知器Ｘは、被検知ガスを検知するガス検知素子１０と、ガス検知素子１０を収容する収容空間２１を備えたケーシング２０と、ガス検知素子１０に被検知ガスを導入する導入部２２に配設され、被検知ガスの透過を許容し、かつ防水性を有するガス透過膜３０と、を備える。
導入部２２が開口する開口部２３の径方向に亘ってブリッジ部４０が配設され、ブリッジ部４０は、ガス透過膜３０の外方に、ガス透過膜３０の一部を覆うように設けてある。
【００２８】
（ガス検知素子）
ガス検知素子１０は、被検知ガスを検知するものであればどのような態様であってもよく、例えば公知の半導体式センサ素子や接触燃焼式センサ素子などが使用できる。本実施形態では、被検知ガスとして水素ガスを検知する接触燃焼式のガス検知素子１０を備えた場合について説明する。
【００２９】
接触燃焼式のガス検知素子１０は、触媒が付着されている検出素子１１および触媒が付着されていない温度補償素子１２を対として構成され、水素ガスが触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して、検出素子１１と温度補償素子１２との電気抵抗の差異から水素ガスの濃度を検出する。
【００３０】
ガス検知器Ｘは、ガス検知素子１０が被検知ガスである水素ガスを検知した際に出力する検知出力を受けて演算する検出部５０備える。検出部５０は、ガス検知素子１０が水素ガスを検知した検知出力に基づき、水素ガス濃度を算出する濃度算出手段５１を備える。算出した結果は、アナログ表示或いはデジタル表示が可能な表示部５２によって表示される。また、ガス検知器Ｘは、電源部（図外）や、検出部５０からの信号を受けて警報を発する報知部６０を備える。
【００３１】
（ケーシング）
ケーシング２０は、ガス検知素子１０を収容する収容空間２１を備える。またケーシング２０は、ガス検知素子１０に被検知ガスを導入する導入部２２、および、導入部２２が開口する開口部２３が形成してある。
【００３２】
本実施形態では、ホルダ２４にガス検知素子１０を収容し、当該ホルダ２４を収容空間２１に配設した態様を示す。ガス検知素子１０はケーシング２０に対向して配設される基盤２５の上に設置され、防塵防滴のため、ホルダ２４と基盤２５とに亘ってパッキン２６を設けてある。
【００３３】
また本実施形態では、ケーシング２０の外縁には、水素ガス検知器Ｘを車体に固定するための固定部２７を二つ設けてある。当該固定部２７には、固定用ネジ（図外）が挿入されるネジ孔２７ａが形成される。さらに、ケーシング２０には、電源ケーブルなどを接続する接続部２８が設けてある。
【００３４】
（ガス透過膜）
ガス透過膜３０は、ガス検知素子１０に被検知ガスを導入するガス導入路である導入部２２を塞ぐように、当該導入部２２に設けてある。ガス透過膜３０は、被検知ガスの透過を許容するガス透過性を有し、かつ防水性を有する薄膜であれば、公知の薄膜、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが使用できる。本実施形態のガス透過膜３０は、その周縁をケーシング２０およびホルダ２４で挟んだ状態で導入部２２に保持してある。
【００３５】
このようにガス透過膜３０を設けることで、水素ガス検出器Ｘが細かい水滴を含んだオフガスに晒されたとしても、当該ガス透過膜３０によって当該水滴がガス検知素子１０に到達するのを未然に防止することができる。
【００３６】
（ブリッジ部）
ブリッジ部４０は、導入部２２が開口する開口部２３の径方向に亘って形成された棒状（長尺状）の部材である。本実施形態では単一のブリッジ部４０を設けた場合を示すが、このような態様に限られるものではなく、複数のブリッジ部４０を並置させる、あるいは、交差させるようにしてもよい。
【００３７】
燃料電池スタックを例えば車両の下面に設置した場合、水素ガス検知器Ｘは外部環境に直接曝された状態で設置されることがある。この場合、車の走行中などに他物が水素ガス検出器Ｘに接触する虞がある。しかし、本構成では、ブリッジ部４０を、開口部２３の径方向に亘って、ガス透過膜３０の一部を覆うようにして形成しているため、仮に他物が水素ガス検出器Ｘの開口部２３に飛来したとしても、当該他物が導入部２２へ侵入するのをブリッジ部４０によって防止することができる。即ち、他物はブリッジ部４０と接触して水素ガス検出器Ｘの外方に弾かれることにより、当該他物が導入部２２に配設されたガス透過膜３０に接触して当該ガス透過膜３０が損傷するのを未然に防止することができる。そのため、他物によってガス透過膜３０が損傷し、ガス検知素子１０が例えば細かい水滴を含んだオフガスに直接晒されて感度低下などが引き起こされるのを防止できる。
【００３８】
また、本構成では、開口部２３の径方向に亘って、ガス透過膜３０の一部を覆うようにして棒状のブリッジ部４０を形成しているため、簡素な構成でガス透過膜３０の損傷を防止できる。さらに、ブリッジ部４０は開口部２３の全面を覆うように形成されないため、被検知ガスを外部からガス検知素子に導入するガス通路は単純なものとなり、被検知ガスの検出に時間を迅速に検出することができる。
【００３９】
本実施形態では、ブリッジ部４０はガス透過膜３０から離間して配設してある。本構成では、ブリッジ部４０とガス透過膜３０との間に隙間を形成できるため、当該隙間を被検知ガスが通過できる。これにより、被検知ガスが導入部２２に流入し易くなる。本実施形態のようにガス検知素子１０として検出素子１１および温度補償素子１２を使用する場合、両方の素子にできるだけ均等に被検知ガスが到達するように構成するのが好ましい。本構成のようにブリッジ部４０とガス透過膜３０との間に隙間を形成するように構成すれば、検出素子１１および温度補償素子１２に均等に被検知ガスが接触し易くなる。
【００４０】
さらに、通風状態が良好になって被検知ガスが導入部２２に流入し易くなることで、例えばオフガスに含まれる細かい水滴が導入部２２に付着し難くなる。そのため、例えば外部気温が低下してオフガスに含まれる細かい水滴が氷結する環境下においても、導入部２２において当該水滴が付着して氷結するのを防止し易くすることができる。
【００４１】
また、ブリッジ部４０の軸芯方向に交わる横断面において、ガス透過膜３０の側のブリッジ部４０の縁部４１の形状を、円弧状に形成するとよい。当該円弧状とは、例えば当該横断面がＲ形状、Ｄ形など、ガス透過膜３０の側が湾曲するような曲線状に形成してあることをいう。
【００４２】
本構成のように、ブリッジ部４０の縁部４１の形状を円弧状に形成することで、導入部２２に流入した被検知ガスの流れを円弧状の縁部４１に沿わせることができるため被検知ガスの流れがより滑らかとなり、オフガスに含まれる細かい水滴が導入部２２により付着し難くなる。仮に当該水滴が付着したとしても、付着した水滴が流れ去り易くなるため、当該水滴がブリッジ部４０とガス透過膜３０との間の隙間を塞ぎ難くなる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のガス検知器は、例えば車載の燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩の検知に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
Ｘ          ガス検知器
１０        ガス検知素子
２０        ケーシング
２１        収容空間
２２        導入部
２３        開口部
３０        ガス透過膜
４０        ブリッジ部
【図１】
2013130540.tif 000003
【図２】
2013130540.tif 000004
【図３】
2013130540.tif 000005
【図４】
2013130540.tif 000006