(57)【要約】【課題】受圧部に到達する水分（液相水、気相水）を低減させることのできる圧力検出装置を提供する。【解決手段】媒体が配管２内を流れる媒体流れ部４の一部に接続して設けられた圧力検出器７を備え、その圧力検出器７の受圧部６で、媒体の圧力を検出する圧力検出装置において、受圧部６と該受圧部６に接触する媒体との温度差を小さくする温度差縮小手段８を設ける。温度差縮小手段８は、圧力検出器７が取り付けられる検出器取付部３内に装着され且つ前記受圧部６と媒体流れ部４間に設けられた本体部１２とし、その本体部１２に形成した媒体導入路１３ａ〜１３ｄを曲がりくねった連通路１３とする媒体温度低下構造体としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に媒体が流れる流路の一部に接続して設けられた圧力検出器を備え、該圧力検出器の受圧部で、前記流路を流れる媒体の圧力を検出する圧力検出装置において、
前記受圧部と、該受圧部に接触する媒体との温度差を小さくする温度差縮小手段を有した
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力検出装置であって、
前記温度差縮小手段は、前記媒体の温度を下げる媒体温度低下構造体からなり、前記圧力検出器が取り付けられる検出器取付部内に装着され且つ前記受圧部と媒体流れ部間に設けられた
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力検出装置であって、
前記媒体温度低下構造体には、前記媒体流れ部から前記受圧部まで媒体を導く媒体導入路が曲がりくねった連通路として形成されている
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の圧力検出装置であって、
前記連通路は、少なくとも階段状又は螺旋状或いはその両方の形状が組み合わされた形状とされた
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の圧力検出装置であって、
前記圧力検出器の取付状態が傾斜して取り付けられた場合に、前記連通路が前記媒体流れ方向に対して傾く
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５の何れかに記載の圧力検出装置であって、
前記媒体温度低下構造体は、前記圧力検出器側で保持され、前記媒体流れ部側では前記検出器取付部と非接触とされた
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６の何れかに記載の圧力検出装置であって、
前記媒体温度低下構造体は、前記圧力検出器側を高熱伝導部とし、前記媒体流れ部側を低熱伝導部とした
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の圧力検出装置であって、
前記媒体温度低下構造体は、前記媒体流れ部側に配置される低熱伝導部である断熱体と、前記圧力検出器側に配置される高熱伝導部である熱伝導体と、からなる
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の圧力検出装置であって、
前記検出器取付部は、前記圧力検出器が取り付けられる側の壁厚を前記媒体流れ部側の壁厚に比べて厚くした
ことを特徴とする圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置に関し、詳細には、圧力検出器の受圧部に到達する水分を低減させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力検出装置の凍結対応技術としては、例えば、圧力検出器（圧力センサ）の受圧部にガスが到達するまでの圧力導入路を直線路とせずに曲がりくねった迷路構造として、水蒸気の浸入防止を図った構造が提案されている（例えば、特許文献１等に記載）。
【特許文献１】特許第３４０４２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、圧力検出器の導入口に設けた比熱の小さい部材（防護板）で水蒸気の浸入防止を実現しようとしているが、比熱が小さいということは温度上昇も速く、水蒸気温度を下げる作用が失われ、当該水蒸気を圧力検出器側へ通過させてしまう。
【０００４】
また、特許文献１に記載の圧力センサ装置では、検出部の一部が熱源であるガス流れの中に突き出ており、圧力検出器の受圧部まで到達する圧力媒体（加湿ガス）の温度が比較的早く昇温してしまい、水蒸気を圧力検出器側に通過させてしまう。すなわち、特許文献１に記載の技術では、圧力検出器の凍結対応としては十分ではなく、受圧部での凍結による圧力検出異常が生じてしまう。
【０００５】
この圧力センサ装置を、燃料電池車の燃料電池に供給される燃料ガス供給経路を流れるガス圧を測定するのに使用した場合、燃料電池車では受圧部で凍結した氷が解けるまでシステム起動を待たなければならない。あるいは、システム起動時間を短くするため、比較的大きな容量のヒータを搭載しなければならず、小型化・低コスト化に反し、実用化の妨げになる。
【０００６】
そこで本発明は、受圧部に到達する水分（液相水、気相水）を低減させることの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】
【０００７】
本発明は、流路を流れる媒体の圧力を圧力検出器の受圧部で検出する圧力検出装置において、受圧部と、該受圧部に接触する媒体との温度差を小さくする温度差縮小手段を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧力検出器の受圧部と該受圧部に接触する媒体の温度差を小さくする温度差縮小手段を設けたことで、例えば媒体である加湿気体が前記受圧部に付着して結露するのを抑制することができ、また、零下まで温度が下がって凍結する環境下になっても凍結量が極めて少なく、当該圧力検出器の出力誤差が小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
「第１実施形態」
図１は第１実施形態の圧力検出装置の断面図、図２は図１の温度差縮小手段の斜視図である。本実施形態は、燃料電池車における燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路を構成する配管に、本発明の圧力検出装置を装着し、この圧力検出装置でその配管内を流れる燃料ガス（加湿された燃料ガス）の圧力を検出する例とする。
【００１１】
「圧力検出装置の構成説明」
本実施形態の圧力検出装置１は、内部に媒体（加湿された燃料ガス）が流れる配管２の一部を外方へ突設させた検出器取付部３に装着されている。検出器取付部３は、筒状の配管２を流れる媒体の媒体流れ方向Ｘに対して垂直方向に該配管２の一部を外方へ突出させることにより形成されている。この検出器取付部３は、媒体が流れる配管２の流路である媒体流れ部４と連通する内部空間５を有した突出円筒体とされている。
【００１２】
圧力検出装置１は、圧力検出素子である受圧部６で媒体圧力を検出する圧力検出器７と、受圧部６と該受圧部６に接触する媒体との温度差を小さくする温度差縮小手段８と、から構成されている。
【００１３】
圧力検出器７は、受圧部６を保持する圧力センサ本体９を有している。圧力センサ本体９は、前記検出器取付部３の先端部に、ガス漏れ防止用のシール部材１０を介してネジ等の締結手段にて装着固定されている。この圧力センサ本体９には、受圧部６を保持する受圧部保持部９ａと、この受圧部保持部９ａに保持された受圧部６の受圧面６ａ前方に形成された空間部９ｂとが形成されている。受圧部６は、外部へのガス漏れを防止するシール部材１４を介在させて受圧部保持部９ａに設けられている。
【００１４】
また、圧力センサ本体９には、受圧部６が媒体圧力を受けることで生じた変位が電気信号に変換されて図示を省略した制御部へと出力するための端子１１郡が設けられている。端子１１郡は、圧力センサ本体９の前記受圧部６とは反対側の基端部側に設けられている。
【００１５】
温度差縮小手段８は、媒体の温度を下げる媒体温度低下構造からなり、前記圧力検出器７が取り付けられる検出器取付部３内に装着され且つ前記受圧部６と前記媒体流れ部４間に設けられている。かかる温度差縮小手段８は、前記検出器取付部３の断面円形状とされた内部空間５に挿入し得る円柱形状をなす本体部１２を有している。この温度差縮小手段８は、本体部１２の基端側部１２ａの直径を前記内部空間５の直径とほぼ同じにしてその基端側部１２ａを前記検出器取付部３に圧入させることで固定させている。また、基端側部１２ａは、外気の熱（低温側）を本体部１２に熱伝導し易くするために前記圧力センサ本体９と接触させている。これに対して、本体部１２の基端側部１２ａを除く部位（先端側部１２ｂ）は、前記検出器取付部３の内壁面３ａに対して若干の隙間が開くように非接触とされている。
【００１６】
本体部１２には、先端側部１２ｂから基端側部１２ａに亘って連通する媒体導入路である複数の連通路１３（１３ａ〜１３ｄ）が形成されることにより媒体の温度を下げる媒体温度低下構造体とされている。具体的には、本体部１２の外周面に、先端側部１２ｂから基端側部１２ａに向かって断面略コ字状とされた溝部が第１連通路１３ａとして形成されている。第１連通路１３ａは、本体部１２の外周面を均等に分割した位置にそれぞれ４つ形成されている。また、本体部１２には、その長手方向中央位置付近に貫通された孔部が第２連通路１３ｂとして形成されている。第２連通路１３ｂは、相対向する２つの第１連通路１３ａ同士を連通させている。他方の相対向する２つの第１連通路１３ａ同士も、もう一方の第２連通路１３ｂにて連通されている。
【００１７】
また、本体部１２には、その軸芯位置に基端側部１２ａから前記第２連通路１３ｂに至る位置まで貫通した中心孔が第３連通路１３ｃとして形成されている。さらに、本体部１２には、基端側部１２ａの天面に前記第３連通路１３ｃの中心と同心円となる円錐形状の凹溝が第４連通路１３ｄとして形成されている。連通路１３は、これら第１連通路１３ａから第４連通路１３ｄによって、その流路が曲がりくねった流路構造とされ、その流路距離が直線流路に比べて非常に長くなっている。このため、前記本体部１２は、その曲がりくねった長い各連通路１３ａ〜１３ｄを通過することで媒体の温度を低下させる媒体温度低下構造体となっている。
【００１８】
このように、複数の連通部１３（１３ａ〜１３ｄ）を媒体導入路として本体部１２に形成した温度差縮小手段８においては、媒体流れ部４を流れる媒体の一部は、第１連通路１３ａへ流入した後、その流れる向きを変えて第２連通路１３ｂへと流れ、再び流の向きを変えて第３連通路１３ｃを通して第４連通路１３ｄへと流出する。そして、この第４連通路１３ｄの上部に出た媒体は、受圧部６の前方に形成された空間部９ｂに到達する。
【００１９】
「圧力検出装置による媒体圧力検出動作説明」
以下、前記構成とされた本実施形態の圧力検出装置による媒体圧力検出動作について説明する。例えば、外気温度が零下で冷えているときに燃料電池車を運転すると、運転直後は媒体（燃料ガス）温度が低く、媒体流れ部４を通過するガスが持つ水分（水蒸気分圧）は少ないが、その後の運転の仕方で、運転負荷を上げていくと媒体流れ部４を通過するガスは温度上昇（ガスが持つ水分が急増）していく。このとき、圧力検出器７側と、媒体流れ部４側とは、それぞれ低温側（外気の熱）と高温側（ガス熱）との関係に有り、温度勾配が生じる。
【００２０】
温度差縮小手段８がない場合、冷えている圧力検出素子である受圧部６の受圧面６ａに、比較的高温のまま水蒸気が拡散し到達してしまい、受圧部６がガス温度と同じ温度になるまで結露が生じてしまう。水蒸気だけでなくミスト状の液水（湯気のような質量が大きい水蒸気）も浸入しやすいため、短時間に受圧面６ａに付着してしまう。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、媒体流れ部４に臨む流路開口部から受圧部６の前方に設けた空間部９ｂまでの通路（各連通路１３ａ〜１３ｄ）に曲がり部があることで、１分子の水蒸気だけでなく数分子で構成されているクラスター状の水分、あるいは湯気のように目視できるほどの分子の数で構成されるミスト状の水分などは、この曲がり部で処理され、前記空間部９ｂまで到達するのを防止できる。既に液状となった水分は持っている熱量も高く、この水分を処理することで媒体の温度（空間部９ｂの温度）を効果的に低下させることができる。
【００２２】
また、本実施形態では、媒体温度低下構造体をなす本体部１２を圧力検出器７側で保持すると共に圧力センサ本体９と接触するように取り付けており、且つ本体部１２の先端側部１２ｂを検出器取付部３の内壁面３ａに対して非接触としている。そのため、圧力検出器７は、外気の熱（低温側）が本体部１２に熱伝導し易く、当該本体部１２が冷え易くなっている。これは、高温側の熱源である燃料ガスによって温度上昇が速い媒体流れ部４（ガス圧導入口側）周辺の配管内壁２ａ、３ａからの熱で本体部１２の温度上昇が抑えられるからである。
【００２３】
圧力検出器７の本体部１２が冷えること、或いは、ガス温度の上昇と共に本体部１２が温度上昇し難いことの効果としては、媒体流れ部４から受圧部６の前方に設けた空間部９ｂへ浸入する水蒸気の温度を下げられることである。これは、例えばガス温度が７０℃で配管２内を流れていて、前記空間部９ｂの温度を２０℃まで低下させることができれば、この空間部９ｂ内に到達した水蒸気は約１／１０以下にまで低減できる。さらに、受圧部６との温度差が小さくなるので、受圧面６ａ面上で結露する量を大幅に少なくできる。これは、外気が極めて低い極寒地（例えば、−３０℃）ほど効果が大きい。
【００２４】
このように、本実施形態の圧力検出装置によれば、受圧部６上の凍結量を削減することができるため、圧力センサの検出誤差が小さくなり、外気温度零下で燃料電池車の起動がスムーズ且つ短時間で行え走行が可能となる。
【００２５】
以上のように、本実施形態の圧力検出装置によれば、受圧部６とこの受圧部６に接触する媒体との温度差を小さくする温度差縮小手段８を有しているので、例えば、媒体である加湿気体が圧力検出器７の受圧部６で結露するのが抑制され、外気温度が零下まで下がって凍結する環境下になっても凍結量が極めて少なく、圧力検出器７の出力誤差を小さくできる。
【００２６】
また、本実施形態の圧力検出装置によれば、温度差縮小手段８が媒体の温度を下げる媒体温度低下構造体であるので、その媒体温度低下構造によって受圧部６に到達する気体温度が下がる。すなわち、水蒸気分圧が下がり、絶対的に結露する量が少なくなる。
【００２７】
また、本実施形態の圧力検出装置によれば、媒体温度低下構造体を、媒体流れ部４から受圧部６まで媒体を導く媒体導入路を曲がりくねった連通路１３として形成しているので、大きな熱量を有するミスト状水分を効率的に凝縮でき、媒体の温度低下を促進できる。
【００２８】
また、本実施形態の圧力検出装置によれば、媒体温度低下構造体である本体部１２を圧力検出器７側で保持し、媒体流れ部４側では検出器取付部３と非接触としたので、媒体（高温側熱源）の入口側の配管部はいち早く昇温していくが、本体部１２は温度上昇せず外気により冷却されることから、この媒体温度低下構造体の温度低下性能を向上させることができる。
【００２９】
「第２実施形態」
図３は第２実施形態の圧力検出装置の断面図、図４は図３の温度差縮小手段を取り出して示す斜視図である。
【００３０】
第２実施形態では、本体部１２と、この本体部１２の前方に配置した断熱体１５の２つの部品で温度差縮小手段８を構成すると共に、これら本体部１２と断熱体１５を何れも媒体温度低下構造体とし、さらに圧力検出器７側に配置する本体部１２を高熱伝導部である熱伝導体とし、媒体流れ部４側に配置する断熱体１５を低熱伝導部である熱伝導体とした。
【００３１】
媒体温度低下構造体である本体部１２は、第１実施形態と同一構成であるが、熱導電性に優れた材料、例えば銅、アルミ合金、あるいはカーボン材等から形成され、高熱伝導部として機能する。
【００３２】
断熱体１５は、前記本体部１２とは異なり、熱伝導性の悪い材料、例えば樹脂材、ゴム材等で形成され、低熱伝導部として機能する。かかる断熱体１５は、本体部１２の先端側部１２ａ及びその大部分の部位を嵌入させる円形凹部１６を有した円柱体として形成され、前記検出器取付部３の内部空間５に挿入配置されている。かかる断熱体１５は、本体部１２の保持方法と同じ考え方で低温側の熱を受け易くするために、基端側部１５ａを検出器取付部３に圧入させることで固定させている。断熱体１５の基端側部１５ａを除く部位（先端側部１５ｂ）は、前記検出器取付部３の内壁面３ａに対して若干の隙間が開くように非接触とされている。
【００３３】
断熱体１５には、媒体流れ部４と本体部１２に形成された各第１連通路１３ａとをそれぞれ連通させる連通孔１７が形成されている。連通孔１７は、例えば円形孔として断熱体１５の底部に貫通形成されている。この連通孔１７が形成されることで、断熱体１５は、該連通孔１７を通る媒体の温度を下げる媒体温度低下構造体となる。
【００３４】
このように第２実施形態では、高温側には熱伝導が悪い低熱伝導部である断熱体１５を配置し、低温側には熱伝導が良い高熱伝導部である本体部（熱伝導体）１２を配置することで、第１実施形態に比べて媒体温度の低下性能を更に向上させることができる。なお、本体部１２と断熱体１５からなる温度差縮小手段８の数を増やせば、より一層効果が高まる。この場合、圧力検出器７の取り付け長さが長くなり、重量やコストおよび体積が増えてしまうマイナス要素もあるが、燃料電池車の零下起動運転性能を満足する媒体温度の低下性能となる構成を選択すればマイナス要素を打ち消せる。
【００３５】
第３実施形態の圧力検出装置によれば、圧力検出器７側を高熱伝導部である熱伝導体（本体部１２）とし、媒体流れ部４側を低熱伝導部である断熱体１５としたので、低温側である圧力検出器７の熱を本体部１２に効率よく伝導させ、高温側である媒体流れ部４側の熱は断熱体１５によって伝導し難いことから、媒体温度低下性能を更に向上させることができる。
【００３６】
「第３実施形態」
図５は第３実施形態の温度差縮小手段を示す断面図である。第３実施形態では、断熱体１５に形成した連通孔１７を螺旋状とし、また、圧力検出器７の取付状態が傾斜して取り付けられた場合に前記本体部１２に形成した第２連通路１３ｂ及び第４連通路１３ｄが媒体流れ方向Ｘに対して傾くようにした例である。
【００３７】
断熱体１５に形成した連通孔１７は、図５（Ａ）に示すように、第２実施形態のように直線状ではなく、所定の傾斜角度θ１を持った螺旋状とされている。この連通孔１７を所定の角度θ１をなす螺旋状に形成することで、直線状とした場合に比べて有効通路長を長くすることができる。これにより、断熱体１５は、連通孔１７の有効通路長が長くなることで、媒体の温度をより一層下げる効果が高まる。
【００３８】
この他、図５（Ｂ）に示すように、第１連通路１３ａの形状を階段状としてもよい。または、第１連通路１３ａの形状は、螺旋状と階段状の両方の形状を組み合わせた形状とすることもできる。何れにしても、階段状或いは階段状と螺旋状を組み合わせた第１連通路１３ａとすることで、直線状とした場合に比べて有効通路長さを相当長くすることができ、媒体の温度を下げる効果が期待できる。
【００３９】
また、燃料電池車の傾斜を考慮し、いろいろな車両姿勢でも連通路１３が水平にならないよう第２連通路１３ｂと第４連通路１３ｄに所定の傾き角度θ２、θ３をつける。これは、結露水の排水性を良くすることで、第３連通路１３ｃの通路径Ｄが比較的小さいサイズまで連通路１３が凍結によって閉塞しないようにしている。つまり、通路径Ｄが小さいほど、媒体温度の低下性能が高いからである。ここで、傾き角度θ１、θ２、θ３は、それぞれ同じである必要はないが、車両設計を最大３０％勾配傾斜路を想定すると、道路状況等から１５度以上が好ましい。
【００４０】
第３実施形態の圧力検出装置によれば、車両が所定の角度で傾斜した場合でも主要通路（第２連通路１３ｂ及び第４連通路１３ｄ）の底面側は傾いていることで、媒体（加湿された燃料ガス）の凝縮水の排水性が高まり、凝縮水溜まりによる通路の閉塞を防止することができる。さらには、連通路１３に凝縮水が溜まり難いことから、媒体温度低下構造体の通路サイズを小さくする限界が延び、温度低下性能を向上できる。
【００４１】
「第４実施形態」
図６は第４実施形態の圧力検出装置の断面図、図７は図６の温度差縮小手段を取り出して示す斜視図である。第４実施形態では、本体部１２と断熱体１５との間に断熱層として機能させる空間１８を設け、この空間１８が設けられた部位の検出器取付部３の壁厚を薄くしている。もちろん、壁厚を薄くした部位は、機械強度的に必要十分な厚さであることは言うまでもない。
【００４２】
さらに、第４実施形態では、検出器取付部３は、圧力検出器７が取り付けられる側の壁厚Ｄ２を、前記媒体流れ部４側の壁厚（前記空間１８が設けられた部位の壁厚）Ｄ１に比べて厚くしている。逆の見方をすると、検出器取付部３の媒体流れ部４側の壁厚Ｄ１を圧力検出器７側の壁厚Ｄ２に対して薄くしている。こうすることで、本実施形態では、検出器取付部３における圧力検出器７側の体積を大きく確保して熱容量を増大させている。検出器取付部３の媒体流れ部４側の壁厚を薄したのは、熱伝導面積を少なくするためである。すなわち、燃料電池車が運転を開始した後、高温の燃料ガスが流れ始め、その熱を本体部１２に伝導するのを抑えるためである。
【００４３】
このような構造とした圧力検出装置では、例えば圧力検出器７だけでなく検出器取付部３も冷え切った状態となった燃料電池の零下起動後、高温の燃料ガスが流れ始め、媒体流れ部４を熱源として、熱が圧力検出器７にもやがて伝わってくるが、前記空間１８が断熱層として機能するから温度上昇速度を遅くすることができる。つまり、検出器取付部３のセンサ側熱容量が大きいため温度上昇が遅く、その分本体部１２の温度上昇も遅くなるのである。本体部１２の温度が低い分、媒体の温度低下性能も高く、より長い時間その大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は第１実施形態の圧力検出装置の断面図である。
【図２】図２は図１の温度差縮小手段の斜視図である。
【図３】図３は第２実施形態の圧力検出装置の断面図である。
【図４】図４は図３の温度差縮小手段を取り出して示す斜視図である。
【図５】図５は第３実施形態の温度差縮小手段を示す断面図である。
【図６】図６は第４実施形態の圧力検出装置の断面図である。
【図７】図７は図６の温度差縮小手段を取り出して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…圧力検出装置
２…配管
３…検出器取付部
４…媒体流れ部
５…内部空間
６…受圧部（圧力検出素子）
７…圧力検出器
８…温度差縮小手段
９…圧力センサ本体（圧力検出器）
１２…本体部（温度差縮小手段）
１３…連通路
１３ａ…第１連通路
１３ｂ…第２連通路
１３ｃ…第３連通路
１３ｄ…第４連通路
１５…断熱体（温度差縮小手段）
１７…連通孔
１８…空間
【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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