特開 2025-154782 ガス検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025154782

(43)【公開日】2025-10-10

(54)【発明の名称】ガス検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20251002BHJP

【ＦＩ】

G01N27/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024057972

(22)【出願日】2024-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今中 伸哉

(72)【発明者】

【氏名】淺野 友紀

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA01

2G060AB03

2G060AE19

2G060AF07

2G060BA05

2G060BB02

2G060BB12

2G060BD08

2G060JA01

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】ガスセンサの応答速度を高めることができる。
【解決手段】ガス検出装置は、第１の開口部が設けられた筐体と、筐体内に設置され、第１の開口部と重なる位置に第２の開口部を有する収容部と、収容部内に設置され、所定のガスを検出可能なガスセンサと、第２の開口部を覆い、所定のガスが通過可能なフィルタと、を備え、フィルタの端部は、収容部が第２の開口部の周囲に有するインサート部で固定されており、収容部の内壁は、上面から見たときに、インサート部で固定されたフィルタの端部よりも内側に位置している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の開口部が設けられた筐体と、
前記筐体内に設置され、前記第１の開口部と重なる位置に第２の開口部を有する収容部と、
前記収容部内に設置され、所定のガスを検出可能なガスセンサと、
前記第２の開口部を覆い、前記所定のガスが通過可能なフィルタと、を備え、
前記フィルタの端部は、
前記収容部が前記第２の開口部の周囲に有するインサート部で固定されており、
前記収容部の内壁は、
上面から見たときに、前記インサート部で固定された前記フィルタの端部よりも内側に位置している、
ガス検出装置。

【請求項2】

前記第２の開口部は、
上面から見たときに円形の形状を有しており、
前記ガスセンサの本体部分は、
上面から見た外形において角部と端辺とを有して、前記第２の開口部の外縁部より内側に配置されており、
前記収容部の前記内壁において、
前記本体部分の前記角部または前記端辺と対向する部分が前記本体部分へ向かって迫り出している、
請求項１に記載のガス検出装置。

【請求項3】

前記収容部の前記内壁において、
前記本体部分へと向かって迫り出した部分は、上面から見て前記第２の開口部の外縁部と重なる位置まで迫り出している、
請求項２に記載のガス検出装置。

【請求項4】

前記ガスセンサの本体部分は、
上面から見た外形において複数の端辺を有し、
前記収容部の前記内壁において、
前記ガスセンサの前記本体部分の前記複数の端辺のうち１つの端辺と対向する部分が前記本体部分から後退しており、
前記ガスセンサは、
前記内壁が前記本体部分から後退した部分に対向する前記１つの端辺に、前記収容部の後退した前記内壁へと向かって延びるリードを有している、
請求項２に記載のガス検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ガス検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池を駆動源とする車両等においては、例えば水素ガスの漏洩を検出するためのガス検出装置が設けられている。例えば特許文献１には、ガスセンサの周囲を仕切り壁で囲うことが開示されている。これにより、ガスセンサ周囲の空気を迅速に入れ替えることができ、ガスセンサの応答速度を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０２７４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の特許文献１の技術では、仕切り壁で囲われたキャビティの内形は、キャビティ内の雰囲気を入れ替えるためのフィルタの面積よりも広く構成されている。これでは、ガスセンサの応答速度を充分に高めることができない。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガスセンサの応答速度を高めることができるガス検出装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態のガス検出装置は、第１の開口部が設けられた筐体と、前記筐体内に設置され、前記第１の開口部と重なる位置に第２の開口部を有する収容部と、前記収容部内に設置され、所定のガスを検出可能なガスセンサと、前記第２の開口部を覆い、前記所定のガスが通過可能なフィルタと、を備え、前記フィルタの端部は、前記収容部が前記第２の開口部の周囲に有するインサート部で固定されており、前記収容部の内壁は、上面から見たときに、前記インサート部で固定された前記フィルタの端部よりも内側に位置している。

【0007】

実施形態のガス検出装置は、ガスセンサの応答速度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態にかかるガス検出装置の構成の一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態にかかるガス検出装置の構成の一例を示す斜視図である。

【図3】図３は、実施形態にかかるガス検出装置が備える収容部を含む上面図である。

【図4】図４は、実施形態にかかるガス検出装置が備える収容部を含む上面図である。

【図5】図５は、実施形態にかかるガス検出装置が備える収容部を含む断面図である。

【図6】図６は、比較例にかかるガス検出装置が備える収容部を含む断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、並びに当該構成によりもたらされる作用、結果、及び効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によりも実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や派生的な効果のうち、少なくとも１つを得ることが可能である。

【0010】

（ガス検出装置の構成例）
図１及び図２は、実施形態にかかるガス検出装置１の構成の一例を示す斜視図である。より詳細には、図１は、ガス検出装置１の上方側の斜視図であり、筐体１０の一部を分解して示す。図２は、ガス検出装置１の下方側の斜視図である。

【0011】

実施形態のガス検出装置１は、例えば燃料電池を駆動源とする車両等に搭載され、水素ガスを検出可能に構成されている。

【0012】

図１及び図２に示すように、ガス検出装置１は、筐体１０、収容部２０、ガスセンサ３０、プリント基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）４０、及びフィルタ５０を備えている。

【0013】

筐体１０は、上蓋１１と、ケース１２とを含んで構成される樹脂製である。ケース１２は、内部に収容部２０、ガスセンサ３０、プリント基板４０、及びフィルタ５０等を格納可能な箱型に構成されている。上蓋１１は、ケース１２内を塞ぐように、ケース１２の上面に取り付け可能に構成される。

【0014】

ケース１２の両側面には、ネジ等の取り付け具により、車両の所定位置にガス検出装置１を取り付け可能な取り付け部１２ｓが設けられている。ケース１２の裏面には開口部１４が設けられている。開口部１４は、ガス検出装置１の外気を取り込むことが可能に構成されている。

【0015】

ケース１２には、ケース１２内を上下に隔てるように、ケース１２内全体に亘って設置されたプリント基板４０が格納されている。プリント基板４０は、ガスセンサ３０等を制御し、ガスセンサ３０からの水素ガス等の検出結果を取得して、ガス検出装置１の外部機器に出力する。ガス検出装置１の外部機器は、例えば水素ガスの漏洩監視を行う電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等である。

【0016】

収容部２０は、例えばプリント基板４０に取り付けられて、プリント基板４０で隔てられたケース１２内の下部空間に収容されている。すなわち、収容部２０は、プリント基板４０とケース１２底面との間の空間に配置されている。収容部２０は、例えば円形の外形を有して内部にガスセンサ３０等を収容可能に構成された樹脂製である。また、収容部２０は、ケース１２の裏面に設けられた開口部１４と上下方向に重なる位置に、開口部２４を有している。収容部２０の開口部２４には、フィルタ５０がはめ込まれている。

【0017】

なお、筐体１０が有する開口部１４は第１の開口部の一例であり、収容部２０が有する開口部２４は第２の開口部の一例である。

【0018】

フィルタ５０は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｐｏｌｙ－Ｔｅｔｒａ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）等の樹脂製であり、筐体１０外部の水滴等を遮蔽し、外気を筐体１０の内外に連通させることが可能に構成されている。

【0019】

ガスセンサ３０は、例えば熱伝導度検出（ＴＣＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式で水素ガス濃度を検出するよう構成される。ＴＣＤ方式では、ガス種による熱伝導度の違いを利用して、検出対象の水素ガスの熱伝導度の差によるフィラメントの温度変化を電気抵抗の変化として検出する。これにより、ガスセンサ３０周囲の雰囲気中の水素ガス濃度を特定することができる。このため、ガスセンサ３０は、ＴＣＤ方式の水素ガス検出機構を備えるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップと、水素ガス等の熱伝導度に影響を来す温湿度を測定する温湿度測定用のＩＣチップとを含む。

【0020】

以上の構成により、実施形態のガス検出装置１は、例えば車両内の燃料タンク近傍、または車両内部における水素ガスの流路近傍等、水素ガスの漏洩が発生する恐れがある部分に、１つ、または複数個設置される。

【0021】

水素および燃料電池自動車に関する国際基準である世界統一技術規則第１３号（ＧＴＲ１３：Ｇｌｏｂａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｎｏ．１３）によれば、水素ガスの漏洩に際して、水素ガス濃度が２ｖｏｌ％以上で警告を発し、３ｖｏｌ％以上で燃料タンクの主止弁を閉じることが規定されている。水素ガスの漏洩監視を行う上述のＥＣＵは、ガス検出装置１からの検出結果に基づいて、ＧＴＲ１３の規定を満たす制御を行う。

【0022】

（収容部の構成例）
次に、図３及び図４を用いて、実施形態のガス検出装置１が備える収容部２０の詳細の構成例について説明する。図３及び図４は、実施形態にかかるガス検出装置１が備える収容部２０を含む上面図である。

【0023】

水素ガスの漏洩を速やかに検出して対応するため、実施形態のガス検出装置１においては、以下に説明するように、応答速度を向上させる工夫がなされている。

【0024】

図３に示すように、また、上述したように、収容部２０は例えば円形の外形を有し、ガスセンサ３０を収容可能な内部空間２２を有している。収容部２０の内部空間２２は、ガスセンサ３０の外形に沿うよう設けられた収容部２０の内壁２１に囲われている。収容部２０の下面中央部には、上述の筐体１０の開口部１４と上下に重なり合うように、例えば円形の開口部２４が設けられている。収容部２０の開口部２４には、フィルタ５０がはめ込まれている。

【0025】

収容部２０の内部空間２２には、上述したように、ガスセンサ３０が設けられている。ガスセンサ３０は、水素ガス検出用のＩＣチップ３１と、温湿度測定用のＩＣチップ３３とを有している。これらのＩＣチップ３１，３３は、上面から見て例えば矩形状を有しており、水素ガス検出用のＩＣチップ３１の互いに対向する２つの端辺からは、ＩＣチップ３１の外方へと延びるリード３２が突出している。

【0026】

リード３２を除くＩＣチップ３１の矩形の本体部分は、上面から見て、収容部２０が備え、フィルタ５０がはめ込まれた開口部２４の外縁部より内側に配置されている。このような配置により、ＩＣチップ３１が、フィルタ５０を介して収容部２０内に導入される外気中の水素ガスを高精度に検出することができる。

【0027】

ＩＣチップ３３は、収容部２０の開口部２４から一部外れた位置に、ＩＣチップ３１に隣接するように配置されている。これにより、ＩＣチップ３３が、ＩＣチップ３１周辺の温湿度を高精度に検出することができる。

【0028】

図４に、収容部２０の内壁２１を太線で、その他の構成を破線で示す。図４に示すように、また、上述したように、収容部２０の内壁２１は、収容部２０の円形の外形に沿うことなく、ガスセンサ３０の上記外形に沿うよう設けられている。

【0029】

より詳細には、収容部２０の内壁２１は、開口部２４の中央部に配置され、矩形状を有するＩＣチップ３１の４つの角部のうち、ＩＣチップ３３に隣接する側の２つの角部に対向する部分が、ＩＣチップ３１の角部へと向かって迫り出した２つの迫り出し部２１１を備える。また、収容部２０の内壁２１は、矩形状のＩＣチップ３１の４つの端辺のうち、ＩＣチップ３３とは反対側の１つの端辺に対向する部分が、その端辺へと向かって迫り出した１つの迫り出し部２１１を有する。また、収容部２０の内壁２１は、矩形状のＩＣチップ３１の４つの端辺のうち、残りの３つの端辺、つまり、リード３２が突出した２つの端辺と、ＩＣチップ３３に隣接する１つの端辺とから後退した３つの後退部２１２を備えている。これにより、収容部２０の内壁２１は、上面から見て略Ｔ字形の外形を有している。

【0030】

収容部２０の内壁２１が有する３つの後退部２１２のうちＩＣチップ３１を挟んで対向する２つの後退部２１２と、これらに隣接する迫り出し部２１１とで囲まれた空間には、ＩＣチップ３１から延びるリード３２が延出している。３つの後退部２１２のうち残りの１つの後退部２１２と、これに隣接する迫り出し部２１１とで囲まれた空間には、ＩＣチップ３１に隣接するＩＣチップ３３が配置されている。

【0031】

このように、収容部２０の内壁２１が、ガスセンサ３０の外形に近接して設けられることにより、収容部２０の内部空間２２の容積を縮小することができ、内部空間２２内の雰囲気の入れ替わりが促進される。これにより、例えば水素ガスが漏洩した場合に、次第に高まっていく水素ガス濃度の変化を、ガスセンサ３０が逐次に捉えることができ、ガスセンサ３０の応答速度が向上する。

【0032】

このとき、収容部２０の内壁２１のうち、例えばＩＣチップ３１に向かって迫り出した迫り出し部２１１等の、ガスセンサ３０により近接した部分におけるガスセンサ３０との距離は、収容部２０内へのガスセンサ３０の組付け公差を考慮して決定されることが好ましい。つまり、収容部２０内へのガスセンサ３０の組付けが可能な距離を保ちつつ、収容部２０の内壁２１とガスセンサ３０とが近接していることが好ましい。

【0033】

以上の構成を有する収容部２０は、例えば鋳型を用いた射出成型等により、複雑な形状を有する内壁２１も含め、一体的に成形されている。より詳細には、例えばフィルタ５０が装入された鋳型内に樹脂材を注入して成形することで、上記のような形状を有する収容部２０が形成される。

【0034】

このように、複雑な形状の内壁２１を含めて、収容部２０を一体的に成形することで、例えばガスセンサ３０の外形に合わせて、収容部２０の内部空間２２に詰め物をする等の煩雑な工程を削減することができ、内部空間２２が縮小された収容部２０を含むガス検出装置１を安価に製造することができる。

【0035】

（比較例）
次に、図５及び図６を用いて、実施形態のガス検出装置１が備える収容部２０の詳細構成を、比較例のガス検出装置と対比させながら更に説明する。図５は、実施形態にかかるガス検出装置１が備える収容部２０を含む断面図である。図６は、比較例にかかるガス検出装置が備える収容部２０ｘを含む断面図である。

【0036】

図５及び図６に示すように、実施形態のガス検出装置１及び比較例のガス検出装置は、プリント基板４０にＯ－リング２３を介して取り付けられ、下面に開口部２４，２４ｘをそれぞれ有する収容部２０，２０ｘと、収容部２０，２０ｘの下端部に設けられたインサート部２４１，２４１ｘで端部を固定され、それぞれの開口部２４，２４ｘを覆うフィルタ５０と、収容部２０，２０ｘの内部空間２２，２２ｘに収容されるガスセンサ３０と、を備える。

【0037】

上記のように、Ｏ－リング２３を介することで、収容部２０，２０ｘが気密にプリント基板４０に取り付けられる。したがって、収容部２０，２０ｘ内の雰囲気の入れ替えは、専ら収容部２０，２０ｘ下面のフィルタ５０を介して行われる。また、フィルタ５０の端部を固定するインサート部２４１，２４１ｘは、上述のように、鋳型内にフィルタ５０を装入した状態で、収容部２０，２０ｘを射出成型することで形成される。このような手法によりフィルタ５０を収容部２０，２０ｘの開口部２４，２４ｘの周囲に固定することをフィルタ５０のインサート成形とも呼ぶ。

【0038】

図６に示すように、比較例の収容部２０ｘに設けられた内部空間２２ｘは、ガスセンサ３０のサイズに対して比較的余裕をもって設けられている。つまり、比較例の収容部２０ｘの内部空間２２ｘを囲む内壁２１ｘは、例えば収容部２０ｘへのガスセンサ３０の組付け公差を超える距離を隔てて、ガスセンサ３０から離れた位置に配置されている。

【0039】

このため、比較例の収容部２０ｘの内壁２１ｘは、水平方向で見て、フィルタ５０全体の外形よりも大きな外形を有する。換言すれば、上面から見たときに、比較例の収容部２０ｘの内壁２１ｘは、収容部２０ｘ下端部のインサート部２４１ｘで固定されたフィルタ５０の端部よりも外側に位置している。

【0040】

図５に示すように、実施形態の収容部２０に設けられた内部空間２２は、上述の通り、ガスセンサ３０に極力近接させて設けられている。つまり、実施形態の収容部２０の内部空間２２を囲む内壁２１においては、上述のように、ガスセンサ３０との距離が、例えば収容部２０へのガスセンサ３０の組付け公差以下である。

【0041】

このため、実施形態の収容部２０の内壁２１は、水平方向で見て、フィルタ５０全体の外形よりも小さな外形を有する。換言すれば、上面から見たときに、実施形態の収容部２０の内壁２１は、収容部２０下端部のインサート部２４１で固定されたフィルタ５０の端部よりも内側に位置している。

【0042】

（概括）
水素ガスを燃料とする燃料電池車両等においては、例えば水素ガスの漏洩を検出するガス検出装置が設置される。水素ガスの漏洩を即時に検出して対応するため、ガス検出装置には即応性が求められている。

【0043】

実施形態のガス検出装置１によれば、収容部２０の内壁２１は、上面から見たときに、開口部２４周囲のインサート部２４１で固定されたフィルタ５０の端部よりも内側に位置している。これにより、収容部２０の内部空間２２が縮小されて、内部空間２２内の雰囲気の入れ替えが促進され、ガスセンサ３０の応答速度を高めることができる。

【0044】

実施形態のガス検出装置１によれば、収容部２０の内壁２１において、ガスセンサ３０の本体部分であるＩＣチップ３１の一部の角部および一部の端辺と対向する迫り出し部２１１がＩＣチップ３１へ向かって迫り出している。これにより、収容部２０の内部空間２２をいっそう縮小することができ、ガスセンサ３０の応答速度をいっそう高めることができる。

【0045】

実施形態のガス検出装置１によれば、収容部２０の内壁２１において、収容部２０の内壁２１の迫り出し部２１１は、上面から見て開口部２４の外縁部と重なる位置まで迫り出している。これにより、フィルタ５０を介した収容部２０内の雰囲気の入れ替えの妨げとなることを避けつつ収容部２０の内部空間２２を縮小することができ、ガスセンサ３０の応答速度を高めることができる。

【0046】

実施形態のガス検出装置１によれば、ガスセンサ３０のＩＣチップ３１は、後退部２１２に対向する少なくとも一部の端辺に、収容部２０の内壁２１の後退部２１２へと向かって延びるリード３２を有している。このように、収容部２０の内壁２１をガスセンサ３０の外形に沿う形状とすることで、収容部２０の内部空間２２を可能な限り縮小することができ、ガスセンサ３０の応答速度を高めることができる。

【0047】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１…ガス検出装置、１０…筐体、１４，２４…開口部、２０…収容部、２１…内壁、２２…内部空間、３０…ガスセンサ、３１，３３…ＩＣチップ、３２…リード、４０…プリント基板、５０…フィルタ、２１１…迫り出し部、２１２…後退部、２４１…インサート部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】