專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，尤其涉及設(shè)置在向燃料電池供給或 從燃料電池排出的反應(yīng)氣體的供給排出配管上而測(cè)量配管內(nèi)反應(yīng)氣體 的壓力的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
燃料電池是將燃料氣體提供給燃料極(陽極電極)，將氧化氣體 提供給氧化劑極(陰極電極)，從而使燃料氣體與氧化氣體發(fā)生電化 學(xué)反應(yīng)而發(fā)電。在燃料電池上設(shè)有燃料氣體供給配管，向燃料電池 主體提供燃料氣體；燃料氣體排出配管，用于從燃料電池主體排出燃 料氣體；氧化氣體供給配管，用于向燃料電池主體提供氧化氣體；和 氧化氣體排出配管，用于從燃料電池主體排出氧化氣體。在本說明書 中，將這些配管統(tǒng)稱為反應(yīng)氣體的供給排出配管。并且，反應(yīng)氣體流 路是指反應(yīng)氣體在反應(yīng)氣體配管內(nèi)流通的流路。
在燃料電池例如固體高分子型燃料電池(PEFC)中，通常由催化 層及氣體擴(kuò)散層所構(gòu)成的陽極與陰極，從兩面夾住由質(zhì)子傳導(dǎo)體即氟 樹脂類離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜，從而構(gòu)成MEA (Membrane Electrode Assenbly，膜電極組件)。當(dāng)使燃料氣體例如氫流過該MEA 的陽極側(cè)，使氧化氣體例如氧流過MEA的陰極側(cè)時(shí)，在雙方的催化層 上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在陽極側(cè)，氫分解成質(zhì)子(H+)和電子(e')，該質(zhì) 子隨著水分子在電解質(zhì)膜中移動(dòng)。而電子通過外部電路向陰極側(cè)移動(dòng)。 并且，在陰極側(cè)，氧化劑中的氧與從陽極側(cè)移動(dòng)的質(zhì)子和電子發(fā)生反 應(yīng)而生成水。因此，存在該水分在反應(yīng)氣體供給排出配管內(nèi)流動(dòng)的情 況。
3當(dāng)儲(chǔ)罐的填充壓力下降時(shí)，由于波義耳-查理定律(Boyle-Charles Law)，含有在該供給排出配管內(nèi)流動(dòng)的水分的反應(yīng)氣體的溫度下降。 并且，當(dāng)燃料電池置于低溫環(huán)境溫度時(shí)，會(huì)有涼的反應(yīng)氣體流動(dòng)。在 這種狀況下，存在該流體內(nèi)的水分在壓力傳感器部分形成露水等而凍 結(jié)的情況。尤其，在燃料電池系統(tǒng)停止、而沒有高溫的反應(yīng)氣體流動(dòng) 的狀態(tài)下，存在水分在上述環(huán)境下凍結(jié)的情況。在反應(yīng)氣體供給排出配管內(nèi)，設(shè)有測(cè)量反應(yīng)氣體壓力的壓力傳感 器，通過調(diào)整反應(yīng)氣體的壓力，控制燃料電池主體的發(fā)電量等。圖4 表示現(xiàn)有的壓力傳感器的l個(gè)實(shí)施例。該壓力傳感器20形成有螺紋而 與反應(yīng)氣體配管2的管壁3扣合，并包括由密封部件30密封的扣合部 25、凸緣29、外殼35、安裝在外殼35上的壓力檢測(cè)部即隔膜26、設(shè) 在隔膜26上的移位傳感器27。在壓力傳感器20的外殼35的內(nèi)部，設(shè) 有與反應(yīng)氣體流路4連通的導(dǎo)壓室24，該導(dǎo)壓室24面向隔膜26的受 壓面37。隔膜26與導(dǎo)壓室24相對(duì)，并通過變形來檢測(cè)反應(yīng)氣體配管 2內(nèi)的反應(yīng)氣體的壓力。并且連接有端子36的移位傳感器27測(cè)量隔膜 26的移位。圖5表示現(xiàn)有壓力傳感器的其他實(shí)施例。該壓力傳感器40形成有 螺紋而與反應(yīng)氣體配管2的管壁3扣合，并包括由密封部件50密封的 扣合部45、凸緣49、外殼55、安裝在外殼55上的壓力檢測(cè)部即隔膜 46、設(shè)在隔膜46上的移位傳感器47。隔膜46的受壓面57面向反應(yīng)氣 體配管2的反應(yīng)氣體流路4。隔膜46通過變形來直接檢測(cè)反應(yīng)氣體流 路4的反應(yīng)氣體的壓力。并且連接有端子56的移位傳感器47測(cè)量隔 膜46的移位。另外，在日本特開2006-162491號(hào)公報(bào)中，公開了如下的壓力傳 感器將傳感元件在被測(cè)量流體一側(cè)的受壓面用柔軟體包覆密封，在 傳感元件受壓面與柔軟體之間填充有防凍劑。并且，在日本特開 2005-164538號(hào)公報(bào)中，公開了如下的壓力傳感器在壓力傳感器安裝凸臺(tái)上安裝壓力傳感凍結(jié)加熱器，使壓力傳感器內(nèi)水分解凍。 發(fā)明內(nèi)容在圖4所示的現(xiàn)有的壓力傳感器中，設(shè)有導(dǎo)壓室，由于壓力檢測(cè) 部沒有面向反應(yīng)氣體流路，因此在面向壓力檢測(cè)部的導(dǎo)壓室側(cè)的受壓 面上所附著的水分凍結(jié)的情況下，即使有超過0。C溫度的反應(yīng)氣體流 動(dòng)，導(dǎo)壓室內(nèi)的溫度也不會(huì)升高，存在解凍所耗費(fèi)的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)的問 題。因此，直到水分解凍而壓力傳感器復(fù)原為止，難以保證壓力傳感 器的測(cè)量。在圖5所示的現(xiàn)有的壓力傳感器中，在安裝壓力傳感器時(shí)用螺紋將扣合部與管壁緊固，從而壓力傳感器受到由螺紋的轉(zhuǎn)矩引起的配管 方向的緊固反作用力。該緊固反作用力從扣合部直接傳傳給壓力檢測(cè) 部。由于該應(yīng)力，壓力檢測(cè)部發(fā)生異常的變形，存在測(cè)量精度下降的 問題。本發(fā)明用于解決上述課題，其目的在于提供一種壓力傳感器，即 使壓力檢測(cè)部表面的水凍結(jié)，也能夠通過反應(yīng)氣體的溫度迅速解凍， 防止由于安裝壓力傳感器時(shí)擰入螺紋而引起壓力檢測(cè)部異常變形。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的一種壓力傳感器，設(shè)置在向燃 料電池供給或從燃料電池排出的反應(yīng)氣體的供給排出配管上，測(cè)量配管內(nèi)的反應(yīng)氣體的壓力，所述壓力傳感器的特征在于，包括扣合部， 形成有螺紋，與配管的管壁扣合；壓力檢測(cè)部，面向配管的反應(yīng)氣體 流路，通過移位來檢測(cè)配管內(nèi)的壓力；移位傳感器，設(shè)置于壓力檢測(cè) 部，測(cè)量壓力檢測(cè)部的移位；以及緩沖部，使扣合部和壓力檢測(cè)部夾 著與配管的反應(yīng)氣體流路連通的緩沖層而連接，并在壓力傳感器與配 管扣合時(shí)，與由于螺紋的轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)應(yīng)地變形，從而吸收在 壓力檢測(cè)部上產(chǎn)生的異常的移位。并且，在壓力傳感器中，優(yōu)選的是，緩沖部包括筒狀的內(nèi)側(cè)緩 沖部，在一端與壓力檢測(cè)部連接，并大致直行于反應(yīng)氣體配管；筒狀 的外側(cè)緩沖部，在一端與扣合部連接，并大致直行于反應(yīng)氣體配管； 以及端部底板，與內(nèi)側(cè)緩沖部及外側(cè)緩沖部的另一端部連接；由內(nèi)側(cè) 緩沖部、外側(cè)緩沖部和端部底板形成緩沖層。并且，在壓力傳感器中，優(yōu)選的是，內(nèi)側(cè)緩沖部及外側(cè)緩沖部為 圓筒形狀，端部底板為環(huán)狀。


圖1是表示本發(fā)明所涉及的壓力傳感器的一個(gè)實(shí)施方式的概略結(jié) 構(gòu)的剖視圖。圖2是表示安裝壓力傳感器時(shí)緩沖層的功能的說明圖。 圖3是表示安裝壓力傳感器時(shí)緩沖部的彎曲變形的說明圖。 圖4是表示現(xiàn)有壓力傳感器的一個(gè)實(shí)施例的截面。 圖5是表示現(xiàn)有壓力傳感器的其他實(shí)施例的截面。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1表示壓力傳感器的一個(gè)實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)。壓力傳感器1 由扣合部5、作為壓力檢測(cè)部的隔膜6、移位傳感器7和緩沖部8構(gòu)成?？酆喜?形成有螺紋而與設(shè)置在反應(yīng)氣體配管2的管壁3上的螺 紋部扣合。通過該扣合部5，壓力傳感器1擰入螺紋而固定在反應(yīng)氣體 配管2上。并且，在該扣合部5上設(shè)置有用于密封的密封部件10，以 防止反應(yīng)氣體等從反應(yīng)氣體配管2泄露。另外，壓力傳感器1在其外 周設(shè)有凸緣9。通過該凸緣9決定扣合部5的緊固位置。并且，凸緣9 在擰入螺紋時(shí)按壓密封部件10。由此，確保密封部件10的密封性。并且，該壓力傳感器1的扣合部5在與反應(yīng)氣體配管2的管壁3 扣合時(shí)，通過旋入而朝向管壁3向外側(cè)展開的方向按壓。S卩，在旋入 時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)矩，但由于該轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生向管壁3的方向按壓的力。由于該 按壓力，在扣合部5上產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)關(guān)閉方向的緊固反作用力。如圖l所示，壓力檢測(cè)部即隔膜6的受壓面17面向反應(yīng)氣體配管 2的反應(yīng)氣體流路4而設(shè)置。由此，即使附著在隔膜6的受壓面17上 的水分凍結(jié)，在超過O'C的反應(yīng)氣體流動(dòng)時(shí)能夠快速解凍。隔膜6的受 壓面17檢測(cè)到反應(yīng)氣體配管2內(nèi)的反應(yīng)氣體的壓力而變形。該變形由 在隔膜6的與受壓面17相反的一側(cè)上安裝的移位傳感器17測(cè)量，該 信號(hào)通過端子16輸出給外部。緩沖部8使扣合部5與壓力檢測(cè)部6夾著與配管2的反應(yīng)氣體流 路4連通的緩沖層14而連接。其中，緩沖層14是指從反應(yīng)氣體流路4 突出而擴(kuò)展成彎曲狀的、反應(yīng)氣體流路4的一部分。S卩，不是將扣合 部5與隔膜6直接連接，而是夾著與氣體配管2的反應(yīng)氣體流路4連 通的緩沖層14而迂回連接。與管壁3扣合的扣合部5、面向氣體配管 2的反應(yīng)氣體流路4的隔膜6均位于氣體配管2的管壁3附近，因此如 圖4所示，能夠容易彼此進(jìn)行連接。但是，在直接連接的情況下，由 于螺紋的擰入，螺紋的轉(zhuǎn)矩成為配管方向的反作用力而直接傳送到隔 膜6。為防止這一點(diǎn)，扣合部5與隔膜6夾著緩沖層14而迂回連接。在本實(shí)施方式中，作為使該扣合部5與隔膜6迂回的機(jī)構(gòu)，設(shè)置 了構(gòu)成框架的緩沖部8。即，該緩沖部8包括筒狀的內(nèi)側(cè)緩沖部ll， 在一端與隔膜6連接，并大致直行于反應(yīng)氣體配管2;筒狀的外側(cè)緩沖 部12，在一端與扣合部5連接，并大致直行于反應(yīng)氣體配管2;以及 端部底板13，與內(nèi)側(cè)緩沖部11及外側(cè)緩沖部12的另一端部連接。并 且，由內(nèi)側(cè)緩沖部11、外側(cè)緩沖部12、端部底板13形成緩沖層14。 通過該結(jié)構(gòu)，扣合部5和隔膜6夾著緩沖層14而迂回連接。在本實(shí)施 方式中，內(nèi)側(cè)緩沖部11及外側(cè)緩沖部12為圓筒形狀，端部底板13為環(huán)狀板材。這些內(nèi)側(cè)緩沖部11、外側(cè)緩沖部12及端部底板13 —體成型，或通過熔接而接合。在壓力傳感器1與氣體配管2扣合時(shí)，緩沖部8作為框架通過彎 曲變形而吸收在隔膜6上產(chǎn)生的緊固應(yīng)力。用圖2及圖3對(duì)該機(jī)理進(jìn) 行說明。圖2為圖1的A-A剖視圖，表示從上部俯視壓力傳感器1的 平面。圖3為變形而表示緩沖部8彎曲變形的變形圖的說明圖。圖3 中用虛線表示的緩沖部8是變形前的形狀，用實(shí)現(xiàn)表示的緩沖部8是 變形后的形狀。如圖2中的箭頭所示，在扣合部5上產(chǎn)生由于擰入螺 紋而壓縮壓力傳感器1的緊固應(yīng)力(F)。該緊固應(yīng)力(F)是在環(huán)狀 的扣合部5的周圍大致均勻分布的應(yīng)力。由于該緊固應(yīng)力(F)，環(huán)狀 的外側(cè)緩沖部12向內(nèi)側(cè)壓縮變形。另一方面，該緊固應(yīng)力(F)的一 部分產(chǎn)生彎曲力矩而傳遞到構(gòu)成框架的緩沖部8 (外側(cè)緩沖部12、端 部電板13、內(nèi)側(cè)緩沖部ll)。但是，與環(huán)狀的扣合部5應(yīng)對(duì)壓縮的剛 性相比，緩沖部8的框架的彎曲剛性較低。因此，在環(huán)狀的扣合部5 的周圍產(chǎn)生的緊固應(yīng)力(F)的大部分分配成環(huán)狀的扣合部5的壓縮應(yīng) 力，而沒有分配成構(gòu)成框架的緩沖部8的彎曲力矩。由此，幾乎不會(huì) 產(chǎn)生圖3中所示的在隔膜6上產(chǎn)生的彎曲力矩的反作用力(R)。并且， 構(gòu)成框架的緩沖部8隨著扣合部5壓縮變形而如圖3所示地彎曲變形。 即，構(gòu)成低剛性框架的緩沖部8通過彎曲變形而防止隔膜6變形，緊 固應(yīng)力由剛性較高的環(huán)狀的扣合部5來承擔(dān)。如上所述，在本發(fā)明所涉及的壓力傳感器1中，緩沖部8使扣合 部5在與氣體配管2扣合時(shí)變形，從而吸收在隔膜6上產(chǎn)生的應(yīng)力。 由此，能夠防止由于壓力檢測(cè)部6變形而引起測(cè)量精度下降。并且， 在該緩沖部8的內(nèi)側(cè)緩沖部11的前端安裝移位傳感器7。由此，能夠 將隔膜6設(shè)置成面向反應(yīng)氣體配管2的反應(yīng)氣體流路4，防止隔膜6異 常變形。在本實(shí)施方式中，壓力傳感器1的內(nèi)側(cè)緩沖部11及外側(cè)緩沖部12的截面形狀為圓筒形狀，但也可以為封閉的筒狀，例如多邊形。同樣， 端部底板13雖然為環(huán)狀板材，但也可以為多邊形的環(huán)狀板材。工業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明所涉及的壓力傳感器設(shè)置在向燃料電池供給或 從燃料電池排出的反應(yīng)氣體的供給排出配管上，作為測(cè)量配管內(nèi)反應(yīng) 氣體的壓力的壓力傳感器而使用。
權(quán)利要求
1. 一種壓力傳感器，設(shè)置在向燃料電池供給或從燃料電池排出的反應(yīng)氣體的供給排出配管上，測(cè)量配管內(nèi)的反應(yīng)氣體的壓力，所述壓力傳感器的特征在于，包括扣合部，形成有螺紋，與配管的管壁扣合；壓力檢測(cè)部，面向配管的反應(yīng)氣體流路，通過移位來檢測(cè)配管內(nèi)的壓力；移位傳感器，設(shè)置于壓力檢測(cè)部，測(cè)量壓力檢測(cè)部的移位；以及緩沖部，使扣合部和壓力檢測(cè)部夾著與配管的反應(yīng)氣體流路連通的緩沖層而連接，并在壓力傳感器與配管扣合時(shí)，與由于螺紋的轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)應(yīng)地變形，從而吸收在壓力檢測(cè)部上產(chǎn)生的異常的移位。
2. 如權(quán)利要求l所述的壓力傳感器，其特征在于， 緩沖部包括筒狀的內(nèi)側(cè)緩沖部，在一端與壓力檢測(cè)部連接，并大致直行于反應(yīng)氣體配管；筒狀的外側(cè)緩沖部，在一端與扣合部連接， 并大致直行于反應(yīng)氣體配管；以及端部底板，與內(nèi)側(cè)緩沖部及外側(cè)緩 沖部的另一端部連接；由內(nèi)側(cè)緩沖部、外側(cè)緩沖部和端部底板形成緩 沖層。
3. 如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，其特征在于， 內(nèi)側(cè)緩沖部及外側(cè)緩沖部為圓筒形狀，端部底板為環(huán)狀。
全文摘要
一種壓力傳感器(1)，設(shè)置在向燃料電池供給或從燃料電池排出的反應(yīng)氣體的供給排出配管(2)上，測(cè)量配管(2)內(nèi)的反應(yīng)氣體的壓力，所述壓力傳感器(1)包括扣合部(5)，形成有螺紋，與配管(2)的管壁(3)扣合；壓力檢測(cè)部(6)，面向配管(2)的反應(yīng)氣體流路(4)，通過移位來檢測(cè)配管(2)內(nèi)的壓力；移位傳感器(7)，設(shè)置于壓力檢測(cè)部(6)，測(cè)量壓力檢測(cè)部(6)的移位；以及緩沖部(8)，使扣合部(5)和壓力檢測(cè)部(6)夾著與配管(2)的反應(yīng)氣體流路(4)連通的緩沖層(14)而連接，并在壓力傳感器(1)與配管(2)扣合時(shí)，與由于螺紋的轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)應(yīng)地變形，從而吸收在壓力檢測(cè)部(1)上產(chǎn)生的異常的移位。
文檔編號(hào)G01L19/00GK101548165SQ20078004308
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者山岸典生 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社