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JP2002250714A - Carbon monoxide sensor - Google Patents

Carbon monoxide sensor

Info

Publication number
JP2002250714A
JP2002250714A JP2001049917A JP2001049917A JP2002250714A JP 2002250714 A JP2002250714 A JP 2002250714A JP 2001049917 A JP2001049917 A JP 2001049917A JP 2001049917 A JP2001049917 A JP 2001049917A JP 2002250714 A JP2002250714 A JP 2002250714A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon monoxide
current
gas
variation
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001049917A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Shoji
理人 東海林
Nobuharu Katsuki
暢晴 香月
Takashi Ida
隆 伊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001049917A priority Critical patent/JP2002250714A/en
Priority to PCT/JP2002/000877 priority patent/WO2002063289A1/en
Priority to EP02711293A priority patent/EP1376116A1/en
Priority to US10/363,443 priority patent/US20040028967A1/en
Publication of JP2002250714A publication Critical patent/JP2002250714A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon monoxide sensor which can be refreshed even for high concentration carbon monoxide gas. SOLUTION: The carbon monoxide sensor comprises a proton conductive electrolyte film 1, electrodes 2 arranged on the opposite sides of the electrolyte film 1 while having a catalyst, a first current collecting plate 8 provided with a gas channel 7 having gas inlet and outlet and arranged such that the gas channel 7 touches the surface of one electrode 2, a second current collecting plate 10 having a hole 9 arranged to touch the surface of the other electrode 2, a DC power supply 17 connected such that the first current collecting plate 8 serves as the positive pole and the second current collecting plate 10 serves as a negative pole and having a measuring voltage not lower than the decomposition potential of water, and means (ammeter 18) for detecting a current variable depending on the concentration of carbon monoxide gas in a gas to be detected flowing through the gas channel 7 while containing hydrogen.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば燃料電池に
用いられる燃料ガス中に含まれる一酸化炭素ガスの濃度
を検出する一酸化炭素センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon monoxide sensor for detecting the concentration of carbon monoxide gas contained in a fuel gas used for a fuel cell, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、家庭用、自動車用の固体高分子プ
ロトン伝導膜を用いた燃料電池の開発が盛んに行われて
いる。この燃料電池は、動作させる際に水素ガスを用い
るので、メタノールなどの液体燃料や都市ガスを改質す
ることによって水素ガスを取り出す改質器が必要とな
る。しかし、改質器から出てくる燃料ガスには、水素ガ
スや水(水蒸気として生成する)、二酸化炭素ガス等の
他に数十ppmレベルのごくわずかな一酸化炭素ガスが
含まれる。これが燃料電池の電極を構成する白金触媒に
吸着(この現象を被毒という)すると、起電力が低下し
てしまう。そのため、燃料ガス中の一酸化炭素ガスの濃
度をモニターし、燃料電池システムを制御する必要があ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells using solid polymer proton conductive membranes for home use and automobile use have been actively developed. Since this fuel cell uses hydrogen gas when operating, a reformer for extracting hydrogen gas by reforming liquid fuel such as methanol or city gas is required. However, the fuel gas coming out of the reformer contains a very small amount of carbon monoxide gas at a level of tens of ppm in addition to hydrogen gas, water (generated as steam), carbon dioxide gas, and the like. If this is adsorbed on the platinum catalyst constituting the electrode of the fuel cell (this phenomenon is called poisoning), the electromotive force will decrease. Therefore, it is necessary to monitor the concentration of carbon monoxide gas in the fuel gas and control the fuel cell system.

【0003】前述したような、燃料電池として機能させ
るために供給される燃料ガス(水素ガスを多量に含む)
中の一酸化炭素ガスを検出する一酸化炭素センサとして
は、特開平11−219716号公報に記載されたもの
が知られている。
[0003] As described above, a fuel gas (contains a large amount of hydrogen gas) supplied to function as a fuel cell
As a carbon monoxide sensor for detecting carbon monoxide gas therein, a sensor described in JP-A-11-219716 is known.

【0004】この一酸化炭素センサの概略構造の分解斜
視図を図12に示す。150は陽子交換膜としてプロト
ン伝導性を有する高分子からなる電解質膜{例えばNA
FION(デュポン社の商標)}で、その両表面上には
触媒粒子を含む陽極142および陰極144を有する。
143および145は炭素紙からなる伝導拡散部であ
り、それぞれ陽極142および陰極144に接触する。
拡散伝導部143は被検出ガス入口159と被検出ガス
が流れる陽極流れチャンネル146と被検出ガスの出口
151とを有するハウジング154と接触する。陰極1
44はハウジング154の開口152を介して周囲の空
気に曝される。孔のあけられた金属電流コレクター14
9は拡散伝導部145と接触し、そのターミナル147
に電流が伝達する。ターミナル147はスロット155
を通ってハウジング154から出ている。
FIG. 12 is an exploded perspective view of a schematic structure of the carbon monoxide sensor. Reference numeral 150 denotes an electrolyte membrane made of a polymer having proton conductivity as a proton exchange membrane {for example, NA
FION (trademark of DuPont), having an anode 142 and a cathode 144 containing catalyst particles on both surfaces.
Reference numerals 143 and 145 denote conductive diffusion portions made of carbon paper, which contact the anode 142 and the cathode 144, respectively.
The diffusion conduction part 143 contacts a housing 154 having a gas to be detected inlet 159, an anode flow channel 146 through which the gas to be detected flows, and an outlet 151 of the gas to be detected. Cathode 1
44 is exposed to the surrounding air through the opening 152 of the housing 154. Perforated metal current collector 14
9 is in contact with the diffusion conduction part 145 and its terminal 147
Current is transmitted to Terminal 147 is slot 155
Exits the housing 154 through the housing.

【0005】次に、この一酸化炭素センサの動作につい
て説明する。水素ガスを多量に含む被検出ガス(燃料ガ
スに同じ)は、被検出ガス入口159を通ってチャンネ
ル146に至る。ここから拡散伝導部143の中を通
り、出口151から排出される。一方、陰極144は常
に大気中の酸素ガスと接している。従って、陽極142
および陰極144と接する電解質膜150の表面では、
水素ガスと酸素ガスを燃料として発電する燃料電池と同
様な電池反応が起こり、陽極142と陰極144の間に
は起電力が発生する。この時の電流、電圧をターミナル
147とハウジング154に接続された図示しない電流
検出装置および電圧検出装置によって検出する。
Next, the operation of the carbon monoxide sensor will be described. The gas to be detected containing a large amount of hydrogen gas (same as the fuel gas) reaches the channel 146 through the gas to be detected inlet 159. From here, it passes through the diffusion conduction part 143 and is discharged from the outlet 151. On the other hand, the cathode 144 is always in contact with oxygen gas in the atmosphere. Therefore, the anode 142
And the surface of the electrolyte membrane 150 in contact with the cathode 144,
A cell reaction similar to that of a fuel cell that generates power using hydrogen gas and oxygen gas as fuel occurs, and an electromotive force is generated between the anode 142 and the cathode 144. The current and voltage at this time are detected by a current detection device and a voltage detection device (not shown) connected to the terminal 147 and the housing 154.

【0006】この状態で被検出ガス中に一酸化炭素ガス
が混在すると、陽極142中の触媒粒子に一酸化炭素ガ
スが吸着し、陽極142は被毒する。その結果、水素ガ
スと酸素ガスによる電池反応が阻害され、陽極142と
陰極144の間の起電力が低下する。一酸化炭素ガスの
濃度が被毒の程度に反映されるため、起電力低下に伴う
電流揺らぎ、および、電圧揺らぎを測定することで被検
出ガス中の一酸化炭素ガスの濃度を知ることができる。
In this state, if carbon monoxide gas is mixed in the gas to be detected, the carbon monoxide gas is adsorbed on the catalyst particles in the anode 142 and the anode 142 is poisoned. As a result, the battery reaction caused by the hydrogen gas and the oxygen gas is inhibited, and the electromotive force between the anode 142 and the cathode 144 decreases. Since the concentration of carbon monoxide gas is reflected in the degree of poisoning, the concentration of carbon monoxide gas in the gas to be detected can be known by measuring the current fluctuation and voltage fluctuation accompanying the decrease in electromotive force. .

【0007】このような一酸化炭素センサでは、一酸化
炭素ガスにさらされ続けると触媒粒子が被毒し続け、感
度が漸次低下していく。この対策として、被毒した触媒
粒子から一酸化炭素ガスを取り除くリフレッシュを周期
的に行っている。このために、一酸化炭素ガスを水の存
在下で二酸化炭素ガスに電気化学的に酸化させるに十分
なレベル(少なくとも0.8V)まで陽極電位を上げて
いる。これにより、繰り返し一酸化炭素ガス濃度を求め
ている。
In such a carbon monoxide sensor, if the catalyst particles are continuously exposed to the carbon monoxide gas, the catalyst particles continue to be poisoned, and the sensitivity gradually decreases. As a countermeasure, refresh is periodically performed to remove carbon monoxide gas from poisoned catalyst particles. To this end, the anode potential is raised to a level (at least 0.8 V) sufficient to electrochemically oxidize carbon monoxide gas to carbon dioxide gas in the presence of water. Thus, the concentration of carbon monoxide gas is repeatedly obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前述の改質器は起動し
てすぐに燃料ガス中の一酸化炭素ガス濃度が数十ppm
レベルになるわけではなく、当初は%レベルの一酸化炭
素ガスが生成する。そこで、このような一酸化炭素セン
サに対して、改質器起動直後を想定した高濃度(1%と
した)の一酸化炭素ガスを含む水素ガスを加湿して導入
し、出力挙動を測定した。その結果、陽極電位を0.8
Vまで上げるリフレッシュ動作を行っても、時間ととも
に一酸化炭素センサの出力がほとんど戻らなくなること
がわかった。これは、高濃度の一酸化炭素が短時間に触
媒粒子上の吸着サイトに完全に吸着してしまい、いくら
リフレッシュを行っても燃料ガス中に含まれる水が触媒
上で分解できるサイトが無くなってしまったためと考え
る。
The above-described reformer has a carbon monoxide gas concentration of several tens ppm in the fuel gas immediately after starting.
It does not mean that it is at the level, and initially produces a% level of carbon monoxide gas. Therefore, to such a carbon monoxide sensor, a high-concentration (1%) hydrogen gas containing a carbon monoxide gas was humidified and assumed immediately after the reformer was started, and the output behavior was measured. . As a result, the anode potential becomes 0.8
It was found that the output of the carbon monoxide sensor hardly returned with time even if the refresh operation for increasing the voltage to V was performed. This is because high-concentration carbon monoxide is completely adsorbed on the adsorption sites on the catalyst particles in a short time, and there is no site where water contained in the fuel gas can be decomposed on the catalyst no matter how much refreshing is performed. I think it's done.

【0009】本発明はこの課題を解決するものであり、
高濃度の一酸化炭素ガスに対してもリフレッシュが可能
な一酸化炭素センサを提供することを目的とする。
The present invention solves this problem,
An object of the present invention is to provide a carbon monoxide sensor that can be refreshed even with a high concentration of carbon monoxide gas.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の請求項1に記載の発明は、プロトン伝導性電
解質膜と、前記電解質膜の両面に配設された触媒を有す
る電極と、ガスの入口と出口を有するガス流路を有し前
記電極の内の一方の表面に前記ガス流路が接するように
配設された第1集電板と、前記電極の内の他方の表面に
接するように配設された孔を有する第2集電板と、前記
第1集電板が正極に、前記第2集電板が負極になるよう
に接続された水の分解電位以上の測定電圧を有する直流
電源と、前記ガス流路に流れる水素を含む被検出ガス中
の一酸化炭素ガスの濃度に応じて変化する電流を検出す
る電流検出手段とを備えているため、測定中も常に水蒸
気が触媒上で電気分解され、酸素が生成することによ
り、高濃度の一酸化炭素ガスが導入されても触媒上の吸
着サイトが完全にふさがれず、リフレッシュが可能にな
るといった作用を有する。
Means for Solving the Problems To solve this problem, the invention according to claim 1 of the present invention provides a proton conductive electrolyte membrane and an electrode having a catalyst disposed on both sides of the electrolyte membrane. A first current collector plate having a gas flow path having a gas inlet and an outlet and disposed so that the gas flow path is in contact with one surface of the electrode, and the other surface of the electrode A second current collector having a hole disposed so as to be in contact with the first current collector, a first current collector being connected to a positive electrode, and a second current collector being connected so as to be a negative electrode. A direct current power supply having a voltage, and a current detecting means for detecting a current that changes in accordance with the concentration of carbon monoxide gas in the gas to be detected including hydrogen flowing in the gas flow path, so that the current is always measured even during measurement. Water vapor is electrolyzed on the catalyst and oxygen is generated, resulting in high concentration of monoxide. Adsorption sites on the catalyst even-containing gas is introduced has an effect such complete Fusagarezu allows refresh.

【0011】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、水の分解電位以上の測定電圧での電流
変化検出と、前記測定電圧以上のリフレッシュ電圧での
触媒リフレッシュを1サイクルとして直流電源の電圧を
変化させ、前記サイクルの繰り返しで一酸化炭素ガスの
濃度を求めたため、出力電流が元に戻り、繰り返し再現
性のよい出力が得られるという作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, detection of a current change at a measured voltage higher than the decomposition potential of water and catalyst refresh at a refresh voltage higher than the measured voltage are performed in one cycle. Since the concentration of the carbon monoxide gas is obtained by changing the voltage of the DC power supply and repeating the above-described cycle, the output current returns to the original level, and the output has good reproducibility.

【0012】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、測定電圧とリフレッシュ電圧を連続的
に変化させたため、断続的な電圧の切り替えに比べ、電
圧切替時の出力変動が低減されるという作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, since the measurement voltage and the refresh voltage are continuously changed, the output fluctuation at the time of voltage switching is smaller than that of intermittent voltage switching. It has the effect of being reduced.

【0013】請求項4に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、リフレッシュ電圧を印加する時間が、
測定電圧を印加する時間より短いため、応答性を速めら
れるという作用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the time for applying the refresh voltage is:
Since the time is shorter than the time for applying the measurement voltage, it has the effect of speeding up the response.

【0014】請求項5に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、起動時に、まずリフレッシュ電圧を既
定時間印加してから測定を開始し、停止時に、リフレッ
シュ電圧を既定時間印加してから停止する制御を有した
ため、起動時にプロトン伝導性電解質膜中に短時間に多
量の水を取り込むことができ、起動後の安定性が向上す
る。また、停止時に触媒に吸着した一酸化炭素ガスを除
去するため、次回起動時に吸着した一酸化炭素ガスの妨
害なくプロトン伝導性電解質膜中に短時間に多量の水を
取り込むことができるという作用を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, at the time of startup, first, a refresh voltage is applied for a predetermined time, and then measurement is started. Since the control is performed such that a large amount of water can be taken into the proton-conductive electrolyte membrane in a short time at the time of startup, stability after startup is improved. In addition, since the carbon monoxide gas adsorbed on the catalyst at the time of shutdown is removed, a large amount of water can be taken into the proton conductive electrolyte membrane in a short time without interference of the carbon monoxide gas adsorbed at the next startup. Have.

【0015】請求項6に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、測定電圧印加時の電流変化加速度のば
らつき、および、前記ばらつきの変動値と、それぞれの
既定値とを比較することで一酸化炭素ガスの濃度を求め
たため、高濃度(数100ppmオーダー)の出力と分
離して高精度に一酸化炭素濃度が検出できるという作用
を有する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the variation of the current change acceleration when the measured voltage is applied, and the variation value of the variation are compared with respective predetermined values. Since the concentration of the carbon monoxide gas is obtained by the above, the carbon monoxide gas has an effect of being able to detect the carbon monoxide concentration with high accuracy by separating from the output of the high concentration (on the order of several hundred ppm).

【0016】請求項7に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、測定電圧印加時の電流変化速度、電流
変化加速度のばらつき、および、前記ばらつきの変動値
と、それぞれの既定値とを比較することで一酸化炭素ガ
スの濃度を求めたため、低濃度(数ppmオーダー)の
出力と分離して高精度に一酸化炭素濃度が検出できると
いう作用を有する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the variation of the current change speed and the current change acceleration when the measurement voltage is applied, the variation value of the variation, and a predetermined value of each of the variations are provided. Are compared with each other to determine the concentration of carbon monoxide gas, so that it has an effect that the concentration of carbon monoxide can be detected with high accuracy by separating it from the output of low concentration (several ppm order).

【0017】請求項8に記載の発明は、請求項6または
7に記載の発明において、ばらつきが既定時間内の電流
変化加速度の最大値と最小値の差であるため、計算が容
易で、かつ、確実にばらつきを求めることができるとい
う作用を有する。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention of the sixth or seventh aspect, since the variation is a difference between the maximum value and the minimum value of the current change acceleration within a predetermined time, the calculation is easy, and This has the effect that the variation can be reliably obtained.

【0018】請求項9に記載の発明は、請求項6または
7に記載の発明において、変動値が、1サイクル前のば
らつきと、現在のばらつきとの差の絶対値であるため、
計算が容易で、かつ、確実に変動値を求めることができ
るという作用を有する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention of the sixth or seventh aspect, the variation value is an absolute value of a difference between the variation one cycle before and the current variation.
This has the effect that the calculation is easy and the fluctuation value can be obtained reliably.

【0019】請求項10に記載の発明は、請求項6に記
載の発明において、ばらつき、および、変動値が、それ
ぞれの既定値以上か否かでオン信号またはオフ信号を出
力したため、一酸化炭素濃度スイッチとして容易に、か
つ、高精度に数100ppmオーダーか否かが検出でき
るという作用を有する。
According to a tenth aspect of the present invention, in accordance with the sixth aspect of the present invention, an on signal or an off signal is output depending on whether the variation and the variation value are equal to or greater than respective predetermined values. It has the effect that the concentration switch can easily and accurately detect whether it is on the order of several hundred ppm.

【0020】請求項11に記載の発明は、請求項7に記
載の発明において、電流変化速度、ばらつき、および、
変動値が、それぞれの既定値以上か否かでオン信号また
はオフ信号を出力したため、一酸化炭素濃度スイッチと
して容易に、かつ、高精度に数ppmオーダーか否かが
検出できるという作用を有する。
[0020] According to an eleventh aspect of the present invention, in accordance with the seventh aspect of the present invention, the current changing speed, the variation, and
Since the ON signal or the OFF signal is output depending on whether or not the fluctuation value is equal to or more than the respective predetermined value, it is possible to easily and highly accurately detect whether or not the order is several ppm as a carbon monoxide concentration switch.

【0021】請求項12に記載の発明は、請求項10ま
たは11に記載の発明において、現在のオン信号または
オフ信号と、それ以前の既定偶数サイクル分の偶数個の
オン信号またはオフ信号とから、オン信号、および、オ
フ信号の総回数をそれぞれ求め、多い方の信号を出力し
たため、一酸化炭素濃度変化の過渡期におけるオン信
号、および、オフ信号の出力チャタリングを低減でき、
安定して一酸化炭素濃度を検出できるという作用を有す
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in accordance with the tenth or eleventh aspect of the present invention, a current ON signal or OFF signal and an even number of ON signals or OFF signals for a predetermined even cycle before the current ON signal or OFF signal. , The ON signal, and the total number of OFF signals were obtained, and the larger signal was output, so that the output chattering of the ON signal and the OFF signal in the transition period of the carbon monoxide concentration change can be reduced,
This has the effect of stably detecting the concentration of carbon monoxide.

【0022】請求項13に記載の発明は、プロトン伝導
性電解質膜と、前記電解質膜の両面に配設された触媒を
有する電極と、ガスの入口と出口を有するガス流路を有
し前記電極の内の一方の表面に前記ガス流路が接するよ
うに配設された第1集電板と、前記電極の内の他方の表
面に接するように配設された孔を有する第2集電板と、
前記第1集電板が正極に、前記第2集電板が負極になる
ように接続された測定電圧およびリフレッシュ電圧を印
加する直流電源と、前記ガス流路に流れる水素を含む被
検出ガス中の一酸化炭素ガスの濃度に応じて変化する電
流を検出する電流検出手段とを備え、測定電圧印加時の
電流変化速度が既定値以上で、かつ、電流変化加速度の
ばらつき、および、前記ばらつきの変動値が、それぞれ
の既定値以下のとき測定電圧を水の分解電位以下に低下
させ、その際の電流変化速度から一酸化炭素ガスの濃度
を出力し、電流が既定値以下になったとき測定電圧を水
の分解電位以上の既定値に復帰させるとともにリフレッ
シュ動作を行う制御を有するため、高濃度の一酸化炭素
ガスが導入されたときに確実にリフレッシュができると
共に、低濃度時に出力感度を上げることができ、多点濃
度の出力を得ることができるという作用を有する。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an electrode comprising a proton conductive electrolyte membrane, electrodes having catalysts disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a gas flow path having a gas inlet and an outlet. A first current collector provided so that the gas flow path is in contact with one surface of the electrodes; and a second current collector having holes provided so as to be in contact with the other surface of the electrodes. When,
A DC power supply for applying a measurement voltage and a refresh voltage connected so that the first current collector plate is connected to the positive electrode and the second current collector plate is connected to the negative electrode, and a detection target gas containing hydrogen flowing in the gas flow path. Current detecting means for detecting a current that changes in accordance with the concentration of the carbon monoxide gas, the current change rate when the measurement voltage is applied is equal to or higher than a predetermined value, and the current change acceleration varies, and When the fluctuation value is equal to or less than each predetermined value, the measurement voltage is reduced to the decomposition potential of water or less, and the concentration of carbon monoxide gas is output from the current change rate at that time, and the measurement is performed when the current is equal to or less than the predetermined value. Since the voltage is returned to a predetermined value equal to or higher than the decomposition potential of water and the control for performing the refresh operation is performed, refresh can be surely performed when a high concentration of carbon monoxide gas is introduced, and at the time of low concentration. You can increase the force sensitivity, an effect that can be obtained an output of the multi-point density.

【0023】請求項14に記載の発明は、請求項13に
記載の発明において、低下時の測定電圧が0.1V以上
0.4V以下であるため、高精度、かつ、低濃度時でも
高感度な一酸化炭素センサが構成できるという作用を有
する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the invention according to the thirteenth aspect, since the measured voltage at the time of the decrease is 0.1 V or more and 0.4 V or less, high accuracy and high sensitivity even at a low concentration are provided. This has the effect that a simple carbon monoxide sensor can be constructed.

【0024】請求項15に記載の発明は、請求項13に
記載の発明において、測定電圧を連続的に低下、およ
び、復帰させたため、断続的な電圧の切り替えに比べ、
電圧切替時の出力変動が低減されるという作用を有す
る。
According to a fifteenth aspect of the present invention, since the measured voltage is continuously reduced and restored in the thirteenth aspect of the present invention, compared with intermittent voltage switching,
This has the effect that output fluctuations at the time of voltage switching are reduced.

【0025】請求項16に記載の発明は、請求項13に
記載の発明において、測定電圧を復帰させた時のサイク
ルの出力を無効とする制御を有したため、電圧復帰時の
不安定な挙動を出力することがなくなり、高精度に一酸
化炭素濃度が検出できるという作用を有する。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the invention according to the thirteenth aspect, since the control for invalidating the output of the cycle when the measured voltage is restored is performed, the unstable behavior at the time of the voltage restoration is reduced. There is no output, and the carbon monoxide concentration can be detected with high accuracy.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図11を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0027】(実施の形態1)図1は本発明の一酸化炭
素センサの実施の形態1の概略の構造を説明するための
説明図である。図2は同センサの一酸化炭素濃度に応じ
た1サイクル測定時の出力電流特性図であり、a)は一
酸化炭素濃度が1%の出力電流特性を、b)は一酸化炭
素濃度が100ppmの出力電流特性を、c)は一酸化
炭素濃度が5ppmの出力電流特性をそれぞれ示す。図
3は同センサの電流変化速度の一酸化炭素濃度依存性を
示す特性図である。図4は同センサの電流変化加速度ば
らつきの一酸化炭素濃度依存性を示す特性図である。図
5は同センサのばらつきの変動値の一酸化炭素濃度依存
性を示す特性図である。図6は出力計算結果から得られ
たオン信号およびオフ信号の、補正前および補正後にお
けるセンサ出力の一酸化炭素濃度依存性を示す特性図で
ある。図7は同センサの出力計算および制御フローチャ
ートである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an explanatory view for explaining a schematic structure of a carbon monoxide sensor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an output current characteristic diagram at the time of one cycle measurement according to the carbon monoxide concentration of the sensor, wherein a) is an output current characteristic at a carbon monoxide concentration of 1%, and b) is a carbon monoxide concentration of 100 ppm. And c) show the output current characteristics when the carbon monoxide concentration is 5 ppm. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the current change rate of the sensor. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the current change acceleration variation of the sensor. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the variation value of the variation of the sensor. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the sensor output before and after the correction of the ON signal and the OFF signal obtained from the output calculation result. FIG. 7 is an output calculation and control flowchart of the sensor.

【0028】図1において、1はフッ素系高分子材料か
らなる直径1.4cmのプロトン伝導性電解質膜であ
り、その両面には白金と金の比率が3:1になるように
合金化した触媒が担持させられたカーボン粉を直径1c
mのカーボンクロス上にフッ素系高分子材料で固着した
2枚の電極2が配設されている。2枚の電極2の外周に
は、それぞれガスの漏洩を防ぐための厚さ0.25mm
のシリコン系高分子からなるシール材3が配設されてい
る。2枚の電極2とシール材3によって挟持された電解
質膜1は、130℃の温度条件下でホットプレスにより
固着されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a proton conductive electrolyte membrane made of a fluorine-based polymer material having a diameter of 1.4 cm, and a catalyst alloyed on both surfaces thereof so that the ratio of platinum to gold is 3: 1. Is loaded with carbon powder having a diameter of 1c.
Two electrodes 2 fixed on a carbon cloth of m with a fluorine-based polymer material are provided. A thickness of 0.25 mm on each of the outer circumferences of the two electrodes 2 for preventing gas leakage.
The sealing material 3 made of a silicon-based polymer is disposed. The electrolyte membrane 1 sandwiched between the two electrodes 2 and the sealing material 3 is fixed by a hot press at a temperature of 130 ° C.

【0029】このようにして電解質膜1と2枚の電極2
と2枚のシール材3とから構成された検出素子4の一方
の表面には、ガスの入口5と出口6とを有するガス流路
7が接するように第1集電板8が配設されている。ガス
流路7は電極2の面積内に収まるように、幅およびピッ
チを0.5mmとし、深さが0.3mmとなるように、
ステンレス鋼(例えばJIS規格のSUS304)製の
第1集電板8の表面を切削することによって形成してい
る。なお、ガス流路7は所定のガス流量(本実施の形態
では100cc/分とした)が確保できるものであれ
ば、前記寸法に制限されるものではない。第1集電板8
の表面には切削加工した後、厚さ1μmの金メッキ層が
形成されている。
Thus, the electrolyte membrane 1 and the two electrodes 2
A first current collecting plate 8 is arranged on one surface of a detection element 4 composed of the first sealing plate 3 and the two sealing materials 3 so that a gas flow path 7 having a gas inlet 5 and a gas outlet 6 is in contact with the detection element 4. ing. The gas flow path 7 has a width and a pitch of 0.5 mm and a depth of 0.3 mm so as to fit within the area of the electrode 2.
It is formed by cutting the surface of the first current collector 8 made of stainless steel (for example, JIS SUS304). The dimensions of the gas flow path 7 are not limited to the above-described dimensions, as long as a predetermined gas flow rate (100 cc / min in the present embodiment) can be secured. First current collector 8
After a cutting process, a gold plated layer having a thickness of 1 μm is formed on the surface.

【0030】検出素子4の他方の表面には、直径1.5
mmの孔9を多数設けたステンレス鋼(例えばJIS規
格のSUS304)製の第2集電板10が配設されてい
る。第2集電板10の表面にも厚さ1μmの金メッキ層
が形成されている。
The other surface of the detecting element 4 has a diameter of 1.5
A second current collector plate 10 made of stainless steel (for example, SUS304 of JIS standard) provided with a large number of holes 9 of mm is provided. A gold plating layer having a thickness of 1 μm is also formed on the surface of the second current collector plate 10.

【0031】第2集電板10の電極2が接していない表
面にはガス出口11を有し、ステンレス鋼(例えばJI
S規格のSUS304)を切削加工することにより形成
されたガス室12が配設されている。出口11には流量
抑制手段として直径0.8mmのオリフィス13が接続
されている。
A gas outlet 11 is provided on the surface of the second current collector plate 10 where the electrode 2 is not in contact, and a stainless steel (for example, JI
A gas chamber 12 formed by cutting S standard SUS 304) is provided. An orifice 13 having a diameter of 0.8 mm is connected to the outlet 11 as a flow control means.

【0032】第1集電板8、検出素子4、第2集電板1
0、およびガス室12は、この順番に4本のネジ14に
て固定されている。
First current collector 8, detecting element 4, second current collector 1
0 and the gas chamber 12 are fixed by four screws 14 in this order.

【0033】ガスの入口5と出口6には、それぞれテー
パーネジを有する配管部材からなるガス導入部15とガ
ス排出部16が接続されている。ガス排出部16とオリ
フィス13の出口側は合流するように配管されている。
A gas inlet 15 and a gas outlet 16 are connected to the gas inlet 5 and outlet 6, respectively, each of which is formed of a pipe member having a tapered thread. The gas discharge part 16 and the outlet side of the orifice 13 are connected so as to merge.

【0034】第1集電板8と第2集電板10には、前者
が正極に、後者が負極になるように直流電源17が接続
されている。第1集電板8と第2集電板10の間に流れ
る電流を検出するために、直流電源17と直列に電流検
出手段としての電流計18が接続されている。電流計1
8の出力はマイクロコンピュータ19に接続されてい
る。マイクロコンピュータ19は電流計20が検出した
電流から所定の計算を行い、一酸化炭素濃度を出力する
とともに、触媒のリフレッシュを行うため、直流電源1
7の電圧を連続的に制御する。
A DC power source 17 is connected to the first current collector 8 and the second current collector 10 such that the former is a positive electrode and the latter is a negative electrode. In order to detect a current flowing between the first current collecting plate 8 and the second current collecting plate 10, an ammeter 18 as current detecting means is connected in series with the DC power supply 17. Ammeter 1
The output of 8 is connected to a microcomputer 19. The microcomputer 19 performs a predetermined calculation based on the current detected by the ammeter 20, outputs the carbon monoxide concentration, and refreshes the catalyst.
7 is continuously controlled.

【0035】次に、本実施の形態の一酸化炭素センサの
動作を説明する。
Next, the operation of the carbon monoxide sensor according to this embodiment will be described.

【0036】被検出ガスはガス導入部15、入口5を通
り、ガス流路7に導かれる。ガス流路7は電極2に接し
ているので、被検出ガスがガス流路7を流れることによ
り電極2を構成するカーボンペーパーの中へまんべんな
く拡散し触媒に達する。その後、被検出ガスは出口6、
ガス排出部16を通って排気される。第1集電板8と第
2集電板10の間にはマイクロコンピュータ19により
測定電圧とリフレッシュ電圧が交互に途切れることなく
連続的に印加されている。なお、本実施の形態では測定
電圧が水の分解電位(理論値1.23V)以上の1.3
V、リフレッシュ電圧が測定電圧以上の4Vとした。ま
た、測定とリフレッシュは前者が8秒、後者が2秒の計
10秒で1サイクルとした。この動作により、被検出ガ
ス中の水素ガスは電極2の触媒上で正極、負極それぞれ
(1),(2)式に示す反応が起こる。
The gas to be detected passes through the gas inlet 15 and the inlet 5 and is led to the gas channel 7. Since the gas flow path 7 is in contact with the electrode 2, the gas to be detected flows through the gas flow path 7 and diffuses evenly into the carbon paper constituting the electrode 2 to reach the catalyst. Thereafter, the detected gas is supplied to the outlet 6,
The gas is exhausted through the gas exhaust unit 16. Between the first current collector 8 and the second current collector 10, the microcomputer 19 continuously applies the measurement voltage and the refresh voltage without interruption. In this embodiment, the measured voltage is 1.3 or more, which is higher than the decomposition potential of water (theoretical value: 1.23 V).
V and the refresh voltage were set to 4 V which is higher than the measured voltage. The measurement and the refresh were performed in one cycle of 8 seconds for the former and 2 seconds for the latter, for a total of 10 seconds. By this operation, the reaction of the hydrogen gas in the detected gas on the catalyst of the electrode 2 occurs as shown in the equations (1) and (2) for the positive electrode and the negative electrode.

【0037】[0037]

【化1】 Embedded image

【0038】(1)式に示すように正極側の電極2で水
素ガスの解離反応が起こり、ここで生じたプロトン(H
+)が電解質膜1を通って負極側の電極2に到達し、そ
こで(2)式に示すように再び電子(e-)を受け取り
水素ガスを生成する。従って、水素ガスの存在下では検
出素子4と直流電源17の間に電気的な閉回路が形成さ
れ、プロトン伝導度に応じた電流が流れる。負極側の電
極2で発生した水素ガスは孔9、ガス室12、出口1
1、オリフィス13を通って排気される。
As shown in equation (1), a dissociation reaction of hydrogen gas occurs at the electrode 2 on the positive electrode side, and the proton (H
+ ) Reaches the electrode 2 on the negative electrode side through the electrolyte membrane 1 and receives the electrons (e ) again as shown in the equation (2) to generate hydrogen gas. Therefore, in the presence of hydrogen gas, an electric closed circuit is formed between the detection element 4 and the DC power supply 17, and a current flows according to the proton conductivity. The hydrogen gas generated at the electrode 2 on the negative electrode side has holes 9, a gas chamber 12, and an outlet 1.
1. Exhausted through the orifice 13.

【0039】以上の動作で電流値を検出し、マイクロコ
ンピュータ19で一酸化炭素ガス濃度に応じた信号を出
力している。
The current value is detected by the above operation, and the microcomputer 19 outputs a signal corresponding to the concentration of carbon monoxide gas.

【0040】次にマイクロコンピュータ19内で計算さ
れる信号処理について以下に詳細を述べる。
Next, the signal processing calculated in the microcomputer 19 will be described in detail below.

【0041】前記の一酸化炭素センサのガス導入部15
に、起動直後の改質器のガス状態を想定して、一酸化炭
素ガスの濃度を1%30分、0.2%10分、100p
pm10分、20ppm10分、5ppm60分の順に
段階的に減少させて、加湿した模擬被検出ガスを導入し
てみた。なお、測定時のガス流量は100cc/分とし
た。
The gas inlet 15 of the carbon monoxide sensor
Assuming the gas state of the reformer immediately after the start, the concentration of the carbon monoxide gas was set to 1% for 30 minutes, 0.2% for 10 minutes, and 100 p.
The humid simulated gas to be detected was introduced by gradually decreasing the pm for 10 minutes, 20 ppm for 10 minutes, and 5 ppm for 60 minutes. The gas flow rate at the time of measurement was 100 cc / min.

【0042】上記の測定における電流計18で検出され
た出力電流特性を図2に示す。a)は一酸化炭素ガス濃
度が1%の時、b)は同100ppmの時、c)は同5
ppmの時であり、いずれも測定1サイクル分(8秒)
の推移を示す。図2a)より、一酸化炭素ガス濃度が濃
い場合は出力電流が上下し、サイクルの後半5秒間(3
から8秒)でも不安定なままであった。これは電極に含
まれる触媒に一酸化炭素ガスが吸着することによる出力
電流の低下と、吸着した一酸化炭素ガスが被検出ガス中
の水の分解により発生した酸素と反応して(3)式、
(4)式に示すように二酸化炭素ガスを生成することに
よる出力電流の回復(リフレッシュ)とが交互に起こっ
ているためである。
FIG. 2 shows the output current characteristics detected by the ammeter 18 in the above measurement. a) when the concentration of carbon monoxide gas is 1%, b) when the concentration is 100 ppm, and c) when the concentration is 5%.
ppm, for one cycle of measurement (8 seconds)
The transition of is shown. As shown in FIG. 2A), when the concentration of carbon monoxide gas is high, the output current fluctuates, and the second half of the cycle (3 seconds)
To 8 seconds). This is because the output current decreases due to the adsorption of the carbon monoxide gas to the catalyst contained in the electrode, and the adsorbed carbon monoxide gas reacts with oxygen generated by the decomposition of water in the gas to be detected to obtain the equation (3). ,
This is because the recovery (refresh) of the output current due to the generation of carbon dioxide gas occurs alternately as shown in equation (4).

【0043】[0043]

【化2】 Embedded image

【0044】なお、(3)式、(4)式において、
(g)は気体を、(a)は触媒への吸着をそれぞれ示
す。
Incidentally, in the equations (3) and (4),
(G) shows gas, and (a) shows adsorption to the catalyst.

【0045】従って、本構成により水を分解して酸素を
生成するための触媒上のサイトが一酸化炭素ガスで完全
に覆われることはなくなり、1%の一酸化炭素ガスを流
し続けても、従来例のように時間とともに一酸化炭素セ
ンサの出力がほとんど戻らなくなるということはなくな
った。なお、従来例は被毒による起電力の変化を見てい
るため、前述のように常に水を触媒上で分解しながら測
定することはできないが、本構成では外部から電圧を加
えて流れる電流の変化を見るようにしているため、測定
電圧を自由に変えることができ、従って、常に水を触媒
上で分解しながら測定することができる。
Therefore, according to this configuration, the site on the catalyst for decomposing water to generate oxygen is not completely covered with carbon monoxide gas, and even if 1% of carbon monoxide gas continues to flow, The output of the carbon monoxide sensor hardly returns with time as in the conventional example. In the conventional example, since the change in electromotive force due to poisoning is observed, measurement cannot be performed while water is always decomposed on the catalyst as described above. Since the change is observed, the measurement voltage can be freely changed, and therefore, the measurement can always be performed while water is decomposed on the catalyst.

【0046】一酸化炭素ガス濃度が100ppm程度に
薄くなると、図2b)に示すようにサイクルの後半5秒
間では徐々に出力電流が下がっている。これは、一酸化
炭素の濃度が薄いため、触媒上の吸着サイトは十分に空
きがある状態であり、水から生成した酸素と吸着した一
酸化炭素が隣り合うサイトに存在して(4)式に示すよ
うな反応が起こる確率が減るためと考える。従って、触
媒の被毒により徐々に出力電流が下がる。
When the carbon monoxide gas concentration is reduced to about 100 ppm, as shown in FIG. 2B), the output current gradually decreases in the last 5 seconds of the cycle. This is because the concentration of carbon monoxide is low, and the adsorption site on the catalyst is in a sufficiently empty state, and the oxygen generated from water and the adsorbed carbon monoxide are present at adjacent sites, and the equation (4) is used. It is considered that the probability that the reaction as shown in FIG. Therefore, the output current gradually decreases due to the poisoning of the catalyst.

【0047】さらに一酸化炭素ガスの濃度が5ppm程
度まで極めて薄くなると、図2c)に示すようにサイク
ル後半の5秒間では出力電流がほとんど変化しなくな
る。これは、一酸化炭素ガスが触媒上のサイトにほとん
ど吸着しないため、出力電流に変化が現れないと考え
る。
Further, when the concentration of the carbon monoxide gas is extremely reduced to about 5 ppm, as shown in FIG. 2C), the output current hardly changes in the latter 5 seconds of the cycle. It is considered that the output current does not change because the carbon monoxide gas hardly adsorbs to the site on the catalyst.

【0048】以上のことから、濃度に応じてサイクル後
半5秒間の出力電流の変化の挙動に差があることが明ら
かとなった。そこで、出力電流の変化を知るパラメータ
として、サイクル後半5秒間の平均の電流変化速度MV
(傾きに相当する)を求めた。MVは(5)式から計算
した。(5)式において、I(3)は測定サイクルの3
秒後の出力電流を、I(8)は同8秒後の出力電流をそ
れぞれ示す。
From the above, it has become clear that there is a difference in the behavior of the change of the output current in the latter 5 seconds of the cycle depending on the concentration. Therefore, as a parameter for knowing the change in the output current, the average current change rate MV in the latter 5 seconds of the cycle is used.
(Corresponding to the slope) was determined. MV was calculated from equation (5). In the equation (5), I (3) represents 3 of the measurement cycle.
I (8) indicates the output current after 8 seconds, and I (8) indicates the output current after 8 seconds.

【0049】[0049]

【数1】 (Equation 1)

【0050】このようにして求めたMVの一酸化炭素ガ
ス濃度に対する変化を図3に示す。高濃度ではMVは不
安定だが、100ppm以下になると一定の値で安定化
する傾向にあることがわかった。しかし、高濃度で出力
が不安定過ぎて、100ppmでは図3の点線A部、2
0ppmでは同B部、5ppmでは同C部がオーバーラ
ップしてしまい、このままでは高濃度の不安定部分なの
か本当に低濃度なのかをMVからだけで判断することが
できない。
FIG. 3 shows changes in the MV with respect to the concentration of carbon monoxide gas thus obtained. It was found that the MV was unstable at high concentrations, but tended to stabilize at a constant value below 100 ppm. However, at a high concentration, the output was too unstable.
At 0 ppm, the B portion overlaps at 5 ppm, and at 5 ppm, the C portion overlaps, so that it is impossible to judge from the MV alone whether the portion is a high concentration unstable portion or really low concentration.

【0051】そこで、一酸化炭素ガスが高濃度の時の出
力不安定性に着目し、出力が不安定なら高濃度であると
の判断を行うようにすれば、上記オーバーラップ部分が
分離できる。不安定性を求める方法としては、図2a)
に示すように出力が毎秒上下するということは出力電流
の1秒毎の変化速度や変化加速度が正負に振れて大きく
変動するということであるので、これらのパラメータの
変動の幅、すなわち、ばらつきの大小で高濃度か低濃度
かの区別ができると考えられる。
Therefore, by focusing on the output instability when the concentration of carbon monoxide gas is high, and judging that the concentration is high if the output is unstable, the overlap portion can be separated. As a method for determining the instability, FIG.
The fact that the output fluctuates every second as shown in Fig. 4 means that the rate of change and the rate of change of the output current every second fluctuate in the positive and negative directions and fluctuate greatly. It is thought that it is possible to distinguish between high and low concentrations in large and small.

【0052】これらのパラメータのばらつきを実際に計
算して求めてみた。ここで、ばらつきは最も簡単に求め
られる手法として測定サイクル後半5秒間の電流変化速
度または電流変化加速度の最大値と最小値の差とした。
計算式を(6)式から(9)式に示す。なお、(6)〜
(9)式において、V(i)はi秒とi+1秒の電流変
化速度、すなわち出力電流の傾きを、I(i)はi秒で
の出力電流を、iは3秒から7秒までの秒数を、VWは
電流変化速度ばらつきを、MAX(V(3〜7))はV
(3)からV(7)までの電流変化速度の最大値を、M
IN(V(3〜7))は同最小値を、G(i)はi秒と
i+1秒の電流変化加速度、すなわち電流変化速度の傾
きを、GWは電流変化加速度ばらつきを、MAX(G
(3〜6))はG(3)からG(6)までの電流変化加
速度の最大値を、MIN(G(3〜6))は同最小値を
それぞれ示す。
Variations of these parameters were actually calculated and obtained. Here, the variation is defined as the difference between the maximum value and the minimum value of the current change speed or the current change acceleration in the latter 5 seconds of the measurement cycle as the method most easily obtained.
The calculation formulas are shown in formulas (6) to (9). In addition, (6)-
In equation (9), V (i) is the current change rate between i seconds and i + 1 seconds, that is, the slope of the output current, I (i) is the output current in i seconds, and i is the output current from 3 seconds to 7 seconds. The number of seconds, VW represents the variation in current change speed, and MAX (V (3 to 7)) represents V
The maximum value of the current change rate from (3) to V (7) is represented by M
IN (V (3 to 7)) is the minimum value, G (i) is the current change acceleration of i seconds and i + 1 seconds, that is, the gradient of the current change speed, GW is the current change acceleration variation, MAX (G
(3-6)) indicates the maximum value of the current change acceleration from G (3) to G (6), and MIN (G (3-6)) indicates the same minimum value.

【0053】[0053]

【数2】 (Equation 2)

【0054】計算の結果、電流変化速度ばらつきVWは
一部に高濃度一酸化炭素時と低濃度一酸化炭素時の値に
オーバーラップする部分があり、VWでは両者の区別が
不十分であることがわかった。一方、電流変化加速度ば
らつきGWを求めた結果を図4に示す。図中点線D部で
示すようにごくわずかに高濃度時と低濃度時でオーバー
ラップするポイントがあるものの、全般に両者の区別は
可能であると考える。すなわち、GWが既定値以上か否
かで一酸化炭素ガスがある濃度以上か否かがわかる。従
って、VWとGWを比べるとGWの方が区別しやすい傾
向にあることがわかった。
As a result of the calculation, the current change speed variation VW partially overlaps the value at the time of high-concentration carbon monoxide and the value at the time of low-concentration carbon monoxide. I understood. On the other hand, FIG. 4 shows the result of obtaining the current change acceleration variation GW. As shown by the dotted line D in the figure, although there is a point where the density slightly overlaps with the high density and the low density, it is considered that the two can be generally distinguished. That is, whether or not the carbon monoxide gas is at or above a certain concentration can be determined based on whether or not the GW is at or above a predetermined value. Therefore, it was found that the GW tends to be more easily distinguished from the VW and the GW.

【0055】しかし、たとえわずかであっても高濃度と
低濃度が区別できないポイントがあると、センサとして
出力精度が損なわれる。このポイントは図4のD部より
明らかなように瞬間的に発生しており、GWが極めて不
安定な領域である。そこで、GWの安定性を見るパラメ
ータとしてばらつきの変動値DGWを求めた。ここで、
DGWは(10)式に示すように現在のGWと前回のサ
イクルのGW(GWO)との差から計算した。この手法
により、もしGWが安定していればDGWの値は小さく
なることからGWの安定性を判断することができる。
However, if there is a point where the high density and the low density cannot be distinguished even if they are slight, the output accuracy as a sensor is impaired. This point occurs instantaneously as is apparent from the portion D in FIG. 4, and is a region where the GW is extremely unstable. Therefore, a variation value DGW of variation was obtained as a parameter for checking the stability of the GW. here,
DGW was calculated from the difference between the current GW and the GW (GWO) of the previous cycle as shown in equation (10). According to this method, if the GW is stable, the value of the DGW becomes small, so that the stability of the GW can be determined.

【0056】[0056]

【数3】 (Equation 3)

【0057】実際にDGWを求めた結果を図5に示す。
高濃度時と低濃度時で明らかにDGWの値が異なること
が分かる。但し、DGWだけでは高濃度時でもDGW≒
0の領域が存在するため一酸化炭素濃度を精度よく知る
ことはできない。これは、高濃度時にGWがたまたま2
サイクルにわたって同一に近い値を取ることがあるから
である。
FIG. 5 shows the result of actually obtaining the DGW.
It can be seen that the value of DGW is clearly different between high density and low density. However, with DGW alone, even at high concentrations, DGW ≒
Since there is a region of 0, the concentration of carbon monoxide cannot be known accurately. This is because the GW happens to be 2 at high concentration.
This is because the values may be almost the same over the cycle.

【0058】以上のことから、GW、および、DGWの
両者の値が、それぞれに設定した既定値以上か否かによ
って一酸化炭素ガスがある濃度以上か否かを判断するこ
とによって、高精度なセンサ出力が得られる。
From the above, by determining whether or not the values of both GW and DGW are equal to or higher than the predetermined values set respectively, it is determined whether or not the concentration of carbon monoxide gas is equal to or higher than a certain concentration. A sensor output is obtained.

【0059】次に上記の方法で具体的にセンサ出力が得
られるかを検討した。本実施の形態では、一酸化炭素濃
度が100ppm以上か否かの判断を行うスイッチとし
ての出力例について述べる。なお、一酸化炭素濃度が1
00ppm以上のときはオフ信号を、100ppm未満
のときはオン信号をそれぞれ出力する。
Next, it was examined whether a sensor output can be specifically obtained by the above method. In this embodiment, an example of an output as a switch for determining whether the carbon monoxide concentration is 100 ppm or more will be described. In addition, carbon monoxide concentration is 1
An off signal is output when the level is 00 ppm or more, and an on signal is output when the level is less than 100 ppm.

【0060】図4および図5を詳細に検討した結果、一
酸化炭素濃度が100ppmのスイッチを構成するため
にはGWの既定値を0.9mA/s2、DGWの既定値
を0.4mA/s2とすればよいことがわかった。すな
わち、GWが0.9mA/s2以下、かつ、DGWの絶
対値が0.4mA/s2以下のとき一酸化炭素濃度は1
00ppm未満であると判断し、オン信号を出力するよ
うにした。
As a result of examining FIGS. 4 and 5 in detail, in order to construct a switch having a carbon monoxide concentration of 100 ppm, the default value of GW is set to 0.9 mA / s 2 , and the default value of DGW is set to 0.4 mA / it was found that may be set to s 2. That, GW is 0.9 mA / s 2 or less, and the carbon monoxide concentration when the absolute value of 0.4 mA / s 2 or less DGW 1
It was determined that it was less than 00 ppm, and an ON signal was output.

【0061】このようにして得られたセンサ出力を図6
の上部(補正前と注記した方)に示す。全体的に一酸化
炭素濃度が100ppmから20ppmに切り替わる近
辺でオフ信号がオン信号に変わるものの、センサ出力に
チャタリングが発生し、その間の出力精度は劣化するこ
とがわかった。
The sensor output obtained in this way is shown in FIG.
(Before correction). It has been found that, although the off signal changes to the on signal in the vicinity where the carbon monoxide concentration switches from 100 ppm to 20 ppm as a whole, chattering occurs in the sensor output, and the output accuracy during that period deteriorates.

【0062】そこで、チャタリングの補正手段として、
センサ出力(オン信号、オフ信号)の連続性に着目し
た。すなわち、チャタリングは突発的に発生しているの
で、現在の測定サイクルから求めたオン信号またはオフ
信号と、それ以前の既定偶数サイクル分の偶数個のオン
信号またはオフ信号とから、オン信号、および、オフ信
号の総回数をそれぞれ求め、多い方の信号を出力する補
正を行った。本実施の形態では、既定偶数サイクル分と
して4サイクル分のオン信号またはオフ信号を用いてい
る。これにより、現在のオン信号またはオフ信号と合わ
せて5サイクル分のオン信号またはオフ信号が得られる
ため、必ずどちらかの信号の回数が多くなる。例えば、
現在の信号がオンで、それ以前の4サイクル分の信号が
全てオフであれば、オンが1回、オフが4回なので、現
在のオン信号はチャタリングとみなし、センサ出力はオ
フになる。
Therefore, as chattering correction means,
We focused on the continuity of the sensor output (ON signal, OFF signal). That is, since chattering occurs suddenly, an ON signal or an OFF signal obtained from the current measurement cycle and an even number of ON signals or OFF signals for a predetermined even cycle before the ON signal, , And the total number of off signals was obtained, and correction was performed to output the signal with the larger number. In this embodiment, an ON signal or an OFF signal for four cycles is used as a predetermined even-numbered cycle. As a result, an ON signal or an OFF signal for five cycles can be obtained in addition to the current ON signal or the OFF signal, so that the number of times of either signal is always increased. For example,
If the current signal is on and all of the previous four cycles of signals are off, then on is once and off is four, so the current on signal is considered chattering and the sensor output is off.

【0063】このような補正を行った結果を図6の下部
(補正後と注記した方)に示す。一酸化炭素濃度が10
0ppmから20ppmになるとセンサ出力はオンにな
り、それ以外の濃度でのチャタリングは全く起こらなく
なった。
The result of such a correction is shown in the lower part of FIG. 6 (after the correction is noted). Carbon monoxide concentration of 10
From 0 ppm to 20 ppm, the sensor output was turned on, and chattering at other concentrations did not occur at all.

【0064】以上のことから、高精度な一酸化炭素セン
サが得られることが明らかとなった。
From the above, it is clear that a highly accurate carbon monoxide sensor can be obtained.

【0065】ここで、上記の100ppm以上か否かを
判断する一酸化炭素センサの制御、計算手法をフローチ
ャートにまとめて図7に示す。
FIG. 7 is a flowchart summarizing the control and calculation method of the carbon monoxide sensor for determining whether or not the concentration is 100 ppm or more.

【0066】一酸化炭素センサの電源が投入されると、
電極2に4Vのリフレッシュ電圧が印加される(S
1)。その後、既定時間として2秒間待ち(S2)、燃
料電池制御回路(図示せず)から燃料電池を停止する信
号が発信されているか否かを調べる(S3)。もし、燃
料電池を停止する信号があれば(S3のyes)、電極
2に印加していた電圧をオフにし(S4)、一酸化炭素
センサの動作を終了する。
When the power of the carbon monoxide sensor is turned on,
A refresh voltage of 4 V is applied to the electrode 2 (S
1). After that, it waits for 2 seconds as a predetermined time (S2), and checks whether a signal for stopping the fuel cell is transmitted from a fuel cell control circuit (not shown) (S3). If there is a signal to stop the fuel cell (Yes in S3), the voltage applied to the electrode 2 is turned off (S4), and the operation of the carbon monoxide sensor is ended.

【0067】燃料電池を停止する信号がなければ(S3
のno)、電極2に測定電圧として1.3Vの電圧が印
加される(S5)。その後、既定時間間隔(本実施の形
態では1秒とした)毎に電流値をマイクロコンピュータ
19のメモリーに取り込む(S6)。
If there is no signal to stop the fuel cell (S3
No), a voltage of 1.3 V is applied to the electrode 2 as a measurement voltage (S5). Thereafter, the current value is taken into the memory of the microcomputer 19 at predetermined time intervals (1 second in the present embodiment) (S6).

【0068】8秒間の既定時間分の電流値データを取り
込めば(S7のyes)、電流変化速度V(i)を
(6)式に従って計算する(S8)。次にV(i)の値
を基に電流変化加速度G(i)を(8)式に従って計算
する(S9)。その後、G(i)の値を元に電流変化加
速度のばらつきGWを(9)式に従って計算し(S1
0)、GWと1サイクル前のGW値(GWO)とからば
らつきの変動値DGWを(10)式に従って計算する
(S11)。
If the current value data for the predetermined time of 8 seconds is taken in (Yes in S7), the current change speed V (i) is calculated according to the equation (6) (S8). Next, the current change acceleration G (i) is calculated based on the value of V (i) according to the equation (8) (S9). Then, based on the value of G (i), the variation GW of the current change acceleration is calculated according to the equation (9) (S1).
0), a variation value DGW of variation is calculated from the GW and the GW value (GWO) one cycle before according to the equation (10) (S11).

【0069】こうして得られたGWおよびDGWが、そ
れぞれ既定値(本実施の形態ではGWが0.9mA/s
2、DGWが0.4mA/s2)以下か否かを比較する
(S12)。もし両者が既定値以下であれば(S12の
yes)、現在のサイクルでの出力判定をオンとする情
報をマイクロコンピュータ19のメモリーに保存する
(S13)。次に、現在のサイクルでは出力判定がオン
であるので、あらかじめメモリーしておいた偶数個前
(本実施の形態では4個前)のオン信号の数に1を加え
た数字と、偶数個前のオフ信号の数とを比較する(S1
4)。もしオン信号の数が多ければ(S14のye
s)、オン信号を出力し(S15)、Aにジャンプする
(S1に戻る)。一方、オフ信号の数が多ければ(S1
4のno)、オフ信号を出力し(S16)、Aにジャン
プする(S1に戻る)。
The GW and DGW thus obtained are respectively set to predetermined values (in this embodiment, GW is 0.9 mA / s).
2. It is compared whether DGW is 0.4 mA / s 2 ) or less (S12). If both values are equal to or smaller than the predetermined values (Yes in S12), information for turning on the output determination in the current cycle is stored in the memory of the microcomputer 19 (S13). Next, since the output determination is ON in the current cycle, the number obtained by adding 1 to the number of the ON signal of the even number before (four in the present embodiment) stored in advance, and the number of the ON signal of the even number before Is compared with the number of off signals (S1).
4). If the number of ON signals is large (yes in S14)
s), output an ON signal (S15), and jump to A (return to S1). On the other hand, if the number of off signals is large (S1
No. 4), an off signal is output (S16), and the process jumps to A (return to S1).

【0070】GWおよびDGWが既定値以下であれば
(S12のno)、現在のサイクルでの出力判定をオフ
とする情報をマイクロコンピュータ19のメモリーに保
存する(S17)。次に、現在のサイクルでは出力判定
がオフであるので、あらかじめメモリーしておいた偶数
個前(本実施の形態では4個前)のオフ信号の数に1を
加えた数字と、偶数個前のオン信号の数とを比較する
(S18)。もしオフ信号の数が多ければ(S18のy
es)、オフ信号を出力し(S16)、Aにジャンプす
る(S1に戻る)。一方、オン信号の数が多ければ(S
18のno)、Bにジャンプしてオン信号を出力し(S
15)、Aにジャンプする(S1に戻る)。
If the GW and DGW are equal to or smaller than the predetermined values (No in S12), information for turning off the output determination in the current cycle is stored in the memory of the microcomputer 19 (S17). Next, since the output determination is off in the current cycle, the number obtained by adding 1 to the number of the off-signals beforehand stored in memory (four in this embodiment), (S18). If the number of off signals is large (y in S18)
es), and outputs an off signal (S16), and jumps to A (return to S1). On the other hand, if the number of ON signals is large (S
18; no), jump to B and output an ON signal (S
15) Jump to A (return to S1).

【0071】このような動作を繰り返すことにより、一
酸化炭素濃度が100ppm以上か否かを出力すること
ができる。
By repeating such an operation, it is possible to output whether or not the concentration of carbon monoxide is 100 ppm or more.

【0072】以上の構成、動作により、高濃度一酸化炭
素ガスに対してもリフレッシュが可能で、高精度な一酸
化炭素センサが得られた。
With the above configuration and operation, a high-precision carbon monoxide sensor which can be refreshed even with a high concentration of carbon monoxide gas was obtained.

【0073】(実施の形態2)図8は本発明の一酸化炭
素センサの実施の形態2の出力計算および制御フローチ
ャートである。図9はセンサ出力の一酸化炭素濃度依存
性を示す特性図である。
(Embodiment 2) FIG. 8 is a flow chart of output and calculation of a carbon monoxide sensor according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the sensor output.

【0074】本実施の形態は実施の形態1で述べた一酸
化炭素センサと構造が全く同一であるので、構造の詳細
についての説明は省略する。また、出力計算および制御
フローチャートも、ほとんど実施の形態1と同様である
ので、同一部分には同一番号を付し、詳細な説明は省略
する。
Since the structure of this embodiment is exactly the same as that of the carbon monoxide sensor described in the first embodiment, a detailed description of the structure will be omitted. The output calculation and control flowcharts are almost the same as those in the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0075】すなわち、本実施の形態の特徴は、図8に
示すように既定時間電流値を測定した後(S7のye
s)、(7)式に従って平均電流変化速度MVを計算し
(S19)、GWやDGWだけでなくMVもオン信号か
オフ信号かを判断するのに使用している(S20)とい
う点である。実施の形態1の測定手法では、図4、およ
び、図5に示すように、GWやDGWの値を用いて一酸
化炭素濃度が100ppm以上か否かを区別することは
可能であるが、さらに低濃度、例えば一酸化炭素濃度が
20ppm以上か否かを区別することはできない。そこ
で、20ppmと5ppmで区別できるパラメータとし
て平均の電流変化速度MVに着目した。MVは図3より
明らかなように20ppmに比べ5ppmでは大きくな
るため、これを濃度判定にも適用すれば20ppmレベ
ルの低濃度一酸化炭素の検知が可能となる。但し、実施
の形態1で述べたように、20ppmでは図3の点線B
部、5ppmでは同C部が高濃度時のMV値とオーバー
ラップしてしまうため、MVだけでなくGWやDGWも
濃度判定に適用する必要がある。
That is, the feature of this embodiment is that the current value is measured for a predetermined time as shown in FIG. 8 (yes in S7).
s), the average current change rate MV is calculated according to the formula (7) (S19), and the MV is used to determine whether not only the GW or DGW but also the MV is an on signal or an off signal (S20). . In the measurement method of the first embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, it is possible to distinguish whether or not the concentration of carbon monoxide is 100 ppm or more using the values of GW and DGW. It is not possible to distinguish whether the concentration is low, for example, the concentration of carbon monoxide is 20 ppm or more. Therefore, attention was paid to the average current change rate MV as a parameter that can be distinguished between 20 ppm and 5 ppm. As is clear from FIG. 3, the MV is larger at 5 ppm than at 20 ppm, so if this is applied to the concentration determination, it is possible to detect a low concentration of 20 ppm carbon monoxide. However, as described in Embodiment 1, at 20 ppm, the dotted line B in FIG.
At 5 ppm, the C portion overlaps with the MV value at the time of high concentration, so that not only MV but also GW and DGW need to be applied to the concentration judgment.

【0076】このような出力計算および制御フローチャ
ートを有する一酸化炭素センサを動作させてみた。ここ
で、GWおよびDGWの既定値は実施の形態1と同じと
し、MVの既定値は−0.2mA/sとした。すなわ
ち、MVが−0.2mA/s以上、かつ、GWが0.9
mA/s2以下、かつ、DGWの絶対値が0.4mA/
2以下のとき一酸化炭素濃度は20ppm未満である
と判断し、オン信号を出力するようにした。結果を図9
に示す。一酸化炭素濃度が20ppmから5ppmにな
るとセンサ出力はオンとなり、チャタリングも発生しな
いことが明らかになった。
A carbon monoxide sensor having such an output calculation and control flowchart was operated. Here, the default values of GW and DGW were the same as in Embodiment 1, and the default value of MV was -0.2 mA / s. That is, MV is -0.2 mA / s or more, and GW is 0.9
mA / s 2 or less, and the absolute value of DGW is 0.4 mA /
When s 2 or less, it was determined that the carbon monoxide concentration was less than 20 ppm, and an ON signal was output. FIG. 9 shows the results.
Shown in When the carbon monoxide concentration was changed from 20 ppm to 5 ppm, the sensor output was turned on, and it was found that chattering did not occur.

【0077】以上の構成、動作により、高濃度一酸化炭
素ガスに対してもリフレッシュが可能で、低濃度でも高
精度に測定可能な一酸化炭素センサが得られた。
With the above configuration and operation, a carbon monoxide sensor which can be refreshed even with a high concentration of carbon monoxide gas and can be measured with high accuracy even at a low concentration is obtained.

【0078】(実施の形態3)図10は本発明の一酸化
炭素センサの実施の形態3の出力計算および制御フロー
チャートである。図11は同センサの電流変化速度の一
酸化炭素濃度依存性を示す特性図である。
(Embodiment 3) FIG. 10 is a flowchart for calculating and controlling the output of a carbon monoxide sensor according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 11 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the current change rate of the sensor.

【0079】本実施の形態は実施の形態1で述べた一酸
化炭素センサと構造が全く同一であるので、構造の詳細
についての説明は省略する。
Since the structure of this embodiment is exactly the same as that of the carbon monoxide sensor described in the first embodiment, a detailed description of the structure will be omitted.

【0080】次に、本実施の形態の一酸化炭素センサの
動作を説明する。
Next, the operation of the carbon monoxide sensor according to the present embodiment will be described.

【0081】被検出ガスはガス導入部15、入口5を通
り、ガス流路7に導かれる。ガス流路7は電極2に接し
ているので、被検出ガスがガス流路7を流れることによ
り電極2を構成するカーボンペーパーの中へまんべんな
く拡散し触媒に達する。その後、被検出ガスは出口6、
ガス排出部16を通って排気される。第1集電板8と第
2集電板10の間にはマイクロコンピュータ19により
測定電圧とリフレッシュ電圧が交互に途切れることなく
連続的に印加されている。測定電圧は、実施の形態2で
述べた平均電流変化速度MVが既定値(本実施の形態で
は−4mA/s)以上、かつ、電流変化加速度ばらつき
GWが既定値(本実施の形態では0.9mA/s2)以
下、かつ、GWのばらつきの変動値DGWの絶対値が既
定値(本実施の形態では0.4mA/s2)以下の時
は、水の分解電位(理論値1.23V)以下である0.
3Vとし、前記条件を満たさない時、または、電流計1
8の出力が既定値(本実施の形態では50mA)以下の
時は、水の分解電位以上の1.3Vとした。なお、0.
3Vの測定電圧は基本的には水の分解電位以下であれば
よいが、望ましくは0.1V以上0.4V以下がよい。
これは、0.1V以下であればセンサに流れる電流値が
小さくなりすぎるため、電流計18で精度よく測定する
のが困難となり、0.4V以上であれば、電極2の触媒
に吸着した一酸化炭素ガスがわずかに解離を始めるた
め、低濃度一酸化炭素濃度検知の場合、感度が低下して
しまう。これらのことから、高精度、かつ、低濃度時で
も高感度な一酸化炭素センサを得るためには0.1V以
上0.4V以下がよい。
The gas to be detected passes through the gas inlet 15 and the inlet 5 and is led to the gas channel 7. Since the gas flow path 7 is in contact with the electrode 2, the gas to be detected flows through the gas flow path 7 and diffuses evenly into the carbon paper constituting the electrode 2 to reach the catalyst. Thereafter, the detected gas is supplied to the outlet 6,
The gas is exhausted through the gas exhaust unit 16. Between the first current collector 8 and the second current collector 10, the microcomputer 19 continuously applies the measurement voltage and the refresh voltage without interruption. As for the measurement voltage, the average current change rate MV described in the second embodiment is equal to or more than a predetermined value (-4 mA / s in the present embodiment), and the current change acceleration variation GW is a predetermined value (0 in the present embodiment). 9 mA / s 2 ) or less and when the absolute value of the variation value DGW of the GW variation is equal to or less than a predetermined value (0.4 mA / s 2 in the present embodiment), the decomposition potential of water (theoretical value 1.23 V) 0)
3V, when the above condition is not satisfied, or when the ammeter 1
When the output of No. 8 was equal to or lower than a predetermined value (50 mA in the present embodiment), the voltage was set to 1.3 V which is higher than the decomposition potential of water. Note that 0.
The measurement voltage of 3 V may be basically equal to or lower than the decomposition potential of water, but is preferably 0.1 V or higher and 0.4 V or lower.
If the voltage is 0.1 V or less, the value of the current flowing through the sensor becomes too small, so that it is difficult to accurately measure the current with the ammeter 18. Since the carbon oxide gas slightly starts to dissociate, the sensitivity is reduced in the case of detecting the low concentration of carbon monoxide. From these facts, in order to obtain a carbon monoxide sensor with high accuracy and high sensitivity even at a low concentration, the voltage is preferably 0.1 V or more and 0.4 V or less.

【0082】リフレッシュ電圧は測定電圧以上の4Vと
した。また、測定とリフレッシュは前者が8秒、後者が
2秒の計10秒で1サイクルとした。
The refresh voltage was set to 4 V which is higher than the measured voltage. The measurement and the refresh were performed in one cycle of 8 seconds for the former and 2 seconds for the latter, for a total of 10 seconds.

【0083】上記の動作により、被検出ガス中の水素ガ
スは電極2の触媒上で正極、負極それぞれ(化1)に示
す反応が起こる。
By the above operation, the reaction of the hydrogen gas in the gas to be detected on the catalyst of the electrode 2 as shown in the positive electrode and the negative electrode, respectively, occurs.

【0084】(1)式に示すように正極側の電極2で水
素ガスの解離反応が起こり、ここで生じたプロトン(H
+)が電解質膜1を通って負極側の電極2に到達し、そ
こで(2)式に示すように再び電子(e-)を受け取り
水素ガスを生成する。従って、水素ガスの存在下では検
出素子4と直流電源17の間に電気的な閉回路が形成さ
れ、プロトン伝導度に応じた電流が流れる。負極側の電
極2で発生した水素ガスは孔9、ガス室12、出口1
1、オリフィス13を通って排気される。
As shown in equation (1), a dissociation reaction of hydrogen gas occurs at the electrode 2 on the positive electrode side, and the proton (H
+ ) Reaches the electrode 2 on the negative electrode side through the electrolyte membrane 1 and receives the electrons (e ) again as shown in the equation (2) to generate hydrogen gas. Therefore, in the presence of hydrogen gas, an electric closed circuit is formed between the detection element 4 and the DC power supply 17, and a current flows according to the proton conductivity. The hydrogen gas generated at the electrode 2 on the negative electrode side has holes 9, a gas chamber 12, and an outlet 1.
1. Exhausted through the orifice 13.

【0085】以上の動作で電流値を検出し、マイクロコ
ンピュータ19で一酸化炭素ガス濃度に応じた信号を出
力している。
The current value is detected by the above operation, and the microcomputer 19 outputs a signal corresponding to the concentration of carbon monoxide gas.

【0086】次にマイクロコンピュータ19内で計算さ
れる信号処理を図10に基づいて詳細に述べる。
Next, the signal processing calculated in the microcomputer 19 will be described in detail with reference to FIG.

【0087】一酸化炭素センサの電源が投入されると、
電極2に4Vのリフレッシュ電圧が印加される(S2
1)。その後、既定時間として2秒間待ち(S22)、
燃料電池制御回路(図示せず)から燃料電池を停止する
信号が発信されているか否かを調べる(S23)。も
し、燃料電池を停止する信号があれば、(S23のye
s)、電極2に印加していた電圧をオフにし(S2
4)、一酸化炭素センサの動作を終了する。
When the power of the carbon monoxide sensor is turned on,
A refresh voltage of 4 V is applied to the electrode 2 (S2
1). Then, wait for 2 seconds as a predetermined time (S22),
It is checked whether a signal to stop the fuel cell is transmitted from a fuel cell control circuit (not shown) (S23). If there is a signal to stop the fuel cell, (yes in S23)
s), the voltage applied to the electrode 2 is turned off (S2
4) End the operation of the carbon monoxide sensor.

【0088】燃料電池を停止する信号がなければ(S2
3のno)、電極2に測定電圧として上記の条件に応じ
て0.3V、または、1.3Vの電圧が印加される(S
25)。その後、既定時間間隔(本実施の形態では1秒
とした)毎に電流値をマイクロコンピュータ19のメモ
リーに取り込む(S26)。
If there is no signal to stop the fuel cell (S2
No. 3), a voltage of 0.3 V or 1.3 V is applied to the electrode 2 as a measurement voltage according to the above conditions (S)
25). Thereafter, the current value is taken into the memory of the microcomputer 19 at a predetermined time interval (1 second in the present embodiment) (S26).

【0089】次に電流値が既定値(50mA)以下であ
れば(S27のyes)、センサに濃い一酸化炭素ガス
が導入されていると考えられるため、これ以上被毒を続
けると素子のリフレッシュができなくなる。そこで、測
定電圧を復帰(1.3Vに設定)するとともに(S2
8)、Aにジャンプし、素子のリフレッシュを行う(S
21に戻る)。このような動作とすることにより、素子
を過剰被毒から保護すると同時に、測定電圧を復帰させ
た時のサイクルの出力を無効とする制御を有したため、
電圧復帰時の不安定な挙動を出力することがなくなり、
高精度に一酸化炭素濃度が検出できる。なお、測定電圧
を1.3Vとすることにより、水が分解され触媒上に常
に酸素が生成するため、一酸化炭素を酸化することがで
き、高濃度の一酸化炭素ガスが導入されても素子が劣化
することはない。
Next, if the current value is equal to or less than the predetermined value (50 mA) (yes in S27), it is considered that a rich carbon monoxide gas has been introduced into the sensor. Can not be done. Therefore, the measured voltage is restored (set to 1.3 V) and (S2
8) Jump to A to refresh the element (S
21). With such an operation, the element was protected from excessive poisoning, and at the same time, control was provided to invalidate the output of the cycle when the measured voltage was restored.
No longer output unstable behavior at voltage recovery,
Carbon monoxide concentration can be detected with high accuracy. When the measurement voltage is set to 1.3 V, water is decomposed and oxygen is constantly generated on the catalyst, so that carbon monoxide can be oxidized. Does not deteriorate.

【0090】電流値が既定値以上であれば(S27のn
o)、8秒間の既定時間分の電流値データを取り込む
(S29のyes)。次に平均電流変化速度MVを
(5)式に従って計算する(S30)。
If the current value is equal to or more than the predetermined value (n in S27)
o), current value data for a predetermined time of 8 seconds is fetched (yes in S29). Next, the average current change rate MV is calculated according to the equation (5) (S30).

【0091】現在の測定電圧が低下状態(本実施の形態
では0.3V)であれば(S31のyes)、MVの値
と既定値とを比較し(S32)、MV値に応じた一酸化
炭素濃度を出力する(S33)。この部分の詳細につい
ては後述する。
If the current measured voltage is in a lowered state (0.3 V in the present embodiment) (yes in S31), the value of MV is compared with a predetermined value (S32), and the monoxide according to the MV value is compared. The carbon concentration is output (S33). Details of this part will be described later.

【0092】現在の測定電圧が低下していない、すなわ
ち、本実施の形態では1.3Vであれば(S31のn
o)、電流変化加速度G(i)を(8)式に従って計算
する(S34)。その後、G(i)の値を基に電流変化
加速度のばらつきGWを(9)式に従って計算し(S3
5)、GWと1サイクル前のGW値(GWO)とからば
らつきの変動値DGWを(10)式に従って計算する
(S36)。
If the current measured voltage has not decreased, that is, if it is 1.3 V in this embodiment (n in S31)
o), the current change acceleration G (i) is calculated according to the equation (8) (S34). Thereafter, the variation GW of the current change acceleration is calculated based on the value of G (i) according to the equation (9) (S3).
5) The variation value DGW of the variation is calculated from the GW and the GW value (GWO) one cycle before according to the equation (10) (S36).

【0093】こうして得られたMV、GWおよびDGW
を、それぞれの既定値と比較する(S37)。本実施の
形態ではMVが−4mA/s以上、かつ、GWが0.9
mA/s2以下、かつ、DGWの絶対値が0.4mA/
2以下であれば(S37のyes)、一酸化炭素濃度
が100ppm以下であると判断できるため、測定電圧
を下げても素子が過剰に被毒することがなくなる。従っ
て、測定電圧を下げる(S38)ことで低濃度時に出力
感度を上げることができ、多点濃度の出力を得ることが
できる。その後、Aにジャンプする(S21に戻
る。)。
MV, GW and DGW thus obtained
Is compared with the respective default values (S37). In the present embodiment, MV is -4 mA / s or more, and GW is 0.9
mA / s 2 or less, and the absolute value of DGW is 0.4 mA /
If it is equal to or less than s 2 (yes in S37), it can be determined that the carbon monoxide concentration is 100 ppm or less, so that even if the measurement voltage is lowered, the element will not be excessively poisoned. Therefore, by lowering the measurement voltage (S38), the output sensitivity can be increased at the time of low density, and multipoint density output can be obtained. Thereafter, the process jumps to A (return to S21).

【0094】S37の判定がnoの場合は一酸化炭素濃
度が100ppm以上であるため、測定電圧を過剰被毒
しない1.3Vのままとし、Aにジャンプする(S21
に戻る。)。
If the determination in S37 is no, the concentration of carbon monoxide is 100 ppm or more, so that the measured voltage is kept at 1.3 V which does not cause excessive poisoning, and jumps to A (S21).
Return to ).

【0095】このような動作を繰り返すことにより、高
濃度一酸化炭素ガスが導入されたときに確実にリフレッ
シュができ、一酸化炭素濃度が100ppm以下の場合
には現在の濃度を出力することができる。
By repeating such an operation, refresh can be surely performed when the high concentration carbon monoxide gas is introduced, and when the carbon monoxide concentration is 100 ppm or less, the current concentration can be output. .

【0096】上記の一酸化炭素センサを動作させた結果
を図11に示す。一酸化炭素濃度が100ppm以下の
とき、平均の電流変化速度MVは濃度に応じて変化して
いることがわかる。図11中に点線で示したように、1
00ppmの既定値を−0.5mA/s、20ppmの
既定値を0mA/s、5ppmの既定値を0.4mA/
sとすることにより、現在のMV値をこれらの既定値と
比較すれば(S32)、一酸化炭素濃度を得ることがで
き、実施の形態1や2で述べたようなスイッチ的な出力
だけでなく濃度の絶対値をも知ることができる。なお、
実施の形態1や2で述べたMV値の既定値が上記の値と
異なるのは測定電圧が違うためである。
FIG. 11 shows the result of operating the above carbon monoxide sensor. It can be seen that when the carbon monoxide concentration is 100 ppm or less, the average current change rate MV changes according to the concentration. As shown by the dotted line in FIG.
The default value of 00 ppm is -0.5 mA / s, the default value of 20 ppm is 0 mA / s, and the default value of 5 ppm is 0.4 mA / s.
By setting s, by comparing the current MV value with these predetermined values (S32), the concentration of carbon monoxide can be obtained, and only the switch-like output described in the first and second embodiments can be used. And the absolute value of the concentration can be known. In addition,
The reason why the default value of the MV value described in the first and second embodiments is different from the above value is that the measured voltage is different.

【0097】以上の構成、動作により高濃度一酸化炭素
ガスが導入されたときに確実にリフレッシュができると
共に、低濃度時に多点濃度の出力を得ることができる一
酸化炭素センサが得られた。
By the above configuration and operation, a carbon monoxide sensor is obtained which can surely be refreshed when a high concentration carbon monoxide gas is introduced and which can obtain a multipoint concentration output at a low concentration.

【0098】なお、実施の形態1、2および3で述べた
具体的な材料名は、いずれも本発明の一酸化炭素センサ
を構成する上での一例であり、これらの材料に何ら限定
されるものではない。また、具体的な数値も、請求の範
囲で限定しているものを除き、実施の形態1、2および
3で述べた数値に何ら限定されるものではない。
The specific material names described in Embodiments 1, 2 and 3 are all examples for constituting the carbon monoxide sensor of the present invention, and are not limited to these materials. Not something. Also, specific numerical values are not limited to the numerical values described in the first, second, and third embodiments except for those limited by the claims.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上のように本発明は、プロトン伝導性
電解質膜と、前記電解質膜の両面に配設された触媒を有
する電極と、ガスの入口と出口を有するガス流路を備え
前記電極の内の一方の表面に前記ガス流路が接するよう
に配設された第1集電板と、前記電極の内の他方の表面
に接するように配設された孔を有する第2集電板と、前
記第1集電板が正極に、前記第2集電板が負極になるよ
うに接続された水の分解電位以上の測定電圧を有する直
流電源と、前記ガス流路に流れる水素を含む被検出ガス
中の一酸化炭素ガスの濃度に応じて変化する電流を検出
する電流検出手段とを備えていることにより、高濃度の
一酸化炭素ガスに対してもリフレッシュが可能な一酸化
炭素センサが得られる。
As described above, the present invention provides a proton conductive electrolyte membrane, an electrode having a catalyst disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a gas flow path having a gas inlet and an outlet. A first current collector provided so that the gas flow path is in contact with one surface of the electrodes; and a second current collector having holes provided so as to be in contact with the other surface of the electrodes. A DC power supply having a measurement voltage equal to or higher than the decomposition potential of water and connected to the first current collector plate as a positive electrode and the second current collector plate as a negative electrode, and hydrogen flowing through the gas flow path. A carbon monoxide sensor capable of refreshing even a high-concentration carbon monoxide gas by including current detection means for detecting a current that changes in accordance with the concentration of the carbon monoxide gas in the gas to be detected Is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一酸化炭素センサの実施の形態1の概
略の構造を説明するための説明図
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a schematic structure of a carbon monoxide sensor according to a first embodiment of the present invention;

【図2】同センサの一酸化炭素濃度に応じた1サイクル
測定時の出力電流特性図
FIG. 2 is an output current characteristic diagram at the time of one cycle measurement according to the carbon monoxide concentration of the sensor.

【図3】同センサの電流変化速度の一酸化炭素濃度依存
性を示す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a current change rate of the sensor.

【図4】同センサの電流変化加速度ばらつきの一酸化炭
素濃度依存性を示す特性図
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of variation in current change acceleration of the sensor.

【図5】同センサのばらつきの変動値の一酸化炭素濃度
依存性を示す特性図
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a variation value of variation of the sensor.

【図6】出力計算結果から得られたオン信号およびオフ
信号の、補正前および補正後におけるセンサ出力の一酸
化炭素濃度依存性を示す特性図
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a sensor output before and after correction of an ON signal and an OFF signal obtained from an output calculation result.

【図7】同センサの出力計算および制御フローチャートFIG. 7 is an output calculation and control flowchart of the sensor.

【図8】本発明の一酸化炭素センサの実施の形態2の出
力計算および制御フローチャート
FIG. 8 is a flowchart of output calculation and control according to a second embodiment of the carbon monoxide sensor of the present invention.

【図9】同センサ出力の一酸化炭素濃度依存性を示す特
性図
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the sensor output.

【図10】本発明の一酸化炭素センサの実施の形態3の
出力計算および制御フローチャート
FIG. 10 is a flowchart of output calculation and control of a carbon monoxide sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図11】同センサの電流変化速度の一酸化炭素濃度依
存性を示す特性図
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a current change rate of the sensor.

【図12】従来の一酸化炭素センサの概略構造の分解斜
視図
FIG. 12 is an exploded perspective view of a schematic structure of a conventional carbon monoxide sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プロトン伝導性電解質膜 2 電極 3 シール材 4 検出素子 5 入口 6 出口 7 ガス流路 8 第1集電板 9 孔 10 第2集電板 11 出口 12 ガス室 13 オリフィス 14 ネジ 15 ガス導入部 16 ガス排出部 17 直流電源 18 電流計 19 マイクロコンピュータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Proton conductive electrolyte membrane 2 Electrode 3 Sealing material 4 Detecting element 5 Inlet 6 Outlet 7 Gas flow path 8 First current collector 9 Hole 10 Second current collector 11 Outlet 12 Gas chamber 13 Orifice 14 Screw 15 Gas inlet 16 Gas discharge unit 17 DC power supply 18 Ammeter 19 Microcomputer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊田 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK31 KK54 KK56  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takashi Ida 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK31 KK54 KK56

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プロトン伝導性電解質膜と、前記電解質
膜の両面に配設された触媒を有する電極と、ガスの入口
と出口を有するガス流路を有し前記電極の内の一方の表
面に前記ガス流路が接するように配設された第1集電板
と、前記電極の内の他方の表面に接するように配設され
た孔を有する第2集電板と、前記第1集電板が正極に、
前記第2集電板が負極になるように接続された水の分解
電位以上の測定電圧を有する直流電源と、前記ガス流路
に流れる水素を含む被検出ガス中の一酸化炭素ガスの濃
度に応じて変化する電流を検出する電流検出手段とを備
えた一酸化炭素センサ。
The present invention has a proton conductive electrolyte membrane, electrodes having catalysts disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a gas flow path having a gas inlet and an outlet, and has one surface of the electrodes. A first current collector disposed so as to be in contact with the gas flow path, a second current collector having a hole disposed to be in contact with the other surface of the electrode, and the first current collector. The plate becomes the positive electrode,
A DC power supply having a measurement voltage equal to or higher than the decomposition potential of water connected so that the second current collector plate becomes a negative electrode, and a concentration of carbon monoxide gas in the gas to be detected including hydrogen flowing through the gas flow path. And a current detecting means for detecting a current that changes in response to the current.
【請求項2】 水の分解電位以上の測定電圧での電流変
化検出と、前記測定電圧以上のリフレッシュ電圧での触
媒リフレッシュを1サイクルとして直流電源の電圧を変
化させ、前記サイクルの繰り返しで一酸化炭素ガスの濃
度を求める請求項1に記載の一酸化炭素センサ。
2. A method of detecting a current change at a measured voltage higher than the decomposition potential of water and a catalyst refresh at a refresh voltage higher than the measured voltage as one cycle to change the voltage of a DC power supply. The carbon monoxide sensor according to claim 1, wherein the concentration of the carbon gas is determined.
【請求項3】 測定電圧とリフレッシュ電圧を連続的に
変化させる請求項2に記載の一酸化炭素センサ。
3. The carbon monoxide sensor according to claim 2, wherein the measurement voltage and the refresh voltage are continuously changed.
【請求項4】 リフレッシュ電圧を印加する時間が、測
定電圧を印加する時間より短くした請求項2に記載の一
酸化炭素センサ。
4. The carbon monoxide sensor according to claim 2, wherein the time for applying the refresh voltage is shorter than the time for applying the measurement voltage.
【請求項5】 起動時にリフレッシュ電圧を既定時間印
加してから測定を開始し、停止時にリフレッシュ電圧を
既定時間印加してから停止する制御手段を有する請求項
2に記載の一酸化炭素センサ。
5. The carbon monoxide sensor according to claim 2, further comprising control means for starting a measurement after applying a refresh voltage for a predetermined time at start-up, and stopping the measurement after applying a refresh voltage for a predetermined time at stop.
【請求項6】 測定電圧印加時の電流変化加速度のばら
つき、および、前記ばらつきの変動値と、それぞれの既
定値とを比較することで一酸化炭素ガスの濃度を求める
請求項2に記載の一酸化炭素センサ。
6. The method according to claim 2, wherein the concentration of the carbon monoxide gas is obtained by comparing the variation of the current change acceleration when the measured voltage is applied, and comparing the variation value of the variation with each predetermined value. Carbon oxide sensor.
【請求項7】 測定電圧印加時の電流変化速度、およ
び、電流変化加速度のばらつき、および、前記ばらつき
の変動値と、それぞれの既定値とを比較することで一酸
化炭素ガスの濃度を求める請求項2に記載の一酸化炭素
センサ。
7. A method for obtaining a concentration of carbon monoxide gas by comparing a variation of a current change speed and a current change acceleration when a measurement voltage is applied and a variation value of the variation with a predetermined value. Item 3. A carbon monoxide sensor according to item 2.
【請求項8】 ばらつきが既定時間内の電流変化加速度
の最大値と最小値の差である請求項6または7に記載の
一酸化炭素センサ。
8. The carbon monoxide sensor according to claim 6, wherein the variation is a difference between a maximum value and a minimum value of a current change acceleration within a predetermined time.
【請求項9】 変動値が、1サイクル前のばらつきと、
現在のばらつきとの差の絶対値である請求項6または7
に記載の一酸化炭素センサ。
9. The method according to claim 1, wherein the variation value is a variation one cycle before, and
8. An absolute value of a difference from a current variation.
2. The carbon monoxide sensor according to item 1.
【請求項10】 ばらつき、および、変動値が、それぞ
れの既定値以上か否かでオン信号またはオフ信号を出力
する請求項6に記載の一酸化炭素センサ。
10. The carbon monoxide sensor according to claim 6, wherein an on signal or an off signal is output depending on whether the variation and the variation value are equal to or greater than respective predetermined values.
【請求項11】 電流変化速度、ばらつき、および、変
動値が、それぞれの既定値以上か否かでオン信号または
オフ信号を出力する請求項7に記載の一酸化炭素セン
サ。
11. The carbon monoxide sensor according to claim 7, wherein an on signal or an off signal is output depending on whether the current change rate, the variation, and the variation value are each equal to or greater than a predetermined value.
【請求項12】 現在のオン信号またはオフ信号と、そ
れ以前の既定偶数サイクル分の偶数個のオン信号または
オフ信号とから、オン信号、および、オフ信号の総回数
をそれぞれ求め、多い方の信号を出力する請求項10ま
たは11に記載の一酸化炭素センサ。
12. A total number of ON signals and OFF signals is obtained from a current ON signal or OFF signal and an even number of ON signals or OFF signals of a predetermined even cycle before the current ON signal or OFF signal. The carbon monoxide sensor according to claim 10, which outputs a signal.
【請求項13】 プロトン伝導性電解質膜と、前記電解
質膜の両面に配設された触媒を有する電極と、ガスの入
口と出口を有するガス流路を有し前記電極の内の一方の
表面に前記ガス流路が接するように配設された第1集電
板と、前記電極の内の他方の表面に接するように配設さ
れた孔を有する第2集電板と、前記第1集電板が正極
に、前記第2集電板が負極になるように接続された測定
電圧およびリフレッシュ電圧を印加する直流電源と、前
記ガス流路に流れる水素を含む被検出ガス中の一酸化炭
素ガスの濃度に応じて変化する電流を検出する電流検出
手段とを備え、測定電圧印加時の電流変化速度が既定値
以上で、かつ、電流変化加速度のばらつき、および、前
記ばらつきの変動値が、それぞれの既定値以下のとき測
定電圧を水の分解電位以下に低下させ、その際の電流変
化速度から一酸化炭素ガスの濃度を出力し、電流が既定
値以下になったとき測定電圧を水の分解電位以上の既定
値に復帰させるとともにリフレッシュ動作を行うように
制御する一酸化炭素センサ。
13. A proton conductive electrolyte membrane, electrodes having catalysts disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a gas flow path having a gas inlet and an outlet, and one of the electrodes has a gas flow path. A first current collector disposed so as to be in contact with the gas flow path, a second current collector having a hole disposed to be in contact with the other surface of the electrode, and the first current collector. A DC power supply for applying a measurement voltage and a refresh voltage connected so that the plate is a positive electrode and the second current collector is a negative electrode, and a carbon monoxide gas in a gas to be detected containing hydrogen flowing in the gas flow path. Current detection means for detecting a current that changes in accordance with the concentration of the current, the current change speed at the time of application of the measurement voltage is a predetermined value or more, and the variation of the current change acceleration, and the variation value of the variation, respectively, When the measured voltage is below the predetermined value of The concentration of carbon monoxide gas is output from the current change rate at that time, and when the current falls below a predetermined value, the measured voltage is returned to a predetermined value higher than the decomposition potential of water and a refresh operation is performed. Controlling the carbon monoxide sensor.
【請求項14】 低下時の測定電圧が0.1V以上0.
4V以下である請求項13に記載の一酸化炭素センサ。
14. The measured voltage at the time of drop is 0.1 V or more and 0.1 V or more.
14. The carbon monoxide sensor according to claim 13, wherein the voltage is 4 V or less.
【請求項15】 測定電圧を連続的に低下、および、復
帰させる請求項13に記載の一酸化炭素センサ。
15. The carbon monoxide sensor according to claim 13, wherein the measurement voltage is continuously reduced and returned.
【請求項16】 測定電圧を復帰させた時のサイクルの
出力を無効とするように制御する請求項13に記載の一
酸化炭素センサ。
16. The carbon monoxide sensor according to claim 13, wherein control is performed so that the output of the cycle when the measurement voltage is restored is invalidated.
JP2001049917A 2001-02-02 2001-02-26 Carbon monoxide sensor Pending JP2002250714A (en)

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EP02711293A EP1376116A1 (en) 2001-02-02 2002-02-04 Gas density detector and fuel cell system using the detector
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011141167A (en) * 2010-01-06 2011-07-21 Osaka Gas Co Ltd Method for improving sensitivity of electrochemical sensor and electrochemical sensor
KR101117635B1 (en) 2004-08-30 2012-03-02 삼성에스디아이 주식회사 Fuel cell system

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