JP2002243697A - Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same - Google Patents

Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same

Info

Publication number
JP2002243697A
JP2002243697A JP2001041331A JP2001041331A JP2002243697A JP 2002243697 A JP2002243697 A JP 2002243697A JP 2001041331 A JP2001041331 A JP 2001041331A JP 2001041331 A JP2001041331 A JP 2001041331A JP 2002243697 A JP2002243697 A JP 2002243697A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon monoxide
gas
fuel cell
bypass pipe
cell system
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
JP2001041331A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Shoji
理人 東海林
Nobuharu Katsuki
暢晴 香月
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 JP2001041331A priority Critical patent/JP2002243697A/en
Priority to EP02711293A priority patent/EP1376116A1/en
Priority to PCT/JP2002/000877 priority patent/WO2002063289A1/en
Priority to US10/363,443 priority patent/US20040028967A1/en
Publication of JP2002243697A publication Critical patent/JP2002243697A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon monoxide sensor of high accuracy having few sudden changes in the output current. SOLUTION: Electrodes 2, having a catalyst arranged on both surfaces of a proton conductive electrolyte film, are housed in the gas chamber 7 provided between first and second collector plates 5 and 8, and a DC power supply 16 is connected, so that the first collector plate 5 becomes a positive electrode and the second collector plate 8 becomes a negative electrode, and an ammeter 17 is provided as a current detecting means for detecting a current changing corresponding to the concentration of the carbon monoxide gas in the hydrogen- containing gas to be detected which is introduced into the gas chamber 7. The detection of a current at a measuring voltage of not less than carbon monoxide oxidation potential and not more than the decomposition potential of water and the refreshing of the catalyst at a refreshing voltage of not less than the decomposition potential of water are set to one cycle, to change the voltage of the DC power supply 16, so as to calculate the concentration of the carbon monoxide gas by the repetition of the cycle.

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、例えば改質器を用
いた燃料電池システムの改質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およびそれを
用いた燃料電池システム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 reformed gas of a fuel cell system using a reformer, and a fuel cell system using the same. It is about.

【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。この一酸化炭素ガス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. When this carbon monoxide gas is adsorbed on the platinum catalyst constituting the electrode of the fuel cell (this phenomenon is called poisoning),
The electromotive force decreases. 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、WO97/40371号公開公報に記載されたもの
(COガスセンサ)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 (CO gas sensor) described in WO97 / 40371 is known.

【0004】このCOガスセンサの概略構造を図12に
示す。COガスセンサ111内には内部を加湿状態に保
つための水112を収容し、かつ被検出ガスをパージ
し、一酸化炭素ガスの濃度測定を行うための部屋も兼ね
るガス採取容器116を有している。ガス採取容器11
6内には一酸化炭素ガスの濃度を検知する検出部130
が設置されており、検出部130の取出しリード線はガ
ス採取容器116の外側に配された電圧印加装置119
に接続されている。COガスセンサ111には被検出ガ
ス(燃料ガスに同じ)を導入するための入口117と、
被検出ガスを排出するための出口118が設けられてい
る。また、COガスセンサ111内の圧力を調整するた
めに、圧力調整装置100が入口117に連絡されてい
る。
FIG. 12 shows a schematic structure of the CO gas sensor. The CO gas sensor 111 has a gas sampling container 116 which contains water 112 for keeping the inside in a humidified state, purges a gas to be detected, and also serves as a room for measuring the concentration of carbon monoxide gas. I have. Gas sampling container 11
A detection unit 130 for detecting the concentration of carbon monoxide gas is provided in 6.
Is installed, and an extraction lead wire of the detection unit 130 is connected to a voltage application device 119 disposed outside the gas collection container 116.
It is connected to the. An inlet 117 for introducing a gas to be detected (same as fuel gas) into the CO gas sensor 111,
An outlet 118 for discharging the gas to be detected is provided. Further, in order to adjust the pressure in the CO gas sensor 111, the pressure adjusting device 100 is connected to the inlet 117.

【0005】検出部130の概略構造断面図を図13に
示す。検出部130はポーラスカーボンに白金触媒を担
持した材質からなる検出電極113と、検出電極113
と対向して配置された対向電極114、または参照電極
115によって高分子固体電解質膜120が積層された
構造としている。
FIG. 13 shows a schematic sectional view of the structure of the detecting section 130. The detection unit 130 includes a detection electrode 113 made of a material in which a platinum catalyst is supported on porous carbon, and a detection electrode 113.
The solid polymer electrolyte membrane 120 is laminated by a counter electrode 114 or a reference electrode 115 disposed opposite to the above.

【0006】次にこのCOガスセンサによる被検出ガス
中の一酸化炭素ガスの濃度測定方法について説明する。
Next, a method of measuring the concentration of carbon monoxide gas in the gas to be detected by the CO gas sensor will be described.

【0007】被検出ガスは入口117から図12の矢印
方向に導入され、ガス採取容器116に至り、検出部1
30に接する。検出部130の検出電極113には一酸
化炭素ガスの酸化電位(0.65〜1V)と一酸化炭素
ガスの吸着電位(0.65V以下、例えば0.4V)が
それぞれ一定時間ずつ保持されるパルス電位が電圧印加
装置119によって繰返し印加されている。この状態で
被検出ガスが検出電極113に接触すると、検出電極1
13中の白金触媒上で被検出ガスに含まれる多量の水素
が(化1)の(1)式に従って水素イオン(以下、プロ
トン)と電子に分れる。プロトンは高分子固体電解質膜
120中を通って、また、電子はリード線から外部回路
を通って、それぞれ対向電極114に到達する。そこ
で、(化1)の(2)式に従って再び水素に戻る。しか
し、被検出ガスには微量の一酸化炭素ガスも含まれるた
め、一酸化炭素ガスの吸着電位が印加されている間は検
出電極113内の白金触媒に一酸化炭素ガスが吸着して
しまい(被毒)、(化1)の(1)式の反応を阻害す
る。その結果、生成する電子が減り、回路を流れる電流
が低下する。電流の低下度合は一酸化炭素ガスの白金触
媒への吸着程度、すなわち一酸化炭素ガスの濃度に応じ
て変化するので、電流値および電流の時間変化から一酸
化炭素ガスの濃度を測定することができる。また、検出
電極113に一酸化炭素ガスの酸化電位が印加される
と、吸着していた一酸化炭素が酸化され、二酸化炭素ガ
スになり白金触媒から脱離するため、被毒した白金電極
を元に戻すことができる(以下、この動作をリフレッシ
ュという)。
The gas to be detected is introduced from the inlet 117 in the direction of the arrow in FIG.
Touch 30. The oxidation potential (0.65 to 1 V) of the carbon monoxide gas and the adsorption potential (0.65 V or less, for example, 0.4 V) of the carbon monoxide gas are held on the detection electrode 113 of the detection unit 130 for a certain period of time. The pulse potential is repeatedly applied by the voltage application device 119. When the gas to be detected comes into contact with the detection electrode 113 in this state, the detection electrode 1
A large amount of hydrogen contained in the gas to be detected is separated into hydrogen ions (hereinafter, protons) and electrons according to the formula (1) of Chemical Formula 1 on the platinum catalyst in No. 13. Protons pass through the solid polymer electrolyte membrane 120, and electrons reach the counter electrode 114 from the lead through an external circuit. Then, it returns to hydrogen again according to the formula (2) of the chemical formula (1). However, since the gas to be detected also contains a trace amount of carbon monoxide gas, the carbon monoxide gas is adsorbed on the platinum catalyst in the detection electrode 113 while the adsorption potential of the carbon monoxide gas is applied ( Poisoning) and inhibits the reaction of formula (1) of formula (1). As a result, the generated electrons are reduced, and the current flowing through the circuit is reduced. Since the degree of decrease in the current varies depending on the degree of adsorption of the carbon monoxide gas to the platinum catalyst, that is, the concentration of the carbon monoxide gas, the concentration of the carbon monoxide gas can be measured from the current value and the time change of the current. it can. When the oxidation potential of the carbon monoxide gas is applied to the detection electrode 113, the adsorbed carbon monoxide is oxidized to become carbon dioxide gas and desorbed from the platinum catalyst. (Hereinafter, this operation is called refresh).

【0008】[0008]

【化1】 Embedded image

【0009】以上の動作によるCOガスセンサの出力電
流(応答電流)特性図を図14に示す。図14(a)は
印加電圧(パルス電位)の様子を、図14(b)は印加
電圧に応じた応答電流をそれぞれ示す。図14(b)か
ら、検出電極113に一酸化炭素ガスの吸着電位が印加
されると白金触媒に一酸化炭素が吸着し、応答電流が時
間とともに低下していくことがわかる。従来のCOガス
センサでは、こうして得られた応答電流低下特性(時間
t0における電流I0、時間t1における電流I1、時
間t2における電流I2、…)から電流値の差や比を用
いて一酸化炭素ガスの濃度を算出している。
FIG. 14 shows an output current (response current) characteristic diagram of the CO gas sensor by the above operation. FIG. 14A shows the state of the applied voltage (pulse potential), and FIG. 14B shows the response current according to the applied voltage. FIG. 14B shows that when the adsorption potential of carbon monoxide gas is applied to the detection electrode 113, carbon monoxide is adsorbed on the platinum catalyst, and the response current decreases with time. In the conventional CO gas sensor, the response current drop characteristics (current I0 at time t0, current I1 at time t1, current I2 at time t2,...) Are used to calculate the carbon monoxide gas using the difference or ratio of the current values. The concentration is calculated.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来のCOガスセンサ
を試作評価したところ、同一の一酸化炭素ガスの濃度で
の長時間連続測定、あるいは繰返し再現性評価測定にお
いて出力電流(応答電流)が急変する点が何度も出現す
ることが明確となった。その際の出力電流特性図を図1
5に示す。図中、点線で示したように、一酸化炭素ガス
の吸着電位が印加されている間、すなわち一酸化炭素ガ
スの濃度を決定するための電流値特性を測定している間
に出力電流が急上昇する点が存在し、その後の電流値変
化もそれまでとは異なった傾きを持つカーブを描いた。
従って、図14(b)で説明したI0、I1、I2、…
は同一の一酸化炭素ガスの濃度にもかかわらず変動する
ことになり、これらのデータから差や比を計算しても正
しい一酸化炭素ガスの濃度が決定できないのは明白であ
る。
When a conventional CO gas sensor was prototyped and evaluated, the output current (response current) suddenly changed in long-term continuous measurement at the same carbon monoxide gas concentration or in repeated reproducibility evaluation measurement. It became clear that dots appeared repeatedly. FIG. 1 shows the output current characteristics at that time.
It is shown in FIG. As shown by the dotted line in the figure, the output current sharply increases while the adsorption potential of the carbon monoxide gas is applied, that is, while the current value characteristic for determining the concentration of the carbon monoxide gas is measured. There was a point where the current value changed, and the subsequent change in the current value drawn a curve having a different slope from the previous one.
Therefore, I0, I1, I2,... Described in FIG.
Will vary in spite of the same concentration of carbon monoxide gas, and it is clear that the correct carbon monoxide gas concentration cannot be determined from these data even if the difference or ratio is calculated.

【0011】このような出力電流の急上昇が発生する原
因を調査した結果、次のモデルが主因であると考える。
すなわち、プロトン伝導時に付随して輸送される水分子
が対向電極114に至ると、対向電極114を構成する
ポーラスカーボン(カーボンペーパー)中で水が凝縮
し、液化して徐々に詰まっていく。しかし、水分子は次
々と輸送されてくるため、カーボンペーパー中の凝縮水
は、ある程度の量がまとまってくると一気にカーボンペ
ーパーから押し出され、水滴として検出部130外へ排
出される。その結果、カーボンペーパーの詰まりは急激
に解消され、対向電極114上での水素ガスの生成反応
{(化1)の(2)式}がスムースに行われるようにな
る。従って、プロトンの伝導量が増え、結果として出力
電流が急上昇すると考える。
As a result of investigating the cause of such a rapid rise in output current, the following model is considered to be the main cause.
In other words, when water molecules accompanying transport during proton conduction reach the counter electrode 114, water condenses in the porous carbon (carbon paper) constituting the counter electrode 114, liquefies, and gradually clogs. However, since water molecules are transported one after another, the condensed water in the carbon paper is pushed out of the carbon paper at a stretch when a certain amount is collected, and is discharged out of the detection unit 130 as water droplets. As a result, the clogging of the carbon paper is rapidly eliminated, and the hydrogen gas generation reaction {Formula (2)} on the counter electrode 114 is smoothly performed. Therefore, it is considered that the amount of proton conduction increases, and as a result, the output current sharply increases.

【0012】本発明はこの課題を解決するものであり、
出力電流の急激な変化がない高精度な一酸化炭素センサ
およびそれを用いた燃料電池システムを提供することを
目的とする。
The present invention solves this problem,
It is an object of the present invention to provide a highly accurate carbon monoxide sensor without an abrupt change in output current and a fuel cell system using the same.

【0013】[0013]

【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、被検出ガスが導入される開口部および、前記
開口部に連接した前記電極の面積より小さな断面積を有
するガス室を有し、かつ、前記電極の内の一方の表面に
前記ガス室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前記
第1集電板と同形状の第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
直流電源と、前記ガス室に導入された水素を含む被検出
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、一酸化炭素酸化電位以
上かつ水の分解電位以下の測定電圧での電流検出と、水
の分解電位以上のリフレッシュ電圧での触媒リフレッシ
ュを1サイクルとして前記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、測定電圧が高いことにより水分子がプロトンと
ともに大量に輸送され、カーボンペーパー中で液化する
ことなく水蒸気のまま検出素子より排出され、結果とし
てカーボンペーパー中での水の詰まりがなくなり、出力
電流の急激な変化を発生することがなくなるという作用
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. An opening into which the gas to be detected is introduced, and a gas chamber having a cross-sectional area smaller than the area of the electrode connected to the opening, and the gas chamber is in contact with one surface of the electrode A first current collector disposed in such a manner as described above; a second current collector having the same shape as the first current collector disposed in contact with the other surface of the electrode; A DC power source connected so that the electric plate is a positive electrode and the second current collector is a negative electrode, and changes according to the concentration of carbon monoxide gas in the gas to be detected including hydrogen introduced into the gas chamber. Current detecting means for detecting a current flowing through the battery, and a power supply for decomposing water at a carbon monoxide oxidation potential or higher. And the current detection at the following measurement voltage, the catalyst refresh the decomposition potential than the refresh voltage of water changing the voltage of the DC power supply as one cycle,
Because the concentration of carbon monoxide gas was determined by repeating the above cycle, a large amount of water molecules were transported together with the protons due to the high measurement voltage, and were discharged from the detection element as water vapor without liquefaction in the carbon paper. This has the effect that the clogging of water in the carbon paper is eliminated and the output current does not suddenly change.

【0014】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、測定電圧を印加し既定時間経過後の素
子に流れる電流値と、その時点近傍での電流変化速度か
ら一酸化炭素ガスの濃度を求めたため、特に低濃度での
一酸化炭素ガスの濃度決定を高精度に行えるという作用
を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the carbon monoxide is measured based on a value of a current flowing through the element after a predetermined time has passed after the application of the measurement voltage and a current change rate near the time point. Since the concentration of the gas is determined, there is an effect that the concentration of the carbon monoxide gas at a low concentration can be determined with high accuracy.

【0015】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第1集電板の開口部と第2集電板の開
口部が同一方向に配される構成を有したため、一酸化炭
素センサの組み立て時の第1集電板と第2集電板の区別
が不要となり、組み立てが容易になるという作用を有す
る。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the opening of the first current collector and the opening of the second current collector are arranged in the same direction. There is no need to distinguish between the first current collector plate and the second current collector plate when assembling the carbon monoxide sensor, which has an effect of facilitating assembly.

【0016】請求項4に記載の発明は、炭化水素系燃料
を改質して水素ガスを発生させる改質器を有する燃料電
池システムにおいて、前記改質器と燃料電池スタックを
つなぐ改質ガス本管の一部に被検出ガスを流すバイパス
管を設け、前記バイパス管に一酸化炭素センサを配した
ため、燃料電池スタックに導入される直前の改質ガス中
の一酸化炭素ガスの濃度を検出することができ、かつ、
バイパス管を被検出ガスが通ることによりガス温度が下
がり、一酸化炭素センサの熱による劣化を防ぐことがで
きるという作用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system having a reformer for reforming a hydrocarbon fuel to generate hydrogen gas, wherein a reformed gas connecting the reformer to a fuel cell stack is provided. A bypass pipe for flowing a gas to be detected is provided in a part of the pipe, and a carbon monoxide sensor is disposed in the bypass pipe, so that the concentration of the carbon monoxide gas in the reformed gas immediately before being introduced into the fuel cell stack is detected. Can and
When the gas to be detected passes through the bypass pipe, the gas temperature is lowered, and the carbon monoxide sensor can be prevented from being deteriorated by heat.

【0017】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の発明において、バイパス管に流れる被検出ガスの流量
を本管に流れる改質ガス流量の0.1%以上1%以下と
したため、改質ガスの無駄がなく、かつ、高応答に一酸
化炭素ガスの濃度を検出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 fourth aspect, the flow rate of the gas to be detected flowing through the bypass pipe is 0.1% or more and 1% or less of the flow rate of the reformed gas flowing through the main pipe. This has the effect that the concentration of the carbon monoxide gas can be detected with high response without waste of the reformed gas.

【0018】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の発明において、バイパス管の一部にオリフィスを設け
たため、極めて容易にバイパス管に流れる改質ガス流量
を本管の0.1%以上1%以下の範囲に低減できるとい
う作用を有する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, since the orifice is provided in a part of the bypass pipe, the flow rate of the reformed gas flowing through the bypass pipe can be reduced to 0.1% of the main pipe. % To 1% or less.

【0019】請求項7に記載の発明は、請求項6に記載
の発明において、オリフィスが一酸化炭素センサの上流
に設けたため、燃料電池運転時の負荷変動に伴う改質ガ
スの圧力変化の影響を小さくすることができ、一酸化炭
素センサの精度を高められるという作用を有する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, the orifice is provided upstream of the carbon monoxide sensor. Can be reduced, and the accuracy of the carbon monoxide sensor can be increased.

【0020】請求項8に記載の発明は、請求項4に記載
の発明において、バイパス管の一部が大地に対し垂直方
向に配され、前記バイパス管に流れる被検出ガスを大地
方向に流し、前記バイパス管の垂直部分の内部に一酸化
炭素センサを配したため、バイパス管内に生成した結露
水は大地方向に流れ、バイパス管で詰まることがなくな
り、安定した出力が得られるという作用を有する。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth aspect, a part of the bypass pipe is arranged in a direction perpendicular to the ground, and the gas to be detected flowing through the bypass pipe flows to the ground. Since the carbon monoxide sensor is arranged inside the vertical portion of the bypass pipe, the dew water generated in the bypass pipe flows in the ground direction, does not clog the bypass pipe, and has an effect that a stable output can be obtained.

【0021】請求項9に記載の発明は、請求項8に記載
の発明において、一酸化炭素センサの開口部を大地方向
に配したため、開口部近傍で生成した結露水は大地方向
に流れ、開口部近傍が詰まることがなくなり、安定した
出力が得られるという作用を有する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to the eighth aspect, since the opening of the carbon monoxide sensor is arranged in the ground direction, the condensed water generated in the vicinity of the opening flows in the ground direction. This has the effect that the vicinity of the section is not clogged and a stable output is obtained.

【0022】請求項10に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、バイパス管の一部が大地に対し傾斜
を有し、前記バイパス管に流れる被検出ガスを大地方向
に流し、前記傾斜部分に一酸化炭素センサを配したた
め、バイパス管に生成した結露水は大地方向に流れ、バ
イパス管で結露水が詰まることがなくなり、安定した出
力が得られるという作用を有する。
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth aspect, a part of the bypass pipe is inclined with respect to the ground, and the gas to be detected flowing through the bypass pipe flows toward the ground. Since the carbon monoxide sensor is disposed on the inclined portion, the dew water generated in the bypass pipe flows in the ground direction, so that the dew water does not become clogged in the bypass pipe, and a stable output is obtained.

【0023】請求項11に記載の発明は、請求項10に
記載の発明において、一酸化炭素センサの開口部をバイ
パス管の周面に対し直交する方向に配したため、開口部
が傾斜を持って大地方向に向き、開口部近傍で生成した
結露水は大地方向に流れ、開口部近傍が詰まることがな
くなり、安定した出力が得られるという作用を有する。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention of the tenth aspect, the opening of the carbon monoxide sensor is arranged in a direction perpendicular to the peripheral surface of the bypass pipe. Condensed water generated in the vicinity of the opening in the direction of the ground flows in the direction of the ground, so that the vicinity of the opening is not clogged and a stable output can be obtained.

【0024】請求項12に記載の発明は、請求項11に
記載の発明において、第1集電板の開口部がバイパス管
の上流側になるように一酸化炭素センサを配したため、
第2集電板から排出された被検出ガスが再び第1集電板
の開口部から取り込まれることがなくなり、高精度に一
酸化炭素ガスの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 the eleventh aspect of the present invention, the carbon monoxide sensor is disposed such that the opening of the first current collector plate is on the upstream side of the bypass pipe.
The gas to be detected discharged from the second current collecting plate is no longer taken in again from the opening of the first current collecting plate, and has the effect that the concentration of the carbon monoxide gas can be detected with high accuracy.

【0025】請求項13に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、バイパス管の先端を燃料電池スタッ
ク出口側の本管に接続したため、バイパス管の上流と下
流で圧力差が生成し、必ず上流から下流に被検出ガスが
流れ、逆流による影響を排除することができ、高精度に
一酸化炭素ガスの濃度を検出できるという作用を有す
る。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, since the distal end of the bypass pipe is connected to the main pipe on the fuel cell stack outlet side, a pressure difference is generated upstream and downstream of the bypass pipe. In addition, the gas to be detected always flows from the upstream to the downstream, the influence of the backflow can be eliminated, and the effect of detecting the concentration of the carbon monoxide gas with high accuracy can be obtained.

【0026】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、バイパス管の先端は大地に対し垂
直に、または、傾斜を持って燃料電池スタック出口側の
本管に接続したため、バイパス管先端で生成した結露水
は大地方向に流れ、バイパス管先端で結露水が詰まるこ
とがなくなり、安定した出力が得られるという作用を有
する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the thirteenth aspect, the distal end of the bypass pipe is connected to the main pipe on the outlet side of the fuel cell stack vertically or at an angle to the ground. Condensed water generated at the tip of the bypass pipe flows in the direction of the ground, and there is no clogging of the condensed water at the tip of the bypass pipe, so that a stable output can be obtained.

【0027】請求項15に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、一酸化炭素センサの一部、または、
一酸化炭素センサ近傍のバイパス管の一部に温度センサ
を配したため、被検出ガスの温度による出力の変動を補
正でき、温度が変動しても高精度に一酸化炭素ガスの濃
度を検出できるという作用を有する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the fourth aspect, a part of the carbon monoxide sensor or
Since a temperature sensor is provided in a part of the bypass pipe near the carbon monoxide sensor, fluctuations in output due to the temperature of the gas to be detected can be corrected, and even if the temperature fluctuates, the concentration of carbon monoxide gas can be detected with high accuracy. Has an action.

【0028】請求項16に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、一酸化炭素センサの一部、または、
一酸化炭素センサ近傍のバイパス管の一部に圧力センサ
を配したため、被検出ガスの圧力による出力の変動を補
正でき、圧力が大きく変動しても高精度に一酸化炭素ガ
スの濃度を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 fourth aspect, a part of the carbon monoxide sensor or
Since a pressure sensor is provided in a part of the bypass pipe near the carbon monoxide sensor, fluctuations in output due to the pressure of the gas to be detected can be corrected, and even if the pressure fluctuates greatly, the concentration of carbon monoxide gas can be detected with high accuracy. It has the action of:

【0029】請求項17に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、バイパス管への、一酸化炭素センサ
取付部分、温度センサ取付部分、および、圧力センサ取
付部分は、バイパス管と同一の材料からなる構成とした
ため、異種材料、特に異種金属材料の接触と水分の存在
に起因した局部電池の形成による材料腐食を防ぐことが
できるという作用を有する。
According to a seventeenth aspect, in the fourth aspect, a carbon monoxide sensor mounting portion, a temperature sensor mounting portion, and a pressure sensor mounting portion on the bypass pipe are the same as the bypass pipe. Has the effect of preventing material corrosion due to the formation of a local battery due to the contact of dissimilar materials, especially dissimilar metal materials, and the presence of moisture.

【0030】請求項18に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、一酸化炭素センサ、温度センサ、お
よび、圧力センサをバイパス管に対し電気的に絶縁され
た状態で取り付けたため、各センサ相互のノイズの影響
やバイパス管から混入するノイズを低減でき、かつ、材
料腐食を防ぐことができるという作用を有する。
According to the eighteenth aspect of the present invention, the carbon monoxide sensor, the temperature sensor, and the pressure sensor are attached to the bypass pipe in an electrically insulated state. This has the effect of reducing the influence of noise between the sensors and the noise mixed in from the bypass pipe, and of preventing material corrosion.

【0031】請求項19に記載の発明は、請求項4に記
載の発明において、一酸化炭素センサ、温度センサ、圧
力センサ、および、バイパス管における被検出ガスが接
する部分の表面を親水処理したため、被検出ガスに含ま
れる水分が結露した場合でも結露水が滞って詰まること
がなくなるという作用を有する。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the surfaces of the carbon monoxide sensor, the temperature sensor, the pressure sensor, and the portion of the bypass pipe contacting the gas to be detected are subjected to hydrophilic treatment. Even if the moisture contained in the gas to be detected is condensed, the dew condensation water is prevented from being clogged.

【0032】請求項20に記載の発明は、請求項19に
記載の発明において、親水処理として凹凸面を設けたた
め、簡単な構成で結露水の詰まりを防ぐことができると
いう作用を有する。
According to a twentieth aspect of the present invention, since the unevenness surface is provided as the hydrophilic treatment in the nineteenth aspect, it is possible to prevent the clogging of dew condensation water with a simple configuration.

【0033】請求項21に記載の発明は、請求項19に
記載の発明において、親水処理として酸化チタン層を設
けたため、結露の初期の段階から結露水の付着を防止で
き、詰まりの影響を最小限にできるという作用を有す
る。
According to a twenty-first aspect of the present invention, the titanium oxide layer is provided as a hydrophilic treatment in the nineteenth aspect, so that adhesion of dew condensation water can be prevented from the initial stage of dew condensation, and the influence of clogging is minimized. It has the effect that it can be limited.

【0034】請求項22に記載の発明は、請求項21に
記載の発明において、酸化チタン層はアナターゼ型結晶
構造を有する構成としたため、結露水の付着防止におけ
る最大の効果が得られるという作用を有する。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the twenty-first aspect, the titanium oxide layer has a structure having an anatase type crystal structure, so that the maximum effect in preventing the adhesion of dew condensation water is obtained. Have.

【0035】請求項23に記載の発明は、請求項21に
記載の発明において、酸化チタン層の膜厚は0.1μm
以上1μm以下としたため、酸化チタン層が剥離せずに
結露水の付着を防止できるという作用を有する。
According to a twenty-third aspect of the present invention, the thickness of the titanium oxide layer is 0.1 μm.
Since the thickness is 1 μm or less, the titanium oxide layer has the effect of preventing the adhesion of dew water without peeling.

【0036】[0036]

【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.

【0037】(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
分解斜視図である。図2は同センサを配管に取り付けた
時の一部切欠斜視図である。図3は燃料電池システムへ
の同センサの取付配管図である。図4は同センサのリフ
レッシュ直前電流の一酸化炭素濃度依存性を示す特性図
である。図5は同センサの平均被毒速度の一酸化炭素濃
度依存性を示す特性図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining a schematic structure of Embodiment 1 of a carbon monoxide sensor of the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view when the sensor is attached to a pipe. FIG. 3 is a piping diagram of mounting the sensor on a fuel cell system. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the current immediately before refresh of the sensor. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the average poisoning rate of the sensor.

【0038】図1(b)において、1はフッ素系高分子
材料からなる直径14mm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1
0mmのカーボンクロス上にフッ素系高分子材料で固着
した構造を有する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. 1B, reference numeral 1 denotes a proton conductive electrolyte membrane made of a fluorine-based polymer material and having a diameter of 14 mm, and both surfaces thereof are alloyed so that the ratio of platinum to gold is 3: 1. The carbon powder on which the catalyst is supported is
Two electrodes 2 having a structure fixed on a 0 mm carbon cloth with a fluorine-based polymer material are provided. A seal member 3 made of a silicon-based polymer having a thickness of 0.25 mm is provided on the outer periphery of each of the two electrodes 2 to prevent gas leakage. 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.

【0039】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、図1(a)に示すようにステンレス鋼(例
えばJIS規格のSUS316、以下、ステンレス鋼は
全てSUS316とする)製の第1集電板5が配設され
ている。第1集電板5には被検出ガスの入口となる直径
4mmの第1集電板開口部6と、第1集電板開口部6に
連接した直径8mmのガス室7が切削加工によって設け
られている。ガス室7の断面積は電極2の面積より小さ
いので、ガス室7を覆うように電極2が第1集電板5と
接している。
Thus, the electrolyte membrane 1 and the two electrodes 2
As shown in FIG. 1A, a stainless steel (for example, JIS SUS316, hereinafter, all stainless steels are SUS316) is provided on one surface of the detection element 4 composed of the sealing material 3 and the two sealing materials 3. A first current collector plate 5 is provided. The first current collecting plate 5 is provided with a first current collecting plate opening 6 having a diameter of 4 mm serving as an inlet of a gas to be detected and a gas chamber 7 having a diameter of 8 mm connected to the first current collecting plate opening 6 by cutting. Have been. Since the cross-sectional area of the gas chamber 7 is smaller than the area of the electrode 2, the electrode 2 is in contact with the first current collector 5 so as to cover the gas chamber 7.

【0040】検出素子4の他方の表面には第1集電板5
と同構成の第2集電板8が配設されている。第2集電板
8にもガスの出口となる第2集電板開口部9およびガス
室7が設けられており、ガス室7を覆うように電極2が
第2集電板8と接している。
On the other surface of the detecting element 4, a first current collector 5
A second current collecting plate 8 having the same configuration as that described above is provided. The second current collecting plate 8 is also provided with a second current collecting plate opening 9 serving as a gas outlet and a gas chamber 7, and the electrode 2 is in contact with the second current collecting plate 8 so as to cover the gas chamber 7. I have.

【0041】第1集電板開口部6、ガス室7、および、
第2集電板開口部9の表面は酸処理によって表面に凹凸
面を設けてある。
The first current collector plate opening 6, gas chamber 7, and
The surface of the second current collector plate opening 9 is provided with an uneven surface by an acid treatment.

【0042】第1集電板、検出素子4、および、第2集
電板8は、第1集電板開口部6、および、第2集電板開
口部9が同一方向を向くように、この順に積層され、全
体を絶縁性を有する樹脂製のネジ10にて固定してあ
る。このように構成することにより、第1集電板5と第
2集電板8は検出素子4を中心に対称な形状となるの
で、一酸化炭素センサの組立時に両者の区別をつける必
要がなくなり、生産性が向上した。
The first current collector, the detecting element 4 and the second current collector 8 are arranged such that the first current collector opening 6 and the second current collector opening 9 face in the same direction. The layers are stacked in this order, and the whole is fixed with resin screws 10 having insulating properties. With such a configuration, the first current collector plate 5 and the second current collector plate 8 have a symmetrical shape with the detection element 4 as a center, so that it is not necessary to distinguish them when assembling the carbon monoxide sensor. , Increased productivity.

【0043】第1集電板5、および、第2集電板8には
メネジ11が切ってあり、ここに正極リード線12、お
よび、負極リード線13を接続したワッシャ14がワッ
シャ固定ネジ15によってそれぞれ固定されている。
The first current collector plate 5 and the second current collector plate 8 are provided with a female screw 11, and a washer 14 to which the positive electrode lead wire 12 and the negative electrode lead wire 13 are connected is provided with a washer fixing screw 15. Each is fixed.

【0044】正極リード線12、および、負極リード線
13には直流電源16が接続されている。第1集電板5
と第2集電板8の間に流れる電流を検出するために、直
流電源16と直列に電流検出手段としての電流計17が
接続されている。電流計17の出力はマイクロコンピュ
ータ18に接続されている。マイクロコンピュータ18
は電流計17が検出した電流から所定の計算を行い、一
酸化炭素ガスの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16の電圧を連続的に制御
する。
A DC power supply 16 is connected to the positive lead wire 12 and the negative lead wire 13. First current collector 5
An ammeter 17 as a current detecting means is connected in series with the DC power supply 16 in order to detect a current flowing between the DC power supply 16 and the second current collector plate 8. The output of the ammeter 17 is connected to a microcomputer 18. Microcomputer 18
Performs a predetermined calculation from the current detected by the ammeter 17, outputs the concentration of carbon monoxide gas, and continuously controls the voltage of the DC power supply 16 to refresh the catalyst.

【0045】このような構成の一酸化炭素センサの取付
状態を図2に示す。25は天然ガスやメタノールなどの
炭化水素系燃料を改質して水素ガスを発生させる改質器
と燃料電池スタックをつなぐ改質ガス本管の一部から分
岐したステンレス鋼製のバイパス管であり、この中に被
検出ガスが流れる。なお、バイパス管25の内部表面は
ガス室7や第1集電板開口部6、第2集電板開口部9と
同様、酸処理にて表面に凹凸を設けてある。
FIG. 2 shows the mounting state of the carbon monoxide sensor having such a configuration. Reference numeral 25 denotes a stainless steel bypass pipe branched from a part of a reformed gas main pipe connecting a fuel cell stack and a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel such as natural gas or methanol to generate hydrogen gas. The gas to be detected flows therein. The inner surface of the bypass pipe 25 is provided with irregularities by an acid treatment similarly to the gas chamber 7, the first current collector plate opening 6, and the second current collector plate opening 9.

【0046】バイパス管25の内部には一酸化炭素セン
サ20が固定されている。この際、第1集電板開口部
6、および、第2集電板開口部9はバイパス管25の下
流方向を向くように固定した。なお、図2において、被
検出ガスは白抜きの矢印の方向に流れる。
The carbon monoxide sensor 20 is fixed inside the bypass pipe 25. At this time, the first current collector plate opening 6 and the second current collector plate opening 9 were fixed so as to face the downstream direction of the bypass pipe 25. In FIG. 2, the gas to be detected flows in the direction of the white arrow.

【0047】一酸化炭素センサ20はワッシャ14とし
てのステンレス鋼製正極板21、および、負極板22が
ネジ(図示せず、図1のネジ15に同じ)により固定さ
れている。正極板21、および、負極板22はバイパス
管25の一部に圧入したテフロン(登録商標)製の正極
板絶縁材23、および、負極板絶縁材24を貫通して固
定される。従って、一酸化炭素センサ20は正極板2
1、および、負極板22によってバイパス管25に機械
的に固定されており、同時に、正極板21、および、負
極板22は正極リード線12、負極リード線13がそれ
ぞれ接続されているので、電気的な接続もなされる構成
となる。さらに、一酸化炭素センサ20はバイパス管2
5と機械的には接合しているが、電気的には絶縁された
状態となっている。
In the carbon monoxide sensor 20, a stainless steel positive electrode plate 21 and a negative electrode plate 22 as washers 14 are fixed by screws (not shown, the same as the screws 15 in FIG. 1). The positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 are fixed by penetrating a positive electrode plate insulating material 23 made of Teflon (registered trademark) and a negative electrode plate insulating material 24 press-fitted into a part of a bypass pipe 25. Therefore, the carbon monoxide sensor 20 is
1 and the negative electrode plate 22 are mechanically fixed to the bypass pipe 25. At the same time, the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 are connected to the positive electrode lead 12 and the negative electrode lead 13, respectively. The connection is also made. Further, the carbon monoxide sensor 20 is connected to the bypass pipe 2.
5, but is electrically insulated.

【0048】このような取付がなされた一酸化炭素セン
サを含む燃料電池システムの配管概略図を図3に示す。
炭化水素系燃料は水蒸気と混合された状態で、改質器3
0、変成器31、および、一酸化炭素除去器32を順次
通ることによりそれぞれの触媒上で化学反応を起こし、
水蒸気を多量に含む水素リッチの改質ガスとなる。しか
し、反応過程で一酸化炭素ガスも発生し、これは一酸化
炭素除去器32を通してもわずかに残存する。従って、
燃料電池34を被毒から保護するために、改質ガス中の
一酸化炭素ガスの濃度が高い場合(本実施の形態1では
20ppm以上とした)には改質ガスを導入しないよう
切替弁33を制御し、一酸化炭素ガスの濃度の高い改質
ガスを直接燃焼器36に流す必要がある。そのために、
一酸化炭素除去器32と燃料電池34をつなぐ本管の間
にバイパス管25を設け、改質ガス中の一酸化炭素ガス
の濃度をモニターする構成としており、一酸化炭素ガス
の濃度が20ppm未満になれば切替弁33を制御して
燃料電池34に改質ガスを導入している。従って、一酸
化炭素センサ20は一酸化炭素ガスの濃度が20ppm
以上か否かを出力するようにしてある。
FIG. 3 shows a schematic piping diagram of a fuel cell system including a carbon monoxide sensor with such a mounting.
The hydrocarbon-based fuel is mixed with steam,
0, a chemical reaction is caused on each catalyst by sequentially passing through a shift converter 31 and a carbon monoxide remover 32,
It becomes a hydrogen-rich reformed gas containing a large amount of water vapor. However, carbon monoxide gas is also generated in the course of the reaction, and remains slightly even through the carbon monoxide remover 32. Therefore,
In order to protect the fuel cell 34 from poisoning, when the concentration of the carbon monoxide gas in the reformed gas is high (20 ppm or more in the first embodiment), the switching valve 33 is set so as not to introduce the reformed gas. And the reformed gas having a high concentration of carbon monoxide gas needs to flow directly to the combustor 36. for that reason,
A bypass pipe 25 is provided between the main pipe connecting the carbon monoxide remover 32 and the fuel cell 34 to monitor the concentration of carbon monoxide gas in the reformed gas, and the concentration of carbon monoxide gas is less than 20 ppm. Then, the switching valve 33 is controlled to introduce the reformed gas into the fuel cell 34. Therefore, the carbon monoxide sensor 20 has a carbon monoxide gas concentration of 20 ppm.
It is arranged to output whether or not this is the case.

【0049】一酸化炭素センサ20は点線で示したよう
にバイパス管25の一部に配されている。なお、点線で
示した部分の拡大断面図が図2に相当する。バイパス管
25の一部で一酸化炭素センサ20の上流部分にはステ
ンレス鋼製のオリフィス35を配している。これによ
り、極めて容易にバイパス管25に流れる被検出ガスの
流量が本管に流れる改質ガス流量の0.1%以上1%以
下の範囲に入るようにできる。なお、さまざまな流量で
の予備検討を行った結果、前記範囲の流量は、燃料電池
34の定格発電に大きな影響を及ぼさず、かつ、バイパ
ス管25内のガス置換が十分早く行われるのに最適であ
った。また、上流にオリフィス35を設けることによ
り、燃料電池運転時の負荷変動に伴う改質ガスの圧力変
化を直接受けることがなくなり、圧力の影響を低減でき
た。
The carbon monoxide sensor 20 is provided in a part of the bypass pipe 25 as shown by a dotted line. Note that an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by a dotted line corresponds to FIG. An orifice 35 made of stainless steel is arranged in a part of the bypass pipe 25 and upstream of the carbon monoxide sensor 20. This makes it very easy for the flow rate of the gas to be detected flowing in the bypass pipe 25 to fall within the range of 0.1% to 1% of the flow rate of the reformed gas flowing in the main pipe. As a result of a preliminary study at various flow rates, the flow rate in the above range does not significantly affect the rated power generation of the fuel cell 34 and is optimal for the gas replacement in the bypass pipe 25 to be performed sufficiently quickly. Met. Further, by providing the orifice 35 on the upstream side, the pressure change of the reformed gas due to the load fluctuation during the operation of the fuel cell was not directly received, and the influence of the pressure was reduced.

【0050】なお、一酸化炭素除去器32と燃料電池3
4をつなぐ本管の一部に一酸化炭素センサ20を配する
構成も考えられるが、一酸化炭素除去器32から出る改
質ガス温度は約100℃から200℃と高いため、本管
に配するとフッ素系高分子からなる電解質膜1が劣化し
てしまう。そこで、バイパス管25を設け、その中を被
検出ガスが流れる間に自然冷却により温度を下げる構成
とした。ガス温度は改質器の運転状況によって変動する
が、電解質膜1の寿命を考慮すると、高くても約90℃
以下が望まれる。そこで、様々な改質器の運転状況を試
みて、バイパス管25の中で被検出ガスが90℃を越え
ない部分に一酸化炭素センサ20を配してある。また、
バイパス管25で被検出ガスを冷却するため、必ず被検
出ガスに多量に含まれる水蒸気が結露し、バイパス管2
5や一酸化炭素センサ20の第1集電板開口部6、第2
集電板開口部9等で結露水が詰まってしまい、被検出ガ
スが流れなくなる可能性がある。そこで、配管を含めた
結露対策として以下に示すような構成とした。
The carbon monoxide remover 32 and the fuel cell 3
Although a configuration in which the carbon monoxide sensor 20 is provided in a part of the main pipe connecting the pipes 4 is also conceivable, the temperature of the reformed gas exiting from the carbon monoxide remover 32 is as high as about 100 ° C. to 200 ° C. Then, the electrolyte membrane 1 made of a fluorine-based polymer deteriorates. Therefore, the bypass pipe 25 is provided, and the temperature is lowered by natural cooling while the gas to be detected flows through the bypass pipe 25. The gas temperature fluctuates depending on the operating conditions of the reformer.
The following is desired. Therefore, various operation states of the reformer are tried, and the carbon monoxide sensor 20 is arranged in a portion where the detected gas does not exceed 90 ° C. in the bypass pipe 25. Also,
Since the gas to be detected is cooled by the bypass pipe 25, a large amount of water vapor contained in the gas to be detected is always condensed.
5, the first current collector plate opening 6 of the carbon monoxide sensor 20, the second
Condensation water may be clogged at the current collector plate opening 9 and the like, and the gas to be detected may not flow. Therefore, the following configuration was adopted as a measure against dew condensation including the piping.

【0051】バイパス管25は図3に示したように大地
に対し垂直方向になるように配し、被検出ガスを大地方
向に流すようにした。さらに、第1集電板開口部6と第
2集電板開口部9が大地方向(下流方向)に向くように
一酸化炭素センサ20を固定した。これらにより、被検
出ガス中に含まれる水蒸気がバイパス管25内や第1集
電板開口部6、第2集電板開口部9等で結露して生成し
た水は重力により下流側に流れ、さらに、バイパス管2
5の内面には凹凸が設けられているので水滴が付着して
も接触角が小さくなり、下流側に流れやすくなる。従っ
て、バイパス管25内で水が詰まることなく一酸化炭素
センサ20に被検出ガスを流すことができた。
As shown in FIG. 3, the bypass pipe 25 is arranged so as to be perpendicular to the ground so that the gas to be detected flows in the ground direction. Further, the carbon monoxide sensor 20 was fixed such that the first current collector plate opening 6 and the second current collector plate opening 9 face the ground direction (downstream direction). As a result, water generated in the gas to be detected is dew-condensed in the bypass pipe 25, the first current collector plate opening 6, the second current collector plate opening 9, and the like, and the water generated by the gravity flows downstream due to gravity. Furthermore, the bypass pipe 2
Since the inner surface of 5 is provided with irregularities, even if water droplets adhere, the contact angle becomes smaller, and it becomes easier to flow downstream. Therefore, the gas to be detected could flow through the carbon monoxide sensor 20 without water clogging in the bypass pipe 25.

【0052】バイパス管25の先端は燃料電池34の出
口側本管と、大地に対し垂直方向になるように配管し
た。これにより、バイパス管25の先端で結露水が詰ま
ることもなくなった。なお、バイパス管25の先端は再
び一酸化炭素除去器32と燃料電池34をつなぐ本管に
戻す構成も考えられるが、この場合、バイパス管25の
上流と下流での圧力差が極めて小さいため、被検出ガス
がほとんど流れなかったり、改質器の運転変動によって
は逆流してしまい、正確な一酸化炭素ガスの濃度を検出
できなくなる可能性がある。本実施の形態1の場合は、
バイパス管25の先端を燃料電池34の出口側本管に接
続しており、出口側本管は燃料電池34内での圧力損失
により、必ず入口側本管より低圧となるため、逆流が起
こらず高精度に一酸化炭素ガスの濃度を検出できる。
The tip of the bypass pipe 25 was connected to the main pipe on the outlet side of the fuel cell 34 so as to be perpendicular to the ground. As a result, the dew condensation water does not clog at the end of the bypass pipe 25. Note that a configuration in which the end of the bypass pipe 25 is returned to the main pipe connecting the carbon monoxide remover 32 and the fuel cell 34 again is conceivable, but in this case, since the pressure difference between the upstream and downstream of the bypass pipe 25 is extremely small, There is a possibility that the gas to be detected hardly flows, or the gas flows backward depending on the operation fluctuation of the reformer, so that the concentration of the carbon monoxide gas cannot be detected accurately. In the case of the first embodiment,
The distal end of the bypass pipe 25 is connected to the outlet main pipe of the fuel cell 34, and the outlet main pipe always has a lower pressure than the inlet main pipe due to pressure loss in the fuel cell 34, so that backflow does not occur. The concentration of carbon monoxide gas can be detected with high accuracy.

【0053】次に、本実施の形態1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 first embodiment will be described.

【0054】図2において、一酸化炭素センサ20が動
作状態(電圧が印加されている状態)で、白抜き矢印の
方向から被検出ガスが流れてくると、その一部は正極板
21に接続された第1集電板5の第1集電板開口部6に
導入される。これは、以下の理由による。
In FIG. 2, when the gas to be detected flows from the direction of the white arrow in a state where the carbon monoxide sensor 20 is in operation (voltage is applied), a part of the gas is connected to the positive electrode plate 21. The first current collector plate 5 is introduced into the first current collector plate opening 6. This is for the following reason.

【0055】第1集電板5は正電圧が印加されているた
め、図1における第1集電板5に接している電極2中の
触媒上では、ガス室7に含まれる水素ガスが(化1)の
(1)式に従ってプロトンと電子に分れる。両者は負極
である第2集電板8に接している電極2中の触媒上で
(化1)の(2)式に従って水素ガスに戻る。このこと
から、一酸化炭素センサ20は、いわばポンプのような
動作を行い、正極側から負極側へ水素ガスを輸送してい
ることに相当する(以下、ポンピングという)。その結
果、一酸化炭素センサ20が動作状態にあるときは常に
正極側から負極側へのポンピングが行われているため、
第1集電板5に設けられたガス室7の中に存在する水素
ガスは減少していき、負圧状態になる。ゆえに、被検出
ガスが第1集電板開口部6から吸引されることになる。
Since a positive voltage is applied to the first current collecting plate 5, the hydrogen gas contained in the gas chamber 7 is filled on the catalyst in the electrode 2 in contact with the first current collecting plate 5 in FIG. It is separated into protons and electrons according to the formula (1) of the chemical formula 1). Both return to hydrogen gas on the catalyst in the electrode 2 which is in contact with the second current collector plate 8 which is a negative electrode, according to the formula (2). This means that the carbon monoxide sensor 20 performs an operation like a pump so as to transport hydrogen gas from the positive electrode side to the negative electrode side (hereinafter, referred to as pumping). As a result, pumping from the positive electrode side to the negative electrode side is always performed when the carbon monoxide sensor 20 is in the operating state,
The amount of hydrogen gas present in the gas chamber 7 provided in the first current collector 5 decreases, and the gas pressure becomes negative. Therefore, the gas to be detected is sucked from the first current collector plate opening 6.

【0056】また、ポンピングの結果、第2集電板8に
設けられたガス室7には順次水素ガスが生成し、加圧状
態になる。従って、生成した水素ガスは第2集電板開口
部9から排出される。
Further, as a result of the pumping, hydrogen gas is sequentially generated in the gas chamber 7 provided in the second current collecting plate 8 to be in a pressurized state. Therefore, the generated hydrogen gas is discharged from the second current collector plate opening 9.

【0057】これらのことから、被検出ガスは正極側で
ある第1集電板開口部6からのみ導入され、第2集電板
開口部9から入り込むことはない。これは、第2集電板
8に接した電極2中の触媒には被検出ガスが到達しない
ことを意味し、その結果、前記触媒が一酸化炭素ガスに
よって被毒されることはなく、従来例に示されたよう
に、定期的に逆電位を印加して負極側の電極2をリフレ
ッシュするといった複雑な動作は不要となる。
For these reasons, the gas to be detected is introduced only from the first current collector plate opening 6 on the positive electrode side, and does not enter through the second current collector plate opening 9. This means that the gas to be detected does not reach the catalyst in the electrode 2 that is in contact with the second current collector plate 8, and as a result, the catalyst is not poisoned by the carbon monoxide gas, and As shown in the example, a complicated operation of periodically applying a reverse potential to refresh the negative electrode 2 becomes unnecessary.

【0058】第1集電板5と第2集電板8の間には直流
電源16が接続されており、直流電源16はマイクロコ
ンピュータ18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検出素子4に印加できる
よう制御されている。なお、本実施の形態1では測定電
圧が一酸化炭素酸化電位以上かつ水の分解電位以下、す
なわち0.65V以上1.23V以下の範囲である1V
とした。また、リフレッシュ電圧は水の分解電位以上、
すなわち1.23V以上である1.3Vとした。1サイ
クルの既定時間は測定が8秒、リフレッシュが2秒の計
10秒とした。
A DC power supply 16 is connected between the first current collector plate 5 and the second current collector plate 8, and the DC power source 16 is continuously operated by the microcomputer 18 without interruption of the measurement voltage and the refresh voltage. Is controlled so that it can be applied to the detection element 4. In the first embodiment, the measured voltage is 1 V, which is not less than the carbon monoxide oxidation potential and not more than the decomposition potential of water, that is, in the range of 0.65 V to 1.23 V.
And Also, the refresh voltage is higher than the decomposition potential of water,
That is, the voltage was set to 1.3 V which is 1.23 V or more. The default time of one cycle was 8 seconds for measurement and 2 seconds for refresh, for a total of 10 seconds.

【0059】この動作により、被検出ガス中の水素ガス
は前記のように電極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 this operation, the hydrogen gas in the gas to be detected causes the reactions shown in the chemical formula 1 on the positive electrode and the negative electrode on the catalyst of the electrode 2 as described above.

【0060】(化1)の(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(化1)の(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16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。この電流を電流計17で検出し、電流計17
に接続されたマイクロコンピュータ18で一酸化炭素ガ
スの濃度に応じた信号を出力している。
As shown in the formula (1) of the chemical formula 1, a dissociation reaction of hydrogen gas occurs at the electrode 2 on the positive electrode side, and the proton (H + ) generated here passes through the electrolyte membrane 1 and the electrode on the negative electrode side. 2 where the electron (e ) is received again as shown in the formula (2) of the chemical formula (1) 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 16, and a current flows according to the proton conductivity. This current is detected by the ammeter 17 and the ammeter 17
And outputs a signal corresponding to the concentration of the carbon monoxide gas.

【0061】次にマイクロコンピュータ18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 18 will be described in detail below.

【0062】一酸化炭素センサ20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、0.1%10分、100ppm10分、50p
pm10分、20ppm10分、10ppm10分、5
ppm40分の順に段階的に減少させて導入してみた。
なお、被検出ガスの他の成分は水素80%、窒素5%、
残りが二酸化炭素となるように調整してある。これらの
模擬被検出ガスはバブラーにて加湿して導入した。ま
た、測定時のガス流量は改質器から出るガス流量(約3
0l/分)の1%に相当する300cc/分とし、ガス
温度は80℃とした。
Assuming the gas state of the reformer immediately after startup, the concentration of the carbon monoxide gas is set to 1% in the carbon monoxide sensor 20.
30 minutes, 0.1% 10 minutes, 100 ppm 10 minutes, 50p
pm 10 minutes, 20 ppm 10 minutes, 10 ppm 10 minutes, 5
I tried to introduce it by decreasing step by step in the order of ppm 40 minutes.
The other components of the gas to be detected are hydrogen 80%, nitrogen 5%,
The balance is adjusted to be carbon dioxide. These simulated gases to be detected were humidified by a bubbler and introduced. The gas flow rate at the time of measurement was the gas flow rate (about 3
(0 l / min), 300 cc / min corresponding to 1%, and the gas temperature was 80 ° C.

【0063】上記の測定における電流計17で検出され
る電流値はリフレッシュ電圧が2秒間印加された後、測
定電圧に切り替わった時から次第に低下していく。これ
は、電極2中の触媒に被検出ガス中の一酸化炭素が吸着
し、(化1)の(1)式の反応が阻害されるためであ
る。
The current value detected by the ammeter 17 in the above measurement gradually decreases from the time when the refresh voltage is applied for 2 seconds and then switched to the measured voltage. This is because carbon monoxide in the gas to be detected is adsorbed on the catalyst in the electrode 2, and the reaction of the formula (1) of Chemical Formula 1 is inhibited.

【0064】マイクロコンピュータ18は、測定中の電
流値を1秒毎にメモリーに記憶していく。その電流値を
I(i)と記す。なお、iは測定開始後の時間(秒)
で、本実施の形態1ではi=1、2、…、8である。
The microcomputer 18 stores the current value being measured in a memory every second. The current value is referred to as I (i). Here, i is the time (second) after the start of measurement.
In the first embodiment, i = 1, 2,..., 8.

【0065】既定の時間(8秒間)測定が終了すると、
マイクロコンピュータ18は直流電源16の電圧をリフ
レッシュ電圧(1.3V)に上げるとともに、得られた
電流値データI(i)から一定時間内(本実施の形態1
では2秒間とした)での電流変化速度(以下、平均被毒
速度という)MVを(数1)に従って計算する。すなわ
ち、MVは測定の既定時間近傍(リフレッシュする直前
から2秒前までの間)における電流値の傾きに相当す
る。
When the measurement is completed for a predetermined time (8 seconds),
The microcomputer 18 raises the voltage of the DC power supply 16 to the refresh voltage (1.3 V), and within a predetermined time from the obtained current value data I (i) (the first embodiment).
In this case, the current change speed (hereinafter, referred to as an average poisoning speed) MV is calculated according to (Equation 1). That is, MV corresponds to the gradient of the current value near the predetermined time of the measurement (between immediately before refreshing and 2 seconds before).

【0066】[0066]

【数1】 (Equation 1)

【0067】リフレッシュ電圧が印加されると、電極2
中の触媒上では被検出ガスに含まれる水蒸気が電気分解
されて生成した水酸基や酸素と、吸着していた一酸化炭
素が反応して(化2)に示すように二酸化炭素ガスを生
成し、触媒上から一酸化炭素を除去することができる。
なお、(化2)において、(g)は気体を、(a)は触
媒への吸着をそれぞれ示す。
When a refresh voltage is applied, the electrode 2
On the catalyst inside, the hydroxyl groups and oxygen generated by electrolysis of water vapor contained in the gas to be detected react with the adsorbed carbon monoxide to produce carbon dioxide gas as shown in (Chem. 2). Carbon monoxide can be removed from the catalyst.
In (Chemical Formula 2), (g) indicates gas, and (a) indicates adsorption to the catalyst.

【0068】[0068]

【化2】 Embedded image

【0069】このような動作を繰返すことで、触媒をリ
フレッシュしながら一酸化炭素ガスの濃度を測定するこ
とができる。
By repeating such an operation, the concentration of carbon monoxide gas can be measured while refreshing the catalyst.

【0070】次に、上記の測定を行った結果を図4、図
5に示す。図4は測定既定時間(8秒)経過後の電流
値、すなわち、リフレッシュ直前電流RI{本実施の形
態1の場合はRI=I(8)}の一酸化炭素濃度依存性
を示す。図5は(数1)より算出された平均被毒速度M
Vの一酸化炭素濃度依存性を示す。なお、測定は同一条
件で5回行い、その結果をまとめて各図に示した。
Next, the results of the above measurements are shown in FIGS. FIG. 4 shows the current value after the lapse of the predetermined measurement time (8 seconds), that is, the current RI immediately before refresh {RI = I (8) in the first embodiment} dependence on the carbon monoxide concentration. FIG. 5 shows the average poisoning rate M calculated from (Equation 1).
4 shows the dependence of V on carbon monoxide concentration. In addition, the measurement was performed 5 times under the same conditions, and the results were collectively shown in each figure.

【0071】図4より、一酸化炭素ガスの濃度が濃い時
にはガス濃度が切り替わるとリフレッシュ直前電流が大
きく変化し、濃度依存性が得られることがわかった。し
かし、低濃度になると測定毎のバラツキが一酸化炭素ガ
スの濃度による変化よりも大きくなってしまい、図4
中、細点線で示した領域では異なる濃度でもリフレッシ
ュ直前電流が重なり、目標である20ppm以上か否か
の濃度区別ができないことがわかった。
FIG. 4 shows that when the concentration of the carbon monoxide gas is high, the current immediately before the refresh changes greatly when the gas concentration is switched, and the concentration dependency is obtained. However, when the concentration becomes low, the variation between the measurements becomes larger than the change due to the concentration of the carbon monoxide gas.
In the region indicated by the middle and thin dotted lines, it was found that the current immediately before refreshing overlapped even at a different concentration, and it was not possible to discriminate the concentration at or above the target of 20 ppm or more.

【0072】そこで、図5より平均被毒速度MVの濃度
依存性を調べると、一酸化炭素ガスの濃度が20ppm
から10ppmになる時、明確にMVが変化しており、
しかも、5回測定によるバラツキの影響はほとんどない
ことがわかった。従って、図5中、太点線で示したよう
なしきい値(−0.3mA/s)を設け、MVがしきい
値以上か否かで一酸化炭素ガスの濃度が20ppm以上
か否かを判定できることがわかった。
Therefore, the concentration dependency of the average poisoning rate MV is examined from FIG.
From 10 to 10 ppm, the MV has clearly changed,
In addition, it was found that there was almost no influence of the variation due to five measurements. Therefore, a threshold (-0.3 mA / s) as shown by a thick dotted line in FIG. 5 is provided, and it is determined whether or not the concentration of the carbon monoxide gas is 20 ppm or more based on whether or not the MV is not less than the threshold. I knew I could do it.

【0073】しかし、図5において、一酸化炭素ガスの
濃度が1%のときはMVがほとんどしきい値にかかって
いる場合がある。これは、1%もの高濃度の一酸化炭素
ガスが導入されると、触媒上にほとんど瞬時に吸着しき
ってしまい、6から8秒後の電流変化(傾き:MV)が
極めて緩やかになり、一酸化炭素ガスの濃度が低い時の
緩やかな電流変化と区別がつかなくなるためである。従
って、MV単独で一酸化炭素ガスの濃度を判断すると、
1%のときでも20ppm未満の信号を出力してしまう
可能性がある。そこで、図4より、一酸化炭素ガスの濃
度が高い時は触媒が激しく被毒するため、明らかにリフ
レッシュ直前電流RIが小さくなることから、RIで一
酸化炭素ガスの濃度が濃いか薄いかの大まかな判断を行
い、薄い領域(例えば図4中に太点線で示したしきい値
=130mA以上)なら前記のようにMVのしきい値と
の比較判断を行うようにした。これにより、正しく20
ppm以上か否かを出力することができた。
However, in FIG. 5, when the concentration of the carbon monoxide gas is 1%, MV may almost depend on the threshold value. This is because when a high concentration of carbon monoxide gas as high as 1% is introduced, it is almost instantaneously adsorbed on the catalyst, and the current change (slope: MV) after 6 to 8 seconds becomes extremely gentle. This is because it becomes impossible to distinguish from a gradual change in current when the concentration of carbon oxide gas is low. Therefore, when the MV alone determines the concentration of carbon monoxide gas,
Even at 1%, a signal of less than 20 ppm may be output. Therefore, as shown in FIG. 4, when the concentration of the carbon monoxide gas is high, the catalyst is heavily poisoned, and the current RI immediately before the refresh is obviously reduced. A rough judgment is made, and in a thin region (for example, the threshold indicated by a thick dotted line in FIG. 4 = 130 mA or more), the comparison judgment with the MV threshold is performed as described above. As a result, 20
It was possible to output whether it was not less than ppm.

【0074】また、従来例の課題であった出力電流(応
答電流)の急変化は、本実施の形態1では図4からもわ
かるように5回の測定中に一度も発生しなかった。これ
は測定電圧を一酸化炭素酸化電位以上かつ水の分解電位
以下である1Vにしたためである。この理由について以
下に説明する。
Further, in the first embodiment, the sudden change in the output current (response current), which was a problem of the conventional example, did not occur even during five measurements, as can be seen from FIG. This is because the measurement voltage was set to 1 V which is equal to or higher than the carbon monoxide oxidation potential and equal to or lower than the decomposition potential of water. The reason will be described below.

【0075】従来例で図15に示すような出力電流の急
変化が起こる原因として次のモデルが考えられる。フッ
素系固体高分子製の電解質膜中をプロトンが伝導する時
には数分子の水も同時に伝導され、その水が負極側の電
極に使用しているカーボンペーパー中に析出して徐々に
液化していく。しかし、一酸化炭素センサ動作中はさら
に水分子が伝導してくるため、ある程度の量の水がたま
ると急にカーボンペーパーから排出される。その結果、
負極側のガス流れが急に良くなり、出力電流が増加する
と考える。
The following model is considered as a cause of the sudden change in the output current as shown in FIG. 15 in the conventional example. When protons conduct through the electrolyte membrane made of a fluorine-based solid polymer, several molecules of water are simultaneously conducted, and the water precipitates in the carbon paper used for the negative electrode and gradually liquefies. . However, during the operation of the carbon monoxide sensor, water molecules are further conducted, and when a certain amount of water accumulates, the water is suddenly discharged from the carbon paper. as a result,
It is considered that the gas flow on the negative electrode side suddenly improves and the output current increases.

【0076】従って、出力電流の急変を避けるには、析
出する水がカーボンペーパー中で液化する前に気体の状
態で排出すればよい。このためには測定電圧を実施の形
態で示された0.4Vよりも高い電圧(1V)に設定
し、水分子をプロトンとともに次々と大量に輸送すれば
カーボンペーパー中で液化することなく水蒸気のまま排
出されると考える。
Therefore, in order to avoid a sudden change in the output current, it is sufficient that the precipitated water is discharged in a gaseous state before being liquefied in the carbon paper. For this purpose, if the measurement voltage is set to a voltage (1 V) higher than 0.4 V shown in the embodiment and water molecules are transported in large quantities one after another with protons, the water molecules are not liquefied in the carbon paper, and It is considered to be discharged as it is.

【0077】なお、1Vという電圧は従来例に示されて
いるサイクリック・ホルタモグラムから吸着した一酸化
炭素の酸化波が検出される領域であるので、触媒上に吸
着した一酸化炭素は酸化反応が起こり二酸化炭素ガスと
して触媒から脱離する。しかし、発明者らの検討では図
4に示すように、明らかに一酸化炭素ガスの濃度に応じ
て検出素子に流れる電流値が変化しており、このことか
ら、触媒に吸着した一酸化炭素は1Vの印加電圧では必
ずしも全てを酸化できるわけではないと考える。すなわ
ち、一部酸化除去される一酸化炭素があるものの、同時
に、吸着する一酸化炭素も存在し、一酸化炭素ガスの濃
度や温度等の実験条件による吸着脱離のバランスで決ま
る電流値が観察されているとのモデルが考えられる。
Since the voltage of 1 V is a region in which the oxidation wave of the adsorbed carbon monoxide is detected from the cyclic Holtogram shown in the conventional example, the carbon monoxide adsorbed on the catalyst undergoes an oxidation reaction. It desorbs from the catalyst as carbon dioxide gas. However, in the study of the inventors, as shown in FIG. 4, the value of the current flowing through the detection element clearly changes according to the concentration of the carbon monoxide gas. It is thought that not all can be oxidized by an applied voltage of 1V. In other words, although there is carbon monoxide that is partially oxidized and removed, at the same time, there is also adsorbed carbon monoxide, and the current value determined by the balance of adsorption and desorption depending on experimental conditions such as the concentration and temperature of carbon monoxide gas is observed. A model that has been considered.

【0078】従って、測定電圧が一酸化炭素酸化電位以
上でも濃度検知は可能である。但し、測定電圧は高けれ
ば高いほどよいわけではない。すなわち、水の分解電位
以上の電圧で測定すると、一酸化炭素が吸着したそばか
ら(化2)に示す反応が起こり、リフレッシュしながら
測定することに相当する。この電位でも一酸化炭素濃度
依存性は得られるものの感度は低く、精度が下がってし
まう。従って、測定電圧の上限として水の分解電位以下
とし、リフレッシュ電圧を水の分解電位以上に設定する
こととした。測定電圧が一酸化炭素酸化電位以上、水の
分解電位以下の範囲では出力電流の急変化がなく、か
つ、実用的な感度を得ることができた。
Therefore, even if the measured voltage is equal to or higher than the carbon monoxide oxidation potential, the concentration can be detected. However, the higher the measurement voltage, the better. That is, when the measurement is performed at a voltage equal to or higher than the decomposition potential of water, the reaction shown in (Chem. 2) occurs from the side where carbon monoxide is adsorbed, which corresponds to measurement while refreshing. Even at this potential, the dependency on the concentration of carbon monoxide can be obtained, but the sensitivity is low and the accuracy is lowered. Accordingly, the upper limit of the measurement voltage is set to be equal to or lower than the decomposition potential of water, and the refresh voltage is set to be equal to or higher than the decomposition potential of water. When the measurement voltage was in the range of the carbon monoxide oxidation potential or higher and the water decomposition potential or lower, there was no sudden change in the output current, and practical sensitivity could be obtained.

【0079】以上の構成、動作により、出力電流の急変
動がない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 having no sudden change in output current was obtained.

【0080】(実施の形態2)図6は本発明の一酸化炭
素センサの実施の形態2のバイパス管への取り付け一部
断面図である。図7はガス流量を変化させたときの同セ
ンサのリフレッシュ直前電流の一酸化炭素濃度依存性を
示す特性図である。図8はガス流量を変化させたときの
同センサの平均被毒速度の一酸化炭素濃度依存性を示す
特性図である。図9はガス温度を変化させたときの同セ
ンサのリフレッシュ直前電流の一酸化炭素濃度依存性を
示す特性図である。図10はガス温度を変化させたとき
の同センサの平均被毒速度の一酸化炭素濃度依存性を示
す特性図である。図11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。(表1)はガス温度によるリ
フレッシュ直前電流と平均被毒速度のしきい値表であ
る。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a carbon monoxide sensor according to Embodiment 2 of the present invention attached to a bypass pipe. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the current just before refresh of the same sensor when the gas flow rate is changed. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the average poisoning rate of the sensor when the gas flow rate is changed. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the current immediately before refresh of the same sensor when the gas temperature is changed. FIG. 10 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the average poisoning rate of the sensor when the gas temperature is changed. FIG. 11 is an output calculation and control flowchart of the sensor. (Table 1) is a threshold value table of the current just before refreshing and the average poisoning rate depending on the gas temperature.

【0081】本実施の形態2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、同一部分
には同一番号を付し、構造の詳細についての説明は省略
する。
Since the structure of the second embodiment is exactly the same as the structure of the carbon monoxide sensor described in the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and the detailed description of the structure is omitted.

【0082】すなわち、本実施の形態2の特徴は、図6
に示すように一酸化炭素センサ20をバイパス管25に
内蔵するのではなく、バイパス管25に対し外付けでき
るようにした点である。このような構成とすることによ
り、バイパス管25の位置や寸法形状に左右されること
がなくなり、一酸化炭素センサ20の取付自由度が増
す。
That is, the feature of the second embodiment is that FIG.
The carbon monoxide sensor 20 is not built in the bypass pipe 25 as shown in FIG. By adopting such a configuration, the position and dimensions of the bypass pipe 25 are not affected, and the degree of freedom in mounting the carbon monoxide sensor 20 is increased.

【0083】以下に、本実施の形態の一酸化炭素センサ
について詳細を説明する。
Hereinafter, the carbon monoxide sensor according to the present embodiment will be described in detail.

【0084】図6において、一酸化炭素センサ20はバ
イパス管25と同一材料であるステンレス鋼(例えばJ
IS規格のSUS316、以下、ステンレス鋼は全てS
US316とする)製ケース40にワッシャ固定ネジ1
5でワッシャ14とともに固定されている。ここで、2
本のワッシャ固定ネジ15は互いに短絡しないようにケ
ース40の一部に圧入されたテフロンからなる絶縁材
(図示せず)を介してねじ込まれている。ケース40の
両端はネジが切ってあり、それぞれバイパス管25とス
テンレス鋼製ナット41で接続固定されている。
In FIG. 6, the carbon monoxide sensor 20 is made of stainless steel (for example, J
SUS316 of IS standard, all stainless steel below
Washer fixing screw 1 in case 40
5 is fixed together with the washer 14. Where 2
The washer fixing screws 15 are screwed through an insulating material (not shown) made of Teflon pressed into a part of the case 40 so as not to short-circuit each other. Both ends of the case 40 are threaded, and are connected and fixed to the bypass pipe 25 and a stainless steel nut 41, respectively.

【0085】なお、図6に示すように、バイパス管25
は一部が大地に対し傾斜を有するように曲げてあり、そ
の傾斜部分に一酸化炭素センサ20を配している。被検
出ガスは図6中、白抜き矢印の方向、すなわち、大地の
方向に流れている。また、バイパス管25やケース40
の表面は親水処理としてアナターゼ型結晶構造を有する
厚さ0.5μmの酸化チタン層が形成されている。酸化
チタン層はチタン含有有機錯体溶液にバイパス管25や
ケース40を浸漬した後、大気中500℃で焼成する工
程を所定の厚みが得られるまで繰返して形成した。ここ
で、酸化チタン層の厚さは、薄すぎると親水処理の効果
が現れず、厚すぎると剥離の恐れがあるため、検討の結
果、0.1μm以上1μm以下が良好であり、特に0.
2μm以上0.5μm以下が最適であることがわかっ
た。また、酸化チタンは本来、紫外線エネルギー照射に
より親水効果を発揮するものとして公知であるが、検討
の結果、本実施の形態2のように配管内の紫外線が当ら
ない部分でも、ある程度の親水効果があることがわかっ
た。これは、バイパス管25に流れる被検出ガスは一酸
化炭素除去器32から流れてくる改質ガスの一部を分岐
して得ているので約100℃以上の高温であり、その熱
エネルギーにより酸化チタン層表面のチタン原子の一部
を励起状態にすることができるため、そこに水酸基が付
くことで親水効果が得られたと考える。この親水効果は
紫外線照射時に比べ低くなるものの、親水処理の目的で
ある結露水の詰まり抑制には十分であった。なお、酸化
チタン層の結晶構造はルチル型よりもアナターゼ型の方
が親水効果が高かった。これは、後者の方がバンドギャ
ップが狭く、前者に比べ容易に励起状態にできるためと
考える。
Incidentally, as shown in FIG.
Is bent so as to have a part inclined with respect to the ground, and the carbon monoxide sensor 20 is arranged on the inclined part. The gas to be detected flows in the direction of the white arrow in FIG. 6, that is, in the direction of the ground. Also, the bypass pipe 25 and the case 40
Has a 0.5 μm-thick titanium oxide layer having an anatase crystal structure as a hydrophilic treatment. The titanium oxide layer was formed by immersing the bypass tube 25 and the case 40 in a titanium-containing organic complex solution and then sintering at 500 ° C. in the atmosphere until a predetermined thickness was obtained. Here, if the thickness of the titanium oxide layer is too small, the effect of the hydrophilic treatment does not appear, and if it is too large, there is a possibility of peeling. As a result of the examination, the thickness is preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less.
It has been found that the range between 2 μm and 0.5 μm is optimal. Also, titanium oxide is originally known to exhibit a hydrophilic effect by irradiation with ultraviolet energy, but as a result of examination, it has been found that titanium oxide has a certain degree of hydrophilic effect even in a portion of the pipe where ultraviolet light does not strike as in the second embodiment. I found it. This is because the gas to be detected flowing in the bypass pipe 25 is obtained by branching off a part of the reformed gas flowing from the carbon monoxide remover 32, and thus has a high temperature of about 100 ° C. or more. Since a part of the titanium atoms on the surface of the titanium layer can be brought into an excited state, it is considered that a hydrophilic effect was obtained by attaching a hydroxyl group thereto. Although this hydrophilic effect was lower than that during irradiation with ultraviolet rays, it was sufficient for suppressing the clogging of dew water, which is the purpose of the hydrophilic treatment. Note that the crystal structure of the titanium oxide layer was higher in hydrophilic effect in anatase type than in rutile type. This is because the latter has a narrower band gap and can be easily excited as compared with the former.

【0086】これらの結果、被検出ガス中の水蒸気が配
管内で結露しても、結露水は重力により大地方向へ流
れ、また、配管等の表面に付着した結露による水滴も酸
化チタン層の親水効果により接触角が小さくなり流れや
すくなるため、結露水が配管中で詰まることがなくなっ
た。
As a result, even if water vapor in the gas to be detected is condensed in the pipe, the condensed water flows in the direction of the ground due to gravity, and water droplets due to the dew condensation on the surface of the pipe and the like also become hydrophilic in the titanium oxide layer. The effect reduces the contact angle and facilitates flow, so that dew condensation does not clog the piping.

【0087】一酸化炭素センサ20の取付は、第1集電
板開口部6と第2集電板開口部9がバイパス管25の周
面に対し直交する方向で、かつ、第1集電板開口部6が
上流側になるよう配してある。このように取り付けるこ
とにより、仮に第1集電板開口部6や第2集電板開口部
9で結露水が発生しても、図6より明らかなように第1
集電板開口部6と第2集電板開口部9は必ず大地に対し
傾斜を有する方向を向くため、重力によりバイパス管2
5の下流方向へ流れていく。従って、第1集電板開口部
6や第2集電板開口部9で結露水が詰まることがなくな
った。また、第1集電板開口部6が第2集電板開口部9
より上流側になるよう配したため、第2集電板開口部9
から排出されたガスは図6中、小矢印で示したように下
流側に流れ、再び第1集電板開口部6から導入されるこ
とがない。従って、常に上流側の被検出ガスのみが第1
集電板開口部6から導入されることになり、正確に一酸
化炭素ガスの濃度を検知することができる。
The carbon monoxide sensor 20 is mounted so that the first current collector plate opening 6 and the second current collector plate opening 9 are in a direction perpendicular to the peripheral surface of the bypass pipe 25 and the first current collector plate The opening 6 is arranged on the upstream side. With this mounting, even if dew water is generated in the first current collector plate opening 6 and the second current collector plate opening 9, as shown in FIG.
Since the current collector plate opening 6 and the second current collector plate opening 9 always face in a direction inclined with respect to the ground, the bypass pipe 2 is moved by gravity.
5 flows downstream. Accordingly, the first current collector plate opening 6 and the second current collector plate opening 9 are no longer clogged with dew condensation water. Further, the first current collector plate opening 6 is connected to the second current collector plate opening 9.
The second current collector plate opening 9
6 flows downstream as indicated by the small arrow in FIG. 6, and is not introduced again through the first current collector plate opening 6. Therefore, only the gas to be detected on the upstream side is always the first gas.
Since the gas is introduced from the current collector plate opening 6, the concentration of the carbon monoxide gas can be accurately detected.

【0088】ケース40にはサーミスタをステンレス鋼
で保護した温度センサ42と、ステンレス鋼製の受圧部
を有する半導体式圧力センサ43が配されている。いず
れのセンサもケース40と同一の材料でできているた
め、結露水が付着しても異種金属接触部分に水が付着し
た時にできる局部電池を形成することがない。従って、
腐食に強い構成とすることができた。また、いずれのセ
ンサもテフロン製のシール材(図示せず)を介して固定
されているため、各センサ相互の電気信号におけるノイ
ズの影響やバイパス管から混入するノイズを低減でき、
同時に、材料腐食も起こさない構成とした。なお、これ
らのセンサの被検出ガスが接する部分にも結露水詰まり
を防ぐため、前述の親水処理が施してある。
The case 40 is provided with a temperature sensor 42 in which the thermistor is protected by stainless steel, and a semiconductor pressure sensor 43 having a stainless steel pressure receiving portion. Since both sensors are made of the same material as the case 40, even if dew condensation water adheres, a local battery that is formed when water adheres to the dissimilar metal contact portion does not form. Therefore,
The structure was resistant to corrosion. In addition, since all the sensors are fixed via a Teflon sealing material (not shown), it is possible to reduce the influence of noise in the electric signal between the sensors and the noise mixed in from the bypass pipe,
At the same time, the structure is such that no material corrosion occurs. The above-mentioned hydrophilic treatment is also applied to the portions of these sensors in contact with the gas to be detected in order to prevent clogging of dew condensation water.

【0089】バイパス管25の燃料電池システムにおけ
る接続は実施の形態1で説明した図3と同一であり、図
3の点線部分に図6の一酸化炭素センサが配される構成
となる。従って、バイパス管25の接続についての詳細
な説明は省略する。
The connection of the bypass pipe 25 in the fuel cell system is the same as that of FIG. 3 described in the first embodiment, and the carbon monoxide sensor of FIG. 6 is arranged at the dotted line in FIG. Therefore, a detailed description of the connection of the bypass pipe 25 is omitted.

【0090】次に、本実施の形態2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 second embodiment will be described.

【0091】図6において、一酸化炭素センサ20が動
作状態(電圧が印加されている状態、動作条件は実施の
形態1と同一)で、白抜き矢印の方向から被検出ガスが
流れてくると、その一部は小矢印で示したように第1集
電板開口部6に導入され、ガス室7に至る。被検出ガス
中の水素ガスは検出素子4でプロトンとして負極側に伝
導され、負極で水素ガスに戻り、小矢印で示したように
第2集電板開口部9から排出される。この際、被検出ガ
ス中に一酸化炭素ガスが含まれていると、実施の形態1
で説明したように触媒の被毒が起こり、一酸化炭素セン
サ20に流れる電流が変化する。この変化は一酸化炭素
ガスの濃度に対応するため、被検出ガス中の一酸化炭素
ガスの濃度を検知することができる。なお、マイクロコ
ンピュータにより被毒した素子をリフレッシュする動作
は実施の形態1と同一であるので、詳細な説明は省略す
る。
In FIG. 6, when the gas to be detected flows from the direction of the white arrow in the operating state of the carbon monoxide sensor 20 (the state in which a voltage is applied, and the operating conditions are the same as in the first embodiment). , A part of which is introduced into the first current collector plate opening 6 as indicated by the small arrow, and reaches the gas chamber 7. The hydrogen gas in the gas to be detected is conducted as protons to the negative electrode side by the detection element 4, returns to the hydrogen gas at the negative electrode, and is discharged from the second current collector plate opening 9 as indicated by the small arrow. At this time, if the gas to be detected contains carbon monoxide gas, the first embodiment
As described above, the poisoning of the catalyst occurs, and the current flowing through the carbon monoxide sensor 20 changes. Since this change corresponds to the concentration of the carbon monoxide gas, the concentration of the carbon monoxide gas in the gas to be detected can be detected. Note that the operation of refreshing the poisoned element by the microcomputer is the same as that of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0092】このような一酸化炭素センサに実施の形態
1と同様の模擬被検出ガスを加湿して導入してみた。結
果を図7および図8に示す。図7は実施の形態1で説明
したリフレッシュ直前電流RI{本実施の形態の場合も
RI=I(8)}の一酸化炭素濃度依存性を、図8は平
均被毒速度MVの一酸化炭素濃度依存性をそれぞれ示
す。なお、図7、8においてガス温度は80℃とし、改
質器動作時の負荷変動等を考慮して200、300、4
00cc/分におけるガス流量依存性も測定した。
The same simulated gas to be detected as in the first embodiment was humidified and introduced into such a carbon monoxide sensor. The results are shown in FIG. 7 and FIG. FIG. 7 shows the carbon monoxide concentration dependency of the current immediately before refresh RI described in the first embodiment {RI = I (8)} also in the case of this embodiment, and FIG. 8 shows the average poisoning rate MV of carbon monoxide. The concentration dependence is shown. 7 and 8, the gas temperature is set to 80 ° C. and 200, 300, 4
Gas flow dependence at 00 cc / min was also measured.

【0093】図7より、ガス流量によるRIの差は少な
く、大きなガス流量依存性は見られなかった。これは、
第1集電板開口部6から導入されるガス量は検出素子4
のプロトンポンピング能力によって決まり、バイパス管
25に流れる流量が直接影響しないためと考える。ま
た、図8より目標検知濃度である20ppmから10p
pmへのMV変化は流量に大きく影響されず、明確に両
者の区別をつけることができた。
FIG. 7 shows that there was little difference in RI depending on the gas flow rate, and no large gas flow rate dependence was observed. this is,
The amount of gas introduced from the first current collector plate opening 6 is determined by the detection element 4.
And the flow rate flowing through the bypass pipe 25 has no direct effect. Also, from FIG. 8, the target detection concentration is 20 ppm to 10 p.
The change in MV to pm was not significantly affected by the flow rate, and the two could be clearly distinguished.

【0094】以上のことから、本実施の形態2の一酸化
炭素センサでもガス流量に影響されることなく実施の形
態1と同じしきい値(RI=130mA、MV=−0.
3mA/s、それぞれ図7、8中に太点線で示した)と
することにより、一酸化炭素ガスの濃度が20ppm以
上か否かを出力できた。
From the above, the same threshold value (RI = 130 mA, MV = −0 .0) as in the first embodiment can be obtained in the carbon monoxide sensor of the second embodiment without being affected by the gas flow rate.
3 mA / s, indicated by thick dotted lines in FIGS. 7 and 8, respectively), it was possible to output whether or not the concentration of the carbon monoxide gas was 20 ppm or more.

【0095】また、ガス流量を300cc/分として、
ガス温度を変えた時のリフレッシュ直前電流RIの一酸
化炭素濃度依存性を図9に、平均被毒速度MVの一酸化
炭素濃度依存性を図10にそれぞれ示す。いずれもガス
温度により値が変動することがわかった。但し、図9か
らRIのしきい値については当所の目的である大まかな
濃度判断には大きな影響がなく、前記した130mAの
しきい値(図9中に太点線で示した)で問題はない。M
Vについては、一酸化炭素ガスの濃度20ppmと10
ppmを区別するために、ガス温度によってしきい値
(図10中に太点線で示した)を変動させる必要があ
る。そこで、本実施の形態2ではケース40に取り付け
た温度センサ42で被検出ガスの温度をモニターし、温
度に応じてMVのしきい値を変動させるようにした。M
Vの温度によるしきい値を(表1)に示す。
Further, assuming that the gas flow rate is 300 cc / min,
FIG. 9 shows the carbon monoxide concentration dependency of the current RI immediately before refresh when the gas temperature is changed, and FIG. 10 shows the carbon monoxide concentration dependency of the average poisoning rate MV. In each case, it was found that the value fluctuated depending on the gas temperature. However, from FIG. 9, the threshold value of RI does not greatly affect the rough density determination which is the purpose of the present invention, and there is no problem with the above-described threshold value of 130 mA (shown by a thick dotted line in FIG. 9). . M
For V, the concentration of carbon monoxide gas was 20 ppm and 10 ppm.
In order to distinguish ppm, it is necessary to change the threshold value (shown by a thick dotted line in FIG. 10) according to the gas temperature. Therefore, in the second embodiment, the temperature of the gas to be detected is monitored by the temperature sensor 42 attached to the case 40, and the threshold value of the MV is changed according to the temperature. M
Table 1 shows the threshold values according to the temperature of V.

【0096】[0096]

【表1】 [Table 1]

【0097】(表1)の内容はマイクロコンピュータの
不揮発メモリーに記憶されており、温度センサ42の信
号から適切なしきい値を選んで一酸化炭素ガスの濃度2
0ppmと10ppmを区別している。
The contents of Table 1 are stored in the nonvolatile memory of the microcomputer, and an appropriate threshold value is selected from the signal of the temperature sensor 42 to determine the concentration of the carbon monoxide gas.
0 ppm and 10 ppm are distinguished.

【0098】なお、本実施の形態2には圧力センサ43
も取り付けられているが、図3より、バイパス管25の
先端は燃焼器36に接続されており、この部分の圧力損
失は今回の検討では極めて少なかったため、一酸化炭素
センサ付近の圧力はほぼ一定となり、出力に対する圧力
の影響はほとんどなかった。しかし、燃料電池システム
構成や、その動作条件、異常時等によっては圧力変動が
無視できなくなる場合がある。その際は圧力センサ43
の信号からもしきい値の補正をかけることにより、正確
に一酸化炭素ガスの濃度を判断できる。
In the second embodiment, the pressure sensor 43
3, the tip of the bypass pipe 25 is connected to the combustor 36, and the pressure loss in this portion was extremely small in this study, so that the pressure near the carbon monoxide sensor was almost constant. And there was almost no influence of the pressure on the output. However, pressure fluctuations may not be negligible depending on the fuel cell system configuration, operating conditions, abnormal times, and the like. In that case, the pressure sensor 43
By correcting the threshold value also from the signal (1), the concentration of the carbon monoxide gas can be accurately determined.

【0099】また、本実施の形態2の一酸化炭素センサ
は実施の形態1と同条件で測定しているので、従来例の
課題であった出力電流(応答電流)の急変化は全く観察
されなかった。
Since the carbon monoxide sensor of the second embodiment is measured under the same conditions as those of the first embodiment, a sudden change in the output current (response current), which is a problem of the conventional example, is not observed at all. Did not.

【0100】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 has been clarified that a highly accurate carbon monoxide sensor can be obtained.

【0101】ここで、上記の20ppm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11に示す。
FIG. 11 is a flowchart summarizing the control and calculation method of the carbon monoxide sensor for judging whether or not the concentration is 20 ppm or more.

【0102】一酸化炭素センサの電源が投入されると、
ステップ1において電極2に1.3Vのリフレッシュ電
圧が印加される。その後、ステップ2で既定時間として
2秒間待ち、ステップ3において燃料電池制御回路(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
か否かを調べもし、燃料電池を停止する信号があれば、
ステップ4において電極2に印加していた電圧をオフに
し、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,
In step 1, a refresh voltage of 1.3 V is applied to the electrode 2. Then, in step 2, a predetermined time is waited for 2 seconds. In step 3, it is checked whether or not a signal for stopping the fuel cell is transmitted from a fuel cell control circuit (not shown). If
In step 4, the voltage applied to the electrode 2 is turned off, and the operation of the carbon monoxide sensor is terminated.

【0103】一方、燃料電池を停止する信号がなけれ
ば、ステップ5において電極2に測定電圧として1Vの
電圧が印加される。その後、ステップ6において既定時
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18のメモリーに取り込む。この
際、最後に取込んだ電流値{本実施の形態ではI
(8)}をリフレッシュ直前電流RIとする。
On the other hand, if there is no signal for stopping the fuel cell, a voltage of 1 V is applied to the electrode 2 in step 5 as a measurement voltage. Thereafter, in step 6, the current value is taken into the memory of the microcomputer 18 at a predetermined time interval (1 second in this embodiment). At this time, the current value taken in last {I
(8) Let} be the current RI immediately before refresh.

【0104】8秒間の既定時間分の電流値データを取り
込めば、ステップ8においてその時の被検出ガスの温度
信号を温度センサ42より取り込む。また、ステップ9
において圧力信号も圧力センサ43より取り込む。次に
ステップ10において平均被毒速度MVを(数1)に従
って計算する。その後、ステップ11において温度、お
よび、圧力によって決まるRIおよびMVの既定値をし
きい値表より求める。
When the current value data for a predetermined time of 8 seconds is taken in, the temperature signal of the gas to be detected at that time is taken in from the temperature sensor 42 in step 8. Step 9
, A pressure signal is also fetched from the pressure sensor 43. Next, in step 10, the average poisoning rate MV is calculated according to (Equation 1). Then, in step 11, predetermined values of RI and MV determined by the temperature and the pressure are obtained from a threshold value table.

【0105】こうして得られたRIおよびMVが、それ
ぞれの既定値以上か否かをステップ12において比較
し、もし両者が既定値以上であれば、ステップ13にお
いて現在の一酸化炭素濃度が20ppm以下であるとし
てオン信号を出力し、Aにジャンプする(S1に戻
る)。一方、両者のいずれかが既定値未満であれば、ス
テップ14において現在の一酸化炭素濃度が20ppm
より濃いとしてオフ信号を出力し、Aにジャンプする
(S1に戻る)。
In step 12, whether the obtained RI and MV are equal to or larger than the respective predetermined values is compared, and if both are equal to or larger than the predetermined values, in step 13 the current carbon monoxide concentration is equal to or lower than 20 ppm. An ON signal is output as there is, and a jump is made to A (return to S1). On the other hand, if either of them is less than the predetermined value, in step 14, the current carbon monoxide concentration is 20 ppm.
An off signal is output as a darker color, and a jump is made to A (return to S1).

【0106】このような動作を繰り返すことにより、一
酸化炭素ガスの濃度が20ppm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 the carbon monoxide gas is 20 ppm or more.

【0107】以上の構成、動作により、出力電流の急変
動がない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 having no sudden change in output current was obtained.

【0108】なお、実施の形態1および2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およ
び、これを備えた燃料電池システム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および2で述べた数値に何ら
限定されるものではない。
Note that the specific material names described in Embodiments 1 and 2 are examples for constructing the carbon monoxide sensor of the present invention and a fuel cell system including the same. The material is not limited at all. Also, specific numerical values are not limited to the numerical values described in the first and second embodiments except for those limited by the claims.

【0109】[0109]

【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、被検出ガスが導入される開口部および、前
記開口部に連接した前記電極の面積より小さな断面積を
有するガス室を有し、かつ、前記電極の内の一方の表面
に前記ガス室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前
記第1集電板と同形状の第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
た直流電源と、前記ガス室に導入された水素を含む被検
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、一酸化炭素酸化電位
以上かつ水の分解電位以下の測定電圧での電流検出と、
水の分解電位以上のリフレッシュ電圧での触媒リフレッ
シュを1サイクルとして前記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
求めることにより、出力電流の急激な変化を発生するこ
とがなく高精度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, electrodes having catalysts disposed on both sides of the electrolyte membrane, an opening through which a gas to be detected is introduced, and the opening. A first current collector having a gas chamber having a smaller cross-sectional area than the area of the electrode connected to the first current collector, and a first current collector disposed so that the gas chamber is in contact with one surface of the electrode;
A second current collector having the same shape as the first current collector disposed to be in contact with the other surface of the electrode; the first current collector serving as a positive electrode; and the second current collector serving as a positive electrode. A DC power supply connected to be a negative electrode, and current detection means for detecting a current that changes according to the concentration of carbon monoxide gas in the gas to be detected including hydrogen introduced into the gas chamber; Current detection at a measurement voltage equal to or higher than the carbon oxide oxidation potential and equal to or lower than the decomposition potential of water;
A sudden change in the output current is generated by changing the voltage of the DC power supply with the catalyst refresh at a refresh voltage higher than the decomposition potential of water as one cycle and obtaining the concentration of carbon monoxide gas by repeating the cycle. Thus, a highly accurate carbon monoxide sensor can be obtained.

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

【図1】(a)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分解斜視図(b)同セ
ンサの検出素子の分解斜視図
FIG. 1A is an exploded perspective view illustrating a schematic structure of a carbon monoxide sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view of a detection element of the sensor.

【図2】同センサの同センサを配管に取り付けた時の一
部切欠斜視図
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the sensor when the sensor is attached to a pipe.

【図3】同センサの燃料電池システムへの取付配管図FIG. 3 is a piping diagram of mounting the sensor on a fuel cell system.

【図4】同センサのリフレッシュ直前電流の一酸化炭素
濃度依存性を示す特性図
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a current immediately before refresh of the sensor.

【図5】同センサの平均被毒速度の一酸化炭素濃度依存
性を示す特性図
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the average poisoning rate of the sensor.

【図6】本発明の一酸化炭素センサの実施の形態2のバ
イパス管への取り付け一部断面図
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the carbon monoxide sensor according to the second embodiment of the present invention attached to a bypass pipe.

【図7】同センサのガス流量を変化させたときのリフレ
ッシュ直前電流の一酸化炭素濃度依存性を示す特性図
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a current immediately before refresh when the gas flow rate of the sensor is changed.

【図8】同センサのガス流量を変化させたときの平均被
毒速度の一酸化炭素濃度依存性を示す特性図
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the dependency of the average poisoning rate on the carbon monoxide concentration when the gas flow rate of the sensor is changed.

【図9】同センサのガス温度を変化させたときのリフレ
ッシュ直前電流の一酸化炭素濃度依存性を示す特性図
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a carbon monoxide concentration dependency of a current immediately before refresh when the gas temperature of the sensor is changed.

【図10】同センサのガス温度を変化させたときの平均
被毒速度の一酸化炭素濃度依存性を示す特性図
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the carbon monoxide concentration dependency of the average poisoning rate when the gas temperature of the sensor is changed.

【図11】同センサの出力計算および制御フローチャー
トを示すブロック図
FIG. 11 is a block diagram showing an output calculation and control flowchart of the sensor.

【図12】従来の一酸化炭素センサの概略構造図FIG. 12 is a schematic structural diagram of a conventional carbon monoxide sensor.

【図13】同センサの検出部の概略構造断面図FIG. 13 is a schematic structural cross-sectional view of a detection unit of the sensor.

【図14】(a)(b)同センサの出力電流(応答電
流)特性図
14A and 14B are output current (response current) characteristic diagrams of the same sensor.

【図15】同センサの急変した出力電流(応答電流)特
性図
FIG. 15 is a graph showing a rapidly changing output current (response current) characteristic of the 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 第1集電板 6 第1集電板開口部 7 ガス室 8 第2集電板 9 第2集電板開口部 10 ネジ 11 メネジ 12 正極リード線 13 負極リード線 14 ワッシャ 15 ワッシャ固定ネジ 16 直流電源 17 電流計 18 マイクロコンピュータ 20 一酸化炭素センサ 21 正極板 22 負極板 23 正極板絶縁材 24 負極板絶縁材 25 バイパス管 30 改質器 31 変成器 32 一酸化炭素除去器 33 切替弁 34 燃料電池 35 オリフィス 36 燃焼器 40 ケース 41 ナット 42 温度センサ 43 圧力センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Proton conductive electrolyte membrane 2 Electrode 3 Sealing material 4 Detector 5 First current collector 6 First current collector opening 7 Gas chamber 8 Second current collector 9 Second current collector opening 10 Screw 11 Female thread 12 Positive lead wire 13 Negative lead wire 14 Washer 15 Washer fixing screw 16 DC power supply 17 Ammeter 18 Microcomputer 20 Carbon monoxide sensor 21 Positive plate 22 Negative plate 23 Positive plate insulating material 24 Negative plate insulating material 25 Bypass tube 30 Reformer 31 transformer 32 carbon monoxide remover 33 switching valve 34 fuel cell 35 orifice 36 combustor 40 case 41 nut 42 temperature sensor 43 pressure sensor

Claims (23)

【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、被検出ガス
が導入される開口部および、前記開口部に連接した前記
電極の面積より小さな断面積を有するガス室を有し、か
つ、前記電極の内の一方の表面に前記ガス室が接するよ
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前記第1集電板と同形状の
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直流電源と、前記ガス
室に導入された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、一酸化炭素酸化電位以上かつ水の分解電位以
下の測定電圧での電流検出と、水の分解電位以上のリフ
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
前記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一酸化炭素センサ。
1. An electrode having a proton conductive electrolyte membrane, electrodes having catalysts disposed on both sides of the electrolyte membrane, an opening through which a gas to be detected is introduced, and an area of the electrode connected to the opening. A first current collector provided with a gas chamber having a small cross-sectional area and arranged such that the gas chamber is in contact with one surface of the electrode, and in contact with the other surface of the electrode; Current collector plate having the same shape as the first current collector plate, and a DC power source connected such that the first current collector plate is a positive electrode and the second current collector plate is a negative electrode 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 containing hydrogen introduced into the gas chamber, wherein the potential is equal to or higher than the carbon monoxide oxidation potential and the decomposition potential of water. Current detection at the following measurement voltage and touch at a refresh voltage higher than the decomposition potential of water A carbon monoxide sensor in which the voltage of the DC power supply is changed with medium refresh as one cycle, and the concentration of carbon monoxide gas is obtained by repeating the cycle.
【請求項2】 測定電圧を印加し既定時間経過後の素子
に流れる電流値と、その時点近傍での電流変化速度から
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. The carbon monoxide sensor according to claim 1, wherein a concentration of the carbon monoxide gas is determined from a current value flowing through the element after a predetermined time has elapsed after the application of the measurement voltage and a current change rate near the time point.
【請求項3】 第1集電板の開口部と第2集電板の開口
部が同一方向に配される請求項1に記載の一酸化炭素セ
ンサ。
3. The carbon monoxide sensor according to claim 1, wherein the opening of the first current collector and the opening of the second current collector are arranged in the same direction.
【請求項4】 炭化水素系燃料を改質して水素ガスを発
生させる改質器を有する燃料電池システムにおいて、前
記改質器と燃料電池スタックをつなぐ改質ガス本管の一
部に被検出ガスを流すバイパス管を設け、前記バイパス
管に一酸化炭素センサが配された燃料電池システム。
4. In a fuel cell system having a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel to generate hydrogen gas, a part of a reformed gas main pipe connecting the reformer and a fuel cell stack is detected. A fuel cell system comprising a bypass pipe through which a gas flows, and a carbon monoxide sensor disposed in the bypass pipe.
【請求項5】 バイパス管に流れる被検出ガスの流量が
本管に流れる改質ガス流量の0.1%以上1%以下であ
る請求項4に記載の燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the flow rate of the gas to be detected flowing in the bypass pipe is 0.1% or more and 1% or less of the flow rate of the reformed gas flowing in the main pipe.
【請求項6】 バイパス管の一部にオリフィスを設けた
請求項5に記載の燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 5, wherein an orifice is provided in a part of the bypass pipe.
【請求項7】 オリフィスが一酸化炭素センサの上流に
設けられた請求項6に記載の燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 6, wherein the orifice is provided upstream of the carbon monoxide sensor.
【請求項8】 バイパス管の一部が大地に対し垂直方向
に配され、前記バイパス管に流れる被検出ガスを大地方
向に流し、前記バイパス管の垂直部分の内部に一酸化炭
素センサを配した請求項4に記載の燃料電池システム。
8. A part of the bypass pipe is disposed in a direction perpendicular to the ground, a gas to be detected flowing in the bypass pipe flows in the direction of the ground, and a carbon monoxide sensor is disposed inside the vertical part of the bypass pipe. The fuel cell system according to claim 4.
【請求項9】 一酸化炭素センサの開口部を大地方向に
配した請求項8に記載の燃料電池システム。
9. The fuel cell system according to claim 8, wherein the opening of the carbon monoxide sensor is arranged in the ground direction.
【請求項10】 バイパス管の一部が大地に対し傾斜を
有し、前記バイパス管に流れる被検出ガスを大地方向に
流し、前記傾斜部分に一酸化炭素センサを配した請求項
4に記載の燃料電池システム。
10. The apparatus according to claim 4, wherein a part of the bypass pipe is inclined with respect to the ground, the gas to be detected flowing through the bypass pipe flows toward the ground, and a carbon monoxide sensor is disposed on the inclined part. Fuel cell system.
【請求項11】 一酸化炭素センサの開口部をバイパス
管の周面に対し直交する方向に配した請求項10に記載
の燃料電池システム。
11. The fuel cell system according to claim 10, wherein the opening of the carbon monoxide sensor is arranged in a direction perpendicular to the peripheral surface of the bypass pipe.
【請求項12】 第1集電板の開口部がバイパス管の上
流側になるように一酸化炭素センサを配した請求項11
に記載の燃料電池システム。
12. The carbon monoxide sensor is arranged so that the opening of the first current collector plate is located on the upstream side of the bypass pipe.
3. The fuel cell system according to item 1.
【請求項13】 バイパス管の先端を燃料電池スタック
出口側の本管に接続した請求項4に記載の燃料電池シス
テム。
13. The fuel cell system according to claim 4, wherein the end of the bypass pipe is connected to the main pipe on the fuel cell stack outlet side.
【請求項14】 バイパス管の先端は大地に対し垂直
に、または、傾斜を持って燃料電池スタック出口側の本
管に接続された請求項13に記載の燃料電池システム。
14. The fuel cell system according to claim 13, wherein the tip of the bypass pipe is connected to the main pipe at the outlet side of the fuel cell stack at right angles to the ground or with an inclination.
【請求項15】 一酸化炭素センサの一部、または、一
酸化炭素センサ近傍のバイパス管の一部に温度センサを
配した請求項4に記載の燃料電池システム。
15. The fuel cell system according to claim 4, wherein a temperature sensor is provided in a part of the carbon monoxide sensor or a part of a bypass pipe near the carbon monoxide sensor.
【請求項16】 一酸化炭素センサの一部、または、一
酸化炭素センサ近傍のバイパス管の一部に圧力センサを
配した請求項4に記載の燃料電池システム。
16. The fuel cell system according to claim 4, wherein a pressure sensor is provided in a part of the carbon monoxide sensor or a part of a bypass pipe near the carbon monoxide sensor.
【請求項17】 バイパス管への、一酸化炭素センサ取
付部分、温度センサ取付部分、および、圧力センサ取付
部分は、バイパス管と同一の材料からなる請求項4に記
載の燃料電池システム。
17. The fuel cell system according to claim 4, wherein the carbon monoxide sensor mounting portion, the temperature sensor mounting portion, and the pressure sensor mounting portion on the bypass pipe are made of the same material as the bypass pipe.
【請求項18】 一酸化炭素センサ、温度センサ、およ
び、圧力センサはバイパス管に対し電気的に絶縁された
状態で取り付けられる請求項4に記載の燃料電池システ
ム。
18. The fuel cell system according to claim 4, wherein the carbon monoxide sensor, the temperature sensor, and the pressure sensor are attached to the bypass pipe while being electrically insulated.
【請求項19】 一酸化炭素センサ、温度センサ、圧力
センサ、および、バイパス管における被検出ガスが接す
る部分の表面は親水処理がなされている請求項4に記載
の燃料電池システム。
19. The fuel cell system according to claim 4, wherein the surfaces of portions of the carbon monoxide sensor, the temperature sensor, the pressure sensor, and the bypass pipe that are in contact with the gas to be detected are subjected to a hydrophilic treatment.
【請求項20】 親水処理として凹凸面を設けた請求項
19に記載の燃料電池システム。
20. The fuel cell system according to claim 19, wherein an uneven surface is provided as the hydrophilic treatment.
【請求項21】 親水処理として酸化チタン層を設けた
請求項19に記載の燃料電池システム。
21. The fuel cell system according to claim 19, wherein a titanium oxide layer is provided as the hydrophilic treatment.
【請求項22】 酸化チタン層はアナターゼ型結晶構造
を有する請求項21に記載の燃料電池システム。
22. The fuel cell system according to claim 21, wherein the titanium oxide layer has an anatase crystal structure.
【請求項23】 酸化チタン層の膜厚は0.1μm以上
1μm以下である請求項21に記載の燃料電池システ
ム。
23. The fuel cell system according to claim 21, wherein the thickness of the titanium oxide layer is 0.1 μm or more and 1 μm or less.
JP2001041331A 2001-02-02 2001-02-19 Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same Pending JP2002243697A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001041331A JP2002243697A (en) 2001-02-19 2001-02-19 Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same
EP02711293A EP1376116A1 (en) 2001-02-02 2002-02-04 Gas density detector and fuel cell system using the detector
PCT/JP2002/000877 WO2002063289A1 (en) 2001-02-02 2002-02-04 Gas density detector and fuel cell system using the detector
US10/363,443 US20040028967A1 (en) 2001-02-02 2002-02-04 Gas density detector and fuel cell system using the detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001041331A JP2002243697A (en) 2001-02-19 2001-02-19 Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002243697A true JP2002243697A (en) 2002-08-28

Family

ID=18903789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001041331A Pending JP2002243697A (en) 2001-02-02 2001-02-19 Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002243697A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006001750A (en) * 2004-06-15 2006-01-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen generator
JP5287864B2 (en) * 2009-04-28 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2014066559A (en) * 2012-09-25 2014-04-17 Ngk Spark Plug Co Ltd Sensor
JP2014218408A (en) * 2013-05-10 2014-11-20 パナソニック株式会社 Hydrogen generator and fuel cell system
JP2017098148A (en) * 2015-11-26 2017-06-01 株式会社豊田自動織機 Fuel cell system
CN109301289A (en) * 2018-11-20 2019-02-01 安徽明天氢能科技股份有限公司 A kind of test device of large area fuel battery inside temperature and pressure distribution

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006001750A (en) * 2004-06-15 2006-01-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen generator
JP5287864B2 (en) * 2009-04-28 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2014066559A (en) * 2012-09-25 2014-04-17 Ngk Spark Plug Co Ltd Sensor
JP2014218408A (en) * 2013-05-10 2014-11-20 パナソニック株式会社 Hydrogen generator and fuel cell system
JP2017098148A (en) * 2015-11-26 2017-06-01 株式会社豊田自動織機 Fuel cell system
CN109301289A (en) * 2018-11-20 2019-02-01 安徽明天氢能科技股份有限公司 A kind of test device of large area fuel battery inside temperature and pressure distribution
CN109301289B (en) * 2018-11-20 2023-08-22 安徽明天氢能科技股份有限公司 Testing device for internal temperature and pressure distribution of large-area fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3357300B2 (en) Method for monitoring CO concentration in a flow of hydrogen supply to a PEM fuel cell
Yousfi-Steiner et al. A review on PEM voltage degradation associated with water management: Impacts, influent factors and characterization
EP0990895B1 (en) Gas sensor with electrically conductive hydrophobic membranes
US7087326B2 (en) Moisture sensor and fuel cell system using same
JP4399801B2 (en) Liquid fuel direct supply fuel cell system, operation control method and operation control apparatus thereof
US10281420B2 (en) Gas-detecting apparatus including gas sensor and method of detecting hydrogen using gas sensor
US20060049048A1 (en) Gas sensor
Mu et al. A robust flexible electrochemical gas sensor using room temperature ionic liquid
US20040028967A1 (en) Gas density detector and fuel cell system using the detector
US10309916B2 (en) Gas-detecting apparatus including gas sensor and method of detecting hydrogen using gas sensor
US6527943B1 (en) Fuel cell concentration sensor
JP2001215214A (en) Hydrogen gas sensor
WO2001025777A1 (en) Carbon monoxide sensor
US6488836B1 (en) CO gas sensor and method of using same
JP3828578B2 (en) CO gas sensor and CO gas concentration measuring method
JP2002243697A (en) Carbon monoxide sensor and fuel cell system using the same
US20040013912A1 (en) Method and device for determining an alcohol concentration in the electrolyte of fuel cells
AU2004208761B2 (en) Method for the detection of carbon monoxide in a hydrogen-rich gas stream
US20230280322A1 (en) Hydrogen gas sensor and methods and systems using same to quantitate hydrogen gas and/or to assess hydrogen gas purity
Jordan et al. Humidity and temperature effects on the response to ethylene of an amperometric sensor utilizing a gold‐nafion electrode
JP4124536B2 (en) Hydrogen sensor
Xie et al. A Solid‐State Ozone Sensor Based on Solid Polymer Electrolyte
JP2004170147A (en) Carbon monoxide gas sensor element and carbon monoxide gas detector
JP2003028831A (en) Hydrogen gas concentration detector
JP2002228617A (en) Gas concentration detector