JP2004020332A

JP2004020332A - Calibration method for gas sensor

Info

Publication number: JP2004020332A
Application number: JP2002174625A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Machida; 町田　博; Tsutomu Eguchi; 江口　強; Takashi Sasaki; 佐々木　孝; Yasushi Kojima; 児島　泰
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: JP3839360B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable easy calibration for a gas sensor. <P>SOLUTION: A controller 2 is connected to a hydrogen sensor 15 attached to one branch pipe 14a of an outlet pipe 14 in an oxygen electrode side, and a downstream cutoff valve 15b and an upstream cutoff valve 15a, whether a detected value output from the hydrogen sensor 15 is stabilized in a proper stable value or not is determined after the downstream cutoff valve 15b and the upstream cutoff valve 15a are set in a closed condition in an operation of a fuel cell 10 or the like, and the stabilized value is set as a detection reference value for the hydrogen sensor 15 when the stabilization is determined. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの較正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極とで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、燃料極に燃料として水素が供給され、酸素極に酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池において、従来、例えば特開平６−２２３８５０号公報に開示された燃料電池の保護装置のように、燃料電池の酸素極側の排出系に水素センサを備え、この水素センサによって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている。
また、水素センサとしては、例えば白金等の触媒からなるガス検出素子と温度補償素子とを一対備え、水素が白金等の触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によってガス検出素子が相対的に高温の状態になったときに、例えば雰囲気温度下等の相対的に低温の状態の温度補償素子との間に生じる電気抵抗の差異に応じて、水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式の水素センサが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような燃料電池の保護装置においては、水素センサの検出基準値、いわゆるゼロ点がずれる場合があり、水素センサから出力される検出値に対して適宜のタイミングで較正を行う必要が生じる。ここで、例えば上述した燃料電池の保護装置を燃料電池車両等の車両に搭載した場合には、この車載状態において、さらには車両の走行時等における燃料電池の運転状態において、水素センサの較正を行うことが望まれる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、容易に較正を行うことが可能なガスセンサの較正方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のガスセンサの較正方法は、検査対象ガス（例えば、実施の形態での酸素極側のオフガス）が流通する検査対象ガス流路（例えば、実施の形態での酸素極側の出口側配管１４）に設けられ、前記検査対象ガスが導入されるガス検出室（例えば、実施の形態でのガス検出室２４）を具備し、前記検査対象ガスに含まれる被検出ガス（例えば、実施の形態での水素ガス）を検出するガスセンサ（例えば、実施の形態での水素センサ１５）の較正方法であって、前記ガス検出室への前記検査対象ガスの導入を遮断し（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）、前記遮断以後に前記ガス検出室内の前記被検出ガスを化学反応により消費させ（例えば、実施の形態ではステップＳ０１が兼ねる）、前記消費以後に前記ガスセンサの出力が安定したか否かを判定し（例えば、実施の形態でのステップＳ０３）、前記ガスセンサの出力が適宜の安定値に安定したと判定されたときに前記安定値を前記ガスセンサの検出基準値として設定する（例えば、実施の形態でのステップＳ０５）ことを特徴としている。
【０００６】
上記のガスセンサの較正方法によれば、遮断以後にガス検出室内の被検出ガスを消費することにより、ガスセンサにより検出される被検出ガスの濃度に関する出力が低下傾向に変化する。そして、被検出ガスの消費が終了すると、ガスセンサの出力は適宜の安定値に安定する。ここで、この安定値をガスセンサの検出基準値、いわゆるゼロ点として設定する。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサの較正方法では、前記ガスセンサは、前記ガス検出室内に検出素子（例えば、実施の形態での検出素子２９）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子３０）を備え、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の抵抗値と前記補償素子の抵抗値との差に基づいてガス濃度を検出する接触燃焼式のガスセンサであって、前記触媒に前記被検出ガスを接触させ、燃焼させることで、前記被検出ガスを消費させることを特徴としている。
【０００８】
上記のガスセンサの較正方法によれば、遮断以後に被検出ガスがガス検出室内の検出素子の触媒に接触すると、被検出ガスは燃焼し、検出素子の温度を上昇させる。そして、例えばガス検出室内の被検出ガスがガスセンサの検出限界を超えて低減する等によって、被検出ガスの燃焼が停止するとガスセンサにより検出される被検出ガスの濃度に関する出力は適宜の安定値に安定する。ここで、この安定値をガスセンサの検出基準値、いわゆるゼロ点として設定する。
【０００９】
また、請求項３に記載の本発明のガスセンサの較正方法は、検査対象ガス（例えば、実施の形態での酸素極側のオフガス）が流通する検査対象ガス流路（例えば、実施の形態での酸素極側の出口側配管１４）に設けられ、前記検査対象ガスが導入されるガス検出室（例えば、実施の形態でのガス検出室２４）を具備し、前記検査対象ガスに含まれる被検出ガス（例えば、実施の形態での水素ガス）を検出するガスセンサ（例えば、実施の形態での水素センサ１５）の較正方法であって、前記ガス検出室への前記検査対象ガスの導入を遮断し（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）、前記遮断以後に前記ガス検出室内の前記被検出ガスを他のガスで置換し（例えば、実施の形態ではステップＳ０１が兼ねる）、前記置換以後に前記ガスセンサの出力が安定したか否かを判定し（例えば、実施の形態でのステップＳ０３）、前記ガスセンサの出力が適宜の安定値に安定したと判定されたときに前記安定値を前記ガスセンサの検出基準値として設定する（例えば、実施の形態でのステップＳ０５）ことを特徴としている。
【００１０】
上記のガスセンサの較正方法によれば、遮断以後にガス検出室内の被検出ガスを他のガスによって置換することにより、ガスセンサにより検出される被検出ガスの濃度に関する出力が低下傾向に変化する。そして、被検出ガスの置換が終了すると、ガスセンサの出力は適宜の安定値に安定する。ここで、この安定値をガスセンサの検出基準値、いわゆるゼロ点として設定する。また、この場合、置換する他のガスを、例えばガスセンサが配置される位置での雰囲気と同等のガス等に設定し、判定時においても被検出ガスの置換実行を継続することにより、この雰囲気に対して、新たに混入する被検出ガスの寄与を検知するための検出基準値を設定することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明のガスセンサの較正方法は、反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、後述する実施の形態での燃料電池１０）の前記酸素極から排出されるオフガスを流通させるカソードオフガス流通管（例えば、実施の形態での酸素極側の出口側配管１４）に設けられ、前記オフガスが導入されるガス検出室（例えば、実施の形態でのガス検出室２４）を具備し、前記オフガスに含まれる水素を検出する検出素子（例えば、実施の形態での検出素子２９）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子３０）とを前記ガス検出室内に備える接触燃焼式のガスセンサの較正方法であって、前記ガス検出室への前記オフガスの導入を遮断し（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）、前記遮断以後に前記検出素子に具備される触媒に前記水素を接触させ、燃焼させることで前記水素を消費させ（例えば、実施の形態ではステップＳ０１が兼ねる）、前記消費以後に前記ガスセンサの出力が安定したか否かを判定し（例えば、実施の形態でのステップＳ０３）、前記ガスセンサの出力が適宜の安定値に安定したと判定されたときに前記安定値を前記ガスセンサの検出基準値として設定する（例えば、実施の形態でのステップＳ０５）ことを特徴としている。
【００１２】
上記のガスセンサの較正方法によれば、遮断以後にガス検出室内の水素を燃焼させることにより、ガスセンサにより検出される水素の濃度に関する出力が低下傾向に変化する。そして、水素の燃焼が終了すると、ガスセンサの出力は適宜の安定値に安定する。ここで、この安定値をガスセンサの検出基準値、いわゆるゼロ点として設定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの較正方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係るガスセンサの較正装置（以下、単に、較正装置と呼ぶ）１は、例えば燃料電池システムに具備されており、制御装置２と、記憶装置３と、燃料電池１０と、燃料電池１０に接続された各配管１１，…，１４のうち、酸素極側の出口側配管１４の一方の分岐配管１４ａに設けられた水素センサ１５と、一方の分岐配管１４ａにて水素センサ１５近傍に設けられた上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂとを備えて構成されている。
【００１４】
燃料電池１０は、例えば電気自動車等の動力源として車両に搭載されており、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されている。
燃料極に入口側配管１１から供給された水素などの燃料ガスは、触媒電極上で水素がイオン化され、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動する、その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が入口側配管１２を介して供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、燃料極側、酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。
【００１５】
ここで、酸素極側の出口側配管１４には２つの分岐配管１４ａ，１４ｂに分岐される分岐部が設けられ、一方の分岐配管１４ａには、その鉛直方向上側にガス接触燃焼式の水素センサ１５が取り付けられ、この水素センサ１５により酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを確認できるようになっている。
さらに、一方の分岐配管１４ａにおいて、水素センサ１５の上流側および下流側には、制御装置２の制御によりオフガスの流入を遮断可能な上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂが設けられており、各遮断弁１５ａ，１５ｂが開状態のときは、２つの分岐配管１４ａ，１４ｂ内をオフガスが流通し、各遮断弁１５ａ，１５ｂが閉状態のときは、他方の分岐配管１４ｂ内のみをオフガスが流通するようになっている。
【００１６】
例えば図２に示すように、水素センサ１５は出口側配管１４の長手方向に沿って長い直方形状のケース１９を備えている。ケース１９は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部２０を備えている。フランジ部２０にはカラー１７を取り付けてあり、例えば図３に示すように、このカラー１７内にボルト２１を挿入して、前記出口側配管１４の取付座１６に締め付け固定されるようになっている。
【００１７】
例えば図３に示すように、ケース１９の下面には、出口側配管１４の貫通孔に外側から挿通される筒状部２２が形成されている。ケース１９内には図示しない回路基板が設けられ、この回路基板に後述する検出素子２９と温度補償素子３０が接続されている。筒状部２２の内部はガス検出室２４として形成され、筒状部２２の端部がガス導入部２５として開口形成されている。
【００１８】
また、筒状部２２の外周面にはシール材２６が取り付けられ、出口側配管１４の貫通孔の内周壁に密接して気密性を確保している。そして、この筒状部２２の内部に検出素子２９と温度補償素子３０とが装着されている。
検出素子２９と温度補償素子３０は回路基板に接続されガス検出室２４内で同一高さで所定間隔を隔てて一対設けられたものである。
検出素子２９は周知の素子であって、例えば図４に示すように、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイル２９ａの表面を、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒２９ｂを坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
温度補償素子３０は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子２９と同等のコイル３０ａを備えて構成されている。
そして、被検出ガスである水素が検出素子２９の触媒２９ｂに接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子２９と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず雰囲気温度下の温度補償素子３０との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素濃度を検出することができるようになっている。
【００１９】
例えば図４に示すように、検出素子２９（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子３０（抵抗値Ｒ３）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗４１（抵抗値Ｒ１）及び固定抵抗４２（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺とが、電源４３に対して並列に接続されてなるブリッジ回路において、検出素子２９と温度補償素子３０同志の接続点ＰＳと、固定抵抗４１，４２同志の接続点ＰＲとの間に電圧計４４が接続されている。
ここで、被検出ガスである水素が存在しないときにはブリッジ回路はバランスしてＲ１×Ｒ４＝Ｒ２×Ｒ３の状態にあり、電圧計４４の出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子２９の触媒２９ｂにおいて水素が燃焼し、コイル２９ａの温度が上昇し、抵抗値Ｒ４が増大する。これに対して温度補償素子３０においては水素は燃焼せず、抵抗値Ｒ３は変化しない。これにより、ブリッジ回路の平衡が破れて電圧計４４に、水素濃度の増大変化に応じて増大傾向に変化する適宜の電圧が印加される。この電圧計４４から出力される電圧の検出値は、例えば後述する制御装置２へ入力され、この電圧の検出値の変化に応じて予め設定された水素濃度のマップ等に基づいて、水素濃度が算出される。
【００２０】
また、例えば図２に示すように、上記ガス検出室２４内には検出素子２９と温度補償素子３０との間に、両者を遮るようにして被検出ガスの流入方向に沿って立てられた状態で矩形板状のヒータ２７が配置されている。このヒータ２７はガス検出室２４内を加熱するもので、放熱面２７Ｃを検出素子２９と温度補償素子３０とに指向した状態で配置されている。つまりヒータ２７は各面が放熱面２７Ｃとして構成されている。このヒータ２７により流入する被検出ガスが検出素子２９と温度補償素子３０とに振り分けられるようにして均等に分配される。
また、ガス検出室２４にはガス検出室２４内の温度を検出する温度センサ２８が取り付けられている。
【００２１】
制御装置２は、酸素極側の出口側配管１４の一方の分岐配管１４ａに取り付けられた水素センサ１５と、上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂとに接続され、後述するように、燃料電池１０の作動時等に上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂを閉状態に設定した後に、水素センサ１５から出力される検出値が適宜の安定値に安定したか否かを判定し、安定したと判定した際には、この安定値を水素センサ１５の検出基準値、いわゆるゼロ点として設定する。また、この検出基準値の誤差等に基づき、例えばこれ以後において水素センサ１５の出力値から誤差分を差し引くことで、水素センサ１５の出力値を補正し、較正する。
【００２２】
本実施の形態によるガスセンサの較正装置１は上記構成を備えており、次に、このガスセンサの較正装置１の動作について添付図面を参照しながら説明する。先ず、図５に示すステップＳ０１においては、燃料電池１０の作動時において、酸素極側の出口側配管１４の一方の分岐配管１４ａに取り付けられた上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂを閉状態に設定し、燃料電池１０の酸素極側から排出されるオフガスの水素センサ１５への流入を遮断し、オフガスが他方の分岐配管１４ｂ内のみを流通するように設定する。これにより、各遮断弁１５ａ，１５ｂにより密閉された一方の分岐配管１４ａ内の水素センサ１５に対しては、この密閉空間内に含まれる被検出ガス（例えば、水素等）のみが検出可能となり、検出素子２９での接触燃焼反応によって被検出ガスが徐々に消費される。
次に、ステップＳ０２においては、タイマの計数を開始する。
そして、ステップＳ０３においては、例えば密閉空間内に含まれる被検出ガスが所定量以下に低減し、検出素子２９での接触燃焼反応が停止する等によって、水素センサ１５の検出値が安定したか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０５に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
【００２３】
そして、ステップＳ０４においては、タイマの計数値であるタイマ値が所定時間を超えたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
そして、ステップＳ０５においては、安定した検出値を水素センサ１５の検出基準値、いわゆるゼロ点として設定し、一連の処理を終了する。
ここで、ステップＳ０３においては、例えば図６に示すように、上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂを閉状態に設定した時刻ｔ１以降において、水素センサ１５の検出値（例えば、電圧の検出値）が検出値Ｐ１から徐々に低下し、適宜の安定値Ｐ２に到達した時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）から、この安定値Ｐ２の出力が継続され、所定の時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ２）に到達した時点で、水素センサ１５の検出値が安定したと判定する。
また、ステップＳ０４においては、例えば図６に示すように、上流側遮断弁１５ａおよび下流側遮断弁１５ｂを閉状態に設定した時刻ｔ１から所定時間＃ｔだけ経過した時刻ｔ３において、水素センサ１５の検出値が安定したと判定する。
【００２４】
上述したように、本実施の形態によるガスセンサの較正方法によれば、例えば車両走行時等の燃料電池１０の作動時における適宜のタイミングで、燃料電池１０の作動を停止すること無しに、容易に水素センサ１５の較正を行うことができる。しかも、例えば各遮断弁１５ａ，１５ｂにより密閉された密閉空間内に含まれる被検出ガスが検出素子２９での接触燃焼反応により消費され尽くすことで水素センサ１５の検出値が安定した場合には、例えばオフガスの組成等にかかわらず、水素センサ１５の絶対的な検出基準値を検知することができる。
また、この検出基準値の誤差等に基づき、例えばこれ以後において水素センサ１５の出力値から誤差分を差し引く等によって、水素センサ１５の出力値を補正する。
【００２５】
なお、上述した本実施の形態においては、単一の水素センサ１５に対して較正を行うとしたが、これに限定されず、複数の水素センサ１５，…，１５を備え、これらの適宜の組み合わせに対して較正を行うように設定してもよい。例えば、本実施の形態においては、一方の分岐配管１４ａに各遮断弁１５ａ，１５ｂ及び水素センサ１５を備えるとしたが、例えば図７に示す本実施形態の第１変形例のように、各分岐配管１４ａ，１４ｂに各遮断弁１５ａ，１５ｂ及び水素センサ１５を備え、例えば一方の分岐配管１４ａの水素センサ１５に対して較正を行う際には、他方の分岐配管１４ｂの水素センサ１５によってオフガスの測定を行い、逆に、他方の分岐配管１４ｂの水素センサ１５に対して較正を行う際には、一方の分岐配管１４ａの水素センサ１５によってオフガスの測定を行う。これにより、オフガスに対する測定を中断すること無しに、複数の水素センサ１５，…，１５の較正を行うことができる。
【００２６】
なお、上述した本実施の形態においては、酸素極側の出口側配管１４を２つの分岐配管１４ａ，１４ｂに分岐するとしたが、これに限定されず、例えば図８に示す本実施形態の第２変形例のように、出口側配管１４内にて、水素センサ１５の筒状部２２の開口部を閉塞し、ガス検出室２４内を密閉可能な蓋部材３１を備えてもよい。例えば、蓋部材３１は出口側配管１４の内壁面に接続された一方の端部３１ａを支点として、制御装置２の制御により他方の端部３１ｂを回転可能であり、筒状部２２の開口端部２２ａに装着された環状のシール材３２に蓋部材３１の内面３１Ａが密接することによって、ガス検出室２４内を密閉可能とされている。
すなわち、水素センサ１５の較正時には、先ず、蓋部材３１によってガス検出室２４内を密閉し、検出素子２９での接触燃焼反応によってガス検出室２４内の被検出ガスを徐々に消費し、水素センサ１５の検出値が安定したときに安定した検出値を水素センサ１５の検出基準値、いわゆるゼロ点として設定する。
また、回転によってガス検出室２４内を密閉可能な蓋部材３１に限らず、例えば例えば図９に示す本実施形態の第３変形例のように、制御装置２の制御により筒状部２２の開口部を閉塞可能な開閉弁３６を設けてもよい。
【００２７】
なお、ここで、蓋部材３１の内面３１Ａ上や開閉弁３６の内面３６Ａ上に検出素子２９と同等の触媒を坦持することによって、蓋部材３１によるガス検出室２４内の密閉時に、ガス検出室２４内の被検出ガスの消費速度を高めることができ、水素センサ１５の検出値が安定するまでに要する時間を短縮することができる。しかも、この場合、出口側配管１４の内壁面に接続される蓋部材３１の一方の端部３１ａを水素センサ１５の下流側に配置し、オフガスの測定時には、蓋部材３１の一方の端部３１ａを支点として他方の端部３１ｂを回転させ、一方の端部３１ａよりも下流側に他方の端部３１ｂを配置する、或いは、開閉弁３６を水素センサ１５の下流側に向かいスライド可能に設定し、オフガスの測定時には、開閉弁３６を水素センサ１５よりも下流側に配置することによって、水素センサ１５のガス検出室２４内に流入するオフガスが、この流入以前において蓋部材３１の内面３１Ａ上や開閉弁３６の内面３６Ａ上に坦持された各触媒に接触することを防止することができる。
【００２８】
また、上述した本実施形態及び本実施形態の第１から第３変形例において、水素センサ１５の較正を行う際には、単に、ガス検出室２４内にオフガスが流入することを遮断するとしたが、これに加えて、ガス検出室２４内を例えば不活性ガス等の適宜のガスによって置換する置換装置（図示略）を設けてもよい。この場合には、例えば置換装置による置換が終了した時点で水素センサ１５の検出値が適宜の安定値に安定する。これにより、水素センサ１５の検出値が安定するまでに要する時間を、より一層、短縮することができる。
また、ここで、置換するガスを、例えばオフガスから水素ガスのみを排除して得たガスと同等のガスに設定し、置換装置の作動を継続すると、たとえオフガス中に一酸化炭素等のように水素センサ１５から検知信号を誤出力させるガスが含まれている場合であっても、この置換するガスに新たに混入する水素ガスの寄与のみを検知するための検出基準値を設定することができ、オフガス中に含まれる水素ガスの絶対量の検出が容易となる。
また、本実施形態においては、接触燃焼式の水素センサ１５の触媒において、接触燃焼反応によって被検出ガスを消費するとしたが、ガスセンサの形態は接触燃焼式に限定されず、例えば固体高分子膜型のガスセンサ等のように、被検出ガスと酸化剤との電気化学反応等により被検出ガスを消費させてもよい。
【００２９】
また、上述した本実施形態及び本実施形態の第１から第３変形例においては、設定した検出基準値の履歴に基づき、水素センサ１５の感度低下等の劣化状態を判定することができる。例えば、前回の処理にて設定した検出基準値に対して、今回の処理における検出基準値が所定範囲を超えて低下した場合には、水素センサ１５は劣化していると判定し、警報装置（図示略）等によって水素センサ１５の交換を促す警報等を出力してもよい。
【００３０】
また、上述した本実施の形態においては、水素センサ１５から出力される電圧の検出値が安定した場合に、安定した検出値を水素センサ１５の検出基準値、いわゆるゼロ点として設定するとしたが、これに限定されず、例えば水素センサ１５から出力される電圧の検出値に基づいて算出した水素濃度値が安定したか否かを判定し、安定した水素濃度値を水素センサ１５により検出される水素濃度に対する検出基準値、いわゆるゼロ点として設定してもよい。
【００３１】
また、上述した本実施の形態において、各水素センサ１５ａ，１５ｂは、各素子２９，３０及び固定抵抗４１，４２からなるブリッジ回路における所定接点間の電圧の検出値を出力するとしたが、これに限定されず、少なくとも検出素子２９を備えるその他の回路にて検出した電圧や電流の検出値を出力してもよい。すなわち、検出素子２９の抵抗値Ｒ４に関連した状態量を検出し、出力することにより、ガス検出室２４内での水素濃度の低下に応じて抵抗値Ｒ４が減少し、適宜の値に安定することを検出できるものであればよい。
例えば、検出素子２９と、水素濃度の変化によって抵抗値が変化することのない適宜の素子とが並列に接続されてなる並列回路に定電流バイアス回路等によって所定の電流を供給する状態で、検出素子２９に通電される電流を検出する場合には、ガス検出室２４内での水素濃度が低下すると、この並列回路において検出素子２９に通電される電流が相対的に増大するため、この電流の検出値は適宜の上限値にて安定する。この場合には、この上限値を水素濃度に対する検出基準値として設定すればよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明のガスセンサの較正方法によれば、遮断ステップの実行以後に被検出ガス消費ステップを実行することにより、、容易にガスセンサの較正を行うことができる。
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサの較正方法によれば、遮断ステップの実行以後に被検出ガス消費ステップを実行することにより、容易にガスセンサの較正を行うことができる。
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサの較正方法によれば、遮断ステップの実行以後に被検出ガス置換ステップを実行することにより、容易に水素センサの較正を行うことができる。しかも、置換する他のガスを適宜に設定することにより、ガスセンサの使用状態やガスセンサが備えられるシステムの状態等に応じた適切な検出基準値を設定することができる。
さらに、請求項４に記載の本発明のガスセンサの較正方法によれば、燃料電池のカソードオフガス流通管に設けられ、オフガス中の水素を検出するガスセンサの較正を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサの較正装置の構成図である。
【図２】図１に示す水素センサの平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図４】検出素子および温度補償素子が接続されてなるブリッジ回路を示す図である。
【図５】図１に示すガスセンサの較正装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】水素センサから出力される検出値の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図７】本実施形態の第１変形例に係るガスセンサの較正装置の構成図である。
【図８】本実施形態の第２変形例に係るガスセンサの較正装置の構成図である。
【図９】本実施形態の第３変形例に係るガスセンサの較正装置の構成図である。
【符号の説明】
１　ガスセンサの較正装置
１０　燃料電池
１４　酸素極側の出口側配管（検査対象ガス流路）
１４ａ，１４ｂ　分岐配管
１５　水素センサ（ガスセンサ）
１５ａ　上流側遮断弁
１５ｂ　下流側遮断弁
２４　ガス検出室
２９　検出素子
３０　温度補償素子（補償素子）
３１　蓋部材
３６　開閉弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor calibration method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a polymer electrolyte membrane fuel cell has a stack (hereinafter, referred to as a stack) formed by stacking a plurality of cells with respect to a cell formed by sandwiching a polymer electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxygen electrode from both sides. A fuel cell), hydrogen is supplied to the fuel electrode as fuel, air is supplied to the oxygen electrode as an oxidant, and hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the fuel electrode form a solid polymer electrolyte membrane. It passes through to the oxygen electrode and generates an electrochemical reaction with oxygen at the oxygen electrode.
[0003]
In a fuel cell such as such a polymer electrolyte membrane fuel cell, conventionally, for example, as in a fuel cell protection device disclosed in JP-A-6-223850, hydrogen is supplied to a discharge system on the oxygen electrode side of the fuel cell. There is known a protective device that includes a sensor and shuts off fuel supply when the hydrogen sensor detects that hydrogen on the fuel electrode side leaks to the oxygen electrode side through the solid polymer electrolyte membrane.
Further, the hydrogen sensor includes, for example, a pair of a gas detecting element made of a catalyst such as platinum and a temperature compensating element, and the gas detecting element is relatively heated by heat generated by combustion when hydrogen comes into contact with the catalyst such as platinum. When a high temperature state is reached, for example, a gas contact combustion type of detecting the concentration of hydrogen gas in accordance with the difference in electrical resistance between the temperature compensation element and a temperature compensation element in a relatively low temperature state such as under an ambient temperature. Hydrogen sensors are known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the fuel cell protection device as described above, the detection reference value of the hydrogen sensor, so-called zero point, may be shifted, and it is necessary to calibrate the detection value output from the hydrogen sensor at an appropriate timing. Occurs. Here, for example, when the above-described fuel cell protection device is mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle, calibration of the hydrogen sensor is performed in this vehicle-mounted state, and further in the fuel cell operation state when the vehicle is running. It is desired to do.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas sensor calibration method capable of easily performing calibration.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the above object, a gas sensor calibration method according to the present invention described in claim 1 is an inspection method in which a gas to be inspected (for example, an off-gas on the oxygen electrode side in the embodiment) flows. A gas detection chamber (for example, the gas detection chamber 24 in the embodiment) provided in the target gas flow path (for example, the outlet pipe 14 on the oxygen electrode side in the embodiment) and into which the inspection target gas is introduced is provided. A method for calibrating a gas sensor (for example, hydrogen sensor 15 in the embodiment) for detecting a gas to be detected (for example, hydrogen gas in the embodiment) included in the gas to be inspected, wherein the gas detection The introduction of the gas to be inspected into the chamber is shut off (for example, step S01 in the embodiment), and the gas to be detected in the gas detection chamber is consumed by a chemical reaction after the shutoff (for example, in the embodiment). Steps 01), it is determined whether or not the output of the gas sensor has stabilized after the consumption (for example, step S03 in the embodiment), and it has been determined that the output of the gas sensor has stabilized to an appropriate stable value. Sometimes, the stable value is set as a detection reference value of the gas sensor (for example, step S05 in the embodiment).
[0006]
According to the above-described gas sensor calibration method, an output relating to the concentration of the gas to be detected detected by the gas sensor changes in a downward trend by consuming the gas to be detected in the gas detection chamber after the shutoff. When the consumption of the gas to be detected ends, the output of the gas sensor stabilizes to an appropriate stable value. Here, this stable value is set as a detection reference value of the gas sensor, that is, a so-called zero point.
[0007]
Furthermore, in the gas sensor calibration method of the present invention described in claim 2, the gas sensor includes a detection element (for example, the detection element 29 in the embodiment) and a compensation element (for example, in the embodiment) in the gas detection chamber. Temperature compensating element 30), and the gas concentration is determined based on the difference between the resistance value of the detecting element and the resistance value of the compensating element generated according to the combustion of the gas to be detected coming into contact with the catalyst of the detecting element. A contact combustion type gas sensor for detecting, wherein the detected gas is consumed by bringing the detected gas into contact with the catalyst and burning it.
[0008]
According to the above-described gas sensor calibration method, when the gas to be detected comes into contact with the catalyst of the detection element in the gas detection chamber after the shutoff, the gas to be detected burns and the temperature of the detection element increases. Then, when the combustion of the gas to be detected is stopped, for example, by reducing the gas to be detected in the gas detection chamber beyond the detection limit of the gas sensor, the output relating to the concentration of the gas to be detected detected by the gas sensor is stabilized at an appropriate stable value. I do. Here, this stable value is set as a detection reference value of the gas sensor, that is, a so-called zero point.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a gas sensor calibration method according to the present invention, wherein the gas to be inspected (for example, the off-gas on the oxygen electrode side in the embodiment) flows through the gas path to be inspected (for example, the A gas detection chamber (for example, the gas detection chamber 24 in the embodiment) provided at the outlet pipe 14) on the oxygen electrode side and into which the gas to be inspected is introduced, and the detection target gas included in the gas to be inspected is provided. A calibration method for a gas sensor (for example, the hydrogen sensor 15 in the embodiment) for detecting a gas (for example, a hydrogen gas in the embodiment), comprising shutting off introduction of the gas to be inspected into the gas detection chamber. (For example, step S01 in the embodiment), after the shutoff, the gas to be detected in the gas detection chamber is replaced with another gas (for example, step S01 also serves in the embodiment), and the gas is replaced after the replacement. Gassen It is determined whether or not the output of the gas sensor has stabilized (for example, step S03 in the embodiment). When it is determined that the output of the gas sensor has stabilized to an appropriate stable value, the stable value is determined by the detection reference of the gas sensor. It is characterized in that it is set as a value (for example, step S05 in the embodiment).
[0010]
According to the above-described gas sensor calibration method, by replacing the gas to be detected in the gas detection chamber with another gas after the shutoff, the output relating to the concentration of the gas to be detected detected by the gas sensor changes in a downward trend. When the replacement of the gas to be detected is completed, the output of the gas sensor is stabilized at an appropriate stable value. Here, this stable value is set as a detection reference value of the gas sensor, that is, a so-called zero point. In this case, the other gas to be replaced is set to, for example, a gas equivalent to the atmosphere at the position where the gas sensor is arranged, and the replacement of the detected gas is continued even at the time of the determination, so that the atmosphere is changed to this atmosphere. On the other hand, it is possible to set a detection reference value for detecting the contribution of the newly mixed gas to be detected.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for calibrating a gas sensor, comprising supplying hydrogen as a reaction gas to a fuel electrode, supplying oxygen to an oxygen electrode, and generating power by an electrochemical reaction (for example, a fuel cell described later). The cathode gas is provided in a cathode off-gas distribution pipe (for example, the outlet-side pipe 14 on the oxygen electrode side in the embodiment) through which the off-gas discharged from the oxygen electrode of the fuel cell 10) in the embodiment, and the off-gas is introduced. A gas detection chamber (for example, the gas detection chamber 24 in the embodiment), and a detection element (for example, the detection element 29 in the embodiment) for detecting hydrogen contained in the off-gas and a compensation element (for example, , A temperature compensation element 30 in the embodiment) in the gas detection chamber, wherein the introduction of the off-gas into the gas detection chamber is interrupted (for example, Step S01 in the embodiment), after the shut-off, the hydrogen is consumed by contacting and burning the catalyst provided in the detecting element (for example, step S01 also serves as the embodiment). It is determined whether or not the output of the gas sensor has stabilized after the consumption (for example, step S03 in the embodiment). When it is determined that the output of the gas sensor has stabilized to an appropriate stable value, the stable value is determined. Is set as a detection reference value of the gas sensor (for example, step S05 in the embodiment).
[0012]
According to the above gas sensor calibration method, by burning the hydrogen in the gas detection chamber after the shutoff, the output related to the concentration of hydrogen detected by the gas sensor changes in a downward trend. When the combustion of hydrogen ends, the output of the gas sensor stabilizes at an appropriate stable value. Here, this stable value is set as a detection reference value of the gas sensor, that is, a so-called zero point.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a gas sensor calibration method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
A gas sensor calibrating device (hereinafter, simply referred to as a calibrating device) 1 according to the present embodiment is provided in, for example, a fuel cell system, and includes a control device 2, a storage device 3, a fuel cell 10, a fuel cell 10, , 14 connected to a hydrogen sensor 15 provided on one branch pipe 14a of the outlet side pipe 14 on the oxygen electrode side, and a hydrogen sensor 15 provided near the hydrogen sensor 15 on one branch pipe 14a. And an upstream shutoff valve 15a and a downstream shutoff valve 15b.
[0014]
The fuel cell 10 is mounted on a vehicle as a power source of, for example, an electric vehicle, and further includes, for example, an electrolyte electrode structure in which a solid polymer electrolyte membrane such as a solid polymer ion exchange membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode. It is constituted by laminating many sets of fuel cells (not shown) sandwiched between a pair of separators.
The fuel gas such as hydrogen supplied from the inlet pipe 11 to the fuel electrode is generated while the hydrogen is ionized on the catalyst electrode and moves to the oxygen electrode via the moderately humidified solid polymer electrolyte membrane. The collected electrons are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidizing gas such as oxygen or air is supplied to the oxygen electrode through the inlet pipe 12, for example, hydrogen ions, electrons, and oxygen react at the oxygen electrode to generate water. . Then, the reacted so-called off-gas is discharged out of the system from the outlet pipes 13 and 14 on both the fuel electrode side and the oxygen electrode side.
[0015]
Here, the outlet side pipe 14 on the oxygen electrode side is provided with a branch portion branched into two branch pipes 14a and 14b, and one of the branch pipes 14a is provided with a gas contact combustion type hydrogen sensor on the upper side in the vertical direction. The hydrogen sensor 15 can confirm that hydrogen gas is not discharged from the outlet pipe 14 on the oxygen electrode side.
Further, in one branch pipe 14a, an upstream shutoff valve 15a and a downstream shutoff valve 15b capable of shutting off the inflow of off gas under the control of the control device 2 are provided upstream and downstream of the hydrogen sensor 15. When each of the shut-off valves 15a and 15b is open, off-gas flows through the two branch pipes 14a and 14b. When each of the shut-off valves 15a and 15b is closed, only off-gas flows through the other branch pipe 14b. Are now being distributed.
[0016]
For example, as shown in FIG. 2, the hydrogen sensor 15 includes a rectangular case 19 that is long along the longitudinal direction of the outlet pipe 14. The case 19 is made of, for example, polyphenylene sulfide, and has flange portions 20 at both ends in the longitudinal direction. A collar 17 is attached to the flange portion 20. For example, as shown in FIG. 3, a bolt 21 is inserted into the collar 17 and fastened and fixed to a mounting seat 16 of the outlet side pipe 14. I have.
[0017]
For example, as shown in FIG. 3, a cylindrical portion 22 is formed on the lower surface of the case 19 and is inserted into the through hole of the outlet pipe 14 from the outside. A circuit board (not shown) is provided in the case 19, and a detection element 29 and a temperature compensation element 30, which will be described later, are connected to the circuit board. The inside of the tubular portion 22 is formed as a gas detection chamber 24, and an end of the tubular portion 22 is formed as an opening as a gas introduction portion 25.
[0018]
A seal member 26 is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 22, and tightly contacts the inner peripheral wall of the through hole of the outlet pipe 14 to ensure airtightness. The detection element 29 and the temperature compensation element 30 are mounted inside the cylindrical portion 22.
The detecting element 29 and the temperature compensating element 30 are connected to a circuit board, and are provided in a pair at the same height and at predetermined intervals in the gas detecting chamber 24.
The detection element 29 is a well-known element. As shown in FIG. 4, for example, as shown in FIG. It is formed by being covered with a carrier such as alumina carrying a catalyst 29b made of a noble metal or the like.
The temperature compensating element 30 is made inactive with respect to the gas to be detected, and includes, for example, a coil 30a equivalent to the detecting element 29.
Then, the temperature of the detection element 29, which is high due to the heat generated by the combustion reaction generated when hydrogen as the gas to be detected comes into contact with the catalyst 29b of the detection element 29, and the temperature under the ambient temperature where the combustion reaction by the gas to be detected does not occur. Utilizing the fact that a difference in electric resistance value occurs with the compensating element 30, the change in electric resistance value due to the ambient temperature can be offset to detect the hydrogen concentration.
[0019]
For example, as shown in FIG. 4, a branch formed by connecting the detecting element 29 (resistance value R4) and the temperature compensating element 30 (resistance value R3) in series, a fixed resistor 41 (resistance value R1), and a fixed resistor 42 (resistance value). In a bridge circuit in which the branch connected in series with the value R2) is connected in parallel to the power supply 43, a connection point PS between the detecting element 29 and the temperature compensating element 30 and a fixed resistor 41 and 42 are connected. A voltmeter 44 is connected to the connection point PR.
Here, when there is no hydrogen as the gas to be detected, the bridge circuit is balanced and in a state of R1 × R4 = R2 × R3, and the output of the voltmeter 44 becomes zero. On the other hand, when hydrogen is present, the hydrogen burns in the catalyst 29b of the detection element 29, the temperature of the coil 29a increases, and the resistance value R4 increases. On the other hand, in the temperature compensation element 30, hydrogen does not burn and the resistance value R3 does not change. As a result, the balance of the bridge circuit is broken, and an appropriate voltage is applied to the voltmeter 44, which changes in a tendency to increase in accordance with an increase in the hydrogen concentration. The detected value of the voltage output from the voltmeter 44 is input to, for example, the control device 2 described later, and the hydrogen concentration is determined based on a map of the hydrogen concentration set in advance in accordance with the change in the detected value of the voltage. Is calculated.
[0020]
Further, as shown in FIG. 2, for example, a state is set in the gas detection chamber 24 between the detecting element 29 and the temperature compensating element 30 so as to block both of them and along the flowing direction of the gas to be detected. , A rectangular plate-shaped heater 27 is arranged. The heater 27 heats the inside of the gas detection chamber 24, and is disposed with the heat radiation surface 27 </ b> C directed toward the detection element 29 and the temperature compensation element 30. That is, each surface of the heater 27 is configured as a heat radiation surface 27C. The gas to be detected flowing in by the heater 27 is distributed equally to the detection element 29 and the temperature compensation element 30.
Further, a temperature sensor 28 for detecting the temperature inside the gas detection chamber 24 is attached to the gas detection chamber 24.
[0021]
The control device 2 is connected to a hydrogen sensor 15 attached to one of the branch pipes 14a of the outlet pipe 14 on the oxygen electrode side, and an upstream cutoff valve 15a and a downstream cutoff valve 15b. After setting the upstream shut-off valve 15a and the downstream shut-off valve 15b to the closed state at the time of the operation of the battery 10, for example, it is determined whether or not the detection value output from the hydrogen sensor 15 has stabilized at an appropriate stable value. When it is determined that this is stable, this stable value is set as a detection reference value of the hydrogen sensor 15, that is, a so-called zero point. The output value of the hydrogen sensor 15 is corrected and calibrated by subtracting the error from the output value of the hydrogen sensor 15 based on the error of the detection reference value, for example.
[0022]
The gas sensor calibration device 1 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the gas sensor calibration device 1 will be described with reference to the accompanying drawings. First, in step S01 shown in FIG. 5, when the fuel cell 10 is operating, the upstream shut-off valve 15a and the downstream shut-off valve 15b attached to one branch pipe 14a of the oxygen-electrode-side outlet pipe 14 are closed. The state is set so that the inflow of the off-gas discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell 10 into the hydrogen sensor 15 is cut off, and the off-gas is set to flow only in the other branch pipe 14b. As a result, only the gas to be detected (for example, hydrogen or the like) contained in the sealed space can be detected with respect to the hydrogen sensor 15 in one branch pipe 14a sealed by the respective shutoff valves 15a and 15b. The gas to be detected is gradually consumed by the catalytic combustion reaction in the detection element 29.
Next, in step S02, counting by a timer is started.
In step S03, it is determined whether or not the detection value of the hydrogen sensor 15 is stabilized, for example, by reducing the detection target gas contained in the closed space to a predetermined amount or less and stopping the catalytic combustion reaction in the detection element 29. Is determined.
If this determination is "YES", the flow proceeds to step S05 described later.
On the other hand, if the result of this determination is “NO”, the flow proceeds to step S04.
[0023]
Then, in step S04, it is determined whether the timer value, which is the count value of the timer, has exceeded a predetermined time.
If the result of this determination is "NO", the flow returns to step S03 described above.
On the other hand, if the result of this determination is “YES”, the flow proceeds to step S05.
Then, in step S05, a stable detection value is set as a detection reference value of the hydrogen sensor 15, that is, a so-called zero point, and a series of processing ends.
Here, in step S03, as shown in FIG. 6, for example, after time t1 when the upstream shut-off valve 15a and the downstream shut-off valve 15b are set to the closed state, the detection value of the hydrogen sensor 15 (for example, voltage detection Value) gradually decreases from the detected value P1, and from the time t2 (t2> t1) when the appropriate stable value P2 is reached, the output of the stable value P2 is continued and reaches a predetermined time t3 (t3> t2). At this point, it is determined that the detection value of the hydrogen sensor 15 has been stabilized.
In step S04, as shown in FIG. 6, for example, at time t3 when a predetermined time #t has elapsed from time t1 when the upstream shutoff valve 15a and the downstream shutoff valve 15b were set to the closed state, the hydrogen sensor 15 It is determined that the detected value has stabilized.
[0024]
As described above, according to the gas sensor calibration method according to the present embodiment, the fuel cell 10 can be easily operated without stopping the operation of the fuel cell 10 at an appropriate timing when the fuel cell 10 is operated, for example, when the vehicle is running. Calibration of the hydrogen sensor 15 can be performed. In addition, for example, when the detection gas of the hydrogen sensor 15 is stabilized due to exhaustion of the gas to be detected contained in the sealed space closed by the shutoff valves 15a and 15b by the catalytic combustion reaction in the detection element 29, For example, an absolute detection reference value of the hydrogen sensor 15 can be detected regardless of the composition of the off-gas.
The output value of the hydrogen sensor 15 is corrected based on the error of the detection reference value, for example, by subtracting the error from the output value of the hydrogen sensor 15 thereafter.
[0025]
In the above-described embodiment, the calibration is performed on a single hydrogen sensor 15. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of hydrogen sensors 15,. May be set to perform calibration. For example, in the present embodiment, one of the branch pipes 14a is provided with the shutoff valves 15a and 15b and the hydrogen sensor 15, but, for example, as in a first modification of the present embodiment shown in FIG. The pipes 14a and 14b are provided with respective shut-off valves 15a and 15b and a hydrogen sensor 15. For example, when calibration is performed on the hydrogen sensor 15 of one branch pipe 14a, the off-gas is detected by the hydrogen sensor 15 of the other branch pipe 14b. When measurement is performed, and conversely, when calibration is performed on the hydrogen sensor 15 on the other branch pipe 14b, off-gas measurement is performed by the hydrogen sensor 15 on the one branch pipe 14a. Thus, the calibration of the plurality of hydrogen sensors 15,..., 15 can be performed without interrupting the measurement of the off-gas.
[0026]
In the present embodiment described above, the outlet pipe 14 on the oxygen electrode side is branched into two branch pipes 14a and 14b. However, the present invention is not limited to this. For example, the second pipe shown in FIG. As in a modified example, a cover member 31 that can close the opening of the tubular portion 22 of the hydrogen sensor 15 and seal the inside of the gas detection chamber 24 inside the outlet side pipe 14 may be provided. For example, the cover member 31 can rotate the other end 31 b under the control of the control device 2 with one end 31 a connected to the inner wall surface of the outlet pipe 14 as a fulcrum. When the inner surface 31A of the lid member 31 comes into close contact with the annular sealing material 32 attached to the portion 22a, the inside of the gas detection chamber 24 can be sealed.
That is, when the hydrogen sensor 15 is calibrated, first, the inside of the gas detection chamber 24 is sealed by the lid member 31, and the gas to be detected in the gas detection chamber 24 is gradually consumed by the catalytic combustion reaction in the detection element 29, and the hydrogen sensor 15 When the detection value of 15 is stabilized, a stable detection value is set as a detection reference value of the hydrogen sensor 15, that is, a so-called zero point.
Further, the present invention is not limited to the lid member 31 that can seal the inside of the gas detection chamber 24 by rotation. For example, as in a third modification of the present embodiment shown in FIG. An on-off valve 36 capable of closing the portion may be provided.
[0027]
Here, by carrying a catalyst equivalent to the detection element 29 on the inner surface 31A of the lid member 31 and the inner surface 36A of the on-off valve 36, the gas detection chamber 24 is closed when the lid member 31 is closed. The consumption rate of the gas to be detected in the chamber 24 can be increased, and the time required for the detection value of the hydrogen sensor 15 to be stable can be reduced. Moreover, in this case, one end 31a of the lid member 31 connected to the inner wall surface of the outlet side pipe 14 is disposed downstream of the hydrogen sensor 15, and at the time of measuring the off-gas, the one end 31a of the lid member 31 is measured. The other end 31b is rotated with the fulcrum as the fulcrum, and the other end 31b is disposed downstream of the one end 31a, or the on-off valve 36 is set to be slidable toward the downstream of the hydrogen sensor 15. When the off-gas is measured, the on-off valve 36 is disposed downstream of the hydrogen sensor 15 so that the off-gas flowing into the gas detection chamber 24 of the hydrogen sensor 15 may be on the inner surface 31A of the lid member 31 before the inflow. The contact with each catalyst carried on the inner surface 36A of the on-off valve 36 can be prevented.
[0028]
In the above-described embodiment and the first to third modified examples of the embodiment, when the calibration of the hydrogen sensor 15 is performed, the off-gas is simply prevented from flowing into the gas detection chamber 24. In addition, a replacement device (not shown) for replacing the inside of the gas detection chamber 24 with an appropriate gas such as an inert gas may be provided. In this case, for example, when the replacement by the replacement device is completed, the detection value of the hydrogen sensor 15 is stabilized to an appropriate stable value. As a result, the time required for the detection value of the hydrogen sensor 15 to stabilize can be further reduced.
Also, here, the gas to be replaced is set, for example, to a gas equivalent to a gas obtained by removing only hydrogen gas from the off gas, and if the operation of the replacement device is continued, even if the off gas contains carbon monoxide or the like, Even when a gas that causes a detection signal to be erroneously output from the hydrogen sensor 15 is included, a detection reference value for detecting only the contribution of hydrogen gas newly mixed into the replacement gas can be set. This makes it easy to detect the absolute amount of hydrogen gas contained in the off-gas.
Further, in the present embodiment, the detected gas is consumed by the catalytic combustion reaction in the catalyst of the catalytic combustion type hydrogen sensor 15, but the form of the gas sensor is not limited to the catalytic combustion type. The gas to be detected may be consumed by an electrochemical reaction between the gas to be detected and the oxidizing agent as in the gas sensor described above.
[0029]
Further, in the above-described embodiment and the first to third modifications of the embodiment, it is possible to determine a deterioration state such as a decrease in sensitivity of the hydrogen sensor 15 based on the history of the set detection reference values. For example, if the detection reference value in the current process falls below a predetermined range with respect to the detection reference value set in the previous process, it is determined that the hydrogen sensor 15 has deteriorated, and the alarm device ( An alarm or the like for prompting the replacement of the hydrogen sensor 15 may be output by (not shown) or the like.
[0030]
Further, in the present embodiment described above, when the detected value of the voltage output from the hydrogen sensor 15 is stable, the stable detected value is set as the detection reference value of the hydrogen sensor 15, so-called zero point. The present invention is not limited to this. For example, it is determined whether the hydrogen concentration value calculated based on the detection value of the voltage output from the hydrogen sensor 15 is stable, and the stable hydrogen concentration value is detected by the hydrogen sensor 15. It may be set as a detection reference value for the density, a so-called zero point.
[0031]
Further, in the present embodiment described above, each of the hydrogen sensors 15a and 15b outputs the detected value of the voltage between the predetermined contacts in the bridge circuit including each of the elements 29 and 30 and the fixed resistors 41 and 42. The present invention is not limited thereto, and a detected value of a voltage or current detected by another circuit including at least the detection element 29 may be output. That is, by detecting and outputting the state quantity related to the resistance value R4 of the detection element 29, the resistance value R4 decreases in accordance with the decrease in the hydrogen concentration in the gas detection chamber 24, and is stabilized at an appropriate value. What is necessary is just to be able to detect that.
For example, when a predetermined current is supplied by a constant current bias circuit or the like to a parallel circuit in which the detection element 29 and an appropriate element whose resistance value does not change due to a change in the hydrogen concentration are connected in parallel, the detection is performed. When detecting the current supplied to the element 29, when the hydrogen concentration in the gas detection chamber 24 decreases, the current supplied to the detection element 29 in this parallel circuit relatively increases. The detected value is stabilized at an appropriate upper limit. In this case, the upper limit may be set as a detection reference value for the hydrogen concentration.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for calibrating a gas sensor according to the first aspect of the present invention, the gas sensor can be easily calibrated by executing the detected gas consumption step after the execution of the shutoff step. it can.
Furthermore, according to the gas sensor calibration method of the present invention, the gas sensor can be easily calibrated by executing the detected gas consumption step after the execution of the shut-off step.
Further, according to the gas sensor calibration method of the present invention described in claim 3, the hydrogen sensor can be easily calibrated by executing the detected gas replacement step after the execution of the shutoff step. In addition, by appropriately setting another gas to be replaced, it is possible to set an appropriate detection reference value according to the usage state of the gas sensor, the state of the system provided with the gas sensor, and the like.
Further, according to the gas sensor calibration method of the present invention described in claim 4, the gas sensor provided in the cathode offgas flow pipe of the fuel cell and detecting hydrogen in the offgas can be easily calibrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas sensor calibration device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the hydrogen sensor shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line AA shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a bridge circuit in which a detection element and a temperature compensation element are connected.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation of the gas sensor calibration device shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a graph showing an example of a temporal change of a detection value output from a hydrogen sensor.
FIG. 7 is a configuration diagram of a gas sensor calibration device according to a first modification of the present embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of a gas sensor calibration device according to a second modification of the present embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram of a gas sensor calibration device according to a third modification of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Calibration device for gas sensor 10 Fuel cell 14 Outlet piping on oxygen electrode side (Gas flow path to be inspected)
14a, 14b Branch pipe 15 Hydrogen sensor (gas sensor)
15a Upstream side shutoff valve 15b Downstream side shutoff valve 24 Gas detection chamber 29 Detection element 30 Temperature compensation element (compensation element)
31 lid member 36 on-off valve

Claims

A method for calibrating a gas sensor which is provided in an inspection target gas flow path through which an inspection target gas flows, includes a gas detection chamber into which the inspection target gas is introduced, and detects a detection target gas included in the inspection target gas. ,
Blocking the introduction of the gas to be inspected into the gas detection chamber,
After the shutoff, the detected gas in the gas detection chamber is consumed by a chemical reaction,
Determine whether the output of the gas sensor has stabilized after the consumption,
A method of calibrating a gas sensor, comprising: setting the stable value as a detection reference value of the gas sensor when it is determined that the output of the gas sensor has stabilized to an appropriate stable value.

The gas sensor includes a detection element and a compensation element in the gas detection chamber, and a resistance value of the detection element and a resistance value of the compensation element, which are generated in accordance with combustion of the gas to be detected that contacts a catalyst of the detection element. A contact combustion type gas sensor that detects a gas concentration based on a difference between
The method for calibrating a gas sensor according to claim 1, wherein the gas to be detected is consumed by bringing the gas to be detected into contact with the catalyst and burning the catalyst.

A method for calibrating a gas sensor which is provided in an inspection target gas flow path through which an inspection target gas flows, includes a gas detection chamber into which the inspection target gas is introduced, and detects a detection target gas included in the inspection target gas. ,
Blocking the introduction of the gas to be inspected into the gas detection chamber,
After the cutoff, the gas to be detected in the gas detection chamber is replaced with another gas,
Determine whether the output of the gas sensor has been stabilized after the replacement,
A method of calibrating a gas sensor, comprising: setting the stable value as a detection reference value of the gas sensor when it is determined that the output of the gas sensor has stabilized to an appropriate stable value.

As a reaction gas, hydrogen is supplied to the fuel electrode, oxygen is supplied to the oxygen electrode, and the cathode gas is provided in a cathode off-gas flow pipe for flowing off gas discharged from the oxygen electrode of a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction. A gas detection chamber is introduced, a method for calibrating a contact combustion type gas sensor comprising a detection element and a compensation element for detecting hydrogen contained in the off-gas in the gas detection chamber,
Blocking the introduction of the off-gas into the gas detection chamber,
After the cutoff, the hydrogen is brought into contact with the catalyst provided in the detection element, and the hydrogen is consumed by burning the hydrogen.
Determine whether the output of the gas sensor has stabilized after the consumption,
A method of calibrating a gas sensor, comprising: setting the stable value as a detection reference value of the gas sensor when it is determined that the output of the gas sensor has stabilized to an appropriate stable value.