(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記水素含有ガスが供給されたとき、該水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を吸着すると共に該吸着した一酸化炭素の量に応じて該水素含有ガスに含まれる水素に対する酸化活性を変化させる触媒と、
前記触媒の水素に対する酸化活性の程度を検出する酸化活性程度検出手段と、該検出された酸化活性の程度に基づいて前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を判定する濃度判定手段と
を備える一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項２】
前記触媒は、白金，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，金のいずれかである請求項１記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の一酸化炭素濃度検出装置において、
前記酸化活性程度検出手段は、
前記触媒に酸素を含有する酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、
前記触媒および／または該触媒の周囲の物理量を前記触媒活性の程度の一つとして検出する物理量検出手段とを備える
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記濃度判定手段は、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度と該一酸化炭素濃度に対応する物理量とを関連するデータとして記憶するデータ記憶手段と、
該記憶された前記データから前記物理量検出手段により検出された物理量に関連する一酸化炭素濃度を導出する濃度導出手段とを備える
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記物理量検出手段は、前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の下流側のガスの温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、
前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の下流側のガスの温度とに関係する値を記憶する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項６】
請求項４記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記物理量検出手段は、前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、
前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の温度とに関係する値を記憶する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項７】
請求項４記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記物理量検出手段は、前記触媒の温度と該触媒から所定距離離れたガスの温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、
前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記触媒の温度と該触媒から所定距離以上離れたガスの温度とに関係する値を記憶する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項８】
請求項４記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記触媒を担持する触媒担持部を備え、
前記物理量検出手段は、前記触媒担持部のガスの入り口の温度と該ガスの出口の温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、
前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記触媒担持部のガスの入り口の温度と該ガスの出口の温度とに関係する値を記憶する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項９】
請求項４ないし８いずれか記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記酸素供給手段は、前記酸素含有ガスの前記触媒への供給量を少なくとも２段以上に変更可能な手段であり、
前記物理量検出手段は、前記酸素供給手段により前記触媒へ供給される前記酸素含有ガスの供給量を前記物理量の一つとして検出する手段であり、
前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記酸素含有ガスの前記触媒への供給量に関係する値を記憶する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１０】
前記データ記憶手段は、前記触媒への前記酸素含有ガスの供給量が大きいほど高濃度の一酸化炭素濃度に対応するよう該供給量と該一酸化炭素濃度とを前記関連するデータの一つとして記憶する手段である請求項９記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１１】
請求項４ないし８いずれか記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記触媒に供給される前記水素含有ガスの温度を調節する温度調節手段を備え、
前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記触媒に供給される前記水素含有ガスの温度に関係する値を記憶する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１２】
前記データ記憶手段は、前記触媒へ供給される前記水素含有ガスの温度が高いほど高濃度の一酸化炭素濃度に対応するよう該水素含有ガスの温度と該一酸化炭素濃度とを前記関連するデータの一つとして記憶する手段である請求項１１記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１３】
前記触媒に吸着している一酸化炭素を除去可能な除去手段を備える請求項１ないし１２いずれか記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１４】
前記除去手段は、前記触媒を所定温度以上に加熱する手段である請求項１３記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１５】
前記除去手段は、前記触媒に前記酸素含有ガスを所定量以上供給する手段である請求項１３記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１６】
前記除去手段は、所定時間毎に前記触媒に吸着している一酸化炭素を除去する手段である請求項１３ないし１５いずれか記載の一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１７】
請求項１３ないし１６いずれか記載の一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記触媒を複数備え、
前記除去手段は、前記複数の触媒に吸着している一酸化炭素を順番に除去する手段である
一酸化炭素濃度検出装置。
【請求項１８】
水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出方法であって、
（ａ）一酸化炭素を吸着すると共に該吸着した一酸化炭素の量に応じて前記水素含有ガスに含まれる水素に対する酸化活性を変化させる触媒に前記水素含有ガスを供給し、
（ｂ）該水素含有ガスが供給されたときの前記触媒の水素に対する酸化活性の程度を検出し、
（ｃ）該検出された酸化活性の程度に基づいて前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を判定して前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出する
一酸化炭素濃度検出方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｂ）は、前記触媒に酸素を含有する酸素含有ガスを供給し、前記触媒および／または該触媒の周囲の物理量を前記酸化活性の程度として検出するステップである請求項１８記載の一酸化炭素濃度検出方法。
【請求項２０】
所定時間毎に前記触媒を所定温度以上に加熱および／または前記触媒に所定量以上の酸素を含有する酸素含有ガスを供給して前記触媒に吸着している一酸化炭素を除去するステップを備える請求項１８または１９記載の一酸化炭素濃度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一酸化炭素濃度検出装置および一酸化炭素濃度検出方法に関し、詳しくは、水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出装置および水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の一酸化炭素濃度検出装置としては、一酸化炭素を選択的に吸着および吸収する金属複合酸化物を用いて被検出ガス中の一酸化炭素濃度を検出するものが提案されている（特開平６−２５８２１０号公報など）。この装置は、圧電基板の中央に酸素欠陥構造を持つ金属複合酸化物としてのイットリウムバリウム同酸化物（ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）を膜状に形成し、この膜状の金属複合酸化物を挟んで圧電基板に高周波を印加する櫛形電極を取り付けて構成されており、金属複合酸化物が一酸化炭素を吸着すると印加された高周波の周波数を小さくすることに基づいて被検出ガス中の一酸化炭素濃度を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした金属複合酸化物を用いて一酸化炭素濃度を検出する装置では、酸素共存下の被検出ガス中の一酸化炭素濃度を検出するものであり、水素共存下の被検出ガス中の一酸化炭素濃度は検出できないおそれがある。また、金属複合酸化物は、水素共存下の被検出ガス中に置かれると、還元されて一酸化炭素の吸着能を失い、被検出ガス中の一酸化炭素濃度を検出できない場合が生じる。
【０００４】
本発明の一酸化炭素濃度検出装置および一酸化炭素濃度検出方法は、水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出することを目的の一つとする。また、本発明の一酸化炭素濃度検出装置および一酸化炭素濃度検出方法は、水素含有ガス中の広範囲な一酸化炭素濃度を検出することを目的の一つとする。さらに、本発明の一酸化炭素濃度検出装置および一酸化炭素濃度検出方法は、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を連続的に検出することを目的の一つとする。
【０００５】
なお、水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出する装置として、出願人は、固体高分子型燃料電池の単位セルに所定の負荷を接続し、単位セルに水素含有ガスを供給したときに水素含有ガス中の一酸化炭素がその濃度に応じて単位セルを被毒して単位セルの電極間の電位差を低下させることに基づいて水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出する装置を提案している（特開平８−３２７５９０号公報）。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の一酸化炭素濃度検出装置および一酸化炭素濃度検出方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の一酸化炭素濃度検出装置は、
水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出装置であって、
前記水素含有ガスが供給されたとき、該水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を吸着すると共に該吸着した一酸化炭素の量に応じて該水素含有ガスに含まれる水素に対する酸化活性を変化させる触媒と、
前記触媒の水素に対する酸化活性の程度を検出する酸化活性程度検出手段と、
該検出された酸化活性の程度に基づいて前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を判定する濃度判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の一酸化炭素濃度検出装置では、触媒は、水素含有ガスが供給されたときには、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を吸着すると共に吸着した一酸化炭素の量に応じて水素含有ガスに含まれる水素に対する酸化活性を変化させる。濃度判定手段は、酸化活性程度検出手段により検出された触媒の水素に対する酸化活性の程度に基づいて水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を判定する。したがって、本発明の一酸化炭素濃度検出装置によれば、水素を含有するガス中の一酸化炭素濃度を検出することができる。
【０００９】
こうした本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記触媒は、白金，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，金のいずれかであるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記酸化活性程度検出手段は、前記触媒に酸素を含有する酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、前記触媒および／または該触媒の周囲の物理量を前記触媒活性の程度の一つとして検出する物理量検出手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、触媒上で水素の酸化反応を促進することができるから、触媒の水素に対する酸化活性の程度をより正確に検出することができる。
【００１１】
こうした酸化活性程度検出手段が酸素供給手段と物理量検出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記濃度判定手段は、前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度と該一酸化炭素濃度に対応する物理量とを関連するデータとして記憶するデータ記憶手段と、該記憶された前記データから前記物理量検出手段により検出された物理量に関連する一酸化炭素濃度を導出する濃度導出手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、一酸化炭素濃度を迅速にかつ容易に判定することができる。
【００１２】
この濃度判定手段がデータ記憶手段と濃度導出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記物理量検出手段は前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の下流側のガスの温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、前記データ記憶手段は前記物理量の一つとして前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の下流側のガスの温度とに関係する値を記憶する手段であるものとすることもできる。触媒の水素に対する酸化活性の程度は、触媒上で生じる水素の酸化反応による反応熱として表われるから、水素の酸化反応による反応熱の影響が小さな触媒の上流側のガスの温度と、反応熱の影響が大きな触媒の下流側のガスの温度とにより触媒の水素に対する酸化活性の程度を判断することができ、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出することができる。
【００１３】
また、濃度判定手段がデータ記憶手段と濃度導出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記物理量検出手段は前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、前記データ記憶手段は前記物理量の一つとして前記触媒の上流側のガスの温度と該触媒の温度とに関係する値を記憶する手段であるものとすることもできる。前述したように、触媒の水素に対する酸化活性の程度は、触媒上で生じる水素の酸化反応による反応熱として表われるから、水素の酸化反応による反応熱の影響が小さな触媒の上流側のガスの温度と反応熱の影響が直接表われる触媒の温度とにより触媒の水素に対する酸化活性の程度を判断することができ、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出することができる。
【００１４】
さらに、濃度判定手段がデータ記憶手段と濃度導出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記物理量検出手段は前記触媒の温度と該触媒から所定距離以上離れたガスの温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、前記データ記憶手段は、前記物理量の一つとして前記触媒の温度と該触媒から所定距離離れたガスの温度とに関係する値を記憶する手段であるものとすることもできる。こうすれば、水素の酸化反応による反応熱の影響が直接表われる触媒の温度と反応熱の影響が小さな触媒から所定距離以上離れたガスの温度とにより触媒の水素に対する酸化活性の程度を判断することができ、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出することができる。
【００１５】
あるいは、濃度判定手段がデータ記憶手段と濃度導出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記触媒を担持する触媒担持部を備え、前記物理量検出手段は前記触媒担持部のガスの入り口の温度と該ガスの出口の温度とを前記物理量の一つとして検出する手段であり、前記データ記憶手段は前記物理量の一つとして前記触媒担持部のガスの入り口の温度と該ガスの出口の温度とに関係する値を記憶する手段であるものとすることもできる。こうすれば、水素の酸化反応による反応熱の影響が小さな触媒担持部のガスの入り口の温度と反応熱の影響が大きなガスの出口の温度とにより触媒の水素に対する酸化活性の程度を判断することができ、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出することができる。
【００１６】
これら各態様を含め濃度判定手段がデータ記憶手段と濃度導出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記酸素供給手段は前記酸素含有ガスの前記触媒への供給量を少なくとも２段以上に変更可能な手段であり、前記物理量検出手段は前記酸素供給手段により前記触媒へ供給される前記酸素含有ガスの供給量を前記物理量の一つとして検出する手段であり、前記データ記憶手段は前記物理量の一つとして前記酸素含有ガスの前記触媒への供給量に関係する値を記憶する手段であるものとすることもできる。触媒の水素に対する酸化活性の程度は、触媒に吸着する一酸化炭素の量に基づくが、触媒への酸素の供給量を多くすると、触媒上で生じる水素の酸化反応が促進される。この結果、触媒への酸素の供給量を大きくすれば、同じ酸化活性の程度であっても水素の酸化反応が促進されることにより酸化活性の程度を判断しやすくなる。したがって、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が低いときには、触媒に吸着される一酸化炭素は少なく水素の酸化反応は活発に行なわれるから、触媒への酸素の供給量を少なくすることにより、水素の酸化反応を抑えて低い一酸化炭素濃度をより正確に検出することができる。一方、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が高いときには、触媒に吸着される一酸化炭素は多く水素の酸化反応は活発に行なわれないから、触媒への酸素の供給量を多くすることにより、水素の酸化反応を促進して触媒の水素に対する酸化活性の程度を判断しやすくして、高い一酸化炭素濃度をより正確に検出することができる。この態様の本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記データ記憶手段は、前記触媒への前記酸素含有ガスの供給量が大きいほど高濃度の一酸化炭素濃度に対応するよう該供給量と該一酸化炭素濃度とを前記関連するデータの一つとして記憶する手段であるものとすることもできる。
【００１７】
また、各態様を含め濃度判定手段がデータ記憶手段と濃度導出手段とを備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記触媒に供給される前記水素含有ガスの温度を調節する温度調節手段を備え、前記データ記憶手段は前記物理量の一つとして前記触媒に供給される前記水素含有ガスの温度に関係する値を記憶する手段であるものとすることもできる。こうすれば、触媒の水素に対する酸化活性の程度は触媒の温度によって変化するから、触媒に供給される水素含有ガスの温度を調節することにより、検出感度を調節することができる。検出感度は、触媒温度が高くなるほど低くなるから、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が低いときには触媒に供給される水素含有ガスの温度を低くして検出感度を高くし、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が高いときには触媒に供給される水素含有ガスの温度を高くして検出感度を低くすることにより、広範囲な一酸化炭素濃度を検出することができる。この態様の本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記データ記憶手段は、前記触媒へ供給される前記水素含有ガスの温度が高いほど高濃度の一酸化炭素濃度に対応するよう該水素含有ガスの温度と該一酸化炭素濃度とを前記関連するデータの一つとして記憶する手段であるものとすることもできる。
【００１８】
本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記触媒に吸着している一酸化炭素を除去可能な除去手段を備えるものとすることもできる。この態様では、触媒に吸着している一酸化炭素を除去することにより、検出感度を回復することができ、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度をより精度よく検出することができる。この態様の本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記除去手段は前記触媒を所定温度以上に加熱する手段であるものとすることもできるし、前記除去手段は前記触媒に前記酸素含有ガスを所定量以上供給する手段であるものとすることもできる。こうすれば、触媒に吸着している一酸化炭素は、酸化されて触媒から除去される。
【００１９】
こうした除去手段を備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記除去手段は、所定時間毎に前記触媒に吸着している一酸化炭素を除去する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定時間毎に検出感度が回復するから、水素含有ガス中の一酸化炭素を常に精度よく検出することができる。
【００２０】
また、除去手段を備える本発明の一酸化炭素濃度検出装置において、前記触媒を複数備え、前記除去手段は前記複数の触媒に吸着している一酸化炭素を順番に除去する手段であるものとすることもできる。こうすれば、常に検出感度が回復している触媒を用いることができるから、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を精度よく連続的に検出することができる。
【００２１】
本発明の一酸化炭素濃度検出方法は、
水素を含有する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出方法であって、
（ａ）一酸化炭素を吸着すると共に該吸着した一酸化炭素の量に応じて前記水素含有ガスに含まれる水素に対する酸化活性を変化させる触媒に前記水素含有ガスを供給し、
（ｂ）該水素含有ガスが供給されたときの前記触媒の水素に対する酸化活性の程度を検出し、
（ｃ）該検出された酸化活性の程度に基づいて前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を判定して前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出する
ことを要旨とする。
【００２２】
この本発明の一酸化炭素濃度検出方法によれば、吸着した一酸化炭素の量に応じて水素含有ガスに含まれる水素に対する触媒の酸化活性の程度に基づいて水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を検出することができる。
【００２３】
こうした本発明の一酸化炭素濃度検出方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記触媒に酸素を含有する酸素含有ガスを供給し、前記触媒および／または該触媒の周囲の物理量を前記酸化活性の程度として検出するステップであるものとすることもできる。また、本発明の一酸化炭素検出方法において、所定時間毎に前記触媒を所定温度以上に加熱および／または前記触媒に所定量以上の酸素を含有する酸素含有ガスを供給して前記触媒に吸着している一酸化炭素を除去するステップを備えるものとすることもできる。こうすれば、所定時間毎に検出感度を回復することができ、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を精度よく検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である一酸化炭素濃度検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。図示するように、一酸化炭素濃度検出装置２０は、水素を含有する水素含有ガス（例えば、燃料電池に供給する燃料ガスなど）を供給する水素ブロワ２２と、水素ブロワ２２から供給される水素含有ガスの温度を調節する温度調節器２４と、酸素を含有する酸化ガス（例えば、空気など）を供給する酸素ブロワ２６と、水素含有ガスと酸素含有ガスの供給を受けるセンサ部３０と、一酸化炭素濃度検出装置２０全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。
【００２５】
センサ部３０は、水素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガスが通過する流路３１と、流路３１に取り付けられた白金触媒３２と、白金触媒３２の温度ＴＣを検出する触媒温度センサ３４と、触媒温度センサ３４と触媒の温度変化の影響の少ない位置に設置され流路３１を流れる水素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガスの温度ＴＧを検出するガス温度センサ３６とを備える。
【００２６】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムやマップなどを記憶したＲＯＭ４４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ４６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット４０には、センサ部３０に取り付けられた触媒温度センサ３４により検出される触媒温度ＴＣや同じくセンサ部３０に取り付けられたガス温度センサ３６により検出されるガス温度ＴＧなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット４０からは、水素ブロワ２２への駆動信号や温度調節器２４への駆動信号，酸素ブロワ２６への駆動信号，ＬＥＤ４８への出力信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２７】
次に、こうして構成された実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０の動作について説明する。図２は、実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０の電子制御ユニット４０により実行される一酸化炭素濃度検出ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、一酸化炭素濃度検出装置２０が起動された直後から所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００２８】
一酸化炭素濃度検出ルーチンが実行されると、ＣＰＵ４２は、まず、センサ部３０に供給される水素含有ガス供給量ＱＨと酸素含有ガス供給量ＱＯとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１１０）。実施例では、図示しない供給量演算ルーチンにより水素ブロワ２２や酸素ブロワ２６へ出力した駆動信号に基づいて水素含有ガス供給量ＱＨや酸素含有ガス供給量ＱＯを計算してＲＡＭ４６の所定アドレスに記憶しておき、本ルーチンのステップＳ１１０の処理ではＲＡＭ４６の所定アドレスに記憶された水素含有ガス供給量ＱＨや酸素含有ガス供給量ＱＯを読み込むものとした。続いて、こうして読み込んだ酸素含有ガス供給量ＱＯを水素含有ガス供給量ＱＨで割ってガスの供給量比Ｒを計算する（ステップＳ１１２）。
【００２９】
次に、触媒温度センサ３４により検出される触媒温度ＴＣとガス温度センサ３６により検出される混合ガスの温度ＴＧを読み込み（ステップＳ１１４）、読み込んだ触媒温度ＴＣとガス温度ＴＧとの温度差ΔＴを計算する（ステップＳ１１６）。白金触媒３２上では、水素の酸化反応が行なわれ、この反応が発熱反応であることから、触媒温度ＴＣはガス温度ＴＧより高くなる。白金は、水素の共存下で一酸化炭素を吸着する特性を有し、吸着した一酸化炭素は白金上で行なわれる水素の酸化反応を阻害する。したがって、白金触媒３２上で反応する水素の量は白金触媒３２に吸着した一酸化炭素の量によって変動する。一方、水素の酸化反応により生じる熱と反応する水素の量はリニアな関係にあるから、温度差ΔＴは、一酸化炭素濃度によって変動する白金触媒３２の水素に対する酸化活性を反映することになる。
【００３０】
そして、ガス温度ＴＧとガスの供給量比Ｒと温度差ΔＴとに基づいて一酸化炭素濃度ＣＯを導出する処理を実行する（ステップＳ１１８）。白金の水素に対する酸化活性は一酸化炭素濃度やガス中の酸素の量，ガスの温度により変化するから、予め一酸化炭素濃度ＣＯとガス中の酸素の量を反映するガスの供給量比Ｒとガス温度ＴＧと白金の水素に対する酸化活性を反映する温度差ΔＴとの関係を実験などにより求めてマップとしてＲＯＭ４４に記憶しておけば、ガス温度ＴＧとガスの供給量比Ｒと温度差ΔＴとに基づいて一酸化炭素濃度ＣＯを導出することができる。図３に一酸化炭素濃度ＣＯと温度差ΔＴとガスの供給量比Ｒとの関係の一例を、図４に一酸化炭素濃度ＣＯと温度差ΔＴとガス温度ＴＧとの関係の一例を示す。なお、図３および図４では、水素含有ガスとしてメタノールを改質して得られる水素リッチガスを用い、酸素含有ガスとして空気を用いた。この場合、実験では、一酸化炭素濃度ＣＯは１ｐｐｍ〜１０％程度まで有効に検出できた。
【００３１】
次に、導出した一酸化炭素濃度ＣＯに基づいて一酸化炭素濃度ＣＯの検出感度が適正範囲内にあるかを判定する（ステップＳ１２０）。図３や図４に例示するように、一酸化炭素濃度ＣＯが低いと、ガスの供給量比Ｒが大きいときやガス温度ＴＧが高いときには検出感度が低くなり正確な一酸化炭素濃度ＣＯが得られなくなり、逆に一酸化炭素濃度ＣＯが高いと、ガスの供給量比Ｒが低いときやガス温度ＴＧが低いときには一酸化炭素濃度ＣＯを検出することができなくなる。したがって、一酸化炭素濃度ＣＯが低いときにはガスの供給量比Ｒを小さくすると共にガス温度ＴＧも低くし、逆に一酸化炭素濃度ＣＯが高いときにはガスの供給量比Ｒを大きくすると共にガス温度ＴＧも高くする必要がある。ステップＳ１２０では、このことに基づいて検出感度が適正な範囲にあるかを判定するのである。
【００３２】
一酸化炭素濃度ＣＯの検出感度が適正範囲にあるときには、導出した一酸化炭素濃度ＣＯをＬＥＤ４８に表示して（ステップＳ１２２）、本ルーチンを終了し、一酸化炭素濃度ＣＯの検出感度が適正範囲にないときには、一酸化炭素濃度ＣＯに基づいて検出感度が適正範囲となるよう酸素含有ガス供給量ＱＯやガス温度ＴＧを調節して（ステップＳ１２４）、本ルーチンを終了する。なお、ガス温度ＴＧの調節は、温度調節器２４によって水素含有ガスの温度を調節することにより行なわれる。
【００３３】
こうした一酸化炭素濃度ＣＯの検出を行なっているうちに、吸着した一酸化炭素により白金触媒３２の水素に対する酸化活性は低下し、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを正確に検出できなくなるおそれがある。実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０では、白金触媒３２の一酸化炭素による被毒を定期的に除去する処理として図５に例示する触媒回復処理ルーチンを実行する。このルーチンは、一酸化炭素濃度検出装置２０が起動されてから所定時間毎（例えば、１時間毎）に実行される。
【００３４】
触媒回復処理ルーチンが実行されると、ＣＰＵ４２は、酸素ブロワ２６からセンサ部３０に供給される酸素含有ガス供給量ＱＯを所定値Ｑｓｅｔまで増加する処理を実行する（ステップＳ１３０）。白金触媒３２上に吸着されている一酸化炭素は、十分な酸素を供給することにより酸化されて白金触媒３２から離脱していく。したがって、白金触媒３２上の一酸化炭素を酸化するのに十分な酸素含有ガス供給量として設定された所定値Ｑｓｅｔまで酸素含有ガス供給量ＱＯを増加することにより、白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去できるのである。
【００３５】
続いて、酸素含有ガス供給量ＱＯを増加してから白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去するのに十分な時間として設定された所定時間を経過しているかを判断し（ステップＳ１３２）、所定時間経過しているときには、酸素含有ガス供給量ＱＯを元の値に戻して（ステップＳ１３４）、本ルーチンを終了する。
【００３６】
以上説明した実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０によれば、水素を含有するガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出することができる。しかも、検出感度が適正範囲内となるよう酸素含有ガス供給量ＱＯやガス温度ＴＧを調節するから、ｐｐｍオーダーから１０％オーダーの広い範囲の一酸化炭素濃度ＣＯを検出することができる。また、実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０によれば、定期的に白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去するから、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを連続的により正確に検出することができる。
【００３７】
実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０では、触媒として白金を用いたが、水素の共存下で一酸化炭素濃度に応じて一酸化炭素を吸着する特性を有すると共に吸着した一酸化炭素の量に応じて水素に対する酸化活性を変化させるものであれば如何なるものでも触媒として用いることができる。例えば、白金に代えて、ルテニウムやロジウム，パラジウム，金などを触媒として用いることができる。
【００３８】
また、実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０では、一酸化炭素濃度ＣＯに基づいて酸素含有ガス供給量ＱＯを変更可能なものとすると共にガス温度ＴＧを調節可能なものとして構成したが、センサ部３０に供給される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯが所定範囲内にあるときには、酸素含有ガス供給量ＱＯやガス温度ＴＧをその所定範囲に応じた値に固定してもよいから、ガス温度ＴＧや酸素含有ガス供給量ＱＯが変更できない構成としてもかまわない。勿論、ガス温度ＴＧは調節できないが酸素含有ガス供給量ＱＯは変更できる構成としてもよく、逆に酸素含有ガス供給量ＱＯは変更できないがガス温度ＴＧは調節できる構成としてもよい。これらの構成は、被検出ガスである水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯの変化する範囲などによって定めればよい。
【００３９】
さらに、実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０では、白金触媒３２の温度ＴＣと白金触媒３２から所定距離離れた混合ガスの温度ＴＧに基づいて白金触媒３２の水素に対する酸化活性を反映させたが、図６に例示する変形例のセンサ部３０Ｂのように白金触媒３２Ｂの上流側のガスの温度と下流側のガスの温度とに基づいて白金触媒３２Ｂの水素に対する酸化活性を反映させてもよいし、図７に例示する変形例のセンサ部３０Ｃのように白金触媒３２Ｃの上流側のガスの温度と白金触媒３２Ｃの温度とに基づいて白金触媒３２Ｃの水素に対する酸化活性を反映させてもよい。図６のセンサ部３０Ｂの更に変形例として、センサ部３０Ｂのガスの入り口の温度とガスの出口の温度とに基づいて白金触媒３２Ｂの水素に対する酸化活性を反映させてもよい。
【００４０】
実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０では、酸素含有ガス供給量ＱＯを増加して白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去したが、白金触媒３２を加熱することにより白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去するものとしてもよい。この場合、触媒回復処理ルーチンの一例を図８に示す。このルーチンは、図５の触媒回復処理ルーチンと同様に一酸化炭素濃度検出装置２０が起動されてから所定時間毎に繰り返し実行される。以下、図８の触媒回復処理ルーチンについて説明する。
【００４１】
このルーチンが実行されると、ＣＰＵ４２は、まず、温度調節器２４により水素含有ガスを加熱する処理を実行する（ステップＳ１４０）。続いて、ガス温度センサ３６により検出されるガス温度ＴＧを読み込み（ステップＳ１４２）、読み込んだガス温度ＴＧを所定値Ｔｓｅｔと比較し（ステップＳ１４４）、ガス温度ＴＧが所定値Ｔｓｅｔを越えるまでステップＳ１４２およびＳ１４４の処理を繰り返し実行する。ここで、所定値Ｔｓｅｔは、白金触媒３２に吸着している一酸化炭素が白金触媒３２から離脱するのに十分な温度として設定されるものである。そして、ガス温度ＴＧが所定値Ｔｓｅｔを越えると、温度調節器２４による水素含有ガスの加熱を停止して（ステップＳ１４６）、本ルーチンを終了する。
【００４２】
こうした図８の触媒回復処理ルーチンを行なう一酸化炭素濃度検出装置２０でも、定期的に白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去するから、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを連続的により正確に検出することができる。なお、図８の触媒回復処理ルーチンでは、ガス温度ＴＧに基づいて白金触媒３２に吸着している一酸化炭素の除去を判断したが、触媒温度ＴＣに基づいて判断するものとしてもよい。また、図８の触媒回復処理ルーチンでは、水素含有ガスを加熱したが、直接白金触媒３２を加熱するものとしてもよい。
【００４３】
実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０では所定時間毎に白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去する処理を行なったが、不定期に白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去する処理を行なうものとしてもよく、また、図２の一酸化炭素濃度検出ルーチンを実行する毎にこのルーチンの前に白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去する処理を行なうものとしてもよい。また、一酸化炭素の白金触媒３２への吸着の程度に応じて白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去する処理を行なうものとしてもよく、一酸化炭素濃度ＣＯが低く一酸化炭素の白金触媒３２への吸着が少ないときには、白金触媒３２に吸着している一酸化炭素を除去する処理を行なうものとしてもよい。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施例である一酸化炭素濃度検出装置１２０について説明する。図９は、第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の構成の概略を示す構成図である。図示するように、第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０は、二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂを備える点およびこれに付随する点を除いて第１実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０と同一の構成をしている。したがって、第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の構成のうち第１実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０の構成と同一の構成については１００を加えた符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂは、共に第１実施例のセンサ部３０と同一の構成をしており、水素ブロワ１２２から温度調節器１２４を介して水素を含有する水素含有ガスが供給され、酸素ブロワ１２６Ａ，１２６Ｂから酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるようになっている。水素含有ガスの供給管には、三方弁１２５が取り付けられており、三方弁１２５により温度調節器１２４から選択的に二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂに水素含有ガスを供給するようになっている。
【００４６】
電子制御ユニット１４０には、二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂにそれぞれ取り付けられた触媒温度センサ１３４Ａ，１３４Ｂからの白金触媒１３２Ａ，１３２Ｂの温度やガス温度センサ１３６Ａ，１３６Ｂからの混合ガスの温度などが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット１４０からは、三方弁１２５のアクチュエータ１２５ａへの駆動信号や酸素ブロワ１２６Ａ，１２６Ｂへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００４７】
次に、こうして構成された第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の動作について説明する。図１０は第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の電子制御ユニット１４０により実行される一酸化炭素濃度検出ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、一酸化炭素濃度検出装置１２０が起動された直後から所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００４８】
一酸化炭素濃度検出ルーチンが実行されると、ＣＰＵ１４２は、まず有効触媒判定フラグＦＣの値を読み込む処理を実行する（ステップＳ２００）。ここで、有効触媒判定フラグＦＣは、二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂのうち現在どちらが有効に一酸化炭素濃度ＣＯを検出できるかの情報を持つフラグであり、後述の図１１に例示する触媒回復処理ルーチンにより設定される。有効触媒判定フラグＦＣは、センサ部１３０Ａが有効のときには値０、センサ部１３０Ｂが有効のときには値１を持つ。
【００４９】
続いて、読み込んだ有効触媒判定フラグＦＣに基づいて有効酸素ブロワと有効温度センサとを設定する（ステップＳ２０２）。具体的には、有効触媒判定フラグＦＣが値０のときには、センサ部１３０Ａが有効であるから、酸素ブロワ１２６Ａを有効酸素ブロワとして設定すると共に触媒温度センサ１３４Ａとガス温度センサ１３６Ａとを有効温度センサとして設定し、有効触媒判定フラグＦＣが値１のときには、逆にセンサ部１３０Ｂが有効であるから、酸素ブロワ１２６Ｂを有効酸素ブロワとして設定すると共に触媒温度センサ１３４Ｂとガス温度センサ１３６Ｂとを有効温度センサとして設定するのである。
【００５０】
そして、有効酸素ブロワと有効温度センサとを用いて図２の一酸化炭素濃度検出ルーチンのステップＳ１１０ないしＳ１２４の処理と同一の処理であるステップＳ２１０ないしＳ２２４の処理を実行する。これらの処理についての説明は重複するから、その説明は省略する。
【００５１】
第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０でも白金触媒１３２Ａ，１３２Ｂに吸着している一酸化炭素を除去する処理を行なう。この処理は、図１１に例示する触媒回復処理ルーチンにより実行される。このルーチンは、第１実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０と同様に、一酸化炭素濃度検出装置１２０が起動されてから所定時間毎に繰り返し実行される。
【００５２】
触媒回復処理ルーチンが実行されると、ＣＰＵ１４２は、まず、有効触媒判定フラグＦＣの値を変更すると共に（ステップＳ２３０）、アクチュエータ１２５ａに駆動信号を出力して三方弁１２５を駆動して水素含有ガスの供給されるセンサ部を変更する処理を実行する（ステップＳ２３２）。こうした処理により有効なセンサ部が変更される。なお、この変更により有効となったセンサ部は、有効触媒判定フラグＦＣが変更されるまでは無効なセンサ部であり、後述する処理により白金触媒から一酸化炭素が除去された状態で運転が停止されている。したがって、有効となったセンサ部により、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを精度よく検出することができるようになる。
【００５３】
続いて、有効触媒判定フラグＦＣに基づいて有効でない酸素ブロワ（無効酸素ブロワ）を設定し（ステップＳ２３４）、無効酸素ブロワとして設定された酸素ブロワからの酸素含有ガス供給量ＱＯを所定値Ｑｓｅｔまで増加する（ステップＳ２３６）。そして、酸素含有ガス供給量ＱＯの増加により有効でないセンサ部の白金触媒に吸着している一酸化炭素が完全に除去されるのを待って（ステップＳ２３８）、無効酸素ブロワの運転を停止し（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００５４】
以上説明した第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０によれば、二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂを備え、交互に有効なセンサ部として用いるから、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを連続的に精度よく検出することができる。もとより、検出感度が適正範囲内となるよう酸素含有ガス供給量ＱＯやガス温度ＴＧを調節するから、ｐｐｍオーダーから１０％オーダーの広い範囲の一酸化炭素濃度ＣＯを検出することができる。
【００５５】
第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０では、二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂを備え、交互に用いたが、三以上のセンサ部を備え、順番に用いるものとしてもよい。
【００５６】
第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０でも第１実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０で説明した種々の変形例、例えば、白金に代えてルテニウムやロジウム，パラジウム，金などを触媒として用いる構成や、酸素含有ガス供給量ＱＯを変更しない構成，ガス温度ＴＧを調節しない構成，二つのセンサ部１３０Ａ，１３０Ｂに代えて図６や図７のセンサ部を用いる構成，白金触媒１３２Ａ，１３２Ｂを加熱することにより吸着している一酸化炭素を除去する構成，不定期に白金触媒１３２Ａ，１３２Ｂに吸着している一酸化炭素を除去する構成，白金触媒１３２Ａ，１３２Ｂに吸着している一酸化炭素を除去しない構成などとしてもよい。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である一酸化炭素濃度検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０の電子制御ユニット４０により実行される一酸化炭素濃度検出ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  一酸化炭素濃度ＣＯと温度差ΔＴとガスの供給量比Ｒとの関係の一例を示すマップである。
【図４】  一酸化炭素濃度ＣＯと温度差ΔＴとガス温度ＴＧとの関係の一例を示すマップである。
【図５】  実施例の一酸化炭素濃度検出装置２０の電子制御ユニット４０により実行される触媒回復処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】  変形例のセンサ部３０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図７】  変形例のセンサ部３０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図８】  変形例の触媒回復処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】  第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図１０】  第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の電子制御ユニット１４０により実行される一酸化炭素濃度検出ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１１】  第２実施例の一酸化炭素濃度検出装置１２０の電子制御ユニット１４０により実行される触媒回復処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０，１２０  一酸化炭素濃度検出装置、２２，１２２  水素ブロワ、２４，１２４  温度調節器、２６，１２６Ａ，１２６Ｂ  酸素ブロワ、３０，３０Ｂ，３０Ｃ，１３０Ａ，１３０Ｂ  センサ部、３２，３２Ｂ，３２Ｃ，１３２Ａ，１３２Ｂ  白金触媒、３４，３４Ｂ，３４Ｃ，１３４Ａ，１３４Ｂ  触媒温度センサ、３６，３６Ｂ，３６Ｃ，１３６Ａ，１３６Ｂ  ガス温度センサ、４０，１４０  電子制御ユニット、４２，１４２  ＣＰＵ、４４，１４４  ＲＯＭ、４６，１４６  ＲＡＭ、４８，１４８  ＬＥＤ、１２５  三方弁、１２５ａ  アクチュエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003997642.tif 000009
【図９】
0003997642.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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