JP2002062288A - On-vehicle analyzer - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、燃料電池を搭載し
た自動車に関して、燃料電池の中間プロセスにおいて発
生するガスの成分濃度を、走行状態で測定する装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring, in a running state, the concentration of a gas component generated in an intermediate process of a fuel cell in a vehicle equipped with a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】環境保全が叫ばれる中、自動車に対して
は排気ガスのクリーン化が強く求められ、近年、従来の
内燃機関に代えて燃料電池を搭載した自動車が非常に注
目を浴びようとしている。燃料電池には、種々の方法が
提案されているが、電池を形成するのに必要な水素（Ｈ
2）を生成する原料としての入手が容易であることから
アルコールを燃料とする方法が多く使用されており、一
般には図３のような構成をとるものが知られている。燃
料であるアルコール５１（ここでは、メタノール（ＣＨ
3ＯＨ）を例にあげるが、一部共存成分として水分（Ｈ2
Ｏ）を含むことがある。）を気化器５２に導入して気化
した後、改質器５３に導入する。改質器５３ではアルコ
ール５１を分解してＨ2を主成分とするガスを生成す
る。この時、Ｈ2のみならず、一酸化炭素（ＣＯ）や二
酸化炭素（ＣＯ2）等が同時に発生するが、こうしたＣ
Ｏ等は燃料電池５５に対してはその機能を害するもので
あり、燃料電池５５導入前に触媒５４によって除去され
る。精製されたガスは燃料電池５５内の電極部（図示せ
ず）で空気と反応し、所定の電気エネルギーが発生す
る。このようにして燃料電池から取り出した電気エネル
ギーは、モータ５６の駆動エネルギーとして使用され、
各種制御機能を介して自動車の駆動に繋がっている。燃
料電池５５でのＨ2ガスと空気反応後のガスには一部未
反応のＨ2ガスが残存しており、エネルギー効率向上の
ため改質器５３に還流され再利用される。（以下、気化
器５２から燃料電池５５までの部分を含めて燃料電池系
５０という。）図４は、このような燃料電池系５０の各
部位における発生ガスの成分の１例を表わしたもので、
燃料電池を用いた自動車は、内燃機関を用いた自動車に
比べ格段にクリーンな排気ガスの発生のみで走行が可能
であることが分る。2. Description of the Related Art As environmental preservation is called for, automobiles are strongly required to clean exhaust gas. In recent years, automobiles equipped with a fuel cell instead of the conventional internal combustion engine have been receiving much attention. I have. Various methods have been proposed for a fuel cell. However, hydrogen (H
A method using alcohol as a fuel is often used because it is easily available as a raw material for producing 2), and one having a configuration as shown in FIG. 3 is generally known. Alcohol 51 (here, methanol (CH
3OH) as an example, but water (H2
O). ) Is introduced into the vaporizer 52 and vaporized, and then introduced into the reformer 53. In the reformer 53, the alcohol 51 is decomposed to generate a gas mainly composed of H2. At this time, not only H2 but also carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2) are generated simultaneously.
O and the like impair the function of the fuel cell 55 and are removed by the catalyst 54 before the fuel cell 55 is introduced. The purified gas reacts with air at an electrode section (not shown) in the fuel cell 55 to generate predetermined electric energy. The electric energy extracted from the fuel cell in this manner is used as driving energy for the motor 56,
It is connected to the driving of the car through various control functions. The unreacted H2 gas remains in the gas after the air reaction with the H2 gas in the fuel cell 55, and is returned to the reformer 53 and reused for improving energy efficiency. (Hereinafter, the part from the vaporizer 52 to the fuel cell 55 will be referred to as the fuel cell system 50.) FIG. 4 shows an example of the components of the generated gas in each part of the fuel cell system 50. ,
It can be seen that an automobile using a fuel cell can run only by generating much cleaner exhaust gas than an automobile using an internal combustion engine.
【０００３】燃料電池としてその性能を維持するために
は、改質器５３での変換効率や触媒５４での除去効率の
確保が必須であると同時に、再利用される反応後のガス
の濃度管理も必要である。従って、改質器の出口でのＨ
2濃度や燃料電池の被毒物質であるＣＯ等の濃度測定と
ともに、再利用ガス中のＨ2濃度測定が必要となる。In order to maintain the performance of a fuel cell, it is essential to ensure the conversion efficiency in the reformer 53 and the removal efficiency in the catalyst 54, and at the same time, control the concentration of the recycled gas after the reaction. Is also necessary. Therefore, H at the outlet of the reformer
It is necessary to measure the H2 concentration in the recycled gas together with the measurement of the concentration of CO and the concentration of CO, which is a poisoning substance of the fuel cell.
【０００４】特に、自動車に搭載された燃料電池の特性
は、自動車の運行状態と密接に関係することから、一般
にこうした測定は自動車の走行状態で行われる必要があ
る。具体的には、図５に示すように自動車１をシャーシ
ダイナモ５に設置し、ドライバーズエイド６に従って一
定のモードで自動車を運転状態を作り出してそのモード
における燃料電池４の各部位からの上記ガス濃度を分析
装置２によって測定し、ガス濃度の変化・平均値を追跡
することでその燃料電池４の特性を評価する方法がとら
れる。ここで、３は自動車１のモータを現し、燃料電池
４からの電力により作動する。自動車１の運転は、一般
に運転ロボット７により行なわれることが多い。[0004] In particular, since the characteristics of a fuel cell mounted on an automobile are closely related to the operating state of the automobile, such measurements generally need to be performed while the automobile is running. Specifically, as shown in FIG. 5, the vehicle 1 is installed on the chassis dynamo 5, and the vehicle is driven in a certain mode in accordance with the driver's aid 6, and the gas from each part of the fuel cell 4 in that mode is created. A method is used in which the concentration is measured by the analyzer 2 and the characteristics of the fuel cell 4 are evaluated by tracking changes / average values of the gas concentration. Here, reference numeral 3 denotes a motor of the automobile 1, which is operated by electric power from the fuel cell 4. Generally, the driving of the automobile 1 is often performed by the driving robot 7.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術を用
いたガス分析装置を上記の分野に適用する場合において
は、以下のような課題を克服する必要があった。However, when a gas analyzer using the prior art is applied to the above-mentioned fields, it is necessary to overcome the following problems.
【０００６】Ｈ2濃度を測定には、その選択性の高さか
ら熱伝導式ガス分析計（Ｔermal Ｃonductivity Ｄetec
tion 以下「ＴＣＤ」という）が多く用いられるが、改
質器出口の共存成分であるＣＯ・ＣＯ2・ＣＨ3ＯＨ等の
干渉影響を受ける。また、酸素（Ｏ2）濃度測定には、
その保全性の高さから磁気式ガス分析計（Ｐaramagneti
cＯxygen Ａnayzer 以下「ＰＭＡ」と略す）、ＣＯ・Ｃ
Ｏ2・ＣＨ3ＯＨ計としては非分散式赤外線ガス分析計
（Ｎondispersive Ｉnfrared Ａnalyzer 以下「ＮＤＩ
Ｒ」という）が多く用いられているが、これらも相互に
干渉影響を受けるとともにベースガスによる感度影響も
知られている。こうした影響はすべて各成分の濃度測定
値の誤差要因となり、燃料電池の特性評価においては正
しい検証ができない場合がある。ここでいう「干渉影
響」とは、一般に、共存ガスの存在により正又は負の指
示誤差を与えるもので測定成分の有無に無関係に発生す
る影響をいう。一方「ベースガスによる感度影響」と
は、測定成分が存在しないときには影響がなく、測定成
分が存在した場合にその検出感度に対して正又は負の指
示誤差を与えるものをいう。（図６参照）従って、干渉
影響等による測定誤差の低減がこの分野におけるガス分
析装置に要求される。[0006] In order to measure the H2 concentration, a thermal conductivity gas analyzer (Terminal Conductivity Detec) is used because of its high selectivity.
tion, hereinafter referred to as “TCD”) is often used, but is affected by interference of CO, CO 2, CH 3 OH, etc. which are coexisting components at the outlet of the reformer. Also, for oxygen (O2) concentration measurement,
Because of its high maintainability, a magnetic gas analyzer (Paramagneti
cOxygen Analyzer (hereinafter abbreviated as “PMA”), CO ・ C
As the O 2 · CH 3 OH meter, a nondispersive infrared analyzer (hereinafter referred to as “NDI
R ") are often used, and these are also affected by interference with each other and are also known to be affected by the sensitivity of the base gas. All of these effects cause errors in the measured values of the concentrations of the respective components, and correct verification may not be possible in the evaluation of the characteristics of the fuel cell. The term “interference effect” as used herein generally refers to an effect that gives a positive or negative indicating error due to the presence of a coexisting gas and occurs regardless of the presence or absence of a measurement component. On the other hand, "sensitivity influence by base gas" means that there is no influence when no measurement component is present, and when a measurement component is present, a positive or negative indication error is given to the detection sensitivity. (See FIG. 6) Therefore, reduction of measurement errors due to interference effects and the like is required for gas analyzers in this field.
【０００７】また、自動車の走行状態に対応した燃料電
池の特性評価のためには、本来自動車に分析計を搭載し
て測定することが望ましく、単成分測定または単一の分
析計の搭載は従来も行われていた。しかし、複数の分析
計を搭載しようとすると車内の限られた空間では搭載場
所の設定も難しい。従って、複数の分析計をコンパクト
にして自動車に搭載できるようにすることがこの分野に
おけるガス分析装置に要求される。[0007] In addition, in order to evaluate the characteristics of a fuel cell corresponding to the running state of an automobile, it is originally desirable to carry out measurement by mounting an analyzer on the automobile. Was also done. However, when mounting a plurality of analyzers, it is difficult to set the mounting location in a limited space in the vehicle. Therefore, there is a demand for a gas analyzer in this field to make a plurality of analyzers compact and mountable on a vehicle.
【０００８】更に、自動車の走行状態と関連させて燃料
電池の中間発生ガスを測定するためには、分析計の応答
速度を上げる必要があり、そのためには測定ガス採取量
を多くする必要があるが、中間発生ガスを多量に採取す
ると燃料電池の特性に影響を与える結果となる。こうし
た不具合を防止するために測定後のガスを復流させる方
法を採用することが考えられるが、復流方式にあっても
分析計において測定ガスを変質させてしまうと、中間発
生ガスの変動による燃料電池の特性の変化が生じること
となる。従って、中間発生ガスの性情に変化を与えない
で所定量を採取できることが、この分野におけるガス分
析装置に要求される場合がある。Furthermore, in order to measure the intermediate gas generated in the fuel cell in relation to the running state of the automobile, it is necessary to increase the response speed of the analyzer, and for that purpose, it is necessary to increase the amount of sampled gas. However, if a large amount of the intermediate gas is collected, the characteristics of the fuel cell are affected. In order to prevent such a problem, it is conceivable to adopt a method of returning the gas after measurement.However, even in the case of the return flow method, if the measurement gas is altered in the analyzer, the fluctuation of the intermediate generated gas This causes a change in the characteristics of the fuel cell. Therefore, there is a case where a gas analyzer in this field is required to be able to collect a predetermined amount without changing the characteristics of the intermediate generated gas.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、ガス分析装置において以下の特徴を有
する。The present invention has the following features in a gas analyzer in order to solve the above problems.
【００１０】燃料電池を駆動源の１つとする自動車に関
し、当該燃料電池の中間発生ガスを測定する装置であっ
て、当該自動車に搭載しつつ、複数の測定原理を利用し
たガス分析計の２以上の組み合せから構成され、相互に
干渉補償を行うことを特徴とする。（請求項１） こうした特徴を有する装置を使用することにより、干渉
影響の少ない精度の高い測定が可能となり、自動車の運
転状態に対応した燃料電池の正確な特性データが得られ
ることとなる。The present invention relates to an apparatus for measuring an intermediate gas generated in a fuel cell of an automobile using a fuel cell as one of driving sources. The apparatus includes two or more gas analyzers mounted on the automobile and using a plurality of measurement principles. And performs mutual interference compensation. (Claim 1) By using an apparatus having such features, highly accurate measurement with little influence of interference becomes possible, and accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the driving state of the vehicle can be obtained.
【００１１】上記〔００１０〕のガス分析装置であっ
て、燃料電池についての複数の測定部位に応じて干渉補
償のパターンを変更することを特徴とする。（請求項
２） こうした特徴を有する装置を使用することにより、干渉
影響に対してより補償精度の高い測定が可能となり、自
動車の運転状態に対応した燃料電池の正確な特性データ
が得られることとなる。[0011] The gas analyzer according to the above [0010], wherein an interference compensation pattern is changed according to a plurality of measurement sites of the fuel cell. (Claim 2) By using the device having such characteristics, it is possible to perform measurement with higher compensation accuracy for the influence of interference, and to obtain accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the driving state of the vehicle. Become.
【００１２】上記〔００１０〕または〔００１１〕のガ
ス分析装置であって、複数の測定原理を利用した２以上
のガス分析計の組み合せを１つのユニットで纏めたこと
を特徴とする。（請求項３） こうした特徴を有する装置を使用することにより、小型
・大型を問わず各種自動車に搭載可能で精度の高い測定
が可能な分析装置を供給することができるようになると
ともに、自動車の運転状態に対応した燃料電池のより正
確な特性データが得られることとなる。[0012] The gas analyzer according to the above [0010] or [0011], wherein a combination of two or more gas analyzers utilizing a plurality of measurement principles is combined in one unit. (Claim 3) By using a device having such features, it becomes possible to supply an analyzer that can be mounted on various automobiles, small and large, and that can perform highly accurate measurement. More accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the operation state can be obtained.
【００１３】上記〔００１０〕乃至は〔００１２〕のガ
ス分析装置であって、測定成分の１つが水素であること
を特徴とする。（請求項４） こうした特徴を有する装置を使用することにより、各種
自動車に搭載可能で、燃料電池の主要測定項目である水
素に精度の高い測定が可能な分析装置を供給することが
できるようになるとともに、自動車の運転状態に対応し
た燃料電池のより正確な特性データが得られることとな
る。The gas analyzer according to any one of [0010] to [0012], wherein one of the measurement components is hydrogen. (Claim 4) By using a device having such characteristics, it is possible to supply an analyzer that can be mounted on various automobiles and that can measure hydrogen with high accuracy as a main measurement item of a fuel cell. In addition, more accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the driving state of the vehicle can be obtained.
【００１４】上記〔００１０〕乃至は〔００１３〕のガ
ス分析装置であって、測定成分の１つが水素でありその
測定原理のが熱伝導式ガス分析計であることを特徴とす
る。（請求項５） こうした特徴を有する装置を使用することにより、各種
自動車に搭載可能で、燃料電池の主要測定項目である水
素の測定がより高い精度を確保することができる分析装
置を供給することができるようになるとともに、自動車
の運転状態に対応した燃料電池のより正確な特性データ
が得られることとなる。The gas analyzer according to any one of the above [0010] to [0013], wherein one of the measurement components is hydrogen and the principle of measurement is a heat conduction type gas analyzer. (Claim 5) By using an apparatus having such characteristics, an analysis apparatus which can be mounted on various automobiles and which can ensure higher accuracy in measuring hydrogen, which is a main measurement item of a fuel cell, is provided. As a result, more accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the driving state of the vehicle can be obtained.
【００１５】上記〔００１０〕乃至は〔００１４〕のガ
ス分析装置であって、燃料電池から採取した測定ガスを
物理的又は化学的に変質させないガス分析計の組み合わ
せから構成され、測定ガスを再度燃料電池に復流させる
ことを特徴とする。（請求項６） こうした特徴を有する装置を使用することにより、各種
自動車に搭載可能で、燃料電池の主要測定項目である水
素の測定がより高い精度を確保することができる分析装
置を供給することができるようになるとともに、所定量
の燃料電池中間ガスの採取をしても燃料電池の特性に影
響を与えず、自動車の運転状態に対応した燃料電池のよ
り正確な特性データが得られることとなる。The gas analyzer according to any one of the above [0010] to [0014], comprising a combination of a gas analyzer which does not physically or chemically alter the measurement gas collected from the fuel cell, It is characterized by flowing back to the battery. (Claim 6) By using an apparatus having such a feature, an analysis apparatus which can be mounted on various automobiles and which can ensure higher accuracy in measuring hydrogen, which is a main measurement item of a fuel cell, is provided. And that even if a predetermined amount of fuel cell intermediate gas is collected, the characteristics of the fuel cell are not affected, and more accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the driving state of the vehicle can be obtained. Become.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実用化されている燃料電池の１つであるメタノール
を燃料とする場合を具体例として図面を参照しながら説
明する。このとき既述のように、図３に示すような数種
類の各部位からの発生ガスが測定対象となり、詳しくは
図４のような組成となる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, taking as an example a case in which methanol, which is one of fuel cells put into practical use, is used as a fuel. At this time, as described above, gases generated from several types of portions as shown in FIG. 3 are to be measured, and more specifically, have a composition as shown in FIG.
【００１７】図１は、本発明の具体的な実施の形態の１
つを表わす。自動車１には、駆動源として燃料電池４が
搭載されるとともに、本発明の係るガス分析装置２が設
置されている。燃料電池４の各測定点とガス分析装置２
とは導入用配管により接続しており、各部位での発生ガ
スの一部（測定対象ガス）が当該配管を通じてその間を
移動する。ガス分析装置内には複数の測定原理を利用し
た２以上のガス分析計が設けられており、測定対象ガス
を装置入口に導入し、各部位の測定成分に相応するガス
分析計に導入される。なお、測定部位によってはＨ2Ｏ
濃度が３０％近いものもあり、水分除去をするための部
品を追加することが必要となる場合がある。具体的に
は、水分を空冷凝結させてドレンを生成させ分離除去す
るドレンセパレータ、例えばペルチェ効果を利用した電
子素子により冷却空間を作り水分を凝縮させて分離除去
する電子冷却器（図示せず）、水分に対する特異性を有
する高分子膜の両面の浸透圧の差を利用して水分のみを
分離する半透膜除湿器等（図示せず）、またはこれらの
組合せが燃料電池４と分析装置２の間に設けられる。但
し、こうした処理は中間発生ガスの組成を変化させるこ
ととなり、燃料電池４の特性に影響を与える可能性のあ
る場合は分析装置２までの配管を加熱処理とすることが
必要となる場合もある。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
Represent one. The automobile 1 is equipped with a fuel cell 4 as a drive source and a gas analyzer 2 according to the present invention. Each measurement point of the fuel cell 4 and the gas analyzer 2
Is connected by an introduction pipe, and a part of the generated gas (measurement target gas) at each part moves through the pipe. Two or more gas analyzers utilizing a plurality of measurement principles are provided in the gas analyzer, and the gas to be measured is introduced into the apparatus inlet, and is introduced into the gas analyzer corresponding to the measurement component at each site. . Depending on the measurement site, H2O
Some of them have a concentration close to 30%, and it may be necessary to add a part for removing moisture. More specifically, a drain separator that generates and separates drain by condensing water by air cooling, for example, an electronic cooler (not shown) that creates a cooling space by using an electronic element utilizing the Peltier effect to condense and remove water. A semipermeable membrane dehumidifier (not shown) that separates only water by utilizing the difference in osmotic pressure on both surfaces of a polymer membrane having specificity for water, or a combination of these, and the fuel cell 4 and the analyzer 2 It is provided between. However, such a process changes the composition of the intermediate generated gas, and if there is a possibility that the characteristics of the fuel cell 4 may be affected, it may be necessary to heat the piping up to the analyzer 2. .
【００１８】燃料電池ではＨ2濃度の管理が最も重要な
項目であり、その測定精度を高めるためには基本的にＨ
2を直接測定することが望ましいが、Ｈ2以外の他の成分
濃度が正確に求められる場合には、その濃度からＨ2濃
度を算出することも可能である。ここでは、測定対象成
分として、Ｈ2・Ｏ2・ＣＯ・ＣＯ2・ＣＨ3ＯＨ等を挙
げ、測定原理の一例として、Ｈ2測定にＴＣＤ、Ｏ2測定
にＰＭＡ、ＣＯ・ＣＯ2・ＣＨ3ＯＨ測定にＮＤＩＲの各
ガス分析計を用いた場合について説明する。ガス分析装
置に導入された測定ガスは、一般には、分岐されて並列
的にＴＣＤ・ＰＭＡ・ＮＤＩＲに導入される。各分析計
への導入ガス流量・分析計の応答時間を調整すること
で、測定値の同時性が保たれ、又相互の干渉補正のおけ
る時間的ズレのない、精度の高い測定値を得ることがで
きるためである。燃料電池の特性データの正確性を確保
するためにはこうした測定値の精度の高さが必要とな
る。しかし、各部位での組成の変動が少なく、各分析計
への導入ガス流量がほぼ一定に維持でき、分析計の応答
時間が把握できている場合には、測定ガスを分岐せずに
ＴＣＤ・ＰＭＡ・ＮＤＩＲを直列的に流入し、各分析計
の間に生じた応答遅れを補正することで所定の測定値精
度が確保できる。これによって、測定ガス流量を最小限
にすることができるという効果が期待できる。In the fuel cell, the management of the H2 concentration is the most important item, and in order to improve the measurement accuracy, the H2 concentration is basically determined.
Although it is desirable to measure 2 directly, if the concentration of a component other than H2 is accurately determined, it is also possible to calculate the H2 concentration from that concentration. Here, H2, O2, CO, CO2, CH3OH and the like are listed as the components to be measured. As an example of the measurement principle, each gas analyzer of TCD for H2 measurement, PMA for O2 measurement, and NDIR for CO, CO2, CH3OH measurement. The case where is used will be described. The measurement gas introduced into the gas analyzer is generally branched and introduced into the TCD / PMA / NDIR in parallel. By adjusting the flow rate of the introduced gas to each analyzer and the response time of the analyzer, it is possible to maintain the synchronization of the measured values and obtain highly accurate measured values without time lag in mutual interference correction. This is because In order to ensure the accuracy of the characteristic data of the fuel cell, high accuracy of such measured values is required. However, when the composition variation at each part is small, the flow rate of the introduced gas to each analyzer can be kept almost constant, and the response time of the analyzer can be grasped, the TCD / A predetermined measurement value accuracy can be ensured by injecting PMA / NDIR in series and correcting a response delay generated between the analyzers. As a result, an effect that the flow rate of the measurement gas can be minimized can be expected.
【００１９】また上記の分析計は、通過による物理的又
は化学的に変質させることはないため、分析計測定後各
分析計から排出されるガスは、再度排出ガスを集合し採
取した燃料電池の測定部位に戻すことができる。もし、
一部に物理的又は化学的に変質させる分析計（例えば、
メタン（ＣＨ4）の測定に水素炎イオン化検出法（Ｆlam
e Ｉonization Ｄetection）等）を用いた場合には、そ
の分析計の排出ガスを除くガスを集合して測定部位に戻
すことができる。こうした循環系を採用することで燃料
電池の特性に影響を与えることなくリアルタイムに各部
位の排出ガスの測定が可能となる。Further, since the above-mentioned analyzers do not physically or chemically deteriorate due to passage, the gas discharged from each analyzer after the measurement of the analyzer is collected again by collecting the exhaust gas and collecting the collected gas from the fuel cell. It can be returned to the measurement site. if,
An analyzer that physically or chemically alters a part (for example,
Flame ionization detection method (Flam
In the case of using e ionization detection), gases other than the exhaust gas of the analyzer can be collected and returned to the measurement site. By employing such a circulating system, it is possible to measure the exhaust gas of each part in real time without affecting the characteristics of the fuel cell.
【００２０】ガス分析装置を構成する各分析計は、既述
のように複数の測定原理を利用したものであり、一般に
は測定原理ごとに独立した分析計を複数配置するが、本
発明では自動車に搭載できるように１ユニットの纏めた
ものを用いる。つまり、各分析計の検出器部分（前置増
幅部を含む）を並列的又は直列的に配置し、電源供給部
や信号処理部及び表示・演算部を各分析計の機能に合わ
せて共通化することで分析装置全体として非常にコンパ
クトなものとできる。特に、本発明では、ＴＣＤ・ＰＭ
Ａ・ＮＤＩＲといった検出部を小型可能な測定原理を利
用することができることから、コンパクト化に有利であ
る。Each analyzer constituting the gas analyzer utilizes a plurality of measurement principles as described above. Generally, a plurality of independent analyzers are arranged for each measurement principle. A single unit is used so that it can be mounted on a vehicle. In other words, the detector section (including the preamplifier) of each analyzer is arranged in parallel or in series, and the power supply section, signal processing section, display / calculation section are shared according to the function of each analyzer. By doing so, the analyzer can be made very compact as a whole. In particular, in the present invention, TCD / PM
Since it is possible to use a measurement principle capable of reducing the size of a detection unit such as A / NDIR, it is advantageous for downsizing.
【００２１】こうして得られた各分析計の測定値は、既
述のように相互に干渉影響や感度影響を受けたものであ
り、それぞれ相互に測定値を用いて補正をする必要があ
る。その方法については、一般にはまず、各分析計にお
けるすべての共存ガスの干渉影響及びベースガスによる
感度影響データを準備しておく必要がある。つまり、Ｔ
ＣＤにおけるＯ2・ＣＯ・ＣＯ2・ＣＨ3ＯＨ、ＰＭＡに
おけるＨ2・ＣＯ・ＣＯ2・ＣＨ3ＯＨ、ＮＤＩＲでは、
ＣＯ計におけるＣＯ2・ＣＨ3ＯＨ、ＣＯ2計におけるＨ2
・ＣＯ・ＣＨ3ＯＨ、ＣＨ3ＯＨ計におけるＣＯ・ＣＯ2
の各影響データを必要とする。The measured values of the analyzers thus obtained are mutually affected by interference and sensitivity as described above, and it is necessary to correct each other using the measured values. As for the method, generally, it is first necessary to prepare data on interference effects of all coexisting gases and sensitivity influences by a base gas in each analyzer. That is, T
O2.CO.CO2.CH3OH in CD, H2.CO.CO2.CH3OH in PMA, NDIR:
CO2 / CH3OH in CO meter, H2 in CO2 meter
・ CO ・ CO2 in CO ・ CH3OH, CH3OH meter
Need each impact data.
【００２２】しかし、燃料電池の各部位からの発生ガス
は、各組成が何らかの相関関係を有しており、測定部位
に対応した一定のパターンを使った干渉補正が可能とな
る。図２に、Ｎ2ガスをゼロガスとした場合において生
じる、(A)Ｈ2計（ＴＣＤ）のＯ2・ＣＯ・ＣＯ2・ＣＨ3
ＯＨの干渉影響データ、(B)ＣＯ2計（ＮＤＩＲ）のＣＯ
・ＣＨ3ＯＨの干渉影響データ、(C)ＣＯ2計（ＮＤＩ
Ｒ）のＨ2・ＣＯ・ＣＨ3ＯＨによる感度影響データの一
例を示す。However, the composition of the gas generated from each part of the fuel cell has some correlation, and it is possible to perform the interference correction using a fixed pattern corresponding to the part to be measured. FIG. 2 shows (A) O2, CO, CO2, CH3 of the H2 meter (TCD) generated when the N2 gas is set to zero gas.
OH interference effect data, (B) CO2 meter (NDIR) CO
・ CH3OH interference effect data, (C) CO2 meter (NDI
An example of sensitivity effect data of R) due to H2.CO.CH3OH is shown.
【００２３】次に補正後のＨ2濃度[Ｈ2]a は、図２(A)
のテーブルを使って、以下の式により算出する。 [Ｈ2]a＝[Ｈ2]−Ｂ1a−Ｂ1b−Ｂ1c−Ｂ1d−Ｂ1e−Ｂ1f ここで、[Ｘ]は測定ガスＸの補正前の濃度を示し、Ｂ1a
〜Ｂ1fは測定１の場合の各ガスの影響値を示す。つま
り、測定１の場合であってＨ2Ｏ濃度が１１％のとき、
Ｂ1a＝−０.６％となり、Ｈ2Ｏ濃度が変化した場合に
は、Ｂ1a’＝−０.６*[Ｈ2Ｏ]／１１で近似する。同様
に他の共存ガスについても各分析計からの濃度出力から
各ガスの影響値Ｂnxを得て補正後の濃度[Ｈ2]a を算出
する。具体的には、図２(A)の測定１、Ａ1の組成の場合
において、以下の値が得られる。 [Ｈ2]a＝７２＋０.６＋１.４＋０.４＝７４.４(％) 同様に、ＣＯ2濃度の干渉補正についても、図２(B)のテ
ーブルを使って、以下の式により算出する。 [ＣＯ2]a’＝[ＣＯ2]−Ｃ1a−Ｃ1d−Ｃ1f さらにＣＯ2の場合は、感度補正も必要であり、図２(C)
のテーブルを使って、以下の式により算出する。 [ＣＯ2]a”＝[ＣＯ2]a’／（（１００＋Ｄ1a＋Ｄ1b＋Ｄ
1c＋Ｄ1d＋Ｃ1f＋Ｄ1g）／１００） 具体的にテーブルの各数値を当て嵌めると、以下の値が
得られる。 [ＣＯ2]a’＝２３−０−０−０.１＝２２.９(％) [ＣＯ2]a”＝２２.９／（（１００＋０＋０＋０＋０.１
＋０.１＋８.６）／１００）＝２１.０(％) 他の成分についても、対応するテ−ブルを準備してお
き、上記の方法を用いて補正後の各測定値を得ることが
できる。Next, the corrected H2 concentration [H2] a is shown in FIG.
Is calculated by the following equation using the table of [H2] a = [H2] -B1a-B1b-B1c-B1d-B1e-B1f Here, [X] indicates the concentration of the measurement gas X before correction, and B1a
B1f indicates the influence value of each gas in the case of measurement 1. That is, in the case of measurement 1, when the H2O concentration is 11%,
B1a = -0.6%, and when the H2O concentration changes, it is approximated by B1a '=-0.6 * [H2O] / 11. Similarly, for the other coexisting gases, the influence value Bnx of each gas is obtained from the concentration output from each analyzer, and the corrected concentration [H2] a is calculated. More specifically, the following values are obtained in the case of the composition of measurement 1 and A1 in FIG. [H2] a = 72 + 0.6 + 1.4 + 0.4 = 74.4 (%) Similarly, the interference correction of the CO2 concentration is calculated by the following equation using the table of FIG. [CO2] a '= [CO2] -C1a-C1d-C1f In the case of CO2, sensitivity correction is also necessary.
Is calculated by the following equation using the table of [CO2] a "= [CO2] a '/ ((100 + D1a + D1b + D
1c + D1d + C1f + D1g) / 100) By applying each numerical value in the table, the following values are obtained. [CO2] a '= 23-0-0-0.1 = 22.9 (%) [CO2] a "= 22.9 / ((100 + 0 + 0 + 0 + 0.1
+ 0.1 + 8.6) / 100) = 21.0 (%) For other components, corresponding tables are prepared, and the measured values after correction can be obtained using the above method. .
【００２４】上記方法では、分析計からの濃度出力を各
式に挿入して算出したが（１次法）、この算出結果を再
度、各測定濃度出力として各式に挿入して算出すると
（多次法）、更に精度の高い補正値が得ることができ
る。In the above method, the concentration output from the analyzer is calculated by inserting it into each equation (first-order method). However, when this calculation result is again inserted into each equation as each measured concentration output and calculated (multiple methods). Next method), a more accurate correction value can be obtained.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上のような特徴を有する装置を使用す
ることにより、干渉影響等を高い精度で補正することが
でき、誤差の少ない連続測定が可能となり、自動車の運
転状態に対応した燃料電池の正確な特性データが得られ
ることとなる。また、複数の測定原理を利用した２以上
のガス分析計を１つのユニットで纏めた装置を使用する
ことにより、小型・大型を問わず各種自動車に搭載可能
となる。特に、燃料電池の主要測定項目である水素につ
いては、熱伝導式分析計の選択性の高さが利用できるこ
とから精度の高い測定が可能になるとともに、燃料電池
から採取した測定ガスを物理的又は化学的に変質させな
いガス分析計の組み合わせも可能であり、測定ガスを再
度燃料電池に復流させることで、所定量の燃料電池中間
ガスの採取をしても燃料電池の特性に影響を与えず、自
動車の運転状態に対応した燃料電池のより正確な特性デ
ータが得られることとなる。By using the apparatus having the above-mentioned features, the influence of interference and the like can be corrected with high accuracy, continuous measurement with little error can be performed, and the fuel cell corresponding to the driving state of the automobile can be obtained. Will be obtained. In addition, by using a device in which two or more gas analyzers utilizing a plurality of measurement principles are integrated in one unit, the gas analyzer can be mounted on various types of automobiles, both small and large. In particular, for hydrogen, which is a major measurement item of fuel cells, the high selectivity of thermal conductivity analyzers can be used to enable highly accurate measurement, and the measurement gas collected from the fuel cell is physically or A combination of gas analyzers that do not chemically alter is also possible.By returning the measurement gas to the fuel cell again, even if a predetermined amount of fuel cell intermediate gas is collected, it does not affect the characteristics of the fuel cell. Thus, more accurate characteristic data of the fuel cell corresponding to the driving state of the vehicle can be obtained.
【図１】本発明の実施方法を示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a method for implementing the present invention.
【図２】本発明の実施において用いられる分析計の干渉
影響データの一例を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of interference influence data of an analyzer used in the embodiment of the present invention.
【図３】燃料電池の構成例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration example of a fuel cell.
【図４】燃料電池における発生ガス成分の一例を示した
説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a generated gas component in a fuel cell.
【図５】従来の実施方法を示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a conventional implementation method.
【図６】分析計における共存ガスによる影響例を示した
説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the influence of a coexisting gas on the analyzer.
２ 分析装置 ３ モータ ４ 燃料電池 ５ シャーシダイナモ ６ ドラーバーズエイド ７ 運転ロボット ５１ アルコール燃料 ５２ 気化器 ５３ 改質器 ５４ 触媒 ５５ 燃料電池 ５６ モータ 2 Analyzer 3 Motor 4 Fuel Cell 5 Chassis Dynamo 6 Drover's Aid 7 Driving Robot 51 Alcohol Fuel 52 Vaporizer 53 Reformer 54 Catalyst 55 Fuel Cell 56 Motor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｚ Ｆターム(参考） 2G040 AA02 AB09 BA23 CA02 CB02 DA02 DA12 EA02 EB02 GA05 GA07 HA18 ZA06 2G053 AA05 AB16 AB17 BA06 BB03 BB17 CA13 CB07 CB21 2G059 AA01 BB01 CC04 CC15 DD01 DD12 EE01 JJ03 JJ04 KK01 MM01 MM12 NN01 5H027 BA01 KK31 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/04 H01M 8/04 Z F-term (Reference) 2G040 AA02 AB09 BA23 CA02 CB02 DA02 DA12 EA02 EB02 GA05 GA07 HA18 ZA06 2G053 AA05 AB16 AB17 BA06 BB03 BB17 CA13 CB07 CB21 2G059 AA01 BB01 CC04 CC15 DD01 DD12 EE01 JJ03 JJ04 KK01 MM01 MM12 NN01 5H027 BA01 KK31
Claims (6)
関し、当該燃料電池の中間発生ガスを測定する装置であ
って、当該自動車に搭載しつつ、複数の測定原理を利用
したガス分析計の２以上の組み合せから構成され、相互
に干渉補償をすることを特徴とするガス測定装置。An apparatus for measuring intermediate gas generated in a fuel cell of a vehicle using a fuel cell as one of driving sources, comprising: a gas analyzer that uses a plurality of measurement principles while being mounted on the vehicle. A gas measuring device comprising a combination of two or more and mutually compensating for interference.
じて干渉補償のパターンを変更することを特徴とする請
求項１のガス分析装置。2. The gas analyzer according to claim 1, wherein an interference compensation pattern is changed according to a plurality of measurement sites of the fuel cell.
分析計の組み合せを１つのユニットで纏めたことを特徴
とする請求項１または２のガス分析装置。3. The gas analyzer according to claim 1, wherein a combination of two or more gas analyzers using a plurality of measurement principles is combined in one unit.
とする請求項１乃至は３のガス分析装置。4. The gas analyzer according to claim 1, wherein one of the measurement components is hydrogen.
原理が熱伝導式ガス分析計であることを特徴とする請求
項１乃至は４のガス分析装置。5. The gas analyzer according to claim 1, wherein one of the measurement components is hydrogen, and the measurement principle is a heat conduction type gas analyzer.
又は化学的に変質させないガス分析計の組み合わせから
構成されるガス分析装置であって、測定後再度燃料電池
に復流させることを特徴とする請求項１乃至は５のガス
分析装置。6. A gas analyzer comprising a combination of a gas analyzer which does not physically or chemically alter a measurement gas collected from a fuel cell, wherein the gas is returned to the fuel cell after measurement. 6. The gas analyzer according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246628A JP2002062288A (en) | 2000-08-16 | 2000-08-16 | On-vehicle analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062288A true JP2002062288A (en) | 2002-02-28 |
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ID=18736900
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-
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