特開 2024-30373 濃度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030373

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】濃度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20240229BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20240229BHJP

   G01N 1/00 20060101ALI20240229BHJP

   G01N 27/38 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 311A

F23N5/24 107Z

G01N1/00 101R

G01N1/00 101X

G01N27/38 331

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022133221

(22)【出願日】2022-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004082

【氏名又は名称】弁理士法人北大阪特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100141092

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 英生

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 勲

(72)【発明者】

【氏名】飛田 真吾

(72)【発明者】

【氏名】淺村 仁志

【テーマコード（参考）】

2G052

3K003

【Ｆターム（参考）】

2G052AA02

2G052AB08

2G052AC25

2G052AD22

2G052AD42

2G052CA19

2G052FC04

2G052FC12

2G052GA23

2G052HA19

2G052HC08

2G052HC09

2G052JA11

3K003TA01

3K003TC01

(57)【要約】

【課題】定電位電解式のＮＯセンサを用いてＮＯ濃度を検出する装置であって、ＮＯセンサをリフレッシュさせながら連続使用できるとともに、無駄な動作を極力抑えることが可能となる濃度検出装置を提供する。
【解決手段】対象システムの燃焼動作により生じる排ガスのＮＯ濃度を、定電位電解式のＮＯセンサを用いて検出する濃度検出装置であって、前記燃焼動作の実行状況に基づいて、基本モードおよび待機モードを含む複数の動作モードの間で動作状態が切り替えられ、前記基本モードは、前記排ガスの排出経路から採取される検出対象ガスを前記ＮＯセンサに所定時間送り込む作用動作と、洗浄用ガスを前記ＮＯセンサに所定時間送り込む洗浄動作と、を交互に行う動作モードであり、前記待機モードは、前記作用動作および前記洗浄動作の何れも停止した動作モードである濃度検出装置とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象システムの燃焼動作により生じる排ガスのＮＯ濃度を、定電位電解式のＮＯセンサを用いて検出する濃度検出装置であって、
前記燃焼動作の実行状況に基づいて、基本モードおよび待機モードを含む複数の動作モードの間で動作状態が切り替えられ、
前記基本モードは、
前記排ガスの排出経路から採取される検出対象ガスを前記ＮＯセンサに所定時間送り込む作用動作と、洗浄用ガスを前記ＮＯセンサに所定時間送り込む洗浄動作と、を交互に行う動作モードであり、
前記待機モードは、
前記作用動作および前記洗浄動作の何れも停止した動作モードであることを特徴とする濃度検出装置。

【請求項2】

前記対象システムから前記燃焼動作のＯＮ／ＯＦＦを示す信号を継続的に受信し、
前記信号がＯＮとなったことに応じて動作状態を前記基本モードに切り替え、前記信号がＯＦＦとなったことに応じて動作状態を前記待機モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の濃度検出装置。

【請求項3】

前記信号がＯＦＦとなったとき、
前記作用動作の実行中である場合には、この作用動作を中断して前記洗浄動作を実行し、この洗浄動作の終了後に動作状態を前記待機モードに切り替える一方、
前記洗浄動作の実行中である場合には、この洗浄動作の終了後に動作状態を前記待機モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の濃度検出装置。

【請求項4】

前記検出対象ガスが流入する第１ガス経路と前記洗浄用ガスが流入する第２ガス経路の一方を、前記ＮＯセンサを通る第３ガス経路に切替可能に接続する弁を備え、
前記作用動作の実行時には、前記弁が第１ガス経路を第３ガス経路に接続させた状態となり、
前記洗浄動作の実行時、および、動作状態が前記待機モードであるときには、前記弁が第２ガス経路を第３ガス経路に接続させた状態となることを特徴とする請求項３に記載の濃度検出装置。

【請求項5】

第３ガス経路に配置されて前段側から後段側へガスを送るポンプを備え、
前記作用動作および前記洗浄動作は、前記ポンプを作動させることにより行われ、
動作状態が前記待機モードであるときには、前記ポンプが停止することを特徴とする請求項４に記載の濃度検出装置。

【請求項6】

前記洗浄動作は、外部の空気を前記洗浄用ガスとして前記ＮＯセンサに送り込む動作であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の濃度検出装置。

【請求項7】

動作状態が前記基本モードであるとき、
前記作用動作の略終了時における前記ＮＯセンサの対極と作用極の間に流れる電流に応じた値と、この作用動作の直前の前記洗浄動作の略終了時における前記電流に応じた値との差に基づいて、前記ＮＯ濃度を算出することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の濃度検出装置。

【請求項8】

前記対象システムは、前記燃焼動作によって生じる熱を用いて水を加熱するボイラであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の濃度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、定電位電解式のＮＯセンサを用いた濃度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば排ガスのＮＯ（一酸化窒素）濃度を検出する装置として、定電位電解式のＮＯセンサを用いて当該濃度を検出する濃度検出装置が提案されている。このような定電位電解式のＮＯセンサは一般的に検出感度が高く、ＮＯ濃度を高精度に検出することが可能な点で優れている。例えば特許文献１には、定電位電解式ガスセンサを備えた排ガス分析装置の一例が開示されている。

【0003】

しかし定電位電解式のＮＯセンサにおいては、連続で測定を行うと測定誤差が増加することが判明しており、空気などを用いて定期的にセンサをリフレッシュさせる必要がある。なお特許文献１によれば、空気などの回復ガスをセンサに供給する感度劣化回復処理を行うことにより、センサの感度劣化を回復させることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－１２７９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

定電位電解式のＮＯセンサを用いた濃度検出装置を連続で使用する場合は、測定誤差を抑えるため、上述したようにＮＯセンサをリフレッシュさせる必要がある。また更に、電力消費の低減や長期使用による劣化抑制等の観点から、濃度検出装置の使用形態において無駄な動作が極力抑えられるようにすることが重要である。

【0006】

本発明は上記課題に鑑み、定電位電解式のＮＯセンサを用いてＮＯ濃度を検出する装置であって、ＮＯセンサをリフレッシュさせながら連続使用できるとともに、無駄な動作を極力抑えることが可能となる濃度検出装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る濃度検出装置は、対象システムの燃焼動作により生じる排ガスのＮＯ濃度を、定電位電解式のＮＯセンサを用いて検出する濃度検出装置であって、前記燃焼動作の実行状況に基づいて、基本モードおよび待機モードを含む複数の動作モードの間で動作状態が切り替えられ、前記基本モードは、前記排ガスの排出経路から採取される検出対象ガスを前記ＮＯセンサに所定時間送り込む作用動作と、洗浄用ガスを前記ＮＯセンサに所定時間送り込む洗浄動作と、を交互に行う動作モードであり、前記待機モードは、前記作用動作および前記洗浄動作の何れも停止した動作モードである構成とする。

【0008】

本構成によれば、定電位電解式のＮＯセンサを用いてＮＯ濃度を検出する装置であって、ＮＯセンサをリフレッシュさせながら連続使用できるとともに、無駄な動作を極力抑えることが可能となる。

【0009】

上記構成としてより具体的には、前記対象システムから前記燃焼動作のＯＮ／ＯＦＦを示す信号を継続的に受信し、前記信号がＯＮとなったことに応じて動作状態を前記基本モードに切り替え、前記信号がＯＦＦとなったことに応じて動作状態を前記待機モードに切り替える構成としても良い。

【0010】

上記構成としてより具体的には、前記信号がＯＦＦとなったとき、前記作用動作の実行中である場合には、この作用動作を中断して前記洗浄動作を実行し、この洗浄動作の終了後に動作状態を前記待機モードに切り替える一方、前記洗浄動作の実行中である場合には、この洗浄動作の終了後に動作状態を前記待機モードに切り替える構成としても良い。

【0011】

上記構成としてより具体的には、前記検出対象ガスが流入する第１ガス経路と前記洗浄用ガスが流入する第２ガス経路の一方を、前記ＮＯセンサを通る第３ガス経路に切替可能に接続する弁を備え、前記作用動作の実行時には、前記弁が第１ガス経路を第３ガス経路に接続させた状態となり、前記洗浄動作の実行時、および、動作状態が前記待機モードであるときには、前記弁が第２ガス経路を第３ガス経路に接続させた状態となる構成としても良い。

【0012】

上記構成としてより具体的には、第３ガス経路に配置されて前段側から後段側へガスを送るポンプを備え、前記作用動作および前記洗浄動作は、前記ポンプを作動させることにより行われ、動作状態が前記待機モードであるときには、前記ポンプが停止する構成としても良い。また上記構成としてより具体的には、前記洗浄動作は、外部の空気を前記洗浄用ガスとして前記ＮＯセンサに送り込む動作である構成としても良い。

【0013】

上記構成としてより具体的には、動作状態が前記基本モードであるとき、前記作用動作の略終了時における前記ＮＯセンサの対極と作用極の間に流れる電流に応じた値と、この作用動作の直前の前記洗浄動作の略終了時における前記電流に応じた値との差に基づいて、前記ＮＯ濃度を算出する構成としても良い。また上記構成としてより具体的には、前記対象システムは、前記燃焼動作によって生じる熱を用いて水を加熱するボイラである構成としても良い。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る濃度検出装置によれば、定電位電解式のＮＯセンサを用いてＮＯ濃度を検出する装置であって、ＮＯセンサをリフレッシュさせながら連続使用できるとともに、無駄な動作を極力抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態に係る濃度検出装置およびその周辺の概略的な構成図である。

【図2】本実施形態に係るＮＯセンサユニットの概略的な構成図である。

【図3】作用動作の実行時における濃度検出装置でのガスの流れの説明図である。

【図4】洗浄動作の実行時における濃度検出装置でのガスの流れの説明図である。

【図5】濃度検出装置における動作状態の制御の流れに関するフローチャートである。

【図6】濃度検出装置の動作内容に関するタイムチャートである。

【図7】本実施形態に係る濃度検出装置の変形例に関する説明図である。

【図8】本実施形態に係る濃度検出装置の別の変形例に関する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について各図面を参照して説明する。

【0017】

図１は、本実施形態に係る濃度検出装置１およびその周辺の概略的な構成図である。本図に示すように濃度検出装置１は、ドレンポット１１、電磁弁（三方弁）１２、ポンプ１３、ＮＯセンサユニット１４、コントローラ１５、空気取入口１６、検出対象ガス取入口１７、ガス排出口１８、第１ガス経路Ｌ１、第２ガス経路Ｌ２、および第３ガス経路Ｌ３を備える。濃度検出装置１は、定電位電解式のＮＯセンサを用いて、ボイラ２（本発明の対象システムの一例）の燃焼動作により生じる排ガスのＮＯ濃度を検出する装置である。

【0018】

ボイラ２は、燃焼動作によって発生させた熱を用いて水を加熱するシステムであり、例えば、水の加熱によって蒸気を生成して外部へ供給するように構成される。より具体的に説明すると、ボイラ２は、外部から供給される水を伝熱管（水管）に通すように構成されており、空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼動作を行い、この燃焼動作によって発生させた熱を用いて伝熱管を通る水を加熱し蒸気を生成する。

【0019】

なおボイラ２は、燃焼動作により生じる排ガスの排出経路となる煙突２２を備えており、この排ガスは煙突２２の上端から外部に放出される。また、ボイラ２は制御部２１を備えており、ボイラ２において行われる燃焼動作を含む各動作は、制御部２１によって制御される。制御部２１は、蒸気の供給先からの蒸気供給の要求等に基づき、蒸気の生成が必要なときには燃焼動作を実行し、蒸気の生成が不要であるときには燃焼動作を実行しない。

【0020】

また制御部２１は、燃焼動作のＯＮ／ＯＦＦを示す動作信号Ｓａ（燃焼動作の実行状況を示す信号）を、外部へ継続的に送信することが可能となっている。この動作信号Ｓａは、ＯＮの状態が燃焼動作の実行中であることを示し、ＯＦＦの状態が燃焼動作の停止中であることを示す。なお制御部２１は、ボイラ２自体に設置されても良く、ボイラ２とは別に設置されて、ボイラ２を遠隔制御するようになっていても良い。

【0021】

また濃度検出装置１において、検出対象ガス取入口１７およびガス排出口１８は、煙突２２に接続されている。これにより濃度検出装置１は、ボイラ２の燃焼動作により生じる排ガスを、検出対象ガス取入口１７から検出対象ガスＧ１として取入れ可能であるとともに、利用済みの検出対象ガスＧ１や後述する空気Ｇ２をガス排出口１８から煙突２２へ排出することができる。

【0022】

なお、ガス排出口１８と煙突２２の接続箇所は、検出対象ガス取入口１７と煙突２２の接続箇所よりも煙突２２における後段側（上側）となっており、利用済みの検出対象ガスＧ１や空気Ｇ２が濃度検出装置１に取入れられる事態は回避される。また空気取入口１６は、濃度検出装置１の外部から内部へ洗浄用ガスとしての空気を取入れることができる位置（排ガスが混入しない清浄な空気を取入れることが可能な位置）に配置されている。

【0023】

更に濃度検出装置１において、第１ガス経路Ｌ１は、検出対象ガス取入口１７から電磁弁１２へ延びるように配置されている。第２ガス経路Ｌ２は、空気取入口１６から電磁弁１２へ延びるように配置されている。第３ガス経路Ｌ３は、電磁弁１２からガス排出口１８へ延びるように配置されている。電磁弁１２は、第１ガス経路Ｌ１と第２ガス経路Ｌ２の一方を、第３ガス経路Ｌ３に切替可能に接続する弁である。

【0024】

第１ガス経路Ｌ１の途中には、ドレンポット１１が配置されている。ドレンポット１１は、第１ガス経路Ｌ１を通る排ガスから水を分離して除去する役割を果たす。第３ガス経路Ｌ３の途中には、前段側から順に、ポンプ１３、およびＮＯセンサユニット１４が配置されている。ポンプ１３は、第３ガス経路Ｌ３とこれに接続されたガス経路において、前段側から後段側へガスを流通させる役割を果たす。ＮＯセンサユニット１４は、検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度を検出可能とする役割を果たす。なお、第１ガス経路Ｌ１および第２ガス経路Ｌ２については、各経路の途中に、ガス中の塵埃粒子を除去するガスフィルタを設けるように構成しても良い。

【0025】

図２は、ＮＯセンサユニット１４の概略的な構成図を示している。本図に示すＮＯセンサユニット１４は、定電位電解式のＮＯセンサ１４１、および、ポテンショスタット１４２を備えている。ＮＯセンサ１４１は、例えば容器内に作用極Ｐｗ、対極Ｐｃ、および参照極Ｐｒの各電極が配置され、当該容器内を電解液で満たした構造となっている。

【0026】

ポテンショスタット１４２は、参照極Ｐｒの電位を、作用極Ｐｗの電位に対して一定の値（例えば-300mV）に保持する。また、ポテンショスタット１４２には電流電圧変換回路１４２ａが設けられている。作用極Ｐｗの近傍にＮＯガスが存在すると、対極Ｐｃと作用極Ｐｗの間に電流Ｉが流れ、この電流Ｉは電流電圧変換回路１４２ａにより電圧信号Ｓｂに変換される。この電圧信号Ｓｂはコントローラ１５に出力され、後述するように、コントローラ１５においてＮＯ濃度の算出に用いられる。

【0027】

コントローラ１５は、濃度検出装置１の各部を正常に動作させるように制御するとともに、ＮＯ濃度の算出を実行する役割を果たす。またコントローラ１５は、ボイラ２の制御部２１との通信が可能であり、制御部２１から先述した動作信号Ｓａを継続的に受信するようになっている。

【0028】

コントローラ１５が行う制御により、濃度検出装置１は、基本モードおよび待機モードを含む複数の動作モードの間で、動作状態が切り替えられるようになっている。

【0029】

基本モードは、作用動作と洗浄動作とが交互に行われる動作モードである。作用動作は、検出対象ガスＧ１をＮＯセンサ１４１に作用させる動作であり、電磁弁１２が第１ガス経路Ｌ１を第３ガス経路Ｌ３に接続させた状態で、ポンプ１３を作動させる動作である。

【0030】

図３は、作用動作の実行時における濃度検出装置１でのガスの流れを模式的に示し、理解容易のため、ガスが流れる経路を太線で示している。作用動作の実行時においては、電磁弁１２によって第１ガス経路Ｌ１が第３ガス経路Ｌ３に接続されるため、検出対象ガス取入口１７は、第１ガス経路Ｌ１と第３ガス経路Ｌ３を順に介してガス排出口１８に繋がる一方、第２ガス経路Ｌ２の後段側端部は電磁弁１２によって閉鎖される。

【0031】

そのためポンプ１３が作動することにより、図３に示すように、検出対象ガス取入口１７から第１ガス経路Ｌ１に取入れられた検出対象ガスＧ１は、第３ガス経路Ｌ３を通ってガス排出口１８から排出される。このときＮＯセンサユニット１４内のＮＯセンサ１４１には、第３ガス経路Ｌ３を流れる検出対象ガスＧ１が連続的に作用することになる。

【0032】

なお、１回の作用動作の継続時間については、ＮＯセンサ１４１において必要な検出精度が得られるように、適切に設定されることが望ましい。本実施形態の例では、１回の作用動作の継続時間を時間Ｔ１（例えば２～４分）とする。

【0033】

ここで定電位電解式のＮＯセンサは、連続的に排ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を作用させると測定誤差が増加することが判明している。この現象は、ＮＯセンサの電解液におけるＮＯ_２濃度および硝酸イオン濃度の上昇に起因する。そこで濃度検出装置１は、次に説明する洗浄動作を行い、この測定誤差が抑制されるようにする。

【0034】

洗浄動作は、洗浄用ガスとしての空気Ｇ２を用いてＮＯセンサ１４１を洗浄する動作であり、電磁弁１２が第２ガス経路Ｌ２を第３ガス経路Ｌ３に接続させた状態で、ポンプ１３を作動させる動作である。

【0035】

図４は、洗浄動作の実行時における濃度検出装置１でのガスの流れを模式的に示し、理解容易のため、ガスが流れる経路を太線で示している。洗浄動作の実行時においては、電磁弁１２によって第２ガス経路Ｌ２が第３ガス経路Ｌ３に接続されるため、空気取入口１６は第２ガス経路Ｌ２と第３ガス経路Ｌ３を順に介してガス排出口１８に繋がる一方、第１ガス経路Ｌ１の後段側端部は電磁弁１２によって閉鎖される。

【0036】

そのためポンプ１３が作動することにより、図４に示すように、空気取入口１６から第２ガス経路Ｌ２に取入れられた空気Ｇ２は、第３ガス経路Ｌ３を通ってガス排出口１８から排出される。このときＮＯセンサユニット１４内のＮＯセンサ１４１は、第３ガス経路Ｌ３を流れる空気Ｇ２によって洗浄される。すなわち、ＮＯセンサ１４１の周囲のガスを空気Ｇ２に置換することによって、ＮＯセンサ１４１の電解液におけるＮＯ_２濃度および硝酸イオン濃度が低下し、ＮＯセンサ１４１がリフレッシュされる。

【0037】

なお、１回の洗浄動作の継続時間については、ＮＯセンサ１４１がリフレッシュされて、その検出誤差が十分に小さくなるように、適切に設定されることが望ましい。本実施形態の例では、１回の洗浄動作の継続時間を時間Ｔ２（例えば２～４分）とする。

【0038】

また、実行中の作用動作を終了して洗浄動作を開始する際（作用動作から洗浄動作への切替時）には、ポンプ１３を作動させたまま、第２ガス経路Ｌ２を第３ガス経路Ｌ３に接続させるように電磁弁１２の状態を切り替えれば良い。一方、実行中の洗浄動作を終了して作用動作を開始する際（洗浄動作から作用動作への切替時）には、ポンプ１３を作動させたまま、第１ガス経路Ｌ１を第３ガス経路Ｌ３に接続させるように電磁弁１２の状態を切り替えれば良い。

【0039】

上述したように基本モードでは、１回の作用動作と１回の洗浄動作からなる一連の動作を１サイクルとして、このサイクルが繰り返し実行されることになる。各サイクルにおいて洗浄動作が行われることにより、サイクルごとにＮＯセンサ１４１のゼロ点の校正が実施されることになり、当該ゼロ点の経時変化（ゼロ点ドリフト）を回避してＮＯ濃度を精度良く検出することが可能となる。またコントローラ１５は、このサイクルごとに、検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度の算出を実行する。

【0040】

より具体的に説明すると、コントローラ１５は上記サイクルごとに、作用動作の終了時（或いは実質的にこれと同等のタイミング）におけるＮＯセンサ１４１の対極Ｐｃと作用極Ｐｗの間に流れる電流Ｉに応じた値（電圧信号Ｓｂの値）と、この作用動作の直前の洗浄動作の終了時（或いは実質的にこれと同等のタイミング）における電流Ｉに応じた値（電圧信号Ｓｂの値）との差ΔＶに基づいて、検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度を算出する。このＮＯ濃度の算出は、予め設定された係数とΔＶとの積の算出により実現されても良い。コントローラ１５は、このようにして算出した最新のＮＯ濃度の情報を逐次出力する。

【0041】

濃度検出装置１またはボイラ２等に表示装置が設けられている場合、コントローラ１５から逐次出力される最新のＮＯ濃度の情報は、当該表示装置に表示されるようにしても良い。また、逐次算出される最新のＮＯ濃度の情報は、コントローラ１５に記録されるようにしても良い。

【0042】

ＮＯセンサ１４１は、作用動作の終了時においては、検出対象ガスＧ１が時間Ｔ１に亘って作用した後の状態であり、洗浄動作の終了時においては、空気Ｇ２によって時間Ｔ２に亘って洗浄された後のリフレッシュされた状態である。そのため濃度検出装置１は、上記サイクルごとに、ＮＯセンサ１４１を用いて検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度を非常に精度良く検出（算出）することが可能である。

【0043】

一方で、待機モードは、作用動作および洗浄動作の何れも停止した動作モードである。なお本実施形態での待機モードにおいては、電磁弁１２は、第２ガス経路Ｌ２を第３ガス経路Ｌ３に接続させた状態となっている。そのため、実行中の洗浄動作を終了して動作状態を待機モードに移行させる際には、電磁弁１２の状態を切り替えることなく（すなわち、第２ガス経路Ｌ２を第３ガス経路Ｌ３に接続させた状態のまま）、ポンプ１３の作動を停止させれば良い。

【0044】

次に、濃度検出装置１における動作状態の制御の流れについて、図５のフローチャートを参照しながら以下に説明する。なお以下の説明では初期状態において、動作信号ＳａはＯＦＦの状態であり、濃度検出装置１の動作状態は待機モードである。

【0045】

コントローラ１５は、ボイラ２側から受信する動作信号Ｓａの状態を継続的に監視しており、動作信号ＳａがＯＦＦの状態からＯＮの状態に遷移すると（ステップＳ１のYes）、動作状態を待機モードから基本モードに切り替える（ステップＳ２）。これにより濃度検出装置１においては、作用動作と洗浄動作が交互に繰り返し実行されながら、そのサイクルごとに検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度の算出が繰り返し行われる。

【0046】

その後、動作信号ＳａがＯＮの状態からＯＦＦの状態に遷移すると（ステップＳ３のYes）、コントローラ１５は、その時点で作用動作を実行中である場合には（ステップＳ４のYes）、実行中の作用動作を直ちに中断して洗浄動作を実行する（ステップＳ５）。そしてこの洗浄動作が終わり次第、コントローラ１５は、動作状態を基本モードから待機モードに切り替えるようにし（ステップＳ６）、ステップＳ１の動作を再度行う。

【0047】

一方、動作信号ＳａがＯＮの状態からＯＦＦの状態に遷移した時点で、洗浄動作を実行中である場合には（ステップＳ４のNo）、コントローラ１５は、現在実行中の洗浄動作の終了後に、動作状態を基本モードから待機モードに切り替えるようにし（ステップＳ７）、ステップＳ１の動作を再度行う。

【0048】

次に、動作信号Ｓａの状態と濃度検出装置１の動作内容の一具体例について、図６に例示するタイムチャートを参照しながら以下に説明する。

【0049】

なお図６に示す例では、タイミングＡにおいて動作信号ＳａがＯＦＦからＯＮの状態に遷移し、その後、タイミングＦ（３サイクル目における作用動作の実行中）において動作信号ＳａがＯＮからＯＦＦの状態に遷移すると仮定する。また図６の下側には、そのときの濃度検出装置１において行われる動作、動作状態（動作モード）、ポンプ１３の作動状態、電磁弁１２の切替状態、およびＮＯセンサ１４１周辺のガスの種類について概略的に示されている。電磁弁１２の切替状態については、第１ガス経路Ｌ１を第３ガス経路Ｌ３に接続した状態を便宜的に「１－３」と示し、第２ガス経路Ｌ２を第３ガス経路Ｌ３に接続した状態を便宜的に「２－３」と示している。

【0050】

動作信号ＳａがＯＦＦの状態のとき（タイミングＡの到来前）においては、濃度検出装置１の動作状態は待機モードであり、待機状態（作用動作および洗浄動作の何れも停止した状態）となっている。そしてタイミングＡが到来して動作信号ＳａがＯＮの状態に遷移すると、濃度検出装置１の動作状態は基本モードに切り替えられる。

【0051】

これにより、タイミングＡから時間Ｔ１の経過後のタイミングＢまでは１サイクル目の作用動作が行われ、タイミングＢから時間Ｔ２の経過後のタイミングＣまでは１サイクル目の洗浄動作が行われ、タイミングＣから時間Ｔ１の経過後のタイミングＤまでは２サイクル目の作用動作が行われ、タイミングＤから時間Ｔ２の経過後のタイミングＥまでは２サイクル目の洗浄動作が行われる。またこのとき、タイミングＢにおける電圧信号ＳｂとタイミングＡにおける電圧信号Ｓｂとの差に基づいて、１サイクル目における検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度が算出され、タイミングＤにおける電圧信号ＳｂとタイミングＣにおける電圧信号Ｓｂとの差に基づいて、２サイクル目における検出対象ガスＧ１のＮＯ濃度が算出される。

【0052】

タイミングＥが到来すると３サイクル目の作用動作が開始されるが、タイミングＥから時間Ｔ１よりも短い時間Ｔ３の経過後（タイミングＦ）に動作信号ＳａがＯＦＦの状態に遷移すると、この作用動作が直ちに中断されて洗浄動作が実行される。そしてこの洗浄動作が終了するタイミングＧ（タイミングＦから時間Ｔ２の経過後）において、濃度検出装置１の動作状態は待機モードに切り替えられる。

【0053】

以上に説明したとおり、本実施形態に係る濃度検出装置１は、対象システム（ボイラ２）の燃焼動作により生じる排ガスのＮＯ濃度を、定電位電解式のＮＯセンサ１４１を用いて検出する装置であって、当該燃焼動作の実行状況に基づいて、基本モードおよび待機モードを含む複数の動作モードの間で動作状態が切り替えられる。更に、基本モードは、排ガスの排出経路から採取される検出対象ガスＧ１をＮＯセンサ１４１に所定時間送り込む作用動作と、洗浄用ガスをＮＯセンサ１４１に所定時間送り込む洗浄動作と、を交互に行う動作モードであり、待機モードは、作用動作および洗浄動作の何れも停止した動作モードである。

【0054】

そのため濃度検出装置１によれば、ＮＯセンサ１４１をリフレッシュさせながら連続使用できるとともに、燃焼動作の実行状況に基づいて動作状態が切り替えられることにより、無駄な動作を極力抑えることが可能となる。対象システムが燃焼動作を実行するとき（排ガスが生成されて排出されるとき）には動作状態を基本モードとし、排ガスのＮＯ濃度が精度良く検出される一方、それ以外のとき（基本的に排ガスが生成されないとき）には動作状態を待機モードとすることで、作用動作と洗浄動作を繰返し行うという無駄な動作が抑えられる。なお本実施形態では、対象システムの一例としてボイラを挙げたが、燃焼動作を行って排ガスを生じさせる様々なシステムが、本発明に係る対象システムに該当し得る。

【0055】

また濃度検出装置１は、ボイラ２から燃焼動作のＯＮ／ＯＦＦを示す動作信号Ｓａを継続的に受信し、動作信号ＳａがＯＮとなったことに応じて動作状態を基本モードに切り替え、動作信号ＳａがＯＦＦとなったことに応じて動作状態を待機モードに切り替えるようにしている。そのため濃度検出装置１によれば、ボイラ２の燃焼動作の実行状況を精度良く把握して動作状態を切り替えることができ、無駄な動作がより確実に抑えることが可能となっている。なお、濃度検出装置１が燃焼動作の実行状況を把握する形態は、動作信号Ｓａを受信する形態には限られず、当該実行状況と相関性の高い事象（例えば、排ガスの排出経路の温度）を監視する形態としても良い。一例としては、濃度検出装置１は、煙突２２（対象システムにおける排ガスの排出経路の一例）の温度を監視し、当該温度が所定値を超えているときは燃焼動作が実行されていると判断し、当該温度がこの所定値以下であるときは燃焼動作が実行されていないと判断するようにしても良い。

【0056】

また、濃度検出装置１は、動作信号ＳａがＯＦＦとなったとき、作用動作の実行中である場合には、この作用動作を中断して洗浄動作を実行し、この洗浄動作の終了後に動作状態を待機モードに切り替える一方（先述したステップＳ５、Ｓ６を参照）、洗浄動作の実行中である場合には、この洗浄動作の終了後に動作状態を待機モードに切り替える（先述したステップＳ７を参照）。

【0057】

これにより、動作信号ＳａがＯＦＦとなったときには出来るだけ速やかに、かつ、１回分の洗浄動作が確実になされた後に、動作状態を待機モードとすることができる。このように、洗浄動作がなされた後に動作状態を待機モードとすることにより、ＮＯセンサ１４１周辺のガスを空気Ｇ２に置換した状態のまま動作状態を待機モードに移行させることができる。そのため待機モードにおいても、ＮＯセンサ１４１の電解液におけるＮＯ_２濃度および硝酸イオン濃度を低下させる効果が得られ、ＮＯセンサ１４１をリフレッシュさせることができる。

【0058】

また濃度検出装置１は、検出対象ガスＧ１が流入する第１ガス経路Ｌ１と空気Ｇ２が流入する第２ガス経路Ｌ２の一方を、ＮＯセンサ１４１を通る第３ガス経路Ｌ３に切替可能に接続する電磁弁１２を備え、作用動作の実行時には、電磁弁１２が第１ガス経路Ｌ１を第３ガス経路Ｌ３に接続させた状態となり、洗浄動作の実行時、および、動作状態が待機モードであるときには、電磁弁１２が第２ガス経路Ｌ２を第３ガス経路Ｌ３に接続させた状態となる。

【0059】

これにより濃度検出装置１は、簡易な構成でありながら動作状態等の切替が実現可能となっている。なお、このように構成した濃度検出装置１の変形例としては、例えば図７および図８に示すものが挙げられる。

【0060】

図７に示す例では、ポンプ１３を、第３ガス経路Ｌ３におけるＮＯセンサユニット１４の後段側に配置している。このようにしても、本実施形態の場合（図１を参照）と同様に動作させることが可能である。図１や図７に示す濃度検出装置１は、第３ガス経路Ｌ３に配置されて前段側から後段側へガスを送るポンプ１３を備えており、作用動作および洗浄動作はポンプ１３を作動させることにより行われ、動作状態が待機モードであるときには、ポンプ１３が停止する構成となっている。この構成によれば、作用動作と洗浄動作の両方にポンプ１３を兼用することが可能である。

【0061】

図８に示す例では、第３ガス経路Ｌ３にポンプ１３を設ける代わりに、第１ガス経路Ｌ１と第２ガス経路Ｌ２のそれぞれにポンプ１３ａ，１３ｂを別個に配置している。この構成によれば、作用動作は、第１ガス経路Ｌ１に配置したポンプ１３ａを作動させて行うことができ、洗浄動作は、第２ガス経路Ｌ２に配置したポンプ１３ｂを作動させて行うことができる。

【0062】

また本実施形態では、洗浄動作は、外部の空気Ｇ２を洗浄用ガスとしてＮＯセンサ１４１に送り込む動作となっている。但し本発明における洗浄用ガスは、このようなものに限定されるものではなく、例えば、予め洗浄用に準備されたガスを洗浄用ガスとして採用しても良い。

【0063】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【符号の説明】

【0064】

１ 濃度検出装置
１１ ドレンポット
１２ 電磁弁（三方弁）
１３ ポンプ
１４ ＮＯセンサユニット
１４１ ＮＯセンサ
１４２ ポテンショスタット
１４２ａ 電流電圧変換回路
１５ コントローラ
１６ 空気取入口
１７ 検出対象ガス取入口
１８ ガス排出口
２ ボイラ
２１ 制御部
２２ 煙突
Ｌ１ 第１ガス経路
Ｌ２ 第２ガス経路
Ｌ３ 第３ガス経路
Ｐｃ 対極
Ｐｒ 参照極
Ｐｗ 作用極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】