JP6948804B2 - ガス濃縮装置およびガス濃縮方法 - Google Patents

Description

この発明は、ガス濃縮装置およびガス濃縮方法に関し、特に、サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分を濃縮するガス濃縮装置およびガス濃縮方法に関する。

従来、ガス（サンプルガス）に含まれる成分ガス（検知対象ガス成分）を濃縮するガス検出装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のガス検出装置は、通気部（ガス流路）にガスを流通させる通気手段と、ガス中に含まれる成分ガスを捕集させる吸着材（ガス捕集部）と、成分ガスを検出するガス検出部（検知部）とを備えている。上記特許文献１に記載のガス検出装置は、成分ガスを濃縮させるため、吸着材を密閉状態にする第１の開閉手段（弁部）および第２の開閉手段（弁部）と、密閉状態にした吸着材から成分ガスを脱離させる加熱部とを備えている。

上記特許文献１に記載のガス検出装置では、通気手段により通気部を流通するガス中の成分ガスを吸着材に捕集させ、第１の開閉手段および第２の開閉手段により吸着材を密閉状態にした後、吸着材を加熱部により加熱する。この際、ガス検出部では、加熱部の加熱により、吸着材に吸着させた成分ガスが一度に脱離し、濃縮した成分ガスが検出される。

特開２０１５−１９７４００号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のガス検出装置では、吸着材に捕集された成分ガスを濃縮（加熱部により加熱）させる際、吸着材（ガス捕集部）の周りの気体と成分ガスとの反応に起因して異質な成分ガスが発生することが考えられる。このため、上記特許文献１に記載のガス検出装置のガス検出部では、ガス（サンプルガス）中に含まれる成分ガス（検知対象ガス成分）の検知精度が低下してしまうという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分の検知精度の低下を抑制可能なガス濃縮装置およびガス濃縮方法を提供することである。

この発明の第１の局面によるガス濃縮装置は、サンプルガスが内部を流通するガス流路と、ガス流路に配置され、サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分を捕集するとともに、検知対象ガス成分を濃縮するガス捕集部と、検知部へ濃縮した検知対象ガス成分を流す前に、ガス捕集部内の気体を不活性ガスに置換する置換手段とを備え、ガス捕集部は、サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分を捕集するガス捕集管と、ガス捕集管に捕集された検知対象ガス成分を加熱することにより脱離させる加熱部とを含み、加熱部により検知対象ガス成分を加熱する際に、ガス捕集管に捕集された検知対象ガス成分の、上流側および下流側への流出を妨げる弁部と、濃縮した検知対象ガス成分を検知部に流した後に、ガス捕集管を加熱部により加熱しながら、ガス捕集管およびガス流路内に不活性ガスを流すことにより、ガス捕集管および弁部のクリーニングを行うクリーニング手段とをさらに備え、クリーニング手段は、クリーニングの初期の不活性ガスの流量をクリーニングの他の時点の流量よりも大きくするように構成されている。

この発明の第１の局面によるガス濃縮装置は、上記のように、検知対象ガス成分を捕集するとともに濃縮するガス捕集部と、検知部へ濃縮した検知対象ガス成分を流す前に、ガス捕集部内の気体を不活性ガスに置換する置換手段とを備えている。これにより、ガス捕集部に捕集された検知対象ガス成分を濃縮させる際、置換手段によりガス捕集部内の気体が不活性ガスに置換されているので、ガス捕集部内の気体と検知対象ガス成分との反応を抑制することができる。その結果、ガス捕集部内の気体と検知対象ガス成分との反応に起因して異質なガスが発生しにくくなるので、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分の検知精度の低下を抑制することができる。また、ガス捕集部は、サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分を捕集するガス捕集管と、ガス捕集管に捕集された検知対象ガス成分を加熱することにより脱離させる加熱部とを含み、加熱部により検知対象ガス成分を加熱する際に、ガス捕集管に捕集された検知対象ガス成分の、上流側および下流側への流出を妨げる弁部をさらに備えている。このように構成すれば、ガス捕集管内において捕集された検知対象ガス成分が、加熱部により脱離したとしても、弁部よりも上流側および下流側に流出することを抑制することができる。これにより、加熱部により脱離した検知対象ガス成分の濃度の低下を抑制することができる。また、濃縮した検知対象ガス成分を検知部に流した後に、ガス捕集管を加熱部により加熱しながら、ガス捕集管およびガス流路内に不活性ガスを流すことにより、ガス捕集管および弁部のクリーニングを行うクリーニング手段をさらに備えている。このように構成すれば、ガス捕集管およびガス流路内にクリーニング手段により不活性ガスが流されるので、ガス捕集管、ガス流路および弁部に残存している、検知対象ガス成分を装置外に排出することができる。これにより、ガス捕集管、ガス流路および弁部における、検知対象ガス成分の残存量を減少させることができるので、次回の検知対象ガス成分の検知において、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分の検知精度が低下するのを抑制することができる。

上記第１の局面によるガス濃縮装置において、好ましくは、ガス流路内にサンプルガスを流通させるためのキャリアガスとして、不活性ガスをガス流路内に供給するキャリアガス供給部をさらに備え、キャリアガス供給部は、置換手段を兼ねるように構成されている。このように構成すれば、キャリアガス供給部が置換手段を兼ねているので、キャリアガス供給部とは別に、不活性ガスをガス捕集部に供給する手段を設ける必要がなくなる。その結果、ガス濃縮装置の構成を簡略化することができる。

この発明の第２の局面によるガス濃縮方法は、ガス流路内を流通するサンプルガスに含まれる検知対象ガス成分をガス捕集部により捕集させるとともに、検知対象ガス成分を濃縮するステップと、検知部に濃縮した検知対象ガス成分を流すステップと、検知部へ濃縮した検知対象ガス成分を流す前に、ガス捕集部内の気体を不活性ガスに置換するステップと、検知部に濃縮した検知対象ガス成分を流した後、ガス捕集部を加熱するとともに、ガス捕集部内およびガス流路内に不活性ガスを流して、ガス捕集部内およびガス流路内をクリーニングするステップと、を備え、クリーニングするステップにおいて、クリーニングの初期の不活性ガスの流量をクリーニングの他の時点の流量よりも大きくする。

この発明の第２の局面によるガス濃縮方法では、上記のように、検知部へ濃縮した検知対象ガス成分を流す前に、ガス捕集部内の気体を不活性ガスに置換している。これにより、ガス捕集部に捕集された検知対象ガス成分を濃縮させる際、ガス捕集部内の気体が不活性ガスに置換されているので、ガス捕集部内の気体と検知対象ガス成分との反応を抑制することができる。その結果、ガス捕集部内の気体と検知対象ガス成分との反応に起因して異質なガスが発生しにくくなるので、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分の検知精度の低下を抑制することが可能なガス濃縮方法を得ることができる。また、検知部に濃縮した検知対象ガス成分を流した後、ガス捕集部を加熱するとともに、ガス捕集部内およびガス流路内に不活性ガスを流して、ガス捕集部内およびガス流路内をクリーニングするステップをさらに備える。このように構成すれば、検知部に濃縮した検知対象ガス成分を流した後、不活性ガスがガス捕集管およびガス流路内に流されるので、ガス捕集管およびガス流路に残存している、検知対象ガス成分を排出することができる。これにより、ガス捕集管およびガス流路における、検知対象ガス成分の残存量を減少させることができるので、次回の検知対象ガス成分の検知において、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分の検知精度が低下するのを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分の検知精度の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態によるガス濃縮装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置の制御部の構成を示したブロック図である。 図３（ａ）は、吸着材に検知対象ガス成分が捕集された状態のガス捕集部を示した断面図である。図３（ｂ）は、吸着材から検知対象ガス成分が脱離した状態のガス捕集部を示した断面図である。図３（ｃ）は、吸着材に検知対象ガス成分が吸着し、かつ、吸着材から検知対象ガス成分が脱離している状態のガス捕集部を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置のサンプルガス導入流路を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置の不活性ガス導入流路を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置の脱離状態を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置の検知流路を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置のクリーニング流路を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置の第２開閉弁の内部流路を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるガス濃縮装置によるガス濃縮処理を示したフローチャートである。 本発明の第１実施例によるガス濃縮装置により濃縮した、同量かつ同濃度のサンプルガスをガス検知装置において検知した結果を示したグラフである。 本発明の第２実施例によるガス濃縮装置により濃縮した、異なる量かつ同濃度のサンプルガスをガス検知装置において検知した結果を示したグラフである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図９を参照して、本発明の本実施形態によるガス濃縮装置１の全体構成について説明する。

（ガス濃縮装置）
ガス濃縮装置１は、図１および図２に示すように、検知対象ガス成分Ｇ１（図３参照）を濃縮し、濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１をガス検知装置２に供給するように構成されている。具体的には、ガス濃縮装置１は、ガス流路３と、キャリアガス供給部４と、ガス捕集部５と、サンプルガス供給部６と、制御部７とを備えている。なお、ガス検知装置２は、特許請求の範囲の「検知部」の一例である。

ガス流路３は、キャリアガス供給部４、ガス捕集部５、サンプルガス供給部６およびガス検知装置２を接続している。ガス流路３において、キャリアガス供給部４により供給されるキャリアガスが内部を流通する。また、ガス流路３において、サンプルガス供給部６により供給されるサンプルガスが内部を流通する。ガス流路３は、サンプルガスの流入口（サンプルガスＩＮ）からガス捕集部５までの第１流路３１と、キャリアガス供給部４からガス捕集部５までの第２流路３２とを含んでいる。ガス流路３は、ガス捕集部５からサンプルガス供給部６までの第３流路３３と、サンプルガス供給部６から第１流出口（ＯＵＴ１）までの第４流路３４を含んでいる。ガス流路３は、ガス捕集部５から第２流出口（ＯＵＴ２）までの第５流路３５を含んでいる。また、ガス流路３は、ガス捕集部５からガス検知装置２までの第６流路３６を含んでいる。

ガス流路３には、図１に示すように、弁部８と、切換弁部９とが配置されている。弁部８は、通常時（白色により表示）において、サンプルガスおよびキャリアガスを流し、制御部７からの信号が印加されることにより、ガス流路３を遮断するように構成されている。切換弁部９は、通常時（白色により表示）において、一方側にサンプルガスまたはキャリアガスを流すように構成されている。また、切換弁部９は、制御部７からの信号が印加（以下、切換時、黒色により表示）されることにより、ガスの流通方向を切り換えて、他方側にサンプルガスまたはキャリアガスを流すように構成されている。

弁部８は、図１に示すように、第１開閉弁８１と、第２開閉弁８２とを有している。このように、弁部８は、ガス捕集部５近傍における、サンプルガスおよびキャリアガスの上流側または下流側への流通を遮断する機能を有している。なお、第２開閉弁８２は、図９に示すように、蛇行する内部流路８３と、シャフト８４と、ダイヤフラム８５とを有している。第２開閉弁８２では、シャフト８４がＸ方向に進退（図９の二点鎖線）することにより、ダイヤフラム８５が伸縮（図９の二点鎖線）し、内部流路８３が開閉される。

切換弁部９は、第１切換弁９１と、第２切換弁９２と、第３切換弁９３とを有している。第１切換弁９１は、通常時において、第２流路３２にキャリアガスを流し、切換時において、第１流路３１にサンプルガスを流すように構成されている。第２切換弁９２は、通常時において、第５流路３５または第６流路３６にキャリアガスを流し、切換時において、第３流路３３にサンプルガスを流すように構成されている。第３切換弁９３は、通常時において、第６流路３６にキャリアガスを流し、切換時において、第５流路３５にキャリアガスを流すように構成されている。

キャリアガス供給部４は、ガス流路３内にサンプルガスを流通させるため、ガス流路３内に不活性ガスであるキャリアガスを供給するように構成されている。具体的には、キャリアガス供給部４は、貯蔵部４１と、第１流量制御部４２と、第１バッファ４３とを有している。貯蔵部４１には、不活性ガスである窒素ガスが貯蔵されている。第１流量制御部４２は、ガス流路３に供給する窒素ガスの流量を調節するように構成されている。第１バッファ４３は、ガス流路３に供給する窒素ガスの圧力を一定に維持するため、第１流量制御部４２から供給される窒素ガスを一時的に貯留するように構成されている。

サンプルガス供給部６は、ガス濃縮装置１周辺の空気の一部をサンプルガスとして、流入口（サンプルガスＩＮ）から導入してガス流路３内に供給するように構成されている。具体的には、サンプルガス供給部６は、ポンプ６１と、第２流量制御部６２と、第２バッファ６３とを有している。ポンプ６１は、ガス流路３内に供給されたサンプルガスを吸引することにより、ガス流路３内を流通させるように構成されている。第２バッファ６３は、ポンプ６１により吸引されたサンプルガスの圧力を一定に維持するため、サンプルガスを一時的に貯留するように構成されている。第２流量制御部６２は、ガス流路３内を流通するサンプルガスの流量を調節するように構成されている。

ガス捕集部５は、ガス流路３に配置され、サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分Ｇ１（トルエン、メチルベンゼン、メタキシレン、オルトキシレン）を捕集するとともに、検知対象ガス成分Ｇ１を濃縮するように構成されている。具体的には、図３に示すように、ガス捕集部５は、ガス捕集管５１と、加熱部５２と、断熱材５３とを含んでいる。ガス捕集管５１は、図３（ａ）に示すように、内部空間に充填される吸着材５４により、サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分Ｇ１を捕集するように構成されている。ガス捕集管５１は、金属製であり円筒状に形成されている。吸着材５４は、カーボンナノチューブにより形成され、検知対象ガス成分Ｇ１を捕集する機能を有している。

加熱部５２は、図３（ｂ）に示すように、ガス捕集管５１に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１を加熱することにより、吸着材５４から脱離させる機能を有している。加熱部５２は、ガス捕集管５１の外周面に巻き付けることにより、ガス捕集管５１に取り付けられている。加熱部５２は、ガス捕集管５１を介して吸着材５４を約２７０℃まで加熱する。加熱部５２は、検知対象ガス成分Ｇ１を加熱するためのフィルムヒーターを有している。断熱材５３は、加熱部５２により発生する熱をガス捕集管５１に効率よく伝導させる機能を有している。断熱材５３は、加熱部５２の外周面に巻き付けることにより、ガス捕集管５１に取り付けられている。断熱材５３は、シリコンシートを有している。ここで、加熱部５２の加熱により、吸着材５４が検知対象ガス成分Ｇ１を脱離させる脱離状態とは、図３（ｂ）に示すように、吸着材５４に吸着した検知対象ガス成分Ｇ１のすべてが脱離する状態だけでなく、図３（ｃ）に示すように、吸着材５４に吸着したうちの多くの検知対象ガス成分Ｇ１が脱離し、その一方において、吸着材５４へ検知対象ガス成分Ｇ１が吸着しているという状態を含む広い概念である。

本実施形態のガス濃縮装置１は、検知対象ガス成分Ｇ１を加熱部５２により加熱する前に、ガス捕集管５１内の空気を不活性ガスである窒素ガスに置換するように構成されている。これにより、ガス濃縮装置１では、ガス捕集管５１を加熱部５２により加熱し、検知対象ガス成分Ｇ１を吸着材５４から脱離させる際、検知対象ガス成分Ｇ１と空気中の酸素との化学反応に起因する、異質なガス成分の発生を抑制している。以下、ガス濃縮装置１における、ガス捕集管５１内の空気を窒素ガスに置換する制御手段について説明する。なお、空気は、特許請求の範囲の「気体」の一例である。

制御部７は、図２に示すように、サンプル手段７１、置換手段７２、脱離手段７３、検知手段７４およびクリーニング手段７５を制御する機能を有している。具体的には、制御部７は、ポンプ６１、弁部８、切換弁部９、第１流量制御部４２、第２流量制御部６２および加熱部５２に電気的に接続され、それぞれを制御している。

サンプル手段７１は、図４に示すように、第１流路３１、第３流路３３および第４流路３４の順にサンプルガスを流し、ガス捕集部５に検知対象ガス成分Ｇ１を捕集させるように構成されている。具体的には、図２に示すように、サンプル手段７１は、ポンプ６１と、切換弁部９（第１切換弁９１および第２切換弁９２）と第２流量制御部６２とを含んでいる。制御部７によりサンプル手段７１は、図４に示すように、第１切換弁９１および第２切換弁９２を、切換時の状態に切り換えて、サンプルガスを流す流路であるサンプルガス導入流路を形成する。これにより、ポンプ６１の吸引によって、第１流路３１にサンプルガスを流して、ガス捕集部５に検知対象ガス成分Ｇ１を吸着させることが可能となる。また、サンプル手段７１は、第２流量制御部６２により、サンプルガス導入流路内を流れるサンプルガスの流量を調節している。

置換手段７２は、図５に示すように、ガス検知装置２（図１参照）へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流す前（吸着材５４に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１を加熱する前）に、ガス捕集部５内の空気を窒素ガスに置換するように構成されている。具体的には、置換手段７２は、図２に示すように、切換弁部９（第３切換弁９３）と、第１流量制御部４２とを含んでいる。制御部７により置換手段７２は、図５に示すように、第３切換弁９３を切換時の状態に切り換えて、ガス検知装置２へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流す前に、ガス捕集管５１内の空気を窒素ガスに置換するための流路である不活性ガス導入流路を形成する。これにより、キャリアガス供給部４によって、第２流路３２に窒素ガスを流して、ガス捕集部５のガス捕集管５１内の空気を窒素ガスに置換させることが可能となる。また、置換手段７２は、第１流量制御部４２により不活性ガス導入流路内を流れる窒素ガスの流量を調節している。このように、置換手段７２は、キャリアガス供給部４を用いて、ガス捕集部５内の空気を窒素ガスに置換しており、キャリアガス供給部４は置換手段７２を兼ねるように構成されている。

脱離手段７３は、図６に示すように、ガス捕集管５１内の気体を置換手段７２により窒素に置換した後、吸着材５４に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１を吸着材５４から脱離させるように構成されている。具体的には、脱離手段７３は、図２に示すように、弁部８（第１開閉弁８１および第２開閉弁８２）と、加熱部５２とを含んでいる。制御部７により脱離手段７３は、図６に示すように、第１開閉弁８１および第２開閉弁８２を用いて、第２流路３２および第５流路３５のそれぞれを遮断し、加熱部５２によりガス捕集管５１を加熱する。脱離手段７３は、加熱部５２により検知対象ガス成分Ｇ１を加熱する際に、ガス捕集管５１に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１の、第１開閉弁８１よりも上流側、および、第２開閉弁８２よりも下流側への流出を妨げる機能を有している。このように、脱離手段７３により、吸着材５４に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１を吸着材５４から脱離（図３（ｂ）参照）させるとともに、ガス捕集管５１内に脱離した検知対象ガス成分Ｇ１が留まることによって、検知対象ガス成分Ｇ１を濃縮させることが可能となる。

検知手段７４は、図７に示すように、ガス検知装置２へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流し、検知対象ガス成分Ｇ１をガス検知装置２に検知させるように構成されている。具体的には、検知手段７４は、図２に示すように、第１流量制御部４２を含んでいる。制御部７により検知手段７４は、図７に示すように、切換弁部９を切り換えず、ガス検知装置２へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流す検知流路を形成している。検知手段７４は、第１流量制御部４２により検知流路内を流れる窒素ガスの流量を調節している。そして、吸着材５４から脱離した検知対象ガス成分Ｇ１を、ガス検知装置２において検知させることが可能となる。

クリーニング手段７５は、図８に示すように、ガス検知装置２（図１参照）へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流した後に、ガス捕集管５１を加熱部５２により加熱しながら、ガス流路３およびガス捕集管５１内に窒素ガスを流し、ガス流路３、ガス捕集管５１、弁部８および切換弁部９内のクリーニングを行うように構成されている。具体的には、クリーニング手段７５は、図２に示すように、切換弁部９（第３切換弁９３）と、加熱部５２と、第１流量制御部４２とを含んでいる。制御部７によりクリーニング手段７５は、図８に示すように、第３切換弁９３を用いて、切換時の状態に切り換えて、ガス流路３およびガス捕集管５１内に残存している検知対象ガス成分Ｇ１を排出するための流路であるクリーニング流路を形成している。

クリーニング手段７５は、図９に示すように、クリーニング流路に窒素ガスを流すことにより、第２開閉弁８２内の窒素ガスの流路に残存している検知対象ガス成分Ｇ１（Ｄ１〜Ｄ８）を排出する機能を有している。

また、クリーニング手段７５は、第１流量制御部４２によりクリーニング流路内を流れる窒素ガスの流量を調節している。クリーニング手段７５は、初期の窒素ガスの流量を他の時点の流量よりも大きくなるように、第１流量制御部４２を制御することにより、ガス流路３およびガス捕集管５１内に残存している検知対象ガス成分Ｇ１の排出効率を向上させることが可能となっている。

（ガス検知装置）
ガス検知装置２は、図１に示すように、ガス濃縮装置１により濃縮された検知対象ガス成分Ｇ１を検知するように構成されている。具体的には、ガス検知装置２は、複数の検知対象ガス成分Ｇ１のそれぞれを検知する検知部２０と、複数の検知対象ガス成分Ｇ１のそれぞれが検知部２０を通過するタイミングを異ならせる分離カラム２１とを含んでいる。

（ガス濃縮処理）
次に、図１０を参照して、本発明の一実施形態によるガス濃縮装置１のガス濃縮処理（ガス濃縮方法）について説明する。

ガス濃縮装置１のガス濃縮処理では、ステップＳ１において、サンプル手段７１を用いて、ガス流路３をサンプルガス導入流路（図４参照）に切り換える。ステップＳ２において、サンプルガスをサンプルガス供給部６のポンプ６１により吸引し、サンプルガス導入流路内にサンプルガスを流す。ステップＳ３において、サンプルガス導入流路内において、ガス捕集管５１内の吸着材５４に検知対象ガス成分Ｇ１を捕集させる。

ステップＳ４において、置換手段７２を用いて、ガス流路３を不活性ガス導入流路（図５参照）に切り換える。ステップＳ５において、キャリアガス供給部４により窒素ガスを不活性ガス導入流路に流し、ガス捕集管５１内の空気を窒素ガスに置換する。ステップＳ６において、ガス流路３を脱離手段７３を用いて、弁部８を閉じる（図６参照）。ステップＳ７において、ガス捕集管５１を加熱部５２により加熱することにより、検知対象ガス成分Ｇ１を吸着材５４から脱離させ、検知対象ガス成分Ｇ１を濃縮する。ステップＳ８において、脱離手段７３を用いて、弁部８を開くことにより、ガス捕集管５１を開放する。これにより、吸着材５４から脱離した検知対象ガス成分Ｇ１が第２開閉弁８２よりも下流側に流れることが可能となる。

ステップＳ９において、検知手段７４を用いて、ガス流路３を検知流路（図７参照）に切り換える。ステップＳ１０において、キャリアガス供給部４を用いて検知流路に窒素ガスを流し、ガス検知装置２に濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流す。これにより、ガス検知装置２は、図１１および図１２に示すように、検知対象ガス成分Ｇ１を検知する。

ステップＳ１１において、クリーニング手段７５を用いてガス流路３をクリーニング流路（図８参照）に切り換える。ステップＳ１２において、クリーニング手段７５を用いて加熱部５２によりガス捕集管５１を加熱しながら、ガス捕集管５１およびクリーニング流路内に窒素ガスを流すことにより、ガス流路３およびガス捕集管５１内のクリーニングを行う。その後、ガス濃縮装置１のガス濃縮処理が終了される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、ガス濃縮装置１は、検知対象ガス成分Ｇ１を捕集するとともに濃縮するガス捕集部５と、検知部２０へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流す前に、ガス捕集部５内の気体を窒素ガスに置換する置換手段７２とを備えている。これにより、ガス捕集部５に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１を濃縮させる際、置換手段７２によりガス捕集部５内の気体が窒素ガスに置換されているので、ガス捕集部５内の気体と検知対象ガス成分Ｇ１との反応を抑制することができる。この結果、ガス捕集部５内の気体と検知対象ガス成分Ｇ１との化学反応により異質なガスが発生しにくくなるので、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分Ｇ１の検知精度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ガス捕集管５１内の吸着材５４において、捕集された検知対象ガス成分Ｇ１が、加熱部５２の加熱により吸着材５４から脱離したとしても、ガス流路３において第１開閉弁８１よりも上流側および第２開閉弁８２よりも下流側に、流出することを抑制することができる。これにより、加熱部５２により脱離した検知対象ガス成分Ｇ１の濃度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、濃縮された検知対象ガス成分Ｇ１をガス検知装置２に流した後、加熱部５２により加熱されているガス捕集管５１およびガス流路３内に、クリーニング手段７５により窒素ガスを流している。これにより、ガス捕集管５１、ガス流路３および弁部８に残存している、検知対象ガス成分Ｇ１を第２流出口から排出することができる。この結果、ガス捕集管５１、ガス流路３、弁部８および切換弁部９における、検知対象ガス成分Ｇ１の残存量を減少させることができるので、次回の検知対象ガス成分Ｇ１の検知において、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分Ｇ１の検知精度の低下を抑制させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、キャリアガス供給部４が置換手段７２を兼ねているので、キャリアガス供給部４とは別に、窒素ガスをガス捕集管５１に供給する手段を設ける必要がなくなり、ガス濃縮装置１の構成を簡略化することができる。

本実施形態では、上記のように、ガス検知装置２へ濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流す前に、ガス捕集管５１内の気体を窒素ガスに置換している。これにより、ガス捕集管５１の吸着材５４に捕集された検知対象ガス成分Ｇ１を濃縮させる際、ガス捕集管５１内の気体が窒素ガスに置換されているので、ガス捕集管５１内の気体と検知対象ガス成分Ｇ１との反応を抑制することができる。この結果、ガス捕集管５１内の気体と検知対象ガス成分Ｇ１との反応により異質なガスが発生しにくくなるので、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分Ｇ１の検知精度の低下を抑制することが可能なガス濃縮方法を得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ガス検知装置２に濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を流した後、ガス捕集管５１およびガス流路３内に窒素ガスが流される。これにより、ガス捕集管５１およびガス流路３に残存している、検知対象ガス成分Ｇ１を第２流出口から排出することができる。この結果、ガス捕集管５１およびガス流路３における、検知対象ガス成分Ｇ１の残存量を減少させることができるので、サンプルガス中に含まれる検知対象ガス成分Ｇ１の検知精度の低下を抑制することができる。

［実施例］
次に、図１１および図１２を参照して、上記実施形態のガス濃縮装置１とガス検知装置２とを用いて、実際の所定の濃度のトルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンを含むのミキシングガスを検知した実験について簡単に説明する。

＜第１実施例＞
まず、第１実施例について説明する。第１実施例では、ミキシングガス（サンプルガス）を複数回（４回）濃縮および検出を行った場合でも、ガス濃縮装置１により濃縮された検知対象ガス成分Ｇ１を、ガス検知装置２において精度よく検知できるかを確認するのを目的としている。ミキシングガスは、総量が４００ｍｌであり、ミキシングガスの検知対象ガス成分Ｇ１である、トルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンの濃度を、１００ｐｐｂとした。このような、ミキシングガスを４回計測した。具体的には、ガス濃縮装置１を用いてミキシングガスを濃縮させ、ガス検知装置２を用いて濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を検知した。その後、ガス濃縮装置１において、クリーニング手段７５によりクリーニングを行い、同濃度かつ同量のミキシングガスを、同様にガス濃縮装置１を用いて濃縮させ、ガス検知装置２を用いて濃縮した検知対象ガス成分Ｇ１を検知した。これらの、ガス濃縮装置１による濃縮、ガス検知装置２による検知、および、クリーニング手段７５によるクリーニングを計４回行い、それぞれの検知結果を比較した。

（測定結果）
１回目〜４回目のミキシングガスの検知結果を図１１に示す。

検知結果としては、１回目〜４回目のいずれにおいても、ガス検知装置２の検知結果は同じような波形を検知している。これは、連続的にガス濃縮装置１を使用しても、濃縮したトルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンの濃度が同程度であったことを示しており、その結果、検知に再現性があることが確認できた。また、ガス濃縮装置１において、ガス流路３およびガス捕集管５１内に残存したトルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンを、クリーニング手段７５により毎回排出させることが可能なことが確認できた。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、複数（３種類）のミキシングガスの異なる総量に応じて、ガス検知装置２により検知される検知対象ガス成分Ｇ１の量が、異なるか否かを調べるのを目的としている。複数のミキシングガスのそれぞれは、総量が１６００ｍｌ、８００ｍｌおよび４００ｍｌであり、ミキシングガスの検知対象ガス成分Ｇ１である、トルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンの濃度を、１００ｐｐｂとした。このような、複数のミキシングガスをそれぞれ計測した。

（測定結果）
総量の異なる３種類のミキシングガスの検知結果を図１２に示す。

検知結果としては、３種類のミキシングガスの検知結果では、ガス検知装置２の検知結果は異なる波形を検知している。すなわち、３種類のミキシングガスの検知結果は、ミキシングガスの総量が少なくなるにしたがい、検知したトルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンの検知電圧が一定の割合で小さくなっている。これにより、ミキシングガスの量が小さくなったとしても、トルエン、メチルベンゼン、メタキシレンおよびオルトキシレンをガス濃縮装置１を用いて濃縮することにより、正確な量を測定可能なことが確認できた。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべ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。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、脱離手段７３が、吸着材５４から検知対象ガス成分Ｇ１を脱離させるため加熱部５２を有しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、脱離手段が、ガス捕集管内の空気を圧縮し、ガス捕集管内を高温にする圧縮部を有していてもよい。

また、上記実施形態では、キャリアガス供給部４が、ガス捕集管５１内の空気を窒素ガスに置換するための置換手段７２を兼ねているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、キャリアガス供給部が、置換手段を兼ねていなくともよい。つまり、ガス流路にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部とは別に、ガス捕集管内の空気を不活性ガスに置換する不活性ガス供給部を備えていてもよい。

また、上記実施形態では、キャリアガス供給部４が、ガス流路３およびガス捕集管５１内に残存している検知対象ガス成分Ｇ１をクリーニングするため、窒素ガスをガス流路３およびガス捕集管５１に流すクリーニング手段７５を兼ねているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、キャリアガス供給部が、クリーニング手段を兼ねていなくともよい。つまり、ガス流路にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部とは別に、ガス捕集管内の残存しているサンプルガスをクリーニングするため、不活性ガスをガス流路に供給する不活性ガス供給部を備えていてもよい。

また、上記実施形態では、加熱部５２は、ガス捕集管５１を約２７０℃により加熱しているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、加熱部は、２７０℃よりも低い温度によりガス捕集管を加熱してもよいし、２７０℃よりも高い温度によりガス捕集管を加熱してもよい。

また、上記実施形態では、不活性ガスが、窒素ガスとなっているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、反応性の乏しい、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスなどであってもよい。

また、上記実施形態では、検知対象ガス成分Ｇ１が、トルエン、メチルベンゼン、メタエチレン、オルトキシレンとなっているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、検知対象ガス成分は、アンモニア、硫化水素などでもよい。

また、上記実施例では、サンプルガスが、４種類の検知対象ガス成分Ｇ１を含んだミキシングガスとなっているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、１〜３種類、または、５種類以上の検知対象ガス成分を含んだサンプルガスとなっていてもよい。

また、上記実施形態では、吸着材５４が、カーボンナノチューブとなっているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、吸着材はシリカゲル、ゼオライトなどの、検知対象ガス成分を吸着可能、かつ、加熱部の加熱により、検知対象ガス成分を脱離可能な吸着材であればよい。

また、上記実施形態では、加熱部５２は、フィルムヒーターであるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、加熱部は、ニクロム線などであってもよい。

また、上記実施形態では、断熱材５３は、シリコンシートであるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、断熱材は、エラストマーシートなどであってもよい。

また、上記実施形態では、吸着材５４への検知対象ガス成分Ｇ１の捕集は常温において行われているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、捕集管にペルチェ素子を取り付け、検知対象ガス成分の捕集を常温よりも低い温度においておこない、捕集効率を向上させてもよい。

また、上記実施形態では、クリーニング手段７５は、加熱部５２によりガス捕集管５１を加熱しながら、第１開閉弁８１および第２開閉弁８２を開いた状態において、ガス流路３およびガス捕集管５１内に窒素ガスを流し、ガス流路３、ガス捕集管５１、弁部８および切換弁部９内のクリーニングを行っているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、第１開閉弁８１および第２開閉弁８２のそれぞれを開閉しながら、ガス流路３およびガス捕集管５１内に窒素ガスを流してもよい。これにより、第１開閉弁８１および第２開閉弁８２内のデッドスペースに残存している、検知対象ガス成分Ｇ１の排出を容易にすることができる。

上記実施形態では、説明の便宜上、制御部７の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部７の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ ガス濃縮装置
２ ガス検知装置（検知部）
３ ガス流路
４ キャリアガス供給部
５ ガス捕集部
７ 制御部
８ 弁部
５１ ガス捕集管
５２ 加熱部
７２ 置換手段
７５ クリーニング手段
Ｇ１ 検知対象ガス成分

Claims (3)

1. サンプルガスが内部を流通するガス流路と、
   前記ガス流路に配置され、前記サンプルガスに含まれる検知対象ガス成分を捕集するとともに、前記検知対象ガス成分を濃縮するガス捕集部と、
   検知部へ前記濃縮した前記検知対象ガス成分を流す前に、前記ガス捕集部内の気体を不活性ガスに置換する置換手段とを備え、
   前記ガス捕集部は、前記サンプルガスに含まれる前記検知対象ガス成分を捕集するガス捕集管と、前記ガス捕集管に捕集された前記検知対象ガス成分を加熱することにより脱離させる加熱部とを含み、
   前記加熱部により前記検知対象ガス成分を加熱する際に、前記ガス捕集管に捕集された前記検知対象ガス成分の、上流側および下流側への流出を妨げる弁部と、
   前記濃縮した前記検知対象ガス成分を前記検知部に流した後に、前記ガス捕集管を前記加熱部により加熱しながら、前記ガス捕集管および前記ガス流路内に前記不活性ガスを流すことにより、前記ガス捕集管および前記弁部のクリーニングを行うクリーニング手段とをさらに備え、
   前記クリーニング手段は、クリーニングの初期の前記不活性ガスの流量をクリーニングの他の時点の流量よりも大きくするように構成されている、ガス濃縮装置。
2. 前記ガス流路内に前記サンプルガスを流通させるためのキャリアガスとして、前記不活性ガスを前記ガス流路内に供給するキャリアガス供給部をさらに備え、
   前記キャリアガス供給部は、前記置換手段を兼ねるように構成されている、請求項１に記載のガス濃縮装置。
3. ガス流路内を流通するサンプルガスに含まれる検知対象ガス成分をガス捕集部により捕集させるとともに、前記検知対象ガス成分を濃縮するステップと、
   検知部に濃縮した前記検知対象ガス成分を流すステップと、
   前記検知部へ濃縮した前記検知対象ガス成分を流す前に、前記ガス捕集部内の気体を不活性ガスに置換するステップと、
   前記検知部に濃縮した前記検知対象ガス成分を流した後、前記ガス捕集部を加熱するとともに、前記ガス捕集部内および前記ガス流路内に前記不活性ガスを流して、前記ガス捕集部内および前記ガス流路内をクリーニングするステップと、を備え、
   前記クリーニングするステップにおいて、クリーニングの初期の前記不活性ガスの流量をクリーニングの他の時点の流量よりも大きくする、ガス濃縮方法。

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