(57)【要約】【課題】吸着材に被吸着ガスが供給された際に吸着材の下流から被吸着ガスの破過する時刻を精度良く捉える。【解決手段】吸着材からの被吸着ガスの破過を検出するガス検出装置は、吸着材の下流側に配置され、吸着材の温度を検出する第１温度検出部と、第１温度検出部により検出された温度の時間に対する勾配を算出し、勾配が予め設定された閾値を超えると、被吸着ガスが破過すると判定する制御部と、を備える。【選択図】図１
2020131150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着材からの被吸着ガスの破過を検出するガス検出装置であって、
前記吸着材の下流側に配置され、前記吸着材の温度を検出する第１温度検出部と、
前記第１温度検出部により検出された温度の時間に対する勾配を算出し、前記勾配が予め設定された閾値を超えると、被吸着ガスが破過すると判定する制御部と、を備える、ガス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出装置であって、さらに、
前記吸着材に供給されるガスの温度を検出する第２温度検出部と、
前記吸着材に供給されるガスに含まれる被吸着ガスの濃度を検出する濃度検出部と、を備え、
前記制御部は、前記第２温度検出部により検出された温度と、前記濃度検出部により検出された濃度とを用いて、前記閾値を決定する、ガス検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガス検出装置であって、さらに、
前記吸着材に供給されるガスの流量を検出する流量検出部を備え、
前記制御部は、前記第２温度検出部により検出された温度と、前記濃度検出部により検出された濃度とに加えて、前記流量検出部により検出された流量を用いて、前記閾値を決定する、ガス検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載のガス検出装置であって、さらに、
前記吸着材において前記第１温度検出部よりも上流側に配置され、前記吸着材の温度を検出する第３温度検出部を備え、
前記制御部は、前記第３温度検出部により検出された温度の時間に対する勾配を用いて、前記閾値を決定する、ガス検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のガス検出装置であって、
前記吸着材は、内部に略円柱状の空間を有し、前記空間の長手方向に沿って被吸着ガスが供給される吸着塔内全体に充填されている、ガス検出装置。
【請求項６】
ガス吸着装置であって、
被吸着ガスを吸着する吸着材と、
前記吸着材を収容する吸着塔と、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のガス検出装置と、を備える、ガス吸着装置。
【請求項７】
吸着材からの被吸着ガスの破過を検出するガス検出方法であって、
前記吸着材の下流側における温度を検出する温度検出工程と、
検出された温度の時間に対する勾配を算出する算出工程と、
前記勾配が予め設定された閾値を超えると、被吸着ガスが破過すると判定する判定工程と、を備える、ガス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置、ガス吸着装置、およびガス検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の成分が含まれる気体から特定のガスを吸着材によって吸着することにより、被吸着ガスを分離する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、都市ガスの精製プロセスにおいて、吸着塔に収容された吸着材によって炭酸ガスを吸着する技術が開示されている。この技術では、吸着塔内の温度の挙動によって吸着材が吸着した炭酸ガスの量を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５９３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１には、吸着塔内の温度が上がり始めた場合に、炭酸ガスを吸着する工程を終了する制御について開示されているが、具体的にどのような状況が温度の上がり始めであるかについては開示されていない。そのため、特許文献１の技術を用いると、温度の上がり始めについての認識が人によって異なってくるため、被吸着ガスが吸着塔から破過しても、当該破過を検出できないおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、吸着材に被吸着ガスが供給された際に吸着材の下流から被吸着ガスの破過する時刻を精度良く捉えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、吸着材からの被吸着ガスの破過を検出するガス検出装置が提供される。このガス検出装置は、前記吸着材の下流側に配置され、前記吸着材の温度を検出する第１温度検出部と、前記第１温度検出部により検出された温度の時間に対する勾配を算出し、前記勾配が予め設定された閾値を超えると、被吸着ガスが破過すると判定する制御部と、を備える。
【０００８】
被吸着ガスが吸着材に吸着すると、発熱反応により、吸着材の温度が変化する。吸着材に被吸着ガスが供給されると、吸着材における上流側から被吸着ガスが吸着していく。吸着材の内、上流側での吸着が行われるにつれて、下流側での吸着が始まる。この構成によれば、第１温度検出部は、下流側に配置されているため、吸着部材の下流側の温度を検出する。検出された温度が変化する場合には、温度の検出位置での吸着が始まり、それよりも上流側での吸着が終了していることがわかる。吸着材の下流側の温度は、外部の温度によって変化するため、吸着材の温度そのものによって破過を判定すると、破過する時刻を精度よく推定できない場合がある。また、吸着材の温度の変化について、どの時点から温度の変化ありか変化無しかを区別することが難しい場合がある。この構成の制御部は、温度の代わりに、温度から算出した温度の時間に対する勾配と、閾値とを比較することにより破過する時刻を判定する。そのため、判定結果は、吸着材の外部の温度の影響を受けず、かつ、温度勾配という具体的な指標が用いられている。そのため、この構成によれば、吸着材から被吸着ガスが破過する時刻を精度良く捉えることができる。
【０００９】
（２）上記形態のガス検出装置において、さらに、前記吸着材に供給されるガスの温度を検出する第２温度検出部と、前記吸着材に供給されるガスに含まれる被吸着ガスの濃度を検出する濃度検出部と、を備え、前記制御部は、前記第２温度検出部により検出された温度と、前記濃度検出部により検出された濃度とを用いて、前記閾値を決定してもよい。
吸着材の飽和吸着量は、ガスの温度と、供給されるガス中の被吸着ガスの濃度と、に応じて変化する。そのため、ガスの温度および被吸着ガスの濃度に応じて、吸着材が被吸着ガスを吸着する際の温度の時間推移が変わってくる。本構成によれば、制御部は、破過を判定するための閾値を、吸着材に供給されるガスの温度と、ガス中の被吸着ガスの濃度とを用いて決定している。制御部が、決定された閾値を用いて破過を判定することにより、飽和吸着量の変化による吸着時の吸着材の温度変化の要因を取り除ける。そのため、この構成によれば、吸着材から被吸着ガスが破過する時刻をより精度良く捉えることができる。
【００１０】
（３）上記形態のガス検出装置において、さらに、前記吸着材に供給されるガスの流量を検出する流量検出部を備え、前記制御部は、前記第２温度検出部により検出された温度と、前記濃度検出部により検出された濃度とに加えて、前記流量検出部により検出された流量を用いて、前記閾値を決定してもよい。
第１温度検出部により検出される温度の勾配は、吸着材の飽和吸着量が同じであっても、吸着材に供給されるガスの流量によって変化する。この構成によれば、制御部が吸着材に供給されるガスの流量を用いて閾値を決定することにより、吸着材から被吸着ガスが破過する時刻をより精度良く捉えることができる。
【００１１】
（４）上記形態のガス検出装置において、さらに、前記吸着材において前記第１温度検出部よりも上流側に配置され、前記吸着材の温度を検出する第３温度検出部を備え、前記制御部は、前記第３温度検出部により検出された温度の時間に対する勾配を用いて、前記閾値を決定してもよい。
例えば、吸着材への被吸着ガスの脱着を繰り返す場合には、吸着材から脱離されていない被吸着ガスが残っている場合がある。この場合に、吸着材が単位体積当たりで吸着できる被吸着ガスの量は、完全に被吸着ガスが脱離された状態の吸着量よりも少なくなる。すなわち、単位体積当たりで吸着できる被吸着ガスの量が小さいと、吸着材が被吸着ガスを吸着した際の温度の勾配は、緩やかになる。この構成によれば、制御部が、第３温度検出部により検出した温度から算出した温度の勾配を用いて、既に吸着材に吸着されている被吸着ガスの影響を取り除いた閾値を決定する。これにより、この構成によれば、被吸着ガスが破過する時刻を精度良く捉えることができる。
【００１２】
（５）上記形態のガス検出装置において、前記吸着材は、内部に略円柱状の空間を有し、前記空間の長手方向に沿って被吸着ガスが供給される吸着塔内全体に充填されていてもよい。
この構成によれば、吸着材が上流側から下流側へと長手方向に沿う円柱形状であるため、第１温度検出部により温度を検出したい位置を算出しやすい。また、吸着材が円柱形状であるため、上流側から下流側へとガスを流しやすい。
【００１３】
（６）本発明の他の一形態によれば、ガス吸着装置が提供される。このガス吸着装置は、被吸着ガスを吸着する吸着材と、吸着材を収容する吸着塔と、上記に記載のガス検出装置と、を備える。
この構成によれば、ガス検出装置が被吸着ガスが吸着塔から破過する時間を判定できるため、吸着塔に無駄な被吸着ガスを供給せずに済み、分離ガスの純度を高めることができる。
【００１４】
（７）本発明の他の一形態によれば、吸着材からの被吸着ガスの破過を検出するガス検出方法が提供される。このガス検出方法は、前記吸着材の下流側における温度を検出する温度検出工程と、検出された温度の時間に対する勾配を算出する算出工程と、前記勾配が予め設定された閾値を超えると、被吸着ガスが破過すると判定する判定工程と、を備える。
この構成によれば、検出された吸着材の温度の代わりに、算出された温度の時間に対する勾配と、閾値との比較によって破過が判定される。これにより、外部の温度の影響を受けなくても済み、かつ、温度勾配という具体的な指標により破過が判定される。そのため、吸着材から被吸着ガスが破過する時刻を精度良く捉えることができる。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス検出装置およびガス吸着装置、ガス検出方法およびガス制御方法、ガス検出システム、これら装置やシステムの制御のためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、およびコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるガス検出装置を備えるガス吸着装置のブロック図である。
【図２】吸着材の温度および被吸着ガスの流量の時間推移を表すグラフである。
【図３】吸着材の温度勾配および被吸着ガスの流量の時間推移を表すグラフである。
【図４】本実施形態における被吸着ガスの破過を判定するガス検出方法のフローチャートである。
【図５】第２実施形態におけるガス検出装置を備えるガス吸着装置のブロック図である。
【図６】吸着材における被吸着ガスの飽和吸着量と、温度勾配との関係を表すグラフである。
【図７】第２実施形態の算出工程のフローチャートである。
【図８】第３実施形態におけるガス検出装置を備えるガス吸着装置のブロック図である。
【図９】吸着材における被吸着ガスの飽和吸着量と、温度勾配との関係を異なる流量ごとに表すグラフである。
【図１０】第３実施形態の算出工程のフローチャートである。
【図１１】第４実施形態におけるガス検出装置を備えるガス吸着装置のブロック図である。
【図１２】吸着材の温度勾配の時間推移を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態におけるガス検出装置１０を備えるガス吸着装置１のブロック図である。ガス吸着装置１は、上流側から流入する気体から、被吸着ガスとしての二酸化炭素（ＣＯ2）を吸着し、二酸化炭素を吸着した後の気体を下流へと排出する装置である。ガス吸着装置１に流入する気体は、二酸化炭素以外の窒素（Ｎ2）などを含んでいる。ガス吸着装置１が二酸化炭素を吸着できなくなると、ガス吸着装置１から二酸化炭素が破過する。
【００１８】
図１に示されるように、ガス吸着装置１は、内部の空間２１に吸着材２２が充填されている吸着塔２０と、吸着塔２０からの二酸化炭素の破過を判定するガス検出装置１０と、を備えている。なお、本明細書における破過とは、二酸化炭素が吸着材２２に吸着されずに吸着塔２０から漏れ出すことを意味する。吸着塔２０の下部には、図示されていない供給パイプを介して、二酸化炭素を含む気体が供給されるガス流入口２３が形成されている。吸着塔２０の上部には、吸着塔２０内を通過した気体が吸着塔２０から排出されるガス排出口２４が形成されている。以降では、ガス流入口２３側を上流側と呼び、ガス排出口２４側を下流側と呼ぶ。
【００１９】
吸着塔２０の空間２１は、中心軸ＯＬ１を長手方向とする円柱状の空間である。吸着材２２は、空間２１内全体に充填されている。吸着材２２は、二酸化炭素を吸着する材料であり、ゼオライト等の吸着材である。なお、他の実施形態の吸着材２２は、多孔体にアミンを担持させた個体吸収材が採用されてもよい。
【００２０】
ガス検出装置１０は、吸着材２２の下流側における所定位置の温度を検出する第１温度検出部１１と、第１温度検出部１１により検出された温度を用いて二酸化炭素の破過を判定する制御部１２とを備えている。第１温度検出部１１は、熱電対により構成された温度センサである。第１温度検出部１１が配置される吸着材２２における所定位置は、中心軸ＯＬ１に沿って下流側５パーセント（％）の位置である。
【００２１】
制御部１２は、図示されていないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種プログラムをＲＡＭに展開することにより、各種プログラムを実行する。制御部１２は、第１温度検出部１１により検出された温度の時間推移を微分することにより、温度の勾配の時間推移を算出する。制御部１２は、算出された温度勾配の時間推移と、予め設定された閾値との比較により、吸着塔２０からの二酸化炭素の破過を判定する。具体的には、制御部１２は、温度勾配の値が閾値を超えた場合に、二酸化炭素が破過する時刻と判定する。ここで、「二酸化炭素が破過する時刻」とは、吸着材２２において二酸化炭素を吸着しきれなくなるタイミングを意味する。
【００２２】
図２は、吸着材２２の温度および被吸着ガスの流量の時間推移を表すグラフである。図２には、ガス吸着装置１を用いた場合における吸着材２２の温度の時間推移が実線の曲線Ｃ１で示されている。また、図２には、ガス排出口２４から排出される二酸化炭素の流量の時間推移が破線の曲線Ｃ２で示されている。吸着材２２が二酸化炭素を吸着し始めると、吸着熱により吸着材２２の温度が上昇する。そのため、図２に示されるように、吸着材２２が、温度上昇を始めたおよそ時刻Ｔ１以降に、吸着材２２により吸着しきれなかった二酸化炭素が排出され始める。その結果、吸着材２２の温度上昇の開始から少し経過して、吸着材２２から排出される二酸化濃度も大きくなる。
【００２３】
図３は、吸着材２２の温度勾配および被吸着ガスの流量の時間推移を表すグラフである。図３には、図２に示される温度の時間推移から算出された温度勾配の時間推移が実線の曲線Ｃ３で示されている。なお、図３に破線の曲線Ｃ２で示される被吸着ガスの流量は、図２に示される流量と同じである。曲線Ｃ３の温度勾配の時間推移の傾きは、図２の曲線Ｃ１で示される温度の時間推移の傾きよりも顕著になっている。なお、本明細書では、温度の単位にケルビン（Ｋ）を用いている。
【００２４】
図４は、本実施形態における被吸着ガスの破過を判定するガス検出方法のフローチャートである。図４に示されるように、ガス検出方法の処理では、初めに、第１温度検出部１１が吸着材２２の下流側における温度を検出する温度検出工程を行う（ステップＳ１）。次に、制御部１２は、検出された温度の時間推移を用いて、所定位置の温度勾配の時間推移を算出する算出工程を行う（ステップＳ２）。制御部１２は、算出された温度勾配の時間推移と、閾値とを比較することにより、吸着塔２０から二酸化炭素が破過する時刻を判定する判定工程を行う（ステップＳ３）。判定工程では、制御部１２が、温度勾配の値が閾値を超えると、二酸化炭素が吸着材２２から破過すると判定する。判定工程が行われた後、ガス検出方法の処理が終了する。
【００２５】
以上説明した通り、第１実施形態のガス検出装置１０では、制御部１２は、第１温度検出部１１により検出された吸着材２２の下流側の温度を用いて、温度の時間に対する勾配を算出する。制御部１２は、算出した勾配が予め設定された閾値を超えると、二酸化炭素が破過すると判定する。第１実施形態のガス検出装置１０では、破過の判定に、吸着材２２の温度そのものではなく、温度の勾配が用いられているため、破過の判定は、吸着材２２の外部の温度に影響されなくて済む。また、破過の判定に、温度が上昇し始めた時点などの温度の値の代わりに、温度から算出された温度の勾配が用いられているため、温度の変化をより精度良く推定できる。これにより、第１実施形態のガス検出装置１０は、吸着材２２から二酸化炭素が破過する時刻を精度良く捉えることができる。
【００２６】
また、第１実施形態のガス検出装置１０では、吸着材２２は、円柱状の空間２１を有する吸着塔２０内全体に充填されている。第１温度検出部１１は、空間２１の長手方向に沿って吸着材２２における下流側１％以上１０％以下の位置に配置され、吸着材の出口付近における温度を検出している。そのため、第１実施形態のガス検出装置１０では、ガス排出口２４近傍の温度により破過が判定されるため、制御部１２は、二酸化炭素が破過する時刻を精度良く捉えることができる。また、吸着材２２が上流側から下流側へと向かう略円柱形状であるため、第１温度検出部１１により温度を検出したい位置を算出しやすい。また、吸着材２２に上流側から下流側へと二酸化炭素を含む気体を流しやすい。
【００２７】
＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態におけるガス検出装置１０ａを備えるガス吸着装置１ａのブロック図である。第２実施形態では、ガス吸着装置１ａが備えるガス検出装置１０ａの構成が、第１実施形態のガス検出装置１０と異なる。そのため、第２実施形態では、ガス検出装置１０ａについて説明し、吸着塔２０についての説明を省略する。
【００２８】
図５に示されるように、第２実施形態のガス検出装置１０ａは、第１実施形態の第１温度検出部１１と、吸着塔２０に供給される気体の温度を検出する第２温度検出部１３と、吸着塔２０に供給される気体中の二酸化炭素濃度を検出する濃度検出部１４と、各種制御を行う制御部１２ａと、を備えている。第２温度検出部１３は、図２に図示されない吸着塔２０の上流側に接続している供給パイプにされた温度センサである。第２温度検出部１３は、換言すると、吸着材２２よりも上流側の温度を検出する。濃度検出部１４は、吸着材２２に供給される気体に含まれる被吸着ガスである二酸化炭素の濃度を検出する分析計である。制御部１２ａは、第１実施形態と同様に破過の判定を行い、かつ、第２温度検出部１３により検出された温度と、濃度検出部１４により検出された二酸化炭素濃度とを用いて、破過の判定に用いる閾値を決定する。
【００２９】
図６は、吸着材２２における被吸着ガスの飽和吸着量と、温度勾配との関係を表すグラフである。図６には、横軸としての単位質量あたりの吸着材２２の飽和吸着量に対する、吸着材２２の温度勾配の最大値の推移が直線Ｌ１によって示されている。温度勾配の最大値とは、温度勾配の時間推移における最大値である。図６の直線Ｌ１に示されるように、吸着材２２の飽和吸着量が大きいほど、温度勾配の最大値が大きくなる。すなわち、温度勾配の最大値は、飽和吸着量を決定する上流側の温度と、吸着材に供給される気体中の二酸化炭素の濃度とによって変化する。
【００３０】
第２実施形態では、制御部１２ａが、図４の算出工程（ステップＳ２）において、第２温度検出部１３の検出温度と、濃度検出部１４により検出された二酸化炭素との濃度を用いて、閾値を算出する。図７は、第２実施形態の算出工程のフローチャートである。算出工程では、初めに、第２温度検出部１３が吸着材２２に供給されるガスの温度を検出し、かつ、濃度検出部１４が吸着材２２に供給される気体中の二酸化炭素の濃度を検出する（ステップＳ２１）。
【００３１】
制御部１２ａは、第２温度検出部１３の検出温度と、濃度検出部１４により検出された二酸化炭素の濃度とを用いて、閾値を算出する（ステップＳ２２）。閾値の算出方法としては、例えば、２つの方法が挙げられる。一方の方法は、ラングミュア（Langmuir）の式を用いた方法である。この方法では、第２温度検出部１３の検出温度を温度Ｔ、二酸化炭素の濃度を濃度Ｃとした場合に、飽和吸着量ｑは、下記式（１）のように定義できる。
ｑ＝ｆｕｎｃ（Ｔ，Ｃ）…（１）
ラングミュアの式を用いると、下記式（２）が導出される。
ｆｕｎｃ（Ｔ，Ｃ）＝ρｓ・ｑｍ・Ｋ０・ｅｘｐ（δＨ／ＲＴ）・Ｃ／（１＋Ｋ０・（δＨ／ＲＴ）・Ｃ）…（２）
式（２）におけるρｓ，ｑｍ，Ｋ０，δＨは、物性値により決まる定数であり、Ｒは気体定数である。温度勾配の閾値ｔshは、例えば、下記式（３）のような関係式を解くことにより、閾値ｔshを算出できる。
ｔsh＝ｆｕｎｃ（ｑ）
＝α・ｑ＋β…（３）
なお、α，βは定数である。
【００３２】
閾値ｔshの算出方法の他方は、温度Ｔと、濃度Ｃとのそれぞれの値が決定することにより、閾値ｔshが決定する関係マップによる方法である。予め、温度Ｔおよび濃度Ｃについて、複数の実験データを積み重ねることにより、関係マップを作成できる。なお、閾値ｔshの算出には、いずれの方法が用いられてもよく、他の実施形態では、他の方法が用いられてもよい。
【００３３】
閾値ｔshが算出されると、制御部１２ａは、第１実施形態の算出工程と同じように、第１温度検出部１１により検出された温度の時間推移を用いて、所定位置の温度勾配の時間推移を算出し（ステップＳ２３）、算出工程が終了する。
【００３４】
以上説明したように、第２実施形態のガス検出装置１０ａでは、第２温度検出部１３は、吸着材２２に供給される気体の温度を検出する。濃度検出部１４は、吸着材２２に供給される気体中の二酸化炭素の濃度を検出する。制御部１２ａは、破過の判定に用いる閾値ｔshを、検出された吸着材２２に供給される気体の温度と、検出された二酸化炭素の濃度とを用いて算出する。そのため、第２実施形態のガス検出装置１０ａでは、飽和吸着量の変化による吸着時の温度変化の要因を閾値ｔshから取り除けるため、吸着材２２から二酸化炭素が破過する時刻をより精度良く捉えることができる。
【００３５】
＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態におけるガス検出装置１０ｂを備えるガス吸着装置１ｂのブロック図である。第３実施形態では、ガス吸着装置１ｂが備えるガス検出装置１０ｂの構成が、第２実施形態のガス検出装置１０ａと異なる。そのため、第３実施形態では、ガス検出装置１０ｂについて説明し、吸着塔２０についての説明を省略する。
【００３６】
図８に示されるように、第３実施形態のガス検出装置１０ｂは、第１実施形態および第２実施形態が備える第１温度検出部１１と、第２実施形態が備える第２温度検出部１３および濃度検出部１４と、吸着塔２０に供給される気体の流量を検出する流量検出部１５と、各種制御を行う制御部１２ｂと、を備えている。流量検出部１５は、図８に図示されない吸着塔２０の上流側に接続している供給パイプに配置された流量センサである。制御部１２ｂは、第１実施形態および第２実施形態と同様に破過の判定を行い、かつ、破過の判定に用いられる閾値ｔshを算出する。制御部１２ｂは、第２実施形態と異なり、第２温度検出部１３により検出された温度と、濃度検出部１４により検出された二酸化炭素濃度とに加えて、流量検出部１５により検出された気体の流量を用いて、閾値ｔshを決定する。
【００３７】
図９は、吸着材２２における被吸着ガスの飽和吸着量と、温度勾配との関係を異なる流量ごとに表すグラフである。図９の横軸および縦軸は、図６と同じである。図９に示される直線Ｌ１は、図６に示される直線Ｌ１と同じである。図９には、図６と比較して、直線Ｌ１よりも吸着材２２により多くの気体を供給した場合において、吸着材２２の飽和吸着量に対する吸着材２２の温度勾配の最大値が直線Ｌ２によって示されている。直線Ｌ１と直線Ｌ２とを比較すると、吸着材２２の飽和吸着量が同じであっても、吸着材２２に供給される気体の多い方の温度勾配の最大値が大きくなる。すなわち、温度勾配の最大値は、飽和吸着量を決定する上流側の温度と、吸着材に供給される気体中の二酸化炭素の濃度とに加えて、吸着材２２に供給される気体の供給量によっても変化する。
【００３８】
第３実施形態では、第１実施形態における算出工程（図４のステップＳ２）が異なる。図１０は、第３実施形態の算出工程のフローチャートである。第３実施形態の算出工程では、初めに、第２温度検出部１３が吸着材２２に供給される気体の温度を検出し、濃度検出部１４が吸着材２２に供給される気体中の二酸化炭素の濃度を検出し、さらに、流量検出部１５が吸着材２２に供給される気体の流量を検出する（ステップＳ２６）。
【００３９】
制御部１２ｂは、第２温度検出部１３の検出温度と、濃度検出部１４により検出された二酸化炭素の濃度とに加えて、流量検出部１５の検出流量を用いて、閾値ｔshを算出する（ステップＳ２７）。閾値ｔshの算出方法としては、第２実施形態で挙げた２つの方法のラングミュアの式（２）で算出した飽和吸着量ｑを用いて、下記式（４）のように流量ｍｆを用いる。
ｔsh＝ｆｕｎｃ（ｑ）
＝α・ｑ・ｍｆ＋β…（４）
なお、ｍｆは、流量検出部１５の検出流量によって決まる。
【００４０】
閾値ｔshを算出する方法である他方の関係マップを用いる場合には、流量検出部１５の検出流量ごとに異なる複数の関係マップの中から、検出された流量に応じて関係マップが選択される。制御部１２ｂは、選択された関係マップに、温度Ｔと、濃度Ｃとのそれぞれの値を入れることによって、閾値ｔshを決定する。なお、他の実施形態では、流量検出部１５の検出流量を本実施形態とは異なる関数として用いて、閾値ｔshが算出されてもよい。
【００４１】
制御部１２ｂは、第２実施形態の算出工程と同じように、第１温度検出部１１により検出された温度の時間推移を用いて、所定位置の温度勾配の時間推移を算出する（ステップＳ２８）。
【００４２】
以上説明したように第３実施形態のガス検出装置１０ｂでは、制御部１２ｂは、閾値ｔshの算出に、第２温度検出部１３の検出温度と、濃度検出部１４により検出された二酸化炭素の濃度とに加えて、流量検出部１５により検出された吸着材２２に供給される気体の流量を用いる。第１温度検出部１１により検出された温度により算出される温度の勾配は、吸着材２２に供給される気体の流量によって変化する。そのため、第３実施形態のガス検出装置１０ｂでは、吸着材２２に供給される気体の流量の違いによる影響を取り除いた閾値ｔshを決定するため、吸着材２２から二酸化炭素が破過する時刻をより精度良く捉えることができる。
【００４３】
図１１は、第４実施形態におけるガス検出装置１０ｃを備えるガス吸着装置１ｃのブロック図である。第４実施形態では、ガス吸着装置１ｃが備えるガス検出装置１０ｃの構成が、第１実施形態のガス検出装置１０と異なる。そのため、第４実施形態では、ガス検出装置１０ｃについて説明し、吸着塔２０についての説明を省略する。
【００４４】
図１１に示されるように、第４実施形態のガス検出装置１０ｃは、第１実施形態の第１温度検出部１１と、第１温度検出部１１よりも上流側の吸着材２２の温度を検出する第３温度検出部１６と、各種制御を行う制御部１２ｃと、を備えている。第３温度検出部１６は、吸着材２２において第１温度検出部１１よりも上流側に配置された温度センサである。制御部１２ｃは、第１実施形態と同様に破過の判定を行い、かつ、第３温度検出部１６により検出された温度の時間に対する勾配を用いて、閾値ｔshを決定する。
【００４５】
図１２は、吸着材２２の温度勾配の時間推移を表すグラフである。図１２には、第１温度検出部１１により検出された温度から算出された温度勾配の曲線Ｃ４が実線によって示されている。また、図１２には、第３温度検出部１６により検出された温度から算出された温度勾配の曲線Ｃ５が破線によって示されている。第３温度検出部１６の方が第１温度検出部１１よりも上流側に配置されているため、図１２に示されるように、曲線Ｃ５の方が、曲線Ｃ４よりも先に上昇し始め、その後、曲線Ｃ４が上昇し始める。
【００４６】
制御部１２ｃは、第３温度検出部１６により検出された温度勾配を用いて、閾値ｔshを決定する。本実施形態では、制御部１２ｃは、第３温度検出部１６の検出温度から曲線Ｃ４が算出された場合に、曲線Ｃ４の最大値ｔ１を閾値ｔshとして決定する。その後、制御部１２ｃは、第１温度検出部１１により検出された温度を用いて温度勾配を算出し、算出した温度勾配が決定した閾値ｔshを超えた時点で破過すると判定する。
【００４７】
以上説明したように、第４実施形態のガス検出装置１０ｃでは、第３温度検出部１６は、第１温度検出部１１によって検出される位置よりも上流側の吸着材２２の温度を検出する。制御部１２ｃは、第３温度検出部１６により検出された温度から算出した温度の勾配を用いて、閾値ｔshを決定する。そのため、制御部１２ｃは、二酸化炭素が供給される前に既に吸着材２２に吸着されていた二酸化炭素の影響を取り除いた上で、破過を判定する。これにより、第３実施形態のガス検出装置１０ｃは、二酸化炭素が破過する時刻を精度良く捉えることができる。
【００４８】
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４９】
［変形例１］
上記第１実施形態から第４実施形態までの各実施形態では、ガス検出装置およびガス吸着装置の一例を挙げて説明したが、これらの装置については種々変形可能である。例えば、吸着材２２は、必ずしも吸着塔２０内全体に充填されていなくてもよく、吸着塔２０以外の容器などに収容されていてもよいし、吸着材２２単体として用いられてもよい。吸着材２２の形状についても、略円柱形上である必要はなく、吸着材２２を収容する容器等の空間と異なる形状であってもよい。吸着材２２の形状は、球状であってもよいし、上流側から下流側に向かうにつれて形状や断面積が変化していてもよい。
【００５０】
第１温度検出部１１が温度を検出する吸着材２２の下流側の位置についても種々変形可能である。本明細書における下流側とは、上流側でないことをいい、第１実施形態などの吸着材２２について言えば、中心軸ＯＬ１に沿って中心よりも下流側のことを言う。そのため、他の実施形態では、第１温度検出部１１は、下流側に含まれ、かつ、上流側に近い吸着材２２の位置の温度を検出してもよいし、吸着材２２の下流側の末端の温度を検出してもよい。
【００５１】
［変形例２］
第４実施形態の第３温度検出部１６が検出する吸着材２２中の位置についても、種々変形可能である。第３温度検出部１６は、第１温度検出部１１が検出する吸着材２２の温度よりも、上流側の吸着材２２の温度を検出すればよい。例えば、第３温度検出部１６は、吸着材２２における上流側の温度を検出してもよい。第１温度検出部１１が温度を検出する位置と、第３温度検出部１６が温度を検出する位置との測定距離は、吸着材２２の中心軸ＯＬ１に沿う全体の５０％以下であることが好ましく、さらには、３０％以下であることが好ましい。測定距離が遠すぎないことにより、第１温度検出部１１の検出温度に基づく温度の勾配の挙動と、第３温度検出部１６の検出温度に基づく勾配の挙動とが近づくため、破過の判定の精度が向上する。また、測定距離が近すぎないことにより、閾値ｔshの決定から破過の判定まで時間を確保できる。なお、第１温度検出部１１および第３温度検出部１６の検出位置は、吸着材２２の中心軸ＯＬ１に直交する断面において、中心軸ＯＬ１に近い方が好ましい。
【００５２】
第４実施形態の閾値ｔshは、第３温度検出部１６の検出温度から算出された曲線Ｃ１の最大値ｔ１であったが、第３温度検出部１６の検出温度から決定される閾値ｔshについては、種々変形可能である。例えば、閾値ｔshは、曲線Ｃ１の最大値ｔ１に対して、所定の乗数（例えば、０．８）などを乗じた数値であってもよい。また、閾値ｔshは、曲線Ｃ１の最大値ｔ１ではなく、曲線Ｃ１を用いた別の方法によって決定されてもよい。
【００５３】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…ガス吸着装置
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…ガス検出装置
１１…第１温度検出部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…制御部
１３…第２温度検出部
１４…濃度検出部
１５…流量検出部
１６…第３温度検出部
２０…吸着塔
２１…空間
２２…吸着材
２３…ガス流入口
２４…ガス排出口
Ｃ…濃度
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…曲線
Ｌ１，Ｌ２…直線
ＯＬ１…中心軸
ｍｆ…流量
Ｔ…温度
ｔ１…最大値
ｔsh…閾値
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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