(57)【要約】【課題】小規模な構成で、被検知ガスを濃縮して検知できるガス検知ユニットを提供する。【解決手段】耐熱性基板１０の一方の面に、温度変化によって被検知ガスが吸着脱離する吸着手段２１、および、他方の面に加熱手段２２を備えている吸着部２０と、吸着部２０より脱離した被検知ガスを検知する検知部３０と、を筐体４０の内部に備えたガス検知ユニットＸ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性基板の一方の面に、温度変化によって被検知ガスが吸着脱離する吸着手段、および、他方の面に加熱手段を備えている吸着部と、
前記吸着部より脱離した被検知ガスを検知する検知部と、を筐体の内部に備えたガス検知ユニット。
【請求項２】
吸着部の上流において、被検知ガスに含まれる被測定成分が前記吸着部に吸着する際に被検知ガスが流通する吸着流路と、被検知ガスに含まれる被測定成分が前記吸着部より脱離する際に被検知ガスが流通する脱離流路と、を備え、これら流路を切り替え可能にしてあり、前記脱離流路に、被検知ガスに含まれる被測定成分を除去する除去手段を設けてある請求項１に記載のガス検知ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検知ガスを検知する検知部を筐体の内部に備えたガス検知ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、比較的低濃度の試料ガス中の被測定成分を測定する場合、当該被測定成分の濃度を高めるために加熱脱着法（サーマルデソープション）によるガス濃縮処理が行なわれることが多い。加熱脱着法では、まず、被測定成分を主として吸着する吸着剤を充填した濃縮管に試料ガスを流通させて、該試料ガスに含まれる被測定成分を吸着剤に吸着させる。そして、充分に被測定成分が吸着された後に、該濃縮管にキャリアガスを流しつつ吸着剤の温度を急速に上昇させる。これにより、吸着されていた被測定成分が短時間の間に脱離し、高濃度で下流のガスセンサに導入することができる。
【０００３】
特許文献１には、捕集手段に試料ガスを流通させて該捕集手段に試料成分を吸着させ、その後に流路切替手段を切り替えて該捕集手段に吸着されている試料成分を不活性なガス中に脱離させて、酸素又は酸素を含むガスを混入した後に、におい検出手段に導入するにおい測定装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、排ガス処理装置に使用される吸着濃縮装置として、吸着手段を、ガスを吸着するための吸着部と吸着したガスを脱着する脱着部とで構成し、脱着部で吸着された有機溶剤を脱着するための脱着用気体を供給する脱着用気体供給手段を備え、吸着部と脱着部を周期的に切替え動作する吸着濃縮装置が記載されている。この装置では、吸着手段の入口濃度を測定する入口濃度測定手段と当該入口濃度測定手段の信号を受け、吸脱着周期を調整する吸脱着周期調整手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１１８７４４号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のにおい測定装置では、不活性ガスを供給するガス供給手段や、酸素ガスを混入する混入手段などを必要としていた。また、特許文献２の吸着濃縮装置における吸着手段は、吸着体を充填した吸着搭で構成されていた。このように特許文献１，２の装置では大掛かりな構成となるため、例えば対象となる被検知ガスが存在する現場において、ハンディタイプの小規模なガス検知器などには適用できなかった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、小規模で被検知ガスを濃縮して検知できるガス検知ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るガス検知ユニットの第一特徴構成は、耐熱性基板の一方の面に、温度変化によって被検知ガスが吸着脱離する吸着手段、および、他方の面に加熱手段を備えている吸着部と、前記吸着部より脱離した被検知ガスを検知する検知部と、を筐体の内部に備えた点にある。
【０００９】
本構成では、吸着部に低濃度の被測定成分を含有する被検知ガスを流下させることで、吸着手段に被測定成分を吸着させて濃縮することができる。この状態で加熱手段を発熱させて吸着手段を加熱すると、吸着手段から濃縮された被測定成分を脱離させることができる。このようにして脱離させた濃縮された被測定成分を検知部によって測定することができる。
【００１０】
従って、本構成によれば、吸着部および検知部を、例えばハンディタイプのガス検知器や、天井或いは壁に配設する警報器などの筐体の内部に配設することができるため、小規模な構成で、被検知ガスを濃縮して検知することができる。
【００１１】
本発明に係るガス検知ユニットの第二特徴構成は、吸着部の上流において、被検知ガスに含まれる被測定成分が前記吸着部に吸着する際に被検知ガスが流通する吸着流路と、被検知ガスに含まれる被測定成分が前記吸着部より脱離する際に被検知ガスが流通する脱離流路と、を備え、これら流路を切り替え可能にしてあり、前記脱離流路に、被検知ガスに含まれる被測定成分を除去する除去手段を設けた点にある。
【００１２】
本構成によれば、被検知ガスに含まれる被測定成分を吸着部に吸着させる場合と、被検知ガスに含まれる被測定成分を吸着部より脱離させる場合とにおいて、流路を切り替えることができる。脱離流路を被検知ガスが流下すると、除去手段によって当該被検知ガスに含まれる被測定成分を除去することができる。これにより、加熱して被検知ガスに含まれる被測定成分を脱離させる場合は脱離流路を使用して、吸着部の上流において除去手段によって被検知ガスに含まれる被測定成分を除去できる。従って、本構成では、濃縮前の被検知ガスに含まれる被測定成分の信号が検出されるのを防止できるため、より正確に濃縮した被検知ガスに含まれる被測定成分の濃度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のガス検知ユニットを示す概略図である。
【図２】実施例１においてジケトンＡのピークを検出したときの結果を示したグラフである。
【図３】実施例２のガス検知ユニットの概略図である。
【図４】実施例２（ガス検知ユニットを壁に取り付けるタイプの警報器として使用）における温度および信号の関係を示したグラフである。
【図５】実施例３（クリーニング工程を行う場合）における温度および信号の関係を示したグラフである。
【図６】実施例４のガス検知ユニットの概略図である。
【図７】実施例５のガス検知ユニットの概略図である。
【図８】吸着部の別実施例の概略図である（実施例８）。
【図９】吸着部の別実施例の概略図である（実施例８）。
【図１０】吸着部の別実施例の概略図である（実施例９）。
【図１１】吸着部の別実施例の概略図である（実施例１０）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明は、被検知ガスを検知する検知部を筐体の内部に備えたガス検知ユニットである。当該ガス検知ユニットは、例えば小型のハンディタイプのガス検知器などが挙げられるが、これに限られるものではない。
【００１５】
図１に示したように、本発明のガス検知ユニットＸは、耐熱性基板１０の一方の面に、温度変化によって被検知ガスが吸着脱離する吸着手段２１、および、他方の面に加熱手段２２を備えている吸着部２０と、当該吸着部２０より脱離した被検知ガスを検知する検知部３０と、を筐体４０の内部に備えている。
【００１６】
耐熱性基板１０は、耐熱性を有する基板であればよく、例えばセラミックス製、金属製、耐熱樹脂製などの基板を使用することができる。セラミックス製の基板の場合、アルミナ基板や窒化アルミ基板などを使用するとよい。耐熱性基板１０の大きさは、吸着量、吸着効率および消費電力といった要素によって決まるが、概ね３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ以下が好ましい。ただし、耐熱性基板１０の形は必ずしも矩形でなくてよい。
【００１７】
吸着手段２１は、温度変化によって吸着した気体を吸着脱離することができる態様であれば、どのような手段でも適用できる。具体的には吸着手段２１は、使用温度で被検知ガスとの反応性に乏しく、常温において被検知ガスを吸着し、加熱手段２２によって加熱することで吸着した被検知ガスを脱離できる態様であればよい。このような吸着手段２１としては多孔質固体を使用することができ、例えばシリカ、アルミナ、炭素、金属酸化物などの無機系のものや、合成樹脂など有機系のものが使用できる。
【００１８】
炭素系の吸着手段２１としては、Ｔｅｎａｘ  ＧＲ（ジーエルサイエンス株式会社製）やカーボンブラックなどが使用できる。カーボンブラックの表面を酸化させて適度に酸性にすると、アンモニアやアミンといったアルカリ性成分を選択的によく吸着させることが可能である。カーボンブラックに酸性物質を付着させてもよい。カーボンブラック組織の末端をスルホ基等の酸性基で化学的に修飾してもよい。カーボンブラックの表面を適度にアルカリにすると、有機酸やメルカプタンといった酸性成分を選択的によく吸着させることが可能である。カーボンブラックにアルカリ物質を付着させてもよい。カーボンブラック組織の末端をアミノ基等のアルカリ性基で化学的に修飾してもよい。
【００１９】
吸着手段２１の厚みは、吸着量および消費電力といった要素によって適宜設定することが可能であるが、概ね２０〜３００μｍが好ましい。
【００２０】
加熱手段２２は、耐熱性基板１０に配設できる態様であればよく、例えば白金薄膜をパターニングしたヒータとすることができるが、これに限定されるものではない。加熱手段２２はその温度制御のため、ペルチェ素子と連結してもよい。
加熱手段２２による加熱温度は、吸着手段２１の変質を防ぐために、有機ガスないし有機吸着剤使用の場合４００℃以下、無機ガスおよび無機吸着剤使用の場合５００℃以下、とするのがよい。
【００２１】
検知部３０は、被検知ガスを検知するものであればどのような態様であってもよく、公知の半導体式センサ素子、接触燃焼式センサ素子および電気化学式センサ素子などが使用できる。例えば半導体式ガス検知素子として、熱線型半導体式ガス検知素子、基板型半導体式ガス検知素子が挙げられるが、これに限られるものではない。半導体式ガス検知素子において、例えば低濃度のにおい成分を検出できるように、ガス感応部の主成分として、酸化スズや酸化インジウムを使用し、かつ、モリブデン酸化物および鉛酸化物などを添加するとよい。また、低濃度のＶＯＣ（揮発性有機化合物）ガスを検出できるように、ガス感応層が酸化タングステンを主成分とし、ＶＯＣ選択性を有するように構成してもよい。
【００２２】
ガス検知ユニットＸの筐体４０は、その内部に吸着部２０と検知部３０とを収容する態様であれば、その形状は特に限定されるものではないが、本実施形態では上面視で矩形状であり、厚板状の形状を呈するものを例示する。ガス検知ユニットＸの使用形態としては、天井や壁に設置する態様、或いは、ハンディタイプの態様などが挙げられる。
【００２３】
また、本発明のガス検知ユニットＸは、上記構成の他に、ガス吸引口１、ガス排出口２、ガス流路３、三方弁４、ポンプＰを備える。
【００２４】
本実施形態において、低濃度の被測定成分（例えばにおい成分）を含有する被検知ガスがガス排出口２側に流下するように三方弁４をセットして当該被検知ガスを一定量流し、吸着部２０の吸着手段２１に被測定成分を吸着させて濃縮することができる。次に、加熱手段２２を発熱させて吸着手段２１を加熱すると、吸着手段２１から濃縮されたにおい成分を脱離させ、脱離ガスが検知部３０側に流下するように三方弁４をセットして、ポンプＰより少量のキャリアガス（空気、ヘリウム、窒素など）を一定時間流下させる。このとき、流量を制御する流量制御手段（図外）を設けることが可能である。
【００２５】
このような構成により本発明のガス検知ユニットＸは、吸着部２０および検知部３０を、ハンディタイプのガス検知器や、天井或いは壁に配設する警報器などの筐体の内部に配設することができるため、小規模な構成で、被検知ガスを濃縮して検知することができる。
【００２６】
〔別実施形態〕
図７に示したように、ガス流路３は、吸着部２０の上流において、被検知ガスに含まれる被測定成分が吸着部２０に吸着する際に被検知ガスが流通する吸着流路３ａと、被検知ガスに含まれる被測定成分が吸着部より脱離する際に被検知ガスが流通する脱離流路３ｂと、を備えるように構成してもよい。この場合、吸着流路３ａおよび脱離流路３ｂを切り替える切り替え制御手段（図外）を設けるとよい。本構成では、被検知ガスに含まれる被測定成分を吸着部２０に吸着させる場合と、被検知ガスに含まれる被測定成分を吸着部２０より脱離させる場合とにおいて、被検知ガスの流路を切り替えることができる。
【００２７】
また、脱離流路３ｂには、被検知ガスに含まれる被測定成分を除去する除去手段６０を設けることが可能である。本構成では、脱離流路３ｂを被検知ガスが流下することで、当該被検知ガスに含まれる被測定成分を除去手段６０によって除去することができる。これにより、加熱して被検知ガスに含まれる被測定成分を脱離させる場合は脱離流路３ｂを使用して、吸着部２０の上流において除去手段６０によって被検知ガスに含まれる被測定成分を除去できる。従って、本構成では、濃縮前の被検知ガスに含まれる被測定成分の信号が検出されるのを防止できるため、より正確に濃縮した被検知ガスに含まれる被測定成分の濃度を算出することができる。
【実施例】
【００２８】
〔実施例１〕
本発明の実施例について説明する。
本発明のガス検知ユニットＸにおける吸着部２０の性能をテストするため、被測定成分であるジケトンＡ（におい成分の一種；１ｐｐｍ）を含む被検知ガスを当該吸着部２０に接触させた。
【００２９】
吸着部２０は、アルミナ基板１０（３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ）の一方の面に炭素材料吸着剤Ｔｅｎａｘ  ＧＲ（ジーエルサイエンス株式会社製）を１．４ｍｇ塗布して吸着手段２１とし、他方の面に白金をミアンダパターンとなるようにパターニングして加熱手段２２とした。
【００３０】
サンプルガスを吸着部２０に接触させた後、加熱手段２２を２８０℃に加熱して１０ｍＬの濃縮ガスとしてガスクロマトグラフィー（型番ＸＧ−１００Ｖ  新コスモス電機株式会社製）に導入し、半導体式ガスセンサで継続的に測定したところ、ジケトンＡの大きなピークを得た（図２（ａ））。
【００３１】
この結果、低濃度のにおい成分であっても、吸着部２０に吸着脱離させることで、ガス検知に十分なレベルまで濃縮した状態で検知部３０に導入できるものと認められた。
また、ジケトンＡの大きなピークを得た後に、再度、加熱手段２２を加熱してジケトンＡの検出を試みたところ、ジケトンＡのピークは検出されなかった（図２（ｂ））。そのため、本構成のような小型の吸着部２０に配設された小型の加熱手段２２であっても、被検知ガスの脱離が十分に行えるものと認められた。
【００３２】
〔実施例２〕
本発明のガス検知ユニットＸを、壁に取り付けるタイプの警報器として使用した（図３）。
【００３３】
約３０時間、室温に放置して被測定成分を吸着部２０の吸着手段２１に吸着させ、その後、加熱手段２２を３００℃に加熱して吸着手段２１より被測定成分を脱離させた。このとき、検知部３０で被測定成分の信号を得ることができた（図４）。これにより、本発明のガス検知ユニットＸを壁に取り付けるタイプの警報器として使用して、低濃度の被測定成分、例えばＶＯＣやニオイ成分のモニタリングといった用途に用いることができるものと認められた。
【００３４】
〔実施例３〕
実施例２のガス検知ユニットＸにおいて、被測定成分を吸着部２０の吸着手段２１に吸着させたのち、加熱手段２２を加熱することで、吸着手段２１のクリーニングを兼ねている。しかし、被測定成分が熱に弱い、あるいは妨害成分の脱離が難しいといった場合が考えられる。このような場合は、吸着手段２１のクリーニングをするために加熱手段２２を加熱するタイミングを別に設定するとよい。図５には、被測定成分を吸着手段２１に吸着させる前に加熱手段２２を３５０℃に加熱して吸着手段２１のクリーニング（第１クリーニング工程）を行い、さらに、被測定成分を吸着手段２１より２５０℃で脱離させた後で加熱手段２２を３５０℃に加熱して吸着手段２１のクリーニング（第２クリーニング工程）を行った場合を示した。
【００３５】
これにより、吸着手段２１のクリーニングを、被測定成分を吸着手段２１より脱離させる温度より高い温度で行うことができるため、被測定成分を変性させることなく確実に吸着手段２１のクリーニングを行うことができる。
【００３６】
尚、クリーニング工程における加熱時は被測定成分の濃縮前の被測定成分の信号が検出される。このとき検出された信号のレベルが検知下限以下の場合は無視できるが、検知下限以上と見込まれる場合、クリーニング工程における加熱前の信号分を差し引くか、一定の係数（例えば０．９）を掛けることで、被検知ガスに含まれる被測定成分の濃度を算出することができる。
【００３７】
〔実施例４〕
本発明のガス検知ユニットＸを、ハンディタイプのガス検知器として使用した（図６）。
【００３８】
所定時間、ポンプＰで雰囲気ガスを吸引して被測定成分を吸着部２０の吸着手段２１に吸着させ、その後、加熱手段２２を３００℃に加熱して吸着手段２１より被測定成分が脱離させた。このとき、検知部３０で被測定成分の信号を得ることができた（結果は示さない）。これにより、本発明のガス検知ユニットＸをハンディタイプのガス検知器として使用して、低濃度の被測定成分のモニタリングといった用途に用いることができるものと認められた。
本実施例のようにハンディタイプのガス検知器として使用することにより、例えば比較的濃度の低い環境中の全炭化水素量（ＴＨＣ）を現場で測定し、値が高い場合は移動しながら測定することにより、その発生源を探索することも可能となる。
【００３９】
〔実施例５〕
本発明のガス検知ユニットＸを、ハンディタイプのガス検知器として使用した（図７）。本実施例では、吸着部２０の上流において、被検知ガスに含まれる被測定成分が吸着部２０に吸着する際に被検知ガスが流通する吸着流路３ａ、および、被検知ガスに含まれる被測定成分が吸着部より脱離する際に被検知ガスが流通する脱離流路３ｂを設けた。脱離流路３ｂには被検知ガスに含まれる被測定成分を除去する除去手段６０を設けた。
【００４０】
本構成では、脱離流路３ｂを被検知ガスが流下することで、当該被検知ガスに含まれる被測定成分を除去手段６０によって除去することができる。これにより、加熱して被検知ガスを脱離する場合、吸着部２０の上流において除去手段６０によって被検知ガスに含まれる被測定成分を除去し、濃縮前の被検知ガスに含まれる被測定成分の信号が重複されるのを防止できるため、より正確に被測定成分の濃度を算出することができる。
本実施例においても、ハンディタイプのガス検知器を移動しながら測定することにより、全炭化水素量（ＴＨＣ）の発生源を探索することが可能となる。
【００４１】
〔実施例６〕
上述した実施例において、吸着部２０および検知部３０の間に、妨害成分の影響を排除できるフィルタ部、あるいは、複数の被測定成分の濃度を測定できるカラム部を設けることが可能である（図外）。カラム部は、充填カラム（パックドカラム）あるいはキャピラリーカラムの何れの態様でもよく、多孔質膜と組み合わせてもよい。
【００４２】
当該フィルタ部を設けることで、妨害成分の影響を排除した状態で被検知ガスに含まれる被測定成分の濃度をより正確に算出することができる。また、当該カラム部を設けることで、複数の被測定成分を分離してこれらの濃度を測定することができるため、各被測定成分の濃度をより正確に算出することができる。
【００４３】
〔実施例７〕
上述した実施例において、特性の異なる複数の検知部３０を設けてもよい。これにより、被検知ガスが複数の被測定成分を含有する場合において、複数の被測定成分を複数の検知部３０のそれぞれで測定することができる。
【００４４】
〔実施例８〕
上述した実施例において、吸着部２０（吸着手段２１）をガス流路３に対して直交するように配設してもよい（図８）。本構成では、被検知ガスを吸着手段２１に対して直交する角度で吸着させることができるため、吸着効率が向上する。
【００４５】
また、吸着部２０を二つ設ける態様としてもよい（図９）。本構成では、一対の吸着部２０の加熱手段２２どうしを対面状態に、かつ、一対の吸着部２０の一端どうしを接触させて所謂Ｖ字状に配設している。吸着部２０を二つ設けることで、被検知ガスに含まれる被測定成分が吸着手段２１に吸着される機会を増大させることができるため、吸着効率が向上する。
【００４６】
〔実施例９〕
上述した実施例の吸着部２０において、吸着手段２１を耐熱性基板１０で挟み、吸着部２０の外面側のそれぞれに加熱手段２２を設けるようにしてもよい（図１０）。本構成では、吸着手段２１への伝熱効率が向上するため、加熱手段２２によって加熱することで吸着した被検知ガスをより迅速に脱離できる。
【００４７】
〔実施例１０〕
上述した実施例の吸着部２０において、二枚の耐熱性基板１０を組み合わせて多層基板１１とし、当該多層基板１１の外面側のそれぞれに吸着手段２１を設けるようにしてもよい（図１１）。本構成では、二枚の耐熱性基板１０の対向面に加熱手段２２を設けることで、当該加熱手段２２が多層基板１１の内部に設けられるように構成する。多層基板１１は、加熱手段２２を含むグリーンシートを積層して圧着し、焼成することで形成することができる。
【００４８】
本構成では、吸着手段２１を二つ設けることで、被検知ガスに含まれる被測定成分が吸着手段２１に吸着される機会を増大させることができるため、吸着効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のガス検知ユニットは、被検知ガスを検知する検知部を筐体の内部に備えたガス検知ユニットに利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
Ｘ        ガス検知ユニット
１０      耐熱性基板
２０      吸着部
２１      吸着手段
２２      加熱手段
３０      検知部
４０      筐体
【図１】
2014228485.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014228485.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014228485.tif 000008
【図７】
2014228485.tif 000009
【図８】
2014228485.tif 000010
【図９】
2014228485.tif 000011
【図１０】
2014228485.tif 000012
【図１１】
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