試料ガス捕集装置及びガスクロマトグラフ装置
【課題】冷却及び加熱に要する時間の短縮を図り、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布の短縮を図る。
【解決手段】脱離した試料ガスが捕集部材１０内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置１であって、捕集部材１０との間で熱伝導が可能なように設けられるヒートパイプ２０と、捕集部材１０に導入された試料ガスの捕集を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を冷却する冷却手段３５と、捕集部材１０に捕集した試料ガスの脱離を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を加熱する加熱手段４５と、試料ガスの導入に応じて冷却手段３５が捕集部材１０を冷却するように、加熱手段４５とヒートパイプ２０とを断熱し、且つ、ヒートパイプ２０の冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、加熱手段４５が捕集部材１０を加熱するように、冷却手段３５とヒートパイプ２０とを断熱する断熱手段５０と、を有する。
【解決手段】脱離した試料ガスが捕集部材１０内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置１であって、捕集部材１０との間で熱伝導が可能なように設けられるヒートパイプ２０と、捕集部材１０に導入された試料ガスの捕集を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を冷却する冷却手段３５と、捕集部材１０に捕集した試料ガスの脱離を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を加熱する加熱手段４５と、試料ガスの導入に応じて冷却手段３５が捕集部材１０を冷却するように、加熱手段４５とヒートパイプ２０とを断熱し、且つ、ヒートパイプ２０の冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、加熱手段４５が捕集部材１０を加熱するように、冷却手段３５とヒートパイプ２０とを断熱する断熱手段５０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導入された試料ガスを低温状態のときに捕集し且つ前記捕集した試料ガスを高温状態のときに脱離する捕集部材を有する試料ガス捕集装置及びガスクロマトグラフ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）は、例えば、大気等の試料ガスに含まれる揮発性有機化合物等の検出対象成分の検出に用いられる装置であり、該試料ガスに含まれる微量な成分の検出を可能とするため、分離カラムおよび検出センサなどの検出装置のほかに、検出対象成分を捕集して濃縮するための捕集装置を備えた構成のものが一般的に用いられている。
【０００３】
特許文献１で提案されているＧＣ装置１００は、図８に示されるように、試料ガス成分を搬送するキャリアガスを発生するガスボンベなどのキャリアガス源１０８、キャリアガスによって搬送された試料ガスの成分を検出（分析）する分析装置１１０、試料ガスを導入する試料導入口１０１、試料導入口１０１から導入された試料ガスを吸引して排出口１１５から排出する吸引ポンプ１０４、試料ガスから検出対象成分を捕集して濃縮する捕集管１０２、および、捕集管１０２を試料導入口１０１と吸引ポンプ１０４との間またはキャリアガス源１０８と分析装置１１０との間に選択的に接続するバルブ１０５、などから構成されている。
【０００４】
このＧＣ装置１００において、検出対象成分を捕集（濃縮）するときは、捕集管１０２が試料導入口１０１と吸引ポンプ１０４との間に直列に接続されるようバルブ１０５を切り替え、吸引ポンプ１０４が試料ガスを吸引することにより、試料導入口１０１に導入された試料ガスが捕集管１０２内を流動されて検出対象成分が捕集される。そして、検出対象成分を検出するときは、捕集管１０２がキャリアガス源１０８と分析装置１１０との間に直列に接続されるようバルブ１０５を切り替えて、キャリアガス源１０８がキャリアガスを発生して捕集管１０２内を流動させることにより、検出対象成分をキャリアガスによって捕集管１０２から分析装置１１０まで搬送して、分析装置１１０内に導入していた。
【特許文献１】特開２００６−３３７１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の捕集管は、冷却手段によって試料ガスを捕集管内の捕集剤に吸着するのに十分な温度まで冷却され、その後、捕集剤に吸着した試料ガスを気化温度以上に加熱手段によって加熱することで、試料ガスの脱離を促してキャリアガスと共に分析装置に送り出しているが、加熱離脱の際に脱離ガス濃度に時間分布が生じてしまい、分析装置による分析ピークがブロード（幅広）になり、急激な分析ピークを得ることが難しいという問題があった。また、捕集管に対する冷却と加熱の切り換えに時間を要するため、試料ガスを連続して分析するときに、冷却、加熱の待ち時間が増えてしまうという問題があった。
【０００６】
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、冷却及び加熱に要する時間の短縮を図り、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮する試料ガス捕集装置及びガスクロマトグラフ装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の試料ガス捕集装置は、導入された試料ガスを低温状態のときに捕集し且つ前記捕集した試料ガスを高温状態のときに脱離する捕集部材を有し、前記脱離した試料ガスが前記捕集部材内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置であって、前記捕集部材との間で熱伝導が可能なように設けられるヒートパイプと、前記捕集部材に導入された試料ガスの捕集を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を冷却する冷却手段と、前記捕集部材に捕集した試料ガスの脱離を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を加熱する加熱手段と、前記試料ガスの導入に応じて前記冷却手段が前記捕集部材を冷却するように、前記加熱手段と前記ヒートパイプとを断熱し、且つ、前記ヒートパイプの冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、前記加熱手段が前記捕集部材を加熱するように、前記冷却手段と前記ヒートパイプとを断熱する断熱手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の試料ガス捕集装置において、前記断熱手段が、前記加熱手段、前記冷却手段、及び、前記捕集部材の温度が均一となるように、前記ヒートパイプに対する前記加熱手段と前記冷却手段の接触を制御する手段であることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項３記載のガスクロマトグラフ装置は、請求項１又は２に記載の試料ガス捕集装置と、前記試料ガス捕集装置で脱離した試料ガスの成分を分析する分析手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように請求項１に記載した本発明の試料ガス捕集装置によれば、捕集部材との間で熱伝達可能にヒートパイプを設け、断熱手段によってヒートパイプに対する冷却手段と加熱手段とを選択的に断熱して、捕集部材の加熱及び冷却を制御するようにしたことから、断熱手段の制御だけで捕集部材を迅速に目標温度に制御することができる。従って、冷却及び加熱に要する時間の短縮を図ることができるため、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮化できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、断熱手段によって加熱手段、冷却手段、及び、捕集部材の温度を均一化するように、ヒートパイプに対する加熱手段と冷却手段の接触を制御するようにしたことから、短時間で捕集部材をクールダウンさせることができるため、試料ガスの捕集、脱離に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００１２】
以上説明したように請求項３に記載した本発明のガスクロマトグラフ装置によれば、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮化できる試料ガス捕集装置を有していることから、試料ガス捕集装置は分析手段に短時間で試料ガスを送出することができ、分析手段は急激な検出ピークを得ることができるため、ガスの成分を効率的に分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る試料ガス捕集装置および該試料ガス捕集装置を有するガスクロマトグラフ（ＧＣ）装置の一実施形態について、図１〜７の図面を参照して説明する。
【００１４】
図１において、試料ガス捕集装置１は、捕集部材１０と、ヒートパイプ２０と、冷却装置３０と、加熱装置４０と、断熱手段５０と、を有している。そして、捕集部材１０とヒートパイプ２０とは、接触した状態で並ぶように断熱部材２によって固定されている。
【００１５】
捕集部材１０は、管状に形成された捕集管１１を有している。捕集管１１は、公知であるように内部に吸着剤（図示せず）を封入しており、流路の一部として流路に組み込まれることで、その内部を試料ガスやキャリアガスが流れる構成となっている。吸着剤は、サンプルガスを吸着する部材、例えば、ＴＥＮＡＸ系、活性炭系、ゼオライト系等のガス分子を吸着捕集する材料を用いることができる。
【００１６】
このように構成した捕集部材１０は、低温状態時に捕集管１１内を流れる試料ガスを吸着剤に吸着して捕集する。そして、捕集剤に吸着した試料ガスを気化温度以上とする高温状態に遷移すると、捕集した試料ガスは脱離して捕集管１１内を流れるキャリアガスと共に分析装置に送り出される。
【００１７】
ヒートパイプ２０は、ヒートパイプ本体２１と、ヒートパイプ本体２１の一端側に形成された冷却部２２と、ヒートパイプ本体２１の他端側に形成された加熱部２３と、を有している。そして、ヒートパイプ本体２１と冷却部２２と加熱部２３とは、熱伝導性部材によって一体に形成されている。
【００１８】
ヒートパイプ２０は、冷却部２２が加熱部２３よりも高い位置に位置付けられるように、冷却装置３０と加熱装置４０とにわたって設けられている。このような構成とすることで、加熱部２３からの加熱気体を冷却部２２にスムーズに移動させることができるが、冷却部２２と加熱部２３を平行にする実施形態とすることもできる。
【００１９】
ヒートパイプ２０は、高い熱伝導性を有する密閉容器内に少量の液体（作動液）を真空封入し且つ内壁に毛細管構造（ウイック）を備えており、その容器の加熱部２３が加熱されると、加熱部２３で作動液が蒸発し、冷却部２２に向かって蒸気が移動して凝縮し、凝縮した液が毛細管現象で加熱部分に環流するという、一連の相変化が連続的に生じることで、熱の移動を素早く行うことができる。
【００２０】
ヒートパイプ本体２１は、捕集管１１よりも長手方向の長さが長く形成することで、捕集管１１との接触面積を増やし、これにより、ヒートパイプ本体２１と捕集管１１との熱伝導率を向上させている。
【００２１】
冷却部２２及び加熱部２３は、冷却装置３０及び加熱装置４０に差し込まれた状態で固定されており、各先端部分には金属フィン等の熱交換部２２ａ，２３ａを設けている。そして、熱交換部２２ａ，２３ａが、冷却装置３０及び加熱装置４０の冷却液、加熱液に触れる状態と触れない状態に切り換えられることで、ヒートパイプ本体２１の冷却、加熱が切り換えられる構成となっている。
【００２２】
冷却装置３０は、捕集部材１０に導入された試料ガスの捕集を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を冷却する。冷却装置３０は、冷却液（冷却媒体）Ｃを収容するケース３１と、そのケース３１の内部の区画壁３２によって区切られた大気室３３および圧力室３４と、ケース３１の外面下部に設けられた冷却手段３５と、圧力室３４に圧縮空気を供給し又は排出するための給排気口３６と、大気室３３内の大気をケース３１外に給排気するためのリリーフバルブ３７と、ケース３１と冷却手段３５を覆う断熱材３８と、を有している。
【００２３】
ケース３１は、例えば、熱導電性の金属部材等を基材として直方体形状に形成されており、その内部は、区画壁３２によって２つの大気室３３および圧力室３４に区切られている。区画壁３２は、ケース３１の一方の側面の内面側中央付近から、相対するケース３１の他方の側面に向かって水平方向に立設された壁３２ａと、壁３２ａの先端からケース３１底面に向かって垂直方向に延設された壁３２ｂと、を有している。
【００２４】
壁３２ｂのケース３１底面寄りの箇所には、大気室３３と圧力室３４とを連通する複数の連通孔３２ｃが設けられている。ケース３１の他方の側面の中央付近にはヒートパイプ２０の冷却部２２を挿通する穴が設けられており、ヒートパイプ２０は、該穴を通して冷却部２２がケース３１内の大気室３３に位置付くように配設される。
【００２５】
大気室３３および圧力室３４は、区画壁３２の下部に設けられた連通孔３２ｃによって互いの空間が接続されている。大気室３３および圧力室３４は、それぞれの空間の上部には大気が、下部には冷却液（冷却媒体）Ｃが存在しており、圧力室３４の大気の圧力に応じて、冷却液Ｃの高さが上下して、ヒートパイプ２０の冷却部２２に冷却液Ｃまたは大気が接触される。
【００２６】
冷却手段３５は、ペルチェ素子、放熱フィン等の各種冷却装置が用いられ、ケース３１底面に接触した状態で設けられている。そして、冷却手段３５は、上述したケース３１に収容している冷却液Ｃを冷却し、その冷却温度を維持させている。このように本実施形態では、冷却手段３５が、ヒートパイプ２０に接触させる冷却液Ｃを冷却し、該冷却液Ｃによって捕集部材１０を冷却する手段となっている。
【００２７】
給排気口３６は、圧力室３４上部に位置するようにケース３１の一方の側面に設けられており、外部に設けられた断熱手段５０に接続されて、圧力室３４内に圧縮空気を供給又は排出するものである。
【００２８】
リリーフバルブ３７は、ケース３１の上面、即ち、大気室３３の上方に設けられており、大気室３３の大気の圧力が所定値より上昇または下降したときに、大気室３３とケース３１外部とを連通して大気室３３の圧力を調整する安全装置である。
【００２９】
冷却液Ｃは、例えば、シリコンオイルなどの耐熱性および熱伝導性を有する液体が用いられており、ヒートパイプ２０の冷却部２２に接触されることによって、ヒートパイプ２０の冷却を促進するものである。
【００３０】
加熱装置４０は、捕集部材１０に捕集された試料ガスの脱離を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を加熱する。なお、加熱装置４０は、上述した冷却装置３０と基本構成が同一であるため、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同等の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３１】
加熱装置４０は、加熱液（加熱媒体）Ｈを収容するケース４１と、そのケース４１の内部の区画壁４２によって区切られた大気室４３および圧力室４４と、ケース３１の外面下部に設けられた加熱手段４５と、圧力室４４に圧縮空気を供給し又は排出するための給排気口４６と、大気室４３内の大気をケース４１外に給排気するためのリリーフバルブ４７と、ケース４１と加熱手段４５を覆う断熱材４８と、を有している。
【００３２】
ケース４１は、例えば、熱導電性の金属部材等を基材として直方体形状に形成されており、その内部は、区画壁４２によって２つの大気室４３および圧力室４４に区切られている。区画壁４２は、ケース４１の一方の側面の内面側中央付近から、相対するケース４１の他方の側面に向かって水平方向に立設された壁４２ａと、壁４２ａの先端からケース４１底面に向かって垂直方向に延設された壁４２ｂと、を有している。
【００３３】
壁４２ｂのケース４１底面寄りの箇所には、大気室４３と圧力室４４とを連通する複数の連通孔４２ｃが設けられている。ケース４１の他方の側面の中央付近にはヒートパイプ２０の加熱部２３を挿通する穴が設けられている。
【００３４】
大気室４３および圧力室４４は、区画壁３２の下部に設けられた連通孔４２ｃによって互いの空間が接続されている。大気室４３および圧力室４４は、それぞれの空間の上部には大気が、下部には加熱壁Ｈが存在しており、圧力室４４の大気の圧力に応じて、加熱液Ｈの高さが上下して、ヒートパイプ２０の加熱部２３に加熱液Ｈまたは大気が接触される。
【００３５】
加熱手段４５は、ヒータ等の各種加熱装置が用いられ、ケース４１底面に接触した状態で設けられている。そして、加熱手段４５は、上述したケース４１に収容している加熱液Ｈを加熱し、その加熱温度を維持させている。このように本実施形態では、加熱手段４５が、ヒートパイプ２０に接触させる加熱液Ｈを加熱し、該加熱液Ｈによって捕集部材１０を加熱する手段となっている。
【００３６】
給排気口４６は、圧力室４４上部に位置するようにケース３１の一方の側面に設けられており、外部に設けられた断熱手段５０に接続されて、圧力室４４内に圧縮空気を供給又は排出するものである。
【００３７】
リリーフバルブ４７は、ケース４１の上面、即ち、大気室４３の上方に設けられており、大気室４３の大気の圧力が所定値より上昇または下降したときに、大気室４３とケース４１外部とを連通して大気室４３の圧力を調整する安全装置である。
【００３８】
加熱液Ｈは、上述した冷却液Ｃと同様に、例えば、シリコンオイルなどの耐熱性および熱伝導性を有する液体が用いられており、ヒートパイプ２０の加熱部２３に接触されることによって、ヒートパイプ２０の加熱を促進するものである。
【００３９】
断熱手段５０は、ポンプ５１と、第１三方弁５２と、第２三方弁５３と、制御部５４と、を有している。
【００４０】
ポンプ５１は、第１三方弁５２と第２三方弁５３とに流路５５を介して接続されている。ポンプ５１は、制御部５４の制御に応じた駆動による圧力の働きによって、吸気口５６から導入した大気をポンプ排出口から排出して流路５５内を流動させる装置であり、例えば往復ポンプ・回転ポンプ・遠心ポンプ（渦巻ポンプ）・軸流ポンプ等の各種構造のものを用いることができる。
【００４１】
第１三方弁５２は、制御部５４の制御に応じて、加熱側流路５７の接続先を流路５５と排気口５９に選択的に切り換える。また、第２三方弁５３は、制御部５４の制御に応じて、冷却用流路５８の接続先を流路５５と排気口５９に選択的に切り換える。
【００４２】
制御部５４は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、及びＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリ）を有するマイクロプロセッサユニット等で構成されている。そして、制御部２０は、ポンプ５１、第１三方弁５２、第２三方弁５３等の各々に電気的に接続されており、各々の制御を行っている。制御部５４は、請求項中の断熱手段としてＣＰＵ等のコンピュータを機能させるためのプログラムをＲＯＭ等に記憶しており、そのプログラムを実行することで、各種処理を行う。
【００４３】
また、制御部５４は、冷却装置３０の冷却手段３５と加熱装置４０の加熱手段４５の各々に電気的に接続されており、冷却手段３５及び加熱手段４５の制御が可能な構成となっている。
【００４４】
このように構成した試料ガス捕集装置１における制御部５４の本発明に係る制御例を、図２の図面を参照して以下に説明する。
【００４５】
制御部５４は、ステップＳ１１において、冷却手段３５及び加熱手段４５の駆動開始を要求することで、冷却手段３５及び加熱手段４５の各々は、冷却及び加熱を行う。そして、ステップＳ１２において、加熱用流路５７と排気口５９を接続するように、第１三方弁５２を切り換えることで、加熱装置４０の圧力室４４内の大気を加熱液Ｈの重さを利用して排気口５９から排気する。その結果、加熱液Ｈとヒートパイプ２０の加熱部２３とが非接触状態になる。
【００４６】
ステップＳ１２において、第１三方弁５２の状態を維持したまま、流路５５と冷却用流路５８とを接続するように第２三方弁５３を切り換え、ポンプ５１を駆動させることで、吸気口５６からの大気を冷却装置３０の圧力室３４に送り込む。この圧力室３４内の圧力に増加に応じて冷却液Ｃの高さが上昇し、ヒートパイプ２０の冷却部２２に冷却液Ｃが接触することになる。その結果、冷却液Ｃとヒートパイプ２０の冷却部２２とが接触状態となり、ヒートパイプ２０が冷却されることで、それに接触している捕集部材１０も冷却される。
【００４７】
ステップＳ１４において、予め定められた所定時間（捕集に要する時間）が経過したか否かを判定する。所定時間経過していない場合は（Ｓ１４でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、所定時間の経過を待つ。一方、所定時間経過した場合は（ステップＳ１４でＹ）、ステップＳ１５に進む。
【００４８】
ステップＳ１５において、冷却用流路５８と排気口５９を接続するように、第２三方弁５３を切り換えることで、冷却装置３０の圧力室３４内の大気を冷却液Ｃの重さを利用して排気口５９から排気する。その結果、冷却液Ｃとヒートパイプ２０の冷却部２２とが非接触状態になる。
【００４９】
ステップＳ１６において、第２三方弁５３の状態を維持したまま、流路５５と加熱用流路５７とを接続するように第１三方弁５２を切り換え、ポンプ５１を駆動させることで、吸気口５６からの大気を加熱装置４０の圧力室４４に送り込む。この圧力室４４内の圧力に増加に応じて加熱液Ｈの高さが上昇し、ヒートパイプ２０の加熱部２３に加熱液Ｈが接触することになる。その結果、加熱液Ｈとヒートパイプ２０の加熱部２３とが接触状態となり、ヒートパイプ２０が加熱されることで、それに接触している捕集部材１０も加熱される。
【００５０】
ステップＳ１７において、終了要求があるか否かを判定する。終了要求がないと判定した場合（Ｓ１７でＮ）、ステップＳ１２に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、終了要求があると判定した場合（Ｓ１７でＹ）、処理を終了する。
【００５１】
このように制御部５４が制御することで、試料ガスの捕集部材１０への導入に応じて冷却手段３５がヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を冷却するように、加熱手段４５とヒートパイプ２０とを断熱し、且つ、ヒートパイプ２０の冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、加熱手段４５が捕集部材１０を加熱するように、冷却手段３５とヒートパイプ２０とを断熱する断熱手段５０として機能することになる。
【００５２】
次に、上述した本発明の試料ガス捕集装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。
【００５３】
試料ガス捕集装置１は、捕集部材１０への試料ガスの導入する場合、冷却装置３０の冷却手段３５によって冷却した冷却液Ｃをヒートパイプ２０に接触させ、且つ、加熱装置４０の加熱手段４５によって加熱した加熱液Ｈをヒートパイプ２０に接触させないようにすることで、ヒートパイプ２０を冷却して捕集部材１０を冷却する。その結果、捕集部材１０は導入された試料ガスを捕集することになる。
【００５４】
また、捕集部材１０に捕集した試料ガスを脱離させる場合、加熱装置４０の加熱手段４５によって加熱した加熱液Ｈをヒートパイプ２０に接触させ、且つ、冷却装置３０の冷却手段３５によって冷却した冷却液Ｃをヒートパイプ２０に接触させないようにすることで、ヒートパイプ２０を加熱して捕集部材１０を加熱する。その結果、捕集部材１０に捕集した試料ガスは、気化によって脱離することになる。
【００５５】
また、試料ガス捕集装置１は、冷却と加熱の切り替え時に、第１三方弁５２を加熱装置４０側、第２三方弁５３を冷却装置３０側にそれぞれ接続されるように切り換えることで、ヒートパイプ２０は冷却装置３０側と加熱装置４０側の温度が均一になるように動作させて中間温度としている。これにより、クーリングダウンの時間の短縮を図っている。
【００５６】
以上説明した本発明の試料ガス捕集装置１によれば、捕集部材１０との間で熱伝達可能にヒートパイプ２０を設け、断熱手段５０によってヒートパイプ２０に対する冷却手段３５と加熱手段４５とを選択的に断熱して、捕集部材１０の加熱及び冷却を制御するようにしたことから、断熱手段５０の制御だけで捕集部材１０を迅速に目標温度に制御することができる。従って、冷却及び加熱に要する時間の短縮を図ることができるため、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮化できる。
【００５７】
また、断熱手段５０によって加熱手段４５、冷却手段３５、及び、捕集部材１０の温度を均一化するように、ヒートパイプ２０に対する加熱手段４５と冷却手段３５の接触を制御するようにしたことから、短時間で捕集部材１０をクールダウンさせることができるため、試料ガスの捕集、脱離に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００５８】
次に、上述した試料ガス捕集装置１を組み込んだガスクロマトグラフ装置３について、図３〜図６の図面を参照して説明する。
【００５９】
図３〜図６において、ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）３は、上述した試料ガス捕集装置１と、活性炭フィルタ４と、分析手段５と、バッファ６と、流動手段７と、を有し、それらを成分検出経路Ｒに順次組み込んでいる。
【００６０】
成分検出経路Ｒは、試料ガス捕集装置１と活性炭フィルタ４とを接続する流路Ｒ１と、試料ガス捕集装置１と分析手段５とを接続する流路Ｒ２と、分析手段５とバッファ６とを接続する流路Ｒ３と、活性炭フィルタ４と分析手段５とを接続するバイパス経路Ｒ４と、を有している。
【００６１】
活性炭フィルタ４は、大気口から大気を吸入して、フィルタ内の活性炭により大気に含まれる不純物を取り除いてキャリアガスを生成するものである。
【００６２】
分析手段５は、図示しないが、カラムとガスセンサとを有している。カラムは、公知であるガスクロマトグラフの分離カラム等が用いられる。カラムは、ヒータによって加熱されることで、流路Ｒ２から導入された試料ガスをその種類（測定対象成分）により時間軸上（所定の測定期間）で分離して送出する。
【００６３】
ガスセンサは、接触燃焼式ガスセンサ、吸着燃焼式ガスセンサ等が用いられ、例えば感応素子部と感応素子部の抵抗差に基づいて、ガス濃度を示すセンサ信号を図示しない制御部に出力する。なお、制御部は、説明を簡単化するために、上述した制御部５４として以下説明する。よって、制御部５４は、三方弁Ｖ１，Ｖ２、分析手段５、流動部７等に電気的に接続され、各々の制御を行う。
【００６４】
制御部５４は、前記ガスセンサからのセンサ出力を所定のサンプリング間隔で取得し、それらのセンサ出力に基づいて試料ガスを前記カラムで分離した各分離ガスの濃度を算出することで、サンプルガスを分析する。
【００６５】
バッファ６は、流動手段７による流動の乱れを抑制し、流動量を一定に保つための既存のものであり、バッファ６を配設することで流動量が安定するため検出精度を高めることができる。また、流動手段７の流動の乱れによる誤差が許容範囲内であれば、バッファ６を省略してもよい。
【００６６】
流動手段７は、ポンプ７ａと、流動方向切替バルブ７ｂとを有している。ポンプ７ａは、ポンプ吸入口７ａ１から吸入したガスをポンプ排出口７ａ２から排出して成分検出経路内における試料ガス等を流動させるものである。流動方向切替バルブ７ｂは、例えば、四方電磁弁などが用いられ、成分検出経路Ｒ内を通過するように、試料ガスおよびキャリアガスを流動させ、また、それぞれのガスが適切に流動されるように、状況に応じて、その流動の速さや流動量を細かく制御できる、既存のものである。
【００６７】
ポンプ７ａの流動方向は一定方向に固定されており、後述する流動方向切替バルブ７ｂによって、成分検出経路Ｒに接続される向きが切り替えられることで、成分検出経路Ｒ内を流れるガスの流動方向が切り替えられる。
【００６８】
三方弁Ｖ１は、流路Ｒ１に設けられている。そして、三方弁Ｖ１は、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、ポートａには活性炭フィルタ４、ポートｂには給排気口８、ポートｃには試料ガス捕集装置１がそれぞれ接続されている。三方弁Ｖ１は、試料ガスの導入に応じて、試料ガス捕集装置１と給排気口８とを接続し（ｂ−ｃ接続）、キャリアガスの導入に応じて、活性炭フィルタ４と試料ガス捕集装置１とを接続する（ａ−ｃ接続）。
【００６９】
三方弁Ｖ２は、流路Ｒ２に設けられている。三方弁Ｖ２は、試料ガス捕集装置１と分析手段５との間に位置するバイパス経路Ｒ４の端部に設けられている。また、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、ポートａには分析手段５側に位置する試料ガス捕集装置１の端部、ポートｂにはバイパス経路Ｒ４、ポートｃには分析手段５、がそれぞれ接続されている。三方弁Ｖ２は、キャリアガスを流動させる経路として、試料ガス捕集装置１またはバイパス経路Ｒ４のどちらか一方を選択して切り替えるものである。即ち、試料ガス捕集装置１と分析手段５（ａ−ｃ接続）、または、バイパス経路Ｒ４と分析手段５（ｂ−ｃ接続）、を選択的に接続するものである。
【００７０】
次に、ガスクロマトグラフ装置１の制御部５４（即ち、ＣＰＵ）が実行する本発明に係る処理の一例を、図３〜図６の概略動作図及び図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７１】
ガスクロマトグラフ装置１は、電源投入により起動されると、流動方向切替バルブ７ｂによって、ポンプ７ａによる流動方向を試料ガス捕集装置１から分析手段５に向かう方向（以下、検出方向Ｘ）に切り替え、三方弁Ｖ２によって分析手段５と試料ガス捕集装置１とを接続し、三方弁Ｖ１によって活性炭フィルタ２２と試料ガス捕集装置１とを接続する、などの所定の初期化動作を実行したあと、ステップＳ１１０に進む。
【００７２】
ステップＳ１１０において、試料ガス捕集装置１および分析手段５のカラムを高温に加熱してそれぞれに吸着されている不純成分を脱離させたのち、ポンプ７ａによる流動を開始する。これにより、キャリアガスが試料ガス捕集装置１および分析手段５のカラムを通過するように流動され、脱離された不純成分がキャリアガスによってＧＣ装置３外に排出される（以上、図３参照、クリーニング１動作）。そして、不純成分の排出が完了したのち、ステップＳ１２０に進む。
【００７３】
ステップＳ１２０において、試料ガス捕集装置１を上述したように冷却状態にする。そして、ステップＳ１３０において、流動方向切替バルブ７ｂによって、ポンプ７ａによる流動方向を分析手段５から試料ガス捕集装置１に向かう方向（以下、捕集方向Ｙ）に切り替え、三方弁Ｖ１によって、試料ガス捕集装置１と給排気口８とを接続し、また、分析手段５のカラムの加熱を継続して行う。そして、試料ガスを導入することにより、試料ガスが分析手段５を通過して試料ガス捕集装置１に導入され、試料ガス捕集装置１により試料ガス成分の捕集が行われたのち、試料ガス捕集装置１を通過した試料ガスが給排気口８から排出される（以上、図４参照、サンプリング動作）。そして、サンプリング動作において、前記カラムの加熱を継続して行うことにより、前記分離カラムに試料ガス成分が吸着されることを防ぎ、試料ガス捕集装置１を冷却することにより、捕集管１１に試料ガスが吸着（捕集）されやすくしている。そして、試料ガスの捕集が完了したのち、ステップＳ１４０に進む。
【００７４】
ステップＳ１４０では、流動方向切替バルブ７ｂによって、ポンプ７ａによる流動方向を検出方向Ｘに切り替えてキャリアガスを流動させ、三方弁Ｖ２によって、分析手段５と流路Ｒ４とを接続し、ポンプ７ａによる流動を開始する。これにより、キャリアガスが分析手段５のカラムを通過するように流動され、脱離された不純成分がキャリアガスによってＧＣ装置３外に排出される（以上、図５参照、クリーニング２動作）。そして、不純成分の排出が完了したのち、ステップＳ１５０に進む。
【００７５】
ステップＳ１５０において、試料ガス捕集装置１を上述したように冷却状態から加熱状態に切り換える。そして、ステップＳ１６０において、三方弁Ｖ２によって分析手段５と試料ガス捕集装置１とを接続するとともに、三方弁Ｖ１によって試料ガス捕集装置１と給排気口８を接続する。これにより、試料ガス捕集装置１内に脱離されて滞留している高濃度の試料ガスが、給排気口８から吸入された大気によって分析手段５（即ち、カラム）に排出（導入）される。そして、前記カラムを試料ガス成分分離に適した高温に加熱したのち、該カラムに高濃度の試料ガスが導入される。これにより、前記カラム内に導入された試料ガスに含まれる試料ガス成分が分離され、キャリアガスによって、それぞれの試料ガス成分が時間差をもって分析手段５のガスセンサに搬送されて、各成分の検出が行われる（以上、図６ 検出動作）。そして、全ての検出対象成分が搬送されたのち、ステップＳ１７０に進む。
【００７６】
ステップＳ１７０において、上述したように試料ガス捕集装置１は、加熱手段４５、冷却手段３５、及び、捕集部材１０の温度を均一化するように、ヒートパイプ２０に対する加熱手段４５と冷却手段３５の接触を制御して、捕集部材１０をクールダウンを行った後に、処理を終了する。
【００７７】
以上説明した本発明のガスクロマトグラフ装置３によれば、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布の短縮化した試料ガス捕集装置１を有していることから、試料ガス捕集装置１は分離分析手段５に短時間で試料ガスを送出することができ、分離分析手段５は急激な検出ピークを得ることができるため、ガスの成分を効率的に分析することができる。
【００７８】
なお、上述した各実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の試料ガス捕集装置の概略構成を示す断面模式図である。
【図２】図１中の制御部が実行する本発明に係る処理概要の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明のガスクロマトグラフ装置のクリーニング１に係る概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明のガスクロマトグラフ装置のサンプリングに係る概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明のガスクロマトグラフ装置のクリーニング２係る概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明のガスクロマトグラフ装置の分析に係る概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のガスクロマトグラフ装置の処理概要の一例を示すフローチャートである。
【図８】従来のガスクロマトグラフ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 試料ガス捕集装置
３ ガスクロマトグラフ装置
１０ 捕集部材
２０ ヒートパイプ
３０ 冷却装置
３５ 冷却手段
４０ 加熱装置
４５ 加熱手段
５０ 断熱手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導入された試料ガスを低温状態のときに捕集し且つ前記捕集した試料ガスを高温状態のときに脱離する捕集部材を有する試料ガス捕集装置及びガスクロマトグラフ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）は、例えば、大気等の試料ガスに含まれる揮発性有機化合物等の検出対象成分の検出に用いられる装置であり、該試料ガスに含まれる微量な成分の検出を可能とするため、分離カラムおよび検出センサなどの検出装置のほかに、検出対象成分を捕集して濃縮するための捕集装置を備えた構成のものが一般的に用いられている。
【０００３】
特許文献１で提案されているＧＣ装置１００は、図８に示されるように、試料ガス成分を搬送するキャリアガスを発生するガスボンベなどのキャリアガス源１０８、キャリアガスによって搬送された試料ガスの成分を検出（分析）する分析装置１１０、試料ガスを導入する試料導入口１０１、試料導入口１０１から導入された試料ガスを吸引して排出口１１５から排出する吸引ポンプ１０４、試料ガスから検出対象成分を捕集して濃縮する捕集管１０２、および、捕集管１０２を試料導入口１０１と吸引ポンプ１０４との間またはキャリアガス源１０８と分析装置１１０との間に選択的に接続するバルブ１０５、などから構成されている。
【０００４】
このＧＣ装置１００において、検出対象成分を捕集（濃縮）するときは、捕集管１０２が試料導入口１０１と吸引ポンプ１０４との間に直列に接続されるようバルブ１０５を切り替え、吸引ポンプ１０４が試料ガスを吸引することにより、試料導入口１０１に導入された試料ガスが捕集管１０２内を流動されて検出対象成分が捕集される。そして、検出対象成分を検出するときは、捕集管１０２がキャリアガス源１０８と分析装置１１０との間に直列に接続されるようバルブ１０５を切り替えて、キャリアガス源１０８がキャリアガスを発生して捕集管１０２内を流動させることにより、検出対象成分をキャリアガスによって捕集管１０２から分析装置１１０まで搬送して、分析装置１１０内に導入していた。
【特許文献１】特開２００６−３３７１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の捕集管は、冷却手段によって試料ガスを捕集管内の捕集剤に吸着するのに十分な温度まで冷却され、その後、捕集剤に吸着した試料ガスを気化温度以上に加熱手段によって加熱することで、試料ガスの脱離を促してキャリアガスと共に分析装置に送り出しているが、加熱離脱の際に脱離ガス濃度に時間分布が生じてしまい、分析装置による分析ピークがブロード（幅広）になり、急激な分析ピークを得ることが難しいという問題があった。また、捕集管に対する冷却と加熱の切り換えに時間を要するため、試料ガスを連続して分析するときに、冷却、加熱の待ち時間が増えてしまうという問題があった。
【０００６】
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、冷却及び加熱に要する時間の短縮を図り、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮する試料ガス捕集装置及びガスクロマトグラフ装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の試料ガス捕集装置は、導入された試料ガスを低温状態のときに捕集し且つ前記捕集した試料ガスを高温状態のときに脱離する捕集部材を有し、前記脱離した試料ガスが前記捕集部材内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置であって、前記捕集部材との間で熱伝導が可能なように設けられるヒートパイプと、前記捕集部材に導入された試料ガスの捕集を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を冷却する冷却手段と、前記捕集部材に捕集した試料ガスの脱離を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を加熱する加熱手段と、前記試料ガスの導入に応じて前記冷却手段が前記捕集部材を冷却するように、前記加熱手段と前記ヒートパイプとを断熱し、且つ、前記ヒートパイプの冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、前記加熱手段が前記捕集部材を加熱するように、前記冷却手段と前記ヒートパイプとを断熱する断熱手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の試料ガス捕集装置において、前記断熱手段が、前記加熱手段、前記冷却手段、及び、前記捕集部材の温度が均一となるように、前記ヒートパイプに対する前記加熱手段と前記冷却手段の接触を制御する手段であることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項３記載のガスクロマトグラフ装置は、請求項１又は２に記載の試料ガス捕集装置と、前記試料ガス捕集装置で脱離した試料ガスの成分を分析する分析手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように請求項１に記載した本発明の試料ガス捕集装置によれば、捕集部材との間で熱伝達可能にヒートパイプを設け、断熱手段によってヒートパイプに対する冷却手段と加熱手段とを選択的に断熱して、捕集部材の加熱及び冷却を制御するようにしたことから、断熱手段の制御だけで捕集部材を迅速に目標温度に制御することができる。従って、冷却及び加熱に要する時間の短縮を図ることができるため、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮化できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、断熱手段によって加熱手段、冷却手段、及び、捕集部材の温度を均一化するように、ヒートパイプに対する加熱手段と冷却手段の接触を制御するようにしたことから、短時間で捕集部材をクールダウンさせることができるため、試料ガスの捕集、脱離に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００１２】
以上説明したように請求項３に記載した本発明のガスクロマトグラフ装置によれば、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮化できる試料ガス捕集装置を有していることから、試料ガス捕集装置は分析手段に短時間で試料ガスを送出することができ、分析手段は急激な検出ピークを得ることができるため、ガスの成分を効率的に分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る試料ガス捕集装置および該試料ガス捕集装置を有するガスクロマトグラフ（ＧＣ）装置の一実施形態について、図１〜７の図面を参照して説明する。
【００１４】
図１において、試料ガス捕集装置１は、捕集部材１０と、ヒートパイプ２０と、冷却装置３０と、加熱装置４０と、断熱手段５０と、を有している。そして、捕集部材１０とヒートパイプ２０とは、接触した状態で並ぶように断熱部材２によって固定されている。
【００１５】
捕集部材１０は、管状に形成された捕集管１１を有している。捕集管１１は、公知であるように内部に吸着剤（図示せず）を封入しており、流路の一部として流路に組み込まれることで、その内部を試料ガスやキャリアガスが流れる構成となっている。吸着剤は、サンプルガスを吸着する部材、例えば、ＴＥＮＡＸ系、活性炭系、ゼオライト系等のガス分子を吸着捕集する材料を用いることができる。
【００１６】
このように構成した捕集部材１０は、低温状態時に捕集管１１内を流れる試料ガスを吸着剤に吸着して捕集する。そして、捕集剤に吸着した試料ガスを気化温度以上とする高温状態に遷移すると、捕集した試料ガスは脱離して捕集管１１内を流れるキャリアガスと共に分析装置に送り出される。
【００１７】
ヒートパイプ２０は、ヒートパイプ本体２１と、ヒートパイプ本体２１の一端側に形成された冷却部２２と、ヒートパイプ本体２１の他端側に形成された加熱部２３と、を有している。そして、ヒートパイプ本体２１と冷却部２２と加熱部２３とは、熱伝導性部材によって一体に形成されている。
【００１８】
ヒートパイプ２０は、冷却部２２が加熱部２３よりも高い位置に位置付けられるように、冷却装置３０と加熱装置４０とにわたって設けられている。このような構成とすることで、加熱部２３からの加熱気体を冷却部２２にスムーズに移動させることができるが、冷却部２２と加熱部２３を平行にする実施形態とすることもできる。
【００１９】
ヒートパイプ２０は、高い熱伝導性を有する密閉容器内に少量の液体（作動液）を真空封入し且つ内壁に毛細管構造（ウイック）を備えており、その容器の加熱部２３が加熱されると、加熱部２３で作動液が蒸発し、冷却部２２に向かって蒸気が移動して凝縮し、凝縮した液が毛細管現象で加熱部分に環流するという、一連の相変化が連続的に生じることで、熱の移動を素早く行うことができる。
【００２０】
ヒートパイプ本体２１は、捕集管１１よりも長手方向の長さが長く形成することで、捕集管１１との接触面積を増やし、これにより、ヒートパイプ本体２１と捕集管１１との熱伝導率を向上させている。
【００２１】
冷却部２２及び加熱部２３は、冷却装置３０及び加熱装置４０に差し込まれた状態で固定されており、各先端部分には金属フィン等の熱交換部２２ａ，２３ａを設けている。そして、熱交換部２２ａ，２３ａが、冷却装置３０及び加熱装置４０の冷却液、加熱液に触れる状態と触れない状態に切り換えられることで、ヒートパイプ本体２１の冷却、加熱が切り換えられる構成となっている。
【００２２】
冷却装置３０は、捕集部材１０に導入された試料ガスの捕集を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を冷却する。冷却装置３０は、冷却液（冷却媒体）Ｃを収容するケース３１と、そのケース３１の内部の区画壁３２によって区切られた大気室３３および圧力室３４と、ケース３１の外面下部に設けられた冷却手段３５と、圧力室３４に圧縮空気を供給し又は排出するための給排気口３６と、大気室３３内の大気をケース３１外に給排気するためのリリーフバルブ３７と、ケース３１と冷却手段３５を覆う断熱材３８と、を有している。
【００２３】
ケース３１は、例えば、熱導電性の金属部材等を基材として直方体形状に形成されており、その内部は、区画壁３２によって２つの大気室３３および圧力室３４に区切られている。区画壁３２は、ケース３１の一方の側面の内面側中央付近から、相対するケース３１の他方の側面に向かって水平方向に立設された壁３２ａと、壁３２ａの先端からケース３１底面に向かって垂直方向に延設された壁３２ｂと、を有している。
【００２４】
壁３２ｂのケース３１底面寄りの箇所には、大気室３３と圧力室３４とを連通する複数の連通孔３２ｃが設けられている。ケース３１の他方の側面の中央付近にはヒートパイプ２０の冷却部２２を挿通する穴が設けられており、ヒートパイプ２０は、該穴を通して冷却部２２がケース３１内の大気室３３に位置付くように配設される。
【００２５】
大気室３３および圧力室３４は、区画壁３２の下部に設けられた連通孔３２ｃによって互いの空間が接続されている。大気室３３および圧力室３４は、それぞれの空間の上部には大気が、下部には冷却液（冷却媒体）Ｃが存在しており、圧力室３４の大気の圧力に応じて、冷却液Ｃの高さが上下して、ヒートパイプ２０の冷却部２２に冷却液Ｃまたは大気が接触される。
【００２６】
冷却手段３５は、ペルチェ素子、放熱フィン等の各種冷却装置が用いられ、ケース３１底面に接触した状態で設けられている。そして、冷却手段３５は、上述したケース３１に収容している冷却液Ｃを冷却し、その冷却温度を維持させている。このように本実施形態では、冷却手段３５が、ヒートパイプ２０に接触させる冷却液Ｃを冷却し、該冷却液Ｃによって捕集部材１０を冷却する手段となっている。
【００２７】
給排気口３６は、圧力室３４上部に位置するようにケース３１の一方の側面に設けられており、外部に設けられた断熱手段５０に接続されて、圧力室３４内に圧縮空気を供給又は排出するものである。
【００２８】
リリーフバルブ３７は、ケース３１の上面、即ち、大気室３３の上方に設けられており、大気室３３の大気の圧力が所定値より上昇または下降したときに、大気室３３とケース３１外部とを連通して大気室３３の圧力を調整する安全装置である。
【００２９】
冷却液Ｃは、例えば、シリコンオイルなどの耐熱性および熱伝導性を有する液体が用いられており、ヒートパイプ２０の冷却部２２に接触されることによって、ヒートパイプ２０の冷却を促進するものである。
【００３０】
加熱装置４０は、捕集部材１０に捕集された試料ガスの脱離を促すように、ヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を加熱する。なお、加熱装置４０は、上述した冷却装置３０と基本構成が同一であるため、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同等の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３１】
加熱装置４０は、加熱液（加熱媒体）Ｈを収容するケース４１と、そのケース４１の内部の区画壁４２によって区切られた大気室４３および圧力室４４と、ケース３１の外面下部に設けられた加熱手段４５と、圧力室４４に圧縮空気を供給し又は排出するための給排気口４６と、大気室４３内の大気をケース４１外に給排気するためのリリーフバルブ４７と、ケース４１と加熱手段４５を覆う断熱材４８と、を有している。
【００３２】
ケース４１は、例えば、熱導電性の金属部材等を基材として直方体形状に形成されており、その内部は、区画壁４２によって２つの大気室４３および圧力室４４に区切られている。区画壁４２は、ケース４１の一方の側面の内面側中央付近から、相対するケース４１の他方の側面に向かって水平方向に立設された壁４２ａと、壁４２ａの先端からケース４１底面に向かって垂直方向に延設された壁４２ｂと、を有している。
【００３３】
壁４２ｂのケース４１底面寄りの箇所には、大気室４３と圧力室４４とを連通する複数の連通孔４２ｃが設けられている。ケース４１の他方の側面の中央付近にはヒートパイプ２０の加熱部２３を挿通する穴が設けられている。
【００３４】
大気室４３および圧力室４４は、区画壁３２の下部に設けられた連通孔４２ｃによって互いの空間が接続されている。大気室４３および圧力室４４は、それぞれの空間の上部には大気が、下部には加熱壁Ｈが存在しており、圧力室４４の大気の圧力に応じて、加熱液Ｈの高さが上下して、ヒートパイプ２０の加熱部２３に加熱液Ｈまたは大気が接触される。
【００３５】
加熱手段４５は、ヒータ等の各種加熱装置が用いられ、ケース４１底面に接触した状態で設けられている。そして、加熱手段４５は、上述したケース４１に収容している加熱液Ｈを加熱し、その加熱温度を維持させている。このように本実施形態では、加熱手段４５が、ヒートパイプ２０に接触させる加熱液Ｈを加熱し、該加熱液Ｈによって捕集部材１０を加熱する手段となっている。
【００３６】
給排気口４６は、圧力室４４上部に位置するようにケース３１の一方の側面に設けられており、外部に設けられた断熱手段５０に接続されて、圧力室４４内に圧縮空気を供給又は排出するものである。
【００３７】
リリーフバルブ４７は、ケース４１の上面、即ち、大気室４３の上方に設けられており、大気室４３の大気の圧力が所定値より上昇または下降したときに、大気室４３とケース４１外部とを連通して大気室４３の圧力を調整する安全装置である。
【００３８】
加熱液Ｈは、上述した冷却液Ｃと同様に、例えば、シリコンオイルなどの耐熱性および熱伝導性を有する液体が用いられており、ヒートパイプ２０の加熱部２３に接触されることによって、ヒートパイプ２０の加熱を促進するものである。
【００３９】
断熱手段５０は、ポンプ５１と、第１三方弁５２と、第２三方弁５３と、制御部５４と、を有している。
【００４０】
ポンプ５１は、第１三方弁５２と第２三方弁５３とに流路５５を介して接続されている。ポンプ５１は、制御部５４の制御に応じた駆動による圧力の働きによって、吸気口５６から導入した大気をポンプ排出口から排出して流路５５内を流動させる装置であり、例えば往復ポンプ・回転ポンプ・遠心ポンプ（渦巻ポンプ）・軸流ポンプ等の各種構造のものを用いることができる。
【００４１】
第１三方弁５２は、制御部５４の制御に応じて、加熱側流路５７の接続先を流路５５と排気口５９に選択的に切り換える。また、第２三方弁５３は、制御部５４の制御に応じて、冷却用流路５８の接続先を流路５５と排気口５９に選択的に切り換える。
【００４２】
制御部５４は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、及びＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリ）を有するマイクロプロセッサユニット等で構成されている。そして、制御部２０は、ポンプ５１、第１三方弁５２、第２三方弁５３等の各々に電気的に接続されており、各々の制御を行っている。制御部５４は、請求項中の断熱手段としてＣＰＵ等のコンピュータを機能させるためのプログラムをＲＯＭ等に記憶しており、そのプログラムを実行することで、各種処理を行う。
【００４３】
また、制御部５４は、冷却装置３０の冷却手段３５と加熱装置４０の加熱手段４５の各々に電気的に接続されており、冷却手段３５及び加熱手段４５の制御が可能な構成となっている。
【００４４】
このように構成した試料ガス捕集装置１における制御部５４の本発明に係る制御例を、図２の図面を参照して以下に説明する。
【００４５】
制御部５４は、ステップＳ１１において、冷却手段３５及び加熱手段４５の駆動開始を要求することで、冷却手段３５及び加熱手段４５の各々は、冷却及び加熱を行う。そして、ステップＳ１２において、加熱用流路５７と排気口５９を接続するように、第１三方弁５２を切り換えることで、加熱装置４０の圧力室４４内の大気を加熱液Ｈの重さを利用して排気口５９から排気する。その結果、加熱液Ｈとヒートパイプ２０の加熱部２３とが非接触状態になる。
【００４６】
ステップＳ１２において、第１三方弁５２の状態を維持したまま、流路５５と冷却用流路５８とを接続するように第２三方弁５３を切り換え、ポンプ５１を駆動させることで、吸気口５６からの大気を冷却装置３０の圧力室３４に送り込む。この圧力室３４内の圧力に増加に応じて冷却液Ｃの高さが上昇し、ヒートパイプ２０の冷却部２２に冷却液Ｃが接触することになる。その結果、冷却液Ｃとヒートパイプ２０の冷却部２２とが接触状態となり、ヒートパイプ２０が冷却されることで、それに接触している捕集部材１０も冷却される。
【００４７】
ステップＳ１４において、予め定められた所定時間（捕集に要する時間）が経過したか否かを判定する。所定時間経過していない場合は（Ｓ１４でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、所定時間の経過を待つ。一方、所定時間経過した場合は（ステップＳ１４でＹ）、ステップＳ１５に進む。
【００４８】
ステップＳ１５において、冷却用流路５８と排気口５９を接続するように、第２三方弁５３を切り換えることで、冷却装置３０の圧力室３４内の大気を冷却液Ｃの重さを利用して排気口５９から排気する。その結果、冷却液Ｃとヒートパイプ２０の冷却部２２とが非接触状態になる。
【００４９】
ステップＳ１６において、第２三方弁５３の状態を維持したまま、流路５５と加熱用流路５７とを接続するように第１三方弁５２を切り換え、ポンプ５１を駆動させることで、吸気口５６からの大気を加熱装置４０の圧力室４４に送り込む。この圧力室４４内の圧力に増加に応じて加熱液Ｈの高さが上昇し、ヒートパイプ２０の加熱部２３に加熱液Ｈが接触することになる。その結果、加熱液Ｈとヒートパイプ２０の加熱部２３とが接触状態となり、ヒートパイプ２０が加熱されることで、それに接触している捕集部材１０も加熱される。
【００５０】
ステップＳ１７において、終了要求があるか否かを判定する。終了要求がないと判定した場合（Ｓ１７でＮ）、ステップＳ１２に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、終了要求があると判定した場合（Ｓ１７でＹ）、処理を終了する。
【００５１】
このように制御部５４が制御することで、試料ガスの捕集部材１０への導入に応じて冷却手段３５がヒートパイプ２０を介して捕集部材１０を冷却するように、加熱手段４５とヒートパイプ２０とを断熱し、且つ、ヒートパイプ２０の冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、加熱手段４５が捕集部材１０を加熱するように、冷却手段３５とヒートパイプ２０とを断熱する断熱手段５０として機能することになる。
【００５２】
次に、上述した本発明の試料ガス捕集装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。
【００５３】
試料ガス捕集装置１は、捕集部材１０への試料ガスの導入する場合、冷却装置３０の冷却手段３５によって冷却した冷却液Ｃをヒートパイプ２０に接触させ、且つ、加熱装置４０の加熱手段４５によって加熱した加熱液Ｈをヒートパイプ２０に接触させないようにすることで、ヒートパイプ２０を冷却して捕集部材１０を冷却する。その結果、捕集部材１０は導入された試料ガスを捕集することになる。
【００５４】
また、捕集部材１０に捕集した試料ガスを脱離させる場合、加熱装置４０の加熱手段４５によって加熱した加熱液Ｈをヒートパイプ２０に接触させ、且つ、冷却装置３０の冷却手段３５によって冷却した冷却液Ｃをヒートパイプ２０に接触させないようにすることで、ヒートパイプ２０を加熱して捕集部材１０を加熱する。その結果、捕集部材１０に捕集した試料ガスは、気化によって脱離することになる。
【００５５】
また、試料ガス捕集装置１は、冷却と加熱の切り替え時に、第１三方弁５２を加熱装置４０側、第２三方弁５３を冷却装置３０側にそれぞれ接続されるように切り換えることで、ヒートパイプ２０は冷却装置３０側と加熱装置４０側の温度が均一になるように動作させて中間温度としている。これにより、クーリングダウンの時間の短縮を図っている。
【００５６】
以上説明した本発明の試料ガス捕集装置１によれば、捕集部材１０との間で熱伝達可能にヒートパイプ２０を設け、断熱手段５０によってヒートパイプ２０に対する冷却手段３５と加熱手段４５とを選択的に断熱して、捕集部材１０の加熱及び冷却を制御するようにしたことから、断熱手段５０の制御だけで捕集部材１０を迅速に目標温度に制御することができる。従って、冷却及び加熱に要する時間の短縮を図ることができるため、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布を短縮化できる。
【００５７】
また、断熱手段５０によって加熱手段４５、冷却手段３５、及び、捕集部材１０の温度を均一化するように、ヒートパイプ２０に対する加熱手段４５と冷却手段３５の接触を制御するようにしたことから、短時間で捕集部材１０をクールダウンさせることができるため、試料ガスの捕集、脱離に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００５８】
次に、上述した試料ガス捕集装置１を組み込んだガスクロマトグラフ装置３について、図３〜図６の図面を参照して説明する。
【００５９】
図３〜図６において、ガスクロマトグラフ装置（以下、ＧＣ装置）３は、上述した試料ガス捕集装置１と、活性炭フィルタ４と、分析手段５と、バッファ６と、流動手段７と、を有し、それらを成分検出経路Ｒに順次組み込んでいる。
【００６０】
成分検出経路Ｒは、試料ガス捕集装置１と活性炭フィルタ４とを接続する流路Ｒ１と、試料ガス捕集装置１と分析手段５とを接続する流路Ｒ２と、分析手段５とバッファ６とを接続する流路Ｒ３と、活性炭フィルタ４と分析手段５とを接続するバイパス経路Ｒ４と、を有している。
【００６１】
活性炭フィルタ４は、大気口から大気を吸入して、フィルタ内の活性炭により大気に含まれる不純物を取り除いてキャリアガスを生成するものである。
【００６２】
分析手段５は、図示しないが、カラムとガスセンサとを有している。カラムは、公知であるガスクロマトグラフの分離カラム等が用いられる。カラムは、ヒータによって加熱されることで、流路Ｒ２から導入された試料ガスをその種類（測定対象成分）により時間軸上（所定の測定期間）で分離して送出する。
【００６３】
ガスセンサは、接触燃焼式ガスセンサ、吸着燃焼式ガスセンサ等が用いられ、例えば感応素子部と感応素子部の抵抗差に基づいて、ガス濃度を示すセンサ信号を図示しない制御部に出力する。なお、制御部は、説明を簡単化するために、上述した制御部５４として以下説明する。よって、制御部５４は、三方弁Ｖ１，Ｖ２、分析手段５、流動部７等に電気的に接続され、各々の制御を行う。
【００６４】
制御部５４は、前記ガスセンサからのセンサ出力を所定のサンプリング間隔で取得し、それらのセンサ出力に基づいて試料ガスを前記カラムで分離した各分離ガスの濃度を算出することで、サンプルガスを分析する。
【００６５】
バッファ６は、流動手段７による流動の乱れを抑制し、流動量を一定に保つための既存のものであり、バッファ６を配設することで流動量が安定するため検出精度を高めることができる。また、流動手段７の流動の乱れによる誤差が許容範囲内であれば、バッファ６を省略してもよい。
【００６６】
流動手段７は、ポンプ７ａと、流動方向切替バルブ７ｂとを有している。ポンプ７ａは、ポンプ吸入口７ａ１から吸入したガスをポンプ排出口７ａ２から排出して成分検出経路内における試料ガス等を流動させるものである。流動方向切替バルブ７ｂは、例えば、四方電磁弁などが用いられ、成分検出経路Ｒ内を通過するように、試料ガスおよびキャリアガスを流動させ、また、それぞれのガスが適切に流動されるように、状況に応じて、その流動の速さや流動量を細かく制御できる、既存のものである。
【００６７】
ポンプ７ａの流動方向は一定方向に固定されており、後述する流動方向切替バルブ７ｂによって、成分検出経路Ｒに接続される向きが切り替えられることで、成分検出経路Ｒ内を流れるガスの流動方向が切り替えられる。
【００６８】
三方弁Ｖ１は、流路Ｒ１に設けられている。そして、三方弁Ｖ１は、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、ポートａには活性炭フィルタ４、ポートｂには給排気口８、ポートｃには試料ガス捕集装置１がそれぞれ接続されている。三方弁Ｖ１は、試料ガスの導入に応じて、試料ガス捕集装置１と給排気口８とを接続し（ｂ−ｃ接続）、キャリアガスの導入に応じて、活性炭フィルタ４と試料ガス捕集装置１とを接続する（ａ−ｃ接続）。
【００６９】
三方弁Ｖ２は、流路Ｒ２に設けられている。三方弁Ｖ２は、試料ガス捕集装置１と分析手段５との間に位置するバイパス経路Ｒ４の端部に設けられている。また、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、ポートａには分析手段５側に位置する試料ガス捕集装置１の端部、ポートｂにはバイパス経路Ｒ４、ポートｃには分析手段５、がそれぞれ接続されている。三方弁Ｖ２は、キャリアガスを流動させる経路として、試料ガス捕集装置１またはバイパス経路Ｒ４のどちらか一方を選択して切り替えるものである。即ち、試料ガス捕集装置１と分析手段５（ａ−ｃ接続）、または、バイパス経路Ｒ４と分析手段５（ｂ−ｃ接続）、を選択的に接続するものである。
【００７０】
次に、ガスクロマトグラフ装置１の制御部５４（即ち、ＣＰＵ）が実行する本発明に係る処理の一例を、図３〜図６の概略動作図及び図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７１】
ガスクロマトグラフ装置１は、電源投入により起動されると、流動方向切替バルブ７ｂによって、ポンプ７ａによる流動方向を試料ガス捕集装置１から分析手段５に向かう方向（以下、検出方向Ｘ）に切り替え、三方弁Ｖ２によって分析手段５と試料ガス捕集装置１とを接続し、三方弁Ｖ１によって活性炭フィルタ２２と試料ガス捕集装置１とを接続する、などの所定の初期化動作を実行したあと、ステップＳ１１０に進む。
【００７２】
ステップＳ１１０において、試料ガス捕集装置１および分析手段５のカラムを高温に加熱してそれぞれに吸着されている不純成分を脱離させたのち、ポンプ７ａによる流動を開始する。これにより、キャリアガスが試料ガス捕集装置１および分析手段５のカラムを通過するように流動され、脱離された不純成分がキャリアガスによってＧＣ装置３外に排出される（以上、図３参照、クリーニング１動作）。そして、不純成分の排出が完了したのち、ステップＳ１２０に進む。
【００７３】
ステップＳ１２０において、試料ガス捕集装置１を上述したように冷却状態にする。そして、ステップＳ１３０において、流動方向切替バルブ７ｂによって、ポンプ７ａによる流動方向を分析手段５から試料ガス捕集装置１に向かう方向（以下、捕集方向Ｙ）に切り替え、三方弁Ｖ１によって、試料ガス捕集装置１と給排気口８とを接続し、また、分析手段５のカラムの加熱を継続して行う。そして、試料ガスを導入することにより、試料ガスが分析手段５を通過して試料ガス捕集装置１に導入され、試料ガス捕集装置１により試料ガス成分の捕集が行われたのち、試料ガス捕集装置１を通過した試料ガスが給排気口８から排出される（以上、図４参照、サンプリング動作）。そして、サンプリング動作において、前記カラムの加熱を継続して行うことにより、前記分離カラムに試料ガス成分が吸着されることを防ぎ、試料ガス捕集装置１を冷却することにより、捕集管１１に試料ガスが吸着（捕集）されやすくしている。そして、試料ガスの捕集が完了したのち、ステップＳ１４０に進む。
【００７４】
ステップＳ１４０では、流動方向切替バルブ７ｂによって、ポンプ７ａによる流動方向を検出方向Ｘに切り替えてキャリアガスを流動させ、三方弁Ｖ２によって、分析手段５と流路Ｒ４とを接続し、ポンプ７ａによる流動を開始する。これにより、キャリアガスが分析手段５のカラムを通過するように流動され、脱離された不純成分がキャリアガスによってＧＣ装置３外に排出される（以上、図５参照、クリーニング２動作）。そして、不純成分の排出が完了したのち、ステップＳ１５０に進む。
【００７５】
ステップＳ１５０において、試料ガス捕集装置１を上述したように冷却状態から加熱状態に切り換える。そして、ステップＳ１６０において、三方弁Ｖ２によって分析手段５と試料ガス捕集装置１とを接続するとともに、三方弁Ｖ１によって試料ガス捕集装置１と給排気口８を接続する。これにより、試料ガス捕集装置１内に脱離されて滞留している高濃度の試料ガスが、給排気口８から吸入された大気によって分析手段５（即ち、カラム）に排出（導入）される。そして、前記カラムを試料ガス成分分離に適した高温に加熱したのち、該カラムに高濃度の試料ガスが導入される。これにより、前記カラム内に導入された試料ガスに含まれる試料ガス成分が分離され、キャリアガスによって、それぞれの試料ガス成分が時間差をもって分析手段５のガスセンサに搬送されて、各成分の検出が行われる（以上、図６ 検出動作）。そして、全ての検出対象成分が搬送されたのち、ステップＳ１７０に進む。
【００７６】
ステップＳ１７０において、上述したように試料ガス捕集装置１は、加熱手段４５、冷却手段３５、及び、捕集部材１０の温度を均一化するように、ヒートパイプ２０に対する加熱手段４５と冷却手段３５の接触を制御して、捕集部材１０をクールダウンを行った後に、処理を終了する。
【００７７】
以上説明した本発明のガスクロマトグラフ装置３によれば、加熱脱離時における脱離ガス濃度の時間分布の短縮化した試料ガス捕集装置１を有していることから、試料ガス捕集装置１は分離分析手段５に短時間で試料ガスを送出することができ、分離分析手段５は急激な検出ピークを得ることができるため、ガスの成分を効率的に分析することができる。
【００７８】
なお、上述した各実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の試料ガス捕集装置の概略構成を示す断面模式図である。
【図２】図１中の制御部が実行する本発明に係る処理概要の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明のガスクロマトグラフ装置のクリーニング１に係る概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明のガスクロマトグラフ装置のサンプリングに係る概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明のガスクロマトグラフ装置のクリーニング２係る概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明のガスクロマトグラフ装置の分析に係る概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のガスクロマトグラフ装置の処理概要の一例を示すフローチャートである。
【図８】従来のガスクロマトグラフ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 試料ガス捕集装置
３ ガスクロマトグラフ装置
１０ 捕集部材
２０ ヒートパイプ
３０ 冷却装置
３５ 冷却手段
４０ 加熱装置
４５ 加熱手段
５０ 断熱手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入された試料ガスを低温状態のときに捕集し且つ前記捕集した試料ガスを高温状態のときに脱離する捕集部材を有し、前記脱離した試料ガスが前記捕集部材内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置であって、
前記捕集部材との間で熱伝導が可能なように設けられるヒートパイプと、
前記捕集部材に導入された試料ガスの捕集を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を冷却する冷却手段と、
前記捕集部材に捕集した試料ガスの脱離を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を加熱する加熱手段と、
前記試料ガスの導入に応じて前記冷却手段が前記捕集部材を冷却するように、前記加熱手段と前記ヒートパイプとを断熱し、且つ、前記ヒートパイプの冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、前記加熱手段が前記捕集部材を加熱するように、前記冷却手段と前記ヒートパイプとを断熱する断熱手段と、
を有することを特徴とする試料ガス捕集装置。
【請求項２】
前記断熱手段が、前記加熱手段、前記冷却手段、及び、前記捕集部材の温度が均一となるように、前記ヒートパイプに対する前記加熱手段と前記冷却手段の接触を制御する手段であることを特徴とする請求項１に記載の試料ガス捕集装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の試料ガス捕集装置と、前記試料ガス捕集装置で脱離した試料ガスの成分を分析する分析手段と、を有することを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
【請求項１】
導入された試料ガスを低温状態のときに捕集し且つ前記捕集した試料ガスを高温状態のときに脱離する捕集部材を有し、前記脱離した試料ガスが前記捕集部材内を流動するパージガスによって搬送される試料ガス捕集装置であって、
前記捕集部材との間で熱伝導が可能なように設けられるヒートパイプと、
前記捕集部材に導入された試料ガスの捕集を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を冷却する冷却手段と、
前記捕集部材に捕集した試料ガスの脱離を促すように、前記ヒートパイプを介して前記捕集部材を加熱する加熱手段と、
前記試料ガスの導入に応じて前記冷却手段が前記捕集部材を冷却するように、前記加熱手段と前記ヒートパイプとを断熱し、且つ、前記ヒートパイプの冷却により捕集した試料ガスの脱離に応じて、前記加熱手段が前記捕集部材を加熱するように、前記冷却手段と前記ヒートパイプとを断熱する断熱手段と、
を有することを特徴とする試料ガス捕集装置。
【請求項２】
前記断熱手段が、前記加熱手段、前記冷却手段、及び、前記捕集部材の温度が均一となるように、前記ヒートパイプに対する前記加熱手段と前記冷却手段の接触を制御する手段であることを特徴とする請求項１に記載の試料ガス捕集装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の試料ガス捕集装置と、前記試料ガス捕集装置で脱離した試料ガスの成分を分析する分析手段と、を有することを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２３６５８７（Ｐ２００９−２３６５８７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８１０７３（Ｐ２００８−８１０７３）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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