JPH10104143A - 気体濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体濃縮装置のトラップチューブへの温度セ
ンサの取付けにおいて、トラップチューブの温度測定の
正確性と再現性とを向上させる。 【解決手段】 気体試料を熱脱着するトラップチューブ
２と、トラップチューブの外周に取り付けられるトラッ
プチューブ加熱用の加熱手段（シーズヒータ３）と、ト
ラップチューブおよび加熱手段を収める冷却ブロック７
と、冷却ブロックを冷却する冷却装置６とを備えた冷却
手段と、冷却ブロック内に組み込まれ、押圧手段（板バ
ネ９）によって測温端をトラップチューブ側に押圧する
温度検出手段（シース熱電対８）とを備えた構成とし、
冷却ブロックに対して温度検出手段の位置を固定するこ
とによって、トラップチューブに対する温度検出手段の
位置決めを行い、押圧手段によって測温端をトラップチ
ューブ直接接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体分析において
気体試料を濃縮する濃縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気中のＶＯＣを測定する等の気体試料
の分析測定において、急峻なピークが得るために、採取
した気体試料を濃縮し、濃縮した試料を一気に分析装置
に導入することが行われている。このような気体試料を
濃縮する気体濃縮装置として、コールドトラップチュー
ブを用いた装置が知られている。

【０００３】図７は従来の気体濃縮装置を説明するため
の断面図である。図７において、気体濃縮装置１１は、
内部に吸着材を備えたトラップチューブ２を支持部５で
支持するとともに、気体試料を吸着材に吸着させるため
に、トラップチューブ２を冷却する冷却用ペルチェクー
ラー６および冷却ブロック７等の冷却手段と、トラップ
チューブ２を加熱して吸着した気体試料を吸着材から放
出させるシーズヒータ３等の加熱手段とを備えている。

【０００４】上記気体濃縮装置１１において、冷却手段
によって冷却したトラップチューブ２に、ジョイント４
ａを介して気体試料を導入して吸着材に吸着させ、その
後、シーズヒータ３によってトラップチューブを短時間
で加熱して、吸着された試料を短時間で追い出して分析
装置に導入する。

【０００５】この気体濃縮装置では、上記のトラップチ
ューブの冷却および加熱動作を行うために、トラップチ
ューブの温度制御が必要である。そのため、トラップチ
ューブの温度を測定する温度検出手段８が取り付けられ
ている。トラップチューブの温度を測定する温度検出手
段として、応答速度の速いシース熱電対が用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の気体濃縮装置に
おいて、トラップチューブ内の吸着材は劣化等のために
交換して使用する必要がある。そのため、トラップチュ
ーブを測温する温度検出手段をトラップチューブに固定
して取り付けると、トラップチューブの交換毎にトラッ
プチューブと温度検出手段を固定する作業を行う必要が
あるため、温度検出手段をトラップチューブに固定する
構成は困難である。

【０００７】そのため、図７に示す従来の気体濃縮装置
では、トラップチューブに温度検出手段を取り付ける場
合、温度検出手段であるシース熱電対８は、例えば冷却
ブロック７とトラップチューブ２との隙間に挟み込むこ
とによって取付けを行っている。このような取付け方法
では、シース熱電対８は、冷却ブロック７とトラップチ
ューブ２との間において、設置位置が特定されずに不安
定な状態となり、温度検出手段のトラップチューブへの
接触および接触位置が不安定となり、正確な温度測定が
困難となる。例えば、図７では、測温点Ｑは冷却ブロッ
ク７とトラップチューブ２の近傍の雰囲気あるいは冷却
ブロック７となり、トラップチューブ２を正確に温度測
定することは困難である。

【０００８】また、従来の気体濃縮装置では、トラップ
チューブの交換毎に温度検出手段とトラップチューブと
の位置関係が変化して測温点Ｑが一定しないため、温度
測定の再現性が不十分であるという問題点もある。

【０００９】そこで、本発明は前記した従来の気体濃縮
装置の問題点を解決し、トラップチューブへの温度検出
手段の取付けにおいて、トラップチューブの温度測定の
正確性と再現性とを向上させることができる気体濃縮装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の気体濃縮装置
は、気体試料を熱脱着するトラップチューブと、トラッ
プチューブの外周に取り付けられるトラップチューブ加
熱用の加熱手段と、トラップチューブおよび加熱手段を
収める凹部を備えた冷却ブロックと、冷却ブロックを冷
却する冷却装置とを備えた冷却手段と、冷却ブロック内
に組み込まれ、押圧手段によって測温端をトラップチュ
ーブ側に押圧する温度検出手段とを備えてた構成であ
る。

【００１１】本発明の気体濃縮装置によって気体試料の
濃縮を行うには、冷却手段を駆動して冷却ブロックの温
度を下げ、低温にした冷却ブロックによってトラップチ
ューブを冷却する。この低温状態のトラップチューブに
気体試料を通す。気体試料がトラップチューブを通過す
るとき、試料の気化温度以下に冷却された気体試料中の
成分はトラップチューブに吸着する。トラップチューブ
に試料気体を吸着させた後、加熱手段によってトラップ
チューブの温度を上昇させる。トラップチューブの温度
が上昇すると、吸着していた気体試料の成分はトラップ
チューブから追い出され、クロマトグラフ等の分析装置
に送られ、分析が行われる。

【００１２】本発明の押圧手段は、温度検出手段の測温
端をトラップチューブ側に押圧して接触させる。そのた
め、温度検出手段はその測温端をトラップチューブに直
接接触させて温度検出を行うため、トラップチューブの
温度をより正確に検出することができる。

【００１３】また、本発明の押圧手段は、気体濃縮装置
において温度検出手段を固定位置に設置し、また温度検
出手段の測温端を常にトラップチューブ方向に付勢して
いる。これによって、気体濃縮装置のトラップチューブ
の交換において、気体濃縮装置を分解することなく、単
にトラップチューブのみの挿入操作によって行うことが
でき、また温度検出手段の測温点を常に一定位置に位置
決めすることができる。

【００１４】本発明の第１の実施態様は、温度検出手段
を収納する凹部を形成した分割ブロックによって冷却ブ
ロックを構成するものであり、これによって、凹部内に
温度検出手段および押圧手段を収納後、分割ブロックを
組み合わせることによって、温度検出手段を冷却ブロッ
ク内に収納するとともに、測温端をトラップチューブ側
に押圧することができる。

【００１５】また、本発明の第２の実施態様は、加熱手
段としてシーズヒータを用い、冷却装置としてペルチェ
クーラーを用い、温度検出手段としてシース熱電対を用
い、押圧手段として板バネ，コイルスプリング等のバネ
部材を用い、冷却ブロックとしてアルミニウムブロック
を用いるものであり、これによって、気体濃縮装置を構
成することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１，２は本発明の気体
濃縮装置の概略を説明するための斜視図，および断面図
である。図１の斜視図において、気体濃縮装置１は、内
部に吸着材を備えたトラップチューブ２を支持部５で支
持し、またトラップチューブ２を冷却して気体試料を吸
着材に吸着させる冷却用ペルチェクーラー６および冷却
ブロック７等の冷却手段と、トラップチューブ２を加熱
して吸着した気体試料を吸着材から放出させるシーズヒ
ータ３等の加熱手段とを備えている。

【００１７】冷却ブロック７は、例えばアルミニウムの
ブロックにより形成され、内部にトラップチューブ２を
挿入する貫通孔を備え、冷却用ペルチェクーラー６によ
って冷却が行われる。また、冷却ブロック７の貫通孔内
には、該孔と軸心を同じくしたシーズヒータ３が螺旋状
に設けられ、シーズヒータ端部３ａ，３ｂから供給され
る駆動電流によって加熱が行われる。従って、トラップ
チューブ２は支持部５によって支持されるとともに、シ
ーズヒータ３の螺旋内および冷却ブロック７の貫通孔内
を通って設置される。

【００１８】トラップチューブ２の両端にはジョイント
４ａ，４ｂを介して気体導入部および分析装置が接続さ
れる。これらのジョイント４ａ，４ｂを通することによ
って、冷却されたトラップチューブ２に気体試料を導入
することによって気体試料の吸着材への吸着を行い、シ
ーズヒータ３によるトラップチューブの短時間加熱によ
って吸着された試料を短時間で追い出して分析装置への
導入を行う。

【００１９】温度検出手段は、トラップチューブの冷却
および加熱を行うための温度制御に用いる温度検出手段
であり、図１中ではシース熱電対を用いた例を示してい
る。本発明の気体濃縮装置では、この温度検出手段を冷
却ブロック７に固定し、トラップチューブ側に押圧する
ことによって、測温端をトラップチューブに直接接触さ
せ、また、トラップチューブにおける測温点Ｐを常に一
定位置に位置決めする。

【００２０】温度検出手段（シース熱電対８）の冷却ブ
ロック７への取付けは、冷却ブロック７に形成した凹部
内に温度検出手段を挿入するとともに、バネ部材９等の
押圧手段で温度検出手段の測温端をトラップチューブ２
の側部に直接接触させて行う。

【００２１】以下、図３，４，５を用いて、温度検出手
段の取付けについて説明する。図３は、本発明の温度検
出手段の取付けを説明するための温度検出手段および冷
却ブロックの断面図であり、図４は、本発明の温度検出
手段の取付けを説明するための温度検出手段および冷却
ブロックの分解斜視図である。また、図５は本発明の温
度検出手段の他の取付けを説明するための温度検出手段
および冷却ブロックの断面図である。

【００２２】図３，４に示す温度検出手段の取付けの構
成例は、温度検出手段としてシース熱電対を用い、該シ
ース熱電対をトラップチューブ２側に押圧する押圧手段
として板バネ９ａを用いた場合である。冷却ブロック７
を上ブロック７ａと下ブロック７ｂの２ブロックに分割
し、両ブロックの接合面にトラップチューブ２，シーズ
ヒータ３，およびシース熱電対８を収納する溝７ｃ，７
ｄと凹部１０ａ，１０ｂを形成する。上ブロック７ａと
下ブロック７ｂとの組み合わせると、溝７ｃと７ｄはト
ラップチューブ２とシーズヒータ３を通す貫通孔を形成
し、凹部１０ａと１０ｂはシース熱電対８と板バネ９ａ
を収納する凹部１０を形成する。

【００２３】凹部１０ａと１０ｂの一方の端部は冷却ブ
ロック７の外側に開放し、他端は前記貫通孔に開放して
形成される。シース熱電対８は、冷却ブロック７の凹部
内に収納することによって、出力線を冷却ブロック７の
外側に取り出し、また測温端を貫通孔側に向けて取り付
けを行う。そして、押圧手段の板バネ９ａは、シース熱
電対８を貫通孔に向けて押圧して突出させ、画面貫通孔
内に設けられたトラップチューブ２にその測温端を当接
させる。これによって、測温端はトラップチューブ２に
直接接触することになる。また、板バネ９ａ（あるいは
図示しないストッパ）は、測温端の貫通孔内への突出量
を規定して、トラップチューブ２が取り外された場合に
測温端が貫通孔内に突出し過ぎないようにしている。

【００２４】なお、板バネ９ａの形状は、図４に示す円
形に限らず矩形等の任意の形状とすることができ、ま
た、図５に示すようにスプリングバネ９ｂを用いること
もできる。押圧手段としてスプリングバネ９ｂを用いる
場合においても、図３，４に示した構成例と同様に凹部
内に収納することによって取り付けを行うことができ
る。

【００２５】次に、本発明の気体濃縮装置の動作につい
て説明する。気体濃縮装置１１において、はじめに冷却
ペリチェクーラー６等の電子式冷却装置を駆動して冷却
ブロック７を冷却し、この冷却ブロック７を熱伝達材と
して冷却ブロック７内に収納されているトラップチュー
ブ２を冷却する。シース熱電対８は、このトラップチュ
ーブ２の測温点Ｐにおける温度を検出し、気体試料をト
ラップチューブ２内の吸着材に吸着するに十分な温度ま
で冷却されたことを確認する。

【００２６】トラップチューブ２の温度が確認された
後、トラップチューブ２の一方端から他方端に向かって
気体試料を導入して、試料をトラップチューブ２内の吸
着材に吸着させる。上記した気体試料の導入と吸着を所
定時間行った後、気体試料の導入を停止するとともに、
冷却ペリチェクーラー６の駆動を止めて冷却ブロック７
によるトラップチューブ２の冷却を停止する。

【００２７】その後、シーズヒータ端部３ａ，３ｂを通
してシーズヒータ３に電流を供給して加熱し、トラップ
チューブ２の温度を短時間で上昇させて、吸着材に吸着
されている試料を気化温度以上に上げ、キャリヤガスと
ともに分析装置に短時間で送り出す。これによって、分
析装置は急峻な検出ピークを得る。

【００２８】次に、本発明の気体濃縮装置のトラップチ
ューブの交換操作について図６の断面図を用いて説明す
る。図６（ａ）は気体濃縮装置においてトラップチュー
ブ２を取り外した状態を示している。トラップチューブ
２を取り外した状態では、シーズヒータ３の両端は支持
部５によって支持され、また中間部分は冷却ブロック７
によって支持されている。また、シース熱電対８の先端
の測温端は、板バネ９等の押圧手段によって冷却ブロッ
ク７の貫通孔の軸心方向に押圧され、板バネ９あるいは
図示しないストッパによってその突出量はトラップチュ
ーブ２の挿入を阻害しない程度に規定されている。

【００２９】交換用のトラップチューブ２を支持部５の
一方の開放端から挿入し（図６（ａ））、シーズヒータ
３および冷却ブロック７で囲まれる領域内を通して、支
持部５の他方の開放端から取り出すことによって、トラ
ップチューブ２を気体濃縮装置への取り付けを行う（図
６（ｂ））。

【００３０】このトラップチューブ２の取り付けの途中
において、トラップチューブ２の先端はシース熱電対８
の測温端と接触するが、測温端の突出量はシース熱電対
８の挿入が阻害さない程度に規定されているため、トラ
ップチューブ２は測温端を外側に押しながら挿入操作を
続行することができる。

【００３１】また、シース熱電対８の測温端は押圧手段
によって常にトラップチューブ２側に押されているた
め、測温端はトラップチューブ２に直接接触した状態で
取り付けが行われる。また、シース熱電対８の取り付け
位置は、冷却ブロックに形成した凹部の位置で定まるた
め、シース熱電対８はトラップチューブ２に対して、位
置調節を要することなく常に一定位置に設置することが
できる。

【００３２】トラップチューブ２の端部が支持部５の端
部を通過した後、トラップチューブ２の両端にジョイン
ト（図示しない）を接続して、試料導入装置および分析
装置と接続し、トラップチューブの交換を完了する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、トラップチューブ
への温度検出手段の取付けにおいて、トラップチューブ
の温度測定の正確性と再現性とを向上させることができ
る気体濃縮装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気体濃縮装置の概略を説明するための
斜視図である。

【図２】本発明の気体濃縮装置の概略を説明するための
断面図である。

【図３】本発明の温度検出手段の取付けを説明するため
の温度検出手段および冷却ブロックの断面図である。

【図４】本発明の温度検出手段の取付けを説明するため
の温度検出手段および冷却ブロックの分解斜視図であ
る。

【図５】本発明の温度検出手段の他の取付けを説明する
ための温度検出手段および冷却ブロックの断面図であ
る。

【図６】本発明の気体濃縮装置のトラップチューブの交
換操作を説明するための断面図である。

【図７】従来の気体濃縮装置を説明するための断面図で
ある。

【符号の説明】

１…気体濃縮装置、２…トラップチューブ、３…シーズ
ヒータ、４ａ，４ｂ…ジョイント、５…支持部、６…冷
却用ペルチェクーラー、７…冷却ブロック、７ａ…上ブ
ロック、７ｂ…下ブロック、７ｃ，７ｄ…溝、８…シー
ス熱電対、９…バネ部材、１０…収納部、１０ａ，１０
ｂ…凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体試料を熱脱着するトラップチューブ
   と、トラップチューブの外周に取り付けられるトラップ
   チューブ加熱用の加熱手段と、トラップチューブおよび
   加熱手段を収める凹部を備えた冷却ブロックと、該冷却
   ブロックを冷却する冷却装置を備えた冷却手段と、冷却
   ブロック内に組み込まれ、押圧手段によって測温端をト
   ラップチューブ側に押圧する温度検出手段とを備えたこ
   とを特徴とする気体濃縮装置。