JP2021189105A - 気体成分検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスクロマトグラフィーにおいてセンサの被毒を抑制する。【解決手段】気体成分検出装置１０は、カラム２１、センサ２３、流路６２１、６２２、および、流路切替器２２を備える。カラム２１は、被検出気体の成分を分離する。センサ２３は、例えば半導体センサであり、カラム２１の下流に接続され、被検出気体の成分を検出する。流路６２１、６２２は、カラム２１とセンサ２３とを接続する。流路切替器２２は、流路６２１と流路６２２との間に配置されている。流路切替器２２は、カラム２１から排出された被検出気体をセンサ２３に流入させる計測態様と、カラム２１から排出された被検出気体を外部に排出する排出態様とを切り替えて実行する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスクロマトグラフィの技術を用いて、気体の成分を検出する気体成分検出装置に関する。

現在、クロマトグラフィを用いて成分を検出する装置（例えば、特許文献１参照）が、各種実用化されている。そして、クロマトグラフィの一種として、ガスクロマトグラフィがある。ガスクロマトグラフィは、気体に含まれる成分を検出する。

ガスクロマトグラフィを用いた気体成分検出装置は、被検出気体をキャリアガスによって搬送し、検出器に曝すことによって、気体の成分を検出する。

特開２００８−２５６７１４号公報

しかしながら、半導体センサ等の特定のセンサを検出器に用いる場合、被検出気体（被検出気体）とともに、センサを被毒させる気体が含まれていると、当該被毒気体によって、センサが被毒してしまう。そして、センサが被毒すると、感度の劣化等、センサの性能が劣化してしまう。

したがって、本発明は、センサの被毒を抑制する気体成分検出装置を提供することにある。

この発明の気体成分検出装置は、カラム、センサ、下流側流路、および、流路切替器を備える。カラムは、被検出気体の成分を分離する。センサは、カラムの下流に接続され、被検出気体の成分を検出する。下流側流路は、カラムとセンサとを接続する。流路切替器は、下流側流路に配置されている。流路切替器は、カラムから排出された被検出気体をセンサに流入させる計測態様と、カラムから排出された被検出気体を外部に排出する排出態様とを切り替えて実行する。

この構成では、カラムによって、被検出気体における被毒成分と計測対象成分とは、分離される。被毒成分は、排出態様によって外部に排出され、計測対象成分は、計測態様によってセンサに流入する。これにより、被毒成分がセンサに流入することは抑制される。

この発明によれば、センサの被毒を抑制できる。

図１は、第１の実施形態に係る気体成分検出装置の構成を示す図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、気体成分検出装置の主要動作を示すフローチャートである。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）は、各動作時の気体の流れを示す図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、各動作時の気体の流れを示す図である。 図５（Ａ）は、計測態様（計測期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行するフローチャートであり、図５（Ｂ）は、排出態様（排出期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行するフローチャートである。 図６（Ａ）は、計測態様（計測期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図であり、図６（Ｂ）は、排出態様（排出期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図である。 図７（Ａ）は、複数の計測態様（計測期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図であり、図７（Ｂ）は、複数の排出態様（排出期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図である。 図８は、計測対象成分の信号と排出対象成分の信号とが近接する場合における流路の切り替えを実行する概念を示す図である。 図９は、計測態様、排出態様、および、逆流態様を含む場合の流路の切り替えを実行する概念を示す図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は、流路切替器の構成を示す図である。 図１１は、ブロアの構成の一例を示す側面断面図である。 図１２は、補助流路切替器をさらに備えた気体成分検出装置の構成を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係る気体成分検出装置の構成を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る気体成分検出装置について、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る気体成分検出装置の構成を示す図である。なお、図１は、気体成分検出装置を、機能ブロックを用いて模式的に示している。

（気体成分検出装置１０の構成）
図１に示すように、気体成分検出装置１０は、制御部２０、カラム２１、流路切替器２２、センサ２３、吸気ポンプ３１、キャリアガス導入ポンプ３２、投入容器４０、および、フィルタ５０を備える。また、気体成分検出装置１０は、流路６１、流路６２１、流路６２２、流路６３、流路６４、および、流路６５を備える。

流路６１、流路６２１、流路６２２、流路６３、流路６４、および、流路６５は、流路に直交する面の断面積（流路断面積）が略一定の管状である。流路６２１と流路６２２とによって、本発明の「下流側流路」が構成される。

流路６１は、カラム２１と吸気ポンプ３１とに連通する。流路６２１は、カラム２１と流路切替器２２とに連通する。流路６２２は、流路切替器２２とセンサ２３とに連通する。センサ２３は、開口７２を介して外部空間に連通する。また、流路切替器２２は、開口７３を介して外部空間に連通する。

流路６３は、流路６１とキャリアガス導入ポンプ３２とに連通する。流路６４は、吸気ポンプ３１と投入容器４０とに連通する。流路６５は、キャリアガス導入ポンプ３２とフィルタ５０とに連通する。フィルタ５０は、開口７１を介して外部空間に連通する。

制御部２０は、流路切替器２２、吸気ポンプ３１、および、キャリアガス導入ポンプ３２に接続する。制御部２０は、流路切替器２２、吸気ポンプ３１、および、キャリアガス導入ポンプ３２の動作を制御する制御信号を生成し、流路切替器２２、吸気ポンプ３１、および、キャリアガス導入ポンプ３２に出力する。流路切替器２２、吸気ポンプ３１、および、キャリアガス導入ポンプ３２は、入力された制御信号によって、所定の動作を実行する。なお、この制御および動作の詳細は、後述する。

カラム２１は、管状であり、内部に、吸着体または担体を備える。また、カラム２１の流路断面積および管長、吸着体種類、担体の種類、すなわち、カラム２１の仕様は、被検出気体の各成分の分解能等に基づいて決定される。カラム２１は、既知の概念によって、流路６１から流入する被検出気体の各成分の搬送時間を異ならせることで、各成分を分解し、流路６２１に送出する。

流路切替器２２は、計測態様と排出態様とを切り替える。または、流路切替器２２は、計測態様、排出態様、および、逆流態様を切り替える。計測態様では、流路切替器２２は、流路６２１から流路６２２に向けて気体を搬送する。排出態様では、流路切替器２２は、流路６２１から開口７３に向けて気体を搬送する。逆流態様では、流路切替器２２は、開口７３から流路６２１に向けて気体を搬送する。

センサ２３は、例えば、半導体センサを備える。なお、センサの種類は、特定の気体によって被毒する性質を有するものであれば、半導体センサに限らず、本発明の構成に適用できる。センサ２３は、被検出気体の各成分の濃度に応じた強度の電圧を、計測信号として出力する。この計測信号によって、被検出気体に含まれる成分を検出できる。

投入容器４０は、呼気等の被検出気体を収容している。投入容器４０は、着脱可能な容器である。吸気ポンプ３１は、流路６４を通じて、投入容器４０から被検出気体を吸入し、流路６１に送出する。

フィルタ５０は、気体清浄化フィルタであり、例えば、空気に含まれる塵、微粒子等の不純物を濾過する。この濾過された気体が、ガスクロマトグラフィ用のキャリアガスとなる。キャリアガス導入ポンプ３２は、流路６５を通じて、フィルタ５０から出力されたキャリアガスを吸入し、流路６３を通じて、流路６１に送出する。この際、キャリアガス導入ポンプ３２は、カラム２１の仕様と同様に、被検出気体の成分の分解能が所望の性能となるように、流速を決定する。

（気体成分検出装置１０における被検出気体の搬送および成分の検出方法）
図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、気体成分検出装置の主要動作を示すフローチャートである。図２（Ａ）は、計測と排出を実行する場合を示し、図２（Ｂ）は、計測、排出、逆流を実行する場合を示し、図２（Ｃ）は、洗浄を含めた別の主要動作を示す。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、各動作時の気体の流れを示す図である。

（計測と排出を実行する場合：図２（Ａ）参照）
・前洗浄（順流洗浄）
気体成分検出装置１０は、前洗浄（順流洗浄）を実行する（Ｓ１１）。前洗浄では、制御部２０は、吸気ポンプ３１を停止させ、キャリアガス導入ポンプ３２を動作させる。また、制御部２０は、流路切替器２２を、計測態様と同様の態様にする。

これにより、図３（Ａ）に示すように、フィルタ５０で生成されたキャリアガスは、キャリアガス導入ポンプ３２、流路６５、流路６１を通じて、カラム２１に送入される。なお、吸気ポンプ３１には、バルブが備え付けられており、制御部２０は、前洗浄時に、バルブを閉じる。これにより、流路６１と流路６４（投入容器４０）との連通は遮断される。

カラム２１を通ったキャリアガスは、流路６２１を通じて、流路切替器２２に挿入される。流路切替器２２は、計測態様と同様に、流路６２１と流路６２２とを連通する。これにより、キャリアガスは、流路６２２、センサ２３、開口７２を通じて、外部に送出される。

このような動作によって、キャリアガスが計測用の流路の順方向に流れ、カラム２１およびセンサ２３は、キャリアガスによって洗浄される。さらには、流路６１、流路６２１、流路６２２、流路切替器２２も洗浄される。これにより、残留成分によるセンサ２３の被毒は、抑制される。また、新たな計測における残留成分による誤差は、抑制される。なお、この前洗浄は、省略することもできるが、これらの理由によって、実施するとよい。

・被検出気体の投入
気体成分検出装置１０は、被検出気体を投入する（Ｓ１２）。被検出気体の投入では、制御部２０は、吸気ポンプ３１を動作させ、キャリアガス導入ポンプ３２を停止させる。

これにより、図３（Ｂ）に示すように、投入容器４０に収容された被検出気体は、流路６４、吸気ポンプ３１を通じて、流路６１に投入される。

・被検出気体の搬送
気体成分検出装置１０は、被検出気体をカラム２１に送入するように搬送する（Ｓ１３）。被検出気体の搬送では、制御部２０は、キャリアガス導入ポンプ３２を動作させる。

これにより、図３（Ｃ）、図４（Ａ）に示すように、流路６１に投入された被検出気体は、キャリアガスと混合し、カラム２１に挿入される。

・排出切替付き計測
気体成分検出装置１０は、予め設定した条件に基づいて、カラム２１から送出された被検出気体の成分の計測と、カラム２１から送出された被検出気体の排出と、を切り替えて実行する（Ｓ１４）。排出切替付き計測では、制御部２０は、キャリアガス導入ポンプ３２を動作させる。また、制御部２０は、流路切替器２２を、計測態様と排出態様とで切り替えるように動作させる。

排出態様では、図３（Ｃ）に示すように、カラム２１から送出された被検出気体は、流路６２１、および、流路切替器２２を通じて、開口７３から排出される。排出態様は、被検出気体におけるセンサ２３を被毒させる成分、すなわち、計測に対して不要な成分が搬送される期間（排出期間）に実行される。被毒させる成分としては、例えば、シロキサン、塩素ガス、硫化ガス、メチルメルカブタン、フレオンガス等である。

計測態様では、図４（Ａ）に示すように、カラム２１から送出された被検出気体は、流路６２１、流路切替器２２、および、流路６２２を通じて、センサ２３に送入する。計測態様は、被検出気体における計測対象の成分が搬送される期間（計測期間）に実行される。計測対象の成分は、例えば、アセトンである。

ここで、上述のように、被検出気体における各成分は、カラム２１を通過する時間（搬送時間）が異なる。したがって、カラム２１から複数の成分が出力される時間には差が生じる。このため、各成分が流路切替器２２に送入される時間にも差が生じる。これを利用することで、排出期間と計測期間とは、区別して設定できる。

このような処理を実行することで、気体成分検出装置１０は、計測対象の成分をセンサ２３で計測し、且つ、被毒成分等の不要成分によるセンサ２３の被毒等を抑制し、センサ２３の性能劣化を抑制できる。

（計測、排出、逆流を実行する場合：図２（Ｂ）参照）
逆流を実行する態様は、上述の計測と排出とを実行する態様に対して、さらに逆流を実行する態様を追加した点で異なる。計測態様と排出態様とは、図２（Ａ）に示す上述の場合と同様であり、説明は省略する。

気体成分検出装置１０は、計測が終了すると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、逆流態様である後洗浄（逆流洗浄）を実行する（Ｓ１６）。なお、所定の計測（例えば所定回数の計測等）が終了していなければ（Ｓ１５：ＮＯ）、排出切替付きの計測が継続される。

気体成分検出装置１０は、後洗浄（逆流洗浄）を実行する（Ｓ１６）。後洗浄（逆流洗浄）では、制御部２０は、吸気ポンプ３１およびキャリアガス導入ポンプ３２を停止させる。なお、キャリアガス導入ポンプ３２には、バルブが備え付けられており、制御部２０は、後洗浄時に、バルブを閉じる。これにより、流路６３と流路６５（フィルタ５０）との連通は遮断される。

制御部２０は、流路切替器２２を、逆流態様で動作させる。逆流態様では、流路切替器２２は、開口７３から気体を吸入して、流路６２１に送出する。また、流路切替器２２は、開口７３と流路６２２との連通を遮断する。

逆流態様では、図４（Ｂ）に示すように、開口７３から吸入された気体（外気）は、流路切替器２２、および、流路６２１を通じて、カラム２１に送入される。さらに、気体は、カラム２１、流路６１、吸気ポンプ３１、流路６４を通じて、投入容器４０に送入され、投入容器４０から外部に排出される。これにより、流路６２１、カラム２１、流路６１、吸気ポンプ３１、流路６４、および、投入容器４０は、外気によって洗浄される。この結果、残留成分による次の計測時でのセンサ２３の被毒、計測誤差の増大等の悪影響は、抑制される。なお、投入容器４０は、開口７３から吸入された気体（外気）ではなく、別に用意された流路により洗浄されていてもよい。この場合、投入容器４０にクリーンエアーを導入する機構（例えば、流路切替器２２とは別の流路切替器）が直結される。

なお、このような後洗浄は、少なくともカラム２１を洗浄できればよい。したがって、カラム２１のみを洗浄するのであれば、流路６１の途中に排出弁を設置するとよい。この場合、流路６１の排出弁は、計測態様および排出態様では遮断状態とし、逆流態様では開放状態とすればよい。

（別の洗浄を実行する場合：図２（Ｃ）参照）
図２（Ｃ）に示す動作（処理フロー）は、図２（Ｂ）に示した動作（処理フロー）に対して、カラムの洗浄方向において異なる。他の動作は、図２（Ｂ）と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

・（前洗浄）
気体成分検出装置１０は、前洗浄を実行する（Ｓ１１Ａ）。この前洗浄は、カラム２１を逆流洗浄し、センサ２３を順流洗浄する。より具体的には、制御部２０は、流路切替器２２を、逆流態様で動作させる。この場合、吸気ポンプ３１を、双方向の気体搬送が可能な構成にする。そして、制御部２０は、吸気ポンプ３１を排気態様、すなわち、流路６１から流路６４に気体を搬送するように制御する。これにより、カラムの逆流洗浄が実現される。

また、制御部２０は、流路切替器２２にて、開口７３と流路６２２とを連通する。この際、流路切替器２２または流路６２１に、逆流防止弁を設置し、制御部２０は、この逆流防止弁を閉じる。開口７３から吸入された気体（外気）は、流路６２２を通じて、センサ２３に挿入され、センサ２３から開口７２に送出される。これにより、センサ２３の順流洗浄が実現される。

このようなカラム２１の逆流洗浄を含む前洗浄を行うことによって、過去の計測等によって、カラム２１に残留していた気体（例えば、雑ガス）を、センサ２３に送出することなく、効果的に排除できる。特に、カラム２１を構成する液相にとらわれ、残留した気体は、カラム２１の入口付近（流路６１側）に貯まり易い。したがって、逆流洗浄を行うことによって、カラム２１に残留した気体を、より効果的に排出できる。

・（後洗浄）
気体成分検出装置１０は、計測の終了後、後洗浄を実行する（Ｓ１６Ａ）。ステップＳ１６Ａの後洗浄は、上述のステップＳ１１Ａの前洗浄と同様である。

（計測態様と排出態様の制御方法の具体的な一例）
上述の流路の切り替えを実行するため、気体成分検出装置１０における制御部２０を含む各部は、次の制御を実行する。なお、以下では、各種の制御を、制御部２０によって実行する態様を示すが、気体成分検出装置１０の各部（流路切替器２２、吸気ポンプ３１、キャリアガス導入ポンプ３２）が個々に制御部を備え、各制御部間で制御用のデータを送受信することで、制御を実行することも可能である。

図５（Ａ）は、計測態様（計測期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行するフローチャートであり、図５（Ｂ）は、排出態様（排出期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行するフローチャートである。図５（Ｃ）は、洗浄を含むフローチャートである。図６（Ａ）は、計測態様（計測期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図であり、図６（Ｂ）は、排出態様（排出期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図である。図６（Ｃ）は、流路切り替えを行いながら計測を行う態様におけるガスクロマトグラフの一例を示す図である。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、本願の構成、処理を用いなければ、センサに入力される成分（排出対象成分）については、破線で示している。以下、図７、図８、図９についても、本願の構成、処理を用いなければ、センサに入力される成分（排出対象成分）については、破線で示している。

（計測態様基準：図５（Ａ）、図６（Ａ）参照）
制御部２０は、計測開始のトリガを受けると、被検出気体の成分の計測を開始する（Ｓ２１）。計測開始のトリガは、例えば、ユーザの操作入力等である。

制御部２０は、計測開始とともに、キャリアガス導入ポンプ３２の動作を開始する。これにより、被検出気体は、キャリアガスとともに、カラム２１に送入される。制御部２０は、計測開始、すなわち、キャリアガス導入ポンプ３２によるキャリアガスの導入開始時間に、計時を開始する。

制御部２０は、計測態様開始時間まで（Ｓ２２：ＮＯ）、排気態様を実行するように、流路切替器２２の動作を制御する（Ｓ２３）。

制御部２０は、計測態様開始時間になると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、計測態様を実行するように、流路切替器２２の動作を制御する（Ｓ２４）。

制御部２０は、計測態様を継続する時間（計測期間の終了時間）までは（Ｓ２５：ＮＯ）、計測態様を維持する。

制御部２０は、計測期間の終了時間になると（Ｓ２５：ＹＥＳ）、計測態様を終了する。

このような制御によって、図６（Ａ）に示すような選択的な成分の検出が可能になる。

まず、キャリアガスの導入開始時刻ｔ０を基準に、計測態様開始時間ｔｔｓが計時される。上述のように、カラム２１の仕様、キャリアガス導入ポンプ３２の流速によって、被検出気体の各成分がカラム２１から送出される時間、そして、センサ２３に導入される時間は、推定できる。したがって、計測態様開始時間ｔｔｓは、計測対象成分がセンサ２３に導入されるであろう導入開始時間ｔｓを基準に設定できる。例えば、導入開始時間ｔｓに対して、温度等の各種誤差に対するマージン時間Δｔを差分した時間が、計測態様開始時間ｔｔｓに設定される。

また、計測対象成分のスペクトル波形が現れる時間長ｔｍも、同様に、カラム２１の仕様、キャリアガス導入ポンプ３２の流速によって推定できる。

したがって、計測期間は、計測態様開始時間ｔｔｓと時間長ｔｍとによって設定できる。

そして、この期間を計測態様に制御し、他の期間を排出態様に制御する。これによって、センサ２３は、計測対象成分のみを計測でき、排出対象成分によってセンサ２３が曝されることを抑制できる。

（排出態様基準：図５（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）
制御部２０は、計測開始のトリガを受けると、被検出気体の成分の計測を開始する（Ｓ３１）。計測開始のトリガは、例えば、ユーザの操作入力等である。

制御部２０は、計測開始とともに、キャリアガス導入ポンプ３２の動作を開始する。これにより、被検出気体は、キャリアガスとともに、カラム２１に送入される。制御部２０は、計測開始、すなわち、キャリアガス導入ポンプ３２によるキャリアガスの導入開始時間に、計時を開始する。

制御部２０は、排出態様開始時間まで（Ｓ３２：ＮＯ）、待機する。制御部２０は、排出態様開始時間になると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、排出態様を実行するように、流路切替器２２の動作を制御する（Ｓ３３）。

制御部２０は、排出態様を継続する時間（排出期間の終了時間）までは（Ｓ３４：ＮＯ）、排出態様を維持する。

制御部２０は、排出期間の終了時間になると（Ｓ３４：ＹＥＳ）、排出態様を終了し、計測態様に切り替える（Ｓ３５）。

このような制御によって、図６（Ｂ）に示すような選択的な成分の検出が可能になる。

まず、キャリアガスの導入開始時刻ｔ０を基準に、排出態様開始時間ｔｔｖｓが計時される。上述のように、カラム２１の仕様、キャリアガス導入ポンプ３２の流速によって、被検出気体の各成分がカラム２１から送出される時間、そして、センサ２３に導入される時間は、推定できる。したがって、排出態様開始時間ｔｔｖｓは、排出対象成分がセンサ２３に導入されるであろう導入開始時間ｔｖｓを基準に設定できる。例えば、導入開始時間ｔｖｓに対して、温度等の各種誤差に対するマージン時間Δｔｖを差分した時間が、排出態様開始時間ｔｔｖｓに設定される。

また、排出対象成分の信号波形が現れる時間長ｔｖも、同様に、カラム２１の仕様、キャリアガス導入ポンプ３２の流速によって推定できる。

したがって、排出期間は、排出態様開始時間ｔｔｖｓと時間長ｔｖとによって設定できる。

そして、この期間を排出態様に制御し、他の期間を計測態様に制御する。これによって、センサ２３は、排出対象成分によってセンサ２３が曝されることを抑制しながら、計測対象成分のみを計測できる。

（洗浄を行う場合：図５（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）
この図５（Ｃ）、図６（Ｃ）に示す処理は、図５（Ａ）、図６（Ａ）に示した処理に対して、さらに、前洗浄と後洗浄を追加した点で異なる。他の処理は、同様であり、必要箇所を除いて、詳細な説明は省略する。

制御部２０は、常に計測トリガが始まる前はカラム２１の逆流洗浄を行う（Ｓ２０１）。この時、制御部２０は、センサ２３を順流洗浄する。計測開始のトリガを受けると、被検出気体の成分の計測を開始する（Ｓ２１）。計測開始のトリガは、例えば、ユーザの操作入力等である。

制御部２０は、計測開始とともに、吸気ポンプ３１を使って投入容器の気体をカラム２１へ送り込む。制御部２０は、所定の気体の量がカラムに送り込まれたら、吸気ポンプ３１を止め、キャリアガス導入ポンプ３２の動作を開始する。所定の気体の量は、流速と時間とによって制御される。これにより、被検出気体は、キャリアガスとともに、カラム２１に送入される。制御部２０は、計測開始、すなわち、キャリアガス導入ポンプ３２によるキャリアガスの導入開始時間に、計時を開始する。

制御部２０は、計測態様開始時間まで（Ｓ２２：ＮＯ）、排気態様を実行するように、流路切替器２２の動作を制御する（Ｓ２３）。

制御部２０は、計測態様開始時間になると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、計測態様を実行するように、流路切替器２２の動作を制御する（Ｓ２４）。

制御部２０は、計測態様を継続する時間（計測期間の終了時間）までは（Ｓ２５：ＮＯ）、計測態様を維持する。

制御部２０は、計測期間の終了時間になると（Ｓ２５：ＹＥＳ）、計測態様を終了する。

制御部２０は、計測期間が終了したのち、流路切替器２２を制御し、カラム２１の逆流洗浄、および、センサ２３の順流洗浄を行い、次の計測までその状態を維持する（Ｓ２０２）。すなわち、このステップＳ２０２の後洗浄は、上述のステップＳ２０１の前洗浄に繋がる。

（複数の計測対象成分の計測）
上述の説明では、１種類の計測対象成分を計測する場合を示したが、複数種類の計測対象成分を計測しながら、排出対象成分を排出することができる。図７（Ａ）は、複数の計測態様（計測期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図である。なお、基本的な制御は、複数種類の場合であっても、１種類の場合の制御を適用できるので、詳細な説明は省略する。

複数種類の計測対象成分を計測する場合、計測対象成分毎に、計測態様開始時間と計測期間の時間長を設定すればよい。具体的には、図７（Ａ）の場合であれば、第１の計測対象成分に対して、導入開始時間ｔｓ１が推定され、導入開始時間ｔｓ１から計測態様開始時間ｔｔｓ１が設定される。また、第１の計測対象成分に対して、計測期間の時間長ｔｍ１も設定される。同様に、第２の計測対象成分に対して、導入開始時間ｔｓ２が推定され、導入開始時間ｔｓ２から計測態様開始時間ｔｔｓ２が設定される。また、第２の計測対象成分に対して、計測期間の時間長ｔｍ２も設定される。

そして、このように設定された複数の計測態様を実行するとともに、これら複数の計測態様以外の時間帯に対して排出態様を実行する。これにより、気体成分検出装置１０は、複数種類の計測対象成分をそれぞれに計測しながら、排出態様成分によってセンサ２３が曝されることを抑制できる。

（複数の排出対象成分の排出）
図７（Ｂ）は、複数の排出態様（排出期間）の設定を基準に流路の切り替えを実行する概念を示す図である。なお、基本的な制御は、複数種類の場合であっても、１種類の場合の制御を適用できるので、詳細な説明は省略する。

複数種類の排出対象成分を計測する場合、排出対象成分毎に、排出態様開始時間と排出期間の時間長を設定すればよい。具体的には、図７（Ｂ）の場合であれば、第１の排出対象成分に対して、導入開始時間ｔｖｓ１が推定され、導入開始時間ｔｖｓ１から排出態様開始時間ｔｔｖｓ１が設定される。また、第１の排出対象成分に対して、排出期間の時間長ｔｖ１も設定される。同様に、第２の排出対象成分に対して、導入開始時間ｔｖｓ２が推定され、導入開始時間ｔｖｓ２から排出態様開始時間ｔｔｖｓ２が設定される。また、第２の排出対象成分に対して、排出期間の時間長ｔｖ２も設定される。

そして、このように設定された複数の排出態様を実行するとともに、これら複数の排出態様以外の時間帯に対して計測態様を実行する。これにより、気体成分検出装置１０は、排出態様成分によってセンサ２３が曝されることを抑制しながら、複数種類の計測対象成分をそれぞれに計測できる。

（計測対象成分と排出対象成分の信号が近接する場合）
図８は、計測対象成分の信号と排出対象成分の信号とが近接する場合、言い換えれば、計測対象成分と排出対象成分が発生する時間とが近接する場合における流路の切り替えを実行する概念を示す図である。

なお、基本的な制御は、計測対象成分の信号と排出対象成分の信号とが離れている場合の制御を適用できるので、詳細な説明は省略する。

計測対象成分の信号と排出対象成分の信号とが近接する場合、計測期間の時間長を長く取り過ぎると、計測期間中に、排出対象成分の信号が現れてしまう。

そこで、気体成分検出装置１０の制御部２０は、計測期間の時間長ｔｍを、計測対象成分の信号が現れる時間長よりも短くする。例えば、図８に示すように、計測期間の時間長ｔｍを、計測対象成分の信号の全体の時間長の略１／２にする。

これにより、計測期間内に、排出対象成分の信号が現れることを抑制できる。なお、この場合、センサ２３は、計測対象成分の信号の一部しか計測できないが、信号の変化率と、計測対象成分の濃度とは一意の関係にあるので、この場合であっても、計測対象成分の濃度を、精度良く計測できる。

したがって、気体成分検出装置１０は、計測対象成分の信号と排出対象成分の信号とが近接していても、計測対象成分をより確実に計測し、排出対象成分によってセンサ２３が曝されることを抑制できる。

（逆流態様（洗浄態様）を実行する場合）
上述の計測態様と排出態様とに加えて逆流態様（洗浄態様）を実行する場合は、例えば、次の制御によって実現が可能である。図９は、計測態様、排出態様、および、逆流態様を含む場合の流路の切り替えを実行する概念を示す図である。

排出態様と計測態様との切り替えは、上述の説明（例えば、図６（Ａ）の場合）と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

計測期間の終了時間ｔｔｅになると、制御部２０は、これを検出して、計測態様から逆流態様に切り替える。これにより、気体成分検出装置１０は、計測対象成分の計測、および、排出対象成分の排出とともに、カラム２１等の洗浄を実行できる。

（流路切替器の具体的な構成例）
上述の流路切り替えを実行するため、流路切替器は、例えば、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示すような構成を備える。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は、流路切替器の構成を示す図である。

図１０（Ａ）に示す流路切替器２２は、ポンプ２２１とバルブ２２２とを備える。ポンプ２２１は、流路６２１と開口７３との間に接続される。バルブ２２２は、流路６２１と流路６２２との間に接続される。

この構成では、計測態様の場合、ポンプ２２１は動作せず、バルブ２２２は開放される。これにより、被検出気体における計測対象成分は、流路６２１から流路６２２に搬送され、センサ２３に送入される。

排出態様の場合、ポンプ２２１は動作し、バルブ２２２は遮断される。これにより、被検出気体における排出対象成分は、流路６２１から開口７３に搬送され、外部に送出される。

逆流態様の場合、ポンプ２２１は動作し、バルブ２２２は遮断される。この際、ポンプ２２１は、排出態様とは逆方向に気体を搬送するように制御される。これにより、開口７３から外部の気体が吸入され、流路６２１に搬送され、カラム２１に送入される。

図１０（Ｂ）に示す流路切替器２２Ａは、ブロア２２３とブロア２２４とを備える。ブロア２２３とブロア２２４とは、それぞれ逆止弁構造を有している。ブロア２２３およびブロア２２４は、一方向にのみ気体を搬送し、この搬送方向に対して逆方向には気体を搬送せず、遮断する。ブロア２２３は、流路６２１と開口７３との間に接続され、流路６２１から開口７３に向けて気体を搬送する。ブロア２２４は、流路６２１と流路６２２との間に接続され、流路６２１から流路６２２に向けて気体を搬送する。

この構成では、計測態様の場合、ブロア２２３は停止させ、ブロア２２４は動作させる。これにより、被検出気体における計測対象成分は、流路６２１から流路６２２に搬送され、センサ２３に送入される。

排出態様の場合、ブロア２２３は動作させ、ブロア２２４は停止させる。これにより、被検出気体における排出対象成分は、流路６２１から開口７３に搬送され、外部に送出される。

なお、逆流態様を実行する場合には、ブロア２２３に並列させて、逆向きに、もう一つのブロアを接続すればよい。そして、ブロア２２３およびブロア２２４を停止させ、ブロア２２３に並列に接続したブロアを動作させればよい。

図１０（Ｃ）に示す流路切替器２２Ｂは、ポンプ２２１とバルブ２２２Ｂとを備える。バルブ２２２Ｂは、流路６２１、流路６２２、および、ポンプ２２１に接続する。ポンプ２２１は、バルブ２２２Ｂと開口７３との間に接続する。

計測態様の場合、バルブ２２２Ｂは、流路６２１と流路６２２との間を連通し、流路６２１とポンプ２２１および開口７３との間を遮断する。

排出態様の場合、バルブ２２２Ｂは、流路６２１とポンプ２２１および開口７３との間を連通し、流路６２１と流路６２２との間を遮断する排出態様と、を切り替える。

逆流態様の場合、すなわち、カラム２１を逆流洗浄する場合、バルブ２２２Ｂは、開口７３およびポンプ２２１と流路６２１との間を連通し、開口７３およびポンプ２２１と流路６２２との間を遮断し、流路６２１と流路６２２との間を遮断する。

順流態様の場合、すなわち、センサ２３を順流洗浄する場合、バルブ２２２Ｂは、開口７３およびポンプ２２１と流路６２２との間を連通し、開口７３およびポンプ２２１と流路６２１との間を遮断し、流路６２１と流路６２２との間を遮断する。

さらに、逆流態様と順流態様とを同時に実行する場合、すなわち、カラム２１の逆流洗浄とセンサ２３の順流洗浄を行う場合、バルブ２２２Ｂは、開口７３およびポンプ２２１と流路６２１との間を連通し、開口７３およびポンプ２２１と流路６２２との間を連通する。

なお、この構成では、逆流態様および順流態様を行わなければ、ポンプ２２１を省略することも可能である。

図１１は、ブロアの構成の一例を示す側面断面図である。図１１に示すように、ブロア９０は、振動板９１、支持体９２、圧電素子９３、平板９４、平板９５、側壁部材９６１、側壁部材９６２、弁膜９７を備える。

振動板９１は、例えば平面視して円形の平板である。振動板９１の外周は、支持体９２によって振動可能に支持されている。振動板９１と支持体９２との間には、開口９１０を有する。

圧電素子９３は、振動板９１に設置されている。圧電素子９３に駆動電圧を印加することで圧電素子９３の圧電体は歪む。そして、この歪みによって、振動板９１はベンディング振動する。

平板９４は、振動板９１から離れた位置に配置されている。平板９４の外縁付近と支持体９２とは、環形の側壁部材９６１を用いて接合されている。平板９４の中心付近には、複数の開口９４０を有する。

平板９５は、平板９４から離れた位置に配置されている。平板９５の外縁付近と平板９４の外縁付近とは、環形の側壁部材９６２を用いて接合されている。平板９５の中心付近には、開口９５０を有する。開口９５０は、平面視において、開口９４０と重ならない。

弁膜９７は、平膜である。弁膜９７の中心付近には、開口９７０を有する。弁膜９７は、平板９４、平板９５、および、側壁部材９６２によって囲まれる空間内に配置される。平面視において、弁膜９７の開口９７０と平板９５の開口９５０とは重なる。

このような構成によって、ブロア９０は、振動板９１の振動によって、振動板９１、平板９４および側壁部材９６１によって囲まれる空間（ポンプ室）内の圧力分布が変動し、気体を搬送できる。ここで、開口９１０から気体が流入すると、気体は、ポンプ室の中央方向に搬送され、開口９４０を挿通する。この気体によって、弁膜９７が平板９５側に移動し、気体は、開口９７０および開口９５０を通って、外部に送出される。一方、開口９５０から気体が流入すると、弁膜９７は、平板９４側に移動し、平板９４に当接する。これにより、開口９４０は、弁膜９７によって塞がれる。したがって、気体は搬送されない。このような構成によって、ブロア９０は、一方向への気体の搬送を実現できる。

そして、上述の構成を用いることで、ブロア９０は薄型になる。したがって、ブロア９０を上述の各ブロアに採用することで、気体成分検出装置１０を小型化できる。

なお、上述の構成に補助流路切替器を追加してもよい。図１２は、補助流路切替器をさらに備えた気体成分検出装置の構成を示す図である。図１２に示すように、気体成分検出装置１０Ｘは、補助流路切替器２４を備える。補助流路切替器２４は、ブロア２４１およびブロア２４２を備える。

ブロア２４１は、カラム２１の入口に連通する流路６１と、流路６４との間に接続する。ブロア２４１は、流路６１から流路６４への一方向に気体を搬送する。ブロア２４１は、例えば、上述の逆流態様、すなわち、カラム２１の逆流洗浄、または、カラム２１と投入容器４０の逆流洗浄に利用できる。

ブロア２４２は、流路６１と開口７４との間に接続する。ブロア２４２は、開口７４から流路６１への一方向に気体を搬送する。ブロア２４２は、例えば、カラム２１の順流洗浄に利用できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る気体成分検出装置について、図を参照して説明する。図１３は、第２の実施形態に係る気体成分検出装置の構成を示す図である。

図１３に示すように、第２の実施形態に係る気体成分検出装置１０Ａは、第１の実施形態に係る気体成分検出装置１０に対して、計測態様の開始トリガにおいて異なる。気体成分検出装置１０Ａの他の構成は、気体成分検出装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

気体成分検出装置１０Ａは、制御部２０Ａを備える。制御部２０Ａは、センサ２３から出力される計測信号を取得する。制御部２０Ａは、計測信号から信号強度Ｐを、所定のサンプリング周期で検出する。制御部２０Ａは、信号強度Ｐの時間変化率ΔＰ／ΔｔＰを、順次算出する。制御部２０Ａは、信号強度Ｐの時間変化率ΔＰ／ΔｔＰが閾値ＴＨ以上であれば、計測態様を実行する。

このように、制御部２０Ａは、制御開始からの時間のみでなく、信号強度Ｐの時間変化率ΔＰ／ΔｔＰも用いて、流路の切り替えを行うことも可能である。

なお、上述の各構成および制御は、適宜組合せが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｘ：気体成分検出装置
２０：制御部
２０Ａ：制御部
２１：カラム
２２、２２Ａ、２２Ｂ：流路切替器
２３：センサ
２４：補助流路切替器
３１：吸気ポンプ
３２：キャリアガス導入ポンプ
４０：投入容器
５０：フィルタ
６１、６２１、６２２、６３、６４、６５：流路
７１、７２、７３、７４：開口
２２１：ポンプ
２２２：バルブ
２２３、２２４、２４１、２４２、９０：ブロア
９１：振動板
９２：支持体
９３：圧電素子
９４、９５：平板
９７：弁膜
９１０、９４０、９５０、９７０：開口
９６１、９６２：側壁部材

Claims (7)

1. 被検出気体の成分を分離するカラムと、
   前記カラムの下流に接続され、前記被検出気体の成分を検出するセンサと、
   前記カラムと前記センサとを接続する下流側流路と、
   前記下流側流路に配置された流路切替器と、
   を備え、
   前記流路切替器は、
   前記カラムから排出された前記被検出気体を前記センサに流入させる計測態様と、前記カラムから排出された前記被検出気体を外部に排出する排出態様と、
   を切り替えて実行する、
   気体成分検出装置。
2. 前記流路切替器は、前記下流側流路から前記カラムに向けて気体を逆流させる逆流態様を、前記計測態様および前記排出態様とは別の時間に実行する、
   請求項１に記載の気体成分検出装置。
3. 前記被検出気体を搬送するキャリアガスを前記カラムに導入するキャリアガス導入ポンプを備え、
   前記流路切替器は、
   前記キャリアガス導入ポンプによるキャリアガスの導入開始時刻を基準にして、前記計測態様を開始する、
   請求項１または請求項２に記載の気体成分検出装置。
4. 前記被検出気体を搬送するキャリアガスを前記カラムに導入するキャリアガス導入ポンプを備え、
   前記流路切替器は、
   前記キャリアガス導入ポンプによるキャリアガスの導入開始時刻を基準にして、前記排出態様を開始する、
   請求項１または請求項２に記載の気体成分検出装置。
5. 前記流路切替器は、
   前記センサの出力の変化を基準にして、前記計測態様を開始する、
   請求項３または請求項４に記載の気体成分検出装置。
6. 前記流路切替器は、
   整流機能を有するブロアを備える、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の気体成分検出装置。
7. 前記センサは、半導体センサである、
   請求項1乃至請求項６のいずれかに記載の気体成分検出装置。

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