JP2023070495A - 濃縮器 - Google Patents

Abstract

【課題】気体試料中の一つ以上の成分を濃縮することが可能な濃縮器を提供する。【解決手段】濃縮器は、気体試料およびキャリアガスの流入口および排出口を備えた容器を備える。濃縮器は、容器の内部に配置されており、気体試料中の特定成分を吸着可能であるとともに、所定温度以上に加熱されることで吸着した特定成分を脱着可能な吸着材を備える。濃縮器は、容器の外側表面に配置されている１つのヒータを備える。吸着材は、１つのヒータが加熱開始してから所定温度に到達するまでの時間が、排出口側の方が流入口側よりも長い。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、気体試料中の一つ以上の成分を濃縮することが可能な濃縮器に関する。

特許文献１には、試料ガス中の選択したガス成分を濃縮することが可能な濃縮器が開示されている。この濃縮器では、試料ガスの流通路に沿って、吸着層および複数のヒータが配置されている。まず、ガス試料を流通路に流すことで、所望のガス成分を吸着層に吸着させる。次いで、複数のヒータを、時間同調した順序で１つずつ加熱する。これにより、複数のヒータの各々によって発生したガス成分の濃縮パルスを重畳させることで、ガス成分を濃縮することができる。

特表２００３－５３０５３９号公報

特許文献１の濃縮器では、複数のヒータを時間同調して加熱する必要があるため、制御が困難である。ヒータ制御回路が複数必要となるため、コストが増大したりサイズが増大してしまう。

本明細書が開示する濃縮器の一実施形態は、気体試料中の一つ以上の成分を濃縮する濃縮器である。濃縮器は、気体試料およびキャリアガスの流入口および排出口を備えた容器を備える。濃縮器は、容器の内部に配置されており、気体試料中の特定成分を吸着可能であるとともに、所定温度以上に加熱されることで吸着した特定成分を脱着可能な吸着材を備える。濃縮器は、容器の外側表面に配置されている１つのヒータを備える。吸着材は、１つのヒータが加熱開始してから所定温度に到達するまでの時間が、排出口側の方が流入口側よりも長い。

１つのヒータを加熱開始すると、まず、流入口側の吸着材から特定成分が脱着する。流入口側で脱着した特定成分は、キャリアガスによって排出口側へ移動する。その後、排出口側の吸着材からも特定成分が脱着する。流入口側で脱着した特定成分と排出口側で脱着した特定成分とを合流させることで、特定成分の濃度を高めることができる。１つのヒータを用いて濃縮することができるため、ヒータの複雑な制御が不要となる。濃縮器のコストやサイズを抑制することが可能となる。

１つのヒータの容器に対向している面である第１面と容器の外側表面との距離は、排出口側の方が流入口側よりも大きくてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

濃縮器は、１つのヒータの第１面と容器の外側表面とを接続するように配置されている複数の熱伝導部をさらに備えていてもよい。複数の熱伝導部は、流入口から排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

濃縮器は、１つのヒータの第１面と容器の外側表面とを接続するように配置されている複数の熱伝導部をさらに備えていてもよい。複数の熱伝導部は、流入口から排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されていてもよい。複数の熱伝導部の熱伝導率は、排出口側の方が流入口側よりも小さくてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

１つのヒータの表面積は、排出口側の方が流入口側よりも小さくてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

濃縮器は、１つのヒータの容器に対向している面である第１面の反対側の第２面の一部に配置されているヒートシンクをさらに備えていてもよい。ヒートシンクと１つのヒータの流入口側の端部との距離は、ヒートシンクと１つのヒータの排出口側の端部との距離よりも大きくてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

１つのヒータは、第１電極部位と、第２電極部位と、第１電極部位と第２電極部位との間を接続している複数の発熱部位と、を備えた導体であってもよい。複数の発熱部位は、流入口から排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されていてもよい。複数の発熱部位の電気抵抗値は、排出口側の方が流入口側よりも大きくてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

１つのヒータは、複数の発熱部位と、隣接する複数の発熱部位の間を接続する複数の接続部位と、を備えた導体であってもよい。複数の発熱部位は、流入口から排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されていてもよい。複数の発熱部位の電気抵抗値は、排出口側の方が流入口側よりも大きくてもよい。複数の発熱部位は、第１方向に略垂直な第２方向に正側端部と負側端部とを備えていてもよい。複数の接続部位は、正側端部同士を接続する接続部位と、負側端部同士を接続する接続部位とを交互に備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

本明細書が開示する濃縮器の一実施形態は、気体試料中の一つ以上の成分を濃縮する濃縮器である。濃縮器は、気体試料およびキャリアガスの流入口および排出口を備えた容器を備える。濃縮器は、流入口から排出口へ向かう第１方向に沿って容器の内部に配置されている複数の吸着材を備える。複数の吸着材は、気体試料中の特定成分を吸着可能であるとともに、所定温度以上に加熱されることで吸着した特定成分を脱着可能である。濃縮器は、容器の外側表面に配置されている１つのヒータを備える。複数の吸着材の所定温度は、排出口側の方が流入口側よりも高い。効果の詳細は実施例で説明する。

容器は、容器の内部空間を挟んで対向する第１壁および第２壁を備えていてもよい。吸着材は、第１壁の内側に接触して配置されていてもよい。１つのヒータは、第２壁の外側に配置されていてもよい。１つのヒータの少なくとも一部が、第２壁を介して吸着材に対向していてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

容器は、容器の内部空間を挟んで対向する第１壁および第２壁を備えていてもよい。吸着材は、第１壁の内側に接触して配置されていてもよい。１つのヒータは、第１壁の外側に配置されていてもよい。１つのヒータの少なくとも一部が、第１壁を介して吸着材に対向していてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

ガス検出システム１のブロック図である。 実施例１の濃縮器１０の上面模式図および模式的断面図である。 比較例の濃縮器１１０の模式的断面図および温度変化グラフである。 実施例１の濃縮器１０の模式的断面図および温度変化グラフである。 特定成分濃度のグラフである。 実施例２の濃縮器１０ａの上面模式図および模式的断面図である。 実施例３の濃縮器１０ｂの上面模式図および模式的断面図である。 変形例の濃縮器１０ｂ２の上面模式図および模式的断面図である。 実施例４の濃縮器１０ｃの上面模式図および模式的断面図である。 実施例５の濃縮器１０ｄの上面模式図および模式的断面図である。 実施例６の濃縮器１０ｅの上面模式図および模式的断面図である。 実施例７の濃縮器１０ｆの上面模式図および模式的断面図である。 実施例８の濃縮器１０ｇの上面模式図および模式的断面図である。

（ガス検出システム１の構成）
図１に、実施例１のガス検出システム１のブロック図を示す。ガス検出システム１は、試料ガスに含まれる特定成分を検出するためのシステムである。例えば、呼気に含まれる特定成分（例：アセトン、イソプレン、Ｎ_２Ｏ）を検知することで、病気の有無を診断することができる。ガス検出システム１は、接続部２、送風部３、第１ライン４、濃縮器１０、第２ライン５、センサ６を備えている。ガス検出システム１は、手のひらサイズの一体型システムであってもよい。

濃縮器１０は、試料ガス中の一つ以上の成分を濃縮する部位である。濃縮器１０の流入口１１は、第１ライン４を介して接続部２に接続されている。第１ライン４の経路上には、送風部３が配置されている。送風部３は、試料ガスやキャリアガスを濃縮器１０へ送出する部位である。送風部３は、例えば小型のファンやポンプであってもよい。濃縮器１０の排出口１２は、第２ライン５を介してセンサ６に接続されている。センサ６は、試料ガスに含まれる各種の成分を検出可能なセンサである。例えば、チャンバ内に複数の感応膜が配置されているセンサであってもよい。

接続部２は、試料ガスを保持するための試料ガス容器３０が接続される部位である。試料ガス容器３０は、例えば樹脂フィルム製のパックであってもよい。試料ガス容器３０を接続した状態で送風部３を動作させることで、試料ガスを濃縮器１０に送出することができる。また、試料ガス容器３０取り外した状態で送風部３を動作させることで、キャリアガスを濃縮器１０から第２ライン５を経由してセンサ６に送出することができる。キャリアガスの一例としては、空気、Ｎ_２などが挙げられる。キャリアガスの流速は、送風部３によって制御することができる。

（濃縮器１０の構成）
図２（Ａ）に、実施例１の濃縮器１０の上面模式図を示す。図２（Ｂ）に、図２（Ａ）のＢ－Ｂ線における模式的断面図を示す。濃縮器１０は、容器１３、吸着材１４、ヒータ１５、熱伝導部２１～２５、を備える。

容器１３の－ｘ方向の側面には流入口１１が形成されており、＋ｘ方向の側面には排出口１２が形成されている。容器１３は、内部空間ＳＰを挟んで対向する下側壁１３Ｌおよび上側壁１３Ｕを備えている。容器１３の材料は様々であって良い。例えばシリコンや、各種の樹脂（例：アクリル樹脂）を用いることができる。吸着材１４は、下側壁１３Ｌの内壁に接触して配置されている。吸着材１４は、試料ガス中の特定成分を吸着可能であるとともに、所定温度以上に加熱されることで吸着した特定成分を脱着可能である。吸着材１４の種類は様々であってよい。例えば、ＭＯＦ－５、ＨＫＵＳＴ－１、ＭＯＦ－１７７、ＺＩＦ－９０、ＵｉＯ－６６などの金属有機構造体（Metal Organic Frameworks）、メソポーラスシリカ系材料およびカーボン系材料であってもよい。

ヒータ１５は、上側壁１３Ｕの外側表面に配置されている。ヒータ１５の少なくとも一部が、上側壁１３Ｕを介して吸着材１４に対向している。ヒータ１５は、一体の１つの部品である。不図示の制御回路により、ヒータ１５の全体を略均一に加熱することができる。ヒータ１５は、容器１３と対向している面である下面１５Ｌを備えている。下面１５Ｌの流入口１１側の端部１５Ｅ１は、上側壁１３Ｕの外側表面に接触している。そして排出口１２側の端部１５Ｅ２に進むに従って、下面１５Ｌは上側壁１３Ｕから離れるような一定傾きを有している。すなわち下面１５Ｌと上側壁１３Ｕの外側表面との距離は、排出口１２側の方が流入口１１側よりも大きい。

下面１５Ｌと上側壁１３Ｕの外側表面との間には、熱伝導部２１～２５が配置されている。熱伝導部２１～２５は、下面１５Ｌと上側壁１３Ｕの外側表面とを接続している。熱伝導部２１～２５は、流入口１１から排出口１２へ向かう＋ｘ方向に沿って配置されている。また熱伝導部２１～２５は互いに離れて配置されているため、その間にはスリットＳＬが形成されている。熱伝導部２１～２５は、金属やセラミックなどのブロック、ペースト、金属膜など、様々な部材であってよい。

（動作）
まず、図３の比較例の濃縮器１１０について説明する。比較例の濃縮器１１０は、実施例１の濃縮器１０に比して、熱伝導部２１～２５を備えていない点のみが異なる。すなわち比較例の濃縮器１１０では、ヒータ１５の下面１５Ｌの全体が、上側壁１３Ｕの外側表面に接触している。図３（Ａ）は、図２（Ｂ）と同様の断面図である。図３（Ｂ）は、吸着材１４の温度変化を示すグラフである。横軸がｘ方向の位置であり、縦軸は温度である。時刻ｔ１１からｔ１３の順に、温度が上昇することを示している。

まず、吸着ステップが行われる。試料ガス容器３０から濃縮器１０の内部空間ＳＰ内に試料ガスを供給する。これにより、吸着材１４の表面を試料ガスに暴露することで、吸着材１４に特定成分を選択的に吸着させることができる。暴露時間は、例えば１時間である。

次に、測定ステップが行われる。流入口１１から排出口１２に向かって、キャリアガスＣＧを一定の流速ＦＶで流す。本実施例では、キャリアガスＣＧはＮ_２とした。そしてヒータ１５の加熱を開始する。図３（Ｂ）の時刻ｔ１１からｔ１３のグラフに示すように、吸着材１４の温度は、位置Ｘ１～Ｘ５の全てが均一に上昇する。そして時刻ｔ１３において、位置Ｘ１～Ｘ５の温度が所定温度ＰＴに到達すると、位置Ｘ１～Ｘ５から同時に特定成分ＳＣ１～ＳＣ５が脱着する（矢印Ｙ１０参照）。図３（Ａ）では、特定成分ＳＣ１～ＳＣ５を白丸で示している。脱着した特定成分ＳＣ１～ＳＣ５は、キャリアガスＣＧによって排出口１２から順番に排出される。従って、特定成分ＳＣ１～ＳＣ５は濃縮されない。

図５に、排出口１２から排出されるキャリアガスＣＧ中における、特定成分の濃度を示す。横軸は時間であり、縦軸は特定成分濃度である。比較例の濃縮器１１０では、特定成分の濃縮が行われない。従って、時刻ｔｏｎにおいてヒータ１５がオンすると、点線のグラフＧ１に示すように、期間Ｐ１の間、特定成分濃度がわずかに上昇する。この場合、特定成分濃度が検出下限ＤＬ（例：１０ｐｐｂ）まで上昇せず、検出ができない場合がある。

次に、図４の実施例１の濃縮器１０について説明する。吸着ステップの内容は、前述の比較例と同様であるため、説明を省略する。測定ステップにおいて、ヒータ１５の加熱を開始する。図４（Ｂ）の時刻ｔ１からｔ５のグラフに示すように、吸着材１４の温度は、位置Ｘ１からＸ５に向かって一定傾きで低くなるように、傾斜を有して上昇する。理由を説明する。図４（Ａ）に示すように、ヒータ１５の下面１５Ｌは、上側壁１３Ｕに対して傾斜して配置されている。そして位置Ｘ１～Ｘ５の各々の位置に、熱伝導部２１～２５が配置されている。熱伝導部２１～２５の間にはスリットＳＬが形成されているため、熱伝導部２１～２５の間の熱拡散は抑制されている。そのため、熱伝導部２１～２５が個別の熱伝導経路として機能する。そして、熱伝導部２１から２５に至るまで、熱伝導距離が一定割合で増加している。よって、ヒータ１５の熱が吸着材１４に到達するまでの時間に、一定割合の時間差を発生させることができる。その結果、所定温度ＰＴに到達して脱着が発生する脱着点を、位置Ｘ１から位置Ｘ５へ一定速度で移動させることができる。

実施例１の濃縮器１０では、この脱着点の移動速度と、特定成分ＳＣの移動速度とが略同一となるように、各種のパラメータを設定している。パラメータの具体例としては、キャリアガスＣＧの流速ＦＶ、熱伝導距離の増加割合（すなわち上側壁１３Ｕに対するヒータ１５の傾き角度）、熱伝導部２１のｘ方向幅および熱伝導率、などが挙げられる。

時刻ｔ１において、位置Ｘ１の温度が所定温度ＰＴに到達すると、位置Ｘ１から特定成分ＳＣ１が脱着する（矢印Ｙ１参照）。特定成分ＳＣ１は、キャリアガスＣＧによって排出口１２側へ移動する。時刻ｔ２において、位置Ｘ２の温度が所定温度ＰＴに到達すると、位置Ｘ２から特定成分ＳＣ２が脱着する（矢印Ｙ２参照）。脱着した特定成分ＳＣ２は、移動してきた特定成分ＳＣ１と合流する。以下同様にして、時刻ｔ５において、位置Ｘ５の温度が所定温度ＰＴに到達すると、位置Ｘ５から特定成分ＳＣ５が脱着する（矢印Ｙ５参照）。脱着した特定成分ＳＣ５は、移動してきた特定成分ＳＣ１～ＳＣ４と合流する。これにより、特定成分ＳＣ１～ＳＣ５を濃縮することができる。

実施例１の濃縮器１０では、特定成分を濃縮することができる。従って、図５の実線のグラフＧ２に示すように、時刻ｔｏｎにおいてヒータ１５がオンすると、期間Ｐ２の間、特定成分濃度を大きく上昇させることができる。すなわち、グラフＧ１とＧ２とでは、特定成分の総量は同一である。しかし実施例１のグラフＧ２では、期間Ｐ１よりも短い期間Ｐ２の間に集中して特定成分を排出することができる。これにより、特定成分濃度を、検出下限ＤＬ（例：１０ｐｐｂ）を超えて上昇させることができる。センサ６が低感度である場合においても、特定成分の検出を可能とすることができる。

図６（Ａ）に、実施例２の濃縮器１０ａの上面模式図を示す。図６（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例１の濃縮器１０と実施例２の濃縮器１０ａとで共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例２に特有の部位については、符号の末尾に「ａ」を付すことで区別する。

ヒータ１５の下面１５Ｌは、上側壁１３Ｕと略平行に配置されている。下面１５Ｌと上側壁１３Ｕの外側表面との間には、ｘ方向に沿って熱伝導部２１ａ～２５ａが配置されている。熱伝導部２１ａ～２５ａの間には、スリットＳＬが形成されている。熱伝導部２１ａ～２５ａの熱伝導距離（ｚ方向距離）は同一である。また熱伝導部２１ａ～２５ａの熱伝導率は、熱伝導部２１ａ＞２２ａ＞２３ａ＞２４ａ＞２５ａの関係とされている。熱伝導率の制御は、材料の種類や密度を変更することで実現できる。

ヒータ１５から吸着材１４まで熱伝導する時間は、熱伝導部２１ａ＜２２ａ＜２３ａ＜２４ａ＜２５ａの関係となる。従って、ヒータ１５が加熱開始してから吸着材１４が所定温度ＰＴに到達するまでの時間を、排出口１２側の方が流入口１１側よりも長くするように、時間差を発生させることができる。これにより、実施例１と同様にして、特定成分を濃縮することが可能となる。

図７（Ａ）に、実施例３の濃縮器１０ｂの上面模式図を示す。図７（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例１の濃縮器１０と実施例３の濃縮器１０ｂとで共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例３に特有の部位については、符号の末尾に「ｂ」を付すことで区別する。

ヒータ１５ｂのｙ方向の幅は、流入口１１側で最大であり、排出口１２へ向かって連続的に減少している。すなわちヒータ１５ｂの表面積は、排出口１２側の方が流入口１１側よりも小さくされている。そしてヒータ１５ｂから吸着材１４へ伝達される熱量は、ヒータ１５ｂの表面積に比例する。従って、排出口１２側の方が流入口１１側よりも、吸着材１４の温度上昇速度を小さくすることが可能になる。これにより、実施例１と同様にして、特定成分を濃縮することが可能となる。

（実施例３の変形例）
図８の濃縮器１０ｂ２に示すように、熱伝導部２１ｂの表面積を変化させる形態であってもよい。そして、熱伝導部２１ｂの上面全体に接触するように、幅一定のヒータ１５を配置してもよい。これにより、ヒータ１５の形状を変更する必要がなくなるため、ヒータ１５に市販品などの標準品を使用することが可能となる。

図９（Ａ）に、実施例４の濃縮器１０ｃの上面模式図を示す。図９（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例１の濃縮器１０と実施例４の濃縮器１０ｃとで共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例４に特有の部位については、符号の末尾に「ｃ」を付すことで区別する。

ヒータ１５の下面１５Ｌは、上側壁１３Ｕの外側表面に接触している。換言すると、下面１５Ｌは容器１３に対向している。下面１５Ｌの反対側の面である上面１５Ｕには、ヒートシンク１６ｃが配置されている。ここで、ヒートシンク１６ｃとヒータ１５の流入口１１側の端部１５Ｅ１との距離をＤ１とする。また、ヒートシンク１６ｃとヒータ１５の排出口１２側の端部１５Ｅ２との距離をＤ２とする。距離Ｄ１は、距離Ｄ２よりも大きい。すなわちヒートシンク１６ｃは、排出口１２側に配置されている。

ヒートシンクにより、ヒータ１５の排出口１２側の熱を吸収して外気へ排出することができる。従って、排出口１２側の方が流入口１１側よりも、吸着材１４の温度上昇速度を小さくすることができる。これにより、実施例１と同様にして、特定成分を濃縮することが可能となる。

図１０（Ａ）に、実施例５の濃縮器１０ｄの上面模式図を示す。図１０（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例１の濃縮器１０と実施例５の濃縮器１０ｄとで共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例５に特有の部位については、符号の末尾に「ｄ」を付すことで区別する。

ヒータ１５ｄは、第１電極部位１５ｄｐ、第２電極部位１５ｄｍ、発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５を備えている。ヒータ１５ｄは、例えば金属で形成されていてもよい。第１電極部位１５ｄｐおよび第２電極部位１５ｄｍは、ｘ方向に延びており、互いに平行に配置されている。第１電極部位１５ｄｐと第２電極部位１５ｄｍの間には、電源１７ｄおよびスイッチ１８ｄが接続されている。第１電極部位１５ｄｐと第２電極部位１５ｄｍとの間は、導体の発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５によって接続されている。すなわち発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５は、電源１７ｄに対して並列接続されている。発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５は、流入口１１から排出口１２へ向かう方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されている。

発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５は、この順にｘ方向幅が小さくされているとともに、ｚ方向高さが小さくされている。これにより、発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５の電気抵抗値は、排出口１２側の方が流入口１１側よりも大きくされている。すなわち電気抵抗値は、発熱部位１５ｄ１＜１５ｄ２＜１５ｄ３＜１５ｄ４＜１５ｄ５の関係とされている。スイッチ１８ｄをオンすることで、並列接続されている発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５に電流を流すと、高抵抗の発熱部位の方が電流値が小さくなるため、発熱量が小さくなる。すなわち発熱量は、発熱部位１５ｄ１＞１５ｄ２＞１５ｄ３＞１５ｄ４＞１５ｄ５の関係となる。従って、排出口１２側の方が流入口１１側よりも、吸着材１４の温度上昇速度を小さくすることができる。これにより、実施例１と同様にして、特定成分を濃縮することが可能となる。

（実施例５の変形例）
発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５の電気抵抗値を異ならせる態様は、様々であって良い。例えば、発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５は、この順にｘ方向幅が小さくされているとともに、ｚ方向高さが同一にされていてもよい。また、発熱部位１５ｄ１～１５ｄ５は、この順にｚ方向高さが小さくされているとともに、ｘ方向幅が同一にされていてもよい。

図１１（Ａ）に、実施例６の濃縮器１０ｅの上面模式図を示す。図１１（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例１の濃縮器１０と実施例６の濃縮器１０ｅとで共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例６に特有の部位については、符号の末尾に「ｅ」を付すことで区別する。

ヒータ１５ｅは、発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５および接続部位１５ｅｃ１～１５ｅｃ４を備えた導体である。ヒータ１５ｅは、例えば金属で形成されていてもよい。発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５は、流入口１１から排出口１２へ向かう方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されている。発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５は、＋ｙ方向に正側端部を備えており、－ｙ方向に負側端部を備えている。接続部位１５ｅｃ１～１５ｅｃ４は、隣接する発熱部位の間をｘ方向に接続している。また接続部位１５ｅｃ１～１５ｅｃ４は、正側端部同士を接続する接続部位と、負側端部同士を接続する接続部位とを交互に備えている。発熱部位１５ｅ１の負側端部と発熱部位１５ｅ５の正側端部の間には、電源１７ｅおよびスイッチ１８ｅが接続されている。すなわち発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５は、電源１７ｅに対して直列接続されている。

発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５は、この順にｘ方向幅が大きくされているとともに、ｚ方向高さが大きくされている。これにより、発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５の電気抵抗値は、排出口１２側の方が流入口１１側よりも小さくされている。すなわち電気抵抗値は、発熱部位１５ｅ１＞１５ｅ２＞１５ｅ３＞１５ｅ４＞１５ｅ５の関係とされている。スイッチ１８ｅをオンすることで、直列接続されている発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５に電圧を印加すると、一定電流が流れるため、低抵抗の発熱部位の方が発熱量が小さくなる。すなわち発熱量は、発熱部位１５ｅ１＞１５ｅ２＞１５ｅ３＞１５ｅ４＞１５ｅ５の関係となる。従って、排出口１２側の方が流入口１１側よりも、吸着材１４の温度上昇速度を小さくすることができる。これにより、実施例１と同様にして、特定成分を濃縮することが可能となる。

（実施例６の変形例）
発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５の電気抵抗値を異ならせる態様は、様々であって良い。例えば、発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５は、この順にｘ方向幅が大きくされているとともに、ｚ方向高さが同一にされていてもよい。また、発熱部位１５ｅ１～１５ｅ５は、この順にｚ方向高さが大きくされているとともに、ｘ方向幅が同一にされていてもよい。

図１２（Ａ）に、実施例７の濃縮器１０ｆの上面模式図を示す。図１２（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例１の濃縮器１０と実施例７の濃縮器１０ｆとで共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例７に特有の部位については、符号の末尾に「ｆ」を付すことで区別する。

容器１３の内部空間ＳＰには、流入口１１から排出口１２へ向かう方向に沿って、吸着材１４ｆ１～１４ｆ３が配置されている。吸着した特定成分を脱着するときの所定温度は、排出口１２側の方が流入口１１側よりも高くされている。具体的には、所定温度は、吸着材１４ｆ１＜１４ｆ２＜１４ｆ３の関係とされている。またヒータ１５の下面１５Ｌは、上側壁１３Ｕの外側表面に接触している。

ヒータ１５が加熱開始すると、吸着材１４ｆ１～１４ｆ３は、同一の傾きで温度上昇する。従って、特定成分の脱着開始の時間を、排出口１２側の方が流入口１１側よりも遅くするように、時間差を発生させることができる。これにより、実施例１と同様にして、特定成分を濃縮することが可能となる。

図１３（Ａ）に、実施例８の濃縮器１０ｇの上面模式図を示す。図１３（Ｂ）に、Ｂ－Ｂ線における模式的断面図を示す。実施例８の濃縮器１０ｇは、実施例１の濃縮器１０（図２）のヒータ１５および熱伝導部２１～２５を、上側壁１３Ｕから下側壁１３Ｌへ移動させた構造を有する。実施例１の濃縮器１０と共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例８に特有の部位については、符号の末尾に「ｇ」を付すことで区別する。

吸着材１４は、下側壁１３Ｌの内側表面に接触して配置されている。ヒータ１５ｇは、下側壁１３Ｌの外側表面に配置されている。すなわち、ヒータ１５ｇの少なくとも一部が、下側壁１３Ｌを介して吸着材１４に対向している。また、ヒータ１５ｇの下面１５ｇＬと下側壁１３Ｌの外側表面との間には、熱伝導部２１ｇ～２５ｇが配置されている。熱伝導部２１ｇ～２５ｇの構成および作用は、実施例１の熱伝導部２１～２５と同様である。

ヒータ１５ｇの上面１５ｇＵには、台座１９ｇが配置されている。台座１９ｇの材料は、ガラスやセラミックであってもよい。台座１９ｇの下面１９ｇＬは、下側壁１３Ｌに対して略平行となっている。台座１９ｇによって、濃縮器１０ｇの裏面をフラットにすることができるとともに、濃縮器１０ｇを断熱することができる。

効果を説明する。実施例１の濃縮器１０（図２）に比して、ヒータ１５ｇと吸着材１４との距離を近づけることができる。よって、ヒータ１５ｇで加熱する場合の応答性を高めることができる。また吸着材１４を所定温度まで上昇させるための総熱量を低減することができるため、低消費電力化が可能となる。

なお、実施例２～７の濃縮器１０ｂ～１０ｆの各々についても、同様にして、ヒータ等を下側壁１３Ｌへ移動させることができる。これによっても、加熱時の応答性を高めたり、省電力化が可能となる。

（実施例８の変形例）
実施例２～７の濃縮器１０ａ～１０ｆの各々において、吸着材１４の配置位置を、下側壁１３Ｌの内壁から上側壁１３Ｕの内壁へ移動させてもよい。これによっても、ヒータと吸着材１４との距離を近づけることができるため、加熱時の応答性を高めることが可能となる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：ガス検出システム ３：送風部 ６：センサ １０：濃縮器 １１：流入口 １２：排出口 １３：容器 １３Ｕ：上側壁 １３Ｌ：下側壁 １４：吸着材 １５：ヒータ ２１～２５：熱伝導部 ３０：試料ガス容器

Claims (11)

1. 気体試料中の一つ以上の成分を濃縮する濃縮器であって、
   前記気体試料およびキャリアガスの流入口および排出口を備えた容器と、
   前記容器の内部に配置されており、前記気体試料中の特定成分を吸着可能であるとともに、所定温度以上に加熱されることで吸着した前記特定成分を脱着可能な吸着材と、
   前記容器の外側表面に配置されている１つのヒータと、
   を備え、
   前記吸着材は、前記１つのヒータが加熱開始してから所定温度に到達するまでの時間が、前記排出口側の方が前記流入口側よりも長い、濃縮器。
2. 前記１つのヒータの前記容器に対向している面である第１面と前記容器の外側表面との距離は、前記排出口側の方が前記流入口側よりも大きい、
   請求項１に記載の濃縮器。
3. 前記１つのヒータの前記第１面と前記容器の外側表面とを接続するように配置されている複数の熱伝導部をさらに備え、
   前記複数の熱伝導部は、前記流入口から前記排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されている、
   請求項２に記載の濃縮器。
4. 前記１つのヒータの前記第１面と前記容器の外側表面とを接続するように配置されている複数の熱伝導部をさらに備え、
   前記複数の熱伝導部は、前記流入口から前記排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されており、
   前記複数の熱伝導部の熱伝導率は、前記排出口側の方が前記流入口側よりも小さい、
   請求項２または３に記載の濃縮器。
5. 前記１つのヒータの表面積は、前記排出口側の方が前記流入口側よりも小さい、請求項１～４の何れか１項に記載の濃縮器。
6. 前記１つのヒータの前記容器に対向している面である第１面の反対側の第２面の一部に配置されているヒートシンクをさらに備え、
   前記ヒートシンクと前記１つのヒータの前記流入口側の端部との距離は、前記ヒートシンクと前記１つのヒータの前記排出口側の端部との距離よりも大きい、
   請求項１～５の何れか１項に記載の濃縮器。
7. 前記１つのヒータは、第１電極部位と、第２電極部位と、前記第１電極部位と前記第２電極部位との間を接続している複数の発熱部位と、を備えた導体であり、
   前記複数の発熱部位は、前記流入口から前記排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されており、
   前記複数の発熱部位の電気抵抗値は、前記排出口側の方が前記流入口側よりも大きい、
   請求項１～６の何れか１項に記載の濃縮器。
8. 前記１つのヒータは、複数の発熱部位と、隣接する前記複数の発熱部位の間を接続する複数の接続部位と、を備えた導体であり、
   前記複数の発熱部位は、前記流入口から前記排出口へ向かう第１方向に沿って配置されているとともに、互いに離れて配置されており、
   前記複数の発熱部位の電気抵抗値は、前記排出口側の方が前記流入口側よりも大きく、
   前記複数の発熱部位は、前記第１方向に略垂直な第２方向に正側端部と負側端部とを備えており、
   前記複数の接続部位は、前記正側端部同士を接続する前記接続部位と、前記負側端部同士を接続する前記接続部位とを交互に備えている、
   請求項１～６の何れか１項に記載の濃縮器。
9. 気体試料中の一つ以上の成分を濃縮する濃縮器であって、
   前記気体試料およびキャリアガスの流入口および排出口を備えた容器と、
   前記流入口から前記排出口へ向かう第１方向に沿って前記容器の内部に配置されている複数の吸着材であって、前記気体試料中の特定成分を吸着可能であるとともに、所定温度以上に加熱されることで吸着した前記特定成分を脱着可能な前記複数の吸着材と、
   前記容器の外側表面に配置されている１つのヒータと、
   を備え、
   前記複数の吸着材の前記所定温度は、前記排出口側の方が前記流入口側よりも高い、濃縮器。
10. 前記容器は、前記容器の内部空間を挟んで対向する第１壁および第２壁を備えており、
    前記吸着材は、前記第１壁の内側に接触して配置されており、
    前記１つのヒータは、前記第２壁の外側に配置されており、
    前記１つのヒータの少なくとも一部が、前記第２壁を介して前記吸着材に対向している、
    請求項１～９の何れか１項に記載の濃縮器。
11. 前記容器は、前記容器の内部空間を挟んで対向する第１壁および第２壁を備えており、
    前記吸着材は、前記第１壁の内側に接触して配置されており、
    前記１つのヒータは、前記第１壁の外側に配置されており、
    前記１つのヒータの少なくとも一部が、前記第１壁を介して前記吸着材に対向している、
    請求項１～９の何れか１項に記載の濃縮器。
    

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