JP6825589B2 - 検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、検出装置に関する。
例えば、酸素濃縮器では、濃縮器内の流路に酸素と窒素の混合ガスが流れる。そして、酸素濃縮器が経年劣化した場合、混合ガス中の酸素の割合が減少し、窒素の割合が増加する。すなわち、混合ガスの流量及び混合ガスに含まれる酸素の濃度を検出できれば、酸素濃縮器の故障を知ることができる。上記の例に限らず、流路を流れる混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度を検出する需要がある。また、特許文献１には、熱式のフローセンサに関する発明が開示されている。
特許第３６５８３２１号公報
特許文献１には、流体が流れる流路に熱式のフローセンサを設ける場合、熱式のフローセンサが備えるサーモパイルによって流路内の温度分布情報を検出し、温度分布情報を基に流体の流量を算出することができる旨が開示されている。しかしながら、上記流体が混合流体である場合、温度分布情報を基に流体に含まれる物質の濃度を算出することは開示されていない。すなわち、本発明者は、混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度を算出するためには、熱式のフローセンサの他に、濃度を検出する濃度検出装置が別に必要であり、費用を要することを見出した。
本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度を１つの検出装置によって求め、検出に要する費用を節減する技術を提供することである。
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
すなわち本発明の一側面に係る検出装置は、熱的性質の差が所定の範囲内である、異なる種類の物質を含む混合流体の特徴を検出する検出装置であって、前記混合流体を加熱する一または複数の加熱部と、加熱された前記混合流体の温度を検出する複数の温度検出部と、前記加熱部と、前記複数の温度検出部の少なくとも一部とを含んで構成され、前記複数の温度検出部の少なくとも一部からの出力を使用して前記混合流体の流量を算出する流量算出部と、所定の流量における前記温度検出部からの出力と前記混合流体における前記物質の混合比との対応関係を記憶する対応関係記憶部と、前記温度検出部からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出する混合比算出部と、を備える。
ここで、所定の範囲とは、混合比が変化した場合であっても混合流体全体の熱的性質が略等しくなる範囲のことであり、例えば酸素の熱抵抗率（４９１９２[ｓ／ｍ２]）と窒素の熱抵抗率（４９５７５[ｓ／ｍ２]）の差が収まる範囲のことである。また、所定の範囲とは、例えば、熱抵抗率、熱抵抗、熱伝導率、熱コンダクタンス、熱拡散率のうちの、少なくともいずれかの熱的性質の差が、混合流体に含まれる物質の当該熱的性質の最大値に
対して１％以下の範囲であってもよい。
上記構成では、混合流体が流れている際に、加熱部によって混合流体が加熱されることによって、混合流体の流量を算出することができる。また、対応関係記憶部において記憶される対応関係を使用し、温度検出部からの出力に対応する混合比を算出することができる。よって、算出流量と混合比から混合流体に含まれる物質の濃度を算出することができる。
上記一側面に係る検出装置において、前記混合比算出部は、前記流量算出部を構成する前記温度検出部からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出してもよい。当該構成によれば、混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度を１つの検出装置によって求め、費用を節減することができる。
上記一側面に係る検出装置において、前記複数の温度検出部のうち前記流量算出部を構成せず前記混合流体の流れ方向と異なる方向に並んで設けられた前記温度検出部からの出力を使用して、前記混合流体の物性値を算出し、前記混合比算出部は、前記物性値の算出に使用される前記温度検出部からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出してもよい。
当該構成によれば、混合流体の流れ方向と異なる方向に並んで設けられた温度検出部からの出力は、流量の影響を受けない。よって、流量に依存せず、物性値及び混合比を算出することができる。すなわち、簡易に精度高く物性値や混合比を算出することができる。
上記一側面に係る検出装置において、前記物性値の算出に使用される前記温度検出部からの出力に基づいて、前記混合流体の流量を補正する流量補正部をさらに備えてもよい。
当該構成によれば、流量を、物性値によって補正することができ、現実に流れている混合流体の流量に近い流量の算出を行うことができる。
上記一側面に係る検出装置において、前記異なる種類の物質は、酸素と窒素であってもよい。当該構成によれば、混合流体の流量及び混合流体中に含まれる酸素と窒素との混合比を算出することができる。そして、導出された流量と混合比とから濃度を算出できることは勿論のことである。また、混合比算出部が、流量算出部を構成する温度検出部からの出力を使用して、混合流体の混合比を算出する場合には、混合流体中の酸素濃度を１つの装置によって検出することができる。
上記一側面に係る検出装置において、呼吸検出手段をさらに備えてもよい。当該構成によれば、混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度の検出のみならず、呼吸の検出を行うことができる。
上記一側面に係る検出装置において、前記呼吸検出手段は、前記混合流体の圧力を検出する圧力検出装置を備えてもよい。当該構成によれば、混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度のみならず、混合流体の圧力を検出し、呼吸検出することができる。
上記一側面に係る検出装置において、前記呼吸検出手段は、前記流量算出部において算出された前記混合流体の流量に基づいて、前記混合流体の流量の変動を算出する流量変動算出部を備えてもよい。
当該構成によれば、算出した混合流体の流量に基づいて、混合流体の流量の変動を算出し、呼吸検出を行うことができる。よって、部品点数を増やすことなく、呼吸検出を行う
ことができ、経済的である。
本発明によれば、混合流体の流量及び混合流体に含まれる物質の濃度を１つの検出装置によって求め、検出に要する費用を節減する技術を提供することができる。
図１は、実施の形態に係る検出装置の一例を模式的に例示する。 図２は、検出素子の拡大図の一例を模式的に例示する。 図３は、実施の形態に係る検出装置の断面の一例を模式的に例示する。 図４は、実施の形態に係る検出装置が流管部材に設置された際の概要図を模式的に例示する。 図５Ａは、流管部材にガスが流れていない状態でマイクロヒータが起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。 図５Ｂは、流管部材にガスが流れている状態でマイクロヒータを起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。 図６は、実施の形態に係る検出装置の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。 図７は、対応関係表の一例を模式的に例示する。 図８は、流管部材に混合比を変化させた混合ガスを流し、片側のサーモパイルの出力をプロットした実験結果の一例を模式的に例示する。 図９は、実施の形態に係る検出装置の処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。 図１０は、混合流体の圧力を検出する圧力検出装置をさらに含む検出装置の一例を模式的に例示する。 図１１は、流量を算出する際に混合ガスの熱拡散率を考慮する場合の検出装置及び流管部材の斜視図の一例を模式的に例示する。 図１２は、検出装置の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。 図１３は、検出素子と混合ガスの気流の流れとの関係の一例を模式的に例示する。 図１４は、主流路部と副流路部の２つの流路部を備える流管部材に検出装置を備える一例を模式的に例示する。 図１５は、副流路部の部分拡大図の一例を模式的に例示する。 図１６は、流管部材に検出装置が設けられた際の断面図の一例を模式的に例示する。
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
§１ 適用例
図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る検出装置１００の一例を模式的に例示する。検出装置１００は、検出素子１と、制御部２と、検出素子１及び制御部２が実装される回路基板３と、を備える。流管部材４の中には、混合流体が流れる。そして、流管部材４の上部には、流路部５が１つ形成される。そして、検出装置１００は、検出素子１が流路部５内に位置するように、流管部材４に
固定される。また、検出素子１には、マイクロヒータ及びマイクロヒータ近傍にサーモパイルを備える。検出素子１は、いわゆる熱式のフローセンサである。
ここで、混合流体の流量は次のように算出される。流管部材４に混合流体が流れている際に、マイクロヒータが起動されると、マイクロヒータ近傍が加熱される。そして、サーモパイルからは、マイクロヒータ近傍における温度に関する信号が出力される。混合流体が流れている際にマイクロヒータによって加熱を行うと、マイクロヒータからの熱は、混合流体の流れの影響を受けて偏って拡散される。この偏った熱拡散は、サーモパイルによって測定され、混合流体の流量は算出される。
また、混合流体に含まれる物質の濃度は次のように算出される。まず、所定の流量における、片側のサーモパイルからの出力と混合流体の混合比との対応関係を、予め求めておく。そして、測定対象流体を流管部材４に流し、片側のサーモパイルからの出力値と、２つのサーモパイルの出力値の差分から算出した流量と、上記の対応関係とから、混合比は算出される。そして、混合比と算出流量とから混合流体に含まれる物質の濃度は算出される。
以上のように、本実施形態では、１つの検出装置１００によって、混合流体の流量と、混合流体に含まれる物質の濃度を検出することができる。よって、部品点数を削減でき、検出に要する費用を節減することができる。
§２ 構成例
［ハードウェア構成］
次に、本実施形態に係る検出装置の一例について説明する。本実施形態に係る検出装置１００は、例えば呼吸器疾患を患う患者が使用する酸素濃縮器における流管部材４内を流れる酸素と窒素の混合ガスの流量及び酸素濃度を検出する。検出装置１００は、図１に示すように、検出素子１と、制御部２と、検出素子１及び制御部２が実装される回路基板３と、を備える。
図２は、本実施形態に係る検出素子１の拡大図の一例を模式的に例示する。検出素子１は、マイクロヒータ６及びサーモパイル７Ａ、７Ｂを備える。ここで、マイクロヒータ６は、本発明の「加熱部」の一例である。また、サーモパイル７Ａ、７Ｂは、本発明の「温度検出部」の一例である。マイクロヒータ６は、例えばポリシリコンで形成された抵抗体であり、検出素子１の中央部分に設けられる。また、サーモパイル７Ａ、７Ｂは、マイクロヒータ６を挟むようにマイクロヒータ６の両側に設けられる。
また、図３は、検出装置１００の断面の一例を模式的に例示する。マイクロヒータ６及びサーモパイル７Ａ、７Ｂの上下には絶縁薄膜８が形成される。また、サーモパイル７Ａ、７Ｂの下方の回路基板３には、キャビティ９が設けられる。また、図４は、検出装置１００が流管部材４に固定された際の概要図を模式的に例示する。検出装置１００は、検出素子１が流路部５の中央部分に嵌まるように設置される。また、検出装置１００は、サーモパイル７Ａが混合ガスの流れる方向の上流側、サーモパイル７Ｂが下流側となるように設置される。
［流量検出原理］
次に、検出素子１を用いた流量検出の原理を説明する。図５Ａは、流管部材４にガスが流れていない状態でマイクロヒータ６が起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。一方、図５Ｂは、流管部材４にガスが流れている状態でマイクロヒータ６を起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。流管部材４にガスが流れていない場合、マイクロヒータ６からの熱は、マイクロヒータ６を中心として対称に拡散する。よって、
サーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力に差は生じない。一方、流管部材４にガスが流れている場合、マイクロヒータ６からの熱は、ガスの流れの影響を受け、マイクロヒータ６を中心として対称に広がらず、下流のサーモパイル７Ｂ側へ、より拡散していく。よって、サーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力に差が生じる。また、ガスの流量が多いほど、上記の出力の差は大きくなる。上記のガスの流量とサーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力の差との関係は、例えば下記の式（１）のように表される。
Figure 0006825589
 ・・・（１）
ここで、ΔＶは流体の流量、ＴＡはサーモパイル７Ａからの出力値、ＴＢはサーモパイル７Ｂによって測定される出力値を表す。また、ｖｆは流体の流速、Ａ及びｂは定数である。本実施形態では上記のような原理に従って流量を算出する。
［機能構成］
図６は、検出装置１００の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。ここで、制御部２は、サーモパイル７Ａ、７Ｂから出力される信号を受信し、受信した信号から流体の流量を算出する流量算出部１０を備える。流量算出部１０は、本発明の「流量算出部」の一例である。サーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力を混合ガスの流量を算出する際には、式（１）が用いられる。制御部２は、式（１）の通り、サーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力差に基づいて混合ガスの流量を求める。
また、検出装置１００は、所定の流量におけるサーモパイル７Ａからの出力と混合ガスの混合比との対応関係が記された対応関係表１１を記憶する対応関係記憶部１２を備える。図７は、対応関係表１１の一例を模式的に例示する。ここで、対応関係表１１は、本発明の「対応関係」の一例である。また、対応関係記憶部１２は、本発明の「対応関係記憶部」の一例である。そして、制御部２は、対応関係記憶部１２に記憶される対応関係表１１の情報と、流量算出部１０において算出される流量情報と、サーモパイル７Ａからの出力に関する情報を受信し、混合ガスの混合比を算出する混合比算出部１３を備える。また、混合比算出部１３は、本発明の「混合比算出部」の一例である。
また、対応関係表１１は、流量毎に予め作成される。対応関係表１１の作成方法は、酸素と窒素の混合ガスを、混合比を変化させながら流管部材４に流し、混合比とサーモパイル７Ａからの出力との関係をプロットするものである。また、流量の算出は、サーモパイル７Ａ及び７Ｂの出力の差分値を式（１）に代入することによって行われる。
また、図８は、流管部材４に混合比を変化させた混合ガスを流し、片側のサーモパイルの出力（例えばサーモパイル７Ａ）をプロットした実験結果の一例を模式的に例示する。図８に示すように、片側のサーモパイルの出力は、酸素濃度と相関関係にあることが認められる。すなわち、片側のサーモパイルの出力が得られれば、混合比は一意に決まる。
ところで、一般的な混合ガスの場合、対応関係表１１を作成した際の混合ガスの混合比と、測定対象ガスの混合比とが異なる場合、両者の熱の拡散の度合いは異なるため、対応関係表１１を作成した際と測定対象ガスを測定する際において、同じ流量を流したとしても、両者のサーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力及びサーモパイル７Ａと７Ｂの出力の差分には、差が生じ、また差分から算出される両者の算出流量にも差が生じることとなる。すなわち、測定対象ガスの混合比を求めるために対応関係表１１を使用したとしても、信頼度の高い混合比を得ることはできない。
しかしながら、本実施形態の混合ガスは、混合ガス中に含まれる酸素分子と窒素分子の
熱的性質の一例である熱抵抗率が、それぞれ４９１９２[ｓ／ｍ２]と４９５７５[ｓ／ｍ
２]である。このような熱抵抗率の場合、対応関係表１１を作成した際の混合ガスの混合
比と、測定対象ガスの混合比とが異なる場合であっても、対応関係表１１を作成した際と測定対象ガスを測定する際において、同じ流量を流した場合、両者のサーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力及びサーモパイル７Ａと７Ｂの出力の差分には差は生じず、また差分から算出される両者の算出流量にも差は生じない。すなわち、対応関係表１１を作成した際の混合比と、測定対象ガスの混合比とが異なる場合であっても、対応関係表１１を使用することによって、測定対象流体の混合比を算出することができる。
§３ 動作例
次に、図９を用いて、検出装置１００の動作例を説明する。図９は、検出装置１００の処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。
（ステップＳ１０１）
まず、酸素濃縮器が使用され、流管部材４に酸素と窒素の混合ガスが流れている際に、マイクロヒータ６が起動される。マイクロヒータ６が起動されると、マイクロヒータ６の近傍が加熱される。
（ステップＳ１０２）
ステップＳ１０２では、サーモパイル７Ａ、７Ｂから、サーモパイル近傍の温度に応じた出力が行われる。サーモパイル７Ａ、７Ｂから出力される温度に関する信号は流量算出部１０へ送信される。マイクロヒータ６によってマイクロヒータ６の近傍が加熱されていると、流管部材４内を流れる流体の影響によって、サーモパイル７Ａ、７Ｂからの出力結果には、差が生じている。
（ステップＳ１０３）
ステップＳ１０３では、流量算出部１０において、サーモパイル７Ａ、７Ｂから出力される温度に関する信号を受信し、式（１）を用いて流管部材４を流れる混合ガスの流量を算出する。以上のステップから、流管部材４を流れる混合ガスの流量は算出される。また、以下のステップでは、混合比算出部１３において、サーモパイル７Ａからの出力と、算出された混合ガスの流量と、対応関係記憶部１２が記憶する対応関係表１１を使用し、混合ガスの酸素濃度を算出する。
（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０４では、算出した流量及びサーモパイル７Ａからの出力値に対応する混合比を対応関係表１１から選択する。ここで、対応関係表１１から混合比を選択する際に、算出流量及びサーモパイル７Ａからの出力値に最も近い前後２つの値に対応する混合比を対応関係表１１から選択し、これら２つの混合比を按分した値を混合ガスの混合比としてもよい。
（ステップＳ１０５）
上記のようにサーモパイル７Ａからの出力値と、サーモパイル７Ａ、７Ｂの差分から算出した流量と、対応関係表１１を用いて、混合比は決定される。そして、算出流量と混合比から酸素濃度が算出される。以上のようなステップを実行することによって、流管部材４内を流れる混合ガスの流量及び酸素濃度を求めることができる。
また、本実施形態では、対応関係表１１などに示されるようにサーモパイル７Ａからの出力に基づいて混合ガスの混合比は算出されているが、サーモパイル７Ｂからの出力に基
づいて混合比してもよい。また、サーモパイル７Ａと７Ｂの出力を組み合わせて混合比を算出することもできる。サーモパイル７Ａと７Ｂの出力を組み合わせる場合、情報量の観点からより精度の高い混合比算出を行うことができる。また、対応関係表１１は、適宜予め作成される。
［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、検出装置１００によって、酸素濃縮器における流管部材４内を流れる酸素と窒素の混合ガスの流量を算出することができる。また、算出される流量とサーモパイル７Ａからの出力をもとに、混合ガス中の酸素濃度を求めることができる。酸素濃縮器は、経年劣化によって混合ガスに含まれる窒素の濃度が上昇するが、本実施形態にかかる検出装置１００を用いれば、経年劣化を検知することができる。また、上記の流量と酸素濃度の算出は、１つの検出装置１００によって実現される。よって、検出に要する費用を節減することができる。
§４ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
＜４．１＞
例えば、図１０は、混合流体の圧力を検出する圧力検出装置１０１をさらに含む検出装置１０２の一例を模式的に例示する。ここで、圧力検出装置１０１は、本発明の「呼吸検出手段」の一例である。検出装置１０２は、例えば酸素濃縮器５００内の流管を流れる混合ガスに含まれる酸素濃度及び、流管を流れる混合ガスの圧力を検出するために使用することができる。酸素濃縮器５００は、例えば呼吸器疾患を患う患者等が使用するものである。酸素濃縮器５００は、例えば系外から取り込んだ空気を圧縮する圧縮機５０１と、圧縮機５０１において圧縮された空気の加圧あるいは減圧を行い、高濃度の酸素を生成するシーブベッド５０２を備える。また、酸素濃縮器５００は、生成された高濃度の酸素を貯蔵する酸素タンク５０３と、酸素タンク５０３から患者へ送られる高濃度酸素を含む混合ガスの流量を制御する流量制御電磁弁５０４を備える。
ここで、検出素子１及び制御部２が実装される回路基板３は、酸素濃縮器５００の酸素タンク５０３内の流管部材４Ａに設けられる。そして、検出装置１０２は、酸素濃縮器５００の流管部材４Ａ内における酸素流量と酸素濃度を検出する。また、圧力検出装置１０１は、流量制御電磁弁５０４から患者の口元まで延びる流管部材４Ａの途中に設けられる。そして、流管部材４Ａ内を通過する酸素と窒素の混合ガスの圧力を検出する。よって、例えば呼吸器疾患を患う患者が、酸素濃縮器から酸素を吸入する際、患者が正常に呼吸しているか否かの判定や、患者の吸入の強度等の判定を行うことができる。
また、上記の変形例では、検出装置１０２は、圧力検出装置１０１を備え、圧力検出装置１０１によって患者の呼吸を検出しているが、圧力検出装置１０１を備えず、流量算出部１０において算出された混合流体の流量に基づいて、混合流体の流量の変動を算出する流量変動算出部を備えてもよい。ここで、流量変動算出部は、本発明の「呼吸検出手段」の一例である。このような検出装置１０２であれば、流量変動算出部において算出された流量の変動から呼吸を検出することができる。また、部品点数を増やすことなく、呼吸検出を行うことができるため、経済的である。
＜４．２＞
また、流量算出部１０において混合ガスの流量を算出する際に、例えば混合ガスの熱拡散率等の熱的性質を考慮してもよい。このような算出方法によって、実際の混合ガスの流量により近い流量を算出することができる。図１１は、流量を算出する際に混合ガスの熱拡散率を考慮する場合の検出装置１００Ａ及び流管部材４Ｂの斜視図の一例を模式的に例示する。図１１に示されるように、検出装置１００Ａは、混合ガスの流量及び酸素濃度を測定するための検出素子１と制御部２に加え、混合ガスの熱拡散率を検出するための検出素子１４を備える。また、流管部材４Ｂは、図示しないが流管部材４の流路部５のように混合ガスの流れに沿って１つの流路を備えており、検出素子１と検出素子１４は、この１つの流路にガスの流れを遮る方向に並んで設けられる。検出素子１４は、検出素子１と同じタイプの熱式のフローセンサであり、検出素子１と同様にマイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄを備える。
図１２は、検出装置１００Ａの機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。検出装置１００Ａの制御部２Ａは、制御部２の構成に加えて、検出素子１４のサーモパイル７Ｃ、７Ｄからの検出結果を受信し、混合流体の流量を補正する流量補正部１５を備える。流量補正部１５は、本発明の「流量補正部」の一例である。また、混合比算出部１３は、サーモパイル７Ｃからの出力と、対応関係記憶部１２に記憶される対応関係表１１から混合比を算出する。そして、算出された混合比と流量補正部１５によって補正された流量とから混合ガスの酸素濃度を算出する。ここで、対応関係表１１は、酸素と窒素の混合ガスを、混合比を変化させながら流管部材４Ｂに流し、混合比とサーモパイル７Ｃからの出力との関係を表したものとなる。
図１３は、検出素子１４と混合ガスの気流の流れとの関係の一例を模式的に例示する。検出素子１４は、マイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄが混合ガスの流れを遮る方向に並ぶように流管部材４Ｂに備わる１つの流路に設けられる。混合ガスの熱拡散率は、マイクロヒータ６Ａによって近傍の空間を加熱し、サーモパイル７Ｃ、７Ｄからの出力に基づいて算出することができる。また、図１３のようにマイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄが混合ガスの流れを遮る方向に並んで設けられている場合、マイクロヒータ６Ａからの熱の拡散は、マイクロヒータ６Ａを中心に、サーモパイル７Ｃ、７Ｄの両方向へ対称に広がる。また、サーモパイル７Ｃ、７Ｄの両方向への拡散は流量に依存しない。よって、検出素子１４は、加熱前後におけるサーモパイル７Ｃ及び７Ｄからの出力を基に流量に依存しない熱拡散率を算出することができる。また、それら２つの算出した熱拡散率を平均し、サーモパイルからの出力のばらつきを低減した熱拡散率を算出することができる。
そして、上記のように算出した熱拡散率に関する値を、流量算出部１０において算出された混合ガスの流量に乗じることによって、実際の混合ガスの流量により近い流量へと、流量算出部１０において算出された流量を補正することができる。よって、現実に流れている混合流体の流量に近い値の算出を行うことができる。
また、本変形例では、サーモパイル７Ｃからの出力、及び対応関係表１１から混合比を算出することができる。そして、算出された混合比と流量とから、酸素濃度を算出することができる。ここで、マイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃが混合ガスの流れを遮る方向に並んで設けられているため、サーモパイル７Ｃからの出力は流量に依存しない。すなわち、対応関係表１１は流量毎に作成しなくともよく、混合比を算出する際に流量情報を必要としない。すなわち、流量の影響を受けない混合比を算出することができるため、算出される混合比は精度の高い値ということになる。
また、本変形例では、サーモパイル７Ｃからの出力を使用して混合比を算出したが、サーモパイル７Ｄからの出力を使用して混合比を算出してもよい。この際、サーモパイル７
Ｄからの出力と混合比との対応関係表１１が予め作成される。また、混合比算出部１３は、サーモパイル７Ｄからの出力を受信する。また、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄからの出力の平均値を使用して混合比を算出してもよい。この際、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄからの出力の平均値と混合比との対応関係表１１が予め作成される。また、その際には、混合比算出部１３は、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄからの出力を受信し、それらの数値を平均して混合比の算出に使用する。上記のようにサーモパイル７Ｃ及び７Ｄの出力の平均値を用いて混合比を算出する場合、サーモパイルからの出力のばらつきの影響が低減されるため、算出される混合比の精度は高まる。
＜４．３＞
＜４．２＞の変形例では、検出素子１と検出素子１４は、流管部材４Ｂの１つの流路に設けられたが、検出素子１と検出素子１４は、別々の流路に設けられてもよい。図１４は、主流路部１６と副流路部１７の２つの流路部を備える流管部材４Ｃに検出装置１００Ｂを備える一例を模式的に例示する。
ここで、検出装置１００Ｂは、円盤状の回路基板１８と、回路基板１８の外表面を覆うカバー１９と、回路基板１８と流管部材４Ｃとを粘着させるシール２０を備える。また、流管部材４Ｃには、主流路部１６と副流路部１７の２つの流路部が備わる。主流路部１６は、管状部材である。副流路部１７は、主流路部１６の側方向に位置しており、その内部には、副流路が形成されている。図１５は、副流路部１７の部分拡大図の一例を模式的に例示する。主流路部１６と副流路部１７は、流入用流路２１及び流出用流路２２を介して通ずる。副流路部１７は、流入用流路２１から分岐し、混合ガスの流量を検出するための流量検出用流路２３と、同じく流入用流路２１から分岐し、混合ガスの熱拡散率を検出するための物性値検出用流路２４を備える。また、流入用流路２１から分岐した流量検出用流路２３と物性値検出用流路２４は、合流して流出用流路２２となる。
流量検出用流路２３は、略コの字型の流路である。流量検出用流路２３は、長手方向（主流路部１６と平行な方向）の途中に、混合ガスの流量検出に用いられる検出素子１が設けられる検出素子配置部分２５Ａを有している。
物性値検出用流路２４も、流量検出用流路２３と同様に、略コの字型の流路である。物性値検出用流路２４は、長手方向（主流路部１６と平行な方向）の途中に、混合ガスの熱拡散率を測定する検出素子１４が設けられる検出素子配置部分２５Ｂを有している。ここで、検出素子１４のマイクロヒータ及びサーモパイルは、図示しないが、混合ガスの流れを遮る方向に並んで設けられる。
なお、本変形例では、主流路部１６の軸方向の長さは約５０ｍｍであり、内周面の直径
（主流路部１６の内径）は約２０ｍｍであり、主流路部１６の外径は約２４ｍｍである
。
検出装置１００Ｂの流管部材４Ｃへの固定方法は以下の通りである。まず、副流路部１７と回路基板１８とをシール２０によって粘着させる。その後、回路基板１８の表面をカバー１９によって覆う。このような固定方法によって、副流路部１７の内部の気密性は確保される。よって、流管部材４Ｃの外部の空気が、副流路部１７に侵入し、流量や物性値の検出に影響を及ぼすことはない。
図１６は、流管部材４Ｃに検出装置１００Ｂが設けられた際の断面図の一例を模式的に例示する。流管部材４Ｃは、副流路部１７の近傍に抵抗体２６を備える。主流路部１６に混合ガスが流れると、混合ガスの一部は、抵抗体２６によって流れを妨げられ、流入用流路２１を通って、副流路部１７へ流れ込む。そして、副流路部１７から分岐する流量検出
用流路２３と物性値検出用流路２４には、温度、濃度などの条件が等しい混合ガスが流れ込む。よって、検出素子１から検出される混合ガスと温度、濃度などの条件が等しい流体の熱拡散率を、検出素子１４を用いて算出することができる。従って、混合ガスの流量を温度、濃度などの条件が等しい流体の熱拡散率によって補正することができ、検出装置１００Ｂによる測定精度を向上させることができる。
また、検出装置１００Ｂでは、流量検出用流路２３及び物性値検出用流路２４に分流するガスの流量を、それぞれの流路の幅を調整することで個別に制御することが可能である。このため、検出素子１の検出レンジに応じて流量検出用流路２３を流れるガスの流量を制御し、検出素子１４の検出レンジに応じて物性値検出用流路２４を流れるガスの流量を制御することができる。
したがって、検出装置１００Ｂは、それぞれの検出素子の固有の検出レンジに応じた最適な流量で、流量及びガスの特性を検出することができる。よって、検出素子１、１４は、ガスの流量及び特性を精度高く測定することができる。
また、＜４．２＞の変形例と同様に得られた流量から酸素濃度も算出することができるのは勿論のことである。
また、上記の検出装置１００Ａ及び検出装置１００Ｂは、流量を補正する際に熱拡散率を使用したが、熱拡散率に限らず、混合ガスの熱的性質を表す物性値を測定し、その物性値を使用して流量を補正してもよい。
また、上記の実施形態では、対応関係表１１は、サーモパイルからの出力と混合ガスの混合比との関係をプロットしたが、サーモパイルからの出力と相関のある物理量と混合ガスとの関係をプロットし、これを混合比算出の際に使用してもよい。また、検出装置１００Ａ、１００Ｂでは、混合ガスに含まれる物質は、酸素と窒素であったが、混合ガスに含まれる物質は酸素と窒素に限らず、熱的性質が近くなくてもよい。混合比算出部１３は流量の影響を受けないため，常に自明の混合気体であれば流量に依存しない対応関係表を使用してその混合比を推定でき，推定結果に基づいて流量の補正を行うことができる。また、検出対象は、ガスに限らず、液体等の流動性のある性質のものであれば何でもよい。
また、上記の検出装置１００Ａ、１００Ｂでは、流量補正部１５によって流量を補正しているが、流量を補正しなくともよい。
以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせる事ができる。
なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
熱的性質の差が所定の範囲内である、異なる種類の物質を含む混合流体の特徴を検出する検出装置（１００）であって、
前記混合流体を加熱する一または複数の加熱部（６）と、
加熱された前記混合流体の温度を検出する複数の温度検出部（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）と、
前記加熱部（６）と、前記複数の温度検出部（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）の少なくとも一部とを含んで構成され、前記複数の温度検出部（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）の少なくとも一部からの出力を使用して前記混合流体の流量を算出する流量算出部（１０）と、
所定の流量における前記温度検出部（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）からの出力と前記混合流体における前記物質の混合比との対応関係を記憶する対応関係記憶部（１２）と、
前記温度検出部（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出する混合比算出部（１３）と、を備える、
検出装置（１００）。
＜発明２＞
前記混合比算出部（１３）は、前記流量算出部（１０）を構成する前記温度検出部（７Ａ、７Ｂ）からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出する、
発明１に記載の検出装置（１００）。
＜発明３＞
前記複数の温度検出部（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）のうち前記流量算出部（１０）を構成せず前記混合流体の流れ方向と異なる方向に並んで設けられた前記温度検出部（７Ｃ、７Ｄ）からの出力を使用して、前記混合流体の物性値を算出し、
前記混合比算出部（１３）は、前記物性値の算出に使用される前記温度検出部（７Ｃ、７Ｄ）からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出する、
発明１に記載の検出装置（１００Ａ、１００Ｂ）。
＜発明４＞
前記物性値の算出に使用される前記温度検出部（７Ｃ、７Ｄ）からの出力に基づいて、前記混合流体の流量を補正する流量補正部（１５）をさらに備える、
発明３に記載の検出装置（１００Ａ、１００Ｂ）。
＜発明５＞
前記異なる種類の物質は、酸素と窒素である、
発明１から４のうち何れか１項に記載の検出装置（１００、１００Ａ、１００Ｂ）。
＜発明６＞
呼吸検出手段をさらに備える、
発明１から５のうち何れか１項に記載の検出装置（１０２）。
＜発明７＞
前記呼吸検出手段は、前記混合流体の圧力を検出する圧力検出装置（１０１）を備える、
発明６に記載の検出装置（１０２）。
＜発明８＞
前記呼吸検出手段は、前記流量算出部（１０）において算出された前記混合流体の流量に基づいて、前記混合流体の流量の変動を算出する流量変動算出部を備える、
発明６に記載の検出装置（１０２）。
１、１４・・・検出素子
２、２Ａ・・・制御部
３、１８・・・回路基板
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・流管部材
５・・・流路部
６、６Ａ・・・マイクロヒータ
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ・・・サーモパイル
８・・・絶縁薄膜
９・・・キャビティ
１０・・・流量算出部
１１・・・対応関係表
１２・・・対応関係記憶部
１３・・・混合比算出部
１５・・・流量補正部
１６・・・主流路部
１７・・・副流路部
１９・・・カバー
２０・・・シール
２１・・・流入量流路
２２・・・流出用流路
２３・・・流量検出用流路
２４・・・物性値検出用流路
２５Ａ・・・検出素子配置部分
２５Ｂ・・・検出素子配置部分
２６・・・抵抗体
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１０２・・・検出装置
１０１・・・圧力検出装置
５００・・・酸素濃縮器
５０１・・・圧縮機
５０２・・・シーブベッド
５０３・・・酸素タンク
５０４・・・流量制御電磁弁

Claims (7)

  1. 熱的性質の差が所定の範囲内である、異なる種類の物質を含む混合流体の特徴を検出する検出装置であって、
    前記混合流体を加熱する一または複数の加熱部と、
    加熱された前記混合流体の温度を検出する複数の温度検出部と、
    前記加熱部と、前記複数の温度検出部の少なくとも一部とを含んで構成され、前記複数の温度検出部の少なくとも一部からの出力を使用して前記混合流体の流量を算出する流量算出部と、
    所定の流量における前記温度検出部からの出力と前記混合流体における前記物質の混合比との対応関係を記憶する対応関係記憶部と、
    前記温度検出部からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出する混合比算出部と、を備え、
    前記複数の温度検出部のうち前記流量算出部を構成せず、前記流量算出部を構成する前記複数の温度検出部のうちの所定の温度検出部が設けられる流路とは異なる流路に、前記混合流体の流れ方向と異なる方向に並んで設けられた前記温度検出部からの出力を使用して、前記混合流体の物性値を算出し、
    前記対応関係における前記温度検出部からの出力は、前記物性値の算出に使用される前記温度検出部からの出力を含み、
    前記混合比算出部は、前記物性値の算出に使用される前記温度検出部からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を前記混合流体の流量情報に基づかずに算出する、
    検出装置。
  2. 前記混合比算出部は、前記流量算出部を構成する前記温度検出部からの出力及び前記対応関係に基づき、前記混合流体における前記物質の混合比を算出する、
    請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記物性値の算出に使用される前記温度検出部からの出力に基づいて、前記混合流体の流量を補正する流量補正部をさらに備える、
    請求項１又は２に記載の検出装置。
  4. 前記異なる種類の物質は、酸素と窒素である、
    請求項１から３のうち何れか１項に記載の検出装置。
  5. 呼吸検出手段をさらに備える、
    請求項１から４のうち何れか１項に記載の検出装置。
  6. 前記呼吸検出手段は、前記混合流体の圧力を検出する圧力検出装置を備える、
    請求項５に記載の検出装置。
  7. 前記呼吸検出手段は、前記流量算出部において算出された前記混合流体の流量に基づいて、前記混合流体の流量の変動を算出する流量変動算出部を備える、
    請求項５に記載の検出装置。
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