JP7278879B2

JP7278879B2 - 呼気分析装置

Info

Publication number: JP7278879B2
Application number: JP2019112327A
Authority: JP
Inventors: 真也福田; 駿介澤坂
Original assignee: Nissha Co Ltd
Current assignee: Nissha Co Ltd
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2023-05-22
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: JP2020204533A

Description

本発明は、呼気分析装置に関する。

近年、呼気中の測定対象ガス（エタノールなど）を検知するガスセンサを備えた呼気分析装置が開発されている。たとえば、特許文献１に記載された呼気分析装置１０は、一端に呼気入口２０ａを有し、他端に呼気出口２０ｂを有する呼気流路２０と、呼気流路の途中に設けられた開口部３０と、開口部に配置されたガスセンサ４０と、呼気入口側に取り付けられた呼気吹込用アタッチメント５０とを備えている（図１０参照）。この呼気分析装置１０では、呼気吹込用アタッチメントの管路５０ａの内径よりも、呼気流路２０の内径の方が大きくなっている。そのため、吹き込まれた呼気は、管路５０ａから呼気流路２０に入ると、流速が遅くなる。流速が遅くなる部分にガスセンサ４０を配置することにより、呼気を確実にガスセンサ４０で捉えることができる。

特開２０１７－１１６４３０号公報

しかし、呼気中にはノイズガスの一種として水蒸気も含まれ、ガスセンサは水蒸気にも感度を持つ。呼気中の測定対象ガスは低濃度であり、その濃度を測定しようとすると、ガスセンサの電気抵抗値は測定対象ガスよりも水蒸気によって大きく変動してしまう。つまり、測定対象ガスの濃度を精度よく測定しにくいという問題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、呼気中の所定ガス成分の測定精度を向上することができる呼気分析装置を提供することを目的とする。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は必要に応じて任意に組み合わせることができる。

本発明の呼気分析装置は、
一端に呼気入口を有し、他端に呼気出口を有する呼気流路と、
呼気流路の途中から分岐し呼気流路よりも狭い呼気導入路と、
呼気導入路の先に設置され呼気中の所定ガス成分を検出するガスセンサと、
呼気導入路とガスセンサとの間に設置された複数のアルミナボールからなる水分除去手段とを備えたものである。

また、ガスセンサを収容するセンサ収容キャップをさらに備え、水分除去手段がセンサ収容キャップの内部空間の呼気導入路側に設置されていてもよい。

また、ガスセンサを収容する内側キャップと、内側キャップに重ねて取り付けられた外側キャップとをさらに備え、水分除去手段が内側キャップと外側キャップとの間の内部空間に設置されていてもよい。

本発明の呼気分析装置は、一端に呼気入口を有し、他端に呼気出口を有する呼気流路と、呼気流路の途中から分岐し呼気流路よりも狭い呼気導入路と、呼気導入路の先に設置され呼気中の所定ガス成分を検出するガスセンサと、呼気導入路とガスセンサとの間に設置された複数のアルミナボールからなる水分除去手段とを備えたように構成した。

したがって、本発明の呼気分析装置は、呼気中の所定ガス成分の測定精度を容易に向上することができる。

呼気分析装置の一実施形態を示す模式的な断面図である。呼気導入路の一例を示す模式的な断面図である。水分除去手段の設置箇所の一例を示す模式的な断面図である。水分除去手段の設置箇所の一例を示す模式的な断面図である。呼気分析装置の変形例を示す模式的な断面図である。呼気分析装置の変形例を示す模式的な断面図である。呼気分析装置の変形例を示す模式的な断面図である。呼気分析装置の変形例を示す模式的な断面図である。呼気分析装置の変形例を示す模式的な断面図である。従来の呼気分析装置を示す模式的な断面図である。

以下、本発明の呼気分析装置について、図面を参照しながら実施形態の一例を説明する。

呼気分析装置１は、一端に呼気入口２ａを有し、他端に呼気出口２ｂを有する呼気流路２と、呼気流路の途中から分岐し呼気流路よりも狭い呼気導入路３と、呼気導入路の先に設置され呼気中の所定ガス成分を検出するガスセンサ４と、呼気導入路３とガスセンサ４との間に設置された複数のアルミナボールからなる水分除去手段５とを備えている（図１参照）。

呼気流路２は、たとえば円筒状であり、一端に呼気入口２ａを有し、他端に呼気出口２ｂを有している。図１では、呼気は図の左側から右側に向かって流れる。呼気流路の直径は、たとえば２ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。

呼気流路２は途中から分岐し、呼気導入路３となっている。図１では、呼気流路２の軸方向と呼気導入路３の軸方向とが直角に交わるよう、呼気導入路３を設けている。呼気導入路３の直径は、たとえば１ｍｍ～３ｍｍとすることができる。直径がこれよりも大きいと、ガスセンサ４へ導入される呼気の流量が増え、センサ素子が急激に冷却されるため、正確な測定が困難になる。

呼気導入路３の先には、ガスセンサ４を設置する。ガスセンサは、たとえば、呼気中のエタノールを検出する。ガスセンサ４は、たとえば、呼気分析装置１の本体部に設けられたキャビティＣ内に設置する。キャビティＣは呼気導入路３に向けて開口する開口部Ｃａを有する。ガスセンサ４としては、たとえば半導体式ガスセンサを用いる。ガスセンサ４は、センサ素子と、センサ素子に接続された３つの端子と、ベース４２とを備える（図２参照）。センサ素子は、金属酸化物半導体を含有した感ガス体４１と、感ガス体に埋設されたコイル状のヒータ兼用電極と、ヒータ兼用電極の内部を通る直線状電極と、ヒータ兼用電極の両端から延びヒータ兼用電極を加熱する２本のリード線と、直線状電極の端部から感ガス体の外に延びる１本のリード線とを有する。センサ素子の３本のリード線に、それぞれ３つの端子を接続し、ベース４２を設けることで、ガスセンサ４とすることができる。

なお、図１では呼気導入路３は１つであるが、複数あってもよい。たとえば、図２に示すように、感ガス体４１の対向位置から外れたところに、複数の呼気導入路３を設けるとよい。言い換えると、水分除去手段５の外周に向けて開口する位置に、複数の呼気導入路３を設けるとよい。このようにすると、呼気が呼気導入路３からガスセンサ４へと一気に通過することを防止することができる。つまり、センサ素子が急冷され、正確な測定が困難になることを防ぐことができる。

呼気導入路３とガスセンサ４との間には、水分除去手段５を設置する。水分除去手段５は、複数のアルミナボールからなる。水分除去手段５は、キャビティＣの開口部Ｃａを塞ぐように設置する。水分除去手段５である複数のアルミナボールは、たとえば、アルミナボールを通気性のある容器に充填して容器を開口部Ｃａに設置する、アルミナボールを通気性のある支持体に固定して支持体を開口部Ｃａに設置するなどの手段で設置することができる。アルミナボールの直径は、たとえば０．５ｍｍ～２ｍｍとすることができる。複数のアルミナボールの直径は、すべて揃っている方が好ましい。このようにすると、アルミナボールが呼気中の水蒸気を安定的に吸着することができる。

なお、水分除去手段５を設置する箇所は、たとえば図３および図４に示すような箇所でもよい。図３は、水分除去手段５が呼気導入路３の出口（ガスセンサ側）に充填されている態様である。図４は、呼気分析装置１のキャビティＣ内であって、開口部Ｃａから離れた位置に水分除去手段５が設置されている態様である。

本発明の呼気分析装置では、複数のアルミナボールからなる水分除去手段が呼気中の水蒸気を吸着する。呼気中にはエタノールも含まれるが、アルミナボールはエタノールを吸着しない。つまり、アルミナボールは呼気中の水蒸気のみを除去する。したがって、本発明の呼気分析装置を用いると、水蒸気によるガスセンサの電気抵抗値の変化が抑えられるため、呼気中の所定ガス成分の測定精度を容易に向上することができる。

なお、水分を吸着する他の材料としては、たとえば活性炭、シリカ、ゼオライトなどがある。しかし、呼気中のエタノール濃度を測定する場合に、これらの材料をガスセンサのフィルタとして用いると、測定対象ガスのエタノールも吸着してしまい、正確なエタノール濃度を測定することができない。したがって、上記したアルミナボール以外の水分除去手段は、呼気中のエタノール濃度を測定する呼気分析装置のフィルタには適さない。

（変形例１）
呼気分析装置１は、ガスセンサ４を収容するセンサ収容キャップ６をさらに備え、水分除去手段５がセンサ収容キャップの内部空間Ｓ１の呼気導入路側に設置されているものであってもよい。センサ収容キャップ６は、ガスセンサ４を収容する。センサ収容キャップ６は、ガスセンサ４を収容したときに、感ガス体４１の上方に位置する箇所に開口部を有する。開口部には、ガスセンサに導入される気体中のちりなどを除去するため、たとえば金網などのフィルタ材を設ける。センサ収容キャップ６をガスセンサ４に取り付けると、内部空間Ｓ１が形成される。内部空間Ｓ１の呼気導入路３側に、水分除去手段５を設置する。このとき、開口部を覆うようにして水分除去手段５を設置してもよい（図５参照）し、開口部から離れた箇所に水分除去手段５を設置してもよい（図６参照）。半導体式ガスセンサはセンサ素子の周囲のガスをセンシングするため、たとえば図５や図６のように構成すると、センサ素子に近い位置にアルミナボールが設置されることになり、ガスセンサの電気抵抗値に大きな影響を及ぼす水蒸気を効率よく吸着することができる。

（変形例２）
呼気分析装置１は、ガスセンサ４を収容する内側キャップ７と、内側キャップに重ねて取り付けられた外側キャップ８とをさらに備え、水分除去手段５が内側キャップ７と外側キャップ８との間の内部空間Ｓ２に設置されているものであってもよい（図７参照）。内側キャップ７は、変形例１で説明したセンサ収容キャップ６と同じ構成のものを用いることができる。外側キャップ８は、内側キャップ７に重ねて取り付ける。外側キャップ８は、呼気導入路３に対向する位置に開口部を有する。開口部には、ガスセンサに導入される気体中のちりなどを除去するため、たとえば金網などのフィルタ材を設ける。外側キャップ８と内側キャップ７との間には、内部空間Ｓ２が形成される。内部空間Ｓ２に、水分除去手段５を設置する。内部空間Ｓ２にアルミナボールを充填してもよいし（図７、図８参照）、内部空間Ｓ２の一部にアルミナボールを設置してもよい（図９参照）。図７や図８の形態では、アルミナボールをそのまま内部空間Ｓ２に充填することができる。つまり、アルミナボールを通気性のある容器に充填したり、通気性のある支持体に固定したりする必要がない。また、アルミナボールの量が図７よりも少ない場合でも、外側キャップ８の形状を図８のようにすれば、外側キャップ８だけでアルミナボールを固定することができる。図９の形態では、アルミナボールが内部空間Ｓ２で動かないよう固定する必要がある。固定方法としては、たとえば、外側キャップ８に仕切板を設ける、通気性のある容器にアルミナボールを充填するなどの方法を用いることができる。

１：呼気分析装置
２：呼気流路
２ａ：呼気入口
２ｂ：呼気出口
３：呼気導入路
４：ガスセンサ
４１：感ガス体
４２：ベース
５：水分除去手段
Ｃ：キャビティ
Ｃａ：開口部
６：センサ収容キャップ
７：内側キャップ
８：外側キャップ
Ｓ１，Ｓ２：内部空間
１０：呼気分析装置
２０：呼気流路
２０ａ：呼気入口
２０ｂ：呼気出口
３０：開口部
４０：ガスセンサ
５０：呼気吹込用アタッチメント
５０ａ：管路

Claims

一端に呼気の入口である呼気入口を有し、他端に呼気出口を有する呼気流路と、
前記呼気流路の途中から分岐し前記呼気流路よりも狭い呼気導入路と、
前記呼気導入路の先に設置され前記呼気中の所定ガス成分を検出するガスセンサと、
前記呼気導入路と前記ガスセンサとの間に設置された複数のアルミナボールからなる水分除去手段と、
前記ガスセンサを収容する内側キャップと、
前記内側キャップに重ねて取り付けられた外側キャップと、を備え、
前記水分除去手段が前記内側キャップと前記外側キャップとの間の内部空間に設置されている、呼気分析装置。