JP7384578B2

JP7384578B2 - 呼気分析装置

Info

Publication number: JP7384578B2
Application number: JP2019109841A
Authority: JP
Inventors: 駿介澤坂; 真也福田
Original assignee: Nissha Co Ltd
Current assignee: Nissha Co Ltd
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: JP2020201194A

Description

本発明は、呼気分析装置に関する。

近年、呼気中の所定のガス成分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。呼気には水分が含まれているが、この水分によりガスセンサの検知面や呼気流路内に結露が生じるという問題がある。これを解決するために、種々の発明が提案されている。

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、呼気流路から分岐した支流路３０と、支流路がさらに２つに分岐した第１キャビティ７０と第２キャビティ８０と、第１キャビティ７０に設置されたガスセンサ４０と、第２キャビティ８０に設置されたヒータ付ファン６０とを備えている（図１２参照）。ヒータ付ファン６０は、外気取込孔５０から外気を取り込むとともに、これを温風にしてガスセンサ４０の検知面４０ａに対して吹き付ける。呼気入口２０ａから吹き込まれた呼気は、呼気流路２０を通り、その一部が支流路３０に取り込まれる。そして、呼気は第１キャビティ７０において、ヒータ付ファン６０によって生じた温風と混合される。これにより、検知面４０ａの表面と支流路３０の内部における結露を防止することができる。また、検知面４０ａに結露が生じた場合でも、温風が検知面４０ａに吹き付けられることにより、結露を気化することができる。

特開２０１０－０４３９１５号公報

しかし、従来の呼気分析装置では、ガスセンサの検知面に生じた結露を防止または除去することはできるが、呼気流路内の結露までは除去または防止することはできな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、呼気流路内の結露を除去し、または防止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、
呼気流路の途中に設けられた呼気導入孔と、
呼気導入孔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、
呼気流路の途中であって呼気導入孔よりも呼気出口側に設けられた換気孔と、
換気孔に設置され、呼気入口へ向けて外気を送り、または換気孔を通して呼気流路内を負圧にするブロワとを備えたものである。

また、呼気出口が呼気入口よりも狭くなっていてもよい。

また、呼気出口に開閉弁を備えたものであってもよい。

上記３つの解決手段のいずれかにおいて、換気孔が呼気流路に対して鋭角に設けられていてもよい。

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、呼気流路の途中に設けられた呼気導入孔と、呼気導入孔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、呼気流路の途中であって呼気導入孔よりも呼気出口側に設けられた換気孔と、換気孔に設置され、呼気入口へ向けて外気を送り、または換気孔を通して呼気流路内を負圧にするブロワ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、呼気流路内の結露を除去し、または防止することができる。

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。呼気導入孔とガスセンサ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。呼気流路における呼気導入孔と換気孔の位置関係の例を示す模式的な側面図である。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。呼気分析装置の変形例を示す模式的な断面図である。呼気分析装置の別の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、呼気流路の途中に設けられた呼気導入孔３と、呼気導入孔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、呼気流路２の途中であって呼気導入孔３よりも呼気出口２ｂ側に設けられた換気孔５と、換気孔５に設置され、呼気入口２ａへ向けて外気を送り、または換気孔５を通して呼気流路２内を負圧にするブロワ６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の途中には、呼気導入孔３がある。図１では、呼気流路２の軸方向と呼気導入孔３の軸方向とが直角に交わるよう、呼気導入孔３を設けている。呼気導入孔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。なお、図１では呼気導入孔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、ガスセンサのカバー４１に形成された取込口４１ａの対向位置から外れたところに、複数の呼気導入孔３を設けるとよい。言い換えると、取込口４１ａの外周に向けて開口する位置に、複数の呼気導入孔３を設けるとよい。このようにすると、呼気が呼気導入孔３から取込口４１ａ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４２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。

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（図２参照）。ガスセンサ４は、センサ素子４２とカバー４１とを備えている。センサ素子４２は、金属酸化物半導体を含有した感ガス体と、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本のリード線とを備えている。センサ素子４２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４３と、センサ素子４２を収容するカバー４１とを設けることで、ガスセンサ４とすることができる。

呼気流路２の途中には、呼気導入孔３のほかに換気孔５を設ける。ただし、呼気導入孔３よりも呼気出口２ｂ側に設ける。仮に、換気孔５を呼気導入孔３よりも呼気入口２ａ側に設けると、呼気入口２ａから吹き込まれた呼気は、呼気流路２の奥（呼気出口側）にある呼気導入孔３よりも、呼気流路２の手前（呼気入口側）にある換気孔５の方に多く流れてしまう。つまり、ガスセンサ４に流れる呼気の量が少なくなり、正確な測定が困難となる。また、ブロワから呼気入口へ向けて外気を送るため、呼気流路の手前側だけが結露の除去または防止できることになり、呼気流路の奥側の結露の除去または防止が困難となる。換気孔５の直径は、たとえば２ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。呼気出口２ｂから換気孔５の中心までの距離は、たとえば１ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。なお、換気孔５は、呼気導入孔３よりも呼気出口２ｂ側に設ければよく、たとえば、図３に示すように図１とは反対側に換気孔５を設けてもよい。また、呼気流路２の軸方向（Ｘ軸方向）から見て、換気孔５の呼気導入孔３に対する位置も、特に限定されない（図４参照）。図４（ａ）は、図１をＸ軸方向から見た図である。呼気導入孔３に対して同じ位置に、換気孔５が設けられている。図４（ｂ）は、図３をＸ軸方向から見た図である。呼気導入孔３に対して対向する位置に、換気孔５が設けられている。図４（ｃ）では、呼気導入孔３の軸に対して換気孔５の軸が直角に交わる位置に、換気孔５が設けられている。なお、これら呼気導入孔３に対する換気孔５の位置は、呼気流路２が円以外の形状でも適用できる（図４（ｄ）参照）。

ブロワ６は換気孔５に設置する。ブロワ６は外気を呼気分析装置１内に取り込み、呼気入口２ａへ向けて送り込むことができる。ブロワ６から呼気入口２ａへ向けて送り込む外気の温度は、呼気分析装置１を使用する環境によって異なる。たとえば、０℃以上４０℃以下とすることができる。この温度範囲の外気を呼気流路へ送り込むことで、呼気流路の内外の温度差を小さくでき、呼気流路内に結露が発生することを防止することができる。呼気流路内に結露が発生していたとしても、上記温度範囲にある外気によって、結露を気化することができる。または、送り込まれる外気の勢いによって、結露を呼気入口側へ向かって吹き飛ばすことができる。なお、呼気流路内に残留ガスがあったとしても、ブロワ６からの送風により、呼気流路外へ排出することができる。

また、ブロワ６は換気孔５を通して呼気流路２内を負圧にすることができる。言い換えると、ブロワ６は呼気流路２内の気体を吸引し、呼気分析装置１の外へ排出することができる。吸引によって呼気流路内に気流が発生し、呼気流路内の湿度を下げることができる。したがって、呼気流路内の結露を防止することができる。呼気流路内に結露が発生したとしても、呼気流路内を負圧にすることで、結露を除去することができる。

次に、呼気分析装置１の使用方法の一例を説明する。まず、ユーザは呼気入口２ａから呼気を吹き込む。呼気流路２内に送り込まれた呼気は、その一部が呼気導入孔３からガスセンサ４へ導入され、センサ素子４２と反応して電気抵抗値の変動が測定される。測定が終わると、ブロワ６が作動し、呼気流路内に外気が送り込まれる。または、呼気流路内の気体がブロワ６によって吸引され、排出される。ブロワが停止すると、次の測定が可能となる。つまり、呼気の測定ごとにブロワが作動し、呼気流路全体の結露を防止し、または除去することができる。

従来の呼気分析装置において呼気流路内に結露が生じると、吹き込まれた呼気の一部が結露によって生じた水滴に吸収されてしまい、センサ素子に到達する呼気の量が測定のたびにばらついていた。つまり、センサ素子の電気抵抗値が測定のたびにばらついていた。しかし本発明では、呼気流路内の結露を防止し、または除去することができるため、電気抵抗値のばらつきを抑えることができる。

（変形例１）
なお、呼気分析装置１は、呼気出口２ｂが呼気入口２ａよりも狭くなっていてもよい。狭いというのは、呼気流路が円筒状であれば、呼気入口２ａの直径よりも呼気出口２ｂの直径の方が小さいことをいう（図５参照）。また、呼気流路が、たとえば図４（ｄ）のような多角形状であれば、呼気入口２ａの開口面積よりも呼気出口２ｂの開口面積の方が小さいことをいう。このように構成すると、ブロワ６から呼気流路２へ送り込まれた外気は、呼気出口２ｂよりも呼気入口２ａから排出されやすくなる。つまり、より効率的に、呼気流路全体の結露を防止でき、または除去することができる。ブロワ６によって呼気流路２内を負圧にする場合は、ブロワ６によって吸引される気体の量は、呼気出口２ｂ側よりも呼気入口２ａ側の方が多くなる。つまり、より効率的に、呼気流路全体の結露を除去することができる。

呼気出口が呼気入口よりも狭い他の形態としては、図６～図８に示す形態を用いることができる。図６に示す呼気分析装置１は、円筒状の呼気流路２が２分割されている。第１呼気流路２１は呼気入口２ａと呼気導入孔３とを有し、第２呼気流路２２は呼気出口２ｂと換気孔５とを有する。第１呼気流路の内周面２１ａに、第２呼気流路の外周面２２ｂが接している。図７に示す呼気分析装置１は、呼気流路の途中に段差２３を有している。段差２３は、呼気導入孔３よりも呼気出口２ｂ側に設ける。段差２３が呼気導入孔３よりも奥（呼気出口側）に設けてあるため、吹き込まれた呼気は段差に当たって呼気導入孔３へ向けて流れやすくなる。図８に示す呼気分析装置１は、換気孔５に対向する位置における呼気流路の内周面２４が、呼気出口２ｂにかけて斜めになっている。それにより、呼気出口２ｂが狭くなっている。言い換えると、呼気流路２のＸ軸に直交する断面積は、呼気出口２ｂに近づくにつれて徐々に小さくなっている。図８の形態では、ブロワ６から送られた外気は、斜めになっている内周面２４に沿って流れやすくなる。したがって、より効率的に呼気入口２ａへ向かって外気を送り込むことができる。

（変形例２）
なお、呼気分析装置１は、呼気出口２ｂに開閉弁７を備えていてもよい（図９参照）。開閉弁７としては、たとえば、ばねを用いたもの、電磁バルブ、モーター駆動の開閉扉などを用いることができる。開閉弁７は、ブロワ６が作動しているとき、つまりブロワで外気を取り込んでいるとき、またはブロワで呼気流路内の気体を吸引しているときは呼気出口２ｂを塞ぐようにする。このように構成すると、ブロワ６から取り込んだ外気をより効率的に呼気入口２ａ側へ送り込むことができる。または、ブロワ６によって吸引した呼気流路２内の気体を、より効率的に排出することができる。なお、呼気入口２ａから呼気を吹き込んでいるときは、開閉弁７は開いていてもよいし、閉じていてもよい。

（変形例３）
なお、上記した実施形態、変形例１および変形例２で示した呼気分析装置１は、換気孔５が呼気流路２に対して鋭角に設けられていてもよい。換気孔が呼気流路に対して鋭角に設けられた形態として、たとえば、図１０および図１１のような形態が考えられる。２つの図において、呼気流路の軸と換気孔の軸とがなす角θは鋭角である。しかし、本発明の呼気分析装置１においては、ブロワ６から取り込んだ外気は呼気入口２ａへと向けて送られる。このことを前提としているため、換気孔５は図１０のように設ける。換気孔５を呼気流路２に対して鋭角に設けることにより、ブロワ６から送風するときはより効率的に、呼気入口２ａへ向かって外気を送り込むことができる。また、ブロワ６で呼気流路内の気体を吸引するときは、呼気出口２ｂ側から吸引される気体の量よりも呼気入口２ａ側から吸引される気体の量の方が多い。つまり、より効率的に呼気流路内の気体を排出することができる。

１：呼気分析装置
２：呼気流路
２ａ：呼気入口
２ｂ：呼気出口
２１：第１呼気流路
２１ａ：第１呼気流路の内周面
２２：第２呼気流路
２２ｂ：第２呼気流路の外周面
２３：段差
２４：呼気流路の内周面
３：呼気導入孔
４：ガスセンサ
４１：カバー
４１ａ：取込口
４２：センサ素子
４３：ベース
５：換気孔
６：ブロワ
７：開閉弁
１０：呼気分析装置
２０：呼気流路
２０ａ：呼気入口
２０ｂ：呼気出口
３０：支流路
４０：ガスセンサ
４０ａ：検知面
５０：外気取込孔
６０：ヒータ付ファン
７０：第１キャビティ
８０：第２キャビティ

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に設けられた呼気導入孔と、
前記呼気導入孔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、
前記呼気流路の途中であって前記呼気導入孔よりも前記呼気出口側に設けられた換気孔と、
前記換気孔に設置され、前記呼気入口へ向けて外気を送り、または前記換気孔を通して前記呼気流路内を負圧にするブロワと、を備え、
前記換気孔は、前記呼気流路の軸方向から見て、前記呼気流路の中心を軸として前記呼気導入孔と対向する位置または前記呼気導入孔から９０°回転した位置に設けられた、呼気分析装置。