JPH1176204A

JPH1176204A - 呼気濃縮捕集装置

Info

Publication number: JPH1176204A
Application number: JP9268135A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Sato; 勝彦佐藤
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】計測の迅速化を課題とする。【解決手段】呼気採取容器Ｋを着脱自在に保持する容
器保持部２と、呼気中の特定成分を吸着する捕集管Ｈの
各端部を着脱自在に保持する第１の捕集管保持部３及び
第２の捕集管保持部４と、その下流側の吸引ポンプ１１
と、ポンプ制御部１１ａと、第２の捕集管保持部４と吸
引ポンプ１１間の圧力を検出する圧力センサ１３と、吸
引ポンプ１１の流量を検出する流量計１４と、動作制御
部８とを備え、この動作制御部８が、吸引ポンプ１１駆
動開始後の平衡状態となる圧力を吸引圧力Ｐkに設定す
る吸引圧力設定機能８１と、この吸引圧力Ｐkから所定
の統一気圧の下での積算流量Ｖ0を算出する実流量算出
機能８２と、この積算流量Ｖ0が所定量となったときに
吸引ポンプ１１の駆動を停止する実流量均一化機能８３
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療分野、健康産
業、麻薬捜査等で用いられる呼気濃縮捕集装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の呼気濃縮捕集装置１００
を示す概略構成図である。この呼気濃縮捕集装置１００
は、呼気Ａが封入される呼気採取容器Ｋを着脱自在に保
持する容器保持部１１０と、この容器保持部１１０の下
流側に配管１５２を介して接続される共に，呼気Ａ中の
特定成分を吸着する捕集管Ｈの一端部を着脱自在に保持
する第１の捕集管保持部１２０と、捕集管Ｈの他端部を
着脱自在に保持する第２の捕集管保持部１３０と、この
第２の捕集管保持部１３０の下流側に配管１５３を介し
て接続されたマスフローコントローラ１７０と、配管１
５３の中間で分岐する分岐管１５３ａを介して設けられ
た圧力センサ１８０と、マスフローコントローラ１７０
の下流側に配管１５４を介して接続された吸引ポンプ１
４０とを備えている。

【０００３】上記構成により、呼気中成分の濃縮吸着を
行う場合には、吸引ポンプ１４０が駆動され、呼気採取
容器Ｋ内の呼気Ａが当該吸引ポンプ１４０側に吸引され
る。その際、呼気Ａは、捕集管Ｈ内の吸着剤Ｈ１中を通
過して排出される。これにより、呼気Ａに含まれる呼気
成分が、捕集管Ｈの吸着剤Ｈ１に濃縮捕集される。

【０００４】このとき、マスフローコントローラ１７０
により、通過する呼気Ａの単位時間ごとの流量が検出さ
れ、これに基づいて積算流量が算出される。そして、こ
の積算流量が一定量になると吸引ポンプ１４０の駆動が
停止され、濃縮捕集作業が終了されていた。

【０００５】また、一方で、呼気採取容器Ｋ内の呼気Ａ
が全て吸引されてなお吸引ポンプ１４０が駆動し続ける
ことを防止するため、圧力センサ１８０により検出され
る第２の捕集管保持部１３０とマスフローコントローラ
１７０との間の圧力が、所定の圧力以下となった場合に
も吸引ポンプ１４０の作動を停止させていた。

【０００６】また、マスフローコントローラ１７０の検
出流量に基づいて、呼気Ａ中の呼気成分の濃縮倍率が算
出されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、捕集管Ｈ内に吸着剤Ｈ１が封入されているた
め、吸着剤Ｈ１の流動抵抗によって圧力損失が生じ、マ
スフローコントローラ１７０により検出される流量は、
大気圧の下で検出される流量と異なっていた。このた
め、検出流量に基づいて算出される捕集管Ｈによる呼気
Ａ中の呼気成分の濃縮倍率は、圧力損失分のズレが生じ
ていた。

【０００８】また、複数ある捕集管Ｈの各吸着剤Ｈ１
は、手作業によって個別に封入しているため、各捕集管
Ｈごとに、その積め具合に粗密の差異が生じ、よって内
部の圧力損失に差異が生じていた。このため、各捕集管
Ｈごとに濃縮倍率に差異が生じ、後の呼気成分の分析に
おける精度の低下が生じていた。

【０００９】さらに、前述したように、上記従来例で
は、一定の圧力低下により吸引ポンプ１４０の駆動を停
止するため、各捕集管Ｈごとに圧力損失が異なる場合、
かかる圧力損失が大きい捕集管Ｈについては、呼気採取
容器Ｋ内の呼気が残っていても吸引ポンプ１４０が停止
してしまうという不都合があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、捕集管に生じる圧力低下の影響を低減
し、分析精度の向上を図り得る呼気濃縮捕集装置を提供
することを、その目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、呼気が封入される呼気採取容器を着脱自在に保持す
る容器保持部と、この容器保持部に気体の流路を介して
連通すると共に，呼気中の特定成分を吸着する捕集管の
一端部を着脱自在に保持する第１の捕集管保持部と、捕
集管の他端部を着脱自在に保持する第２の捕集管保持部
と、この第２の捕集管保持部と気体の流路を介して連通
する吸引ポンプと、この吸引ポンプの出力を調整するポ
ンプ制御部と、第２の捕集管保持部と吸引ポンプ間の圧
力を検出する圧力センサと、吸引ポンプにより吸引され
る気体流量を検出する流量計と、各部の動作制御を行う
動作制御部と、を備えている。

【００１２】そして、この動作制御部が、圧力センサに
検出される吸引ポンプの駆動開始後の平衡状態となる検
出圧力を吸引圧力に設定する吸引圧力設定機能と、この
吸引圧力と流量計の出力とから所定の統一気圧の下での
流量を算出すると共にこの流量に基づいて吸引ポンプの
駆動開始からの積算流量を算出する実流量算出機能と、
この積算流量が所定量となったときに前記吸引ポンプの
駆動を停止する実流量均一化機能と、を備えている。

【００１３】上記の構成では、吸引ポンプの駆動により
呼気採取容器内の呼気が当該吸引ポンプ側に吸引され
る。これにより、呼気は、捕集管内を通過して含有する
特定成分の吸着が行われる。このとき、捕集管内の吸着
剤の流動抵抗により圧力損失を生じ、吸引ポンプの駆動
開始直後には急激な圧力の低下が圧力センサによって検
出される。かかる圧力低下は、一過性の現象であり、そ
の後、一定の圧力（大気圧よりも負圧）まで上昇して、
検出圧力は一定の圧力で安定した状態（平衡状態）とな
る。

【００１４】吸引圧力設定機能では、かかる平衡状態に
おける検出圧力を吸引圧力に設定する。そして、実流量
算出機能では、新たに設定されたこの吸引圧力に基づい
て流量計から出力される単位時間当たりの流量（吸引圧
力下での流量）を所定の統一気圧（各捕集管ごとに均一
の気圧下での流量を算出することができれば良く、統一
気圧については数値的な限定は要しない。目安として
は、大気圧を基準とする。）の下での流量に換算し、例
えば、この換算流量に、吸引ポンプの駆動開始からの経
過時間を乗じて積算流量を算出する。

【００１５】実流量均一化機能では、この積算流量が予
め設定された所定量となったときに、吸引ポンプの駆動
を停止し、呼気濃縮作業を終了する。このとき、上記所
定量は、目標とする濃縮倍率に応じて設定される。

【００１６】請求項２記載の発明では、動作制御部以外
は、請求項１記載の発明と同様の構成を有している。

【００１７】そして、この動作制御部が、圧力センサに
検出される吸引ポンプの駆動開始後の平衡状態となる検
出圧力を吸引圧力に設定する吸引圧力設定機能と、この
吸引圧力と流量計の出力とから大気圧の下での流量を算
出すると共にこの流量に基づいて吸引ポンプの駆動開始
からの積算流量を算出する実流量算出機能と、積算流量
に基づいて呼気の濃縮倍率を算出する濃縮倍率算出機能
と、を備え、さらに、この算出された濃縮倍率を表示す
る表示器を設けるという構成を採っている。

【００１８】上記の構成では、吸引ポンプの駆動開始
後、平衡状態に至ってから、吸引圧力設定機能により、
吸引圧力が設定され、実流量算出機能により、大気圧の
下での積算流量が算出される。

【００１９】そして、この積算流量に基づいて、濃縮倍
率算出機能により、呼気の濃縮倍率が算出されると共に
表示器に表示される。例えば、この表示器に表示される
濃縮倍率が、予め設定した値に到達したときに、常に、
呼気濃縮作業を終了することにより、複数の捕集管の全
てについて、濃縮倍率の均一化が図られる。

【００２０】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の構成を備えると共に、動作制御部が、吸引
ポンプの駆動開始直後に生じる急激な圧力低下の際の最
低検出圧力を吸引ポンプ停止圧力に決定する停止圧力決
定機能と、圧力センサの出力が平衡状態の吸引圧力から
低下して吸引ポンプ停止圧力を下回った場合に，吸引ポ
ンプを停止する吸引ポンプ停止機能と、を備えるという
構成を採っている。

【００２１】この構成では、請求項１記載の発明と同様
の動作が行われ、吸引ポンプの駆動開始直後の最低検出
圧力が、停止圧力決定機能により、吸引ポンプ停止圧力
に設定される。そして、検出圧力が平衡状態に持ち直し
た後、呼気採取容器内の呼気が全て吸引されて、再び検
出圧力の低下が生じ、且つ設定された吸引ポンプ停止圧
力を下回ったときに、吸引ポンプの駆動が停止されて呼
気の濃縮作業が終了する。

【００２２】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の構成を備えると共に、容器保持部に、呼気
採取容器を一定の温度に保持する恒温槽を併設するとい
う構成を採っている。

【００２３】かかる構成では、複数の呼気採取容器に対
して常時同じ温度に維持されて呼気濃縮作業が行われ
る。

【００２４】請求項５記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の構成を備えると共に、動作制御部が、駆動
開始後の吸引ポンプに対して，ポンプ制御部を介して所
定圧力を維持して吸引させる動作制御を行う圧力安定化
機能を備えるという構成を採っている。

【００２５】上記構成では、圧力安定化機能により、吸
引ポンプ駆動開始後の平衡状態が人為的に形成される。
また、この圧力安定化機能により維持される所定圧力が
前述した吸引圧力設定機能により吸引圧力に設定され、
かかる吸引圧力に基づいて実流量算出機能により積算流
量が算出される。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図１乃至図
５に基づいて説明する。

【００２７】図１は、本実施形態の構成図である。同図
の如く、本実施形態は、呼気Ａが封入される呼気採取容
器Ｋを着脱自在に保持する容器保持部２と、この容器保
持部２に気体の流路としての配管５１，５２を介して連
通し，呼気Ａ中の特定成分を吸着する捕集管Ｈの一端部
を着脱自在に保持する第１の捕集管保持部３と、捕集管
Ｈの他端部を着脱自在に保持する第２の捕集管保持部４
と、この第２の捕集管保持部４と気体の流路としての配
管５６，５７，５３，５８を介して連通する吸引ポンプ
１１と、この吸引ポンプ１１の出力を調整するポンプ制
御部１１ａと、第２の捕集管保持部４と吸引ポンプ１１
との間の圧力を検出する圧力センサ１３と、吸引ポンプ
１１により吸引される気体流量を検出する流量計として
のマスフローコントローラ１４と、上述した各部の動作
制御を行う動作制御部８とを備えた呼気濃縮捕集装置１
０を示している。

【００２８】さらに、この呼気濃縮捕集装置１０は、上
記の構成に加えて、捕集管Ｈの上流側に装備され呼気Ａ
の水分を除去する除湿器１２と、装着された捕集管Ｈの
温度ｔを一定にする恒温器７とを有している。

【００２９】以下、各部を詳説する。上述の呼気採取容
器Ｋは、密閉された内部に呼気を貯留するフッ素樹脂，
ポリエステル等からなる袋状容器である貯留部Ｋ１（最
大容積は５［ｌ］程度）と、この貯留部Ｋ１内部に連通
する筒状の供給口Ｋ２と、この供給口Ｋ２に装備され，
当該供給口Ｋ２の開閉を切り換える手動式のコックＫ３
とから構成される（参照：図２（Ａ）はコックＫ３の閉
状態，図２（Ｂ）はコックＫ３の開状態）。

【００３０】捕集管Ｈは、外径６［ｍｍ］，内径４［ｍ
ｍ］，長さ１６０［ｍｍ］程度のガラス管又はステンレ
ス管であり、呼気成分を吸着する吸着剤Ｈ１が内部に充
填されている。吸着剤Ｈ１は、例えば多孔質ポリマ，グ
ラファイトカーボン等である。

【００３１】容器保持部２は、図２に示すように、当該
容器保持部２に接続された配管５１に通じる円孔２１を
備えており、その内部にはＯリング２２が装備され、呼
気採取容器Ｋに設けられた筒状の呼気の供給口Ｋ２が挿
抜自在となっている。また、円孔２１の他端部側には、
配管５１が接続されている。

【００３２】容器保持部２には、当該容器保持部２に保
持された呼気採取容器Ｋを一定の温度（６０［゜C］程
度）に保持する恒温槽９０が併設されている。ここで、
呼気採取容器Ｋの温度変化により生じる影響について説
明する。次式は、濃度Ｘ［ppm］（［ppm］＝［μL/
L］）から絶対量Ｙ［μg/L］への換算式を表している。

【００３３】Ｘ×（２７３×Ｍ）／｛２２．４×（２７
３＋ｔ）｝＝Ｙ

【００３４】上式で、Ｍは分子量，ｔは呼気の温度
（［゜C］）を示している。この式から分かるように、濃
度と絶対量との間では、温度ｔが係数となって存在する
ため、呼気濃縮作業を行う場合には、各呼気採取容器Ｋ
ごとに均一温度の下で行うことが望ましい。

【００３５】この恒温槽９０は、外部に対して断熱構造
を有すると共に，その内部気温を一定に保持する図示し
ない熱源を備えている。この恒温槽９０により、複数の
呼気採取容器Ｋに対して、常に一体の温度で呼気濃縮作
業を行うことが可能となり、かかる濃縮作業時における
外気温の影響を効果的に抑制することができる。このた
め、各捕集管Ｈごとに生じる分析精度の低下を有効に抑
制することが可能である。

【００３６】容器保持部２の下流側で、配管５１と配管
５２との間には、図１に示すように、除湿器１２が接続
されている。この除湿器１２は、通過する呼気Ａを冷却
することにより呼気Ａ中に含まれる水分の除去を行う。
この除湿器１２は、例えば、略Ｕ字状に形成され下方に
撓んだ配管と、この配管を冷却するペルチェ素子等を使
用した冷却部と、配管の下部に溜まった水分を貯留する
貯留部とを備える構成のものが使用される。なお、配管
５１，５２は、フッ素樹脂等から形成されている。或い
は、過塩素酸マグネシウムの充填管から構成しても良
い。

【００３７】そして、配管５２の下流側の端部は、第１
の捕集管保持部３と接続されている。この第１の捕集管
保持部３は、一方の端部に配管５２の端部が連結される
保持部本体３０と、この保持部本体３０の他端部にシー
ル材３５ａを介して装備された保持部材３５とから構成
されている。この保持部材３５は、一方から他方にかけ
て貫通しており、一方の端部で第１の捕集管保持部３に
接続され、他方の端部が捕集管Ｈの一端部が嵌挿自在の
挿入穴となっている。かかる挿入穴の内側には二本のＯ
リングが装備されており、これにより、嵌挿された捕集
管Ｈの一端部を保持すると共にシール性の強化を図って
いる。また、保持部材３５は、デッドボリュームを小さ
くするため、なるべく容積を小さくすることが望まし
い。

【００３８】次に、恒温器７について説明する。この恒
温器７は、第１の捕集管保持部３と第２の捕集管保持部
４とに保持された捕集管Ｈを所定温度に冷却する機能を
有し、加熱冷却部７０と、温度制御部７１とから構成さ
れている。加熱冷却部７０は、上側７２と下側７３とに
分割でき、上側７２と下側７３とで捕集管Ｈを挟持する
ようになっている。したがって、加熱冷却部７０に対し
て捕集管Ｈを簡単に着脱できる。

【００３９】上側７２は、断熱材７２１、伝熱材７２２
等から構成されている。下側７３は、断熱材７３１、伝
熱材７３２、ペルチェ素子７３３、放熱フィン７３４等
から構成されている。断熱材７２１，７３１は、ガラス
ウール製、伝熱材７２２，７３２及び放熱フィン７３４
は、アルミニウム製である。

【００４０】伝熱材７３２の内部には、熱電対７３５が
埋設されている。この熱電対７３５は、伝熱材７３２す
なわち捕集管Ｈの温度ｔに対応する電圧を温度制御部７
１へ出力する。温度制御部７１は、例えばマイクロコン
ピュータと、このマイクロコンピュータのメモリに格納
された温度制御用プログラムと、直流電圧電源とから構
成される。温度制御部７１の動作は、熱電対７３５から
出力された捕集管Ｈの温度ｔが一定値ｔ_Cになるよう
に、ペルチェ素子７３３を通電制御するものである。

【００４１】恒温器７の下流側には、前述した捕集管Ｈ
の他端部を保持する第２の捕集管保持部４が配設されて
いる。この第２の捕集管保持部４は、保持部本体４０と
これに連結された保持部材４１とから構成されている。
この保持部材４１は、前述した第１の捕集管保持部３の
保持部材３５と同構造のものである。また、保持部本体
４０は、継手５６ａを介して配管５６と連結されると同
時に着脱機構４２に保持されている。

【００４２】着脱機構４２は、第１の捕集管保持部３に
対して一定の距離を保つ固定部材４３と、固定部材４３
から第１の捕集管保持部３側へ向けて突設された案内棒
４４，４５と、保持部本体４０を保持するとともに案内
棒４４，４５に沿って移動可能とした移動部材４６と、
移動部材４６を第１の捕集管保持部３へ向けて付勢する
圧縮ばね４７とから構成されている。移動部材４６は、
把手等（図示せず）が設けられており、手動によって移
動できるようになっている。

【００４３】捕集管Ｈを連結するには、まず、圧縮ばね
４７の復元力に抗して移動部材４６を固定部材４３側へ
移動させる。続いて、捕集管Ｈの一端を第１の捕集管保
持部３の保持部材３５に嵌め込む。最後に、圧縮ばね４
７の復元力によって移動部材４６を捕集管Ｈ側へ戻す。
これにより、第２の捕集管保持部４の保持部材４１に捕
集管Ｈの他端部が嵌め込まれる。圧縮ばね４７は、その
復元力によって捕集管Ｈをしっかりと固定する。

【００４４】捕集管Ｈを分離するには、まず、圧縮ばね
４７の復元力に抗して移動部材４６を固定部材４３側へ
移動させる。これにより、保持部材４１から捕集管Ｈの
他端部が外れる。続いて、捕集管Ｈの一端を第１の捕集
管保持部３の保持部材３５から外す。最後に、圧縮ばね
４７の復元力によって移動部材４６を捕集管Ｈ側へ戻
す。

【００４５】このように、第２の捕集管保持部４を捕集
管Ｈの長さ方向に移動自在とした構造に加え圧縮ばね４
７の復元力を利用することによって、移動部材４６を移
動させるだけで、捕集管Ｈを簡単かつ正確に連結でき
る。

【００４６】配管５６は、捕集管Ｈの着脱の際に第２の
捕集管保持部４と同時に図１における左右方向に往復移
動する。このため、配管５６と連通状態で連結された配
管５７の一端部には、シリンダ構造の連結部５７ａが形
成されている。かかる連結部５７ａは、配管５６の外径
とほぼ等しい内径の筒状部材であり、配管５６を内部に
挿入自在であると共に当該配管５６が内部で摺動自在と
なっている。また、連結部５７ａと配管５６との間には
図示しないＯリング等のシール部材が介挿されており、
これにより、配管５６は、配管５７に対して気密性を維
持しながら往復移動が自在となっている。

【００４７】配管５７と配管５３との間には、Ｔ字状に
分岐した配管１３ａを介して圧力センサ１３が接続され
ている。圧力センサ１３は、例えば、圧電素子に圧力を
加えると電圧が生じる圧電効果を利用した圧電式であ
り、呼気Ａの第２の捕集管保持部４と吸引ポンプ１１と
の間における圧力ｐに対応する電気信号を動作制御部８
へ出力する。

【００４８】圧力センサ１３の下流側には、捕集管Ｈを
通過する呼気Ａの流量ｆを検出し動作制御部８に出力す
る流量計としてのマスフローコントローラ１４が装備さ
れ、当該マスフローコントローラ１４には、流量ｆを積
算する流量積算部１５が併設されている。

【００４９】このマスフローコントローラ１４は、その
下流側に配管５８を介して配設された吸引ポンプ１１に
付勢されて単位時間に流れる気体の質量（質量流量）を
測定するマスフローメータと、流量を制御するバルブと
から構成され、設定された流量を保持するとともに、測
定された流量に対応する電気信号を動作制御部８及び流
量積算部１５へ出力する。

【００５０】流量積算部１５は、マスフローコントロー
ラ１４から出力された流量の電気信号を入力し、流量を
積算して積算流量を算出する。

【００５１】吸引ポンプ１１は、上記の通り、吸引を行
うことにより装置全体を通じて呼気の流動を付勢してお
り、配管５９から吸引した呼気を排気する。また、この
吸引ポンプ１１は、直流モータによって駆動するロータ
リポンプであり、直流モータの回転数を変えることによ
って吸引力を変えることができる。直流モータを用いた
のは、供給電圧を変えることにより簡単に回転数を変え
られるからである。

【００５２】なお、配管５６，５７，５３，５８，５９
は、気体の流路であり、いずれもフッ素樹脂等から形成
されている。

【００５３】ポンプ制御部１１ａは、例えばマイクロコ
ンピュータ及びそのプログラムと直流電圧電源とから構
成される。ポンプ制御部１１ａは、動作制御部８からの
動作指令信号又は手動よって、吸引ポンプ１１への供給
電圧を変える機能を有している。これにより、吸引ポン
プ１１の直流モータの回転数制御を行い、吸引力を調節
する。

【００５４】動作制御部８は、例えば、シーケンサ，Ｐ
Ｃ等から構成され、後述する呼気濃縮捕集装置１０の動
作の通りにマスフローコントローラ１４，吸引ポンプ１
１及び後述する表示器８ａの動作制御を行う。かかる動
作制御部８について、より詳細に説明する。

【００５５】ここで、動作制御部８の有する各機能をよ
り分かりやすくするために、単に吸引ポンプ１１を駆動
する以外に何も行わない場合における捕集管Ｈ内の流動
抵抗により生じる圧力損失ΔＰの移り変わりを図４に示
す。この図４に示すグラフにおいて、縦軸は捕集管Ｈの
上流側と下流側との間に生じる圧力差から求められる圧
力損失ΔＰであり、横軸は吸引ポンプ１１の駆動開始か
らの経過時間ｔを示す。

【００５６】かかるグラフによれば、吸引ポンプ１１の
駆動開始直後は、急激な気圧変化に対して呼気Ａは捕集
管Ｈ内の吸着剤内部を通過し切れず、捕集管Ｈ内の呼気
の通過が殆どない状態であり、従って圧力損失ΔＰが急
激に増加する。そして、圧力損失ΔＰが一定値｜Ｐj｜
に至ると、捕集管Ｈ内を呼気Ａが通過して、すぐに、圧
力損失ΔＰは減少して一定の値｜Ｐh｜に落ち着く。さ
らに、呼気採取容器Ｋ内の呼気Ａが殆ど吸い出され、圧
力損失ΔＰは、再び増加を開始して、前述した駆動直後
の最大値｜Ｐj｜よりも大きくなる。即ち、大気圧を１
気圧とした場合における絶対圧力は０気圧に近い状態と
なる。

【００５７】このような、圧力損失ΔＰの変化に対応す
るべく、動作制御部８は、以下に示す各機能を有してい
る。

【００５８】即ち、この動作制御部８は、図３に示すよ
うに、圧力センサ１３に検出される吸引ポンプ１１の駆
動開始後の平衡状態となる検出圧力Ｐを吸引圧力Ｐkに
設定する吸引圧力設定機能８１と、この吸引圧力Ｐkと
マスフローコントローラ１４の出力とから大気圧Ｐ0の
下での単位時間ごとの流量Ｑ0を算出すると共にこの流
量Ｑ0に基づいて吸引ポンプ１１の駆動開始からの積算
流量Ｖ0を算出する実流量算出機能８２と、この積算流
量Ｖ0が所定量Ｖmとなったときに吸引ポンプ１１の駆動
を停止する実流量均一化機能８３とを備えている。

【００５９】ここで、吸引圧力Ｐkは、前述した図４に
おける圧力損失ΔＰが一定値｜Ｐh｜となるときの検出
圧力Ｐであり、Ｐk＝Ｐ0−｜Ｐh｜と表すことができ
る。

【００６０】さらに、動作制御部８では、吸引ポンプ１
１の駆動開始からの経過時間ｔを計時する計時機能（図
示せず）を備えており、マスフローコントローラ１４の
検出流量をＱとした場合、大気圧Ｐ0の下での積算流量
Ｖ0は、Ｖ0＝Ｐk（Ｑ・ｔ）／Ｐ0から算出される。

【００６１】また、所定量Ｖmは、呼気濃縮における目
標とする濃縮倍率に応じて設定される数値であり、呼気
採取容器Ｋの容積よりも小さく設定される。

【００６２】動作制御部８は、さらに、吸引ポンプ１１
の駆動開始直後に生じる急激な圧力低下の際の最低検出
圧力Ｐminを吸引ポンプ停止圧力に決定する停止圧力決
定機能８４と、圧力センサ１３の出力が，平衡状態の吸
引圧力Ｐkから低下して吸引ポンプ停止圧力Ｐminを下回
った場合に，吸引ポンプ１１を停止する吸引ポンプ停止
機能８５とを備えている。

【００６３】ここで、吸引ポンプ停止圧力Ｐminとは、
前述した図４における圧力損失ΔＰが吸引ポンプ１１の
駆動開始直後に生じる最上昇値Ｐjとなるときの検出圧
力Ｐであり、Ｐmin＝Ｐ0−｜Ｐj｜と表すことができ
る。

【００６４】さらにまた、この動作制御部８は、前述し
た積算流量Ｖ0に基づいて呼気の濃縮倍率を算出する濃
縮倍率算出機能８６と、を備えている。また、この算出
された濃縮倍率を表示する液晶画面を備えた表示器８ａ
がこの動作制御部８に併設されている。

【００６５】ここで、濃縮倍率算出機能８６による濃縮
倍率の算出方法について詳説する。本実施形態中で述べ
る濃縮倍率とは、一般に、化学の分野で使用される濃度
の変化量の割合のことではなく、捕集管Ｈに吸着された
呼気Ａ中の特定成分の量[pg]ｖを呼気Ａの単位体積中に
含まれる特定成分の含有量ｗ[pg/ml]により除した数値
ｖ／ｗにより示される。

【００６６】具体的に説明すると、特定成分の濃度が１
[pg/ml]の呼気Ａ５００[ml]が捕集管Ｈを通過した場
合、特定成分１００％吸着するとして、その吸着量は、
５００[pg]となり、濃縮倍率が５００倍ということにな
る。

【００６７】即ち、ここでいう濃縮倍率は、呼気Ａの通
過量に完全に比例するため、当該呼気Ａの通過量が精度
良く検出されることが前提となる。図６に示す従来例で
は、マスフローコントローラ１７０から検出される流量
に基づいて濃縮倍率が算出されたため、捕集管Ｈによる
圧力損失の影響を受けており、その算出値は不正確であ
ったが、濃縮倍率算出機能８６では、実流量算出機能８
２によって算出された積算流量Ｖ0に基づいて濃縮倍率
が算出され（呼気Ａの単位体積中に含まれる特定成分の
含有量ｗ[pg/ml]、呼気Ａの通過量がＶ0[ml]、吸着割合
がｐ[%]であれば、濃縮倍率はｐＶ0となる）、圧力損失
の影響を受けることなく濃縮倍率が求められ、かかる数
値が表示器８ａに表示される。

【００６８】次に、呼気濃縮捕集装置１０の動作を図１
乃至図５に基づいて説明する。図５は、呼気濃縮捕集装
置１０の動作の流れを示すフローチャートである。

【００６９】上記の構成では、吸引ポンプ１１の駆動に
より呼気採取容器Ｋ内の呼気Ａが当該吸引ポンプ１１側
に吸引される（ステップＳ１）。これにより、呼気Ａ
は、捕集管Ｈ内を通過して含有する特定成分の吸着が行
われる。このとき、捕集管Ｈ内の吸着剤Ｈ１の流動抵抗
により圧力損失ΔＰを生じ、吸引ポンプ１１の駆動開始
直後には一過性の急激な圧力の低下が圧力センサ１３に
よって検出される。

【００７０】このとき、動作制御部８の停止圧力決定機
能８４では、検出圧力Ｐが低下から上昇に切り替わった
状態を検出し（ステップＳ２）、その際の当該検出圧力
Ｐを吸引ポンプ停止圧力Ｐminに設定する（ステップＳ
３）。

【００７１】さらに、吸引圧力設定機能８１では、検出
圧力Ｐが所定の僅かな変化率以下で一定時間継続する状
態を平衡状態として認識する（ステップＳ４）と共に、
当該平衡状態の検出圧力Ｐの平均値を吸引圧力Ｐkに設
定する（ステップＳ５）。

【００７２】かかる吸引圧力Ｐkが設定されると、これ
に基づいて、実流量算出機能８２によって、マスフロー
コントローラ１４からの信号を流量積算部１５で受け、
Ｖ0＝Ｐk（Ｑ・ｔ）／Ｐ0から、大気圧の下での積算流
量（実流量）Ｖ0が算出される（ステップＳ６）。以
下、時間の経過に伴って、随時，積算流量Ｖ0は算出さ
れ続ける。

【００７３】この積算流量Ｖ0が算出されると、これに
基づいて、濃縮倍率算出機能８６により濃縮倍率が算出
され、表示器８ａに表示される（ステップＳ７）。積算
流量Ｖ0と同様に、時間の経過に伴い、濃縮倍率は、随
時，算出され、その都度、新たな濃縮倍率が表示され
る。

【００７４】また、積算流量Ｖ0が算出されると、予め
設定された所定量Ｖmとその大小が比較され（ステップ
Ｓ８）、かかる所定量Ｖmを越えた場合に、吸引ポンプ
１１が停止されて（ステップＳ９）、呼気濃縮作業が終
了する。

【００７５】積算流量Ｖ0が、所定量Ｖmを越えていない
場合には、吸引ポンプ停止機能８５によって、現在の検
出圧力Ｐと前述した吸引ポンプ停止圧力Ｐminとの大小
が比較され（ステップＳ１０）、検出圧力Ｐの方が低い
場合には、吸引ポンプ１１の駆動が停止されて（ステッ
プＳ９）、呼気濃縮動作が終了する。また、検出圧力Ｐ
が吸引ポンプ停止圧力Ｐminより高い場合には、ステッ
プＳ８に戻り、積算流量Ｖ0が所定量と比較される。

【００７６】以上のように、本実施形態では、動作制御
部８が、検出圧力Ｐの平衡状態から吸引圧力Ｐkを設定
する吸引圧力設定機能８１と、この吸引圧力Ｐkに基づ
いて大気圧下での積算流量Ｖ0を算出する実流量算出機
能８２を備えているため、濃縮倍率の算出を精度良く行
うことが可能である。

【００７７】また、複数の捕集管Ｈについて呼気濃縮作
業を順次行った場合でも、各捕集管Ｈの流動損失ΔＰに
個別に対応して均一条件下での積算流量Ｖ0を求めるこ
とが可能である。

【００７８】さらに、上記の積算流量Ｖ0に基づいて各
捕集管Ｈに対する呼気Ａの通過量を決定する実流量算出
機能８３を有するため、従来のように、各捕集管Ｈごと
に呼気Ａの通過量に差ができず、濃縮倍率の均一化を図
ることが可能である。このため、複数の各捕集管Ｈごと
に、検査精度を向上させることが可能である。

【００７９】なお、動作制御部８には、実流量均一化機
能８３を設けず、表示器８ａの濃縮倍率表示に基づいて
吸引ポンプ１１を停止する構成としても良い。かかる手
法でも、圧力損失の異なる各捕集管Ｈごとに、濃縮倍率
の均一化を図ることが可能である。

【００８０】また、停止圧力決定機能８４及び吸引ポン
プ停止機能８５を備え、吸引ポンプ１１の駆動直後に生
じる急激な圧力低下における最低圧力を吸引ポンプ１１
の停止圧力Ｐminとするため、各捕集管Ｈごとに圧力損
失ΔＰに応じた停止圧力Ｐminが設定され、従来のよう
に、圧力損失ΔＰの大きな捕集管Ｈの場合に対してすぐ
に呼気Ａの吸引を中断する不都合を回避し、呼気濃縮作
業を円滑に行うことが可能である。

【００８１】また、表示器８ａには、濃縮倍率の他に、
大気圧の下での流量Ｑ0，圧力損失ΔＰ及び積算流量Ｖ0
を表示する構成としても良い。

【００８２】さらに、前述した動作制御部８には、新た
に、駆動開始後の吸引ポンプ１１に対して，ポンプ制御
部１１ａを介して所定圧力を維持して吸引させる動作制
御を行う圧力安定化機能を付加しても良い。この場合、
この圧力安定化機能により維持される所定圧力が、前述
した吸引圧力設定機能８１により吸引圧力Ｐkに設定さ
れ、実流量算出機能８２により積算流量Ｖ0が算出され
る。さらに、この積算流量Ｖ0から濃縮倍率算出機能８
６により濃縮倍率が算出される。

【００８３】また、この圧力安定化機能を動作制御部８
に設けた場合には、停止圧力決定機能８４及び吸引ポン
プ停止機能８５は不要である。

【００８４】この圧力安定化機能により、捕集管Ｈと吸
引ポンプ１１との間の圧力を予め設定した一定の圧力に
人為的に調節することが可能となり、これにより、平衡
状態を安定して維持することができるため、積算流量Ｖ
0をより精度良く算出することが可能となる。即ちこれ
より、より精度良く呼気濃縮作業を行うことが可能とな
る。

【００８５】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、流量計の検出流
量を大気圧の下での流量に換算する実流量算出機能を備
えているため、捕集管の圧力損失にかかわらず精度良く
流量測定を行うことが可能である。

【００８６】また、実流量算出機能により検出圧力の平
衡状態を吸引圧力として大気圧の下での積算流量を算出
し、実流量均一化機能により算出された積算流量に基づ
いて吸引ポンプの停止タイミングが設定されるため、各
捕集管の圧力損失ごとに個別に対応して大気圧の下での
呼気通過量を均一化することができ、各捕集管に吸着さ
れる呼気中の呼気成分の濃縮倍率を均一化することが可
能である。

【００８７】請求項２記載の発明では、濃縮倍率算出機
能及び表示器により、現在行われている呼気濃縮作業の
濃縮倍率を目視により確認することができ、これによ
り、各捕集管ごとに濃縮倍率の均一化を図ることが可能
である。

【００８８】請求項３記載の発明では、停止圧力決定機
能及び吸引ポンプ停止機能を備え、吸引ポンプの駆動直
後に生じる急激な圧力低下における最低圧力を吸引ポン
プの停止圧力とするため、各捕集管ごとに圧力損失に応
じた停止圧力が設定され、従来のように、圧力損失の大
きな捕集管の場合に対してすぐに呼気の吸引を中断する
不都合を回避し、呼気濃縮作業を円滑に行うことが可能
である。

【００８９】請求項４記載の発明では、動作制御部に、
圧力安定化機能を備えているため、捕集管と吸引ポンプ
との間の圧力を予め設定した一定の圧力に人為的に調節
することが可能となり、これにより、平衡状態を安定し
て維持することができるため、積算流量をより精度良く
算出することが可能となる。即ちこれより、より精度良
く呼気濃縮作業を行うことが可能となる。

【００９０】請求項５記載の発明では、恒温槽を容器保
持部に併設しているため、複数の呼気採取容器に対し
て、常に一体の温度で呼気濃縮作業を行うことが可能と
なり、かかる濃縮作業時における外気温の影響を効果的
に抑制することができる。このため、各捕集管ごとに生
じる分析精度の低下を有効に抑制することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る呼気濃縮捕集装置の一実施形態を
示す構成図である。

【図２】図１の呼気濃縮捕集装置における容器保持部の
構造を示す断面図であり、図２（Ａ）は呼気採取容器の
装着時又は取り外し直前の状態を示し、図２（Ｂ）は呼
気採取容器の呼気を外部に吸い出している状態を示して
いる。

【図３】図１の呼気濃縮捕集装置における制御系のブロ
ック図を示している。

【図４】吸引ポンプ駆動開始からの捕集管による圧力損
失を示す線図である。

【図５】呼気濃縮捕集装置の動作を示すフローチャート
である。

【図６】従来の呼気濃縮捕集装置の構成図である。

【符号の説明】

２容器保持部３第１の捕集管保持部４第２の捕集管保持部８動作制御部８ａ表示器１０呼気濃縮捕集装置１１吸引ポンプ１１ａポンプ制御部１３圧力センサ１４マスフローコントローラ（流量計）８１吸引圧力設定機能８２実流量算出機能８３実流量均一化機能８４停止圧力決定機能８５吸引ポンプ停止機能８６濃縮倍率算出機能Ａ呼気Ｈ捕集管Ｋ呼気採取容器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】呼気が封入される呼気採取容器を着脱自
在に保持する容器保持部と、この容器保持部に気体の流
路を介して連通すると共に，前記呼気中の特定成分を吸
着する捕集管の一端部を着脱自在に保持する第１の捕集
管保持部と、前記捕集管の他端部を着脱自在に保持する
第２の捕集管保持部と、この第２の捕集管保持部と気体
の流路を介して連通する吸引ポンプと、この吸引ポンプ
の出力を調整するポンプ制御部と、前記第２の捕集管保
持部と前記吸引ポンプ間の圧力を検出する圧力センサ
と、前記吸引ポンプにより吸引される気体流量を検出す
る流量計と、前記各部の動作制御を行う動作制御部と、
を備え、この動作制御部が、前記圧力センサからの前記吸引ポンプの駆動開始後の平
衡状態となる検出圧力を吸引圧力に設定する吸引圧力設
定機能と、この吸引圧力と前記流量計の出力とから所定の統一気圧
の下での流量を算出すると共にこの流量に基づいて前記
吸引ポンプの駆動開始からの積算流量を算出する実流量
算出機能と、この積算流量が所定量となったときに前記吸引ポンプの
駆動を停止する実流量均一化機能と、を備えることを特徴とする呼気濃縮捕集装置。
【請求項２】呼気が封入される呼気採取容器を着脱自
在に保持する容器保持部と、この容器保持部に気体の流
路を介して連通すると共に，前記呼気中の特定成分を吸
着する捕集管の一端部を着脱自在に保持する第１の捕集
管保持部と、前記捕集管の他端部を着脱自在に保持する
第２の捕集管保持部と、この第２の捕集管保持部と気体
の流路を介して連通する吸引ポンプと、この吸引ポンプ
の出力を調整するポンプ制御部と、前記第２の捕集管保
持部及び前記吸引ポンプ間の圧力を検出する圧力センサ
と、前記吸引ポンプにより吸引される気体流量を検出す
る流量計と、前記各部の動作制御を行う動作制御部と、
を備え、この動作制御部が、前記圧力センサに検出される前記吸引ポンプの駆動開始
後の平衡状態となる検出圧力を吸引圧力に設定する吸引
圧力設定機能と、この吸引圧力と前記流量計の出力とから所定の統一気圧
の下での流量を算出すると共にこの流量に基づいて前記
吸引ポンプの駆動開始からの積算流量を算出する実流量
算出機能と、前記積算流量に基づいて前記呼気の濃縮倍率を算出する
濃縮倍率算出機能と、を備え、この算出された濃縮倍率を表示する表示器を設けたこと
を特徴とする呼気濃縮捕集装置。
【請求項３】前記動作制御部が、前記吸引ポンプの駆動開始直後に生じる急激な圧力低下
の際の最低検出圧力を吸引ポンプ停止圧力に決定する停
止圧力決定機能と、前記圧力センサの出力が，前記平衡状態の吸引圧力から
低下して前記吸引ポンプ停止圧力を下回った場合に，前
記吸引ポンプを停止する吸引ポンプ停止機能と、を備え
ることを特徴とする請求項１記載の呼気濃縮捕集装置。
【請求項４】前記容器保持部に、前記呼気採取容器を
一定の温度に保持する恒温槽を併設したことを特徴とす
る請求項１記載の呼気濃縮捕集装置。
【請求項５】前記動作制御部が、駆動開始後の前記吸
引ポンプに対して，前記ポンプ制御部を介して所定圧力
を維持して吸引させる動作制御を行う圧力安定化機能を
備えることを特徴とする請求項１記載の呼気濃縮捕集装
置。