(57)【要約】【課題】コンパクトな装置で、低濃度のアルコールガスを高精度に、しかも連続的に生成することにある。【解決手段】中間部に括れ部１ａを有し、その括れ部に所定流量の空気または非還元性ガスを通流されるベンチュリ管１と、上部に空けた空間の下方にアルコール液または所定濃度のアルコール水溶液４を気密に収容するとともに、前記空間に前記ベンチュリ管の括れ部とその括れ部の上流側の部分とを通路５，６を介して連通されたアルコール容器２と、前記ベンチュリ管の前記上流側の部分から分流して前記アルコール容器内に入り、前記アルコール液またはアルコール水溶液から蒸発したアルコールを含んだ前記空気または非還元性ガスを、前記ベンチュリ管の前記括れ部を通る前記空気または非還元性ガスの気流中に流量を調節して流出させて混合し、その混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を調節する濃度調節バルブ３と、を具えてなる、低濃度アルコールガス生成装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間部に括れ部を有し、その括れ部に所定流量の空気または非還元性ガスを通流されるベンチュリ管と、
上部に空けた空間の下方にアルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を気密に収容するとともに、前記空間に前記ベンチュリ管の括れ部とその括れ部の上流側の部分とを連通されたアルコール容器と、
前記ベンチュリ管の前記上流側の部分から分流して前記アルコール容器内に入り、前記アルコール液またはアルコール水溶液から蒸発したアルコールを含んだ前記空気または非還元性ガスを、前記ベンチュリ管の前記括れ部を通る前記空気または非還元性ガスの気流中に流量を調節して流出させて混合し、その混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を調節する濃度調節バルブと、
を具えてなる、低濃度アルコールガス生成装置。
【請求項２】
前記ベンチュリ管の括れ部の下流側の部分の前記混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を検出するセンサと、
前記センサからの信号に基づきアクチュエータを制御し、前記濃度調節バルブを作動させて前記アルコールガスのアルコール濃度を調節するコントローラと、
を具えることを特徴とする、請求項１記載の低濃度アルコールガス生成装置。
【請求項３】
前記アルコール容器内に配置され、前記アルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を毛細管現象で吸い上げてその蒸発を助ける気化用繊維質部材を具えることを特徴とする、請求項１または２記載の低濃度アルコールガス生成装置。
【請求項４】
前記ベンチュリ管の括れ部の上流側の部分に空気または非還元性ガスを供給する気体源と、
前記気体源から前記ベンチュリ管の括れ部の上流側の部分に供給する空気または非還元性ガスの流量を調節する流量調節バルブと、
を具えることを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の低濃度アルコールガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、呼気アルコール濃度測定装置の精度確認を行うための基準となる低アルコール濃度のアルコールガスを生成する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
呼気アルコール濃度測定装置の精度確認を行うための基準となるアルコールガスは、従来は、所定量の空気が入った容器（人工肺）内にアルコール液をスポイト等で所定量添加することで生成していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記アルコールガスは０．１５ｍｇ／リットルと極めてアルコール濃度が低いことから、上記従来の方法では空気に添加するアルコールの量が微量となるため、アルコール液の添加量の精度を得るのが困難であるという問題があった。
【０００４】
また上記従来の方法では、添加するアルコール液の量を多くして精度を高くしようとすると、空気の容器が大きくなりすぎて、装置全体が極めて大きなものとなってしまうという問題があり、加えて、空気は温度の変化によって体積が大きく変動するので、生成するアルコールガスの濃度もさらに不安定なものになってしまうという問題があった。
【０００５】
しかも上記従来の方法では、連続してアルコールガスを生成することができず、生成するアルコールガスのアルコール濃度を必要に応じて変化させることもできないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の低濃度アルコールガス生成装置は、中間部に括れ部を有し、その括れ部に所定流量の空気または非還元性ガスを通流されるベンチュリ管と、上部に空けた空間の下方にアルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を気密に収容するとともに、前記空間に前記ベンチュリ管の括れ部とその括れ部の上流側の部分とを連通されたアルコール容器と、前記ベンチュリ管の前記上流側の部分から分流して前記アルコール容器内に入り、前記アルコール液またはアルコール水溶液から蒸発したアルコールを含んだ前記空気または非還元性ガスを、前記ベンチュリ管の前記括れ部を通る前記空気または非還元性ガスの気流中に流量を調節して流出させて混合し、その混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を調節する濃度調節バルブと、を具えてなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
かかるこの発明の低濃度アルコールガス生成装置にあっては、ベンチュリ管を流れる空気または非還元性ガスの気流の一部が分流して、ベンチュリ管の括れ部の上流側の部分から、アルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を気密に収容するアルコール容器内の上部に流入し、そのアルコール容器内のアルコール液またはアルコール水溶液から蒸発したアルコールガスを含んだ空気または非還元性ガスが、ベンチュリ管の括れ部とその上流側の部分との圧力差で、その括れ部を通る所定流量の空気または非還元性ガスの気流中に流出してその気流中に混合され、混合気であるアルコールガスとなってそのベンチュリ管から吐出される。そしてそのアルコールガスのアルコール濃度は、例えばその混合気であるアルコールガスのアルコール濃度をセンサで検出しながら、ベンチュリ管の括れ部から上記気流中に流出するアルコールを含んだ空気または非還元性ガスの流量を濃度調節バルブで調節することで、所望の値に調節される。
【０００８】
従って、この発明の低濃度アルコールガス生成装置によれば、アルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を収容するアルコール容器とベンチュリ管とを主な構成要素とするコンパクトな装置で、低濃度のアルコールガスを高精度に、しかも連続的に生成することができる。
【０００９】
なお、この発明の低濃度アルコールガス生成装置においては、前記ベンチュリ管の括れ部の下流側の部分の前記混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を検出するセンサと、前記センサからの信号に基づきアクチュエータを制御し、前記濃度調節バルブを作動させて前記アルコールガスのアルコール濃度を調節するコントローラと、を具えていても良く、このようにすれば、ベンチュリ管から吐出される混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を、自動的に所望の濃度に調節して、その濃度に維持することができる。
【００１０】
またこの発明の低濃度アルコールガス生成装置においては、前記アルコール容器内に配置され、前記アルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を毛細管現象で吸い上げてその蒸発を助ける、例えばフェルト等の気化用繊維質部材を具えていても良く、このようにすれば、ベンチュリ管を流れる気流の流量が多目の場合でも充分足りるようにアルコール容器内のアルコールを蒸発させることができる。
【００１１】
さらに、この発明の低濃度アルコールガス生成装置においては、前記ベンチュリ管の括れ部の上流側の部分に空気または非還元性ガスを供給するボンベ等の気体源と、前記気体源から前記ベンチュリ管の括れ部の上流側の部分に供給する空気または非還元性ガスの流量を調節する流量調節バルブと、を具えていても良く、このようにすれば、所望の流量のアルコールガスを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の低濃度アルコールガス生成装置の一実施例の構成を示す説明図、図２は、その実施例の低濃度アルコールガス生成装置のベンチュリ管とアルコール容器との構造を拡大して示す断面図、図３（ａ），（ｂ）および（ｂ）は、上記実施例の低濃度アルコールガス生成装置の作動原理を示す説明図である。
【００１３】
この実施例の低濃度アルコールガス生成装置は、図１に示すように、ベンチュリ管１と、アルコール容器２と、濃度調節バルブ３とを具えており、ベンチュリ管１は、図２に示すように、中間部の括れ部１ａと、その括れ部１ａの上流側（図では右側）の部分である流入部１ｂと、その括れ部１ａの下流側（図では左側）の部分である流出部１ｃとを有していて、その流入部１ｂに例えば窒素ガスや二酸化炭素ガス等の非還元性ガスを所定流量で供給されて、その非還元性ガスを括れ部１ａに通過させ、流出部１ｃから外部に吐出させる。
【００１４】
また、アルコール容器２は、図２に示すように、内部を中間壁２ａで仕切られて上下二室２ｂ，２ｃに分かれていて、下の部屋２ｃ内にはアルコール水溶液４が収容され、上の部屋２ｂは、ベンチュリ管１の括れ部１ａと流入部１ｂとに通路５，６を介してそれぞれ連通している。さらに中間壁２ａに穴２ｄが開けられており、その穴２ｄを貫通するように、気化用繊維質部材としての気化用フェルト７が、アルコール容器２内に取り付けられている。この気化用フェルト７は、アルコール容器２内の上下の部屋に亘って延在し、下の部屋内のアルコール水溶液４に下部を浸漬されて、そのアルコール水溶液４を毛細管現象で吸い上げ、上の部屋内で蒸発させる役目を果たす。
【００１５】
そして、濃度調節バルブ３は、例えばニードルバルブにて構成されていて、括れ部１ａに開口する通路５の開口部に挿入される細長い円錐状のニードル３ａと、ネジ構造によりそのニードル３ａを通路５の開口部に対して出し入れするニードル支持部３ｂとを有し、そのニードル支持部３ｂによってニードル３ａを通路５の開口部に対して出し入れすることにより、ベンチュリ管１の流入部１ｂから通路６を介してアルコール容器２の上の部屋２ｂ内に分流してアルコール水溶液４からの水蒸気およびアルコールガスを含んだ非還元性ガスがベンチュリ管１の括れ部１ａを通る本流中に通路５を介して流出する際の流量を調節して、その水蒸気およびアルコールガスを含んだ非還元性ガスの分流を非還元性ガスの本流中に混合する。
【００１６】
さらにこの実施例の低濃度アルコールガス生成装置は、図１に示すように、ベンチュリ管１の流出部１ｃより下流の流路内の、上記非還元性ガスとアルコールとの混合気であるアルコールガス中のアルコール濃度を検出するガスセンサ８と、濃度調節バルブ３のニードル支持部３ｂに駆動結合されてそのニードル支持部３ｂを回転させ、ニードル３ａを通路５の開口部に対して出し入れする、アクチュエータとしてのサーボモータ９と、ガスセンサ８の出力信号に基づきサーボモータ９を制御することで濃度調節バルブ３を作動させて、ベンチュリ管１の流出部１ｃから吐出される上記混合気のアルコール濃度を調節する、通常のマイクロコンピュータを有するコントローラ１０とを具えている。
【００１７】
さらにこの実施例の低濃度アルコールガス生成装置は、図１に示すように、ベンチュリ管１の流入部１ｂに非還元性ガスを供給する、気体源としてのレギュレータ付高圧ボンベ１１と、そのレギュレータ付高圧ボンベ１１からベンチュリ管１の流入部１ｂに供給する非還元性ガスの流量を調節する、吐出流量を示すエアフローメータ１２ａ付の流量調節バルブ１２とを具えている。
【００１８】
かかるこの実施例の低濃度アルコールガス生成装置にあっては、ベンチュリ管１の流入部１ｂにレギュレータ付高圧ボンベ１１から非還元性ガスが一定圧で連続的に供給され、その供給流量は、エアフローメータ１２ａを見ながら流量調節バルブ１２を操作することで適宜に調整することができる。そしてコントローラ１０が、あらかじめ与えられたプログラムに基づき作動して、ガスセンサ８の出力信号に基づきサーボモータ９を作動させて濃度調節バルブ３を操作することで、ベンチュリ管１の流出部１ｃから吐出されるアルコールガスのアルコール濃度を自動的に所定の値に調節してその値に維持する。
【００１９】
ところで、ベンチュリ管１では、図３（ａ）に示すように、流入部１ｂにおける気流の流速をｖ１、圧力をＰ１、括れ部１ａにおける気流の流速をｖ２、圧力をＰ２とすると、定常流れのベルヌーイの式により次式の関係が成り立つ。
【数１】
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【００２０】
ここで、流れが外部に逃げないとすれば、流入部１ｂと括れ部１ａとで単位時間当たりの流量は変わらないので、流入部１ｂよりも括れ部１ａの断面積が小さいことから、括れ部１ａにおける気流の流速ｖ２は流入部１ｂにおける気流の流速ｖ１よりも速くなる。従って、括れ部１ａにおける気流の圧力をＰ２は、流入部１ｂにおける気流の圧力Ｐ１よりも低くなる。この圧力差により、図３（ｂ）に示すように、流入部１ｂにおける気流の流量Ｑに比例した流量Ｑ１の本流と流量Ｑ２の分流とが得られ、その分流が通路６を通ってアルコール容器２内に入り、そこから通路５を通って括れ部１ａ内の流量Ｑ１の本流中に流出してその本流に混合され、元の流量Ｑとなる。
【００２１】
例えば、上記分流のアルコール濃度がＣ［ｍｇ／リットル］の場合に、括れ部１ａ内での非還元性ガスの分流と本流との混合比（上記流量の比Ｑ２：Ｑ１）を濃度調節バルブ３によって０．０：１．０から０．１：０．９まで最大で１０％変化させ得るとすると、図３（ｃ）に示すように、本流の流量Ｑ１＝１．０〜０．９Ｑ、分流の流量Ｑ２＝０．０〜０．１Ｑ（但しＱ＝Ｑ１+Ｑ２）となり、流出部１ｃで得られる低濃度アルコールガスのアルコール濃度Ｔは０〜（１／１０）×Ｃ［ｍｇ／リットル］となる。
【００２２】
ここで、アルコール容器２の上の部屋２ｂ内の飽和水蒸気は、下の部屋２ｃ内のアルコール水溶液４から気化用フェルト７で吸い上げられた水とアルコール液とから供給されるため、その上の部屋２ｂ内には、アルコール水溶液４の水とアルコール液との比率に応じた割合でアルコールガスが充満することになる。すなわち、アルコール水溶液４が、水１００グラムに対しアルコール液Ｄグラムの重量比で混合したＤ％アルコール水溶液であり、飽和水蒸気量が、Ｗ［ｍｇ／リットル］（ｍ３をリットルに換算）となる気温の時、流出部１ｃで得られる低濃度アルコールガスのアルコール濃度Ｔは、Ｔ＝（１／１０）×Ｃ＝（１／１０）×Ｗ×Ｄ×（１／１００）＝Ｗ・Ｄ・（１／１０００）［ｍｇ／リットル］となる。
【００２３】
例えば、気温２４℃の時、飽和水蒸気量は約２０［ｍｇ／リットル］であるので、上記のように混合比を最大で１０％変化させ得るとすると、アルコール水溶液４に２０％アルコール水溶液を用いた場合に、低濃度アルコールガスのアルコール濃度Ｔは、Ｔ＝２０×２０×１／１０００＝０．４［ｍｇ／リットル］となり、０〜０．４［ｍｇ／リットル］のアルコール濃度の低濃度アルコールガスが得られる。但し、飽和水蒸気量は気温によって変化するので、使用する環境によっては、アルコール水溶液のアルコール濃度を変更するか、混合比を変化させ得る範囲の設定をより広くすることが望ましい。
【００２４】
従って、この実施例の低濃度アルコールガス生成装置によれば、所定濃度のアルコール水溶液４を収容するアルコール容器２とベンチュリ管１とを主な構成要素とするコンパクトな装置で、低濃度アルコールガスを高精度に、しかも連続的に生成することができる。
【００２５】
しかもこの実施例の低濃度アルコールガス生成装置によれば、ベンチュリ管１の括れ部１ａの下流側の流路内の、上記非還元性ガスとアルコールとの混合気であるアルコールガス中のアルコール濃度を検出するガスセンサ８と、そのガスセンサ８からの信号に基づきサーボモータ９を制御し、濃度調節バルブ３を作動させて上記アルコールガスのアルコール濃度を調節するコントローラ１０とを具えているので、ベンチュリ管１から吐出される混合気であるアルコールガスのアルコール濃度を、自動的に所望の濃度に調節して、その濃度に維持することができる。
【００２６】
さらにこの実施例の低濃度アルコールガス生成装置によれば、アルコール容器２内に配置され、所定濃度のアルコール水溶液４を毛細管現象で吸い上げてその蒸発を助ける気化用フェルト７を具えているので、ベンチュリ管１を流れる気流の流量が多目の場合でも充分足りるようにアルコール容器２内のアルコールを蒸発させることができる。
【００２７】
さらにこの実施例の低濃度アルコールガス生成装置によれば、ベンチュリ管１の括れ部の上流側の流入部１ｂに非還元性ガスを供給するレギュレータ付高圧ボンベ１１と、そのレギュレータ付高圧ボンベ１１からベンチュリ管１の流入部１ｂに供給する非還元性ガスの流量を調節する流量調節バルブ１２とを具えているので、所望の流量のアルコールガスを容易に得ることができる。
【００２８】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更でき、例えば、アルコール容器２内にはアルコール水溶液４に代えて１００％アルコール液を収容しても良いが、その場合には分流中のアルコール濃度が高くなるため、アルコールガスの要求アルコール濃度が低い場合には濃度調節バルブ３の制御が難しくなるので、上記例のようにアルコール水溶液４を用いることが好ましい。また、ベンチュリ管１の流入部１ｂには、非還元性ガスに代えて空気を供給しても良い。さらに、サーボモータ９およびコントローラ１０を省略して、濃度調節バルブ３の操作を、ベンチュリ管１から吐出されるアルコールガスのアルコール濃度をガスセンサ８で検出して確認しながら手で行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
かくしてこの発明の低濃度アルコールガス生成装置によれば、アルコール液または所定濃度のアルコール水溶液を収容するアルコール容器とベンチュリ管とを主な構成要素とするコンパクトな装置で、低濃度のアルコールガスを高精度に、しかも連続的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の低濃度アルコールガス生成装置の一実施例の構成を示す説明図である。
【図２】上記実施例の低濃度アルコールガス生成装置のベンチュリ管とアルコール容器との構造を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の低濃度アルコールガス生成装置の作動原理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ベンチュリ管
１ａ  括れ部
１ｂ  流入部
１ｃ  流出部
２  アルコール容器
２ａ  中間壁
２ｂ  上の部屋
２ｃ  下の部屋
２ｄ  穴
３  濃度調節バルブ
３ａ  ニードル
３ｂ  ニードル支持部
４  アルコール水溶液
５，６  通路
７  気化用フェルト
８  ガスセンサ
９  サーボモータ
１０  コントローラ
１１  レギュレータ付高圧ボンベ
１２  流量調節バルブ
１２ａ  エアフローメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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