(57)【要約】【課題】  家畜をできるだけ自然な状態においてその呼気成分測定の信頼性および再現性を高める。【解決手段】  家畜の呼気成分を測定する方法において、家畜がその頭部を自在に動かせる内部空間５０を有する呼気回収室１を用意し、その呼気回収室１に家畜の頭部を挿入して外部から空気を導入し、呼気回収室１から流出する家畜の呼気を含む空気の流量と家畜の呼気成分ごとの濃度を測定し、それら濃度と流量から家畜の呼気成分ごとの量を演算する。【選択図】        図５
2005098817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜の呼気成分を測定する方法において、家畜がその頭部を自在に動かせる内部空間５０を有する呼気回収室１を用意し、その呼気回収室１に家畜の頭部を挿入して外部から空気を導入し、呼気回収室１から流出する家畜の呼気を含む空気の流量と家畜の呼気成分ごとの濃度を測定し、それら濃度と流量から家畜の呼気成分ごとの量を演算することを特徴とする家畜の呼気成分測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記呼気回収室１を箱型とし、その側壁の少なくとも一部を透明な材料で形成し、頭部を挿入した家畜が呼気回収室１内から外を透視できるようにしたことを特徴とする家畜の呼気成分測定方法。
【請求項３】
家畜の呼気成分を測定する装置において、家畜が頭部を自在に動かせる内部空間を有する呼気回収室１と、呼気回収室１に設けた家畜の頭部挿入部５３と、呼気回収室１に外部から空気を導入する空気導入手段３と、呼気回収室１の空気を排出する空気排出手段４と、空気排出手段４を流れる空気の流量を測定する空気流量測定器１４と、前記空気排出手段４を流れる空気の一部を呼気成分ごとの濃度を測定する成分測定手段２６に供給する測定空気供給手段１５と、成分測定手段２６で測定した呼気成分ごとの濃度と前記空気流量測定器１４で測定した空気流量から家畜の呼気成分ごとの量を演算する演算手段２８を備えていることを特徴とする家畜の呼気成分測定装置。
【請求項４】
請求項３において、前記呼気回収室１は箱型とされ、箱型の少なくとも前方の側壁が透明な材料で形成され、後方の側面に筒状シートを有する家畜の頭部挿入部５３が設けられ、さらに前記呼気回収室１にはその内部を微負圧に調整する微負圧調整手段４１と、頭部を挿入した家畜に給餌および水分の補給を行う給餌手段５８および水分補給手段５７を備えていることを特徴とする家畜の呼気成分測定装置。
【請求項５】
請求項４において、前記微負圧調整手段４１は、前記呼気回収室１の壁部に設けた開口部に設置される弁函７０と、弁函７０の外側壁７１に設けた空気導入部７２と、弁函７０の内側壁７３に設けた空気排出部７４と、それら空気導入部７２と空気排出部７４の間に配置された通風性を有する弁座板７５と、その弁座板７５の空気排出側に１辺を固定した可撓性の弁板７６を有するフラット弁により構成されていることを特徴とする家畜の呼気成分測定装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかにおいて、前記空気排出手段４は排気管５と抽気管６を備え、排気管５には排気弁７と排気ブロワ８が設けられて前記呼気回収室１の空気をそのまま大気に排出できるように構成され、抽気管６には抽気弁９と抽気ブロワ１０が設けられ且つその抽気管６に前記空気流量測定手段１４および前記測定空気供給手段１５が設けられることを特徴とする家畜の呼気成分測定装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれかにおいて、前記呼気成分測定装置が大型家畜用である場合、前記頭部挿入部５３に頭部を挿入する大型家畜の首部を拘束し、且つその拘束位置を前後に調整可能なスタンチョン６０が設けられることを特徴とする大型家畜用の家畜の呼気成分測定装置。
【請求項８】
請求項３ないし６のいずれかにおいて、前記呼気成分測定装置が小型家畜用である場合、前記呼気回収室１に隣接して小型家畜を収容する収容手段８０が設けられ、その収容手段８０は架台８１と、架台８１上に配置した小型家畜の動作範囲を制限する柵体８２と、架台８１の上部に形成した格子部８３と、格子部８３の下方に配置した糞尿回収手段８４を有することを特徴とする小型家畜用の家畜の呼気成分測定装置。
【請求項９】
請求項３ないし８のいずれかにおいて、前記呼気回収室１を複数並列に設けることを特徴とする家畜の呼気成分測定装置。
【請求項１０】
請求項３ないし９のいずれかにおいて、前記演算手段２８は空気流量測定手段１４および成分測定手段２６からの測定信号を収集するデータロガー２９と、データロガー２９で収集した各測定データから家畜の呼気成分ごとの量を演算するコンピュータ装置３０を備えていることを特徴とする家畜の呼気成分測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のコンピュータ装置３０における家畜の呼気成分ごとの量を演算する演算プログラムを格納した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は家畜の呼気成分の測定方法、測定装置および該測定装置に使用される記憶媒体に関し、詳しくは家畜に与える飼料と呼気の関係を分析するために有効な呼気データを測定する方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
牛や羊等の家畜が飼料を食べてその消化器官（ルーメン）で消化すると、消化器官内に生息する嫌気性菌によりメタンが生成し、そのメタンは二酸化炭素と共に家畜の呼気やゲップ（以下、これらを呼気という）として大気中に排出される。またメタンや二酸化炭素の一部は糞尿に溶け込んで体外に排出される。
【０００３】
従来、糞尿を発酵処理しメタンを回収して大気汚染を防止する技術は開発されているが、家畜の呼気から大気に排出されるメタン等を効率よく回収する技術は開発されていない。家畜の呼気から排出されるメタン等のガスは地球温暖化等、環境に対して有害な作用をするが、このメタン等の排出量は家畜に与える飼料の種類等により変化することが知られている。そこで飼料と呼気により排出されるメタン等の関係を解析し、最適な飼料を選択して大気への有害物質の排出量を抑制する技術の開発が望まれている。
【０００４】
そのためには家畜の排出する呼気中のガス成分（以下呼気成分という）とその量を正確に測定することが必要になる。従来の家畜の呼気成分の測定には、（１）家畜全体を気密性のある大きな部屋に入れて一定時間に家畜から排出する呼気成分を測定する方法、（２）空気流通するカプセルを家畜の頭部に被せ、カプセルから流出する呼気成分を測定する方法等が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし前者の気密性のある部屋を利用して呼気成分を測定する方法は、大きな気密部屋を必要とし設備費が高価なものとなる。さらに呼気成分として測定されるガス中には糞尿から発生するガスも混入するので、正確な呼気データを把握することが困難である。
また後者のカプセルを用いて呼気成分を測定する方法は、狭いカプセル空間に頭部を挿入された家畜は、自然な状態と隔絶され周囲から圧迫された閉鎖状態に置かれるので不快感を覚え、場合によっては家畜に心臓障害や呼吸障害を引き起こすおそれがある。さらにそのような状態で回収した呼気成分のデータは正確性または再現性が劣るという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、従来の呼気成分測定方法の問題を解決することを課題とし、そのための新しい家畜の呼気成分測定方法および測定装置、さらに該測定装置を構成するコンピュータ装置の演算プログラムを格納した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する本発明に係る家畜の呼気測定方法は、家畜がその頭部を自在に動かせる内部空間を有する呼気回収室を用意し、その呼気回収室に家畜の頭部を挿入して外部から空気を導入し、呼気回収室から流出する家畜の呼気を含む空気の流量と家畜の呼気成分ごとの濃度を測定し、それら濃度と流量から家畜の呼気成分ごとの量を演算することを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
上記呼気測定方法において、前記呼気回収室を箱型とし、その側壁の少なくとも一部を透明な材料で形成し、頭部を挿入した家畜が呼気回収室内から外を透視できるようにできる（請求項２）。
【０００９】
また、前記課題を解決する本発明に係る家畜の呼気成分の測定装置は、家畜が頭部を自在に動かせる内部空間を有する呼気回収室と、呼気回収室に設けた家畜の頭部挿入部と、呼気回収室に外部から空気を導入する空気導入手段と、呼気回収室の空気を排出する空気排出手段と、空気排出手段を流れる空気の流量を測定する空気流量測定器と、前記空気排出手段を流れる空気の一部を呼気成分ごとの濃度を測定する成分測定手段に供給する測定空気供給手段と、成分測定手段で測定した呼気成分ごとの濃度と前記空気流量測定器で測定した空気流量から家畜の呼気成分ごとの量を演算する演算手段を備えていることを特徴とする（請求項３）。
【００１０】
上記呼気成分測定装置において、前記呼気回収室を箱型とし、箱型の少なくとも前方の側壁を透明な材料で形成し、後方の側面に筒状シートを有する家畜の頭部挿入部を設け、さらに前記呼気回収室にはその内部を微負圧に調整する微負圧調整手段と、頭部を挿入した家畜に給餌および水分の補給を行う給餌手段および水分補給手段を備えることができる（請求項４）。
【００１１】
上記箱型の呼気回収室を有する呼気成分測定装置において、前記微負圧調整手段は前記呼気回収室の壁部に設けた開口部に設置される弁函と、弁函の外側壁に設けた空気導入部と、弁函の内側壁に設けた空気排出部と、空気導入部と空気排出部の間に配置された通風性を有する弁座板と、その弁座板の空気排出側に１辺を固定した可撓性の弁板を有するフラット弁により構成することができる（請求項５）。
【００１２】
上記いずれかの呼気成分測定装置において、前記空気排出手段は排気管と抽気管を備え、排気管には排気弁と排気ブロワを設けて前記呼気回収室の空気をそのまま大気に排出できるように構成し、抽気管には抽気弁と抽気ブロワを設け且つその抽気管に前記空気流量測定器および前記測定空気供給手段を設けることができる（請求項６）。
【００１３】
上記いずれかの呼気成分測定装置が大型家畜用である場合、前記頭部挿入部に頭部を挿入する大型家畜の首部を拘束し、且つその拘束位置の前後調整が可能なスタンチョンを設けることができる（請求項７）。
【００１４】
上記いずれかの呼気成分測定装置が小型家畜用である場合、前記呼気回収室に隣接して小型家畜を収容する収容手段を設け、その収容手段は架台と、架台上に配置した小型家畜の動作範囲を制限する柵体と、架台の上部に形成した格子部と、格子部の下方に配置した糞尿回収手段を有することができる（請求項８）。
【００１５】
さらに上記いずれかの呼気成分測定装置において、前記呼気回収室を複数並列に設けることができる（請求項９）。
【００１６】
さらに上記いずれかの呼気成分測定装置において、前記演算手段は空気流量測定器および成分測定手段からの測定信号を収集するデータロガーと、データロガーで収集した各測定データから家畜の呼気成分ごとの量を演算するコンピュータ装置を備えることができる（請求項１０）。
【００１７】
また前記課題を解決する本発明に係る記録媒体は、前記コンピュータ装置における家畜の呼気成分ごとの量を演算する演算プログラムを格納したことを特徴とする（請求項１１）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る呼気成分測定方法によれば、呼気回収室に頭部を挿入された家畜は、回収室内で頭部を自在に動かせるので安心感を覚える。そのため従来のカプセル法とは異なり、自然に近い状態における家畜の呼気を回収してその成分測定ができるので、測定結果の信頼性および再現性に優れている。また従来の家畜全体を収容する部屋を利用して呼気成分を測定する方法のように大きな気密部屋を必要としないので設備費が安価になり、糞尿から発生するガスの混入による測定精度の低下もない。さらに呼気回収室から流出する空気の流量と家畜の呼気成分ごとの濃度を測定し、それら濃度と流量から家畜の呼気成分ごとの量を演算するようにしたので、家畜の呼気に含まれる各成分の量を正確に把握できる。
【００１９】
上記呼気成分測定方法において、前記呼気回収室を箱型とし、その側壁の少なくとも一部を透明な材料で形成し、頭部を挿入した家畜が呼気回収室内から外を透視できるようにすると、呼気測定中の家畜に回収室外に置かれたと同様な感覚を与えられるので、より自然な状態に置かれた家畜の呼気成分を測定できる。
【００２０】
また本発明に係る呼気成分測定装置を使用することにより、上記呼気測定方法を好適に実施できる。
【００２１】
前記のように呼気回収室を箱型とし、箱型の少なくとも前方の側壁を透明な材料で形成し、後方の側面に筒状シートを有する家畜の頭部挿入部を設け、さらに前記呼気回収室にはその内部を微負圧に調整する微負圧調整手段と、頭部を挿入した家畜に給餌および水分補給を行う給餌手段および水分補給手段を備えることにより、呼気測定中の家畜をより自然な状態に置くことができ、より正確な呼気成分測定を実現できる。また、呼気回収室に微負圧調整手段を設けているので回収室の気密性の維持が容易になる。さらに給餌手段および水分補給手段を備えているので、家畜の頭部を容易に呼気回収室内に誘うことができ、また長時間家畜の頭部を呼気回収室に挿入した状態での給餌と呼気変化の関係を測定できる。
【００２２】
前記微負圧調整手段を前記のようなフラット弁で構成すると、呼気回収室の家畜の呼気を含む空気を排出する排出手段による吸引力に応じて、前記弁板が自動開閉し呼気回収室を所望の微負圧に自動調整できる。
【００２３】
前記のように空気排出手段に排気管と抽気管を備え、排気管には排気弁と排気ブロワを設けて前記呼気回収室の空気をそのまま大気に排出できるように構成し、抽気管には抽気弁と抽気ブロワを設け、且つその抽気管に前記空気流量測定器および前記測定空気供給手段を設けると、その排気弁と抽気弁の開閉操作により管路を切り換え、家畜の頭部を呼気回収室に挿入する前に呼気回収室の空気を排気管により大気に排出して呼気回収準備を行い、家畜の頭部を回収室に挿入した後に抽出管により回収室の空気を空気流量測定器および成分測定手段に供給することができる。また長期間の呼気成分測定に際して家畜の頭部を呼気回収室に挿入した状態で給餌を行う場合などにおいて、呼気回収室から排出する空気を排出路に切り換えることができる。
【００２４】
前記のように、頭部挿入部に頭部を挿入する大型家畜の首部を拘束し、その拘束位置が前後調整可能なスタンチョンを設けた大型家畜用の呼気成分測定装置は、大型家畜を効率よく規制して長時間安定に呼気成分測定をすることができる。
【００２５】
前記のように、呼気回収室に隣接して小型家畜を収容する収容手段を設け、その収容手段は架台と、架台上に配置した小型家畜の動作範囲を制限する柵体と、架台の上部に形成した格子部と、格子部の下方に配置した糞尿回収手段を有する小型家畜用の呼気成分測定装置は、簡単な構造で小型家畜を効率よく収容・規制して長時間安定に呼気成分測定を行うことができる。また家畜から排泄する糞尿を効率よく回収できる。
【００２６】
前記のように呼気回収室を複数並列して設けた場合には、各呼気回収室に家畜の頭部を挿入した状態で、呼気回収室からの空気を順次切り換えることにより、複数の家畜の呼気成分測定を効率よく実施できる。
【００２７】
前記のように、演算手段に空気流量測定器および成分測定手段からの測定信号を収集するデータロガーと、データロガーで収集した各測定データから家畜の呼気成分ごとの量を演算するコンピュータ装置を備えることにより、データ収集と演算機能が分離され且つ装置の全体構成がユニット化され、装置設計やメンテナンスが容易になる。
【００２８】
また前記本発明に係る記録媒体には、前記コンピュータ装置における家畜の呼気成分ごとの量を演算する演算プログラムが格納されているので、その記録媒体を用いることにより本発明に係る呼気成分測定装置の主要部を容易に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に図面を基に本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明に係る家畜の呼気成分測定装置のプロセスフロー図である。なお本実施形態は３台の呼気回収室を並列に設けた例であるが、３台に限らずそれ以上またはそれ以下の台数であってもよい。    
【００３０】
呼気成分測定装置は、家畜が頭部を自在に動かせる内部空間を有する３台の呼気回収室１と、各呼気回収室１に設けた家畜の頭部挿入部５３（図示せず）と、呼気回収室１に外部から空気を導入する空気導入手段３と、呼気回収室１の空気を排出する空気排出手段４を備えている。空気排出手段４は排気管５と抽気管６を備え、排気管５には排気弁７と排気ブロワ８が設けられ、抽気管６には抽気弁９と抽気ブロワ１０、温度測定器１１、湿度測定器１２、圧力測定器１３および空気流量測定器１４が設けられる。更に抽気管６から測定空気供給手段１５が分岐される。
【００３１】
測定空気供給手段１５は測定空気供給管１６とその測定空気供給管１６に設けた空気乾燥器１７、三方切換弁１８および採取ポンプ１９を有する。本実施形態では測定空気供給管１６の先端が３本の分岐管２０に分かれ、各分岐管２０に流量調整弁２１と面積式等の流量計２２が設けられ、流量計２２の出口側にメタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５が設けられる。そしてこれらメタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５により成分測定手段２６を構成する。
【００３２】
前記三方切換弁１８のポートａは空気乾燥器１７の出口側に接続され、ポートｂは採取ポンプ１９の入口側に接続され、ポートｃに校正ガス供給手段１８ａからの配管が接続される。なお本実施形態では、図示のように周囲を壁で囲まれた測定室または実験室内に呼気成分測定装置を設置し、呼気回収室１に供給する空気は室外から取り入れ、呼気回収室１から排出する空気は室外に排出しており、それによって室内の空気の汚染または成分変化を防止している。そしてその室内の大気圧は大気圧測定器２７で測定される。
【００３３】
前記したメタン分析計２３、酸素分析計２４、二酸化炭素分析計２５、大気圧測定器２７および前記温度測定器１１、湿度測定器１２、圧力測定器１３、空気流量測定器１４等はいずれも測定結果を電気信号（測定信号）として発信する発信機能付きとされ、それら測定信号はケーブルを介して演算手段２８に伝送される。演算手段２８は各測定信号を測定データとして収集するデータロガー２９と、データロガー２９で収集した各測定データから家畜の呼気成分ごとの量を演算するコンピュータ装置３０を備えている。なお図１に示す３１、３２は指示計であり、指示計３１には温度測定器１１、湿度測定器１２、圧力測定器１３、空気流量測定器１４、メタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５の測定信号が入力され、それらの測定値を表示する。また指示計３２は後述する各送気流量測定器４０の測定信号が入力され、それらの測定値を表示する
【００３４】
コンピュータ装置３０にはフレキシブルディスク、ＣＤ―ＲＯＭまたは半導体メモリ装置等の記録媒体３３が着脱自在に装着され、その記録媒体３３には各測定データから家畜の呼気成分ごとの量を演算する演算プログラムが格納される。そしてコンピュータ装置３０はこの演算プログラムにより上記演算を実行する。またコンピュータ装置３０に制御装置３４が接続され、この制御装置３４により各ブロワや弁類の制御が行われる。制御装置３４はコンピュータ装置やシーケンサにより構成でき、その制御プログラムは内蔵した記憶部に格納される。しかし所望により、前記記録媒体３３に制御装置３４の制御プログラムを格納し、前記コンピュータ装置３０に呼気成分量の演算と制御装置３４への制御を統括させることもできる。
【００３５】
前記空気導入手段３は送気本管３５とそれから分岐した３本の送気枝管３６を備え、送気本管３５に送気ブロワ３７とバッファタンク３８が設けられ、各送気枝管３６に送気弁３９と送気流量測定器４０が設けられる。そして各送気枝管３６の先端はそれぞれフラット弁により構成した微負圧調整手段４１を介して呼気回収室１に連通する。
【００３６】
図２は牛や馬などの大型家畜用の呼気成分測定装置を構成する呼気回収室とその周辺部分の１例を示す正面図であり、図３は図２の右側面図である。これらの図において、呼気回収室１は鋼材等で構成した骨組枠とそれらの間を閉鎖する板材により気密性の箱型に形成され、互いに連通する上側室５１と下側室５２を有する。そして上側室５１の内部空間５０は大型の家畜がその頭部（具体的には挿入した首を含む頭部）を自在に動かせる内容積を有する。
【００３７】
上側室５１の前側壁（図３の左側壁）５１ａとそれを挟む左右の側壁５１ｂの全部または一部は透明なガラス板やプラスチック板等の内外が透視できる透明で剛性のある板材で形成され、残りの後側壁（図３の右側壁）５１ｃと上側壁（天井）５１ｄは合板または金属板等の不透明で剛性のある板材で形成される。そしてこれら板材の境界部等の微細な隙間は軟質パッキン等のシール材でシールされる。なお透明部分は上記のように３側壁以外に、前側壁５１ａのみ又は前側壁５１ａと左右いずれかの側壁５１ｂのみとすることもできる。このように大型家畜の頭部を挿入する上側室５１における側部の少なくとも一部を透明とすることにより、大型家畜に開放感と安心感を与え、自然にできるだけ近い状態に置いて呼気回収と呼気成分測定を行うことができる。
【００３８】
上側室５１の後側壁５１ｃには開口部が設けられ、その開口部に家畜の頭部挿入部５３が装着される。頭部挿入部５３は帆布等の柔軟で丈夫な布材で筒状に作られ、気密性を高めるためその表面を樹脂コーティングしている。そして頭部挿入部５３の先端は硬質の枠材５４により方形または円形に形成され、枠材５４が軟質パッキン等のシール材を介して開口部にボルトで接続されるが、場合によっては接着により接続してもよい。さらに頭部挿入部５３の後端には折返し部５５が形成され、その折り返部５５に家畜の首部を頭部挿入部５３に束縛する紐５６が挿通される。なお、このように筒状に形成した頭部挿入部５３は家畜の首部を挿入した状態で自由に変形できるため、首部を拘束された家畜が立ち上がった姿勢でいることも、休息するため足を折って伏せることもできる。
【００３９】
一方、後側壁５１ｃの下部にはウォーターカップと自動給水栓により構成される水補給手段５７が配置され、前側壁５１ａの下部には呼気回収室１の内部を微負圧に調整する微負圧調整手段４１が設けられる。なお寒冷地で呼気成分の測定をする場合は、水補給手段５７の水が凍結しないように加温装置を設けることが望ましい。
【００４０】
微負圧調整手段４１から上方に図１に示した送気枝管３６が立ち上がり、送気本管３５に連通する。なお送気枝管３６と送気本管３５は呼気回収室１の移動を考慮し可撓性管３６ａを介して接続される。また上側室５１における上側壁５１ｄを貫通して図１に示した排気管５と抽気管６が延長し、その途中にはそれぞれ呼気回収室１の移動を考慮し可撓性管５ａ，６ａが設けられる。なお図２，図３には示していないが、呼気回収室１の内外差圧を測定する発信機能付きの差圧計を設け、演算手段２８で呼気回収室１の微負圧レベルを遠隔監視することもできる。
【００４１】
下側室５２の周囲壁と床は合板または金属板のような不透明で剛性のある板材で形成され、その床面上に容器状の給餌手段５８が配置される。そして給餌手段５８の交換または給餌手段５８に飼料を補給するための観音開きの扉５９が下側室５２の前側壁に設けられる。この扉５９の中央部には取手が設けられ、周縁部に扉５９を自在にロックする複数のフック５９ａが設けられる。なお扉５９の周縁部または板材の境界等の微細な隙間は軟質パッキン等のシール材でシールされる。また扉５９は片側開きであってもよい。
【００４２】
下側室５２における床の下側には複数のキャスタ等の車輪装置１ｅが設けられ、この車輪装置１ｅにより呼気回収室１を図３に示すスタンチョン６０を設置した測定位置に容易に移動できるようになっている。また下側室５２の床には内部に水が溜まったときにそれを排出するドレン口（図示せず）が設けられる。
【００４３】
スタンチョン６０は呼気測定中の大型家畜が大きく動いて呼気回収室１を破壊することのない程度にその首部を拘束しその移動範囲を制限する堅固なワッカであり、その一部がコンクリート床６１上に設置した架構６２に移動自在に連結される。架構６２はコンクリート床６１に設置した基礎部６１ａから立設する４本の柱６２ａと、それら柱６２ａの上端を互いに連結する２本の上側フレーム６２ｂと下端を互いに連結する２本の下側フレーム６２ｃを有している。上側フレーム６２ｂと下側フレーム６２ｃにそれぞれ連結アーム６３が取り付けられ、各連結アーム６３の先端に呼気回収室１の上下がボルト等で着脱自在に連結される。
【００４４】
なお各連結アーム６３の途中には複数のボルト孔（図示せず）が設けられ、それらボルト孔のいずれかにスタンチョン６０の上下を着脱自在に連結することにより、呼気回収室１とスタンチョン６０の相対位置、すなわち大型家畜の首部を拘束する前後の位置を調整できるようになっている。
【００４５】
図４はスタンチョン６０の１例を示す正面図である。スタンチョン６０はリング状の拘束部６４と、拘束部６４の上下端は前記連結アーム６３に連結される。拘束部６４は金属もしくは棒体で作られた剛性のある帯体６５と開閉帯６６により構成され、帯体６５の端部に設けたフック等の被連結部６７に開閉帯６６の端部に設けたレバーを着脱自在に連結することにより、大型家畜の首部を拘束するようになっている。なお開閉帯６６の端部を紐で被連結部６７に連結する方法でもよい。
【００４６】
図５は図３に示す呼気回収室１に大型家畜１００の首部を拘束した状態を示す図である。コンクリート床６１上に立つ大型家畜１００はその首部をスタンチョン６０で拘束され、その状態で頭部を頭部挿入部５３から呼気回収室１内に挿入される。なお大型家畜１００の首部を頭部挿入部５３に挿入したら紐５６でその後側を縛って呼気回収室１の気密性を維持する。またコンクリート床６１上には適当な位置に開口部を有するゴム板６８を敷き、その開口部をコンクリート床６１に設けた凹部に一致させ動かないようにネジ等で床６１に固定する。そして凹部には上部に格子を嵌めた容器などの糞尿回収器６９を配置し、その中に拘束した大型家畜１００から排泄される糞尿を回収する。なお格子は大型家畜の足部（特に蹄）に損傷を与えない孔形状に設定される
【００４７】
図６（ａ）は前記した微負圧調整手段４１の１例を示す正面図であり、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図示の微負圧調整手段４１はフラット弁により構成され、前記の前側壁５１ａに設けた開口部にボルト等で連結される弁函７０と、弁函７０の外側壁７１に設けた空気導入部７２と、弁函７１の内側壁７３に設けた空気排出部７４と、それら空気導入部７２と空気排出部７４の間に配置された通風性を有する剛性の弁座板７５と、その弁座板７５の空気排出側に１辺を固定した可撓性の弁板７６を有する。そして空気導入部７２に前記送気枝管３６（図１参照）が接続される。また外側壁７１には複数の小孔７１ａが形成され、前記送気ブロワ３７の停止時にも若干の外気を吸入できるようになっている。なお空気排出部７４には外部からの虫等の侵入を防止する防虫網（図示せず）を設けることが望ましい。
【００４８】
図７は羊や山羊などの小型家畜用の呼気成分測定装置を構成する呼気回収室とその周辺部分の１例を示す正面図、図８は図７の右側面図、図９は図８の平面図である。小型家畜用の呼気成分測定装置が図２，図３に示す大型家畜用の呼気成分測定装置と異なる主な部分は、家畜の動作範囲を制限する拘束手段であり、そのほかは同様に構成される。したがって図２，図３と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明はできるだけ省略する。
【００４９】
呼気回収室１は連通しない上側室５１と下側室５２を有し、上側室５１は鋼材等で構成した骨組枠とそれらの間を閉鎖する板材で気密性の箱型に形成され、その内部空間５０は小型家畜がその頭部（具体的には挿入した首を含む頭部）を自在に動かせる内容積を有する。上側室５１の前側壁（図８の左側壁）５１ａとそれを挟む両側壁５１ｂの全部または一部は透明なガラス板やプラスチック板等の内外が透視で剛性のある板材で形成され、残りの後側壁（図８の右側壁）５１ｃと上側壁（天井）５１ｄは合板または金属板等の不透明で剛性のある板材で形成される。なおこの呼気回収室１についてもその気密性を維持するため、必要な部分には軟質パッキンなどのシール材が設けられる。
【００５０】
前側壁５１ａにはヒンジ機構５９ｂで開閉する扉５９が設けられ、その周縁部に扉５９を自在にロックする複数のフック５９ａが設けられる。なお扉５９は前側壁５１ａと同様な透明な板材で作られ、頭部を挿入した小型家畜を自然な状態に置くようにしている。上側室５１の内部下方に水補給手段５７，給餌手段５８が配置され、側壁５１ｂの下部に呼気回収室１の内部を微負圧に調整する微負圧調整手段４１が設けられ、微負圧調整手段４１に送気枝管３６が接続される。そして前記扉５９を開けて水や飼料の補給を行うようになっている。一方、下側室５２は鋼材等で構成した架台とされコンクリート床６１に堅固に固定される。
【００５１】
後側壁５１ｃに設けた開口部に小型家畜の頭部挿入部５３が連結され、さらに呼気回収室１の後側に隣接して小型家畜を収容する収容手段８０が設けられる。なお頭部挿入部５３は図２，図３に示すものと同様に構成される。収容手段８０はコンクリート床６１上に配置される架台８１と、架台８１上に配置する柵体８２を備え、架台８１はコンクリート床６１に堅固に固定される。架台８１の上部には格子部８３が形成され、その格子部８３の下方に樋状の糞尿回収手段８４がスライド自在に装着される。そして架台８１に設けた糞尿回収手段８４を引き出し、内部の糞尿を回収容器等に回収することができる。なお格子部８３は小型家畜の足部（特に蹄）に損傷を与えない孔形状に設定される。
【００５２】
柵体８２は呼気回収室１に頭部を挿入した小型家畜の動作範囲を制限するものである。この柵体８２は鋼材等のフレーム枠で構成され、その一部が呼気回収室１にボルト等で連結される。そして柵体８２の後方（図８の右側）が小型家畜の入口部になっている。一方図８に示すように、呼気回収室１の上側室５１の内部には頭部を挿入した小型家畜の首部等を繋留する紐状の繋留手段８５が設けられる。
【００５３】
図１０は図８に示す収容手段８０に小型家畜１０１を収容し、その頭部を呼気回収室１に挿入した状態を示す。小型家畜の首部は頭部挿入部５３を通して上側室５１内に挿入され、その後方は収容手段８０で移動範囲を拘束され、首部等が呼気回収室１内に設けた繋留手段８５で繋留される。ただし繋留手段８５による繋留は小型家畜１０１が自由にその首部を動かして飼料を食べたり水を飲んだりできるように行う。なお本実施形態では小型家畜１０１を架台８１上にスムーズに乗せるため、収容手段８０の後方に傾斜上面を有する踏み台８６を配置している。
【００５４】
図１１は図１に示す演算手段２８の呼気成分測定プログラムのフロー図である。次にこれまで説明した各図および図１１を参照しながら本発明の呼気成分測定方法を説明する。なお大型家畜の場合は図２〜図５に示す装置を使用し、小型家畜の場合は図７〜図１０の装置を使用するが、いずれの場合もその呼気成分測定の手順は実質的に同じである。
【００５５】
（測定準備）
家畜の呼気成分測定に先立って呼気成分測定装置の立ち上げと校正等を行う。それには先ず図１に示すデータロガー２９、コンピュータ装置３０、制御装置３４、メタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５等の電源を入れてそれらを作動状態にする。次に測定ガス供給手段１５を構成する三方切換弁１８を切り換えてポートｂ−ｃ間を連通させ、採取ポンプ１９を運転する。校正ガス供給手段１８ａは標準メタンガス、標準酸素ガスまたは標準二酸化炭素ガスがそれぞれ充填された３本の標準ガスボンベを有しており、それらボンベに設けた開閉弁を切り換えてメタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５の校正を順次行う。
【００５６】
次に採取ポンプ１９を停止し、三方切換弁１８を切り換えてポートａ−ｂ間を連通し、抽気管６からの空気がメタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５に流通できるようにする。次に呼気回収室１に家畜を入れる前の呼気を含まない空気（フレッシュガス）中のメタン、酸素および二酸化炭素の各成分を計測するため、送気ブロワ３７と排気ブロワ８を運転し、各送気弁３９、各排気弁７を開け、各抽気弁９を閉じた状態とする。
【００５７】
各呼気回収室１の換気が完了し、各送気流量測定手段４０で測定される送気量が安定したら、任意の呼気回収室１を選択し、残りの呼気回収室１への通風を停止する。すなわち排気ブロワ８を停止し、各排気弁７を閉じ、残りの呼気回収室１用の送気弁３９と排気弁７を閉じる。また抽気ブロワ１０を運転し、選択した呼気回収室１用の抽気弁９を開ける。なおこれらの一連の操作および後述する各操作は、制御装置３４からの制御指令により行う方法、または手動で行う方法のいずれも可能なように、制御装置３４には図示しない自動−手動切り換え手段が設けられている。
【００５８】
（測定操作）
先ず選択した呼気回収室１内に試験する家畜の頭部を挿入する。大型家畜１００の場合は、図５のようにスタンチョン６０および頭部挿入部５３で大型家畜の首部の移動範囲を制限してその頭部を挿入する。すなわち給餌手段５８に飼料を入れた状態で頭部挿入部５３を広げ、大型家畜１００を呼気回収室１内に誘いながらその首部を挿入し、次いで開閉帯６６を閉じてスタンチョン６０で首部を拘束する。その際、大型家畜の寸法に合わせてスタンチョン６０の前後位置を調整する。小型家畜１０１の場合は、図１０のように収容手段８０の格子部８３上に小型家畜１０１を乗せてその移動範囲を制限し、次いで小型家畜１０１の首部を頭部挿入部５３から呼気回収室１内に挿入し、さらに繋留手段８５で小型家畜１０１の頭部または首部付近を繋ぐ。
【００５９】
次に採取ポンプ１９を運転し、メタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５を設けた各分岐管２０における流量計２２の指示が所定範囲になるように、それぞれの流量調整弁２１を調整した後、各呼気成分の測定を開始する。その際、空気流量測定器１４の測定値を見ながら抽気弁９の開度を調整することによって抽気管６の空気流量を所望の範囲に調整できる。
【００６０】
２つまたは３つの呼気回収室１を選択し、それぞれの呼気回収室１に家畜の頭部を挿入した場合には、抽気弁９を操作して順番に呼気成分の測定を行うようにコンピュータ装置３０の演算プログラムを設定する。また１番目と３番目の呼気回収室１に家畜の頭部を挿入した場合は、１番目と３番目の呼気回収室からの呼気成分の測定を行うように演算プログラムを設定する。さらに測定対象の呼気回収室１の内部は微負圧、例えば−０．０５〜０ＭＰａ（Ｇ）程度の範囲に調整する。この調整は呼気回収室１の気密シール性を確認しながら抽気弁９の開度を調整することにより行えるが、当該呼気回収室１に流入する送気流量と抽気管６から排出する空気流量の差により前記微負圧調整手段４１が作動して自動調整される。
【００６１】
例えば抽気弁９の開度を大きくして抽気管６から排出する空気流量を流入する送気流量より増加させると、それに応じて呼気回収室１の微負圧の程度が増加する。すると微負圧調整手段４１における弁板７６の弁座板７５からの離反距離が大きくなって流入する送気流量が増加し、所定の負圧レベルに落ち着く。なお微負圧調整手段４１で調整後の負圧増加の程度は、抽気弁９の開度と呼気回収室１の送気流入部から抽気排出部までの流体抵抗により定まる。逆に抽気弁９の開度を減少したときは、それに応じて前記弁板７６の弁座板７５からの離反距離が小さくなって流入する送気流量が減少し、呼気回収室１の微負圧の程度は減少する。
【００６２】
上記のように各機器を操作すると、温度測定器１１、湿度測定器１２、圧力測定器１３、空気流量測定器１４、メタン分析計２３、酸素分析計２４、二酸化炭素分析計２５および各送気流量測定手段４０の測定状態における測定信号が演算手段２８に入力される。なおメタン分析計２３、酸素分析計２４および二酸化炭素分析計２５による各呼気成分の測定は、統計上の信頼性が得られるまで同じ測定を繰り返して平均化することが望ましい。その際、予め設定された演算プログラムにより温度、湿度、大気圧との差圧等のプロセス因子により呼気成分量を演算するための流量等の補正が自動的に行われる。次に図１１と図１を参照してコンピュータ装置３０による演算シーケンスについて説明する。
【００６３】
図１１において、先ずステップＳ１で記録媒体３３に格納した演算プログラムに予めプログラムされた条件、例えば呼気成分であるメタン、酸素、二酸化炭素の組成範囲、空気流量範囲、空気の温度、湿度、圧力、実験場所における気圧や温度等の測定幅（測定スパン）を演算作業域に移す。次にステップＳ２で入出力ファイルの設定、例えば入力データや出力データの形式等の設定を行った後、ステップＳ３で家畜の体重（場合によっては基準体重）が既知か否かを判断し、既知の場合はステップＳ４でその数値を入力してからステップＳ５に移り、既知でない場合は直接ステップＳ５に飛ぶ。なお家畜の体重が既知の場合は、最後にその入力数値を代謝重量の計算に使用できる。
【００６４】
ステップＳ５ではそのときの測定対象空気が呼気を含む空気（測定ガス）であるか又は含まない空気（フレッシュガス）であるかの選択を行い、呼気を含まない空気である場合はステップＳ６でその測定プログラムを実行してからステップＳ８に移り、呼気を含む空気の場合はステップＳ７に移ってその測定プログラムを実行してからステップＳ８に移る。なおステップＳ６で得られた呼気を含まない空気の成分測定値は、呼気を含む空気のデータ解析時にそのデータから減算する基準値として使用する。
【００６５】
ステップＳ８では、前記ステップＳ６が選択された場合には、その呼気を含まない空気の成分測定値をデータロガー２９のアドレスを指定してコンピュータ装置３０に取り込む。また前記ステップＳ７が選択された場合には、その呼気を含む空気の成分測定値をデータロガー２９の別のアドレスを指定してコンピュータ装置３０に取り込む。次にステップＳ９で呼気を含む空気の成分（メタン、酸素、二酸化炭素）測定値を標準状態（０℃、１気圧）の渇きガスに換算補正する。その際、前記の温度測定器１１、湿度測定器１２、圧力測定器１３からの測定値が使用される。
【００６６】
次にステップＳ１０で空気流量測定器１４からの測定値を使用して前記換算補正したメタン、酸素、二酸化炭素の容量値を演算する。すなわち測定した各成分濃度に測定期間の空気流量（容積）を乗算して各容量値を算出する。次にステップＳ１１でその演算された容量値が呼気を含む空気か否かを判断し、呼気を含まない空気（フレッシュガス）の場合はステップＳ１５に飛び、呼気を含む空気の場合は次のステップＳ１２に移る。
【００６７】
ステップＳ１２では前記ステップＳ４で家畜の体重が入力されたか否かを判断し、入力されていない場合はステップＳ１４に飛び、入力されている場合は次のステップＳ１３に移る。ステップＳ１３では家畜の重量を使用して前記ステップＳ１０で演算した各成分の容量値から代謝当たりの各成分の容量値が演算される。ステップＳ１４では呼気を含む空気の各成分の容量値から呼気を含まない空気の各成分の容量値を減算して家畜体内での消費熱量を演算し、ステップＳ１５でステップＳ２で設定したファイルへその値を保存（記憶）する。
【００６８】
次にステップＳ１６では同じ測定を続けるか否かを判断し、測定を続ける場合はステップＳ８に戻って前記各ステップを繰り返し、測定を続けない場合はステップＳ１７に移ってこれまで繰り返し演算した値の平均値を演算してからステップＳ１８でその結果を記録媒体３３に保存（記憶）し、処理を終了する。
【００６９】
本発明に係る呼気成分の測定装置は、図２〜図５の装置を使用して大型家畜１００の呼気成分を測定する場合、または小型家畜１０１を図７〜図１０の装置を使用して小型家畜１０１の呼気成分を測定する場合のいずれであっても、長期間の給餌と呼気成分値の関係を把握することを目的として、長期間にわたっての継続的な測定を行うことができる。その場合には測定期間中に定期的に扉５９を開けて、給餌手段５８に所定の種類の飼料を所定量補給する。また水補給手段５７は家畜の頭部が近づいたとき自動的に水が補給される形式（例えば近接スイッチがオンになると自動水洗が開となる形式）を採用するが、小型家畜１０１の水補給手段５７は、給餌のときに補給する手段でもよい。
【００７０】
飼料の補給のために扉５９を開けている間は呼気回収室１の内部に外気が侵入するので測定を一時的に中断し、再び扉５９を閉じて呼気回収室１の内部が正常状態になった時点で測定を再開する。従って長期測定を行う場合には、コンピュータ装置３０の演算プログラムに測定中断と再開を自動的に進めるプログラムと、給餌する飼料の種類と給餌時期や回数を演算に取り込むプログラム等を格納しておくことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る家畜の呼気成分測定方法は、家畜の呼気成分と給餌の関係等を正確に把握するために有用である。また本発明に係る家畜の呼気成分測定装置を使用することにより、前記呼気成分測定方法を好適に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る家畜の呼気成分測定装置のプロセスフロー図。
【図２】大型家畜用の呼気成分測定装置を構成する呼気回収室とその周辺部分の１例を示す正面図。
【図３】図２の右側面図。
【図４】図３に示すスタンチョン６０の正面図。
【図５】図３に示す呼気回収室１に大型家畜１００の頭部を挿入した状態を示す図。
【００７３】
【図６】図３に示す微負圧調整手段４１の１例を示す図。
【図７】小型家畜用の呼気成分測定装置を構成する呼気回収室とその周辺部分の１例を示す正面図。
【図８】図７の右側面図。
【図９】図８の平面図。
【図１０】図８に示す呼気回収室１に小型家畜１０１の頭部を挿入した状態を示す図。
【図１１】図１に示す演算手段２８における呼気成分測定プログラムのフロー図。
【符号の説明】
【００７４】
１  呼気回収室
１e   車輪装置
３  空気導入手段
４  空気排出手段
５  排気管
５ａ  可撓性管
６  抽気管
６ａ  可撓性管
７  排気弁
８  排気ブロワ
９  抽気弁
【００７５】
１０  抽気ブロワ
１１  温度測定器
１２  湿度測定器
１３  圧力測定器
１４  空気流量測定器
１５  測定空気供給手段
１６  測定空気供給管
１７  空気乾燥器
１８  三方切換弁
１８ａ  校正ガス供給手段
１９  採取ポンプ
【００７６】
２０  分岐管
２１  流量調整弁
２２  流量計
２３  メタン分析計
２４  酸素分析計
２５  二酸化炭素分析計
２６  成分測定手段
２７  大気圧測定器
２８  演算手段
２９  データロガー
【００７７】
３０  コンピュータ装置
３１，３２  指示計
３３  記録媒体
３４  制御装置
３５  送気本管
３６  送気枝管
３６ａ  可撓性管
３７  送気ブロワ
３８  バッファタンク
３９  送気弁
４０  送気流量測定器
４１  微負圧調整手段
【００７８】
５０  内部空間
５１  上側室
５１ａ  前側壁
５１ｂ  左右の側壁
５１ｃ  後側壁
５１ｄ  上側壁
５２  下側室
５３  頭部挿入部
５４  枠材
５５  折返し部
５６  紐
５７  水補給手段
５８  給餌手段
５９  扉
５９ａ  フック
５９ｂ  ヒンジ機構
【００７９】
６０  スタンチョン
６１  コンクリート床
６１ａ  基礎部
６２  架構
６２ａ  柱
６２ｂ  上側フレーム
６２ｃ  下側フレーム
６３  連結アーム
６４  拘束部
６５  帯体
６６  開閉帯
６７  被連結部
６８  ゴム板
６９  糞尿回収器
【００８０】
７０  弁函
７１  外側壁
７１ａ  小孔
７２  空気導入部
７３  内側壁
７４  空気排出部
７５  弁座板
７６  弁板
【００８１】
８０  収容手段
８１  架台
８２  柵体
８３  格子部
８４  糞尿回収手段
８５  繋留手段
８６  踏み台
１００  大型家畜
１０１  小型家畜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005098817.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005098817.tif 000011
【図１０】
2005098817.tif 000012
【図１１】
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