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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】混合比算出装置
(51)【国際特許分類】
G01N 25/18 20060101AFI20240214BHJP
G01N 27/18 20060101ALI20240214BHJP
G01N 27/22 20060101ALI20240214BHJP
G01N 27/04 20060101ALI20240214BHJP
G01N 29/024 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
G01N25/18 K
G01N27/18
G01N27/22 Z
G01N27/04 Z
G01N29/024
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2020115607
(22)【出願日】2020-07-03
(65)【公開番号】P2021036225
(43)【公開日】2021-03-04
【審査請求日】2023-02-16
(31)【優先権主張番号】P 2019152361
(32)【優先日】2019-08-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002860
【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中川 慎也
(72)【発明者】
【氏名】神山 進
(72)【発明者】
【氏名】叶 肇
(72)【発明者】
【氏名】中尾 秀之
(72)【発明者】
【氏名】半田 憲一
【審査官】目黒 大地
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００７／０３７２０９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２００２－５４３３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９４３９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５１４１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０５０１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１２６２６９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２５／００－２５／７２
Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／１０
Ｇ０１Ｎ ２７／１４－２７／２４
Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３種以上の流体を含む混合流体の混合比を算出する混合比算出装置であって、前記混合流体を加熱する第１発熱部と、
前記混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、
前記混合流体における前記流体の混合比を算出する混合比算出部と、
を備え、
前記基礎情報検出部は、
前記混合流体に温度差を生じさせる第２発熱部と、
前記混合流体に生じる温度差に対応する信号を出力する温度差検出部と、
を有し、
前記混合比算出部は、
前記第１発熱部によって前記混合流体を第１温度とし、
前記第１発熱部によって前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部によって前記混合流体を、前記第１温度とは異なる第２温度とし、
前記第１発熱部によって前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記混合流体に含まれる第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報を取得し、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第２関係情報を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第１関係情報と、前記第２関係情報とに基づいて、前記混合流体における前記流体の混合比を算出し、
前記第１発熱部、前記第２発熱部及び前記温度差検出部は、同一チップに形成され、
前記第２発熱部が前記第１発熱部の機能を有することを特徴とする混合比算出装置。
【請求項2】
前記混合流体は、３種の前記流体からなることを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項3】
前記混合流体は、４種以上の前記流体からなり、かつ、疑似的に１種の流体として前記混合比の算出が可能な疑似成分流体を構成する２種以上の前記流体を含み、
前記混合流体は、前記流体及び前記疑似成分流体を含む３種からなることを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項4】
前記疑似成分流体は、前記熱的特性値が同じ又は近似する、２種以上の前記流体から構成されることを特徴とする請求項３に記載の混合比算出装置。
【請求項5】
前記疑似成分流体は、前記混合流体における混合比が同じ又は近似する、２種以上の前記流体から構成されることを特徴とする請求項３に記載の混合比算出装置。
【請求項6】
４種以上の前記流体は、前記混合流体における混合比が所定値以下であり、前記混合比を算出する対象から除かれる前記流体を含むことを特徴とする請求項３に記載の混合比算出装置。
【請求項7】
前記混合比算出部は、前記温度差検出部の出力を前記混合流体の前記熱的特性値に変換する変換情報を取得し、
前記変換情報に基づいて、前記温度差検出部の出力を、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値に変換し、
前記変換情報に基づいて、前記温度差検出部の出力を、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値に変換することを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項8】
前記混合比算出部は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値として、前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力を用い、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値として、前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力を用いることを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項9】
前記温度差検出部は、前記第２発熱部からの距離が異なる位置に配置される第１温度差検出部及び第２温度差検出部を含むことを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項10】
前記第１発熱部は、前記混合流体を前記第１温度とする第１温度加熱部と前記混合流体を前記第２温度とする第２温度加熱部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項11】
前記混合流体の温度を検知する温度検知部を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項12】
前記熱的特性値は、熱伝導率、電気伝導率、誘電率又は音速のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の混合比算出装置。
【請求項13】
前記流体は、気体又は液体であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項14】
酸素、窒素及びアルゴンを含む混合気体から酸素が濃縮された混合気体における混合比としてのアルゴン濃度を算出することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項15】
前記第１関係情報は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する関係式の係数であり、
前記第２関係情報は、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する関係式の係数であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項16】
前記第１関係情報は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比とを関係付けた曲線であり、前記第２関係情報は、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比とを関係付けた曲線であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項17】
前記第１発熱部を前記混合流体の混合比を算出するときに発熱させることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の混合比算出装置。
【請求項18】
３種以上の流体を含む混合流体の混合比を算出する混合比算出装置であって、
前記混合流体を加熱する第１発熱部と、
前記混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、
前記混合流体における前記流体の混合比を算出する混合比算出部と、
を備え、
前記基礎情報検出部は、
前記混合流体に温度差を生じさせる第２発熱部と、
前記混合流体に生じる温度差に対応する信号を出力する温度差検出部と、
を有し、
前記混合比算出部は、
前記第１発熱部によって前記混合流体を第１温度とし、
前記第１発熱部によって前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部によって前記混合流体を、前記第１温度とは異なる第２温度とし、
前記第１発熱部によって前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記混合流体に含まれる第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報を取得し、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第２関係情報を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第１関係情報と、前記第２関係情報とに基づいて、前記混合流体における前記流体の混合比を算出し、
前記第１発熱部、前記第２発熱部及び前記温度差検出部は、同一チップに形成され、
前記第１発熱部は、前記混合流体を前記第１温度とする第１温度加熱部と前記混合流体を前記第２温度とする第２温度加熱部とを含むことを特徴とする混合比算出装置。
【請求項19】
前記混合流体の温度を検知する温度検知部を有することを特徴とする請求項１８に記載の混合比算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、混合比算出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、２種以上の成分が混合された流体のうちの特定の成分の成分比を特定する機能を有する装置が提案されていた（例えば、特許文献１，２を参照）。
【0003】
しかし、これらの装置はいずれも２種の混合ガスを対象とするものである。
【0004】
例えば、図２２Ａの酸素と窒素（アルゴン０％）のように熱的性質の異なる２種の混合ガスについては、混合ガスの熱伝導率は酸素濃度に対して一義的に決まる。このため、熱的性質の一種である熱伝導率を熱式のセンサによって検出すれば、センサの出力から、これに一対一対応する酸素濃度を特定することができる。
【0005】
しかし、図２２Ｂに示すように、酸素と窒素に加えて濃度不明のアルゴンを含む３種の成分からなる混合ガスについて、混合ガスの熱伝導率をセンサによって検出しても、センサの同一の出力に対応する酸素濃度は、アルゴンの濃度にも依存するため一義的に決まらない。図２２Ｂは、酸素、窒素及びアルゴンからなる混合ガスの成分と熱伝導率を検出するためのセンサの出力との関係を、横軸に酸素濃度、縦軸にセンサ出力をとって示したグラフである。ここでは、プロットした値をＸ字の印で示し、実線で表示される線が、アルゴンが０％（すなわち、混合ガスが酸素と窒素のみからなる）の場合を示す。そして、プロットした値を三角の印で示し、破線で表示される線が、アルゴンが３％の場合を示す。また、プロットした値を菱形の印で示し、二点鎖線で表示される線が、アルゴンが４．１７％の場合を示し、プロットされる値を正方形で示し、一点鎖線で表示された線が、アルゴンが５％の場合を示す。図２２Ｂにおいて、破線で示すようなセンサの出力が得られた場合に、酸素濃度との関係を示す曲線と破線との交点の横軸の値、すなわち、酸素濃度は、アルゴンの濃度に応じて異なる値となる。この例では、センサの出力に対応する酸素濃度は、アルゴンの濃度に応じて、ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の４つの値をとり得ることとなるため、酸素濃度を一義的に決定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－０９０３１７号公報
【文献】特開２００６－２７５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、３種以上の成分からなる混合流体の成分比を算出することが可能な技術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】
【0008】
上記の課題を解決するための本発明は、
３種以上の流体を含む混合流体の混合比を算出する混合比算出装置であって、
前記混合流体を加熱する第１発熱部と、
前記混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、
前記混合流体における前記流体の混合比を算出する混合比算出部と、
を備え、
前記混合比算出部は、
前記第１発熱部によって前記混合流体を第１温度とし、
前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記基礎情報検出部の検出結果に基づいて前記第１温度における前記混合流体の所定の熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部によって前記混合流体を、前記第１温度とは異なる第２温度とし、
前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記基礎情報検出部の検出結果に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記混合流体に含まれる第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報を取得し、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第２関係情報を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第１関係情報と、前記第２関係情報とに基づいて、前記混合流体における前記流体の混合比を算出することを特徴とする混合比算出装置である。
３種以上の流体を含む混合流体の混合比を算出する混合比算出装置であって、
前記混合流体を加熱する第１発熱部と、
前記混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、
前記混合流体における前記流体の混合比を算出する混合比算出部と、
を備え、
前記混合比算出部は、
前記第１発熱部によって前記混合流体を第１温度とし、
前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記基礎情報検出部の検出結果に基づいて前記第１温度における前記混合流体の所定の熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部によって前記混合流体を、前記第１温度とは異なる第２温度とし、
前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記基礎情報検出部の検出結果に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記混合流体に含まれる第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報を取得し、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第２関係情報を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第１関係情報と、前記第２関係情報とに基づいて、前記混合流体における前記流体の混合比を算出することを特徴とする混合比算出装置である。
【0009】
ある温度における混合流体の熱的特性値と混合流体に含まれる第１流体の混合比との関係が分かっていても、この関係自体が混合流体に含まれる他の流体の混合比に依存して変化するために、混合流体の熱的特性値を取得しても、混合流体の混合比を算出することができなかった。しかし、異なる２つの温度における混合流体の熱的特性値と第１流体の混合比との関係が分かれば、これら２つの温度のいずれにおいても第１流体の混合比は共通であるから、これら２つの温度における混合流体の熱的特性値を取得すれば、それぞれの熱的特性値に、第１流体の共通の混合比が対応するという条件により、他の流体の如何なる混合比に対応する関係が妥当するかを特定することができる。従って、このような条件を満たす第１流体の混合比と他の流体の混合比が特定され、残り１種類の流体を含め３種類以上の成分を含む混合流体の混合比（成分比）を算出することが可能となる。
【0010】
本発明においては、混合流体を加熱する第１発熱部によって、混合流体の温度を第１温度と、第１温度とは異なる第２温度とする。そして、混合流体の所定の熱的特性値を取得する構成として、混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、混合比算出部とを備える。ここでは、混合比算出部は、第１発熱部によって混合流体を第１温度とし、第１温度とされた混合流体に対する基礎情報検出部の検出結果に基づいて、第１温度における混合流体の熱的特性値を取得する。また、混合比算出部は、第１発熱部によって混合流体を第温度とし、第２温度とされた混合流体に対する基礎情報検出部の検出結果に基づいて、第２温度における混合流体の熱的特性値を取得する。混合比算出部は、第１温度における混合流体の熱的特性値と混合流体に含まれる第１流体の混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報と、第２温度における混合流体の熱的特性値と混合流体に含まれる第１流体の混合流体における混合比との関係を示す第２関係情報を取得しておく。そして、第１温度における混合流体の熱的特性値と、第２温度における混合流体の熱的特性値と、第１関係情報と、第２関係情報とに基づき、上述の原理により混合流体における第１流体を含む流体の混合比を算出する。ここで、所定の熱的特性値とは、熱（温度）に依存して値が変化する流体の特性の値である。また、基礎情報とは基礎情報検出部により検出し得る情報であり、基礎情報検出部の検出結果に対して、所定の算出式や所定の変換テーブル等を用いた所定の処理を行うことにより上述の所定の熱的特性値を取得し得る熱的特性値の基礎となる情報である。また、基礎情報検出部によって検出された基礎情報を、熱的特性値として用いてもよい。
【0011】
本発明においては、
前記混合流体は、３種の前記流体からなるようにしてもよい。
前記混合流体は、３種の前記流体からなるようにしてもよい。
【0012】
本発明では、３種以上の流体を含む混合流体に対して混合比を算出するが、３種類の流
体からなる混合流体について、それぞれの流体の濃度を算出し、混合流体の混合比を算出することができる。
体からなる混合流体について、それぞれの流体の濃度を算出し、混合流体の混合比を算出することができる。
【0013】
本発明においては、
前記混合流体は、４種以上の前記流体からなり、かつ、疑似的に１種の流体として前記混合比の算出が可能な疑似成分流体を構成する２種以上の前記流体を含み、
前記混合流体は、前記流体及び前記疑似成分流体を含む３種からなるようにしてもよい。
前記混合流体は、４種以上の前記流体からなり、かつ、疑似的に１種の流体として前記混合比の算出が可能な疑似成分流体を構成する２種以上の前記流体を含み、
前記混合流体は、前記流体及び前記疑似成分流体を含む３種からなるようにしてもよい。
【0014】
これによれば、４種以上の流体からなる混合流体に対して、疑似的に１種の流体として混合比の算出が可能な疑似成分流体を構成する２種以上の流体を含むことにより、混合流体が、２種の流体と１種の疑似成分流体の計３種からなり、又は、１種の流体と２種の疑似成分流体の計３種からなるものとして扱うことができる。すなわち、４種以上の流体からなる混合流体を、３種の流体からなる混合流体のように扱い、混合比の算出を行うことができる。疑似成分流体を構成する２種以上の流体は、限定されない。また、疑似成分流体を構成する流体の種類は２種に限られず、３種以上の流体から１種の疑似成分流体を構成してもよい。
【0015】
また、本発明においては、
前記疑似成分流体は、前記熱的特性値が同じ又は近似する、２種以上の前記流体から構成されるようにしてもよい。
前記疑似成分流体は、前記熱的特性値が同じ又は近似する、２種以上の前記流体から構成されるようにしてもよい。
【0016】
これによれば、熱的特性値が同じ又は近似する、２種以上の流体から疑似流体成分流体を構成するので、熱的特性値が同じ又は近似する２種以上の流体を１種の流体と同じように扱い、３種の流体からなる混合流体と同様に混合比を算出することができる。
【0017】
また、本発明においては、
前記疑似成分流体は、前記混合流体における混合比が同じ又は近似する、２種以上の前記流体から構成されるようにしてもよい。
前記疑似成分流体は、前記混合流体における混合比が同じ又は近似する、２種以上の前記流体から構成されるようにしてもよい。
【0018】
これによれば、混合流体における混合比が同じ又は近似する、２種以上の流体から疑似成分流体を構成するので、混合比が同じ又は近似する２種以上の流体を１種の流体と同じように扱い、３種の流体からなる混合流体と同様に混合比を算出することができる。疑似成分流体を構成する２種以上の流体の混合比は、本発明によって算出されるものとは異なり、仕様等に基づいて得られる値であればよい。
【0019】
また、本発明においては、
４種以上の前記流体は、前記混合流体における混合比が所定値以下であり、前記混合比を算出する対象から除かれる前記流体を含むようにしてもよい。
４種以上の前記流体は、前記混合流体における混合比が所定値以下であり、前記混合比を算出する対象から除かれる前記流体を含むようにしてもよい。
【0020】
これによれば、混合流体に含まれる４種以上の流体のうち、混合流体における混合比が所定値以下である流体については、本発明によって混合比を算出する対象となる流体から除き、他の流体を３種の流体からなる混合流体と同様に扱い、混合比を算出することができる。所定値は、適宜設定することができる。ここで、他の流体は、３種の流体であってもよいし、疑似成分流体を構成する２種以上の流体を含めて３種と扱われる流体であってもよい。また、混合流体に含まれる他の流体と熱的特性値が大きく異なる場合には、混合流体における混合比が所定値以下であっても、混合比を算出する対象から除かないようにしてもよい。また、所定値以下か否かを判断する際の混合比は、本発明によって算出されるものとは異なり、仕様等に基づいて得られる値であればよい。
【0021】
また、本発明においては、
前記基礎情報検出部は、
前記混合流体に生じる温度差に対応する信号を出力する温度差検出部と、
前記混合流体に温度差を生じさせる第２発熱部と、
を有し、
前記混合比算出部は、
前記第２発熱部によって前記混合流体に温度差を生じさせ、
前記第１発熱部によって前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部によって前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得するようにしてもよい。
前記基礎情報検出部は、
前記混合流体に生じる温度差に対応する信号を出力する温度差検出部と、
前記混合流体に温度差を生じさせる第２発熱部と、
を有し、
前記混合比算出部は、
前記第２発熱部によって前記混合流体に温度差を生じさせ、
前記第１発熱部によって前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部によって前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得するようにしてもよい。
【0022】
これによれば、基礎情報検出部は、混合流体に温度差を生じさせる第２発熱部と、混合流体の熱的特性に応じて、混合気体に生じる温度差に対応する信号を出力する温度差検出部とを有する。そして、混合比算出部は、第１発熱部によって第１温度とされた混合流体に、第２発熱部によって局所的な温度差（温度分布）を生じさせ、温度差検出部の出力に基づいて第１温度における混合流体の熱的特性値を取得する。また、混合比算出部は、第１発熱部によって第２温度とされた混合流体に、第２発熱部によって局所的な（温度分布）を生じさせ、温度差検出部の出力に基づいて第２温度における混合流体の熱的特性値を取得する。温度差検出部は、混合流体に生じる温度差に対応する信号を出力するので、混合流体の熱的特性として、熱伝導率のような温度分布に関係する特性を採用することができる。
【0023】
また、本発明においては、
前記混合比算出部は、
前記温度差検出部の出力を前記混合流体の前記熱的特性値に変換する変換情報を取得し、
前記変換情報に基づいて、前記温度差検出部の出力を、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値に変換し、
前記変換情報に基づいて、前記温度差検出部の出力を、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値に変換するようにしてもよい。
前記混合比算出部は、
前記温度差検出部の出力を前記混合流体の前記熱的特性値に変換する変換情報を取得し、
前記変換情報に基づいて、前記温度差検出部の出力を、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値に変換し、
前記変換情報に基づいて、前記温度差検出部の出力を、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値に変換するようにしてもよい。
【0024】
これによれば、第１関係情報及び第２関係情報として、温度差検出部の特性によらない、混合流体の熱的特性値と第１流体の混合比との関係に基づいて、混合流体の混合比を算出することができる。
【0025】
また、本発明においては、
前記混合比算出部は、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値として、前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力を用い、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値として、前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力を用いるようにしてもよい。
前記混合比算出部は、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値として、前記第１温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力を用い、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値として、前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記温度差検出部の出力を用いるようにしてもよい。
【0026】
これによれば、温度差検出部の出力を別の熱的特性値に変換するための情報が不要となるので、これらの情報のための記憶装置の容量を減らすことができる。
【0027】
また、本発明においては、
前記第１発熱部、前記第２発熱部及び温度差検出部は、同一チップに形成されているようにしてもよい。
前記第１発熱部、前記第２発熱部及び温度差検出部は、同一チップに形成されているようにしてもよい。
【0028】
このようにすれば、第１発熱部及び第２発熱部を同一プロセスで形成することができ、製造コストを下げることができる。また、第１発熱部を第２発熱部及び温度差検出部と同じチップ上に形成するので小型化が可能となる。第１発熱部及び第２発熱部により加熱する領域は必要最小となる温度差検出部の近傍に限定されるので、省電力化が可能となる。
【0029】
また、前記第２発熱部が前記第１発熱部の機能を有するようにしてもよい。
【0030】
このようにすれば、構造を簡略化することができるので、低コスト化と小型化が可能となる。
【0031】
また、前記温度差検出部は、前記第２発熱部からの距離が異なる位置に配置される第１温度差検出部及び第２温度差検出部を含むようにしてもよい。
【0032】
このようにすれば、第２発熱部から遠い低温領域に第１温度差検出部を配置し、第２発熱部に近い高温領域に第２温度差検出部を配置することにより、第１温度差検出部と第２温度差検出部とにより、２温度のデータを得ることができる。このため、応答性と精度に優れる。また、第１発熱部の機能を有する第２発熱部の温度の切り替えが不要となるため、制御が簡単になる。
【0033】
また、本発明においては、
前記第１発熱部は、前記混合流体を前記第１温度とする第１温度加熱部と前記混合流体を前記第２温度とする第２温度加熱部とを含むようにしてもよい。
前記第１発熱部は、前記混合流体を前記第１温度とする第１温度加熱部と前記混合流体を前記第２温度とする第２温度加熱部とを含むようにしてもよい。
【0034】
このようにすれば、第１温度加熱部と第２温度加熱部により、同時に第１温度と第２温度に対するデータを計測することができ、応答性と精度に優れ、第１発熱部による加熱温度の切り替えが不要となり制御が簡易になる。
【0035】
前記混合流体の温度を検知する温度検知部を有するようにしてもよい。
【0036】
このようにすれば、温度を検知することにより、第１発熱部が無駄な発熱をしないので、省電力化が可能となる。また、第１発熱部が無駄な発熱をしないので、第１発熱部の寿命が延びる。また、温度差検出部の雰囲気温度を一定にできるので、検出結果が環境温度の影響を受けることがなく、温度キャリブレーションのコストが不要となる。
【0037】
また、本発明においては、
前記熱的特性値は、熱伝導率、電気伝導率、誘電率又は音速のいずれかとすることができる。
前記熱的特性値は、熱伝導率、電気伝導率、誘電率又は音速のいずれかとすることができる。
【0038】
熱的特性値は熱に依存して変化する特性値であり、流体の性質、混合流体に含まれる流体の熱的特性の差等の要因を考慮して、熱伝導率、電気伝導率、誘電率又は音速のいずかを選択することができる。
【0039】
また、本発明においては、
前記流体は、気体又は液体である。
前記流体は、気体又は液体である。
【0040】
このように、本発明は、気体又は流体のいずれに対しても、混合比を算出することができる。
【0041】
また、本発明においては、
酸素、窒素及びアルゴンを含む混合気体から酸素が濃縮された混合気体における混合比としてのアルゴン濃度を算出するようにしてもよい。
酸素、窒素及びアルゴンを含む混合気体から酸素が濃縮された混合気体における混合比としてのアルゴン濃度を算出するようにしてもよい。
【0042】
このようにすれば、酸素、窒素及びアルゴンを含む混合気体としての空気を圧縮機によって圧縮し、圧縮した空気から窒素を吸着して酸素を濃縮する酸素濃縮器において、算出されたアルゴン濃度により窒素の吸着の適否を判断し、窒素の吸着量を最適化するように圧縮機の圧力を制御することにより適切な濃度に酸素を濃縮することができる。
【0043】
また、本発明においては、
前記第１関係情報は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する関係式の係数であり、
前記第２関係情報は、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する関係式の係数であるようにすればよい。
前記第１関係情報は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する関係式の係数であり、
前記第２関係情報は、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する関係式の係数であるようにすればよい。
【0044】
このようにすれば、関係式の係数のみを取得すれば、第１温度及び第２温度における混合流体の熱的特性値と第１流体の混合比との関係を、関係式の演算により求めることができるので、記憶装置の容量を減らすことができる。
【0045】
また、本発明においては、
前記第１関係情報は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比とを関係付けた曲線であり、
前記第２関係情報は、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比とを関係付けた曲線であるようにしてもよい。
前記第１関係情報は、前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比とを関係付けた曲線であり、
前記第２関係情報は、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比とを関係付けた曲線であるようにしてもよい。
【0046】
このようにすれば、第１温度及び第２温度における熱的特性値と第１流体の混合比との関係を求める演算を簡易化することができる。また、既知の曲線を用いることでノイズに強くなる。
【0047】
前記第１発熱部を前記混合流体の混合比を算出するときに発熱させるようにしてもよい。
【0048】
このようにすれば、第１発熱部を無駄に発熱させないので、省電力化が可能となる。また、第１発熱部の寿命を延ばすことができる。
【発明の効果】
【0049】
本発明によれば、３種以上の成分からなる混合流体の成分比を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の適用例に係る混合比算出装置の機能ブロック図である。
【図2】本発明の適用例に係る混合比算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施例１に係る混合比算出装置の検出素子を示す図である。
【図4】本発明の実施例１に係る混合比算出装置の機能ブロック図である。
【図5】本発明の実施例１における流量測定原理を説明する図である。
【図6】本発明の実施例１に係る混合比算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図7】本発明の実施例１に係る混合ガスの熱伝導率と酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図8】本発明の実施例１に係る混合ガスの熱伝導率と酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図9】本発明の実施例１に係る混合比算出処理の原理を説明するグラフである。
【図10】本発明の実施例１に係る混合比算出の対象となる混合ガスの成分と熱伝導率を示すグラフである。
【図11】本発明の実施例１の変更例に係る混合比算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図12】本発明の実施例３に係る混合比算出装置の検出素子を示す平面図である。
【図13】本発明の実施例４に係る混合比算出装置の検出素子を示す平面図である。
【図14】本発明の実施例４に係る混合比算出装置の機能ブロック図である。
【図15】本発明の実施例５に係る混合比算出装置の検出素子の平面図である。
【図16】本発明の実施例６に係る混合比算出装置の検出素子の平面図である。
【図17】本発明の実施例７に係る酸素濃縮器の概略構成図である。
【図18】本発明の実施例７に係る酸素濃縮器における吸着の態様について説明する図である。
【図19】本発明の実施例７に係る混合ガスの熱伝導率と酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図20】本発明の実施例８に係る混合比算出装置の計測部の概略構成を示す図である。
【図21】本発明の実施例９に係る混合比算出装置の計測部の概略構成を示す図である。
【図22】従来例に係るセンサ出力と酸素濃度との関係を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0051】
〔適用例〕
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。
図１に、本発明が適用される混合比算出装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図２は、混合比算出処理の概略を示すフローチャートである。
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。
図１に、本発明が適用される混合比算出装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図２は、混合比算出処理の概略を示すフローチャートである。
【0052】
混合比算出装置１は、３種以上の成分を含む混合流体の混合比を算出する装置である。ここでは、３種の流体からなる混合流体の混合比を算出する場合を例に説明する。混合比算出装置１は、主として計測部１０、制御部２０、記憶部３０、入力部４、出力部５を含んで構成される。計測部１０は、混合流体の熱に依存して変化する特性を検知するセンサ１１と、混合流体を加熱するヒーター１２と、混合流体の流路１７を含む。制御部２０は、少なくとも混合比算出部２２を含む。制御部２０は、具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等
の記憶装置とを含む。ＲＯＭ等に記憶されたプログラムをＲＡＭ等の作業領域に展開してＣＰＵにおいて実行することにより、混合比算出等の所定の目的に合致した各機能を実現する。記憶部３０は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶装置によって構成される第１記憶部３１及び第２記憶部３２を含み、混合比算出処理に必要なパラメータ等の情報を記憶する。そして、入力部４は、ユーザの入力を受け付ける手段であり、出力部５は、情報を出力する手段である。
の記憶装置とを含む。ＲＯＭ等に記憶されたプログラムをＲＡＭ等の作業領域に展開してＣＰＵにおいて実行することにより、混合比算出等の所定の目的に合致した各機能を実現する。記憶部３０は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶装置によって構成される第１記憶部３１及び第２記憶部３２を含み、混合比算出処理に必要なパラメータ等の情報を記憶する。そして、入力部４は、ユーザの入力を受け付ける手段であり、出力部５は、情報を出力する手段である。
【0053】
熱に依存して変化する特性（以下、「熱的特性」ともいう）が異なる２種類の流体からなる混合流体の場合は、温度に対する熱的特性と混合流体の混合比（成分比）との関係が一義的に定まる。このため、温度に対する熱的特性と混合流体の混合比との関係を予め取得しておけば、流路１７に流れる混合流体をヒーター１２によって所定温度に加熱し、センサ１１によって混合流体の熱的特性を検知することにより、混合流体の混合比を算出することができる。
【0054】
これに対して、混合流体が３種類の流体からなるものであれば、温度に対する熱的特性
と混合流体の混合比との関係が一義的に定まらない。すなわち、ある温度における混合流体の熱的特性と、混合流体に含まれる特定の流体の混合比との関係は、混合流体に含まれる他のいずかの流体の混合比によって異なるので、１つの温度における熱的特性の検知のみでは、特定の流体の混合比を算出することができない。しかし、上述の温度と異なる温度における混合流体の熱的特性を検知すると、それぞれの温度における混合流体の熱的特性値に対応する特定の流体の混合比は同一であるから、この関係を利用すれば、他のいずれかの流体の混合比によって異なる、混合流体に含まれる特定の流体の混合比との関係のうち、いずれの関係が妥当するかが確定できる。従って、いずれかの温度における混合流体の熱的特性値から、特定の流体の混合比を算出することができる。
と混合流体の混合比との関係が一義的に定まらない。すなわち、ある温度における混合流体の熱的特性と、混合流体に含まれる特定の流体の混合比との関係は、混合流体に含まれる他のいずかの流体の混合比によって異なるので、１つの温度における熱的特性の検知のみでは、特定の流体の混合比を算出することができない。しかし、上述の温度と異なる温度における混合流体の熱的特性を検知すると、それぞれの温度における混合流体の熱的特性値に対応する特定の流体の混合比は同一であるから、この関係を利用すれば、他のいずれかの流体の混合比によって異なる、混合流体に含まれる特定の流体の混合比との関係のうち、いずれの関係が妥当するかが確定できる。従って、いずれかの温度における混合流体の熱的特性値から、特定の流体の混合比を算出することができる。
【0055】
このため、本発明が適用される混合比算出装置１では、図２に示すような処理手順により、３種類の流体からなる混合流体の混合比を算出している。
【0056】
まず、流路１７に混合流体を導入する（ステップＳ１）。
次に、ヒーター１２の温度をＴ１として混合流体を加熱する（ステップＳ２）。
そして、制御部２０において、センサ１１の出力Ｖ１と第１記憶部３１に記憶されたパラメータとにより、センサ１１の出力Ｖ１から、温度Ｔ１での混合流体の熱的特性値ｙ１を算出する（ステップＳ３）。
次に、ヒーター１２の温度をＴ１として混合流体を加熱する（ステップＳ２）。
そして、制御部２０において、センサ１１の出力Ｖ１と第１記憶部３１に記憶されたパラメータとにより、センサ１１の出力Ｖ１から、温度Ｔ１での混合流体の熱的特性値ｙ１を算出する（ステップＳ３）。
【0057】
次に、ヒーター１２の温度をＴ２として混合流体を加熱する（ステップＳ４）。
そして、制御部において、センサ１１の出力Ｖ２と第１記憶部３１に記憶されたパラメータとにより、センサ１１の出力Ｖ２から、温度Ｔ２での混合流体の熱的特性値ｙ２を算出する（ステップＳ５）。
そして、制御部において、センサ１１の出力Ｖ２と第１記憶部３１に記憶されたパラメータとにより、センサ１１の出力Ｖ２から、温度Ｔ２での混合流体の熱的特性値ｙ２を算出する（ステップＳ５）。
【0058】
次に、制御部２０において、ステップＳ３とステップＳ５において算出した２つの温度Ｔ１，Ｔ２での混合流体の熱的特性値と、第２記憶部３２に記憶されたパラメータから混合流体の成分を算出する（ステップＳ６）。
そして、出力部５に混合流体に含まれる各流体の混合比を出力する（ステップＳ７）。
そして、出力部５に混合流体に含まれる各流体の混合比を出力する（ステップＳ７）。
【0059】
ここで、流体には気体及び液体が含まれ、混合流体は、気体が混合された混合気体であってもよいし、液体が混合された混合液体であってもよい。
また、混合流体の熱的特性は、混合流体に含まれる各流体による差が大きいことが好ましいので、このような差等を考慮し、熱伝導率、音速、電気伝導率、誘電率等の特性から適宜選択することできる。
また、上述の処理では、センサ１１の出力から混合流体の熱的特性値を算出していたが、センサ１１の出力と混合流体の混合比との関係を予め取得しておけば、混合流体の熱的特性値を算出することなく、混合流体の混合比を算出できる。
また、混合流体の熱的特性は、混合流体に含まれる各流体による差が大きいことが好ましいので、このような差等を考慮し、熱伝導率、音速、電気伝導率、誘電率等の特性から適宜選択することできる。
また、上述の処理では、センサ１１の出力から混合流体の熱的特性値を算出していたが、センサ１１の出力と混合流体の混合比との関係を予め取得しておけば、混合流体の熱的特性値を算出することなく、混合流体の混合比を算出できる。
【0060】
３種の流体からなる混合流体について説明したが、混合比や、熱的特性値が同じ又は近似する２種以上の流体は、混合比の算出処理の上では、疑似的に１種の流体、すなわち１種の成分として扱うことができる。このため、疑似的に１種の流体として扱うことができる２種以上の流体を疑似成分流体と定義し、疑似成分流体を含む混合流体を、３種の流体からなる混合流体と同様に扱うことにより、上述の発明を、３種以上の流体を含む混合流体についても適用することができる。
【0061】
〔実施例１〕
以下では、本発明の実施例に係る混合比算出装置２について、図面を用いて、より詳細に説明する。ここでは、本発明の基本となる実施例である、３種の流体からなる混合流体の混合比を算出する混合比算出装置２について説明する。
以下では、本発明の実施例に係る混合比算出装置２について、図面を用いて、より詳細に説明する。ここでは、本発明の基本となる実施例である、３種の流体からなる混合流体の混合比を算出する混合比算出装置２について説明する。
【0062】
＜装置構成＞
図３Ａは、本実施例に係る混合比算出装置２に含まれる検出素子１００の一例を示す平面図である。図３Ｂは、検出素子の概略構造を示す断面図である。本実施例及び以下の実施例に係る混合比算出装置２は、混合流体の流れを測定する機能を有する流量測定装置としても構成され、例えば、ガスセンサ、ガスフローメーター、酸素濃縮器、呼気検査器にその他医療等の産業機器、組込機器に組み込まれ、流路を通過する流体の量を測定するとともに混合流体の成分比を算出する。
図３Ａは、本実施例に係る混合比算出装置２に含まれる検出素子１００の一例を示す平面図である。図３Ｂは、検出素子の概略構造を示す断面図である。本実施例及び以下の実施例に係る混合比算出装置２は、混合流体の流れを測定する機能を有する流量測定装置としても構成され、例えば、ガスセンサ、ガスフローメーター、酸素濃縮器、呼気検査器にその他医療等の産業機器、組込機器に組み込まれ、流路を通過する流体の量を測定するとともに混合流体の成分比を算出する。
【0063】
また、図３Ａに示すように、本実施例に係る検出素子１００は、検出用マイクロヒーター１１０、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２を備える。検出用マイクロヒーター１１０は、例えば、ポリシリコンで形成された抵抗体であり、検出素子１００の中央部分に設けられる。検出用マイクロヒーター１１０、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２の上面（紙面手前側）には絶縁薄膜が形成されるが、図では省略している。また、検出素子１００は、電極パッド１１３，１１３、回路基板１１４を備える。図３Ｂに示すように、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２の下方（紙面奥側）の回路基板１１４には、キャビティ１１４ａが設けられる。また、検出用マイクロヒーター１１０、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２の上面には、絶縁薄膜１１５が形成されている。ここでは、検出用マイクロヒーター１１０が、本発明の「第２発熱部」に対応する。また、第２サーモパイル１１２（及び／又は第１サーモパイル１１１）が、本発明の「混合流体に生じる温度差に対応する信号を出力する温度差検出部」に対応する。そして、検出用マイクロヒーター１１０と、第２サーモパイル１１２（及び／又は第１サーモパイル１１１）とが、本発明の「基礎情報検出部」に対応する。また、第２サーモパイル１１２（及び／又は第１サーモパイル１１１）の出力が、本発明の「基礎情報」に対応する。
ここでは、測定対象である気体は、検出素子の上面側を紙面に平行に流される。検出素子は、第１サーモパイル１１１が気体の流れる方向の上流側、第２サーモパイル１１２が気体の流れる方向の下流側となるように配置される。
本実施例では、測定対象である気体を加熱するための加熱用ヒーター１１６は、検出素子に導入される気体の上流側の適宜の位置に、検出素子１００のチップとは別に配置される。本実施例では、加熱用ヒーター１１６が、本発明の「第１発熱部」に対応する。
ここでは、測定対象である気体は、検出素子の上面側を紙面に平行に流される。検出素子は、第１サーモパイル１１１が気体の流れる方向の上流側、第２サーモパイル１１２が気体の流れる方向の下流側となるように配置される。
本実施例では、測定対象である気体を加熱するための加熱用ヒーター１１６は、検出素子に導入される気体の上流側の適宜の位置に、検出素子１００のチップとは別に配置される。本実施例では、加熱用ヒーター１１６が、本発明の「第１発熱部」に対応する。
【0064】
図４は、本発明の混合比算出装置２の機能ブロック図である。
計測部１０は、第１サーモパイル１１１、第２サーモパイル１１２、検出用マイクロヒーター１１０、加熱用ヒーター１１６、ガス流路１１７を有する。
計測部１０は、第１サーモパイル１１１、第２サーモパイル１１２、検出用マイクロヒーター１１０、加熱用ヒーター１１６、ガス流路１１７を有する。
【0065】
制御部２０は、流量算出部２１及び混合比算出部２２を有する。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access
Memory）等の記憶装置とを含む。ＲＯＭ等に記憶されたプログラムをＲＡＭ等の作業領
域に展開してＣＰＵにおいて実行することにより、後述するような、所定の目的に合致した各機能を実現することができる。
Memory）等の記憶装置とを含む。ＲＯＭ等に記憶されたプログラムをＲＡＭ等の作業領
域に展開してＣＰＵにおいて実行することにより、後述するような、所定の目的に合致した各機能を実現することができる。
【0066】
第１記憶部３１及び第２記憶部３２は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶装置によって構成される。第１記憶部３１及び第２記憶部３２は、物理的に別個の記憶装置によって構成される場合に限られない。
入力部４は、ユーザの入力を受け付ける手段であり、例えば、タッチパネルディスプレイやキーボード等によって構成される。
出力部５は、測定結果等の情報を出力する手段であり、タッチパネルディスプレイ等の情報を表示して出力する表示部を含むがこれに限られず、外部装置に送信して出力する通信部を含んでもよい。
入力部４は、ユーザの入力を受け付ける手段であり、例えば、タッチパネルディスプレイやキーボード等によって構成される。
出力部５は、測定結果等の情報を出力する手段であり、タッチパネルディスプレイ等の情報を表示して出力する表示部を含むがこれに限られず、外部装置に送信して出力する通信部を含んでもよい。
【0067】
＜流量測定原理＞
検出素子１００を用いた流量測定の原理を説明する。図５Ａは、フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがない状態で、検出用マイクロヒーター１１０が起動されている場合の温度分布の一例を模式的に示したものである。図５Ｂは、検出素子における熱の流れを回路で表現した熱回路図である。図５Ｃは、フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがある状態で、検出用マイクロヒーター１１０を起動している場合の温度分布の一例を模式的に示したものである。
検出素子１００を用いた流量測定の原理を説明する。図５Ａは、フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがない状態で、検出用マイクロヒーター１１０が起動されている場合の温度分布の一例を模式的に示したものである。図５Ｂは、検出素子における熱の流れを回路で表現した熱回路図である。図５Ｃは、フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがある状態で、検出用マイクロヒーター１１０を起動している場合の温度分布の一例を模式的に示したものである。
【0068】
まず、本発明が適用される熱式のフローセンサにおける気体に流量測定原理の説明に先立ち、図５Ｂを参照して、気体の熱伝導率の測定原理について説明する。
【0069】
ここでは、ヒーターの発熱量をＩ、絶縁薄膜の熱抵抗をＲｓ、サーモパイルの熱抵抗をＲｔ、気体の熱抵抗をＲｇ、サーモパイル両端の温度差をΔＴとする。このとき、図１Ｂに示された回路において、ガスの流れが無い状態でΔＴは以下の式（１）によって表される。
このように、サーモパイルの両端の温度差ΔＴは、ガスの熱抵抗Ｒｇによって変化することが分かる。従って、両端の温度差ΔＴに比例する値を出力するサーモパイルによって、気体の熱抵抗、さらには熱伝導率を算出することができる。
【数1】
このように、サーモパイルの両端の温度差ΔＴは、ガスの熱抵抗Ｒｇによって変化することが分かる。従って、両端の温度差ΔＴに比例する値を出力するサーモパイルによって、気体の熱抵抗、さらには熱伝導率を算出することができる。
【0070】
次に、熱式のフローセンサにおける気体の流量測定原理を説明する。
フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがない場合には、検出用マイクロヒーター１１０からの熱は、検出用マイクロヒーター１１０を中心として対称に拡散する。このため、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２のそれぞれからの出力に差は生じない。一方で、フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがある場合には、検出用マイクロヒーター１１０からの熱は、矢印で示すガスの流れの影響を受けて、検出用マイクロヒーター１１０を中心として対称には広がらず、下流の第２サーモパイル１１２側へ、より拡散していく。このため、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２のそれぞれからの出力に差が生じる。また、ガスの流量が多いほど、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２のそれぞれからの出力の差は大きくなる。
フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがない場合には、検出用マイクロヒーター１１０からの熱は、検出用マイクロヒーター１１０を中心として対称に拡散する。このため、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２のそれぞれからの出力に差は生じない。一方で、フローセンサが配置されたガス流路１１７にガスの流れがある場合には、検出用マイクロヒーター１１０からの熱は、矢印で示すガスの流れの影響を受けて、検出用マイクロヒーター１１０を中心として対称には広がらず、下流の第２サーモパイル１１２側へ、より拡散していく。このため、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２のそれぞれからの出力に差が生じる。また、ガスの流量が多いほど、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２のそれぞれからの出力の差は大きくなる。
【0071】
このような、ガスの流量と、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２からの出力の差との関係は、例えば、下記の式（２）のように表される。
ここでは、ΔＶは第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２からの出力の差、ＴＡは環境温度、ＴＢはヒーター温度を表す。また、ｖｆは流体の流速、Ａ及びｂは定数である。
本実施例の流量測定装置としても機能する混合比算出装置では、流量算出部２１からの指示により、フローセンサに測定対象のガスを導入し、検出用マイクロヒーター１１０を起動する。そして、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２からの出力を取得し、上述の式に従って測定対象のガスの流量を算出する。
【数2】
ここでは、ΔＶは第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２からの出力の差、ＴＡは環境温度、ＴＢはヒーター温度を表す。また、ｖｆは流体の流速、Ａ及びｂは定数である。
本実施例の流量測定装置としても機能する混合比算出装置では、流量算出部２１からの指示により、フローセンサに測定対象のガスを導入し、検出用マイクロヒーター１１０を起動する。そして、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２からの出力を取得し、上述の式に従って測定対象のガスの流量を算出する。
【0072】
＜混合比算出処理＞
図６のフローチャートを参照して、混合比の算出処理について説明する。なお、以下の説明において、酸素及びアルゴンを含む混合ガスに言及する場合には、特に断らない限り、酸素濃度は混合ガス全体量に対する酸素量を示し、アルゴン濃度は酸素量に対するアルゴン量を示すものとする。
図６のフローチャートを参照して、混合比の算出処理について説明する。なお、以下の説明において、酸素及びアルゴンを含む混合ガスに言及する場合には、特に断らない限り、酸素濃度は混合ガス全体量に対する酸素量を示し、アルゴン濃度は酸素量に対するアルゴン量を示すものとする。
【0073】
まず、混合比の算出処理に先立ち、いくつかのアルゴン濃度に対して、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係を取得しておく。そして、各アルゴン濃度に対する、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係を規定するパラメータを第２記憶部３２に記憶しておく。本実施例では、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係を規定するパラメータが、本発明の「第２関係情報」に対応する。なお、第２サーモパイル１１２の出力から、混合ガスの熱伝導率を算出するためのパラメータは第１記憶部３１に記憶しておく。ここで、第２サーモパイル１１２の出力から混合ガスの熱伝導率を算出するためのパラメータは、本発明の「第１関係情報」に対応する。また、本実施例では、熱伝導率が、本発明の「熱的特性」に対応する。いくつかのアルゴン濃度は、離散的に変化するアルゴン濃度に限られず、連続的に変化するアルゴン濃度であってもよい。
上述の、いくつかのアルゴン濃度に対して、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係を取得し、各アルゴン濃度に対する、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係式を規定するパラメータを第２記憶部に記憶する処理は、加熱用ヒーターの２つの温度（ここではＴ１及びＴ２とする）に対して行っておく。
上述の、いくつかのアルゴン濃度に対して、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係を取得し、各アルゴン濃度に対する、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係式を規定するパラメータを第２記憶部に記憶する処理は、加熱用ヒーターの２つの温度（ここではＴ１及びＴ２とする）に対して行っておく。
【0074】
このように、加熱用ヒーター１１６の２つの温度Ｔ１及びＴ２に対して、取得された、３つのアルゴン濃度に対する、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係の一例を図７に示す。ここでは、３つのアルゴン濃度に対する。酸素濃度と熱伝導率との関係のみを例示しているが、アルゴン濃度の数はこれに限られない。
ここでは、加熱用ヒーター１１６の温度Ｔ１及びＴ２に対して、アルゴン濃度ｚ１，ｚ２，ｚ３に対する、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係が取得されている。アルゴン濃度ｚ１％に対する酸素と混合ガスの熱伝導率との関係を実線、ｚ２％に対する関係を点線、ｚ３％に対する関係を一点鎖線で示している。
ここでは、加熱用ヒーター１１６の温度Ｔ１及びＴ２に対して、アルゴン濃度ｚ１，ｚ２，ｚ３に対する、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係が取得されている。アルゴン濃度ｚ１％に対する酸素と混合ガスの熱伝導率との関係を実線、ｚ２％に対する関係を点線、ｚ３％に対する関係を一点鎖線で示している。
【0075】
以下に、混合比算出処理について説明する。
まず、混合比算出部２２は、フローセンサが配置されたガス流路１１７に混合ガスを導入する（ステップＳ１１）。
次に、混合比算出部２２は、検出用マイクロヒーター１１０を起動させるとともに、加熱用ヒーター１１６を温度Ｔ１に加熱させる（ステップＳ１２）。他の実施例を含め、以下の説明では、混合流体（混合ガス）の温度を第１温度であるＴ１と第２温度であるＴ２とする際に、いずれも加熱用ヒーター１１６によって加熱する場合について説明する。しかし、いずれか低い方の温度（例えば、Ｔ１）を環境温度（室温）とし、このときには加熱用ヒーター１１６を発熱させず、Ｔ２とする場合にのみ加熱用ヒーター１１６を発熱させるように制御してもよい。
まず、混合比算出部２２は、フローセンサが配置されたガス流路１１７に混合ガスを導入する（ステップＳ１１）。
次に、混合比算出部２２は、検出用マイクロヒーター１１０を起動させるとともに、加熱用ヒーター１１６を温度Ｔ１に加熱させる（ステップＳ１２）。他の実施例を含め、以下の説明では、混合流体（混合ガス）の温度を第１温度であるＴ１と第２温度であるＴ２とする際に、いずれも加熱用ヒーター１１６によって加熱する場合について説明する。しかし、いずれか低い方の温度（例えば、Ｔ１）を環境温度（室温）とし、このときには加熱用ヒーター１１６を発熱させず、Ｔ２とする場合にのみ加熱用ヒーター１１６を発熱させるように制御してもよい。
【0076】
そして、混合比算出部２２は、第２サーモパイル１１２の出力値Ｖ１を取得し、この出力値Ｖ１と第１記憶部３１に記憶されたパラメータから、温度Ｔ１での混合ガスの熱伝導率を算出する（ステップＳ１３）。第１記憶部３１には、第２サーモパイル１１２の出力値を混合ガスの熱伝導率に変換する係数等の第２サーモパイル１１２に固有のパラメータが記憶されている。ここでは、第１記憶部３１に記憶されたパラメータが、本発明の「変
換情報」に対応する。
このようにして算出された熱伝導率をｙ１とする。このとき、図８に示すように、第２記憶部３２に記憶された混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係に関する情報によれば、加熱用ヒーター１１６の温度がＴ１である場合に、アルゴン濃度ｚ１％であれば酸素濃度はｘ１％に対応し、アルゴン濃度がｚ２％であれば酸素濃度はｘ２％に対応し、アルゴン濃度がｚ３％であれば酸素濃度はｘ３％に対応する。すなわち、加熱用ヒーター１１６の温度がＴ１である場合の混合ガスの熱伝導率ｙ１のみからでは、これに対応する酸素濃度を算出することができない。
換情報」に対応する。
このようにして算出された熱伝導率をｙ１とする。このとき、図８に示すように、第２記憶部３２に記憶された混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係に関する情報によれば、加熱用ヒーター１１６の温度がＴ１である場合に、アルゴン濃度ｚ１％であれば酸素濃度はｘ１％に対応し、アルゴン濃度がｚ２％であれば酸素濃度はｘ２％に対応し、アルゴン濃度がｚ３％であれば酸素濃度はｘ３％に対応する。すなわち、加熱用ヒーター１１６の温度がＴ１である場合の混合ガスの熱伝導率ｙ１のみからでは、これに対応する酸素濃度を算出することができない。
【0077】
次に、混合比算出部２２は、検出用マイクロヒーター１１０を起動させた状態で、加熱用ヒーター１１６を温度Ｔ２に加熱させる（ステップＳ１４）。
そして、混合比算出部２２は、第２サーモパイルの出力値Ｖ２を取得し、この出力値Ｖ２と第１記憶部３１に記憶されたパラメータから、混合ガスの熱伝導率を算出する。このようにして算出された熱伝導率をｙ２とする（ステップＳ１５）。
そして、混合比算出部２２は、第２サーモパイルの出力値Ｖ２を取得し、この出力値Ｖ２と第１記憶部３１に記憶されたパラメータから、混合ガスの熱伝導率を算出する。このようにして算出された熱伝導率をｙ２とする（ステップＳ１５）。
【0078】
ここで、加熱用ヒーター１１６の温度がＴ２であり、アルゴン濃度がｚ１，ｚ２，ｚ３である場合の、酸素濃度と第２サーモパイル１１２の出力値から算出される混合ガスの熱伝導率との関係を第１記憶部３１から取得する。これらが、図７の上方の３本の曲線である。
【0079】
そして、混合比算出部２２は、混合ガスのＴ１及びＴ２の２温度での熱伝導率と、第２記憶部３２に記憶されたパラメータから、混合ガスの混合比を算出する（ステップＳ１６）。
このとき、第２記憶部３２に記憶されているパラメータは、図７に示すような、アルゴン濃度に依存する、Ｔ１及びＴ２の２温度での混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係である。図９に示すように、温度Ｔ１における混合ガスの熱伝導率ｙ１に対応する酸素濃度と、温度Ｔ２における混合ガスの熱伝導率ｙ２に対する酸素濃度は同一であるから、各アルゴン濃度に対応する曲線のうち、第２サーモパイル１１２の出力から算出される混合ガスの熱伝導率ｙ２に対応する酸素濃度が、熱伝導率ｙ１に対応する酸素濃度と同一のｘ２となる曲線を抽出する。そしてこの曲線に対応するアルゴン濃度ｚ２が、測定対象の混合ガスのアルゴン濃度として算出される。また、温度Ｔ１における熱伝導率がｙ１となり温度Ｔ２における熱伝導率がｙ２となるｘ２が、測定対象の混合ガスの酸素濃度として算出される。このようにして、３種の混合ガスに対する混合比を算出することができる。
このとき、第２記憶部３２に記憶されているパラメータは、図７に示すような、アルゴン濃度に依存する、Ｔ１及びＴ２の２温度での混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係である。図９に示すように、温度Ｔ１における混合ガスの熱伝導率ｙ１に対応する酸素濃度と、温度Ｔ２における混合ガスの熱伝導率ｙ２に対する酸素濃度は同一であるから、各アルゴン濃度に対応する曲線のうち、第２サーモパイル１１２の出力から算出される混合ガスの熱伝導率ｙ２に対応する酸素濃度が、熱伝導率ｙ１に対応する酸素濃度と同一のｘ２となる曲線を抽出する。そしてこの曲線に対応するアルゴン濃度ｚ２が、測定対象の混合ガスのアルゴン濃度として算出される。また、温度Ｔ１における熱伝導率がｙ１となり温度Ｔ２における熱伝導率がｙ２となるｘ２が、測定対象の混合ガスの酸素濃度として算出される。このようにして、３種の混合ガスに対する混合比を算出することができる。
【0080】
上述したように、本実施例では、異なるアルゴン濃度に対する、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係を２つの温度について保持していれば、それぞれの温度での混合ガスの熱伝導率を算出し、これに対応する酸素濃度が等しくなる酸素濃度として、混合ガスの酸素濃度を算出することができる。そして、それぞれの温度において混合ガスの熱伝導率に対して酸素濃度が上述の値となるような関係に対応するアルゴン濃度が混合ガスのアルゴン濃度として算出される。
【0081】
以下に、３種の混合ガスの混合比を算出する上述の処理の理論的背景について説明する。
酸素濃度（％）をｘ、第２サーモパイル１１２の出力に基づいて算出される混合ガスの熱伝導率をｙとし、酸素、アルゴン、窒素の３成分からなる混合ガスについて、加熱用ヒーター１１６の温度Ｔ１で熱伝導率ｙ１が得られ、温度Ｔ２で熱伝導率ｙ２が得られたとする。
このとき、ｙ１，ｙ２とｘとの関係は以下の式（３）及び式（４）で表される。
ここで、酸素濃度（％）が０のときに、加熱用ヒーター１１６の温度Ｔ１で熱伝導率ｙ０１が得られ、温度Ｔ２で熱伝導率ｙ０２が得られたとする。上記式にｘ＝０を代入すれば、ｙ０１＝ｃ１、ｙ０２＝ｃ２となるから、未知数はｘ，ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２の５個となる。
ただし、ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２は全てアルゴン濃度ｚの関数なので、ａ１＝ｆａ１（ｚ），ｂ１＝ｆｂ１（ｚ），ａ２＝ｆａ２（ｚ），ｂ２＝ｆｂ２（ｚ）の各関数を予め求めておけば、連立方程式の未知数はｘとｚの２個にあるので、これらの連立方程式を解くことにより、未知数である酸素濃度及びアルゴン濃度を求めることが可能となる。
酸素濃度（％）をｘ、第２サーモパイル１１２の出力に基づいて算出される混合ガスの熱伝導率をｙとし、酸素、アルゴン、窒素の３成分からなる混合ガスについて、加熱用ヒーター１１６の温度Ｔ１で熱伝導率ｙ１が得られ、温度Ｔ２で熱伝導率ｙ２が得られたとする。
このとき、ｙ１，ｙ２とｘとの関係は以下の式（３）及び式（４）で表される。
【数3】
【数4】
ここで、酸素濃度（％）が０のときに、加熱用ヒーター１１６の温度Ｔ１で熱伝導率ｙ０１が得られ、温度Ｔ２で熱伝導率ｙ０２が得られたとする。上記式にｘ＝０を代入すれば、ｙ０１＝ｃ１、ｙ０２＝ｃ２となるから、未知数はｘ，ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２の５個となる。
ただし、ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２は全てアルゴン濃度ｚの関数なので、ａ１＝ｆａ１（ｚ），ｂ１＝ｆｂ１（ｚ），ａ２＝ｆａ２（ｚ），ｂ２＝ｆｂ２（ｚ）の各関数を予め求めておけば、連立方程式の未知数はｘとｚの２個にあるので、これらの連立方程式を解くことにより、未知数である酸素濃度及びアルゴン濃度を求めることが可能となる。
【0082】
酸素、窒素、アルゴンの３相ガスにおいては、ａ１，ａ２はｚに依存せずほぼ一定であり、ｂ１，ｂ２は以下の式（５）及び式（６）ようにｚに対して１次の相関で近似できることが発明者らの研究によってわかった。すなわち、
これらの式を上述のｙ１，ｙ２に関する式（３）及び式（４）に代入して整理すると、
従って、熱伝導率ｙ１とｙ２とが得られれば、式（７）及び式（８）からそれぞれ酸素濃度ｘとアルゴン濃度ｚが得られる。
【数5】
【数6】
これらの式を上述のｙ１，ｙ２に関する式（３）及び式（４）に代入して整理すると、
【数7】
【数8】
従って、熱伝導率ｙ１とｙ２とが得られれば、式（７）及び式（８）からそれぞれ酸素濃度ｘとアルゴン濃度ｚが得られる。
【0083】
上述のように、第２記憶部３２に記憶された、２つの温度での、アルゴン濃度に依存する、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係であるパラメータは、熱伝導率から混合ガスの混合比を算出する式の係数として与えることができる。
【0084】
また、第２記憶部３２に記憶されたパラメータは、図７に模式的に示したような、２つの温度での、アルゴン濃度に依存する、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係を示す曲線であってもよい。
このように、第２記憶部３２に、２つの温度での、アルゴン濃度に依存する、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係を示す曲線を、パラメータとして記憶しておくことにより、混合比算出の演算を簡易化することができる。また、既知の曲線を用いることで、ノイズに強くなる。
このように、第２記憶部３２に、２つの温度での、アルゴン濃度に依存する、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係を示す曲線を、パラメータとして記憶しておくことにより、混合比算出の演算を簡易化することができる。また、既知の曲線を用いることで、ノイズに強くなる。
【0085】
＜４種以上の流体からなる混合流体の取り扱い＞
上述の実施例１では、本発明の基本的な実施例として、３種の流体からなる混合流体の混合比を算出する混合比算出装置２について説明した。
ここでは、混合流体が、４種以上の流体からなる混合流体である場合に、混合比を算出し得る混合比算出装置２について説明する。４種以上の流体からなる混合流体の取り扱いは、以下の変形例及び各実施例にも同様に適用できる。混合比算出装置２の構成及び混合比算出処理の手順は、実施例１と共通であるため、詳細な説明は省略する。
上述の実施例１では、本発明の基本的な実施例として、３種の流体からなる混合流体の混合比を算出する混合比算出装置２について説明した。
ここでは、混合流体が、４種以上の流体からなる混合流体である場合に、混合比を算出し得る混合比算出装置２について説明する。４種以上の流体からなる混合流体の取り扱いは、以下の変形例及び各実施例にも同様に適用できる。混合比算出装置２の構成及び混合比算出処理の手順は、実施例１と共通であるため、詳細な説明は省略する。
【0086】
ここでも、流体として、気体を例に説明する。
ＬＰガスはプロパンとブタンの混合ガスであり、都市ガスは、メタンと少量のエタンの混合ガスである。これらの混合ガスにさらに水素が混入している場合には、全部で５成分、すなわち、５種のガスからなる混合ガスとなる。
ＬＰガスはプロパンとブタンの混合ガスであり、都市ガスは、メタンと少量のエタンの混合ガスである。これらの混合ガスにさらに水素が混入している場合には、全部で５成分、すなわち、５種のガスからなる混合ガスとなる。
【0087】
図１０に、この混合ガスに含まれる燃料ガス（ＬＰガス及び都市ガス）の成分及び水素の熱伝導率を示す。この混合ガスは、（i）熱伝導率が高い水素、（ii）熱伝導率が中程
度の都市ガス、（iii）熱伝導率が低いＬＰガスからなる。すなわち、熱伝導率を基準と
して、熱伝導率が同じ又は近似する２種以上の気体を疑似的に１成分の気体であるとみなすと、５種のガスからなる混合ガスを、３種のガスからなる混合ガスとみなすことができる。疑似的に１成分の気体（ガス）と扱うことができる２種以上の気体（ガス）を疑似成分気体（ガス）と定義すると、メタンとエタンの２成分からなる都市ガスは、１種の疑似成分ガスであり、プロパンとブタンの２成分からなるＬＰガスも、１種の疑似成分ガスを構成する。
度の都市ガス、（iii）熱伝導率が低いＬＰガスからなる。すなわち、熱伝導率を基準と
して、熱伝導率が同じ又は近似する２種以上の気体を疑似的に１成分の気体であるとみなすと、５種のガスからなる混合ガスを、３種のガスからなる混合ガスとみなすことができる。疑似的に１成分の気体（ガス）と扱うことができる２種以上の気体（ガス）を疑似成分気体（ガス）と定義すると、メタンとエタンの２成分からなる都市ガスは、１種の疑似成分ガスであり、プロパンとブタンの２成分からなるＬＰガスも、１種の疑似成分ガスを構成する。
【0088】
このようにすれば、５種のガスからなる混合ガスを、３種のガスからなる混合ガスとして、混合比算出装置２の算出対象とすることにより、水素の混合比（濃度）を算出することができる。また、混合比算出装置２において、疑似成分ガスである都市ガス及びＬＰガスの混合比を算出することにより、都市ガスとＬＰガスの判別を行うこともできる。
【0089】
このように、４種以上の気体からなる混合気体を、３種の気体と同様に扱い、混合比算出装置２における混合比の算出対象とする方法は、上述のように、熱伝導率が同じ又は近似する２種以上の気体から疑似成分気体を構成する場合に限られない。
例えば、混合比（成分比）が同じ又は近似する２種以上の気体をまとめて、疑似成分気体を構成することもできる。
また、混合比（成分比）が異なる場合であっても、熱伝導率のような熱的特性値が同じ又は近似する２種以上の気体をまとめて、疑似成分気体を構成することもできる。
また、混合比（成分比）が所定値よりも小さい気体については、熱伝導率等の熱的特性値が極端に違わない限り、混合比を算出する処理においては無視することもできる。混合比の大きさを判定する所定値は、適宜設定することができる。
例えば、混合比（成分比）が同じ又は近似する２種以上の気体をまとめて、疑似成分気体を構成することもできる。
また、混合比（成分比）が異なる場合であっても、熱伝導率のような熱的特性値が同じ又は近似する２種以上の気体をまとめて、疑似成分気体を構成することもできる。
また、混合比（成分比）が所定値よりも小さい気体については、熱伝導率等の熱的特性値が極端に違わない限り、混合比を算出する処理においては無視することもできる。混合比の大きさを判定する所定値は、適宜設定することができる。
【0090】
＜変形例＞
次に、実施例１の変形例について説明する。実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
本変形例に係る検出素子の構成は、実施例１に係る検出素子１００と同様である。本変形例では、加熱用ヒーター１１６を混合ガスの濃度検出時のみ発熱させる。
このようにすれば、加熱用ヒーター１１６を無駄に加熱することがないので、省電力化
が可能である。また、無駄に加熱することがないので、加熱用ヒーター１１６の寿命を延ばすことができる。
本変形例における加熱用ヒーター１１６の制御は、後述する実施例２～４のそれぞれの加熱用ヒーターについても同様に適用できる。
次に、実施例１の変形例について説明する。実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
本変形例に係る検出素子の構成は、実施例１に係る検出素子１００と同様である。本変形例では、加熱用ヒーター１１６を混合ガスの濃度検出時のみ発熱させる。
このようにすれば、加熱用ヒーター１１６を無駄に加熱することがないので、省電力化
が可能である。また、無駄に加熱することがないので、加熱用ヒーター１１６の寿命を延ばすことができる。
本変形例における加熱用ヒーター１１６の制御は、後述する実施例２～４のそれぞれの加熱用ヒーターについても同様に適用できる。
【0091】
＜他の変形例＞
次に、実施例１の他の変形例について説明する。実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１１のフローチャートを参照して、本変形例の混合比算出処理について説明する。
実施例１では、第２サーモパイル１１２の出力値と、第１記憶部３１に記憶されたパラメータから、混合ガスの熱伝導率を算出していた。本変形例では、第２サーモパイル１１２の出力から熱伝導率を介することなく、混合ガスの混合比を算出する。この場合には、混合比算出装置２は、第２サーモパイル１１２の出力値から、混合ガスの熱伝導率を算出するためのパラメータを記憶した第１記憶部３１を備えなくともよい。
次に、実施例１の他の変形例について説明する。実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１１のフローチャートを参照して、本変形例の混合比算出処理について説明する。
実施例１では、第２サーモパイル１１２の出力値と、第１記憶部３１に記憶されたパラメータから、混合ガスの熱伝導率を算出していた。本変形例では、第２サーモパイル１１２の出力から熱伝導率を介することなく、混合ガスの混合比を算出する。この場合には、混合比算出装置２は、第２サーモパイル１１２の出力値から、混合ガスの熱伝導率を算出するためのパラメータを記憶した第１記憶部３１を備えなくともよい。
【0092】
ステップＳ１１及びステップＳ１２は、実施例１と同様である。次に、本変形例では、混合比算出部２２は、第２サーモパイル出力Ｖ１を取得する（ステップＳ２３）。
続くステップＳ１４は実施例１と同様である。
次に、混合比算出部２２は、第２サーモパイル出力Ｖ２を取得する（ステップＳ２５）。
そして、混合比算出部２２は、混合ガスの２温度での第２サーモパイル出力と、第２記憶部３２に記憶されたパラメータから混合ガスの混合比を算出する（ステップＳ２６）。ここで、第２記憶部３２には、混合ガスの異なる２温度での第２サーモパイル１１２の出力値を混合ガスの混合比に変換する係数等の、第２サーモパイル１１２に固有のパラメータが記憶されている。
そして、実施例１と同様に、出力部５に混合ガスの混合比を出力する（ステップＳ１７）。
続くステップＳ１４は実施例１と同様である。
次に、混合比算出部２２は、第２サーモパイル出力Ｖ２を取得する（ステップＳ２５）。
そして、混合比算出部２２は、混合ガスの２温度での第２サーモパイル出力と、第２記憶部３２に記憶されたパラメータから混合ガスの混合比を算出する（ステップＳ２６）。ここで、第２記憶部３２には、混合ガスの異なる２温度での第２サーモパイル１１２の出力値を混合ガスの混合比に変換する係数等の、第２サーモパイル１１２に固有のパラメータが記憶されている。
そして、実施例１と同様に、出力部５に混合ガスの混合比を出力する（ステップＳ１７）。
【0093】
このようにすれば、第１記憶部３１を備える必要がなく、第２記憶部３２に記憶しておくのは、混合ガスの異なる２温度での第２サーモパイル１１２の出力値を混合ガスの混合比に変換する係数等のパラメータだけでよいので、記憶装置の容量を減らすことができる。
【0094】
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
本変形例に係る検出素子の構成は、実施例１に係る検出素子１００と同じである。
実施例１では、検出素子１００の検出用マイクロヒーター１１０とは別に加熱用ヒーター１１６を設けていたが、本実施例では、検出用マイクロヒーター１１０に、加熱用ヒーターの機能を担わせる。すなわち、流量検出のために測定対象気体を加熱するための検出用マイクロヒーター１１０を、混合比算出のために測定対象気体を加熱するためにも用いる。
次に、実施例２について説明する。実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
本変形例に係る検出素子の構成は、実施例１に係る検出素子１００と同じである。
実施例１では、検出素子１００の検出用マイクロヒーター１１０とは別に加熱用ヒーター１１６を設けていたが、本実施例では、検出用マイクロヒーター１１０に、加熱用ヒーターの機能を担わせる。すなわち、流量検出のために測定対象気体を加熱するための検出用マイクロヒーター１１０を、混合比算出のために測定対象気体を加熱するためにも用いる。
【0095】
このようにすれば、検出素子の構造を簡略化することができるので、低コスト化と小型化が可能となる。また、ガスを異なる温度に設定するための加熱と、検出のための加熱とを同一のヒーターで担うので、省電力化が可能となる。
【0096】
〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。実施例１及び実施例２と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
実施例３は、上述の実施例２と同様に、検出用マイクロヒーター１１０が加熱用マイクロヒーターを兼ねる構成である。本実施例では、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２の検出用マイクロヒーター１１０に対する配置を、上述の変形例から変更している。
図１２は、本実施例に係る検出素子２００の概略構成を模式的に示す平面図である。
本実施例では、検出用マイクロヒーター１１０からの距離が異なる位置に第１サーモパイル１１と第２サーモパイル１１２を配置している。具体的には、第１サーモパイル１１１と検出用マイクロヒーター１１０との距離を、第２サーモパイル１１２と検出用マイクロヒーター１１０との距離よりも大きくなるように、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２を配置している。すなわち、第２サーモパイル１１２は、検出用マイクロヒーター１１０に近い高温領域に配置され、第１サーモパイル１１１は、検出用マイクロヒーター１１０から離れた低温領域に配置される。このように、検出素子２００の熱分布を利用し、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２により、２温度のデータを得ることができる。本実施例では、第１サーモパイル１１１が本発明の「第１温度差検出部」に対応し、第２サーモパイル１１２が本発明の「第２温度差検出部」に対応する。
次に、実施例３について説明する。実施例１及び実施例２と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
実施例３は、上述の実施例２と同様に、検出用マイクロヒーター１１０が加熱用マイクロヒーターを兼ねる構成である。本実施例では、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２の検出用マイクロヒーター１１０に対する配置を、上述の変形例から変更している。
図１２は、本実施例に係る検出素子２００の概略構成を模式的に示す平面図である。
本実施例では、検出用マイクロヒーター１１０からの距離が異なる位置に第１サーモパイル１１と第２サーモパイル１１２を配置している。具体的には、第１サーモパイル１１１と検出用マイクロヒーター１１０との距離を、第２サーモパイル１１２と検出用マイクロヒーター１１０との距離よりも大きくなるように、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２を配置している。すなわち、第２サーモパイル１１２は、検出用マイクロヒーター１１０に近い高温領域に配置され、第１サーモパイル１１１は、検出用マイクロヒーター１１０から離れた低温領域に配置される。このように、検出素子２００の熱分布を利用し、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２により、２温度のデータを得ることができる。本実施例では、第１サーモパイル１１１が本発明の「第１温度差検出部」に対応し、第２サーモパイル１１２が本発明の「第２温度差検出部」に対応する。
【0097】
このようにすれば、同時に２温度のデータが得られるので、応答性と精度に優れる。また、加熱マイクロヒーターを兼ねる検出用マイクロヒーターの温度の切り替えが不要となるため、制御が簡単になる。そして、検出用マイクロヒーター１１０が加熱用マイクロヒーターを兼ねることにより、フローセンサの構造を簡略化することができるので、低コスト化と小型化が可能となる。また、ガスを異なる温度に設定するための加熱と、検出のための加熱とを同一のヒーターで担うので、省電力化が可能となる。
【0098】
〔実施例４〕
本実施例に係る検出素子３００では、同一ＭＥＭＳチップ上に検出用ヒーターと同様に加熱用マイクロヒーターを設ける。
図１３は、本実施例に係る検出素子３００の概略構成を示す平面図である。図１４は、本実施例に係る混合比算出装置３の機能ブロック図である。の実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１３に示すように、本実施例では、同一のチップ上に、検出用マイクロヒーター１１０、加熱用マイクロヒーター１１８、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２を備える。すなわち、本実施例では、加熱用マイクロヒーター１１８は、ＭＥＭＳチップ上に、検出用マイクロヒーターと同じプロセスで形成される。図１４に示すように、本実施例に係る混合比算出装置３における計測部１０は、第１サーモパイル１１１、第２サーモパイル１１２、検出用マイクロヒーター１１０、加熱用マイクロヒーター１１８及びガス流路１１７を有する。
本実施例に係る検出素子３００では、同一ＭＥＭＳチップ上に検出用ヒーターと同様に加熱用マイクロヒーターを設ける。
図１３は、本実施例に係る検出素子３００の概略構成を示す平面図である。図１４は、本実施例に係る混合比算出装置３の機能ブロック図である。の実施例１と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１３に示すように、本実施例では、同一のチップ上に、検出用マイクロヒーター１１０、加熱用マイクロヒーター１１８、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２を備える。すなわち、本実施例では、加熱用マイクロヒーター１１８は、ＭＥＭＳチップ上に、検出用マイクロヒーターと同じプロセスで形成される。図１４に示すように、本実施例に係る混合比算出装置３における計測部１０は、第１サーモパイル１１１、第２サーモパイル１１２、検出用マイクロヒーター１１０、加熱用マイクロヒーター１１８及びガス流路１１７を有する。
【0099】
検出用マイクロヒーター１１０は、例えば、ポリシリコンで形成された抵抗体であり、検出素子の中央部分に設けられる。加熱用マイクロヒーター１１８も同様に、ポリシリコンで形成された抵抗体によって構成することができる。加熱用マイクロヒーター１１８，１１８は、検出用マイクロヒーター１１０を挟んで配置される。また、加熱用マイクロヒーター１１８，１１８は第１サーモパイル１１１を挟んで、その両側に配置される。また、加熱用マイクロヒーター１１８，１１８は第２サーモパイル１１２を挟んで、その両側に配置される。また、第１サーモパイル１１１と第２サーモパイル１１２は、検出用マイクロヒーター１１０を挟むようにその両側に設けられる。検出用マイクロヒーター１１０、加熱用マイクロヒーター１１８、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２の上面（紙面手前側）には絶縁薄膜が形成されるが、図では省略している。また、検出素子は、電極パッド１１３…１１３、回路基板１１４を備える。実施例１と同様に、第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２の下方（紙面奥側）の回路基板１１４には、キャビティが設けられる。
ここでは、測定対象である気体は、検出素子の上面側を紙面に平行に流される。検出素子は、第１サーモパイルが気体の流れる方向の上流側、第２サーモパイルが気体の流れる方向の下流側、加熱用マイクロヒーター１１８，１１８，１１８，１１８は、気体の流れる上流側及び下流側となるように配置される。
ここでは、測定対象である気体は、検出素子の上面側を紙面に平行に流される。検出素子は、第１サーモパイルが気体の流れる方向の上流側、第２サーモパイルが気体の流れる方向の下流側、加熱用マイクロヒーター１１８，１１８，１１８，１１８は、気体の流れる上流側及び下流側となるように配置される。
【0100】
このようにすれば、検出用マイクロヒーター１１０と加熱用マイクロヒーター１１８を同じプロセスで同時に形成できるので、製造コストを低減することができる。また、加熱用マイクロヒーター１１８がＭＥＭＳチップ上に形成されるので、小型化が可能となる。また、加熱用マイクロヒーター１１８による加熱が、必要最小となる第１サーモパイル１１１及び第２サーモパイル１１２の近傍に限定されるので、省電力化が可能となる。
【0101】
実施例１では、第２サーモパイル１１２の出力値を用いて混合ガスの混合比を算出していたが、第１サーモパイル１１１の出力値を用いてもよいし、第１サーモパイル１１１の出力値と第２サーモパイル１１２の出力値との算出平均を用いてもよい。
【0102】
〔実施例５〕
実施例５に係る検出素子４００について説明する。実施例４と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１５は、本実施例に係る検出素子４００の概略構成を示す平面図である。
本実施例では、ＭＥＭＳチップ上に第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９と、第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０とを形成している。ここでは、上流側に配置した第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９を温度Ｔ１とで発熱させ、下流側に配置した第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０を温度Ｔ２で発熱させるというように、異なる温度で発熱させ、それぞれの温度での熱伝導率を同時に取得する。ここでは、第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９が、本発明の「第１温度加熱部」に対応し、第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０が、本発明の「第２温度加熱部」に対応する。
実施例５に係る検出素子４００について説明する。実施例４と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１５は、本実施例に係る検出素子４００の概略構成を示す平面図である。
本実施例では、ＭＥＭＳチップ上に第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９と、第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０とを形成している。ここでは、上流側に配置した第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９を温度Ｔ１とで発熱させ、下流側に配置した第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０を温度Ｔ２で発熱させるというように、異なる温度で発熱させ、それぞれの温度での熱伝導率を同時に取得する。ここでは、第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９が、本発明の「第１温度加熱部」に対応し、第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０が、本発明の「第２温度加熱部」に対応する。
【0103】
このようにすれば、同時に２温度データが取れるので、応答性に優れ、加熱用マイクロヒーターの温度切り替えが不要となるので、制御が簡易になる。
【0104】
〔実施例６〕
本実施例では、測定対象気体の温度を測定する温度センサ１２１，１２２を設け、温度センサ１２１，１２２の出力に応じて加熱用マイクロヒーター１１９，１２０の発熱温度を制御する。実施例３と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１６は、本実施例に係る検出素子５００の概略構成を示す平面図である。
温度センサ１２１，１２２は、基板上１１４の、各加熱用マイクロヒーター１１９，１２０の電極パッド１１３，１１３の間に配置されている。すなわち、温度センサ１２１，１２１は、第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９が接続される電極パッド１１３，１１３の間に配置され、温度センサ１２２，１２２は、第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０が接続される電極パッド１１３，１１３の間に配置される。ここでは、温度センサ１２１，１２２が、本発明の「温度検知部」に対応する。
本実施例では、測定対象気体の温度を測定する温度センサ１２１，１２２を設け、温度センサ１２１，１２２の出力に応じて加熱用マイクロヒーター１１９，１２０の発熱温度を制御する。実施例３と同様の構成については、同様の符号を用いて説明を省略する。
図１６は、本実施例に係る検出素子５００の概略構成を示す平面図である。
温度センサ１２１，１２２は、基板上１１４の、各加熱用マイクロヒーター１１９，１２０の電極パッド１１３，１１３の間に配置されている。すなわち、温度センサ１２１，１２１は、第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９が接続される電極パッド１１３，１１３の間に配置され、温度センサ１２２，１２２は、第２加熱用マイクロヒーター１２０，１２０が接続される電極パッド１１３，１１３の間に配置される。ここでは、温度センサ１２１，１２２が、本発明の「温度検知部」に対応する。
【0105】
このようにすれば、温度センサ１２１，１２２によって検知された温度によって第１加熱用マイクロヒーター１１９及び第２加熱用マイクロヒーター１２０を制御することができるので、むだな加熱をすることなく、省電力化が可能となる。また、温度センサ１２１，１２２によって検知された温度によって第１加熱用マイクロヒーター１１９及び第２加熱用マイクロヒーター１２０を制御することができる、むだな加熱をしないので、第１加熱用マイクロヒーター１１９及び第２加熱用マイクロヒーター１２０の寿命を延ばすことができる。また、温度センサ１２１，１２２がＭＥＭＳチップ上に配置され、センサ雰囲気温度が一定となるので、測定値が環境温度の変化の影響を受けることがなく、温度キャ
リブレーションのコストが不要となる。
リブレーションのコストが不要となる。
【0106】
ここでは、実施例３のように異なる温度で発熱する第１加熱用マイクロヒーター１１９，１１９及び第２加熱用マイクロヒーターを有する検出素子に対して、温度センサ１２１，１２２を設けたが、実施例２のように加熱用マイクロヒーター１１８，１１８，１１８，１１８が同じ温度で発熱する構成において、温度センサをもうけてもよい。
【0107】
〔実施例７〕
本実施例は、混合比算出装置を含む酸素濃縮器である。
図１７は、本実施例に係る酸素濃縮器６００の概略構成を示す図である。
酸素濃縮器６００は、例えば、呼吸器疾患を患う患者等が使用するものである。酸素濃縮器６００は、例えば、系外から取り込んだ空気を圧縮する圧縮機６０１と、圧縮機６０１において圧縮された空気の加圧又は減圧を行う、高濃度の酸素を生成するシーブベッド６０２を備える。また、酸素濃縮器６００は、生成された高濃度の酸素を貯蔵する酸素タンク６０３と、酸素タンク６０３から患者へ送られる高濃度酸素を含む混合ガスの流量を制御する流量制御電磁弁６０４を備える。酸素タンク６０３には、酸素タンク内の圧力を検出する圧力計６０５が設けられる。また、流量制御電磁弁６０４の下流側には、流量制御電磁弁６０４を介して供給される混合ガスのアルゴン濃度を検出する濃度検出装置６０６が配置される。そして、濃度検出装置６０６の下流側には、圧力計６０７が設けられる。この圧力計６０７は、患者へと供給される混合ガスの圧力を検出する。例えば、呼吸器疾患を患う患者が、酸素濃縮器６００から酸素を吸入する際に、患者が正常に呼吸しているか否かの判定や、患者の吸入の強度等の判定を行うことができる。
本実施例は、混合比算出装置を含む酸素濃縮器である。
図１７は、本実施例に係る酸素濃縮器６００の概略構成を示す図である。
酸素濃縮器６００は、例えば、呼吸器疾患を患う患者等が使用するものである。酸素濃縮器６００は、例えば、系外から取り込んだ空気を圧縮する圧縮機６０１と、圧縮機６０１において圧縮された空気の加圧又は減圧を行う、高濃度の酸素を生成するシーブベッド６０２を備える。また、酸素濃縮器６００は、生成された高濃度の酸素を貯蔵する酸素タンク６０３と、酸素タンク６０３から患者へ送られる高濃度酸素を含む混合ガスの流量を制御する流量制御電磁弁６０４を備える。酸素タンク６０３には、酸素タンク内の圧力を検出する圧力計６０５が設けられる。また、流量制御電磁弁６０４の下流側には、流量制御電磁弁６０４を介して供給される混合ガスのアルゴン濃度を検出する濃度検出装置６０６が配置される。そして、濃度検出装置６０６の下流側には、圧力計６０７が設けられる。この圧力計６０７は、患者へと供給される混合ガスの圧力を検出する。例えば、呼吸器疾患を患う患者が、酸素濃縮器６００から酸素を吸入する際に、患者が正常に呼吸しているか否かの判定や、患者の吸入の強度等の判定を行うことができる。
【0108】
圧縮機６０１によって圧縮された空気は、窒素、酸素及びアルゴンの３種の成分からなる混合ガスと考えることができる。圧縮された空気が供給されるシーブベッド６０２において、空気から窒素を吸着することにより酸素を濃縮する。シーブベッド６０２における吸着のされやすさは、窒素＞酸素≫アルゴンの順になっている。このため、シーブベッド６０２における吸着の適否、すなわち、圧縮機６０１の圧力の適否に応じて、シーブベッド６０２から酸素タンク６０３に供給される混合ガスの成分比が異なることとなる。図１８Ａ，図１８Ｂ及び図１８Ｃは、それぞれ、吸着過剰、最適吸着、吸着不足の場合の混合ガスの成分比の一例を示す。図１８Ａ，図１８Ｂ及び図１８Ｃにおいて、格子線を付した部分が窒素、斜線を付した部分が酸素、点を付した部分がアルゴンの成分比を示す。圧縮機の圧力が低く、吸着が不全の状態が生じると、シーブベッドから酸素タンクに供給される混合ガスに未吸着の窒素が残存することになる（図１８Ｃ参照）。このように窒素が適切に吸着されていない状態では、酸素もアルゴンも吸着されないので、酸素に対するアルゴンの比率は、通常の空気中における比率と等しく４．４５％である。シーブベッド６０２における吸着が最適な状態では、窒素が適切に吸着され、シーブベッドから酸素タンクに供給される混合ガス中に残存する窒素は無視することができる（図１８Ｂ参照）。このとき、酸素がシーブベッドに吸着されることもないので、酸素に対するアルゴンの比率は、やはり４．４５％である。しかし、圧縮機の圧力が高く、過剰に吸着される状態が生じると、シーブベッドにおいて窒素のみならず酸素も吸着される（図１８Ａ参照）。このとき、シーブベッドから酸素タンクに供給される混合ガスでは、アルゴンに対して酸素が相対的に減少するため、酸素に対するアルゴンの比率が増大し、４．４５％以上の値となる。
【0109】
このように、濃度検出装置６０６において、供給される混合ガスのアルゴン濃度又は酸素濃度を検出することにより、シーブベッド６０２における吸着の適否を判断することができるので、濃度検出装置６０６の検出結果に基づいて圧縮機６０１を制御することにより、患者に適切な濃度の酸素を供給することができる。
【0110】
以下に、濃度検出装置６０６における酸素濃度の検出、すなわち混合比の算出について説明する。
上述のように、吸着不足の場合と過剰吸着の場合とでは、混合ガスの組成が異なるため、吸着不足の場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係と、過剰吸着の場合の酸素濃度と混合ガスとの関係とは異なることが推定される。例えば、酸素濃度と熱伝導率に図１８Ｄに示すような関係があるとする。図１８Ｄでは、吸着不足の場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を表す曲線Ｒ１を実線で示し、過剰吸着の場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を示す曲線Ｒ２を点線で示している。このとき、曲線Ｒ１と曲線Ｒ２との交点Ｒ３が最適吸着の状態を示す。
上述のように、吸着不足の場合と過剰吸着の場合とでは、混合ガスの組成が異なるため、吸着不足の場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係と、過剰吸着の場合の酸素濃度と混合ガスとの関係とは異なることが推定される。例えば、酸素濃度と熱伝導率に図１８Ｄに示すような関係があるとする。図１８Ｄでは、吸着不足の場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を表す曲線Ｒ１を実線で示し、過剰吸着の場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を示す曲線Ｒ２を点線で示している。このとき、曲線Ｒ１と曲線Ｒ２との交点Ｒ３が最適吸着の状態を示す。
【0111】
酸素濃度と混合ガスの熱伝導率とが、このような異なる曲線で示される関係のうちいずれの関係にあるかが分かれば、シーブベッドにおける吸着について、吸着不足の状態か過剰吸着の状態かを判別することができる。
吸着不足の状態、最適吸着の状態及び過剰吸着の状態を含む、酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を予め取得しておく。曲線で表される酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を第２記憶部３２に記憶しておいてもよいし、酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を表す近似式の係数を第２記憶部３２に記憶しておいてもよい。
吸着不足の状態、最適吸着の状態及び過剰吸着の状態を含む、酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を予め取得しておく。曲線で表される酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を第２記憶部３２に記憶しておいてもよいし、酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係を表す近似式の係数を第２記憶部３２に記憶しておいてもよい。
【0112】
図１９には、加熱用ヒーターの温度がＴ１である場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係Ｒ１１，Ｒ１２と、加熱用ヒーターの温度がＴ２である場合の酸素濃度と混合ガスの熱伝導率との関係Ｒ２１，Ｒ２２を示す。ここでは、実線で示す曲線Ｒ１１は、加熱用ヒーターの温度がＴ１であり、かつ、吸着不足の状態の酸素濃度と混合ガス（窒素、酸素及びアルゴンからなる）の熱伝導率との関係を示す。そして、点線で示す曲線Ｒ１２は、加熱用ヒーターの温度がＴ１であり、かつ、過剰吸着の状態の酸素濃度と混合ガス（酸素及びアルゴンからなる）の熱伝導率との関係を示す。また、実線で示す曲線Ｒ２１は、加熱用ヒーターの温度がＴ２であり、かつ、吸着不足の状態の酸素濃度と混合ガス（窒素、酸素及びアルゴンからなる）の熱伝導率との関係を示す。そして、点線で示す曲線Ｒ２２は、加熱用ヒーターの温度がＴ２であり、かつ、過剰吸着の状態の酸素濃度と混合ガス（酸素及びアルゴンからなる）の熱伝導率との関係を示す。
【0113】
加熱用ヒーターの温度がＴ１であるときに、測定対象気体の熱伝導率の値としてｙ１が取得された場合に、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係がＲ１１の曲線で示される関係にあるとすれば酸素濃度はｘ１となり、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係がＲ１２の曲線で示される関係にあるとすれば酸素濃度はｘ２となる。
【0114】
次に、加熱用ヒーターの温度をＴ２としたときに、測定対象気体の熱伝導率の値としてｙ２が取得された場合には、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係がＲ１１及びＲ２１の曲線で表されることが分かる。従って、測定対象気体は窒素、酸素及びアルゴンからなる混合気体であり、曲線Ｒ１１において熱伝導率がｙ１となるｘ１がこのときの酸素濃度となる。加熱用ヒーターの温度をＴ２としたときに、測定対象気体の熱伝導率の値としてｙ２´が取得された場合には、混合ガスの熱伝導率と酸素濃度との関係がＲ１２及びＲ２２の曲線で表されることが分かる。従って、測定対象気体は、酸素及びアルゴンからなる混合気体であり、曲線Ｒ１２において熱伝導率がｙ２となるｘ２がこのときの酸素濃度となる。また、熱伝導率と酸素濃度との関係が、曲線Ｒ１１又は曲線Ｒ１２（曲線Ｒ２１又は曲線Ｒ２２）のいずれの曲線によって表されるかが分かれば、酸素に対するアルゴンの濃度は分かるので、酸素濃度とともにアルゴン濃度も分かる。
【0115】
このようにして、酸素濃縮器６００における濃度検出装置６０６によるアルゴン濃度又は酸素濃度の検出結果に基づいて窒素吸着量を最適化するように圧縮機６０１の濃縮圧力を制御することにより、圧縮機６０１の動作の無駄をなくすことができるので、省電力化
が可能となる。また、酸素濃縮器６００における濃度検出装置６０６によるアルゴン濃度又は酸素濃度の検出結果に基づいて窒素吸着量を最適化するように圧縮機６０１の濃縮圧力を制御することにより、シーブベッド６０２における無駄な吸着をなくすことができるので、シーブベッド６０２のフィルターの長寿命化が可能となる。
が可能となる。また、酸素濃縮器６００における濃度検出装置６０６によるアルゴン濃度又は酸素濃度の検出結果に基づいて窒素吸着量を最適化するように圧縮機６０１の濃縮圧力を制御することにより、シーブベッド６０２における無駄な吸着をなくすことができるので、シーブベッド６０２のフィルターの長寿命化が可能となる。
【0116】
〔実施例８〕
次に、実施例８に係る混合比算出装置について説明する。実施例１と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。計測部１０を除く構成及び混合比算出処理については、上述の実施例と同様であるために説明を省略する。
上述の各実施例では、混合ガスの熱的性質として熱伝導率又はサーモパイルの出力を用い、異なる２つの温度に対する熱伝導率等を測定することにより、混合ガスの成分比を算出した。本実施例では、混合ガスの熱的性質として音速に着目し、異なる２つの温度における混合ガス中の音速を測定する。
次に、実施例８に係る混合比算出装置について説明する。実施例１と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。計測部１０を除く構成及び混合比算出処理については、上述の実施例と同様であるために説明を省略する。
上述の各実施例では、混合ガスの熱的性質として熱伝導率又はサーモパイルの出力を用い、異なる２つの温度に対する熱伝導率等を測定することにより、混合ガスの成分比を算出した。本実施例では、混合ガスの熱的性質として音速に着目し、異なる２つの温度における混合ガス中の音速を測定する。
【0117】
図２０に、本実施例に係る計測部１０の構成を模式的に示す。ここでは、計測部１０は、混合ガスが流通するガス流路１７に混合ガスを加熱する加熱用ヒーター１３０を配置している。そして、混合ガス中を伝播する超音波の速度（音速）を測定する超音波センサ１３１を配置している。本実施例では、加熱用ヒーター１３０が、本発明の「第１発熱部」に対応する。また、本実施例では、超音波センサ１３１が、本発明の「基礎情報検出部」に対応する。超音波センサ１３１は、ガス流路１７を流れる混合ガス中の音速の変化を検出し得るように、ガス流路１７に対して配置される。例えば、超音波センサ１３１は、ガス流路１７を挟んで配置された超音波の発信部と受信部を含んで構成することができ、発信部から発信された超音波が受信部で受信されるまでの時間と発信部から受信部までの距離により、混合ガス中の音速を検出することができる。
【0118】
各温度における混合ガスの成分比と音速との関係を予め取得しておき、異なる２つの温度において測定された２つの音速から、混合ガスが満たすべき成分比と音速との関係がいずれの成分比に対応するものであるかを特定し、特定された関係のもとでの測定された音速に対する成分比を算出する。
【0119】
このようにすれば、熱伝導率の差が小さいガスを含む混合ガスについても、音速に差がある場合にも、混合比を算出することができる。
【0120】
〔実施例９〕
次に、実施例９に係る混合比算出装置について説明する。実施例１と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。計測部１０を除く構成及び混合比算出処理については、上述の実施例と同様であるために説明を省略する。
上述の各実施例では、混合ガスについて混合比を算出しているが、本発明の基本原理は、流体として気体に限らず液体についても妥当する。本実施例では、３成分の混合液について、混合ガスに対する場合と同様に、混合比を算出する。ここでは、混合液に含まれる流体が有する温度に依存して変化する特性として熱伝導率を用いることができるが、液体については電気伝導率又は誘電率を用いることもできる。
次に、実施例９に係る混合比算出装置について説明する。実施例１と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。計測部１０を除く構成及び混合比算出処理については、上述の実施例と同様であるために説明を省略する。
上述の各実施例では、混合ガスについて混合比を算出しているが、本発明の基本原理は、流体として気体に限らず液体についても妥当する。本実施例では、３成分の混合液について、混合ガスに対する場合と同様に、混合比を算出する。ここでは、混合液に含まれる流体が有する温度に依存して変化する特性として熱伝導率を用いることができるが、液体については電気伝導率又は誘電率を用いることもできる。
【0121】
図２１に、本実施例に係る計測部１０の構成を模式的に示す。ここでは、計測部１０は、混合液体が流通する流路１１７に混合液体を加熱する加熱用ヒーターを兼ねる検出用ヒーター１３２を配置している。そして、混合液体の熱伝導率、電気伝導率又は誘電率を検知するセンサ１３３を配置している。本実施例では、検出用ヒーター１３２が、本発明の「第１発熱部」及び「第２発熱部」に対応する。また、センサ１３３が、本発明の「温度差検出部」に対応する。
【0122】
各温度における混合液体の成分比と熱伝導率、電気伝導率又は誘電率との関係を予め取得しておき、異なる２つの温度において検知された２つの熱伝導率、電気伝導率又は誘電率から、混合液体が満たすべき成分比と熱伝導率、電気伝導率又は誘電率との関係がいずれの成分比に対応するものであるかを特定し、特定された関係のもとでの検知された熱伝導率、電気伝導率又は誘電率に対する成分比を算出する。
【0123】
このようにすれば、混合液体についても、混合比を算出することができる。
【0124】
なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
３種以上の流体を含む混合流体の混合比を算出する混合比算出装置（２，３）であって、
前記混合流体を加熱する第１発熱部（１１６，１１８）と、
前記混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、
前記混合流体における前記流体の混合比を算出する混合比算出部（２２）と、
を備え、
前記混合比算出部（２２）、
前記第２発熱部（１１０）によって前記混合流体に温度差を生じさせ、
前記第１発熱部（１１６，１１８）によって前記混合流体を第１温度に加熱し、
前記第１温度とされた前記混合流体に対する基礎情報検出部（１１０，１１１，１１２）の出力に基づいて前記第１温度における前記混合流体の所定の熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部（１１６，１１８）によって前記混合流体を、前記第１温度とは異なる第２温度に加熱し、
前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記基礎情報検出部（１１０，１１１，１１２）の出力に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記混合流体に含まれる第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報を取得し、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第２関係情報を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第１関係情報と、前記第２関係情報とに基づいて、前記混合流体における前記流体の混合比を算出することを特徴とする混合比算出装置。
＜発明１＞
３種以上の流体を含む混合流体の混合比を算出する混合比算出装置（２，３）であって、
前記混合流体を加熱する第１発熱部（１１６，１１８）と、
前記混合流体の所定の熱的特性値の基礎情報を検出する基礎情報検出部と、
前記混合流体における前記流体の混合比を算出する混合比算出部（２２）と、
を備え、
前記混合比算出部（２２）、
前記第２発熱部（１１０）によって前記混合流体に温度差を生じさせ、
前記第１発熱部（１１６，１１８）によって前記混合流体を第１温度に加熱し、
前記第１温度とされた前記混合流体に対する基礎情報検出部（１１０，１１１，１１２）の出力に基づいて前記第１温度における前記混合流体の所定の熱的特性値を取得し、
前記第１発熱部（１１６，１１８）によって前記混合流体を、前記第１温度とは異なる第２温度に加熱し、
前記第２温度とされた前記混合流体に対する前記基礎情報検出部（１１０，１１１，１１２）の出力に基づいて前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記混合流体に含まれる第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第１関係情報を取得し、
前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と前記第１流体の前記混合流体における混合比との関係を規定する第２関係情報を取得し、
前記第１温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第２温度における前記混合流体の前記熱的特性値と、前記第１関係情報と、前記第２関係情報とに基づいて、前記混合流体における前記流体の混合比を算出することを特徴とする混合比算出装置。
【符号の説明】
【0125】
２，３，６０６：混合比算出装置
２２：混合比算出部
１１０：検出用マイクロヒーター
１１１：第１サーモパイル
１１２：第２サーモパイル
１１６，１１８：加熱用ヒーター
１３０，１３２：ヒーター
２２：混合比算出部
１１０：検出用マイクロヒーター
１１１：第１サーモパイル
１１２：第２サーモパイル
１１６，１１８：加熱用ヒーター
１３０，１３２：ヒーター
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】