JP4748296B2

JP4748296B2 - ガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置

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Publication number: JP4748296B2
Application number: JP2004086805A
Authority: JP
Inventors: 潤一高橋; 弘幸川部
Original assignee: 株式会社高杉製作所
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP2005274282A

Description

本発明は、生物学的又は化学的反応に伴って発生するガスの発生量や該発生ガス中に含まれる特定のガス成分量を連続的に又は任意間隔で煩雑な作業を要することなく自動測定することができるガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置に関し、例えば牛などの動物から採取した消化液による飼料の消化反応に伴って発生するガスの発生量や該発生ガス中に含まれるメタンガスやＣＯ₂などのガス成分量を連続的又は任意間隔で自動測定することができ、これら環境に悪影響を及ぼすガスの発生を抑制するための飼料や添加物の開発研究などに好適に使用されるガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置に関する。

近年、大気中の温室効果ガスの濃度は人類がこれまで経験したことのない急速な速度で上昇している。二酸化炭素に次ぐ重要な温室効果ガスであるメタンは現在最も注目されているガスである。世界中で観察された最近の評価結果から、大気中メタン濃度が１．７〜１．８ｐｐｍｖの範囲で年率０．８〜１．０％増加していることが明らかになっている。家畜から放出されるメタンを低減させるべく、種々の研究開発が行なわれている（非特許文献１参照）。

ここで、家畜由来の温室効果ガスの排出抑制技術を開発するにあたっては、家畜飼料の配合や家畜への飼料の与え方といった「家畜からの排出ガス抑制技術」そのものの確立が重要であると共に、それがどの程度の効果を有するのか、即ち「排出ガス抑制技術を評価する技術」の確立が重要である。しかも、そのような評価技術としては、実験室内で簡便に行なえるものであることが好適である。

従来、家畜の消化管内発酵に起因するメタンガス等を評価する方法としては、例えば、牛の第一胃に装着したフィステルから放出したガスを脱水して流量を測定し、サンプルバッグに回収してメタンガス濃度を測定するといった方法や、所定の容器内に牛の胃から採取した消化液と家畜飼料とを投入混合して牛の胃のモデルを作製し、その容器内で一定時間消化反応を行って発生したガス成分を容器から回収し、メタンガス等の濃度を測定する方法等が用いられてきた。

しかしながら、前者の場合、家畜からのメタンガス発生量を直接評価することはできるが、実際に牛等の家畜に直接給餌して、その家畜の胃に装着したフィステルから放出されるガスを測定検査するため、実験室内での研究には非常に不向きな方法であり、また家畜の個体差や体調などによってデータのバラツキが生じ易い上、動物愛護の観点からも好ましくない方法である。

一方、後者の方法は、実験室内での研究には好適な方法ではあるが、一定時間後に容器内のガス成分を全て回収する所謂バッチ法であることから、例えばメタンガス発生量の経時的な変化を追跡することが困難であり、経時的変化を調査するには消化反応時間を変えて数回の実験を行うか、又は容器に胃液と飼料とを投入したモデルを複数用意し、それぞれ消化反応時間を変えてガス発生量を測定するなどの作業を必要とし、実験効率に劣るという欠点がある。

高橋潤一、「反芻動物からのメタン放出の栄養学的マニピュレーション」、畜産における温室効果ガスの制御と利用に関する国際会議要旨集、２００１年１１月７日〜１１日、Ｉ−１０。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、生物学的又は化学的反応に伴って発生するガスの発生量や該発生ガス中に含まれる特定のガス成分量を連続的に又は任意間隔で煩雑な作業を要することなく自動測定することができ、例えば牛などの動物から採取した消化液による飼料の消化反応に伴って発生するガスの発生量や該発生ガス中に含まれるメタンガスやＣＯ₂などのガス成分量を連続的又は任意間隔で自動測定することができ、これら環境に悪影響を及ぼすガスの発生を抑制するための飼料や添加物の開発研究などに好適に使用されるガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、以下のガス発生量測定方法を提供する。
即ち、生物学的又は化学的反応に伴って発生する複数種のガスからなる発生量未知の発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を測定するガス発生量測定方法であり、上記ガス発生を伴う反応が行われている反応槽内にキャリアガスとして不活性ガスを所定流量で連続的に送入して反応槽内の発生ガスを該キャリアガスと共に反応槽から連続的に排出し、その排出ガスの流量を連続的に測定してその測定値と上記反応槽に送入した上記キャリアガス量との差から反応に伴って発生したガス発生量を算出すると共に、該排出ガス中に含まれる目的ガスのみの濃度を測定し、得られた目的ガス濃度と上記排出ガス流量とから目的ガスのみの発生量を算出して、上記反応に伴う発生ガス中に含まれる複数種のガスの中から目的ガスのみの発生量を測定し、更にこの目的ガスのみの発生量と上記ガス発生量とから上記反応に伴う発生ガス中に含まれる上記目的ガスの割合を算出することを特徴とするガス発生量測定方法を提供する。

また本発明は、上記ガス発生量測定方法を実施するための装置として、複数種のガスの発生を伴う生物学的又は化学的反応を行う反応槽と、
該反応槽にキャリアガスとして不活性ガスを所定流量で連続的に送入するキャリアガス送入手段と、
上記反応槽から連続的に排出される複数種のガスからなる発生量未知の発生ガスを含む排出ガスの流量を測定するガス流量測定手段と、
上記排出ガス中に含まれる目的ガスの濃度を測定するガス濃度測定手段と、
上記排出ガスの流量、上記キャリアガス流量及び上記目的ガス濃度から、目的ガス発生量及び発生ガス中の目的ガスの割合を算出する演算手段（コンピュータ）とを具備してなり、
上記キャリアガスと共に上記反応槽から排出された複数種の成分を含む排出ガスの流量を上記ガス流量測定手段で測定して反応槽に送入したキャリアガス量との差から反応槽内での反応に伴うガス発生量を上記演算手段で算出すると共に、上記排出ガス中に含まれる目的ガスの濃度を上記ガス濃度測定手段で測定し、その目的ガス濃度と上記ガス流量測定手段で測定した排出ガス流量とから目的ガスのみの発生量を上記演算手段で算出し、更に上記ガス発生量と上記目的ガスのみの発生量とから、上記反応に伴って発生する複数種のガスからなる発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を上記演算手段で算出するように構成したことを特徴とするガス発生量測定装置を提供する。

即ち、本発明のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置では、複数種のガスの発生を伴う生物学的又は化学的反応が行われる反応槽内に、キャリアガスとして不活性ガスを所定流量で連続的に送入して反応槽内の発生ガスをこのキャリアガスと共に反応槽から連続的に排出させ、その排出ガス量を測定して送入したキャリアガス量と排出ガス量との差から反応に伴うガス発生量を算出するようにし、更に複数種のガスからなる発生ガスを含む排出ガス中に含まれる目的ガスのみの濃度を測定することにより、この目的ガス濃度と上記排出ガス量とから目的ガスのみの発生量を算出するようにし、また必要に応じて上記ガス発生量と上記目的ガスの発生量とから上記反応に伴う発生ガス中に含まれる目的ガスのみの割合を算出するようにしたものである。

このように、本発明のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置では、反応が行われる反応槽内から複数種のガスからなる発生ガスをキャリアガスと共に連続的に排出し、排出ガス量を測定して送入したキャリアガスに対しての排出ガスの増加量を測定すると共に、該排出ガス中に含まれる目的ガスのみの濃度を測定するようにしたことにより、発生ガスの総量、目的ガスのみの発生量や発生ガス中に含まれる目的ガスのみの割合を連続的に又は任意間隔で簡便に測定することができるものである。

即ち、例えば反応槽内に牛の胃液と飼料とを投入して、適宜な手段で温度調節及び攪拌操作を施すことにより牛の胃のモデルを構成し、その消化反応に伴うメタンガスやＣＯ₂などの発生量を調査する場合に、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを上記キャリアガスとして用い、このキャリアガスと共に反応槽内での発生ガスを連続的に排出し、この排出ガスのキャリアガスに対する増加量を測定して総発生ガス量を算出すると共に、赤外線式濃度センサーなどによりこの排出ガス中に含まれるメタンガスやＣＯ₂などの目的ガス成分濃度を測定して、この目的ガス濃度と上記排出ガス量とから目的ガスの発生量を算出し、且つこの目的ガス発生量と上記総発生ガス量とから上記反応に伴う発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を算出することができる。つまり、上記発生ガスの総量、目的ガスの発生量、或いは発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を連続的又は任意間隔で簡便に測定することができる。
従って、複数回の実験を行ったり複数の実験装置を要することなく、牛の消化反応に伴って発生するメタンガスやＣＯ₂などの発生ガスの総量、目的ガスの発生量や発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を簡便に測定することができ、更にその測定を自動的に行うことが可能である。

また、牛には第１胃から第４胃までの４つの胃があるが、４つの反応槽を用意してそれぞれ第１胃から第４胃に対応した条件で消化反応を行い、４つの反応槽にそれぞれ所定流量でキャリアガスを連続的に送入して、上述のように発生ガス量や該発生ガス中に含まれるメタンガスやＣＯ₂などの目的ガス発生量を測定することにより、牛１頭と同等の消化モデルを構成して発生ガスの総量、目的ガスの発生量や発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を簡便に測定することができる。

このように、牛１頭分のモデルを構成して発生ガスの総量、目的ガスの発生量や発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を測定する場合、上述した従来のバッチ法では、それぞれの胃に相当する反応槽を用意し、且つ個々の胃に対応する反応槽について反応時間を変えた複数の反応槽を用意しなければならない上、反応条件のばらつきによるデータの変化を防止するため個々の反応槽で反応条件を厳格に管理しなければならず、非常に煩雑な作業を要すると共に、実験効率が非常に劣るものとなる。
これに対し、本発明のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置によれば、後述する実施例のように、ガス流路を構成する配管を工夫することにより、４つの反応槽を用意して牛の４つの胃に対応した消化反応を行うことにより、容易かつ効率的に発生ガスの総量、目的ガスの発生量、並びに発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を測定することができるものである。

以上のように、本発明のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置によれば、生物学的又は化学的反応に伴って発生する発生ガスの総量、発生ガス中に含まれる特定のガス成分の発生量、発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を連続的に又は任意間隔で煩雑な作業を要することなく自動測定することができる。例えば、牛などの動物から採取した消化液による飼料の消化反応に伴って発生する発生ガスの総量、及び、発生ガス中に含まれるメタンガスやＣＯ₂などの特定ガス成分の発生量、発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を連続的又は任意間隔で自動測定することができ、従って、本発明のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置は、これら環境に悪影響を及ぼすガスの発生を抑制するための飼料や添加物の開発研究などに好適に使用されるものである。

発明を実施するための最良の形態及び実施例

以下、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明のガス発生量測定方法に従ってガスの発生量を測定する、本発明の一実施例にかかるガス発生量測定装置を示すもので、牛の４つの胃袋のモデルを構成し、各胃袋での消化反応に伴って発生するメタンガスの発生量を経時的に測定するものである。

図中１ａ〜１ｄは、それぞれ牛の第１胃〜第４胃の４つの胃に相当する第１反応槽１ａ、第２反応槽１ｂ、第３反応槽１ｃ及び第４反応槽１ｄであり、各反応槽にはそれぞれコントロール部２により制御される加温装置１１及び攪拌装置１２が取り付けられており、牛の第１胃〜第４胃に相当する条件で反応条件を設定保持することができるようになっている。

図中３は、キャリアガスを上記各反応槽１ａ〜１ｄに供給するキャリアガス送入手段であり、通常は適宜なガスが充填されたガスボンベを用いることができ、ここでは窒素ガスを充填したガスボンベが用いられ、窒素ガスがキャリアガスとして用いられるようになっている。ここで、キャリアガスは各反応槽１ａ〜１ｄ内での反応に影響しないものであればいずれのガスでもよいが、通常は窒素ガス等の不活性ガスが好適に用いられる。

このキャリアガス送入手段３は、上記各反応槽１ａ〜１ｄに並列に接続され、各反応槽１ａ〜１ｄにキャリアガス（Ｎ₂）を送入するようになっている。このキャリアガス送入手段３と各反応槽１ａ〜１ｄとを連結する各ガス供給管４ａ〜４ｄには、それぞれ開度を調節し得る流量調節弁Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄと開閉動作を行うガス供給弁Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄが取り付けられており、流量調節弁Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄにより各反応槽１ａ〜１ｄに送入するキャリアガスの流量を調整し得ると共に、ガス供給弁Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄを開閉することにより、各反応槽１ａ〜１ｄへのキャリアガスの送入を停止／開始できるようになっている。

キャリアガス送入手段３と各反応槽１ａ〜１ｄとを連結する上記各ガス供給管４ａ〜４ｄには、上記流量調節弁Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄとガス供給弁Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄとの間に存して排出ガス送流管５ａ〜５ｄの一端が接続されており、この排出ガス送流管５ａ〜５ｄの一端接続端部には開閉動作を行うキャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄが取り付けられている。

また、この各排出ガス送流管５ａ〜５ｄには、一端が上記各反応槽１ａ〜１ｄに接続されたガス排出管６ａ〜６ｄの他端部が接続されており、このガス排出管６ａ〜６ｄを通して各反応槽１ａ〜１ｄから排出されたガスを各排出ガス送流管５ａ〜５ｄに導送するようになっている。この各ガス排出管６ａ〜６ｄには、それぞれ水分凝縮器７、除湿器８が反応槽側から順次取り付けられており、各反応槽１ａ〜１ｄから排出されたガスから水分を除去して乾燥させ、上記各排出ガス送流管５ａ〜５ｄに送るようになっている。更に、この各ガス排出管６ａ〜６ｄには、それぞれ上記除湿器８と各排出ガス送流管５ａ〜５ｄとの間に存して開閉動作を行うガス排出弁Ｖ４ａ〜Ｖ４ｄが取り付けられている。

図中９ａ〜９ｄはマスフローセンサー（ガス流量測定手段）であり、各マスフローセンサー９ａ〜９ｄはそれぞれ上記各排出ガス送流管５ａ〜５ｄの他端に接続されており、各マスフローセンサー９ａ〜９ｄで各反応槽１ａ〜１ｄから排出された排出ガスの流量を測定するようになっている。なお、図中９１は各マスフローセンサー９ａ〜９ｄを保護するためのフィルターである。

上記各マスフローセンサー９ａ〜９ｄのガス排出側は、それぞれ三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄを介してガス濃度センサー１０に接続されており、各マスフローセンサー９ａ〜９ｄを通過した排出ガス中に含まれるメタンガスの濃度をこのガス濃度センサー１０（ガス濃度測定手段）で測定するようになっている。また、上記三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄはコントロール部２からの信号により自動的に流路を切り替えることができる電磁弁であり、この三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄには別流路として排出ガスを屋外の大気中へと放出する排気管１３が接続されており、この三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄを切り替えることにより、各マスフローセンサー９ａ〜９ｄからの排出ガスをガス濃度センサー１０に送るか、排気管１３を通して屋外に排気するかを切り替えることができるようになっている。なお、上記ガス濃度センサー１０に送られ濃度測定を行った後の排出ガスは、排気管１４を通して屋外の大気中へと放出されるようになっている。

ここで、上記ガス濃度センサー１０は、目的とするガス種に応じて適宜選択すればよい。本例では、メタンガスの濃度を測定するために非分散型赤外線式メタンガス濃度測定センサを用いている。

図中Ｓ１は、圧力センサーであり、この圧力センサーＳ１によりガスボンベ（キャリアガス送入手段）３からの窒素ガス供給圧力を測定し、圧力低下を監視するようになっている。また、Ｓ２は反応槽内の状態を監視するセンサーであり、このセンサーＳ２により各反応槽１ａ〜１ｄ内の環境を監視し、コントロール部２からの信号により加温装置１１や攪拌装置１２を制御して各反応槽１ａ〜１ｄ内を一定又は所定の環境に保持するようになっている。更に、１５は上記コントロール部２に接続されたコンピュータであり、このコンピュータ１５により各種の設定をコントロール部２に入力し、また測定結果を算出する演算を行い、その結果を表示し、記録し、集計し、処理するようになっている。なお、図中Ｖ６はガスボンベ（キャリアガス送入手段）３の元栓バルブである。

このガス発生量測定装置は、上記４つの反応槽１ａ〜１ｄが牛の４つの胃袋に相当する牛の消化反応モデルであり、牛の食餌による消化反応により発生するメタンガスの発生量を測定し、メタンガス発生を低減化することができる飼料や添加物などの研究を行うためのものである。

消化反応によるメタンガスの発生を測定する場合は、まず上記各反応槽１ａ〜１ｄ内に牛の第１〜第４胃から採取した胃液をそれぞれ適量ずつ収容すると共に、牛の第１〜第４胃の各胃内に送られる実際の飼料と同等の処理を施した飼料をそれぞれ投入し、各反応槽１ａ〜１ｄ内を牛の第１〜第４胃内の環境に応じて温度及び攪拌度合いを調整して、各反応槽１ａ〜１ｄ内でそれぞれ消化反応を行う準備を行う。

一方、上記元栓バルブＶ６及び各キャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄを開くと共に、各ガス供給弁Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄ及び各ガス排出弁Ｖ４ａ〜Ｖ４ｄを閉じ、かつ上記各三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄを排気管１３方向へと流路を切り替えた状態で、キャリアガス送入手段３からキャリアガス（窒素ガス）を供給し、このキャリアガスを各ガス供給管４ａ〜４ｄから各流量調節弁Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄ及び各キャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄを通して、各反応槽１ａ〜１ｄを通さずに直接各排出ガス送流管５ａ〜５ｄに連続的に流通させ、各マスフローセンサー９ａ〜９ｄで各排出ガス送流管５ａ〜５ｄ内を流れるキャリアガスの流量を測定して排気管１３から排気する。

この状態で、上記各流量調節弁Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄを操作して、各ガス供給管４ａ〜４ｄを通して供給されるキャリアガスの流量を調節し、そのガス流量をガス供給管４ａ〜４ｄ、ガス排出管６ａ〜６ｄ及び排出ガス送流管５ａ〜５ｄからなる各流路ごとに０点として設定し、キャリブレーションを行う。この場合、各流路に供給するキャリアガスの流量は、各反応槽１ａ〜１ｄ内で予想される凡そのガス発生量に応じて設定すればよく、例えば反応槽内でのガス発生量の少ないことが予想される流路はキャリアガスの流量を少なくして、ガス発生による排出ガスの流量増加を検出し易くすることが好ましい。

この状態で、上記各ガス供給弁Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄ及び各ガス排出弁Ｖ４ａ〜Ｖ４ｄを開くと共に、各キャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄを閉じて、上記キャリブレーション操作で０点設定した流量のキャリアガスを各ガス供給管４ａ〜４ｄから各反応槽１ａ〜１ｄに送入し、各反応槽１ａ〜１ｄから各ガス排出管６ａ〜６ｄを通して各排出ガス送流管５ａ〜５ｄへと排出し、上記各マスフローセンサー９ａ〜９ｄで排出ガスの流量を連続的に測定し、排気管１３から屋外の大気中へと放出する。このとき、上記各反応槽１ａ〜１ｄから排出される排出ガスは、各ガス排出管６ａ〜６ｄに取り付けられた上記水分凝縮器７及び除湿器８で水分が除去され、乾燥ガスとして上記各マスフローセンサー９ａ〜９ｄを通過してその流量が測定されるようになっており、配管内での結露が防止されると共に、水蒸気による流量増加が防止されるようになっている。

この状態で、各反応槽１ａ〜１ｄ内で胃液による飼料の消化反応を行わせる。これにより、各反応槽１ａ〜１ｄ内で消化反応により発生した発生ガスが、上記キャリアガスと共に排出ガスとして各ガス排出管６ａ〜６ｄ及び各排出ガス送流管５ａ〜５ｄを通ってマスフローセンサー９ａ〜９ｄ内を流通し、その流量が測定されて、上述の０点設定した流量からの増加分が各反応槽１ａ〜１ｄ内で消化反応により発生したガスの発生ガス量として算出され、コンピュータ１５によりそのガス発生量が連続的にモニターされる。

この状態で、コントロール部２からの信号により上記各三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄが切り替え操作され、各流路を流通する排出ガスが順次、若しくは予め設定された順序又は間隔でガス濃度センサー１０に送られ、排出ガス中のメタンガス濃度が測定されてメタンガスのみの発生量が算出され、更に必要に応じて、発生ガス中に占めるメタンガスの割合が算出され、排気管１４を通して屋外の大気中に放出される。

即ち、第１反応槽１ａ内でのメタンガス発生量を測定する場合は、三方弁Ｖ５ａが流路の切り替え動作を行い、第１反応槽１ａからの排出ガスのみがガス排出管６ａ、排出ガス送流管５ａ、マスフローセンサー９ａ及び三方弁Ｖ５ａを順次通ってガス濃度センサー１０に送られ、他の流路では排出ガスが従前の通り各三方弁Ｖ５ｂ〜Ｖ５ｄから排気管１３を通って排気される。そして、ガス濃度センサー１０でこの排出ガス中のメタンガス濃度が測定されると、このメタンガス濃度と上記マスフローセンサー９ａで測定された排出ガス流量とから瞬時にメタンガスのみの発生量が算出されて第１反応槽１ａ内で発生したメタンガスの量が求められ、コンピュータ１５に記録される。更に、必要に応じて上記メタンガス濃度とマスフローセンサー９ａで測定され算出された上記ガス発生量とから発生ガス中に占めるメタンガスの割合が計算され、同様にコンピュータ１５に記録される。

次いで、第２反応槽１ｂ内でのメタンガス発生量を測定する場合は、上記三方弁Ｖ５ａが再び流路の切り替え動作を行い、第１反応槽１ａからの排出ガスを排気管１３から屋外へと排気する流路に切り替えると共に、三方弁Ｖ５ｂが流路の切り替え動作を行って、第２反応槽１ｂからの排出ガスのみがガス排出管６ｂ、排出ガス送流管５ｂ、マスフローセンサー９ｂ及び三方弁Ｖ５ｂを順次通ってガス濃度センサー１０に送られ、上記と同様に第２反応槽１ｂ内でのメタンガス発生量（及び発生ガス中におけるその割合）が求められ、コンピュータ１５に記録される。また、第３反応槽１ｃ、第４反応槽１ｄでのメタン発生量の測定も同様に、上記三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄの流路切り替え操作によって、個々の流路からの排出ガスのみがガス濃度センサー１０に送られ、同様に第３反応槽１ｃ又は第４反応槽１ｄ内でのメタンガス発生量（及び発生ガス中におけるその割合）が求められ、コンピュータ１５に記録される。

そして、コンピュータ１５を操作することにより、又はコンピュータ１５により予め設定したプログラムに従って、順次又は所定の間隔及び順序で上記三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄの切り替え動作が行われ、各反応槽１ａ〜１ｄ内で消化反応に伴って発生したメタンガスの発生量が測定され、その総発生量や発生量の経時変化が記録される。

このように、本例のガス発生量測定方法及び装置は、消化反応が行われる反応槽１ａ〜１ｄに、キャリアガスを所定流量で連続的に送入して反応槽１ａ〜１ｄ内のガスをこのキャリアガスと共に反応槽１ａ〜１ｄから排出させ、その排出ガス量を測定して送入したキャリアガス量と排出ガス量との差から反応に伴うガス発生量を算出すると共に、排出ガス中に含まれるメタンガス（目的ガス）の濃度を測定することによりメタンガスの発生量を算出し、更に必要に応じて、このメタンガス発生量と上記ガス発生量とから消化反応に伴って発生した発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を算出するようにしたものである。

そして、このガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置では、反応が行われる反応槽１ａ〜１ｄ内から発生ガスをキャリアガスと共に連続的に排出し、送入したキャリアガスに対しての排出ガスの増加量を測定すると共に、該排出ガス中に含まれるメタンガスの濃度を測定するようにしたことにより、消化反応に伴うガス発生量を連続的かつ簡便に測定することができると共に、その発生ガス中に含まれるメタンガス（目的ガス）の発生量、及び発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を、煩雑な作業や操作を要することなく、連続的又は任意間隔で簡便に測定することができるものである。

従って、このガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置によれば、牛の胃液により飼料が消化される際に発生するメタンガス（目的ガス）の発生量を連続的又は任意間隔で簡便に測定することができる。つまり、複数回の実験を行ったり複数の実験装置を要することなく、牛の消化反応に伴って発生するメタンガスの発生量及びその経時的変化等を簡便に測定することができ、更にその測定を自動的に行うことができるものである。

また、本実施例では、第１〜第４の４つの反応槽１ａ〜１ｄを用意してそれぞれ牛の第１胃から第４胃に対応した条件で消化反応を行い、４つの反応槽１ａ〜１ｄにそれぞれ所定流量でキャリアガスを連続的に送入して、上述のようにメタンガスの発生量を測定するようにしたことにより、牛１頭と同等の消化モデルを構成して目的ガス発生量及びその経時的変化を簡便に測定することができる。

このように、牛１頭分のモデルを構成して目的ガス（メタンガス）の発生量の経時的変化を測定する場合には、上述した従来のバッチ法では、４つの胃それぞれに相当する反応槽を用意し、且つ個々の胃に対応する反応槽について反応時間を変えた複数の反応槽を用意しなければならない上、反応条件のばらつきによるデータの変化を防止するため個々の反応槽で反応条件を厳格に管理しなければならず、非常に煩雑な作業を要すると共に、実験効率が非常に劣るものとなる。
これに対し、本実施例のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置では、一のキャリアガス送入手段３から並列に分岐した配管を通して４つの反応槽１ａ〜１ｄにキャリアガスを送入し、更に各反応槽１ａ〜１ｄからの排出流路をそれぞれ三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄを介して１つのガス濃度センサー（ガス濃度測定手段）１０に接続し、上記三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄの切り替え操作により、各反応槽１ａ〜１ｄからの排出ガスを個々にガス濃度センサー１０に送るようにしたことによって、比較的簡便な設備で牛１頭に相当する消化反応モデルを構成し、容易かつ効率的にメタンガス発生量及びその経時的変化等を測定することができるものである。

なお、本発明のガス発生量測定方法及びガス発生量測定装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜変更して差し支えない。例えば、上記実施例では、牛の胃液と飼料との消化反応に伴って発生するメタンガス発生量を測定するようにしたが、ガス濃度測定手段１０を適宜選定することにより、ＣＯ₂やその他のガス発生量を測定することができ、複数種のガス成分の発生量を同時に測定することも可能であり、更に上記消化反応以外の生物学的又は化学的反応に伴うガスの発生量を測定するようにしてもよい。また、上記実施例では、ガス供給管４ａ、第１反応槽１ａ、ガス排出管６ａ及び排出ガス送流管５ａからなる第１反応槽系流路、同様に４ｂ、１ｂ、６ｂ及び５ｂからなる第２反応槽系流路、４ｃ、１ｃ、６ｃ及び５ｃからなる第３反応槽系流路、４ｄ、１ｄ、６ｄ及び５ｄからなる第４反応槽系流路の４つの流路を設け、各流路を流通するガスを三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄを介して１つのガス濃度測定手段１０に流通させ、三方弁Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄの切り替えにより個々の反応槽１ａ〜１ｄ内で発生した目的ガス量を測定するようにしたが、ガス濃度測定手段１０は各流路にそれぞれ設けても良く、この場合には各ガス濃度測定手段は各ガス流量測定手段９ａ〜９ｄの上流側に設けることもできる。更に、反応槽の数及びその流路の数は、３系統以下でも５系統以上でもよく、行う実験に応じて適宜設定すればよい。例えば、羊や豚、その他の家畜について消化反応モデルを構成する場合には、適宜それらの家畜の有する胃の数だけ反応槽を設置すれば良い。

また、上記実施例では、マスフローセンサー９ａ〜９ｄについてのキャリブレーションを行なっているが、これに加えて、ガス濃度センサー１０についてもキャリブレーション操作を行なうこともできる。
即ち、上述した手順により、各マスフローセンサー９ａ〜９ｄについてのキャリブレーションを行なった後、各ガス供給弁Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄ及び各ガス排出弁Ｖ４ａ〜Ｖ４ｄを開きかつ各キャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄを閉じる前（各反応槽における発生ガス量の測定を開始する前）に、例えば三方弁Ｖ５ａをガス濃度センサー１０方向へと流路を切り替え、上記第１反応槽系流路から第１反応槽１ａのみを除いたバイパス流路を通過するキャリアガスのガス濃度を測定することにより、当該測定値を第１反応槽系流路についての０点として設定し、キャリブレーションを行なえばよい。この場合、通常は第２〜第４反応槽系流路についてはガス濃度センサー１０のキャリブレーションを行なう必要はないが、特にその必要があれば第２〜第４反応槽系流路についても同様にすればよい。
ここで、上記実施例ではキャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄを設けてキャリアガスを各反応槽１ａ〜１ｄを通さずに各流路に流通させてキャリブレーションを行い０点設定を行うようにしたが、このキャリブレーションバルブＶ３ａ〜Ｖ３ｄ及びこれらを通るバイパス流路を省略し、キャリアガスを実際の測定時と同様に各反応槽１ａ〜１ｄを通して流通させ、キャリブレーションによる０点設定を行うようにすることもできる。

更に、必要に応じて適宜なバルブ類や流路を追加したり、水分凝縮器７や除湿器８を省略したり、逆に適宜な装置や機構を追加してもよく、その他の構成についても本発明の要旨を逸脱しない限り、適宜変更して差し支えない。

本発明の一実施例にかかる検査装置を示す該略図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ反応槽
１１加温装置
１２攪拌装置
２コントロール部
３キャリアガス送入手段
４ａ〜４ｄガス供給管
５ａ〜５ｄ排出ガス送流管
６ａ〜６ｄガス排出管
７水分凝縮器
８除湿器
９ａ〜９ｄマスフローセンサー（ガス流量測定手段）
９１フィルター
１０ガス濃度センサー（ガス濃度測定手段）
１３，１４排気管
１５コンピュータ
Ｓ１圧力センサー
Ｓ２センサー
Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄ流量調節弁
Ｖ２ａ〜Ｖ２ｄガス供給弁
Ｖ３ａ〜Ｖ３ｄキャリブレーションバルブ（流路切替手段）
Ｖ４ａ〜Ｖ４ｄガス排出弁
Ｖ５ａ〜Ｖ５ｄ三方弁（開閉弁）
Ｖ６元栓バルブ

Claims

生物学的又は化学的反応に伴って発生する複数種のガスからなる発生量未知の発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を測定するガス発生量測定方法であり、上記ガス発生を伴う反応が行われている反応槽内にキャリアガスとして不活性ガスを所定流量で連続的に送入して反応槽内の発生ガスを該キャリアガスと共に反応槽から連続的に排出し、その排出ガスの流量を連続的に測定してその測定値と上記反応槽に送入した上記キャリアガス量との差から反応に伴って発生したガス発生量を算出すると共に、該排出ガス中に含まれる目的ガスのみの濃度を測定し、得られた目的ガス濃度と上記排出ガス流量とから目的ガスのみの発生量を算出して、上記反応に伴う発生ガス中に含まれる複数種のガスの中から目的ガスのみの発生量を測定し、更にこの目的ガスのみの発生量と上記ガス発生量とから上記反応に伴う発生ガス中に含まれる上記目的ガスの割合を算出することを特徴とするガス発生量測定方法。
反応槽内で動物の消化液と飼料とを混合させて消化反応を生じせしめ、該消化反応に伴って発生する複数種のガスからなる発生ガス中の目的ガスの発生量又は割合を連続的又は任意間隔で間歇的に測定する請求項１記載のガス発生量測定方法。
複数種のガスの発生を伴う生物学的又は化学的反応を行う反応槽と、
該反応槽にキャリアガスとして不活性ガスを所定流量で連続的に送入するキャリアガス送入手段と、
上記反応槽から連続的に排出される複数種のガスからなる発生量未知の発生ガスを含む排出ガスの流量を測定するガス流量測定手段と、
上記排出ガス中に含まれる目的ガスの濃度を測定するガス濃度測定手段と、
上記排出ガスの流量、上記キャリアガス流量及び上記目的ガス濃度から、目的ガス発生量及び発生ガス中の目的ガスの割合を算出する演算手段（コンピュータ）とを具備してなり、
上記キャリアガスと共に上記反応槽から排出された複数種の成分を含む排出ガスの流量を上記ガス流量測定手段で測定して反応槽に送入したキャリアガス量との差から反応槽内での反応に伴うガス発生量を上記演算手段で算出すると共に、上記排出ガス中に含まれる目的ガスの濃度を上記ガス濃度測定手段で測定し、その目的ガス濃度と上記ガス流量測定手段で測定した排出ガス流量とから目的ガスのみの発生量を上記演算手段で算出し、更に上記ガス発生量と上記目的ガスのみの発生量とから、上記反応に伴って発生する複数種のガスからなる発生ガス中に含まれる目的ガスの割合を上記演算手段で算出するように構成したことを特徴とするガス発生量測定装置。
上記反応槽を複数設けると共に、各反応槽に対応して複数のガス流量測定手段を設け、かつ各ガス流量測定手段のガス排出側を１つのガス濃度測定手段に接続すると共に、各ガス流量測定手段とガス濃度測定手段とを接続する各流路にそれぞれ開閉弁を設けてなり、
一の開閉弁を開くと共に他の開閉弁を閉じて、一の反応槽からの排出ガスのみを上記ガス流量測定手段から上記ガス濃度測定手段へと流通させ、その排出ガス流量を上記ガス流量測定手段で測定して一の反応槽内での反応に伴うガス発生量を算出すると共に、この排出ガス中に含まれる目的ガスの濃度を上記ガス濃度測定手段で測定してその目的ガスの発生量を算出し、上記各開閉弁を開閉操作して同様の動作を各反応槽からの排出ガスについて行うことにより、各反応槽で発生する目的ガスにつき、その発生量を順次又は随意に測定するように構成した請求項３記載のガス発生量測定装置。
上記キャリアガス送入手段から上記反応槽を通さずに直接上記ガス流量測定手段にキャリアガスを流通させるバイパス流路を設けると共に、キャリアガスの流路を上記バイパス流路と反応槽を通る流路とに切り替える流路切替手段を具備し、
キャリアガスを上記バイパス流路を通して直接上記ガス流量測定手段に流通させて、キャリアガスのみの流量を測定し、その流量測定値を上記ガス発生量測定時の０点とするように構成した請求項３又は４記載のガス発生量測定装置。